JP6927407B2 - 生体信号センサ - Google Patents

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Description

本発明は、光を用いて生体信号を検出する生体信号センサに関する。
基板に発光素子と受光素子とが搭載された生体信号センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された生体信号センサは、基板に設けられ被測定物に対して光を発する発光素子と、基板に設けられ前記発光素子からの距離がそれぞれ異なる３つ以上の受光素子とを備えている。
特開２０１７−１６９６９０号公報
ところで、特許文献１に記載された生体信号センサは、単一の発光素子を用いて生体信号を検出している。このため、発光素子からの光の強度が不足して、十分な信号強度の生体信号を検出できず、測定が不安定になる可能性がある。また、発光素子と３つ以上の受光素子との距離がそれぞれ異なるため、距離に応じて被測定物の測定深度を異ならせることができる。しかしながら、単一波長の光を出力する１つの発光素子を用いているため、複数の波長の光を用いた場合に比べて、生体信号の情報量が低下して、生体信号のＳ／Ｎが低下することがある。これに加えて、発光素子と、３つ以上の受光素子とが直線状に並んでいるから、これらが並んだ方向に対してセンサが大型化する傾向がある。
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、生体信号のＳ／Ｎを向上させることができると共に、小型化が可能な生体信号センサを提供することにある。
上述した課題を解決するために、本発明の生体信号センサは、互いに直交するＸ方向とＹ方向に広がる基板と、前記基板の一側主面に設けられ、被測定物に対して第１波長の光を発する２つ以上の第１発光素子と、前記第１発光素子と隣接した位置で前記基板の一側主面に設けられ、被測定物に対して前記第１波長と異なる第２波長の光を発する２つ以上の第２発光素子と、前記基板の一側主面で前記第１発光素子および前記第２発光素子からの距離がそれぞれ異なる位置に配置され、前記第１発光素子および前記第２発光素子からの光を受光する３つ以上の受光素子と、を備え、３つ以上の前記受光素子は、Ｘ方向に１列に並んで配置され、２つ以上の前記第１発光素子および２つ以上の前記第２発光素子は、３つ以上の前記受光素子とＹ方向の異なる位置であって、Ｘ方向に１列に並んで配置されており、３つ以上の前記受光素子と２つ以上の前記第１発光素子および２つ以上の前記第２発光素子との間には、Ｘ方向に延びる壁部が配置されており、２つ以上の前記第１発光素子は、３つ以上の前記受光素子が並ぶ直線と直交した中心軸Ｏに関して略線対称となる位置に配置されており、２つ以上の前記第２発光素子は、３つ以上の前記受光素子が並ぶ直線と直交した中心軸Ｏに関して略線対称となる位置に配置されていることを特徴としている。
本発明によれば、生体信号のＳ／Ｎを向上させることができると共に、生体信号センサを小型化することができる。
本発明の第１の実施の形態による生体信号センサを示す斜視図である。 生体信号センサを示す平面図である。 生体信号センサを図２中の矢示III−III方向からみた断面図である。 生体信号センサを示す底面図である。 電子部品の内部構成を示すブロック図である。 第１発光素子および第２発光素子と受光素子との距離が最小となる場合について、生体からの反射光を示す説明図である。 第１発光素子および第２発光素子と受光素子との距離が最小と最大の中間となる場合について、生体からの反射光を示す説明図である。 第１発光素子および第２発光素子と受光素子との距離が最大となる場合について、生体からの反射光を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態による生体信号センサを示す平面図である。 生体信号センサを図９中の矢示Ｘ−Ｘ方向からみた断面図である。 本発明の第３の実施の形態による生体信号センサを示す平面図である。 生体信号センサを図１１中の矢示XII−XII方向からみた断面図である。
以下、本発明の実施の形態による生体信号センサを、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１ないし図４は本発明の第１の実施の形態による生体信号センサ１を示している。生体信号センサ１は、例えば被測定物としての生体から脈拍に応じた光電脈波信号（脈波信号）を検出する。生体信号センサ１は、基板２、第１発光素子３Ａ，３Ｂ、第２発光素子４Ａ，４Ｂ、受光素子５Ａ〜５Ｃ等を備えている。
基板２は、絶縁材料を用いて形成された平板である。基板２は、互いに直交するＸ方向とＹ方向に広がっている。このとき、基板２の厚さ方向は、Ｘ方向およびＹ方向と直交するＺ方向となっている。基板２は、例えばプリント配線基板やセラミック基板が用いられる。基板２は、複数の電極層と絶縁層とが交互に積層された多層基板でもよい。基板２の表面２Ａ（一側主面）には、光部品として、第１発光素子３Ａ，３Ｂ、第２発光素子４Ａ，４Ｂと受光素子５Ａ〜５Ｃが実装されている。基板２の裏面２Ｂ（他側主面）には、電子部品９が実装されている。このため、基板２は、両面実装基板となっている。基板２の表面２Ａには、光部品（第１発光素子３Ａ，３Ｂ、第２発光素子４Ａ，４Ｂ、受光素子５Ａ〜５Ｃ）および電子部品９のうち、光部品のみが実装されている。
第１発光素子３Ａ，３Ｂは、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、共振器型ＬＥＤ等によって形成されている。第１発光素子３Ａ，３Ｂは、第１波長の光Ｌ1として、例えば６００ｎｍ〜１０００ｎｍ帯の赤色光または赤外光を発光する。第１発光素子３Ａ，３Ｂは、例えばダイボンディング、ワイヤボンディング等の接合方法を用いて、基板２の表面２Ａに取り付けられている。第１発光素子３Ａ，３Ｂは、Ｘ方向に並んで配置されている。第１発光素子３Ａ，３Ｂは、Ｘ方向に離間している。第１発光素子３Ａ，３Ｂは、電子部品９に電気的に接続されている。
第２発光素子４Ａ，４Ｂは、第１発光素子３Ａ，３Ｂと同様に、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等によって形成されている。第２発光素子４Ａ，４Ｂは、第１波長と異なる第２波長の光Ｌ2として、例えば４９５ｎｍ〜５７０ｎｍ帯の緑色光を発光する。即ち、第２発光素子４Ａ，４Ｂは、第１発光素子３Ａ，３Ｂの光Ｌ1に比べて、短波長の光Ｌ2を発光する。第２発光素子４Ａ，４Ｂは、例えばダイボンディング、ワイヤボンディング等の接合方法を用いて、基板２の表面２Ａに取り付けられている。第２発光素子４Ａ，４Ｂは、電子部品９に電気的に接続されている。
受光素子５Ａ〜５Ｃは、例えばフォトダイオード（ＰＤ）等によって形成されている。受光素子５Ａ〜５Ｃは、基板２の表面２Ａ（一側主面）のうち、第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂとは異なる位置に配置されている。受光素子５Ａ〜５Ｃは、電子部品９に電気的に接続されている。
３つの受光素子５Ａ〜５Ｃは、基板２の表面２Ａで第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂからの距離がそれぞれ異なる位置に配置されている。このため、第１発光素子３Ａと受光素子５Ａとの間の距離と、第１発光素子３Ａと受光素子５Ｂとの間の距離と、第１発光素子３Ａと受光素子５Ｃとの間の距離とは互いに異なっている。このとき、第１発光素子３Ａと受光素子５Ａとの間の距離が最も短い。第１発光素子３Ａと受光素子５Ｃとの間の距離が最も長い。第１発光素子３Ａと受光素子５Ｂとの間の距離は、これらの中間となっている。
また、第１発光素子３Ｂと受光素子５Ａとの間の距離と、第１発光素子３Ｂと受光素子５Ｂとの間の距離と、第１発光素子３Ｂと受光素子５Ｃとの間の距離とは互いに異なっている。このとき、第１発光素子３Ｂと受光素子５Ａとの間の距離が最も長い。第１発光素子３Ｂと受光素子５Ｃとの間の距離が最も短い。第１発光素子３Ｂと受光素子５Ｂとの間の距離は、これらの中間となっている。同様に、第２発光素子４Ａと受光素子５Ａ〜５Ｃとの間の距離は互いに異なっている。第２発光素子４Ｂと受光素子５Ａ〜５Ｃとの間の距離は互いに異なっている。３つの受光素子５Ａ〜５Ｃは、Ｘ方向に１列に並んで配置されている。
３つの受光素子５Ａ〜５Ｃは、第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂからの光Ｌ1，Ｌ2を受光する。受光素子５Ａ〜５Ｃは、受光した光信号を例えば電流信号のような電気信号に変換（光電変換）して出力する。具体的には、受光素子５Ａ〜５Ｃは、第１発光素子３Ａ，３Ｂ、第２発光素子４Ａ，４Ｂから照射されて生体で反射した光Ｌ1，Ｌ2を受光し、この受光した光Ｌ1，Ｌ2を電気信号からなる検出信号Ｓに変換する。このとき、第１発光素子３Ａ，３Ｂに基づく検出信号Ｓと、第２発光素子４Ａ，４Ｂに基づく検出信号Ｓとは、互いに分離可能となっている。受光素子５Ａ〜５Ｃは、検出信号Ｓを電子部品９に向けて出力する。受光素子５Ａ〜５Ｃは、例えばダイボンディング、ワイヤボンディング等の接合方法を用いて、基板２の表面２Ａに取り付けられている。なお、受光素子５Ａ〜５Ｃは、例えばフォトトランジスタを用いて形成してもよい。
ここで、第１発光素子３Ａ，３Ｂは、３つの受光素子５Ａ〜５ＣとＹ方向の異なる位置に配置されている。同様に、第２発光素子４Ａ，４Ｂは、３つの受光素子５Ａ〜５ＣとＹ方向の異なる位置に配置されている。第２発光素子４Ａは、第１発光素子３Ａに隣接した位置に配置されている。第２発光素子４Ｂは、第１発光素子３Ｂに隣接した位置に配置されている。第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂは、３つの受光素子５Ａ〜５Ｃに対してＹ方向の一側（図２中の上側）にオフセットした位置に配置されている。
３つの受光素子５Ａ〜５Ｃは、Ｘ方向に所定の長さ寸法Ｌxの範囲に配置されている。第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂは、Ｘ方向に対して３つの受光素子５Ａ〜５Ｃが配置された所定の長さ寸法Ｌxの範囲内に配置されている。また、２つの第１発光素子３Ａ，３Ｂは、３つの受光素子５Ａ〜５Ｃが並ぶＸ方向の両端側に配置されている。２つの第２発光素子４Ａ，４Ｂは、３つの受光素子５Ａ〜５Ｃが並ぶＸ方向の両端側に配置されている。具体的には、第１発光素子３Ａおよび第２発光素子４Ａと受光素子５ＡとをＹ方向で同じ位置に配置したときに、第１発光素子３Ａおよび第２発光素子４Ａは、受光素子５Ａと重なり合う位置に配置されている。第１発光素子３Ｂおよび第２発光素子４Ｂと受光素子５ＣとをＹ方向で同じ位置に配置したときに、第１発光素子３Ｂおよび第２発光素子４Ｂは、受光素子５Ｃと重なり合う位置に配置されている。
２つの第１発光素子３Ａ，３Ｂは、３つの受光素子５Ａ〜５Ｃが並ぶ直線と直交した中心軸Ｏに関して線対称となる位置に配置されている。２つの第２発光素子４Ａ，４Ｂは、３つの受光素子５Ａ〜５Ｃが並ぶ直線と直交した中心軸Ｏに関して線対称となる位置に配置されている。２つの第２発光素子４Ａ，４Ｂは、Ｘ方向に対して２つの第１発光素子３Ａ，３Ｂよりも外側に配置されている。なお、２つの第２発光素子４Ａ，４Ｂは、Ｘ方向に対して２つの第１発光素子３Ａ，３Ｂよりも内側に配置されてもよい。
壁部６は、基板２の表面２Ａ側に設けられ、第１発光素子３Ａ，３Ｂ、第２発光素子４Ａ，４Ｂと受光素子５Ａ〜５Ｃとの間を遮光している。壁部６は、第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂからの光Ｌ1，Ｌ2を遮断するために、例えば黒色等に非透明の樹脂材料によって形成されている。
壁部６は、１列に並んだ受光素子５Ａ〜５Ｃと平行な状態で、Ｘ方向に延びている。壁部６は、Ｙ方向に対して、第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂと、受光素子５Ａ〜５Ｃとの間に配置されている。壁部６は、第１発光素子３Ａ，３Ｂ、第２発光素子４Ａ，４Ｂからの光Ｌ1，Ｌ2が直接的に受光素子５Ａ〜５Ｃに入射するのを防止している。
透明樹脂部７は、第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂを覆っている。透明樹脂部８は、受光素子５Ａ〜５Ｃを覆っている。透明樹脂部７，８は、第１発光素子３Ａ，３Ｂ、第２発光素子４Ａ，４Ｂからの光Ｌ1，Ｌ2や被測定物からの反射光が透過可能な樹脂材料（透明な樹脂材料）を用いて形成されている。透明樹脂部７，８は、ポッティングまたはトランスファーモールドによって基板２の表面２Ａに成型されている。
電子部品９は、集積回路部品（ＩＣ部品）によって形成されている。図５に示すように、電子部品９は、例えば駆動部９Ａ、増幅部９Ｂ、信号処理部９Ｃを備えている。電子部品９は、基板２の裏面２Ｂ（他側主面）に実装され、第１発光素子３Ａ，３Ｂ、第２発光素子４Ａ，４Ｂおよび受光素子５Ａ〜５Ｃと重なり合う位置に配置されている。このため、電子部品９と、第１発光素子３Ａ，３Ｂ、第２発光素子４Ａ，４Ｂおよび受光素子５Ａ〜５Ｃとは、基板２を挟んで高さ方向（基板２の厚さ方向）に積層されている。
駆動部９Ａの入力側は、信号処理部９Ｃに接続されている。駆動部９Ａの出力側は、第１発光素子３Ａ，３Ｂ、第２発光素子４Ａ，４Ｂに接続されている。駆動部９Ａは、信号処理部９Ｃからの駆動信号に基づいて、第１発光素子３Ａ，３Ｂ、第２発光素子４Ａ，４Ｂに駆動電流Ｉ1，Ｉ2を供給する。駆動電流Ｉ1，Ｉ2は、信号処理部９Ｃからの駆動信号に基づいて、例えば予め決められた所定周波数でパルス変調される。これにより、第１発光素子３Ａ，３Ｂ、第２発光素子４Ａ，４Ｂは、点滅発光する。このとき、第１発光素子３Ａ，３Ｂと第２発光素子４Ａ，４Ｂは、互いに異なるタイミングで発光する。
増幅部９Ｂの入力側は、受光素子５Ａ〜５Ｃに接続されている。増幅部９Ｂの出力側は、信号処理部９Ｃに接続されている。増幅部９Ｂは、例えばトランスインピーダンス・アンプ（ＴＩＡ）によって構成され、受光素子５Ａ〜５Ｃからの電流信号からなる検出信号Ｓを、電圧信号に変換して増幅する。なお、増幅部９Ｂと信号処理部９Ｃとの間には、ノイズの除去等を行うフィルタを設けてもよい。
信号処理部９Ｃの出力側は、駆動部９Ａに接続されている。信号処理部９Ｃの入力側は、増幅部９Ｂに接続されている。これに加え、信号処理部９Ｃは、実装基板（図示せず）を介して外部に接続されている。
信号処理部９Ｃは、例えばＤＡコンバータ（ＤＡＣ）およびＡＤコンバータ（ＡＤＣ）を含んで構成されている。信号処理部９Ｃは、ＤＡコンバータによって、外部から入力される駆動信号を、デジタル信号からアナログ信号に変換する。信号処理部９Ｃは、ＡＤコンバータによって、受光素子５Ａ〜５Ｃから増幅部９Ｂを介して入力される検出信号Ｓを、アナログ信号からデジタル信号に変換する。なお、電子部品９は、単一の部品である必要はない。このため、例えば、駆動部９Ａ、増幅部９Ｂ、信号処理部９Ｃが、個別の電子部品を構成してもよい。
底部１０は、基板２の裏面２Ｂ側に設けられ、電子部品９を覆っている。底部１０は、絶縁性の樹脂材料によって形成されている。底部１０は、平坦面となった裏面１０Ａ（底面）を有している。裏面１０Ａには、複数個の電極端子１１が設けられている。底部１０を形成するときには、基板２の裏面２Ｂに電子部品９および導体ピンが取り付けられた状態で、電子部品９を覆うように、流動性を有する樹脂材料を充填する。この樹脂材料を硬化させることによって、底部１０が形成されている。
電極端子１１は、底部１０の裏面１０Ａに露出して設けられている。電極端子１１は、例えば電子部品９の信号処理部９Ｃに電気的に接続されている。具体的には、基板２の裏面２Ｂには、柱状の導体として、例えば導電性金属からなる導体ピンが取り付けられている。導体ピンの基端側は、基板２に固定されると共に、電子部品９に電気的に接続されている。導体ピンの先端面は、底部１０の裏面１０Ａに露出し、電極端子１１を形成している。これにより、電極端子１１は、外部からの駆動信号を信号処理部９Ｃに入力すると共に、信号処理部９Ｃからの検出信号を外部に出力する。
本発明の第１の実施の形態による生体信号センサ１は以上のような構成を有するものであり、次にその動作を説明する。
まず、生体信号センサ１は、底部１０の裏面１０Ａに電極端子１１を備えた表面実装部品となっている。このため、生体信号センサ１は、表面に電極が設けられた実装基板（図示せず）に表面実装される。このとき、生体信号センサ１の電極端子１１は、実装基板の電極に接合される。これにより、生体信号センサ１の電子部品９は、実装基板に形成された外部の処理回路に接続される。
電子部品９は、外部の処理回路からの駆動信号に基づいて、駆動電流Ｉ1，Ｉ2を第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂに供給する。第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂは、駆動電流Ｉ1，Ｉ2に応じて被測定物としての生体に光Ｌ1，Ｌ2を照射する。受光素子５Ａ〜５Ｃは、この光Ｌ1，Ｌ2に基づく生体からの反射光を受光し、検出信号Ｓを出力する。電子部品９は、検出信号Ｓをデジタル信号に変換して、外部の処理回路に出力する。
このとき、生体からの反射光は、ヘモグロビン濃度に応じて減衰する。このため、外部の処理回路は、反射光による検出信号Ｓに基づいて、生体の脈拍に応じた光電脈波信号を抽出することができる。
ところで、３つの受光素子５Ａ〜５Ｃは、第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂからの距離がそれぞれ異なる位置に配置されている。このとき、生体信号センサ１は、１つの光源（第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂのいずれか）に対して、３つの受光素子５Ａ〜５Ｃを備えている。
図６ないし図８に示すように、例えば発光源である１つの第１発光素子３Ａに着目すると、受光素子５Ａは、第１発光素子３Ａからの距離が最も短い位置に配置されている。受光素子５Ｃは、第１発光素子３Ａからの距離が最も長い位置に配置されている。受光素子５Ｂは、第１発光素子３Ａからの距離が受光素子５Ａと受光素子５Ｃとの中間となる位置に配置されている。このとき、受光素子５Ａは、生体組織の測定深度が小さくなり、例えば表皮付近の生体信号を受光する。受光素子５Ｃは、生体組織の測定深度が大きくなり、例えば皮下組織付近の生体信号を受光する。受光素子５Ｂは、生体組織の測定深度が受光素子５Ａと受光素子５Ｃとの中間となり、例えば真皮付近の生体信号を受光する。同様に、第２発光素子４Ｂに着目すると、生体組織の測定深度は、受光素子５Ａ，５Ｂ，５Ｃの順序で深くなる。第１発光素子３Ｂおよび第２発光素子４Ｂに着目すると、生体組織の測定深度は、受光素子５Ａ，５Ｂ，５Ｃの順序で浅くなる。このように、受光素子５Ａ〜５Ｃ毎に、生体組織の測定深度が異なる。
この結果、複数の被測定物で生体信号を測定するときでも、受光素子５Ａ〜５Ｃによって被測定物毎に適切な検出位置である測定深度で生体信号を検出できるようになる。このため、生体信号のＳ／Ｎが向上する。特に、受光素子５Ａ〜５Ｃ毎に生体組織の測定深度が異なるため、受光素子５Ａ〜５Ｃのいずれかを選択することによって、ノイズ源となる脂肪が多い皮下組織を避けて、ノイズが少ない真皮に光を放射するように狙いを定めることも可能となる。
また、生体信号センサ１は、同色の光源として、２つの第１発光素子３Ａ，３Ｂと、２つの第２発光素子４Ａ，４Ｂとを備えている。このため、発光強度を高めることができると共に、生体の測定面積を広げることができるから、弱い光を微小な範囲に照射した場合に比べて、安定した生体信号の測定が可能になる。これに加え、第１発光素子３Ａ，３Ｂと第２発光素子４Ａ，４Ｂとは、発する光Ｌ1，Ｌ2の波長が異なるから、第１発光素子３Ａ，３Ｂからの光Ｌ1と、第２発光素子４Ａ，４Ｂからの光Ｌ2とで、生体組織の測定深度を変えることができる。このため、２つの波長の光Ｌ1，Ｌ2を用いることによって、測定深度の異なる部位からの生体信号を検出することができ、適切な検出位置からの生体信号を取得することができる。
かくして、本実施の形態による生体信号センサ１では、３つの受光素子５Ａ〜５Ｃは、Ｘ方向に１列に並んで配置され、２つの第１発光素子３Ａ，３Ｂと、２つの第２発光素子４Ａ，４Ｂは、３つの受光素子５Ａ〜５ＣとＹ方向の異なる位置に配置されている。
このとき、３つの受光素子５Ａ〜５Ｃは、第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂからの距離がそれぞれ異なる位置に配置され、第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂからの光Ｌ1，Ｌ2を受光する。このため、第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂからの距離に応じて、受光素子５Ａ〜５Ｃ毎に被測定物の測定深度を異ならせることができる。これに加え、波長の異なる光を発する第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂを備えるから、光の波長に応じて被測定物の測定深度を異ならせることができる。これにより、所望の測定深度で被測定物の生体信号を検出することができ、生体信号のＳ／Ｎが向上する。
また、２つの第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび２つの第２発光素子４Ａ，４Ｂが基板２に設けられているから、単一の発光素子を用いた場合に比べて、光の発光強度を強めることができるのに加え、被測定物の測定面積を広げることができ、安定した測定が可能になる。さらに、第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂは、３つの受光素子５Ａ〜５ＣとＹ方向の異なる位置に配置されている。このため、第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂと、３つの受光素子５Ａ〜５Ｃとが直線状に並ぶことがなく、互いに並行な位置に配置することができる。この結果、Ｘ方向に対する生体信号センサ１の外形寸法を小さくすることができる。
３つの受光素子５Ａ〜５Ｃは、Ｘ方向に所定の長さ寸法Ｌxの範囲に配置され、第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂは、Ｘ方向に対して３つの受光素子５Ａ〜５Ｃが配置された所定の長さ寸法Ｌxの範囲内に配置されている。これにより、第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂと、３つの受光素子５Ａ〜５Ｃとが直線状に並んだ場合に比べて、生体信号センサ１のＸ方向の長さ寸法を小さくすることができ、生体信号センサ１を小型化することができる。これに加え、生体信号センサ１は、高感度でありながら、１パッケージに小型化されている。このため、実装基板側の設計自由度が高められる。
２つの第１発光素子３Ａ，３Ｂは、３つの受光素子５Ａ〜５Ｃが並ぶＸ方向の両端側に配置され、２つの第２発光素子４Ａ，４Ｂは、３つの受光素子５Ａ〜５Ｃが並ぶＸ方向の両端側に配置されている。これにより、被測定物には、Ｘ方向の両側から第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂからの光を照射することができる。即ち、被測定物のうち２つの第１発光素子３Ａ，３Ｂに挟まれた部位には、２つの第１発光素子３Ａ，３Ｂからの光を照射することができる。同様に、被測定物のうち２つの第２発光素子４Ａ，４Ｂに挟まれた部位には、２つの第２発光素子４Ａ，４Ｂからの光を照射することができる。従って、２つの第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび２つの第２発光素子４Ａ，４Ｂから発する強い光を用いて、被測定物の生体信号を検出することができ、生体信号のＳ／Ｎを向上させることができる。
次に、図９および図１０を用いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態の特徴は、３つの受光素子は、それぞれの受光素子と対向した位置に配置された３つ以上のレンズを有するレンズアレイによって覆われたことにある。なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。
第２の実施の形態による生体信号センサ２１は、第１の実施の形態と同様に、基板２、第１発光素子３Ａ，３Ｂ、第２発光素子４Ａ，４Ｂ、受光素子５Ａ〜５Ｃ等を備えている。これに加えて、生体信号センサ２１は、３つの受光素子５Ａ〜５Ｃは、それぞれの受光素子５Ａ〜５Ｃと対向した位置に配置された３つのレンズ２２Ａ〜２２Ｃを有するレンズアレイ２２によって覆われている。レンズアレイ２２は、透明な樹脂材料によって形成され、受光素子５Ａ〜５Ｃとは別個の光学部品となっている。このため、レンズアレイ２２は、接着等に接合手段によって、受光素子５Ａ〜５Ｃの受光面側に取り付けられている。
かくして、このように構成された第２の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。また、３つの受光素子５Ａ〜５Ｃはレンズアレイ２２によって覆われている。これにより、第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂが発した光を被測定物が反射したときに、このときの反射光をレンズアレイ２２のレンズ２２Ａ〜２２Ｃによって受光素子５Ａ〜５Ｃに集光することができる。このため、レンズアレイを省いた場合に比べて、受光感度を高めることができ、生体信号のＳ／Ｎをさらに高めることができる。これに加え、生体信号センサ２１は、光学素子であるレンズアレイ２２が実装されているため、実装基板に生体信号センサ２１を取り付けるときに、別途光学部品を取り付ける必要がなく、組み立て作業を簡易化することができる。
次に、図１１および図１２を用いて、本発明の第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態の特徴は、レンズアレイが受光素子に一体化されていることにある。なお、第３の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。
第３の実施の形態による生体信号センサ３１は、第１の実施の形態と同様に、基板２、第１発光素子３Ａ，３Ｂ、第２発光素子４Ａ，４Ｂ、受光素子５Ａ〜５Ｃ等を備えている。これに加えて、生体信号センサ３１は、３つの受光素子５Ａ〜５Ｃは、それぞれの受光素子５Ａ〜５Ｃと対向した位置に配置された３つのレンズ３２Ａ〜３２Ｃを有するレンズアレイ３２によって覆われている。レンズアレイ３２は、例えばトランスファーモールドによって透明樹脂部８を成型するときに、透明樹脂部８と一緒に形成されている。これにより、レンズアレイ３２が受光素子５Ａ〜５Ｃに一体化されている。
かくして、このように構成された第３の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。また、レンズアレイ３２は、受光素子５Ａ〜５Ｃに一体化されているから、レンズアレイ３２と受光素子５Ａ〜５Ｃとの位置合わせ精度を高めることができる。
なお、前記各実施の形態では、生体信号センサ１，２１，３１は、２つの第１発光素子３Ａ，３Ｂと、２つの第２発光素子４Ａ，４Ｂとを備えるものとした。本発明はこれに限らず、生体信号センサは、３つ以上の第１発光素子と、３つ以上の第２発光素子とを備えてもよい。また、生体信号センサは、第１発光素子３Ａ，３Ｂおよび第２発光素子４Ａ，４Ｂと異なる波長の光を発する第３発光素子を備えてもよい。前記各実施の形態では、生体信号センサは、３つの受光素子５Ａ〜５Ｃを備えるものとしたが、４つ以上の受光素子を備えてもよい。
前記各実施の形態では、第１発光素子３Ａ，３Ｂが発する光の波長は、第２発光素子４Ａ，４Ｂが発する光の波長よりも長いものとした。本発明はこれに限らず、第１発光素子が発する光の波長は、第２発光素子が発する光の波長よりも短くてもよい。
また、前記各実施の形態で記載した具体的な数値は、一例を示したものであり、例示した値に限らない。これらの数値は、例えば適用対象の仕様に応じて適宜設定される。
前記各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。
次に、上記の実施の形態に含まれる発明について記載する。本発明の生体信号センサは、互いに直交するＸ方向とＹ方向に広がる基板と、前記基板の一側主面に設けられ、被測定物に対して第１波長の光を発する第１発光素子と、前記第１発光素子と隣接した位置で前記基板の一側主面に設けられ、被測定物に対して前記第１波長と異なる第２波長の光を発する第２発光素子と、前記基板の一側主面で前記第１発光素子および前記第２発光素子からの距離がそれぞれ異なる位置に配置され、前記第１発光素子および前記第２発光素子からの光を受光する複数の受光素子と、を備え、複数の前記受光素子は、Ｘ方向に１列に並んで配置され、前記第１発光素子および前記第２発光素子は、複数の前記受光素子とＹ方向の異なる位置に配置されていることを特徴としている。
このとき、複数の受光素子は、第１発光素子および第２発光素子からの距離がそれぞれ異なる位置に配置され、第１発光素子および第２発光素子からの光を受光する。このため、第１発光素子および第２発光素子からの距離に応じて、受光素子毎に被測定物の測定深度を異ならせることができる。これに加え、波長の異なる光を発する第１発光素子および第２発光素子を備えるから、光の波長に応じて被測定物の測定深度を異ならせることができる。これにより、所望の測定深度で被測定物の生体信号を検出することができ、信号のＳ／Ｎが向上する。また、第１発光素子および第２発光素子は、複数の受光素子とＹ方向の異なる位置に配置されている。このため、第１発光素子および第２発光素子と、複数の受光素子とが直線状に並ぶことがなく、互いに並行な位置に配置することができる。この結果、Ｘ方向に対する生体信号センサの外形寸法を小さくすることができる。
本発明では、前記第１発光素子および前記第２発光素子は、前記基板にそれぞれ複数設けられている。このため、単一の発光素子を用いた場合に比べて、光の発光強度を強めることができるのに加え、被測定物の測定面積を広げることができ、安定した測定が可能になる。
本発明では、複数の前記受光素子は、Ｘ方向に所定の長さ寸法の範囲に配置され、前記第１発光素子および前記第２発光素子は、Ｘ方向に対して複数の前記受光素子が配置された前記所定の長さ寸法の範囲内に配置されている。これにより、第１発光素子および第２発光素子と、複数の受光素子とが直線状に並んだ場合に比べて、生体信号センサのＸ方向の長さ寸法を小さくすることができ、生体信号センサを小型化することができる。
本発明では、前記第１発光素子は、複数の前記受光素子が並ぶＸ方向の両端側にそれぞれ配置され、前記第２発光素子は、複数の前記受光素子が並ぶＸ方向の両端側にそれぞれ配置されている。これにより、被測定物には、Ｘ方向の両側から第１発光素子および第２発光素子からの光を照射することができる。従って、複数の第１発光素子および複数の第２発光素子が発する強い光を用いて、被測定物の生体信号を検出することができる。
本発明では、複数の前記受光素子は、それぞれの前記受光素子と対向した位置に配置された複数のレンズを有するレンズアレイによって覆われている。これにより、第１発光素子および第２発光素子が発した光を被測定物が反射したときに、このときの反射光をレンズアレイのレンズによって受光素子に集光することができる。このため、レンズアレイを省いた場合に比べて、受光感度を高めることができる。
本発明では、前記レンズアレイは、前記受光素子に一体化されている。これにより、レンズアレイと受光素子との位置合わせ精度を高めることができる。
１，２１，３１ 生体信号センサ
２ 基板
３Ａ，３Ｂ 第１発光素子
４Ａ，４Ｂ 第２発光素子
５Ａ〜５Ｃ 受光素子
２２，３２ レンズアレイ
２２Ａ〜２２Ｃ，３２Ａ〜３２Ｃ レンズ

Claims (5)

  1. 互いに直交するＸ方向とＹ方向に広がる基板と、
    前記基板の一側主面に設けられ、被測定物に対して第１波長の光を発する２つ以上の第１発光素子と、
    前記第１発光素子と隣接した位置で前記基板の一側主面に設けられ、被測定物に対して前記第１波長と異なる第２波長の光を発する２つ以上の第２発光素子と、
    前記基板の一側主面で前記第１発光素子および前記第２発光素子からの距離がそれぞれ異なる位置に配置され、前記第１発光素子および前記第２発光素子からの光を受光する３つ以上の受光素子と、を備え、
    ３つ以上の前記受光素子は、Ｘ方向に１列に並んで配置され、
    ２つ以上の前記第１発光素子および２つ以上の前記第２発光素子は、３つ以上の前記受光素子とＹ方向の異なる位置であって、Ｘ方向に１列に並んで配置されており、
    ３つ以上の前記受光素子と２つ以上の前記第１発光素子および２つ以上の前記第２発光素子との間には、Ｘ方向に延びる壁部が配置されており、
    ２つ以上の前記第１発光素子は、３つ以上の前記受光素子が並ぶ直線と直交した中心軸Ｏに関して略線対称となる位置に配置されており、
    ２つ以上の前記第２発光素子は、３つ以上の前記受光素子が並ぶ直線と直交した中心軸Ｏに関して略線対称となる位置に配置されていることを特徴とする生体信号センサ。
  2. ３つ以上の前記受光素子は、Ｘ方向に所定の長さ寸法の範囲に配置され、
    ２つの前記第１発光素子および２つの前記第２発光素子は、Ｘ方向に対して３つ以上の前記受光素子が配置された前記所定の長さ寸法の範囲内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の生体信号センサ。
  3. ２つの前記第１発光素子は、３つ以上の前記受光素子が並ぶＸ方向の両端側にそれぞれ配置され、
    ２つの前記第２発光素子は、３つ以上の前記受光素子が並ぶＸ方向の両端側にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項２に記載の生体信号センサ。
  4. ３つ以上の前記受光素子は、それぞれの前記受光素子と対向した位置に配置された３つ以上のレンズを有するレンズアレイによって覆われたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の生体信号センサ。
  5. 前記レンズアレイは、３つ以上の前記受光素子に一体化されていることを特徴とする請求項４に記載の生体信号センサ。
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