CN102525441B - 活体信息检测器和活体信息测定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供活体信息检测器和活体信息测定装置。活体信息检测器包含:发光部(14),其发出包含关注波长(λ0)在内的发光波段(λ01~λ02)的光;受光部(16),其接收具有活体信息的光(R1’);反射部(18),其利用反射面(18-1)将具有活体信息的光(R1’)反射到受光部(16);以及滤光器(19-1),其设置在被检测部位与受光部(16)之间,使关注波长(λ0)透过。滤光器(19-1)抑制从入射光的最大波长(λ21)至少到受光波段的最大波长(λmax)为止的波段的光,另一方面,反射面(18-1)构成为,仅使具有给定角度以下的入射角(θ)的光到达受光部(16)。
Description
技术领域
本发明涉及活体信息检测器和活体信息测定装置等。
背景技术
活体信息测定装置例如测定人的脉搏数、血液中的氧饱和度、体温、心律数等活体信息,活体信息测定装置的一例是测定脉搏数的脉搏计。另外,脉搏计等活体信息测定装置也可以装配在钟表、手机、寻呼机、个人计算机等电子设备中,或者还可以与电子设备相组合。活体信息测定装置具有检测活体信息的活体信息检测器,活体信息检测器具有:发光部,其朝向被检查体(用户)的被检测部位发出光;以及受光部,其接受来自被检测部位的具有活体信息的光。
另外,可将能够佩戴在人的手腕上的活体信息检测器或活体信息测定装置称作手腕佩戴型的活体信息检测器或活体信息测定装置,可将手腕佩戴型的活体信息检测器或活体信息测定装置组装到例如手表(广义上是指手腕佩戴型的电子设备)中。
专利文献1公开了一种脉搏计(广义上是指活体信息测定装置)。专利文献1采用了仅允许650[nm]以下波长的光透过的滤光器(专利文献1的表现出图4的虚线所示的透射特性的滤光器),以去除透过手指的外光(例如专利文献1的图13的外光L2)的影响。
专利文献2也公开了一种脉搏计(广义上是指活体信息测定装置)。在专利文献2中,为了去除透过手指的外光的影响,将脉搏计的发光部的波长设定为300[nm]~700[nm](例如,专利文献2的图4中示出的350[nm]~600[nm]的强度特性),并且将脉搏计的受光部波长设定为700[nm]以下(例如,专利文献2的图5中示出的300[nm]~600[nm]的主感光度特性)。
【专利文献1】日本特开昭61-048338号公报
【专利文献2】日本特开平08-080288号公报
在利用专利文献1、专利文献2等的脉搏计来测定手指以外的例如手腕的脉搏数的情况下,由于外光所引起的噪声的影响,活体信息检测器的检测精度不佳。
发明内容
根据本发明的几个方式,可提供能够提高检测精度或测定精度的活体信息检测器和活体信息测定装置。
本发明的一个方式涉及一种活体信息检测器,其特征在于,该活体信息检测器包含:发光部,其向被检查体的被检测部位发出包含关注波长在内的发光波段的光;
受光部,其在包含所述发光波段的受光波段中具有感光度,接收所述发光部发出的光被所述被检测部位反射后的、具有活体信息的光;
反射部,其具有反射面,利用所述反射面将具有所述活体信息的光反射到所述受光部;以及
滤光器,其设置在所述被检测部位与所述受光部之间,使所述关注波长的光透过,
在向所述滤光器入射的入射光的入射角为给定角度时,透过所述滤光器的所述入射光的最大波长比所述关注波长高,所述滤光器抑制从所述入射光的所述最大波长至少到所述受光波段的最大波长为止的波段的光,
所述反射面构成为,仅使具有所述给定角度以下的入射角的光到达所述受光部。
根据本发明的一个方式,包含从发光部发出的关注波长(例如λ0)的发光波段(例如λ01~λ02,其中λ01<λ0<λ02)的光受到被检测部位的反射,从而成为包含活体信息的光,由受光部检测该光来测定活体信息。外光由具有包含发光波段在内的各种波长的光构成,在被检查体内传播的外光(传播光)的一部分被受光部接收到时,可能成为噪声。通过利用滤光器的波段(例如波长λ21~波长λmax)抑制该可能成为噪声的外光,能够降低噪声。并且,在向滤光器入射的入射光的入射角为给定角度时,欲透过滤光器的入射光中、具有小于最大波长(例如λ21)的波长(<λ21)的入射光能够透射过滤光器,不过,能够利用反射部的反射面来抑制这种光到达受光部。因此,能够利用反射部的反射面来抑制可透过滤光器的、可能成为噪声的光。因此,活体信息检测器的检测精度(SN比)提高。另外,关于由滤光器实现的光的抑制,只要能够得到如下的滤光效果即可:相对于向滤光器入射的入射光的、透射光的强度优选为10%以下,更优选为5%以下。
并且,在本发明的一个方式中,所述滤光器可以是电介质多层滤光器。
例如与色素吸收滤光器的对于关注波长的透射率相比,电介质多层滤光器的对于关注波长的透射率容易设定得较高,能够使发光部发出的光容易地透过。此外,对于受光波段内的波段(可能成为噪声的光)的透射率容易设定得较低,能够有效地抑制噪声。
并且,在本发明的一个方式中,可以是,活体信息检测器还包含:
基板,其由对于所述关注波长透明的材料构成,在第1面上配置所述发光部,并且在与第1面相对的第2面上配置所述受光部;以及
接触部,其相对于所述基板被配置在所述第1面侧,由对于所述关注波长透明的材料构成,具有与所述被检查体的接触面,
所述反射部相对于所述基板被配置在所述第2面侧。
在平面视图中,能够使发光部与受光部隔着基板而重叠,能够实现活体信息检测器的小型化。
并且,在本发明的一个方式中,可以是,所述滤光器设置在所述接触部中的除所述接触面以外的面、所述基板、所述受光部以及所述反射部中的至少一方上。
由于被检查体的油等的影响,从而在接触面上设置滤光器的情况下,有时滤光器的性能也会劣化。因此,不在接触面上设置滤光器,由此能够防止滤光器的性能劣化。
并且,在本发明的一个方式中,可以是,所述入射光的所述最大波长是变化点处的波长,该变化点是在所述被检测部位的末梢侧与所述被检测部位的中枢侧之间在所述被检查体内传播的外光的强度的增加特性从第1倾斜转移到比所述第1倾斜大的第2倾斜的点。
判断出了如下情况:在被检查体内传播的外光(传播光)的一部分由受光部接收到时,可能成为噪声,而该可能成为噪声的外光是在被检测部位的末梢侧与被检测部位的中枢侧之间在被检查体内传播的光。而且判断出了如下情况:可能成为噪声的外光的强度增加具有从第1倾斜(缓慢倾斜)转移到比第1倾斜急剧的第2倾斜(急剧倾斜)的变化点的波长(例如λ1),变化点的波长以下的光比较微弱,作为噪声,可以忽视。通过将向滤光器入射的入射光的入射角为给定角度时的入射光的最大波长(λ21)设定为变化点的波长(λ1),能够有效地抑制噪声。
并且,在本发明的一个方式中,可以是,所述变化点处的波长在565nm~595nm的范围内。
作为考虑了被检查体(例如用户)的活动状况等的结果,可将上述变化点处的波长(λ1)、即在被检查体内传播的外光中的可能成为噪声的光的最短波长(λ1)设定为例如565nm~595nm的范围。
并且,本发明的另一方式涉及一种活体信息测定装置,其特征在于,该活体信息测定装置包括:上述的活体信息检测器;以及
活体信息测定部,其根据在所述受光部中生成的受光信号测定所述活体信息,
所述活体信息是脉搏数。
根据本发明的另一方式,能够使用检测精度提高后的活体信息检测器,来提高活体信息测定装置的测定精度。
附图说明
图1是本实施方式的活体信息检测器的结构例。
图2(A)、图2(B)是外光的进入路径的说明图。
图3是外光的强度特性的一例。
图4是其他滤光器(比较例)的透射特性的一例。
图5(A)、图5(B)是图1的滤光器的透射特性的一例。
图6是发光部发出的光的强度特性的一例。
图7是受光部接收的光的感光度特性的一例。
图8(A)、图8(B)是反射部的反射面的反射特性的一例。
图9是优选的滤光器的透射特性的一例。
图10是本实施方式的活体信息检测器的其他结构例。
图11是透过涂敷有透光膜的基板的光的透射特性的一例。
图12是透光膜的外观例。
图13是基板的收纳例。
图14是本实施方式的活体信息检测器的其他结构例。
图15(A)、图15(B)、图15(C)是第1反射部的结构例。
图16(A)、图16(B)是第1反射部及发光部的外观例。
图17是受光部的外观例。
图18(A)、图18(B)是包含活体信息检测器的活体信息测定装置的外观例。
图19是活体信息测定装置的结构例。
图20(A)、图20(B)是本实施方式的活体信息检测器的其他结构例。
图21是受光部与第2受光部的连接例。
标号说明
11:基板;11-1:透光膜;11-2:端部;14:发光部;14A:第1发光面;14B:第2发光面;16:受光部;16’:第2受光部;16”:合成受光部;18:反射部(第2反射部);18-1:反射面;18’:反射部(第3反射部);19:接触部;19-1:滤光器;61、62、63、64:布线;61-1、63-1、64-1:键合线;82:主板;84:连接器;92:反射部(第1反射部);92-1:支撑部;92-2:内壁面;92-3:顶面(第2反射面);92-4:镜面部;150:腕带;161:控制电路;162:放大电路;163、167:A/D转换电路;164:脉搏数计算电路;165:显示部;166:加速度检测部;168:数字信号处理电路;DR1:第1方向;DR2:第2方向;O:被检测部位;R1:第1光;R2:第2光;R3:外光;R1’、R2’:反射光(有效光);R1”:直接反射光(无效光);R3’:传播光(噪声);SA:被检查体的表面;W1:第1反射部的长度的最大值;W2:受光部的长度的最大值;Δh:距离;Δh0、Δh1:高度;Δh2、Δh2’:间隙;θ:入射角。
具体实施方式
下面对实施方式进行说明。另外,以下说明的本实施方式并不对权利要求书中记载的本发明的内容进行不恰当的限定。并且,本实施方式中说明的全部结构并不一定是本发明的必要构成要件。
1.活体信息检测器
1.1 活体信息检测器的结构例
图1示出了本实施方式的活体信息检测器的结构例。如图1所示,活体信息检测器包括发光部14、受光部16、滤光器19-1以及反射部18。发光部14发出朝向被检查体(例如用户)的被检测部位O(例如血管)的光R1。受光部16接收发光部14发出的光R1由被检测部位O反射后的、具有活体信息的光R1’(反射光)。滤光器19-1设置在被检测部位O与受光部16之间。反射部18具有反射面18-1,通过反射面18-1对具有活体信息的光R1’进行反射。反射部18可在设置在发光部14与受光部16之间的光路上的穹顶面(球面或抛物面)上具有反射面18-1。在图1的例子中,在剖视图中,反射部18的反射面18-1呈现为规定球面的圆弧,但也可以呈现为规定抛物面的抛物线。
发光部14例如发出图6所示的发光波段(λ01~λ02)的光。另一方面,受光部16在包含图6所示的发光波段在内的大范围的受光波段(也称作受光感光波段)中具有感光度(参照图7)。由此,受光部16的接收感光波段(图7)比发光部14的发光波段(图6)宽,因此,在受光部16中可能会接收到例如作为噪声的发光波段以外的光,从而导致S/N降低。滤光器19-1是为了抑制可能成为噪声的光被受光部16接收而设置的。滤光器19-1不抑制反射光R1’中的反映活体信息的关注波长的光。所谓关注波长,是指图6所示的发光波段(λ01~λ02)所包含的、因被检测部位(血管)O吸收了光而使得反射光R1’的强度发生变化的波长(图6的例如λ0:λ01<λ0<λ02)的光。另外,后面将叙述滤光器19-1的透射特性的一例。
在图1的例子中,被检测部位O(例如血管)位于被检查体的内部。第1光R1进入到被检查体的内部,并在表皮、真皮及皮下组织上发生漫射或散射。之后,第1光R1到达被检测部位O,且由被检测部位O反射。被检测部位O处的反射光R1’在皮下组织、真皮及表皮上发生漫射或散射。之后,反射光R1’朝向受光部16。第1光R1的一部分被血管吸收。因此,由于脉搏的影响,使得血管中的吸收率发生变化,从而被检测部位O处的反射光R1’的光量也发生变化。这样,活体信息(例如脉搏数)反映在被检测部位O处的反射光R1’中。更具体而言,血液中的血红蛋白对于处于300nm到700nm的波段的光的吸光系数明显比对于红外光的吸光系数大。当按照血红蛋白的吸光特性,朝被检查体照射波段处于例如300nm到700nm的范围内的发光波段的第1光R1时,由被检测部位(血管)O反射的反射光R1’的强度随着血量变化而大幅变化。因此,包含关注波长(λ0)在内的发光波段(λ01~λ02)至少被设定为300nm到700的范围内。在本实施方式中,如图6那样设定包含关注波长(λ0)在内的发光波段(λ01~λ02),且设定为不与图3中虚线所示的可能成为噪声的外光R3’的波段重叠。
另一方面,外光R3在被检查体的内部发生漫射或散射。之后,不到达被检测部位O而在被检查体内进行传播的外光R3’(传播光)朝向受光部16。活体信息(脉搏数)不被反映到沿第1方向DR1在被检查体内传播的外光R3’(传播光)。外光R3’(例如太阳光)由具有各种波长的光构成,因此如图1所示,在被检查体内传播的外光R3’(传播光)的一部分被滤光器19-1抑制。但是,在被检查体内传播的外光R3’(传播光)的另一部分,即,例如图1所示的具有入射角θ的R3’会透射过滤光器19-1。即,作为滤光器19-1的光抑制特性,不能抑制在被检查体内传播的外光R3’中的、接收感光波段内所有波长的光。因此,利用反射部18的反射面18-1来抑制滤光器19-1所无法抑制的外光R3’。反射面18-1的反射特性的一例将在后面叙述。由此,能够分两个阶段来抑制在被检查体内传播的外光R3’(传播光:噪声),因此活体信息检测器的检测精度(SN比)提高。
另外,专利文献1研究了透射过手指的外光(例如,专利文献1的图13的外光L2)的影响,但是没有研究在手腕内部传播的传播光的影响。换言之,本发明人认识到:在将作为滤光器19-1的透射特性和反射面18-1的反射特性的替代的、仅允许透射650[nm]以下的波长的滤光器(专利文献1的显现出图4的虚线所示的透射特性的滤光器)应用于活体信息检测器、尤其是手腕佩戴型的活体信息检测器的情况下,不能忽视在手腕内部传播的传播光的影响。
此外,专利文献2也是只研究了透射过手指的外光的影响,而没有研究在手腕内部传播的传播光的影响。换言之,本发明人认识到:即使将受光部16的感光波段设定为700[nm]以下(例如,专利文献2的图5中示出的300[nm]~600[nm]的主感光特性),也不能忽视在手腕内部传播的传播光的影响。
此外,如图1所示,活体信息检测器可包括接触部19和基板11。接触部19具有与被检查体的接触面。发光部14在接触部19一侧被配置于基板11上,受光部16在反射部18一侧被配置于基板11上。接触部19和基板11两者由对于发光部14发出的光的关注波长透明的材料构成。接触部19例如由玻璃构成,基板11例如由聚酰亚胺构成。
基板11被夹持在反射部18与接触部19之间,因此,即使在基板11上配置了发光部14和受光部16,也不需要另外设置支撑基板11自身的机构,从而部件个数减少。此外,由于基板11由对于关注波长透明的材料构成,因此,可将基板11配置在从发光部14到受光部16的光路中,不需要将基板11存储到光路以外的位置例如反射部18的内部。由此,能够提供可容易地进行组装的活体信息检测器。此外,反射部18可增加到达受光部16的光量,从而活体信息检测器的检测精度(SN比)提高。
基板11的厚度例如为10[μm]~1000[μm]。可在基板11上形成接至发光部14的布线和接至受光部16的布线。基板11例如是印刷基板,而一般而言,印刷基板不是由透明材料构成的。换言之,本发明的发明人大胆采用了这样的结构,即:印刷基板由至少对于发光部14的关注波长透明的材料构成。接触部19的厚度例如为1[μm]~3000[μm]。
活体信息检测器的结构例不受图1的限定,可变更结构例的一部分(例如反射部18)的形状等。此外,活体信息可以是血液中的氧饱和度、体温、心跳数等,被检测部位O可以位于被检查体的表面SA。在图1的例子中,第1光R1被描绘成一条线,但实际上,发光部14在各个方向上发出多个光。此外,外光R3被描绘成两条线,但实际上,有多个外光从各个方向进入被检查体的内部,结果实际上,在被检查体内进行传播后的多个外光R3’会朝向活体信息检测器。
1.2.外光的影响
图2(A)、图2(B)是外光的进入路径的说明图。虽然有多个外光从各个方向进入被检查体的内部,但如图2(A)所示,在平面视图中,外光R3例如由从被检测部位O的末梢侧(例如手指甲侧)朝向中枢侧(手臂根)的第1方向DR1进入被检查体的内部。在被检查体的内部,外光R3在不存在例如腱和骨等障碍物的部位发生漫射或散射。此外,外光例如也可由从被检测部位O的中枢侧朝向末梢侧的第2方向进入被检查体的内部。如图2(B)所示,沿第1方向DR1在被检查体内传播的外光R3’(传播光)返回被检查体的外部。本发明人认识到:这种传播光会给活体信息检测器、尤其是手腕佩戴型的活体信息检测器带来噪声。另一方面,从手腕的背面侧朝向正面侧的外光R4基本不会透射过被检查体的内部,因而本发明人认识到没有必要研究从手腕的背面侧朝向正面侧的外光R4的影响。
图3的实线示出了太阳光(广义上是指外光R3)的强度特性的一例。在图3的例子中,具有530[nm]波长的外光R3的强度表现为最大值。图3的虚线表示由实线表示的太阳光R3在手腕的表面内部进行传播的太阳光(广义上是指在被检查体内进行传播的外光R3’),该太阳光R3’对于受光部16而言可能成为噪声。另外,在手腕的表面内部传播的太阳光R3’的强度与太阳光R3自身相比非常弱,因此在图3的例子中,将其放大至30倍。
如图3所示,在手腕的表面内部传播的太阳光R3’在710[nm]的波长处表现出最大值。此外,在手腕的表面内部传播的太阳光R3’具有比作为活体窗口(700[nm]~1100[nm]的范围)的下限的700[nm]小的波长。并且,具有690[nm]波长的太阳光(传播光)R3’的强度表现出最大值(710[nm])的90[%],具有650[nm]波长的太阳光(传播光)R3’的强度表现出最大值的50[%],具有600[nm]波长的太阳光(传播光)R3’的强度表现出最大值的20[%]。这种情况意味着:在专利文献1所给出的仅允许透过650[nm]以下的波长的滤光器中,不能忽视太阳光(传播光)R3’的影响,在专利文献2所给出的具有700[nm]以下的感光波段的受光部中,也不能忽视太阳光(传播光)的影响。
此外,具有590[nm]波长的太阳光(传播光)R3’的强度表现出最大值(710[nm])的10[%],具有580[nm]波长的太阳光(传播光)R3’的强度表现出最大值的5[%]。尤其是,在图3的例子中用虚线表示的太阳光(传播光)R3’的波长580[nm]是在手腕的表面内部进行传播的外光强度的增加特性从缓慢倾斜(第1倾斜)C1转移到急剧倾斜(第2倾斜)的变化点处的波长(λ1)。具有小于580[nm]的波长的太阳光(传播光)R3’的量与太阳光(传播光)R3’整体的强度相比小于5%,非常微小。因此,变化点处的波长(λ1)即580[nm]以上的波长的外光R3’对于受光部16而言可能成为噪声,可将变化点处的波长(λ1)即580[nm]的波长的光称为在被检查体内传播的外光R3’中可能成为噪声的光的最短波长。本发明人对图3所示的太阳光(传播光)的强度特性进行研究后的结果是,有效抑制具有比发光波段(图6中最大范围是485[nm]~575[nm])略高的580[nm]以上的波长的太阳光(传播光)R3’非常重要。但是,变化点处的波长(λ1)只要比关注波长(λ0)高即可,也可以包含在发光波段中。
另外,血液中的血红蛋白与氧的结合的难易随被检查体(用户)的活动状况等而变化,有时,在被检查体内传播的外光R3’中可能成为噪声的光的最短波长(580[nm])会在565[nm]~595[nm]的范围内变化。因此,可根据所要抑制或去除的光的波段,恰当设定关注波长、发光波段或者滤光器19-1中的光抑制特性。
1.3.比较例以及滤光器的透射特性(光抑制特性)
图1中图示了滤光器19-1作为滤光器,但是,可在被检测部位O与受光部16之间设置未图示的其他滤光器,从而构成比较例。因此,可利用其他滤光器15来抑制滤光器19-1所无法抑制的外光R3’。这种比较例在本申请的申请时并非是本领域技术人员所公知的,在本申请的申请时,该比较例属于新颖的结构。可在被检测部位O与受光部16之间设置他滤光器(未图示),且例如配置在基板11上。其他滤光器使图6所示的发光波段(λ01~λ02)内的关注波长(λ0:λ01<λ0<λ2)的光透过,抑制受光波段内的比关注波长(λ0)高的第1波段(图4所示的λ11~λ12:λ0<λ11<λ12)的光。第1波段是从波长λ11到波长λ12的波段,波长λ11小于等于变化点处的波长(λ1)(λ0<λ11≤λ1),变化点是指在被检测部位O的末梢侧与被检测部位O的中枢侧之间在被检查体内传播的外光R3’的强度增加特性从图3所示的缓慢倾斜C1转移到急剧倾斜C2的点。
滤光器19-1使关注波长(λ0)透过,抑制第2波段(图5(A)(B)的λ21~λ22)的光。第2波段的下限(λ21)也是透过滤光器19-1的光的最大波长。第2波段的下限(λ21)大于等于第1波长(λ21),上限(λ22)是高于第1波长(λ21)且大于等于受光波段(图7的最大波长λmax)的第2波长(λ22)。
由此,在比较例中,滤光器19-1和其他滤光器使发光波段内的关注波长λ0透过,在接收感光波段内,能够抑制可能成为噪声的传播光R3’的最短波长(λ1)以上的所有光。
1.3.1.其他滤光器特性的具体例
图4示出其他滤光器的透射特性的一例。在图4的例子中,其他滤光器是色素吸收滤光器。在图4的例子中,具有600[nm]~700[nm]范围的波长的光的透射率表现为0[%]。具有580[nm]~730[nm]范围的波长的光的透射率表现为5[%]以下。具有565[nm]~740[nm]范围的波长的光的透射率表现为10[%]以下。其他滤光器表现出光抑制特性的第1波段可优选设为透射率10%以下,而在比较例中,将例如透射率为5%以下的波段即580[nm]~730[nm]的范围称作第1波段。这是因为,在透射率优选为10%以下、更优选为5%以下的情况下,由于在活体内部传播的外光R3’原本强度就很微弱,因此,即使在控制为10%以下的透射率后被受光部16接收到,也能够比较高地维持S/N。由此,其他滤光器能够抑制第1波段(例如波长λ11=580[nm]~波长λ12=730[nm])的光。通过使第1波段至少开始于外光R3’(传播光)中可能成为噪声的最短波长(580[nm]),由此,能够抑制专利文献1和专利文献2中未研究的太阳光(传播光)的影响。
关于在图3的例子中用虚线表示的太阳光(传播光)R3’,具有700[nm]以上波长的光的强度比具有600[nm]附近的波长的光的强度大。因此,在图4的例子中,具有700[nm]以上波长的光R3’的透射率的影响比具有600[nm]附近的波长的光的透射率的影响大。作为图4的其他滤光器(色素吸收滤光器)的透射特性,700[nm]以上波长的光R3’的透射率上升,因此,可以为了特别抑制700[nm]以上波长的光R3’而设置滤光器19-1。
色素吸收滤光器可由混入了吸收型的色素的、例如明胶树脂、聚酯树脂等树脂构成,也可以是树脂片。另外,由树脂片构成的色素吸收滤光器例如有时还被用于产生特定颜色的舞台照明装置。此外,色素吸收滤光器可以由混入了吸收型的色素的塑料(合成树脂)构成,有时还可用于例如太阳镜的镜片。
在比较例中,通过与滤光器19-1一起使用其他滤光器(色素吸收滤光器),能够抑制太阳光(传播光)的影响。但是,如图4所示,关注波长λ0处的透射率为60[%]左右,发明人认识到提高关注波长λ0处的透射率的必要性,在本实施方式中,替代其他滤光器,对反射部18的反射面18-1的反射特性(结构)进行了改进。后面将叙述反射面18-1的反射特性的一例。
1.3.2.图1的滤光器特性的具体例
图5(A)、图5(B)示出了图1的滤光器19-1的透射特性的一例。滤光器19-1可在本实施方式中单独使用,也可在比较例中与其他滤光器一起使用。在图5(A)、图5(B)的例子中,滤光器19-1是电介质多层滤光器。在图5(A)中,使光(入射光)垂直地透射过滤光器19-1,入射角θ为0[degree:度]。在图5(B)中,使光倾斜地透射过滤光器19-1,入射光的入射角θ为45[degree]。如图5(A)、图5(B)所示,电介质多层滤光器的透射率取决于光的入射角θ。
在图5(A)的例子中,具有670[nm]~1300[nm]范围的波长的光的透射率表现为1[%]以下。具有650[nm]~1300[nm]范围的波长的光的透射率表现为5[%]以下。具有645[nm]~1300[nm]范围的波长的光的透射率表现为10[%]以下。与其他滤光器同样,在入射角θ为0[degree]的情况下,将透射率为例如5%以下的波段即650[nm]~1300[nm]的范围称作第2波段。这也是因为,在透射率为例如5%以下的情况下,在活体内部传播的外光R3’的强度原本就很微弱,因此,即使由受光部16所接收,也能够比较高地维持S/N。由此,滤光器19-1能够抑制第2波段(例如第1波长λ21=650[nm]~第2波长λ22=1300[nm])的光。在比较例中,通过抑制第2波段为至少从第1波段的上限(例如波长λ12=740[nm])到图7所示的接收感光波段的最大波长λmax以上的第2波长λ22的光,由此,能够抑制其他滤光器中所无法抑制的太阳光(传播光)R3’的影响。而且,通过使滤光器19-1和其他滤光器抑制光的第1、第2波段部分地重叠,由此,即使一者的滤光器特性具有衰减倾斜度(尤其是其他滤光器的波长700[nm]~800[nm])的波段的衰减倾斜度),在产生该衰减倾斜度的波段中也能够通过光抑制特性重叠的另一个滤光器来抑制光。
在示出其他滤光器的特性的图4的例子中,700[nm]附近的波长的光的透射率超过1[%]。因此,在比较例中,作为滤光器19-1(电介质多层滤光器)的透射特性,如图5(A)所示,优选将700[nm]附近的波长的光的透射率设定为例如1[%]以下。
在入射角θ为45[degree]的特性的图5(B)的例子中,具有620[nm]~1170[nm]范围的波长的光的透射率表现为5[%]以下。具有615[nm]~1175[nm]范围的波长的光的透射率表现为10[%]以下。在入射角θ为45[degree]的情况下,将透射率为5%以下的波段即620[nm]~1170[nm]的范围称作第2波段。这也是因为,此时,在透射率为例如5%以下的情况下,在活体内部传播的外光R3’的强度原本就很微弱,因此,即使被受光部16所接收,也能够比较高地维持S/N。由此,即使在入射角θ为45[degree]的情况下,滤光器19-1也能够抑制第2波段(例如λ21=620[nm]~第3波长λ22=1170[nm])的光。在比较例中,即使在入射角θ为45[degree]的情况下,通过抑制第2波段为至少从第1波段的上限(例如第2波长λ12=740[nm])到图7所示的接收感光波段的最大波长λmax以上的第3波长λ22的光,从而也能够抑制其他滤光器所无法抑制的太阳光(传播光)R3’的影响。
电介质多层滤光器可通过层叠多个电介质层来构成。关于多个电介质层,例如交替多次层叠第1电介质层和第2电介质层,并蓄积在例如溅射装置中。第1电介质层(例如TiO2膜)的折射率比第2电介质层(例如SiO2膜)的折射率高。电介质多层滤光器可利用在第1电介质层与第2电介质层之间的界面上产生的反射光的干涉来抑制第2波段的光。
在本实施方式中,替代其他滤光器,而对反射部18的反射面18-1的反射特性进行了改进。在不使用其他滤光器(关注波长λ0处的透射率为60[%]左右)的情况下,在图5(A)、图5(B)的例子中,关注波长λ0处的滤光器19-1的透射率超过90[%],从而能够保持较高的S/N。
本发明人研究了图5(B)的透射特性后的结果是,通过将反射面18-1构成为,仅使具有45[degree]以下的入射角θ的光到达受光部16,由此,能够避免比较例中的包含关注波长λ0在内的发光波段(λ01~λ02)的衰减。但是,在图5(B)的例子中,存在在被检查体内进行传播的外光(传播光)的影响,因此在本实施方式中,向滤光器19-1入射的入射光的入射角θ为给定角度时的第1波长λ21优选设定为在被检查体内传播的外光R3’中可能成为噪声的光的最短波长(580[nm])。后面将叙述优选的滤光器19-1的透射特性的一例。向滤光器19-1入射的入射光的入射角θ为给定角度时的第1波长λ21是在向滤光器入射的入射光的入射角θ为给定角度时透射过滤光器的光的最大波长,可称作截止波长。
1.4.发光波段和关注波长
图6示出了发光部14发出的光的强度特性的一例。在图6的例子中,具有525[nm]波长的光的强度表现出最大值,利用该强度对具有其他波长的光的强度进行归一化。并且,在图6的例子中,发光部14发出的光的波长范围(发光波段)为485[nm]~575[nm]。在图6的例子中,具有505[nm]~540[nm]范围的波长的光的相对强度表现为0.5(=50[%])以上。换言之,发光部14发出的光的半值宽度为30[nm]。此外,具有500[nm]~555[nm]范围的波长的光的相对强度表现为0.1(=10[%])以上。发光部14发出的光的关注波长可以是最大值即525[nm],例如也可以将500[nm]~555[nm]的范围设定为发光部14发出的光的关注波长。总之,关注波长λ0只要为以下这样的波长即可:该波长是包含在发光波段(λ01~λ02)中的、在被检测部位O处被吸收从而反射强度发生变化的波长(广义上是指包含活体信息的波长),且是在滤光器19-1中未被抑制的光的波长。
在图4所示的其他滤光器的透射特性中,发光波段内的以关注波长λ0为中心的波段500[nm]~555[nm]范围的光的透射率为25%以上,比第1波段的透射率(例如5[%]以下)高,关注波长λ0的光的透射率为40%以上。此外,在图5(A)所示的滤光器19-1的透射特性中,发光波段内的以关注波长λ0为中心的波段500[nm]~555[nm]范围的光的透射率为85%以上,比第2波段的透射率(例如5[%]以下)高。由此,其他滤光器和滤光器19-1两者都能使发光部14发出的至少包含关注波长λ0的发光波段的一部分或全部的光透过。另外,在比较例中,透射过其他滤光器后的关注波长λ0的光发生衰减,因此如图5(A)所示,优选滤光器19-1表现出对于关注波长λ0较高的透射率。在本实施方式中,一般也优选滤光器19-1表现出对于关注波长λ0较高的透射率。
发光部14例如是LED,LED所发出的光的波长可以在被检测部位O显现出吸光特性的波段例如425[nm]~625[nm]的范围内具有强度的最大值(广义上是指峰值),例如发出绿色的光。发光部14的厚度例如为20[μm]~1000[μm]。
1.5.受光波段
图7示出了受光部16接收的光的感光度特性的一例。在图7的例子中,具有875[nm]波长的光的感光度表现出最大值,利用该感光度对具有其他波长的光的感光度进行归一化。在图7的例子中,受光部16是Si光电二极管。受光部16不限于图7的例子,例如也可以是在800[nm]~1000[nm]的范围内具有感光度的最大值(广义上是指峰值)的其他Si光电二极管。此外,受光部16例如也可以是在550[nm]~650[nm]的范围内具有感光度的最大值(广义上是指峰值)的GaAsP光电二极管等光电二极管。受光部16的厚度例如为20[μm]~1000[μm]。Si光电二极管比GaAsP光电二极管便宜,会感测到红外线,因此在比较例中,不仅需要其他滤光器,还需要滤光器19-1。
在图7的例子中,具有1050[nm]波长的光的相对感光度表现出0.1(=10[%])。受光部16的感光波段的相对感光度例如可设定为0.1以上,可以是380[nm]~1050[nm]的范围。可以在受光部16的感光波段的上限(λmax=1050[nm])处结束滤光器19-1的第2波段(广义上是指滤光器波段)。
1.6.滤光器的配置
在图1的例子中,滤光器19-1设置在被检测部位O与受光部16之间的光路上。在图1的例子中,产生外光R3’(传播光)的场所与产生反射光R1’的场所不同,但是外光R3会传播到被检测部位O附近的被检查体。即,只要在被检测部位O与受光部16之间的光路上设置滤光器19-1,即可抑制外光R3’(传播光)。对于手腕佩戴型的活体信息检测器而言,随着步行中等的手腕运动,外部的太阳光等外光R3容易进入到活体信息检测器中,因此滤光器19-1的存在很重要。
在图1的例子中,将滤光器19-1配置在接触部19上。在滤光器19-1为表现出图5(A)所示的透射特性的电介质多层滤光器的情况下,发光部14所发出的光的关注波长透射过滤光器19-1,且基本不发生衰减。因此,可将第2滤光器19-1设置在发光部14与被检测部位O之间的光路上。接触部19具有与被检查体的接触面,接触面是平坦的。在滤光器19-1为电介质多层滤光器的情况下,在平坦性高的接触部19上层叠电介质多层比较容易。换言之,取决于入射角θ的电介质多层滤光器19-1的平坦性越高,越能够有效抑制红外线。但是,在接触部19的接触面上配置电介质多层滤光器的情况下,由于被检查体的油等的影响,电介质多层滤光器的性能劣化。因此,滤光器19-1优选设置在接触部19的除了接触面以外的、被检测部位O与受光部16之间的光路上。例如,如图1所示,滤光器19-1优选配置在与接触面相对的面(相对面)上。另外,滤光器19-1也可以配置在接触部19的整个内壁上。
1.7.反射面的反射特性
图8(A)、图8(B)示出了反射部18的反射面18-1的反射特性的一例。在图1的例子中,在剖视图中,反射部18的反射面18-1呈现为规定球面的圆弧,在图8(A)的例子中,圆弧的曲率半径为2.55[mm],圆弧的高度为1.25[mm]。在图8(B)的例子中,圆弧的曲率半径为3.5[mm],圆弧的高度为1.7[mm]。在图8(A)、图8(B)中,在将向反射部18入射的入射光的强度设定为最大值的情况下,以该强度对反射面18-1处的反射光的强度进行归一化。此外,可将图1的第1方向DR1的入射角设为例如正入射角、将图1的与第1方向DR1相反的方向的入射角设为例如负入射角。
在图8(A)的例子中,可理解为,仅具有26[degree](给定角度)以下的入射角θ(绝对值)的光到达受光部16。在图8(B)的例子中,可理解为,仅具有19[degree]以下的入射角θ(绝对值)的光到达受光部16。由此,可利用反射部18的反射面的结构(形状),来抑制具有大于给定角度的入射角的光到达受光部16。另外,反射面18-1的反射特性不限于图8(A)、图8(B)的例子,例如,可通过调节圆弧的曲率半径和高度来调节给定角度。此外,反射部18的反射面18-1不限于在剖视图中规定球面的圆弧,即使是其他形状也能够调节给定角度。
1.8.优选的滤光器的透射特性(光抑制特性)
图9示出了优选的滤光器19-1的透射特性的一例。在图9的例子中,滤光器19-1是电介质多层滤光器,使光倾斜地透射过滤光器19-1,入射角θ是30[degree]。向滤光器19-1入射的入射光的入射角θ为30[degree]时的第1波长λ21(截止波长)可设定为在被检查体内传播的外光R3’中可能成为噪声的光的最短波长(580[nm])。由此,能够有效抑制噪声。此外,在采用具有图9所示的透射特性的滤光器19-1的情况下,优选将反射面18-1设计成,使得仅具有30[degree]以下的入射角θ的入射光到达受光部16。
1.9 活体信息检测器的其他结构例
图10示出了本实施方式的活体信息检测器的其他结构例。如图10所示,在基板11的第1面(例如正面)以及与第1面相对的第2面(例如背面)上形成透光膜11-1。另外,对与上述结构例相同的结构标注相同的标号,并省略其说明。此外,透光膜11-1可仅形成在第1面上,或者仅形成在第2面上。另外,在图10的例子中,透光膜11-1形成在基板11的未配置发光部14和受光部16的透光区域中。透光膜11-1例如可由阻焊剂(广义上是指保护剂)构成。
在图10的例子中,省略了接至发光部14的布线和接至受光部16的布线,而为了使基板11上的布线不发生脱落,可以对基板11的第1面以及第2面进行粗面加工。因此,通过在第1面以及第2面上形成透光膜11-1,由此,利用透光膜填埋基板11表面的粗面,从而提高基板11整体的平坦性。换言之,基板11上的透光膜11-1是平坦的,因此,在光透射过基板11时,能够减少基板11表面的粗面上的光的漫射。换言之,由于透光膜11-1的存在,使基板11的透射率提高。因此,到达受光部16的光量增加,活体信息检测器的检测精度进一步提高。
此外,优选透光膜11-1的折射率处于空气的折射率与基板11的折射率之间。此外,优选的是,相比于空气的折射率,透光膜11-1的折射率更接近基板11的折射率。在这样的情况下,能够减少界面处的光反射。
1.10.透光性基板
图11示出了透过涂敷有透光膜11-1的基板11的光的透射特性的一例。在图11的例子中,使用透射过基板11之前的光的强度和透射过基板11之后的光的强度,来计算透射率。在图11的例子中,在作为活体窗口下限的700[nm]以下的波段中,具有525[nm]波长的光的透射率表现出最大值。或者,在图11的例子中,在作为活体窗口下限的700[nm]以下的波段中,透过透光膜11-1的光的透射率的最大值可处于发光部14发出的光的波长的强度的最大值的±10%以内的范围内。这样,优选透光膜11-1选择性地使发光部14发出的光(例如图10的第1光R1(狭义上是指第1光R1的反射光R1’))透过。由于存在透光膜11-1,因此基板11的平坦性提高,并且能够在一定程度上防止受光部16的效率下降。另外,如图11的例子所示,例如在可见光区域中,在具有525[nm]波长的光的透射率表现出最大值(广义上是指峰值)的情况下,透光膜11-1例如呈现为绿色。
图12示出了图10的透光膜11-1的平面外观例。如图12所示,在(例如图10的受光部16侧的)平面视图中,形成有透光膜11-1的基板11呈现为长方形。在图12的例子中,在基板11的第1面(例如正面)上设置有受光部16。可在基板11的第1面的未设置受光部16的区域中形成透光膜11-1。
具体地说,在基板11的第1面上还形成例如用于与受光部16的阳极连接的布线61,而且还形成例如用于与受光部16的阴极连接的布线62。在图12的例子中,布线61例如经由键合线61-1与受光部16的阳极连接,而布线62与受光部16的阴极直接连接。可在基板11上形成布线61以及布线62之后,在基板11的第1面上涂敷透光膜11-1。即,透光膜11-1可形成在布线61以及布线62上。但是,也可以仅在基板11的未设置受光部16和布线61及布线62的区域(透光区域)中选择性地涂敷透光膜11-1。
然后,可在基板11(以及透光膜11-1)上形成或固定反射部18。如图12所示,在平面视图中,反射部18的外形呈现为四边形,反射部18的反射面18-1(穹顶面)与基板11(透光膜11-1)之间的边界的外形呈现为圆形。另外,可仅在边界18-1(圆形)的内部的透光区域中选择性地涂敷透光膜11-1。换言之,可仅在受光部16所接收的光能够透过的透光区域内选择性地涂敷透光膜11-1。
在图12的例子中,在基板11的第2面(例如背面)上设置有发光部14。与第1面相同,透光膜11-1可形成在基板11的第2面的未设置发光部14的区域内。优选的是,至少在透光区域(发光部14所发出的光透过的透光区域)内形成透光膜11-1。此外,在图12的例子中,布线63在基板11的端部11-2处形成于第1面上,贯穿基板11,形成到第2面上。布线64也是在基板11的端部11-2处形成于第1面上,贯穿基板11,形成到第2面上。布线63例如经由键合线63-1在第2面侧与发光部14的阴极连接,而布线64例如经由键合线64-1在第2面侧与发光部14的阳极连接。另外,通过使被挟持在反射部18与接触部19之间的基板11的端部11-2突出到外部,能够容易地向外部引出接至发光部14和受光部16的布线。
图13示出了基板11的收纳例。在图13的例子中,基板11可由柔性基板构成。因此,基板11的端部11-2可以弯曲。关于基板11,如图13所示,可在基板11的端部11-2弯曲的状态下与计算机的母板(例如构成后述的活体信息测定装置的主基板)82连接。换言之,通过使基板11弯曲,能够提供小型的活体信息检测器。此外在图13中,省略了透光膜11-1。另外,还省略了发光部14和受光部16。例如图12所示,可在基板11上形成接至发光部14的布线和接至受光部16的布线,布线可经由连接器84来将母板82上的控制电路与发光部14及受光部16相连。
基板11被夹持在反射部18与接触部19之间,由此,反射部18被固定在基板11上。可在由反射部18的反射面和基板11形成的空间中,配置发光部14或受光部16中的任意一方。固定了反射部18的基板11不可能发生局部弯曲,另一方面,未固定反射部18的基板11的端部11-2能够弯曲。由于基板11被夹持在反射部18与接触部19之间,所以,即使基板11本身是无刚性的柔性基板,也能够在基板11上搭载并支撑发光部14和受光部16。
1.11 活体信息检测器的又一其他结构例
图14示出了本实施方式的活体信息检测器的又一其他结构例。如图14所示,活体信息检测器可以包含对光进行反射的反射部92。在以下的说明中,将反射部92称作第1反射部,将图1等的反射部18称作第2反射部。另外,对与上述结构例相同的结构标注相同的标号,并省略其说明。在图14的例子中,在基板11上形成了透光膜11-1后,配置第1反射部92和受光部16。
在图14的例子中,活体信息检测器包含发光部14、第1反射部92、受光部16和第2反射部18。发光部14发出朝向被检查体(例如用户)的被检测部位O的第1光R1以及朝向与被检测部位O不同的方向(第1反射部92)的第2光R2。第1反射部92对第2光R2进行反射而将其引导至被检测部位O。受光部16接收由被检测部位O对第1光R1及第2光R2进行反射后的、具有活体信息的光R1’、R2’(反射光)。第2反射部18对来自被检测部位O的具有活体信息的光R1’、R2’(反射光)进行反射而将其引导至受光部16。由于第1反射部92的存在,使得不直接到达被检查体(用户)的被检测部位O的第2光R2也到达被检测部位O。换言之,通过第1反射部92,使得到达被检测部位O的光量增加,发光部14的效率提高。因此,活体信息检测器的检测精度(SN比)提高。
在图14的例子中,第2光R2进入到被检查体的内部,被检测部位O处的反射光R2’朝向第2反射部18。活体信息(脉搏数)也被反映到被检测部位O处的反射光R2’中。在图14的例子中,第1光R1在被检查体的表面(皮肤表面)SA上被部分反射。在被检测部位O位于被检查体内部的情况下,活体信息(脉搏数)不被反映到被检查体表面SA处的反射光R1”(直接反射光)中。
在图14的例子中,发光部14可具有与被检测部位O相对的发出第1光R1的第1发光面14A。此外,发光部14还可以在第1发光面14A的侧面具有发出第2光R2的第2发光面14B。在此情况下,第1反射部92可具有包围第2发光面14B的壁部,该壁部可具有向被检测部位O反射第2光R2的第1反射面(对应于图15(A)~图15(C)所示的标号92-2)。此外,第2光R2不限于从第2发光面14B发出。总之,第1反射面(图15(A)~图15(C)的标号92-2)对从发光部14直接朝向被检测部位O的光以外的光(第2光R2)进行反射,并将其引导至被检测部位O。
第1反射部92的壁部还可以具备第2反射面(对应于图15(A)以及15(C)所示的标号92-3),该第2反射面通过对在被检查体表面反射后的不具有活体信息的光(无效光:噪声)进行反射来抑制不具有活体信息的光入射到受光部16。
此外,接触部19可确保第1反射部92与被检测部位O之间的间隙(例如Δh2)。并且,还存在第1反射部92与接触部19之间的间隙(例如Δh2’)。
在剖视图中,若设与基板11的第1面平行的方向上的第1反射部92的长度的最大值为W1、该方向上的受光部16的长度的最大值为W2,则可满足W1≤W2的关系式。基板11使被检测部位O发出的第1光R1的反射光R1’等透过。通过将第1反射部92的长度的最大值W1设为受光部16的长度的最大值W2以下,能够增加到达第2反射部18的光量。换言之,可将第1反射部92的长度的最大值W1设定为,使得第1反射部92不遮挡或反射被检测部位O处的反射光R1’。
图15(A)、图15(B)、图15(C)示出了图14的第1反射部92的结构例。如图15(A)所示,第1反射部92可具有支撑发光部14的支撑部92-1和围着发光部14的第2发光面14B的壁部的内壁面92-2以及顶面92-3。另外,在图15(A)~图15(C)中,省略了发光部14。在图15(A)的例子中,第1反射部92可在内壁面92-2上将第2光R2反射到被检测部位O(参照图14),在内壁面92-2上具有第1反射面。支撑部92-1的厚度例如是50[μm]~1000[μm],壁部(92-3)的厚度例如是100[μm]~1000[μm]。
在图15(A)的例子中,内壁面92-2在剖视图中具有斜面(92-2),该斜面(92-2)在宽度方向(第1方向)上离第1反射部92的中心越远,在高度方向(与第1方向垂直的方向)上向被检测部位O侧移位的程度越大。图15(A)的斜面(92-2)在剖视图中由倾斜平面形成,但例如也可以是图15(C)所示的弯曲面等斜面。内壁面92-2可以由倾斜角度不同的多个倾斜平面形成,或者可以由具有多种曲率的弯曲面形成。在第1反射部92的内壁面92-2具有斜面的情况下,该第1反射部92的内壁面92-2能够向被检测部位O反射第2光R2。换言之,该第1反射部92的内壁面92-2的斜面可以当成提高了发光部14的指向性的第1反射面。在这样的情况下,到达被检测部位O的光量进一步增加。另外,例如图15(B)所示,可省略图15(A)、图15(C)的顶面92-3。在第1反射部92具有顶面92-3的情况下,能够将被检查体的表面SA处的反射光R1”(直接反射光)反射到被检测部位O或其周边,抑制该反射光R1”到达受光部16(参照图14)。即,图15(A)、图15(C)的顶面92-3可以当成对要到达第2反射部18以及受光部16的直接反射光(广义上是指噪声)进行反射而减少噪声的第2反射面。此外,在图15(A)~图15(C)中,标号92-4所示的范围作为镜面部发挥功能。
在图14的例子中,第1反射部92可将发光部14的规定与被检查体表面SA之间的最短距离的面(例如第1发光面14A)作为基准,向被检测部位O突出例如预定高度Δh1(例如,Δh1=50[μm]~950[μm])。换言之,能够使第1反射部92与被检查体的表面SA之间的间隙(例如Δh2=Δh0-Δh1=200[μm]~1200[μm])小于发光部14与被检查体表面SA之间的最短距离即间隙(例如Δh0=Δh1+Δh2)。因此,关于第1反射部92,由于例如从发光部14突出的突出量Δh1的存在,因此第1反射面(92-2)的面积增加,从而能够增加到达被检测部位O的光量。另外,由于第1反射部92与被检查体表面SA之间的间隙Δh2的存在,因此,能够确保被检测部位O处的反射光从被检测部位O到达第2反射部18的光路。另外,在第1反射部92具有第2反射面(92-3)的情况下,可通过调整Δh1以及Δh2,来分别调整具有活体信息的光(有效光)和不具有活体信息的光(无效光:噪声)向受光部16入射的量,由此能够进一步提高S/N。
图16(A)、图16(B)示出了图14的第1反射部92及发光部14在平面视图中的外观例。在图16(A)的例子中,在(例如图14的被检测部位O侧的)平面视图中,第1反射部92的外周呈现为圆形,且圆的直径例如为200[μm]~11000[μm]。在图16(A)的例子中,第1反射部92的壁部(92-2)围着发光部14(参照图14、图15(A))。另外,第1反射部92的外周在平面视图中例如也可以如图16(B)所示呈现为四边形(狭义上是指正方形)。并且,在图16(A)、图16(B)的例子中,在(例如图14的被检测部位O侧的)平面视图中,发光部14的外周呈四边形(狭义上是指正方形),正方形的一边例如是100[μm]~10000[μm]。另外,发光部14的外周也可呈圆形。
第1反射部92自身是由金属形成的,通过对其表面进行镜面加工,从而具有了反射结构(狭义上是指镜面反射结构)。另外,第1反射部92例如也可以由树脂形成,并且可以对其表面进行镜面加工。具体地讲,例如制备第1反射部92的底层金属,然后对其表面进行例如镀覆。或者,例如将热塑性树脂填充到第1反射部92的模具(未图示)中进行成形,然后在其表面上蒸镀例如金属膜。
在图16(A)、图16(B)的例子中,在(例如图14的被检测部位O侧的)平面视图中,第1反射部92的除了直接支撑发光部14的区域以外的区域(支撑部92-1的一部分、壁部的内壁面92-2以及顶面92-3)露出。该露出的区域在图15(A)的例子中被表示为镜面部92-4。另外,在图15(A)的例子中,表示镜面部92-4的虚线位于第1反射部92的内侧,但实际上,镜面部92-4形成在第1反射部92的表面上。
在图15(A)、图15(B)、图15(C)的例子中,优选镜面部92-4具有高反射率。镜面部92-4的反射率例如为80~90%以上。并且,镜面部92-4可仅形成在内壁面92-2的斜面上。在镜面部92-4不仅形成在内壁面92-2的斜面上、还形成在支撑部92-1上的情况下,发光部14的指向性进一步提高。在镜面部92-4形成在顶面92-3上的情况下,例如图11所示,该第1反射部92能将被检查体的表面SA处的反射光R1”(直接反射光:无效光)反射到被检测部位O或其周边,抑制该反射光R1”到达第2反射部18和受光部16。由于发光部14的指向性变高,并且直接反射光(广义上是指噪声)减少,因此活体信息检测器的检测精度提高。
图17示出了图14的受光部16的外观例。在图17的例子中,在(例如图14的第2反射部18侧的)平面视图中,受光部16的外周呈现为四边形(狭义上是指正方形),正方形的1边例如是100[μm]~10000[μm]。另外,第1反射部92的外周在(例如图11的第2反射部18侧的)平面视图中呈现为圆形。第1反射部92的外周也可如图16的(B)的例子所示呈现为四边形(狭义上是指正方形)。另外,受光部16的外周可呈现为圆形。
在图17的例子中,如线段A-A’所示,若设第1反射部92的长度的最大值为W1、设受光部16的长度的最大值为W2,则可满足W1≤W2的关系式。采用了图17的线段A-A’的剖视图对应于图14。在图14的采用了线段B-B’的剖视图中,第1反射部92的长度的最大值W1大于受光部16的长度的最小值。第1反射部92的长度的最大值W1也可设定为受光部16的长度的最小值以下,但第1反射部92的效率(广义上是指发光部14的效率)降低。在图17的例子中,为了维持发光部14的效率并且不对反射光R1’进行遮挡或反射,将第1反射部92的长度的最大值W1设定为受光部16的长度的最大值W2以下,且将第1反射部92的长度的最大值W1设定为比受光部16的长度的最小值大。
2.活体信息测定装置
图18(A)、图18(B)是包含图1等的活体信息检测器的活体信息测定装置的外观例。如图18(A)所示,例如图1的活体信息检测器还包含能够将活体信息检测器安装到被检查体(用户)的腕部(狭义上是指手腕)上的腕带150。在图18(A)的例子中,活体信息是脉搏数,例如显示为「72」。另外,活体信息检测器被装配在手表中,显示着时刻(例如上午8时15分)。另外,如图18(B)所示,在手表的后盖上设有开口部,在开口部中例如露出图1的接触部19。在图18(B)的例子中,第2反射部18和受光部16被装配在手表中。在图18(B)的例子中,省略了第1反射部92、发光部14、腕带150等。
图19示出了活体信息测定装置的结构例。活体信息测定装置包含:图1等中的活体信息检测器;以及根据在活体信息检测器的受光部16中生成的受光信号来测定活体信息的活体信息测定部。如图19所示,活体信息检测器可具有发光部14、受光部16以及发光部14的控制电路161。活体信息检测器还可以具有受光部16的受光信号的放大电路162。并且,活体信息测定部可以具有对受光部16的受光信号进行A/D转换的A/D转换电路163和计算脉搏数的脉搏数计算电路164。活体信息测定部还可以具有显示脉搏数的显示部165。
活体信息检测器可以具有加速度检测部166,活体信息测定部还可以具有对加速度检测部166的受光信号进行A/D转换的A/D转换电路167和对数字信号进行处理的数字信号处理电路168。活体信息测定装置的结构例不限于图17。图19的脉搏数计算电路164例如可以是装有活体信息检测器的电子设备的MPU(Micro ProcessingUnit:微处理单元)。
图19的控制电路161对发光部14进行驱动。控制电路161例如是恒流电路,经由保护电阻向发光部14提供给定的电压(例如6[V]),并将流过发光部14的电流保持为给定的值(例如2[mA])。另外,控制电路161可间歇地(例如以128[Hz])驱动发光部14,以降低消耗电流。控制电路161例如形成于图13的主板82上,控制电路161与发光部14之间的布线例如形成于图1的基板11上。
图19的放大电路162可从受光部16生成的受光信号(电流)中去除直流成分,仅提取交流成分,并对该交流成分进行放大,生成交流信号。放大电路162例如通过高通滤波器来去除给定频率以下的直流成分,例如通过运算放大器对交流成分进行缓冲。另外,受光信号包括脉动成分和体动成分。放大电路162或者控制电路161可向受光部16提供用于使受光部16例如以反向偏置状态工作的电源电压。在间歇地驱动发光部14的情况下,受光部16的电源也是被间歇地提供的,并且交流成分也是被间歇地放大的。放大电路162例如形成于图13的主板82上,放大电路162与受光部16之间的布线例如形成于图1的基板11上。并且,放大电路162还可以在高通滤波器的前级具有对受光信号进行放大的放大器。在放大电路162具有放大器的情况下,放大器例如形成在图12的基板11的端部11-2上。
图19的A/D转换电路163将放大电路162中生成的交流信号转换为数字信号(第1数字信号)。图19的加速度检测部166例如检测三轴(X轴、Y轴及Z轴)的加速度,生成加速度信号。身体(手腕)的动作、即活体信息测定装置的动作被反映在加速度信号中。图19的A/D转换电路167将加速度检测部166中生成的加速度信号转换为数字信号(第2数字信号)。
图19的数字信号处理电路168使用第2数字信号,去除或者降低第1数字信号的体动成分。数字信号处理电路168例如可由FIR滤波器等自适应滤波器构成。数字信号处理电路168将第1数字信号和第2数字信号输入到自适应滤波器中,生成去除或者降低了噪声后的滤波器输出信号。
图19的脉搏数计算电路164例如通过高速傅立叶变换(广义上是指扩展傅立叶变换),对滤波器输出信号进行频率分析。脉搏数计算电路164根据频率分析的结果,确定表示脉动成分的频率,计算脉搏数。
图20(A)、图20(B)示出了本实施方式的活体信息检测器的其他结构例。图1等的活体信息检测器包含滤光器19-1,但如图20(A)、图20(B)所示,在被检查体内传播的外光R3’(传播光)有时也会透射过滤光器19-1而到达受光部16。在被检查体的内部,外光R3在不存在例如腱或骨等障碍物的部位发生漫射或散射,所以噪声信息被反映到在被检查体内传播的传播光R3’中。在不能忽视在被检查体内传播的传播光R3’的影响的情况下,活体信息检测器可包含图20(A)、图20(B)所示的第2受光部16’。
在将受光部16称作检测传感器部(第一传感器部)的情况下,可将第2受光部16’称作校正传感器部(第2传感器部)。如图20(A)所示,也可在校正传感器部中设置滤光器19-1和接触部19。在校正传感器部中没有设置滤光器19-1的情况下,存在如下问题:受光部16接收的第1噪声信息与第2受光部16’接收的第2噪声信息之差变大。
为了使在被检查体内传播的传播光R3’在大致相同的条件下到达受光部16和第2受光部16’双方,活体信息检测器可包含图20(A)所示的反射部18’。可将反射部92、反射部18和反射部18’分别称作第1反射部、第2反射部和第3反射部。在被检查体内传播的传播光R3’实际上是从多个方向进入到活体信息检测器中,因此,由于第1反射部92的存在和发光部14的存在,在被检查体内传播的传播光R3’的一部分有时也被第1反射部92和发光部14遮挡或反射。在设第2反射部18的反射面(穹顶面)的面积为S1、第3反射部18’的反射面的面积为S2时,优选如图20(A)的例子所示,满足S2<S1的关系式。在满足S2<S1的关系式的情况下,可与第3反射部18’的反射面面积的减小量(=S1-S2)相应地,抑制在被检查体内传播的传播光R3’到达第3反射部18’。例如,可以通过使规定第3反射部18’的反射面的圆弧的半径或抛物线的焦距小于规定第2反射部18的反射面的圆弧的半径或抛物线的焦距,来满足S2<S1的关系式。
在将第2反射部18和第3反射部18’称作合成反射部的情况下,也可以如图20(B)所示,由单一的合成反射部构成第2反射部18和第3反射部18’。此外,如图20(B)所示,图20(A)所示的单一的接触部19(合成接触部)也可以由接触部19和第2接触部19’构成。另外,活体信息测定装置的结构例不限于图20(A)、图20(B)。
图21示出了受光部16与第2受光部16’的连接例。如图21所示,受光部16的阳极与第2受光部16’的阴极连接,形成合成受光部16”。但是,受光部16的阳极也可与第2受光部16’的阴极相独立,从而在受光部16中生成的信号(检测受光信号)与在第2受光部16’中生成的信号(校正受光信号)独立地取出。
在图21的例子中,合成受光部16”输出表示检测受光信号与校正受光信号之差的受光信号。在受光部16中生成的检测受光信号包含因发光部14发出的光产生的活体信息以及因外光产生的噪声信息,在第2受光部16’中生成的校正受光信号包含因外光引起的噪声信息,所以,表示检测受光信号与校正受光信号之差的受光信号仅表示因发光部14所发出的光产生的活体信息。换言之,可利用来自第2受光部16’的噪声信息(因外光R3产生的第2噪声信息)对来自受光部16的合成活体信息(被检测部位O的活体信息以及因外光R3产生的第1噪声信息)进行校正。利用第2噪声信息来校正或抵消第1噪声信息,由此,活体信息检测器的检测精度进一步提高。
此外,如图21的例子所示,可以添加在基极输入合成受光部16”的受光信号而进行放大的双极晶体管(广义上是指放大器184)。此外,还可以在受光部16的阳极与第2受光部16’的阴极之间添加电阻器186。
需要说明的是,虽然已如上地对本实施方式进行了详细说明,但本领域技术人员能够容易地理解到,可以在实质上不脱离本发明的新颖事项及效果的情况下实现多种变形。因而,这样的变形例全部包含在本发明的范围内。例如,在说明书或附图中,对于至少一次地与更广义或同义的不同用语一起记载的用语,在说明书或附图的任何位置处,都可以将其置换为该不同的用语。
Claims (7)
1.一种活体信息检测器,其特征在于,该活体信息检测器包含:
发光部,其向被检查体的被检测部位发出包含关注波长在内的发光波段的光;
受光部,其在包含所述发光波段在内的受光波段中具有感光度,接收所述发光部发出的光被所述被检测部位反射后的、具有活体信息的光;
反射部,其具有反射面,利用所述反射面将具有所述活体信息的光反射到所述受光部;以及
滤光器,其设置在所述被检测部位与所述受光部之间,使所述关注波长的光透过,
在向所述滤光器入射的入射光的入射角为给定角度时,透过所述滤光器的所述入射光的最大波长比所述关注波长高,所述滤光器抑制以下波段的光:所述波段是从所述入射光的所述最大波长到所述受光波段的最大波长的波段,
所述反射面构成为,仅使具有所述给定角度以下的入射角的光到达所述受光部。
2.根据权利要求1所述的活体信息检测器,其特征在于,
所述滤光器是电介质多层滤光器。
3.根据权利要求1或2所述的活体信息检测器,其特征在于,
该活体信息检测器还包含:基板,其由对于所述关注波长透明的材料构成,在第1面上配置所述发光部,并且在与所述第1面相对的第2面上配置所述受光部;以及
接触部,其相对于所述基板被配置在所述第1面侧,由对于所述关注波长透明的材料构成,具有与所述被检查体的接触面,
所述反射部相对于所述基板被配置在所述第2面侧。
4.根据权利要求3所述的活体信息检测器,其特征在于,
所述滤光器设置在所述接触部中的除所述接触面以外的面、所述基板、所述受光部以及所述反射部中的至少一方上。
5.根据权利要求1或2所述的活体信息检测器,其特征在于,
所述入射光的所述最大波长是变化点处的波长,该变化点是在所述被检测部位的末梢侧与所述被检测部位的中枢侧之间在所述被检查体内传播的外光的强度的增加特性从第1倾斜转移到比所述第1倾斜大的第2倾斜的点。
6.根据权利要求5所述的活体信息检测器,其特征在于,
所述变化点处的波长在565nm~595nm的范围内。
7.一种手腕佩戴型的活体信息测定装置,其特征在于,该活体信息测定装置包含:
权利要求1至6中任意一项所述的活体信息检测器;以及
活体信息测定部,其根据在所述受光部中生成的受光信号测定所述活体信息,
所述活体信息是脉搏数。
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