光センサ及びこれを用いた計測システム
【課題】計測対象が発光部による発熱の影響を受けにくい光センサを提供する。
【解決手段】本体１３は、少なくとも一部が反射面とされた凹状の内面を備えている。発光部１１は、本体１３の内面上に配置されている。光通路１４は、発光部１１から発せられた光を外部に送り出すものである。受光部１２は、発光部１１から発せられ、かつ、外部を通過した光を受光するものである。発光部１１を、本体１３の内面側に計測対象から離して配設することにより、計測対象への熱の影響を低く抑えることができる。また、発光部１１に対向する位置に反射部１７を設けることができる。
【解決手段】本体１３は、少なくとも一部が反射面とされた凹状の内面を備えている。発光部１１は、本体１３の内面上に配置されている。光通路１４は、発光部１１から発せられた光を外部に送り出すものである。受光部１２は、発光部１１から発せられ、かつ、外部を通過した光を受光するものである。発光部１１を、本体１３の内面側に計測対象から離して配設することにより、計測対象への熱の影響を低く抑えることができる。また、発光部１１に対向する位置に反射部１７を設けることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサ及びこれを用いた計測システムに関するものである。特に、本発明は、反射式の光センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の反射式光センサとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この光センサは、人体表面に照射され、人体内部で散乱した後、照射された表面に戻ってきた光（反射光）を検出するものである。この反射光を検出することにより、血液の酸素飽和度を測定することができる。血中の酸素飽和度を測定する装置は、パルスオキシメータと呼ばれている。
【０００３】
こうした反射式の光センサは、人体（例えば指）の表面に貼り付けるだけで使用することができる。一方、透過式の光センサは、発光体と受光体とで対象者の身体の一部を挟み込むため、痛みや圧迫感などの不快感を生じることがある。したがって、反射式光センサは、透過式のものに較べて、対象者における負担が少ないという利点がある。
【０００４】
ところで、反射式の光センサを、従来のものよりも小型化することができれば、使用部位の制約が減少する。十分に小さいものであれば、例えば、小指の爪や小児の爪にも使用できるようになる。
【０００５】
また、特許文献１記載の光センサは、発光用のＬＥＤを爪の表面に接着しているので、対象者が発熱の影響を受けやすいという問題もある。したがって、従来のものでは、発光時間や消費電力（つまり発光量）を制限して発熱量を抑制する等の対策が必要になる。
【０００６】
そこで、本発明者らにより、下記特許文献２に記載の光センサ（光プローブ）が提案されている。これによれば、発光部（例えばＬＥＤ）からの発熱の影響を抑えつつ、光センサを小型化することが可能になる。
【特許文献１】特表２００１−５０１８４７号公報
【特許文献２】特開２００４−３３７６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来の光センサにおいて、発光部からの発熱の影響をさらに低減することができれば、さらなる小型化や発光量の増大が可能になると期待される。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、発光部からの発熱の影響を低減できる光センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る光センサは、本体と発光部と光通路と受光部とを備えている。前記本体は、少なくとも一部が反射面とされた凹状の内面を備えている。前記発光部は、前記本体の内面上に配置されている。かつ、前記発光部は、計測対象の表面から離間することとなる位置に配設されている。前記光通路は、前記発光部から発せられた光を前記外部に送り出すものである。前記受光部は、前記発光部から発せられ、かつ、前記外部を通過した光を受光するものである。
【００１０】
本発明の光センサは、さらに反射部を備えていてもよい。前記反射部の表面は、前記発光部と対向する位置に配置される。さらに、前記反射部の表面は、前記発光部で発光された光を反射して前記光通路に戻す反射面とされる。
【００１１】
前記発光部は、少なくとも二種類の波長の光を発するものであってもよい。
【００１２】
前記発光部を複数とすることができる。さらに、これらの発光部を、前記本体の内面における複数箇所に配置することができる。
【００１３】
前記複数の発光部を、互いに、光センサの中心線に対して対称となる位置に配置することができる。
【００１４】
前記本体の内面における前記反射面を拡散反射面とすることができる。
【００１５】
前記反射部の表面を拡散反射面とすることができる。
【００１６】
本発明に係る計測システムは、本発明に係る光センサと、この光センサで受光された光の特性を解析する解析部とを有する構成となっている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、発光部からの発熱の影響を低減できる光センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１実施形態の構成）
本発明の第１実施形態に係る計測システムを、図１〜図９に基づいて以下に説明する。この実施形態の計測システムは、パルスオキシメータとして用いられるものである。この計測システムは、光センサ１と、解析部２と、配線３と、固定具４とを主体として構成されている（図１参照）。また、この計測システムは、この実施形態では、計測対象者の手５に取り付けられている。
【００１９】
光センサ１は、発光部１１と、受光部１２と、本体１３と、光通路１４と、基板１５と、保護部１６と、反射部１７を主要な構成として備えている（図２〜図７参照）。
【００２０】
発光部１１は、第１発光部１１１と第２発光部１１２とを備えている（図３および図７参照）。第１発光部１１１は、具体的には、第１の波長の光を発する発光体としてのＬＥＤである。第１の波長の光とは、例えば、波長が６６０［ｎｍ］付近の赤色光である。第２発光部１１２は、具体的には、第２の波長の光を発する発光体としてのＬＥＤである。第２の波長の光とは、例えば、波長が８８０［ｎｍ］付近の近赤外光である。さらに、発光体としては、ＬＥＤに限らず、レーザダイオードやランプなどの他の発光体を用いても良い。また、ＬＥＤ等の発光体の数は、単数でも複数でもよい。第１および第２発光部１１１および１１２は、本体１３の内面（対象者の皮膚又は爪を向く面）上に取り付けられている（後述）。これにより、発光部１１は、光通路１４に向けて光を発するものとなっている。
【００２１】
受光部１２は、この実施形態では、受光体としてのフォトダイオードが用いられている。受光部１２は、基板１５の一面（外部を向く面）に取り付けられている（図２および図３参照）。これにより、受光部１２は、発光部１１から発せられ、かつ、光通路１４と外部（例えば対象物の内部）とを通過した光を受光するようになっている。
【００２２】
本体１３は、本実施形態では、内カバー１３１と、外カバー１３２と、発光部用の基板１３３とを備えている。
【００２３】
内カバー１３１は、全体としてほぼ半球状とされている。これにより、本体１３に凹状内面が備えられたものとなっている。内カバー１３１の内面は、ほぼ全面にわたって、拡散反射面とされている。これにより、この実施形態では、本体１３の内面の少なくとも一部が反射面とされている。拡散反射面の形成方法としては、従来から知られているものを用いることができるので、それについての詳細な説明は省略する。なお、内カバー１３１の内面の一部又は全部を、拡散反射面でなく、通常の反射面とすることも原理的には可能である。また、ここで反射とは、使用される波長の光に対して反射する性質であればよく、他の波長の光を吸収するものであっても良い。
【００２４】
内カバー１３１の上端近傍の位置（図２において右端）には、内カバー１３１を内外方向に貫通する開口部１３１１が形成されている。この開口部１３１１は、発光部用の基板１３３を取り付けるために用いられるものである。
【００２５】
内カバー１３１の材質としては、熱伝導性の悪いものが好ましく、例えば樹脂などが好適である。
【００２６】
外カバー１３２は、内カバー１３１の外側を覆う形状となっている（図２および図３参照）。すなわち、内カバー１３１は、外カバー１３２の内側にはめ込まれた構成となっている。
【００２７】
外カバー１３２の側部には、基板１５や基板１３３に配線を行うための開口部１３２１が形成されている。外カバー１３２の材質としては、内カバー１３１と同様に、熱伝導性の悪いものが好ましく、例えば樹脂などが好適である。ただし、外カバー１３２の材質の熱伝導性があまりに悪いと、内部に熱がこもる等の問題を生じることも考え得る。一般には、外カバー１３２からは、周囲に放熱すると考えられるので、その材質として熱伝導性の良いものを用いることも、その用途や設計に応じて十分可能である。また、外カバー１３２と内カバー１３１とが異なる材質であっても同じ材質であってもよい。
【００２８】
発光部用の基板１３３は、内カバー１３１の開口部１３１１の上端において、その内側にはめ込まれて取り付けられている（図２及び図３参照）。ここで、基板１３３の一面１３３１は内カバー１３１の内部方向を向くように配置されている。
【００２９】
基板１３３の一面１３３１には、発光部１１が取り付けられている（図２，図３及び図７参照）。発光部１１には、基板１３３を介して、発光に必要な給電が行われるようになっている。本実施形態では、この構成により、本体１３の内面上に発光部１１が取り付けられたものとなっている。また、本実施形態では、基板１３３に発光部１１を取り付けたことにより、光センサ１の計測対象（例えば生体）の表面から、発光部１１を十分に離間させた構成となっている。ただし、発光部１１を内カバー１３１の内面に取り付けることは可能である。この場合においても、発光部１１を計測対象の表面から離間した位置に配設することが好ましい。
【００３０】
基板１３３の一面１３３１は、拡散反射面であることが、光を拡散して強度を均一にする観点からは好ましいが、単なる反射面とすることも可能である。
【００３１】
また、基板１３３としては、熱伝導性の高い材質であることが好ましい。これにより、基板１３３を介して、発光部１１からの放熱を図ることができる。また、基板１３３は、生体表面に直接触れないので、生体への熱的影響を低く抑えることができる。
【００３２】
光通路１４は、本体１３の内面側に形成された空間である（図２及び図３参照）。光通路１４は、基板１５の周囲に配置された端部（すなわち光が出入りする部分）１４１を備えている。
【００３３】
光通路１４の内部には、透明材料１４２が充填されている。透明材料１４２は、発光体の発熱を伝達や放散しにくいものであること，つまり熱伝導性の悪いものが好ましく、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などが良い。ただし、透明材料１４２としては、他の材料を用いることもできる。また、例えば、人体に接触する部分のみを柔軟なシリコーン樹脂とし、その他の部分をエポキシ樹脂とすることもできる。
【００３４】
光通路１４は、発光部１１から発せられた光を、内カバー１３１の内面における反射によって外部へ送り、さらに、外部（例えば対象物の内部）での反射又は屈折を経て（つまり経由して）受光部１２に送るようになっている。もちろん、発光部１１から発せられた光の一部は、内カバー１３１の内面で反射することなく、直接外部に送られることがある。
【００３５】
光通路１４の端部１４１は、受光部１２の周囲に形成されたものとなっている。なお、ここで、周囲とは、全周を必ずしも意味するものではなく、全周の一部である場合を含む。光通路１４の端部１４１は、基板１５に対応する部分を除いて、受光部１２の周囲において、外部に面している（図４参照）。
【００３６】
受光部１２を取り付けるための基板１５は、本体１３の一面側（開口部側）に取り付けられている。基板１５の一端は、本体１３におけるほぼ中央位置まで延長されている（図２参照）。基板１５の他端は、本体１３の外部近傍まで延長されている。受光部１２は、基板１５の一端近傍において、基板１５の一面側（対象物に面する側）に取り付けられている。すなわち、受光部１２は、基板１５に取り付けられた状態において、本体１３の外部方向に向けられている。
【００３７】
基板１５としては、例えばガラスエポキシ基板のように、硬質のものが用いられる。ただし、基板１５としては、フレキシブル基板を用いることにより柔軟性を付与してもよい。また、基板１５のうち、光通路１４に面している面は、反射面、特に拡散反射面であることが望ましい。
【００３８】
保護部１６は、図２及び図３に示されているように、基板１５の一面側（対象物に面する側）に取り付けられている。保護部１６には、その厚さ方向に貫通した穴１６１が形成されている（図２，図３及び図４参照）。穴１６１に対応する位置には、受光部１２が配置されている。つまり、受光部１２には、穴１６１を介して、外部からの光が到達するように構成されている。穴１６１と受光部１２との間における空間には、光通路１４に充填された透明材料１４２と同様な透明材料を充填することができる。
【００３９】
反射部１７は、基板１５の他面側（本体側）に配置されている。この例では、反射部１７は、受光部１２と反対側となる位置に配置されている。また、反射部１７は、本体１３の内カバー１３１とほぼ同心となるように配置されている。これによって、光通路１４の幅（すなわち、図２及び図３に示される、内カバー１３１と反射部１７との間隙）は、基板１５の部分を除いて、ほぼ均一とされている。
【００４０】
反射部１７の表面は、ほぼ球面上に盛り上がっている。また、反射面１７の表面は、好ましくは反射面、より好ましくは拡散反射面とされている。
【００４１】
解析部２は、信号増幅器２１と、Ａ／Ｄ変換器２２と、制御部２３と、インタフェース部２４と、メモリ部２５と、表示部２６と、操作部２７と、電源部２８とを備えている（図８参照）。
【００４２】
信号増幅器２１は、光センサ１の受光部１２からの信号を増幅する部分である。Ａ／Ｄ変換器２２は、光センサ１からのアナログ信号をディジタル信号に変換して制御部２３に送る部分である。制御部２３は、Ａ／Ｄ変換器２２から送られた信号を、メモリ部２５に格納されたプログラムに従って処理する部分である。
【００４３】
インタフェース部２４は、制御部２３とメモリ部２５〜電源部２８との間における信号や電力の受け渡しを行う部分である。
【００４４】
メモリ部２５には、信号処理のために必要なプログラムやデータが格納されている。メモリ部２５は、測定処理に必要なデータだけでなく、測定結果としてのデータを格納することもできる。
【００４５】
表示部２６は、制御部２３における処理結果を表示するものであり、例えば液晶ディスプレイである。表示部２６は、外部から見える位置に配置されている（図１参照）。
【００４６】
操作部２７は、外部からの指示（例えば動作開始）を解析部２に入力するための部分である。
【００４７】
電源２８は、例えば電池である。電源２８は、解析部２の動作に必要な電力を供給する。さらに、電源２８は、インタフェース部２４および配線３を介して、発光部１１に電力を供給する。電源２８から発光部１１への電力の供給量（つまり発光量）または供給時期（つまり発光時期）は、制御部２３により制御されている。このような解析部２は、マイコンチップなどの適宜な部品を用いることにより容易に構成することができる。
【００４８】
配線３は、光センサ１の基板１５及び基板１３３と解析部２の信号増幅器２１とを接続しており、両者間での信号伝送や電力供給を行っているものである。配線３と基板１５及び基板１３３とは、着脱可能となっている。配線３については、図８においては、信号取得用の配線と電力供給用の配線とを１本として記載することで記載を簡略化しているが、実際は別々の配線とすることが通常である。
【００４９】
固定具４は、ベルト状に形成されており、その両端が解析部２に取り付けられている。固定具４は、例えば伸縮可能なベルトである。固定具４としては、要するに、解析部２を身体に固定できるものであればよい。
【００５０】
（第１実施形態の動作）
つぎに、前記のように構成された本実施形態の装置を用いた反射光検出方法の一例について説明する。測定の前に、対象者の手５における親指５１の爪５１１（図１参照）の表面に透明な接着剤（図示せず）を塗布する。ついで、爪５１１に、光センサ１を取り付ける。このとき、光センサ１の受光部１２の側を爪５１１の表面に向ける。もちろん、光センサ１の接着方法としては、例えば、本体１３の底面（爪５１１と接触する面）に接着剤層を設けておく方法でも良い。さらに、固定具４を用いて、手首５２に解析部２を取り付ける。
【００５１】
なお、光センサ１を指の腹部分（爪の反対側の部分）に取り付けることも可能である。さらに、光センサ１を、両面テープによって対象者に取り付けることも可能である。
【００５２】
ついで、解析部２の電源部２８から制御部２３を介して発光部１１の第１発光部１１１に電力を供給する。これにより、第１発光部１１１を発光させる。第１発光部１１１から発せられた赤色光は、光通路１４を通り、内カバー１３１の内面によって拡散反射する（図９参照）。内カバー１３１の内面は、拡散反射面となっているので、光通路１４の内部は、実質的にほぼ積分球となる。したがって、この実施形態では、発光部１１から発せられた光は、光通路１４の端部１４１（つまり光通路１４の出口）から、場所によらずほぼ均一な強度で外部へ放出される。しかも、この実施形態では、内カバー１３１の内面を拡散反射面としているので、端部１４１から放出された光の指向性を低下させることができる。
【００５３】
この実施形態では、光通路１４の端部１４１を、受光部１２の周囲に配置しているので、光は、受光部１２の周囲から外部に放出する。ただし、基板１５に相当する部分では、基板１５で遮られるため、光は放出しない。このように、この明細書において「周囲」とは、必ずしも全周を意味するものではない。
【００５４】
光通路１４の端部１４１から外部に放出された光は、外部に位置する対象物としての爪５１１に照射される。照射された光は、人体組織、すなわち、爪５１１や爪の下の組織等を通過した後に反射される。また、光の一部は、爪５１１の表面で反射され、光通路１４に戻る。
【００５５】
人体組織を通過した光の一部は、保護部１６の穴１６１を通過し、受光部１２により受光される。受光された光は、受光部１２により光電変換されて、光の強度信号が電気信号として解析部２へ送られる。
【００５６】
ついで、電源部２８から発光部１１の第２発光部１１２に電力を供給する。これにより、第２発光部１１２を発光させる。第２発光部１１２から発せられた赤外光は、第１発光部１１１の場合と同様にして、受光部１２により受光され、光の強度信号が解析部２へ送られる。
【００５７】
このような第１発光部１１１の発光と第２発光部１１２の発光とを、短い周期で繰り返す。発光周期は、脈波の周期よりも十分に短いことが好ましい。例えば、発光周期は、予想される脈波周期の１／１０以下の値に設定される。このようにすれば、一つの受光部１２を用いた場合であっても、脈波の強度信号を二つの波長において取得することができる。
【００５８】
解析部２の制御部２３は、それぞれの波長の強度信号における変動幅（直流成分を除いた変動量の幅）を求める。ついで、赤色光における変動幅をＲとし、近赤外光における変動幅をＩＲとすると、変動幅の比Ｒ／ＩＲを求める。この比が高ければ血中酸素飽和度が低く、この比が低ければ酸素飽和度が高いことになる。このようなデータ処理方法は良く知られているので、これ以上の説明は省略する。さらに、制御部２３は、変動幅の比に対応する酸素飽和度の数値をメモリ部２５から検索し、表示部２６に出力して表示する。
【００５９】
この実施形態では、発光部１１からの光を、受光部１２の周囲から外部に放出しているので、広い領域を通過した光を受光部１２により受光することができる。したがって、広い範囲における対象物の情報を取得することができる。例えば、生体組織では、血管が局在しているため、狭い範囲の情報では、必ずしも脈波の変動を捉えることができない。これに対して、この実施形態では、脈波の変動を捉えやすいという利点がある。
【００６０】
また、この実施形態では、光通路１４における端部（外部に面している部分）１４１の面積を調節することにより、対象物への光の照射量を容易に調節することができる。面積の調節は、例えば遮蔽物を取り付けることにより行うことができる。
【００６１】
さらに、この実施形態では、発光部１１が本体１３の側（対象物から離間した側）に配置されているので、対象物（例えば人体）が発熱の影響を受けにくいという利点がある。このため、例えば、発光量や発光時間を増加させることが容易となり、検出信号のＳＮ比を向上させることが可能となる。さらには、対象者が発熱による傷害を受けにくく、不快感を感じにくいという利点もある。また、光センサ１を小型化し、それによって光通路１４の端部１４１の面積が小さくなった場合でも、発光部１１からの光量を増加させることによって、十分な受光量を得ることが容易となる。
【００６２】
また、この実施形態の光センサでは、発光部１１からの光を、光通路１４を介して外部に放出しているので、発光部１１と受光部１２とを、対象物から離間する方向に沿って配列することができる。特許文献１に記載された従来の光センサでは、発光部と受光部とを体表面に沿う方向において並べている。しかも、この従来の光センサでは、発光部と受光部がある程度離間していないと、十分な情報を得られない。したがって、従来の光センサでは、さらなる小型化は難しい。これに対して、本実施形態の光センサは、発光部１１と受光部１２とを、対象物から離間する方向に沿って配列することができるので、光センサの設置に要する面積を小さくする（つまり小型化する）ことが容易となるという利点がある。しかも、本実施形態では、小型化した場合であっても、前記したように、受光部１２の周囲という広い範囲から光を対象物に照射することができるので、十分な受光量を確保しやすいという利点がある。
【００６３】
さらに、本実施形態の光センサでは、爪５１１の表面で反射された光の一部は、端部１４１を通って光通路１４に再び入る。光通路１４に入った光は、光通路１４の内部が積分球となっているために（つまり反射部１３１が拡散反射面となっているために）、再び端部１４１から外部に放射される。このように、この実施形態では、放射された光の一部を再利用することができる。したがって、この実施形態では、発光された光の利用効率を向上させることができ、このために、光センサのさらなる小型化が可能になるという利点がある。
【００６４】
また、本実施形態の光センサによれば、前記したとおりに小型化が可能になるので、生体や青果物の表面のような曲面への取り付けが容易となる。
【００６５】
さらに、この実施形態の光センサにおいて、本体１３を変形可能な材料とすれば、曲面への取り付けがさらに容易となる。また、この光センサにおいて、透明材料１４２や基板１５を変形可能なものとすれば、同様の利点を得ることができる。さらに、透明材料１４２のうち、特に、人体に接触する部分を柔軟な材料とすることによって、密着性の向上や使用感の向上という利点を得ることもできる。
【００６６】
また、この実施形態では、基板１５に保護部１６を取り付けているので、受光部１２や基板１５を保護することができるという利点もある。
【００６７】
さらに、この実施形態の光センサでは、光通路１４の内部に透明材料１４２を封入しているので、本体１３の強度を向上させることができる。したがって、この光センサは、例えば発光部１１や受光部１２のための基板のような内部構造を保護することができるという利点も有する。また、透明材料１４２として熱伝導性の悪い材質を用いれば、計測対象である生体への熱的傷害の防止をより確実にすることもできる。
【００６８】
本実施形態では、本体１３の内面上に発光部１１を取り付けたため、発光部１１と生体表面とを十分に大きく離間させることが可能となった。これにより、生体への熱的影響を低減させることが可能になる。また、本実施形態において、発光部用の内カバー１３１や外カバー１３２や透明材料１４２（特に生体表面に触れる部分）を熱伝導性の悪いものとすることにより、生体への発熱の影響をさらに低減しうる。ただし、発光部１１と生体表面との距離を十分大きく取ることにより、発光部１１と生体表面との間の部材を熱伝導性の良い材質とすることは可能になると考えられる。なお、基板１３３については、その熱伝導性が悪いと発光部１１からの熱が逃げなくなる恐れがあるので、基板１３３の熱伝導性をあえて低下させることは一般に好ましくないと考えられる。
【００６９】
また、本実施形態の光センサでは、本体１３の基板１３３に発光部１１を設けたので、本体１３を介した放熱が容易となる。例えば、本実施形態においては、発光部用の基板１３３を介して、外部への放熱が可能となる。これにより、発光部１１からの発光量を増大させ、受光した光におけるＳ／Ｎ比を改善することが可能となる。あるいは、光センサ１のさらなる小型化が可能となる。
【００７０】
（第２実施形態）
つぎに、本発明の第２実施形態に係る光センサ１を図１０に基づいて説明する。前記した第１実施形態では、受光部用の基板１５の他面側に反射部１７を備えていた。本実施形態の光センサ１では、反射部１７が省略されている。
【００７１】
このような構成であっても、発光部１１からの光の一部は、基板１５や内カバー１３１等で反射され、光通路１４を通って外部に放出される。
【００７２】
本実施形態では、基板１５の他面（発光部１１に対向する面）が拡散反射面となっている事が好ましい。この場合には、発光部１１からの光を拡散することができるので、光通路１４からの光の強度がより均一になるという利点がある。
【００７３】
第２実施形態における他の構成および利点は、第１実施形態と同様なので、これ以上の説明を省略する。
【００７４】
（第３〜第７実施形態）
つぎに、本発明の第３〜第７実施形態に係る光センサ１を図１１〜図１５に基づいて説明する。これらの実施形態では、反射部１７の上面形状が、前記第１実施形態とは異なっている。ただし、第３〜第７実施形態における反射部１７の表面は、いずれも拡散反射面とされている。
【００７５】
また、第３〜第７実施形態においては、本体１３の外カバー１３２と基板１３３とが省略されている。また、内カバー１３１の開口部１３１１も省略されている。
【００７６】
さらに、第３〜第７実施形態においては、内カバー１３１の内面でかつ上側の位置に、発光部１１が配置されている。
【００７７】
第３〜第７実施形態においても、前記第１実施形態と同様の利点を発揮することができる。すなわち、原理的には、反射部１７の形状は、どのようなものであってもよい。
【００７８】
ただし、光通路１４の幅は、本体１３の中心線Ｐ（図１２参照）に対して回転対称であるほうが、光を均一に放射するためには好ましい。反射部１７の形状は、光通路１４の幅を規定することになるため、反射部１７の形状も、光通路１４と同様に、中心線Ｐに対して回転対称であることが好ましい。
【００７９】
（第８実施形態）
つぎに、本発明の第８実施形態に係る光センサ１を図１６に基づいて説明する。この実施形態では、第３〜第７実施形態と異なり、本体１３の内面に基板１３３を取り付け、この基板１３３の一面（外部に向く面）に、発光部１１を取り付けている。
【００８０】
第８実施形態における他の構成および利点は、前記第３〜第７実施形態と実質的に同様なので、詳細な説明は省略する。
【００８１】
（第９実施形態）
つぎに、本発明の第９実施形態に係る光センサを図１７に基づいて説明する。この実施形態では、二つの発光部１１Ａ及び１１Ｂが用いられている。各発光部は、前記した発光部１１と同様に、第１発光部１１Ａ１，１１Ｂ１と、第２発光部１１Ａ２，１１Ｂ２とを備えている。
【００８２】
発光部１１Ａと発光部１１Ｂとは、中心線Ｐに対して対称となる位置に配置されている。これにより、各発光部からの光量を同一とすれば、光通路１４から外部への光の光量を均一化することが容易になると考えられる。
【００８３】
さらに、四つの発光部１１Ａ〜１１Ｄを用いる構成とし（図１８参照）、それらを中心線Ｐに対して対称となる位置に配置すれば、外部への光の光量をさらに均一化できると考えられる。また、発光部の数を増加させることにより、光量を増大させ、得られる信号のＳ／Ｎ比を改善することができる。さらに、発光部の数を増加させると、用いる光の波長を三つ以上とすることもでき、それぞれの波長の光に対応する検出結果を得ることもできる。
【００８４】
第９実施形態における他の構成および利点は、前記第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００８５】
なお、前記各実施形態の記載は単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるものであれば、上記に限らない。
さらに、前記した機能ブロックどうしは、複合して一つの機能ブロックに集約されても良い。また、一つの機能ブロックの機能が複数の機能ブロックの協働により実現されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る計測システムを対象者の手に取り付けた状態を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る光センサの断面図である。
【図３】図２の光センサにおけるＡ−Ａ方向に沿う断面図である。
【図４】図２の光センサにおけるＢ方向の矢視図である。
【図５】図４の光センサにおけるＣ方向の矢視図である。
【図６】図４の光センサにおけるＤ方向の矢視図である。
【図７】光センサにおける本体部分のうち、外カバーを除外した状態における底面図である。
【図８】図１の計測システムに用いられる解析部の概略的な構成を示すブロック図である。
【図９】図２の光センサの動作を説明するための説明図であって、図３に対応する図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る光センサの断面図であって、図２に対応する図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る光センサの要部を示す概略的な断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る光センサの要部を示す概略的な断面図である。
【図１３】本発明の第５実施形態に係る光センサの要部を示す概略的な断面図である。
【図１４】本発明の第６実施形態に係る光センサの要部を示す概略的な断面図である。
【図１５】本発明の第７実施形態に係る光センサの要部を示す概略的な断面図である。
【図１６】本発明の第８実施形態に係る光センサの要部を示す概略的な断面図である。
【図１７】本発明の第９実施形態に係る光センサの要部を示す概略的な断面図である。
【図１８】本発明の第９実施形態に係る光センサの変形例を説明するための説明図であって、本体を上面側から見た状態の図である。
【符号の説明】
【００８７】
Ｐ 本体の中心線（光センサの中心線）
１ 光センサ
１１・１１Ａ〜１１Ｄ 発光部
１１１・１１Ａ１〜１１Ｄ１ 第１発光部
１１２・１１Ａ２〜１１Ｄ２ 第２発光部
１２ 受光部
１３ 本体
１３１ 内カバー
１３１１ 基板取り付け用の開口部
１３２ 外カバー
１３２１ 配線用の開口部
１３３ 発光部用の基板
１３３１ 基板の一面
１４ 光通路
１４１ 光通路の端部
１４２ 光通路に充填された透明材料
１５ 受光部用の基板
１６ 保護部
１６１ 穴
１７ 反射部
２ 解析部
２１ 信号増幅器
２２ Ａ／Ｄ変換器
２３ 制御部
２４ インタフェース部
２５ メモリ部
２６ 表示部
２７ 操作部
２８ 電源部
３ 配線
４ 固定具
５ 手
５１ 指
５１１ 爪
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサ及びこれを用いた計測システムに関するものである。特に、本発明は、反射式の光センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の反射式光センサとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この光センサは、人体表面に照射され、人体内部で散乱した後、照射された表面に戻ってきた光（反射光）を検出するものである。この反射光を検出することにより、血液の酸素飽和度を測定することができる。血中の酸素飽和度を測定する装置は、パルスオキシメータと呼ばれている。
【０００３】
こうした反射式の光センサは、人体（例えば指）の表面に貼り付けるだけで使用することができる。一方、透過式の光センサは、発光体と受光体とで対象者の身体の一部を挟み込むため、痛みや圧迫感などの不快感を生じることがある。したがって、反射式光センサは、透過式のものに較べて、対象者における負担が少ないという利点がある。
【０００４】
ところで、反射式の光センサを、従来のものよりも小型化することができれば、使用部位の制約が減少する。十分に小さいものであれば、例えば、小指の爪や小児の爪にも使用できるようになる。
【０００５】
また、特許文献１記載の光センサは、発光用のＬＥＤを爪の表面に接着しているので、対象者が発熱の影響を受けやすいという問題もある。したがって、従来のものでは、発光時間や消費電力（つまり発光量）を制限して発熱量を抑制する等の対策が必要になる。
【０００６】
そこで、本発明者らにより、下記特許文献２に記載の光センサ（光プローブ）が提案されている。これによれば、発光部（例えばＬＥＤ）からの発熱の影響を抑えつつ、光センサを小型化することが可能になる。
【特許文献１】特表２００１−５０１８４７号公報
【特許文献２】特開２００４−３３７６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来の光センサにおいて、発光部からの発熱の影響をさらに低減することができれば、さらなる小型化や発光量の増大が可能になると期待される。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、発光部からの発熱の影響を低減できる光センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る光センサは、本体と発光部と光通路と受光部とを備えている。前記本体は、少なくとも一部が反射面とされた凹状の内面を備えている。前記発光部は、前記本体の内面上に配置されている。かつ、前記発光部は、計測対象の表面から離間することとなる位置に配設されている。前記光通路は、前記発光部から発せられた光を前記外部に送り出すものである。前記受光部は、前記発光部から発せられ、かつ、前記外部を通過した光を受光するものである。
【００１０】
本発明の光センサは、さらに反射部を備えていてもよい。前記反射部の表面は、前記発光部と対向する位置に配置される。さらに、前記反射部の表面は、前記発光部で発光された光を反射して前記光通路に戻す反射面とされる。
【００１１】
前記発光部は、少なくとも二種類の波長の光を発するものであってもよい。
【００１２】
前記発光部を複数とすることができる。さらに、これらの発光部を、前記本体の内面における複数箇所に配置することができる。
【００１３】
前記複数の発光部を、互いに、光センサの中心線に対して対称となる位置に配置することができる。
【００１４】
前記本体の内面における前記反射面を拡散反射面とすることができる。
【００１５】
前記反射部の表面を拡散反射面とすることができる。
【００１６】
本発明に係る計測システムは、本発明に係る光センサと、この光センサで受光された光の特性を解析する解析部とを有する構成となっている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、発光部からの発熱の影響を低減できる光センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１実施形態の構成）
本発明の第１実施形態に係る計測システムを、図１〜図９に基づいて以下に説明する。この実施形態の計測システムは、パルスオキシメータとして用いられるものである。この計測システムは、光センサ１と、解析部２と、配線３と、固定具４とを主体として構成されている（図１参照）。また、この計測システムは、この実施形態では、計測対象者の手５に取り付けられている。
【００１９】
光センサ１は、発光部１１と、受光部１２と、本体１３と、光通路１４と、基板１５と、保護部１６と、反射部１７を主要な構成として備えている（図２〜図７参照）。
【００２０】
発光部１１は、第１発光部１１１と第２発光部１１２とを備えている（図３および図７参照）。第１発光部１１１は、具体的には、第１の波長の光を発する発光体としてのＬＥＤである。第１の波長の光とは、例えば、波長が６６０［ｎｍ］付近の赤色光である。第２発光部１１２は、具体的には、第２の波長の光を発する発光体としてのＬＥＤである。第２の波長の光とは、例えば、波長が８８０［ｎｍ］付近の近赤外光である。さらに、発光体としては、ＬＥＤに限らず、レーザダイオードやランプなどの他の発光体を用いても良い。また、ＬＥＤ等の発光体の数は、単数でも複数でもよい。第１および第２発光部１１１および１１２は、本体１３の内面（対象者の皮膚又は爪を向く面）上に取り付けられている（後述）。これにより、発光部１１は、光通路１４に向けて光を発するものとなっている。
【００２１】
受光部１２は、この実施形態では、受光体としてのフォトダイオードが用いられている。受光部１２は、基板１５の一面（外部を向く面）に取り付けられている（図２および図３参照）。これにより、受光部１２は、発光部１１から発せられ、かつ、光通路１４と外部（例えば対象物の内部）とを通過した光を受光するようになっている。
【００２２】
本体１３は、本実施形態では、内カバー１３１と、外カバー１３２と、発光部用の基板１３３とを備えている。
【００２３】
内カバー１３１は、全体としてほぼ半球状とされている。これにより、本体１３に凹状内面が備えられたものとなっている。内カバー１３１の内面は、ほぼ全面にわたって、拡散反射面とされている。これにより、この実施形態では、本体１３の内面の少なくとも一部が反射面とされている。拡散反射面の形成方法としては、従来から知られているものを用いることができるので、それについての詳細な説明は省略する。なお、内カバー１３１の内面の一部又は全部を、拡散反射面でなく、通常の反射面とすることも原理的には可能である。また、ここで反射とは、使用される波長の光に対して反射する性質であればよく、他の波長の光を吸収するものであっても良い。
【００２４】
内カバー１３１の上端近傍の位置（図２において右端）には、内カバー１３１を内外方向に貫通する開口部１３１１が形成されている。この開口部１３１１は、発光部用の基板１３３を取り付けるために用いられるものである。
【００２５】
内カバー１３１の材質としては、熱伝導性の悪いものが好ましく、例えば樹脂などが好適である。
【００２６】
外カバー１３２は、内カバー１３１の外側を覆う形状となっている（図２および図３参照）。すなわち、内カバー１３１は、外カバー１３２の内側にはめ込まれた構成となっている。
【００２７】
外カバー１３２の側部には、基板１５や基板１３３に配線を行うための開口部１３２１が形成されている。外カバー１３２の材質としては、内カバー１３１と同様に、熱伝導性の悪いものが好ましく、例えば樹脂などが好適である。ただし、外カバー１３２の材質の熱伝導性があまりに悪いと、内部に熱がこもる等の問題を生じることも考え得る。一般には、外カバー１３２からは、周囲に放熱すると考えられるので、その材質として熱伝導性の良いものを用いることも、その用途や設計に応じて十分可能である。また、外カバー１３２と内カバー１３１とが異なる材質であっても同じ材質であってもよい。
【００２８】
発光部用の基板１３３は、内カバー１３１の開口部１３１１の上端において、その内側にはめ込まれて取り付けられている（図２及び図３参照）。ここで、基板１３３の一面１３３１は内カバー１３１の内部方向を向くように配置されている。
【００２９】
基板１３３の一面１３３１には、発光部１１が取り付けられている（図２，図３及び図７参照）。発光部１１には、基板１３３を介して、発光に必要な給電が行われるようになっている。本実施形態では、この構成により、本体１３の内面上に発光部１１が取り付けられたものとなっている。また、本実施形態では、基板１３３に発光部１１を取り付けたことにより、光センサ１の計測対象（例えば生体）の表面から、発光部１１を十分に離間させた構成となっている。ただし、発光部１１を内カバー１３１の内面に取り付けることは可能である。この場合においても、発光部１１を計測対象の表面から離間した位置に配設することが好ましい。
【００３０】
基板１３３の一面１３３１は、拡散反射面であることが、光を拡散して強度を均一にする観点からは好ましいが、単なる反射面とすることも可能である。
【００３１】
また、基板１３３としては、熱伝導性の高い材質であることが好ましい。これにより、基板１３３を介して、発光部１１からの放熱を図ることができる。また、基板１３３は、生体表面に直接触れないので、生体への熱的影響を低く抑えることができる。
【００３２】
光通路１４は、本体１３の内面側に形成された空間である（図２及び図３参照）。光通路１４は、基板１５の周囲に配置された端部（すなわち光が出入りする部分）１４１を備えている。
【００３３】
光通路１４の内部には、透明材料１４２が充填されている。透明材料１４２は、発光体の発熱を伝達や放散しにくいものであること，つまり熱伝導性の悪いものが好ましく、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などが良い。ただし、透明材料１４２としては、他の材料を用いることもできる。また、例えば、人体に接触する部分のみを柔軟なシリコーン樹脂とし、その他の部分をエポキシ樹脂とすることもできる。
【００３４】
光通路１４は、発光部１１から発せられた光を、内カバー１３１の内面における反射によって外部へ送り、さらに、外部（例えば対象物の内部）での反射又は屈折を経て（つまり経由して）受光部１２に送るようになっている。もちろん、発光部１１から発せられた光の一部は、内カバー１３１の内面で反射することなく、直接外部に送られることがある。
【００３５】
光通路１４の端部１４１は、受光部１２の周囲に形成されたものとなっている。なお、ここで、周囲とは、全周を必ずしも意味するものではなく、全周の一部である場合を含む。光通路１４の端部１４１は、基板１５に対応する部分を除いて、受光部１２の周囲において、外部に面している（図４参照）。
【００３６】
受光部１２を取り付けるための基板１５は、本体１３の一面側（開口部側）に取り付けられている。基板１５の一端は、本体１３におけるほぼ中央位置まで延長されている（図２参照）。基板１５の他端は、本体１３の外部近傍まで延長されている。受光部１２は、基板１５の一端近傍において、基板１５の一面側（対象物に面する側）に取り付けられている。すなわち、受光部１２は、基板１５に取り付けられた状態において、本体１３の外部方向に向けられている。
【００３７】
基板１５としては、例えばガラスエポキシ基板のように、硬質のものが用いられる。ただし、基板１５としては、フレキシブル基板を用いることにより柔軟性を付与してもよい。また、基板１５のうち、光通路１４に面している面は、反射面、特に拡散反射面であることが望ましい。
【００３８】
保護部１６は、図２及び図３に示されているように、基板１５の一面側（対象物に面する側）に取り付けられている。保護部１６には、その厚さ方向に貫通した穴１６１が形成されている（図２，図３及び図４参照）。穴１６１に対応する位置には、受光部１２が配置されている。つまり、受光部１２には、穴１６１を介して、外部からの光が到達するように構成されている。穴１６１と受光部１２との間における空間には、光通路１４に充填された透明材料１４２と同様な透明材料を充填することができる。
【００３９】
反射部１７は、基板１５の他面側（本体側）に配置されている。この例では、反射部１７は、受光部１２と反対側となる位置に配置されている。また、反射部１７は、本体１３の内カバー１３１とほぼ同心となるように配置されている。これによって、光通路１４の幅（すなわち、図２及び図３に示される、内カバー１３１と反射部１７との間隙）は、基板１５の部分を除いて、ほぼ均一とされている。
【００４０】
反射部１７の表面は、ほぼ球面上に盛り上がっている。また、反射面１７の表面は、好ましくは反射面、より好ましくは拡散反射面とされている。
【００４１】
解析部２は、信号増幅器２１と、Ａ／Ｄ変換器２２と、制御部２３と、インタフェース部２４と、メモリ部２５と、表示部２６と、操作部２７と、電源部２８とを備えている（図８参照）。
【００４２】
信号増幅器２１は、光センサ１の受光部１２からの信号を増幅する部分である。Ａ／Ｄ変換器２２は、光センサ１からのアナログ信号をディジタル信号に変換して制御部２３に送る部分である。制御部２３は、Ａ／Ｄ変換器２２から送られた信号を、メモリ部２５に格納されたプログラムに従って処理する部分である。
【００４３】
インタフェース部２４は、制御部２３とメモリ部２５〜電源部２８との間における信号や電力の受け渡しを行う部分である。
【００４４】
メモリ部２５には、信号処理のために必要なプログラムやデータが格納されている。メモリ部２５は、測定処理に必要なデータだけでなく、測定結果としてのデータを格納することもできる。
【００４５】
表示部２６は、制御部２３における処理結果を表示するものであり、例えば液晶ディスプレイである。表示部２６は、外部から見える位置に配置されている（図１参照）。
【００４６】
操作部２７は、外部からの指示（例えば動作開始）を解析部２に入力するための部分である。
【００４７】
電源２８は、例えば電池である。電源２８は、解析部２の動作に必要な電力を供給する。さらに、電源２８は、インタフェース部２４および配線３を介して、発光部１１に電力を供給する。電源２８から発光部１１への電力の供給量（つまり発光量）または供給時期（つまり発光時期）は、制御部２３により制御されている。このような解析部２は、マイコンチップなどの適宜な部品を用いることにより容易に構成することができる。
【００４８】
配線３は、光センサ１の基板１５及び基板１３３と解析部２の信号増幅器２１とを接続しており、両者間での信号伝送や電力供給を行っているものである。配線３と基板１５及び基板１３３とは、着脱可能となっている。配線３については、図８においては、信号取得用の配線と電力供給用の配線とを１本として記載することで記載を簡略化しているが、実際は別々の配線とすることが通常である。
【００４９】
固定具４は、ベルト状に形成されており、その両端が解析部２に取り付けられている。固定具４は、例えば伸縮可能なベルトである。固定具４としては、要するに、解析部２を身体に固定できるものであればよい。
【００５０】
（第１実施形態の動作）
つぎに、前記のように構成された本実施形態の装置を用いた反射光検出方法の一例について説明する。測定の前に、対象者の手５における親指５１の爪５１１（図１参照）の表面に透明な接着剤（図示せず）を塗布する。ついで、爪５１１に、光センサ１を取り付ける。このとき、光センサ１の受光部１２の側を爪５１１の表面に向ける。もちろん、光センサ１の接着方法としては、例えば、本体１３の底面（爪５１１と接触する面）に接着剤層を設けておく方法でも良い。さらに、固定具４を用いて、手首５２に解析部２を取り付ける。
【００５１】
なお、光センサ１を指の腹部分（爪の反対側の部分）に取り付けることも可能である。さらに、光センサ１を、両面テープによって対象者に取り付けることも可能である。
【００５２】
ついで、解析部２の電源部２８から制御部２３を介して発光部１１の第１発光部１１１に電力を供給する。これにより、第１発光部１１１を発光させる。第１発光部１１１から発せられた赤色光は、光通路１４を通り、内カバー１３１の内面によって拡散反射する（図９参照）。内カバー１３１の内面は、拡散反射面となっているので、光通路１４の内部は、実質的にほぼ積分球となる。したがって、この実施形態では、発光部１１から発せられた光は、光通路１４の端部１４１（つまり光通路１４の出口）から、場所によらずほぼ均一な強度で外部へ放出される。しかも、この実施形態では、内カバー１３１の内面を拡散反射面としているので、端部１４１から放出された光の指向性を低下させることができる。
【００５３】
この実施形態では、光通路１４の端部１４１を、受光部１２の周囲に配置しているので、光は、受光部１２の周囲から外部に放出する。ただし、基板１５に相当する部分では、基板１５で遮られるため、光は放出しない。このように、この明細書において「周囲」とは、必ずしも全周を意味するものではない。
【００５４】
光通路１４の端部１４１から外部に放出された光は、外部に位置する対象物としての爪５１１に照射される。照射された光は、人体組織、すなわち、爪５１１や爪の下の組織等を通過した後に反射される。また、光の一部は、爪５１１の表面で反射され、光通路１４に戻る。
【００５５】
人体組織を通過した光の一部は、保護部１６の穴１６１を通過し、受光部１２により受光される。受光された光は、受光部１２により光電変換されて、光の強度信号が電気信号として解析部２へ送られる。
【００５６】
ついで、電源部２８から発光部１１の第２発光部１１２に電力を供給する。これにより、第２発光部１１２を発光させる。第２発光部１１２から発せられた赤外光は、第１発光部１１１の場合と同様にして、受光部１２により受光され、光の強度信号が解析部２へ送られる。
【００５７】
このような第１発光部１１１の発光と第２発光部１１２の発光とを、短い周期で繰り返す。発光周期は、脈波の周期よりも十分に短いことが好ましい。例えば、発光周期は、予想される脈波周期の１／１０以下の値に設定される。このようにすれば、一つの受光部１２を用いた場合であっても、脈波の強度信号を二つの波長において取得することができる。
【００５８】
解析部２の制御部２３は、それぞれの波長の強度信号における変動幅（直流成分を除いた変動量の幅）を求める。ついで、赤色光における変動幅をＲとし、近赤外光における変動幅をＩＲとすると、変動幅の比Ｒ／ＩＲを求める。この比が高ければ血中酸素飽和度が低く、この比が低ければ酸素飽和度が高いことになる。このようなデータ処理方法は良く知られているので、これ以上の説明は省略する。さらに、制御部２３は、変動幅の比に対応する酸素飽和度の数値をメモリ部２５から検索し、表示部２６に出力して表示する。
【００５９】
この実施形態では、発光部１１からの光を、受光部１２の周囲から外部に放出しているので、広い領域を通過した光を受光部１２により受光することができる。したがって、広い範囲における対象物の情報を取得することができる。例えば、生体組織では、血管が局在しているため、狭い範囲の情報では、必ずしも脈波の変動を捉えることができない。これに対して、この実施形態では、脈波の変動を捉えやすいという利点がある。
【００６０】
また、この実施形態では、光通路１４における端部（外部に面している部分）１４１の面積を調節することにより、対象物への光の照射量を容易に調節することができる。面積の調節は、例えば遮蔽物を取り付けることにより行うことができる。
【００６１】
さらに、この実施形態では、発光部１１が本体１３の側（対象物から離間した側）に配置されているので、対象物（例えば人体）が発熱の影響を受けにくいという利点がある。このため、例えば、発光量や発光時間を増加させることが容易となり、検出信号のＳＮ比を向上させることが可能となる。さらには、対象者が発熱による傷害を受けにくく、不快感を感じにくいという利点もある。また、光センサ１を小型化し、それによって光通路１４の端部１４１の面積が小さくなった場合でも、発光部１１からの光量を増加させることによって、十分な受光量を得ることが容易となる。
【００６２】
また、この実施形態の光センサでは、発光部１１からの光を、光通路１４を介して外部に放出しているので、発光部１１と受光部１２とを、対象物から離間する方向に沿って配列することができる。特許文献１に記載された従来の光センサでは、発光部と受光部とを体表面に沿う方向において並べている。しかも、この従来の光センサでは、発光部と受光部がある程度離間していないと、十分な情報を得られない。したがって、従来の光センサでは、さらなる小型化は難しい。これに対して、本実施形態の光センサは、発光部１１と受光部１２とを、対象物から離間する方向に沿って配列することができるので、光センサの設置に要する面積を小さくする（つまり小型化する）ことが容易となるという利点がある。しかも、本実施形態では、小型化した場合であっても、前記したように、受光部１２の周囲という広い範囲から光を対象物に照射することができるので、十分な受光量を確保しやすいという利点がある。
【００６３】
さらに、本実施形態の光センサでは、爪５１１の表面で反射された光の一部は、端部１４１を通って光通路１４に再び入る。光通路１４に入った光は、光通路１４の内部が積分球となっているために（つまり反射部１３１が拡散反射面となっているために）、再び端部１４１から外部に放射される。このように、この実施形態では、放射された光の一部を再利用することができる。したがって、この実施形態では、発光された光の利用効率を向上させることができ、このために、光センサのさらなる小型化が可能になるという利点がある。
【００６４】
また、本実施形態の光センサによれば、前記したとおりに小型化が可能になるので、生体や青果物の表面のような曲面への取り付けが容易となる。
【００６５】
さらに、この実施形態の光センサにおいて、本体１３を変形可能な材料とすれば、曲面への取り付けがさらに容易となる。また、この光センサにおいて、透明材料１４２や基板１５を変形可能なものとすれば、同様の利点を得ることができる。さらに、透明材料１４２のうち、特に、人体に接触する部分を柔軟な材料とすることによって、密着性の向上や使用感の向上という利点を得ることもできる。
【００６６】
また、この実施形態では、基板１５に保護部１６を取り付けているので、受光部１２や基板１５を保護することができるという利点もある。
【００６７】
さらに、この実施形態の光センサでは、光通路１４の内部に透明材料１４２を封入しているので、本体１３の強度を向上させることができる。したがって、この光センサは、例えば発光部１１や受光部１２のための基板のような内部構造を保護することができるという利点も有する。また、透明材料１４２として熱伝導性の悪い材質を用いれば、計測対象である生体への熱的傷害の防止をより確実にすることもできる。
【００６８】
本実施形態では、本体１３の内面上に発光部１１を取り付けたため、発光部１１と生体表面とを十分に大きく離間させることが可能となった。これにより、生体への熱的影響を低減させることが可能になる。また、本実施形態において、発光部用の内カバー１３１や外カバー１３２や透明材料１４２（特に生体表面に触れる部分）を熱伝導性の悪いものとすることにより、生体への発熱の影響をさらに低減しうる。ただし、発光部１１と生体表面との距離を十分大きく取ることにより、発光部１１と生体表面との間の部材を熱伝導性の良い材質とすることは可能になると考えられる。なお、基板１３３については、その熱伝導性が悪いと発光部１１からの熱が逃げなくなる恐れがあるので、基板１３３の熱伝導性をあえて低下させることは一般に好ましくないと考えられる。
【００６９】
また、本実施形態の光センサでは、本体１３の基板１３３に発光部１１を設けたので、本体１３を介した放熱が容易となる。例えば、本実施形態においては、発光部用の基板１３３を介して、外部への放熱が可能となる。これにより、発光部１１からの発光量を増大させ、受光した光におけるＳ／Ｎ比を改善することが可能となる。あるいは、光センサ１のさらなる小型化が可能となる。
【００７０】
（第２実施形態）
つぎに、本発明の第２実施形態に係る光センサ１を図１０に基づいて説明する。前記した第１実施形態では、受光部用の基板１５の他面側に反射部１７を備えていた。本実施形態の光センサ１では、反射部１７が省略されている。
【００７１】
このような構成であっても、発光部１１からの光の一部は、基板１５や内カバー１３１等で反射され、光通路１４を通って外部に放出される。
【００７２】
本実施形態では、基板１５の他面（発光部１１に対向する面）が拡散反射面となっている事が好ましい。この場合には、発光部１１からの光を拡散することができるので、光通路１４からの光の強度がより均一になるという利点がある。
【００７３】
第２実施形態における他の構成および利点は、第１実施形態と同様なので、これ以上の説明を省略する。
【００７４】
（第３〜第７実施形態）
つぎに、本発明の第３〜第７実施形態に係る光センサ１を図１１〜図１５に基づいて説明する。これらの実施形態では、反射部１７の上面形状が、前記第１実施形態とは異なっている。ただし、第３〜第７実施形態における反射部１７の表面は、いずれも拡散反射面とされている。
【００７５】
また、第３〜第７実施形態においては、本体１３の外カバー１３２と基板１３３とが省略されている。また、内カバー１３１の開口部１３１１も省略されている。
【００７６】
さらに、第３〜第７実施形態においては、内カバー１３１の内面でかつ上側の位置に、発光部１１が配置されている。
【００７７】
第３〜第７実施形態においても、前記第１実施形態と同様の利点を発揮することができる。すなわち、原理的には、反射部１７の形状は、どのようなものであってもよい。
【００７８】
ただし、光通路１４の幅は、本体１３の中心線Ｐ（図１２参照）に対して回転対称であるほうが、光を均一に放射するためには好ましい。反射部１７の形状は、光通路１４の幅を規定することになるため、反射部１７の形状も、光通路１４と同様に、中心線Ｐに対して回転対称であることが好ましい。
【００７９】
（第８実施形態）
つぎに、本発明の第８実施形態に係る光センサ１を図１６に基づいて説明する。この実施形態では、第３〜第７実施形態と異なり、本体１３の内面に基板１３３を取り付け、この基板１３３の一面（外部に向く面）に、発光部１１を取り付けている。
【００８０】
第８実施形態における他の構成および利点は、前記第３〜第７実施形態と実質的に同様なので、詳細な説明は省略する。
【００８１】
（第９実施形態）
つぎに、本発明の第９実施形態に係る光センサを図１７に基づいて説明する。この実施形態では、二つの発光部１１Ａ及び１１Ｂが用いられている。各発光部は、前記した発光部１１と同様に、第１発光部１１Ａ１，１１Ｂ１と、第２発光部１１Ａ２，１１Ｂ２とを備えている。
【００８２】
発光部１１Ａと発光部１１Ｂとは、中心線Ｐに対して対称となる位置に配置されている。これにより、各発光部からの光量を同一とすれば、光通路１４から外部への光の光量を均一化することが容易になると考えられる。
【００８３】
さらに、四つの発光部１１Ａ〜１１Ｄを用いる構成とし（図１８参照）、それらを中心線Ｐに対して対称となる位置に配置すれば、外部への光の光量をさらに均一化できると考えられる。また、発光部の数を増加させることにより、光量を増大させ、得られる信号のＳ／Ｎ比を改善することができる。さらに、発光部の数を増加させると、用いる光の波長を三つ以上とすることもでき、それぞれの波長の光に対応する検出結果を得ることもできる。
【００８４】
第９実施形態における他の構成および利点は、前記第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００８５】
なお、前記各実施形態の記載は単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるものであれば、上記に限らない。
さらに、前記した機能ブロックどうしは、複合して一つの機能ブロックに集約されても良い。また、一つの機能ブロックの機能が複数の機能ブロックの協働により実現されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る計測システムを対象者の手に取り付けた状態を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る光センサの断面図である。
【図３】図２の光センサにおけるＡ−Ａ方向に沿う断面図である。
【図４】図２の光センサにおけるＢ方向の矢視図である。
【図５】図４の光センサにおけるＣ方向の矢視図である。
【図６】図４の光センサにおけるＤ方向の矢視図である。
【図７】光センサにおける本体部分のうち、外カバーを除外した状態における底面図である。
【図８】図１の計測システムに用いられる解析部の概略的な構成を示すブロック図である。
【図９】図２の光センサの動作を説明するための説明図であって、図３に対応する図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る光センサの断面図であって、図２に対応する図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る光センサの要部を示す概略的な断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る光センサの要部を示す概略的な断面図である。
【図１３】本発明の第５実施形態に係る光センサの要部を示す概略的な断面図である。
【図１４】本発明の第６実施形態に係る光センサの要部を示す概略的な断面図である。
【図１５】本発明の第７実施形態に係る光センサの要部を示す概略的な断面図である。
【図１６】本発明の第８実施形態に係る光センサの要部を示す概略的な断面図である。
【図１７】本発明の第９実施形態に係る光センサの要部を示す概略的な断面図である。
【図１８】本発明の第９実施形態に係る光センサの変形例を説明するための説明図であって、本体を上面側から見た状態の図である。
【符号の説明】
【００８７】
Ｐ 本体の中心線（光センサの中心線）
１ 光センサ
１１・１１Ａ〜１１Ｄ 発光部
１１１・１１Ａ１〜１１Ｄ１ 第１発光部
１１２・１１Ａ２〜１１Ｄ２ 第２発光部
１２ 受光部
１３ 本体
１３１ 内カバー
１３１１ 基板取り付け用の開口部
１３２ 外カバー
１３２１ 配線用の開口部
１３３ 発光部用の基板
１３３１ 基板の一面
１４ 光通路
１４１ 光通路の端部
１４２ 光通路に充填された透明材料
１５ 受光部用の基板
１６ 保護部
１６１ 穴
１７ 反射部
２ 解析部
２１ 信号増幅器
２２ Ａ／Ｄ変換器
２３ 制御部
２４ インタフェース部
２５ メモリ部
２６ 表示部
２７ 操作部
２８ 電源部
３ 配線
４ 固定具
５ 手
５１ 指
５１１ 爪
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と発光部と光通路と受光部とを備えており、
前記本体は、少なくとも一部が反射面とされた凹状の内面を備えており、
前記発光部は、前記本体の内面上に配置されており、
かつ、前記発光部は、計測対象の表面から離間することとなる位置に配設されており、
前記光通路は、前記発光部から発せられた光を前記外部に送り出すものであり、
前記受光部は、前記発光部から発せられ、かつ、前記外部を通過した光を受光するものであることを特徴とする光センサ。
【請求項２】
さらに反射部を備え、
前記反射部の表面は、前記発光部と対向する位置に配置されており、
さらに、前記反射部の表面は、前記発光部で発光された光を反射して前記光通路に戻す反射面とされていることを特徴とする請求項１記載の光センサ。
【請求項３】
前記発光部は、少なくとも二種類の波長の光を発するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光センサ。
【請求項４】
前記発光部は、複数となっており、さらに、前記本体の内面における複数箇所に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光センサ。
【請求項５】
前記複数の発光部は、互いに、光センサの中心線に対して対称となる位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光センサ。
【請求項６】
前記本体の内面における前記反射面は拡散反射面であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光センサ。
【請求項７】
前記反射部の表面は拡散反射面であることを特徴とする請求項２に記載の光センサ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載の光センサと、この光センサで受光された光の特性を解析する解析部とを有する計測システム。
【請求項１】
本体と発光部と光通路と受光部とを備えており、
前記本体は、少なくとも一部が反射面とされた凹状の内面を備えており、
前記発光部は、前記本体の内面上に配置されており、
かつ、前記発光部は、計測対象の表面から離間することとなる位置に配設されており、
前記光通路は、前記発光部から発せられた光を前記外部に送り出すものであり、
前記受光部は、前記発光部から発せられ、かつ、前記外部を通過した光を受光するものであることを特徴とする光センサ。
【請求項２】
さらに反射部を備え、
前記反射部の表面は、前記発光部と対向する位置に配置されており、
さらに、前記反射部の表面は、前記発光部で発光された光を反射して前記光通路に戻す反射面とされていることを特徴とする請求項１記載の光センサ。
【請求項３】
前記発光部は、少なくとも二種類の波長の光を発するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光センサ。
【請求項４】
前記発光部は、複数となっており、さらに、前記本体の内面における複数箇所に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光センサ。
【請求項５】
前記複数の発光部は、互いに、光センサの中心線に対して対称となる位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光センサ。
【請求項６】
前記本体の内面における前記反射面は拡散反射面であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光センサ。
【請求項７】
前記反射部の表面は拡散反射面であることを特徴とする請求項２に記載の光センサ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載の光センサと、この光センサで受光された光の特性を解析する解析部とを有する計測システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００８−１２６０１７（Ｐ２００８−１２６０１７Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１８０１１（Ｐ２００６−３１８０１１）
【出願日】平成１８年１１月２７日（２００６．１１．２７）
【出願人】（０００１０３４９３）オータックス株式会社 (14)
【出願人】（５０４１３３１１０）国立大学法人 電気通信大学 (383)
【出願人】（８０３００００４５）株式会社キャンパスクリエイト (41)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２７日（２００６．１１．２７）
【出願人】（０００１０３４９３）オータックス株式会社 (14)
【出願人】（５０４１３３１１０）国立大学法人 電気通信大学 (383)
【出願人】（８０３００００４５）株式会社キャンパスクリエイト (41)
【Ｆターム（参考）】
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