(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光部を備え、前記受光部からの信号に基づいて生体に関する情報を生成する生体情報センサであって、
前記受光部は、
第１の光を第１の信号に変換する第１の光センサと、
第２の光を第２の信号に変換する第２の光センサと、
前記第１の光センサおよび前記第２の光センサが形成された第１の基板とを含み、
前記第１の光センサは、
前記第１の光を前記第１の信号に変換する第１の光電変換素子と、
前記第１の光電変換素子への光路上に形成され、前記第１の光を透過させる第１のカラーフィルタとを有し、
前記第２の光センサは、
前記第２の光を前記第２の信号に変換する第２の光電変換素子と、
前記第２の光電変換素子への光路上に形成され、前記第２の光を透過させる第２のカラーフィルタとを有し、
前記生体情報センサは、
前記第１の光電変換素子への光路上に形成されているとともに、前記第２の光電変換素子への光路上に形成された赤外光除去層と、
前記受光部からの信号に基づいて前記生体に関する情報を生成する演算制御部とをさらに備え、
前記演算制御部は、前記受光部から前記第１の信号および前記第２の信号を受け、前記第１の信号と前記第２の信号とに基づいて前記生体に関する情報を生成し、
前記赤外光除去層は、前記第１の基板の表面に形成され、
前記赤外光除去層は、赤外カット樹脂を含み、
前記赤外カット樹脂は、前記第１の基板を覆っている、生体情報センサ。
【請求項２】
受光部を備え、前記受光部からの信号に基づいて生体に関する情報を生成する生体情報センサであって、
前記受光部は、
第１の光を第１の信号に変換する第１の光センサと、
第２の光を第２の信号に変換する第２の光センサと、
前記第１の光センサおよび前記第２の光センサが形成された第１の基板とを含み、
前記第１の光センサは、
前記第１の光を前記第１の信号に変換する第１の光電変換素子と、
前記第１の光電変換素子への光路上に形成され、前記第１の光を透過させる第１のカラーフィルタとを有し、
前記第２の光センサは、
前記第２の光を前記第２の信号に変換する第２の光電変換素子と、
前記第２の光電変換素子への光路上に形成され、前記第２の光を透過させる第２のカラーフィルタとを有し、
前記生体情報センサは、
前記第１の光電変換素子への光路上に形成されているとともに、前記第２の光電変換素子への光路上に形成された赤外光除去層と、
前記受光部からの信号に基づいて前記生体に関する情報を生成する演算制御部とをさらに備え、
前記演算制御部は、前記受光部から前記第１の信号および前記第２の信号を受け、前記第１の信号と前記第２の信号とに基づいて前記生体に関する情報を生成し、
前記赤外光除去層は、前記第１の基板の表面に形成され、
前記赤外光除去層は、赤外カットフィルタおよび赤外カット樹脂を含み、
前記赤外カットフィルタは、前記第１のカラーフィルタおよび前記第２のカラーフィルタを覆い、
前記赤外カット樹脂は、前記赤外カットフィルタの上に積層され、前記第１の基板を覆っている、生体情報センサ。
【請求項３】
前記第１の光および前記第２の光を含む光を出射する発光部と、
前記発光部、前記受光部、および前記演算制御部が形成された第２の基板と、
前記第２の基板の外周に沿って、前記発光部および前記受光部を囲むように形成された第１の遮光壁と、
前記第２の基板と前記第１の遮光壁とによって形成された空間を、前記発光部がある側の空間と前記受光部がある側の空間とに仕切る第２の遮光壁とをさらに備え、
前記生体情報センサが生体に装着された場合、前記光のうち前記生体の内部で反射した光は、前記受光部へ入射する、請求項１または２に記載の生体情報センサ。
【請求項４】
前記発光部は、白色光を出射する発光ダイオードである、請求項３に記載の生体情報センサ。
【請求項５】
前記第１の光は、緑色光であり、
前記第２の光は、赤色光である、請求項１または２に記載の生体情報センサ。
【請求項６】
前記演算制御部は、前記第１の信号のレベルと前記第２の信号のレベルとの差に基づいて前記生体に関する情報を生成する、請求項１または２に記載の生体情報センサ。
【請求項７】
前記生体に関する情報は、心拍数である、請求項６に記載の生体情報センサ。
【請求項８】
前記演算制御部は、前記第１の信号のレベルと前記第２の信号のレベルとの比に基づいて前記生体に関する情報を生成する、請求項１または２に記載の生体情報センサ。
【請求項９】
前記生体に関する情報は、血中酸素飽和濃度である、請求項８に記載の生体情報センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体情報センサに関し、特にウェアラブルな生体情報センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からウェアラブルな生体情報センサが知られている。例えば、特開２０１２−１４３３１６（特許文献１）には、ウェアラブルな生体情報センサが開示されている。当該生体情報センサは、第１および第２の光センサと演算回路とを備える。第１の光センサは、第１の発光強度の光を生体に出射する第１の発光部と、第１の発光部の出射光が生体内で反射した光を受けて第１の受光信号を生成する第１の受光部とを含む。第２の光センサは、第１の発光強度よりも弱い第２の発光強度の光を生体に出射する第２の発光部と、第２の発光部の出射光が生体内で反射した光を受けて第２の受光信号を生成する第２の受光部とを含む。演算回路は、第１の受光信号から第２の受光信号を差し引いて脈波データを取得する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１４３３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
生体情報センサを身体に装着し、屋外等で運動しながら脈拍、あるいは血中酸素飽和濃度のような生体情報を測定する場合、赤外光を含む太陽光が当該生体情報センサに入射することにより測定誤差が生じ得る。
【０００５】
それゆえに、本発明の主たる目的は、測定精度を上げることができる生体情報センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る生体情報センサは、受光部を備え、受光部からの信号に基づいて生体に関する情報を生成する。受光部は、第１の光を第１の信号に変換する第１の光センサを含む。第１の光センサは、第１の光電変換素子と、第１のカラーフィルタとを有する。第１の光電変換素子は、第１の光を第１の信号に変換する。第１のカラーフィルタは、第１の光電変換素子への光路上に形成され、第１の光を透過させる。生体情報センサは、第１の光電変換素子への光路上に形成された赤外光除去層をさらに備える。
【０００７】
カラーフィルタは、赤、緑、青などの顔料を含んだカラーレジスト膜である。カラーレジストにはレジスト成分に加えて色材として顔料を微分散させた顔料分散レジストが使用される。
【０００８】
このような構成により、赤外光除去層によって赤外光が除去された光が第１の光センサに入射する。第１のカラーフィルタは、赤外光除去層を透過した光に含まれる第１の光を透過させるため、第１の光電変換素子が受ける光のほとんどは第１の光となる。その結果、生体情報センサは赤外光の影響をほとんど受けずに生体に関する情報を生成することができる。すなわち、本発明に係る生体情報センサによれば、測定精度を上げることができる。
【０００９】
好ましくは、生体情報センサは、演算制御部をさらに備える。演算制御部は、受光部からの信号に基づいて生体に関する情報を生成する。受光部は、第２の光センサをさらに含む。第２の光センサは、第２の光を第２の信号に変換する。第２の光センサは、第２の光電変換素子と、第２のカラーフィルタとを有する。第２の光電変換素子は、第２の光を第２の信号に変換する。第２のカラーフィルタは、第２の光電変換素子への光路上に形成され、第２の光を透過させる。赤外光除去層は、第２の光電変換素子への光路上にも形成されている。演算制御部は、受光部から第１の信号および第２の信号を受け、第１の信号と第２の信号に基づいて生体に関する情報を生成する。
【００１０】
好ましくは、受光部は、第１の光センサおよび第２の光センサが形成された第１の基板をさらに含む。赤外光除去層は、第１の基板の表面に形成されている。
【００１１】
信号のレベルとしては、例えば電気信号の電圧値または電流値を挙げることができる。
好ましくは、赤外光除去層は、赤外カットフィルタを含む。赤外カットフィルタは、第１のカラーフィルタおよび第２のカラーフィルタを覆っている。
【００１２】
赤外カットフィルタは、屈折率の異なる複数の薄膜を積層し、赤外光よりも短波長側の光を透過させる多層膜である。屈折率の異なる複数の薄膜としては、ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜とをスパッタ法により周期的に積層したものを挙げることができる。
【００１３】
好ましくは、赤外光除去層は、赤外カット樹脂を含む。赤外カット樹脂は、第１の基板を覆っている。
【００１４】
赤外カット樹脂は、赤外光（例えば波長が７５０ｎｍ以上の光）を吸収する素材を含む樹脂である。
【００１５】
好ましくは、赤外光除去層は、赤外カットフィルタおよび赤外カット樹脂を含む。赤外カットフィルタは、第１のカラーフィルタおよび第２のカラーフィルタを覆っている。赤外カット樹脂は、赤外カットフィルタの上に積層され、第１の基板を覆っている。
【００１６】
好ましくは、生体情報センサは、発光部と、第２の基板と、第１の遮光壁と、第２の遮光壁とをさらに備える。発光部は、第１の光および第２の光を含む光を出射する。第２の基板は、発光部、受光部、および演算制御部が形成されている。第１の遮光壁は、第２の基板の外周に沿って、発光部および受光部を囲むように形成されている。第２の遮光壁は、第２の基板と第１の遮光壁とによって形成された空間を、発光部がある側の空間と受光部がある側の空間とに仕切っている。生体情報センサが生体に装着された場合、発光部が出射する光のうち生体の内部で反射した光は、受光部へ入射する。
【００１７】
好ましくは、発光部は、白色光を出射する発光ダイオードである。
好ましくは、第１の光は、緑色光である。第２の光は、赤色光である。
【００１８】
好ましくは、演算制御部は、第１の信号のレベルと第２の信号のレベルとの差に基づいて生体に関する情報を生成する。
【００１９】
好ましくは、生体に関する情報は、心拍数である。
演算制御部は、第１の信号のレベルと第２の信号のレベルとの比に基づいて生体に関する情報を生成する。
【００２０】
好ましくは、生体に関する情報は、血中酸素飽和濃度である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る生体情報センサによれば、生体情報センサに入射した光に含まれる赤外光を赤外光除去層によって除去することにより、測定精度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施の形態に従う生体情報センサの構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に従う生体情報センサが備える受光部の構成を示す断面図である。
【図３】赤外カットフィルタ、Ｇフィルタ、Ｒフィルタ、およびフォトダイオードの分光特性を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に従う生体情報センサの機能構成図である。
【図５】第１の実施の形態に従う生体情報センサの動作を例示するタイムチャートである。
【図６】第２の実施の形態に従う生体情報センサが備える受光部の構成を示す断面図である。
【図７】第３の実施の形態に従う生体情報センサが備える受光部の構成を示す断面図である。
【図８】第４の実施の形態に従う生体情報センサの機能構成図である。
【図９】光の波長と、ヘモグロビンのモル吸収係数と、Ｇフィルタの分光感度およびＲフィルタの分光感度との関係を示す図である。
【図１０】第４の実施の形態に従う生体情報センサが備える演算部の機能構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２４】
[第１の実施の形態]
図１は、第１の実施の形態に従う生体情報センサ１の構成を示す断面図である。以下では、生体情報センサ１によって生体に関する情報として心拍数を測定する場合について説明する。
【００２５】
図１を参照して、生体情報センサは、白色ＬＥＤである発光部１０と、集積回路である受光部１１と、遮光壁１３，１４と、レンズ１５，１６と、透明板１７と、基板１８と、演算制御部２００とを備える。
【００２６】
基板１８の表面には発光部１０と受光部１１と演算制御部２００とが形成されている。受光部１１は、シリコン基板１２と、シリコン基板１２に形成されたＧセンサ１１１およびＲセンサ１１２とを含む。演算制御部２００は、シリコン基板１２に形成されていても構わない。
【００２７】
基板１８の表面の縁には、発光部１０および受光部１１を囲むようにして、外部光が受光部１１に入射するのを防止するための遮光壁１４が形成されている。基板１８の表面の中央には、発光部１０から出射された白色光が受光部１１に直接入射するのを防止するための遮光壁１３が形成されている。つまり、遮光壁１４によって形成された空間が遮光壁１３によって発光部１０がある側の空間と受光部１１がある側の空間とに仕切られている。
【００２８】
発光部１０の出射方向にレンズ１５が設けられ、受光部１１の受光方向にレンズ１６が設けられている。遮光壁１３，１４の下端の開口部は透明板１７によって閉じられている。心拍数を検出する場合は、透明板１７の表面が人体５０の表面に密着される。
【００２９】
発光部１０から出射された白色光は、レンズ１５および透明板１７を介して人体５０に照射される。当該白色光のうち体内で反射した光αは、透明板１７およびレンズ１５を介して受光部１１に入射する。光αのうちの緑色光の強度がＧセンサ１１１によって信号に変換される。光αのうちの赤色光の強度がＲセンサ１１２によって信号に変換される。演算制御部２００は、Ｇセンサ１１１からの信号とＲセンサ１１２からの信号とに基づいて心拍数を示す信号を生成する。
【００３０】
使用者が生体情報センサ１を人体５０に装着して屋外等で心拍数を測定する場合、太陽光のうち人体５０の内部を透過あるいは反射した光βが受光部１１に入射するときがある。太陽光に由来する光βには赤外光が含まる。Ｇセンサ１１１とＲセンサ１１２とはそれぞれ緑色光と赤色光とに最も強い感度を示すが、赤外光に対する感度も０ではない。そのため、光βは、生体情報センサ１が心拍数を測定するにあたってノイズとなり、測定した心拍数に誤差を生じさせ得る。
【００３１】
そこで、第１の実施の形態においては、赤外カットフィルタを含む赤外光除去層によって当該赤外光を除去する。
【００３２】
図２は、第１の実施の形態に従う生体情報センサ１が備える受光部１１の構成を示す断面図である。図２を参照して、受光部１１は、シリコン基板１２と、Ｇ（緑色光）センサ１１１と、Ｒ（赤色光）センサ１１２と、赤外カットフィルタ１０１とを含む。
【００３３】
Ｇセンサ１１１はフォトダイオード１１１ＡとＧフィルタ１１１Ｂとを有し、Ｒセンサ１１２はフォトダイオード１１２ＡとＲフィルタ１１２Ｂとを有する。Ｇフィルタ１１１Ｂは緑色光を透過させる。フォトダイオード１１１ＡはＧフィルタ１１１Ｂを透過した緑色光を信号Ｓ１に変換する。Ｒフィルタ１１２Ｂは赤色光を透過させる。フォトダイオード１１２ＡはＲフィルタ１１２Ｂを透過した赤色光を信号Ｓ２に変換する。
【００３４】
シリコン基板１２は上層１２Ａと下層１２Ｂとに分かれている。上層１２Ａの表面にはＧフィルタ１１１ＢとＲフィルタ１１２Ｂとが形成されている。上層１２Ａと下層１２Ｂとの境界においては、下層１２Ｂの側にフォトダイオード１１１Ａ，１１２Ａが設けられている。Ｇフィルタ１１１Ｂ，Ｒフィルタ１１２Ｂは、それぞれフォトダイオード１１１Ａ，１１２Ａと対向している。そのため、フォトダイオード１１１Ａに入射する光はＧフィルタ１１１Ｂを透過し、フォトダイオード１１２Ａに入射する光はＲフィルタ１１２Ｂを透過する。すなわち、Ｇフィルタ１１１Ｂはフォトダイオード１１１Ａへの光路上に形成され、Ｒフィルタ１１２Ｂはフォトダイオード１１２Ａへの光路上に形成されている。
【００３５】
赤外カットフィルタ１０１は上層１２Ａの表面に形成され、Ｇフィルタ１１１ＢとＲフィルタ１１２Ｂとを覆っている。そのため、フォトダイオード１１１Ａおよびフォトダイオード１１２Ａへ入射する光は赤外カットフィルタを透過する。すなわち、赤外カットフィルタ１０１はフォトダイオード１１１Ａへの光路上に形成されているとともに、フォトダイオード１１２Ａへの光路上にも形成されている。
【００３６】
このような構成により、フォトダイオード１１１Ａに入力される光のほとんどは緑色光となり、フォトダイオード１１２Ａに入力される光のほとんどは赤色光となる。このような結果となるのは、赤外カットフィルタ１０１、Ｇフィルタ１１１Ｂ、およびＲフィルタ１１２Ｂの分光特性の違いによる。そこで以下では、それぞれの分光特性に着目し、フォトダイオード１１１Ａ，フォトダイオード１１２Ａに入力される光のほとんどがそれぞれ緑色光と赤色光となることを説明する。
【００３７】
図３は、赤外カットフィルタ１０１、Ｇフィルタ１１１Ｂ、Ｒフィルタ１１２Ｂ、およびフォトダイオード１１１Ａ（１１２Ａ）の分光特性を示す図である。図３において、Ｃｉｒは赤外カットフィルタ１０１の分光特性を表し、ＣｇはＧフィルタ１１１Ｂの分光特性を表し、ＣｒはＲフィルタ１１２Ｂの分光特性を表し、Ｃ０はフォトダイオード１１１Ａ（１１２Ａ）の分光特性を示す。
【００３８】
光が受光部１１に入射する場合、まず当該光は赤外カットフィルタ１０１を透過する。図３を参照して、赤外カットフィルタ１０１の近赤外領域の感度はほぼ０であるから、当該光に含まれる赤外光は赤外カットフィルタ１０１を透過できない。赤外カットフィルタ１０１を透過した光は、Ｇフィルタ１１１Ｂ、またはＲフィルタ１１２Ｂを透過する。Ｇフィルタ１１１Ｂは、緑色領域において最も大きな感度を示すため、緑色光を透過させる。Ｒフィルタ１１２Ｂは、赤色領域において最も大きな感度を示すため、赤色光を透過させる。その結果、フォトダイオード１１１Ａに入力される光のほとんどは緑色光となり、フォトダイオード１１２Ａに入力される光のほとんどは赤色光となる。
【００３９】
次に、演算制御部２００による心拍数の算出について説明する。図４は、生体情報センサ１の機能構成図である。演算制御部２００は、使用者からの測定開始指示に応じて発光部１０に制御信号である信号Ｓ０を出力する。発光部１０は、信号Ｓ０に応答して発光し、白色光を人体に出射する。発光部１０から出射された白色光は、人体内で反射されてＧセンサ１１１およびＲセンサ１１２に入射する。このとき白色光は皮膚、血液などに吸収され、反射光の強度は人体の脈波および体動に応じて変動する。具体的には、反射光に含まれる緑色光の強度は、人体の脈波および体動に応じて変動する。反射光に含まれる赤色光の強度は、人体の体動に応じて変動するが人体の脈動に応じてはほとんど変動しない。
【００４０】
Ｇセンサ１１１は、発光部１０から出射され、人体内で反射した光を受け、そのうちの緑色光を信号Ｓ１に変換する。信号Ｓ１のレベル（たとえば電圧）は、入射した緑色光の光強度に応じて増大する。上述したように、信号Ｓ１のレベルは、人体の脈動および体動に応じて変化する。
【００４１】
Ｒセンサ１１２は、発光部１０から出射され、人体内で反射した光を受け、そのうちの赤色光を信号Ｓ２に変換する。信号Ｓ２のレベル（たとえば電圧）は、入射した赤色光の光強度に応じて増大する。上述したように、信号Ｓ２は、人体の体動に応じて変化するが、人体の脈動に応じてほとんど変化しない。
【００４２】
演算制御部２００は、信号Ｓ１，Ｓ２のうちの同じ周期で変動する体動成分の振幅が略同じになるように信号Ｓ１，Ｓ２のうちの少なくともいずれか一方の信号を増幅してもよい。演算制御部２００は、信号Ｓ１と、信号Ｓ２を増幅した信号とのレベルの差を示す信号を求め、当該レベル差を示す信号に基づいて人体の脈波を得る。
【００４３】
図５（ａ）（ｂ）は、生体情報センサ１の動作を例示するタイムチャートである。図５（ａ）は信号Ｓ１，Ｓ２の波形を例示し、図５（ｂ）は信号Ｓ１と信号Ｓ２とのレベルの差を示す信号Ｓ１２の波形を例示している。図５（ａ）（ｂ）において、信号Ｓ１は比較的大きな周期および振幅で変動する体動成分と、比較的小さな周期および振幅で変動する脈波成分とを含み、信号Ｓ２は信号Ｓ１と略同じ体動成分を含む。信号Ｓ１２は脈波成分のみを含む。
【００４４】
再び図４を参照して、演算制御部２００は、信号Ｓ１２から１分間あたりのパルス数をカウントすることにより心拍数を求め、当該心拍数を示す信号Ｓ４を、例えばウェアラブル機器のモニタである表示部４００に出力する。表示部４００は、演算制御部２００からの信号Ｓ４に従って心拍数を示す文字、画像などを画面に表示する。表示部４００との通信は有線で行なってもよいし、無線で行なってもよい。
【００４５】
以上のように、第１の実施の形態に従う生体情報センサ１によれば、受光部１１に入射する光に含まれる赤外光が、赤外カットフィルタ１０１を含む赤外光除去層によって除去されるため、心拍数測定の測定精度を上げることができる。
【００４６】
[第２の実施の形態]
第１の実施の形態では赤外光除去層が赤外カットフィルタを含む場合について説明した。赤外光除去層は赤外カットフィルタを含む場合に限られない。第２の実施の形態では、赤外光除去層が赤外カット樹脂を含む場合について説明する。
【００４７】
第２の実施の形態において、第１の実施の形態と異なるのは、赤外光除去層が赤外カットフィルタに換えて赤外カット樹脂を含む点のみである。それ以外は第１の実施の形態と同様であるため、同様の構成についての説明は繰り返さない。
【００４８】
図６は、第２の実施の形態に従う生体情報センサ２が備える受光部１１の構成を示す断面図である。図６を参照して、シリコン基板１２は、赤外カット樹脂１０２によって全体が覆われている。赤外カット樹脂１０２の分光特性は、赤外カットフィルタとほぼ同じである。したがって、第１の実施の形態と同様に、受光部１１に入射した光に含まれる赤外光は赤外カット樹脂を透過できず、フォトダイオード１１１Ａに入力される光のほとんどは緑色光となり、フォトダイオード１１２Ａに入力される光のほとんどは赤色光となる。
【００４９】
以上のように、第２の実施の形態に従う生体情報センサ２によれば、受光部１１に入射する光に含まれる赤外光が、赤外カット樹脂１０２を含む赤外光除去層によって除去されるため、心拍数測定の測定精度を上げることができる。
【００５０】
[第３の実施の形態]
第１の実施の形態では赤外光除去層が赤外カットフィルタを含む場合について説明し、第２の実施の形態では赤外光除去層が赤外カット樹脂を含む場合について説明した。すなわち、第１の実施の形態および第２の実施の形態においては赤外光除去層が１層である場合について説明した。赤外光除去層は１層である場合に限られない。第３の実施の形態においては、赤外光除去層が赤外カットフィルタおよび赤外カット樹脂を含み、２層となる場合について説明する。
【００５１】
第３の実施の形態において、第１の実施の形態と異なるのは、赤外光除去層が赤外カットフィルタに加えて赤外カット樹脂を含む点のみである。それ以外は第１の実施の形態と同様であるため、同様の構成についての説明は繰り返さない。
【００５２】
図７は、第３の実施の形態に従う生体情報センサ３が備える受光部１１の構成を示す断面図である。図７を参照して、第３の実施の形態においても第１の実施の形態と同様に、赤外カットフィルタ１０１はシリコン基板１２の上層１２Ａの表面に形成され、Ｇフィルタ１１１ＢとＲフィルタ１１２Ｂとを覆っている。さらに、第３の実施の形態においては、赤外カットフィルタ１０１の上に赤外カット樹脂１０２が積層されている。赤外カット樹脂１０２はシリコン基板１２の全体を覆っている。
【００５３】
このような構成により、受光部１１に入射した光に含まれる赤外光は赤外カット樹脂および赤外カットフィルタを透過できず、フォトダイオード１１１Ａに入力される光のほとんどは緑色光となり、フォトダイオード１１２Ａに入力される光のほとんどは赤色光となる。
【００５４】
以上のように、第３の実施の形態に従う生体情報センサ３によれば、受光部１１に入射する光に含まれる赤外光が、赤外カットフィルタ１０１および赤外カット樹脂１０２を含む赤外光除去層によって除去されるため、心拍数測定の測定精度を上げることができる。
【００５５】
また、赤外光除去層が２層であるため、第１の実施の形態および第２の実施の形態と比べてより多くの赤外光を除去することができる。その結果、心拍数測定の測定精度をさらに上げることができる。
【００５６】
[第４の実施の形態]
第１の実施の形態ないし第３の実施の形態においては、赤外光除去層を用いることにより心拍数の測定精度を上げる場合について説明した。従来、血中酸素飽和濃度（ＳｐＯ２）は赤色光と赤外光とを用いて測定していたため、赤外光が赤外光除去層によって除去されてしまう第１の実施の形態ないし第３の実施の形態においては従来の方法では血中酸素飽和濃度生体（ＳｐＯ２）を測定することは困難である。そこで以下では、緑色光を用いることにより赤外光除去層を備えながらも血中酸素飽和濃度（ＳｐＯ２）を測定することができる第４の実施の形態について説明する。
【００５７】
第４の実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に赤外光除去層は赤外カットフィルタを含む。また、第１の実施の形態における演算制御部２００が演算制御部３００に置き換わる。それ以外の構成は第１の実施の形態と同様であるため、同様の構成についての説明は繰り返さない。
【００５８】
図８は、第４の実施の形態に従う生体情報センサ４の機能構成図である。図８を参照して、演算制御部３００は、制御部３１０と、アンプ３１１，３２１と、ＡＤ（Analog-to-Digital）コンバータ３１２，３２２と、高域通過フィルタ（ＨＰＦ：High-Pass Filter）３１３，３２３と、低域通過フィルタ（ＬＰＦ：Low-Pass Filter）３１４，３２４と、演算部３０とを含む。
【００５９】
制御部３１０は、使用者からの測定開始指示に応じて発光部１０および演算部３０に制御信号として信号Ｓ０を出力する。演算部３０は、信号Ｓ０に応答して血中酸素飽和濃度の算出に必要な演算を行なう。
【００６０】
アンプ３１１は、Ｇセンサ１１１から出力された信号Ｓ１を増幅する。ＡＤコンバータ３１２は、アンプ３１１の出力信号をデジタル信号に変換する。高域通過フィルタ３１３は、ＡＤコンバータ３１２の出力信号のうちの直流成分を除去する。低域通過フィルタ３１４は、高域通過フィルタ３１３を透過した信号のノイズ成分を除去する。低域通過フィルタ３１４を透過した信号は、デジタル信号Ｄ１として演算部３０に出力される。
【００６１】
アンプ３２１は、Ｒセンサ１１２から出力された信号Ｓ２を増幅する。ＡＤコンバータ３２２は、アンプ３２１の出力信号をデジタル信号に変換する。高域通過フィルタ３２３は、ＡＤコンバータ３２２の出力信号のうちの直流成分を除去する。低域通過フィルタ３２４は、高域通過フィルタ３２３を透過した信号のノイズ成分を除去する。低域通過フィルタ３２４を透過した信号は、デジタル信号Ｄ２として演算部３０に出力される。
【００６２】
以下では、血中酸素飽和濃度を算出する演算部３０の説明を行うが、当該説明に先立って血中酸素飽和濃度の算出方法について概略的に説明する。
【００６３】
図９は、光の波長[ｎｍ]と、ヘモグロビンのモル吸収係数[ｃｍ−１／Ｍ]と、Ｇフィルタ１１１Ｂの分光感度およびＲフィルタ１１２Ｂの分光感度との関係を示す図である。図９においてＨ１は酸化ヘモグロビンのモル吸収係数を示し、Ｈ２は還元ヘモグロビンのモル吸収係数を示す。また、ＣｇはＧフィルタ１１１Ｂの分光特性を表し、ＣｒはＲフィルタ１１２Ｂの分光特性を示す。酸化ヘモグロビンは動脈中の血液に含まれ、還元ヘモグロビンは静脈中の血液に含まれている。
【００６４】
血中酸素飽和濃度とは、還元ヘモグロビンの濃度と酸化ヘモグロビンの濃度と和に対する酸化ヘモグロビンの濃度の割合である。赤外光は還元ヘモグロビンよりも酸化ヘモグロビンの方を吸収し易い。これは赤外光に対する酸化ヘモグロビンのモル吸収係数が赤外光に対する還元ヘモグロビンのモル吸収係数よりも大きいことを意味する。赤色光は酸化ヘモグロビンよりも還元ヘモグロビンの方を吸収し易い。これは赤色光に対する還元ヘモグロビンのモル吸収係数が赤色光に対する酸化ヘモグロビンのモル吸収係数よりも大きいことを意味する。従来、赤外光と赤色光との当該性質の違いを利用して血中酸素飽和濃度を求めていた。図９を参照して、波長が８００[ｎｍ]付近の赤外光に対する酸化ヘモグロビンのモル吸収係数と還元ヘモグロビンのモル吸収係数とはほぼ等しいが、当該波長の赤外光を用いても従来の算出方法で血中酸素飽和濃度を求めることができる。すなわち、酸化ヘモグロビンのモル吸収係数と還元ヘモグロビンのモル吸収係数とが等しくなるような波長の光であれば従来の算出方法で血中酸素飽和濃度を求めることができる。
【００６５】
第４の実施の形態においては赤外カットフィルタを含む赤外光除去層により赤外光を除去するため赤外光を使用することができない。しかし、５４０[ｎｍ]付近の波長λ１の緑色光に対する酸化ヘモグロビンのモル吸収係数と還元ヘモグロビンのモル吸収係数とがほぼ等しい。そこで、第４の実施の形態においては、赤外光に替えて緑色光を用いることにより血中酸素飽和濃度を算出する。
【００６６】
次に、図１０を用いて演算部３０の機能構成を説明する。図１０を参照して、演算部３０は、振幅抽出部３１，３２と、信号比算出部３３と、ＳｐＯ２算出部３４とを有する。
【００６７】
振幅抽出部３１は、Ｇセンサ１１１からのデジタル信号Ｄ１から、緑色光の強度の振幅値を抽出し、デジタル信号Ｄ１Ｌとして信号比算出部３３へ出力する。振幅抽出部３２は、Ｒセンサ１１２からのデジタル信号Ｄ２から、赤色光の強度の振幅値を抽出し、デジタル信号Ｄ２Ｌとして信号比算出部３３へ出力する。振幅抽出部３１，３２においてデジタル信号から光の強度の振幅値を抽出するときに、所定の割合で振幅値を増幅しても構わない。信号比算出部３３は、デジタル信号Ｄ１Ｌの電圧値Ｖ１とデジタル信号Ｄ２Ｌの電圧値Ｖ２との比Ｒ（＝Ｖ１／Ｖ２）を算出し、ＳｐＯ２算出部３４へ出力する。デジタル信号Ｄ１Ｌの電圧値Ｖ１とデジタル信号Ｄ２Ｌの電圧値Ｖ２との比が小さいほど血中酸素飽和濃度は大きいことを意味する。
【００６８】
ＳｐＯ２算出部３４は、予め準備された、比Ｒと血中酸素飽和濃度との対応表に基づき血中酸素飽和濃度を求めて表示部４００へ出力する。当該対応表は実機実験やシミュレーションによって予め求めておくことができる。
【００６９】
以上のように、第４の実施の形態に従う生体情報センサ４によれば、赤外光除去層を備えながらも血中酸素飽和濃度を測定することができる。すなわち、生体情報センサ４によれば、心拍数を測定するにあたってノイズとなる赤外光を赤外光除去層により除去して心拍数測定の測定精度を上げながら、血中酸素飽和濃度を測定することもできる。
【００７０】
第４の実施の形態では、赤外光除去層に赤外カットフィルタが含まれる場合について説明した。血中酸素飽和濃度を測定する場合の赤外光除去層は赤外カットフィルタを含む場合に限られない。血中酸素飽和濃度を測定する場合の赤外光除去層は、例えば、第２の実施の形態と同様に赤外カット樹脂を含むことができ、あるいは第３の実施の形態と同様に赤外カットフィルタおよび赤外カット樹脂を含むことができる。
【００７１】
第１の実施の形態ないし第４の実施の形態では、白色光を出射する発光部１０を使用したが、白色光のうち緑色光および赤色光のみを使用するので、発光部１０に換えて緑色光を出射する緑色ＬＥＤと赤色光を出射する赤色ＬＥＤとを設けてもよい。
【００７２】
第１の実施の形態ないし第４の実施の形態においては、１個の発光部１０と１個の受光部１１とを使用したが、複数の発光部１０と１個の受光部１１とを使用し、複数の発光部１０の中央に１個の受光部１１を設けてもよい。
【００７３】
第１の実施の形態ないし第４の実施の形態においては、赤外光除去層はシリコン基板１２に接着していた。赤外光除去層は必ずしもシリコン基板１２に接着している必要はなく、フォトダイオード１１１Ａへの光路上に位置するとともにフォトダイオード１１２Ａへの光路上に位置するのであればどこに形成されていても構わない。例えば、光センサであるＧセンサ１１１，Ｒセンサ１１２の内部に形成されていてもよいし、シリコン基板１２から離れた位置に形成されていても構わない。
【００７４】
赤外光除去層に含まれるのは赤外カットフィルタ、赤外カット樹脂に限られない。赤外光を除去することができるものであれば、赤外光除去層に含まれ得る。
【００７５】
第１の実施の形態，第２の実施の形態および第４の実施の形態においては、赤外光除去層が１層である場合について説明し、第３の実施の形態においては赤外光除去層が２層である場合について説明した。赤外光除去層はこれらの場合に限定されず、３層以上としても構わない。
【００７６】
第１の実施の形態ないし第４の実施の形態においては、赤外光除去層によって受光部に入射する光から赤外光を除去していた。赤外光は、例えば赤外カットフィルタまたは赤外カット樹脂を含む赤外光除去層だけではなく、所定の波長の光を透過させるカラーフィルタによっても除去されているといえる。本発明における赤外光除去層は、カラーフィルタによっても行なえていた赤外光の除去をさらに強化するものといえる。
【００７７】
実施の形態に従う生体情報センサによれば、人体に限らず、人間および動物を含む生体の心拍数または血中酸素飽和濃度を検出可能であることはいうまでもない。
【００７８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７９】
１，２，３，４  生体情報センサ、１０  発光部、１１  受光部、１２  シリコン基板、１２Ａ  上層、１２Ｂ  下層、１３，１４  遮光壁、１５，１６  レンズ、１７  透明板、１８  基板、３０  演算部、３１，３２  振幅抽出部、３３  信号比算出部、３４  ＳｐＯ２算出部、５０  人体、１０１  赤外カットフィルタ、１０２  赤外カット樹脂、１１１  Ｇセンサ、１１２  Ｒセンサ、１１１Ａ，１１２Ａ  フォトダイオード、１１１Ｂ  Ｇフィルタ、１１２Ｂ  Ｒフィルタ、２００，３００  演算制御部、３１０  制御部、３１１，３２１  アンプ、３１２，３２２  ＡＤコンバータ、３１３，３２３  高域通過フィルタ、３１４，３２４  低域通過フィルタ、４００  表示部、Ｄ１，Ｄ１Ｌ，Ｄ２Ｌ，Ｄ２  デジタル信号、Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ１２  信号、Ｖ１，Ｖ２  電圧値。
【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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