(57)【要約】【課題】小型化を可能とするセンサを提供する。【解決手段】実施形態に係るセンサは、発光部と、光検出部と、を含む。発光部は、第１電極と、光透過性の第２電極と、第１発光層と、を含む。第１発光層は、第１電極と第２電極との間に設けられている。光検出部は、第３電極と、光透過性の第４電極と、光透過性の第５電極と、第１光電変換層と、第２光電変換層と、を含む。第５電極は、第３電極と第４電極との間に設けられている。第１光電変換層は、第３電極と第５電極との間に設けられている。第２光電変換層は、第４電極と第５電極との間に設けられている。【選択図】図１
2016214512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
光透過性の第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた第１発光層と、
を含む発光部と、
光検出部であって、
第３電極と、
光透過性の第４電極と、
前記第３電極と前記第４電極との間に設けられた光透過性の第５電極と、
前記第３電極と前記第５電極との間に設けられた第１光電変換層と、
前記第４電極と前記第５電極との間に設けられた第２光電変換層と、
を含む光検出部と、
を備えたセンサ。
【請求項２】
前記第１発光層は、第１有機物を含む請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
前記第１光電変換層は、第３有機物を含み、
前記第２光電変換層は、第４有機物を含み、
前記第３有機物に吸収される光の波長は、前記第４有機物に吸収される光の波長とは異なる請求項１または２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記第１光電変換層の吸収ピーク波長と、前記第２光電変換層の吸収ピーク波長と、の差は、５０ｎｍ以上である請求項３記載のセンサ。
【請求項５】
前記発光部は、前記第１発光層と前記第２電極との間に設けられた第２発光層をさらに含み、
前記第１発光層は、第１有機物を含み、
前記第２発光層は、第２有機物を含み、
前記第１有機物から放射される第１光のピーク波長は、前記第２有機物から放射される第２光のピーク波長とは異なる請求項１、３、および４のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項６】
前記第１光の前記ピーク波長と、前記第２光の前記ピーク波長と、の差は、５０ｎｍ以上である請求項５記載のセンサ。
【請求項７】
前記発光部は、前記第１発光層と前記第２発光層との間に設けられた光透過性の第６電極をさらに含む請求項５または６に記載のセンサ。
【請求項８】
第１電極と、
光透過性の第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた第１発光層と、
前記第１発光層と前記第２電極との間に設けられた第２発光層と、
を含む発光部と、
光検出部であって、
第３電極と、
光透過性の第４電極と、
前記第３電極と前記第４電極との間に設けられた第１光電変換層と、
を含む光検出部と、
を備えたセンサ。
【請求項９】
前記第１発光層は、第１有機物を含み、
前記第２発光層は、第２有機物を含み、
前記第１有機物から放射される第１光のピーク波長は、前記第２有機物から放射される第２光のピーク波長とは異なる請求項８記載のセンサ。
【請求項１０】
前記第１光の前記ピーク波長と、前記第２光の前記ピーク波長と、の差は、５０ｎｍ以上である請求項９記載のセンサ。
【請求項１１】
前記第１発光層は、蛍光を発する材料を含み、
前記第２有機物は、燐光を発する材料を含む請求項８記載のセンサ。
【請求項１２】
前記発光部は、前記第１発光層と前記第２発光層との間に設けられた光透過性の第６電極をさらに含む請求項８〜１０のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項１３】
前記第１電極の反射率は、前記第２電極の反射率よりも高い請求項１〜１２のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項１４】
前記発光部の少なくとも一部と前記光検出部の少なくとも一部は、前記第２電極から前記第１電極に向かう第１方向において重なっている請求項１〜１３のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項１５】
前記発光部は、光透過性の第１基板上に設けられ、
前記光検出部は、光透過性の第２基板上に設けられ、
前記第１基板の少なくとも一部および前記第２基板の少なくとも一部は、前記発光部と前記光検出部との間に設けられた請求項１４記載のセンサ。
【請求項１６】
前記発光部は、第１基板上に設けられ、
前記光検出部は、光透過性の第２基板上に設けられ、
前記発光部は、前記第１基板の少なくとも一部と前記第２基板の少なくとも一部との間に設けられ、
前記第２基板の少なくとも一部は、前記発光部と前記光検出部との間に設けられた請求項１４記載のセンサ。
【請求項１７】
前記第１基板の少なくとも一部は、前記第１発光層と前記第２発光層との間に設けられた請求項１５または１６に記載のセンサ。
【請求項１８】
前記第２基板の少なくとも一部は、前記第１光電変換層と前記第２光電変換層との間に設けられた請求項１５〜１７のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項１９】
前記第２電極から前記第１電極に向かう第１方向に対して垂直な第２方向において、前記発光部の少なくとも一部と前記光検出部の少なくとも一部は、重なっている請求項１〜１３のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項２０】
前記光検出部において検出された信号を受信し、前記信号を処理する処理部をさらに備えた請求項１〜１９のいずれか１つに記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子を用いたセンサがある。センサは、例えば、生体信号の検出に用いられる。発光素子から放射された光を生体に照射することで、生体信号が検出される。センサにおいて、小さいことが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１１５６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態に係る発明は、小型化を可能とするセンサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係るセンサは、発光部と、光検出部と、を含む。発光部は、第１電極と、光透過性の第２電極と、第１発光層と、を含む。第１発光層は、第１電極と第２電極との間に設けられている。光検出部は、第３電極と、光透過性の第４電極と、光透過性の第５電極と、第１光電変換層と、第２光電変換層と、を含む。第５電極は、第３電極と第４電極との間に設けられている。第１光電変換層は、第３電極と第５電極との間に設けられている。第２光電変換層は、第４電極と第５電極との間に設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係るセンサの一例を表す模式断面図。
【図２】第１実施形態に係るセンサの他の一例を表す模式図。
【図３】第１実施形態に係るセンサの他の一例を表す模式図。
【図４】第１実施形態に係るセンサを用いた血中酸素濃度の測定方法を表す模式図。
【図５】第１実施形態に係るセンサを用いた血中酸素濃度の測定方法を表す模式図。
【図６】第１実施形態に係るセンサの他の一例を表す模式断面図。
【図７】第１実施形態に係るセンサの他の一例を表す模式断面図。
【図８】第１実施形態に係る他のセンサを用いた血中酸素濃度の測定方法を表す模式図。
【図９】第１実施形態に係るセンサの他の一例を表す模式断面図。
【図１０】第１実施形態に係るセンサの他の一例を表す模式断面図。
【図１１】第１実施形態に係るセンサの他の一例を表す模式断面図。
【図１２】第１実施形態に係るセンサの他の一例を表す模式断面図。
【図１３】第２実施形態に係るセンサの一例を表す模式断面図。
【図１４】第３実施形態に係るセンサの一例を表す模式断面図。
【図１５】第３実施形態に係るセンサに含まれる発光部の特性を例示する模式図。
【図１６】第３実施形態に係るセンサに含まれる発光部の特性を例示する模式図。
【図１７】第３実施形態に係るセンサに含まれる発光部の特性を例示する模式図。
【図１８】第３実施形態に係るセンサを用いた血中酸素濃度の測定方法を表す模式図。
【図１９】第３実施形態に係るセンサを用いた血中酸素濃度の測定方法を表す模式図。
【図２０】第３実施形態に係るセンサの他の一例を表す模式断面図。
【図２１】第３実施形態に係る他のセンサを用いた血中酸素濃度の測定方法を表す模式図。
【図２２】分離された出力信号を例示する模式図。
【図２３】分離された出力信号を例示する模式図。
【図２４】実装された実施形態に係るセンサを例示する模式図。
【図２５】実施形態に係るセンサの用途を例示する模式図。
【図２６】図２５に表されるセンサを用いたシステムを例示する模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るセンサの一例を表す模式断面図である。  
図１に表されるように、センサ１０は、発光部１０００および光検出部２０００を含む。センサ１０は、例えば、脈波および血中酸素濃度などの生体信号を検出するために用いられる。
【０００９】
発光部１０００は、第１電極１１１と、第２電極１１２と、第１発光層１２１と、を含む。第１発光層１２１は、第１電極１１１と第２電極１１２との間に設けられている。発光部１０００は、例えば、基板１０１の上に設けられている。  
第２電極１１２から第１電極１１１に向かう方向を第１方向とする。第１方向は、例えば、図１に表されるＺ方向である。第１方向に対して垂直であり、互いに垂直な２つの方向を、それぞれ第２方向および第３方向とする。第２方向は、例えば図１に表されるＸ方向である。第３方向は、例えば図１に表されるＹ方向である。
【００１０】
光検出部２０００は、第３電極２１３と、第４電極２１４と、第５電極２１５と、第１光電変換層２３１と、第２光電変換層２３２と、を含む。第５電極２１５は、第３電極２１３と第４電極２１４との間に設けられている。第１光電変換層２３１は、第３電極２１３と第５電極２１５との間に設けられている。第２光電変換層２３２は、第４電極２１４と第５電極２１５との間に設けられている。光検出部２０００は、例えば、基板２０１の上に設けられている。
【００１１】
センサ１０において、発光部１０００の少なくとも一部は、光検出部２０００の少なくとも一部と、第１方向において重なる。測定対象６０は、発光部１０００と光検出部２０００との間に配される。基板１０１の少なくとも一部および基板２０１の少なくとも一部は、発光部１０００と光検出部２０００との間に設けられている。
【００１２】
第１発光層１２１に、第１電極１１１および第２電極１１２からキャリアが注入されることで、第１発光層１２１から光が放射される。第１発光層１２１は、例えば、有機物を含む。第１発光層１２１は、有機物を含有する有機膜を含んでいてもよい。
【００１３】
有機物を含む発光層が用いられた発光素子から放射される光は、無機化合物を含む発光層が用いられた発光素子から放射される光に比べて、ノイズが小さい。このため、有機物を含む発光層が用いられた発光素子から放射される光は、脈波および血中酸素濃度などの、出力される信号が微弱な測定対象を検出する用途に適している。
【００１４】
第１発光層１２１から放射される光は、例えば、可視光である。発光層１２１から放射される光は、例えば、赤色、橙色、黄色、緑色、および青色のいずれかの光、または、これらを組み合わせた光である。発光層１２１から放射される光は、紫外光または赤外光でもよい。第１発光層１２１から放射される光のスペクトル幅は広ければ広いほど良い。スペクトルの半値全幅は例えば５０ｎｍ以上である。
【００１５】
第１光電変換層２３１の材料および第２光電変換層２３２の材料は、第１光電変換層２３１で主に吸収される光の波長と、第２光電変換層２３２で主に吸収される光の波長と、が異なるように選択される。第１光電変換層２３１は、第１発光層１２１から放射された光のうち第１光電変換層２３１の吸収波長領域の光を選択的に吸収する。第２光電変換層２３２は、第１発光層１２１から放射された光のうち第２光電変換層２３２の吸収波長領域の光を選択的に吸収する。
【００１６】
第１光電変換層２３１で選択的に吸収される光の波長と、第２光電変換層２３２で選択的に吸収される光の波長と、の差は、例えば、５０ｎｍ以上である。換言すると、第１光電変換層２３１の吸収ピーク波長と、第２光電変換層２３２の吸収ピーク波長と、の差は、例えば、５０ｎｍ以上である。これらの差は、より望ましくは、１００ｎｍ以上である。ここでは、吸収ピーク波長とは、それぞれの光電変換層の吸収スペクトルにおいて、最大の吸光度を示す波長を意味する。
【００１７】
第１発光層１２１から放射される光は、例えば、複数のピーク波長を含んでいてもよい。この場合の一例として、第１発光層１２１からは、光１２１ａおよび光１２１ｂが放射される。光１２１ａは、第１ピーク波長を有する。光１２１ｂは、第１ピーク波長と異なる第２ピーク波長を有する。光１２１ａの強度は、第１ピーク波長において最大となる。光１２１ｂの強度は、第２ピーク波長において最大となる。第１ピーク波長と第２ピーク波長との差は、例えば、５０ｎｍ以上である。第１発光層１２１の材料は、第１ピーク波長および第２ピーク波長が、光検出部２０００の検出感度がある波長領域内に含まれるように、選択される。
【００１８】
光１２１ａおよび光１２１ｂは、測定対象６０を透過して、第１光電変換層２３１および第２光電変換層２３２に入射する。第１光電変換層２３１および第２光電変換層２３２に光が入射すると、それぞれの光電変換層においてキャリアが生成される。これにより、第３電極２１３と第５電極２１５との間に、第１光電変換層２３１で生成されたキャリアの量に応じた電流が流れる。第４電極２１４と第５電極２１５との間に、第２光電変換層２３２で生成されたキャリアの量に応じた電流が流れる。これらの電流を検出することで、測定対象６０の状態が検出される。この測定は、例えば図１に表されるように、複数のピーク波長を含む光を用いて行われる。
【００１９】
第１光電変換層２３１および第２光電変換層２３２は、有機物を含む。第１光電変換層２３１および第２光電変換層２３２は、有機物を含有する有機膜を含んでいてもよい。第２光電変換層２３２に含まれる有機物が、第１光電変換層２３１に含まれる有機物と異なっていてもよい。第２光電変換層２３２で主に吸収される光の波長は、第１光電変換層２３１で主に吸収される光の波長と異なる。発光層１２１が、互いに異なるピーク波長を有する光１２１ａおよび光１２１ｂを放射する場合、例えば、光１２１ａのピーク波長領域は主に第１光電変換層２３１で吸収され、光１２１ｂのピーク波長領域は主に第２光電変換層２３２で吸収される。
【００２０】
基板１０１、基板２０１、第２電極１１２、第４電極２１４、第５電極２１５、および第２光電変換層２３２は、光透過性である。第１電極１１１の反射率は、第２電極１１２の反射率より高い。第１電極１１１は例えば光反射性を有し、第１発光層１２１から放射された光を、第２電極１１２に向けて反射する。
【００２１】
図２および図３は、第１実施形態に係るセンサの一例を表す模式図である。図２に表されるように、センサ１０は、発光部１０００および光検出部２０００に加え、処理部９００を含んでいてもよい。処理部９００は、例えば、制御部９０１と、信号処理部９０３と、記録装置９０４と、表示装置９０９と、を含む。
【００２２】
制御部９０１から発光部１０００へ信号が送られると、発光部１０００から光１２１ｃが放射される。光１２１ｃは、例えば、図１に表される第１ピーク波長を有する光１２１ａと、第２ピーク波長を有する光１２１ｂと、を含む。光１２１ｃは、不図示の測定対象を透過し、光検出部２０００に入射する。光検出部２０００の感度を向上させるため、制御部９０１から光検出部２０００にバイアス信号が送信されても良い。
【００２３】
光検出部２０００で検出された信号は、信号処理部９０３に出力される。信号処理部９０３は、入力された信号に対して、例えば、ＡＣ検波、信号増幅、およびノイズ除去などの処理を適宜行う。その後、信号処理部９０３は、光検出部２０００から出力された信号に基づき、測定対象の脈波や血中酸素濃度の解析を行う。信号処理部９０３は適切な信号処理を行うために、制御部９０１から同期信号を受信してもよい。信号処理部９０３から、発光部１０００の光量を調整するためのフィードバック信号を制御部９０１に送信してもよい。信号処理部９０３で生成された信号は記録装置９０４に保存され、表示装置９０９に情報が表示される。
【００２４】
処理部９００は、記録装置９０４および表示装置９０９を含んでいなくてもよい。この場合、信号処理部９０３で生成された信号は、例えば、センサ１０の外部の記録装置および表示装置に出力される。
【００２５】
図３を参照して、処理部９００を含むセンサ１０をより具体的に説明する。図３に表されるように、発光部１０００は、制御部９０１のパルス生成器９０１ａからＤＣバイアス信号あるいはパルス信号を含む入力信号９０５を受信する。発光部１０００から放射された光１２１ｃは、測定対象を透過して、光検出部２０００で検出される。光検出部２０００は、制御部９０１のバイアス回路９０１ｂよりバイアス信号を受信しても良い。
【００２６】
光検出部２０００で検出された信号は、信号処理部９０３に入力される。信号処理部９０３では光検出部２０００から出力された信号を、必要に応じてＡＣ検波した後、増幅器９０３ａで増幅し、不要なノイズ成分をフィルター部９０３ｂで除去する。光検出部２０００から出力された信号は、必要に応じてＡＣ検波された後、フィルター部９０３ｂでノイズ成分を除去され、増幅器９０３ａで増幅されてもよい。
【００２７】
信号同期部９０３ｃは、フィルター部９０３ｂから出力された信号を受信するとともに、制御部９０１から同期信号９０６を適宜受信し、光１２１ｃと同期させる。信号同期部９０３ｃから出力された信号は信号整形部９０３ｄに入力される。処理部９００は、信号同期部９０３ｃを含んでいなくてもよい。この場合、フィルター部９０３ｂから出力された信号は、信号同期部９０３ｃを介さず、信号整形部９０３ｄに入力される。
【００２８】
信号整形部９０３ｄにおいて、信号計算部９０３ｅで適切な信号処理が行われるように所望の信号に整形される。信号整形は例えば、時間平均などが行われる。信号処理部９０３において、ＡＣ検波および各処理部で行われる処理の順番は、適宜変更可能である。
【００２９】
信号整形部９０３ｄで処理された信号は、信号計算部９０３ｅおよび飽和酸素濃度計算部９０３ｆへ出力される。信号計算部９０３ｅで、例えば脈拍の計算が行われ、脈拍値９０４ａが記録装置および表示装置へ出力される。飽和酸素濃度計算部９０３ｆで、血中の飽和酸素濃度の計算が行われ、飽和酸素濃度値９０４ｂが記録装置および表示装置へ出力される。
【００３０】
図４（ａ）〜図４（ｄ）、図５（ａ）、および図５（ｂ）は、第１実施形態に係るセンサを用いた血中酸素濃度の測定方法を表す模式図である。図４（ａ）において、基板１０１および基板２０１は省略されている。図４（ａ）は、センサ１０を用いて指６１の血管６１１中の酸素濃度を測定している際の様子を表している。指以外に、センサ１０を用いて、耳、胸部、または腕などにおける血中の酸素濃度を測定することもできる。
【００３１】
図４（ｂ）〜図４（ｄ）の横軸は、時間ｔを表す。図４（ｂ）の縦軸は、発光部１０００の第１電極１１１と第２電極１１２との間に入力される入力信号Ｖｉｎを表す。図４（ｃ）の縦軸は、第１光電変換層２３１で検出された第１出力信号Ｖｏｕｔ１を表す。図４（ｄ）の縦軸は、第２光電変換層２３２で検出された第２出力信号Ｖｏｕｔ２を表す。
【００３２】
図４（ｂ）に表されるように、発光部１０００の第１電極１１１と第２電極１１２との間には、入力信号Ｖｉｎとして、例えば、一定の電圧が印加される。第１電極１１１と第２電極１１２との間に印加される電圧に応じて、第１発光層１２１から光が放射される。
【００３３】
図４（ａ）に表される例では、発光部１０００から光１２１ａおよび光１２１ｂが放射されている。光１２１ａおよび光１２１ｂは血管６１１を透過して、光検出部２０００で検出される。具体的には、光１２１ａは第１光電変換層２３１により吸収され、光１２１ｂは第２光電変換層２３２により吸収される。
【００３４】
第１光電変換層２３１に光１２１ａが吸収されると、第１光電変換層２３１の内部でキャリアである電子と正孔が生成される。電子と正孔は、第３電極２１３または第５電極２１５に向けて互いに反対に進む。これにより、第３電極２１３および第５電極２１５に接続された回路に電流が流れる。この電流の流れは抵抗２５１によって電圧に変換される。この電圧が第１出力信号Ｖｏｕｔ１として出力される。
【００３５】
同様に、第２光電変換層２３２で光１２１ｂが吸収されると、第２光電変換層２３２の内部で電子と正孔が生成される。電子と正孔は、第４電極２１４または第５電極２１５に向けて互いに反対に進む。これにより、第４電極２１４および第５電極２１５に接続された回路に電流が流れる。この電流の流れは抵抗２５２によって電圧に変換される。この電圧が第２出力信号Ｖｏｕｔ２として出力される。
【００３６】
このとき、図４（ｃ）および図４（ｄ）に表されるように、第１出力信号Ｖｏｕｔ１および第２出力信号Ｖｏｕｔ２には、血中の信号が重畳されている。脈拍は、図４（ｃ）または図４（ｄ）の出力信号に含まれる各パルスの時間間隔を測定することで得られる。
【００３７】
血中酸素濃度Ｓは以下の式（１）で表される。
2016214512.tif 000003
Ｃ１は、血液中の酸素と結合していないヘモグロビン（還元ヘモグロビン）の濃度を表す。Ｃ２は、血液中の酸素と結合したヘモグロビン（酸化ヘモグロビン）の濃度を表す。
【００３８】
Ｃ１／Ｃ２をＲとすると、式（１）は、以下の式（２）で表される。  
2016214512.tif 000004
式（２）から、Ｃ１とＣ２の比が分かれば血中酸素濃度が得られることがわかる。
【００３９】
血管の収縮期の透過率Ｔ１は以下の式（３）で表される。血管の拡張期の透過率Ｔ２は以下の式（４）で表される。  
2016214512.tif 000005
2016214512.tif 000006
【００４０】
Ｉｏは入射強度を表す。ｋは血管以外の吸収係数を表す。ｄは血管以外の光路長を表す。ｄは定数である。Ｅ１は還元ヘモグロビンのモル吸光度を表す。Ｅ２は酸化ヘモグロビンのモル吸光度を表す。ｄ１は、血管の収縮期における光の光路長を表す。ｄ２は、血管の拡張期における光の光路長を表す。
【００４１】
式（３）に含まれるそれぞれの辺を、式（４）に含まれるそれぞれの辺で割り、両辺の自然対数を取ると、以下の式（５）が得られる。  
2016214512.tif 000007
【００４２】
式（５）について、それぞれの波長におけるＥ１およびＥ２は公知であるため、未知の値はＲとＡの２つである。従って、互いに波長が異なる２つの光を用いてｌｎ（Ｔ１（λ１）／Ｔ２（λ１））およびｌｎ（Ｔ１（λ２）／Ｔ２（λ２））を求めることで、Ａを除去してＲの値を得ることができる。このＲを式（２）に代入することで血中酸素濃度が得られる。
【００４３】
図４に表される例では、抵抗２５１および抵抗２５２を用いて第１出力信号Ｖｏｕｔ１および第２出力信号Ｖｏｕｔ２を得ている。出力される信号が信号処理部９０３で適切に処理可能であれば、その他の構成を用いて第１出力信号Ｖｏｕｔ１および第２出力信号Ｖｏｕｔ２を得てもよい。
【００４４】
第１実施形態によれば、第１光電変換層２３１と第２光電変換層２３２が第１方向に積層されている。このような構成を採用することで、光検出部２０００を小型化することができる。
【００４５】
第１実施形態によれば、第１光電変換層２３１と第２光電変換層２３２が第１方向に積層され、発光部１０００の少なくとも一部と光検出部２０００の少なくとも一部と、が第１方向において重なっている。このような構成を採用することで、第１光電変換層２３１と第２光電変換層２３２が、第２方向または第３方向に並べられている場合に比べて、図５（ａ）に表されるように、光１２１ａの光路長と光１２１ｂの光路長との差を小さくすることができる。または、このような構成を採用することで、図５（ｂ）に表されるように、光１２１ａと光１２１ｂが同一の血管に入射する可能性を高めることができる。この結果、血中酸素濃度の測定感度を向上させることができる。
【００４６】
第１実施形態によれば、第１電極１１１と第２電極１１２との間に定電圧を印加することで第１発光層１２１から放射された光を、積層された第１光電変換層２３１および第２光電変換層２３２で検出することができる。このため、第１電極１１１と第２電極１１２との間にパルス電圧が印加される構成に比べて、センサに必要な部品の数を少なくし、システムを簡略化させることができる。
【００４７】
各要素の例を説明する。  
基板１０１および基板２０１は、例えば、ガラスを含む。  
第１電極１１１は、例えば、アルミニウム、銀、および金の少なくともいずれかを含む。第１電極１１１は、例えば、マグネシウムと銀の合金を含む。  
第２電極１１２は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を含む。第２電極１１２は、例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどの導電性ポリマーを含んでもよい。第２電極１１２は、例えば、金属（例えば、アルミ二ウム及び銀の少なくともいずれかを含む）を含んでもよい。第２電極１１２が金属を含む場合、第１方向における第２電極１１２の厚さは、５〜２０ｎｍであることが望ましい。
【００４８】
第１発光層１２１は、例えば、Ａｌｑ３（トリス(８−ヒドロキシキノリノラト)アルミニウム）、Ｆ８ＢＴ（ポリ(9,9-ジオクチルフルオレン-ｃｏ-ベンゾチアジアゾール）、ＰＰＶ（ポリパラフェニレンビニレン）、ＲＯ−ＰＰＶ（アルコキシ置換ＰＰＶ）、およびＰＦ（ポリフルオレン）の少なくともいずれかを含む。
【００４９】
または、第１発光層１２１は、ホスト材料と、ドーパント材料と、を含んでいてもよい
ホスト材料は、例えば、ＣＢＰ（4,4'−N,N'-ビスジカルバゾリルール−ビフェニル）、ＢＣＰ（2,9−ジメチル-4,7ジフェニル−1,10−フェナントロリン）、ＴＰＤ（2,9−ジメチル-4,7ジフェニル−1,10−フェナントロリン）、ＰＶＫ（ポリビニルカルバゾール）、およびＰＰＴ（ポリ（３−フェニルチオフェン））の少なくともいずれかを含む。
ドーパント材料は、例えば、Ｆｌｒｐｉｃ（イリジウム(III)ビス(4,6-ジ-フルオロフェニル)-ピ.リジネート-N,C2'-ピコリネート）、Ｉｒ（ｐｐｙ）３（トリス(２−フェニルピリジン)イリジウム）、Ｆｌｒ６（ビス（２，４−ジフルオロフェニルピリジナト）−テトラキス（１−ピラゾリル）ボラート−イリジウム（ＩＩＩ））、Ｉｒ（ＭＤＱ）２（ａｃａｃ）、ＰｔＯＥＰ、Ｒｕｂｒｅｎｅ、Ｉｒ（Ｐｉｑ）３、およびＤＣＭの少なくともいずれかを含む。
【００５０】
第１方向に対して垂直な面における、第１電極１１１の形状、第１発光層１２１の形状、および第２電極１１２の形状は、例えば、多角形（角部が曲線でも良い）または、円形（扁平円を含む）である。これらの形状は、任意である。
【００５１】
第３電極２１３は、例えば、アルミニウム、銀、および金の少なくともいずれかを含む。第３電極２１３は、例えば、マグネシウムと銀の合金を含む。第４電極２１４および第５電極２１５は、例えば、例えば、ＩＴＯを含む。第４電極２１４および第５電極２１５は、アルミ二ウムまたは銀などの金属を含んでいてもよい。第４電極２１４および第５電極２１５が金属を含む場合、第１方向におけるこれらの電極の厚さは、５〜２０ｎｍであることが望ましい。
【００５２】
第１光電変換層２３１および第２光電変換層２３２は、例えば、ポルフィリンコバルト錯体、クマリン誘導体、フラーレン、フラーレン誘導体、フルオレン化合物、ピラゾール誘導体、キナクリドン誘導体、ペリレンビスイミド誘導体、オリゴチオフェン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、ローダミン化合物、ケトシアニン誘導体、フタロシアニン誘導体、スクアリリウム誘導体、およびサブナフタロシアニン誘導体の少なくともいずれかを含む。第１光電変換層２３１に含まれる材料は、第２光電変換層２３２に含まれる材料と異なる。
【００５３】
ポルフィリンコバルト錯体、クマリン誘導体、フラーレンおよびその誘導体、フルオレン化合物、およびピラゾール誘導体は、例えば、４４０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長を有する青色の光を選択的に吸収する。  
キナクリドン誘導体、ペリレンビスイミド誘導体、オリゴチオフェン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、ローダミン化合物、およびケトシアニン誘導体は、例えば、４９０ｎｍ〜６００ｎｍの波長を有する緑色の光を選択的に吸収する。  
フタロシアニン誘導体、スクアリリウム誘導体、およびサブナフタロシアニン誘導体は、例えば、６００ｎｍ〜８００ｎｍの波長を有する赤色の光を選択的に吸収する。
【００５４】
例えば、第１光電変換層２３１で吸収される光の色が第２光電変換層２３２で吸収される光の色と異なるように、これらの光電変換層に含まれる有機物が選択される。
【００５５】
図６は、第１実施形態に係るセンサの他の一例を表す模式断面図である。図６に表されるセンサ１１のように、発光部１１００において、第１層１４１および第２層１４２がさらに設けられていてもよい。第１層１４１は、第１電極１１１と第１発光層１２１との間に設けられている。第２層１４２は、第２電極１１２と第１発光層１２１との間に設けられている。  
【００５６】
図６に表される光検出部２１００のように、第３層２４３、第４層２４４、第５層２４５、および第６層２４６がさらに設けられていてもよい。第３層２４３は、第３電極２１３と第１光電変換層２３１との間に設けられている。第４層２４４は、第５電極２１５と第１光電変換層２３１との間に設けられている。第５層２４５は、第４電極２１４と第２光電変換層２３２との間に設けられている。第６層２４６は、第５電極２１５と第２光電変換層２３２との間に設けられている。
【００５７】
第１層１４１は、例えば、キャリア注入層を含む。図６に表される例において、このキャリア注入層は、電子注入層として機能しうる。第１層１４１は、キャリア輸送層を含んでいてもよい。図６に表される例において、このキャリア輸送層は、電子輸送層として機能しうる。第１層１４１は、キャリア注入層として機能する層と、キャリア輸送層として機能する層と、を含んでいてもよい。
【００５８】
第１層１４１は、例えば、Ａｌｑ３、ＢＡｌｑ、ＰＯＰｙ２、Ｂｐｈｅｎ、および３ＴＰＹＭＢの少なくともいずれかを含む。第１層１４１がこれらの材料の少なくとも１つを含む場合、第１層１４１は電子輸送層として機能する。
あるいは、第１層１４１は、例えば、ＬｉＦ、ＣｓＦ、Ｂａ，およびＣａの少なくともいずれかを含む。第１層１４１がこれらの材料の少なくとも１つを含む場合、第１層１４１は、電子注入層として機能する。
【００５９】
第２層１４２は、例えば、キャリア注入層を含む。図６に表される例において、このキャリア注入層は、正孔注入層として機能しうる。第２層１４２は、キャリア輸送層を含んでいてもよい。図６に表される例において、このキャリア輸送層は、正孔輸送層として機能しうる。第２層１４２は、キャリア注入層として機能する層と、キャリア輸送層として機能する層と、を含んでいてもよい。
【００６０】
第２層１４２は、例えば、α−ＮＰＤ、ＴＡＰＣ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、ＴＰＤ、およびＴＣＴＡの少なくともいずれかを含む。第２層１４２がこれらの材料の少なくとも１つを含む場合、第２層１４２は正孔輸送層として機能する。
あるいは、第２層１４２は、例えば、ＰＥＤＰＯＴ：ＰＰＳ、ＣｕＰｃ、およびＭｏＯ３の少なくともいずれかを含む。第２層１４２がこれらの材料の少なくとも１つを含む場合、第２層１４２は正孔注入層して機能する。
【００６１】
第３層２４３および第５層２４５は、例えば、電子の流れを阻害する電子ブロック層と、正孔を流れやすくする正孔取り出し層（捕集層）と、の少なくともいずれかを含む。これらの層は、さらに第１光電変換層２３１および第２光電変換層２３２で生成された励起子を閉じ込めるための励起子ブロック層として機能しうる。
【００６２】
第３層２４３および第５層２４５は、例えば、正孔受容性材料を含むことが望ましい。正孔受容性材料としては、例えば、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物、ピラゾリン化合物、スチリルアミン化合物、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、カルバゾール化合物、チオフェン化合物、フタロシアニン化合物、および縮合芳香族化合物などを用いることができる。縮合芳香族化合物としては、例えば、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、テトラセン誘導体、ペンタセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体などを用いることができる。  
第３層２４３に含まれる材料は、第５層２４５に含まれる材料と異なっていてもよい。
【００６３】
第４層２４４および第６層２４６は、例えば、正孔の流れを阻害する正孔ブロック層と、電子を流れやすくする電子取り出し層（捕集層）と、の少なくともいずれかを含む。これらの層は、さらに、第１光電変換層２３１および第２光電変換層２３２で生成された励起子を閉じ込めるための励起子ブロック層としても機能しうる。
【００６４】
第４層２４４および第６層２４６は、例えば、電子受容性材料を含むことが望ましい。電子受容性材料としては、例えば、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール化合物、アントラキノジメタン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、バソクプロイン、バソクプロイン誘導体、バソフェナントロリン、バソフェナントロリン誘導体、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド誘導体、およびナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸二無水物などを用いることができる。  
第４層２４４に含まれる材料は、第６層２４６に含まれる材料と異なっていてもよい。
【００６５】
上述した、第３層２４３の機能と第４層２４４の機能とが反転していてもよい。第５層２４５の機能と第６層２４６の機能とが反転していてもよい。
【００６６】
図７は、第１実施形態に係るセンサの他の一例を表す模式断面図である。センサ１２は、発光部１２００および光検出部２０００を含む。図７に表されるように、発光部１２００は、第１電極１１１、第２電極１１２、第６電極１１６、第１発光層１２１、および第２発光層１２２を含む。第６電極１１６は、第２電極１１２と第１発光層１２１との間に設けられている。第２発光層１２２は、第２電極１１２と第６電極１１６との間に設けられている。
【００６７】
第２発光層１２２は、例えば、有機物を含む。第２発光層１２２は、有機物を含有する有機膜を含んでいてもよい。
【００６８】
第２発光層１２２は、例えば、Ａｌｑ３（トリス(８−ヒドロキシキノリノラト)アルミニウム）、Ｆ８ＢＴ（ポリ(9,9-ジオクチルフルオレン-ｃｏ-ベンゾチアジアゾール）、ＰＰＶ（ポリパラフェニレンビニレン）、ＲＯ−ＰＰＶ（アルコキシ置換ＰＰＶ）、およびＰＦ（ポリフルオレン）の少なくともいずれかを含む。
【００６９】
または、第２発光層１２２は、ホスト材料と、ドーパント材料と、を含んでいてもよい。ホスト材料は、例えば、ＣＢＰ（4,4'−N,N'-ビスジカルバゾリルール−ビフェニル）、ＢＣＰ（2,9−ジメチル-4,7ジフェニル−1,10−フェナントロリン）、ＴＰＤ（2,9−ジメチル-4,7ジフェニル−1,10−フェナントロリン）、ＰＶＫ（ポリビニルカルバゾール）、およびＰＰＴ（ポリ（３−フェニルチオフェン））の少なくともいずれかを含む。ドーパント材料は、例えば、Ｆｌｒｐｉｃ（イリジウム(III)ビス(4,6-ジ-フルオロフェニル)-ピ.リジネート-N,C2'-ピコリネート）、Ｉｒ（ｐｐｙ）３（トリス(２−フェニルピリジン)イリジウム）、Ｆｌｒ６（ビス（２，４−ジフルオロフェニルピリジナト）−テトラキス（１−ピラゾリル）ボラート−イリジウム（ＩＩＩ））、Ｉｒ（ＭＤＱ）２（ａｃａｃ）、ＰｔＯＥＰ、Ｒｕｂｒｅｎｅ、Ｉｒ（Ｐｉｑ）３、およびＤＣＭの少なくともいずれかを含む。
【００７０】
第１発光層１２１および第２発光層１２２から放射される光は、例えば、可視光である。例えば、これらの発光層から放射される光は、赤色、橙色、黄色、緑色、および青色のいずれかの光、または、これらを組み合わせた光である。第１発光層１２１および第２発光層１２２から放射される光は、紫外光または赤外光でもよい。第１発光層１２１および第２発光層１２２から放射される光のスペクトル幅は広ければ広いほど良い。スペクトルの半値全幅は例えば５０ｎｍ以上である。
【００７１】
第１光電変換層２３１の材料および第２光電変換層２３２の材料は、第１光電変換層２３１で主に吸収される光の波長と、第２光電変換層２３２で主に吸収される光の波長と、が異なるように選択される。第１光電変換層２３１は、第１発光層１２１または第２発光層１２２から放射された光のうち、第１光電変換層２３１の吸収波長領域の光を選択的に吸収する。第２光電変換層２３２は、第１発光層１２１または第２発光層１２２から放射された光のうち、第２光電変換層２３２の吸収領域の光を選択的に吸収する。
【００７２】
第１光電変換層２３１で選択的に吸収される光の波長と、第２光電変換層２３２で選択的に吸収される光の波長と、の差は、例えば、５０ｎｍ以上である。これらの差は、より望ましくは、１００ｎｍ以上である。
【００７３】
第１発光層１２１の材料および第２発光層１２２の材料は、第１発光層１２１から放射される光１２１ａのピーク波長が第２発光層１２２から放射される光１２２ａのピーク波長と異なるように、選択されてもよい。図７に表されるように、例えば、第１発光層１２１から放射された光１２１ａのピーク波長領域は、主に第１光電変換層２３１で吸収される。第２発光層１２２から放射された光１２２ａのピーク波長領域は、主に第２光電変換層２３２で吸収される。光１２１ａのピーク波長と光１２２ａのピーク波長との差は、例えば、５０ｎｍ以上である。第１発光層１２１の材料および第２発光層１２２の材料は、光１２１ａのピーク波長および光１２２ａのピーク波長が、光検出部２０００の検出感度がある波長領域内に含まれるように、選択される。
【００７４】
図８（ａ）〜図８（ｅ）は、第１実施形態に係る他のセンサを用いた血中酸素濃度の測定方法を表す模式図である。図８（ｂ）〜図８（ｅ）の横軸は、時間ｔを表す。図８（ｂ）の縦軸は、第１電極１１１と第６電極１１６との間に入力される第１入力信号Ｖｉｎ１を表す。図８（ｃ）の縦軸は、第２電極１１２と第６電極１１６との間に入力される第２入力信号Ｖｉｎ２を表す。図８（ｄ）の縦軸は、第１光電変換層２３１で検出された第１出力信号Ｖｏｕｔ１を表す。図８（ｅ）の縦軸は、第２光電変換層２３２で検出された第２出力信号Ｖｏｕｔ２を表す。
【００７５】
図８（ａ）は、センサ１２を用いて指６１の血管６１１中の酸素濃度を測定している際の様子を表している。図８（ａ）において、基板１０１および基板２０１は省略されている。図８（ｂ）に表されるように、第１電極１１１と第６電極１１６との間には、例えば、定電圧が印加される。図８（ｃ）に表されるように、第２電極１１２と第６電極１１６との間には、例えば、定電圧が印加される。それぞれの発光層から放射された光１２１ａおよび１２２ａは、血管６１１を通過する。血管６１１を通過した光は、第１光電変換層２３１および第２光電変換層２３２で吸収され、図８（ｄ）および図８（ｅ）に表されるように、第１出力信号Ｖｏｕｔ１および第２出力信号Ｖｏｕｔ２が得られる。これらの出力信号を用いて血中の酸素濃度が測定される。
【００７６】
図９、図１０、図１１、および図１２は、第１実施形態に係るセンサの他の一例を表す模式断面図である。
【００７７】
図９に表されるセンサ１３では、基板１０１の少なくとも一部と基板２０１の少なくとも一部との間に発光部１２００が設けられている。基板２０１の少なくとも一部は、発光部１２００と光検出部２０００との間に設けられている。第１発光層１２１から放射された光１２１ａは、第６電極１１６および第２電極１１２を透過して測定対象６０に入射する。
【００７８】
図１０に表されるセンサ１４では、基板１０１の少なくとも一部と基板２０１の少なくとも一部との間に光検出部２０００が設けられている。基板１０１の少なくとも一部は、発光部１２００と光検出部２０００との間に設けられている。
【００７９】
図１１に表されるセンサ１５は、発光部１３００および光検出部２０００を含む。センサ１５においては、第１電極１１１と第２電極１１２との間に、基板１０１の一部が設けられている。
【００８０】
図１１に表されるように、第１発光層１２１は、基板１０１の一部と第１電極１１１との間に設けられている。第６電極１１６は、基板１０１の一部と第１発光層１２１との間に設けられている。  
第２発光層１２２は、基板１０１の一部と第２電極１１２との間に設けられている。第７電極１１７は、基板１０１の一部と第２発光層１２２との間に設けられている。  
【００８１】
第２発光層１２２は、基板１０１の少なくとも一部と、基板２０１の少なくとも一部と、の間に設けられている。基板２０１の少なくとも一部は、発光部１３００と光検出部２０００との間に設けられている。第１発光層１２１から放射された光１２１ａは、第６電極１１６、基板１０１、第７電極１１７、第２発光層１２２、および第２電極１１２を透過して測定対象６０に入射する。
【００８２】
図１２に表されるセンサ１６は、発光部１２００および光検出部２２００を含む。センサ１６においては、第３電極２１３と第４電極２１４との間に、基板２０１の一部が設けられている。
【００８３】
図１２に表されるように、第５電極２１５は、基板２０１の一部と第３電極２１３との間に設けられている。第１光電変換層２３１は、第３電極２１３と第５電極２１５との間に設けられている。  
第８電極２１８は、基板２０１の一部と第４電極２１４との間に設けられている。第２光電変換層２３２は、第４電極２１４と第８電極２１８との間に設けられている。
【００８４】
第１発光層１２１および第２発光層１２２から放射された光１２１ａおよび１２２ａは、第２電極１１２および基板１０１を透過して測定対象６０に入射する。
【００８５】
あるいは、センサは、図１１に表される発光部１３００と、図１２に表される光検出部２２００と、を含んでいてもよい。
【００８６】
上述した第１実施形態に係る他のセンサは、発光部および検出部に加えて、図２および図３に表されるセンサ１０のように、処理部９００をさらに含んでいてもよい。
【００８７】
（第２実施形態）
図１３は、第２実施形態に係るセンサの一例を表す模式断面図である。  
図１３に表されるように、センサ２０は、発光部１０００および光検出部２０００を含む。
【００８８】
発光部１０００は、第１電極１１１と、第２電極１１２と、第１発光層１２１と、を含む。光検出部２０００は、第３電極２１３と、第４電極２１４と、第５電極２１５と、第１光電変換層２３１と、第２光電変換層２３２と、を含む。  
発光部１０００の少なくとも一部と光検出部２０００の少なくとも一部は、第２方向において重なっている。
【００８９】
発光部１０００に代えて、発光部１１００〜１３００のいずれかがセンサ２０に用いられてもよい。光検出部２０００に代えて、光検出部２１００または２２００がセンサ２０に用いられてもよい。
【００９０】
第１発光層１２１から放射された光１２１ａおよび光１２１ｂは、測定対象６０によって反射または散乱され、第１光電変換層２３１および第２光電変換層２３２に入射する。測定対象６０で反射または散乱された光には、測定対象６０の信号が含まれているため、この光を検出することで、測定対象６０に関する情報を得ることができる。
【００９１】
本実施形態においても、第１光電変換層２３１および第２光電変換層２３２を第１方向に積層しているため、センサの小型化が可能となる。センサ２０は、発光部１０００および光検出部２０００に加えて、図２および図３に表されるセンサ１０のように、処理部９００をさらに含んでいてもよい。
【００９２】
（第３実施形態）
図１４は、第３実施形態に係るセンサの一例を表す模式断面図である。  
図１４に表されるように、センサ３０は、発光部１４００および光検出部２３００を含む。測定対象６０は、例えば、第１方向において発光部１４００の少なくとも一部と光検出部２３００の少なくとも一部との間に設けられる。
【００９３】
発光部１４００は、第１電極１１１と、第２電極１１２と、第１発光層１２１と、第２発光層１２２と、第１層１４１と、第２層１４２と、励起子拡散層１５１（中間層）と、を含む。第１層１４１は、第１電極１１１と第２電極１１２との間に設けられている。第１発光層１２１は、第１層１４１と第２電極１１２との間に設けられている。励起子拡散層１５１は光透過性であり、第１発光層１２１と第２電極１１２との間に設けられている。第２発光層１２２は、励起子拡散層１５１と第２電極１１２との間に設けられている。第２層１４２は、第２発光層１２２と第２電極１１２との間に設けられている。発光部１４００は、例えば、基板１０１の上に設けられている。
【００９４】
光検出部２３００は、第３電極２１３と、第４電極２１４と、第１光電変換層２３１と、を含む。光検出部２３００は、例えば、基板２０１の上に設けられている。
【００９５】
第１発光層１２１から放射される光１２１ａのピーク波長は、第２発光層１２２から放射される光１２２ａのピーク波長と異なる。光１２１ａおよび光１２２ａは、第１光電変換層２３１で吸収される。
【００９６】
図１５、図１６、および図１７は、第３実施形態に係るセンサに含まれる発光部の特性を例示する模式図である。  
図１５および図１６の横軸は、第１方向における位置Ｐ１を表す。図１５および図１６の縦軸は、各位置におけるエネルギーＥを表す。
【００９７】
図１５および図１６に含まれる四角形のそれぞれの底辺は、それぞれの要素における最高被占軌道（HOMO:Highest Occupied Molecular Orbital）または価電子帯を表している。四角形のそれぞれの上辺は、それぞれの要素における最低空軌道（LUMO:Lowest Unoccupied Molecular Orbital）または伝導帯を表している。
【００９８】
具体的には、図１５は、第１発光層１２１および第２発光層１２２が、励起子拡散層１５１に含まれる材料と異なる材料を発光材料として含んでいる場合の、発光部１４００の特性を表す。  
図１６は、第１発光層１２１および第２発光層１２２が、励起子拡散層１５１に含まれる材料と同じ材料をホスト材料として含み、かつこのホスト材料に加えてゲスト材料を含んでいる場合の、発光部１４００の特性を表す。
図１６において、破線で表される四角形のそれぞれの底辺は、各ゲスト材料のＨＯＭＯを表している。破線で表される四角形のそれぞれの上辺は、各ゲスト材料のＬＵＭＯを表している。
【００９９】
図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、第１発光層１２１に含まれる発光材料、第２発光層１２２に含まれる発光材料、および励起子拡散層１５１に含まれる材料のそれぞれの材料におけるエネルギーレベルを表す模式図である。図１７（ａ）および図１７（ｂ）において、下線はそれぞれの材料の基底状態におけるエネルギーレベルを表している。図１７（ａ）において、上線は、それぞれの材料の励起一重項状態におけるエネルギーレベルを表している。図１７（ｂ）において、上線は、それぞれの材料の励起三重項状態におけるエネルギーレベルを表している。
【０１００】
第１電極１１１および第２電極１１２から正孔および電子が注入されると、例えば、第１層１４１と励起子拡散層１５１との間で励起子が生成される。生成された励起子の一部により、第１発光層１２１から光が放射される。他の励起子は、励起子拡散層１５１を伝搬し、第２発光層１２２に移動する。この励起子により、第２発光層１２２から光が放射される。
【０１０１】
図１７（ａ）に表されるように、第１発光層１２１に含まれる発光材料の励起一重項状態におけるエネルギーレベルは、例えば、励起子拡散層１５１に含まれる材料の励起一重項状態におけるエネルギーレベルよりも低い。図１７（ｂ）に表されるように、第２発光層１２２に含まれる発光材料の励起三重項状態におけるエネルギーレベルは、例えば、励起子拡散層１５１に含まれる材料の励起三重項状態におけるエネルギーレベルより低く、第１発光層１２１に含まれる発光材料の励起三重項状態におけるエネルギーレベルより低い。
【０１０２】
第１層１４１と励起子拡散層１５１との間で生成された励起子は、励起一重項状態または励起三重項状態を有する。上述した構成を採用することで、第１発光層１２１を、励起一重項状態を有する励起子によって発光させ、第２発光層１２２を、励起三重項状態を有する励起子によって発光させることが可能となる。
【０１０３】
センサ３０の構成によれば、第１電極１１１と第２電極１１２との間に他の電極が設けられていない場合であっても、第１発光層１２１と第２発光層１２２の２つの発光層を発光させることができる。このため、発光部に含まれる電極と外部回路との電気的な接続を簡略なものとすることができる。
【０１０４】
図１８（ａ）〜図１８（ｃ）および図１９（ａ）〜図１９（ｃ）は、第３実施形態に係るセンサを用いた血中酸素濃度の測定方法を表す模式図である。図１８（ｂ）、図１８（ｃ）、および図１９（ａ）の横軸は、時間ｔを表す。図１８（ｂ）の縦軸は、第１電極１１１と第２電極１１２との間に入力される入力信号Ｖｉｎを表す。図１８（ｃ）および図１９（ａ）の縦軸は、第１光電変換層２３１で検出された出力信号Ｖｏｕｔを表す。図１９（ｂ）および図１９（ｃ）の横軸は、波長ＷＬを表す。図１９（ｂ）および図１９（ｃ）の縦軸は、光強度ＬＳを表す。
【０１０５】
図１８（ｂ）に表されるように、発光部１４００の第１電極１１１と第２電極１１２との間には、入力信号Ｖｉｎとしてパルス電圧が印加される。第１電極１１１と第２電極１１２との間に電圧が印加されると、第１発光層１２１および第２発光層１２２から光が放射される。
【０１０６】
このとき、励起子は、第１層１４１と励起子拡散層１５１との間で生成され、一部の励起子が、励起子拡散層１５１を伝搬して第２発光層１２２に移動する。このため、第１電極１１１および第２電極１１２に電圧が印加された後、第２発光層１２２から光が放射されるまでの時間は、第１発光層１２１から光が放射されるまでの時間と異なる。この結果、出力信号は、図１８（ｃ）に表されるように、第１電極１１１および第２電極１１２に電圧が印加されたときが最も大きく、その後、徐々に減少していく。
【０１０７】
図１９（ａ）は、図１８（ｃ）の出力信号の一部を拡大したものである。例えば、図１９（ａ）に表される期間Ｔ１において検出される光は、主に第１発光層１２１から放射された光１２１ａである。図１９（ａ）に表される期間Ｔ２において検出される光は、主に第２発光層１２２から放射された光１２２ａである。
【０１０８】
図１９（ｂ）は、期間Ｔ１に検出された信号を表す。図１９（ｃ）は、期間Ｔ２に検出された信号を表す。それぞれの図において破線は、１回のパルス信号の入力に対して検出される、全体の出力信号を表す。このように、互いに異なる期間の信号をそれぞれ検出することで、光１２１ａに含まれる情報と、光１２２ａに含まれる情報と、を分離して得ることが可能となる。
【０１０９】
第１発光層１２１は、例えば、蛍光を発する材料を含み、第２発光層１２２は、例えば、燐光を発する材料を含む。蛍光材料の典型的な発光寿命は１〜１００ｎｓである。燐光材料の典型的な発光寿命は１〜１００μｓである。燐光材料の発光寿命は、蛍光材料の発光寿命と大きく異なる。
【０１１０】
蛍光材料として、Ａｌｑ３およびＤＣＭの少なくともいずれかを用いることができる
燐光材料として、Ｉｒ（ｐｐｙ）３およびＩｒ（ＭＤＱ）２（ａｃａｃ）の少なくともいずれかを用いることができる。
【０１１１】
このため、第１電極１１１と第２電極１１２との間にパルス電圧が印加されると、最初に蛍光材料を含む発光層から光が放射される。そして、蛍光材料の発光寿命に相当する時間が経過した後に、燐光材料を含む発光層から光が放射される。このため、図１９（ａ）〜図１９（ｃ）に表される例と同様に、第１発光層１２１から放射された光に含まれる情報と、第２発光層１２２に含まれる情報と、を分離して得ることができる。
【０１１２】
本実施形態によれば、第１発光層１２１と第２発光層１２２を積層し、１つの光電変換層でそれぞれの発光層から放射された光を検出するため、センサの小型化が可能となる。
【０１１３】
図２０は、第３実施形態に係るセンサの他の一例を表す模式断面図である。センサ３１は、発光部１２００および光検出部２３００を含む。第１発光層１２１および第２発光層１２２から放射された光は、測定対象６０を透過し、第１光電変換層２３１で吸収される。
【０１１４】
図２１（ａ）〜図２１（ｄ）は、第３実施形態に係る他のセンサを用いた血中酸素濃度の測定方法を表す模式図である。図２１（ｂ）〜図２１（ｄ）の横軸は、時間ｔを表す。図２１（ｂ）の縦軸は、第１電極１１１と第６電極１１６との間に入力される第１入力信号Ｖｉｎ１を表す。図２１（ｃ）の縦軸は、第２電極１１２と第６電極１１６との間に入力される第２入力信号Ｖｉｎ２を表す。図２１（ｄ）の縦軸は、第１光電変換層２３１で検出された出力信号Ｖｏｕｔを表す。
【０１１５】
図２１（ａ）において、基板１０１および基板２０１は省略されている。図２１（ｂ）に表されるように、第１電極１１１と第６電極１１６との間には、例えば、パルス電圧である第１入力信号Ｖｉｎ１が印加される。図２１（ｃ）に表されるように、第２電極１１２と第６電極１１６との間には、例えば、パルス電圧である第２入力信号Ｖｉｎ２が印加される。
【０１１６】
第１入力信号Ｖｉｎ１のパルス電圧が印加されるタイミングは、第２入力信号Ｖｉｎ２のパルス電圧が印加されるタイミングと異なる。このため、第１発光層１２１から光１２１ａが放射されるタイミングは、第２発光層１２２から光１２２ａが放射されるタイミングと異なる。
【０１１７】
この結果、図２１（ｄ）に表されるように、出力信号には、第１発光層１２１から放射された光１２１ａに基づく信号と、第２発光層１２２から放射された光１２２ａに基づく信号と、が交互に現れる。
【０１１８】
図２２（ａ）、図２２（ｂ）、図２３（ａ）、および図２３（ｂ）は、分離された出力信号を例示する模式図である。具体的には、図２２（ａ）および図２２（ｂ）は、図２１（ｄ）に表される出力信号から、光１２１ａに基づく信号を取り出したときの様子を表す。図２３（ａ）および図２３（ｂ）は、図２１（ｄ）に表される出力信号から、光１２２ａに基づく信号を取り出したときの様子を表す。
【０１１９】
図２２（ａ）、図２２（ｂ）、図２３（ａ）、および図２３（ｂ）の横軸は、時間ｔを表す。図２２（ａ）、図２２（ｂ）、図２３（ａ）、および図２３（ｂ）の縦軸は、光強度ＬＳを表す。図２２（ｂ）は、図２２（ａ）の破線で囲まれた部分を拡大した様子を表している。図２３（ｂ）は、図２３（ａ）の破線で囲まれた部分を拡大した様子を表している。
【０１２０】
第１入力信号Ｖｉｎ１の周波数および第２入力信号Ｖｉｎ２の周波数が、脈波の周波数よりも十分に高い場合、各光パルスの信号だけを見ることで、脈波に関する情報が得られる。脈波は典型的には１Ｈｚ程度であり、パルス電圧の周波数は、例えば、１００Ｈｚ〜１００ＫＨｚとすることができる。さらに、光１２１ａに基づく信号と、光１２２ａに基づく信号と、を分離することで、第１実施形態で述べた方法を用いて血中酸素濃度を得ることも可能である。
【０１２１】
本実施形態によれば、センサの小型化が可能となる。さらに、パルス電圧を用いて発光部１２００から光を放射させるため、定電圧を用いたセンサに比べ、発光部１２００を発光させている時間が短い。このため、発光部１２００に含まれる各発光層の劣化を抑制し、かつ消費電力を低減できる。
【０１２２】
センサ３０または３１は、発光部および検出部に加えて、図２および図３に表されるセンサ１０のように、処理部９００をさらに含んでいてもよい。
【０１２３】
図２４（ａ）〜図２４（ｃ）は、実装された実施形態に係るセンサを例示する模式図である。それぞれのセンサは、例えば、発光部１０００と、光検出部２０００と、制御部／信号処理部３０００と、を含む。
【０１２４】
図２４（ａ）に表されるセンサ４０において、発光部１０００は、支持基板１０００Ｓの上に実装されている。光検出部２０００は、支持基板１０００Ｓと分離された支持基板２０００Ｓの上に実装されている。制御部／信号処理部３０００は、支持基板１０００Ｓおよび支持基板２０００Ｓと分離された支持基板３０００Ｓの上に実装されている。
【０１２５】
図２４（ｂ）に表されるセンサ４１において、発光部１０００および光検出部２０００は、共通の支持基板１０００Ｓの上に実装されている。制御部／信号処理部３０００は、支持基板１０００Ｓと分離された支持基板３０００Ｓの上に実装されている。
【０１２６】
図２４（ｃ）に表されるセンサ４２において、発光部１０００、光検出部２０００、および制御部／信号処理部３０００は、共通の支持基板１０００Ｓの上に実装されている。
【０１２７】
図２４（ａ）〜図２４（ｃ）に表される構成以外に、光検出部２０００および制御部／信号処理部３０００のみを共通の支持基板に実装してもよい。または、発光部１０００および制御部／信号処理部３０００のみを共通の支持基板に実装してもよい。
【０１２８】
図２５（ａ）〜図２５（ｅ）は、実施形態に係るセンサの用途を例示する模式図である。それぞれの例においてセンサは、例えば、脈拍および／または血中の酸素濃度を測定する。
【０１２９】
図２５（ａ）に表される例において、センサ５０は指輪に含まれる。センサ５０は、例えば、センサ５０に接する指の脈を検出する。図２５（ｂ）に表される例では、センサ５１は腕輪に含まれる。センサ５１は、例えば、センサ５１に接する腕または足の脈を検出する。
【０１３０】
図２５（ｃ）に表される例では、センサ５２はイヤホンに含まれる。図２５（ｄ）に表される例では、センサ５３はメガネに含まれる。センサ５２およびセンサ５３は、例えば、耳たぶの脈を検出する。図２５（ｅ）に表される例では、センサ５４は携帯電話またはスマートフォンのボタンや画面などに含まれる。センサ５４は、例えば、センサ５４に触れた指の脈を検出する。
【０１３１】
図２６は、図２５に表されるセンサを用いたシステムを例示する模式図である
例えば、センサ５０〜５４は、測定したデータを有線あるいは無線でデスクトップＰＣ、ノートＰＣ、またはタブレット端末などの機器５６に転送する。あるいは、センサ５０〜５４は、データをネットワーク５７に転送してもよい。
【０１３２】
機器５６またはネットワーク５７を利用して、センサによって測定されたデータを管理することができる。または測定されたデータを解析プログラムなどを用いて解析し、管理あるいは統計処理を行っても良い。測定されたデータが脈拍または血中の酸素濃度である場合、任意の時間ごとにデータの集計を行うことができる。集計されたデータは、例えば、健康管理に利用される。病院であれば、例えば、患者の健康状態を常時モニタリングするために利用される。
【０１３３】
上記の各実施形態によれば、小型化を可能とするセンサが提供できる。
【０１３４】
なお、本願明細書において、「垂直」は、厳密な垂直だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直であれば良い。
【０１３５】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、第１電極〜第８電極、第１発光層、第２発光層、第１光電変換層、第２光電変換層、第１層〜第６層、励起子拡散層、信号処理部、記録装置、および表示装置などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０１３６】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１３７】
その他、本発明の実施の形態として上述したセンサを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのセンサも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１３８】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１３９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１４０】
１０〜１６、２０、３０、３１、４０〜４２、５０〜５４…センサ  ５６…機器  ５７…ネットワーク  ６０…測定対称  ６１…指  ６１１…血管  １０００〜１４００…発光部  １０００Ｓ…支持基板  １０１…基板  １１１…第１電極  １１２…第２電極  １１６…第６電極  １１７…第７電極  １２１…第１発光層  １２２…第２発光層  １２１ａ〜１２１ｃ、１２２ａ…光  １４１…第１層  １４２…第２層  １５１…励起子拡散層  ２０００〜２３００…光検出部  ２０００Ｓ…支持基板  ２０１…基板  ２１３…第３電極  ２１４…第４電極  ２１５…第５電極  ２１８…第８電極  ２３１…第１光電変換層  ２３２…第２光電変換層  ２４３…第３層  ２４４…第４層  ２４５…第５層  ２４６…第６層  ２５１、２５２…抵抗  ３０００…信号処理部  ３０００Ｓ…支持基板  ９００…処理部  ９０１…制御部  ９０１ａ…パルス生成器  ９０１ｂ…バイアス回路  ９０３…信号処理部  ９０３ａ…増幅器  ９０３ｂ…フィルター部  ９０３ｃ…信号同期部  ９０３ｄ…信号整形部  ９０３ｅ…信号計算部  ９０３ｆ…飽和酸素濃度計算部  ９０４…記録装置  ９０４ａ…脈拍値  ９０４ｂ…飽和酸素濃度値  ９０５…入力信号  ９０６…同期信号  ９０９…表示装置
【図１】
2016214512.tif 000008
【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】
2016214512.tif 000020
【図１４】
2016214512.tif 000021
【図１５】
2016214512.tif 000022
【図１６】
2016214512.tif 000023
【図１７】
2016214512.tif 000024
【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】
2016214512.tif 000029
【図２３】
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【図２４】
2016214512.tif 000031
【図２５】
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【図２６】
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