JP2016182286A - Biological information sensor - Google Patents

Biological information sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2016182286A
JP2016182286A JP2015064905A JP2015064905A JP2016182286A JP 2016182286 A JP2016182286 A JP 2016182286A JP 2015064905 A JP2015064905 A JP 2015064905A JP 2015064905 A JP2015064905 A JP 2015064905A JP 2016182286 A JP2016182286 A JP 2016182286A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
signal
biological information
infrared
information sensor
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
JP2015064905A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6502718B2 (en
Inventor
武志 相良
Takeshi Sagara
武志 相良
弘治 齊藤
Hiroharu Saito
弘治 齊藤
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.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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 Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Priority to JP2015064905A priority Critical patent/JP6502718B2/en
Priority to US15/070,285 priority patent/US20160278712A1/en
Publication of JP2016182286A publication Critical patent/JP2016182286A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6502718B2 publication Critical patent/JP6502718B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biological information sensor capable of increasing measurement accuracy.SOLUTION: A biological information sensor 1 is equipped with a light receiving part 11 and generates information on a living body based on a signal from the light receiving part 11. The light receiving part 11 includes a first light sensor 111 for converting a first light to a first signal. The first light sensor 111 includes a first photoelectric conversion element 111A and a first color filter 111B. The first photoelectric conversion element 111A converts the first light to the first signal. The first color filter 111B is formed on a light path to the first photoelectric conversion element 111A, and transmits the first light. The biological information sensor 1 further includes an infrared light removal layer 101 formed on the light path to the first photoelectric conversion element 111A.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は生体情報センサに関し、特にウェアラブルな生体情報センサに関する。   The present invention relates to a biological information sensor, and more particularly to a wearable biological information sensor.

従来からウェアラブルな生体情報センサが知られている。例えば、特開2012−143316(特許文献1)には、ウェアラブルな生体情報センサが開示されている。当該生体情報センサは、第1および第2の光センサと演算回路とを備える。第1の光センサは、第1の発光強度の光を生体に出射する第1の発光部と、第1の発光部の出射光が生体内で反射した光を受けて第1の受光信号を生成する第1の受光部とを含む。第2の光センサは、第1の発光強度よりも弱い第2の発光強度の光を生体に出射する第2の発光部と、第2の発光部の出射光が生体内で反射した光を受けて第2の受光信号を生成する第2の受光部とを含む。演算回路は、第1の受光信号から第2の受光信号を差し引いて脈波データを取得する。   Conventionally, wearable biological information sensors are known. For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2012-143316 (Patent Document 1) discloses a wearable biological information sensor. The biological information sensor includes first and second optical sensors and an arithmetic circuit. The first optical sensor receives a first light emitting unit that emits light having a first light emission intensity to the living body, and light reflected by the emitted light from the first light emitting unit in the living body, and outputs a first received light signal. And a first light receiving unit to be generated. The second light sensor emits light having a second light emission intensity weaker than the first light emission intensity to the living body, and light reflected from the light emitted from the second light emitting part in the living body. And a second light receiving unit that generates a second light receiving signal. The arithmetic circuit subtracts the second received light signal from the first received light signal to obtain pulse wave data.

特開2012−143316号公報JP 2012-143316 A

生体情報センサを身体に装着し、屋外等で運動しながら脈拍、あるいは血中酸素飽和濃度のような生体情報を測定する場合、赤外光を含む太陽光が当該生体情報センサに入射することにより測定誤差が生じ得る。   When biological information such as pulse or blood oxygen saturation concentration is measured while wearing a biological information sensor on the body and exercising outdoors, sunlight including infrared light is incident on the biological information sensor. Measurement errors can occur.

それゆえに、本発明の主たる目的は、測定精度を上げることができる生体情報センサを提供することである。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a biological information sensor that can increase measurement accuracy.

本発明に係る生体情報センサは、受光部を備え、受光部からの信号に基づいて生体に関する情報を生成する。受光部は、第1の光を第1の信号に変換する第1の光センサを含む。第1の光センサは、第1の光電変換素子と、第1のカラーフィルタとを有する。第1の光電変換素子は、第1の光を第1の信号に変換する。第1のカラーフィルタは、第1の光電変換素子への光路上に形成され、第1の光を透過させる。生体情報センサは、第1の光電変換素子への光路上に形成された赤外光除去層をさらに備える。   The biological information sensor according to the present invention includes a light receiving unit, and generates information related to a living body based on a signal from the light receiving unit. The light receiving unit includes a first photosensor that converts the first light into a first signal. The first photosensor includes a first photoelectric conversion element and a first color filter. The first photoelectric conversion element converts the first light into a first signal. The first color filter is formed on the optical path to the first photoelectric conversion element and transmits the first light. The biological information sensor further includes an infrared light removal layer formed on the optical path to the first photoelectric conversion element.

カラーフィルタは、赤、緑、青などの顔料を含んだカラーレジスト膜である。カラーレジストにはレジスト成分に加えて色材として顔料を微分散させた顔料分散レジストが使用される。   The color filter is a color resist film containing pigments such as red, green, and blue. In addition to the resist component, a pigment dispersion resist in which a pigment is finely dispersed as a color material is used as the color resist.

このような構成により、赤外光除去層によって赤外光が除去された光が第1の光センサに入射する。第1のカラーフィルタは、赤外光除去層を透過した光に含まれる第1の光を透過させるため、第1の光電変換素子が受ける光のほとんどは第1の光となる。その結果、生体情報センサは赤外光の影響をほとんど受けずに生体に関する情報を生成することができる。すなわち、本発明に係る生体情報センサによれば、測定精度を上げることができる。   With such a configuration, light from which infrared light has been removed by the infrared light removal layer is incident on the first photosensor. Since the first color filter transmits the first light included in the light transmitted through the infrared light removal layer, most of the light received by the first photoelectric conversion element is the first light. As a result, the biological information sensor can generate information on the living body with almost no influence of infrared light. That is, according to the biological information sensor of the present invention, the measurement accuracy can be increased.

好ましくは、生体情報センサは、演算制御部をさらに備える。演算制御部は、受光部からの信号に基づいて生体に関する情報を生成する。受光部は、第2の光センサをさらに含む。第2の光センサは、第2の光を第2の信号に変換する。第2の光センサは、第2の光電変換素子と、第2のカラーフィルタとを有する。第2の光電変換素子は、第2の光を第2の信号に変換する。第2のカラーフィルタは、第2の光電変換素子への光路上に形成され、第2の光を透過させる。赤外光除去層は、第2の光電変換素子への光路上にも形成されている。演算制御部は、受光部から第1の信号および第2の信号を受け、第1の信号と第2の信号に基づいて生体に関する情報を生成する。   Preferably, the biological information sensor further includes an arithmetic control unit. The arithmetic control unit generates information related to the living body based on a signal from the light receiving unit. The light receiving unit further includes a second photosensor. The second optical sensor converts the second light into a second signal. The second photosensor has a second photoelectric conversion element and a second color filter. The second photoelectric conversion element converts the second light into a second signal. The second color filter is formed on the optical path to the second photoelectric conversion element, and transmits the second light. The infrared light removal layer is also formed on the optical path to the second photoelectric conversion element. The arithmetic control unit receives the first signal and the second signal from the light receiving unit, and generates information related to the living body based on the first signal and the second signal.

好ましくは、受光部は、第1の光センサおよび第2の光センサが形成された第1の基板をさらに含む。赤外光除去層は、第1の基板の表面に形成されている。   Preferably, the light receiving unit further includes a first substrate on which the first photosensor and the second photosensor are formed. The infrared light removal layer is formed on the surface of the first substrate.

信号のレベルとしては、例えば電気信号の電圧値または電流値を挙げることができる。
好ましくは、赤外光除去層は、赤外カットフィルタを含む。赤外カットフィルタは、第1のカラーフィルタおよび第2のカラーフィルタを覆っている。
Examples of the signal level include a voltage value or a current value of an electric signal.
Preferably, the infrared light removal layer includes an infrared cut filter. The infrared cut filter covers the first color filter and the second color filter.

赤外カットフィルタは、屈折率の異なる複数の薄膜を積層し、赤外光よりも短波長側の光を透過させる多層膜である。屈折率の異なる複数の薄膜としては、TiO2膜とSiO2膜とをスパッタ法により周期的に積層したものを挙げることができる。   The infrared cut filter is a multilayer film in which a plurality of thin films having different refractive indexes are stacked and light having a shorter wavelength than infrared light is transmitted. Examples of the plurality of thin films having different refractive indexes include those obtained by periodically laminating a TiO 2 film and a SiO 2 film by a sputtering method.

好ましくは、赤外光除去層は、赤外カット樹脂を含む。赤外カット樹脂は、第1の基板を覆っている。   Preferably, the infrared light removal layer includes an infrared cut resin. The infrared cut resin covers the first substrate.

赤外カット樹脂は、赤外光(例えば波長が750nm以上の光)を吸収する素材を含む樹脂である。   The infrared cut resin is a resin containing a material that absorbs infrared light (for example, light having a wavelength of 750 nm or more).

好ましくは、赤外光除去層は、赤外カットフィルタおよび赤外カット樹脂を含む。赤外カットフィルタは、第1のカラーフィルタおよび第2のカラーフィルタを覆っている。赤外カット樹脂は、赤外カットフィルタの上に積層され、第1の基板を覆っている。   Preferably, the infrared light removal layer includes an infrared cut filter and an infrared cut resin. The infrared cut filter covers the first color filter and the second color filter. The infrared cut resin is laminated on the infrared cut filter and covers the first substrate.

好ましくは、生体情報センサは、発光部と、第2の基板と、第1の遮光壁と、第2の遮光壁とをさらに備える。発光部は、第1の光および第2の光を含む光を出射する。第2の基板は、発光部、受光部、および演算制御部が形成されている。第1の遮光壁は、第2の基板の外周に沿って、発光部および受光部を囲むように形成されている。第2の遮光壁は、第2の基板と第1の遮光壁とによって形成された空間を、発光部がある側の空間と受光部がある側の空間とに仕切っている。生体情報センサが生体に装着された場合、発光部が出射する光のうち生体の内部で反射した光は、受光部へ入射する。   Preferably, the biological information sensor further includes a light emitting unit, a second substrate, a first light shielding wall, and a second light shielding wall. The light emitting unit emits light including the first light and the second light. The second substrate has a light emitting unit, a light receiving unit, and an arithmetic control unit. The first light shielding wall is formed so as to surround the light emitting unit and the light receiving unit along the outer periphery of the second substrate. The second light shielding wall partitions the space formed by the second substrate and the first light shielding wall into a space on the side where the light emitting part is located and a space on the side where the light receiving part is located. When the biological information sensor is attached to the living body, the light reflected inside the living body out of the light emitted from the light emitting section enters the light receiving section.

好ましくは、発光部は、白色光を出射する発光ダイオードである。
好ましくは、第1の光は、緑色光である。第2の光は、赤色光である。
Preferably, the light emitting unit is a light emitting diode that emits white light.
Preferably, the first light is green light. The second light is red light.

好ましくは、演算制御部は、第1の信号のレベルと第2の信号のレベルとの差に基づいて生体に関する情報を生成する。   Preferably, the arithmetic control unit generates information related to the living body based on a difference between the level of the first signal and the level of the second signal.

好ましくは、生体に関する情報は、心拍数である。
演算制御部は、第1の信号のレベルと第2の信号のレベルとの比に基づいて生体に関する情報を生成する。
Preferably, the information related to the living body is a heart rate.
The arithmetic control unit generates information related to the living body based on a ratio between the level of the first signal and the level of the second signal.

好ましくは、生体に関する情報は、血中酸素飽和濃度である。   Preferably, the information related to the living body is a blood oxygen saturation concentration.

本発明に係る生体情報センサによれば、生体情報センサに入射した光に含まれる赤外光を赤外光除去層によって除去することにより、測定精度を上げることができる。   According to the biological information sensor of the present invention, the measurement accuracy can be increased by removing the infrared light contained in the light incident on the biological information sensor by the infrared light removing layer.

第1の実施の形態に従う生体情報センサの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the biometric information sensor according to 1st Embodiment. 第1の実施の形態に従う生体情報センサが備える受光部の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the light-receiving part with which the biometric information sensor according to 1st Embodiment is provided. 赤外カットフィルタ、Gフィルタ、Rフィルタ、およびフォトダイオードの分光特性を示す図である。It is a figure which shows the spectral characteristics of an infrared cut filter, G filter, R filter, and a photodiode. 第1の実施の形態に従う生体情報センサの機能構成図である。It is a functional lineblock diagram of a living body information sensor according to a 1st embodiment. 第1の実施の形態に従う生体情報センサの動作を例示するタイムチャートである。It is a time chart which illustrates operation | movement of the biometric information sensor according to 1st Embodiment. 第2の実施の形態に従う生体情報センサが備える受光部の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the light-receiving part with which the biometric information sensor according to 2nd Embodiment is provided. 第3の実施の形態に従う生体情報センサが備える受光部の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the light-receiving part with which the biometric information sensor according to 3rd Embodiment is provided. 第4の実施の形態に従う生体情報センサの機能構成図である。It is a function block diagram of the biometric information sensor according to 4th Embodiment. 光の波長と、ヘモグロビンのモル吸収係数と、Gフィルタの分光感度およびRフィルタの分光感度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the wavelength of light, the molar absorption coefficient of hemoglobin, the spectral sensitivity of G filter, and the spectral sensitivity of R filter. 第4の実施の形態に従う生体情報センサが備える演算部の機能構成図である。It is a function block diagram of the calculating part with which the biometric information sensor according to 4th Embodiment is provided.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態に従う生体情報センサ1の構成を示す断面図である。以下では、生体情報センサ1によって生体に関する情報として心拍数を測定する場合について説明する。
[First embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of biological information sensor 1 according to the first embodiment. Below, the case where the heart rate is measured as information about a living body by the living body information sensor 1 will be described.

図1を参照して、生体情報センサは、白色LEDである発光部10と、集積回路である受光部11と、遮光壁13,14と、レンズ15,16と、透明板17と、基板18と、演算制御部200とを備える。   Referring to FIG. 1, the biological information sensor includes a light emitting unit 10 that is a white LED, a light receiving unit 11 that is an integrated circuit, light shielding walls 13 and 14, lenses 15 and 16, a transparent plate 17, and a substrate 18. And an arithmetic control unit 200.

基板18の表面には発光部10と受光部11と演算制御部200とが形成されている。受光部11は、シリコン基板12と、シリコン基板12に形成されたGセンサ111およびRセンサ112とを含む。演算制御部200は、シリコン基板12に形成されていても構わない。   A light emitting unit 10, a light receiving unit 11, and an arithmetic control unit 200 are formed on the surface of the substrate 18. The light receiving unit 11 includes a silicon substrate 12 and a G sensor 111 and an R sensor 112 formed on the silicon substrate 12. The arithmetic control unit 200 may be formed on the silicon substrate 12.

基板18の表面の縁には、発光部10および受光部11を囲むようにして、外部光が受光部11に入射するのを防止するための遮光壁14が形成されている。基板18の表面の中央には、発光部10から出射された白色光が受光部11に直接入射するのを防止するための遮光壁13が形成されている。つまり、遮光壁14によって形成された空間が遮光壁13によって発光部10がある側の空間と受光部11がある側の空間とに仕切られている。   A light shielding wall 14 for preventing external light from entering the light receiving unit 11 is formed at the edge of the surface of the substrate 18 so as to surround the light emitting unit 10 and the light receiving unit 11. A light shielding wall 13 for preventing white light emitted from the light emitting unit 10 from directly entering the light receiving unit 11 is formed at the center of the surface of the substrate 18. That is, the space formed by the light shielding wall 14 is partitioned by the light shielding wall 13 into a space on the side where the light emitting unit 10 is located and a space on the side where the light receiving unit 11 is located.

発光部10の出射方向にレンズ15が設けられ、受光部11の受光方向にレンズ16が設けられている。遮光壁13,14の下端の開口部は透明板17によって閉じられている。心拍数を検出する場合は、透明板17の表面が人体50の表面に密着される。   A lens 15 is provided in the emission direction of the light emitting unit 10, and a lens 16 is provided in the light receiving direction of the light receiving unit 11. The openings at the lower ends of the light shielding walls 13 and 14 are closed by a transparent plate 17. When detecting the heart rate, the surface of the transparent plate 17 is in close contact with the surface of the human body 50.

発光部10から出射された白色光は、レンズ15および透明板17を介して人体50に照射される。当該白色光のうち体内で反射した光αは、透明板17およびレンズ15を介して受光部11に入射する。光αのうちの緑色光の強度がGセンサ111によって信号に変換される。光αのうちの赤色光の強度がRセンサ112によって信号に変換される。演算制御部200は、Gセンサ111からの信号とRセンサ112からの信号とに基づいて心拍数を示す信号を生成する。   White light emitted from the light emitting unit 10 is applied to the human body 50 via the lens 15 and the transparent plate 17. Of the white light, the light α reflected inside the body enters the light receiving unit 11 via the transparent plate 17 and the lens 15. The intensity of green light in the light α is converted into a signal by the G sensor 111. The intensity of red light in the light α is converted into a signal by the R sensor 112. The arithmetic control unit 200 generates a signal indicating the heart rate based on the signal from the G sensor 111 and the signal from the R sensor 112.

使用者が生体情報センサ1を人体50に装着して屋外等で心拍数を測定する場合、太陽光のうち人体50の内部を透過あるいは反射した光βが受光部11に入射するときがある。太陽光に由来する光βには赤外光が含まる。Gセンサ111とRセンサ112とはそれぞれ緑色光と赤色光とに最も強い感度を示すが、赤外光に対する感度も0ではない。そのため、光βは、生体情報センサ1が心拍数を測定するにあたってノイズとなり、測定した心拍数に誤差を生じさせ得る。   When the user wears the biological information sensor 1 on the human body 50 and measures the heart rate outdoors or the like, the light β transmitted or reflected from the inside of the human body 50 out of sunlight may enter the light receiving unit 11. The light β derived from sunlight includes infrared light. The G sensor 111 and the R sensor 112 exhibit the strongest sensitivity to green light and red light, respectively, but the sensitivity to infrared light is not zero. Therefore, the light β becomes noise when the biological information sensor 1 measures the heart rate, and may cause an error in the measured heart rate.

そこで、第1の実施の形態においては、赤外カットフィルタを含む赤外光除去層によって当該赤外光を除去する。   Therefore, in the first embodiment, the infrared light is removed by an infrared light removal layer including an infrared cut filter.

図2は、第1の実施の形態に従う生体情報センサ1が備える受光部11の構成を示す断面図である。図2を参照して、受光部11は、シリコン基板12と、G(緑色光)センサ111と、R(赤色光)センサ112と、赤外カットフィルタ101とを含む。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of light receiving unit 11 included in biological information sensor 1 according to the first embodiment. Referring to FIG. 2, light receiving unit 11 includes a silicon substrate 12, a G (green light) sensor 111, an R (red light) sensor 112, and an infrared cut filter 101.

Gセンサ111はフォトダイオード111AとGフィルタ111Bとを有し、Rセンサ112はフォトダイオード112AとRフィルタ112Bとを有する。Gフィルタ111Bは緑色光を透過させる。フォトダイオード111AはGフィルタ111Bを透過した緑色光を信号S1に変換する。Rフィルタ112Bは赤色光を透過させる。フォトダイオード112AはRフィルタ112Bを透過した赤色光を信号S2に変換する。   The G sensor 111 includes a photodiode 111A and a G filter 111B, and the R sensor 112 includes a photodiode 112A and an R filter 112B. The G filter 111B transmits green light. The photodiode 111A converts the green light transmitted through the G filter 111B into a signal S1. The R filter 112B transmits red light. The photodiode 112A converts the red light transmitted through the R filter 112B into a signal S2.

シリコン基板12は上層12Aと下層12Bとに分かれている。上層12Aの表面にはGフィルタ111BとRフィルタ112Bとが形成されている。上層12Aと下層12Bとの境界においては、下層12Bの側にフォトダイオード111A,112Aが設けられている。Gフィルタ111B,Rフィルタ112Bは、それぞれフォトダイオード111A,112Aと対向している。そのため、フォトダイオード111Aに入射する光はGフィルタ111Bを透過し、フォトダイオード112Aに入射する光はRフィルタ112Bを透過する。すなわち、Gフィルタ111Bはフォトダイオード111Aへの光路上に形成され、Rフィルタ112Bはフォトダイオード112Aへの光路上に形成されている。   The silicon substrate 12 is divided into an upper layer 12A and a lower layer 12B. A G filter 111B and an R filter 112B are formed on the surface of the upper layer 12A. At the boundary between the upper layer 12A and the lower layer 12B, photodiodes 111A and 112A are provided on the lower layer 12B side. The G filter 111B and the R filter 112B are opposed to the photodiodes 111A and 112A, respectively. Therefore, the light incident on the photodiode 111A passes through the G filter 111B, and the light incident on the photodiode 112A passes through the R filter 112B. That is, the G filter 111B is formed on the optical path to the photodiode 111A, and the R filter 112B is formed on the optical path to the photodiode 112A.

赤外カットフィルタ101は上層12Aの表面に形成され、Gフィルタ111BとRフィルタ112Bとを覆っている。そのため、フォトダイオード111Aおよびフォトダイオード112Aへ入射する光は赤外カットフィルタを透過する。すなわち、赤外カットフィルタ101はフォトダイオード111Aへの光路上に形成されているとともに、フォトダイオード112Aへの光路上にも形成されている。   The infrared cut filter 101 is formed on the surface of the upper layer 12A and covers the G filter 111B and the R filter 112B. Therefore, the light incident on the photodiode 111A and the photodiode 112A passes through the infrared cut filter. That is, the infrared cut filter 101 is formed on the optical path to the photodiode 111A and also formed on the optical path to the photodiode 112A.

このような構成により、フォトダイオード111Aに入力される光のほとんどは緑色光となり、フォトダイオード112Aに入力される光のほとんどは赤色光となる。このような結果となるのは、赤外カットフィルタ101、Gフィルタ111B、およびRフィルタ112Bの分光特性の違いによる。そこで以下では、それぞれの分光特性に着目し、フォトダイオード111A,フォトダイオード112Aに入力される光のほとんどがそれぞれ緑色光と赤色光となることを説明する。   With such a configuration, most of the light input to the photodiode 111A becomes green light, and most of the light input to the photodiode 112A becomes red light. Such a result is due to a difference in spectral characteristics of the infrared cut filter 101, the G filter 111B, and the R filter 112B. Therefore, in the following, focusing on the respective spectral characteristics, it will be described that most of the light input to the photodiode 111A and the photodiode 112A is green light and red light, respectively.

図3は、赤外カットフィルタ101、Gフィルタ111B、Rフィルタ112B、およびフォトダイオード111A(112A)の分光特性を示す図である。図3において、Cirは赤外カットフィルタ101の分光特性を表し、CgはGフィルタ111Bの分光特性を表し、CrはRフィルタ112Bの分光特性を表し、C0はフォトダイオード111A(112A)の分光特性を示す。   FIG. 3 is a diagram illustrating spectral characteristics of the infrared cut filter 101, the G filter 111B, the R filter 112B, and the photodiode 111A (112A). In FIG. 3, Cir represents the spectral characteristic of the infrared cut filter 101, Cg represents the spectral characteristic of the G filter 111B, Cr represents the spectral characteristic of the R filter 112B, and C0 represents the spectral characteristic of the photodiode 111A (112A). Indicates.

光が受光部11に入射する場合、まず当該光は赤外カットフィルタ101を透過する。図3を参照して、赤外カットフィルタ101の近赤外領域の感度はほぼ0であるから、当該光に含まれる赤外光は赤外カットフィルタ101を透過できない。赤外カットフィルタ101を透過した光は、Gフィルタ111B、またはRフィルタ112Bを透過する。Gフィルタ111Bは、緑色領域において最も大きな感度を示すため、緑色光を透過させる。Rフィルタ112Bは、赤色領域において最も大きな感度を示すため、赤色光を透過させる。その結果、フォトダイオード111Aに入力される光のほとんどは緑色光となり、フォトダイオード112Aに入力される光のほとんどは赤色光となる。   When light enters the light receiving unit 11, the light first passes through the infrared cut filter 101. Referring to FIG. 3, the sensitivity of the infrared cut filter 101 in the near-infrared region is almost zero, so that the infrared light included in the light cannot pass through the infrared cut filter 101. The light that has passed through the infrared cut filter 101 passes through the G filter 111B or the R filter 112B. Since the G filter 111B exhibits the highest sensitivity in the green region, it transmits green light. The R filter 112B transmits the red light because it exhibits the highest sensitivity in the red region. As a result, most of the light input to the photodiode 111A is green light, and most of the light input to the photodiode 112A is red light.

次に、演算制御部200による心拍数の算出について説明する。図4は、生体情報センサ1の機能構成図である。演算制御部200は、使用者からの測定開始指示に応じて発光部10に制御信号である信号S0を出力する。発光部10は、信号S0に応答して発光し、白色光を人体に出射する。発光部10から出射された白色光は、人体内で反射されてGセンサ111およびRセンサ112に入射する。このとき白色光は皮膚、血液などに吸収され、反射光の強度は人体の脈波および体動に応じて変動する。具体的には、反射光に含まれる緑色光の強度は、人体の脈波および体動に応じて変動する。反射光に含まれる赤色光の強度は、人体の体動に応じて変動するが人体の脈動に応じてはほとんど変動しない。   Next, calculation of the heart rate by the arithmetic control unit 200 will be described. FIG. 4 is a functional configuration diagram of the biological information sensor 1. The arithmetic control unit 200 outputs a signal S0, which is a control signal, to the light emitting unit 10 in response to a measurement start instruction from the user. The light emitting unit 10 emits light in response to the signal S0 and emits white light to the human body. White light emitted from the light emitting unit 10 is reflected in the human body and enters the G sensor 111 and the R sensor 112. At this time, white light is absorbed by the skin, blood, etc., and the intensity of the reflected light varies according to the pulse wave and body movement of the human body. Specifically, the intensity of the green light included in the reflected light varies according to the pulse wave and body motion of the human body. The intensity of the red light contained in the reflected light varies according to the movement of the human body, but hardly varies according to the pulsation of the human body.

Gセンサ111は、発光部10から出射され、人体内で反射した光を受け、そのうちの緑色光を信号S1に変換する。信号S1のレベル(たとえば電圧)は、入射した緑色光の光強度に応じて増大する。上述したように、信号S1のレベルは、人体の脈動および体動に応じて変化する。   The G sensor 111 receives light emitted from the light emitting unit 10 and reflected in the human body, and converts green light of the light into a signal S1. The level (for example, voltage) of the signal S1 increases according to the light intensity of the incident green light. As described above, the level of the signal S1 changes according to the pulsation and body movement of the human body.

Rセンサ112は、発光部10から出射され、人体内で反射した光を受け、そのうちの赤色光を信号S2に変換する。信号S2のレベル(たとえば電圧)は、入射した赤色光の光強度に応じて増大する。上述したように、信号S2は、人体の体動に応じて変化するが、人体の脈動に応じてほとんど変化しない。   The R sensor 112 receives the light emitted from the light emitting unit 10 and reflected in the human body, and converts the red light thereof into a signal S2. The level (for example, voltage) of the signal S2 increases according to the light intensity of the incident red light. As described above, the signal S2 changes according to the movement of the human body, but hardly changes according to the pulsation of the human body.

演算制御部200は、信号S1,S2のうちの同じ周期で変動する体動成分の振幅が略同じになるように信号S1,S2のうちの少なくともいずれか一方の信号を増幅してもよい。演算制御部200は、信号S1と、信号S2を増幅した信号とのレベルの差を示す信号を求め、当該レベル差を示す信号に基づいて人体の脈波を得る。   The arithmetic control unit 200 may amplify at least one of the signals S1 and S2 so that the amplitudes of the body motion components that change in the same cycle of the signals S1 and S2 are substantially the same. The arithmetic control unit 200 obtains a signal indicating a level difference between the signal S1 and a signal obtained by amplifying the signal S2, and obtains a pulse wave of the human body based on the signal indicating the level difference.

図5(a)(b)は、生体情報センサ1の動作を例示するタイムチャートである。図5(a)は信号S1,S2の波形を例示し、図5(b)は信号S1と信号S2とのレベルの差を示す信号S12の波形を例示している。図5(a)(b)において、信号S1は比較的大きな周期および振幅で変動する体動成分と、比較的小さな周期および振幅で変動する脈波成分とを含み、信号S2は信号S1と略同じ体動成分を含む。信号S12は脈波成分のみを含む。   FIGS. 5A and 5B are time charts illustrating the operation of the biological information sensor 1. FIG. 5A illustrates the waveforms of the signals S1 and S2, and FIG. 5B illustrates the waveform of the signal S12 indicating the level difference between the signals S1 and S2. 5A and 5B, signal S1 includes a body motion component that varies with a relatively large period and amplitude, and a pulse wave component that varies with a relatively small period and amplitude, and signal S2 is substantially the same as signal S1. Contains the same body motion component. The signal S12 includes only the pulse wave component.

再び図4を参照して、演算制御部200は、信号S12から1分間あたりのパルス数をカウントすることにより心拍数を求め、当該心拍数を示す信号S4を、例えばウェアラブル機器のモニタである表示部400に出力する。表示部400は、演算制御部200からの信号S4に従って心拍数を示す文字、画像などを画面に表示する。表示部400との通信は有線で行なってもよいし、無線で行なってもよい。   Referring to FIG. 4 again, operation control unit 200 obtains a heart rate by counting the number of pulses per minute from signal S12, and displays signal S4 indicating the heart rate, for example, as a monitor of a wearable device. Output to the unit 400. Display unit 400 displays characters, images, and the like indicating the heart rate on the screen in accordance with signal S4 from calculation control unit 200. Communication with the display unit 400 may be performed by wire or wirelessly.

以上のように、第1の実施の形態に従う生体情報センサ1によれば、受光部11に入射する光に含まれる赤外光が、赤外カットフィルタ101を含む赤外光除去層によって除去されるため、心拍数測定の測定精度を上げることができる。   As described above, according to the biological information sensor 1 according to the first embodiment, the infrared light included in the light incident on the light receiving unit 11 is removed by the infrared light removal layer including the infrared cut filter 101. Therefore, the measurement accuracy of heart rate measurement can be increased.

[第2の実施の形態]
第1の実施の形態では赤外光除去層が赤外カットフィルタを含む場合について説明した。赤外光除去層は赤外カットフィルタを含む場合に限られない。第2の実施の形態では、赤外光除去層が赤外カット樹脂を含む場合について説明する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the case where the infrared light removal layer includes an infrared cut filter has been described. The infrared light removal layer is not limited to including an infrared cut filter. 2nd Embodiment demonstrates the case where an infrared-light removal layer contains infrared cut resin.

第2の実施の形態において、第1の実施の形態と異なるのは、赤外光除去層が赤外カットフィルタに換えて赤外カット樹脂を含む点のみである。それ以外は第1の実施の形態と同様であるため、同様の構成についての説明は繰り返さない。   The second embodiment is different from the first embodiment only in that the infrared light removal layer includes an infrared cut resin instead of the infrared cut filter. Since other than that is the same as that of 1st Embodiment, description about the same structure is not repeated.

図6は、第2の実施の形態に従う生体情報センサ2が備える受光部11の構成を示す断面図である。図6を参照して、シリコン基板12は、赤外カット樹脂102によって全体が覆われている。赤外カット樹脂102の分光特性は、赤外カットフィルタとほぼ同じである。したがって、第1の実施の形態と同様に、受光部11に入射した光に含まれる赤外光は赤外カット樹脂を透過できず、フォトダイオード111Aに入力される光のほとんどは緑色光となり、フォトダイオード112Aに入力される光のほとんどは赤色光となる。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of light receiving unit 11 included in biological information sensor 2 according to the second embodiment. Referring to FIG. 6, silicon substrate 12 is entirely covered with infrared cut resin 102. The spectral characteristic of the infrared cut resin 102 is almost the same as that of the infrared cut filter. Therefore, as in the first embodiment, the infrared light included in the light incident on the light receiving unit 11 cannot pass through the infrared cut resin, and most of the light input to the photodiode 111A is green light. Most of the light input to the photodiode 112A is red light.

以上のように、第2の実施の形態に従う生体情報センサ2によれば、受光部11に入射する光に含まれる赤外光が、赤外カット樹脂102を含む赤外光除去層によって除去されるため、心拍数測定の測定精度を上げることができる。   As described above, according to the biological information sensor 2 according to the second embodiment, the infrared light included in the light incident on the light receiving unit 11 is removed by the infrared light removal layer including the infrared cut resin 102. Therefore, the measurement accuracy of heart rate measurement can be increased.

[第3の実施の形態]
第1の実施の形態では赤外光除去層が赤外カットフィルタを含む場合について説明し、第2の実施の形態では赤外光除去層が赤外カット樹脂を含む場合について説明した。すなわち、第1の実施の形態および第2の実施の形態においては赤外光除去層が1層である場合について説明した。赤外光除去層は1層である場合に限られない。第3の実施の形態においては、赤外光除去層が赤外カットフィルタおよび赤外カット樹脂を含み、2層となる場合について説明する。
[Third embodiment]
In the first embodiment, the case where the infrared light removal layer includes an infrared cut filter has been described, and in the second embodiment, the case where the infrared light removal layer includes an infrared cut resin has been described. That is, in the first embodiment and the second embodiment, the case where the infrared light removal layer is one layer has been described. The infrared light removal layer is not limited to a single layer. In the third embodiment, a case will be described in which the infrared light removal layer includes an infrared cut filter and an infrared cut resin and has two layers.

第3の実施の形態において、第1の実施の形態と異なるのは、赤外光除去層が赤外カットフィルタに加えて赤外カット樹脂を含む点のみである。それ以外は第1の実施の形態と同様であるため、同様の構成についての説明は繰り返さない。   The third embodiment is different from the first embodiment only in that the infrared light removal layer includes an infrared cut resin in addition to the infrared cut filter. Since other than that is the same as that of 1st Embodiment, description about the same structure is not repeated.

図7は、第3の実施の形態に従う生体情報センサ3が備える受光部11の構成を示す断面図である。図7を参照して、第3の実施の形態においても第1の実施の形態と同様に、赤外カットフィルタ101はシリコン基板12の上層12Aの表面に形成され、Gフィルタ111BとRフィルタ112Bとを覆っている。さらに、第3の実施の形態においては、赤外カットフィルタ101の上に赤外カット樹脂102が積層されている。赤外カット樹脂102はシリコン基板12の全体を覆っている。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of light receiving unit 11 included in biological information sensor 3 according to the third embodiment. Referring to FIG. 7, in the third embodiment, as in the first embodiment, infrared cut filter 101 is formed on the surface of upper layer 12A of silicon substrate 12, and G filter 111B and R filter 112B. And covering. Further, in the third embodiment, the infrared cut resin 102 is laminated on the infrared cut filter 101. The infrared cut resin 102 covers the entire silicon substrate 12.

このような構成により、受光部11に入射した光に含まれる赤外光は赤外カット樹脂および赤外カットフィルタを透過できず、フォトダイオード111Aに入力される光のほとんどは緑色光となり、フォトダイオード112Aに入力される光のほとんどは赤色光となる。   With such a configuration, the infrared light included in the light incident on the light receiving unit 11 cannot pass through the infrared cut resin and the infrared cut filter, and most of the light input to the photodiode 111A becomes green light. Most of the light input to the diode 112A is red light.

以上のように、第3の実施の形態に従う生体情報センサ3によれば、受光部11に入射する光に含まれる赤外光が、赤外カットフィルタ101および赤外カット樹脂102を含む赤外光除去層によって除去されるため、心拍数測定の測定精度を上げることができる。   As described above, according to the biological information sensor 3 according to the third embodiment, the infrared light included in the light incident on the light receiving unit 11 is infrared including the infrared cut filter 101 and the infrared cut resin 102. Since it is removed by the light removal layer, the measurement accuracy of heart rate measurement can be increased.

また、赤外光除去層が2層であるため、第1の実施の形態および第2の実施の形態と比べてより多くの赤外光を除去することができる。その結果、心拍数測定の測定精度をさらに上げることができる。   Moreover, since there are two infrared light removal layers, more infrared light can be removed as compared with the first and second embodiments. As a result, the measurement accuracy of heart rate measurement can be further increased.

[第4の実施の形態]
第1の実施の形態ないし第3の実施の形態においては、赤外光除去層を用いることにより心拍数の測定精度を上げる場合について説明した。従来、血中酸素飽和濃度(SpO2)は赤色光と赤外光とを用いて測定していたため、赤外光が赤外光除去層によって除去されてしまう第1の実施の形態ないし第3の実施の形態においては従来の方法では血中酸素飽和濃度生体(SpO2)を測定することは困難である。そこで以下では、緑色光を用いることにより赤外光除去層を備えながらも血中酸素飽和濃度(SpO2)を測定することができる第4の実施の形態について説明する。
[Fourth embodiment]
In the first to third embodiments, the case where the heart rate measurement accuracy is increased by using the infrared light removal layer has been described. Conventionally, since the blood oxygen saturation concentration (SpO2) has been measured using red light and infrared light, the first to third embodiments in which the infrared light is removed by the infrared light removal layer. In the embodiment, it is difficult to measure a blood oxygen saturation concentration organism (SpO2) by a conventional method. Therefore, in the following, a fourth embodiment in which blood oxygen saturation concentration (SpO2) can be measured while using an infrared light removal layer by using green light will be described.

第4の実施の形態においては、第1の実施の形態と同様に赤外光除去層は赤外カットフィルタを含む。また、第1の実施の形態における演算制御部200が演算制御部300に置き換わる。それ以外の構成は第1の実施の形態と同様であるため、同様の構成についての説明は繰り返さない。   In the fourth embodiment, the infrared light removal layer includes an infrared cut filter, as in the first embodiment. In addition, the calculation control unit 200 in the first embodiment is replaced with a calculation control unit 300. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, description of the same configuration will not be repeated.

図8は、第4の実施の形態に従う生体情報センサ4の機能構成図である。図8を参照して、演算制御部300は、制御部310と、アンプ311,321と、AD(Analog-to-Digital)コンバータ312,322と、高域通過フィルタ(HPF:High-Pass Filter)313,323と、低域通過フィルタ(LPF:Low-Pass Filter)314,324と、演算部30とを含む。   FIG. 8 is a functional configuration diagram of the biological information sensor 4 according to the fourth embodiment. Referring to FIG. 8, arithmetic control unit 300 includes control unit 310, amplifiers 311 and 321, AD (Analog-to-Digital) converters 312 and 322, and a high-pass filter (HPF). 313, 323, a low-pass filter (LPF) 314, 324, and an arithmetic unit 30 are included.

制御部310は、使用者からの測定開始指示に応じて発光部10および演算部30に制御信号として信号S0を出力する。演算部30は、信号S0に応答して血中酸素飽和濃度の算出に必要な演算を行なう。   The control unit 310 outputs a signal S0 as a control signal to the light emitting unit 10 and the calculation unit 30 in response to a measurement start instruction from the user. The calculation unit 30 performs calculations necessary for calculating the blood oxygen saturation concentration in response to the signal S0.

アンプ311は、Gセンサ111から出力された信号S1を増幅する。ADコンバータ312は、アンプ311の出力信号をデジタル信号に変換する。高域通過フィルタ313は、ADコンバータ312の出力信号のうちの直流成分を除去する。低域通過フィルタ314は、高域通過フィルタ313を透過した信号のノイズ成分を除去する。低域通過フィルタ314を透過した信号は、デジタル信号D1として演算部30に出力される。   The amplifier 311 amplifies the signal S1 output from the G sensor 111. The AD converter 312 converts the output signal of the amplifier 311 into a digital signal. The high-pass filter 313 removes a direct current component from the output signal of the AD converter 312. The low pass filter 314 removes a noise component of the signal that has passed through the high pass filter 313. The signal that has passed through the low-pass filter 314 is output to the arithmetic unit 30 as a digital signal D1.

アンプ321は、Rセンサ112から出力された信号S2を増幅する。ADコンバータ322は、アンプ321の出力信号をデジタル信号に変換する。高域通過フィルタ323は、ADコンバータ322の出力信号のうちの直流成分を除去する。低域通過フィルタ324は、高域通過フィルタ323を透過した信号のノイズ成分を除去する。低域通過フィルタ324を透過した信号は、デジタル信号D2として演算部30に出力される。   The amplifier 321 amplifies the signal S2 output from the R sensor 112. The AD converter 322 converts the output signal of the amplifier 321 into a digital signal. The high-pass filter 323 removes a direct current component from the output signal of the AD converter 322. The low pass filter 324 removes a noise component of the signal transmitted through the high pass filter 323. The signal that has passed through the low-pass filter 324 is output to the arithmetic unit 30 as a digital signal D2.

以下では、血中酸素飽和濃度を算出する演算部30の説明を行うが、当該説明に先立って血中酸素飽和濃度の算出方法について概略的に説明する。   Hereinafter, the calculation unit 30 that calculates the blood oxygen saturation concentration will be described. Prior to the description, a method for calculating the blood oxygen saturation concentration will be schematically described.

図9は、光の波長[nm]と、ヘモグロビンのモル吸収係数[cm−1/M]と、Gフィルタ111Bの分光感度およびRフィルタ112Bの分光感度との関係を示す図である。図9においてH1は酸化ヘモグロビンのモル吸収係数を示し、H2は還元ヘモグロビンのモル吸収係数を示す。また、CgはGフィルタ111Bの分光特性を表し、CrはRフィルタ112Bの分光特性を示す。酸化ヘモグロビンは動脈中の血液に含まれ、還元ヘモグロビンは静脈中の血液に含まれている。   FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship among the wavelength [nm] of light, the molar absorption coefficient [cm−1 / M] of hemoglobin, the spectral sensitivity of the G filter 111B, and the spectral sensitivity of the R filter 112B. In FIG. 9, H1 represents the molar absorption coefficient of oxyhemoglobin, and H2 represents the molar absorption coefficient of reduced hemoglobin. Cg represents the spectral characteristic of the G filter 111B, and Cr represents the spectral characteristic of the R filter 112B. Oxyhemoglobin is contained in blood in arteries, and reduced hemoglobin is contained in blood in veins.

血中酸素飽和濃度とは、還元ヘモグロビンの濃度と酸化ヘモグロビンの濃度と和に対する酸化ヘモグロビンの濃度の割合である。赤外光は還元ヘモグロビンよりも酸化ヘモグロビンの方を吸収し易い。これは赤外光に対する酸化ヘモグロビンのモル吸収係数が赤外光に対する還元ヘモグロビンのモル吸収係数よりも大きいことを意味する。赤色光は酸化ヘモグロビンよりも還元ヘモグロビンの方を吸収し易い。これは赤色光に対する還元ヘモグロビンのモル吸収係数が赤色光に対する酸化ヘモグロビンのモル吸収係数よりも大きいことを意味する。従来、赤外光と赤色光との当該性質の違いを利用して血中酸素飽和濃度を求めていた。図9を参照して、波長が800[nm]付近の赤外光に対する酸化ヘモグロビンのモル吸収係数と還元ヘモグロビンのモル吸収係数とはほぼ等しいが、当該波長の赤外光を用いても従来の算出方法で血中酸素飽和濃度を求めることができる。すなわち、酸化ヘモグロビンのモル吸収係数と還元ヘモグロビンのモル吸収係数とが等しくなるような波長の光であれば従来の算出方法で血中酸素飽和濃度を求めることができる。   The blood oxygen saturation concentration is the ratio of the concentration of oxyhemoglobin to the sum of the concentration of reduced hemoglobin and the concentration of oxyhemoglobin. Infrared light is easier to absorb oxyhemoglobin than reduced hemoglobin. This means that the molar absorption coefficient of oxyhemoglobin for infrared light is larger than the molar absorption coefficient of reduced hemoglobin for infrared light. Red light is easier to absorb reduced hemoglobin than oxidized hemoglobin. This means that the molar absorption coefficient of reduced hemoglobin for red light is larger than the molar absorption coefficient of oxyhemoglobin for red light. Conventionally, the blood oxygen saturation concentration has been determined using the difference in properties between infrared light and red light. Referring to FIG. 9, although the molar absorption coefficient of oxyhemoglobin and the molar absorption coefficient of reduced hemoglobin for infrared light having a wavelength in the vicinity of 800 [nm] are substantially equal to each other, conventional infrared light having this wavelength can be used. The blood oxygen saturation concentration can be determined by the calculation method. That is, if the light has a wavelength such that the molar absorption coefficient of oxyhemoglobin and the molar absorption coefficient of reduced hemoglobin are equal, the blood oxygen saturation concentration can be determined by a conventional calculation method.

第4の実施の形態においては赤外カットフィルタを含む赤外光除去層により赤外光を除去するため赤外光を使用することができない。しかし、540[nm]付近の波長λ1の緑色光に対する酸化ヘモグロビンのモル吸収係数と還元ヘモグロビンのモル吸収係数とがほぼ等しい。そこで、第4の実施の形態においては、赤外光に替えて緑色光を用いることにより血中酸素飽和濃度を算出する。   In the fourth embodiment, infrared light cannot be used because infrared light is removed by an infrared light removal layer including an infrared cut filter. However, the molar absorption coefficient of oxyhemoglobin and the molar absorption coefficient of reduced hemoglobin for green light having a wavelength λ1 near 540 [nm] are substantially equal. Therefore, in the fourth embodiment, blood oxygen saturation concentration is calculated by using green light instead of infrared light.

次に、図10を用いて演算部30の機能構成を説明する。図10を参照して、演算部30は、振幅抽出部31,32と、信号比算出部33と、SpO2算出部34とを有する。   Next, the functional configuration of the calculation unit 30 will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 10, calculation unit 30 includes amplitude extraction units 31 and 32, signal ratio calculation unit 33, and SpO2 calculation unit 34.

振幅抽出部31は、Gセンサ111からのデジタル信号D1から、緑色光の強度の振幅値を抽出し、デジタル信号D1Lとして信号比算出部33へ出力する。振幅抽出部32は、Rセンサ112からのデジタル信号D2から、赤色光の強度の振幅値を抽出し、デジタル信号D2Lとして信号比算出部33へ出力する。振幅抽出部31,32においてデジタル信号から光の強度の振幅値を抽出するときに、所定の割合で振幅値を増幅しても構わない。信号比算出部33は、デジタル信号D1Lの電圧値V1とデジタル信号D2Lの電圧値V2との比R(=V1/V2)を算出し、SpO2算出部34へ出力する。デジタル信号D1Lの電圧値V1とデジタル信号D2Lの電圧値V2との比が小さいほど血中酸素飽和濃度は大きいことを意味する。   The amplitude extraction unit 31 extracts the amplitude value of the intensity of green light from the digital signal D1 from the G sensor 111, and outputs the amplitude value to the signal ratio calculation unit 33 as the digital signal D1L. The amplitude extraction unit 32 extracts the amplitude value of the intensity of red light from the digital signal D2 from the R sensor 112, and outputs it as a digital signal D2L to the signal ratio calculation unit 33. When the amplitude extraction units 31 and 32 extract the amplitude value of the light intensity from the digital signal, the amplitude value may be amplified at a predetermined ratio. The signal ratio calculation unit 33 calculates a ratio R (= V1 / V2) between the voltage value V1 of the digital signal D1L and the voltage value V2 of the digital signal D2L and outputs the ratio R to the SpO2 calculation unit 34. A smaller ratio between the voltage value V1 of the digital signal D1L and the voltage value V2 of the digital signal D2L means that the blood oxygen saturation level is higher.

SpO2算出部34は、予め準備された、比Rと血中酸素飽和濃度との対応表に基づき血中酸素飽和濃度を求めて表示部400へ出力する。当該対応表は実機実験やシミュレーションによって予め求めておくことができる。   The SpO2 calculation unit 34 obtains the blood oxygen saturation concentration based on the correspondence table of the ratio R and blood oxygen saturation concentration prepared in advance and outputs the blood oxygen saturation concentration to the display unit 400. The correspondence table can be obtained in advance by an actual machine experiment or simulation.

以上のように、第4の実施の形態に従う生体情報センサ4によれば、赤外光除去層を備えながらも血中酸素飽和濃度を測定することができる。すなわち、生体情報センサ4によれば、心拍数を測定するにあたってノイズとなる赤外光を赤外光除去層により除去して心拍数測定の測定精度を上げながら、血中酸素飽和濃度を測定することもできる。   As described above, according to the biological information sensor 4 according to the fourth embodiment, the blood oxygen saturation concentration can be measured while the infrared light removal layer is provided. That is, according to the biological information sensor 4, the blood oxygen saturation concentration is measured while removing infrared light that becomes noise in measuring the heart rate by the infrared light removal layer to improve the measurement accuracy of the heart rate measurement. You can also.

第4の実施の形態では、赤外光除去層に赤外カットフィルタが含まれる場合について説明した。血中酸素飽和濃度を測定する場合の赤外光除去層は赤外カットフィルタを含む場合に限られない。血中酸素飽和濃度を測定する場合の赤外光除去層は、例えば、第2の実施の形態と同様に赤外カット樹脂を含むことができ、あるいは第3の実施の形態と同様に赤外カットフィルタおよび赤外カット樹脂を含むことができる。   In the fourth embodiment, the case where an infrared cut filter is included in the infrared light removal layer has been described. The infrared light removal layer for measuring the blood oxygen saturation concentration is not limited to the case including an infrared cut filter. The infrared light removal layer in the case of measuring the blood oxygen saturation concentration can include, for example, an infrared cut resin as in the second embodiment, or infrared as in the third embodiment. A cut filter and an infrared cut resin can be included.

第1の実施の形態ないし第4の実施の形態では、白色光を出射する発光部10を使用したが、白色光のうち緑色光および赤色光のみを使用するので、発光部10に換えて緑色光を出射する緑色LEDと赤色光を出射する赤色LEDとを設けてもよい。   In the first to fourth embodiments, the light emitting unit 10 that emits white light is used. However, since only green light and red light among white light is used, the light emitting unit 10 is replaced with green light. A green LED that emits light and a red LED that emits red light may be provided.

第1の実施の形態ないし第4の実施の形態においては、1個の発光部10と1個の受光部11とを使用したが、複数の発光部10と1個の受光部11とを使用し、複数の発光部10の中央に1個の受光部11を設けてもよい。   In the first to fourth embodiments, one light emitting unit 10 and one light receiving unit 11 are used, but a plurality of light emitting units 10 and one light receiving unit 11 are used. In addition, one light receiving unit 11 may be provided at the center of the plurality of light emitting units 10.

第1の実施の形態ないし第4の実施の形態においては、赤外光除去層はシリコン基板12に接着していた。赤外光除去層は必ずしもシリコン基板12に接着している必要はなく、フォトダイオード111Aへの光路上に位置するとともにフォトダイオード112Aへの光路上に位置するのであればどこに形成されていても構わない。例えば、光センサであるGセンサ111,Rセンサ112の内部に形成されていてもよいし、シリコン基板12から離れた位置に形成されていても構わない。   In the first to fourth embodiments, the infrared light removal layer is bonded to the silicon substrate 12. The infrared light removing layer is not necessarily bonded to the silicon substrate 12, and may be formed anywhere as long as it is located on the optical path to the photodiode 111A and located on the optical path to the photodiode 112A. Absent. For example, it may be formed inside the G sensor 111 and the R sensor 112 which are optical sensors, or may be formed at a position away from the silicon substrate 12.

赤外光除去層に含まれるのは赤外カットフィルタ、赤外カット樹脂に限られない。赤外光を除去することができるものであれば、赤外光除去層に含まれ得る。   The infrared light removal layer includes not only the infrared cut filter and the infrared cut resin. Any material that can remove infrared light can be included in the infrared light removal layer.

第1の実施の形態,第2の実施の形態および第4の実施の形態においては、赤外光除去層が1層である場合について説明し、第3の実施の形態においては赤外光除去層が2層である場合について説明した。赤外光除去層はこれらの場合に限定されず、3層以上としても構わない。   In the first embodiment, the second embodiment, and the fourth embodiment, the case where there is one infrared light removal layer will be described, and in the third embodiment, infrared light removal will be described. The case where the number of layers is two has been described. The infrared light removal layer is not limited to these cases and may be three or more layers.

第1の実施の形態ないし第4の実施の形態においては、赤外光除去層によって受光部に入射する光から赤外光を除去していた。赤外光は、例えば赤外カットフィルタまたは赤外カット樹脂を含む赤外光除去層だけではなく、所定の波長の光を透過させるカラーフィルタによっても除去されているといえる。本発明における赤外光除去層は、カラーフィルタによっても行なえていた赤外光の除去をさらに強化するものといえる。   In the first to fourth embodiments, the infrared light is removed from the light incident on the light receiving unit by the infrared light removing layer. It can be said that infrared light is removed not only by an infrared light removal layer containing, for example, an infrared cut filter or an infrared cut resin, but also by a color filter that transmits light of a predetermined wavelength. It can be said that the infrared light removal layer in the present invention further enhances the removal of infrared light which has been performed by the color filter.

実施の形態に従う生体情報センサによれば、人体に限らず、人間および動物を含む生体の心拍数または血中酸素飽和濃度を検出可能であることはいうまでもない。   Needless to say, according to the biological information sensor according to the embodiment, it is possible to detect the heart rate or blood oxygen saturation concentration of not only a human body but also a living body including humans and animals.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1,2,3,4 生体情報センサ、10 発光部、11 受光部、12 シリコン基板、12A 上層、12B 下層、13,14 遮光壁、15,16 レンズ、17 透明板、18 基板、30 演算部、31,32 振幅抽出部、33 信号比算出部、34 SpO2算出部、50 人体、101 赤外カットフィルタ、102 赤外カット樹脂、111 Gセンサ、112 Rセンサ、111A,112A フォトダイオード、111B Gフィルタ、112B Rフィルタ、200,300 演算制御部、310 制御部、311,321 アンプ、312,322 ADコンバータ、313,323 高域通過フィルタ、314,324 低域通過フィルタ、400 表示部、D1,D1L,D2L,D2 デジタル信号、S0,S1,S2,S4,S12 信号、V1,V2 電圧値。   1, 2, 3, 4 Biological information sensor, 10 Light emitting unit, 11 Light receiving unit, 12 Silicon substrate, 12A Upper layer, 12B Lower layer, 13, 14 Shading wall, 15, 16 Lens, 17 Transparent plate, 18 substrate, 30 Calculation unit , 31, 32 Amplitude extraction unit, 33 Signal ratio calculation unit, 34 SpO2 calculation unit, 50 human body, 101 infrared cut filter, 102 infrared cut resin, 111 G sensor, 112 R sensor, 111 A, 112 A photodiode, 111 B G Filter, 112BR filter, 200,300 arithmetic control unit, 310 control unit, 311, 321 amplifier, 312, 322 AD converter, 313, 323 high-pass filter, 314, 324 low-pass filter, 400 display unit, D1, D1L, D2L, D2 digital signals, S0, S1, S2, S4 12 signal, V1, V2 voltage value.

Claims (13)

受光部を備え、前記受光部からの信号に基づいて生体に関する情報を生成する生体情報センサであって、
前記受光部は、第1の光を第1の信号に変換する第1の光センサを含み、
前記第1の光センサは、
前記第1の光を前記第1の信号に変換する第1の光電変換素子と、
前記第1の光電変換素子への光路上に形成され、前記第1の光を透過させる第1のカラーフィルタとを有し、
前記生体情報センサは、前記第1の光電変換素子への光路上に形成された赤外光除去層をさらに備える、生体情報センサ。
A biological information sensor that includes a light receiving unit and generates information related to a living body based on a signal from the light receiving unit;
The light receiving unit includes a first photosensor that converts first light into a first signal;
The first photosensor is
A first photoelectric conversion element that converts the first light into the first signal;
A first color filter formed on an optical path to the first photoelectric conversion element and transmitting the first light;
The biological information sensor further includes an infrared light removal layer formed on an optical path to the first photoelectric conversion element.
前記受光部からの信号に基づいて前記生体に関する情報を生成する演算制御部をさらに備え、
前記受光部は、第2の光を第2の信号に変換する第2の光センサをさらに含み、
前記第2の光センサは、
前記第2の光を前記第2の信号に変換する第2の光電変換素子と、
前記第2の光電変換素子への光路上に形成され、前記第2の光を透過させる第2のカラーフィルタとを有し、
前記赤外光除去層は、前記第2の光電変換素子への光路上にも形成されており、
前記演算制御部は、前記受光部から前記第1の信号および前記第2の信号を受け、前記第1の信号と前記第2の信号とに基づいて前記生体に関する情報を生成する、請求項1に記載の生体情報センサ。
An arithmetic control unit that generates information about the living body based on a signal from the light receiving unit;
The light receiving unit further includes a second photosensor that converts the second light into a second signal;
The second photosensor is
A second photoelectric conversion element that converts the second light into the second signal;
A second color filter that is formed on an optical path to the second photoelectric conversion element and transmits the second light;
The infrared light removal layer is also formed on the optical path to the second photoelectric conversion element,
The arithmetic control unit receives the first signal and the second signal from the light receiving unit, and generates information about the living body based on the first signal and the second signal. The biological information sensor according to 1.
前記受光部は、前記第1の光センサおよび前記第2の光センサが形成された第1の基板をさらに含み、
前記赤外光除去層は、前記第1の基板の表面に形成されている、請求項2に記載の生体情報センサ。
The light receiving unit further includes a first substrate on which the first photosensor and the second photosensor are formed,
The biological information sensor according to claim 2, wherein the infrared light removal layer is formed on a surface of the first substrate.
前記赤外光除去層は、赤外カットフィルタを含み、
前記赤外カットフィルタは、前記第1のカラーフィルタおよび前記第2のカラーフィルタを覆っている、請求項3に記載の生体情報センサ。
The infrared light removal layer includes an infrared cut filter,
The biological information sensor according to claim 3, wherein the infrared cut filter covers the first color filter and the second color filter.
前記赤外光除去層は、赤外カット樹脂を含み、
前記赤外カット樹脂は、前記第1の基板を覆っている、請求項3に記載の生体情報センサ。
The infrared light removal layer includes an infrared cut resin,
The biological information sensor according to claim 3, wherein the infrared cut resin covers the first substrate.
前記赤外光除去層は、赤外カットフィルタおよび赤外カット樹脂を含み、
前記赤外カットフィルタは、前記第1のカラーフィルタおよび前記第2のカラーフィルタを覆い、
前記赤外カット樹脂は、前記赤外カットフィルタの上に積層され、前記第1の基板を覆っている、請求項3に記載の生体情報センサ。
The infrared light removal layer includes an infrared cut filter and an infrared cut resin,
The infrared cut filter covers the first color filter and the second color filter,
The biological information sensor according to claim 3, wherein the infrared cut resin is laminated on the infrared cut filter and covers the first substrate.
前記第1の光および前記第2の光を含む光を出射する発光部と、
前記発光部、前記受光部、および前記演算制御部が形成された第2の基板と、
前記第2の基板の外周に沿って、前記発光部および前記受光部を囲むように形成された第1の遮光壁と、
前記第2の基板と前記第1の遮光壁とによって形成された空間を、前記発光部がある側の空間と前記受光部がある側の空間とに仕切る第2の遮光壁とをさらに備え、
前記生体情報センサが生体に装着された場合、前記光のうち前記生体の内部で反射した光は、前記受光部へ入射する、請求項2に記載の生体情報センサ。
A light emitting unit that emits light including the first light and the second light;
A second substrate on which the light emitting unit, the light receiving unit, and the calculation control unit are formed;
A first light shielding wall formed so as to surround the light emitting unit and the light receiving unit along an outer periphery of the second substrate;
A second light shielding wall that divides the space formed by the second substrate and the first light shielding wall into a space on the side where the light emitting part is located and a space on the side where the light receiving part is located;
The biological information sensor according to claim 2, wherein when the biological information sensor is attached to a living body, light reflected from the living body out of the light enters the light receiving unit.
前記発光部は、白色光を出射する発光ダイオードである、請求項7に記載の生体情報センサ。   The biological information sensor according to claim 7, wherein the light emitting unit is a light emitting diode that emits white light. 前記第1の光は、緑色光であり、
前記第2の光は、赤色光である、請求項2に記載の生体情報センサ。
The first light is green light;
The biological information sensor according to claim 2, wherein the second light is red light.
前記演算制御部は、前記第1の信号のレベルと前記第2の信号のレベルとの差に基づいて前記生体に関する情報を生成する、請求項2に記載の生体情報センサ。   The biological information sensor according to claim 2, wherein the arithmetic control unit generates information related to the living body based on a difference between a level of the first signal and a level of the second signal. 前記生体に関する情報は、心拍数である、請求項10に記載の生体情報センサ。   The biological information sensor according to claim 10, wherein the information related to the living body is a heart rate. 前記演算制御部は、前記第1の信号のレベルと前記第2の信号のレベルとの比に基づいて前記生体に関する情報を生成する、請求項2に記載の生体情報センサ。   The biological information sensor according to claim 2, wherein the arithmetic control unit generates information related to the living body based on a ratio between the level of the first signal and the level of the second signal. 前記生体に関する情報は、血中酸素飽和濃度である、請求項12に記載の生体情報センサ。   The biological information sensor according to claim 12, wherein the information related to the living body is a blood oxygen saturation concentration.
JP2015064905A 2015-03-26 2015-03-26 Biometric information sensor Active JP6502718B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015064905A JP6502718B2 (en) 2015-03-26 2015-03-26 Biometric information sensor
US15/070,285 US20160278712A1 (en) 2015-03-26 2016-03-15 Living Body Information Sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015064905A JP6502718B2 (en) 2015-03-26 2015-03-26 Biometric information sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016182286A true JP2016182286A (en) 2016-10-20
JP6502718B2 JP6502718B2 (en) 2019-04-17

Family

ID=57242215

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015064905A Active JP6502718B2 (en) 2015-03-26 2015-03-26 Biometric information sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6502718B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019170538A (en) * 2018-03-27 2019-10-10 キヤノン株式会社 Biological information measuring device and biological information measuring method
WO2024034431A1 (en) * 2022-08-08 2024-02-15 株式会社ジャパンディスプレイ Detection device

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60135029A (en) * 1983-12-23 1985-07-18 松下電工株式会社 Blood stream and pulse detection apparatus
JP2001061796A (en) * 1999-08-31 2001-03-13 Denso Corp Pulse wave sensor
JP2011087657A (en) * 2009-10-20 2011-05-06 Seiko Epson Corp Measuring apparatus and measuring method
JP2011156011A (en) * 2010-01-29 2011-08-18 Seiko Epson Corp Wrist mounted biological information detector and wrist mounted biological information measuring apparatus
JP2012070828A (en) * 2010-09-28 2012-04-12 Seiko Epson Corp Biological information detector and biological information measuring device
JP2013063203A (en) * 2011-09-20 2013-04-11 Rohm Co Ltd Pulse wave sensor
JP2013063205A (en) * 2011-09-20 2013-04-11 Rohm Co Ltd Pulse wave sensor
JP2013150660A (en) * 2012-01-24 2013-08-08 Rohm Co Ltd Sleep sensor
JP2013153845A (en) * 2012-01-27 2013-08-15 Seiko Epson Corp Pulse wave measuring device and detection device
US20140107493A1 (en) * 2012-06-22 2014-04-17 Fitbit, Inc. Portable Biometric Monitoring Devices and Methods of Operating Same
JP2014529458A (en) * 2011-09-02 2014-11-13 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ Camera that generates biological measurement signals

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60135029A (en) * 1983-12-23 1985-07-18 松下電工株式会社 Blood stream and pulse detection apparatus
JP2001061796A (en) * 1999-08-31 2001-03-13 Denso Corp Pulse wave sensor
JP2011087657A (en) * 2009-10-20 2011-05-06 Seiko Epson Corp Measuring apparatus and measuring method
JP2011156011A (en) * 2010-01-29 2011-08-18 Seiko Epson Corp Wrist mounted biological information detector and wrist mounted biological information measuring apparatus
JP2012070828A (en) * 2010-09-28 2012-04-12 Seiko Epson Corp Biological information detector and biological information measuring device
JP2014529458A (en) * 2011-09-02 2014-11-13 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ Camera that generates biological measurement signals
JP2013063203A (en) * 2011-09-20 2013-04-11 Rohm Co Ltd Pulse wave sensor
JP2013063205A (en) * 2011-09-20 2013-04-11 Rohm Co Ltd Pulse wave sensor
JP2013150660A (en) * 2012-01-24 2013-08-08 Rohm Co Ltd Sleep sensor
JP2013153845A (en) * 2012-01-27 2013-08-15 Seiko Epson Corp Pulse wave measuring device and detection device
US20140107493A1 (en) * 2012-06-22 2014-04-17 Fitbit, Inc. Portable Biometric Monitoring Devices and Methods of Operating Same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019170538A (en) * 2018-03-27 2019-10-10 キヤノン株式会社 Biological information measuring device and biological information measuring method
JP7182887B2 (en) 2018-03-27 2022-12-05 キヤノン株式会社 Biological information measuring device and biological information measuring method
WO2024034431A1 (en) * 2022-08-08 2024-02-15 株式会社ジャパンディスプレイ Detection device

Also Published As

Publication number Publication date
JP6502718B2 (en) 2019-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20160278712A1 (en) Living Body Information Sensor
US10433738B2 (en) Method and apparatus for optical sensing of tissue variation at increased accuracy
US20170135617A1 (en) Optoelectronic modules operable to distinguish between signals indicative of reflections from an object of interest and signals indicative of a spurious reflection
US9808162B2 (en) Pulse wave sensor and semiconductor module
US10499821B2 (en) Optical heart rate sensor
US20180325397A1 (en) Photoplethysmography device
CN107595297B (en) Physiological information detection device and method
JP7253598B2 (en) sensor device
KR101717060B1 (en) Mobile flash module device having healthcare function
US20180303358A1 (en) Vital signs sensor and method of measuring vital signs of a user
WO2013073245A1 (en) Biometric device, biometric method, program, and recording medium
JP6502718B2 (en) Biometric information sensor
JP4419540B2 (en) Pulse wave detector
Karlen et al. Detection of the optimal region of interest for camera oximetry
JPWO2017175383A1 (en) Endoscope system
US20170014081A1 (en) Monitoring device and method for compensating non-linearity effects in vital signs monitoring
JP6603872B2 (en) Pulse wave sensor
JP6480260B2 (en) Biological information sensor
CN113995389A (en) Method for obtaining heart rate and electronic equipment
JP2018136859A (en) Biological information acquisition system
JP7245035B2 (en) Biological information measuring device, biological information measuring system, biological information measuring method and program
JP5408325B2 (en) Photoelectric sensor, photoelectric sensor light receiving unit and photoelectric sensor light projecting unit
JP2023125159A (en) Detecting device and measuring device
JP2020096648A (en) Living body related information measurement device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180216

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181114

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181127

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190110

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: 20190305

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190322

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6502718

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250