JP2023023179A - 生体音検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生体の荷重によらず、生体音を高感度で検出できる生体音検出装置を提供すること。【解決手段】生体音検出装置１０は、筐体２０、検出部３０、媒質４０、トランスデューサ部５０、および圧力調整部６０を備える。媒質４０は、空気よりも水に近い音響インピーダンスを有する。トランスデューサ部５０は、筐体２０内に配置され、媒質４０を介して伝わる生体音を電気信号に変換する。検出部３０は、筐体２０および圧力調整部６０とともに媒質４０の収容領域を提供し、生体音を検出して媒質４０に伝達する。検出部３０は、生体の荷重に応じてトランスデューサ部５０に近づく方向に変形可能である。圧力調整部６０は、検出部３０の変形にともなう媒質４０の圧力上昇を抑制するように、媒質４０の圧力を調整する。【選択図】図４

Description

この明細書における開示は、生体音検出装置に関する。

非特許文献１は、電子心音センサ、つまり生体音検出装置を開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。

Ｈ．Ｌｉ et al., "Design of a high SNR electronic heart sound sensor based on a MEMS bionic hydrophone"，［online］，AIP Advances 9, 015005 (2019)，＜URL：https://doi.org/10.1063/1.5062619＞

非特許文献１では、筐体内に媒質として医療用カップリング剤を充填することで、ＳＮ比、つまり生体音の検出感度を高めている。しかしながら、生体から受ける外力（荷重）によっては、生体音を高感度で検出することができない。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、生体音検出装置にはさらなる改良が求められている。

開示されるひとつの目的は、生体の荷重によらず、生体音を高感度で検出できる生体音検出装置を提供することにある。

ここに開示された生体音検出装置は、
筐体（２０）と、
空気よりも水に近い音響インピーダンスを有する媒質（４０）と、
筐体内に配置され、媒質を介して伝わる生体音を電気信号に変換するトランスデューサ部（５０）と、
筐体とともに媒質を収容する収容領域を提供し、生体音を検出して媒質に伝達し、生体の荷重に応じてトランスデューサ部に近づく方向に変形可能に構成された検出部（３０）と、
検出部の変形にともなう媒質の圧力上昇を抑制するように、媒質の圧力を調整する圧力調整部（６０、６１、６２）と、
を備える。

開示された生体音検出装置によれば、水に近い音響インピーダンスを有する媒質が収容領域に配置されている。生体音は、検出部から媒質を介してトランスデューサ部に伝わる。これにより、生体からトランスデューサ部までの伝搬経路、特に検出部からトランスデューサ部の伝搬経路において、反射ロスを低減することができる。

また、圧力調整部により、検出部の変形にともなう媒質の圧力上昇を抑制することができる。これにより、荷重による媒質の密度の変化、ひいては媒質の音響インピーダンスの変化を抑制することができる。この結果、生体の荷重によらず、生体音を高感度で検出できる生体音検出装置を提供することができる。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

第１実施形態に係る生体音検出装置の配置を示す図である。 生体音検出装置を示す断面図である。 乗員の荷重が印加されない状態を示す図である。 乗員の荷重が印加された状態を示す図である。 媒質の圧力と信号強度との関係を示す図である。 変形例を示す図である。 第２実施形態に係る生体音検出装置を示す断面図である。 乗員の荷重が印加された状態を示す図である。 変形例を示す断面図である。 第３実施形態に係る生体音検出装置を示す断面図である。 第４実施形態に係る生体音検出装置を示す断面図である。 第５実施形態に係る生体音検出装置の配置を示す図である。 第６実施形態に係る生体音検出装置を示す断面図である。

以下、図面に基づいて複数の実施形態を説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、本実施形態に係る生体音検出装置の配置について説明する。図１は、部分断面図である。

＜生体音検出装置の配置＞
生体音検出装置は、一例として移動体のシートに配置される。移動体は、車両、飛行体、船舶、建機などである。

図１に示すように、移動体のシート１００は、着座部１０１と、背もたれ部１０２を備える。着座部１０１は、着座者である乗員１１０の臀部および太腿部等を支持する。背もたれ部１０２は、乗員１１０の背中を支持する。

背もたれ部１０２は、表皮部材１０３と、シートパッド１０４を有する。表皮部材１０３は、シートパッド１０４を覆い、背もたれ部１０２における背もたれ面を形成する。背もたれ面は、シート１００において着座した乗員の背中が接触し得る面である。表皮部材１０３は、たとえば革やファブリック等を用いることができる。

シートパッド１０４は、弾性変形可能な材料、たとえばウレタンによって構成される。シートパッド１０４は、乗員１１０を支持するクッション部材である。着座部１０１も、背もたれ部１０２同様、図示しない表皮部材とシートパッドを有する。

本実施形態の生体音検出装置１０は、たとえば背もたれ部１０２の内部に配置される。生体音検出装置１０の全体もしくは一部は、シートパッド１０４に覆われる。生体音検出装置１０は、乗員１１０の生体音を検出する。乗員１１０が、生体に相当する。生体音は、生体の各部分から生じる音響信号である。生体音検出装置１０が検出する生体音は、心音、心臓以外の臓器の音（たとえば肺音）、呼吸音、血流音（たとえば動脈の血流である心弾道）などの生体音全般のうちの少なくともひとつである。生体音検出装置１０は、たとえば乗員１１０の心音を、シート１００を構成する部材を介して検出する。

＜生体音検出装置の構造＞
次に、図２に基づき、生体音検出装置の構造について説明する。図２は、生体音検出装置を示す断面図である。図２は、乗員１１０の荷重が印加されていない状態を示している。

図２に示すように、生体音検出装置１０は、筐体２０と、検出部３０と、媒質４０と、トランスデューサ部５０と、圧力調整部６０を備えている。

筐体２０は、トランスデューサ部５０を収容している。筐体２０は、トランスデューサ部５０を保護している。筐体２０の構成材料は特に限定されない。筐体２０は、たとえば金属、セラミック、ガラス、樹脂などを材料として形成されている。本実施形態の筐体２０は、ケース２１と、カバー２２を有している。ケース２１は、一面が開口する箱状をなしている。カバー２２は、ケース２１の開口の一部を閉塞するように設けられている。カバー２２は、蓋部と称されることがある。

検出部３０は、筐体２０とともに媒質４０を収容する収容領域（収容スペース）を提供する。収容領域は、媒質４０が配置される配置領域と称されることがある。検出部３０および筐体２０は、収容領域を規定する壁部材である。検出部３０は、筐体２０に設けられている。検出部３０は、筐体２０に固定されている。本実施形態の検出部３０は、カバー２２に設けられている。検出部３０は、カバー２２の開口を閉塞するように設けられている。

検出部３０および筐体２０が提供する収容領域は、上記した構成に限定されない。たとえば筐体２０がケース２１のみを有し、検出部３０がケース２１の開口を閉塞する構成としてもよい。つまり、カバー２２を排除した構成としてもよい。筐体２０と検出部３０との固定構造は、特に限定されない。媒質４０を保持するために、必要に応じてシーリング等を施してもよい。なお、ケース２１とカバー２２との固定構造も、特に限定されない。必要に応じてシーリング等を施してもよい。

検出部３０は、筐体２０の構成材料よりも水に近い音響インピーダンスを有する固体材料を用いて形成されている。検出部３０は、水にほぼ一致する音響インピーダンスを有する材料を用いるとよい。具体的には、水に対する音響インピーダンスの比が０．５～５の範囲内となる材料を用いるとよい。より好ましくは、水に対する音響インピーダンスの比が０．８～２の範囲内となる材料を用いるとよい。これにより、検出部３０の界面における反射ロスを低減することができる。

本実施形態の検出部３０は、シリコーンゴムを用いて形成されている。シリコーンゴムの音響インピーダンスは、１．４４×１０^６ｋｇ／（ｓ・ｍ^２）である。水の音響インピーダンスは、１．５３×１０^６ｋｇ／（ｓ・ｍ^２）である。筐体２０がたとえば金属製の場合、その音響インピーダンスは水の１０倍以上である。これにより、生体音は検出部３０にて検出され、筐体２０にて反射される。生体音は、検出部３０を通じて収容領域の媒質４０に伝わる。このように、検出部３０は、生体音を検出して媒質４０に伝達する。

検出部３０は、乗員１１０（生体）の荷重に応じてトランスデューサ部５０に近づく方向に変形可能に構成されている。本実施形態の検出部３０は、Ｘ方向においてトランスデューサ部５０と並ぶように配置されている。Ｘ方向の平面視において、検出部３０は、トランスデューサ部５０の少なくとも一部と重なるように配置されている。検出部３０は、荷重を受けてＸ方向に撓み可能、つまり弾性変形可能に構成されている。検出部３０は、荷重が大きいほどトランスデューサ部５０に近づく。

検出部３０は、乗員１１０の荷重が印加されない状態で、平板状のカバー２２に対して収容領域の外側に突出している。検出部３０は、Ｘ方向においてカバー２２からトランスデューサ部５０とは反対側に突出している。これにより、乗員１１０がシート１００に着座した際、乗員１１０の荷重が筐体２０ではなく検出部３０に印加されやすい。つまり、乗員１１０の生体音を、検出部３０にて検出しやすい構造を有している。検出部３０の内側は、凹状をなしている。検出部３０の凹にも媒質４０が配置される。

媒質４０は、収容領域に配置されている。媒質４０は、トランスデューサ部５０を覆っている。媒質４０は、筐体２０の内面および検出部３０の内面に接触している。媒質４０は、検出部３０とトランスデューサ部５０との伝搬経路に配置されている。媒質４０は、検出部３０を介して入力する生体音を、トランスデューサ部５０に伝達する。本実施形態では、媒質４０が、筐体２０の内部のほぼ全域に充填されている。

媒質４０は、空気よりも水に近い音響インピーダンスを有している。媒質４０は、空気よりも大きく、筐体２０を構成する材料よりも小さい音響インピーダンスを有している。媒質４０は、水にほぼ一致する音響インピーダンスを有するとよい。具体的には、水に対する音響インピーダンスの比が０．５～５の範囲内となる材料を用いるとよい。より好ましくは、水に対する音響インピーダンスの比が０．８～２の範囲内となる材料を用いるとよい。これにより、検出部３０と媒質４０との界面における反射ロス、つまり検出部３０からトランスデューサ部５０までの生体音（音響信号）の伝搬経路における反射ロスを低減することができる。

媒質４０として、たとえば水やシリコーンオイルなどの液体材料、超音波ゲルやシリコーンゴムなどの固体材料を用いることができる。シリコーンオイルの音響インピーダンスは、１．４１×１０^６ｋｇ／（ｓ・ｍ^２）である。超音波ゲルの音響インピーダンスは、１．４１×１０^６ｋｇ／（ｓ・ｍ^２）である。水とシリコーンゴムの音響インピーダンスは、上記したとおりである。本実施形態では、媒質４０として水を採用している。なお、空気の音響インピーダンスは、４．３９×１０^２ｋｇ／（ｓ・ｍ^２）である。

トランスデューサ部５０は、生体音を電気信号に変換する。本実施形態のトランスデューサ部５０は、媒質４０を介して伝わる生体音を電気信号に変換する。トランスデューサ部５０は、媒質４０によって覆われている。トランスデューサ部５０は、たとえば液体材料の媒質４０に埋設されている。

トランスデューサ部５０は、生体音を電気信号に変換する素子を有している。素子は、特に限定されない。抵抗変化型の素子でもよいし、静電容量変化型の素子でもよい。起電力を生じる圧電型の素子でもよい。素子は、ＭＥＭＳ技術を用いて形成されている。ＭＥＭＳとは、Micro Electro Mechanical Systemsの略称である。ＭＥＭＳ技術を用いることで、小型のトランスデューサ部５０を形成することができる。素子は、所定周波数の信号、たとえば心音を好適に検出するように設計されている。

トランスデューサ部５０は、支持台５１を介して筐体２０のカバー２２に固定されている。支持台５１は、たとえば基部５１１と、基部５１１とトランスデューサ部５０との間に介在する絶縁層５１２を有している。たとえば、基部５１１はシリコン、絶縁層５１２は酸化シリコンを材料とする。支持台５１は、基部５１１および絶縁層５１２をＸ方向に貫通する貫通孔５１３を有している。トランスデューサ部５０は、ギャップ５０Ｇにより区画され、支持台５１に片持ち支持されている。トランスデューサ部５０は、貫通孔５１３においてトランスデューサ部５０側の開口を覆っている。Ｘ方向からの平面視において、支持台５１は環状をなしている。Ｘ方向からの平面視において、貫通孔５１３は、検出部３０を内包している。

圧力調整部６０は、検出部３０の変形にともなう媒質４０の圧力上昇を抑制するように、媒質４０の圧力を調整する。圧力調整部６０の詳細については、後述する。

＜圧力調整部＞
次に、図２、図３、および図４に基づき、圧力調整部６０について説明する。

生体音検出装置１０が圧力調整部６０を備えない場合、乗員１１０の荷重（外力）を受けて検出部３０がトランスデューサ部５０側に近づくことで、媒質４０の収容領域の体積が縮小する。これにより、媒質４０の圧力が上昇する。圧力上昇により、媒質４０の密度が高くなる。このように、媒質４０の密度は、荷重に応じて変化する。つまり、乗員１１０の体重、座る位置、姿勢などにより、媒質４０の密度、ひいては音響インピーダンスが変化し得る。

これに対し、本実施形態の生体音検出装置１０は、圧力調整部６０を備えている。図２に示すように、圧力調整部６０は、筐体２０および検出部３０とともに媒質４０の収容領域を提供する。筐体２０、検出部３０、および圧力調整部６０により規定される領域に、媒質４０が配置（収容）される。圧力調整部６０は、収容領域を拡張することで、媒質４０の圧力を調整する。

圧力調整部６０は、筐体２０のケース２１に設けられている。圧力調整部６０は、たとえば筐体２０に対して変形可能に設けられたダイアフラム（薄肉部）や、ケース２１の開口を閉塞するように設けられたメンブレン（薄膜）である。圧力調整部６０は、変形によって収容領域を拡張する。たとえば圧力調整部６０は、乗員１１０の荷重によらず、つまり検出部３０の変形の度合いによらず、媒質４０の圧力がほぼ一定となるように変形可能に構成されている。

図３は、乗員１１０の荷重が印加されない状態を示している。一例として、本実施形態の生体音検出装置１０は、検出部３０の突出先端が背もたれ面側の表皮部材１０３の内面に接触するように配置される。

乗員１１０がシート１００に着座する前の状態では、乗員１１０の荷重が検出部３０に印加されない。このため、検出部３０は、トランスデューサ部５０に近づく方向に変形しておらず、初期位置に保持されている。検出部３０が変形していないため、変形にともなう媒質４０の圧力上昇は生じない。ゆえに、圧力調整部６０も変形せず、初期位置に保持されている。圧力調整部６０は、たとえば略平坦である。

図４は、乗員１１０の荷重が印加された状態を示している。図４では、荷重、つまり乗員１１０から受ける外力を白抜き矢印で示している。図４に示すように、乗員１１０の荷重は、乗員１１０の服１１１、およびシート１００の表皮部材１０３を介して検出部３０に作用する。

検出部３０は、乗員１１０の荷重に応じてトランスデューサ部５０に近づく方向に変形する。検出部３０は、荷重を受けて撓むことで、Ｘ方向においてトランスデューサ部５０に近づく。検出部３０は、図３に示した荷重印加前の初期状態に対して、媒質４０の収容領域の体積を縮小させる方向に変形する。一方、圧力調整部６０は、検出部３０の変形にともなう媒質４０の圧力上昇を抑制するように変形する。圧力調整部６０は、変形により媒質４０の収容領域を拡張し、これにより媒質４０の圧力上昇を抑制する。

本実施形態の圧力調整部６０は、乗員１１０の荷重によらず、つまり検出部３０の変形の度合いによらず、媒質４０の圧力がほぼ一定となるように、荷重に応じて変形する。圧力調整部６０は、荷重に応じて拡張する領域が増大するように変形する。以上により、媒質４０の密度、ひいては音響インピーダンスの変化が抑制される。

乗員１１０、つまり人体の音響インピーダンスは、水にほぼ等しい。人体の音響インピーダンスは、１．９９×１０^６ｋｇ／（ｓ・ｍ^２）である。服１１１、たとえばナイロンの音響インピーダンスは、２．９１×１０^６ｋｇ／（ｓ・ｍ^２）である。シート１００の表皮部材１０３、たとえば牛革の音響インピーダンスは、１．４１×１０^６～１．７１×１０^６ｋｇ／（ｓ・ｍ^２）である。

このように、服１１１や表皮部材１０３の音響インピーダンスは、人体、ひいては水の音響インピーダンスに近い。乗員１１０、服１１１、表皮部材１０３、検出部３０、および媒質４０それぞれの音響インピーダンスは、水に対する音響インピーダンスの比が０．８～２の範囲内である。したがって、乗員１１０からトランスデューサ部５０までの生体音、たとえば心音の伝搬経路において、音響インピーダンスの相違による反射ロスを低減することができる。

なお、乗員１１０がシート１００から離れる、つまり荷重が解放されると、検出部３０は変形状態から回復し、初期位置に復帰する。これにともない、圧力調整部６０も初期位置に復帰する。

＜媒質４０の圧力と信号強度＞
次に、図５に基づき、媒質４０の圧力と信号強度との関係について説明する。図５に示す加圧なしは、媒質４０である水を加圧しない状態の信号強度を示している。加圧ありは、水を加圧した状態の信号強度を示している。加圧ありは、加圧なしよりも水の圧力が高い。

図５に示すように、加圧あり、つまり媒質４０の圧力が高い場合、加圧なしに対して、３０～７０Ｈｚの信号強度が低下する。これは、加圧によって媒質４０（水）の音響インピーダンスが増大し、高音域（３０Ｈｚ以上）の伝達特性が低音域に対して弱くなったためである。媒質４０の圧力が高くなると、生体音の検出感度が低下する。

＜第１実施形態のまとめ＞
本実施形態の生体音検出装置１０によれば、水に近い音響インピーダンスを有する媒質４０が収容領域に配置されている。生体音は、検出部３０から媒質４０を介してトランスデューサ部５０に伝わる。これにより、生体からトランスデューサ部５０までの伝搬経路において反射ロスを低減することができる。特に、検出部３０からトランスデューサ部５０までの伝搬経路における界面での反射ロスを低減することができる。これにより、トランスデューサ部５０が検出する生体音（音響信号）の強度を高め、走行ノイズなど移動体のノイズ環境下においても生体音を検出することができる。

また、圧力調整部６０により、検出部３０の変形にともなう媒質４０の圧力上昇を抑制することができる。これにより、荷重による媒質４０の密度の変化、ひいては媒質４０の音響インピーダンスの変化を抑制することができる。この結果、乗員１１０（生体）の荷重によらず、生体音を高感度で検出することができる。

本実施形態の圧力調整部６０は、筐体２０および検出部３０とともに、媒質４０の収容領域を提供する。圧力調整部６０は、媒質４０の圧力が上昇するのを抑制するように、変形によって媒質４０の収容領域を拡張する。よって、乗員１１０の荷重によらず、生体音を高感度で検出することができる。

特に本実施形態では、圧力調整部６０が、乗員１１０の荷重によらず、つまり検出部３０の変形の度合いによらず、媒質４０の圧力がほぼ一定となるように、荷重に応じて変形する。圧力調整部６０により媒質４０の圧力がほぼ一定に保たれるため、生体音の検出感度をより高めることができる。

＜変形例＞
生体音検出装置１０が、シート１００の背もたれ部１０２に配置される例を示したが、これに限定されない。たとえば図６に示すように、シートベルト１０５に生体音検出装置１０を設けてもよい。図示を省略するが、シート１００の着座部１０１に生体音検出装置１０を設けてもよい。図６は、変形例を示す図である。図６は、図１に対応している。

圧力調整部６０が、荷重によらず、媒質４０の圧力をほぼ一定に保つように変形する例を示したが、これに限定されない。たとえば、検出部３０の変形にともなって媒質４０の圧力が上昇し、圧力が所定の閾値を超えると、圧力調整部６０が変形して収容領域を拡張してもよい。収容領域の拡張により、媒質４０の圧力上昇を抑制することができる。圧力調整部６０は、少なくとも荷重の印加時に収容領域を拡張すべく変形すればよい。

検出部３０の突出先端が表皮部材１０３の内面に接触するように、生体音検出装置１０を配置する例を示したが、これに限定されない。検出部３０の先端が背もたれ面側のシートパッド１０４に接触するように、生体音検出装置１０を配置してもよい。つまり、表皮部材１０３およびシートパッド１０４を介して生体音を検出するようにしてもよい。シートパッド１０４を構成するウレタンの音響インピーダンスは、たとえば１．２３×１０^５ｋｇ／（ｓ・ｍ^２）である。この場合、シートパッド１０４の界面での反射ロスは、数ｄＢ程度である。シートパッド１０４の界面での反射ロスを低減するには、上記したように検出部３０が表皮部材１０３に接触する配置のほうが好ましい。

（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。

図７は、本実施形態の生体音検出装置１０を示している。図７は、図２に対応する断面図である。つまり、乗員１１０の荷重が印加されていない状態を示している。生体音検出装置１０は、圧力調整部６０に代えて、空気層６１１を有する圧力調整部６１を備えている。空気層６１１は、筐体２０内において媒質４０に隣接して設けられている。空気層６１１、つまり圧力調整部６１は、筐体２０および検出部３０とともに、媒質４０の収容領域を提供する。空気層６１１は、媒質４０の収容領域を規定する。空気層６１１は、Ｘ方向に直交するＹ方向において、筐体２０の端部に設けられている。

圧力調整部６１は、通気孔６１２をさらに有している。通気孔６１２は、筐体２０のケース２１を貫通している。通気孔６１２は、空気層６１１と筐体２０の外部雰囲気とを連通している。圧力調整部６１は、通気孔６１２の周辺に、通気を可能としつつ、媒質４０の移動を妨げるフィルタなどを有してもよい。その他の構成については、先行実施形態に記載の生体音検出装置１０と同様である。

図８は、乗員１１０の荷重が印加された状態を示している。図８では、便宜上、乗員１１０やシート１００を構成する部材を省略し、荷重を白抜き矢印で示している。先行実施形態同様、検出部３０は、乗員１１０の荷重に応じてトランスデューサ部５０に近づく方向に変形する。検出部３０は、荷重を受けて撓むことで、Ｘ方向においてトランスデューサ部５０に近づく。検出部３０は、媒質４０の収容領域の体積を縮小させる方向に変形する。

一方、圧力調整部６１は、媒質４０の収容領域を拡張することで媒質の圧力が上昇するのを抑制する。圧力調整部６１は、空気層６１１の体積を縮小することで、収容領域を拡張する。空気層６１１は、媒質４０の端面４０ａの上昇にともなって、その体積を縮小する。図８に示す一点鎖線は、荷重印加前の端面４０ａの位置を示している。空気層６１１は、乗員１１０の荷重によらず、つまり検出部３０の変形の度合いによらず、媒質４０の圧力がほぼ一定となるように、荷重に応じて縮小する。以上により、媒質４０の密度、ひいては音響インピーダンスの変化が抑制される。

なお、荷重が解放されると、検出部３０が変形状態から初期位置に復帰するのにともない、空気層６１１の体積も初期状態に戻る。

＜第２実施形態のまとめ＞
本実施形態の生体音検出装置１０も、先行実施形態に記載の構成と同等の効果を奏することができる。つまり、生体音が、検出部３０から媒質４０を介してトランスデューサ部５０に伝わる構成としたため、検出部３０からトランスデューサ部５０までの伝搬経路における反射ロスを低減することができる。また、圧力調整部６１は、空気層６１１の体積を縮小することで収容領域を拡張する。これにより、検出部３０の変形にともなう媒質４０の圧力上昇を抑制することができる。よって、乗員１１０（生体）の荷重によらず、生体音を高感度で検出することができる。

また、空気層６１１は、乗員１１０の荷重によらず、つまり検出部３０の変形の度合いによらず、媒質４０の圧力がほぼ一定となるように、荷重に応じて縮小する。圧力調整部６１により媒質４０の圧力がほぼ一定に保たれるため、生体音の検出感度をより高めることができる。

本実施形態では、簡素な構造により、上記した効果を奏することができる。

＜変形例＞
図９に示すように、筐体２０に仕切り壁２３を設けてもよい。仕切り壁２３は、Ｙ方向において空気層６１１とトランスデューサ部５０との間に設けられている。媒質４０の端面４０ａは、一点鎖線で示す荷重印加前の時点で仕切り壁２３よりも空気層６１１側に位置している。仕切り壁２３は、媒質４０の収容領域を局所的に狭くしている。図９では、仕切り壁２３をケース２１に設けているが、カバー２２に設けてもよい。ケース２１とカバー２２の両方に設けてもよい。

仕切り壁２３を設けることで、仕切り壁２３を有さない構成に較べて、媒質４０の体積が同じでも端面４０ａがトランスデューサ部５０から遠さかる。これにより、移動体の振動により媒質４０である液体の端面４０ａ、つまり液面が揺れても、トランスデューサ部５０が媒質４０から露出し難い。よって、生体音を高感度で検出することができる。

（第３実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。

図１０は、本実施形態に係る生体音検出装置１０を示している。図１０では、乗員１１０の荷重が印加された状態を示している。図１０では、便宜上、乗員１１０やシート１００を省略し、荷重を白抜き矢印で示している。

生体音検出装置１０は、圧力調整部６０、６１に代えて、区画板６２１と弾性部材６２２を有する圧力調整部６２を備えている。区画板６２１は、筐体２０内において媒質４０に隣接して設けられている。区画板６２１、つまり圧力調整部６１は、筐体２０および検出部３０とともに、媒質４０の収容領域を提供する。区画板６２１は、媒質４０の収容領域を規定する。区画板６２１は、Ｘ方向において、媒質４０と並んで配置されている。区画板６２１は、媒質４０の端面４０ｂに接触している。

区画板６２１は、筐体２０内のスペースを、媒質４０が配置される領域と、媒質４０が配置されない領域とに区分する。区画板６２１は、Ｘ方向にスライド可能に、筐体２０のケース２１に取り付けられている。

弾性部材６２２は、区画板６２１とケース２１の底壁２１１との間に設けられている。底壁２１１は、Ｘ方向においてカバー２２と対向している。弾性部材６２２は、外力の印加により弾性変形可能に構成されている。弾性部材６２２は、弾性変形の反力により区画板６２１をＸ方向の所定値に保持する。本実施形態では、弾性部材６２２としてばねを採用している。弾性部材６２２であるばねの一端が区画板６２１に固定され、他端が底壁２１１に固定されている。ばねとして、たとえば板ばね、コイルばねなどを採用することができる。ばねに代えて、弾性体であるゴムなどを採用してもよい。その他の構成については、先行実施形態に記載の生体音検出装置１０と同様である。

図１０に示すように、乗員１１０の荷重が作用すると、検出部３０は、乗員１１０の荷重に応じてトランスデューサ部５０に近づく方向に変形する。検出部３０は、荷重を受けて撓むことで、Ｘ方向においてトランスデューサ部５０に近づく。検出部３０は、媒質４０の収容領域の体積を縮小させる方向に変形する。

一方、圧力調整部６２は、媒質４０の収容領域を拡張することで媒質の圧力が上昇するのを抑制する。圧力調整部６２は、媒質４０の圧力の高まりを逃がすように区画板６２１をスライドさせることで、収容領域を拡張する。図１０に示す一点鎖線は、荷重印加前の端面４０ｂの位置を示している。区画板６２１は、乗員１１０の荷重によらず、つまり検出部３０の変形の度合いによらず、媒質４０の圧力がほぼ一定となるように、荷重に応じてＸ方向に変位する。以上により、媒質４０の密度、ひいては音響インピーダンスの変化が抑制される。

なお、荷重が解放されると、検出部３０が変形状態から初期位置に復帰するのにともない、弾性部材６２２は弾性変形のエネルギーを開放する。これにより、区画板６２１が初期位置に戻る。

＜第３実施形態のまとめ＞
本実施形態の生体音検出装置１０も、先行実施形態に記載の構成と同等の効果を奏することができる。つまり、生体音が、検出部３０から媒質４０を介してトランスデューサ部５０に伝わる構成としたため、検出部３０からトランスデューサ部５０までの伝搬経路における反射ロスを低減することができる。また、圧力調整部６２により、検出部３０の変形にともなう媒質４０の圧力上昇を抑制することができる。よって、乗員１１０（生体）の荷重によらず、生体音を高感度で検出することができる。

また、区画板６２１は、乗員１１０の荷重によらず、つまり検出部３０の変形の度合いによらず、媒質４０の圧力がほぼ一定となるように、荷重に応じて変位する。圧力調整部６２により媒質４０の圧力がほぼ一定に保たれるため、生体音の検出感度をより高めることができる。

（第４実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。

図１１は、本実施形態に係る生体音検出装置１０を示している。図１１では、乗員１１０の荷重が印加された状態を示している。図１１では、便宜上、乗員１１０やシート１００を省略し、荷重を白抜き矢印で示している。

図１１に示す生体音検出装置１０は、センサ７０をさらに備えている。その他の構成については、第１実施形態に記載の生体音検出装置１０と同様である。センサ７０は、筐体２０に配置されている。センサ７０は、媒質４０の収容領域に配置されている。センサ７０は、媒質４０の圧力に相関する物理量を検出する。本実施形態のセンサ７０は、媒質４０の圧力を検出する圧力センサである。センサ７０は、たとえば筐体２０のケース２１に固定されている。温度は圧力と相関する物理量であるため、圧力センサに代えて、温度センサを用いてもよい。

＜第４実施形態のまとめ＞
媒質４０の圧力が変化すると、媒質４０以外の要素の周波数特性、つまり生体音検出装置１０のハード全体の周波数特性が変化する。本実施形態の生体音検出装置１０は、媒質４０の圧力に相関する物理量を検出するセンサ７０を備えている。これにより、後段の信号処理回路において、媒質４０の圧力に応じた周波数特性の補正を行うことができる。たとえば、フィルタのカットオフ周波数を補正してもよい。たとえば、周波数変換、逆周波数変換の周波数帯域幅を補正してもよい。これにより、生体音の検出感度をさらに高めることができる。

また、センサ７０により、乗員１１０がシート１００に着座しているか否かを検出することができる。つまり、センサ７０を、着座センサとして用いることもできる。

センサ７０を備える構成は、第１実施形態との組み合わせに限定されない。第２実施形態、第３実施形態、変形例のいずれとも組み合わせが可能である。

（第５実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。

先行実施形態に示した構成の生体音検出装置１０を、移動体に複数配置（搭載）してもよい。複数の生体音検出装置１０は、移動体のシート１００の着座部１０１、背もたれ部１０２、およびシートベルト１０５の少なくともひとつに配置される。たとえば、すべての生体音検出装置１０が背もたれ部１０２に配置されてもよい。生体音検出装置１０のひとつが背もたれ部１０２に配置され、他のひとつがシートベルト１０５に配置されてもよい。

図１２は、生体音検出装置１０の配置の一例を示している。図１２では、背もたれ部１０２に２つの生体音検出装置１０が配置され、シートベルト１０５にひとつの生体音検出装置１０が配置されている。

＜第５実施形態のまとめ＞
上記したように、複数の生体音検出装置１０を配置することで、乗員１１０の着座姿勢についても検出することができる。また、独立成分分析などの信号源推定処理を実行することができる。これにより、検出対象（たとえば心音）以外のノイズ（たとえば呼吸音）が大きい場合でも、検出対象を正確に検出することができる。

（第６実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。

図１３は、本実施形態に係る生体音検出装置１０を示している。図１３では、乗員１１０の荷重が印加されていない状態を示している。生体音検出装置１０は、信号処理回路８０をさらに備えている。信号処理回路８０は、トランスデューサ部５０の出力信号を処理する回路、たとえばフィルタ回路などを含む。信号処理回路８０は、たとえばＩＣチップとして提供されてもよいし、複数の電子部品により提供されてもよい。信号処理回路８０は、ボンディングワイヤなどの配線部材８１を介して、トランスデューサ部５０のパッドに電気的に接続されている。信号処理回路８０は、封止材８２により封止されてもよい。その他の構成については、第１実施形態に記載の生体音検出装置１０と同様である。

＜第６実施形態のまとめ＞
上記したように、生体音検出装置１０は、信号処理回路８０を一体的に備えてもよい。信号処理回路８０を備える構成は、第１実施形態との組み合わせに限定されない。第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態、変形例のいずれとも組み合わせが可能である。

（他の実施形態）
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。

ある要素または層が「上にある」、「連結されている」、「接続されている」または「結合されている」と言及されている場合、それは、他の要素、または他の層に対して、直接的に上に、連結され、接続され、または結合されていることがあり、さらに、介在要素または介在層が存在していることがある。対照的に、ある要素が別の要素または層に「直接的に上に」、「直接的に連結されている」、「直接的に接続されている」または「直接的に結合されている」と言及されている場合、介在要素または介在層は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉は、同様のやり方で（例えば、「間に」対「直接的に間に」、「隣接する」対「直接的に隣接する」など）解釈されるべきである。この明細書で使用される場合、用語「および／または」は、関連する列挙されたひとつまたは複数の項目に関する任意の組み合わせ、およびすべての組み合わせを含む。

空間的に相対的な用語「内」、「外」、「裏」、「下」、「低」、「上」、「高」などは、図示されているような、ひとつの要素または特徴の他の要素または特徴に対する関係を説明する記載を容易にするためにここでは利用されている。空間的に相対的な用語は、図面に描かれている向きに加えて、使用または操作中の装置の異なる向きを包含することを意図することができる。例えば、図中の装置をひっくり返すと、他の要素または特徴の「下」または「真下」として説明されている要素は、他の要素または特徴の「上」に向けられる。したがって、用語「下」は、上と下の両方の向きを包含することができる。この装置は、他の方向に向いていてもよく（９０度または他の向きに回転されてもよい）、この明細書で使用される空間的に相対的な記述子はそれに応じて解釈される。

生体音検出装置１０の適用は、移動体の乗員１１０の生体音検出に限定されるものではない。たとえば、電子聴診器などに用いてもよい。

圧力調整部６０、６１、６２が、筐体２０および検出部３０とともに、媒質４０の収容領域を提供する例を示したが、これに限定されない。たとえば筐体２０に貫通孔を設け、検出部３０の変形にともなう媒質４０の圧力上昇を抑制するために、貫通孔を通じて媒質４０の一部を筐体２０の外に逃がすようにしてもよい。

１０…生体音検出装置、２０…筐体、２１…ケース、２１１…底壁、２２…カバー、２３…仕切り壁、３０…検出部、４０…媒質、４０ａ、４０ｂ…端面、５０…トランスデューサ部、５０Ｇ…ギャップ、５１…支持台、５１１…基部、５１２…絶縁層、５１３…貫通孔、６０、６１、６２…圧力調整部、６１１…空気層、６１２…通気孔、６２１…区画板、６２２…弾性部材、７０…センサ、８０…信号処理回路、８１…配線部材、８２…封止材、１００…シート、１０１…着座部、１０２…背もたれ部、１０３…表皮部材、１０４…シートパッド、１０５…シートベルト、１１０…乗員

Claims (6)

1. 筐体（２０）と、
   空気よりも水に近い音響インピーダンスを有する媒質（４０）と、
   前記筐体内に配置され、前記媒質を介して伝わる生体音を電気信号に変換するトランスデューサ部（５０）と、
   前記筐体とともに前記媒質を収容する収容領域を提供し、前記生体音を検出して前記媒質に伝達し、生体の荷重に応じて前記トランスデューサ部に近づく方向に変形可能に構成された検出部（３０）と、
   前記検出部の変形にともなう前記媒質の圧力上昇を抑制するように、前記媒質の圧力を調整する圧力調整部（６０、６１、６２）と、
   を備える、生体音検出装置。
2. 請求項１に記載の生体音検出装置であって、
   前記圧力調整部は、前記筐体および前記検出部とともに前記収容領域を提供し、
   前記圧力調整部は、前記収容領域を拡張することで前記媒質の圧力上昇を抑制する、生体音検出装置。
3. 請求項２に記載の生体音検出装置であって、
   前記圧力調整部は、変形により前記収容領域を拡張する、生体音検出装置。
4. 請求項２に記載の生体音検出装置であって、
   前記圧力調整部は、前記筐体内において前記媒質に隣接して設けられた空気層（６１１）を含み、前記空気層の体積を縮小することで前記収容領域を拡張する、生体音検出装置。
5. 請求項１～４いずれか１項に記載の生体音検出装置であって、
   前記媒質の圧力に相関する物理量を検出するセンサ（７０）をさらに備える、生体音検出装置。
6. 請求項１～５いずれか１項に記載の生体音検出装置であって、
   前記生体は、移動体の乗員であり、
   前記生体音検出装置は、前記乗員が着座するシート（１００）の背もたれ部（１０２）、着座部（１０１）、およびシートベルト（１０５）の少なくともひとつに配置される、生体音検出装置。

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