KR20210091142A - 생체 정보 계측 장치 - Google Patents

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KR20210091142A
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요시로 타키구치
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소니그룹주식회사
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Abstract

발광 소자 및 수광 소자와 차광막에 형성된 개구부 사이의 위치 어긋남을 억제하는 것이 가능한 생체 정보 계측 장치를 제공하는 것이다. 투광성을 갖는 판 형상의 덮개부와, 상기 덮개부의 제1 주면 상에 설치되고 도전성을 갖는 제1 차광막과, 발광 소자와, 수광 소자를 구비하고, 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자는, 상기 제1 차광막에 전기적으로 접합되어 있고, 상기 제1 차광막은, 상기 발광 소자로부터 출사되는 광이 통과하는 제1 발광측 개구부와, 상기 수광 소자에 의해 수광되는 광이 통과하는 제1 수광측 개구부를 갖는, 생체 정보 계측 장치.

Description

생체 정보 계측 장치
본 기술은, 생체 정보 계측 장치에 관한 것이다.
피부에 코히어런트 광을 조사하고, 그 후방 산란광을 해석함으로써 피부 아래의 혈류 속도를 비침습적으로 계측하는, 레이저 도플러 혈류계라고 불리는 기술이 알려져 있으며, 또한, 해당 기술을 이용한 혈류 계측 장치가 다양하게 제공되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에 기재되어 있는 혈류계용 센서부에는, 발광 소자 및 수광 소자를 형성한 반도체 기판 상에 불요 산란광을 차단하는 차광막이 형성된 커버 기판이 배치되어 있다. 특허문헌 1에는, 생체 조직으로부터의 산란광이 수광 소자에 입사하기 위한 개구부를 차광막에 설치하는 구성도 개시되어 있다. 특허문헌 2에 기재되어 있는 계측 센서용 패키지에는, 발광 소자 및 수광 소자를 덮는 덮개체에 접지 도체층이 설치되어 있고, 접지 도체층은 불필요한 광을 차단하는 마스크 부재로서 기능한다. 특허문헌 2의 접지 도체층에는, 발광 소자로부터 출사되는 광이 통과하는 제1 개구와, 수광 소자에 의해 수광되는 광이 통과하는 제2 개구가 설치되어 있다.
특허문헌 1 및 2에 기재되어 있는 구조를 채용하는 경우, 제조 순서로서는, 금속 배선을 갖는 하우징 또는 기판에 발광 소자 및 수광 소자를 실장하고, 그 후, 차광막이 형성된 부재로 덮는 것이 일반적이다. 예를 들면, 특허문헌 2에 기재되어 있는 계측 센서용 패키지는, 기체(基體)에 발광 소자 및 수광 소자를 실장하고, 그 후, 제1 개구 및 제2 개구가 형성된 접지 도체층을 구비하는 덮개체로 덮음으로써, 제조할 수 있다.
그러나, 이러한 제조 순서에서는, 각종 부품을 조합시킬 때에 부품간의 상대 위치에 어긋남이 생기고, 이 어긋남이 누적되어, 최종적으로는 발광 소자 및 수광 소자와 차광막에 형성된 개구부 사이에 위치 어긋남이 생길 가능성이 높아진다. 이와 같이, 종래 기술에서는, 발광 소자 및 수광 소자와 차광막에 형성된 개구부의 상대 위치를 엄밀하게 맞추는 것은 곤란하다.
특허문헌 1: 일본특허공개 2004-229920호 공보 특허문헌 2: 일본특허공개 2017-131286호 공보
이에, 본 기술은, 발광 소자 및 수광 소자와 차광막에 형성된 개구부 사이의 위치 어긋남을 억제하는 것이 가능한 생체 정보 계측 장치를 제공하는 것을 주목적으로 한다.
즉, 본 기술은,
투광성을 갖는 판 형상의 덮개부, 상기 덮개부의 제1 주면 상에 설치되고 도전성을 갖는 제1 차광막, 발광 소자, 및 수광 소자를 구비하고,
상기 발광 소자 및 상기 수광 소자는, 상기 제1 차광막에 전기적으로 접합되어 있고,
상기 제1 차광막은, 상기 발광 소자로부터 출사되는 광이 통과하는 제1 발광측 개구부와, 상기 수광 소자에 의해 수광되는 광이 통과하는 제1 수광측 개구부를 갖는, 생체 정보 계측 장치를 제공한다.
상기 제1 차광막은, 서로 독립된 3개 이상의 구획으로 분할되어 있어도 되고, 상기 구획에는, 각각, 상기 발광 소자의 단자 또는 상기 수광 소자의 단자가 적어도 하나 접합되어 있어도 된다.
상기 제1 차광막은, 광반사성 재료로 이루어져도 된다.
상기 생체 정보 계측 장치는, 상기 덮개부의 상기 제1 주면에 대향하는 제2 주면 상에 설치된 제2 차광막을 구비해도 되고, 상기 제2 차광막은, 상기 수광 소자에 의해 수광되는 광이 통과하는 제2 수광측 개구부를 가져도 된다.
상기 제2 차광막은, 상기 발광 소자로부터 출사되는 광이 통과하는 제2 발광측 개구부를 가져도 된다.
상기 제2 차광막은, 광반사성 재료로 이루어져도 된다.
상기 제2 차광막이 광반사성 재료로 이루어질 경우, 상기 제1 차광막은, 광흡수성 재료로 이루어져도 된다.
상기 생체 정보 계측 장치는, 상기 덮개부의 측면 상에 설치된 제3 차광막을 구비해도 된다.
상기 발광 소자는, 코히어런트 광을 출사하는 발광 소자이어도 된다.
상기 생체 정보 계측 장치는, 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자를 내부에 수용하는 하우징을 구비해도 되고, 상기 하우징의 내부에 있어서, 상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이에 격벽이 존재하지 않는 구성이어도 된다.
상기 생체 정보 계측 장치는, 혈류 계측 장치이어도 된다.
도 1은 생체 정보 계측 장치(1)의 일부를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 생체 정보 계측 장치(1)의 A-A선 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 3은 제1 차광막(10)의 구성예를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 4는 생체 정보 계측 장치(1A)의 일부를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 생체 정보 계측 장치(1A)의 B-B선 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 6은 생체 정보 계측 장치(1B)의 단면도이다.
이하, 본 기술을 실시하기 위한 바람직한 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 한편, 이하에 설명하는 실시형태는, 본 기술의 대표적인 실시형태를 나타낸 것이며, 이에 의해 본 기술의 범위가 좁게 해석되어서는 안된다. 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 제1 실시형태(제1 차광막을 구비하는 예)
2. 제2 실시형태(제2 차광막을 구비하는 예)
3. 제3 실시형태(제3 차광막을 구비하는 예)
<1. 제1 실시형태>
먼저, 본 기술의 제1 실시형태에 따른 생체 정보 계측 장치(1)에 대해 설명한다.
본 기술의 생체 정보 계측 장치를 사용하여 계측 가능한 생체 정보로서는, 예를 들면, 혈류량, 혈구량, 혈류 속도, 맥박수 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 본 기술의 생체 정보 계측 장치는, 혈류에 관한 정보를 계측 대상으로 하는 혈류 계측 장치로서 바람직하고, 특히 레이저 도플러 혈류계로서 바람직하게 사용된다. 이하, 본 기술의 생체 정보 계측 장치는 일례로서 레이저 도플러 혈류계로 하여, 도 1∼3을 참조하면서 설명을 행한다.
도 1은, 생체 정보 계측 장치(1)의 일부를 나타내는 모식적인 평면도이다. 도 2는, 도 1에 나타내는 생체 정보 계측 장치(1)의 A-A선 화살표 방향에서 본 단면도이다. 도 1에서는, 도 2에 나타낸 덮개부(5)의 도시를 생략하고 있다.
생체 정보 계측 장치(1)는, 하우징(2), 발광 소자(3) 및 수광 소자(4)를 구비한다. 하우징(2)는, 내부에 공동을 가지고 상면이 개구되어 있다. 발광 소자(3) 및 수광 소자(4)는, 하우징(2)의 내부에 수용된다. 발광 소자(3)로서는, 코히어런트 광을 출사하는 발광 소자가 바람직하며, 예를 들면 레이저 다이오드 등을 들 수 있다. 수광 소자(4)로서는, 예를 들면 포토 다이오드, 포토 트랜지스터 등을 들 수 있다. 도 1 및 2에서는, 발광 소자(3) 및 수광 소자(4)를 각각 1개씩 구비하는 구성을 나타내고 있지만, 발광 소자(3) 및 수광 소자(4)의 수는 1개로 한정되지 않고, 각각 2개 이상이어도 된다. 발광 소자(3) 및 수광 소자(4)의 수는 동일해도 되고 달라도 된다.
생체 정보 계측 장치(1)는, 투광성을 갖는 판 형상의 덮개부(5)를 더 구비한다. 덮개부(5)는, 하우징(2)의 상면의 개구 부분을 덮도록 배치되어 있고, 하우징(2)의 저면에 대향하고 있다. 덮개부(5)를 구성하는 재료는, 적어도 발광 소자(3)로부터 출사되는 광이 투과 가능하면 되고, 발광 소자(3)로부터 출사되는 광 이외의 광은 투과할 수 없어도 된다. 예를 들면, 발광 소자(3)의 광원으로서 적외광을 사용하는 경우, 덮개부(5)는, 적외광만 투과하고 적외광 이외의 광을 흡수하는 재료에 의해 형성되어도 된다. 수광 소자(4)에 불필요한 광이 입사하는 것을 방지하는 관점에서는, 덮개부(5)는, 발광 소자(3)로부터 출사되는 광 이외의 광이 투과하지 않는 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 덮개부(5)를 구성하는 재료로서는, 예를 들면 유리, 수지 등을 들 수 있다.
덮개부(5)는, 제1 주면(5a) 위에 도전성을 갖는 제1 차광막(10)을 구비한다. 덮개부(5)의 제1 주면(5a)은, 하우징(2) 측을 향한 면이며, 하우징(2)의 저면에 대향하고 있다. 제1 주면(5a) 위의 제1 차광막(10)에는, 발광 소자(3) 및 수광 소자(4)가 전기적으로 접합되어 있다. 도 2에 나타내는 단면도를 참조하여, 덮개부(5), 제1 차광막(10), 발광 소자(3) 및 수광 소자(4)의 위치 관계를 확인하면, 덮개부(5)의 하측에 제1 차광막(10)이 배치되고, 제1 차광막(10)의 하측에 발광 소자(3) 및 수광 소자(4)가 배치되어 있다. 발광 소자(3) 및 수광 소자(4)를 제1 차광막(10)에 접합할 때는, 플립칩(flip-chip) 실장으로 하는 것이 바람직하다.
제1 차광막(10)은, 발광 소자(3)로부터 출사되는 광이 통과하는 제1 발광측 개구부(11)와, 수광 소자(4)에 의해 수광되는 광이 통과하는 제1 수광측 개구부(12)를 갖는다. 제1 발광측 개구부(11)는, 발광 소자(3)로부터 출사되는 광이 통과할 수 있도록, 발광 소자(3)의 발광 중심에 대응하는 위치에 설치된다. 제1 수광측 개구부(12)는, 수광 소자(4)에 의해 수광되는 광이 통과할 수 있도록, 수광 소자(4)의 수광면 중심에 대응하는 위치에 설치된다.
이와 같이, 본 기술의 생체 정보 계측 장치(1)에서는, 발광 소자(3) 및 수광 소자(4)를 제1 차광막(10)에 직접 접합하고 있기 때문에, 발광 소자(3)와 제1 발광측 개구부(11) 사이, 및 수광 소자(4)와 제1 수광측 개구부(12) 사이의 위치 맞춤을 고정밀도로 행할 수 있다. 그 결과, 발광 소자(3)와 제1 발광측 개구부(11) 사이, 및 수광 소자(4)와 제1 수광측 개구부(12) 사이의 위치 어긋남을 억제할 수 있다.
제1 발광측 개구부(11)의 직경의 하한은, 바람직하게는 발광 소자(3)의 발광 중심의 직경 이상이다. 제1 발광측 개구부(11)의 직경의 상한은, 바람직하게는 발광 소자(3)의 발광 중심의 직경+100μm 이하이며, 보다 바람직하게는 발광 소자(3)의 발광 중심의 직경+10μm 이하이다. 제1 수광측 개구부(12)의 직경의 하한은, 바람직하게는 수광 소자(4)의 수광면 중심의 직경 이상이다. 제1 수광측 개구부(12)의 직경의 상한은, 바람직하게는 수광 소자(4)의 수광면 중심의 직경+100μm 이하이며, 보다 바람직하게는 수광 소자(4)의 수광면 중심의 직경+10μm 이하이다.
전술한 제1 차광막(10)은, 발광 소자(3)의 단자 및 수광 소자(4)의 단자를 개별로 구동할 수 있도록, 서로 독립된 3개 이상의 구획으로 분할되어 있는 것이 바람직하다. 이 「서로 독립된 구획」이란, 각각의 구획이 전기적으로 분단된 구성인 것을 의미하고, 바꾸어 말하면 「서로 전기적으로 분단된 구획」이다. 제1 차광막(10)의 각 구획에는, 각각, 발광 소자(3)의 단자 또는 수광 소자(4)의 단자가 적어도 하나 전기적으로 접합되어 있는 것이 바람직하다.
도 1 및 2에는, 일례로서, 제1 차광막(10)이 4개의 구획(10a, 10b, 10c, 10d)으로 분할된 구성을 나타내고 있고, 각 구획에는, 각각, 발광 소자(3)의 애노드 단자(3a), 발광 소자(3)의 캐소드 단자(3b), 수광 소자(4)의 애노드 단자(4a), 또는 수광 소자(4)의 캐소드 단자(4b)가 전기적으로 접합되어 있다. 구체적으로는, 구획(10a)에는 발광 소자(3)의 애노드 단자(3a)가 접합되어 있고, 구획(10b)에는 발광 소자(3)의 캐소드 단자(3b)가 접합되어 있고, 구획(10c)에는 수광 소자(4)의 캐소드 단자(4b)가 접합되어 있고, 구획(10d)에는 수광 소자(4)의 애노드 단자(4a)가 접합되어 있다.
제1 차광막(10)의 각 구획(10a, 10b, 10c, 10d)에는, 각각 개별로 접속 배선이 접속되어 있고, 해당 접속 배선을 통해 회로 기판(도시하지 않음)에 전기적으로 접속되어 있다. 도 2에는, 하우징(2)의 측방에 위치하는 접속 배선용 부재(6, 6)가 도시되어 있고, 접속 배선용 부재(6, 6)는 아래쪽에 위치하는 회로 기판(도시하지 않음)에 접하고 있다.
전술한 바와 같이, 도 1 및 2에 나타내는 예에서는, 제1 차광막(10)은 서로 독립된 구획으로 분할되고, 발광 소자(3)의 단자(3a, 3b) 및 수광 소자(4)의 단자(4a, 4b)가 각각 다른 구획에 전기적으로 접합되어 있다. 또한, 제1 차광막(10)의 각 구획에는, 각각 개별로 접속 배선이 접속되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 발광 소자(3)의 단자(3a, 3b) 및 수광 소자(4)의 단자(4a, 4b)를, 독립적으로 전기적으로 구동시키는 것이 가능하다.
도 3에, 제1 차광막(10)의 구성예를 나타내는 모식적인 평면도를 나타낸다. 제1 차광막(10)의 각 구획의 형상은, 특히 한정되지 않고, 예를 들면 도 3에 도시된 바와 같은 형상이어도 된다. 도 3A∼C에 나타내는 제1 차광막(10A∼10C)은, 모두, 독립된 4개의 구획으로 분할되어 있고, 발광 소자(3)의 단자(3a, 3b) 및 수광 소자(4)의 단자(4a, 4b)가 각각 다른 구획에 전기적으로 접합되어 있다.
도 3D에 나타내는 제1 차광막(10D)은, 도 3A∼C와는 달리, 독립된 3개의 구획(10Da, 10Db, 10Dc)으로 분할되어 있다. 도 3D에 나타내는 예에서는, 구획(10Da)에는 발광 소자(3)의 애노드 단자(3a)가 접합되어 있고, 구획(10Db)에는 발광 소자(3)의 캐소드 단자(3b) 및 수광 소자(4)의 애노드 단자(4a)가 접합되어 있고, 구획(10Dc)에는 수광 소자(4)의 캐소드 단자(4b)가 접합되어 있다. 발광 소자(3)의 캐소드 단자(3b)와 수광 소자(4)의 애노드 단자(4a)를 그라운드에 접속할 경우, 도 3D에 나타낸 바와 같이, 그라운드에 접속되는 복수의 단자를 동일한 구획에 접합해도 된다.
제1 차광막(10)을 구성하는 재료는, 광을 차단하는 것이면 되고, 광반사성 재료이어도 되고 광흡수성 재료이어도 된다. 생체 정보의 계측에 있어서 광의 이용 효율을 향상시키는 관점에서는, 제1 차광막(10)은 광반사성 재료로 이루어지는 광반사성의 막인 것이 바람직하다.
여기서, 생체 정보 계측 장치(1)의 동작에 대해 설명한다. 생체 정보 계측 장치(1)를 사용할 때는, 유저의 피부에 덮개부(5)를 접촉시킨 상태로, 발광 소자(3)로부터 피부를 향해 광을 출사한다. 출사된 광은, 제1 차광막(10)의 제1 발광측 개구부(11), 덮개부(5) 및 피부 표면을 통과하여, 피부 아래의 혈관에 도달한다. 혈관을 통해 흐르는 혈액에 포함되는 혈구 세포에 의해 산란된 광은, 덮개부(5) 및 제1 차광막(10)의 제1 수광측 개구부(12)를 통과하여, 수광 소자(4)에 의해 검지된다. 생체 정보 계측 장치(1)는, 검지된 산란광을 해석함으로써, 혈류 속도 등의 생체 정보를 얻는다.
전술한 바와 같이 제1 차광막(10)을 광반사성의 막으로 함으로써, 유저의 피부를 경유하여 수광 소자(4) 측으로 후방 산란하는 광 중에서 제1 수광측 개구부(12)를 통과하지 않은 광을, 제1 차광막(10)에 의해 다시 유저의 피부측으로 되돌릴 수 있다. 이와 같이, 수광 소자(4)로 수광할 수 없었던 산란광을 피부측으로 되돌려 재이용함으로써, 광의 이용 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
제1 차광막(10)은, 금속 증착에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 금속 증착에 사용되는 금속으로서는, 덮개부(5)에의 밀착성이 높은 금속이 바람직하다. 예를 들면, 덮개부(5)를 구성하는 재료가 유리일 경우에는, 제1 차광막(10)은 니켈 증착 막인 것이 바람직하다.
본 기술의 생체 정보 계측 장치(1)에 의하면, 전술한 바와 같이, 발광 소자(3)와 제1 발광측 개구부(11)를, 고정밀도로 위치 결정할 수 있기 때문에, 발광 소자(3)와 제1 발광측 개구부(11) 간의 위치 어긋남을 억제할 수 있다. 그런데, 일반적으로는, 발광 소자와, 차광막에 형성된 발광 소자에 대응하는 개구부와의 상대 위치가 어긋난 경우, 개구부의 직경이 작으면, 광의 일부가 차단되어 손실된다. 이 때문에, 발광 소자에 대응하는 개구부의 직경은, 위치 어긋남을 고려하여 크게 형성될 필요가 있다. 한편, 발광 소자에 대응하는 개구부의 직경이 지나치게 크면, 미광이나 전기 노이즈를 차단한다고 하는 차광막 본래의 기능이 저하되어, 바람직하지 않다. 이에 대해 본 기술의 생체 정보 계측 장치(1)에서는, 발광 소자(3)와 제1 발광측 개구부(11)와의 상대 위치를 정밀하게 맞추는 것이 가능하기 때문에, 상술한 바와 같이 위치 어긋남을 고려하여 제1 발광측 개구부(11)의 직경을 크게 할 필요가 없다. 즉, 본 기술을 사용함으로써, 제1 발광측 개구부(11)의 직경을 종래 기술과 비교하여 작게 형성할 수 있다. 그 결과, 본 기술의 생체 정보 계측 장치(1)는, 미광이나 전기 노이즈를 효과적으로 차단하고, 생체 정보의 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 일반적으로는, 수광 소자와, 차광막에 형성된 수광 소자에 대응하는 개구부와의 상대 위치가 어긋나면, 수광 소자에 도달하는 광량이 줄어들게 되기 때문에, 수광 소자의 사이즈는 위치 어긋남을 고려하여 크게 할 필요가 있다. 한편, 수광 소자의 사이즈가 커지면, 그에 따라 생체 정보 계측 장치의 외형도 대형화된다. 이에 대해 본 기술의 생체 정보 계측 장치(1)에서는, 수광 소자(4)와 제1 수광측 개구부(12)와의 상대 위치를 정밀하게 맞추는 것이 가능하기 때문에, 상술한 바와 같이 위치 어긋남을 고려하여 제1 수광측 개구부(12)의 사이즈를 크게 할 필요가 없다. 즉, 본 기술에 의하면, 외형이 작은 수광 소자를 사용할 수 있고, 그 결과, 장치 전체의 외형을 소형화할 수 있다.
또한, 종래 기술에서는, 발광 소자 및 수광 소자를 하우징 내에 장착할 때의 위치 어긋남을 고려하여, 하우징 내부의 공간을 넓게 설계할 필요가 있기 때문에, 장치 전체의 외형이 대형화되게 된다. 그러나, 본 기술의 생체 정보 계측 장치(1)에서는, 발광 소자(3) 및 수광 소자(4)가 제1 차광막(10)에 접합되어 있어, 하우징(2)의 설계에 있어서 발광 소자(3) 및 수광 소자(4)의 장착 공차를 고려할 필요가 없으므로, 장치 전체의 외형을 소형화할 수 있다.
장치 전체의 대형화라고 하는 문제는, 상기 특허문헌 2에 기재되어 있는 기술과 같이, 발광 소자와 수광 소자 사이에 격벽이 배치되어 있는 경우에 특히 현저하다. 발광 소자와 수광 소자 사이의 격벽은, 발광 소자로부터 출사된 광이 직접 수광 소자에 입사하는 것에 의한 광학 노이즈의 발생을 방지하기 위해 설치된다. 격벽을 설치하기 위해서는 하우징 내부에 어느 정도의 넓이를 확보할 필요가 있고, 그 결과, 장치 전체가 대형화되게 된다. 이에 대해 본 기술의 생체 정보 계측 장치(1)에서는, 발광 소자(3) 및 수광 소자(4)가 제1 차광막(10)에 접합되어 있고, 발광 소자(3)로부터 출사된 광은 모두 제1 발광측 개구부(11) 및 덮개부(5)를 통과하기 때문에, 발광 소자(3)로부터 수광 소자(4)로 직접 광이 입사하는 일이 없다. 즉, 본 기술의 생체 정보 계측 장치(1)에서는, 하우징(2)의 내부에서, 발광 소자(3)와 수광 소자(4) 사이에, 발광 소자(3)로부터 출사되는 광이 직접 수광 소자(4)로 입사하는 것을 막는 격벽을 설치할 필요가 없다. 따라서, 본 기술에 의하면, 종래보다 장치 전체의 외형을 소형화할 수 있다.
나아가, 종래 기술과 같은 격벽을 구비하는 하우징을 제조할 경우, 격벽을 구비하지 않는 하우징과 비교하여 제조 방법이 한정되게 되기 때문에, 하우징의 제조 비용 삭감을 도모하기가 어렵다. 그러나, 본 기술에 의하면, 하우징(2)의 내부에 격벽을 설치할 필요가 없고, 제조 방법의 자유도가 높기 때문에, 저비용화를 도모하는 것이 가능하다.
본 실시형태에서는, 생체 정보 계측 장치로서 레이저 도플러 혈류계(Laser Doppler Flowmetry:LDF)를 예로 들어 설명하였다. 레이저 도플러 혈류계는, 사람의 피부 표면에 레이저광을 조사하여 모세혈관 내 혈류를 비침습적으로 그리고 연속적으로 계측하는 것이 가능하며 소형이다. 이 때문에, 본 실시형태의 생체 정보 계측 장치(1)는, 헤드밴드(headband)형, 넥밴드형, 벨트형 등의 웨어러블형의 혈류계에 바람직하다. 본 기술에 따른 생체 정보 계측 장치의 다른 실시형태로서는, 예를 들면, 스마트폰이나 태블릿 단말 등의 임의의 휴대 정보 단말(Personal Digital Assistant: PDA); 의료 기기, 게임 기기, 가전 기기 등의 임의의 전자 기기; 등을 들 수 있다.
또한, 본 기술은, 광전 용적 맥파 방식(Photoplethysmography: PPG)을 이용하여 맥박 계측을 행하는 생체 정보 계측 장치나, PPG 및 LDF의 기술을 조합시켜서 맥박 계측 및 혈류 계측을 행하는 생체 정보 계측 장치에도 바람직하다.
<2. 제2 실시형태>
다음으로, 도 4 및 5을 참조하여, 본 기술의 제2 실시형태에 따른 생체 정보 계측 장치(1A)에 대해 설명한다. 도 5에 있어서, 도 2에 나타낸 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 이들의 설명은 적절히 생략한다.
도 4는, 생체 정보 계측 장치(1A)의 일부를 나타내는 모식적인 평면도이다. 도 5는, 도 4에 나타내는 생체 정보 계측 장치(1A)의 B-B선 화살표 방향에서 본 단면도이다. 제2 실시형태의 생체 정보 계측 장치(1A)는, 제1 실시형태의 구성에 더해, 제2 차광막(20)을 구비한다.
제2 차광막(20)은, 덮개부(5)의 제1 주면(5a)에 대향하는 제2 주면(5b) 위에 설치되어 있다. 제2 차광막(20)은, 발광 소자(3)로부터 출사하는 광이 통과하는 제2 발광측 개구부(21)와, 수광 소자(4)에 의해 수광되는 광이 통과하는 제2 수광측 개구부(22)를 갖는다. 제2 발광측 개구부(21)는, 발광 소자(3)로부터 출사되는 광이 통과할 수 있도록, 발광 소자(3)의 발광 중심에 대응하는 위치에 설치된다. 제2 수광측 개구부(22)는, 수광 소자(4)에 의해 수광되는 광이 통과할 수 있도록, 수광 소자(4)의 수광면 중심에 대응하는 위치에 설치된다.
이하, 본 실시형태의 이점을 설명한다. 본 기술이 바람직한 일례인 LDF는, 인체로부터 후방 산란된 광 중에서 혈액에 닿지 않고 반사된 광과, 혈액에 닿아 약간 파장이 도플러 시프트(Doppler shift)된 광의 간섭 현상을 이용하는 혈류계이다. 인체로부터 후방 산란된 광은, 스페클이라고 불리는 반점 패턴을 나타낸다. LDF는 이 반점 패턴이 변화하는 속도를 검출하고 있으며, 수광 소자는 반점 패턴을 수광면 전체에 걸쳐 적분한 값을 관측하고 있다. 이 때, 반점 패턴이 수광 소자의 수광 면적에 비해 작으면 반점 패턴이 평균화되기 때문에, 반점 패턴의 변화가 균질화되어 계측이 곤란하게 되고, 혈류에 의한 신호의 변화를 포착할 수 없는 가능성이 있다. 이 때문에, 수광 소자 내에 발생하는 반점 패턴의 수(반점 패턴의 평균 개수 = 반점 패턴의 평균 면적/수광 소자의 수광면의 면적)을 될 수 있는 한 작게 하는 것이 바람직하다. 반점 패턴의 수를 작게 하는 수단의 하나로서, 제1 실시형태에서 나타낸 제1 수광측 개구부(12)의 직경을 작게 하는 것을 들 수 있다. 다른 수단으로서는, 수광 소자(4)로부터 이격된 위치에 추가적인 개구부를 설치함으로써, 수광 소자(4)에 도달하는 광을 제한하고, 반점 패턴의 평균 면적을 확대하는 것을 들 수 있다. 수광 소자(4)로부터 이격된 위치에 있는 개구부는, 제2 실시형태에서 나타낸 제2 수광측 개구부(22)에 상당한다.
제2 수광측 개구부(22)를 설치한 경우의 반점 패턴의 평균 면적에 대해 구체적으로 설명한다. 제1 차광막(10)에 형성된 제1 수광측 개구부(12)를 구비하는 경우, 수광 소자(4)의 수광면에서의 반점 패턴의 평균 직경은, 광의 파장 정도가 된다. 이 때문에, 반점 패턴의 균질화를 방지하기 위해서는, 제1 수광측 개구부(12)의 직경을 작게 줄일 필요가 있다. 한편, 제1 수광측 개구부(12)의 직경을 너무 작게 하면, 제1 수광측 개구부(12)를 통과하는 광량이 감소하여, 충분한 S/N비를 확보할 수 없을 가능성이 있다.
제2 차광막(20)에 형성된 제2 수광측 개구부(22)를 구비하는 경우, 수광 소자(4)의 수광면에서의 반점 패턴의 평균 면적 Acoh는, 파장을 λ, 수광 소자(4)가 제2 수광측 개구부(22)를 보는 입체각을 Ω로 하여, 아래 식 (1)에 의해 나타내진다.
Acoh=λ2/Ω ···(1)
이와 같이, 수광 소자(4)로부터 이격된 위치에 제2 수광측 개구부(22)를 설치함으로써, Ω가 작게 되어 반점 패턴의 평균 면적이 확대되고, 그 결과, 수광 소자(4) 상에서의 반점 패턴의 평균 개수가 감소한다. 즉, 제2 수광측 개구부(22)를 설치함으로써, 혈액의 움직임에 의해 생기는 반점 패턴의 변화가 균질화되지 않고, 보다 양호한 S/N비로 생체 정보를 계측하는 것이 가능하다.
제2 차광막(20)을 구성하는 재료는, 광을 차단하는 것이면 되고, 광반사성 재료이어도 되며 광흡수성 재료이어도 된다. 제1 실시형태와 마찬가지로 생체 정보의 계측에 있어서 광의 이용 효율을 향상시키는 관점에서는, 제2 차광막(20)은 광반사성 재료로 이루어지는 광반사성의 막인 것이 바람직하다. 제2 차광막(20)을 광반사성 재료에 의해 구성하는 경우, 제1 차광막(10)은 광흡수성 재료로 이루어지는 광흡수성의 막이어도 된다. 제1 차광막(10)을 광흡수성의 막으로 함으로써, 인체를 경유하지 않는 불필요한 미광을 저감할 수 있다. 또한, 제2 차광막(20)은, 제1 차광막(10)과 마찬가지로 도전성을 갖고 있어도 된다. 이 경우, 제2 차광막은 접지되어 있는 것이 바람직하다.
도 4 및 5에 나타내는 생체 정보 계측 장치(1A)에서는, 발광 소자(3)에 대응하는 부분을 덮도록 제2 차광막(20)이 형성되어 있고, 제2 차광막(20)에는 발광 소자(3)에 대응하는 부분에 제2 발광측 개구부(21)가 설치되어 있다. 그러나, 제2 발광측 개구부(21)는 필수 구성 요소가 아니며, 발광 소자(3)에 대응하는 부분을 덮도록 제2 차광막(20)이 형성되지 않아도 된다. 제1 차광막(10)을 광흡수성의 막으로 하는 경우, 제2 차광막(20)은, 발광 소자(3)에 대응하는 위치에도 설치되어 제2 발광측 개구부(21)를 갖는 것이, 광의 이용 효율 향상의 관점에서 바람직하다.
<3. 제3 실시형태>
다음으로, 도 6을 참조하여, 본 기술의 제3 실시형태에 따른 생체 정보 계측 장치(1B)에 대해 설명한다. 도 6에 있어서, 도 2에 나타낸 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 이들의 설명은 적절히 생략한다.
도 6은, 생체 정보 계측 장치(1B)의 단면도이다. 제3 실시형태의 생체 정보 계측 장치(1B)는, 제1 실시형태의 구성에 더해, 덮개부(5)의 측면(5c, 5c) 상에 설치된 제3 차광막(30, 30)을 구비한다. 제3 차광막(30)을 구비함으로써, 덮개부(5)의 측면(5c)로부터 입사하는 광이 덮개부(5) 내에서 전파되어 수광 소자(4)에 입사하여, 광학적인 노이즈가 되는 것을 방지할 수 있다.
덮개부(5)의 측면(5c, 5c)은, 제1 주면(5a) 및 제2 주면(5b)와 직교하는 면이다. 도 6에 나타내는 생체 정보 계측 장치(1B)는 제3 차광막(30)을 2개 구비하고 있으나, 제3 차광막(30)의 수는 특히 한정되지 않고, 하나 이상이면 된다.
제3 차광막(30)은, 차광성을 갖는 막이라면 특히 한정되지 않지만, 흑색 인쇄에 의해 형성된 막인 것이 바람직하다.
이상 설명한 본 기술에 따른 특징 부분 중, 2개 이상의 특징 부분을 조합시키는 것이 가능하다. 즉, 각 실시형태로 설명한 다양한 특징 부분은, 각 실시형태의 구별 없이, 임의로 조합되어도 된다. 예를 들면, 제3 실시형태에, 제2 실시형태에 따른 제2 차광막(20)이 조합되어도 된다.
한편, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
〔1〕투광성을 갖는 판 형상의 덮개부와, 상기 덮개부의 제1 주면 위에 설치되어 도전성을 갖는 제1 차광막과, 발광 소자와, 수광 소자를 구비하고,
상기 발광 소자 및 상기 수광 소자는, 상기 제1 차광막에 전기적으로 접합되어 있고,
상기 제1 차광막은, 상기 발광 소자로부터 출사되는 광이 통과하는 제1 발광측 개구부와, 상기 수광 소자에 의해 수광되는 광이 통과하는 제1 수광측 개구부를 갖는 생체 정보 계측 장치.
〔2〕상기 제1 차광막은, 서로 독립된 3개 이상의 구획으로 분할되어 있고,
상기 구획에는, 각각, 상기 발광 소자의 단자 또는 상기 수광 소자의 단자가 적어도 하나 접합되어 있는 〔1〕에 기재된 생체 정보 계측 장치.
〔3〕상기 제1 차광막은, 광반사성 재료로 이루어지는 〔1〕또는〔2〕에 기재된 생체 정보 계측 장치.
〔4〕상기 덮개부의 상기 제1 주면에 대향하는 제2 주면 위에 설치된 제2 차광막을 구비하고,
상기 제2 차광막은, 상기 수광 소자에 의해 수광되는 광이 통과하는 제2 수광측 개구부를 갖는 〔1〕∼〔3〕중 어느 하나에 기재된 생체 정보 계측 장치.
〔5〕상기 제2 차광막은, 상기 발광 소자로부터 출사되는 광이 통과하는 제2 발광측 개구부를 갖는 〔4〕에 기재된 생체 정보 계측 장치.
〔6〕상기 제2 차광막은, 광반사성 재료로 이루어지는 〔4〕또는〔5〕에 기재된 생체 정보 계측 장치.
〔7〕상기 제1 차광막은, 광흡수성 재료로 이루어지는 〔6〕에 기재된 생체 정보 계측 장치.
〔8〕상기 덮개부의 측면 위에 설치된 제3 차광막을 구비하는, 〔1〕∼〔7〕중 어느 하나에 기재된 생체 정보 계측 장치.
〔9〕상기 발광 소자는, 코히어런트 광을 출사하는 〔1〕∼〔8〕중 어느 하나에 기재된 생체 정보 계측 장치.
〔10〕상기 발광 소자 및 상기 수광 소자를 내부에 수용하는 하우징을 구비하고,
상기 하우징의 내부에 있어서, 상기 발광 소자와 상기 수광 소 사이에 격벽이 존재하지 않는 〔1〕∼〔9〕중 어느 하나에 기재된 생체 정보 계측 장치.
〔11〕혈류 계측 장치인 〔1〕∼〔10〕중 어느 하나에 기재된 생체 정보 계측 장치.
1, 1A, 1B: 생체 정보 계측 장치
2: 하우징
3: 발광 소자
3a, 3b: 발광 소자의 단자
4: 수광 소자
4a, 4b: 수광 소자의 단자
5: 덮개부
5a: 덮개부의 제1 주면
5b: 덮개부의 제2 주면
5c: 덮개부의 측면
6: 접속 배선용 부재
10: 제1 차광막
11: 제1 발광측 개구부
12: 제1 수광측 개구부
20: 제2 차광막
21: 제2 발광측 개구부
22: 제2 수광측 개구부
30: 제3 차광막

Claims (11)

  1. 투광성을 갖는 판 형상의 덮개부, 상기 덮개부의 제1 주면 상에 설치되고 도전성을 갖는 제1 차광막, 발광 소자, 및 수광 소자를 구비하고,
    상기 발광 소자 및 상기 수광 소자는, 상기 제1 차광막에 전기적으로 접합되어 있고,
    상기 제1 차광막은, 상기 발광 소자로부터 출사되는 광이 통과하는 제1 발광측 개구부와, 상기 수광 소자에 의해 수광되는 광이 통과하는 제1 수광측 개구부를 갖는 생체 정보 계측 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 차광막은, 서로 독립된 3개 이상의 구획으로 분할되어 있고,
    상기 구획에는, 각각, 상기 발광 소자의 단자 또는 상기 수광 소자의 단자가 적어도 하나 접합되어 있는, 생체 정보 계측 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 차광막은, 광반사성 재료로 이루어지는, 생체 정보 계측 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 덮개부의 상기 제1 주면에 대향하는 제2 주면 상에 설치된 제2 차광막을 구비하고,
    상기 제2 차광막은, 상기 수광 소자에 의해 수광되는 광이 통과하는 제2 수광측 개구부를 갖는 생체 정보 계측 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 차광막은, 상기 발광 소자로부터 출사되는 광이 통과하는 제2 발광측 개구부를 갖는, 생체 정보 계측 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 차광막은, 광반사성 재료로 이루어지는 생체 정보 계측 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 차광막은, 광흡수성 재료로 이루어지는, 생체 정보 계측 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 덮개부의 측면 상에 설치된 제3 차광막을 구비하는, 생체 정보 계측 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발광 소자는, 코히어런트 광을 출사하는, 생체 정보 계측 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발광 소자 및 상기 수광 소자를 내부에 수용하는 하우징을 구비하고,
    상기 하우징의 내부에 있어서, 상기 발광 소자와 상기 수광 소자의 사이에 격벽이 존재하지 않는 생체 정보 계측 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 정보 계측 장치는, 혈류 계측 장치인 생체 정보 계측 장치.
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