JP2012029100A - Electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯電話機などの電子機器に関し、特に、マイクロフォンとパラメトリックスピーカとを備えた電子機器に関する。 The present invention relates to an electronic device such as a mobile phone, and more particularly to an electronic device including a microphone and a parametric speaker.
近年、携帯電話機やノート型コンピュータなどの携帯型の電子機器の需要が拡大している。このような電子機器では、テレビ電話や動画再生、ハンズフリー電話などの音響機能を商品価値とした薄型の携帯端末の開発が進められている。このような開発の中、音響部品である電気音響変換器(スピーカ装置)に対して、高音質でかつ小型・薄型化への要求が高まっている。 In recent years, demand for portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers has been increasing. In such an electronic device, development of a thin portable terminal whose commercial value is an acoustic function such as a videophone, a video playback, and a hands-free phone is being promoted. Under such development, there is an increasing demand for high-quality sound, small size, and thinness for electroacoustic transducers (speaker devices) that are acoustic components.
現在、携帯電話機等の電子機器には、電気音響変換器として動電型電気音響変換器が利用されている。この動電型電気音響変換器は、永久磁石とボイスコイルと振動膜から構成されている。 Currently, electrodynamic electroacoustic transducers are used as electroacoustic transducers in electronic devices such as mobile phones. This electrodynamic electroacoustic transducer is composed of a permanent magnet, a voice coil, and a diaphragm.
しかし、動電型電気音響変換器は、その動作原理および構造から、薄型化には限界がある。一方、特許文献1、2には、圧電素子を電気音響変換器として使用することが記載されている。 However, there is a limit to reducing the thickness of electrodynamic electroacoustic transducers due to their operating principles and structures. On the other hand, Patent Documents 1 and 2 describe using a piezoelectric element as an electroacoustic transducer.
また、圧電素子を用いた発振ユニットの他の例としては、スピーカ装置のほか、圧電素子から発振された音波を用いて対象物までの距離などを検出する音波センサ(特許文献3)など、種々の電子機器が知られている(特許文献4)。 Further, as other examples of the oscillation unit using the piezoelectric element, in addition to a speaker device, there are various acoustic wave sensors (Patent Document 3) that detect a distance to an object using a sound wave oscillated from the piezoelectric element. Is known (Patent Document 4).
利用者に利用される電子機器である携帯電話機などは、通話以外の機能も充実しており、各種の機能が提供されている。しかし、利用者の健康状態を通知する機能などは充実していないのが現状である。また、利用者の健康状態を検出して通知する携帯電話機などもあるが、その場合は専用のデバイスが追加されており、装置全体が大型化して生産性が低下している。 Mobile phones and the like, which are electronic devices used by users, have a variety of functions other than telephone calls, and various functions are provided. However, at present, the function of notifying the user's health status is not substantial. In addition, there is a mobile phone or the like that detects and notifies the health state of the user. In that case, a dedicated device is added, and the entire apparatus is enlarged and productivity is reduced.
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、専用のデバイスを追加することなく利用者の体温を測定することができる携帯電話機などの電子機器を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an electronic apparatus such as a mobile phone that can measure a user's body temperature without adding a dedicated device.
本発明の電子機器は、圧電素子を弾性部材で支持した少なくとも一個の圧電振動子と、圧電振動子から利用者に超音波を出力させる出力制御手段と、利用者で反射された超音波を検出する音波検出手段と、超音波の検出結果から利用者の体温を測定する体温測定手段と、を有する。 The electronic apparatus of the present invention includes at least one piezoelectric vibrator in which a piezoelectric element is supported by an elastic member, output control means for outputting ultrasonic waves from the piezoelectric vibrator to a user, and detecting ultrasonic waves reflected by the user. And a body temperature measuring means for measuring the body temperature of the user from the ultrasonic detection result.
なお、本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。 The various components of the present invention do not necessarily have to be independent of each other. A plurality of components are formed as a single member, and a single component is formed of a plurality of members. It may be that a certain component is a part of another component, a part of a certain component overlaps with a part of another component, or the like.
本発明の電子機器では、圧電振動子から利用者に出力させて反射された超音波を検出して体温を測定するので、例えば、携帯電話機などの電子機器で利用者の体温を測定することができる。このような圧電振動子は、例えば、発呼音声出力やハンズフリー通話などに利用されているので、体温を測定するために専用のデバイスを追加する必要がなく、装置全体の大型化を防止することができる。 In the electronic device of the present invention, the body temperature is measured by detecting the reflected ultrasonic wave output from the piezoelectric vibrator to the user. For example, the user's body temperature can be measured by an electronic device such as a mobile phone. it can. Such a piezoelectric vibrator is used for, for example, calling voice output or hands-free calling, so that it is not necessary to add a dedicated device for measuring body temperature, thereby preventing an increase in the size of the entire apparatus. be able to.
本発明の実施の形態について図1ないし図4を参照して説明する。本実施の形態の電子機器である携帯電話機100は、圧電素子111を弾性部材112で支持した少なくとも一個の圧電振動子113と、圧電振動子113から利用者に超音波を出力させる出力制御手段と、利用者で反射された超音波を検出する音波検出手段と、超音波の検出結果から利用者の体温を測定する体温測定手段と、を有する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. A
より具体的には、本実施の形態の携帯電話機100では、図2に示すように、利用者に音声を出力する各スピーカ110,140と、利用者が発声した音声を入力するマイクロフォン121,122と、を有する。
More specifically, in the
本実施の形態の携帯電話機100では、図2に示すように、縦長の本体ハウジング101の前面の上半部にディスプレイユニット102、下半部にキーボードユニット103、が配置されている。
In the
さらに、下端左右に二個のマイクロフォン121,122が一個ずつ配置されている。上端中央には通話用の一般的な動電型スピーカ140が配置されており、その側方にハンズフリー通話や音楽視聴などに利用されるパラメトリックスピーカ110が配置されている。
Further, two
図1に示すように、パラメトリックスピーカ110には、出力制御手段と音波検出手段と体温測定手段とを兼用する指向性制御部130が接続されており、この指向性制御部130にパラメトリックスピーカ110が増幅回路115を介してフィードバック接続されている。
As shown in FIG. 1, the
また、マイクロフォン121,122は、入力された通話音声を無線送信する通話送信回路にも接続されており、動電型スピーカ140には、通話音声を無線受信して音声出力させる通話受信回路が接続されている(図示せず)。
The
指向性制御部130は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のLSI(Large Scale Integration)などからなり、上述のようにパラメトリックスピーカ110の圧電振動子113から利用者に超音波を出力させ、利用者で反射されて圧電振動子113に入力された超音波を検出し、超音波の検出結果から利用者の体温を測定する。
The
パラメトリックスピーカ110は、図3に示すように、圧電素子111を弾性部材112で支持した圧電振動子113からなり、その弾性部材112は高剛性のフレーム114で支持されている。
As shown in FIG. 3, the
そして、図4に示すように、パラメトリックスピーカ110は、上述のような複数の圧電振動子113がマトリクス状に配列されている。パラメトリックスピーカ110は、このようにマトリクス状に配列されている圧電振動子113を個々に駆動制御することで高指向性の音声を所望の方向に出力する。
As shown in FIG. 4, the
パラメトリックスピーカ110には、上述のように複数の圧電振動子113がマトリクス状に配列されているので、例えば、その半分が超音波の出力に利用され、これ以外の半分が超音波の入力に利用される。
The
また、指向性制御部130は、測定された体温に対応してコンテンツを出力するコンテンツ出力手段も兼用しており、事前に登録されている複数のコンテンツを選択的にディスプレイユニット102に表示出力する。
The
なお、本実施の形態の携帯電話機100は、詳細には後述するが、動電型スピーカ140を駆動して通常通話を実行する通常通話モードと、パラメトリックスピーカ110を駆動して利用者CUの体温を測定する体温測定モードとが切換自在に設定される。
As will be described in detail later, the
なお、圧電素子111は、圧電効果を有する材料であれば、無機材料、有機材料ともに特に限定されないが、電気機械変換効率が高い材料、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT:lead Zirco-titanate)や、チタン酸バリウム(BaTiO3)などの材料が使用できる。
The
また、圧電素子111の厚みは、特に限定されないが、10μm以上500μm以下であることが好ましい。例えば、脆性材料であるセラミック材料として厚み10μm未満の薄膜を使用した場合、取り扱い時に機械強度の弱さから、欠けや破損などが生じて、取り扱いが困難となる。
The thickness of the
また、厚み500μmを超えるセラミックを使用した場合は電気エネルギから機械エネルギに変換する変換効率が著しく低下し、パラメトリックスピーカ110として充分な性能が得られない。
Further, when a ceramic having a thickness of more than 500 μm is used, the conversion efficiency for converting electric energy into mechanical energy is remarkably lowered, and sufficient performance as the
一般的に、電気信号の入力により電歪効果を発生させる圧電セラミックにおいては、その変換効率は電界強度に依存する。この電界強度は分極方向に対する厚み/入力電圧で表されることから、厚みの増加は必然的に変換効率の低下を招いてしまう問題がある。 In general, in a piezoelectric ceramic that generates an electrostrictive effect by inputting an electric signal, the conversion efficiency depends on the electric field strength. Since the electric field strength is expressed by the thickness / input voltage with respect to the polarization direction, an increase in thickness inevitably causes a decrease in conversion efficiency.
本発明の圧電素子111には、電界を発生させるために主面に上部/下部電極層(図示せず)が形成されている。上部/下部電極層は、電気伝導性を有する材料であれば特に限定されないが、銀や銀/パラジウムを使用することが好ましい。銀は低抵抗な汎用的な電極層として使用されており、製造プロセスやコストなどに利点がある。
In the
また、銀/パラジウムは耐酸化に優れた低抵抗材料であるため、信頼性の観点から利点がある。また、上部/下部電極層の厚みについては、特に限定されないが、その厚みが1μm以上50μm以下であるのが好ましい。 Further, since silver / palladium is a low-resistance material excellent in oxidation resistance, there is an advantage from the viewpoint of reliability. The thickness of the upper / lower electrode layer is not particularly limited, but the thickness is preferably 1 μm or more and 50 μm or less.
例えば、厚み1μm未満では、膜厚が薄いため、均一に成形できず、変換効率が低下する可能性がある。なお、薄膜状の上部/下部電極層を形成する技術として、ペースト状にして塗布する方法もある。 For example, when the thickness is less than 1 μm, since the film thickness is thin, it cannot be uniformly formed, and conversion efficiency may be reduced. As a technique for forming a thin film upper / lower electrode layer, there is a method of applying it in a paste form.
しかし、圧電素子111がセラミックのような多結晶では表面状態が梨地面であるため、塗布時の濡れ状態が悪く、ある程度の厚みがないと均一な電極膜が形成できない問題点がある。
However, when the
一方、上部/下部電極層の膜厚が100μmを超える場合は、製造上は特に問題はないが、上部/下部電極層が圧電素子111である圧電セラミック材料に対して拘束面となり、エネルギ変換効率を低下させてしまう問題点がある。
On the other hand, when the film thickness of the upper / lower electrode layer exceeds 100 μm, there is no particular problem in manufacturing, but the upper / lower electrode layer becomes a constraining surface for the piezoelectric ceramic material which is the
本実施の形態のパラメトリックスピーカ110の圧電素子111は、その片側の主面が弾性部材112によって拘束されている。弾性部材112は、圧電素子111の基本共振周波数を調整する機能を持つ。機械的な圧電振動子113の基本共振周波数fは、以下の式で示されるように、負荷重量と、コンプライアンスに依存する。
The
[数1]
f=1/(2πL√(mC))
なお、"m"は質量、"C"はコンプライアンス、である。
[Equation 1]
f = 1 / (2πL√ (mC))
“M” is mass and “C” is compliance.
言い換えれば、コンプライアンスは圧電振動子113の機械剛性であるため、このことは圧電素子111の剛性を制御することで基本共振周波数を制御できることを意味する。
In other words, since the compliance is the mechanical rigidity of the
例えば、弾性率の高い材料の選択や、弾性部材112の厚みを低減することで、基本共振周波数を低域にシフトさせることが可能となる。この一方で、弾性率の高い材料を選択することや、弾性部材112の厚みを増加させることで基本共振周波数を高域にシフトさせることができる。
For example, it is possible to shift the fundamental resonance frequency to a low range by selecting a material having a high elastic modulus or reducing the thickness of the
従来は、圧電素子111の形状や材質により基本共振周波数を制御していたところから設計上の制約やコスト、信頼性に問題があったが、本発明のように、構成部材である弾性部材112を変更することで所望の基本共振周波数に容易に調整できることから、工業上の価値は大きい。
Conventionally, since the basic resonance frequency is controlled by the shape and material of the
なお、弾性部材112には、金属や樹脂など脆性材料であるセラミックに対して高い弾性率を持つ材料であれば特に限定されないが、加工性やコストの観点からリン青銅やステンレスなどの汎用材料が使用される。
The
また、弾性部材112の厚みについては、5μm以上1000μm以下であることが好ましい。厚みが5μm未満の場合、機械強度が弱く、拘束部材として機能を損なうことや、加工精度の低下により、製造ロット間で圧電素子111の機械振動特性の誤差が生じてしまう。
The thickness of the
また、厚みが1000μmを超える場合は、剛性増による圧電素子111への拘束が強まり、振動変位量の減衰を生じさせてしまう問題点がある。また、本実施の形態の弾性部材112は、材料の剛性を示す指標である縦弾性係数が、1GPa以上500GPa以下であることが好ましい。上述のように、弾性部材112の剛性が過度に低い場合や、過度に高い場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう問題点がある。
In addition, when the thickness exceeds 1000 μm, there is a problem in that the restraint on the
以下に本実施の形態のパラメトリックスピーカ110の動作原理を説明する。本実施の形態のパラメトリックスピーカ110は、AM(Amplitude Modulation)変調やDSB(Double Sideband modulation)変調、SSB(Single-Sideband modulation)変調、FM(Frequency Modulation)変調をかけた超音波を空気中に放射し、超音波が空気中に伝播する際の非線形特性により、可聴音が出現する原理で音響再生を行っている。
Hereinafter, the operation principle of the
非線形としては、流れの慣性作用と粘性作用の比で示されるレイノルズ数が大きくなると、層流から乱流に推移する現象が挙げられる。すなわち、音波は流体内で微少にじょう乱しているため、音波は非線形で伝播している。 Non-linearity includes a phenomenon in which the flow changes from laminar flow to turbulent flow when the Reynolds number indicated by the ratio between the inertial action and viscous action of the flow increases. That is, since the sound wave is slightly disturbed in the fluid, the sound wave propagates nonlinearly.
しかしながら、低周波数帯域での音波の振幅は非線形でありながら、振幅差が非常に小さく、通常、線形理論の現象として取り扱っている。これに対して、超音波では非線形性が容易に観察でき、空気中に放射した場合、非線形性に伴う高調波が顕著に発生する。 However, the amplitude of the sound wave in the low frequency band is nonlinear, but the amplitude difference is very small, and is usually handled as a phenomenon of linear theory. On the other hand, nonlinearity can be easily observed with ultrasonic waves, and when radiated into the air, harmonics accompanying the nonlinearity are remarkably generated.
概略すれば、音波は空気中に分子集団が濃淡に混在する疎密状態であり、空気分子が圧縮よりも復元するのに時間が生じた場合、圧縮後に復元できない空気が、連続的に伝播する空気分子と衝突し、衝撃波が生じて可聴音が発生する原理である。 In summary, sound waves are a dense state where molecular groups are mixed in the air, and if it takes time for the air molecules to recover rather than compress, the air that cannot be recovered after compression is continuously propagated air. This is the principle that an audible sound is generated by colliding with a molecule and generating a shock wave.
上述のような構成において、本実施の形態の携帯電話機100は、例えば、図5に示すように、通常の通話時には(ステップS1−Y)、頭部側面に近接配置され、下端の二個のマイクロフォン121,122で利用者CUの発声を入力し、上端の動電型スピーカ140から相手の利用者(図示せず)の発声を出力する(ステップS10)。
In the configuration as described above, for example, as shown in FIG. 5, the
ただし、本実施の形態の携帯電話機100は、上述のような一般的な利用方法だけでなく、例えば、パラメトリックスピーカ110を利用した体温測定モードにより(ステップS2−Y)、利用者CUの体温を測定することもできる。
However, the
この場合、携帯電話機100は、例えば、図1に示すように、利用者CUの頭部前方などに所定距離に配置される。このような状態で、例えば、利用者CUが所定操作で体温測定の開始を入力すると(ステップS3−Y)、パラメトリックスピーカ110の半分の圧電振動子113から利用者CUに超音波が出力される(ステップS4)。
In this case, the
すると、利用者CUで反射された超音波がパラメトリックスピーカ110の半分の圧電振動子113に入力される(ステップS5)。このとき、利用者CUの体温により反射される超音波の反射率が変化する。
Then, the ultrasonic wave reflected by the user CU is input to the
そこで、携帯電話機100は入力された超音波の反射率から利用者CUの体温を測定する(ステップS6)。そして、その測定された体温に対応して複数のコンテンツから一つを検索し(ステップS7)、ディスプレイユニット102に表示出力する(ステップS8)。
Therefore, the
例えば、利用者CUから測定された体温が平熱であると、「貴方の体温は平熱です」などのガイダンスメッセージがコンテンツとしてディスプレイユニット102に出力される。
For example, if the body temperature measured by the user CU is normal, a guidance message such as “Your body temperature is normal” is output to the
また、測定された体温が微熱であると、例えば、「貴方の体温は微熱です、注意してください」などのガイダンスメッセージがコンテンツとしてディスプレイユニット102に出力される。
If the measured body temperature is slightly fever, for example, a guidance message such as “Your body temperature is slightly fever, please be careful” is output to the
そして、測定された体温が高熱であると、例えば、「貴方の体温は高熱です、直ちに医師に相談してください」などのガイダンスメッセージがコンテンツとしてディスプレイユニット102に出力される。
If the measured body temperature is high fever, for example, a guidance message such as “Your body temperature is high fever, please consult your doctor immediately” is output to the
本実施の形態の携帯電話機100では、上述のようにパラメトリックスピーカ110の圧電振動子113から利用者に出力させて反射された超音波を検出して体温を測定するので、発呼音声の出力に利用されるパラメトリックスピーカ110の圧電振動子113を利用して利用者の体温を測定することができる。
In the
そして、測定された体温に対応してコンテンツとしてガイダンスメッセージがディスプレイユニット102に表示出力されるので、利用者CUは適正な処置を実行することができる。
And since the guidance message is displayed and output on the
また、本実施の形態の携帯電話機100は、二個のマイクロフォン121,122が並列に配置されている。そこで、その入力音声から利用者の位置を判定してパラメトリックスピーカ110の超音波の出力方向を制御することもできる。
Further, in the
さらに、本実施の形態の携帯電話機100では、上述のように二個のマイクロフォン121,122が左右に離間した位置に配置されているので、右手で把持して利用する場合でも左手で把持して利用する場合でも利用者CUの発声を良好に入力することができる。
Furthermore, in the
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態ではパラメトリックスピーカ110の半分の圧電振動子113から超音波を出力し、これ以外の半分の圧電振動子113に超音波が入力されることを例示した。
The present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications are allowed without departing from the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, an example is described in which ultrasonic waves are output from the half
しかし、このような超音波を出力する圧電振動子113と入力する圧電振動子113との比率は各種に設定することができる。また、パラメトリックスピーカ110の全部の圧電振動子113から超音波を出力し、その全部の圧電振動子113で反射してきた超音波を検出することもできる。
However, the ratio of the
また、上記形態では測定された体温に対応して、事前に記憶されている複数のコンテンツを選択的に出力することを例示した。しかし、測定された体温に対応したコンテンツを外部から選択的に取得して出力してもよい。 Moreover, in the said form, corresponding to the measured body temperature, having illustrated selectively outputting the some content memorize | stored beforehand was illustrated. However, content corresponding to the measured body temperature may be selectively acquired from the outside and output.
さらに、上記形態ではコンテンツとしてガイダンスメッセージをディスプレイユニット102で表示出力することを例示した。しかし、このようなガイダンスメッセージをパラメトリックスピーカ110や動電型スピーカ140で音声出力してもよい。
Further, in the above embodiment, the guidance message is output and displayed on the
また、本実施の形態の電子機器である携帯電話機100は、外部の携帯電話機などの電子機器と通信するので、通信している外部の電子機器に測定された体温を送信してもよい。
In addition, since the
例えば、高齢の利用者CUが定期的に病院と通信するような場合に、上述のように体温を測定して病院に送信することにより、医師は利用者CUの体温を遠隔に認識することができる。 For example, when an elderly user CU regularly communicates with a hospital, the doctor can remotely recognize the body temperature of the user CU by measuring the body temperature and transmitting it to the hospital as described above. it can.
さらに、携帯電話機100が測定された体温に対応して所定の電子機器との通信を開始してもよい。この場合、前述のように体温が高温と判定されたときに、主治医に自動的に通報されるようなことができる。
Further, the
また、携帯電話機100が、測定された体温に対応して電源を切断してもよい。この場合、前述のように体温が高温と判定されたときに、携帯電話機100がオフとなることで、利用者CUは自身が高熱であることを自覚することができる。
Further, the
さらに、上記形態では利用者CUが意図的に携帯電話機100の所定操作で体温を測定することを例示した。しかし、例えば、携帯電話機100を利用した通話時に自動的に体温が測定され、異常な場合にガイダンスメッセージが表示出力されるようなこともできる。
Further, in the above embodiment, the user CU intentionally measures the body temperature by a predetermined operation of the
また、上記形態ではハンズフリー通話などに利用されるパラメトリックスピーカ110と体温を測定するパラメトリックスピーカ110とが一体であることを例示したが、これが各々専用の別体でもよい。
In the above embodiment, the
なお、当然ながら、上述した複数の実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。 Needless to say, the above-described plurality of embodiments and the plurality of modifications can be combined within a range in which the contents do not conflict with each other. In the above-described embodiment, the structure of each part has been specifically described. However, the structure and the like can be variously changed within a range that satisfies the present invention.
100 携帯電話機
101 本体ハウジング
102 ディスプレイユニット
103 キーボードユニット
110 パラメトリックスピーカ
111 圧電素子
112 弾性部材
113 圧電振動子
114 フレーム
115 増幅回路
121,122 マイクロフォン
130 指向性制御部
140 動電型スピーカ
CU 利用者
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記圧電振動子から利用者に超音波を出力させる出力制御手段と、
前記利用者で反射された前記超音波を検出する音波検出手段と、
前記超音波の検出結果から前記利用者の体温を測定する体温測定手段と、
を有する電子機器。 At least one piezoelectric vibrator having a piezoelectric element supported by an elastic member;
Output control means for outputting ultrasonic waves to the user from the piezoelectric vibrator;
Sound wave detecting means for detecting the ultrasonic wave reflected by the user;
A body temperature measuring means for measuring the body temperature of the user from the detection result of the ultrasound;
Electronic equipment having
前記利用者に前記超音波を出力する前記圧電振動子と反射された前記超音波が入力される前記圧電振動子とが相違する請求項1に記載の電子機器。 Having at least two of the piezoelectric vibrators;
The electronic apparatus according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrator that outputs the ultrasonic wave to the user is different from the piezoelectric vibrator that receives the reflected ultrasonic wave.
前記コンテンツ出力手段は、通信している外部の前記電子機器に測定された前記体温に対応したコンテンツを送信する請求項1ないし6の何れか一項に記載の電子機器。 An external communication means for communicating with an external electronic device;
The electronic device according to any one of claims 1 to 6, wherein the content output unit transmits content corresponding to the measured body temperature to the external electronic device in communication.
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