JP5692389B2 - 生体センサ - Google Patents
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Description
本発明は、生体信号を取得する生体センサに関する。
近年、健康の管理や維持・増進に対する人々の関心が高まっている。そこでは、人々がより簡単に脈拍や心電などの生体情報を得られることが望まれている。ところで、従来から、血中のヘモグロビンが可視光〜赤外光を吸収する特性を利用して、指等の生体を透過、又は生体に反射した光の強度変化を光電脈波信号として取得する脈拍計やパルスオキシメータが知られている。
ここで、特許文献1には、生体用電極とオキシメータプローブの両方の機能を持たせた生体情報測定用センサが開示されている。この生体情報測定用センサによれば、心電図と血液中の血色素の酸素飽和度とを同時に測定することができる。より具体的には、この生体情報測定用センサは、高分子フィルム上に取り付けられた電極素子と、該電極素子上に所定の間隔を介して接着固定された発光素子としてのLED及び受光素子としてのPDと、各素子を被覆する導電性透明ゲルとしてのAMPSとを備えている。このような構成を有することにより、センサを生体の皮膚の表面に接したときに、電極素子は導電性のあるAMPSを介して皮膚に接することにより、通常の電極素子としての機能を得ることができる。また、LED及びPDは透明なAMPSを介して皮膚に接するため、オキシメータプローブの機能を得ることができる。
上述したように、特許文献1記載の生体情報測定用センサでは、発光素子(LED)と受光素子(PD)とが導電性透明ゲル(AMPS)で覆われており、LED及びPDは透明なAMPSを介して生体の皮膚に接する。そのため、測定時には、LEDから出射された光(検出光)の一部が透明なAMPSを通して直接PDに到達するおそれがある。通常、このようにLEDから出射され、生体を透過することなく、又は生体に反射されることなくPDに到達する光(迷光)は、その光の強度が、生体を透過した光、又は生体によって反射された光の強度と比較して大きい。そのため、本来検出したい光、すなわち生体を透過した光、又は生体によって反射された光が迷光(ノイズ)に埋もれてしまいS/N比が低下するおそれがある。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光電脈波信号を取得する生体センサにおいて、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能な生体センサを提供することを目的とする。
本発明に係る生体センサは、配線基板と、配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、配線基板の主面に形成され、発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、配線基板の主面に形成され、受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、発光素子封止部と受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、遮光部を介して配線基板と平行に設けられる透光性を有する基材と、基材と、遮光部、及び/又は、発光素子封止部、受光素子封止部との間に設けられ、基材と、遮光部、及び/又は、発光素子封止部、受光素子封止部とを接着する透光性を有する接着層と、配線基板の主面の法線方向から見た場合に、発光素子及び受光素子と重ならないように基材の主面に取り付けられ、生体の電位を測定する平面電極とを備え、基材の屈折率が、接着層の屈折率より高く設定され、平面電極の基材側の面が、該基材の中を通る光が散乱されるように粗く形成されていることを特徴とする。
本発明に係る生体センサによれば、平面電極の表面に指などの生体を接触させた場合、発光素子から出射された光が、発光素子封止部、接着層、及び基材を介して生体に入射される。そして、生体を透過した光は、基材、接着層、及び受光素子封止部を介して受光素子によって受光される。これにより、生体の光電脈波信号が取得される。同時に、平面電極に接触された生体の電位が、該平面電極によって検出される。
ここで、本発明に係る生体センサによれば、発光素子封止部と受光素子封止部との間に遮光部が設けられている。よって、発光素子から直接受光素子に入射される光は、該遮光部によって遮断される。一方、発光素子から出射された光の一部は、接着層及び基材に入り、該接着層及び基材の中を受光素子側へ伝搬する。ここで、本発明に係る生体センサによれば、基材の屈折率が、接着層の屈折率より高く設定されるとともに、平面電極の基材側の面が、該基材の中を通る光が散乱されるように粗く形成されている。そのため、接着層及び基材に入った光(迷光)は、屈折率が高い基材の中を接着層との境界で反射しながら進むこととなる。そして、その際に、平面電極の基材側の面が粗く形成されていることにより、当該面によって基材の中を進む迷光が散乱され、受光素子に入る迷光が低減される。以上の結果、光電脈波信号を取得する生体センサにおいて、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
本発明に係る生体センサは、配線基板と、配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、配線基板の主面に形成され、発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、配線基板の主面に形成され、受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、発光素子封止部と受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、遮光部を介して配線基板と平行に設けられる透光性を有する基材と、基材と、遮光部、及び/又は、発光素子封止部、受光素子封止部との間に設けられ、基材と、遮光部、及び/又は、発光素子封止部、受光素子封止部とを接着する透光性を有する接着層と、配線基板の主面の法線方向から見た場合に、発光素子及び受光素子と重ならないように基材の主面に取り付けられ、生体の電位を測定する平面電極とを備え、接着層の屈折率が、基材の屈折率より高く設定され、遮光部の接着層側の面が、該接着層の中を通る光が散乱されるように粗く形成されていることを特徴とする。
本発明に係る生体センサによれば、平面電極の表面に指などの生体を接触させた場合、発光素子から出射された光が、発光素子封止部、接着層、及び基材を介して生体に入射される。そして、生体を透過又は生体により反射された光は、基材、接着層、及び受光素子封止部を介して受光素子によって受光される。これにより、生体の光電脈波信号が取得される。同時に、平面電極に接触された生体の電位が、該平面電極によって検出される。
ここで、本発明に係る生体センサによれば、発光素子封止部と受光素子封止部との間に遮光部が設けられている。よって、発光素子から直接受光素子に入射される光は、該遮光部によって遮断される。一方、発光素子から出射された光の一部は、接着層及び基材に入り、該接着層及び基材の中を受光素子側へ伝搬する。ここで、本発明に係る生体センサによれば、接着層の屈折率が、基材の屈折率より高く設定されるとともに、遮光部の接着層側の面が、該接着層の中を通る光が散乱されるように粗く形成されている。そのため、接着層及び基材に入った光(迷光)は、屈折率が高い接着層の中を基材との境界で反射しながら進むこととなる。そして、その際に、遮光部の接着層側の面が粗く形成されているため、当該面によって接着層の中を進む迷光が散乱され、受光素子に入る迷光が低減される。以上の結果、光電脈波信号を取得する生体センサにおいて、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
本発明に係る生体センサは、配線基板と、配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、配線基板の主面に形成され、発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、配線基板の主面に形成され、受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、発光素子封止部と受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、遮光部を介して配線基板と平行に設けられる透光性を有する基材と、基材と、遮光部、及び/又は、発光素子封止部、受光素子封止部との間に設けられ、基材と、遮光部、及び/又は、発光素子封止部、受光素子封止部とを接着する透光性を有する接着層と、配線基板の主面の法線方向から見た場合に、発光素子及び前記受光素子と重ならないように基材の主面に取り付けられ、生体の電位を測定する平面電極とを備え、接着層が、少なくとも一部が発光素子側と受光素子側とに分断されていることを特徴とする。
本発明に係る生体センサによれば、平面電極の表面に指などの生体を接触させた場合、発光素子から出射された光が、発光素子封止部、接着層、及び基材を介して生体に入射される。そして、生体を透過又は生体により反射された光は、基材、接着層、及び受光素子封止部を介して受光素子によって受光される。これにより、生体の光電脈波信号が取得される。同時に、平面電極に接触された生体の電位が、該平面電極によって検出される。
ここで、本発明に係る生体センサによれば、発光素子封止部と受光素子封止部との間に遮光部が設けられている。よって、発光素子から直接受光素子に入射される光は、該遮光部によって遮断される。一方、発光素子から出射された光の一部は、接着層及び基材に入り、該接着層及び基材の中を受光素子側へ伝搬する。ここで、本発明に係る生体センサによれば、接着層の少なくとも一部が、発光素子側と受光素子側とに分断されている。このため、接着層の中を発光素子側から受光素子側へ進む迷光は、分断された接着層の端面で反射又は屈折する。これにより、接着層の中を通って受光素子に入る迷光が低減される。以上の結果、光電脈波信号を取得する生体センサにおいて、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
また、本発明に係る生体センサでは、上記接着層が、その分断方向と、該接着層を通り発光素子と受光素子とを結ぶ直線と平行な仮想直線との成す劣角が50°以下となるように分断されていることが好ましい。
この構成によれば、分断方向と上記仮想直線との成す角度(劣角)が50°以下となるように接着層が分断されているため、分断された端面における反射率が大きくなる。従って、接着層を通して受光される迷光をより低減することが可能となる。
本発明に係る生体センサでは、接着層が、発光素子側と受光素子側とに完全に分断されていることが好ましい。
この場合、接着層が発光素子側と受光素子側とに完全に分断されているので、接着層の一部がつながっている場合と比較して、反射又は屈折する光量が多くなる。よって、生体を透過せずに、接着層を通して受光される迷光をさらに低減することが可能となる。
本発明に係る生体センサは、配線基板と、配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、配線基板の主面に形成され、発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、配線基板の主面に形成され、受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、発光素子封止部と受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、遮光部を介して配線基板と平行に設けられる透光性を有する基材と、基材と、遮光部、及び/又は、発光素子封止部、受光素子封止部との間に設けられ、基材と、遮光部、及び/又は、発光素子封止部、受光素子封止部とを接着する透光性を有する接着層と、配線基板の主面の法線方向から見た場合に、発光素子及び受光素子と重ならないように基材の主面に取り付けられ、生体の電位を測定する平面電極とを備え、接着層の光透過率が、基材の光透過率より低いことを特徴とする。
本発明に係る生体センサによれば、平面電極の表面に指などの生体を接触させた場合、発光素子から出射された光が、発光素子封止部、接着層、及び基材を介して生体に入射される。そして、生体を透過又は生体により反射された光は、基材、接着層、及び受光素子封止部を介して受光素子によって受光される。これにより、生体の光電脈波信号が取得される。同時に、平面電極に接触された生体の電位が、該平面電極によって検出される。
ここで、本発明に係る生体センサによれば、発光素子封止部と受光素子封止部との間に遮光部が設けられている。よって、発光素子から直接受光素子に入射される光は、該遮光部によって遮断される。一方、発光素子から出射された光の一部は、接着層及び基材に入り、該接着層及び基材の中を受光素子側へ伝搬する。ここで、本発明に係る生体センサによれば、接着層の光透過率が、基材の光透過率より低く設定されている。そのため、接着層に入った迷光が、接着層の中を発光素子側から受光素子側へ伝搬されるに従って減衰することにより、受光素子に入る迷光が低減される。以上の結果、光電脈波信号を取得する生体センサにおいて、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
本発明に係る生体センサでは、接着層が、帯状の紙又は不織布により形成されるコア材、及び、該コア材の両面に形成される粘着層を含む両面テープからなることが好ましい。
この場合、接着層を構成するコア材が、紙又は不織布から形成されている。そのため、コア材の厚み方向には光を比較的透過させ易く、コア材の長手方向には光を透過させ難い。そのため、発光素子から生体へ入射される光及び生体から受光素子に入射される光は透過させるとともに、コア材の中を発光素子側から受光素子側へ伝搬する迷光を低減することができる。よって、生体を透過せずに、接着層の中を通って受光される迷光を低減することができる。
本発明に係る生体センサは、配線基板と、配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、配線基板の主面に形成され、発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、配線基板の主面に形成され、受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、発光素子封止部と受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、遮光部を介して配線基板と平行に設けられる透光性を有するカバーとを備え、カバーの底面及び/又は上面が、該カバーの中を通る光が散乱されるように粗く形成されていることを特徴とする。
本発明に係る生体センサによれば、カバーの表面に指などの生体を接触させた場合、発光素子から出射された光が、発光素子封止部及びカバーを介して生体に入射される。そして、生体を透過した光は、カバー及び受光素子封止部を介して受光素子によって受光される。これにより、生体の光電脈波信号が取得される。ここで、本発明に係る生体センサによれば、発光素子封止部と受光素子封止部との間に遮光部が設けられている。よって、発光素子から直接受光素子に入射される光は、該遮光部によって遮断される。一方、発光素子から出射された光の一部は、透光性を有するカバーに入り、該カバーの中を受光素子側へ伝搬する。ここで、本発明に係る生体センサによれば、カバーの底面及び/又は上面が、該カバーの中を通る光が散乱されるように粗く形成されている。そのため、カバーに入った光(迷光)は、カバーの中を反射しながら進む際に散乱される。そのため、受光素子に入る迷光が低減される。以上の結果、光電脈波信号を取得する生体センサにおいて、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
本発明に係る生体センサは、配線基板と、配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、配線基板の主面に形成され、発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、配線基板の主面に形成され、受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、発光素子封止部と受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、遮光部を介して配線基板と平行に設けられる透光性を有するカバーとを備え、カバーは、少なくとも一部が発光素子側と受光素子側とに分断されていることを特徴とする。
本発明に係る生体センサによれば、カバーの表面に指などの生体を接触させた場合、発光素子から出射された光が、発光素子封止部及びカバーを介して生体に入射される。そして、生体を透過又は生体により反射された光は、カバー及び受光素子封止部を介して受光素子によって受光される。これにより、生体の光電脈波信号が取得される。ここで、本発明に係る生体センサによれば、発光素子封止部と受光素子封止部との間に遮光部が設けられている。よって、発光素子から直接受光素子に入射される光は、該遮光部によって遮断される。一方、発光素子から出射された光の一部は、カバーに入り、該カバーの中を受光素子側へ伝搬する。ここで、本発明に係る生体センサによれば、カバーの少なくとも一部が、発光素子側と受光素子側とに分断されている。このため、カバーの中を発光素子側から受光素子側へ進む迷光は、分断されたカバーの端面で反射又は屈折する。これにより、カバーの中を通って受光素子に入る迷光が低減される。以上の結果、光電脈波信号を取得する生体センサにおいて、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
また、本発明に係る生体センサでは、その分断方向と、カバーを通り発光素子と受光素子とを結ぶ直線と平行な仮想直線との成す劣角が50°以下となるようにカバーが分断されていることが好ましい。
この構成によれば、分断方向と上記仮想直線との成す角度(劣角)が50°以下となるようにカバーが分断されているため、分断された端面における反射率が大きくなる。従って、カバーを通して受光される迷光をより低減することが可能となる。
本発明に係る生体センサでは、カバーが、発光素子側と受光素子側とに完全に分断されていることが好ましい。
この場合、カバーが発光素子側と受光素子側とに完全に分断されているので、カバーの一部がつながっている場合と比較して、反射又は屈折する光量が多くなる。よって、生体を透過せずに、カバーを通して受光される迷光をさらに低減することが可能となる。
本発明に係る生体センサは、配線基板と、配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、配線基板の主面に形成され、発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、配線基板の主面に形成され、受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、発光素子封止部と受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、遮光部を介して配線基板と平行に設けられる透光性を有するカバーとを備え、カバーの底面及び/又は上面が、該カバーを通り発光素子と受光素子とを結ぶ直線と平行な仮想直線と交わる向きに、複数の溝が形成されていることを特徴とする。
本発明に係る生体センサによれば、カバーの表面に指などの生体を接触させた場合、発光素子から出射された光が、発光素子封止部及びカバーを介して生体に入射される。そして、生体を透過した光は、カバー及び受光素子封止部を介して受光素子によって受光される。これにより、生体の光電脈波信号が取得される。ここで、本発明に係る生体センサによれば、発光素子封止部と受光素子封止部との間に遮光部が設けられている。よって、発光素子から直接受光素子に入射される光は、該遮光部によって遮断される。一方、発光素子から出射された光の一部は、カバーに入り、該カバーの中を受光素子側へ伝搬する。ここで、本発明に係る生体センサによれば、カバーの底面及び/又は上面には、該カバーを通り発光素子と受光素子とを結ぶ直線と平行な仮想直線と交わる向きに、複数の溝が形成されている。そのため、カバーに入った光(迷光)は、カバーの中を反射しながら進む際に、複数の溝の側面に当たり、該側面から外部に放射される。これにより、受光素子に入る迷光が低減される。以上の結果、光電脈波信号を取得する生体センサにおいて、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
本発明に係る生体センサでは、上記溝と溝との間の領域のアスペクト比が、1以上に設定されていることが好ましい。
上記アスペクト比が小さく(すなわち溝が浅く)なると光(迷光)が溝の側面に当たり難くなるため、溝の底面に当たって反射されて戻って来る光が増える。この場合、アスペクト比が1以上に設定されているため、光(迷光)が溝の側面に当たり易くなり、受光素子に入る迷光をより低減ことが可能となる。
本発明に係る生体センサは、配線基板と、配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、配線基板の主面に形成され、発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、配線基板の主面に形成され、受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、発光素子封止部と受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、遮光部を介して配線基板と平行に設けられる透光性を有する基材と、基材と、遮光部、及び/又は、発光素子封止部、受光素子封止部との間に設けられ、基材と、遮光部、及び/又は、発光素子封止部、受光素子封止部とを接着する透光性を有する接着層とを備え、接着層の屈折率が、基材の屈折率より高く設定され、遮光部の接着層側の面が、該接着層の中を通る光が散乱されるように粗く形成されていることを特徴とする。
ここで、本発明に係る生体センサによれば、発光素子封止部と受光素子封止部との間に遮光部が設けられている。よって、発光素子から直接受光素子に入射される光は、該遮光部によって遮断される。一方、発光素子から出射された光の一部は、接着層及び基材に入り、該接着層及び基材の中を受光素子側へ伝搬する。ここで、本発明に係る生体センサによれば、接着層の屈折率が、基材の屈折率より高く設定されるとともに、遮光部の接着層側の面が、該接着層の中を通る光が散乱されるように粗く形成されている。そのため、接着層及び基材に入った光(迷光)は、屈折率が高い接着層の中を基材との境界で反射しながら進むこととなる。そして、その際に、遮光部の接着層側の面が粗く形成されているため、当該面によって接着層の中を進む迷光が散乱され、受光素子に入る迷光が低減される。以上の結果、光電脈波信号を取得する生体センサにおいて、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
本発明に係る生体センサは、配線基板と、配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、配線基板の主面に形成され、発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、配線基板の主面に形成され、受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、発光素子封止部と受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、遮光部を介して配線基板と平行に設けられる透光性を有する基材と、基材と、遮光部、及び/又は、発光素子封止部、受光素子封止部との間に設けられ、基材と、遮光部、及び/又は、発光素子封止部、受光素子封止部とを接着する透光性を有する接着層とを備え、接着層が、少なくとも一部が発光素子側と受光素子側とに分断されていることを特徴とする。
ここで、本発明に係る生体センサによれば、発光素子封止部と受光素子封止部との間に遮光部が設けられている。よって、発光素子から直接受光素子に入射される光は、該遮光部によって遮断される。一方、発光素子から出射された光の一部は、接着層及び基材に入り、該接着層及び基材の中を受光素子側へ伝搬する。ここで、本発明に係る生体センサによれば、接着層の少なくとも一部が、発光素子側と受光素子側とに分断されている。このため、接着層の中を発光素子側から受光素子側へ進む迷光は、分断された接着層の端面で反射又は屈折する。これにより、接着層の中を通って受光素子に入る迷光が低減される。以上の結果、光電脈波信号を取得する生体センサにおいて、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
本発明に係る生体センサは、配線基板と、配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、配線基板の主面に形成され、発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、配線基板の主面に形成され、受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、発光素子封止部と受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、遮光部を介して配線基板と平行に設けられる透光性を有する基材と、基材と、遮光部、及び/又は、発光素子封止部、受光素子封止部との間に設けられ、基材と、遮光部、及び/又は、発光素子封止部、受光素子封止部とを接着する透光性を有する接着層とを備え、接着層の光透過率が、基材の光透過率より低いことを特徴とする。
ここで、本発明に係る生体センサによれば、発光素子封止部と受光素子封止部との間に遮光部が設けられている。よって、発光素子から直接受光素子に入射される光は、該遮光部によって遮断される。一方、発光素子から出射された光の一部は、接着層及び基材に入り、該接着層及び基材の中を受光素子側へ伝搬する。ここで、本発明に係る生体センサによれば、接着層の光透過率が、基材の光透過率より低く設定されている。そのため、接着層に入った迷光が、接着層の中を発光素子側から受光素子側へ伝搬されるに従って減衰することにより、受光素子に入る迷光が低減される。以上の結果、光電脈波信号を取得する生体センサにおいて、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
本発明によれば、光電脈波信号を取得する生体センサにおいて、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
(第1実施形態)
まず、図1〜図3を併せて参照して、第1実施形態に係る生体センサ100の構成について説明する。図1は、生体センサ100の縦断面である。図2は、生体センサ100を構成するセンサユニット110の縦断面である。なお、図2では、図3のII−II線に沿った断面が示されている。図3は、センサユニット110の平面図である。
まず、図1〜図3を併せて参照して、第1実施形態に係る生体センサ100の構成について説明する。図1は、生体センサ100の縦断面である。図2は、生体センサ100を構成するセンサユニット110の縦断面である。なお、図2では、図3のII−II線に沿った断面が示されている。図3は、センサユニット110の平面図である。
生体センサ100は、指先などで触れることにより、例えば、心電、脈拍、酸素飽和度などの生体情報を同時に検出(計測)するセンサである。生体センサ100は、血中ヘモグロビンの吸光特性を利用して、脈拍や酸素飽和度などを光学的に計測すると同時に、2つの電極130,140を用いて心臓の活動に伴って発生する電位の変化(心電)を電気的に計測する。
そのため、生体センサ100は、2つの発光素子121,122、受光素子123、第1の心電電極130、第2の心電電極140、基材150、配線基板160、封止部170、及び接着層180を備えて構成されている。
基材150は、帯状に形成され、主面150a上に第1の心電電極130及び第2の心電電極140が配設されている。第1の心電電極130は、基材150の一方の端領域151に配設され、第2の心電電極140は、他方の端領域152に配設されている。基材150の一方の端領域151には、第1の心電電極130と共に、発光素子121,122、受光素子123、配線基板160、封止部170、及び、接着層180が一体的に構成されている。以下、この一体的に構成されたユニットを便宜上、センサユニット110と呼ぶ。このセンサユニット110は、略直方体状に形成されている。図1及び2においては、説明のために、相対的に高さ方向の寸法が拡大されて描かれている。
発光素子121,122と受光素子123とは、矩形に形成された配線基板160の主面160aに実装されている。発光素子121,122は、主面160a上の一方の端部に、配線基板160の短手方向に並んで配設されている。一方、受光素子123は、主面160a上の他方の端部に配設されている。発光素子121,122と受光素子123との間の距離は、例えば4〜20mm程度に設定される。
2つの発光素子121,122それぞれは、血中酸素飽和度を示す酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとの存在比を得るために、異なる波長の光を出射する。例えば、一方の発光素子121は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が高い赤外光付近の光を出射する。他方の発光素子122は、還元ヘモグロビンの吸光係数が高い赤色光付近の光を出射する。
発光素子121,122としては、LED、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)、又は共振器型LED等を用いることができる。受光素子123としては、フォトダイオード又はフォトトランジスタ等が好適に用いられる。
封止部170は、配線基板160の主面160a上に直方体状に形成され、発光素子121,122を封止する発光素子封止部171、受光素子123を封止する受光素子封止部172、及び遮光部173から構成されている。
発光素子封止部171は、透光性樹脂によって円錐台状に形成され、発光素子121,122を封止している。また、受光素子封止部172は、透光性樹脂によって円錐台状に形成され、受光素子123を封止している。ここで、発光素子封止部171及び受光素子封止部172を形成する透光性樹脂としては、例えば、透明なエポキシ樹脂等が用いられる。
遮光部173は、配線基板160の主面160a上に、発光素子封止部171と受光素子封止部172との間の領域、及び、発光素子封止部171と受光素子封止部172の周囲の領域に遮光性を有する樹脂が充填されることによって形成される。この遮光部173は、封止部170の4方の側面170a〜170dを画する。なお、遮光部173には、例えば、カーボンブラック等の遮光性のある粉末を含有するエポキシ樹脂等が好適に用いられる。
上述した発光素子封止部171、受光素子封止部172、及び遮光部173それぞれの上面は、封止部170の上面170eを画している。封止部170の上面170eには、第1の心電電極130が配設された基材150の一方の端領域151が、接着層180によって接着されている。接着層180は、封止部170の上面170eと同形状かつ同じ大きさであり、封止部170の上面170eと重なり合っている。すなわち、接着層180は、発光素子封止部171の開口部171aと受光素子封止部172の開口部172aとを覆っている。
接着層180の発光素子121,122側の端部184、及び、基材150の発光素子121,122側の端部154は、発光素子封止部171の開口部171aより外側(側面170a側)に位置している。すなわち、接着層180及び基材150の端部184,154は、配線基板160の主面160aの法線方向10から見た場合に、開口部171aと重ならないように配置されている。
また、接着層180の受光素子123側の端部185は、受光素子封止部172の開口部172aより外側(側面170b側)に位置している。なお、基材150の端部155は、受光素子封止部172の開口部172a付近には存在しない。すなわち、接着層180及び基材150の端部185,155は、主面160aの法線方向10から見た場合に、開口部172aと重ならないように配置されている。
接着層180としては、例えば、コア材を有しない両面テープなどが好適に用いられる。接着層180により、基材150の裏面150bが、発光素子封止部171の開口部171a、受光素子封止部172の開口部172a、及び遮光部170の上面と接着される。
ここで、接着層180は、透光性を有している。また、基材150も透光性を有している。また、基材150の屈折率は、接着層180の屈折率よりも高く設定されている。なお、接着層180としては、例えば、ポリイミドやPET等からなる透光性を有するコア材と、該コア材の両面に形成された粘着層とからなる両面テープ等を用いることもできる。この場合、基材150の屈折率は、接着層180を構成するコア材及び粘着層の屈折率よりも高く設定される。
基材150は、例えば、屈折率が1.5〜1.6程度の材料で形成される。具体的には、基材150は、ポリイミド、PET(ポリエチレンテレフタラート)等で形成される。接着層180は、例えば、屈折率が1.4〜1.45程度の材料で形成される。接着層180は、例えばアクリル系の樹脂等で形成される。
第1の心電電極130は、矩形の薄膜状に形成された平面電極であり、基材150の一方の端領域151に配置されている。すなわち、第1の心電電極130は、発光素子121,122及び受光素子123の封止部170の上方に配置されている。
ここで、第1の心電電極130は、基材150の主面150aにおいて、配線基板160の主面160aの法線方向10から見て、発光素子121,122と受光素子123との間に配置されている。また、第1の心電電極130は、上記主面160aの法線方向10から見た場合に、発光素子121,122及び受光素子123と重ならない位置に、かつ、発光素子封止部171の開口部171a及び受光素子封止部172の開口部172aと重ならない位置に配置されている。
第1の心電電極130及び第2の心電電極140それぞれは、例えば、メッキや薄膜/厚膜プロセス、圧延などによって形成された金属薄膜からなっている。第1の心電電極130及び第2の心電電極140の基材150に接している面(裏面)は、例えばエッチング等により粗く形成されている。ここでは、第1の心電電極130の粗く形成された面を粗面130aといい、第2の心電電極130の粗く形成された面を粗面140aという。なお、第2の心電電極140の裏面は必ずしも粗く形成しなくてもよい。
生体センサ100による生体情報の検出は、図1に示されるように、生体の異なる2箇所の部位、例えば、被検者の左手の指先12と右手の指先13を生体センサ100に接触させることにより行われる。その際に、左手の指先12は、第1の心電電極130の表面及びその周囲に露出した基材150の主面150aに接触した状態となる。また、右手の指先13は、第2の心電電極140の表面全体に接触した状態となる。
生体情報を検出する際には、発光素子121,122から出射された光が、発光素子封止部171を透過して、開口部171aから接着層180に入射され、該接着層180及び基材150を通って指先12へ入射する。
指先12に入射され、該指先12を透過した光は、基材150及び接着層180を通って受光素子封止部172の開口部172aに入射される。そして、受光素子封止部172を透過し、受光素子123によって受光される。これにより、指先12を透過した光の強度変化が光電脈波信号として取得される。その際、2つの発光素子121,122から波長の異なる光が出射されるので、2種の波長について、透過光強度を得ることができる。
光電脈波信号の取得と同時に、第1の心電電極130によって指先12の電位が取得されるとともに、第2の心電電極140によって指先13の電位が取得される。すなわち、生体センサ100によって、光電脈波信号、及び心電が同時に取得される。
ところで、発光素子121,122と指先12との間には、透光性を有する接着層180及び基材150が存在している。そのため、発光素子121,122から出射された光の一部は、接着層180及び基材150の中に入り、該接着層180及び基材150の中を受光素子123側へ伝搬する。ここで、生体センサ110によれば、基材150の屈折率が、接着層180の屈折率より高く設定されるとともに、第1の心電電極130の裏面130aが、該基材150の中を通る光が散乱されるように粗く形成されている。そのため、接着層180及び基材150に入った光は、屈折率が高い基材150の中を接着層180との境界で反射しながら進むこととなる。そして、その際に、第1の心電電極130の裏面130aが粗く形成されているため、当該裏面130aによって基材150の中を進む迷光が散乱され、受光素子123に入る迷光が低減される。
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る生体センサ100によれば、第1の心電電極130の表面に指先12を接触させた際に、発光素子121,122から出射された光が、発光素子封止部171、接着層180、及び基材150を介して指先12に入射される。そして、指先12を透過した光は、基材150、接着層180、及び受光素子封止部172を介して受光素子123によって受光される。これにより、指先12の光電脈波信号が取得される。同時に、第1の心電電極130に接触された指先12の電位、及び、第2の心電電極140に接触された指先13の電位それぞれが検出される。
ここで、生体センサ110によれば、発光素子封止部171と受光素子封止部172との間に遮光部173が設けられている。よって、発光素子121,122から直接受光素子123に入射される光は、該遮光部173によって遮断される。また、接着層180及び基材150に入った光は、屈折率が高い基材150の中を接着層180との境界で反射しながら受光素子123側へ進むが、その際に、第1の心電電極130の裏面130aが粗く形成されていることにより、当該裏面130aによって基材150の中を進む迷光が散乱され、受光素子123に入る迷光が低減される。以上の結果、光電脈波信号及び指先12,13の電位(心電)を同時に取得する生体センサ100において、指先12を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
続いて、図4を参照して、第1実施形態の変形例に係る生体センサについて説明する。図4は、変形例に係る生体センサが備えるセンサユニット115の縦断面図である。ここでは、上述したセンサユニット110と異なる構成について主に説明し、同一・同様な点については説明を省略する。
センサユニット115は、接着層185の屈折率が、基材157の屈折率より高く設定されている点で上述したセンサユニット110と異なっている。基材157は、例えば、屈折率が1.4〜1.45程度のポリイミド等で形成される。一方、接着層185は、例えば、屈折率が1.45〜1.6程度のエポキシやアクリル等で形成される。
また、センサユニット115は、第1の心電電極130の裏面130aに代えて、封止部175の上面175eが迷光を散乱するように粗く形成されている点で上述したセンサユニット110と異なっている。すなわち、センサユニット115では、封止部175を構成する発光素子封止部176、受光素子封止部177、及び遮光部178それぞれの上面が粗く形成されている。なお、遮光部178の上面のみ粗く形成する構成としてもよい。
本変形例に係る生体センサによれば、上述した生体センサ100と同様に、第1の心電電極130の表面に指先を接触させた際に、発光素子121,122から出射された光が、発光素子封止部176、接着層185、及び基材157を介して指先に入射される。そして、指先を透過した光は、基材157、接着層185、及び受光素子封止部177を介して受光素子123によって受光される。これにより、指先の光電脈波信号が取得される。同時に、第1の心電電極130に接触された指先の電位、及び、第2の心電電極140(図示省略)に接触された指先の電位それぞれが検出される。
ここで、本変形例に係る生体センサを構成するセンサユニット115によれば、発光素子封止部176と受光素子封止部177との間に遮光部178が設けられている。よって、発光素子121,122から直接受光素子123に入射される光は、該遮光部178によって遮断される。一方、発光素子121,122から出射された光の一部は、接着層185及び基材157に入り、該接着層185及び基材157の中を受光素子123側へ伝搬する。ここで、センサユニット115によれば、接着層185の屈折率が、基材157の屈折率より高く設定されるとともに、発光素子封止部176、受光素子封止部177、及び遮光部178の上面175eが、該接着層185の中を通る迷光が散乱されるように粗く形成されている。そのため、接着層185及び基材157に入った迷光は、屈折率が高い接着層185の中を基材157との境界で反射しながら進むこととなる。その際に、発光素子封止部176、受光素子封止部177、及び遮光部178の上面175eが粗く形成されているため、当該面175eによって接着層185の中を進む迷光が散乱され、受光素子123に入る迷光が低減される。以上の結果、光電脈波信号及び指先の電位(心電)を同時に取得する生体センサにおいて、指先を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
以上、第1実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、第1及び第2の心電電極130,140としてメッキや薄膜/厚膜プロセス、圧延などによって形成された金属薄膜を用いたが、第1及び第2の心電電極130,140は、例えば、銀ペーストをスクリーン印刷すること等により形成してもよい。
また、発光素子封止部171,176、発光素子封止部172,177、及び遮光部173,178の形状は、上述した形状に限られない。例えば、遮光部が壁状(平板状)に形成されていてもよい。また、発光素子封止部171,176が、封止部170,175の発光素子121,122側の側面170aに露出していてもよい。同様に、受光素子封止部172,177が、封止部170,175の受光素子123側の側面170bに露出していてもよい。
さらに、上記実施形態では、発光素子を2つ備えることとしたが、1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。また、上記実施形態では、1つの基材150,157に第1の心電電極130と第2の心電電極140が配置される構成としたが、第1の心電電極130と第2の心電電極140とは、異なる基材上に配置されていてもよい。
上記第1実施形態では、第1の心電電極130の裏面130aを粗く形成したが、第1の心電電極130の裏面130aを粗く形成することに代えて、又は加えて基材150の裏面150bを粗く形成する構成としてもよい。
ここで、上記変形例では、光電脈波信号及び心電を同時に取得する構成としたが、心電を取得しない場合、すなわち光電脈波のみを計測する場合には、第1の心電電極130及び第2の心電電極140は必要ではなくなるため、当該第1の心電電極130及び第2の心電電極140を省略することができる。
(第2実施形態)
次に、図5及び図6を併せて用いて、第2実施形態に係る生体センサ200の構成について説明する。ここでは、上述した第1実施形態に係る生体センサ100と同一・同様な構成については説明を簡略化し、異なる点を主に説明する。図5は、第2実施形態に係る生体センサ200の縦断面図である。なお、図5では、図6のV−V線に沿った断面が示されている。図6は、生体センサ200を構成するセンサユニット210の平面図である。
次に、図5及び図6を併せて用いて、第2実施形態に係る生体センサ200の構成について説明する。ここでは、上述した第1実施形態に係る生体センサ100と同一・同様な構成については説明を簡略化し、異なる点を主に説明する。図5は、第2実施形態に係る生体センサ200の縦断面図である。なお、図5では、図6のV−V線に沿った断面が示されている。図6は、生体センサ200を構成するセンサユニット210の平面図である。
生体センサ200は、指先などで触れることにより、例えば、心電、脈拍、酸素飽和度などの生体情報を同時に検出するセンサである。生体センサ200は、血中ヘモグロビンの吸光特性を利用して、脈拍や酸素飽和度などを光学的に計測すると同時に、2つの電極230,240を用いて心臓の活動に伴って発生する電位の変化(心電)を電気的に計測する。
そのため、生体センサ200は、2つの発光素子221,222、受光素子223、第1の心電電極230、第2の心電電極240、基材250、配線基板260、封止部270、及び、接着層280を備えて構成されている。
基材250は、帯状に形成され、主面250a上に第1の心電電極230及び第2の心電電極240が配置されている。第1の心電電極230は、基材250の一方の端領域251に配置され、第2の心電電極240は、他方の端領域252に配置されている。基材250の一方の端領域251には、第1の心電電極230と共に、発光素子221,222及び受光素子223、配線基板260、封止部270、及び、接着層280が一体的に構成されている。以下、この一体的に構成されたユニットを便宜上、センサユニット210と呼ぶ。このセンサユニット210は、略直方体状に形成されている。図5においては、説明のために、相対的に高さ方向の寸法を拡大して描いている。
発光素子221,222と受光素子223とは、矩形に形成された配線基板260の主面260aに実装されている。発光素子221,222は、主面260a上の一方の端部に、配線基板260の短手方向に並んで配置されている。一方、受光素子223は、主面260a上の他方の端部側に配設されている。発光素子221,222と受光素子223との間の距離は、例えば4〜20mm程度に設定される。
2つの発光素子221,222それぞれは、血中酸素飽和度を示す酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとの存在比を得るために、異なる波長の光を出射する。例えば、一方の発光素子221は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が高い赤外光付近の光を出射する。他方の発光素子222は、還元ヘモグロビンの吸光係数が高い赤色光付近の光を出射する。
発光素子221,222としては、LED、VCSEL、又は共振器型LED等を用いることができる。受光素子223としては、フォトダイオード又はフォトトランジスタ等が好適に用いられる。
封止部270は、配線基板260の主面260a上に直方体状に形成されており、発光素子221,222を封止する発光素子封止部271、受光素子223を封止する受光素子封止部272、及び遮光部273から構成されている。
発光素子封止部271は、透光性樹脂を用いて、横断面が略楕円弧の柱状に形成され、発光素子221,222を封止している。発光素子封止部271は、封止部270の発光素子221,222側の側面270aに露出している。また、受光素子封止部272は、透光性樹脂を用いて、横断面が略楕円弧の柱状に形成され、受光素子223を封止している。受光素子封止部271は、封止部270の受光素子223側の側面270bに露出している。ここで、発光素子封止部271及び受光素子封止部272を形成する透光性樹脂としては、例えば、透明なエポキシ樹脂等が用いられる。
遮光部273は、配線基板260の主面260a上に、発光素子封止部271と受光素子封止部272との間の領域、及び、発光素子封止部271と受光素子封止部272の周囲の領域に遮光性を有する樹脂が充填されることによって形成される。この遮光部273は、封止部270の2つの側面270c,270dを画している。なお、遮光部273には、カーボンブラック等の遮光性のある粉末を含有するエポキシ樹脂等が好適に用いられる。なお、発光素子封止部271の全周囲および受光素子封止部272の全周囲を覆うように遮光部を形成してもよい(上記第1実施形態参照)。
上述した発光素子封止部271、受光素子封止部272、及び遮光部273それぞれの上方の面は、封止部270の上面270eを画している。封止部270の上面270eには、第1の心電電極230が配設された基材250の一方の端領域251が、接着層280によって接着されている。
第1の心電電極230は、矩形の薄膜状に形成された平面電極であり、基材250の一方の端領域251に配置されている。ここで、第1の心電電極230は、基材250の主面250aにおいて、配線基板260の主面260aの法線方向10から見て、発光素子221,222と受光素子123との間に配置されている。また、第1の心電電極230は、上記主面260aの法線方向10から見た場合に、発光素子221,222及び受光素子223と重ならない位置に、かつ、発光素子封止部271の開口部271a及び受光素子封止部272の開口部272aと重ならない位置に配置されている。なお、第1の心電電極130及び第2の心電電極140は、例えば、メッキや薄膜/厚膜プロセス、圧延などによって形成された金属薄膜からなっている。
接着層280としては、例えば、コア材を有しない両面テープなどが好適に用いられる。なお、接着層280としては、例えば、透光性を有するポリイミドやPET等からなるコア材と、該コア材の両面に形成された、透光性を有するアクリル系の樹脂等からなる粘着層とから構成された両面テープ等を用いることもできる。
接着層280は、発光素子221,222側と受光素子223側との2つの領域に完全に分断されている。すなわち、接着層280は、発光素子221,222側に位置する第1の接着部284と、受光素子223側に位置する第2の接着部285とから構成されている。
第1の接着部284及び第2の接着部285それぞれは、台形状に形成されている。そして、図6に示されるように、第1の接着部284と第2の接着部285とは、間隔をあけて、台形の上底と下底が逆になるように配置される。なお、図6において、ハッチングが施された部材が、第1の接着部284及び第2の接着部285を示している。
ここでは、第1の接着部284と第2の接着部285との間の領域を分断領域286という。第1の接着部284において分断領域286に面した第1の分断面284aの延在方向は、第2の接着部285において分断領域286に面した第2の分断面285aの延在方向と平行である。ここでは、第1及び第2の分断面284a,285aの延在方向を分断方向14と呼ぶ。
ここで、図7を参照して、接着層280における迷光の伝搬経路について説明する。図7は、分断された接着層280における迷光の伝搬経路を説明するための図である。一般的に、接着層280では、発光素子221,222側から受光素子223側へ向かって進む迷光が、分断領域286で反射又は屈折する。
特に、例えば、基材250が樹脂から形成され、分断領域286が空気からなる場合、図7に示されるように、分断角度θ(詳細は後述する)が50°以下に設定されているときには、接着層280を伝搬する迷光のほとんどが、分断領域286で受光素子223に向かう方向から逸れる。すなわち、例えば迷光16,17のように、第1の接着部284と分断領域286との境界面において反射する。
ここで、分断方向14と仮想直線15との成す角度(劣角)(以下「分断角度」という)θと透過率との関係を図8に示す。仮想直線15は、配線基板260の主面260aと平行な平面上において、発光素子221,222と受光素子223とを結ぶ直線と平行な直線である。なお、本実施形態では、発光素子が2つあるため、仮想直線15は、発光素子221と発光素子222との間の中間点と受光素子223とを結ぶ方向11と平行な直線とした。
図8において、横軸が分断角度θであり、縦軸が透過率である。図8では、屈折率が1.40、1.45、1.50、1.55、1.60、及び1.65の接着層280(両面テープ)について、分断角度θに対する透過率が示されている。透過率が低いほど、接着層280を通して受光される迷光量が小さいことを示している。
図8に示されるように、分断角度θが50°以下の場合、屈折率が1.40〜1.65の全ての接着層280において、透過率が低くなっている。従って、分断角度θが50°以下となるように、分断領域286を形成することが好ましい。
生体センサ200によって生体情報の検出が行われる際には、発光素子221,222から出射された光が、発光素子封止部271を透過して、開口部271aから接着層280に入射され、該接着層280及び基材250を通って指先へ入射する。指先に入射され、該指先を透過した光は、基材250及び接着層280を通って受光素子封止部272の開口部272aに入射される。そして、受光素子封止部272を透過し、受光素子223によって受光される。これにより、指先を透過した光の強度変化が光電脈波信号として取得される。また、同時に、第1の心電電極230及び第2の心電電極240によって指先の電位(心電)が取得される。すなわち、生体センサ200によって、光電脈波信号、及び心電が同時に取得される。
ここで、本実施形態に係る生体センサ200によれば、発光素子封止部271と受光素子封止部272との間に遮光部273が設けられている。よって、発光素子221,222から直接受光素子223に入射される光は、該遮光部273によって遮断される。一方、発光素子221,222から出射された光の一部は、接着層280及び基材250に入り、該接着層280及び基材250の中を受光素子223側へ伝搬する。ここで、生体センサ200によれば、接着層280が、発光素子221,222側と受光素子223側とに分断されている。このため、接着層280の中を発光素子221,222側から受光素子223側へ進む迷光は、分断された接着層284,285の端面284a,285aで反射又は屈折する。よって、接着層280の中を通って受光素子223に入る迷光が低減される。なお、基材250の中を伝搬する迷光は、第2の心電電極240側まで伝搬されるため、受光素子223には入らない。以上の結果、光電脈波及び生体の電位を同時に取得する生体センサ200において、生体(指先)を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
また、本実施形態によれば、分断角度θが50°以下となるように接着層280が分断されているため、分断された端面284a,285aにおける反射率が大きくなる。従って、接着層280を通して受光される迷光をより低減することが可能となる。
また、本実施形態によれば、接着層280が発光素子221,222側と受光素子223側とに完全に分断されているので、接着層280の一部がつながっている場合と比較して、反射又は屈折する光量が多くなる。よって、生体(指先)を透過せずに、接着層280を通して受光される迷光をさらに低減することが可能となる。
以上、第2実施形態に係る生体センサ200について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、接着層280が第1の接着部284と第2の接着部285とに完全に分断される構成としたが、この構成には限られない。接着層280は、発光素子221,222側と受光素子223側とに少なくとも一部が分断されていればよく、例えば、第1の接着部284と第2の接着部285とが、一部で繋がっていてもよい。
また、上記実施形態では、第1の接着部284と第2の接着部285とが同形状に形成されていたが、異なる形状に形成されていてもよい。また、第1の接着部284が有する第1の分断面284aの延在方向と、第2の接着部285が有する第2の分断面285aの延在方向とは、必ずしも平行でなくてもよい。
さらに、生体センサ200の構成に対して、上述した第1実施形態に係る生体センサ100の特徴を組み合わせてもよい。すなわち、第1の心電電極230の基材250との接着面を粗く形成するとともに、基材250の屈折率が接着層280の屈折率よりも高くなるように設定してもよい。この場合、迷光は屈折率の高い基材250の中を伝搬し易くなる。そして、基材250の中を伝搬する迷光は、粗面において散乱される。よって、この場合、基材250及び接着層280を透過する迷光をより低減することができる。
一方、封止部270の上面を粗く形成するとともに、接着層280の屈折率が基材250の屈折率よりも高くなるように設定してもよい。この場合、迷光は、屈折率の高い接着層280の中を伝搬し易くなる。そして、接着層280を伝搬する迷光は、粗面において散乱される。よって、接着層280を透過する迷光をさらに低減することができる。
上記実施形態では、接着層280として両面テープを用いたが、樹脂等の接着剤を用いて接着してもよい。また、上記実施形態では、発光素子を2つ備えることとしたが、発光素子の数は、1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。さらに、上記実施形態では、1つの基材250に第1の心電電極230と第2の心電電極240が配置されることとしたが、第1の心電電極230と第2の心電電極240とは、異なる基板上に配置されていてもよい。
ここで、上記実施形態では、光電脈波及び心電を同時に取得する構成としたが、心電を取得しない場合、すなわち光電脈波のみを計測する場合には、第1の心電電極230及び第2の心電電極240は必要ではなくなるため、当該第1の心電電極230及び第2の心電電極240を省略することができる。
(第3実施形態)
次に、図9及び図10を併せて参照して、第3実施形態に係る生体センサ300の構成について説明する。ここでは、上述した第2実施形態に係る生体センサ200と同一・同様な構成については説明を省略し、異なる点を主に説明する。図9は、生体センサ300の縦断面図である。図9では、図10のIX−IXに沿った断面が示されている。図10は、生体センサ300を構成するセンサユニット310の平面図である。
次に、図9及び図10を併せて参照して、第3実施形態に係る生体センサ300の構成について説明する。ここでは、上述した第2実施形態に係る生体センサ200と同一・同様な構成については説明を省略し、異なる点を主に説明する。図9は、生体センサ300の縦断面図である。図9では、図10のIX−IXに沿った断面が示されている。図10は、生体センサ300を構成するセンサユニット310の平面図である。
生体センサ300は、2つの発光素子321,322、受光素子323、第1の心電電極330、第2の心電電極340、基材350、配線基板360、封止部370、及び、接着層380を備えて構成されている。発光素子321,322、受光素子323、第1の心電電極330、基材350の一方の端領域351、配線基板360、封止部370、及び、接着層380は、一体的に構成されている。以下、この一体的に構成されたユニットを便宜上、センサユニット310と呼ぶ。
生体センサ300は、上述した生体センサ200と比較して、接着層380の透過性に特徴がある。なお、接着層380は分断されていない。その他の構成は、生体センサ200と同様であるため、簡単に説明する。発光素子321,322及び受光素子323は、配線基板360の主面360aに実装されている。封止部370は、発光素子封止部371、受光素子封止部372、及び遮光部373を有している。
発光素子封止部371は、透光性樹脂で形成され、発光素子321,322を封止している。受光素子封止部372は、透光性樹脂で形成され、受光素子323を封止している。遮光部373は、発光素子封止部371と受光素子封止部372との間の領域、及び、発光素子封止部371と受光素子封止部372の周囲の領域に遮光性を有する樹脂が充填されることによって形成される。発光素子封止部371の開口部371a及び受光素子封止部372の開口部372aは、接着層380と接している。
封止部370の上面370eには、第1の心電電極330が配置された基材350の一方の端領域351が接着層380によって接着されている。第1の心電電極330は、配線基板360の主面360aの法線方向10から見た場合に、発光素子321,322及び受光素子323と重ならないように、基材350の主面350aに配置されている。また、第1の心電電極330は、基材350の主面350aにおいて、法線方向10から見て発光素子321,322と受光素子323との間に位置している。
接着層380は、透光性を有し、かつ、その光透過率が、基材350の光透過率より低くなるように設定されている。接着層380は、コア材381、及び該コア材381の両面に形成された粘着層382,383を有する両面テープによって構成されている。コア材381は、紙又は不織布によって形成される。コア材381を紙又は不織布によって構成することにより、接着層380を厚さ方向及び長手方向に伝搬する光の透過率を、基材350の厚さ方向及び長手方向に伝搬する光の透過率より実質的に低くすることができる。なお、粘着層382,383は、例えば、アクリル系の樹脂等によって形成される。
コア材381は薄いため、コア材381の厚さ方向(上下方向)に進む光に対しては、比較的透過率が高くなる。このため、接着層380は、発光素子321,322から上方へ進む光及び受光素子323へ下方に進む光を比較的良く透過させる。よって、発光素子321,322から出射された光は、接着層380を上方向に透過して生体へ入射することができる。また、生体から出た光は、接着層380を下方向に透過して受光素子323に入射することができる。また、接着層380を長手方向に伝搬する迷光については、距離が長いため、効果的に減少される。
本実施形態に係る生体センサ300によれば、第1の心電電極330の表面に指先を接触させた際に、発光素子321,322から出射された光が、発光素子封止部371を通して指先に入射される。そして、指先を透過した光は、受光素子封止部372を通して受光素子323によって受光される。これにより、指先の光電脈波信号が取得される。同時に、第1の心電電極330に接触された指先の電位、及び、第2の心電電極340に接触された指先の電位それぞれが検出される。
一方、本実施形態に係る生体センサ300によれば、接着層380の光透過率が、基材350の光透過率より低く設定されている。そのため、接着層380に入った迷光が、接着層380の中を発光素子321,322側から受光素子323側へ伝搬されるに従って減衰するため、受光素子323に入る迷光が低減される。なお、基材350の中を伝搬する迷光は、第2の心電電極340側まで伝搬されるため、受光素子323には入らない。以上の結果、光電脈波及び生体の電位(心電)を同時に取得する生体センサにおいて、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
特に、本実施形態に係る生体センサ300によれば、接着層380を構成するコア材381が、紙又は不織布から形成されている。そのため、コア材381の厚み方向には光を比較的透過させ易く、コア材381の長手方向には光を透過させ難い。そのため、発光素子321,322から生体へ入射される光及び生体から受光素子323に入射される光は透過させ、コア材381の中を発光素子321,322側から受光素子323側へ伝搬する迷光を低減することができる。
以上、第3実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、接着層380として両面テープを用いたが、両面テープに代えて、例えば、光透過率が調整された樹脂等の接着剤を用いてもよい。
また、生体センサ300の構成に対して、上述した第1実施形態に係る生体センサ100の特徴を組み合わせてもよい。すなわち、第1の心電電極330の基材350との接着面を粗く形成するとともに、基材350の屈折率が接着層380の屈折率より高くなるように設定してもよい。この場合、迷光は屈折率の高い基材350の中を伝搬し易くなる。そして、基材350の中を伝搬する迷光は、粗面において散乱される。よって、この場合、基材350及び接着層380を透過する迷光をより低減することができる。また、封止部370の上面を粗く形成するとともに、接着層380の屈折率を基材350の屈折率より高く設定してもよい。この場合も、基材350及び接着層380を透過する迷光をさらに低減することができる。
さらに、生体センサ300の構成に対して、上述した第2実施形態に係る生体センサ200の特徴を組み合わせてもよい。すなわち、接着層380を発光素子321,322側と受光素子323側とに分断してもよい。この場合、接着層380において発光素子321,322側から受光素子321側へ向かって伝搬する迷光の一部が、分断された箇所で反射又は屈折する。よって、生体を透過せずに、接着層380を透過して受光される迷光をさらに低減することができる。その際に、分断角度θが50°以下となるように分断方向を形成すると、分断された箇所における反射率が高くなるため、より効果的に迷光を低減することが可能となる。
ここで、本実施形態では、光電脈波及び心電を同時に取得する構成としたが、心電を取得しない場合、すなわち光電脈波のみを計測する場合には、第1の心電電極330及び第2の心電電極340は必要ではなくなるため、当該第1の心電電極330及び第2の心電電極340を省略することができる。
(第4実施形態)
次に、図11、図12を併せて参照して、第4実施形態に係る生体センサ400の構成について説明する。図11は、生体センサ400の縦断面である。なお、図11では、図12のXI−XI線に沿った断面が示されている。図12は、生体センサ400を構成するセンサユニット410の平面図である。
次に、図11、図12を併せて参照して、第4実施形態に係る生体センサ400の構成について説明する。図11は、生体センサ400の縦断面である。なお、図11では、図12のXI−XI線に沿った断面が示されている。図12は、生体センサ400を構成するセンサユニット410の平面図である。
生体センサ400は、指先などで触れることにより、例えば、脈拍、酸素飽和度などの生体情報を検出(計測)するセンサである。生体センサ400は、血中ヘモグロビンの吸光特性を利用して、脈拍や酸素飽和度などを光学的に計測する。
そのため、生体センサ400は、2つの発光素子421,422、受光素子423、配線基板460、封止部470、及びカバー490を備えて構成されている。
配線基板460は、矩形の板状に形成されている。配線基板460には、発光素子421,422、受光素子423、封止部470、及びカバー490が一体的に構成されている。以下、この一体的に構成されたユニットを便宜上、センサユニット410と呼ぶ。このセンサユニット410は、略直方体状に形成されている。図11においては、説明のために、相対的に高さ方向の寸法が拡大されて描かれている。なお、センサユニット410は、例えば、不透明樹脂からなる筐体900に形成された矩形の孔に嵌め込まれて接着されることにより、筐体900に取り付けられている。
発光素子421,422と受光素子423とは、矩形に形成された配線基板460の主面460aに実装されている。発光素子421,422は、主面460a上の一方の端部に、配線基板460の短手方向に並んで配設されている。一方、受光素子423は、主面460a上の他方の端部に配設されている。発光素子421,422と受光素子423との間の距離は、例えば4〜20mm程度に設定される。
2つの発光素子421,422それぞれは、血中酸素飽和度を示す酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとの存在比を得るために、異なる波長の光を出射する。例えば、一方の発光素子421は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が高い赤外光付近の光を出射する。他方の発光素子422は、還元ヘモグロビンの吸光係数が高い赤色光付近の光を出射する。
発光素子421,422としては、LED、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)、又は共振器型LED等を用いることができる。受光素子423としては、フォトダイオード又はフォトトランジスタ等が好適に用いられる。
封止部470は、配線基板460の主面460a上に直方体状に形成され、発光素子421,422を封止する発光素子封止部471、受光素子423を封止する受光素子封止部472、及び遮光部473から構成されている。
発光素子封止部471は、透光性樹脂によって円柱状に形成され、発光素子421,422を封止している。また、受光素子封止部472は、透光性樹脂によって円柱状に形成され、受光素子423を封止している。発光素子封止部471及び受光素子封止部472を形成する透光性樹脂としては、例えば、透明なエポキシ樹脂等が用いられる。
遮光部473は、配線基板460の主面460a上に、発光素子封止部471と受光素子封止部472との間の領域、及び、発光素子封止部471と受光素子封止部472の周囲の領域に遮光性を有する樹脂が充填されることによって形成される。この遮光部473は、封止部470の4方の側面を画している。なお、遮光部473には、例えば、カーボンブラック等の遮光性のある粉末を含有するエポキシ樹脂等が好適に用いられる。
上述した発光素子封止部471、受光素子封止部472、及び遮光部473それぞれの上面は、封止部470の上面470eを画している。封止部470の上面470eには、透光性を有するカバー490が取り付けられている。カバー490は、封止部470の上面470eと同形状かつ同じ大きさであり、封止部470の上面470eと重なり合っている。すなわち、カバー490は、発光素子封止部471の開口部471aと受光素子封止部472の開口部472aとを覆っている。
カバー490の発光素子421,422側の端部494は、発光素子封止部471の開口部471aより外側(側面470a側)に位置している。すなわち、カバー490の端部494は、配線基板460の主面460aの法線方向10から見た場合に、開口部471aと重ならないように配置されている。
また、カバー490の受光素子423側の端部495は、受光素子封止部472の開口部472aより外側(側面470b側)に位置している。すなわち、カバー490の端部495は、主面460aの法線方向10から見た場合に、開口部472aと重ならないように配置されている。
ここで、カバー490は、例えば、透光性を有するアクリルやポリカーボネート、PET(ポリエチレンテレフタラート)等で形成される。カバー490は、封止部470に接している面(下面)の中央部(配線基板460の主面460aの法線方向10から見た場合に発光素子封止部471の開口部471a及び受光素子封止部472の開口部472aにかからない領域(図12参照))が、カバー490中を伝搬する光(迷光)を散乱させるように粗く形成されている。ここで、カバー490は、厚さが0.1〜2mm程度の板状に形成されており、その表面粗さは、例えば、#100以下の研磨面と同等以上であることが好ましい。すなわち、中心線平均粗さRaが、数μm以下(より好ましくは1μm以下)であることが好ましい。なお、以下、カバー490の粗く形成された領域を粗面490aと呼ぶ。
生体センサ400による生体情報の検出は、生体の部位、例えば、被検者の左手の指先を生体センサ400に接触させることにより行われる。生体情報を検出する際には、発光素子421,422から出射された光が、発光素子封止部471を透過して、開口部471aからカバー490に入射され、該カバー490を通って指先へ入射する。
指先に入射され、該指先を透過した光は、カバー490を通って受光素子封止部472の開口部472aに入射される。そして、受光素子封止部472を透過し、受光素子423によって受光される。これにより、指先を透過した光の強度変化が光電脈波信号として取得される。その際、2つの発光素子421,422から波長の異なる光が出射されるので、2種の波長について、透過光強度を得ることができる。
ところで、発光素子421,422と指先12との間には、透光性を有するカバー490が存在している。そのため、発光素子421,422から出射された光の一部は、カバー490の中を受光素子423方向へ伝搬する。ここで、生体センサ410によれば、カバー490の裏面490aが、該カバー490の中を通る光が散乱されるように粗く形成されている。そのため、カバー490に入った光(迷光)は、カバー490の中を反射しながら進む際に、裏面490aの荒れた領域で散乱される。そのため、受光素子423に入る迷光が低減される。
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る生体センサ400によれば、生体センサ410の表面に指先を接触させた際に、発光素子421,422から出射された光が、発光素子封止部471、及びカバー490を介して指先に入射される。そして、指先12を透過した光は、カバー490、及び受光素子封止部472を介して受光素子423によって受光される。これにより、指先の光電脈波信号が取得される。
ここで、生体センサ410によれば、発光素子封止部471と受光素子封止部472との間に遮光部473が設けられている。よって、発光素子421,422から直接受光素子423に入射される光は、該遮光部473によって遮断される。また、カバー490に入った光は、カバー490の中を反射しながら進むが、その際に、カバー490の裏面490aが粗く形成されていることにより、当該裏面490aによってカバー490の中を進む迷光が散乱され、受光素子423に入る迷光が低減される。以上の結果、光電脈波を取得する生体センサ400において、指先12を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
なお、本実施形態では、カバー490の下面(底面)が粗く形成されていたが、カバー490の下面に代えて又は加えて上面を粗く形成してもよい。
(第5実施形態)
次に、図13及び図14を併せて用いて、第5実施形態に係る生体センサ500の構成について説明する。ここでは、上述した第4実施形態に係る生体センサ400と同一・同様な構成については説明を簡略化し、異なる点を主に説明する。図13は、第5実施形態に係る生体センサ500の縦断面図である。なお、図13では、図14のXIII−XIII線に沿った断面が示されている。図14は、生体センサ500を構成するセンサユニット510の平面図である。
次に、図13及び図14を併せて用いて、第5実施形態に係る生体センサ500の構成について説明する。ここでは、上述した第4実施形態に係る生体センサ400と同一・同様な構成については説明を簡略化し、異なる点を主に説明する。図13は、第5実施形態に係る生体センサ500の縦断面図である。なお、図13では、図14のXIII−XIII線に沿った断面が示されている。図14は、生体センサ500を構成するセンサユニット510の平面図である。
生体センサ500は、指先などで触れることにより、例えば、脈拍、酸素飽和度などの生体情報を検出(計測)するセンサである。生体センサ500は、血中ヘモグロビンの吸光特性を利用して、脈拍や酸素飽和度などを光学的に計測する。
そのため、生体センサ500は、2つの発光素子521,522、受光素子523、配線基板560、封止部570、及びカバー590を備えて構成されている。
配線基板560は、矩形の板状に形成されている。配線基板560には、発光素子521,522及び受光素子523、封止部570、及びカバー590が一体的に構成されている。以下、この一体的に構成されたユニットを便宜上、センサユニット510と呼ぶ。このセンサユニット510は、略直方体状に形成されている。図13においては、説明のために、相対的に高さ方向の寸法を拡大して描いている。なお、センサユニット510は、例えば、不透明樹脂からなる筐体900に形成された矩形の孔に嵌め込まれて接着されることにより、筐体900に取り付けられている。
発光素子521,522と受光素子523とは、矩形に形成された配線基板560の主面560aに実装されている。発光素子521,522は、主面560a上の一方の端部に、配線基板560の短手方向に並んで配置されている。一方、受光素子523は、主面560a上の他方の端部に配設されている。発光素子521,522と受光素子523との間の距離は、例えば4〜20mm程度に設定される。
2つの発光素子521,522それぞれは、血中酸素飽和度を示す酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとの存在比を得るために、異なる波長の光を出射する。例えば、一方の発光素子521は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が高い赤外光付近の光を出射する。他方の発光素子522は、還元ヘモグロビンの吸光係数が高い赤色光付近の光を出射する。
発光素子521,522としては、LED、VCSEL、又は共振器型LED等を用いることができる。受光素子523としては、フォトダイオード又はフォトトランジスタ等が好適に用いられる。
封止部570は、配線基板560の主面560a上に直方体状に形成され、発光素子521,522を封止する発光素子封止部571、受光素子523を封止する受光素子封止部572、及び遮光部573から構成されている。
発光素子封止部571は、透光性樹脂によって円柱状に形成され、発光素子521,522を封止している。また、受光素子封止部572は、透光性樹脂によって円柱状に形成され、受光素子523を封止している。発光素子封止部571及び受光素子封止部572を形成する透光性樹脂としては、例えば、透明なエポキシ樹脂等が用いられる。
遮光部573は、配線基板560の主面560a上に、発光素子封止部571と受光素子封止部572との間の領域、及び、発光素子封止部571と受光素子封止部572の周囲の領域に遮光性を有する樹脂が充填されることによって形成される。この遮光部573は、封止部570の4つの側面を画している。なお、遮光部573には、カーボンブラック等の遮光性のある粉末を含有するエポキシ樹脂等が好適に用いられる。
上述した発光素子封止部571、受光素子封止部572、及び遮光部573それぞれの上面は、封止部570の上面570eを画している。封止部570の上面570eには、透光性を有するカバー590が取り付けられている。
カバー590は、発光素子521,522側と受光素子523側との2つの領域に完全に分断されている。すなわち、カバー590は、発光素子521,522側に位置する第1のカバー部材594と、受光素子523側に位置する第2のカバー部材595とから構成されている。第1のカバー部材594及び第2のカバー部材595それぞれは、例えば、アクリルやポリカーボネート、PET(ポリエチレンテレフタラート)等で形成される。
第1のカバー部材594及び第2のカバー部材595それぞれは、台形状に形成されている。そして、図14に示されるように、第1のカバー部材594と第2のカバー部材595とは、間隔をあけて、台形の上底と下底が逆になるように配置される。
ここでは、第1のカバー部材594と第2のカバー部材595との間の領域を分断領域596という。第1のカバー部材594において分断領域596に面した第1の分断面594aの延在方向は、第2のカバー部材595において分断領域596に面した第2の分断面595aの延在方向と平行である。ここでは、第1及び第2の分断面594a,595aの延在方向を分断方向14と呼ぶ。
一般的に、カバー590では、発光素子521,522側から受光素子523側へ向かって進む迷光が、分断領域596で反射又は屈折する。特に、図14に示されるように、分断角度θが50°以下に設定されている場合には、カバー590の中を伝搬する迷光のほとんどが、分断領域596で受光素子523に向かう方向から逸れる。すなわち、例えば迷光16,17のように、第1のカバー部材594と分断領域596との境界面において反射する。
よって、分断方向14と仮想直線15との成す角度(劣角)θ(分断角度)が50°以下となるように、分断領域596を形成することが好ましい。仮想直線15は、配線基板560の主面560aと平行な平面上において、発光素子521,522と受光素子523とを結ぶ直線と平行な直線である。なお、本実施形態では、発光素子が2つあるため、仮想直線15は、発光素子521と発光素子522との間の中間点と受光素子523とを結ぶ方向11と平行な直線とした。
生体センサ500によって生体情報の検出が行われる際には、発光素子521,522から出射された光が、発光素子封止部571を透過して、開口部571aからカバー590に入射され、該カバー590を通って指先へ入射する。指先に入射され、該指先を透過した光は、カバー590を通って受光素子封止部572の開口部572aに入射される。そして、受光素子封止部572を透過し、受光素子523によって受光される。これにより、指先を透過した光の強度変化が光電脈波信号として取得される。
ここで、本実施形態に係る生体センサ500によれば、発光素子封止部571と受光素子封止部572との間に遮光部573が設けられている。よって、発光素子521,522から直接受光素子523に入射される光は、該遮光部573によって遮断される。一方、発光素子521,522から出射された光の一部は、カバー590の中を伝搬する。ここで、生体センサ500によれば、カバー590が、発光素子521,522側と受光素子523側とに分断されている。このため、カバー590の中を発光素子521,522側から受光素子523側へ進む迷光は、分断された第1及び第2のカバー部材594,595の端面594a,595aで反射又は屈折する。よって、カバー590の中を通って受光素子523に入る迷光が低減される。以上の結果、光電脈波を取得する生体センサ500において、生体(指先)を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
また、本実施形態によれば、分断角度θが50°以下となるようにカバー590が分断されているため、分断された端面594a,595aにおける反射率が大きくなる。従って、カバー590を通して受光される迷光をより低減することが可能となる。
また、本実施形態によれば、カバー590が発光素子521,522側と受光素子523側とに完全に分断されているので、カバー590の一部がつながっている場合と比較して、反射又は屈折する光量が多くなる。よって、生体(指先)を透過せずに、カバー590を通して受光される迷光をさらに低減することが可能となる。
以上、第5実施形態に係る生体センサ500について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、カバー590が第1のカバー部材594と第2のカバー部材595とに完全に分断される構成としたが、この構成には限られない。カバー590は、発光素子521,522側と受光素子523側とに少なくとも一部が分断されていればよく、例えば、第1のカバー部材594と第2のカバー部材595とが、一部で繋がっていてもよい。
また、上記実施形態では、第1のカバー部材594と第2のカバー部材595とが同形状に形成されていたが、異なる形状に形成されていてもよい。また、第1のカバー部材594が有する第1の分断面594aの延在方向と、第2のカバー部材595が有する第2の分断面595aの延在方向とは、必ずしも平行でなくてもよい。また、図13に示した実施形態では、分断領域596に筐体900が入り込んでいるが、必ずしも分断領域596に筐体900が入り込んでいる必要はない
(第6実施形態)
次に、図15〜図17を併せて用いて、第6実施形態に係る生体センサ600の構成について説明する。ここでは、上述した第4実施形態に係る生体センサ400と同一・同様な構成については説明を簡略化し、異なる点を主に説明する。図15は、第6実施形態に係る生体センサ600の縦断面図である。なお、図15では、図16のXV−XV線に沿った断面が示されている。図16は、生体センサ600を構成するセンサユニット610の平面図である。また、図17は、カバー690に形成された溝697における迷光の伝搬経路を説明するための図である。
次に、図15〜図17を併せて用いて、第6実施形態に係る生体センサ600の構成について説明する。ここでは、上述した第4実施形態に係る生体センサ400と同一・同様な構成については説明を簡略化し、異なる点を主に説明する。図15は、第6実施形態に係る生体センサ600の縦断面図である。なお、図15では、図16のXV−XV線に沿った断面が示されている。図16は、生体センサ600を構成するセンサユニット610の平面図である。また、図17は、カバー690に形成された溝697における迷光の伝搬経路を説明するための図である。
生体センサ600は、指先などで触れることにより、例えば、脈拍、酸素飽和度などの生体情報を検出(計測)するセンサである。生体センサ600は、血中ヘモグロビンの吸光特性を利用して、脈拍や酸素飽和度などを光学的に計測する。
そのため、生体センサ600は、2つの発光素子621,622、受光素子623、配線基板660、封止部670、及びカバー690を備えて構成されている。
配線基板660は、矩形の板状に形成されている。配線基板660には、発光素子621,622、受光素子623、封止部670、及びカバー690が一体的に構成されている。以下、この一体的に構成されたユニットを便宜上、センサユニット610と呼ぶ。このセンサユニット610は、略直方体状に形成されている。図15においては、説明のために、相対的に高さ方向の寸法が拡大されて描かれている。なお、センサユニット610は、例えば、不透明樹脂からなる筐体900に形成された矩形の孔に嵌め込まれて接着されることにより、筐体900に取り付けられている。
発光素子621,622と受光素子623とは、矩形に形成された配線基板660の主面660aに実装されている。発光素子621,622は、主面660a上の一方の端部に、配線基板660の短手方向に並んで配設されている。一方、受光素子623は、主面660a上の他方の端部に配設されている。発光素子621,622と受光素子623との間の距離は、例えば4〜20mm程度に設定される。
2つの発光素子621,622それぞれは、血中酸素飽和度を示す酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとの存在比を得るために、異なる波長の光を出射する。例えば、一方の発光素子621は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が高い赤外光付近の光を出射する。他方の発光素子622は、還元ヘモグロビンの吸光係数が高い赤色光付近の光を出射する。
発光素子621,622としては、LED、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)、又は共振器型LED等を用いることができる。受光素子623としては、フォトダイオード又はフォトトランジスタ等が好適に用いられる。
封止部670は、配線基板660の主面660a上に直方体状に形成され、発光素子621,622を封止する発光素子封止部671、受光素子623を封止する受光素子封止部672、及び遮光部673から構成されている。
発光素子封止部671は、透光性樹脂によって円柱状に形成され、発光素子621,622を封止している。また、受光素子封止部672は、透光性樹脂によって円柱状に形成され、受光素子623を封止している。発光素子封止部671及び受光素子封止部672を形成する透光性樹脂としては、例えば、透明なエポキシ樹脂等が用いられる。
遮光部673は、配線基板660の主面660a上に、発光素子封止部671と受光素子封止部672との間の領域、及び、発光素子封止部71と受光素子封止部672の周囲の領域に遮光性を有する樹脂が充填されることによって形成される。この遮光部673は、封止部670の4方の側面を画している。なお、遮光部673には、例えば、カーボンブラック等の遮光性のある粉末を含有するエポキシ樹脂等が好適に用いられる。
上述した発光素子封止部671、受光素子封止部672、及び遮光部673それぞれの上面は、封止部670の上面670eを画している。封止部670の上面670eには、透光性を有するカバー690が取り付けられている。カバー690は、封止部670の上面670eと同形状かつ同じ大きさであり、封止部670の上面670eと重なり合っている。すなわち、カバー690は、発光素子封止部671の開口部671aと受光素子封止部672の開口部672aとを覆っている。
カバー690の発光素子621,622側の端部694は、発光素子封止部671の開口部671aより外側(側面670a側)に位置している。すなわち、カバー690の端部694は、配線基板660の主面660aの法線方向10から見た場合に、開口部671aと重ならないように配置されている。
また、カバー690の受光素子623側の端部695は、受光素子封止部672の開口部672aより外側(側面670b側)に位置している。すなわち、カバー690の端部695は、主面660aの法線方向10から見た場合に、開口部672aと重ならないように配置されている。
ここで、カバー690は、例えば、透光性を有するポリイミドやPET(ポリエチレンテレフタラート)等で形成される。カバー690は、封止部670に接している面(下面)の中央部(配線基板660の主面660aの法線方向10から見た場合に発光素子封止部671の開口部671a及び受光素子封止部672の開口部672aにかからない領域(図16参照))に複数の溝(凹部)697が形成されている。複数の溝697は、カバー690を通り発光素子621,622と受光素子623とを結ぶ直線と平行な仮想直線と交わる向き(本実施形態では直交する向き)に形成されている。
本実施形態では、透光性カバー690の厚みを1mm、溝697の深さを0.3mmとした。また、溝697の幅を0.3mm、溝697のピッチを0.6mmとした。すなわち、本実施形態では、溝697と溝697との間の領域のアスペクト比(溝697と溝697との間の距離に対する溝697の深さの比)が1に設定されている(図17参照)。
ここで、溝697と溝697との間の領域のアスペクト比(縦横比)は、約1以上2以下であることが好ましい。その理由は、次の通りである。溝697の側面に当った光は外に出る(すなわち迷光が減る)が、底に当った光は内側に反射されて戻ってくる。すなわち、アスペクト比が下がる(溝697が浅くなる)と反射されて戻って来る光が増える。しかしながら、アスペクト比が高くなり過ぎると、光が溝697に入りにくくなるため、光が溝697に入って、なおかつ、溝697の側面に当り易いアスペクト比が望ましい。なお、溝697の加工は粗くてもよい。
生体センサ600による生体情報の検出は生体の部位、例えば、被検者の左手の指先を生体センサ600に接触させることにより行われる。
生体情報を検出する際には、発光素子621,622から出射された光が、発光素子封止部671を透過して、開口部671aからカバー690に入射され、該カバー690を通って指先へ入射する。
指先に入射され、該指先を透過した光は、カバー690を通って受光素子封止部672の開口部672aに入射される。そして、受光素子封止部672を透過し、受光素子623によって受光される。これにより、指先を透過した光の強度変化が光電脈波信号として取得される。その際、2つの発光素子621,622から波長の異なる光が出射されるので、2種の波長について、透過光強度を得ることができる。
ところで、発光素子621,622と指先12との間には、透光性を有するカバー690が存在している。そのため、発光素子621,622から出射された光の一部は、カバー690の中に入り、該カバー690の中を受光素子623方向へ伝搬する。ここで、生体センサ600によれば、カバー690の下面690aに複数の溝697が形成されている。そのため、図17に示されるように、カバー690に入った光(迷光)は、カバー690の中を反射しながら進む際に、複数の溝697の側面に当たり、該側面から外部に放射される。そのため、受光素子623に入る迷光が低減される。
以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、生体センサ600の表面に指先を接触させた際に、発光素子621,622から出射された光が、発光素子封止部671、及びカバー690を介して指先に入射される。そして、指先を透過した光は、カバー690、及び受光素子封止部672を介して受光素子623によって受光される。これにより、指先12の光電脈波信号が取得される。
ここで、生体センサ600によれば、発光素子封止部671と受光素子封止部672との間に遮光部673が設けられている。よって、発光素子621,622から直接受光素子623に入射される光は、該遮光部673によって遮断される。一方、発光素子621,622から出射された光の一部は、カバー690に入り、該カバー690の中を受光素子623方向へ伝搬する。ここで、生体センサ600によれば、カバー690の下面には、複数の溝697が形成されている。そのため、カバー690に入った光(迷光)は、カバー690の中を反射しながら進む際に、複数の溝697の側面に当たり、該側面から外部に放射される。これにより、受光素子623に入る迷光が低減される。以上の結果、光電脈波を取得する生体センサ600において、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。
特に、本実施形態によれば、アスペクト比が1に設定されているため、光(迷光)が溝697の側面に当たり易くなり、受光素子623に入る迷光をより低減することが可能となる。
以上、第6実施形態に係る生体センサ600について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、カバー690の下面(底面)に複数の溝697が形成されていたが、カバー690の下面に代えて又は加えて上面に溝を形成してもよい。また、複数の溝697は等間隔(周期的)に並んで形成されていなくてもよい。
100,200,300,400,500,600 生体センサ
110,115,210,310,410,510,610 センサユニット
121,122,221,222,321,322,421,422,521,522,621,622 受光素子
123,223,323,423,523,623 発光素子
130,230,330 第1の心電電極
140,240,340 第2の心電電極
150,157,250,350 基材
160,260,360,460,560,660 配線基板
170,175,270,370,470,570,670 封止部
171,271,371,471,571,671 発光素子封止部
172,272,372,472,572,672 受光素子封止部
173,273,373,473,573,673 遮光部
180,185,280,380 接着層
490,590,690 カバー
697 溝
14 分断方向
15 仮想直線
110,115,210,310,410,510,610 センサユニット
121,122,221,222,321,322,421,422,521,522,621,622 受光素子
123,223,323,423,523,623 発光素子
130,230,330 第1の心電電極
140,240,340 第2の心電電極
150,157,250,350 基材
160,260,360,460,560,660 配線基板
170,175,270,370,470,570,670 封止部
171,271,371,471,571,671 発光素子封止部
172,272,372,472,572,672 受光素子封止部
173,273,373,473,573,673 遮光部
180,185,280,380 接着層
490,590,690 カバー
697 溝
14 分断方向
15 仮想直線
Claims (16)
- 配線基板と、
前記配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、
前記配線基板の主面に形成され、前記発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、
前記配線基板の主面に形成され、前記受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、
前記発光素子封止部と前記受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、
前記遮光部を介して前記配線基板と平行に設けられる透光性を有する基材と、
前記基材と、前記遮光部、及び/又は、前記発光素子封止部、前記受光素子封止部との間に設けられ、前記基材と、前記遮光部、及び/又は、前記発光素子封止部、前記受光素子封止部とを接着する透光性を有する接着層と、
前記配線基板の主面の法線方向から見た場合に、前記発光素子及び前記受光素子と重ならないように前記基材の主面に取り付けられ、生体の電位を測定する平面電極と、を備え、
前記基材の屈折率は、前記接着層の屈折率より高く設定され、
前記平面電極の前記基材側の面は、該基材の中を通る光が散乱されるように粗く形成されていることを特徴とする生体センサ。 - 配線基板と、
前記配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、
前記配線基板の主面に形成され、前記発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、
前記配線基板の主面に形成され、前記受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、
前記発光素子封止部と前記受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、
前記遮光部を介して前記配線基板と平行に設けられる透光性を有する基材と、
前記基材と、前記遮光部、及び/又は、前記発光素子封止部、前記受光素子封止部との間に設けられ、前記基材と、前記遮光部、及び/又は、前記発光素子封止部、前記受光素子封止部とを接着する透光性を有する接着層と、
前記配線基板の主面の法線方向から見た場合に、前記発光素子及び前記受光素子と重ならないように前記基材の主面に取り付けられ、生体の電位を測定する平面電極と、を備え、
前記接着層の屈折率は、前記基材の屈折率より高く設定され、
前記遮光部の前記接着層側の面は、該接着層の中を通る光が散乱されるように粗く形成されていることを特徴とする生体センサ。 - 配線基板と、
前記配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、
前記配線基板の主面に形成され、前記発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、
前記配線基板の主面に形成され、前記受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、
前記発光素子封止部と前記受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、
前記遮光部を介して前記配線基板と平行に設けられる透光性を有する基材と、
前記基材と、前記遮光部、及び/又は、前記発光素子封止部、前記受光素子封止部との間に設けられ、前記基材と、前記遮光部、及び/又は、前記発光素子封止部、前記受光素子封止部とを接着する透光性を有する接着層と、
前記配線基板の主面の法線方向から見た場合に、前記発光素子及び前記受光素子と重ならないように前記基材の主面に取り付けられ、生体の電位を測定する平面電極と、を備え、
前記接着層は、少なくとも一部が前記発光素子側と前記受光素子側とに分断されていることを特徴とする生体センサ。 - 前記接着層は、その分断方向と、該接着層を通り前記発光素子と前記受光素子とを結ぶ直線と平行な仮想直線との成す劣角が50°以下となるように分断されていることを特徴とする請求項3に記載の生体センサ。
- 前記接着層は、前記発光素子側と前記受光素子側とに完全に分断されていることを特徴とする請求項3又は4に記載の生体センサ。
- 配線基板と、
前記配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、
前記配線基板の主面に形成され、前記発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、
前記配線基板の主面に形成され、前記受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、
前記発光素子封止部と前記受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、
前記遮光部を介して前記配線基板と平行に設けられる透光性を有する基材と、
前記基材と、前記遮光部、及び/又は、前記発光素子封止部、前記受光素子封止部との間に設けられ、前記基材と、前記遮光部、及び/又は、前記発光素子封止部、前記受光素子封止部とを接着する接着層と、
前記配線基板の主面の法線方向から見た場合に、前記発光素子及び前記受光素子と重ならないように前記基材の主面に取り付けられ、生体の電位を測定する平面電極と、を備え、
前記接着層の光透過率は、前記基材の光透過率より低いことを特徴とする生体センサ。 - 前記接着層は、帯状の紙又は不織布により形成されるコア材、及び、該コア材の両面に形成される粘着層を含む両面テープからなることを特徴とする請求項6に記載の生体センサ。
- 配線基板と、
前記配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、
前記配線基板の主面に形成され、前記発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、
前記配線基板の主面に形成され、前記受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、
前記発光素子封止部と前記受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、
前記遮光部を介して前記配線基板と平行に設けられる透光性を有するカバーと、を備え、
前記カバーの底面及び/又は上面は、該カバーの中を通る光が散乱されるように粗く形成されていることを特徴とする生体センサ。 - 配線基板と、
前記配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、
前記配線基板の主面に形成され、前記発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、
前記配線基板の主面に形成され、前記受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、
前記発光素子封止部と前記受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、
前記遮光部を介して前記配線基板と平行に設けられる透光性を有するカバーと、を備え、
前記カバーは、少なくとも一部が前記発光素子側と前記受光素子側とに分断されていることを特徴とする生体センサ。 - 前記カバーは、その分断方向と、該カバーを通り前記発光素子と前記受光素子とを結ぶ直線と平行な仮想直線との成す劣角が50°以下となるように分断されていることを特徴とする請求項9に記載の生体センサ。
- 前記カバーは、前記発光素子側と前記受光素子側とに完全に分断されていることを特徴とする請求項9又は10に記載の生体センサ。
- 配線基板と、
前記配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、
前記配線基板の主面に形成され、前記発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、
前記配線基板の主面に形成され、前記受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、
前記発光素子封止部と前記受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、
前記遮光部を介して前記配線基板と平行に設けられる透光性を有するカバーと、を備え、
前記カバーの底面及び/又は上面は、該カバーを通り前記発光素子と前記受光素子とを結ぶ直線と平行な仮想直線と交わる向きに、複数の溝が形成されていることを特徴とする生体センサ。 - 前記溝と溝との間の領域のアスペクト比は、1以上に設定されていることを特徴とする請求項12に記載の生体センサ。
- 配線基板と、
前記配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、
前記配線基板の主面に形成され、前記発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、
前記配線基板の主面に形成され、前記受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、
前記発光素子封止部と前記受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、
前記遮光部を介して前記配線基板と平行に設けられる透光性を有する基材と、
前記基材と、前記遮光部、及び/又は、前記発光素子封止部、前記受光素子封止部との間に設けられ、前記基材と、前記遮光部、及び/又は、前記発光素子封止部、前記受光素子封止部とを接着する透光性を有する接着層と、を備え、
前記接着層の屈折率は、前記基材の屈折率より高く設定され、
前記遮光部の前記接着層側の面は、該接着層の中を通る光が散乱されるように粗く形成されていることを特徴とする生体センサ。 - 配線基板と、
前記配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、
前記配線基板の主面に形成され、前記発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、
前記配線基板の主面に形成され、前記受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、
前記発光素子封止部と前記受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、
前記遮光部を介して前記配線基板と平行に設けられる透光性を有する基材と、
前記基材と、前記遮光部、及び/又は、前記発光素子封止部、前記受光素子封止部との間に設けられ、前記基材と、前記遮光部、及び/又は、前記発光素子封止部、前記受光素子封止部とを接着する透光性を有する接着層と、を備え、
前記接着層は、少なくとも一部が前記発光素子側と前記受光素子側とに分断されていることを特徴とする生体センサ。 - 配線基板と、
前記配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、
前記配線基板の主面に形成され、前記発光素子を封止する透光性を有する発光素子封止部と、
前記配線基板の主面に形成され、前記受光素子を封止する透光性を有する受光素子封止部と、
前記発光素子封止部と前記受光素子封止部との間に設けられる遮光部と、
前記遮光部を介して前記配線基板と平行に設けられる透光性を有する基材と、
前記基材と、前記遮光部、及び/又は、前記発光素子封止部、前記受光素子封止部との間に設けられ、前記基材と、前記遮光部、及び/又は、前記発光素子封止部、前記受光素子封止部とを接着する接着層と、を備え、
前記接着層の光透過率は、前記基材の光透過率より低いことを特徴とする生体センサ。
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