技术领域
本发明涉及能够测量血流速度等的自发光传感器装置。
背景技术
作为这种类型的自发光传感器装置，存在一种装置，用于向活体 应用诸如激光的光，并且用于从由于在其反射或散射中的多普勒频移 导致的在波长上的改变来计算活体的血流速度(例如，参见专利文件 1-3)。
另一方面，例如，在专利文件4中，提出了一种技术，其中，在用 于通过使用脉搏光测量技术来测量在身体组织中的光吸收材料的浓度 的装置上，通过在相对于身体组织的光输入侧和输出侧上设置光散射 器来提高测量精度。
专利文件1：日本公开专利申请No.2004-357784
专利文件2：日本公开专利申请No.2004-229920
专利文件3：日本公开专利申请No.2006-130208
专利文件4：日本公开专利申请No.2001-198111
发明内容
本发明要解决的问题
然而，根据上述自发光传感器装置，存在一个技术问题，其中， 活体的诸如血流速度这样的检测值可能由于在检测中的活体的细微移 动和在活体上的压力上改变而变化。因此，如果上述自发光传感器装 置被用作医疗装置，则有可能活体的诸如血流速度这样的检测值的精 度不足够可靠。
鉴于上述问题，因此，本发明的目的是提供一种自发光传感器装 置，所述自发光传感器装置减小由于在所述自发光传感器装置和被检 体之间的相对位置关系上的移位而导致的在检测值上的改变，并且可 以稳定地检测关于被检体的、诸如血流速度这样的预定类型的信息。
用于解决问题的方式
可以通过一种自发光传感器装置来实现本发明的上面的目的，所 述自发光传感器装置设置有：衬底；在所述衬底上布置的照射部分， 用于向被检体施加光；在所述衬底上布置的光接收部分，用于检测由 所述施加的光引起的来自所述被检体的光；光散射部分，其位于在所 述照射部分和所述被检体之间和/或在所述被检体和所述光接收部分之 间，用于散射从所述照射部分发射的光和来自所述被检体的光的至少 一个。
根据本发明的自发光传感器装置，在其检测中，包括例如半导体 激光器的照射部分将诸如激光这样的光施加到作为活体的一部分的所 述被检体。由包括例如光接收元件的所述光接收部分检测以这种方式 由被施加到所述被检体的光而引起的来自所述被检体的光。在此，所 述“由被施加到所述被检体的光而引起的来自所述被检体的光”表示 由被施加到所述被检体的光引起的光，诸如反射光、散射光、衍射光、 折射光、透射光、在所述被检体中多普勒频移的光以及由上述光干涉 的光。基于由所述光接收部分检测的光，可获得预定信息，诸如与所 述被检体相关联的血流速度。
在本发明中，具体地说，所述光散射部分被布置在所述照射部分 和所述被检体之间和/或在所述被检体和所述光接收部分之间。所述光 散射部分由诸如织造布和非织造布这样的纤维材料构成，并且其散射 从所述照射部分发射的光和来自所述被检体的光的至少一个。例如， 如果所述光散射部分被布置在所述照射部分和所述被检体之间和在所 述被检体和所述光接收部分之间，则从所述照射部分发射的光被所述 光散射部分散射，然后被施加到所述被检体。由施加到所述被检体的 光引起的来自所述被检体的光被所述光散射部分散射，然后被所述光 接收部分检测。
根据发明人等的研究，通过将所述光散射部分布置在所述照射部 分和所述被检体之间和/或在所述被检体和所述光接收部分之间，与未 将所述光散射部分布置在所述照射部分和所述被检体之间和在所述被 检体和所述光接收部分之间作比较，可减小由所述光接收部分检测的 光的检测值的改变，所述改变是由例如在所述光接收部分和所述被检 体之间的相对位置关系上的移位引起的。因此，基于由所述光接收部 分检测的光，可稳定地检测关于所述被检体的、诸如血流速度这样的 预定类型的信息。结果，可增加由自发光传感器装置检测的检测值的 可靠性。
如上所述，根据本发明的自发光传感器装置，其设置有在所述照 射部分和所述被检体之间和/或在所述被检体和所述光接收部分之间布 置的所述光散射部分，使得有可能减小由在所述光接收部分和所述被 检体之间的相对位置关系上的移位引起的在检测值上的改变。因此， 可稳定地检测关于所述被检体的、诸如血流速度这样的预定类型的信 息。
在本发明的自发光传感器装置的一个方面，所述光散射部分包括 纤维材料。
根据这个方面，所述光散射部分由例如织造布和非织造布构成。 因此，依靠所述光散射部分，可优选地散射从所述照射部分发射的光 和来自所述被检体的光的至少一个，并且可肯定地减小由在所述自发 光传感器装置和所述被检体之间的相对位置关系上的移位引起的在检 测值上的改变。而且，如果所述光散射部分由例如织造布和非织造布 构成，则也可稳定地检测关于所述被检体的、诸如血流速度这样的预 定类型的信息，而与在所述测量中所述被检体被压靠于所述光散射部 分的强度的改变无关。
在本发明的自发光传感器装置的另一个方面，所述光散射部分包 括泡沫体。
根据这个方面，所述光散射部分包括诸如海绵这样的泡沫体(或 其中具有多个连续孔的多孔体)。因此，依靠所述光散射部分，可优 选地散射从所述照射部分发射的光和来自所述被检体的光的至少一 个，并且可肯定地减小由在所述自发光传感器装置和所述被检体之间 的相对位置关系上的移位引起的在检测值上的改变。而且，如果所述 光散射部分由例如海绵构成，则也可稳定地检测关于所述被检体的、 诸如血流速度这样的预定类型的信息，而与在所述测量中所述被检体 被压靠于所述光散射部分的强度的改变无关。
在本发明的自发光传感器装置的另一个方面，所述光散射部分具 有在透明构件中散布的多种散射材料，所述透明构件可以透射所述至 少一个光，所述多种散射材料的每一种具有与所述透明构件的折射率 不同的折射率，所述多种散射材料能够散射所述至少一个光。
根据这个方面，依靠所述光散射部分，可优选地散射从所述照射 部分发射的光和来自所述被检体的光的至少一个，并且可肯定地减小 由在所述自发光传感器装置和所述被检体之间的相对位置关系上的移 位引起的在检测值上的改变。
在本发明的自发光传感器装置的另一个方面，其进一步在其中相 对于所述衬底布置所述被检体的前表面侧上设置有被布置为面向所述 衬底的前板，所述光散射部分通过可以透射所述至少一个光的粘结剂 而粘结到所述前板。
根据这个方面，所述前板是遮光板类的构件，其中，形成了用于 透射从所述照射部分发射的光的出射孔和用于透射来自所述被检体的 光的入射孔。所述光散射部分被布置来覆盖在所述前板的被检体侧上 的表面，并且，所述光散射部分通过粘结剂粘结到所述前板。因此， 例如，通过所述被检体在所述检测中接触所述光散射部分，可防止在 所述自发光传感器装置上的光散射部分的位置移位。在此，粘结剂可 以透射从所述照射部分发射的光和来自所述被检体的光的至少一个， 以便它实际上对于由所述光接收部分检测的光具有很少的不良影响或 没有不良影响。在此，顺便提及，表达“所述光散射部分通过粘结剂 粘结到所述前板”实际上不仅包括其中所述光散射部分通过粘结剂粘 结到所述前板本身的情况，而且包括其中所述光散射部分粘结到在前 板的上表面上布置的保护板的情况。
在本发明的自发光传感器装置的另一个方面，其进一步在所述衬 底上设置有被布置所述照射部分和所述光接收部分之间的遮光部分， 用于在所述照射部分和所述光接收部分之间遮挡光。
根据这个方面，例如，可阻挡在从所述照射部分发射的光(即， 从所述照射部分发射并且去往所述光接收部分而不被施加到所述被检 体的光)中的、从所述照射部分直接地去往所述光接收部分的光。因 此，可防止由所述光接收部分检测的光由于从所述照射部分直接地去 往所述光接收部分的光而改变。因此，可更精确地检测关于所述被检 体的、诸如血流速度这样的预定类型的信息。
在本发明的自发光传感器装置的另一个方面，所述照射部分和所 述光接收部分被集成在所述衬底上。
根据这个方面，所述照射部分和所述光接收部分被集成在所述衬 底上，以便减小每一个部分的布局区域，这进一步允许微型化。由于 微型化，可扩展所述自发光传感器装置的使用，例如使得它不是固定 类型，而是移动类型。
在本发明的自发光传感器装置的另一个方面，进一步设置了计算 部分，用于基于所述检测的光来计算与所述被检体相关联的血流速度。
根据这个方面，通过光相对于活体的穿透力依赖于波长，可测量 相对于皮肤表面具有不同深度的每一条血管的血流速度。具体地，通 过向活体的表面施加光，透入身体的光被在所述血管中流动的红血球 反射或散射，并且其波长由于根据红血球的传送率的多普勒频移而改 变。另一方面，对于由可以被认为相对于红血球不可移动的皮肤组织 反射或散射的光，该光达到所述光接收部分，而没有在波长上的任何 改变。通过彼此干涉的那些光，在所述光接收部分上检测与多普勒频 移量对应的光差拍信号。所述计算部分对于所述光差拍信号执行算术 处理，诸如频率分析，由此计算在所述血管中流动的血流速度。
在本发明的自发光传感器装置的另一个方面，所述照射部分具有 半导体激光器，用于产生激光作为所述光。
根据这个方面，通过向所述照射部分的所述半导体施加电压以便 电流以比激光振荡阈值更高的值流动，可以施加激光。激光具有如此 的特性，即，它依赖于波长上的差异而具有相对于活体等的不同穿透 力。通过使用这样的特性，可在所述被检体的不同深度来执行所述测 量。
通过下面说明的实施例，本发明的操作和其他优点将变得更清楚。
如上详细所述，根据本发明的自发光传感器装置，其设置有衬底、 照射部分、光接收部分和光散射部分。因此，可减小由在所述自发光 传感器装置和所述被检体之间的相对位置关系上的移位引起的在检测 值上的改变，因此，可高度精确地检测关于所述被检体的、诸如血流 速度这样的预定类型的信息。
附图说明
图1是示出在第一实施例中的血流传感器装置的传感器部分的结 构的平面图。
图2是在图1中的A-A’横截面图。
图3是示出在第一实施例中的血流传感器装置的前板的结构的平 面图。
图4是示出在第一实施例中的血流传感器装置的散射器的结构的 平面图。
图5是示出在第一实施例中的血流传感器装置的结构的框图。
图6是示出如何使用在第一实施例中的血流传感器装置的一个示 例的概念图。
图7是示出人皮下结构的横截面图。
图8是示出在第一实施例中在血流传感器装置上的散射器和被检 体中的光学路径的一个示例的概念图。
图9是在第一修改示例中具有与在图2中相同的概念的横截面图。
图10是在第二修改示例中具有与在图2中相同的概念的横截面图。
图11是在第三修改示例中具有与在图2中相同的概念的横截面图。
图12是在第四修改示例中具有与在图2中相同的概念的横截面图。
图13是示出在由第一实施例中的血流传感器装置对血流速度的测 量中在传感器部分和被检体之间的位置关系的示意图。
图14是示出在由第一实施例中的血流传感器装置对血流速度的测 量中测量点相对于激光二极管的移位量和光学差拍信号的信号强度之 间的关系的图。
图15是示出在比较示例中在由血流传感器装置对血流速度的测量 中在测量点处相对于激光二极管的移位量和光学差拍信号的信号强度 之间的关系的图。
图16是通过下述方式示出由在第一实施例中的血流传感器装置检 测的光学差拍信号的信号强度的图：将其中所述被检体被略压靠于散 射器的情况与其中所述被检体被牢牢地压靠于散射器的情况作比较。
图17是通过下述方式示出由在比较示例中的血流传感器装置检测 的光学差拍信号的信号强度的图：将其中所述被检体被略压靠于传感 器部分的上表面的情况与其中所述被检体被牢牢地压靠于传感器部分 的上表面的情况作比较。
附图标记的描述
100 传感器部分
110 传感器部分衬底
120 激光二极管
150 激光二极管驱动电路
160 光电二极管
170 光电二极管放大器
180 遮光壁
190 前板
195 保护板
200 散射器
310 A/D转换器
320 血流速度DSP
具体实施方式
以下，将参考附图描述本发明的实施例。顺便提及，下面的实施 例例示了血流传感器装置，它是本发明的自发光传感器装置的一个示 例。
<第一实施例>
将描述在第一实施例中的血流传感器装置。
首先，将参考图1至图4来描述在第一实施例中的血流传感器装置 的传感器部分的结构。
图1是使出在第一实施例中的血流传感器装置的传感器部分的结 构的平面图。图2是在图1中的A-A’横截面图。顺便提及，在图1中，为 了说明方便，省略了在图2中所示的前板190、保护板195和散射器200 的图示。
如图1和图2中所示，在第一实施例中的血流传感器装置的传感器 部分100具有传感器部分衬底110、激光二极管120、电极130、配线140、 激光二极管驱动电路150、光电二极管160、光电二极管放大器170、遮 光壁180、前板190、保护板195和散射器200。
传感器部分衬底110由诸如硅衬底这样的半导体衬底构成。在传感 器部分衬底110上，集成和布置了激光二极管120、激光二极管驱动电 路150、光电二极管160和光电二极管放大器170。
激光二极管120是本发明的“照射部分”的一个示例，并且它是用 于发射激光的半导体激光器。激光二极管120通过配线140电连接到电 极130。电极130通过穿过传感器部分衬底110的布线(未示出)而电连 接到在传感器部分衬底110的底部上布置的电极焊盘(未示出)，并且 它可以通过从传感器部分100的外部的电流注入来驱动激光二极管 120。
激光二极管驱动电路150是用于控制激光二极管120的驱动的电 路，并且它控制向激光二极管120注入的电流的量。
光电二极管160是本发明的“光接收部分”的一个示例，并且它作 为用于检测从被检体反射或散射的光(更具体地，由下述的散射器200 散射的光)的光检测器。具体地，光电二极管160可以通过将光转换为 电信号来获得关于光强的信息。光电二极管160被布置得与在传感器部 分衬底110上的激光二极管120平行。
光电二极管放大器170是用于放大由光电二极管160获得的电信号 的放大器电路。光电二极管放大器170通过穿过传感器部分衬底110的 布线(未示出)而电连接到在传感器部分衬底110的底部上布置的电极 焊盘(未示出)，并且它可以向外部输出放大的电信号。光电二极管 放大器170电连接到在传感器部分100的外部布置的A/D(模数)转换器 310(参见下述的图5)。
遮光壁180以壁形状形成在传感器部分衬底110上，包括遮光材料。 遮光壁180具有：第一遮光部分181，其在传感器部分衬底110上沿着周 边形成；以及第二遮光部分182，其在传感器部分衬底110上形成在激 光二极管120和光电二极管160之间。第一遮光部分181被形成以围绕在 传感器部分衬底110上以二维方式看的激光二极管120、电极130、配线 140、激光二极管驱动电路150、光电二极管160和光电二极管放大器170 全部。依靠第一遮光部分181，可防止来自传感器部分100周围的光进 入传感器部分100内(即，在传感器部分衬底110上比第一遮光部分181 更靠内部)。第二遮光部分182被形成以在传感器部分衬底110上在激 光二极管120和光电二极管160之间，连接第一遮光部分181的沿着传感 器部分衬底110的一侧形成的部分和第一遮光部分181的沿着与所述一 侧相对的另一侧形成的部分。依靠第二遮光部分182，可在激光二极管 120和光电二极管160之间遮光。因此，例如，可阻挡在从激光二极管 120发射的光中的原样地达到光电二极管160而不被施加到被检体的 光。换句话说，可防止不必被光电二极管160检测的光从在传感器部分 衬底110上的激光二极管120侧向光电二极管160侧地进入光电二极管 160，由此提高检测精度。
前板190是包括遮光材料的衬底，并且它被布置在激光二极管120、 光电二极管170上(换句话说，使得它经由遮光壁180面向传感器部分 衬底110)。顺便提及，前板190的板厚度是例如大约300微米。
图3是示出在第一实施例中的血流传感器装置的前板的结构的平 面图。
如图2和图3中所示，在前板190中，用于向外部放出或发射来自激 光二极管120的光的出射孔191打开，并且以针孔形状形成用于放进从 被检体反射或散射的光的入射孔192。入射孔192的针孔形状的形成仅 允许来自正上方(即，在图2的从上到下的方向上)的光的入射。因此， 可防止不必检测的光进入光电二极管160，由此提高检测精度。顺便提 及，以针孔形状形成的入射孔192的直径例如是大约40微米。
在图2中，保护板195被布置在前板190的上表面侧上。保护板195 由透明衬底构成，并且可以透射来自激光二极管120的光和来自被检体 的光。保护板195被布置以与前板190的整个表面重叠。作为保护板195， 例如，可以使用树脂衬底或玻璃衬底等。保护板195可以提高传感器部 分100的耐久性。
散射器200是本发明的“光散射部分”的一个示例，并且它由诸如 织造布和非织造布这样的纤维材料构成。散射器200通过可以透射来自 激光二极管120的光和来自被检体的光的粘结剂而粘结到保护板195。 因此，在测量中，可防止如下情况，即，被检体接触散射器200并且移 位散射器200在传感器部分100上的位置。
图4是示出在第一实施例中的血流传感器装置的散射器的结构的 平面图。
在图2和图4中，在保护板195的上表面侧，散射器200被形成以与 保护板195的整个表面重叠。散射器200由如上所述的纤维材料构成， 以便它可以散射来自激光二极管120的光和从被检体反射或散射的光。 对于散射器200仅需要散射来自激光二极管120的光和从被检体反射或 散射的光。散射器200可以不仅由纤维材料构成，而且由诸如海绵这样 的泡沫体和多孔体构成。替代地，可以通过在由塑料或玻璃等构成的 透明材料中散布由聚合物树脂或玻璃等构成的小微粒来形成散射器 200，所述小微粒具有与透明材料的折射率不同的折射率。顺便提及， 下面将描述散射器200的效果。在该实施例中，具体地，传感器部分100 设置有散射器200，以便可稳定地检测被检体的血流速度。
接下来，将参考图5来描述在第一实施例中的整个血流传感器装置 的结构。
图5是示出在第一实施例中的血流传感器装置的结构的框图。
在图5中，在第一实施例中的血流传感器装置除了上述的传感器部 分100之外，还设置有A/D转换器310和血流速度数字信号处理器(DSP) 320。
A/D转换器310将从光电二极管放大器170输出的电信号从模拟信 号转换为数字信号。换句话说，由光电二极管160获得的电信号被光电 二极管放大器170放大，然后该电信号被A/D转换器310转换为数字信 号。A/D转换器310向血流速度DSP 320输出该数字信号。
血流速度DSP 320是本发明的“计算部分”的一个示例，并且，它 通过对于从A/D转换器310输入的数字信号执行预定算术处理来计算血 流速度。
接下来，将除了图5之外还参考图6和图7来描述由在第一实施例中 的血流传感器装置对于血流速度的测量。
图6是示出如何使用在第一实施例中的血流传感器装置的一个示 例的概念图。图7是使出人皮下结构的横截面图。
如图6中所示，通过使用激光二极管120利用具有预定波长的激光 (例如，具有波长780nm、830nm或1300nm的红外光)来照射作为被检 体的一个示例的指尖500，在第一实施例中的血流传感器装置测量血流 速度。此时，使用激光照射的部分更期望是如下的部分，即，其中， 毛细血管密集地分布在较接近表皮的位置(例如，手、腿、面部、耳 朵等)。顺便提及，在图6和图7中，箭头P1在概念上示出了从传感器 部分100发射的光。而且，在血流速度的测量中，在指尖500接触传感 器部分100的上表面(即，散射器200的上表面)的条件下，通常使用 在第一实施例中的血流传感器装置；然而，为了描述方便，图6示出在 指尖500和传感器部分100之间的间隙。然而，根据在第一实施例中的 血流传感器装置，即使指尖500未接触传感器部分100的上表面，也可 测量血流速度。
在此，如图7中所示，在人皮下结构中，在位于表皮和皮下组织之 间的真皮中分布小动脉410和小静脉420。然后，从小动脉410分出的毛 细血管430向表皮附近分布，并且一端连接到小静脉420。
在图6和图7中，被施加到指尖500的激光穿透至根据其波长的深 度，并且其被指尖500的身体组织反射或散射，指尖500的身体组织例 如是在诸如毛细血管等的血管中流动的血液和构成表皮的皮肤细胞。 通常，具有较长波长的光允许在更深部分中的测量。顺便提及，在图6 和图7中，箭头P2在概念上示出了在被指尖500的身体组织反射或散射 后进入传感器部分100的光。然后，在由血管中流动的红血球反射或散 射的光中出现多普勒频移，并且，光的波长根据红血球的传送率或血 液流动的速率(即，血流速度)来改变。另一方面，对于由可以被认 为相对于红血球不可移动的皮肤细胞等反射或散射的光，光的波长不 改变。通过彼此干涉的那些光，在光电二极管160(参见图5)上检测 与多普勒频移量对应的光学差拍信号。血流速度DSP 320(参见图5) 对于由光电二极管160检测的光学差拍信号执行频率分析，并且计算多 普勒频移量，由此计算血流速度。
接下来，除了图5之外还参考图8，与在第一实施例中的血流传感 器装置的操作一起描述在第一实施例中的血流传感器装置的散射器。
图8是示出在第一实施例中的血流传感器装置上的散射器和被检 体中的光学路径的一个示例的概念图。
在图8中，在第一实施例中的血流传感器装置的操作中，首先，在 通过激光二极管驱动电路150的控制下，从激光二极管120发射具有预 定波长的光。所发射的光通过前板190的出射孔191，穿过保护板195， 并且进入散射器200。进入散射器200的光在散射器200内被散射，然后 进入作为被检体的一个示例的指尖500。更具体地，进入散射器200的 光在构成散射器200的纤维材料210的表面上被反射，透过纤维材料 210，或在纤维材料210的表面上被折射。如上参考图6和图7所述的进 入散射器200的光穿透到根据其波长的深度，并且其被指尖500的身体 组织反射或散射，所述身体组织诸如是在血管中流动的血液和皮肤细 胞。在血管中流动的红血球所反射或散射的光上出现多普勒频移，并 且，光的波长根据红血球的传送率而改变。另一方面，对于由诸如可 以被认为相对于红血球不可移动的皮肤细胞这样的固定组织反射或散 射的光，光的波长不改变。顺便提及，在图8中，路径R1示出对于由在 指尖500中的红血球反射或散射的光而言在散射器200和指尖500中的 光学路径的一个示例，并且，路径R2示出对于由在指尖500中的诸如皮 肤细胞这样的固定组织反射或散射的光而言在散射器200和指尖500中 的光学路径的一个示例。如上所述在指尖500中反射或散射的光再一次 进入散射器200。从指尖500进入到散射器200的光在散射器200内再次 被散射，穿过保护板195，并且经由前板190的入射孔192进入光电二极 管160。通过在进入光电二极管160的光中包括的、由红血球反射或散 射的光和被固定组织反射或散射的光彼此干涉，在光电二极管160上检 测与多普勒频移量对应的光学差拍信号。
在此，特别是在所述实施例中，传感器部分100设置有散射器200， 使得从激光二极管120发射的光在作为被检体的一个示例的指尖500上 被反射或散射，并且它在到光电二极管150的路径的中间被散射器200 散射，如上所述。通过此，如下所述，可稳定地检测血流速度。顺便 提及，在所述实施例中，散射器200被布置以与保护板195的整个表面 重叠，以便从激光二极管120发射的光在光进入指尖500之前被散射， 并且以便在指尖500中被反射或散射后从指尖500发射的光在光进入光 电二极管160之前被散射。然而，散射器200可以仅在激光二极管120侧 被布置在保护板195上，以便仅从激光二极管120发射的光在光进入指 尖500之前被散射。替代地，散射器200可以仅在光电二极管160侧被布 置在保护板195上，以便在指尖500中被反射或散射后从指尖500发射的 光在光进入光电二极管160之前被散射。在任一种情况下，在散射器200 中的光的散射可以适当地提供提高在血流速度的检测上的稳定性的效 果。
而且，在第一实施例中的血流传感器装置的传感器部分100具有较 为简单的结构，该结构便利了批量生产。换句话说，传感器部分100具 有较为简单的结构，即，为传感器部分主体设置散射器200，该传感器 部分主体设置有：传感器部分衬底110，其上集成了激光二极管120和 光电二极管160等；遮光壁180；前板190；以及，保护板195。因此， 在第一实施例中的血流传感器装置适合于批量生产。
另外，特别是在所述实施例中，传感器部分100设置有散射器200， 以便可几乎或完全地消除被检体通过从激光二极管120发射的激光而 进行激光暴露的风险。换句话说，因为从激光二极管120发射的光被散 射器200散射，所以仅散射的光被放出或发射到传感器部分100的外部。 因此，被检体的激光暴露的风险几乎或完全消失。顺便提及，在第一 实施例中的血流传感器装置中，如果从激光二极管120发射的激光具有 至多大约几毫瓦的功率，则足够执行适当的测量。即使从激光二极管 120发射的激光直接地进入被检体而不被散射器200散射，虽然实际上 几乎没有被检体的激光暴露的风险，但是可通过被散射器200散射而进 一步减小激光暴露的风险。
<第一修改示例>
将参考图9来说明在第一修改示例中的血流传感器设备。
图9是在第一修改示例中具有与在图2中相同的概念的横截面图。 顺便提及，在图9中，与在图1至图8中所示的第一实施例中的那些相同 的成分将具有相同的附图标记，并且根据情况要求来省略其解释。
在图9中，在第一修改示例中的血流传感器设备与在如上所述的第 一实施例中的血流传感器设备不同在下面这一点：在第一修改示例中 的血流传感器设备设置有散射器201来取代在如上所述的第一实施例 中的散射器200，并且在第一修改示例中的血流传感器设备在其他点上 以与如上所述的第一实施例中的血流传感器设备基本上相同的方式被 构建。
如图9中所示，散射器201被布置得从保护板195的上表面侧环绕保 护板195、前板190和遮光壁180。像在第一实施例中的散射器200那样， 散射器201由诸如织造布或非织造布这样的纤维材料构成。因此，可通 过使用散射器201来保护传感器部分主体100a(即，传感器部分100的除 了散射器201的部分)。换句话说，可减少下述情况：传感器部分主体 100a被暴露到外部而使得传感器部分主体100a由于散射器201而弄脏和 被损坏。顺便提及，散射器201可以围绕整个传感器部分主体100a。在 该情况下，可提高通过散射器201来保护传感器部分主体100a的效果。
<第二修改示例>
将参考图10来描述在第二修改示例中的血流传感器设备。
图10是在第二修改示例中具有与在图2中相同的概念的横截面图。 顺便提及，在图10中，与在图1至图8中所示的第一实施例中的那些相 同的成分将具有相同的附图标记，并且将根据情况要求省略其解释。
在图10中，在第二修改示例中的血流传感器设备与在如上所述的 第一实施例中的血流传感器设备不同在下面这一点：在第二修改示例 中的血流传感器设备设置有散射器202来取代在如上所述的第一实施 例中的散射器200，并且还具有结构410，并且在第二修改示例中的血 流传感器设备在其他点上以与如上所述的第一实施例中的血流传感器 设备基本上相同的方式被构成。
如图10中所示，在第二修改示例中的血流传感器设备的传感器部 分100中，传感器部分主体100a(即，传感器部分100中的除了散射器202 之外的部分；即，传感器部分衬底110、激光二极管120(和激光二极 管驱动器150)、光电二极管160(和光电二极管放大器170)、遮光壁 180、前板190和保护板195)被嵌入或植入结构410内，并且保护板195 从结构410的上表面侧暴露，并且，散射器202被布置以与结构410和保 护板195的所有上表面重叠。结构410可以由例如树脂、玻璃、金属等 形成。散射器202由诸如织造布或非织造布这样的纤维材料构成，就像 在第一实施例中的散射器200中那样。
根据如上构成的第二修改示例中的血流传感器设备，可通过使用 散射器202和结构410来保护传感器部分主体100a。而且，结构410可以 被散射器202从其上表面侧保护。
<第三修改示例>
将参考图11来描述在第三修改示例中的血流传感器设备。
图11是在第三修改示例中具有与在图2中相同的概念的横截面图。 顺便提及，在图11中，与在图1至图8中所示的第一实施例中的那些相 同的成分将具有相同的附图标记，并且将根据情况要求省略其解释。
在图11中，在第三修改示例中的血流传感器设备与在如上所述的 第一实施例中的血流传感器设备不同在下面这一点：在第三修改示例 中的血流传感器设备设置有保护板196和散射器203来分别取代在如上 所述的第一实施例中的保护板195和散射器200，并且还具有结构420， 并且在第三修改示例中的血流传感器设备在其他点上以与如上所述的 第一实施例中的血流传感器设备基本上相同的方式被构成。
如图11中所示，在第三修改示例中的血流传感器设备的传感器部 分100中，传感器部分主体100b(即，传感器部分100中的除了散射器 203和保护板196之外的部分；即，传感器部分衬底110、激光二极管120 (和激光二极管驱动器150)、光电二极管160(和光电二极管放大器 170)、遮光壁180和前板190)被嵌入或植入结构420内，并且保护板 196从结构420的上表面侧暴露，并且，保护板196被布置以与结构420 和前板190的所有上表面重叠，并且，散射器203被布置以与保护板196 的上表面重叠。结构420可以由例如树脂、玻璃、金属等形成。散射器 203由诸如织造布或非织造布这样的纤维材料构成，就像在第一实施例 中的散射器200中那样。
根据如上构成的第三修改示例中的血流传感器设备，可通过使用 散射器203、保护板196和结构420来保护传感器部分主体100a。而且， 结构420可以被保护板196和散射器203从其上表面侧保护。
<第四修改示例>
将参考图12来描述在第四修改示例中的血流传感器设备。
图12是在第四修改示例中具有与在图2中相同的概念的横截面图。 顺便提及，在图12中，与在图1至图8中所示的第一实施例中的那些相 同的成分将具有相同的附图标记，并且将根据情况要求省略其解释。
在图12中，在第四修改示例中的血流传感器设备与在如上所述的 第一实施例中的血流传感器设备不同在下面这一点：在第四修改示例 中的血流传感器设备还设置有保护构件510，并且在第四修改示例中的 血流传感器设备在其他点上以与如上所述的第一实施例中的血流传感 器设备基本上相同的方式被构成。
如图12中所示，保护构件510被布置以与散射器200的上表面(换 句话说，在散射器200中的与被检体相对的表面)重叠。保护构件510 由透明衬底构成，并且它可以透射来自激光二极管120的光和从被检体 反射或散射的光。作为保护构件510，例如，可以使用树脂衬底、玻璃 衬底等。
因此，通过保护构件510，减少下述情况是可能的：即，散射器200 被暴露到外部，或被检体接触散射器200以使得散射器200弄脏和被损 害。具体地，在散射器200由诸如海绵这样的泡沫体和多孔体形成的情 况下，散射器200趋向于变得较脏，从而实际上极其有益的是，保护构 件510能够保护散射器200，如上所述。
接下来，将参考图13至图17来详细描述在第一实施例中的血流传 感器装置的散射器的效果。
图13是示出在第一实施例中的血流传感器装置对于血流速度的测 量中在传感器部分和被检体之间的位置关系的示意图。图14是示出在 第一实施例中的血流传感器装置对于血流速度的测量中测量点相对于 激光二极管的移位量和光学差拍信号的信号强度之间的关系的图。
图14示出在通过使用在第一实施例中的血流传感器装置测量作为 被检体的一个示例的指尖500的血流速度的情况下，测量点Q1相对于激 光二极管120的移位量d(参见图13)和由光电二极管160检测的光学差 拍信号的信号强度之间的关系。顺便提及，在这个测量中，毛巾纤维 被用作散射器200。
在此，在图13中，测量点Q1是相对于光电二极管160具有最近距离 的指尖500的点。移位量d是测量点Q1相对于激光二极管120的移位量 (更准确而言，在从正上方观看传感器100的情况下在测量点Q1和发光 的激光二极管120的部分之间的距离)。距离g是在传感器部分主体100a (即，传感器部分100中的除了散射器200之外的部分)的上表面和测 量点Q1之间的距离。在血流速度的测量中，指尖500接触散射器200， 以便距离g几乎或完全匹配散射器200的厚度。顺便提及，在图13中， 箭头P3在概念上示出了从激光二极管120发射的光，并且箭头P4在概念 上示出了进入光电二极管160的光。
在图14中，数据D1示出在传感器部分主体100a的上表面和测量点 Q1之间的距离g为2毫米(换句话说，散射器200的厚度为2毫米)时测 量血流速度的情况下，在移位量d和光学差拍信号的信号强度之间的关 系。数据D2示出在传感器部分主体100a的上表面和测量点Q1之间的距 离g为8毫米(换句话说，散射器200的厚度为8毫米)时测量血流速度 的情况下，在移位量d和光学差拍信号的信号强度之间的关系。
图15是示出在比较示例中由血流传感器装置对于血流速度的测量 中测量点相对于激光二极管的移位量和光学差拍信号的信号强度之间 的关系的图。在此，在比较示例中的血流传感器装置与在第一实施例 中的血流传感器装置不同在下面这一点：在比较示例中的血流传感器 装置不设置有散射器200，并且在比较示例中的血流传感器装置在其他 点上以与如上所述第一实施例中的血流传感器设备基本上相同的方式 来被构成。换句话说，在图13中，在比较示例中的血流传感器装置的 传感器部分对应于在第一实施例中的血流传感器设备的传感器部分主 体100a。
在图15中，数据E1示出在比较示例中的血流传感器装置的传感器 部分的上表面和测量点Q1之间的距离g为0毫米(换句话说，当指尖500 接触在比较示例中的血流传感器装置的传感器部分的上表面时)时测 量血流速度的情况下，在移位量d和光学差拍信号的信号强度之间的关 系。数据E2示出在比较示例中的血流传感器装置的传感器部分的上表 面和测量点Q1之间的距离g为1毫米时测量血流速度的情况下，在移位 量d和光学差拍信号的信号强度之间的关系。数据E3示出在比较示例中 的血流传感器装置的传感器部分的上表面和测量点Q1之间的距离g为2 毫米时测量血流速度的情况下，在移位量d和光学差拍信号的信号强度 之间的关系。
如在数据E1、E2和E3中所示，在比较示例中的血流传感器装置中， 所检测的光学差拍信号的信号强度根据移位量d的增大而迅速地降低。 换句话说，如果在指尖500和传感器部分之间的位置关系改变，则有可 能不能稳定地测量血流速度。
然而，如在图14中的数据D1和D2中所示，在第一实施例中的血流 传感器装置中，与在比较示例中的血流传感器装置作比较，即使移位 量d增大，所检测的光学差拍信号的信号强度也几乎不降低。换句话说， 其中可以测量血流速度的移位量d的范围比在比较示例中的血流传感 器装置中更宽。即，如在图15中的数据E1、E2和E3中所示，在比较示 例中的血流传感器装置中，其中可以测量血流速度的移位量d的范围最 宽小于或等于大约1毫米，而如在图14中的数据D1中所示，在第一实施 例中的血流传感器装置中，其中可以测量血流速度的移位量d小于或等 于大约2毫米。而且，如在图14中的数据D2中所示，在距离g是8毫米的 情况下，即在散射器200的厚度是8毫米的情况下，即使移位量d是例如 5毫米，在所检测的光学差拍信号的信号强度上的减小也是小的，因此， 可以良好地测量血流速度。如上所述，在第一实施例中的血流传感器 装置中，与在比较示例中的血流传感器装置作比较，可减小由在传感 器部分100和作为被检体的指尖500之间的相对位置关系上的移位引起 的、由光电二极管160检测的光学差拍信号的信号强度上的改变。换句 话说，在第一实施例中的血流传感器装置中，其中可以获得适当的检 测值的移位量d的范围比在比较示例中的血流传感器装置中更宽(即， 被允许来在测量中获得适当检测值的移位量d的可接受范围更宽)。在 此，在第一实施例中的血流传感器装置和在比较示例中的血流传感器 装置不同在于是否设置散射器200，并且它们在其他点上以基本上相同 的方式来被构成。换句话说，可以获得减小由在传感器部分和被检体 之间的相对位置关系上的移位引起的、在光学差拍信号的信号强度中 的改变的效果，因为在第一实施例中的血流传感器装置设置有散射器 200。
因此，根据在第一实施例中的血流传感器装置，传感器部分100 设置有散射器200，使得可稳定地基于光学差拍信号来检测指尖500的 血流速度。结果，可提高由血流传感器装置检测的检测值的可靠性。
顺便提及，图14示出毛巾纤维被用作散射器的情况；然而，在本 申请中的发明人获得基本上相同的测量结果，即使非织造布和海绵被 用作散射器。
而且，根据在第一实施例中的血流传感器装置，传感器部分100 设置有散射器200，以便也可限制或防止通过向被检体施加较大压力而 降低检测的光学差拍信号的信号强度。
图16是通过下述方式示出由在第一实施例中的血流传感器装置检 测的光学差拍信号的信号强度的图：将其中所述被检体被略压靠于散 射器的情况与其中所述被检体被牢牢地压靠于散射器的情况作比较。 图17是通过下述方式来示出由在所述比较示例中的所述血流传感器装 置检测的光学差拍信号的信号强度的图：将其中所述被检体被略压靠 于传感器部分的上表面的情况与其中所述被检体被牢牢地压靠于传感 器部分的上表面的情况作比较。顺便提及，在图16和图17中，水平轴 指示时间轴，并且，垂直轴指示来自光电二极管的输出信号(PD输出) 的强度。光学差拍信号的信号强度意味着光学差拍信号的振幅。
图16示出通过使用在第一实施例中的血流传感器装置在下述情况 下，所检测的光学差拍信号的信号强度随着时间的改变：在时段T1中 将作为被检体的一个示例的指尖略压靠于散射器200的条件下，测量血 流速度，并且，在时段T1之后的时段T2中将作为被检体的一个示例的 指尖牢牢地压靠于散射器200的条件下，测量血流速度。顺便提及，在 这个测量中，毛巾纤维被用作散射器200。
如图16中所示，根据在第一实施例中的血流传感器装置，在其中 将指尖略压靠于散射器200的情况和其中将指尖牢牢地压靠于散射器 200的情况之间，光学差拍信号的信号强度很少地改变(即，几乎相同)。
另一方面，图17示出通过使用在比较示例中的血流传感器装置在 下述情况下，所检测的光学差拍信号的信号强度随着时间的改变：在 时段T3中将作为被检体的一个示例的指尖略压靠于传感器部分(更具 体地，例如，由树脂衬底或玻璃衬底等构成的保护板的上表面)的条 件下，测量血流速度，并且，在时段T3之后的时段T4中将作为被检体 的一个示例的指尖牢牢地压靠于传感器部分的条件下，测量血流速度。
如图17中所示，根据在比较示例中的血流传感器装置，与其中将 指尖略压靠于传感器部分的情况作比较，在其中将指尖牢牢地压靠于 传感器部分的情况下，光学差拍信号的信号强度降低。这种现象的起 因之一是通过将指尖牢牢地压靠于传感器部分而在指尖上施加较大压 力，因此，指尖的毛细血管趋向于被堵塞或阻挡。
然而，在这个测量中，在第一实施例中的血流传感器装置设置有 由毛巾纤维构成的散射器200，使得可防止向作为被检体的一个示例的 指尖施加较大压力，并且也可限制或控制指尖的毛细血管趋向于被堵 塞或阻挡。因此，如图16中所示，光学差拍信号的信号强度在其中将 指尖略压靠于散射器200的情况和其中将指尖牢牢地压靠于散射器200 的情况之间很少地改变。因此，可减小或防止所测量的血流速度根据 指尖被压靠于传感器部分100的上表面(或，在第一实施例中的散射器 200的上部)的强度的改变而改变。结果，可稳定地测量血流速度。顺 便提及，不仅在散射器200由毛巾纤维构成的情况下，而且在散射器200 由另一种纤维材料或海绵等构成并且比保护板和前板更软或具有更高 的弹性的情况下，可以获得如下的效果，即，可以稳定地测量血流速 度，而与被检体被压靠于传感器部分的强度的改变无关。
如上详细所述，根据在第一实施例中的血流传感器装置，它设置 有散射器200，以便减小由在血流传感器装置和被检体之间的相对位置 关系上的移位引起的在检测值(即血流速度)上的改变，并且，可以 稳定地检测被检体的血流速度。而且，可减小由于被检体被压靠于传 感器部分的上表面的强度的改变导致所测量的血流速度改变。
本发明不限于上述示例，但是如果期望，在不偏离可以从权利要 求和整个说明书读取的本发明的本质或精神的情况下，可以进行各种 改变。涉及这样的改变的自发光传感器装置也在本发明的技术范围内。
工业适用性
本发明的自发光传感器装置可以被应用到能够测量血流速度等的 血流传感器装置等。