JP2022156201A - 検出装置および測定装置 - Google Patents
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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、第1受光部上に設けられ、第1光を選択的に透過させるバンドパスフィルターと、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い。【選択図】図6
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。
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、前記第1受光部上に設けられ、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、前記第1受光部上に設けられ、前記第1受光部に到達する前記第1光の入射角度を制限する角度制限フィルターと、前記角度制限フィルター上に設けられ、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2受光部は、前記第2受光部に到達する前記第2光の入射角度を制限する角度制限フィルターと、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と、を有さ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。
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3発光部)60と、発光部(第2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。
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、第1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。第1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。第1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、第1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。第1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、第1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。第1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。本実施形態において、封止層42は、各発光部50,60,70と各受光部51,61とを封止している。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。
本実施形態において、第1遮光壁41の先端部41aは、封止層42の表面(検出面16)から突出している。第1遮光壁41の先端部41aにおける封止層42から突出高さは、例えば、測定装置100が被験者の測定部位Mに装着された状態において、先端部41aが測定部位Mに当接するように、設定される。
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。また、第1遮光壁41の先端部41aは、透光性基板の上面から突出した状態とされる。
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。
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510と、受光素子510上に設けられ、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。すなわち、本実施形態の検出装置3は、受光素子510上に設けられ、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を備えている。
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。
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、受光素子510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。
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、受光素子510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有さず、角度制限フィルター611を有する点において、受光部51と構成が異なる。
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、例えば、光透過性を有する酸化シリコン層612内にタングステンなどの遮光性材料からなるプラグ613を埋め込むことで形成される。
酸化シリコン層612は、受光素子610の受光面610aに光を導く光路を形成する。酸化シリコン層612に埋め込まれたプラグ613は光路(酸化シリコン層612)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612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613に当たり、その光の一部はプラグ613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611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611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。ここで、所定の入射角度とは、受光素子610の受光面610aの法線に対してなす角度を意味する。
これにより、角度制限フィルター611は、受光素子610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611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)で入射する赤色光LRおよび近赤外光LI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。
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45%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である。
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とを受光する受光部61と、受光部51の受光素子510上に設けられ、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、を備えている。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。
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とを受光する受光部61と、受光部51の受光素子510上に設けられ、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、を備えている。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。
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の受光素子510上に、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が設けられている。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。
ところで、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に直接入射する恐れもある。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。同様に、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の一部が、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61に直接入射する恐れもある。
以下、生体内を通らずに受光部51に向かう緑色光LGを「迷光成分SL1」、生体内を通らずに受光部61に向かう赤色光LRあるいは近赤外光LIをまとめて「迷光成分SL3」と称す。
以下、生体内を通らずに受光部51に向かう緑色光LGを「迷光成分SL1」、生体内を通らずに受光部61に向かう赤色光LRあるいは近赤外光LIをまとめて「迷光成分SL3」と称す。
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、本実施形態の検出装置3では、第1遮光壁41の先端部41aが検出面16よりも突出することで、先端部41aが測定部位Mに接触している。これにより、発光部50と受光部51との間において、測定部位Mと検出面16との間に生じる隙間が無くなる。迷光成分SL1および迷光成分SL3は先端部41aで遮光される。よって、本実施形態の検出装置3によれば、受光素子510の受光面510aへの迷光成分SL1の入射、受光部61への迷光成分SL3の入射を抑制できる。
図6に示すように、本実施形態の検出装置3では、第1遮光壁41の先端部41aが検出面16よりも突出することで、先端部41aが測定部位Mに接触している。これにより、発光部50と受光部51との間において、測定部位Mと検出面16との間に生じる隙間が無くなる。迷光成分SL1および迷光成分SL3は先端部41aで遮光される。よって、本実施形態の検出装置3によれば、受光素子510の受光面510aへの迷光成分SL1の入射、受光部61への迷光成分SL3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、検出面16よりも突出した第1遮光壁41の先端部41aが測定部位Mに接触しているので、迷光成分SL1における受光素子510の受光面510aへの入射および迷光成分SL3における受光素子510の受光面510aへの入射を抑制することができる。
よって、受光部51は、ノイズ源となる迷光成分SL1の入射を抑制することで高い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、本実施形態の検出装置3において、受光部61は、受光部51に比べてケース40の側板部40bの近くに配置されている。そのため、測定部位Mおよび検出面16の隙間から太陽光等の外光が受光部61に直接入射する場合がある。以下、受光部61に直接向かう外光を「迷光成分SL4」と称す。
迷光成分SL4は測定部位Mおよび検出面16の隙間から入射するため、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、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への迷光成分SL4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、受光素子610の受光面610a上に角度制限フィルター611を備えるので、迷光成分SL4における受光素子610の受光面610aへの入射を抑制することができる。
本実施形態の受光部61によれば、ノイズ源となる迷光成分SL3および迷光成分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、受光部61のように角度制限フィルター611を設けることなく、受光部51への迷光成分SL1の入射を抑制することができる。
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の間に厚みのある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1変形例)
続いて、検出装置の第1変形例について説明する。本変形例は第1実施形態の検出装置3の変形例である。以下、第1実施形態と共通の構成および部材については同じ符号を付し、詳細については符号を省略する。
続いて、検出装置の第1変形例について説明する。本変形例は第1実施形態の検出装置3の変形例である。以下、第1実施形態と共通の構成および部材については同じ符号を付し、詳細については符号を省略する。
図7は本変形例の検出装置の断面図である。
図7に示すように、本変形例の検出装置103は、発光ユニット部11と、受光ユニット部12と、ケース40と、第1遮光壁141と、封止層42と、を備えている。本変形例の第1遮光壁141の先端部は、検出面16と面一に形成されている。すなわち、本変形例の場合、第1遮光壁141の先端部が検出面16から突出していない。
図7に示すように、本変形例の検出装置103は、発光ユニット部11と、受光ユニット部12と、ケース40と、第1遮光壁141と、封止層42と、を備えている。本変形例の第1遮光壁141の先端部は、検出面16と面一に形成されている。すなわち、本変形例の場合、第1遮光壁141の先端部が検出面16から突出していない。
X方向において、第1遮光壁141から受光部51までの距離D12は、第1遮光壁141から発光部50までの距離D11よりも長い。すなわち、受光部51は、発光部50よりも第1遮光壁141から離れた位置に配置されている。なお、発光部60および発光部70はY方向において発光部50に並んで配置されている。
ここで、図7に示すように、発光部50の発光面55における受光部51側(+X側)の端面55aから射出されて、第1遮光壁141の発光部50側の端部141bを経由した緑色光LG1の進路について考える。この緑色光LG1が生体表面(測定部位M)で正反射されたとすると、第1遮光壁141からX方向に最も離れた位置まで到達する。
仮に、第1遮光壁141から受光部51までの距離D12と第1遮光壁141から発光部50までの距離D11とが同じだとすると、上述の緑色光LG1は迷光成分SL1として受光部51に入射することとなる。つまり、受光部51および発光部50が第1遮光壁141の両側に等距離に配置された場合、迷光成分SL1が受光部51に入射することとなる。
これに対して本変形例の検出装置103では、上述のように、受光部51が発光部50よりも第1遮光壁141から離れて配置されるため、迷光成分SL1(緑色光LG1)における受光素子510の受光面510aへの入射を抑制できる。
よって、本変形例の検出装置103によれば、第1実施形態の第1遮光壁41に代えて、第1遮光壁141から受光部51までの距離D12を第1遮光壁141から発光部50までの距離D11よりも長くした構成を採用することで、受光部61のように角度制限フィルター611を設けることなく、ノイズ源となる迷光成分SL1の受光部51への入射を抑制できる。よって、第1実施形態と同様、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。
(第2変形例)
続いて、検出装置の第2変形例について説明する。本変形例は第1実施形態の検出装置3の別の変形例である。以下、第1実施形態および第1変形例と共通の構成および部材については同じ符号を付し、詳細については符号を省略する。
続いて、検出装置の第2変形例について説明する。本変形例は第1実施形態の検出装置3の別の変形例である。以下、第1実施形態および第1変形例と共通の構成および部材については同じ符号を付し、詳細については符号を省略する。
図8は本変形例の検出装置の断面図である。
図8に示すように、本変形例の検出装置203は、発光ユニット部11と、受光ユニット部12と、ケース40と、第1遮光壁141と、封止層42と、を備えている。第1遮光壁141の先端部は、検出面16と面一に形成されている。
図8に示すように、本変形例の検出装置203は、発光ユニット部11と、受光ユニット部12と、ケース40と、第1遮光壁141と、封止層42と、を備えている。第1遮光壁141の先端部は、検出面16と面一に形成されている。
本変形例の発光部50は、発光面55に設けられ、緑色光LGの発光方向を発光面55の法線方向(Z方向)に偏向するレンズ(光学素子)56を含む。なお、発光部60および発光部70は、光射出面にレンズが設けられていても良いし、レンズが設けられていなくてもよい。また、緑色光LGを偏向する光学素子としては、レンズに代えて回折素子を用いてもよい。
ここで、レンズ56を設けない場合について説明する。通常、緑色光LGは、発光部50の発光面55から放射状に発光されるため、レンズ56が設けられていないと、緑色光LGの一部である緑色光LG2が生体表面(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に迷光成分SL1として入射する恐れがある。
これに対して本変形例の発光部50では、レンズ56により発光面55の法線方向に向かって緑色光LGが発光されるため、緑色光LGが測定部位Mに対して垂直に入射するようになる。そのため、測定部位Mの表面における緑色光LG2の反射を抑制することで、測定部位Mの表面で反射された緑色光LG2が迷光成分SL1として受光素子510の受光面510aに入射することを抑制できる。
よって、本変形例の検出装置203によれば、第1実施形態の第1遮光壁41に代えて、発光部50の発光面55にレンズ56を設けることで、受光部61のように角度制限フィルター611を設けることなく、ノイズ源となる迷光成分SL1の受光部51への入射を抑制できる。よって、第1実施形態と同様、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。
(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実施形態および上記変形例では、受光部61が角度制限フィルター611を有する場合を例に挙げたが、本実施形態の検出装置では、受光部261が角度制限フィルターを有しない点で異なっている。以下、上記実施形態および変形例と共通の構成および部材については同じ符号を付し、詳細については符号を省略する。
続いて、第2実施形態の検出装置について説明する。第1実施形態および上記変形例では、受光部61が角度制限フィルター611を有する場合を例に挙げたが、本実施形態の検出装置では、受光部261が角度制限フィルターを有しない点で異なっている。以下、上記実施形態および変形例と共通の構成および部材については同じ符号を付し、詳細については符号を省略する。
図9は本実施形態の検出装置の断面図である。
図9に示すように、本実施形態の検出装置303は、発光ユニット部11と、受光ユニット部212と、ケース40と、第1遮光壁141と、封止層42と、第2遮光壁143と、を備えている。第1遮光壁141の先端部は、検出面16と面一に形成されている。
図9に示すように、本実施形態の検出装置303は、発光ユニット部11と、受光ユニット部212と、ケース40と、第1遮光壁141と、封止層42と、第2遮光壁143と、を備えている。第1遮光壁141の先端部は、検出面16と面一に形成されている。
本実施形態の受光ユニット部212は、受光部(第1受光部)251と、受光部(第2受光部)261と、を有する。以下、受光部251および受光部261を特に区別しない場合、これらをまとめて「受光部251,261」という。
第2遮光壁143は、受光部261の受光部251と反対側(+X側)に設けられる。第2遮光壁143は、後述のように測定部位Mおよび検出面16の隙間から太陽光等の外光が直接的に受光ユニット部212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、第2遮光壁143は、ケース40を構成する側板部40bのうち、受光部261の受光部251と反対側(+X側)に位置する部位で構成される。なお、第2遮光壁143は、ケース40の側板部40bとは別部材で構成されてもよい。
受光部251は、緑色光LGを受光する受光素子510と、受光素子510上に設けられ、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511と、角度制限フィルター511上に設けられ、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。
角度制限フィルター511は、角度制限フィルター611と同様の構成を有しており、受光素子510に到達する緑色光LG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511は、例えば、生体内を伝搬して許容入射角度で入射する緑色光LGを透過させ、太陽光等の外光や生体内を通らなかった緑色光LG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。
一方、受光部261は、赤色光LRあるいは近赤外光LIを受光する受光素子610のみで構成される。すなわち、本実施形態の検出装置303において、受光部261は、角度制限フィルターおよびバンドパスフィルターのいずれも有していない点で、受光部251と構成が異なる。
図9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251に迷光成分SL1として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251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251側に向かう外光を「迷光成分SL2」と称す。
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。
迷光成分SL1は生体内を通過することなく受光部251に入射するため、緑色光LGの受光部251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、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251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への迷光成分SL1の入射を抑制できる。
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、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、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、迷光成分SL2の受光部251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251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303では、迷光成分SL1および迷光成分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。そのため、本実施形態の検出装置303は、受光部251において緑色光LGをより高精度に受光することができる。
このように本実施形態の検出装置303では、迷光成分SL1および迷光成分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。そのため、本実施形態の検出装置303は、受光部251において緑色光LGをより高精度に受光することができる。
一方、本実施形態の検出装置303において、受光部261は、受光部251に比べてケース40の側板部40b(第2遮光壁143)の近くに配置される。そのため、測定部位Mおよび検出面16の隙間から迷光成分SL2の一部が受光部261に直接入射する恐れもある。
本実施形態の検出装置303では、後述する設計条件を満たすことで、太陽光等の外光が迷光成分として受光部261に入射することを抑制している。
図10は、迷光成分SL2が受光部261に入射する場合の条件を示す図である。
図10において、受光部261(受光素子610)の受光面610aから第2遮光壁143の先端までの高さをH、受光部251および受光部261が並ぶX方向における受光部261の幅をW、受光部261の受光面610aにおける受光部251側の端部261aと第2遮光壁143における受光部261側の上端面143aとを結ぶ仮想線LLと受光部261の受光面610aとのなす角度をθとする。また、受光部261と第2遮光壁143との間の隙間をLとする。
図10において、受光部261(受光素子610)の受光面610aから第2遮光壁143の先端までの高さをH、受光部251および受光部261が並ぶX方向における受光部261の幅をW、受光部261の受光面610aにおける受光部251側の端部261aと第2遮光壁143における受光部261側の上端面143aとを結ぶ仮想線LLと受光部261の受光面610aとのなす角度をθとする。また、受光部261と第2遮光壁143との間の隙間をLとする。
図10に示すように第2遮光壁143との間の隙間Lを設けて配置した受光部261の受光面610aに対して、ぎりぎり入射可能な迷光成分SL2の一部を限界成分と呼んだ場合、限界成分は仮想線LLに沿って受光面610aに角度θで入射する。
図10において、受光部261の位置を+X側にずらした場合、迷光成分SL2の限界成分は受光部261の受光面610aに入射することができない。そこで、本発明者らは、図9に示した本実施形態の検出装置303において、受光部261と第2遮光壁143との間の隙間Lが次式を満たす値に設定するようにした。
なお、図10において、限界成分が通る仮想線LLの受光面610aに対する入射角θ1を受光面610aの法線に対してなす角度で規定すると、以下の式で規定される。
本実施形態の検出装置303によれば、図10に示される状態よりも受光部261(受光素子610)の受光面610aが+X側にずれるため、迷光成分SL2における受光部261への入射を抑制できる。本実施形態の検出装置303によれば、受光部251のような角度制限フィルター511を設けることなく、受光部261への迷光成分SL2の入射を抑制できる。
本実施形態の場合、受光部261には、緑色光LGは減衰し、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261に設ける必要はない。また、上述のように第2遮光壁143に対する受光部261の位置を最適化することで、角度制限フィルターを用いることなく、迷光成分の受光部261への入射を抑制することができる。
したがって、本実施形態の検出装置303によれば、受光部251のみが角度制限フィルター511およびバンドパスフィルター515を含み、受光部261が角度制限フィルターおよびバンドパスフィルターのいずれも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303は、受光部261の角度制限フィルターおよび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。
したがって、本実施形態の検出装置303によれば、受光部251のみが角度制限フィルター511およびバンドパスフィルター515を含み、受光部261が角度制限フィルターおよびバンドパスフィルターのいずれも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303は、受光部261の角度制限フィルターおよび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。
(第3実施形態)
続いて、第3実施形態の検出装置について説明する。第1実施形態、第1変形例、第2変形例および第2実施形態では、赤色光LRおよび近赤外光LIを両方とも受光する受光部を用い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。
続いて、第3実施形態の検出装置について説明する。第1実施形態、第1変形例、第2変形例および第2実施形態では、赤色光LRおよび近赤外光LIを両方とも受光する受光部を用い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11は本実施形態の検出装置の平面図である。図12は、図11におけるXII-XII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11および図12に示すように、本実施形態の検出装置403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。図12に示すように、本実施形態の検出装置403においても、第1遮光壁41の先端部41aが検出面16よりも突出している。
図11および図12に示すように、本実施形態の検出装置403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。図12に示すように、本実施形態の検出装置403においても、第1遮光壁41の先端部41aが検出面16よりも突出している。
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。
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403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第1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。
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403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403においても、第1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、第1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、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403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ている。受光部161は、第1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403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403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、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。なお、本実施形態において、受光部171に対して、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を設けてもよい。
本実施形態の検出装置403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。
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403によれば、第1遮光壁41の先端部41aが検出面16よりも突出することで受光部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403によれば、第1遮光壁41の先端部41aが検出面16よりも突出することで受光部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、角度制限フィルター1611を設けることで、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403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403によれば、迷光対策として厚みのある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。
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、第1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、第1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、第1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、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。
また、第3実施形態の検出装置403において、第1変形例または第2変形例の構成を適用してもよい。また、第2実施形態の検出装置303において、第3実施形態の構成を適用してもよい。すなわち、第2実施形態の検出装置303において、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ようにしてもよい。
また、第1実施形態の検出装置3において、受光部61の角度制限フィルター611を省略してもよい。この場合において、第2実施形態の構成を適用すれば、角度制限フィルター611を設けることなく、受光部61への迷光成分の入射を抑制することができる。
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、第1受光部の受光素子上に設けられ、第1光を選択的に透過させるバンドパスフィルターと、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、第1受光部の受光素子上に設けられ、第1光を選択的に透過させるバンドパスフィルターと、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第1遮光壁をさらに備え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受光部および第2受光部とを封止する封止層をさらに備え、第1遮光壁の先端部は、封止層から突出し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遮光壁から第1受光部までの距離は、第1遮光壁から第1発光部までの距離よりも長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、発光面に設けられ、第1光の発光方向を発光面の法線方向に偏向する光学素子を含む構成としてもよい。
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、第1受光部の受光素子上に設けられ、第1受光部に到達する第1光の入射角度を制限する角度制限フィルターと、角度制限フィルター上に設けられ、第1光を選択的に透過させるバンドパスフィルターと、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2受光部は、第2受光部に到達する第2光の入射角度を制限する角度制限フィルターと、第2光を選択的に透過させるバンドパスフィルターと、を有していない。
本発明の一つの態様の検出装置において、第2受光部の第1受光部と反対側に設けられた第2遮光壁をさらに備え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2受光部の受光面から第2遮光壁の先端までの高さをH、第1受光部および第2受光部が並ぶ方向における第2受光部の幅をW、第2受光部の受光面における第1受光部側の端部と第2遮光壁における第2受光部側の上端面とを結ぶ仮想線と、第2受光部の受光面とのなす角度をθとしたとき、第2受光部と第2遮光壁との間の隙間Lが、次式を満たす値に設定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。
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。
3,103,203,303,403…検出装置、5…制御装置(情報解析部)、41,141…第1遮光壁、41a…先端部、42…封止層、50…発光部(第1発光部)、51,151,251…受光部(第1受光部)、55…発光面、55a…端面、56…レンズ(光学素子)、60…発光部(第3発光部)、61,161,261…受光部(第2受光部)、70…発光部(第2発光部)、100…測定装置、261a…端部、143…第2遮光壁、143a…上端面、171…受光部(第3受光部)、510…受光素子、510a…受光面、511…角度制限フィルター、515…バンドパスフィルター、D1…距離(第1発光部から第1受光部までの距離)、D2…距離(第1発光部から第1受光部までの距離)、D3…距離(第3発光部から第3受光部までの距離)、D11…距離(第1遮光壁から第1発光部までの距離),D12…距離(第1遮光壁から第1受光部までの距離)、L…隙間、LG…緑色光(第1光)、LI…近赤外光(第2光)、LR…赤色光(第3光)、LL…仮想線、M…測定部位(生体)、θ…角度(仮想線と第2受光部の受光面とのなす角度)。
Claims (13)
- 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、
前記第1受光部の受光素子上に設けられ、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い
検出装置。 - 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第1遮光壁をさらに備える
請求項1に記載の検出装置。 - 前記第1発光部および前記第2発光部と前記第1受光部および前記第2受光部とを封止する封止層をさらに備え、
前記第1遮光壁の先端部は、前記封止層から突出している
請求項2に記載の検出装置。 - 前記第1遮光壁から前記第1受光部までの距離は、前記第1遮光壁から前記第1発光部までの距離よりも長い
請求項2または請求項3に記載の検出装置。 - 前記第1発光部は、発光面に設けられ、前記第1光の発光方向を前記発光面の法線方向に偏向する光学素子を含む
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。 - 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、
前記第1受光部の受光素子上に設けられ、前記第1受光部に到達する前記第1光の入射角度を制限する角度制限フィルターと、
前記角度制限フィルター上に設けられ、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2受光部は、前記第2受光部に到達する前記第2光の入射角度を制限する角度制限フィルターと、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と、を有していない
検出装置。 - 前記第2受光部の前記第1受光部と反対側に設けられた第2遮光壁をさらに備える
請求項1から請求項6のうちのいずれか一項に記載の検出装置。 - 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8のうちのいずれか一項に記載の検出装置。 - 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9のうちのいずれか一項に記載の検出装置。 - 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9のうちのいずれか一項に記載の検出装置。 - 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10または請求項11に記載の検出装置。 - 請求項1から請求項12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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