JP5453849B2 - 光出射プローブ、光出射装置、生体情報検出装置およびブレイン・マシン・インターフェース - Google Patents

Description

本発明は、光の照射により生体内の情報を検出する生体情報検出に用いられる光出射プローブ、光出射装置および生体情報検出装置に係り、また、当該生体情報検出装置を適用したブレイン・マシン・インターフェースに係る。

生体情報を光を用いて検出する従来の装置として特許文献１，２に紹介されるものがある。

特許文献１記載の装置は、被検体に光を照射する複数の光照射手段と、当該光照射手段から出射され被検体内部を通過した光を検出する複数の受光手段とを有している。

各光照射手段は、波長の異なる複数の光源を有している。光源として、半導体レーザー、チタンサファイアレーザ、発光ダイオード等が用いられる。複数の光源の光は、互いに異なる周波数で強度変調され、結合器および照射用光ファイバを介して被検体の頭皮上に導かれる。

各受光手段は、光検出用光ファイバと、当該ファイバに繋がれた光検出器とから成る。光検出用光ファイバの先端は、上記光照射手段による光照射の位置の近くに配置される。各受光手段で検出された電気信号はロックインアンプに入力され、当該検出信号中から所定の光源の光に対応する信号が抽出される。受光手段による検出信号は、光照射点と光検出点との中間位置下方の部位の生体情報に対応付けられる。

特許文献２記載の装置は、操作時に被験者に接触させるアプリケータブロックを有している。このブロックには、被験者との接触面において開口した中央孔およびほぼ環状の孔が設けられている。環状孔は中央孔の周囲に同心的に設けられている。中央孔には照射用光ファイバの束の発光端部が収容され、環状孔には光検出用ファイバの束の光捕捉端部が収容されている。照射用光ファイバ束は異なる波長の光源にそれぞれ繋がれた複数の束から成る。光源にはレーザーダイオードが用いられる。

特開平９−９８９７２号公報 特表平１１−５０７５６８号公報 特開２０００−３３２３５１号公報 特開平１１−２５９８９５号公報

"Photonics Lasers producing tailored beams"、Nature、２００６年６月２２日、第４４１巻、ｐ．９４６ 貞宗志穂、「ラゲールガウスビーム生成方法」、２００１年度レーザー新世代研究センター卒業論文 松田謙治、他３名、「非侵襲血糖値測定のための偏光赤外分光法」、日本光学会年次学術講演 日本分光学会秋季講演会 Optics ＆ Photonics Japan ２００８ 予稿集、０８ｐＥ０９

一般に、生体に照射された光は、生体中を進行するうちに生体組織で散乱され広がってしまう。そのような広がった光では、低い空間分解能しか得られない上、生体深部まで十分な光強度（光量）で照明するのは難しい。

本発明は、空間分解能、照明深さおよび光強度を向上可能な光出射プローブ、光出射装置および生体情報検出装置を提供すること、および、当該生体情報検出装置を適用したブレイン・マシン・インターフェースを提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、光照射を利用した生体情報検出に用いられる光出射プローブであって、ビーム中心軸に垂直な光断面において前記ビーム中心軸を囲むまたは挟む部分に明部を持つ光ビームを生成する光ビーム生成手段を備え、前記光ビームを生体外部から前記生体内に向けて照射したときに、前記生体内に進入した前記光ビームの干渉光を前記ビーム中心軸付近に形成させて、当該干渉光を前記生体からの情報の取得に用い、前記光ビームは、軸対称偏光ビームまたはラゲールガウスビームである。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光出射プローブであって、前記軸対称偏光ビームは、方位偏光ビームまたは径偏光ビームである。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の光出射プローブであって、前記生体の表面での前記明部は、前記ビーム中心軸を中心にして環状に延在する少なくとも１つの明領域で構成されている。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の光出射プローブであって、前記生体表面での前記少なくとも１つの明領域は、前記ビーム中心軸を中心とする単一の円上に内側縁を有している。

請求項５に係る発明は、請求項３または４に記載の光出射プローブであって、前記生体表面での前記少なくとも１つの明領域は、前記ビーム中心軸から０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の距離離れた位置に内側縁を有している。

請求項６に係る発明は、請求項３ないし５のうちのいずれか１項に記載の光出射プローブであって、前記生体表面での前記少なくとも１つの明領域は、前記ビーム中心軸を通る線上において、前記ビーム中心軸と当該少なくとも１つの明領域の外側縁との離間距離の１／１０００倍以上１／２倍以下の寸法の幅を有している。

請求項７に係る発明は、請求項３ないし６のうちのいずれか１項に記載の光出射プローブであって、前記光ビームは集光性の方位偏光ビームである。

請求項８に係る発明は、光照射を利用した生体情報検出に用いられる光出射プローブであって、ビーム中心軸に垂直な光断面において前記ビーム中心軸を囲むまたは挟む部分に明部を持つ光ビームを生成する光ビーム生成手段を備え、前記光ビームを生体外部から前記生体内に向けて照射したときに、前記生体内に進入した前記光ビームの干渉光を前記ビーム中心軸付近に形成させて、当該干渉光を前記生体からの情報の取得に用い、前記生体の表面での前記明部は、前記ビーム中心軸を中心として点在する複数の明領域で構成されている。
請求項９に係る発明は、光照射を利用した生体情報検出に用いられる光出射プローブであって、ビーム中心軸に垂直な光断面において前記ビーム中心軸を囲むまたは挟む部分に明部を持つ光ビームを生成する光ビーム生成手段を備え、前記光ビームを生体外部から前記生体内に向けて照射したときに、前記生体内に進入した前記光ビームの干渉光を前記ビーム中心軸付近に形成させて、当該干渉光を前記生体からの情報の取得に用い、前記生体の表面での前記明部は、前記ビーム中心軸を中心として環状に延在する複数の明領域で構成されている。

請求項１０に係る発明は、請求項８または９に記載の光出射プローブであって、前記生体表面における前記複数の明領域のそれぞれと前記ビーム中心軸との離間距離が等しい。

請求項１１に係る発明は、請求項８ないし１０に記載の光出射プローブであって、前記生体表面での前記複数の明領域のそれぞれは、前記ビーム中心軸から０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の離間距離を有して位置している。

請求項１２に係る発明は、請求項１ないし１１のうちのいずれか１項に記載の光出射プローブであって、前記光ビーム生成手段は、前記光ビーム自体を出射可能に構成された光源部を含む。

請求項１３に係る発明は、請求項１ないし１１のうちのいずれか１項に記載の光出射プローブであって、前記光ビーム生成手段は、光源部と、前記光源部から出射された光を前記光ビームに変換するビーム変換光学系とを含む。

請求項１４に係る発明は、請求項１２または１３に記載の光出射プローブであって、前記光源部は出射光の波長が異なる複数の光源を有する。

請求項１５に係る発明は、光出射装置であって、請求項１２ないし１４のうちのいずれか１項に記載の光出射プローブと、前記光源部を駆動する駆動部とを備える。

請求項１６に係る発明は、生体情報検出装置であって、請求項１ないし１４のうちのいずれか１項に記載の光出射プローブを含み、前記光ビームを出射する光出射部と、前記光ビームが照射された前記生体内の光強度を検出する光検出部と、前記光検出部によって検出された前記光強度を、予め規定された所定の処理に適用することによって、生体情報を取得する処理部とを備える。

請求項１７に係る発明は、ブレイン・マシン・インターフェースであって、請求項１６に記載の生体情報検出装置を備え、前記生体情報は脳情報であり、前記処理部は前記脳情報に従って制御対象を制御する。

請求項１に係る発明によれば、生体内で形成された干渉光は生体へ入射する光ビームよりも細い明線を含むので、高い空間分解能を得ることができる。また、干渉光の明線として非回折性のビームが形成されることによって、より深部の生体情報を検出することができる。また、干渉光の明線によれば、中実状ビーム（ガウスビーム等のようにビーム中心軸に垂直な面において中実状の明部を有する光ビーム）を入射するよりも強い光強度が得られるので、光検出の精度を向上させることができる。また、軸対称偏光ビーム（具体的には方位偏光ビームおよび径偏光ビーム）によれば、ビーム中心軸を生体表面に対して傾けることにより、Ｓ偏光成分を含んだ光を容易に生体へ入射することが可能である。Ｓ偏光光はＰ偏光光に比べて生体内部へ浸透しやすいので、より深部の生体情報を検出することができる。

請求項４，１０に係る発明によれば、明部の全体を同じ深さ位置で交差させることができる。このため、干渉光をより確実に得られる。また、干渉光の明線をより明るくすることができる。

請求項５，１１に係る発明によれば、生体表層部での散乱に起因したノイズを抑制して、生体情報の検出精度を向上させることができる。なぜならば、ビーム中心軸からの離間距離が上記の特定範囲（０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下）よりも短いと、明部が、所望とする部位よりも浅い生体表層部において交差して干渉光を形成してしまう可能性があるからである。また、請求項４，１０に係る発明によれば、干渉光をより確実に得ることができる。なぜならば、ビーム中心軸からの離間距離が上記の特定範囲よりも長いと、交差するまでの距離が長くなることにより位相情報が失われてしまい（換言すれば同位相成分が減少してしまい）、干渉が生じにくくなるからである。

請求項６に係る発明によれば、干渉光をより確実に得ることができる。なぜならば、明領域が幅広になるほど、中実状ビームとの差異が無くなってしまうからである。また、請求項６に係る発明によれば、生体内での光量不足を防止することが可能である。なぜならば、明領域が幅狭になるほど、生体内へ入射される光量が減少するからである。

請求項７に係る発明によれば、明部の全体がＳ偏光状態になるので、高い効率でＳ偏光光の照射を行うことができる。Ｓ偏光光はＰ偏光光に比べて生体内部へ浸透しやすいので、より深部の生体情報を検出することができる。また、ビーム中心軸を生体表面に対して垂直にした状態であっても、Ｓ偏光光を生体へ入射することができる。このため、生体内における干渉光の位置を把握しやすく、簡便である。

請求項１４に係る発明によれば、種々の波長で生体情報の検出を行うことができる。

本発明の実施形態に係る生体情報検出装置の外形的な構成および使用態様を例示する模式図である。 本発明の実施形態に係る生体情報検出装置の外形的な構成および使用態様を例示する模式図である。 本発明の実施形態に係る生体情報検出装置を例示するブロック図である。 本発明の実施形態に係る光出射部を例示するブロック図である。 本発明の実施形態に係る光出射部を例示するブロック図である。 本発明の実施形態に係る光検出部の例示するブロック図である。 本発明の実施形態に係る光検出部の例示するブロック図である。 本発明の実施形態に係る光検出部の例示するブロック図である。 本発明の実施形態に係る光ビームを例示する模式図である。 方位偏光ビームを説明する模式図である。 径偏光ビームを説明する模式図である。 本発明の実施形態に係る生体情報検出装置による光照射を例示する模式図である。 本発明の実施形態に係る生体情報検出装置によるＳ偏光照射を例示する模式図である。 本発明の実施形態に係る生体情報検出装置によるＳ偏光照射を例示する模式図である。 本発明の実施形態について、生体表面での明部の形状を例示する平面図である。 本発明の実施形態について、生体表面での明部の形状を例示する平面図である。 本発明の実施形態について、生体表面での明部の形状を例示する平面図である。 本発明の実施形態について、生体表面での明部の形状を例示する平面図である。 本発明の実施形態について、生体表面での明部の形状を例示する平面図である。 本発明の実施形態に係るブレイン・マシン・インターフェースを例示するブロック図である。

本発明の実施形態に係る生体情報検出装置は、光の照射により生体内の情報を検出する装置である。より具体的には、対象とする生体の外部から光を照射し、当該光を生体外部から観測し、観測光を分析することによって、生体の各種情報を取得する装置である。これによれば、非侵襲的に生体を観測することができる。

上記照射光の観測により、例えば光電脈波等の生体情報を検出することができる。また、光電脈波等のデータから、例えば、酸化ヘモグロビン量、還元（脱酸化）ヘモグロビン量、ヘモグロビン全量、酸素飽和度等の血液動態を生体情報として検出することができる。また、例えば、血液動態の変化から、脳の活動に関する情報（脳情報）等の生体情報を検出することができる。

なお、光電脈波のデータ処理、換言すれば検出光のデータ処理には既存の各種手法を採用可能であり、以下ではかかる手法の詳細な説明は省略する。

実施形態に係る生体情報検出装置は、例えばパルスオキシメータ、ブレイン・マシン・インターフェース（ＢＭＩ）等に適用可能である。

以下に、実施形態に係る生体情報検出装置の例を、図面を参照して具体的に説明する。

図１の模式図に、実施形態に係る生体情報検出装置１の外形的な構成および使用態様を例示する。図１の例では、生体情報検出装置１は外形的に、装置本体１１と、光出射プローブ１２と、光検出プローブ１４と、ケーブル１３，１５とを含んでいる。

光出射プローブ１２は、生体情報検出装置１の光出力端に相当し、生体５に照射する光ビーム３０を出射する。光出射プローブ１２は、ケーブル１３を介して装置本体１１に接続されている。

光検出プローブ１４は、生体情報検出装置１の光入力端に相当し、装置外部の光４０を装置１内へ取り込む。光検出プローブ１４は、生体情報検出装置１においては、上記光ビーム３０が照射された生体５内の光強度を測定するために用いられる。光検出プローブ１４は、ケーブル１５を介して装置本体１１に接続されている。

上記要素１１〜１５のより具体的な構成例は後述する。

なお、以下の説明では、光出射プローブ１２から出射される光ビーム３０を光３０、出射光３０等と表現する場合もある。また、光検出プローブ１４が取り込む光４０を受光光４０、検出光４０等と表現する場合もある。

生体情報検出装置１を使用する場合、図１に示すように、光出射プローブ１２は光ビーム３０の出射端を生体５に向けて配置され、光検出プローブ１４は検出光４０の取り込み口である受光端を生体５に向けて配置される。

図１では光出射プローブ１２を生体５に密着させた場合を例示しているが、光出射プローブ１２と生体５との間にすき間が在っても構わない（例えば図１２参照）。光検出プローブ１４は、検出対象とする生体５内の光４０以外の外光がプローブ１４へ進入するのを防止するために、生体５に密着させるのが好ましい。このため、光検出プローブ１４の受光端は０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲の寸法であることが好ましい。

図１の例では、両プローブ１２，１４が並んで配置されており、これにより生体５内へ進入した光３０のうちで光出射プローブ１４の側へ反射した光４０を検出することが可能である。なお、図１では生体表面６を平坦に例示しているが、生体表面６の曲面部上にプローブ１２，１４を並べることも可能である。

生体５内へ進入した光３０が生体５を透過して反対側の生体表面６まで到達する場合、例えば測定対象となる生体５が指部等の場合、図２の模式図に例示するように両プローブ１２，１４を生体５を挟んで対向配置することも可能である。

図１の例示のように照射光３０のうちの反射光４０を検出する態様を反射型または散乱型と称し、図２の例示のように照射光３０のうちの透過光４０を検出する態様を透過型と称することにする。

反射型と透過型とのいずれのプローブ配置においても、両プローブ１２，１４が近いほど検出光４０の光量が増加するが、近すぎると生体表層部での散乱の影響が大きくなる、すなわち検出ノイズが大きくなる。また、両プローブ１２，１４が遠いほど生体表層部での散乱の影響は小さくなるが、遠すぎると検出光４０の光量が減少し所望の信号成分とノイズとの分離が難しくなる。

このため、反射型のプローブ配置の場合、両プローブ１２，１４の間隔（表面距離）は、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることがより好ましい。また、透過型のプローブ配置の場合、両プローブ１２，１４の距離（生体５を介した直線距離）は１ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。

図１および図２ではプローブ１２，１４がそれぞれ１つずつの場合を例示しているが、各プローブ１２，１４の個数はこの例示に限定されるものではない。また、両プローブ１２，１４は同数でなくても構わない。例えば、１つの光出射プローブ１２からの出射光３０を複数の光検出プローブ１４によって検出するように構成することが可能である。また、例えば、複数の光出射プローブ１２からの出射光３０を１つの光検出プローブ１４によって検出するように構成することも可能である。

また、図１および図２の例では光ビーム３０を生体表面６に対して垂直方向から入射する場合（以下、垂直入射と称する）を例示しているが、光ビーム３０の入射方向を生体表面６に対して傾斜させる態様（以下、斜め入射と称する）も可能である（図１３参照）。

プローブ１２，１４の配置は、プローブ保持具２０を利用することにより、容易になる。このため、プローブ保持具２０を生体情報検出装置１に含めることも可能である。

プローブ保持具２０は、生体５に固定的に装着される器具である。例えば測定対象の生体５が頭部である場合、プローブ保持具２０はヘッドホン形状、ヘッドギア形状等に構成可能である。また、例えば測定対象の生体５が指部である場合、プローブ保持具２０は手袋形状、指サック形状、Ｕ字形状等に構成可能である。プローブ保持具２０は、プローブ１２，１４を生体５の側へ押圧するように構成されていることが好ましい。

図１および図２に例示のプローブ保持具２０は、プローブ１２，１４を取り付けるためのプローブ取付具２１を有している。プローブ取付具２１は、例えば、プローブ１２，１４を着脱自在に支持するように構成される。また、プローブ取付具２１は、プローブ保持部２０本体に予め固定されていてもよいし、着脱自在に設けられていてもよい。プローブ取付具２１間の位置関係、すなわちプローブ１２，１４間の位置関係を保持するために、板状、棒状、網状等の補助具をさらに用いてもよい。

プローブ１２，１４の配置位置は種々の手法で決定可能である。例えば、外的指標（頭部では眉根部、耳介前端部、後頭極等を利用可能である）を基準にして位置決めをする手法が挙げられる。また、例えば、生体５に固定した磁気源を基準にして磁気センサによる位置検出を利用する手法が挙げられる。また、例えば、プローブ１２，１４が所望箇所に取り付けられた状態の生体５を撮像しておくことにより、その画像との比較により配置位置を再現してもよい。プローブ１２，１４の配置は、例えば、測定者が行ってもよいし、アクチュエータで行ってもよい。

図３に生体情報検出装置１の機能ブロック図を例示する。図３に例示するように、生体情報検出装置１は、光出射部５０と、光検出部６０と、処理部７１と、記憶部７２と、入力部７３と、出力部７４と、電源部７５とを有している。図３では光出射部５０および光検出部６０がそれぞれ１つずつの場合を例示しているが、各部５０，６０の個数はこの例示に限定されるものではない。

光出射部５０は、光ビーム３０を生成して出射することが可能に構成されている。ここで、図４および図５に光出射部５０の機能ブロック図を例示する。なお、図４および図５には処理部７１も併記している。

図４に例示の光出射部５０は、光ビーム３０を生成可能な光源部５１と、光源部５１を駆動する駆動部５２とを有している。光源部５１は例えば半導体レーザーで構成可能である。駆動部５２は、光源部５１を駆動する駆動回路を含んで構成され、処理部７１からの制御指示に従って光源部５１を駆動する。図４の例では、光源部５１が光出射プローブ１２の筐体内に設けられ、駆動部５２が装置本体１１に含まれ、光源部５１と駆動部５２とを接続する電気配線がケーブル１３に相当する。図４の構成例によれば、光源部５１で生成された光ビームがそのまま光ビーム３０として光出射プローブ１２から出射される。すなわち、図４の例では、光源部５１が光ビーム３０の生成手段に相当する。

図５に例示の光出射部５０は、光源部５４と、光源部５４を駆動する駆動部５５と、光学系５６とを有している。光源部５４は例えば半導体レーザーで構成可能である。駆動部５５は、光源部５４を駆動する駆動回路を含んで構成され、処理部７１からの制御指示に従って光源部５４を駆動する。光学系５６は、光源部５４が生成し出射した光ビームを、光出射プローブ１２からの出射光ビーム３０に変換するビーム変換光学系を含んで構成される。すなわち、図５の例では、光源部５４と光学系５６とによって、光ビーム３０の生成手段が構成されている。ビーム変換光学系については後述する。

図５の例では、光源部５４および光学系５６が光出射プローブ１２の筐体内に設けられ、駆動部５５が装置本体１１に含まれ、光源部５４と駆動部５５とを接続する電気配線がケーブル１３に相当する。

図５の構成例によれば、光源部５４で生成された光ビームが、光学系５６のビーム変換光学系へ供給され、ビーム変換光学系によって光ビーム３０へ変換されてプローブ１２から出射される。

なお、駆動部５２，５５の一部または全部を光出射プローブ１２内に設けることも可能である。

光検出部６０は、光ビーム３０が照射された生体５内の光強度を測定するために用いられる。ここで、図６ないし図８に光検出部６０の機能ブロック図を例示する。なお、図６ないし図８には処理部７１も併記している。

図６に例示の光検出部６０は、受光部６１と、信号変換部６２とを有している。受光部６１は、検出光４０を受光して、受光強度に応じた物理量を有する電気信号を出力する。受光部６１は、各種の光電変換素子で構成可能であり、例えばアバランシェフォトダイオード等の高感度の光電変換素子で構成するのが好ましい。

信号変換部６２は、受光部６１から出力された電気信号を処理部７１へ入力可能な態様の信号に変換する。信号変換部６２は、例えば、電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換器、電圧増幅器、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を含んで構成可能である。かかる構成例によれば、受光部６１から出力されたアナログ電流信号は、Ｉ／Ｖ変換器によってアナログ電圧信号に変換され、電圧増幅器によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル電圧信号に変換される。これにより、受光光４０の光強度のデータが、処理部７１を構成するマイクロプロセッサへ入力可能になる。

図６の例では、受光部６１が光検出プローブ１４の筐体内に設けられ、信号変換部６２が装置本体１１に含まれ、受光部６１と信号変換部６２とを接続する電気配線がケーブル１５に相当する。

図７に例示の光検出部６０は、上記の受光部６１および信号変換部６２に加え、光学系６３を有している。光学系６３として、例えば、検出光４０を光電変換素子の受光面上に集光するためのレンズや、検出光４０を上記受光面上に伝送するための光ファイバ等が挙げられる。

図７の例では、受光部６１および光学系６３が光検出プローブ１４の筐体内に設けられ、信号変換部６２が装置本体１１に含まれ、受光部６１と信号変換部６２とを接続する電気配線がケーブル１５に相当する。

これに対し、図８の例のように、光検出プローブ１４の筐体内には光学系６３を設け、受光部６１を信号変換部６２とともに装置本体１１に含めることも可能である。この場合、光検出プローブ１４で検出された光４０は、例えば光ファイバ等の光伝送部材によって装置本体１１の受光部６１へ導かれる。このとき、上記光伝送部材がケーブル１５に相当する。

なお、信号変換部６１の一部または全部を光検出プローブ１４内に設けることも可能である。

図３に戻り、処理部７１は、光出射部５０と、光検出部６０と、記憶部７２と、入力部７３と、出力部７４とに接続されている。

処理部７１は、上記のように光出射部５０の制御処理を行う。処理部７１が駆動部１２に与える制御指示として、例えば、出射光３０の出力エネルギー、出射光３０の出射周期（換言すれば出射周波数）、出射光３０の出射開始および出射終了のタイミング等の各種制御が挙げられる。

なお、上記の出力エネルギー等の各種設定値は、例えば、操作者が入力部７３を介して生体情報検出装置１へ入力することが可能である。この場合、図３の例によれば、入力された設定値は、処理部７１によって、記憶部７２へ格納され、また、利用時に記憶部７２から読み出される。

また、処理部７１は、上記のように光検出部６０による光検出結果から生体情報を取得する。より具体的には、処理部７１は、光検出部６０によって検出された光強度のデータを取得し、当該データを予め規定された所定の処理に適用することによって、生体情報を取得する。例えば光検出部６０によって検出された光電脈波データから血中酸素飽和度や脳情報等の生体情報を検出するために適用可能な処理として、各種手法が知られている。ここでは、処理部７１が行う上記所定の処理には既存の処理手法が採用されるものとし、その詳細な説明は省略する。なお、生体情報の取得処理にあたり、光検出部６０によって検出された光強度データに加えて、例えば光ビーム３０の出力エネルギー等の他のデータも用いる手法もある。

また、処理部７１は、記憶部７２に対して各種のデータ、情報等の書き込みおよび読み出しを行う。また、処理部７１は、入力部７３を介して入力されたデータ、情報等に対する各種処理、出力部７４の制御処理等を行う。

処理部７１は、例えば１つまたは複数のマイクロプロセッサで構成可能である。この場合、マイクロプロセッサが所定のプログラムを実行することにより、処理部７１による各種の処理または処理手順をソフトウェアで実現可能である。換言すれば、プログラムの実行により、マイクロプロセッサを、処理部７１による各種処理に対応した各種手段として機能させることが可能である。または、プログラムの実行により、処理部７１による各種処理に対応した各種機能を、マイクロプロセッサに実現させることが可能である。なお、処理部７１による各種処理の一部または全部をハードウェアで実現することも可能である。

記憶部７２は、処理部７１がアクセス可能に設けられている。記憶部７２は、処理部７１が実行するプログラムや、各種のデータおよび情報を格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。記憶部７２は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）等）、ハードディスク装置、ＤＶＤ等の１つまたは複数を含んで構成可能である。

入力部７３および出力部７４は、生体情報検出装置１と当該装置１の操作者との間を繋ぐマン・マシン・インターフェースである。入力部７３は、例えば各種ボタン、キーボード、タッチパネル、マウス、音声入力機等の１つまたは複数を含んで構成可能である。出力部７４は、例えば各種ディスプレイ、音声出力機等の１つまたは複数を含んで構成可能である。

電源部７５は、各部５０，６０，７１〜７４へ駆動電力を供給するものである。なお、図面の煩雑化を避けるため、電源部７５から各部５０，６０，７１〜７４へ至る配線の図示は省略している。電源部７５は、例えば電源回路、各種電池等の１つまたは複数を含んで構成可能である。

処理部７１と、記憶部７２と、入力部７３と、出力部７４と、電源部７５とは装置本体１１（図１参照）に設けられる。

図９に、光出射部５０から出射される光ビーム３０を説明する模式図を示す。図９の上図は、ビーム中心軸（換言すれば光軸）３１に垂直な光断面における光ビーム３０の光強度分布を示す模式図である。図９の下図は光強度分布を示すグラフである。

光ビーム３０の光強度分布は、暗部３２と、当該暗部３２に比べて明るい、すなわち光強度が強い明部３３とに大別される。

図９に例示の明部３３は、ビーム中心軸３１を中心にして環状に延在する、換言すれば中空形状を成して延在する１つの明領域３３ａで構成されている。明領域３３ａは帯状をしており、内側縁３４および外側縁３５を有している。図９の例では、内側縁３４および外側縁３５はそれぞれビーム中心軸３１を中心とする円形（正円形）をしている。換言すれば、内側縁３４はビーム中心軸３１を中心とする単一の円上に在り、外側縁３５についても同様である。内側縁３４および外側縁３５はビーム中心軸３１を共通の中心としているため、同心円を成している。

暗部３２は、環形状を成す明部３３の内側に存在する領域３２ａと、環形状を成す明部３３の外側に相当する領域３２ｂとで構成されている。

かかる光強度分布によれば、明部３３は、ビーム中心軸３１を囲む形態を有し、ビーム中心軸３１付近に比べて強い光強度を有している。なお、環状の明部３３を有する光ビーム３０を環状ビーム３０とも称することにする。

ここで、図９の平面視において、ビーム中心軸３１と内側縁３４との離間距離ｄ１は、円形の内側縁３４の半径に相当する。また、当該円形の内側縁３４について、ビーム中心軸３１を介して対向する内側縁３４上の２点の離間距離ｄ２は、当該円形の直径に相当する。このとき、ｄ２＝ｄ１×２が成り立つ。なお、離間距離ｄ２は、図９の平面視上、ビーム中心軸３１を通り両端が内側縁３４上にある線分の長さと表現することも可能である。また、内側縁３４の直径ｄ２は環状ビーム３０の内径に相当する。

同様に、図９の平面視において、ビーム中心軸３１と外側縁３５との離間距離ｄ３は、円形の外側縁３５の半径に相当し、また、ビーム中心軸３１を介して対向する外側縁３５上の２点の離間距離ｄ４は当該円形の直径に相当する。このとき、ｄ４＝ｄ３×２が成り立つ。なお、離間距離ｄ４は、図９の平面視上、ビーム中心軸３１を通り両端が外側縁３５上にある線分の長さと表現することも可能である。また、外側縁３５の直径ｄ４は環状ビーム３０の外径に相当する。

また、明領域３３ａの幅ｗは、図９の平面視において、ビーム中心軸３１を中心とする径方向における長さ、換言すればビーム中心軸３１を通る直線上における内側縁３４と外側縁３５との離間距離として与えられる。すなわち、ビーム中心軸３１を通る直線上において、ｗ＝ｄ３−ｄ１が成り立つ。図９の例示のように内側縁３４および外側縁３５が同心円の場合、幅ｗは明領域３３ａ全体に渡って等幅になる。

出射光ビーム３０として、例えば軸対称偏光ビームを利用可能である。図１０に軸対称偏光ビームの一例である方位偏光ビーム（アジミュサル（azimuthal）偏光ビームとも称される）３０Ａの模式図を示し、図１１には軸対称偏光ビームの他の一例である径偏光ビーム（ラジアル（radial）偏光ビームとも称される）３０Ｂの模式図を示す。図１０および図１１には、図９の上図と同様に、ビーム中心軸３１に垂直な面における光強度分布を模式的に図示している。図１０および図１１において環状明部３３中の矢印は偏光方向を模式的に表現するものである。

軸対称偏光ビームは、レーザー発振器の発振モードを調整することにより生成可能である。モード調整は例えばフォトニック結晶で行うことが可能であり、フォトニック結晶が組み込まれた面発光半導体レーザー（以下、フォトニック結晶面発光レーザーと称する）が知られている。なお、フォトニック結晶面発光レーザーは特許文献３、非特許文献１に紹介されている。

フォトニック結晶面発光レーザーによれば、図４に示した光出射部５０の構成例が適用可能である。具体的には、フォトニック結晶面発光レーザーを図４の光源部５１に設けることにより、軸対称偏光ビームから成る環状ビーム３０をプローブ１２から出射することができる。

また、軸対称偏光ビームは、例えば、ガウスビーム等のようにビーム中心軸に垂直な面において中実状の明部を有する光ビーム（以下、中実状ビームと称する）を、アキシコンレンズの対やホログラム等の光学素子に照射することによっても生成可能である。

この場合、図５に示した光出射部５０の構成例が適用可能である。より具体的には、中実状ビームを生成する半導体レーザーを光源部５４に設け、アキシコンレンズの対やホログラム等の光学素子をビーム変換光学系として光学系５６に設けることにより、軸対称偏光ビームから成る環状ビーム３０をプローブ１２から出射することができる。

また、出射光ビーム３０として、例えばラゲールガウスビームを利用可能である。ラゲールガウスビームも軸対称偏光ビームと同様に生成可能である。このため、図４および図５に例示した光出射部５０を適用可能である。なお、ラゲールガウスビームの生成方法の一例が非特許文献２に紹介されている。

また、方位偏光ビームと、径偏光ビームと、ラゲールガウスビームとは各種のビーム変換光学系によって、相互に変換可能である。かかる点に鑑みれば、図５の光源部５４に、方位偏光ビーム、径偏光ビームまたはラゲールガウスビームを出射する半導体レーザーを設けることも可能である。

また、例えば、中実状ビームを、環状の透光パターンを有した光学素子に照射することによって、環状ビーム３０に変換可能である。環状透光パターンは、例えばスリット板、液晶シャッタ等の光学素子で構成可能である。なお、液晶シャッタの一例が、光ディスク装置の光ヘッド中の要素として、特許文献４に紹介されている。

この場合、図５に示した光出射部５０が適用可能である。より具体的には、中実状ビームを生成する半導体レーザーを光源部５４に設け、上記の環状の透光パターンを有した光学素子をビーム変換光学系として光学系５６に設けることにより、環状ビーム３０をプローブ１２から出射することができる。

また、例えば、面発光半導体レーザーの発光面上に、環状の透光パターンを有した遮光膜を形成してもよい。この場合、図４に示した光出射部５０が適用可能である。具体的には、上記の遮光膜を有した半導体レーザーを光源部５１に設けることにより、環状ビーム３０をプローブ１２から出射することができる。

また、種々の手法で生成された環状ビームを上記の環状透光パターンによって整形してもよい。この場合、図５の構成例において、例えば、光源部５４にフォトニック結晶面発光レーザーが設けられる。あるいは、例えば、光源部５４に中実状ビームを生成する半導体レーザーを設け、光学系５６に、上記のアキシコンレンズ対等の光学素子と環状透光パターンを有した光学素子とによって構成されるビーム変換光学系を設けてもよい。

ここで、フォトニック結晶面発光レーザー、アキシコンレンズ対等によって生成される軸対称偏光ビーム等の場合、図９の下図に例示するように、光強度分布のグラフ（特性線）は連続的に変化する。これに対し、環状透光パターンを利用して生成される環状ビームの場合、光強度分布グラフは環状透光パターンの縁に対応する位置で不連続に変化する。上記のいずれの場合についても、光強度の最高値の半値となる位置を、暗部３２と明部と３３の境界位置に選定することにする。なお、環状透光パターンを利用して生成される環状ビームでは、上記の不連続位置と、光強度の最高値の半値となる位置とは一致する。

図１２に、環状ビーム３０を生体５の外部から生体５の内部へ向けて照射した場合の状況を例示した模式図を示す。図１２にはビーム中心軸３１を含む面における環状ビーム３０の断面を模式的に図示している。図１２には光出射プローブ１２が、生体５から離して配置される場合を例示している。図１２には、ビーム中心軸３１が生体表面６に対して垂直を成す方向から、環状ビーム３０を入射する場合、すなわち垂直入射の場合を例示している。

環状ビーム３０を生体表面６に照射することにより、上記の光強度分布（図９参照）で以て生体表面６が照明される。すなわち、生体表面６に環状の明部３３が形成される。なお、光出射プローブ１２（図１参照）は生体表面６に近接させて使用されるので、空気中を伝播する間でのビームの広がりはほとんど無い。このため、垂直入射の場合、生体表面６上における光強度分布は、プローブ１２から出射した直後の光強度分布にほぼ等しい。

環状ビーム３０が生体５内へ進入すると、生体５内に干渉光（換言すれば干渉縞）３７が発現する。図１２には干渉光３７のうちで最も明るいコアビームのみを図示している。コアビームは、干渉光３７における０次の明線であり、主ローブとも呼ばれる。コアビームはビーム中心軸３１付近に、当該軸３１に沿って発現する。なお、コアビームについても符号３７を用いることにする。かかる干渉光３７の発現は、次のように考えられる。

環状ビーム３０は、生体５内へ入射した後、生体５によって（生体組織によって）散乱される。このため、図１２に示すように、明部３３の幅ｗ（図９参照）が広がる。広がり角は生体５の散乱特性に依存する。明部３３の幅ｗは、環状ビーム３０が生体５内を進行するに従って、すなわち生体表面６から深くなるほど、大きくなる。このようにして拡大した明部３３は、生体５内で交差する（図１２中の交差領域３６を参照）。その結果、交差した明部３３が干渉を起こし、干渉光３７が発現するものと考えられる。

生体情報検出装置１では、干渉光３７を生体５からの情報取得に用いる。すなわち、干渉光３７が形成された状態において生体５内の光強度を光検出プローブ１４で測定する。

コアビーム３７のビーム径は、入射前の環状ビーム３０の外径ｄ４（図９参照）よりも細い。このため、環状ビーム３０と同じ外径寸法を有する中実状ビームを照射する場合に比べて、高い空間分解能を得ることができる。

また、コアビーム３７は交差領域３６外の明部３３よりも光強度が強い。このため、環状ビーム３０と同じ光強度の中実状ビームを入射するよりも、強い光強度が得られる。したがって、光検出の精度を向上させることができる。

また、コアビーム３７は、いわゆるベッセルビームである。一般に、ベッセルビームは、自身のビーム中心軸（環状ビーム３０のビーム中心軸３１に相当）に垂直な面における光強度分布が変化することなく伝播する。すなわち、ベッセルビームは非回折性のビームである。このため、コアビーム３７は生体５の内部深くまで到達可能である。したがって、中実状ビームを用いる場合に比べて、より深部の生体情報を検出することができる。

入射光ビームの散乱・拡大は、従来では、空間分解能や光強度の低下を招く原因として不利益なものと考えられてきた。これに対し、生体情報検出装置１によれば、入射光ビームの散乱・拡大に利用価値が見出され、中実状ビームの照射では得られない顕著な効果を奏するのである。

ここで、図９を参照して説明すると、明部３３を成す環状の明領域３３ａの内側縁３４は、生体表面６において、ビーム中心軸３１から０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の距離離れた位置に存在することが好ましい。換言すれば、生体表面６での離間距離ｄ１が、０．５ｍｍ≦ｄ１≦５ｍｍという条件を満たすことが好ましい。

かかる距離範囲によれば、生体表面６付近、すなわち生体表層部での散乱に起因したノイズを抑制して、生体情報の検出精度を向上させることができる。なぜならば、離間距離ｄ１が上記の特定範囲よりも短いと、明部３３が、所望とする部位よりも浅い生体表層部において交差して干渉光３７を形成してしまう可能性があるからである。

また、上記の距離範囲によれば、干渉光３７をより確実に得ることができる。なぜならば、離間距離ｄ１が上記の特定範囲よりも長いと、明部３３が交差するまでの距離が長くなることにより明部３３の位相情報が失われてしまい（換言すれば同位相成分が減少してしまい）、干渉が生じにくくなるからである。

干渉光３７を得るためには、明部３３が同位相成分を有して交差する必要がある。この点に関し、生体５への入射時に同位相成分が多いほど、生体５内での散乱の影響を受けずに、換言すれば位相ずれが生じずに交差領域３６へ到達する光も多くなる。かかる点に鑑みれば、上記のようにレーザー光で構成された環状ビーム３０は好適である。なぜならば、レーザー光によれば、明部３３の全体において位相が揃った状態で生体５内への入射が可能だからである。

生体表面６での明領域３３ａの幅ｗは、ビーム中心軸３１を通る任意の直線上において、ビーム中心軸３１と外側縁３５との離間距離ｄ３の１／１０００倍以上１／２倍以下の範囲の寸法であることが好ましい。すなわち、生体表面６での上記直線上において、ｄ３×（１／１０００）≦ｗ≦ｄ３×（１／２）という条件を満たすことが好ましい。

かかる寸法範囲によれば、干渉光３７をより確実に得ることができる。なぜならば、明領域３３ａが幅広になるほど、中実状ビームとの差異が無くなってしまうからである。また、かかる寸法範囲によれば、生体内での光量不足を防止することが可能である。なぜならば、明領域３３ａが幅狭になるほど、生体５内へ入射される光量が減少するからである。

さて、非特許文献３には、Ｓ偏光の光は、Ｐ偏光光に比べて、生体内のより深部まで浸透することが紹介されている。かかる点に鑑みれば、環状ビーム３０をＳ偏光成分を含む状態で生体５へ照射することにより、より深部の生体情報を取得することができる。

Ｓ偏光光の照射は、例えば、図１３に例示するように光出射プローブ１２を傾斜させて環状ビーム３０を斜め入射することによって、可能である。斜め入射は、環状ビーム３０の偏光状態に関わらず可能であるが、軸対称偏光ビーム３０Ａ，３０Ｂ（図１０および図１１参照）を採用するのが好ましい。これは次の理由による。

例えば直線偏光ビームの場合、その偏光方向をＳ偏光方向と一致させる必要がある。これに対し、軸対称偏光ビーム３０Ａ，３０Ｂによれば、光出射プローブ１２をどの方向に傾けても必ずＳ偏光成分が含まれる。このため、軸対称偏光ビーム３０Ａ，３０Ｂの採用により、Ｓ偏光光を容易に照射することができる。

また、Ｓ偏光光の照射は、例えば、図１４に例示するように方位偏光ビーム３０Ａ（図１０も参照）を集光レンズ５６Ａで集光することによって、可能である。図１４にはビーム中心軸３１を含む面における方位偏光ビーム３０Ａの断面を模式的に図示している。なお、図中、×印を○印で囲んだ記号は、偏光方向が紙面垂直方向であることを表現するものである。

図１４に例示するように、環状ビームである方位偏光ビーム３０Ａを集光すると、環状の明部３３の進行方向がビーム中心軸３１の側へ傾斜する。かかる方位偏光ビーム３０Ａをプローブ１２からの出射光ビーム３０として生体表面６へ入射すると、明部３３が生体表面６に対して斜め入射する。これにより、Ｓ偏光光が生体５に入射される。ここで、明部３３がビーム中心軸３１の側へ傾斜して進行し焦点位置に到達する前の形態を「集光性」と表現することにする。

図１４では方位偏光ビーム３０Ａをフォトニック結晶面発光レーザー５４Ａで生成する場合を例示しているが、かかる例に限定されるものではない。また、図１４の構成例の場合、フォトニック結晶面発光レーザー５４Ａは光源部５４（図５参照）に含まれ、集光レンズ５６Ａは光学系５６（図５参照）に含まれる。

集光性の方位偏光ビーム３０Ａによれば、明部３３の全体をＳ偏光状態にすることができる。したがって、他の集光性環状ビームに比べて、より多くのＳ偏光成分が得られる。このため、Ｓ偏光光の照射を高い効率で行うことができる。

図１４には集光性の方位偏光ビーム３０Ａを垂直入射する場合を例示しているが、当該ビーム３０Ａを斜め入射することも可能である。但し、垂直入射の方が、生体５内における照射位置、すなわち干渉光３７（図１２参照）の位置を把握しやすく、簡便である。

上記では生体表面６における明部３３が完全に閉じられた環状である場合を例示した。これに対し、当該環形状を分断した形態の明部３３であっても干渉光３７を得ることは可能である。なお、この場合、暗部３２は上記の２つの暗領域３２ａ，３２ｂ（図９参照）が繋がった形態になる。

例えば、図１５（図９の上図に対応する）に例示するように、Ｃ字形状に延在した１つの明領域３３ｂで以て環状の明部３３を構成してもよい。

また、図１６（図９の上図に対応する）の例では、互いに離間した複数の明領域３３ｃが全体としてビーム中心軸３１を中心にして環状に延在することにより、環状の明部３３が形成されている。但し、明領域３３ｃの数、換言すれば明部３３の分割数は、図１６の例に限定されるものではない。分割数をさらに多くすると、図１７の形態が例示される。

図１７（図９の上図に対応する）に例示される明部３３は、互いに離間した複数の明領域３３ｄがビーム中心軸３１を中心にして点在することにより構成されている。かかる明部３３も、上記の環状に延在した明部３３（例えば図９、図１５、図１６参照）と同様に、ビーム中心軸３１を囲む形態を有している。なお、各明領域３３ｄの形状、大きさ等は図１７の例に限定されるものではない。

上記の明領域３３ｄの数は図１７の例に限定されるものではない。例えば、図１８（図９の上図に対応する）に例示するように、明部３３が２つの明領域３３ｄで構成されていてもよい。当該２つの明領域３３ｄは、ビーム中心軸３１を中心にして対向する位置に点在し、ビーム中心軸３１を挟む形態の明部３３を構成している。

ここで、図１５および図１６に例示した分断された明領域３３ｂ，３３ｃに対しても、図９に例示した完全に閉じた明領域３３ａと同様に、離間距離ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４および幅ｗを定義可能である。分断された明領域３３ｂ，３３ｃの離間距離ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４および幅ｗについても、完全に閉じた明領域３３ａについて説明した上記の寸法条件を満足することが好ましい。

また、図１７および図１８の光断面図に例示した点在する各明領域３３ｄは、生体表面６において、ビーム中心軸３１から０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の離間距離ｄ５を有して位置するのが好ましい。換言すれば、生体表面６におけるビーム中心軸３１と各明領域３３ｄとの離間距離ｄ５が、０．５ｍｍ≦ｄ５≦５ｍｍという条件を満たすことが好ましい。

かかる距離範囲によれば、環状の明領域３３ａについて上述したのと同様に、生体表面６付近、すなわち生体表層部での散乱に起因したノイズを抑制して、生体情報の検出精度を向上させることができ、また、干渉光３７をより確実に得ることができる。

上記の図９の例では生体表面６に形成される明領域３３ａの内側縁３４および外側縁３５が正円形状の場合を例示したが、これらの形状はかかる例示に限定されるものではない。例えば、図１９（図９の上図に対応する）に例示するように、明領域３３ａの内側縁３４および外側縁３５が楕円形であってもよい。

図１９の例では、内側縁３４および外側縁３５を成す楕円形状は、ビーム中心軸３１を共通の中心として同心状に位置し、また、長軸方向および短軸方向が一致した形態で位置している。なお、一般に、楕円形の中心とは長軸と短軸との交点を指す。

内側縁３４および外側縁３５が楕円形状である場合も、図９の例と同様に距離ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４および幅ｗを定義可能である。なお、図１９においてビーム中心軸３１を通る二点鎖線はｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｗを説明するために例示したに過ぎず、ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｗはビーム中心軸３１を通る任意の直線上に定義可能である。なお、図１９には明領域３３ａの幅ｗが等幅である場合を例示しているが、かかる例に限定されるものではない。距離ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４および幅ｗは、ビーム中心軸３１を通る任意の直線上において、内側縁３４および外側縁３５が円形状である場合（図９参照）と同様の上記寸法条件を満足することが好ましい。

なお、点在する複数の明領域３３ｄ（図１７参照）が楕円状に並んだ明部３３を形成することも可能である。

分断された形態の明領域３３ｂ，３３ｃ、点在する明領域３３ｄ、および、内側縁３４および外側縁３５が楕円形状をした明領域３３ａを生体表面６に形成するためには、例えば、ビーム中心軸３１に垂直な面における光強度分布がそのような形態の明領域３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ａを有した光ビーム３０を垂直入射することが考えられる。

かかる光ビーム３０は、例えば、ビーム変換光学系を構成するスリット板等の透光パターンを設計することにより生成可能である。または、例えば面発光半導体レーザーの発光面上に設けられた遮光膜の透光パターンを設計することによっても生成可能である。

また、例えばビーム中心軸３１に垂直な面において正円状の内側縁３４および外周円３５を有する環状ビーム３０を斜め入射することによっても（図１３参照）、生体表面６での内側縁３４および外側縁３５を楕円形状にすることが可能である。かかる斜め入射の例は、分断された形態の明領域３３ｂ，３３ｃを楕円形状で以て生体表面６に形成する場合、および、点在する明領域３３ｄを楕円状配列で以て生体表面６に形成する場合についても同様である。

ここで、図９、図１５および図１６では、環状の明領域３３ａ，３３ｂ，３３ｃの内側縁３４がビーム中心軸３１を中心とする単一の円上に存在している。これらの形態によれば、生体表面６での内側縁３４が非正円状の場合（楕円形の場合を含む）に比べて、明部３３の全体を同じ深さ位置で交差させることができる。このため、干渉光３７（図１２参照）をより確実に得られる。また、コアビーム３７（図１２参照）をより明るくすることができる。かかる点は、図１７および図１８の例のように点在する各明領域３３ｄとビーム中心軸３１との離間距離ｄ５が等しい形態についても同様である。

ところで、出射光の波長が異なる複数の半導体レーザーを光源部５１，５４（図４および図５参照）に設けることにより、種々の波長で生体情報の検出を行うことができる。

例えば、近赤外分光法（ＮＩＲＳ）による血中酸素飽和度の測定では、一般に、赤色光と赤外光が用いられる。これは、ヘモグロビンは、酸化されると赤色光の吸収が減少して赤外光の吸収が増加し、逆に還元されると赤色光の吸収が増加して赤外光の吸収が減少するという光吸収特性を利用するからである。より具体的には、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとの等吸収点の波長を有する光と、当該波長とは異なる波長の光が用いられる。

例えば各半導体レーザーの出射タイミングをずらすことにより、一の波長を選択的に利用することが可能である。

また、一部または全部の半導体レーザーから同時に光出射させる場合であっても、例えば異なる周波数および強度で各出射光を変調することにより、各波長を同定して光強度を測定可能である。あるいは、例えば、図７および図８に例示した光検出部６０において光学系６３に分光光学系を設けることにより、受光光４０を各波長成分に分解してもよい。

いずれの半導体レーザーを利用する場合であっても、プローブ１２から出射した光ビーム３０が同じ光路で進行するのが好ましい。なぜならば、いずれの半導体レーザーによっても、生体５の同じ位置に光ビーム３０を照射できるからである。例えば、各半導体レーザーの出射光を、ハーフミラー等で構成される光路合成光学系によって単一の光路に導くことにより、光ビーム３０の出射光路を一致させることが可能である。上記の光路合成光学系は、図５に例示した光出射部５０の光学系５６に設けられる。

なお、上記の種々の例では光源部５１，５４（図４および図５参照）が半導体レーザーで構成される場合を例示したが、光源部５１，５４に設ける光源はこれに限定されるものではない。例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を採用することも可能である。但し、種々の光源を比較すると、半導体レーザーは可干渉性に優れるので、干渉光３７（図１１参照）の形成に好適である。

図２０に、生体情報検出装置１を適用したブレイン・マシン・インターフェース１００のブロック図を例示する。ブレイン・マシン・インターフェース１００では、プローブ１２，１４（図１参照）を頭部に配置することにより、生体情報検出装置１の処理部７１は生体情報として、脳の特定部位の活動に関する情報（脳情報）を取得する。より具体的には、処理部７１は、光検出部６０による検出結果を利用して当該特定部位の血液動態を検出し、その変化から当該特定部位の活動を検出する。処理部７１は、検出した脳情報に従って制御対象１０１を制御する。制御対象１０１は例えば各種機器であり、これにより当該機器の電源のオン／オフを制御したり、各種設定を変更したりすることができる。

なお、検出された脳情報と、制御対象１０１に対する制御内容との関連付け処理は、既存の各種手法を採用可能であり、ここではかかる手法の詳細な説明は省略する。

生体情報の検出処理と制御対象１０１の制御とは、例えば、処理部７１中の同じマイクロプロセッサで行ってもよいし、別個のマイクロプロセッサで行ってもよい。

上記では光出射部５０を生体情報検出装置１の構成の一部として説明したが、光出射部５０を独立した光出射装置として構成することも可能である。このとき、当該光検出装置に、処理部７１による処理のうちで光出射部５０に関する処理を実行する処理部をさらに設けてもよい。また、光出射プローブ１２は、既存の生体情報検出装置に接続して使用できるように構成してもよい。

１ 生体情報検出装置
５ 生体
６ 生体表面
１２ 光出射プローブ
１４ 光検出プローブ
３０ 光ビーム
３０Ａ 方位偏光ビーム
３０Ｂ 径偏光ビーム
３１ ビーム中心軸
３３ 明部
３３ａ〜３３ｄ 明領域
３７ 干渉光
５０ 光出射部
５１，５４ 光源部
５２，５５ 駆動部
５６ 光学系
７１ 処理部
１００ ブレイン・マシン・インターフェース
１０１ 制御対象
ｄ１〜ｄ５ 離間距離
ｗ 幅

Claims (17)

1. 光照射を利用した生体情報検出に用いられる光出射プローブであって、
   ビーム中心軸に垂直な光断面において前記ビーム中心軸を囲むまたは挟む部分に明部を持つ光ビームを生成する光ビーム生成手段を備え、
   前記光ビームを生体外部から前記生体内に向けて照射したときに、前記生体内に進入した前記光ビームの干渉光を前記ビーム中心軸付近に形成させて、当該干渉光を前記生体からの情報の取得に用い、
   前記光ビームは、軸対称偏光ビームまたはラゲールガウスビームである、光出射プローブ。
2. 請求項１に記載の光出射プローブであって、
   前記軸対称偏光ビームは、方位偏光ビームまたは径偏光ビームである、光出射プローブ。
3. 請求項１または２に記載の光出射プローブであって、
   前記生体の表面での前記明部は、前記ビーム中心軸を中心にして環状に延在する少なくとも１つの明領域で構成されている、光出射プローブ。
4. 請求項３に記載の光出射プローブであって、
   前記生体表面での前記少なくとも１つの明領域は、前記ビーム中心軸を中心とする単一の円上に内側縁を有している、光出射プローブ。
5. 請求項３または４に記載の光出射プローブであって、
   前記生体表面での前記少なくとも１つの明領域は、前記ビーム中心軸から０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の距離離れた位置に内側縁を有している、光出射プローブ。
6. 請求項３ないし５のうちのいずれか１項に記載の光出射プローブであって、
   前記生体表面での前記少なくとも１つの明領域は、前記ビーム中心軸を通る線上において、前記ビーム中心軸と当該少なくとも１つの明領域の外側縁との離間距離の１／１０００倍以上１／２倍以下の寸法の幅を有している、光出射プローブ。
7. 請求項３ないし６のうちのいずれか１項に記載の光出射プローブであって、
   前記光ビームは集光性の方位偏光ビームである、光出射プローブ。
8. 光照射を利用した生体情報検出に用いられる光出射プローブであって、
   ビーム中心軸に垂直な光断面において前記ビーム中心軸を囲むまたは挟む部分に明部を持つ光ビームを生成する光ビーム生成手段を備え、
   前記光ビームを生体外部から前記生体内に向けて照射したときに、前記生体内に進入した前記光ビームの干渉光を前記ビーム中心軸付近に形成させて、当該干渉光を前記生体からの情報の取得に用い、
   前記生体の表面での前記明部は、前記ビーム中心軸を中心として点在する複数の明領域で構成されている、光出射プローブ。
9. 光照射を利用した生体情報検出に用いられる光出射プローブであって、
   ビーム中心軸に垂直な光断面において前記ビーム中心軸を囲むまたは挟む部分に明部を持つ光ビームを生成する光ビーム生成手段を備え、
   前記光ビームを生体外部から前記生体内に向けて照射したときに、前記生体内に進入した前記光ビームの干渉光を前記ビーム中心軸付近に形成させて、当該干渉光を前記生体からの情報の取得に用い、
   前記生体の表面での前記明部は、前記ビーム中心軸を中心として環状に延在する複数の明領域で構成されている、光出射プローブ。
10. 請求項８または９に記載の光出射プローブであって、
    前記生体表面における前記複数の明領域のそれぞれと前記ビーム中心軸との離間距離が等しい、光出射プローブ。
11. 請求項８ないし１０のうちのいずれか１項に記載の光出射プローブであって、
    前記生体表面での前記複数の明領域のそれぞれは、前記ビーム中心軸から０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の離間距離を有して位置している、光出射プローブ。
12. 請求項１ないし１１のうちのいずれか１項に記載の光出射プローブであって、
    前記光ビーム生成手段は、前記光ビーム自体を出射可能に構成された光源部を含む、光出射プローブ。
13. 請求項１ないし１１のうちのいずれか１項に記載の光出射プローブであって、
    前記光ビーム生成手段は、
    光源部と、
    前記光源部から出射された光を前記光ビームに変換するビーム変換光学系と
    を含む、光出射プローブ。
14. 請求項１２または１３に記載の光出射プローブであって、
    前記光源部は出射光の波長が異なる複数の光源を有する、光出射プローブ。
15. 請求項１２ないし１４のうちのいずれか１項に記載の光出射プローブと、
    前記光源部を駆動する駆動部と
    を備える、光出射装置。
16. 請求項１ないし１４のうちのいずれか１項に記載の光出射プローブを含み、前記光ビームを出射する光出射部と、
    前記光ビームが照射された前記生体内の光強度を検出する光検出部と、
    前記光検出部によって検出された前記光強度を、予め規定された所定の処理に適用することによって、生体情報を取得する処理部と
    を備える、生体情報検出装置。
17. 請求項１６に記載の生体情報検出装置を備え、
    前記生体情報は脳情報であり、
    前記処理部は前記脳情報に従って制御対象を制御する、
    ブレイン・マシン・インターフェース。

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