JP7721902B2 - 検出装置および測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、検出装置および測定装置に関する。

従来、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提案されている。例えば、下記特許文献１には、生体に光を射出する発光部と、発光部から射出され、生体で反射されることで入射する光を受光する受光部とを備える検出装置において、発光部と受光部との間に遮光部材を設置することで、発光部の光利用効率を高めるとともに受光部の迷光対策を行う技術が開示されている。

特開２０１８－０６１６７５号公報

しかしながら、上記検出装置では、生体で反射された光を受光する複数の受光部を設ける必要があるため、装置構成を小型化できないという問題があった。

本発明の１つの態様によれば、緑色波長帯を有する第１光を発光する第１発光部と、前記緑色波長帯よりも長い波長帯を有する第２光を発光する第２発光部と、前記第１発光部および前記第２発光部から発光され、生体から射出された前記第１光および前記第２光をそれぞれ受光する受光部と、を備え、前記受光部は、前記第１光を受光する第１受光領域と、前記第１受光領域よりも前記第１発光部から離れた位置に設けられ、前記第２光を受光する第２受光領域と、前記第１受光領域および前記第２受光領域のいずれか一方に設けられ、対応する波長帯の光を選択的に透過させる第１フィルターと、を有する検出装置が提供される。

本発明の１つの態様によれば、上記態様の検出装置と、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、を備える測定装置が提供される。

第１実施形態の測定装置の側面図である。 測定装置の機能に着目した構成図である。 検出装置の平面図である。 図３におけるＩＶ－ＩＶ線矢視による断面図である。 皮膚の透過スペクトルを示したグラフである。 赤色発光部および受光部の関係を示したグラフである。 検出装置の作用を説明するための図である。 第２実施形態の検出装置の断面図である。 第３実施形態の検出装置の断面図である。 第３実施形態の変形例に係る検出装置の断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各図においては、各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各部材の尺度や角度を実際とは異ならせている。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の測定装置１００の側面図である。図１に示される本実施形態の測定装置１００は、生体の例示である被験者（例えば、人間）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。本実施形態の測定装置１００は、筐体部１とベルト２とを備える腕時計型の携帯機器であり、測定部位（生体）Ｍの例示である手首に帯状のベルト２を巻回することで被験者の手首に装着可能である。本実施形態では、被験者の脈波（例えば脈拍間隔ＰＰＩ）および酸素飽和度（ＳｐＯ２）を生体情報として例示する。脈波とは、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。酸素飽和度とは、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に示すように、本実施形態の測定装置１００は、制御装置５と記憶装置６と表示装置４と検出装置３とを備えている。制御装置５および記憶装置６は、筐体部１の内部に設置される。図１に示されるように、表示装置４は、筐体部１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５による制御のもとで表示する。表示装置４は、例えば、液晶表示パネルである。

検出装置３は、測定部位Ｍの状態に応じた検出信号Ｓを生成する光学センサーモジュールである。図１に示すように、検出装置３は、例えば筐体部１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に示されるように、本実施形態の検出装置３は、発光ユニット部１１と受光部１２と駆動回路１３と出力回路１４とを備える。なお、駆動回路１３および出力回路１４の一方または双方を検出装置３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１３および出力回路１４は検出装置３から省略され得る。

図３は検出装置３の平面図である。図４は、図３におけるＩＶ－ＩＶ線矢視による断面図である。図３および図４に示すように、本実施形態の検出装置３は、発光ユニット部１１および受光部１２の他に、ケース４０と、遮光壁４１と、封止層４２と、をさらに備えている。なお、図３および図４においては、駆動回路１３および出力回路１４の図示を省略している。

以下、ＸＹＺ座標系を用いて検出装置３の構成を説明する。Ｘ軸は矩形状の外形を有するケース４０の長辺（一方の辺）に沿う軸に相当し、Ｙ軸はＸ軸に直交し、ケース４０の短辺（他方の一辺）に沿う軸に相当し、Ｚ軸とはＸ軸およびＹ軸にそれぞれ直交し、測定部位Ｍに接触する検出面１６の法線に沿う軸に相当する。

図３および図４に示すように、ケース４０は、検出装置３を構成する各要素（発光ユニット部１１および受光部１２）を収容する部材である。ケース４０は、矩形平板状の底面部４０ａと、底面部４０ａの周縁から＋Ｚ側に突出する矩形枠状の側板部４０ｂとを含む箱形状を有する。ケース４０は、例えば、アルミニウムで形成される。側板部４０ｂの内周面４０ｂ１は黒色に着色されることで遮光性を有している。これにより、側板部４０ｂの内周面４０ｂ１における反射が抑制される。

なお、ケース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ケース４０を形成することも可能である。また、筐体部１と一体にケース４０を形成した構成も好適である。

発光ユニット部１１および受光部１２は配線基板（図示略）に実装された状態でケース４０の底面部４０ａ上に設置されている。遮光壁４１は、Ｘ軸に沿う方向において、発光ユニット部１１および受光部１２の間に配置されている。遮光壁４１は底面部４０ａから＋Ｚ側に突出し、Ｙ軸方向に延びる板状の部材であり、ケース４０内の収容空間をＸ軸方向において２つに分離する。すなわち、遮光壁４１は、発光ユニット部１１および受光部１２を収容する空間をＸ軸に沿う方向において隔てる部材である。遮光壁４１は、発光ユニット部１１から射出された光が直接的に受光部１２に入射しないように遮光するための遮光性を有する部材である。

本実施形態において、遮光壁４１は、Ｘ軸に沿う方向において、第１発光部５０および第２発光部６０を含む発光ユニット部１１と受光部１２との間に設けられる。遮光壁４１は、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩの一部を遮光する部材であると換言することもできる。

封止層４２はケース４０内に収容された発光ユニット部１１および受光部１２と側板部４０ｂとの隙間に充填された光透過性の樹脂材料である。封止層４２は発光ユニット部１１および受光部１２をケース４０内に封止（モールド）している。封止層４２の表面は検出面１６として機能する。
なお、封止層４２で封止する構成に代えて、ケース４０の側板部４０ｂの上面を透光性基板で覆う構成を採用してもよい。この場合、透光性基板の上面が検出面１６として機能する。

発光ユニット部１１は、第１発光部５０と、第２発光部６０と、第３発光部７０と、を有している。第１発光部５０、第２発光部６０および第３発光部７０は、測定部位Ｍに対して各々が異なる波長の光を発光する光源である。

第１発光部５０は、５２０ｎｍ～５５０ｎｍの緑色波長帯を有する緑色光（第１光）ＬＧを測定部位Ｍに向けて射出する。本実施形態の緑色光ＬＧは、例えば、ピーク波長が５２０ｎｍの光である。
第２発光部６０は、例えば、６００ｎｍ～８００ｎｍの赤色波長帯を有する赤色光（第２光）ＬＲを測定部位Ｍに向けて射出する。本実施形態の赤色光ＬＲは、例えば、ピーク波長が６６０ｎｍの光である。
第３発光部７０は、例えば、８００ｎｍ～１３００ｎｍの近赤外波長帯を有する近赤外光（第３光）ＬＩを測定部位Ｍに向けて射出する。本実施形態の近赤外光ＬＩは、例えば、ピーク波長が９０５ｎｍの光である。

これら第１発光部５０、第２発光部６０および第３発光部７０を構成する発光素子としては、例えばベアチップ型または砲弾型のＬＥＤ（Light Emitting Diode）が好適に利用される。なお、各発光部が射出する光の波長は上記数値範囲に限定されない。以下、第１発光部５０、第２発光部６０および第３発光部７０を特に区別しない場合、これらを総称して、各発光部５０，６０，７０という。

各発光部５０，６０，７０の発光面がＸＹ平面に平行となるようにケース４０内に設置されている。すなわち、各発光部５０，６０，７０は＋Ｚ側に向けて光を発光するようになっている。

各発光部５０，６０，７０の各々は、図２に示した駆動回路１３からの駆動電流の供給により発光する。本実施形態の場合、駆動回路１３は、各発光部５０，６０，７０の各々を時間順次に独立して発光させる。以下、各発光部５０，６０，７０の各々を時間順次に独立して発光する態様を、発光部５０，６０，７０が時間順次に発光すると称す。

各発光部５０，６０，７０から射出された光は、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ながら伝播した後、筐体部１側に射出して受光部１２に到達する。すなわち、本実施形態の検出装置３は、発光ユニット部１１と受光部１２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。

図３に示されるように、各発光部５０，６０，７０は相互に間隔をあけてＹ軸に沿う方向（第１方向）に並んで配置されている。具体的に第２発光部６０は第１発光部５０の＋Ｙ側に配置され、第３発光部７０は第１発光部５０の－Ｙ側に配置される。すなわち、第１発光部５０は、Ｙ軸に沿う方向において、第２発光部６０および第３発光部７０の間に配置されている。また、第１発光部５０は、第２発光部６０と第３発光部７０との間に位置すると換言することもできる。

ところで、従来、測定装置に用いる検出装置において、被験者の生体情報として、脈拍間隔（ＰＰＩ）および酸素飽和度（ＳｐＯ２）の両方を取得する場合、脈波を特定するための緑色光用の受光部（以下、緑色用受光部という）と、酸素飽和度を特定するための赤色光および近赤外光用の受光部（以下、赤・近赤外用受光部という）とをそれぞれ設けていた。そのため、検出装置が大型化することで測定装置の小型化が難しかった。

近年、測定装置における、さらなる小型化が要望されている。このような背景から、本発明者らは、脈拍間隔および酸素飽和度の両方を取得可能な小型の検出装置に関し、鋭意研究を行った。

まず、発明者らは、光の波長帯毎に皮膚の透過率が異なることに着目した。
図５は皮膚の透過スペクトルを示したグラフである。図５において、横軸は光の波長を示し、縦軸は透過率（単位：％）を示している。図５は、一例として皮膚の厚さが０．４３ｍｍの場合における透過スペクトを示している。

図５に示されるように、緑色光ＬＧの波長帯（例えば、５２０ｎｍ）が皮膚に入射した場合の透過率は３０％程度であり、赤色光ＬＲの波長帯（例えば、６６０ｎｍ）が皮膚に入射した場合の透過率は５０％～６０％程度であり、近赤外光ＬＩの波長帯（例えば、９０５ｎｍ）が皮膚に入射した場合の透過率は６０％程度である。

図５に示されるグラフは、生体内を伝搬可能な距離は光の波長毎に異なることを示している。すなわち、図５のグラフによれば、緑色光ＬＧは、赤色光ＬＲまたは近赤外光ＬＩに比べて、生体内を短い距離しか伝播できないことが分かる。つまり、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩは、緑色光ＬＧに比べて、生体内をより遠くまで伝播可能であると換言できる。なお、図５では、皮膚の厚さ０．４３ｍｍの場合を例に挙げたが、皮膚の厚さが異なる場合においても、同様に、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩは、緑色光ＬＧに比べて、生体内をより遠くまで伝播可能となる。
本発明者らは、図５のグラフに示されるように、緑色光ＬＧは、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩに比べて生体内を通過する際に減衰され易いとの知見を得た。

また、本発明者らは、生体内を通過した緑色光における受光部への入射状態についてシミュレーションを行った。なお、シミュレーション条件として、従来用いられる一般的なサイズの受光部を用いることとした。

本シミュレーションの結果、受光部における発光部側の領域には緑色光ＬＧが良好に入射しているが、受光部のうち発光部から離れた側の領域には緑色光ＬＧが効率良く入射しないことが分かった。これは、発光部から離れた領域に入射するまでに緑色光が減衰されたためである。
本発明者らは、生体内を通過した緑色光ＬＧは減衰し易いため、緑色光ＬＧを受光する受光領域は発光部の近傍に配置すればよいとの知見を得た。

また、発明者らは、生体内を伝搬して受光部に入射する赤色光ＬＲあるいは近赤外光ＬＩに含まれるノイズ成分が発光部から受光部までの距離に応じて変化することに着目した。以下では、赤色光ＬＲを例に挙げて説明するが、近赤外光ＬＩについても同様のことが言える。

図６は赤色光を発光する赤色発光部から受光部までの距離、赤色光のノイズ成分および赤色発光部の消費電流の関係を示したグラフである。図６において、横軸は赤色の発光部から受光部までの距離を示し、左側の縦軸は赤色光ＬＲのノイズ成分を示し、右側の縦軸は発光部の消費電流を示している。

図６に示されるように、受光部と発光部との距離が近いほど、受光部で受光される赤色光ＬＲのノイズ成分が増えることが分かる。つまり、受光部は、発光部から離れて配置されるほど、赤色光ＬＲのノイズ成分が低下することで、赤色光ＬＲの検出精度が向上する。これは、発光部に近くに配置された受光部に対しては、生体の表層部分で反射されることで血液中を通らない成分の赤色光が入射されるからである。このような血液中を通らない赤色光ＬＲは、受光部において、血中酸素濃度を特定する際のノイズ成分となる。

したがって、発光部から受光部を離して配置することによって、赤色光ＬＲに含まれるノイズ成分を低減させ、赤色光ＬＲの検出精度を向上させることが可能となる。一方、発光部から離して受光部を配置する場合、生体内を伝播する距離が増えるため、発光部への投入電流を増やして赤色光の輝度を高くする必要がある。この場合、発光部の消費電流が高くなるため、発光部と受光部との距離はノイズ成分と消費電流とのバランスを考慮して決定することが望ましい。例えば、本実施形態の場合、ノイズ成分を示す曲線と消費電流を示す曲線とが交差する距離に受光部と赤色発光部との距離を設定した。

なお、近赤外光ＬＩについても、赤色光ＬＲと同様、近赤外光ＬＩを発光する近赤外用の発光部と受光部とを離して配置することで近赤外光ＬＩの検出精度を向上させることが可能である。また、近赤外用の発光部と受光部との距離についてもノイズ成分と消費電流とのバランスを考慮して決定することが望ましい。

本発明者らは、赤色光ＬＲまたは近赤外光ＬＩを受光する受光領域を発光部からできるだけ離して配置することで受光部の検出精度を向上できるとの知見を得た。

本発明者らは、上記知見に基づき、本実施形態の検出装置３および測定装置１００を完成させた。本実施形態の検出装置３では、従来用いられる一般的なサイズの受光部１２の受光領域を２つに分け、発光部側に近い一方の領域を緑色光の受光領域として利用し、発光部側から遠い他方の領域を赤・近赤外光の受光領域として利用する構成を採用した。

以下、本実施形態の受光部１２の構成について説明する。
受光部１２は、発光ユニット部１１の発光により測定部位Ｍから到来する光を受光する。本実施形態の受光部１２は、第１受光領域５１と、第２受光領域６１と、を有している。受光部１２は、第１受光領域５１および第２受光領域６１において受光した光の強度に応じた検出信号をそれぞれ生成する。以下、第１受光領域５１および第２受光領域６１を特に区別しない場合、これらをまとめて「受光領域５１，６１」という。

受光部１２は、各受光領域５１，６１の受光面がＸＹ平面に平行となるようにケース４０内に設置されている。すなわち、各受光領域５１，６１はＺ方向から入射する光を受光するようになっている。

図３に示したように、各受光領域５１，６１は相互に間隔をあけて、Ｙ軸と交差（直交）するＸ軸に沿う方向（第２方向）に並んで配置されている。具体的に第１受光領域５１は発光ユニット部１１の＋Ｘ側に位置し、第２受光領域６１は第１受光領域５１の＋Ｘ側に位置する。第２受光領域６１は第１受光領域５１を挟んで発光ユニット部１１と反対側に配置されている。本実施形態の場合、第２受光領域６１は、第１受光領域５１よりも第１発光部５０から離れた位置に設けられている。具体的に、第１受光領域５１は、Ｘ軸に沿う方向において、第２受光領域６１よりも第１発光部５０側に位置する。

ここで、第１発光部５０から第１受光領域５１までの距離をＤ１、第２発光部６０から第２受光領域６１までの距離をＤ２、第３発光部７０から第２受光領域６１までの距離をＤ３とする。距離Ｄ１とは第１発光部５０および第１受光領域５１をＺ軸方向から平面視した際の各々の中心部同士の距離に相当する。また、距離Ｄ２とは第２発光部６０および第２受光領域６１をＺ軸方向から平面視した際の各々の中心部同士の距離に相当する。また、距離Ｄ３とは第３発光部７０および第２受光領域６１をＺ軸方向から平面視した際の各々の中心部同士の距離に相当する。

本実施形態の検出装置３において、第１発光部５０から第１受光領域５１までの距離Ｄ１は、第２発光部６０から第２受光領域６１までの距離Ｄ２よりも短い。また、第１発光部５０から第１受光領域５１までの距離Ｄ１は、第３発光部７０から第２受光領域６１までの距離Ｄ３よりも短い。なお、距離Ｄ２と距離Ｄ３とは等しい。
このように本実施形態の検出装置３では、緑色光ＬＧを射出する第１発光部５０の最も近い位置に緑色光ＬＧを受光するための第１受光領域５１を配置した構成を採用している。

本実施形態の場合、第１受光領域５１および第２受光領域６１は、受光部１２の光入射領域を２つに分割した領域で構成される。第１受光領域５１および第２受光領域６１の面積は互いに等しい。第１受光領域５１は、生体を経由した緑色光ＬＧの８割程度の光量を受光可能な平面積を有する。本実施形態の受光部１２によれば、第１受光領域５１に対して生体を経由した緑色光ＬＧが十分な光量で入射するようになる。よって、本実施形態の検出装置３は、緑色光ＬＧの発光量を増やすために第１発光部５０の消費電流を増やす必要が無いので、発光ユニット部１１の低消費電力化を図ることができる。

図４に示すように、受光部１２は、受光素子１２０と、角度制限フィルター１２１と、バンドパスフィルター（第１フィルター）１２２と、を含む。
受光素子１２０は、例えばフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）から構成される。角度制限フィルター１２１は、受光素子１２０の受光面１２０ａの全体を覆うように設けられている。角度制限フィルター１２１は、例えば、光透過性を有する酸化シリコン層１２１１内にタングステンなどの遮光性材料からなるプラグ１２１２を埋め込むことで形成される。

酸化シリコン層１２１１は、受光素子１２０の受光面１２０ａに光を導く光路を形成する。酸化シリコン層１２１１に埋め込まれたプラグ１２１２は光路（酸化シリコン層１２１１）を通過する光の入射角度を制限する。すなわち、酸化シリコン層１２１１内に入射する光が光路に対して所定角度よりも傾いている場合、入射した光はプラグ１２１２に当たり、その光の一部はプラグ１２１２に吸収され、残りは反射される。そして、光路を通過するまでの間に反射が繰り返されることによって反射光の強度は弱くなるため、角度制限フィルター１２１を最終的に通過できる光は、実質的に、光路に対する傾きが所定の制限角度以内の光に制限される。

角度制限フィルター１２１は、所定の入射角度よりも小さい角度で入射する光を透過させ、所定の入射角度よりも大きい角度で入射する光を透過させずにカットする特性を有する。これにより、角度制限フィルター１２１は、受光素子１２０に入射する光の入射角度を制限することが可能である。具体的に角度制限フィルター１２１は、生体内を伝搬することで所定の入射角度（以下、許容入射角度と称す）で入射する光を透過させ、太陽光等の外光や生体内に入射しなかった光のように許容入射角度よりも大きい角度で入射する光をカットする。

バンドパスフィルター１２２は、受光素子１２０の受光面１２０ａのうちの第１受光領域５１に対応する領域に設けられる。バンドパスフィルター１２２は、緑色光ＬＧの波長帯を選択的に透過させ、それ以外の波長帯の光である赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩを吸収してカットする特性を有する。バンドパスフィルター１２２は、例えば、角度制限フィルター１２１上に、酸化シリコン等の低屈折率層と酸化チタン等の高屈折率層とを交互に複数積層して形成される。なお、バンドパスフィルター１２２は、従来公知のフォトリソ工程を用いて、第１受光領域５１に対応する領域に形成される。

一方、受光部１２において、第２受光領域６１には、赤色光ＬＲあるいは近赤外光ＬＩを選択的に透過させるバンドパスフィルターが設けられず、角度制限フィルター１２１のみが設けられている。そのため、受光部１２は、第２受光領域６１において、受光素子１２０に到達する赤色光ＬＲあるいは近赤外光ＬＩの入射角度を制限することが可能である。角度制限フィルター１２１は、例えば、生体内を伝搬して許容入射角度で入射する赤色光ＬＲまたは近赤外光ＬＩを透過させ、太陽光等の外光や生体内を通らなかった赤色光ＬＲあるいは近赤外光ＬＩのように許容入射角度よりも大きい角度で入射する光をカットする。

図２に示したように、本実施形態の場合、受光部１２は、時分割駆動される発光部５０，６０，７０の発光タイミングに同期して各光を受光し、各光に応じた検出信号を生成する。
受光部１２は、各受光領域５１，６１で生成した検出信号を出力回路１４に送信する。出力回路１４は、例えば、各受光領域５１，６１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（いずれも図示略）、相異なる波長に対応する複数の検出信号Ｓ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）を生成する。

ここで、検出信号Ｓ１は、第１発光部５０から射出された緑色光ＬＧを受光したときの第１受光領域５１の受光強度を表す信号である。検出信号Ｓ２は、第２発光部６０から射出された赤色光ＬＲを受光したときの第２受光領域６１の受光強度を表す信号であり、検出信号Ｓ３は、第３発光部７０から射出された近赤外光ＬＩを受光したときの第２受光領域６１の受光強度を表す信号である。

一般的に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ことから、各検出信号Ｓ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となる。

なお、駆動回路１３および出力回路１４は、ＩＣチップの形態で発光ユニット部１１および受光部１２とともに配線基板に実装されている。なお、上述のように、駆動回路１３および出力回路１４を検出装置３の外部に設置することも可能である。

制御装置５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６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５が実行するプログラム、および制御装置５が使用する各種のデータを記憶する。なお、制御装置５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５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。なお、図２では、制御装置５と記憶装置６とを別体の要素として図示したが、記憶装置６を内包する制御装置５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。

本実施形態の制御装置５は、記憶装置６に記憶されたプログラムを実行することで、検出装置３が生成した複数の検出信号Ｓ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）から被験者の生体情報を特定する。

具体的には、制御装置（情報解析部）５は、第１受光領域５１による緑色光ＬＧの受光強度を表す検出信号Ｓ１から被験者の脈波を特定する。制御装置５は、例えば、検出信号Ｓ１に基づいて被験者の脈拍間隔（ＰＰＩ）を特定することができる。また、制御装置５は、第２受光領域６１による赤色光ＬＲの受光強度を表す検出信号Ｓ２と、第２受光領域６１による近赤外光ＬＩの受光強度を表す検出信号Ｓ３とを解析することで、被験者の酸素飽和度（ＳｐＯ２）を特定することができる。

以上のように測定装置１００において、制御装置５は、検出装置３による検出結果を示す検出信号Ｓ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５は、検出信号Ｓから特定した生体情報を表示装置４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７は検出装置３の作用を説明するための図である。
図７に示すように、本実施形態の検出装置３において、第１発光部５０から射出された緑色光ＬＧの一部は、例えば生体表面（測定部位Ｍ）で反射されることで、生体を通ることなく第１受光領域５１に直接入射する場合がある。また、太陽光等の外光が生体および検出面１６の隙間から第１受光領域５１に直接入射する場合がある。以下、生体内を通らずに第１受光領域５１に向かう緑色光ＬＧを「第１迷光成分ＳＬ１」、第１受光領域５１に直接向かう外光を「第２迷光成分ＳＬ２」と称す。

第１迷光成分ＳＬ１は緑色波長帯を有するため、バンドパスフィルター１２２を通過し、バンドパスフィルター１２２の下層に設けられた角度制限フィルター１２１に入射する。角度制限フィルター１２１は、上述のように、許容入射角度よりも小さい角度で入射する光を透過させ、許容入射角度よりも大きい角度で入射する光をカットする特性を有する。

第１迷光成分ＳＬ１は生体内を通過することなく第１受光領域５１に入射するため、緑色光ＬＧの第１受光領域５１に対する入射角度は角度制限フィルター１２１の許容入射角度よりも大きくなる。つまり、第１迷光成分ＳＬ１は角度制限フィルター１２１でカットされる。これにより、第１受光領域５１は、角度制限フィルター１２１によって受光素子１２０の受光面１２０ａへの第１迷光成分ＳＬ１の入射を抑制できる。

第２迷光成分ＳＬ２はバンドパスフィルター１２２で概ねカットされるが、第２迷光成分ＳＬ２に含まれる緑色波長帯を有する成分はバンドパスフィルター１２２を透過してしまう。ここで、第２迷光成分ＳＬ２は、上述のように、生体および検出面１６の隙間から入射するため、第２迷光成分ＳＬ２の第１受光領域５１に対する入射角度は角度制限フィルター１２１の許容入射角度よりも大きくなる。そのため、バンドパスフィルター１２２を透過した第２迷光成分ＳＬ２の一部（緑色波長帯を有する成分）は角度制限フィルター１２１でカットされる。これにより、第１受光領域５１は、角度制限フィルター１２１によって受光素子１２０の受光面１２０ａへの第２迷光成分ＳＬ２の入射を抑制できる。

このように本実施形態の検出装置３では、発光ユニット部１１から射出されて生体を通った緑色光ＬＧを受光素子１２０の受光面１２０ａに効率良く入射させることができる。また、本実施形態の検出装置３では、第１迷光成分ＳＬ１および第２迷光成分ＳＬ２を受光素子１２０の受光面１２０ａに入射させ難くすることができる。

よって、第１受光領域５１は、ノイズ成分となる第１迷光成分ＳＬ１および第２迷光成分ＳＬ２の入射が抑制されることで高いＳ／Ｎ比を得ることができる。そのため、本実施形態の検出装置３は、第１受光領域５１において緑色光ＬＧを高精度に受光可能となるので、第１発光部５０における緑色光ＬＧの発光量を抑えることで発光ユニット部１１の消費電力を抑制できる。

また、第２発光部６０から射出された赤色光ＬＲの一部、または第３発光部７０から射出された近赤外光ＬＩの一部は、生体内を通ることなく第２受光領域６１に直接入射する場合がある。また、太陽光等の外光が生体および検出面１６の隙間から第２受光領域６１に直接入射する場合がある。以下、生体内を通ることなく第２受光領域６１に直接向かう赤色光ＬＲあるいは近赤外光ＬＩをまとめて「第３迷光成分ＳＬ３」、第２受光領域６１に直接向かう外光を「第４迷光成分ＳＬ４」と称す。

第３迷光成分ＳＬ３は生体内を通過することなく角度制限フィルター１２１に入射するため、第３迷光成分ＳＬ３の第２受光領域６１に対する入射角度は角度制限フィルター１２１の許容入射角度よりも大きくなる。また、第４迷光成分ＳＬ４は生体と検出面１６との隙間から入射するため、第４迷光成分ＳＬ４の第２受光領域６１に対する入射角度は角度制限フィルター１２１の許容入射角度よりも大きくなる。

そのため、第３迷光成分ＳＬ３および第４迷光成分ＳＬ４は角度制限フィルター１２１で良好にカットされる。これにより、第２受光領域６１は、角度制限フィルター１２１によって受光素子１２０の受光面１２０ａへの第３迷光成分ＳＬ３および第４迷光成分ＳＬ４の入射を抑制することができる。

このように本実施形態の検出装置３では、発光ユニット部１１から射出されて生体を通った赤色光ＬＲあるいは近赤外光ＬＩを受光素子１２０の受光面１２０ａに効率良く入射させることができる。また、本実施形態の検出装置３では、第３迷光成分ＳＬ３および第４迷光成分ＳＬ４を受光素子１２０の受光面１２０ａに入射させ難くすることができる。

よって、第２受光領域６１は、ノイズ成分となる第３迷光成分ＳＬ３および第４迷光成分ＳＬ４の入射が抑制されることで高いＳ／Ｎ比を得ることができる。本実施形態の検出装置３によれば、第２受光領域６１において赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩが効率良く受光されるので、第２発光部６０および第３発光部７０の各発光量を抑えて発光ユニット部１１の消費電力を抑制できる。

また、本実施形態の検出装置３において、第２発光部６０および第３発光部７０と第２受光領域６１との距離（距離Ｄ２または距離Ｄ３）は、第１発光部５０と第１受光領域５１との距離Ｄ１よりも大きい。つまり、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩが第２受光領域６１に入射されるまでに生体内を伝搬する距離は、緑色光ＬＧが第１受光領域５１に入射されるまでに生体内を伝搬する距離よりも大きくなっている。

図４に示したように、赤色光ＬＲまたは近赤外光ＬＩは、生体内の伝播距離が長くなるほど、生体の表層部分で反射されることで血液中を通らない成分、すなわち、血中酸素濃度を特定する際のノイズ成分が減少する。そのため、第２受光領域６１は、ノイズ成分の入射が抑制されることで高いＳ／Ｎ比を得ることができる。よって、本実施形態の検出装置３は、第２受光領域６１において赤色光ＬＲまたは近赤外光ＬＩを高精度に受光可能することができる。

一方、赤色光ＬＲまたは近赤外光ＬＩは生体内の伝播距離が長くなり過ぎると第２発光部６０または第３発光部７０の発光量を高くする必要が生じる。本実施形態の場合、１つの受光素子１２０の受光面１２０ａに第１受光領域５１とともに第２受光領域６１を形成することで、第２受光領域６１と第２発光部６０および第３発光部７０をできるだけ近くに配置している。これにより、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩの受光精度を確保しつつ、第２発光部６０または第３発光部７０の消費電力を抑えることで発光ユニット部１１の消費電力を抑制できる。

また、本実施形態の場合、第２受光領域６１には、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩのみが入射するので、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩを選択的に透過させ、緑色光ＬＧをカットするバンドパスフィルターを第２受光領域６１に設けていない。すなわち、本実施形態の検出装置３では、第１受光領域５１のみがバンドパスフィルター１２２を含み、第２受光領域６１がバンドパスフィルターを含まない構成を採用可能となる。よって、本実施形態の検出装置３は、第２受光領域６１のバンドパスフィルターを省略することでコスト低減を図ることができる。

以上述べたように本実施形態の検出装置３によれば、第１発光部５０、６０、７０の発光量を抑えて発光ユニット部１１の低消費電力化を図った場合でも、受光部１２において生体内を通った光を高精度に受光することができる。また、本実施形態の検出装置３では、第２受光領域６１におけるバンドパスフィルターを省略することでコスト低減を図ることができる。

受光部１２は、第１発光部５０から射出されて測定部位Ｍの内部を伝搬した緑色光ＬＧを第１受光領域５１にて受光した際、その受光強度に応じた検出信号を生成する。なお、緑色光ＬＧの一部は第２受光領域６１に入射するものの、第２受光領域６１に入射した緑色光ＬＧは角度制限フィルター１２１でカットされる。

また、受光部１２は、第２発光部６０から射出されて測定部位Ｍの内部を伝搬した赤色光ＬＲ、または、第３発光部７０から射出されて測定部位Ｍの内部を伝搬した近赤外光ＬＩを第２受光領域６１にて受光した際、その受光強度に応じた検出信号を生成する。なお、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩの一部は第１受光領域５１に入射するものの、第１受光領域５１に入射した赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩはバンドパスフィルター１２２でカットされる。

以上のように本実施形態の検出装置３は、緑色光ＬＧを発光する第１発光部５０と、緑色光ＬＧよりも高い波長帯を有する赤色光ＬＲを発光する第２発光部６０と、第１発光部５０および第２発光部６０から発光され、測定部位Ｍから射出された緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲをそれぞれ受光する受光部１２と、を備えている。受光部１２は、緑色光ＬＧを受光する第１受光領域５１と、第１受光領域５１よりも第１発光部５０から離れた位置に設けられ、赤色光ＬＲを受光する第２受光領域６１と、第１受光領域５１に設けられ、緑色光ＬＧを選択的に透過させるバンドパスフィルター１２２と、を有する。

本実施形態の場合、バンドパスフィルター１２２は、緑色光ＬＧを選択的に透過させるバンドパスフィルターである。また、本実施形態の検出装置３は、近赤外光ＬＩを発光する第３発光部７０をさらに備え、第１発光部５０、第２発光部６０および第３発光部７０は、時間順次に各々が独立して発光する。

本実施形態の検出装置３によれば、１つの受光部１２を利用して緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩをそれぞれ受光できるので、従来のように受光部を２つ用いる構成に比べて、装置構成を例えば半分程度の大きさまで小型化できる。よって、脈拍間隔および酸素飽和度の両方を取得可能な小型の検出装置３を提供できる。また、受光部１２を１個にすることで検出装置３のコストを低減できる。

本実施形態において、受光部１２は、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩの発光タイミングに同期して各光をそれぞれ受光している。
この構成によれば、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩの信号を時間的に分離して取得することができる。よって、互いの光がノイズとなることが抑制される。これにより、１つの受光部１２を用いることで装置構成を小型化しつつ、脈拍間隔および酸素飽和度の両方を検出可能な構成を実現できる。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態の検出装置について説明する。第１実施形態では、バンドパスフィルター１２２が第１受光領域５１に設けられる場合を例に挙げたが、本実施形態の検出装置は、第１フィルターが第２受光領域６１のみに設ける点で第１実施形態と異なる。

図８は本実施形態の検出装置の断面図である。図８は第１実施形態の図４に相当する構成である。なお、第１実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、詳細については説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態の検出装置１０３は、受光部１１２の第２受光領域６１に設けられたバンドパスフィルター（第１フィルター）２２２を有している。バンドパスフィルター２２２は、受光素子１２０の受光面１２０ａのうちの第２受光領域６１に対応する領域に設けられる。バンドパスフィルター２２２は、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩを選択的に透過させ、それ以外の波長帯の光を吸収してカットする特性を有する。バンドパスフィルター２２２は、例えば、角度制限フィルター１２１上に、酸化シリコン等の低屈折率層と酸化チタン等の高屈折率層とを交互に複数積層して形成される。なお、バンドパスフィルター２２２は、従来公知のフォトリソ工程を用いて、第２受光領域６１に対応する領域に形成される。

受光部１１２の第２受光領域６１は、第１受光領域５１よりもケース４０の側板部４０ｂの近くに配置されている。そのため、第２受光領域６１には、生体と検出面１６との隙間から第４迷光成分ＳＬ４が入射し易い。
本実施形態の検出装置１０３によれば、第２受光領域６１に設けられたバンドパスフィルターからなるバンドパスフィルター２２２によって第２受光領域６１に入射した第４迷光成分ＳＬ４を受光面１２０ａに到達させ難くすることができる。

例えば、側板部４０ｂと第２受光領域６１との距離を小さくしてケース４０のサイズを小さくすると、第４迷光成分ＳＬ４による影響を受け易くなる。本実施形態の検出装置１０３の場合、第２受光領域６１に設けられたバンドパスフィルター２２２によって第４迷光成分ＳＬ４による影響が抑えられる。よって、本実施形態の検出装置１０３は、第４迷光成分ＳＬ４によるノイズ成分の影響を抑えつつケース４０を小さくすることで、装置構成の小型化を図ることができる。

（第３実施形態）
続いて、第３実施形態の検出装置について説明する。第１実施形態では、バンドパスフィルター１２２が第１受光領域５１に設けられる場合を例に挙げたが、本実施形態の検出装置は、第１受光領域５１および第２受光領域６１それぞれにバンドパスフィルターが設けられる点で第１実施形態と異なる。

図９は本実施形態の検出装置の断面図である。図９は第１実施形態の図４に相当する構成である。なお、第１実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、詳細については説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態の検出装置２０３は、受光部２１２の第１受光領域５１に設けられたバンドパスフィルター（第１フィルター）１２２と、受光部２１２の第２受光領域６１に設けられたバンドパスフィルター（第２フィルター）３２２と、を有している。バンドパスフィルター１２２は、緑色光ＬＧの波長帯を選択的に透過させ、それ以外の波長帯の光を吸収してカットする特性を有する。バンドパスフィルター３２２は、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩを選択的に透過させ、それ以外の波長帯の光を吸収してカットする特性を有する。
バンドパスフィルター１２２およびバンドパスフィルター３２２は、従来公知のフォトリソ工程を用いることで、受光素子１２０の受光面１２０ａのうち、第１受光領域５１および第２受光領域６１に対応する領域にそれぞれ形成される。

本実施形態の検出装置２０３によれば、第１受光領域５１および第２受光領域６１にそれぞれバンドパスフィルター１２２、３２２を備えるので、各受光領域５１、６１におけるノイズ成分の影響を低減することができる。よって、装置構成を小型化しつつ、脈拍間隔および酸素飽和度の両方を高精度に検出可能な検出装置を提供できる。

図１０は本実施形態の変形例に係る検出装置の断面図である。
図１０に示すように、本変形例の検出装置３０３では、第２受光領域６１に設けられたバンドパスフィルター３２２のＸ軸に沿う方向（第２方向）の幅Ｈ２が、第１受光領域５１に設けられたバンドパスフィルター１２２のＸ軸に沿う方向の幅Ｈ１よりも大きい。すなわち、本変形例の場合、上記実施形態と異なり、Ｘ軸に沿う方向において、第２受光領域６１の幅が第１受光領域５１の幅よりも大きくなっている。なお、第２受光領域６１および第１受光領域５１の幅に応じて、各発光部５０，６０，７０の発光量を調整してもよい。

上述したように緑色光ＬＧは生体内を伝播する距離が延びるほど減衰し易いため、第１受光領域５１の＋Ｘ側（第２受光領域６１側）の領域ほど緑色光ＬＧの入射量は少ない。本変形例の場合、第１受光領域５１の＋Ｘ側を第２受光領域６１として利用することで、緑色光ＬＧの受光量の減少度合いよりも第２受光領域６１を拡げたことによる赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩの受光量の増加度合いの方が大きくなる。したがって、本変形例の構成によれば、受光部１２のサイズを変更することなく、赤色光ＬＲおよび近赤外光ＬＩの検出精度を相対的に向上させることができる。

以上、上述の実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
例えば、上記実施形態では、生体として人間を例示したが、他の動物の生体情報（例えば、脈拍）の測定にも本発明は適用可能である。

また、上記実施形態の測定装置１００では、検出装置３が筐体部１内に設けられる場合を例に挙げたが、検出装置３の設置場所はこれに限られず、例えば、ベルト２内に埋め込まれていてもよい。

また、上記実施形態の測定装置１００として、腕時計型の構成を例に挙げたが、例えば、ネックレス型として被験者の首に装着する構成や、シール型として被験者の体に貼り付けて装着する構成や、ヘッドマウントディスプレイ型として被験者の頭部に装着する構成にも本発明は適用可能である。

また、上記実施形態では、第１受光領域５１および第２受光領域６１において、角度制限フィルター１２１を共通化する場合を例に挙げたが、第１受光領域５１および第２受光領域６１において角度制限フィルターを別々に設けてもよい。この場合において、第１受光領域５１および第２受光領域６１における許容入射角度を異ならせてもよい。

本発明の一態様の検出装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一態様の検出装置は、緑色波長帯を有する第１光を発光する第１発光部と、緑色波長帯よりも高い波長帯を有する第２光を発光する第２発光部と、第１発光部および第２発光部から発光され、生体から射出された第１光および第２光をそれぞれ受光する受光部と、を備え、受光部は、第１光を受光する第１受光領域と、第１受光領域よりも第１発光部から離れた位置に設けられ、第２光を受光する第２受光領域と、第１受光領域および第２受光領域のいずれか一方に設けられ、対応する波長帯の光を選択的に透過させる第１フィルターと、を有する。

本発明の一つの態様の検出装置において、第１受光領域に第１フィルターが設けられ、第１フィルターは、第１光を選択的に透過させるバンドパスフィルターである構成としてもよい。

本発明の一つの態様の検出装置において、第２受光領域に第１フィルターが設けられ、第１フィルターは、第２光を選択的に透過させるバンドパスフィルターである構成としてもよい。

本発明の一つの態様の検出装置において、第３光を発光する第３発光部をさらに備え、第２発光部は、第２光として、赤色波長帯または近赤外波長帯の一方の波長帯の光を発光し、第３発光部は、第３光として、赤色波長帯または近赤外波長帯の他方の波長帯の光を発光し、第１発光部、第２発光部および第３発光部は、時間順次に各々が独立して発光する構成としてもよい。

本発明の一つの態様の検出装置において、受光部は、第１光、第２光および第３光の発光タイミングに同期して各光をそれぞれ受光する構成としてもよい。

本発明の一つの態様の検出装置において、第１発光部および第２発光部は、第１方向に並んで配置され、第１受光領域および第２受光領域は、第１方向と交差する第２方向に並んで配置され、第１受光領域は、第２方向において、第２受光領域よりも第１発光部側に位置する構成としてもよい。

本発明の一つの態様の検出装置において、受光部は、第１受光領域および第２受光領域のいずれか他方に設けられ、対応する波長帯の光を選択的に透過させる第２フィルターをさらに有する構成としてもよい。

本発明の一つの態様の検出装置において、第１フィルターおよび第２フィルターのうち、第２受光領域に設けられた一方のフィルターにおける第２方向の幅は、第１受光領域に設けられた他方のフィルターにおける第２方向における幅よりも大きい構成としてもよい。

本発明の一態様の測定装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一態様の測定装置は、上記態様の検出装置と、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、を備える。

３，１０３，２０３，３０３…検出装置、５…制御装置（情報解析部）、１２…受光部、５０…第１発光部、５１…第１受光領域、６０…第２発光部、６１…第２受光領域、７０…第３発光部、１００…測定装置、１２２，２２２…バンドパスフィルター（第１フィルター）、３２２…バンドパスフィルター（第２フィルター）、Ｈ１，Ｈ２…幅、ＬＧ…緑色光（第１光）、ＬＲ…赤色光（第２光）、ＬＩ…近赤外光（第３光）、Ｍ…測定部位（生体）。

Claims (5)

1. 緑色波長帯を有する第１光を発光する第１発光部と、
   前記緑色波長帯よりも長い波長帯を有する第２光を発光する第２発光部と、
   前記第１発光部から発光されて生体に入射し前記生体の内部で反射および散乱して射出される前記第１光と同じ波長帯の第４光と、前記第２発光部から発光されて前記生体に入射し前記生体の内部で反射および散乱して射出される前記第２光と同じ波長帯の第５光とをそれぞれ受光する受光部と、を備え、
   前記受光部は、
   １つの受光素子の受光面に設けられた、前記第４光を受光する第１受光領域および前記第５光を受光する第２受光領域と、
   前記第１受光領域に設けられ、前記第４光を選択的に透過させる第１バンドパスフィルターと、
   前記受光面を覆うように前記第１受光領域および前記第２受光領域に設けられ、前記受光面に入射する光の入射角度を所定の入射角度に制限する角度制限フィルターと、を有し、
   前記第１光の前記生体に対する透過率は、前記第２光の前記生体に対する透過率よりも低く、
   前記第１発光部および前記第２発光部は、第１方向に並んで配置され、
   前記第１受光領域および前記第２受光領域は、前記第１方向と交差する第２方向に並んで配置され、前記第２方向において、前記第１受光領域は前記第２受光領域よりも前記第１発光部側に位置し、
   少なくとも、前記第１発光部および前記第２発光部は、時間順次に各々が独立して発光し、
   前記受光部は、少なくとも、前記第１発光部および前記第２発光部の発光タイミングに同期し、前記第４光および前記第５光をそれぞれ受光し、受光に応じた検出信号を生成する、検出装置。
2. 前記受光部において、前記第１受光領域における前記第２方向の幅は、前記第２受光領域における前記第２方向の幅よりも小さい、請求項１に記載の検出装置。
3. 第３光を発光する第３発光部をさらに備え、
   前記第３発光部は、前記第１方向において、前記第１発光部および前記第２発光部と並んで配置され、
   前記受光部の前記第２受光領域は、前記第３発光部から発光されて前記生体に入射し前記生体の内部で反射および散乱して射出される前記第３光と同じ波長帯の第６光を受光し、
   前記第２発光部は、前記第２光として、赤色波長帯または近赤外波長帯の一方の波長帯の光を発光し、
   前記第３発光部は、前記第３光として、赤色波長帯または近赤外波長帯の他方の波長帯の光を発光し、
   前記第１発光部、前記第２発光部および前記第３発光部は、時間順次に各々が独立して発光する、請求項１または請求項２に記載の検出装置。
4. 前記受光部は、前記第１発光部、前記第２発光部および前記第３発光部の発光タイミングに同期し、前記第４光、前記第５光および前記第６光をそれぞれ受光し、受光に応じた検出信号を生成する、請求項３に記載の検出装置。
5. 請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の検出装置と、
   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、を備える、測定装置。