JP4460566B2 - Optical sensor and biological information measuring device - Google Patents
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本発明は、流体中の微小な散乱体からの散乱光を利用して当該流体の流速、流量等の情報を測定する光学センサと前記光学センサを備えた生体情報測定装置に関する。 The present invention relates to an optical sensor that measures information such as a flow velocity and a flow rate of a fluid using scattered light from a minute scatterer in the fluid, and a biological information measuring device including the optical sensor.
高齢化が進み、生活習慣病などを予防するため健康を管理することについての関心が高まっている。血液の流れが悪くなることによって起きる脳血栓、心筋梗塞などの生活習慣病を早期かつ簡便に発見するためにレーザ光を利用して血液の流れに関する測定を行う生体情報測定装置、例えば、血流計が開発されている(例えば、特許文献1及び2参照。)。 With the aging of society, there is increasing interest in managing health to prevent lifestyle-related diseases. Biological information measuring device that performs measurement on blood flow using laser light in order to quickly and easily find lifestyle-related diseases such as cerebral thrombosis and myocardial infarction caused by poor blood flow, such as a blood flow meter Has been developed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
従来の血流計の光学センサについて、図14、図15及び図16を用いて説明する。図14は、従来の血流計の光学センサの一例であり、(a)は上面図、(b)はA14−A14’断面図である。従来の光学センサは、シリコン基板221、電極222−1、電極222−2、電極224−1、電極224−2、発光素子223、受光素子225及びカバー基板226を備える。シリコン基板221は、傾斜面に囲まれた2つの凹部を有し、一方に発光素子223が配置され、他方に受光素子225が配置される。シリコン基板221には凹部の外側からそれぞれの凹部内へ向けて電極222及び電極224が形成されている。発光素子223と電極222−1及び電極222−2とが接続され、受光素子225と電極224−1及び電極224−2が接続される。発光素子223は端面発光型のレーザダイオードであり、受光素子225は面入射方のフォトダイオードである。カバー基板226は光を透過する合成石英で形成される。
A conventional blood flow meter optical sensor will be described with reference to FIGS. 14, 15, and 16. 14A and 14B show an example of a conventional blood flow meter optical sensor, in which FIG. 14A is a top view and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line A14-A14 '. The conventional optical sensor includes a
図15は、B14−B14’断面図である。発光素子223はハンダ膜で電極222−1にボンディングされる。発光素子223の発光部側の面と電極222−2とがワイヤ229で接続される。カバー基板226には、発光素子223からの出射光を上方に出射させるバイナリレンズ230が形成されている。
FIG. 15 is a cross-sectional view along B14-B14 '. The
図16は、C14−C14’断面図である。受光素子225はハンダ膜で電極224−1にボンディングされる。受光素子225の受光部側の面と電極224−2とがワイヤ232で接続される。受光素子225が配置される凹部の傾斜面を含む表面には、遮光膜227が貼り付けられている。カバー基板226の上下面には、受光素子225への外光の入射を防ぐ遮光膜231が設けられている。遮光膜231には、散乱光を受光素子225へ入射させるピンホール225−1が形成されている。遮光膜231は、受光素子225の配置されている凹部を覆っている。
FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line C14-C14 '. The light receiving
図14、図15及び図16にて説明したように、従来の光学センサは、バイナリレンズ230を通じて、発光素子223からの光を外部の被検体へ照射し、被検体へ照射した光の散乱光を遮光膜231に形成されているピンホール225−1を通じて受光素子225で受光する。光学センサが受光した散乱光には、静止した生体組織による反射光と生体組織の毛細血管中を移動している赤血球(散乱粒子)による反射光が含まれる。赤血球による反射光の振動数は血流に応じてドップラーシフトをしており、静止した生体組織による反射と干渉を起こす。この干渉をヘテロダイン検波によって検出することで、血流量、血液量、血流速度、脈拍などの生体情報を測定する方法を、以下の説明でドップラーシフト法として示す(例えば、非特許文献1参照。)。例えば、血流速度は干渉光を周波数解析して測定でき、散乱光の強度で血流量を測定することができる。また、血流速度は血流量を血液量で割ることによって求められる。
血流計の光学センサは、シリコン基板の凹部に発光素子及び受光素子を収めてカバー基板で覆うため、シリコン基板の凹部を、発光素子及び受光素子の高さより深い深さまでウェット異方性エッチングでエッチングすることが求められた。さらに、凹部への配線には、凹部での段差での断線を防止することが求められていた。これらの要求をみたすため、光学センサの製造工程が複雑になり、従来の光学センサは製造コストが増大していた。 Since the optical sensor of the blood flow meter contains the light emitting element and the light receiving element in the recess of the silicon substrate and is covered with the cover substrate, the recess of the silicon substrate is wet-etched to a depth deeper than the height of the light emitting element and the light receiving element. It was required to etch. Furthermore, the wiring to the concave portion has been required to prevent disconnection at a step in the concave portion. Meeting these requirements complicates the manufacturing process of the optical sensor, and the manufacturing cost of the conventional optical sensor has increased.
また、血流計の光学センサは、被検体での散乱光以外の外光が入射しないよう、被検体と接触させていた。このため、光学センサのカバー基板の遮光膜が劣化し、剥離してしまうことがあった。カバー基板の遮光膜の剥離によって、光学センサの測定精度が低下していた。 In addition, the optical sensor of the blood flow meter is in contact with the subject so that external light other than scattered light from the subject does not enter. For this reason, the light shielding film of the cover substrate of the optical sensor may be deteriorated and peeled off. The measurement accuracy of the optical sensor was lowered due to the peeling of the light shielding film on the cover substrate.
また、血流計の光学センサは、発光素子及び受光素子のカバー基板が共通であったので、発光素子からの迷光がカバー基板内を通過して受光素子に入射することがあった。この迷光によって受光素子の出力信号にノイズが生じ、光学センサの測定精度が低下していた。 Moreover, since the optical sensor of the blood flow meter has a common cover substrate for the light emitting element and the light receiving element, stray light from the light emitting element may pass through the cover substrate and enter the light receiving element. This stray light causes noise in the output signal of the light receiving element, which decreases the measurement accuracy of the optical sensor.
本発明は、上記課題を解決し、容易に製造ができかつ測定精度が高い光学センサ及び生体情報測定装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an optical sensor and a biological information measuring device that can be easily manufactured and have high measurement accuracy.
上記目的を達成するため、本発明に係る光学センサは、1つの絶縁基板上に発光素子及び受光素子を搭載し、発光素子及び受光素子のうちの受光素子のみを遮光性のある受光素子用キャップで覆うことを特徴とする。受光素子用キャップには、発光素子の出射した出射光が散乱された散乱光を通過させる入射窓と、発光素子からの光を絶縁基板の上方へ反射させる光偏向面とが設けられている。 In order to achieve the above object, an optical sensor according to the present invention includes a light emitting element and a light receiving element mounted on a single insulating substrate, and only the light receiving element of the light emitting element and the light receiving element has a light shielding property. It is characterized by covering with. The cap for the light receiving element is provided with an incident window through which the scattered light emitted from the light emitting element is scattered and a light deflecting surface for reflecting the light from the light emitting element upward of the insulating substrate.
具体的には、本発明に係る光学センサは、絶縁基板と、前記絶縁基板上に搭載され、光を出射する発光素子と、前記絶縁基板上に前記発光素子と並んで搭載され、前記発光素子の出射した出射光が散乱された散乱光を受光する受光素子と、遮光性を有する部材にて形成され、前記絶縁基板上で前記受光素子を覆う受光素子用キャップと、を備え、前記受光素子用キャップは、前記受光素子に入射させる前記散乱光の光路と交差する部分に、前記散乱光を通過させる入射窓が形成され、かつ、前記発光素子の配置されている側の側面に、前記発光素子からの光を前記絶縁基板の上方に偏向させる光偏向面が形成されていることを特徴とする。 Specifically, the optical sensor according to the present invention includes an insulating substrate, a light emitting element mounted on the insulating substrate and emitting light, and mounted on the insulating substrate side by side with the light emitting element. A light receiving element that receives scattered light obtained by scattering the emitted light emitted from the light receiving element, and a light receiving element cap that is formed of a light-shielding member and covers the light receiving element on the insulating substrate. The cap for light is formed with an incident window that allows the scattered light to pass therethrough at a portion that intersects the optical path of the scattered light that is incident on the light receiving element, and the light emitting element is disposed on the side surface on the side where the light emitting element is disposed. A light deflecting surface for deflecting light from the element to the upper side of the insulating substrate is formed.
発光素子及び受光素子を、電気配線パターンを施しただけの安価な平面の絶縁基板上に設置し、受光素子用キャップにて受光素子のみを覆う。受光素子用キャップは遮光性を有する部材にて形成されているため、従来のカバー基板のような遮光膜の形成工程が不要である。さらに、発光素子や受光素子への電気配線の断線を防止する工程も不要である。そのため、本発明に係る光学センサは、従来の光学センサの製造に必要であった工程を省略することができるので、製造コストを削減することができる。 The light emitting element and the light receiving element are set on an inexpensive flat insulating substrate provided with an electric wiring pattern, and only the light receiving element is covered with a light receiving element cap. Since the light receiving element cap is formed of a light-shielding member, a light-shielding film forming step like a conventional cover substrate is unnecessary. Furthermore, a process for preventing disconnection of the electric wiring to the light emitting element and the light receiving element is unnecessary. Therefore, the optical sensor according to the present invention can omit the process necessary for manufacturing the conventional optical sensor, and thus can reduce the manufacturing cost.
また、受光素子用キャップは遮光性を有する部材にて形成されているので、遮光膜の劣化による剥離を防ぐことができる。このため、遮光膜の剥離による測定精度の低下を防ぐことができる。さらに、受光素子用キャップ内に発光素子が収容されておらず、受光素子用キャップに光偏向面が形成されているため、被検体を介さない迷光の受光素子への入射を防ぐことができる。そのため、本発明に係る光学センサは、迷光によって生じる信号のノイズを低減でき、測定精度が向上する。 Further, since the light receiving element cap is formed of a light shielding member, it is possible to prevent peeling due to deterioration of the light shielding film. For this reason, it is possible to prevent a decrease in measurement accuracy due to peeling of the light shielding film. Further, since the light emitting element is not accommodated in the light receiving element cap and the light deflecting surface is formed on the light receiving element cap, it is possible to prevent the stray light from entering the light receiving element without passing through the subject. Therefore, the optical sensor according to the present invention can reduce signal noise caused by stray light and improve measurement accuracy.
したがって、本発明に係る光学センサは、容易に製造ができかつ測定精度が高い光学センサを提供することができる。 Therefore, the optical sensor according to the present invention can provide an optical sensor that can be easily manufactured and has high measurement accuracy.
本発明に係る光学センサにおいて、前記絶縁基板は、前記発光素子及び前記受光素子の搭載されている表面に電気配線が形成され、前記受光素子用キャップは導電性を有し、前記電気配線と前記受光素子用キャップとが直接又は導電体を介して電気的に接触していることが好ましい。受光素子の信号は増幅器で増幅されるまでは微弱であり、外来の電磁ノイズの影響を受けやすい。受光素子用キャップが導電性を有することで、受光素子用キャップの電位を発光素子又は受光素子のカソードと同電位にすることができる。これにより、外来の電磁ノイズを防いで受光素子からの信号のSN比を向上させることができる。 In the optical sensor according to the present invention, the insulating substrate has an electrical wiring formed on a surface on which the light emitting element and the light receiving element are mounted, the light receiving element cap has conductivity, and the electrical wiring and the It is preferable that the light receiving element cap is in electrical contact directly or via a conductor. The signal of the light receiving element is weak until amplified by an amplifier, and is easily affected by external electromagnetic noise. When the cap for the light receiving element has conductivity, the potential of the cap for the light receiving element can be made the same as that of the light emitting element or the cathode of the light receiving element. As a result, external electromagnetic noise can be prevented and the signal-to-noise ratio of the signal from the light receiving element can be improved.
本発明に係る光学センサにおいて、前記受光素子用キャップの前記絶縁基板との接触部分に、前記絶縁基板上での前記受光素子用キャップの移動を防ぐ突起が設けられていることが好ましい。受光素子用キャップの絶縁基板との接触部分に、絶縁基板上での受光素子用キャップの移動を防ぐ突起が設けられていることで、受光素子用キャップを絶縁基板に実装する際に、発光素子と光偏向面との相対位置及び受光素子と入射窓との相対位置を容易かつ高精度に合わせることができる。発光素子と受光素子とを近接させて設置することができるので、浅い末梢循環血流を観測することができる。 In the optical sensor according to the present invention, it is preferable that a protrusion for preventing movement of the light receiving element cap on the insulating substrate is provided at a contact portion of the light receiving element cap with the insulating substrate. When the light receiving element cap is mounted on the insulating substrate, the light receiving element cap is mounted on the insulating substrate by providing a protrusion for preventing the light receiving element cap from moving on the insulating substrate at the contact portion of the light receiving element cap with the insulating substrate. And the relative position of the light deflection surface and the relative position of the light receiving element and the incident window can be easily and accurately adjusted. Since the light emitting element and the light receiving element can be installed close to each other, shallow peripheral circulation blood flow can be observed.
本発明に係る光学センサにおいて、前記発光素子と前記絶縁基板との間に、前記発光素子を搭載する台が設けられ、前記発光素子は、前記光偏向面へ向けて光を出射することが好ましい。光偏向面での反射位置は光学センサを利用する際の事実上の発光位置となるため、絶縁基板から高い位置で発光素子からの出射光を反射させることで発光位置と受光位置との間の距離を短くすることができる。発光位置と受光位置を容易に近づけることができるので、浅い部位の生体情報であっても容易に得ることができる。 In the optical sensor according to the present invention, it is preferable that a stage on which the light emitting element is mounted is provided between the light emitting element and the insulating substrate, and the light emitting element emits light toward the light deflection surface. . Since the reflection position on the light deflection surface is the actual light emission position when using the optical sensor, the light emitted from the light emitting element is reflected at a high position from the insulating substrate, so that it is between the light emission position and the light reception position. The distance can be shortened. Since the light emitting position and the light receiving position can be easily brought close to each other, even biological information of a shallow part can be easily obtained.
本発明に係る光学センサにおいて、前記光偏向面が、鏡面又は回折格子であることが好ましい。発光素子からの出射光の光学センサ内での迷光を防ぎ、被検体に十分な光量の光を照射することができるので、ノイズを低減することができる。 In the optical sensor according to the present invention, it is preferable that the light deflection surface is a mirror surface or a diffraction grating. Since it is possible to prevent stray light from being emitted from the light emitting element in the optical sensor and to irradiate the subject with a sufficient amount of light, noise can be reduced.
本発明に係る光学センサにおいて、前記光偏向面は、前記絶縁基板のうちの前記発光素子の搭載されている面の法線方向に前記発光素子からの光を偏向させることが好ましい。偏向された光が絶縁基板から垂直に進行し、絶縁基板と被検体の距離が変化しても被検体の照射位置が絶縁基板からの距離によらないので、皮下組織の深い部分の生体情報を得ることができる。 In the optical sensor according to the present invention, it is preferable that the light deflection surface deflects light from the light emitting element in a normal direction of a surface of the insulating substrate on which the light emitting element is mounted. Since the deflected light travels perpendicularly from the insulating substrate and the distance between the insulating substrate and the subject changes, the irradiation position of the subject does not depend on the distance from the insulating substrate. Obtainable.
本発明に係る光学センサにおいて、前記発光素子は、波長0.3μm以上2.0μm以下の光を出射することが好ましい。小型で低消費電力の化合物半導体を利用することができる。 In the optical sensor according to the present invention, it is preferable that the light emitting element emits light having a wavelength of 0.3 μm or more and 2.0 μm or less. A compound semiconductor with a small size and low power consumption can be used.
本発明に係る光学センサにおいて、前記発光素子は、波長1.3μmの光を出射することが好ましい。皮膚組織の透過率が高く、皮下深くの血流を検出でき、SN比の高い血流波形を得ることができる。 In the optical sensor according to the present invention, it is preferable that the light emitting element emits light having a wavelength of 1.3 μm. The permeability of skin tissue is high, blood flow under the skin can be detected, and a blood flow waveform with a high S / N ratio can be obtained.
本発明に係る生体情報測定装置は、本発明に係るいずれかの光学センサと、前記発光素子を駆動する発光素子駆動回路と、前記受光素子からの信号を処理して生体情報に関する値を演算する生体情報演算回路と、を備える。本発明に係るいずれかの光学センサを備えるので、製造が容易であり、かつ、測定精度が高い生体情報測定装置を提供することができる。 The biological information measuring apparatus according to the present invention calculates any value related to biological information by processing any one of the optical sensors according to the present invention, a light emitting element driving circuit for driving the light emitting element, and a signal from the light receiving element. A biological information calculation circuit. Since any one of the optical sensors according to the present invention is provided, a biological information measuring device that is easy to manufacture and has high measurement accuracy can be provided.
本発明によれば、本発明に係る光学センサ及び生体情報測定装置は、絶縁基板上に発光素子及び受光素子を搭載し、受光素子のみを覆う受光素子用キャップを備え、受光素子用キャップに入射窓及び光偏向面を設けたので、工程の簡略化により製造を容易にし、かつ、ノイズの低減により測定精度を高くすることができる。 According to the present invention, an optical sensor and a biological information measuring device according to the present invention include a light receiving element cap that covers only a light receiving element, and includes the light receiving element and the light receiving element on an insulating substrate, and is incident on the light receiving element cap. Since the window and the light deflection surface are provided, the manufacturing can be facilitated by simplifying the process, and the measurement accuracy can be increased by reducing the noise.
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る第1の光学センサの概略構成図であり、(a)は上面図を示し、(b)はA1−A1’断面図を示す。光学センサ501は、絶縁基板11と、受光素子用キャップ13と、発光素子15と、受光素子17と、を備える。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiment described below is an example of the configuration of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first optical sensor according to the first embodiment, where (a) shows a top view and (b) shows an A1-A1 ′ cross-sectional view. The
絶縁基板11は、発光素子15及び受光素子17を同一表面に搭載する。絶縁基板11は例えば平面基板である。発光素子15や受光素子17を配置するための凹部を形成する必要がないので、平面基板の同一表面上に発光素子15及び受光素子17を同一表面に搭載することができる。絶縁基板11に凹部を形成する必要がないので、絶縁基板11の材質を自由に選択することができる。例えば、絶縁基板11の材質は、ガラスエポキシ樹脂、フッ素樹脂、セラミック等の絶縁物である。絶縁基板11は表面に窒化膜や酸化膜を積層したシリコン基板でもよい。
The insulating
絶縁基板11の表面のうち、発光素子15及び受光素子17の搭載されている表面には、電気配線21a、21b、21c、21dが形成されている。電気配線21c及び21dが発光素子15と接続されている。電気配線21a及び21bが受光素子17と接続されている。電気配線21a、21b、21c、21dは、ワイヤボンディング可能な金属であり、例えば、メッキで作製された金属膜である。電気配線21a、21b、21c、21dは、例えば、公知のプリント回路基板を製造する技術で形成することができる。絶縁基板11がシリコン基板の場合、公知の半導体製造方法によって表面に金属の電気配線パターンを形成することができる。受光素子用キャップ13が導電性材料で形成されている場合は、絶縁基板11と受光素子用キャップ13との間には絶縁膜25が設けられていることが好ましい。
Of the surface of the insulating
発光素子15は、絶縁基板11に搭載され、光を出射する。発光素子15は、例えば、半導体レーザである。半導体レーザは、端面発光型が好ましい。また、半導体レーザは、化合物半導体を利用することが好ましい。また、発光素子15は、波長0.3μmから2.0μmの光を発生させることが好ましい。特に、波長1.3μmの光は、従来の市販品で多く使われている波長780nmの光に比べ、皮膚組織の透過率が高く、皮下深くの血流を検出でき、そのためSN比のよい血流波形を計測できる。
The
受光素子17は、絶縁基板11に搭載され、外部からの散乱光を受光する。散乱光は、発光素子15の出射した出射光が散乱された散乱光である。受光素子17は、例えば、フォトダイオードである。散乱光は発光素子15からの出射光が被検体内で散乱した光であるため、フォトダイオードの種類は、発光素子15の種類に応じて選択される。また、受光素子17は、外部からの光のうち生体情報測定に必要な光のみを入射窓19bを通じて受光し、電気信号に変換して電気配線21bに出力する。したがって、光学センサ501は外部の被検体で散乱した散乱光の光強度に応じた電気信号を電気配線21bから出力する。
The
受光素子用キャップ13は、遮光性を有する部材にて形成され、絶縁基板11上で受光素子17を覆う。遮光性を有する部材は、例えば、不透明なプラスチックや金属である。部材そのものが遮光性を有することで、遮光膜の剥離によって生じる光漏れによって発生するノイズを防ぐことができる。受光素子用キャップ13は、受光素子17を覆うように絶縁基板11上に実装される。受光素子用キャップ13の絶縁基板11上の位置は、発光素子15からの光が光偏向面19aを経由して外部の被検体を照射でき、外部からの光が入射窓19bを通過して受光素子17が受光できる位置とする。受光素子用キャップ13は、発光素子15からの光を受光素子17が直接に受光することを防止する。仕切り板を接着する工程を省略することができ、受光素子用キャップ13を容易に製造できる。さらに、発光素子15を単独に扱う発光素子用キャップ(不図示)を設置すれば、外力による発光素子15の破損を防ぐことができる。また、受光素子用キャップ13と発光素子用キャップ(不図示)とを一体化して製造工程を低減することができる。
The light
受光素子用キャップ13には、散乱光を通過させる入射窓19bが形成されている。入射窓19bの開口径は、外光が入射しないことが好ましく、例えば、100μm以上500μm以下であることが好ましい。外光の受光素子17への入射を遮り、散乱光を取り込むことができる。本実施形態では500μmとして説明する。また、入射窓19bは、受光素子17に入射させる散乱光の光路と交差する部分に設けられている。本実施形態では、光偏向面19aの上方で散乱光が発生するので、受光素子用キャップ13の天井部分と発光素子15側の側面部分との境界部分に入射窓19bが形成されている例を示した。入射窓19bは、受光素子用キャップ13の天井部分に形成されていてもよいし、受光素子用キャップ13の発光素子15側の側面部分に形成されていてもよい。また、入射窓19bは、空洞になっていてもよいが、散乱光に対して透明な部材がはめこまれていてもよい。透明な部材がはめ込まれていることで、受光素子用キャップ13内の受光素子17の受光面を保護することができる。
The light
発光素子15の配置されている側の受光素子用キャップ13の側面に、発光素子15からの光を絶縁基板11の上方に偏向させる光偏向面19aが形成されている。絶縁基板11の上方とは、発光素子15の搭載されている絶縁基板11の基板面に対して上方である。光偏向面19aは、発光素子15からの光を絶縁基板11の上方に偏向させるために、絶縁基板11の基板面に対して傾斜している。光偏向面19aの傾き角度は、例えば、10°から80°である。光偏向面19aは、絶縁基板11のうちの発光素子15の搭載されている基板面の法線方向に発光素子15からの光を偏向させることが好ましい。例えば、図1に示すように、光偏向面19aの傾き角度が45°であることが好ましい。光偏向面19aの傾き角度が45°の場合は偏向された出射光が絶縁基板11から垂直に上方に進行する。このため、照射対象となる血液中の散乱体と絶縁基板11との距離が変化しても照射位置が絶縁基板11からの距離によらないという利点がある。特に、血管の表皮からの深さは、皮下脂肪などの種々の要因によってかなりの個人差がある。この場合に、発光素子15からの出射光を表皮に対して垂直に入射させることができれば、生体情報を安定して測定することができる。
On the side surface of the light receiving
光偏向面19aは、発光素子15からの光を偏向させる鏡面又は回折格子であることが好ましい。鏡面は、受光素子用キャップ13が金属の場合は、鏡面は、表面を鏡面研磨することで形成することができる。また、受光素子用キャップ13がプラスチックの場合は、鏡面は、反射性の高い金属である金を蒸着して形成することができる。光偏向面19aは、受光素子用キャップ13の外表面なので、光偏向面19aの形成は容易である。また、受光素子用キャップ13に予め光偏向面19aを形成しておくことができるので、光学センサ501の製造工程を簡略化することができる。
The
受光素子用キャップ13は導電性を有することが好ましい。この場合、電気配線21a、21b、21c、21dと受光素子用キャップ13とが直接又は導電体を介して電気的に接触していることが好ましい。受光素子用キャップ13の電位を発光素子15又は受光素子17のカソードと同電位にすることができる。これにより、外来の電磁ノイズによる受光素子17のノイズを防ぎ、受光素子17からの信号のSN比を向上させることができる。例えば、受光素子用キャップ13を形成する部材を、導電性を有する金属とする。本実施形態では、受光素子用キャップ13の素材をアルミニウムとして説明する。また、受光素子用キャップ13がプラスチックで形成される場合は、受光素子用キャップ13の表面を金属のような導電性膜で被覆する。受光素子用キャップ13をプラスチック射出成型の方法で形成し金属薄膜で表面を被覆すれば、大量生産が可能になり、光学センサ501の製造コストを低減することができる。また、受光素子用キャップ13を形成する部材を、導電性を有する粒子を混合したプラスチックとすることで、受光素子用キャップ13に導電性を持たせてもよい。
The light
図2、図3、図4に、絶縁基板11上に形成する電気配線のパターンの具体例を示す。図2は電気配線の第1のパターンを、図3は電気配線の第2のパターンを、図4は電気配線の第3のパターンを示す。図2、図3、図4に示す符号は、図1で示した符号と同じ部品を示す。図2及び図3示す電気配線パターンは、発光素子15のカソードが電気配線21cに接続され、発光素子15のアノードが電気配線21dに接続され、受光素子17のカソードが電気配線21b上に接続され、受光素子17のアノードが電気配線21aに接続される。発光素子15のカソードは、電気配線21c上にはんだ膜を介して接続される。発光素子15のアノードは、ワイヤ23で電気配線21dと接続される。受光素子17のカソードは、電気配線21b上にはんだ膜を介して接続される。受光素子17のアノードは、ワイヤ23で電気配線21aと接続される。図2では、受光素子用キャップ13が導電性を有し、電気配線21bと受光素子用キャップ13とが接触していることで、受光素子17のカソードと受光素子用キャップ13とを同電位にすることができる。図3では、受光素子用キャップ13が導電性を有し、電気配線21cと受光素子用キャップ13とが接触していることで、発光素子15のカソードと受光素子用キャップ13とを同電位にすることができる。
2, 3, and 4 show specific examples of electric wiring patterns formed on the insulating
図4に示す電気配線パターンは、電気配線21b及び電気配線21cがなく、発光素子15及び受光素子17のカソードが共通して接触する電気配線21eを搭載する。受光素子用キャップ13が導電性を有し、電気配線21eと受光素子用キャップ13とが接触していることで、発光素子15及び受光素子17のカソードと受光素子用キャップ13とが同電位となる。発光素子15のカソード及び受光素子17のカソードは、電気配線21e上に、はんだ膜を介して接続される。発光素子15のアノードは、ワイヤ23で電気配線21dと接続される。受光素子17のアノードは、ワイヤ23で電気配線21aと接続される。
The electric wiring pattern shown in FIG. 4 does not have the
図2、図3及び図4において、受光素子用キャップ13が導電性を有する場合、受光素子用キャップ13と電気配線21a、21b、21c、21d、21eのそれぞれとが電気的に導通しないように受光素子用キャップ13と電気配線21a、21b、21c、21d、21eのそれぞれとの接触部分はレジストなどの絶縁膜(図1の符号25)で覆われていることが好ましい。受光素子用キャップ13が導電性を有さない場合は絶縁膜25は不要である。
2, 3, and 4, when the light receiving
図1に示す光学センサ501は、外部の駆動回路(不図示)から発光素子15のアノードが接続する電気配線21a、21b、21c、21d、21eのそれぞれに電流が供給され、発光素子15のカソードが接続する電気配線21から駆動回路へ電流が出て行くことで発光素子15は発光し、光偏向面19aを通じて外部の被検体に光を照射することができる。なお、発光素子15からの光のうち受光素子用キャップ13内で反射する光を低減するため、受光素子用キャップ13の受光素子17を覆う側(受光素子用キャップ13の内側)も反射防止膜を付してもよい。
The
以上説明したように、光学センサ501は、製造において、絶縁基板11のエッチングが不要であり、受光素子用キャップ13に遮光膜の形成が不要である。さらに、絶縁基板11に段差がないため、絶縁基板11上への電気配線パターンの形成が容易である。したがって、電気配線パターンを施しただけの安価な平面の絶縁基板11上に発光素子15及び受光素子17を実装し、さらに受光素子17を覆うように受光素子用キャップ13を実装するだけなので、光学センサ501は低コストで製造できる。
As described above, the
また、光学センサ501は、受光素子用キャップ13自体に遮光性があるため、遮光膜の劣化による剥離がなく、測定精度の低下がない。さらに、受光素子用キャップ13は不透明のため、従来のカバー基板のように発光素子15からの光がカバー基板内を通過することがなく、光学センサ501は、受光素子17が受光する被検体を介さない光を低減することができる。そのため、光学センサ501は高精度に被検体の生体情報を測定することができる。
Further, in the
図5は、実施形態1に係る第2の光学センサの概略構成図であり、(a)は上面図を示し、(b)はA5−A5’断面図を示す。光学センサ505と図1の光学センサ501との違いは、光学センサ505の電気配線21bの表面が絶縁膜25で被覆されていない点である。図5において、図1で使用した符号と同じ符号は同じ部品を示す。また、絶縁基板11上には、図2に示す電気配線パターンが形成されている。電気配線21bの表面は絶縁膜25で被覆されていないため、受光素子用キャップ13と電気配線21bとが接触する。受光素子用キャップ13は受光素子17のカソードと等しい電位となるため、外来の電磁ノイズを防止する効果を有する。受光素子17が出力する信号は、増幅器で増幅されるまでは非常に微弱であるため、外来の電磁ノイズの影響を受けやすい。したがって、電気配線21bと受光素子用キャップ13とを接触させることで受光素子17からの信号のSN比を向上させることができる。光学センサ505は図1の光学センサ501と同様に低コストで製造できるとともに、受光素子用キャップ13の電磁ノイズ防止の効果により、光学センサ501よりさらに高精度に生体情報を測定することができる。
5A and 5B are schematic configuration diagrams of the second optical sensor according to the first embodiment, where FIG. 5A is a top view and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line A5-A5 ′. The difference between the
図6は、実施形態1に係る第3の光学センサの概略構成図であり、(a)は上面図を示し、(b)はA6−A6’断面図を示す。図6に示す光学センサ506は、図1に示す光学センサ501に加え、遮光性を有する部材にて形成され、絶縁基板11上で発光素子15を覆う発光素子用キャップ13−1をさらに備える。図6において、図1で使用した符号と同じ符号は同じ部品を示す。発光素子用キャップ13−1は不透明であり、受光素子用キャップ13と同じ素材を用いることができる。発光素子用キャップ13−1の側面のうち、光偏向面19a側に配置されている側面には、発光素子15からの出射光を通過させるための開口部が形成されている。発光素子15の上に1つの側面が開いている発光素子用キャップ13−1があるため、発光素子15からの光は支障なく外部に出射されるとともに、発光素子15に対する外界からの不慮の衝撃、例えば皮膚が触れて電気的や構造的に破損するなどの事故から発光素子15を守る効果が得られる。
6A and 6B are schematic configuration diagrams of a third optical sensor according to the first embodiment, in which FIG. 6A is a top view and FIG. 6B is a cross-sectional view along A6-A6 ′. An
図6に示す光学センサ506では、電気配線21b及び電気配線21cの双方の表面が絶縁膜25で被覆されている例を示したが、電気配線21b又は電気配線21cのいずれかの表面或いは電気配線21b及び電気配線21cの表面が絶縁膜25で被覆されていなくてもよい。受光素子用キャップ13を電気配線21b又は電気配線21cと接触させることで、受光素子17への電磁ノイズを低減することができる。この場合であっても、図5の光学センサ505で説明した効果と同様の効果を得られる。
In the
さらに、絶縁基板11は図4に示す電気配線パターンを搭載してもよい。この場合、図1の光学センサ501で説明したように電気配線21a、21d及び21eと受光素子用キャップ13との接触箇所を絶縁膜25で被覆してもよい。図4の電気配線パターンを搭載する絶縁基板11の光学センサも図1の光学センサ501と同様の効果を得られる。一方、図5の光学センサ505で説明したように、電気配線21bの表面を絶縁膜25で被覆せず、受光素子用キャップ13と接触させてもよい。図4の電気配線パターンを搭載する絶縁基板11の光学センサも図5の光学センサ505と同様の効果を得られる。
Furthermore, the insulating
図7は、実施形態1に係る第4の光学センサの概略構成図であり、(a)は上面図を示し、(b)はA7−A7’断面図を示す。図7に示す光学センサ507は、図6に示す受光素子用キャップ13と図6に示す発光素子用キャップ13−1を一体化した一体化キャップ13−2を備える。図7において、図1で使用した符号と同じ符号は同じ部品を示す。
7A and 7B are schematic configuration diagrams of a fourth optical sensor according to the first embodiment. FIG. 7A is a top view and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line A7-A7 '. The
一体化キャップ13−2は不透明であり、受光素子用キャップ13と同じ素材を用いることができる。一体化キャップ13−2と絶縁基板11とで囲まれる空間は、光偏向面19aにより発光素子15が収まる小室と受光素子17が収まる小室に分けられる。受光素子用キャップ13と発光素子用キャップ13−1に分離されていたものを一体化したことで、実装の手間が1つ減るという利点がある。
The integrated cap 13-2 is opaque, and the same material as the light receiving
(実施形態2)
図8は、実施形態2に係る第1の光学センサの概略構成図であり、(a)は回路基板を示し、(b)はA8−A8’断面の一例を示し、(c)は受光素子用キャップのピックアップ図を示す。図8に示す光学センサ508は、図1に示す受光素子用キャップ13の絶縁基板11との接触部分に、絶縁基板11上での受光素子用キャップ13の移動を防ぐ突起123が設けられている。絶縁基板11が突起123を差し込む突起差込口121を有している。図8において、図1で使用した符号と同じ符号は同じ部品を示す。
(Embodiment 2)
8A and 8B are schematic configuration diagrams of a first optical sensor according to the second embodiment. FIG. 8A shows a circuit board, FIG. 8B shows an example of a cross section A8-A8 ′, and FIG. FIG. The
突起123は、受光素子用キャップ13の絶縁基板11と接触する箇所に配置される。例えば、突起123は受光素子用キャップ13に設けられ、絶縁基板11に設けられている突起差込口121に差し込むことで絶縁基板11上での受光素子用キャップ13の移動を防ぐ。このため、突起123は、変形しない材質で形成される。例えば、金属又は硬質プラスチックである。突起123は、受光素子用キャップ13と同じ材質で形成されていてもよい。受光素子用キャップ13の成形時に同時に突起123も形成することができる。また、突起123は、絶縁基板11に形成されていてもよい。
The
突起123は、受光素子用キャップ13と絶縁基板11との接触する部分のうち、受光素子用キャップ13の角の部分に設けられていることが好ましい。例えば、図8(a)においては、受光素子用キャップ13の絶縁基板11と接触する側の面(以下、「受光素子用キャップ13の絶縁基板11と接触する側の面」を「受光素子用キャップ13の裏面」と略記する。)形状は長方形である。突起123は、長方形である受光素子用キャップ13の裏面の角に配置されている。受光素子用キャップ13の裏面形状は長方形に限らない。突起123を受光素子用キャップ13の裏面形状の角に配置することで、受光素子用キャップ13の製造が容易になり、突起123の強度が増す。
The
突起差込口121は、受光素子用キャップ13を絶縁基板11上に搭載する際に突起123が挿入される。突起差込口121は、突起123を挿入することができる程度の開口径を有する。突起差込口121は、絶縁基板11上において、受光素子用キャップ13を搭載する際に突起123が位置する箇所に配置される。図8(c)に突起123の配置される箇所の例を示す。なお、突起差込口121は、絶縁基板11を貫通していなくてもよく、絶縁基板11の発光素子15及び受光素子17の搭載されている面(以下、「絶縁基板11の発光素子15及び受光素子17の搭載されている面」を「絶縁基板11の表面」と略記する。)の穴であってもよい。
The
図8(b)は、受光素子用キャップ13を絶縁基板11に搭載するキャップ実装工程を模式的に示したものである。受光素子用キャップ13を絶縁基板11に実装する際に、受光素子用キャップ13の突起123を絶縁基板11の突起差込口121に挿入することで、受光素子用キャップ13と絶縁基板11との相対位置を容易かつ高精度に合わせることができる。さらに、突起123の位置精度及び突起差込口121の位置精度がキャップ実装工程における人間あるいは実装機械の位置合わせ精度より高いため、キャップ実装工程において受光素子用キャップ13と絶縁基板11との位置再現性を高めることができる。そのため、受光素子17と入射窓19bとの相対位置及び発光素子15と光偏向面19aとの相対位置を容易かつ高精度に合わせることができるので、光学センサ508の測定精度を光学センサ508間で一定に保つことができる。したがって、低コストで製造できかつ生体情報を高精度に測定できる光学センサ508を提供することができる。
FIG. 8B schematically shows a cap mounting process for mounting the light receiving
図9は、実施形態2に係る第2の光学センサの概略構成図であり、(a)は回路基板を示し、(b)はA9−A9’断面の一例を示し、(c)は一体化キャップのピックアップ図を示す。図9に示す光学センサ509は、図8に示す受光素子用キャップ13に代えて、一体化キャップ13−2が備わっている。また、突起123が、一体化キャップ13−2の光偏向面19aの両端の位置に配置されている。突起差込口121については、図8に示す突起差込口121と同様である。
9A and 9B are schematic configuration diagrams of a second optical sensor according to the second embodiment, where FIG. 9A shows a circuit board, FIG. 9B shows an example of a cross section A9-A9 ′, and FIG. The pick-up figure of a cap is shown. The
図10は、実施形態2に係る第3の光学センサの概略構成図であり、(a)は回路基板を示し、(b)はA10−A10’断面の一例を示し、(c)は一体化キャップのピックアップ図を示す。図10に示す光学センサ510は、図8に示す受光素子用キャップ13に代えて、一体化キャップ13−2が備わっている。また、図8に示す突起123が、一体化キャップ13−2の光偏向面19aの両端の位置及び一体化キャップ13−2の四隅に配置されている。突起差込口121については、図8に示す突起差込口121と同様である。
10A and 10B are schematic configuration diagrams of a third optical sensor according to the second embodiment, where FIG. 10A shows a circuit board, FIG. 10B shows an example of a cross section A10-A10 ′, and FIG. The pick-up figure of a cap is shown. An
図8に示す光学センサ508、図9に示す光学センサ509及び図10に示す光学センサ510は、光偏向面19aを配置する位置を、正確に発光素子15と受光素子17との中間にすることができる。よって、光学センサ510は、光偏向面19aの位置を正確に決めることができる。図8に示す光学センサ508、図9に示す光学センサ509及び図10に示す光学センサ510は、光偏向面19aのばらつきが少ないので、発光素子15と受光素子17とを近接させて設置することができる。発光素子15と受光素子17との距離が遠いと深い領域が観測され、近いと浅い領域が観測されることが知られているので、図8に示す光学センサ508、図9に示す光学センサ509及び図10に示す光学センサ510は、浅い末梢循環血流を観測することができる。
The
(実施形態3)
図11は、実施形態3に係る第1の光学センサを説明するための概略構成図であり、(a)は実施形態3に係る第1の光学センサの上面図を示し、(b)はA11a−A11a’断面図を示し、(c)は実施形態1に係る第1の光学センサの上面図を示し、(b)はA11c−A11c’断面図を示す。本実施形態では、絶縁基板11上に図4に示される電気配線パターンが形成されており、電気配線21aと受光素子用キャップ13との接触を防ぐ絶縁膜25が設けられている例を示す。図11(a)及び図11(b)に示す光学センサ511は、発光素子15と絶縁基板11との間に、発光素子15を搭載する台15bが設けられ、発光素子15は、光偏向面19aへ向けて光を出射する。発光素子15の光源位置の高さを上げることにより、光偏向面19aの反射位置が受光素子17に近くなる。光学センサ511からの出射光の出射位置と入射窓19bとの距離Laが、台15bがない場合の距離Lcに比べて近くなる。上面から見ると、出射光の反射位置は事実上の発光位置となるため、上面から見ると、発光位置と受光素子17の受光位置との絶縁基板11と平行な投影面上での距離はより近くなったことと等価である。発光位置と受光位置との間の距離は生体情報を取得し、距離が遠いほど深い位置の生体情報を取得することができる。もし、表面から浅い部位の生体情報を得たいときは、この実施形態を用いることによって、所望の深さの生体情報を得ることができる。
(Embodiment 3)
11A and 11B are schematic configuration diagrams for explaining the first optical sensor according to the third embodiment. FIG. 11A is a top view of the first optical sensor according to the third embodiment, and FIG. 11B is A11a. -A11a 'sectional drawing is shown, (c) shows the top view of the 1st optical sensor which concerns on Embodiment 1, (b) shows A11c-A11c' sectional drawing. In the present embodiment, an example is shown in which the electrical wiring pattern shown in FIG. 4 is formed on the insulating
(実施形態4)
図12は、生体情報測定装置の一例を示す構成図である。図12に示す生体情報測定装置801は光学センサ201と、前置増幅器202と、駆動演算装置203と、求めた血流等を表示する出力部204と、を有する。生体情報測定装置801は、流体中の光散乱粒子による散乱光を利用して流体の諸情報を測定する装置である。流体中の諸情報は、例えば、血流量、血流速、脈拍、血圧、糖度である。流体の諸情報は、血流量、血流速、脈拍又は血圧などの生体情報に関する値が好ましく、本実施形態では生体情報測定装置801が血流計である場合について説明する。また、以下において、図1から図11に使用された符号も利用して説明する。
(Embodiment 4)
FIG. 12 is a configuration diagram illustrating an example of a biological information measuring apparatus. A biological
光学センサ201は、生体情報測定装置801の外部に位置する被検体に光を当て、被検体内で散乱した散乱光を受光する。光学センサ201は、例えば、図1から図11で説明した光学センサである。光学センサ201は、生体情報測定装置801に備わる半導体基板上に集積化されて形成されていてもよい。出力部204は、インターフェース209から出力されるデータを表示する。出力部204は、例えば、液晶ディスプレイである。
The
駆動演算装置203は、光学センサ201を駆動し、光学センサ201から出力された信号を処理して流体の諸情報を演算し、演算結果を出力部204に出力する。本実施形態では、血流量を測定する場合の一例として、駆動演算装置203は、光センサ201の発光素子15を駆動させ、受光素子17の受光した散乱光を解析することにより血流を求める例を示す。駆動演算装置203は、A/D変換器205、発光素子駆動回路206、生体情報演算回路207、電源供給部208、インターフェース209、信号調節回路210及び表示部211を備える。駆動演算装置203は、全体をLSIとして構成することが可能である。
The drive
発光素子駆動回路206は、前置増幅器202に接続され、前置増幅器202を通じて光学センサ201へ電力を供給する。すなわち、図1、図5、図6、図7、図8、図9で説明した光学センサの発光素子15は発光素子駆動回路206の指示によって光の点灯及び消灯を行う。信号調節回路210は、前置増幅器202の出力するアナログ信号から、干渉成分の周波数を含む特定の周波数範囲を抽出する。A/D変換器205は、信号調整回路210からの信号をアナログ−デジタル変換してデジタル信号を出力する。例えば、A/D変換器205は、入力されたアナログ信号を所定の周波数でサンプリングを行い、量子化して出力する。サンプリング周波数は、被検体の血流量等を測定する場合であれば、例えば200kHzである。生体情報演算回路207は、入力されたデジタル信号を所定の規則に従い処理を行う。生体情報演算回路207は、例えばデジタル信号プロセッサである。生体情報演算回路207は大量のデジタル信号のデータを高速に処理できるため、入力されたデジタル信号を処理した結果をリアルタイムで出力することができる。生体情報演算回路207はA/D変換器205からの信号から血流などの生体情報を求めるための演算を行う。インターフェース209は、駆動演算装置203と外部の周辺機器とが通信できるように、入力された信号を所定の企画の信号に変換する電気回路である。例えば、インターフェース209は入力された信号をRS−232C規格の信号に変換することができる。
The light emitting
電源供給部208は、所定の電圧の電源を外部に供給する電気回路である。交流を直流に変換する回路、電圧変換回路、電圧安定化回路が含まれる。また、電源供給部208はバッテリーであってもよい。電源供給部208は図示しない電気線を通じてA/D変換器205、発光素子駆動回路206、生体情報演算回路207、インターフェース209、信号調整回路210及び表示部211に電源を供給する。
The
生体情報測定装置801は、以下のように被検体の血流等の生体情報を測定する。センサチップである光学センサ201及び前置増幅器202を血流等の測定箇所である被検体に近接又は接触させる。光学センサ201は、被検体に光を照射して、被検体からの散乱光を受光する。発光素子15は、発光素子駆動部206から電流が注入されて照射光を出射する。発光素子15からの照射光は受光素子用キャップ13の光偏向面19aで血流の測定に必要な径に絞られ、被検体に照射される。光偏向面19aから出射した光は被検体内で散乱し、散乱光が光学センサ201へ到達する。散乱光はキャップ13の入射窓19bで測定に必要な光のみとなり受光素子17に受光される。
The biological
受光素子17は、散乱光を受光して光電変換し、散乱光強度信号として出力する。散乱光強度信号を受信した前置増幅器202は、散乱光強度信号を増幅してアナログ信号を出力する。信号調節回路210は、前置増幅器202の出力するアナログ信号から干渉成分の周波数を含む特定の周波数を抽出する。A/D変換器205は信号調節回路210からの信号をアナログ−デジタル変換してデジタル信号を出力する。
The
生体情報演算回路207は、散乱光強度信号のデジタル信号の信号処理を行い、散乱光の干渉成分の周波数解析を行う。具体的には、散乱光Sの干渉成分の周波数が血流速度に相当し、散乱光Sの強度は移動している血流量に相当し、血流速度と血液量との積で血流量が求められる。さらに、散乱光強度信号の波形には、脈拍による変調成分もあり、脈拍の検出も可能である。生体情報演算回路207は、散乱光強度信号の周波数解析の結果である被検体の情報を、被検体情報信号として出力する。
The biological
表示部211は、生体情報演算回路207からの被検体情報信号を受信して、被検体の情報を表示する。また、インターフェース209は、被検体情報信号を、規格で定められ他の装置との通信に使用される信号、例えばUSB規格やRS−232C規格等の有線の信号や、Bluetooth(登録商標)規格やZigBee(登録商標)規格等の無線の信号に変換して、出力部204に出力する。以上の説明のように、生体情報測定装置801は、血流量などの生体情報を測定することができる。
The
図13は、血流量の測定結果を示すグラフであり、(a)は生体情報測定装置による測定結果を示し、(b)は従来の血流計による測定結果を示す。従来の血流計の測定方法はドップラーシフト法を用いている。生体情報測定装置801と従来の血流計とを隣接させて指に当て、手首を強く締めることによって阻血し、手首への締めを徐々に開放して、最後に完全に開放し、血流量の時間変化を同時に測定した。
FIGS. 13A and 13B are graphs showing blood flow measurement results, where FIG. 13A shows the measurement results obtained by the biological information measuring device, and FIG. 13B shows the measurement results obtained by the conventional blood flow meter. A conventional blood flow meter measurement method uses the Doppler shift method. The living body
図13(a)と図13(b)を比較すると、血流量自体の増減傾向は、生体情報測定装置801と従来の血流計とで一致している。図13(a)の表示値は任意単位であるが、これは適当な一次関数の換算式を用いて図13(b)に示す従来の血流量の表示値に合わせることができるので問題ない。
Comparing FIG. 13 (a) and FIG. 13 (b), the increase / decrease tendency of the blood flow volume itself is consistent between the biological
従来の血流計は、発光素子からの光を光ファイバに結合させて光ファイバから出力する光を被検体に照射している。さらに、従来の血流計は、被検体で散乱した散乱光を他の光ファイバで受光して受光素子に結合している。光ファイバは曲がり方の変化や測定中の振動等で光の伝搬モードが変化するため、従来の血流計で生体情報を測定する場合、被検体の動作を制限する必要があった。生体情報測定装置801は、光ファイバを使用しないため、被検体の動作を制限することなく正確な生体情報を測定することができる。さらに、生体情報測定装置801は、図1から図12で説明した光学センサを利用しているため、高精度に生体情報を測定でき、製造コストを低くすることができる。
A conventional blood flow meter couples light from a light emitting element to an optical fiber and irradiates a subject with light output from the optical fiber. Further, in the conventional blood flow meter, scattered light scattered by the subject is received by another optical fiber and coupled to the light receiving element. Since the optical propagation mode of the optical fiber changes due to a change in the bending method or vibration during measurement, it is necessary to limit the operation of the subject when measuring biological information with a conventional blood flow meter. Since the biological
本発明の光学センサ及び生体情報測定装置は、健康保持や健康診断のための健康器具に適用することができる。また、被検体としては人間に限らず動物や植物でもよい。さらに、フッ素樹脂チューブ、シリコンチューブなど、発光素子からの光が透過できる管であれば、内部を流れる液体の流量を測定することができるため、本発明の光学センサ及び生体情報測定装置は、半導体製造装置や冷却装置の流量計に使用することができる。 The optical sensor and the biological information measuring device of the present invention can be applied to health appliances for health maintenance and health diagnosis. Further, the subject is not limited to a human but may be an animal or a plant. Furthermore, since the flow rate of the liquid flowing inside the tube can be measured as long as it is a tube that can transmit light from the light emitting element, such as a fluororesin tube and a silicon tube, the optical sensor and the biological information measuring device of the present invention are semiconductors. It can be used for flow meters in manufacturing equipment and cooling equipment.
11 絶縁基板
13 受光素子用キャップ
13−1 発光素子用キャップ
13−2 一体化キャップ
15 発光素子
15b 発光素子を搭載する台
17 受光素子
19a 光偏向面
19b 入射窓
21a、21b、21c、21d、21e 電気配線
23 ワイヤ
25 絶縁膜
121 突起差込口
123 突起
201光学センサ
202 前置増幅器
203 駆動演算装置
204 出力部
205 A/D変換器
206 発光素子駆動回路
207 生体情報演算回路
208 電源供給部
209 インターフェース
210 信号調節回路
211 表示部
221 シリコン基板
222−1、222−2、224−1、224−2 電極
223 発光素子
225 受光素子
225−1 ピンホール
226 カバー基板
227、231 遮光膜
229 ワイヤ
230 バイナリレンズ
232 ワイヤ
501、505、506、507、508、509、510、511 光学センサ
801 生体情報測定装置
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記絶縁基板上に搭載され、光を出射する発光素子と、
前記絶縁基板上に前記発光素子と並んで搭載され、前記発光素子の出射した出射光が散乱された散乱光を受光する受光素子と、
遮光性を有する部材にて形成され、前記絶縁基板上で前記受光素子を覆う受光素子用キャップと、を備え、
前記受光素子用キャップは、前記受光素子に入射させる前記散乱光の光路と交差する部分に、前記散乱光を通過させる入射窓が形成され、かつ、前記発光素子の配置されている側の側面に、前記発光素子からの光を前記絶縁基板の上方に偏向させる光偏向面が形成されていることを特徴とする光学センサ。 An insulating substrate;
A light emitting element mounted on the insulating substrate and emitting light;
A light receiving element that is mounted on the insulating substrate along with the light emitting element and receives scattered light obtained by scattering the emitted light emitted from the light emitting element;
A light-receiving element cap that is formed of a light-shielding member and covers the light-receiving element on the insulating substrate;
The light receiving element cap has an incident window that allows the scattered light to pass therethrough at a portion that intersects the optical path of the scattered light that is incident on the light receiving element, and is provided on a side surface on the side where the light emitting element is disposed. An optical sensor, wherein an optical deflection surface for deflecting light from the light emitting element to the upper side of the insulating substrate is formed.
前記受光素子用キャップは導電性を有し、
前記電気配線と前記受光素子用キャップとが直接又は導電体を介して電気的に接触していることを特徴とする請求項1に記載の光学センサ。 The insulating substrate has an electrical wiring formed on a surface on which the light emitting element and the light receiving element are mounted,
The light receiving element cap has conductivity,
The optical sensor according to claim 1, wherein the electrical wiring and the light receiving element cap are in electrical contact with each other directly or through a conductor.
前記発光素子は、前記光偏向面へ向けて光を出射することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光学センサ。 A stand for mounting the light emitting element is provided between the light emitting element and the insulating substrate,
The optical sensor according to claim 1, wherein the light emitting element emits light toward the light deflection surface.
前記発光素子を駆動する発光素子駆動回路と、
前記受光素子からの信号を処理して生体情報に関する値を演算する生体情報演算回路と、を備えることを特徴とする生体情報測定装置。 An optical sensor according to any one of claims 1 to 8,
A light emitting element driving circuit for driving the light emitting element;
A biological information measuring device comprising: a biological information calculation circuit that processes a signal from the light receiving element and calculates a value related to biological information.
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