JP2010074269A - 人体通信ワイヤレス音声出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人体を伝送媒体として送信されてくる音声信号に基づく可聴音声を安定的に出力可能な人体通信ワイヤレス音声出力装置を提供する。
【解決手段】ヘッドフォン装置２０は、音楽プレーヤから人体を介して送信されてくる音声信号を受信するための入力電極部２０ａと、入力電極部２０ａを介して受信した音声信号を可聴音声に変換して出力するヘッドフォン部２とを備えている。このうち、入力電極部２０ａが、ヘッドフォン部２を収納するハウジング３（ドーム部７）に突設されたイヤーフック部５のうち、装着状態で耳殻の付け根の溝部分に当接する面に設けられている。このため、イヤーフック部５のうちドーム部７と連結する部位に、ハウジング３と共にヘッドフォン部２の重さ分が重力方向に掛かり、入力電極部２０ａが耳殻の付け根の溝部分に付勢されるため、入力電極部２０ａと人体との接触が安定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、人体を伝送媒体として音声再生装置から送信されてくる音声信号を受信し、その受信した音声信号に基づいて生成した可聴音声を出力する人体通信ワイヤレス音声出力装置に関する。

従来より、携帯型の音声再生装置とヘッドフォン装置とから構成され、音声再生装置から赤外線や電波等による無線通信方式を用いて音声信号を送信し、ヘッドフォン装置が、音声再生装置から受信した音声信号に復調や増幅等の変換処理を施すことで生成した可聴音声を出力することにより、ケーブルを用いることなく音楽等をユーザの耳元に流すことが可能なワイヤレスヘッドフォンシステムが知られている。

ところで、この種のワイヤレスヘッドフォンシステムにおいて、赤外線による無線通信方式を用いた場合では、利用者の身体の一部や屋外における自然光等が障害となって光路が遮られ、音声再生装置からヘッドフォン装置に音声信号をうまく伝送できないことがあるという問題があった。また、電波による無線通信方式を用いた場合では、国毎の規制によって周波数の割り当てが困難であったり、通信範囲内に利用者が複数存在すると混信してしまったりする可能性があるという問題があった。

このため、ユーザの身体の一部を介して信号を伝送する方式（いわゆる人体通信方式）を採用することで、使用環境に関わらず且つケーブルを用いずに音声信号を伝送することが可能な人体通信ワイヤレスヘッドフォンシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、人体通信方式とは、人体をそのほとんどが塩分を含んだ水からなる導電体（ケーブル）とみなし、人体の健康面に影響を及ぼさない程度の微弱電流（例えば、１ｍＡ以下）にて交流信号を伝送するものである。
特開２００１−１４４６６２号公報

ところで、従来の人体通信ワイヤレスヘッドフォンシステムでは、ヘッドバンドとイヤーパッドとからなる所謂オーバーヘッド型のヘッドフォン装置が用いられており、音声再生装置から人体を介して送信されてくる音声信号（微弱電流）を受信するための入力電極がイヤーパッド位置に設けられている。

このように構成されたヘッドフォン装置では、イヤーパッドが、ヘッドバンドと連結する部位の弾性力で付勢されているだけであるため、入力電極と人体との接触が安定せず、音声信号を適切に受信できない場合があるという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するために、人体を伝送媒体として送信されてくる音声信号に基づく可聴音声を安定的に出力可能な人体通信ワイヤレス音声出力装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた発明である請求項１に記載の人体通信ワイヤレス音声出力装置は、入力電極部が、人体を伝送媒体として音声再生装置から送信されてくる音声信号を受信し、ヘッドフォン部が、入力電極部を介して受信した音声信号を可聴音声に変換して出力するように構成されている。

ここで、人体通信ワイヤレス音声出力装置は、人体における耳殻に掛かる湾曲形状のイヤーフック部が、ヘッドフォン部を収納するハウジングに延設されており、入力電極部が、このイヤーフック部のうち、装着状態で耳殻の付け根に少なくとも当接する箇所に設けられていることを要旨とする。なお、装着状態とは、イヤーフック部が耳殻に掛けられた状態をいう。

つまり、このように構成された人体通信ワイヤレス音声出力装置が、ユーザ（人体）に装着されると、イヤーフック部のうちハウジングと連結する部位に、ハウジングと共にヘッドフォン部の重さ分が重力方向に掛かり、入力電極がユーザの耳殻の付け根部分に付勢されるため、入力電極と人体との接触が安定し（つまり、接触インピーダンスが小さくなり）、音声信号を適切に受信することが可能となる。

したがって、本発明の人体通信ワイヤレス音声出力装置によれば、人体を伝送媒体として送信されてくる音声信号に基づく可聴音声を安定的に出力することができる。
なお、ヘッドフォン部は、いわゆる骨伝導ヘッドフォンのように、装着状態で耳殻の下方側にある下顎の方向に向けて可聴音声を出力する位置に設けられてもよいし、請求項２に記載のように、装着状態で人体における耳孔に向けて可聴音声を出力する位置に設けられてもよい。

また、本発明の人体通信ワイヤレス音声出力装置は、請求項３に記載のように、ハウジングに突設されたフック支持部が、イヤーフック部の一端を軸回りに回動可能に支持する支持機構と、装着状態でイヤーフック部とハウジングとにより耳殻を挟持する方向に、イヤーフック部を付勢する付勢機構とを有することが望ましい。

つまり、このように構成された人体通信ワイヤレス音声出力装置では、ハウジングが耳殻に対して押し付ける力（押圧力）を増加させることができ、ヘッドフォン部を耳殻に均一に密着させることができる。このため、ヘッドフォン部から出力される音声（可聴音声）をユーザの内耳に効率よく伝えることができることに加えて、入力電極と耳殻の付け根部分との接触をより安定させることができる。

ところで、本発明の人体通信ワイヤレス音声出力装置は、請求項４に記載のように、イヤーフック部が、非導電性の樹脂材料からなり、且つ、入力電極部が、イヤーフック部に形成された導電性薄膜からなることが望ましい。

この場合、イヤーフック部の加工（成型など）が容易であると共に、入力電極部として用いる導電体の量を削減することができ、従って、製造コストを抑制することができる。
また、入力電極部は、請求項５に記載のように、イヤーフック部の外周面のうち、装着状態で人体における頸部側、耳殻の付け根側、及び、耳殻のうち頸部に対向する側（以下、頸部対向側という）を全て覆う位置に設けられていることが望ましい。

この場合、装着状態において、入力電極部が耳殻の付け根部分に接触すると共に、頸部側または頸部対向側の少なくとも一方に接触することになり、入力電極部と人体との接触面積が広く確保されるため、接触インピーダンスをより小さくすることができる。

そして、請求項６に記載のように、イヤーフック部のうち、前記装着状態で前記人体に当接する面をフック当接面として、そのフック当接面には、複数の凹凸が形成されていることが望ましい。

この場合、装着状態でイヤーフック部と耳殻の付け根部分との摩擦抵抗が増加し、イヤーフック部が滑りにくくなる（即ち、ヘッドフォン部がずれにくくなる）ため、ユーザの装着感を向上させることができることに加えて、入力電極と人体との接触をさらに安定させることができる。また、ヘッドフォン部がずれにくくなることに加えて、入力電極部と人体との接触面積がより広く確保されるため、接触インピーダンスをさらに小さくすることができる。

ところで、入力電極部（導電体）と人体（電解質）との境界面を電流が横切る場合、電気二重層の形成により分極電圧（ノイズ）が発生してしまう場合があるという問題がある。このため、イヤーフック部には、請求項７に記載のように、入力電極部を覆う誘電性の絶縁フィルムが設けられていることが望ましい。

この場合、入力電極部と人体とが容量結合のみで結ばれることになり、伝送エラーを低減することができる。なお、入力電極部が金属製であっても、装着状態で人体に金属が直接触れることがないため、金属アレルギーをもったユーザにも対応することができる。

以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
＜ヘッドフォンシステムの構成＞
図１は、本発明が適用されたヘッドフォンシステムの概略を示す模式図であり、図２は、このヘッドフォンシステムの構成を示すブロック図である。

図１に示すように、ヘッドフォンシステム１は、ユーザの身体の一部（即ち、人体）を伝送媒体として音声信号を送信する音声再生装置としての携帯型の音楽プレーヤ１０と、音声再生装置（音楽プレーヤ１０）から人体を介して送信されてくる音声信号を受信し、その受信した音声信号に基づいて生成した可聴音声を出力する人体通信ワイヤレス音声出力装置としてのヘッドフォン装置２０とからなる。

なお、ヘッドフォンシステム１では、人体をそのほとんどが塩分を含んだ水からなる導電体（ケーブル）とみなし、音楽プレーヤ１０及びヘッドフォン装置２０が、ユーザの肌（皮膚）に直接または衣服等を介して間接に接触された状態で、人体の健康面に影響を及ぼさない程度の微弱電流（例えば、１ｍＡ以下）にて音声信号（交流信号）を伝送する。

＜音楽プレーヤの構成＞
このうち、音楽プレーヤ１０は、図２に示すように、例えばフラッシュメモリ，ＣＤ，ＭＤ等の記憶媒体（図示せず）から音声データを読み出し、その読み出した音声データで搬送波を変調した信号（ＩＦ信号）を出力する信号発生器１１と、所定の基準周波数からなる基準信号を発生する基準発振器１２と、信号発生器１１と基準発振器１２とからの出力を混合することによりＩＦ信号を周波数変換するミキサ１３とを備える。

また、音楽プレーヤ１０は、ミキサ１３から出力された信号（ＲＦ信号；音声信号に相当）のうち所定の周波数帯に周波数変換された信号のみを選択的に通過させるバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦという）１４と、ＢＰＦ１４を通過したＲＦ信号を増幅する増幅回路１５と、増幅回路１５にて増幅されたＲＦ信号を送信する出力電極部１０ａとを備える。なお、増幅回路１５は、図示しないコンデンサを介して出力電極部１０ａに接続されている。

＜ヘッドフォン装置の構成＞
一方、ヘッドフォン装置２０は、音楽プレーヤ１０から人体を介して送信されてくるＲＦ信号を受信する入力電極部２０ａと、入力電極部２０ａを介して受信したＲＦ信号（音声信号）を可聴音声に変換して出力するヘッドフォン部２とを備えている。

即ち、ヘッドフォン部２は、入力電極部２０ａを介して受信した信号を増幅する増幅回路２１と、増幅回路２１からの出力のうち所定の周波数帯の信号（ＲＦ信号）のみを選択的に通過させるＢＰＦ２２と、周波数変換用の高周波信号を発生する局部発信器２３と、ＢＰＦ２２を通過したＲＦ信号と局部発信器２３からの出力とを混合することにより受信信号を周波数変換するミキサ２４と、ミキサ２４から出力された信号（ＩＦ信号）を増幅する増幅回路２５と、増幅回路２５にて増幅されたＩＦ信号を音声データに復調する復調回路２６と、復調回路２６にて復調された音声データを可聴音声に変換して出力する音声出力器２７とを備えている。

次に、図３（ａ），（ｂ）は、ヘッドフォン装置２０の概略を示す上面図及び側面図である。
図３（ａ）に示すように、ヘッドフォン装置２０は、ヘッドフォン部２を収納するハウジング３と、ハウジング３に当接されてヘッドフォン部２（音声出力器２７）から可聴音声が出力される（即ち、放音される）方向に配置されたスポンジ状（例えば、低反発ウレタン）のイヤーパッド４と、ハウジング３に延設されてユーザの耳殻に掛かる湾曲形状のイヤーフック部５とを備えている。

このうち、ハウジング３は、イヤーパッド４に当接されて放音用の小孔（又はスリット）が複数形成された当接部６と、当接部６に固着されてヘッドフォン部２を覆う略半球形状のドーム部７と、ドーム部７から突出した位置に設けられてイヤーフック部５を支持するフック支持部８とからなる。なお、図示を省略するが、ドーム部７の内側下方部分には、ヘッドフォン部２を嵌め込みにより取り付ける保持機構が形成されており、ハウジング３内部の重心位置が下方側となるように構成されている。

フック支持部８は、イヤーフック部５の一端とほぼ同径の挿入孔（不図示）が設けられ、イヤーフック部５の一端を軸回りに回動可能に支持する回動機構と、板バネ等の弾性部材（不図示）によって、装着状態でイヤーフック部５とイヤーパッド４（当接部６）とによりユーザの耳殻を挟持する方向（図３（ｂ）参照）に、イヤーフック部５を付勢する付勢機構とを有する。

なお、装着状態とは、図４に示すように、イヤーフック部５を耳殻に掛けることによりヘッドフォン装置２０がユーザに装着された状態をいう。また、フック支持部８には、入力電極部２０ａとヘッドフォン部２（受信器２１）とを電気的に接続するための接続コード（不図示）が内包されている。

ここで、図５は、ユーザの耳殻に対する入力電極部２０ａの位置を示す概略図であり、図６は、イヤーフック部５の一部形状を説明するための概略図である。
イヤーフック部５は、非導電性の樹脂材料からなり、一般的な耳殻の形に合わせた丸みを有し、ユーザの耳殻と頸部とが繋がっている箇所（即ち、耳殻の付け根）の溝部分Ｘ（図５（ａ）参照）に上方から差し込むようにして耳殻に担持される（図５（ｂ）参照）ように形成されている。なお、図６に示すように、イヤーフック部５のうち、装着状態でユーザの耳殻及び頸部に当接する面（即ち、耳殻の付け根の溝部分Ｘに当接する面；以下、フック当接面という）５ａには、耳殻の付け根の溝部分Ｘに沿って波状の凹凸が複数形成されている。

また、イヤーフック部５においてフック当接面５ａを含む内側面には、メッキ処理することで形成された導電性薄膜からなる入力電極部２０ａが設けられている。なお、本実施形態の入力電極部２０ａは、図５（ｃ）に示すように、イヤーフック部５の軸方向に沿った断面の縁部（即ち、外周面）のうち、装着状態でユーザの頸部側、耳殻の付け根側、及び、耳殻のうち頸部に対向する側を全て覆う位置（断面の周囲を下方側で３／４程度覆う領域）に設けられている。

さらに、イヤーフック部５には、入力電極部２０ａを覆う誘電性の絶縁フィルム５ｂが設けられている。なお、一般に導電体（入力電極部２０ａ）と電解質（人体）との境界面を電流が横切る場合、電気二重層の形成により分極電圧（ノイズ）が発生するため、絶縁体（絶縁フィルム５ｂ）を覆うことにより、入力電極部２０ａが人体との容量結合のみで結ばれ、伝送エラーを低減することが可能となる。

＜本実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態のヘッドフォン装置２０では、入力電極部２０ａが、ヘッドフォン部２を収納するハウジング３（ドーム部７）に突設されたイヤーフック部５のうち、装着状態で耳殻の付け根の溝部分Ｘに当接する面に設けられている。

つまり、このように構成されたヘッドフォン装置２０が、ユーザ（人体）に装着されると、イヤーフック部５のうちドーム部７と連結する部位に、ハウジング３と共にヘッドフォン部２の重さ分が重力方向に掛かり、入力電極部２０ａが耳殻の付け根の溝部分Ｘに付勢されるため、入力電極部２０ａと人体との接触が安定し（つまり、接触インピーダンスが小さくなり）、音声信号を適切に受信することが可能となる。

したがって、本実施形態のヘッドフォン装置２０によれば、人体を伝送媒体として送信されてくる音声信号に基づく可聴音声を安定的に出力することができる。
また、ヘッドフォン装置２０では、ヘッドフォン部２が、ドーム部７の保持機構によってハウジング３内部の重心位置が下方側となるように取り付けられているため、装着状態で当該ヘッドフォン装置２０の重心が低くなる。また、ユーザの耳殻はその上側部分が頸部に対して外側に若干傾いている。このため、装着状態において当該ヘッドフォン装置２０の重心から外側方向に力が加わったとしてもイヤーフック部５が耳殻から外れにくくなり、ひいては入力電極部２０ａと人体との接触をより安定させることができる。

さらに、ヘッドフォン装置２０では、入力電極部２０ａとヘッドフォン部２（受信器２１）とを電気的に接続するための接続コードがフック支持部８に内包されているため、接続コードが当該ヘッドフォン装置２０の外側に露出することがなく、外部からのノイズの受信を抑制すると共に、逆に外部へのデータ（信号）の放射を抑制することができる、ひいては耐ノイズ性やセキュリティ性を向上させることができる。また、接続コードの長さ（距離）を短くすることが可能となり、通信ロスを抑制することができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態のフック当接面５ａには、耳殻の付け根の溝部分Ｘに沿って波状の凹凸が複数形成されているが、これに限定されるものではなく、複数の突起が点状に形成されていてもよい。

なお、上記実施形態のヘッドフォン装置２０は、入力電極部２０ａを覆う誘電性の絶縁フィルム５ｂが設けられているが、出力電極部１０ａも同様にして誘電性の絶縁フィルム５ｂで覆われていてもよい。

また、上記実施形態のヘッドフォン装置２０は、フック支持部８の付勢機構によって、装着状態でイヤーフック部５とイヤーパッド４とによりユーザの耳殻を挟持する方向に、イヤーフック部５を付勢するように構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、フック支持部８の付勢機構の換わりに、耳殻の下方側にある下顎の方向にイヤーパッド４を付勢するための付勢部を設けることで、いわゆる骨伝導として可聴音声を内耳に直接伝えるようにしてもよい。

ところで、上記実施形態のヘッドフォンシステム１では、音声再生装置として音楽プレーヤ１０を例示したが、これに限定されるものではなく、例えばＡＭ／ＦＭラジオや携帯電話等を音声再生装置としてもよい。

また、上記実施形態のヘッドフォンシステム１は、音楽プレーヤ１０にてデジタル変調された音声信号を、ヘッドフォン装置２０で復調するように構成されているが、これら変調・復調の方法は限定されるものではない。例えば、音楽プレーヤ１０にてアナログ変調された音声信号を、ヘッドフォン装置２０で復調するように構成されてもよい。なお、ヘッドフォン装置２０側で増幅回路を増設してもよい。

本発明が適用されたヘッドフォンシステム１の概略を示す模式図。 ヘッドフォンシステム１の構成を示すブロック図。 ヘッドフォン装置２０の概略を示す上面図及び側面図。 装着状態を説明するための模式図。 ユーザの耳殻に対する入力電極部２０ａの位置を示す概略図。 イヤーフック部５の一部形状を説明するための概略図。

符号の説明

１…ヘッドフォンシステム、２…ヘッドフォン部、３…ハウジング、４…イヤーパッド、５…イヤーフック部、５ａ…フック当接面、５ｂ…絶縁フィルム、６…当接部、７…ドーム部、８…フック支持部、１０…音楽プレーヤ、１０ａ…出力電極部、１１…信号発生器、２０…ヘッドフォン装置、２０ａ…入力電極部、２７…音声出力器。

Claims (7)

1. 人体を伝送媒体として音声再生装置から送信されてくる音声信号を受信する入力電極部と、
   前記入力電極部を介して受信した音声信号を可聴音声に変換して出力するヘッドフォン部と、
   前記ヘッドフォン部を収納するハウジングに延設され、前記人体における耳殻に掛かる湾曲形状のイヤーフック部と、
   を備えた人体通信ワイヤレス音声出力装置であって、
   前記イヤーフック部が前記耳殻に掛けられた状態を装着状態として、
   前記入力電極部は、前記イヤーフック部のうち、前記装着状態で前記耳殻の付け根に少なくとも当接する箇所に設けられていることを特徴とする人体通信ワイヤレス音声出力装置。
2. 前記ヘッドフォン部は、前記装着状態で前記人体における耳孔に向けて前記可聴音声を出力する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の人体通信ワイヤレス音声出力装置。
3. 前記ハウジングに突設され、前記イヤーフック部の一端を軸回りに回動可能に支持するフック支持部を備え、
   前記フック支持部は、前記装着状態で前記イヤーフック部と前記ハウジングとにより前記耳殻を挟持する方向に、前記イヤーフック部を付勢する付勢機構を有することを特徴とする請求項２に記載の人体通信ワイヤレス音声出力装置。
4. 前記イヤーフック部は、非導電性の樹脂材料からなり、
   前記入力電極部は、前記イヤーフック部に形成された導電性薄膜からなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の人体通信ワイヤレス音声出力装置。
5. 前記入力電極部は、前記イヤーフック部の外周面のうち、前記装着状態で前記人体における頸部側、前記耳殻の付け根側、及び、前記耳殻のうち該頸部に対向する側を全て覆う位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の人体通信ワイヤレス音声出力装置。
6. 前記イヤーフック部のうち、前記装着状態で前記人体に当接する面をフック当接面として、
   該フック当接面には、複数の凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の人体通信ワイヤレス音声出力装置。
7. 前記イヤーフック部には、前記入力電極部を覆う誘電性の絶縁フィルムが設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の人体通信ワイヤレス音声出力装置。