生体センサー装置
【課題】生体センサー装置において、簡易な構成で、照射部で発生する熱を外部に逃がし、例えば血流速度等の生体情報を高精度に検出する。
【解決手段】生体センサー装置は、基板（１１０）と、基板上に配置され、光を生体に照射する照射部（１２０）と、基板上に配置され、照射された光に起因する生体からの光を検出する受光部（１３０）と、基板、照射部及び受光部を収容する筺体（１９０）と、基板を貫通する貫通穴（９０）内に設けられると共に基板よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導率材料から形成された穴内部分（２５１）を含み、照射部及び筺体に接触する熱伝導部（２５０）とを備える。
【解決手段】生体センサー装置は、基板（１１０）と、基板上に配置され、光を生体に照射する照射部（１２０）と、基板上に配置され、照射された光に起因する生体からの光を検出する受光部（１３０）と、基板、照射部及び受光部を収容する筺体（１９０）と、基板を貫通する貫通穴（９０）内に設けられると共に基板よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導率材料から形成された穴内部分（２５１）を含み、照射部及び筺体に接触する熱伝導部（２５０）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば血流速度等の生体情報を測定するための生体センサー装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の生体センサー装置として、レーザー光等の光を生体に照射し、その反射又は散乱の際におけるドップラーシフトによる波長の変化により、生体の血流速度等を算出するものがある（例えば特許文献１及び２参照）。このような生体センサー装置は、典型的には、光を生体に照射するための半導体レーザーと、生体からの光を検出するためのフォトダイオードとが互いに近接して実装された回路基板が筺体内に収容されてなる。また、このような生体センサー装置による血流速度等の測定は、典型的には、筺体が生体（例えば指先）に接触した状態で行われる。
【０００３】
ここで、生体の血流は、生体がおかれた環境の温度に大きく依存することが知られている（例えば非特許文献１参照）。このため、上述したような生体センサー装置によって血流速度を測定する際、半導体レーザーで発生する熱によって生体センサー装置の温度が高くなると、測定対象である生体の血流が変化してしまい、血流速度等を正確に測定できないおそれがある。そこで、半導体レーザーで発生する熱の影響を低減するために、例えば特許文献２では、半導体レーザー（レーザーダイオード）及びフォトダイオードが筺体内に収容されてなるセンサーチップとは別に、光ファイバーによってセンサーチップと接続された光ファイバー保持具を設け、光ファイバー保持具を生体に接触させて血流を測定する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７５４１５号公報
【特許文献２】特開２００８−２７８９８３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】標準生理学第７版、医学書院、ｐ８６９−８７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献２に開示された技術では、半導体レーザーで発生する熱の影響を低減できるが、装置の構成が複雑であるために、装置の製造コストが増大したり、装置の信頼性が低下したりしてしまうおそれがあるという技術的問題点がある。
【０００７】
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、簡易な構成で、例えば半導体レーザー等を含んでなる照射部の熱を外部に効率良く逃がすことができ、例えば血流速度等の生体情報を高精度に検出可能な生体センサー装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の生体センサー装置は上記課題を解決するために、基板と、該基板上に配置され、光を生体に照射する照射部と、前記基板上に配置され、前記照射された光に起因する前記生体からの光を検出する受光部と、前記基板、前記照射部及び前記受光部を収容する筺体と、前記基板を貫通する貫通穴内に設けられた穴内部分を含み、前記照射部及び前記筺体に接触すると共に、前記基板よりも高い熱伝導率を有する熱伝導部とを備える。
【０００９】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施例に係る血流センサープローブの全体構成を示す断面図である。
【図２】第１実施例に係る血流センサープローブの使用方法の一例を示す概念図である。
【図３】第１実施例に係る血流センサープローブの照射部の放熱構成を示す断面図である。
【図４】第１実施例に係る血流センサープローブの一部を拡大して示す上面図である。
【図５】第１実施例における、回路基板を貫通する貫通穴内に設けられた熱伝導部材及び回路基板上における貫通穴の周辺に設けられた周辺メッキ部分の構成を示す上面図である。
【図６】第２実施例に係る血流センサープローブの照射部の放熱構成を示す断面図である。
【図７】第３実施例に係る血流センサープローブの照射部の放熱構成を示す断面図である。
【図８】第４実施例に係る血流センサープローブの照射部の放熱構成を示す断面図である。
【図９】第４実施例における貫通穴内の構成を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
第１実施形態に係る生体センサー装置は上記課題を解決するために、基板と、該基板上に配置され、光を生体に照射する照射部と、前記基板上に配置され、前記照射された光に起因する前記生体からの光を検出する受光部と、前記基板、前記照射部及び前記受光部を収容する筺体と、前記基板を貫通する貫通穴内に設けられると共に前記基板よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導率材料から形成された穴内部分を含み、前記照射部及び前記筺体に接触する熱伝導部とを備える。
【００１３】
本実施形態に係る生体センサー装置によれば、その検出時には、例えば半導体レーザー等を含んでなる照射部によって、例えばレーザー光等の光が、生体の一部（例えば指先）に対して照射される。このように生体に照射された光に起因する生体からの光は、例えば受光素子を含んでなる受光部により検出される。ここに「生体に照射された光に起因する生体からの光」とは、生体において反射、散乱、回折、屈折、透過、ドップラーシフトされた光及びそれらの光による干渉光などの、生体に照射された光に起因する光を意味する。受光部により検出された光に基づいて、生体に係る例えば血流速度等の生体情報を得ることができる。
【００１４】
本実施形態では特に、照射部及び受光部が配置された基板を貫通する貫通穴内に設けられた穴内部分を含み、照射部及び筺体に接触する熱伝導部を備えている。貫通穴は、基板における照射部が配置された一方の面から該一方の面とは異なる他方の面まで貫通するように、一つ又は複数形成される。穴内部分は、例えば、基板よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導率材料（例えば金属、半田など）が貫通穴内に充填されることにより形成される。熱伝導部は、例えば、穴内部分に加えて、基板の一方の面（即ち、照射部が配置された側の面）に、穴内部分を覆うと共に照射部に接触するように形成された部分と、基板の他方の面（即ち、照射部が配置されない側の面）に、穴内部分を覆うと共に筺体に接触するように形成された部分とを含んでなる。
【００１５】
よって、例えば半導体レーザー等を含んでなる照射部の熱を熱伝導部によって筺体に伝達することができる。従って、照射部の熱を、熱伝導部及び筺体を介して外部に効率良く逃がすことができる。即ち、本実施形態に係る生体センサー装置によれば、熱伝導部によって、照射部の放熱性を向上させることができる。これにより、当該生体センサー装置の温度が、照射部で発生する熱によって上昇することを抑制或いは防止できる。この結果、例えば血流速度等の生体情報の検出時に、当該生体センサー装置の温度によって、生体情報が変化してしまうことを低減或いは防止でき、生体情報を高精度に検出することが可能となる。
【００１６】
更に、本実施形態によれば、熱伝導部は、照射部及び受光部が配置された基板を貫通する貫通穴内に設けられた穴内部分を含むという簡易な構成を有しているので、当該生体センサー装置の製造プロセスの複雑化を殆ど或いは全く招くことがない。
【００１７】
加えて、本実施形態によれば、上述したように照射部の熱を熱伝導部及び筺体を介して外部に効率良く逃がすことができるので、例えば半導体レーザーを含んでなる照射部で消費される電力を低減でき、照射部で発生する熱を低減できる。従って、当該生体センサー装置の温度が、照射部で発生する熱によって上昇することを抑制或いは防止できる。尚、半導体レーザーは、一般的には、当該半導体レーザーの温度が高くなるほど、同一の強度のレーザー光を出力するために消費する電力が多くなってしまう。
【００１８】
以上説明したように、本実施形態に係る生体センサー装置によれば、簡易な構成で、例えば半導体レーザー等を含んでなる照射部の熱を外部に効率良く逃がすことができ、例えば血流速度等の生体情報を高精度に検出することが可能となる。
【００１９】
本実施形態に係る生体センサー装置の一態様では、前記熱伝導部は、前記穴内部分の融点よりも低い温度で接着機能を発揮可能な接着材料から形成され、前記照射部を前記基板に接着させる接着部分を更に含む。
【００２０】
この態様によれば、熱伝導部の接着部分は、穴内部分の融点よりも低い温度で接着機能を発揮可能な接着材料（例えば半田や銀ペーストなど）から形成されているので、製造プロセスにおいて、接着部分によって照射部を基板に接着するために接着部分を加熱する際、接着部分の熱によって穴内部分が融解してしまうことを抑制或いは防止できる。従って、生体センサー装置の信頼性を高めることができる。
【００２１】
本実施形態に係る生体センサー装置の他の態様では、前記熱伝導部は、前記筺体及び前記穴内部分を密着させる密着部分を更に含む。
【００２２】
この態様によれば、例えばシリコングリス等からなる密着部分によって、筺体と穴内部分とを互いに密着させることができるので、照射部の熱を、穴内部分及び密着部分を介して筺体により確実に伝達することができる。よって、照射部の熱を、熱伝導部及び筺体を介して外部により効率良く逃がすことができる。
【００２３】
本実施形態に係る生体センサー装置の他の態様では、前記熱伝導部は、前記貫通穴の内面を少なくとも部分的に覆う金属膜を更に含む。
【００２４】
この態様によれば、貫通穴の内面を少なくとも部分的に覆うように例えば金（Ａｕ）等からなる金属膜が設けられているので、製造プロセスにおいて、例えば貫通穴内に半田（例えば錫と鉛との合金）を充填することにより、穴内部分を容易に形成することが可能となる。即ち、貫通穴の内面を少なくとも部分的に覆う金属膜によって、例えば貫通穴の内面の半田ぬれ性を高めることができ、穴内部分を例えば半田から容易に形成することが可能となる。
【００２５】
上述した熱伝導部が金属膜を含む態様では、前記金属膜は、前記貫通穴の内面を覆う第１部分と、該第１部分から前記基板上における前記貫通穴の周辺を覆うように延在する第２部分とを有していてもよい。
【００２６】
この場合には、金属膜の第２部分を、直接或いは上述した接着部分を介して照射部に接触させることができるので、照射部の熱を金属膜によって筺体側に伝達する効率を高めることができる。従って、照射部の熱を熱伝導部及び筺体を介して外部により効率良く逃がすことができる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の実施例について図を参照しつつ説明する。尚、以下の実施例では、本発明の生体センサー装置の一例である血流センサープローブを例にとる。
【００２８】
＜第１実施例＞
第１実施例に係る血流センサープローブについて、図１から図５を参照して説明する。
【００２９】
先ず、本実施例に係る血流センサープローブの全体構成について、図１を参照して説明する。
【００３０】
図１は、本実施例に係る血流センサープローブの全体構成を示す断面図である。
【００３１】
図１において、本実施例に係る血流センサープローブ１００は、レーザーダイオード１２１からレーザー光を生体（例えば指先）に照射し、生体において反射又は散乱された光をフォトダイオード１３０によって検出することにより、生体の血流速度を検出することが可能に構成された血流センサープローブである。より具体的には、血流センサープローブ１００は、生体において反射又は散乱された光のドップラーシフト量を算出することにより、血流速度を算出することが可能に構成されている。
【００３２】
図１に示すように、血流センサープローブ１００は、回路基板１１０と、レーザーダイオード１２１を含んでなる照射部１２０と、フォトダイオード１３０と、反射部１４０と、周辺回路部１５０と、外部接続部１６０と、ケース１９０とを備えている。
【００３３】
回路基板１１０は、本発明に係る「基板」の一例であり、所定の配線パターンが形成されたプリント配線板である。回路基板１１０上には、照射部１２０、フォトダイオード１３０、反射部１４０及び周辺回路部１５０が配置されている。尚、後に詳細に説明するが、回路基板１１０には貫通穴が複数形成されており、これら貫通穴内に熱伝導部材２５１が設けられている。
【００３４】
照射部１２０は、レーザーダイオード１２１と、サブマウント１２２とを含んでなる。
【００３５】
レーザーダイオード１２１は、例えばＦＰ（Fabry-Perot）レーザー、ＤＦＢ（Distributed Feed-Back）レーザー等である端面発光型の半導体レーザーであり、レーザー光を回路基板１１０の基板面に沿って反射部１４０に向けて出射する。レーザーダイオード１２１は、例えばセラミック等からなるサブマウント１２２を介して回路基板１１０に実装されている。レーザーダイオード１２１は、後述する周辺回路部１５０に含まれるレーザーダイオードドライブ回路に電気的に接続されている。尚、後述する図４に示すように、レーザーダイオード１２１は、回路基板１１０上に設けられた電極３１０に、ワイヤー配線４１０によって電気的に接続されている。また、サブマウント１２２は、回路基板１１０上に設けられた電極３２０に、ワイヤー配線４２０によって電気的に接続されている。
【００３６】
尚、照射部１２０は、サブマウント１２２を含んでいなくてもよい。即ち、レーザーダイオード１２１は、サブマウント１２２を介さずに、回路基板１１０に直接実装されてもよい。
【００３７】
反射部１４０は、例えば、金属反射膜（例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等の高い反射率を有する金属を含む膜）が形成された斜面を有する部材である。反射部１４０は、レーザーダイオード１２１から出射された光を、ケース１９０に設けられた窓部１９２に向かうように反射することが可能に構成されている。反射部１４０によって、レーザーダイオード１２１から回路基板１１０の基板面に沿って出射された光を、ケース１９０に設けられた窓部１９２を介して外部に出射させることができる。これにより、血流センサープローブ１００による血流速度の測定の際に、レーザーダイオード１２１から回路基板１１０の基板面に沿って出射された光を、回路基板１１０の基板面に対向するように（つまり、図１において回路基板１１０の上方に）配置される例えば指先である生体５０１（図２参照）に確実に入射させることができる。また、レーザーダイオード１２１は面発光型のレーザーを使用することができる。その場合、反射部１４０を用いなくとも、回路基板１１０の基板面に対向するように（つまり、図１において回路基板１１０の上方に）配置される例えば指先である生体５０１（図２参照）にレーザーダイオード１２１からの光を確実に入射させることができる。尚、矢印Ｐ１は、レーザーダイオード１２１から出射された光が反射部１４０によって反射されて生体５０１（図２参照）に向かう光を概念的に示している。また、矢印Ｐ２は、生体５０１（図２参照）により反射又は散乱されてフォトダイオード１３０に入射する光を概念的に示している。
【００３８】
フォトダイオード１３０は、本発明に係る「受光部」の一例であり、生体５０１（図２参照）により反射又は散乱された光を検出する光検出器として機能する。具体的には、フォトダイオード１３０は、光を電気信号に変換することにより光の強度に関する情報を得ることができる。フォトダイオード１３０で受光された光は電気信号に変換され、ワイヤー配線（図示省略）やフォトダイオード１３０の底面に形成された電極（図示省略）等を介して、後述する周辺回路部１５０に含まれるアンプ回路に入力される。
【００３９】
周辺回路部１５０は、レーザーダイオード１２１の駆動を制御するレーザーダイオードドライブ回路やフォトダイオード１３０によって得られた電気信号を増幅するアンプ回路などを含んでなる回路部である。周辺回路部１５０は、例えば複数の配線を含んでなる外部接続部１６０を介して外部回路（例えばＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換器や血流速度用ＤＳＰ（Digital Signal Processor）など）に電気的に接続される。
【００４０】
ケース１９０は、照射部１２０、フォトダイオード１３０、反射部１４０、周辺回路部１５０等が設けられた回路基板１１０を収容する筐体である。ケース１９０は、遮光性の樹脂（例えば遮光性の顔料やメタルパウダーを分散させたアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、尿素樹脂等）、または金属（例えばアルミ）、または樹脂と金属とを組み合わせた複合物からなる本体部１９１と、レーザーダイオード１２１からの光に対して透明な樹脂又はガラスからなる窓部１９２とを有している。窓部１９２は、本体部１９１に開口された開口部内に、レーザーダイオード１２１からの光に対して透明な樹脂又はガラスが充填されることにより形成される。ケース１９０の本体部１９１における回路基板１１０の裏面（即ち、回路基板１１０における照射部１２０が設けられている基板面とは反対側の基板面）に対向する底部分には、その一部が回路基板１１０側に突出するように突出部１９５が形成されている。突出部１９５は、図３を参照して後述する密着部材２５２を介して熱伝導部材２５１に密着している。
【００４１】
次に、血流センサープローブ１００による血流速度の測定について、図１及び図２を参照して説明する。
【００４２】
図２は、血流センサープローブ１００の使用方法の一例を示す概念図である。
【００４３】
図２に示すように、血流センサープローブ１００は、例えば指先等である生体５０１に対して、レーザーダイオード１２１からの所定波長のレーザー光を照射することにより血流速度を測定する。血流センサープローブ１００による血流速度の測定は、ケース１９０（図１参照）が生体５０１に接触した状態で行われる。
【００４４】
生体５０１に照射されたレーザー光は、その波長に応じた深度まで浸透し、生体５０１の毛細血管等の血管中を流れる血液や例えば表皮等を構成する皮膚細胞などの生体組織により反射又は散乱される。尚、矢印Ｐ１は、血流センサープローブ１００から生体５０１に向かう光を概念的に示している。また、矢印Ｐ２は、生体５０１により反射又は散乱されて血流センサープローブ１００に入射する光を概念的に示している。そして、血管中を流れる赤血球によって反射又は散乱された光にはドップラーシフトが起こり、赤血球の移動速度、つまり血液の流れる速度（即ち、血流速度）に依存して光の波長が変化する。一方、赤血球に対して不動とみなせる皮膚細胞などによって散乱又は反射された光は、波長が変化しない。これらの光が互いに干渉することにより、フォトダイオード１３０（図１参照）においてドップラーシフト量に対応した光ビート信号が検出される。このように検出された光ビート信号に基づいて外部の血流速度用ＤＳＰによって血流速度を算出することができる。尚、具体的には、フォトダイオード１３０によって検出された光ビート信号は、周辺回路部１５０（図１参照）に含まれるアンプ回路によって増幅され、外部のＡ／Ｄ変換器に出力される。Ａ／Ｄ変換器は、アンプ回路から出力される電気信号（即ち、増幅された光ビート信号）をアナログ信号からデジタル信号に変換して、血流速度用ＤＳＰに出力する。血流速度用ＤＳＰは、Ａ／Ｄ変換器から入力されるデジタル信号に対して所定の演算処理を行うことにより、血流速度を算出する。
【００４５】
次に、血流センサープローブ１００に特有な構成である、照射部１２０の熱を外部に逃がす放熱構成について、図３から図５を参照して説明する。
【００４６】
図３は、図１に示した血流センサープローブ１００の一部を拡大して示す拡大断面図であり、血流センサープローブ１００の照射部１２０の放熱構成を示す断面図である。図４は、図１に示した血流センサープローブ１００の一部を拡大して示す上面図である。尚、図３においては、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、該各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。また、図３は、図４のＡ−Ａ’線での断面図である。図４では、ケース部１９０の図示を省略している。
【００４７】
図３に示すように、本実施例では特に、血流センサープローブ１００は、熱伝導部材２５１と、密着部材２５２と、メッキ部２５３と、接着部材２５４とを含んでなる熱伝導部２５０を備えている。
【００４８】
図５は、回路基板１１０を貫通する貫通穴９０内に設けられた熱伝導部材２５１及び回路基板１１０上における貫通穴９０の周辺に設けられた周辺メッキ部分２５３ｂの構成を示す上面図である。
【００４９】
図３から図５において、熱伝導部材２５１は、本発明に係る「穴内部分」の一例であり、回路基板１１０を貫通する貫通穴９０内に、回路基板１１０よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導材料の一例である半田（例えば、錫（Ｓｎ）と鉛（Ｐｂ）との合金）が充填されることにより形成されている。貫通穴９０は、回路基板１１０における照射部１２０が設けられている基板面から回路基板１１０の裏面（即ち、回路基板１１０における照射部１２０が設けられている基板面とは反対側の基板面）に向かうように回路基板１１０を貫通している。貫通穴９０は、回路基板１１０における照射部１２０が配置される領域を含む領域に複数形成されている。
【００５０】
密着部材２５２は、本発明に係る「密着部分」の一例であり、シリコングリスからなる。密着部材２５２は、回路基板１１０の裏面に複数の熱伝導部材２５１を覆うように設けられ、複数の熱伝導部材２５１とケース１９０の突出部１９５とを密着させる。
【００５１】
メッキ部２５３は、本発明に係る「金属膜」の一例であり、金（Ａｕ）メッキからなる。メッキ部２５３は、貫通穴９０の内面を覆う穴内メッキ部分２５３ａと、この穴内メッキ部分２５３ａから回路基板１１０上における貫通穴９０の周辺を覆うように延在する周辺メッキ部分２５３ｂとを有している。尚、穴内メッキ部分２５３ａは本発明に係る「第１部分」の一例であり、周辺メッキ部分２５３ｂは本発明に係る「第２部分」の一例である。
【００５２】
接着部材２５４は、本発明に係る「接着部分」の一例であり、熱伝導部材２５１よりも低い融点を有する低融点材料であるＳｎ−Ｂｉ半田（即ち、ビスマスが添加された半田、つまり、錫（Ｓｎ）とビスマス（Ｂｉ）とを含む合金）からなる。尚、Ｓｎ−Ｂｉ半田は、本発明に係る「接着材料」の一例である。接着部材２５４は、熱伝導部材２５１よりも低い融点を有する低融点材料に代えて、熱伝導部材２５１よりも低い温度で硬化する接着材料（例えば銀ペースト）を用いることも可能である。接着部材２５４は、回路基板１１０上における照射部１２０が配置される領域に設けられており、照射部１２０（より具体的には、サブマウント１２２）を回路基板１１０に接着させる。接着部材２５４は、照射部１２０（より具体的には、サブマウント１２２）と、回路基板１１０上における照射部１２０が配置される領域に形成された貫通穴９０内の熱伝導部材２５１と、周辺メッキ部分２５３ｂの一部に接触している。
【００５３】
このように構成された熱伝導部２５０によれば、レーザーダイオード１２１を含んでなる照射部１２０の熱をケース１９０に伝達することができる。即ち、回路基板１１０上に設けられたレーザーダイオード１２１で発生する熱を、熱伝導部２５０（即ち、接着部材２５４、メッキ部２５３、熱伝導部材２５１及び密着部材２５２）によって、回路基板１１０の裏面側に位置するケース１９０の突出部１９５に伝達することができる。従って、照射部１２０の熱（即ち、レーザーダイオード１２１で発生する熱）を、熱伝導部２５０及びケース１９０を介して外部に効率良く逃がすことができる。即ち、本実施例に係る血流センサープローブ１００によれば、熱伝導部２５０によって、レーザーダイオード１２１の放熱性を向上させることができる。これにより、血流センサープローブ１００の温度が、レーザーダイオード１２１で発生する熱によって上昇することを抑制或いは防止できる。この結果、血流センサープローブ１００による血流速度の測定時に、血流センサープローブ１００の温度によって、血流速度が変化してしまうことを低減或いは防止でき、血流速度を高精度に検出することが可能となる。
【００５４】
更に、本実施例によれば、熱伝導部２５０は、回路基板１１０を貫通する貫通穴９０内に設けられた熱伝導部材２５１と、密着部材２５２と、メッキ部２５３と、接着部材２５４とを含んでなるという簡易な構成を有しているので、血流センサープローブ１００の製造プロセスの複雑化を殆ど招くことがない。
【００５５】
加えて、本実施例によれば、上述したようにレーザーダイオード１２１の熱を熱伝導部２５０及びケース１９０を介して外部に効率良く逃がすことができるので、レーザーダイオード１２１で消費される電力を低減でき、レーザーダイオード１２１で発生する熱を低減できる。従って、血流センサープローブ１００の温度が、レーザーダイオード１２１で発生する熱によって上昇することを抑制或いは防止できる。
【００５６】
図３において、本実施例では特に、上述したように、熱伝導部２５０の接着部材２５４は、熱伝導部材２５１よりも低い融点を有する低融点材料であり、熱伝導部材２５４の融点よりも低い温度で接着機能を発揮可能な接着材料であるＳｎ−Ｂｉ半田からなる。よって、製造プロセスにおいて、接着部材２５４によって照射部１２０（より具体的には、サブマウント１２２）を回路基板１１０に接着するために接着部材２５４を加熱することにより一旦融解させる際、貫通穴９０内に設けられた熱伝導部材２５１が接着部材２５４の熱によって融解してしまうことを抑制或いは防止できる。従って、血流センサープローブ１００の信頼性を高めることができる。尚、接着部材２５４は、熱伝導部材２５１の融点よりも低い温度で接着機能を発揮可能な接着材料から形成されればよく、例えば銀ペーストなどの熱硬化型の接着材料から形成されてもよい。この場合にも、製造プロセスにおいて、接着部材２５４によって照射部１２０を回路基板１１０に接着するために接着部材２５４を加熱することにより硬化させる際、貫通穴９０内に設けられた熱伝導部材２５１が接着部材２５４の熱によって融解してしまうことを抑制或いは防止できる。
【００５７】
更に、本実施例では特に、ケース１９０の突出部１９５と貫通穴９０内に設けられた熱伝導部材２５１とが、シリコングリスからなる密着部材２５２によって互いに密着されている。よって、照射部１２０の熱を、熱伝導部材２５１及び密着部材２５２を介してケース１９０に確実に伝達することができる。従って、照射部１２０の熱を、熱伝導部２５０及びケース１９０を介して外部により効率良く逃がすことができる。
【００５８】
加えて、本実施例では特に、貫通穴９０の内面を覆うようにＡｕメッキからなる穴内メッキ部分２５３ａが設けられているので、製造プロセスにおいて、貫通穴９０内に半田からなる熱伝導部材２５１を容易に形成することが可能となる。即ち、貫通穴９０の内面を覆う穴内メッキ部分２５３ａによって、貫通穴９０の内面の半田ぬれ性を高めることができ、貫通穴９０内に半田を充填することにより熱伝導部材２５１を容易に形成することが可能となる。
【００５９】
更に加えて、本実施例では特に、メッキ部２５３は、穴内メッキ部分２５３に加えて、回路基板１１０上における貫通穴９０の周辺を覆うように周辺メッキ部分２５３ｂを有している。よって、周辺メッキ部分２５３ｂを接着部材２５４を介して照射部１２０に接触させることができるので、照射部１２０の熱をメッキ部２５３によってケース１９０側に伝達する効率を高めることができる。従って、照射部１２０の熱を熱伝導部２５０及びケース１９０を介して外部により効率良く逃がすことができる。
【００６０】
以上説明したように、本実施例に係る血流センサープローブ１００によれば、簡易な構成で、レーザーダイオード１２１を含んでなる照射部１２０の熱を外部に効率良く逃がすことができ、血流速度を高精度に検出することが可能となる。
【００６１】
＜第２実施例＞
次に、第２実施例に係る血流センサープローブについて、図６を参照して説明する。
【００６２】
図６は、第２実施例に係る血流センサープローブの照射部の放熱構成を示す断面図であり、上述した図３と同趣旨の断面図である。尚、図６において、図１から図５に示した第１実施例に係る構成要素と同様の構成要素に同一の参照符合を付し、それらの説明は適宜省略する。
【００６３】
図６において、第２実施例に係る血流センサープローブ１０２は、照射部１２０が貫通穴９０に重ならないように回路基板１１０上に配置されている点で、上述した第１実施例に係る血流センサープローブ１００と異なり、その他の点については上述した第１実施例に係る血流センサープローブ１００と概ね同様に構成されている。
【００６４】
図６に示すように、本実施例では、照射部１２０は、複数の貫通穴９０に重ならないように回路基板１１０上に配置されている。即ち、照射部１２０は、回路基板１１０上における複数の貫通穴９０が形成された領域の周辺に位置する周辺領域に配置されている。つまり、照射部１２０は、回路基板１１０における複数の貫通穴９０の直上からずれた位置に配置されている。照射部１２０は、回路基板１１０上の周辺領域に設けられたメッキ部２５３（より具体的には、周辺メッキ部分２５３ｂ）に接着部材２５４によって接着されている。
【００６５】
よって、照射部１２０を接着部材２５４によって回路基板１１０に確実に接着することができる。即ち、上述した第１実施例のように、照射部１２０を複数の貫通穴９０に重なるように回路基板１１０上に配置する場合と比較して、照射部１２０を回路基板１１０の平坦な基板面上に配置することができるので、照射部１２０を接着部材２５４によって回路基板１１０に確実に接着することができる。言い換えれば、本実施例によれば、製造プロセスにおいて、回路基板１１０に複数の貫通穴９０を形成し、これら貫通穴９０内に熱伝導部材２５１を設ける際、熱伝導部材２５１における照射部１２０が配置される側の平坦性を考慮する必要がなく、実践上有利である。
【００６６】
＜第３実施例＞
次に、第３実施例に係る血流センサープローブについて、図７を参照して説明する。
【００６７】
図７は、第３実施例に係る血流センサープローブの照射部の放熱構成を示す断面図であり、上述した図３と同趣旨の断面図である。尚、図７において、図１から図５に示した第１実施例に係る構成要素と同様の構成要素に同一の参照符合を付し、それらの説明は適宜省略する。
【００６８】
図７において、第３実施例に係る血流センサープローブ１０３は、熱伝導部２５０が、複数の熱伝導部材２５１を互いに接続する接続部２５１ｂを更に含んでなる点で、上述した第１実施例に係る血流センサープローブ１００と異なり、その他の点については上述した第１実施例に係る血流センサープローブ１００と概ね同様に構成されている。
【００６９】
図７に示すように、本実施例では、複数の熱伝導部材２５１は、接続部２５１ｂによって互いに接続されている。接続部２５１ｂは、互いに隣り合う貫通穴９０を繋ぐように回路基板１１０の裏面に形成された溝９１内に、半田が充填されることにより形成されている。即ち、製造プロセスにおいて、回路基板１１０に貫通穴９０及び溝９１が形成された後に、貫通穴９０及び溝９１に半田が充填されることにより、熱伝導部材２５１及び接続部２５１ｂが形成される。
【００７０】
よって、接続部２５１ｂによって複数の熱伝導部材２５１間で熱を伝達させることができる。従って、熱伝導部２５０の熱の流れやすさを高めることができる。これにより、照射部１２０の熱を、熱伝導部２５０によってケース１９０により効率良く伝達することができる。
【００７１】
＜第４実施例＞
次に、第４実施例に係る血流センサープローブについて、図８及び図９を参照して説明する。
【００７２】
図８は、第４実施例に係る血流センサープローブの照射部の放熱構成を示す断面図であり、上述した図３と同趣旨の断面図である。尚、図８において、図１から図５に示した第１実施例に係る構成要素と同様の構成要素に同一の参照符合を付し、それらの説明は適宜省略する。
【００７３】
図８において、第４実施例に係る血流センサープローブ１０４は、熱伝導部材２５１が貫通穴９０の内面に沿って形成されている点で、上述した第１実施例に係る血流センサープローブ１００と異なり、その他の点については上述した第１実施例に係る血流センサープローブ１００と概ね同様に構成されている。
【００７４】
図９は、本実施例における貫通穴９０内の構成を示す上面図である。
【００７５】
図８及び図９に示すように、本実施例では、熱伝導部材２５１が貫通穴９０の内面に沿って形成されており、貫通穴９０の中央に熱伝導部材２５１が形成されない未形成部分８０が設けられている。
【００７６】
本実施例のように未形成部分８０が設けられる場合であっても、貫通穴９０の内面に沿って形成された熱伝導部材２５１によって、照射部１２０の熱を回路基板１１０の裏面側に位置するケース１９０の突出部１９５に確実に伝達することができる。
【００７７】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う生体センサー装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７８】
９０…貫通穴、１１０…回路基板、１２０…照射部、１２１…レーザーダイオード、１２２…サブマウント、１３０…フォトダイオード、１４０…反射部、１５０…周辺回路部、１９０…ケース、１９５…突出部、２５１…熱伝導部材、２５２…密着部材、２５３…メッキ部、２５３ａ…穴内メッキ部分、２５３ｂ…周辺メッキ部分、２５４…接着部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば血流速度等の生体情報を測定するための生体センサー装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の生体センサー装置として、レーザー光等の光を生体に照射し、その反射又は散乱の際におけるドップラーシフトによる波長の変化により、生体の血流速度等を算出するものがある（例えば特許文献１及び２参照）。このような生体センサー装置は、典型的には、光を生体に照射するための半導体レーザーと、生体からの光を検出するためのフォトダイオードとが互いに近接して実装された回路基板が筺体内に収容されてなる。また、このような生体センサー装置による血流速度等の測定は、典型的には、筺体が生体（例えば指先）に接触した状態で行われる。
【０００３】
ここで、生体の血流は、生体がおかれた環境の温度に大きく依存することが知られている（例えば非特許文献１参照）。このため、上述したような生体センサー装置によって血流速度を測定する際、半導体レーザーで発生する熱によって生体センサー装置の温度が高くなると、測定対象である生体の血流が変化してしまい、血流速度等を正確に測定できないおそれがある。そこで、半導体レーザーで発生する熱の影響を低減するために、例えば特許文献２では、半導体レーザー（レーザーダイオード）及びフォトダイオードが筺体内に収容されてなるセンサーチップとは別に、光ファイバーによってセンサーチップと接続された光ファイバー保持具を設け、光ファイバー保持具を生体に接触させて血流を測定する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７５４１５号公報
【特許文献２】特開２００８−２７８９８３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】標準生理学第７版、医学書院、ｐ８６９−８７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献２に開示された技術では、半導体レーザーで発生する熱の影響を低減できるが、装置の構成が複雑であるために、装置の製造コストが増大したり、装置の信頼性が低下したりしてしまうおそれがあるという技術的問題点がある。
【０００７】
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、簡易な構成で、例えば半導体レーザー等を含んでなる照射部の熱を外部に効率良く逃がすことができ、例えば血流速度等の生体情報を高精度に検出可能な生体センサー装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の生体センサー装置は上記課題を解決するために、基板と、該基板上に配置され、光を生体に照射する照射部と、前記基板上に配置され、前記照射された光に起因する前記生体からの光を検出する受光部と、前記基板、前記照射部及び前記受光部を収容する筺体と、前記基板を貫通する貫通穴内に設けられた穴内部分を含み、前記照射部及び前記筺体に接触すると共に、前記基板よりも高い熱伝導率を有する熱伝導部とを備える。
【０００９】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施例に係る血流センサープローブの全体構成を示す断面図である。
【図２】第１実施例に係る血流センサープローブの使用方法の一例を示す概念図である。
【図３】第１実施例に係る血流センサープローブの照射部の放熱構成を示す断面図である。
【図４】第１実施例に係る血流センサープローブの一部を拡大して示す上面図である。
【図５】第１実施例における、回路基板を貫通する貫通穴内に設けられた熱伝導部材及び回路基板上における貫通穴の周辺に設けられた周辺メッキ部分の構成を示す上面図である。
【図６】第２実施例に係る血流センサープローブの照射部の放熱構成を示す断面図である。
【図７】第３実施例に係る血流センサープローブの照射部の放熱構成を示す断面図である。
【図８】第４実施例に係る血流センサープローブの照射部の放熱構成を示す断面図である。
【図９】第４実施例における貫通穴内の構成を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
第１実施形態に係る生体センサー装置は上記課題を解決するために、基板と、該基板上に配置され、光を生体に照射する照射部と、前記基板上に配置され、前記照射された光に起因する前記生体からの光を検出する受光部と、前記基板、前記照射部及び前記受光部を収容する筺体と、前記基板を貫通する貫通穴内に設けられると共に前記基板よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導率材料から形成された穴内部分を含み、前記照射部及び前記筺体に接触する熱伝導部とを備える。
【００１３】
本実施形態に係る生体センサー装置によれば、その検出時には、例えば半導体レーザー等を含んでなる照射部によって、例えばレーザー光等の光が、生体の一部（例えば指先）に対して照射される。このように生体に照射された光に起因する生体からの光は、例えば受光素子を含んでなる受光部により検出される。ここに「生体に照射された光に起因する生体からの光」とは、生体において反射、散乱、回折、屈折、透過、ドップラーシフトされた光及びそれらの光による干渉光などの、生体に照射された光に起因する光を意味する。受光部により検出された光に基づいて、生体に係る例えば血流速度等の生体情報を得ることができる。
【００１４】
本実施形態では特に、照射部及び受光部が配置された基板を貫通する貫通穴内に設けられた穴内部分を含み、照射部及び筺体に接触する熱伝導部を備えている。貫通穴は、基板における照射部が配置された一方の面から該一方の面とは異なる他方の面まで貫通するように、一つ又は複数形成される。穴内部分は、例えば、基板よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導率材料（例えば金属、半田など）が貫通穴内に充填されることにより形成される。熱伝導部は、例えば、穴内部分に加えて、基板の一方の面（即ち、照射部が配置された側の面）に、穴内部分を覆うと共に照射部に接触するように形成された部分と、基板の他方の面（即ち、照射部が配置されない側の面）に、穴内部分を覆うと共に筺体に接触するように形成された部分とを含んでなる。
【００１５】
よって、例えば半導体レーザー等を含んでなる照射部の熱を熱伝導部によって筺体に伝達することができる。従って、照射部の熱を、熱伝導部及び筺体を介して外部に効率良く逃がすことができる。即ち、本実施形態に係る生体センサー装置によれば、熱伝導部によって、照射部の放熱性を向上させることができる。これにより、当該生体センサー装置の温度が、照射部で発生する熱によって上昇することを抑制或いは防止できる。この結果、例えば血流速度等の生体情報の検出時に、当該生体センサー装置の温度によって、生体情報が変化してしまうことを低減或いは防止でき、生体情報を高精度に検出することが可能となる。
【００１６】
更に、本実施形態によれば、熱伝導部は、照射部及び受光部が配置された基板を貫通する貫通穴内に設けられた穴内部分を含むという簡易な構成を有しているので、当該生体センサー装置の製造プロセスの複雑化を殆ど或いは全く招くことがない。
【００１７】
加えて、本実施形態によれば、上述したように照射部の熱を熱伝導部及び筺体を介して外部に効率良く逃がすことができるので、例えば半導体レーザーを含んでなる照射部で消費される電力を低減でき、照射部で発生する熱を低減できる。従って、当該生体センサー装置の温度が、照射部で発生する熱によって上昇することを抑制或いは防止できる。尚、半導体レーザーは、一般的には、当該半導体レーザーの温度が高くなるほど、同一の強度のレーザー光を出力するために消費する電力が多くなってしまう。
【００１８】
以上説明したように、本実施形態に係る生体センサー装置によれば、簡易な構成で、例えば半導体レーザー等を含んでなる照射部の熱を外部に効率良く逃がすことができ、例えば血流速度等の生体情報を高精度に検出することが可能となる。
【００１９】
本実施形態に係る生体センサー装置の一態様では、前記熱伝導部は、前記穴内部分の融点よりも低い温度で接着機能を発揮可能な接着材料から形成され、前記照射部を前記基板に接着させる接着部分を更に含む。
【００２０】
この態様によれば、熱伝導部の接着部分は、穴内部分の融点よりも低い温度で接着機能を発揮可能な接着材料（例えば半田や銀ペーストなど）から形成されているので、製造プロセスにおいて、接着部分によって照射部を基板に接着するために接着部分を加熱する際、接着部分の熱によって穴内部分が融解してしまうことを抑制或いは防止できる。従って、生体センサー装置の信頼性を高めることができる。
【００２１】
本実施形態に係る生体センサー装置の他の態様では、前記熱伝導部は、前記筺体及び前記穴内部分を密着させる密着部分を更に含む。
【００２２】
この態様によれば、例えばシリコングリス等からなる密着部分によって、筺体と穴内部分とを互いに密着させることができるので、照射部の熱を、穴内部分及び密着部分を介して筺体により確実に伝達することができる。よって、照射部の熱を、熱伝導部及び筺体を介して外部により効率良く逃がすことができる。
【００２３】
本実施形態に係る生体センサー装置の他の態様では、前記熱伝導部は、前記貫通穴の内面を少なくとも部分的に覆う金属膜を更に含む。
【００２４】
この態様によれば、貫通穴の内面を少なくとも部分的に覆うように例えば金（Ａｕ）等からなる金属膜が設けられているので、製造プロセスにおいて、例えば貫通穴内に半田（例えば錫と鉛との合金）を充填することにより、穴内部分を容易に形成することが可能となる。即ち、貫通穴の内面を少なくとも部分的に覆う金属膜によって、例えば貫通穴の内面の半田ぬれ性を高めることができ、穴内部分を例えば半田から容易に形成することが可能となる。
【００２５】
上述した熱伝導部が金属膜を含む態様では、前記金属膜は、前記貫通穴の内面を覆う第１部分と、該第１部分から前記基板上における前記貫通穴の周辺を覆うように延在する第２部分とを有していてもよい。
【００２６】
この場合には、金属膜の第２部分を、直接或いは上述した接着部分を介して照射部に接触させることができるので、照射部の熱を金属膜によって筺体側に伝達する効率を高めることができる。従って、照射部の熱を熱伝導部及び筺体を介して外部により効率良く逃がすことができる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の実施例について図を参照しつつ説明する。尚、以下の実施例では、本発明の生体センサー装置の一例である血流センサープローブを例にとる。
【００２８】
＜第１実施例＞
第１実施例に係る血流センサープローブについて、図１から図５を参照して説明する。
【００２９】
先ず、本実施例に係る血流センサープローブの全体構成について、図１を参照して説明する。
【００３０】
図１は、本実施例に係る血流センサープローブの全体構成を示す断面図である。
【００３１】
図１において、本実施例に係る血流センサープローブ１００は、レーザーダイオード１２１からレーザー光を生体（例えば指先）に照射し、生体において反射又は散乱された光をフォトダイオード１３０によって検出することにより、生体の血流速度を検出することが可能に構成された血流センサープローブである。より具体的には、血流センサープローブ１００は、生体において反射又は散乱された光のドップラーシフト量を算出することにより、血流速度を算出することが可能に構成されている。
【００３２】
図１に示すように、血流センサープローブ１００は、回路基板１１０と、レーザーダイオード１２１を含んでなる照射部１２０と、フォトダイオード１３０と、反射部１４０と、周辺回路部１５０と、外部接続部１６０と、ケース１９０とを備えている。
【００３３】
回路基板１１０は、本発明に係る「基板」の一例であり、所定の配線パターンが形成されたプリント配線板である。回路基板１１０上には、照射部１２０、フォトダイオード１３０、反射部１４０及び周辺回路部１５０が配置されている。尚、後に詳細に説明するが、回路基板１１０には貫通穴が複数形成されており、これら貫通穴内に熱伝導部材２５１が設けられている。
【００３４】
照射部１２０は、レーザーダイオード１２１と、サブマウント１２２とを含んでなる。
【００３５】
レーザーダイオード１２１は、例えばＦＰ（Fabry-Perot）レーザー、ＤＦＢ（Distributed Feed-Back）レーザー等である端面発光型の半導体レーザーであり、レーザー光を回路基板１１０の基板面に沿って反射部１４０に向けて出射する。レーザーダイオード１２１は、例えばセラミック等からなるサブマウント１２２を介して回路基板１１０に実装されている。レーザーダイオード１２１は、後述する周辺回路部１５０に含まれるレーザーダイオードドライブ回路に電気的に接続されている。尚、後述する図４に示すように、レーザーダイオード１２１は、回路基板１１０上に設けられた電極３１０に、ワイヤー配線４１０によって電気的に接続されている。また、サブマウント１２２は、回路基板１１０上に設けられた電極３２０に、ワイヤー配線４２０によって電気的に接続されている。
【００３６】
尚、照射部１２０は、サブマウント１２２を含んでいなくてもよい。即ち、レーザーダイオード１２１は、サブマウント１２２を介さずに、回路基板１１０に直接実装されてもよい。
【００３７】
反射部１４０は、例えば、金属反射膜（例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等の高い反射率を有する金属を含む膜）が形成された斜面を有する部材である。反射部１４０は、レーザーダイオード１２１から出射された光を、ケース１９０に設けられた窓部１９２に向かうように反射することが可能に構成されている。反射部１４０によって、レーザーダイオード１２１から回路基板１１０の基板面に沿って出射された光を、ケース１９０に設けられた窓部１９２を介して外部に出射させることができる。これにより、血流センサープローブ１００による血流速度の測定の際に、レーザーダイオード１２１から回路基板１１０の基板面に沿って出射された光を、回路基板１１０の基板面に対向するように（つまり、図１において回路基板１１０の上方に）配置される例えば指先である生体５０１（図２参照）に確実に入射させることができる。また、レーザーダイオード１２１は面発光型のレーザーを使用することができる。その場合、反射部１４０を用いなくとも、回路基板１１０の基板面に対向するように（つまり、図１において回路基板１１０の上方に）配置される例えば指先である生体５０１（図２参照）にレーザーダイオード１２１からの光を確実に入射させることができる。尚、矢印Ｐ１は、レーザーダイオード１２１から出射された光が反射部１４０によって反射されて生体５０１（図２参照）に向かう光を概念的に示している。また、矢印Ｐ２は、生体５０１（図２参照）により反射又は散乱されてフォトダイオード１３０に入射する光を概念的に示している。
【００３８】
フォトダイオード１３０は、本発明に係る「受光部」の一例であり、生体５０１（図２参照）により反射又は散乱された光を検出する光検出器として機能する。具体的には、フォトダイオード１３０は、光を電気信号に変換することにより光の強度に関する情報を得ることができる。フォトダイオード１３０で受光された光は電気信号に変換され、ワイヤー配線（図示省略）やフォトダイオード１３０の底面に形成された電極（図示省略）等を介して、後述する周辺回路部１５０に含まれるアンプ回路に入力される。
【００３９】
周辺回路部１５０は、レーザーダイオード１２１の駆動を制御するレーザーダイオードドライブ回路やフォトダイオード１３０によって得られた電気信号を増幅するアンプ回路などを含んでなる回路部である。周辺回路部１５０は、例えば複数の配線を含んでなる外部接続部１６０を介して外部回路（例えばＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換器や血流速度用ＤＳＰ（Digital Signal Processor）など）に電気的に接続される。
【００４０】
ケース１９０は、照射部１２０、フォトダイオード１３０、反射部１４０、周辺回路部１５０等が設けられた回路基板１１０を収容する筐体である。ケース１９０は、遮光性の樹脂（例えば遮光性の顔料やメタルパウダーを分散させたアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、尿素樹脂等）、または金属（例えばアルミ）、または樹脂と金属とを組み合わせた複合物からなる本体部１９１と、レーザーダイオード１２１からの光に対して透明な樹脂又はガラスからなる窓部１９２とを有している。窓部１９２は、本体部１９１に開口された開口部内に、レーザーダイオード１２１からの光に対して透明な樹脂又はガラスが充填されることにより形成される。ケース１９０の本体部１９１における回路基板１１０の裏面（即ち、回路基板１１０における照射部１２０が設けられている基板面とは反対側の基板面）に対向する底部分には、その一部が回路基板１１０側に突出するように突出部１９５が形成されている。突出部１９５は、図３を参照して後述する密着部材２５２を介して熱伝導部材２５１に密着している。
【００４１】
次に、血流センサープローブ１００による血流速度の測定について、図１及び図２を参照して説明する。
【００４２】
図２は、血流センサープローブ１００の使用方法の一例を示す概念図である。
【００４３】
図２に示すように、血流センサープローブ１００は、例えば指先等である生体５０１に対して、レーザーダイオード１２１からの所定波長のレーザー光を照射することにより血流速度を測定する。血流センサープローブ１００による血流速度の測定は、ケース１９０（図１参照）が生体５０１に接触した状態で行われる。
【００４４】
生体５０１に照射されたレーザー光は、その波長に応じた深度まで浸透し、生体５０１の毛細血管等の血管中を流れる血液や例えば表皮等を構成する皮膚細胞などの生体組織により反射又は散乱される。尚、矢印Ｐ１は、血流センサープローブ１００から生体５０１に向かう光を概念的に示している。また、矢印Ｐ２は、生体５０１により反射又は散乱されて血流センサープローブ１００に入射する光を概念的に示している。そして、血管中を流れる赤血球によって反射又は散乱された光にはドップラーシフトが起こり、赤血球の移動速度、つまり血液の流れる速度（即ち、血流速度）に依存して光の波長が変化する。一方、赤血球に対して不動とみなせる皮膚細胞などによって散乱又は反射された光は、波長が変化しない。これらの光が互いに干渉することにより、フォトダイオード１３０（図１参照）においてドップラーシフト量に対応した光ビート信号が検出される。このように検出された光ビート信号に基づいて外部の血流速度用ＤＳＰによって血流速度を算出することができる。尚、具体的には、フォトダイオード１３０によって検出された光ビート信号は、周辺回路部１５０（図１参照）に含まれるアンプ回路によって増幅され、外部のＡ／Ｄ変換器に出力される。Ａ／Ｄ変換器は、アンプ回路から出力される電気信号（即ち、増幅された光ビート信号）をアナログ信号からデジタル信号に変換して、血流速度用ＤＳＰに出力する。血流速度用ＤＳＰは、Ａ／Ｄ変換器から入力されるデジタル信号に対して所定の演算処理を行うことにより、血流速度を算出する。
【００４５】
次に、血流センサープローブ１００に特有な構成である、照射部１２０の熱を外部に逃がす放熱構成について、図３から図５を参照して説明する。
【００４６】
図３は、図１に示した血流センサープローブ１００の一部を拡大して示す拡大断面図であり、血流センサープローブ１００の照射部１２０の放熱構成を示す断面図である。図４は、図１に示した血流センサープローブ１００の一部を拡大して示す上面図である。尚、図３においては、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、該各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。また、図３は、図４のＡ−Ａ’線での断面図である。図４では、ケース部１９０の図示を省略している。
【００４７】
図３に示すように、本実施例では特に、血流センサープローブ１００は、熱伝導部材２５１と、密着部材２５２と、メッキ部２５３と、接着部材２５４とを含んでなる熱伝導部２５０を備えている。
【００４８】
図５は、回路基板１１０を貫通する貫通穴９０内に設けられた熱伝導部材２５１及び回路基板１１０上における貫通穴９０の周辺に設けられた周辺メッキ部分２５３ｂの構成を示す上面図である。
【００４９】
図３から図５において、熱伝導部材２５１は、本発明に係る「穴内部分」の一例であり、回路基板１１０を貫通する貫通穴９０内に、回路基板１１０よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導材料の一例である半田（例えば、錫（Ｓｎ）と鉛（Ｐｂ）との合金）が充填されることにより形成されている。貫通穴９０は、回路基板１１０における照射部１２０が設けられている基板面から回路基板１１０の裏面（即ち、回路基板１１０における照射部１２０が設けられている基板面とは反対側の基板面）に向かうように回路基板１１０を貫通している。貫通穴９０は、回路基板１１０における照射部１２０が配置される領域を含む領域に複数形成されている。
【００５０】
密着部材２５２は、本発明に係る「密着部分」の一例であり、シリコングリスからなる。密着部材２５２は、回路基板１１０の裏面に複数の熱伝導部材２５１を覆うように設けられ、複数の熱伝導部材２５１とケース１９０の突出部１９５とを密着させる。
【００５１】
メッキ部２５３は、本発明に係る「金属膜」の一例であり、金（Ａｕ）メッキからなる。メッキ部２５３は、貫通穴９０の内面を覆う穴内メッキ部分２５３ａと、この穴内メッキ部分２５３ａから回路基板１１０上における貫通穴９０の周辺を覆うように延在する周辺メッキ部分２５３ｂとを有している。尚、穴内メッキ部分２５３ａは本発明に係る「第１部分」の一例であり、周辺メッキ部分２５３ｂは本発明に係る「第２部分」の一例である。
【００５２】
接着部材２５４は、本発明に係る「接着部分」の一例であり、熱伝導部材２５１よりも低い融点を有する低融点材料であるＳｎ−Ｂｉ半田（即ち、ビスマスが添加された半田、つまり、錫（Ｓｎ）とビスマス（Ｂｉ）とを含む合金）からなる。尚、Ｓｎ−Ｂｉ半田は、本発明に係る「接着材料」の一例である。接着部材２５４は、熱伝導部材２５１よりも低い融点を有する低融点材料に代えて、熱伝導部材２５１よりも低い温度で硬化する接着材料（例えば銀ペースト）を用いることも可能である。接着部材２５４は、回路基板１１０上における照射部１２０が配置される領域に設けられており、照射部１２０（より具体的には、サブマウント１２２）を回路基板１１０に接着させる。接着部材２５４は、照射部１２０（より具体的には、サブマウント１２２）と、回路基板１１０上における照射部１２０が配置される領域に形成された貫通穴９０内の熱伝導部材２５１と、周辺メッキ部分２５３ｂの一部に接触している。
【００５３】
このように構成された熱伝導部２５０によれば、レーザーダイオード１２１を含んでなる照射部１２０の熱をケース１９０に伝達することができる。即ち、回路基板１１０上に設けられたレーザーダイオード１２１で発生する熱を、熱伝導部２５０（即ち、接着部材２５４、メッキ部２５３、熱伝導部材２５１及び密着部材２５２）によって、回路基板１１０の裏面側に位置するケース１９０の突出部１９５に伝達することができる。従って、照射部１２０の熱（即ち、レーザーダイオード１２１で発生する熱）を、熱伝導部２５０及びケース１９０を介して外部に効率良く逃がすことができる。即ち、本実施例に係る血流センサープローブ１００によれば、熱伝導部２５０によって、レーザーダイオード１２１の放熱性を向上させることができる。これにより、血流センサープローブ１００の温度が、レーザーダイオード１２１で発生する熱によって上昇することを抑制或いは防止できる。この結果、血流センサープローブ１００による血流速度の測定時に、血流センサープローブ１００の温度によって、血流速度が変化してしまうことを低減或いは防止でき、血流速度を高精度に検出することが可能となる。
【００５４】
更に、本実施例によれば、熱伝導部２５０は、回路基板１１０を貫通する貫通穴９０内に設けられた熱伝導部材２５１と、密着部材２５２と、メッキ部２５３と、接着部材２５４とを含んでなるという簡易な構成を有しているので、血流センサープローブ１００の製造プロセスの複雑化を殆ど招くことがない。
【００５５】
加えて、本実施例によれば、上述したようにレーザーダイオード１２１の熱を熱伝導部２５０及びケース１９０を介して外部に効率良く逃がすことができるので、レーザーダイオード１２１で消費される電力を低減でき、レーザーダイオード１２１で発生する熱を低減できる。従って、血流センサープローブ１００の温度が、レーザーダイオード１２１で発生する熱によって上昇することを抑制或いは防止できる。
【００５６】
図３において、本実施例では特に、上述したように、熱伝導部２５０の接着部材２５４は、熱伝導部材２５１よりも低い融点を有する低融点材料であり、熱伝導部材２５４の融点よりも低い温度で接着機能を発揮可能な接着材料であるＳｎ−Ｂｉ半田からなる。よって、製造プロセスにおいて、接着部材２５４によって照射部１２０（より具体的には、サブマウント１２２）を回路基板１１０に接着するために接着部材２５４を加熱することにより一旦融解させる際、貫通穴９０内に設けられた熱伝導部材２５１が接着部材２５４の熱によって融解してしまうことを抑制或いは防止できる。従って、血流センサープローブ１００の信頼性を高めることができる。尚、接着部材２５４は、熱伝導部材２５１の融点よりも低い温度で接着機能を発揮可能な接着材料から形成されればよく、例えば銀ペーストなどの熱硬化型の接着材料から形成されてもよい。この場合にも、製造プロセスにおいて、接着部材２５４によって照射部１２０を回路基板１１０に接着するために接着部材２５４を加熱することにより硬化させる際、貫通穴９０内に設けられた熱伝導部材２５１が接着部材２５４の熱によって融解してしまうことを抑制或いは防止できる。
【００５７】
更に、本実施例では特に、ケース１９０の突出部１９５と貫通穴９０内に設けられた熱伝導部材２５１とが、シリコングリスからなる密着部材２５２によって互いに密着されている。よって、照射部１２０の熱を、熱伝導部材２５１及び密着部材２５２を介してケース１９０に確実に伝達することができる。従って、照射部１２０の熱を、熱伝導部２５０及びケース１９０を介して外部により効率良く逃がすことができる。
【００５８】
加えて、本実施例では特に、貫通穴９０の内面を覆うようにＡｕメッキからなる穴内メッキ部分２５３ａが設けられているので、製造プロセスにおいて、貫通穴９０内に半田からなる熱伝導部材２５１を容易に形成することが可能となる。即ち、貫通穴９０の内面を覆う穴内メッキ部分２５３ａによって、貫通穴９０の内面の半田ぬれ性を高めることができ、貫通穴９０内に半田を充填することにより熱伝導部材２５１を容易に形成することが可能となる。
【００５９】
更に加えて、本実施例では特に、メッキ部２５３は、穴内メッキ部分２５３に加えて、回路基板１１０上における貫通穴９０の周辺を覆うように周辺メッキ部分２５３ｂを有している。よって、周辺メッキ部分２５３ｂを接着部材２５４を介して照射部１２０に接触させることができるので、照射部１２０の熱をメッキ部２５３によってケース１９０側に伝達する効率を高めることができる。従って、照射部１２０の熱を熱伝導部２５０及びケース１９０を介して外部により効率良く逃がすことができる。
【００６０】
以上説明したように、本実施例に係る血流センサープローブ１００によれば、簡易な構成で、レーザーダイオード１２１を含んでなる照射部１２０の熱を外部に効率良く逃がすことができ、血流速度を高精度に検出することが可能となる。
【００６１】
＜第２実施例＞
次に、第２実施例に係る血流センサープローブについて、図６を参照して説明する。
【００６２】
図６は、第２実施例に係る血流センサープローブの照射部の放熱構成を示す断面図であり、上述した図３と同趣旨の断面図である。尚、図６において、図１から図５に示した第１実施例に係る構成要素と同様の構成要素に同一の参照符合を付し、それらの説明は適宜省略する。
【００６３】
図６において、第２実施例に係る血流センサープローブ１０２は、照射部１２０が貫通穴９０に重ならないように回路基板１１０上に配置されている点で、上述した第１実施例に係る血流センサープローブ１００と異なり、その他の点については上述した第１実施例に係る血流センサープローブ１００と概ね同様に構成されている。
【００６４】
図６に示すように、本実施例では、照射部１２０は、複数の貫通穴９０に重ならないように回路基板１１０上に配置されている。即ち、照射部１２０は、回路基板１１０上における複数の貫通穴９０が形成された領域の周辺に位置する周辺領域に配置されている。つまり、照射部１２０は、回路基板１１０における複数の貫通穴９０の直上からずれた位置に配置されている。照射部１２０は、回路基板１１０上の周辺領域に設けられたメッキ部２５３（より具体的には、周辺メッキ部分２５３ｂ）に接着部材２５４によって接着されている。
【００６５】
よって、照射部１２０を接着部材２５４によって回路基板１１０に確実に接着することができる。即ち、上述した第１実施例のように、照射部１２０を複数の貫通穴９０に重なるように回路基板１１０上に配置する場合と比較して、照射部１２０を回路基板１１０の平坦な基板面上に配置することができるので、照射部１２０を接着部材２５４によって回路基板１１０に確実に接着することができる。言い換えれば、本実施例によれば、製造プロセスにおいて、回路基板１１０に複数の貫通穴９０を形成し、これら貫通穴９０内に熱伝導部材２５１を設ける際、熱伝導部材２５１における照射部１２０が配置される側の平坦性を考慮する必要がなく、実践上有利である。
【００６６】
＜第３実施例＞
次に、第３実施例に係る血流センサープローブについて、図７を参照して説明する。
【００６７】
図７は、第３実施例に係る血流センサープローブの照射部の放熱構成を示す断面図であり、上述した図３と同趣旨の断面図である。尚、図７において、図１から図５に示した第１実施例に係る構成要素と同様の構成要素に同一の参照符合を付し、それらの説明は適宜省略する。
【００６８】
図７において、第３実施例に係る血流センサープローブ１０３は、熱伝導部２５０が、複数の熱伝導部材２５１を互いに接続する接続部２５１ｂを更に含んでなる点で、上述した第１実施例に係る血流センサープローブ１００と異なり、その他の点については上述した第１実施例に係る血流センサープローブ１００と概ね同様に構成されている。
【００６９】
図７に示すように、本実施例では、複数の熱伝導部材２５１は、接続部２５１ｂによって互いに接続されている。接続部２５１ｂは、互いに隣り合う貫通穴９０を繋ぐように回路基板１１０の裏面に形成された溝９１内に、半田が充填されることにより形成されている。即ち、製造プロセスにおいて、回路基板１１０に貫通穴９０及び溝９１が形成された後に、貫通穴９０及び溝９１に半田が充填されることにより、熱伝導部材２５１及び接続部２５１ｂが形成される。
【００７０】
よって、接続部２５１ｂによって複数の熱伝導部材２５１間で熱を伝達させることができる。従って、熱伝導部２５０の熱の流れやすさを高めることができる。これにより、照射部１２０の熱を、熱伝導部２５０によってケース１９０により効率良く伝達することができる。
【００７１】
＜第４実施例＞
次に、第４実施例に係る血流センサープローブについて、図８及び図９を参照して説明する。
【００７２】
図８は、第４実施例に係る血流センサープローブの照射部の放熱構成を示す断面図であり、上述した図３と同趣旨の断面図である。尚、図８において、図１から図５に示した第１実施例に係る構成要素と同様の構成要素に同一の参照符合を付し、それらの説明は適宜省略する。
【００７３】
図８において、第４実施例に係る血流センサープローブ１０４は、熱伝導部材２５１が貫通穴９０の内面に沿って形成されている点で、上述した第１実施例に係る血流センサープローブ１００と異なり、その他の点については上述した第１実施例に係る血流センサープローブ１００と概ね同様に構成されている。
【００７４】
図９は、本実施例における貫通穴９０内の構成を示す上面図である。
【００７５】
図８及び図９に示すように、本実施例では、熱伝導部材２５１が貫通穴９０の内面に沿って形成されており、貫通穴９０の中央に熱伝導部材２５１が形成されない未形成部分８０が設けられている。
【００７６】
本実施例のように未形成部分８０が設けられる場合であっても、貫通穴９０の内面に沿って形成された熱伝導部材２５１によって、照射部１２０の熱を回路基板１１０の裏面側に位置するケース１９０の突出部１９５に確実に伝達することができる。
【００７７】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う生体センサー装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７８】
９０…貫通穴、１１０…回路基板、１２０…照射部、１２１…レーザーダイオード、１２２…サブマウント、１３０…フォトダイオード、１４０…反射部、１５０…周辺回路部、１９０…ケース、１９５…突出部、２５１…熱伝導部材、２５２…密着部材、２５３…メッキ部、２５３ａ…穴内メッキ部分、２５３ｂ…周辺メッキ部分、２５４…接着部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に配置され、光を生体に照射する照射部と、
前記基板上に配置され、前記照射された光に起因する前記生体からの光を検出する受光部と、
前記基板、前記照射部及び前記受光部を収容する筺体と、
前記基板を貫通する貫通穴内に設けられると共に前記基板よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導率材料から形成された穴内部分を含み、前記照射部及び前記筺体に接触する熱伝導部と
を備えることを特徴とする生体センサー装置。
【請求項２】
前記熱伝導部は、前記穴内部分の融点よりも低い温度で接着機能を発揮可能な接着材料から形成され、前記照射部を前記基板に接着させる接着部分を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の生体センサー装置。
【請求項３】
前記熱伝導部は、前記筺体及び前記穴内部分を密着させる密着部分を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の生体センサー装置。
【請求項４】
前記熱伝導部は、前記貫通穴の内面を少なくとも部分的に覆う金属膜を更に含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の生体センサー装置。
【請求項５】
前記金属膜は、前記貫通穴の内面を覆う第１部分と、該第１部分から前記基板上における前記貫通穴の周辺を覆うように延在する第２部分とを有することを特徴とする請求項４に記載の生体センサー装置。
【請求項１】
基板と、
該基板上に配置され、光を生体に照射する照射部と、
前記基板上に配置され、前記照射された光に起因する前記生体からの光を検出する受光部と、
前記基板、前記照射部及び前記受光部を収容する筺体と、
前記基板を貫通する貫通穴内に設けられると共に前記基板よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導率材料から形成された穴内部分を含み、前記照射部及び前記筺体に接触する熱伝導部と
を備えることを特徴とする生体センサー装置。
【請求項２】
前記熱伝導部は、前記穴内部分の融点よりも低い温度で接着機能を発揮可能な接着材料から形成され、前記照射部を前記基板に接着させる接着部分を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の生体センサー装置。
【請求項３】
前記熱伝導部は、前記筺体及び前記穴内部分を密着させる密着部分を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の生体センサー装置。
【請求項４】
前記熱伝導部は、前記貫通穴の内面を少なくとも部分的に覆う金属膜を更に含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の生体センサー装置。
【請求項５】
前記金属膜は、前記貫通穴の内面を覆う第１部分と、該第１部分から前記基板上における前記貫通穴の周辺を覆うように延在する第２部分とを有することを特徴とする請求項４に記載の生体センサー装置。
【図２】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２３９８６５（Ｐ２０１１−２３９８６５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１３０４５（Ｐ２０１０−１１３０４５）
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００００５０１６）パイオニア株式会社 (3,620)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００００５０１６）パイオニア株式会社 (3,620)
【Ｆターム（参考）】
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