JP2006148739A - 水陸両用防水マイクロホン及びその利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】暴風雨時にも、正確に作動する精密構造の該マイクロホンを、独創的に開発し市場に提供し、それによって悪天候下においても車間距離を即時に正確に計測表示できるようにし、よって交通事故を大幅に減少させること。
【解決手段】マイクロホンを不透水性かつ通音性のある特殊な防水フィルムと、弾力性ある耐圧パットを用い該反射音を空気振動によりエレクトレットマイクロホンに伝送し、電気信号に変換する多層構造の耐候性シ−トで保護したエレクトレットコンデンサ−構造の水陸両用防水マイクロホンを構成したことにより解決した。
【選択図】図２

Description

本発明は特に高速で移動する乗物類の安全を確保するためのセンサ−の１種である水陸両用防水マイクロホンに係るものである。一般に、音声・音響信号を検知するセンサ−の代表格はマイクロホンである。通常は室内で使われ、屋外で降雨時には雨を遮って使われる。また防滴マイクロホンは多く市販されている。しかし高速移動物体に適応するためとなると、従来必ずしも、その性能精度は充分ではない。本発明はこの従来技術の不足の点を充実させるための新技術である。即ち、本発明は、陸上を走行する車両類が、他の移動外部の移動機体又は静止物体との距離を正確に瞬時に感知し、当方の操縦者に警告し衝突接触の防止を可能とする装置に用いるために基本となる水陸両用防水マイクロホン及びその利用方法に関するものである。

従来、一応本格的な防水マイクロホンと称されて、売られているものもあるが、これは単に、人体に直接触れて汗や唾がかかる程度の防水性で、音響を電気信号に変換する変換効率があまりよくないという欠点がある。また、音波の振動面がゴム性の防振材で周波数特性があまりよくないという問題点がある。
例えば、第１の従来技術としては、特開平８−１０２９８９に示されるような水中通話装置がある。これは、水中通話が容易にできる水中通話装置であり、呼吸用レギュレ−タ内に設けられたマイクロホンと該マイクロホンの出力を受け音声周波数を所定倍する周波数変換器と、同周波数変換器の出力を受ける増幅器と、同増幅器の出力を受ける水中スピ−カにより構成する水中通話装置である。

また、第２の従来技術としては、特開２００１−３０９４７３に示されるような防水型振動マイクロホンのようなものがある。これは、空気振動型マイクロホンを利用し、振動源と接する場所に、振動を伝導する材料を使用し、空気室を設け空気振動に変換し、振動型マイクロホンとして利用する方法装置である。

更に、第３の従来技術としては、特開２００３−１６５９２に示されるような車両運転警告装置のようなものもある。これは音響スピ−カ−と小型のマイクロホンを内蔵するセンサ−ユニットを有する警告装置で車両運転の安全確保のためのものである。その課題としては、条件が悪いときにおいても、柔らかい衣服を着けている子供などの形状が不整な対象物まで確実に検知でき、しかも、対象物までの距離があっても、充分に検知し得る余裕のある信頼性の高い警告装置を作ることである。而して、その解決手段は、車両の外面にはオ−デイオ用の音響スピ−カ−と小型のマイクロホンとからなるセンサ−ユニットを設け、車両の運転室には運転席の近傍位置に、前記センサ−ユニットと情報交換するよう接続する制御表示ユニットを設け、音響スピ−カ−を制御表示ユニットに具備せしめた発信部により周波数の異なる複数の計測音波を短い時間をおいて発射するように駆動して、音響スピ−カ−から発射されたそれら計測音波が障害物に当たって反射しマイクロホンに入力されるまでの時間差から、距離を算出し、障害物として制御表示ユニットの表示部に表示する装置である。

特願平６−２３６９５２；特開平８−１０２９８９ 特願２０００−１６８２６４；特開２００１−３０９４７３ 特願２００１−１９４１９１；特開２００３−１６５９２

しかしながら、上記の従来技術では、特に悪天候の場合、陸上或いは海上における他の移動車両又は船舶の位置と彼我の距離を正確にセンサ−で感知することはできないから、種々な交通事故を回避することは極めて困難である。
即ち、前記第１の従来技術では、マイクロホンと水中スピ−カを用いてスキュ−バダイビングをしている人と通話ができる装置であるけれども、特許請求範囲と図面によって、技術内容を検討すると、マイクロホンは水中には設けられていないので、本発明のような悪天候でマイクロホンが雨水につかっても正確に作動することは期待できないという問題点がある。

一方、マイクロホンで水中で使用する形態では、１０から２０ｍ程度の水深アクアラングで使う水中トランシ−バ−がある。水中の音響を感知センスするマイクロホンは防水性であって水圧に対し抵抗力があることが必要である。またつり舟の側舷から魚群探知機のように音波反射を受信したり、魚が餌を食べる音を受信する場合には音響周波数は３００ヘルツから超音波の４０キロヘルツ程度まで感度を有するマイクロホンが求められる。
更に、一般に利用されるコンデンサ−型マイクロホンは、コンデンサ−の片側電極である振動板電極に音響の空気振動を直接に当て、２つの電極の間隙を変化させ電気信号を得ている。不織布や撥水パットを前面に貼って簡易的に振動子電極に埃や水滴がつかない程度の処置をして使われている。しかしこれも、走行機器用の瞬間距離測定表示器に適用するためには、精度が充分高くないという問題点がある。従って、従来技術においては、車両が暴風雨中を走行する時に音波を正確に受信できる高精度の水陸両用防水マイクロホンは未だ存在していない。

また第２の従来技術の、防水型振動マイクロホンでは、水密ケ−ス中に空気室を設け、空気振動マイクロホンをその中に設置するというもので主に人体に接触させて使うことが目的で、風圧、水圧のかかる形態の利用に適していない。また音響反射方式による他の物体との距離表示技術と組み合わせても、その車間距離を雨天時も正確に瞬間表示する本発明のような目的課題の達成はできないという、決定的欠点がある。

更に、第３の従来技術では、当方車両から発射された音波が他車両から反射され、当方車両のマイクロホンに入力されるが、このマイクロホンが通常の従来のものであるため暴風雨の場合には、精度が低下し他車両との間の距離が正確に測定できず、従って正確に表示もされないという問題点がある。

本発明は上記従来技術の欠点問題点を除去し、音声および超音波信号を暴風雨下においても受信できる、高性能の防水・耐風圧型マイクロホンを開発提供すること、並びに水中において音声および超音波信号を水圧に連動させた空気圧を保つマイクロホンを提供することを目的課題とするものである。

上記の課題を解決するため、本発明においては次の手段を開発した。
即ち、本発明の手段の第１の特徴は、音波の空気中振動波及び／又は水中振動波を、防水フィルムにより成る振動体と耐圧パツトを経由した空気振動によりエレクトレットマイクロホンに伝送し電気信号に変換する２層構造の耐候性シ−トで保護したエレクトレットコンデンサ−構造の水陸両用防水マイクロホンであることである。
次に該手段の第２の特徴は主に上記第１の特徴の材料構造について詳細に限定したものであって、前記エレクトレットマイクロホンの防水構造の具体的詳細が、該音波の振動源と接する振動面に高分子材料で多孔質構造のポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いて、防水性、通音性、耐熱性、撥油性、耐薬品性、耐候性を具備せしめ、更に該振動面の背面に撥水性かつ多孔構造の耐圧力弾性パットを張り合わせ保護した構造である水陸両用防水マイクロホンであることである。
更に該手段の第３の特徴は、前記第１、第２の特徴を細部について具体的に限定したものであり、前記防水フィルムにより成る振動体の振動源と接する振動面に高分子材料のポリポリエステルフィルム類の防水フィルムシ−トを用い、更にその背面に多孔構造弾性パットを用いた保護構造のマイクロホンにより構成される水陸両用防水マイクロホンであることである。

更にまた、本発明の手段の第４の特徴は、高速道路を含む幹線大道路の車両の騒音防止のため該騒音を受音器により受信して、該音波の位相を１８０度変えて、該変相音をスピ−カで発音することにより、前記車両の騒音を打ち消し合う防音システムにおいて、前記防水マイクロホンを利用する水陸両用防水マイクロホンであることである。
かつまた、本発明の手段の第５の特徴は、設置場所が屋内外で、その場所の状態にかかわらず、音波反射の時系列パタ−ンの比較において、無断闖入者がある場合に、該パタ−ンが大きく変化したことを認知し、パタ−ン認識技術によって異物を検出する防犯システムにおいて、該受音器として、前記防水マイクロホンを利用する水陸両用防水マイクロホンであることである。

１．本発明の水陸両用防水マイクロホンは、高速で移動する車両に搭載し、前後車両との距離の即時測定警告装置類と共に使用した場合には、悪天候時において、追突、衝突防止の顕著な効果を奏する。
２．特に車両に搭載する音響測定器、例えば車両の障害物検知装置で超音波を発射し反射波を受信する装置のマイクロホンでは、暴風雨を正面から受け、更に車速が加わる環境で使う耐候性の高いマイクロホンに使用すれば、車間距離の即時測定表示警告が可能となるので走行車両の追突事故を極力防止することが可能となるという絶大な効果を得ることができる。
３．また、本発明の水陸両用防水マイクロホンを水中で使うトランシ−バ−や、浅瀬で使う水中探査装置の受信センサ−において、低周波から超音波領域まで一つのセンサ−で対応できる。従ってまた、既存のエレクトレットマイクロホンを活かして耐候性マイクロホンが安価にできるという経済的効果も得られる。
４．高速道路、幹線大道路の車両の防音システムに、１８０度位相変換の音波を利用する場合においても、暴風雨の場合は、従来技術では精度が低下するが、本発明の防水マイクロホンを利用すれば、高精度を保ち、悪天候下でも防音ができるという大きな効果をもたらす。
５．防犯システムにおける、音波反射の時系列パタ−ン比較技術において、従来技術のマイクロホン使用であると悪天候時には防犯の役を果たせないが、本発明の防水マイクロホンを利用すれば、常に正確に防犯の目的を達しうるという顕著な効果が得られる。

最も利用度の高い、車両運転の場合の安全確保のための、最良の実施の形態について説明する。先ず、計測音波を、前走車の後部に向けて発射するのは従来技術によって行なう。次に、それらの計測音波が前走車から反射して当方車のマイクロホンに入力されるが、これが悪天候で暴風雨の中であると、そこで本発明の水陸両用マイクロホンを使用するならば、該マイクロホンには、水は通さず、空気のみを通す防水フィルムと、弾力性と通気性のある合成ゴムパットを一体化して使用するので、一滴の水も通さず、外部からの圧力となる風圧・水圧に対抗し、空気振動を正確に伝達する。従って、該反射音は正確にマイクロホン中に入力し、マイクロコンピュ−タによって、前走車との車間距離が瞬時に算出され、表示され、その時の車間距離が、速度別の合理的車間距離よりも小さくなると、危険であるから、警告装置が作動し、運転席に警告信号が表示され、或いは警報音が発せられ運転者に対応を求めるものである。この水陸両用防水マイクロホンの詳細構造作用は次記実施例において詳細に説明する。
また、高速道路の騒音防止装置は、殆ど屋外に設置されるが、暴風雨の場合は、防音システムに大量の雨水がかかり、従来技術では、マイクロホンの精度が低下するが、本発明のマイクロホンをその位置に利用すれば、悪天候時でも、機能が高精度に保持されるから、防音の目的を達することができるので、最良の実施の形態となる。
更にまた、防犯システムの音波反射の時系列パタ−ン比較による装置においても、本発明の防水マイクロホンを利用すれば、雨水のかかる場所でも、有効に作動するから、防犯の目的を充分に達することができるので、最良の実施の形態である。

本発明の防水マイクロホンを走行車両の追突接触事故防止システムに応用した場合の実施例を図面に従って説明する。図１は本発明の水陸両用防水マイクロホン１（以下防水マイクロホンと略称）の正面図である。１−ａは防水フィルムで、例えばポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）等の通音性が良く、防水性の高いフィルムである。この防水フィルムは１平方ｃｍに１０億個以上の微細孔を有し１つの孔の大きさは、水滴の２万分の１で豪雨でも１滴の水も通さない。また、柔軟性があり強固でパッキン材としても使える。
１−ｄは水陸両用防水マイクロホンを一体化するケ−スである。
図２は本発明の防水マイクロホンの縦断面図で、内部構造の説明図である。２−ａから２−ｋまでは既存のエレクトレットマイクロホンの基本構成である。２−ｄと２−ｅにおいて永久電荷を保持するコンデンサ−で、２−ｆはそのギャップを形成する絶縁リングである。また２−ｄは空気振動を受ける電荷蓄積振動板であり、２−ｅは固定電極側絶縁層である。
２−ａはエレクトレットマイクロホンのケ−スでコンデンサ−の振動板電極２−ｂに接し電気信号のア−ス端子２−ｊに接続されている。固定電極２−ｃから発生する音響電気信号は固定電極リ−ド線２−ｋを通してインピ−ダンスの高い増幅器で、例えばＦＥＴトランジスタを持つインピ−ダンス変換アンプ２−ｈで出力インピ−ダンスを下げて信号出力端子２−ｉから外部に出力される。エレクトレットマイクロホンの固定部は保持用絶縁リング２−ｇでカバ−されている。

本発明の防水マイクロホンの防水・耐圧構造について説明する。図２の１−ａから１−ｄまでがその構造である。上記００１５の説明のほか、１−ｂは弾力性と通気性のあるパツトであり合成ゴム材等で作られる。外部からの圧力となる風圧・水圧に対抗し空気振動で伝達する。防水フィルムとパットを一体化し、１−ｃはエレクトレットマイクロホンと弾力性を持ちながら密着する防水性弾性接着材で固定する。１−ｄは前記のように、水陸両用防水マイクロホンを一体化するケ−スでエレクトレットマイクロホンを圧入する。リ−ド線を出した後から背面より防水接着材で封される。

該防水マイクロホンの作動は次の通りである。音響振動は防水フィルムを振動させ、該パット内空気に伝導し１−ｅの空気室を経て、エレクトレットマイクロホンの振動板を振動させる。また、外部圧力の風圧に対して防水フィルムはパットの弾力で受け、若干内部に押される姿勢になるが防水フィルムは通気性がよいので外圧と内圧の均衡が保たれる。

一方、水中の、例えば水深１０ｍでは１気圧が加圧される。本発明で使用する防水フィルムは、水は完全に通さないが水圧は該防水フィルムから内部にかかる。この場合では、この場合では、風圧同様に内部に若干に押されるが、一定のところで内圧と外圧が平衡する。もし、この状態で空中に上がった場合には通気性があって、また元の大気圧に平衡する。

前記図１は該防水マイクロホンの正面図で１−ａは防水フィルム、１−ｄは金属性の例えばステンレス製のケ−スである。該防水フィルムにおいては、十分な音圧の音響振動があり外圧はかからない使い方では、高分子材料で例えばポリエステルフイルムを使う。感度は落ちるが、この場合にも背後に多孔質弾力性パットを設けて空間を保ち空気室から小さなマイク窓に送ることが有効である。

図４に示した「高速道路類騒音防止に本発明の防水マイクロホンの利用例」について説明する。高速道路を走行する車両２０からエンジン音やタイヤのはじける音が騒音波２１となり、防護壁２２を超え家屋２３に達する。防水マイクロホン１は騒音波を受けて増幅し騒音を打ち消すために位相を１８０度変換した防音波２４を低周波から超音波範囲（例えば１００ヘルツから５０キロヘルツ）の高音出力のスピ−カ−２５から出力する。騒音波は防音波と差動合成されて減少し家屋類に到達する。ここで使用する防水マイクロホンは、本発明の水陸両用マイクロホンであることが必要である。

図５及び図６に示す「防犯装置に本発明の防水マイクロホンを利用する例」について説明する。本発明の防水マイクロホン１を家屋周辺の要所に設置しておく。適所に超音波スピ−カ−２を設けて、それからパルス性の超音波３１を発射する。そうすると、家屋周辺構造物３２、植木３３から反射波３５が返ってくる。一方、マイク入力信号３６に示す、超音波発射音３７、家屋周辺構造物からの反射音３８及び植木からの反射音３９が定常的に入力されている。ここに侵入者３４が入ると、マイク入力異常信号４０に示すごとく反射波４１が入る。マイク入力信号３６とマイク入力異常信号４０との比較により侵入者を検知することが出来る。

上記実施例も挙げて、詳細に説明した通り、多くの技術、引いては広範囲の産業上の利用可能性を有するものである。
１）前記実施例１は、走行自動車の追突、接触事故防止に多大の貢献をするものである。２００４年１１月にも、高速道路における大型トラックによる追突事故で乗用車が炎上し３人の犠牲者を含む多数の被害者を出した交通事故が新聞ラジオにより報道されている。このような悲惨な交通事故は年間全国で８５，０００件に及んでいる（警視庁）。而して、交通事故は悪天候の場合に多い。例えば雨天時においては、車間距離を瞬時に計測して表示警報する装置が雨のために不正確となるからである。本発明は暴風時においてもその計測を正確にする装置であるから、本発明装置を車両に取り付けることにより、交通事故が顕著に減少する可能性が大である。従って、本発明品が生産販売されて産業上利用される可能性は極めて大である。
２）実施例２は、高速道路、幹線大道路の騒音防止装置に本発明を利用する例である。
高速、大道路の騒音は常態化しており、沿線の住民は日夜悩まされている。特に雨天時において、サイクル変換の騒音防止装置のマイクロホンが雨のとき正確に作動しなあいためである。この大困難を解消するのが本発明であり、この利用面でも本装置は売れる見込みが大で、産業上利用の可能性は非常に大きい。
３）実施例３は本発明を犯罪防止機器に利用する場合である。最近は東南アジア系外国人などによる、複数の無法者による住宅侵入強盗事件などが多い。本発明はこの種の犯罪防止機器に利用すると極めて効果の大なるものであるから、矢張り製品化すれば多量に販売し得るものであり、この分野でも多大の産業上の利用可能性を有するものである。

本発明の水陸両用防水マイクロホンのＡ矢視の正面図。 本発明の水陸両用防水マイクロホンの縦断面図。 本発明の水陸両用防水マイクロホンのＢ矢視の正面図。 高速道路騒音防止に本発明の防水マイクロホンの利用説明図。 防犯装置に本発明の防水マイクロホンを利用する例の説明図。 防犯装置に本発明の防水マイクロホンの利用例の音波の変化説明図。

符号の説明

１ 水陸両用防水マイクロホン
１−ａ 防水フイルム
１−ｂ 弾性多孔質パット
１−ｃ 防水性弾性接着材
１−ｄ 水陸両用防水マイクロホンのケ−ス
１−ｅ 空気室
２ 超音波スピ−カ−
２−ａ エレクトレットマイクロホンのケ−ス
２−ｂ 振動板電極
２−ｃ 固定電極
２−ｄ 電荷蓄積振動板
２−ｅ 固定電極側絶縁層
２−ｆ コンデンサ−のギャップを形成する絶縁リング
２−ｇ エレクトレットマイク固定部の保持用絶縁リング
２−ｈ インピ−ダンス変換とアンプ
２−ｉ 信号出力端子
２−ｊ ア−ス端子
２−ｋ 固定電極端子リ−ド線
２０ 車両
２１ 騒音波
２２ 防音壁
２３ 家屋
２４ 防音波
２５ 高音出力のスピ−カ−
３１ パルス性の超音波
３２ 家屋周辺構造物
３３ 植木
３４ 侵入者
３５ 反射波
３６ マイク入力信号
３７ 超音波発射音
３８ 家屋周辺構造物からの反射音
３９ 植木からの反射音
４０ マイク入力異常信号
４１ 反射波

Claims (5)

1. 音波の空気中振動波及び／又は水中振動波を、防水フィルムにより成る振動体と耐圧パツトを経由した空気振動によりエレクトレットマイクロホンに伝送し電気信号に変換する２層構造の耐候性シ−トで保護したエレクトレットコンデンサ−構造を特徴とする水陸両用防水マイクロホン。
2. 前記エレクトレットマイクロホンの防水構造の具体的詳細が、該音波の振動源と接する振動面に高分子材料で多孔質構造のポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いて、防水性、通音性、耐熱性、撥油性、耐薬品性、耐候性を具備せしめ、更に該振動面の背面に撥水性かつ多孔構造の耐圧力弾性パットを張り合わせ保護した構造である請求項１に記載の水陸両用防水マイクロホン。
3. 前記防水フィルムにより成る振動体の振動源と接する振動面に高分子材料のポリエステルフィルム類の防水フィルムシ−トを用い、更にその背面に多孔構造弾性パットを用いた保護構造のマイクロホンにより構成されるものである請求項１又は２に記載の水陸両用防水マイクロホン。
4. 高速道路を含む幹線大道路の車両の騒音防止のため、該騒音を受音器により受信して、該音波の位相を１８０度変えて、該変相音をスピ−カで発音することにより、前記車両の騒音を打ち消し合う防音システムにおいて、前記防水マイクロホンを利用することを特徴とする水陸両用防水マイクロホンの利用方法。
5. 設置場所が屋内外で、その場所の状態にかかわらず、音波反射の時系列パタ−ンの比較において、無断侵入者がある場合に、該パタ−ンが大きく変化したことを認知し、パタ−ン認識技術によって異物を検出する防犯システムにおいて、該受音器として、前記防水マイクロホンを利用することを特徴とする水陸両用防水マイクロホンの利用方法。

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