JP4355439B2

JP4355439B2 - Micro pressure sensing element, device using this element, and health monitoring system

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Publication number: JP4355439B2
Application number: JP2000341908A
Authority: JP
Inventors: 太好高
Original assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Current assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2020-11-09
Also published as: JP2002148132A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小圧力検知素子、この素子を用いた情報入力装置、血流系測定装置等の装置及び健康監視システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、健康診断器具、特に血流系測定器具ないし装置としては、血圧計、心拍計、脈拍計、脈波計等がある。例えば、脈波計としては、光電式脈波計の他に圧電式脈波計等がある。圧電式の場合、圧電素子により圧脈波を測定するもので、動脈上に圧電センサを押付けて非観血式に脈波信号を読み取ることとなる。この際、圧電センサは微小圧力センサ（微小圧力検知素子）として機能するものであるが、このような微小圧力センサとしては、磁歪素子を用いたセンサや電歪素子を用いたセンサもある。血圧計、心拍計、脈拍計等に関しても基本的には同様である。
【０００３】
これらの血流系測定器具に関しては、家庭的或いは携帯性を有する利用形態が普及しつつあり、ＧＰＳシステムや携帯電話等の通信システムとの組合わせによる健康監視システムへの応用も図られている（例えば、特開平１０−４０４８３号公報、特開平５−２５２２８４号公報、特開平６−１４１２８号公報等参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の微小圧力センサでは、小型・軽量化の点及び感度的な面でまだ十分とはいえず、改良の余地が多分にある。
【０００５】
そこで、本発明は、小型・軽量で高感度な微小圧力検知素子を提供することを目的とする。
【０００６】
併せて、上記微小圧力検知素子を利用することで機能アップを図れる微小圧力検知素子を用いた装置及び健康監視システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明の微小圧力検知素子は、絶縁基板上にスピン偏磁率の高い導電性磁性部材からなる磁気抵抗効果素子膜を直線状に配置した第１層と、前記第１層の上に設けられた絶縁膜からなる第２層と、前記第２層を介して前記第１層の長手方向に対して交差するように設けられ、少なくとも一部が磁歪定数の大きな部材からなる高磁歪薄膜を直線状に複数本並列に配置した第３層と、複数の前記第３層の一端と前記第１層の一端との間に一定の電位差を生じさせる直流電源と、複数の前記第３層の他端の接続対象を切り換える第１スイッチング回路と、前記第１スイッチング回路と前記第１層の他端との間に流れる電流値を測定する電流計と、を備え、前記第１層と、磁歪部として機能する複数本並列に配置された前記第３層とが交差するアレイ状の複数の検知点に対して検知対象物から外部圧力が印加されると、磁歪変化による磁気抵抗の変化率に基づいて微小圧力の変化を検知することを特徴とする。
【０００８】
従って、小型・軽量で、アレイ化が簡単に図れる高感度な圧力センサを提供することができることから、利用用途を広げることができ、より実用的となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明の微小圧力検知素子は、絶縁基板上にスピン偏磁率の高い導電性磁性部材からなる磁気抵抗効果素子膜を直線状に複数本並列に配置した第１層と、前記第１層の上に設けられた絶縁膜からなる第２層と、前記第２層を介して前記第１層の長手方向に対して交差するように設けられ、少なくとも一部が磁歪定数の大きな部材からなる高磁歪薄膜を直線状に配置した第３層と、前記第３層の一端と複数の前記第１層の一端との間に一定の電位差を生じさせる直流電源と、複数の前記第１層の他端の接続対象を切り換える第２スイッチング回路と、前記第２スイッチング回路と前記第３層の他端との間に流れる電流値を測定する電流計と、を備え、複数本並列に配置された前記第１層と、磁歪部として機能する前記第３層とが交差するアレイ状の複数の検知点に対して、検知対象物から外部圧力が印加されると、磁歪変化による磁気抵抗の変化率に基づいて微小圧力の変化を検知することを特徴とする。
【００１０】
従って、小型・軽量で、アレイ化が簡単に図れる高感度な圧力センサを提供することができることから、利用用途を広げることができ、より実用的となる。
【００１１】
請求項３に記載の発明の微小圧力検知素子は、絶縁基板上にスピン偏磁率の高い導電性磁性部材からなる磁気抵抗効果素子膜を直線状に複数本並列に配置した第１層と、前記第１層の上に設けられた絶縁膜からなる第２層と、前記第２層を介して前記第１層の長手方向に対して交差するように設けられ、少なくとも一部が磁歪定数の大きな部材からなる高磁歪薄膜を直線状に複数本並列に配置した第３層と、複数の前記第３層の一端の接続対象を切り換える第３スイッチング回路と、複数の前記第１層の一端の接続対象を切り換える第４スイッチング回路と、前記第３スイッチング回路と前記第４スイッチング回路との間に一定の電位差を生じさせる直流電源と、複数の前記第３層の他端の接続対象を切り換える第５スイッチング回路と、複数の前記第１層の他端の接続対象を切り換える第６スイッチング回路と、前記第５スイッチング回路と前記第６スイッチング回路との間に流れる電流値を測定する電流計と、を備え、複数本並列に配置された前記第１層と、磁歪部として機能する複数本並列に配置された前記第３層とが交差するマトリックス状の複数の検知点に対して、検知対象物から外部圧力が印加され、磁歪変化による磁気抵抗の変化率に基づいて微小圧力の変化を検知することを特徴とする。
【００１２】
従って、小型・軽量で、２次元アレイ化、即ちドットマトリックス化が簡単に図れる高感度な圧力センサを提供することができることから、より一層利用用途を広げることができ、より実用的となる。
【００１３】
請求項４に記載の発明の情報入力装置は、前記請求項１〜３のいずれか一つに記載の微小圧力検知素子の検知点が、各々指で押圧操作されるボタンキーに対応付けられ、前記検知点における磁気歪みによる圧力変化に基づいて、前記ボタンキーに対する入力操作を検知することを特徴とする。
【００１４】
従って、請求項１〜３のいずれか一つに記載の微小圧力検知素子をボタンキーによる情報入力装置に効果的に適用できる。
【００１５】
請求項５に記載の発明の情報入力装置は、前記請求項３に記載の微小圧力検知素子のマトリックス状の検知点が、各々指で押圧操作される表示装置のポインタ表示座標に対応付けられ、前記マトリックス状の検知点における磁気歪みによる圧力変化に基づいて前記ポインタ表示座標に対する入力操作を検知することを特徴とする。
【００１６】
従って、請求項３に記載の微小圧力検知素子を表示装置のポインタ表示座標を入力するための情報入力装置に効果的に適用できる。
【００１７】
請求項６に記載の発明の血流系測定装置は、前記請求項１〜３のいずれか一つに記載の微小圧力検知素子の検知点が、前記検知点における磁気歪みによる脈波の圧力変化に基づいて、血圧、脈波、心拍または脈拍なる血流系測定項目を検知することを特徴とする。
【００１８】
本発明において、「血圧」とは、心臓の伸縮により拍出された血液が血管内を循環している時に血管壁に及ぼす血管内の圧力をいう。「脈波」とは、血液が心臓の収縮により大動脈に押し出された時に発生した血管内の圧力変化が末梢方向に伝搬する時の波動をいい、この波動による血管内の圧力変化を捉えたものが圧脈波となる。「心拍」とは、心臓の筋収縮に伴う鼓動であり、心拍数は筋収縮の速度を表す。「脈拍」とは、心臓の筋収縮運動が、血管中に送られる血液によって動脈に伝えられることにより周期的に生ずる鼓動をいう。これらの何れの血流系測定項目も、圧力変化を伴う。
【００１９】
従って、請求項１〜３のいずれか一つに記載の微小圧力検知素子を血圧、脈波、心拍又は脈拍なる血流系測定項目を検知する血流系測定装置に効果的に適用できる。
【００２０】
請求項７記載の発明の健康診断端末装置は、前記請求項６に記載の血流系測定装置と、現在位置情報を検知する位置情報検知手段と、前記血流系測定装置により検出された血流系測定項目の情報と前記位置情報検知手段により検知された現在位置情報とが入力される制御装置と、前記制御装置に入力された血流系測定項目の情報と現在位置情報とを関連付けて記憶させる記憶手段と、を備え、測定対象者が携帯し、任意の時点、場所で前記血流系測定項目の測定を可能とすることを特徴とする。
【００２１】
従って、請求項１〜３のいずれか一つに記載の軽量・小型で高感度な微小圧力検知素子を有する請求項６に記載の血流系測定装置を、位置情報検知手段とともに備えて携帯性を有するので、任意の場所で血流系測定項目の情報と現在位置情報とを関連付けて記憶手段で管理する健康診断端末装置を提供できる。
【００２２】
請求項８に記載の発明の健康監視システムは、前記請求項７に記載の健康診断端末装置と、前記健康診断端末装置の前記記憶手段に記憶された血流系測定項目の情報と現在位置情報とを送信出力する無線通信装置と、前記無線通信装置から送信された血流系測定項目の情報と現在位置情報とを受信する通信部と、前記通信部で受信された前記健康診断端末装置の所有者の血流系測定項目の情報と現在位置情報とに基づいて健康を監視するホストコンピュータと、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
従って、請求項７に記載の健康診断端末装置を備えるので、ホストコンピュータ側に健康診断端末装置所有者の健康状況の把握を可能とするセンタ機能を持たせることにより、健康診断端末装置所有者の健康状態をその存在位置とともに常に監視でき、緊急事態発生等の異常時には適宜伝える等の緊急対策を適正に採れる健康監視システムを提供できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図5に基づいて説明する。本実施の形態の磁歪による微小圧力検知素子１は、ＴＭＲ素子（トンネル磁気抵抗効果素子）２をセンサ部に用いたもので、基本的には、図４に示すように絶縁性の基板３上に積層させた第１層４と、絶縁膜による第２層５と、第３層６との所定のパターンの接合構造により形成されて、第１層４から第２層５を介して第３層６にトンネル電流が流れる構造のＴＭＲ素子２をセンサ部７に備える。ここに、第３層６が磁歪部及び電極として機能し、第１層４が磁歪部に対して対をなす他方の磁気素子及び電極として機能する。
【００２９】
ＴＭＲ素子は、近年において見出された現象、即ち、強磁性体と絶縁膜と強磁性体との接合構造により形成されて、両強磁性体の磁化の相対角度に依存してトンネル効果が現れる強磁性体トンネル効果という現象を利用したもので、例えば、特開平１０−９１９２５号公報、特開平１０−２５５２３１号公報中にも記載されているように、Ｓ．Ｍaeksawa and Ｖ．Ｇafvert等は、ＩＥＥＥＴrans.Ｍagn.,ＭＡＧ−18,707(1982)において、磁性体／絶縁体／磁性体結合で両磁性層の磁化の相対角度に依存してトンネル効果が現れることを理論的、実験的に示している。
【００３０】
このようなＴＭＲ素子２に関する詳細構成をその作製方法を含めて説明する。まず、図１に示すように、石英、ガラス等の絶縁性の基板３上に第１層４として一般的な無磁歪組成のＦｅ２０−Ｎｉ８０膜をスパッタリング法により０．１μｍ膜厚で成膜する。Ｆｅ２０−Ｎｉ８０膜自体は磁気抵抗効果素子膜であり、他方の磁気素子として機能するが、第１層４としては、スピン偏磁率の高い導電性磁性部材であればＦｅ２０−Ｎｉ８０膜以外にＮｉ−Ｆｅ膜、ＣｕＭｏパーマロイ膜、ＣｏＺｒＮｂアモルファス膜等であってもよい。抗磁力のような磁気特性は、目的とする磁界強度に応じて選択すればよい。また、Ｆｅ２０−Ｎｉ８０膜に関しては、メッキ法によっても作製できる。また、第１層４の膜厚を０．１μｍとしたが、感度その他必要な条件に応じて、適宜膜厚に設定すればよい。
【００３１】
次に、半導体製造工程に用いられる一般的なフォトリソグラフィ技術とＣＦ₄＋Ｈ₂を用いたＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）により、第１層４を図２に示すようにパターン化する。ここでは、第１層４をＴＭＲ素子２の一方の電極として機能させるため直線状で、かつ、磁気抵抗効果素子として機能できるサイズである幅１０μｍ×長さ１ｍｍのパターン形状とした。もっとも、第１層４の寸法、形状は目的に応じて適宜変更してもよい。また、エッチング処理としてはウェットエッチング法であってもよく、この場合にはエッチング液として王水を用いればよい。
【００３２】
つづいて、図３に示すように、このような第１層４の上に第２層５の絶縁膜としてＡｌ₂Ｏ₃膜をスパッタリング法により成膜する。この成膜にはＥＢ法（電子ビーム法）やＣＶＤ法（化学気相成長法）などを用いてもよい。そして、第１層４の場合と同様に、一般的なフォトリソグラフィ技術とＣＦ₄＋Ｈ₂を用いたＲＩＥ法により第２層５をパターン化する。この第２層５の絶縁材料としては、ＳｉＯ₂等の他の絶縁材料でも機能するが、特性上はＡｌ₂Ｏ₃膜が優れている。Ａｌを成膜した後で、大気中や真空中でプラズマ酸化させる方法であってもよい。絶縁層である第２層５のエッチングとしては、ウェットエッチングでもよいが、基板３もエッチングされてしまう場合には基板３の裏面側をレジストなどにより保護する必要がある。
【００３３】
また、基板３としては、石英以外の絶縁基板やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やポリイミドなどを利用したフレキシブル絶縁基板であってもよい。設計ルールによっては、フォトリソグラフィ工程によらず、最初から金属マスクを用いて成膜させる工程によってもよい。
【００３４】
この後、図４に示すように、絶縁層である第２層５の上に、第３層６として磁歪定数の大きなＦｅ−Ｃｏ５０膜をスパッタ法により成膜し、第１層４の場合と同様にフォトリソグラフィ法により第１層４のパターンに直交するパターンにパターン化する。この第３層６は全面ではなく、その一部に磁歪定数の大きな部材を設ける構成としてもよく、また、他の高磁歪薄膜であってもよい。
【００３５】
このような微小圧力検知素子１におけるＴＭＲ素子２に対する検知回路構成例を図５に示す。各々電極として機能する第１層４の一端と第３層６の一端との間に直流電源８を接続し、第１層４の他端と第３層６の他端との間に微小電流計９を接続することで、第１層４から第２層５を介して第３層６に直流のトンネル電流を流した場合の電流の変化を微小電流計９により検出する構成である。この検出動作において、当該ＴＭＲ素子２には一様な外部磁界が印加される。ここに、当該ＴＭＲ素子２は微小圧力検知素子１においてセンサ部７に設けられており、磁歪部として機能する第３層６が検知対象物からの外部圧力印加を感じてその磁性が変化すると（磁歪変化）、その変化に伴いＴＭＲ素子２としての磁気抵抗の変化率（ＭＲ率）も変化することとなり、磁歪による微小圧力の変化を高感度に検知できることとになる。
【００３６】
従って、本実施の形態の微小圧力検知素子１によれば、磁歪部となる第３層６を一部に有するＴＭＲ素子２をセンサ部７に用いることにより構成されているので、センサの小型・軽量化を図れる上に、磁歪による微小圧力の変化を高感度に検知することができる。よって、後述する情報入力装置や血流系測定装置等に適用すると、極めて効果的となる。
【００３７】
なお、本実施の形態では、センサ部７にＴＭＲ素子２を備えた構成としたが、ＴＭＲ素子２に限らず、磁気部材の一部に磁歪部を有する素子、具体的には磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）又は磁気インピーダンス素子(ＭＩ素子)であってもよく、同様の効果が得られる。また、磁気部材の一部に磁歪部を有する電磁誘導コイルをセンサ部に備えた構成としてもよい。この場合、磁歪部の磁歪に基づく電磁誘導の発生電圧の変化等を通じて検知対象物の圧力変化を検知することとなる。
【００３８】
本発明の第二の実施の形態を図６及び図７に基づいて説明する。第一の実施の形態で説明した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する(以降の各実施の形態でも順次同様とする)。
【００３９】
本実施の形態の微小圧力検知素子１１では、磁歪部として機能する第３層６を第３層６ａ〜６ｆで示す如く複数個（例えば、６個）に分割しつつ並列に配置させることで、センサ部７に関して、下層の第１層４と交差する部分、例えば、６箇所に検知点１２ａ〜１２ｆを持たせたアレイ状構成としたものである。結果として、各第３層６ａ〜６ｆ毎に第１層４との間でＴＭＲ素子を構成することとなる。
【００４０】
製造方法としては、第一の実施の形態の場合と同様に第１層４及び第２層５を形成した後、前述の場合と同様に、磁歪定数の大きなＦｅ−Ｃｏ５０膜をスパッタリング法により成膜し、かつ、フォトリソグラフィ法により複数に分割するパターン化処理により磁歪部として機能する第３層６ａ〜６ｆを形成することにより作製される。
【００４１】
この場合の微小圧力検知素子１１に対する検知回路構成例としては、図７に示すように、各々電極としても機能する各第３層６ａ〜６ｆに対して第１スイッチング回路としてのスイッチング回路１３を介して微小電流計９が接続されており、スイッチング回路１３のスイッチング動作により各検知点１２ａ〜１２ｆ毎に個別に第３層６ａ〜６ｆによる磁歪部の圧力感知に伴う磁性変化が個別のＴＭＲ素子のＭＲ率の変化として確実かつ高感度に検知される。
【００４２】
従って、本実施の形態の微小圧力検知素子１１によれば、検知点１２ａ〜１２ｆが複数点としてアレイ状に配列されているので、第一の実施の形態の場合と同様の効果が得られる上に、利用用途を適宜広げることができ、より実用的となる。
【００４３】
本発明の第三の実施の形態を図８及び図９に基づいて説明する。本実施の形態の微小圧力検知素子２１は、端的には、微小圧力検知素子１１の場合と、ＴＭＲ素子部分のパターン構成を逆にしたものである。即ち、表面側に位置して磁歪部として機能する第３層６を１本の共通電極として形成するとともに、下層側に位置して他方の磁気素子及び電極として機能する第１層４を第１層４ａ〜４ｇとして第３層６に交差するよう並列に配置させたパターンとして形成されている。これにより、センサ部７に関して、下層の第１層４ａ〜４ｇと表層の第３層６とが交差する部分、例えば７箇所に検知点２２ａ〜２２ｇを持たせたアレイ状構成とされている。結果として、各第１層４ａ〜４ｇ毎に表層の第３層６との間でＴＭＲ素子を構成することとなる。
【００４４】
製造方法としては、第一の実施の形態の場合と同様に基板３上にＦｅ２０−Ｎｉ８０膜を成膜した後、フォトリソグラフィ法によりパターン化して第１層４ａ〜４ｇを形成する。この後、前述の場合と同様に、第２層５、第３層６の成膜・パターニングを行なうことにより作製される。
【００４５】
この場合の微小圧力検知素子２１に対する検知回路構成例としては、図９に示すように、各々電極としても機能する各第１層４ａ〜４ｇに対して第２スイッチング回路としてのスイッチング回路２３を介して微小電流計９が接続されており、スイッチング回路２３のスイッチング動作により各検知点２２ａ〜２２ｇ毎に個別に第３層６の磁歪部における圧力感知に伴う磁性変化が個別のＴＭＲ素子のＭＲ率の変化として確実かつ高感度に検知される。
【００４６】
従って、本実施の形態の微小圧力検知素子２１によれば、検知点２２ａ〜２２ｇが複数点としてアレイ状に配列されているので、第一の実施の形態の場合と同様の効果が得られる上に、利用用途を適宜広げることができ、より実用的となる。
【００４７】
本発明の第四の実施の形態を図１０及び図１１に基づいて説明する。本実施の形態の微小圧力検知素子３１は、端的には、微小圧力検知素子１１と微小圧力検知素子２１とを組合わせた構成としたものである。即ち、表面側に位置して磁歪部として機能する第３層６を例えば６本の共通電極なる第３層６ａ〜６ｆとして分割して並列に形成するとともに、下層側に位置して他方の磁気素子として機能する第１層４も第１層４ａ〜４ｇとして第３層６ａ〜６ｆの各々に交差するよう並列に配置させたマトリックス状パターンとして形成されている。これにより、センサ部７に関して、下層の第１層４ａ〜４ｇと表層の第３層６ａ〜６ｆとが交差する部分、例えば４２箇所に検知点を持たせた２次元アレイ状＝ドットマトリックス状構成とされている。結果として、４２箇所の各検知点毎にＴＭＲ素子を構成することとなる。ここに、各検知点について第１層４ａ〜４ｇの下層には半導体スイッチ素子としてのダイオードスイッチ３２が介在されている。
【００４８】
製造方法としては、基板３上にＡｌ配線パターン３３ａ〜３３ｇをスパッタリング法により成膜した後、フォトリソグラフィ法によりパターニングして形成する。これらのＡｌ配線パターン３３ａ〜３３ｇ上にアモルファスＳｉを作製することによりダイオードスイッチ３２ａ〜３２ｇを設ける。シランガスを用いた一般的なＣＶＤ法による成膜と一般的なフォトリソグラフィ法によればよく、Ｐ層に対してはボロンをドープし、Ｎ層にはリンをドープすることで、ＰＮジャンクションを形成することで、ダイオードスイッチとした。もっとも、アモルファスＳｉ以外にＺｎＯ薄膜やＳｉＧｅ薄膜等を利用しダイオードを形成するようにしてもよい。さらに、第三の実施の形態の場合と同様に、ダイオードスイッチ３２ａ〜３２ｆ上に、Ｆｅ２０−Ｎｉ８０膜を成膜した後、フォトリソグラフィ法によりパターン化して第１層４ａ〜４ｆを形成する。この後、第２層５を成膜し、さらに、第二の実施の形態の場合と同様に、磁歪定数の大きなＦｅ−Ｃｏ５０膜をスパッタリング法により成膜し、かつ、フォトリソグラフィ法により複数に分割するパターン化処理により磁歪部として機能する第３層６ａ〜６ｆを形成することにより作製される。
【００４９】
この場合の微小圧力検知素子３１に対する検知回路構成例としては、図１１に示すように、直流電源８に対して第４スイッチング回路としてのスイッチング回路３４を介して各Ａｌ配線パターン３３ａ〜３３ｆ（第１層４ａ〜４ｆ）が接続され、第３スイッチング回路としてのスイッチング回路３５を介して各第３層６ａ〜６ｆが接続され、各検知点に位置するダイオードスイッチ３２ａ〜３２ｆのスイッチングを経て選択された任意の１箇所の検知点（ＴＭＲ素子）に対してのみ電圧印加が可能とされている。一方、微小電流計９に対しては、第６スイッチング回路としてのスイッチング回路３６を介して各Ａｌ配線パターン３３ａ〜３３ｆ（第１層４ａ〜４ｆ）が接続され、第５スイッチング回路としてのスイッチング回路３７を介して各第３層６ａ〜６ｆが接続され、各検知点に位置するダイオードスイッチ３２ａ〜３２ｆのスイッチングを経て選択された任意の１箇所の検知点（ＴＭＲ素子）における電流のみを検知可能とされている。
【００５０】
従って、本実施の形態の微小圧力検知素子３１によれば、検知点が複数点として２次元アレイ状＝ドットマトリックス状に配列されているので、第一の実施の形態の場合と同様の効果が得られる上に、第二、第三の実施の形態の場合よりもより一層利用用途を適宜広げることができ、より実用的となる。特に、２次元センサアレイとして利用できるので、ドット状の各検知点毎により高精度な圧力測定が可能となる。
【００５１】
本発明の第五の実施の形態を図１２に基づいて説明する。本実施の形態以降の各実施の形態は、前述したような微小圧力検知素子の適用例を例示するものである。
【００５２】
本実施の形態は、例えば微小圧力検知素子１１を指操作によるキーボード代わりの情報入力装置４１として利用した情報端末４２への適用例を示す。この情報端末４２においては、ハンディタイプの当該端末筐体の表面に情報入力装置４１の操作面が露出状態で設けられている他、表示装置の表示部４３も露出状態で設けられている。さらに、情報入力装置４１からの信号の入力を受けたり表示装置による表示部４３の表示を制御するマイコン構成の処理装置４４が内蔵されている。ここに、情報入力装置４１を構成する微小圧力検知素子１１にあっては、アレイ状配置の各検知点１２ａ〜１２ｆに対応させて押印ボタンキー４５ａ〜４５ｆが割り当てられている。
【００５３】
このような情報端末４２において、ユーザが押印ボタンキー４５ａ〜４５ｆの何れかの個所を指で押圧操作すると、対応する検知点において前述した微小圧力検知素子１１における磁歪による圧力変化として検知されるので、キーボード代わりの情報入力装置４１として機能し得る。この際、処理装置４４にあっては、微小圧力検知素子１１の各検知点１２ａ〜１２ｆから得られる信号について予め設定されている平均的な押圧操作パターン信号と比較することにより、実際に押圧操作がされたか否かを判断しており、誤動作なく押圧している真の押圧操作による押印ボタンキー４５ａ〜４５ｆのみを検知して入力信号とすることができる。入力判定された押印ボタンキー４５ａ〜４５ｆの何れかの入力情報は表示部４３においてキー入力情報として表示される。
【００５４】
本発明の第六の実施の形態を図１３に基づいて説明する。本実施の形態は、例えば検知点を２次元アレイ状＝ドットマトリックス状に有する微小圧力検知素子３１を指操作によるポインタ代わりの情報入力装置５１として利用した情報端末５２への適用例を示す。この情報端末５２においては、ハンディタイプの当該端末筐体の表面に情報入力装置５１の操作面が露出状態で設けられている他、表示装置の表示部５３も露出状態で設けられている。さらに、情報入力装置５１からの信号の入力を受けたり表示装置による表示部５３の表示を制御するマイコン構成の処理装置５４が内蔵されている。ここに、情報入力装置５１を構成する微小圧力検知素子３１にあっては、アレイ状配置の各検知点が存在するセンサ部７の領域が指押圧操作による入力エリアとして設定されている。
【００５５】
このような情報端末５２において、ユーザがセンサ部７による入力エリア内の何れかの個所を指で押圧操作しながら動かすと、対応する検知点において前述した微小圧力検知素子３１における磁歪による圧力変化として順次検知されるので、ポインタ代わりの情報入力装置５２として機能し得る。この際、処理装置５４にあっては、微小圧力検知素子３１の各検知点から得られる信号について予め設定されている平均的な押圧操作パターン信号と比較することにより、実際に押圧操作がされたか否かを判断しており、誤動作なく押圧している真の押圧操作を受けた個所のみを検知してポインタ入力信号とすることができる。入力判定された押圧個所の入力情報は表示部５３においてポインタ入力情報として表示される。
【００５６】
本発明の第七の実施の形態を図１４に基づいて説明する。本実施の形態は、例えば微小圧力検知素子１を指先での押圧操作に基づき測定対象者の脈波を検知する脈波計なる血流系測定装置６１として利用した情報端末６２への適用例を示す。この情報端末６２においては、ハンディタイプの当該端末筐体の表面に血流系測定装置６１のセンサ部７が押圧測定面として露出状態で設けられている他、表示装置の表示部６３も露出状態で設けられている。さらに、血流系測定装置６１からの信号の入力を受けて演算処理を行ったり表示装置による表示部６３の表示を制御するマイコン構成の処理装置６４が内蔵されている。
【００５７】
このような情報端末６２において、ユーザがセンサ部７を指先で所定時間押圧操作していると、その押圧操作に伴い測定対象者の指先での脈波が前述した微小圧力検知素子１における磁歪による圧力変化として検知され、その情報が処理装置６４に取り込まれる。この際、処理装置６４にあっては、微小圧力検知素子１から得られる信号について予め設定されている平均的な脈波の圧力変動パターン信号と比較することにより、当該測定対象者の脈波を算出し、その結果を測定結果として表示部６３に表示させる。
【００５８】
なお、本実施の形態では、脈波を血流系測定項目としたが、血圧或いは脈拍を血流系測定象項目として脈波に基づき測定するようにしてもよい。さらには、心拍を血流系測定項目として測定するようにしてもよい。
【００５９】
本発明の第八の実施の形態を図１５に基づいて説明する。本実施の形態は、前述の情報端末６２中の処理装置６４を制御装置として利用するとともに、例えばＧＰＳ（Ｇlobal Ｐositioning Ｓystem）のＧＰＳ信号を受信して現在位置情報を検知するＧＰＳ受信装置を利用した位置情報検知手段６５と、メモリ６６とが付加されて、携帯性を有するハンディタイプの健康診断端末装置６７として構成されている。位置情報検知手段６５は詳細は略すが周知の如くＧＰＳ信号の受信に基づき当該健康診断端末装置６７の所在位置、即ち、測定対象者の地球上での現在位置を認識するものである。ＧＰＳ利用に限らず、方位センサ等を利用した位置情報検知手段６５であってもよい。処理装置６４は前述の第七の実施の形態で説明したように血流系測定装置６１により測定された血流系測定項目の情報と位置情報検知手段６５により随時検知される現在位置情報とを測定時点によって両者を関連付けてメモリ６６に記憶させる記憶手段の機能も果たす。
【００６０】
これにより、当該健康診断端末装置６７は測定対象者が適宜携帯しながら任意の時点、場所で、或いは、定期的に、血流系測定装置６１を利用して脈波等の血流系測定項目の測定を行うこととなる。そして、その測定時の場所（現在位置）は位置情報検知手段６５により検知される。これらの情報はメモリ６６に格納される。これにより、血流系測定項目の測定結果をその測定時点の場所と関連付けて管理できる健康診断端末装置６７を提供できる。特に、後述するように携帯電話等と組合せて健康監視システムを構成すると、より効果的となる。
【００６１】
本発明の第九の実施の形態を図１６に基づいて説明する。本実施の形態は、前述の健康診断端末装置６７を利用して健康監視システム７１を構築したものである。本実施の形態の健康監視システム７１は、事業者と健康診断端末装置６７を所有している加入者との間の契約関係により構築されるシステムであって、事業者側では監視センタ７２にホストコンピュータ７３を所有し、加入者の健康診断端末装置６７とは無線通信装置７４を利用して無線で接続されている。即ち、無線通信装置７４の通信部７５と監視センタ７２側の通信部７６との間で情報の通信が行われる。通信部７５を備える無線通信装置７４としては、携帯電話等であってもよい。また、ホストコンピュータ７３には分析センタ７７内の分析用コンピュータ７８に接続されている。
【００６２】
従って、このようなシステム構成によれば、健康診断端末装置６７のメモリ６６に蓄えられた情報（血流系測定項目の情報と現在位置情報）は無線通信装置７４によって適宜監視センタ７２に送信され、ホストコンピュータ７３管理の下にメモリに蓄えられるとともに、異常値等が検知された場合には通信部７６を経由して該当する加入者の健康診断端末装置６７に対してその旨が報告される。このとき、契約によっては、監視の報告に加えて、分析用コンピュータ７８による分析結果を加えて、当該加入者の健康診断端末装置６７を通じて健康管理のアドバスを送信出力するといった健康管理サービスや、緊急時のバックアップサービスを提供することが可能となる。
【００６３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の微小圧力検知素子によれば、小型・軽量で、アレイ化が簡単に図れる高感度な圧力センサを提供することができることから、利用用途を広げることができ、より実用的となる。
【００６４】
請求項２に記載の発明の微小圧力検知素子によれば、小型・軽量で、アレイ化が簡単に図れる高感度な圧力センサを提供することができることから、利用用途を広げることができ、より実用的となる。
【００６５】
請求項３に記載の発明の微小圧力検知素子によれば、小型・軽量で、２次元アレイ化、即ちドットマトリックス化が簡単に図れる高感度な圧力センサを提供することができることから、より一層利用用途を広げることができ、より実用的となる。
【００６６】
請求項４に記載の発明の情報入力装置によれば、請求項１〜３のいずれか一つに記載の微小圧力検知素子をボタンキーによる情報入力装置に効果的に適用できる。
【００６７】
請求項５に記載の発明の情報入力装置によれば、請求項３に記載の微小圧力検知素子を表示装置のポインタ表示座標を入力するための情報入力装置に効果的に適用できる。
【００６８】
請求項６に記載の発明の血流系測定装置によれば、請求項１〜３のいずれか一つに記載の微小圧力検知素子を血圧、脈波、心拍又は脈拍なる血流系測定項目を検知する血流系測定装置に効果的に適用できる。
【００６９】
請求項７に記載の発明の健康診断端末装置によれば、請求項１〜３のいずれか一つに記載の軽量・小型で高感度な微小圧力検知素子を有する請求項６に記載の血流系測定装置を、位置情報検知手段とともに備えて携帯性を有するので、任意の場所で血流系測定項目の情報と現在位置情報とを関連付けて記憶手段で管理する健康診断端末装置を提供することができる。
【００７０】
請求項８に記載の発明の健康監視システムによれば、請求項７に記載の健康診断端末装置を備えるので、ホストコンピュータ側に健康診断端末装置所有者の健康状況の把握を可能とするセンタ機能を持たせることにより、健康診断端末装置所有者の健康状態をその存在位置とともに常に監視でき、緊急事態発生等の異常時には適宜伝える等の緊急対策を適正に採れる健康監視システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態を示す第１層が成膜された基板の縦断正面図である。
【図２】第1層のパターン形状を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図３】第１層上に成膜された第２層のパターン形状を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図４】第２層上に成膜された第３層のパターン形状を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図５】測定回路を示す平面図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態の微小圧力検知素子を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図７】測定回路を示す平面図である。
【図８】本発明の第三の実施の形態の微小圧力検知素子を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図９】測定回路を示す平面図である。
【図１０】本発明の第四の実施の形態の微小圧力検知素子を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図１１】測定回路を示す平面図である。
【図１２】本発明の第五の実施の形態の端末装置を示す正面図である。
【図１３】本発明の第六の実施の形態の端末装置を示す正面図である。
【図１４】本発明の第七の実施の形態の端末装置を示す正面図である。
【図１５】本発明の第八の実施の形態の端末装置を示す正面図である。
【図１６】本発明の第九の実施の形態の健康監視システムを示す概略システム構成図である。
【符号の説明】
１微小圧力検知素子
２トンネル磁気効果抵抗素子
６磁歪部
７センサ部
１１微小圧力検知素子
１２検知点
２１微小圧力検知素子
２２検知点
３１微小圧力検知素子
３２ダイオードスイッチ
４１情報入力装置
４５ボタンキー
５１情報入力装置
６１血流系測定装置
６５位置情報検知手段
６６メモリ
６７健康診断端末装置
７３ホストコンピュータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a minute pressure sensing element, an information input device using the element, a blood flow system measuring device, and a health monitoring system.
[0002]
[Prior art]
Generally, there are a blood pressure monitor, a heart rate monitor, a pulse meter, a pulse wave meter, etc. as a health diagnostic instrument, particularly a blood flow system measuring instrument or apparatus. For example, the pulse wave meter includes a piezoelectric pulse wave meter in addition to the photoelectric pulse wave meter. In the case of a piezoelectric type, a pressure pulse wave is measured by a piezoelectric element, and a pulse wave signal is read non-invasively by pressing a piezoelectric sensor on an artery. At this time, the piezoelectric sensor functions as a minute pressure sensor (minute pressure detecting element), and examples of such a minute pressure sensor include a sensor using a magnetostrictive element and a sensor using an electrostrictive element. The same applies to blood pressure monitors, heart rate monitors, pulse meters, and the like.
[0003]
With regard to these blood flow measuring instruments, home-use or portable usage forms are becoming widespread, and application to health monitoring systems by combining with GPS systems and communication systems such as mobile phones is also being planned. (For example, refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-40383, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-252284, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-14128)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a conventional micro pressure sensor is not yet sufficient in terms of size and weight reduction and sensitivity, and there is much room for improvement.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a small pressure sensing element that is small, light and highly sensitive.
[0006]
In addition, an object of the present invention is to provide a device and a health monitoring system using a micro pressure sensing element that can improve the function by using the micro pressure sensing element.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  Claim 1InThe micro pressure sensing element of the described invention isA first layer in which a magnetoresistive effect element film made of a conductive magnetic member having a high spin magnetic susceptibility is linearly arranged on an insulating substrate; a second layer made of an insulating film provided on the first layer; A third layer in which a plurality of high-magnetostrictive thin films, each of which is provided so as to intersect the longitudinal direction of the first layer via the second layer and at least a part of which has a large magnetostriction constant, are arranged in parallel in a straight line; A first switching circuit that switches a connection target of a plurality of layers, a DC power source that generates a constant potential difference between one end of the plurality of third layers and one end of the first layer, and a plurality of the other ends of the third layers And an ammeter for measuring a current value flowing between the first switching circuit and the other end of the first layer, and arranged in parallel with the first layer and functioning as a magnetostrictive portion. Detection for a plurality of detection points in an array where the third layer intersects When external pressure is applied from the elephant was characterized by detecting a minute change in pressure based on a change rate of the magnetic resistance due to magnetostriction change.
[0008]
  Therefore,smallMold / LightweightWith this, it is easy to make an arrayHigh sensitivitypressureProvide sensorTo doit canTherefore, the usage can be expanded and it becomes more practical..
[0009]
  Claim 2InThe micro pressure sensing element of the described invention isA first layer in which a plurality of magnetoresistive effect element films made of a conductive magnetic member having a high spin magnetic susceptibility are linearly arranged in parallel on an insulating substrate, and a first layer comprising an insulating film provided on the first layer. A third layer in which two layers and a high magnetostrictive thin film, which is provided so as to intersect the longitudinal direction of the first layer via the second layer and at least a part of which has a large magnetostriction constant, are linearly arranged. And a second switching circuit for switching a connection target of the other ends of the plurality of first layers, and a DC power source that generates a constant potential difference between one layer and one end of the third layer and one end of the plurality of first layers And an ammeter for measuring a current value flowing between the second switching circuit and the other end of the third layer, and a plurality of the first layers arranged in parallel function as a magnetostrictive portion. For a plurality of array-shaped detection points intersecting with the third layer, detection is performed. When external pressure is applied from the object, and detecting a minute change in pressure based on a change rate of the magnetic resistance due to magnetostriction change.
[0010]
  Therefore,smallMold / LightweightWith this, it is easy to make an arrayHigh sensitivitypressureProvide sensorTo doit canTherefore, the usage can be expanded and it becomes more practical..
[0011]
  Claim 3InDescribed inventionMicro pressure sensing elementIsA first layer in which a plurality of magnetoresistive effect element films made of a conductive magnetic member having a high spin magnetic susceptibility are linearly arranged in parallel on an insulating substrate, and a first layer comprising an insulating film provided on the first layer. A plurality of high-magnetostrictive thin films that are provided so as to intersect the longitudinal direction of the first layer via two layers and the second layer, and at least a part of which is a member having a large magnetostriction constant, are arranged in parallel in a straight line. A third layer arranged, a third switching circuit for switching a connection target of one end of the plurality of third layers, a fourth switching circuit for switching a connection target of one end of the plurality of first layers, and the third switching circuit And the fourth switching circuit, a DC power source for generating a constant potential difference, a fifth switching circuit for switching a connection target of the other ends of the plurality of third layers, and a plurality of the other ends of the plurality of first layers. Switching the connection target 6 switching circuits, and an ammeter for measuring a current value flowing between the fifth switching circuit and the sixth switching circuit, and a plurality of the first layers arranged in parallel and functioning as a magnetostrictive portion The external pressure is applied from the object to be detected to a plurality of matrix-like detection points intersecting with the third layer arranged in parallel, and a minute pressure based on the rate of change in magnetoresistance due to magnetostriction change It is characterized by detecting a change in.
[0012]
  Therefore,It is possible to provide a high-sensitivity pressure sensor that is compact and lightweight and can be easily formed into a two-dimensional array, that is, a dot matrix.Can expand the usageBecome more practicalThe
[0013]
  Claim 4InDescribed inventionInformation input deviceIsThe detection points of the micro pressure detection element according to any one of claims 1 to 3 are associated with button keys that are each pressed by a finger, and based on a pressure change due to magnetostriction at the detection points, An input operation to the button key is detected.
[0014]
  Accordingly, claim 1The micro pressure sensing element according to any one of 1 to 3 is effectively applied to an information input device using button keysit can.
[0015]
  Claim 5InDescribed inventionInformation input deviceIsThe matrix-like detection points of the minute pressure detection element according to claim 3 are associated with pointer display coordinates of a display device that is pressed by a finger, and pressure changes due to magnetic distortion at the matrix-like detection points. And detecting an input operation for the pointer display coordinates based onTo do.
[0016]
  Therefore, the claims3. The micro pressure detection element according to 3 is effectively applied to an information input device for inputting pointer display coordinates of a display device.it can.
[0017]
  Claim 6InOf the described inventionBlood flow measurement deviceIsThe detection point of the minute pressure detection element according to any one of claims 1 to 3, wherein a blood pressure, a pulse wave, a heart rate or a blood flow based on a pressure change of a pulse wave due to magnetic distortion at the detection point. Detecting system measurement itemsTo do.
[0018]
  In the present invention, “blood pressure” refers to the pressure in the blood vessel exerted on the blood vessel wall when the blood pumped by the expansion and contraction of the heart circulates in the blood vessel. “Pulse wave” refers to the wave when the pressure change in the blood vessel that is generated when the blood is pushed out to the aorta due to the contraction of the heart is propagated in the peripheral direction. Becomes a pressure pulse wave. “Heartbeat” is a heartbeat associated with muscle contraction of the heart, and the heart rate represents the speed of muscle contraction. “Pulse” refers to a heartbeat that occurs periodically when a muscle contraction movement of a heart is transmitted to an artery by blood sent into a blood vessel. Any of these blood flow measurement items is accompanied by a pressure change.
[0019]
  Therefore, the micro pressure detection element according to any one of claims 1 to 3 can be effectively applied to a blood flow measurement device that detects blood flow measurement items such as blood pressure, pulse wave, heart rate, or pulse.
[0020]
  According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a health checkup terminal apparatus according to the sixth aspect, a blood flow measurement apparatus according to the sixth aspect, position information detection means for detecting current position information, and blood detected by the blood flow measurement apparatus. A control device to which information on a flow system measurement item and current position information detected by the position information detection unit are input; and information on a blood flow system measurement item input to the control device and current position information Storage means for storing, which is carried by a person to be measured and enables measurement of the blood flow measurement item at an arbitrary time and place.
[0021]
  Accordingly, the blood flow system measurement device according to claim 6 having the light pressure, small size, and high sensitivity micro pressure detection element according to any one of claims 1 to 3 is provided together with the position information detection means, thereby being portable. Therefore, it is possible to provide a health diagnosis terminal device that associates information on blood flow measurement items with current position information and manages them in a storage unit at an arbitrary place.
[0022]
  According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a health monitoring system according to the seventh aspect, information on blood flow system measurement items and current position information stored in the storage means of the health diagnostic terminal device. A communication unit for transmitting and outputting information on blood flow system measurement items and current position information transmitted from the wireless communication device, and the health checkup terminal device received by the communication unit. And a host computer for monitoring health based on the information on the blood flow measurement items of the owner and the current position information.
[0023]
  Therefore, the claims7 is provided with a center function that enables the host computer side to grasp the health status of the health check terminal device owner, so that the health status of the health check terminal device owner Providing a health monitoring system that can always monitor the presence location and properly take emergency measures such as appropriately communicating when an emergency occurs.it can.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. A micro pressure sensing element 1 by magnetostriction according to the present embodiment uses a TMR element (tunnel magnetoresistive effect element) 2 as a sensor part. Basically, as shown in FIG. The first layer 4, the second layer 5 made of an insulating film, and the third layer 6 are formed to have a predetermined pattern joining structure, and the third layer 4 is connected to the third layer 5 through the second layer 5. The sensor section 7 includes the TMR element 2 having a structure in which a tunnel current flows in the layer 6. Here, the third layer 6 functions as a magnetostrictive portion and an electrode, and the first layer 4 functions as the other magnetic element and electrode paired with the magnetostrictive portion.
[0029]
The TMR element is a phenomenon found in recent years, that is, formed by a junction structure of a ferromagnetic material, an insulating film and a ferromagnetic material, and a tunnel effect appears depending on the relative angle of magnetization of both ferromagnetic materials. As described in, for example, JP-A-10-91925 and JP-A-10-255231, a phenomenon called the ferromagnetic tunnel effect is used. Maeksawa and V. Gafvert et al. In IEEE Trans. Magn., MAG-18,707 (1982) theoretically and experimentally show that the tunnel effect appears depending on the relative angle of magnetization of both magnetic layers in the magnetic / insulator / magnetic coupling. Is shown.
[0030]
A detailed configuration relating to such a TMR element 2 will be described including its manufacturing method. First, as shown in FIG. 1, a general non-magnetostrictive Fe20-Ni80 film having a thickness of 0.1 μm is formed as a first layer 4 on an insulating substrate 3 such as quartz or glass by a sputtering method. . Although the Fe20-Ni80 film itself is a magnetoresistive effect element film and functions as the other magnetic element, the first layer 4 can be made of a Ni- An Fe film, a CuMo permalloy film, a CoZrNb amorphous film, or the like may be used. Magnetic properties such as coercive force may be selected according to the intended magnetic field strength. In addition, the Fe20-Ni80 film can also be produced by a plating method. Moreover, although the film thickness of the 1st layer 4 was 0.1 micrometer, what is necessary is just to set to a film thickness suitably according to sensitivity and other required conditions.
[0031]
Next, general photolithography technology and CF used in the semiconductor manufacturing process_Four+ H₂The first layer 4 is patterned as shown in FIG. 2 by the RIE method (reactive ion etching method) using the above. Here, the first layer 4 has a pattern shape of a width of 10 μm × a length of 1 mm which is a linear shape so as to function as one electrode of the TMR element 2 and can function as a magnetoresistive effect element. However, the size and shape of the first layer 4 may be appropriately changed according to the purpose. The etching process may be a wet etching method. In this case, aqua regia may be used as an etching solution.
[0032]
Subsequently, as shown in FIG. 3, Al is formed on the first layer 4 as an insulating film of the second layer 5.₂O_ThreeA film is formed by a sputtering method. For this film formation, an EB method (electron beam method), a CVD method (chemical vapor deposition method), or the like may be used. Then, as in the case of the first layer 4, a general photolithography technique and CF_Four+ H₂The second layer 5 is patterned by the RIE method using. As an insulating material of the second layer 5, SiO 2₂It works with other insulating materials such as Al.₂O_ThreeThe membrane is excellent. A method of performing plasma oxidation in the air or in a vacuum after depositing Al may be used. Etching of the second layer 5 that is an insulating layer may be wet etching, but if the substrate 3 is also etched, it is necessary to protect the back side of the substrate 3 with a resist or the like.
[0033]
The substrate 3 may be an insulating substrate other than quartz or a flexible insulating substrate using PET (polyethylene terephthalate) or polyimide. Depending on the design rule, a film forming process using a metal mask from the beginning may be used instead of the photolithography process.
[0034]
Thereafter, as shown in FIG. 4, an Fe—Co 50 film having a large magnetostriction constant is formed as the third layer 6 on the second layer 5 which is an insulating layer by the sputtering method. Similarly, it is patterned into a pattern orthogonal to the pattern of the first layer 4 by photolithography. The third layer 6 may have a structure in which a member having a large magnetostriction constant is provided not on the entire surface but on a part thereof, or may be another high magnetostrictive thin film.
[0035]
FIG. 5 shows a configuration example of a detection circuit for the TMR element 2 in such a small pressure detection element 1. A direct current power source 8 is connected between one end of the first layer 4 and one end of the third layer 6 each functioning as an electrode, and a minute current is connected between the other end of the first layer 4 and the other end of the third layer 6. By connecting a total 9, the microammeter 9 detects a change in current when a direct current tunnel current flows from the first layer 4 to the third layer 6 through the second layer 5. In this detection operation, a uniform external magnetic field is applied to the TMR element 2. Here, the TMR element 2 is provided in the sensor unit 7 in the minute pressure sensing element 1, and when the third layer 6 functioning as a magnetostrictive part senses the application of external pressure from the sensing object and its magnetism changes ( (Magnetostriction change), and the change rate (MR rate) of the magnetoresistance as the TMR element 2 changes with the change, and a minute pressure change due to magnetostriction can be detected with high sensitivity.
[0036]
Therefore, according to the micro pressure sensing element 1 of the present embodiment, the sensor section 7 is configured by using the TMR element 2 having a part of the third layer 6 serving as a magnetostriction section. In addition to reducing the weight, it is possible to detect a minute pressure change due to magnetostriction with high sensitivity. Therefore, it is extremely effective when applied to an information input device, a blood flow measurement device, and the like, which will be described later.
[0037]
In the present embodiment, the sensor unit 7 includes the TMR element 2. However, the sensor unit 7 is not limited to the TMR element 2, and an element having a magnetostriction part in a part of the magnetic member, specifically, a magnetoresistive effect element. (MR element), giant magnetoresistive element (GMR element), or magneto-impedance element (MI element), and the same effect can be obtained. Moreover, it is good also as a structure provided with the electromagnetic induction coil which has a magnetostriction part in a part of magnetic member in the sensor part. In this case, a change in pressure of the detection target is detected through a change in the voltage generated by electromagnetic induction based on the magnetostriction of the magnetostrictive portion.
[0038]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same parts as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is also omitted (the same applies to the following embodiments in order).
[0039]
In the micro pressure sensing element 11 of the present embodiment, the third layer 6 functioning as a magnetostrictive portion is arranged in parallel while being divided into a plurality (for example, six) as shown by the third layers 6a to 6f. The sensor unit 7 has an array configuration in which detection points 12a to 12f are provided at portions intersecting with the lower first layer 4, for example, six locations. As a result, a TMR element is formed with the first layer 4 for each of the third layers 6a to 6f.
[0040]
As a manufacturing method, after forming the first layer 4 and the second layer 5 as in the case of the first embodiment, an Fe—Co 50 film having a large magnetostriction constant is formed by sputtering as in the case described above. A third layer 6a to 6f that functions as a magnetostrictive portion is formed by a patterning process that forms a film and is divided into a plurality of parts by photolithography.
[0041]
  As an example of a detection circuit configuration for the minute pressure detection element 11 in this case, as shown in FIG. 7, for each of the third layers 6a to 6f each functioning as an electrode.As the first switching circuitThe microammeter 9 is connected via the switching circuit 13, and the magnetic change accompanying the pressure sensing of the magnetostrictive portion by the third layers 6 a to 6 f is individually performed for each detection point 12 a to 12 f by the switching operation of the switching circuit 13. It is detected reliably and with high sensitivity as a change in MR ratio of individual TMR elements.
[0042]
Therefore, according to the micro pressure sensing element 11 of the present embodiment, since the detection points 12a to 12f are arranged in an array as a plurality of points, the same effect as in the case of the first embodiment can be obtained. In addition, the usage can be expanded as appropriate, and it becomes more practical.
[0043]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The micro pressure detection element 21 of the present embodiment is simply a reverse of the pattern configuration of the TMR element portion and the case of the micro pressure detection element 11. That is, the third layer 6 located on the surface side and functioning as the magnetostrictive portion is formed as one common electrode, and the first layer 4 located on the lower layer side and functioning as the other magnetic element and electrode is formed as the first layer. The layers 4 a to 4 g are formed as patterns arranged in parallel so as to intersect the third layer 6. Thus, the sensor unit 7 has an array configuration in which the detection points 22a to 22g are provided at portions where the lower first layers 4a to 4g and the surface third layer 6 intersect, for example, seven locations. As a result, a TMR element is formed between each of the first layers 4a to 4g and the third layer 6 of the surface layer.
[0044]
As a manufacturing method, an Fe20-Ni80 film is formed on the substrate 3 as in the case of the first embodiment, and then patterned by a photolithography method to form the first layers 4a to 4g. Thereafter, similarly to the case described above, the second layer 5 and the third layer 6 are formed and patterned.
[0045]
  As an example of a detection circuit configuration for the minute pressure detection element 21 in this case, as shown in FIG. 9, for each of the first layers 4a to 4g that also function as electrodes.As the second switching circuitThe microammeter 9 is connected via the switching circuit 23, and the magnetic change accompanying the pressure sensing in the magnetostriction part of the third layer 6 is individually made for each detection point 22 a to 22 g by the switching operation of the switching circuit 23. A change in MR ratio of the TMR element is detected reliably and with high sensitivity.
[0046]
Therefore, according to the micro pressure sensing element 21 of the present embodiment, since the detection points 22a to 22g are arranged in an array as a plurality of points, the same effect as in the case of the first embodiment can be obtained. Furthermore, the usage can be expanded as appropriate, and it becomes more practical.
[0047]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The micro pressure detection element 31 of the present embodiment is basically configured by combining the micro pressure detection element 11 and the micro pressure detection element 21. That is, the third layer 6 located on the surface side and functioning as the magnetostrictive portion is divided into, for example, six common electrodes, the third layers 6a to 6f and formed in parallel, and the other magnetic layer located on the lower layer side is formed. The first layer 4 functioning as an element is also formed as a matrix pattern arranged in parallel so as to intersect each of the third layers 6a to 6f as the first layers 4a to 4g. As a result, the sensor unit 7 has a two-dimensional array = dot matrix configuration in which detection points are provided at portions where the first layers 4a to 4g of the lower layer and the third layers 6a to 6f of the surface layer intersect, for example, 42 locations. It is said that. As a result, a TMR element is configured for each of the 42 detection points. Here, for each detection point, a diode switch 32 as a semiconductor switch element is interposed below the first layers 4a to 4g.
[0048]
As a manufacturing method, Al wiring patterns 33a to 33g are formed on the substrate 3 by a sputtering method and then patterned by a photolithography method. Diode switches 32a to 32g are provided by forming amorphous Si on these Al wiring patterns 33a to 33g. A general CVD method using silane gas and a general photolithography method may be used. The P layer is doped with boron and the N layer is doped with phosphorus to form a PN junction. By doing so, it was set as the diode switch. However, a diode may be formed using a ZnO thin film, a SiGe thin film, or the like in addition to amorphous Si. Further, as in the case of the third embodiment, an Fe20-Ni80 film is formed on the diode switches 32a to 32f, and then patterned by photolithography to form the first layers 4a to 4f. Thereafter, the second layer 5 is formed. Further, as in the case of the second embodiment, an Fe—Co 50 film having a large magnetostriction constant is formed by the sputtering method, and a plurality of layers are formed by the photolithography method. It is produced by forming the third layers 6a to 6f functioning as magnetostrictive portions by the patterning process to be divided.
[0049]
  As an example of a detection circuit configuration for the minute pressure detection element 31 in this case, as shown in FIG.As the fourth switching circuitThe Al wiring patterns 33a to 33f (first layers 4a to 4f) are connected via the switching circuit 34,As the third switching circuitEach of the third layers 6a to 6f is connected via the switching circuit 35, and only to any one detection point (TMR element) selected through switching of the diode switches 32a to 32f located at each detection point. Voltage application is possible. On the other hand, for the microammeter 9,As the sixth switching circuitThe Al wiring patterns 33a to 33f (first layers 4a to 4f) are connected via the switching circuit 36,As the fifth switching circuitEach of the third layers 6a to 6f is connected via the switching circuit 37, and only current at any one detection point (TMR element) selected through switching of the diode switches 32a to 32f located at each detection point is used. It can be detected.
[0050]
Therefore, according to the micro pressure sensing element 31 of the present embodiment, since the detection points are arranged in a two-dimensional array form = dot matrix form as a plurality of points, the same effect as in the case of the first embodiment is obtained. In addition, the usage can be further expanded as appropriate as compared with the second and third embodiments, and it becomes more practical. In particular, since it can be used as a two-dimensional sensor array, highly accurate pressure measurement is possible for each dot-like detection point.
[0051]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Each embodiment after this embodiment illustrates an application example of the minute pressure detection element as described above.
[0052]
The present embodiment shows an application example to an information terminal 42 using, for example, the minute pressure detection element 11 as an information input device 41 instead of a keyboard by finger operation. In this information terminal 42, the operation surface of the information input device 41 is provided in an exposed state on the surface of the handy terminal housing, and the display unit 43 of the display device is also provided in an exposed state. Further, a processing device 44 having a microcomputer configuration for receiving a signal input from the information input device 41 and controlling the display of the display unit 43 by the display device is incorporated. Here, in the minute pressure detection element 11 constituting the information input device 41, the stamp button keys 45a to 45f are assigned to correspond to the detection points 12a to 12f in the array arrangement.
[0053]
In such an information terminal 42, when the user performs a pressing operation on any one of the stamp button keys 45a to 45f with a finger, it is detected as a pressure change due to magnetostriction in the minute pressure detection element 11 described above at a corresponding detection point. It can function as an information input device 41 instead of a keyboard. At this time, the processing device 44 actually compares the signals obtained from the detection points 12a to 12f of the minute pressure detection element 11 with an average pressing operation pattern signal set in advance, so that the pressing operation is actually performed. It is possible to detect only the stamp button keys 45a to 45f by the true pressing operation that is pressed without malfunction and use it as an input signal. The input information of any of the stamp button keys 45a to 45f determined to be input is displayed on the display unit 43 as key input information.
[0054]
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment shows an application example to an information terminal 52 using, for example, a micro pressure detection element 31 having detection points in a two-dimensional array form = dot matrix form as an information input device 51 instead of a pointer by a finger operation. In the information terminal 52, the operation surface of the information input device 51 is provided in an exposed state on the surface of the handy terminal housing, and the display unit 53 of the display device is also provided in an exposed state. Further, a processing device 54 having a microcomputer configuration for receiving a signal input from the information input device 51 and controlling the display of the display unit 53 by the display device is incorporated. Here, in the minute pressure detection element 31 constituting the information input device 51, the area of the sensor unit 7 where the detection points of the array arrangement are present is set as an input area by the finger pressing operation.
[0055]
In such an information terminal 52, when the user moves while pressing any part of the input area by the sensor unit 7 with a finger, as a pressure change due to magnetostriction in the minute pressure detection element 31 described above at a corresponding detection point. Since it is detected sequentially, it can function as an information input device 52 instead of a pointer. At this time, in the processing device 54, whether or not the pressing operation was actually performed by comparing the signal obtained from each detection point of the minute pressure detecting element 31 with the preset average pressing operation pattern signal. Therefore, it is possible to detect only a portion that has received a true pressing operation that has been pressed without malfunction and use it as a pointer input signal. The input information of the pressed part determined to be input is displayed on the display unit 53 as pointer input information.
[0056]
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, for example, an application example to an information terminal 62 that is used as a blood flow measurement device 61 that is a pulse wave meter that detects a pulse wave of a measurement subject based on a pressing operation with a fingertip of the minute pressure detection element 1. Show. In this information terminal 62, the sensor unit 7 of the blood flow measurement device 61 is provided in an exposed state as a pressure measurement surface on the surface of the handy terminal housing, and the display unit 63 of the display device is also exposed. Is provided. Further, a processing device 64 having a microcomputer configuration for receiving an input of a signal from the blood flow measurement device 61 and performing arithmetic processing or controlling the display of the display unit 63 by the display device is incorporated.
[0057]
In such an information terminal 62, when the user presses the sensor unit 7 with the fingertip for a predetermined time, the pulse wave at the fingertip of the measurement subject is caused by the magnetostriction in the minute pressure detecting element 1 described above. It is detected as a pressure change, and the information is taken into the processing device 64. At this time, the processing device 64 compares the pulse wave of the measurement subject by comparing the signal obtained from the minute pressure sensing element 1 with a preset average pulse wave pressure fluctuation pattern signal. The calculation result is displayed on the display unit 63 as a measurement result.
[0058]
In this embodiment, the pulse wave is used as a blood flow system measurement item. However, blood pressure or pulse may be measured based on the pulse wave as a blood flow system measurement item. Furthermore, the heart rate may be measured as a blood flow measurement item.
[0059]
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment uses the processing device 64 in the information terminal 62 described above as a control device, and also uses a GPS receiving device that receives a GPS (Global Positioning System) GPS signal and detects current position information, for example. A position information detecting means 65 and a memory 66 are added to form a handy type health checkup terminal device 67 having portability. As is well known, the position information detection means 65 recognizes the location of the health examination terminal device 67, that is, the current position of the measurement subject on the earth based on the reception of the GPS signal. The position information detecting means 65 using not only the GPS but also an orientation sensor or the like may be used. As described in the seventh embodiment, the processing device 64 receives information on blood flow measurement items measured by the blood flow measurement device 61 and current position information detected at any time by the position information detection means 65. It also functions as a storage means for associating and storing both in the memory 66 depending on the measurement time point.
[0060]
As a result, the health checkup terminal device 67 uses the blood flow measurement device 61 to measure a blood flow system such as a pulse wave at any time, place, or periodically while being appropriately carried by the measurement subject. Will be measured. Then, the location (current position) at the time of measurement is detected by the position information detection means 65. These pieces of information are stored in the memory 66. Thereby, it is possible to provide the health checkup terminal device 67 capable of managing the measurement result of the blood flow system measurement item in association with the place at the time of measurement. In particular, when a health monitoring system is configured in combination with a mobile phone or the like as described later, it becomes more effective.
[0061]
A ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a health monitoring system 71 is constructed using the above-described health checkup terminal device 67. The health monitoring system 71 according to the present embodiment is a system constructed by a contractual relationship between a business operator and a subscriber who owns the health check terminal device 67. It owns a computer 73 and is wirelessly connected to a subscriber's health examination terminal device 67 using a wireless communication device 74. That is, information is communicated between the communication unit 75 of the wireless communication device 74 and the communication unit 76 on the monitoring center 72 side. The wireless communication device 74 including the communication unit 75 may be a mobile phone or the like. The host computer 73 is connected to an analysis computer 78 in the analysis center 77.
[0062]
Therefore, according to such a system configuration, information (information on blood flow measurement items and current position information) stored in the memory 66 of the medical examination terminal device 67 is appropriately transmitted to the monitoring center 72 by the wireless communication device 74. In addition to being stored in the memory under the management of the host computer 73, if an abnormal value or the like is detected, the fact is reported to the health checkup terminal device 67 of the corresponding subscriber via the communication unit 76. . At this time, depending on the contract, in addition to the monitoring report, the analysis result by the analysis computer 78 is added, and the health management service such as sending and outputting the health management ad-bus through the health checkup terminal device 67 of the subscriber, Time backup service.
[0063]
【The invention's effect】
  Claim 1InAccording to the micro pressure sensing element of the described invention,smallMold / LightweightWith this, it is easy to make an arrayHigh sensitivitypressureSensor can be providedTherefore, the usage can be expanded and it becomes more practical..
[0064]
  Claim 2InAccording to the micro pressure sensing element of the described invention,smallMold / LightweightWith this, it is easy to make an arrayHigh sensitivitypressureSensor can be providedTherefore, the usage can be expanded and it becomes more practical..
[0065]
  Claim 3InDescribed inventionMicro pressure sensing elementAccording toIt is possible to provide a high-sensitivity pressure sensor that is compact and lightweight and can be easily formed into a two-dimensional array, that is, a dot matrix.Can expand the usageBecome more practicalThe
[0066]
  Claim 4InDescribed inventionInformation input deviceAccording to claim 1The micro pressure sensing element according to any one of 1 to 3 is effectively applied to an information input device using button keysit can.
[0067]
  Claim 5InDescribed inventionInformation input deviceAccording to the claim3. The micro pressure detection element according to 3 is effectively applied to an information input device for inputting pointer display coordinates of a display device.it can.
[0068]
  Claim 6InOf the described inventionBlood flow measurement deviceAccording to the present invention, the micro pressure sensing element according to any one of claims 1 to 3 can be effectively applied to a blood flow measurement device that detects blood flow measurement items such as blood pressure, pulse wave, heart rate, or pulse. .
[0069]
  Claim 7InOf the described inventionHealth checkup terminal deviceAccording toThe blood flow system measuring device according to claim 6, which has the lightweight, small, and highly sensitive micro-pressure detecting element according to claim 1, is provided with a position information detecting means and has portability. Therefore, it is possible to provide a health checkup terminal device that associates information on blood flow measurement items with current position information and manages them with storage means at an arbitrary place.it can.
[0070]
  Claim 8InOf the described inventionHealth monitoring systemAccording to the claim7 is provided with a center function that enables the host computer side to grasp the health status of the health check terminal device owner, so that the health status of the health check terminal device owner To provide a health monitoring system that can always monitor the presence location and properly take emergency measures such as appropriately communicating when an emergency occurs.it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal front view of a substrate on which a first layer is formed according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a pattern shape of a first layer, (a) is a plan view, and (b) is a longitudinal front view.
3A and 3B show a pattern shape of a second layer formed on the first layer, wherein FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a longitudinal front view.
4A and 4B show a pattern shape of a third layer formed on the second layer, wherein FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a longitudinal front view.
FIG. 5 is a plan view showing a measurement circuit.
6A and 6B show a micro pressure sensor according to a second embodiment of the present invention, where FIG. 6A is a plan view and FIG. 6B is a longitudinal front view.
FIG. 7 is a plan view showing a measurement circuit.
FIGS. 8A and 8B show a micro pressure sensor according to a third embodiment of the present invention, in which FIG. 8A is a plan view and FIG. 8B is a longitudinal front view.
FIG. 9 is a plan view showing a measurement circuit.
10A and 10B show a micro pressure detection element according to a fourth embodiment of the present invention, in which FIG. 10A is a plan view and FIG. 10B is a longitudinal front view.
FIG. 11 is a plan view showing a measurement circuit.
FIG. 12 is a front view showing a terminal device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a front view showing a terminal device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a front view showing a terminal device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a front view showing a terminal device according to an eighth embodiment of the present invention;
FIG. 16 is a schematic system configuration diagram showing a health monitoring system according to a ninth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Micro pressure sensing element
2 Tunnel magneto-resistance element
6 Magnetostrictive part
7 Sensor part
11 Micro pressure sensing element
12 Detection points
21 Micro pressure sensing element
22 detection points
31 Micro pressure sensing element
32 Diode switch
41 Information input device
45 button keys
51 Information input device
61 Blood flow measurement device
65 Location information detection means
66 memory
67 Health checkup terminal equipment
73 Host computer

Claims

A first layer in which a magnetoresistive element film made of a conductive magnetic member having a high spin magnetic permeability is linearly arranged on an insulating substrate;
A second layer made of an insulating film provided on the first layer;
A third layer in which a plurality of high-magnetostrictive thin films, each of which is provided so as to intersect the longitudinal direction of the first layer via the second layer and at least a part of which has a large magnetostriction constant, are arranged in parallel in a straight line; Layers,
A direct current power source that generates a constant potential difference between one end of the plurality of third layers and one end of the first layer;
A first switching circuit that switches a connection target of the other ends of the plurality of third layers;
An ammeter for measuring a current value flowing between the first switching circuit and the other end of the first layer;
When an external pressure is applied from a detection object to a plurality of array-shaped detection points where the first layer and a plurality of the third layers arranged in parallel functioning as a magnetostriction section intersect A micro-pressure detecting element that detects a micro-pressure change based on a magnetoresistive change rate due to a magnetostriction change .

A first layer in which a plurality of magnetoresistive effect element films made of a conductive magnetic member having a high spin magnetic susceptibility are linearly arranged in parallel on an insulating substrate;
A second layer made of an insulating film provided on the first layer;
A third layer in which a high magnetostrictive thin film, which is provided so as to intersect the longitudinal direction of the first layer via the second layer and at least a part of which is a member having a large magnetostriction constant, is linearly arranged;
A direct current power source that generates a constant potential difference between one end of the third layer and one end of the plurality of first layers;
A second switching circuit that switches a connection target of the other ends of the plurality of first layers;
An ammeter for measuring a current value flowing between the second switching circuit and the other end of the third layer;
An external pressure is applied from the detection target to a plurality of array-shaped detection points where the plurality of first layers arranged in parallel and the third layer functioning as a magnetostriction section intersect. And a minute pressure detecting element , wherein a minute pressure change is detected based on a rate of change of magnetoresistance due to a magnetostriction change .

A first layer in which a plurality of magnetoresistive effect element films made of a conductive magnetic member having a high spin magnetic susceptibility are linearly arranged in parallel on an insulating substrate;
A second layer made of an insulating film provided on the first layer;
A third layer in which a plurality of high-magnetostrictive thin films, each of which is provided so as to intersect the longitudinal direction of the first layer via the second layer and at least a part of which has a large magnetostriction constant, are arranged in parallel in a straight line; Layers,
A third switching circuit that switches a connection target of one end of the plurality of third layers;
A fourth switching circuit for switching a connection target of one end of the plurality of first layers;
A direct current power source that generates a constant potential difference between the third switching circuit and the fourth switching circuit;
A fifth switching circuit for switching a connection target of the other ends of the plurality of third layers;
A sixth switching circuit for switching a connection target of the other ends of the plurality of first layers;
An ammeter for measuring a current value flowing between the fifth switching circuit and the sixth switching circuit;
A plurality of first detection layers arranged in parallel and a plurality of detection points in a matrix form intersecting a plurality of the third layers arranged in parallel functioning as magnetostrictive portions. An external pressure is applied from above, and a change in minute pressure is detected based on a rate of change in magnetoresistance due to a change in magnetostriction .

The detection points of the micro pressure detection element according to any one of claims 1 to 3 are associated with button keys that are each pressed by a finger, and based on a pressure change due to magnetostriction at the detection points, An information input device for detecting an input operation to the button key.

The matrix-like detection points of the micro pressure detection element according to claim 3 are associated with pointer display coordinates of a display device that is pressed by a finger, and pressure changes due to magnetic distortion at the matrix-like detection points. An information input device that detects an input operation for the pointer display coordinates based on the information.

The detection point of the micro pressure detection element according to any one of claims 1 to 3, wherein a blood pressure, a pulse wave, a heart rate, or a blood flow based on a change in pressure of a pulse wave due to magnetic distortion at the detection point. A blood flow measurement apparatus characterized by detecting a system measurement item.

The blood flow measurement apparatus according to claim 6,
  Position information detecting means for detecting current position information;
  A control device to which information on blood flow measurement items detected by the blood flow measurement device and current position information detected by the position information detection means are input;
  Storage means for associating and storing information on blood flow measurement items input to the control device and current position information;
  A health checkup terminal device that is carried by a person to be measured and capable of measuring the blood flow measurement item at an arbitrary time and place.

The health check terminal device according to claim 7,
  A wireless communication device for transmitting and outputting information on blood flow measurement items and current position information stored in the storage means of the health check terminal device;
  A communication unit that receives information on blood flow measurement items and current position information transmitted from the wireless communication device;
  A host computer that monitors health based on information on the blood flow system measurement item of the owner of the health checkup terminal device received by the communication unit and current position information;
  A health monitoring system characterized by comprising: