特許 7235518 心拍センサ、心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサ及びこれを含むスマートフォン、並びにウェアラブル心拍センサ、血管造影装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-28

(45)【発行日】2023-03-08

(54)【発明の名称】心拍センサ、心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサ及びこれを含むスマートフォン、並びにウェアラブル心拍センサ、血管造影装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/0245 20060101AFI20230301BHJP

   A61B 5/1455 20060101ALI20230301BHJP

【ＦＩ】

A61B5/0245 100B

A61B5/1455

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2019012001

(22)【出願日】2019-01-28

(65)【公開番号】P2019136498

(43)【公開日】2019-08-22

【審査請求日】2022-01-13

(31)【優先権主張番号】10-2018-0014255

(32)【優先日】2018-02-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】390019839

【氏名又は名称】三星電子株式会社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】許 哲 準

(72)【発明者】

【氏名】朴 敬 培

(72)【発明者】

【氏名】李 東 宣

(72)【発明者】

【氏名】韓 文 奎

(72)【発明者】

【氏名】盧 卓 均

(72)【発明者】

【氏名】林 允 熙

(72)【発明者】

【氏名】陳 勇 完

(72)【発明者】

【氏名】堤 清彦

【審査官】藤原 伸二

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００７８５１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１３６２２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－２１４５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０００５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８７０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５０７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１０３６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２６４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８７２０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／０２－５／０３

Ａ６１Ｂ ５／１４５－５／１４５５

Ｈ０１Ｌ ２７／１４－２７／１４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

白色光を発光する発光部と、
前記発光部から血管に前記白色光が照射された後、透過した光又は反射した光を検出する半導体基板内に形成された複数の無機光電変換素子からなるアレイと、その上に形成される近赤外線有機光電変換素子とを含むセンサ部と、を有し、
前記複数の無機光電変換素子は、赤色光光電変換素子、緑色光光電変換素子、及び青色光光電変換素子を含み、
前記赤色光光電変換素子、前記緑色光光電変換素子、前記青色光光電変換素子は、ベイヤー（ｂａｙｅｒ）タイプに配置されることを特徴とする心拍センサ。

【請求項2】

前記発光部の強さは、１～１０ｍＷであることを特徴とする請求項１に記載の心拍センサ。

【請求項3】

前記複数の無機光電変換素子のそれぞれは、単位ピクセルを定義することを特徴とする請求項１に記載の心拍センサ。

【請求項4】

前記近赤外線有機光電変換素子の吸光度と前記複数の無機光電変換素子で測定された吸光度とを用いて心拍数及び酸素飽和度を計算する信号処理部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の心拍センサ。

【請求項5】

半導体基板内に形成された複数の無機光電変換素子からなるアレイと、
前記半導体基板上に形成された近赤外線有機光電変換層と、前記近赤外線有機光電変換層の上部に配置される共通電極と、前記有機光電変換層の下部に配置されるピクセル電極と、を含む近赤外線有機光電変換素子と、を有し、
前記複数の無機光電変換素子及び前記近赤外線有機光電変換素子は、白色光が血管に照射された後、透過した光又は反射した光を検出し、
前記複数の無機光電変換素子は、赤色光光電変換素子、緑色光光電変換素子、及び青色光光電変換素子を含み、
前記赤色光光電変換素子、前記緑色光光電変換素子、前記青色光光電変換素子は、ベイヤー（ｂａｙｅｒ）タイプに配置されることを特徴とする心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサ。

【請求項6】

前記複数の無機光電変換素子のそれぞれは、単位ピクセルを定義することを特徴とする請求項５に記載の心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサ。

【請求項7】

前記近赤外線有機光電変換素子の吸光度と前記複数の無機光電変換素子で測定された吸光度とを用いて心拍数及び酸素飽和度を計算する信号処理部をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサ。

【請求項8】

白色光を発光する発光部と、
近赤外線有機光電変換素子と半導体基板内に形成された複数の無機光電変換素子からなるアレイとが積層されたセンサ部と、を有し、
前記複数の無機光電変換素子は、赤色光光電変換素子、緑色光光電変換素子、及び青色光光電変換素子を含み、
前記赤色光光電変換素子、前記緑色光光電変換素子、前記青色光光電変換素子は、ベイヤー（ｂａｙｅｒ）タイプに配置されることを特徴とするウェアラブル心拍センサ。

【請求項9】

前記近赤外線有機光電変換素子の吸光度と前記複数の無機光電変換素子で測定された吸光度とを用いて心拍数及び酸素飽和度を計算する信号処理部をさらに有することを特徴とする請求項８に記載のウェアラブル心拍センサ。

【請求項10】

前記センサ部の信号を表示するフレキシブルなディスプレイ部をさらに有することを特徴とする請求項８に記載のウェアラブル心拍センサ。

【請求項11】

白色光を発光する発光部と、
半導体基板内に形成された複数の無機光電変換素子からなり、前記複数の無機光電変換素子は、赤色光光電変換素子、緑色光光電変換素子、及び青色光光電変換素子を含んで単位ピクセルを定義するアレイと、
前記半導体基板上に形成された近赤外線有機光電変換層と、前記近赤外線有機光電変換層の上部に配置される共通電極と、前記近赤外線有機光電変換層の下部に配置されるピクセル電極と、を含む近赤外線有機光電変換素子と、を有し、
前記複数の無機光電変換素子及び前記近赤外線有機光電変換素子は、前記白色光が血管に照射された後、透過した光又は反射した光を検出し、
前記赤色光光電変換素子、前記緑色光光電変換素子、前記青色光光電変換素子は、ベイヤー（ｂａｙｅｒ）タイプに配置されることを特徴とする血管造影装置。

【請求項12】

前記近赤外線有機光電変換素子の吸光度と前記複数の無機光電変換素子で測定されたピクセル別吸光度とを用いた心拍数及び酸素飽和度を計算する信号処理部をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の血管造影装置。

【請求項13】

白色光を発光する発光部と、
前記発光部から血管に前記白色光が照射された後、透過した光又は反射した光を検出する心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサと、有し、
前記近赤外線有機イメージセンサは、前記近赤外線有機イメージセンサ内の半導体基板内に形成された複数の無機光電変換素子からなるアレイと、前記半導体基板上に形成された近赤外線有機光電変換層と前記近赤外線有機光電変換層の上部に配置される共通電極と前記有機光電変換層の下部に配置されるピクセル電極とを含む近赤外線有機光電変換素子と、を含み、
前記複数の無機光電変換素子は、赤色光光電変換素子、緑色光光電変換素子、及び青色光光電変換素子を含み、
前記赤色光光電変換素子、前記緑色光光電変換素子、前記青色光光電変換素子は、ベイヤー（ｂａｙｅｒ）タイプに配置されることを特徴とする心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサを含むスマートフォン。

【請求項14】

前記近赤外線有機光電変換素子の吸光度と前記複数の無機光電変換素子で測定された吸光度とを用いて心拍数及び酸素飽和度を計算する信号処理部をさらに有することを特徴とする請求項１３に記載の心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサを含むスマートフォン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、心拍センサに関し、特に、波長選択性がある光電変換素子を適用して低出力のＬＥＤを使用可能にして皮膚損傷を防止し、電力消費量も減少させることができる心拍センサ、心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサ及びこれを含むスマートフォン、並びにウェアラブル心拍センサ、血管造影装置に関する。

【背景技術】

【0002】

医療機関を訪問せずとも日常生活の中で多様な生体信号や健康情報などを周期的に正確にチェックできるスマートなヘルスケアセンサに対する開発が人類の寿命の延びとともに重要視されている。
近年は、スマートフォンあるいはスマートバンドのようなアクセサリーに身体情報を感知しモニターできる機能が追加され、このような情報を多様に活用するための方案も着実に研究開発されている。
正確な生体情報を測定及び収集するために既存の大型の医療機器を小型化することが核心課題であり、測定素子の性能も小型化に関係なく機能を維持しなければならない。

【0003】

心拍センサ（Ｐｕｌｓｅ Ｏｘｉｍｅｔｒｙ）は、非浸湿的な方式で心拍数と血中酸素飽和度を同時にセンシングでき、小型化にも利点があり、多くの製品へ適用されている。
心拍数と血中の酸素飽和度情報を簡単に測定し累積できれば、心血管系及び肺機能のような健康情報に基づいて病気予防に有用に活用することができる。
現在までに開発された心拍センサは、主に２個のＬＥＤと１個のフォトダイオードとで構成される。
ＬＥＤは、それぞれ赤色領域と緑色領域の波長帯で狭い幅の選択的な発光特性を有したものを使用し、１サイクル内でそれぞれのＬＥＤが照射され、血管を通してフォトダイオードで得られた光学信号を分析して心拍数及び酸素飽和度を決定する。

【0004】

最近では、心拍センサを携帯用アクセサリーに適用するために、フレキシブルな形態に製造するための多様な試みが施行されている（下記に示す特許文献１又はＡｌｌ－ｏｒｇａｎｉｃ ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ｐｕｌｓｅ ｏｘｉｍｅｔｒｙ、Ｌｃｈｎｅｒ、Ｃ．Ｍ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍ．，５、５７４５（２０１４））。

【0005】

しかし、現在まで開発された心拍センサに使用されるフォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）は波長選択性を有しておらず、ＬＥＤ光源の波長分離に依存する。
特に、感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）が高くないフォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）の使用を補償し、皮膚を透過して血管を通過した光から正確な信号を得るために感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）が高くないフォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）の使用を補償せしめるために光源の強さが十分に強くなければならない。
したがって、患者あるいは被測定者の皮膚に火傷や組織の破壊を引き起こす可能性があるという問題があった。
また、下記に示す特許文献１のような既存の医療用センサは、鉛線（ｌｅａｄ ｗｉｒｅ）を使用しているが、これは柔軟性を有さないのでセンサの寿命を左右するという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】韓国特許公開第２０１７／００４４８２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

そこで、本発明は上記従来の心拍センサにおける問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、波長選択性がある光電変換素子を適用して低出力のＬＥＤを使用可能にして皮膚損傷を防止し、電力消費量も減少させることができる心拍センサを提供することにある。

【0008】

また、小型化が可能で携帯用に製造可能な心拍センサ、又は有機物質で形成されてウェアラブルに製造可能なウェアラブル心拍センサを提供することにある。
さらに、スマートフォンなど多様な携帯用装置に設けられる心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサ及びこれを有する血管造影装置及びスマートフォンを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するためになされた本発明による心拍センサは、白色光を発光する発光部と、前記発光部から血管に前記白色光が照射された後、透過した光又は反射した光を検出する半導体基板内に形成された複数の無機光電変換素子からなるアレイと、その上に形成される近赤外線有機光電変換素子とを含むセンサ部と、を有し、前記複数の無機光電変換素子は、赤色光光電変換素子、緑色光光電変換素子、及び青色光光電変換素子を含み、前記赤色光光電変換素子、前記緑色光光電変換素子、前記青色光光電変換素子は、ベイヤー（ｂａｙｅｒ）タイプに配置されることを特徴とする。

【0010】

上記目的を達成するためになされた本発明による心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサは、半導体基板内に形成された複数の無機光電変換素子からなるアレイと、前記半導体基板上に形成された近赤外線有機光電変換層と、前記近赤外線有機光電変換層の上部に配置される共通電極と、前記有機光電変換層の下部に配置されるピクセル電極と、を含む近赤外線有機光電変換素子と、を有し、前記複数の無機光電変換素子及び前記近赤外線有機光電変換素子は、白色光が血管に照射された後、透過した光又は反射した光を検出し、前記複数の無機光電変換素子は、赤色光光電変換素子、緑色光光電変換素子、及び青色光光電変換素子を含み、前記赤色光光電変換素子、前記緑色光光電変換素子、前記青色光光電変換素子は、ベイヤー（ｂａｙｅｒ）タイプに配置されることを特徴とする。

【0011】

上記目的を達成するためになされた本発明によるウェアラブル心拍センサは、白色光を発光する発光部と、近赤外線有機光電変換素子と半導体基板内に形成された複数の無機光電変換素子からなるアレイとが積層されたセンサ部と、を有し、前記複数の無機光電変換素子は、赤色光光電変換素子、緑色光光電変換素子、及び青色光光電変換素子を含み、前記赤色光光電変換素子、前記緑色光光電変換素子、前記青色光光電変換素子は、ベイヤー（ｂａｙｅｒ）タイプに配置されることを特徴とする。

【0012】

上記目的を達成するためになされた本発明による血管造影装置は、白色光を発光する発光部と、半導体基板内に形成された複数の無機光電変換素子からなり、前記複数の無機光電変換素子は、赤色光光電変換素子、緑色光光電変換素子、及び青色光光電変換素子を含んで単位ピクセルを定義するアレイと、前記半導体基板上に形成された近赤外線有機光電変換層と、前記近赤外線有機光電変換層の上部に配置される共通電極と、前記近赤外線有機光電変換層の下部に配置されるピクセル電極と、を含む近赤外線有機光電変換素子と、を有し、前記複数の無機光電変換素子及び前記近赤外線有機光電変換素子は、前記白色光が血管に照射された後、透過した光又は反射した光を検出し、前記赤色光光電変換素子、前記緑色光光電変換素子、前記青色光光電変換素子は、ベイヤー（ｂａｙｅｒ）タイプに配置されることを特徴とする。

【0013】

上記目的を達成するためになされた本発明による心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサを含むスマートフォンは、白色光を発光する発光部と、前記発光部から血管に前記白色光が照射された後、透過した光又は反射した光を検出する心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサと、有し、前記近赤外線有機イメージセンサは、前記近赤外線有機イメージセンサ内の半導体基板内に形成された複数の無機光電変換素子からなるアレイと、前記半導体基板上に形成された近赤外線有機光電変換層と前記近赤外線有機光電変換層の上部に配置される共通電極と前記有機光電変換層の下部に配置されるピクセル電極とを含む近赤外線有機光電変換素子と、を含み、前記複数の無機光電変換素子は、赤色光光電変換素子、緑色光光電変換素子、及び青色光光電変換素子を含み、前記赤色光光電変換素子、前記緑色光光電変換素子、前記青色光光電変換素子は、ベイヤー（ｂａｙｅｒ）タイプに配置されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る心拍センサ、心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサ及びこれを含むスマートフォン、並びにウェアラブル心拍センサ、血管造影装置によれば、波長選択性がある光電変換素子を適用して低出力のＬＥＤを使用可能にして皮膚損傷を防止し、電力消費量も減少させることができる。
また、小型化が可能で携帯用に製造可能である。
また、有機物質で形成されてウェアラブルに構成することができる。
さらに、心拍センサはスマートフォンなど多様な携帯用装置のイメージセンサに組み込むことができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１の実施形態による心拍センサの概略構成を示すブロック図である。

【図2】赤色光電変換素子と近赤外線有機光電変換素子の外部量子効率（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＥＱＥ）特性と赤色波長と近赤外線波長でのオキシヘモグロビン（ＨｂＯ_２）とデオキシヘモグロビン（Ｈｂ）の吸光係数を示すグラフである。

【図3】図１に示した心拍センサが適用されたパッチタイプの心拍センサの概略図である。

【図4】本発明の第２の実施形態による心拍センサの概略構成を示すブロック図である。

【図5】本発明の第３の実施形態による心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサの概略構成を示す概略断面図である。

【図6】本発明の第３の実施形態による心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサのピクセルアレイを示す概略斜視図である。

【図7】本発明の一実施形態による心拍センサが組み込まれたイメージセンサの読み出し回路を示す概略図である。

【図8】本発明のまた他の実施形態による心拍センサが組み込まれたイメージセンサを含むスマートフォンを示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

次に、本発明に係る心拍センサ、心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサ及びこれを含むスマートフォン、並びにウェアラブル心拍センサ、血管造影装置を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
本発明は、様々な相違する形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。

【0017】

図１は、本発明の第１の実施形態による心拍センサの概略構成を示すブロック図である。
図１を参照すると、心拍センサは、電源部１１０、発光部１２０、センサ部１３０、信号処理部１６０、及び通信部１７０を含む。
電源部１１０は、発光部１２０、センサ部１３０、信号処理部１６０、及び通信部１７０に電源を供給するための部分であり、携帯用装置の場合には超小型バッテリー又はフレキシブルバッテリー等で構成され得る。

【0018】

発光部１２０は、白色ＬＥＤ一つのみで構成され得る。
白色ＬＥＤは、無機ＬＥＤ又は有機ＬＥＤがいずれも可能であり、フレキシブルな装置で実現するためには有機ＬＥＤの方がより適合する。
従来の心拍センサでは、波長選択性を有さないフォトダイオード一つのみを使用するため、発光部で波長を分割する方式を採用した。
その結果、発光部に赤色領域に選択的な発光特性を有するＬＥＤと近赤外線領域又は緑色領域に選択的な発光特性を有するＬＥＤ二つを備え、感度が高くないフォトダイオードの感度を補償するために光源の強さ（ｌｉｇｈｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を１０～３０ｍＷ程度で非常に強くして発光する構造を採用した。

【0019】

しかし、本実施形態による心拍センサでは、後述するセンサ部１３０で波長選択性を有するため、発光部１２０を白色ＬＥＤ一つのみで構成することができ、白色ＬＥＤ光源の強さも１～１０ｍＷの低強度のみで発光させることができる。
センサ部１３０は、近赤外線有機光電変換素子１４０と赤色光電変換素子１５０とで構成される。

【0020】

図２は、赤色光電変換素子と近赤外線有機光電変換素子の外部量子効率（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＥＱＥ）特性と赤色波長と近赤外線波長でのオキシヘモグロビン（ＨｂＯ_２）とデオキシヘモグロビン（Ｈｂ）の吸光係数を示すグラフである。

【0021】

図２を参照すると、近赤外線有機光電変換素子（Ｎｅａｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ＯＰＤ）１４０では近赤外線波長の外部量子効率（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＥＱＥ）が高く、赤色光電変換素子（Ｒｅｄ ＰＤ）１５０では赤色光波長の外部量子効率が高い。
しかし、オキシヘモグロビン（ＨｂＯ_２）とデオキシヘモグロビン（Ｈｂ）の分子吸光係数（ｍｏｌａｒ ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を見てみると、近赤外線光領域ではオキシヘモグロビン（ＨｂＯ_２）がデオキシヘモグロビン（Ｈｂ）より相対的に高い分子吸光係数を示し、赤色光領域ではデオキシヘモグロビン（Ｈｂ）がオキシヘモグロビン（ＨｂＯ_２）より相対的に高い吸光係数を示す。

【0022】

したがって、再び図１を参照すると、信号処理部１６０は、センサ部１３０の近赤外線有機光電変換素子１４０と赤色光電変換素子１５０で測定された吸光度に基づいてＨｂ／ＨｂＯ_２の濃度比率を計算した後、これを活用して酸素飽和度を計算する。
そして、測定時に現れる波形を通して心拍数を計算する。
信号処理部１６０でデジタル化された信号は、通信部１７０を通じて測定された酸素飽和度と心拍数信号を外部の遠隔処理装置（例：スマートフォン、遠隔モニタリング装置など）に伝送する。
通信部１７０は、有線で実現することもでき、ブルートゥース（登録商標）、ジグビー、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）又はＩＥＥＥ８０２．１１系のＷｉ－Ｆｉなどの近距離無線通信規格で実現することもできる。

【0023】

図１では、センサ部１３０を構成する近赤外線有機光電変換素子１４０と赤色光電変換素子１５０は積層型で構成してもよい。
この時、近赤外線有機光電変換素子１４０と同様に、赤色光電変換素子１５０も有機物で形成してもよい。
このように有機物だけで光電変換素子（１４０、１５０）を形成する場合、フレキシブル基板に製造が容易である。
したがって、使い捨て型又はパッチ型心拍センサなどのようなウェアラブル心拍センサを実現することができる。
この場合、フレキシブルなディスプレイ部１８０も心拍センサに一緒に設置して通信部１７０を通じて外部ディスプレイに伝達せずに直ちに結果を示すこともできる。

【0024】

図３は、図１に示した心拍センサが実現されたパッチ型心拍センサの概略図である。
パッチ型の柔軟な基板に発光部（白色ＬＥＤ）１２０と、近赤外線有機光電変換素子１４０と赤色有機光電変換素子１５０が積層されたセンサ部１３０を含む。
センサ部１３０で測定された信号を図３で示すように有線で伝送するときには、図１の信号処理部１６０や通信部１７０の形成を省略することもできる。

【0025】

図４は、本発明の第２の実施形態による心拍センサの概略構成を示すブロック図である。
図４を参照すると、図１に示した心拍センサのセンサ部１３０とは異なり、センサ部１３０を近赤外線有機光電変換素子１４０とその下部の無機赤色光電変換素子４５０とで構成する。

【0026】

下部の無機赤色光電変換素子４５０は、半導体基板、例えばシリコン基板内に形成してもよい。
無機赤色光電変換素子４５０は、複数の無機赤色光電変換素子のアレイを含み、それぞれの無機赤色光電変換素子４５０が単位ピクセルを定義する。
このように下部の無機赤色光電変換素子４５０を複数の赤色ピクセルアレイで形成すれば、被写体に対する心拍数と酸素飽和度をピクセル化された情報として得ることができる。

【0027】

この場合、手術などの医療目的の心拍センサ及びカメラに適用可能であり、手術部位の特定血管で血流問題及び破損程度を正確な心拍数マッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）を通じて提供することができる。
また、高解像度の血管イメージを通して損傷しない部分の追加の損傷防止にも寄与できる。
また、このような高解像度高効率積層型心拍センサを活用すれば、手術しなくても精密な血管イメージング（ｉｍａｇｉｎｇ）を通じて診断やレーザ治療ができる血管造影装置に活用することができる。

【0028】

図５は、本発明の第３の実施形態による心拍センサが組み込まれた近赤外線有機イメージセンサの概略構成を示す概略断面図であり、図６は、心拍センサが組み込まれたイメージセンサ５００のピクセルアレイを示す概略斜視図である。
図５及び図６を参照すると、イメージセンサ５００は、半導体基板５５０内に形成された無機光電変換素子（５５０ｒ、５５０ｇ、５５０ｂ）のアレイと、その上に形成された近赤外線有機光電変換素子５４０を含む。
複数の無機光電変換素子は、基板５５０の一定領域に所定の配列で形成される。
無機光電変換素子は、赤色光光電変換素子５５０ｒ、緑色光光電変換素子５５０ｇ、及び青色光光電変換素子５５０ｂを含み得る。

【0029】

図６には赤色光光電変換素子５５０ｒ、緑色光光電変換素子５５０ｇ、及び青色光光電変換素子５５０ｂがベイヤー（ｂａｙｅｒ）タイプに配置された場合を示しているが、これらの配列は多様に変形できることはもちろんである。
近赤外線有機光電変換素子５４０は、近赤外線有機光電変換層５４２と、その上部に配置される共通電極５４４と、その下部に配置される各ピクセル別に形成されたピクセル電極５４６との組み合わせで構成される。
各ピクセル電極５４６は、層間絶縁膜５３０内に形成されたビアに充填されたコンタクト５４８を通じて電荷蓄積部５４９と連結される。
共通電極５４４の上部には入射光に対して透明な平坦層５６０が形成される。
平坦層５６０上の各画素に対応する位置には、各画素に入射光を集光するためのマイクロレンズ５８０が形成される。

【0030】

図７は、本発明の一実施形態による心拍センサが組み込まれたイメージセンサ５００の読み出し回路を示す回路図である。
無機光電変換素子（５５０ｒ、５５０ｇ、５５０ｂ）に蓄積された電荷と電荷蓄積部５４９に蓄積された電荷は、３つのトランジスタ構成又は４つのトランジスタ構成などのトランジスタからなる読み出し回路を利用してセンシングされる。
図７には、無機赤色光電変換素子５５０ｒを示しているが、これは無機緑色光電変換素子５５０ｇと無機青色光電変換素子５５０ｂにも同様に適用可能である。

【0031】

図７を参照すると、無機赤色光電変換素子５５０ｒに蓄積された電荷は、無機赤色光電変換素子５５０ｒに接続されたドレインと電源Ｖｃｃに接続されたソースを有するリセットトランジスタＴｒ１、リセットトランジスタＴｒ１のドレインに接続されたゲートと電源Ｖｃｃに接続されたソースを有する出力トランジスタＴｒ２、及び出力トランジスタＴｒ２のドレインに接続されたソースと信号出力ライン７２０に接続されたドレインを有する行選択トランジスタＴｒ３によって読み出される。

【0032】

近赤外線有機光電変換素子５４０によって検出され電荷蓄積部５４９に蓄積された電荷は、電荷蓄積部５４９に接続されたドレインと電源Ｖｃｃに接続されたソースを有するリセットトランジスタＴｒ１、リセットトランジスタＴｒ１のドレインに接続されたゲートと電源Ｖｃｃに接続されたソースを有する出力トランジスタＴｒ２、出力トランジスタＴｒ２のドレインに接続されたソースと信号出力ライン７１０に接続されたドレインを有する行選択トランジスタＴｒ３によって読み出される。

【0033】

無機赤色光電変換素子５５０ｒで発生し貯蔵された電荷は、出力トランジスタＴｒ２を通じて電荷量に対応する信号に変換される。
行選択トランジスタＴｒ３がターンオンするとき、信号は信号出力ライン７２０に出力される。
信号が出力された後に、無機赤色光電変換素子５５０ｒの電荷は、リセットトランジスタＴｒ１によってリセットされる。
必要によっては、無機赤色光電変換素子５５０ｒとリセットトランジスタＴｒ１のドレインの間に伝達トランジスタ（図示せず）をさらに含んでもよい。

【0034】

バイアス電圧がピクセル電極５４６と共通電極５４４の間に印加されるとき、電荷は近赤外線有機光電変換層５４２上に入射する光に対応して発生し、ピクセル電極５４６と接続されたコンタクト５４８を通じて電荷蓄積部５４９に移動する。
電荷蓄積部５４９に貯蔵された電荷は、出力トランジスタＴｒ２を通じて電荷量に対応する信号に変換される。
行選択トランジスタＴｒ３がターンオンするとき、信号は信号出力ライン７１０に出力される。
信号が出力された後に、電荷蓄積部５４９の電荷は、リセットトランジスタＴｒ１によってリセットされる。
必要によっては、電荷蓄積部５４９とリセットトランジスタＴｒ１のドレインの間に伝達トランジスタ（図示せず）をさらに含んでもよい。

【0035】

二つの信号出力ライン（７１０、７２０）を通じて出力された信号は、信号処理部１６０に伝達され、信号処理部１６０で伝達されたデータに基づいて心拍数及び酸素飽和度を計算する。
このような処理は、心拍センサモードの場合に該当する。
カメラモードの場合には、無機赤色光電変換素子５５０ｒ、無機青色光電変換素子５５０ｂ、無機緑色光電変換素子５５０ｇの全ての信号と近赤外線有機光電変換素子５４０の信号をすべて出力し、信号処理部１６０からイメージ信号を最終出力することができる。
必要によっては、２つのモードを同時に進行することも可能である。

【0036】

図５及び図６に示した心拍センサが組み込まれたイメージセンサ５００を使用する場合には、一般的なイメージセンサを使用するカメラモードと心拍センサモードを同時に又は選択的に進行できるという長所がある。
つまり、必要によってはカメラモードのみを動作させたり、心拍センサのみを動作させたり又はカメラモードと心拍センサモードを同時に動作させることができる。
したがって、図８に示すように、スマートフォンなどのモバイル装置において、心拍センサ１２００と後面カメラ１３００とが別々に設置されているものを、一つのカメラ１０００に統合することができる。
カメラ１０００の一側面には白色光を発光して血管に照射するための発光部１１００をさらに含んでもよい。

【0037】

尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

【符号の説明】

【0038】

１１０ 電源部
１２０ 発光部
１３０ センサ部
１４０、５４０ 近赤外線有機光電変換素子
１５０ 赤色光電変換素子（赤色有機光電変換素子）
１６０ 信号処理部
１７０ 通信部
１８０ ディスプレイ部
５００ イメージセンサ
５３０ 層間絶縁膜
５４２ 近赤外線有機光電変換層
５４４ 共通電極
５４６ ピクセル電極
５４８ コンタクト
５４９ 電荷蓄積部
５５０ 半導体基板
５５０（ｒ、ｇ、ｂ） （赤色、緑色、青色）光電変換素子（無機光電変換素子）
５６０ 平坦層
５８０ マイクロレンズ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】