專利名稱：光傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光傳感器，更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及用于通過將光從受驗者的一面透射到另一面然后檢測由該受驗者對該透射光吸收量的變化來檢測受驗者的諸如血壓和血色素濃度的信息的光傳感器。
通常已經(jīng)知道這種裝置是在光從手指尖皮膚的一面透射到另一面之后、檢測光在手指的血液中透射(反射)變化并對檢測信號本身加以處理，通過計算來測定脈搏和血壓值。在日本實用新型公開公報60-158803中公開了在所述這種裝置中使用的光傳感器的一個實例。


圖11為上述所公開的光傳感器的透視圖，圖12為圖11所示光傳感器的截面圖，圖13是示出圖11的縛在手指上的光傳感器的截面圖，圖14為用來將光傳感器固定在手指上的固定帶的透視圖。
首先，參考圖11-14，描述常規(guī)的光傳感器8。圖11所示的傳感器8用于將光從手指的一面透射到另一面并檢測通過該手指的透射光強度的變化。軟膜襯底1上的發(fā)光元件2和受光元件3彼此相隔對應(yīng)于手指大小的預(yù)定距離。將透明的軟的透光膜6貼在所述軟膜襯底1上面以蓋住發(fā)光元件和受光元件2和3。
然后，參考圖12-14來描述圖11所示的光傳感器8的使用。光傳感器8纏繞手指7，使得手指(7)的端部夾在發(fā)光元件2和受光元件3之間，如圖12所示。然后，將圖14所示固定帶纏在環(huán)繞手指的傳感器8上。該固定帶9是長方形的，其一端的正面和另一端的反面含有結(jié)構(gòu)粘結(jié)裝置。將該帶9纏繞在光傳感器8上面，將其中一端的正面搭接在另一端的反面，使得該光傳感器8緊固在手指7上。當(dāng)把電能從信號處理裝置的主體(未示出)通過接插件5供給導(dǎo)線4時，發(fā)光元件2發(fā)射光線。該發(fā)射光透過手指7并射向受光元件3。受光元件3接受該光線并將檢測信號通過導(dǎo)線4和接插件5供給信號處理裝置的主體。信號處理裝置檢測這時透射率的變化、處理檢測信號、然后、進(jìn)行計算而測定脈搏及血壓值。
以上傳感器8中所用的發(fā)光元件2通常采用發(fā)光二極管。發(fā)光二極管易于隨外界溫度而改變其發(fā)光的輸出功率和波長。此外，把光傳感器8縛在例如手指7的生物體上，使得該生物體局部缺血或止血，以致降低了手指7的體溫，或者由于血壓升高而使手指7的體溫上升。這樣，發(fā)光元件2的外界溫度改變了、接著，發(fā)光元件的輸出功率或發(fā)光波長隨之改變。然而，為了正確地測量脈搏值、血壓值等等，要求發(fā)光元件2的輸出功率或發(fā)光波長保持不變。
本發(fā)明的目的是提供其中發(fā)光元件的輸出功率或波長不隨外界溫度的變化而變化的光傳感器。
本發(fā)明的另一目的是提供一種光傳感器，用于檢測隨發(fā)光元件溫度變化的光量變化、響應(yīng)其檢測到的輸出信號而控制通過發(fā)光元件的電流，從而對隨發(fā)光元件溫度變化的光量變化進(jìn)行校正。
本發(fā)明的又一目的是提供其中發(fā)光元件輸出功率或波長保持不變、不隨發(fā)光元件或外界溫度而改變的光傳感器，即使將該光傳感器縛在受驗者上。
簡短地說，按照本發(fā)明的光傳感器向受驗者發(fā)射光線、接收來自受驗者的光線、檢測該受驗者對光的吸收量。在這種光傳感器中，向受驗者發(fā)射光線的發(fā)光元件裝在薄膜襯底上，在該薄膜襯底上，第一受光元件與所述發(fā)光元件隔開預(yù)定距離;而第二受光元件裝在所述發(fā)光元件附近。對通過發(fā)光元件的電流加以控制，以便響應(yīng)第二受光元件所接收光的功率校正隨發(fā)光元件溫度變化的光量變化。
所以，根據(jù)本發(fā)明，發(fā)光元件或發(fā)光元件的溫度可保持不變而與受試者的溫度無關(guān)。這使得發(fā)光元件的輸出功率或波長能保持不變，從而得到受試者的正確信息。
按照本發(fā)明的另一方面，至少在發(fā)光元件和受光元件中任一個的附近裝有加熱器和溫度傳感器，或者發(fā)光元件或者受光元件的附近可用這種加熱器來加熱，以使檢測到的溫度保持不變。
所以，在這種情況下，發(fā)光元件或受光元件的溫度能保持不變而與受試者的溫度變化無關(guān)，使得發(fā)光元件的輸出功率或波長保持不變，這樣便得到正確的受試者信息。
根據(jù)以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特征、方面和優(yōu)點會變得更加明確。
圖1A和1B示出包括在本發(fā)明一個實施例中的發(fā)光二極管的一個實例;
圖2是本發(fā)明一個實施例的原理框圖;
圖3是描述本發(fā)明一個實施例的操作的流程圖;
圖4是描述本發(fā)明一個實施例的操作的時序圖;
圖5是說明由發(fā)光二極管的溫度變化引起的發(fā)射光功率的變化的圖;
圖6是說明流過發(fā)光二極管的電流與光電二極管輸出電壓之間關(guān)系的特征曲線圖;
圖7是說明發(fā)光二極管的相對光輸出與溫度的關(guān)系的特征的圖;
圖8A-8C是說明本發(fā)明的另一實施例的視圖，更具體地說，圖8A是該實施例的平面圖，圖8B是其側(cè)視圖以及圖8C是底視圖;
圖9A和圖9B是說明將熱敏電阻裝在發(fā)光二極管散熱片上的一個實例的圖，更具體地說，圖9A是側(cè)視圖，而圖9B是底視圖;
圖10是本發(fā)明另一個實施例的原理框圖;
圖11是說明普通光傳感器的一個實例的視圖;
圖12是圖11所示光傳感器的縱截面視圖;
圖13是將光傳感器縛在手指上的情況下的剖面圖;以及圖14是用于將光傳感器固定在手指上的固定帶的透視圖。
圖1A是包含在本發(fā)明一個實施例中的發(fā)光二極管的一個實例的平面圖，圖1B是其側(cè)視圖。參考圖1A和圖1B，發(fā)光二極管10代替圖10所示普通光傳感器8中的發(fā)光元件2。在襯底12上裝有兩個LED芯片LED1和LED2，在這兩芯片LED1和LED2附近裝有光電二極管PD。光電二極管PD直接從LED芯片的LED1和LED2接收光線。LED芯片LED1和LED2通常也向p-n結(jié)平面以下部分幅射光線，而這種幅射光線被光電二極管PD所接收。
設(shè)置光電二極管PD是為了檢測隨著外界溫度的變化，來自LED芯片LED1和LED2的光量的變化。在襯底12上涂敷透明的環(huán)氧樹脂13以便覆蓋LED芯片LED1和LED2以及光電二極管PD。也可用聚脂樹脂來代替所述環(huán)氧樹脂?？梢詫⒐怆姸O管PD裝在這樣的位置上，即，從LED芯片LED1和LED2幅射出的光線能夠在半球形環(huán)氧樹脂13的內(nèi)壁上被反射并由所述光電二極管PD所接收。此外，可如圖1B所示進(jìn)行以下處理過程。在環(huán)氧樹脂13部分表面上蒸發(fā)銀而形成銀薄膜131。于是，從LED芯片LED1和LED2幅射出的光線必定被銀薄膜131部分反射，由光電二極管PD對該反射光進(jìn)行檢測。
圖2是本發(fā)明一實施例的原理框圖。參考圖2，將由圖1A和1B所示光電二極管PD所接收光的功率供給電流-電壓變換電路14。于是，流過光電二極管PD的電流變換為電壓，再將該電壓供給A/D變換電路15。A/D變換電路15將電壓值變換為數(shù)字值，然后將該數(shù)字值供給CPU16。CPU16與ROM17和RAM18相連接。如以后將描述的圖3所示，預(yù)先將用于對LED芯片LED1和LED2的隨溫度變化的光量變化進(jìn)行校正的程序存儲在ROM17中。CPU16將數(shù)字信號形式的流過LED芯片LED1和LED2的電流值供給A/D變換電路19和20。D/A變換電路19和20將作為電流值的數(shù)字值變換為模擬值并將該模擬值供給恒流電路21和22。恒流電路21將電流供給LED芯片LED1，而恒流電路22將電流供給LED芯片LED2。
圖3是描述本發(fā)明的一個實施例的詳細(xì)操作的流程圖;圖4是所述操作的時序圖;圖5說明發(fā)光二極管的由溫度變化引起的發(fā)光功率的變化;圖6是說明流過發(fā)光二極管的電流與光電二極管的輸出電壓之間的關(guān)系的特征曲線圖;圖7示出發(fā)光二極管的相對光輸出與溫度的關(guān)系的特征曲線。
下面參考圖1A-7來描述本發(fā)明一個實施例的詳細(xì)操作。由于LED芯片LED1和LED2的操作相同，所以，只給出LED芯片LED1操作的描述。將圖4(a)所示的接收光的光電二極管PD的輸出電流iPD1P供給電流-電壓變換電路14，將該電流變換為如圖4(b)所示的電壓VPDIP。然后，由A/D變換電路15將該變換出的電壓變換為數(shù)字信號，供給CPU 16。CPU 16對光電二極管PD的輸出電壓VPD1P進(jìn)行采樣以判定該輸出電壓VPD1P是否低于該光電二極管PD的預(yù)定輸出電壓V1以及是否低于該光電二極管PD的預(yù)定輸出電壓V1以及是否低于該光電二極管PD的所許可的電壓△V1。如果判定VPD1P＞V1+△V1′，那么，CPU 16增加或減小流過LED芯片LED1的電流值i。
假若這樣，就圖6所示的VPD1P和iLEDI的關(guān)系的特性曲線來講，可以獲得在特定溫度下的關(guān)系式為VPD1P＝a·iLEDIP，以便按|VPD1P-V|/a的值來增加或減小電流iLED1的值。在這種情況下，該特定溫度最好選擇在接近人體體溫的35℃-38℃的范圍。
通常，發(fā)光二極管10的發(fā)光功率隨溫度下降而增加或隨溫度升高而減小，如圖7所示。這樣，當(dāng)溫度象圖5(a)所示那樣下降時，發(fā)光二極管10的發(fā)光功率就象圖5(b)所示那樣減小，然而，用于補償所述發(fā)光功率增加量(圖5(C))而減小發(fā)光二極管10的供給電流i，使得發(fā)光功率近似不變從而校正由溫度變化引起的發(fā)光功率的起伏，如圖5(d)所示。
圖8A-8C示出本發(fā)明的另一個實施例，具體地說，圖8A為平面圖，圖8B為側(cè)視圖而圖8C為底視圖。
參考圖8A-8C來描述本發(fā)明這一實施例的結(jié)構(gòu)。在薄膜襯底30的表面的一端裝有作為受光元件的一個實例的光電二極管31。裝光電二極管31的導(dǎo)線端焊接在薄膜襯底30上形成的圖案32上。在薄膜襯底30的表面的另一端裝有作為發(fā)光元件的一個實例的發(fā)光二極管34。該發(fā)光二極管的導(dǎo)線端焊接在薄膜襯底30上形成的圖案35上。在發(fā)光二極管34附近裝有作為溫度檢測裝置的一個實例的熱敏電阻37。在圖案35的左側(cè)形成用于連接電纜的圖案33，36和38。用于光電二極管31的圖案33和圖案32、用于發(fā)光二極管34的圖案36和圖案35，以及用于熱敏電阻37的圖案38分別通過線形圖案電連接。
在薄膜襯底30反面對應(yīng)于發(fā)光二極管34的位置上設(shè)置有作為加熱裝置的一個實例的加熱器39。例如，該加熱器39包含做成細(xì)絲的鎳鉻合金。該加熱器39的兩端與圖案40電連接。
在如上述那樣構(gòu)成的光傳感器中，將在后面描述的圖10所示的處理裝置的主體通過電纜(未示出)連接到發(fā)光二極管34的圖案36、熱敏電阻37的圖案38、光電二極管31的圖案33以及加熱器39的圖案40。
圖9A和9B示出將熱敏電阻37裝在發(fā)光二極管34的散熱片341上的一個實例。發(fā)光二極管34的終端342和熱敏電阻37的終端343固定在散熱片341上。
盡管以上實施例示出了將熱敏電阻37設(shè)置在發(fā)光二極管34附近的實例，但也可將熱敏電阻37和加熱器39裝在與光電二極管31的環(huán)境溫度相關(guān)的光電二極管37的周圍，如圖8B中虛線所示。
圖10是本發(fā)明的上述第二實施例的處理裝置的原理框圖。將圖8A所示的熱敏電阻37的溫度檢測信號加到電流-電壓變換電路41變換為電壓。由A/D變換電路42將該電壓進(jìn)一步變換為加到CPU43的數(shù)字信號。CPU43與ROM44和RAM45相連。ROM44預(yù)定存儲用于響應(yīng)由熱敏電阻37檢測到的溫度而對加熱器39進(jìn)行控制、使得圖8A所示的發(fā)光二極管34的環(huán)境溫度保持不變的程序。RAM45存儲由熱敏電阻37檢測到的溫度數(shù)據(jù)。CPU43按照ROM44中所存儲的程序，響應(yīng)在所檢測到的溫度下的由A/D變換電路42所供給的數(shù)字信號，將流過加熱器39的電流的數(shù)據(jù)送到D/A變換電路46。D/A變換電路46將該數(shù)字信號變換為模擬信號，以便將來自恒流電路47的電流供給加熱器39。
如上所述，按照該實施例，由于至少在發(fā)光二極管34和光電二極管31的任一個的附近裝有熱敏電阻37和加熱器39，使得發(fā)光二極管34和光電二極管31之一的附近可由加熱器37來加熱、以使所檢測的溫度恒定，所以，發(fā)光二極管34或光電二極管31的溫度保持不變而與受試者溫度變化無關(guān)。因此，有可能保持發(fā)光元件的輸出功率和波長不變，從而得到受試者正確的信息。
雖然已經(jīng)詳細(xì)地描述并舉例說明了本發(fā)明，但是，顯然這些描述和說明僅僅是本發(fā)明的例證和實例而不是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的精神和范圍僅受所附權(quán)利要求書的各條款的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于向受試者發(fā)射光線、接收來自該受試者的光線、然后檢測由該受試者所吸收的光量的光傳感器，其特征在于包含薄膜襯底(1)，設(shè)置在所述薄膜襯底上用于將光線射向所述受試者的發(fā)光元件(LED1，LED2)，所述薄膜襯底上與所述發(fā)光元件相隔預(yù)定距離、用于接收來自所述受試者的光線的第一受光元件(3)，設(shè)置在所述發(fā)光元件附近、用于檢測隨所述發(fā)光元件溫度變化的光量變化的第二受光元件(PD)，以及用于按照所述第二受光元件所接收的光線的功率控制流過所述發(fā)光元件的電流，以便校正隨所述發(fā)光元件溫度變化的光量變化的控制裝置(14，15，16)。
2.如權(quán)利要求1的光傳感器，其特征在于所述第二受光元件除了所述發(fā)光元件還包含設(shè)置在所述發(fā)光元件附近的元件，以便能直接接收來自所述發(fā)光元件的光線。
3.如權(quán)利要求2的光傳感器，其特征在于所述發(fā)光元件包含2個LED芯片(LED1，LED2)，分別置于和所述第二受光元件相隔同樣距離的不同位置。
4.如權(quán)利要求2的光傳感器，其特征在于還包括以半球形狀覆蓋設(shè)置于所述薄膜襯底上的所述發(fā)光元件和所述第二受光元件的透明樹脂件(13)。
5.如權(quán)利要求4的光傳感器，其特征在于所述第二受光元件設(shè)置在所述第二受光元件能夠接收到來自所述發(fā)光元件經(jīng)所述樹脂件半賕本內(nèi)壁所反射的部分光線的位置上。
6.如權(quán)利要求5的光傳感器，其特征在于還包括鍍在所述樹脂件表面上的銀蒸發(fā)薄膜(131)。
7.如權(quán)利要求1的光傳感器，其特征在于所述控制裝置包括用于將所述第二受光元件的電流變換為電壓的電流-電壓變換電路(14)，用于將經(jīng)所述電流-電壓變換電路變換出的電壓變換為數(shù)字信號的A/D變換電路(15)，以及響應(yīng)由所述A/D變換電路變換出的數(shù)字信號而判定所述第二受光元件的輸出電壓是否低于預(yù)定電壓并對流過所述發(fā)光元件的電流進(jìn)行控制的中央處理電路(16)。
8.一種對受試者發(fā)射光線、接收來自受試者的光線并檢測由該受試者吸收的光量的光傳感器，其特征在于包括薄膜襯底(30)，設(shè)置在所述襯底主要面上用于將光線射向所述受試者的發(fā)光元件(34)，在所述薄膜襯底上與所述發(fā)光元件隔開預(yù)定距離、用于接受透過所述受試者的光線的受光裝置(31)，裝在所述發(fā)光元件和所述受光元件中至少一個的附近的加熱裝置(39)和測溫裝置(37)，以及用于使所述加熱裝置對所述發(fā)光元件和所述受光元件其中至少一個的附近加溫、以便使由所述測溫裝置所檢測到的溫度保持不變的控制裝置(43)。
9.如權(quán)利要求8的光傳感器，其特征在于所述加熱裝置設(shè)置在所述薄膜襯底的另一主要面上的與所述發(fā)光元件對應(yīng)的位置上。
10.如權(quán)利要求9的光傳感器，其特征在于所述發(fā)光元件包括散熱片(341)以及裝在所述散熱片上的所述測溫裝置。
11.如權(quán)利要求8的光傳感器，其特征在于所述加熱裝置設(shè)置在所述薄膜襯底的另一主要面上的與所述受光元件對應(yīng)的位置上。
全文摘要
本發(fā)明的光傳感器中的發(fā)光元件(10)和受光元件(3)在薄膜襯底(1)上彼此隔開預(yù)定距離。光電二極管(PD)裝在包括在發(fā)光元件中的發(fā)光二極管(LED1，LED2)附近。該光電二極管檢測發(fā)射光量的變化。CPU(16)通過控制流過發(fā)光元件的電流來校正隨發(fā)光元件溫度變化的光量變化。至少在發(fā)光二極管(34)或光電二極管(31)之一附近設(shè)置熱敏電阻(37)及加熱器(39)。CPU(43)響應(yīng)對熱敏電阻輸出的檢測結(jié)果而控制加熱器電流以便至少使發(fā)光元件或受光元件之一的溫度保持不變。
文檔編號G01N21/59GK1044216SQ9010032
公開日1990年8月1日 申請日期1990年1月17日 優(yōu)先權(quán)日1989年1月17日
發(fā)明者神田昌彥 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社