特開 2024-95048 生体情報計測装置及び生体情報計測装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024095048

(43)【公開日】2024-07-10

(54)【発明の名称】生体情報計測装置及び生体情報計測装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/02 20060101AFI20240703BHJP

   G02B 5/22 20060101ALI20240703BHJP

   G02B 5/20 20060101ALI20240703BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20240703BHJP

【ＦＩ】

A61B5/02 310B

G02B5/22

G02B5/20 101

H01L27/146 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022212048

(22)【出願日】2022-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】319006047

【氏名又は名称】シャープセミコンダクターイノベーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002848

【氏名又は名称】弁理士法人ＮＩＰ＆ＳＢＰＪ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】望月 裕太

(72)【発明者】

【氏名】舩尾 大輔

(72)【発明者】

【氏名】小林 弘治

(72)【発明者】

【氏名】肥田 聡太

(72)【発明者】

【氏名】藤尾 正之

(72)【発明者】

【氏名】柴田 慧一

【テーマコード（参考）】

2H148

4C017

4M118

【Ｆターム（参考）】

2H148BA01

2H148BB02

2H148BD15

2H148BG14

2H148CA01

2H148CA12

2H148CA14

2H148CA17

2H148CA22

2H148CA23

4C017AA09

4C017AC26

4C017BC07

4C017FF15

4M118AA10

4M118BA10

4M118BA14

4M118CA02

4M118FA06

4M118GA08

4M118GA09

4M118GC08

4M118GC20

4M118GD03

4M118GD04

4M118GD13

4M118GD14

4M118HA25

(57)【要約】

【課題】生体情報を高い精度で計測することができる生体情報計測装置を提供する。
【解決手段】生体情報計測装置は、互いに異なる屈折率を有する２種以上の層を含み積層されている複数の層を備える積層膜と、前記積層膜を透過した光を受光し、前記光に応じた信号を生成する受光素子と、を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに異なる屈折率を有する２種以上の層を含み積層されている複数の層を備える積層膜と、
前記積層膜を透過した光を受光し、前記光に応じた信号を生成する受光素子と、
を備える生体情報計測装置。

【請求項2】

前記複数の層の各々は、２０ｎｍ以上及び５００ｎｍ以下の厚さを有する
請求項１に記載の生体情報計測装置。

【請求項3】

前記積層膜は、６２０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の波長において極大となる分光透過率を有する
請求項１又は２に記載の生体情報計測装置。

【請求項4】

前記積層膜は、７６０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長において極小となる分光透過率を有する
請求項１又は２に記載の生体情報計測装置。

【請求項5】

有機物及び無機物からなる群より選択される少なくとも１種からなる吸収型フィルタを備え、
前記光は、前記吸収型フィルタを透過する
請求項１又は２に記載の生体情報計測装置。

【請求項6】

前記受光素子は、第１の受光素子であり、前記光は、第１の光であり、前記信号は、第１の信号であり、前記吸収型フィルタは、第１の吸収型フィルタであり、
有機物及び無機物からなる群より選択される少なくとも１種からなる第２の吸収型フィルタと、
前記第２の吸収型フィルタ及び前記積層膜を透過した第２の光を受光し、前記第２の光に応じた第２の信号を生成し、前記第１の受光素子に隣接する第２の受光素子と、
を備える請求項５に記載の生体情報計測装置。

【請求項7】

前記積層膜と前記吸収型フィルタとの間に配置されるスペーサ部材を備える
請求項５に記載の生体情報計測装置。

【請求項8】

半導体基板に受光素子を形成することと、
前記受光素子を覆うように前記半導体基板上に絶縁膜を形成することと、
前記受光素子に対応する光学フィルタを前記絶縁膜上に形成することと、
を備え、
前記光学フィルタは、少なくとも６２０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の波長において極大となる分光透過率又は少なくとも７６０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長において極小となる分光透過率を有する
生体情報計測装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、生体情報計測装置及び生体情報計測装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、生体情報計測装置を開示する。当該生体情報計測装置においては、第１画素が、第１フィルタを透過した５３０ｎｍ～５９０ｎｍの波長帯域の光を受光して、第１の撮像信号を生成する。また、第２画素が、第２フィルタを透過した５００ｎｍ～５３０ｎｍ及び５９０ｎｍ～６２０ｎｍの波長帯域の光を受光して、第２の撮像信号を生成する。また、第１撮像信号から第１時系列データが生成され、第２撮像信号から第２時系列データが生成される。また、第１時系列データ及び第２時系列データから心拍成分及び照明変動成分が分離される。５３０ｎｍ～５９０ｎｍの波長帯域においては、ヘモグロビンが強い吸収特性を有する（段落００１４，００１９から００３０まで及び００３７）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１７／１０４０５６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

画素により受光される光を透過させるフィルタの分光透過率は、なだらかなピークを有する可能性がある。このため、特許文献１に開示された生体情報計測装置においては、第２時系列データが、心拍成分を含む可能性がある。このため、第１時系列データと第２時系列データを用い心拍成分を演算により求める場合、第１時系列データと第２時系列データ共に心拍成分と照明変動成分を含むため、心拍成分及び照明変動成分が精度よく分離されない可能性がある。このため、生体情報を高い精度で計測することができない可能性がある。

【0005】

本開示の一態様は、この問題に鑑みてなされた。本開示の一態様は、例えば、生体情報を高い精度で計測することができる生体情報計測装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様の生体情報計測装置は、互いに異なる屈折率を有する２種以上の層を含み積層されている複数の層を備える積層膜と、前記積層膜を透過した光を受光し、前記光に応じた信号を生成する受光素子と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態の生体情報計測装置のブロック図である。

【図2】第１実施形態の生体情報計測装置に備えられるモジュールを模式的に図示する断面図である。

【図3】第１実施形態の生体情報計測装置に備えられる複数の画素を模式的に図示する平面図である。

【図4】第１実施形態の生体情報計測装置に備えられる緑色画素及び赤外画素を模式的に図示する断面図である。

【図5】第１実施形態の生体情報計測装置に備えられる赤色画素及び青色画素を模式的に図示する断面図である。

【図6】酸化ヘモグロビン、ヘモグロビン、並びにメラニンの一種であるユーメラニン及びフェオメラニンの分光モル吸光係数を示すグラフである。

【図7】第１実施形態の生体情報計測装置に備えられる積層膜を模式的に図示する断面図である。

【図8】第１実施形態の生体情報計測装置に備えられる赤色カラーフィルタに備えられる積層膜の分光透過率の例を示すグラフである。

【図9】第１実施形態の生体情報計測装置に備えられる緑色カラーフィルタ及び青色カラーフィルタに備えられる積層膜の分光透過率の例を示すグラフである。

【図10】第１実施形態の生体情報計測装置に備えられる赤色画素（ＲＥ）、緑色画素（ＧＲ）、青色画素（ＢＵ）及び赤外画素（ＩＲ）の分光感度の例を示すグラフである。

【図11】第１実施形態の生体情報計測装置の製造の流れを示すフローチャートである。

【図12】第１実施形態の変形例の生体情報計測装置に備えられる緑色画素及び青色画素を模式的に図示する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0009】

１ 第１実施形態
１．１ 生体情報計測装置
図１は、第１実施形態の生体情報計測装置のブロック図である。

【0010】

図１に図示される第１実施形態の生体情報計測装置１は、生体１１から到来した光１２を受光し、受光した光１２から生体情報を計測する。生体情報計測装置１は、生体情報を非侵襲的に計測する。

【0011】

生体１１は、生物の体である。当該生物は、酸化ヘモグロビンを含む血液を循環させる循環器を有する生物等である。当該循環器を有する生物は、人等である。

【0012】

計測される生体情報は、生体１１の状態を示す情報である。当該情報は、容積脈波、容積脈波から推定される心拍数、容積脈波から推定される血圧等である。容積脈波は、血液が流れる血管が拡張及び収縮を交互に繰り返すことにより生体１１の皮膚により反射される光の強度がわずかに変動することにより発生する。

【0013】

血管が拡張及び収縮を交互に繰り返すことによる光の強度の変動は非常に微小である。このため、容積脈波の振幅は、小さい。このため、容積脈波の測定は、体動、光源の変動、個体差が大きいメラニンによる光の吸収等に起因するノイズの影響を受ける。このため、脈波を高い精度で測定することは、一般的には困難である。生体情報計測装置１は、この問題を解消して脈波等の生体情報を高い精度で計測する。

【0014】

図１に示されるように、生体情報計測装置１は、モジュール２１及び信号処理部２２を備える。

【0015】

モジュール２１は、生体１１から到来した光１２を受光し、受光した光１２に応じた信号群１３を生成する。

【0016】

信号処理部２２は、生成された信号群１３を処理して生体情報を取得する。

【0017】

１．２ モジュール
図２は、第１実施形態の生体情報計測装置に備えられるモジュールを模式的に図示する断面図である。

【0018】

図２に図示されるように、モジュール２１は、レンズ３１、カラーフィルタアレイ３２、固体撮像素子３３及び支持部材３４を備える。

【0019】

モジュール２１においては、レンズ３１、カラーフィルタアレイ３２、固体撮像素子３３及び支持部材３４が一体化される。

【0020】

レンズ３１は、生体１１から到来した光１２を固体撮像素子３３へ導く。レンズ３１は、光１２を固体撮像素子３３上に結像させて固体撮像素子３３上に生体１１の像を形成する。モジュール２１が、レンズ３１に代えて又はレンズ３１に加えて、レンズ３１以外の光学素子を備えてもよい。例えば、モジュール２１が、プリズム、ミラー、フィルタ等を備えてもよい。レンズ３１がカラーフィルタアレイ３２及び固体撮像素子３３と一体化されなくてもよい。生体情報計測装置１が、レンズ３１を着脱可能な機構を備えてもよい。生体情報計測装置１が当該機構を備える場合は、ユーザが希望するレンズを生体情報計測装置１に装着してもよい。

【0021】

カラーフィルタアレイ３２は、レンズ３１により導かれてきた光を透過させる。カラーフィルタアレイ３２は、複数のカラーフィルタ４１を備える。複数のカラーフィルタ４１は、レンズ３１の光軸と垂直をなす面内に２次元配列される。複数のカラーフィルタ４１は、マトリクス状に配列される。複数のカラーフィルタ４１の各々は、光を透過させる。複数のカラーフィルタ４１の各々は、波長選択性を有する。

【0022】

固体撮像素子３３は、カラーフィルタアレイ３２を透過した光を受光し、受光した光に応じた信号群１３を生成する。固体撮像素子３３は、固体撮像素子３３上に形成された像に応じた信号群１３を生成する。このため、生成される信号群１３は、当該像の画像信号を構成する。固体撮像素子３３は、複数の受光素子５１を備える。複数の受光素子５１は、レンズ３１の光軸と垂直をなす面内に２次元配列される。複数の受光素子５１は、マトリクス状に配列される。複数の受光素子５１の各々は、光を受光し、受光した光に応じた信号を生成する。複数の受光素子５１の各々により生成される信号は、固体撮像素子３３により生成される信号群１３を構成する。複数のカラーフィルタ４１は、複数の受光素子５１上にそれぞれ配置される。このため、複数の受光素子５１は、複数のカラーフィルタ４１を透過した複数の光をそれぞれ受光し、受光した複数の光に応じた信号をそれぞれ生成する。固体撮像素子３３は、相補型金属酸化物半導体イメージセンサ（ＣＩＳ）である。固体撮像素子３３が、ＣＩＳ以外のイメージセンサであってもよい。例えば、固体撮像素子３３が、電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージセンサであってもよい。

【0023】

図２に図示されるように、カラーフィルタアレイ３２及び固体撮像素子３３は、画素アレイ６１を備える。画素アレイ６１は、複数の画素７１を備える。複数の画素７１は、複数の受光素子５１をそれぞれ備え、複数の受光素子５１上に配置される複数のカラーフィルタ４１をそれぞれ備える。

【0024】

支持部材３４は、レンズ３１を支持する。

【0025】

１．３ 画素
図３は、第１実施形態の生体情報計測装置に備えられる複数の画素を模式的に図示する平面図である。図４は、第１実施形態の生体情報計測装置に備えられる緑色画素及び赤外画素を模式的に図示する断面図である。図５は、第１実施形態の生体情報計測装置に備えられる赤色画素及び青色画素を模式的に図示する断面図である。

【0026】

図３、図４及び図５に図示されるように、複数の画素７１は、赤色画素７１Ｒ、緑色画素７１Ｇ、青色画素７１Ｂ及び赤外画素７１ＩＲを含む。複数の受光素子５１は、受光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ及び５１ＩＲを含む。複数のカラーフィルタ４１は、赤色カラーフィルタ４１Ｒ、緑色カラーフィルタ４１Ｇ、青色カラーフィルタ４１Ｂ及び赤外カラーフィルタ４１ＩＲを含む。

【0027】

赤色画素７１Ｒ、緑色画素７１Ｇ及び青色画素７１Ｂは、３７０ｎｍから７４０ｎｍまでの可視光の波長帯において極大となる分光感度を有する。赤外画素７１ＩＲは、赤外の波長帯において極大となる分光感度を有する。

【0028】

赤色画素７１Ｒ、緑色画素７１Ｇ、青色画素７１Ｂ及び赤外画素７１ＩＲは、周期的に配列される。赤色カラーフィルタ４１Ｒ、緑色カラーフィルタ４１Ｇ、青色カラーフィルタ４１Ｂ及び赤外カラーフィルタ４１ＩＲは、周期的に配列される。

【0029】

赤色画素７１Ｒ、緑色画素７１Ｇ、青色画素７１Ｂ及び赤外画素７１ＩＲは、受光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ及び５１ＩＲをそれぞれ備え、赤色カラーフィルタ４１Ｒ、緑色カラーフィルタ４１Ｇ、青色カラーフィルタ４１Ｂ及び赤外カラーフィルタ４１ＩＲをそれぞれ備える。赤色カラーフィルタ４１Ｒ、緑色カラーフィルタ４１Ｇ、青色カラーフィルタ４１Ｂ及び赤外カラーフィルタ４１ＩＲは、受光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ及び５１ＩＲ上に配置される。このため、赤色カラーフィルタ４１Ｒ、緑色カラーフィルタ４１Ｇ、青色カラーフィルタ４１Ｂ及び赤外カラーフィルタ４１ＩＲは、受光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ及び５１ＩＲにより受光される光９１Ｒ，９１Ｇ，９１Ｂ，９１ＩＲの光路上にそれぞれ配置される。赤色カラーフィルタ４１Ｒ、緑色カラーフィルタ４１Ｇ、青色カラーフィルタ４１Ｂ及び赤外カラーフィルタ４１ＩＲは、吸収型フィルタの波長選択性より高い波長選択性を有する。

【0030】

赤色カラーフィルタ４１Ｒ、緑色カラーフィルタ４１Ｇ、青色カラーフィルタ４１Ｂ及び赤外カラーフィルタ４１ＩＲは、互いに異なる分光透過率を有する。このため、複数のカラーフィルタ４１は、互いに異なる分光透過率を有する４種類のカラーフィルタを含む。

【0031】

赤色画素７１Ｒ、緑色画素７１Ｇ、青色画素７１Ｂ及び赤外画素７１ＩＲは、赤色カラーフィルタ４１Ｒ、緑色カラーフィルタ４１Ｇ、青色カラーフィルタ４１Ｂ及び赤外カラーフィルタ４１ＩＲの分光透過率に応じた分光感度を有する。このため、赤色画素７１Ｒ、緑色画素７１Ｇ、青色画素７１Ｂ及び赤外画素７１ＩＲは、互いに異なる分光感度を有する。このため、複数の画素７１は、互いに異なる分光感度を有する４種類の画素を含む。

【0032】

互いに異なる分光透過率を有するカラーフィルタの種類の数が、３以下又は５以上であってもよい。このため、互いに異なる分光感度を有する画素の種類の数が、３以下又は５以上であってもよい。複数のカラーフィルタ４１の全部が、同じ分光透過率を有してもよい。このため、複数の画素７１の全部が、同じ分光感度を有してもよい。

【0033】

赤色カラーフィルタ４１Ｒは、赤色（Ｒ）の光を選択的に透過させる。緑色カラーフィルタ４１Ｇは、緑色（Ｇ）の光を選択的に透過させる。青色カラーフィルタ４１Ｂは、青色（Ｂ）の光を選択的に透過させる。赤外カラーフィルタ４１ＩＲは、赤外（ＩＲ）の光を選択的に透過させる。このため、赤色画素７１Ｒは、赤色の光に対して高い感度を有する。緑色画素７１Ｇは、緑色の光に対して高い感度を有する。青色画素７１Ｂは、青色の光に対して高い感度を有する。赤外画素７１ＩＲは、赤外の光に対して高い感度を有する。

【0034】

上述したように、複数の画素７１に含まれる、互いに異なる分光感度を有する画素の種類の数は、３以下であってもよい。このため、複数の画素７１に含まれる、互いに異なる分光感度を有する画素は、赤色画素７１Ｒ及び赤外画素７１ＩＲのみであってもよく、赤色画素７１Ｒ及び緑色画素７１Ｇのみであってもよい。

【0035】

１．４ カラーフィルタの波長選択性の向上
図６は、酸化ヘモグロビン、ヘモグロビン、並びにメラニンの一種であるユーメラニン及びフェオメラニンの分光モル吸光係数を示すグラフである。当該グラフにおいては、横軸に波長がとられており、縦軸にモル吸光係数がとられている。

【0036】

容積脈波は、主に、血管を流れる血液に含まれる酸化ヘモグロビンによる光の吸収が時間変化することにより生じる。図６に示されるように、酸化ヘモグロビンの吸収係数は、４００ｎｍの付近の波長帯及び５３０から５９０ｎｍまでの波長帯において大きくなり６２０ｎｍから７４０ｎｍまでの波長帯において小さくなる。このため、容積脈波を高い精度で計測するためには、酸化ヘモグロビンの吸収係数が大きくなる４００ｎｍの付近の波長帯又は５３０から５９０ｎｍまでの波長帯に属する波長を有する光から容積脈波を取得することが望まれる。ただし、図６に示されるように、４００ｎｍの付近の波長帯においては、メラニンの吸収係数も大きくなるため、容積脈波を高い精度で計測するためには、メラニンの吸収係数が小さくなる５３０から５９０ｎｍまでの波長帯に属する波長を有する光から容積脈波を取得することがより望まれる。

【0037】

人の視感度特性に対して最適化された分光感度を有する赤色画素、緑色画素及び青色画素を備える固体撮像素子においては、酸化ヘモグロビンの吸収係数が大きくなる波長帯において高い感度を有する画素は、緑色画素である。このため、当該固体撮像素子により生成された信号群から容積脈波が取得される場合は、緑色画素により生成される信号から容積脈波が取得される。しかし、緑色画素の分光感度がなだらかなピークを有する場合は、緑色画素は、酸化ヘモグロビンの吸収係数が小さくなる波長帯においても高い感度を有する。このため、緑色の画素の分光感度がなだらかなピークを有する場合は、容積脈波を高い精度で計測することができない。

【0038】

生体情報計測装置１は、この問題に鑑みて、緑色画素７１Ｇ及び青色画素７１Ｂが、酸化ヘモグロビンの吸収係数が大きくなる波長帯において高い感度を有し、当該波長帯以外の波長帯において高い感度を有さないようにするために、緑色カラーフィルタ４１Ｇ及び青色カラーフィルタ４１Ｂの波長選択性を高くする。これにより、生体情報計測装置１は、容積脈波を高い精度で計測する。

【0039】

上述したように、容積脈波の振幅は、小さい。このため、容積脈波の測定は、体動、光源の変動、個体差が大きいメラニンによる光の吸収等に起因するノイズの影響を受ける。このため、容積脈波を高い精度で計測するためには、酸化ヘモグロビンの吸収係数が小さくなる波長帯に属する波長を有する光を用いて容積脈波からノイズを除去することが望まれる。

【0040】

人の視感度特性に対して最適化された分光感度を有する赤色画素、緑色画素及び青色画素を備える固体撮像素子においては、酸化ヘモグロビンの吸収係数が小さくなる波長帯において高い感度を有する画素は、緑色画素以外の画素であり、特に赤色画素である。このため、当該固体撮像素子により生成された信号群から容積脈波が取得される場合は、緑色画素以外の画素により生成される信号を用いて容積脈波からノイズが除去される。しかし、緑色画素以外の画素の分光感度がなだらかなピークを有する場合は、緑色画素以外の画素は、酸化ヘモグロビンの吸収係数が大きくなる波長帯においても高い感度を有する。このため、緑色画素以外の画素の分光感度がなだらかなピークを有する場合は、容積脈波からノイズが除去される際に、容積脈波が相殺される。このため、緑色の画素以外の画素の分光感度がなだらかなピークを有する場合は、容積脈波を高い精度で計測することができない。

【0041】

生体情報計測装置１は、この問題に鑑みて、赤色画素７１Ｒが、酸化ヘモグロビンの吸収係数が小さくなる波長帯において高い感度を有し、当該波長帯以外の波長帯において高い感度を有しないようにするために、赤色カラーフィルタ４１Ｒの波長選択性を高くする。これにより、生体情報計測装置１は、容積脈波からノイズを適切に除去する。

【0042】

１．５ カラーフィルタの構造
図５に図示されるように、赤色カラーフィルタ４１Ｒは、積層膜８１Ｒを備える。

【0043】

積層膜８１Ｒは、吸収型フィルタの波長選択性より高い波長選択性を有する干渉型フィルタである。このため、積層膜８１Ｒは、高い波長選択性を有する。

【0044】

積層膜８１Ｒは、受光素子５１Ｒ上に配置される。このため、積層膜８１Ｒは、受光素子５１Ｒにより受光される光９１Ｒの光路上に配置される。このため、受光素子５１Ｒは、積層膜８１Ｒを透過した光９１Ｒを受光し、受光した光９１Ｒに応じた信号を生成する。

【0045】

図４に図示されるように、緑色カラーフィルタ４１Ｇは、吸収型フィルタ８２Ｇ及び積層膜８１Ｇを備える。

【0046】

吸収型フィルタ８２Ｇは、緑色の光以外の光を吸収し、緑色の光を選択的に透過させる。

【0047】

積層膜８１Ｇは、干渉型フィルタである。このため、積層膜８１Ｇは、特定の波長を有する光以外の光を吸収又は反射し、特定の波長を有する光を選択的に透過させる。積層膜８１Ｇは、吸収型フィルタ８２Ｇの波長選択性より高い波長選択性を有する。このため、積層膜８１Ｇは、吸収型フィルタ８２Ｇを透過した光の波長範囲より狭い波長範囲を有する光を透過させる。

【0048】

積層膜８１Ｇは、受光素子５１Ｇ上に配置される。吸収型フィルタ８２Ｇは、積層膜８１Ｇ上に配置される。このため、積層膜８１Ｇ及び吸収型フィルタ８２Ｇは、受光素子５１Ｇにより受光される光９１Ｇの光路上に配置される。このため、受光素子５１Ｇは、吸収型フィルタ８２Ｇ及び積層膜８１Ｇを透過した光９１Ｇを受光し、受光した光９１Ｇに応じた信号を生成する。

【0049】

図５に図示されるように、青色カラーフィルタ４１Ｂは、吸収型フィルタ８２Ｂ及び積層膜８１Ｂを備える。

【0050】

吸収型フィルタ８２Ｂは、青色の光以外の光を吸収し、青色の光を選択的に透過させる。

【0051】

積層膜８１Ｂは、干渉型フィルタである。このため、積層膜８１Ｂは、特定の波長を有する光以外の光を吸収又は反射し、特定の波長を有する光を選択的に透過させる。積層膜８１Ｂは、吸収型フィルタ８２Ｂの波長選択性より高い波長選択性を有する。このため、積層膜８１Ｂは、吸収型フィルタ８２Ｂを透過した光の波長範囲より狭い波長範囲を有する光を透過させる。

【0052】

積層膜８１Ｂは、受光素子５１Ｂ上に配置される。吸収型フィルタ８２Ｂは、積層膜８１Ｂ上に配置される。このため、積層膜８１Ｂ及び吸収型フィルタ８２Ｂは、受光素子５１Ｂにより受光される光９１Ｂの光路上に配置される。このため、受光素子５１Ｂは、吸収型フィルタ８２Ｂ及び積層膜８１Ｂを透過した光９１Ｂを受光し、受光した光９１Ｂに応じた信号を生成する。

【0053】

図４に図示されるように、赤外カラーフィルタ４１ＩＲは、吸収型フィルタ８２ＩＲを備える。

【0054】

吸収型フィルタ８２ＩＲは、受光素子５１ＩＲ上に配置される。このため、吸収型フィルタ８２ＩＲは、受光素子５１ＩＲにより受光される光９１ＩＲの光路上に配置される。このため、受光素子５１ＩＲは、吸収型フィルタ８２ＩＲを透過した光９１ＩＲを受光し、受光した光９１ＩＲに応じた信号を生成する。

【0055】

吸収型フィルタ８２ＩＲは、赤外の光以外の光を吸収し、赤外の光を選択的に透過させる。

【0056】

積層膜８１Ｒ，８１Ｇ及び８１Ｂは、無機物からなる。吸収型フィルタ８２Ｇ，８２Ｂ及び８２ＩＲは、有機物及び無機物からなる群より選択される少なくとも１種からなる。

【0057】

カラーフィルタアレイ３２は、平坦化膜１０１及び１０２を備える。モジュール２１は、マイクロレンズ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ及び４２ＩＲを備える。

【0058】

平坦化膜１０１は、複数の画素７１上に配置される。平坦化膜１０１は、複数の画素７１上の全体に広がる。平坦化膜１０１は、平坦な上面を有する。積層膜８１Ｒ，８１Ｇ及び８１Ｂは、当該上面上に配置される。

【0059】

平坦化膜１０２は、平坦化膜１０１並びに積層膜８１Ｒ，８１Ｇ及び８１Ｂに重ねて複数の画素７１上に配置される。平坦化膜１０１は、複数の画素７１上の全体に広がる。平坦化膜１０２は、平坦な上面を有する。吸収型フィルタ８２Ｇ，８２Ｂ及び８２ＩＲは、当該上面上に配置される。平坦化膜１０２は、積層膜８１Ｒ，８１Ｇ及び８１Ｂと吸収型フィルタ８２Ｇ，８２Ｂ及び８２ＩＲとの間に配置される。このため、平坦化膜１０２は、積層膜８１Ｒ，８１Ｇ及び８１Ｂと吸収型フィルタ８２Ｇ，８２Ｂ及び８２ＩＲとを互いに隔てるスペーサ部材となる。

【0060】

マイクロレンズ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ及び４２ＩＲは、赤色カラーフィルタ４１Ｒ、緑色カラーフィルタ４１Ｇ、青色カラーフィルタ４１Ｂ及び赤外カラーフィルタ４１ＩＲ上にそれぞれ配置される。

【0061】

光９１Ｒ，９１Ｇ，９１Ｂ及び９１ＩＲは、マイクロレンズ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ及び４２ＩＲをそれぞれ透過し、平坦化膜１０１及び１０２を透過する。

【0062】

１．６ 積層膜の構造
図４及び図５に図示されるように、生体情報計測装置１は、複数の積層膜８１Ｒ，８１Ｇ及び８１Ｂを備え、複数の受光素子５１Ｒ，５１Ｇ及び５１Ｂを備える。複数の受光素子５１Ｒ，５１Ｇ及び５１Ｂは、複数の積層膜８１Ｒ，８１Ｇ及び８１Ｂを透過した光９１Ｒ，９１Ｇ及び９１Ｂをそれぞれ受光し、光９１Ｒ，９１Ｇ及び９１Ｂに応じた信号をそれぞれ生成する。複数の積層膜８１Ｒ，８１Ｇ及び８１Ｂは、互いに異なる波長選択性を有する。

【0063】

図７は、第１実施形態の生体情報計測装置に備えられる積層膜を模式的に図示する断面図である。

【0064】

図７に図示されるように、積層膜８１Ｒ，８１Ｇ及び８１Ｂの各積層膜８１は、複数の層１１１を備える。

【0065】

複数の層１１１は、互いに異なる屈折率を有する２種の層１２１及び１２２を含む。複数の層１１１は、積層される。これにより、各積層膜８１は、透過させる光を２種の層１２１及び１２２の界面において反射し、反射した光を互いに干渉させる。これにより、各積層膜８１は、特定の波長帯に属する光を透過させ、特定の波長帯に属する光をほとんど透過させない。これにより、各積層膜８１は、高い波長選択性を有する。複数の層１１１が、互いに異なる屈折率を有する３種以上の層を含んでもよい。

【0066】

複数の層１１１の各々は、２０ｎｍ以上及び５００ｎｍ以下の厚さを有する。複数の層１１１は、望ましくは、５層以上の層である。これらにより、高い波長選択性を有する積層膜８１を得ることが容易になる。複数の層１１１の数の上限は制限されないが、複数の層１１１は、例えば、３０層以下の層である。

【0067】

各積層膜８１の波長選択性は、各積層膜８１に備えられる複数の層１１１の厚さ及び数の組み合わせに依存する。また、複数の積層膜８１Ｒ，８１Ｇ及び８１Ｂは、互いに異なる波長選択性を有する。このため、複数の層１１１の厚さ及び数の組み合わせは、複数の積層膜８１Ｒ，８１Ｇ及び８１Ｂの間で異なる。

【0068】

１．７ 赤色カラーフィルタに備えられる積層膜の分光透過率
図８は、第１実施形態の生体情報計測装置に備えられる赤色カラーフィルタに備えられる積層膜の分光透過率の例を示すグラフである。当該グラフにおいては、横軸に波長がとられており、縦軸に透過率がとられている。

【0069】

図８に示されるように、積層膜８１Ｒは、６２０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の波長において極大となる分光透過率を有する。これにより、積層膜８１Ｒを備える赤色画素７１Ｒの、６２０ｎｍから７４０ｎｍまでの波長帯における感度を高くすることができる。

【0070】

酸化ヘモグロビンの吸収係数は、６２０ｎｍから７４０ｎｍまでの波長帯において小さくなる。このため、当該波長帯に属する波長を有する光からは、容積脈波をほとんど取得することができない。このため、積層膜８１Ｒを透過した光９１Ｒを受光する受光素子５１Ｒにより生成される信号は、容積脈波からノイズを除去するための参照信号として好適に用いられる。例えば、受光素子５１Ｒにより生成される信号は、積層膜８１Ｇを透過した光９１Ｇを受光する受光素子５１Ｇ又は積層膜８１Ｂを透過した光９１Ｂを受光する受光素子５１Ｂにより生成された信号から取得された容積脈波からノイズを除去するための参照信号として好適に用いられる。これにより、体動、光源の変動、個体差が大きいメラニンによる光の吸収等に起因するノイズの影響を抑制することができる。

【0071】

積層膜８１Ｒの長波長側の分光透過率は、受光素子５１Ｒに備えられるフォトダイオードの吸収係数に応じて設計される。例えば、当該フォトダイオードの量子効率が１０００ｎｍ以上の波長において十分に小さくなる場合は、図８に示されるように、積層膜８１Ｒの長波長側の分光透過率は、１０００ｎｍ未満の波長において小さくなり、１０００ｎｍ以上の波長において大きくなるように設計される。ただし、フォトダイオードの吸収係数が小さくなる波長は、固体撮像素子３３の側の条件により変化する。このため、積層膜８１Ｒの長波長側の分光透過率が大きくなる波長は、特に制限されない。

【0072】

１．８ 緑色カラーフィルタ及び青色カラーフィルタに備えられる積層膜の分光透過率
図９は、第１実施形態の生体情報計測装置に備えられる緑色カラーフィルタ及び青色カラーフィルタに備えられる積層膜の分光透過率の例を示すグラフである。当該グラフにおいては、横軸に波長がとられており、縦軸に透過率がとられている。

【0073】

図９に示されるように、積層膜８１Ｇ及び８１Ｂは、７６０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長において極小となる分光透過率を有する。これにより、積層膜８１Ｇ及び８１Ｂをそれぞれ備える緑色画素７１Ｇ及び青色画素７１Ｂの７６０ｎｍから１１００ｎｍまでの波長帯における感度を低くすることができる。

【0074】

酸化ヘモグロビンの吸収係数は、可視光の波長域において大きくなり、近赤外の波長域において小さくなる。このため、大きな振幅を有する容積脈波を取得するためには、近赤外の波長域に属する波長を有する波長成分が除去された光から容積脈波を取得することが望まれる。このため、積層膜８１Ｇ及び８１Ｂをそれぞれ透過した光を受光する受光素子５１Ｇ及び５１Ｂにより生成される信号は、容積脈波を取得するための信号として好適に用いられる。

【0075】

吸収型フィルタ８２Ｇ及び８２Ｂは、近赤外の波長域において比較的大きな透過率を有する。しかし、緑色画素７１Ｇ及び青色画素７１Ｂにおいては、近赤外の波長域において比較的大きな透過率を有する吸収型フィルタ８２Ｇ及び８２Ｂに、近赤外の波長域において小さな透過率しか有しない積層膜８１Ｇ及び８１Ｂがそれぞれ重ねられる。これにより、近赤外の波長域において低い感度しか有しない緑色画素７１Ｇ及び青色画素７１Ｂを得ることができる。

【0076】

積層膜８１Ｇ及び８１Ｂの長波長側の分光透過率は、受光素子５１Ｇ及び５１Ｂに備えられるフォトダイオードの吸収係数に応じて設計される。例えば、当該フォトダイオードの量子効率が１０００ｎｍ以上の波長において十分に小さくなる場合は、図９に示されるように、積層膜８１Ｇ及び８１Ｂの長波長側の分光透過率は、１０００ｎｍ未満の波長において小さくなり、１０００ｎｍ以上の波長において大きくなるように設計される。ただし、フォトダイオードの吸収係数が小さくなる波長は、固体撮像素子３３の側の条件により変化する。このため、積層膜８１Ｇ及び８１Ｂの長波長側の分光透過率が大きくなる波長は、特に制限されない。

【0077】

１．９ 画素の分光感度
図１０は、第１実施形態の生体情報計測装置に備えられる赤色画素（ＲＥ）、緑色画素（ＧＲ）、青色画素（ＢＵ）及び赤外画素（ＩＲ）の分光感度の例を示すグラフである。

【0078】

赤色画素７１Ｒは、図１０に示されるように、６２０ｎｍから７４０ｎｍまでの波長帯においてのみ高い感度を有する。これにより、赤色画素７１Ｒにより生成される信号は、容積脈波からノイズを除去するための参照信号として好適に用いられる

【0079】

緑色画素７１Ｇ及び青色画素７１Ｂは、図１０に示されるように、酸化ヘモグロビンの吸収係数の高い可視光域で高い感度を有し、酸化ヘモグロビンの吸収係数の低い７６０ｎｍから１１００ｎｍまでの波長帯において低い感度しか有しない。これにより、緑色画素７１Ｇ及び青色画素７１Ｂにより生成される信号は、大きな振幅を有する容積脈波を取得するための信号として好適に用いられる。

【0080】

これらにより、カラーフィルタアレイ３２及び固体撮像素子３３は、容積脈波等の生体情報の計測に好適に用いられる固体撮像素子を構成する。当該固体撮像素子を生体情報計測装置１に組み込むことにより、大きな振幅を有する容積脈波を取得するのに好適な信号を生成することができ、体動、光源の変動、個体差が大きいメラニンによる光の吸収等に起因するノイズを除去するのに適した参照信号を生成することができる。その結果として、容積脈波を高い精度で計測することができ、容積脈波から心拍数、血圧等を高い精度で推定することができる。

【0081】

１．１０ 生体情報計測装置の製造方法
図１１は、第１実施形態の生体情報計測装置の製造の流れを示すフローチャートである。

【0082】

第１実施形態の生体情報計測装置が製造される際には、図１１に示されるステップＳ１からＳ３までが実行される。

【0083】

ステップＳ１においては、半導体基板に複数の受光素子５１が形成される。これにより、固体撮像素子３３が製造される。

【0084】

続くステップＳ２においては、複数の受光素子５１を覆うように半導体基板上に絶縁膜が形成される。

【0085】

続くステップＳ３においては、複数の受光素子５１にそれぞれ対応する複数のカラーフィルタ４１が絶縁膜上に形成される。形成される複数のカラーフィルタ４１は、少なくとも６２０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の波長において極大となる分光透過率又は少なくとも７６０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長において極小となる分光透過率を有する光学フィルタを含む。少なくとも６２０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の波長において極大となる分光透過率を有する光学フィルタは、積層膜８１Ｒである。少なくとも７６０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長において極小となる分光透過率を有する光学フィルタは、積層膜８１Ｇ及び８１Ｂである。

【0086】

１．１０ 変形例
図１２は、第１実施形態の変形例の生体情報計測装置に備えられる緑色画素及び青色画素を模式的に図示する断面図である。

【0087】

変形例においては、受光素子５１Ｇ及び５１Ｂがそれぞれ互いに隣接する第１及び第２の受光素子であり、光９１Ｇ及び光９１Ｂがそれぞれ第１及び第２の光であり、吸収型フィルタ８２Ｇ及び８２Ｂがそれぞれ互いに隣接する第１及び第２の吸収型フィルタであり、受光素子５１Ｇ及び５１Ｂにより生成される信号がそれぞれ第１及び第２の信号である。

【0088】

受光素子５１Ｇ及び５１Ｂは、互いに隣接する。このため、緑色画素７１Ｇ及び青色画素７１Ｂも、互いに隣接する。

【0089】

カラーフィルタアレイ３２は、受光素子５１Ｇ及び５１Ｂに共通の積層膜８１ＧＢを備える。

【0090】

受光素子５１Ｇは、吸収型フィルタ８２Ｇ及び共通の積層膜８１ＧＢを透過した光９１Ｇを受光し、受光した光９１Ｇに応じた信号を生成する。受光素子５１Ｂは、吸収型フィルタ８２Ｂ及び共通の積層膜８１ＧＢを透過した光９１Ｂを受光し、受光した光９１Ｂに応じた信号を生成する。

【0091】

これらにより、緑色画素７１Ｇ及び青色画素７１Ｂの境界の付近まで共通の積層膜８１ＧＢの有効領域を広げることができる。

【0092】

１．１１ 生体情報計測装置による生体情報の計測の手順
生体情報計測装置１が生体情報を計測する際には、モジュール２１が、生体１１から到来した光１２を受光し、受光した光により形成される生体１１の像に応じた信号群１３を生成する。これにより、モジュール２１は、生体１１を撮像する。モジュール２１は、生体１１を撮像することにより得られる画像に生体１１の皮膚が写った領域が含まれるように生体１１を撮像する。例えば、モジュール２１は、当該画像に顔、手等が写った領域が含まれるように生体１１を撮像する。

【0093】

続いて、信号処理部２２が、当該領域を撮像した赤色画素７１Ｒ、緑色画素７１Ｇ、青色画素７１Ｂ及び赤外画素７１ＩＲによりそれぞれ生成された第１の信号、第２の信号、第３の信号及び第４の信号に対して信号処理を行う。行われる信号処理は、生成された第１の信号、第２の信号、第３の信号及び第４の信号の各々を平均化する信号処理を含む。行われる信号処理が、生成された第１の信号、第２の信号、第３の信号及び第４の信号の各々を平均化する信号処理以外の信号処理を含んでもよい。例えば、行われる信号処理が、生成された第１の信号、第２の信号、第３の信号及び第４の信号の各々の中央値を取得する処理を含んでもよい。

【0094】

信号処理部２２は、信号処理が行われた第１の信号、第２の信号、第３の信号及び第４の信号に対して数値処理を行って容積脈波からノイズを除去する。除去されるノイズは、体動、光源の変動、個体差が大きいメラニンによる光の吸収等に起因する。行われる信号処理は、信号処理が行われた第１の信号、第２の信号、第３の信号及び第４の信号に係数を乗じることを含み、係数を乗じることにより得られる信号に対して足し算及び引き算を組み合わせた演算を行うことを含む。数値処理の途上で、演算を容易にするために、信号の対数をとる処理が行われてもよい。

【0095】

信号処理部２２は、数値処理を行うことにより得た信号を時系列で配列する。これにより、信号処理部２２は、容積脈波の波形を取得することができる。

【0096】

本開示は、上記実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えてもよい。

【符号の説明】

【0097】

１ 生体情報計測装置、１１ 生体、１２ 光、１３ 信号群、２１ モジュール、２２ 信号処理部、３１ レンズ、３２ カラーフィルタアレイ、３３ 固体撮像素子、３４ 支持部材、４１ カラーフィルタ、４１Ｒ 赤色カラーフィルタ、４１Ｇ 緑色カラーフィルタ、４１Ｂ 青色カラーフィルタ、４１ＩＲ 赤外カラーフィルタ、５１ 受光素子、５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ，５１ＩＲ 受光素子、６１ 画素アレイ、７１ 画素、７１Ｒ 赤色画素、７１Ｇ 緑色画素、７１Ｂ 青色画素、７１ＩＲ 赤外画素、８１，８１Ｒ，８１Ｇ，８１Ｂ 積層膜、８２Ｇ，８２Ｂ 吸収型フィルタ、８２ＩＲ 吸収型フィルタ、９１Ｒ，９１Ｇ，９１Ｂ，９１ＩＲ 光、１０１，１０２ 平坦化膜、１１１，１２１，１２２ 層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】