(57)【要約】【課題】  接触部材の接触面側での直接反射光による影響を低減すること。【解決手段】  発光部１４と、受光部１６と、反射部１８と、被検査体と接触する接触面を備える接触部材１９−２を有すると共に、接触部材が発光部１４が発する光の波長に対して透明な材料で構成され、かつ発光部１４を保護する保護部１９と、基板１１と、を含み、発光部１４から発せられた光が、保護部１９における接触部材１９−２の接触面側で一回反射して受光部１６の受光領域に入射することが抑制される。【選択図】      図６
2011156313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部と、
前記発光部から発せられた光が被検査体の被検出部位にて反射された、生体情報を有する光を受ける受光部と、
前記生体情報を有する光を反射させる反射部と、
前記被検出部位と接触する接触面を備える接触部材を有すると共に、前記接触部材が前記発光部が発する光の波長に対して透明な材料で構成され、かつ前記発光部を保護する保護部と、
前記反射部と前記保護部との間に配置されると共に、前記保護部の側の第１面に前記発光部が配置され、前記反射部の側である前記第１面と対向する第２面に前記受光部が配置され、かつ前記発光部が発する光の波長に対して透明な材料で構成される基板と、を含み、
前記発光部から発せられた光が、前記接触部材の前記接触面側で一回反射した一回反射光が前記受光部に入射することが抑制されることを特徴とする生体情報検出器。
【請求項２】
請求項１記載の生体情報検出器であって、
前記発光部から発せられた光が、前記接触部材の前記接触面側で二回反射した二回反射光が前記受光部に入射することが抑制されることを特徴とする生体情報検出器。
【請求項３】
請求項２記載の生体情報検出器であって、
前記反射部は、球面の一部で構成される反射面を有し、平面視における前記反射部の外周円の直径は所定値に設定され、
かつ、前記反射面の焦点距離範囲として、前記一回反射光が前記反射面で反射して前記受光部に入射する一回反射入射光の全受光量に対する比率が第１閾値よりも高い第１焦点距離範囲と、第２焦点距離範囲と、前記二回反射光が前記反射面で反射して前記受光部に入射する二回反射入射光の全受光量に対する比率が第２閾値よりも高い第３焦点距離範囲と、がある場合に、前記反射面の焦点距離は、前記第１焦点距離範囲と前記第３焦点距離範囲との間にある前記第２焦点距離範囲において設定されていることを特徴とする生体情報検出器。
【請求項４】
請求項３記載の生体情報検出器であって、
前記反射部の外周円の直径をφとし、
前記反射面を構成する前記球面の曲率半径をｒとし、
前記曲率半径ｒおよび前記反射部の外周円の直径φに対応して定まる、光軸と前記反射面とが交差する点と前記第２面との距離を表す前記反射面の高さをｈとし、前記反射面の高さｈと前記反射面の曲率半径ｒとの差をΔｈとしたとき、
【数６】
2011156313.tif 000008
が成立することを特徴とする生体情報検出器。
【請求項５】
請求項２記載の生体情報検出器であって、
前記反射部は、放物面の一部で構成される反射面を有し、
互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のうちの前記ｚ軸を光軸としたとき、前記放物面は、前記ｚ軸を回転軸とする回転放物面であり、かつ、前記ｚ軸と前記回転放物面とが交差する点を原点とし、前記原点に接する球面の曲率半径をｒとした場合に、前記回転放物面に関して、
【数７】
2011156313.tif 000009
が成立し、
また、平面視における前記反射部の外周円の直径は所定値に設定され、
かつ、前記反射面の焦点距離範囲として、前記一回反射光が前記反射面で反射して前記受光部に入射する一回反射入射光の全受光量に対する比率が第１閾値よりも高い第１焦点距離範囲と、第２焦点距離範囲と、前記二回反射光が前記反射面で反射して前記受光部に入射する二回反射入射光の全受光量に対する比率が第２閾値よりも高い第３焦点距離範囲と、がある場合に、前記反射面の焦点距離は、前記第１焦点距離範囲と前記第３焦点距離範囲との間にある前記第２焦点距離範囲において設定されていることを特徴とする生体情報検出器。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の生体情報検出器と、
前記受光部から出力される検出信号に基づいて前記生体情報を測定する生体情報測定部と、を含むことを特徴とする生体情報測定装置。
【請求項７】
請求項６記載の生体情報測定装置であって、
前記生体情報は、脈拍数であることを特徴とする生体情報測定装置。
【請求項８】
生体情報検出器における反射部の設計方法であって、
前記生体情報検出器は、発光部と、前記発光部から発せられた光が被検査体の被検出部位にて反射された、生体情報を有する光を受ける受光部と、前記生体情報を有する光を反射させると共に、球面の一部または回転放物面の一部により構成される反射面を有し、平面視における前記反射面の外周円の直径が所定値に設定されている反射部と、前記被検出部位と接触する接触面を備える接触部材を有すると共に、前記接触部材が前記発光部が発する光の波長に対して透明な材料で構成され、かつ前記発光部を保護する保護部と、前記反射部と前記保護部との間に配置されると共に、前記保護部の側の第１面に前記発光部が配置され、前記反射部の側である前記第１面と対向する第２面に前記受光部が配置され、かつ前記発光部が発する光の波長に対して透明な材料で構成される基板と、を含み、
前記反射面の焦点距離を変化させながら、前記接触部材の前記接触面側で一回反射した一回反射光が前記反射面で反射して前記受光部の受光領域に入射する一回反射入射光の全受光量に対する比率が第１閾値よりも高い第１焦点距離範囲を求め、
前記反射面の焦点距離を変化させながら、前記接触部材の前記接触面側で二回反射した二回反射光が前記反射面で反射して前記受光部の受光領域に入射する二回反射入射光の全受光量に対する比率が第２閾値よりも高い第３焦点距離範囲を求め、
前記第１焦点距離範囲と前記第３焦点距離範囲との間の第２焦点距離範囲において、前記反射面の焦点距離を設定する、
ことを特徴とする、生体情報検出器における反射部の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報検出器、生体情報測定装置および生体情報検出器における反射部の設計方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体情報測定装置は、例えば人間の脈拍数、血液中の酸素飽和度、体温、心拍数等の生体情報を測定し、生体情報測定装置の一例は、脈拍数を測定する脈拍計である。また、脈拍計等の生体情報測定装置は、時計、携帯電話、ページャー、パーソナルコンピューター等の電子機器に組み込まれてもよく、又は電子機器と組み合わせてもよい。生体情報測定装置は、生体情報を検出する生体情報検出器を有し、生体情報検出器は、被検査体（ユーザー）の被検出部位（指や腕等）に向けて光を発光する発光部と、被検出部位からの生体情報を有する光を受光する受光部とを含む。
【０００３】
特許文献１には、発光素子と受光素子とが同軸状に配置された反射型光センサーが開示されている。特許文献１に記載される反射型光センサーは、検知対象（人の指）が、発光素子から出射される光を透過する窓から所定距離だけ離隔した位置で、受光素子の検知感度が最大となるように設計されている。特許文献１の（００３２）段落では、検知感度のピーク位置の設定のために、発光素子の照射角を変化させることができる点、基板の大きさを変化させることができる点、ならびに、反射面の曲率あるいは焦点を変化させることができる点が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３７６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発光素子から出射される光は、被検査体の被検出部位に、光透過部材（特許文献１の窓部に相当）を経由して照射される。発光素子から発せられた光の一部は、光透過部材の表面（およびその近傍）で反射する。その反射光は、光透過部材の表面（およびその近傍）で直接に反射した反射光（つまり直接反射光）であり、直接反射光は、生体情報を有さない無効光（ノイズ光）である。直接反射光（無効光）が受光素子の受光領域に入射すると、受光素子から出力される生体情報の検出信号のＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が低下する。生体情報測定装置の測定感度の向上のためには、直接反射光（無効光）が、受光素子の受光領域に入射することを抑制することができるように、集光光学系（反射部）を設計することが重要となる。特許文献１のように、例えば、単に反射面の焦点距離を調整しただけでは、光透過部材（窓部）の表面側で反射する反射光（直接反射光）による影響（つまり、受光素子から出力される検出信号のＳ／Ｎ低下等）は避けられない。
【０００６】
本発明の少なくとも一つの態様によれば、生体情報を検出する場合に、直接反射光による影響を軽減することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の生体情報検出器の一態様は、発光部と、前記発光部から発せられた光が被検査体の被検出部位にて反射された、生体情報を有する光を受ける受光部と、前記生体情報を有する光を反射させる反射部と、前記被検出部位と接触する接触面を備える接触部材を有すると共に、前記接触部材が前記発光部が発する光の波長に対して透明な材料で構成され、かつ前記発光部を保護する保護部と、前記反射部と前記保護部との間に配置されると共に、前記保護部の側の第１面に前記発光部が配置され、前記反射部の側である前記第１面と対向する第２面に前記受光部が配置され、かつ前記発光部が発する光の波長に対して透明な材料で構成される基板と、を含み、前記発光部から発せられた光が、前記接触部材の前記接触面側で一回反射した一回反射光が前記受光部に入射することが抑制される。
【０００８】
本態様では、発光部から発せられた光のうち、保護部における接触部材の接触面側（光透過部材である接触部材の接触面および接触面の近傍（接触面と被検出部位との界面、皮膚表面や皮膚の内側も含む））で一回反射した一回反射光（直接反射光）が、受光部に入射することが抑制される。
【０００９】
一回反射光（直接反射光：無効光）が受光部に入射することが抑制されることから、受光部から出力される検出信号のＳ／Ｎの低下を抑制することができる。
【００１０】
（２）本発明の生体情報検出器の他の態様では、前記発光部から発せられた光が、前記接触部材の前記接触面側で二回反射した二回反射光が前記受光部に入射することが抑制される。
【００１１】
本態様では、発光部から発せられた光のうち、保護部における接触部材の接触面側（光透過部材である接触部材の接触面およびその近傍）で二回反射した二回反射光が、受光部に入射することが抑制される。
【００１２】
二回反射光（直接反射光：無効光）が受光部の受光領域に入射することが抑制されることから、受光部から出力される検出信号のＳ／Ｎ低下を抑制することができる。
【００１３】
（３）本発明の生体情報検出器の他の態様では、前記反射部は、球面の一部で構成される反射面を有し、平面視における前記反射部の外周円の直径は所定値に設定され、かつ、前記反射面の焦点距離範囲として、前記一回反射光が前記反射面で反射して前記受光部に入射する一回反射入射光の全受光量に対する比率が第１閾値よりも高い第１焦点距離範囲と、第２焦点距離範囲と、前記二回反射光が前記反射面で反射して前記受光部に入射する二回反射入射光の全受光量に対する比率が第２閾値よりも高い第３焦点距離範囲と、がある場合に、前記反射面の焦点距離は、前記第１焦点距離範囲と前記第３焦点距離範囲との間にある前記第２焦点距離範囲において設定されている。
【００１４】
反射部は反射面を有し、反射面は、二次曲面である球面の一部で構成される。平面視における反射面の外周の形状は円であり、その円（つまり反射面の外周円）の直径（反射面の開口径）は所定値に設定される。
【００１５】
ここで、例えば、反射面の焦点距離が徐々に大きくなるように変化させると、接触部材の接触面側で一回反射した一回反射光が、さらに反射面で反射して受光部に入射する光（一回反射入射光）の、受光部における全受光量に占める比率が所定の閾値（第１閾値）よりも高い焦点距離範囲が、まず出現する。この焦点距離範囲を第１焦点距離範囲とする。
【００１６】
さらに反射面の焦点距離を増大させていくと、次に、直接反射光（一回反射光および二回反射光）が受光部にほとんど到達しない焦点距離範囲が出現する。この焦点距離範囲を第２焦点距離範囲とする。
【００１７】
さらに反射面の焦点距離を増大させていくと、接触部材の接触面側で二回反射した二回反射光が、さらに反射面で反射して受光部の受光領域に入射する光（二回反射入射光）の、受光部における全受光量に占める比率が所定の閾値（第２閾値）よりも高い焦点距離範囲が出現する。この焦点距離範囲を第３焦点距離範囲とする。なお、第１閾値の値と第２閾値の値は同じであってもよく、また、異なっていてもよい。
【００１８】
このような知見に基づいて、本態様では、反射部が有する反射面の焦点距離は、第１焦点距離範囲と第３焦点距離範囲との間にある、第２焦点距離範囲において設定される。反射面の焦点距離が定まると、反射面を構成する球面の曲率半径が定まる（曲率半径は焦点距離の２倍である）。よって、球面が一義的に定まる。また、反射面の開口径は既知である。このことは、球面を、例えばｘｙ平面によりスライスする位置が一義的に定まることを意味する。よって、球面の一部で構成される反射面の３次元の形状（および高さ）が定まる。
【００１９】
本態様によれば、一回反射光（直接反射光：無効光）および二回反射光（直接反射光：無効光）が受光部に入射することが抑制される。よって、接触部材の接触面側での反射光による影響（受光部から出力される検出信号のＳ／Ｎ低下等）を軽減することができる。
【００２０】
（４）本発明の生体情報検出器の他の態様では、前記反射部の外周円の直径をφとし、前記反射面を構成する前記球面の曲率半径をｒとし、前記曲率半径ｒおよび前記反射部の外周円の直径φに対応して定まる、光軸と前記反射面とが交差する点と前記第２面との距離を表す前記反射面の高さをｈとし、前記反射面の高さｈと前記反射面の曲率半径ｒとの差をΔｈとしたとき、
【数１】
2011156313.tif 000003
が成立する。
【００２１】
本態様では、反射面を構成する球面の曲率半径ｒを規定する。すなわち、反射面の開口径をφとし、反射面を構成する球面の曲率半径ｒと開口径φとに対応して定まる反射面の高さをｈとし、反射面の高さｈと反射面の曲率半径ｒとの差をΔｈとしたとき、曲率半径ｒは、上記（１）式によって表される。
【００２２】
反射面の開口径φが既知であるとき、例えば、反射部の焦点距離ｄｆを変化させると、反射面を構成する球面の曲率半径ｒが変化し、曲率半径ｒが変化すると、反射面の高さｈと曲率半径ｒとの差Δｈが変化する。反射面を構成する球面の焦点距離ｄｆと差Δｈとは一対一の対応関係があり、焦点距離ｄｆが増大すると、差Δｈも増大する。反射部の焦点距離ｄｆが定まると、差Δｈが定まり、三平方の定理から、上記（１）式が成立する。よって、反射面の好ましい焦点距離が定まると、上記（１）式によって、反射面の曲率半径ｒを一義的に定めることができ、これによって、反射面を構成する球面が定まる。また、反射面の開口径は既知であることから、反射面の３次元の形状と高さが一義的に特定される。
【００２３】
よって、本態様によれば、接触部材の接触面側での反射光による影響（受光部から出力される検出信号のＳ／Ｎ低下等）を軽減することが可能なように設計された（例えば、最適設計された）、反射面を有する反射部を得ることができる。
【００２４】
（５）本発明の生体情報検出器の他の態様では、前記反射部は、放物面の一部で構成される反射面を有し、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のうちの前記ｚ軸を光軸としたとき、前記放物面は、前記ｚ軸を回転軸とする回転放物面であり、かつ、前記ｚ軸と前記回転放物面とが交差する点を原点とし、前記原点に接する球面の曲率半径をｒとした場合に、前記回転放物面に関して、
【数２】
2011156313.tif 000004
が成立し、また、平面視における前記反射部の外周円の直径は所定値に設定され、かつ、前記反射面の焦点距離範囲として、前記一回反射光が前記反射面で反射して前記受光部に入射する一回反射入射光の全受光量に対する比率が所定の閾値（第１閾値）よりも高い第１焦点距離範囲と、第２焦点距離範囲と、前記二回反射光が前記反射面で反射して前記受光部に入射する二回反射入射光の全受光量に対する比率が所定の閾値（第２閾値）よりも高い第３焦点距離範囲と、がある場合に、前記反射面の焦点距離は、前記第１焦点距離範囲と前記第３焦点距離範囲との間にある前記第２焦点距離範囲において設定されている。
【００２５】
本態様では、反射部の反射面を構成する二次曲面として放物面を使用する。放物面としては、回転放物面を使用することができる。回転放物面は、３次元の空間を規定する、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のうちのｚ軸を光軸としたとき、放物線を、対称軸であるｚ軸を回転軸として回転させることによって得られる二次曲面（つまり、ｘ、ｙ、ｚの３元２次方程式によって表される曲面）である。ｚ軸と回転放物面とが交差する点を原点（面原点）とし、原点に接する球面の曲率半径をｒとした場合に、回転放物面は、上記（２）式によって表わすことができる。
【００２６】
反射面の開口径φが既知であるとき、例えば、反射面の焦点距離ｄｆと、反射面を構成する放物面の、上記原点に接する球面の曲率半径ｒとは一対一の対応関係にある。よって、好ましい焦点距離ｄｆが定まれば、上記原点に接する球面の曲率半径ｒが定まり、上記（２）式によって回転放物面の形状が一義的に決定される。また、反射面の開口径は既知であることから、これによって、ｘｙ平面による回転放物面のスライス位置が決まる。よって、放物面により構成される反射面の３次元の形状と高さが一義的に特定される。
【００２７】
また、回転放物面の一部からなる反射面を用いた場合でも、上述の、球面の一部からなる反射面を用いた場合と同様に、焦点距離ｄｆを徐々に増大させていくと、まず、第１焦点距離範囲が出現し、次に、第２焦点距離範囲が出現し、次に、第３焦点距離範囲が出現する。本態様では、反射部が有する反射面の焦点距離は、第１焦点距離範囲と第３焦点距離範囲との間にある、第２焦点距離範囲において設定される。上述のとおり、反射面の焦点距離が定まると、反射面の３次元の形状と高さが一義的に特定される。よって、本態様によれば、例えば、最適化された反射面を有する反射部を得ることができる。よって、本態様によれば、接触部材の接触面側での反射光による影響（受光部から出力される検出信号のＳ／Ｎ低下等）を低減することが可能な、例えば最適化された反射面を有する反射部を得ることができる。
【００２８】
（６）本発明の生体情報測定装置の一態様は、上記いずれかに記載の生体情報検出器と、前記受光部から出力される検出信号に基づいて前記生体情報を測定する生体情報測定部と、を含む。
【００２９】
上記いずれかの態様の生体情報検出器は、接触部材の接触面側での反射光による影響（受光部から出力される検出信号のＳ／Ｎ低下等）を低減できるように設計されている。よって、その生体情報検出器を備える生体情報測定装置は、生体情報を高精度に測定することが可能である。生体情報測定装置の具体例としては、例えば、脈拍計、脈波計、動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ２）を測定するパルスオキシメーターが挙げられる。
【００３０】
（７）本発明の生体情報測定装置の他の態様では、前記生体情報は脈拍数である。
本態様では、生体情報測定装置は脈拍計である。生体情報源である血管は、被検出部位（指、腕、手首等）における皮下組織の内部にある。脈拍計に設けられる発光部から出射された光は、血管に到達して反射されると共に、その一部は血管で部分的に吸収される。脈拍の影響により、血管での吸収率が変化することから、血管での反射光（被検出部位での反射光）の光量が、脈拍に対応して変化する。よって、血管での反射光は、生体情報としての脈拍数の情報を含む。よって、受光部から出力される生体情報の検出信号（脈拍に対応した脈動成分を含む）に基づいて、脈拍数を測定することができる。
【００３１】
生体情報測定装置は、生体情報検出器を、例えば被検査体の手首（腕）に取り付け可能とするためのリストバンドを有することができ、これによって、例えば手首脈拍計（手首脈波計）が実現される。手首脈拍計を用いると、例えばユーザーがジョギング等の運動をしている最中の脈拍情報を時系列的に取得することができる。取得した脈拍情報は、ユーザーの体質改善等に幅広く利用できる。但し、ユーザーの運動によって手首脈拍計の位置がずれる、あるいは外光の影響を受けるといった事態も想定され、検出精度（測定精度）を低下させる要因が多くなる。したがって、高精度な測定を担保するために、接触部材（光透過部材）の表面付近で反射する反射光に起因するＳ／Ｎ低下に対しても十分な対策をして、少しでもＳ／Ｎを高める工夫をすることが好ましい。この点、上述のとおり、上記いずれかの態様の生体情報検出器は、接触部材の接触面側での反射光による影響（受光部から出力される検出信号のＳ／Ｎ低下等）を軽減できるように設計されていることから、本態様にかかる脈拍計は、高精度かつ高感度の脈拍検出が可能であり、手首脈拍計への応用も十分に可能である。
【００３２】
（８）生体情報検出器における反射部の設計方法の一態様は、生体情報検出器における反射部の設計方法であって、前記生体情報検出器は、発光部と、前記発光部から発せられた光が被検査体の被検出部位にて反射された、生体情報を有する光を受ける受光部と、前記生体情報を有する光を反射させると共に、球面の一部または回転放物面の一部により構成される反射面を有し、平面視における前記反射面の外周円の直径が所定値に設定されている反射部と、前記被検出部位と接触する接触面を備える接触部材を有すると共に、前記接触部材が前記発光部が発する光の波長に対して透明な材料で構成され、かつ前記発光部を保護する保護部と、前記反射部と前記保護部との間に配置されると共に、前記保護部の側の第１面に前記発光部が配置され、前記反射部の側である前記第１面と対向する第２面に前記受光部が配置され、かつ前記発光部が発する光の波長に対して透明な材料で構成される基板と、を含み、前記反射面の焦点距離を変化させながら、前記接触部材の前記接触面側で一回反射した一回反射光が前記反射面で反射して前記受光部の受光領域に入射する一回反射入射光の全受光量に対する比率が第１閾値よりも高い第１焦点距離範囲を求め、前記反射面の焦点距離を変化させながら、前記接触部材の前記接触面側で二回反射した二回反射光が前記反射面で反射して前記受光部の受光領域に入射する二回反射入射光の全受光量に対する比率が第２閾値よりも高い第３焦点距離範囲を求め、前記第１焦点距離範囲と前記第３焦点距離範囲との間の第２焦点距離範囲において、前記反射面の焦点距離を設定する。
【００３３】
本態様では、生体情報検出器における反射部の、好ましい設計方法が示される。生体情報検出器は、反射部を有する。反射部は反射面を有し、反射面は二次曲面の一部で構成される。本態様では、反射面は球面の一部もしくは回転放物面の一部により構成される。平面視における反射面の外周の形状は円である。例えば、３次元の空間を規定する、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のうちのｚ軸を光軸としたとき、球面をｘｙ平面でスライスしたときの切断面の外周形状が円であり、その円の直径（反射面の開口径）は所定値に設定される。
【００３４】
そして、反射面の焦点距離を変化させながら、受光部の全受光量に占める、接触部材（光透過部材）の接触面側（接触面および接触面付近）で反射し、受光部に入射する、直接反射光に対応した入射光の比率の挙動を調べる。
【００３５】
例えば、反射面の焦点距離が徐々に大きくなるように変化させると、接触部材の接触面側で一回反射した一回反射光が、さらに反射面で反射して受光部に入射する光（一回反射入射光）の、受光部における全受光量に占める比率が所定の閾値（第１閾値）よりも高い焦点距離範囲が、まず出現する。この焦点距離範囲を第１焦点距離範囲とする。
【００３６】
さらに反射面の焦点距離を増大させていくと、次に、直接反射光（一回反射光および二回反射光）が受光部にほとんど到達しない焦点距離範囲が出現する。この焦点距離範囲を第２焦点距離範囲とする。
【００３７】
さらに反射面の焦点距離を増大させていくと、接触部材の接触面側で二回反射した二回反射光が、さらに反射面で反射して受光部に入射する光（二回反射入射光）の、受光部における全受光量に占める比率が所定の閾値（第２閾値）よりも高い焦点距離範囲が出現する。この焦点距離範囲を第３焦点距離範囲とする。
【００３８】
そして、反射部が有する反射面の焦点距離を、第１焦点距離範囲と第３焦点距離範囲との間にある、第２焦点距離範囲において設定する。反射面の焦点距離が定まると、反射面の３次元の形状と高さは一義的に定まる。
【００３９】
本態様によれば、一回反射光（直接反射光：無効光）および二回反射光（直接反射光：無効光）が受光部に入射することを抑制可能な、好ましい反射特性を有する反射面（すなわち反射部）を効率的に設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、生体情報検出器の構成の一例と、反射部の好ましい設計について説明するための図
【図２】図２は、生体情報検出器の構成の具体例を示す図
【図３】光透過膜がコーティングされた基板の平面視における外観を示す図
【図４】図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、発光部が発する光の強度特性の一例ならびに受光部の感度特性の一例を示す図
【図５】光透過膜を有する基板における光の透過特性の一例を示す図
【図６】図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、球面の一部を用いた反射面をもつ反射部の設計に関係するパラメーターと、設計手法の例を説明するための図
【図７】図７は、生体情報検出器における主要な構成の寸法例を示す図
【図８】図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、ｄｆ＝１．１８ｍｍ（Δｈ＝０．４ｍｍ）の場合の、直接反射光の挙動を説明するための図
【図９】ｄｆ＝１．２７８ｍｍ（Δｈ＝１．３ｍｍ）の場合の、直接反射光の挙動を説明するための図
【図１０】ｄｆ＝１．５５６ｍｍ（Δｈ＝２．２ｍｍ）の場合の、直接反射光の挙動を説明するための図
【図１１】開口径φ＝４．４ｍｍ、ｔ＝０．４ｍｍ、δ＝０．５３ｍｍの条件の下で、焦点距離ｄｆを徐々に増大させた場合における、受光部（フォトダイオード）に入射する、直接反射光の光量の比率（％）の変化を示す図
【図１２】開口径φ＝４．４ｍｍ、ｔ＝０．４ｍｍ、δ＝０．５３ｍｍの条件の下で、焦点距離ｄｆを徐々に増大させた場合における、受光部（フォトダイオード）に入射する、脈拍情報を有する有効光の比率（Ｓ／Ｎ）の変化を示す図
【図１３】開口径φ＝４．４ｍｍ、ｔ＝０．４ｍｍ、δ＝０．５３ｍｍの条件の下で、Δｈを徐々に増大させた場合における、受光部（フォトダイオード）に入射する、直接反射光の光量の比率（％）の変化を示す図
【図１４】開口径φ＝４．４ｍｍ、ｔ＝０．４ｍｍ、δ＝０．５３ｍｍの条件の下で、Δｈを徐々に増大させた場合における、受光部（フォトダイオード）に入射する、脈拍情報を有する有効光の比率（Ｓ／Ｎ）の変化を示す図
【図１５】開口径φ＝３．６ｍｍ、ｔ＝０．４ｍｍ、δ＝０．５３ｍｍの条件の下で、焦点距離ｄｆを徐々に増大させた場合における、受光部（フォトダイオード）に入射する、直接反射光の光量の比率（％）の変化を示す図
【図１６】開口径φ＝４．４ｍｍ、ｔ＝０．３ｍｍ、δ＝０．３ｍｍの条件の下で、焦点距離ｄｆを徐々に増大させた場合における、受光部（フォトダイオード）に入射する、直接反射光の光量の比率（％）の変化を示す図
【図１７】図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）は、放物面の一部で構成される反射面（放物面ミラー）について説明するための図
【図１８】開口径φ＝４．４ｍｍ、接触部材１９−２の厚みｔ＝０．４ｍｍ、スペーサー部材１９−１の高さ（隙間）δ＝０．５３という条件の下で、焦点距離ｄｆ＝０．７ｍｍとした場合の、直接反射光の挙動を説明するための図
【図１９】開口径φ＝４．４ｍｍ、接触部材１９−２の厚みｔ＝０．４ｍｍ、スペーサー部材１９−１の高さ（隙間）δ＝０．５３という条件の下で、焦点距離ｄｆ＝１．０ｍｍとした場合の、直接反射光の挙動を説明するための図
【図２０】開口径φ＝４．４ｍｍ、接触部材１９−２の厚みｔ＝０．４ｍｍ、スペーサー部材１９−１の高さ（隙間）δ＝０．５３という条件の下で、焦点距離ｄｆ＝１．３ｍｍとした場合の、直接反射光の挙動を説明するための図
【図２１】開口径φ＝４．４ｍｍ、ｔ＝０．４ｍｍ、δ＝０．５３ｍｍの条件の下で、焦点距離ｄｆを徐々に増大させた場合における、受光部（フォトダイオード）に入射する、直接反射光の光量の比率（％）の変化を示す図
【図２２】生体情報検出器を含む生体情報測定装置の一例（手首脈拍計）の外観例を示す図
【図２３】生体情報測定装置の内部構成の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００４２】
（第１の実施形態）
まず、生体情報検出器と生体情報測定装置の構成の概要、発光部から出射された光の挙動例等について説明する。
【００４３】
（生体情報検出器の構成の概要等）
図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、生体情報検出器の構成の一例と、反射部の好ましい設計について説明するための図である。図１（Ａ）は、生体情報を有する反射光（有効光）が受光部の受光領域に入射する様子を示す。図１（Ｂ）は、保護部を構成する接触部材の接触面側での反射光（直接反射光：無効光）が受光部の受光領域に入射する様子を示す。なお、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示される生体情報検出器２００の構成は同じであり、各図において、共通する部分には同じ参照符号を付してある。
【００４４】
まず、生体情報検出器２００の構成について説明する。生体情報検出器２００は、例えば、リストバンド等で人の手首に装着することが可能な脈拍計に搭載することができる（これに限定されるものではない）。生体情報は、脈拍情報（心拍情報）の他、血液中の酸素飽和度、体温等であってもよい。
【００４５】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示されるように、生体情報検出器は、被検査体（例えば人体）２の被検出部位（指、腕、手首等）１に向かう光Ｒ１を発する発光部（発光素子：ＬＥＤ等）１４と、発光部１４が発する光Ｒ１が、被検出部位１の生体情報源である血管ＢＶにて反射された、生体情報を有する光Ｒ１’を受ける受光部（受光素子：フォトダイオード等）１６と、生体情報を有する光を反射させる反射部１８と、保護部１９と、光透過性の基板１１と、を有する。
【００４６】
受光部１６は、反射部１８側に受光領域（受光面）１６−１を有している。反射部１８は、二次曲面の反射面（反射ミラー）を有する。反射面は、発光部１４と受光部１６との間の光路に設けられるドームの内表面に設けることができる。例えば、樹脂で反射部１８の本体を成形し、その内表面（受光部１６側に形成される二次曲面）を鏡面加工する（例えば、その表面に金属膜等を形成する）ことによって、反射部（反射光学系）を構成することができる。
【００４７】
保護部１９は、被検査体（被測定体：例えば人体）と接触する（少なくとも接触する可能性がある）接触面ＳＡを備える接触部材１９−２と、スペーサー部材１９−１とを有する。接触部材１９−２およびスペーサー部材１９−１は、発光部１４が発する光Ｒ１の波長に対して透明な材料（例えばガラス）で構成される。すなわち、接触部材１９−２は光透過部材である。保護部１９は、発光部１４を収容する収容部（収容容器、あるいは保護ケース）でもあり、発光素子１４を保護する機能をもつ。
【００４８】
基板１１は、反射部１８と保護部１９との間に配置される。基板１１は、２つの主面を有する。本明細書では、基板１１の発光部１４側の主面を第１面（あるいは裏面）ということがあり、基板１１の反射部１８側の主面を第２面（あるいは表面）ということがある。基板１１の第１面（裏面）には発光部１４が配置され、第２面（表面）には受光部１６が配置される。発光部１４と受光部１６は平面視で重なりを有する。発光部１６の基板１１と接する面と、受光部１６の基板１１と接する面とは、基板１１の厚みの分だけ離間して対向している。また、基板１１は、発光部１４が発する光の波長に対して透明な材料（例えばポリイミド、あるいはポリアリレート）で構成される。すなわち基板１１は光透過性の基板である。
【００４９】
基板１１は、反射部１８と保護部１９との間に配置されるため、発光部１４および受光部１６が基板１１に配置されたとしても、基板１１それ自身を支持する機構を別途設ける必要がなく、部品点数が減少する。また、基板１１は、発光波長に対して透明な材料で構成されるため、発光部１４から受光部１６に至る光路途中に基板１１を配置できる。よって、基板１１を光路以外の位置（例えば反射部１８の内部）に格納する必要がない。このように、容易に組み立て可能な生体情報検出器を提供することができる。また、反射部１８によって、受光部１６に入射する光の光量を増加させることが可能であり、これによって生体情報検出器の検出精度（ＳＮ比）が向上する。なお、生体情報源（例えば血管ＢＶ）は、接触面ＳＡ付近にあってもよい。
【００５０】
（発光部から出射された光の挙動例）
次に、図１（Ａ）を参照して、生体情報を有する反射光の挙動の例について説明する。生体情報源である血管ＢＶは、被検査体（例えば人体）２の被検査部位（例えば指、腕（狭義には手首））１の、例えば内部にある。発光部１４から発せられる光Ｒ１（具体的には主光線：他の部材で反射された反射光を含まない光という意味合いの表現である）は、被検査部位１の内部に進み、表皮、真皮及び皮下組織で拡散または散乱するが、その後、光Ｒ１は、生体情報源である血管ＢＶに到達し、血管ＢＶで反射される。また、光Ｒ１の一部は、血管ＢＶで吸収される。脈拍の影響により、血管での光の吸収率が変化することから、血管ＢＶにおける反射光Ｒ１’の光量が変化し、したがって、生体情報（例えば、脈拍数）は、血管ＢＶでの反射光Ｒ１’に反映される。
【００５１】
血管ＢＶでの反射光Ｒ１’は、皮下組織、真皮及び表皮で拡散又は散乱されるが、図１（Ａ）の例では、反射光Ｒ１’は、基板１１を通過し、さらに、反射部１８で反射されて、受光部１６の受光領域（受光面）１６−１に直接に入射する。ここで、「直接に入射する」という表現は、例えば複雑な反射過程を経て入射するのではなく、例えば最小限の回数の反射を経て入射する（つまり単純な経路を経て入射する）という意味合いで使用している。受光部１６から出力される生体情報の検出信号は、脈拍に対応した脈動成分を含んでいる。よって、検出信号に基づいて、脈拍数を測定することができる。
【００５２】
次に、図１（Ｂ）を参照して、保護部１９を構成する接触部材１９−２の接触面ＳＡ側（接触面ＳＡおよび接触面ＳＡの近傍（接触面と被検出部位との界面、皮膚表面や皮膚の内側も含む））での反射光（無効光）の挙動の例について説明する。図１（Ｂ）において、発光部１４から発せられる主光線Ｒ２は、接触部材１９−２の接触面ＳＡ側の位置（例えば接触面ＳＡ上の地点）Ｎ１で一回反射する。一回反射した反射光（一回反射光）Ｒ２’は、基板１１を通過し、さらに反射部１８にて反射して、受光部１６の受光領域１６−１に入射する。
【００５３】
また、発光部１４から発せられる主光線Ｒ３は、接触部材１９−２の接触面ＳＡ側の位置（例えば接触面ＳＡ上の地点）Ｎ２およびＮ３で二回反射し、二回反射した反射光（二回反射光）Ｒ３’は、基板１１を通過し、さらに反射部１８にて反射して、受光部１６の受光領域１６−１に入射する。
【００５４】
一回反射光Ｒ２’や二回反射光Ｒ３’は、発光部１４から出射された光が、光透過部材である接触部材１９−２の表面（あるいはその近傍）で直接に反射した反射光（つまり直接反射光）であり、直接反射光は、生体情報を有さない無効光（ノイズ光）である。生体情報を有さない無効光が受光部１６の受光領域１６−１に入射すると、受光部１６から出力される生体情報の検出信号のＳ／Ｎ（信号とノイズとの比）が低下する。生体情報検出器の検出精度の向上（生体情報測定装置の測定精度の向上）のためには、直接反射光（無効光）が、受光部１６の受光領域１６−１に入射することを抑制することができるように、集光光学系である反射部１８を設計することが重要である。
【００５５】
（生体情報検出器の構成の具体例および生体情報測定装置の構成例）
図２は、生体情報検出器の構成の具体例を示す図である。図２の上側には、生体情報検出器の断面構造例を示され、下側には、平面視における各部の位置関係が示されている。
図２において、図１と共通する部分には同じ参照符号を付している（このことは、以下の図面でも同様である）。
【００５６】
図２に示されるように、反射部１８の開口径はφである。反射部１８の反射面１８−１は、二次曲面（ここでは球面とする）の一部で構成されている（例えば略半球状面が使用される）。略半球状面の底部は、基板等を無視して考えれば開口されている。その開口部の平面視の形状（つまり、平面視における反射面の外周の形状）は、図２の下側に示されるように円であり、その直径（つまり開口径）はφである。
【００５７】
また、保護部１９におけるスペーサー部材１９−１の高さ（あるいは、基板１１と接触部材１９−１の接触面ＳＡと対向する面との間の隙間ということができる）はδであり、接触部材１９−２の厚みはｔである。
【００５８】
図２の下側に示されるように、発光部１４と受光部１６は平面視で重なりを有する。また、発光部１４、受光部１６、反射部１８の各々の、平面視における外周形状は同心円を構成する（中心はｓである）。
【００５９】
また、基板１１は、光透過部材としての光学部品であると同時に、回路を形成するための配線基板でもある。基板１１は、例えばプリント配線基板である。図２の上側に示すように、基板１１の第１面（表面）には、受光部１６のための配線６２−１が形成され、基板１１の第２面（裏面）には、発光部１４のための配線６２−２，６２−３が形成されている。配線６２−１と受光部１６はボンディングワイヤー６１で接続されている。配線６２−２と発光部１４はボンディングワイヤー６３で接続されている。配線６２−３と発光部１４はボンディングワイヤー６５で接続されている。
【００６０】
プリント配線基板では、プリント配線の剥離防止のために、第１面（裏面）および第２面（表面）をある程度、粗面にすることが好ましい。但し、基板１１の第１面および第２面を粗面とすると、光の散乱が増加するという不都合が生じる。そこで、図２の例では、基板１１の光通過領域（配線等が形成されている遮光領域を除く領域ということもできる）における第１面（裏面）および第２面（表面）の各々には、光透過膜１１−１および１１−２の各々が形成されている。光透過膜１１−１および１１−２は、例えば光透過性のレジスト膜である。基板１１の光通過領域に光透過膜１１−１，１１−２を形成することによって、基板１１の裏面および表面における粗面が平坦化され、かつ、空気との屈折率差が小さくなる。よって、光が、基板１１（広義には１１−１，１１−２を含む）の表面および裏面にて散乱されることが抑制される。また、基板１１と空気との屈折率差が小さくなることから、基板１１で光が屈折する程度を小さくすることができる。例えば、基板１１の厚みを薄く設定すれば、基板１１中を光がほとんど屈折せずに直進する、とみなすことも可能となる。このことは、光の挙動をシミュレーションすることを容易化し、また、生体情報検出器２００の光学系の設計を容易化することに貢献する。
【００６１】
また、図２の例では、リフレクター２０が設けられている。なお、リフレクター２０を第１反射部と言う場合には、二次曲面で構成される反射面１８−１を有する反射部１８は第２反射部と言うことができる。
【００６２】
リフレクター２０は、例えば、発光部１４から出射される光の広がりを抑制して光の指向性を高め、被検出部位１以外に向けて出射される無効光を低減する効果を有する。また、発光部１４は、第１発光面１４Ａと第２発光面（側面）１４Ｂを有し、第２発光面１４Ｂからも光が出射される。リフレクター２０の周囲に設けられている突起部（内壁面が傾斜面や曲面である反射面を有する）は、発光部１４の側面（第２発光面１４Ｂ）から出射される光を反射し（この反射光が光Ｒ４である）、光Ｒ４を被検出部位１に向かわせる効果を有する。
【００６３】
また、リフレクター２０は、ある程度の幅を有する。よって、保護部１９における接触部材１９−２の接触面ＳＡ近傍で反射する直接反射光（無効光）の一部が、反射部１８側に侵入するのを防止する効果も有する。例えば斜め下方から入射する直接反射光は、リフレクター２０の端部等で反射され、これによって、直接反射光が反射部１８側に侵入することが防止される。また、リフレクター２０は、直接反射光の一部を反射させて、被検出部位１に向かわせ、これによって、無効光を有効光に転換するという効果も有する。
【００６４】
このように、本発明による反射光学系の良好な反射特性の実現によるＳ／Ｎ改善の効果に、さらにリフレクター２０によるＳ／Ｎ改善の効果が加わることによって、生体情報検出器２００の検出精度がさらに向上する。
【００６５】
図３は、光透過膜がコーティングされた基板の平面視における外観を示す図である。図３は、基板１１の第１面（表面：受光部１６側の面）の平面視における外観を示している。基板１１の第１面上の光通過領域（遮光部以外の領域）には、光透過膜１１−１が形成されている。なお、基板１１の第２面（発光部１４側の面）上の光通過領域（遮光部以外の領域）には、光透過膜１１−２が形成されている。
【００６６】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、発光部が発する光の強度特性の一例ならびに受光部の感度特性の一例を示す図である。図４（Ａ）に示される発光強度の特性例では、５２０ｎｍの波長を持つ光の強度が最大値を示し、その強度で他の波長を持つ光の強度は正規化されている。また、発光部１４が発する光の波長の範囲は、４７０ｎｍ〜６００ｎｍである。なお、発光部１４は、例えばＬＥＤで構成される。ＬＥＤが発する光の波長は、例えば４２５ｎｍ〜６２５ｎｍの範囲に強度の最大値（広義には、ピーク値）を持つことができ、発光部１４からは、例えば緑色の光が発せられる。
【００６７】
図４（Ｂ）は、受光部の感度特性の一例を示している。受光部１６としては、例えば、ＧａＡｓＰフォトダイオードやＳｉフォトダイオードを使用することができる。但し、ＧａＡｓＰフォトダイオードが受ける光の波長は、例えば５５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲に感度の最大値（広義には、ピーク値）を持つ。生体（水やヘモグロビン）は、７００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲に含まれる赤外線を透過させ易いので、ＧａＡｓＰフォトダイオードで構成される受光部１６は、例えばＳｉフォトダイオードで構成される受光部１６と比較して、外光に起因するノイズ成分を減少させることができる。
【００６８】
図４（Ｂ）に示される感度特性は、受光部１６として、ＧａＡｓＰフォトダイオードを使用した場合の感度特性である。図４（Ｂ）の例では、５６５ｎｍの波長を持つ光の感度が、最大値を示し、その感度で他の波長の持つ光の感度は正規化されている。受光部１６が受ける光の波長の感度の最大値は、図４（Ａ）に示される発光部１４が発する光の波長の範囲に入っている一方、生体の窓と呼ばれる７００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲（つまり、生体中を通過し易い波長帯域）に入っていない。図４（Ｂ）の例において、７００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲に含まれる赤外線の感度は、相対感度０．３（＝３０％）以下に設定されている。受光部１６が受ける光の波長の感度の最大値（例えば、５６５ｎｍ）は、生体の窓の下限である７００ｎｍよりも、発光部１４が発する光の波長の強度の最大値（５２０ｎｍ）の方に近いことが好ましい。
【００６９】
図５は、光透過膜がコーティングされた基板を通る光の透過特性の一例を示す図である。図５に示される光の透過特性は、基板１１を透過する前の光の強度と基板１１を透過した後の光の強度とを用いて透過率を計算することによって得られたものである。
【００７０】
図５の例において、生体の窓の下限である７００ｎｍ以下の波長領域において、５２５ｎｍの波長を持つ光の透過率が、最大値を示す。また、生体の窓の下限である７００ｎｍ以下の波長領域において、光透過膜１１−１および１１−２の少なくとも一方を通る光の透過率の最大値は、例えば図４（Ａ）に示される発光部１４が発する光の波長の強度の最大値の±１０％以内の範囲に入る。光透過膜１１−１（１１−２）は、発光部１４が発する光（例えば、図１（Ａ）に示される光Ｒ１が血管ＢＶで反射された有効な反射光Ｒ１’）を選択的に透過させることが好ましい。
【００７１】
（球面の一部を用いた反射面をもつ反射部の設計について）
次に、図６〜図１６を参照して、球面の一部を用いた反射面をもつ反射部の設計について説明する。図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、球面の一部を用いた反射面をもつ反射部の設計に関係するパラメーターと、設計手法の例を説明するための図である。
【００７２】
図６（Ａ）の例では、３次元の空間を規定するために、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸が示されており、ｚ軸を光軸（主光学軸）とする。ｚ軸と反射部１８の反射面とが交差する点を原点（面原点）ｍとする。
【００７３】
反射部１８の反射面の開口径はφである。反射部１８の反射面は、二次曲面である球面の一部で構成されている。図６（Ａ）の例では、反射面は、球面の一部である略半球状面で構成されている。
【００７４】
また、反射部１８の焦点（つまり反射面を含む集光ミラーの焦点）をｆとする。光軸（Ｚ軸）と平行な光線ＬＧが反射部１８に入射すると、その光は、反射部１８で反射されて焦点ｆに集光される。原点ｍと焦点ｆとの距離が焦点距離ｄｆである。
【００７５】
焦点距離ｄｆの２倍が、反射面の曲率半径ｒに相当する。すなわち、焦点距離ｄｆは、ｒ／２である。また、図６（Ａ）において、点ｐは、反射部１８における反射面を構成する球面の中心点である。
【００７６】
また、反射部１８の反射面の高さをｈとする。高さｈは、基板１１の第２面（反射部１８側の面）から原点（面原点）ｍまでの距離によって定まる。すなわち、反射面の高さｈは、光軸（Ｚ軸）と反射面とが交差する点ｍ（面原点ｍ）と、基板１１の第２面（つまり基板１１の反射面側に位置する主面であり、基板１１の表面）と、の間の距離を表している。反射面の高さｈは、反射面の曲率半径ｒおよび開口径φに対応して一義的に定まる。また、反射面の高さｈと反射面の曲率半径ｒとの差をΔｈとする。差Δｈ（単に、Δｈと記載する場合がある）は、基板１１の第２面から反射面を構成する球面の中心点ｐまでの距離によって定まる。
【００７７】
また、上述したように、保護部１９におけるスペーサー部材１９−１の高さ（基板１１と接触部材１９−２の接触面ＳＡと対向する面との間の隙間）はδであり、接触部材１９−２の厚みはｔである。
【００７８】
ここで、反射部１８の開口径φと、スペーサー部材１９−１の高さ（基板１１と接触部材１９−２の接触面ＳＡと対向する面との間の隙間）δ、ならびに接触部材１９−１の厚みｔの各々を所定値に固定し、Δｈまたは反射部１８の焦点距離ｄｆを変化させる場合を想定する。図６（Ｂ）は、その場合に、反射面（反射面を構成する球面）の曲率半径ｒと、反射部１８の反射面の形状とが、どのように変化するかを示した図である。
【００７９】
図６（Ｂ）において、Δｈ（反射面の高さｈと反射面の曲率半径ｒとの差）は、Δｈ１、Δｈ２ならびにΔｈ３に設定される。これに対応して、反射面の曲率半径ｒは、ｒ１、ｒ２、ｒ３と変化する。つまり、Δｈ１のときは曲率半径はｒ１となり、Δｈ２のときは曲率半径はｒ２となり、Δｈ３のときは曲率半径はｒ３となる。
【００８０】
反射部１８（反射集光ミラー）の焦点距離ｄｆは、曲率半径ｒの１／２であることから、曲率半径ｒが変化すれば，焦点距離ｄｆも、曲率半径ｒに対応して変化する。曲率半径がｒ１のときは焦点距離はｄｆ１であり、このときの反射部１８の焦点ｆはｆ１である。曲率半径がｒ２のときは焦点距離はｄｆ２であり、このときの反射部１８の焦点ｆはｆ２である。曲率半径がｒ３のときは焦点距離はｄｆ３であり、このときの反射部１８の焦点ｆはｆ３である。
【００８１】
また、曲率半径ｒが変化すると、球面で構成される反射面の形状も、曲率半径ｒの変化に対応して変化する。つまり、開口径φは一定であることから、図６（Ｂ）において、開口径を規定するａ点、ｂ点の位置は固定であり、よって、曲率半径ｒが変化すれば、球面で構成される反射面の高さｈも、その変化に対応して変化する。図６（Ｂ）において、曲率半径ｒがｒ１のときの反射面の形状は１８ａである。曲率半径ｒがｒ２のときの反射面の形状は１８ｂである。曲率半径ｒがｒ３のときの反射面の形状は１８ｃである。このように、Δｈを変化させることによって、反射面の三次元の形状および高さを変化させることができる。
【００８２】
以上の説明では、Δｈを変化させて反射面の三次元の形状と高さを変化させているが、焦点距離ｄｆを変化させることによって反射面の形状を変化させることもできる。すなわち、反射面の開口径φが固定値（既知）であるとき、例えば、反射部１８（反射光学系）の焦点距離ｄｆを変化させると、反射面（を構成する球面）の曲率半径ｒが変化し、曲率半径ｒが変化すると、反射面の高さｈと曲率半径ｒとの差Δｈが変化する。反射面の焦点距離ｄｆと、反射面の高さｈと曲率半径ｒとの差Δｈは一対一の対応関係があり、焦点距離ｄｆが増大すると、Δｈも増大する。反射部１８の焦点距離ｄｆが定まると、Δｈが定まる。
【００８３】
反射面を構成する球面の曲率半径（つまり反射面の曲率半径）ｒは、下記の（３）式によって表すことができる（図６（Ａ）の太線の矢印で示される直角三角形を参照）。
【数３】
2011156313.tif 000005
【００８４】
例えば、図６（Ｂ）の左下側に示される、斜線が施された直角三角形に着目する。三平方の定理より、曲率半径ｒ３は、下記（４）式によって表されることがわかる。
【数４】
2011156313.tif 000006
【００８５】
よって、例えば反射面の好ましい焦点距離が定まると、上記（３）式によって、反射面の曲率半径ｒを一義的に定めることができ、これによって、反射面を構成する球面が定まる。また、反射面の開口径φ（平面視における反射面の外周円の直径）は固定（既知）であることから、反射面の高さｈが一義的に特定される。つまり、開口径φが決まれば、これに対応して球面のスライス位置（球面をｘｙ平面で切断する位置）が決まり、これによって反射面の３次元の形状と高さが一義的に特定される。
【００８６】
以上説明した反射光学系の設計手法を用いて、反射部１８を、図１（Ｂ）で示した、一回反射光や二回反射光（いずれも無効な直接反射光である）を低減できるように設計することができる。
【００８７】
（焦点距離ｄｆまたは差Δｈを変化させた場合の反射光の挙動のシミュレーション）
以下、図７〜図１６を用いて、焦点距離ｄｆまたは差Δｈを変化させた場合の反射光の挙動のシミュレーション結果等について説明する。図７は、生体情報検出器における主要な構成の寸法例を示す図である（但し、以下の寸法例は一例である）。図７に示すように、開口径φを４．４ｍｍに設定し、保護部１９のスペーサー部材１９−１の高さ（あるいは隙間）δを０．５３ｍｍに設定し、接触部材１９−２の厚さ（ガラスの厚み）ｔを０．４ｍｍに設定する。
【００８８】
また、図７に示されるように、受光部１６の厚みｔａは例えば０．２８ｍｍであり、リフレクター２０の底部ｔｂの厚みは例えば０．０８ｍｍであり、発光部１４の厚みｔｃは例えば０．０８ｍｍであり、リフレクター２０の最大高さｔｄは、例えば０．２ｍｍである。
【００８９】
また、基板１１（光透過膜としての光透過性レジスト膜１１−１，１１−２を含む）の現実の厚みｔｅは例えば０．０７ｍｍ程度である。但し、基板１１が十分に薄く、かつ上述のとおり、光透過性レジスト膜によって平坦性が確保され、空気との屈折率差も縮小されていることから、反射光の挙動のシミュレーションに際しては、基板１１の厚みｔｅは無視している（つまり、ｔｅ＝０として取り扱っている）。また、反射部１８の反射面は、上述のとおり、二次曲面としての球面の一部で構成される。
【００９０】
また、保護部１９を構成するガラスの屈折率は、例えば１．５２である。基板１１を構成するポリイミドの屈折率は、例えば１．７である。透明基板用の材料としては、ポリアリレート（屈折率１．６１））を使用することもできる。
【００９１】
以下、図７に示される生体情報検出器２００において、反射面（球面鏡）の焦点距離ｄｆ（あるいは反射面の高さと反射面の曲率半径との差Δｈ）を変化させた場合（他のパラメータは固定）における、直接反射光（無効光あるいは無効反射光）の挙動、ならびに生体情報を有する光（有効光あるいは有効反射光）の挙動について考察する。
【００９２】
図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、ｄｆ＝１．１１８ｍｍ（Δｈ＝０．４ｍｍ）の場合の、直接反射光（無効光）の挙動を説明するための図である。図８（Ｂ）に示されるように、反射部１８の反射面は、略半球状面である。なお、図８（Ａ）において、反射部１８の反射面１８−１ならびにスペーサー部材１９−１は、断面形状ではなく、空間的な奥行きを有する形状として描かれている（この点は、以降の図面でも同様である）。
【００９３】
図８（Ａ）において、発光部１４から発せられた光（リフレクター等の他の部材で反射した光を含まない）が、保護部１９における接触部材１９−２の接触面ＳＡ側（接触面ＳＡあるいはその近傍）で反射する直接反射光（無効光）の軌跡が、実線の矢印で示されている。
【００９４】
図８（Ａ）からわかるように、発光部１４から発せられた光が接触部材１９−２の接触面ＳＡ側で一回反射した一回反射光が、受光部１６の受光領域（受光面）１６−１に入射する確率が高い。つまり、一回反射入射光（一回反射光が反射面で反射されて受光部１６に入射する場合の入射光）の光量の、受光部１６における全受光量に占める比率が高くなる傾向が現れる。
【００９５】
例えば、一回反射光Ａ１は、接触部材１９−２の接触面ＳＡ側の点Ｎ１で一回反射している。その一回反射光は基板１１を通過し、さらに反射部１８で反射されて受光部１６の受光領域１６−１に直接的に（つまり、複雑な反射や散乱等を受けることなく）到達している。また、一回反射光Ａ２は、接触部材１９−２の接触面ＳＡ側の点Ｎ２で一回反射している。その一回反射光は基板１１を通過し、さらに反射部１８で反射されて受光部１６の受光領域１６−１に直接的に到達（入射）している。また、一回反射光Ａ３は、接触部材１９−２の接触面ＳＡ側の点Ｎ３で一回反射している。その一回反射光が基板１１を通過し、さらに反射部１８で反射されて受光部１６の受光領域１６−１に直接的に到達（入射）している。
【００９６】
一方、先に図１（Ａ）を用いて説明したように、被検出部位ＢＶからの反射光（生体情報をもつ有効反射光）Ｒ１’は、受光部１６の受光領域（受光面）１６−１に入射する。
【００９７】
次に、図９を参照する。図９は、ｄｆ＝１．２７８ｍｍ（Δｈ＝１．３ｍｍ）の場合の、直接反射光の挙動を説明するための図である。図９の例において、発光部１４から発せられた光が、保護部１９における接触部材１９−２の接触面ＳＡ側（接触面ＳＡあるいはその近傍）で反射する直接反射光（無効光）の軌跡が、実線の矢印で示されている。
【００９８】
図９からわかるように、発光部１４から発せられた光が接触部材１９−２の接触面ＳＡ側で一回反射した一回反射光が、受光部１６の受光領域（受光面）１６−１に入射することがほとんど無い。また、発光部１４から発せられた光が接触部材１９−２の接触面ＳＡ側で二回反射した二回反射光も、受光部１６の受光領域（受光面）１６−１に入射することがほとんど無い。
【００９９】
つまり、直接反射光（一回反射光および二回反射光等を含む）が反射面で反射されて受光部１６に入射する場合の入射光（直接反射入射光）の光量の、受光部１６における全受光量に占める比率が顕著に抑制される傾向が現れる。
【０１００】
一方、先に図１（Ａ）を用いて説明したように、被検出部位ＢＶからの反射光（生体情報をもつ有効反射光）Ｒ１’は、受光部１６の受光領域（受光面）１６−１に到達（入射）する。
【０１０１】
次に、図１０を参照する。図１０は、ｄｆ＝１．５５６ｍｍ（Δｈ＝２．２ｍｍ）の場合の、直接反射光の挙動を説明するための図である。図１０の例において、発光部１４から発せられた光が、保護部１９における接触部材１９−２の接触面ＳＡ側（接触面ＳＡあるいはその近傍）で反射する直接反射光（無効光）の軌跡が、実線の矢印で示されている。
【０１０２】
図１０からわかるように、発光部１４から発せられた光が接触部材１９−２の接触面ＳＡ側で二回反射した二回反射光が、受光部１６の受光領域（受光面）１６−１に入射する確率が高い。
【０１０３】
つまり、直接反射光（無効光）である二回反射光が反射面で反射されて受光部１６に入射する場合の入射光（二回反射入射光）の光量の、受光部１６における全受光量に占める比率が高くなる傾向が現れる。
【０１０４】
例えば、二回反射光Ａ４は、接触部材１９−２の接触面ＳＡ側の点Ｎ４およびＮ５で二回反射している。その二回反射光が基板１１を通過し、さらに反射部１８で反射されて受光部１６の受光領域１６−１に直接的に到達（入射）している。また、二回反射光Ａ５は、接触部材１９−２の接触面ＳＡ側の点Ｎ６およびＮ７で二回反射し、その二回反射光が基板１１を通過し、さらに反射部１８で反射されて受光部１６の受光領域１６−１に直接的に到達（入射）している。また、二回反射光Ａ６は、接触部材１９−２の接触面ＳＡ側の点Ｎ８およびＮ９で二回反射している。その二回反射光が基板１１を通過し、さらに反射部１８で反射されて受光部１６の受光領域１６−１に直接的に到達（入射）している。
【０１０５】
一方、先に図１（Ａ）を用いて説明したように、被検出部位ＢＶからの反射光（生体情報をもつ有効反射光）Ｒ１’は、受光部１６の受光領域（受光面）１６−１に入射する。
【０１０６】
このような直接反射光の挙動のシミュレーションを繰り返し実行して、反射面の焦点距離の変化と、受光部に入射する直接反射光（無効光）の光量の比率との相関関係を調べた結果が図１１に示される。図１１は、開口径φ＝４．４ｍｍ、ｔ＝０．４ｍｍ、δ＝０．５３ｍｍの条件の下で、焦点距離ｄｆを徐々に増大させた場合における、受光部（フォトダイオード）に入射する直接反射光（無効光）の光量の、受光部１６における全受光量に占める比率（％）の変化を示す図である。
【０１０７】
図１１において、反射面の焦点距離ｄｆを徐々に大きくしていくと、受光部１６の受光領域１６−１における受光量に占める、保護部１９における接触部材１９−２の接触面ＳＡ側で一回反射し、さらに反射面で反射して受光部の受光領域に直接に入射する光線の比率が、所定閾値である第１閾値（≒０％）よりも高い焦点距離範囲ＦＡ（つまり、焦点距離ｄｆが１．１〜１．２の範囲）が、まず出現する。この焦点距離範囲ＦＡを、第１焦点距離範囲とする。第１焦点距離範囲は、一回反射に対応した焦点距離範囲である。
【０１０８】
さらに反射面の焦点距離ｄｆを増大させていくと、次に、一回反射光が受光部１６の受光領域にほとんど到達しない焦点距離範囲ＦＢ（つまり焦点距離ｄｆが１．２〜１．４１の範囲）が出現する。この焦点距離範囲ＦＢを、第２焦点距離範囲とする。第２焦点距離範囲は、直接反射光の受光部１６への入射が抑制された焦点距離範囲である。
【０１０９】
さらに反射面の焦点距離ｄｆを増大させていくと、次に、受光部１６の受光領域における受光量に占める、保護部１９における接触部材１９−２の接触面ＳＡ側で二回反射し、さらに反射面で反射して受光部１６の受光領域１６−１に直接に入射する光線の比率が、所定閾値である第２閾値（≒０％）よりも高い焦点距離範囲ＦＣ（つまり焦点距離ｄｆが１．４１〜１．７の範囲）が出現する。この焦点距離範囲ＦＣを第３焦点距離範囲とする。第３焦点距離範囲は、二回反射に対応した焦点距離範囲である。
【０１１０】
次に、無効光に加えて、生体情報を有する有効光（有効反射光：図１（Ａ）に示される光Ｒ１’）を含めた反射光の挙動について説明する。無効光と有効光を含む反射光の挙動は、受光部１６から出力される生体情報の検出信号（脈情報の検出信号等）のＳ／Ｎの変化を調べることによって明らかとなる。また、無効光（無効反射光）の挙動の傾向は、図１１から明らかとされている。
【０１１１】
よって、受光部１６から出力される検出信号のＳ／Ｎの変化の傾向と、図１１に示される無効光（無効反射光）の挙動傾向とを比較することによって、生体情報を有する有効光（有効反射光）の挙動傾向を把握することも可能である。例えば、受光部１６の受光領域１６−１に到達する無効光の光量（つまりノイズＮ）が顕著に抑制されている焦点距離領域において、検出信号のＳ／Ｎが増大している焦点距離領域が出現するのならば、その焦点距離領域では、有効光の光量（つまりＳ）が増大していることになる。
【０１１２】
図１２は、開口径φ＝４．４ｍｍ、ｔ＝０．４ｍｍ、δ＝０．５３ｍｍの条件の下で、焦点距離ｄｆを徐々に増大させた場合における、脈情報の検出信号（脈情報を有する脈信号、およびノイズを含む全信号）に対する、脈信号の比率の変化（％）の一例を示す図である。
【０１１３】
図１２から明らかなように、検出信号のＳ／Ｎは、焦点距離ｄｆが１．２８付近でピークを示す。このピークに対応した焦点距離ｄｆ（＝１．２８）は、図１１で示した、第２焦点距離範囲ＦＢ（焦点距離ｄｆが１．２〜１．４１の範囲）内にある。
【０１１４】
また、図１１で示した第１焦点距離範囲ＦＡ（焦点距離ｄｆが１．１〜１．２の範囲）ならびに第３焦点距離範囲ＦＣ（焦点距離ｄｆが１．４１〜１．７の範囲）の各々における検出信号のＳ／Ｎは、第２焦点距離範囲ＦＢ（焦点距離ｄｆが１．２〜１．４１の範囲）における検出信号のＳ／Ｎよりも総じて低くなっていることがわかる。
【０１１５】
先に説明したように、第２焦点距離範囲ＦＢは、直接反射光（無効光）が顕著に抑制された焦点距離範囲である。よって、第２焦点距離範囲ＦＢにおいて、他の焦点距離範囲（ＦＡ，ＦＣ）における検出信号のＳ／Ｎが高いということは、すなわち、第２焦点距離範囲ＦＢにおいて、有効光（有効反射光）の比率が、他の焦点距離範囲（第１焦点距離範囲ＦＡ，第３焦点距離範囲ＦＣ）よりも高い（つまり、有効光が受光部１６の受光領域１６−１により多く入射する）ことを示している。
【０１１６】
つまり、第２焦点距離範囲ＦＢ（焦点距離ｄｆが１．２〜１．４１の範囲）では、直接反射光（無効光）の受光部１６の受光領域１６−１への入射が抑制される効果が得られると共に、生体情報としての脈拍情報を有する有効光（有効反射光：図１（Ａ）の光Ｒ１’）が増加するという効果が得られる。したがって、反射部１８の反射面１８−１の焦点距離ｄｆを、焦点距離範囲ＦＢ内に設定することによって、生体情報としての脈拍の検出信号のＳ／Ｎを向上させることができる。つまり検出信号のＳ／Ｎを改善することができ、よって、より高精度な検出が可能となる。特に、反射部１８の反射面１８−１の焦点距離ｄｆを、検出信号のＳ／Ｎのピーク値付近に対応する焦点距離に設定することによって、検出精度を最も高くすることができる。
【０１１７】
以上の例では、焦点距離ｄｆをパラメーターとして反射部の光学特性を解析したが、Δｈをパラメーターとして用いた場合でも、同様の結果が得られる。
【０１１８】
図１３は、開口径φ＝４．４ｍｍ、ｔ＝０．４ｍｍ、δ＝０．５３ｍｍの条件の下で、Δｈを徐々に増大させた場合における、受光部（フォトダイオード）に入射する、直接反射光（無効光）の光量の比率（％）の変化を示す図である。先に説明したように、焦点距離ｄｆと、反射面の高さｈと曲率半径ｒとの差Δｈとは一対一の対応関係があり、一方が増大すれば他方も増大する。図１３の例では、Δｈをパラメーター（変数）として、直接反射光の光量の比率（％）の変化を調べている。
【０１１９】
図１３においても、一回反射に対応したΔｈ範囲ＱＡ（Δｈが０．１〜１．０の範囲であり、この範囲で比率が１％以上になる：第１Δｈ範囲）と、直接反射光の受光部への入射が抑制されたΔｈ範囲ＱＢ（Δｈが１．０〜１．６の範囲であり、この範囲で比率が１％以下になる：第２Δｈ範囲）と、二回反射に対応したΔｈ範囲ＱＣ（Δｈが１．６〜２．８の範囲であり、この範囲で比率が１％以上になる：第３Δｈ範囲）と、が存在している。図１３の例では、所定の閾値である第１閾値および第２閾値は共に１％である。
【０１２０】
図１４は、開口径φ＝４．４ｍｍ、ｔ＝０．４ｍｍ、δ＝０．５３ｍｍの条件の下で、Δｈを徐々に増大させた場合における、脈情報の検出信号（脈情報を有する脈信号、およびノイズを含む全信号）に対する、脈信号の比率の変化（％）の他の例を示す図である。図１４から明らかなように、受光部１６から出力される検出信号のＳ／Ｎは、Δｈが１．２８付近でピークを示す。このピークに対応したΔｈ（＝１．２８）は、図１３で示した、直接反射光の受光部への入射が抑制されたΔｈ範囲ＱＢ（Δｈが１．０〜１．６の範囲：第２Δｈ範囲）内にある。
【０１２１】
また、図１３で示した一回反射に対応したΔｈ範囲ＱＡ（Δｈが０．１〜１．０の範囲：第１Δｈ範囲）ならびに二回反射に対応したΔｈ範囲ＱＣ（Δｈが１．６〜２．８の範囲：第３Δｈ範囲）の各々における検出信号のＳ／Ｎは、第２Δｈ範囲ＱＢにおける検出信号のＳ／Ｎよりも総じて低くなっていることがわかる。つまり、第２Δｈ範囲ＱＢ（Δｈが１．０〜１．６の範囲）では、直接反射光の受光部１６の受光領域１６−１への入射が抑制される効果が得られると共に、脈拍情報を有する有効光の入射光量が増大する効果が得られ、これによって、脈拍情報の検出信号のＳ／Ｎが、他のΔｈ範囲（第１Δｈ範囲ＱＡ，第３Δｈ範囲ＱＣ）に比べて高くなる（つまり検出信号のＳ／Ｎが改善される）ことがわかる。
【０１２２】
したがって、Δｈを、第２Δｈ範囲ＱＢ内に設定することによって、生体情報としての脈拍の検出信号のＳ／Ｎを向上させることができる。つまり検出信号のＳ／Ｎを改善することができ、よって、より高精度な検出が可能となる。特に、Δｈを、検出信号のＳ／Ｎのピーク値付近に対応する値に設定することによって、検出精度を最も高くすることができる。
【０１２３】
図１５および図１６は、前提となる寸法条件の一部を変更して、同様のシミュレーションを行った場合の結果を示している。
【０１２４】
すなわち、図１５は、開口径φ＝３．６ｍｍ、ｔ＝０．４ｍｍ、δ＝０．５３ｍｍの条件の下で、焦点距離ｄｆを徐々に増大させた場合における、受光部（フォトダイオード）に入射する、直接反射光の光量の比率（％）の変化を示す図である。図１５の例では、開口径φが４．４ｍｍ（前掲の例）から３．６ｍｍに変更されている。
【０１２５】
図１５の例においても、第１焦点距離範囲ＦＡ’（焦点距離ｄｆが０．９〜０．９９の範囲）と、第２焦点距離範囲ＦＢ’（焦点距離ｄｆが０．９９〜１．２２の範囲）と、第３焦点距離範囲ＦＣ’（焦点距離ｄｆが１．２２〜１．４９の範囲）と、が存在していることがわかる。
【０１２６】
また、図１６は、開口径φ＝４．４ｍｍ、ｔ＝０．３ｍｍ、δ＝０．３ｍｍの条件の下で、焦点距離ｄｆを徐々に増大させた場合における、受光部（フォトダイオード）に入射する、直接反射光の光量の比率（％）の変化を示す図である。図１６の例では、接触部材１９−２の厚みｔが０．４ｍｍ（前掲の例）から０．３ｍｍに変更されており、かつ、スペーサー部材１９−１の高さ（隙間）δが０．５３（前掲の例）から０．３ｍｍに変更されている。
【０１２７】
図１６の例においても、第１焦点距離範囲ＦＡ”（焦点距離ｄｆが１．１〜１．１４の範囲）と、第２焦点距離範囲ＦＢ”（焦点距離ｄｆが１．１４〜１．２８の範囲）と、第３焦点距離範囲ＦＣ”（焦点距離ｄｆが１．２８〜１．６２の範囲）と、が存在している。
【０１２８】
このように、開口径φ、接触部材１９−２の厚みｔ、スペーサー部材１９−１の高さ（隙間）δのいずれを変更した場合でも、第１焦点距離範囲と、第３焦点距離範囲との間に、第２焦点距離範囲が出現する。したがって、このような直接反射光の挙動に最も大きな影響を与える主パラメーターは、焦点距離ｄｆ（あるいはΔｈ）であることがわかる。したがって、反射部１８の好ましい反射特性を実現するための設計において、焦点距離ｄｆ（あるいはΔｈ）を設計パラメーターとして利用することが有効である。
【０１２９】
このような知見に基づいた場合、反射部１８が有する反射面の焦点距離ｄｆは、第１焦点距離範囲ＦＡ（ＦＡ’，ＦＡ”）と、第３焦点距離範囲ＦＣ（ＦＣ’，ＦＣ”）との間にある、第２焦点距離範囲ＦＢ（ＦＢ’，ＦＢ”）において設定されるのが好ましい。
【０１３０】
上述のとおり、反射面の焦点距離ｄｆが定まると、反射面を構成する球面の曲率半径が定まる。よって、球面が一義的に定まる。また、反射面の開口径は既知であることから、球面をｘｙ平面によりスライスする位置が一義的に定まり、よって、球面の一部で構成される反射面の高さｈが定まる。よって、反射部１８が有する反射面の３次元の形状および高さが一義的に決定される。
【０１３１】
このような設計手法によって、反射部１８の反射特性を調整することによって、一回反射光（無効光）および二回反射光（無効光）が受光部１６の受光領域１６−１に入射することが抑制され、かつ、生体情報を有する有効反射光が、受光部１６の受光領域１６−１に入射する確率を増加することができる。よって、接触部材１９−２の接触面ＳＡ側での反射光（直接反射光）による悪影響（受光部１６から出力される検出信号のＳ／Ｎ低下等）を抑制することができる。
【０１３２】
（第２の実施形態）
本実施形態では、反射部の反射面は、二次曲面である放物面の一部で構成される。前掲の実施形態では、反射部の反射面は、二次曲面である球面を利用して構成されていたが、非球面（つまり放物面）を利用して反射面を構成することも可能である。
【０１３３】
放物面としては、回転放物面を使用することができる。回転放物面は、３次元の空間を規定する、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のうちのｚ軸を光軸としたとき、放物線を、対称軸であるｚ軸を回転軸として回転させることによって得られる二次曲面（ｘ、ｙ、ｚの３元２次方程式によって表される曲面）である。
【０１３４】
図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）は、放物面の一部で構成される反射面（放物面鏡）について説明するための図である。図１７（Ｂ）に示すように、３次元の空間を規定する、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のうちのｚ軸を光軸（主光学軸）としたとき、反射面を構成する放物面は、ｚ軸を回転軸とする回転放物面とすることができる。ｚ軸と回転放物面とが交差する点を原点（面原点）ｍとする。
【０１３５】
また、図１７（Ａ）に示すように、原点ｍに接する球面ＣＱの曲率半径をｒとした場合に、回転放物面に関して、下記の（５）式が成立する。
【数５】
2011156313.tif 000007
【０１３６】
また、平面視における反射面１８−１の外周形状は、前掲の実施形態と同様に円であり、その円の直径（つまり反射面の開口径）φは所定値に設定される。反射面の開口径φが既知であるとき、例えば、反射面の焦点距離ｄｆと、反射面を構成する放物面における、上述の原点ｍに接する球面ＣＱの曲率半径ｒとは一対一の対応関係にある。よって、好ましい焦点距離ｄｆが定まれば、上述の原点ｍに接する球面の曲率半径ｒが定まり、上記（５）式によって回転放物面が一義的に決定される。また、反射面の開口径φは既知であることから、これによって、ｘｙ平面による回転放物面のスライス位置が決まり、反射面の高さｈが一義的に特定される。よって、反射面の３次元の形状（ならびに高さ）が一義的に特定される。
【０１３７】
次に、図１８〜図２０を参照して、反射面（放物面鏡）１８−１の焦点距離ｄｆを変化させた場合（他のパラメータは固定）における、直接反射光（無効光）の挙動について考察する。
【０１３８】
図１８は、開口径φ＝４．４ｍｍ、接触部材１９−２の厚みｔ＝０．４ｍｍ、スペーサー部材１９−１の高さ（隙間）δ＝０．５３という条件の下で、焦点距離ｄｆ＝０．７ｍｍとした場合の、直接反射光の挙動を説明するための図である。図１８に示される反射部１８の反射面１８−１は、回転放物面の一部で構成される。なお、図１８において、反射部１８の反射面は、断面形状ではなく、空間的な奥行きを有する形状として描かれている（この点は、以降の図面でも同様である）。
【０１３９】
図１８において、発光部１４から発せられた光（ここではリフレクター等の他の部材で反射した光を含まないものとする）が、保護部１９における接触部材１９−２の接触面ＳＡ側（接触面ＳＡあるいはその近傍）で反射する直接反射光（無効光）の軌跡が、実線の矢印で示されている。
【０１４０】
図１８からわかるように、発光部１４から発せられた光が接触部材１９−２の接触面ＳＡ側で一回反射した一回反射光が、受光部１６の受光領域（受光面）１６−１に入射する確率が高い。つまり、受光部１６の全受光量に占める、一回反射入射光の光量の比率が高まる傾向が現れる。
【０１４１】
図１９は、開口径φ＝４．４ｍｍ、接触部材１９−２の厚みｔ＝０．４ｍｍ、スペーサー部材１９−１の高さ（隙間）δ＝０．５３という条件の下で、焦点距離ｄｆ＝１．０ｍｍとした場合の、直接反射光の挙動を説明するための図である。
【０１４２】
図１９からわかるように、発光部１４から発せられた光が接触部材１９−２の接触面ＳＡ側で一回反射した一回反射光が、受光部１６の受光領域（受光面）１６−１に入射することがほとんど無い。また、発光部１４から発せられた光が接触部材１９−２の接触面ＳＡ側で二回反射した二回反射光が、受光部１６の受光領域（受光面）１６−１に入射することもほとんど無い。一方、先に説明した図１（Ａ）の例と同様に、被検出部位からの反射光（生体情報をもつ有効反射光）は、受光部１６の受光領域（受光面）１６−１に入射する。
【０１４３】
図２０は、開口径φ＝４．４ｍｍ、接触部材１９−２の厚みｔ＝０．４ｍｍ、スペーサー部材１９−１の高さ（隙間）δ＝０．５３という条件の下で、焦点距離ｄｆ＝１．３ｍｍとした場合の、直接反射光の挙動を説明するための図である。
【０１４４】
図１０からわかるように、発光部１４から発せられた光が接触部材１９−２の接触面ＳＡ側で二回反射した二回反射光が、受光部１６の受光領域（受光面）１６−１に入射する確率が高い。つまり、受光部１６の全受光量に占める、二回反射入射光の光量の比率が高まる傾向が現れる。
【０１４５】
このような直接反射光の挙動のシミュレーションを繰り返し実行して、反射面の焦点距離の変化と、受光部１６に入射する直接反射光の光量の比率との相関関係を調べた結果が図２１に示される。図２１は、開口径φ＝４．４ｍｍ、ｔ＝０．４ｍｍ、δ＝０．５３ｍｍの条件の下で、焦点距離ｄｆを徐々に増大させた場合における、受光部（フォトダイオード）に入射する、直接反射光の光量の比率（％）の変化を示す図である。
【０１４６】
図２１において、反射面の焦点距離ｄｆを徐々に大きくしていくと、上述の球面の一部からなる反射面を用いた例と同様に、まず、第１焦点距離範囲ＦＡ（焦点距離ｄｆが０．５５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲）が出現する。次に、第２焦点距離範囲ＦＢ（焦点距離ｄｆが１．０ｍｍ〜１．１５ｍｍの範囲）が出現する。
【０１４７】
この焦点距離範囲ＦＢにおいては、受光部に入射する直接反射光の光量の比率は１％以下に抑制されている（本例における、反射光の光量の高低を判断するための所定の閾値である第１閾値および第２閾値は、１％である）。また、焦点距離ｄｆが１．１付近で、直接反射光の比率はほとんど零になる。
【０１４８】
反射面の焦点距離ｄｆをさらに大きくしていくと、次に、第３焦点距離範囲ＦＣ（焦点距離ｄｆが１．１５ｍｍ〜１．５５ｍｍ）が出現する。
【０１４９】
このような知見に基づく場合、反射部１８が有する反射面（放物面鏡）の焦点距離は、第１焦点距離範囲ＦＡと、第３焦点距離範囲ＦＣとの間にある、第２焦点距離範囲ＦＢにおいて設定されることが好ましい。これによって、直接反射光（無効光）に起因する、受光部１６から出力される検出信号のＳ／Ｎ低下が抑制され、結果的に検出精度が向上する。また、焦点距離ｄｆが１．１付近で、直接反射光の比率はほとんど零になることから、焦点距離を、１．１の近傍に定めることが最も好ましい。
【０１５０】
また、図示はしないが、検出信号のＳ／Ｎの変化を調べることによって、第２焦点距離範囲ＦＢにおいては、生体情報を有する有効光（有効反射光）の受光光量が増加することが確認されている。
【０１５１】
したがって、焦点距離ｄｆを、第２焦点距離範囲内に設定することによって、生体情報としての脈拍の検出信号のＳ／Ｎを向上させることができる。つまり検出信号のＳ／Ｎを改善することができ、より高精度な検出が可能となる。特に、焦点距離ｄｆを、検出信号のＳ／Ｎのピーク値付近に対応する値（１．１）付近に設定することによって、検出精度を最も高くすることができる。
【０１５２】
上述のとおり、反射面の焦点距離ｄｆが定まると、反射面の３次元の形状と高さが一義的に特定される。よって、上述の設計手法を用いることによって、直接反射光の影響を低減することが可能な、好ましい反射特性を有する反射部１８を得ることができる。
【０１５３】
（第３実施形態）
【０１５４】
本実施形態では、生体情報検出器を含む生体情報測定装置について説明する。図２２は、生体情報検出器を含む生体情報測定装置の一例（手首脈拍計）の外観例を示す図である。生体情報測定装置３００は、生体情報検出器２００を被検査体（人体）２の、被検出部位１である腕（狭義には、手首）に取り付け可能とするためのリストバンド１５０をさらに含むことができる。
【０１５５】
図２２の例において、生体情報は脈拍数であり、生体情報測定装置３００に備わる表示部１６５には、測定結果である脈拍数「７２」が示されている。また、生体情報測定装置３００は、腕時計を兼ねている。生体情報測定装置３００に備わる表示部１６５には、時刻（例えば、午前８時１５分）が示されている。
【０１５６】
なお、図示はしないが、腕時計型を兼ねる生体情報測定装置３００の裏蓋には開口部が設けられ、開口部には、先に説明した保護部（保護ケース）１９が露出する。
【０１５７】
図２３は、生体情報測定装置の内部構成の一例を示す図である。生体情報測定装置３００は、図１等に示される生体情報検出器２００と、生体情報検出器の受光部１６において生成される受光信号から生体情報を測定する生体情報測定部２０２とを含む。なお、図２３では、時計としての機能を担う部分は省略されている。生体情報検出器２００は、発光部１４と、受光部１６と、発光部１４の制御回路１６１と、を有することができる。生体情報検出器２００は、受光部１６の受光信号の増幅回路１６２をさらに有することができる。生体情報検出器２００は、加速度検出部１６６をさらに有することができる。
【０１５８】
生体情報測定部２０２は、受光部１６の受光信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路１６３と、脈拍数を算出する脈拍数算出回路１６４とを有することができる。生体情報測定部３００は、脈拍数を表示する表示部１６５をさらに有することができる。
【０１５９】
上述のとおり、生体情報検出器２００は、加速度検出部１６６を有することができ、この場合には、生体情報測定部２０２は、加速度検出部１６６の検出信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路１６７と、デジタル信号を処理するデジタル信号処理回路１６８とをさらに有することができる。図２３に示される生体情報測定装置３００の構成は一例であり、この構成に限定されるものではない。
【０１６０】
脈拍数算出回路１６４は、例えば生体情報検出器２００を組み込む電子機器のＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）であってもよい。また、制御回路１６１は、発光部１４を駆動する。制御回路１６１は、例えば、定電流回路であり、所与の電圧（例えば、６［Ｖ］）を保護抵抗を介して発光部１４に供給し、発光部１４に流れる電流を所与の値（例えば、２［ｍＡ］）に保つ。なお、制御回路１６１は、消費電流を低減するために、発光部１４を間欠的に（例えば、１２８［Ｈｚ］で）駆動することができる。制御回路１６１は、例えばマザーボード（不図示）に形成され、制御回路１６１と発光部１４との配線は、例えば、基板１１に形成される。
【０１６１】
図２３に示される増幅回路１６２は、受光部１６において生成される受光信号（電流）から直流成分を除去し、交流成分だけを抽出し、その交流成分を増幅して、交流信号を生成することができる。また、増幅回路１６２は、例えばハイパスフィルターで所与の周波数以下の直流成分を除去し、例えばオペアンプで交流成分をバッファーする。なお、受光信号は、脈動成分及び体動成分を含む。増幅回路１６２又は制御回路１６１は、受光部１６を例えば逆バイアスで動作させるための電源電圧を受光部１６に供給することができる。発光部１４が間欠的に駆動される場合、受光部１６の電源も間欠的に供給され、また交流成分も間欠的に増幅される。増幅回路１６２は、例えばマザーボード（不図示）に形成され、増幅回路１６２と受光部１６との配線は、例えば、基板１１に形成される。また、増幅回路１６２は、ハイパスフィルターの前段で受光信号を増幅する増幅器を有してもよい。増幅回路１６２が増幅器を有する場合、増幅器は、例えば、基板１１の端部において形成することができる。
【０１６２】
Ａ／Ｄ変換回路１６３は、増幅回路１６２において生成される交流信号をデジタル信号（第１のデジタル信号）に変換する。また、加速度検出部１６６は、例えば３軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）の重力加速度を検出して、加速度信号を生成する。体（腕）の動き、従って生体情報測定装置の動きは、加速度信号に反映される。Ａ／Ｄ変換回路１６７は、加速度検出部１６６において生成される加速度信号をデジタル信号（第２のデジタル信号）に変換する。
【０１６３】
デジタル信号処理回路１６８は、第２のデジタル信号を用いて、第１のデジタル信号の体動成分を除去し又は低減させる。デジタル信号処理回路１６８は、例えば、ＦＩＲフィルター等の適応フィルターで構成することができる。デジタル信号処理回路１６８は、第１のデジタル信号及び第２のデジタル信号を適応フィルターに入力し、ノイズが除去又は低減されたフィルター出力信号を生成する。
【０１６４】
脈拍数算出回路１６４は、フィルター出力信号を例えば高速フーリエ変換（広義には、離散フーリエ変換）によって周波数解析する。脈拍数算出回路１６４は、周波数解析の結果に基づき脈動成分を表す周波数を特定し、脈拍数を算出する。
【０１６５】
図２２に示した手首脈拍計を用いると、例えばユーザーがジョギング等の運動をしている最中の脈拍情報を時系列的に取得することができる。取得した脈拍情報は、ユーザーの体質改善等に幅広く利用することができる。但し、ユーザーの運動によって手首脈拍計の位置がずれる、あるいは外光の影響を受けるといった事態も想定され、検出精度（測定精度）を低下させる要因が多くなる。したがって、少しでも高精度な測定を担保するために、接触部材（光透過部材）の表面付近で反射する反射光に起因するＳ／Ｎ低下に対しても十分な対策をすることが好ましい。この点、上述のとおり、生体情報検出器２００では、直接反射光（無効光）に対する対策が十分に採られている。よって、高精度な測定が可能な、新規な手首脈拍計を実現することができる。
【０１６６】
（第４の実施形態）
本実施形態では、生体情報測定装置３００の他の例としての、パルスオキシメーターについて説明する。パルスオキシメーターに搭載される生体情報検出器（生体プローブ）は、前掲の実施形態と同じ構成（例えば図１（Ａ）や図２に示される構成）を用いて実現することができる。
【０１６７】
ここでは、図１の構成に基づいて説明する。パルスオキシメーターにおける生体情報検出器２００は、発光部１４と受光部１６で構成されている。発光部１４は、例えば赤色光と赤外光を発し、これらの光が被検出部位１（指先、腕、手首等）にて反射した反射光を、受光部１６で測定する。血液中のヘモグロビンは酸素との結合の有無により赤色光と赤外光の吸光度が異なる。よって、受光部１６で反射光を測定して分析することにより、動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ２）を測定することができる。
【０１６８】
なお、全反射光に含まれる、動脈等によって反射された成分と、静脈や軟部組織によって反射された成分とは、例えば、拍動のある成分が動脈血によるものであることを利用して区別することができる。また、拍動のある脈波成分より、脈拍数を併せて計数することも可能である。
【０１６９】
パルスオキシメーター用の生体情報測定部の構成としては、図２３に示される脈拍計用の生体情報測定部２０２の構成をそのまま利用することができる。但し、図２３に示される脈拍算出回路１６４は、脈拍算出回路およびＦＦＴ等を用いた動脈血酸素飽和度分析回路１６４に置換される。
【０１７０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。
【符号の説明】
【０１７１】
１  被検出部位（腕や手首等）、２  被検査体（例えば人体）  １１  基板、
１１−１，１１−２  光透過膜（例えば光透過性レジスト膜）、
１４  発光部、１４Ａ  第１の発光面、１４Ｂ  第２の発光面、  １６  受光部、
１８  反射部（第２反射部）、１８−１  反射面（反射ドームの内壁面）、
１９  保護ケース（保護部）、１９−１  スペーサー部材、
１９−２  接触部材（光透過部材）、２０  リフレクター（第１反射部）、
６１，６３，６５  ボンディングワイヤー、６２−１，６２−２，６２−３  配線、
１５０  リストバンド、  １６１  制御回路、１６２  増幅回路、
１６３，１６７  Ａ／Ｄ変換回路、  １６４  脈拍数算出回路、
１６５  表示部、  １６６  加速度検出部、１６８  デジタル信号処理回路、
２００  生体情報検出器、２０２  生体情報測定部、
ＳＡ  接触面（接触部材の表面、光透過部材の表面、肌の表面あるいは光透過部材と肌との界面）、ＢＶ  生体情報源（例えば血管）、
ｆ  焦点、ｄｆ  焦点距離、ｐ  反射面を構成する二次曲面としての球面の中心、
ｒ  球面の曲率半径、ｈ  反射部の高さ、Δｈ  曲率半径ｒと反射部の高さｈとの差、
ｍ  原点（面原点）、
φ  開口径（平面視における反射面の外周形状である円の直径）
δ  スペーサー部材の高さ（隙間）、
ｔ  接触部材（光透過部材）の厚み、
Ｒ１  発光部から出射される第１の光、  Ｒ２  第２の光、Ｒ３  第３の光、
Ｒ１’反射光（有効光）、  Ｒ２’直接反射光（無効光）である一回反射光、
Ｒ３’直接反射光（無効光）である二回反射光
【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１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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