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センサ部及び生体センサ

国内特許コード P110005955
整理番号 QP040038
掲載日 2011年11月28日
出願番号 特願2004-324937
公開番号 特開2006-130208
登録番号 特許第4061409号
出願日 平成16年11月9日(2004.11.9)
公開日 平成18年5月25日(2006.5.25)
登録日 平成20年1月11日(2008.1.11)
発明者
  • 澤田 廉士
  • 日暮 栄治
出願人
  • 学校法人九州大学
  • 学校法人東京大学
発明の名称 センサ部及び生体センサ
発明の概要

【課題】更なる小型化の要求に応えるべく、小型で個別部品の組み立て、作製の工程を削減し、量産を可能にして、低コスト化、高信頼性を実現した超小型生体センサ及びセンサ部を提供する。
【解決手段】発光部21と受光部22とが半導体基板表面23に形成された同一の凹部24内に配置され、半導体基板23の上面側に第1の導光部25と第2の導光部26とを有する遮光性のカバー基板27が配置されている。ここでは、受光部22がアレイ状の受光素子28によって形成されているため、受光素子28の数と同数の第2の導光部26が遮光性のカバー基板27に設けられており、受光素子28の受光面は第2の導光部26の各々の一端と合致するように隙間無く連結されている。
【選択図】 図2

従来技術、競合技術の概要


従来の血流計において用いられるセンサチップの構造を記載した先行技術文献として、特許文献1がある。図13は特許文献1に示す従来の血流計のセンサチップを示す図である。図13に示される従来のセンサチップは、発光素子の半導体レーザ1、受光素子のフォトダイオード2、発光素子から出射した光を発散光、集束光または平行光にして外部の生体組織に向かって出射するための光導波路3を有しており、これらが同一半導体基板上に集積化されている。



また、半導体レーザ1からの光が直接フォトダイオード2に入射するのを防ぐため、半導体レーザ1、フォトダイオード2のそれぞれを被い囲む形に遮蔽ブロック4を形成し基板に接合して用いられている。フォトダイオード2には端面入射屈折型フォトダイオードが用いられ、更にその前面に所定の空隙を有する第2の遮光板が備えられる場合もある。



このような血流計では、静止した生体組織からの散乱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)からの散乱光(血流速度に応じてドップラーシフトΔfを受けた散乱光)の干渉光を検出(ヘテロダイン検波)することにより血流量、血液量、血流速度、脈拍を計測する。この測定原理については、例えば、文献M.D.Stern:In vivo eva1uation of microcirculation by coherent light scattering, Nature,vol.254,pp.56-58(1975)に記載されている。



また、本発明者らは、小型化を可能とし、個別部品の組み立てを容易にすること等を目的として、発光素子と受光素子の各々を同一半導体基板表面に形成した凹部に配置し、半導体基板の上面に不要散乱光を遮る遮光膜が形成されたカバー基板を配置し、発光素子から出射した光をカバー基板を通して外部の生体組織に向けて出射し、生体組織からの散乱光をカバー基板を通して受光素子が受光する構造を有するセンサ部を有する血流計を発明し、その詳細が、特許文献2に記載されている。
また、被検体から反射してきたレーザ光が光ファイバーのクラッドに衝突することにより生じるドップラーシフトの位相の乱れを防止することを目的として、光ファイバーと光電変換装置との間に、光ファイバーと同心にピンホールを形成し、光ファイバーにより導光されたレーザ光をピンホールを介して光電変換装置に導く組織血流計が、特許文献3に記載されている。




【特許文献1】特開2002-330936号公報

【特許文献2】特開2004-229920号公報

【特許文献3】特開2002-45342号公報

産業上の利用分野


本発明は、生体組織からの散乱光などを利用して対象生体組織における血流などの、生体内の液状物質に関する情報を検知する生体センサと、この生体センサで用いられるセンサ部に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
発光部から出射した光が外部の生体組織に向かって出射され、生体組織からの散乱光が受光部で受光されて生体組織内の液状物質に関する値を測定する生体センサにおけるセンサ部であって、
前記発光部と前記受光部とが半導体基板表面に形成された同一の凹部内に配置され、前記半導体基板の上面側に導光部を有する遮光性のカバー基板が配置され、前記受光部の受光面は前記導光部の一端と合致するように隙間無く連結され、前記発光部から出射した光が外部の生体組織に向けて出射され、前記生体組織からの散乱光が前記導光部を通して前記受光部によって受光される構造を有することを特徴とするセンサ部。

【請求項2】
前記発光部及び前記受光部を前記半導体基板上にモノリシックに集積化したことを特徴とする請求項1記載のセンサ部。

【請求項3】
発光部から出射した光が外部の生体組織に向かって出射され、生体組織からの透過光が受光部で受光されて生体組織内の液状物質に関する値を測定する生体センサにおけるセンサ部であって、
前記発光部が半導体基板表面に形成された第1の凹部内に配置され、前記受光部が半導体基板表面に形成された他の凹部である第2の凹部内に配置され、前記第2の凹部を覆うように、導光部を有する遮光性のカバー基板が配置され、前記受光部の受光面は前記導光部の一端と合致するように隙間無く連結され、前記発光部から出射した光が外部の生体組織に向けて出射され、前記生体組織を透過した光が前記導光部を通して前記受光部によって受光される構造を有することを特徴とするセンサ部。

【請求項4】
前記受光部がアレイ状の受光素子によって形成されるときは、前記受光素子の数と同数の導光部がカバー基板に設けられ、前記受光素子の受光面は前記導光部の各々の一端と合致するように隙間無く連結されてい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センサ部。

【請求項5】
前記導光部は、ピンホールまたは光導波路であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のセンサ部。

【請求項6】
前記導光部の開口に対する長さの比を2.5以上としたことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のセンサ部。

【請求項7】
請求項1から6のいずれかに記載のセンサ部と、発光部を駆動する回路と、前記センサ部から受信した信号を処理して生体内の液状物質に関する値を計算するデジタル信号プロセッサとを備えた集積回路とを有することを特徴とする生体センサ。
産業区分
  • 治療衛生
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2004324937thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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