WO2010090020A1 - 生体情報検知センサおよびそれを用いた電子機器、並びに生体情報検知方法 - Google Patents

生体情報検知センサおよびそれを用いた電子機器、並びに生体情報検知方法 Download PDF

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WO2010090020A1
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biological information
detection sensor
information detection
detection
temperature
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篠田茂樹
佐々木康弘
高橋尚武
上田秀樹
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日本電気株式会社
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    • A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A61B5/0531—Measuring skin impedance
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    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/029—Humidity sensors

Definitions

  • the present invention relates to a biological information detection sensor capable of measuring moisture content, temperature, and a specific odor component, an electronic device using the same, and a biological information detection method.
  • An index indicating the human skin condition includes the moisture content and temperature of the skin composed of the epidermis layer and the dermis layer, and quantitative measurement of the skin condition is an important index from the viewpoint of beauty and physical condition management.
  • physical condition management for the functional differentiation of mobile terminals, physical condition management, psychological conditions, and measurement of odors such as alcohol and aging odors have attracted attention.
  • a method for measuring the amount of water a method is known in which a sensing element in which a cross comb electrode is formed on a substrate is used, and a change in capacitance due to a difference in dielectric constant between the sensor substrate and moisture is measured.
  • skin measurement it is necessary to measure physical quantities having a strong correlation with the skin state, and should be comprehensively determined from a plurality of physical quantities such as moisture and temperature.
  • measurement of odor components is useful as another method for measuring biological information in a non-intrusive manner. According to the measurement of odor components, it is possible to measure an aging odor that changes with age and the degree of alcohol degradation after drinking.
  • sensing elements that match the individual physical quantities are required, and the mounting area increases due to an increase in the number of parts and the number of wires in the entire sensor.
  • simply integrating individual sensing elements is equivalent to measuring a plurality of physical property changes at the same time, and it is difficult to measure only necessary biological information according to the usage state and application of the sensor. there were.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to enable integration of a plurality of detection units and to measure only necessary biological information in accordance with a user's sensor usage state. It aims at providing a living body information detection sensor, an electronic device using the same, and a living body information detection method.
  • the first solving means relating to the above-mentioned problem is that an odor detecting means sensitive to a specific odor, a moisture detecting means sensitive to moisture, a temperature detecting means for detecting an ambient temperature, and a detection result of the temperature detecting means.
  • a biological information detection sensor comprising the odor detection means and a switching means for switching the moisture detection means.
  • the second solving means is to form a skin condition detector for measuring a change in capacitance or electrical resistance between the cross comb electrodes, and a selectivity sensitive film on a part of the cross comb electrodes, An odor component detection unit for measuring a change in electric resistance according to a substance adsorbed on the film, and a thermocouple formed by using at least two kinds of metal materials in a part of the cross comb electrode, and heat generated by the thermocouple
  • the temperature detection unit that measures the ambient temperature from the electromotive force, the thermoelectromotive force generated from the thermocouple due to a change in the ambient temperature, and a preset threshold value are compared, and the object having a heat source such as a living body is compared based on the comparison result.
  • the biological information detection sensor includes a switching state that detects a contact state and switches the skin state detection unit and the odor component detection unit on and off according to the contact state.
  • the third solving means is an electronic device that has the biological information detection sensor of any one of the above-described solving means and measures the human skin condition and bad breath based on the detection result of the biological information detection sensor.
  • the fourth solution means includes the biological information detection sensor according to any one of the above-described solution means, wherein the biological information detection sensor is mounted in an easily submerged portion such as a case gap, and the biological information detection sensor This is an electronic device that detects the inundation of the device based on the detection result.
  • the fourth solution means that the biological information detection sensor of any of the above solution means is mounted inside, and based on the detection result of the biological information detection sensor, from the circuit component or storage battery mounted on the circuit board.
  • This is an electronic device that performs simultaneous or step-by-step detection of abnormal heat generation and smoke detection caused by pre-ignition signs.
  • the fifth solution means includes the biological information detection sensor according to any one of the solution means described above, makes a human body approach determination from the temperature detection result of the biological information detection sensor, and determines the human body's electric power from the moisture detection result. It is an electronic device that performs highly accurate human body detection by measuring impedance.
  • the sixth solving means includes a detection process for detecting a specific odor, a moisture detection process for detecting moisture, a temperature detection process for detecting ambient temperature, and the odor according to a detection result of the temperature detection process. It is a biometric information detection method which has a detection process and the switching process which switches the said moisture detection process.
  • the above solution means it is possible to integrate a plurality of detection means and to measure only necessary biological information according to the user's sensor usage state. Moreover, according to the said solution means, there exists an effect which can reduce the number of parts, a mounting area, and the number of wiring, and can obtain the biometric information detection sensor with little power consumption.
  • FIG. 1A is a plan view showing a configuration of a biological information detection sensor (hereinafter abbreviated as a sensor) 1 according to an embodiment.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the biological information detection sensor 1 along the line AA ′.
  • the substrate 8 is a square substrate made of glass ceramic, and the cross comb electrode 2 is formed on the upper surface of the substrate 8.
  • the cross comb electrode 2 includes a thin plate-like horizontal electrode 21, a first comb electrode composed of thin plate-like vertical electrodes 21 a to 21 c that are mounted perpendicularly to the horizontal electrode 21 at equal intervals, and a thin plate And a second comb electrode composed of thin plate-like vertical electrodes 22a to 22d that are mounted perpendicularly to the horizontal electrode 22 at equal intervals.
  • the vertical electrodes 21a to 22c The vertical electrodes 22a to 22d are alternately arranged at equal intervals.
  • a vertical electrode 23 is formed on the side of the vertical electrode 22d.
  • the skin electrodes detector 16 is constituted by the vertical electrodes 21a to 21c and 22a to 22d and the horizontal electrodes 21 and 22.
  • an electrode terminal 5 a for connecting to a measuring instrument is formed at one end of the horizontal electrode 21, the other end is attached to one end of the vertical electrode 23, and an electrode terminal 5 c is formed at the other end of the vertical electrode 23.
  • An electrode terminal 5 b is formed at one end of the horizontal electrode 22.
  • the cross comb electrode 21 described above is made of copper
  • the vertical electrode 23 is made of a copper / nickel alloy.
  • the sensitive film 3 is attached to the upper surface of the substrate 8 so as to cover the vertical electrodes 21a and 22a.
  • the sensitive film 3 changes its electrical resistance when it absorbs a specific odor component
  • the odor component sensing unit 17 is constituted by the sensitive film 3, the vertical electrodes 21 a and 22 a, and the horizontal electrodes 21 and 22.
  • the horizontal electrode 22 is cut
  • Fig. 2 shows the equivalent electrical circuit of the sensor 1 described above.
  • the resistor R1 represents the odor component detector 17 of FIG. 1A
  • the series connection circuit of the resistor R2 and the capacitor C represents the skin state detector 16.
  • the direct-current voltage source VDC represents an electromotive force of the thermocouple (temperature detection unit 15) and is a voltage source that varies depending on the ambient temperature.
  • the resistance R1 is an electrical resistance between the vertical electrodes 21a and 22a covered with the sensitive film 3, and a resistance change r1 of the sensitive film is generated by the attachment / detachment of an odor component.
  • the capacitor C is a capacitance between the first and second comb electrodes, and a capacitance change c is caused by adhesion of moisture.
  • the DC voltage source VDC generates a thermoelectromotive force v depending on the ambient temperature change.
  • the electrode terminal 5c which comprises a thermocouple is connected to switching means SW.
  • the switching means SW may be mounted on the substrate 8 as a comparator circuit 7 to be compared with the reference voltage 7a, or may be compared with the reference voltage on the software without mounting the comparator circuit 7.
  • the skin state detection unit 16 and the odor component detection unit 17 may be switched.
  • the sensor 1 automatically determines a contact state with a measurement object based on a temperature change, and realizes measurement of temperature, skin state, and a specific odor component with a single element.
  • the sensor 1 measures a temperature change in the vicinity of the thermocouple by the thermoelectromotive force (v) of the thermocouple, and measures a specific odor component by the resistance change r1 of the sensitive film 3. Further, the skin condition is measured by the capacitance change c between the cross comb electrodes and the change r2 of the resistance R2.
  • the skin state detection unit 16 and the odor component detection unit 17 are selected according to the contact state with the measurement target by the switching means (SW) that is turned on / off according to the thermoelectromotive force v.
  • a reference voltage value serving as a threshold can be arbitrarily set. Further, an alternating voltage is applied between the electrode terminals 5a-5b, and the resistance change r1 and the capacitance change c are measured as current changes.
  • thermoelectromotive force v is less than or equal to the set threshold value, that is, when the temperature change ( ⁇ T) is small
  • the switching means (switch) SW is turned off so that the terminal electrodes 5a-5b are not turned on.
  • a current value corresponding to the applied voltage and the resistance change r1 of the odor component detection unit 17 is generated.
  • the thermoelectromotive force v is equal to or greater than the set threshold value, that is, when the temperature change is large
  • the switching means (switch) SW is turned on, so that the applied voltage and the skin condition detection unit 16 are connected between the terminal electrodes 5a-5b.
  • a current value corresponding to the capacitance change c is generated.
  • the switching means (switch) SW is turned on when the temperature change is large, and is turned off when the temperature change is small.
  • the capacitor C that is the detection unit 16 may be measured.
  • thermocouple using a part of the cross comb electrode 2 is used as a switching unit between the skin state detection unit 16 and the odor component detection unit 17, so that the user Without being conscious of this, it is possible to automatically determine the contact state with the object based on the ambient temperature change, and to measure the temperature, skin condition, and specific odor components.
  • a temperature change is small during measurement of odor such as bad breath that is in a non-contact state, and a temperature change due to the influence of body temperature is large in contact measurement of a skin state such as a moisture content.
  • thermocouple that detects a temperature change
  • a plurality of physical quantities can be measured with high sensitivity by a single sensor. Therefore, it is possible to reduce the number of parts, the mounting area, and the number of wirings, and it is possible to perform comprehensive skin condition and physical condition diagnosis and psychological state measurement that are difficult with a conventional single detection element.
  • the sensor 1 shown in FIG. 1A was created.
  • the external dimensions of the substrate 8 used in the sensor 1 were 10 (mm) on one side and thickness (T): 1 (mm).
  • the material was glass ceramic, and the cross comb electrode 2 was formed on the surface of the substrate 8.
  • the dimensions of the cross comb electrode 2 are as follows: width (W): 7 (mm) length (L): 7 (mm) electrode width (a): 0.5 (mm) electrode
  • the interval (p) was 0.5 (mm) and the number of electrode pairs (n) was 7 (pairs).
  • copper and a copper / nickel alloy were used to form thermocouples.
  • a sensitive film 3 was formed on a part of the cross comb electrode 2.
  • the sensitive film 3 is formed so as to cover a pair of electrodes.
  • a changeover switch SW is attached to the central portion of the horizontal electrode 22.
  • FIGS. 6A to 6C are a perspective view, a plan view, and a cross-sectional view taken along line A-A ′ showing the configuration of the electronic apparatus (mobile terminal) according to the second embodiment.
  • reference numeral 1 denotes a sensor shown in FIG. 1A
  • 31 denotes an electronic device.
  • the electronic device 31 has housing dimensions of width (W): 50 (mm), length (L): 90 (mm), and height (T): 10 (mm) on both the receiver side and the microphone side.
  • the sensor 1 was mounted by bonding to the substantially central portion of the outer surface of the electronic device 31 on the receiver side.
  • the substrate 8 (FIGS. 1A and 1B) is mounted on the electronic device 31 by bonding, but the cross comb electrode 2 may be formed directly on the housing surface of the electronic device 31.
  • the sensor 1 measures the temperature, moisture content, and specific odor components by measuring the thermoelectromotive force, capacitance, and electrical resistance between the electrode terminals 5a, 5b, and 5c. Optimized for measurement of skin condition and bad breath.
  • the sensor 1 measures the temperature of the thermoelectromotive force generated by the thermocouple by measuring the potential difference between the electrode terminals 5a-5c.
  • the skin state detection unit 16 and the odor component detection unit 17 are switched by comparing the thermoelectromotive force generated by the temperature change with a preset threshold value. I do.
  • FIG. 7 shows the contact state with the skin predicted from the voltage change of the thermocouple, the operation of the switching means (switch) SW, and the measurement items.
  • the switching means (switch) SW is turned off, and the odor component and the concentration are measured from the resistance change r1 of the resistor R1 shown in FIG.
  • the odor component to be measured depends on the sensitive film 3.
  • the thermoelectromotive force of the thermocouple increases, the temperature rise due to the skin body temperature is considered, and it is determined that the sensor 1 and the skin are in contact.
  • the skin condition such as the moisture content is measured from the capacitance change C by turning on the switching means (switch) SW.
  • the measured temperature is also used as data representing the skin condition.
  • FIG. 8 shows an operation example of this embodiment.
  • the switching means (switch) SW is off, and the output current obtained from the electrode terminal 5b (normalized by the standby current) ) Is “1”, and the electronic device (mobile terminal) 31 performs a normal operation.
  • the thermoelectromotive force becomes “1.5” and the output current becomes “5”
  • the switching means (switch) SW is off, and the electronic device 31 displays the odor degree.
  • the switching means (switch) SW is turned on, and the electronic device 31 displays the skin state from the temperature and the amount of moisture.
  • FIGS. 9A to 9C are a perspective view, a plan view, and a cross-sectional view taken along line A-A ′ showing the configuration of the electronic apparatus (mobile terminal) according to the third embodiment.
  • reference numerals 1a to 1f are sensors shown in FIG. 1A, and 32 is an electronic device.
  • the sensors 1a to 1f are mounted on the circuit board 33 of the electronic device 32.
  • the mounting position is in the vicinity where there is concern about exothermic smoke such as the easily flooded portion 13 and the storage battery.
  • the switching means SW (see FIG. 1A) of the sensors 1a to 1f are set to be off in the initial state.
  • the sensors 1a to 1f measure temperature, water content, and specific odor components by measuring the potential difference between the electrode terminals 5a and 5c, the capacitance between the electrode terminals 5a and 5b, and the electrical resistance.
  • inundation detection and exothermic smoke detection of the electronic device 32 are performed. That is, the thermoelectromotive force generated by the thermocouples of the sensors 1a to 1f is measured by measuring the potential difference between the electrode terminals 5a and 5c, thereby measuring the temperature.
  • the skin state detection unit 16 and the odor component detection unit 17 Switch.
  • the skin state detection unit 16 in the present configuration detects the amount of moisture adhering to the skin state detection unit 16, that is, the presence or absence of water in the electronic device 32.
  • FIG. 10 shows the internal state of the electronic device 32 that is expected from the voltage change of the thermocouple, the operation of the switching means SW, and the measurement items. When the voltage fluctuation of the thermocouple is small, it can be determined that there is no abnormal heat generation from the circuit element.
  • the sensors 1a to 1f function only as inundation detection sensors, and detect inundation into the electronic device 32 by the capacitance change c of the skin state detection unit 16.
  • thermoelectromotive force of the thermocouple increases, it is possible to estimate a temperature rise in the vicinity of the circuit component due to abnormal heat generation of the circuit element.
  • the odor component is measured from the resistance change r1 of the resistor R1 of the odor component detector 17.
  • the odor component detection unit 17 using the selective sensitive film 3 as the component causes the temperature rise and smell.
  • the occurrence of an abnormality in the electronic device 32 due to the component is detected simultaneously or stepwise to take a countermeasure.
  • the electronic device 32 when the temperature rise is equal to or lower than the set threshold value and the output current exceeds the set threshold value, it is determined that the electronic device 32 is flooded and a means for forcibly turning off the electronic device 32 is provided. It was.
  • the temperature rise exceeds the set threshold the user is warned of abnormal heat generation via the display, and when the temperature rise and odor component are recognized at the same time, the electronic device 32 is forcibly turned off. I took steps to do that.
  • FIG. 11 shows an operation example of this embodiment.
  • the switching means (switch) SW is on, and the output current obtained from the electrode terminal 5b (normalized by the standby current) ) Is “1”, the electronic device 32 performs a normal operation.
  • the thermoelectromotive force is “0.8”
  • the switching means (switch) SW is on.
  • the output current becomes “10”
  • the electronic device 32 determines that it is flooded and forcibly turns off the power.
  • the thermoelectromotive force becomes “3”
  • the switching means (switch) SW is turned off.
  • the electronic device 32 displays abnormal heat generation.
  • the thermoelectromotive force is “5”
  • the switching means (switch) SW is off.
  • the electronic device 32 forcibly turns off the power supply by judging abnormal heat generation and smoke generation.
  • the third embodiment it is possible to detect water intrusion and heat generation smoke that cause a failure of the electronic device 32.
  • the change in temperature is small at the time of inundation detection, while the change in temperature is large at the time of detecting an odor such as a flux component that volatilizes due to abnormal heat generation of circuit components. Therefore, by operating the switching means SW based on the detection result of the thermocouple that detects the temperature change, it is possible to measure a plurality of physical quantities with high sensitivity by a single sensor. Therefore, it is possible to reduce the number of parts, the mounting area, and the number of wirings, and it is possible to perform comprehensive skin condition and physical condition diagnosis and psychological measurement, which are difficult with a conventional single detection element.
  • FIGS. 12A to 12C are a perspective view, a plan view, and a cross-sectional view taken along line A-A ′ showing the configuration of the electronic apparatus (mobile terminal) according to the fourth embodiment.
  • reference numeral 1 denotes a sensor shown in FIG. 1A
  • 35 denotes an electronic device
  • the sensor 1 is mounted on a circuit board of the electronic device 35.
  • the mounting position can be freely arranged within a range in which the sensor 1 can measure a temperature change due to a human body temperature.
  • Reference numeral 14 denotes a transmitter, which is mounted on a circuit board of the electronic device 35 and connected to the switching means SW of the sensor 1. Further, the switching means SW of the sensor 1 is set to be off in the initial state and turned on when the temperature rises.
  • the sensor 1 measures the amount of moisture, electrical resistance, specific odor component temperature, and temperature by measuring the capacitance and electrical resistance between the electrode terminals 5a and 5b and the potential difference between the electrode terminals 5a and 5c. In this configuration, it is optimized especially for the detection of the human body during contact and non-contact.
  • the cross comb electrode 2 is used as a pair of transmission / reception antennas. The temperature change due to the approach of the human body is measured by a thermocouple, and when the voltage fluctuation accompanying the temperature rise exceeds a predetermined threshold, the possibility of the human body as a measurement object existing in the vicinity of the sensor 1 is estimated.
  • thermocouple used for the sensor 1 is a passive element, the sensor 1 does not consume power during standby, and consumes power for radiating human body discrimination electromagnetic waves only when the approach of the human body is estimated. Therefore, it is possible to realize power saving of the electronic device to be mounted.
  • the above-described biological information detection sensor, the electronic device using the biological information detection sensor, and the biological information detection method are used for physical condition management, psychological state, odor measurement such as alcohol and aging odor, and the like.

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Abstract

　複数の検知部の一体化を可能とし、ユーザのセンサ使用状態に合わせて必要な生体情報だけを測定することができる生体情報検知センサを提供する。当該生体情報検知センサは、交差櫛電極の静電容量もしくは電気抵抗変化を測定する肌状態検知部と、交差櫛電極の一部に選択性感応膜を形成し、選択性感応膜に吸着した物質に応じた電気抵抗変化を測定するにおい成分検知部と、交差櫛電極の一部に少なくとも２種類の金属材料を使用し熱電対を形成し、該熱電対により発生する熱起電力から周囲温度を測定する温度検知部と、周囲温度変化により熱電対から発生する熱起電力と予め設定された閾値とを比較し、比較結果によって生体などの熱源を有する対象物との接触状態を検知し、接触状態にあわせて肌状態検知部と、におい成分検知部のオン・オフを行う切り替え手段ＳＷとを具備する。

Description

生体情報検知センサおよびそれを用いた電子機器、並びに生体情報検知方法
　本発明は、水分量、温度、および特定のにおい成分を測定可能な生体情報検知センサおよびそれを用いた電子機器、並びに生体情報検知方法に関する。
　本願は、２００９年２月４日に、日本に出願された特願２００９－０２３９０８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　人の肌状態を示す指標として、表皮層と真皮層からなる皮膚の水分量や温度があり、肌状態の定量測定は美容や体調管理の観点において重要な指標である。また、近年特に携帯端末の機能差別化のために体調管理や心理状態、アルコールや加齢臭などのにおい測定が注目されている。ところで、一般に水分量の測定方法には、基板上に交差櫛電極を形成した検知素子を使用し、センサ基板と水分の誘電率差による静電容量変化を計測する手法が知られている。一方、においの測定法には、選択性を向上させた感応膜への物理吸着や感応膜の酸化・還元反応による電気伝導率変化を測定する方法が知られている。また、緊張や疲労といった人の心理状態は、発汗作用や体温変化と相関が強いことが知られている。
特開２００４－２２３２６３号公報 特開２００６－２５９１５６号公報 特開２００７－３２５８４２号公報 特開２００８－２４１３１８号公報 特開平０７－０１２７６７号公報 特開平１０－０７１１３０号公報
　人の肌状態を測定し、その状態変化を長期的・短期的に観察することで、美容や体調変化、心理状態変化を知ることができる。肌測定では、肌状態と相関の強い物理量を計測する必要があり、水分量や温度といった複数の物理量から総合的に判断されるべきである。また、生体情報を非侵入に測定する別の方法として、におい成分の計測が有用である。におい成分の計測によれば、年齢と共に変化する加齢臭や飲酒後のアルコール分解度を測定することが可能である。しかし、複数の物理量を測定するためには、個々の物理量に合わせた検知素子が必要であり、センサ全体の部品点数や配線数の増加により実装面積が増大する。また、単に個別の検知素子を一体化するだけでは、複数の物性変化を同時に計測するに等しく、センサの使用状態・用途にあわせて必要な生体情報だけを測定することが困難であるという課題があった。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、複数の検知部の一体化を可能とし、ユーザのセンサ使用状態に合わせて必要な生体情報だけを測定することができる生体情報検知センサおよびそれを用いた電子機器、並びに生体情報検知方法を提供することを目的としている。
　上記課題に関する第１の解決手段は、特定のにおいに感応するにおい検知手段と、水分に感応する水分検知手段と、周囲温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段の検知結果に応じて前記におい検知手段と前記水分検知手段を切り替える切り替え手段とを具備する生体情報検知センサである。
　また、第２の解決手段は、交差櫛電極間の静電容量もしくは電気抵抗変化を測定する肌状態検知部と、該交差櫛電極の一部に選択性感応膜を形成し、該選択性感応膜に吸着した物質に応じた電気抵抗変化を測定するにおい成分検知部と、該交差櫛電極の一部に少なくとも２種類の金属材料を使用し熱電対を形成し、該熱電対により発生する熱起電力から周囲温度を測定する温度検知部と、周囲温度変化により該熱電対から発生する熱起電力と予め設定された閾値とを比較し、比較結果によって生体などの熱源を有する対象物との接触状態を検知し、接触状態にあわせて前記肌状態検知部と前記におい成分検知部のオン・オフを行う切り替え部とを具備する生体情報検知センサである。
　また、第３の解決手段は、上記のいずれかの解決手段の生体情報検知センサを有し、該生体情報検知センサの検知結果に基づいて人体の肌状態および口臭の測定を行う電子機器である。
　また、第４の解決手段は、上記のいずれかの解決手段の生体情報検知センサを有し、該生体情報検知センサを筐体間隙部などの浸水容易箇所に実装し、該生体情報検知センサの検知結果に基づいて機器内への浸水の検知を行う電子機器である。
　また、第４の解決手段は、上記のいずれかの解決手段の生体情報検知センサを内部に実装し、該生体情報検知センサの検知結果に基づいて、回路基板上に実装した回路部品や蓄電池からの異常な発熱検知と、発火事前兆候で生じる発煙検知を同時に、もしくは段階的に行う電子機器である。
　また、第５の解決手段は、上記のいずれかの解決手段の生体情報検知センサを有し、該生体情報検知センサの温度検知結果から人体の接近判断を行うと共に、水分検知結果から人体の電気インピーダンスを計測することで確度の高い人体検知を行う電子機器である。
　また、第６の解決手段は、特定のにおいを検知する検知処理と、水分を検知する水分検知処理と、周囲温度を検知する温度検知処理と、前記温度検知処理の検知結果に応じて前記におい検知処理と前記水分検知処理を切り替える切り替え処理とを有する生体情報検知方法である。
　上記解決手段によれば、複数の検知手段の一体化を可能とし、しかも、ユーザのセンサ使用状態に合わせて必要な生体情報だけを測定することができる効果がある。また、上記解決手段によれば、部品点数および実装面積、配線数の削減が可能で、かつ、消費電力が少ない生体情報検知センサを得ることができる効果がある。
一実施形態による生態情報検知センサの構成を示す平面図である。 一実施形態による生態情報検知センサの構成を示すＡ－Ａ´線断面図である。 同生態情報検知センサの等価電気回路図である。 同生態情報検知センサの他の等価電気回路図である。 同生態情報検知センサの動作を説明するための図である。 同生態情報検知センサの実施例を説明するための図である。 同生態情報検知センサの実施例を説明するための図である。 同生態情報検知センサを用いた電子機器（携帯端末）の構成を示す斜視図である。 同生態情報検知センサを用いた電子機器（携帯端末）の構成を示す平面図である。 同生態情報検知センサを用いた電子機器（携帯端末）の構成を示す断面図である。 同電子機器の動作を説明するための図である。 同電子機器の動作を説明するための図である。 同生態情報検知センサを用いた他の電子機器（携帯端末）の構成を示す斜視図である。 同生態情報検知センサを用いた他の電子機器（携帯端末）の構成を示す平面図である。 同生態情報検知センサを用いた他の電子機器（携帯端末）の構成を示す断面図である。 同電子機器の動作を説明するための図である。 同電子機器の動作を説明するための図である。 同生態情報検知センサを用いた更に他の電子機器（携帯端末）の構成を示す斜視図である。 同生態情報検知センサを用いた更に他の電子機器（携帯端末）の構成を示す平面図である。 同生態情報検知センサを用いた更に他の電子機器（携帯端末）の構成を示す断面図である。
［実施形態１］
　以下、図面を参照し、一実施形態について説明する。（第1実施形態）
　図１Ａは一実施形態による生体情報検知センサ（以下、センサと略称する）１の構成を示す平面図。図１Ｂは生体情報検知センサ1のＡ－Ａ´線断面図である。これらの図において、基板８はガラスセラミックによる正方形状の基板であり、この基板８の上面に交差櫛電極２が形成されている。この交差櫛電極２は、細板状の横電極２１と、この横電極２１に垂直に、かつ等間隔に取り付けられた細板状の縦電極２１ａ～２１ｃからなる第１櫛電極と、細板状の横電極２２と、この横電極２２に垂直に、かつ等間隔に取り付けられた細板状の縦電極２２ａ～２２ｄからなる第２櫛電極とから構成されており、縦電極２１ａ～２２ｃと、縦電極２２ａ～２２ｄが交互に等間隔に配置されている。また、縦電極２２ｄの側部には縦電極２３が形成されている。そして、縦電極２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｄおよび横電極２１、２２によって肌状態検知部１６が構成されている。
　また、横電極２１の一端に計測器へ接続するための電極端子５ａが形成され、他端が縦電極２３の一端に取り付けられ、縦電極２３の他端に電極端子５ｃが形成されている。また、横電極２２の一端に電極端子５ｂが形成されている。また、上述した交差櫛電極２１は銅によって形成され、縦電極２３は銅・ニッケル合金によって形成されている。これにより、横電極２１と縦電極２３の接合部６が熱電対を構成し、横電極２１と縦電極２３によって温度検知部１５が形成されている。
　また、基板８の上面には縦電極２１ａ，２２ａを覆う形で感応膜３が取り付けられている。この感応膜３は特定のにおい成分を吸収すると電気抵抗が変化するもので、この感応膜3および縦電極２１ａ、２２ａ、横電極２１、２２によってにおい成分感知部１７が構成されている。また、横電極２２は中央部、具体的には縦電極２２ａと縦電極２２ｂの取り付け位置の間において切断されており、その切断部に切り替え手段ＳＷが取り付けられている。この切り替え手段ＳＷは温度検知部１５の検知結果に応じてオン／オフ制御さるようになっている。
　図２に上記センサ１の等価電気回路を示す。この図において、抵抗Ｒ１は図１Ａのにおい成分検知部１７を、抵抗Ｒ２とキャパシタＣの直列接続回路は肌状態検知部１６を表す。また、直流電圧源ＶＤＣは熱電対（温度検知部１５）の起電力を表し、周囲温度により可変する電圧源である。抵抗Ｒ１は、感応膜３で覆われた縦電極２１ａ、２２ａ間の電気抵抗であり、におい成分の着脱により感応膜の抵抗変化ｒ１を生じる。また、キャパシタＣは第１、第２櫛電極間の静電容量であり、水分の付着により静電容量変化ｃを生じる。直流電圧源ＶＤＣは周囲温度変化に依存した熱起電力ｖを生じる。また、熱電対を構成する電極端子５ｃは切り替え手段ＳＷに接続される。なお、切り替え手段ＳＷは図３に示すように、基準電圧７ａと比較するコンパレータ回路７として基板８上に実装してもよいし、コンパレータ回路７を実装せずにソフト上で基準電圧と比較し肌状態検知部１６とにおい成分検知部１７の切り替えを行なってもよい。
　　　 次に、上記実施形態によるセンサ１の動作を説明する。
　このセンサ１は、温度変化により測定対象との接触状態を自動的に判断し、温度、肌状態、および特定のにおい成分の測定を単一素子で実現する。このセンサ１は、熱電対の熱起電力（ｖ）により熱電対近傍の温度変化を測定し、感応膜３の抵抗変化ｒ１により特定のにおい成分を測定する。また、交差櫛電極間の静電容量変化ｃおよび抵抗Ｒ２の変化ｒ２で肌状態の測定を行う。ここで、熱起電力ｖに応じてオン／オフを行う切り替え手段（ＳＷ）により、測定対象との接触状態に合わせて肌状態検知部１６と、におい成分検知部１７との選択を行う。閾値となる基準電圧値は任意に設定可能とする。また、電極端子５ａ－５ｂ間には交流電圧を印加し抵抗変化ｒ１、および、静電容量変化ｃを電流変化として測定する。
　　　 図４に示すように、熱起電力ｖが設定閾値以下の場合、つまり温度変化（ΔＴ）が微少なとき、切り替え手段（スイッチ）ＳＷをオフ状態とすることで端子電極５ａ－５ｂ間には、印加電圧とにおい成分検知部１７の抵抗変化ｒ１に応じた電流値が生じる。一方、熱起電力ｖが設定閾値以上の場合、つまり温度変化が大きいとき切り替え手段（スイッチ）ＳＷをオン状態とすれば、端子電極５ａ－５ｂ間には、印加電圧と肌状態検知部１６の静電容量変化ｃに応じた電流値が生じる。当然、温度変化が大きいときに切り替え手段（スイッチ）ＳＷをオン、微少なときにオフとすることも、温度変化が大きい時に、におい成分検知部１７である抵抗Ｒ１を、微少なときに肌状態検知部１６であるキャパシタＣを測定してもよい。
　　　 以上説明したように、上記センサ１によれば、交差櫛電極２の一部を利用した熱電対を、肌状態検知部１６と、におい成分検知部１７との切り替え手段として利用することで、ユーザが意識することなく周囲温度変化により対象物との接触状態を自動的に判断し、温度、肌状態、および特定のにおい成分の計測が可能となる。生体を検知対象とする場合、非接触状態となる口臭などのにおい測定中には温度変化が少なく、水分量などの肌状態の接触測定では体温の影響による温度変化が大きくなる。したがって、温度変化を検知する熱電対に基づいて切り替え手段ＳＷを切り替えることで、単一センサで複数の物理量を高感度に計測可能となる。よって、部品点数、および実装面積、配線数の削減が可能で、かつ従来の単体の検知素子では困難であった総合的な肌状態や体調の診断、および心理状態の測定が可能となる。（実施例）
　図１Ａに示すセンサ１を作成した。センサ１に使用した基板８の外形寸法は、一辺１０（ｍｍ）、厚さ（Ｔ）：1（ｍｍ）とした。また、材質はガラスセラミックで構成し、基板８表面上に交差櫛電極２を形成した。交差櫛電極２の寸法は、図５Ａ及び図５Ｂにおいて、幅（Ｗ）：７（ｍｍ）・長さ（Ｌ）：７（ｍｍ）・電極幅（ａ）：０．５（ｍｍ）・電極間隔（ｐ）：０．５（ｍｍ）・電極対数（ｎ）：７（対）とした。横電極２１と縦電極２３には、それぞれ銅と銅・ニッケル合金を使用し、熱電対を形成した。さらに、交差櫛電極２の一部に感応膜３を形成した。感応膜３は対となる電極を覆う形で形成する。また、横電極２２の中央部に切り替えスイッチＳＷを取り付けた。（第２実施形態）
　図６Ａ～Ｃは第２の実施形態による電子機器（携帯端末）の構成を示す斜視図、平面図およびＡ－Ａ’線断面図である。この図において、符号１は図１Ａに示すセンサ、３１は電子機器である。電子機器３１は、レシーバ側・マイク側共に、幅（Ｗ）：５０（ｍｍ）・長さ（Ｌ）：９０（ｍｍ）・高さ（Ｔ）：１０（ｍｍ）の筐体寸法を有する。センサ１は図に示すように、電子機器３１のレシーバ側の外面のほぼ中央部に接着により実装した。本実施形態では基板８（図１Ａ及び１Ｂ）を電子機器３１に接着により実装したが、電子機器３１の筐体表面上に直接、交差櫛電極２を形成してもよい。
　　　 センサ１は、電極端子５ａ，５ｂ，５ｃ間の熱起電力、静電容量、および電気抵抗を計測することで、温度、水分量、特定のにおい成分の測定を行うが、本構成では特に人体の肌状態と口臭の測定に合わせて最適化した。センサ１は熱電対により発生した熱起電力を電極端子５ａ－５ｃ間の電位差を計測することで、温度測定を行う。このとき、電極端子５ｃは切り替え手段ＳＷに接続されているため、温度変化によって発生した熱起電力と、予め設定した閾値との比較により、肌状態検知部１６と、におい成分検知部１７の切り替えを行う。熱電対の電圧変化から予想される肌との接触状態と、切り替え手段(スイッチ)ＳＷの動作と測定項目を図７に示す。熱電対の電圧変動が微少な場合、センサ１と肌とは非接触状態であると判断される。この状態では切り替え手段(スイッチ)ＳＷをオフとし、図２に示す抵抗Ｒ１の抵抗変化ｒ１からにおい成分と濃度の測定を行う。このとき、測定するにおい成分は感応膜３に依存する。一方、熱電対の熱起電力が増加した場合、肌体温による温度上昇が考えられセンサ１と肌とが接触状態にあると判断される。この時、切り替え手段(スイッチ)ＳＷをオンにすることで静電容量変化Ｃから水分量などの肌状態の測定を行う。当然、測定した温度も肌状態を表すデータとして活用する。以上の動作により、ユーザが意識することなく、測定状態に応じて感度の高い回路構成を選択可能で、肌状態の測定と、におい成分測定を行うことが可能となる。
　本実施形態の動作例を図８に示す。熱起電力（環境温度２０度での起電力で規格化）が「１」の時は切り替え手段(スイッチ)ＳＷがオフであり、電極端子５ｂに得られる出力電流（待機時の電流で規格化）が「１」で電子機器（携帯端末）３１が通常動作を行う。次に、熱起電力が「１．５」になり出力電流が「５」になった場合、切り替え手段(スイッチ)ＳＷはオフであり、電子機器３１はにおい度合いを表示する。熱起電力が「３」になり出力電流が「１０」になった場合、切り替え手段(スイッチ)ＳＷがオンとなり、電子機器３１は温度、水分量から肌状態を表示する。（第３実施形態）
　図９Ａ～Ｃは第３実施形態による電子機器（携帯端末）の構成を示す斜視図、平面図およびＡ－Ａ’線断面図である。この図において、符号１ａ～１ｆは図１Ａに示すセンサ、３２は電子機器である。センサ１ａ～１ｆは電子機器３２の回路基板３３上に実装されている。実装位置は浸水容易箇所１３と蓄電池などの発熱発煙が懸念される付近である。また、センサ１ａ～１ｆの各切り替え手段ＳＷ（図１Ａ参照）は初期状態でオフとなるように設定する。
　　　 次に、この第３実施形態の動作を説明する。
　センサ１ａ～１ｆは、電極端子５ａ、５ｃ間の電位差、電極端子５ａ、５ｂ間の静電容量および電気抵抗を計測することで、温度、水分量、特定のにおい成分の測定を行うが、本構成では特に電子機器３２の浸水検知および発熱発煙検知を行う。
　すなわち、センサ１ａ～１ｆの各熱電対により発生した熱起電力を、電極端子５ａ、５ｃ間の電位差を計測することで測定し、これにより温度測定が行われる。このとき、電極端子５ｃは切り替え手段ＳＷに接続されているため、温度変化によって発生した熱起電力と予め設定した閾値との比較に基づいて、肌状態検知部１６と、におい成分検知部１７の切り替えを行う。ただし、本構成における肌状態検知部１６は、肌状態検知部１６に付着した水分量、つまり電子機器３２内への浸水の有無を検知するものである。熱電対の電圧変化から予想される電子機器３２内部の状態と、切り替え手段ＳＷの動作および測定項目を図１０に示す。熱電対の電圧変動が微少な場合、回路素子からの異常発熱はないと判断できる。このとき、センサ１ａ～１ｆは浸水検知センサとしてのみ機能し、肌状態検知部１６の静電容量変化ｃによる電子機器３２内部への浸水検知を行う。
　一方、熱電対の熱起電力が増加した場合、回路素子の異常発熱による回路部品近傍の温度上昇が推定できる。このときの温度上昇を検知し、切り替え手段ＳＷをオフにすることでにおい成分検知部１７の抵抗Ｒ１の抵抗変化ｒ１からにおい成分の測定を行う。回路素子の異常発熱が持続すると、回路基板の保護膜やハンダペーストに含まれるフラックス成分が蒸発するため、その成分に選択性の感応膜３を利用したにおい成分検知部１７により、温度上昇とにおい成分による電子機器３２の異常発生を同時に、もしくは段階的に検出し、対処を行う。本実施形態では、温度上昇が設定閾値以下であり、かつ出力電流が設定閾値を越えた場合、電子機器３２内への浸水と判断し強制的に電子機器３２の電源をオフにする手段を講じた。また温度上昇が設定した閾値を越えた場合、ユーザに表示ディスプレイを介して異常発熱の警告表示を行い、温度上昇とにおい成分が同時に認められた場合、強制的に電子機器３２の電源をオフにする手段を講じた。
　本実施形態の動作例を図１１に示す。熱起電力（環境温度２０度での起電力で規格化）が「１」の時は切り替え手段(スイッチ)ＳＷがオンであり、電極端子５ｂに得られる出力電流（待機時の電流で規格化）が「１」の場合、電子機器３２が通常動作を行う。次に、熱起電力が「０．８」の場合、切り替え手段(スイッチ)ＳＷはオンである。この状態において、出力電流が「１０」になった場合、電子機器３２は浸水と判断し電源を強制的にオフとする。次に、熱起電力が「３」になると、切り替え手段(スイッチ)ＳＷがオフとなる。この状態において出力電流が「１」の場合、電子機器３２は異常発熱を表示する。次に、熱起電力が「５」の場合、切り替え手段(スイッチ)ＳＷがオフにある。この場合において、出力電流が「５」になると、電子機器３２は異常発熱、発煙判断により電源の強制オフを行う。
　上記第３実施形態によれば、電子機器３２の故障原因となる浸水検知や発熱発煙を検知することができる。そして、浸水検知時は温度変化が少なく、一方、回路部品の異常発熱により揮発するフラックス成分などのにおい検知時は温度変化が大きくなる。したがって、温度変化を検知する熱電対の検知結果に基づいて切り替え手段ＳＷを動作させることで、単一センサで複数の物理量を高感度に計測可能となる。よって、部品点数、および実装面積、配線数の削減が可能で、かつ、従来の単体の検知素子では困難であった総合的な肌状態や体調の診断、および心理状態の測定が可能となる。
　また、図９Ａ～Ｃに示すように、電子機器３２の回路基板３３上にセンサの一部、もしくは全機能を形成することで、例えば筐体間隙部１０といった浸水容易箇所での浸水検知が検知可能であるため、浸水による情報の消失が回避可能となる。また、電子機器３２に実装されるパワーデバイスや蓄電池からの過度な発熱、もしくは発火事前兆候で生じるフラックスの揮発成分などの発煙検知も可能となる。また、交差櫛電極２間のインピーダンスが構造上非常に高いため、測定待機中の消費電力（Ｐ）は、電圧（Ｖ）とインピーダンス（Ｚ）の関係式P＝Ｖ＾２／Ｚより端子電極５ａ－５ｂ間での電力消費が少なく低消費電力駆動が可能となる。（第４実施形態）
　図１２Ａ～Ｃは第４実施形態による電子機器（携帯端末）の構成を示す斜視図、平面図およびＡ－Ａ’線断面図である。この図において、符号１は図１Ａに示すセンサ、３５は電子機器であり、センサ１は電子機器３５の回路基板に実装されている。実装位置はセンサ１が人の体温による温度変化を計測可能な範囲で自由に配置できる。また、１４は発信機であり、電子機器３５の回路基板に実装され、センサ１の切り替え手段ＳＷに接続されている。また、センサ１の切り替え手段ＳＷは初期状態においてオフ、温度上昇時にオンとなるように設定されている。
　次に、この実施形態の動作を説明する。
　センサ１は、電極端子５ａ、５ｂ間の静電容量および電気抵抗、電極端子５ａ、５ｃ間の電位差を計測することで、水分量、電気抵抗、特定のにおい成分温度、温度の測定を行うが、本構成では特に接触・非接触時の人体の検知に合わせて最適化した。
　 本実施形態においては、交差櫛電極２を一対の送受信アンテナとして利用する。熱電対により人体の接近による温度変化の測定を行い、温度上昇に伴う電圧変動が規定の閾値を越えた場合、センサ１の近傍に存在する測定物として人体の可能性を推定する。温度上昇により電圧変動が閾値を越え、切り替え手段ＳＷがオンになると、交差櫛電極２へ発信器１４から交番信号が入力され、交差櫛電極２より電磁波が放射される。これにより、交差櫛電極２から人体弁別感度の高い周波数の電磁波が放射され、その電磁波変化から人体を特定することで、人体の体温と電気インピーダンスの二つの測定量を使用可能となり、確度の高い人体検出ができる。また、センサ１に用いる熱電対は受動素子であるため、待機時にセンサ１は電力を消費せず、人体の接近が推測されるときのみ人体弁別電磁波を放射するための電力を消費することになるため、実装する電子機器の省電力化を実現することができる。
　上記の生体情報検知センサ、生体情報検知センサを用いた電子機器、並びに生体情報検知方法は、体調管理や心理状態、アルコールや加齢臭などのにおい測定等に用いられる。
１、１ａ～１ｆ…生体情報検知センサ
２…交差櫛電極
３…感応膜
５ａ、５ｂ、５ｃ…電極端子
６…接合部
７…コンパレータ回路
８…基板
１４…発信機
１５…温度検知部
１６…肌状態検知部
１７…におい成分検知部
２１、２２…横電極
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２３…縦電極
ＳＷ…切り替え手段
Ｒ１、Ｒ２…等価抵抗
Ｃ…等価静電容量
ＶＤＣ…起電力
３１、３２、３５…電子機器（携帯端）

Claims (16)

  1. 　特定のにおいに感応するにおい検知手段と、
    　水分に感応する水分検知手段と、
    　周囲温度を検知する温度検知手段と、
    　前記温度検知手段の検知結果に応じて前記におい検知手段と前記水分検知手段を切り替える切り替え手段と、
    　を具備する生体情報検知センサ。
  2. 　前記におい検知手段、前記水分検知手段、前記温度検知手段および前記切り替え手段を１枚の基板上に形成した請求項１に記載の生体情報検知センサ。
  3. 　前記基板はガラスセラミックによって生成されている請求項２に記載の生体情報検知センサ。
  4. 　前記におい検知手段は、吸着した物質に応じて電気抵抗が変化する選択性感応膜である請求項１～請求項３のいずれかの項に記載の生体情報検知センサ。
  5. 　前記水分検知手段は、櫛状の第１、第２の電極を交互に微小間隙をおいて配置した交差櫛電極である請求項１～請求項４のいずれかの項に記載の生体情報検知センサ。
  6. 　前記温度検知手段は、熱電対である請求項１～請求項５のいずれかの項に記載の生体情報検知センサ。
  7. 　前記熱電対は、前記交差櫛電極の一手段に前記交差櫛電極とは異なる金属を接合したものである請求項６に記載の生体情報検知センサ。
  8. 　前記交差櫛電極は銅によって形成され、前記金属は銅・ニッケル合金である請求項７に記載の生体情報検知センサ。
  9. 　前記切り替え手段はコンパレータである請求項１～請求項８のいずれかの項に記載の生体情報検知センサ。
  10. 　交差櫛電極間の静電容量もしくは電気抵抗変化を測定する肌状態検知部と、
    　該交差櫛電極の一部に選択性感応膜を形成し、該選択性感応膜に吸着した物質に応じた電気抵抗変化を測定するにおい成分検知部と、
    　該交差櫛電極の一部に少なくとも２種類の金属材料を使用し熱電対を形成し、該熱電対により発生する熱起電力から周囲温度を測定する温度検知部と、
    　周囲温度変化により該熱電対から発生する熱起電力と予め設定された閾値とを比較し、比較結果によって生体などの熱源を有する対象物との接触状態を検知し、接触状態にあわせて前記肌状態検知部と前記におい成分検知部のオン・オフを行う切り替え部と、
    　を具備する生体情報検知センサ。
  11. 　前記肌状態検知部は水分量を測定するものである請求項１０に記載の生体情報検知センサ。
  12. 　請求項１～請求項１１のいずれかの項に記載の生体情報検知センサを有し、該生体情報検知センサの検知結果に基づいて人体の肌状態および口臭の測定を行う電子機器。
  13. 　請求項１～請求項１１のいずれかの項に記載の生体情報検知センサを有し、該生体情報検知センサを筐体間隙部などの浸水容易箇所に実装し、該生体情報検知センサの検知結果に基づいて機器内への浸水の検知を行う電子機器。
  14. 　請求項１～請求項１１のいずれかの項に記載の生体情報検知センサを内部に実装し、該生体情報検知センサの検知結果に基づいて、回路基板上に実装した回路部品や蓄電池からの異常な発熱検知と、発火事前兆候で生じる発煙検知を同時に、もしくは段階的に行う電子機器。
  15. 　請求項１～請求項１１のいずれかの項に記載の生体情報検知センサを有し、該生体情報検知センサの温度検知結果から人体の接近判断を行うと共に、水分検知結果から人体の電気インピーダンスを計測することで人体検出を行う電子機器。
  16. 　特定のにおいを検知する検知処理と、
    　水分を検知する水分検知処理と、
    　周囲温度を検知する温度検知処理と、
    　前記温度検知処理の検知結果に応じて前記におい検知処理と前記水分検知処理を切り替える切り替え処理と、
    　を有する生体情報検知方法。
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