(57)【要約】【課題】  機器の小型化、及び外乱光の影響の抑止という２点を両立する生体情報検出装置及び電子機器等を提供すること。【解決手段】  生体情報検出装置１０は、被検体に対して光を照射する発光部４２と、被検体からの光を受光する受光部４４とを有するセンサー部４０と、被検体に接触する接触部５０を含み、発光部４２から生体内部を経由して受光部４４に入射する光パワーをＰＳとし、受光部４４から接触部５０の端部までの距離をｒＮとしたときに、端部の外側から生体内部を経由して受光部４４に入射する外乱光の光パワーをｒＮの関数であるＰＮ（ｒＮ）とした場合に、ｒＮ≦１０ｍｍ、且つα≦ＰＳ／｛ＰＮ（ｒＮ）×１０００｝を満たすように外乱光の減衰率αが設定される。【選択図】      図１
2016198294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して光を照射する発光部と、前記被検体からの光を受光する受光部とを有するセンサー部と、
前記被検体に接触する接触部と、
を含み、
前記発光部から前記被検体である生体内部を経由して前記受光部に入射する光パワーをＰＳとし、
前記受光部から前記接触部の端部までの距離をｒＮとしたときに、前記端部の外側から前記生体内部を経由して前記受光部に入射する外乱光の光パワーをｒＮの関数であるＰＮ（ｒＮ）とした場合に、
ｒＮ≦１０ｍｍ、且つ、
α≦ＰＳ／｛ＰＮ（ｒＮ）×１０００｝
を満たすように前記外乱光の減衰率αが設定されることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
ｒＮ≦１０ｍｍ、且つ、α≦１／３０
を満たすように前記外乱光の前記減衰率αが設定されることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
ｒＮ≦８ｍｍ、且つ、α≦１／１００
を満たすように前記外乱光の前記減衰率αが設定されることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
ｒＮ≦５ｍｍ、且つ、α≦１／１０００
を満たすように前記外乱光の前記減衰率αが設定されることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記受光部に設けられ、前記受光部に入射する光を制限する光学フィルターをさらに含み、
前記光学フィルターにより、前記減衰率αが設定されることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記光学フィルターは、多層膜フィルターを含むことを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記センサー部が設けられる筺体を含み、
前記接触部は、
前記筺体が前記被検体に装着された場合に、前記筺体が前記被検体に接触する筺体面であることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記センサー部が設けられる筺体を含み、
前記接触部は、
前記筺体が前記被検体に装着された場合に、前記被検体に対向する前記筺体の面であることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記センサー部が設けられる筺体を含み、
前記接触部は、
前記筺体が前記被検体に装着された場合に、前記被検体に対向する前記筺体の面のうちの、前記被検体側に突出した突出領域であることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかにおいて、
前記センサー部からのセンサー情報に基づいて、生体情報の検出処理を行う処理部をさらに含むことを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記生体情報は、脈波情報であることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記発光部から前記生体内部を経由して前記受光部に入射し、前記脈波情報に対応する光パワーをＰＭとした場合に、
ＰＭ≧ＰＳ／１０００であることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の生体情報検出装置を含むことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報検出装置及び電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光電センサーを用いて被験者（ユーザー）の生体情報を検出する手法が知られている。ここでの生体情報とは例えば脈波情報であり、発光部から照射された光の、血管での反射光、或いは血管を透過した透過光を受光部で受光することで、皮下の血管の脈動を表す信号を取得する。
【０００３】
特許文献１には、光電センサーを用いた脈波測定装置が開示されている。特許文献１に開示された手法は、運動強度に応じて周波数のピーク探索範囲を変更することで、ユーザーが非安静状態でも精度よく脈拍数を測定することを考慮したものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−５４４４７号公報
【特許文献２】特開平７−１４８１７０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】A N Bashkatov, E A Genina, V I Kochubey and V V Tuchin. Optical properties of human skin, subcutaneous and mucous tissues in the wavelength range from 400 to 2000nm.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のように、光電センサーを用いて生体情報を検出する場合、適切な検出を行うためには信号成分とノイズ成分との関係を考慮しなくてはならない。ここでの信号成分とは、発光部から照射され、生体内部を経由して受光部に入射する光に対応するものである。一方、ノイズ成分とは外乱光に対応するものである。外乱光には種々の光が考えられるが、最も影響が大きいのは太陽光である。
【０００７】
その際、生体情報検出装置を小型化しようとすると、生体内部を経由して受光部に入射してしまう太陽光の強度（光パワー）が大きくなってしまう。なお、生体内部での光の伝搬に関しては、特許文献２や非特許文献１に詳細な記載がみられる。
【０００８】
生体情報検出装置はユーザーにより装着されるウェアラブル装置として実現されることが想定されるため、小型化の要求が大きいところ、小型化を進めるほどノイズの影響が強くなってしまうという関係にある。従来、生体情報検出装置の検出精度を高めるために、発光部の光強度を高くする、受光部の感度を高くする、光学フィルターを用いるといった種々の手法は広く用いられてきた。しかし、生体情報検出装置の小型化のために、外乱光（太陽光）の影響を抑止するという観点、特に機器のサイズと光学的な減衰率（阻止率）というパラメーターの適切な設定を行うという観点での技術の開示はみられるものではない。
【０００９】
本発明の幾つかの態様によれば、機器の小型化、及び外乱光の影響の抑止という２点を両立する生体情報検出装置及び電子機器等を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、被検体に対して光を照射する発光部と、前記被検体からの光を受光する受光部とを有するセンサー部と、前記被検体に接触する接触部と、を含み、前記発光部から前記被検体である生体内部を経由して前記受光部に入射する光パワーをＰＳとし、前記受光部から前記接触部の端部までの距離をｒＮとしたときに、前記端部の外側から前記生体内部を経由して前記受光部に入射する外乱光の光パワーをｒＮの関数であるＰＮ（ｒＮ）とした場合に、ｒＮ≦１０ｍｍ、且つα≦ＰＳ／｛ＰＮ（ｒＮ）×１０００｝を満たすように前記外乱光の減衰率αが設定される生体情報検出装置に関係する。
【００１１】
本発明の一態様では、接触部の端部までの距離ｒＮを小さく抑えるとともに、ｒＮの関数であり外乱光の光パワーを表すＰＮと、信号光の光パワーを表すＰＳとから、外乱光の減衰率αを設定する。このようにすれば、生体情報検出装置を小型化しつつ、外乱光の影響を抑止して適切な検出を行うこと等が可能になる。
【００１２】
また、本発明の一態様では、ｒＮ≦１０ｍｍ、且つ、α≦１／３０を満たすように前記外乱光の前記減衰率αが設定されてもよい。
【００１３】
これにより、ｒＮ及びαとして具体的な値を設定することが可能になる。
【００１４】
また、本発明の一態様では、ｒＮがｒＮ≦１０の範囲で小さくなるほど、α≦１／３０の範囲でαが小さくなるように前記外乱光の前記減衰率αが設定されてもよい。
【００１５】
これにより、減衰度合いをより大きくする（αを小さくする）ことで、生体情報検出装置をより小型化すること等が可能になる。
【００１６】
また、本発明の一態様では、ｒＮ≦８ｍｍ、且つ、α≦１／１００を満たすように前記外乱光の前記減衰率αが設定されてもよい。
【００１７】
これにより、ｒＮ及びαとして具体的な値を設定することが可能になる。
【００１８】
また、本発明の一態様では、ｒＮ≦５ｍｍ、且つ、α≦１／１０００を満たすように前記外乱光の前記減衰率αが設定されてもよい。
【００１９】
これにより、ｒＮ及びαとして具体的な値を設定することが可能になる。
【００２０】
また、本発明の一態様では、前記受光部に設けられ、前記受光部に入射する光を制限する光学フィルターをさらに含み、前記光学フィルターにより、前記減衰率αが設定されてもよい。
【００２１】
これにより、光学フィルターにより減衰率αを実現することが可能になる。
【００２２】
また、本発明の一態様では、前記光学フィルターは、多層膜フィルターを含んでもよい。
【００２３】
これにより、多層膜フィルターを少なくとも含む光学フィルターにより減衰率αを実現することが可能になる。
【００２４】
また、本発明の一態様では、前記センサー部が設けられる筺体を含み、前記接触部は、前記筺体が前記被検体に装着された場合に、前記筺体が前記被検体に接触する筺体面であってもよい。
【００２５】
これにより、筐体を有する生体情報検出装置を実現すること、及び当該筐体の面により接触部を実現すること等が可能になる。
【００２６】
また、本発明の一態様では、前記センサー部が設けられる筺体を含み、前記接触部は、前記筺体が前記被検体に装着された場合に、前記被検体に対向する前記筺体の面であってもよい。
【００２７】
これにより、筐体を有する生体情報検出装置を実現すること、及び当該筐体の被検体に対向する面により接触部を実現すること等が可能になる。
【００２８】
また、本発明の一態様では、前記センサー部が設けられる筺体を含み、前記接触部は、前記筺体が前記被検体に装着された場合に、前記被検体に対向する前記筺体の面のうちの、前記被検体側に突出した突出領域であってもよい。
【００２９】
これにより、筐体を有する生体情報検出装置を実現すること、及び当該筐体の被検体に対向する面の突出領域により接触部を実現すること等が可能になる。
【００３０】
また、本発明の一態様では、前記センサー部からのセンサー情報に基づいて、生体情報の検出処理を行う処理部をさらに含んでもよい。
【００３１】
これにより、センサー情報に基づいて生体情報を検出することが可能になる。
【００３２】
また、本発明の一態様では、前記生体情報は、脈波情報であってもよい。
【００３３】
これにより、センサー情報に基づいて脈波情報を検出することが可能になる。
【００３４】
また、本発明の一態様では、前記発光部から前記生体内部を経由して前記受光部に入射し、前記脈波情報に対応する光パワーをＰＭとした場合に、ＰＭ≧ＰＳ／１０００であってもよい。
【００３５】
これにより、信号光の光パワーＰＳと、脈波情報に対応する光パワーＰＭとの関係を考慮した上で、減衰率αを決定すること等が可能になる。
【００３６】
また、本発明の他の態様は、上記の生体情報検出装置を含む電子機器に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、発光部、受光部、筐体の配置例と信号光、外乱光の関係を表す平面図及び断面図。
【図２】波長と吸収係数μａ、散乱係数μｓ’の関係例。
【図３】生体内の伝搬距離と光パワーとの関係例。
【図４】皮膚に照射される太陽光の光パワーの分光特性。
【図５】太陽光の波長帯域と光パワーの関係例。
【図６】生体内部を経由して受光部に入射する外乱光の光パワーの演算手法の例。
【図７】接触部の端部までの距離ｒＮと外乱光パワーＰＮの関係例。
【図８】減衰率αの設定例。
【図９】本実施形態に係る受光部及び多層膜フィルターの断面図。
【図１０】受光部に角度制限フィルターを設ける場合の断面図。
【図１１】図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は角度制限フィルターの形成工程の説明図。
【図１２】角度制限フィルターの形成工程の説明図。
【図１３】生体情報検出装置の構成例。
【図１４】図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は生体情報検出装置の外観図。
【図１５】生体情報検出装置の他の外観図。
【図１６】図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は接触部の具体例。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
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。
【００３９】
１．本実施形態の手法
まず本実施形態の手法について説明する。上述したように、生体情報の検出に光電センサーを用いる手法が広く知られている。光電センサーは発光部と受光部を含み、発光部から照射され、生体内部を経由した光を受光部で受光することで生体情報の検出を行う。この際、受光部は光を検出可能である（例えば光電変換を行う）素子であればよく、当該受光部に入射している光がどのような光であるかを区別するものではない。例えば、入射する光の光源が何か、或いは光の伝搬経路がどのような経路であるか、といったことは受光部では区別しない。そのため、外乱光が入射する場合、当該外乱光と、発光部から照射され生体内部を経由した光とを区別できない。
【００４０】
生体情報の検出で利用したいのは、上述したように発光部から照射され生体内部を経由した光（以下、信号成分に対応する光であるため信号光とも表記する）であり、外乱光はノイズ成分となる。外乱光において最も寄与度が高い光は太陽光であるため、以下太陽光を対象に説明を行う。
【００４１】
そのため、従来の生体情報検出装置においても、太陽光の受光部への入射を妨げるような構造を用いることが普通である。例えば、図１４（Ａ）〜図１５等を用いて後述するような腕時計型（バンド型）の生体情報検出装置では、本体部（ケース部３０、筐体）のうち、被検体に接触する接触面側に光電センサー（センサー部４０）を設けている。このようにすれば、生体情報を検出する状態、すなわち腕時計型機器がユーザーの腕の装着されている状態では、受光部は、光電センサー（及び回路基板等の生体情報検出装置を構成する部材）を含む筐体と、生体とに挟まれることになる。つまり、筐体が遮光部材となり、太陽光が受光部に直接入射することを抑止できる。
【００４２】
しかし、生体情報の検出において発光部から照射された光が生体内部を経由する、狭義には血管領域まで到達し、血管で反射されて受光部に達することからわかるように、光は生体内部を伝搬する特性を有する。つまり、筐体等を遮光部材とすることで、太陽光が直接受光部に入射することは抑止できても、当該遮光部材により遮光されない位置から生体内に入射し、生体内を伝搬した光が受光部に入射することまで抑止することは難しい。
【００４３】
具体例を図１（Ａ）、図１（Ｂ）を用いて説明する。図１（Ａ）は、発光部、受光部、筐体の配置例と信号光、外乱光の関係を表す平面図であり、図１（Ｂ）はその断面図である。図１（Ａ）に示したように、ここでは円形の遮光エリアが設けられる例、具体的には円板形状の筐体を用いる例を想定している。そして、筐体と生体２００とに挟まれる位置に、発光部４２と受光部４４が設けられる。なお、図１（Ａ）では筐体の中央部に受光部４４が設けられ、中央からずれた位置に発光部４２を設けるものとしたが、位置関係はこれに限定されず、発光部４２と受光部４４の中点が筐体の中央部となるような配置や、発光部４２が筐体の中央部となるような配置としてもよい。
【００４４】
この場合、図１（Ａ）に示したように、太陽光は生体表面（皮膚）のうち、遮光エリア以外のエリアには入射することになる。そのため、図１（Ｂ）に示したように、受光部４４には発光部４２から照射され生体内を経由した光ＬＳと、遮光エリア外の点から入射し生体内を経由した太陽光ＬＮとが入射することになる。
【００４５】
ここで、ＬＳの光パワーをＰＳ、ＬＮの光パワーをＰＮとした場合、受光部４４の出力値のうち、信号成分がＰＳ、ノイズ成分がＰＮに対応（狭義には比例）することになり、Ｓ／Ｎ比はＰＳ／ＰＮに対応した値となる。
【００４６】
また、遮光エリア外の所与の一点をｋとし、ｋから入射し生体内を経由した太陽光の光パワーをｐｎ（ｋ）とした場合、ＰＮはｐｎ（ｋ）を遮光エリア外の全領域にわたって積分した値となる。例えば、図１（Ｂ）に示したように、受光部からの距離がｒＮ以上となる範囲から入射した太陽光が、生体内部を経由して受光部４４に入射する光パワーの総和がＰＮである。なお、具体的な計算例については図６を用いて後述する。
【００４７】
つまり、遮光エリア外の領域を狭くする、すなわち遮光エリアを広くすることで、ノイズ成分ＰＮを小さくすることが可能である。特に、図３を用いて後述するように、生体内部を伝搬する平面方向での距離が長くなるほど、生体内部での光の減衰は指数関数的に大きくなる。つまり、受光部４４に比較的近い位置からの太陽光の入射を抑止できるということから考えても、遮光エリアを広くすることによるＰＮの減少の効果は大きい。
【００４８】
ここで、遮光エリアの広さが筐体、或いはそれに類する生体情報検出装置の部材の大きさに対応することに鑑みれば、生体情報検出装置のサイズを大きくするほど太陽光に起因するノイズの影響を抑止可能であると言える。逆に言えば、生体情報検出装置を小型化しようとすると、太陽光に起因するノイズの影響が大きくなってしまう。
【００４９】
そのため、従来の生体情報検出装置では極端な小型化はされていなかった。具体的には、腕時計型の機器であれば、本体部（バンド部を除いた筐体部分）の直径が２０ｍｍより大きく、図１（Ｂ）のｒＮであればｒＮ＞１０ｍｍである。しかし、直径２０ｍｍを超えるようなサイズは、大型の腕時計相当であり、人の手首の太さ（直径）との比較においてある程度大きなサイズとなる。つまり、このようなサイズの生体情報検出装置は、装着することで邪魔になる可能性があり、特に手首の細い女性や子供には適しているとは言えない。なお、ここで距離ｒＮは、図１（Ａ）のような平面視における、受光部４４の中心からの距離である。あるいは、平面視において受光部が矩形である場合には、対角線の交点を受光部の中心と定義し、対角線の交点からの距離であるとすることもできる。また、受光部４４の位置は中心を基準とするものには限定されず、種々の代表位置を用いてもよい。代表位置は重心位置でもよいし、端点に対応する位置でもよいし、平面視において受光部４４に含まれる他の位置であってもよい。この場合、距離ｒＮは受光部４４の代表位置からの距離となる。
【００５０】
そこで本出願人は、ｒＮが１０ｍｍ以下となるような小型化を実現しつつ、生体情報が検出可能な程度にノイズ成分（ＰＮ）を抑える手法を提案する。具体的には、本実施形態に係る生体情報検出装置１０は、被検体に対して光を照射する発光部４２と、被検体からの光を受光する受光部４４とを有するセンサー部４０と、被検体に接触する接触部５０とを含む。そして、発光部４２から生体内部を経由して受光部に入射する光パワーをＰＳとし、受光部４４から接触部５０の端部までの距離をｒＮとしたときに、端部の外側から生体内部を経由して受光部４４に入射する外乱光の光パワーをｒＮの関数であるＰＮ（ｒＮ）とした場合に、下式（１）及び下式（２）を満たすように外乱光の減衰率αが設定される。
ｒＮ≦１０ｍｍ  ・・・・・（１）
α≦ＰＳ／｛ＰＮ（ｒＮ）×１０００｝  ・・・・・（２）
【００５１】
ここで接触部５０とは、生体情報検出装置１０のうち、生体情報の検出時に生体に接触する部分を表し、図１４（Ａ）〜図１５を用いて後述するような腕時計型の生体情報検出装置１０であれば、ケース部３０（筐体）のうちの生体側の面を表す。具体的には、生体情報検出装置１０の筐体が本体部と裏蓋部とを組み合わせて実現されるのであれば、裏蓋部が接触部５０であってもよいし、筐体が射出成形等で一体形成される場合であれば、そのうちの生体側の一部であってもよい。また、接触部５０は、生体情報検出装置１０の生体側に設けられる部材全体である必要はない。例えば、生体情報検出装置１０が裏蓋部を有する場合に、裏蓋部の一部が生体に接触し、他の部分が接触しない（生体に対して浮く）構成としてもよい。その場合の接触部５０は、裏蓋部のうちの生体に接触する部分を表す。
【００５２】
また、外乱光の減衰率αとは、α＜１を満たす正数であり、光パワーＰＮの外乱光が受光部４４に入射しようとした場合に、その光パワーをα×ＰＮに減衰させる特性を表す。なお、図８を用いて後述するように、信号光を減衰させることは好ましくないため、実際には信号光に対応する波長帯域の光は減衰させず（１００％、或いはそれに近い割合で透過させ）、それ以外の波長帯域の光パワーをα倍に減衰させるものとすればよい。
【００５３】
この場合、外乱光についても、信号光に対応する波長帯域の光については減衰されないことになるため、光パワーの減衰は厳密にはα×ＰＮとはならないかもしれない。しかし、図３を用いて後述するように、生体内を伝搬する光は、波長が短いほどその減衰度合いが大きい。そのため、太陽光の分光特性（図４を用いて後述）のうち、短い波長帯域に対応する０．４μｍ〜０．６μｍの光は、減衰度合いが大きいため、受光部４４に到達する外乱光に占める光パワーは無視して問題ない程度に小さいものとなる。ここでの信号光は例えば緑の波長帯域に対応する０．５μｍ〜０．６μｍ等を用いることを想定している。そのため、外乱光のうち、信号光に対応する波長帯域の光を透過する（αで減衰しない）としても、そのことによる光パワーＰＮへの影響は考慮しなくても問題ないと言える。つまり本実施形態では、図８に示すような特性の光学フィルター等を用いるものとするが、それにより外乱光の光パワーはα×ＰＮになると考えて差し支えない。
【００５４】
つまり、最終的に受光部４４により受光される外乱光起因の光パワーは、ＰＮ（ｒＮ）×αとなり、上式（２）を満たすようなαを設定することで、ＰＮ（ｒＮ）×α≦ＰＳ／１０００、すなわち外乱光起因の光パワーを、信号光の光パワーの１／１０００に抑えるような減衰率を設定することが可能になる。
【００５５】
脈波情報は血流量の変動から求められるものであるため、実際に脈波情報を表す信号は信号光ＬＳのＡＣ成分（すなわちＰＳの変動分であるＡＣ成分）となる。そして、特許文献１には、ＰＳに対応する信号に対して、２桁程度小さい信号値がＡＣ成分に対応するとの記載が見られ、本出願人による実験でも、ＡＣ成分はＤＣ成分の１／８００〜１／３００程度であることがわかっている。つまり、脈派に対応する信号成分は、ＰＳ／８００〜ＰＳ／３００程度の値となるため、外乱光による信号を、当該脈波に対応する信号成分と十分区別可能な程度に小さくしておけば、適切な脈波情報（広義には生体情報）の検出が可能となる。その点、上式（２）を満たすものとすれば、ＰＮ（ｒＮ）×α≦ＰＳ／１０００となるため、脈波に対応する成分に対してノイズ成分を十分小さくすることが可能である。
【００５６】
さらに、これらの設定は上式（１）を条件として行われているため、生体情報検出装置の小型化も可能になる。つまり本実施形態の手法によれば、生体情報検出装置の小型化と、外乱光の影響抑止を両立することが可能になる。
【００５７】
なお、具体的な数値については後述するが、上式（１）と（２）の両方を満たそうとした場合、αは１／３０以下といった非常に小さい値となる。すなわち光の減衰度合いを非常に大きくする必要があり、一例としては高性能な光学フィルターを実現しなくてはならない。その点、本出願人は図９〜図１２を用いて後述する多層膜フィルターや角度制限フィルター等を用いるため、αに関する条件を満たすことが可能である。
【００５８】
以下、生体内部の光の伝搬シミュレーションに基づいて、上式（１）及び（２）を満たす具体的なαの数値の求め方を説明する。合わせて、より小型化を進めた場合（ｒＮを１００ｍｍよりもさらに小さくした場合）のαの具体例についても説明する。さらに、αを実現する具体的な構成例として光学フィルターについて説明し、最後に本実施形態に係る生体情報検出装置１０の具体的な構成例を説明する。
【００５９】
２．受光部−端部間の距離ｒＮと減衰率αの設定例
具体的なｒＮ，αの設定例について説明する。まず図２〜図７を用いて生体内の光の伝搬等の本実施形態の原理を説明する。次に、図８〜図１２を用いて、減衰率αを実現する具体的な構成の例として光学フィルターの説明を行う。
【００６０】
２．１  本実施形態の手法の原理
生体内部、特に皮膚内での光の伝搬特性は種々知られており、例えば特許文献２には、下式（３）が開示されている。下式（３）において、Ｒ（ｒ）がｒｍｍの距離を伝搬した光強度、Ｚ０が仮想的な入射深さ、Ｄが拡散係数、μａが吸収係数を表す。また、拡散係数Ｄは下式（４）により表され、下式（４）におけるμｓ’は散乱係数（補正散乱係数）を表す。
【数１】
2016198294.tif 000003
【数２】
2016198294.tif 000004
【００６１】
また、非特許文献１のFigure 2．（ａ）及び（ｂ）には吸収係数μａと散乱係数μｓ’に関する開示があり、これに基づいて、図２に示すように、光の波長帯域と、当該波長帯域におけるμａ、μｓ’の関係を導くことができる。
【００６２】
上式（３）、（４）及び図２を用いることで、図３を導くことができる。図３は、皮膚内での伝搬距離ｒと、光パワー（光強度）Ｒの関係を示したものである。具体的には、各波長帯域について、図２で示されるμａ、μｓ’の値を上式（３）、（４）に代入すればよい。なお、図３を導くに当たり、仮想的な入射深さとして、Ｚ０＝１ｍｍを用いている。また、図３では、距離ｒ＝０での光強度を１としている。すなわち、図３は距離ｒだけ伝搬したときの光パワーの減衰度合いを表すグラフである。
【００６３】
図３からわかるように、波長が短いほど距離に対する光パワーの減衰度合いが大きく、波長が長いほど減衰度合いが小さい。比較的波長が長い帯域である赤い光（例えば０．６μｍ以上）は、減衰度合いが小さいことになるため、この波長帯域の信号光を用いた場合には、外乱光の影響が大きくなる。なぜなら、受光部４４から遠い位置で入射した外乱光についても皮膚内での減衰度合いが小さいまま受光部４４まで到達してしまうためである。本実施形態では、この点も考慮して緑の光（波長帯域は例えば０．５μｍ〜０．６μｍ）を用いるものとして説明を行う。ただし、赤等の波長帯域を用いる実施形態も否定されるものではない。
【００６４】
ここで、信号光として０．５μｍ〜０．６μｍの光を用い、且つ発光部４２と受光部４４との間の距離ｒＳを２ｍｍとした場合、図３から光パワーとしてＲ＝０．００４７１（／ｍｍ２）という値が求められる。つまり、発光部４２から照射された光の光パワーは、０．００４７１倍に減衰されて受光部４４で受光される。仮に、生体内部を経由せずに発光部４２から照射され受光部４４で受光される光の光パワーを１ｍＷとすれば、ｒＳ＝２ｍｍに設定した場合の信号光の光パワーＰＳは、下式（５）となる。
ＰＳ＝１ｍＷ×０．００４７１／ｍｍ２
＝４．７１×１０−３ｍＷ／ｍｍ２  ・・・・・（５）
【００６５】
なお、発光部４２の発光強度を高くする、発光部４２にレンズ等を設けて光の指向性を高くする、或いは受光部４４の受光感度を高くする、といった種々の手法により、生体内部を経由しないと仮定した場合の発光部４２から照射され受光部４４で受光される光の光パワーを大きくすることができ、ＰＳを大きくすることが可能である。また、発光部４２と受光部４４との距離ｒＳを小さくしてもＰＳは大きくできる。ただし、現状でも発光部４２や受光部４４の性能、配置等が異なる種々の製品が知られているが、そのような異なる製品でも信号光の光パワーＰＳの水準は上式（５）程度とされているものが多数である。よって本実施形態の以下の説明では、ＰＳは上式（５）で表される値であるものとしてパラメーターの設定等を行う。ここで、距離ｒＳは、図１（Ａ）のような平面視、あるいは図２（Ｂ）のような断面視における、発光部４２の中心から受光部４４の中心までの距離である。また、平面視において発光部、受光部が矩形である場合には対角線の交点間の距離とすることができる。なお、受光部４４の位置の基準を代表位置としてもよい点は距離ｒＮの場合と同様である。また、発光部４２の位置の基準についても、中心ではなく代表位置としてもよい。つまり、距離ｒＳは、発光部の代表位置から受光部の代表位置までの距離であってもよい。
【００６６】
上述したように、ＰＳのうち脈波に対応するＡＣ成分は１／８００〜１／３００程度である。言い換えれば、発光部４２から生体内部を経由して受光部４４に入射し、脈波情報に対応する光パワーをＰＭとした場合に、ＰＭ≧ＰＳ／１０００である。ここでのＰＭは例えばＰＳのＡＣ成分のパワーに対応する。
【００６７】
その点を考慮して、受光部４４で受光される外乱光の光パワーは、ＰＳの１／１０００程度に抑えておくとよい。すなわち外乱光の光パワーは上式（５）の１／１０００である４．７１×１０−６ｍＷ／ｍｍ２以下とすればよい。このようにすれば、脈波情報に対応する光パワーを考慮した上で処理を行うことができる。そのため、ノイズに対応する光パワーＰＮに対する、脈波情報に対応する光パワーＰＭの大きさを適切に設定する（具体的にはＰＭ＞ＰＮとする）ことが可能になる。
【００６８】
よって次に、受光部４４に入射する外乱光（太陽光）の光パワーＰＮの評価を行う。まず太陽光の光パワーの分光特性を図４に示す。図４の横軸が波長、縦軸が単位面積当たり、単位波長当たりの光パワー（単位はＷ／ｍ２・μｍ）を表す。図４は地表面に降り注ぐ太陽光の光パワーを表すものであり、生体（ユーザーの皮膚）に照射される太陽光の光パワーを表すものと考えてよい。
【００６９】
図４から、波長帯域ごとの太陽光の光パワーを求めたものが図５である。図５では、０．４μｍ〜１．０μｍの範囲を０．１μｍごとに区切った波長帯域を考えている。例えば、図４のうち、Ａ１で示した範囲の面積に相当する情報が、図５における０．４μｍ〜０．５μｍの波長帯域での単位面積当たりの光パワーとなる。ただし、図４での単位がＷ及びｍを用いているのに対して、図５ではｍＷ、ｍｍを用いているため、その変換を行う必要がある。
【００７０】
なお、図９等を用いて後述するように、受光部４４（光検出領域１２１）の感度波長域は、例えば０．３μｍ〜１．１μｍ、或いは０．４μｍ〜１．０μｍ程度の範囲に設定されることが考えられる。この場合、当該感度波長域以外の波長の光が入射したとしても、当該光が受光部４４で検出されることはなく、当該光は信号としてもノイズとしても寄与しない。よって本実施形態では、ＰＮの評価を行うに当たって、波長帯域として受光部４４の感度波長域であることが想定される波長帯域、具体的には図５に示したように０．４μｍ〜１．０μｍの範囲を対象として処理を行うものとする。なお、この波長帯域は、０．３μｍ〜１．１μｍとしてもよいし、他の波長帯域としてもよく、受光部４４の感度波長域等の特性に合わせて種々の変形実施が可能である。
【００７１】
図１（Ａ）等に示したように、受光部４４を中心として半径ｒＮの筐体が遮光部材として設けられる生体情報検出装置１０を考える。この場合、受光部４４からの距離がｒＮより大きくなる全ての点に対して太陽光が入射することになる。ただし、実際にはユーザーの体の大きさは有限であるし、図３に示したように生体内の伝搬距離が大きくなるほど光パワーは指数関数的に減少していく。よって受光部４４からの距離がｒＮより大きい点として、受光部４４から無限遠の点まで考慮する必要性は低く、ここではｒＮ＜ｒ＜３０ｍｍの範囲を考慮する。また、上述したように太陽光の波長帯域については０．４μｍ〜１．０μｍだけを考えるものとする。
【００７２】
具体的な計算例を図６に示す。図６は受光部４４を中心として、領域を同心円状に区分したものである。図６のＢ５は受光部４４を中心とした半径５ｍｍの円を表す領域である。
【００７３】
そして、受光部４４からの距離がｒとなる点、すなわち受光部４４を中心とする半径ｒの円上の点では、０．４μｍ〜０．５μｍの光が、０．１３０ｍＷ／ｍｍ２の強度で入射し（図５）、図３のＲ０．４−０．５（ｒ）に対応する比率で減衰され、Ｒ０．４−０．５（ｒ）×０．１３０ｍＷ／ｍｍ２というパワーで受光部４４に入射する。同様に、１．０μｍの波長帯域まで考えれば、受光部４４からの距離がｒとなる点に入射した光は、下式（６）で表される光パワーｐｎに減衰されて受光部４４に入射されることになる。
pn=R0.4-0.5(r)×0.130 + R0.5-0.6(r)×0.155 + R0.6-0.7(r)×0.145 + 
R0.7-0.8(r)×0.126 + R0.8-0.9(r)×0.102 + R0.9-1.0(r)×0.083(mW/mm2)
・・・・・（６）
【００７４】
上式（６）が、受光部４４から距離ｒである一点に入射して生体内部を経由した光パワーであることを考慮すれば、上式（６）を図６のうちのｒＮ＜ｒ＜３０ｍｍを満たす全範囲（極座標系であればθは０〜２π）について積分すれば筐体サイズをｒＮとしたときの外乱光のパワーＰＮを求めることができる。
【００７５】
実際の演算については、図６に示したように同心円状の領域を設定し、各領域ごとに計算してもよい。例えば、Ｂ５の領域は面積が（６２−５２）π（ｍｍ２）である。Ｂ５内には受光部４４までの距離が５ｍｍの点、６ｍｍの点、及びその間の距離の点が混在することになるが、その際の光パワーの減衰度合いを５ｍｍでの減衰度合いと６ｍｍでの減衰度合いの平均値で代表する。例えば、領域Ｂ５内の点に入射した０．４μｍ〜０．５μｍの光についての減衰度合いを下式（７）のＲ’０．４−０．５であると考えればよい。
R'0.4-0.5(B5)={R0.4-0.5(5)+R0.4-0.5(6)}/2          ・・・・・（７）
【００７６】
他の波長帯域についても同様に領域Ｂ５に入射した光パワーの減衰度合いを５ｍｍでの減衰度合いと６ｍｍでの減衰度合いの平均値Ｒ’で代表するものとすれば、領域Ｂ５に入射し、生体内を経由して受光部４４に入射する光の光パワーｐｎ（Ｂ５）は、下式（８）により求められる。
pn(B5)={R'0.4-0.5(B5)×0.130 + R'0.5-0.6(B5)×0.155 + R'0.6-0.7(B5)×0.145 +
R'0.7-0.8(B5)×0.126 + R'0.8-0.9(B5)×0.102 + R'0.9-1.0(B5)×0.083}
× (62-52)π      ・・・・・（８）
【００７７】
同様に、受光部４４から距離が６ｍｍ〜７ｍｍである領域Ｂ６、７ｍｍ〜８ｍｍである領域Ｂ７といったように、受光部４４からの距離がｉｍｍ〜ｉ＋１ｍｍである領域Ｂｉに入射した光が生体内部を経由して受光部４４に入射する光パワーｐｎ（Ｂｉ）を求めることができる。ここでは上述したように、受光部４４からの距離が３０ｍｍ以下の範囲を考慮しているため、ｐｎ（Ｂ２９）まで求めればよい。
【００７８】
このようにすれば、各同心円状の領域ついて、当該領域に入射した太陽光が、生体内部を経由して受光部４４に入射する光パワーｐｎを求めることができる。ここで、図１（Ａ）等に示したように、生体情報検出装置１０の筐体として半径５（ｍｍ）の円板形状の筐体を用い、当該筐体により半径５ｍｍの遮光エリアが設定される場合を考える。この場合、受光部４４から５ｍｍ以内の範囲の生体への太陽光の入射は抑止されるため、太陽光が入射する領域としては、Ｂ５、Ｂ６、・・・Ｂ２９の集合の領域を考慮すればよい。そのためＰＮはｐｎ（Ｂ５）〜ｐｎ（Ｂ２９）の総和となる。
【００７９】
これを一般化し、生体情報検出装置１０の筐体として半径ｒＮ（ｍｍ）の円板形状の筐体を用い、当該筐体により半径ｒＮｍｍの遮光エリアが設定される場合を考える。この場合、太陽光が入射する領域としては、ＢｒＮ、ＢｒＮ＋１、・・・Ｂ２９の集合の領域を考慮すればよい。そのためＰＮ（ｒＮ）は下式（９）により求めることが可能である。
【数３】
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【００８０】
図３に示したように、Ｒ０．４−０．５（ｒ）等の数値は既知である。よって、上式（９）に具体的な値を代入することで、ＰＮとｒＮの数値関係を求めることができ、これを図示したものが図７である。なお、以上では０．４μｍ〜１．０μｍの波長帯域を対象として処理を行ったが、上述したように、短い波長の光は伝搬距離ｒに対する減衰度合いが大きく、ＰＮに対する寄与度が小さい。よって例えば、比較的波長が短い０．４μｍ〜０．６μｍの波長帯域についての処理を省略し、０．６μｍ〜１．０μｍの波長帯域を対象として上述の処理を行うといった変形実施が可能である。また、ここではｒＮとして５ｍｍ以上の値を想定したため、Ｂ５〜Ｂ２９の領域を対象としたが、さらに受光部４４に近い領域、例えば受光部４４からの距離が４ｍｍ〜５ｍｍである領域Ｂ４等を考慮してもよく、その場合、ｒＮ＜５ｍｍの場合のＰＮ（ｒＮ）を求めることも可能になる。
【００８１】
仮に、減衰率αにより外乱光を減衰させず、生体情報検出装置１０のサイズｒＮにより上述した４．７１×１０−６ｍＷ／ｍｍ２以下という条件を満たすように設定するものとすると、図７より例えばｒＮ＝１７ｍｍとする必要がある。図７よりｒＮ＝１７の時のＰＮは３．３６×１０−６ｍＷ／ｍｍ２となるため、４．７１×１０−６ｍＷ／ｍｍ２以下という条件を満たす。
【００８２】
しかし、この場合ｒＮが大きくなりすぎ、例えば生体情報検出装置１０を腕時計型機器とし、上記ｒＮを円板形状の本体部の半径であるとすれば、本体部の直径が３４ｍｍとなる。時計の文字盤を想像すればわかるように、直径３４ｍｍというサイズは非常に大きく、装着が煩わしく感じられる可能性もあり好ましくない。
【００８３】
よって本実施形態では、生体内部を経由して受光部４４に入射する外乱光の光パワーＰＮをα倍（＜１）に減衰させる。このようにすれば、図７から求められるＰＮそのものを４．７１×１０−６ｍＷ／ｍｍ２以下とせずとも、α×ＰＮ≦４．７１×１０−６ｍＷ／ｍｍ２とすればノイズに対応する光パワーを十分小さくできる。つまり、ｒＮをより小さくすることが可能になり、生体情報検出装置１０の小型化が可能になる。
【００８４】
例えば、上述したようにｒＮ≦１０ｍｍ、すなわち直径２０ｍｍというサイズは、腕への装着等を考慮した場合に望ましい値である。図７より、ＰＮ（１０）＝１．４０×１０−４ｍＷ／ｍｍ２であるため、α＝１／３０とすれば、α×ＰＮ（１０）＝１．４０×１０−４×１／３０＝４．６７×１０−６ｍＷ／ｍｍ２≦４．７１×１０−６となり、上式（１）及び上式（２）の両方を満たすことが可能になる。また、減衰度合いをより大きくする、すなわちαを１／３０に比べさらに小さくしても上記条件を満たすことが可能である。
【００８５】
つまり、ｒＮ≦１０ｍｍ、且つ、α≦１／３０を満たすように外乱光の減衰率αが設定されることで、生体情報（脈波情報）を適切に検出可能な生体情報検出装置１０を実現することが可能になる。
【００８６】
この際、ｒＮがｒＮ≦１０の範囲で小さくなるほど、α≦１／３０の範囲でαが小さくなるように外乱光の減衰率αが設定される。すなわち、ｒＮが小さいほど外乱光の影響が大きくなるため、減衰度合いを大きく（αを小さく）することで、外乱光の影響を適切に抑えることが可能になる。
【００８７】
例えば、ｒＮ≦８ｍｍ、且つ、α≦１／１００を満たすように外乱光の減衰率αが設定されてもよい。図７よりＰＮ（８）＝４．５８×１０−４ｍＷ／ｍｍ２であるため、α＝１／１００とすれば、α×ＰＮ（８）＝４．５８×１０−６ｍＷ／ｍｍ２≦４．７１×１０−６となり、上式（１）及び上式（２）の両方を満たすことが可能になる。
【００８８】
同様に、ｒＮ≦５ｍｍ、且つ、α≦１／１０００を満たすように外乱光の減衰率αが設定されてもよい。図７よりＰＮ（５）＝３．４２×１０−３ｍＷ／ｍｍ２であるため、α＝１／１０００とすれば、α×ＰＮ（５）＝３．４２×１０−６ｍＷ／ｍｍ２≦４．７１×１０−６となり、上式（１）及び上式（２）の両方を満たすことが可能になる。
【００８９】
２．２  減衰率αを実現する具体的な構成例
上述したように、本実施形態では、接触部５０の端部の外側から生体内部を経由して受光部４４に入射する外乱光の光パワーＰＮをα倍に減衰させる。その際、ｒＮ≦１０という小型化を実現するためには、αは上述したように１／３０〜１／１０００といった非常に小さい値とする必要がある。一般的な従来製品でも光学フィルター等を設けているものはあるが、その際の減衰率は数分の１程度（具体的には１／１０よりも大きい程度）にとどまっており、これは高性能な光学フィルターを実装することが困難であるという理由が考えられる。
【００９０】
しかし本出願人は、１／３０〜１／１０００といった減衰率を有する高性能な光学フィルターを実装可能である。具体的な減衰率の例を図８に示す。上述したように、信号光の波長帯域は透過させ、それ以外の波長帯域の光の光パワーをα倍に減衰させる。ここでは信号光の波長帯域が０．５μｍ〜０．６μｍであるため、当該帯域の透過率を１００％、他の波長帯域の減衰率をαとすればよい。また、上述したように１．０μｍ以上の波長帯域を無視してもよいとすれば、当該波長帯域での減衰率をαとする必要はなく、例えば透過率を１００％としてもよい。
【００９１】
つまり、本実施形態に係る生体情報検出装置１０は、受光部４４に設けられ、受光部４４に入射する光を制限する光学フィルターをさらに含み、当該光学フィルターにより、減衰率αが設定されてもよい。これにより、光学フィルターを設けることで減衰率αを実現することができる。
【００９２】
その際、光学フィルターは、多層膜フィルター（誘電体多層膜１１１）を含んでもよい。多層膜フィルターを用いることで、上述したような非常に小さいαを実現することが可能になる。
【００９３】
図９に半導体ウェハーからダイシングにより切り出された１つの受光センサー１４０の構成例（断面図）を示す。図９に示したように、半導体ウェハーから切り出される複数の受光センサー１４０の各センサーは、半導体基板１０１と、誘電体多層膜１１１と、光検出領域１２１を含む。ここでの光検出領域１２１は、受光部４４に対応し、例えばフォトダイオード（ＰＤ）であり、具体的にはＰＮ接合ダイオード等で実現される。光検出領域１２１の感度波長域は、ＰＮ接合を形成する際のドーピング濃度等でも変化するが、例えば３００〜１１００ｎｍ（０．３〜１．１μｍ）程度、或いは４００〜１０００ｎｍ（０．４〜１．０μｍ）程度の波長帯域である。
【００９４】
誘電体多層膜１１１（多層膜光学フィルター）は、図９に示したように、第１の屈折率の第１の屈折率層と、第１の屈折率よりも低い第２の屈折率の第２の屈折率層とが積層された膜である。図９に示したとおり、第１の屈折率層（以下、高屈折率層）は酸化チタン（具体的には二酸化チタンＴｉＯ２）の層であり、第２の屈折率層（以下、低屈折率層）は酸化ケイ素（具体的には二酸化ケイ素ＳｉＯ２）の層であってもよい。
【００９５】
光学的な処理を行うことを考慮すれば、所与の進路（光路）上において、屈折率の変化点を設けるとよい。この場合、高屈折率層と低屈折率層が接する面が当該屈折率の変化点となる。つまり、高屈折率層と低屈折率層を積層するに当たっては、図９に示したように、高屈折率層と低屈折率層を交互に積層するとよい。なお、半導体基板１０１と垂直（略垂直）な方向に沿って、高屈折率層と低屈折率層を交互に積層する。図９等では積層方向における両端の面を高屈折率層としているため、積層数は奇数（例えば６１等）となるが、これに限定されるものではない。
【００９６】
また、誘電体多層膜１１１は、バンドパスフィルターとなる膜である。上述したＴｉＯ２を用いた高屈折率層と、ＳｉＯ２を用いた低屈折率層を積層することで、所定の波長帯域の光を阻止することが可能であることがわかっている。そして具体的には、高屈折率層と低屈折率層を合わせて２０層程度積層することで、２００ｎｍ程度の波長帯域が阻止可能となる。
【００９７】
本実施形態においては、通過帯域の周辺の波長帯域を、誘電体多層膜１１１により遮蔽することで、所望の通過帯域を有するバンドパスフィルターを実現する。例えば、通過帯域が５００〜６００ｎｍであれば、阻止波長帯域は３００〜５００ｎｍ及び６００〜１１００ｎｍとすればよい。これは、紫外光及び青色光（３００〜５００ｎｍ）、赤色光（６００〜７００ｎｍ）、及び近赤外光（７００〜１１００ｎｍ）をカットする特性に対応する。この際、誘電体多層膜１１１全ての層が３００〜５００ｎｍ及び６００〜１１００ｎｍを阻止する特性を有するのではなく、誘電体多層膜１１１をいくつかの群に分けて考えるとよい。
【００９８】
具体的には、誘電体多層膜１１１は、第１群の屈折率層と第２群の屈折率層を有し、第１群の屈折率層で第１の周波数帯域を減衰させ、第２群の屈折率層で第２の周波数帯域を減衰させ、第１の周波数帯域と第２の周波数帯域との間の第３の周波数帯域が通過帯域となる光学フィルターである。
【００９９】
例えば、誘電体多層膜１１１のうちの２０層を用いて、３００〜５００ｎｍを阻止する。この場合、当該２０層が上記第１群の屈折率層であり、３００〜５００ｎｍが第１の周波数帯域となる。また、誘電体多層膜１１１のうちの４０層を用いて、６００〜１１００ｎｍを阻止する。この場合、当該４０層が上記第２群の屈折率層であり、６００〜１１００ｎｍが第２の周波数帯域となる。また、この場合の第３の周波数帯域は５００〜６００ｎｍとなる。
【０１００】
上述したように、第１群，第２群の屈折率層とは、高屈折率層及び低屈折率層の一方のみが２０或いは４０層積層されるのではなく、それぞれが高屈折率層と低屈折率層を含む（狭義には交互に積層される）ものである。また、第２群の屈折率層をさらに分割して考えてもよい。例えば、第２群の屈折率層のうちの２０層を用いて、６００〜８００ｎｍを阻止（減衰）し、第２群の屈折率層のうちの他の２０層を用いて、８００〜１１００ｎｍを阻止すればよい。
【０１０１】
このようにすれば、非常に高精度なバンドパスフィルターを実現することが可能になる。デジタルカメラ等のイメージセンサー（撮像センサー）に設けられるカラーフィルターも可視光のうちの特定の波長域を通過帯域とするバンドパスフィルターであるが、その精度は非常に低い。なぜなら、イメージセンサーでは受光した信号を画像に変換してユーザーに提示する。そのため、所望の波長帯域からずれる波長帯域の光を受光してしまったとしても、出力画像が大きく変化するものではなく、特に人間の目では問題を発見しづらい。本実施形態に係る受光センサーはより高精度なバンドパスフィルターを含むことを想定しており、例えば上述したαを実現するために、阻止帯域での信号の透過率を１／１００〜１／１００００以下といった程度に抑える。そのためには、上述したように屈折率の異なる層を多数積層する誘電体多層膜を用いるとよい。
【０１０２】
また、減衰率αを実現するに当たり、多層膜フィルター以外のフィルターを設けてもよい。例えば、図１０に示したように、誘電体多層膜１１１と光検出領域１２１との間に、角度制限フィルター１５１を設け、多層膜フィルターと角度制限フィルター１５１の両方によりαを実現してもよい。或いは、多層膜フィルターを設けずに角度制限フィルター１５１によりαを実現してもよい。図１１（Ａ）〜図１２に角度制限フィルター１５１を形成する工程の例を示す。
【０１０３】
まず図１１（Ａ）のＳ１に示すように、フォトリソグラフィー、イオン注入、フォトレジスト剥離の工程により、Ｐ型基板上にＮ型拡散層（フォトダイオードの不純物領域）を形成する。Ｓ２に示すように、フォトリソグラフィー、イオン注入、フォトレジスト剥離、熱処理の工程により、Ｐ型基板上にＰ型拡散層を形成する。このＮ型拡散層がフォトダイオードのカソードとなり、Ｐ型拡散層（Ｐ型基板）がアノードとなる。
【０１０４】
次に図１１（Ｂ）のＳ３に示すように、ＳｉＯ２のデポジション、研磨（例えばＣＭＰ、Chemical Mechanical Polishing）による平坦化の工程により、絶縁膜を形成する。Ｓ４に示すように、フォトリソグラフィー、ＳｉＯ２の異方性ドライエッチング、フォトレジスト剥離の工程により、コンタクトホールを形成する。Ｓ５に示すように、ＴｉＮ（窒化チタン）のスパッタリング、Ｗ（タングステン）のデポジション、Ｗのエッチバックの工程により、コンタクトホールの埋め込みを行う。Ｓ６に示すように、アルミのスパッタリング、ＴｉＮのスパッタリング、フォトリソグラフィー、アルミとＴｉＮの異方性ドライエッチング、フォトレジスト剥離の工程により、１段目のアルミ配線を形成する。
【０１０５】
次に図１２のＳ７に示すように、上記Ｓ３〜Ｓ６と同様の工程によりビアコンタクトと２段目のアルミ配線を形成する。以降はＳ７の工程を必要回数繰り返す。図１２には３段目のアルミ配線まで形成した場合を図示する。さらにＳ８に示すように、ＳｉＯ２のデポジション、ＣＭＰによる平坦化の工程により、絶縁膜を形成する。以上の配線形成工程により、角度制限フィルターを構成するアルミニウム配線とタングステンプラグが積層される。なお、図１０の角度制限フィルター１５１は、５段目のアルミ配線まで形成した例であり、後述する角度θの条件が満たされれば、角度制限フィルター１５１の構成は種々の変形実施が可能である。
【０１０６】
図１０にＷで示したタングステンプラグを設けることで、角度θを３０度に制限している。そのため、図１０に示したように光検出領域１２１へ入射しようとする光のうち、入射角（光検出領域の面に垂直な方向に対する角度）が３０度未満の光は光検出領域１２１に到達するのに対して、入射角が３０度以上の光が光検出領域１２１に到達しない（到達する前にタングステンプラグにより遮られる）ようにできる。
【０１０７】
また、上述した０．３〜１．１μｍを受光する例のように、受光部４４（フォトダイオード）自体も感度に波長依存性があることが知られている。つまり、減衰率αは、多層膜フィルターと角度制限フィルター１５１の少なくとも一方から実現されるものには限定されず、多層膜フィルターと角度制限フィルター１５１の少なくとも一方及び受光部４４自体の特性により実現されてもよい。
【０１０８】
３．生体情報検出装置の構成例
次に本実施形態に係る生体情報検出装置１０の構成例を説明する。本実施形態に係る生体情報検出装置１０は、図１３に示したように、情報取得部６０と、記憶部７０と、処理部８０を含む。ただし、生体情報検出装置１０は、図１３の構成に限定されず、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【０１０９】
情報取得部６０は、発光部４２及び受光部４４からなるセンサー部４０（脈波センサー）からのセンサー情報（脈波センサー情報）を取得する。
【０１１０】
記憶部７０は、処理部８０等のワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭ等のメモリーやＨＤＤ（ハードディスクドライブ）などにより実現できる。記憶部７０は、情報取得部６０が取得した脈波センサー情報を記憶する。また、記憶部７０は、処理部８０での処理結果を記憶してもよい。
【０１１１】
処理部８０は、センサー部４０からのセンサー情報に基づいて、生体情報の検出処理を行う。具体的には、当該センサー情報は脈波センサー情報であり、生体情報は脈波情報である。このようにすれば、外乱光の影響を適切に抑止し、生体情報検出装置１０において精度よく生体情報（狭義には脈波情報）を検出することが可能になる。
【０１１２】
図１４（Ａ）〜図１５に生体情報（狭義には脈波情報）を収集する生体情報検出装置１０の外観図の一例を示す。本実施形態の生体情報検出装置１０はバンド部１１とケース部３０とセンサー部４０を有する。ケース部３０はバンド部１１に取り付けられる。センサー部４０は、ケース部３０に設けられる。
【０１１３】
バンド部１１はユーザーの手首に巻き付けて生体情報検出装置１０を装着するためのものである。バンド部１１はバンド穴１２、バックル部１４を有する。バックル部１４はバンド挿入部１５と突起部１６を有する。ユーザーは、バンド部１１の一端側を、バックル部１４のバンド挿入部１５に挿入し、バンド部１１のバンド穴１２にバックル部１４の突起部１６を挿入することで、生体情報検出装置１０を手首に装着する。なお、バンド部１１は、バックル部１４の代わりに尾錠を有する構成としてもよい。
【０１１４】
ケース部３０は、生体情報検出装置１０の本体部に相当するものである。ケース部３０の内部には、センサー部４０や不図示の回路基板等の生体情報検出装置１０の種々の構成部品が設けられる。即ち、ケース部３０は、これらの構成部品を収納する筐体である。
【０１１５】
ケース部３０には発光窓部３２が設けられている。発光窓部３２は透光部材により形成されている。そしてケース部３０には、フレキシブル基板に実装されたインターフェースとしての発光部が設けられており、この発光部からの光が、発光窓部３２を介してケース部３０の外部に出射される。
【０１１６】
生体情報検出装置１０は、ユーザーの手首に装着され、当該装着された状態で脈波情報（広義には生体情報）の計測が行われる。具体的には、センサー部４０は発光部４２と受光部４４を有する光電センサーを含み、当該光電センサーを用いて脈波情報を計測する。なお、光電センサーを用いた脈波情報の計測については広く知られた手法であるため詳細な説明は省略する。また、生体情報検出装置１０の装着部位は足首、指、上腕などでもよい。
【０１１７】
また、生体情報検出装置１０は図１４（Ａ）〜図１５のバンド型（腕時計型）のものに限定されず、胸に装着するバンド型装置、頸部等に貼り付ける装置、メガネ型（顔装着型）装置等、種々の装置を用いることが可能である。さらに、搭載されるセンサーも光電センサーに限定されず、超音波センサーや体動センサー（例えば加速度センサー）、ＧＰＳ受信機などの位置センサー等、種々のセンサーを利用可能である。
【０１１８】
図１４（Ａ）〜図１５等に示したように、生体情報検出装置１０は、センサー部４０が設けられる筺体（例えばケース部３０）を含んでもよい。この場合、生体と接触する接触部５０は、筺体が被検体（ユーザー）に装着された場合に、筺体がユーザーに接触する筺体面である。このようにすれば、筐体の所与の面を生体と接触させることで接触部５０を実現でき、当該筐体により遮光エリアを実現することが可能になる。つまりこの場合、接触部５０の端部までの距離ｒＮは筐体サイズに対応することになり、ｒＮを小さくすることで筐体サイズ（広義には生体情報検出装置１０のサイズ）の小型化が可能になる。
【０１１９】
当然、生体情報検出装置１０の筐体が円板形状であり、その接触面である筐体面が円形状となるものには限定されない。言い換えれば、受光部４４から接触部５０の端部までの距離は全ての端部上の点において一定値（ｒＮ）となるものには限定されず、より複雑な形状となることが一般的である。その場合、「受光部４４から接触部５０の端部までの距離ｒＮ」の設定手法は種々考えられる。例えば、生体情報の検出精度を重視するのであれば、遮光エリアを実際よりも狭く見積もっておいた方が安全である。つまり、受光部４４から接触部５０の端部までの距離のうちの最小値をｒＮとすればよい。ただし、ここではＰＭがＰＳ／１０００としているが、実際には１／８００〜１／３００程度であり、その点で既にマージンがある。つまり、受光部４４から接触部５０の端部までの距離のうちの最大値や平均をｒＮとするような変形実施も可能である。
【０１２０】
また、本実施形態に係る接触部５０は他の観点から考えることが可能である。例えば、生体情報検出装置１０は、センサー部４０が設けられる筺体（ケース部３０）を含み、接触部５０は、生体情報検出装置１０が被検体に装着された状態において、被検体に対向する筺体の面であってもよい。一例としては、上述したようにケース部３０が裏蓋部を含み、接触部５０とは、装着状態において被検体と対向する当該裏蓋部の面である。例えば、生体情報検出装置１０の外観図が図１６（Ａ）であるとすれば、接触部５０は、ケース部３０のうちの、Ｃ１に示した面により実現される。
【０１２１】
また、装着状態において被検体に対向する面の全てが接触部５０に対応する必要はない。例えば、接触部５０は、生体情報検出装置１０が被検体に装着された状態において、被検体に対向する筺体の面のうちの、被検体側に突出した突出領域であってもよい。
【０１２２】
生体情報（脈波情報）の検出においては、測定対象とする被検体の部位に対して、適切な押圧を加える必要がある。これは、脈波情報では動脈の信号を検出対象とし、静脈の信号はノイズ要因となるところ、動脈と静脈ではその信号が消失する（血管内の血流が十分弱くなる）押圧が異なることによる。具体的には、静脈の信号が十分小さくなる静脈消失点に対応する押圧をＰ１とし、動脈の信号が十分小さくなる動脈消失点に対応する押圧をＰ２とした場合、Ｐ１＜Ｐ２となる。そのため、Ｐ１＜Ｐ＜Ｐ２となる押圧Ｐを加えることで、動脈の信号を検出しつつ、静脈の信号による影響を抑止できるため、精度のよい脈波情報検出が可能となる。
【０１２３】
このように、生体情報の検出では被検体に対する押圧が重要となるため、当該押圧を効率的に実現するために、ケース部３０の被検体側の面には突出領域が設けられることがある。図１５に示した生体情報検出装置１０であればケース部３０のうち、センサー部４０が設けられる部分が突出領域に対応する。具体的には、図１６（Ｂ）に示すように、裏蓋部の被検体側の面に透光部材４６を設け、当該透光部材４６は、生体情報検出装置１０から被検体に向かう方向を第１の方向ＤＲ１とした場合に、当該第１の方向ＤＲ１において、裏蓋部の他の部分に比べて被検体側に突出する構造としてもよい。このようにすれば、生体情報検出装置１０を被検体に装着した場合に、荷重機構（例えば図１４（Ａ）のバンド部１１）による荷重を突出領域に集中させやすくなるため、効率的に所望の押圧を実現することが可能になる。
【０１２４】
或いは、所与の基準面を設定し、当該基準面に対する高さに基づいて、突出しているか否かを判定してもよい。一例としては、発光部４２や受光４４が設けられる半導体基板１０１の面、或いは半導体基板１０１に平行な面を基準面とする。図１６（Ｂ）の例では、半導体基板１０１のうち、発光部４２等が設けられる面の裏面を基準面とし、当該基準面に対する高さｈが周辺部よりも大きい領域を突出領域とする。ここで、基準面に対する高さは、当該基準面に交差する（狭義には直交する）方向での距離を用いればよく、図１６（Ｂ）の例であれば、基準面に交差する方向とは上述した第１の方向ＤＲ１である。図１６（Ｂ）では、透光部材４６は、基準面に対する高さがｈ１となる面、ｈ２となる面、及びｈ１〜ｈ３の範囲で変化する曲面から構成されるため、例えば、曲面のうち高さがｈ２以上となる領域を突出領域と考えればよい。
【０１２５】
図１６（Ｂ）の場合、Ｃ２に示した領域が突出領域となり、当該突出領域が本実施形態に係る接触部５０となる。このようにすれば、突出領域により生体に対する適切な押圧を実現できるとともに、当該突出領域を接触部５０とすることで、外光による影響を適切に低減するパラメーターの設定が可能となる。なお、突出領域は透光部材４６により形成されるものには限定されず、図１６（Ｃ）のような構造としてもよい。図１６（Ｃ）は生体情報検出装置１０のケース部３０を、装着時に被検体側となる方向から観察した斜視図である。図１６（Ｃ）では、発光部４２や受光部４４自体が被検体側に突出し、発光部４２や受光部４４が突出領域（及び接触部５０）となっている。また、突出領域については、図１６（Ｂ）、図１６（Ｃ）以外の変形実施も可能である。
【０１２６】
また上述したように、本実施形態に係る生体情報検出装置１０は、腕に装着されるものには限定されず、指に装着されるクリップ状、或いはリング状の機器であってもよいし、メガネ型等の顔に装着される機器であってもよい。
【０１２７】
或いは、本実施形態に係る生体情報検出装置１０は明確な筐体を含むものには限定されず、シール状の機器であってもよい。例えば、傷口の保護等に広く用いられている絆創膏のような機器としてもよい。この場合、絆創膏であれば傷口に接触するガーゼが設けられる位置に、本実施形態に係る発光部４２及び受光部４４を設ければよい。この場合、生体情報検出装置１０は、樹脂等から形成される筐体を含むものではなく、粘着性を有するテープ部分により遮光エリアを実現する。このようなシール状の生体情報検出装置１０は、手軽に利用できることが望ましく、且つ皮膚のかぶれ等のおそれを考慮すれば、小型化に対する要求も大きい。つまり、適切な小型化が可能である本実施形態の手法との親和性が非常に高い。
【０１２８】
また本実施形態の手法は、上記の生体情報検出装置を含む電子機器に適用することも可能である。
【０１２９】
４．変形例
以上では、ＰＳが上式（５）の値であるものとして説明を行った。これは上述したように、現状種々の光学センサーを用いた製品（狭義には生体情報検出装置）が知られているところ、多くの製品において信号レベル（信号に対応する光パワー）は同程度の水準となっていることを考慮したものである。
【０１３０】
しかし、上述したようにＰＳは種々の設定により、その値を変更することが可能である。例えば、発光部４２から照射される光のパワーを強くしたり、レンズ等を設けて光の指向性を高めたりすることで、受光部４４に入射する光パワーを高くすることが可能である。また、同じパワーの光が入射したとしても、受光部４４の受光感度を少なくとも信号光ＬＳの波長帯域において高くすることでも、受光部４４の出力における信号成分を大きくすることが可能である。このように、発光部４２及び受光部４４の特性を変更することで、ＰＳを大きくすることが可能になる。この場合、具体的には上式（５）の１行目に示した「１ｍＷ」という値が大きくなる。
【０１３１】
或いは、図３に示したように、生体内部での伝搬距離が大きくなるほど、光パワーの減衰度合いが大きくなる。よって、発光部４２と受光部４４との間の距離を短くすれば、ＰＳを大きくすることが可能である。
【０１３２】
つまり、上述の例ではＰＳをほぼ一定値であると考えていたが、実際にはＰＳは、発光部４２の特性Ｌ、受光部４４の特性Ｐ、及び発光部４２と受光部４４の間の距離ｒＳに依存する変数である。言い換えれば、ＰＳはＬとＰとｒＳの関数ＰＳ（Ｌ，Ｐ，ｒＳ）である。よって、上述したｒＮとαの関係を考慮したパラメーター設定を行うだけでなく、ＰＳを決定するパラメーターＬ，Ｐ，ｒＳについても、関係性を考慮した設定を行ってもよい。
【０１３３】
この場合、上式（２）は下式（１０）のようになる。
α×ＰＮ（ｒＮ）≦ＰＳ（Ｌ，Ｐ，ｒＳ）／１０００  ・・・・・（１０）
【０１３４】
つまり本実施形態の変形例では、生体情報検出装置１０は、α、ｒＮ，Ｌ，Ｐ，ｒＳの少なくとも５つのパラメーターが、上式（１）及び上式（１０）の関係を満たすように設定されるものであってもよい。例えば、α，Ｌ，Ｐを所与の値とした場合に、α×ＰＮ（ｒＮ）≦ＰＳ（ｒＳ）／１０００を満たすように、ｒＮ及びｒＳを設定してもよい。ｒＮは大きくするほどＳ／Ｎ比を向上させることが可能であり、ｒＳは小さくするほどＳ／Ｎ比を向上させることが可能である。
【０１３５】
この場合、ｒＮとｒＳは生体情報検出装置１０の寸法に関わるものであるため、生体情報検出装置１０のサイズ、形状、部品配置により、生体情報の検出精度と小型化を両立することが可能になる。例えば、部品の配置精度等の問題からｒＳの最小値（これ以上、発光部４２と受光部４４を近づけられないという距離）が決定されれば、ｒＮの最小値、すなわち生体情報検出装置１０の小型化の限界が決定される関係となる。逆に、小型化の要求としてｒＮを所定値以下としたいという条件が決定されれば、当該条件下で生体情報を適切に検出するためのｒＳの値、すなわち発光部４２と受光部４４をこれだけ近づけなくてはいけないという配置条件が決定される。
【０１３６】
また、パラメーターＬの一例は発光部４２の発光強度（ＬＥＤパワー）であり、この場合はＬを大きくするほどＳ／Ｎ比が向上する。そのため、Ｌを大きくすることで、ｒＮ，α、ｒＳ等に対する条件を緩くすることが可能である。例えば、ｒＮを小さくしてさらなる小型化を実現する、或いはαを大きくして光学フィルターに対する性能要求を緩和する、或いはｒＳを大きくして部品配置に対する制限を緩和する、といったことが可能である。
【０１３７】
その他、本変形例では、上式（１）及び（１０）を満たすという条件下で、種々のパラメーターを柔軟に設定することが可能である。なお、パラメーターＰの具体例としては、受光部４４の感度が考えられ、さらに具体的には、感度波長域はそのままで所与の波長帯域における感度を変更するパラメーターであってもよいし、受光部４４の感度波長域自体を変更するパラメーターであってもよい。ただしパラメーターＰについては、Ｐを変更することでＰＳだけでなくＰＮも変化する可能性がある、言い換えればＰＮがｒＮとＰの関数ＰＮ（ｒＮ，Ｐ）となる場合がある。つまり、パラメーターＰについてはどのような設定がＳ／Ｎ比を向上させるものであるかを慎重に考慮した上で設定を行うことが好ましい。
【０１３８】
なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない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、より広義また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。また生体情報検出装置、電子機器等の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１３９】
１０  生体情報検出装置、１１  バンド部、１２  バンド穴、１４  バックル部、
１５  バンド挿入部、１６  突起部、３０  ケース部、３２  発光窓部、
４０  センサー部、４２  発光部、４４  受光部、５０  接触部、６０  情報取得部、
７０  記憶部、８０  処理部、１０１  半導体基板、１１１  誘電体多層膜、
１２１  光検出領域、１４０  受光センサー、１５１  角度制限フィルター、
ＳｉＯ２  二酸化ケイ素、ＴｉＯ２  二酸化チタン
【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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１】
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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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