WO2021256165A1

WO2021256165A1 - 計測装置

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Publication number: WO2021256165A1
Application number: PCT/JP2021/019291
Authority: WO
Inventors: 貴真安藤; 俊輔今井; 仁志富永
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2020-06-15
Filing date: 2021-05-21
Publication date: 2021-12-23
Also published as: JPWO2021256165A1; US20230083178A1; CN115697208A

Abstract

計測装置は、第１出射光を出射する第１光源と、第２出射光を出射する第２光源と、拡散板と、前記第１出射光および前記第２出射光からなる群から選択される少なくとも一方の伝搬方向を変化させることにより、前記拡散板の一領域に、前記第１出射光および前記第２出射光を集約して入射させるミラーと、前記拡散板によって拡散された前記第１出射光に起因して対象物から生じた第１反射光と、前記拡散板によって拡散された前記第２出射光に起因して前記対象物から生じた第２反射光とを検出する光検出器と、前記光検出器による前記第１反射光および前記第２反射光の検出結果に基づいて、前記対象物に関する情報を生成して出力する処理回路と、を備える。前記拡散板の前記一領域に形成される前記第１出射光の光スポットと前記拡散板の前記一領域に形成される前記第２出射光の光スポットとの距離は、前記第１光源と前記第２光源との距離よりも短い。

Description

計測装置

　本開示は、計測装置に関する。

　生体などの対象物を光で照射し、対象物の内部を透過した光を検出することにより、対象物の内部情報を取得する技術が存在する。例えば、特許文献１は、対象物からの光の表面反射成分によるノイズを取り除き、対象物の内部情報を取得する装置を開示している。特許文献２は、カメラを用いて取得した画像から脈波を検出する装置を開示している。これらの技術は、カメラなどの計測装置を用いることで非接触での生体計測を実現している。

特開２０１７－２０２３２８号公報国際公開第２０１６／００６０２７号明細書特開平４－１８９３４９号公報特開平１１－１６４８２６号公報

　対象物の内部情報を非接触で取得する計測装置においては、計測中に対象物または計測装置が動くと、取得される信号に誤差が生じる。

　本開示は、計測中に対象物または計測装置に動きが生じた場合に生じる信号の誤差を低減させることを可能にする計測技術を提供する。

　本開示の一態様に係る計測装置は、第１出射光を出射する第１光源と、第２出射光を出射する第２光源と、拡散板と、前記第１出射光および前記第２出射光からなる群から選択される少なくとも一方の伝搬方向を変化させることにより、前記拡散板の一領域に、前記第１出射光および前記第２出射光を集約して入射させるミラーと、前記拡散板によって拡散された前記第１出射光に起因して対象物から生じた第１反射光と、前記拡散板によって拡散された前記第２出射光に起因して前記対象物から生じた第２反射光とを検出する光検出器と、前記光検出器による前記第１反射光および前記第２反射光の検出結果に基づいて、前記対象物に関する情報を生成して出力する処理回路と、を備える。前記拡散板の前記一領域に形成される前記第１出射光の光スポットと前記拡散板の前記一領域に形成される前記第２出射光の光スポットとの距離は、前記第１光源と前記第２光源との距離よりも短い。

　本開示の他の態様に係る計測装置は、第１出射光を出射する第１光源、前記第１光源に隣接し、第２出射光を出射する第２光源、および前記第１光源と前記第２光源とを支持する第１サブマウントを含む第１発光装置と、前記第１出射光および前記第２出射光の光路上に配置された拡散板と、前記拡散板によって拡散された前記第１出射光に起因して対象物から生じた第１反射光と、前記拡散板によって拡散された前記第２出射光に起因して前記対象物から生じた第２反射光とを検出する光検出器と、前記光検出器による前記第１反射光および前記第２反射光の検出結果に基づいて、前記対象物に関する情報を生成して出力する処理回路と、を備える。

　本開示のさらに他の態様に係る計測装置は、光源と、前記光源から出射された出射光の光路上に配置された拡散板と、前記拡散板によって拡散された前記出射光に起因して対象物から生じた反射光を検出する光検出器と、前記光検出器による前記反射光の検出結果に基づいて、前記対象物に関する情報を生成して出力する処理回路と、を備える。前記処理回路は、前記光検出器による前記検出結果に基づいて、前記光検出器から前記対象物の少なくとも１つの計測点までの距離を推定し、前記処理回路により推定された前記距離に基づいて、前記少なくとも１つの計測点の位置を推定し、前記処理回路により推定された前記位置に基づいて、前記少なくとも１つの計測点への前記出射光の入射角を推定し、前記処理回路により推定された前記入射角と、予め生成された、前記対象物への前記出射光の入射角と前記対象物での前記出射光の反射率との関係を規定するキャリブレーションデータとに基づいて、前記検出結果を示す信号を補正し、前記処理回路により補正された前記信号に基づいて、前記対象物に関する情報を生成する。

　本開示のさらに他の態様に係る方法は、対象物、または前記生体に類似する光学特性を有するキャリブレーション用の平板に向けて光源から光を出射して前記対象物または前記平板における少なくとも１つの計測点の反射率を計測する動作と、前記少なくとも１つの計測点への前記光の入射角を推定する動作とを、前記対象物または前記平板と前記光源との距離を変化させて複数回実行することと、前記少なくとも１つの計測点への前記光の入射角と、前記反射率との関係を規定するキャリブレーションデータを生成することと、を含む。

　本開示の包括的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能な記録ディスク等の記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意の組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ‐Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性の記録媒体を含み得る。装置は、１つ以上の装置で構成されてもよい。装置が２つ以上の装置で構成される場合、当該２つ以上の装置は、１つの機器内に配置されてもよく、分離した２つ以上の機器内に分かれて配置されてもよい。本明細書および特許請求の範囲では、「装置」とは、１つの装置を意味し得るだけでなく、複数の装置からなるシステムも意味し得る。

　本開示の技術によれば、計測中に対象物または計測装置に動きが生じた場合に生じる信号の誤差を低減させることができる。

図１は、本開示の例示的な実施形態における計測装置を模式的に示す図である。図２は、光検出器の構成の一例を示す図である。図３Ａは、光パルスＩｐがインパルス波形を有する場合における、反射光パルスに含まれる表面反射成分Ｉ１および内部散乱成分Ｉ２の時間変化の例を模式的に示す図である。図３Ｂは、光パルスＩｐが矩形形状の波形を有する場合における、反射光パルスに含まれる表面反射成分Ｉ１および内部散乱成分Ｉ２の時間変化の例を模式的に示す図である。図４は、制御回路による第１光源、第２光源、および光検出器を制御する動作の概略を示すフローチャートである。図５Ａは、拡散板、複数の光源、および光学系の構成例を示す図である。図５Ｂは、図５Ａにおいて破線で示す領域における照度分布の例を示す図である。図５Ｃは、拡散板の一領域に形成される隣り合う２つの光スポットの例を模式的に示す図である。図５Ｄは、人間の額を被計測部とした場合における、額の傾斜角度と、拡散板上での波長の異なる２つの光スポット間の距離の許容量との関係を示すグラフである。図６は、光源、光学系、および拡散板の他の構成例を示す図である。図７は、１つのパッケージ内に複数の発光素子が集約されて配置された発光装置の例を示す図である。図８は、発光装置のさらに他の構成例を示す図である。図９は、拡散板によって拡散された光が被計測部に入射する様子を模式的に示す図である。図１０は、図９の構成における被計測部の拡散反射率の入射角依存性を示すグラフである。図１１は、キャリブレーションデータを生成する方法の例を示すフローチャートである。図１２は、計測時に実行されるキャリブレーションデータを用いた信号補正方法の例を示すフローチャートである。図１３は、拡散板、複数の光源、および光学系の他の構成例を示す図である。

　以下で説明される実施形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、およびステップの順序は、一例であり、本開示の技術を限定する趣旨ではない。以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。さらに、各図において、実質的に同一または類似の構成要素には同一の符号が付されている。重複する説明は省略または簡略化されることがある。

　本開示において、回路、ユニット、装置、部材または部の全部または一部、またはブロック図における機能ブロックの全部または一部は、例えば、半導体装置、半導体集積回路（ＩＣ）、またはＬＳＩ（ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む１つまたは複数の電子回路によって実行され得る。ＬＳＩまたはＩＣは、１つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、１つのチップに集積されてもよい。ここでは、ＬＳＩまたはＩＣと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（ｖｅｒｙ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、もしくはＵＬＳＩ（ｕｌｔｒａ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれるものであってもよい。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）、またはＬＳＩ内部の接合関係の再構成またはＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができるｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ　ｌｏｇｉｃ　ｄｅｖｉｃｅも同じ目的で使うことができる。

　さらに、回路、ユニット、装置、部材または部の全部または一部の機能または操作は、ソフトウェア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウェアは１つまたは複数のＲＯＭ、光学ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウェアが処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって実行されたときに、そのソフトウェアで特定された機能が処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）および周辺装置によって実行される。システムまたは装置は、ソフトウェアが記録されている１つまたは複数の非一時的記録媒体、処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、および必要とされるハードウェアデバイス、例えばインターフェースを備えていてもよい。

　まず、本開示の実施形態の概要を説明する。

　本開示の一態様に係る計測装置は、第１光源と、第２光源と、拡散板と、ミラーと、光検出器と、処理回路とを備える。第１光源は、第１出射光を出射する。第２光源は、第２出射光を出射する。前記ミラーは、前記第１出射光および前記第２出射光からなる群から選択される少なくとも一方の伝搬方向を変化させることにより、前記拡散板の一領域に、前記第１出射光および前記第２出射光を集約して入射させる。前記光検出器は、前記拡散板によって拡散された前記第１出射光に起因して対象物から生じた第１反射光と、前記拡散板によって拡散された前記第２出射光に起因して前記対象物から生じた第２反射光とを検出する。前記処理回路は、前記光検出器による前記第１反射光および前記第２反射光の検出結果に基づいて、前記対象物に関する情報を生成して出力する。前記拡散板の前記一領域に形成される前記第１出射光の光スポットと前記拡散板の前記一領域に形成される前記第２出射光の光スポットとの距離は、前記第１光源と前記第２光源との距離よりも短い。本開示の一態様に係る計測装置は、複数のミラーを備えていてもよい。

　光検出器は、第１反射光と第２反射光とを個別に検出してもよいし、第１反射光と第２反射光とが重なって生じた光、または第１出射光と第２出射光とが重なって生じた光に起因して生じた反射光を検出してもよい。「前記第１反射光および前記第２反射光の検出結果」は、第１反射光および第２反射光のそれぞれを光検出器が検出することによって生成した信号が示す結果、または、第１出射光と第２出射光とが重なって生じた光に起因して生じた反射光、もしくは第１反射光と第２反射光とが重なって生じた光を光検出器が検出することによって生成した信号が示す検出結果を含み得る。

　「前記第１出射光の光スポットと前記第２出射光の光スポットとの距離」は、第１出射光の光スポットの中心または重心と、第２出射光の光スポットの中心または重心との距離を意味する。「前記第１光源と前記第２光源との距離」は、第１光源の中心と第２光源の中心との距離を意味する。このように、本明細書において、隣接する２つの光スポットまたは２つの光源の間の距離は、中心または重心間の距離を意味する。

　上記の構成によれば、１つ以上のミラーを配置することにより、第１光源から出射された第１出射光と、第２光源から出射された第２出射光とが、拡散板における比較的狭い一領域に集約して入射する。このため、第１出射光に起因する拡散光と、第２出射光に起因する拡散光とが、ほぼ同一の入射角で対象物の被計測部に入射する。したがって、対象物または計測装置の動きに起因して被計測部と計測装置との相対位置が変化した場合でも、被計測部上の照度または反射率の変化が、光源間の光量差または照度ムラに依存しないようにすることができる。その結果、光検出器によって取得される信号の補正すなわちキャリブレーションが容易になるという効果を奏する。

　本開示の他の態様に係る計測装置は、第１発光装置と、拡散板と、光検出器と、処理回路とを備える。前記第１発光装置は、第１出射光を出射する第１光源と、前記第１光源に隣接し、第２出射光を出射する第２光源と、前記第１光源および前記第２光源を支持する第１サブマウントとを含む。前記拡散板は、前記第１出射光および前記第２出射光の光路上に配置される。前記光検出器は、前記拡散板によって拡散された前記第１出射光に起因して対象物から生じた第１反射光と、前記拡散板によって拡散された前記第２出射光に起因して前記対象物から生じた第２反射光とを検出する。前記処理回路は、前記光検出器による前記第１反射光および前記第２反射光の検出結果に基づいて、前記対象物に関する情報を生成して出力する。

　上記の構成によれば、第１光源と第２光源とが、同一のサブマウント上に配置される。第１光源および第２光源は、１つのパッケージとして集約される。このような構成によっても第１光源から出射された第１出射光と、第２光源から出射された第２出射光とが、拡散板における比較的狭い一領域に集約して入射する。このため、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

　前記拡散板における前記第１出射光の光スポットの中心と前記第２出射光の光スポットの中心との距離は、例えば５ｍｍ以下であり得る。本明細書において、隣り合う２つの光スポットの距離が５ｍｍ以下であれば、それらの位置が実質的に同一であるものと解釈する。これらの光スポットの中心間の距離は、２ｍｍ以下であってもよい。

　ここで、前記拡散板における前記第１出射光の光スポットおよび前記第２出射光の光スポットの、長軸方向における幅をそれぞれｗ１およびｗ２とする。前記第１出射光の光スポットと前記第２光スポットとの距離は、例えばｗ１およびｗ２よりも短くすることができる。前記第１出射光および前記第２出射光が少なくとも部分的に重なって前記拡散板に入射するように、各光源および光学系を配置してもよい。

　前記計測装置は、前記第１光源と前記拡散板との間の光路上に配置された第１コリメータレンズと、前記第２光源と前記拡散板との間の光路上に配置された第２コリメータレンズとをさらに備えていてもよい。各光源と拡散板との間の光路上にコリメータレンズを配置することにより、各出射光を平行光にすることができる。これにより、拡散板の一領域に、平行光を集約して入射させることができる。その結果、対象物または計測装置の動きに伴う被計測部上の照度変動に及ぼす光源間の強度差による影響をさらに低減させることができる。

　前記拡散板に入射する前記第１出射光の入射角は、前記拡散板に入射する前記第２出射光の入射角と同じであってもよい。すなわち、前記第１出射光および前記第２出射光は、同一の入射角で前記拡散板に入射するように、各光源および光学系が配置され得る。そのような構成により、対象物または計測装置の動きに伴う被計測部上の照度変動に及ぼす光源間の強度差による影響をさらに低減させることができる。ここで「同一の入射角」とは、実質的に同一の入射角であることを意味し、必ずしも厳密に同一の入射角であることを意味しない。

　前記拡散板は、例えば表面に複数の凹部または複数の凸部を有していてもよい。そのような拡散板は、入射した光線をランダムに様々な方向に拡散させるため、被計測部上の照度ムラを抑制することができる。

　前記第１出射光の波長は、例えば６５０ｎｍ以上８０５ｎｍ未満であり得る。前記第２出射光の波長は、例えば８０５ｎｍ以上９５０ｎｍ以下であり得る。これらの波長は、後述するように、例えば生体内部の血液中の酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンの濃度を計測する用途に適している。

　前記第１出射光の波長は、前記第２出射光の波長と同じであってもよい。ここで２つの波長が「同じである」とは、実質的に同一であることを意味し、必ずしも厳密に同一であることを意味しない。同一の波長の光を複数の光源から出射することにより、その波長の光を増強することができる。このため、例えば個々の光源の光量が小さい場合でも、光量の不足を補うことができる。

　前記計測装置は、前記第１光源、前記第２光源、および前記光検出器を制御する制御回路をさらに備えていてもよい。前記第１反射光および前記第２反射光はパルス光であってもよい。前記制御回路は、前記第１光源に、前記第１出射光を出射させ、前記第２光源に、前記第２出射光を出射させ、前記光検出器に、前記第１反射光の強度の減少の開始から終了までの期間である第１立ち下がり期間における前記第１反射光の第１成分を検出させ、前記光検出器に、前記第２反射光の強度の減少の開始から終了までの期間である第２立ち下がり期間における前記第２反射光の第２成分を検出させてもよい。前記処理回路は、前記光検出器によって検出された前記第１反射光の前記第１成分の強度および前記第２反射光の前記第２成分の強度に基づいて、前記対象物に関する情報を生成してもよい。このような構成によれば、例えば対象物が生体である場合、生体の比較的深い部分の血流に関する情報を生体情報として取得することができる。

　前記計測装置は、第３出射光を出射する第３光源をさらに備えていてもよい。前記光検出器は、前記拡散板によって拡散された前記第３出射光に起因して前記対象物から生じた第３反射光をさらに検出してもよい。前記処理回路は、前記光検出器による前記第１反射光、前記第２反射光、および前記第３反射光の検出結果に基づいて、前記情報を生成して出力してもよい。

　光検出器は、第１反射光、第２反射光、および第３反射光を個別に検出してもよいし、第１反射光、第２反射光、および第３反射光が重なって生じた光、または第１出射光、第２出射光、および第３出射光が重なって生じた光に起因して生じた反射光を検出してもよい。「前記第１反射光、前記第２反射光、および前記第３反射光」は、第１反射光、第２反射光、および第３反射光のそれぞれを光検出器が検出することによって生成した信号が示す結果、または、第１出射光、第２出射光、および第３出射光が重なって生じた光に起因して生じた反射光、もしくは第１反射光、第２反射光、および第３反射光が重なって生じた光を光検出器が検出することによって生成した信号が示す検出結果を含み得る。第３出射光の波長は、第１出射光および第２出射光のそれぞれの波長と同一でもよいし、異なっていてもよい。

　上記の構成によれば、第３の光源を追加することにより、光量をさらに増加させたり、さらに多くの情報を取得したりすることが可能になる。

　前記第１発光装置は、第３出射光を出射する第３光源と、第４出射光を出射する第４光源と、前記第３光源および前記第４光源を支持する第２サブマウントと、前記第１光源、前記第２光源、前記第３光源、および前記第４光源を収納する筐体とをさらに備えていてもよい。前記光検出器は、前記拡散板によって拡散された前記第３出射光に起因して前記対象物から生じた第３反射光、および前記拡散板によって拡散された前記第４出射光に起因して前記対象物から生じた第４反射光をさらに検出してもよい。前記処理回路は、前記光検出器による前記第１反射光、前記第２反射光、前記第３反射光、および前記第４反射光の検出結果に基づいて、前記情報を生成して出力してもよい。前記第１光源、前記第２光源、前記第３光源、および前記第４光源は、前記筐体内において、１つのパッケージとして収納されていてもよい。

　光検出器は、第１反射光、第２反射光、第３反射光、および第４反射光を個別に検出してもよいし、第１反射光、第２反射光、第３反射光、および第４反射光が重なって生じた光、または第１出射光、第２出射光、第３出射光、および第４出射光が重なって生じた光に起因して生じた反射光を検出してもよい。「前記第１反射光、前記第２反射光、前記第３反射光、および前記第４反射光」は、第１反射光、第２反射光、第３反射光、および第４反射光のそれぞれを光検出器が検出することによって生成した信号が示す結果、または、第１出射光、第２出射光、第３出射光、および第４出射光が重なって生じた光に起因して生じた反射光、もしくは第１反射光、第２反射光、第３反射光、および第４反射光が重なって生じた光を光検出器が検出することによって生成した信号が示す検出結果を含み得る。

　上記の構成によれば、第４の光源を追加することにより、光量をさらに増加させたり、さらに多くの情報を取得したりすることが可能になる。さらに、４つの光源が１つのパッケージに集約されているため、４つの光源からの出射光を拡散板の狭い一領域に集約させて入射させることが容易である。

　前記処理回路は、前記光検出器による前記検出結果に基づいて、前記光検出器から前記対象物の少なくとも１つの計測点までの距離を推定し、前記処理回路により推定された前記光検出器から前記対象物の少なくとも１つの計測点までの前記距離に基づいて、前記少なくとも１つの計測点の位置を推定し、前記処理回路により推定された前記位置に基づいて、前記少なくとも１つの計測点への前記第１出射光の第１入射角および前記少なくとも１つの計測点への前記第２出射光の第２入射角を推定し、前記処理回路により推定された前記第１入射角と、前記処理回路により推定された前記第２入射角と、予め生成された、前記対象物への光の入射角と前記対象物での前記光の反射率との関係を規定するキャリブレーションデータとに基づいて、前記検出結果を示す信号を補正し、前記処理回路により補正された前記信号に基づいて、前記情報を生成してもよい。

　上記の構成によれば、予め生成されたキャリブレーションデータに基づいて、光検出器から出力された信号を適切に補正し、補正後の信号に基づいてより正確な対象物に関する情報を生成することができる。

　前記対象物は生体であり、前記情報は、例えば、前記生体の血流、酸素飽和度、脈拍、および血圧からなる群から選択される少なくとも１つの情報を含んでいてもよい。前記情報は、前記生体の脳血流を示す情報を含んでいてもよい。

　前記計測装置は、第３出射光を出射する第３光源、前記第３光源に隣接し、第４出射光を出射する第４光源、および前記第３光源と前記第４光源とを支持する第２サブマウントを含む第２発光装置と、前記第１発光装置からの出射光および前記第２発光装置からの出射光からなる群から選択される少なくとも一方の伝搬方向を変化させることにより、前記拡散板の一領域に、前記第１出射光、前記第２出射光、前記第３出射光および前記第４出射光を集約して入射させるミラーと、をさらに備えていてもよい。

　本開示のさらに他の態様に係る計測装置は、光源と、前記光源から出射された出射光の光路上に配置された拡散板と、前記拡散板によって拡散された前記出射光に起因して対象物から生じた反射光を検出する光検出器と、前記光検出器による前記反射光の検出結果に基づいて、前記対象物に関する情報を生成して出力する処理回路と、を備える。前記処理回路は、前記光検出器による前記検出結果に基づいて、前記光検出器から前記対象物の少なくとも１つの計測点までの距離を推定し、前記処理回路により推定された前記距離に基づいて、前記少なくとも１つの計測点の位置を推定し、前記処理回路により推定された前記位置に基づいて、前記少なくとも１つの計測点への前記出射光の入射角を推定し、前記処理回路により推定された前記入射角と、予め生成された、前記対象物への前記出射光の入射角と前記対象物での前記出射光の反射率との関係を規定するキャリブレーションデータとに基づいて、前記検出結果を示す信号を補正し、前記処理回路により補正された前記信号に基づいて、前記情報を生成する。

　上記の構成によれば、予め生成されたキャリブレーションデータに基づいて、光検出器から出力された信号を適切に補正し、補正後の信号に基づいてより正確な対象物に関する情報を生成することができる。なお、上記の態様においては、必ずしも複数の光源を用いなくてもよい。複数の光源を用いる場合、上記の信号の補正は、光源ごと、または使用される波長ごとに行われてもよい。

　本開示のさらに他の態様に係る方法は、対象物、または前記対象物に類似する光学特性を有するキャリブレーション用の平板に向けて光源から光を出射して前記対象物または前記平板における少なくとも１つの計測点の反射率を計測する動作と、前記少なくとも１つの計測点への前記光の入射角を推定する動作とを、前記対象物または前記平板と前記光源との距離を変化させて複数回実行することと、前記少なくとも１つの計測点への前記光の入射角と、前記反射率との関係を規定するキャリブレーションデータを生成することと、を含む。

　このような方法により、前述の計測装置による信号の補正時に参照されるキャリブレーションデータを効率的に生成することができる。

　以下、図面を参照しながら、本開示のより具体的な実施形態を説明する。

　（実施形態）
　［１．計測装置の構成］
　図１は、本開示の例示的な実施形態における計測装置１００を模式的に示す図である。本実施形態における計測装置１００は、計測対象物の被計測部（target portion）１０を光で照射し、被計測部１０から反射された光を検出することにより、被計測部１０の内部情報を非接触で取得する。計測対象物は、例えば人などの生体であり得る。被計測部１０は、例えば人の頭部、特に額部などの、皮膚が露出した部分であり得る。内部情報は、例えば人の脳活動の状態を反映した情報であり得る。用途によっては、被計測部１０は、生体以外の物体であってもよい。例えば、液体、気体、食品などの散乱体を対象物にしてもよい。以下の説明では、特に断らない限り、被計測部１０は人の額部であるものとする。

　本実施形態における計測装置１００は、第１光源２０ａと、第２光源２０ｂと、光検出器３０と、電子回路４０と、拡散板７０とを備える。電子回路４０は、信号処理回路５０と、制御回路６０とを含む。以下の説明では、第１光源２０ａおよび第２光源２０ｂを、区別せずに「光源２０」と称することがある。第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂは、被計測部１０を照射するための光パルスを出射する。光検出器３０は、被計測部１０で反射された反射光パルスの一部を検出し、その強度を示す信号を出力する。信号処理回路５０は、光検出器３０から出力された信号を処理することにより、被計測部１０の内部の状態を示す信号を生成して出力する。制御回路６０は、第１光源２０ａ、第２光源２０ｂ、光検出器３０、および信号処理回路５０を制御する。図１には示されていないが、計測装置１００は、光源２０と拡散板７０との間に、１つ以上のミラーまたは１つ以上のコリメータレンズなどを含む光学系を備え得る。光学系の具体的な構成については後述する。

　以下、計測装置１００の各構成要素を説明する。

　［１－１．第１光源２０ａおよび第２光源２０ｂ］
　第１光源２０ａは、被計測部１０を照射するための第１光パルスＩ_ｐ１を出射する。第１光パルスＩ_ｐ１は第１波長を有する。第２光源２０ｂは、被計測部１０を照射するための第２光パルスＩ_ｐ２を出射する。第２光パルスＩ_ｐ２は、第１波長よりも長い第２波長を有する。図１に示す例では、第１光源２０ａの個数は１つであるが、複数であってもよい。第２光源２０ｂの個数についても同様である。同一の波長の光を出射する複数の光源を設けることにより、照射される光の強度を増加させることができる。用途によっては、第１光源２０ａおよび第２光源２０ｂの両方を用いる必要はなく、一方だけを用いてもよい。その場合、２個以上の第１光源２０ａまたは２個以上の第２光源２０ｂが配置される。

　以下の説明において、第１光パルスＩ_ｐ１および第２光パルスＩ_ｐ２を、区別せずに「光パルスＩ_ｐ」と称することがある。光パルスＩ_ｐは、立ち上がり部分および立ち下がり部分を含む。立ち上がり部分は、光パルスＩ_ｐのうち、その強度が増加を開始してから増加が終了するまでの部分である。立ち下がり部分は、光パルスＩ_ｐのうち、その強度が減少を開始してから減少が終了するまでの部分である。

　第１光源２０ａは、注入された第１電流に応じた強度の光を出射する第１発光素子２２ａと、第１電流を調整する第１調整回路２４ａとを含む。第２光源２０ｂは、注入された第２電流に応じた強度の光を出射する第２発光素子２２ｂと、第２電流を調整する第２調整回路２４ｂとを含む。以下の説明では、第１発光素子２２ａおよび第２発光素子２２ｂを、区別せずに「発光素子２２」と称することがある。また、第１調整回路２４ａおよび第２調整回路２４ｂを、区別せずに「調整回路」と称することがある。第１発光素子２２ａおよび第２発光素子２２ｂは、例えばレーザ光を出射するレーザダイオードを含み得る。第１調整回路２４ａおよび第２調整回路２４ｂは、例えば、電気的に高い応答性をもつ窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体を含む電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含み得る。

　被計測部１０に到達した光パルスＩ_ｐのうち、一部は、被計測部１０の表面で反射する表面反射成分Ｉ_１になり、他の一部は、被計測部１０の内部で１回反射もしくは散乱、または多重散乱する内部散乱成分Ｉ_２になる。表面反射成分Ｉ_１は、直接反射成分、拡散反射成分、および散乱反射成分の３つを含む。直接反射成分は、入射角と反射角が等しい反射成分である。拡散反射成分は、表面の凹凸形状によって拡散されて反射される成分である。散乱反射成分は、表面近傍の内部組織によって散乱されて反射される成分である。被計測部１０がユーザの額部である場合、散乱反射成分は、表皮内部で散乱して反射する成分である。以下では、被計測部１０の表面で反射する表面反射成分Ｉ_１はこれら３つの成分を含むものとして説明する。また、内部散乱成分Ｉ_２は、表面近傍の内部組織によって散乱されて反射される成分を含まないものとして説明する。表面反射成分Ｉ_１および内部散乱成分Ｉ_２については、反射または散乱されることにより、これらの成分の進行方向が変化し、その一部が反射光パルスとして光検出器３０に到達する。表面反射成分Ｉ_１は、対象者の表面情報、例えば、顔または頭皮の血流情報を含み得る。内部散乱成分Ｉ_２は、対象者の内部情報、例えば、脳血流情報を含み得る。したがって、表面反射成分Ｉ_１を検出することにより、対象者の表面情報、例えば、顔または頭皮の血流情報を取得することができる。また、内部散乱成分Ｉ_２を検出することにより、対象者の内部情報、例えば、脳血流情報を取得することができる。

　第１光パルスＩ_ｐ１の第１波長および第２光パルスＩ_ｐ２の第２波長は、例えば６５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の波長範囲に含まれる任意の波長であり得る。この波長範囲は、赤色から近赤外線の波長範囲に含まれる。上記の波長範囲は、「生体の窓」と呼ばれており、生体内の水分および皮膚に比較的吸収されにくいという性質を有する。生体を検出対象にする場合、上記の波長範囲の光を使用することにより、検出感度を高くすることができる。ユーザの脳の血流変化を検出する場合、使用される光は、主に酸素化ヘモグロビン（ＨｂＯ_２）および脱酸素化ヘモグロビン（Ｈｂ）に吸収されると考えられる。一般に、血流に変化が生じると、酸素化ヘモグロビンの濃度および脱酸素化ヘモグロビンの濃度が変化する。この変化に伴い、光の吸収度合いも変化する。したがって、血流が変化すると、検出される光量も時間的に変化する。

　酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとでは、光吸収の波長依存性が異なる。波長が６５０ｎｍ以上であり、かつ８０５ｎｍよりも短いとき、脱酸素化ヘモグロビンによる光吸収係数の方が、酸素化ヘモグロビンによる光吸収係数よりも大きい。波長８０５ｎｍでは、脱酸素化ヘモグロビンによる光吸収係数と、酸素化ヘモグロビンによる光吸収係数とが同程度になる。波長が８０５ｎｍよりも長く、かつ９５０ｎｍ以下であるとき、酸素化ヘモグロビンによる光吸収係数の方が、脱酸素化ヘモグロビンによる光吸収係数よりも大きい。

　したがって、第１光パルスＩ_ｐ１の第１波長は６５０ｎｍ以上かつ８０５ｎｍ未満の値に設定され、第２光パルスＩ_ｐ２の第２波長は８０５ｎｍ以上かつ９５０ｎｍ以下の値に設定され得る。そのような波長の第１光パルスＩ_ｐ１および第２光パルスＩ_ｐ２で被計測部１０を照射することにより、後述する処理により、被計測部１０の内部の血液に含まれる酸素化ヘモグロビンの濃度および脱酸素化ヘモグロビンの濃度を求めることができる。異なる波長を有する２つの光パルスの照射により、被計測部１０のより詳細な内部情報を取得することができる。

　本実施形態において、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂは、ユーザの網膜への影響を考慮して設計され得る。例えば、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂは、各国で策定されているレーザ安全基準のクラス１を満足するように設計され得る。クラス１が満足されている場合、被計測部１０が、被爆放出限界（ＡＥＬ）が１ｍＷを下回るほどの低照度の光で照射される。なお、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂ自体がクラス１を満足する必要はない。例えば、拡散板７０またはＮＤフィルタを第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂの前に設置して光を拡散または減衰させることにより、レーザ安全基準のクラス１が満たされていてもよい。

　［１－２．光検出器３０］
　光検出器３０は、第１光パルスＩ_ｐ１が被計測部１０で反射されることによって生じた第１反射光パルスの少なくとも一部の成分の強度に応じた第１信号５６ａを出力する。光検出器３０は、第２光パルスＩ_ｐ２が被計測部１０で反射されることによって生じた第２反射光パルスの少なくとも一部の成分の強度に応じた第２信号５６ｂを出力する。光検出器３０が第１反射光パルスおよび第２反射光パルスの立ち下がり期間の成分の少なくとも一部を検出する場合、被計測部１０の内部の血流の情報を取得することができる。一方、光検出器３０が第１反射光パルスおよび第２反射光パルスの立ち上がり期間の成分の少なくとも一部を検出する場合、被計測部１０の表面の血流の情報を取得することができる。光検出器３０のこの検出動作は、制御回路６０によって制御される。第１反射光パルスまたは第２反射光パルスの立ち下がり期間は、第１反射光パルスまたは第２反射光パルスの強度の減少の開始から終了までの期間である。第１反射光パルスまたは第２反射光パルスの立ち上がり期間は、第１反射光パルスまたは第２反射光パルスの強度の増加の開始から終了までの期間である。

　計測装置１００は２つの光検出器３０を備えてもよい。当該２つの光検出器３０のうち、一方が第１反射光パルスの立ち下がり期間の成分の少なくとも一部を検出して第１信号５６ａを出力し、他方が第２反射光パルスの立ち下がり期間の成分の少なくとも一部を検出して第２信号５６ｂを出力してもよい。すなわち、本実施形態における光検出器３０の個数は、１つに限らず、２つ以上であってもよい。

　光検出器３０は、複数の光電変換素子３２と、複数の電荷蓄積部３４とを含み得る。具体的には、光検出器３０は、２次元的に配列された複数の光検出セルを備え得る。そのような光検出器３０は、被計測部１０の２次元情報を一度に取得することができる。本明細書において、光検出セルを「画素」とも称する。光検出器３０は、例えば、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサなどの任意の撮像素子であり得る。より一般的には、光検出器３０は、少なくとも１つの光電変換素子３２と、少なくとも１つの電荷蓄積部３４とを含む。

　光検出器３０は、電子シャッタを備え得る。電子シャッタは、撮像のタイミングを制御する回路である。電子シャッタは、受光した光を有効な電気信号に変換して蓄積する１回の信号蓄積の期間と、信号蓄積を停止する期間とを制御する。信号蓄積期間は、「露光期間」とも称する。以下の説明では、露光期間の幅を、「シャッタ幅」とも称する。１回の露光期間が終了し次の露光期間が開始するまでの時間を、「非露光期間」とも称する。

　光検出器３０は、電子シャッタにより、露光期間および非露光期間を、サブナノ秒、例えば、３０ｐｓから１ｎｓの範囲で調整することができる。距離の計測が目的であるＴＯＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）カメラは、光源から出射され被写体で反射されて戻ってきた光のすべてを検出する。このため、ＴＯＦカメラでは、シャッタ幅が光のパルス幅よりも大きい必要がある。これに対し、本実施形態における計測装置１００では、シャッタ幅がパルス幅よりも大きい必要はない。シャッタ幅を、例えば、１ｎｓ以上３０ｎｓ以下の値に設定することができる。本実施形態における計測装置１００によれば、シャッタ幅を縮小できるため、検出信号に含まれる暗電流の影響を低減することができる。

　光検出器３０は、撮像面上に２次元的に配列された複数の画素を備え得る。各画素は、例えばフォトダイオードなどの光電変換素子と、１つまたは複数の電荷蓄積部とを備え得る。

　図２は、光検出器３０の構成の一例を示す図である。図２において、二点鎖線の枠によって囲まれた領域が１つの画素２０１に相当する。画素２０１には、図示されていないが１つのフォトダイオードが含まれる。図２では２行２列に配列された４画素のみを示しているが、実際にはさらに多数の画素が配置され得る。画素２０１は、第１浮遊拡散層２０４、第２浮遊拡散層２０５、第３浮遊拡散層２０６、及び第４浮遊拡散層２０７を含む。第１浮遊拡散層２０４から第４浮遊拡散層２０７に蓄積される信号は、あたかも一般的なＣＭＯＳイメージセンサの４画素の信号のように取り扱われ、光検出器３０から出力される。図２に示す例では、画素２０１に含まれる浮遊拡散層の個数は４つであるが、用途によっては、３つ以下、または５つ以上であってもよい。画素２０１に含まれる浮遊拡散層の数は、同時に蓄積すべき信号の数に依存する。

　各画素２０１は、４つの信号検出回路を有する。各信号検出回路は、ソースフォロワトランジスタ３０９と、行選択トランジスタ３０８と、リセットトランジスタ３１０とを含む。各トランジスタは、例えば半導体基板に形成された電界効果トランジスタであるが、これに限定されない。図示されるように、ソースフォロワトランジスタ３０９の入力端子および出力端子の一方と、行選択トランジスタ３０８の入力端子および出力端子のうちの一方とが接続されている。ソースフォロワトランジスタ３０９の入力端子および出力端子の上記一方は、典型的にはソースである。行選択トランジスタ３０８の入力端子および出力端子の上記一方は、典型的にはドレインである。ソースフォロワトランジスタ３０９の制御端子であるゲートは、フォトダイオードに接続されている。フォトダイオードによって生成された正孔または電子の信号電荷は、フォトダイオードとソースフォロワトランジスタ３０９との間の電荷蓄積部である浮遊拡散層に蓄積される。

　図２には示されていないが、第１浮遊拡散層２０４から第４浮遊拡散層２０７はフォトダイオードに接続される。フォトダイオードと、第１浮遊拡散層２０４から第４浮遊拡散層２０７の各々との間には、スイッチが設けられ得る。このスイッチは、制御回路６０からの信号蓄積パルスに応じて、フォトダイオードと第１浮遊拡散層２０４から第４浮遊拡散層２０７の各々との間の導通状態を切り替える。これにより、第１浮遊拡散層２０４から第４浮遊拡散層２０７の各々への信号電荷の蓄積の開始と停止とが制御される。本実施形態における電子シャッタは、このような露光制御のための機構を有する。

　第１浮遊拡散層２０４から第４浮遊拡散層２０７に蓄積された信号電荷は、行選択回路３０２によって行選択トランジスタ３０８のゲートがＯＮにされることにより、読み出される。この際、第１浮遊拡散層２０４から第４浮遊拡散層２０７の信号電位に応じて、ソースフォロワ電源３０５からソースフォロワトランジスタ３０９およびソースフォロワ負荷３０６へ流入する電流が増幅される。垂直信号線３０４から読み出されるこの電流によるアナログ信号は、列ごとに接続されたアナログ－デジタル（ＡＤ）変換回路３０７によってデジタル信号データに変換される。このデジタル信号データは、列選択回路３０３によって列ごとに読み出され、光検出器３０から出力される。行選択回路３０２および列選択回路３０３は、１つの行の読出しを行った後、次の行の読み出しを行い、以下同様に、すべての行の浮遊拡散層の信号電荷の情報を読み出す。制御回路６０は、すべての信号電荷を読み出した後、リセットトランジスタ３１０のゲートをオンにすることにより、すべての浮遊拡散層をリセットする。これにより、１つのフレームの撮像が完了する。以下同様に、フレームの高速撮像を繰り返すことにより、光検出器３０による一連のフレームの撮像が完結する。

　本実施形態では、ＣＭＯＳ型の光検出器３０の例を説明したが、光検出器３０は他の種類の撮像素子であってもよい。光検出器３０は、例えば、ＣＣＤ型であっても、単一光子計数型素子であっても、ＥＭＣＣＤまたはＩＣＣＤなどの増幅型イメージセンサであってもよい。単画素のセンサを用いた場合、計測点は１点となるが、高速レートの検出が可能である。

　［１－３．電子回路４０］
　電子回路４０に含まれる信号処理回路５０は、光検出器３０から出力された信号を処理する回路である。信号処理回路５０は、光検出器３０から出力された第１信号５６ａおよび第２信号５６ｂに基づいて、被計測部１０の内部の状態を示す信号を生成して出力する。ここで、第１光パルスＩ_ｐ１の波長が６５０ｎｍ以上８０５ｎｍ未満であり、第２光パルスＩ_ｐ２の波長が８５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下であるものとする。この場合、第１信号５６ａおよび第２信号５６ｂを用いて、予め定められた連立方程式を解くことにより、血液中のＨｂＯ_２およびＨｂの各濃度の、初期値からの変化量を求めることができる。連立方程式は、例えば以下の式（１）および（２）によって表される。

　ΔＨｂＯ_２およびΔＨｂは、それぞれ、血液中のＨｂＯ_２およびＨｂの濃度の初期値からの変化量を表す。ε^７５０ _ＯＸＹおよびε^７５０ _{ｄｅＯＸＹ}は、それぞれ、波長７５０ｎｍでのＨｂＯ_２およびＨｂのモル吸光係数を表す。ε^８５０ _ＯＸＹおよびε^８５０ _{ｄｅＯＸＹ}は、それぞれ、波長８５０ｎｍでのＨｂＯ_２およびＨｂのモル吸光係数を表す。Ｉ^７５０ _ｉｎｉおよびＩ^７５０ _ｎｏｗは、それぞれ、波長７５０ｎｍについての初期時点および計測時点での検出強度を表す。Ｉ^８５０ _ｉｎｉおよびＩ^８５０ _ｎｏｗは、それぞれ、波長８５０ｎｍについての初期時点および計測時点での検出強度を表す。この例では、初期時点では脳が賦活しておらず、検出時点では脳が賦活しているものとしている。

　信号処理回路５０は、例えばデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、または中央演算処理装置（ＣＰＵ）もしくは画像処理用演算プロセッサ（ＧＰＵ）とコンピュータプログラムとの組み合わせによって実現され得る。

　電子回路４０に含まれる制御回路６０は、第１調整回路２４ａおよび第２調整回路２４ｂを制御することにより、第１発光素子２２ａおよび第２発光素子２２ｂから光パルスＩ_ｐを出射させる。制御回路６０は、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂの光パルスＩ_ｐの出射タイミングと、光検出器３０のシャッタタイミングとの時間差を調整する。本明細書では、当該時間差を「位相差」と称することがある。第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂの「出射タイミング」は、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂから出射される光パルスが立ち上がりを開始するタイミングである。「シャッタタイミング」は、露光を開始するタイミングである。制御回路６０は、出射タイミングを変化させて位相差を調整してもよいし、シャッタタイミングを変化させて位相差を調整してもよい。

　制御回路６０は、光検出器３０の各画素によって検出された信号からオフセット成分を取り除くように構成されてもよい。オフセット成分は、太陽光もしくは蛍光灯などの環境光、または外乱光による信号成分である。第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂの駆動をＯＦＦにして第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂから光が出射されない状態で、光検出器３０によって信号を検出することにより、環境光または外乱光によるオフセット成分が見積もられる。

　制御回路６０は、例えばプロセッサおよびメモリの組み合わせ、またはプロセッサおよびメモリを内蔵するマイクロコントローラなどの集積回路であり得る。制御回路６０は、例えばプロセッサがメモリに記録されたプログラムを実行することにより、例えば出射タイミングとシャッタタイミングとの調整を行ったり、信号処理回路５０に信号の処理を実行させたりする。

　信号処理回路５０および制御回路６０は、統合された１つの回路であってもよいし、分離された個別の回路であってもよい。信号処理回路５０は、例えば遠隔地に設けられたサーバなどの外部の装置の構成要素であってもよい。この場合、サーバなどの外部の装置は、無線通信または有線通信により、光源２０、光検出器３０、および制御回路６０と相互にデータの送受信を行う。

　［１－４．その他］
　計測装置１００は、被計測部１０の２次元像を光検出器３０の受光面上に形成する結像光学系を備えてもよい。結像光学系の光軸は、光検出器３０の受光面に略直交する。結像光学系は、ズームレンズを含んでいてもよい。ズームレンズの位置が変化すると被計測部１０の２次元像の拡大率が変化し、光検出器３０上の２次元像の解像度が変化する。したがって、被計測部１０までの距離が長くても、所望の計測領域を拡大して詳細に観察することが可能である。

　計測装置１００は、被計測部１０と光検出器３０との間に、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂから出射される波長帯域の光、またはその近傍の光のみを通過させる帯域通過フィルタを備えていてもよい。これにより、環境光などの外乱成分の影響を低減することができる。帯域通過フィルタは、例えば多層膜フィルタまたは吸収フィルタによって構成され得る。第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂの温度変化およびフィルタへの斜入射に伴う帯域シフトを考慮して、帯域通過フィルタの帯域幅は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度の幅を有してもよい。

　計測装置１００は、被計測部１０と第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂとの間、および被計測部１０と光検出器３０との間に、それぞれ偏光板を備えてもよい。この場合、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂ側に配置される偏光板と、光検出器３０側に配置される偏光板との偏光方向は、直交ニコルの関係であり得る。これら２つの偏光板の配置により、被計測部１０の表面反射成分Ｉ_１のうち正反射成分、すなわち入射角と反射角が同じ成分が光検出器３０に到達することを防ぐことができる。つまり、光検出器３０に到達する表面反射成分Ｉ_１の光量を低減させることができる。

　［２．信号検出動作］
　次に、図３Ａから図４を参照して、生体信号の検出動作の例を説明する。ここでは、内部散乱成分Ｉ_２を検出する方法の具体例を説明する。

　図３Ａは、光パルスＩ_ｐがインパルス波形を有する場合における、反射光パルスに含まれる表面反射成分Ｉ_１および内部散乱成分Ｉ_２の時間変化の例を模式的に示す図である。図３Ｂは、光パルスＩ_ｐが矩形形状の波形を有する場合における、反射光パルスに含まれる表面反射成分Ｉ_１および内部散乱成分Ｉ_２の時間変化の例を模式的に示す図である。各図において、左側の図は、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂから出射された光パルスＩ_ｐの波形の例を表し、右側の図は、反射光パルスに含まれる表面反射成分Ｉ_１および内部散乱成分Ｉ_２の波形の例を表している。内部散乱成分Ｉ_２は、実際には微弱であるが、図３Ａおよび図３Ｂにおいては、内部散乱成分Ｉ_２の強度が強調されて図示されている。

　図３Ａに示すように、光パルスＩ_ｐがインパルス波形を有する場合、表面反射成分Ｉ_１は、光パルスＩ_ｐと同様の波形を有し、内部散乱成分Ｉ_２は、表面反射成分Ｉ_１よりも遅延するインパルス応答波形を有する。これは、内部散乱成分Ｉ_２が被計測部１０内の様々な経路を通過した光線の組み合わせに相当するからである。

　図３Ｂに示すように、光パルスＩ_ｐが矩形形状の波形を有する場合、表面反射成分Ｉ_１は、光パルスＩ_ｐと同様の波形を有し、内部散乱成分Ｉ_２は、複数のインパルス応答波形が重畳された波形を有する。本発明者らは、複数のインパルス応答波形の重畳により、光パルスＩ_ｐがインパルス波形を有する場合と比較して、光検出器３０が検出する内部散乱成分Ｉ_２の光量を増幅できることを確認した。反射光パルスの立ち下がり部分で電子シャッタを開始することにより、内部散乱成分Ｉ_２を効果的に検出することができる。図３Ｂの右側の部分における破線によって囲まれた領域は、光検出器３０の電子シャッタが開放されるシャッタ開放期間の例を表す。パルス幅がフェムト秒（ｆｓ）オーダのフェムト秒レーザ、またはパルス幅がピコ秒（ｐｓ）オーダのピコ秒レーザ等を使用する場合と比較して、矩形パルスのパルス幅が１ｎｓから１０ｎｓのオーダであれば、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂを低い電圧で駆動することができる。したがって、計測装置１００の小型化および低コスト化が可能になる。

　従来、生体内部の深さ方向において異なる箇所での光吸収係数または光散乱係数などの情報を区別して検出するために、ストリークカメラが使用されている。例えば、特許文献３は、そのようなストリークカメラの一例を開示している。ストリークカメラでは、所望の空間分解能で計測するために、パルス幅がフェムト秒またはピコ秒の極超短光パルスが用いられる。これに対し、本実施形態では、表面反射成分Ｉ_１と内部散乱成分Ｉ_２とを区別して検出することができる。したがって、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂから出射される光パルスは、極超短光パルスである必要はなく、パルス幅を任意に選択することができる。

　人の頭部を光で照射して脳血流の情報を取得する場合、内部散乱成分Ｉ_２の光量は、表面反射成分Ｉ_１の光量の数千分の１から数万分の１程度の非常に小さい値になり得る。さらに、レーザの安全基準を考慮すると、照射できる光の光量は極めて小さくなる。したがって、内部散乱成分Ｉ_２の検出は非常に難しくなる。その場合でも、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂが、相対的にパルス幅の大きい光パルスＩ_ｐを出射すれば、時間遅れを伴う内部散乱成分Ｉ_２の積算量を増加させることができる。これにより、検出光量を増やし、ＳＮ比を向上させることができる。

　第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂは、例えば、パルス幅が３ｎｓ以上の光パルスＩ_ｐを出射することができる。あるいは、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂは、パルス幅が５ｎｓ以上、さらに１０ｎｓ以上の光パルスＩ_ｐを出射してもよい。一方、パルス幅が大きすぎても使用しない光が増えて無駄となるため、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂは、例えば、パルス幅が５０ｎｓ以下の光パルスＩ_ｐを出射するように制御され得る。あるいは第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂは、パルス幅が３０ｎｓ以下、さらに２０ｎｓ以下の光パルスＩ_ｐを出射してもよい。矩形パルスのパルス幅が数ｎｓから数十ｎｓであれば、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂを低電圧で駆動することができる。したがって、計測装置１００の小型化および低コスト化が可能になる。

　第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂの照射パターンは、例えば、照射領域内において、均一な強度分布をもつパターンであってもよい。この点で、本実施形態における計測装置１００は、例えば特許文献４に開示された従来の装置とは異なる。特許文献４に開示された装置では、検出器と光源とを３ｃｍ程度離し、表面反射成分が、空間的に内部散乱成分から分離される。このため、離散的な光照射とせざるを得ない。これに対し、本実施形態では、表面反射成分Ｉ_１を時間的に内部散乱成分Ｉ_２から分離して低減することができる。このため、均一な強度分布を有する照射パターンの光源を用いることができる。均一な強度分布を有する照射パターンは、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂから出射される光を拡散板７０で拡散することによって形成され得る。

　本実施形態では、従来技術とは異なり、被計測部１０の照射点直下でも、内部散乱成分Ｉ_２を検出することができる。被計測部１０を空間的に広い範囲にわたって光で照射することにより、計測解像度を高めることもできる。

　図４は、制御回路６０による第１光源２０ａ、第２光源２０ｂ、および光検出器３０を制御する動作の概略を示すフローチャートである。制御回路６０は、概略的には図４に示す動作を実行することにより、第１反射光パルスおよび第２反射光パルスの各々の立ち下がり期間の少なくとも一部の成分を光検出器３０に検出させる。

　ステップＳ１０１において、制御回路６０は、第１光源２０ａに所定時間だけ第１光パルスＩ_ｐ１を出射させる。このとき、光検出器３０の電子シャッタは露光を停止した状態にある。制御回路６０は、第１反射光パルスのうち、表面反射成分Ｉ_１が光検出器３０に到達する期間が完了するまで、電子シャッタに露光を停止させる。次に、ステップＳ１０２において、制御回路６０は、第１反射光パルスのうち、内部散乱成分Ｉ_２が光検出器３０に到達するタイミングで、電子シャッタに露光を開始させることにより、電子シャッタに第１信号電荷の蓄積を開始させる。所定時間経過後、ステップＳ１０３において、制御回路６０は、電子シャッタに露光を停止させることにより、電子シャッタに第１信号電荷の蓄積を停止させる。ステップＳ１０２およびステップＳ１０３により、図２に示す第１浮遊拡散層２０４から第４浮遊拡散層２０７のうちの１つの浮遊拡散層に、信号電荷が蓄積される。当該信号電荷を「第１信号電荷」と称する。

　ステップＳ１０４において、制御回路６０は、第２光源２０ｂに所定時間だけ第２光パルスＩ_ｐ２を出射させる。このとき、光検出器３０の電子シャッタは露光を停止した状態にある。制御回路６０は、第２反射光パルスのうち、表面反射成分Ｉ_１が光検出器３０に到達する期間が完了するまで、電子シャッタに露光を停止させる。次に、ステップＳ１０５において、制御回路６０は、第２反射光パルスのうち、内部散乱成分Ｉ_２が光検出器３０に到達するタイミングで、電子シャッタに露光を開始させることにより、電子シャッタに第２信号電荷の蓄積を開始させる。所定時間経過後、ステップＳ１０６において、制御回路６０は、電子シャッタに露光を停止させることにより、電子シャッタに第２信号電荷の蓄積を停止させる。ステップＳ１０５およびステップＳ１０６により、図２に示す第１浮遊拡散層２０４から第４浮遊拡散層２０７のうちの他の１つの浮遊拡散層に、信号電荷が蓄積される。当該信号電荷を「第２信号電荷」と称する。

　続いて、ステップＳ１０７において、制御回路６０は、上記の信号蓄積を実行した回数が所定の回数に達したか否かを判定する。ステップＳ１０７での判定がＮｏの場合、Ｙｅｓと判定するまで、ステップＳ１０１からステップＳ１０６が繰り返される。

　ステップＳ１０７での判定がＹｅｓの場合、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８において、制御回路６０は、光検出器３０に、第１信号電荷および第２信号電荷にそれぞれ基づく第１信号５６ａおよび第２信号５６ｂを生成させて出力させる。

　このように、制御回路６０は、第１光源２０ａに第１光パルスＩ_ｐ１を出射させ、光検出器３０に第１反射光パルスの立ち下がり期間の少なくとも一部の成分を検出させる第１動作を実行する。制御回路６０は、第２光源２０ｂに第２光パルスＩ_ｐ２を出射させ、光検出器３０に第２反射光パルスの立ち下がり期間の少なくとも一部の成分を検出させる第２動作を実行する。制御回路６０は、第１動作および第２動作を含む一連の動作を所定回数繰り返す。あるいは、制御回路６０は、第１動作を所定回数繰り返し、その後、第２動作を所定回数繰り返してもよい。また、第１動作と第２動作の順序を入れ替えてもよい。

　図４に示す動作により、内部散乱成分Ｉ_２を高い感度で検出することができる。人の頭部を光で照射して脳血流などの情報を取得する場合、内部での光の減衰率が非常に大きい。例えば、入射光に対して出射光が、１００万分の１程度にまで減衰することがある。このため、内部散乱成分Ｉ_２を検出するには、１パルスの照射だけでは光量が不足する場合がある。レーザ安全性基準のクラス１での照射では、特に光量が微弱である。そのため、図４の例では、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂが光パルスを複数回出射し、それに応じて光検出器３０も電子シャッタによって複数回露光する。このような動作により、検出信号を積算して感度を向上させることができる。なお、複数回の光出射および露光は必須ではなく、必要に応じて行われる。

　図４の例では、内部散乱成分Ｉ_２が検出されるが、表面反射成分Ｉ_１を検出してもよい。また、表面反射成分Ｉ_１および内部散乱成分Ｉ_２の両方を検出してもよい。両方を検出する場合、ステップＳ１０１とステップＳ１０２との間に、第１反射光パルスの表面反射成分Ｉ_１に基づく信号電荷を蓄積するステップが追加され、ステップＳ１０４とステップＳ１０５との間に、第２反射光パルスの表面反射成分Ｉ_１に基づく信号電荷を蓄積するステップが追加される。これらの信号電荷は、図２に示す第１浮遊拡散層２０４から第４浮遊拡散層２０７のうちの残りの２つの浮遊拡散層に蓄積される。表面反射成分Ｉ_１を検出することにより、例えば顔の外観または頭皮血流の状態を示す情報を取得することができる。

　なお、上記の例では、異なる波長の光を出射する２つの光源が用いられるが、同一の波長の光を出射する複数の光源を用いてもよい。個々の光源の光量が小さい場合、同一の波長の光を出射する複数の光源を設けることで、光量の不足を補うことができる。ここで、「同一の波長」とは、厳密に同一である必要はなく、僅かに波長が異なっていてもよい。

　［３．拡散板７０への光集約］
　次に、図５Ａおよび図５Ｂを参照して、拡散板７０に光を集約させる構成の例を説明する。

　図５Ａは、拡散板７０、複数の光源、および光学系の構成例を示す図である。この例における計測装置１００は、第１波長の光を出射する２つの第１光源２０ａと、第２波長の光を出射する２つの第２光源２０ｂとを備える。第１波長は、例えば６５０ｎｍから８０５ｎｍの範囲内の波長であり、第２波長は、例えば８０５ｎｍから９５０ｎｍの範囲内の波長である。光学系は、複数のミラー８０と、複数のコリメータレンズ２５とを含む。複数のミラー８０は、第１光源２０ａから出射される第１出射光および第２光源２０ｂから出射される第２出射光を、拡散板７０の一領域に集約して入射させる。複数のコリメータレンズ２５は、それぞれ、第１光源２０ａまたは第２光源２０ｂから出射された光を平行光に変換する。

　本実施形態のように、非接触で距離を離して計測する場合、拡散する光の強度を十分に確保するためにハイパワーの光源が要求される。そこで、図５Ａの例では、同一の第１波長の光を出射する複数の第１光源２０ａと、同一の第２波長の光を出射する複数の第２光源２０ｂとが設けられている。

　複数のコリメータレンズ２５は、複数の光源２０にそれぞれ対応して設けられている。各コリメータレンズ２５は、対応する第１光源２０ａまたは第２光源２０ｂから出射された光を平行化する。複数のミラー８０は、対応する第１光源２０ａまたは第２光源２０ｂと拡散板７０との間の光路上に配置されている。これらのミラー８０は、コリメータレンズ２５によって平行化された光線束を反射し、光線束の伝搬方向を変化させる。コリメータレンズ２５およびミラー８０により、第１光源２０ａ及び第２光源２０ｂからの光線束を拡散板７０上に集約することができる。これにより、拡散板７０上に形成される第１出射光の光スポットの中心と第２出射光の光スポットの中心との距離を、第１光源２０ａの中心と第２光源２０ｂの中心との距離よりも短くすることができる。

　通常、光源のパッケージサイズの制約により、複数の光源からの光線束の間隔を、光源の間隔よりも短くすることはできない。これに対し、本実施形態では、コリメータレンズ２５とミラー８０を含む光学系により、光源の間隔よりも光線束の間隔を縮小させることができる。例えば、拡散板７０上での光線束の間隔を光源の間隔の半分以下にすることができる。光学系によって光線束を拡散板７０上の一領域に集約させることで、その領域から被計測部１０に向けて光を照射することができる。

　本実施形態では、複数の第１光源２０ａ及び複数の第２光源２０ｂからの光線束が、拡散板７０上のおおよそ同一の点から出射される。このため、いずれの光源についても、被計測部１０に入射する光の入射角が同程度になり、光源間の入射角の差が抑制される。したがって、体動または計測装置１００の動きに起因して、被計測部１０と計測装置１００との相対位置が変化した場合でも、被計測部１０上の照度または反射率の変化が、光源間の光量差または照度ムラに依存しないようにすることができる。このため、光検出器３０によって取得される信号の補正すなわちキャリブレーションが容易になる。この効果は、特に、被計測部１０が曲面形状を有する場合により顕著である。被計測部１０における照度は、光の入射角が垂直に近くなるほど高くなる。図５Ａの例とは異なり、拡散板７０上の離れた２点から被計測部１０に光を照射する場合は、２点のうちより垂直入射に近い１点からの光の方が、被計測部１０上の照度により影響する。したがって、体動または計測装置１００の動きに起因して被計測部１０と２点との間の位置関係が変動すると、被計測部１０に入射する２点からの光の角度差が変化する。その場合、拡散板７０上の離れた２点のそれぞれからの光成分の寄与度が変動することで、被計測部１０上の照度は複雑に変化する。これに対し、図５Ａに示すように、複数の第１光源２０ａ及び複数の第２光源２０ｂからの光線束を拡散板７０上の一領域に集約させることにより、体動または計測装置１００の動きに伴う被計測部１０上の照度変動に及ぼす光源間の強度差による影響を低減させることができる。

　拡散板７０は、表面に複数の凹部または複数の凸部を有し、入射した光線をランダムに様々な方向に拡散させる。このため、拡散板７０は、被計測部１０上の照度ムラを解消する機能を有する。拡散板７０は、例えば微小なレンズアレイによって形成され得る。図５Ａに示す例のように光を内部で屈折させて透過させるタイプの拡散板７０のほか、光を反射して拡散させるタイプの拡散板を用いてもよい。反射タイプの拡散板も、反射面上に微小な凹凸を有し、反射光がランダムな方向に拡散される。

　拡散板７０の代わりにレンズによって拡散させる方法も可能であるが、レンズは光源からの光の照度分布をそのまま投影するため、被計測部１０上で照度ムラが残存しやすい。そのため、複数の光源を用いると、複数の光源のうちの一つの強度が低下した場合に、被計測部１０上の照度の２次元分布自体も変化し、キャリブレーションデータとの乖離が生じ得る。これに対し、本実施形態のように拡散板７０を用いた場合、複数の光源のうちの一部の強度変化に伴う全体の強度の変動は発生するものの、照度の２次元分布に関しては拡散板７０の特性に応じた分布が安定して得られる。したがって、２次元分布に関して、キャリブレーションデータとの乖離を小さくすることができる。

　本実施形態における光学系は、複数の第１光源２０ａ及び複数の第２光源２０ｂからの光線束を、ほぼ平行に拡散板７０に入射させる。拡散板７０に光線束が平行に入射しない場合、拡散板７０からの出射光は、拡散はするものの、その入射方向に依存する照度分布を形成しやすい。つまり、拡散板７０への入射角に依存する照度分布が残存しやすくなる。本実施形態においては、コリメータレンズ２５が、光線束を集約するためだけでなく、拡散板７０に平行に光線束を入射するために設けられている。これにより、各光源がもつ照度分布のムラによる影響が一様に低減される。また、複数の光源の間で出射光に強度差が生じる場合でも、拡散板７０に平行に光線束が入射しない場合に比べ、被計測部１０の表面上の照度分布への光源間の強度差による影響が表出しにくくなる。つまり、各光源からの光が、ほぼ同一の領域から、ほぼ同一の分布で重なって拡散される。特に、光源間の相対的な強度差が時間的に変動する場合、拡散板７０への入射角を一致させていないと、被計測部１０の表面上での２次元照度分布にも変動が生じやすくなる。その場合、予め保有している照度分布のキャリブレーションデータとのずれが生じてしまう。しかし、入射光を平行化した場合は、拡散板７０から出射された後の照度の２次元相対分布の時間変動は抑制され、照度分布補正の誤差を低減することができる。

　本実施形態における各コリメータレンズ２５は、複数の第１光源２０ａ及び複数の第２光源２０ｂの各々の発光素子２２の直後に配置されている。これにより、ミラー８０によって出射光が反射される前に平行化される。このような構成によれば、各光源からの光線束の幅を狭くすることができる。これにより、複数の光源からの光線束をより高い密度で集約することができる。

　ミラー８０の反射面の形状は、例えば正方形または長方形などの任意の形状であり得る。複数の第１光源２０ａ及び複数の第２光源２０ｂとしてハイパワーの半導体レーザを用いる場合、発光素子２２から出射される光線の放射方向はサブマウントの接触面に垂直な方向に広がりやすい。したがって、平行化された光線束の断面の形状は楕円形状になる。そこで、その楕円形状に合わせて、各ミラー８０の反射面の縦および横の長さを調整してもよい。縦および横の長さが適切に調整された長方形状の反射面を持つミラー８０を用いることにより、反射面の形状を正方形にした場合と比較して、ミラー８０同士をより近接して配置し易くなり、拡散板７０に、光線束をより高い密度で集約させることができる。また、反射面が平面状のミラー８０を用いる代わりに、自由曲面ミラーを用いてもよい。ミラー８０の反射面を光源からの光の放射角に合わせた曲面にすることで反射光線を平行化できるため、コリメータレンズ２５を排除することもできる。また、曲面の曲率半径を光源からの出射光の縦横それぞれの焦点距離に合わせることで、より厳密に光線を平行化することが可能となる。

　複数の第１光源２０ａ及び複数の第２光源２０ｂからの出射光を拡散板７０の一箇所に集約する方法としては、光ファイバーを利用する方法も考えられる。しかし、光ファイバーを用いて光を集約する構成では、拡散板７０に入射する光の平行度が著しく低下するおそれがある。このため、本実施形態では、光ファイバーではなく複数のコリメータレンズ２５および複数のミラー８０を含む光学系によって光の集約を実現している。

　第１光源２０aおよび第２光源２０ｂのそれぞれの数は、２個に限らず、１個または３個以上でもよい。第１光源２０aおよび第２光源２０ｂのそれぞれの数を多くするほど、出射光の強度を増加させることができる。なお、第１光源２０ａおよび第２光源２０ｂの一方のみが設けられていてもよい。その場合、同一の波長の光を出射する複数の光源が設けられる。

　本実施形態では、第１光源２０aおよび第２光源２０ｂのそれぞれから出射される光ビームは、コリメータレンズ２５およびミラー８０により、拡散板７０における比較的狭い領域に集約される。このため、被計測部１０上での照度分布が２波長間で相対的に一致しやすくなる。図５Ｂは、図５Ａにおいて破線で示す位置における照度分布の例を示す図である。図５Ｂにおいて、Ｉ_２０ａは、第１光源２０ａからの光の照度分布の例を示し、Ｉ_２０ｂは、第２光源２０ｂからの光の照度分布の例を示している。本実施形態では、拡散板７０上のほぼ同一の点から２波長の光が出射されるため、被計測部１０と計測装置１００との相対位置が変化したとしても２波長間の照度比率は被計測部１０上で常に一定である。例えば、被計測部１０の側面に光が入射する場合であっても、側面への光線の入射角が２波長でほぼ等しくなる。このため、拡散板７０への２波長の光線束の入射位置が離れている場合に比べて、反射率が２波長で一致し易くなる。本実施形態では、体動または計測装置１００の動きが生じた場合に２波長の検出信号が同期して変動する。このため、体動または計測装置１００の動きに伴う信号ノイズを安定して排除することができる。

　ここで、図５Ｃを参照して、拡散板７０上に集約される光についてより詳細に説明する。

　図５Ｃは、拡散板７０の一領域に形成される４つの光スポットのうちの隣り合う２つの光スポット１５１および１５２の例を模式的に示す図である。光スポット１５１および１５２は、複数の光源のうちの隣り合う２つの光源から出射される２つの光ビームが拡散板７０に投影されることによってそれぞれ形成される。これらの光スポット１５１および１５２の距離ｄは、隣り合う２つの光源の距離よりも短く、例えば５ｍｍ以下であり得る。本明細書において、隣り合う２つの光スポットの距離ｄが５ｍｍ以下であれば、それらの位置が実質的に同一であるものとする。

　被計測部１０の傾斜角度が急であるほど、体動に伴う被計測部１０上の照度または反射率の変化が敏感になる。すなわち、より精度の高い計測を行うにあたり、被計測部１０の傾斜角度が急であるほど、第１光源２０ａから被計測部１０へ入射する光の入射角度と、第２光源２０ｂから被計測部１０へ入射する光の入射角度との差の許容量が小さくなる。２つの光源間の入射角度の差は、拡散板における光スポット１５１および１５２の間の距離dに依存するため、dを適切に設定することが望ましい。

　図５Ｄは、人間の額を被計測部とした場合における、人間の額の傾斜角度と、拡散板上での波長の異なる２つの光スポット間の距離ｄの許容量Ｍとの関係を、シミュレーションにより導出した結果を示すグラフである。許容量Ｍとは、人間が水平方向に１０°の回転運動を行う前後における、第１出射光に起因した検出信号の変化率と、第２出射光に起因した検出信号の変化率との差を０．５％に抑制することができる光スポット間の距離ｄを表す。すなわち、２つの光スポット間の距離ｄが、許容量Ｍより小さければ、当該検出信号の変化率の差を０．５％以下に抑制することが可能となる。これにより、当該検出信号の変化率の差に起因した信号検出の誤差を、脳血流の検出信号の変動量よりも小さくすることができ、より精度の高い脳血流信号の検出を行うことが可能となる。なお、図５Ｄのグラフは、出射光が被計測部に入射する際の入射角Θに依存して、検出信号がcosΘで減衰していくと仮定して、許容量Ｍを算出したシミュレーションの結果を示す。

　ＭＲＩ構造画像に基づく欧米人の平均的な額傾斜角度は、前頭葉のワーキングメモリの４６野近辺で約３７°である。図５Ｄより、額傾斜角度が３７°のとき、許容量Ｍは５ｍｍとなる。よって、光スポット間の距離ｄが５ｍｍ以下であれば、人間が体動を発生させた場合であっても、体動前後における、２つの光源間の検出信号の変化率の差に起因する誤差が、脳血流の検出信号の変動量を超えることを抑制できる。これにより、精度の高い脳血流測定が可能となる。

　これらの光スポットの間の距離ｄは、２ｍｍ以下であってもよい。光スポット１５１および１５２の形状は、典型的には楕円形である。光スポット１５１および１５２の長軸方向における幅をそれぞれｗ１およびｗ２とする。図示される例において、２つの光スポット１５１および１５２の距離ｄは、ｗ１およびｗ２よりも短い。２つの光スポット１５１および１５２には、重なる部分１５３がある。この例のように、複数の光源からの出射光が部分的に重なって拡散板７０に入射するように光学系を構成することができる。そのような構成によれば、拡散板７０上の実質的に同一の点から複数の出射光ビームによる拡散光を照射することができる。

　第１光源２０a、第２光源２０ｂ、光学系、および拡散板７０の構成は、上記の構成に限らず、様々な変形が可能である。以下、他の構成例を説明する。

　図６は、光源２０、光学系、および拡散板７０の他の構成例を示す図である。この例における光学系は、複数のコリメータレンズ２５と、複数の第１ミラーであるミラー８０と、第２ミラー８１とを含む。この例では、複数の光源２０が一方向に並んでいる。複数のミラー８０が、複数の光源２０にそれぞれ対応して配置されている。第２ミラー８１は、各第１ミラー８０によって反射された光線束をさらに反射して拡散板７０に入射させる。ミラー８０と光源２０との距離は、光源２０ごとに異なっている。このため、複数の光源２０からの光線の経路が干渉することを回避することができ、多数の光源２０の光線群の集約を実現でき、照度を増強することができる。また、第２ミラー８１が複数の光線束をまとめて反射することにより、光学系の部品点数を削減し、コストを低減することができる。

　上記の実施形態では、複数の光源２０からの光を集約して拡散板７０に入射させる複数のミラー８０を備える光学系が配置される。しかし、このような光学系を用いずに光の集約を実現してもよい。例えば、複数の光源が１つのパッケージ内に集約された発光装置を用いてもよい。そのような発光装置を用いた場合でも、複数の光源からの出射光を拡散板７０の一箇所に集約して入射させることができる。

　図７は、１つのパッケージ内に複数の発光素子２２が集約されて配置された発光装置１２０の例を示す図である。この例では、複数の発光素子２２が、一方向に近接して並んでいる。各発光素子２２は、例えば半導体レーザ素子であり得る。これらの発光素子２２は、同一のサブマウント上に配置され、１つのパッケージ内に集約されている。各発光素子２２から出射された光の経路を変化させるミラーは配置されていない。このような構成によれば、パッケージ内の発光点を近接させることが可能である。この構成においても、拡散板７０に平行光を入射させるために、拡散板７０と複数の発光素子２２との間に複数のコリメータレンズ２５が配置されている。コリメータレンズ２５は、発光素子２２のそれぞれに対応して配置されている。これにより、各発光素子２２からの出射光を平行にでき、光線束の断面積を縮小させることができる。

　サブマウントは、例えば、第１発光素子２２aと第２発光素子２２bを支持する部材である。同一の部材で支持することで、第１発光素子２２aと第２発光素子２２bを近接させることができる。これにより、第１光源２０aと第２光源２０ｂの光軸を近づけることが可能となり、拡散板７０における第１出射光の光スポット１５１と第２出射光の光スポット１５２の間の距離を近づけることが可能となる。このため、拡散板７０上のおおよそ同一の点から、第１出射光と第２出射光が出射され、被計測部１０に入射する光の入射角の差を抑制する効果が得られる。

　また、サブマウントは放熱性を有する部材であり得る。発光素子２２として、例えば半導体レーザを用いた場合、熱による発光特性の低下を招くおそれがある。サブマウントが放熱性を有する部材であることにより、熱による半導体レーザの発光特性の低下を抑制することができる。サブマウントは、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）などのセラミック材料、窒化アルミニウムに銅を積層したＣｕ－ＡｌＮ－Ｃｕ（銅／窒化アルミニウム／銅）多層構造材料、金属系の複合材料のＣｕ－Ｗ（銅／タングステン）、およびＣｕ－Ｄｉａｍｏｎｄ（銅／ダイヤモンド）などの熱伝導性の良い部材であり得る。この場合、第１光源２０a、および第２光源２０ｂが発する熱をより効率よく排出することができる。サブマウントは、上述の例に限らず、平面板、ヒートシーク材、あるいは、表面実装用の基板であっても良い。

　第１発光素子２２aと第２発光素子２２bは、単一のレーザーチップ上または単一の半導体結晶上に形成されていてもよい。これにより、２つの発光素子をさらに近接させることが可能となり、被計測部１０に入射する光の入射角の差をより有意に抑制できる。

　なお、発光点が多すぎると、複数の発光素子２２からの発光パルスに時間差が生じた場合に、パルス波形の立ち下がり部分の特性が悪化するおそれがある。このため、発光素子２２の１つあたりの出力パワーを最大にし、発光素子２２の数を最小にとどめてもよい。例えば、一つの光源のパッケージ内の発光素子２２の個数は、１０個以下であってもよく、５個以下であってもよい。

　図８は、発光装置１２０のさらに他の構成例を示す図である。この例における計測装置１００は、基板２６上に実装された４つの発光装置１２０のパッケージを備える。４つの発光装置１２０は、行列状に配列されている。図８に示すＸ方向およびＹ方向のそれぞれについて、２つの発光装置１２０が並んでいる。各発光装置１２０は、例えば半導体レーザのパッケージであり得る。各発光装置１２０は、第１発光素子２２ａおよび第２発光素子２２ｂと、第１発光素子２２ａおよび第２発光素子２２ｂを支持するサブマウント２３と、それらを収容する筐体２７とを備える。第１発光素子２２ａは第１波長の光を出射し、第２発光素子２２ｂは第２波長の光を出射する。Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれにおいて、隣り合う２つの発光装置１２０間で、基板２６上の実装が１８０度反転している。このような配置により、隣り合う発光装置１２０の間で、第１発光素子２２ａおよび第２発光素子２２ｂから出射される光の照度分布の差が相殺され、被計測部１０における照度分布が２波長間で一致し易くなる。なお、発光装置１２０の数は４個に限らず、任意の数でよい。

　それぞれの第１発光素子２２ａは、第１電流を調整する第１調整回路２４ａと電気的に接続されており、注入された第１電流に応じた強度の光を出射する。同様に、それぞれの第２発光素子２２ｂは、第２電流を調整する第２調整回路２４ｂと電気的に接続されており、注入された第２電流に応じた強度の光を出射する。このように、第１調整回路２４ａと第２調整回路２４ｂを設けることにより、同一のサブマウント上における第１発光素子２２ａと第２発光素子２２ｂを、測定する内容に応じて適切に駆動させることが可能となる。具体的には、第１調整回路２４ａから第１電流を注入することと、第２調整回路２４ｂから第２電流を注入することと、を交互に行うことにより、同一のサブマウント上にある第１発光素子２２ａと第２発光素子２２ｂからの出射光を交互に出射することが可能となる。波長の異なるそれぞれの出射光を同時に出射し測定を行う場合、異なる波長を有する光が合算された値として光検出器３０によって検出され、それぞれの波長に対応する測定結果を区別することが困難であるという課題が生じる。第１調整回路と第２調整回路を用いた上述の制御を行い、第１出射光と第２出射光を交互に出射することにより、２波長の光成分それぞれの測定結果を混合させずに、時分割で別々に取得可能にする、という効果を奏し得る。

　以上より、同一のサブマウント上における第１発光素子２２ａと第２発光素子２２ｂを、第１調整回路２４ａと第２調整回路２４ｂを用いて制御することにより、被計測部１０に入射する光の入射角の差をより有意に抑制しつつ、さらに２波長の光成分それぞれの測定結果を混合させず取得することができる。

　［４．信号のキャリブレーション］
　次に、図９および図１０を参照しながら、光検出器３０によって検出される信号のキャリブレーションの方法の例を説明する。

　本実施形態では、計測に先立って、被計測部１０への光の入射角と反射率との関係を規定するキャリブレーションデータが生成される。計測時において、信号処理回路５０は、予め生成されたキャリブレーションデータを参照して、光検出器３０から取得した信号を補正する。これにより、体動または計測装置１００の動きが生じた場合でも、安定した生体信号を取得できる。信号のキャリブレーションを実行するために、計測装置１００は、ＴＯＦによる測距を行う機能を備える。測距は、例えば、信号処理回路５０が、第１光源２０ａ、第２光源２０ｂのいずれかから出射された光の検出結果に基づいて実行する。ＴＯＦの方式は、間接ＴＯＦでもよいし、直接ＴＯＦでもよい。

　図９は、拡散板７０によって拡散された光が被計測部１０に入射する様子を模式的に示す図である。図中の矢印は、被計測部１０における面法線ベクトルの分布を表している。図９の例では、３つの光源２０が一方向に並び、複数のミラー８０によって３つの光源２０からの出射光が集約されて拡散板７０に入射する。拡散板７０の近傍に、光検出器３０と、レンズ９０とが配置されている。レンズ９０は、被計測部１０からの光を集光して光検出器３０の受光面に像を形成する。

　図１０は、図９の構成における被計測部１０の拡散反射率の入射角依存性を示すグラフである。本実施形態では、図１０に示すような拡散反射率の入射角特性を示すキャリブレーションデータが予め生成され、記録媒体に記録される。計測時には、予め記録されたキャリブレーションデータを用いて、信号が補正される。拡散反射率は、被計測部１０の表面の粗さによって異なる値を示す。このため、拡散反射率の入射角依存性を示すデータが、ユーザごとにキャリブレーションデータとして取得されてもよい。

　本実施形態におけるキャリブレーションデータは、被計測部１０への光線束の入射角と、その入射角に対応する拡散反射率との関係を規定するテーブルまたは関数のデータであり得る。入射角は、例えばＴＯＦ測距を利用して求めることができる。計測装置１００は、光パルスを用いたＴＯＦ測距により、被計測部１０の距離分布を求め、その距離分布を３次元座標の分布に変換することができる。そして、３次元座標の分布から、各計測点の面法線ベクトルを算出できる。算出された面法線ベクトルと、拡散板７０上の光線の出射点の３次元座標と、被計測部１０上の各計測点の３次元座標とから、各計測点に入射する光線束の入射角を求めることができる。本実施形態の計測装置１００では、複数の光源２０からの光が拡散板７０の一箇所に集約され、その箇所から被計測部１０に光が入射する。このため、被計測部１０における計測点ごとに入射角を一意に求めることができる。したがって、１枚の被計測部１０の画像から、拡散反射率の入射角依存性を示すデータを取得することが可能である。よって、ユーザに負担を掛けずに短時間でキャリブレーションデータを取得することができる。この入射角と各計測点の検出信号値との関係をプロットし、プロット点間の値を補間することで、拡散反射率の入射角依存性を示すテーブルまたは関数を得ることができる。

　ＴＯＦ測距および信号検出は、同一の計測装置１００で実行することができる。このため、画素の位置ずれ、視差、およびオクルージョンを抑制することができ、正確な入射角の算出が可能である。

　図９に示す例では、計測装置１００は、光検出器３０に対向して配置されたレンズ９０を備える。レンズ９０は、被計測部１０から反射された光の像を光検出器３０の受光面上に結像する。これにより、光検出器３０は、被計測部１０からの反射光の２次元強度分布の情報を取得することができる。

　図９に示す例のように、レンズ９０は、拡散板７０に近接して配置され得る。そのような配置によれば、拡散板７０から被計測部１０に入射する光線の角度と、被計測部１０からレンズ９０に向けて出射する光線の角度との差が小さくなり、拡散反射率の入射角依存性を示すテーブルのデータを安定して取得できる。

　拡散板７０上の集約された光線群の中心と、レンズ９０の中心との距離は、例えば、３０ｍｍ以下、ある例では２０ｍｍ以下、さらに他の例では１０ｍｍ以下に設定され得る。

　計測装置１００は、パルスの代わりに、連続波（ＣＷ）の光を出射して被計測部１０の情報を取得してもよい。ＣＷ波を用いることにより、酸素飽和度、脈拍または血圧などの他のバイタル情報を取得する用途にも計測装置１００を応用可能である。その場合も、拡散板７０上で複数の光線束が集約されていることが、体動成分を排除した安定な計測に有効である。

　次に、図１１および図１２を参照して、キャリブレーションデータの生成方法の例と、キャリブレーションデータを用いた信号の補正方法の例とを説明する。

　図１１は、キャリブレーションデータを生成する方法の例を示すフローチャートである。この例では、計測対象者の被計測部１０の光学特性に類似する光学特性を有するキャリブレーション用平板が予め用意される。キャリブレーションデータとして、被計測部１０における各計測点の照度または反射率と入射角度とを関連付けた照度補正テーブルが作成される。

　まず、ステップＳ２０１において、キャリブレーション用平板を光軸に沿って移動させ、所定の位置に配置する。この移動は、自動で行ってもよいし、手動で行ってもよい。続くステップＳ２０２において、計測装置１００の光源２０からキャリブレーション用平板に光を照射し、平板上の照度分布または反射率分布を光検出器３０で計測する。次に、ステップＳ２０３において、信号処理回路５０は、光検出器３０３からキャリブレーション用平板上の各計測点までの距離、各計測点の３次元座標、および各計測点での入射角度を計算する。各計測点の３次元座標は、ＴＯＦ測距によって計測された計測点までの距離と、その計測点の画像中での位置とに基づいて計算され得る。入射角度は、その点の３次元座標と、拡散板７０上での光の出射点の３次元座標とから計算される。続くステップＳ２０４において、制御回路６０は、所定回数の計測が完了したかを判断する。所定回数の計測が完了していない場合、ステップＳ２０１に戻り、キャリブレーション用平板を光軸方向に所定距離だけ移動させる。ステップＳ２０４において所定回数の計測が完了したと判断されるまで、ステップＳ２０１からＳ２０４の動作が繰り返される。所定回数の計測が完了すると、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５において、信号処理回路５０は、ステップＳ２０２で計測した各計測点の反射率と、ステップＳ２０３で計算した各計測点の入射角度とを関連付けた照度補正テーブルを作成する。照度補正テーブルは、キャリブレーション用平板と計測装置１００との距離の異なる複数の条件で生成され得る。

　なお、計測装置１００が、波長の異なる光を出射する複数の光源を備える場合は、光源ごとに図１１の動作が実行され、照度補正テーブルが作成され得る。

　このような方法により、計測時に光検出器３０から出力される検出信号を補正するためのキャリブレーションデータを効果的に生成することができる。

　なお、キャリブレーション用平板に変えて、対象者の被計測部１０そのものを用いて上記と同様の方法によってキャリブレーションデータを生成してもよい。

　このように、本実施形態におけるキャリブレーションデータの生成方法は、計測対象物、または当該対象物に類似する光学特性を有するキャリブレーション用平板に向けて光源から光を出射して当該対象物または平板における１つ以上の計測点の反射率を計測する動作と、１つ以上の計測点への光の入射角を推定する動作とを、当該対象物または平板と光源との距離を変化させて複数回実行することと、１つ以上の計測点についての光の入射角と、反射率との関係を規定するキャリブレーションデータを生成することとを含む。そのような方法により、キャリブレーションデータを効率的に生成することができる。

　図１２は、計測時に実行されるキャリブレーションデータを用いた信号補正方法の例を示すフローチャートである。この例では、まずステップＳ３０１において、被計測部１０に光源２０から光を照射し、その反射光を光検出器３０で検出する。続くステップＳ３０２において、信号処理回路５０は、光検出器３０から被計測部１０における各計測点までの距離、各計測点の３次元座標、および各計測点での入射角度を計算する。次に、ステップＳ３０３において、信号処理回路５０は、予め生成された照度補正テーブルを参照して、３次元座標および入射角度から、信号補正値を決定し、光検出器３０によって生成された信号の値を補正する。補正は、例えば図１０に示す反射率の逆数を信号値に掛けることによって行われる。信号処理回路５０は、補正後の信号に基づいて、対象物の内部状態を示す情報を生成する。

　このように、本実施形態における信号処理回路５０は、光検出器３０による検出結果に基づいて、対象物の１つ以上の計測点までの距離を推定し、推定された距離に基づいて、１つ以上の計測点の位置を推定し、推定された位置に基づいて、１つ以上の計測点への出射光の入射角を推定し、推定された入射角と、予め生成された、入射角と反射率との関係を規定するキャリブレーションデータとに基づいて、反射光の検出結果を示す信号を補正し、補正後の信号に基づいて、対象物に関する情報を生成する。このような動作により、被計測部１０または計測装置１００に動きが生じた場合でも、信号を適切に補正することができる。

　（変形例）
　図１３は、計測装置１００他の構成例を示す図である。この例における計測装置１００は、発光装置１２０a、発光装置１２０ｂ、拡散板７０、複数のミラー８０と、複数のコリメータレンズ２５を備える。発光装置１２０ａおよび発光装置１２０ｂは、例えば半導体レーザのパッケージであり得る。発光装置１２０ａは、第１発光素子２２ａおよび第２発光素子２２ｂと、第１発光素子２２ａおよび第２発光素子２２ｂを支持するサブマウント２３とを備える。発光装置１２０ｂは、第３発光素子２２ｃおよび第４発光素子２２ｄと、第３発光素子２２ｃおよび第４発光素子２２ｄを支持するサブマウント２３とを備える。第１発光素子２２ａから出射される第１出射光と、第３発光素子２２ｃから出射される第３出射光は、例えば、第１波長を有する。第２発光素子２２ｂから出射される第２出射光と、第４発光素子２２ｄから出射される第４出射光は、例えば、第２波長を有する。複数のミラー８０は、第１出射光と第２出射光、および第３出射光と第４出射光を、拡散板７０の一領域に集約して入射させる。このとき、第１出射光の光スポット、第２出射光の光スポット、第３出射光の光スポット、および第４出射光の光スポットからなるグループから何れか２つの光スポットを選択した場合、選択された２つの光スポット間の距離は、選択されたそれぞれの光スポットに対応する発光素子間の距離よりも短い。例えば、拡散板７０の一領域に形成される第１出射光の光スポットと前記第３出射光の光スポットとの距離は、第１発光素子と第３発光素子との距離よりも短い。拡散板７０の一領域に形成される第１出射光の光スポットと前記第４出射光の光スポットとの距離は、第１発光素子と第４発光素子との距離よりも短い。拡散板７０の一領域に形成される第２出射光の光スポットと前記第３出射光の光スポットとの距離は、第２発光素子と第３発光素子との距離よりも短い。拡散板７０の一領域に形成される第２出射光の光スポットと前記第４出射光の光スポットとの距離は、第２発光素子と第４発光素子との距離よりも短い。

　以上、本構成例では発光素子を複数含む発光装置１２０を、計測装置１００に複数実装している。これにより、被計測部１０に照射される光の光量を増加させることができ、光検出器３０で観測される信号のＳＮ比を向上させることが可能となる。さらに、複数のミラーによって、発光装置１２０ａおよび発光装置１２０ｂからの光を拡散板７０の一領域に集約して入射させることにより、体動前後における、発光装置１２０ａ、発光装置１２０ｂの２つの光源間の検出信号の変化率の差に起因する誤差が、脳血流の検出信号の変動量を超えることを抑制できる。

　なお、ミラーは複数でなくともよい。例えば、第１出射光と第２出射光の光路上にはミラーを配置せず、第３出射光と第４出射光の光路上にミラーを配置することにより、拡散板７０の一領域に出射光を集約して入射させてもよい。また、発光装置１２０ａ、発光装置１２０ｂが１つの筐体に収納されていてもよい。

　以上の実施形態では、主に生体を対象物とし、生体の血流に関する情報を生成する例を説明した。本開示の技術は、生体計測に限定されず、様々な物質の内部状態の計測に利用され得る。例えば、果物、野菜、肉、魚、または料理品の状態の計測に本開示の技術を適用することができる。より具体的には、生鮮食品、加工食品、または料理品の内部の腐敗の程度、または、例えば料理品のオーブンレンジ内の食品（例えば、ケーキのスポンジの生地または冷凍食品など）の内部の焼け具合もしくは加熱具合などの情報を生成することができる。また、植物の幹、茎、葉を対象物にすることにより、内部の成長具合などの情報を生成することもできる。これらの応用例において、１波長のみならず、２波長以上の光を利用してもよい。複数の波長の光を利用する場合、吸収係数が異なる波長が選択される。そのうちの１波長をリファレンス波長とし、他の波長の相対的な光の吸収量に基づいて、内部の状態を推定することができる。

　本開示における計測装置は、対象物または計測装置に動きが発生した場合でも安定的に対象物の内部状態を示す情報を検出することができる。このため、本開示の技術は、非接触での脳血流計測、バイタルセンシング、認証、および食品検査などの幅広い分野で有用である。

　　１０　　　　被計測部
　　２０ａ　　　第１光源
　　２０ｂ　　　第２光源
　　２２ａ　　　第１発光素子
　　２２ｂ　　　第２発光素子
　　２３　　　　サブマウント
　　２４ａ　　　第１調整回路
　　２４ｂ　　　第２調整回路
　　２５　　　　コリメータレンズ
　　２６　　　　基板
　　２７　　　　筐体
　　３０　　　　光検出器
　　３２　　　　光電変換素子
　　３４　　　　電荷蓄積部
　　４０　　　　電子回路
　　５０　　　　信号処理回路
　　６０　　　　制御回路
　　７０　　　　拡散板
　　８０　　　　ミラー
　　９０　　　　レンズ
　　１００　　　計測装置
　　１２０　　　発光装置
　　２０１　　　画素
　　２０４　　　第１浮遊拡散層
　　２０５　　　第２浮遊拡散層
　　２０６　　　第３浮遊拡散層
　　２０７　　　第４浮遊拡散層
　　３０２　　　行選択回路
　　３０３　　　列選択回路
　　３０４　　　垂直信号線
　　３０５　　　ソースフォロワ電源
　　３０６　　　ソースフォロワ負荷
　　３０７　　　アナログ－デジタル変換回路
　　３０８　　　行選択トランジスタ
　　３０９　　　ソースフォロワトランジスタ
　　３１０　　　リセットトランジスタ

Claims

　第１出射光を出射する第１光源と、
　第２出射光を出射する第２光源と、
　拡散板と、
　前記第１出射光および前記第２出射光からなる群から選択される少なくとも一方の伝搬方向を変化させることにより、前記拡散板の一領域に、前記第１出射光および前記第２出射光を集約して入射させるミラーと、
　前記拡散板によって拡散された前記第１出射光に起因して対象物から生じた第１反射光と、前記拡散板によって拡散された前記第２出射光に起因して前記対象物から生じた第２反射光とを検出する光検出器と、
　前記光検出器による前記第１反射光および前記第２反射光の検出結果に基づいて、前記対象物に関する情報を生成して出力する処理回路と、
を備え、
　前記拡散板の前記一領域に形成される前記第１出射光の光スポットと前記拡散板の前記一領域に形成される前記第２出射光の光スポットとの距離は、前記第１光源と前記第２光源との距離よりも短い、
　計測装置。
　第１出射光を出射する第１光源、前記第１光源に隣接し、第２出射光を出射する第２光源、および前記第１光源と前記第２光源とを支持する第１サブマウントを含む第１発光装置と、
　前記第１出射光および前記第２出射光の光路上に配置された拡散板と、
　前記拡散板によって拡散された前記第１出射光に起因して対象物から生じた第１反射光と、前記拡散板によって拡散された前記第２出射光に起因して前記対象物から生じた第２反射光とを検出する光検出器と、
　前記光検出器による前記第１反射光および前記第２反射光の検出結果に基づいて、前記対象物に関する情報を生成して出力する処理回路と、
を備える、
　計測装置。
　前記拡散板における前記第１出射光の光スポットの中心と前記第２出射光の光スポットの中心との距離は、５ｍｍ以下である、
　請求項１または２に記載の計測装置。
　前記第１出射光および前記第２出射光は、少なくとも部分的に重なって前記拡散板に入射する、
　請求項１から３のいずれかに記載の計測装置。
　前記第１光源と前記拡散板との間の光路上に配置された第１コリメータレンズと、
　前記第２光源と前記拡散板との間の光路上に配置された第２コリメータレンズと、
をさらに備える、
　請求項１から４のいずれかに記載の計測装置。
　前記拡散板に入射する前記第１出射光の入射角は、前記拡散板に入射する前記第２出射光の入射角と同じである、
　請求項１から５のいずれかに記載の計測装置。
　前記拡散板は、表面に複数の凹部または複数の凸部を有する、
　請求項１から６のいずれかに記載の計測装置。
　前記第１出射光の波長は、６５０ｎｍ以上８０５ｎｍ未満であり、
　前記第２出射光の波長は、８０５ｎｍ以上９５０ｎｍ以下である、
　請求項１から７のいずれかに記載の計測装置。
　前記第１出射光の波長は、前記第２出射光の波長と同じである、
　請求項１から７のいずれかに記載の計測装置。
　前記第１光源、前記第２光源、および前記光検出器を制御する制御回路をさらに備え、
　前記第１反射光および前記第２反射光はパルス光であり、
　前記制御回路は、
　　前記第１光源に、前記第１出射光を出射させ、
　　前記第２光源に、前記第２出射光を出射させ、
　　前記光検出器に、前記第１反射光の強度の減少の開始から終了までの期間である第１立ち下がり期間における前記第１反射光の第１成分を検出させ、
　前記光検出器に、前記第２反射光の強度の減少の開始から終了までの期間である第２立ち下がり期間における前記第２反射光の第２成分を検出させ、
　前記処理回路は、前記光検出器によって検出された前記第１反射光の前記第１成分の強度および前記第２反射光の前記第２成分の強度に基づいて、前記情報を生成する、
　請求項１から９のいずれかに記載の計測装置。
　第３出射光を出射する第３光源をさらに備え、
　前記光検出器は、前記拡散板によって拡散された前記第３出射光に起因して前記対象物から生じた第３反射光をさらに検出し、
　前記処理回路は、前記光検出器による前記第１反射光、前記第２反射光、および前記第３反射光の検出結果に基づいて、前記情報を生成して出力する、
　請求項１から１０のいずれかに記載の計測装置。
　前記第１発光装置は、
　　第３出射光を出射する第３光源と、
　　第４出射光を出射する第４光源と、
　　前記第３光源および前記第４光源を支持する第２サブマウントと、
　　前記第１光源、前記第２光源、前記第３光源、および前記第４光源を収納する筐体と、
をさらに備え、
　前記光検出器は、前記拡散板によって拡散された前記第３出射光に起因して前記対象物から生じた第３反射光、および前記拡散板によって拡散された前記第４出射光に起因して前記対象物から生じた第４反射光をさらに検出し、
　前記処理回路は、前記光検出器による前記第１反射光、前記第２反射光、前記第３反射光、および前記第４反射光の検出結果に基づいて、前記情報を生成して出力する、
　請求項２に記載の計測装置。
　前記処理回路は、
　　前記光検出器による前記検出結果に基づいて、前記光検出器から前記対象物の少なくとも１つの計測点までの距離を推定し、
　　前記処理回路により推定された前記光検出器から前記対象物の少なくとも１つの計測点までの前記距離に基づいて、前記少なくとも１つの計測点の位置を推定し、
　　前記処理回路により推定された前記位置に基づいて、前記少なくとも１つの計測点への前記第１出射光の第１入射角および前記少なくとも１つの計測点への前記第２出射光の第２入射角を推定し、
　　前記処理回路により推定された前記第１入射角と、前記処理回路により推定された前記第２入射角と、予め生成された、前記対象物への光の入射角と前記対象物での前記光の反射率との関係を規定するキャリブレーションデータとに基づいて、前記検出結果を示す信号を補正し、
　　前記処理回路により補正された前記信号に基づいて、前記情報を生成する、
　請求項１から１２のいずれかに記載の計測装置。
　前記対象物は生体であり、
　前記情報は、血流、酸素飽和度、脈拍、および血圧からなる群から選択される少なくとも１つの情報を含む、
　請求項１から１３のいずれかに記載の計測装置。
　前記対象物は生体であり、
　前記情報は、前記生体の脳血流を示す情報を含む、
　請求項１から１３のいずれかに記載の計測装置。
　第３出射光を出射する第３光源、前記第３光源に隣接し、第４出射光を出射する第４光源、および前記第３光源と前記第４光源とを支持する第２サブマウントを含む第２発光装置と、
　前記第１発光装置からの出射光および前記第２発光装置からの出射光からなる群から選択される少なくとも一方の伝搬方向を変化させることにより、前記拡散板の一領域に、前記第１出射光、前記第２出射光、前記第３出射光および前記第４出射光を集約して入射させるミラーと、をさらに備える、
　請求項２に記載の計測装置。
　光源と、
　前記光源から出射された出射光の光路上に配置された拡散板と、
　前記拡散板によって拡散された前記出射光に起因して対象物から生じた反射光を検出する光検出器と、
　前記光検出器による前記反射光の検出結果に基づいて、前記対象物に関する情報を生成して出力する処理回路と、
を備え、
　前記処理回路は、
　　前記光検出器による前記検出結果に基づいて、前記光検出器から前記対象物の少なくとも１つの計測点までの距離を推定し、
　　前記処理回路により推定された前記距離に基づいて、前記少なくとも１つの計測点の位置を推定し、
　　前記処理回路により推定された前記位置に基づいて、前記少なくとも１つの計測点への前記出射光の入射角を推定し、
　　前記処理回路により推定された前記入射角と、予め生成された、前記対象物への前記出射光の入射角と前記対象物での前記出射光の反射率との関係を規定するキャリブレーションデータとに基づいて、前記検出結果を示す信号を補正し、
　　前記処理回路により補正された前記信号に基づいて、前記情報を生成する、
　計測装置。
　対象物、または前記対象物に類似する光学特性を有するキャリブレーション用の平板に向けて光源から光を出射して前記対象物または前記平板における少なくとも１つの計測点の反射率を計測する動作と、前記少なくとも１つの計測点への前記光の入射角を推定する動作とを、前記対象物または前記平板と前記光源との距離を変化させて複数回実行することと、
　前記少なくとも１つの計測点への前記光の入射角と、前記反射率との関係を規定するキャリブレーションデータを生成することと、
を含む方法。