CN112912984A - 光学传感器装置 - Google Patents

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Abstract

光学传感器装置具备基板、受光元件、发光元件、第1透明基板和第2透明基板。基板具有第1开口部、和被配置为与第1开口部空出间隔的第2开口部。受光元件位于第1开口部。发光元件位于第2开口部，并且被配置为与受光元件空出间隔。第1透明基板位于基板的上表面，封堵第1开口部以及第2开口部并与基板接合。第2透明基板位于第1透明基板的上表面。

Description

光学传感器装置
技术领域
本公开涉及光学传感器装置。
背景技术
要求能够简单且高速地对血流等生物体信息或者在半导体装置等中流动的流体的状态进行测定的测量传感器等光学传感器装置。例如，血流能够利用光的多普勒效应来测量。如果向血液照射光，则光被红血球等血球细胞散射。可根据照射光的频率和散射光的频率来计算血球细胞的移动速度。能够测量血流等的光学传感器装置例如在日本特开2011-134463号公报(专利文献1)中被公开。
然而，在专利文献1所公开的光学传感器装置中，例如在血液的情况下，从发光元件发出的光照在至少两种物体上，并反射两种光。对象物体的一种是血管，另一种是血液。此时，在由受光元件检测该两种被反射的光时，有可能由血管反射的光的强度变强，并且由作为测定对象的血液反射的光的强度变弱。
发明内容
本公开的一个实施方式涉及的光学传感器装置具备基板、受光元件、发光元件、第1透明基板和第2透明基板。基板具有第1开口部、和被配置为与第1开口部空出间隔的第2开口部。受光元件位于第1开口部。发光元件位于第2开口部，并且被配置为与受光元件空出间隔。第1透明基板位于基板的上表面，封堵第1开口部以及第2开口部并与基板接合。第2透明基板位于第1透明基板的上表面。
附图说明
图1是示出本公开的第1实施方式涉及的光学传感器装置的立体图。
图2是示出本公开的第1实施方式涉及的光学传感器装置的分解立体图。
图3是示出本公开的第1实施方式涉及的光学传感器装置的剖视图。
图4是示出本公开的第1实施方式涉及的光学传感器装置的参数的剖视图。
图5是示出与本公开的第1实施方式相关的另一方式涉及的光学传感器装置的剖视图。
图6是示出与本公开的第1实施方式相关的另一方式涉及的光学传感器装置的剖视图。
图7是示出与本公开的第1实施方式相关的另一方式涉及的光学传感器装置的剖视图。
图8是示出与本公开的第1实施方式相关的另一方式涉及的光学传感器装置的剖视图。
图9是示出与本公开的第1实施方式相关的另一方式涉及的光学传感器装置的剖视图。
图10是示出与本公开的第1实施方式相关的另一方式涉及的光学传感器装置的剖视图。
图11是示出本公开的第2实施方式以及第3实施方式涉及的光学传感器装置的立体图。
图12是示出本公开的第2实施方式以及第3实施方式涉及的光学传感器装置的分解立体图。
图13是示出本公开的第2实施方式涉及的光学传感器装置的剖视图。
图14是示出与本公开的第2实施方式相关的另一方式涉及的光学传感器装置的参数的剖视图。
图15是示出本公开的第2实施方式涉及的光学传感器装置的俯视图。
图16是示出本公开的第2实施方式涉及的光学传感器装置的俯视图。
图17是示出本公开的第3实施方式涉及的光学传感器装置的剖视图。
图18是示出与本公开的第3实施方式相关的另一方式涉及的光学传感器装置的剖视图。
图19是示出与本公开的第3实施方式相关的另一方式涉及的光学传感器装置的剖视图。
图20是示出与本公开的第3实施方式相关的另一方式涉及的光学传感器装置的剖视图。
图21是示出本公开的第3实施方式涉及的光学传感器装置的俯视图。
图22是示出本公开的第3实施方式涉及的光学传感器装置的俯视图。
具体实施方式
在图1～图22中，光学传感器装置1具备基板2、第1透明基板3、遮光膜4、发光元件5、受光元件6和第2透明基板8。
基板2在俯视下也可以为矩形形状，并层叠多个电介质层而形成。基板2例如在俯视下大小为0.5mm～5mm，厚度为0.5mm～5mm。关于基板2，例如既可以是电介质层包含陶瓷材料，也可以是电介质层包含有机材料。
在基板2是基于陶瓷材料的布线基板(陶瓷布线基板)的情况下，在包含陶瓷材料的电介质层形成连接焊盘、内部布线、信号布线等各导体。
作为由陶瓷布线基板使用的陶瓷材料，例如可举出氧化铝质烧结体、莫来石质烧结体、碳化硅质烧结体、氮化铝质烧结体、氮化硅质烧结体或玻璃陶瓷烧结体等。
此外，在基板2是基于有机材料的布线基板(有机布线基板)的情况下，在包含有机材料的绝缘层形成后述的信号布线等布线导体。有机布线基板由多个有机电介质层形成。关于有机布线基板，例如印刷布线基板、增层布线基板或柔性布线基板等电介质层只要包含有机材料即可。作为由有机布线基板使用的有机材料，例如可举出环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、苯酚树脂或氟系树脂等。
此外，在该基板2设置有至少两个成为开口部的凹部，两个凹部之中的一个是收容受光元件6的第1开口部21，两个凹部之中的另一个是收容发光元件5的第2开口部22。第1开口部21以及第2开口部22设置为在基板2的相同的主面(基板2的第1面)21开口。
本公开的实施方式涉及的光学传感器装置1适合使用于利用光的多普勒效应来测量血流等流体的流动的测量传感器。为了利用光的多普勒效应，测量传感器具备向被测量物体照射光的发光元件5、和对由被测量物体散射的光进行接受的受光元件6。特别地，在测量血流的情况下，例如从外部向手指等身体的一部分照射光，并对由在皮肤下的血管中流动的血液所包含的血球细胞散射的光进行接受，根据频率的变化来测定血流。因而，在光学传感器装置1中，基于照射光与散射光的位置关系，以给定的间隔来配置发光元件5和受光元件6。根据与受光元件6以及发光元件5的位置关系来设置第1开口部21以及第2开口部22。
第1开口部21的大小、第2开口部22的大小只要根据想要收容的受光元件6以及发光元件5的大小适当设定即可。受光元件6以及发光元件5例如是0.1mm×0.1mm×0.1mm～1.5mm×1.5mm×1.2mm。例如，在使用垂直谐振器面发光激光元件(VCSEL)作为发光元件5的情况下，关于第2开口部22的开口，其形状例如既可以是矩形也可以是正方形，关于其大小，例如纵向长度为0.3mm～2.0mm，横向长度为0.3mm～2.0mm，深度为0.3mm～1.0mm。此外，LED(Light emitting Diode，发光二极管)此外，在使用面入射光电二极管作为受光元件6的情况下，关于第1开口部21的开口，其形状例如既可以是矩形也可以是正方形，关于其大小，例如纵向长度为0.3mm～2.0mm，横向长度为0.3mm～2.0mm，深度为0.4mm～1.5mm。第1开口部21与第2开口部22之间(受光元件6与发光元件5之间)只要远离发光元件5发出的光不直接入射到受光元件6的程度即可。此外，能够通过在第1开口部21与第2开口部22之间(受光元件6与发光元件5之间)设置具有遮光性的壁，从而使第1开口部21与第2开口部22之间(受光元件6与发光元件5之间)的距离接近。此时，例如在俯视透视下，第1开口部21的中心和受光元件6的中心可以被配置为重叠，第2开口部22的中心和发光元件5的中心也可以被配置为重叠。
第1开口部21以及第2开口部22的开口形状例如既可以是圆形形状、正方形形状、矩形形状等，也可以是其他形状。此外，第1开口部21以及第2开口部22的与基板2的主面平行的剖面形状在深度方向上也可以是一样的形状，但也可以是如以下那样的带台阶的凹部：到给定的深度为止剖面形状与开口形状相同且一样，到给定的深度之后剖面形状变小并且到底部为止一样。在如本公开的一个实施方式那样是带台阶的凹部的情况下，在第1开口部21的底部设置用于安装受光元件6的安装区域，在第2开口部22的底部设置用于安装发光元件5的安装区域。此外，在台阶表面设置用于与发光元件5或受光元件6电连接的连接焊盘。
此外，也可以在基板2设置信号布线，该信号布线与发光元件5或受光元件6电连接，传输向发光元件5输入的电信号，并传输从受光元件6输出的电信号。该信号布线也可以包括与发光元件5或受光元件6连接的连接构件即焊丝、连接焊丝的连接焊盘、与连接焊盘电连接且从连接焊盘的正下方延伸到基板2的下表面(基板2的第2面)为止的过孔导体、和与过孔导体电连接的外部连接端子。外部连接端子设置在基板2的下表面，并通过焊料等端子连接材料与安装具备光学传感器装置1的测量传感器的外部安装基板的连接端子电连接。
外部连接端子也可以为了使与焊料等接合材料的润湿性提高，并使耐腐蚀性提高，而例如通过镀敷法依次被覆厚度为0.5μm～10μm的镍层和厚度为0.5μm～5μm的金层。
第1透明基板3覆盖基板2的上表面(基板2的第1面)，并通过接合材料与基板2的第1面接合。通过第1透明基板3封堵收容了受光元件6以及发光元件5的第1开口部21以及第2开口部22，从而进行密封。第1透明基板3是包含绝缘材料的板状构件，只要由具有光透射性以使得从收容在第2开口部22的发光元件5射出的光透射，并且收容在第1开口部21的受光元件6所接受的光透射的材料构成即可。
发光元件5能够使用VCSEL等半导体激光元件，受光元件6能够使用硅光电二极管、GaAs光电二极管、InGaAs光电二极管、锗光电二极管等各种光电二极管。发光元件5以及受光元件6只要根据被测量物体的种类、测量的参数的种类等来适当选择即可。
在测定血流的情况下，例如为了利用光的多普勒效应来测定，作为是发光元件5的VCSEL，只要能够射出波长为850nm的激光即可。在进行其他测定的情况下，只要选择射出与测定目的相应的波长的激光的发光元件5即可。受光元件6只要在所接受的光与从发光元件5射出的激光相比没有波长的变化的情况下，能够接受发光元件5的射出光即可，在有波长的变化的情况下，只要能够接受变化后的波长的光即可。
发光元件5以及受光元件6和连接焊盘在本实施方式中例如由焊丝32电连接，但也可以是倒装芯片连接、凸块连接、使用各向异性导电膜的连接等其他连接方法。
此外，第1透明基板3需要透射向被测量物体的照射光以及来自被测量物体的散射光。照射光以及散射光的特性由搭载的发光元件决定，因而只要至少构成为搭载的发光元件所射出的光透射即可。只要由针对从发光元件射出的光的波长，具有该波长的光的透射率为70％以上、优选为90％以上的透射率的绝缘材料来构成第1透明基板3即可。
第1透明基板3例如使用蓝宝石等透明陶瓷材料、玻璃材料或树脂材料等，以作为绝缘材料。作为玻璃材料，能够使用硼硅酸玻璃、结晶化玻璃、石英、钠玻璃等。作为树脂材料，能够使用聚碳酸酯树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂等。此外，第1透明基板3在俯视下，例如是矩形形状，大小为0.5mm×1mm～5mm×5mm。此外，厚度为0.5mm～5mm。
此外，接合材料将基板2和第1透明基板3接合。更详细地，在外周部分将基板2的上表面和第1透明基板3的下表面接合。接合材料被设置为沿着基板2的上表面的环状，是用于确保基板2的第1开口部21以及第2开口部22内的气密性以及水密性的密封材。收容在第1开口部21以及第2开口部22的受光元件6以及发光元件5均不防水，为了防止来自外部的水分的进入，接合材料被设置为无断点的环状。
进一步地，接合材料也可以具有遮光性。通过接合材料具有遮光性，能够使来自外部的光穿过基板2与第1透明基板3之间并进入到第1开口部21内、第2开口部22内的情形减少。
接合材料所具有的遮光性也可以是基于光的吸收的遮光性。从防止来自外部的光的进入的观点出发，也可以是基于反射的遮光性，但存在在测量传感器的内部产生的杂散光由接合材料反射并进一步被受光元件接受的担扰。如果接合材料是吸收光的材料，则能够吸收来自外部的光从而防止其进入，并且还吸收在内部产生的杂散光。
关于接合材料，作为这样的具有基于光的吸收的遮光性的材料，例如可使光吸收性材料分散在具有基板2和第1透明基板3的接合性的环氧树脂、导电性硅酮树脂等树脂系粘接剂中而获得。作为光吸收材料，例如能够使用无机颜料。作为无机颜料，例如能够使用碳黑等碳系颜料、钛黑等氮化物系颜料、Cr-Fe-Co系、Cu-Co-Mn系、Fe-Co-Mn系、Fe-Co-Ni-Cr系等金属氧化物系颜料等。此外，接合材料也可以包含焊料等金属材料。例如，能够使用Sn-Ag、Sn-Ag-Cu、Au-Sn、Au-Sn-Ag、Au-Si等钎焊材料。
也可以在第1透明基板3的下表面具有遮光膜4。遮光膜4例如通过对Cr、Ti、Al、Cu、Co、Ag、Au、Pd、Pt、Ru、Sn、Ta、Fe、In、Ni或者W等金属或它们的合金等金属材料进行蒸镀、溅射、烧附等来形成。遮光膜4的厚度例如是50nm～400nm。遮光膜4被配置为与发光元件5重叠。此时，所谓重叠，是指遮光膜4覆盖发光元件5的一部分的状态。遮光膜4在一部分具有贯通孔，以使得至少发光元件5发出的光以及到达受光元件6为止的反射的光穿过。遮光膜4也可以位于后述的第2透明基板8的上表面。能够使无用的散射光入射到受光元件6的情形减少。
在遮光膜4中，第1贯通孔81例如是圆形形状、矩形形状，大小为Φ50μm～Φ1mm。此外，第2贯通孔82例如是圆形形状、矩形形状，大小为Φ5μm～Φ500μm。在本公开的第1实施方式中，第2透明基板8在与第1开口部21重叠的位置具有第1贯通孔81。此外，第2透明基板8与第1贯通孔81空出间隔，在与第2开口部22重叠的位置具有第2贯通孔82。透镜9位于第1贯通孔81。
第2透明基板8位于在第1透明基板3的上表面。第2透明基板8例如能够使用蓝宝石等透明陶瓷材料、玻璃材料或树脂材料等。作为玻璃材料，能够使用硼硅酸玻璃、结晶化玻璃、石英、钠玻璃等。作为树脂材料，能够使用聚碳酸酯树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂等。此外，大小也可以是在俯视下与第1透明基板3相同的大小。厚度只要考虑到与对象物体的距离即可。
透镜9具有第1倾斜面S1。第1倾斜面S1在剖视下从发光元件5侧朝向受光元件6侧而向下方倾斜(在图3中从左侧向右侧倾斜)。换言之，在剖视下，第1倾斜面S1倾斜成随着从发光元件5侧朝向受光元件6侧而接近第1透明基板3。即，透镜的厚度从基板2的内侧朝向基板2的外侧而变厚。另外，在此所说的剖视，是在上下方向上对光学装置1进行剖视的、并且将发光元件5的中心和受光元件6的中心连结的方向上的剖面。
在本公开的实施方式涉及的光学传感器装置1中，具备具有第1倾斜面S1的透镜9。因而，能够容易使照在对象物体的表面而反射的光(参照光)全反射，并且容易使照在对象物体而反射的光(测定光)更强地入射到受光元件6。
在本公开的第2实施方式中，如图13以及图14所示，第2透明基板8的下表面在俯视下与第1开口部21重叠的位置，具有表面凹凸的第1衍射透镜91。第1衍射透镜91的凹部分和凸部分也可以从中心、特别地在俯视下与受光元件6重叠的位置朝向外侧交替地排列成同心圆状。此外，第1衍射透镜91的凸部分也可以具有朝向中心的第3倾斜面S3，该第3倾斜面S3的倾斜角度也可以相对于与第2透明基板8的厚度方向垂直的方向逐渐变大。此时，倾斜角度是相对于第2透明基板8的上表面以及下表面等平面的倾斜的角度。即，也可以是，在俯视下，从中心朝向外侧，仅凸部分、仅凹部分、或者凸部分以及凹部分交替地排列成同心圆状，凸部分以及凹部分的间隔随着朝向外侧而变窄。在同心圆状的情况下，能够使用球面透镜等。此外，还能够通过利用精细加工来对表面进行加工来制作。通过凸部分倾斜，从而能够利用第3倾斜面S3，使对象物体以外的反射光以及大于在对象物体的反射角度的反射光难以进入到受光元件6。或者，能够使全反射容易。进一步地，如果是同心圆状，则不管针对来自哪个方向的向受光元件6的入射，均能够使大于在对象物体的反射角度的反射光难以进入受光元件6，或者使全反射容易。所谓反射光，是指从发光元件5发出的光照在对象物体或者对象物体以外的任何物体上而反射的光。
此外，第2透明基板8的上表面也可以在俯视下与第2开口部22重叠的位置具有表面凹凸的第2衍射透镜92。关于第2衍射透镜92，也可以与第1衍射透镜91同样地，第2衍射透镜92的凸部分具有朝向中心的第4倾斜面，并且从中心、特别地在俯视下与发光元件5重叠的位置朝向外侧，仅凸部分、仅凹部分、或者凸部分以及凹部分交替地排列成同心圆状。此外，该第4倾斜面的倾斜角度也可以相对于与第2透明基板8的厚度方向垂直的方向而变大。即，也可以是，在俯视下，从中心朝向外侧，仅凸部分、仅凹部分、或者凸部分以及凹部分交替地成为同心圆状，并且凸部分以及凹部分的间隔随着朝向外侧而变窄。在同心圆状的情况下，能够使用球面透镜等。此外，还能够通过利用精细加工来对表面进行加工来制作。通过凸部分倾斜，从而能够在第4倾斜面聚光，从而使来自发光元件5的光容易集中照在对象物体。进一步地，如果是同心圆状，则不管针对来自哪个方向的来自发光元件5的入射，均能够使聚光容易。
在本公开的实施方式涉及的光学传感器装置1中，通过在与受光元件6重叠的位置具有第1衍射透镜91，能够使参照光等想要测量的光以外的光全反射。或者，能够使得参照光等想要测量的光以外的光的聚光位置不与受光元件6重叠。其结果是，能够使入射到受光元件6的信号光的大小相对增大。
本公开的第3实施方式涉及的发明的第2透明基板8在俯视下与第1开口部21重叠位置具有折射率互相不同的第1区域R1以及第2区域R2。另外，第1区域R1、第2区域R2等多个区域不仅包括平面，而且还包括厚度方向。在俯视下，第1区域R1以及第2区域R2也可以依次从多个区域的中心、特别地在俯视下与受光元件6重叠的位置朝向外侧而变为同心圆状。此时，在比第1区域R1以及第2区域R2靠外侧的区域也可以还配置有折射率不同的区域。进一步地，在俯视下的与第1开口部21重叠的位置处，折射率互相不同的区域也可以被配置为同心圆状。此外，也可以是，在将受光元件6和发光元件5的中心连结的方向上且在光学传感器装置1的上下方向上的剖视下，第1区域R1以及第2区域R2的边界倾斜以使得第1区域R1以及第2区域R2的下表面比上表面小，关于第2透明基板8，第2区域R2的与第1区域R1相反侧的边界的倾斜角度大于第1区域R1和第2区域R2的边界。第2透明基板8也可以具有不同的折射率的多个区域，多个区域排列成同心圆状。即，也可以是，在从下表面的俯视下，从多个区域所位于的中心朝向外侧而成为同心圆状，区域的宽度随着朝向外侧而变窄。在同心圆状的情况下，作为第2透明基板8，能够粘接球面透镜等来使用。此外，还能够通过利用精细加工进行加工来制作，该精细加工是利用激光使折射率变化等的精细加工。如果是同心圆状，则不管针对来自哪个方向的向受光元件6的入射，均能够使大于在对象物体的反射角度的反射光难以进入受光元件6，或使全反射容易。
此外，第2透明基板8在俯视下与第2开口部22重叠的位置具有折射率互相不同的第3区域R3以及第4区域R4。第3区域R3以及第4区域R4也可以依次从多个区域所位于的中心、特别地在俯视下与发光元件5重叠的位置朝向外侧而成为同心圆状。此外，也可以是，第3区域R3以及第4区域R4的边界倾斜，以使得第3区域R3以及第4区域R4的下表面大于上表面，关于第2透明基板8，第4区域R4的与第3区域R3相反侧的边界的倾斜角度大于第3区域R3和第4区域R4的边界。即，也可以是，各区域在从上表面的俯视下，从多个区域所位于的中心朝向外侧而成为同心圆状，其宽度随着朝向外侧而变窄。在同心圆状的情况下，能够粘接球面透镜等来使用。此外，还能够通过利用精细加工进行加工来制作，该精细加工是利用激光来使折射率变化等的精细加工。如果是同心圆状，则不管针对来自哪个方向的来自发光元件5的入射，均能够使聚光容易。
在本公开的实施方式涉及的光学传感器装置1中，通过在与受光元件6重叠的位置具有折射率互相不同的第1区域R1以及第2区域R2，能够使参照光等想要测量的光以外的光全反射。或者，能够使得参照光等想要测量的光以外的光的聚光位置不与受光元件6重叠。其结果是，能够使入射到受光元件6的光的大小相对增大。
<光学传感器装置的制造方法>
对光学传感器装置1的制造方法进行说明。首先，与多层布线基板的制造方法同样地制作基板2。基板2是陶瓷布线基板，在陶瓷材料是矾土的情况下，首先向矾土(Al2O3)、硅硐(SiO2)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)等原料粉末添加适当的有机溶剂、溶媒并进行混合，制成浆状，通过周知的刮刀法、压延辊法等将其成形为片状，从而获得陶瓷生片(以下，也称为生片)。之后，将生片冲压加工成给定形状，并且向钨(W)和玻璃材料等原料粉末添加有机溶剂、溶媒并进行混合，制成金属膏，在生片表面通过丝网印刷等印刷法对其进行图案印刷。此外，关于过孔导体，在生片设置贯通孔，通过丝网印刷等使金属膏填充在贯通孔。此外，成为接地导体等的金属化层通过金属膏而被形成在最表面。将如此获得的生片层叠多块，在约1600℃的温度下对其进行同时烧成，由此制作基板2。
另一方面，准备通过切削、切断等将玻璃材料切出为给定的形状的第1透明基板3。在第1透明基板3的下表面，通过蒸镀、溅射、烧附等而形成后述的遮光膜4。
另外，在上述中，过孔导体设为在基板2内沿上下方向形成为一条直线状的结构，但只要从基板2的上表面到下表面的外部连接端子为止被电连接，则也可以不是一条直线状，也可以在基板2内通过内层布线、内部接地导体层等而错开形成。
第2透明基板8能够与第1透明基板3以及透镜9等的制造方法同样地，能够使用切削加工、利用模具的压印工艺等。例如，对于切削加工，是对长方体状的透明的基板进行直接加工的方法、和将单独地制作出的透镜、斜面状玻璃埋入于进行了开孔加工的母体的基板并利用粘接材料等进行固定的方法。
<光学传感器装置的与第1实施方式有关的另一方式>
本公开的另一实施方式涉及的光学传感器装置1如后述那样，透镜9的下表面的第1倾斜面S1也可以具有使大于来自对象物体的反射光的反射光全反射的倾斜角度。根据该结构，能够使对象物体以外的光入射的情形减少，并能够增大来自对象物体的反射光的光强度，因而能够进行更正确的测定。
具体地，将从发光元件5发出的光照在作为对象物体的流体、例如血液等并反射时的反射角设为θ1，将照在覆盖对象物体的流体的物体、例如血管等的表面并反射时的反射角设为θ2的情况下，如果设：
条件1：α≥sin-1(n1/n2)-sin-1(n1/n2＊sinθ2)＝α2
条件2：α＜sin-1(n1/n2)-sin-1(n1/n2＊sinθ1)＝α1，
则只要α2≤α<α1即可。另外，α是图4所示的α。
此外，透镜9的折射率也可以大于空气的折射率。如果将其应用于之前的式子，则n1为空气的折射率，n2为透镜9的折射率，通过增大n2的折射率，能够进一步使全反射容易发生。
此外，使用图4所示的符号，作为能够增大想要测定的光的强度的各个参数如以下所示。另外，h是从被反射物到具有第1倾斜面S1的透镜9的上表面的距离，d是第2透明基板8的厚度，g是从具有第1倾斜面S1的透镜9到受光部的距离，r是受光部宽度的半值，L是从被反射物到受光部中心的水平距离，w是从具有第1倾斜面S1的透镜9的右端到受光点的水平距离，n是具有第1倾斜面S1的透镜9的折射率，而且θ、β、γ分别是角度。此时，在距离L的位置接受光的情况下的W，在α＞0°的条件下，为W＝((L-htanθ-dtanβ)(1-tanαtanγ)-gtanγ(1-tanαtanβ))/(tanα(tanγ-tanβ))。在左端、右端处，成为W1＝((L±r-htanθ-dtanβ)(1-tanαtanγ)-gtanγ(1-tanαtanβ))/(tanα(tanγ-tanβ))。
此外，在剖视下，透镜9的上表面也可以还从发光元件5侧朝向受光元件6侧而倾斜。即，透镜9也可以在上表面具有第2倾斜面S2。此时，第2倾斜面S2朝向上方而倾斜。由此，能够进一步使全反射容易。
此时，为了仅使参照光容易全反射，既可以仅使透镜9的上表面之中图5所示发光元件5侧的一部分倾斜，也可以整体倾斜。
此外，透镜9的下表面的倾斜也同样地，为了仅使参照光容易全反射，既可以仅使透镜9的下表面之中发光元件5侧的一部分倾斜，也可以整体倾斜。
此外，透镜9也可以上下对称地倾斜，此时也可以是上表面以及下表面的一部分倾斜。
<光学传感器装置的与第1实施方式有关的另一方式>
如图8所示，本公开的另一实施方式涉及的光学传感器装置1也可以在第1透明基板3的上表面，在作为与第1开口部21以及第1贯通孔81重叠的位置且透镜9的下方，安装有第1聚光透镜11。第1聚光透镜11在俯视下，例如大小为Φ20μm～Φ2mm，厚度为0.5mm～2mm。此外，第1聚光透镜11例如包含石英玻璃、硼硅酸玻璃等玻璃材料、丙烯酸、聚碳酸酯、苯乙烯、聚烯烃等树脂材料。第1聚光透镜11可以为了使从发光元件5放射的光穿过受光元件6而具有透射性。此外，第1聚光透镜11可以使用具有聚光性的凸透镜等具有使光在光轴方向上折射的性质的透镜。通过具有第1聚光透镜11，从而使作为从发光元件5照射的光的扩散光折射，以使其为集束光、准直光，由此能够使向受光元件6的光的聚光性提高。
此时，在第1透明基板3的上表面，在与第2开口部22以及第2贯通孔82重叠的位置，也可以还安装有第2聚光透镜12。第2聚光透镜12在俯视下，例如大小为Φ70μm～Φ2mm，厚度为50μm～2mm。此外，第2聚光透镜12例如包含石英玻璃、硼硅酸玻璃等玻璃材料、丙烯酸、聚碳酸酯、苯乙烯、聚烯烃等树脂材料。第2聚光透镜12可以为了使从发光元件5放射的光穿过而具有透射性。此外，第2聚光透镜12可以使用具有聚光性的凸透镜等具有使光在光轴方向上折射的性质的透镜。通过具有第2聚光透镜12，从而使从发光元件5照射的扩散光折射，并使其为集束光、准直光，由此能够使能够光的聚光性提高。
将光学传感器装置1安装在外部安装基板来使用。在外部安装基板例如还安装有控制发光元件5的发光的控制元件、根据受光元件6的输出信号来计算血流速度等的运算元件等。
在进行测定的情况下，作为被测量物体(对象物体)，在使手指的指尖与第2透明基板8的表面接触的状态下，发光元件控制电流从外部安装基板经由外部连接端子而输入到光学传感器装置1，通过过孔导体、连接焊盘等输入到发光元件5，并从发光元件5射出测量用的光。如果射出的光透射第1透明基板3而照射在指尖，则被血液中的血球细胞散射。如果透射第1透明基板3的散射光由受光元件6接受，则与接受量相应的电信号从受光元件6输出。输出的信号通过连接焊盘、过孔导体，并经由外部连接端子从光学传感器装置1向外部安装基板输出。
在外部安装基板中，从光学传感器装置1输出的信号被输入到运算元件，例如能够通过对受光元件6所接受的散射光的每个频率的强度进行解析，从而计算血流速度。
此外，本公开的另一实施方式涉及的光学传感器装置1也可以在第1开口部21与第2开口部22之间，第1透明基板3的下表面与基板2之间是空的。即，是指基板2在第1开口部21与第2开口部22之间具有壁，该壁具有遮光性，且没有该壁的上端的一部分的状态。通过如此这般，能够使参照光直接到达受光元件6，因而能够实现更正确的测量。
<光学传感器装置的与第2实施方式相关的另一方式>
本公开的另一实施方式涉及的光学传感器装置1也可以具有使入射角大于来自对象物体的反射光的反射光全反射的第1衍射透镜91。或者，也可以具有至少能够使得入射角大于来自对象物体的反射光的反射光的聚光位置不与受光元件6重叠的第1衍射透镜91。根据该结构，能够使由对象物体以外的物体反射的光入射到受光元件6的情形减少，并能够使来自对象物体的反射光的光强度相对增大，因而能够进行更正确的测定。
此外，也可以使第1衍射透镜91以及第2衍射透镜92为相同的形状，此外，如图13所示，也可以在上表面以及下表面使各透镜的形状以及位置相同。在这样的情况下，加工变得容易。此外，第1衍射透镜91以及第2衍射透镜92也可以是不同的形状。此时，既可以是相同的大小，也可以处于形状相同且相似的关系。
此外，第1衍射透镜91的凹部分以及凸部分也可以从第1衍射透镜91的中心朝向外侧而交替地排列。即，如图15所示，也可以是，在俯视下，第1衍射透镜91的外缘是矩形形状，并与外缘的矩形的1条边平行地形成凹凸。在该情况下也同样地，凸部分的第3倾斜面S3的倾斜角度也可以随着从受光元件6的正上方远离而变大。即，在俯视下，凹部分、凸部分、或凹部分以及凸部分的间隔随着从第1衍射透镜91的中心朝向第1衍射透镜91的外侧而变窄。由此，不管针对来自哪个方向的向受光元件6的入射，均能够使大于在对象物体的反射角度的反射光难以进入受光元件6。
也可以与第1衍射透镜91同样地，第2衍射透镜92也从中心朝向外侧排列，并成为凹凸。即，在俯视下，外缘为矩形形状，也可以与矩形的一条边平行地成为凹凸。在该情况下也同样地，凹凸的第3倾斜面S3的倾斜角度也可以随着从发光元件的正上方远离而变大。即，在俯视下，凹凸的宽度随着从中心朝向外侧而变窄。
<光学传感器装置的与第2实施方式相关的另一方式>
本公开的另一实施方式涉及的光学传感器装置1可以能够使入射角大于来自对象物体的反射光的反射光全反射。或者，能够至少使得入射角大于来自对象物体的反射光的反射光的聚光位置不与受光元件6重叠。此时，也可以具有折射率不同的第1区域R1以及第2区域R2。根据该结构，能够使对象物体以外的光入射到受光部的情形减少，能够使来自对象物体的反射光的光强度相对增大，因而能够进行更正确的测定。
此外，既可以将第1区域R1以及第3区域R3、第2区域R2以及第4区域R4分别设为相同的形状，也可以将其配置为互相对称。在这样的情况下，加工变得容易。此外，第1区域R1以及第3区域R3、第2区域R2以及第4区域R4也可以是不同的形状。
此外，第1区域R1以及第2区域R2也可以被配置为从中心朝向外侧而排列。即，如图21所示，也可以是，在俯视下外缘是矩形形状，并与矩形的一条边平行地排列。此外，第3区域R3以及第4区域R4也可以被配置为从中心朝向外侧而排列。
此外，第2区域R2的折射率也可以小于第1区域R1的折射率。在该情况下，容易在与第1区域R1以及第2区域R2的边界面处进行全反射。此外，能够容易使向受光元件6的入射降低。
另外，本公开不限定于上述的实施方式的例子，能够进行数值等的各种变形。此外，本实施方式中的各元件的安装方法等不被指定。此外，本公开涉及的各实施方式只要不对其内容引起矛盾，能够在所有方面进行组合。此外，本公开的实施方式涉及的光学传感器装置将其用途作为脉波血流传感器装置而进行了说明，但能够应用于通过发光元件以及受光元件的一对传感器元件而动作的其他装置，例如接近照度一体型传感器装置、接近传感器装置、测距传感器装置等。
符号说明
1：光学传感器装置；
2：基板；
3：第1透明基板；
4：遮光膜；
5：发光元件；
6：受光元件；
8：第2透明基板；
9：透镜；
21：第1开口部；
22：第2开口部；
81：第1贯通孔；
82：第2贯通孔；
11：第1聚光透镜；
12：第2聚光透镜；
91：第1衍射透镜；
92：第2衍射透镜；
R1：第1区域；
R2：第2区域；
R3：第3区域；
R4：第4区域；
S1：第1倾斜面；
S2：第2倾斜面；
S3：第3倾斜面。

Claims (21)

1.一种光学传感器装置，具备：
基板，具有第1开口部、和配置为与所述第1开口部空出间隔的第2开口部；
受光元件，位于所述第1开口部；
发光元件，位于所述第2开口部；
第1透明基板，位于所述基板的上表面，封堵所述第1开口部以及所述第2开口部并与所述基板接合；和
第2透明基板，位于所述第1透明基板的上表面。
2.根据权利要求1所述的光学传感器装置，其中，
所述第2透明基板具有：第1贯通孔，在俯视下配置在与所述第1开口部重叠的位置；和第2贯通孔，在俯视下与所述第1贯通孔空出间隔而配置在与所述第2开口部重叠的位置，
下表面具有第1倾斜面的透镜位于所述第1贯通孔，所述第1倾斜面在剖视下从所述发光元件侧朝向所述受光元件侧而向下方倾斜。
3.根据权利要求1所述的光学传感器装置，其中，
所述第2透明基板的下表面在俯视下在与所述第1开口部重叠的位置具有表面为凹凸的第1衍射透镜。
4.根据权利要求1所述的光学传感器装置，其中，
所述第2透明基板在俯视下在与所述第1开口部重叠的位置具有折射率互相不同的第1区域以及第2区域。
5.根据权利要求2所述的光学传感器装置，其中，
所述第1倾斜面具有使反射角度大于来自对象物体的反射光的反射光全反射的倾斜角度。
6.根据权利要求2或5所述的光学传感器装置，其中，
所述透镜的折射率大于空气的折射率。
7.根据权利要求2、5、6中任一项所述的光学传感器装置，其中，
所述透镜在剖视下在上表面具有第2倾斜面，所述第2倾斜面从所述发光元件侧朝向所述受光元件侧而向上方倾斜。
8.根据权利要求2、5～7中任一项所述的光学传感器装置，其中，
具有位于所述第1贯通孔且位于所述透镜的下方的第1聚光透镜、以及位于所述第2贯通孔的第2聚光透镜中的至少一者。
9.根据权利要求3所述的光学传感器装置，其中，
所述第2透明基板的上表面在俯视下在与所述第2开口部重叠的位置具有表面为凹凸的第2衍射透镜。
10.根据权利要求3或9所述的光学传感器装置，其中，
所述第1衍射透镜具有凹部分和凸部分，
所述凸部分具有朝向所述第1衍射透镜的中心的第3倾斜面，并且从中心朝向外侧，所述第3倾斜面的倾斜角度相对于与所述第2透明基板的下表面垂直的方向而变大。
11.根据权利要求9或10所述的光学传感器装置，其中，
所述第2衍射透镜是与所述第1衍射透镜相同的形状。
12.根据权利要求3、9～11中任一项所述的光学传感器装置，其中，
所述第1衍射透镜的凹部分和凸部分交替地排列成同心圆状。
13.根据权利要求3、9～12中任一项所述的光学传感器装置，其中，
所述第1衍射透镜的凹部分和凸部分从所述第1衍射透镜的中心朝向所述第1衍射透镜的外侧而交替地排列。
14.根据权利要求4所述的光学传感器装置，其中，
所述第2透明基板在俯视下在与所述第2开口部重叠的位置，具有折射率互相不同的第3区域以及第4区域。
15.根据权利要求4或14所述的光学传感器装置，其中，
所述第1区域在俯视下配置为与所述受光元件的中心重叠，
所述第1区域的折射率大于所述第2区域的折射率。
16.根据权利要求14或15所述的光学传感器装置，其中，
所述第3区域的折射率与所述第1区域的折射率相同，并且第4区域的折射率与所述第2区域的折射率相同。
17.根据权利要求4、14～16中任一项所述的光学传感器装置，其中，
所述第2透明基板在俯视下在与所述第1开口部重叠的位置，具有折射率互相不同的多个区域，所述多个区域在俯视下配置为同心圆状。
18.根据权利要求4、14～17中任一项所述的光学传感器装置，其中，
所述第1区域以及所述第2区域各自倾斜成下表面小于上表面。
19.根据权利要求4、14～18中任一项所述的光学传感器装置，其中，
所述第1区域以及所述第2区域各自相对于所述第2透明基板的厚度的中心是对称的形状。
20.根据权利要求4、14～19中任一项所述的光学传感器装置，其中，
所述第2透明基板的折射率从多个区域所位于的中心朝向外侧而变小。
21.根据权利要求1～20中任一项所述的光学传感器装置，其中，
还具有：遮光膜，位于所述第2透明基板的上表面。
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