JP7814201B2 - パルスオキシメーター用プローブ - Google Patents

Description

本発明は、パルスオキシメーター用の光源部および受光部を備えたプローブに関する。

パルスオキシメーターは、指先等にプローブを装着し、プローブ内の発光部から指先等に光（赤色光と赤外光）を照射し、指先等を透過した光をプローブ内の受光部により受光する。これにより、血液中のヘモグロビンのうち、酸素と結合した酸化ヘモグロビンと結合していない還元ヘモグロビンの存在比を赤色光と赤外光の吸収率の差を利用して測定する。

医療現場では、感染症予防のためにディスポタイプのプローブが使用されることが多い。ディスポタイプのプローブは、指を覆う大きさの粘着テープの内側に発光部と受光部が配置されており、指先にテープを貼り付けて固定し、使用する。市販のパルスオキシメーター用プローブでは、ガラスエポキシなどの剛性のある回路基板に、予めパッケージングされたＬＥＤを実装したものが発光部として用いられる。受光部にはフォトダイオードが用いられている。これらがそれぞれ粘着テープ上に搭載されている。

特許文献１には、ＬＥＤが発生する熱が粘着テープの内側にこもり、被検者のプローブ装着部の体温を５～６℃上昇させ、被検者に低温やけどをおこさせる恐れがあるという課題と、その課題の解決するために、熱良導性で可撓性の保持材（粘着テープ）を用いるプローブが提案されている。

特許第３１５６１１４号公報

特許文献１のパルスオキシメーター用プローブは、熱良導性の保持材（粘着テープ）を用いることにより、発光部の熱がこもることを抑制し、発光部が粘着テープから突出する問題は保持材の可撓性で解決しようとしている。しかしながら、ガラスエポキシなどの剛性のある回路基板に予めパッケージングされたＬＥＤを実装した発光部のサイズは、粘着テープの粘着面に対して１．５－３ｍｍの高さで突出するため、粘着テープの可撓性で発光部の突出を完全に吸収することは困難である。

突出した発光部と受光部が粘着テープで指に押し付けられると、血流が滞り、発光部からの熱を血流によって周囲に逃がすことができにくくなり、指の温度が上昇する。指の圧迫と温度上昇との相互作用により、指の皮膚に痕がついたり、かぶれが生じたりしやすくなり、長時間装着すると低温やけどが発生する恐れがある。医療従事者は、低温やけどを避けるために、成人で約８時間おき、新生児や高齢者や皮膚が弱い患者では８時間より短い間隔で頻繁にプローブを貼り替える必要があり、医療従事者の負担になっている。

このため、発光部や受光部が突出しない構造にすることは、血流の滞り、および、低温やけどの防止のために重要である。

また、従来のパルスオキシメーター用プローブは、装着の際に、発光部と受光部の光軸を、指を挟んで正確に位置合わせして、粘着テープを指に貼り付ける必要があるため、プローブを貼り替えの際の位置合わせの作業も医療従事者の負担となっている。

本発明の目的は、発光部および受光部が突出しておらず、発光部の温度上昇を抑制することのでき、被検体への装着時に発光部と受光部の位置合わせの必要のないパルスオキシメーター用プローブを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、可撓性の基材と、基材にそれぞれ搭載された半導体発光素子および半導体受光素子と、半導体発光素子および受光素子を封止する封止材とを有するパルスオキシメーター用プローブが提供される。基材の表面には、配線が備えられている。半導体発光素子は、ベアチップである。ベアチップは、半導体発光層と、半導体発光層に電流を供給するための一対の電極層とを備えている。ベアチップは、基材の配線上に接合材により直接接合されている。半導体受光素子は、基材の両面のうち、被検体に対向する面とは逆側の面に搭載され、この面に設けられた配線に接合されている。基材は、少なくとも半導体受光素子が配置されている領域が透明である。半導体受光素子は、半導体発光素子から出射され、透明な基材を通過した光を受光する。

本発明のパルスオキシメーター用プローブは、発光部および受光部が基材から突出しておらず、発光部がベアチップであるため熱伝導性がよく温度上昇を抑制することができ、被検体への装着時に発光部と受光部の光軸の位置合わせが不要である。

（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態１のパルスオキシメーター用プローブの断面図である。 （ａ）実施形態１のパルスオキシメーター用プローブの斜視図、（ｂ）側面図。 （ａ）～（ｄ）実施形態１の図１（ａ）のパルスオキシメーター用プローブの製造工程を示す説明図。 （ａ）～（ｆ）実施形態１の図１（ａ）のパルスオキシメーター用プローブの製造工程を示す説明図。 （ａ）～（ｅ）実施形態１の図１（ａ）のパルスオキシメーター用プローブの製造工程を示す説明図、（ｆ）製造されたプローブの断面図。 実施形態１の図１（ｂ）のパルスオキシメーター用プローブの製造工程を示す説明図。 （ａ－１）および（ａ－２）実施形態１のパルスオキシメーター用プローブのＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂが実装された配線１１ｂの上面図と断面図、（ｂ－１）および（ｂ－２）実施形態２のパルスオキシメーター用プローブのＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂが実装された配線１１ｂの上面図と断面図。 実施形態３のパルスオキシメーター用プローブの側面図。 実施形態４のパルスオキシメーター用プローブの断面図。 実施形態１、２および比較例のパルスオキシメーター用プローブの使用時の実験結果を示す表である。

本発明の一実施形態について図面を用いて以下に説明する。

＜＜＜実施形態１＞＞＞
＜＜構成＞＞
本実施形態のパルスオキシメーター用プローブの中心軸を含む面の断面図を図１（ａ），（ｂ）に示す。また、側面図を図２（ｂ）に示す。

図１（ａ），（ｂ）のように、本実施形態のパルスオキシメーター用プローブは、リング状で可撓性の基材１０に配線１１ａまたは１１ｂを設け、ベアチップの半導体発光素子（ＬＥＤ素子）２１ａ，２１ｂを、基材１０の配線１１ａまたは１１ｂ上に接合材により直接接合した構造である。ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂを搭載する面は、被検体１と接する基材１０の内周面であってもよいし（図１（ａ））、外周面であってもよい（図１（ｂ））。

なお、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂを、基材１０の配線１１ａまたは１１ｂ上に接合する接合材は、金属粒子の焼結体を用いることが好ましい。金属粒子の焼結体を用いることにより、可撓性の基材１０にダメージを与えない温度で焼結することが可能である。

ＬＥＤ素子２１ａの発光波長は、赤色光であり、ＬＥＤ素子２１ｂの発光波長は、赤外光である。

ＬＥＤ素子２１ａ、２１ｂの周囲は、透明封止材２２により封止されている。

ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂのベアチップの高さ（厚さ）は、一般的に１００μｍ以下にできるため、透明封止材２２によりベアチップを埋め込んで、封止材２２の表面を平坦にすることができる。よって、被検体１の皮膚を圧迫する突起のない発光部２０を構成することができる。

また、ベアチップのＬＥＤ素子２１ａ、２１ｂは、発生する熱を直接配線１１ａまたは１１ｂに熱伝導させ、配線１１ａまたは１１ｂに伝導させながら放熱することができる。すなわち、ベアチップのＬＥＤ素子２１ａ、２１ｂは、パッケージングされたＬＥＤと比較して、配線１１ａまたは１１ｂとＬＥＤ素子との間に、パッケージ基板やキャビティ等、熱伝導のボトルネックとなる部材や、蓄熱し得る部材がないため、熱引き特性に優れ、配線１１ａまたは１１ｂから効率よく放熱することができる。これにより、発光部２０の温度上昇を抑制することができる。

一方、受光部３０を構成する半導体受光素子３１が、リング状の基材１０の両面のうち、被検体１に対向する面（内周面）とは逆側の面（外周面）に搭載され、外周の面に設けられた配線１１ｂに接合されている。半導体受光素子３１の周囲は、透明封止材３２により封止されている。基材１０は、少なくとも半導体受光素子３１が配置されている領域が透明である。半導体受光素子３１は、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂから出射され、被検体１を通過し、さらに、透明な基材１０と封止材３２を通過した光を受光する。

半導体受光素子３１を、リング状の可撓性の基材１０の外周の表面に搭載したことにより、パッケージングされた半導体受光素子３１を用いた場合でも、基材１０の内周面に半導体受光素子３１が突出せず、被検体１を圧迫しない。なお、半導体受光素子３１として、パッケージングされていないベアチップを用いることも可能である。

また、基材１０がリング状であるため、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂと半導体受光素子３１とがリング状の基材１０の内側の被検体１が配置される空間を挟んで、対向させた位置に搭載することができる。よって、基材１０にＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂと半導体受光素子３１とを搭載する際に、光軸を一致させる位置合わせを完了させることができるため、被検体１に本実施形態のプローブを装着する際には、リング状の基材１０を被検体１の指に嵌めるだけでよく、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂと半導体受光素子３１の位置合わせをする必要がない。これにより、医療従事者や被検体の位置合わせの負担を軽減することができる。

上述したように、ＬＥＤ素子２１ａ、２１ｂは、図１（ａ）のように、基材１０の内周の表面の配線１１ａ上に接合され、リング状の基材１０の内側の空間の被検体１に向かって光を出射する構成であってもよい。また、図１（ｂ）のように、ＬＥＤ素子２１ａ、２１ｂは、基材１０の外周の表面の配線１１ｂ上に接合され、ＬＥＤ素子２１ａ、２１ｂが基材１０に向かって光を出射し、出射された光は、基材１０を通過して、リング状の基材１０の内側の空間の被検体１に向かって照射される構成であってもよい。図１（ｂ）の構成の場合、基材１０は、少なくともＬＥＤ素子２１ａ、２１ｂが搭載されている領域が透明なものを用いる。

なお、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂの周囲を封止する透明封止材２２および半導体受光素子の周囲を封止する透明封止材３２は、被検体１に対向する面を除いた面（側面及び外周面）が、光反射性封止材２３、３３により覆われていることが望ましい。これにより、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂから発せられた光を、光反射性封止材２３により反射して、被検体１に向かわせることができるため、被検体１に照射される光量を増加させることができる。また、被検体１を通過して受光部３０に到達した光のうち、半導体受光素子３１の受光面に直接入射しなかった光を、光反射性封止材３３により反射して、受光面に入射させることができるため、受光効率を向上させることができる。

また、図２（ｂ）に本実施形態のプローブの側面図を示したように、発光部２０と受光部３０が配置されている領域以外の基材１０上の領域は、保護用封止材７０により封止されていることが望ましい。保護用封止材７０は、基材１０および基材１０上の配線１１ａ，１１ｂを被覆し保護する。保護用封止材７０は、遮光性であることが望ましい。遮光性の保護用封止材を用いることにより、発光部２０の光反射性封止材３３の側面から漏れ出た光が、保護用封止材７０を伝搬して、受光部３０に到達することを防ぐ。

透明封止材２２、３２、光反射性封止材２３，３３、および、保護用封止材７０は、弾性のある材料であることが望ましい。光反射性封止材２３，３３と保護用封止材７０は、それぞれ光反射性および遮光性のある同材料で構成することができる。

このように、本実施形態のパルスオキシメーター用プローブは、配線が施されたリング状の可撓性の基材１０上に、発光部２０としてベアチップのＬＥＤ素子２１ａ、２１ｂを、受光部３０として半導体受光素子３１をそれぞれ直接実装している。こうすることで、被検体１の指に発光部２０のＬＥＤ素子２１ａ、２１ｂおよび受光部３０の半導体受光素子３１が直接あたることがないため、測定時に指に当たる部分の凹凸を小さくすることができ、指を圧迫しない。特に、リング状の基材１０の外周の表面上にＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂと半導体受光素子３１とを実装した図１（ｂ）の構造は、指に装着した際に、発光部２０と受光部３０がともに指と反対側に配置されるため、指にあたる凹凸がなく、指を圧迫しないという効果をより発揮することができる。

なお、本実施形態のリング状のプローブにおいて、配線１１ａ，１１ｂには、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂに給電を行い、半導体受光素子３１の出力信号を取り出すだめの給電・信号取り出し用配線５０が接続され、その先端には、接続端子６０が取り付けられている。

プローブを使用する際には、図２（ａ）に示すように、被検体１の指にプローブを嵌め、端子６０をパルスオキシメーター装置に接続し、給電・信号取り出し用配線５０および配線１１ａまたは１１ｂを介して、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂに給電する。ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂから出射された赤色光と赤外光は、指を通過し、半導体受光素子３１によって受光される。半導体受光素子３１の出力は、配線１１ｂおよび給電・信号取り出し用配線５０を介してパルスオキシメーターに入力される。パルスオキシメーターは、半導体受光素子３１の出力から、赤色光と赤外光の強度比等から血中のヘモグロビンのうち酸化ヘモグロビンの比率（ＳｐＯ_２）を算出して表示する。

＜＜詳細な構造と製造方法＞＞
本実施形態のパルスオキシメーター用プローブの詳細な構造と製造方法について、図３および図４を用いて説明する。まず、図１（ａ）の構造のプローブの製造方法について説明する。

（配線１１ａ，１１ｂ付き基材１０の作製工程）
図３（ａ）のように、銅箔１１（例えば厚み１２μｍ）上に、未硬化の透明ポリイミド層１００をダイコーターを用いて一定の厚み（例えば７０μｍ）で塗工する。

図３（ｂ）のように、未硬化のポリイミド層１００つき銅箔１１をホットプレート等を用いて所定の温度および時間（例えば１００℃、１０ｍｉｎ）で加熱して、仮乾燥を実施する。このとき、ホットプレートに穴を設けておき、ポリイミド層１００付き銅箔１１をホットプレートに吸着しながら加熱してもよい。また、必要に応じて、ポリイミド層１００付き銅箔１１の上から枠を載せて押下してもよい。

図３（ｃ）のように、オーブンを用い、窒素雰囲気下で、ポリイミド層１００付き銅箔１１を所定温度で所定時間（例えば、２６０℃、６０ｍｉｎ）加熱し、本乾燥を実施する。これにより、銅箔１１が一体化された透明な基材１０（透明ポリイミド：厚み３５μｍ）を形成する（図３（ｄ））。

次に、図３（ｄ）の基材１０上の銅箔をエッチングにより加工し、ＬＥＤ素子２１ａ、２１ｂを搭載する配線１１ａのパターン、半導体受光素子３１を搭載する配線１１ｂのパターン、給電・信号取り出し用配線５０のパターンの形状にする。加工後の銅箔表面に無電解めっきにより金めっき層を形成する。なお、ここでは、いずれの配線１１ａ、１１ｂも、基材１０上の同じ面の銅箔を加工して形成する。

（ＬＥＤ素子２１ａ、２１ｂの実装工程）
基材１０上の配線１１ａの上に、ＬＥＤ素子２１ａ、２１ｂを実装する。ＬＥＤ素子２１ａ、２１ｂは、電極が同一面側にあり、電極とは反対側の面から出射するフリップチップタイプのものを使用する。

図４（ａ）のように、平均粒径３０ｎｍの金粒子を溶媒（グリセリン）に８２ｗｔ％の濃度で分散させたＡｕインク８０を用意し、配線１１ａのＬＥＤ素子２１ａ、２１ｂを実装する部分にディスペンサーで塗布する。このとき、基材１０は、シリコン基板に搭載し、さらにガラス基板に搭載しておくことが好ましい。

つぎに、図４（ｂ）のように、ホットプレート上で所定の温度および時間（例えば、５０℃、４５－６０分）加熱し、Ａｕインク８０を乾燥させる。

図４（ｃ）のように、光ボンディング装置８１に、基材１０をセッティングし、図４（ｄ）のように、Ａｕインク８０の上にＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂの電極を搭載し、荷重コレット８２で、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂを配線１１ａに所定の圧力で押しつける。

図４（ｅ）のように、基材１０の下面から所定のビーム径の青色レーザー光を、配線１１ａのＡｕインク８０が搭載された領域に対して照射する。配線１１ａのうち青色レーザー光が照射された領域は、青色レーザー光を吸収し加熱され、この熱がＡｕインク８０に伝導し、Ａｕインク８０を加熱する。Ａｕインク８０の金粒子は、平均粒径が３０ｎｍと小さいため、Ａｕの融点よりも低い温度で焼結されて焼結体となり、配線１１ａとＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂの電極とを接合する接合材８３が形成される。

このとき、基材１０は、透明であるため、青色レーザー光を吸収せず、直接的には加熱されない。青色レーザー光で加熱された配線１１ａの熱は、青色レーザー光が照射されていない配線１１ａの領域に熱伝導し、急速に放熱される。よって、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂや樹脂製の基材１０にダメージを与えることなく、光ボンディングにより、金粒子焼結体の接合材８３によりＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂを配線１１ａに実装することができる。

（半導体受光素子３１の実装工程）
半導体受光素子３１は、一対の電極が同一面側にあるフリップチップタイプのフォトダイオードであり、一対の電極間に受光面がある物を用いる。

半導体受光素子３１は、基材１０の配線１１ｂ上に実装する。実装方法は、図４（ａ）～（ｆ）と同様の光ボンディング法によって実装してもよいし、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂに比べて半導体受光素子３１は、サイズが大きいので、はんだで接合してもよい。

（封止および組み立て工程）
図５（ａ）のように、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂが実装された配線１１ａとそれに接続された給電・信号取り出し用配線５０が形成された基材１０と、半導体受光素子３１が実装された配線１１ｂとそれに接続された給電・信号取り出し用配線５０が形成された基材１０とを別々のパーツＡ，Ｂとして切り出す。

図５（ｂ）のように、シリコーン樹脂に酸化チタンもしくは酸化亜鉛もしくは酸化アルミニウムを分散させた未硬化の白色樹脂を用意し、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂおよび半導体受光素子３１から所定の距離だけ離れた位置に、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂおよび半導体受光素子３１をそれぞれ囲む枠状に塗布し、未硬化の光反射性封止材２３、３３を形成する。枠状の光反射性封止材２３，３３の高さは、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂおよび半導体受光素子３１の高さよりも高い予め設計した高さとなるように形成する。

図５（ｃ）のように、形成した枠状の光反射性封止材２３、３３の中に、透明なシリコーン樹脂を注入し、未硬化の透明封止材２２、３２を形成する。その後、予め定めた温度および時間（例えば、１５０℃、４ｈ）で基材１０を加熱し、光反射性封止材２３，３３および透明封止材２２，３２を硬化させる。これにより、ここでは、光軸方向の厚みが３０μｍの光反射性封止材２３，３３および透明封止材２２，３２を形成した。

図５（ｄ）のように、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂが実装された基材１０のパーツＡと、半導体受光素子３１が実装された基材１０のパーツＢの裏面同士を貼り合わせる。貼り合わせには、樹脂や接着剤テープの接着層を用いることができる。この貼り合わせの接着層は、遮光性のものが望ましい。

リング形状の凹部が形成された金型にそって基材１０がリング状になるようにセットする。このとき、給電・信号取り出し用配線５０およびそれが搭載された基材１０の部分は、金型から引き出されるようにセットする。遮光性を有するシリコーン樹脂を基材１０の周囲に充填する。これにより、遮光性の保護用封止材７０を形成する。このとき、発光部２０および受光部３０の内周面には、遮光性の保護用封止材７０が付着しないように金型が形成されている。

金型内の保護用封止材７０を、所定の温度および時間（例えば、１５０℃、４ｈ）で加圧しながら硬化させる。硬化後、図５（ｅ）のように、保護用封止材７０で覆われたリング状の基材１０全体を金型から取り出す。図５（ｅ）の保護用封止材７０で覆われたリング状の基材１０の断面図を図５（ｆ）に示す。図５（ｆ）のように、保護用封止材７０は、発光部２０の周辺では、基材１０の内周面側を覆い、受光部３０周辺では、基材１０の外周面側を覆い、発光部２０と受光部３０の間では、基材１０の内周面と外周面の両側を覆い、かつ、保護用封止材７０の外形は滑らかなリング形状に成形されている。

最後に、リング状の基材１０から引き出されている給電・信号取り出し用配線５０の先端に接続端子６０を接続する。

以上により、図５（ｅ）のように、本実施形態のリング状のパルスオキシメーター用プローブが完成する。

つぎに、図１（ｂ）の構造のプローブの製造方法について説明する。

図１（ｂ）の構造のプローブが、図１（ａ）の構造と異なる点は、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂと半導体受光素子３１の両方が、基材１０の外周側の面の配線１１ｂに搭載される点である。よって、図１（ａ）の構造のプローブの製造工程において図５（ａ）の工程において、基材１０を２つのパーツＡ，Ｂに分けて切り出す必要がなく、図５（ｄ）の工程において、２つの基材１０のパーツＡ，Ｂを貼り合わせる必要もない。よって、図１（ａ）の構造のプローブの製造方法の図５（ａ）の工程において、図６に示したように、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂと半導体受光素子３１の両方が搭載された一つのパーツを切り出せばよい。なお、配線１１ｂのパターンは、図１（ａ）の構造のプローブとは異なるので、適切に設計する。

他の工程は、図１（ａ）の構造のプローブと同様であるので説明を省略する。なお、図５（ｅ）の工程において、保護用封止材７０は、発光部２０の周辺においても、受光部３０の周辺においても、その間の領域においても、基材１０の外周面を覆ってリング形状に成形される。

以上により、図１（ｂ）の構造のプローブを製造することができる。

＜＜＜実施形態２＞＞＞
実施形態２のパルスオキシメーター用プローブについて図７を用いて説明する。

実施形態１の図１（ｂ）の構造のプローブは、発光部２０のＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂが、リング状の基材１０の外周面の配線１１ｂに搭載されているため、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂから出射される光は、配線１１ｂの間隙と、透明な基材１０を通って、被検体１に対して照射される。発光部２０から被検体１に照射される光量を大きくするためには、配線１１ｂの幅を小さくし、配線１１ｂの間隙が大きいほうが望ましい。その一方で、配線１１ｂは、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂで生じた熱を拡散させ、放熱する役割も持っており、低温やけどなどを防ぎ、患者の負担を低減するためには、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂが実装される部分の配線１１ｂの面積は大きいほうが望ましい。

そこで、実施形態２では、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂが接合されている配線１１ｂは、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂから離れるにしたがって幅が大きくなった形状とする。

これを図７を用いて説明する。図７（ａ－１）、（ａ－２）は、実施形態１の配線１１ｂのＬＥＤ素子２１ａ、２１ｂの実装領域の上面図と断面図であり、図７（ｂ－１）、（ｂ－２）は、実施形態２の配線１１ｂのＬＥＤ素子２１ａ、２１ｂの実装領域の上面図と断面図である。

図７（ａ－１）の実施形態１の配線１１ｂは、矩形であり、幅が一定であるのに対し、図７（ｂ－１）の実施形態２の配線１１ｂは、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂが搭載される部分の配線１１ｂの幅が狭められた台形であり、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂから離れるにしたがって幅が大きくなっている。

これにより、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂの光が照射される基材１０上の領域において、配線１１ｂが覆う面積は、小さくなる。よって、図７（ｂ－２）のように、ＬＥＤ素子２１ａ、２１ｂから発せられた光のうち、配線１１ｂの表面で反射される光量を、図７（ｂ－１）の矩形の配線１１ｂよりも小さくすることができる。

したがって、実施形態２の配線１１ｂは、配線１１ｂの間隙から基材１０に入射し、基材１０を通り抜けて、被検体１に照射される光量を増加させることができる。

また、実施形態２の配線は、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂから離れるにつれ幅が広くなっているため、ＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂで生じた熱を拡散させ、放熱する作用を維持することができる。よって、放熱特性を維持しながら、被検体１への光量を増加させることができる。

なお、図７（ｂ－１）では、配線１１ｂは、幅が連続的に増加する台形の例を示したが、階段状に増加する形状であってもよい。

実施形態２のプローブの配線１１ｂの形状以外の他の構成および製造方法は、実施形態１と同様であるので説明を省略する。

＜＜＜実施形態３＞＞＞
実施形態３のパルスオキシメーター用プローブについて図８を用いて説明する。

実施形態３のプローブは、図８のように発光部２０、受光部３０および遮光性の保護用封止材７０の外周側の表面に、金属膜９０が配置されている。

金属膜９０は、発光部２０の発する熱を放出することができるため、プローブの放熱作用を高めることができる。また、金属膜９０は、電磁シールドとしても作用し、外部からの電磁ノイズが、発光部２０、受光部３０および配線１１ａ，１１ｂに混入するのを防止することができる。

金属膜９０の材質は銅やアルミニウムなどの導電性の高い金属を用いることができる。膜厚は、１μｍ～１００μｍであることが好ましい。

金属膜９０は、図５（ｅ）の保護用封止材７０の形成工程の後に、気相成長法やめっきにより成膜することが可能である。また、保護用封止材７０の形成時に外周部に沿うように金属箔を配置して同時に硬化させてもよいし、予め金属加工の技術を用いて、別途生成しておいた金属リングを、図５（ｅ）の保護用封止材７０の形成後にその外側に装着して勘合や接着剤などで固定してもよい。

また、本実施形態３では、プローブの最表面に金属膜９０を配置した構造を示したが、図５（ｅ）の保護用封止材７０の形成工程の前に、金属膜を形成し、その後、図５（ｅ）の工程を行って、金属膜９０の上に保護用封止材７０を形成してもよい。

＜＜＜実施形態４＞＞＞
実施形態４のパルスオキシメーター用プローブについて図９を用いて説明する。

実施形態１～３は、基材１０がリング状のプローブであったが、実施形態４では、実施形態１の図１（ｂ）の構造を適用した平面状の反射型プローブについて説明する。平面型プローブは、新生児の足裏等に貼って用いられ、発光部２０から発せられた光のうち、被検体１からの反射光を受光部３０によって受光する。

実施形態４のプローブは、図９のように、図１（ｂ）の構造のリング状の基材１０を平面にした構造であり、基材１０の上面の配線１１ｂにＬＥＤ素子２１ａ，２１ｂのベアチップと、半導体受光素子３１を直接実装する構造としたものである。

これにより、反射型のプローブでありながら、被検体１に接する面に凹凸がなく、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

平面状であることと反射光を受光する以外の他の構造および作用等は、実施形態１と同様であるので、詳細な説明は省略する。

なお、図９の構造では、実施形態３の金属膜９０も配置している。
＜＜＜本実施形態のプローブの効果の検証＞＞＞
低温やけどのリスクを評価するため、実施形態１（断面構造は図１（ａ））のプローブと、実施形態２（断面構造は図１（ｂ））のプローブと、比較例の市販品（アズワン株式会社製、型番：ＮＦ５０３－１６）のプローブとをハンドマネキンに装着し、装着部の温度上昇を測定する実験を行った。

各プローブは、赤色光と赤外光のＬＥＤ素子に、同時に５ｍＡを連続通電して点灯させ、その際のハンドマネキンの装着部の温度上昇を測定した。その結果を、図１０の表に示す。

図１０から明らかなように、実施形態１および実施形態２のプローブの方が、比較例よりも、温度上昇が抑制されることが確認できた。

温度上昇は、被検体１のかぶれや低温やけどの原因となるので、本実施形態のプローブは、被検体１の負担を低減できる。

＜＜＜製品への適用＞＞＞
本実施形態のパルスオキシメーター用プローブであるが、スマートリング等の生体情報を光学的に取得する他のウェアラブルデバイスの光源ユニットとしても用いることができる。

１ 被検体
１０ 基材
１１ 銅箔
１１ａ 配線
１１ｂ 配線
２０ 発光部
２１ａ ＬＥＤ素子
２１ｂ ＬＥＤ素子
２２ 透明封止材
２３ 光反射性封止材
３０ 受光部
３１ 半導体受光素子
３２ 透明封止材
３３ 光反射性封止材
５０ 配線
６０ 接続端子
７０ 保護用封止材
８０ インク
８１ 光ボンディング装置
８２ 荷重コレット
８３ 接合材
９０ 金属膜
１００ ポリイミド層

Claims (9)

1. 可撓性の基材と、前記基材にそれぞれ搭載された半導体発光素子および半導体受光素子と、前記半導体発光素子および前記半導体受光素子を封止する封止材とを有し、
   前記基材は、リング状であり、当該基材の表面のみに、配線が備えられ、
   前記配線はリング状の前記基材の内周側に設けられた内周配線と、前記基材の外周側に設けられた外周配線とを有し、
   前記半導体発光素子は、半導体発光層と、前記半導体発光層に電流を供給するための一対の電極層とを備えたベアチップであり、前記ベアチップは、前記基材の前記内周配線上に接合材により直接接合され、
   前記半導体受光素子は、前記基材の両面のうち、被検体に対向する面とは逆側の面に設けられた前記外周配線に接合され、
   前記基材は、少なくとも前記半導体受光素子が配置されている領域が透明であり、
   前記半導体発光素子は、前記リング状の前記基材の内周の表面の前記内周配線上に接合され、前記リング状の基材の内側の空間に向かって光を出射し、
   前記半導体受光素子は、前記リング状の基材の内側の空間を挟んで、前記半導体発光素子と対向する位置の前記基材の外周の表面に搭載され、前記半導体発光素子から出射され、透明な前記基材を通過した光を受光することを特徴とするパルスオキシメーター用プローブ。
2. 請求項１に記載のパルスオキシメーター用プローブであって、前記基材は、前記半導体発光素子を搭載した第１基材と、前記半導体受光素子を搭載した第２基材を有し、配線が形成されていない第１基材の裏面と第２基材の裏面とを貼り合せて一体にしていることを特徴とするパルスオキシメーター用プローブ。
3. 請求項１に記載のパルスオキシメーター用プローブであって、
   前記半導体発光素子および前記半導体受光素子の以外の前記リング状の基材は、保護用封止材が形成されており、
   前記半導体発光素子の周辺は、前記リング状の基材の内周面側を覆い、
   前記半導体受光素子の周辺は、前記リング状の基材の外周面側を覆い、
   前記半導体発光素子と前記半導体受光素子の間は、前記リング状の基材の内周面と外周面の両側を覆うことを特徴とするパルスオキシメーター用プローブ。
4. 可撓性の基材と、
   前記基材にそれぞれ搭載された半導体発光素子および半導体受光素子と、
   前記半導体発光素子および前記半導体受光素子を封止する封止材と、
   接続端子とを有し、
   前記基材の表面には、配線が備えられ、
   前記半導体発光素子は、半導体発光層と、前記半導体発光層に電流を供給するための一対の電極層とを備えたベアチップであり、
   前記ベアチップは、前記基材の前記配線上に接合材により直接接合され、
   前記半導体受光素子は、前記基材の両面のうち、被検体に対向する面とは逆側の面に設けられた前記配線に接合され、
   前記基材は、少なくとも前記半導体発光素子および前記半導体受光素子が配置されている領域が透明であり、
   前記半導体受光素子は、前記半導体発光素子から出射され、透明な前記基材を通過した光を受光し、
   前記基材は、前記半導体発光素子および前記半導体受光素子および前記封止材が設けられた本体部と、前記本体部と前記接続端子とを結ぶ引出部とを有し、
   前記引出部には、前記本体部の半導体発光素子および半導体受光素子が接合された前記配線を延長した給電・信号取り出し用配線が形成されている
   ことを特徴とするパルスオキシメーター用プローブ。
5. 請求項４に記載のパルスオキシメーター用プローブであって、
   前記基材は、リング状の基材であり、
   前記半導体発光素子および前記半導体受光素子はいずれも、前記配線が形成された前記基材の外周側の表面に接合されている
   ことを特徴とするパルスオキシメーター用プローブ。
6. 請求項１に記載のパルスオキシメーター用プローブであって、前記接合材は、金属粒子の焼結体であることを特徴とするパルスオキシメーター用プローブ。
7. 請求項１に記載のパルスオキシメーター用プローブであって、前記封止材は、前記半導体発光素子および前記半導体受光素子の周囲をそれぞれ封止する透明封止材と、前記透明封止材の側面を覆う光反射性封止材と、前記基材の前記半導体発光素子と前記半導体受光素子が搭載されていない領域を封止する遮光性封止材とを含むことを特徴とするパルスオキシメーター用プローブ。
8. 請求項７に記載のパルスオキシメーター用プローブであって、前記封止材の上面には、金属膜が配置されていることを特徴とするパルスオキシメーター用プローブ。
9. 請求項１に記載のパルスオキシメーター用プローブであって、前記半導体発光素子が接合されている前記配線は、前記半導体発光素子から離れるにしたがって幅が大きくなっていることを特徴とするパルスオキシメーター用プローブ。