(57)【要約】      （修正有）【課題】受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供する。【解決手段】光学センサモジュール１Ａは、基板２０と、基板２０の表面上に配置された発光素子１２と、基板２０の表面上に、発光素子１２と離隔して配置された受光素子１４と、基板２０の表面に対向する裏面上に配置された導光層とを備え、人体や動物の体表面に接触させ、発光素子１２から導光層を介して放出された光が体内を透過した透過光を受光し、透過光の強度を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の表面上に配置された発光素子と、
前記基板の前記表面上に、前記発光素子と離隔して配置された受光素子と、
前記基板の前記表面に対向する裏面上に配置された導光層と
を備え、前記発光素子から前記導光層を介して放出された光が物体に反射して戻る反射光を前記受光素子で受光し、前記反射光の強度を検出することを特徴とする光学センサモジュール。
【請求項２】
前記反射光の波長、減衰比、若しくは位相差を検出することを特徴とする請求項１に記載の光学センサモジュール。
【請求項３】
基板と、
前記基板の表面上に配置された発光素子と、
前記基板の前記表面上に、前記発光素子と離隔して配置された受光素子と、
前記基板の前記表面に対向する裏面上に配置された導光層と
を備え、人体や動物の体表面に接触させ、前記発光素子から前記導光層を介して放出された光が体内を透過した透過光を受光し、前記透過光の強度を検出することを特徴とする光学センサモジュール。
【請求項４】
前記透過光の波長、減衰比、若しくは位相差を検出することを特徴とする請求項３に記載の光学センサモジュール。
【請求項５】
前記体表面に接する面は平面を備え、かつ
前記体表面に接する面は受光面と発光面とを備え、
前記発光面は全体が均一な強度で発光することを特徴とする請求項３または４に記載の光学センサモジュール。
【請求項６】
前記受光面は前記発光面に周囲を囲まれて配置され、前記受光面の周囲の明るさが均一であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の光学センサモジュール。
【請求項７】
前記体表面に接する面よりも更に外側から入射する外来光による、前記受光面に対する影響を低減可能であることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の光学センサモジュール。
【請求項８】
前記受光面と前記発光面の間に配置され、前記体表面に接する面あるいは直接漏れ込む光を遮蔽する遮光壁を備え、対象とする物体の内部を通過した光のみを前記受光面で受光することを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の光学センサモジュール。
【請求項９】
前記遮光壁は、前記受光素子の側壁に接して配置されることを特徴とする請求項８に記載の光学センサモジュール。
【請求項１０】
前記遮光壁は、前記基板に配置されることを特徴とする請求項８に記載の光学センサモジュール。
【請求項１１】
前記遮光壁は、前記導光層に配置されることを特徴とする請求項８に記載の光学センサモジュール。
【請求項１２】
前記発光面の周囲に配置され、前記体表面に接する面よりも更に外側から入射する外来光を遮蔽する遮蔽板を備えることを特徴とする請求項３〜１１のいずれか１項に記載の光学センサモジュール。
【請求項１３】
前記基板は、屈曲性を有する柔軟な素材を備えることを特徴とする請求項３〜１２のいずれか１項に記載の光学センサモジュール。
【請求項１４】
前記基板は、フレキシブルプリント回路基板を備えることを特徴とする請求項１３に記載の光学センサモジュール。
【請求項１５】
前記導光層は、前記光学センサモジュールが使用する光の波長に対して導光性を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の光学センサモジュール。
【請求項１６】
前記発光素子は緑色発光ダイオードを備え、脈波を計測可能であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の光学センサモジュール。
【請求項１７】
前記発光素子は赤色発光ダイオードと赤外発光ダイオードとを備え、血中酸素飽和度を測定可能であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の光学センサモジュール。
【請求項１８】
前記基板の表面上および前記発光素子および前記受光素子上に配置された絶縁層を備えることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の光学センサモジュール。
【請求項１９】
前記絶縁層上に配置された緩衝材と、
前記緩衝材上に配置された筐体と
を備えることを特徴とする請求項１８に記載の光学センサモジュール。
【請求項２０】
前記筐体は、バッテリー、マイコン、メモリ、無線通信用送受信器のいずれかを内蔵可能であることを特徴とする請求項１９に記載の光学センサモジュール。
【請求項２１】
前記筐体は、ウェアラブルに人体や対象物に装着可能であることを特徴とする請求項１９または２０に記載の光学センサモジュール。
【請求項２２】
基板と、
前記基板の表面上に配置された発光素子と、
前記基板の前記表面上に、前記発光素子と離隔して配置された受光素子と、
前記基板内に配置された導光路と
を備え、人体や動物の体表面に接触させ、前記発光素子から前記導光路を介して放出された光が体内を透過した透過光を受光し、前記透過光の強度を検出することを特徴とする光学センサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施の形態は、光学センサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
人体にまつわる情報をセンサで取得する場合、医療現場で用いるもの、血液自体を直接測定する血糖値計以外では、動きをとらえるモーションセンサや、光を用いて情報を得る光学センサが用いられる。
【０００３】
脈波センサは体表面に接触する光学センサを用いて、毛細血管の血流を測定することができる。脈波センサは心臓の拍動による血流の変動から、脈拍数や脈拍変動などを計測することができる。光学センサを用いた測定では、脈拍以外に、異なる２波長の光を用いた血中酸素飽和度も用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１９９２６号公報
【特許文献２】特開２０１２−１９９２８号公報
【特許文献３】特開２０１２−１９９２９号公報
【特許文献４】特開２０１２−１２０７７３号公報
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１４／００５１９５５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
脈拍や血流に関連するセンサでは、心電計などに代表される、心筋が発生する電気信号を取得する方法が用いられる。検診などで用いられる心電図では、１２極の電極を身に着け、横になった姿勢で安静にした状態で計測する。心筋が発生する電位を測定するため、体を動かす時発生する周囲の筋電がノイズとなる。
【０００６】
活動時に脈拍数や脈拍変動を測定するには、２極や３極といったある意味簡易的な心電計（ホルター心電計）や時計型の心拍計が用いられている。いずれも、電極を身に着けるためには、測定器本体と電極を身に着ける必要がある。ホルター心電計は正確な心電図を得るために胸部の特定部位に電極を貼り付ける必要があり、時計型のものも電極自体は胸部ストラップとして身に着ける。いずれも、長時間にわたっての測定をするには拘束感の強さや動きにくさ、着脱の面倒さなどがある。
【０００７】
血液中のヘモグロビンが光を吸収する特性を用いた、脈波の測定（光電脈波）を応用した脈波センサが利用されている。心電図などは取得できないが、光学センサを体表面に接触させることで脈拍や脈拍変動などを測定することができる。
【０００８】
光電脈波センサは、信号強度の強弱はあるものの、任意の体表面で脈波を測定することができるため、ウェアラブルセンサとして拘束感がなく、長時間の装着が可能である。
【０００９】
一方、脈波の測定に対する光電脈波センサには、体の動きに起因するノイズの影響がある。血液で吸収される光の脈動成分から脈拍などの情報を得るが、センサを身に着けた部位を動かすことで、光学的な距離の変化や外部からの光の漏れ込みなどが発生し、微弱な脈波信号の取得を妨げる。
【００１０】
このため、光学脈波センサでの脈波取得のためには、ノイズ除去が特性を左右する要因となる。ノイズ除去対策のために、様々な手法が提案されている。
【００１１】
モーションセンサを併用してセンサに加わる動きを判別し、脈拍抽出に反映したり、体への接触面の安定性を図るため、伸縮性がなくより幅の広いストラップを用いるなど、上記の短所を克服する取り組みも行われている。
【００１２】
体動に起因するノイズの影響を低減するために、次のような点が課題となる。まず第１に信号を得るための光量不足、第２に受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動、第３にデータ解析手法の条件出しである。
【００１３】
本実施の形態は、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本実施の形態の一態様によれば、基板と、前記基板の表面上に配置された発光素子と、前記基板の前記表面上に、前記発光素子と離隔して配置された受光素子と、前記基板の前記表面に対向する裏面上に配置された導光層とを備え、前記発光素子から前記導光層を介して放出された光が物体に反射して戻る反射光を前記受光素子で受光し、前記反射光の強度を検出する光学センサモジュールが提供される。
【００１５】
本実施の形態の他の態様によれば、基板と、前記基板の表面上に配置された発光素子と、前記基板の前記表面上に、前記発光素子と離隔して配置された受光素子と、前記基板の前記表面に対向する裏面上に配置された導光層とを備え、人体や動物の体表面に接触させ、前記発光素子から前記導光層を介して放出された光が体内を透過した透過光を受光し、前記透過光の強度を検出する光学センサモジュールが提供される。
【００１６】
本実施の形態の他の態様によれば、基板と、前記基板の表面上に配置された発光素子と、前記基板の前記表面上に、前記発光素子と離隔して配置された受光素子と、前記基板内に配置された導光路とを備え、人体や動物の体表面に接触させ、前記発光素子から前記導光路を介して放出された光が体内を透過した透過光を受光し、前記透過光の強度を検出する光学センサモジュールが提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の比較例に係る光学センサモジュールの模式的平面構成図。
【図２】（ａ）第２の比較例に係る光学センサモジュールの模式的平面構成図、（ｃ）第３の比較例に係る光学センサモジュールの模式的平面構成図。
【図３】（ａ）第２の比較例に係る光学センサモジュールの動作説明のための模式的断面構造図、（ｂ）図３（ａ）に対応する模式的平面構成図。
【図４】第１の実施の形態に係る光学センサモジュールの模式的平面構成図。
【図５】図４のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造図。
【図６】図５の構成において、導光層がない場合の比較例の模式的断面構造図。
【図７】第２の実施の形態に係る光学センサモジュールの模式的平面構成図。
【図８】図７に示す第２の実施の形態に係る光学センサモジュールにおいて、人体に接する面側から見た模式的平面構成図。
【図９】図７のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造図。
【図１０】第３の実施の形態に係る光学センサモジュールの模式的平面構成図。
【図１１】図１０に示す第３の実施の形態に係る光学センサモジュールにおいて、人体に接する面側から見た模式的平面構成図。
【図１２】図１０のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造図。
【図１３】第４の実施の形態に係る光学センサモジュールに適用可能なフレキシブル基板とフレキシブル基板上に配置された導光層の模式的断面構造図。
【図１４】第４の実施の形態に係る光学センサモジュールの模式的平面構成図。
【図１５】図１４のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造図。
【図１６】第５の実施の形態に係る光学センサモジュールの模式的断面構造図。
【図１７】第６の実施の形態に係る光学センサモジュールの模式的断面構造図。
【図１８】第７の実施の形態に係る光学センサモジュールの模式的断面構造図。
【図１９】第８の実施の形態に係る光学センサモジュールに適用可能な導光路の模式的断面構造図。
【図２０】第８の実施の形態に係る光学センサモジュールの模式的平面構成図。
【図２１】図２０のＶ−Ｖ線に沿う模式的断面構造図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、図面を参照して、本実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００２０】
又、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００２１】
（比較例）
第１の比較例に係る光学センサモジュール１Ａの模式的平面構成は、図１に示すように、表され、第２の比較例に係る光学センサモジュール１Ａの模式的平面構成は、図２（ａ）に示すように表され、第３の比較例に係る光学センサモジュール１Ａの模式的平面構成は、図２（ｂ）に示すように表される。
【００２２】
第１の比較例に係る光学センサモジュール１Ａは、図１に示すように、プリント回路基板（ＰＣＢ：Printed Circuit Board）２０上に、受光素子（ＰＤ：Photodetector）１４を中心に配置し、ＰＤ１４の周辺を囲むように複数の発光素子（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）を配置する。図１の例では、複数のＬＥＤは、８個配置されており、１２1・１２2・…・１２8（ＬＥＤ１・ＬＥＤ２・…・ＬＥＤ８）で表わされる。
【００２３】
複数のＬＥＤ１２1・１２2・…・１２8（ＬＥＤ１・ＬＥＤ２・…・ＬＥＤ８）をＰＤ１４の周囲に配置することで、ＰＤ１４の光量不足を補い、かつ、ＰＤ１４に対して周囲から同程度の光を照射することができる。このため、光電脈波センサなどに適用して、その動作安定性を向上可能である。
【００２４】
また、第２の比較例に係る光学センサモジュール１Ａは、図２（ａ）に示すように、基板２０上に、ＰＤ１４とＬＥＤ１２を隣接して配置している。
【００２５】
また、第３の比較例に係る光学センサモジュール１Ａは、図２（ｂ）に示すように、基板２０上に、ＰＤ１４を中心に配置し、ＰＤ１４の周辺を囲むように４個のＬＥＤ１２1・１２2・…・１２4（ＬＥＤ１・ＬＥＤ２・…・ＬＥＤ４）が配置されている。
【００２６】
第２の比較例および第３の比較例は、第１の比較例に比べて部品点数が低減されるため低コスト化が可能である。また、ＬＥＤの使用個数が低減されるため、低消費電力動作が可能である。
【００２７】
ここで、簡易な構成を備える第２の比較例に係る光学センサモジュール１Ａを例として、その動作説明を行う。
【００２８】
第２の比較例に係る光学センサモジュール１Ａの動作説明のための模式的断面構造は、図３（ａ）に示すように表され、図３（ａ）に対応する模式的平面構成は、図３（ｂ）に示すように表わされる。第２の比較例に係る光学センサモジュール１Ａは、図３（ａ）に示すように、ＬＥＤ１２・ＰＤ１４が絶縁層１６によって一体化形成された構成を備える。さらに、人体１８に接触する面にＬＥＤ１２の発光面およびＰＤ１４の受光面が配置されるように、フェースダウンに配置される。
【００２９】
しかしながら、問題はＬＥＤ１２が点光源であることである。人体１８に接したＬＥＤ１２は点光源であるため、ＬＥＤ１２の直近が最も明るく、ＬＥＤ１２からの距離が離れるにしたがって、明るさが低下する。すなわち、ＬＥＤ１２からの光強度分布Ｐiは、図３（ａ）および図３（ｂ）の破線で示されるように、点光源としてのＬＥＤ１２からの距離が離隔するにしたがって低下する。
【００３０】
ＬＥＤ１２とＰＤ１４との間の距離が体動によって変化する場合には、ＰＤ１４に入射する光の光量・明るさ（輝度）が変動し得る。ＰＤ１４に入射する光の光量・明るさ（輝度）の変化が僅かであっても、脈波の信号成分自体が微弱なため、ノイズとして強く作用する。
【００３１】
また、第１の比較例および第３の比較例においては、ＰＤ１４の周囲を複数のＬＥＤで囲むため、光源は、点光源の集合体に過ぎない。このため、ＰＤ１４において必ずしも均一な輝度が得られるとは限らない。また、複数のＬＥＤを配置することは、その分第１の比較例および第３の比較例に係る光学センサモジュール１Ａの消費電力を増加してしまう。
【００３２】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る光学センサモジュール１の模式的平面構成は、図４に示すように表され、図４のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造は、図５に示すように表される。
【００３３】
また、図５の構成において、導光層２４がない場合の比較例の模式的断面構造は、図６に示すように表される。
【００３４】
第１の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、図４および図５に示すように、基板２０と、基板２０の表面上に配置された発光素子（ＬＥＤ）１２Ａ・１２Ｂと、基板２０の表面上に、ＬＥＤ１２Ａ・１２Ｂと離隔して配置された受光素子（ＰＤ）１４と、基板２０の表面に対向する裏面上に配置された導光層２４とを備える。
【００３５】
また、ＬＥＤ１２Ａ・１２Ｂと導光層２４との間の基板２０には、図５に示すように、導光層２４への光の導入を良好にするために開口窓２２Ａ・２２Ｂを備えていても良い。
【００３６】
ここで、ＬＥＤ１２Ａ・１２Ｂから導光層２４を介して放出された光が物体に反射して戻る反射光をＰＤ１４で受光し、反射光の強度を検出しても良い。さらに、反射光の波長、減衰比、若しくは位相差を検出しても良い。
【００３７】
また、第１の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、図４および図５に示すように、同様の構成を備え、人体１８や動物の体表面に接触させ、発光素子１２Ａ・１２Ｂから導光層２４を介して放出された光が体内を透過した透過光を受光し、透過光の強度を検出しても良い。さらに、透過光の波長、減衰比、若しくは位相差を検出しても良い。
【００３８】
図５の構成において、導光層２４がない場合には、図６に示すように、ＬＥＤ１２Ａ・１２ＢとＰＤ１４との間の距離が体動によって変化すると、ＰＤ１４に入射する光の光量・明るさ（輝度）が変動し得る。ＰＤ１４に入射する光の光量・明るさ（輝度）の変化が僅かであっても、脈波の信号成分自体が微弱なため、ノイズとして強く作用する。また、図５においては、光源は、点光源の集合体に過ぎないため、ＰＤ１４において必ずしも均一な輝度が得られるとは限らない。
【００３９】
また、第１の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、図４および図５に示すように、体表面に接する面は平面を備え、かつ受光面と発光面とを備え、導光層２４により発光面は全体が均一な強度で発光可能である。
【００４０】
また、第１の実施の形態に係る光学センサモジュール１において、図４および図５に示すように、受光面は発光面に周囲を囲まれて配置されため、受光面の周囲の明るさが略均一になる。
【００４１】
第１の実施の形態に係る光学センサモジュール１においては、人体への接触面に導光層２４を備えるため、光源が点光源のＬＥＤ１２Ａ・１２Ｂであっても、人体に接する面において均一な輝度が得られる。
【００４２】
第１の実施の形態に係る光学センサモジュール１においては、中心部に配置されるＰＤ１４の周辺部にＰＤ１４のサイズに比べて相対的に大きな面積の発光面（導光層２４）が形成されている。すなわち、第１の実施の形態に係る光学センサモジュール１においては、光源は面発光光源となる。このため、体動によって光学的な距離が僅かに変動したとしても、ＰＤ１４に入射される光の強度変動は、抑制可能である。
【００４３】
なお、第１の実施の形態に係る光学センサモジュール１において、導光層２４は、光学センサモジュールが使用する光の波長に対して導光性を有する。
【００４４】
第１の実施の形態に係る光学センサモジュール１においては、ＬＥＤ１２Ａ・１２ＢとＰＤ１４との間の距離が体動によって変化しても、ＰＤ１４で得られる輝度が変動しないため、体動に起因するノイズを低減可能である。
【００４５】
また、比較例に係るセンサモジュールに比べて、消費電力は低減化可能である。
【００４６】
第１の実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る光学センサモジュールの模式的平面構成は、図７に示すように表される。また、図７に示す第２の実施の形態に係る光学センサモジュールにおいて、人体に接する面側から見た模式的平面構成は、図８に示すように表される。さらに、図７のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図９に示すように表される。
【００４８】
第２の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、図７〜図９に示すように、基板２０と、基板２０の表面上に配置されたＬＥＤ１２Ｇと、基板２０の表面上に、ＬＥＤ１２Ｇと離隔して配置されたＰＤ１４と、基板２０の表面に対向する裏面上に配置された導光層２４とを備える。ここで、ＬＥＤ１２Ｇは緑色発光ダイオードを備え、第２の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、脈波を計測可能である。
【００４９】
また、ＬＥＤ１２Ｇと導光層２４との間の基板２０には、図９に示すように、導光層２４への光の導入を良好にするために開口窓２２Ｇを備えていても良い。ＬＥＤ１２ＧのＬＥＤ光は、基板２０に形成された開口窓２２Ｇを介して導光層２４に導入される。また、ＬＥＤ１２Ｇは、開口窓２２Ｇと対向する位置に反射板３３Ｇを備え、外来光を遮蔽する構成を備えていても良い。なお、ＬＥＤ１２Ｇおよび反射板３３Ｇは、絶縁層１７によって一体化形成されていても良い。
【００５０】
ここで、ＬＥＤ１２Ｇから導光層２４を介して放出された光が物体に反射して戻る反射光を受光素子１４で受光し、反射光の強度を検出しても良い。さらに、反射光の波長、減衰比、若しくは位相差を検出しても良い。
【００５１】
また、第２の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、図７〜図９に示すように、同様の構成を備え、人体１８や動物の体表面に接触させ、ＬＥＤ１２Ｇから導光層２４を介して放出された光が体内を透過した透過光を受光し、透過光の強度を検出しても良い。さらに、透過光の波長、減衰比、若しくは位相差を検出しても良い。
【００５２】
さらに、第２の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、図７・図９に示すように、基板２０の表面上に配置された電子回路部品２６・２７1・２７2・２７3を備えていても良い。電子回路部品２６は、例えば、ＬＥＤドライバなどの集積回路部品であり、電子回路部品２７1・２７2・２７3は、例えば、キャパシタ、抵抗、インダクタなどの受動回路部品であっても良い。
【００５３】
また、基板２０の表面上およびＬＥＤ１２Ｇ・ＰＤ１４・電子回路部品２６・２７1・２７2・２７3上に配置された絶縁層１０を備えていても良い。絶縁層１０には、モールド樹脂などを適用可能である。
【００５４】
さらに、第２の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、     光学センサモジュールの人体に接する面よりも更に外側から入射する光（外来光）による、受光面に対する影響を低減する構造を備えていても良い。すなわち、光学センサモジュールにおいて、受光面と発光面の間には、接触する面あるいは直接漏れ込む光を遮蔽する、遮光壁３２あるいはそれに準ずる機能をもつ構造を備え、対象とする物体の内部を通過した光のみを受光面で受光する構造を備えていても良い。
【００５５】
ここで、遮光壁３２は、図８・図９に示すように、基板２０に配置されていても良い。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００５６】
第２の実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。
【００５７】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る光学センサモジュール１の模式的平面構成は、図１０に示すように表される。また、図１０に示す第３の実施の形態に係る光学センサモジュール１において、人体に接する面側から見た模式的平面構成は、図１１に示すように表される。また、図１０のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図１２に示すように表される。
【００５８】
第３の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、図１０〜図１２に示すように、基板２０と、基板２０の表面上に配置されたＬＥＤ１２ＩＲ・１２Ｒと、基板２０の表面上に、ＬＥＤ１２ＩＲ・１２Ｒと離隔して配置されたＰＤ１４と、基板２０の表面に対向する裏面上に配置された導光層２４とを備える。ここで、ＬＥＤ１２ＩＲは赤外発光ダイオードであり、１２Ｒは赤色発光ダイオードである。第３の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、血中酸素飽和度を測定可能である。
【００５９】
また、ＬＥＤ１２ＩＲ・１２Ｒと導光層２４との間の基板２０には、図１２に示すように、導光層２４への光の導入を良好にするために開口窓２２ＩＲ・２２Ｒを備えていても良い。ＬＥＤ１２ＩＲ・１２ＲのＬＥＤ光は、基板２０に形成された開口窓２２ＩＲ・２２Ｒを介して導光層２４に導入される。また、ＬＥＤ１２ＩＲ・１２Ｒは、開口窓２２ＩＲ・２２Ｒと対向する位置に反射板３３ＩＲ・３３Ｒを備え、外来光を遮蔽する構成を備えていても良い。なお、ＬＥＤ１２ＩＲ・１２Ｒおよび反射板３３ＩＲ・３３Ｒは、絶縁層１７1・１７2によって一体化形成されていても良い。
【００６０】
ここで、ＬＥＤから導光層２４を介して放出された光が物体に反射して戻る反射光を受光素子１４で受光し、反射光の強度を検出しても良い。さらに、反射光の波長、減衰比、若しくは位相差を検出しても良い。
【００６１】
また、第３の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、図１０〜図１２に示すように、同様の構成を備え、人体１８や動物の体表面に接触させ、ＬＥＤ１２ＩＲ・１２Ｒから導光層２４を介して放出された光が体内を透過した透過光を受光し、透過光の強度を検出しても良い。さらに、透過光の波長、減衰比、若しくは位相差を検出しても良い。
【００６２】
さらに、第３の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、図１０に示すように、基板２０の表面上に配置された電子回路部品２６を備えていても良い。電子回路部品２６は、例えば、ＬＥＤドライバなどの集積回路部品であっても良い。
【００６３】
また、基板２０の表面上およびＬＥＤ１２ＩＲ・１２Ｒ・ＰＤ１４・電子回路部品２６上に配置された絶縁層１０を備えていても良い。絶縁層１０には、モールド樹脂などを適用可能である。
【００６４】
また、第３の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、光学センサモジュールの人体に接する面よりも更に外側から入射する光（外来光）による、受光面に対する影響を低減する構造を備えていても良い。すなわち、光学センサモジュールにおいて、受光面と発光面の間には、接触する面あるいは直接漏れ込む光を遮蔽する、遮光壁３２あるいはそれに準ずる機能をもつ構造を備え、対象とする物体の内部を通過した光のみを受光面で受光する構造を備えていても良い。
【００６５】
ここで、遮光壁３２は、図１１・図１２に示すように、基板２０に配置されていても良い。その他の構成は、第２の実施の形態と同様である。
【００６６】
第３の実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。
【００６７】
（第４の実施の形態）
基板２０は、屈曲性を有する柔軟な素材を備えていても良い。
【００６８】
光学センサモジュール１は変形しない物質で形成されていても良いが、屈曲性を有する柔軟な素材で形成し、測定対象となる物体の表面形状に合わせて変形し、受光面における光の強度が、対象物の動きや形状の変化の影響を受けにくい構造を備えていても良い。
【００６９】
第４の実施の形態に係る光学センサモジュール１に適用可能なフレキシブル基板３６と、フレキシブル基板３６上に配置された導光層２４の模式的断面構造は、図１３に示すように表される。ここで、フレキシブル基板３６は、フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣ:Flexible Printed Circuit Board）を備えていても良い。
【００７０】
第４の実施の形態に係る光学センサモジュール１の模式的平面構成は、図１４に示すように表され、図１４のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造は、図１５に示すように表される。
【００７１】
第４の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、図１４〜図１５に示すように、フレキシブル基板３６と、フレキシブル基板３６の表面上に配置されたＬＥＤ１２と、フレキシブル基板３６の表面上に、ＬＥＤ１２と離隔して配置されたＰＤ１４と、フレキシブル基板３６の表面に対向する裏面上に配置された導光層２４とを備える。ここで、ＬＥＤ１２は、図１４では、点光源として示されている。
【００７２】
また、ＬＥＤ１２と導光層２４との間のフレキシブル基板３６には、図１５に示すように、導光層２４への光の導入を良好にするために開口窓２２を備えていても良い。ＬＥＤ１２のＬＥＤ光は、フレキシブル基板３６に形成された開口窓２２を介して導光層２４に導入される。
【００７３】
第４の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、光学センサモジュールの人体に接する面よりも更に外側から入射する光（外来光）による、受光面に対する影響を低減する遮蔽板３４を備えていても良い。すなわち、光学センサモジュール１において、フレキシブル基板３６の周辺部に所定幅Ｌ１・Ｌ２を有する遮蔽板３４を配置することによって、外側から入射する光（外来光）による影響を低減することができる。
【００７４】
さらに、受光面と発光面の間には、接触する面あるいは直接漏れ込む光を遮蔽する、遮光壁３２を備え、対象とする物体の内部を通過した光のみを受光面で受光する構造を備えていても良い。
【００７５】
ここで、遮光壁３２は、図１５に示すように、ＰＤ１４の側壁に接して配置されていても良い。その他の構成は、第３の実施の形態と同様である。
【００７６】
第４の実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。
【００７７】
（第５実施の形態）
第５の実施の形態に係る光学センサモジュール１の模式的断面構造は、図１６に示すように表される。
【００７８】
第５の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、図１６に示すように、フレキシブル基板３６と、フレキシブル基板３６の表面上に配置されたＬＥＤ１２ＩＲ・１２Ｒと、フレキシブル基板３６の表面上にＬＥＤ１２ＩＲ・１２Ｒと離隔して配置されたＰＤ１４と、フレキシブル基板３６の表面上に配置された電子回路部品２６・２７と、フレキシブル基板３６の表面に対向する裏面上に配置された導光層２４とを備える。
【００７９】
また、ＬＥＤ１２ＩＲ・１２Ｒと導光層２４との間のフレキシブル基板３６には、図１６に示すように、導光層２４への光の導入を良好にするために開口窓２２ＩＲ・２２Ｒを備えていても良い。
【００８０】
ここで、ＬＥＤ１２ＩＲは赤外発光ダイオードであり、１２Ｒは赤色発光ダイオードである。第５の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、血中酸素飽和度を測定可能である。
【００８１】
また、ＰＤ１４と導光層２４との間のフレキシブル基板３６には、図１６に示すように、導光層２４からの受光を良好にするために開口窓２２Ｐを備えていても良い。
【００８２】
ＬＥＤ１２ＩＲ・１２ＲのＬＥＤ光は、フレキシブル基板３６に形成された開口窓２２ＩＲ・２２Ｒを介して導光層２４に導入され、開口窓２２Ｐを介してＰＤ１４において受光される。その他の構成は、第３〜第４の実施の形態と同様である。
【００８３】
第５の実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。
【００８４】
（第６の実施の形態）
第６の実施の形態に係る光学センサモジュール１の模式的断面構造は、図１７に示すように表される。
【００８５】
第６の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、図１７に示すように、フレキシブル基板３６と、フレキシブル基板３６の表面上に配置されたＬＥＤ１２と、フレキシブル基板３６の表面上に、ＬＥＤ１２と離隔して配置されたＰＤ１４と、フレキシブル基板３６の表面に対向する裏面上に配置された導光層２４とを備える。
【００８６】
また、ＬＥＤ１２と導光層２４との間のフレキシブル基板３６には、図１７に示すように、導光層２４への光の導入を良好にするために開口窓２２を備えていても良い。ＬＥＤ１２のＬＥＤ光は、フレキシブル基板３６に形成された開口窓２２を介して導光層２４に導入される。
【００８７】
第６の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、光学センサモジュールの人体に接する面よりも更に外側から入射する光（外来光）による、受光面に対する影響を低減する遮蔽板３４Ｍを備えていても良い。すなわち、光学センサモジュール１において、フレキシブル基板３６の周辺部に遮蔽板３４Ｍを配置することによって、外側から入射する光（外来光）による影響を低減することができる。ここで、遮蔽板３４Ｍは、例えば金属板で形成可能であり、開口窓３４Ｔを有する。
【００８８】
さらに、受光面と発光面の間には、接触する面あるいは直接漏れ込む光を遮蔽する、遮光壁３２を備え、対象とする物体の内部を通過した光のみを受光面で受光する構造を備えていても良い。
【００８９】
ここで、遮光壁３２は、図１７に示すように、平面視においてＰＤ１４を囲むように、導光層２４に配置されていても良い。その他の構成は、第３〜第５の実施の形態と同様である。
【００９０】
第６の実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。
【００９１】
（第７の実施の形態）
第７の実施の形態に係る光学センサモジュール１の模式的断面構造は、図１８に示すように表される。
【００９２】
フレキシブル基板３６と、フレキシブル基板３６の表面上に配置されたＬＥＤ１２と、フレキシブル基板３６の表面上にＬＥＤ１２と離隔して配置されたＰＤ１４と、フレキシブル基板３６の表面に対向する裏面上に配置された導光層２４とを備える。
【００９３】
また、ＬＥＤ１２と導光層２４との間のフレキシブル基板３６には、図１８に示すように、導光層２４への光の導入を良好にするために開口窓２２を備えていても良い。
【００９４】
また、ＰＤ１４と導光層２４との間のフレキシブル基板３６には、図１８に示すように、導光層２４からの受光を良好にするために開口窓２２Ｐを備えていても良い。
【００９５】
ＬＥＤ１２のＬＥＤ光は、フレキシブル基板３６に形成された開口窓２２を介して導光層２４に導入され、開口窓２２Ｐを介してＰＤ１４において受光される。
【００９６】
また、第７の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、図１８に示すように、絶縁層１０上に配置された緩衝材４０と、緩衝材４０上に配置された筐体４２とを備えていても良い。ここで、筐体４２は、バッテリー、マイコン、メモリ、無線通信用送受信器のいずれかを内蔵可能である。また、筐体４２は、ウェアラブルに人体や対象物に装着可能である。
【００９７】
光学センサモジュール１は変形しない物質で形成されていても良いが、屈曲性を有する柔軟な素材で形成し、測定対象となる物体の表面形状に合わせて変形し、受光面における光の強度が、対象物の動きや形状の変化の影響を受けにくい構造を備えていても良い。
【００９８】
接触面には光学センサモジュール１が使用する光の波長に対して導光性を有する導光層２４を備え、裏面には、ＰＤ１４・ＬＥＤ１２を実装する回路基板が形成される構造を備えていても良い。具体的には、例えば、裏面にフレキシブルプリント回路基板３６を配置し、このフレキシブルプリント回路基板３６には、ＰＤ１４・ＬＥＤ１２を実装する回路配線がプリント形成され、接触面には、光学センサモジュール１が使用する光の波長に対して導光性を有する導光層２４を一体的に形成しても良い。フレキシブルプリント回路基板３６には、例えば、ＦＲ４（Fleme Retardent Type 4）に代表されるＰＣＢを適用しても良い。導光層２４を一体成型することで、低コストでの実現化可能になる。
【００９９】
第７の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、ウェアラブルセンサとしてＦＰＣなどのフレキシブルな素材を利用することにより、より身に着けたときの装着感・違和感・拘束感を低減することができる。
【０１００】
第７の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、小型軽量化されるため、ウェアラブルセンサとして気兼ねなく身に着け、無意識に情報を得ることができる。このため、動作時間の長時間化も可能である。
【０１０１】
第７の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、ＦＰＣに実装することによって、人体表面に身に着けるウェアラブルセンサを装着時違和感のないものにすることができる。
【０１０２】
第７の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、絆創膏などに適用される粘着テープを用いて、人体に装着することも可能である。
【０１０３】
さらに、屈曲性を有する第７の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、緩衝材４０を介して他の筐体４２などに実装し、この筐体４２自体をベルトやストラップ４６、粘着テープなどの方法で人体や対象物に装着しても良い。その他の構成は、第３〜第６の実施の形態と同様である。
【０１０４】
第７の実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。
【０１０５】
（第８の実施の形態）
第８の実施の形態に係る光学センサモジュール１に適用可能な導光路３８・４４の模式的断面構造は、図１９に示すように表される。導光路３８・４４は、例えば、フレキシブル基板３６に内蔵可能である。導光路３８・４４は、例えば、フレキシブル基板３６に所定の部材を埋め込み形成しても良い。また、導光路３８・４４は、例えば、フレキシブル基板３６に対して不純物ドーピングして屈折率の異なる領域として形成しても良い。
【０１０６】
第８の実施の形態に係る光学センサモジュールの模式的平面構成は、図２０に示すように表され、図２０のＶ−Ｖ線に沿う模式的断面構造は、図２１に示すように表される。
【０１０７】
第８の実施の形態に係る光学センサモジュール１は、図２０〜図２１に示すように、基板２０(３６)と、基板２０(３６)の表面上に配置されたＬＥＤ１２と、基板２０(３６)の表面上に、ＬＥＤ１２と離隔して配置されたＰＤ１４と、基板２０(３６)内に配置された導光路３８・４４とを備える。人体や動物の体表面に接触させ、ＬＥＤ１２から導光路３８・４４を介して放出された光が体内を透過した透過光を受光し、透過光の強度を検出する。
【０１０８】
導光路３８・４４は、図２０に示すように、基板２０(３６)に対して、例えば、格子状に配置されていても良い。また、導光路３８・４４は、基板２０(３６)に対して、ランダムに配置されていても良い。また、導光路３８・４４は、上記のように２種類に限定される、多種類配置しても良い。或いは、簡単な構成としては、１種類で形成しても良い。また、基板は、用途に応じて、フレキシブルでも剛構造であっても良い。
【０１０９】
第８の実施の形態に係る光学センサモジュール１に適用可能な導光路を備える基板は、は、上述の第１〜第７の実施の形態に適用した導光層２４＋基板と同様の働きをすることができる。したがって、第１〜第７の実施の形態に係る光学センサモジュール１において、導光層２４の代わりに基板に導光路を設けた構造を採用しても良い。
【０１１０】
第８の実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。
【０１１１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。
【０１１２】
[その他の実施の形態]
上記のように、本実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、本実施の形態を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【０１１３】
このように、本実施の形態はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本実施の形態の光学センサモジュールは、医療計測機器、光電脈波センサ、血中酸素飽和度測定機器などに適用可能であり、特にこれらの機器をウェアラブルに適用可能である。
【符号の説明】
【０１１５】
１、１Ａ…光学センサモジュール
１０、１６、１７…絶縁層
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｒ、１２Ｇ、１２ＩＲ、１２1、１２2、１２3、…、１２8…発光素子（ＬＥＤ）
１４…受光素子（ＰＤ）
１８…人体(測定対象物)
２０…プリント回路基板（ＰＣＢ）
２２、２２Ｒ、２２Ｇ、２２ＩＲ、２２Ａ、２２Ｂ、３４Ｔ…開口窓
２４…導光層
２６、２７1、２７2、２７3…電子回路部品
３２…遮光壁
３３Ｒ、３３Ｇ、３３ＩＲ…反射板（遮光板）
３４、３４Ｍ…遮蔽板
３６…フレキシブル基板（フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣ））
３８、４４…導光路
４０…緩衝材
４２…筐体
４６…ストラップ
【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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