JP2022086227A - 検出装置および測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成を小型化できる検出装置および測定装置を提供する。【解決手段】本発明の検出装置は、緑色波長帯を有する第１光を発光する第１発光部と、緑色波長帯よりも高い波長帯を有する第２光を発光する第２発光部と、第１発光部から発光され、生体から射出された第１光を受光する第１受光部と、第２発光部から発光され、生体から射出された第２光を受光する第２受光部と、を備え、第１受光部は、緑色波長帯の光を選択的に透過させるバンドパスフィルターを含み、第１発光部から第１受光部までの距離は、第２発光部から第２受光部までの距離よりも短い。【選択図】図３

Description

本発明は、検出装置および測定装置に関する。

脈波等の生体情報を非侵襲で測定する各種の測定技術が従来から提案されている。例えば、下記特許文献１には、生体に光を射出する発光部と、発光部から射出され、生体で反射されることで入射する光を受光する受光部とを備える検出装置において、発光部と受光部との間に遮光部材を設置することで、発光部の光利用効率を高めるとともに受光部の迷光対策を行う技術が開示されている。

特開２００８－０６１６７５号公報

しかしながら、上記検出装置では、複数の受光部間に厚みのある遮光部材を設ける必要があるため、装置構成を小型化できないという問題があった。

本発明の１つの態様によれば、緑色波長帯を有する第１光を発光する第１発光部と、前記緑色波長帯よりも高い波長帯を有する第２光を発光する第２発光部と、前記第１発光部から発光され、生体から射出された前記第１光を受光する第１受光部と、前記第２発光部から発光され、前記生体から射出された前記第２光を受光する第２受光部と、を備え、前記第１受光部は、前記第１光を選択的に透過させるバンドパスフィルターを含み、前記第１発光部から前記第１受光部までの距離は、前記第２発光部から前記第２受光部までの距離よりも短い検出装置が提供される。

本発明の１つの態様によれば、緑色波長帯を有する第１光を発光する第１発光部と、前記緑色波長帯よりも高い波長帯を有する第２光を発光する第２発光部と、前記第１発光部から発光され、生体から射出された前記第１光を受光する第１受光部と、前記第２発光部から発光され、前記生体から射出された前記第２光を受光する第２受光部と、を備え、前記第１発光部から前記第１受光部までの距離は、前記第２発光部から前記第２受光部までの距離よりも短く、前記第１受光部は、前記第１光を選択的に透過させるバンドパスフィルターを含んでおり、前記第２受光部は、前記第２光を選択的に透過させるバンドパスフィルターを含まない検出装置が提供される。

本発明の１つの態様によれば、上記態様の検出装置と、前記検出装置による検出結果を示す検出信号から生体情報を特定する情報解析部と、を備える測定装置が提供される。

第１実施形態に係る測定装置の側面図である。 測定装置の機能に着目した構成図である。 検出装置の平面図である。 図３におけるＩＶ－ＩＶ線矢視による断面図である。 皮膚の透過スペクトルを示したグラフである。 検出装置の作用を説明するための図である。 第２実施形態の検出装置の平面図である。 図７におけるＶIII－ＶIII線矢視による断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各図においては、各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各部材の尺度や角度を実際とは異ならせている。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の測定装置１００の側面図である。図１に示される本実施形態の測定装置１００は、生体の例示である被験者（例えば、人間）の生体情報を非侵襲的に測定する生体計測機器であり、被験者の身体のうち測定対象となる部位（以下「測定部位」という）Ｍに装着される。本実施形態の測定装置１００は、筐体部１とベルト２とを備える腕時計型の携帯機器であり、測定部位（生体）Ｍの例示である手首に帯状のベルト２を巻回することで被験者の手首に装着可能である。本実施形態では、被験者の脈波（例えば脈拍数）および酸素飽和度（ＳｐＯ２）を生体情報として例示する。脈波とは、心臓の拍動に連動した血管内の体積の時間変化を意味する。酸素飽和度とは、被験者の血液中のヘモグロビンのうち酸素と結合したヘモグロビンの割合（％）を意味し、被験者の呼吸機能を評価するための指標である。

図２は、測定装置１００の機能に着目した構成図である。図２に示すように、本実施形態の測定装置１００は、制御装置５と記憶装置６と表示装置４と検出装置３とを備えている。制御装置５および記憶装置６は、筐体部１の内部に設置される。図１に示されるように、表示装置４は、筐体部１のうち測定部位Ｍとは反対側の表面に設置され、測定結果を含む各種の画像を制御装置５による制御のもとで表示する。表示装置４は、例えば、液晶表示パネルである。

検出装置３は、測定部位Ｍの状態に応じた検出信号Ｓを生成する光学センサーモジュールである。図１に示すように、検出装置３は、例えば筐体部１のうち測定部位Ｍとの対向面（以下、検出面という）１６に設置される。検出面１６は、測定部位Ｍに接触する表面である。図２に示されるように、本実施形態の検出装置３は、発光ユニット部１１と受光ユニット部１２と駆動回路１３と出力回路１４とを備える。なお、駆動回路１３および出力回路１４の一方または双方を検出装置３の外部回路として設置することも可能である。すなわち、駆動回路１３および出力回路１４は検出装置３から省略され得る。

発光ユニット部１１は、発光部（第１発光部）５０と、発光部（第２発光部）６０と、発光部（第３発光部）７０と、を有している。発光部５０、発光部６０および発光部７０は、測定部位Ｍに対して各々が異なる波長の光を発光する光源である。

発光部５０は、５２０ｎｍ～５５０ｎｍの緑色波長帯を有する緑色光（第１光）ＬＧを測定部位Ｍに向けて射出する。本実施形態の緑色光ＬＧは、例えば、ピーク波長が５２０ｎｍの光である。
発光部６０は、例えば、６００ｎｍ～８００ｎｍの赤色波長帯を有する赤色光（第３光）ＬＲを測定部位Ｍに向けて射出する。本実施形態の赤色光ＬＲは、例えば、ピーク波長が６６０ｎｍの光である。
発光部７０は、例えば、８００ｎｍ～１３００ｎｍの近赤外波長帯を有する近赤外光（第２光）ＬＩを測定部位Ｍに向けて射出する。本実施形態の近赤外光ＬＩは、例えば、ピーク波長が９０５ｎｍの光である。

これら発光部５０、発光部６０および発光部７０を構成する発光素子としては、例えばベアチップ型または砲弾型のＬＥＤ（Light Emitting Diode）が好適に利用される。なお、各発光部が射出する光の波長は上記数値範囲に限定されない。以下、発光部５０、発光部６０および発光部７０を特に区別しない場合、これらを総称して、各発光部５０，６０，７０という。

駆動回路１３は、駆動電流の供給により各発光部５０，６０，７０の各々を発光させる。本実施形態の駆動回路１３は、各発光部５０，６０，７０の各々を時分割で周期的に発光させる。各発光部５０，６０，７０から射出した光は、測定部位Ｍに入射するとともに測定部位Ｍの内部で反射および散乱を繰返しながら伝播した後、筐体部１側に射出して受光ユニット部１２に到達する。すなわち、本実施形態の検出装置３は、発光ユニット部１１と受光ユニット部１２とが測定部位Ｍに対して一方側に位置する反射型の光学センサーである。

受光ユニット部１２は、発光ユニット部１１の発光により測定部位Ｍから到来する光を受光する。本実施形態の受光ユニット部１２は、受光部（第１受光部）５１と、受光部（第２受光部）６１と、を有している。受光部５１および受光部６１は受光した光の強度に応じた検出信号を生成する。以下、受光部５１および受光部６１を特に区別しない場合、これらをまとめて「受光部５１，６１」という。

受光部５１は、発光部５０から射出されて測定部位Ｍの内部を伝搬した緑色光ＬＧを受光し、その受光強度に応じた検出信号を生成する。受光部６１は、発光部６０から射出されて測定部位Ｍの内部を伝搬した赤色光ＬＲ、または、発光部７０から射出されて測定部位Ｍの内部を伝搬した近赤外光ＬＩを受光し、その受光強度に応じた検出信号を生成する。

出力回路１４は、例えば、各受光部５１，６１が生成した検出信号をアナログからデジタルに変換するＡ/Ｄ変換器と、変換後の検出信号を増幅する増幅回路とを含んで構成され（いずれも図示略）、相異なる波長に対応する複数の検出信号Ｓ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）を生成する。

検出信号Ｓ１は、発光部５０から射出された緑色光ＬＧを受光したときの受光部５１の受光強度を表す信号である。検出信号Ｓ２は、発光部６０から射出された赤色光ＬＲを受光したときの受光部６１の受光強度を表す信号であり、検出信号Ｓ３は、発光部７０から射出された近赤外光ＬＩを受光したときの受光部６１の受光強度を表す信号である。

一般的に血管の拡張時と収縮時とで血液による吸光量は相違することから、各検出信号Ｓは、測定部位Ｍの内部の動脈の脈動成分（容積脈波）に対応した周期的な変動成分を含む脈波信号となる。

なお、駆動回路１３および出力回路１４は、ＩＣチップの形態で発光ユニット部１１および受光ユニット部１２とともに配線基板に実装されている。なお、上述のように、駆動回路１３および出力回路１４を検出装置３の外部に設置することも可能である。

制御装置５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の演算処理装置であり、測定装置１００の全体を制御する。記憶装置６は、例えば不揮発性の半導体メモリーで構成され、制御装置５が実行するプログラム、および制御装置５が使用する各種のデータを記憶する。なお、制御装置５の機能を複数の集積回路に分散した構成、または、制御装置５の一部または全部の機能を専用の電子回路で実現した構成も採用され得る。なお、図２では、制御装置５と記憶装置６とを別体の要素として図示したが、記憶装置６を内包する制御装置５を例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等により実現することも可能である。

本実施形態の制御装置５は、記憶装置６に記憶されたプログラムを実行することで、検出装置３が生成した複数の検出信号Ｓ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）から被験者の生体情報を特定する。具体的には、制御装置５は、受光部５１による緑色光ＬＧの受光強度を表す検出信号Ｓ１から被験者の脈波を特定する。制御装置５は、例えば、検出信号Ｓ１に基づいて被験者の脈拍数を特定することができる。また、制御装置５は、受光部６１による赤色光ＬＲの受光強度を表す検出信号Ｓ２と、受光部６１による近赤外光ＬＩの受光強度を表す検出信号Ｓ３とを解析することで、被験者の酸素飽和度を特定することができる。

以上のように制御装置５は、検出装置３による検出結果を示す検出信号Ｓから生体情報を特定する情報解析部として機能する。制御装置（情報解析部）５は、検出信号Ｓから特定した生体情報を表示装置４に表示させる。なお、音声出力で測定結果を利用者に報知することも可能である。脈拍数または酸素飽和度が所定の範囲外の数値に変動した場合に利用者に警告（身体機能の障害の可能性）を報知する構成も好適である。

図３は検出装置３の平面図である。図４は、図３におけるＩＶ－ＩＶ線矢視による断面図である。図３および図４に示すように、本実施形態の検出装置３は、発光ユニット部１１および受光ユニット部１２の他に、ケース４０と、遮光壁４１と、封止層４２と、をさらに備えている。なお、図３および図４においては、駆動回路１３および出力回路１４の図示を省略している。

以下、ＸＹＺ座標系を用いて検出装置３の構成を説明する。Ｘ軸は矩形状の外形を有するケース４０の長辺（一方の辺）に沿う軸に相当し、Ｙ軸はＸ軸に直交し、ケース４０の短辺（他方の一辺）に沿う軸に相当し、Ｚ軸とはＸ軸およびＹ軸にそれぞれ直交し、測定部位Ｍに接触する検出面１６の法線に沿う軸に相当する。

図３および図４に示すように、ケース４０は、検出装置３を構成する各要素（発光ユニット部１１および受光ユニット部１２）を収容する部材である。ケース４０は、矩形平板状の底面部４０ａと、底面部４０ａの周縁から＋Ｚ側に突出する矩形枠状の側板部４０ｂとを含む箱形状を有する。ケース４０は、例えば、アルミニウムで形成される。側板部４０ｂの内周面４０ｂ１は黒色に着色されることで遮光性を有している。これにより、側板部４０ｂの内周面４０ｂ１における反射が抑制される。

なお、ケース４０の材質および製法は任意である。例えば樹脂材料の射出成形によりケース４０を形成することも可能である。また、筐体部１と一体にケース４０を形成した構成も好適である。

発光ユニット部１１および受光ユニット部１２は配線基板（図示略）に実装された状態でケース４０の底面部４０ａ上に設置されている。遮光壁４１は、Ｘ軸に沿う方向において、発光ユニット部１１および受光ユニット部１２の間に配置されている。遮光壁４１は底面部４０ａから＋Ｚ側に突出し、Ｙ軸方向に延びる板状の部材であり、ケース４０内の収容空間をＸ軸方向において２つに分離する。すなわち、遮光壁４１は、発光ユニット部１１および受光ユニット部１２を収容する空間をＸ軸に沿う方向において隔てる部材である。遮光壁４１は、発光ユニット部１１から射出された光が直接的に受光ユニット部１２に入射しないように遮光するための遮光性を有する部材である。

本実施形態において、遮光壁４１は、Ｘ軸に沿う方向において、発光部５０および発光部６０を含む発光ユニット部１１と受光部５１との間に設けられる。遮光壁４１は、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩの一部を遮光する部材であると換言することもできる。

封止層４２はケース４０内に収容された発光ユニット部１１および受光ユニット部１２と側板部４０ｂとの隙間に充填された光透過性の樹脂材料である。封止層４２は発光ユニット部１１および受光ユニット部１２をケース４０内に封止（モールド）している。封止層４２の表面は検出面１６として機能する。
なお、封止層４２で封止する構成に代えて、ケース４０の側板部４０ｂの上面を透光性基板で覆う構成を採用してもよい。この場合、透光性基板の上面が検出面１６として機能する。

発光ユニット部１１は、各発光部５０，６０，７０の発光面がＸＹ平面に平行となるようにケース４０内に設置されている。すなわち、各発光部５０，６０，７０は＋Ｚ側に向けて光を発光するようになっている。

図３に示されるように、各発光部５０，６０，７０は相互に間隔をあけてＹ軸に沿う方向（第１方向）に並んで配置されている。具体的に発光部６０は発光部５０の＋Ｙ側に配置され、発光部７０は発光部５０の－Ｙ側に配置される。すなわち、発光部５０は、Ｙ軸に沿う方向において、発光部６０および発光部７０の間に配置されている。また、発光部５０は、発光部６０と発光部７０との間に位置すると換言することもできる。

一方、受光ユニット部１２は、各受光部５１，６１の受光面がＸＹ平面に平行となるようにケース４０内に設置されている。すなわち、各受光部５１，６１はＺ方向から入射する光を受光するようになっている。

図３に示されるように、各受光部５１，６１は相互に間隔をあけて、Ｙ軸と交差（直交）するＸ軸に沿う方向（第２方向）に並んで配置されている。具体的に受光部５１は発光ユニット部１１の＋Ｘ側に配置され、受光部６１は受光部５１の＋Ｘ側に配置されている。すなわち、受光部６１は受光部５１を挟んで発光ユニット部１１と反対側に配置されている。

ここで、発光部５０から受光部５１までの距離をＤ１、発光部６０から受光部６１までの距離をＤ２、発光部７０から受光部６１までの距離をＤ３とする。距離Ｄ１とは発光部５０および受光部５１をＺ軸方向から平面視した際の各々の中心部同士の距離に相当する。また、距離Ｄ２とは発光部６０および受光部６１をＺ軸方向から平面視した際の各々の中心部同士の距離に相当する。また、距離Ｄ３とは発光部７０および受光部６１をＺ軸方向から平面視した際の各々の中心部同士の距離に相当する。

本実施形態の検出装置３において、発光部５０から受光部５１までの距離Ｄ１は、発光部６０から受光部６１までの距離Ｄ２よりも短い。また、発光部５０から受光部５１までの距離Ｄ１は、発光部７０から受光部６１までの距離Ｄ３よりも短い。なお、距離Ｄ２と距離Ｄ３とは等しい。
このように本実施形態の検出装置３では、緑色光ＬＧを射出する発光部５０の最も近い位置に緑色光ＬＧを受光するための受光部５１を配置した構成を採用している。

図４に示すように、受光部５１は、緑色光ＬＧを受光する受光素子（第１センサー部）５１０と、受光素子５１０に到達する緑色光ＬＧの入射角度を制限する角度制限フィルター（第１角度制限フィルター）５１１と、緑色光ＬＧを選択的に透過させるバンドパスフィルター５１５と、を含む。

受光素子５１０は、例えばフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）から構成される。角度制限フィルター５１１は、受光素子５１０の受光面５１０ａ上に設けられている。角度制限フィルター５１１は、例えば、光透過性を有する酸化シリコン層５１２内にタングステンなどの遮光性材料からなるプラグ５１３を埋め込むことで形成される。

酸化シリコン層５１２は、受光素子５１０の受光面５１０ａに光を導く光路を形成する。酸化シリコン層５１２に埋め込まれたプラグ５１３は光路（酸化シリコン層５１２）を通過する光の入射角度を制限する。すなわち、酸化シリコン層５１２内に入射する光が光路に対して所定角度よりも傾いている場合、入射した光はプラグ５１３に当たり、その光の一部はプラグ５１３に吸収され、残りは反射される。そして、光路を通過するまでの間に反射が繰り返されることによって反射光の強度は弱くなるため、角度制限フィルター５１１を最終的に通過できる光は、実質的に、光路に対する傾きが所定の制限角度以内の光に制限されることになる。

角度制限フィルター５１１は、所定の入射角度よりも小さい角度で入射する光を透過させ、所定の入射角度よりも大きい角度で入射する光を透過させずにカットする特性を有する。これにより、角度制限フィルター５１１は、受光素子５１０に入射する光の入射角度を制限することが可能である。具体的に角度制限フィルター５１１は、生体内を伝搬することで所定の入射角度（以下、許容入射角度と称す）で入射する緑色光ＬＧを透過させ、太陽光等の外光や生体内に入射しなかった光のように許容入射角度よりも大きい角度で入射する光をカットする。

バンドパスフィルター５１５は、緑色光ＬＧの波長帯を選択的に透過させ、それ以外の波長帯の光である赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩを吸収してカットする特性を有する。バンドパスフィルター５１５は、例えば、角度制限フィルター５１１上に、酸化シリコン等の低屈折率層と酸化チタン等の高屈折率層とを交互に複数積層して形成される。

一方、受光部６１は、赤色光ＬＲあるいは近赤外光ＬＩを受光する受光素子（第２センサー部）６１０と、受光素子６１０に到達する赤色光ＬＲあるいは近赤外光ＬＩの入射角度を制限する角度制限フィルター（第２角度制限フィルター）６１１と、を含む。すなわち、本実施形態の検出装置３において、受光部６１は、赤色光ＬＲあるいは近赤外光ＬＩを選択的に透過させるバンドパスフィルターを含まない点において、受光部５１と異なる構成を有している。

受光素子６１０は、例えばフォトダイオードから構成される。角度制限フィルター６１１は、受光素子６１０の受光面６１０ａ上に設けられている。角度制限フィルター６１１は、角度制限フィルター５１１と同様の構成を有しており、受光素子６１０に到達する赤色光ＬＲあるいは近赤外光ＬＩの入射角度を制限することが可能である。角度制限フィルター６１１は、例えば、生体内を伝搬して許容入射角度で入射する赤色光ＬＲまたは近赤外光ＬＩを透過させ、太陽光等の外光や生体内を通らなかった赤色光ＬＲあるいは近赤外光ＬＩのように許容入射角度よりも大きい角度で入射する光をカットする。

図５は皮膚の透過スペクトルを示したグラフである。図５において、横軸は光の波長を示し、縦軸は透過率（単位：％）を示している。図５は、一例として皮膚の厚さが０．４３ｍｍの場合における透過スペクトを示している。

図５に示されるように、緑色光ＬＧの波長帯（例えば、５２０ｎｍ）が皮膚に入射した場合の透過率は３０％程度であり、赤色光ＬＲの波長帯（例えば、６６０ｎｍ）が皮膚に入射した場合の透過率は５０％～６０％程度であり、近赤外光ＬＩの波長帯（例えば、９０５ｎｍ）が皮膚に入射した場合の透過率は６０％程度である。

図５に示されるグラフは、生体内を伝搬可能な距離は光の波長毎に異なることを示している。すなわち、図５のグラフによれば、緑色光ＬＧは、赤色光ＬＲまたは近赤外光ＬＩに比べて、生体内を短い距離しか伝播できないことが分かる。つまり、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩは、緑色光ＬＧに比べて、生体内をより遠くまで伝播可能であると換言することができる。なお、図５では、皮膚の厚さ０．４３ｍｍの場合を例に挙げたが、皮膚の厚さが異なる場合においても、同様に、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩは、緑色光ＬＧに比べて、生体内をより遠くまで伝播可能となる。

以下、本実施形態の検出装置３における作用について説明する。
本実施形態の検出装置３は、緑色光ＬＧを発光する発光部５０と、緑色光ＬＧよりも高い波長帯を有する赤色光ＬＲを発光する発光部６０と、緑色光ＬＧよりも高い波長帯を有する近赤外光ＬＩを発光する発光部７０と、発光部５０から発光され、測定部位Ｍから射出された緑色光ＬＧを受光する受光部５１と、発光部６０から発光され、測定部位Ｍから射出された赤色光ＬＲを受光する受光部６１と、発光部７０から発光され、測定部位Ｍから射出された近赤外光ＬＩを受光する受光部６１と、を備えている。受光部５１は、緑色光ＬＧを選択的に透過させるバンドパスフィルター５１５を含み、発光部５０から受光部５１までの距離Ｄ１は、発光部６０から受光部６１までの距離Ｄ２よりも短い。本実施形態の場合、発光部５０から受光部５１までの距離Ｄ１は、発光部７０から受光部６１までの距離Ｄ３よりも短い。

すなわち、本実施形態の検出装置３では、緑色光ＬＧを射出する発光部５０に対する最も近い位置に受光部５１が配置されている。このように受光部５１および発光部５０が近くに配置された場合、発光部５０から射出された緑色光ＬＧが生体内を短い距離だけ伝播して受光部５１に入射するようになる。図５のグラフで示したように、緑色光ＬＧは、上述のように生体内を短い距離しか伝播できないため、緑色光ＬＧを発光する発光部５０と緑色光ＬＧを受光する受光部５１との距離が短ければ、生体から射出された緑色光ＬＧは受光部５１に高い強度で入射することができる。

本実施形態の場合、発光部５０の最も近い位置に受光部５１が配置されるため、生体内を伝搬して受光部５１に入射する緑色光ＬＧの光量を最大限に増やすことができる。そのため、検出装置３は、発光部５０における緑色光ＬＧの発光量を抑えた場合でも、生体内を伝搬した緑色光ＬＧを受光部５１において十分に検出することができる。
したがって、本実施形態の検出装置３は、発光部５０から射出する緑色光ＬＧの発光量を抑えて発光ユニット部１１の消費電力を低減しながら緑色光ＬＧを受光部５１にて精度良く検出できる。

ここで、発光部６０から射出された赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩの一部は、生体内を通過して受光部５１に入射することがある。本実施形態の場合、受光部５１は、緑色光ＬＧを選択的に透過させるバンドパスフィルター５１５を含む。このため、受光部５１は、緑色光ＬＧと異なる波長帯を有する赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩをカットすることができる。よって、受光部５１は、発光部５０から射出された緑色光ＬＧを効率良く受光することができる。

図６は検出装置３の作用を説明するための図である。
図６に示すように、発光部５０から射出された緑色光ＬＧの一部が、例えば生体表面（測定部位Ｍ）で反射されることで、生体を通ることなく受光部５１に直接入射する場合がある。また、太陽光等の外光が生体および検出面１６の隙間から受光部５１に直接入射する場合がある。以下、生体内を通らずに受光部５１に向かう緑色光ＬＧを「第１迷光成分ＳＬ１」、受光部５１に直接向かう外光を「第２迷光成分ＳＬ２」と称す。

第１迷光成分ＳＬ１は緑色波長帯を有するため、バンドパスフィルター５１５を通過し、バンドパスフィルター５１５の下層に設けられた角度制限フィルター５１１に入射する。角度制限フィルター５１１は、上述のように、許容入射角度よりも小さい角度で入射する光を透過させ、許容入射角度よりも大きい角度で入射する光をカットする特性を有する。

第１迷光成分ＳＬ１は生体内を通過することなく受光部５１に入射するため、緑色光ＬＧの受光部５１に対する入射角度は角度制限フィルター５１１の許容入射角度よりも大きくなる。つまり、第１迷光成分ＳＬ１は角度制限フィルター５１１でカットされる。これにより、受光部５１は、角度制限フィルター５１１によって受光素子５１０の受光面５１０ａへの第１迷光成分ＳＬ１の入射を抑制できる。

第２迷光成分ＳＬ２はバンドパスフィルター５１５で概ねカットされるが、第２迷光成分ＳＬ２に含まれる緑色波長帯を有する成分はバンドパスフィルター５１５を透過してしまう。ここで、第２迷光成分ＳＬ２は、上述のように、生体および検出面１６の隙間から入射するため、第２迷光成分ＳＬ２の受光部５１に対する入射角度は角度制限フィルター５１１の許容入射角度よりも大きくなる。そのため、バンドパスフィルター５１５を透過した第２迷光成分ＳＬ２の一部（緑色波長帯を有する成分）は角度制限フィルター５１１でカットされる。これにより、受光部５１は、角度制限フィルター５１１によって受光素子５１０の受光面５１０ａへの第２迷光成分ＳＬ２の入射を抑制できる。

このように本実施形態の検出装置３では、発光ユニット部１１から射出されて生体を通った緑色光ＬＧを受光素子５１０の受光面５１０ａに効率良く入射させることができる。また、本実施形態の検出装置３では、第１迷光成分ＳＬ１および第２迷光成分ＳＬ２を受光素子５１０の受光面５１０ａに入射させ難くすることができる。

よって、受光部５１は、ノイズ源となる第１迷光成分ＳＬ１および第２迷光成分ＳＬ２の入射が抑制されることで高いＳ／Ｎ比を得ることができる。そのため、本実施形態の検出装置３は、受光部５１において緑色光ＬＧを高精度に受光可能となるため、発光部５０における緑色光ＬＧの発光量を抑えることで発光ユニット部１１の消費電力を抑制できる。

また、本実施形態の検出装置３において、発光部６０および発光部７０と受光部６１との距離（距離Ｄ２または距離Ｄ３）は、発光部５０と受光部５１との距離Ｄ１よりも大きい。つまり、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩが受光部６１に入射されるまでに生体内を伝搬する距離は、緑色光ＬＧが受光部５１に入射されるまでに生体内を伝搬する距離よりも大きくなっている。

図５に示したように、緑色光ＬＧは、赤色光ＬＲまたは近赤外光ＬＩに比べて、生体内を短い距離しか伝播することができない。そのため、仮に緑色光ＬＧが受光部６１に到達可能となるように生体内を伝搬した場合、緑色光ＬＧは生体内を通過する際に十分に減衰された状態となる。よって、緑色光ＬＧは受光部６１に入射することができない。

一方、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩは、緑色光ＬＧに比べて、生体内をより遠くまで伝播可能である。そのため、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩは、緑色光ＬＧよりも生体内を長い距離だけ伝搬した場合でも、発光ユニット部１１からより離れた受光部６１に対して十分な光量を有した状態で入射可能である。

本実施形態の場合、受光部６１には、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩのみが入射するので、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩを選択的に透過させ、緑色光ＬＧをカットするバンドパスフィルターを受光部６１に設ける必要はない。すなわち、本実施形態の検出装置３では、受光部５１のみがバンドパスフィルター５１５を含み、受光部６１がバンドパスフィルターを含まない上記の構成を採用することが可能となる。よって、本実施形態の検出装置３は、受光部６１のバンドパスフィルターを省略することでコスト低減を図ることができる。

また、発光部６０から射出された赤色光ＬＲの一部、または発光部７０から射出された近赤外光ＬＩの一部は、生体内を通ることなく受光部６１に直接入射する場合がある。また、太陽光等の外光が生体および検出面１６の隙間から受光部６１に直接入射する場合がある。以下、生体内を通ることなく受光部６１に直接向かう赤色光ＬＲあるいは近赤外光ＬＩをまとめて「第３迷光成分ＳＬ３」、受光部６１に直接向かう外光を「第４迷光成分ＳＬ４」と称す。

第３迷光成分ＳＬ３は生体内を通過することなく角度制限フィルター６１１に入射するため、第３迷光成分ＳＬ３の受光部６１に対する入射角度は角度制限フィルター６１１の許容入射角度よりも大きくなる。また、第４迷光成分ＳＬ４は生体と検出面１６との隙間から入射するため、第４迷光成分ＳＬ４の受光部６１に対する入射角度は角度制限フィルター６１１の許容入射角度よりも大きくなる。

そのため、第３迷光成分ＳＬ３および第４迷光成分ＳＬ４は角度制限フィルター６１１で良好にカットされる。これにより、受光部６１は、角度制限フィルター６１１によって受光素子６１０の受光面６１０ａへの第３迷光成分ＳＬ３および第４迷光成分ＳＬ４の入射を抑制することができる。

このように本実施形態の検出装置３では、発光ユニット部１１から射出されて生体を通った赤色光ＬＲあるいは近赤外光ＬＩを受光素子６１０の受光面６１０ａに効率良く入射させることができる。また、本実施形態の検出装置３では、第３迷光成分ＳＬ３および第４迷光成分ＳＬ４を受光素子６１０の受光面６１０ａに入射させ難くすることができる。

よって、受光部６１は、ノイズ源となる第３迷光成分ＳＬ３および第４迷光成分ＳＬ４の入射が抑制されることで高いＳ／Ｎ比を得ることができる。本実施形態の検出装置３によれば、受光部６１において赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩが効率良く受光されるので、発光部６０および発光部７０の各発光量を抑えて発光ユニット部１１の消費電力を抑制できる。

以上述べたように本実施形態の検出装置３によれば、発光部５０、６０、７０の発光量を抑えて発光ユニット部１１の低消費電力化を図った場合でも、受光ユニット部１２において生体内を通った光を高精度に受光することができる。また、本実施形態の検出装置３では、受光部６１におけるバンドパスフィルターを省略することでコスト低減を図ることができる。

また、本実施形態の検出装置３では、迷光対策として、従来のように、受光部５１および受光部６１の間に遮光部材を設ける必要がないため、遮光部材を設けるためのスペースが不要となり、検出装置３の大型化を抑制することで、結果的に装置構成の小型化を図ることができる。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態の検出装置について説明する。第１実施形態では、受光部６１が赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩを両方とも受光する場合を例に挙げたが、本実施形態の検出装置は、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩを個別に受光する受光部を設ける点で第１実施形態と異なっている。

図７は本実施形態の検出装置の平面図である。図８は、図７におけるＶIII－ＶIII線矢視による断面図である。なお、第１実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、詳細については説明を省略する。
図７および図８に示すように、本実施形態の検出装置３Ａにおける受光ユニット部１１２は、受光部（第１受光部）１５１と、受光部（第２受光部）１６１と、受光部（第３受光部）１７１と、を有している。

受光部１５１は、発光部５０から射出されて測定部位Ｍの内部を伝搬した緑色光ＬＧを受光し、その受光強度に応じた検出信号を生成する。
受光部１６１は、発光部７０から射出されて測定部位Ｍの内部を伝搬した近赤外光ＬＩを受光し、その受光強度に応じた検出信号を生成する。
受光部１７１は、発光部６０から射出されて測定部位Ｍの内部を伝搬した赤色光ＬＲを受光し、その受光強度に応じた検出信号を生成する。
すなわち、本実施形態においては、発光部５０が「第１発光部」に相当し、発光部５０から射出される緑色光ＬＧが「第１光」に相当する。また、発光部７０が「第２発光部」に相当し、発光部７０から射出される近赤外光ＬＩが「第２光」に相当する。また、発光部６０が「第３発光部」に相当し、発光部６０から射出される赤色光ＬＲが「第３光」に相当する。

本実施形態の検出装置３Ａでは、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩを２つの受光部（受光部１７１および受光部１６１）で個別に受光する点で上記実施形態の検出装置３と異なる。

受光ユニット部１１２は、各受光部１５１，１７１，１６１の受光面がＸＹ平面に平行となるようにケース４０内に設置されている。具体的に受光部１５１は発光ユニット部１１の＋Ｘ側に配置され、受光部１７１は受光部１５１の＋Ｘ側に配置され、受光部１６１は受光部１７１の＋Ｘ側に配置されている。すなわち、受光部１７１は受光部１５１および受光部１６１の間に配置されている。

本実施形態において、発光部５０から受光部１５１までの距離をＤ４とする。距離Ｄ４とは発光部５０および受光部１５１をＺ軸方向から平面視した際の各々の中心部同士の距離に相当する。
また、発光部７０から受光部１６１までの距離をＤ５とする。距離Ｄ５とは発光部７０および受光部１６１をＺ軸方向から平面視した際の各々の中心部同士の距離に相当する。
また、発光部６０から受光部１７１までの距離をＤ６とする。距離Ｄ６とは発光部６０および受光部１７１をＺ軸方向から平面視した際の各々の中心部同士の距離に相当する。

本実施形態の検出装置３Ａにおいて、発光部５０から受光部１５１までの距離Ｄ４は、発光部７０から受光部１６１までの距離Ｄ５よりも短い。また、発光部５０から受光部１５１までの距離Ｄ４は、発光部６０から受光部１７１までの距離Ｄ６よりも短い。なお、距離Ｄ６は距離Ｄ５よりも短い。

本実施形態の検出装置３Ａにおいても、上記実施形態と同様、緑色光ＬＧを射出する発光部５０の最も近い位置に緑色光ＬＧを受光するための受光部１５１を配置した構成を採用している。

受光部１５１は、上記実施形態の受光部５１と同様の構成を有する。すなわち、受光部１５１は、緑色光ＬＧを受光する受光素子５１０と、角度制限フィルター５１１と、バンドパスフィルター５１５と、を含む。

本実施形態の検出装置３Ａにおいて、近赤外光ＬＩを受光する受光部１６１は、発光ユニット部１１から最も離れた位置に配置された構成を採用している。受光部１６１は、上記実施形態の受光部６１と同様の構成を有する。受光部１６１は、近赤外光ＬＩを受光する受光素子（第２センサー部）１６１０と、受光素子１６１０に到達する近赤外光ＬＩの入射角度を制限する角度制限フィルター（第２角度制限フィルター）１６１１と、を含む。

緑色光ＬＧは、赤色光ＬＲまたは近赤外光ＬＩに比べて、生体内を短い距離しか伝播できない。そのため、緑色光ＬＧが受光部１６１に到達することはない。また、図５に示したように、赤色光ＬＲは近赤外光ＬＩに比べて生体内を伝播可能な距離が短い。そのため、赤色光ＬＲは受光部１６１に到達するまでに生体内で十分に減衰された状態となるので、受光部１６１に入射する赤色光ＬＲの光量は少ない。したがって、本実施形態の検出装置３Ａによれば、受光部１６１において、近赤外光ＬＩを選択的に透過させるバンドパスフィルターを省略することができる。よって、本実施形態の検出装置３Ａは、受光部１６１におけるバンドパスフィルターを省略することでコスト低減を図ることができる。

受光部１７１は、受光部１５１と同様の構成を有する。すなわち、受光部１７１は、赤色光ＬＲを受光する受光素子１７１０と、受光素子１７１０に到達する赤色光ＬＲの入射角度を制限する角度制限フィルター１７１１と、赤色光ＬＲを選択的に透過させるバンドパスフィルター１７１５と、を含む。バンドパスフィルター１７１５は、赤色光ＬＲの波長帯を選択的に透過させ、緑色光ＬＧおよび近赤外光ＬＩを吸収してカットする特性を有する。

本実施形態の検出装置３Ａにおいて、赤色光ＬＲを射出する発光部６０と赤色光ＬＲを受光する受光部１７１との距離（距離Ｄ６）は、近赤外光ＬＩを射出する発光部７０と近赤外光ＬＩを受光する受光部１６１との距離（距離Ｄ５）よりも短い。そのため、生体内を伝搬した緑色光ＬＧは十分に減衰されない状態で受光部１７１に入射する場合がある。
また、近赤外光ＬＩは緑色光ＬＧよりも生体内を長い距離伝播できるため、緑色光ＬＧよりも強い強度で受光部１７１に入射するおそれがある。これに対して、本実施形態の場合、受光部１７１はバンドパスフィルター１７１５を備えることで、赤色光ＬＲを効率良く受光素子１７１０に入射させることができる。

本実施形態の検出装置３Ａによれば、受光部１５１に迷光成分を入射させ難くするとともに、発光ユニット部１１から射出されて生体を通った緑色光ＬＧを受光部１５１に効率良く入射させることができる。

また、本実施形態の検出装置３Ａによれば、受光部１７１に対して迷光成分を入射させ難くするとともに、発光ユニット部１１から射出されて生体を通った赤色光ＬＲを受光部１７１に効率良く入射させることができる。また、受光部１６１に対して迷光成分を入射させ難くするとともに、発光ユニット部１１から射出されて生体を通った近赤外光ＬＩを受光部１６１に効率良く入射させることができる。

以上述べたように本実施形態の検出装置３Ａによれば、各受光部１５１，１６１，１７１において光を効率良く受光できるので、発光部５０，６０，７０の発光量を抑えて発光ユニット部１１の消費電力を抑制することができる。また、本実施形態の検出装置３Ａによれば、迷光対策としての遮光部材が不要となるため、装置構成の小型化を図ることができる。

以上、上述の実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
例えば、上記実施形態では、生体として人間を例示したが、他の動物の生体情報（例えば、脈拍）の測定にも本発明は適用可能である。

また、上記実施形態の測定装置１００では、検出装置３が筐体部１内に設けられる場合を例に挙げたが、検出装置３の設置場所はこれに限られず、例えば、ベルト２内に埋め込まれていてもよい。
また、上記実施形態の測定装置１００として、腕時計型の構成を例に挙げたが、例えば、ネックレス型として被験者の首に装着する構成や、シール型として被験者の体に貼り付けて装着する構成や、ヘッドマウントディスプレイ型として被験者の頭部に装着する構成にも本発明は適用可能である。

また、上記第１実施形態の検出装置３では、各発光部５０，６０，７０の各々を時分割で発光させる場合を例に挙げたが、発光部５０の緑色光ＬＧに対応する受光部６１を個別に備えることから、発光部５０を時分割ではなく常時点灯させてもよい。

本発明の一態様の検出装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一態様の検出装置は、緑色波長帯を有する第１光を発光する第１発光部と、緑色波長帯よりも高い波長帯を有する第２光を発光する第２発光部と、第１発光部から発光され、生体から射出された第１光を受光する第１受光部と、第２発光部から発光され、生体から射出された第２光を受光する第２受光部と、を備え、第１受光部は、第１光を選択的に透過させるバンドパスフィルターを含み、第１発光部から第１受光部までの距離は、第２発光部から第２受光部までの距離よりも短い。

本発明の他の態様の検出装置は、緑色波長帯を有する第１光を発光する第１発光部と、緑色波長帯よりも高い波長帯を有する第２光を発光する第２発光部と、第１発光部から発光され、生体から射出された第１光を受光する第１受光部と、第２発光部から発光され、生体から射出された第２光を受光する第２受光部と、を備え、第１発光部から第１受光部までの距離は、第２発光部から第２受光部までの距離よりも短く、第１受光部は、第１光を選択的に透過させるバンドパスフィルターを含んでおり、第２受光部は、第２光を選択的に透過させるバンドパスフィルターを含まない。

本発明の一つの態様の検出装置において、第１受光部は、第１光を受光する第１センサー部と、第１センサー部に到達する第１光の入射角度を制限する第１角度制限フィルターと、を含み、第２受光部は、第２光を受光する第２センサー部と、第２センサー部に到達する第２光の入射角度を制限する第２角度制限フィルターと、を含む構成としてもよい。

本発明の一つの態様の検出装置において、第１発光部および第２発光部は、第１方向に並んで配置され、第１受光部および第２受光部は、第１方向と交差する第２方向に並んで配置される構成としてもよい。

本発明の一つの態様の検出装置において、第３光を発光する第３発光部をさらに備え、第２発光部は、第２光として、赤色波長帯または近赤外波長帯の一方の波長帯の光を発光し、第３発光部は、第３光として、赤色波長帯または近赤外波長帯の他方の波長帯の光を発光し、第２受光部は、第３発光部から発光され、生体から射出された第３光と、第２光と、を受光し、第１発光部から第１受光部までの距離は、第３発光部から第２受光部までの距離よりも短い構成としてもよい。

本発明の一つの態様の検出装置において、第３光を発光する第３発光部と、第３発光部から発光され、生体から射出された第３光を受光する第３受光部と、をさらに備え、第２発光部は、第２光として、赤色波長帯または近赤外波長帯の一方の波長帯の光を発光し、第３発光部は、第３光として、赤色波長帯または近赤外波長帯の他方の波長帯の光を発光し、第１発光部から第１受光部までの距離は、第３発光部から第３受光部までの距離よりも短い構成としてもよい。

本発明の一つの態様の検出装置において、第１発光部は、第１方向において、第２発光部および第３発光部の間に配置されている構成としてもよい。

本発明の一つの態様の検出装置において、第１発光部および第２発光部と第１受光部との間に設けられ、第１光および第２光の一部を遮光する遮光壁をさらに備える構成としてもよい。

本発明の一態様の測定装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一態様の測定装置は、上記態様の検出装置と、検出装置による検出結果を示す検出信号から生体情報を特定する情報解析部と、を備える。

３，３Ａ…検出装置、５…制御装置（情報解析部）、５１，１５１…受光部（第１受光部）、６１，１６１…受光部（第２受光部）、４１…遮光壁、５０…発光部（第１発光部）、６０…発光部（第２発光部）、７０…発光部（第３発光部）、１００…測定装置、１７１…受光部（第３受光部）、５１０…受光素子（第１センサー部）、５１１…角度制限フィルター（第１角度制限フィルター）、５１５…バンドパスフィルター、６１０，１６１０…受光素子（第２センサー部）、６１１，１６１１…角度制限フィルター（第２角度制限フィルター）、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６…距離、ＬＧ…緑色光（第１光）、ＬＩ…近赤外光（第２光）、ＬＲ…赤色光（第３光）、Ｍ…測定部位（生体）。

Claims (9)

1. 緑色波長帯を有する第１光を発光する第１発光部と、
   前記緑色波長帯よりも高い波長帯を有する第２光を発光する第２発光部と、
   前記第１発光部から発光され、生体から射出された前記第１光を受光する第１受光部と、
   前記第２発光部から発光され、前記生体から射出された前記第２光を受光する第２受光部と、を備え、
   前記第１受光部は、前記第１光を選択的に透過させるバンドパスフィルターを含み、
   前記第１発光部から前記第１受光部までの距離は、前記第２発光部から前記第２受光部までの距離よりも短い
   検出装置。
2. 緑色波長帯を有する第１光を発光する第１発光部と、
   前記緑色波長帯よりも高い波長帯を有する第２光を発光する第２発光部と、
   前記第１発光部から発光され、生体から射出された前記第１光を受光する第１受光部と、
   前記第２発光部から発光され、前記生体から射出された前記第２光を受光する第２受光部と、を備え、
   前記第１発光部から前記第１受光部までの距離は、前記第２発光部から前記第２受光部までの距離よりも短く、
   前記第１受光部は、前記第１光を選択的に透過させるバンドパスフィルターを含んでおり、
   前記第２受光部は、前記第２光を選択的に透過させるバンドパスフィルターを含まない
   検出装置。
3. 前記第１受光部は、前記第１光を受光する第１センサー部と、前記第１センサー部に到達する前記第１光の入射角度を制限する第１角度制限フィルターと、を含み、
   前記第２受光部は、前記第２光を受光する第２センサー部と、前記第２センサー部に到達する前記第２光の入射角度を制限する第２角度制限フィルターと、を含む
   請求項１または請求項２に記載の検出装置。
4. 前記第１発光部および前記第２発光部は、第１方向に並んで配置され、
   前記第１受光部および前記第２受光部は、前記第１方向と交差する第２方向に並んで配置される
   請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載の検出装置。
5. 第３光を発光する第３発光部をさらに備え、
   前記第２発光部は、前記第２光として、赤色波長帯または近赤外波長帯の一方の波長帯の光を発光し、
   前記第３発光部は、前記第３光として、赤色波長帯または近赤外波長帯の他方の波長帯の光を発光し、
   前記第２受光部は、前記第３発光部から発光され、前記生体から射出された前記第３光と、前記第２光と、を受光し、
   前記第１発光部から前記第１受光部までの距離は、前記第３発光部から前記第２受光部までの距離よりも短い
   請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の検出装置。
6. 第３光を発光する第３発光部と、
   前記第３発光部から発光され、前記生体から射出された前記第３光を受光する第３受光部と、をさらに備え、
   前記第２発光部は、前記第２光として、赤色波長帯または近赤外波長帯の一方の波長帯の光を発光し、
   前記第３発光部は、前記第３光として、赤色波長帯または近赤外波長帯の他方の波長帯の光を発光し、
   前記第１発光部から前記第１受光部までの距離は、前記第３発光部から前記第３受光部までの距離よりも短い
   請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の検出装置。
7. 前記第１発光部は、前記第１方向において、前記第２発光部および前記第３発光部の間に配置されている
   請求項５または請求項６に記載の検出装置。
8. 前記第１発光部および前記第２発光部と前記第１受光部との間に設けられ、前記第１光および前記第２光の一部を遮光する遮光壁をさらに備える
   請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載の検出装置。
9. 請求項１から請求項８のうちのいずれか一項に記載の検出装置と、
   前記検出装置による検出結果を示す検出信号から生体情報を特定する情報解析部と、を備える
   測定装置。

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