(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子により生体表面に光を照射し、生体内を通過して到達した光を受光素子で受光して、前記生体内にある動脈の血管の径の変化を示す脈波信号として検出するセンサであって、
所定の面上で第１方向に配列された複数個の前記発光素子を含む発光素子アレイと、
前記所定の面上で前記第１方向に配列された複数個の前記受光素子を含む受光素子アレイとを有し、
前記発光素子アレイと前記受光素子アレイとは、前記所定の面上で前記第１方向に直交する第２方向に見たときに並んでいない、センサ。
【請求項２】
前記受光素子アレイと前記発光素子アレイとは、前記第１方向に１列に並んでいる、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記所定の面上で前記第１方向に配列された複数個の前記発光素子を含む第２発光素子アレイをさらに有し、
前記第１方向に見たときに、前記受光素子アレイが、前記発光素子アレイと前記第２発光素子アレイとの間に位置するように配置されている、請求項１または２に記載のセンサ。
【請求項４】
複数個の前記受光素子は、前記発光素子アレイにおける複数個の前記発光素子のうち最も前記受光素子アレイ側に位置する第１発光素子から前記第１方向に見たときの間隔が４ｍｍ以内の第１範囲および前記第２発光素子アレイの複数個の前記発光素子のうち最も前記受光素子アレイ側に位置する第２発光素子から前記第１方向に見たときの間隔が４ｍｍ以内の第２範囲の少なくとも一方に配置されている、請求項３に記載のセンサ。
【請求項５】
複数個の前記受光素子は、前記第１範囲および前記第２範囲の両方に配置されている、請求項４に記載のセンサ。
【請求項６】
前記発光素子は、一導電型の半導体基板の一主面上に積層された複数層の半導体層からなり、
前記受光素子は、前記半導体基板の前記一主面に形成された、逆導電型の不純物を含む逆導電型半導体領域を有する、請求項１乃至５のいずれかに記載のセンサ。
【請求項７】
複数個の前記受光素子のそれぞれは、前記第１方向に見たときの長さが、前記第２方向に見たときの長さよりも長い、請求項１乃至６のいずれかに記載のセンサ。
【請求項８】
複数個の前記発光素子を発光させた時に複数個の前記受光素子のそれぞれで受光する複数の検出信号を得て、前記複数の検出信号について血管の径の変化によって周期的に変動する第１検出信号と周期的な変動を含まない第２検出信号とに判別し、前記第２検出信号によって前記第１検出信号のベースラインを補正し、補正した前記第１検出信号を前記脈波信号とする演算部をさらに有する、請求項１乃至７のいずれかに記載のセンサ。
【請求項９】
複数個の前記発光素子を発光させた時に複数個の前記受光素子のそれぞれで受光する複数の検出信号を得て、前記複数の検出信号について血管の径の変化によって周期的に変動する第１検出信号を判別し、少なくとも２つの前記第１検出信号を足し合わせることで前記脈波信号とする演算部をさらに有する、請求項１乃至７のいずれかに記載のセンサ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載のセンサである第１センサおよび第２センサが、前記第２方向に間隔を空けて配置されてなる、センサ装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のセンサ装置の駆動方法であって、前記第１センサおよび前記第２センサにおける複数の前記発光素子をそれぞれ周期的に発光させるとともに、前記第１センサにおける複数の前記発光素子の発光時間と前記第２センサにおける複数の前記発光素子の発光時間とが重ならないように発光させる、センサ装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、健康管理などを目的とした脈波を計測するセンサ、センサを用いたセンサ装置およびセンサ装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間を始めとする生物の様々な状態を表す心拍は、健康管理、健康増進、睡眠状態把握、医療目的等の様々な分野で有用な指標として使われている。心拍の計測の手法としては、主に、心臓を挟む２点間の電極および基準電極から得られる心電図と、心拍に同期している動脈血管の拍動に起因する脈波測定との２通りが提案されている。【０００３】
このうち、心電図による心拍の計測は、日常生活での利用が困難である。【０００４】
一方で、脈波測定による心拍の計測には、主に反射型と透過型との２種類の手法がある。これらは、いずれも血液内物質の光の吸収特性と体内のその他の部分の光の吸収特性との違いを利用した測定方法である。例えば、特開２００２−３６０５３０号公報には、反射型の脈波測定方法として、生体表面に発光素子と受光素子とを並列配置し、発光素子から生体内部に光を照射して、血管を通過してくる反射光を受光素子で検出する方法が提案されている。
【発明の概要】
【０００５】
上述のような脈波測定による心拍の計測方法は、心電図による計測方法と比較して簡便に計測可能であるという利点を有する。このため、脈波測定方法において、精度よく測定することが望まれている。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、精度よく脈波の測定が可能なセンサおよびそれを用いたセンサ装置、センサ装置の駆動方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明に係るセンサの一実施形態は、発光素子により生体の表面に光を照射し、前記生体内を通り到達する光を受光素子で受光して、前記生体の内部にある血管の径の変化を示す脈波信号として検出するセンサである。前記センサは、発光素子アレイと受光素子アレイとを有している。前記発光素子アレイは、複数個の前記発光素子を含み、これら発光素子が所定の面上で第１方向に配列されている。前記受光素子アレイは、複数個の前記受光素子を含み、これら受光素子は前記所定の面上で前記第１方向に配列されている。前記発光素子アレイと前記受光素子アレイとは、前記所定の面上で前記第１方向と直交する第２方向に見たときに、前記発光素子アレイにおける前記発光素子が形成された領域と前記受光素子アレイにおける前記受光素子が形成された領域とが並んでいないように配置されているものである。
【０００８】
本発明に係るセンサ装置の一実施形態によれば、本発明に係るセンサである第１センサおよび第２センサが、前記第２方向に間隔を空けて配置されてなるものである。
【０００９】
本発明に係るセンサ装置の駆動方法によれば、前記第１センサおよび前記第２センサにおける複数の前記発光素子をそれぞれ周期的に発光させる。そして、前記第１センサにおける複数の前記発光素子の発光時間と前記第２センサにおける複数の前記発光素子の発光時間とが重ならないように発光させるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、精度よく脈波の測定が可能なセンサおよびそれを用いたセンサ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】センサ１００の概略上面図である。
【図２】センサ１００を脈波センサとして人体に装着する一例を示す概略図である。
【図３】センサ１００と血管との位置関係を示す、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ発光素子Ｌおよび受光素子Ｐを複数個設けることによる測定メカニズムを説明するための説明図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ受光素子Ｐを複数個設けることによる測定メカニズムを説明するための説明図である。
【図６】演算部５０の処理フローを示す図である。
【図７】演算部５０Ｂの処理フローを示す図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ演算部５０Ｂの信号処理のメカニズムを説明するための図である。
【図９】センサ１００，１００Ａおよび１００Ｂの変形例に係るセンサ１００Ｃの構成を示す模式的な上面図である。
【図１０】センサＤの構成を示す模式的な上面図である。
【図１１】センサ装置２００の一実施形態を示す上面図である。
【図１２】センサ装置２００における発光素子の駆動例を示す図である。
【図１３】図１２の要部拡大図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、発光素子アレイ１０の具体的構成および受光素子アレイ２０の具体的構成を示す要部拡大断面図である。
【図１５】センサ１００Ｅの構成を示す模式的な図である。
【図１６】（ａ）はメカニズムを検証するためのセンサモデルの概略構成を示す上面図であり、（ｂ）は発光素子Ｌと受光素子Ｐとの距離と検出信号の振幅強度との関係を示す図である。
【図１７】センサ１００Ｆの構成を示す模式的な図である。
【図１８Ａ】実施例に係るセンサの検出強度を測定した図である。
【図１８Ｂ】実施例に係るセンサの検出強度を測定した図である。
【図１８Ｃ】実施例に係るセンサの検出強度を測定した図である。
【図１８Ｄ】実施例に係るセンサの検出強度を測定した図である。
【図１９Ａ】実施例に係るセンサの検出強度を測定した図である。
【図１９Ｂ】比較例に係るセンサの検出強度を測定した図である。
【図２０】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の実施例に係るセンサの検出強度を測定した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のセンサの実施の形態の例について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の例は本発明の実施の形態を例示するものであって、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
＜センサ１００＞
センサ１００は、発光素子アレイ１０と受光素子アレイ２０とを備える。
【００１４】
このようなセンサ１００について、発光素子アレイ１０と受光素子アレイ２０とで構成される素子部４０の概略構成について図１〜図３を用いて説明する。
【００１５】
図１にセンサ１００の素子部４０の概略構成を示す上面図を示す。図１において左右方向が第１方向Ｄ１であり、上下方向が第２方向Ｄ２である。センサ１００は、被験者の生体表面に光を照射し、体内を通過して受光素子に到達した光を受光して、生体内部にある血管の径の変化を示す脈波信号を得るものである。この例では、素子部４０を人の手首の内側に配置して、尺骨動脈もしくは橈骨動脈を測定対象とした場合を例に説明している。ここで、測定対象の血管は、一方向に延びる１本の動脈であれば尺骨動脈や橈骨動脈には限定されない。例えば、本実施例の素子部４０の大きさと血管の太さ等とを配慮して、頸動脈等の太い血管ではなく末端に近い動脈を選択してもよい。
【００１６】
センサ１００の素子部４０は、発光素子アレイ１０と受光素子アレイ２０とを有している。
【００１７】
発光素子アレイ１０は、発光素子Ｌを複数個含んでおり、それらが所定の面上で第１方向Ｄ１に配列されている。この例では、発光素子アレイ１０は、基板１１の面上に配置された発光素子Ｌを４個有し、発光素子Ｌ１〜Ｌ４までが第１方向Ｄ１に等間隔で配列されている。
【００１８】
受光素子アレイ２０は、受光素子Ｐを複数個含み、それらが所定の面上で第１方向Ｄ１に配列されている。この例では、受光素子アレイ２０は、基板２１の面上に配置された受光素子Ｐを４個有し、受光素子Ｐ１〜Ｐ４までが第１方向Ｄ１に等間隔で配列されている。
【００１９】
そして、発光素子アレイ１０と受光素子アレイ２０とは、配線基板３０上に、発光素子アレイ１０における複数の発光素子Ｌ１〜Ｌ４が形成された領域と、受光素子アレイ２０における複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ４が形成された領域とが、所定の面上で第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２から見たときに並んでいないように配置されている。すなわち、第１方向Ｄ１に直交する第２方向において両領域が重複することがないように配置されている。言い換えると、第１方向Ｄ１において発光素子アレイ１０から受光素子アレイ２０に向かう方向を正方向とし、反対方向を逆方向とすると、発光素子アレイ１０のうち、最も受光素子アレイ２０側に位置する発光素子Ｌ４が、受光素子アレイ２０のうち、最も発光素子アレイ１０側に位置する受光素子Ｐ１よりも逆方向側に位置している。さらに言い換えると、発光素子アレイ１０のうち複数の発光素子Ｌ１〜Ｌ４が形成された領域と、受光素子アレイ２０のうち複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ４が形成された領域とは、第１方向Ｄ１において並んで配置されている。ここで「並んで配置されている」とは、第２方向においてずらして配置していることも含むものである。この例では、発光素子アレイ１０と受光素子アレイ２０とは、第１方向Ｄ１で両アレイが重複することがないように、第１方向Ｄ１に１列に配置されている。
【００２０】
ここで、「所定の面上」とは、平坦な面上にあることに限定されない。たとえば、厚み方向に対する位置が異なる面を含む面上であってもよく、曲面状の面上であっても、一部に段差がある面上であってもよい。また、必ずしも連続した１つの面になっている必要もなく、複数の面を所定の面として、その面上にあることも含んでいる。この例では、基板１１の上面上と基板２１の上面上と配線基板３０の上面上とがそれぞれ所定の面上となっている。
【００２１】
また、この例では、複数の発光素子Ｌのそれぞれの中心間隔と複数の受光素子Ｐのそれぞれの中心間隔とは、同一となっている。
【００２２】
本例では、受光素子Ｐ１〜Ｐ４の中心間隔（ピッチという）および発光素子Ｌ１〜Ｌ４の中心間隔はそれぞれ０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下としている。また、発光素子アレイ１０と受光素子アレイ２０との間隔（隙間）は２ｍｍ以上３ｍｍ以下としている。さらに、受光素子Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれの大きさは、第１方向Ｄ１においては素子ピッチよりも小さくし、第２方向Ｄ２においては０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としており、発光素子Ｌ１〜Ｌ４のそれぞれの大きさは０．３ｍｍ角としている。
【００２３】
このような構成のセンサ１００の素子部４０を、発光素子Ｌ１〜Ｌ４からの出射光が人体に照射されるように、図２に示すように、手のひら側の手首に装着する。この例では、小指側の尺骨動脈を素子部４０の発光素子Ｌ１〜Ｌ４および受光素子Ｐ１〜Ｐ４の配列が横切るように装着している。言い換えると、尺骨動脈が伸びる方向が第１方向Ｄ１を横切るようにセンサ１００を手首に装着している。この例では、尺骨動脈の伸びる方向が第２方向Ｄ２と略平行になるようにしている。また、尺骨動脈に代えて親指側の橈骨動脈に対して同様の位置関係となるようにセンサ１００を装着してもよい。なお、手首付近における尺骨動脈および橈骨動脈は、ともに肘の方から手首を通って手のひらに向かう方向に伸びている。このため、第１方向がこの方向を横切るようにすればよい。言い換えると、第１方向を手首の周方向に沿うような方向に合わせればよい。
【００２４】
このようにセンサ１００を人体に装着したときの素子部４０と血管Ｂとの位置関係を、図３に示す。図３は、素子部４０と血管Ｂとの位置関係を示す、（ａ）は模式的な上面図であり、（ｂ）は断面図である。なお、図３（ａ）は、素子部４０のうち発光素子アレイ１０および受光素子アレイ２０が配置された面（表面）は血管Ｂ側（皮膚Ｓ側）に向けて装着されるため、センサ１００を裏面側から確認した図となっており、表面側（皮膚Ｓと接触する側）に配置された構成要素を破線で示している。皮膚Ｓ表面および体内の血管Ｂを除く構成物は図示を省略している。
【００２５】
図３（ａ）に示す通り、素子部４０は第１方向が血管Ｂの延びる方向を横切るように配置されている。好ましくは、両方向のなす角度が６０°〜１２０°となるように、さらに好ましくは、略９０°となるように配置する。
【００２６】
このように配置することにより、図３（ｂ）に示すように、発光素子Ｌ１〜Ｌ４を発光させると、発光素子Ｌ１〜Ｌ４の出射光が人体内部に照射され、人体内部を通過した光が受光素子Ｐ１〜Ｐ４で受光される。受光素子Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれには、人体内部を通過した光が、その通過経路の構成物を反映した強度の光となって受光される。この受光素子Ｐ１〜Ｐ４で受光した光の強度に起因する検出信号を解析することにより、血管の拡張・収縮に応じた径の変化に応じた脈波信号を得ることができる。
【００２７】
図３（ｂ）においては、発光素子Ｌ１からの光が人体内部を通過して受光素子Ｐ１に到達する様子を破線で示している。同様に、発光素子Ｌ２からの光が受光素子Ｐ２へ、発光素子Ｌ３からの光が受光素子Ｐ３へ、発光素子Ｌ４からの光が受光素子Ｐ４へ、それぞれ到達する様子を破線で示している。
【００２８】
なお、図には記載していないが、発光素子Ｌからの光は上述の個別の受光素子Ｐ以外の受光素子Ｐにも到達する。そして、発光する発光素子Ｌとその光を受光する受光素子Ｐとの距離に応じて、人体内部における光の拡散深さが異なる。
【００２９】
このようなセンサ１００を用いることにより、血管Ｂと素子部４０との相対位置がずれても正確に安定して脈波信号を得ることができる。以下、そのメカニズムについて図４を用いて説明する。図４（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、発光素子アレイ１０を用いること、および発光素子アレイ１０と受光素子アレイ２０とを用いることの効果を説明する説明図である。
【００３０】
センサ１００は、血管Ｂを横切る第１方向Ｄ１に複数の発光素子Ｌ１〜Ｌ４および受光素子Ｐ１〜Ｐ４が配列されている。
【００３１】
まず、複数の発光素子Ｌ１〜Ｌ４の配列方向（第１方向Ｄ１）が血管Ｂを横切る方向であることから、図４（ａ）に示すように、第１方向Ｄ１において、血管Ｂとセンサ１００との相対位置がずれても、脈波信号を得ることができる。この例では、血管ＢがＢ−１の位置からＢ−４の位置までずれた場合を例に示している。
【００３２】
測定可能範囲Ｒ１は、発光素子Ｌが発光素子Ｌ１のみ場合に比べて、アレイ化することによってＲ２だけ広がることが分かる。具体的には、血管ＢがＢ−１の位置とＢ−４の位置とでは、発光素子Ｌ１〜Ｌ４から受光素子Ｐまでの光の経路に血管Ｂがないことから、脈波信号を得ることはできない。しかしながら、それらの間の位置に血管Ｂがある場合には脈波信号を得ることができる。このように、測定可能範囲Ｒ１が幅を持つものとなる。これにより、人の活動に起因してセンサ１００が当初配置した位置からずれた場合であっても、発光素子Ｌをアレイ化することで、血管Ｂの体内における位置の変化に対応して安定して脈波信号を得ることができるものとなる。
【００３３】
また、大きな受光面積の１個の受光素子と１個の発光素子Ｌとを用いた場合であっても、アレイ化したときと同等の測定可能範囲Ｒ１を得ることもできる。すなわち、発光素子Ｌを受光素子から遠く離して配置し、かつ、発光素子Ｌの発光強度を高めれば、血管Ｂとセンサ１００との相対位置がずれても脈波信号を得ることができる。この図の例では、発光素子Ｌ４のみを設けてその発光強度を高めることでも、アレイ化したときと同等の測定可能範囲Ｒ１を実現することができる。
【００３４】
これに対して、センサ１００では、図４（ｂ）に示すように、複数の発光素子Ｌ１〜Ｌ４からの光を、複数の発光素子Ｌ１〜Ｌ４の配列方向である第１方向Ｄ１に配列された受光素子Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれで受光する。ここで、予め個々の発光素子Ｌに対して受光する受光素子Ｐの組合せを決定しておいた場合には、発光素子Ｌと受光素子Ｐとの距離が略同一の組合せを複数得ることができる。これにより、発光素子Ｌの発光強度を一定としても、複数の発光素子Ｌと複数の受光素子Ｐとの組合せを適切に選択することにより、血管Ｂとセンサ１００との相対位置がずれても脈波信号を得ることができる。このため、発光素子Ｌの低電圧駆動が可能となるとともに、測定操作の制御が容易なセンサ１００とすることができる。
【００３５】
また、センサ１００によれば、発光素子アレイ１０と受光素子アレイ２０とが第１方向Ｄ１に１列に並んでいる。このような構成とすることにより、第１方向Ｄ１において、発光素子Ｌおよび受光素子Ｐが並んでいる距離を長くとることができるので、第１方向Ｄ１における血管Ｂとの相対位置の位置ずれ許容範囲を効果的に広げることができる。また、このような構成とすることにより、発光素子Ｌと受光素子Ｐとの距離を短くすることができる。これにより、発光素子Ｌの駆動に対して血管情報を迅速に収集可能となる。これにより、応答性能のよいセンサ１００とすることができる。
【００３６】
なお、受光素子アレイ２０で検出した検出信号を演算手段により脈波信号とすることで、センサ１００で脈波を検出することができる。この演算手段は、素子部４０と同じ部材に作り込まれていてもよいし、配線基板３０に配置された不図示の電極パッド等を介して素子部４０と離れた位置にある演算手段に取り出してもよい。アンテナ端子を介して別体の信号処理部に検出信号を送信し、信号処理部において演算手段で脈波信号へと変換してもよい。
【００３７】
＜センサ１００Ａ＞
次に、本発明の他の実施形態であるセンサ１００Ａについて説明する。センサ１００Ａは、センサ１００と比べて、複数の発光素子Ｌ（Ｌ１〜Ｌ４）と複数の受光素子Ｐ（Ｐ１〜Ｐ４）との配置と、演算部５０を有する点とが異なる。以下、相違点のみ説明し、重複する説明を省略する。
【００３８】
センサ１００Ａにおいて、複数の発光素子Ｌ（Ｌ１〜Ｌ４）と複数の受光素子Ｐ（Ｐ１〜Ｐ４）とのうち、それぞれの中心間隔が２ｍｍ以上となる組合せを有するように、発光素子アレイ１０と受光素子アレイ２０とが配置されている。これは、複数の発光素子Ｌを発光させたときに、複数の受光素子Ｐのうち、尺骨動脈もしく橈骨動脈を通過した光が入射する受光素子Ｐｘと通過せずに入射する受光素子Ｐｙとの双方を有するために必要である。なお、受光素子Ｐｘおよび受光素子Ｐｙを得るために要する、複数の発光素子Ｌ（Ｌ１〜Ｌ４）と複数の受光素子Ｐ（Ｐ１〜Ｐ４）とのそれぞれの中心間隔の条件は、測定する動脈によって異なる。本例では、手首に位置する尺骨動脈もしく橈骨動脈を測定対象としているために２ｍｍとした。そして、発光素子Ｌ１と受光素子Ｐ３，Ｐ４との中心間隔が２ｍｍ以上となっている。なお、詳しくは後述するが、検出される信号の脈波に依存した振幅強度を一定以上の強度で得るためには、複数の発光素子Ｌ（Ｌ１〜Ｌ４）と複数の受光素子Ｐ（Ｐ１〜Ｐ４）とにおいて、それぞれの中心間隔が４ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３９】
ここで、図５を用いて、センサ１００Ａにおいて受光素子Ｐをアレイ化する効果について説明する。図５（ａ）に示すように、１個の大きな面積の受光素子Ｐで受光する場合（Reference Model）には、発光素子Ｌからの光が受光素子Ｐに到達するまでに通過した経路の平均的な情報を得るものとなる。これに対して、図５（ｂ）に示すように受光素子Ｐを分割し、複数個設けることにより、血管Ｂを通過した光Ｒａｙ１と血管Ｂを通過していない光Ｒａｙ２とを分離することができる。図５（ａ）に示す例では、１個の受光素子Ｐによっては光Ｒａｙ１と光Ｒａｙ２とを区別することができない。これに対して、図５（ｂ）に示す例においては、受光素子Ｐ１，Ｐ２は血管を通過した光Ｒａｙ１を受光し、受光素子Ｐ３，Ｐ４は血管を通過していない光Ｒａｙ２を受光するものとなる。これにより、血管Ｂの情報を最も多く含む光を受ける受光素子Ｐを選択することにより、センサ１００Ａの検出感度を高めることができる。図５（ｂ）の例では、受光素子Ｐ１，Ｐ２のうち、受光素子Ｐ１がより多くの血管情報を有する点を考慮して受光素子Ｐ１を選択したり、受光素子Ｐ１，Ｐ２の検出信号を合算するように選択したりと、適宜選択することができる。
【００４０】
また、センサ１００Ａでは、血管Ｂを通過して到達した受光素子Ｐｘの情報に加え、血管Ｂを通過せずに到達した光を受光する受光素子Ｐｙの情報を用いることもできる。センサ１００では、発光素子Ｌの発光強度と血管Ｂの深さ位置とから血管Ｂの情報を多く含む発光素子Ｌと受光素子Ｐとの最適な距離を求め、この最適な距離となる発光素子Ｌと受光素子Ｐとの組合せを複数作れることに着眼している。すなわち、発光素子Ｌと受光素子Ｐとの距離同一性に着眼している。これに対して、センサ１００Ａでは、発光素子Ｌと受光素子Ｐとの距離を異ならせた組合せを複数作れることにも着目している。
【００４１】
具体的には、演算部５０により、図６に示すフローに沿った検出信号処理を行なう。演算部５０は、データ取得部５１，データ判別部５２，データ補正部５３を有する。まず、データ取得部５１において、複数の発光素子Ｌを発光させたときの、複数の受光素子Ｐそれぞれによる検出信号Ｓ０を得る。次に、データ判別部５２において、データ取得手段５１によって得た複数の検出信号Ｓ０を、周期的な変動を有する第１検出信号Ｓ１と周期的な変動を有さない第２検出信号Ｓ２とに分類する。そしてデータ補正部５３において、データ判別部５２によって第２検出信号Ｓ２に分類された信号を第１検出信号Ｓ１に分類された信号のベースラインとして、第１検出信号Ｓ１を補正して脈派信号とする。
【００４２】
データ取得部５１では、発光素子Ｌを発光させて複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれの受光量に応じた検出信号Ｓ０を得る。ここで、発光素子Ｌの発光は、複数の発光素子Ｌ１〜Ｌ４を同時に発光させてもよいし、複数の発光素子Ｌ１〜Ｌ４間で時分割して順番に点灯させてもよいし、最適な発光素子Ｌのみを発光させてもよい。最適な発光素子Ｌを判別するには、データ取得部５１によるデータ取得に先立ち、個々の発光素子Ｌを個別に発光させて複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ４それぞれで検出することで血管Ｂの位置を推定して判別してもよい。
【００４３】
データ判別部５２では、データ取得手段５１で得た複数の検出信号Ｓ０を第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２とに区別する。第１検出信号Ｓ１は、血管の径の変化に応じた周期的な受光量変化を有する信号である。より具体的には、第１検出信号Ｓ１は、脈拍に連動した受光量の増減が確認できるものである。その判別には、脈拍との同期をとって確認してもよいし、モデルとなる脈波波形と比較して自己相関が一定値以上となる場合を基準として確認してもよい。ここで、第１検出信号Ｓ１の周期的な変動とは、時間的に連続して同じ間隔で生じる変動には限らない。というのは、不整脈等の影響もあるからである。その場合には、１回の脈動によって生じる受光量の増減に応じた検出信号の波形（軌跡）の基本形状が繰り返し発生するかどうかで確認してもよい。なお、繰り返し発生する受光量の増減に応じた検出信号の形状は、基本形状と同一でなくてもよく、相似形でもよい。また、医学的な特徴点のみの関係性を保ったものであってもよい。
【００４４】
このようにして判別された第１検出信号Ｓ０が複数ある場合には、それぞれにおける周期的な変動の軌跡は互いに相似形となっている。また、周期的な変動が生じるタイミングは同一となっている。
【００４５】
これに対して、第２検出信号Ｓ２は、受光量に応じた信号に周期的な変動を有さない。より具体的には、第１検出信号Ｓ１に見られるような基本形状が繰り返し生じることがない。第２検出信号Ｓ２の判別には、その値の変動と脈拍との関連性があるか確認したり、モデルとなる脈波波形と比較して自己相関が一定値未満である場合を判定基準として確認したりすればよい。
【００４６】
仮に、予め血管Ｂの位置を推定してから検出信号を採取するときには、受光素子Ｐｘによる検出信号を第１検出信号Ｓ１とし、受光素子Ｐｙによる検出信号を第２検出信号Ｓ２としてもよい。
【００４７】
データ補正部５３では、データ判別部５２において第１検出信号Ｓ１とした信号を第２検出信号Ｓ２によって補正して脈派信号とする。言い換えると、第１検出信号Ｓ１のバックグランドを、第２検出信号Ｓ２を元に除去するような補正を行なう。第１検出信号Ｓ１は、人の動き等に起因する大きなうねりの上に脈拍と連動した強度変化を繰り返すものとなっている。これに対して、第２検出信号Ｓ２は、脈拍に連動した特異的な信号強度の変化はないが、人の動き等に起因する大きなうねりのような信号強度の変化は有する。
【００４８】
このため、人の動き等に起因する第１検出信号Ｓ１のバックグラウンドの変動を、第２検出信号Ｓ２に基づき除去してキャンセルする。
【００４９】
具体的には、第１検出信号Ｓ１のバックグラウンドレベルに合うように第２検出信号Ｓ２に補正係数を乗じた信号を、第１検出信号Ｓ１から差し引いて脈波信号を得る。第１検出信号Ｓ１のバックグラウンドレベルは、基本形状と基本形状との間において取得すればよい。
【００５０】
このような補正を行なうことにより、脈波信号を人体の動きなどの外乱要素の少ない、高い信頼性を有する信号とすることができる。そして、このような脈波信号を用いることにより、信頼性の高いセンサとすることができる。
【００５１】
＜センサ１００Ｂ＞
次に、他の実施形態に係るセンサ１００Ｂについて説明する。センサ１００Ｂは、センサ１００およびセンサ１００Ａとは演算部５０Ｂに係る構成が異なる。以下、異なる部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。
【００５２】
演算部５０Ｂは、受光素子アレイ２０で得た検出信号Ｓ０から脈波信号を得るための信号処理部である。
【００５３】
図７を用いて、演算部５０Ｂにおける受光素子Ｐ１〜Ｐ４で得た検出信号Ｓ０の処理方法について説明する。図７は、演算部５０Ｂにおける信号処理方法を示すフロー図である。
【００５４】
演算部５０Ｂは、図７に示すフローに沿った検出信号処理を行なう。演算部５０Ｂは、データ取得部５１Ｂとデータ判別部５２Ｂとデータ補正部５３Ｂを備える。まず、データ取得部５１Ｂにおいて、複数の発光素子Ｌを発光させたときの、複数の受光素子Ｐそれぞれによる検出信号Ｓ０を得る。次に、データ判別部５２Ｂにおいて、データ取得部５１Ｂにより得た複数の検出信号を、周期的な変動を有する第１検出信号Ｓ１と周期的な変動を有さない第２検出信号Ｓ２とに分類する。続いて、データ補正部５３Ｂにおいて、データ判別部５２Ｂによって第１検出信号Ｓ１に分類された信号を足し合わせて脈波信号とする。
【００５５】
データ取得部５１Ｂでは、発光素子Ｌを発光させて複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれの受光量に応じた検出信号Ｓ０を得る。ここで、発光素子Ｌの発光は、少なくとも２個以上の複数の発光素子Ｌを同時に発光させる。
【００５６】
データ判別部５２Ｂでは、データ取得部５１Ｂで得た複数の検出信号Ｓ０を第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２とに区別する。判別方法は、データ判別部５２と同様のため説明を省略する。
【００５７】
データ補正部５３Ｂでは、データ判別部５２Ｂにおいて第１検出信号Ｓ１とした複数の信号を少なくとも２つ以上足し合わせる。具体的には、第１検出信号Ｓ１と判別されたもの全てを加算してもよいし、第１検出信号Ｓ１と判別されたものの中から強度の大きいもの順に順位付けを行ない、大きい方から順に足し合わせた信号強度の基準値が一定強度となるまで足し合わせてもよい。なお、複数の第１検出信号Ｓ１を足し合わせるときに、互いのベースラインを補正して合わせてもよい。
【００５８】
センサ１００Ｂによれば、このような補正を行なうことにより、血管Ｂとセンサ１００Ｂとの相対位置がずれても正確に安定して脈波信号を得ることができる。以下、そのメカニズムについて説明する。
【００５９】
複数の発光素子Ｌと複数の受光素子Ｐとを組み合わせることにより、血管Ｂとセンサ１００Ｂとの相対位置を考慮して最適な組み合わせを選択することができる。一方で、測定中に、または測定回毎に、血管Ｂとセンサ１００Ｂとの相対位置が変化して選択した発光素子Ｌと受光素子Ｐとの組合せが変わると、検出信号の強度（ベースライン）も変化してしまい、安定した測定ができなくなったり、信号強度をモニタリングしながら強度変化を補正する新たな補正手段を追加する必要が生じたりする。なお、ベースラインのレベルは、複数の第１検出信号Ｓ０のそれぞれで互いに異なるものである。
【００６０】
これに対して、センサ１００Ｂによれば、複数の受光素子Ｐからの検出信号Ｓ０のうち、血管Ｂの径の変化に応じた強度変化を有する第１検出信号Ｓ１を選別して足し合わせることで、測定中に血管Ｂとセンサ１００との相対位置が変化しても、常に平均的な脈波信号を得ることができる。このメカニズムを図８を用いて説明する。図８（ａ）に示すように、１個の発光素子Ｌｘからも複数の受光素子Ｐ１〜Ｐ４に血管情報を含む光が入射する。このうち、最も強度の高いものを選択するのではなく、血管情報を含む複数の検出信号を足し合わせることで、血管情報を多く含むものとなり、血管情報の平均的な値を得ることができる。
【００６１】
これに加え、本例では、少なくとも２個以上の発光素子Ｌが同時に点灯している。すなわち、図８（ｂ）に示すように、さらに別の発光素子Ｌｙからも複数の受光素子Ｐに血管情報を含む光が入射しており、これらの情報が重畳されて、個々の受光素子Ｐの検出信号となっている。このため、たとえ発光素子Ｌｘと血管Ｂとの相対位置がずれることによって血管情報を含む信号量が減少したとしても、違う発光素子Ｌｙと血管Ｂとの相対位置もずれるので、発光素子Ｌｘによる信号量の減少を補うように発光素子Ｌｙによる血管情報を含む信号量が増加する。例えば、センサ１００Ｂに対する血管位置がＢ５からＢ６に移動しても、発光素子Ｌｘ，Ｌｙの双方を用いることにより、位置ずれの影響を抑制することができる。
【００６２】
これにより、センサ１００Ｂによれば、上述の補正を行なうことにより、血管Ｂとセンサ１００Ｂとの相対位置がずれても正確に安定して脈波信号を得ることができる。
【００６３】
さらに、脈波信号を１個の発光素子Ｌからの情報によらずに、複数の発光素子Ｌからの情報によって得るメカニズムであるため、複数の発光素子Ｌのうち特定の一素子のみに負荷がかかることを抑制し、発光素子アレイ１０を長寿命化することができる。また、１つ１個の発光素子Ｌに印加する駆動電圧も低く設定することができるので、発光素子アレイ１０を長寿命化することができる。
【００６４】
なお、上述の例では、複数の発光素子Ｌのうち少なくとも２つを同時に発光させて脈波信号を得ることを説明したが、全ての発光素子Ｌを同時に発光させてもよい。また、測定に先立ち、全ての発光素子Ｌを同時に発光させて、血管Ｂの位置を推定し、かつ受光素子Ｐによる検出信号強度を確認することで、点灯が必要な発光素子Ｌの数および発光素子Ｌの特定を行ない、必要最小限の発光素子Ｌのみを点灯するようにしてもよい。
【００６５】
＜センサ１００Ｃ＞
次に、図９を用いて、本発明の他の実施形態であるセンサ１００Ｃについて説明する。センサ１００Ｃは、センサ１００と比べて、複数の受光素子Ｐ（Ｐ１〜Ｐ４）の形状が異なる。以下、相違点のみ説明し、重複する説明を省略する。
【００６６】
図９において、センサ１００Ｃの素子４０Ｃは、受光素子アレイ２０Ｃの各受光素子Ｐが細長い矩形状となっている。具体的には、受光素子Ｐは、第１方向Ｄ１に平行な方向を長辺とし、第２方向に平行な方向を短辺としている。
【００６７】
ここで、センサ１００Ｃは、血管Ｂが第１方向Ｄ１を横切るように配置されている。より好ましくは、血管Ｂと第２方向Ｄ２とが略平行になるようにセンサ１００Ｃを配置する。このため、血管Ｂにおいて血液が流れる方向において、センサ１００Ｃの時間的な感度を上げることが重要となってくる。
【００６８】
これに対して、センサ１００Ｃの受光素子Ｐは、血管Ｂにおいて血液が流れる方向、すなわち第２方向Ｄ２に延びる長さを短くしている。このため、第２方向における検出時間を短くして応答性を高めることができるので、血管Ｂの径の変化との同時性を確保することができる。受光素子Ｐの第２方向Ｄ２における幅は、測定する血管における脈波伝搬速度と希望する測定精度とを考慮して決定すればよいが、例えば０．２ｍｍ程度とすればよい。
【００６９】
以上により、センサ１００Ｃによれば、血管Ｂの径の変化に起因する情報を時間的な感度を高めて検出することができるので、高精度なセンサとすることができる。
【００７０】
なお、この例では、受光素子Ｐは矩形状としたが、第１方向に見たときの長さが第２方向に見たときの長さに比べて長ければ、矩形状に限定されない。例えば、矩形の角が丸まった形状や楕円形状でもよい。
【００７１】
＜センサ１００Ｄ＞
センサ１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃでは、発光素子アレイ１０および受光素子アレイ２０をそれぞれ１個ずつ有する場合を例に説明したが、両アレイのいずれか一方または両方を複数個有していてもよい。例えば、図１０に示すように、センサ１００Ｄは、発光素子アレイ１０、第２発光素子アレイ１２、および受光素子アレイ２０を有し、第１方向Ｄ１において受光素子アレイ２０を挟むように発光素子アレイ１０および第２発光素子アレイ１２を１列に配列させてもよい。この場合には、血管Ｂに対する位置ずれ許容度をさらに大きくすることができ、ロバスト性の高いものとすることができる。
【００７２】
ここで、第２発光素子アレイ１２の各発光素子Ｌは、発光素子アレイ１０および受光素子アレイ２０の各発光素子Ｌおよび受光素子Ｐと同様に、所定の面上に配列されている。
【００７３】
なお、発光素子アレイ１０、第２発光素子アレイ１２および受光素子アレイ２０は、第１方向Ｄ１から見て１列に配列される必要はなく、第１方向Ｄ１から見たときに、発光素子アレイ１０と第２発光素子アレイ１２との間に受光素子アレイ２０があればよい。また、１つの発光素子アレイ１０に対して２つの受光素子アレイ２０を設けて、これらを第１方向Ｄ１において互い違いに配列させてもよい。この場合も血管Ｂに対する位置ずれ許容度を高めることができる。
【００７４】
＜変形例＞
上述の例では、発光素子アレイ１０と受光素子アレイ２０との素子数を同一としたが、この例に限らない。例えば、受光素子アレイ２０の受光素子数を発光素子アレイ１０の発光素子数に比べて多くすることで、血管情報を有する最適な受光素子Ｐを選択しやすくすることができる。また、受光素子Ｐを細分化することにより、受光素子Ｐを高速駆動することができるので、検出信号の分解能を上げることができる。
【００７５】
また、上述の例では、発光素子アレイ１０と受光素子アレイ２０とを第１方向Ｄ１から見て１列となるように配列したが、この例に限らない。これらアレイが第２方向Ｄ２にずれていてもよい。例えば、センサ１００Ｄにおいて、発光素子アレイ１０および第２発光素子アレイ１２の間に位置する受光素子アレイ２０のみについて第２方向Ｄ２（図面の上下方向）における位置をずらして配置してもよい。その場合には、基板１１，基板２１の端部を考慮せずに発光素子アレイ１０の発光素子Ｌ４と受光素子Ｐ１との間隔および受光素子Ｐ４と第２発光素子アレイ１２の発光素子Ｌ１との間隔を調整することができる。すなわち、発光素子アレイ１０の発光素子Ｌ４と受光素子Ｐ１とを複数の素子ピッチと同程度まで近接配置したり、受光素子Ｐ４と第２発光素子アレイ１２の発光素子Ｌ１とを複数の素子ピッチと同程度まで近接配置したりすることができる。このようにすることによって、センサにおける各素子の配置位置に関する設計自由度を広げることができる。
【００７６】
なお、アレイの並びの両サイドに位置するものは、第２方向Ｄ２において同じ位置に配置するとよい。すなわち、上述の例では、発光素子アレイ１０と第２発光素子アレイ１２とは、第２方向Ｄ２における座標が同じになるように配置するとよい。言い換えると、発光素子アレイ１０および第２発光素子アレイ１２は、受光素子アレイ２０に対して同じ方向に同じ距離だけずらすとよい。
【００７７】
この場合には、発光素子アレイ１０と第２発光素子アレイ１２とで血管Ｂに対するＤ２方向における位置ずれが生じにくいため、同じタイミングで同じ位置における血管Ｂの収縮・拡張の様子を見ることができ（同時性を確保でき）、検出信号の信頼性を高めることができる。
【００７８】
＜センサ装置＞
次に、図１１を用いて、本発明の一実施形態に係るセンサ装置２００を説明する。センサ装置２００は、上述のセンサ（１００，１００Ａ〜１００Ｄ）を２つ、第２方向Ｄ２に間隔を空けて配置して構成されている。具体的に、は配線基板２１０に第１センサ１５０および第２センサ１６０を第２方向Ｄ２に間隔を空けて配置しており、互いの発光素子アレイ１０および受光素子アレイ２０の配列方向（第１方向Ｄ１）には略平行にしている。この例では、センサ１００の構成を第１センサ１５０および第２センサ１６０に用いた場合を例に説明する。なお、この図において、演算部５０の図示は省略している。
【００７９】
センサ装置２００は、図２に示す例と同様に、第１方向Ｄ１が手首の尺骨動脈または橈骨動脈を横切るように配置する。
【００８０】
このように構成することで、第１センサ１５０と第２センサ１６０とで同一の動脈中の位置の異なる２か所で脈波を測定することとなる。このため、第１センサ１５０で得た脈波信号と第２センサ１６０で得た脈波信号との位相のずれを確認し、脈波伝搬速度を算出することにより、血圧を測定することが可能となる。
【００８１】
脈波伝搬速度の測定に必要な血管の長さは、第２方向Ｄ２における第１センサ１５０と第２センサ１６０との間隔と推定することができる。測定対象の動脈は、毛細血管等と違って一方向に延びており、かつ第１センサ１５０と第２センサ１６０との距離が近いことから、血管の長さを精密に推定可能となり、その結果、精密な脈波伝搬速度の算出が可能となる。
【００８２】
なお、血管の長さは、以下の手法で推定してもよい。まず、第１センサ１５０と第２センサ１６０とでそれぞれ事前に複数の発光素子Ｌを個別に点灯させ、複数の受光素子Ｐのそれぞれで受光した光量に応じた検出信号をサンプリングする。この検出信号の強度およびスペクトルを比較し、第１センサ１５０および第２センサ１６０それぞれのどの素子の直下に血管が位置するかを推定する。そして、第１センサ１５０において直下に血管があると推定された素子と、第２センサ１６０において直下に血管があると推定された素子との間隔を求めることで、より正確に血管の長さを求めることができる。
【００８３】
具体的には、脈波伝搬速度をｘ（単位：ｍ／ｓｅｃ），血圧をｙ（単位：ｍｍＨｇ）とすると、ｙ＝ａｘ＋ｂの式が成立する。ここで血圧を±ｂ１ｍｍＨｇの精度で測定したい場合には、脈波伝搬速度を±ｂ１／ａの精度で求める必要が生じる。ここで第２方向Ｄ２における、第１センサ１５０の受光素子Ｐと第２センサ１６０の受光素子Ｐとの中心間隔ｄ（単位：ｍｍ）とし、受光素子Ｐの第２方向Ｄ２における長さを２ｃ（単位：ｍｍ）とすると、２個の受光素子Ｐの最小距離はｄ−２ｃとなり、最大距離はｄ＋２ｃとなる。この２つの同時性を確保するためには、（ｄ−２ｃ）×１０−３／（ｘ−ｂ１／ａ）＝（ｄ＋２ｃ）×１０−３／（ｘ＋ｂ１／ａ）を満たす必要がある。この関係を整理すると、２ｄ＝ｂ１×ｄ／ａｘを満たす必要がある。すなわち、受光素子Ｐの第２方向Ｄ２における長さ２ｄは、傾きａと測定する脈波伝搬速度の大きさとによって変わるものとなる。ここで、一般的な上腕足首間の脈波伝搬速度ＰＷＶと収縮期血圧との関係式より、ａを６．４１６４とし、血圧を±３ｍｍＨｇの精度で測定するものとし、受光素子Ｐとの中心間隔ｄを１．５ｍｍとすると、受光素子Ｐの第２方向Ｄ２における長さ２ｄは、脈波伝搬速度が１０[ｍ／ｓｅｃ]の場合には０．７ｍｍとし、３５[ｍ／ｓｅｃ]の場合には０．２ｍｍとすればよいことが分かる。このように、上腕足首間の脈波伝搬速度ｂａＰＷＶと血圧の関係式の傾きａと測定したい脈波伝搬速度ＰＷＶの最大値とを求めれば、必要な受光素子Ｐの第２方向Ｄ２における長さ２ｄは決まる。
【００８４】
なお、第１センサ１５０および第２センサ１６０において、センサ１００Ｃの構成を適用すると、第１センサ１５０と第２センサ１６０とを近接配置しても脈波伝搬速度を高精度に測定することが可能となる。
【００８５】
＜センサ装置の駆動方法＞
また、第１センサ１５０と第２センサ１６０とでは、発光素子Ｌの発光タイミングの周期をずらすように駆動してもよい。第１センサ１５０と第２センサ１６０との発光素子Ｌを周期的に発光させることで、時間変化に対する血管の径の変化を検出することができる。
【００８６】
ここで、第１センサ１５０と第２センサ１６０とは近接配置されているため、一方のセンサの発光素子Ｌからの光が、他方のセンサの受光素子Ｐに到達することが考えられる。この場合には、第１センサ１５０と第２センサ１６０とで発光素子Ｌの発光タイミングすなわち発光時間が重ならないように、それぞれの発光素子Ｌを駆動する。具体的には、第１センサ１５０と第２センサ１６０とで発光素子Ｌの発光時間が互いに重ならないように発光の周期をずらせばよい。
【００８７】
そして、第１センサ１５０においては、第１センサ１５０の発光素子Ｌが発光している間のみ受光素子Ｐで光電流を検出し、第１センサ１５０の発光素子Ｌが消灯している間には受光素子Ｐでの光電流の検出を行なわない。同様に、第２センサ１６０においては、第２センサ１６０の発光素子Ｌが発光している間のみ受光素子Ｐで光電流を検出する。このようにセンサ装置２００を駆動することで、第１センサ１５０の発光素子Ｌに由来する光による信号と、第２センサ１６０の発光素子Ｌに由来する光による信号とを区別することができる。
【００８８】
このように、第１センサ１５０と第２センサ１６０とで発光素子Ｌの発光タイミングの周期をずらす場合の、発光素子Ｌと受光素子Ｐとの出力例を図１２に示す。具体的には、第１センサ１５０と第２センサ１６０とで発光素子Ｌの発光タイミングの周期を半周期ずらした例を示す。
【００８９】
第１センサ１５０と、第２センサ１６０とで発光素子Ｌの駆動の周期を半周期ずらすと、それぞれのセンサの受光素子Ｐにおいて、他方のセンサの発光素子Ｌによる光電流が半周期ずれたタイミングで受光される。そこで、第１センサ１５０の受光素子Ｐにおいては、第１センサ１５０の発光素子Ｌの発光タイミングと半周期ずれて出力される信号は取得せずに、第１センサ１５０の発光素子Ｌの発光タイミングと同期して信号を取得する。このようにすることで、他方のセンサによる影響を除去することができる。第２センサ１６０においても、同様の処理を行なうことで、第１センサ１５０の影響を除去することができる。なお、それぞれの発光素子Ｌの１回の駆動における発光時間は、例えば１／４周期程度かそれ以下とすればよい。そして、信号処理時には、１周期の間における受光素子Ｐの出力は同じタイミングとして処理する。すなわち、図中の信号Ｓｘ，Ｓｙは、それぞれの受光素子Ｐで同時に出力されたものとみなされる。
【００９０】
さらに、他方のセンサの発光素子Ｌが発光するタイミングにおける受光素子Ｐの光電流の強度を閾値ＴＨとし、その閾値ＴＨを超える信号強度を検出信号として取得してもよい。この場合には、より精密に他方のセンサによる影響を除去することができる。
【００９１】
説明のために、図１２の要部拡大図を図１３に示す。図１３において、第１センサ１５０の発光素子Ｌの駆動の様子を太線で、第１センサ１５０の発光素子Ｌに基づく第１センサ１５０の受光素子Ｐの出力ＯＵＴ１を細い実線で、第２センサ１６０の発光素子Ｌの駆動の様子を太い破線で、第２センサ１６０の発光素子Ｌに基づく、第１センサ１５０の受光素子Ｐの出力ＯＵＴ２を細い破線で示している。
【００９２】
図１３に示す例からも明らかなように、第２センサ１６０の発光素子Ｌの光に由来する信号の検出と第１センサ１５０の発光素子Ｌの光に由来する信号の検出とでは、タイミングがずれている。そして、着目するセンサと同じ側の発光素子Ｌと同じタイミングの信号のみ検出することで、他方のセンサの影響を除外することができる。
【００９３】
なお、このような、第１センサ１５０の発光素子Ｌおよび第２センサ１６０の発光素子Ｌを駆動させる駆動制御部は、センサ装置２００の内部に形成してもよいし、第１センサ１５０と第２センサ１６０とのそれぞれに個別に設けてもよいし、センサ装置２００の外部に設けてもよい。
【００９４】
＜発光素子アレイ１０および受光素子アレイ２０＞
上述のセンサ１００，１００Ａ〜１００Ｄおよびセンサ装置２００を構成する発光素子アレイ１０および受光素子アレイ２０は、個々の発光素子Ｌおよび受光素子Ｐを基板上に実装して形成してもよいが、より好ましくは、同一基板に薄膜プロセスによって作り込んで形成すればよい。
【００９５】
例えば、発光素子アレイ１０の発光素子Ｌは、半導体材料からなる基板１１上に、所望の発光波長を得られるように、バンドギャップを調整した複数の半導体層を積層して構成する発光ダイオードとしてもよい。半導体層は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長：Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）装置を用いて形成する。
【００９６】
このような発光素子Ｌの一例を図１４（ａ）に示す。図１４（ａ）は発光素子Ｌの断面図である。この例では、発光素子Ｌは、ＧａＡｓ基板やＳｉ基板からなる基板１１上に、バッファ層Ｌ１１、一導電型コンタクト層Ｌ１２、一導電型クラッド層Ｌ１３、活性層Ｌ１４、他導電型クラッド層Ｌ１５および他導電型コンタクト層Ｌ１６が順次積層されてなる。この複数層の半導体層は、例えばＡｌＧａＡｓ系の半導体層として、ドープする不純物の種類および濃度をコントロールすることにより、所望の半導体層を積層することができる。
【００９７】
このようにして構成された発光素子Ｌは、駆動するための対の電極Ｅ１，Ｅ２間にバイアス電圧を印加することによって、活性層Ｌ１４が発光して光源として機能する。
【００９８】
また、発光素子Ｌを駆動するための電極Ｅ１，Ｅ２は、一導電型コンタクト層Ｌ１２および他導電型コンタクト層Ｌ１６にそれぞれ接続されるように、薄膜形成方法によって電極層を形成した後にフォトリソグラフィ法によって所望の形状に加工して形成すればよい。このような電極は、必要に応じて絶縁層Ｉを介して形成することで、所望の位置で所望の半導体層のみに電気的に接続されるものとなる。
【００９９】
このように基板１１上に発光素子Ｌを形成することにより、パターニングのためのマスクを変更するのみで、基板１１の所望の位置に所望の形状で精度よく複数の発光素子Ｌを配列させることができるので、高精度な発光素子アレイ１０を得ることができる。
【０１００】
さらに、発光素子アレイ１０を全て薄膜プロセスによって形成することができるので、発光素子Ｌの大きさを小さくすることができるとともに、個々の発光素子Ｌの間隔を小さくすることができるので、小型で高精度な発光素子アレイ１０を提供することができる。
【０１０１】
また、図１４（ｂ）に示すように、受光素子アレイ２０の受光素子Ｐはフォトダイオードであり、一導電型の半導体材料からなる基板２１の表面に他導電型半導体領域２２を形成して構成してもよい。基板２１としては、一導電型のＳｉ基板等を用いることができる。そして、他導電型半導体領域２２を形成する領域に相当する開口部を設けたマスクを用い、所望の領域に熱拡散あるいはイオン打込み等の手法によって他導電型を呈する不純物をドープする。また、他導電型の半導体層をエピタキシャル成長させた後に、所望の形状の他導電型半導体領域２２にパターニングして形成してもよい。
【０１０２】
なお、本例では一導電型はｎ型であり、逆導電型はｐ型である。この例では、一導電型の不純物としてリン（Ｐ）を１×１０１７〜２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度で含んでいる。ｎ型の不純物としては、リン（Ｐ）の他に、例えば窒素（Ｎ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）およびビスマス（Ｂｉ）などが挙げられ、ドーピング濃度は１×１０１６〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とされる。
【０１０３】
他導電型不純物としては、例えば亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、インジウム（Ｉｎ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられ、ドーピング濃度は１×１０１６〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とされる。このような基板２１と他導電型半導体領域２２とでｐｎ接合を形成し、受光素子Ｐが形成される。
【０１０４】
受光素子Ｐから光電流を取り出すための電極Ｅ３，Ｅ４も、発光素子Ｌと同様に、導電膜を形成した後に所望の形状にパターニングすることで形成することができる。なお、電極Ｅ４は、図示していないが、他導電型半導体領域２２と離れて基板２１に直接接続するように形成されている。
【０１０５】
このようにして、基板２１の所望の位置に所望の形状の受光素子Ｐを形成できるので、受光素子Ｐを小型化でき、かつ高い位置精度で複数の受光素子Ｐを配列した受光素子アレイ２０を得ることができるものとなる。
【０１０６】
そして、発光素子アレイ１０および受光素子アレイ２０をそれぞれ同一基板に各素子を作り込んだチップ状とすることにより、小型化および高い位置精度を実現できる。
【０１０７】
なお、上述の例では、発光素子アレイ１０および受光素子アレイ２０は、それぞれ別基板に形成して別チップとした場合を例に説明したが、半導体の基板１１および半導体の基板２１を同一基板として、１つの基板の所望の位置に発光素子Ｌおよび受光素子Ｐを形成することで、発光素子アレイ１０および受光素子アレイ２０を一体化することもできる。その場合には、複数の発光素子Ｌおよび複数の受光素子Ｐの位置精度をさらに高めることができる。なお、その場合、「所定の面上」とは、１つの基板の上面をさすものとなる。
【０１０８】
＜発光素子Ｌと受光素子Ｐとの配置位置＞
上述のような発光素子Ｌと受光素子Ｐとの配置位置に関して、詳細に検討する。
【０１０９】
位置関係の議論を簡略にするために、図１５に示すセンサ１００Ｅをモデルとして説明する。
【０１１０】
センサ１００Ｅは、第１発光素子Ｌａと第２発光素子Ｌｂと複数個の受光素子Ｐとを有している。第１発光素子Ｌａは、例えば、センサ１００Ｄにおける発光素子アレイ１０のうち最も受光素子アレイ２０に近い発光素子Ｌ４とみることができる。同様に、第２発光素子Ｌｂは、センサ１００Ｄにおける第２発光素子アレイ１２のうち最も受光素子アレイ２０に近い発光素子Ｌ１とみることができる。
【０１１１】
複数の受光素子Ｐは、２ｍｍ以下の間隔で配列している。そして、受光素子Ｐが配置される領域は、第１発光素子Ｌａから第２発光素子Ｌｂに向けて４ｍｍ以内の範囲（第１範囲Ａ１）または第２発光素子Ｌｂから第１発光素子Ｌａに向けて４ｍｍ以内の範囲（第２範囲Ａ２）とする。言い換えると、第１範囲Ａ１の外側の領域であり、かつ第２範囲Ａ２の外側の領域には、受光素子Ｐが配置されていない。複数の受光素子Ｐは、全てが第１範囲Ａ１に配置されても、全てが第２範囲Ａ２に配置されても、一部が第１範囲Ａ１に、残りが第２範囲Ａ２に配置されていてもよい。また、第１範囲Ａ１と第２範囲Ａ２とに重複する範囲がある場合には、そこに複数の受光素子Ｐの一部が配置されたり、全てが配置されたりしてもよい。
【０１１２】
なお、図１５において、複数の受光素子Ｐ、第１発光素子Ｌａ、第２発光素子Ｌｂは全て第１方向Ｄ１において１列に並んでいる。このため、第１範囲Ａ１および第２範囲Ａ２は第１方向Ｄ１から見て４ｍｍの範囲となっている。
【０１１３】
この例では、受光素子Ｐ１〜Ｐ４は全て、第１範囲Ａ１および第２範囲Ａ２の両方に、すなわち２つの範囲(第１範囲Ａ１，第２範囲Ａ２)が重複する領域に配置されている。言い換えると、第１範囲Ａ１のうち、最も第２発光素子Ｌｂ側に位置する受光素子Ｐ（Ｐ４）は、第２発光素子Ｌｂの隣に位置し、第２範囲Ａ２のうち、最も第１発光素子Ｌａ側に位置する受光素子Ｐ（Ｐ１）は、第１発光素子Ｌａの隣に位置している。
【０１１４】
本例では、受光素子Ｐ１〜Ｐ４の中心間隔（ピッチ）は０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下としている。また、第１発光素子Ｌａと受光素子アレイ２０との間隔（隙間）および第２発光素子Ｌｂと受光素子アレイ２０との間隔（隙間）は３ｍｍ以下としている。さらに、受光素子Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれの大きさは、第１方向Ｄ１においては素子ピッチよりも小さく、第２方向Ｄ２においては０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としており、発光素子Ｌのそれぞれの大きさは０．３ｍｍ角としている。
【０１１５】
このようなセンサ１００Ｅを用いることにより、血管Ｂとセンサ１００との相対位置がずれても正確に安定して脈波信号を得ることができる。以下、そのメカニズムについて図１６を用いて説明する。図１６（ａ）は、メカニズムを検証するためのセンサモデルの概略構成を示す上面図である。図１６（ｂ）は、発光素子と受光素子と血管位置との相対距離を変えて受光素子で検出した検出信号の振幅強度を示す図である。
【０１１６】
図１６（ｂ）において、縦軸は受光素子で検出する光電流に起因する検出信号（脈波信号）の振幅の大きさを示し、縦軸は発光素子と受光素子との距離を示す。また、図中に太線で示すのは、脈波として信号を安定して解析するために必要な振幅の基準値である。なお、この例においては、敢えてセンサを血管位置に対して最適と推測される位置からずらして配置している。具体的には、最適と思われる配置から２ｍｍずらしてセンサを配置した。これは、血管とセンサとの相対位置がずれたときの影響を確認するためである。
【０１１７】
センサモデルは、図１６（ａ）に示す通り、複数の発光素子Ｌｔ１〜Ｌｔ８が１列に並んだ発光素子アレイと、複数の受光素子Ｐｔ１〜Ｐｔ８が１列に並んだ受光素子アレイとを並列配置させたものを用いている。センサモデルは、血管が受光素子および発光素子の配列方向を横切るように配置している。ここで、発光素子Ｌｔ１を発光させたときの受光素子Ｐｔ１〜Ｐｔ８における検出信号、および発光素子Ｌｔ２を発光させたときの受光素子Ｐｔ１〜Ｐｔ８における検出信号というように、個々の発光素子の発光に対する個々の受光素子の検出信号を測定した。そして、測定した検出信号を発光素子と受光素子との距離に応じてプロットした。言い換えると、センサモデル中の個々の発光素子と個々の受光素子との距離を、図中の発光素子と受光素子との距離としてプロットしている。
【０１１８】
ここで着目する点は、図１６（ｂ）に示す測定結果は、発光素子と受光素子との距離を変化させると同時に、発光素子と血管との距離も変化させたデータを含むことである。例えば、センサと血管とがモデル図に図示した位置関係にあるとすると、発光素子Ｌｔ１は血管から遠く、発光素子Ｌｔ５は血管に近いこととなる。
【０１１９】
図１６（ｂ）において、発光素子と受光素子との距離が離れるに従い、振幅値の最大値は低下していき（ラインＡ）、最小値は上昇していく（ラインＢ）ことが分かる。これは、血管に近い発光素子（この例では発光素子Ｌｔ５）からの光による光電流は、受光素子との距離が短いときは大きな振幅を得ることができるが、距離が長くなるに従って振幅が小さくなることを示し（ラインＡ）、血管に遠い発光素子（この例では発光素子Ｌｔ１）からの光による光電流は、受光素子との距離が短いときには小さな振幅であるが、離れるに従って体内の移動距離が大きくなり、血管を通過する信号が増えて振幅が増加していくことを示す（ラインＢ）ものである。
【０１２０】
そして、ラインＡとラインＢとは発光素子と受光素子との距離が４ｍｍのところで収束し、その先では基準振幅値を超えることが難しくなる。すなわち、ラインＡは、４ｍｍを超えると血管からの距離がさらに長くなり、その結果、振幅強度はさらに低下していく。ラインＢは、４ｍｍを超えると発光素子との距離が長くなり、人体内部における光の吸収・減衰に伴い、振幅強度は４ｍｍを最高値として低下していく。以上より、発光素子から４ｍｍの範囲内の領域に発光素子との距離を異ならせて複数個の受光素子を配置することで、安定して脈波信号を検出することができることが確認された。すなわち、人の活動に起因して、センサ１００Ｅが当初配置した位置からずれた場合であっても、血管Ｂの体内における位置が変化した場合であっても、安定して脈波信号を得ることができるものとなる。
【０１２１】
さらに、センサ１００Ｅによれば、両発光素子Ｌａ，Ｌｂから４ｍｍ以内の範囲内において、複数の受光素子Ｐの全てが一方向に配列されている。そして、受光素子の配列方向の両側に発光素子が配列されている。このような構成とすることで、受光素子Ｐの全てが、第１発光素子Ｌａおよび第２発光素子Ｌｂの双方にとって高い感度で検出できるように配置されているものとなる。言い換えると、血管に対して一方の発光素子が近い場合でも遠い場合でも、他方の発光素子によって補完することができ、測定中のセンサ１００の位置ずれがある場合であっても、センサ１００の初期設置位置が最適位置からずれている場合であっても、安定して脈波を測定することができる。
【０１２２】
さらにこの例では、受光素子Ｐを複数個設けている。すなわち、同じ面積に１個の受光素子を配置する場合に比べて、個々の受光素子Ｐを小型化しているものとなる。これにより、受光素子の動作を高速にすることができ、流動する血液の流れに即した血管の収縮・拡張の変化を遅延なくタイムリーに捉えることができるものとなる。すなわち、センサ１００Ｅの時間的分解能を向上させることができる。さらに、１個の大きな面積の受光素子で受光する場合には、発光素子Ｌからの光が受光素子に到達するまでに通過した経路の平均的な情報を得るものとなる。これに対して、本実施形態のように、受光素子Ｐを分割して複数個設けることにより、それぞれの経路に即した信号を精度よく検出することができる。これにより、例えば、血管Ｂを最適な位置で通過した光からの信号とその他の信号とを分離することができる。
【０１２３】
また、センサ１００Ｅによれば、２個以上の受光素子Ｐが第１発光素子Ｌａと第２発光素子Ｌｂとの間に配置されている。ここで、各受光素子Ｐで検出する光電流に基づく検出信号の振幅の中心値（以下、単にレベルということもある）に着目する。検出信号に血管の収縮・拡張に基づく振幅を含むか否かは血管との位置関係によるが、検出信号のレベルは発光素子と受光素子との距離に依存する。すなわち、検出信号のレベルは、発光素子と受光素子との距離が短ければ大きく、長ければ小さいものとなる。このため、複数の受光素子間で検出信号のレベルが大きくばらつくものとなる。これに対して、本実施形態のような構成とし、２個の発光素子Ｌを同時に点灯する場合には、一方の発光素子による検出信号が小さい場合には他方の発光素子による検出信号が大きくなり、複数の受光素子Ｐ間でレベルを合わせることができる。これにより、例えば複数の受光素子Ｐにおいて周期的な振幅を含む検出信号を足し合わせて振幅情報をより詳しく解析する場合に、各受光素子Ｐ間でレベル合わせをする必要がなくなる。特にセンサ１００Ｅは、全ての受光素子Ｐが、両発光素子Ｌａ，Ｌｂからいずれも４ｍｍ以内の範囲に位置するため、より精密にレベル合わせをすることができる。
【０１２４】
（変形例：センサ１００Ｆ）
上述の例では、複数個の受光素子Ｐの全てが第１範囲Ａ１および第２範囲Ａ２が重複する領域内に存在する例を用いて説明したが、図１７に示すセンサ１００Ｆのように、第１範囲Ａ１および第２範囲Ａ２は重複しなくてもよい。
【０１２５】
センサ１００Ｆにおいて、複数個の受光素子Ｐのそれぞれは第１範囲Ａ１および第２範囲Ａ２の少なくとも一方、すなわちいずれかの範囲のみに分かれて配置されており、第１範囲Ａ１および第２範囲Ａ２は互いに重複部を有していない。そして、複数個の受光素子Ｐは同一ピッチで配列されており、第１範囲Ａ１の中で最も第２範囲Ａ２側に位置する受光素子（Ｐａ）と、第２範囲Ａ２の中で最も第１範囲Ａ１側に位置する受光素子（Ｐｂ）とは、互いに隣接するように配置されている。言い換えると、第１範囲Ａ１と第２範囲Ａ２との間の領域、すなわち第１範囲Ａ１の外側であり、かつ第２範囲Ａ２の外側である領域には、受光素子Ｐが存在していない。
【０１２６】
センサ１００Ｆは、このような構成とすることで、精度を低下させずに測定可能な範囲を広げることができ、その結果、位置ずれが生じた場合であっても安定して脈波信号を検出できるものとなる。具体的には、センサ１００Ｅに比べて２倍の長さの範囲において脈波信号を検出することができる。
【０１２７】
この効果について詳述する。図１６（ｂ）に示すセンサ１００Ｅの結果からも明らかなように、受光素子Ｐの配列が発光素子Ｌに対して第１範囲Ａ１、第２範囲Ａ２の領域に存在するときに、その検出信号は十分な振幅強度を得られることが確認されている。センサ１００Ａでは、この第１範囲Ａ１および第２範囲Ａ２が重複していない。従って、第１範囲Ａ１および第２範囲Ａ２の領域を合わせた領域である、長さが略８ｍｍの距離の範囲において安定測定が可能であり、検出範囲を広げることができることを示している。言い換えると、発光素子Ｌａと発光素子Ｌｂとの間隔を離しても、第１範囲Ａ１および第２範囲Ａ２のいずれかに位置するように複数個の受光素子Ｐを配置すれば、安定測定が可能となる。また、発光素子と受光素子とを交互に配列する場合に比べて、個別制御する部品数を少なくして測定可能範囲を広げることができるので好ましい。さらに、センサ１００Ｅ，１００Ｆによれば、発光素子Ｌ同士が十分に間隔を空けて配置されている。これにより、受光素子Ｐが意図せぬ他の発光素子Ｌの発光による影響を徒に受けるおそれがなくなり、精度よく測定することができる。
【０１２８】
なお、図１７においては、第１範囲Ａ１と第２範囲Ａ２とが全く重複しない場合を例に説明したが、第１範囲Ａ１と第２範囲Ａ２とは一部が重複してもよい。この場合であっても、検出可能範囲を広げることができる。
【０１２９】
なお、図１５および図１７に示す例においては、複数の受光素子Ｐ、第１発光素子Ｌａ、第２発光素子Ｌｂは全て第１方向Ｄ１において１列に並んでいるが、複数の受光素子Ｐの列と第１発光素子Ｌａおよび第２発光素子Ｌｂとが第２方向Ｄ２においてずれていてもよい。この場合には、第２方向から見たときに基板１１、２１の一部が重複してもよいため、第１範囲Ａ１および第２範囲Ａ２の下限値はそれぞれ０ｍｍとなる。
【０１３０】
なお、上述においては、発光素子Ｌからの光を体内を通過して受光素子Ｐで検出することで体内の流路である血管の径の変化を測定する例を用いて説明したが、他の用途にも転用可能である。例えば、センサ１００および１００Ａ〜１００Ｆは、光を通過させる組織の内部に配置された流路の状態や流路を流れる液体の状態を、微小領域で即時測定することができる。具体的には、上述の例と同様に、一様な液体が流れる流路の径の変化を確認してもよいし、一様な流路内に流れる液体の移動を確認してもよい。後者の場合には、照射する光の液体による吸収度合いの差により、液体の判別を行なったり、流量を測定したりすることができる。
【０１３１】
また、生物の血管の状態を検出する一例として人体を取り上げたが、他の生物にも適応可能である。例えば、家畜に装着して、家畜の健康管理および畜産物の生産管理に用いたり、野生動物に装着して、その生態調査に用いたりしてもよい。
【０１３２】
また、本発明では、複数の発光素子が発光素子アレイを構成している場合について説明したが、別概念として、以下の構成を抽出することができる。すなわち、複数の発光素子は、第１発光素子と、前記第１発光素子とは第１方向に間隔を空けて配置された第２発光素子とを含み、受光素子は、前記第１発光素子と前記第２発光素子との間の前記第１発光素子から４ｍｍ以内の範囲または前記第２発光素子から４ｍｍ以内の範囲の少なくともいずれか一方に、前記第１方向に沿って複数個配列されているものである。このような構成によれば、図１５，図１７に示す説明図のようなセンサとなる。このため、図１６（ｂ）に示すセンサ１００Ｅの結果からも明らかなように、受光素子Ｐの配列が発光素子Ｌに対して第１範囲Ａ１、第２範囲Ａ２の領域に存在するものとなり、その検出信号は十分な振幅強度を得られる。これにより、検出精度が高いセンサを提供することができる。さらに、第１範囲Ａ１と第２範囲Ａ２との重複領域を減らすことで、脈波を検出可能な範囲を広げることができ、血管とセンサとの位置ずれが生じても安定して脈派を測定することができるものとなる。
【実施例１】
【０１３３】
図１５に示すセンサ１００Ｅおよび図１７に示すセンサ１００Ｆを用いて、検出信号のサンプリングを行なった。【０１３４】
＜センサ１００Ｅ，１００Ｆの準備＞
センサ１００Ｅ，１００Ｆについて、複数の受光素子Ｐのピッチは０．５ｍｍとした。また、発光素子Ｌａ，Ｌｂから最も近い受光素子Ｐまでの距離が２ｍｍのものと３ｍｍのものとを用意した。さらに２個の発光素子Ｌａ，Ｌｂの間の距離は、センサ１００Ｅは５．５ｍｍとし、センサ１００Ｆは７．５ｍｍとした。【０１３５】
＜センサ１００Ｅ，１００Ｆの駆動条件＞
以下の条件１〜４にてセンサ１００Ｅ，１００Ｆを駆動させ、各受光素子Ｐからの光電流に基づく検出信号をサンプリングした。【０１３６】
条件１：センサ１００Ｆ（発光素子Ｌａと受光素子Ｐ１との距離が３ｍｍ）のものを用いて、第１発光素子Ｌａのみを点灯
条件２：センサ１００Ｆ（発光素子Ｌａと受光素子Ｐ１との距離が２ｍｍ）のものを用いて、第１発光素子Ｌａのみを点灯
条件３：センサ１００Ｆ（発光素子Ｌａと受光素子Ｐ１との距離が２ｍｍ）のものを用いて、第１発光素子Ｌａ，第２発光素子Ｌｂの双方を条件１，２の６０％の発光強度で点灯
条件４：センサ１００Ｅ（発光素子Ｌａと受光素子Ｐ１との距離が２ｍｍ）のものを用いて、第１発光素子Ｌａ，第２発光素子Ｌｂの双方を条件１，２の６０％の発光強度で点灯。【０１３７】
図１８Ａ〜図１８Ｄに、上記の条件１〜４で測定した検出信号を示した。図１８において、横軸は時間（ｓ）であり、縦軸は出力（Ｖ）を示す。その結果、図１８Ａ，Ｂに示す通り、発光素子Ｌと受光素子Ｐとの距離が４ｍｍを超える場合には、検出信号に振幅が確認されなかった。具体的には、図１８Ａにおいて、発光素子Ｌａと距離が４ｍｍ以内である受光素子Ｐ１〜Ｐ３までは検出信号に基準値を超える振幅が含まれていたが、４ｍｍを超える位置に配置された受光素子Ｐ４〜Ｐ８では検出信号に基準値を超える明瞭な振幅は確認されなかった。また、図１８Ｂにおいて、発光素子Ｌａと距離が４ｍｍ以内である受光素子Ｐ１〜Ｐ５までは検出信号に基準値を超える振幅が含まれていたが、４ｍｍを超える位置に配置された受光素子Ｐ６〜Ｐ８では検出信号に超えるような明瞭な振幅は確認されなかった。さらに、図１８Ｂにおいて、受光素子Ｐ１の検出信号はレベルは高いもののノイズも大きく、ばらつきの大きいものとなっていた。ここで、検出信号は一定値を基準に反転させて検出しているため。検出信号のレベルは出力が小さい程大きいことになる。【０１３８】
動脈は皮膚のごく表層ではなく内部に位置するため、発光素子と受光素子との距離が短過ぎても血管情報を得ることができない可能性がある。この場合には、発光素子Ｌａと受光素子Ｐ１との間隔を１ｍｍを超えて３ｍｍ未満となるようにすればよい。具体的には、この例のように発光素子Ｌａと受光素子Ｐ１との間隔は２ｍｍ程度にすればよい。【０１３９】
また、図１８Ｃ，１８Ｄに示す通り、両側の発光素子Ｌａ，Ｌｂを点灯させることにより、発光素子Ｌと受光素子Ｐとの距離が４ｍｍを超える場合であっても、検出信号に振幅が確認されることが分かった。さらに、各受光素子Ｐ間において検出信号のレベルの差が縮まっていることを確認した。特に、図１８Ｄにおいては、各受光素子Ｐ間において検出信号のレベルが揃ったことを確認できた。【０１４０】
図１８Ａ〜１８Ｄに示す結果より、発光素子Ｌと受光素子Ｐとの距離は４ｍｍ以下が好ましく、かつ、複数の受光素子Ｐを挟む発光素子Ｌａ，Ｌｂを同時に点灯することで、検出可能な範囲を広げるととともに、検出信号のレベルを揃えることができることを確認した。
【実施例２】
【０１４１】
次に、センサ１００Ｆと比較例のセンサとを用いて、手首との相対位置を変えて検出信号をサンプリングした。比較例のセンサは、受光素子を分割せずに実施例において受光素子が形成される領域に広がる大きな受光素子１個を設けた構成として、検出信号のサンプリングを行なった。【０１４２】
サンプリング方法としては、具体的には、血管との位置関係において最適と推定される位置を基準として、手首の円周方向に沿って、右側に２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、左側に２ｍｍ、４ｍｍずらして測定した。比較例については、参考までに右側４ｍｍの位置でも測定を行なった。【０１４３】
センサ１００Ｆ，比較例のセンサの測定結果を図１９Ａ，１９Ｂに示す。図１９Ａ，１９Ｂにおいて、横軸は時間（ｓ）であり、縦軸は出力（Ｖ）を示す。なお、図１９Ａにおいては、センサ１００Ｆの受光素子Ｐ１〜Ｐ８までの検出信号を足し合わせたものを用いている。【０１４４】
図１９Ａ，１９Ｂに示すように、比較例のセンサでは右２ｍｍ，４ｍｍのときにのみ脈波の振幅を得られるが、それを除く位置では検出信号に脈波に基づく振幅を確認できなかった。すなわち、比較例のセンサの検出可能範囲は２ｍｍであった。これに対して、実施例のセンサ１００Ｆでは、左に６ｍｍ、右に４ｍｍの全ての範囲で検出信号に脈波に基づく振幅を確認することができ、基準値を超える振幅値を有するのは左に６ｍｍ、右に２ｍｍの範囲であった。すなわち、実施例のセンサ１００Ｆの検出可能範囲は８ｍｍであった。これにより、センサ１００Ｆは位置ずれに対して安定した検出が可能なセンサであることが確認された。【０１４５】
また、センサ１００Ｆは、分割した受光素子Ｐの信号を足し合わせることにより、振幅強度も十分得ることができることも確認できた。【０１４６】
さらに、脈波は、単純な振幅のみではなく、血管の硬さに応じた反射波の影響からサブピークを有する。センサ１００Ｆは、このような本来の脈波の形を正確に測定できていることが確認できる。これは、受光素子Ｐを分割して時間的分解能を向上させたことによるものと考えられる。【０１４７】
以上より、センサ１００Ｆは検出可能範囲が広く、かつ、精密かつ明瞭な脈波を測定できることを確認した。
【実施例３】
【０１４８】
センサ１００Ｃを形成して、尺骨動脈において脈波を測定した結果を図２０に示す。【０１４９】
図２０（ａ）は、受光素子Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれでの受光量に応じた電圧振幅を示している。この例では、受光素子Ｐ１〜Ｐ４の全てが血管径の拡張・縮小に伴う周期的な信号変化を検出している第１検出信号を得ていることが確認できた。【０１５０】
次に、受光素子Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれで検出する検出信号のバックグラウンドを除去した。具体的には、それぞれの検出信号の最小値を基準値とし、この最小値を差し引いた差分を補正検出信号とした。図２０（ｂ）に示すＰ１’は、受光素子Ｐ１で受光した検出信号を上述の手法で補正した場合の時間に対する軌跡を示すものである。同様の補正を受光素子Ｐ２〜Ｐ４においても行ない、それらを加算した結果が図２０（ｂ）に示す軌跡Ｐ１〜Ｐ４となる。図２０（ｂ）に示す結果からも分かるように、センサ１００Ｃによれば、検出感度の高いセンサ１００Ｃを提供することができる
【符号の説明】
【０１５１】
１０  発光素子アレイ
１１  基板
Ｌ，Ｌ１〜Ｌ４  発光素子
２０，２０Ｃ  受光素子アレイ
２１  基板
Ｐ，Ｐ１〜Ｐ４，Ｐｘ，Ｐｙ  受光素子
３０  配線基板
４０  素子部
５０  演算部
１００，１００Ａ〜１００Ｆ  センサ
１５０  第１センサ
１６０  第２センサ
２００  センサ装置
Ｂ  血管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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