光傳感裝置的制造方法
【專利摘要】有關(guān)本發(fā)明的一形態(tài)的光傳感裝置具備：至少1個光源，射出向?qū)ο笪镎丈涞墓猓灰约肮鈾z測器，配置在從上述至少1個光源向上述對象物的光軸上；上述光檢測器包括：包含上述光軸、且從上述至少1個光源射出的上述光透射的區(qū)域；以及至少1個受光部，接受通過透射了上述區(qū)域的上述光照射到上述對象物而產(chǎn)生的來自上述對象物的內(nèi)部的反射散射光，并變換為電信號。
【專利說明】
光傳感裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及以生物體、食品等為對象的光傳感裝置及光傳感方法，特別涉及能夠降低來自對象物的表面的直接反射光、良好地檢測來自信息較多的內(nèi)部的反射散射光的光傳感裝置及光傳感方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，使用以生物體及食品等為對象、將光向?qū)ο笪镎丈?、檢測在其內(nèi)部反射及散射的反射散射光、從而能夠非接觸或非侵襲地得到這些對象物的有用信息的光傳感裝置。
[0003]在對象物是生物體的情況下，照射的光穿過皮膚而向生物體內(nèi)部侵入。然后，從皮膚出來的反射散射光通過透射血管等而包含有血液的狀態(tài)等生物體信息。通過檢測反射散射光，例如知道脈搏、血流及氧飽和度等，能夠用于健康診斷等。
[0004]此外，對于食品，也能夠通過照射光并進行來自內(nèi)部的反射散射光的檢測、非破壞地進行新鮮度及糖度等的品質(zhì)的檢查。特別是，對于生鮮食品是有用的。在超市中，多數(shù)情況下將生鮮食品裝入到具有包套(透明薄膜)或透明的蓋的容器中來銷售。通過照射光而進行來自內(nèi)部的反射散射光的檢測的方法，消費者能夠經(jīng)由透明的蓋或包套確認生鮮食品的狀態(tài)來購買。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有關(guān)本發(fā)明的一技術(shù)方案的光傳感裝置具備:至少I個光源，射出向?qū)ο笪镎丈涞墓猓灰约肮鈾z測器，配置在從上述至少I個光源向上述對象物的光軸上;上述光檢測器包括:包含上述光軸、且從上述至少I個光源射出的上述光透射的區(qū)域；以及至少I個受光部，接受通過透射了上述區(qū)域的上述光照射到上述對象物而產(chǎn)生的來自上述對象物的內(nèi)部的反射散射光，并變換為電信號。
【附圖說明】
[0006]圖1A是表示有關(guān)實施方式I的光傳感裝置的結(jié)構(gòu)和向?qū)ο笪镎丈鋪碜怨庠吹墓獠z測的狀況的剖視圖。
[0007]圖1B是表示有關(guān)實施方式I的光傳感裝置的受光部側(cè)的光檢測器的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0008]圖2A是表示在有關(guān)實施方式I的光傳感裝置中、作為入射光的大致平行光的光軸相對于對象物的表面從垂直入射傾斜的情況下的入射光和直接反射光的光線的剖視圖。
[0009]圖2B是表示在有關(guān)實施方式I的光傳感裝置中、作為入射光的大致平行光的光軸相對于對象物的表面從垂直入射傾斜的情況下的、向受光部側(cè)的光檢測器的直接反射光的光束的位置的俯視圖。
[0010]圖3是表示有關(guān)實施方式I的光傳感裝置的受光部側(cè)的光檢測器的其他結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0011]圖4是表示有關(guān)實施方式2的光傳感裝置的結(jié)構(gòu)、和向?qū)ο笪镎丈鋪碜怨庠吹墓獠z測的狀況的剖視圖。
[0012]圖5A是表示在實施方式2的光傳感裝置中、相對于對象物的表面、作為入射光的大致平行光的光軸和透明蓋的設(shè)置角度分別從基準值傾斜的情況下的入射光、來自透明蓋的直接反射光及來自對象物的表面的直接反射光的光線的剖視圖。
[0013]圖5B是表不在實施方式2的光傳感裝置中、相對于對象物的表面、作為入射光的大致平行光的光軸和透明蓋的設(shè)置角度分別從基準值傾斜的情況下的、向受光部側(cè)的光檢測器的來自透明蓋的直接反射光的光束的位置及來自對象物的直接反射光的光束的位置的說明圖。
[0014]圖6A是表示實施方式3的光傳感裝置的結(jié)構(gòu)、和向?qū)ο笪镎丈鋪碜怨庠吹墓獠z測的狀況的剖視圖。
[0015]圖6B是實施方式3的光傳感裝置的受光部側(cè)的光檢測器的結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖7A是表示實施方式4的光傳感裝置的結(jié)構(gòu)、和向?qū)ο笪镎丈鋪碜怨庠吹墓獠z測的狀況的剖視圖。
[0017]圖7B是實施方式4的光傳感裝置的受光部側(cè)的光檢測器的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖7C是表示實施方式5的光傳感裝置的結(jié)構(gòu)、和向?qū)ο笪镎丈鋪碜怨庠吹墓獠z測的狀況的剖視圖。
[0019]圖7D是實施方式5的光傳感裝置的受光部側(cè)的光檢測器的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖8A是表示以往的光傳感裝置的結(jié)構(gòu)、和向?qū)ο笪镎丈鋪碜怨庠吹墓獠z測的狀況的剖視圖。
[0021]圖SB是以往的光傳感裝置的受光部側(cè)的光檢測器的結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖9是表示以往的其他形態(tài)的光傳感裝置的結(jié)構(gòu)、和對于對象物照射來自光源的光并檢測的狀況的剖視圖。
[0023]圖10是表示以往的又一其他形態(tài)的光傳感裝置的結(jié)構(gòu)、和向?qū)ο笪镎丈鋪碜怨庠吹墓獠z測的狀況的說明圖。
[0024]附圖標記說明
[0025]1、31 殼體
[0026]2、22、32、42、52、502 光檢測器
[0027]3、3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g、3h、33、43a、43b、53、503 受光部
[0028]4,34 區(qū)域
[0029]5、16、17、505 直接反射光
[0030]6、506 入射光
[0031]7、507內(nèi)部散射光
[0032]8、508反射散射光
[0033]9、509 對象物
[0034]10、10a、1b 激光芯片
[0035]11準直透鏡
[0036]12,12a 光束
[0037]13、513、513a 表面
[0038]513b 背面
[0039]14、514 容器
[0040]15,515 透明蓋[0041 ]518透射散射光
[0042]19、19a、19b、19c、19d、19e、19f、19g、19h、45 間隔
[0043]20透明基板
[0044]100、100a、100b、100c、100d、500 光傳感裝置
[0045]60、70面發(fā)光激光芯片
[0046]501 光源
【具體實施方式】
[0047]圖8A是表示以往的光傳感裝置的結(jié)構(gòu)、和向?qū)ο笪镎丈鋪碜怨庠吹墓獠z測反射光的狀況的剖視圖。圖SB是以往的光傳感裝置的受光部側(cè)的光檢測器的結(jié)構(gòu)圖。
[0048]圖8A及圖SB所示的以往的光傳感裝置500表示對于生物體那樣的對象物的典型的光傳感裝置。在圖8A所示的光傳感裝置500中，從光源501射出的入射光506從入射角0!的傾斜方向向?qū)ο笪?09入射，在侵入到其內(nèi)部之后，被內(nèi)部的組織散射而成為內(nèi)部散射光507。結(jié)果，光傳感裝置500是利用光檢測器502的受光部503對從內(nèi)部出來的反射散射光508進行檢測的結(jié)構(gòu)。
[0049]直接反射光505從作為對象物509的邊界面的表面513以射出角θ2(當表面為平坦面時，92 = θι)反射。在光傳感裝置500的結(jié)構(gòu)中，光量較大的直接反射光505的大部分向受光部503入射。于是，有作為本來的目的的具有信息的來自內(nèi)部的反射散射光508的SN比變差的問題。
[0050]此外，如果向?qū)ο笪?09的入射光506的入射角Q1接近于O (垂直入射)，則入射光506能夠較深地進入到對象物509的內(nèi)部。為了接近于該條件，需要使從受光部503到對象物509的表面513的距離S1充分大，以使入射光506從傾斜方向進入，所以結(jié)果尺寸也成為大型。在使S1變大的情況下，不進入受光部503而在橫向上漏掉的反射散射光508增加，所以檢測來自內(nèi)部的反射散射光508的效率變低等是問題。
[0051]圖9是表示以往的其他形態(tài)的光傳感裝置的結(jié)構(gòu)、和向?qū)ο笪镎丈鋪碜怨庠吹墓獠z測的狀況的剖視圖。
[0052]圖9的光傳感裝置表示對于在具有作為透明薄膜的包套等透明蓋515的容器514中裝入的生鮮食品那樣的對象物的典型的光傳感裝置。設(shè)從受光部503到透明蓋515的距離為S3，從透明蓋515到對象物509的表面513的距離為S2。
[0053]來自光源I的入射光506以入射角θ3從傾斜方向透射透明蓋515，以入射角Q1從傾斜方向照射到對象物509，在侵入到對象物509的內(nèi)部之后，被內(nèi)部的組織散射而成為內(nèi)部散射光507，結(jié)果，是由光檢測器502的受光部503檢測從對象物509的內(nèi)部出來的反射散射光508的結(jié)構(gòu)。
[0054]在這樣的光傳感裝置500的結(jié)構(gòu)中，除了來自對象物509的表面513的以射出角θ2(當表面平坦時，θ2 = Q1)反射來的直接反射光505以外，從透明蓋515以射出角θ4(在多數(shù)情況下表面是平坦的，所以θ4=θ3)反射來的直接反射光516的光量通常有比直接反射光505的光量更大的傾向，所以這些直接反射光505及516也向受光部503入射，所以僅對具有信息的來自內(nèi)部的反射散射光508的檢測變得更困難，結(jié)果，有反射散射光508的檢測的SN比變得更差的問題。
[0055]圖10是表示以往的又一其他形態(tài)的光傳感裝置的結(jié)構(gòu)、和向?qū)ο笪镎丈鋪碜怨庠吹墓獠z測的狀況的說明圖。
[0056]圖10所示的光傳感裝置500表示對于生物體那樣的對象物509的其他形態(tài)的典型的光傳感裝置。該裝置檢測來自對象物509的內(nèi)部的透射散射光518。更詳細地講，在光傳感裝置500中，光源501使入射光506向?qū)ο笪?09垂直入射。然后，經(jīng)由作為邊界面的表面513a入射到對象物509的內(nèi)部的入射光506被內(nèi)部的組織散射而成為內(nèi)部散射光507，結(jié)果，穿過作為對象物509的邊界面的背面513b，作為透射散射光518從對象物509的內(nèi)部射出。并且，通過相對于光源501設(shè)置在對象物509的相反側(cè)的光檢測器502的受光部503檢測透射散射光518。這里，背面513b與受光部503的距離是Su
[0057]在這樣的光傳感裝置500的結(jié)構(gòu)中，由于能夠?qū)⒅苯臃瓷涔?05去除、并且使對象物509與光檢測器502的受光部503的距離接近，所以有檢測效率較好的優(yōu)點。如果對象物509的厚度t比較小，則雖然還能夠檢測透射散射光518，但通常有其大小比反射散射光508小的傾向，作為問題可以舉出信號強度變小。
[°°58] 例如，厚度t= I cm左右的人的拇指的透射率T在波長λ = 650nm下為I %，在λ =532nm下為0.0I %，在λ = 405nm下為0.001 %，是比較小的值，此外，根據(jù)本
【發(fā)明人】們的實驗，知道其在可視光的范圍內(nèi)隨著波長變短而減小。
[0059]因而，在手指及耳垂等的厚度較薄的生物體組織中，透射散射光518雖小但射出來，所以能夠測定，而在其以外的較厚的生物體組織中，由于入射光在內(nèi)部全部被散射吸收，所以不能測定或SN比變得非常差，結(jié)果有適合于測定的部位受限制的問題。
[0060]特開昭59—150330號公報是以下這樣的缺陷檢測裝置:以對信息圓盤上的傷痕及垃圾等缺陷進行檢測為目的，通過準直透鏡使來自激光光源的射出光成為平行光，用聚光透鏡使該光成為會聚光，在信息圓盤的表面上聚光為具有與相當于信息的凹凸的大小(亞微米?I微米左右)同等大小的斑徑，檢測其反射光。
[0061]作為在信息圓盤表面上沒有缺陷的情況下的反射光的非散射光在光路中折回，通過聚光透鏡成為平行光，被第I光檢測器受光;在信息圓盤表面上有缺陷的情況下的來自缺陷的散射光被在聚光透鏡的周圍設(shè)置的環(huán)狀的第2光檢測器受光;具有能夠通過第I光檢測器的輸出與第2光檢測器的輸出的差分檢測來高靈敏度地檢測表面的缺陷的效果。
[0062]在特開昭59—150330號公報的缺陷檢測裝置中，由于目的是檢測介質(zhì)表面的微細缺陷，所以通過聚光到光的衍射極限(大致波長左右的大小)，能夠檢測與信息的凹凸相同大小的微細缺陷，即使將大致平行光照射在信息圓盤上，在圓盤的表面上也成為較大的光斑，所以即使接受反射散射光，也不能進行微細缺陷的檢測。
[0063]此外，由于目的是表面的微細缺陷的檢測，所以來自信息圓盤的內(nèi)部的散射光反而成為噪聲，希望不受光。
[0064]本發(fā)明包括以下的項目所記載的光傳感裝置及使用它的光傳感方法。
[0065][項目I]
[0066]—種光傳感裝置，具備:至少I個光源，射出向?qū)ο笪镎丈涞墓?；以及光檢測器，配置在從上述至少I個光源向上述對象物的光軸上;上述光檢測器包括:包含上述光軸、且從上述至少I個光源射出的上述光透射的區(qū)域；以及至少I個受光部，接受通過透射了上述區(qū)域的上述光照射到上述對象物而產(chǎn)生的來自上述對象物的內(nèi)部的反射散射光，并變換為電信號。
[0067][項目2]
[0068]如項目I所述的光傳感裝置，上述至少I個受光部與上述區(qū)域接觸。
[0069][項目3]
[0070]如項目I或2所述的光傳感裝置，在俯視下，上述至少I個受光部包圍上述區(qū)域。
[0071][項目4]
[0072]如項目I?3中任一項所述的光傳感裝置，透射了上述區(qū)域的上述光的擴散角在全角下為±3°以內(nèi)。
[0073][項目5]
[0074]如項目I?4中任一項所述的光傳感裝置，還具備配置在上述光軸上的準直透鏡。
[0075][項目6]
[0076]如項目I?5中任一項所述的光傳感裝置，透射了上述區(qū)域的上述光的束徑是200μm以上且20mm以下。
[0077][項目7]
[0078]如項目I所述的光傳感裝置，上述至少I個光源具備射出第I波長的光的第I光源及射出第2波長的光的第2光源。
[0079][項目8]
[0080]如項目7所述的光傳感裝置，在俯視下，上述第I光源及上述第2光源沿著第I方向配置;上述區(qū)域是在上述第I方向上具有長軸的橢圓形狀。
[0081][項目9]
[0082]如項目I?8中任一項所述的光傳感裝置，上述至少I個受光部具備多個受光部;上述多個受光部在上述區(qū)域的周圍在上述區(qū)域的周向上隔開間隔而配置;上述多個受光部通過上述間隔相互電絕緣。
[0083][項目10]
[0084]如項目I?8中任一項所述的光傳感裝置，上述至少I個受光部具備多個受光部;上述多個受光部在上述區(qū)域的周圍在上述區(qū)域的徑向上隔開間隔而配置;上述多個受光部通過上述間隔相互電絕緣。
[0085][項目11]
[0086]如項目I?6中任一項所述的光傳感裝置，上述至少I個光源射出的上述光是脈沖光。
[0087][項目12]
[0088]如項目I?6中任一項所述的光傳感裝置，還具備柔性基板;上述至少I個光源及上述光檢測器配置在上述柔性基板上。
[0089][項目13]
[0090]如項目I?12中任一項所述的光傳感裝置，還具備運算部;上述運算部通過對上述電信號進行運算，得到關(guān)于上述對象物的信息。
[0091][項目14]
[0092]如項目I?6中任一項所述的光傳感裝置，通過透射了上述區(qū)域的上述光被上述對象物的表面反射而產(chǎn)生的直接反射光的50%以上透射上述區(qū)域。
[0093][項目15]
[0094]如項目I?6中任一項所述的光傳感裝置，上述至少I個光源將上述光向上述對象物照射，以使得當設(shè)上述區(qū)域的尺寸為CU，從上述受光部的與上述對象物對置的面到上述對象物的表面上的上述光的光束的中心的距離為Si時，上述光向上述對象物的入射角Θ工滿足θι < tan—Hdi/(4Si))。
[0095][項目16]
[0096]如項目15所述的光傳感裝置，當設(shè)通過上述光被上述對象物的表面反射而產(chǎn)生的直接反射光的、上述受光部的表面上的斑徑為w時，上述入射角θι滿足Q1 < tan—1Gdi — w)/(4Si))0
[0097][項目17]
[0098]如項目I?6中任一項所述的光傳感裝置，上述對象物配置在具有透明蓋的容器的內(nèi)部;通過上述光被上述對象物及上述透明蓋的表面反射而產(chǎn)生的直接反射光的50%以上透射上述區(qū)域。
[0099][項目18]
[0100]如項目I?6中任一項所述的光傳感裝置，上述對象物配置在具有透明蓋的容器的內(nèi)部；上述至少I個光源將上述光向上述對象物照射，以使得當設(shè)上述區(qū)域的尺寸為CU，從上述受光部的與上述對象物對置的面到上述透明蓋的表面上的上述光的光束的中心的距離為&，上述透明蓋相對于上述對象物的表面的傾斜角為05時，上述光向上述對象物的入射角9丄滿足 edtan—HcU/GSs)) —θ5。
[0101][項目19]
[0102]如項目18所述的光傳感裝置，當設(shè)通過上述光被上述透明蓋的表面反射而產(chǎn)生的直接反射光的、上述受光部的表面上的斑徑為w時，上述入射角θι滿足Q1 < tan—1Gdi — w)/(4S3))—05。
[0103][項目20]
[0104]—種光傳感方法，是使用項目I所述的光傳感裝置的光傳感方法，包括:通過上述至少I個光源將上述光向上述對象物照射，以使得當設(shè)上述區(qū)域的尺寸為CU，從上述受光部的與上述對象物對置的面到上述對象物的表面上的上述光的光束的中心的距離為Si時，上述光向上述對象物的入射角滿足Q1 StarT1(Cl1Z^S1))的步驟；以及通過上述光檢測器檢測上述反射散射光的步驟。
[0105][項目21]
[0106]如項目20所述的光傳感方法，當設(shè)通過上述光被上述對象物的表面反射而產(chǎn)生的直接反射光的、上述受光部的表面上的斑徑為w時，上述光向上述對象物的入射角Q1滿足Q1
<tan—工((di—w)/(4Si))。
[0107][項目22]
[0108]—種光傳感方法，是使用項目I所述的光傳感裝置的光傳感方法，上述對象物配置在具有透明蓋的容器的內(nèi)部;上述光傳感方法包括:通過上述至少I個光源將上述光向上述對象物照射，以使得當設(shè)上述區(qū)域的尺寸為CU，從上述受光部的與上述對象物對置的面到上述透明蓋的表面上的上述光的光束的中心的距離為S3，上述透明蓋相對于上述對象物的表面的傾斜角為95時，上述光向上述對象物的入射角Q1滿足Q1 StarT1((I1Z^S3))-Q5的步驟；以及通過上述光檢測器檢測上述反射散射光的步驟。
[0109][項目23]
[0110]如項目22所述的光傳感方法，當設(shè)通過上述光被上述透明蓋的表面反射而產(chǎn)生的直接反射光的、上述受光部的表面上的斑徑為w時，上述光向上述對象物的入射角Q1滿足Q1
<tan—工((di—w)/(4S3)) — Θ5。
[0111]在以下的實施方式中，參照【附圖說明】降低來自對象物的表面或覆蓋對象物的罩的直接反射光的檢測定、能夠以更高的SN比檢測來自對象物內(nèi)部的反射散射光的光傳感裝置及光傳感方法。另外，以下說明的實施方式都表示本發(fā)明的一具體例。因而，在以下的實施方式中表示的數(shù)值、形狀、材料、構(gòu)成要素、構(gòu)成要素的配置位置及連接形態(tài)、以及步驟及步驟的順序等是一例，不是限定本發(fā)明的意思。因此，關(guān)于以下的實施方式的構(gòu)成要素中的、在表示本發(fā)明的最上位概念的獨立技術(shù)方案中沒有記載的構(gòu)成要素，作為任意的構(gòu)成要素進行說明。
[0112]此外，各圖是示意圖，并不一定是嚴格圖示的。另外，在各圖中，對于實質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu)賦予相同的標號，重復的說明省略或簡略化。
[0113]此外，在表示光傳感裝置的結(jié)構(gòu)的圖中，入射光、直接反射光、內(nèi)部散射光、來自內(nèi)部的反射散射光分別作為以由箭頭表示的朝向行進的光線圖示，整體的波束圖示為光束。此外，為了使得容易理解，在剖視圖中省略了進行光傳感的對象物的陰影的圖示。此外，對于俯視圖所示的受光部，賦予了與剖視圖中表示的對受光部賦予的陰影相同的陰影。
[0114](實施方式I)
[0115]首先，使用圖1A至圖3對實施方式I的光傳感裝置及光傳感方法詳細地說明。對于各圖賦予XYZ坐標系。
[0116]圖1A是表示有關(guān)本實施方式的光傳感裝置的結(jié)構(gòu)、和從光源向?qū)ο笪镎丈涔獠z測反射光的狀況的剖視圖。圖1B是表示有關(guān)本實施方式的光傳感裝置的受光部側(cè)的光檢測器的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖2A是表示在有關(guān)本實施方式的光傳感裝置中、作為入射光的大致平行光的光軸相對于對象物的表面從垂直入射傾斜的情況下的入射光和直接反射光的光線的剖視圖。圖2B是表示在有關(guān)本實施方式的光傳感裝置中、作為入射光的大致平行光的光軸相對于對象物的表面從垂直入射傾斜的情況下的、向受光部側(cè)的光檢測器的直接反射光的光束的位置的俯視圖。圖3是表示有關(guān)本實施方式的光傳感裝置的受光部側(cè)的光檢測器的其他結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0117]另外，在圖2A中，為了使說明變?nèi)菀祝瑢ο笪锏膬?nèi)部散射光和反射散射光省略了圖示，以表示入射光和直接反射光行進的光線為中心進行了圖示。
[0118]另外，在各圖的光傳感裝置中，XY面與包括對象物的測定附近的表面的面平行，光源的射出端的光軸中心E被決定為XY坐標的原點，以將從光軸中心E向?qū)ο笪锏拇咕€的交叉的位置設(shè)為對象物的中央位置的方式?jīng)Q定了坐標系。
[0119]有關(guān)本實施方式的光傳感裝置100是檢測來自對象物9的內(nèi)部的反射散射光8的光傳感裝置，具備作為光源的激光芯片10和光檢測器2。有關(guān)本實施方式的光傳感裝置100還具備配置在激光芯片10的光軸上的準直透鏡11。
[0120]光檢測器2配置在從激光芯片10向?qū)ο笪锏墓廨S上。光檢測器2包括:包含光軸且從激光芯片10射出的入射光透射的區(qū)域4;以及受光部3，接受通過透射了區(qū)域4的入射光6照射到對象物9而產(chǎn)生的來自對象物9的內(nèi)部的反射散射光8，并變換為電信號。
[0121 ] 激光芯片10射出向?qū)ο笪?照射的入射光6。入射光6通過準直透鏡11而成為大致平行光。所謂“大致平行光”，是擴散角例如在全角下是±3°以內(nèi)的光。關(guān)于大致平行光在后面說明。激光芯片10及準直透鏡11被收容在殼體I內(nèi)。
[0122]在本實施方式中，受光部3設(shè)置在與對象物9對置并將區(qū)域4包圍的位置。作為一例，也可以在受光部3的中央有區(qū)域4。區(qū)域4的配置位置也可以從受光部3的中央偏離。
[0123]有關(guān)本實施方式的光傳感方法是使用本實施方式的光傳感裝置100的光傳感方法，包括:通過作為光源的激光芯片10向?qū)ο笪?射出入射光6，以使得當設(shè)從Z方向觀察時的區(qū)域4的尺寸為Cl1，從受光部3到對象物9的表面13中的入射光6的光束的中心的Z方向上的距離為Si時，入射光6向?qū)ο笪?的入射角91(對象物9的測定部位附近的表面13的垂線與入射光6的光軸所成的角)滿足Q1 StarT1(Cl1Z^S1))的步驟；以及通過光檢測器2檢測來自對象物9的內(nèi)部的反射散射光8的步驟。另外，這里所述的區(qū)域4的尺寸，在從Z方向觀察時的區(qū)域4的形狀是圓形的情況下是指區(qū)域4的直徑，在區(qū)域4是橢圓形的情況下是指短軸的長度，在區(qū)域4是正方形的情況下是指與區(qū)域4的正方形的各邊內(nèi)接的圓的直徑，在區(qū)域4是長方形的情況下是指與區(qū)域4的長方形的各邊內(nèi)接的橢圓的短軸的長度。此外，在從Z方向觀察時的區(qū)域4的形狀是正多邊形的情況下是指與正多邊形的各邊鄰接的圓的直徑。
[0124]此時，也可以包括以下步驟:入射光6向?qū)ο笪?射出，以使得當設(shè)入射光6被對象物9的表面13反射的直接反射光5的、受光部3的表面上的斑徑為w時，入射光6向?qū)ο笪锏娜肷浣菨M足edtan—^(6-4/(4^))0根據(jù)這樣的光傳感方法，進一步提高信號的SN比。
[0125]另外，所謂“大致平行光”，是指擴散角例如在全角下為±3°以內(nèi)的光。當擴散角是+時為發(fā)散光，是一時為會聚光。也可以是擴散角在全角下為±2tarT1[(1.41d1—《)/(4&)]以內(nèi)的光。如果入射光6的擴散角過大，則來自對象物9的表面的直接反射光5的大部分到達受光部3。因而，如果考慮用來使來自對象物9的表面的直接反射光5的50 %以上透射區(qū)域4的擴散角，則需要使平行度為:當設(shè)光檢測器2的區(qū)域4的尺寸為CU時，由受光部3的面擴散后的直接反射光5的斑徑為區(qū)域4的尺寸的入2( = 1.414)倍以下。如果設(shè)從受光部3到對象物9的表面的距離SS1，受光部3的表面上的入射光的光束的斑徑為W，則入射光6的擴散角可以計算為在全角下為±2tan一1 [ (1.41di—w)/(4Si)]以內(nèi)。例如，在Si = 10mm，di = W= Imm時，入射光6的擴散角為±1.1°以內(nèi)，在Si = 10mm，di=w = 2mm時，入射光6的擴散角為±2.3°以內(nèi)。
[0126]有關(guān)本實施方式的光傳感裝置100的對象物9例如是生物體。作為入射光6照射到生物體的光在穿過皮膚侵入到生物體內(nèi)部后，再次穿過皮膚出來的反射散射光8通過透射血管等而包含血液的狀態(tài)等生物體信息。因而，通過檢測反射散射光8，例如可知該生物體的脈搏、血流及氧飽和度等。因此，光傳感裝置100能夠用于健康診斷等。
[0127]如圖1A所示，有關(guān)本實施方式的光傳感裝置100在激光芯片10的光軸上具備準直透鏡11。另外，所謂準直透鏡，是為了方便而取名的，與通常所說的透鏡相同。
[0128]通過在準直透鏡11的大致焦點位置設(shè)置激光芯片10的射出端，能夠使透射了準直透鏡11的入射光6成為大致平行光。通過使準直透鏡11的位置在光軸方向(±Z方向)上移動，能夠改變?nèi)肷涔?的大致平行狀態(tài)。例如，通過使準直透鏡11向+Z方向移動，入射光6成為發(fā)散光，此外，通過使準直透鏡11向一 Z方向移動，入射光6接近于會聚光。
[0129]如果作為激光芯片10而使用例如波長λ= 532ηπι的綠色的半導體激光器，則在該波長的光下，氧化血色蛋白及還原血色蛋白的吸收量較大，所以脈搏檢測的調(diào)制度變高，能夠構(gòu)成適合于該用途的光傳感裝置100。另外，作為光源，只要使用射出與用途對應(yīng)的波長的光的光源就可以。特別是，在使用稱作生物體之窗的波長為λ = 700?1300nm的光源的情況下，有入射光容易侵入到生物體的某種程度深處(例如幾十mm)的效果。
[0130]作為有關(guān)本實施方式的光傳感裝置100的光源，為了使得容易成為大致平行光而使用激光芯片10，但也可以使用發(fā)光尺寸較小(例如200μπι以下)的LED芯片。通常，在LED芯片中，由于發(fā)光尺寸比激光芯片大，所以入射光6的平行度劣化。但是，在有關(guān)本實施方式的光傳感裝置100中，如果是對象物9的表面13上的入射光6的光束12的斑徑(入射光6的振幅相對于中央值為Ι/e2的直徑)例如滿足200μπι?20mm那樣的光，則即使光束12的平行度變差，也如后面敘述那樣，在光侵入到對象物9的內(nèi)部之后產(chǎn)生來自內(nèi)部的反射散射光8，所以能夠?qū)Ψ瓷渖⑸涔?進行光傳感。
[0131 ]入射光6的光束12的束徑(振幅相對于中央值為Ι/e2的直徑)w例如是w = 200ym?20mm。入射光6穿過光檢測器2的區(qū)域4向一 Z方向行進，大致垂直地向?qū)ο笪?入射。入射角越接近于垂直，則光能夠越深地侵入到對象物9的內(nèi)部。
[0132]這里，對象物9的表面13上的入射光6的光束12的斑徑在入射光6的平行度較好的情況下，為與束徑w幾乎相同大小的200μηι?20mm。通過將入射光6不是作為向表面13聚光的會聚光、而是作為光束12的直徑具有200μπι以上的大小的大致平行光來向?qū)ο笪?照射，SP使在對象物9的表面13帶有例如來自皮膚的汗毛或硬毛(直徑為10?ΙΟΟμπι左右)、或直徑為一百幾十μπι以下的難以識別的細小的垃圾等，也能夠以原來的一半以上的能量向?qū)ο笪?的表面13照射大致平行光6。另外，在光束12為不到200μπι的較小的斑徑的情況下，除了對于上述那樣的障礙物較弱以外，還有衍射擴散變大(衍射圖案的擴散角在全寬中比0.3度大)的傾向，所以難以形成大致平行光。
[0133]另外，在照入了在表面13上聚光為Ιμπι以下的大小的光的情況下，在存在垃圾或來自皮膚的毛的情況下，光不進入到對象物9的內(nèi)部，所以該位置不能測定。
[0134]此外，通過入射在對象物9的表面13例如具有200μηι?20mm的比較大的斑徑的大致平行光，對象物9的內(nèi)部信息至少以該大小被平均化，所以能夠某種程度上抑制診斷信息的由位置引起的偏差。
[0135]但是，在斑徑超過20mm的情況下，用來形成大致平行光的準直透鏡11的尺寸變大而成本變高，同時，從激光芯片10到準直透鏡11的距離也變大，裝置大型化。
[0136]入射光6在入射到對象物9的內(nèi)部之后，被內(nèi)部的組織散射而成為內(nèi)部散射光7，同時也發(fā)生吸收，所以在圖1A中圖示了直到深度p(p通常是幾十_左右)都存在內(nèi)部散射光7。對內(nèi)部散射光7的光束12a的束徑而言，越向內(nèi)部深處進入則因發(fā)生散射而變得越大。發(fā)生內(nèi)部散射，作為反射成分從表面13出來的反射散射光8被光檢測器2的受光部3檢測，并變換為電信號。
[0137]有關(guān)本實施方式的光傳感裝置100還具備運算部(未圖示)。由受光部3變換后的電信號被發(fā)送到與受光部3電連接的運算部。通過由運算部進行電信號的運算處理，能夠得到關(guān)于對象物9的內(nèi)部的信息。
[0138]例如在將光傳感裝置100用于脈搏測定的情況下，運算部將具有周期性的曲線的脈搏的極大值等進行計數(shù)，變換為脈搏數(shù)。
[0139]此外，運算部也可以測定該脈搏的周期的均勻度，判斷集中及放松的精神狀態(tài)。在此情況下，可以在周期的均勻度較好的情況下即當為一定周期的情況下，判斷為處于集中狀態(tài)或緊張狀態(tài)，在與呼吸相應(yīng)地其均勻度變差的情況下判斷為處于放松狀態(tài)。
[0140]在對象物9是生物體的情況下，距離S1越小，在X及Y方向上擴散的反射散射光8更多地向受光部3入射，所以反射散射光8的檢測強度變大。其值根據(jù)測定部位及波長而不同，但典型的值是入射光6的強度的0.001?幾％左右。
[0141]光檢測器2如圖1A及圖1B所示，包括受光部3和入射光6透射的區(qū)域4。
[0142]受光部3如圖1A所示，以與對象物9對置的方式設(shè)置于光檢測器2的對象物9側(cè)的面。此外，受光部3如圖1B所示，配置成在俯視時將區(qū)域4的周圍包圍。另外，在圖1B中，透光部3的形狀圖示了圓形，但也可以是矩形、橢圓或六邊形等多邊形的形狀。
[0143]入射光6透射的區(qū)域4如圖1B所示，在將光檢測器2俯視時是受光部3的中央部分被開口的區(qū)域。考慮對位誤差，區(qū)域4例如形成為比入射光6的光束12的束徑w大一成以上。即，區(qū)域4的尺寸di例如是di > l.lwo
[0144]受光部3例如也可以通過將具有PIN二極管(P — intrinsic — N d1de)的構(gòu)造的直徑出的大小的硅基板貼合到玻璃基板等而形成。也可以通過將受光部3的中央部例如用磨具等切削的方法開設(shè)尺寸CU的貫通孔，來形成區(qū)域4。
[0145]此外，光檢測器2也可以在玻璃基板上通過等離子CVD法等將硅膜堆積為PIN二極管的構(gòu)造，然后將中央部通過光刻法用蝕刻處理去除來制作。在此情況下，玻璃基板的中央部相當于區(qū)域4。
[0146]反射散射光8從對象物9的內(nèi)部出來的表面13上的位置大致依存于光進入的深度，作為內(nèi)部散射光7進入到對象物9的越深處，成為從照射了入射光6的表面13的中心位置越遠離的位置。即，內(nèi)部散射光7出來的表面13上的位置大致為具有與光進入的深度大致同等的半徑的環(huán)狀。因而，通過將受光部3以包圍區(qū)域4的方式形成為環(huán)狀或圈狀，能夠?qū)⒃趫A周方向上大致均等地出來的來自內(nèi)部的反射散射光8沒有遺漏地檢測，提高信號光量。此外，作為受光部3的外形的形狀而圖示了圓形，但也可以是矩形、橢圓或六邊形等多邊形的形狀。
[0147]此外，受光部3以環(huán)狀相連，由此受光效率也較好，配線也簡單，但受光部3的形狀并不限定于此。例如如圖3所示，也可以是以放射狀設(shè)置多個間隔19(更詳細地講，圖3所示的8個間隔19a?19h)而將受光部3分割的形狀(更詳細地講，圖3所示的分割為受光部3a?3h的形狀)。即，受光部3也可以由在區(qū)域4的周圍在區(qū)域4的周向上被分割的多個受光部3a?3h構(gòu)成。此外，此時光檢測器2也可以還在受光部3a?3h的各自之間具有間隔19a?19h。受光部3a?3h通過間隔19a?19h被電分離。
[0148]在該結(jié)構(gòu)的情況下，受光部3a?3h的總受光面積比沒有分割為多個區(qū)域的受光部3的受光面積小，但通過將各個受光部3a?3h單獨地連接到運算部，能夠?qū)⒏鱾€受光部3a?3h的受光量變換為電信號而得到內(nèi)部信息。因而，產(chǎn)生能夠檢測到配置有受光部3a?3h的各個位置的對象物9的內(nèi)部信息的效果。分割數(shù)越多，能夠越細致地檢測位置信息。
[0149]另一方面，被對象物9的表面13反射的直接反射光5的反射率根據(jù)其折射率而被決定，在生物體的情況下，皮膚的折射率是η= 1.4?1.6，所以反射率是3%?5%左右。該直接反射光5在表面13上折回而在Z方向上前進，透射區(qū)域4而向激光芯片1的方向行進，所以難以進入到受光部3中。
[0150]但是，在表面13是皮膚等的情況下，在有指紋等多少凹凸的情況下，直接反射光5中也多少發(fā)生向傾斜方向的反射成分。例如也可以構(gòu)成為，直接反射光5的50 %以上透射區(qū)域4。如果這樣，則能夠?qū)⒃肼暪獾墓饬恳种茷橐话胍韵拢瑢N比提高到2倍以上。
[0151]例如，通過使區(qū)域4的尺寸(直徑)變大或使從受光部3到對象物9的表面13的距離S1變小等方法，能夠提高在Z方向上透射區(qū)域4的直接反射光5的比率。
[0152]接著，對在有關(guān)本實施方式的光傳感裝置100中、入射光6的光軸相對于對象物9的表面傾斜的情況進行說明。
[0153]如圖2Α所示，入射光6以入射角01向?qū)ο笪?的表面13入射，來自表面13的直接反射光5以射出角02反射，向光檢測器2的下表面照射。在表面13完全平坦時，θ1 = θ2。如果在表面13上有粗糙，則θ2與該形狀相應(yīng)地具有擴散，但由于光束12的直徑比較大，所以θ2如果取平均則與9工接近的情況較多。
[0154]即使要使入射光6相對于對象物9的表面13垂直地入射，也發(fā)生角度匹配誤差，有光軸從與對象物9的表面13垂直的方向偏離的情況，但通常角度匹配誤差是幾度以內(nèi)到10°左右。
[0155]如圖2Β所記載那樣，例如在被照射了直接反射光5的光檢測器2的下表面中，在直接反射光5的光束12的中心位置與受光部3的內(nèi)周緣上的A點一致的情況下，直接反射光5的50%左右透射區(qū)域4。將該位置設(shè)定為容許直接反射光5的光軸偏離的極限位置。由于光檢測器2的厚度較薄，所以如果將光檢測器2的厚度忽視，則光束12進入到比A點的位置靠區(qū)域4內(nèi)的條件要求cU/2 2 S1UanQdtane2)。也可以以滿足該關(guān)系式的方式?jīng)Q定區(qū)域4的尺寸cU、距離S1、角度Q1J2等參數(shù)來構(gòu)成裝置。
[0156]在多數(shù)情況下，θ1= θ2，所以上述關(guān)系式為Cl1 2 ASitanQ1。與上面所述的條件同樣，根據(jù)這些式子可知，通過使區(qū)域4的尺寸CU變大、使從受光部3到對象物9的表面13的距離S1變小、或使入射角度θι接近于0(垂直入射)等方法，能夠提高透射區(qū)域4的直接反射光5的比率，使SN比變好。
[0157]例如，在作為0他最大值而例如設(shè)定了10°的情況下，為(I1^)JOSSlt3例如當S1 =1mn^tdi > 7.05mm,當Si = 5mm時di > 3.5mm。這樣，可以根據(jù)測定距離及角度匹配誤差來決定區(qū)域4的尺寸di。
[0158]此外，在如上述那樣決定了光傳感裝置100的構(gòu)造的情況下，入射光6向?qū)ο笪?的入射角根據(jù)上述式子導出為Q1 Uarr1((I1Z^S1))t3即，激光芯片10也可以將入射光6向?qū)ο笪?照射，以使得當設(shè)區(qū)域4的尺寸為CU，從受光部3的與對象物9對置的面到對象物9的表面上的入射光6的光束的中心的距離為Sdt，入射光6向?qū)ο笪?的入射角0工滿足Q1 < tan—1(cU/HSO)。因而，有關(guān)本實施方式的光傳感方法也可以包括向?qū)ο笪?射出入射光6以使入射角滿足該關(guān)系式的步驟、和檢測來自對象物9的內(nèi)部的反射散射光8的步驟。由此，提高反射散射光8的檢測的SN比。
[0159]也可以使得直接反射光5幾乎不進入到光檢測器2的受光部3中。當設(shè)直接反射光5的受光部3的表面上的斑徑為w時，光束12完全進入到區(qū)域4內(nèi)的條件用cUA^w/^+SKtanei+tan92)的關(guān)系式表示。
[0160]在多數(shù)情況下，θ1 = θ2，所以上述關(guān)系式成為ddw+ASitanei。也可以決定各參數(shù)以滿足該關(guān)系式來構(gòu)成光傳感裝置100。
[0161]此外，入射光6向?qū)ο笪?的入射角01根據(jù)上述式子導出Q1 <tan 一 1Ud1-W)/(4SJ)。即，當設(shè)直接反射光5的受光部3的表面上的斑徑為w時，入射光6向?qū)ο笪?的入射角0!滿足edtanKcU — W/HSd)。因此，有關(guān)本實施方式的光傳感方法也可以包括向?qū)ο笪?射出入射光6以使入射角Q1滿足該關(guān)系式的步驟、和檢測來自對象物9的內(nèi)部的反射散射光8的步驟。由此，進一步提高反射散射光8的檢測的SN比。
[0162]另外，在上述實施方式中，對入射光6的光軸在從激光芯片10射出時已經(jīng)傾斜的情況進行了說明，但并不限于此，從激光芯片10射出的入射光6不傾斜，但激光芯片10自身相對于對象物9的表面傾斜的情況也是同樣的。
[0163]以上，有關(guān)本實施方式的光傳感裝置100具備射出向?qū)ο笪?照射的光的光源、和配置在從光源向?qū)ο笪?的光軸上的光檢測器2。光檢測器2包括從光源射出的入射光6透射的區(qū)域4、和接受通過透射了區(qū)域4的入射光6照射到對象物9而產(chǎn)生的來自對象物9的內(nèi)部的反射散射光8并將接受到的光變換為電信號的受光部3。
[0164]由此，入射光6穿過光檢測器2的區(qū)域4向?qū)ο笪?的表面13以大致垂直的方向入射，所以入射光6能夠更深地侵入到對象物9的內(nèi)部。因而，能夠精度良好地檢測來自對象物9的內(nèi)部的反射散射光8。
[0165]此外，通過使來自對象物9的表面的直接反射光5穿過(向與入射光相反方向透射)光檢測器2的區(qū)域4，能夠抑制直接反射光5照射到受光部3。因此，能夠主要檢測來自對象物9的內(nèi)部的反射散射光8。
[0166](實施方式2)
[0167]接著，關(guān)于實施方式2的光傳感裝置，使用圖4、圖5A及圖5B以與上述實施方式I的光傳感裝置不同的點為中心進行說明。圖4是表示有關(guān)本實施方式的光傳感裝置的結(jié)構(gòu)、和向?qū)ο笪镎丈鋪碜怨庠吹墓獠⑦M行檢測的狀況的說明圖。圖5A是表示在有關(guān)本實施方式的光傳感裝置中、相對于對象物的表面、入射光的光軸和透明蓋的設(shè)置角度分別從基準值傾斜的情況下的入射光、來自透明蓋的直接反射光及來自對象物的直接反射光的光線的說明圖。圖5B是表示在有關(guān)本實施方式的光傳感裝置中、相對于對象物的表面、入射光的光軸和透明蓋的設(shè)置角度分別從基準值傾斜的情況下的、向受光部側(cè)的光檢測器的來自透明蓋的直接反射光的光束的位置及來自對象物的直接反射光的光束的位置的說明圖。
[0168]另外，在圖5A中，為了使說明變?nèi)菀?，省略對象物的?nèi)部散射光和反射散射光，以表示入射光和兩個直接反射光的行進的光線為中心進行了圖示。
[0169]有關(guān)本實施方式的光傳感裝置10a與有關(guān)實施方式I的光傳感裝置100的不同點是光檢測器22的結(jié)構(gòu)不同這一點、和對象物9裝入在具備透明蓋15的容器14中這一點。作為對象物9，具體而言，是裝入在消費者能看到的容器中的生鮮食品等食品。作為透明蓋15，既可以是樹脂制的透明的蓋，也可以是所謂的包套等樹脂制的透明薄膜。另外，在本實施方式中，將透明的蓋及透明薄膜一起稱作透明蓋15。
[0170]如圖4所示，光檢測器22具有受光部3以用玻璃及樹脂等的透明基板20夾入的方式被屏蔽的構(gòu)造。通過做成這樣的構(gòu)造，能夠?qū)⑹芄獠?從較高的濕度等的環(huán)境保護，所以能夠使光傳感裝置10a的耐環(huán)境性提高。
[0171]在圖4中，將從受光部3到透明蓋15的中央位置的Z方向的距離用S3表示，將從透明蓋15的中央位置到對象物9的表面13的Z方向的距離用S2表示。
[0172]如圖4所示，從激光芯片1向一Z方向射出的入射光6、透明蓋15的折射率是η = 1.5?1.6，在其表背的兩面發(fā)生反射，所以被透明蓋15的表面以例如8%?10%左右的反射率反射而成為直接反射光16。此外，其余的光透射透明蓋15，向?qū)ο笪?大致垂直地入射。入射到對象物9的內(nèi)部的光被對象物9的內(nèi)部的組織散射而成為內(nèi)部散射光7。從對象物9的內(nèi)部出來的反射散射光8再次被透明蓋15以例如8 %?1 %左右的反射率直接反射，成為來自透明蓋15的直接反射光17。其余的光透射透明蓋15、透明基板20而被光檢測器22的受光部3檢測到。
[0173]另一方面，來自對象物9的表面13的直接反射光5的反射率根據(jù)其折射率而被決定，例如在對象物是生鮮食品的情況下，大部分是透明蓋15的反射率的一半以下。
[0174]在有關(guān)本實施方式的光傳感裝置10a的結(jié)構(gòu)中，從透明蓋15反射來的直接反射光16的光量通常有比來自對象物9的表面13的直接反射光5的光量更大(例如2倍以上)的傾向。但是，由于直接反射光5、16都主要入射到區(qū)域4，所以主要是反射散射光8向受光部3入射。因而，在光傳感裝置10a中，能夠得到SN比較好的信號。
[0175]接著，對于在有關(guān)本實施方式的光傳感裝置10a中、相對于對象物9的表面13、入射光6的光軸和透明蓋15的設(shè)置角度分別從基準值傾斜的情況進行說明。該情況中，入射光6的入射角的基準值是相對于對象物9的表面13垂直入射(入射角91 = 0)，透明蓋15的設(shè)置角度的基準值是相對于表面13平行(θ5 = 0)。
[0176]如圖5Α所不，入射光6以入射角9工從傾斜方向向?qū)ο笪?的表面13入射，但在照射到對象物9的表面13之前，向以設(shè)置角度05設(shè)置的透明蓋15入射。設(shè)置角度05是透明蓋15相對于對象物9的表面的傾斜角，將如圖5Α所示透明蓋15的右側(cè)較高的情況作為正方向來取符號。此時的入射角度相對于透明蓋15的垂線成θ3( = θ1+θ5)。射出角為θ4，但由于可以近似為透明蓋15的表面是平坦的，所以θ3 = θ4?，F(xiàn)實中，θ^θ5多數(shù)情況下為幾度到10°左右。
[0177]如圖5Β所不，例如光檢測器22的下表面的、來自透明蓋15的直接反射光16的光束12的斑的中心與受光部3的內(nèi)周緣上的A點一致。在光束12的斑的中心位于受光部3的內(nèi)周上的情況下，來自對象物9的直接反射光5及來自透明蓋15的直接反射光16的大約50 %透射區(qū)域4。因而，光束12比該位置更靠區(qū)域4內(nèi)進入的條件近似地成為CUA^S3Uanewtane4)= SSstanQ3 = SSstan(QdQ5)。也可以以滿足該式的方式?jīng)Q定區(qū)域4的尺寸(直徑)d1、從受光部3的與對象物9對置的面到透明蓋15的表面上的入射光6的光束的中心的距離&、角度
θ5等參數(shù)，來構(gòu)成裝置。
[0178]根據(jù)上述式子可知，通過使區(qū)域4的尺寸CU變大、或使從受光部3到透明蓋15的Z方向上的距離S3變小、使角度01、05接近于0(垂直入射)等方法，能夠提高透射區(qū)域4的來自透明蓋15的直接反射光16的比率，使SN比變好。
[0179]此外，作為光源的激光芯片10也可以將入射光6向?qū)ο笪?照射，以使得當設(shè)透光部4的尺寸為cU，從受光部3的與對象物9對置的面到透明蓋15的表面上的大致平行光6的光束的中心的距離為S3，透明蓋15相對于對象物9的表面的傾斜角為05時，入射光6向?qū)ο笪?的入射角9!滿足edtanlcUZ^Ss))-9^因此，有關(guān)本實施方式的光傳感方法也可以包括通過光源向?qū)ο笪?射出入射光6以使入射光6向?qū)ο笪?的入射角足該關(guān)系式的步驟、和通過光檢測器22檢測來自對象物9的內(nèi)部的反射散射光8的步驟。
[0180]進而，也可以使得來自透明蓋15的直接反射光16幾乎不進入到光檢測器22的受光部3。當設(shè)直接反射光16的受光部3的表面上的斑徑為w時，光束12完全進入到區(qū)域4內(nèi)的條件為di/2 > w/2+S3(tan9i+tan02)。
[0181]在多數(shù)情況下，θ1 = θ2，所以上述關(guān)系式成為dPw+ASstaneu
[0182]也可以以滿足該式的方式?jīng)Q定參數(shù)來構(gòu)成裝置。進一步提高來自對象物9的內(nèi)部的反射散射光8的檢測的SN比。
[0183]此外，有關(guān)本實施方式的光傳感方法也可以包括:通過光源向?qū)ο笪?射出入射光6，以使得當設(shè)入射光6被透明蓋15的表面反射的直接反射光16在受光部3的表面上的斑徑為w時，入射光6向?qū)ο笪?的入射角9!滿足Q1 < tan—H (cU—w)/(4S3)) — 05的步驟；以及通過光檢測器22檢測來自對象物9的內(nèi)部的反射散射光8的步驟。
[0184]接著，對來自對象物9的表面13的直接反射光5進行研究。例如，在光檢測器22的下表面的、來自對象物9的表面13的直接反射光5的光束12的斑的中心位于A點即受光區(qū)域3的內(nèi)周緣上的情況下，直接反射光5的大約50%透射區(qū)域4。因而，光束12比該位置更靠區(qū)域4內(nèi)配置的條件近似地成為cb/2 2 (S2+S3)(tan01+tan02)。也可以以滿足該關(guān)系式的方式?jīng)Q定區(qū)域4的尺寸CU、距離S2、S3、角度Q1J2這些參數(shù)來構(gòu)成裝置。另外，在表面13平坦的情況下，
di > 4(S2+S3)tan01
[0185]根據(jù)上述式子可知，通過使區(qū)域4的尺寸cU變大、使從受光部3到對象物9的表面13的Z方向上的距離S2+S3變小、或使入射角度01接近于0(垂直入射)等方法，能夠提高透射區(qū)域4的直接反射光5的比率，使SN比變好。
[0186]在有關(guān)本實施方式的光傳感裝置10a中，為了使得直接反射光5、16盡量不進入受光部3，也可以將光傳感裝置構(gòu)成為同時滿足上述兩個式子。
[0187]以上，根據(jù)有關(guān)本實施方式的光傳感裝置100a，對于被透明蓋15覆蓋的對象物9，也不僅使來自對象物9的直接反射光5、還使來自透明蓋15的直接反射光16也穿過光檢測器22的區(qū)域4，由此能夠通過受光部3以良好的SN比檢測來自對象物9的內(nèi)部的反射散射光8。
[0188]此外，光檢測器22也可以具有受光部3以由玻璃及樹脂等的透明基板20夾入的方式被屏蔽的構(gòu)造。通過做成這樣的構(gòu)造，能夠?qū)⑹芄獠?從較高的濕度等的環(huán)境保護，所以能夠提尚光傳感裝置I OOa的耐環(huán)境性。
[0189](實施方式3)
[0190]接著，關(guān)于有關(guān)實施方式3的光傳感裝置，使用圖6A及圖6B以與上述實施方式I的光傳感裝置的不同點為中心進行說明。圖6A是表示有關(guān)本實施方式的光傳感裝置的結(jié)構(gòu)、和向?qū)ο笪镎丈鋪碜怨庠吹墓獠z測的狀況的剖視圖，圖6B是有關(guān)本實施方式的光傳感裝置的受光部側(cè)的光檢測器的結(jié)構(gòu)圖。
[0191]有關(guān)本實施方式的光傳感裝置10b與實施方式I的光傳感裝置100的不同點是:作為光源而具備射出第I波長的光的激光芯片1a及射出第2波長的光的激光芯片10b，一波長一波長地向?qū)ο笪?照射并接受反射散射光8a，分別變換為電信號，通過對這些變換后的信號進行運算來得到信息。
[0192]如圖6A所示，在殼體31內(nèi)，兩個激光芯片1a、1b在Y方向上排列而配置。有關(guān)本實施方式的光傳感裝置10b通過將波長不同的光例如向生物體照射，能夠得到生物體信息。作為一例，光傳感裝置10b可以利用由氧化血色蛋白和還原(或脫氧化)血色蛋白吸收的光的波長不同這一點，來得到血液中的氧飽和度等生物體信息。
[0193]具體而言，在A1 = GeOnmA2 = SSOnm這2個波長中，被氧化血色蛋白和還原血色蛋白吸收的光的吸收量分別不同。因而，通過對由各個波長吸收的電信號進行運算，例如在對象物9是生物體的皮膚的情況下，能夠測定血液中的氧飽和度。
[0194]此外，在對象物9為生物體的頭部的前額區(qū)域中，能夠測定前額葉中的腦血流的變化量、以及氧化血色蛋白及還原血色蛋白的濃度變化量，能夠?qū)崿F(xiàn)感情等信息的傳感。例如，在集中狀態(tài)下，發(fā)生腦血流的增加、氧化血色蛋白量的增加等。特別是，在對象物9是頭部的情況下，頭蓋骨中的光的衰減較大，所以來自內(nèi)部的反射散射光8a的強度較弱(例如是入射強度的10一3?1(Γ6倍)，來自表面13的直接反射光5a、5b成為較大的噪聲源，但有關(guān)本實施方式的光傳感裝置10b能夠降低來自表面13的直接反射光5a、5b的影響。
[0195]波長的組合可以為各種各樣，例如在波長為805nm時，氧化血色蛋白和還原血色蛋白的吸收量相等，所以也可以是小于805nm的波長與大于805nm的波長的組合。此外，除了該2個波長以外，還可以使用805nm的波長這3個波長。在3個波長的情況下，能夠使運算部中的運算簡單化。
[0196]此外，如圖6B所示，在光檢測器32中，區(qū)域34是在將作為光源的激光芯片10a、10b排列的方向(Y方向)上具有長軸的橢圓形狀。通過使受光部33為這樣的橢圓形狀，能夠在X方向和Y方向上都同等地取得入射光6a、6b的光束和受光部33的空間。由此，由來自激光芯片10a、1b的光的照射帶來的直接反射光5a、5b透射區(qū)域34，所以對于從由受光部33接受的光生成的電信號，能夠抑制SN比的劣化。此外，受光部33也可以為在Y方向上具有長軸的橢圓形狀。
[0197](變形例)
[0198]在對象物9為生物體的頭部的前額區(qū)域的情況下，如上所述，反射散射光8的強度較弱。另一方面，由于來自前額表面及前額的皮膚的直接反射光5a、5b還包含散射成分，所以在直接反射光5a、5b中存在向受光部33進入的成分。由此，在對象物9是生物體的頭部的前額區(qū)域的情況下，SN比有劣化的傾向。
[0199]有關(guān)本實施方式的變形例的光傳感裝置還具備使激光芯片10a、10b以脈沖狀發(fā)光的驅(qū)動電路(未圖示)。該驅(qū)動電路驅(qū)動激光芯片1a、1b，以從激光芯片1a、1b交替地射出例如脈沖寬度為100皮秒到幾十納秒左右的脈沖光。
[0200]通過使入射光6a、6b為脈沖光，能夠利用直接反射光5a、5b與來自對象物9的內(nèi)部的反射散射光8a到達受光部33的時間差，從由受光部33得到的電信號中將由直接反射光5a、5b引起的電信號除去。由此，能夠提高SN比。
[0201]例如，對檢測前額葉的腦血流的情況具體地敘述。由于具有腦血流的信息的反射散射光8a是通過入射到腦中的光在腦內(nèi)反射、散射而產(chǎn)生的光，所以與直接反射光5a、5b之間有光路差。因此，反射散射光8a與直接反射光5a、5b相比，到達受光部33的時刻例如典型地晚4納秒左右。所以，通過將在直接反射光5a、5b到達受光部33后例如在4納秒后得到的電信號從受光部33取出，能夠從得到的電信號減少直接反射光5a、5b的成分，提高SN比。
[0202]脈沖光的脈沖寬度也可以是I納秒以上。如果這樣，則能夠使驅(qū)動激光芯片10a、1b的驅(qū)動電路成為簡單的結(jié)構(gòu)。此外，脈沖光的脈沖寬度也可以是20納秒以下。如果這樣，則能夠?qū)⒅苯臃瓷涔?a、5b和反射散射光8a容易地分離。
[0203](實施方式4)
[0204]接著，關(guān)于有關(guān)實施方式4的光傳感裝置，使用圖7A及圖7B，以與實施方式I的光傳感裝置的不同點為中心進行說明。圖7A是表示有關(guān)本實施方式的光傳感裝置10c的結(jié)構(gòu)、和向?qū)ο笪镎丈鋪碜怨庠吹墓獠z測的狀況的剖視圖。圖7B是有關(guān)本實施方式的光傳感裝置的受光部側(cè)的光檢測器的結(jié)構(gòu)圖。
[0205]有關(guān)本實施方式的光傳感裝置10c與有關(guān)實施方式I的光傳感裝置100的不同點是有關(guān)本實施方式的光檢測器42具有多個受光部43a、43b這一點。
[0206]如圖7A及圖7B所示，在光檢測器42中，與實施方式I所示的光檢測器2同樣，在中央部分設(shè)有入射光6透射的區(qū)域4。并且，受光部由在區(qū)域4的周圍在區(qū)域4的徑向上分割的多個受光部43a、43b構(gòu)成。此外，光檢測器42還在受光部43a、43b之間具有間隔45。受光部43a、43b通過間隔45被電絕緣。
[0207]S卩，在光檢測器42中，在將區(qū)域4包圍的周圍，設(shè)有環(huán)狀(同心圓狀)的受光部43a。此外，在將受光部43a包圍的周圍，設(shè)有作為沒有受光靈敏度的區(qū)域的環(huán)狀的間隔45。進而，在間隔45的周圍設(shè)有受光部43b。這樣，光檢測器42具有通過間隔45被電絕緣的兩個受光部43a、43b。由受光部43a、43b接受的受光量分別作為電信號被計算出。
[0208]反射散射光8從對象物9的內(nèi)部出來的表面13上的位置大體上為具有與光進入的深度大致同等的半徑的環(huán)狀，光檢測器42通過使用被電絕緣的多個受光部，能夠?qū)⑸疃确较虻男畔⒎譃槎鄠€而檢測。例如，半徑較小的受光部43a能夠得到較小的半徑左右的深度的信息，半徑較大的受光部43b能夠得到較大的半徑左右的深度方向的信息。
[0209]此外，通過在運算部(未圖示)進行這些信息的差分及加法處理等運算，能夠?qū)⒏嗟脑肼暢煞殖ザ岣逽N比。例如，在對象物9是生物體的情況下，通過從由半徑較大的受光部43b得到的信息減去對由半徑較小的受光部43a得到的信息乘以適當?shù)谋壤禂?shù)的值，能夠減少基于表面血流的噪聲成分。
[0210]另外，在上述實施方式中，受光部被分割為兩個區(qū)域即受光部43a、43b，但受光部也可以被分割為3個以上。此時，做成將半徑不同的多個環(huán)狀的間隔45以同心狀配置的結(jié)構(gòu)，能夠更細致地得到深度方向的信息。
[0211]在受光部被分割為3個以上的情況下，也與受光部被分割為兩個的情況同樣，能夠通過在運算部中運算來自多個受光部的信息來提高SN比。
[0212](實施方式5)
[0213]接著，關(guān)于有關(guān)實施方式5的光傳感裝置，使用圖7C及圖7D，以與實施方式3的光傳感裝置的不同點為中心進行說明。圖7C是表示有關(guān)本實施方式的光傳感裝置的結(jié)構(gòu)、和向?qū)ο笪镎丈鋪碜怨庠吹墓獠z測的狀況的剖視圖，圖7D是有關(guān)本實施方式的光傳感裝置的受光部側(cè)的光檢測器的結(jié)構(gòu)圖。
[0214]有關(guān)本實施方式的光傳感裝置10d與實施方式3的光傳感裝置10b的不同點是在能夠平緩地彎曲的柔性基板21配置有光檢測器52和作為光源的面發(fā)光激光芯片60、70這一點。
[0215]通過在柔性基板21上設(shè)置面發(fā)光激光芯片60、70和光檢測器52，能夠?qū)崿F(xiàn)能夠平緩地彎曲的光傳感裝置100d。例如通過在布上安裝光傳感裝置100d，能夠?qū)⒐鈧鞲醒b置10d作為安設(shè)感受良好的可佩戴型的生物體傳感裝置使用。
[0216]例如，如果在可佩戴到頭部上的帶狀的布上安裝光傳感裝置100d，則成為能夠進行腦內(nèi)血流的傳感的可佩戴型光傳感裝置。通過以光傳感裝置10d的透明基板20與前額接觸或接近到幾mm左右的方式將該帶狀的布佩戴在頭部上，能夠進行腦內(nèi)血流的傳感。
[0217]在本實施方式中，作為光源，在具備電氣配線的例如聚酰亞胺的柔性基板21上沿Y方向排列了多個面發(fā)光激光芯片60、70。通過使用面發(fā)光激光芯片，能夠使光源變薄，即縮小Z方向的尺寸。此外，通過使準直透鏡11為衍射型透鏡或菲涅耳透鏡，能夠使準直透鏡11變薄。
[0218]也可以在柔性基板21與面發(fā)光激光芯片60、70之間，設(shè)置具有電絕緣性的散熱膜，例如將石墨膜和S12等氧化膜組合的膜。如果這樣，則光傳感裝置10d的散熱變?nèi)菀住?br>[0219]通過將受光部53例如用非晶硅、多晶硅、有機EL等薄膜材料形成，能夠得到具有柔性的受光部。
[0220]此外，通過在柔性基板21上用金屬薄膜形成電氣配線、還配置聚合物電池等薄型電池，能夠?qū)崿F(xiàn)可電池驅(qū)動的可佩戴型光傳感裝置。
[0221 ]以上，根據(jù)實施方式I?5，能夠?qū)崿F(xiàn)減少來自對象物的表面的直接反射光、以及在有包套或透明蓋的情況下也減少來自它們的直接反射光、良好地檢測信息較多的來自內(nèi)部的反射散射光的光傳感裝置。
[0222]另外，本發(fā)明并不限定于這些實施方式，組合了各個實施方式的光傳感裝置的結(jié)構(gòu)的光傳感裝置及光傳感方法也包含在本發(fā)明中，能夠起到同樣的效果。
[0223]例如，上述光檢測器也可以具有受光部由玻璃及樹脂等的透明基板夾入而被屏蔽的構(gòu)造。通過做成這樣的構(gòu)造，能夠?qū)⑹芄獠繌臐穸容^高等的環(huán)境保護，所以能夠提高光傳感裝置的耐環(huán)境性。
[0224]此外，在將受光部分割為多個區(qū)域的情況下，受光部既可以在入射光透射的區(qū)域的周圍在該區(qū)域的周向上以放射狀分割，也可以在該區(qū)域的周圍在該區(qū)域的徑向上以環(huán)狀分割。
[0225]在將受光部以放射狀分割的情況下，分割的區(qū)域的數(shù)量并不限于上述數(shù)量，也可以適當變更。此時，相鄰的兩個受光部間的間隔的數(shù)量也可以適當變更。通過增加受光部的數(shù)量，能夠更細致地得到面內(nèi)方向的生物體信息。
[0226]在將受光部以環(huán)狀分割的情況下，并不限于如上述那樣為兩個區(qū)域，也可以分割為3個以上的區(qū)域。通過增加受光部的數(shù)量，能夠更細致地得到深度方向的生物體信息。
【主權(quán)項】
1.一種光傳感裝置，其特征在于，具備: 至少I個光源，射出向?qū)ο笪镎丈涞墓猓灰约?光檢測器，配置在從上述至少I個光源向上述對象物的光軸上； 上述光檢測器包括: 包含上述光軸、且從上述至少I個光源射出的上述光透射的區(qū)域；以及至少I個受光部，接受通過透射了上述區(qū)域的上述光照射到上述對象物而產(chǎn)生的來自上述對象物的內(nèi)部的反射散射光，并變換為電信號。2.如權(quán)利要求1所述的光傳感裝置，其特征在于， 上述至少I個受光部與上述區(qū)域接觸。3.如權(quán)利要求1或2所述的光傳感裝置，其特征在于， 在俯視下，上述至少I個受光部包圍上述區(qū)域。4.如權(quán)利要求1或2所述的光傳感裝置，其特征在于， 透射了上述區(qū)域的上述光的擴散角在全角下為±3°以內(nèi)。5.如權(quán)利要求1或2所述的光傳感裝置，其特征在于， 還具備配置在上述光軸上的準直透鏡。6.如權(quán)利要求1或2所述的光傳感裝置，其特征在于， 透射了上述區(qū)域的上述光的束徑是200μηι以上且20mm以下。7.如權(quán)利要求1所述的光傳感裝置，其特征在于， 上述至少I個光源具備射出第I波長的光的第I光源及射出第2波長的光的第2光源。8.如權(quán)利要求7所述的光傳感裝置，其特征在于， 在俯視下， 上述第I光源及上述第2光源沿著第I方向配置； 上述區(qū)域是在上述第I方向上具有長軸的橢圓形狀。9.如權(quán)利要求1或2所述的光傳感裝置，其特征在于， 上述至少I個受光部具備多個受光部； 上述多個受光部在上述區(qū)域的周圍在上述區(qū)域的周向上隔開間隔而配置； 上述多個受光部通過上述間隔相互電絕緣。10.如權(quán)利要求1或2所述的光傳感裝置，其特征在于， 上述至少I個受光部具備多個受光部； 上述多個受光部在上述區(qū)域的周圍在上述區(qū)域的徑向上隔開間隔而配置； 上述多個受光部通過上述間隔相互電絕緣。11.如權(quán)利要求1或2所述的光傳感裝置，其特征在于， 上述至少I個光源射出的上述光是脈沖光。12.如權(quán)利要求1或2所述的光傳感裝置，其特征在于， 還具備柔性基板； 上述至少I個光源及上述光檢測器配置在上述柔性基板上。13.如權(quán)利要求1或2所述的光傳感裝置，其特征在于， 還具備運算部； 上述運算部通過對上述電信號進行運算，得到關(guān)于上述對象物的信息。
【文檔編號】G01N21/49GK106092972SQ201610102382
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年2月25日 公開號201610102382.8, CN 106092972 A, CN 106092972A, CN 201610102382, CN-A-106092972, CN106092972 A, CN106092972A, CN201610102382, CN201610102382.8
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