JP2018196141A - イヤーピース、及びイヤホン - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1(特開2010−115431)では、空洞を有する筐体を装着部材により皮膚表面に装着され、装着面の一部にある開口部が皮膚により密閉され、体内音による皮膚表面の振動が直接空洞内の空気に伝わり、これをマイクロホンにより取得できる体内音取得装置について開示されている。
特許文献2(特開2010−22572)では、外耳道挿入部が外耳道に挿入された際に外耳道を閉じて鼓膜との間に閉空間を形成し、その閉空間を介して生体振動である音を検出する生体情報検出装置が開示されている。またローパスフィルタにより生体情報を多く含んでいる低周波数帯域の信号成分だけを抽出することが開示されている。
コンデンサマイクユニット202のプラグ204は、スマートフォンのジャック205に接続されている。コンデンサマイクユニット202によって検出された信号は、FET(Field effect transistor)203のゲート端子(G)に入力される。さらに、コンデンサマイクユニット202によって検出された信号に起因して、ドレイン端子(D)から、コンデンサマイクユニット202のプラグ204と、スマートフォン201に設けられたジャック205とを介して、スマートフォンに信号が入力される。
本発明の第一実施形態に係る検体情報処理装置1は、図1に示すように、検体情報検出装置11と、情報処理装置21とを備えて構成されている。以降、第一実施形態を、単に本実施形態とも呼ぶ。
まず、本実施形態に係る検体情報処理装置1、検体情報検出装置11、及び情報処理装置21の構成、並びに各部を構成する要素について説明する。図1は、本実施形態に係る検体情報処理装置1の構成を模式的に表わしたものである。
検体情報検出装置11は、図1に示すように、検体情報検出ユニット31と、接続部51とを備えて構成されている。
検体情報検出ユニット31は、右耳用のイヤホンユニット35(Rイヤホンユニット)と、左耳用のイヤホンユニット37(Lイヤホンユニット)と、マイクロホンユニット39(マイクユニット)とを備えている、イヤホンマイクロホン(イヤホンマイク)である。マイクロホンのことをマイクとも称する。
図2に示すように、マイクユニット39は、センサ取付部111と、第一センサ121とを備えている。第一センサ121は、外部からの音信号を入力するマイクロホンとして機能する。以下、マイクユニット39の構成について、図2を参照して説明する。
センサ取付部111は、図2に示すように、マイクユニット39を検体101に装着する際に、検体101の皮膚103と接触する部分である。センサ取付部111は環状の形状を有するリング状部材によって形成されており、リング状部材は、検体101に当接する部位に開口部112を有するとともに、開口部112の他端側で第一センサ121の圧力情報取込部122を有する面に付設して設けられ、開口部112と第一センサ121の圧力情報取込部122とを連通する空洞113を内部に有している。
本実施形態に係るマイクユニット39では、クロ−ズドキャビティを形成するセンサ取付部111が、ゴム製のO−リングにより形成されている。
開口部112は、マイクユニット39のセンサ取付部111の一方に形成されて、マイクユニット39を検体101に装着した状態で皮膚103と当接する部位である。すなわち、センサ取付部111の一端が、マイクユニット39及びセンサ取付部111の開口部112となっている。
図3は、第一センサ121としてコンデンサマイクを用いた場合に、センサ取付部111において、開口部112の口径を変えながら、指先の毛細血管の脈動性信号を測定した場合の信号の強さを表す図である。
第一センサ121は、図2に示すように、センサ取付部111の開口部112の他端側に当接して設けられ、検体101における血管102の脈波情報に基づく脈動性信号を、脈動性信号に起因し開口部112を通じ入力され、空洞113及び空気室123を伝播する圧力情報として検出するものである。すなわち、本実施形態に係る第一センサ121は、外部からの音信号を入力するイヤホンマイクのマイクロホンである。
上述したように、マイクユニット39は、クロ−ズドキャビティを形成するセンサ取付部111と、センサ取付部111に設けられる第一センサ121とを備えている。
本実施形態に係る接続部51は、第一周波数補償処理部61、及び第一プラグ62を備えている。以下、接続部51の構成について、図1を参照して説明する。
第一周波数補償処理部61は、検体情報検出ユニット31により検出された検出信号に対して、低周波領域のゲインを増幅させる周波数補償処理(単に補償処理ともいう)を施すものである。第一周波数補償処理部61により、低周波領域のゲインを増幅させる周波数補償処理を施す処理を、第一周波数補償処理ともいう。
第一周波数補償処理部61により処理された信号は、第一プラグ62のマイク端子63に入力される。
第一プラグ62は、図1に示すように、プラグの根元から先端へ、マイク端子63、グランド端子64、右耳用のイヤホン端子65(Rイヤホン端子)、及び左耳用のイヤホン端子66(Lイヤホン端子)を順に有する。マイク端子63、グランド端子64、Rイヤホン端子65、及びLイヤホン端子66は、導電性の金属板が略円筒状に加工されて形成されている。
さらに、情報処理装置21の構成について、図1を参照して説明する。
本実施形態に係る情報処理装置21は、検出された信号を処理するためのモバイル端末機としての携帯情報端末(スマートフォン)である。
第一ジャック81は、第一プラグ62が挿入される挿入孔82を備える。図1に示すように、第一ジャック81の挿入孔82の内部には、挿入孔82の手前から奥へ、マイク端子83、グランド端子84、Rイヤホン端子85、及びLイヤホン端子86を順に有する。マイク端子83、グランド端子84、Rイヤホン端子85、及びLイヤホン端子86は、導電性の金属板が板状に加工されて、第一ジャック81の挿入孔82の壁面に設けられることで形成されている。板状の端子が挿入孔82の中心方向に向けて屈曲して、曲げ弾性を有する凸部を形成しており、この端子の凸部が挿入孔82の中心方向に張り出すようにして設けられている。
信号入力部87は、入力された信号に対して、低周波領域のゲインを低下させる入力処理を施すものである。
アンプ88は、入力された信号に対して、フラットな周波数特性で信号の強度を増加させるものである。
周波数補正処理部90は、入力された信号に対して、脈動性信号の有する周波数で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの1つの動作を行なうことにより、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出す周波数補正処理を施すものである。周波数補正処理部90により脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出す処理を、補正処理ともいう。
<検体情報処理装置の構成>
本実施形態に係る検体情報処理装置1は、図1に示すように、検体情報検出装置11と、情報処理装置21とを備えて構成されている。
検体情報検出装置11及び検体情報処理装置1を適用する検体101としては、検体101における動脈血管102の脈動を測ることができるものであれば特に制限されず、人または人以外の動物に用いることができる。センサ取付部111の開口部112を検体101に対向させて密着させることにより、空洞113がクローズドキャビティを形成するためには、検体情報処理装置1の検体情報検出装置11を検体101の皮膚103に装着することが好ましい。
本実施形態に係る検体情報検出装置11及び検体情報処理装置1は、上述のように構成されており、検体101に開口部112を密着させることで空洞113及び空気室123が閉鎖された空間構造(クローズドキャビティ)を形成し、検体101における検体情報検出装置11の装着部位付近に存在する血管102の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体101における血管102の脈動性信号を検出するものである。
検体情報処理装置1を機能的に表すとき、検体情報処理装置1は、図1に示すように、検体情報検出装置11及び情報処理装置21を備えている。検体情報検出装置11は、検体情報検出ユニット31と、第一周波数補償処理部61を有する接続部51とを備えている。情報処理装置21は、信号入力部87、アンプ88、AD変換部89、周波数補正処理部90、DA変換部91、及び音源92を備えている。
第一周波数補償処理部61の回路構成は、図6により示される。第一周波数補償処理部61は、図6に示すように、補償処理部142を有する。補償処理部142は、有限直流ゲインの不完全積分回路であり、入力された信号について、低周波領域のゲインを増幅させる周波数補償処理を施した信号として出力するものである。補償処理部142による低周波領域のゲインを増幅させる処理は、信号入力部87における入力処理によるゲインの低下を補償する処理である。
信号入力部87の回路構成は、図7により示される。信号入力部87は、図7に示すように、高域通過回路であり、入力された信号を、高周波数領域を通過させるとともに、低周波数領域が減衰された信号として出力するものである。信号入力部87は、入力された信号に対して低周波数領域を減衰させることにより、不要なノイズを軽減させるものである。減衰させる低周波数領域の落ち始めは、高域通過回路では信号入力部87の抵抗R9がR10に対して十分に小さいことから、R10、及びコンデンサC4により定まる。通常、情報処理装置21に入力される信号は、人間の可聴域範囲の音を減衰させるために、入力された信号を100Hz付近から20dB/decで落とすようになっている。
アンプ88は、入力された信号に対して、フラットな周波数特性で信号の強度を増幅させる電気回路である。アンプ88は、入力された信号のレベルに対してゲインを調整する自動利得制御(AGC、automatic gain control)を行う、AGC機能を有するものであってもよい。
周波数補正処理部90は、前述のごとく、入力された信号について周波数補正処理を施すことで、少なくとも上記の脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出すものである。
第一センサ121で得られた脈動性信号出力が、周波数補正処理部90の増幅器131に入力されると、増幅処理が行われる。第一センサ121としてECMまたはMEMS−ECMを用いた検体情報検出ユニット31の出力信号は速度脈波が得られるため、検体情報検出ユニット31からの信号が入力された場合、周波数補正処理部90では増幅処理以外の周波数補正処理を行わずに、速度脈波を得ることができる。また、増幅器131の出力信号を積分補正部132に入力し、積分回路での補償を行うことにより、容積脈波を得ることができる。また、増幅器131の出力信号を微分補正部133に入力し、微分回路での補償を行うことにより、加速度脈波を得ることができる。
音源92は、Rイヤホンユニット35及びLイヤホンユニット37から音を出力するためのデジタル形式の音信号を出力するものである。
接続部51の回路構成は、図1により示される。
マイクユニット39の信号線40は、第一周波数補償処理部61と接続される。第一周波数補償処理部61は、接続部51の第一プラグ62に設けられたマイク端子63と接続される。
このように、検体情報検出装置11は、第一センサ121により検出され、第一周波数補償処理部61により処理された信号を、情報処理装置21に出力する。
本実施形態に係る検体情報検出ユニット31及び検体情報処理装置1の第一センサ121に用いられるセンサに関して、まずはマイクロホンのクローズドキャビティと周波数応答との関係についてについて説明し、次に、センサの周波数特性、及び周波数補正処理について説明する。さらに、第一周波数補償処理部61で行われる周波数補償処理と、信号入力部87で行われる入力処理との関係についても説明する。
検体情報処理装置1は、血管102の拍動に起因する脈動性信号の振動を第一センサ121によって開放状態(開放系)で測定を行うのではなく、第一センサ121と振動源との関係において、第一センサ121の空気室123と連通する空洞113とが閉鎖された空間構造(クロ−ズドキャビティ)を形成するようにして測定した場合、すなわち第一センサ121と振動源とをクローズの状態(閉じた状態)にして測定する。
この測定条件の違いを説明するために、第一センサ121として電磁型であるダイナミック型のマイクロホン(ダイナミックマイクロホン)を使用した場合における、開放状態(オープンの状態)とクローズの状態との周波数応答の相違について説明する。
<センサの周波数特性について>
第一センサ121としてのコンデンサマイクロホンに用いられるECMやMEMS−ECM等に共通の特性として、風除けの対策が施されていることが挙げられる。携帯電話等のマイクでは、風が強いときの風音、あるいは、使用者が咳き込んだとき(吹かれ)などの急な圧力変化に反応しないように、ダイヤフラムに小さな穴(数十μm)の穴が開けられている。これにより、周波数特性的には低周波分の減衰を招くことになる。遅い空気の流れはこの小さなダイヤフラムの穴を抜けることを考えれば理解しやすい。
すなわち、MEMS−ECM(コンデンサマイクロホン)とダイナミックマイクロホンともに、脈波検出帯域(脈波情報検出帯域ともいう)である0.1Hzから10Hzの周波数範囲では、20dB/decで低域に向かい減衰している周波数特性であると考えてよい。
なお、図11(a)〜図11(c)において、図中の横軸の「Log(周波数)」とは、周波数のスケールを対数表記したものを表し、単位はHzである(以降、図中の「Log(周波数)」についても同様)。
なお、よく血管の状況を判断するのに用いられる加速度脈波はこの速度脈波をさらに時間微分したものである。
次に、第一センサ121としてMEMS−ECMを用いた場合の脈動性信号出力の周波数補正処理について説明する。
すなわち、図12に示すように、MEMS−ECMからの脈動性信号出力に対して超低周波域から100Hzまで−20dB/decでその後はフラットなカーブの周波数応答をする電気回路を通過させる積分動作により、(容積)脈波が得られることになる。この様な回路を通過させた後のトータルな周波数特性は図11(b)のようになる。図11(b)に示す容積脈波は、周波数の変化に伴うゲインの変化は0dB/decであり、脈波の周波数付近では容積脈波を発生するフラットな周波数特性となっている。
第一センサ121にセンサ取付部111を設けた本実施形態に係る検体情報検出ユニット31のマイクユニット39を用いて、センサ取付部111の開口部112を検体101の手首橈骨にあたる位置の皮膚103に対向させて検体101に装着された状態で空洞113がクロ−ズドキャビティを形成するようにして、第一センサ121としてのMEMS−ECMにより、開口部112を通じ入力され空洞113を伝播する圧力情報を検出することで、血管102の脈動性信号を検出して観測した脈波の波形が図13である。測定により得られた速度脈波(測定データ)の波形は図13(b)のように表わされる。この速度脈波を上述した積分回路での補償をすることにより得られる容積脈波は、図13(a)のように表わされる。速度脈波を上述した微分回路での補償をすることにより得られる加速度脈波は、図13(c)のように表わされる。
また、図13(a)の容積脈波の波形からは、心臓からの駆出波(Percussion Wave、以下、「PW」ともいう)および血管障壁等からの反射波(Tidal Wave、以下、「TW」ともいう)に対応する波形の形状を確認することができる。
上述したように、情報処理装置21に入力される信号は、信号入力部87で行われる入力処理を受ける。信号入力部87では、人間の可聴域範囲外の音を減衰させるために、入力された信号のゲインを低下させて、100Hz付近から20dB/decで落とすようになっている。通常、スマートフォンには、信号入力部87が備えられており、人間の可聴域範囲の音を減衰させるために、入力された信号に対して入力処理を施している。
検体情報処理装置1の動作を、第一センサ121から検出された信号が情報処理装置21へ入力される入力処理と、音源92からの信号が検体情報検出装置11へ出力される出力処理とについてそれぞれ説明する。
図15に示すフローチャートに従って、第一センサ121から検出された信号が情報処理装置21へ入力される場合の検体情報処理装置1の動作を説明する。
音源92からのデジタル形式の音信号は、左耳用の音信号と右耳用の音信号とでそれぞれDA変換部91に入力される。DA変換部91により、左耳用の音信号と右耳用の音信号は、それぞれアナログ形式の音信号に変換される。
本実施形態に係る検体情報処理装置1は上述したように構成されており、脈波を測定する際には、マイクユニット39に設けられたセンサ取付部111の開口部112を指などの検体101の一部で抑えればよい。これにより、閉鎖された空間構造を形成した状態で、第一センサ121により脈波を検出ことができる。
第一実施形態に係る検体情報検出装置11、及び検体情報処理装置1によれば、脈動性信号の検出に際して、開口部112を検体101に対向させることで、センサ取付部111がクローズドキャビティを形成する。これにより、第一センサ121より脈波情報に基づく脈動性信号を速度脈波として得ることができる。さらに、接続部51に備えられた第一周波数補償処理部61の補償処理部142により、第一センサ121により検出された検出信号に対して、低周波領域のゲインを増幅させる周波数補償処理を施すことによって、あらかじめ低周波領域のゲインを増幅させておくことができる。第一周波数補償処理部61により処理された信号が情報処理装置21の信号入力部87に入力された場合、あらかじめ低周波領域のゲインを増幅されているため、入力処理が施された信号を、脈波の検出帯域において、入力処理によるゲインの低下が軽減された信号として得ることができる。
本発明の第二実施形態に係る検体情報処理装置2は、一部の構成を除いて上述の第一実施形態に係る検体情報処理装置1と同様に構成されており、上述の第一実施形態に係る検体情報処理装置1と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する。以降、第二実施形態を、単に本実施形態とも呼ぶ。
本実施形態に係る検体情報処理装置2、検体情報検出装置12、及び情報処理装置22の構成、並びに各部を構成する要素について説明する。図16は、本実施形態に係る検体情報処理装置2の構成を模式的に表わしたものである。
検体情報検出装置12は、図16に示すように、検体情報検出ユニット31と、接続部52とを備えて構成されている。
検体情報検出ユニット31は、上述の第一実施形態に係る検体情報処理装置1の検体情報検出ユニット31と同様に構成されている。
本実施形態に係る接続部52は、図16に示すように、第一プラグ62を情報処理装置22の第一ジャック81に挿入することで、第一プラグ62及び第一ジャック81を介して、検体情報検出装置12と、情報処理装置22とを接続している。接続部52は、スマートフォン21のジャック(第一ジャック81)に挿入される、イヤホンマイクとしての検体情報検出ユニット31のプラグ部分を構成する。
情報処理装置22の構成について、図16を参照して説明する。
本実施形態に係る情報処理装置22(スマートフォン22)は、第一周波数補償処理部61をさらに備えている以外は、第一実施形態に係る情報処理装置21と同様に構成されている。
第一周波数補償処理部61は、情報処理装置22に備えられている以外は、第一実施形態に係る第一周波数補償処理部61と同様に構成されている。第一周波数補償処理部61により処理された信号は、アンプ88に入力される。
検体情報処理装置2を機能的に表すとき、検体情報処理装置2は、図16に示すように、検体情報検出装置12及び情報処理装置22を備えている。検体情報検出装置12は、検体情報検出ユニット31と接続部52とを備えている。情報処理装置22は、信号入力部87、第一周波数補償処理部61、アンプ88、AD変換部89、周波数補正処理部90、DA変換部91、及び音源92を備えている。
第一周波数補償処理部61は、情報処理装置22に備えられている以外は、第一実施形態に係る第一周波数補償処理部61と同様に構成されている。
接続部52の回路構成は、図16により示される。
マイクユニット39の信号線40は、接続部52の第一プラグ62に設けられたマイク端子63と接続される。
このように、検体情報検出装置12は、第一センサ121により検出された検出信号を、情報処理装置22に出力する。
本実施形態に係る検体情報検出ユニット31及び検体情報処理装置2の第一センサ121に用いられるセンサに関して、マイクロホンのクローズドキャビティと周波数応答との関係と、センサの周波数特性、及び周波数補正処理は、第一実施形態に係る第一センサ121と同様である。また、第一周波数補償処理部61で行われる周波数補償処理と、信号入力部87で行われる入力処理との関係についても、第一実施形態と同様である。
検体情報処理装置2の動作を、第一センサ121から検出された信号が情報処理装置22へ入力される入力処理について説明する。なお、音源92からの信号が検体情報検出装置12へ出力される出力処理については、第一実施形態に係る検体情報処理装置1における出力処理と同様の処理となっている。
図17に示すフローチャートに従って、第一センサ121から検出された信号が情報処理装置22へ入力される場合の検体情報処理装置2の動作を説明する。
本実施形態に係る検体情報処理装置2によれば、第一実施形態に係る検体情報処理装置1と同様に、検体101が任意のタイミングで一時的に脈波を測定するのに適している。
第二実施形態に係る検体情報処理装置2によれば、前記第一実施形態で得られる効果と同様に、以下に記載の効果を奏する。
本発明の第三実施形態に係る検体情報処理装置3は、一部の構成が上述の第一実施形態に係る検体情報処理装置1と同様に構成されており、上述の第一実施形態に係る検体情報処理装置1と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する。以降、第三実施形態を、単に本実施形態とも呼ぶ。
第三実施形態に係る検体情報処理装置3は、図18に示すように、検体情報検出装置13と、情報処理装置23とを備えて構成されている。
本実施形態に係る検体情報処理装置3、検体情報検出装置13、及び情報処理装置23の構成、並びに各部を構成する要素について説明する。図18は、本実施形態に係る検体情報処理装置3の構成を模式的に表わしたものである。
検体情報検出装置13は、図18に示すように、検体情報検出ユニット32と、接続部53とを備えて構成されている。
<検体情報検出ユニット>
検体情報検出ユニット32は、右耳用のイヤホンユニット35(Rイヤホンユニット)と、左耳用のイヤホンユニット37(Lイヤホンユニット)とを備えている、イヤホンである。
図19に示すように、Rイヤホンユニット35は、筐体部211をそなえ、筐体部211に第二センサ212が設けられている。第二センサ212は、入力された信号に応じて空気振動を生じさせるスピーカーとして機能するとともに、空気振動の圧力情報を検出して信号を入力するマイクロフォンとしても機能する。以下、Rイヤホンユニット35の構成について、図19を参照して説明する。
筐体部211は、図19に示すように、検体101の外耳道104における外部開口部105を塞いで外耳道104を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞109として形成可能に検体101の外耳107に装着することのできるものである。筐体部211には、図19に示すように、第二センサ212が設けられている。
このような構成を有する筐体部211として、図19に示すように、例えばカナル型インナーイヤホンに用いられるイヤーピース213を用いることができる。
図19に示すように、筐体部211により検体101の外耳道104における外部開口部105が塞がれることで、外耳道104と、鼓膜106と、筐体部211とによって、外耳道104が閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となるよう空洞109が形成される。このように空洞109が形成する閉鎖された空間構造を、「Closed Cavity;クローズドキャビティ」ともいう。なお、筐体部211の開口部215に第二センサ212が設けられた場合、外部開口部105が筐体部211及び第二センサ212によって塞がれることで、外耳道104と、鼓膜106と、筐体部211と、第二センサ212とによって空洞109が形成されるようになっている。
第二センサ212は、図19に示すように、筐体部211に設けられ、外耳道104における血管の脈波情報に基づく脈動性信号を、脈動性信号に起因し空洞109内を伝播する圧力情報として検出するものである。第二センサ212は、信号線36及びグランド線41aと接続されている。信号線36は、接続部53のスイッチ回路68を介して第二周波数補償処理部70に接続されている。
なお、外耳道104における血管という場合、外耳道104または鼓膜106に存在する血管をいう。
本実施形態に係る接続部53は、図18に示すように、スイッチ回路68、スイッチ69、第二周波数補償処理部70、電源71、FET72、及び第一プラグ62を備えている。以下、接続部53の構成について、図18を参照して説明する。
スイッチ回路68は、Rイヤホンユニット35の信号線36が、第二周波数補償処理部70と接続するか、第一プラグ62のRイヤホン端子65と接続するかを切り替えるスイッチ手段である。言い換えれば、スイッチ回路68は、第二センサ212から第二周波数補償処理部70を経由しての第一プラグ62のマイク端子63への接続と、第二センサ212からRイヤホン端子65への接続とを切り替えるものである。
第二周波数補償処理部70は、検体情報検出ユニット32により検出された検出信号に対して、信号を増幅させる増幅処理と、低周波領域のゲインを増幅させる周波数補償処理(単に補償処理ともいう)とを施すものである。第二周波数補償処理部70により、増幅処理及び周波数補償処理を施す処理を、第二周波数補償処理ともいう。第二周波数補償処理部70により処理された信号は、FET72のゲート端子に入力される。
情報処理装置23の構成について、図18を参照して説明する。
本実施形態に係る情報処理装置23は、検出された信号を処理するためのモバイル端末機としての携帯情報端末(スマートフォン)である。情報処理装置23(スマートフォン23)は、波形等化処理部93をさらに備えている以外は、第一実施形態に係る情報処理装置21と同様に構成されている。
波形等化処理部93は、検体情報検出装置13の第二センサ212により検出される信号の周波数特性における低周波領域のゲインの低下を補償するように、該低周波領域のゲインを増幅させる波形等化処理を施すものである。これにより、波形等化処理部93は、外耳道104が完全に閉じられないことによる脈波検出帯域の周波数特性の劣化を補償する。
<検体情報処理装置の構成>
本実施形態に係る検体情報処理装置3は、図18に示すように、検体情報検出装置13と、情報処理装置23とを備えて構成されている。
検体情報検出装置13及び検体情報処理装置3を適用する検体101としては、筐体部211により外部開口部105を塞いで外耳道104を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞109として形成するために、外耳107に装着することが好ましい。
本実施形態に係る検体情報検出装置13及び検体情報処理装置3は、上述のように構成されており、外耳道104における外部開口部105を塞いで外耳道104を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞109として、検体101における外耳道104の内部または鼓膜106に存在する血管の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体101における血管の脈動性信号を検出するものである。
検体情報処理装置3を機能的に表すとき、検体情報処理装置3は、図18に示すように、検体情報検出装置13及び情報処理装置23を備えている。検体情報検出装置13は、検体情報検出ユニット32と、第二周波数補償処理部70を有する接続部53とを備えている。情報処理装置23は、信号入力部87、アンプ88、AD変換部89、波形等化処理部93、周波数補正処理部90、DA変換部91、及び音源92を備えている。
第二周波数補償処理部70の回路構成は、図20により示される。第二周波数補償処理部70は、図20に示すように、増幅処理部141と、補償処理部142とを有する。増幅処理部141は、図20に示すように、増幅回路であり、入力された信号について、信号を増幅させる増幅処理を施した信号を出力するものである。この増幅処理は、第二センサ212により検出される信号の強度が低いために、信号を増幅するために行うものである。補償処理部142は、第一実施形態に係る補償処理部142と同様に構成されている。
波形等化処理部93の回路構成は、図21により示される。波形等化処理部93は、図21に示すように、有限直流ゲインの不完全積分回路であり、入力された信号を、低周波数領域の減衰を増幅された信号として出力するものである。波形等化処理部93による低周波領域のゲインを増幅させる処理は、外耳道104がほぼ閉鎖された空間構造となっている場合に生じる0.1〜10Hzの低周波数領域の減衰を補償する処理である。
接続部53の回路構成は、図18により示される。
Rイヤホンユニット35の信号線36は、スイッチ回路68と接続される。信号線36は、スイッチ回路68により、第一プラグ62のRイヤホン端子65、または第二周波数補償処理部70との接続が切り替えられる。
このように、検体情報検出装置13は、第二センサ212により検出され、第二周波数補償処理部70により処理された信号を、情報処理装置23に出力する。
本実施形態において脈動性信号は、外耳道104が閉鎖またはほぼ閉鎖されたクローズドキャビティを形成するようにした状態で第二センサ212によって検出されるものである。また、脈動性信号は、第二センサ212の特性によって検出される信号が影響を受け、また外耳道の閉鎖レベルによっても検出される信号が影響を受ける。
<開放状態における周波数応答とクローズの状態における周波数応答>
本発明の検体情報検出装置13は、血管の拍動に起因する脈動性信号の振動を第二センサ212によって開放状態(開放系)で測定を行うのではなく、第二センサ212と振動源との関係において、外耳道104と、鼓膜106と、筐体部211と、第二センサ212とが閉鎖された空間構造(クロ−ズドキャビティ)を形成するように、すなわち第二センサ212と振動源とをクローズの状態にするようにして測定する。
この測定条件の違いを説明するために、第二センサ212としてダイナミックマイクロホンを使用した場合における、開放状態とクローズの状態との周波数応答の相違について説明する。
第二センサ212としてマイクロホンを用いて、心臓に起因する血管の振動(脈動性信号)を捕らえようとするとき、上述したように第二センサ212を図10のような周波数特性で応答させるために、空洞109が形成する閉じた空間(クローズドキャビティ)の圧力変化として検出することが望ましい。そこで、本検体情報検出装置13では、検体101の外耳道104に筐体部211を挿入し、筐体部211で外耳道104における外部開口部105を塞いで、外耳道104と、鼓膜106と、筐体部211と、第二センサ212とによって、外耳道104を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞109として形成するようにして、検体情報検出装置13を検体101に装着するようになっている。これにより、本発明の検体情報検出装置13によれば、図10のような脈波が検出される低周波数領域の周波数応答が向上した周波数特性で信号が検出できると期待される。
<第二センサの周波数特性について>
第二センサ212としてMEMS−ECM、又はダイナミック型のイヤホンを用いた場合の脈動性信号出力の周波数補正処理は、上述の図8、図12を参照して説明した、検体情報検出装置11及び検体情報処理装置1における第一センサ121としてエレクトレットコンデンサーマイクロホンを用いた場合の脈動性信号出力の周波数補正処理と同様に行うことができる。
ここでは、100Hz以下における積分動作により容積脈波を得る周波数補正処理を行った場合を例に挙げて説明する。
<外耳道の閉鎖レベルと周波数特性と波形等化処理>
上述のダイナミックマイクロホンを使用した場合のクローズドキャビティの形成による周波数応答、またはコンデンサマイクロホンを使用した場合の周波数応答に鑑みて、検体情報検出装置13によって外耳道104が閉鎖またはほぼ閉鎖されたクローズドキャビティを形成するようにした状態で第二センサ212によって脈動性信号を検出し、この脈動性信号に第二センサ212の周波数特性を考慮して周波数補正処理を行うことにより、低周波数領域が補償された脈波を得ることが出来るとも考えられる。
クローズドキャビティの形成と外耳道の閉鎖レベルによる周波数特性の変化の一例は、図24(a)〜図24(c)、図25(a)〜図25(c)に示す脈波波形により表すことができる。
なお、図25(a)〜図25(c)において、図中横軸の単位[s]は秒を表す(以降、図中の単位[s]についても同様)。
ここで、図24(b)に表されるように、外耳道104を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞109として形成するようにして血管の脈動性信号を検出した際に得られる波形を、図25(b)に表されるように、クローズドキャビティを形成した状態で血管の脈動性信号を検出した際に得られる波形のように補正をするには、上述の図23(b)にて説明した波形等化処理における周波数補償と同様に、検出された脈動性信号を、図26に示すように脈波検出帯域である0.1〜10Hzの低周波数領域を上昇させるような周波数補償を行う周波数特性を持つ電気回路に入れればよい。
すなわち、図26は、脈波情報検出帯域より高い周波数成分を通過させて、脈波情報検出帯域の周波数成分のゲインを周波数の減少とともに漸増させて、脈波情報検出帯域より低い周波数成分のゲインを増幅させる波形等化処理の一例を示すものである。
図21の電気回路の伝達関数は下記式(1)のように表すことができる。
図21、図27のR21〜R23及び/またはC21の値を変化させることで、図26に示されるような3種類の周波数特性の補償パターンを実現することが出来る。中でも、R23を変化させることで、図26に示す3パターンのように周波数特性の補償パターンを変化させることが望ましい。アナログ回路ではこのR23を連続的に変化させることが困難である場合があるため、何個かのR23の値を準備してそれらを切り替えて最適なものを選ぶことで、R23の値を変化させることが出来る。
外耳道の閉鎖レベルとイヤホンの種類との関係を図28に示す。
外耳道104が開放されている場合、外耳道の閉鎖レベルが「オープン(Open)」という。図28(a)の実線部に示すように、例えば非カナル型のオープンイヤホンを装着した場合には、外耳道の閉鎖レベルがオープンであるとみなすことができる。この場合、図28(a)に示す破線部の領域の完全に閉鎖から少し閉鎖までのレベルは達成できず、外耳道104においてクローズドキャビティを形成することができないため、クローズドキャビティの形成に伴う周波数応答の変化を利用した脈動性信号の検出は困難である。
本実施形態に係る検体情報検出ユニット32では、筐体部211によって閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造を形成して第二センサ212であるダイナミック型のイヤホンにより検体情報の検出を行うことで、加速度脈波が得られる。この加速度脈波が、スマートフォン201に入力された場合には、信号入力部206による入力処理により、加速度脈波に微分要素が加わったものが得られていた。すなわち、従来のスマートフォン201に入力された信号は、第二センサ212により検出された脈波波形を表すものではなく、加速度脈波がさらに一回微分された波形として得られていた。
検体情報処理装置3の動作を、第二センサ212から検出された信号が情報処理装置23へ入力される入力処理と、音源92からの信号が検体情報検出装置13へ出力される出力処理とについてそれぞれ説明する。
なお、スイッチ回路68が、Rイヤホンユニット35の信号線36と第二周波数補償処理部70とを接続している場合には、入力処理が行われる。一方、スイッチ回路68が、Rイヤホンユニット35の信号線36と第一プラグ62のRイヤホン端子65とを接続している場合には、出力処理が行われる。
図29に示すフローチャートに従って、第二センサ212から検出された信号が情報処理装置23へ入力される場合の検体情報処理装置3の動作を説明する。
音源92からの信号が検体情報検出装置13へ出力される出力処理は、検体情報処理装置1における、音源92からの信号が検体情報検出装置11へ出力される出力処理と同様に行われる。
本実施形態に係る検体情報処理装置3は上述したように構成されており、脈波を測定する際には、スイッチ69を操作してスイッチ回路68により、第二センサ212と第二周波数補償処理部70とを接続する。これにより、外耳道104を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造として、外耳107に装着したRイヤホンユニット35の第二センサ212により脈波を検出することができる。
第三実施形態に係る検体情報検出装置13によれば、筐体部211により検体101の外耳道104における外部開口部105を塞いで外耳道104を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞109として、第二センサ212が外耳道104における血管の脈動性信号を、脈動性信号に起因し空洞109内を伝播する圧力情報として検出することで、外耳道104に存在する血管、特に鼓膜106に存在する血管を利用して、検体101の脈動性信号を検出することが出来る。
本発明の第三実施形態の変形例に係る検体情報処理装置4は、一部の構成が上述の第三実施形態に係る検体情報処理装置3と同様に構成されており、上述の第三実施形態に係る検体情報処理装置3と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する。以降、第三実施形態の変形例を、単に本変形例とも呼ぶ。
本変形例に係る検体情報処理装置4、検体情報検出装置14、及び情報処理装置23の構成、並びに各部を構成する要素について説明する。図30は、本変形例に係る検体情報処理装置4の構成を模式的に表わしたものである。
検体情報検出装置14は、図30に示すように、検体情報検出ユニット33と、接続部54とを備えて構成されている。
検体情報検出ユニット33は、右耳用のイヤホンユニット35(Rイヤホンユニット)と、左耳用のイヤホンユニット37(Lイヤホンユニット)と、第二プラグ42とを備えている、イヤホンである。
第二プラグ42は、図30に示すように、プラグの根元から先端へ、グランド端子43、Rイヤホン端子44、及びLイヤホン端子45を順に有する。グランド端子43、Rイヤホン端子44、及びLイヤホン端子45は、導電性の金属板が略円筒状に加工されて形成されている。
本変形例に係る接続部54は、第二ジャック73、スイッチ回路68、スイッチ69、第二周波数補償処理部70、電源71、FET72、及び第一プラグ62を備えている。以下、接続部54の構成について、図30を参照して説明する。
第二ジャック73は、第二プラグ42が挿入される挿入孔74を備える。図30に示すように、第二ジャック73の挿入孔74の内部には、挿入孔74の手前から奥へ、グランド端子75、Rイヤホン端子76、及びLイヤホン端子77を順に有する。グランド端子75、Rイヤホン端子76、及びLイヤホン端子77は、導電性の金属板が板状に加工されて、第二ジャック73の挿入孔74の壁面に設けられることで形成されている。板状の端子が挿入孔74の中心方向に向けて屈曲して、曲げ弾性を有する凸部を形成しており、この端子の凸部が挿入孔74の中心方向に張り出すようにして設けられている。
スイッチ回路68は、第二ジャック73のRイヤホン端子76が、第二周波数補償処理部70と接続するか、第一プラグ62のRイヤホン端子65と接続するかを切り替えるスイッチ手段である。言い換えれば、スイッチ回路68は、第二センサ212から第二周波数補償処理部70を経由しての第一プラグ62のマイク端子63への接続と、第二センサ212からRイヤホン端子65への接続とを切り替えるものである。
本変形例に係る第二周波数補償処理部70は、検体情報検出ユニット33により検出された検出信号が、第二プラグ42及び第二ジャック73を介して入力される以外は、第三実施形態に係る第二周波数補償処理部70と同様に構成されている。
本変形例に係る情報処理装置23(スマートフォン23)は、第三実施形態に係る情報処理装置23と同様に構成されている。
検体情報処理装置4を機能的に表すとき、検体情報処理装置4は、図30に示すように、検体情報検出装置14及び情報処理装置23を備えている。検体情報検出装置14は、検体情報検出ユニット33と、第二周波数補償処理部70を有する接続部54とを備えている。情報処理装置23は、第三実施形態に係る情報処理装置23と同様に構成されている。
接続部54の回路構成は、図30により示される。
Rイヤホンユニット35の信号線36は、第二プラグ42のRイヤホン端子44と接続される。Rイヤホン端子44は、第二ジャック73のRイヤホン端子76と接続される。Rイヤホン端子76は、スイッチ回路68に接続される。スイッチ回路68により、信号線36と、第二周波数補償処理部70、または第一プラグ62のRイヤホン端子65との接続が切り替えられる。
このように、検体情報検出装置14は、第二センサ212により検出され、第二周波数補償処理部70により処理された信号を、情報処理装置23に出力する。
本変形例の検体情報検出装置14及び検体情報処理装置4におけるクローズドキャビティの形成と周波数応答、第二センサ212として用いられるセンサの周波数特性、及び外耳道の閉鎖レベルと周波数特性、並びに周波数特性と信号処理との関係は、上述した第三実施形態に係る検体情報検出装置13及び検体情報処理装置3と同様である。また、第二周波数補償処理部70で行われる周波数補償処理と、信号入力部87で行われる入力処理との関係も、第三実施形態に係る検体情報検出装置13及び検体情報処理装置3と同様である。
検体情報処理装置4の動作を、第二センサ212から検出された信号が情報処理装置23へ入力される入力処理と、音源92からの信号が検体情報検出装置14へ出力される出力処理とについてそれぞれ説明する。
検体情報処理装置4における入力処理は、第三実施形態に係る検体情報処理装置3では、第二センサ212により検出された脈動性信号が、スイッチ回路68を介して第二周波数補償処理部70に入力されるのに対して、検体情報処理装置4では、第二センサ212により検出された脈動性信号が、Rイヤホン端子44及びRイヤホン端子76、並びにスイッチ回路68を介して第二周波数補償処理部70に入力される以外は、検体情報処理装置3における入力処理と同様になっている。
検体情報処理装置4における右耳用の音信号の出力処理は、第三実施形態に係る検体情報処理装置3では、検体情報検出装置13に出力された右耳用の音信号は、スイッチ回路68を介して、Rイヤホンユニット35に入力されるのに対して、検体情報処理装置4では、検体情報検出装置14に出力された右耳用の音信号が、スイッチ回路68、並びにRイヤホン端子76及びRイヤホン端子44を介して、Rイヤホンユニット35に入力される以外は、検体情報処理装置3における入力処理と同様になっている。
本変形例に係る検体情報処理装置4は上述したように構成されており、脈波を測定する際には、スイッチ69を操作してスイッチ回路68により、第二センサ212と第二周波数補償処理部70とを接続する。これにより、外耳道104を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造として、外耳107に装着したRイヤホンユニット35の第二センサ212により脈波を検出することができる。
第三実施形態の変形例に係る検体情報検出装置14、及び検体情報処理装置4によれば、前記第三実施形態で得られる効果に加えて、以下に記載の効果を奏する。
本発明の第四実施形態に係る検体情報処理装置5は、一部の構成が上述の第三実施形態に係る検体情報処理装置3と同様に構成されており、上述の第三実施形態に係る検体情報処理装置3と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する。以降、第四実施形態を、単に本実施形態とも呼ぶ。
本実施形態に係る検体情報処理装置5、検体情報検出装置15、及び情報処理装置25の構成、並びに各部を構成する要素について説明する。図33は、本実施形態に係る検体情報処理装置5の構成を模式的に表わしたものである。
検体情報検出装置15は、図33に示すように、検体情報検出ユニット32と、接続部55とを備えて構成されている。
検体情報検出ユニット32は、上述の第三実施形態に係る検体情報検出ユニット32と同様に構成されている。
本実施形態に係る接続部55は、スイッチ回路68、スイッチ69、FET72、及び第一プラグ62を備えている。以下、接続部55の構成について、図33を参照して説明する。
スイッチ回路68は、Rイヤホンユニット35の信号線36が、FET72と接続するか、第一プラグ62のRイヤホン端子65と接続するかを切り替えるスイッチ手段である。言い換えれば、スイッチ回路68は、第二センサ212からFET72を経由しての第一プラグ62のマイク端子63への接続と、第二センサ212からRイヤホン端子65への接続とを切り替えるものである。
情報処理装置25の構成について、図33を参照して説明する。
本実施形態に係る情報処理装置25(スマートフォン25)は、第二周波数補償処理部70をさらに備えている以外は、第三実施形態に係る情報処理装置23と同様に構成されている。
第二周波数補償処理部70は、情報処理装置25に備えられている以外は、第三実施形態に係る第二周波数補償処理部70と同様に構成されている。第二周波数補償処理部70により処理された信号は、アンプ88に入力される。
検体情報処理装置5を機能的に表すとき、検体情報処理装置5は、図33に示すように、検体情報検出装置15及び情報処理装置25を備えている。検体情報検出装置15は、検体情報検出ユニット32と、接続部55とを備えている。情報処理装置25は、信号入力部87、第二周波数補償処理部70、アンプ88、AD変換部89、波形等化処理部93、周波数補正処理部90、DA変換部91、及び音源92を備えている。
第二周波数補償処理部70は、情報処理装置25に備えられている以外は、第三実施形態に係る第二周波数補償処理部70と同様に構成されている。
接続部55の回路構成は、図33により示される。
Rイヤホンユニット35の信号線36は、スイッチ回路68と接続される。信号線36は、スイッチ回路68により、FET72、または第一プラグ62のRイヤホン端子65との接続が切り替えられる。
このように、検体情報検出装置15は、第二センサ212により検出された検出信号を、情報処理装置25に出力する。
本実施形態に係る検体情報検出装置15及び検体情報処理装置5におけるクローズドキャビティの形成と周波数応答、第二センサ212として用いられるセンサの周波数特性、及び外耳道の閉鎖レベルと周波数特性、並びに周波数特性と信号処理との関係は、上述した第三実施形態に係る検体情報検出装置13及び検体情報処理装置3と同様である。また、第二周波数補償処理部70で行われる周波数補償処理と、信号入力部87で行われる入力処理との関係も、第三実施形態に係る検体情報検出装置13及び検体情報処理装置3と同様である。
検体情報処理装置5の動作を、第二センサ212から検出された信号が情報処理装置25へ入力される入力処理について説明する。なお、音源92からの信号が検体情報検出装置15へ出力される出力処理については、第三実施形態に係る検体情報処理装置3における出力処理と同様の処理となっている。
図34に示すフローチャートに従って、第二センサ212から検出された信号が情報処理装置25へ入力される場合の検体情報処理装置5の動作を説明する。
本変形例に係る検体情報処理装置5は上述したように構成されており、脈波を測定する際には、スイッチ69を操作してスイッチ回路68により、第二センサ212とFET72とを接続する。これにより、外耳道104を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造として、外耳107に装着したRイヤホンユニット35の第二センサ212により脈波を検出することができる。
第四実施形態に係る検体情報処理装置5によれば、前記第三実施形態で得られる効果に加えて、以下に記載の効果を奏する。
本発明の第四実施形態の変形例に係る検体情報処理装置6は、一部の構成が、上述の第四実施形態に係る検体情報処理装置5、または第三実施形態の変形例に係る検体情報処理装置4と同様に構成されており、上述の第四実施形態に係る検体情報処理装置5、または第三実施形態の変形例に係る検体情報処理装置4と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する。以降、第四実施形態の変形例を、単に本変形例とも呼ぶ。
本変形例に係る検体情報処理装置6、検体情報検出装置16、及び情報処理装置25の構成、並びに各部を構成する要素について説明する。図35は、本実施形態に係る検体情報処理装置6の構成を模式的に表わしたものである。
検体情報検出装置16は、図35に示すように、検体情報検出ユニット33と、接続部56とを備えて構成されている。
<検体情報検出ユニット>
検体情報検出ユニット33は、上述の第三実施形態の変形例に係る検体情報検出ユニット33と同様に構成されている。
本実施形態に係る接続部56は、第二ジャック73、スイッチ回路68、スイッチ69、FET72、及び第一プラグ62を備えている。以下、接続部56の構成について、図35を参照して説明する。
第二ジャック73は、第三実施形態の変形例に係る第二ジャック73と同様に構成されている。
スイッチ回路68は、第二ジャック73のRイヤホン端子44が、FET72と接続するか、第一プラグ62のRイヤホン端子65と接続するかを切り替えるスイッチ手段である。言い換えれば、スイッチ回路68は、第二センサ212からFET72を経由しての第一プラグ62のマイク端子63への接続と、第二センサ212からRイヤホン端子65への接続とを切り替えるものである。
本変形例に係る情報処理装置25(スマートフォン25)は、第四実施形態に係る情報処理装置25と同様に構成されている。
検体情報処理装置6を機能的に表すとき、検体情報処理装置6は、図35に示すように、検体情報検出装置16及び情報処理装置25を備えている。検体情報検出装置16は、検体情報検出ユニット33と接続部56とを備えている。情報処理装置25は、第四実施形態に係る情報処理装置25と同様に構成されている。
接続部56の回路構成は、図35により示される。
Rイヤホンユニット35の信号線36は、第二プラグ42のRイヤホン端子44と接続される。Rイヤホン端子44は、第二ジャック73のRイヤホン端子76と接続される。Rイヤホン端子76は、スイッチ回路68と接続される。スイッチ回路68により、信号線36と、FET72、または第一プラグ62のRイヤホン端子65との接続が切り替えられる。
このように、検体情報検出装置16は、第二センサ212により検出された検出信号を、情報処理装置25に出力する。
本変形例の検体情報検出装置16及び検体情報処理装置6におけるクローズドキャビティの形成と周波数応答、第二センサ212として用いられるセンサの周波数特性、及び外耳道の閉鎖レベルと周波数特性、並びに周波数特性と信号処理との関係は、上述した第四実施形態に係る検体情報検出装置15及び検体情報処理装置5と同様である。また、第二周波数補償処理部70で行われる周波数補償処理と、信号入力部87で行われる入力処理との関係も、第四実施形態に係る検体情報検出装置15及び検体情報処理装置5と同様である。
検体情報処理装置6の動作を、第二センサ212から検出された信号が情報処理装置25へ入力される入力処理と、音源92からの信号が検体情報検出装置16へ出力される出力処理とについてそれぞれ説明する。
検体情報処理装置6における入力処理は、第四実施形態に係る検体情報処理装置5では、第二センサ212により検出された脈動性信号が、スイッチ回路68を介して、FET72に入力されるのに対して、検体情報処理装置6では、第二センサ212により検出された脈動性信号が、Rイヤホン端子44及びRイヤホン端子76、並びにスイッチ回路68を介してFET72に入力される以外は、検体情報処理装置5における入力処理と同様になっている。
検体情報処理装置6における右耳用の音信号の出力処理は、第四実施形態に係る検体情報処理装置5では、検体情報検出装置15に出力された右耳用の音信号は、スイッチ回路68を介して、Rイヤホンユニット35に入力されるのに対して、検体情報処理装置6では、検体情報検出装置16に出力された右耳用の音信号が、スイッチ回路68、並びにRイヤホン端子76及びRイヤホン端子44を介して、Rイヤホンユニット35に入力される以外は、検体情報処理装置5における入力処理と同様になっている。
本変形例に係る検体情報処理装置6は上述したように構成されており、脈波を測定する際には、スイッチ69を操作してスイッチ回路68により、第二センサ212とFET72とを接続する。これにより、外耳道104を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造として、外耳107に装着したRイヤホンユニット35の第二センサ212により脈波を検出することができる。
第四実施形態の変形例に係る検体情報処理装置6によれば、前記第四実施形態で得られる効果に加えて、以下に記載の効果を奏する。
本発明の第五実施形態に係る検体情報処理装置7は、一部の構成が上述の第三実施形態に係る検体情報処理装置3と同様に構成されており、上述の第三実施形態に係る検体情報処理装置3と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する。以降、第五実施形態を、単に本実施形態とも呼ぶ。
第五実施形態に係る検体情報処理装置7は、図36に示すように、検体情報検出装置17と、情報処理装置27とを備えて構成されている。
本実施形態に係る検体情報処理装置7、検体情報検出装置17、及び情報処理装置27の構成、並びに各部を構成する要素について説明する。図36は、本実施形態に係る検体情報処理装置7の構成を模式的に表わしたものである。
検体情報検出装置17は、図36に示すように、検体情報検出ユニット32と、接続部57とを備えて構成されている。
検体情報検出ユニット32は、上述の第三実施形態に係る検体情報検出ユニット32と同様に構成されている。
本実施形態に係る接続部57は、第三周波数補償処理部78、電源71、FET72、及び第一プラグ62を備えている。以下、接続部57の構成について、図36を参照して説明する。
第三周波数補償処理部78は、検体情報検出ユニット32により検出された検出信号に対して、血管の脈波情報が検出される周波数帯域である脈波情報検出帯域より高い周波数成分を減衰させて、脈波情報検出帯域の周波数成分を通過させるLPF(ローパスフィルタ)処理(単に、LPFともいう)と、信号を増幅させる増幅処理と、低周波領域のゲインを増幅させる周波数補償処理(単に補償処理ともいう)を施すものである。第三周波数補償処理部78により、LPF処理、増幅処理、及び周波数補償処理を施す処理を、第三周波数補償処理ともいう。第三周波数補償処理部78により処理された信号は、FET72のゲート端子に入力される。
情報処理装置27の構成について、図36を参照して説明する。
本実施形態に係る情報処理装置27は、検出された信号を処理するためのモバイル端末機としての携帯情報端末(スマートフォン)である。
出力処理部94は、音源92からの検体情報検出装置17に出力する右耳用の音信号に対して、血管の脈波情報が検出される周波数帯域である脈波情報検出帯域の周波数成分を減衰させて、該脈波情報検出帯域より高い周波数成分を通過させるHPF(ハイパスフィルタ)処理(単に、HPFともいう)を施すものである。この出力処理部94によるHPF処理を出力処理ともいう。
<検体情報処理装置の構成>
本実施形態に係る検体情報処理装置7は、図36に示すように、検体情報検出装置17と、情報処理装置27とを備えて構成されている。
検体情報検出装置17及び検体情報処理装置7を適用する検体101としては、筐体部211により外部開口部105を塞いで外耳道104を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞109として形成するために、外耳107に装着することが好ましい。
本実施形態に係る検体情報検出装置17及び検体情報処理装置7は、上述のように構成されており、外耳道104における外耳道105を塞いで外耳道104を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞109として、検体101における外耳道104の内部または鼓膜106に存在する血管の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体101における血管の脈動性信号を検出するものである。
検体情報処理装置7を機能的に表すとき、検体情報処理装置7は、図36に示すように、検体情報検出装置17及び情報処理装置27を備えている。検体情報検出装置17は、検体情報検出ユニット32と、第三周波数補償処理部78を有する接続部57とを備えている。情報処理装置27は、信号入力部87、アンプ88、AD変換部89、波形等化処理部93、周波数補正処理部90、DA変換部91、音源92、及び出力処理部94を備えている。
第三周波数補償処理部78の回路構成は、図37により示される。第三周波数補償処理部78は、図37に示すように、LPF143と、増幅処理部141と、補償処理部142とを有する。LPF143は、図37に示すように、OPアンプで構成されたアクティブフィルタであり、入力された信号について、所定の周波数よりも高い周波数成分を減衰させて、所定の周波数よりも低い周波数成分を通過させるLPFを施した信号を出力するものである。補償処理部142は、第一実施形態に係る補償処理部142と同様に構成されている。増幅処理部141は、第三実施形態に係る増幅処理部141と同様に構成されている。
出力処理部94は、音源92からの検体情報検出装置17に出力する右耳用の音信号に対して、血管の脈波情報が検出される周波数帯域である脈波情報検出帯域の周波数成分を減衰させて、該脈波情報検出帯域より高い周波数成分を通過させる出力処理を施すものである。出力処理部94により処理された信号は、DA変換部91に入力される。
接続部57の回路構成は、図36により示される。
第三周波数補償処理部78は、その電源71と接続される。第三周波数補償処理部78が、FET72のゲート端子(G)に接続されることで、第三周波数補償処理部78によって処理された信号は、FET72のゲート端子(G)に入力される。FET72のドレイン端子(D)は、接続部57の第一プラグ62に設けられたマイク端子63と接続する。FET72のソース端子(S)はグランド線41と合流して、第一プラグ62に設けられたグランド端子64と接続する。
このように、検体情報検出装置17は、第二センサ212により検出され、第三周波数補償処理部78により処理された信号を、情報処理装置27に出力する。
本実施形態に係る検体情報検出装置17及び検体情報処理装置7におけるクローズドキャビティの形成と周波数応答、第二センサ212として用いられるセンサの周波数特性、及び外耳道の閉鎖レベルと周波数特性、並びに周波数特性と信号処理との関係は、上述した第三実施形態に係る検体情報検出装置13及び検体情報処理装置3と同様である。また、第三周波数補償処理部78で行われる周波数補償処理と、信号入力部87で行われる入力処理との関係も、第三実施形態に係る検体情報検出装置13及び検体情報処理装置3と同様である。ここではさらに、第三周波数補償処理部78で行われるLPFと、出力処理部94で行われる出力処理の関係について説明する。
本実施形態に係る検体情報処理装置7では、第二センサ212が、スピーカーとしてもマイクロフォンとしても同時に機能する。これは、Rイヤホンユニット35の第二センサ212へ音源92からの音信号が入力されるとともに、第二センサ212で検出された信号が第三周波数補償処理部78を介して情報処理装置27に入力されることによる。
検体情報処理装置7の動作を、第二センサ212から検出された信号が情報処理装置27へ入力される入力処理と、音源92からの信号が検体情報検出装置17へ出力される出力処理とについてそれぞれ説明する。
図38に示すフローチャートに従って、第二センサ212から検出された信号が情報処理装置27へ入力される場合の検体情報処理装置7の動作を説明する。
デジタル形式の右耳用の音信号は、音源92から出力処理部94に入力される。出力処理部94は、脈波情報検出帯域の周波数成分を減衰させて、脈波情報検出帯域より高い周波数成分を通過させる出力処理(HPF)を施す。出力処理部94により処理された右耳用の音信号は、DA変換部91に入力される。DA変換部91により、出力処理部94により処理された右耳用の音信号は、アナログ形式の音信号に変換される。
本実施形態に係る検体情報処理装置7は上述したように構成されており、出力処理部94によりHPFを受けた音信号が第二センサ212に出力されて、第二センサ212からは脈波情報検出帯域の周波数成分が減衰された音が出力される。また、第二センサ212により検出された脈動性信号は、第三周波数補償処理部78によりLPFを受けて脈波情報検出帯域の周波数成分からなる信号として情報処理装置27に入力される。
第五実施形態に係る検体情報処理装置7によれば、前記第三実施形態で得られる効果に加えて、以下に記載の効果を奏する。
本発明の第五実施形態の変形例に係る検体情報処理装置8は、一部の構成が上述の第五実施形態に係る検体情報処理装置7、または第三実施形態の変形例に係る検体情報処理装置4と同様に構成されており、上述の第五実施形態に係る検体情報処理装置7、または第三実施形態の変形例に係る検体情報処理装置4と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する。以降、第五実施形態の変形例を、単に本変形例とも呼ぶ。
本変形例に係る検体情報処理装置8、検体情報検出装置18、及び情報処理装置27の構成、並びに各部を構成する要素について説明する。図39は、本変形例に係る検体情報処理装置8の構成を模式的に表わしたものである。
検体情報検出装置18は、図39に示すように、検体情報検出ユニット33と、接続部58とを備えて構成されている。
検体情報検出ユニット33は、上述の第三実施形態の変形例に係る検体情報検出ユニット33と同様に構成されている。
本変形例に係る接続部58は、第二ジャック73、第三周波数補償処理部78、電源71、FET72、及び第一プラグ62を備えている。以下、接続部58の構成について、図39を参照して説明する。
第二ジャック73は、第三実施形態の変形例に係る第二ジャック73と同様に構成されている。
本変形例に係る第三周波数補償処理部78は、検体情報検出ユニット33により検出された検出信号が、第二プラグ42及び第二ジャック73を介して入力される以外は、第五実施形態に係る第三周波数補償処理部78と同様に構成されている。
本変形例に係る情報処理装置27(スマートフォン27)は、第五実施形態に係る情報処理装置27と同様に構成されている。
検体情報処理装置8を機能的に表すとき、検体情報処理装置8は、図39に示すように、検体情報検出装置18及び情報処理装置27を備えている。検体情報検出装置18は、検体情報検出ユニット33と、第三周波数補償処理部78を有する接続部58とを備えている。情報処理装置27は、第五実施形態に係る情報処理装置27と同様に構成されている。
接続部58の回路構成は、図39により示される。
Rイヤホンユニット35の信号線36は、第二プラグ42のRイヤホン端子44と接続される。Rイヤホン端子44は、第二ジャック73のRイヤホン端子76と接続される。Rイヤホン端子76が、接続部58の第一プラグ62に設けられたRイヤホン端子65と、第三周波数補償処理部78とに接続されることで、Rイヤホンユニット35の信号線36は、Rイヤホン端子65と、第三周波数補償処理部78とに接続される。
このように、検体情報検出装置18は、第二センサ212により検出され、第三周波数補償処理部78により処理された信号を、情報処理装置27に出力する。
本変形例の検体情報検出装置18及び検体情報処理装置8におけるクローズドキャビティの形成と周波数応答、第二センサ212として用いられるセンサの周波数特性、及び外耳道の閉鎖レベルと周波数特性、並びに周波数特性と信号処理との関係は、上述した第三実施形態に係る検体情報検出装置13及び検体情報処理装置3と同様である。また、第三周波数補償処理部78で行われる周波数補償処理と、信号入力部87で行われる入力処理との関係は、第三実施形態に係る検体情報検出装置13及び検体情報処理装置3と同様である。また、第三周波数補償処理部78で行われるLPFと、出力処理部94で行われる出力処理の関係は、第五実施形態に係る検体情報処理装置7と同様である。
検体情報処理装置8の動作を、第二センサ212から検出された信号が情報処理装置27へ入力される入力処理と、音源92からの信号が検体情報検出装置18へ出力される出力処理とについてそれぞれ説明する。
検体情報処理装置8における入力処理は、第五実施形態に係る検体情報処理装置7では、第二センサ212により検出された脈動性信号が、第三周波数補償処理部78に入力されるのに対して、検体情報処理装置8では、第二センサ212により検出された脈動性信号が、Rイヤホン端子44及びRイヤホン端子76を介して第三周波数補償処理部78に入力される以外は、検体情報処理装置7における入力処理と同様になっている。
検体情報処理装置8における右耳用の音信号の出力処理は、第五実施形態に係る検体情報処理装置7では、検体情報検出装置17に出力された右耳用の音信号は、Rイヤホンユニット35に入力されるのに対して、検体情報処理装置8では、検体情報検出装置18に出力された右耳用の音信号が、Rイヤホン端子76及びRイヤホン端子44を介して、Rイヤホンユニット35に入力される以外は、検体情報処理装置7における入力処理と同様になっている。
本変形例に係る検体情報処理装置8は上述したように構成されており、出力処理部94によりHPFを受けた音信号が第二センサ212に出力されて、第二センサ212からは脈波情報検出帯域の周波数成分が減衰された音が出力される。また、第二センサ212により検出された脈動性信号は、第三周波数補償処理部78によりLPFを受けて脈波情報検出帯域の周波数成分からなる信号として情報処理装置27に入力される。
第五実施形態の変形例に係る検体情報処理装置8によれば、前記第五実施形態で得られる効果に加えて、以下に記載の効果を奏する。
本発明の第六実施形態に係る検体情報処理装置9は、一部の構成が上述の第四実施形態に係る検体情報処理装置5または上述の第五実施形態に係る検体情報処理装置7と同様に構成されており、上述の第四実施形態に係る検体情報処理装置5または上述の第五実施形態に係る検体情報処理装置7と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する
本実施形態に係る検体情報処理装置9、検体情報検出装置19、及び情報処理装置29の構成、並びに各部を構成する要素について説明する。図40は、本実施形態に係る検体情報処理装置9の構成を模式的に表わしたものである。
検体情報検出装置19は、図40に示すように、検体情報検出ユニット32と、接続部59とを備えて構成されている。
検体情報検出ユニット32は、上述の第三実施形態に係る検体情報検出ユニット32と同様に構成されている。
本実施形態に係る接続部59は、図40に示すように、FET72、及び第一プラグ62を備えている。
接続部59は、第一プラグ62及び第一ジャック81を介して、検体情報検出装置19と、情報処理装置29とを接続している。接続部59は、スマートフォン29のジャック(第一ジャック81)に挿入される、イヤホンとしての検体情報検出ユニット32のプラグ部分を構成する。
情報処理装置29の構成について、図40を参照して説明する。
本実施形態に係る情報処理装置29(スマートフォン29)は、第三周波数補償処理部78をさらに備えている以外は、第五実施形態に係る情報処理装置27と同様に構成されている。
第三周波数補償処理部78は、情報処理装置29に備えられている以外は、第五実施形態に係る第三周波数補償処理部78と同様に構成されている。第三周波数補償処理部78により処理された信号は、アンプ88に入力される。
検体情報処理装置9を機能的に表すとき、検体情報処理装置9は、図40に示すように、検体情報検出装置19及び情報処理装置29を備えている。検体情報検出装置19は、検体情報検出ユニット32と、接続部59とを備えている。情報処理装置29は、信号入力部87、第三周波数補償処理部78、アンプ88、AD変換部89、波形等化処理部93、周波数補正処理部90、DA変換部91、音源92、及び出力処理部94を備えている。
第三周波数補償処理部78の回路構成は、情報処理装置29に備えられている以外は、第五実施形態に係る第三周波数補償処理部78と同様に構成されている。
接続部59の回路構成は、図40により示される。
Rイヤホンユニット35の信号線36は、接続部59の第一プラグ62に設けられたRイヤホン端子65と接続しているともに、第一プラグ62に設けられたマイク端子63に接続されるFET72のゲート端子(G)と接続している。
このように、検体情報検出装置19は、第二センサ212により検出された検出信号を、情報処理装置29に出力する。
本実施形態に係る検体情報検出装置19及び検体情報処理装置9におけるクローズドキャビティの形成と周波数応答、第二センサ212として用いられるセンサの周波数特性、及び外耳道の閉鎖レベルと周波数特性、並びに周波数特性と信号処理との関係は、上述した第三実施形態に係る検体情報検出装置13及び検体情報処理装置3と同様である。また、第三周波数補償処理部78で行われる周波数補償処理と、信号入力部87で行われる入力処理との関係も、第三実施形態に係る検体情報検出装置13及び検体情報処理装置3と同様である。また、第三周波数補償処理部78で行われるLPFと、出力処理部94で行われる出力処理の関係は、第五実施形態に係る検体情報処理装置7と同様である。
検体情報処理装置9の動作を、第二センサ212から検出された信号が情報処理装置29へ入力される入力処理について説明する。なお、音源92からの信号が検体情報検出装置19へ出力される出力処理については、第五実施形態に係る検体情報処理装置7における出力処理と同様の処理となっている。
図41に示すフローチャートに従って、第二センサ212から検出された信号が情報処理装置29へ入力される場合の検体情報処理装置9の動作を説明する。
本実施形態に係る検体情報処理装置9は上述したように構成されており、出力処理部94によりHPFを受けた音信号が第二センサ212に出力されて、第二センサ212からは脈波情報検出帯域の周波数成分が減衰された音が出力される。また、第二センサ212により検出された脈動性信号は情報処理装置29に入力され、第三周波数補償処理部78によりLPFを受けて脈波情報検出帯域の周波数成分からなる信号として得られる。
第六実施形態に係る検体情報処理装置9によれば、前記第三実施形態で得られる効果に加えて、以下に記載の効果を奏する。
本発明の第六実施形態の変形例に係る検体情報処理装置10は、一部の構成が上述の第六実施形態に係る検体情報処理装置9、または第三実施形態の変形例に係る検体情報処理装置4と同様に構成されており、上述の第六実施形態に係る検体情報処理装置9、または第三実施形態の変形例に係る検体情報処理装置4と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する。以降、第六実施形態の変形例を、単に本変形例とも呼ぶ。
本変形例に係る検体情報処理装置10、検体情報検出装置20、及び情報処理装置29の構成、並びに各部を構成する要素について説明する。図42は、本変形例に係る検体情報処理装置10の構成を模式的に表わしたものである。
検体情報検出装置20は、図42に示すように、検体情報検出ユニット33と、接続部60とを備えて構成されている。
検体情報検出ユニット33は、上述の第三実施形態の変形例に係る検体情報検出ユニット33と同様に構成されている。
本変形例に係る接続部60は、第二ジャック73、FET72、及び第一プラグ62を備えている。以下、接続部60の構成について、図42を参照して説明する。
第二ジャック73は、第三実施形態の変形例に係る第二ジャック73と同様に構成されている。
本変形例に係る情報処理装置29(スマートフォン29)は、第六実施形態に係る情報処理装置29と同様に構成されている。
検体情報処理装置10を機能的に表すとき、検体情報処理装置10は、図42に示すように、検体情報検出装置20及び情報処理装置29を備えている。検体情報検出装置20は、検体情報検出ユニット33と、接続部60とを備えている。情報処理装置29は、第六実施形態に係る情報処理装置29と同様に構成されている。
接続部60の回路構成は、図42により示される。
Rイヤホンユニット35の信号線36は、第二プラグ42のRイヤホン端子44と接続される。Rイヤホン端子44は、第二ジャック73のRイヤホン端子76と接続される。Rイヤホン端子76が、接続部60の第一プラグ62に設けられたRイヤホン端子65と、FET72とに接続されることで、Rイヤホンユニット35の信号線36は、Rイヤホン端子65と、FET72とに接続される。
このように、検体情報検出装置20は、第二センサ212により検出された信号を、情報処理装置29に出力する。
本変形例の検体情報検出装置20及び検体情報処理装置10におけるクローズドキャビティの形成と周波数応答、第二センサ212として用いられるセンサの周波数特性、及び外耳道の閉鎖レベルと周波数特性、並びに周波数特性と信号処理との関係は、上述した第三実施形態に係る検体情報検出装置13及び検体情報処理装置3と同様である。また、第三周波数補償処理部78で行われる周波数補償処理と、信号入力部87で行われる入力処理との関係は、第三実施形態に係る検体情報検出装置13及び検体情報処理装置3と同様である。また、第三周波数補償処理部78で行われるLPFと、出力処理部94で行われる出力処理の関係は、第五実施形態に係る検体情報処理装置7と同様である。
検体情報処理装置10の動作を、第二センサ212から検出された信号が情報処理装置29へ入力される入力処理と、音源92からの信号が検体情報検出装置20へ出力される出力処理とについてそれぞれ説明する。
検体情報処理装置10における入力処理は、第六実施形態に係る検体情報処理装置9では、第二センサ212により検出された脈動性信号が、FET72に入力されるのに対して、検体情報処理装置10では、第二センサ212により検出された脈動性信号が、Rイヤホン端子44及びRイヤホン端子76を介してFET72に入力される以外は、検体情報処理装置9における入力処理と同様になっている。
検体情報処理装置10における右耳用の音信号の出力処理は、第六実施形態に係る検体情報処理装置9では、検体情報検出装置19に出力された右耳用の音信号は、Rイヤホンユニット35に入力されるのに対して、検体情報処理装置10では、検体情報検出装置20に出力された右耳用の音信号が、Rイヤホン端子76及びRイヤホン端子44を介して、Rイヤホンユニット35に入力される以外は、検体情報処理装置9における入力処理と同様になっている。
本変形例に係る検体情報処理装置10は上述したように構成されており、出力処理部94によりHPFを受けた音信号が第二センサ212に出力されて、第二センサ212からは脈波情報検出帯域の周波数成分が減衰された音が出力される。また、第二センサ212により検出された脈動性信号は情報処理装置29に入力され、第三周波数補償処理部78によりLPFを受けて脈波情報検出帯域の周波数成分からなる信号として得られる。
第六実施形態の変形例に係る検体情報処理装置10によれば、前記第六実施形態で得られる効果に加えて、以下に記載の効果を奏する。
[11−1.装置の構成について]
上記の第一実施形態及び第二実施形態においては、検体情報検出ユニット31のマイクユニット39として、イヤホンマイクを利用する場合について説明したが、スマートフォン301に内蔵されているマイクユニット302を利用してもよい。図43(a)、図43(b)に示すように、マイクユニット302を内蔵しているスマートフォン301には、ケース303にマイクユニット302の圧力情報取込部122としての音孔304が設けられている。この音孔304の周囲を覆うようにして、ケース303にリング状部材305を密着させるようにして取り付けることで、センサ取付部111を設けることができる。
上述したスマートフォン301に内蔵されているマイクユニット302を利用する場合には、スマートフォン301のケース303、すなわちスマートフォン301の筐体303にリング状部材305を取り付ける場合について説明したが、リング状部材305は、スマートフォン301に装着するカバー(スマートフォンカバー311、スマートフォンケースともいう)の一部に設けられた取付部313として取り付けてもよい。
ここでは、スマートフォン301の側面部(下面部)に音孔304が設けられている場合について説明したが、スマートフォン301の前面部に音孔304が設けられている場合であっても、適用することができる。
上記の実施形態及び変形例においては、第一周波数補償処理部61、第二周波数補償処理部70、第三周波数補償処理部78による処理をアナログ回路による処理について説明したが、デジタル回路、例えばデジタルシグナルプロセッサ(以下、「DSP」ともいう)を含む回路とアナログ回路とを組み合わせたり、演算処理装置(CPU)やDSPを組み合わせたりして、このデジタル回路を含む回路により信号を処理する構成としてもよい。このとき、増幅処理部141による処理、補償処理部142による処理、LPF143による処理について、いずれかをアナログ回路による処置をして、他をDSPまたはデジタル回路を含む回路により信号を処理する構成としてもよい。
アンプ88が、1Hz付近を含む周波数成分の振幅を検出してゲインを変更するAGCアンプである場合には、AGC機能により、入力された信号の脈波のピークに応じてゲインが変更されて、アンプ88による信号処理後に得られる信号の増幅の程度が変化する場合がある。このような動作が頻繁に繰り返されることにより、例えば数10msec毎に信号のレベルが変わることになる。このため、第一センサ121又は第二センサ212により検出された信号を一定のゲインで増幅して、検体101における血管の脈波情報を反映した信号を得るためには、情報処理装置21,22,23,25,27,29に入力された信号が、AGCの影響を受けないようにしてアンプ88により一定の増幅幅によって増幅されるよう構成されていることが好ましい。
(1)AGC機能を有するアンプ88のAGC機能を動作させないようにする、または脈波を検出する際にはAGC機能を有さないアンプ88により信号を増幅させる。なお、電気信号を増幅するアンプ88には、AGC機能を有するLSI(Large Scale Integration;大規模集積回路)として回路構成されており、AGC機能を任意にオフにできるよう設計されているものが知られている。
(2)第一センサ121又は第二センサ212により検出される脈波の信号の波形について、スパイク状の波形が入らないように脈波を容積脈波にまで補正した後に、AGC機能を有するアンプ88に信号を入力させる。
(3)Closed Cavityを形成して、第一センサ121又は第二センサ212と振動源とを閉鎖(閉じた状態)またはほぼ閉鎖された状態にして、血管の脈波情報に基づく脈動性信号を検出した場合には、第一センサ121又は第二センサ212を開放状態にして検出した場合と対比して信号が大きなレベルとして検出される。このため、第一センサ121又は第二センサ212により検出された信号を、アッテネータ(減衰器)、または抵抗分割回路により、AGC機能が動作するよりも低いレベルにまで信号を減衰させた後に、AGC機能を有するアンプ88に信号を入力させる。この場合、第二周波数補償処理部70又は第三周波数補償処理部78において、増幅処理部141を備えておらず、増幅処理を施さないものとしてもよい。
上記の実施形態では、第一センサ121として、外部からの音信号を入力するイヤホンマイクのマイクロホンである場合について説明した。
上記の実施形態では、検体情報検出ユニット32,33のRイヤホンユニット35における第二センサ212によって脈動性信号を検出する場合について説明した。脈動性信号の検出は、Rイヤホンユニット35に限られず、Lイヤホンユニット37によって検出してもよい。また、Rイヤホンユニット35及びLイヤホンユニット37によって検出した信号の両方を用いて信号処理を行ってもよい。
図18を参照して説明した第三実施形態について、加算処理部241を備えるようにして、Rイヤホンユニット35で得られた信号とLイヤホンユニット37で得られた信号とを加算する加算処理を行う変形例を説明する。この第三実施形態の変形例に係る検体情報処理装置3bは、一部の構成が上述の第三実施形態に係る検体情報処理装置3と同様に構成されており、上述の第三実施形態に係る検体情報処理装置3と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する。
Lイヤホンユニット37は左耳の外耳道に挿入されるイヤホンユニットであって、Rイヤホンユニット35と同様に構成されている。
図18を参照して説明した第三実施形態について、波形乱れ検出部251,252、加算除算処理部253、及びセレクタ254を備えるようにして、Rイヤホンユニット35で得られた信号とLイヤホンユニット37で得られた信号とについて加算と除算をする加算除算処理を行う変形例を説明する。この第三実施形態の変形例に係る検体情報処理装置3cは、一部の構成が上述の第三実施形態に係る検体情報処理装置3と同様に構成されており、上述の第三実施形態に係る検体情報処理装置3と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する。
Lイヤホンユニット37は左耳の外耳道に挿入されるイヤホンユニットであって、Rイヤホンユニット35と同様に構成されている。
上記の実施形態においては、第二センサ212の筐体部211として、カナル型インナーイヤホンに用いられるイヤーピース213を用いることができることについて記載したが、イヤホンの形状はこれに限定されない。例えば、図59(a)〜図59(d)に示すような、オープンエアー型とカナル型を合わせた形状を備えるハイブリッド型のイヤホンを用いてもよい。なお、図59(a)〜図59(d)では、右耳に装着するイヤホンを示している。
上記の実施形態においては、第二センサ212の筐体部211として、カナル型インナーイヤホンに用いられるイヤーピース213を用いることができることについて記載した。イヤーピース213としては、図19に示すように、円筒状、ドーム形状、砲弾形状、又は釣鐘形状であるものが用いられているが、このイヤーピース213は、性質の異なる複数の材質で構成された、ハイブリッドの素材からなるものであってもよい。
上記の実施形態においては、第二センサ212として、イヤホンのダイナミックスピーカーをマイクロホンとして利用している場合を挙げて、ダイナミックスピーカーのドライバユニットにより脈波を検出することについて説明した。ここで、イヤホンにはドライバユニットが複数設けられている、ドライバユニットがハイブリッドのイヤホンが知られている。例えば、主に低音を出力するウーハーと、高音を出力するツイーターとの2種類のドライバユニットを備えるものがある。また、さらに中間の領域をカバーするドライバユニットを備えるものについても知られている。
上記の実施形態においては、第二センサ212の筐体部211として、カナル型インナーイヤホンに用いられるイヤーピース213を用いることができることについて記載した。ここでは、上記のイヤーピース213に替えて用いることができる、変形して外耳道104を塞ぐイヤーピースについて説明する。図60は、変形して外耳道104を塞ぐイヤーピース501の構造を模式的に表す斜視図であり、イヤーピース501を構成する内筒部511を実線で示し、外筒部521を二点鎖線で示している。
変形して外耳道104を塞ぐイヤーピースは、第一係合突起514と第二係合突起515とが、内筒部511の外周において、周方向に環状に、且つ断続的に形成されているとともに、さらに、らせん状の溝部518を備えるものであってもよい。図62は、この外耳道104を塞ぐイヤーピースの変形例であるイヤーピース502の構造を模式的に表す斜視図である。この変形例に係るイヤーピース502は、一部の構成が上述のイヤーピース501と同様に構成されており、上述のイヤーピース501と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する。
<検体情報検出ユニットとヘッドホン>
上記の実施形態においては、検体情報検出ユニット32,33が、Rイヤホンユニット35とLイヤホンユニット37とを備えているイヤホンであって、図19に示すように、Rイヤホンユニット35が筐体部211をそなえる場合について説明した。また、筐体部211が外耳道104における外部開口部105を塞いで外耳道104を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞109として形成可能に検体101の外耳107に装着することのできるものである場合について説明した。すなわち、検体情報検出ユニット32,33が、筐体部211のイヤーピース213を外耳道104に挿入してこれを塞いで装着した状態で使用する、いわゆるカナル型のインナーイヤータイプのヘッドホン(カナル型のインナーイヤーイヤホン)である場合について説明した。
(オンイヤータイプのヘッドホンの構造)
オンイヤータイプのヘッドホンである検体情報検出ユニット611は、図64に示すように、第二センサ212を内蔵する左右一対の筐体部612と、筐体部612に接続されて検体101へ筐体部612を装着するための装着部材615とを備えている。
上述のようにして、筐体部612により外耳道104を塞ぐことで外耳道104が閉鎖された空間構造となるようにすることができる。しかしながら、実際には、イヤーパッド614の内部材の多孔質部分、または外部材の素材自体が有する空隙、または筐体部612のハウジング612が密閉型で無い場合の隙間が存在する場合がある。または、イヤーパッド614と検体101の頭部または耳介108との間は、イヤーパッドの頭部または耳介108の形状にあわせた変形が不十分であったり、もしくは毛髪が挟まったりなどして、空隙が生じる場合がある。このような要素が存在するために、外耳道104を完全には閉鎖できない場合があるといえる。よって、筐体部612により外耳道104を塞ぐことで、外耳道104を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞として形成することになる。
検体情報検出ユニット611を用いて、外耳道104を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞109として形成するようにして血管の脈動性信号を検出した際に得られる波形の一例を表すのが図66(a)である。さらに、図66(a)の波形を示す脈動性信号を積分することで、図66(b)の波形を示す脈波が得られる。
(アラウンドイヤータイプのヘッドホンの構造)
アラウンドイヤータイプのヘッドホンである検体情報検出ユニット621は、図67に示すように、第二センサ212を内蔵する左右一対の筐体部622と、筐体部622に接続されて検体101へ筐体部622を装着するための装着部材625とを備えている。検体情報検出ユニット621は、一部の構成が上述の検体情報検出ユニット611と同様に構成されており、上述の検体情報検出ユニット611と同様のものについては説明を省略する。
上述のようにして、筐体部622により外耳道104を塞ぐことで外耳道104が閉鎖された空間構造となるようにすることができる。しかしながら、筐体部612と同様に、実際には、空隙が生じて外耳道104を完全には閉鎖できない場合があるといえる。よって、筐体部622により外耳道104を塞ぐことで、外耳道104を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞として形成することになる。
検体情報検出ユニット621を用いて、外耳道104を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞109として形成するようにして血管の脈動性信号を検出した際に得られる波形の一例を表すのが図68(a)である。さらに、図68(a)の波形を示す脈動性信号を積分することで、図68(b)の波形を示す脈波が得られる。
上述したオーバーヘッドタイプのヘッドホンである検体情報検出ユニット611,621の適用例としては、例えば、救急車で搬送される患者への利用が挙げられる。カナル型のインナーイヤーイヤホンである検体情報検出ユニット32,33の場合には、装着時に、検体情報検出ユニット32,33を患者の外耳道104に向けて挿入して、外部開口部105を塞ぐように押し込む必要があった。また、検体情報検出ユニット32,33では、患者が動いた際に筐体部211が外耳道104から抜け落ちて、外れてしまうことがあった。一方、検体情報検出ユニット611,621によれば、筐体部612,622の間を広げて、患者の両耳を挟み込むようにして装着できるため、インナーイヤータイプの場合よりも手早く装着することができる。また、筐体部612,622を装着部材615,625によって頭部または耳介108に押し付けるようにして装着することから、患者が動いても外れにくく、さらには外耳道の閉鎖レベルを保った状態で、脈動性信号を検出することができる。
上述の検体情報検出ユニット611,621は、筐体部612,622が密閉型の場合について説明したが、半密閉型の場合でも脈動性信号の検出を行うことができる。このとき、外耳道の閉鎖レベルがさらに低下すると考えられるため、閉鎖レベルの低下に応じた波形等化処理を行えばよい。
上述の通り、検体情報検出ユニット32,33として、カナル型のインナーイヤータイプ、オンイヤータイプ、またはアラウンドイヤータイプのいずれかのヘッドホンを用いることができる。しかしながら、通常、オンイヤータイプまたはアラウンドイヤータイプのヘッドホンの場合は、インナーイヤータイプのヘッドホンの場合よりも検出される信号が大きく、情報処理装置23,25,27,29に入力される信号が飽和することがある。また、センサ212により得られる信号レベルは、センサ212として用いられるドライバユニットドライバユニットの特性によっても影響を受ける。
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
検体に当接する部位に開口部を有するとともに、該開口部と連通する空洞を内部に有し、該開口部を該検体に対向させて該検体に装着された状態で該空洞が閉鎖された空間構造を形成するセンサ取付部と、該センサ取付部に設けられ、該検体における血管の脈波情報に基づく脈動性信号を、該脈動性信号に起因し該開口部を通じ入力され該空洞を伝播する圧力情報として検出する第一センサとが設けられた検体情報検出ユニットと、
該第一センサにより検出された検出信号に対して、低周波領域のゲインを増幅させる周波数補償処理を施す第一周波数補償処理部とを備える検体情報検出装置であって、
該第一センサは、外部からの音信号を入力するマイクロホンであり、
該検体情報検出装置は、上記の第一周波数補償処理部により処理された信号を出力することを特徴とする、検体情報検出装置。
該検体情報検出ユニットにおいて該センサ取付部及び該第一センサが設けられたマイクユニットが、該センサ取付部及び該第一センサとが設けられる箇所以外の位置に、脈波検出帯域の振動を減衰させるインシュレータを備える
ことを特徴とする、付記1記載の検体情報検出装置。
付記1または付記2に記載の検体情報検出装置と情報処理装置とを備える検体情報処理装置であって、
該情報処理装置は、入力された信号に対して、低周波領域のゲインを低下させる入力処理を施す信号入力部を備え、
上記の第一周波数補償処理部による低周波領域のゲインを増幅させる処理は、上記の信号入力部における入力処理によるゲインの低下を補償する処理であり、
上記の第一周波数補償処理部により処理された信号が、該信号入力部に入力される
ことを特徴とする、検体情報処理装置。
上記の信号入力部により処理された信号に対して、該脈波情報の有する周波数帯域で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの1つの動作を行なう周波数補正処理を施すことにより、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出す周波数補正処理部を備えて構成された
ことを特徴とする、付記3記載の検体情報処理装置。
検体情報検出装置と情報処理装置とを備える検体情報処理装置であって、
該検体情報検出装置は、検体に当接する部位に開口部を有するとともに、該開口部と連通する空洞を内部に有し、該開口部を該検体に対向させて該検体に装着された状態で該空洞が閉鎖された空間構造を形成するセンサ取付部と、該センサ取付部に設けられ、該検体における血管の脈波情報に基づく脈動性信号を、該脈動性信号に起因し該開口部を通じ入力され該空洞を伝播する圧力情報として検出する第一センサとが設けられた検体情報検出ユニットを備え、
該第一センサは、外部からの音信号を入力するマイクロホンであり、
該情報処理装置は、入力された信号に対して、低周波領域のゲインを低下させる入力処理を施す信号入力部と、該信号入力部により処理された信号に対して、低周波領域のゲインを増幅させる周波数補償処理を施す第一周波数補償処理部とを備え、
上記の第一周波数補償処理部による低周波領域のゲインを増幅させる処理は、上記の信号入力部における入力処理によるゲインの低下を補償する処理であり、
上記の第一センサにより検出された検出信号が、該信号入力部に入力される
ことを特徴とする、検体情報処理装置。
上記の第一周波数補償処理部により処理された信号に対して、該脈波情報の有する周波数帯域で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの1つの動作を行なう周波数補正処理を施すことにより、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出す周波数補正処理部を備えて構成された
ことを特徴とする、付記5記載の検体情報処理装置。
該検体情報検出ユニットにおいて該センサ取付部及び該第一センサが設けられたマイクユニットが、該センサ取付部及び該第一センサとが設けられる箇所以外の位置に、脈波検出帯域の振動を減衰させるインシュレータを備える
ことを特徴とする、付記5又は付記6に記載の検体情報処理装置。
検体の外耳道を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞として形成可能に該検体の外耳に装着することのできる筐体部と、該筐体部に設けられ、該外耳道における血管の脈動性信号を、該脈動性信号に起因し該空洞内を伝播する圧力情報として検出する該第二センサとが設けられた検体情報検出ユニットと、
該第二センサにより検出された検出信号に対して、低周波領域のゲインを増幅させる周波数補償処理を施す第二周波数補償処理部と備える検体情報検出装置であって、
該第二センサは、入力された信号に応じて空気振動を生じさせるスピーカーとして機能するものであり、
該検体情報検出装置は、上記の第二周波数補償処理部により処理された信号を出力する
ことを特徴とする、検体情報検出装置。
該第二周波数補償処理部が、該第二センサにより検出された検出信号に対して、信号を増幅させる処理を施す
ことを特徴とする、付記8記載の検体情報検出装置。
付記8または付記9記載の検体情報検出装置と情報処理装置とを備える検体情報処理装置であって、
該情報処理装置は、入力された信号に対して、低周波領域のゲインを低下させる入力処理を施す信号入力部を備え、
上記の第二周波数補償処理部による低周波領域のゲインを増幅させる処理は、上記の信号入力部における入力処理によるゲインの低下を補償する処理であり、
上記の第二周波数補償処理部により処理された信号が、該信号入力部に入力される
ことを特徴とする、検体情報処理装置。
第二周波数補償処理部が、上記の血管の脈波情報が検出される周波数帯域である脈波情報検出帯域より高い周波数成分を減衰させて、該脈波情報検出帯域の周波数成分を通過させる処理を更に施し、
該検体情報処理装置が、該検体情報検出装置に出力する信号に対して、該脈波情報検出帯域の周波数成分を減衰させて、該脈波情報検出帯域より高い周波数成分を通過させる出力処理を施す出力処理部を備え、
該出力処理部により処理された信号が、該第二センサに入力される
ことを特徴とする、付記10に記載の検体情報処理装置。
上記の信号入力部により処理された信号に対して、上記の第二センサにより検出される信号の周波数特性における低周波領域のゲインの低下を補償するように、該低周波領域のゲインを増幅させる波形等化処理を施す波形等化処理部を備える
ことを特徴とする、付記10または付記11に記載の検体情報処理装置。
上記の波形等化処理部により処理された信号に対して、該脈波情報の有する周波数帯域で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの1つの動作を行なう周波数補正処理を施すことにより、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出す周波数補正処理部を備えて構成された
ことを特徴とする、付記12記載の検体情報処理装置。
該検体情報検出ユニットが、該筐体部と該第二センサとが設けられたイヤホンユニットを左右の耳に対応して一対備え、
上記のそれぞれのイヤホンユニットに由来する信号を加算する加算処理部を備える
ことを特徴とする、付記10〜13のいずれか1項に記載の検体情報処理装置。
検体情報検出装置と情報処理装置とを備える検体情報処理装置であって、
該検体情報検出装置は、検体の外耳道を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞として形成可能に該検体の外耳に装着することのできる筐体部と、該筐体部に設けられ、該外耳道における血管の脈動性信号を、該脈動性信号に起因し該空洞内を伝播する圧力情報として検出する該第二センサとが設けられた検体情報検出ユニットを備え、
該第二センサは、入力された信号に応じて空気振動を生じさせるスピーカーとして機能するものであり、
該情報処理装置は、入力された信号に対して、低周波領域のゲインを低下させる入力処理を施す信号入力部と、
該信号入力部により処理された信号に対して、低周波領域のゲインを増幅させる周波数補償処理を施す第二周波数補償処理部とを備え、
上記の第二周波数補償処理部による低周波領域のゲインを増幅させる処理は、上記の信号入力部における入力処理によるゲインの低下を補償する処理であり、
上記の第二センサにより検出された検出信号が、該信号入力部に入力される
ことを特徴とする、検体情報処理装置。
該第二周波数補償処理部が、該第二センサにより検出された検出信号に対して、信号を増幅させる処理を施す
ことを特徴とする、付記15記載の検体情報処理装置。
第二周波数補償処理部が、上記の血管の脈波情報が検出される周波数帯域である脈波情報検出帯域より高い周波数成分を減衰させて、該脈波情報検出帯域の周波数成分を通過させる処理を更に施し、
該検体情報処理装置が、該検体情報検出装置に出力する信号に対して、該脈波情報検出帯域の周波数成分を減衰させて、該脈波情報検出帯域より高い周波数成分を通過させる出力処理を施す出力処理部を備え、
該出力処理部により処理された信号が、該第二センサに入力される
ことを特徴とする、付記15または付記16に記載の検体情報処理装置。
上記の第二周波数補償処理部により処理された信号に対して、上記の第二センサにより検出される信号の周波数特性における低周波領域のゲインの低下を補償するように、該低周波領域のゲインを増幅させる波形等化処理を施す波形等化処理部を備える
ことを特徴とする、付記15〜17のいずれか1項に記載の検体情報処理装置。
上記の波形等化処理部により処理された信号に対して、該脈波情報の有する周波数帯域で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの1つの動作を行なう周波数補正処理を施すことにより、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出す周波数補正処理部を備えて構成された
ことを特徴とする、付記18記載の検体情報処理装置。
該検体情報検出ユニットが、該筐体部と該第二センサとが設けられたイヤホンユニットを左右の耳に対応して一対備え、
上記のそれぞれのイヤホンユニットに由来する信号を加算する加算処理部を備える
ことを特徴とする、付記15〜19のいずれか1項に記載の検体情報処理装置。
イヤホンに装着されて外耳道における外部開口部に挿入されるイヤーピースであって、
該イヤーピースは、筒状に形成されて該イヤホンの開口部と連通する内筒部と、該内筒部の外周を覆うように筒状に形成される外筒部とを有し、
該内筒部は、該外筒部と連接する連接端部と、該イヤホンが装着されて該開口部と連通する装着端部とを有し、該内筒部の外周方向において、該連接端部の側に第一係合突起が環状に形成され、該装着端部の側に第二係合突起が環状に形成されており、
該外筒部は、該連接端部から該内筒部の外側に折り曲げて延出されて形成されており、
該連接端部と該第一係合突起との間の壁部と、該第一係合突起と該第二係合突起との間の壁部とが屈曲することにより、該第一係合突起と該第二係合突起とが向かい合うように該内筒部が屈曲変形した状態で、該第一係合突起と該第二係合突起とが係合して、該内筒部が該外筒部を拡開する
ことを特徴とする、イヤーピース。
該内筒部が筒状の円錐台状に形成されており、
該連接端部は、該内筒部における開口面積が大きい端部であり、
該装着端部は、該内筒部における開口面積が小さい端部であり、
該連接端部と該第一係合突起との間の壁部が凸状に屈曲するとともに、該第一係合突起と該第二係合突起との間の壁部が凹状に屈曲する
ことを特徴とする、付記21記載のイヤーピース。
該第一係合突起及び該第二係合突起がそれぞれ断続的に形成されており、
上記の断続的に形成されている該第一係合突起の間の間隙の長さは、少なくとも該第二係合突起が挿入される長さであり、
上記の断続的に形成されている該第二係合突起は、上記の断続的に形成されている該第一係合突起の間の間隙の周方向の位置に対向する位置に配置されるように形成されており、
上記の該第一係合突起と該第二係合突起との間の壁部の外周にらせん状に溝が形成されており、
該内筒部が屈曲変形する際に、該第一係合突起の端部と該第二係合突起の端部とが係合する
ことを特徴とする、付記23記載のイヤーピース。
付記21〜23の何れか1項に記載のイヤーピースと、
ドライバユニットを収納するハウジングとを備え、
該ハウジングに形成された開口部を覆うように該イヤーピースが装着される
ことを特徴とする、イヤホン。
11,12,13,14,15,16,17,18,19,20 検体情報検出装置
21,22,23,25,27,29 情報処理装置
31,32,33 検体情報検出ユニット
35 Rイヤホンユニット(イヤホン)
37 Lイヤホンユニット(イヤホン)
39 マイクユニット
42 第二プラグ
43 第二プラグのグランド端子
44 第二プラグのRイヤホン端子(イヤホン端子)
45 第二プラグのLイヤホン端子(イヤホン端子)
51,52,53,54,55,56,57,58,59,60 接続部
61 第一周波数補償処理部
62 第一プラグ
63 第一プラグのマイク端子(マイク端子)
65 第一プラグのRイヤホン端子(イヤホン端子)
66 第一プラグのLイヤホン端子(イヤホン端子)
68 スイッチ回路
70 第二周波数補償処理部
73 第二ジャック
78 第三周波数補償処理部
81 第一ジャック
87 信号入力部
90 周波数補正処理部
93 波形等化処理部
101 検体
102 血管
111 センサ取付部
112 開口部
113 空洞
121 第一センサ
211 筐体部
212 第二センサ
241 加算処理部
301 スマートフォン
302 マイクユニット
303 ケース(筐体)
304 音孔
311 スマートフォンカバー
312 開口部
313 取付部
314 空洞
501,502 イヤーピース
511 内筒部
512 連接端部
513 装着端部
514,514a,514b 第一係合突起
515,515a,515b 第二係合突起
516 第一壁部
517 第二壁部
518 溝部
521 外筒部
531 ドライバユニット
532 ハウジング
533 開口部
Claims (4)
- イヤホンに装着されて外耳道における外部開口部に挿入されるイヤーピースであって、
該イヤーピースは、筒状に形成されて該イヤホンの開口部と連通する内筒部と、該内筒部の外周を覆うように筒状に形成される外筒部とを有し、
該内筒部は、該外筒部と連接する連接端部と、該イヤホンが装着されて該開口部と連通する装着端部とを有し、該内筒部の外周方向において、該連接端部の側に第一係合突起が環状に形成され、該装着端部の側に第二係合突起が環状に形成されており、
該外筒部は、該連接端部から該内筒部の外側に折り曲げて延出されて形成されており、
該連接端部と該第一係合突起との間の壁部と、該第一係合突起と該第二係合突起との間の壁部とが屈曲することにより、該第一係合突起と該第二係合突起とが向かい合うように該内筒部が屈曲変形した状態で、該第一係合突起と該第二係合突起とが係合して、該内筒部が該外筒部を拡開する
ことを特徴とする、イヤーピース。 - 該内筒部が筒状の円錐台状に形成されており、
該連接端部は、該内筒部における開口面積が大きい端部であり、
該装着端部は、該内筒部における開口面積が小さい端部であり、
該連接端部と該第一係合突起との間の壁部が凸状に屈曲するとともに、該第一係合突起と該第二係合突起との間の壁部が凹状に屈曲する
ことを特徴とする、請求項1記載のイヤーピース。 - 該第一係合突起及び該第二係合突起がそれぞれ断続的に形成されており、
上記の断続的に形成されている該第一係合突起の間の間隙の長さは、少なくとも該第二係合突起が挿入される長さであり、
上記の断続的に形成されている該第二係合突起は、上記の断続的に形成されている該第一係合突起の間の間隙の周方向の位置に対向する位置に配置されるように形成されており、
上記の該第一係合突起と該第二係合突起との間の壁部の外周にらせん状に溝が形成されており、
該内筒部が屈曲変形する際に、該第一係合突起の端部と該第二係合突起の端部とが係合する
ことを特徴とする、請求項2記載のイヤーピース。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載のイヤーピースと、
ドライバユニットを収納するハウジングとを備え、
該ハウジングに形成された開口部を覆うように該イヤーピースが装着される
ことを特徴とする、イヤホン。
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