WO2023223950A1

WO2023223950A1 - 検出装置

Info

Publication number: WO2023223950A1
Application number: PCT/JP2023/017851
Authority: WO
Inventors: 元小出
Original assignee: 株式会社ジャパンディスプレイ
Priority date: 2022-05-17
Filing date: 2023-05-12
Publication date: 2023-11-23

Abstract

検出装置（１）は、筐体（２００）と、筐体（２００）の外部の照射側を照射可能なように筐体（２００）に設けられた光源（６０）と、筐体（２００）の第１方向で光源（６０）と並ぶように筐体（２００）に設けられ、光源（６０）の照射側から入射する光を検出可能な光センサ（１０）と、光源（６０）と光センサ（１０）との間に配置されるように筐体（２００）に設けられ、入射する光を光源（６０）の照射側に反射可能な反射部材（８０）と、を備える。

Description

検出装置

　本発明は、検出装置に関する。

　指紋パターンや静脈パターンを検出可能な光センサが知られている（例えば、特許文献１）。このような光センサでは、活性層として有機半導体材料が用いられた複数のフォトダイオードを有するセンサが知られている。有機半導体材料は、下部電極と上部電極との間に配置され、フォトダイオードの下部電極には、検出信号を検出回路に出力するための信号線が電気的に接続されている。

特開２００９－３２００５号公報

　従来の技術では、光源と光センサとの間の距離は、離れるほど光センサへの到達光量が指数関数的に下がってしまう。このため、従来の検出装置は、検出精度を向上するように、筐体の内部で光源と光センサとを配置したいとのニーズがある。

　本発明の目的は、筐体の内部に収容した光源と光センサとを用いた検出精度を向上させることができる検出装置を提供することにある。

　本発明の一態様の検出装置は、筐体と、前記筐体の外部の照射側を照射可能なように前記筐体に設けられた光源と、前記筐体の第１方向で前記光源と並ぶように前記筐体に設けられ、前記光源の照射側から入射する光を検出可能な光センサと、前記光源と前記光センサとの間に配置されるように前記筐体に設けられ、入射する光を前記光源の照射側に反射可能な反射部材と、を備える。

　本発明の一態様の検出装置は、筐体と、前記筐体の外部の照射側を照射可能なように前記筐体に設けられた光源と、前記筐体の第１方向で前記光源と並ぶように前記筐体に設けられ、前記光源の照射側から入射する光を検出可能な光センサと、前記光源を覆った状態で前記筐体から突出するように前記筐体に設けられたカバーと、を備え、前記カバーは、前記筐体から突出して測定対象物と接触可能なカバー本体と、測定対象と接触する前記カバー本体の部分に形成され、前記光源が出射した光を前記カバー本体の外部に向けて出射する開口部と、前記カバー本体の内面に設けられ、前記光源が出射した光を反射して前記開口部に集光可能な反射層と、を備える。

図１は、実施形態１に係る検出装置の内側に指を収めた状態を筐体の側方から見た場合の外観例を示す模式図である。図２は、図１に示すＡ－Ａ断面における断面模式図である。図３は、図１に示す検出装置の光センサ及び光源の構成例を示す模式図である。図４は、図３に示すＢ－Ｂ断面における光センサの積層構成例を示す断面模式図である。図５は、図３に示すＣ－Ｃ断面における検出装置の構成例を示す断面模式図である。図６は、実施形態１に係る比較用検出装置の光の作用例を説明するための断面模式図である。図７は、図１に示すＡ－Ａ断面における実施形態２に係る検出装置の断面模式図である。図８は、図７に示す検出装置の光センサ及び光源の構成例を示す模式図である。図９は、図８に示すＤ－Ｄ断面における光源及びカバーの断面模式図である。図１０は、図８に示すＥ－Ｅ断面における検出装置の構成例を示す断面模式図である。図１１は、実施形態２に係る比較用検出装置の光の作用例を説明するための断面模式図である。

　発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

　本明細書及び特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。

（実施形態１）
［検出装置］
　図１は、実施形態１に係る検出装置の内側に指を収めた状態を筐体の側方から見た場合の外観例を示す模式図である。図２は、図１に示すＡ－Ａ断面における断面模式図である。図３は、図１に示す検出装置の光センサ及び光源の構成例を示す模式図である。図４は、図３に示すＢ－Ｂ断面における光センサの積層構成例を示す断面模式図である。なお、図２では、実施形態１に係る検出装置の基本構成のみを記載し、その他の構成を省略している。

　図１に示す検出装置１は、人体に着脱自在な指輪型のデバイスであり、人体の指Ｆｇに装着される。指Ｆｇは、拇指、示指、中指、薬指、小指等を含む。人体は、検出装置１が本人確認を行う被認証者である。検出装置１は、装着された指Ｆｇから生体に関する生体情報を検出できる。指Ｆｇは、測定対象の一例である。測定対象は、生体または生体の一部であり、測定対象物である。検出装置１は、指輪又はリストバンドとすることで、ユーザが携帯しやすくしている。以下の説明では、検出装置１は、指輪として使用されることを想定している。なお、検出装置１は、検出した生体情報を、被認証者の認証に用いることができる。

　検出装置１は、図２に示すように、筐体２００と、光源６０と、光センサ１０と、反射部材８０と、を備える。検出装置１は、図示しないバッテリーを筐体２００の内部に備え、バッテリーの電力によって動作する装置である。

　筐体２００は、指Ｆｇに装着可能なリング状（環状）に形成されており、生体に装着される装着部材である。図２に示す一例では、筐体２００は、第１筐体２１０と、第２筐体２２０とを備える。筐体２００は、第１筐体２１０と第２筐体２２０とが一体となってリング状に形成されている。第１筐体２１０は、筐体２００が装着される人体と接触する部材である。第１筐体２１０は、光源６０、光センサ１０、反射部材８０等を内部に収容している。第１筐体２１０は、例えば、透過性の合成樹脂、シリコン等の筐体材料によってリング状に形成されている。第２筐体２２０は、第１筐体２１０の外周面２１０Ａを覆う筐体２００の表面を有している。第２筐体２２０は、例えば、金属、非透過性の合成樹脂等の部材によってリング状に形成されている。筐体２００は、光源６０、光センサ１０等が実装されたフレキシブルプリント基板７０を、第１筐体２１０の内部に収容している。フレキシブルプリント基板７０は、例えば、金型において、リング状に形成された状態で周囲に充填部材を充填して筐体２００を形成することで、筐体２００の内部に収容される。

　図３に示すように、フレキシブルプリント基板７０は、変形可能な帯状に形成されている。フレキシブルプリント基板７０は、第１実装領域７３と、第２実装領域７４と、を有する。第１実装領域７３は、フレキシブルプリント基板７０の表面側に設けられ、光源６０等が実装される領域である。第２実装領域７４は、フレキシブルプリント基板７０の裏面側に設けられ、制御回路１２２、電源回路１２３等が実装される領域である。フレキシブルプリント基板７０は、光源６０、光センサ１０等と制御回路１２２及び電源回路１２３とを電気的に接続している。

　なお、以下の説明において、第１方向Ｄｘは、フレキシブルプリント基板７０と平行な面内の一方向であり、円周方向２００Ｃと同一の方向である。第２方向Ｄｙは、フレキシブルプリント基板７０と平行な面内の一方向であり、第１方向Ｄｘと直交する方向である。なお、第２方向Ｄｙは、第１方向Ｄｘと直交しないで交差してもよい。第３方向Ｄｚは、第１方向Ｄｘ及び第２方向Ｄｙと直交する方向である。第３方向Ｄｚは、フレキシブルプリント基板７０の法線方向である。また、「平面視」とは、フレキシブルプリント基板７０及びセンサ基板２１と垂直な方向から見た場合の位置関係をいう。

　本実施形態では、光センサ１０は、第１方向Ｄｘに沿った円周方向２００Ｃで、光源６０と並んでフレキシブルプリント基板７０に設けられている。光センサ１０は、円周方向２００Ｃで光源６０に接近して配置されることで、光源６０が照射した光が指Ｆｇ（人体）で反射した光を検出可能になっている。

　センサ基板２１は、絶縁性基板であり、例えば、フィルム状の樹脂等によって帯状に形成されている。センサ基板２１は、光センサ１０が実装されており、変形可能な基板になっている。センサ基板２１は、フレキシブルプリント基板７０に装着されることで、筐体２００の円周方向２００Ｃにおいて、光センサ１０を光源６０の近傍に位置付ける。センサ基板２１は、光センサ１０が実装される領域を有する。

　本実施形態では、フレキシブルプリント基板７０は、図２に示すように、光センサ１０、反射部材８０及び光源６０を実装した表面が筐体２００の内周面２１０Ｂと対向するように、筐体２００の内部に収容されている。なお、フレキシブルプリント基板７０は、透光性を有する場合、光センサ１０、反射部材８０及び光源６０を表面とは反対の裏面に実装してもよい。この場合、光源６０は、フレキシブルプリント基板７０に向けて光を出射し、フレキシブルプリント基板７０を透過した光が筐体２００の外部に向けて出射するように配置すればよい。

　光源６０は、図２に示すように、筐体２００の第１筐体２１０の内部に設けられ、筐体２００の中心に向けて光を照射可能な構成になっている。光源６０は、例えば、無機ＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）や、有機ＥＬ（ＯＬＥＤ：Organic　Light　Emitting　Diode）等が用いられる。光源６０は、所定の波長の光を照射する。本実施形態では、光源６０は、近赤外光、赤色光及び緑光を照射可能なように複数の光源を有している。

　光源６０から出射された光は、指Ｆｇ等の被検出体の表面で反射されて光センサ１０に入射する。あるいは、光源６０から出射された光は、指Ｆｇ等の内部で反射し又は指Ｆｇ等を透過して光センサ１０の複数のフォトダイオードＰＤに入射してもよい。これにより、検出装置１は、指Ｆｇ等の内部の生体に関する情報を検出できる。生体に関する情報とは、例えば、指や掌の脈波、脈拍等である。すなわち、検出装置１は、静脈などの生体情報を検出する静脈検出装置として構成されてもよい。なお、被検出体の指紋や血管パターンを検出する場合、検出装置１は、光センサ１０の複数のフォトダイオードＰＤがマトリックス状に配置される。

　光センサ１０は、筐体２００の第１筐体２１０の内部に設けられ、光源６０の照射側から入射する光を検出可能なセンサである。光源６０の照射側は、リング状の筐体２００の内側であり、筐体２００を装着した測定対象の指Ｆｇを照射する側である。光センサ１０は、光源６０によって照射した光が指Ｆｇ等で反射した光、直接入射する光等を検出する。光センサ１０は、有機フォトダイオード（ＯＰＤ：Organic　Photodiode）である。光センサ１０は、センサ基板２１がフレキシブルプリント基板７０に装着されることで、筐体２００の円周方向２００Ｃ（第１方向Ｄｘ）で光源６０と並ぶように筐体２００の内部に設けられている。

　図３に示すように、光センサ１０は、有機フォトダイオードであるフォトダイオードＰＤを有する。光センサ１０は、円周方向２００Ｃに沿って並ぶ２つの下部電極１１を有する構成になっている。光センサ１０は、１枚のセンサ基板２１に実装されており、センサ基板２１を介してフレキシブルプリント基板７０に電気的に接続されている。光センサ１０は、第１方向Ｄｘに並ぶ２つの下部電極１１と１つの上部電極１５とを積層した構成になっている。上部電極１５は、平面視で、２つの下部電極１１を覆っている。

　センサ基板２１は、接続部２１２を有する。接続部２１２は、制御回路１２２、電源回路１２３等に電気的に接続されている。接続部２１２は、センサ基板２１に設けられた配線２６に電気的に接続されている。配線２６は、シールド層であり、例えば金属配線で形成され、フォトダイオードＰＤの下部電極１１よりも良好な導電性を有する材料で形成される。配線２６は、第３方向Ｄｚで、センサ基板２１とフォトダイオードＰＤとの間の層に設けられる。センサ基板２１は、不図示の電源線によって接続部２１２と上部電極１５をと電気的に接続しており、接続部２１２を介して電源回路１２３からセンサ電源信号を上部電極１５に供給する。これにより、光センサ１０の上部電極１５は、電源電極２１１を介して電源回路１２３からセンサ電源信号が供給される。

　図４に示すように、光センサ１０は、センサ基板２１と、フォトダイオードＰＤと、を有する。本実施形態では、光センサ１０は、配線２６と、絶縁層２７と、をさらに有する。絶縁層２７は、配線２６を覆ってセンサ基板２１の上に設けられている。絶縁層２７は、無機絶縁膜であってもよいし、有機絶縁膜であってもよい。なお、配線２６は、下部電極１１と同層で形成してもよい。

　フォトダイオードＰＤは、絶縁層２７の上に設けられる。フォトダイオードＰＤは、下部電極１１と、下部バッファ層１２と、活性層１３と、上部バッファ層１４と、上部電極１５と、を有する。フォトダイオードＰＤは、センサ基板２１に垂直な第３方向Ｄｚで、下部電極１１、下部バッファ層１２（正孔輸送層）、活性層１３、上部バッファ層１４（電子輸送層）、上部電極１５の順に積層される。

　下部電極１１は、フォトダイオードＰＤのアノード電極であり、例えば、ＩＴＯ（Indium　Tin　Oxide）等の透光性を有する導電材料で形成される。活性層１３は、照射される光に応じて特性（例えば、電圧電流特性や抵抗値）が変化する。活性層１３の材料として、有機材料が用いられる。具体的には、活性層１３は、ｐ型有機半導体と、ｎ型有機半導体であるｎ型フラーレン誘導体（ＰＣＢＭ）とが混在するバルクヘテロ構造である。活性層１３として、例えば、低分子有機材料であるＣ６０（フラーレン）、ＰＣＢＭ（フェニルＣ６１酪酸メチルエステル：Phenyl　C61-butyric　acid　methyl　ester）、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン：Copper　Phthalocyanine）、Ｆ１６ＣｕＰｃ（フッ素化銅フタロシアニン）、ｒｕｂｒｅｎｅ（ルブレン：5,6,11,12-tetraphenyltetracene）、ＰＤＩ（Perylene（ペリレン）の誘導体）等を用いることができる。

　活性層１３は、これらの低分子有機材料を用いて蒸着型（Dry　Process）で形成することができる。この場合、活性層１３は、例えば、ＣｕＰｃとＦ１６ＣｕＰｃとの積層膜、又はｒｕｂｒｅｎｅとＣ６０との積層膜であってもよい。活性層１３は、塗布型（Wet　Process）で形成することもできる。この場合、活性層１３は、上述した低分子有機材料と高分子有機材料とを組み合わせた材料が用いられる。高分子有機材料として、例えばＰ３ＨＴ（poly（3-hexylthiophene））、Ｆ８ＢＴ（F8-alt-benzothiadiazole）等を用いることができる。活性層１３は、Ｐ３ＨＴとＰＣＢＭとが混合した状態の膜、又はＦ８ＢＴとＰＤＩとが混合した状態の膜とすることができる。

　下部バッファ層１２は、正孔輸送層である。上部バッファ層１４は、電子輸送層である。下部バッファ層１２及び上部バッファ層１４は、活性層１３で発生した正孔及び電子が下部電極１１又は上部電極１５に到達しやすくするために設けられる。下部バッファ層１２（正孔輸送層）は、下部電極１１の上に直接接し、隣り合う下部電極１１の間の領域にも設けられる。活性層１３は、下部バッファ層１２の上に直接接する。正孔輸送層の材料は、酸化金属層とされる。酸化金属層として、酸化タングステン（ＷＯ_３）、酸化モリブデン等が用いられる。

　上部バッファ層１４（電子輸送層）は、活性層１３の上に直接接し、上部電極１５は、上部バッファ層１４の上に直接接する。電子輸送層の材料は、エトキシ化ポリエチレンイミン（ＰＥＩＥ）が用いられる。

　なお、下部バッファ層１２、活性層１３及び上部バッファ層１４の材料、製法はあくまで一例であり、他の材料、製法であってもよい。例えば、下部バッファ層１２及び上部バッファ層１４は、それぞれ単層膜に限定されず、電子ブロック層や、正孔ブロック層を含んで積層膜として形成されていてもよい。

　上部電極１５は、上部バッファ層１４の上に設けられる。上部電極１５は、フォトダイオードＰＤのカソード電極であり、第１光センサ１０Ａ及び第２光センサ１０Ｂの全体に亘って連続して形成される。言い換えると、上部電極１５は、複数のフォトダイオードＰＤの上に連続して設けられる。上部電極１５は、下部バッファ層１２、活性層１３及び上部バッファ層１４を挟んで、複数の下部電極１１と対向する。上部電極１５は、例えば、ＩＴＯやＩＺＯ等の透光性を有する導電材料で形成される。上部電極１５は、接続部２１２を介して電源回路１２３に電気的に接続されている。第１光センサ１０Ａは、第１筐体２１０が上部電極１５等の上に設けられることにより、フォトダイオードＰＤが良好に封止されている。

　図３に示すように、反射部材８０は、筐体２００の円周方向２００Ｃ（第１方向Ｄｘ）で、光源６０と光センサ１０との間に配置されており、入射する光を光源６０の照射側に反射可能になっている。入射する光は、例えば、指Ｆｇから入射する光（反射光）、光源６０から直接入射する光等を含む。図３に示す一例では、反射部材８０は、入射する光を筐体２００の内周面２１０Ｂ（内側）に向けて反射する。本実施形態では、反射部材８０は、フレキシブルプリント基板７０の光源６０と光センサ１０との間に、反射率が５０％以上の反射層として形成されている。反射部材８０は、例えば、Ａｌ、Ａｇ等の高反射メタル材、光源波長域を反射する誘電多層膜などで反射層として形成することができる。反射部材８０は、例えば、金属光沢を有するＡｌやＡｌ合金などの金属で形成した反射板、塗料、鏡等を反射部材８０としてフレキシブルプリント基板７０の上に設けてもよい。反射部材８０は、フレキシブルプリント基板７０において、光源６０とフォトダイオードＰＤとの間の領域７５を覆うように設けられている。領域７５は、第１方向Ｄｘの距離Ｄと第２方向Ｄｙのフレキシブルプリント基板７０の幅の長さとで規定されるフレキシブルプリント基板７０の方形状の領域である。

　本実施形態では、距離Ｄは、光源６０の中心から最も近いフォトダイオードＰＤの下部電極１１の一方の端部までの距離としているが、これに限定されない。例えば、距離Ｄは、光源６０の端部から対向する光センサ１０の端部までの距離、光源６０の中心または端部から対向するセンサ基板２１の端部までの距離等としてもよい。

　反射部材８０は、領域７５の全ての領域を覆うように設けてもよいし、領域７５の一部を覆うように設けてもよい。本実施形態では、反射部材８０は、第１方向Ｄｘの長さが距離Ｄと等しい。反射部材８０は、第２方向Ｄｙの長さがフレキシブルプリント基板７０の長さ（幅）よりも小さく、かつ、センサ基板２１の長さよりも大きくなっている。なお、反射部材８０は、第２方向Ｄｙの長さがフレキシブルプリント基板７０の長さ（幅）よりも小さく、かつ、フォトダイオードＰＤの長さよりも大きい又は等しくしてもよい。

　センサ基板２１の複数の配線２６は、フレキシブルプリント基板７０の複数の信号線を介して制御回路１２２が有する検出回路４８に接続される。言い換えると、検出回路４８は、複数の信号線を介して光センサ１０の下部電極１１に電気的に接続される。なお、検出回路４８は、制御回路１２２と別の回路として形成されてもよい。

　制御回路１２２は、複数のフォトダイオードＰＤに制御信号を供給して検出動作を制御する回路である。複数のフォトダイオードＰＤは、それぞれに照射される光に応じた電気信号を、検出信号Ｖｄｅｔとして検出回路４８に出力する。本実施形態では、複数のフォトダイオードＰＤの検出信号Ｖｄｅｔは、時分割的に順次、検出回路４８に出力される。言い換えると、複数の信号線は、時分割的に順次、検出回路４８と電気的に接続される。これにより、検出装置１は、複数のフォトダイオードＰＤからの検出信号Ｖｄｅｔに基づいて、被検出体に関する情報を検出する。制御回路１２２は、電源回路１２３から供給される電力によって動作する。

　検出回路４８は、例えばアナログフロントエンド回路（ＡＦＥ：Analog　Front　End）である。検出回路４８は、少なくとも検出信号増幅部及びＡ／Ｄ変換部の機能を有する信号処理回路である。検出信号増幅部は、検出信号Ｖｄｅｔを増幅する。Ａ／Ｄ変換部は、検出信号増幅部から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。

　以上、本実施形態に係る検出装置１の構成例について説明した。なお、図１乃至図４を用いて説明した上記の構成はあくまで一例であり、本実施形態に係る検出装置１の構成は係る例に限定されない。本実施形態に係る検出装置１の構成は、仕様や運用に応じて柔軟に変形可能である。

［検出装置の光源と光センサの距離］
　次に、検出装置１の光源６０と光センサ１０との間の距離Ｄについて説明する。例えば、検出装置１は、光源６０と光センサ１０が近すぎる場合、光センサ１０に到達する光のうち、血管量の少ない指Ｆｇの表面近傍を通る光の割合が大きくなり、生体情報の信号レベルが下がり、正常なセンシングができなくなる。このため、通常、光源６０と光センサ１０との距離は、概ね５ｍｍ以上の距離が必要になる。また、検出装置１は、光源６０と光センサ１０が遠くなるほど、人体での光吸収量が増え、光センサ１０まで到達する光量自体が指数関数的に下がるため、必要な光源光量が大きくなる。

　図５は、図３に示すＣ－Ｃ断面における検出装置１の構成例を示す断面模式図である。図５に示す検出装置１は、光源６０と光センサ１０との間の距離Ｄを５ｍｍになっている。検出装置１は、光源６０と光センサ１０との間のセンサ基板２１の表面を覆うように、反射部材８０を配置している。検出装置１は、指Ｆｇに装着された状態で、光源６０が光Ｌ１を出射すると、筐体２００を透過して指Ｆｇを照射する。光Ｌ１は、指Ｆｇの皮膚から内部に入射し、筋肉組織、動脈Ｆｇ－ａ、静脈Ｆｇ－ｖ等を透過したり、反射したりする。光Ｌ１が指Ｆｇの内部で反射した反射光Ｌ２は、指Ｆｇの内部に向かったり検出装置１に向かったりする。反射光Ｌ２は、指Ｆｇの外部に向かって出射した先に検出装置１の光センサ１０が存在すると、検出装置１のフォトダイオードＰＤが反射光Ｌ２を受光する。また、反射光Ｌ２は、指Ｆｇの外部に向かって出射した先に検出装置１の反射部材８０が存在すると、反射部材８０に入射し、反射部材８０で反射して再び指Ｆｇの内部に入射する。反射光Ｌ２が指Ｆｇの内部で反射した反射光Ｌ３は、指Ｆｇの内部に向かったり、検出装置１に向かったりする。反射光Ｌ３は、指Ｆｇの外部に向かって出射した先に検出装置１の光センサ１０が存在すると、検出装置１のフォトダイオードＰＤが反射光Ｌ２を受光する。これにより、検出装置１は、反射光Ｌ２及び反射部材８０で反射した反射光Ｌ３を光センサ１０のフォトダイオードＰＤで受光することができる。

　これに対し、検出装置１が反射部材８０を備えていない場合について説明する。図６は、実施形態１に係る比較用検出装置１０００の光の作用例を説明するための断面模式図である。図６に示す比較用検出装置１０００は、基本構成が実施形態１の検出装置１と同一の構成であり、反射部材８０を備えていない点が検出装置１の構成と相違している。

　図６に示す比較用検出装置１０００は、光源６０と光センサ１０との間の距離Ｄを５ｍｍになっている。比較用検出装置１０００は、光源６０と光センサ１０との間のセンサ基板２１の表面が露出している。比較用検出装置１０００は、指Ｆｇに装着された状態で、光源６０が光Ｌ１を出射すると、筐体２００を透過して指Ｆｇを照射する。光Ｌ１は、指Ｆｇの皮膚から内部に入射し、筋肉組織、動脈Ｆｇ－ａ、静脈Ｆｇ－ｖを透過したり、反射したりする。光Ｌ１が指Ｆｇの内部で反射した反射光Ｌ２は、指Ｆｇの内部に向かったり、比較用検出装置１０００に向かったりする。反射光Ｌ２は、指Ｆｇの外部に向かって出射した先に比較用検出装置１０００の光センサ１０が存在すると、比較用検出装置１０００のフォトダイオードＰＤが反射光Ｌ２を受光する。しかし、指Ｆｇから光源６０と光センサ１０との間のセンサ基板２１に向かう反射光Ｌ４は、光センサ１０で受光されない。このため、比較用検出装置１０００は、指Ｆｇの内部で反射した反射光Ｌ４を光センサ１０で受光することができず、反射光Ｌ４を損失する。

　実施形態１に係る検出装置１と比較用検出装置１０００とを比較する。検出装置１は、光源６０から指Ｆｇの内部に出射した光Ｌ１のうち、反射光Ｌ２及び反射部材８０で反射した反射光Ｌ３を光センサ１０で受光することができる。これに対し、比較用検出装置１０００は、反射部材８０を設けていないので、光源６０から指Ｆｇの内部に出射した光Ｌ１のうち、反射光Ｌ２のみを受光し、反射光Ｌ４を受光することができない。このため、検出装置１は、比較用検出装置１０００と比較して、反射部材８０で反射した反射光Ｌ３の光量だけ多く受光できる。これにより、検出装置１は、光源６０と光センサ１０との間に反射部材８０を設けることで、光源６０と光センサ１０との間での光の損失を抑制できる。その結果、検出装置１は、筐体２００の内部に収容した光源６０と光センサ１０とを用いた検出精度を向上させることができる。

　検出装置１は、光源６０と光センサ１０との間の距離Ｄを５ｍｍ以上離しても、光センサ１０に到達する光量の損失を抑制できるので、リング状の筐体２００で光源６０の光を検出する精度を向上させることができる。これにより、検出装置１は、光源６０と光センサ１０との間の距離Ｄを５ｍｍから１５ｍｍにあるＰＩ値のピークを検出することができるので、検出精度をより一層向上させることができる。

　検出装置１は、反射部材８０の反射率が５０％以上になっている。例えば、指Ｆｇの内部には静脈Ｆｇ－ｖ等が存在するため、指Ｆｇの内部に入射した光Ｌ１は様々な方向に反射する。検出装置１は、指Ｆｇからの様々な入射角で反射光Ｌ２が反射部材８０に入射しても、当該反射光Ｌ２を指Ｆｇに向けて反射することができる。これにより、検出装置１は、筐体２００が指Ｆｇ等の測定対象に装着されても、光源６０の光を検出する精度を向上させることができる。

　検出装置１は、光センサ１０が有機フォトダイオードである。これにより、検出装置１は、指Ｆｇで反射した光を光センサ１０で高精度に検出することができる。

　検出装置１は、光センサ１０及び光源６０がフレキシブルプリント基板７０に設けられ、光センサ１０の下部電極１１が配線２６に電気的に接続され、配線２６がフレキシブルプリント基板７０に電気的に接続される。これにより、検出装置１は、フレキシブルプリント基板７０を筐体２００の内部に収容して製造できるので、生産性を向上させることができる。

　検出装置１は、筐体２００がリング状に形成されている。これにより、検出装置１は、リング状の筐体２００の内部で、光源６０と光センサ１０との間に間隔を設けても、その間に反射部材８０が存在するので、光源６０が指Ｆｇに向けて出射した光を検出する精度を向上させることができる。

（実施形態２）
　光源６０と光センサ１０との距離Ｄは、小さすぎると、光センサ１０の光源に最も近いフォトダイオードＰＤで検出する血管情報が他の場所のフォトダイオードＰＤに比べて少なくなり、脈波の計測が困難である。また、人体組織の光吸収率は高く、光源６０と光センサ１０との距離Ｄに応じて指数関数的に透過する光量が下がる。このため、実施形態２に係る検出装置は、光源６０と光センサ１０とを実施形態１よりも近づける構成について説明する。

［実施形態２に係る検出装置］
　図７は、図１に示すＡ－Ａ断面における実施形態２に係る検出装置の断面模式図である。図７では、実施形態２に係る検出装置の基本構成のみを記載し、その他の構成を省略している。図８は、図７に示す検出装置１Ａの光センサ及び光源の構成例を示す模式図である。図９は、図８に示すＤ－Ｄ断面における光源及びカバーの断面模式図である。

　図７に示す検出装置１Ａは、実施形態１の検出装置１と同様に、人体に着脱自在な指輪型のデバイスであり、人体の指Ｆｇに装着される。検出装置１Ａは、装着された指Ｆｇから生体に関する生体情報を検出できる。検出装置１Ａは、筐体２００と、光源６０と、光センサ１０と、カバー９０と、を備える。

　筐体２００は、実施形態１に係る筐体２００と同様に、第１筐体２１０と、第２筐体２２０とを備える。筐体２００は、第１筐体２１０と第２筐体２２０とが一体となってリング状に形成されている。第１筐体２１０は、筐体２００が装着される人体と接触する部材である。第１筐体２１０は、光源６０、光センサ１０等を内部に収容している。第１筐体２１０は、カバー９０の一部を内周面２１０Ｂから外部に突出した状態で、カバー９０の他部を内部に収容している。すなわち、第１筐体２１０は、内周面２１０Ｂからカバー９０の一部が突出しており、筐体２００が指Ｆｇに装着された場合に、カバー９０を指Ｆｇに押し当てることが可能な構成になっている。

　図８に示すように、フレキシブルプリント基板７０は、変形可能な帯状に形成されている。フレキシブルプリント基板７０は、第２実装領域７４と、第３実装領域７６と、を有する。第２実装領域７４は、フレキシブルプリント基板７０の裏面側に設けられ、制御回路１２２、電源回路１２３等が実装される領域である。第３実装領域７６は、フレキシブルプリント基板７０の表面側に設けられ、光源６０等が実装されかつカバー９０が設けられる領域である。フレキシブルプリント基板７０は、光源６０、光センサ１０等と制御回路１２２及び電源回路１２３とを電気的に接続している。フレキシブルプリント基板７０は、裏面が筐体２００の内周面２１０Ｂに向くように筐体２００の内部に収容されている。すなわち、筐体２００は、カバー９０の一部が内周面２１０Ｂから突出するように、フレキシブルプリント基板７０を筐体２００の内部に収容している。

　光センサ１０は、筐体２００の円周方向２００Ｃ（第１方向Ｄｘ）で光源６０と並ぶように筐体２００に設けられ、光源６０の照射側から入射する光を検出可能なセンサである。光センサ１０は、第１方向Ｄｘに沿った円周方向２００Ｃで、光源６０と並ぶようにフレキシブルプリント基板７０に設けられている。光センサ１０は、円周方向２００Ｃで光源６０に接近して配置されることで、光源６０が照射した光が指Ｆｇ（人体）で反射した光を検出可能になっている。検出装置１Ａは、光源６０と光センサ１０との距離Ｄを５ｍｍ以下とすることで、光源６０から光センサ１０に到達する光量の低下を抑制している。

　光センサ１０は、光源６０によって照射した光が指Ｆｇ等で反射した光、直接入射する光等を検出する。光センサ１０は、有機フォトダイオードである。光センサ１０は、センサ基板２１がフレキシブルプリント基板７０に装着されることで、筐体２００の円周方向２００Ｃ（第１方向Ｄｘ）で光源６０と並ぶように筐体２００の内部に設けられている。光センサ１０は、実施形態１と同様に、有機フォトダイオードであるフォトダイオードＰＤを有する（図３参照）。

　光センサ１０は、図４に示したように、センサ基板２１と、フォトダイオードＰＤと、を有する。フォトダイオードＰＤは、センサ基板２１に垂直な第３方向Ｄｚで、下部電極１１、下部バッファ層１２（正孔輸送層）、活性層１３、上部バッファ層１４（電子輸送層）、上部電極１５の順に積層される。本実施形態では、光センサ１０は、配線２６と、絶縁層２７と、をさらに有する。

　センサ基板２１は、光センサ１０が実装されており、変形可能な基板になっている。センサ基板２１は、フレキシブルプリント基板７０に装着されることで、筐体２００の円周方向２００Ｃにおいて、光センサ１０をカバー９０の近傍に位置付ける。センサ基板２１は、光センサ１０とカバー９０に覆われた光源６０との間の距離Ｄが５ｍｍ以下となるように、光センサ１０をフレキシブルプリント基板７０に配置する。

　光源６０は、出射した光が光センサ１０に直接到達しないように、センサ基板２１上でカバー９０によって覆われている。光源６０は、近赤外光、赤色光及び緑光を照射可能なように複数の光源を有している。光源６０から出射された光は、カバー９０のカバー本体９１の開口部９２から筐体２００の外部へ出射し、指Ｆｇ等の被検出体の表面で反射されて光センサ１０に入射する。光源６０から出射された光のうち、光センサ１０へ向かう光は、カバー９０によって遮光される。

　センサ基板２１は、実施形態１と同様の構成になっている。実施形態２では、センサ基板２１は、光センサ１０をカバー９０に接近させるように、センサ基板２１の一部をフレキシブルプリント基板７０の第３実装領域７６上に重ねて配置されている。これにより、検出装置１Ａは、光源６０と光センサ１０との間の距離Ｄを５ｍｍ以下にしている。

　図９に示すように、カバー９０は、光源６０を覆った状態で筐体２０から突出するように設けられる。カバー９０は、カバー本体９１と、開口部９２と、反射層９３と、を有する。カバー本体９１は、例えば、合成樹脂、金属等の遮光性部材によって中空状の半球形に形成されている。本実施形態では、カバー本体９１は、平面視で、円形に形成する場合について説明するが、例えば、四角形、三角形、多角形等としてもよい。すなわち、カバー本体９１は、例えば、円柱、三角柱、多角柱等の形状に形成してもよい。カバー本体９１は、例えば、指Ｆｇ等が接触しても潰れない強度で形成されている。本実施形態では、カバー本体９１は、端部に形成された固定部９１Ａが光源６０に固定されているが、これに限定されない。カバー本体９１の固定部９１Ａは、センサ基板２１に固定されてもよいし、筐体２００に設けられてもよい。

　開口部９２は、測定対象の指Ｆｇと接触するカバー本体９１の部分に形成され、光源６０が出射した光をカバー本体９１の外部に向けて出射する。開口部９２は、光センサ１０が出射した光を筐体２００の外部に出射するカバー本体９１の貫通孔である。開口部９２は、光源６０と対向するカバー本体９１の頂上部分に形成されている。カバー本体９１の頂上部分は、測定対象の指Ｆｇと接触する部分である。本実施形態では、開口部９２は、円形に形成されているが、例えば、四角形、三角形、多角形等としてもよい。カバー９０は、開口部９２を透光性部材で塞いでもよい。

　反射層９３は、カバー本体９１の内面に設けられ、光源６０が出射した光を反射して開口部９２に集光可能な反射部材である。反射層９３は、光源６０が出射した光を反射するように内面に設けられている。反射層９３は、カバー本体９１の内面に、Ａｌ、Ａｇ等の高反射メタル材、光源波長域を反射する誘電多層膜などで形成されている。反射層９３は、反射率が５０％以上である。反射層９３は、全反射する場合、カバー本体９１を透光性部材で形成してもよい。反射層９３は、光源６０が出射した光を反射することで、開口部９２から出射する光量を増加させることができる。なお、反射層９３は、カバー本体９１が反射可能な金属で形成されている場合、その内面であってもよい。

　図８に示す一例では、距離Ｄは、光源６０の中心から最も近いフォトダイオードＰＤの下部電極１１の一方の端部までの距離となっている。光源６０と光センサ１０との間の距離Ｄは、５ｍｍ以下になっている。光源６０と光センサ１０との間は離れているが、光センサ１０とカバー９０とを接触させることで、円周方向２００Ｃで距離Ｄを小さくすることができる。

　検出装置１Ａは、実施形態１で説明した制御回路１２２と電源回路１２３とを備える。制御回路１２２は、検出回路４８を有する。検出装置１Ａは、複数のフォトダイオードＰＤからの検出信号Ｖｄｅｔに基づいて、被検出体に関する情報を検出する。制御回路１２２は、電源回路１２３から供給される電力によって動作する。

　以上、実施形態２に係る検出装置１Ａの構成例について説明した。なお、図８乃至図１０を用いて説明した上記の構成はあくまで一例であり、本実施形態に係る検出装置１Ａの構成は係る例に限定されない。本実施形態に係る検出装置１Ａの構成は、仕様や運用に応じて柔軟に変形可能である。

［検出装置の光源と光センサの距離］
　次に、実施形態２に係る検出装置１Ａの光の作用例について説明する。図１０は、図８に示すＥ－Ｅ断面における検出装置１Ａの構成例を示す断面模式図である。図１０に示す検出装置１Ａは、光源６０と光センサ１０との間の距離Ｄを５ｍｍ以下になっている。検出装置１Ａは、光センサ１０とカバー９０とを接近させた状態でセンサ基板２１に設けられた状態で、筐体２００の第１筐体２１０に収容されている。

　検出装置１Ａは、指Ｆｇに装着された状態で、光源６０が光Ｌ１を出射すると、カバー９０の内部の反射層９３で反射した光を含む光Ｌ１を、カバー９０の開口部９２から指Ｆｇに向かって出射する。光Ｌ１は、指Ｆｇの皮膚から内部に入射し、筋肉組織、動脈Ｆｇ－ａ、静脈Ｆｇ－ｖを透過したり、反射したりする。光Ｌ１が指Ｆｇの内部で反射した反射光Ｌ２は、指Ｆｇの内部に向かったり検出装置１Ａに向かったりする。反射光Ｌ２は、指Ｆｇの外部に向かって出射した先に検出装置１Ａの光センサ１０が存在すると、光センサ１０のフォトダイオードＰＤが反射光Ｌ２を受光する。また、検出装置１Ａは、光源６０が出射した光Ｌ１が光センサ１０に向かうと、カバー９０によって遮光されるため、その光Ｌ１を光センサ１０が検出しない。さらに、検出装置１Ａは、カバー９０が指Ｆｇの表面に押し当てられており、カバー９０の開口部９２を指Ｆｇの奥にある動脈Ｆｇ－ａに近付けることができるので、光源６０の光Ｌ１の光束を動脈Ｆｇ－ａに集中させることができる。これにより、検出装置１Ａは、光センサ１０のフォトダイオードＰＤで受光した反射光Ｌ２に基づいて、指Ｆｇ等の内部の生体に関する情報を検出でき、動脈情報の比率を向上させることができる。

　これに対し、検出装置１Ａのカバー９０を備えていない場合について説明する。図１１は、実施形態２に係る比較用検出装置１１００の光の作用例を説明するための断面模式図である。図１１に示す比較用検出装置１１００は、基本構成が実施形態２の検出装置１Ａと同一の構成であり、カバー９０を備えていない点が検出装置１Ａと相違している。

　図１１に示す比較用検出装置１１００は、光源６０と光センサ１０との間の距離Ｄを５ｍｍ以下（例えば４ｍｍ）としている。比較用検出装置１１００は、センサ基板２１で、光源６０と光センサ１０との間に遮光物が存在していない。比較用検出装置１１００は、指Ｆｇに装着された状態で、光源６０が光Ｌ１を出射すると、筐体２００を透過して指Ｆｇを照射するとともに、光Ｌ１の一部が隣接する光センサ１０に向かう。このため、比較用検出装置１１００は、光センサ１０が指Ｆｇで反射した反射光Ｌ２には、動脈Ｆｇ－ａで反射していない反射光Ｌ５や光源６０からの直接光が含まれるので、光センサ１０で受光した光に基づく生体に関する情報の検出精度が低下する。

　実施形態２に係る検出装置１Ａと比較用検出装置１１００とを比較する。検出装置１Ａは、光源６０から指Ｆｇの内部に出射した光Ｌ１のうち、動脈Ｆｇ－ａで反射した反射光Ｌ２を増加させることができる。これに対し、比較用検出装置１１００は、カバー９０を設けていないので、光源６０から指Ｆｇの内部に出射した光Ｌ１のうち、反射光Ｌ２と反射光Ｌ５を受光する。このため、検出装置１Ａは、比較用検出装置１１００と比較して、動脈Ｆｇ－ａで反射した反射光Ｌ２を増加させることができる。また、検出装置１Ａは、光源６０と光センサ１０とを近づけて筐体２００の内部に収容でき、光利用効率を向上させることができる。これにより、検出装置１Ａは、光源６０と光センサ１０との間の距離Ｄを５ｍｍ以下にしても、光センサ１０に到達する光量の損失を抑制できるので、リング状の筐体２００で光源６０の光を検出する精度を向上させることができる。

　検出装置１Ａは、カバー９０の反射層９３の反射率が５０％以上になっている。これにより、検出装置１Ａは、光源６０が出射したより多くの光を開口部９２に向かわせ、指Ｆｇ（生体）に押し当てられたカバー９０の開口部９２から出射する光量を増加させることができるので、生体に関する情報の検出精度を向上させることができる。

　検出装置１Ａは、光センサ１０が有機フォトダイオードである。これにより、検出装置１は、指Ｆｇで反射した光を光センサ１０で高精度に検出することができる。

　検出装置１Ａは、光センサ１０及び光源６０がフレキシブルプリント基板７０に設けられ、光センサ１０の下部電極１１が配線２６に電気的に接続され、配線２６がフレキシブルプリント基板７０に電気的に接続される。これにより、検出装置１は、フレキシブルプリント基板７０を筐体２００の内部に収容して製造できるので、生産性を向上させることができる。

　検出装置１Ａは、筐体２００がリング状に形成されている。これにより、検出装置１は、リング状の筐体２００の内部で、光源６０と光センサ１０とを接近させて設けても、その間にカバー９０が存在するので、光源６０が指Ｆｇに向けて出射した光を検出する精度を向上させることができる。

　上述した本実施形態では、検出装置１，１Ａは、リング状の筐体２００を用いる場合について説明したが、これに限定されない、例えば、検出装置１，１Ａは、カード状、帯状等の筐体としてもよい。この場合、検出装置１，１Ａは、当該筐体と人体と接触する側が光源の照射側になる。また、検出装置１，１Ａは、光センサをシリコンフォトダイオードで実現してもよい。

　上述した本実施形態では、検出装置１は反射部材８０を備え、検出装置１Ａはカバー９０を備える場合について説明したが、これに限定されない。例えば、筐体２００の円周方向２００Ｃで、光源６０に隣接するように複数の光センサ１０を設ける場合に、光源６０と光センサ１０との距離Ｄに応じて、１つの検出装置が反射部材８０とカバー９０とを備えるように構成してもよい。

　上述した各実施形態は、各構成要素を適宜組み合わせることが可能である。また、本実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

　１，１Ａ　検出装置
　１０　光センサ
　１１　下部電極
　１２　下部バッファ層
　１３　活性層
　１４　上部バッファ層
　１５　上部電極
　２１　センサ基板
　２６　配線
　２７　絶縁層
　６０　光源
　７０　フレキシブルプリント基板
　８０　反射部材
　９０　カバー
　９１　カバー本体
　９２　開口部
　９３　反射層
　２００　筐体
　２００Ｃ　円周方向
　２１０　第１筐体
　２１１　電源電極
　２１２　接続部
　２２０　第２筐体
　Ｆｇ　指
　ＰＤ　フォトダイオード

Claims

　筐体と、
　前記筐体の外部の照射側を照射可能なように前記筐体に設けられた光源と、
　前記筐体の第１方向で前記光源と並ぶように前記筐体に設けられ、前記光源の照射側から入射する光を検出可能な光センサと、
　前記光源と前記光センサとの間に配置されるように前記筐体に設けられ、入射する光を前記光源の照射側に反射可能な反射部材と、
　を備える検出装置。
　前記光源と前記光センサとの間の距離は、５ｍｍ以上である
　請求項１に記載の検出装置。
　前記反射部材は、反射率が５０％以上である
　請求項２に記載の検出装置。
　筐体と、
　前記筐体の外部の照射側を照射可能なように前記筐体に設けられた光源と、
　前記筐体の第１方向で前記光源と並ぶように前記筐体に設けられ、前記光源の照射側から入射する光を検出可能な光センサと、
　前記光源を覆った状態で前記筐体から突出するように前記筐体に設けられたカバーと、
　を備え、
　前記カバーは、
　前記筐体から突出して測定対象物と接触可能なカバー本体と、
　測定対象と接触する前記カバー本体の部分に形成され、前記光源が出射した光を前記カバー本体の外部に向けて出射する開口部と、
　前記カバー本体の内面に設けられ、前記光源が出射した光を反射して前記開口部に集光可能な反射層と、
　を備える検出装置。
　前記光源と前記光センサとの間の距離は、５ｍｍ以下である
　請求項４に記載の検出装置。
　前記反射層は、反射率が５０％以上である
　請求項５に記載の検出装置。
　前記光源は、近赤外光、赤色光及び緑光のいずれかを出射する
　請求項３または６に記載の検出装置。
　前記光センサは、センサ基板と、下部電極と、下部バッファ層と、活性層と、上部バッファ層と、上部電極とを有する有機フォトダイオードである
　請求項７に記載の検出装置。
　前記光源及び前記光センサは、フレキシブルプリント基板に設けられ、
　前記光センサは、配線、絶縁層、前記下部電極、前記下部バッファ層、前記活性層、前記上部バッファ層、前記上部電極の順に前記センサ基板に積層されており、
　前記下部電極は、前記配線に電気的に接続され、前記配線は、前記フレキシブルプリント基板に電気的に接続されている
　請求項８に記載の検出装置。
　前記筐体は、リング状に形成されている
　請求項９に記載の検出装置。