JP4373191B2 - Portable stethoscope - Google Patents

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  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Description

本発明は、患者の身体に装着して移動可能な携帯型聴診器に関する。   The present invention relates to a portable stethoscope that can be mounted on a patient's body and moved.

従来、聴診器内にマイクロフォンを内蔵し、マイクロフォンにより心音等を聴音する聴診器が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、マイクロフォンを内蔵した聴音部分だけを患者の身体に装着して検査する聴診器も知られている(例えば、特許文献2参照)。そして、マイクロフォンで集音された音をスピーカー等で再生するなどして患者の状態を把握するようにしている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a stethoscope that incorporates a microphone in a stethoscope and listens to heart sounds and the like with the microphone is known (see, for example, Patent Document 1). In addition, a stethoscope is known in which only a hearing part with a built-in microphone is attached to a patient's body for examination (see, for example, Patent Document 2). Then, the patient's condition is grasped by reproducing the sound collected by the microphone using a speaker or the like.

特表平8−506495号公報JP-T 8-506495 実開昭61−203008号公報Japanese Utility Model Publication No. 61-203008

しかしながら、音声信号に対して心音や呼吸音などのバイタルサインを音声として分離するのは周波数帯域が同一のため困難であり、このような聴診器で心音や呼吸音を常時モニタリングするような場合には、音声も検知してしまうことになりプライバシー保護の点で不都合があった。また、最終的には医師等が音声を聴いて患者の状態を判断するようにしているので、小児喘息の発作監視等の緊急性のあるものについては不向きであった。   However, it is difficult to separate vital signs such as heart sounds and breathing sounds from the voice signal because the frequency band is the same, and such a stethoscope always monitors heart sounds and breathing sounds. Has a disadvantage in terms of privacy protection because it also detects voice. In addition, since doctors and others finally listen to the voice to judge the patient's condition, it is unsuitable for urgent things such as childhood asthma attack monitoring.

請求項1の発明に係る聴診器は、単一の半導体基板上に設けられ、互いに検出周波数の異なる複数のコンデンサマイクロフォン素子と、複数のコンデンサマイクロフォン素子のいずれか一つを検出用素子として選択する選択手段とを備えたことを特徴とする。
請求項2に記載の聴診器は、請求項1に記載の聴診器において、複数のコンデンサマイクロフォン素子のそれぞれは、検出周波数に対応する共振周波数で振動する振動面を備え、振動面のそれぞれは、所定仮想平面上に備えられていることを特徴とする。
請求項3に記載の聴診器は、請求項1に記載の聴診器において、複数のコンデンサマイクロフォン素子のそれぞれは、検出周波数に対応する共振周波数で振動する振動面を備え、振動面のそれぞれは、半導体基板の片面側に備えられていることを特徴とする。
請求項4に記載の聴診器は、請求項1に記載の聴診器において、複数のコンデンサマイクロフォン素子のそれぞれは、基板から延びるカンチレバーと、カンチレバーに接続されて、検出周波数に対応する共振周波数で振動する振動面を有する振動板と、を備えていることを特徴とする。
請求項5に記載の聴診器は、請求項1に記載の聴診器において、複数のコンデンサマイクロフォン素子のそれぞれは、半導体基板上に形成され音圧により振動する振動面と、振動面上に形成された第1の電極と、半導体基板上における振動面と対向する位置に空隙を設けて固設される第2の電極とを備え、コンデンサマイクロフォン素子の振動面の共振周波数を、検出周波数に応じてそれぞれ設定したことを特徴とする。
請求項6に記載の聴診器は、請求項1乃至5のいずれかに2に記載の聴診器において、検出用素子で検出された信号をFM変調して送信する送信部を備えたことを特徴とする。
Stethoscope according to the invention of claim 1 is provided on a single semiconductor substrate, a plurality of condenser microphone elements having different detection frequencies each other to select one of a plurality of condenser microphone element as a detection element And a selection unit.
The stethoscope according to claim 2 is the stethoscope according to claim 1, wherein each of the plurality of condenser microphone elements includes a vibration surface that vibrates at a resonance frequency corresponding to a detection frequency, and each of the vibration surfaces includes: It is provided on a predetermined virtual plane.
The stethoscope according to claim 3 is the stethoscope according to claim 1, wherein each of the plurality of condenser microphone elements includes a vibration surface that vibrates at a resonance frequency corresponding to the detection frequency, and each of the vibration surfaces includes: It is provided on one side of the semiconductor substrate.
The stethoscope according to claim 4 is the stethoscope according to claim 1, wherein each of the plurality of condenser microphone elements is connected to the cantilever and is connected to the cantilever and vibrates at a resonance frequency corresponding to the detection frequency. And a diaphragm having a vibrating surface.
The stethoscope according to claim 5 is the stethoscope according to claim 1, wherein each of the plurality of condenser microphone elements is formed on a vibration surface that is formed on a semiconductor substrate and vibrates by sound pressure, and on the vibration surface. A first electrode and a second electrode fixedly provided with a gap at a position facing the vibration surface on the semiconductor substrate, and the resonance frequency of the vibration surface of the capacitor microphone element is set according to the detection frequency. It is characterized by setting each.
The stethoscope according to claim 6 is the stethoscope according to any one of claims 1 to 5, further comprising: a transmission unit that FM-modulates and transmits a signal detected by the detection element. And

本発明によれば、単一の半導体基板上に、互いに検出周波数の異なるコンデンサマイクロフォン素子を複数備えており、いずれかを検出用素子として選択することにより、音声信号に対して検出周波数の異なる心音や呼吸音などのバイタルサインを容易に分離することができ、目的とするバイタルサインを感度良く検出することができる。 According to the present invention, on a single semiconductor substrate, and a plurality of different condenser microphone elements having the detected frequency to each other, by selecting one as the detection element, different heart sound of detection frequency for the audio signal And vital signs such as breathing sounds can be easily separated, and the desired vital signs can be detected with high sensitivity.

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は本発明による聴診器の概略構成を示す断面図である。聴診器1のベース2上にはマイクロフォン素子3,回路部4および電池5が設けられており、それらはケーシング6により覆われている。マイクロフォン素子3は後述するようにSi基板上にマイクロマシン加工技術により形成されるものであり、数mm〜10mm角程度の大きさを有している。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a stethoscope according to the present invention. A microphone element 3, a circuit unit 4 and a battery 5 are provided on the base 2 of the stethoscope 1, and these are covered with a casing 6. As will be described later, the microphone element 3 is formed on a Si substrate by a micromachining technique, and has a size of about several mm to 10 mm square.

マイクロフォン素子3はコンデンサ型マイクロフォンであり、コンデンサの一方の電極を可動電極とし、その可動電極を音圧により振動するダイアフラム上に設けたものである。マイクロフォン素子3は後述するダイアフラムを有し、ベース2に形成された聴音用空洞2aにダイアフラムが露出するようにマイクロフォン素子3はベース2に固設されている。ベース2の下面を患者の聴音部(例えば、胸部)に接触させ、粘着テープなどにより聴診器1を固定する。図2は、聴診器1の回路図であり、回路部4にはFM変調回路40およびRF増幅回路41が設けられている。   The microphone element 3 is a condenser microphone, and one electrode of the capacitor is used as a movable electrode, and the movable electrode is provided on a diaphragm that vibrates by sound pressure. The microphone element 3 has a diaphragm, which will be described later. The microphone element 3 is fixed to the base 2 so that the diaphragm is exposed in the sound cavity 2 a formed in the base 2. The lower surface of the base 2 is brought into contact with the patient's hearing part (for example, chest), and the stethoscope 1 is fixed with an adhesive tape or the like. FIG. 2 is a circuit diagram of the stethoscope 1, and the circuit unit 4 is provided with an FM modulation circuit 40 and an RF amplification circuit 41.

マイクロフォン素子3はLC発振回路のコンデンサを構成しており、音圧によりマイクロフォン素子3のダイアフラムが変位するとコンデンサの容量が変化する。このコンデンサ容量の変化により基本発振周波数をFM変調し、その信号をRF増幅回路41で増幅してアンテナ7により受送信機8へと送信する。受送信機8は受信信号に基づく音声主力や各種判断を行ったり、聴診器1の電源をオンオフする信号を送信したりする。   The microphone element 3 constitutes a capacitor of the LC oscillation circuit, and the capacitance of the capacitor changes when the diaphragm of the microphone element 3 is displaced by the sound pressure. The fundamental oscillation frequency is FM-modulated by the change in the capacitor capacity, and the signal is amplified by the RF amplifier circuit 41 and transmitted to the receiver / transmitter 8 by the antenna 7. The transmitter / receiver 8 performs a voice main power and various determinations based on the received signal, and transmits a signal for turning on and off the power supply of the stethoscope 1.

次に、マイクロフォン素子3の製造方法について説明する。図3はマイクロフォン素子3の全体を示す斜視図である。マイクロフォン素子3は可動電極317a(後述する図6(c)を参照)が形成された電極基板3Aと、可動電極317aと対向するように電極基板3A上に固着された固定電極3Bとから成る。最初に、電極基板3Aの形成方法から説明する。   Next, a method for manufacturing the microphone element 3 will be described. FIG. 3 is a perspective view showing the entire microphone element 3. The microphone element 3 includes an electrode substrate 3A on which a movable electrode 317a (see FIG. 6C described later) is formed, and a fixed electrode 3B fixed on the electrode substrate 3A so as to face the movable electrode 317a. First, the method for forming the electrode substrate 3A will be described.

まず、図4(a)に示すようなSOI(Silicon On Insulator)基板31を用意し、その表面に保護用レジスト310を塗布し90℃でベークする。基板31は上から順にSi層311(2μm)、SiO層312(1μm)、Si層313(500μm)となっており、Si層311の表面に保護用レジスト310が塗布される。 First, an SOI (Silicon On Insulator) substrate 31 as shown in FIG. 4A is prepared, and a protective resist 310 is applied to the surface and baked at 90.degree. The substrate 31 has an Si layer 311 (2 μm), an SiO 2 layer 312 (1 μm), and an Si layer 313 (500 μm) in order from the top, and a protective resist 310 is applied to the surface of the Si layer 311.

次に、スパッタリングにより、Si層313の表面(基板31の裏面)にAl層314を成膜する(図4(b)参照)。このAl層314は、Si層313をICP−RIE(誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング)によりエッチングする際のマスクとして用いられるものである。Al層314の表面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりダイアフラム用の正方形パターンをレジスト315に形成する(図4(c)参照)。   Next, an Al layer 314 is formed on the surface of the Si layer 313 (the back surface of the substrate 31) by sputtering (see FIG. 4B). The Al layer 314 is used as a mask when the Si layer 313 is etched by ICP-RIE (inductively coupled plasma reactive ion etching). A resist is applied to the surface of the Al layer 314, and a square pattern for a diaphragm is formed on the resist 315 by photolithography (see FIG. 4C).

このレジスト315をマスクとして、混酸P液によりAl層314をエッチングしてSi層313を露出させる。その後、Al層314をマスクとして、Si層313をICP−RIEによりエッチングする。このエッチング処理工程では、厚さ500μmのSi層313を460μm程度までエッチングする(図4(d)参照)。その際、Al層314上のレジスト315も、エッチングにより除去される。   Using this resist 315 as a mask, the Al layer 314 is etched with a mixed acid P solution to expose the Si layer 313. Thereafter, using the Al layer 314 as a mask, the Si layer 313 is etched by ICP-RIE. In this etching process, the Si layer 313 having a thickness of 500 μm is etched to about 460 μm (see FIG. 4D). At that time, the resist 315 on the Al layer 314 is also removed by etching.

図4(d)の工程で残った40μm程度の厚さのSi層313は、その後、RIEによりエッチングして除去する。図5(a)の工程では、RIEによるOアッシング処理を行って、Si層311上のレジスト310を除去し、次いで、BHF(フッ化アンモニウム)によりSiO層312をエッチングする。 The Si layer 313 having a thickness of about 40 μm remaining in the step of FIG. 4D is then removed by etching by RIE. In the step of FIG. 5A, an O 2 ashing process by RIE is performed to remove the resist 310 on the Si layer 311, and then the SiO 2 layer 312 is etched by BHF (ammonium fluoride).

図5(b)の工程では、スパッタリングによりSi層311の表面に厚さ0.15μmのSiO層316を形成した後に、さらのその上に厚さ0.1μmのAu層317をスパッタリング成膜する。そして、Au層317の表面にレジストを塗布し、図7に示すようなレジストパターン318を形成する。なお、Au層317の形成前に、リン酸(またはリン酸、硝酸、酢酸および水の混合溶液)によりAl層314は除去しておく。 In the step of FIG. 5B, after forming a SiO 2 layer 316 having a thickness of 0.15 μm on the surface of the Si layer 311 by sputtering, an Au layer 317 having a thickness of 0.1 μm is formed thereon by sputtering. To do. Then, a resist is applied to the surface of the Au layer 317 to form a resist pattern 318 as shown in FIG. Note that before the Au layer 317 is formed, the Al layer 314 is removed with phosphoric acid (or a mixed solution of phosphoric acid, nitric acid, acetic acid, and water).

レジストパターン318は次の3つの部分から成る。図7も参照して説明する。一つは、Si層311のダイアフラム部D上に形成され、ダイアフラム部Dと同一形状である正方形パターン318aであり、二つ目は端子部に相当する長方形パターン318bで、三つ目はパターン318aとパターン318bとを接続するパターン318cである。   The resist pattern 318 is composed of the following three parts. This will be described with reference to FIG. One is a square pattern 318a formed on the diaphragm portion D of the Si layer 311 and having the same shape as the diaphragm portion D, the second is a rectangular pattern 318b corresponding to the terminal portion, and the third is a pattern 318a. And a pattern 318c connecting the pattern 318b.

次に、図5(c)では、レジストパターン318をマスクとして、ヨウ化カリウムによりAu層317をエッチングする。その結果、図7に示したレジストパターン318と同一形状のAu層(Auパターン)317がダイアフラム部D上に形成される。その後、アセトン洗浄およびエタノール洗浄によりレジストパターン318を除去した後に、Au層317が形成された面にポリイミドを塗布しベークする。その結果、図5(d)のようにAu層317を覆う厚さ4μmのポリイミド層319が形成される。   Next, in FIG. 5C, the Au layer 317 is etched with potassium iodide using the resist pattern 318 as a mask. As a result, an Au layer (Au pattern) 317 having the same shape as the resist pattern 318 shown in FIG. 7 is formed on the diaphragm portion D. Then, after removing the resist pattern 318 by acetone washing and ethanol washing, polyimide is applied to the surface on which the Au layer 317 is formed and baked. As a result, as shown in FIG. 5D, a 4 μm-thick polyimide layer 319 covering the Au layer 317 is formed.

図6(a)の工程では、ポリイミド層319の上にレジスト320を塗布し、図7に示したレジストパターン318と同一形状のマスクを用いてレジスト320を紫外線露光する。その結果、レジスト320の内のAu層317の上方を覆っている部分320aだけが紫外線露光されないため、現像を行ったときにその部分のレジスト320だけが除去される(図6(b)参照)。また、レジスト320が除去された部分のポリイミド層319、すなわち、Au層317上のポリイミド層319は現像の際にエッチングされ、Au層317が露出することになる。   6A, a resist 320 is applied on the polyimide layer 319, and the resist 320 is exposed to ultraviolet rays using a mask having the same shape as the resist pattern 318 shown in FIG. As a result, only the portion 320a covering the upper part of the Au layer 317 in the resist 320 is not exposed to ultraviolet rays, so that only the portion of the resist 320 is removed during development (see FIG. 6B). . Further, the polyimide layer 319 where the resist 320 has been removed, that is, the polyimide layer 319 on the Au layer 317 is etched during development, and the Au layer 317 is exposed.

その後、レジスト320を除去することにより可動電極が形成された電極基板3Aが形成される。図6(c)は電極基板3Aの斜視図であり、ポリイミド層319には図7に示したレジストパターン318と同一形状の孔が形成され、Au層317が露出している。Au層317において、符号317aで示す部分が可動電極であり、317bが端子部、317cがそれらを接続するリード部である。Au層317の内の可動電極317aだけが、図6(b)のダイアフラム部D上に形成されている。   Thereafter, by removing the resist 320, the electrode substrate 3A on which the movable electrode is formed is formed. FIG. 6C is a perspective view of the electrode substrate 3A. A hole having the same shape as the resist pattern 318 shown in FIG. 7 is formed in the polyimide layer 319, and the Au layer 317 is exposed. In the Au layer 317, a portion indicated by reference numeral 317a is a movable electrode, 317b is a terminal portion, and 317c is a lead portion for connecting them. Only the movable electrode 317a in the Au layer 317 is formed on the diaphragm portion D in FIG.

次に、固定電極3Bの形成方法について説明する。まず、図8(a)に示すように、スパッタリングによりSi130上に厚さ0.1μmのAl層131を成膜する。このAl層131は、Si130をICP−RIE(誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング)によりエッチングする際のマスクとして用いられるものである。   Next, a method for forming the fixed electrode 3B will be described. First, as shown in FIG. 8A, an Al layer 131 having a thickness of 0.1 μm is formed on Si 130 by sputtering. The Al layer 131 is used as a mask when the Si 130 is etched by ICP-RIE (inductively coupled plasma reactive ion etching).

図8(b)に示す工程では、Al層131上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりレジストパターン132を形成する。図8(c)は図8(b)のSi130を図示上方から見た図であり、レジストパターン132の形状は図3に示した固定電極3Bの外輪形状と同一形状に形成される。なお、図8(b)は、図8(c)のII−II断面を示したものである。   In the step shown in FIG. 8B, a resist is applied on the Al layer 131, and a resist pattern 132 is formed by photolithography. FIG. 8C is a view of the Si 130 of FIG. 8B as viewed from above. The resist pattern 132 is formed in the same shape as the outer ring shape of the fixed electrode 3B shown in FIG. In addition, FIG.8 (b) shows the II-II cross section of FIG.8 (c).

図8(d)に示す工程では、レジストパターン132をマスクとして、混酸P溶液によりAl層131をエッチングしてSi130を露出させ、アセトン洗浄およびエタノール洗浄によりレジストパターン132を除去する。その結果、Si130上には、Al層131によって図8(c)に示したレジストパターン132と同一形状のAlパターンが形成されることになる。   8D, using the resist pattern 132 as a mask, the Al layer 131 is etched with a mixed acid P solution to expose the Si 130, and the resist pattern 132 is removed by acetone cleaning and ethanol cleaning. As a result, an Al pattern having the same shape as the resist pattern 132 shown in FIG. 8C is formed on the Si 130 by the Al layer 131.

図9(a)に示す工程では、Al層131を覆うようにSi130の表面にレジスト134を塗布し、穴133aの開いたマスク133を用いてレジスト134を露光して現像する。図9(b)は現像後のレジスト134を示す平面図である。レジスト134において、図9(a)の穴133aに対応する穴パターンは134a、Al層131の正方形領域131aを覆う領域に形成される。なお、図11に示すように、Al層131において、符号131bで示す部分は後述する固定電極3Bの端子部130bに対応し、符号131cで示す部分はリード部130cに対応している。   In the step shown in FIG. 9A, a resist 134 is applied to the surface of the Si 130 so as to cover the Al layer 131, and the resist 134 is exposed and developed using a mask 133 having a hole 133a. FIG. 9B is a plan view showing the resist 134 after development. In the resist 134, a hole pattern corresponding to the hole 133 a in FIG. 9A is formed in a region covering the square region 131 a of the Al layer 131. As shown in FIG. 11, in the Al layer 131, a portion denoted by reference numeral 131b corresponds to a terminal portion 130b of a fixed electrode 3B described later, and a portion denoted by reference numeral 131c corresponds to a lead portion 130c.

次いで、このレジスト134をマスクとしてAl層131を混酸P液でエッチングした後、レジスト134をエタノールおよびアセトンにより除去する(図9(c)参照)。上述したエッチングにより、Al層131の正方形領域131aには複数の穴パターン131dが複数形成される。   Next, the Al layer 131 is etched with a mixed acid P solution using the resist 134 as a mask, and then the resist 134 is removed with ethanol and acetone (see FIG. 9C). By the etching described above, a plurality of hole patterns 131d are formed in the square region 131a of the Al layer 131.

図9(d)に示す工程では、このAl層131をマスクとして、ICP−RIEによりSi基板130をエッチングする。エッチング深さは360μm〜370μmとする。その後、マスクとして用いたAl層131を混酸P液により除去した後に、ウェット酸化によってSi130を酸化処理し、Si130の表面に厚さ0.2μmのSiO層135を形成する(図10(a)参照)。 In the step shown in FIG. 9D, the Si substrate 130 is etched by ICP-RIE using the Al layer 131 as a mask. The etching depth is 360 μm to 370 μm. Thereafter, the Al layer 131 used as a mask is removed with the mixed acid P solution, and then the Si 130 is oxidized by wet oxidation to form a SiO 2 layer 135 having a thickness of 0.2 μm on the surface of the Si 130 (FIG. 10A). reference).

次に、SiO層135が形成されたSi130の表面側(図示上面側)に保護用のレジスト136を塗布し、裏面側(図示下面側)のSiO層135をRIEによりエッチングして除去する(図10(b)参照)。その後、フッ酸で洗浄した後に、図10(c)のようにTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)によって裏面側にSiO層135が現れるまでSi130をエッチングする。 Then, applying a resist 136 for protection on the surface side of the Si130 which the SiO 2 layer 135 is formed (shown upper surface), the SiO 2 layer 135 on the back side (shown lower side) is etched by RIE to remove (See FIG. 10B). Thereafter, after cleaning with hydrofluoric acid, Si 130 is etched with TMAH (tetramethylammonium hydroxide) until SiO 2 layer 135 appears on the back side as shown in FIG.

Si130をエッチングしたならば、硫酸過水でレジスト136を除去し、さらにBHF(フッ化アンモニウム)によりSiO層135を除去する(図10(d)参照)。その後、図10(e)に示すように、スパッタリングによってSi130の表裏両面にAl層137を成膜する。その結果、図11に示すような固定電極3Bが形成される。 図11の固定電極3Bにおいて、130aは電極部、130bは端子部、130cはリード部、130dは固定部である。 When the Si 130 is etched, the resist 136 is removed with sulfuric acid / hydrogen peroxide, and the SiO 2 layer 135 is removed with BHF (ammonium fluoride) (see FIG. 10D). Thereafter, as shown in FIG. 10E, an Al layer 137 is formed on both the front and back surfaces of the Si 130 by sputtering. As a result, a fixed electrode 3B as shown in FIG. 11 is formed. In the fixed electrode 3B of FIG. 11, 130a is an electrode portion, 130b is a terminal portion, 130c is a lead portion, and 130d is a fixed portion.

最終的には、図6(c)に示す電極基板3Aのポリイミド層319の表面に固定電極3Bをエポキシ樹脂等により貼り付けることによって、マイクロフォン素子3が形成される。その際、図3のように固定電極3Bの電極部130aが電極基板3Aの可動電極317aと対向するように配置し、端子部130b、リード部130cおよび固定部130dをポリイミド層318に固着する。   Finally, the microphone element 3 is formed by attaching the fixed electrode 3B to the surface of the polyimide layer 319 of the electrode substrate 3A shown in FIG. 6C with an epoxy resin or the like. At that time, as shown in FIG. 3, the electrode part 130a of the fixed electrode 3B is disposed so as to face the movable electrode 317a of the electrode substrate 3A, and the terminal part 130b, the lead part 130c, and the fixed part 130d are fixed to the polyimide layer 318.

ポリイミド層318は可動電極317aと電極部130aとのギャップ寸法を設定するスペーサとして機能している。この可動電極317aと電極部130aとはコンデンサを構成しており、それらの間のエアギャップは電気的にはコンデンサの電極間距離となる。なお、電極部130aには貫通穴130eが複数形成されているので、コンデンサ容量は貫通穴130eの占める面積を差し引いて考える。   The polyimide layer 318 functions as a spacer that sets a gap dimension between the movable electrode 317a and the electrode portion 130a. The movable electrode 317a and the electrode portion 130a constitute a capacitor, and the air gap between them is electrically the distance between the electrodes of the capacitor. Since a plurality of through holes 130e are formed in the electrode portion 130a, the capacitor capacity is considered by subtracting the area occupied by the through holes 130e.

図3に示すコンデンサ型のマイクロフォン素子3では、振動膜であるダイアフラム部Dの共振周波数fsは次式(1)で与えられる。
fs=(λπ/2a2)・√(G/μ) …(1)
式(1)において、aは正方形ダイアフラム部Dの一辺の長さ、μはダイアフラム部Dの面積密度である。λは固有振動数係数であり、最低次の振動モードでは正方形板4辺固定の条件の場合には3.646の値となる。また、Gはダイアフラム部Dの曲げ剛性であり、ダイアフラム部Dを形成する部材のヤング率、ポアソン比および厚さにより決定される。
In the capacitor-type microphone element 3 shown in FIG. 3, the resonance frequency fs of the diaphragm portion D that is a vibrating membrane is given by the following equation (1).
fs = (λπ / 2a2) · √ (G / μ) (1)
In Expression (1), a is the length of one side of the square diaphragm portion D, and μ is the area density of the diaphragm portion D. λ is a natural frequency coefficient. In the lowest-order vibration mode, the value is 3.646 when the square plate has four sides fixed. G is the bending rigidity of the diaphragm portion D, and is determined by the Young's modulus, Poisson's ratio, and thickness of the member forming the diaphragm portion D.

式(1)により、共振周波数fsはダイアフラム部Dの一辺の長さaの2乗、すなわち面積に反比例することが分かる。また、共振特性の鋭さを表すQ値は、ダイアフラム部Dの質量およびバネ定数が大きい方が大きくなる。そして、これらの数値を調整することにより、所望の特性(共振周波数fs、ピークの大きさなど)を有するマイクロフォン素子3を形成することができる。   From equation (1), it can be seen that the resonance frequency fs is inversely proportional to the square of the length a of one side of the diaphragm portion D, that is, the area. Further, the Q value representing the sharpness of the resonance characteristics increases as the mass of the diaphragm portion D and the spring constant increase. Then, by adjusting these numerical values, the microphone element 3 having desired characteristics (resonance frequency fs, peak size, etc.) can be formed.

次に示す表1は、マイクロフォン素子3による計測対象と、それらの周波数帯域とを示したものである。   Table 1 shown below shows the objects to be measured by the microphone element 3 and their frequency bands.

Figure 0004373191
心音の場合は周波数帯域は50Hz〜500Hzとなり、特に心室収縮時の房室弁は80Hz前後となる。一方、呼吸音は140Hz前後に鋭いピークを有している。
Figure 0004373191
In the case of heart sounds, the frequency band is 50 Hz to 500 Hz, and particularly the atrioventricular valve during ventricular contraction is around 80 Hz. On the other hand, the breathing sound has a sharp peak around 140 Hz.

マイクロフォン素子3の検出周波数帯域は非常に狭いので、会話音声については周波数帯域の一部が検出されるだけなので、会話の音声として認識することはできない。そのため、例えば、心音用としては共振周波数fsをfs=100Hz近辺に設定し、呼吸音用としてはfs=140Hz近辺に設定するようにすればよい。そのように設定することにより、心音や呼吸音に絞って聴音することが可能となる。   Since the detection frequency band of the microphone element 3 is very narrow, since only a part of the frequency band is detected for the conversation voice, it cannot be recognized as the voice of the conversation. Therefore, for example, the resonance frequency fs may be set near fs = 100 Hz for heart sounds, and fs = 140 Hz may be set for breathing sounds. By setting in such a manner, it is possible to listen to a heart sound or a breathing sound.

喘息患者の喘息発作を監視するような場合には、400Hz〜800Hzにマイクロフォン素子3の共振周波数fsを設定すれば、出力値の急激な増加を検出することにより喘息発作の発生を検知することが可能となる。共振周波数fsの設定値によっては呼吸音に喘息の周波数成分が現れるようなパターンとなるが、そのような場合は、ウェーブレット変換を用いて周波数の時系列解析を行い、呼吸音または喘息音の周波数成分をソフト的に抽出するようにすれば良い。   In the case of monitoring an asthma attack of an asthma patient, if the resonance frequency fs of the microphone element 3 is set to 400 Hz to 800 Hz, the occurrence of an asthma attack can be detected by detecting a sudden increase in the output value. It becomes possible. Depending on the set value of the resonance frequency fs, a pattern in which the frequency component of asthma appears in the breathing sound is obtained. In such a case, the time series analysis of the frequency is performed using the wavelet transform, and the frequency of the breathing sound or asthma sound is obtained. What is necessary is just to extract a component softly.

上述した実施の形態では、聴診器1内にマイクロフォン素子3を1つだけ設けているが、共通の電極基板3A上に共振周波数fsの異なるマイクロフォン素子3を複数設けて、それらをディップスイッチなどで切り換えて用いるようにしても良い。また、ディップスイッチを設ける代わりに、FET等で構成した電子スイッチを一体化し、受送信機8からの通信により電気的に素子を選択するようにしても良い。   In the above-described embodiment, only one microphone element 3 is provided in the stethoscope 1. However, a plurality of microphone elements 3 having different resonance frequencies fs are provided on the common electrode substrate 3A, and these are connected by a dip switch or the like. You may make it switch and use. Further, instead of providing a dip switch, an electronic switch composed of an FET or the like may be integrated, and an element may be electrically selected by communication from the transmitter / receiver 8.

例えば、心音聴音の場合、個人差を考慮して表1の周波数帯域内で周波数の異なる複数のマイクロフォン素子3を電極基板3A上に形成する。図12に示す例は、共通の電極基板3A上に5つのマイクロフォン素子30A〜30Eを形成した場合である。各マイクロフォン素子30A〜30Eの共振周波数fsは順に50Hz,100Hz,500Hz,1000Hzである。図13は、コンデンサマイクロフォン素子30A〜30Eの部分の回路図であり、スイッチDSW1〜DSW5のオンオフを切り換えることにより検出用マイクロフォン素子の切り換えを行う。図13に示す例では、マイクロフォン素子30Aが使用可能となっている。   For example, in the case of an auditory sound, a plurality of microphone elements 3 having different frequencies within the frequency band shown in Table 1 are formed on the electrode substrate 3A in consideration of individual differences. The example shown in FIG. 12 is a case where five microphone elements 30A to 30E are formed on a common electrode substrate 3A. The resonance frequencies fs of the microphone elements 30A to 30E are 50 Hz, 100 Hz, 500 Hz, and 1000 Hz in this order. FIG. 13 is a circuit diagram of the condenser microphone elements 30A to 30E, and the detection microphone elements are switched by switching the switches DSW1 to DSW5 on and off. In the example shown in FIG. 13, the microphone element 30A can be used.

また、呼吸音を聴音して小児喘息の発作やその予兆を検知するような場合には、心音の場合に比べて個人差が大きいのでより多数のマイクロフォン素子3を電極基板3A上に作り込んでおくのが好ましい。この場合、発作やその予兆に対応する周波数信号の大きさが閾値を越えた時に受送信機8により警報を発生するようにすれば、発作に対して素早く対応することができる。受送信機8はナースセンター等に設置しても良く、看護婦や医師が携帯するようにしても良い。さらに、聴診器1自体が警告音を発生して周囲の人に緊急事態を知らせるようにしても良い。   Also, in the case of detecting an asthma attack or a sign of childhood asthma by listening to the breathing sound, individual differences are greater than in the case of heart sounds, so a larger number of microphone elements 3 are built on the electrode substrate 3A. It is preferable to leave. In this case, if an alarm is generated by the transmitter / receiver 8 when the magnitude of the frequency signal corresponding to the seizure or its sign exceeds a threshold value, the seizure can be quickly dealt with. The transmitter / receiver 8 may be installed in a nurse center or the like, or may be carried by a nurse or a doctor. Further, the stethoscope 1 itself may generate a warning sound to notify the surrounding people of the emergency situation.

上述したマイクロフォン素子3では、電極基板3Aにダイアフラムタイプの可動電極317aを形成したが、ダイアフラム型可動電極317aに代えて、図14(a)に示すようなカンチレバータイプの振動板400上に可動電極401を設けても良い。振動板400は電極基板3Aから延びるカンチレバー402の先端に取り付けられており、カンチレバー402の長さを調整することにより所望の共振周波数fsを得ることができる。この場合も、図14(b)のように長さの異なるカンチレバー402A,402B,402Cを形成することにより、複数の共振周波数fsに対応することができる。   In the microphone element 3 described above, the diaphragm type movable electrode 317a is formed on the electrode substrate 3A. However, instead of the diaphragm type movable electrode 317a, the movable electrode is formed on a cantilever type diaphragm 400 as shown in FIG. 401 may be provided. The diaphragm 400 is attached to the tip of a cantilever 402 extending from the electrode substrate 3A, and a desired resonance frequency fs can be obtained by adjusting the length of the cantilever 402. Also in this case, by forming cantilevers 402A, 402B, and 402C having different lengths as shown in FIG. 14B, it is possible to cope with a plurality of resonance frequencies fs.

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、ダイアフラム部Dおよび振動板400の電極形成面は振動面を、可動電極317a,401は第1の電極を、電極部130aは第2の電極を、回路部4は送信部を、スイッチSDW1〜SWD5は選択手段をそれぞれ構成する。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。   In the correspondence between the embodiment described above and the elements of the claims, the electrode formation surfaces of the diaphragm portion D and the diaphragm 400 are vibration surfaces, the movable electrodes 317a and 401 are first electrodes, and the electrode portions 130a are The second electrode, the circuit unit 4 constitutes a transmission unit, and the switches SDW1 to SWD5 constitute selection means. In addition, the present invention is not limited to the above embodiment as long as the characteristics of the present invention are not impaired.

本発明による聴診器1の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the stethoscope 1 by this invention. 聴診器1の回路図である。1 is a circuit diagram of a stethoscope 1. FIG. マイクロフォン素子3の全体を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the entire microphone element 3. 電極基板3Aの形成手順を示す図であり、(a)〜(d)に各工程を示す。It is a figure which shows the formation procedure of 3 A of electrode substrates, and shows each process to (a)-(d). 図4の手順に続く形成手順を示す図であり、(a)〜(d)に各工程を示す。It is a figure which shows the formation procedure following the procedure of FIG. 4, and shows each process to (a)-(d). 図5の手順に続く形成手順を示す図であり、(a)〜(c)に各工程を示す。It is a figure which shows the formation procedure following the procedure of FIG. 5, (a)-(c) shows each process. レジストパターン318の形状を示す斜視図である。5 is a perspective view showing the shape of a resist pattern 318. FIG. 固定電極3Bの形成手順を示す図であり、(a)〜(d)に各工程を示す。It is a figure which shows the formation procedure of the fixed electrode 3B, and shows each process to (a)-(d). 図8の手順に続く形成手順を示す図であり、(a)〜(d)に各工程を示す。It is a figure which shows the formation procedure following the procedure of FIG. 8, and shows each process to (a)-(d). 図10の手順に続く形成手順を示す図であり、(a)〜(e)に各工程を示す。It is a figure which shows the formation procedure following the procedure of FIG. 10, (a)-(e) shows each process. 固定電極3Bの最終形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the final shape of the fixed electrode 3B. 5つのマイクロフォン素子30A〜30Eが形成された電極基板3Aの平面図である。It is a top view of 3 A of electrode substrates in which the five microphone elements 30A-30E were formed. コンデンサマイクロフォン素子30A〜30Eの部分の回路図である。It is a circuit diagram of the part of condenser microphone elements 30A-30E. カンチレバータイプのマイクロフォン素子を示す図であり、(a)は素子の斜視図、(b)は複数のカンチレバー402A,402B,402Cを設けた場合を示す図である。It is a figure which shows a cantilever type microphone element, (a) is a perspective view of an element, (b) is a figure which shows the case where several cantilever 402A, 402B, 402C is provided.

符号の説明Explanation of symbols

1 聴診器
2 ベース
3,30A〜30E マイクロフォン素子
3A 電極基板
3B 固定電極
4 回路部
5 電池
6 ケーシング
8 受送信機
40 FM変調回路
317a,401 可動電極
400 振動板
402,402A,402B,402C カンチレバー
D ダイアフラム部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stethoscope 2 Base 3,30A-30E Microphone element 3A Electrode board 3B Fixed electrode 4 Circuit part 5 Battery 6 Casing 8 Receiver / transmitter 40 FM modulation circuit 317a, 401 Movable electrode 400 Diaphragm 402, 402A, 402B, 402C Cantilever D Diaphragm part

Claims (6)

単一の半導体基板上に設けられ、互いに検出周波数の異なる複数のコンデンサマイクロフォン素子と、
前記複数のコンデンサマイクロフォン素子のいずれか一つを検出用素子として選択する選択手段とを備えたことを特徴とする聴診器。
A plurality of condenser microphone elements provided on a single semiconductor substrate and having different detection frequencies;
A stethoscope comprising selection means for selecting any one of the plurality of condenser microphone elements as a detection element.
請求項1に記載の聴診器において、
前記複数のコンデンサマイクロフォン素子のそれぞれは、前記検出周波数に対応する共振周波数で振動する振動面を備え、
前記振動面のそれぞれは、所定仮想平面上に備えられていることを特徴とする聴診器。
The stethoscope according to claim 1,
Each of the plurality of condenser microphone elements includes a vibration surface that vibrates at a resonance frequency corresponding to the detection frequency,
Each of the vibration surfaces is provided on a predetermined virtual plane.
請求項1に記載の聴診器において、
前記複数のコンデンサマイクロフォン素子のそれぞれは、前記検出周波数に対応する共振周波数で振動する振動面を備え、
前記振動面のそれぞれは、前記半導体基板の片面側に備えられていることを特徴とする聴診器。
The stethoscope according to claim 1,
Each of the plurality of condenser microphone elements includes a vibration surface that vibrates at a resonance frequency corresponding to the detection frequency,
Each of the vibration surfaces is provided on one side of the semiconductor substrate.
請求項1に記載の聴診器において、
前記複数のコンデンサマイクロフォン素子のそれぞれは、
基板から延びるカンチレバーと、
前記カンチレバーに接続されて、前記検出周波数に対応する共振周波数で振動する振動面を有する振動板と、を備えていることを特徴とする聴診器。
The stethoscope according to claim 1,
Each of the plurality of condenser microphone elements is
A cantilever extending from the substrate;
A stethoscope comprising: a diaphragm connected to the cantilever and having a vibration surface that vibrates at a resonance frequency corresponding to the detection frequency.
請求項1に記載の聴診器において、
前記複数のコンデンサマイクロフォン素子のそれぞれは、前記半導体基板上に形成され音圧により振動する振動面と、
前記振動面上に形成された第1の電極と、前記半導体基板上における前記振動面と対向する位置に空隙を設けて固設される第2の電極とを備え、
前記コンデンサマイクロフォン素子の前記振動面の共振周波数を、前記検出周波数に応じてそれぞれ設定したことを特徴とする聴診器。
The stethoscope according to claim 1,
Each of the plurality of condenser microphone elements is formed on the semiconductor substrate and vibrates due to sound pressure,
A first electrode formed on the vibration surface; and a second electrode fixedly provided with a gap at a position facing the vibration surface on the semiconductor substrate;
A stethoscope, wherein a resonance frequency of the vibration surface of the condenser microphone element is set in accordance with the detection frequency.
請求項1乃至5のいずれかに記載の聴診器において、
前記検出用素子で検出された信号をFM変調して送信する送信部を備えたことを特徴とする聴診器。
The stethoscope according to any one of claims 1 to 5,
A stethoscope comprising a transmission unit that FM modulates and transmits a signal detected by the detection element.
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