JP2019134089A - 光電センサー、光電センサーモジュール及び生体情報測定装置 - Google Patents
光電センサー、光電センサーモジュール及び生体情報測定装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
この特許文献1に記載の生体情報測定機器において、発光部及び受光部は、基板に実装されている。これらのうち、発光部は、例えばLED(Light Emitting Diode)等の発光素子により実現され、受光部は、例えばフォトダイオード等の受光素子により実現される。更に、発光部には、ドーム型レンズが設けられ、当該レンズは、発光部に光透過樹脂によって封止されるLEDチップからの光を集光する。
このような測定機器として脈拍計を例にとると、発光部から出射された光は、対象物である被検体の内部を進み、表皮、真皮及び皮下組織等にて拡散又は散乱する。この後、当該光は血管(被検出部位)に到達して反射される。この際、当該光の一部は、血管により吸収されるので、脈拍の影響によって血管での光の吸収率が変化し、反射光の光量も変化する。このため、受光部によって受光される反射光の光量変化を検出することによって、生体情報である脈拍数等を測定できる。
近年、生体情報を測定するセンサーを備えるウェアラブル機器が身近となっている。このようなウェアラブル機器は、ユーザーに装着されて利用されることから、ユーザーの動きを妨げない大きさであることが望まれる。しかしながら、上記のように、センサーの厚みが厚くなると、当該センサーを内蔵するハウジングも厚くなりやすく、ユーザーにとって使い勝手が悪くなるという問題が生じる。
このようなことから、薄型化を図ることができるセンサーが要望されてきた。
このような構成によれば、光電センサーは、発光部、発光部用端子、受光部及び受光部用端子がシリコン基板に設けられた構成を有する。これによれば、発光部及び受光部を、パッケージ化されていないベアチップとしてシリコン基板に構成できる。このため、パッケージ化されたLEDチップ及びフォトダイオードをシリコン基板に実装する場合に比べて、光電センサーの厚みを小さくできる。また、発光部及び受光部がシリコン基板上に構成されることから、それぞれパッケージ化されたLEDチップ及びフォトダイオードを、バンプ等を介してシリコン基板に取り付ける必要が無い。このため、発光部及び受光部とシリコン基板との間の寸法を削減できる。従って、光電センサーの厚みを小さくでき、光電センサーの薄型化を図ることができる。また、光電センサーに設けられる構成部品の点数削減を図ることができるだけでなく、光電センサーの製造工程の簡略化を図ることができるので、光電センサーの低コスト化を実現できる。
一方、それぞれパッケージ化されたLEDチップ及びフォトダイオードをシリコン基板上に実装する場合には、これらの間に、実装のための隙間が必要になる。
これに対し、発光部及び受光部をシリコン基板上に構成することによって、上記の場合に比べて、発光部と受光部との間隔を狭めることができる。従って、受光部による受光光量を高めやすくすることができ、光電センサーによる検出対象の検出感度を高めることができる。
なお、シリコン基板の同じ面に設けられているとは、シリコン基板における1つの面に上記構成要素が配置されることを示す。なお、受光部については、シリコン基板の内部にp型領域及びn型領域が設けられることとなるが、このように、構成要素の一部がシリコン基板内部に設けられる形態も含めて、同じ面に設けられることとする。
このような構成によれば、発光部及び受光部がシリコン基板において互いに反対側となる面に設けられる場合に比べて、光電センサーの厚みを更に小さくでき、光電センサーの更なる薄型化を図ることができる。
このような構成によれば、遮光部によって、発光部から出射された光が受光部に直接入射されることを抑制できる。従って、光電センサーによる検出対象の検出精度を高めることができる。
このような構成によれば、シリコン基板に陰極層、有機層及び陽極層を形成することによって、有機EL素子を構成でき、ひいては、光を出射可能な発光部を形成できる。従って、シリコン基板に発光部を容易に形成できる。
このような構成によれば、複数の発光領域を個別に点灯させることが可能となるので、光電センサーの汎用性を拡大できる。
例えば、点灯させる発光領域の数を調整することによって、発光部から出射される光量を調整できる。この他、例えば、各発光領域に異なるカラーフィルター層や偏光層を設けることによって、発光部から用途に応じた波長の光や偏光光を出射できる。
このような構成によれば、例えば発光部から出射された光を、対象物(例えば生体)を介して受光部に入射させやすくすることができる。従って、受光部による受光光量を増加させやすくすることができ、これにより、光電センサーによる検出対象の検出精度を高めることができる。そして、例えば光電センサーが生体情報を検出する場合には、当該生体情報の検出精度を高めることができる。
ここで、血流や脈波等の血液に関係する生体情報を検出する光電センサーでは、血液中のヘモグロビンの吸収率が高く、外乱光の影響が少ない緑色光を、生体に出射する光として用いることが好ましい。
このため、発光部が緑色光を出射することにより、上記血液に関係する生体情報を検出する光電センサーとして、上記第1態様の光電センサーを構成できる。
このような構成によれば、発光部から出射された光が照射される照射対象を介さずに、外部から受光部に向かって進行する光や外乱光の受光部への入射を抑制できる。従って、誤検出を抑制でき、光電センサーの検出精度を高めることができる。
換言すると、上記第1態様では、前記受光部は、前記受光部が受光する光の波長帯域以外の波長帯域の光の透過を抑制する光学薄膜層を有することが好ましい。
なお、所定帯域の光としては、例えば、発光部が出射する第1の光の波長が含まれる帯域の光とすることができる。
このような構成によれば、光学薄膜層によって、受光部が受光すべき光とは異なる波長帯域の光を、受光部が受光することを抑制できる。従って、ノイズの影響を低減でき、光電センサーの検出感度を高めることができる。
このような構成によれば、発光部及び受光部が外部に直接露出されてしまうことを抑制できるので、発光部及び受光部を保護できる。
このような構成によれば、上記第1態様に係る光電センサーと同様の効果を奏することができる他、センサー制御部と光電センサーとがプリント基板に位置するので、光電センサーモジュールをコンパクトに構成できる。
また、センサー制御部は、発光部の点灯を制御する発光制御部としての機能と、受光部からの信号を処理する信号処理部としての機能の少なくともいずれかを有する。このため、これら発光制御部及び信号処理部としてのそれぞれの機能をセンサー制御部が有していれば、これら機能に応じた回路がそれぞれ個別に設けられている場合に比べて、光源センサーモジュールの構成を簡略化できる。
このような生体情報として、例えば光源センサーモジュールによって検出された脈波を示す脈波信号に基づいて導出される脈拍数を挙げることができる。
このような構成によれば、上記第2態様に係る光源センサーモジュールと同様の効果を奏することができる。また、光源センサーモジュールのプリント基板と回路基板とは、接続部材によって電気的に接続されるので、当該光源センサーモジュールによる検出結果に基づいて、回路基板によって生体情報を確実に導出できる。なお、接続部材によって回路基板と接続される光電センサーモジュールを変更することによって、回路基板によって導出可能な生体情報を変更できるので、生体情報測定装置の汎用性を高めることができる。
以下、本発明の第1実施形態について、図面に基づいて説明する。
[生体情報測定装置の概略構成]
図1は、本実施形態に係る生体情報測定装置1の使用例を示す模式図である。
本実施形態に係る生体情報測定装置1(以下、測定装置1と略す場合がある)は、図1に示すように、ユーザーUSの体に装着されて利用され、当該ユーザーUSの生体情報を測定するウェアラブル機器である。具体的に、測定装置1は、ユーザーUSの手首等の被装着部位US1に装着されて利用され、当該ユーザーUSの脈波を生体情報として検出し、同じく生体情報である脈拍数を測定する。
測定装置1は、図2に示すように、ハウジング2と、当該ハウジング2に設けられるバンドBN1,BN2と、を備える。
なお、図2を含む以降の図において、ハウジング2の正面部21から背面部22に向かう方向を+Z方向とする。+Z方向に対して直交する二方向を+X方向及び+Y方向とし、+X方向を、正面部21に対向する位置から見て9時方向とし、+Y方向を12時方向とする。また、図示を省略するが、+Z方向とは反対方向を−Z方向とする。−X方向及び−Y方向も同様である。
正面部21は、ハウジング2において−Z方向側に位置する部位であり、正面部21の略中央には、後述する報知部5を構成する表示部51が設けられている。すなわち、正面部21は、ハウジング2において測定装置1を装着したユーザーUSが、表示部51の表示を視認可能な部位である。表示部51は、円形状のカバー211によって覆われている。本実施形態においては、カバー211は、透光性部材であり、例えば風防ガラスである。なお、表示部51の表示面の法線方向は、−Z方向と平行である。
側面部23は、+Z方向を中心とする周方向に沿って形成された環状部であり、正面部21と背面部22とを接続する。側面部23における−X方向側の領域には、後述する操作部3を構成するボタン31,32が配置され、+X方向側の領域には、同じく操作部3を構成するボタン33,34が配置されている。ボタン31〜34は、ハウジング2に対して突没するボタンである。
背面部22は、ハウジング2において+Z方向側に位置する部位であり、ハウジング2において被装着部位US1と対向及び接触する部位である。
背面部22の中央には、略環状の突出部221が形成されている。突出部221の中央には、開口部222が形成されており、当該開口部222の内側領域は、後述する光電センサーモジュール8を構成する光電センサー82Aが配置される配置部223である。
図4は、測定装置1の構成を示すブロック図である。
測定装置1は、ハウジング2の他、図4に示すように、ハウジング2にそれぞれ設けられる操作部3、計測部4、報知部5、通信部6及び主制御部7を有する。
操作部3は、上記ボタン31〜34を有し、ボタン31〜34の入力に応じた操作信号を、主制御部7に出力する。
計測部4は、生体情報を検出して、検出結果を主制御部7に出力する。この計測部4は、光電センサーモジュール8を有し、光電センサーモジュール8は、生体情報である脈波を示す脈波信号を主制御部7に出力する。なお、光電センサーモジュール8の構成については、後に詳述する。
表示部51は、液晶や電子ペーパー等の各種表示パネルを有し、主制御部7から入力される情報を表示する。例えば、表示部51は、計測部4によって検出されて解析された脈拍数を表示する。
音声出力部52は、主制御部7から入力される音声信号に応じた音声を出力する。
振動部53は、主制御部7により動作が制御されるモーターを有し、当該モーターの駆動によって発生する振動によって、例えば警告をユーザーに報知する。
このような主制御部7は、上記フラッシュメモリーによって構成される記憶部71と、当該記憶部71に記憶されたプログラムを実行する上記演算処理回路によって構成される計測制御部72及び解析部73と、を有する。
計測制御部72は、光電センサーモジュール8の動作を制御して、光電センサーモジュール8に脈波を検出させる。計測制御部72によって実行される計測制御処理については、後に詳述する。
解析部73は、光電センサーモジュール8から入力される脈波信号を解析して、脈拍数を算出する。具体的に、解析部73は、脈波信号に対してFFT(高速フーリエ変換:Fast Fourier Transform)等の周波数解析を行い、得られた解析結果(パワースペクトル)から脈拍の周波数を抽出し、抽出された周波数に基づいて脈拍数を算出する。なお、解析部73は、他の手法により脈拍数を算出してもよい。
図5は、光電センサーモジュール8を光出射側から見た図であり、換言すると、光電センサーモジュール8をハウジング2の内側から見た図である。なお、図5では、説明の便宜上、光電センサーモジュール8と主制御部7を構成する回路基板CBとは、+X方向に沿って配置されているが、光電センサーモジュール8と回路基板CBとは、接続部材CMを介して+Z方向において重なるように配置されていてもよい。
光電センサーモジュール8は、ユーザーUSの身体に光を出射し、身体から反射等によって入射される光(反射光)の光量変化に基づいて生体情報を検出する。詳述すると、光電センサーモジュール8は、受光光量の変化を生体情報である脈波として検出し、検出された脈波を示す脈波信号を主制御部7に出力する。
このような光電センサーモジュール8は、図5に示すように、プリント基板81と、当該プリント基板81上に設けられる光電センサー82A及びセンサー制御部84と、を有する。
プリント基板81は、略長方形状のリジッド基板(ボード状の硬質基板)である。このプリント基板81は、+Z方向側の面である実装面81Aに、センサー配置部811と、複数の基板側電極812(図7参照)と、複数のFPC(Flexible Printed Circuits)813と、回路配置部814と、コネクター815と、を有する。
複数の基板側電極812は、センサー配置部811の周囲に設けられている。
複数のFPC813は、各基板側電極812と、光電センサー82Aにおいて後述する発光部用端子823及び受光部用端子825とを接続する。
回路配置部814は、センサー制御部84が配置される部位であり、プリント基板81においてセンサー配置部811より−X方向側に位置している。
コネクター815は、実装面81Aにおいて−X方向側の端部に位置している。プリント基板81は、コネクター815と接続される接続部材CMを介して、主制御部7を構成する回路基板CBと電気的に接続される。接続部材CMとしては、FPCやワイヤーハーネスを例示できる。
光電センサー82Aの先に、センサー制御部84について説明する。
センサー制御部84は、回路配置部814に配置される集積回路によって構成されている。センサー制御部84は、光電センサー82Aの動作を制御するとともに、プリント基板81を介して光電センサー82Aから入力される脈波信号を処理し、処理した脈波信号を、コネクター815を介して主制御部7に出力する。
また、センサー制御部84は、光電センサー82Aから入力される脈波信号に対して増幅、フィルタリング及びA/D変換等の処理を行う信号処理部としての機能を有する。すなわち、センサー制御部84は、AFE(Analog Front End)としての機能を含む。このように処理された脈波信号は、主制御部7に出力される。
図6は、光電センサー82Aを光出射側(+Z方向側)から見た図である。なお、図6では、発光部822及び受光部824の構成要素の一部の図示を省略している。
光電センサー82Aは、緑色光である光を出射するとともに、身体から出射された光を受光して、受光光量に応じた検出信号を脈波信号として出力する反射型光電センサー(反射型脈波センサー)である。光電センサー82Aは、図6に示すように、シリコン基板821、発光部822、発光部用端子823、受光部824、受光部用端子825及び透光性部材826を備える。
シリコン基板821は、半導体基板であり、光電センサー82Aを光出射側から見た場合に、略正方形状に形成されている。シリコン基板821において+Z方向を向く面821A(+Z方向側の面821A)は、発光部822、発光部用端子823、受光部824及び受光部用端子825が設けられる面(形成される面)である。
なお、受光部824については、シリコン基板821の内部に後述するp型領域8242及びn型領域8243が設けられることとなるが、このように、それぞれの一部がシリコン基板821の内部に設けられる場合も含めて、発光部822、発光部用端子823、受光部824及び受光部用端子825は、同じ面821Aに設けられるとする。
このようなシリコン基板821に発光部822及び受光部824を形成する工程については、後に詳述する。
図7は、光電センサーモジュール8を示す断面図である。詳述すると、図7は、図5におけるVII−VII線における光電センサー82Aの断面を示す図である。
次に、受光部824について説明する。
受光部824は、ユーザーUSの身体(厳密には血管)で反射された反射光(第2の光)を受光し、当該反射光の光量変化に応じた信号を脈波信号として、受光部用端子825に出力する。受光部824は、シリコン基板821の略中央に形成されている。
このような受光部824は、図6に示すように、受光層8241及び受光用電極層8244と、を有する他、図7に示すように、角度制限層8247及び光学薄膜層8248を有する。
p用電極層8245は、p型領域8242から−X方向に延出し、受光部用端子825のp用端子8251と接続される。
n用電極層8246は、n型領域8243から+X方向に延出し、受光部用端子825のn用端子8252と接続される。
光学薄膜層8248は、角度制限層8247を+Z方向側にて覆うように設けられる。光学薄膜層8248は、受光部824に向かう光の波長帯域のうち、発光部822が出射する光が含まれる波長帯域(所定帯域)の光を透過し、他の波長帯域の光の透過を抑制するフィルター層である。
受光部用端子825は、図6に示すように、シリコン基板821における−X方向側の端縁に位置するp用端子8251と、シリコン基板821における+X方向側の端縁に位置するn用端子8252を有する。
p用端子8251は、p用電極層8245と接続される端子であり、pn接合型のフォトダイオードにおけるアノードである。
n用端子8252は、n用電極層8246と接続される端子であり、pn接合型のフォトダイオードにおけるカソードである。
p用端子8251及びn用端子8252とFPC813を介して、受光部824とプリント基板81とが接続される。
発光部822は、シリコン基板821上に形成された有機EL素子であり、ユーザーUSの身体に緑色光である光(第1の光)を出射する。発光部822は、本実施形態では図6に示すように、+Y方向側に位置して−Y方向側に開口する略U字状に形成された第1発光領域822Aと、−Y方向側に位置して+Y方向側に開口する略U字状に形成された第2発光領域822Bと、を有する。すなわち、発光部822は、領域分割された複数の発光領域である第1発光領域822A及び第2発光領域822Bを有する。そして、第1発光領域822A及び第2発光領域822Bは、所定の間隔を隔てて受光部824を囲むように設けられている。
具体的に、各発光領域822A,822Bは、図7に示すように、発光層8221及びフィルター層8225を有する。
発光層8221は、陰極層8222、有機層8223及び陽極層8224を有する。すなわち、発光層8221は、シリコン基板821から順に陰極層8222、有機層8223、陽極層8224が積層されて構成されており、有機層8223は、陰極層8222及び陽極層8224に+Z方向において挟まれている。
第1発光領域822Aの陰極層8222は、後述する第1発光領域用端子823Aの端子8231(図6参照)と接続され、陽極層8224は、第1発光領域用端子823Aの端子8232(図6参照)と接続されている。
第2発光領域822Bの陰極層8222は、後述する第2発光領域用端子823Bの端子8233(図6参照)と接続され、陽極層8224は、第2発光領域用端子823Bの端子8234(図6参照)と接続されている。
なお、陽極層8224は、有機層8223から出射される光を透過する必要があることから、少なくとも陽極層8224は、光を透過可能な透明電極層である。
発光部用端子823は、図6に示すように、発光部822の発光領域に応じて設けられ、各発光領域に電力を供給する。本実施形態では、発光部822が第1発光領域822A及び第2発光領域822Bを有することから、発光部用端子823は、第1発光領域822Aに応じた第1発光領域用端子823Aと、第2発光領域822Bに応じた第2発光領域用端子823Bと、を有する。
第2発光領域用端子823Bは、第2発光領域822Bに応じて、シリコン基板821における−Y方向側の端部に設けられている。第2発光領域用端子823Bは、第2発光領域822Bの陰極層8222と接続される端子8233と、第2発光領域822Bの陽極層8224と接続される端子8234と、を有する。なお、第2発光領域用端子823Bでも、端子8233は、端子8234に対して+X方向側に位置する。
また、端子8231〜8234は、シリコン基板821の中央に位置する受光部824を中心として、点対称となる位置にそれぞれ配置されている。
透光性部材826は、図7に示すように、発光部822及び受光部824を+Z方向側にて覆って、発光部822及び受光部824を保護するものである。透光性部材826は、発光部822から出射された光、及び、ユーザーUSの身体から出射されて受光部824に入射される光を透過させる透光性の樹脂或いはガラスによって構成されている。
このような透光性部材826は、光電センサーモジュール8がハウジング2に取り付けられ、発光部822及び受光部824が上記配置部223に配置された際に、ハウジング2外に露出され、ユーザーUSの身体に接触し得る。すなわち、透光性部材826は、ユーザーUSの身体に接触する接触部材でもある。
図8は、計測制御部72が実行する計測制御処理を示すフローチャートである。
本実施形態における計測制御部72は、光電センサーモジュール8の発光部822が複数の発光領域(第1発光領域822A及び第2発光領域822B)を有することから、光電センサーモジュール8を用いて生体情報である脈波を計測する際に、以下に示す計測制御処理を実行する。計測制御処理は、記憶部71に記憶された計測制御プログラムに沿って行われる。
計測制御処理では、図8に示すように、まず、計測制御部72が、第1発光領域822Aを点灯させる(ステップS1)。
次に、計測制御部72は、光電センサーモジュール8から入力される脈波信号に基づいて、脈波を検出可能であるか否かを判定する(ステップS2)。
ステップS2の判定処理にて、脈波を検出可能であると判定した場合(ステップS2:YES)、計測制御部72は、処理をステップS8に移行する。
ステップS2の判定処理にて、脈波を検出できないと判定した場合(ステップS2:NO)、計測制御部72は、第1発光領域822Aを消灯させ、第2発光領域822Bを点灯させる(ステップS3)。
ステップS4の判定処理にて、脈波を検出可能であると判定した場合(ステップS4:YES)、計測制御部72は、処理をステップS8に移行する。
ステップS4の判定処理にて、脈波を検出できないと判定した場合(ステップS4:NO)、計測制御部72は、第1発光領域822Aを再度点灯させて、第1発光領域822A及び第2発光領域822Bを点灯させる(ステップS5)。
ステップS6の判定処理にて、脈波を検出可能であると判定した場合(ステップS6:YES)、計測制御部72は、処理をステップS8に移行する。
ステップS6の判定処理にて、脈波を検出できないと判定した場合(ステップS6:NO)、計測制御部72は、脈波の計測に異常が生じていると判定して、異常処理を実行する(ステップS7)。具体的に、計測制御部72は、報知部5に脈波の計測に異常が生じたことを報知させる。例えば、計測制御部72は、異常が生じたことを示す報知情報を表示部51に表示させたり、所定の音声を音声出力部52に出力させたりする。
このステップS7の後、計測制御部72は、計測制御処理を終了する。
なお、計測制御処理は、計測制御部72によって定期的に実行されるが、ユーザーUSによって操作部3に対して処理の入力操作が行われたタイミングで実行されてもよい。
図9は、光電センサー82Aの製造工程を示すフローチャートである。
光電センサー82Aは、例えば、図9に示す製造工程によって製造される。
この製造工程では、工程SA1〜SA7のうち工程SA1〜SA4を順に実施して、シリコン基板821にpn接合型のフォトダイオードである受光部824を形成する。
受光層形成工程SA1では、シリコン基板821における受光部形成予定領域に不純物を注入して受光層8241(p型領域8242及びn型領域8243)を形成する。
電極層形成工程SA2では、受光用電極層8244を形成する。具体的に、電極層形成工程SA2では、p用電極層8245及びn用電極層8246を、受光層8241のp型領域8242及びn型領域8243に応じて形成する。
なお、電極層形成工程SA2では、発光部用端子823及び受光部用端子825も形成する。
光学薄膜層形成工程SA4では、角度制限層8247の+Z方向側の位置、或いは、角度制限層8247において受光部形成予定領域に応じた位置に、光学薄膜層8248を形成する。
これにより、受光部824が形成される。
発光層形成工程SA5では、発光部822の発光層8221を形成する。具体的に、発光層形成工程SA5では、シリコン基板821における発光部形成予定領域に形成された角度制限層8247をエッチングによって取り除く。この後、陰極層8222、有機層8223及び陽極層8224を順に形成する。
フィルター層形成工程SA6では、陽極層8224を覆うように、フィルター層8225を形成する。なお、上記のように、発光層8221が所望の色光を出射可能であれば、フィルター層形成工程SA6を省略できる。また、フィルター層形成工程SA6に代えて、波長変換層を形成する波長変換層形成工程を採用してもよい。
これにより、発光部822が形成される。
基板封止工程SA7では、発光部822及び受光部824を封止樹脂によって封止した後、当該封止樹脂を平坦に加工して、透光性部材826を形成する。
このような製造工程により、光電センサー82Aが形成される。
以上説明した本実施形態に係る生体情報測定装置1は、以下の効果を奏することができる。
光電センサー82Aは、シリコン基板821と、それぞれシリコン基板821の面821Aに設けられる発光部822、発光部用端子823、受光部824及び受光部用端子825と、を備える。これによれば、発光部822及び受光部824を、パッケージ化されていないベアチップとしてシリコン基板821の面821Aに構成できる。このため、それぞれパッケージ化されたLEDチップ及びフォトダイオードがシリコン基板821に実装する場合に比べて、光電センサー82Aの厚み(発光部822から光が出射される方向の寸法であり、+Z方向における寸法)を小さくできる。また、発光部822及び受光部824がシリコン基板821上に構成されることから、それぞれパッケージ化されたLEDチップ及びフォトダイオードを、バンプ等を介してシリコン基板821に取り付ける必要が無い。このため、発光部822及び受光部824とシリコン基板821との間の寸法を削減できる。従って、光電センサー82Aの厚みを小さくでき、光電センサー82Aの薄型化を図ることができる。また、光電センサー82Aに設けられる構成部品の点数削減を図ることができるだけでなく、光電センサーの製造工程の簡略化を図ることができるので、光電センサー82Aの低コスト化を実現できる。
更に、発光部822及び受光部824をシリコン基板821に形成することによって、これらの間に、チップ実装のための隙間を設ける必要がないので、発光部822と受光部824との間隔を狭めることができる。従って、受光部824による受光光量を高めやすくすることができ、光電センサー82Aによる脈波の検出感度を高めることができる。
また、センサー制御部84は、発光制御部としての機能、及び、信号処理部としての機能を有するので、これらの機能に応じた回路がそれぞれ個別に設けられている場合に比べて、光電センサーモジュール8の構成を簡略化できる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
本実施形態に係る生体情報測定装置は、第1実施形態にて示した生体情報測定装置1と同様の構成を備えるが、光電センサーが、発光部822と受光部824との間に配置される遮光部を更に有する点で、生体情報測定装置1と相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る生体情報測定装置は、光電センサー82Aに代えて、図10に示す光電センサー82Bを有する他は、生体情報測定装置1と同様の構成及び機能を有する。すなわち、本実施形態に係る生体情報測定装置は、光電センサー82Bを有する光電センサーモジュール8を備える。
光電センサー82Bは、上記光電センサー82Aと同様に、光を出射して、ユーザーUSの身体から出射される光を受光して、生体情報の1つである脈波を検出し、検出した脈波を示す脈波信号をプリント基板81に出力する。この光電センサー82Bは、図10に示すように、光電センサー82Aの構成に加えて、遮光部827を有する。すなわち、光電センサー82Bは、シリコン基板821、発光部822、発光部用端子823、受光部824、受光部用端子825、透光性部材826及び遮光部827を有する。
このような遮光部827は、詳しい図示を省略するが、シリコン基板821の面821Aから+Z方向に起立する複数の柱状体が、受光部824を囲むように配列されて構成されている。これら柱状体は、上記製造工程における電極層形成工程SA2及び角度制限層形成工程SA3にて、シリコン基板821において遮光部827が形成される予定の領域である遮光部形成予定領域に、複数の遮光材料を積層することによって形成可能である。すなわち、遮光部827は、光電センサー82Bの製造時に発光部822及び受光部824とともに、シリコン基板821に形成可能である。
以上説明した本実施形態に係る生体情報測定装置は、上記生体情報測定装置1と同様の効果を奏することができる他、以下の効果を奏することができる。
光電センサー82Bは、発光部822と受光部824との間に設けられ、発光部822から出射された光が受光部824に直接入射されることを抑制する遮光部827を備える。これによれば、光電センサー82Bによる脈波の検出精度を高めることができる。
ここで、上記のように、発光部と受光部との間隔は小さい方がよいが、発光部と受光部との間隔が小さいと、これら発光部と受光部との間に遮光部を別途取り付ける場合には、取付作業が煩雑となる。これに対し、遮光部827は、シリコン基板821に形成されるので、シリコン基板821に対する発光部822及び受光部824の形成工程に、遮光部827の形成工程を含めることもできる。このため、発光部822と受光部824との間隔が小さい場合でも、発光部822と受光部824との間に遮光部を容易に形成できる。従って、脈波の検出精度を向上させることができる光電センサー82Bを簡易に製造できる。
本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記各実施形態では、光電センサー82A,82Bは、2つの発光領域822A,822Bを有する発光部822と、1つの受光部824とを有するとした。しかしながら、これに限らず、光電センサー82A,82Bとは異なる数の発光領域を有する光電センサーを、光電センサー82A,82Bに代えて採用してもよい。
図11は、光電センサー82Aの第1変形例である光電センサー82Cを光出射側から見た図である。
例えば、光電センサー82A,82Bに代えて、図11に示す光電センサー82Cを採用してもよい。
光電センサー82Cは、図11に示すように、発光部822に代えて発光部828を有する他は、光電センサー82Aと同様の構成及び機能を有する。すなわち、光電センサー82Cは、シリコン基板821と、シリコン基板821の面821Aにそれぞれ設けられる発光部828、発光部用端子823、受光部824及び受光部用端子825と、透光性部材826と、を有する。
発光部828の発光層8221を構成する陰極層8222及び陽極層8224のうち、陰極層8222は、発光部用端子823を構成する端子8231〜8234のいずれかと接続される。また、陽極層8224は、これら端子8231〜8234のうち陰極層8222と接続された端子を除く他の端子と接続される。図11の例では、陰極層8222は、端子8233と接続され、陽極層8224は、端子8232と接続されている。
なお、光電センサー82Bを有する測定装置1では、光電センサー82Bが1つの発光領域を有することから、上記計測制御処理におけるステップS3〜S6は省略される。
図12は、光電センサー82Aの第2変形例である光電センサー82Dを光出射側から見た図である。
例えば、光電センサー82A,82Bに代えて、図12に示す光電センサー82Dを採用してもよい。
光電センサー82Dは、図12に示すように、発光部822及び発光部用端子823に代えて発光部829及び発光部用端子830を有する他は、光電センサー82Aと同様の構成及び機能を有する。すなわち、光電センサー82Dは、シリコン基板821と、シリコン基板821の面821Aにそれぞれ設けられる発光部829、発光部用端子830、受光部824及び受光部用端子825と、透光性部材826と、を有する。
このような発光部829は、発光部822と同様の層構造を有する有機EL素子であり、面821Aに形成されている。すなわち、発光領域829A〜829Dは、それぞれ発光層8221及びフィルター層8225を有する。
第2発光領域用端子830Bは、第2発光領域829Bに応じてシリコン基板821の−Y方向側の端部に設けられている。第2発光領域用端子830Bは、第2発光領域829Bの陰極層8222と接続される端子8303と、第2発光領域829Bの陽極層8224と接続される端子8304と、を有する。
第4発光領域用端子830Dは、第4発光領域829Dに応じてシリコン基板821の−X方向側の端部に設けられている。第4発光領域用端子830Dは、第4発光領域829Dの陰極層8222と接続される端子8307と、第4発光領域829Dの陽極層8224と接続される端子8308と、を有する。
発光領域用端子830A〜830Dは、図示を省略するが、FPC813を介して、プリント基板81の基板側電極812と接続される。そして、発光領域829A〜829Dの点灯及び消灯は、主制御部7による制御の下、センサー制御部84によって制御される。
なお、光電センサー82Dを有する測定装置1では、計測制御部72は、上記計測制御処理において、発光領域829A〜829D毎に点灯及び脈波の検出判定(例えばステップS1,S2で行われる処理)を行い、適切に脈波を検出可能な発光領域と受光部との組合せにより、脈波の計測を実行する。
上記各実施形態及び上記各変形例では、シリコン基板821において+Z方向側を向く面821Aに、発光部822,828,829及び受光部824は設けられるとした。この面821Aは、平坦でなくてもよく、段差があってもよい。すなわち、シリコン基板において、発光部が位置する部位と、受光部が位置する部位とは、+Z方向における位置が異なっていてもよい。また、発光部用端子及び受光部用端子は、シリコン基板において発光部及び受光部が設けられる面とは異なる面に設けられていてもよく、発光部及び受光部と同じ面上に形成される場合でも、発光部用端子及び受光部用端子の位置は適宜変更可能である。すなわち、発光部の発光面、及び、受光部の受光面が、それぞれ同じ方向を向いていればよい。
一方、シリコン基板において、発光部が位置する面と、受光部が位置する面とが異なっていてもよい。例えば、シリコン基板において、発光部が設けられた面とは反対側の面に受光部が設けられていてもよい。
上記各実施形態及び上記各変形例では、発光部822,828,829は、それぞれ2つ、1つ、4つの発光領域を有するとした。しかしながら、これに限らず、発光部が有する発光領域の数は、適宜変更可能である。
上記各実施形態及び上記各変形例では、光電センサー82A〜82Dは、脈波を検出対象としたことから、発光部822,828,829は、緑色光を出射するとした。しかしながら、これに限らず、光電センサーが検出する検出対象に応じて、発光部が出射する色光は、適宜変更可能である。例えば、発光部は、赤外光を出射する構成としてもよく、青色光を出射する構成としてもよい。
上記各実施形態及び上記各変形例では、光電センサー82A〜82Dは、発光部822,828,829及び受光部824を覆う透光性部材826を有するとした。しかしながら、これに限らず、透光性部材826は無くてもよい。また、例えば上記開口部222に嵌合する等して、配置部223に配置された発光部及び受光部を+Z方向側にて覆う他の透光性部材を設けてもよい。
また、センサー制御部84は、点灯制御部としての機能、及び、信号処理部としての機能を有するとした。しかしながら、これに限らず、センサー制御部は、これら機能のうちいずれかのみを有する構成としてもよい。
更に、生体情報測定装置1は、ユーザーの体動情報を検出可能な加速度センサー及びジャイロセンサー等の運動センサーや、方位を検出する方位センサー、或いは、位置情報を計測可能な位置センサー(例えばGPSセンサー)のような他のセンサーを更に備えていてもよい。
Claims (12)
- シリコン基板に、
第1の光を出射する発光部と、
第2の光を受光する受光部と、
前記発光部に電力を供給する発光部用端子と、
前記受光部から信号が出力される受光部用端子と、が設けられていることを特徴とする光電センサー。 - 請求項1に記載の光電センサーにおいて、
前記発光部及び前記受光部は、前記シリコン基板の同じ面に設けられていることを特徴とする光電センサー。 - 請求項1又は請求項2に記載の光電センサーにおいて、
前記シリコン基板における前記発光部及び前記受光部の間に設けられた遮光部を備えることを特徴とする光電センサー。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光電センサーにおいて、
前記発光部は、有機EL素子であることを特徴とする光電センサー。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の光電センサーにおいて、
前記発光部は、複数の発光領域を有し、
前記発光部用端子は、前記複数の発光領域に応じて設けられていることを特徴とする光電センサー。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の光電センサーにおいて、
前記発光部は、前記受光部を囲むように配置されていることを特徴とする光電センサー。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の光電センサーにおいて、
前記発光部は、緑色光を出射することを特徴とする光電センサー。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の光電センサーにおいて、
前記受光部は、前記受光部に入射される光の入射角度を制限する角度制限層を有することを特徴とする光電センサー。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の光電センサーにおいて、
前記受光部は、前記受光部に入射される光の波長帯域のうち所定帯域の光を透過する光学薄膜層を有することを特徴とする光電センサー。 - 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の光電センサーにおいて、
前記発光部及び前記受光部を覆う透光性部材を備えることを特徴とする光電センサー。 - 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の光電センサーと、
前記光電センサーを制御するセンサー制御部と、
前記光電センサー及び前記センサー制御部が位置するプリント基板と、を備え、
前記センサー制御部は、前記発光部の点灯制御、及び、前記受光部からの信号処理の少なくともいずれかを行うことを特徴とする光電センサーモジュール。 - 請求項11に記載の光電センサーモジュールと、
前記光電センサーモジュールから出力された信号に基づいて生体情報を導出する回路基板と、
前記プリント基板及び前記回路基板を電気的に接続する接続部材と、を備えることを特徴とする生体情報測定装置。
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