JP6880581B2

JP6880581B2 - 光計測装置、光計測方法、及び、プログラム

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Publication number: JP6880581B2
Application number: JP2016134251A
Authority: JP
Inventors: 高浦　淳; 淳高浦; 一樹船橋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2036-07-06
Also published as: JP2018000733A

Description

本発明は、光計測装置、光計測方法、及び、プログラムに関する。

人等の被計測体が反射した光を受光して、当該光を電気的に変換した電気信号を解析することにより、被計測体の状態を評価する光計測装置が知られている。このような光計測装置は、被計測体に起因するノイズ等を除去して、解析精度を向上させている。

しかしながら、遠方の光源から計測用の光を被計測体に照射する場合、光計測装置は、計測用の光と外部の光とを受光するので、電気信号が外部の光の信号成分を含み、被測定体の状態を精度よく解析及び評価することができないといった課題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外光の影響を低減して、被測定体の状態を精度よく解析することができる光計測装置、光計測方法、及び、プログラムを提供する。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光計測装置は、変調させた光である計測光を所定の強度で照射する照射時間と、前記計測光を照射しない非照射時間とを、繰り返すことで前記計測光を強度変調させて被計測体に照射する照射部と、外部の光である外光及び前記被計測体が反射した前記計測光の少なくとも一方を受光して、前記計測光及び前記外光を電気信号に変換する受光部と、前記電気信号から前記外光の信号成分を低減することにより、変調させた前記計測光の信号成分である計測信号を分離する分離部と、前記計測信号を解析して前記被計測体の状態を評価する解析部と、を備え、前記分離部は、前記照射時間において取得された前記計測光の信号成分に基づいて前記非照射時間における該信号成分を推定した推定信号と、前記非照射時間に取得した外光の信号成分と、に基づいて前記計測信号を分離し、前記解析部は、前記計測信号の第１の周波数帯域の成分と、前記計測信号の第２の周波数帯域の成分とに基づいて前記被計測体の状態を評価する。

本発明によれば、外光の影響を低減して、被測定体の状態を精度よく解析することができるという効果を奏する。

図１は、第１実施形態の光計測装置の図である。図２は、第１実施形態の光計測装置を拡大した構成図である。図３は、第１実施形態の光計測装置の実装例を説明する図である。図４は、光計測装置の制御部の機能を示す機能ブロック図である。図５は、光計測装置の制御部のハードウェア構成を模式的に示すブロック図である。図６は、光計測装置の制御部が実行する光計測処理のフローチャートである。図７は、計測光が周期的に照射された照射時刻に分離部が取得した複数の電気信号のグラフである。図８は、計測光が照射されていない非照射時刻において図７の電気信号から推測した推測信号を補完したグラフである。図９は、図８のグラフから推測信号を抽出したグラフである。図１０は、分離部が取得した計測光が照射されていない外光のみの状態での複数の電気信号のグラフである。図１１は、外光信号を低減して分離した計測信号のグラフである。図１２は、第２実施形態の光計測装置の全体構成図である。図１３は、第３実施形態の光計測装置の全体構成図である。図１４は、第３実施形態の光計測装置を拡大した構成図である。図１５は、第３実施形態の制御部の機能を示す機能ブロック図である。図１６は、第４実施形態の光計測装置の全体構成図である。図１７は、第５実施形態の光計測装置の全体構成図である。図１８は、第６実施形態の光計測装置の全体構成図である。図１９は、第７実施形態の光計測装置を拡大した構成図である。図２０は、照射部を拡大した構成図である。図２１は、チェッカーパターン部の正面図である。図２２は、照射部の計測光が照射された被計測者の図である。図２３は、チェッカーパターンの照射領域の電気信号のグラフである。図２４は、チェッカーパターンの遮光領域の電気信号のグラフである。図２５は、分離部による分離後の計測信号のグラフである。

以下の例示的な実施形態等の同様の構成要素には共通の符号を付与して、重複する説明を適宜省略する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の光計測装置１０の図である。図１に示すように、光計測装置１０は、例えば、窓ＷＤを透過する光及び照明装置ＬＤからの光等の外部の光である外光８４を受光する位置等に配置されていてもよい。

光計測装置１０は、計測部１２と、制御部１４とを備える。計測部１２は、被計測体の生体の一例である被計測者８０の顔の頬または鼻等へ計測用の光である計測光８２を照射するとともに、被計測者８０が反射した計測光８２を含む光を受光して電気信号Ｓ０に変換する。制御部１４は、例えば、コンピュータである。制御部１４は、計測部１２を制御して計測光８２を照射させるとともに、計測部１２が変換した電気信号Ｓ０に基づいて被計測者８０の状態を評価する。

図２は、第１実施形態の光計測装置１０を拡大した構成図である。図１及び図２に示すように、計測部１２は、照射部２０と、受光部２２とを有する。

照射部２０は、変調させた光を計測光８２として被計測者８０へ照射する。照射部２０は、変調部２３と、光源部２４と、照射光学部材２６とを有する。

変調部２３は、変調させた光を計測光８２として光源部２４に照射させる。変調部２３は、例えば、計測光８２の強度を時間で変調（例えば、パルス変調）させて照射させる。具体的には、変調部２３は、周期的に計測光８２を照射させて、残りの時間は計測光８２を照射させない。変調部２３は、光強度時間変調部の一例である。

光源部２４は、光（例えば、白色光）を照射可能な照明装置、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）または半導体レーザ等である。光源部２４は、変調部２３からの指示に応じて変調させた計測光８２を、照射光学部材２６を介して、被計測者８０へ照射する。

照射光学部材２６は、光源部２４の光の照射側に配置されている。照射光学部材２６は、例えば、凸レンズ等のコリメーション光学部材である。照射光学部材２６は、光源部２４によって照射された計測光８２を平行光に近づけて、被計測者８０へ照射する。照射光学部材２６は、計測光８２をほぼ平行光または平行光にしてよい。

受光部２２は、計測光８２及び外光８４の少なくとも一方を受光して、計測光８２及び外光８４を電気信号Ｓ０に変換して、制御部１４へ送信する。受光部２２の一例は、被計測者８０等の被写体を撮像して画像データを生成するデジタルカメラ等の撮像装置である。受光部２２は、受光レンズ２８と、受光部材３０とを有する。

受光レンズ２８は、例えば、凸レンズである。受光レンズ２８は、被計測者８０によって反射された計測光８２を受光する。受光レンズ２８は、受光した計測光８２を受光部材３０へと集光する。

受光部材３０は、受光レンズ２８から見て、被計測者８０の反対側に配置されている。受光部材３０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサまたはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等を有するデジタルカメラ等の撮像素子である。受光部材３０は、受光レンズ２８から受光した光を、輝度の大きさに応じた強度を有する１または複数の電気信号Ｓ０へと電気的に変換して、制御部１４へ送信する。例えば、受光部材３０は、動画の１フレームの画像データまたは静止画の画像データに含まれる各画素の画素値（例えば、ＲＧＢ値）を電気信号Ｓ０として制御部１４へ送信する。この場合、受光部２２は、オートフォーカス機能を有することが好ましい。これにより、受光部材３０は、被計測者８０の顔等の被計測領域にピントを合わせた状態で電気信号Ｓ０を生成できる。電気信号Ｓ０に含まれる信号成分のうち、計測光８２の信号成分を計測信号Ｓ１とする。電気信号Ｓ０に含まれる信号成分のうち、外光８４の信号成分を外光信号Ｓ２とする。尚、受光部材３０が、外光８４のみの光を受光した場合に送信する電気信号Ｓ０は外光信号Ｓ２とほぼ等しい。

図３は、第１実施形態の光計測装置１０の実装例を説明する図である。図３に示す光計測装置１０は、自動車ＣＡの内部に設けられている。例えば、光計測装置１０は、被計測者８０である運転者の前方に設けられている。光計測装置１０は、被計測者８０に計測光８２を照射して、被計測者８０の状態を解析及び評価する。光計測装置１０は、計測光８２がハンドルＳＷに遮られない位置に配置することが好ましい。

図４は、光計測装置１０の制御部１４の機能を示す機能ブロック図である。図４に示すように、制御部１４は、指示部３６と、演算部３２と、記憶部３４とを有する。

演算部３２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むプロセッサ等の演算処理装置である。演算部３２は、指示部３６、分離部３８と、解析部４０とを有する。演算部３２は、例えば、記憶部３４に記憶された光計測用のプログラムを読み込むことによって、指示部３６、分離部３８、及び、解析部４０の機能を有する。指示部３６、分離部３８、及び、解析部４０の一部または全てをＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアによって構成してもよい。

指示部３６は、変調させた計測光８２を光源部２４に照射させるための照射指示を変調部２３へ送信する。

分離部３８は、外光信号Ｓ２及び計測信号Ｓ１を含む電気信号Ｓ０を受光部材３０から取得する。分離部３８は、電気信号Ｓ０から外光信号Ｓ２を低減することにより、計測信号Ｓ１を分離する。分離部３８は、例えば、計測光８２の強度の時間変調に応じて変化する電気信号Ｓ０から計測信号Ｓ１を分離する。ここで、分離部３８は、画像データを電気信号Ｓ０として取得する場合、画像データ内の一部の領域を計測領域として設定して、当該計測領域の電気信号Ｓ０のみを用いて、計測信号Ｓ１を分離してもよい。計測領域の一例は、被計測者８０の顔の頬、鼻、及び、目等の被計測者８０の状態を評価可能な領域である。分離部３８は、計測信号Ｓ１を解析部４０へ出力する。

解析部４０は、分離部３８から計測信号Ｓ１を取得する。解析部４０は、取得した計測信号Ｓ１を解析して、被計測者８０の状態を評価する。解析部４０は、画像表示装置または音声出力装置等の通知部４２を介して、評価結果を被計測者８０に通知する。尚、通知部４２は、光計測装置１０の構成であってもよく、光計測装置１０とは別の構成であってもよい。

記憶部３４は、光計測用のプログラム等のプログラム及びプログラムの実行に必要なパラメータを記憶する。

図５は、光計測装置１０の制御部１４のハードウェア構成を模式的に示すブロック図である。図５に示すように、本実施形態に係る光計測装置１０の制御部１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）５２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）５４と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）５６と、Ｉ／Ｆ５８と、バス６０とを備えるコンピュータである。ＣＰＵ５０、ＲＡＭ５２、ＲＯＭ５４、ＨＤＤ５６及びＩ／Ｆ５８は、バス６０を介して、接続されている。また、Ｉ／Ｆ５８にはＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の変調部２３及び受光部材３０が接続されている。

ＣＰＵ５０はプロセッサ等の演算手段である。ＣＰＵ５０は、光計測装置１０の制御全般を司る。ＲＡＭ５２は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ５０が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ＲＯＭ５４は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムを格納する。

ＨＤＤ５６は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、ＯＳ（Operating System）、各種の制御プログラム、及び、アプリケーション・プログラム等を格納する。Ｉ／Ｆ５８は、バス６０と各種のハードウェアやネットワーク等を接続し制御する。

本実施の形態の光計測装置１０が実行する光計測用のプログラムは、上述した各部（指示部３６、分離部３８、及び、解析部４０）を含むモジュール構成となっている。実際のハードウェアとしてはＣＰＵ５０が上記ＲＯＭ５４から光計測用のプログラムを読み出して実行することにより、上記各部が主記憶装置上にロードされる。これにより、指示部３６、分離部３８、及び、解析部４０が主記憶装置上に生成されて、これらの機能がコンピュータに実現されるようになっている。

例えば、本実施の形態の光計測装置１０で実行される光計測用のプログラムは、ＲＯＭ５４等に予め組み込まれて提供される。本実施の形態の光計測装置１０で実行される光計測用のプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（FD）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

さらに、本実施の形態の光計測装置１０で実行される光計測用のプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施の形態の光計測装置１０で実行される光計測用のプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

図６は、光計測装置１０の制御部１４が実行する光計測処理のフローチャートである。制御部１４の演算部３２が、光計測用のプログラムを読み込むことによって、光計測方法の一例である光計測処理を実行する。

図６に示すように、光計測処理では、指示部３６が、変調部２３に照射指示を送信して、強度を時間変調させて点灯及び消灯を周期的に繰り返す計測光８２を光源部２４に照射させる（Ｓ１０２）。光源部２４の点灯の周期は、例えば、受光部材３０の電気信号Ｓ０を生成する周期の２倍である。受光部材３０が動画の画像データを電気信号Ｓ０として生成する場合、光源部２４の点灯の周期は、動画のフレームレートの２倍である。従って、動画のフレームのうち、２フレームに１つのフレームの割合で光源部２４が計測光８２を照射する。次に、分離部３８は、被計測者８０によって反射された計測光８２及び外光８４を受光した受光部材３０から、計測信号Ｓ１及び外光信号Ｓ２を含む電気信号Ｓ０及び外光信号Ｓ２のみの電気信号Ｓ０を交互に取得する（Ｓ１０４）。

分離部３８は、電気信号Ｓ０を取得した回数が予め定められた取得回数を満たすか否かを判定する（Ｓ１０６）。取得回数は、例えば、記憶部３４に格納されている。分離部３８が、電気信号Ｓ０を取得した回数が取得回数を満たすと判定するまで（Ｓ１０６：Ｎｏ）、分離部３８はステップＳ１０２、Ｓ１０４を繰り返す。

分離部３８は、電気信号Ｓ０を取得した回数が取得回数になったと判定すると（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、電気信号Ｓ０から外光信号Ｓ２を低減して、計測信号Ｓ１を分離する（Ｓ１０８）。

分離部３８が、ステップＳ１０８において実行する電気信号Ｓ０から計測信号Ｓ１を分離する処理について、図７から図１１を参照して説明する。

図７は、計測光８２が周期的に照射された照射時刻に分離部３８が取得した複数の電気信号Ｓ０のグラフである。図８は、計測光８２が照射されていない非照射時刻において図７の電気信号Ｓ０から推測した推測信号Ｓ０ｄを補完したグラフである。図９は、図８のグラフから推測信号Ｓ０ｄを抽出したグラフである。図１０は、分離部３８が取得した計測光８２が照射されていない外光８４のみの状態での複数の電気信号Ｓ０のグラフである。図１１は、外光信号Ｓ２を低減して分離した計測信号Ｓ１のグラフである。図７から図１１において、横軸は照射時刻及び非照射時刻を含む時刻を示す。縦軸は計測信号Ｓ１、外光信号Ｓ２、及び、電気信号Ｓ０の強度である信号強度を示す。計測光８２を照射する照射時刻の一例は、受光部材３０が動画の画像データを電気信号Ｓ０として生成する場合、当該動画データのフレームレートの奇数番号のフレームを生成する時刻である。計測光８２を照射しない非照射時刻の一例は、受光部材３０が動画の画像データを電気信号Ｓ０として生成する場合、当該動画データのフレームレートの偶数番号のフレームを生成する時刻である。

分離部３８は、計測光８２が照射されている照射時刻の計測信号Ｓ１及び外光信号Ｓ２を含む図７に示す電気信号Ｓ０を取得する。分離部３８は、計測光８２が照射されていない非照射時刻の図８に示す推測信号Ｓ０ｄを、図７の電気信号Ｓ０から推測する。例えば、分離部３８は、図７に示す時間的に隣接するまたはフレームレートの奇数番号で隣接する２つの電気信号Ｓ０の平均を、当該２つの電気信号Ｓ０の照射時刻の中間の非照射時刻の推測信号Ｓ０ｄとして算出する。

ここで、ｉを整数とした場合、フレーム番号（２ｉ＋１）は、奇数番号となり、計測光８２が照射されている照射時刻に対応する。一方、フレーム番号（２ｉ）は、偶数番号となり、計測光８２が照射されていない非照射時刻に対応する。フレーム番号（２ｉ＋１）の電気信号Ｓ０を電気信号Ｓ０（２ｉ＋１）と表記して、フレーム番号（２ｉ）の推測信号Ｓ０ｄを推測信号Ｓ０ｄ（２ｉ）と表記すると、電気信号Ｓ０及び推測信号Ｓ０ｄの関係は次の式（１）で表すことができる。
Ｓ０ｄ（２ｉ＋２）＝（Ｓ０（２ｉ＋１）＋Ｓ０（２ｉ＋３））／２・・・（１）
分離部３８が式（１）に基づいて推測した推測信号Ｓ０ｄを図９に示す。

分離部３８は、図１０に示すように、計測光８２が照射されていない非照射時刻（即ち、フレームレートの偶数番号でもある）での電気信号Ｓ０を受光部材３０から取得する。当該非照射時刻における電気信号Ｓ０は、外光８４のみが照射されている状態で取得しているので、外光信号Ｓ２のみからなると見なすことができる。分離部３８は、図９に示す推測信号Ｓ０ｄ及び図１０に示す外光信号Ｓ２のみからなる電気信号Ｓ０によって、計測信号Ｓ１を分離する。例えば、分離部３８は、図９に示す推測信号Ｓ０ｄから同じ時刻の図１０に示す電気信号Ｓ０（＝外光信号Ｓ２）を引いた差分Δを算出する。ここで、ｉを整数とした場合、図９に示すフレーム番号（２ｉ＋２）の推測信号Ｓ０ｄを推測信号Ｓ０ｄ（２ｉ＋２）と表記して、図１０に示すフレーム番号（２ｉ＋２）の電気信号Ｓ０を電気信号Ｓ０（２ｉ＋２）と表記する。この場合、上述の差分Δは次の式（２）で表記できる。
Δ＝Ｓ０ｄ（２ｉ＋２）−Ｓ０（２ｉ＋２）
＝（Ｓ０（２ｉ＋１）＋Ｓ０（２ｉ＋３））／２−Ｓ０（２ｉ＋２）・・・（２）

当該差分Δはほぼ計測信号Ｓ１と見なせるので、分離部３８は当該差分Δを外光信号Ｓ２が低減された計測信号Ｓ１として算出して分離する。これにより、分離部３８は、計測信号Ｓ１及び外光信号Ｓ２を含む電気信号Ｓ０から計測信号Ｓ１を分離する。従って、分離部３８は、計測光８２の強度が時間変調された状態で取得した図７及び図１０の電気信号Ｓ０から計測信号Ｓ１を分離する。

図６に戻って、解析部４０は、取得した計測信号Ｓ１を解析する（Ｓ１１０）。例えば、解析部４０は、被計測者８０の頬または鼻の領域で反射された計測光８２による計測信号Ｓ１に現れる脈波信号等を解析して、被計測者８０の疲労状態またはストレス状態を評価する。

解析部４０による計測信号Ｓ１の解析及び被計測者８０の状態の評価について具体的に説明する。一般に人の自律神経の乱れは、脈拍間隔のゆらぎを生じさせる。例えば、ストレス状態においては、人の自律神経である交感神経は活性化するが、副交感神経は不活性化する。一方、リラックス状態においては、副交感神経が活性化して、交感神経が不活性化する。このようなバランス関係があるので、ストレス状態が持続すると、自律神経のバランスが乱れて、リラックス状態においても副交感神経が活性化されない。この結果、自律神経の乱れは脈拍間隔のゆらぎの変化として現れる。また、脈拍間隔のゆらぎに着目してスペクトル解析を実行すると、低周波のピークと高周波のピークにある傾向が現れることが知られている。ここで、低周波のゆらぎ成分（以下、ＬＦ成分）は主に交感神経の働きを表し、高周波のゆらぎ成分（以下、ＨＦ成分）は主に副交感神経の働きを表すとされている。更に、ストレス状態及び疲労状態では、ＨＦ成分が低下して、ＬＦ／ＨＦが増大することが知られている。人の血中のヘモグロビン量は脈拍によって変化するので、肌領域からの反射光量は、脈拍及びヘモグロビン量の変化に応じて微小に変化する。

これにより、カラー画像を撮像可能なカメラ等の受光部材３０が、被計測者８０の頬または鼻等が反射した光の強度（または輝度）を変換した電気信号Ｓ０は、脈拍に同期して変化する。従って、解析部４０は、計測信号Ｓ１を解析することにより、脈拍を示す脈波信号を解析できる。具体的には、解析部４０は、計測信号Ｓ１の１分間のピーク数をカウントすることにより、被計測者８０の脈拍数を算出できる。また、解析部４０は、計測信号Ｓ１の各ピーク間隔の差分を演算することにより、被計測者８０の脈拍のゆらぎを演算できる。解析部４０は、脈波信号から脈拍間隔のゆらぎをスペクトル解析することにより、疲労及びストレス等の被計測者８０の状態をＬＦ／ＨＦ等に数値化できる。例えば、解析部４０は、分離部３８から取得した脈波信号である計測信号Ｓ１に基づいて、ＬＦの周波数の信号及びＨＦの周波数の信号をそれぞれフィルタリングにより抽出する。解析部４０は、ＬＦバンドのスペクトルを積分（例えば、０．０４Ｈｚ〜０．１５Ｈｚを積分）してＬＦ信号を算出する。解析部４０は、ＨＦバンドのスペクトルを積分（例えば、０．１５Ｈｚ〜０．４Ｈｚを積分）してＨＦ信号を算出する。解析部４０は、ＬＦ／ＨＦまたはＬＦ／（ＬＦ＋ＨＦ）等の疲労度と相関の高い比率を算出することにより、疲労及びストレス等の被計測者８０の状態を評価する。例えば、解析部４０は、ＬＦ／ＨＦが２．５以下であれば健常状態と評価して、３．０以上であれば疲労状態と評価する。

解析部４０は、計測信号Ｓ１の解析による評価結果を、通知部４２を介して、被計測者８０に通知させる（Ｓ１１２）。解析部４０は、例えば、画像または音声によって被計測者８０に評価結果を通知する。

上述したように、光計測装置１０は、外光８４による外光信号Ｓ２を低減して計測信号Ｓ１を分離するので、外光８４の影響を低減して、被計測者８０の状態をより精度よく解析して評価できる。

＜第２実施形態＞
図１２は、第２実施形態の光計測装置１１０の全体構成図である。図１２に示すように、第２実施形態の光計測装置１１０の制御部１４は、計測部１２とは別に設けられている。

＜第３実施形態＞
図１３は、第３実施形態の光計測装置２１０の全体構成図である。図１４は、第３実施形態の光計測装置２１０を拡大した構成図である。図１３及び図１４に示すように、光計測装置２１０の計測部２１２は、照射部２２０と、受光部２２２とを備える。

照射部２２０は、偏光特性を付与して変調させた計測光８２を被計測者８０に照射する。照射部２２０は、光源部２４と、照射光学部材２６と、偏光変調部２２５とを有する。第３実施形態の照射部２２０は、変調部２３を有さない。

偏光変調部２２５は、例えば、照射光学部材２６の照射側に配置されている。偏光変調部２２５の一例は、偏光フィルタである。偏光変調部２２５は、光源部２４から照射された後、照射光学部材２６を透過した計測光８２に偏光特性を付与することにより偏光に変調させて、当該偏光を被計測者８０へ照射する。例えば、偏光変調部２２５は、計測光８２を直線偏光（例えば、Ｓ偏光）に変調させる。偏光となった計測光８２は、被計測者８０の顔の表皮から体内を透過して毛細血管に到達して、ヘモグロビンの光吸収の影響を受けつつ反射されて、体内を透過散乱して表皮から体外へ出射する。尚、被計測者８０の人体内での産卵によって、計測光８２の偏光特性はやや乱れるが、初期の偏光成分は残存する。

受光部２２２は、検光部２２９と、受光レンズ２８と、受光部材３０とを有する。

検光部２２９は、例えば、受光レンズ２８よりも被計測者８０側に配置されている。検光部２２９は、例えば、偏光フィルタである。検光部２２９が透過する偏光の振動方向は、偏光変調部２２５が透過する偏光の振動方向に対応付けられている。例えば、検光部２２９が透過する偏光の振動方向は、偏光変調部２２５が透過する偏光の振動方向とほぼ同じである。従って、検光部２２９は、偏光変調部２２５が付与した偏光特性を有する光（例えば、直線偏光）に変調させた計測光８２を選択的に透過する。一方、検光部２２９は、光計測装置１１０の近傍の窓ＷＤ等から入射する光（例えば、太陽光）、及び、照明装置ＬＤからの光等の偏光特性を有さない無偏光である外光８４の多くを遮断して低減する。ここで、検光部２２９が透過する偏光の振動方向の回転角の幅は、±０．５°程度が好ましい。これにより、検光部２２９は、偏光変調部２２５の偏光方向と異なる外光８４のうち、多く（例えば、９９．７％＝３５９×１００／３６０）をカットする。この結果、検光部２２９は、受光レンズ２８を介して、外光８４をほとんど含まず、ほとんど計測光８２からなる光を受光部材３０へ供給する。

図１５は、第３実施形態の制御部２１４の機能を示す機能ブロック図である。図１５に示すように、第３実施形態の制御部２１４の演算部２３２は、指示部３６と、解析部４０とを有する。即ち、演算部２３２は、分離部３８を有さない。指示部３６は、光源部２４に計測光８２を照射させる照射指示を出力する。解析部４０は、受光部材３０がほとんど計測光８２からなる光を受光するので、分離部３８がなくても、外光８４による外光信号Ｓ２をほとんど含まず、ほとんど計測信号Ｓ１からなる電気信号Ｓ０を受光部材３０から取得する。従って、解析部４０は、受光部材３０から取得した電気信号Ｓ０を計測信号Ｓ１として解析して、被計測者８０を評価する。

上述したように、第３実施形態の光計測装置２１０は、偏光を計測光８２として被計測者８０に照射して、外光８４から分離された当該計測光８２を選択的に受光して生成された計測信号Ｓ１と見なせる電気信号Ｓ０を解析して、被計測者８０の状態を評価している。これにより、光計測装置２１０は、外光８４の影響を低減して、被計測者８０の状態をより精度よく解析して評価できる。

＜第４実施形態＞
図１６は、第４実施形態の光計測装置３１０の全体構成図である。図１６に示すように、第４実施形態の光計測装置３１０の制御部２１４は、計測部２１２とは別に設けられている。

＜第５実施形態＞
図１７は、第５実施形態の光計測装置４１０の全体構成図である。図１７に示すように、光計測装置４１０は、照射部４２０と、受光部２２２とを備える。照射部４２０は、変調部２３と、光源部２４と、照射光学部材２６と、偏光変調部２２５とを有する。

照射部４２０では、変調部２３からの指示に応じて、光源部２４が変調させた計測光８２を照射する。照射光学部材２６は、計測光８２をほぼ平行光として偏光変調部２２５へ照射する。偏光変調部２２５は、計測光８２を偏光に変調して、被計測者８０へと照射する。

受光部２２２では、検光部２２９が偏光である計測光８２を透過して、計測光８２以外の光をほぼ遮断する。受光部材３０は、ほぼ計測光８２となった光を受光して、電気信号Ｓ０を分離部３８へ送信する。

分離部３８は、ほとんどが計測信号Ｓ１と見なせる電気信号Ｓ０から外光信号Ｓ２を更に低減して分離した計測信号Ｓ１を解析部４０へ出力する。解析部４０は、分離部３８から取得した計測信号Ｓ１を解析する。

上述したように、第５実施形態の光計測装置４１０は、外光８４から分離された当該計測光８２を選択的に受光して生成された計測信号Ｓ１と見なせる電気信号Ｓ０から更に外光信号Ｓ２を分離した電気信号Ｓ０を解析して、被計測者８０の状態を評価している。これにより、光計測装置４１０は、外光８４の影響を更に低減して、被計測者８０の状態をより精度よく解析して評価できる。

＜第６実施形態＞
図１８は、第６実施形態の光計測装置５１０の全体構成図である。図１８に示すように、光計測装置５１０の制御部１４は、計測部４１２とは別に設けられている。

＜第７実施形態＞
図１９は、第７実施形態の光計測装置６１０を拡大した構成図である。図１９に示すように、光計測装置６１０の計測部６１２の照射部６２０は、光源部２４と、照射光学部材２６と、偏光変調部２２５と、光強度領域変調部の一例であるチェッカーパターン部６２７とを有する。チェッカーパターン部６２７は、偏光変調部２２５の被計測者８０側（即ち、照射側）に配置されている。

図２０は、照射部６２０を拡大した構成図である。図２１は、チェッカーパターン部６２７の正面図である。

チェッカーパターン部６２７は、計測光８２の強度（または輝度）を領域で変調させる。図２０及び図２１に示すように、チェッカーパターン部６２７は、透過部６２７ａと、遮光部６２７ｂとを有する。透過部６２７ａと遮光部６２７ｂは、２つの方向（例えば、上下方向と左右方向）において交互に配列されている。

透過部６２７ａは、光源部２４から照射された計測光８２を透過する。例えば、透過部６２７ａは、光を透過可能な透明な材料によって構成されている。

遮光部６２７ｂは、光源部２４から照射された計測光８２を遮断する。遮光部６２７ｂは、光を遮断可能な黒色等に着色された材料によって構成されている。遮光部６２７ｂは、計測光８２が偏光の場合、当該偏光を遮断する偏光フィルタであってもよい。

図２２は、照射部６２０の計測光８２が照射された被計測者８０の図である。図２２に示すように、チェッカーパターン部６２７は、光源部２４からの計測光８２を受けて、計測光８２の強度の強い照射領域９０ａ及び計測光８２の強度の弱い遮光領域９０ｂ（点線円内参照）を含むチェッカーパターン９０を被計測者８０上に照射する。分離部３８は、照射領域９０ａの光の強度と、遮光領域９０ｂの光の強度とに基づいて、外光８４による外光信号Ｓ２から計測光８２による計測信号Ｓ１を分離する。

図２３は、チェッカーパターン９０の照射領域９０ａの電気信号Ｓ０ａのグラフである。電気信号Ｓ０ａは、例えば、照射領域９０ａの電気信号の積分値である。図２４は、チェッカーパターン９０の遮光領域９０ｂの電気信号Ｓ０ｂのグラフである。電気信号Ｓ０ｂは、例えば、遮光領域９０ｂの電気信号の積分値である。図２５は、分離部３８による分離後の計測信号Ｓ１のグラフである。

分離部３８は、例えば、チェッカーパターン９０の電気信号Ｓ０ａ、Ｓ０ｂの強度の領域変化に基づいて、チェッカーパターン９０の画像から、照射領域９０ａの電気信号Ｓ０ａと遮光領域９０ｂの電気信号Ｓ０ｂとを分離する。

これにより、分離部３８は、チェッカーパターン９０の画像から図２３に示す照射領域９０ａの電気信号Ｓ０ａを抽出する。図２３に示す電気信号Ｓ０ａは、計測光８２による計測信号Ｓ１及び外光８４による外光信号Ｓ２を含む。分離部３８は、チェッカーパターン９０の画像から図２４に示す遮光領域９０ｂの電気信号Ｓ０ｂを抽出する。図２４に示す電気信号Ｓ０ｂは、計測光８２が照射されていない遮光領域９０ｂの電気信号Ｓ０ｂなので、外光８４による外光信号Ｓ２と見なすことができる。

分離部３８は、図２３に示す照射領域９０ａの電気信号Ｓ０ａから図２４に示す遮光領域９０ｂの電気信号Ｓ０ｂを引くことにより、図２５に示す電気信号Ｓ０ｃを算出する。図２５に示す電気信号Ｓ０ｃは、計測信号Ｓ１及び外光信号Ｓ２を含む電気信号Ｓ０ａから、外光信号Ｓ２と見なすことができる電気信号Ｓ０ｂを引いているので、計測信号Ｓ１と見なすことができる。これにより、分離部３８は、電気信号Ｓ０ｃを計測信号Ｓ１として電気信号Ｓ０ａから分離する。換言すれば、分離部３８は、チェッカーパターン９０の計測光８２の強度の領域変化に応じて変化する電気信号Ｓ０ａ、Ｓ０ｂの強度の領域変化に基づいて、計測信号Ｓ１を電気信号Ｓ０ａから分離する。分離部３８は、図２５に示す電気信号Ｓ０ｃを計測信号Ｓ１として解析部４０へ出力する。解析部４０は、当該計測信号Ｓ１を解析することにより、被計測者８０の状態を解析する。

上述の各実施形態の構成の機能、形状、個数及び配置等は適宜変更してよい。各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

上述の実施形態では、自動車ＣＡに設置された光計測装置１０等を例に説明したが、光計測装置１０等は、自動車以外に設置してもよい。

上述の実施形態では、計測光８２を解析して人である被計測者８０の状態を評価する例で説明したが、光計測装置１０等は、計測光８２を解析して人以外の生体または生体以外の被計測体の状態を評価してもよい。

上述の実施形態では、計測光８２を変調させる構成として、時間変調、領域変調、偏光変調等を例に挙げたが、これらに限定されない。例えば、計測光８２の位相特性を時間で変調させる位相時間変調部を光計測装置１０等に設けてもよい。

１０…光計測装置、１２…計測部、１４…制御部、２０…照射部、２２…受光部、２３…変調部、２４…光源部、２６…照射光学部材、３０…受光部材、３６…指示部、３８…分離部、４０…解析部、４２…通知部、８０…被計測者、８２…計測光、８４…外光、９０…チェッカーパターン、１１０…光計測装置、２１０…光計測装置、２１２…計測部、２１４…制御部、２２０…照射部、２２２…受光部、２２５…偏光変調部、２２９…検光部、３１０…光計測装置、４１０…光計測装置、４１２…計測部、４２０…照射部、５１０…光計測装置、６１０…光計測装置、６１２…計測部、６２０…照射部、６２７…チェッカーパターン部、６２７ａ…透過部、６２７ｂ…遮光部。

特開２０１２−１４３３１６号公報特開２０１４−５２９４３９号公報

Claims

変調させた光である計測光を所定の強度で照射する照射時間と、前記計測光を照射しない非照射時間とを、繰り返すことで前記計測光を強度変調させて被計測体に照射する照射部と、
外部の光である外光及び前記被計測体が反射した前記計測光の少なくとも一方を受光して、前記計測光及び前記外光を電気信号に変換する受光部と、
前記電気信号から前記外光の信号成分を低減することにより、変調させた前記計測光の信号成分である計測信号を分離する分離部と、
前記計測信号を解析して前記被計測体の状態を評価する解析部と、
を備え、
前記分離部は、前記照射時間において取得された前記計測光の信号成分に基づいて前記非照射時間における該信号成分を推定した推定信号と、前記非照射時間に取得した外光の信号成分と、に基づいて前記計測信号を分離し、
前記解析部は、前記計測信号の第１の周波数帯域の成分と、前記計測信号の第２の周波数帯域の成分とに基づいて前記被計測体の状態を評価する、
光計測装置。
前記解析部は、
前記計測信号の前記第１の周波数帯域の成分の信号強度と、前記計測信号の前記第２の周波数帯域の成分の信号強度との比率に基づいて、前記被計測体の状態を評価する、
請求項１に記載の光計測装置。
前記照射部は、前記計測光の強度を領域で変調させる光強度領域変調部を備え、
前記光強度領域変調部は、前記計測光の強度が強い照射領域と、前記計測光の強度が弱い照射領域とが交互に配置されるように、被計測体に照射する、
請求項１または２に記載の光計測装置。
前記照射部は、前記計測光の強度を領域で変調させる光強度領域変調部を備え、
前記光強度領域変調部は、前記計測光を透過して前記被計測体に照射する透過部と、前記計測光を遮光する遮光部とを有し、
前記透過部と前記遮光部とは互いに隣接していることを特徴とする、
請求項１または２に記載の光計測装置。
前記照射部は、
前記計測光の強度を時間で変調させる光強度時間変調部、
前記計測光に偏光特性を付与して変調させる偏光変調部、及び、
前記計測光の位相特性を時間で変調させる位相時間変調部の少なくともいずれか１つを有する請求項１から４のいずれか１項に記載の光計測装置。
前記照射部は、
前記計測光を照射する光源部と、
前記光源部が照射した前記計測光を平行光に近づける照射光学部材と、
を有する請求項１から５のいずれか１項に記載の光計測装置。
前記照射部は、前記計測光の強度を時間で変調させる光強度時間変調部を有し、
前記分離部は、前記計測光の強度の時間変調された状態で取得した前記電気信号から前記計測信号を分離する
請求項１から６のいずれか１項に記載の光計測装置。
前記照射部は、前記計測光の強度を領域で変調させる光強度領域変調部を有し、
前記分離部は、前記計測光の強度の領域変化に応じて、前記電気信号から前記計測信号を分離する請求項１から７のいずれか１項に記載の光計測装置。
前記照射部は、前記計測光に偏光特性を付与して変調させる偏光変調部を有し、
前記受光部は、前記偏光特性を有する光を選択的に透過する検光部を有する
請求項１から８のいずれか１項に記載の光計測装置。
前記解析部は、前記被計測体である生体の状態を解析する
請求項１から９のいずれか１項に記載の光計測装置。
前記解析部は、前記被計測体である生体の疲労状態を解析する
請求項１０に記載の光計測装置。
変調させた光である計測光を所定の強度で照射する照射時間と、前記計測光を照射しない非照射時間とを、繰り返すことで前記計測光を強度変調させて被計測体に照射する照射部と、
外部の光である外光及び前記被計測体が反射した前記計測光の少なくとも一方を受光して、前記計測光及び前記外光を電気信号に変換する受光部と、を備える光計測装置で実行される光計測方法において、
前記電気信号から前記外光の信号成分を低減することにより、変調させた前記計測光の信号成分である計測信号を分離する分離段階と、
前記計測信号を解析して前記被計測体の状態を評価する解析段階と、
を備え、
前記分離段階は、前記照射時間において取得された前記計測光の信号成分に基づいて前記非照射時間における該信号成分を推定した推定信号と、前記非照射時間に取得した外光の信号成分と、に基づいて前記計測信号を分離し、
前記解析段階は、前記計測信号の第１の周波数帯域の成分と、前記計測信号の第２の周波数帯域の成分とに基づいて前記被計測体の状態を評価する、
光計測方法。
変調させた光である計測光を所定の強度で照射する照射時間と、前記計測光を照射しない非照射時間とを、繰り返すことで前記計測光を強度変調させて被計測体に照射する照射部と、
外部の光である外光及び前記被計測体が反射した前記計測光の少なくとも一方を受光して、前記計測光及び前記外光を電気信号に変換する受光部と、を備える光計測装置のコンピュータに、
前記電気信号から前記外光の信号成分を低減することにより、変調させた前記計測光の信号成分である計測信号を分離する分離機能と、
前記計測信号を解析して前記被計測体の状態を評価する解析機能と、
を実現させ、
前記分離機能は、前記照射時間において取得された前記計測光の信号成分に基づいて前記非照射時間における該信号成分を推定した推定信号と、前記非照射時間に取得した外光の信号成分と、に基づいて前記計測信号を分離し、
前記解析機能は、前記計測信号の第１の周波数帯域の成分と、前記計測信号の第２の周波数帯域の成分とに基づいて前記被計測体の状態を評価する、
プログラム。