JP6891441B2 - 検出装置および測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体情報を測定するための技術に関する。

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。例えば特許文献１には、生体に光を出射する発光素子と、発光素子の発光により生体から到来する光を受光する受光素子とを具備する脈波センサーにおいて、発光素子と受光素子との間に遮光部材を設置した構成が開示されている。

特開２００１−６１７９６号公報

ところで、例えば生体情報を測定する装置の小型化または携帯化を実現するためには、消費電力の低減が重要である。したがって、発光素子から出射した光のうち実際に生体を通過して受光素子に到達する光の割合（すなわち光の利用効率）を高めることが要求される。以上の事情を考慮して、本発明は、生体に対して出射される光の利用効率を向上させることを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の第１態様に係る検出装置は、生体に光を出射する発光部と、前記生体からの光を受光する受光部と、前記発光部から出射した光を前記生体側に反射する反射部と、前記受光部に向かう光の一部を遮光する遮光部とが一体に形成された遮蔽体とを具備する。以上の態様では、発光部から出射した光を生体側に反射する反射部が設置されるから、生体に対して出射される光の利用効率を向上させることが可能である。また、反射部と遮光部とが一体に形成されるから、反射部と遮光部とを別体に形成した構成と比較して検出装置の構成が簡素化されるという利点もある。

第１態様の好適例において、前記遮光部は、前記受光部と前記生体との間に位置する板状部分であり、前記生体から前記受光部に向かう光が通過する開口部を有する。以上の態様では、開口部が形成された遮光部が設置されるから、例えば生体を通過することなく受光部に向かう迷光は遮光部により遮断される。したがって、高いＳＮ比のもとで生体からの光を検出することが可能である。

第１態様の好適例において、前記発光部は、相異なる波長の光を出射する第１発光素子と第２発光素子とを含み、前記受光部は、前記第１発光素子の発光により前記生体から到来する光を受光する第１受光素子と、前記第２発光素子の発光により前記生体から到来する光を受光する第２受光素子とを含み、前記遮蔽体は、前記第１受光素子と前記第２受光素子との間に位置する隔壁部を含み、前記反射部と前記遮光部と前記隔壁部とは一体に形成される。以上の態様では、第１受光素子と第２受光素子との間の隔壁部が反射部および遮光部と一体に形成されるから、反射部および遮光部とは別体の隔壁部を設置する構成と比較して検出装置の構成が簡素化されるという利点がある。

第１態様の好適例において、前記反射部は、前記発光部からみて前記受光部側に位置する第１側壁部と、前記発光部からみて前記受光部とは反対側に位置する第２側壁部とを含み、前記発光部が実装された基板に垂直な基準方向に対する前記第１側壁部の角度は、前記基準方向に対する前記第２側壁部の角度を上回る。以上の態様では、基準方向に対する第１側壁部の角度が第２側壁部の角度を上回るから、生体に対して出射される光の利用効率を向上させることが可能である。

本発明の第２態様に係る検出装置は、生体に光を出射する発光部と、前記生体からの光を受光する受光部と、前記発光部から出射した光を前記生体側に反射する反射部とを具備し、前記反射部は、前記発光部からみて前記受光部側に位置する第１側壁部と、前記発光部からみて前記受光部とは反対側に位置する第２側壁部とを含み、前記発光部が実装された基板に垂直な基準方向に対する前記第１側壁部の角度は、前記基準方向に対する前記第２側壁部の角度を上回る。以上の態様では、発光部から出射した光を生体側に反射する反射部が設置されるから、生体に対して出射される光の利用効率を向上させることが可能である。しかも、基準方向に対する第１側壁部の角度が第２側壁部の角度を上回るから、第１側壁部の角度が第２側壁部の角度を下回る構成と比較して、発光部が出射した光の利用効率が向上するという前述の効果は格別に顕著である。

第２態様の好適例において、前記基準方向に対する前記第１側壁部の角度は、１５°以上かつ４５°以下（さらに好適には２５°以上かつ３５°以下）である。また、前記基準方向に対する前記第２側壁部の角度は、０°以上かつ１５°以下（さらに好適には０°）である。以上の態様によれば、発光部が出射した光の利用効率が向上するという前述の効果は格別に顕著である。

第２態様の好適例において、前記発光部は、第１方向に配列する複数の発光素子を含み、前記反射部は、前記複数の発光素子のうちの一の発光素子からみて、前記第１方向に垂直な第２方向に沿った前記遮蔽体の中心線側に位置する第３側壁部と、前記一の発光素子からみて前記第３側壁部とは反対側に位置する第４側壁部とを含み、前記基準方向に対する前記第３側壁部の角度は、前記基準方向に対する前記第４側壁部の角度を上回る。例えば、前記基準方向に対する前記第３側壁部の角度は、２０°以上かつ４０°以下であり、前記基準方向に対する前記第４側壁部の角度は、０°以上かつ２０°以下である。以上の態様によれば、発光部が出射した光の利用効率が向上するという前述の効果は格別に顕著である。

本発明の好適な態様に係る測定装置は、以上の例示した何れかの態様に係る検出装置と、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具備する。

本発明の第１実施形態に係る測定装置の側面図である。 測定装置の構成図である。 検出装置の平面図である。 検出装置の断面図である。 遮蔽体の断面図である。 側壁部の角度と受光強度との関係のシミュレーション結果である。 第２実施形態における検出装置の平面図である。 第２実施形態における検出装置の断面図である。 第２実施形態における側壁部の角度と受光強度との関係のシミュレーション結果である。 第３実施形態における検出装置の平面図である。 第３実施形態における検出装置の断面図である。 第３実施形態における側壁部の角度と受光強度との関係のシミュレーション結果である。 変形例における検出装置の断面図である。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る測定装置１００の側面図である。第１実施形態の測定装置１００は、生体の例示である被験者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。第１実施形態の測定装置１００は、筐体部１２とベルト１４とを具備する腕時計型の携帯機器であり、測定部位Ｍの例示である手首に帯状のベルト１４を巻回することで被験者の手首に装着可能である。第１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に例示される通り、第１実施形態の測定装置１００は、制御装置２０と記憶装置２２と表示装置２４と検出装置３０とを具備する。制御装置２０および記憶装置２２は、筐体部１２の内部に設置される。図１に例示される通り、表示装置２４（例えば液晶表示パネル）は、筐体部１２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２０による制御のもとで表示する。

図２の検出装置３０は、測定部位Ｍの状態に応じた検出信号Ｄを生成する光学センサーモジュールであり、例えば筐体部１２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に例示される通り、第１実施形態の検出装置３０は、発光部３２と受光部３４と駆動回路３６と出力回路３８とを具備する。なお、駆動回路３６および出力回路３８の一方または双方を検出装置３０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３６および出力回路３８は検出装置３０から省略され得る。

発光部３２は、測定部位Ｍに対して光を出射する光源である。第１実施形態の発光部３２は、相異なる波長の光を出射する複数の発光素子Ｅ（Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3）を包含する。具体的には、発光素子Ｅ1は、緑色光（波長：５２０ｎｍ〜５５０ｎｍ）を測定部位Ｍに出射する。発光素子Ｅ2は赤色光（波長：６００ｎｍ〜８００ｎｍ）を測定部位Ｍに出射し、発光素子Ｅ3は近赤外光（波長：８００ｎｍ〜１３００ｎｍ）を測定部位Ｍに出射する。例えばベアチップ型のＬＥＤ（Light Emitting Diode）が発光素子Ｅとして好適に採用されるが、砲弾型のＬＥＤを発光素子Ｅとして利用することも可能である。発光素子Ｅ1は第１発光素子の例示であり、発光素子Ｅ2および発光素子Ｅ3は第２発光素子の例示である。なお、各発光素子Ｅが出射する光の波長は以上の例示に限定されない。

駆動回路３６は、駆動電流の供給により複数の発光素子Ｅの各々を発光させる。第１実施形態の駆動回路３６は、複数の発光素子Ｅの各々を時分割で周期的に発光させる。各発光素子Ｅから出射した光は、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たうえで筐体部１２側に出射して受光部３４に到達する。すなわち、第１実施形態の検出装置３０は、発光部３２と受光部３４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。

受光部３４は、発光部３２の発光により測定部位Ｍから到来する光を受光する。第１実施形態の受光部３４は、複数の受光素子Ｒ（Ｒ1，Ｒ2）を包含する。各受光素子Ｒは、受光面に入射した光の強度に応じた検出信号を生成する。例えばフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）が受光素子Ｒとして好適に利用される。受光素子Ｒ1（第１受光素子の例示）は、発光素子Ｅ1から出射して測定部位Ｍの内部を通過した緑色光を受光し、その受光強度に応じた検出信号を生成する。受光素子Ｒ2（第２受光素子の例示）は、発光素子Ｅ2から出射して測定部位Ｍの内部を通過した赤色光、または、発光素子Ｅ3から出射して測定部位Ｍの内部を通過した近赤外光を受光し、その受光強度に応じた検出信号を生成する。

出力回路３８は、例えば各受光素子Ｒ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（何れも図示略）、相異なる波長に対応する複数の検出信号Ｄ（Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3）を生成する。検出信号Ｄ1は、発光素子Ｅ1が緑色光を出射したときの受光素子Ｒ1の受光強度を表す信号である。検出信号Ｄ2は、発光素子Ｅ2が赤色光を出射したときの受光素子Ｒ2の受光強度を表す信号であり、検出信号Ｄ3は、発光素子Ｅ3が近赤外光を出射したときの受光素子Ｒ2の受光強度を表す信号である。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から、各検出信号Ｄ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である。

図２の制御装置２０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２２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２０が実行するプログラムと制御装置２０が使用する各種のデータとを記憶する。なお、制御装置２０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２０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。また、図２では制御装置２０と記憶装置２２とを別体の要素として図示したが、記憶装置２２を内包する制御装置２０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。

第１実施形態の制御装置２０は、記憶装置２２に記憶されたプログラムを実行することで、検出装置３０が生成した複数の検出信号Ｄ（Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3）から被験者の生体情報を特定する。具体的には、制御装置２０は、受光素子Ｒ1による緑色光の受光強度を表す検出信号Ｄ1から被験者の脈波を特定する。例えば被験者の脈拍数が検出信号Ｄ1から特定される。また、制御装置２０は、受光素子Ｒ2による赤外光の受光強度を表す検出信号Ｄ2と、受光素子Ｒ2による近赤外光の受光強度を表す検出信号Ｄ3とを解析することで、被験者の酸素飽和度を特定する。以上の説明から理解される通り、第１実施形態の制御装置２０は、検出装置３０による検出結果を示す検出信号Ｄ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２０は、検出信号Ｄから特定した生体情報を表示装置２４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３０の平面図であり、図４は、図３におけるIV-IV線の断面図である。図３および図４に例示される通り、相互に直交するＸ方向とＹ方向とＺ方向とを想定する。Ｘ-Ｙ平面は、検出面１６に平行な平面であり、Ｚ方向（基準方向の例示）は、Ｘ-Ｙ平面に垂直な方向である。検出面１６に接触する測定部位Ｍの表面における法線の方向をＺ方向と表現することも可能である。図３および図４に例示される通り、第１実施形態の検出装置３０は、図２に例示した発光部３２および受光部３４のほか、収容体４０と実装基板４６と遮蔽体５０と保護板６０とを具備する。

収容体４０は、検出装置３０の各要素（発光部３２，受光部３４，実装基板４６，遮蔽体５０）を収容する構造体である。具体的には、収容体４０は、矩形平板状の底面部４２と、底面部４２の周縁からＺ方向の正側に突出する矩形枠状の側面部４４とを含む箱状の部材である。側面部４４の内周面は遮光性を有する。例えば、アルミニウムで形成された収容体４０のアルマイト加工により側面部４４の内周面が黒色に着色される。すなわち、側面部４４の内周面における反射が抑制される。なお、収容体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収容体４０を形成することも可能である。また、筐体部１２と一体に収容体４０を形成した構成も好適である。

実装基板４６は、複数の配線が形成された配線基板である。図４に例示される通り、発光部３２（発光素子Ｅ）および受光部３４（受光素子Ｒ）は、実装基板４６の表面に実装される。実装基板４６は、発光部３２および受光部３４が実装された表面がＸ-Ｙ平面に平行となる状態で収容体４０の内部に設置される。以上の説明から理解される通り、実装基板４６に垂直な方向（実装面の法線の方向）をＺ方向として把握することも可能である。

具体的には、発光部３２の各発光素子Ｅ（Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3）は、照射面（例えばベアチップの表面）がＸ-Ｙ平面に平行となる状態で実装基板４６の表面に実装される。以上の説明から理解される通り、発光素子Ｅの照射面に垂直な方向をＺ方向（基準方向の例示）として把握することも可能である。また、発光素子ＥとしてＬＥＤを採用した構成では、例えばｐ型半導体層とｎ型半導体層とが積層される方向をＺ方向として把握することも可能である。

図３に例示される通り、第１実施形態では、複数の発光素子Ｅ（Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3）が相互に間隔をあけてＸ方向（第１方向の例示）に配列する。具体的には、緑色光を出射する発光素子Ｅ1からみてＸ方向の負側に、赤色光を出射する発光素子Ｅ2が設置される。また、近赤外光を出射する発光素子Ｅ3は、発光素子Ｅ1を挟んで発光素子Ｅ2とは反対側に設置される。すなわち、発光素子Ｅ2と発光素子Ｅ3との間に発光素子Ｅ1が位置する。

受光部３４の各受光素子Ｒ（Ｒ1，Ｒ2）は、受光面がＸ-Ｙ平面に平行となる状態で実装基板４６の表面に実装される。以上の説明から理解される通り、受光素子Ｒの受光面に垂直な方向をＺ方向（基準方向の例示）として把握することも可能である。第１実施形態の複数の受光素子Ｒは、相互に間隔をあけてＹ方向（第２方向の例示）に配列する。具体的には、複数の発光素子ＥからみてＹ方向の正側に受光素子Ｒ1が位置し、受光素子Ｒ1を挟んで複数の発光素子Ｅとは反対側に受光素子Ｒ2が位置する。なお、駆動回路３６および出力回路３８は、ＩＣチップの形態で実装基板４６に実装され得る。ただし、前述の通り、駆動回路３６および出力回路３８を検出装置３０の外部に設置することも可能である。

遮蔽体５０は、反射部５２と遮光部５４と隔壁部５６とを含む構造体であり、実装基板４６（または収容体４０の底面部４２）にＺ方向からみて重なる。反射部５２と遮光部５４と隔壁部５６とは一体に形成される。例えば、例えばステンレスで形成された０.１ｍｍ程度の板厚の平板材をプレス加工することで、反射部５２と遮光部５４と隔壁部５６とが一体に構成された光反射性の遮蔽体５０が形成される。なお、遮蔽体５０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形成された構造体の一部（反射部５２）または全部の表面に、例えば蒸着やメッキ等の成膜技術によりアルミニウム等の反射性材料の薄膜を形成することで遮蔽体５０を形成することも可能である。図３および図４に例示される通り、遮光部５４からみてＹ方向の負側に反射部５２が位置し、遮光部５４を挟んで反射部５２とは反対側に隔壁部５６が位置する。

反射部５２は、発光部３２（複数の発光素子Ｅ）から出射した光を測定部位Ｍ側に反射する部分であり、図３および図４に例示される通り、底面部７２と側壁部７４Aと側壁部７４Bとを含んで構成される。底面部７２は、Ｘ方向に長尺な平板状の部分である。底面部７２のうちＺ方向の負側の表面が実装基板４６の表面に接触することで、底面部７２はＸ-Ｙ平面に平行な状態に維持される。図３および図４に例示される通り、相異なる発光素子Ｅに対応する複数（３個）の開口部７６が底面部７２に形成される。実装基板４６に実装された各発光素子Ｅは、底面部７２のうち当該発光素子Ｅに対応する開口部７６の内側に位置する。したがって、各発光素子Ｅの照射面は、開口部７６の内側に露出する。

側壁部７４A（第１側壁部の例示）は、底面部７２のうちＹ方向の正側の周縁に連続し、側壁部７４B（第２側壁部の例示）は、底面部７２のうちＹ方向の負側の周縁に連続する。すなわち、側壁部７４Aは、発光部３２からみて受光部３４側（Ｙ方向の正側）に位置し、側壁部７４Bは、発光部３２からみて受光部３４とは反対側（Ｙ方向の負側）に位置する。図４に例示される通り、側壁部７４Aは、Ｚ方向に対して表面が角度θA（０°≦θA＜９０°）をなす部分であり、側壁部７４Bは、Ｚ方向に対して表面が角度θB（０°≦θB＜９０°）をなす部分である。以上の説明から理解される通り、発光部３２を挟むように側壁部７４Aと側壁部７４Bとが設置される。すなわち、遮蔽体５０の側壁部７４Aおよび側壁部７４Bと収容体４０の側面部４４とで包囲された空間の底面に発光部３２（複数の発光素子Ｅ）が配置される。なお、側壁部７４Aと側壁部７４Bとの間に光透過性の樹脂材料を充填することで各発光素子Ｅを封止（モールド）することも可能である。

図５は、遮蔽体５０と光の経路との関係を例示する説明図である。図５に例示される通り、各発光素子Ｅの照射面から出射した光は、矢印ａ0で例示されるようにＺ方向に進行するほか、矢印ａ1および矢印ａ2で例示される通りＺ方向以外の方向（Ｚ方向に対して傾斜した方向）にも進行する。発光素子Ｅから矢印ａ1の方向に進行する光は、側壁部７４Aの表面において測定部位Ｍ側に反射する。同様に、発光素子Ｅから矢印ａ2の方向に進行する光は、側壁部７４Bの表面において測定部位Ｍ側に反射する。したがって、第１実施形態によれば、反射部５２を設置しない構成と比較して、発光部３２から出射される光のうち測定部位Ｍに入射する光の割合（すなわち光の利用効率）を向上させることが可能である。

図３および図４に例示される通り、遮蔽体５０の遮光部５４は、受光素子Ｒ1と測定部位Ｍとの間に位置し、Ｘ-Ｙ平面に平行な平板状の部分である。第１実施形態の遮光部５４には、矩形状の開口部５８が形成される。開口部５８は、Ｚ方向からみて受光素子Ｒ1に重なる領域に形成された貫通孔である。すなわち、受光素子Ｒ1の受光面は、開口部５８の内側に露出する。遮光部５４は、受光素子Ｒ1の受光面の周縁に沿う矩形枠状の部分とも換言され得る。図５に矢印ｂ0で例示される通り、受光素子Ｒ1に向かう光の一部は開口部５８を通過して受光素子Ｒ1の受光面に入射するが、矢印ｂ1のように、受光素子Ｒ1に向かう光の他の一部は遮光部５４により遮断される。例えば、測定部位Ｍを経由することなく受光素子Ｒ1に向かう迷光（例えば太陽光や照明光等の外光）は、遮光部５４により遮断され、受光素子Ｒ1には到達しない。発光素子Ｅ1から出射した緑色光は、測定部位Ｍの内部を透過したうえで遮光部５４の開口部５８を通過して受光素子Ｒ1の受光面に入射する。

遮蔽体５０の隔壁部５６は、受光素子Ｒ1と受光素子Ｒ2との間に位置する平板状の部分である。第１実施形態の隔壁部５６は、遮光部５４のうちＹ方向の正側の周縁からＺ方向の負側に突出する部分であり、遮光部５４とは反対側の周縁が実装基板４６の表面に接触する。したがって、隔壁部５６は、実装基板４６の表面に対して垂直に交差する。以上の説明から理解される通り、隔壁部５６は、実装基板４６の上方の空間を、受光素子Ｒ1が設置された空間と受光素子Ｒ2が設置された空間とに仕切る隔壁として機能する。

保護板６０は、収容体４０に収容された要素（発光部３２，受光部３４，実装基板４６，遮蔽体５０）を被覆および保護する平板材であり、遮蔽体５０の遮光部５４に対して間隔をあけて設置される。すなわち、保護板６０と収容体４０の底面部４２との間に発光部３２と受光部３４と実装基板４６と遮蔽体５０とが位置する。保護板６０と底面部４２との間隔は例えば１ｍｍ程度である。保護板６０のうちＺ方向の正側の表面は、測定部位Ｍが接触する図１の検出面１６である。

図３および図４に例示される通り、第１実施形態の保護板６０は、透光部６２と遮光部６４とを含んで構成される。透光部６２は、光透過性の部分であり、遮光部６４は、遮光性の部分である。例えば透光部６２となる光透過性の樹脂材料と、遮光部６４となる遮光性の樹脂材料とを利用した２色成形により、第１実施形態の保護板６０は形成され得る。図３に例示される通り、遮光部６４は、平面視で（すなわちＺ方向の正側からみて）遮蔽体５０の反射部５２と遮光部５４の開口部５８との間に形成されてＸ方向に延在する部分である。透光部６２は、保護板６０のうち遮光部６４以外の部分である。

保護板６０と遮蔽体５０（遮光部５４）との間には緩衝体６８が設置される。緩衝体６８は、例えばスポンジ等の多孔質材で形成された部材である。保護板６０と遮蔽体５０との間隔（すなわち緩衝体６８の高さ）は例えば０.２５ｍｍ程度である。検出面１６に対する測定部位Ｍの接触により押圧されると保護板６０は変形し得る。緩衝体６８は、測定部位Ｍの接触により変形した保護板６０が遮蔽体５０に衝突することを抑制するための部材である。第１実施形態の緩衝体６８は、遮光性の材料で形成され、保護板６０の遮光部６４にＺ方向からみて重なるようにＸ方向に延在する。以上の説明から理解される通り、遮光部６４と緩衝体６８とにより、Ｘ方向に長尺な遮光性の遮光壁が形成される。図５に矢印ｃで例示される通り、発光部３２から直接的に（すなわち測定部位Ｍに入射することなく）受光部３４側に進行する光は、遮光部６４および緩衝体６８により遮断される。したがって、発光素子Ｅから出射して測定部位Ｍに入射しない迷光が受光部３４に到達する可能性を低減することが可能である。

以上の構成において、発光素子Ｅ1から出射した緑色光は、直接的に、または反射部５２での反射により間接的に測定部位Ｍ側に進行し、保護板６０の透光部６２を透過して測定部位Ｍに入射する。測定部位ＭからＺ方向の負側に出射した緑色光は、保護板６０の透光部６２を透過し、遮光部５４の開口部５８を通過して受光素子Ｒ1に入射する。他方、発光素子Ｅ2から出射した赤色光または発光素子Ｅ3から出射した近赤外光は、直接的または間接的に測定部位Ｍ側に進行し、保護板６０の透光部６２を透過して測定部位Ｍに入射する。測定部位ＭからＺ方向の負側に出射した赤外光または近赤外光は、保護板６０の透光部６２を透過して受光素子Ｒ2に入射する。

次に、発光素子Ｅから出射した光の利用効率を向上させるという観点から、Ｚ方向に対する側壁部７４Aの角度θAと側壁部７４Bの角度θBとを検討する。図６は、角度θAおよび角度θBの各々を変化させた複数の場合について、発光素子Ｅ2から受光素子Ｒ2に到達する光の強度をシミュレーションにより算定した結果の図表である。図６においては、発光素子Ｅ2が出射する光の強度を１（Ｗ）とした場合における受光素子Ｒ2の受光強度が表記されている。

図６から理解される通り、発光部３２からみて受光部３４側に位置する側壁部７４Aについては、角度θAを１５°以上かつ４０°以下の範囲内の数値に設定した場合に、受光素子Ｒ2による受光強度が高くなるという傾向がある。以上の傾向を考慮して、側壁部７４Aの角度θAは、１５°以上かつ４０°以下に設定され（１５°≦θA≦４０°）、さらに好適には、２５°以上かつ３５°以下に設定される（２５°≦θA≦３５°）。

他方、発光部３２からみて受光部３４とは反対側に位置する側壁部７４Bについては、角度θBを０°以上かつ１５°以下の範囲内の数値に設定した場合に、受光素子Ｒ2による受光強度が高くなるという傾向がある。以上の傾向を考慮して、側壁部７４Bの角度θBは、０°以上かつ１５°以下に設定される（０°≦θB≦１５°）。さらに好適には、角度θBは０°に設定される。すなわち、側壁部７４Bが底面部７２に対して垂直に交差する（底面部７２からＺ方向の負側に突出する）構成が好適である。

以上の例示から理解される通り、側壁部７４Aの角度θAが側壁部７４Bの角度θBを上回る構成が好適である。具体的には、側壁部７４Aは、１５°以上かつ４０°以下（さらに好適には２５°以上かつ３５°以下）の範囲内の角度θAだけＺ方向に対して傾斜し、側壁部７４BはＺ方向に平行（θB＝０°）である構成が好適である。すなわち、第１実施形態では、側壁部７４Aの角度θAと側壁部７４Bの角度θBとは相違する。

以上に説明した通り、第１実施形態では、反射部５２と遮光部５４とが一体に形成されるから、反射部５２と遮光部５４とを別体に形成した構成と比較して検出装置３０の構成が簡素化される。具体的には、検出装置３０の部品点数の削減や検出装置３０の製造コストの低減を実現することが可能である。第１実施形態では特に、受光素子Ｒ1と受光素子Ｒ2との間に位置する隔壁部５６も反射部５２および遮光部５４と一体に形成されるから、反射部５２および遮光部５４とは別体の隔壁部５６を設置する構成と比較して、検出装置３０の構成が簡素化されるという利点がある。

また、第１実施形態では、開口部５８が形成された遮光部５４が受光素子Ｒ1と測定部位Ｍとの間に設置されるから、測定部位Ｍを通過することなく受光素子Ｒ1に向かう迷光（例えば太陽光や照明光等の外光）は遮光部５４により遮断される。したがって、ＳＮ比が高い検出信号Ｄを生成することが可能である。

第１実施形態では、Ｚ方向（基準方向）に対する側壁部７４Aの角度θAが側壁部７４Bの角度θBを上回る。したがって、図６を参照して説明した通り、発光部３２が出射した光の利用効率を高めることが可能である。第１実施形態では特に、側壁部７４Aの角度θAが１５°以上かつ４０°以下（さらに好適には２５°以上かつ３５°以下）であり、側壁部７４Bの角度θBが０°以上かつ１５°以下（さらに好適には０°）である。したがって、発光部３２が出射した光の利用効率が向上するという前述の効果は格別に顕著である。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下に例示する各構成において作用または機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

図７は、第２実施形態における検出装置３０の平面図であり、図８は、図７におけるVIII-VIII線の断面図である。図７および図８に例示される通り、第２実施形態の検出装置３０における遮蔽体５０の反射部５２は、第１実施形態と同様の側壁部７４Aおよび側壁部７４Bに加えて、側壁部７４１aおよび側壁部７４１bと、側壁部７４２Cおよび側壁部７４２Dと、側壁部７４３Cおよび側壁部７４３Dとを包含する。側壁部７４１aおよび側壁部７４１bは、側壁部７４Aと側壁部７４Bとの間にわたる傾斜面であり、Ｘ方向における発光素子Ｅ1の両側に位置する。すなわち、側壁部７４Aと側壁部７４Bと側壁部７４１aと側壁部７４１bとで包囲された空間の底面に発光素子Ｅ1が位置する。同様に、側壁部７４２Cおよび側壁部７４２Dは、発光素子Ｅ2をＸ方向に挟む各位置に形成され、側壁部７４Aおよび側壁部７４Bとともに発光素子Ｅ2を包囲する。側壁部７４３Cおよび側壁部７４３Dは、発光素子Ｅ3をＸ方向に挟む各位置に形成され、側壁部７４Aおよび側壁部７４Bとともに発光素子Ｅ3を包囲する。

発光素子Ｅ2から出射した光の利用効率を向上させるという観点から、Ｚ方向（基準方向の例示）に対する側壁部７４２Cの角度θCと側壁部７４２Dの角度θDとを検討する。図７に例示される通り、Ｙ方向に沿う遮蔽体５０の中心線Ｌを想定する。側壁部７４２Cは、発光素子Ｅ2からみて中心線Ｌ側に位置する部分（第３側壁部の例示）であり、側壁部７４２Dは、発光素子Ｅ2からみて中心線Ｌとは反対側に位置する部分（第４側壁部の例示）である。図９は、角度θCおよび角度θDの各々を変化させた複数の場合について、発光素子Ｅ2から受光素子Ｒ2に到達する光の強度をシミュレーションにより算定した結果の図表である。図９においては、図６と同様に、発光素子Ｅ2が出射する光の強度を１（Ｗ）とした場合における受光素子Ｒ2の受光強度が表記されている。

図９から理解される通り、発光素子Ｅ2からみて中心線Ｌ側に位置する側壁部７４２Cについては、角度θCを２０°以上かつ４０°以下の範囲内の数値に設定した場合に、受光素子Ｒ2による受光強度が高くなるという傾向がある。以上の傾向を考慮して、側壁部７４２Cの角度θCは、２０°以上かつ４０°以下に設定される（２０°≦θC≦４０°）。さらに好適には、角度θCは４０°に設定される。

他方、発光素子Ｅ2からみて中心線Ｌとは反対側に位置する側壁部７４２Dについては、角度θDを０°以上かつ２０°以下の範囲内の数値に設定した場合に、受光素子Ｒ2による受光強度が高くなるという傾向がある。以上の傾向を考慮して、側壁部７４２Dの角度θDは、０°以上かつ２０°以下に設定される（０°≦θD≦２０°）。さらに好適には、角度θDは０°に設定される。すなわち、側壁部７４２Dが底面部７２に対して垂直に交差する（底面部７２からＺ方向の負側に突出する）構成が好適である。以上の例示から理解される通り、側壁部７４２C（第３側壁部の例示）の角度θCが側壁部７４２D（第４側壁部の例示）の角度θDを上回る構成が好適である。

中心線Ｌを挟んで発光素子Ｅ2とは対称の関係にある発光素子Ｅ3についても同様の構成が採用される。発光素子Ｅ3に対応する側壁部７４３Cは、発光素子Ｅ3からみて中心線Ｌ側に位置する部分（第３側壁部の例示）であり、側壁部７４３Dは、発光素子Ｅ3からみて中心線Ｌとは反対側に位置する部分（第４側壁部の例示）である。側壁部７４２Cおよび側壁部７４２Dの関係と同様に、Ｚ方向（基準方向の例示）に対する側壁部７４３Cの角度θCは、側壁部７４３Dの角度θDを上回る（θC＞θD）。具体的には、側壁部７４３Cの角度θCは２０°以上かつ４０°以下（さらに好適には４０°）に設定され、側壁部７４３Dの角度θDは０°以上かつ２０°以下（さらに好適には０°）に設定される。なお、発光素子Ｅ1に対応する側壁部７４１aおよび側壁部７４１bの各々について、Ｚ方向に対する角度は任意である。

反射部５２と遮光部５４と隔壁部５６とを一体に形成した構成や、側壁部７４Aの角度θAが側壁部７４Bの角度θBを上回る構成は、第１実施形態と同様である。したがって、第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。また、第２実施形態では、側壁部７４２Cまたは側壁部７４３Cの角度θCが側壁部７４２Dまたは側壁部７４３Dの角度θDを上回る。したがって、図９を参照して説明した通り、発光素子Ｅ2または発光素子Ｅ3が出射した光の利用効率を高めることが可能である。第２実施形態では特に、側壁部７４２Cまたは側壁部７４３Cの角度θCが２０°以上かつ４０°以下であり、側壁部７４２Dまたは側壁部７４３Dの角度θDが０°以上かつ２０°以下である。したがって、発光素子Ｅ2または発光素子Ｅ3が出射した光の利用効率が向上するという前述の効果は格別に顕著である。

＜第３実施形態＞
図１０は、第３実施形態における検出装置３０の平面図であり、図１１は、図１０におけるXI-XI線の断面図である。図１０に例示される通り、第３実施形態における検出装置３０の発光部３２は、緑色光を出射する１個の発光素子Ｅを具備する。受光部３４は、発光素子Ｅの発光時に測定部位Ｍから到来する緑色光を受光する１個の受光素子Ｒを具備する。すなわち、第３実施形態の検出装置３０は、発光素子Ｅ2と発光素子Ｅ3と受光素子Ｒ2とを第１実施形態から省略した構成である。なお、発光素子Ｅが出射する光の波長は以上の例示（緑色光）に限定されない。

第１実施形態と同様に、遮蔽体５０は、反射部５２と遮光部５４と隔壁部５６とが一体に形成された構造体であり、反射部５２は、底面部７２と側壁部７４Aと側壁部７４Bとを含んで構成される。Ｚ方向（基準方向の例示）に対する側壁部７４Aの角度θAと側壁部７４Bの角度θBとについて以下に検討する。図１２は、角度θAおよび角度θBの各々を変化させた複数の場合について、発光素子Ｅから受光素子Ｒに到達する光の強度をシミュレーションにより算定した結果の図表である。

図６から理解される通り、発光部３２からみて受光部３４側に位置する側壁部７４Aについては、第１実施形態と同様に、Ｚ方向に対する角度θAを１５°以上かつ４０°以下の範囲内（さらに好適には２５°以上かつ３５°以下の範囲内）の数値に設定した構成が好適である。また、発光部３２からみて受光部３４とは反対側に位置する側壁部７４Bの角度θBについても第１実施形態と同様に、Ｚ方向に対する角度θBを０°以上かつ１５°以下の範囲内の数値（さらに好適には０°）に設定した構成が好適である。以上の例示から理解される通り、第３実施形態においても、側壁部７４Aの角度θAは側壁部７４Bの角度θBを上回る。第３実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。

＜変形例＞
以上に例示した各形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様を適宜に併合することも可能である。

（１）前述の各形態では、遮蔽体５０の反射部５２と遮光部５４と隔壁部５６とが一体に形成された構成を例示したが、反射部５２を遮光部５４とは別体に形成した構成や、隔壁部５６を遮光部５４とは別体に形成した構成も採用され得る。隔壁部５６を省略することも可能である。また、前述の各形態では、遮蔽体５０の全体が光反射性を有する必要はない。例えば、反射部５２のうち測定部位Ｍ側の表面のみが光反射性を有する構成も採用され得る。また、前述の各形態で例示した隔壁部５６に代えて（または前述の各形態で例示した隔壁部５６とともに）、開口部５８からみて反射部５２側（例えば遮光部６４の直下）に隔壁部５６を形成することも可能である。以上の構成では、前述の各形態で例示した遮蔽体５０のうち開口部５８からみて反射部５２とは反対側の部分は省略され得る。

（２）前述の各形態では、検出装置３０を搭載した測定装置１００を例示したが、被験者の生体情報を生成する要素（制御装置２０により実現される情報解析部）とは別体の装置として検出装置３０を構成することも可能である。例えば、検出装置３０により生成された検出信号Ｄ（Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3）が有線または無線により情報装置（例えば携帯電話機やスマートフォン）に送信され、検出装置３０から受信した検出信号Ｄの解析により情報装置が被験者の生体情報を生成する。すなわち、検出信号Ｄから生体情報を生成する情報解析部が情報装置（例えばＣＰＵ等の演算処理装置とアプリケーションソフト等のソフトウェア等の協働）により実現される。以上の説明から理解される通り、検出装置３０は、検出信号Ｄを生成する装置単体としても実現され、生体情報の生成までは必須の要件ではない。例えば測定装置１００の筐体部１２に対して着脱可能な裏蓋に検出装置３０を搭載することも可能である。

また、以上の各形態では、表示装置２４を具備する測定装置１００を例示したが、表示装置２４を測定装置１００とは別体とすることも可能である。例えば、測定装置１００と有線または無線により通信可能な情報装置の表示器を表示装置２４として利用し、測定装置１００の制御装置２０（情報解析部）が算定した生体情報を、情報装置に送信して当該情報装置の表示装置２４に表示させることも可能である。

（３）前述の各形態では、保護板６０の検出面１６を平面としたが、検出面１６を曲面とすることも可能である。例えば図１３に例示される通り、測定部位Ｍが接触する円弧面状の突起（凸部分）を検出面１６が含む構成も想定される。図１３の構成によれば、測定部位Ｍの表面が検出面１６に対して充分に密着する（測定部位Ｍと検出面１６との間の隙間が低減される）から、例えば測定部位Ｍと検出面１６との間の隙間により光が散乱する可能性を防止できるという利点がある。なお、図１３に例示した保護板６０は、第２実施形態および第３実施形態にも同様に適用され得る。

（４）前述の各形態では、被験者の手首に装着可能な測定装置１００を例示したが、測定装置１００の具体的な形態（装着位置）は任意である。例えば、被験者の身体に貼付可能なパッチ型，被験者の耳介に装着可能なイヤリング型，被験者の指先に装着可能な指装着型（例えば着爪型），被験者の頭部に装着可能なヘッドマウント型等、任意の形態の測定装置１００が採用され得る。

（５）前述の各形態では被験者の脈波（例えば脈拍数）と酸素飽和度とを生体情報として例示したが、生体情報の種類は以上の例示に限定されない。例えば、血流速，血圧を生体情報として測定する構成、および、血中グルコース濃度，ヘモグロビン濃度，血中酸素濃度，中性脂肪濃度等の各種の血液成分濃度を生体情報として測定する構成も採用され得る。なお、血流速を生体情報として測定する構成では、共振器による共振を経て射出される狭帯域でコヒーレントなレーザー光を出射するレーザー照射器が発光部３２として好適に利用される。

１００…測定装置、１２…筐体部、１４…ベルト、１６…検出面、２０…制御装置、２２…記憶装置、２４…表示装置、３０…検出装置、３２…発光部、３４…受光部、３６…駆動回路、３８…出力回路、４０…収容体、４２…底面部、４４…側面部、５０…遮蔽体、５２…反射部、５４…遮光部、５６…隔壁部、５８…開口部、６０…保護板、６２…透光部、６４…遮光部、６８…緩衝体、７２…底面部、７４A，７４B，７４１a，７４１b，７４２C，７４２D，７４３C，７４３D…側壁部。

Claims (4)

1. 生体に光を出射する発光部と、
   前記生体からの光を受光する受光部と、
   前記発光部から出射した光を前記生体側に反射する反射部とを具備し、
   前記反射部は、
   前記発光部からみて前記受光部側に位置する第１側壁部と、
   前記発光部からみて前記受光部とは反対側に位置する第２側壁部とを含み、
   前記発光部が実装された基板に垂直な基準方向に対する前記第１側壁部の角度は、前記基準方向に対する前記第２側壁部の角度を上回る
   検出装置。
2. 第１方向に配列する複数の発光素子を含み、生体に光を出射する発光部と、
   前記生体からの光を受光する受光部と、
   前記発光部から出射した光を前記生体側に反射する反射部と、前記受光部に向かう光の一部を遮光する遮光部とを含む遮蔽体とを具備し、
   前記反射部は、
   前記発光部からみて前記受光部側に位置する第１側壁部と、
   前記発光部からみて前記受光部とは反対側に位置する第２側壁部と、
   前記複数の発光素子のうちの一の発光素子からみて、前記第１方向に垂直な第２方向に沿った前記遮蔽体の中心線側に位置する第３側壁部と、
   前記一の発光素子からみて前記第３側壁部とは反対側に位置する第４側壁部とを含み、
   前記発光部が実装された基板に垂直な基準方向に対する前記第１側壁部の角度は、前記基準方向に対する前記第２側壁部の角度を上回り、
   前記基準方向に対する前記第３側壁部の角度は、前記基準方向に対する前記第４側壁部の角度を上回る
   検出装置。
3. 前記基準方向に対する前記第３側壁部の角度は、２０°以上かつ４０°以下であり、
   前記基準方向に対する前記第４側壁部の角度は、０°以上かつ２０°以下である
   請求項２の検出装置。
4. 請求項１から請求項３の何れかの検出装置と、
   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
   を具備する測定装置。
   

Images