JP2016096977A - Optical sensor module - Google Patents
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Abstract
Description
本実施の形態は、光学センサモジュールに関する。 The present embodiment relates to an optical sensor module.
人体にまつわる情報をセンサで取得する場合、医療現場で用いるもの、血液自体を直接測定する血糖値計以外では、動きをとらえるモーションセンサや、光を用いて情報を得る光学センサが用いられる。 When information related to the human body is acquired by a sensor, a motion sensor that captures movement and an optical sensor that obtains information using light are used other than those used in medical practice and blood glucose meters that directly measure blood itself.
脈波センサは体表面に接触する光学センサを用いて、毛細血管の血流を測定することができる。脈波センサは心臓の拍動による血流の変動から、脈拍数や脈拍変動などを計測することができる。光学センサを用いた測定では、脈拍以外に、異なる2波長の光を用いた血中酸素飽和度も用いられる。 The pulse wave sensor can measure the blood flow in the capillary using an optical sensor that contacts the body surface. The pulse wave sensor can measure the pulse rate and pulse fluctuation from the fluctuation of blood flow due to the heartbeat. In the measurement using an optical sensor, blood oxygen saturation using light of two different wavelengths is used in addition to the pulse.
脈拍や血流に関連するセンサでは、心電計などに代表される、心筋が発生する電気信号を取得する方法が用いられる。検診などで用いられる心電図では、12極の電極を身に着け、横になった姿勢で安静にした状態で計測する。心筋が発生する電位を測定するため、体を動かす時発生する周囲の筋電がノイズとなる。 For sensors related to pulse and blood flow, a method of acquiring an electrical signal generated by the myocardium, such as an electrocardiograph, is used. In an electrocardiogram used for medical examinations, measurement is performed while wearing a 12-pole electrode and resting in a lying posture. Since the potential generated by the myocardium is measured, the surrounding myoelectricity generated when the body is moved becomes noise.
活動時に脈拍数や脈拍変動を測定するには、2極や3極といったある意味簡易的な心電計(ホルター心電計)や時計型の心拍計が用いられている。いずれも、電極を身に着けるためには、測定器本体と電極を身に着ける必要がある。ホルター心電計は正確な心電図を得るために胸部の特定部位に電極を貼り付ける必要があり、時計型のものも電極自体は胸部ストラップとして身に着ける。いずれも、長時間にわたっての測定をするには拘束感の強さや動きにくさ、着脱の面倒さなどがある。 In order to measure the pulse rate and pulse fluctuation at the time of activity, a simple electrocardiograph (Holter electrocardiograph) such as a bipolar or tripolar or a watch-type heart rate monitor is used. In any case, in order to wear the electrode, it is necessary to wear the measuring instrument main body and the electrode. In order to obtain an accurate electrocardiogram, a Holter electrocardiograph needs to attach an electrode to a specific part of the chest, and even a watch-type one can be worn as a chest strap. In any case, there are strength of restraint, difficulty in movement, and troublesome attachment and detachment in order to perform measurement over a long period of time.
血液中のヘモグロビンが光を吸収する特性を用いた、脈波の測定(光電脈波)を応用した脈波センサが利用されている。心電図などは取得できないが、光学センサを体表面に接触させることで脈拍や脈拍変動などを測定することができる。 2. Description of the Related Art Pulse wave sensors using pulse wave measurement (photoelectric pulse wave) using the characteristic that hemoglobin in blood absorbs light are used. Although an electrocardiogram or the like cannot be obtained, a pulse or pulse fluctuation can be measured by bringing an optical sensor into contact with the body surface.
光電脈波センサは、信号強度の強弱はあるものの、任意の体表面で脈波を測定することができるため、ウェアラブルセンサとして拘束感がなく、長時間の装着が可能である。 The photoelectric pulse wave sensor can measure a pulse wave on an arbitrary body surface, although the signal intensity is strong and weak, and thus can be worn for a long time without a sense of restraint as a wearable sensor.
一方、脈波の測定に対する光電脈波センサには、体の動きに起因するノイズの影響がある。血液で吸収される光の脈動成分から脈拍などの情報を得るが、センサを身に着けた部位を動かすことで、光学的な距離の変化や外部からの光の漏れ込みなどが発生し、微弱な脈波信号の取得を妨げる。 On the other hand, photoelectric pulse wave sensors for measuring pulse waves are affected by noise caused by body movement. Information such as pulsation is obtained from the pulsating component of light absorbed by blood, but moving the part wearing the sensor causes changes in the optical distance and leakage of light from the outside. Obstructs the acquisition of complex pulse wave signals.
このため、光学脈波センサでの脈波取得のためには、ノイズ除去が特性を左右する要因となる。ノイズ除去対策のために、様々な手法が提案されている。 For this reason, noise removal is a factor that affects the characteristics in order to acquire pulse waves with the optical pulse wave sensor. Various methods have been proposed for noise reduction measures.
モーションセンサを併用してセンサに加わる動きを判別し、脈拍抽出に反映したり、体への接触面の安定性を図るため、伸縮性がなくより幅の広いストラップを用いるなど、上記の短所を克服する取り組みも行われている。 The motion sensor is used in combination to determine the movement applied to the sensor and reflect it in pulse extraction, and the stability of the contact surface to the body is used. There are also efforts to overcome it.
体動に起因するノイズの影響を低減するために、次のような点が課題となる。まず第1に信号を得るための光量不足、第2に受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動、第3にデータ解析手法の条件出しである。 In order to reduce the influence of noise caused by body movement, the following points become problems. First, there is insufficient light quantity to obtain a signal, second, fluctuations in the optical distance / characteristics of the light receiving element / light emitting element, and third, conditions for the data analysis method.
本実施の形態は、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することにある。 The present embodiment is to provide an optical sensor module that suppresses fluctuations in optical distance and characteristics of light receiving elements and light emitting elements, reduces the influence of noise caused by body movement, and has improved stability. .
本実施の形態の一態様によれば、基板と、前記基板の表面上に配置された発光素子と、前記基板の前記表面上に、前記発光素子と離隔して配置された受光素子と、前記基板の前記表面に対向する裏面上に配置された導光層とを備え、前記発光素子から前記導光層を介して放出された光が物体に反射して戻る反射光を前記受光素子で受光し、前記反射光の強度を検出する光学センサモジュールが提供される。 According to one aspect of the present embodiment, a substrate, a light emitting element disposed on the surface of the substrate, a light receiving element disposed on the surface of the substrate and spaced apart from the light emitting element, A light guide layer disposed on the back surface opposite to the front surface of the substrate, and the light receiving element receives the reflected light that is reflected from the light emitting element through the light guide layer and returned to the object. An optical sensor module for detecting the intensity of the reflected light is provided.
本実施の形態の他の態様によれば、基板と、前記基板の表面上に配置された発光素子と、前記基板の前記表面上に、前記発光素子と離隔して配置された受光素子と、前記基板の前記表面に対向する裏面上に配置された導光層とを備え、人体や動物の体表面に接触させ、前記発光素子から前記導光層を介して放出された光が体内を透過した透過光を受光し、前記透過光の強度を検出する光学センサモジュールが提供される。 According to another aspect of the present embodiment, a substrate, a light emitting element disposed on the surface of the substrate, a light receiving element disposed on the surface of the substrate and spaced apart from the light emitting element, A light guide layer disposed on the back surface of the substrate facing the front surface, contacting the surface of a human or animal body, and light emitted from the light emitting element through the light guide layer is transmitted through the body. An optical sensor module that receives the transmitted light and detects the intensity of the transmitted light is provided.
本実施の形態の他の態様によれば、基板と、前記基板の表面上に配置された発光素子と、前記基板の前記表面上に、前記発光素子と離隔して配置された受光素子と、前記基板内に配置された導光路とを備え、人体や動物の体表面に接触させ、前記発光素子から前記導光路を介して放出された光が体内を透過した透過光を受光し、前記透過光の強度を検出する光学センサモジュールが提供される。 According to another aspect of the present embodiment, a substrate, a light emitting element disposed on the surface of the substrate, a light receiving element disposed on the surface of the substrate and spaced apart from the light emitting element, A light guide disposed in the substrate, contacting the surface of a human or animal body, receiving light transmitted from the light emitting element through the light guide through the body, and transmitting the light. An optical sensor module for detecting light intensity is provided.
本実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。 According to the present embodiment, it is possible to provide an optical sensor module that suppresses fluctuations in optical distance and characteristics of light receiving elements and light emitting elements, reduces the influence of noise caused by body movement, and improves stability. Can do.
次に、図面を参照して、本実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, the present embodiment will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
又、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 In addition, the embodiment described below exemplifies an apparatus and method for embodying the technical idea, and does not specify the material, shape, structure, arrangement, etc. of the component parts as follows. . This embodiment can be modified in various ways within the scope of the claims.
(比較例)
第1の比較例に係る光学センサモジュール1Aの模式的平面構成は、図1に示すように、表され、第2の比較例に係る光学センサモジュール1Aの模式的平面構成は、図2(a)に示すように表され、第3の比較例に係る光学センサモジュール1Aの模式的平面構成は、図2(b)に示すように表される。
(Comparative example)
A schematic planar configuration of the
第1の比較例に係る光学センサモジュール1Aは、図1に示すように、プリント回路基板(PCB:Printed Circuit Board)20上に、受光素子(PD:Photodetector)14を中心に配置し、PD14の周辺を囲むように複数の発光素子(LED;Light Emitting Diode)を配置する。図1の例では、複数のLEDは、8個配置されており、121・122・…・128(LED1・LED2・…・LED8)で表わされる。
As shown in FIG. 1, the
複数のLED121・122・…・128(LED1・LED2・…・LED8)をPD14の周囲に配置することで、PD14の光量不足を補い、かつ、PD14に対して周囲から同程度の光を照射することができる。このため、光電脈波センサなどに適用して、その動作安定性を向上可能である。
A plurality of
また、第2の比較例に係る光学センサモジュール1Aは、図2(a)に示すように、基板20上に、PD14とLED12を隣接して配置している。
Further, in the
また、第3の比較例に係る光学センサモジュール1Aは、図2(b)に示すように、基板20上に、PD14を中心に配置し、PD14の周辺を囲むように4個のLED121・122・…・124(LED1・LED2・…・LED4)が配置されている。
In addition, as shown in FIG. 2B, the
第2の比較例および第3の比較例は、第1の比較例に比べて部品点数が低減されるため低コスト化が可能である。また、LEDの使用個数が低減されるため、低消費電力動作が可能である。 The second comparative example and the third comparative example can be reduced in cost because the number of parts is reduced as compared with the first comparative example. Further, since the number of LEDs used is reduced, low power consumption operation is possible.
ここで、簡易な構成を備える第2の比較例に係る光学センサモジュール1Aを例として、その動作説明を行う。
Here, the operation of the
第2の比較例に係る光学センサモジュール1Aの動作説明のための模式的断面構造は、図3(a)に示すように表され、図3(a)に対応する模式的平面構成は、図3(b)に示すように表わされる。第2の比較例に係る光学センサモジュール1Aは、図3(a)に示すように、LED12・PD14が絶縁層16によって一体化形成された構成を備える。さらに、人体18に接触する面にLED12の発光面およびPD14の受光面が配置されるように、フェースダウンに配置される。
A schematic cross-sectional structure for explaining the operation of the
しかしながら、問題はLED12が点光源であることである。人体18に接したLED12は点光源であるため、LED12の直近が最も明るく、LED12からの距離が離れるにしたがって、明るさが低下する。すなわち、LED12からの光強度分布Piは、図3(a)および図3(b)の破線で示されるように、点光源としてのLED12からの距離が離隔するにしたがって低下する。
However, the problem is that the
LED12とPD14との間の距離が体動によって変化する場合には、PD14に入射する光の光量・明るさ(輝度)が変動し得る。PD14に入射する光の光量・明るさ(輝度)の変化が僅かであっても、脈波の信号成分自体が微弱なため、ノイズとして強く作用する。
When the distance between the
また、第1の比較例および第3の比較例においては、PD14の周囲を複数のLEDで囲むため、光源は、点光源の集合体に過ぎない。このため、PD14において必ずしも均一な輝度が得られるとは限らない。また、複数のLEDを配置することは、その分第1の比較例および第3の比較例に係る光学センサモジュール1Aの消費電力を増加してしまう。
Further, in the first comparative example and the third comparative example, since the periphery of the
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態に係る光学センサモジュール1の模式的平面構成は、図4に示すように表され、図4のI−I線に沿う模式的断面構造は、図5に示すように表される。
(First embodiment)
The schematic planar configuration of the
また、図5の構成において、導光層24がない場合の比較例の模式的断面構造は、図6に示すように表される。
Further, in the configuration of FIG. 5, a schematic cross-sectional structure of a comparative example when the
第1の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、図4および図5に示すように、基板20と、基板20の表面上に配置された発光素子(LED)12A・12Bと、基板20の表面上に、LED12A・12Bと離隔して配置された受光素子(PD)14と、基板20の表面に対向する裏面上に配置された導光層24とを備える。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
また、LED12A・12Bと導光層24との間の基板20には、図5に示すように、導光層24への光の導入を良好にするために開口窓22A・22Bを備えていても良い。
Further, as shown in FIG. 5, the
ここで、LED12A・12Bから導光層24を介して放出された光が物体に反射して戻る反射光をPD14で受光し、反射光の強度を検出しても良い。さらに、反射光の波長、減衰比、若しくは位相差を検出しても良い。
Here, the light emitted from the
また、第1の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、図4および図5に示すように、同様の構成を備え、人体18や動物の体表面に接触させ、発光素子12A・12Bから導光層24を介して放出された光が体内を透過した透過光を受光し、透過光の強度を検出しても良い。さらに、透過光の波長、減衰比、若しくは位相差を検出しても良い。
Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the
図5の構成において、導光層24がない場合には、図6に示すように、LED12A・12BとPD14との間の距離が体動によって変化すると、PD14に入射する光の光量・明るさ(輝度)が変動し得る。PD14に入射する光の光量・明るさ(輝度)の変化が僅かであっても、脈波の信号成分自体が微弱なため、ノイズとして強く作用する。また、図5においては、光源は、点光源の集合体に過ぎないため、PD14において必ずしも均一な輝度が得られるとは限らない。
In the configuration of FIG. 5, when the
また、第1の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、図4および図5に示すように、体表面に接する面は平面を備え、かつ受光面と発光面とを備え、導光層24により発光面は全体が均一な強度で発光可能である。
In addition, as shown in FIGS. 4 and 5, the
また、第1の実施の形態に係る光学センサモジュール1において、図4および図5に示すように、受光面は発光面に周囲を囲まれて配置されため、受光面の周囲の明るさが略均一になる。
Further, in the
第1の実施の形態に係る光学センサモジュール1においては、人体への接触面に導光層24を備えるため、光源が点光源のLED12A・12Bであっても、人体に接する面において均一な輝度が得られる。
In the
第1の実施の形態に係る光学センサモジュール1においては、中心部に配置されるPD14の周辺部にPD14のサイズに比べて相対的に大きな面積の発光面(導光層24)が形成されている。すなわち、第1の実施の形態に係る光学センサモジュール1においては、光源は面発光光源となる。このため、体動によって光学的な距離が僅かに変動したとしても、PD14に入射される光の強度変動は、抑制可能である。
In the
なお、第1の実施の形態に係る光学センサモジュール1において、導光層24は、光学センサモジュールが使用する光の波長に対して導光性を有する。
In the
第1の実施の形態に係る光学センサモジュール1においては、LED12A・12BとPD14との間の距離が体動によって変化しても、PD14で得られる輝度が変動しないため、体動に起因するノイズを低減可能である。
In the
また、比較例に係るセンサモジュールに比べて、消費電力は低減化可能である。 Further, power consumption can be reduced as compared with the sensor module according to the comparative example.
第1の実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。 According to the first embodiment, an optical sensor module that suppresses fluctuations in optical distance and characteristics of light receiving elements and light emitting elements, reduces the influence of noise caused by body movement, and improves stability is provided. can do.
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係る光学センサモジュールの模式的平面構成は、図7に示すように表される。また、図7に示す第2の実施の形態に係る光学センサモジュールにおいて、人体に接する面側から見た模式的平面構成は、図8に示すように表される。さらに、図7のII−II線に沿う模式的断面構造は、図9に示すように表される。
(Second Embodiment)
A schematic planar configuration of the optical sensor module according to the second embodiment is expressed as shown in FIG. Further, in the optical sensor module according to the second embodiment shown in FIG. 7, a schematic planar configuration viewed from the surface side in contact with the human body is expressed as shown in FIG. Further, a schematic cross-sectional structure taken along line II-II in FIG. 7 is expressed as shown in FIG.
第2の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、図7〜図9に示すように、基板20と、基板20の表面上に配置されたLED12Gと、基板20の表面上に、LED12Gと離隔して配置されたPD14と、基板20の表面に対向する裏面上に配置された導光層24とを備える。ここで、LED12Gは緑色発光ダイオードを備え、第2の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、脈波を計測可能である。
As shown in FIGS. 7 to 9, the
また、LED12Gと導光層24との間の基板20には、図9に示すように、導光層24への光の導入を良好にするために開口窓22Gを備えていても良い。LED12GのLED光は、基板20に形成された開口窓22Gを介して導光層24に導入される。また、LED12Gは、開口窓22Gと対向する位置に反射板33Gを備え、外来光を遮蔽する構成を備えていても良い。なお、LED12Gおよび反射板33Gは、絶縁層17によって一体化形成されていても良い。
Further, as shown in FIG. 9, the
ここで、LED12Gから導光層24を介して放出された光が物体に反射して戻る反射光を受光素子14で受光し、反射光の強度を検出しても良い。さらに、反射光の波長、減衰比、若しくは位相差を検出しても良い。
Here, the light reflected from the
また、第2の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、図7〜図9に示すように、同様の構成を備え、人体18や動物の体表面に接触させ、LED12Gから導光層24を介して放出された光が体内を透過した透過光を受光し、透過光の強度を検出しても良い。さらに、透過光の波長、減衰比、若しくは位相差を検出しても良い。
Moreover, the
さらに、第2の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、図7・図9に示すように、基板20の表面上に配置された電子回路部品26・271・272・273を備えていても良い。電子回路部品26は、例えば、LEDドライバなどの集積回路部品であり、電子回路部品271・272・273は、例えば、キャパシタ、抵抗、インダクタなどの受動回路部品であっても良い。
Furthermore, the
また、基板20の表面上およびLED12G・PD14・電子回路部品26・271・272・273上に配置された絶縁層10を備えていても良い。絶縁層10には、モールド樹脂などを適用可能である。
It may also comprise a surface and LED12G-
さらに、第2の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、 光学センサモジュールの人体に接する面よりも更に外側から入射する光(外来光)による、受光面に対する影響を低減する構造を備えていても良い。すなわち、光学センサモジュールにおいて、受光面と発光面の間には、接触する面あるいは直接漏れ込む光を遮蔽する、遮光壁32あるいはそれに準ずる機能をもつ構造を備え、対象とする物体の内部を通過した光のみを受光面で受光する構造を備えていても良い。
Furthermore, the
ここで、遮光壁32は、図8・図9に示すように、基板20に配置されていても良い。その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。
Here, the
第2の実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。 According to the second embodiment, an optical sensor module that suppresses fluctuations in optical distance and characteristics of light receiving elements and light emitting elements, reduces the influence of noise caused by body movement, and improves stability is provided. can do.
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態に係る光学センサモジュール1の模式的平面構成は、図10に示すように表される。また、図10に示す第3の実施の形態に係る光学センサモジュール1において、人体に接する面側から見た模式的平面構成は、図11に示すように表される。また、図10のIII−III線に沿う模式的断面構造は、図12に示すように表される。
(Third embodiment)
A schematic planar configuration of the
第3の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、図10〜図12に示すように、基板20と、基板20の表面上に配置されたLED12IR・12Rと、基板20の表面上に、LED12IR・12Rと離隔して配置されたPD14と、基板20の表面に対向する裏面上に配置された導光層24とを備える。ここで、LED12IRは赤外発光ダイオードであり、12Rは赤色発光ダイオードである。第3の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、血中酸素飽和度を測定可能である。
As shown in FIGS. 10 to 12, the
また、LED12IR・12Rと導光層24との間の基板20には、図12に示すように、導光層24への光の導入を良好にするために開口窓22IR・22Rを備えていても良い。LED12IR・12RのLED光は、基板20に形成された開口窓22IR・22Rを介して導光層24に導入される。また、LED12IR・12Rは、開口窓22IR・22Rと対向する位置に反射板33IR・33Rを備え、外来光を遮蔽する構成を備えていても良い。なお、LED12IR・12Rおよび反射板33IR・33Rは、絶縁層171・172によって一体化形成されていても良い。
Further, as shown in FIG. 12, the
ここで、LEDから導光層24を介して放出された光が物体に反射して戻る反射光を受光素子14で受光し、反射光の強度を検出しても良い。さらに、反射光の波長、減衰比、若しくは位相差を検出しても良い。
Here, the light emitted from the LED through the
また、第3の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、図10〜図12に示すように、同様の構成を備え、人体18や動物の体表面に接触させ、LED12IR・12Rから導光層24を介して放出された光が体内を透過した透過光を受光し、透過光の強度を検出しても良い。さらに、透過光の波長、減衰比、若しくは位相差を検出しても良い。
Further, as shown in FIGS. 10 to 12, the
さらに、第3の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、図10に示すように、基板20の表面上に配置された電子回路部品26を備えていても良い。電子回路部品26は、例えば、LEDドライバなどの集積回路部品であっても良い。
Furthermore, the
また、基板20の表面上およびLED12IR・12R・PD14・電子回路部品26上に配置された絶縁層10を備えていても良い。絶縁層10には、モールド樹脂などを適用可能である。
Moreover, you may provide the insulating
また、第3の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、光学センサモジュールの人体に接する面よりも更に外側から入射する光(外来光)による、受光面に対する影響を低減する構造を備えていても良い。すなわち、光学センサモジュールにおいて、受光面と発光面の間には、接触する面あるいは直接漏れ込む光を遮蔽する、遮光壁32あるいはそれに準ずる機能をもつ構造を備え、対象とする物体の内部を通過した光のみを受光面で受光する構造を備えていても良い。
The
ここで、遮光壁32は、図11・図12に示すように、基板20に配置されていても良い。その他の構成は、第2の実施の形態と同様である。
Here, the
第3の実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。 According to the third embodiment, an optical sensor module that suppresses fluctuations in optical distance and characteristics of light receiving elements and light emitting elements, reduces the influence of noise caused by body movement, and improves stability is provided. can do.
(第4の実施の形態)
基板20は、屈曲性を有する柔軟な素材を備えていても良い。
(Fourth embodiment)
The
光学センサモジュール1は変形しない物質で形成されていても良いが、屈曲性を有する柔軟な素材で形成し、測定対象となる物体の表面形状に合わせて変形し、受光面における光の強度が、対象物の動きや形状の変化の影響を受けにくい構造を備えていても良い。
The
第4の実施の形態に係る光学センサモジュール1に適用可能なフレキシブル基板36と、フレキシブル基板36上に配置された導光層24の模式的断面構造は、図13に示すように表される。ここで、フレキシブル基板36は、フレキシブルプリント回路基板(FPC:Flexible Printed Circuit Board)を備えていても良い。
A schematic cross-sectional structure of the
第4の実施の形態に係る光学センサモジュール1の模式的平面構成は、図14に示すように表され、図14のIV−IV線に沿う模式的断面構造は、図15に示すように表される。
A schematic planar configuration of the
第4の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、図14〜図15に示すように、フレキシブル基板36と、フレキシブル基板36の表面上に配置されたLED12と、フレキシブル基板36の表面上に、LED12と離隔して配置されたPD14と、フレキシブル基板36の表面に対向する裏面上に配置された導光層24とを備える。ここで、LED12は、図14では、点光源として示されている。
As shown in FIGS. 14 to 15, the
また、LED12と導光層24との間のフレキシブル基板36には、図15に示すように、導光層24への光の導入を良好にするために開口窓22を備えていても良い。LED12のLED光は、フレキシブル基板36に形成された開口窓22を介して導光層24に導入される。
Further, the
第4の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、光学センサモジュールの人体に接する面よりも更に外側から入射する光(外来光)による、受光面に対する影響を低減する遮蔽板34を備えていても良い。すなわち、光学センサモジュール1において、フレキシブル基板36の周辺部に所定幅L1・L2を有する遮蔽板34を配置することによって、外側から入射する光(外来光)による影響を低減することができる。
The
さらに、受光面と発光面の間には、接触する面あるいは直接漏れ込む光を遮蔽する、遮光壁32を備え、対象とする物体の内部を通過した光のみを受光面で受光する構造を備えていても良い。
Furthermore, between the light receiving surface and the light emitting surface, there is provided a
ここで、遮光壁32は、図15に示すように、PD14の側壁に接して配置されていても良い。その他の構成は、第3の実施の形態と同様である。
Here, the
第4の実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。 According to the fourth embodiment, there is provided an optical sensor module that suppresses fluctuations in optical distance and characteristics of light receiving elements and light emitting elements, reduces the influence of noise caused by body movement, and improves stability. can do.
(第5実施の形態)
第5の実施の形態に係る光学センサモジュール1の模式的断面構造は、図16に示すように表される。
(Fifth embodiment)
A schematic cross-sectional structure of the
第5の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、図16に示すように、フレキシブル基板36と、フレキシブル基板36の表面上に配置されたLED12IR・12Rと、フレキシブル基板36の表面上にLED12IR・12Rと離隔して配置されたPD14と、フレキシブル基板36の表面上に配置された電子回路部品26・27と、フレキシブル基板36の表面に対向する裏面上に配置された導光層24とを備える。
As shown in FIG. 16, the
また、LED12IR・12Rと導光層24との間のフレキシブル基板36には、図16に示すように、導光層24への光の導入を良好にするために開口窓22IR・22Rを備えていても良い。
Further, the
ここで、LED12IRは赤外発光ダイオードであり、12Rは赤色発光ダイオードである。第5の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、血中酸素飽和度を測定可能である。
Here, the LED 12IR is an infrared light emitting diode, and 12R is a red light emitting diode. The
また、PD14と導光層24との間のフレキシブル基板36には、図16に示すように、導光層24からの受光を良好にするために開口窓22Pを備えていても良い。
Further, as shown in FIG. 16, the
LED12IR・12RのLED光は、フレキシブル基板36に形成された開口窓22IR・22Rを介して導光層24に導入され、開口窓22Pを介してPD14において受光される。その他の構成は、第3〜第4の実施の形態と同様である。
The LED lights of the LEDs 12IR and 12R are introduced into the
第5の実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。 According to the fifth embodiment, there is provided an optical sensor module that suppresses fluctuations in optical distance and characteristics of light receiving elements and light emitting elements, reduces the influence of noise caused by body movement, and improves stability. can do.
(第6の実施の形態)
第6の実施の形態に係る光学センサモジュール1の模式的断面構造は、図17に示すように表される。
(Sixth embodiment)
A schematic cross-sectional structure of the
第6の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、図17に示すように、フレキシブル基板36と、フレキシブル基板36の表面上に配置されたLED12と、フレキシブル基板36の表面上に、LED12と離隔して配置されたPD14と、フレキシブル基板36の表面に対向する裏面上に配置された導光層24とを備える。
As shown in FIG. 17, the
また、LED12と導光層24との間のフレキシブル基板36には、図17に示すように、導光層24への光の導入を良好にするために開口窓22を備えていても良い。LED12のLED光は、フレキシブル基板36に形成された開口窓22を介して導光層24に導入される。
Moreover, the
第6の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、光学センサモジュールの人体に接する面よりも更に外側から入射する光(外来光)による、受光面に対する影響を低減する遮蔽板34Mを備えていても良い。すなわち、光学センサモジュール1において、フレキシブル基板36の周辺部に遮蔽板34Mを配置することによって、外側から入射する光(外来光)による影響を低減することができる。ここで、遮蔽板34Mは、例えば金属板で形成可能であり、開口窓34Tを有する。
The
さらに、受光面と発光面の間には、接触する面あるいは直接漏れ込む光を遮蔽する、遮光壁32を備え、対象とする物体の内部を通過した光のみを受光面で受光する構造を備えていても良い。
Furthermore, between the light receiving surface and the light emitting surface, there is provided a
ここで、遮光壁32は、図17に示すように、平面視においてPD14を囲むように、導光層24に配置されていても良い。その他の構成は、第3〜第5の実施の形態と同様である。
Here, as shown in FIG. 17, the
第6の実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。 According to the sixth embodiment, an optical sensor module that suppresses fluctuations in optical distance and characteristics of light receiving elements and light emitting elements, reduces the influence of noise caused by body movement, and improves stability is provided. can do.
(第7の実施の形態)
第7の実施の形態に係る光学センサモジュール1の模式的断面構造は、図18に示すように表される。
(Seventh embodiment)
A schematic cross-sectional structure of the
フレキシブル基板36と、フレキシブル基板36の表面上に配置されたLED12と、フレキシブル基板36の表面上にLED12と離隔して配置されたPD14と、フレキシブル基板36の表面に対向する裏面上に配置された導光層24とを備える。
The
また、LED12と導光層24との間のフレキシブル基板36には、図18に示すように、導光層24への光の導入を良好にするために開口窓22を備えていても良い。
Further, the
また、PD14と導光層24との間のフレキシブル基板36には、図18に示すように、導光層24からの受光を良好にするために開口窓22Pを備えていても良い。
Further, as shown in FIG. 18, the
LED12のLED光は、フレキシブル基板36に形成された開口窓22を介して導光層24に導入され、開口窓22Pを介してPD14において受光される。
The LED light of the
また、第7の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、図18に示すように、絶縁層10上に配置された緩衝材40と、緩衝材40上に配置された筐体42とを備えていても良い。ここで、筐体42は、バッテリー、マイコン、メモリ、無線通信用送受信器のいずれかを内蔵可能である。また、筐体42は、ウェアラブルに人体や対象物に装着可能である。
In addition, as shown in FIG. 18, the
光学センサモジュール1は変形しない物質で形成されていても良いが、屈曲性を有する柔軟な素材で形成し、測定対象となる物体の表面形状に合わせて変形し、受光面における光の強度が、対象物の動きや形状の変化の影響を受けにくい構造を備えていても良い。
The
接触面には光学センサモジュール1が使用する光の波長に対して導光性を有する導光層24を備え、裏面には、PD14・LED12を実装する回路基板が形成される構造を備えていても良い。具体的には、例えば、裏面にフレキシブルプリント回路基板36を配置し、このフレキシブルプリント回路基板36には、PD14・LED12を実装する回路配線がプリント形成され、接触面には、光学センサモジュール1が使用する光の波長に対して導光性を有する導光層24を一体的に形成しても良い。フレキシブルプリント回路基板36には、例えば、FR4(Fleme Retardent Type 4)に代表されるPCBを適用しても良い。導光層24を一体成型することで、低コストでの実現化可能になる。
The contact surface is provided with a
第7の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、ウェアラブルセンサとしてFPCなどのフレキシブルな素材を利用することにより、より身に着けたときの装着感・違和感・拘束感を低減することができる。
The
第7の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、小型軽量化されるため、ウェアラブルセンサとして気兼ねなく身に着け、無意識に情報を得ることができる。このため、動作時間の長時間化も可能である。
Since the
第7の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、FPCに実装することによって、人体表面に身に着けるウェアラブルセンサを装着時違和感のないものにすることができる。
By mounting the
第7の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、絆創膏などに適用される粘着テープを用いて、人体に装着することも可能である。
The
さらに、屈曲性を有する第7の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、緩衝材40を介して他の筐体42などに実装し、この筐体42自体をベルトやストラップ46、粘着テープなどの方法で人体や対象物に装着しても良い。その他の構成は、第3〜第6の実施の形態と同様である。
Furthermore, the
第7の実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。 According to the seventh embodiment, an optical sensor module is provided that suppresses fluctuations in optical distance and characteristics of light receiving elements and light emitting elements, reduces the influence of noise caused by body movement, and improves stability. can do.
(第8の実施の形態)
第8の実施の形態に係る光学センサモジュール1に適用可能な導光路38・44の模式的断面構造は、図19に示すように表される。導光路38・44は、例えば、フレキシブル基板36に内蔵可能である。導光路38・44は、例えば、フレキシブル基板36に所定の部材を埋め込み形成しても良い。また、導光路38・44は、例えば、フレキシブル基板36に対して不純物ドーピングして屈折率の異なる領域として形成しても良い。
(Eighth embodiment)
A schematic cross-sectional structure of the
第8の実施の形態に係る光学センサモジュールの模式的平面構成は、図20に示すように表され、図20のV−V線に沿う模式的断面構造は、図21に示すように表される。 A schematic plan configuration of the optical sensor module according to the eighth embodiment is expressed as shown in FIG. 20, and a schematic cross-sectional structure taken along line VV of FIG. 20 is expressed as shown in FIG. The
第8の実施の形態に係る光学センサモジュール1は、図20〜図21に示すように、基板20(36)と、基板20(36)の表面上に配置されたLED12と、基板20(36)の表面上に、LED12と離隔して配置されたPD14と、基板20(36)内に配置された導光路38・44とを備える。人体や動物の体表面に接触させ、LED12から導光路38・44を介して放出された光が体内を透過した透過光を受光し、透過光の強度を検出する。
As shown in FIGS. 20 to 21, the
導光路38・44は、図20に示すように、基板20(36)に対して、例えば、格子状に配置されていても良い。また、導光路38・44は、基板20(36)に対して、ランダムに配置されていても良い。また、導光路38・44は、上記のように2種類に限定される、多種類配置しても良い。或いは、簡単な構成としては、1種類で形成しても良い。また、基板は、用途に応じて、フレキシブルでも剛構造であっても良い。
As shown in FIG. 20, the
第8の実施の形態に係る光学センサモジュール1に適用可能な導光路を備える基板は、は、上述の第1〜第7の実施の形態に適用した導光層24+基板と同様の働きをすることができる。したがって、第1〜第7の実施の形態に係る光学センサモジュール1において、導光層24の代わりに基板に導光路を設けた構造を採用しても良い。
The substrate including the light guide path applicable to the
第8の実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。 According to the eighth embodiment, there is provided an optical sensor module that suppresses fluctuations in optical distance and characteristics of light receiving elements and light emitting elements, reduces the influence of noise caused by body movement, and improves stability. can do.
以上説明したように、本実施の形態によれば、受光素子・発光素子の光学的な距離・特性の変動を抑制し、体動に起因するノイズの影響を低減し、安定性を向上した光学センサモジュールを提供することができる。 As described above, according to this embodiment, the optical distance / characteristic variation of the light receiving element / light emitting element is suppressed, the influence of noise caused by body movement is reduced, and the stability is improved. A sensor module can be provided.
[その他の実施の形態]
上記のように、本実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、本実施の形態を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the present embodiment has been described. However, it should be understood that the description and the drawings, which form a part of this disclosure, are illustrative and do not limit the present embodiment. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
このように、本実施の形態はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。 As described above, this embodiment includes various embodiments not described here.
本実施の形態の光学センサモジュールは、医療計測機器、光電脈波センサ、血中酸素飽和度測定機器などに適用可能であり、特にこれらの機器をウェアラブルに適用可能である。 The optical sensor module of the present embodiment can be applied to medical measurement devices, photoelectric pulse wave sensors, blood oxygen saturation measurement devices, and the like, and in particular, these devices can be applied wearably.
1、1A…光学センサモジュール
10、16、17…絶縁層
12、12A、12B、12R、12G、12IR、121、122、123、…、128…発光素子(LED)
14…受光素子(PD)
18…人体(測定対象物)
20…プリント回路基板(PCB)
22、22R、22G、22IR、22A、22B、34T…開口窓
24…導光層
26、271、272、273…電子回路部品
32…遮光壁
33R、33G、33IR…反射板(遮光板)
34、34M…遮蔽板
36…フレキシブル基板(フレキシブルプリント回路基板(FPC))
38、44…導光路
40…緩衝材
42…筐体
46…ストラップ
1, 1A ...
14: Light receiving element (PD)
18 ... Human body (object to be measured)
20 ... Printed circuit board (PCB)
22,22R, 22G, 22IR, 22A, 22B, 34T ... opening
34, 34M ... shielding
38, 44 ...
Claims (22)
前記基板の表面上に配置された発光素子と、
前記基板の前記表面上に、前記発光素子と離隔して配置された受光素子と、
前記基板の前記表面に対向する裏面上に配置された導光層と
を備え、前記発光素子から前記導光層を介して放出された光が物体に反射して戻る反射光を前記受光素子で受光し、前記反射光の強度を検出することを特徴とする光学センサモジュール。 A substrate,
A light emitting device disposed on a surface of the substrate;
A light receiving element disposed on the surface of the substrate and spaced apart from the light emitting element;
A light guide layer disposed on the back surface of the substrate facing the front surface, and the light received from the light emitting element through the light guide layer is reflected by the object and returned by the light receiving element. An optical sensor module that receives light and detects the intensity of the reflected light.
前記基板の表面上に配置された発光素子と、
前記基板の前記表面上に、前記発光素子と離隔して配置された受光素子と、
前記基板の前記表面に対向する裏面上に配置された導光層と
を備え、人体や動物の体表面に接触させ、前記発光素子から前記導光層を介して放出された光が体内を透過した透過光を受光し、前記透過光の強度を検出することを特徴とする光学センサモジュール。 A substrate,
A light emitting device disposed on a surface of the substrate;
A light receiving element disposed on the surface of the substrate and spaced apart from the light emitting element;
A light guide layer disposed on the back surface of the substrate facing the front surface, and is brought into contact with the surface of a human or animal body, and light emitted from the light emitting element through the light guide layer is transmitted through the body. An optical sensor module that receives the transmitted light and detects the intensity of the transmitted light.
前記体表面に接する面は受光面と発光面とを備え、
前記発光面は全体が均一な強度で発光することを特徴とする請求項3または4に記載の光学センサモジュール。 The surface in contact with the body surface includes a flat surface, and the surface in contact with the body surface includes a light receiving surface and a light emitting surface,
The optical sensor module according to claim 3, wherein the light emitting surface emits light with uniform intensity as a whole.
前記緩衝材上に配置された筐体と
を備えることを特徴とする請求項18に記載の光学センサモジュール。 A cushioning material disposed on the insulating layer;
The optical sensor module according to claim 18, further comprising a housing disposed on the buffer material.
前記基板の表面上に配置された発光素子と、
前記基板の前記表面上に、前記発光素子と離隔して配置された受光素子と、
前記基板内に配置された導光路と
を備え、人体や動物の体表面に接触させ、前記発光素子から前記導光路を介して放出された光が体内を透過した透過光を受光し、前記透過光の強度を検出することを特徴とする光学センサモジュール。 A substrate,
A light emitting device disposed on a surface of the substrate;
A light receiving element disposed on the surface of the substrate and spaced apart from the light emitting element;
A light guide path disposed in the substrate, contacting the surface of a human or animal body, receiving light transmitted from the light emitting element through the light guide path through the body, and receiving the transmitted light. An optical sensor module for detecting the intensity of light.
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