JP2013000157A - Biosensor and biological information detection apparatus - Google Patents

Biosensor and biological information detection apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2013000157A
JP2013000157A JP2011130984A JP2011130984A JP2013000157A JP 2013000157 A JP2013000157 A JP 2013000157A JP 2011130984 A JP2011130984 A JP 2011130984A JP 2011130984 A JP2011130984 A JP 2011130984A JP 2013000157 A JP2013000157 A JP 2013000157A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
substrate
light emitting
emitting element
receiving element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011130984A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5919654B2 (en
Inventor
Shunichi Seki
関  俊一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2011130984A priority Critical patent/JP5919654B2/en
Publication of JP2013000157A publication Critical patent/JP2013000157A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5919654B2 publication Critical patent/JP5919654B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biosensor and a biological information detection apparatus capable of accurately detecting a weak optical component.SOLUTION: The biosensor includes: a substrate 22 with translucency; a light emitting element 24 disposed on a surface where the substrate 22 is mounted to emit light; a light receiving element 26 disposed on a surface where the substrate 22 is not mounted to receive reflected light from a living body among the light emitted from the light emitting element 24 and to output a signal corresponding to the received light; and a light guide member 29 with translucency, disposed in the substrate 22 in such a way as to cover one of the light emitting element and light receiving element, or for example, the light emitting element 24, and having a contact surface, which projects toward the living body, to be brought into contact with the living body. With this structure, a subject and the contact surface are hardly deviated from each other, and the emission efficiency of the light emitting element 24 and the incident efficiency of the light receiving element 26 can be improved.

Description

本発明は、脈波などの生体情報を検出する技術に関する。   The present invention relates to a technique for detecting biological information such as a pulse wave.

近年、発光素子によって生体に光を照射する一方、脈拍数や酸素飽和度などの生体情報を反映した光を受光素子によって受光して、受光した光に応じた電気信号を出力する生体センサーが知られている。当該生体センサーから出力された信号を処理することによって、生体情報を非侵襲で検出することができる。
生体センサーを構成する発光素子と受光素子とは、物理的に異なる素子であるので、互いに物理的に離間した状態で配置せざるを得ない。この状態において発光素子からの漏光が受光素子に直接入射してしまうと、直接入射光は、生体情報を反映した光に対してノイズとなってしまう。
In recent years, a biosensor that emits light to a living body by a light emitting element and receives light reflecting biological information such as a pulse rate and oxygen saturation by a light receiving element and outputs an electrical signal according to the received light is known. It has been. By processing the signal output from the biological sensor, biological information can be detected non-invasively.
Since the light emitting element and the light receiving element constituting the biosensor are physically different elements, they must be arranged in a state of being physically separated from each other. If light leakage from the light emitting element directly enters the light receiving element in this state, the directly incident light becomes noise with respect to light reflecting biological information.

そこで、発光素子と受光素子とを光遮蔽性を有するホルダーによって隔てて収納する技術(例えば特許文献1参照)や、平面視したときに発光素子と受光素子との間に光遮蔽体を設ける技術(例えば特許文献2参照)が提案されている。
一方、被験者が体動していると、生体センサーにおける受光ポイントがずれてしまうので、生体情報を反映した光のみを受光することが困難になる。このため、被験者との接触面に板状の導光部材を設けて、受光する反射光量が変わらないようにした技術が提案されている(上記特許文献1のほか、特許文献3参照)。また、このような導光部材にファセットを持たせてマイクロプリズム構造とした技術も提案されている(例えば、特許文献4参照)。
Therefore, a technique for storing the light emitting element and the light receiving element separated by a light shielding holder (see, for example, Patent Document 1), or a technique for providing a light shield between the light emitting element and the light receiving element when viewed in plan. (See, for example, Patent Document 2).
On the other hand, when the subject is moving, the light receiving point in the biological sensor is shifted, so that it is difficult to receive only the light reflecting the biological information. For this reason, a technique has been proposed in which a plate-shaped light guide member is provided on the contact surface with the subject so that the amount of reflected light received does not change (see Patent Document 3 in addition to Patent Document 1 above). In addition, a technique in which a facet is provided on such a light guide member to form a microprism structure has been proposed (see, for example, Patent Document 4).

特開2002−360530号公報JP 2002-360530 A 特開2009−231577号公報JP 2009-231577 A 特開2000−116611号公報JP 2000-116611 A 特開2004−344668号公報JP 2004-344668 A

ところで、生体情報を反映した光とは、例えば血管内の血液によって反射した光であるために、照射した光に対して微弱である。このため、発光素子と受光素子との間にホルダーや光遮蔽体などを配置させてしまうと、特に受光素子の受光領域を十分に確保できず、微弱な光成分を精度良く検出することができない。
また、被験者との接触面に板状の導光部材を設けた場合、発光素子から射出された光の一部が導光部材で内部反射して、受光素子に入射してしまい、微弱な光成分においてノイズとなってしまう場合があった。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、微弱な光成分を精度良く検出することが可能な生体センサーおよび生体情報検出装置を提供することにある。
By the way, the light reflecting the biological information is, for example, light reflected by blood in the blood vessel, and is weak against the irradiated light. For this reason, if a holder, a light shield, or the like is disposed between the light emitting element and the light receiving element, a sufficient light receiving area of the light receiving element cannot be secured, and a weak light component cannot be accurately detected. .
In addition, when a plate-shaped light guide member is provided on the contact surface with the subject, a part of the light emitted from the light emitting element is internally reflected by the light guide member and is incident on the light receiving element. There was a case where the component becomes noise.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and one of its purposes is to provide a biological sensor and a biological information detection apparatus capable of accurately detecting a weak light component.

上記課題を解決するために、本発明に係る生体センサーにあっては、第1基板に設けられ、生体に向けて光を照射する発光素子と、前記第1基板に設けられ、前記生体からの光を受光する受光素子と、光透過性を有し、前記第1基板に対して前記発光素子または前記受光素子の一方に対応して設けられ、前記生体に接触する接触面が前記発光素子または前記受光素子の他方よりも前記生体側に突出した導光部材と、を具備することを特徴とする。本発明によれば、発光素子または受光素子の一方に対応して設けられた導光部材の接触面が、発光素子または受光素子の他方よりも被験者側に突出して設けられる。このため、導光部材の界面によって発光素子から受光素子に向かう光経路が分断されるとともに、導光部材と生体との密着性が改善されるので、微弱な光成分を精度良く検出することができる。   In order to solve the above-described problem, in the biological sensor according to the present invention, a light emitting element that is provided on the first substrate and emits light toward the living body, and provided on the first substrate, A light-receiving element that receives light; and a light-transmitting element that is provided corresponding to one of the light-emitting element and the light-receiving element with respect to the first substrate, and a contact surface that contacts the living body is the light-emitting element or And a light guide member protruding toward the living body from the other of the light receiving elements. According to the present invention, the contact surface of the light guide member provided corresponding to one of the light emitting element or the light receiving element is provided so as to protrude from the other side of the light emitting element or the light receiving element toward the subject. For this reason, the light path from the light emitting element to the light receiving element is divided by the interface of the light guide member, and the adhesion between the light guide member and the living body is improved, so that a weak light component can be detected with high accuracy. it can.

本発明において、前記導光部材は、前記基板に対して鉛直方向となる側面で反射性を有する構成が好ましい。この構成によれば、導光部材の側面での反射によって、発光素子からの出射効率とともに、受光素子への入射効率を高めることもできる。
ここで、前記第1基板は、光透過性を有し、前記発光素子は、前記第1基板の一方の面側に設けられ、前記受光素子は、前記第1基板の他方の面側に設けられ、前記発光素子から出射した光のうち、前記生体からの反射光を受光する態様が好ましい。この態様によれば、第1基板に対し、発光素子と受光素子とが互いに異なる面にそれぞれ設けられるので、発光素子からの漏光が受光素子に受光されてしまうのを抑えることができる。このため、微弱な光成分をより精度良く検出することができる。
In the present invention, it is preferable that the light guide member has reflectivity on a side surface that is perpendicular to the substrate. According to this configuration, the reflection efficiency at the side surface of the light guide member can increase the incident efficiency to the light receiving element as well as the emission efficiency from the light emitting element.
Here, the first substrate has optical transparency, the light emitting element is provided on one surface side of the first substrate, and the light receiving element is provided on the other surface side of the first substrate. Of the light emitted from the light emitting element, a mode of receiving reflected light from the living body is preferable. According to this aspect, since the light emitting element and the light receiving element are respectively provided on different surfaces with respect to the first substrate, light leakage from the light emitting element can be suppressed from being received by the light receiving element. For this reason, a weak light component can be detected with higher accuracy.

このような態様において、前記発光素子は、前記第1基板から向かって順に、反射層、第1電極層、発光層および第2電極層を少なくとも含んだ積層体であって、前記第1基板側とは反対側に光を出射し、前記第1電極層および第2電極層は、それぞれ光透過性を有し、前記受光素子は、前記第1基板を透過した光を受光する構成としても良い。
この構成において、前記受光素子は、第2基板における一方の面に設けられ、前記第2基板における一方の面が前記第1基板の他方の面に対向するように、前記第1基板と前記第2基板とが貼り合わせられた構成としても良い。
また、前記導光部材は、前記第1基板の一方の面側に前記発光素子を覆うように設けられても良いし、前記第1基板の一方の面側に前記発光素子の非配置部分に設けられても良い。
In such an aspect, the light emitting element is a laminate including at least a reflective layer, a first electrode layer, a light emitting layer, and a second electrode layer in order from the first substrate, and the first substrate side The first electrode layer and the second electrode layer each have a light transmitting property, and the light receiving element may receive light transmitted through the first substrate. .
In this configuration, the light receiving element is provided on one surface of the second substrate, and the first substrate and the first substrate are arranged such that one surface of the second substrate faces the other surface of the first substrate. A structure in which two substrates are bonded together may be used.
The light guide member may be provided on one surface side of the first substrate so as to cover the light emitting element, or on one surface side of the first substrate on a non-arranged portion of the light emitting element. It may be provided.

本発明において、前記基板を平面視したときに、前記発光素子は、前記受光素子に含まれるように配置されている構成が好ましい。このような構成としては、前記基板を平面視したときに、前記発光素子は、同心円状の発光面を有する態様や、前記基板を平面視したときに、前記発光素子は、所定の間隔をおいてマトリクス状に配列した発光面を有する態様などが考えられる。
また、前記基板を平面視したときに、前記受光素子の受光面の面積は、前記発光素子の発光面の面積以上にすると、微弱な光成分を効率良く受光することができる。
なお、本発明は、このような生体センサーから出力される信号に基づいて生体情報を出力する演算処理回路を持たせた生体情報検出装置としても概念することが可能である。
In this invention, when the said board | substrate is planarly viewed, the said light emitting element has the structure arrange | positioned so that it may be contained in the said light receiving element. In such a configuration, when the substrate is viewed in plan, the light emitting element has a concentric light emitting surface, or when the substrate is viewed in plan, the light emitting element has a predetermined interval. An embodiment having light emitting surfaces arranged in a matrix is conceivable.
In addition, when the substrate is viewed in plan, a weak light component can be efficiently received when the area of the light receiving surface of the light receiving element is greater than or equal to the area of the light emitting surface of the light emitting element.
It should be noted that the present invention can also be conceptualized as a biological information detection apparatus having an arithmetic processing circuit that outputs biological information based on a signal output from such a biological sensor.

実施形態に係る生体センサーを用いた生体情報検出装置を示す図である。It is a figure showing a living body information detecting device using a living body sensor concerning an embodiment. 生体情報検出装置の構造を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the structure of a biometric information detection apparatus. 第1実施形態に係る生体センサーの模式図である。It is a mimetic diagram of a living body sensor concerning a 1st embodiment. 生体センサーの構成を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing composition of a living body sensor. 生体センサーにおける発光素子等の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the light emitting element etc. in a biometric sensor. 発光素子等の光学特性を示す図である。It is a figure which shows optical characteristics, such as a light emitting element. 生体センサーにおける光路を示す図である。It is a figure which shows the optical path in a biometric sensor. 生体センサーにおける光路を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the optical path in a biometric sensor. 生体情報検出装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a biometric information detection apparatus. 生体センサーにおける発光素子と受光素子との配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the light emitting element and light receiving element in a biometric sensor. 第2実施形態に係る生体センサーの模式図である。It is a schematic diagram of the biosensor which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る生体センサーの模式図である。It is a schematic diagram of the biosensor which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る生体センサーの模式図である。It is a schematic diagram of the biosensor which concerns on 4th Embodiment.

以下、本発明の実施形態に係る生体センサーについて図面を参照して説明する。
なお、以下の各図については、各部、特に各層については認識可能な大きさとするために、縮尺を異ならせている場合がある。
Hereinafter, a biosensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In each of the following drawings, the scales may be varied in order to make each part, particularly each layer, recognizable.

図1は、実施形態に係る生体センサーを適用した生体情報検出装置の構成を示す図である。実施形態に係る生体センサーは、被験者の生体情報の一例として脈波を検出するものであり、生体情報検出装置1は、生体センサーで検出された脈波から、例えば脈拍数などを求めるものである。
図1に示されるように、生体情報検出装置1の筐体10は、腕時計を模した形状となっている。筐体10の表面には、長方形状の表示面を持った表示部100が設けられている。表示部100は、例えば液晶パネルであり、脈拍数や脈拍間隔などを表示する。筐体10の外周部にはボタンスイッチなどの操作子14が複数個(図では3個)個設けられている。操作子14は、脈波の測定開始や、測定終了、測定結果のリセットなどの各種指示の入力に用いられる。
また、筐体10の外周部のうち、表示部100を挟んで対向する部分には、被験者の左手首に巻回されたリストバンド12の一端と他端とが取り付けられている。これによって、筐体10が被験者の身体に装着されることになる。
なお、図1では省略されているが、後述する演算処理回路が、操作子14への入力に応じて各種の処理を実行して、その処理結果を表示部100に表示させる。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a biological information detection apparatus to which a biological sensor according to an embodiment is applied. The biological sensor according to the embodiment detects a pulse wave as an example of biological information of a subject, and the biological information detection device 1 obtains, for example, a pulse rate from the pulse wave detected by the biological sensor. .
As shown in FIG. 1, the housing 10 of the biological information detection device 1 has a shape imitating a wristwatch. A display unit 100 having a rectangular display surface is provided on the surface of the housing 10. The display unit 100 is a liquid crystal panel, for example, and displays a pulse rate, a pulse interval, and the like. A plurality (three in the figure) of operating elements 14 such as button switches are provided on the outer periphery of the housing 10. The operation element 14 is used to input various instructions such as pulse wave measurement start, measurement end, and measurement result reset.
In addition, one end and the other end of the wristband 12 wound around the left wrist of the subject are attached to portions of the outer periphery of the housing 10 that face each other across the display unit 100. Thereby, the housing | casing 10 will be mounted | worn with a test subject's body.
Although omitted in FIG. 1, an arithmetic processing circuit to be described later executes various processes in response to an input to the operation element 14 and causes the display unit 100 to display the processing results.

図2は、生体情報検出装置1の要部構成を示す断面図である。
図に示されるように、筐体10の内部は中空部15を有する形状となっており、当該中空部15において被験者への装着面側に生体センサー20が設けられている。生体センサー20は、光透過性を有するガラスなどの基板22と、基板22に対して装着面側に設けられる複数の発光素子24と、基板22に対して非装着面側、すなわち装着面側とは反対側に設けられる受光素子26とを含む。なお、ここでいう基板22が第1基板である。
基板22を平面視したときの形状については、任意であるが、本実施形態では円形としている。また、ここでいう光透過性とは、発光素子24からの出射される光の波長帯域に含まれる光成分を透過する性質をいう。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a main part of the biological information detection apparatus 1.
As shown in the figure, the inside of the housing 10 has a shape having a hollow portion 15, and the biosensor 20 is provided on the mounting surface side to the subject in the hollow portion 15. The biological sensor 20 includes a substrate 22 such as light-transmitting glass, a plurality of light emitting elements 24 provided on the mounting surface side with respect to the substrate 22, and a non-mounting surface side, that is, a mounting surface side with respect to the substrate 22. Includes a light receiving element 26 provided on the opposite side. In addition, the board | substrate 22 here is a 1st board | substrate.
The shape of the substrate 22 when viewed in plan is arbitrary, but is circular in this embodiment. In addition, the light transmissivity here means a property of transmitting a light component included in the wavelength band of the light emitted from the light emitting element 24.

図3は、本発明の第1実施形態に係る生体センサー20を示す模式図であり、図4は、当該生体センサー20の構造を示す部分拡大図である。
基板22の装着面側(図において下側)に設けられた発光素子24は、例えば有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diode)であり、詳細には図4に示されるように、基板22を起点として順に、反射層241、第1電極層242、有機層243、第2電極層244および封止層245を積層した構造となっている。
FIG. 3 is a schematic view showing the biosensor 20 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a partially enlarged view showing the structure of the biosensor 20.
The light emitting element 24 provided on the mounting surface side (lower side in the figure) of the substrate 22 is, for example, an organic light emitting diode, and the details are as shown in FIG. In this order, the reflective layer 241, the first electrode layer 242, the organic layer 243, the second electrode layer 244, and the sealing layer 245 are stacked.

このうち、反射層241は、アルミニウムや銀などのように反射性を有する金属層または合金層の成膜後、平面視したときに次に形成される第1電極層242を含むように、さらに、第1電極層242に重ねられる有機層243の周縁を含むように、第1電極層242よりもひとまわり広くパターニングしたものである。   Among these, the reflective layer 241 further includes a first electrode layer 242 that is formed next when viewed in plan after forming a reflective metal layer or alloy layer such as aluminum or silver. The first electrode layer 242 is patterned so as to be slightly wider than the first electrode layer 242 so as to include the periphery of the organic layer 243 overlaid on the first electrode layer 242.

第1電極層242は、発光素子24の陽極であり、透明性を有する導電層、例えばITO(Indium Tin Oxide)などをパターニングしたものである。
有機層243は、第1電極層242と重なるように形成されたものであり、本実施形態では、第1電極層242からみて順に正孔輸送層243aと発光層243bと電子輸送層243cとの積層体で構成されている。
The first electrode layer 242 is an anode of the light emitting element 24 and is formed by patterning a transparent conductive layer such as ITO (Indium Tin Oxide).
The organic layer 243 is formed so as to overlap the first electrode layer 242. In this embodiment, the hole transport layer 243a, the light emitting layer 243b, and the electron transport layer 243c are sequentially viewed from the first electrode layer 242. It is composed of a laminate.

このうち、正孔輸送層243aは、陽極から供給される正孔を能率的に輸送する一方で、反対方向から到来する電子のストッパーであり、例えばトリフェニルアミン誘導体(TPD)、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体等によって形成される。発光層243bは、例えばアルミノウムキノリノール錯体(Alq)等をホスト材料とし、ルブレン等をドーパントとして形成される。電子輸送層243cは、陰極から供給される電子を能率的に輸送する一方で、反対方向から到来する正孔のストッパーであり、例えばAlq等によって形成される。第2電極層244は、発光素子24の陰極であり、光透過性および反射性を有する導電層、例えばマグネシウムと銀との合金層を、発光層243bと重なるようにパターニングしたものである。 Among these, the hole transport layer 243a efficiently transports holes supplied from the anode, while being a stopper for electrons coming from the opposite direction. For example, a triphenylamine derivative (TPD), a pyrazoline derivative, an aryl It is formed by an amine derivative, a stilbene derivative, a triphenyldiamine derivative or the like. The light emitting layer 243b is formed using, for example, an aluminum quinolinol complex (Alq 3 ) or the like as a host material and rubrene or the like as a dopant. Electron transport layer 243c, while the efficiently transport electrons supplied from the cathode, a hole of the stopper coming from the opposite direction, is formed by, for example, Alq 3 or the like. The second electrode layer 244 is a cathode of the light emitting element 24, and is formed by patterning a light transmissive and reflective conductive layer, for example, an alloy layer of magnesium and silver so as to overlap the light emitting layer 243b.

封止層245は、酸素や水分の侵入による素子劣化を防ぐために、第2電極層244から反射層241までの積層構造を覆うように設けられている。封止層245は、透明性を有し、例えばシリコン酸窒化膜(SiON)からなる。   The sealing layer 245 is provided so as to cover the stacked structure from the second electrode layer 244 to the reflective layer 241 in order to prevent element deterioration due to intrusion of oxygen or moisture. The sealing layer 245 has transparency and is made of, for example, a silicon oxynitride film (SiON).

発光素子24は、陽極としての第1電極層242と、陰極としての第2電極層244とで、有機層243を挟持した構成となる。
このような構成において、陽極から陰極に向かって順方向電流が流れると、正孔輸送層243aから注入される正孔と電子輸送層243cから注入される電子とが発光層243bで結合して、発光層243bの材料に応じたスペクトルの光が発生する。本実施形態では、スペクトルが図6に示されるように波長550nm付近でピークを有するように発光層243bの材料が選定されている。
The light emitting element 24 has a configuration in which an organic layer 243 is sandwiched between a first electrode layer 242 as an anode and a second electrode layer 244 as a cathode.
In such a configuration, when a forward current flows from the anode to the cathode, holes injected from the hole transport layer 243a and electrons injected from the electron transport layer 243c are combined in the light emitting layer 243b, Light having a spectrum corresponding to the material of the light emitting layer 243b is generated. In the present embodiment, the material of the light emitting layer 243b is selected so that the spectrum has a peak near the wavelength of 550 nm as shown in FIG.

なお、発光素子24については、反射層241から第2電極層244までの距離を、発光層243bで発生する光のピーク波長に合わせて調整した光共振構造としても良い。
また、有機層243で必要な機能は、陽極側から供給される正孔と陰極側から供給される電子との結合によって光を発生させることにある。このため最低限、有機層243には発光層243bがあれば良い。ただし、正孔輸送層243aおよび電子輸送層243cを設けた方が、キャリア(正孔、電子)の移動度が改善されて、発光効率を高めることができる点において有利である。発光効率を高めるという観点からいえば、第1電極層242(陽極)と正孔輸送層243aとの間に、陽極から正孔を取り入れる正孔注入層を設けても良いし、第2電極層244(陰極)と電子輸送層243cとの間に、陰極から電子を取り入れる電子注入層を設けても良い。
The light emitting element 24 may have an optical resonant structure in which the distance from the reflective layer 241 to the second electrode layer 244 is adjusted according to the peak wavelength of light generated in the light emitting layer 243b.
In addition, a function necessary for the organic layer 243 is to generate light by a combination of holes supplied from the anode side and electrons supplied from the cathode side. Therefore, at least, the organic layer 243 only needs to have the light emitting layer 243b. However, the provision of the hole transport layer 243a and the electron transport layer 243c is advantageous in that the mobility of carriers (holes and electrons) is improved and the light emission efficiency can be increased. From the viewpoint of increasing luminous efficiency, a hole injection layer for taking holes from the anode may be provided between the first electrode layer 242 (anode) and the hole transport layer 243a, or the second electrode layer. An electron injection layer for taking electrons from the cathode may be provided between 244 (cathode) and the electron transport layer 243c.

導光部材29は、光透過性を有する樹脂などからなる。導光部材29の内部は、発光素子24の外形に合わせた形状となっている。また、基板22に対して鉛直方向に沿った側面には、反射性を有するコーティングが施されて反射層29aが形成されている。導光部材29の底面は平坦であり、この底面が被験者に接触する接触面29bとなる。このため、接触面29bは、基板22の接触面に対して突出した構成となる。
なお、導光部材29は、当該導光部材29に近い屈折率を有する接着剤によって発光素子24を覆うように基板22に接着される。
The light guide member 29 is made of a resin having optical transparency. The inside of the light guide member 29 has a shape that matches the outer shape of the light emitting element 24. Further, a reflective layer 29a is formed on the side surface along the vertical direction with respect to the substrate 22 by applying a reflective coating. The bottom surface of the light guide member 29 is flat, and this bottom surface becomes a contact surface 29b that contacts the subject. For this reason, the contact surface 29 b is configured to protrude with respect to the contact surface of the substrate 22.
The light guide member 29 is bonded to the substrate 22 so as to cover the light emitting element 24 with an adhesive having a refractive index close to that of the light guide member 29.

一方、図3および図4に示されるように、基板22の非装着面側(図において上側)には、受光素子26などが設けられている。
詳細には、図4に示されるように、基板22を起点として順にフィルター25、受光素子26が設けられる。そして、フィルター25および受光素子26を覆うように、遮光性を有するキャップ27が基板22に取り付けられている。
On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 4, a light receiving element 26 and the like are provided on the non-mounting surface side (upper side in the drawing) of the substrate 22.
Specifically, as shown in FIG. 4, a filter 25 and a light receiving element 26 are sequentially provided starting from the substrate 22. A cap 27 having a light shielding property is attached to the substrate 22 so as to cover the filter 25 and the light receiving element 26.

なお、フィルター25の光学特性については、図6に示されるように、発光素子24から出射される光の波長帯域以外を遮断するような帯域通過型でも良いし、特に長波長側を遮断するような低域通過型でも良い。このような特性が好ましい理由は、次の通りである。すなわち、受光素子26に例えば次に説明するようなアモルファスシリコン層を有するフォトダイオードを用いた場合、発光素子24から出射される光の波長以外の光についても検出してしまうので、不要な波長の光を遮断するためである。また、筐体10を装着した手首の反対側から入射した光のうち、短波長側の光は吸収されやすく、筐体10の基板22まで到達しにくいのに対し、長波長側の光は、手首を透過した上で基板22に入射して、脈波成分を示す光に対してノイズ成分になるため、特に長波長側を優先的に遮断する特性が好ましいのである。フィルター25としては、例えば、所定の光学条件を満たすように誘電体等を積層させた干渉フィルターであっても良いし、着色された光学フィルターであっても良い。   As for the optical characteristics of the filter 25, as shown in FIG. 6, it may be a band-pass type that blocks light other than the wavelength band of light emitted from the light emitting element 24, and particularly blocks the long wavelength side. A low-pass type may be used. The reason why such characteristics are preferable is as follows. That is, for example, when a photodiode having an amorphous silicon layer as described below is used as the light receiving element 26, light other than the wavelength of the light emitted from the light emitting element 24 is also detected. This is to block light. In addition, among the light incident from the opposite side of the wrist on which the housing 10 is mounted, the light on the short wavelength side is easily absorbed and hardly reaches the substrate 22 of the housing 10, whereas the light on the long wavelength side is Since it is incident on the substrate 22 after passing through the wrist and becomes a noise component with respect to the light showing the pulse wave component, the characteristic of preferentially blocking the long wavelength side is particularly preferable. The filter 25 may be, for example, an interference filter in which dielectrics or the like are laminated so as to satisfy a predetermined optical condition, or may be a colored optical filter.

本実施形態において受光素子26は、例えばフォトダイオードであり、図4に示されるように、電極層261と電極層263とでアモルファスシリコン層262を挟持した構成となっている。
このうち、電極層261は、フォトダイオードの陽極であり、例えばITOが用いられる。また、電極層263は、フォトダイオードの陰極であり、アルミニウムなどが用いられる。アモルファスシリコン層262は、例えば陽極側のP型領域と陰極側のN型領域とを有する薄膜である。本実施形態において、受光素子26の受光領域は、基板22の周縁を除き、ほぼベタ状となっている。このような受光素子26において、基板22の装着面側からフィルター25を透過して光が入射すると、P型領域に正孔が発生し、N型領域に電子が発生する結果、入射光量に応じた光電流が順方向に流れる構成となっている。
なお、電極層263は、陰極のほかに反射層の機能を兼ねても良い。
In the present embodiment, the light receiving element 26 is a photodiode, for example, and has a configuration in which an amorphous silicon layer 262 is sandwiched between an electrode layer 261 and an electrode layer 263 as shown in FIG.
Among these, the electrode layer 261 is an anode of a photodiode, and for example, ITO is used. The electrode layer 263 is a cathode of the photodiode, and aluminum or the like is used. The amorphous silicon layer 262 is a thin film having, for example, a P-type region on the anode side and an N-type region on the cathode side. In the present embodiment, the light receiving area of the light receiving element 26 is substantially solid except for the periphery of the substrate 22. In such a light receiving element 26, when light enters through the filter 25 from the mounting surface side of the substrate 22, holes are generated in the P-type region and electrons are generated in the N-type region. The photocurrent flows in the forward direction.
Note that the electrode layer 263 may also function as a reflective layer in addition to the cathode.

図5は、基板22を被験者側の装着面から平面視したときに、発光素子24の発光面(発光領域)を示す図である。
発光素子24は、図5において白抜きで示したように、同心円で二重リング状の発光面24A、24Bを有する。このため、発光素子24を覆う導光部材29についても、平面視したときにはリング状となる。
一方、受光素子26は、平面視したときにハッチングで付された領域のように、上記同心円の中心を含む円形の受光面26Cと、リング状の受光面26D、26Eとを有し、これらの受光面26C、26D、26Eによって、発光面24A、24Bを囲むような位置関係となる。なお実際には、受光素子26は、基板22の非装着面側にベタ状に設けられるので、発光面24A、24Bで隠されない領域が平面視したときの受光面26C、26D、26Eとして外見に現れる。
なお、受光面のうち、発光面24A、24Bの背面(基板22の非装着面側)の部分については、ある程度の角度で入射した光でないと受光されないので、この部分については、パターニングによって抜いた状態としても良い。
受光領域については、ベタ状とするか、あるいは、発光面24A、24Bの背面側を抜いた状態とするか、いずれにしても、本実施形態においては受光面26C、26D、26Eの面積和は、発光面24A、24Bの面積和以上となるように設定されている。
FIG. 5 is a diagram illustrating a light emitting surface (light emitting region) of the light emitting element 24 when the substrate 22 is viewed in plan from the mounting surface on the subject side.
The light emitting element 24 has concentric and double ring-shaped light emitting surfaces 24A and 24B as shown in white in FIG. For this reason, the light guide member 29 covering the light emitting element 24 also has a ring shape when viewed in plan.
On the other hand, the light receiving element 26 has a circular light receiving surface 26C including the center of the concentric circles and ring-shaped light receiving surfaces 26D and 26E, as in a hatched region in plan view. The light receiving surfaces 26C, 26D, and 26E have a positional relationship that surrounds the light emitting surfaces 24A and 24B. Actually, since the light receiving element 26 is provided in a solid shape on the non-mounting surface side of the substrate 22, it appears as light receiving surfaces 26C, 26D, and 26E when a region that is not hidden by the light emitting surfaces 24A and 24B is viewed in plan. appear.
Of the light receiving surfaces, the portions on the back surfaces of the light emitting surfaces 24A and 24B (on the non-mounting surface side of the substrate 22) cannot be received unless the light is incident at a certain angle. Therefore, these portions are removed by patterning. It is good also as a state.
In the present embodiment, the sum of the areas of the light receiving surfaces 26C, 26D, and 26E is either the solid state of the light receiving region or the state where the back side of the light emitting surfaces 24A and 24B is removed. The area is set to be equal to or larger than the sum of the areas of the light emitting surfaces 24A and 24B.

図7および図8は、生体センサー20の光路を示す図である。図7に示されるように、筐体10が被験者に装着された場合、被験者の皮膚52が筐体10の裏面と導光部材29の接触面29bとに接触することになる。
ここで、発光素子24が上述した光共振構造を有するものであれば、出射光は、図8において下側となるような指向性を持つ。一方、発光素子24が光共振構造を有しないものであれば、結合によって発生した光が等方性で出射される。ただし、図8に示されるように、反射層241が発光層243bの周縁を含むように、発光層243bよりも一回り広く形成されているほか、導光部材29の側面には、反射層29aが形成されている。
このため、発光層243bによって発生した光のうち、図8において下側以外に方向に向かって射出された光は、反射層241、29bによって反射する。この結果、発光素子24が光共振構造であるか否かに関係なく、発光層243bからの光は、図において下側の被験者側に出射するので、光の出射効率が高められる。
なお、第1実施形態において発光素子24は、基板22の反対側に向けて光を出射するのでトップエミッション型となる。
7 and 8 are diagrams illustrating the optical path of the biological sensor 20. As shown in FIG. 7, when the housing 10 is attached to the subject, the skin 52 of the subject contacts the back surface of the housing 10 and the contact surface 29 b of the light guide member 29.
Here, if the light emitting element 24 has the above-described optical resonance structure, the emitted light has directivity that is on the lower side in FIG. On the other hand, if the light emitting element 24 does not have an optical resonance structure, the light generated by the coupling is emitted isotropically. However, as shown in FIG. 8, the reflective layer 241 is formed to be slightly wider than the light emitting layer 243b so as to include the peripheral edge of the light emitting layer 243b, and on the side surface of the light guide member 29, the reflective layer 29a is formed. Is formed.
For this reason, out of the light generated by the light emitting layer 243b, the light emitted toward the direction other than the lower side in FIG. 8 is reflected by the reflective layers 241 and 29b. As a result, regardless of whether or not the light emitting element 24 has an optical resonance structure, the light from the light emitting layer 243b is emitted to the lower subject side in the figure, so that the light emission efficiency is improved.
In the first embodiment, the light emitting element 24 emits light toward the opposite side of the substrate 22 and thus becomes a top emission type.

発光素子24から出射された光は、表皮を透過してその奥の血管50に到達する。血管50に到達した光は当該血管50を流れる血液により吸収、反射され、あるいは血液を透過する。
このうち、血管50に流れる血液によって反射された光は、基板22およびフィルター25を透過して受光素子26に入射する。このため、受光素子26は、入射光量に応じた光電流を出力する。ここで、血管50は、心拍と同じ周期で膨張・収縮を繰り返している。したがって、血管の膨張・収縮の周期と同じ周期で光の反射量が増減するので、受光素子26から出力される光電流の変化は、血管50の容積変化を示すことになる。
The light emitted from the light emitting element 24 passes through the epidermis and reaches the blood vessel 50 in the back. The light that reaches the blood vessel 50 is absorbed and reflected by the blood flowing through the blood vessel 50 or passes through the blood.
Among these, the light reflected by the blood flowing in the blood vessel 50 passes through the substrate 22 and the filter 25 and enters the light receiving element 26. For this reason, the light receiving element 26 outputs a photocurrent corresponding to the amount of incident light. Here, the blood vessel 50 repeats expansion and contraction in the same cycle as the heartbeat. Therefore, since the amount of reflected light increases or decreases in the same cycle as the vessel expansion / contraction cycle, a change in the photocurrent output from the light receiving element 26 indicates a change in the volume of the blood vessel 50.

図9は、生体情報検出装置1の電気的な構成を示すブロック図である。なお、この構成については、概略的に説明にとどめることにする。
この図において、駆動回路30は、演算処理回路50による制御したがって電流を常時または間欠的に供給して、発光素子24を駆動するものである。ここで、電流を間欠的に駆動する方が低消費電力化を図る上で好ましい。一方、変換回路40は、受光素子26から供給された光電流を電圧に変換するとともに、当該電圧を予め定められたサンプリング間隔でデジタルデータに変換するものである。
FIG. 9 is a block diagram showing an electrical configuration of the biological information detection apparatus 1. Note that this configuration is only briefly described.
In this figure, the drive circuit 30 drives the light emitting element 24 by supplying current constantly or intermittently under control by the arithmetic processing circuit 50. Here, it is preferable to drive the current intermittently in order to reduce power consumption. On the other hand, the conversion circuit 40 converts the photocurrent supplied from the light receiving element 26 into a voltage, and converts the voltage into digital data at a predetermined sampling interval.

演算処理回路50は、発光素子24を駆動したときに、変換回路40によって変換されたデジタルデータを操作子14の指示状態に応じて処理する。例えば、演算処理回路50は、当該デジタルデータで示される脈波波形を表示部100に表示させたり、当該デジタルデータから脈拍数を算出して表示部100に表示させたり、脈波波形の振幅に応じた大きさで「ハートマーク」を表示させたり、内部タイマーで計測された時刻に関連付けて脈拍数を逐一記録したり、脈拍数の経時変化を表示部100に表示させたりする。   When the light emitting element 24 is driven, the arithmetic processing circuit 50 processes the digital data converted by the conversion circuit 40 according to the instruction state of the operation element 14. For example, the arithmetic processing circuit 50 displays the pulse wave waveform indicated by the digital data on the display unit 100, calculates the pulse rate from the digital data and displays the pulse rate on the display unit 100, or changes the amplitude of the pulse wave waveform. The “heart mark” is displayed in a corresponding size, the pulse rate is recorded one by one in association with the time measured by the internal timer, or the change in the pulse rate with time is displayed on the display unit 100.

第1実施形態に係る生体センサー20では、導光部材29が発光素子24に被さるように取り付けられて、当該導光部材29の接触面29bが基板22よりも被験者側に突出している。このため、被験者の皮膚52との密着性は、導光部材29を設けない構造と比較して向上する。したがって、被験者が体動しても、接触面29bと皮膚52との位置がずれにくくなるので、必然的に皮膚52と受光素子26、発光素子24との相対的な位置もずれにくい状態にさせることができる。この状態において、発光素子24から出射される光は、図8に示されるように、被験者側に出射するので、発光素子24の出射効率を高めることができる。一方、被験者から斜め方向に入射しても反射層29aの反射によって受光素子26に入射させることができるので、受光素子26の受光効率も高めることができる。
したがって、第1実施形態によれば、体動があっても、微弱な光成分を精度良く検出することができる。
なお、反射層29aを設けなくても、空気と導光部材29との屈折率の相違によって、導光部材29の界面において反射が生じるので、同様な効果を得ることができる。
In the biosensor 20 according to the first embodiment, the light guide member 29 is attached so as to cover the light emitting element 24, and the contact surface 29 b of the light guide member 29 protrudes from the substrate 22 toward the subject. For this reason, the adhesiveness with the skin 52 of the subject is improved as compared with the structure in which the light guide member 29 is not provided. Therefore, even if the subject moves, the position of the contact surface 29b and the skin 52 is difficult to shift, so that the relative positions of the skin 52, the light receiving element 26, and the light emitting element 24 are inevitably shifted. be able to. In this state, the light emitted from the light emitting element 24 is emitted to the subject side as shown in FIG. 8, so that the emission efficiency of the light emitting element 24 can be increased. On the other hand, even if the light is incident obliquely from the subject, the light can be made incident on the light receiving element 26 by the reflection of the reflection layer 29a, so that the light receiving efficiency of the light receiving element 26 can be increased.
Therefore, according to the first embodiment, it is possible to accurately detect a weak light component even when there is a body movement.
Even if the reflective layer 29 a is not provided, reflection occurs at the interface of the light guide member 29 due to the difference in refractive index between air and the light guide member 29, so that the same effect can be obtained.

また、受光素子26(受光面)は、基板22に対して発光素子24が設けられた装着面側とは反対側の非装着面側に設けられるので、発光面から基板22の厚さ以上の距離で奥まったところに位置することになる。発光素子24は、反射層241によって装着面側(図7等において下側)に出射されるので、光遮蔽体などを発光素子と受光素子との間に設けなくても、発光素子24からの出射光が、被験者の血液の反射を経ることなく受光素子26に直接入射してしまうことを避けることができる。
本実施形態では、光遮蔽体等を設けなくて良いので、その分、受光面積を広く確保して、詳細には、受光面26C、26D、26Eの面積和を発光面24A、24Bの面積和以上となるように確保している。
したがって、第1実施形態に係る生体センサー20によれば、被験者の血管反射を経ていない光の受光を回避しつつ、受光面積を広く確保しているので、この意味においても、微弱な光成分を効率良く受光することができる。
Further, since the light receiving element 26 (light receiving surface) is provided on the non-mounting surface side opposite to the mounting surface side on which the light emitting element 24 is provided with respect to the substrate 22, the light receiving surface has a thickness equal to or greater than the thickness of the substrate 22. It will be located at a distance in the distance. Since the light emitting element 24 is emitted to the mounting surface side (lower side in FIG. 7 and the like) by the reflective layer 241, the light emitting element 24 can be removed from the light emitting element 24 without providing a light shield or the like between the light emitting element and the light receiving element. The emitted light can be prevented from directly entering the light receiving element 26 without passing through the reflection of the blood of the subject.
In the present embodiment, since it is not necessary to provide a light shield or the like, a large light receiving area is secured correspondingly, and in detail, the sum of the areas of the light receiving surfaces 26C, 26D, and 26E is the sum of the areas of the light emitting surfaces 24A and 24B. This is ensured.
Therefore, according to the biosensor 20 according to the first embodiment, the light receiving area is ensured widely while avoiding the reception of light that has not undergone the blood vessel reflection of the subject. Light can be received efficiently.

なお、発光素子24の発光面については、図5に示したような同心円のリング状に限られない。例えば図10の(A)や(B)に示されるように、平面視したときに、タイル状に形成した発光素子24を、縦および横方向に1個おきにモザイク状に配列させても良い。ここで、受光素子26は、基板22の非装着面側においてベタ状に設けられているので、発光素子24が設けられていない領域や基板22の周縁領域が、平面視したときに受光面として外見として現れる。
なお、発光素子24をタイル状に形成する場合、当該タイル状の発光素子24を覆うように導光部材29が設けられる。
このようなモザイク状の配列によっても、発光面が受光面を囲むとともに、受光面の面積が発光面の面積以上となるので、微弱な光成分を効率良く受光することができる。
また、受光面の外枠や、発光面の形状については、図10の(A)、(B)に示されるような正方形に限られないことはいうまでもない。
The light emitting surface of the light emitting element 24 is not limited to the concentric ring shape as shown in FIG. For example, as shown in FIGS. 10A and 10B, when viewed in plan, the light emitting elements 24 formed in a tile shape may be arranged in a mosaic pattern every other vertical and horizontal directions. . Here, since the light receiving element 26 is provided in a solid shape on the non-mounting surface side of the substrate 22, an area where the light emitting element 24 is not provided or a peripheral area of the substrate 22 is used as a light receiving surface when viewed in plan. Appears as an appearance.
When the light emitting element 24 is formed in a tile shape, a light guide member 29 is provided so as to cover the tile light emitting element 24.
Even in such a mosaic arrangement, the light emitting surface surrounds the light receiving surface and the area of the light receiving surface is equal to or larger than the area of the light emitting surface, so that a weak light component can be received efficiently.
Further, it goes without saying that the outer frame of the light receiving surface and the shape of the light emitting surface are not limited to the squares as shown in FIGS.

図11は、第2実施形態に係る生体センサーを示す模式図である。
この第2実施形態では(A)に示されるように、受光素子26が第2基板としての基板23に形成されている。そして、基板23は、受光素子26がフィルター25を挟むように、基板22の非装着面に接着剤28によって貼り合わせられている。このため、(B)に示されるように、結果的に、受光素子26が基板22に対して非装着面側に設けられるので、受光素子26は、発光素子24に対して図3に示した第1実施形態とほぼ同様な位置関係になる。
なお、接着剤28としては、紫外線硬化型やエポキシ系などが用いられる。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a biosensor according to the second embodiment.
In the second embodiment, as shown in (A), the light receiving element 26 is formed on a substrate 23 as a second substrate. The substrate 23 is bonded to the non-mounting surface of the substrate 22 with an adhesive 28 so that the light receiving element 26 sandwiches the filter 25. Therefore, as shown in FIG. 3B, as a result, the light receiving element 26 is provided on the non-mounting surface side with respect to the substrate 22, so that the light receiving element 26 is shown in FIG. The positional relationship is almost the same as in the first embodiment.
As the adhesive 28, an ultraviolet curable type or an epoxy type is used.

基板23に形成される受光素子26の詳細については図示を省略するが、基板23を起点として順に、陰極としての電極層、アモルファスシリコン層および陽極としての電極層を積層した構造になる。なお、陽極としての電極層は、基板22を透過した光を、アモルファスシリコン層に導く必要があるので、透明性を有するITOなどが用いられる。また、陰極としての電極層は反射層を兼ねても良い。受光素子26は、基板22の透過光を受光するので、基板23に光透過性は不要である。
第2実施形態においては、基板23を除けば各部の位置関係が第1実施形態と同様なので、体動があっても、被験者の血管反射を経ていない光の受光を回避しつつ、微弱な光成分を効率良く受光することができる。
特に第2実施形態では、発光素子24が形成された基板22と受光素子26が形成された基板23との良品同士を貼り合わせれば良いので、基板22の一方の面に発光素子24を設けるとともに他方の面に受光素子26を設ける構成と比較して、歩留まりを向上させることができる。
Although details of the light receiving element 26 formed on the substrate 23 are omitted, the electrode layer as the cathode, the amorphous silicon layer, and the electrode layer as the anode are sequentially stacked from the substrate 23 as a starting point. Note that the electrode layer as the anode needs to guide light transmitted through the substrate 22 to the amorphous silicon layer, and therefore, transparent ITO or the like is used. Moreover, the electrode layer as a cathode may also serve as a reflective layer. Since the light receiving element 26 receives the light transmitted through the substrate 22, the substrate 23 does not need to be light transmissive.
In the second embodiment, since the positional relationship of each part is the same as in the first embodiment except for the substrate 23, even if there is a body movement, weak light is avoided while avoiding reception of light that has not undergone blood vessel reflection of the subject. The component can be received efficiently.
In particular, in the second embodiment, since the non-defective product of the substrate 22 on which the light emitting element 24 is formed and the substrate 23 on which the light receiving element 26 is formed is bonded together, the light emitting element 24 is provided on one surface of the substrate 22. Compared with the structure in which the light receiving element 26 is provided on the other surface, the yield can be improved.

図12は、第3実施形態に係る生体センサーを示す模式図である。
導光部材29については、第1(第2)実施形態では、発光素子24に被せるように設けたが、第3実施形態では、基板22の装着面側において、発光素子24が設けられていない部分に、受光素子26に対向した部分に設けられている。
接触面29bは、第1(第2)実施形態と同様に、基板22の接触面に対して被験者側に突出するので、被験者が体動しても、受光素子26の受光領域に対応した接触面29bと皮膚52との位置がずれにくくなる。このため、必然的に皮膚52と、受光素子26(発光素子24)との相対的な位置もずれにくくなる。
一方、第3実施形態においても、導光部材29の側面には反射層29aが設けられるので、発光素子24の出射効率とともに、受光素子26の受光効率が高められる。したがって、第3実施形態によれば、第1(第2)実施形態と同様に体動があっても微弱な光成分を精度良く検出することができる。
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a biosensor according to the third embodiment.
The light guide member 29 is provided so as to cover the light emitting element 24 in the first (second) embodiment, but in the third embodiment, the light emitting element 24 is not provided on the mounting surface side of the substrate 22. The portion is provided in a portion facing the light receiving element 26.
Similar to the first (second) embodiment, the contact surface 29b protrudes toward the subject with respect to the contact surface of the substrate 22. Therefore, even if the subject moves, the contact corresponding to the light receiving region of the light receiving element 26 The position of the surface 29b and the skin 52 is difficult to shift. For this reason, the relative position between the skin 52 and the light receiving element 26 (light emitting element 24) is inevitably shifted.
On the other hand, also in the third embodiment, since the reflective layer 29 a is provided on the side surface of the light guide member 29, the light receiving efficiency of the light receiving element 26 is increased together with the emission efficiency of the light emitting element 24. Therefore, according to the third embodiment, a weak light component can be detected with high accuracy even when there is a body movement, as in the first (second) embodiment.

なお、図5に示されるように発光素子24の発光面24A、24Bを二重リング状とする場合、平面視したときにハッチングで示される受光面26C、26D、26Eに対応して円形またはリング状に形成した導光部材29を基板22に嵌め込む構成となる。また、図10に示されるように発光素子24の発光面をタイル状とする場合、平面視したときにハッチングで示される領域に対応した個々の形状とした導光部材29を嵌め込む構成となる。   As shown in FIG. 5, when the light emitting surfaces 24A and 24B of the light emitting element 24 are formed in a double ring shape, a circular or ring shape corresponding to the light receiving surfaces 26C, 26D, and 26E indicated by hatching when seen in a plan view. The light guide member 29 formed in a shape is fitted into the substrate 22. When the light emitting surface of the light emitting element 24 is tiled as shown in FIG. 10, the light guide member 29 having an individual shape corresponding to a region indicated by hatching when viewed in plan is fitted. .

図13は、第4実施形態に係る生体センサーを示す模式図である。
この図に示されるように、第4実施形態では、受光素子26が、発光素子24とともに基板22の装着面側に設けられている。ここで、受光素子26は、非装着面側からの侵入光を遮光するために、基板22とは受光面の周縁を含むような遮光層266を介して設けられている。
導光部材29は、この受光素子26に被さるとともに、接触面29bが発光素子24の発光面よりも生体側に突出している。このため、他の実施形態と同様に、被験者が体動しても、受光領域に対応した接触面29bと皮膚52との位置がずれにくくなる。一方、導光部材29の側面には設けられた反射層29aによって、発光素子24の出射効率とともに、受光素子26の受光効率が高められる。したがって、第4実施形態によれば、他の実施形態と同様に体動があっても微弱な光成分を精度良く検出することができる。
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a biological sensor according to the fourth embodiment.
As shown in this figure, in the fourth embodiment, the light receiving element 26 is provided on the mounting surface side of the substrate 22 together with the light emitting element 24. Here, the light receiving element 26 is provided with a light shielding layer 266 including the periphery of the light receiving surface with respect to the substrate 22 in order to shield intrusion light from the non-mounting surface side.
The light guide member 29 covers the light receiving element 26, and the contact surface 29 b protrudes more toward the living body than the light emitting surface of the light emitting element 24. For this reason, as in the other embodiments, even if the subject moves, the position of the contact surface 29b corresponding to the light receiving region and the skin 52 is unlikely to shift. On the other hand, the reflection layer 29 a provided on the side surface of the light guide member 29 increases the light receiving efficiency of the light receiving element 26 as well as the emission efficiency of the light emitting element 24. Therefore, according to the fourth embodiment, a weak light component can be detected with high accuracy even when there is a body movement as in the other embodiments.

なお、図13の例では、導光部材29を受光素子26に被せるように設けたが、発光素子24に被せるように、接触面29bが発光素子24の発光面よりも生体側に突出するように設けても良い。
また、導光部材29を発光素子24および受光素子26の双方に被せるように設けた構成としても良い。この構成においては、被験者と位置ずれしにくいように、発光素子24または受光素子26のどちらか一方に被せた導光部材29の接触面29bを、発光素子24または受光素子26のどちらか他方に被せた導光部材29の接触面29bよりも生体側に突出させれば良い。
In the example of FIG. 13, the light guide member 29 is provided so as to cover the light receiving element 26, but the contact surface 29 b protrudes toward the living body from the light emitting surface of the light emitting element 24 so as to cover the light emitting element 24. May be provided.
Alternatively, the light guide member 29 may be provided so as to cover both the light emitting element 24 and the light receiving element 26. In this configuration, the contact surface 29b of the light guide member 29 that covers either the light emitting element 24 or the light receiving element 26 is placed on either the light emitting element 24 or the light receiving element 26 so that it is difficult to be displaced from the subject. What is necessary is just to make it protrude in the living body side rather than the contact surface 29b of the covered light guide member 29. FIG.

本発明は、上述した実施形態のほかに、種々の応用・変形が可能である。
例えば、図3、図11、図12に示した例では、発光素子24を基板22の装着面側に、受光素子26を基板22の非装着面側に、それぞれ設けたが、反対に、発光素子24を基板22の非装着面側に、受光素子26を基板22の装着面側に設けた構成としても良い。この構成では、発光素子24は、基板22の側に光を出射するので、ボトムエミッション型となる。この構成において導光部材29については、基板22の装着面側において、受光素子26に被せるように設けても良いし、受光素子26が設けられている部分を避けるように、発光素子24に対向した部分に設けても良い。
The present invention can be variously applied and modified in addition to the above-described embodiments.
For example, in the example shown in FIGS. 3, 11, and 12, the light emitting element 24 is provided on the mounting surface side of the substrate 22, and the light receiving element 26 is provided on the non-mounting surface side of the substrate 22. The element 24 may be provided on the non-mounting surface side of the substrate 22 and the light receiving element 26 may be provided on the mounting surface side of the substrate 22. In this configuration, the light emitting element 24 emits light toward the substrate 22 and is therefore a bottom emission type. In this configuration, the light guide member 29 may be provided so as to cover the light receiving element 26 on the mounting surface side of the substrate 22, or opposed to the light emitting element 24 so as to avoid a portion where the light receiving element 26 is provided. You may provide in the part which did.

各実施形態では、被験者の測定部位を左手首としたが、例えばカフ体に生体センサーを組み込むことによって、指先を測定部位にしても良い。換言すれば、指尖脈波を検出するようにしても良い。   In each embodiment, the measurement site of the subject is the left wrist, but the fingertip may be set as the measurement site by incorporating a biosensor in the cuff body, for example. In other words, the finger plethysmogram may be detected.

また、実施形態については、生体センサーとして、脈波を検出する構成を例示したが、動脈血の酸素飽和度を検出するセンサーにも適用可能である。血液中のヘモグロビンは、酸素との結合の有無により赤色光と赤外光の吸光度が異なる。そこで、赤色光を発光・受光する素子、赤外光を発光・受光する素子、などのように発光波長および受光波長を異ならせた素子組を複数組用意する一方、これらの反射光を測定・解析することによって酸素飽和度を検出することができる。
また、血管としては、動脈・静脈のいずれでも良い。
生体情報としては、生体の血管のパターンでも良く、この血管パターンから当該生体を認証する認証装置にも適用可能である。
測定対象は、ヒトに限らず、動物でも良いのはもちろんである。
Moreover, about embodiment, although the structure which detects a pulse wave was illustrated as a biosensor, it is applicable also to the sensor which detects the oxygen saturation of arterial blood. The hemoglobin in blood has different absorbances for red light and infrared light depending on the presence or absence of binding to oxygen. Therefore, while preparing multiple sets of elements with different emission and reception wavelengths, such as elements that emit and receive red light and elements that emit and receive infrared light, measure the reflected light. The oxygen saturation can be detected by analysis.
The blood vessel may be an artery or a vein.
The biological information may be a blood vessel pattern of the living body, and can also be applied to an authentication device that authenticates the living body from this blood vessel pattern.
Of course, the measurement target is not limited to a human but may be an animal.

1…生体情報検出装置、20…生体センサー、22、23…基板、24…発光素子、26…受光素子、28…接着剤、29…導光部材、29a…反射層、29b…接触面、50…演算処理回路、100…表示部、241…反射層、242…第1電極層、244…第2電極層、243…有機層、243b…発光層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Biological information detection apparatus, 20 ... Biosensor, 22, 23 ... Board | substrate, 24 ... Light emitting element, 26 ... Light receiving element, 28 ... Adhesive agent, 29 ... Light guide member, 29a ... Reflective layer, 29b ... Contact surface, 50 ... arithmetic processing circuit, 100 ... display unit, 241 ... reflective layer, 242 ... first electrode layer, 244 ... second electrode layer, 243 ... organic layer, 243b ... light emitting layer.

Claims (12)

第1基板に設けられ、生体に向けて光を照射する発光素子と、
前記第1基板に設けられ、前記生体からの光を受光する受光素子と、
光透過性を有し、前記第1基板に対して前記発光素子または前記受光素子の一方に対応して設けられ、前記生体に接触する接触面が前記発光素子または前記受光素子の他方よりも前記生体側に突出した導光部材と、
を具備することを特徴とする生体センサー。
A light-emitting element that is provided on the first substrate and emits light toward the living body;
A light receiving element provided on the first substrate and receiving light from the living body;
The light-transmitting surface is provided corresponding to one of the light-emitting element or the light-receiving element with respect to the first substrate, and a contact surface that contacts the living body is more than the other of the light-emitting element or the light-receiving element. A light guide member protruding toward the living body;
A biological sensor comprising:
前記導光部材は、
前記基板に対して鉛直方向となる側面で反射性を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の生体センサー。
The light guide member is
The biological sensor according to claim 1, wherein the biological sensor has reflectivity on a side surface that is perpendicular to the substrate.
前記第1基板は、光透過性を有し、
前記発光素子は、前記第1基板の一方の面側に設けられ、
前記受光素子は、前記第1基板の他方の面側に設けられ、前記発光素子から出射した光のうち、前記生体からの反射光を受光する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の生体センサー。
The first substrate has optical transparency,
The light emitting element is provided on one surface side of the first substrate,
The said light receiving element is provided in the other surface side of the said 1st board | substrate, and receives the reflected light from the said biological body among the lights radiate | emitted from the said light emitting element. Biosensor.
前記発光素子は、
前記第1基板から向かって順に、反射層、第1電極層、発光層および第2電極層を少なくとも含んだ積層体であって、前記第1基板側とは反対側に光を出射し、
前記第1電極層および第2電極層は、それぞれ光透過性を有し、
前記受光素子は、前記第1基板を透過した光を受光する
ことを特徴とする請求項3に記載の生体センサー。
The light emitting element is
A laminate including at least a reflective layer, a first electrode layer, a light emitting layer, and a second electrode layer in order from the first substrate, emitting light to the side opposite to the first substrate side,
Each of the first electrode layer and the second electrode layer has optical transparency.
The biosensor according to claim 3, wherein the light receiving element receives light transmitted through the first substrate.
前記受光素子は、第2基板における一方の面に設けられ、
前記第2基板における一方の面が前記第1基板の他方の面に対向するように、前記第1基板と前記第2基板とが貼り合わせられた
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の生体センサー。
The light receiving element is provided on one surface of the second substrate,
The said 1st board | substrate and the said 2nd board | substrate were bonded together so that one surface in the said 2nd board | substrate might oppose the other surface of the said 1st board | substrate. Biological sensor according to crab.
前記導光部材は、前記第1基板の一方の面側に前記発光素子を覆うように設けられた
ことを特徴とする請求項4または5に記載の生体センサー。
The biosensor according to claim 4 or 5, wherein the light guide member is provided on one surface side of the first substrate so as to cover the light emitting element.
前記導光部材は、前記第1基板の一方の面側に前記発光素子の非配置部分に設けられた
ことを特徴とする請求項4または5に記載の生体センサー。
The biosensor according to claim 4, wherein the light guide member is provided in a non-arranged portion of the light emitting element on one surface side of the first substrate.
前記基板を平面視したときに、
前記発光素子は、前記受光素子に含まれるように配置されている
ことを特徴とする請求項4または5に記載の生体センサー。
When the substrate is viewed in plan view,
The biosensor according to claim 4, wherein the light emitting element is disposed so as to be included in the light receiving element.
前記基板を平面視したときに、
前記発光素子は、同心円状の発光面を有する
ことを特徴とする請求項8に記載の生体センサー。
When the substrate is viewed in plan view,
The biosensor according to claim 8, wherein the light emitting element has a concentric light emitting surface.
前記基板を平面視したときに、
前記発光素子は、所定の間隔をおいてマトリクス状に配列した発光面を有する
ことを特徴とする請求項8に記載の生体センサー。
When the substrate is viewed in plan view,
The biosensor according to claim 8, wherein the light emitting element has light emitting surfaces arranged in a matrix at predetermined intervals.
前記基板を平面視したときに、
前記受光素子の受光面の面積は、
前記発光素子の発光面の面積以上である
ことを特徴とする請求項9または10に記載の生体センサー。
When the substrate is viewed in plan view,
The area of the light receiving surface of the light receiving element is:
It is more than the area of the light emission surface of the said light emitting element. The biosensor of Claim 9 or 10 characterized by the above-mentioned.
請求項1乃至11のいずれかに記載の生体センサーと、
前記受光素子から出力される信号に基づいて生体情報を出力する演算処理回路と、
を備える生体情報検出装置。
The biological sensor according to any one of claims 1 to 11,
An arithmetic processing circuit that outputs biological information based on a signal output from the light receiving element;
A biological information detection device comprising:
JP2011130984A 2011-06-13 2011-06-13 Biological sensor and biological information detection apparatus Active JP5919654B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011130984A JP5919654B2 (en) 2011-06-13 2011-06-13 Biological sensor and biological information detection apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011130984A JP5919654B2 (en) 2011-06-13 2011-06-13 Biological sensor and biological information detection apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013000157A true JP2013000157A (en) 2013-01-07
JP5919654B2 JP5919654B2 (en) 2016-05-18

Family

ID=47669408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011130984A Active JP5919654B2 (en) 2011-06-13 2011-06-13 Biological sensor and biological information detection apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5919654B2 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016086873A (en) * 2014-10-30 2016-05-23 ローム株式会社 Vital sensor module and operation method for the same
JP2017027594A (en) * 2015-07-15 2017-02-02 バイオウォッチ・ソシエテ・アノニム User identification biometric authentication sensor and user identification method
JP2018502629A (en) * 2014-12-19 2018-02-01 ノキア テクノロジーズ オーユー Biometric device
WO2018151396A1 (en) * 2017-02-14 2018-08-23 삼성전자 주식회사 Electronic device comprising biosensor
US20210177322A1 (en) * 2018-08-23 2021-06-17 Nokia Technologies Oy Photodetector Apparatus
US20210177320A1 (en) * 2019-12-12 2021-06-17 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Biometric sensor
KR20210074535A (en) * 2019-12-12 2021-06-22 한국과학기술원 Biometric Sensor with A Vertical Alignment Light Emitting Part
WO2022254866A1 (en) * 2021-06-01 2022-12-08 コニカミノルタ株式会社 Photoelectric volume pulse wave sensor and pulse wave detection method
WO2023145226A1 (en) * 2022-01-31 2023-08-03 太陽誘電株式会社 Pulse wave detection device

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03173528A (en) * 1989-12-02 1991-07-26 Koorin Denshi Kk Pulse detection device for organism signal
JP2000116611A (en) * 1998-10-16 2000-04-25 Kowa Spinning Co Ltd Pulse sensor
JP2002360530A (en) * 2001-06-11 2002-12-17 Waatekkusu:Kk Pulse wave sensor and pulse rate detector
JP2003144420A (en) * 2001-11-09 2003-05-20 Nec Corp Fingerprint image input device and electronic equipment using the same
JP2004000467A (en) * 2002-03-15 2004-01-08 U-Medica Inc Pulse wave sensor
JP2004337605A (en) * 2003-04-23 2004-12-02 Otax Co Ltd Optical probe, measuring system using the same, and reflected light detecting method using the same
JP2004344668A (en) * 2003-05-21 2004-12-09 Asulab Sa Portable measuring instrument measuring physiological numerical value and including device irradiating surface of organic tissue
JP2008119026A (en) * 2006-11-08 2008-05-29 Matsushita Electric Works Ltd Probe for measurement
US20090054752A1 (en) * 2007-08-22 2009-02-26 Motorola, Inc. Method and apparatus for photoplethysmographic sensing
JP2009213833A (en) * 2007-03-30 2009-09-24 Nippon Koden Corp Probe adapted to measure biological signal
JP2009231577A (en) * 2008-03-24 2009-10-08 Nissan Motor Co Ltd Organic thin film light-receiving/emitting element, and pulse sensor using the light-receiving/emitting element
JP2009254523A (en) * 2008-04-15 2009-11-05 Sharp Corp Optical biological information measuring instrument, and light emitting/receiving unit for measuring biological information

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03173528A (en) * 1989-12-02 1991-07-26 Koorin Denshi Kk Pulse detection device for organism signal
JP2000116611A (en) * 1998-10-16 2000-04-25 Kowa Spinning Co Ltd Pulse sensor
JP2002360530A (en) * 2001-06-11 2002-12-17 Waatekkusu:Kk Pulse wave sensor and pulse rate detector
JP2003144420A (en) * 2001-11-09 2003-05-20 Nec Corp Fingerprint image input device and electronic equipment using the same
JP2004000467A (en) * 2002-03-15 2004-01-08 U-Medica Inc Pulse wave sensor
JP2004337605A (en) * 2003-04-23 2004-12-02 Otax Co Ltd Optical probe, measuring system using the same, and reflected light detecting method using the same
JP2004344668A (en) * 2003-05-21 2004-12-09 Asulab Sa Portable measuring instrument measuring physiological numerical value and including device irradiating surface of organic tissue
JP2008119026A (en) * 2006-11-08 2008-05-29 Matsushita Electric Works Ltd Probe for measurement
JP2009213833A (en) * 2007-03-30 2009-09-24 Nippon Koden Corp Probe adapted to measure biological signal
US20090054752A1 (en) * 2007-08-22 2009-02-26 Motorola, Inc. Method and apparatus for photoplethysmographic sensing
JP2009231577A (en) * 2008-03-24 2009-10-08 Nissan Motor Co Ltd Organic thin film light-receiving/emitting element, and pulse sensor using the light-receiving/emitting element
JP2009254523A (en) * 2008-04-15 2009-11-05 Sharp Corp Optical biological information measuring instrument, and light emitting/receiving unit for measuring biological information

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016086873A (en) * 2014-10-30 2016-05-23 ローム株式会社 Vital sensor module and operation method for the same
US11234605B2 (en) 2014-12-19 2022-02-01 Nokia Technologies Oy Apparatus for biometric measurement
JP2018502629A (en) * 2014-12-19 2018-02-01 ノキア テクノロジーズ オーユー Biometric device
EP3033992B1 (en) * 2014-12-19 2020-04-29 Nokia Technologies Oy Apparatus for biometric measurement
JP2017027594A (en) * 2015-07-15 2017-02-02 バイオウォッチ・ソシエテ・アノニム User identification biometric authentication sensor and user identification method
US11452459B2 (en) 2017-02-14 2022-09-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device comprising biosensor
WO2018151396A1 (en) * 2017-02-14 2018-08-23 삼성전자 주식회사 Electronic device comprising biosensor
US20210177322A1 (en) * 2018-08-23 2021-06-17 Nokia Technologies Oy Photodetector Apparatus
US20210177320A1 (en) * 2019-12-12 2021-06-17 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Biometric sensor
KR20210074535A (en) * 2019-12-12 2021-06-22 한국과학기술원 Biometric Sensor with A Vertical Alignment Light Emitting Part
KR20210074534A (en) * 2019-12-12 2021-06-22 한국과학기술원 Biometric Sensor
KR102358662B1 (en) * 2019-12-12 2022-02-04 한국과학기술원 Biometric Sensor
KR102418816B1 (en) * 2019-12-12 2022-07-11 한국과학기술원 Biometric Sensor with A Vertical Alignment Light Emitting Part
US11612339B2 (en) 2019-12-12 2023-03-28 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Biometric sensor
WO2022254866A1 (en) * 2021-06-01 2022-12-08 コニカミノルタ株式会社 Photoelectric volume pulse wave sensor and pulse wave detection method
WO2023145226A1 (en) * 2022-01-31 2023-08-03 太陽誘電株式会社 Pulse wave detection device

Also Published As

Publication number Publication date
JP5919654B2 (en) 2016-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5919654B2 (en) Biological sensor and biological information detection apparatus
JP2013009710A (en) Biosensor and biological information detection device
JP5772292B2 (en) Biological sensor and biological information detection apparatus
JP2013000158A (en) Biosensor and biological information detection apparatus
WO2016098283A1 (en) Image acquiring device, biological information acquiring device, and electronic apparatus
WO2013027359A1 (en) Living organism sensor
US20190099096A1 (en) Display device and method of detecting heart rate information
US20110166457A1 (en) Biological information detector and biological information measurement device
US11246498B2 (en) Sensor, sensor device, and sensor system
JP6107893B2 (en) Biological sensor and biological information detection apparatus
JP2012254194A (en) Biosensor and biological information detector
KR102414780B1 (en) Display apparatus
JP2018000541A (en) Biological information measurement module and biological information measurement equipment
JP2018037356A (en) Light emitting device, detecting device, and method of manufacturing light emitting device
JP2013000378A (en) Biosensor and biological information detector
JP6507670B2 (en) Information acquisition device
JP6464736B2 (en) Pulse wave sensor and electronic device
JP2009106373A (en) Sensing apparatus for biological surface tissue
CN114376532B (en) Reflection type photoplethysmography sensor and biological information measuring device
JP2019136442A (en) Biological information measurement device
JP2022139051A (en) Reflective photoelectric volume pulse wave sensor
US20230270332A1 (en) Detecting device and measuring apparatus
JP2016096977A (en) Optical sensor module
JP2018061675A (en) Detection device and measuring device
JP6219212B2 (en) Biometric probe and biometric device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140612

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20150107

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150116

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150303

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150428

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150707

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150901

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160315

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160328

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5919654

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150