JP2023030594A - 生体音検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生体音を分離して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、および複数の素子５０を備える。検出部３０は、筐体２０とともに収容空間を提供し、生体音である音響信号を検出する。媒質４０は、収容空間に配置され、空気よりも水に近い音響インピーダンスを有する。複数の素子５０は、検出部３０および媒質４０を介して伝わる音響信号を電気信号に変換する。複数の素子５０は、媒質４０よりも音響インピーダンスが大きく、検出部３０との対向面をなす表面膜５２をそれぞれ有する。複数の素子５０は、素子５０の並び方向に直交する法線を基準とした音響信号の全反射角度が互いに異なる。【選択図】図２

Description

この明細書における開示は、生体音検出装置に関する。

特許文献１は、生体音収集用マイクロホンを開示している。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。

特開２０１３－７４９１６号公報

特許文献１に記載の生体音収集用マイクロホン、つまり生体音検出装置では、筐体と、第１の生体音伝播部とにより提供される収容空間に、第２の生体音伝播部が充填されている。このため、収容空間を提供する筐体および第１の生体音伝播部のうち、第１の生体音伝播部を介して、生体音が第２の生体音伝播部に伝わる。しかしながら、生体音を分離することができない。たとえば、臓器ごとの音（音響信号）を分離して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、生体音を分離して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、
筐体とともに収容空間を提供し、生体音である音響信号を検出する検出部（３０）と、
収容空間に配置され、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、
収容空間に配置され、検出部および媒質を介して伝わる音響信号を電気信号に変換する複数の素子（５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ）と、を備え、
複数の素子は、媒質よりも音響インピーダンスが大きく、検出部との対向面をなす表面膜（５２、５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ）をそれぞれ有し、
複数の素子は、複数の素子の並び方向に直交する法線を基準とした音響信号の全反射角度が互いに異なる。

開示された生体音検出装置によれば、複数の素子が表面膜をそれぞれ有している。表面膜は、媒質よりも音響インピーダンスが大きく、音響信号に対して全反射角度を有する。複数の素子において、並び方向に直交する法線を基準とする音響信号の全反射角度が互いに異なる。これにより、全反射角度が互いに等しい構成に較べて、指向性を狭めることができる。この結果、生体音を分離して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図である。 法線と入射角θを示す図である。 水とナイロンとの界面における入射角θとエネルギー伝搬損失との関係を示す図である。 水とポリエチレンとの界面における入射角θとエネルギー伝搬損失との関係を示す図である。 ２つの素子の減衰特性の差分領域を示す図である。 指向性を示す図である。 第２実施形態に係る生体音検出装置において、素子周辺を示す部分断面図である。 ３つの素子の減衰特性の差分領域を示す図である。 第３実施形態に係る生体音検出装置において、表面膜を示す斜視図である。 表面膜を示す平面図である。 指向性を示す図である。 表面膜の変形例を示す斜視図である。 表面膜を示す平面図である。 指向性を示す図である。 第４実施形態に係る生体音検出装置において、表面膜を示す斜視図である。 指向性を示す図である。 表面膜の変形例を示す平面図である。 指向性を示す図である。 第５実施形態に係る生体音検出装置において、素子周辺を示す部分断面図である。 その他変形例を示す図である。 その他変形例を示す図である。 その他変形例を示す図である。

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。

＜生体音検出装置の配置＞
図１に示すように、生体音検出装置１０は、一例として移動体に配置される。移動体は、車両、飛行体、船舶、建機などである。移動体は、乗員１１０が着座するシート１００を備える。シート１００は、着座部１０１と、背もたれ部１０２を有する。着座部１０１は、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。移動体は、シートベルト１０３を備える。シートベルト１０３は、乗員１１０をシート１００に拘束する。

本実施形態の生体音検出装置１０は、シート１００の着座部１０１、背もたれ部１０２、およびシートベルト１０３の少なくともひとつに配置される。図１では、生体音検出装置１０が、背もたれ部１０２に配置される例を示している。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）などの生体音全般である。生体音検出装置１０は、シート１００を構成する部材を介して、生体音を検出する。

＜生体音検出装置＞
次に、図２に基づき、生体音検出装置について説明する。図２は、生体音検出装置を示す部分断面図である。

図２に示すように、生体音検出装置１０は、生体音検出センサ１１と、信号処理部１２を備えている。生体音検出センサ１１は、筐体２０と、検出部３０と、媒質４０と、複数の素子５０を備えている。

筐体２０は、検出部３０とともに、生体音検出センサ１１の他の要素を収容する収容空間を提供する。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の開口の一部を覆う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とともに収容空間を提供する。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は、カバー２２とともに、ケース２１の開口を閉塞している。検出部３０の内面および筐体２０の内面が、収容空間を規定（区画）している。

収容空間は、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。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。

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を通じて収容空間の媒質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、収容空間を提供する壁部材のうち、生体音を局所的に伝達する部分である。

媒質４０は、収容空間に配置されている。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と素子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、素子５０に伝達する。本実施形態では、媒質４０が、収容空間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０．５～２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０．８～１．２５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から素子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、超音波ゲルなど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。

複数の素子５０は、生体音を電気信号に変換する。各素子５０は、検出部３０および媒質４０を介して伝わる生体音を電気信号に変換する。図２に示す白抜き矢印は、生体音（音響信号）を示している。各素子５０は、媒質４０によって覆われている。各素子５０は、電気信号を独立して出力する。素子５０の詳細については、後述する。

信号処理部１２は、複数の素子５０の出力信号（電気信号）について所定の処理を実行する。信号処理部１２は、生体音を分離するための処理として差分処理を実行する。信号処理部１２は、２つの素子５０の出力信号を用いて差分処理を実行する。信号処理部１２は、出力信号の少なくともひとつについて増幅などの補正処理を実行し、補正した出力信号を用いて差分処理を実行してもよい。

＜素子＞
次に、図２に基づき、素子５０について説明する。

図２に示すように、素子５０は、素子本体５１と、表面膜５２を有している。素子本体５１には、生体音を電気信号に変換する要素（変換器）が形成されている。素子本体５１は、筐体２０に固定されている。一例として、本実施形態の素子本体５１は、ケース２１の底壁２１１に固定されている。

変換器の変換様式は、特に限定されない。たとえば抵抗変化型でもよいし、静電容量変化型でもよい。起電力を生じる圧電型でもよい。素子本体５１は、たとえば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、素子５０、ひいては生体音検出装置１０の体格を小型化することができる。

表面膜５２は、素子本体５１の一面上に設けられている。表面膜５２は、素子５０において、検出部３０と対向する対向面をなしている。表面膜５２は、素子本体５１を保護する機能も果たす。表面膜５２は、媒質４０よりも音響インピーダンスが大きい材料を用いて成膜されている。表面膜５２は、媒質４０との界面において全反射角度を有する。生体音（音響信号）は、入射角が所定角度よりも大きい角度において全反射し、素子５０（素子本体５１）に伝わらない。所定角度は、臨界角と称されることがある。

本実施形態の生体音検出装置１０は、２つの素子５０を備えている。素子５０のひとつである素子５０Ａは、素子本体５１Ａと、表面膜５２Ａを有している。素子５０の他のひとつである素子５０Ｂは、素子本体５１Ｂと、表面膜５２Ｂを有している。複数の素子５０は、素子５０Ａ（第１素子）と、素子５０Ｂ（第２素子）を含んでいる。

２つの素子５０Ａ、５０Ｂは、所定の方向からの音響信号（生体音）に対して、後述する法線ＮＡ、ＮＢに対する入射角θが互いに略等しくなるように設けられている。つまり、法線ＮＡ、ＮＢが略平行となるように、設けられている。２つの素子５０Ａ、５０Ｂは、Ｘ方向に並んで配置されている。Ｘ方向に直交するＹ方向において、２つの素子５０Ａ、５０Ｂは、検出部３０に対向している。Ｙ方向からの平面視において、２つの素子５０Ａ、５０Ｂは、検出部３０に内包されるように配置されている。Ｙ方向において、素子５０Ａ、５０Ｂは、検出部３０と並んでいる。素子本体５１Ａ、５１Ｂは、たとえば互いに共通の構造を有している。図２に示すＺ方向は、Ｘ方向およびＹ方向の両方向に直交する方向である。

＜表面膜＞
次に、図３～図５に基づき、表面膜５２について説明する。

本実施形態では、表面膜５２Ａ、５２Ｂの音響インピーダンスが互いに異なっている。音響インピーダンスは、材料固有の値である。一例として、表面膜５２Ａの材料をナイロンとし、表面膜５２Ｂの材料をポリエチレンとしている。表面膜５２Ａ、５２Ｂは、その材料が異なる点を除けば、互いに共通の構造を有している。

表面膜５２Ａ、５２Ｂは、たとえばＹ方向の平面視において略矩形状、たとえば略正方形をなしている。表面膜５２Ａ、５２Ｂは、たとえば膜厚がほぼ均一の平坦な膜である。表面膜５２Ａ、５２Ｂそれぞれの厚み方向は、Ｙ方向に略平行である。表面膜５２Ａ、５２Ｂは、略直方体状をなしている。表面膜５２Ａ、５２Ｂは、平面により構成されている。

図３は、複数の素子５０に共通の法線と、各素子５０の法線との関係を示している。図３に示すように、複数の素子５０に共通の法線ＮＬは、複数の素子５０の並び方向であるＸ方向に直交する。法線ＮＬは、素子５０と検出部３０との並び方向（対向方向）であるＹ方向に略平行である。素子５０Ａの法線ＮＡは、素子５０Ａにおける検出部３０との対向面に直交する。本実施形態の法線ＮＡは、Ｙ方向に略平行である。素子５０Ｂの法線ＮＢは、素子５０Ｂにおける検出部３０との対向面に直交する。本実施形態の法線ＮＢは、Ｙ方向に略平行である。つまり本実施形態では、法線ＮＡ、ＮＢが、法線ＮＬと平行である。

図４は、表面膜５２Ａ、つまり素子５０Ａと、媒質４０との界面において、生体音である音響信号の入射角θ（ｄｅｇ）とエネルギー伝搬損失（ｄＢ）との関係を示している。図４は、素子５０Ａのエネルギー減衰特性を示している。素子５０Ａにおいて、入射角θは、法線ＮＡに対する入射角である。

媒質４０を構成する水の音響インピーダンスは、上記したとおりである。表面膜５２Ａを構成する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。上記した全反射角度は、エネルギー伝搬損失が所定の閾値を上回る入射角θである。入射角θが０～９０ｄｅｇにおいて、全反射角度はたとえば３６ｄｅｇ程度～９０ｄｅｇである。本実施形態では、法線ＮＡが法線ＮＬと平行である。このため、法線ＮＬを基準とする全反射角度も、法線ＮＡ同様、３６～９０ｄｅｇとなる。

図５は、表面膜５２Ｂ、つまり素子５０Ｂと媒質４０との界面において、入射角θ（ｄｅｇ）とエネルギー伝搬損失（ｄＢ）との関係を示している。つまり、図５は、素子５０Ｂのエネルギー減衰特性を示している。素子５０Ｂにおいて、入射角θは、法線ＮＢに対する入射角である。

媒質４０を構成する水の音響インピーダンスは、上記したとおりである。表面膜５２Ｂを構成するポリエチレンの音響インピーダンスは、１．７５×１０^６ｋｇ／（ｓ・ｍ^２）である。入射角θが０～９０ｄｅｇにおいて、全反射角度はたとえば５２ｄｅｇ程度～９０ｄｅｇである。本実施形態では、法線ＮＢが法線ＮＬと平行である。このため、法線ＮＬを基準とする全反射角度も、法線ＮＢ同様、５２～９０ｄｅｇとなる。よって、法線ＮＬを基準とする全反射角度が、表面膜５２Ａと表面膜５２Ｂとで互いに異なる。

＜指向性＞
次に、図６および図７に基づき、生体音検出装置１０の指向性について説明する。

素子５０が表面膜５２Ａのみを有する場合、図４に示したように、入射角θが０～３５ｄｅｇの指向性を有することとなる。また、素子５０が表面膜５２Ｂのみを有する場合、図５に示したように、入射角θが０～５１ｄｅｇの指向性を有することとなる。このように単一の膜を用いた場合、指向性を狭くすることが困難である。つまり、複数の生体音から特定の生体音を分離し、検出することが困難である。

これに対して、本実施形態の生体音検出センサ１１は、表面膜５２Ａを有する素子５０Ａと、表面膜５２Ａとは音響インピーダンスが異なる表面膜５２Ｂを有する素子５０Ｂを備えている。法線ＮＬを基準とする音響信号（生体音）の全反射角度が互いに異なる点を利用して、指向性を絞る（狭くする）ことができる。

図６は、図４に示した素子５０Ａの減衰特性と、図５に示した素子５０Ｂの減衰特性との差分領域を示している。差分領域では、素子５０Ａ、５０Ｂのエネルギー減衰に差が生じる。この差分領域を用いることで、狭い指向性、具体的には入射角θが３６～５１ｄｅｇの指向性を実現することができる。なお、入射角θが０～３５ｄｅｇ、５２～９０ｄｅｇにおいては、素子５０Ａ、５０Ｂのエネルギー減衰に差が生じない。

上記したように、信号処理部１２は、生体音を分離するための処理として差分処理を実行する。具体的には、全反射角度の大きい素子５０Ｂの出力信号から、素子５０Ａの出力信号を差し引く。図４、図５に示したようにエネルギー伝搬損失のスケールが異なる場合、増幅処理など、必要に応じて補正した出力信号を用いてもよい。差分処理により得られる差分信号は、入射角θが３６～５１ｄｅｇの方向からの生体音を含む。入射角θが０～３５ｄｅｇ、５２～９０ｄｅｇの方向からの生体音は、差分処理によってキャンセルされる。

つまり、複数の素子５０を備える生体音検出装置１０は、図７に示すように、入射角θが３６～５１ｄｅｇの指向性をもつ。また、法線ＮＬを軸とする軸周りの方向、つまりφ方向において、０～３６０ｄｅｇの指向性をもつ。図７は、生体音検出装置１０の指向性を示す図である。図７では、指向性を分かりやすくするために、φ方向を立体的に示している。検出部３０は、生体音を検出し、媒質４０を介して素子５０に伝えるように、素子５０との位置関係において上記指向性を考慮した大きさを有している。

＜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、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が収容空間に配置されている。生体音は、検出部３０から媒質４０を介して素子５０に伝わる。これにより、検出部３０から素子５０までの伝搬経路において、界面での反射ロスを低減することができる。なお、乗員１１０（生体）、乗員１１０の服、およびシート１００の表皮部材は、水に近い音響インピーダンスを有している。このため、生体から素子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。以上により、素子５０が検出する生体音（音響信号）の強度の低下を抑制しつつ、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。

本実施形態では、生体音検出装置１０が備える２つの素子５０（５０Ａ、５０Ｂ）が、表面膜５２をそれぞれ有している。表面膜５２は、媒質４０よりも音響インピーダンスが大きく、音響信号（生体音）に対して全反射角度を有する。そして、２つの素子５０Ａ、５０Ｂにおいて、法線ＮＬを基準とする音響信号の全反射角度が互いに異なっている。これにより、全反射角度が互いに等しい構成に較べて、生体音検出装置１０の指向性を狭めることができる。よって、生体音を分離して検出することができる。

本実施形態の生体音検出装置１０（生体音検出センサ１１）は、上記した指向性を考慮して、乗員１１０（生体）に対して所定の位置および向きで配置される。これにより、乗員１１０との位置関係において、所望の生体音を選択的に検出することができる。たとえば、心音を選択的に検出することができる。

本実施形態では、表面膜５２Ａ、５２Ｂの音響インピーダンスを異ならせることで、２つの素子５０Ａ、５０Ｂにおいて法線ＮＬを基準とする音響信号の全反射角度を互いに異ならせている。表面膜５２の構成材料（物質）を調整すればよいため、簡素な構造で、生体音を分離して検出することが可能となる。

生体音検出装置１０は、生体音検出センサ１１と信号処理部１２を備えてもよいし、生体音検出センサ１１のみを備えてもよい。本実施形態のように信号処理部１２を備えると、生体音検出装置１０内で素子５０Ａ、５０Ｂの出力信号の差分処理を実行することができる。

（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。先行実施形態では、生体音検出装置１０が２つの素子５０（５０Ａ、５０Ｂ）を備えていた。これに代えて、３つ以上の素子５０を備えてもよい。

図８は、本実施形態に係る生体音検出装置１０において、素子周辺を示す部分断面図である。図８は、図３に対応している。

図８に示すように、生体音検出装置１０は、３つの素子５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを備えている。素子５０Ａ、５０Ｂは、先行実施形態と同様の構成を有している。素子５０Ｃの表面膜５２Ｃは、表面膜５２Ａ、５２Ｂとは音響インピーダンスが異なっている。表面膜５２Ｃは、表面膜５２Ａ、５２Ｂとは異なる材料を用いて形成されている。つまり、表面膜５２Ｃの全反射角度は、表面膜５２Ａ、５２Ｂとは異なる。一例として、表面膜５２Ｃの全反射角度は、表面膜５２Ａ、５２Ｂよりも大きい。

図９は、素子５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの減衰特性の差分領域を示している。３つの素子５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの減衰特性が互いに異なるため、全反射角度の大小関係により、２つの差分領域ができる。第１差分領域は、先行実施形態に示した差分領域に相当する。つまり、素子５０Ａと素子５０Ｂの差分領域である。第２差分領域は、素子５０Ｂと素子５０Ｃの差分領域である。

信号処理部１２は、素子５０Ｂの出力信号から素子５０Ａの出力信号を差し引く差分処理と、素子５０Ｃの出力信号から素子５０Ｂの出力信号を差し引く差分処理を実行する。

＜第２実施形態のまとめ＞
本実施形態によれば、空間分解能が向上する。つまり、マルチチャネルとなる。これにより、複数の生体音を独立して検出することが可能となる。図８では、３つの素子を備える例を示したが、４つ以上の素子を備える構成としてもよい。これにより、空間分解能を高めることができる。

（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。先行実施形態では、表面膜５２Ａ、５２Ｂが平面により構成されていた。これに代えて、表面膜５２Ａ、５２Ｂの表面の一部を曲面もしくは近似曲面としてもよい。

図１０は、本実施形態に係る生体音検出装置１０において、表面膜５２Ａ、５２Ｂを示す斜視図である。図１１は、表面膜５２Ａ、５２Ｂを示す平面図である。図１１は、図１０に示すFront view方向とSide view方向のそれぞれから見た平面図である。

本実施形態の生体音検出装置１０は、先行実施形態（図３）に記載の構成同様、２つの素子５０Ａ、５０Ｂを備えている。２つの素子５０Ａ、５０Ｂにおいて、表面膜５２Ａ、５２Ｂの形状が先行実施形態とは異なる。この点を除けば、生体音検出装置１０は、先行実施形態に記載の生体音検出装置１０と同様の構成を有している。

＜表面膜＞
図１０および図１１に示すように、表面膜５２Ａ、５２Ｂは、共通の構造を有している。表面膜５２Ａ、５２Ｂは、表面の一部に曲面を有している。表面膜５２Ａ、５２Ｂの表面（外面）は、曲面と平面とにより構成されている。表面膜５２Ａ、５２Ｂは、Ｘ方向の平面視において略半円形をなしている。表面膜５２Ａ、５２Ｂは、一定径でＸ方向に延びている。表面膜５２Ａ、５２Ｂは、略半円の柱状をなしている。

表面膜５２Ａ、５２Ｂは、端面５２１、５２２と、外周面５２３を有している。端面５２１、５２２は平面であり、外周面５２３は曲面である。表面膜５２Ａ、５２Ｂは、検出部３０側、つまりＹ方向から見て同じ向きに配置されている。

＜指向性＞
次に、図１１および図１２に基づき、生体音検出装置１０の指向性について説明する。図１２は、本実施形態の生体音検出装置１０の指向性を示している。表面膜５２Ａ、５２Ｂは、図１０のXII-XII線に沿う断面形状を示している。図１２では、指向性を分かりやすくするために、ψ方向を立体的に示している。

図１１の上段に示すように、表面膜５２Ａ、５２Ｂは、Front view方向、つまりＸ方向から見ると略半円形である。このため、生体音がどのような方向から入射しようとも、対向面内に入射角θ＝０ｄｅｇとなる部分が存在する。よって、全θに対して、素子５０Ａ、５０Ｂにエネルギー伝搬損失の差、つまり減衰差は生じない。これにより、φ方向の指向性を絞ることができる。

図１１の下段に示すように、表面膜５２Ａ、５２Ｂは、Side view方向、つまりＺ方向から見ると矩形状をなしている。このため、先行実施形態同様、θ＝３６～５１ｄｅｇにおいて、素子５０Ａ、５０Ｂにエネルギー伝搬損失の差、つまり減衰差が生じる。

以上より、生体音検出装置１０は、図１２に示すようにφ＝０ｄｅｇ、θ＝３６～５１ｄｅｇ、および、φ＝１８０ｄｅｇ、θ＝３６～５１ｄｅｇに指向性を有する。

ただし、曲面を採用することで、指向性の回転軸が新たに生じる。具体的には、図１２に破線で示す基準線ＳＬが新たな回転軸である。基準線ＳＬは、法線ＮＬに直交する。基準線ＳＬは、半円形状の端面５２１、５２２に直交する。基準線ＳＬは、半円に対応する円の中心を通る。図１２に示すように、生体音検出装置１０は、基準線ＳＬを軸とする軸周りの方向、つまりψ方向において、０～１８０ｄｅｇの指向性をもつ。ψ方向は、半円の周方向である。

＜第３実施形態のまとめ＞
本実施形態の生体音検出装置１０によれば、２つの素子５０Ａ、５０Ｂの表面膜５２Ａ、５２Ｂについて、先行実施形態同様に音響インピーダンスを互いに異ならせるとともに、表面の一部を曲面としている。このように、曲面を設けることで素子５０Ａ、５０Ｂの減衰差が生じないようにし、指向性を絞ることができる。特に、検出部３０との対向面の一部を曲面とするため、検出部３０との対向方向において指向性を絞ることができる。つまり、実質的に、より狭い指向性を実現できる。

＜変形例＞
曲面を有する表面膜５２Ａ、５２Ｂの形状は、上記した例に限定されない。たとえば図１３に示す例では、図１０に示した構造において端面５２１側の端部を曲面にしている。図１３は、変形例を示す斜視図であり、図１０に対応している。図１３に示すように、表面膜５２Ａ、５２Ｂは、端面５２１の代わりに、端面５２１Ａを有している。端面５２２および外周面５２３は、図１０に示した構成と同様である。端面５２１Ａは、曲面である。端面５２１Ａは、球面の略１／４に相当する形状をなしている。

図１４は、図１１に対応している。図１４は、図１３に示すFront view方向とSide view方向それぞれから見た平面図である。図１４の上段に示すように、Front view方向、つまりＸ方向から見た形状は、図１０と同様である。図１４の下段に示すように、Side view方向、つまりＺ方向から見た形状は、曲面を含む。これにより、端面５２１Ａ側、つまりφ＝０ｄｅｇ、θ＝３６～５１ｄｅｇにおいて、減衰差を生じないようにすることができる。

図１５は、図１３に示す表面膜５２Ａ、５２Ｂを備えた生体音検出装置１０の指向性を示している。表面膜５２Ａ、５２Ｂは、図１３のXV-XV線に沿う断面形状を示している。図１５は、図１２に対応しており、ψ方向を立体的に示している。図１５に示すように、この変形例の構成によれば、φ＝１８０ｄｅｇ、θ＝３６～５１ｄｅｇに指向性を有する。ψ方向において、０～１８０ｄｅｇの指向性をもつ。このように、図１０に示した構成に対して、指向性をさらに狭めることができる。

表面膜５２が有する曲面形状および曲面の位置は、上記した例に限定されない。曲面を表面の一部として有することで、素子５０Ａ、５０Ｂの減衰差を生じないようにし、これにより指向性を狭めることができる。また、曲面に代えて、曲面を多面で近似した近似曲面を採用しても、同様の効果を奏することができる。つまり、表面膜５２Ａ、５２Ｂは、互いに相似形状であり、検出部３０側から見て同じ向きで配置され、それぞれの表面の一部に曲面もしくは近似曲面を含めばよい。相似形状であれば、大きさが異なってもよい。

生体音検出装置１０が備える素子５０の数は２つに限定されない。３つ以上の素子５０に上記した構成を適用してもよい。

（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。先行実施形態では、各素子５０の表面膜５２を、単一の物質で構成していた。これに代えて、複数の素子５０のうちの一部において、表面膜５２を、音響インピーダンスが異なる２つ以上の物質で構成してもよい。

図１６は、本実施形態に係る生体音検出装置１０において、表面膜５２Ａ、５２Ｂを示す斜視図である。本実施形態の生体音検出装置１０も、先行実施形態（図３）に記載の構成同様、２つの素子５０Ａ、５０Ｂを備えている。２つの素子５０Ａ、５０Ｂにおいて、表面膜５２Ａの材料構成が先行実施形態とは異なる。この点を除けば、生体音検出装置１０は、先行実施形態に記載した生体音検出装置１０と同様の構成を有している。

＜表面膜＞
図１６に示すように、表面膜５２Ａ、５２Ｂは、共通の形状を有している。表面膜５２Ａ、５２Ｂは、図１３に示した表面膜５２Ａ、５２Ｂと同様の形状を有している。つまり、表面膜５２Ａ、５２Ｂは、端面５２１Ａと、端面５２２と、外周面５２３を有している。

表面膜５２Ａは、２つの物質５２４、５２５により構成されている。表面膜５２Ｂは、物質５２５により構成されている。物質５２４、５２５は、音響インピーダンスが互いに異なる。本実施形態では、物質５２４がナイロン、物質５２５がポリエチレンである。つまり、本実施形態の表面膜５２Ａは、先行実施形態に示した表面膜５２Ａの材料と表面膜５２Ｂの材料を用いて構成されている。表面膜５２Ｂは、先行実施形態同様、単一物質により構成されている。

表面膜５２Ａにおいて、物質５２５は主たる部分をなし、物質５２４は一部分に設けられている。物質５２４は、一定径の柱状部分に設けられ、外周面５２３の一部をなしている。物質５２４は、表面膜５２Ａの延設方向（Ｘ方向）において、一定径の柱状部分の一端から他端にわたって設けられている。物質５２４は、外周面５２３において、検出部３０側の頂点を含む位置に設けられている。物質５２４は、Ｚ方向において、表面膜５２Ａの幅に対し、十分に狭い幅を有している。

＜指向性＞
次に、図１７に基づき、生体音検出装置１０の指向性について説明する。図１７は、本実施形態の生体音検出装置１０の指向性を示している。表面膜５２Ａ、５２Ｂは、図１６のXVII-XVII線に沿う断面形状を示している。

表面膜５２Ａ、５２Ｂは、上記したように共通の形状を有しており、その大部分において同じ物質５２５により構成されている。物質５２５により構成された部分では、素子５０Ａ、５０Ｂの減衰差が生じない。

一方、表面膜５２Ａにおいて物質５２４により構成された部分と、当該部分に対応する表面膜５２Ｂの部分とにおいて、音響インピーダンスの相違により減衰差が生じる。ただし、物質５２４の配置を表面膜５２Ａの一部に制限しているため、図１３に示した例に較べて、指向性を狭めることができる。具体的には、ψ方向の指向性を狭めることができる。これにより、生体音検出装置１０は、ψ＝９０ｄｅｇ、φ＝１８０ｄｅｇ、θ＝３６～５１ｄｅｇに指向性を有する。

＜第４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、２つの素子５０Ａ、５０Ｂのうち、素子５０Ａの表面膜５２Ａを、音響インピーダンスの異なる２つの物質５２４、５２５で構成している。これによれば、２つの素子５０Ａ、５０Ｂにおいて減衰差の生じるエリアを絞ることができる。これにより、単一の物質よりなる表面膜５２Ａ、５２Ｂの音響インピーダンスが異なる構成に較べて、指向性を狭めることができる。

＜変形例＞
表面膜５２Ａにおいて、２つの物質５２４、５２５の配置は、上記した例に限定されない。

表面膜５２Ａが物質５２４、５２５により構成され、表面膜５２Ｂが物質５２５により構成される例を示したが、これに限定されない。表面膜５２Ａが物質５２４により構成され、表面膜５２Ｂが物質５２４、５２５により構成されてもよい。

表面膜５２Ａ、５２Ｂの形状は、上記した例に限定されない。図１０に示した構成に適用してもよい。たとえば図１８に示すように、平面のみによって構成される表面膜５２Ａ、５２Ｂに、上記した構成を適用してもよい。図１８は、素子５０Ａ、５０Ｂを検出部３０側、つまりＹ方向から見た平面図である。表面膜５２Ａ、５２Ｂは、Ｙ方向の平面視において略正方形をなす直方体である。図１６に示した構成同様、表面膜５２Ａは２つの物質５２４、５２５により構成され、表面膜５２Ｂは物質５２５により構成されている。物質５２４は、表面膜５２Ａにおいて対向面の一部をなしている。物質５２４は、Ｘ方向において、表面膜５２Ａの一端から途中まで設けられている。物質５２４は、Ｚ方向において、表面膜５２Ａの幅に対し、十分に狭い幅を有している。

図１９は、図１８に示す表面膜５２Ａ、５２Ｂを備えた生体音検出装置１０の指向性を示している。表面膜５２Ａ、５２Ｂは、図１８のXIX-XIX線に沿う断面形状を示している。図１９に示すように、この変形例の構成によれば、φ＝０ｄｅｇ、θ＝３６～５１ｄｅｇと、φ＝１８０ｄｅｇ、θ＝３６～５１ｄｅｇとに指向性を有する。このように、物質５２４の配置を表面膜５２Ａの一部に制限することで、図３に示した例に較べて、指向性を狭めることができる。具体的には、φ方向の指向性を狭めることができる。

生体音検出装置１０が備える素子５０の数は２つに限定されない。３つ以上の素子５０を備える構成に適用してもよい。たとえば、図８に示したように３つの素子５０を備える構成において、素子５０のひとつの表面膜５２を３つの物質で構成し、残りの素子５０の表面膜５２を単一物質で構成してもよい。

つまり、複数の素子５０のうちの一部において、表面膜５２が音響インピーダンスの異なる２つ以上の物質で構成されていればよい。

（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。先行実施形態では、音響インピーダンスが異なる物質を用いることで、狭い指向性を実現した。これに代えて、表面膜５２の配置により、狭い指向性を実現してもよい。

図２０は、本実施形態に係る生体音検出装置１０において、素子５０の周辺を示す部分断面図である。図２０は、図３に対応している。本実施形態の生体音検出装置１０も、先行実施形態（図３）に記載の構成同様、２つの素子５０Ａ、５０Ｂを備えている。素子５０Ａ、５０Ｂの表面膜５２Ａ、５２Ｂは、共通の材料（物質）を用いて形成されている。つまり、表面膜５２Ａ、５２Ｂの音響インピーダンスは互いに等しい。表面膜５２Ａ、５２Ｂは、全反射角度を有している。表面膜５２Ａ、５２Ｂは、第１実施形態同様、膜厚がほぼ均一の平坦な膜である。

また、表面膜５２がなす対向面と法線ＮＬとのなす角度が、素子５０Ａ、５０Ｂで異なっている。素子５０Ａにおいて、表面膜５２Ａの表面と法線ＮＬとのなす角はＡ１である。一方、素子５０Ｂにおいて、表面膜５２Ｂの表面と法線ＮＬとのなす角はＡ２である。角度Ａ１、Ａ２は互いに異なる角度である。たとえば角度Ａ２は、角度Ａ１よりも大きい。一例として、本実施形態では、素子本体５１Ａ、５１Ｂの上面が傾斜面とされ、上面に積層された表面膜５２Ａ、５２Ｂの表面もＺＸ平面に対して傾斜している。傾斜方向が異なることで、角度Ａ１、Ａ２が異なっている。

＜第５実施形態のまとめ＞
上記したように、表面膜５２Ａ、５２Ｂによる対向面と法線ＮＬとのなす角度Ａ１、Ａ２が互いに異なるため、所定方向から入射する生体音（音響信号）の入射角が素子５０Ａ、５０Ｂで互いに異なる。具体的には、素子５０Ａにおいて、法線ＮＡに対する入射角はθａとなる。一方、素子５０Ｂにおいて、法線ＮＢに対する入射角はθｂとなる。入射角θｂは、入射角θａとは異なる。このように、同じ方向からの生体音、つまり共通の生体音に対して、２つの素子５０Ａ、５０Ｂの入射角θａ、θｂが異なる。

したがって、素子５０Ａ、５０Ｂの出力信号は、法線ＮＬとのなす角度Ａ１、Ａ２の違いに応じた差が生じる。素子５０Ａ、５０Ｂの出力信号に差が生じるため、狭い指向性を実現することができる。

本実施形態では、表面膜５２Ａ、５２Ｂによる対向面と法線ＮＬとのなす角度Ａ１、Ａ２を異ならせることで、２つの素子５０Ａ、５０Ｂにおいて法線ＮＬを基準とする音響信号（生体音）の全反射角度を互いに異ならせている。対向面と法線ＮＬとのなす角度を調整すればよいため、簡素な構造で、生体音を分離して検出することが可能となる。

角度Ａ１、Ａ２の調整は、素子本体５１の傾斜構造に限定されない。たとえば、素子５０を支持する筐体２０の支持形状によって、角度Ａ１、Ａ２が異なるように調整してもよい。

生体音検出装置１０が備える素子５０の数は２つに限定されない。３つ以上の素子５０に上記した構成を適用してもよい。

本実施形態では、表面膜５２Ａ、５２Ｂの材料を共通とする例を示したが、これに限定されない。表面膜５２Ａ、５２Ｂの材料を異ならせてもよい。つまり。音響インピーダンスが異なる表面膜５２Ａ、５２Ｂを採用しつつ、法線ＮＬとのなす角度が互いに異なるようにしてもよい。材料の相違と角度の相違との組み合わせにより、より狭い指向性を実現してもよい。

（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。

複数の素子５０が、共通の収容空間に収容される例を示したがこれに限定されない。たとえば図２１に示すように、素子５０ごとに収容空間を分けてもよい。つまり、ひとつの収容空間にひとつの素子５０が配置された生体音検出センサ１１を複数備えてもよい。図２１では、生体音検出装置１０が、素子５０Ａを含む生体音検出センサ１１Ａと、素子５０Ｂを含む生体音検出センサ１１Ｂを備えている。

複数の素子５０において、素子本体５１を独立して設ける例を示したが、これに限定されない。たとえば図２２に示すように、素子５０Ａ、５０Ｂの素子本体５１Ａ、５１Ｂを一体的に設けてもよい。素子本体５１Ａ、５１Ｂを一体化しても、各素子５０は、電気信号を独立して出力するように構成される。

図２３に示すように、信号処理部１２を、生体音検出センサ１１の収容空間に配置してもよい。

１０…生体音検出装置、１１、１１Ａ、１１Ｂ…生体音検出センサ、１２…信号処理部、２０…筐体、２１…ケース、２１１…底壁、２２…カバー、３０…検出部、４０…媒質、５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ…素子、５１、５１Ａ，５１Ｂ、５１Ｃ…素子本体、５２、５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ…表面膜、５２１、５２１Ａ、５２２…端面、５２３…外周面、５２４、５２５…物質、１００…シート、１０１…着座部、１０２…背もたれ部、１０３…シートベルト、１１０…乗員

Claims (6)

1. 筐体（２０）と、
   前記筐体とともに収容空間を提供し、生体音である音響信号を検出する検出部（３０）と、
   前記収容空間に配置され、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、
   前記収容空間に配置され、前記検出部および前記媒質を介して伝わる前記音響信号を電気信号に変換する複数の素子（５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ）と、を備え、
   複数の前記素子は、前記媒質よりも音響インピーダンスが大きく、前記検出部との対向面をなす表面膜（５２、５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ）をそれぞれ有し、
   複数の前記素子は、複数の前記素子の並び方向に直交する法線を基準とした前記音響信号の全反射角度が互いに異なる、生体音検出装置。
2. 複数の前記素子において、前記表面膜の音響インピーダンスが互いに異なる、請求項１に記載の生体音検出装置。
3. 複数の前記素子のうちの一部において、前記表面膜が、音響インピーダンスが異なる２つ以上の物質で構成されている、請求項１に記載の生体音検出装置。
4. 複数の前記素子において、
   前記表面膜は、互いに相似形状であり、同じ向きで配置され、
   前記表面膜それぞれの表面の一部は、曲面もしくは近似曲面である、請求項２または請求項３に記載の生体音検出装置。
5. 複数の前記素子において、前記対向面と前記法線とのなす角度が互いに異なる、請求項１に記載の生体音検出装置。
6. 複数の前記素子の出力信号の差分をとる信号処理部（１２）を備える、請求項１～５いずれか１項に記載の生体音検出装置。

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