JP7431293B2 - 振動計、電子機器、および電子システム - Google Patents
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Description
本開示はジャイロ式振動計、電子機器、および電子システムに関する。
振動を物理量として検出する振動計が知られている。振動計には、例えば、ジャイロ式がある。ジャイロ式振動計は、ジャイロセンサを備えており、ジャイロセンサが検出した角速度に基づいて振動にかかる物理量を検出する。
本開示の一態様に係るジャイロ式振動計は、開口部を有する支持体と、前記支持体に、一部が前記開口部上に位置するように配された膜と、前記膜の、前記開口側の面に配された少なくとも１つのジャイロセンサと、を備える。
〔実施形態１〕
以下、本開示の一実施形態について、詳細に説明する。本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「Ｘ～Ｙ」は、「Ｘ以上Ｙ以下」を意図する。
以下、本開示の一実施形態について、詳細に説明する。本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「Ｘ～Ｙ」は、「Ｘ以上Ｙ以下」を意図する。
（電子システム１０００の概要）
本開示の一態様に係る電子システム１０００は、対象物の振動を検出し、検出した振動に応じた音を生成するためのシステムである。すなわち、電子システム１０００は、対象物の振動を検出し、検出した振動に含まれる成分の周波数帯に応じた音を生成する。ここで、対象物の振動とは、固体、液体、および気体の振動であってもよい。振動に含まれる成分の周波数帯は、例えば、可聴音に対応する周波数帯であってもよいし、超音波に対応する周波数帯であってもよい。本開示に係る電子システム１０００は、例えば、聴診器、非破壊検査、精密機械の内部動作確認などに適用することができる。以後、「対象物の振動」を「対象物からの振動」とも表現する。
本開示の一態様に係る電子システム１０００は、対象物の振動を検出し、検出した振動に応じた音を生成するためのシステムである。すなわち、電子システム１０００は、対象物の振動を検出し、検出した振動に含まれる成分の周波数帯に応じた音を生成する。ここで、対象物の振動とは、固体、液体、および気体の振動であってもよい。振動に含まれる成分の周波数帯は、例えば、可聴音に対応する周波数帯であってもよいし、超音波に対応する周波数帯であってもよい。本開示に係る電子システム１０００は、例えば、聴診器、非破壊検査、精密機械の内部動作確認などに適用することができる。以後、「対象物の振動」を「対象物からの振動」とも表現する。
本実施形態では、電子システム１０００を聴診器に適用した場合を例に挙げて説明する。電子システム１０００は、例えば、対象者（例えば、患者）の呼吸、心臓の拍動、血管内の血流、消化管の動き（例えば、蠕動運動）などに由来する振動を検出し、検出した振動に含まれる成分の周波数帯に応じた音を生成する。
（電子システム１０００の構成）
まず、本開示の一態様に係る電子システム１０００の概要について図１を用いて説明する。図１は、本開示の一態様に係る電子システム１０００の概略図である。
まず、本開示の一態様に係る電子システム１０００の概要について図１を用いて説明する。図１は、本開示の一態様に係る電子システム１０００の概略図である。
電子システム１０００は、電子機器１００と、音生成装置２とを備える。
＜電子機器１００の構成＞
図１に示すように、電子機器１００は、ジャイロ式振動計１と、音出力部３とを備える。図１では、電子機器１００は、ジャイロ式振動計１および音出力部３を１つずつ備える構成を示したが、これに限らない。例えば、電子機器１００は、１つのジャイロ式振動計１に対して、複数の音出力部３を備える構成であってもよい。これにより、ジャイロ式振動計１によって検出された振動に応じた音を複数の利用者（例えば、医療関係者）に同時に聞かせることができる。
図１に示すように、電子機器１００は、ジャイロ式振動計１と、音出力部３とを備える。図１では、電子機器１００は、ジャイロ式振動計１および音出力部３を１つずつ備える構成を示したが、これに限らない。例えば、電子機器１００は、１つのジャイロ式振動計１に対して、複数の音出力部３を備える構成であってもよい。これにより、ジャイロ式振動計１によって検出された振動に応じた音を複数の利用者（例えば、医療関係者）に同時に聞かせることができる。
ジャイロ式振動計１と、音出力部３とは無線で接続されてもよい。無線で接続される場合は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉｆｉ（登録商標）などを利用して接続されてもよい。これにより、ジャイロ式振動計１と、音出力部３とが離れた位置にあっても、検出信号に対応する音を出力することができる。
また、図１では、ジャイロ式振動計１と、音出力部３とが、無線で接続される構成を示したが、これに限らない。ジャイロ式振動計１と、音出力部３とは、有線で接続されてもよい。
図１では、電子機器１００は、音生成装置２を含まない構成を示したが、電子機器１００が音生成装置２を含む構成であってもよい。電子機器１００が音生成装置２を有する場合には、例えば後述する制御用基板４０にその機能が搭載されていてもよい。
＜＜ジャイロ式振動計１の構成＞＞
ジャイロ式振動計１は、対象物に接触させることにより、該対象物の振動を検出可能な振動計である。対象物が患者の身体である場合、ジャイロ式振動計１を、患者の胸部、背部、手首、頸部、および腹部などに対して接触させればよい。ジャイロ式振動計１は、対象物の振動を後述する膜２０によって受容し、該膜２０に生じた振動を検出する構成であってもよい。ジャイロ式振動計１は、検出した振動に応じた検出信号を送信する。
ジャイロ式振動計１は、対象物に接触させることにより、該対象物の振動を検出可能な振動計である。対象物が患者の身体である場合、ジャイロ式振動計１を、患者の胸部、背部、手首、頸部、および腹部などに対して接触させればよい。ジャイロ式振動計１は、対象物の振動を後述する膜２０によって受容し、該膜２０に生じた振動を検出する構成であってもよい。ジャイロ式振動計１は、検出した振動に応じた検出信号を送信する。
図１に示す電子機器１００は、ジャイロ式振動計１を１つ備えているが、これに限定されない。例えば、電子機器１００は、ジャイロ式振動計１を複数備えていてもよい。一例として、電子機器１００は、それぞれが異なる周波数を検出可能な複数のジャイロ式振動計１を備えてもよいし、それぞれが同じ周波数を検出可能な複数のジャイロ式振動計１を備えてもよい。また、電子機器１００が複数のジャイロ式振動計１を含む場合、それらは、互いに点対称の位置に配置されていてもよい。
本開示の一態様に係るジャイロ式振動計１の構成について、図２を用いて説明する。図２は、図１で示したジャイロ式振動計１のＩ－Ｉ線における断面図である。図２に示すように、本開示の一態様に係るジャイロ式振動計１は、膜２０、支持体３０、ジャイロセンサ１２、制御用基板４０、被覆部２５およびバッテリー１５を備える。
上記の構成によれば、対象物の振動を検出することができる。具体的には、例えば、ジャイロ式振動計１は、２０Ｈｚ～２００００Ｈｚの振動を検出することができる。
［膜２０］
膜２０は、対象物からの振動を受容する。膜２０は、受容した振動に応じて変形する。膜２０は、支持体３０に、一部が開口部１１上に位置するように配される。
膜２０は、対象物からの振動を受容する。膜２０は、受容した振動に応じて変形する。膜２０は、支持体３０に、一部が開口部１１上に位置するように配される。
（１）膜の物性
ジャイロ式振動計１は、膜２０の変形によって、振動を検出する。それゆえ、膜２０の変形を左右する、膜２０の膜厚、ヤング率、密度、受容できる音速などの物性、すなわち膜２０に用いる材料、および膜の形状は、ジャイロ式振動計１の振動検出の感度に影響する。
ジャイロ式振動計１は、膜２０の変形によって、振動を検出する。それゆえ、膜２０の変形を左右する、膜２０の膜厚、ヤング率、密度、受容できる音速などの物性、すなわち膜２０に用いる材料、および膜の形状は、ジャイロ式振動計１の振動検出の感度に影響する。
膜２０の膜厚としては、１０～５０００μｍであってよい。振動を感度よく受容する観点より、２０～２０００μｍであってよく、５０～１０００μｍであってもよい。膜２０の膜厚は、膜全体が均一であってもよく、膜２０の部分によって異なっていてもよい。
また、膜２０のヤング率としては、０．１ＭＰａ～１０００ＧＰａであってよい。振動を感度よく受容する観点より、０．５～５００ＧＰａであってよく、１ＭＰａ～４００ＧＰａであってもよい。ここで、膜２０のヤング率の測定方法としては、特に限定されないが、例えば、３点曲げ試験の方法で測定される。
膜２０の密度としては、１００～５０００ｋｇ／ｍ３であってよい。振動を感度よく受容する観点より、５００～４０００ｋｇ／ｍ３であってよく、８００～２０００ｋｇ／ｍ３であってもよい。
また、膜２０の振動受容感度は、受容できる振動の音速（ｍ／ｓ）によって評価できる。膜２０が受容できる振動の音速が高い程、膜２０の振動受容感度が高いと言える。音速は、ヤング率の値を密度の値で割ることにより求められるため、膜２０は、ヤング率が高く、密度が低いほど、受容できる振動の音速が高い、すなわち高い感度を有しているといえる。膜２０が受容できる振動の音速としては、１０～２００００ｍ／ｓであってよい。振動を感度良く受容する観点より、１００～１５０００ｍ／ｓであってよく、１０００～１５０００ｍ／ｓであってもよい。
膜２０の材料としては、上述の膜厚、ヤング率、密度、および音速の範囲にある材料であれば、特に限定されないが、例えば、シリコーン、ガラスエポキシ、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、ウレタン、エポキシなどが挙げられる。振動を感度よく受容する観点より、シリコーン、ガラスエポキシ、およびＣＦＲＰであってよく、ＣＦＲＰであってもよい。
検出対象の振動の周波数に応じて、異なる物性を有する膜２０を選択してもよい。例えば、高周波数の振動を検出する場合は、膜２０として、硬い材料、すなわちヤング率が高い材料を選択してもよい。また、膜２０の膜厚を大きくしてもよい。また、低周波数の振動を検出する場合は、膜２０として、軟らかい材料、すなわちヤング率が低い材料を選択してもよい。また、膜２０の膜厚を小さくしてもよい。また、電子機器１００が複数のジャイロ式振動計１を有する場合には、例えば、ジャイロ式振動計１毎に異なる物性を有する膜２０を有していてもよい。
（２）膜の形状
膜２０は、支持体３０に配される。膜２０は、開口部１１全体を覆うように配されてもよい。膜２０が、開口部１１全体を覆うことにより、膜２０が対象物からの振動を受容するための膜の面積が大きく、振動を感度よく受容することができる。
膜２０は、支持体３０に配される。膜２０は、開口部１１全体を覆うように配されてもよい。膜２０が、開口部１１全体を覆うことにより、膜２０が対象物からの振動を受容するための膜の面積が大きく、振動を感度よく受容することができる。
ここで、膜２０が、開口部１１の全体を覆うジャイロ式振動計の一形態について説明する。図３は、膜２０ｊが、開口部１１の全体を覆う場合のジャイロ式振動計１ｊを制御用基板側から見た場合の平面図である。図３において、膜２０ｊは、開口部１１の中央を覆う中央領域２１ｊと、中央領域２１ｊから支持体３０に伸びた周辺領域２２ｊを有する。図３では、支持体３０の縁からなる部分が円形である例を示しているが、これに限定されず、支持体３０の縁からなる部分の形状は楕円、多角形などであってもよい。
膜２０ｊが、開口部１１の全体覆う場合、膜２０ｊは、１つの材料から構成される一枚の膜であってもよく、中央領域２１ｊと、周辺領域２２ｊとは、異なる材料から構成されてもよい。中央領域２１ｊと、周辺領域２２ｊとが、異なる材料から構成される場合、中央領域２１ｊは、周辺領域２２ｊよりも硬い構成であってもよい。例えば、中央領域２１ｊと、周辺領域２２ｊとは、互いにヤング率の異なる材料から構成されてもよい。中央領域２１ｊのヤング率は、周辺領域２２のヤング率よりも高い構成であってもよい。これにより、振動を感度よく受容することができる。
中央領域２１ｊの材料としては、例えば、シリコーン、ガラスエポキシ、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、ウレタン、エポキシ、アルミニウム、銅、鉄、クロム、金、銀、チタン、アルミナ、ジルコニア、チッ化アルミ、ガラスなどが挙げられる。周辺領域２２ｊの材料としては、例えば、シリコーン、ガラスエポキシ、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、ウレタン、エポキシなどが挙げられる。
一方で、中央領域２１ｊは、周辺領域２２ｊよりも柔らかくてもよい。この場合、例えば、膜２０ｊが対象物からの振動を受容するときに、膜２０ｊと対象物とを接触しやすくすることができる。
また、中央領域２１ｊおよび周辺領域２２ｊは、互いに厚みが異なっていてもよい。この場合、例えば、製造による共振特性のばらつきの補正/調整を容易にすることができる。
また、膜２０は、開口部１１の一部を覆うように配されてもよい。膜２０が開口部１１の一部を覆うように配される場合、膜２０の面積、重さなどを調節することができる。
膜２０が開口部１１の一部を覆う場合の膜の形状について、図４～１１を用いて説明する。図４～１１は、ジャイロ式振動計１ａ～１ｈを制御用基板側から見た場合の平面図である。図４～１１において、支持体３０、３０ｅに囲まれた、膜以外の部分は開口部１１に相当する。図４～１１において、ジャイロ式振動計１ａ～１ｈは、全てジャイロセンサ１２を膜２０上の支持体３０に近い位置に１つ備えている。ジャイロセンサ１２の配置の詳細については後述する。図４、６、８、および１０は、支持体３０の縁からなる部分が円形である例を示しており、図５、７、９、および１１は、支持体３０の縁からなる部分が四角形である例を示している。しかし、これに限定されず、支持体３０の縁からなる部分の形状は楕円、多角形などであってもよい。
ジャイロ式振動計１は、中央領域２１から支持体３０まで帯状に伸びている周辺領域２２を有していてもよい。図４において、ジャイロ式振動計１ａの膜２０ａは、開口部１１の中央を覆う中央領域２１、および中央領域２１から支持体３０に伸びた複数の周辺領域２２を備える。これにより、振動を感度よく受容し、検出することができる。一例において、中央領域２１は、円形であってもよく、支持体３０の縁からなる円の中心を含む領域に配置され得る。中央領域２１の外周部は、該外周部のうちいずれの点をとっても、該点から最も近い支持体３０の縁（図４の点線で示す部分）までの距離が等間隔であるように配置されてもよい。これに限定されず、中央領域２１の形状は、楕円形および多角形等であってもよい。
また、ジャイロ式振動計１ａにおいて、周辺領域２２は４つあり、それぞれの周辺領域２２は同じ長さでもよい。あるいは、向かい合う周辺領域２２同士が同じ長さであり、隣り合う周辺領域２２同士の長さは異なっていてもよい。
中央領域２１と、周辺領域２２とは、同じ材料から構成されていてもよく、それぞれ異なる材料から構成されていてもよい。それぞれ異なる材料から構成される場合、中央領域２１は、周辺領域２２よりも硬くてもよい。これにより、振動を感度よく受容することができる。中央領域２１の材料としては、例えば、シリコーン、ガラスエポキシ、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、ウレタン、エポキシ、アルミニウム、銅、鉄、クロム、金、銀、チタン、アルミナ、ジルコニア、チッ化アルミ、ガラスなどが挙げられる。周辺領域２２の材料としては、例えば、シリコーン、ガラスエポキシ、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、ウレタン、エポキシなどが挙げられる。
一方で、中央領域２１は、周辺領域２２よりも柔らかくてもよい。この場合、例えば、膜２０ａが対象物からの振動を受容するときに、膜２０ａと対象物とを接触しやすくすることができる。
また、中央領域２１および周辺領域２２は、互いに厚みが異なっていてもよい。この場合、例えば、製造による共振特性のばらつきの補正および／または調整を容易にすることができる。
図４において、ジャイロ式振動計１ａは、周辺領域２２上にジャイロセンサ１２を１つ備えている。ジャイロセンサ１２の配置の詳細については後述するが、ジャイロセンサ１２は、中央領域２１ではなく、周辺領域２２上に配置されていてよい。また、ジャイロセンサ１２の数は、１つに限らず、膜２０に複数のジャイロセンサを備えていてもよい。
中央領域２１は、対象物からの振動を受容するためには所定以上の面積を有していてよいが、面積が大きすぎると、ジャイロセンサ１２を配置するための周辺領域２２が短くなる。そのため、中央領域２１の面積は、支持体３０の縁からなる円の面積に対して、１０％～８０％の大きさであってよい。
図５において、ジャイロ式振動計１ｇの膜２０ｇは、支持体３０ｅの縁からなる四角形の中心を含む部分に中央領域２１ｇ、および中央領域２１ｇから支持体３０ｅに伸びた周辺領域２２ｇを備える。中央領域２１ｇは、支持体３０ｅの縁からなる四角形を縮小した形に相当する。換言すると、支持体３０ｅの縁からなる四角形の対角線と、中央領域２１ｇの対角線とは重なるように配置されていてもよい。また、周辺領域２２ｇは、支持体３０ｅの縁からなる四角形の各辺の中心と、中央領域２１ｇの各辺の中心とを結ぶ線をそれぞれ含むように配置されていてもよい。
図６において、ジャイロ式振動計１ｄの膜２０ｄは、中央領域２１ｄ、および周辺領域２２ｄを備える。ジャイロ式振動計１ｄは、図４で示したジャイロ式振動計１ａから、Ｙ軸方向に長手方向を有する２つの周辺領域２２を取り除いた形態ともいえる。図４で示したジャイロ式振動計１ａの膜２０ａよりも、膜２０ｄの面積は小さく、膜２０ｄ全体の重さが軽くなるため、膜２０ｄは振動に応じて変形しやすい。
図７において、ジャイロ式振動計１ｈの膜２０ｈは、中央領域２１ｈ、および周辺領域２２ｈを備える。ジャイロ式振動計１ｈは、図５で示したジャイロ式振動計１ｇから、Ｙ軸方向に長手方向を有する２つの周辺領域２２ｇを取り除いた形態ともいえる。図５で示したジャイロ式振動計１ｇの膜２０ｇよりも、膜２０ｈの面積は小さく、膜２０ｈ全体の重さが軽くなるため、膜２０ｈは振動に応じて変形しやすい。
図８において、ジャイロ式振動計１ｂの膜２０ｂは、＋（プラス）型の形状をしている。＋型の膜２０ｂの中央領域２１ｂは、支持体３０の縁からなる円の中心を含むように配される。また、図８において、膜２０ｂは、Ｘ軸に長手方向を有する周辺領域２２ｂ、およびＹ軸に長手方向を有する周辺領域２２ｂによって構成され、これらが直角に交差するような形状である例を挙げたが、これに限らない。例えば、＋型の膜２０ｂの交点が直角ではない角度であってもよい。膜２０ｂは、１枚の膜を＋型に切り抜いたものであってもよいし、２枚の短冊状の膜が交差してなる形態であってもよい。また、膜２０ｂが２枚の短冊状の膜が交差してなる形態である場合、２枚の膜は異なる材料から構成されてもよく、同じ材料から構成されてもよい。
図８の膜２０ｂは、図４の膜２０ａから円形状の中央領域２１を取り除いた形態ともいえる。図８の膜２０ｂは、対象物からの振動を受容するための面積は図４の膜２０ａと比べて小さいが、膜全体の重さが軽くなるため、膜２０ｂが振動に応じて変形しやすい。
図９において、ジャイロ式振動計１ｅの支持体３０ｅは四角形である。膜２０ｅは、図８の膜２０ｂと同様、＋型の形状をしている。膜２０ｅの端部は、それぞれ四角形の支持体３０ｅの各辺の中心を含む位置で固定されている。図９の膜２０ｅは、図５の膜２０ｇから四角状の中央領域２１ｇを取り除いた形態ともいえる。図９の膜２０ｅは、対象物からの振動を受容するための面積は図５の膜２０ｇと比べて小さいが、膜全体の重さが軽くなるため、膜２０ｅが振動に応じて変形しやすい。
図１０において、ジャイロ式振動計１ｃの膜２０ｃは、細い短冊状の形状をしており、支持体３０の縁からなる円の直径に相当する位置に配置される。支持体３０の縁からなる円の中心を対称点として、点対称となる位置に膜２０ｃの両端が固定されている。図１０の膜２０ｃは、図８の膜２０ｂからＹ軸方向に長手方向を有する周辺領域２２ｂを取り除いた形態ともいえる。図１０の膜２０ｃは、対象物からの振動を受容するための面積は、図８の膜２０ｂと比べて小さいが、膜全体の重さが軽くなるため、膜２０ｃが振動に応じて変形しやすい。
図１１において、ジャイロ式振動計１ｆの膜２０ｆは、図１０の膜２０ｃと同様、短冊状の形状をしている。膜２０ｆの両端部は、支持体３０ｅの各辺の中心を含む位置で固定されている。図１１の膜２０ｆは、図９の膜２０ｅからＹ軸方向に長手方向を有する周辺領域２２ｅを取り除いた形態ともいえる。図１１の膜２０ｆは、対象物からの振動を受容するための面積は、図９の膜２０ｅと比べて小さいが、膜全体の重さが軽くなるため、膜２０ｆが振動に応じて変形しやすい。
図５、７、９、および１１において、支持体３０ｅが四角形である場合を示したが、四角形は、正方形であってもよく、長方形であってもよく、平行四辺形であってもよい。図９および１１において、中央領域２１ｇおよび２１ｈの形状も、正方形であってもよく、長方形であってもよく、平行四辺形であってもよい。持体の縁からなる四角形の対角線と、中央領域の対角線とは、必ずしも重ならなくてもよい。
また、図５、７、９、および１１において、膜２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈそれぞれの端部は、支持体の縁からなる四角形の一辺の中心部を含む位置において固定されているが、固定される位置はこれに限定されない。例えば、支持体の縁からなる四角形の対角線上に膜が配置され、膜の端部が、支持体の縁からなる四角形の角に固定される形態であってもよい。
また、図示はしていないが、短冊状の形状の２枚以上の膜を交わらないように並列に配置する形態であってもよい。
図３～１１では、膜２０ａ～２０ｈ、２０ｊを制御用基板４０側から見た場合の膜の形状について説明したが、図２に戻って、ジャイロ式振動計１の断面から見た場合の膜の形状は、例えば、皿状であってもよい。皿状とは、振動を検出する対象物に対して凸状、換言すれば支持体３０の底面に対して凹状であってもよい。本実施形態に係る支持体３０は、以下の説明の通り、凹部１３を有しているが、膜２０が皿状であり、膜２０が振動可能な空間を確保できていれば、支持体３０は必ずしも凹部１３を有していなくてもよい。また、膜２０は、平坦であってもよい。すなわち、膜２０は、開口部に沿った平面形状であってもよい。
［支持体３０］
支持体３０は、膜２０を支持する。図２に示すように、支持体３０は、開口部１１を有する凹部１３を有する。また、凹部１３は底部を有していてよい。底部を有することによって、膜２０は、開口部１１側とは反対側からの圧力の変形を受けにくい。凹部１３の深さは、特に限定されないが、膜２０が振動する際に、膜２０と、凹部１３の内側面とが接触しない程度の深さであってよい。これにより、膜２０と凹部１３の内側面とが接触せず、内側面によって膜２０の振動が阻害されることがない。
支持体３０は、膜２０を支持する。図２に示すように、支持体３０は、開口部１１を有する凹部１３を有する。また、凹部１３は底部を有していてよい。底部を有することによって、膜２０は、開口部１１側とは反対側からの圧力の変形を受けにくい。凹部１３の深さは、特に限定されないが、膜２０が振動する際に、膜２０と、凹部１３の内側面とが接触しない程度の深さであってよい。これにより、膜２０と凹部１３の内側面とが接触せず、内側面によって膜２０の振動が阻害されることがない。
支持体３０は、膜２０に所定の張力を与えた状態で膜２０を保持する。これにより、膜２０が撓まず、膜２０に固定されるジャイロセンサ１２が、膜の振動を感度よく検出することができる。
膜２０と、支持体３０とは、接着部１６で固定されていてもよい。接着部１６は、例えば、公知の接着剤による部分であってもよいし、支持体３０に膜２０の端部を嵌め込んだ部分であってもよい。接着剤は、例えば、エポキシ樹脂などの樹脂材料、またははんだ等の金属材料が挙げられる。接着剤として、金属材料を選択した場合には、接着剤によって振動が吸収されることを低減することができ、膜２０の振動特性を向上させることができる。また、接着剤として樹脂材料を選択した場合には、支持体３０からの振動が膜２０に伝達されることを低減することができ、ノイズを低減することができる。
また、膜２０は、支持体３０の上面に固定されていてもよい。また、膜２０は、支持体３０の凹部１３の内側面に配されていてもよいし、凹部１３の深さが浅い場合には、凹部１３の底面に固定されていてもよい。
支持体３０の材料は特に限定されないが、対象物の振動に対して、膜２０のみが振動するよう、支持体３０は膜２０よりも硬い材料から構成されていてよい。支持体３０の材料としては、例えば、樹脂、金属、セラミックなどが挙げられる。
また、支持体３０が振動しないように、支持体３０は柔らかい物質で覆われていてもよい。柔らかい物質とは、例えば、シリコーンゴム、ウレタンゴムなどが挙げられる。支持体３０を覆う物質は、後述する被覆部２５とは別であって、支持体３０のみを覆うものであってもよい。
［被覆部２５］
ジャイロ式振動計１は、膜２０と対象物との間に配される被覆部２５をさらに備えてもよい。上記の構成により、ジャイロセンサ１２が配された膜２０が対象物と直接接触することがない。被覆部２５が膜２０に振動を伝えるために、被覆部２５と、膜２０とは、接していてよい。
ジャイロ式振動計１は、膜２０と対象物との間に配される被覆部２５をさらに備えてもよい。上記の構成により、ジャイロセンサ１２が配された膜２０が対象物と直接接触することがない。被覆部２５が膜２０に振動を伝えるために、被覆部２５と、膜２０とは、接していてよい。
被覆部２５は、膜２０と同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。被覆部２５は、例えば、防水性の材料であってもよい。これにより、ジャイロ式振動計１を洗浄可能とすることができ、ジャイロ式振動計１を衛生的に保つことができる。また、被覆部２５は、例えば、抗菌性の材料であってもよい。これにより、ジャイロ式振動計１を衛生的に保つことができる。また、被覆部２５は、粘着性のある材料であってもよい。これにより、ジャイロ式振動計１と対象物（例えば、患者の身体）との密着度を向上させることができ、振動を感度よく検出することができる。
［その他の膜］
ジャイロ式振動計１は、被覆部２５、および膜２０の他に膜を備えた多層構造であってもよい。ジャイロ式振動計１が多層構造である場合、複数ある膜のうち、いずれか一層のみが支持体３０に固定されていればよい。膜が複数ある場合、対象物の振動の損失を避けるために、複数の膜同士は接着される、または、膜同士が近い位置にあってよい。ジャイロ式振動計１が多層構造である場合、それぞれの膜の材質、ヤング率および寸法などが異なってもよい。
ジャイロ式振動計１は、被覆部２５、および膜２０の他に膜を備えた多層構造であってもよい。ジャイロ式振動計１が多層構造である場合、複数ある膜のうち、いずれか一層のみが支持体３０に固定されていればよい。膜が複数ある場合、対象物の振動の損失を避けるために、複数の膜同士は接着される、または、膜同士が近い位置にあってよい。ジャイロ式振動計１が多層構造である場合、それぞれの膜の材質、ヤング率および寸法などが異なってもよい。
［ジャイロセンサ１２］
ジャイロセンサ１２は、対象物が発する振動を角速度として検出するためのセンサである。図２に示すように、ジャイロセンサ１２は、膜２０上の、開口部１１を覆う側の面に配される。これにより、ジャイロセンサ１２は、対象物が発する振動に伴う膜２０の振動を検出する。
ジャイロセンサ１２は、対象物が発する振動を角速度として検出するためのセンサである。図２に示すように、ジャイロセンサ１２は、膜２０上の、開口部１１を覆う側の面に配される。これにより、ジャイロセンサ１２は、対象物が発する振動に伴う膜２０の振動を検出する。
ジャイロセンサ１２は、振動を角速度として検出できるセンサであればよく、公知のジャイロセンサであってよい。例えば、１軸のジャイロセンサである。
ジャイロセンサ１２は、屈曲振動を励振する駆動アームと、屈曲振動を検出する検出アームと、駆動アームを励振させる電極と、検出アームの振動を電気信号に変換する電極とを備えていてよい。ジャイロセンサ１２の構成の一例は、後述する。また、ジャイロセンサは、水晶を原料とする水晶振動子であってよい。
ジャイロセンサ１２と、膜２０とは、接着剤によって固定されてもよく、樹脂塗膜によって固定されてもよく、半田、銀ペースト等の電気的接続材料によって固定されてもよい。
ジャイロセンサ１２が、膜２０の振動を検出する仕組みについて説明する。図１２は、ジャイロセンサ１２の一例を示す。図１２は、図４の膜２０ａの領域５０を拡大した図である。ジャイロセンサ１２は、駆動アーム１２０１、１２０２、検出アーム１２０３、および固定部１２０４から構成される。図示はしないが、ジャイロセンサ１２は、駆動アーム１２０１、１２０２を励振させるための駆動信号が入力される電極と、検出アーム１２０３の振動を電気信号に変換するための電極とを備えていてよい。駆動アーム１２０１、１２０２、および検出アーム１２０３は、Ｙ軸方向に長手方向を有し、Ｘ軸方向に長手方向を有する固定部１２０４に固定される。駆動アーム１２０１、１２０２は、Ｘ軸方向へ屈曲振動が励振される。駆動アーム１２０１、１２０２の屈曲振動が励振された状態でＺ軸回りの角速度が印加された場合、検出アーム１２０３により屈曲振動が検出されることでＺ軸回りの角速度が検出される。これにより、ジャイロセンサ１２は、膜２０の振動を角速度として検出することができる。
振動を感度よく検出する観点より、ジャイロセンサ１２は、Ｘ軸方向に長手方向を有する膜２０ａの長手方向に対して、ジャイロセンサ１２の駆動アーム１２０１、１２０２、および検出アーム１２０３は、垂直になるように配されてよい。また、例えば、図４の膜２０ａのうち、Ｙ軸方向に長手方向を有する周辺領域２２にジャイロセンサ１２が設置される場合は、膜２０ａの長手方向に対して、ジャイロセンサ１２の駆動アーム１２０１、１２０２、および検出アーム１２０３が垂直になるようにジャイロセンサ１２が配されていてよい。
また、ジャイロセンサ１２は、膜２０が対象物の振動を受容して変形した場合に、該膜における、単位時間当たりの傾きの変化が最大となる位置に配されていてよい。膜の傾きとは、振幅していない初期状態の膜に対する角度のことである。膜２０が対象物の振動を受容して変形する場合、膜には、振幅が最大となり変位が最も揺れ動くが、傾きがゼロである「腹部」と、振幅がゼロであるが、傾きが最大となる「節部」とが現れる。膜の傾きの変化が最大になる位置とは、「節部」の位置である。また、「腹部」と「節部」とは、振動の周波数によって異なる位置に現れる。
ジャイロセンサ１２を配する、膜２０上の位置について説明する。図１３は、所定の周波数の振動に応じる、単位時間当たりの膜の傾きの変化を示すグラフであり、傾きの変化の最大値を１に規格化したグラフである。縦軸は単位時間当たりの膜の傾きの変化の値、横軸は「腹部」に相当する位置を０とした、膜２０の相対位置を示す。「腹部」は、膜２０の中心に相当する。一例として、点線は周波数が６７０Ｈｚ、破線は１７０Ｈｚ、実線は９７０Ｈｚの周波数の振動に応じる膜の傾きの変化を示す。点線で示すグラフのうち、傾きの変化が最大となる位置ａは、膜２０の中心から最も離れた位置にある。また、破線で示すグラフのうち、傾きの変化が最大となる位置ｂは、位置ａよりも膜２０の中心に近い位置にあり、実線で示すグラフのうち、傾きの変化が最大となる位置ｃは、膜２０の中心から最も近い位置にある。このように、振動の周波数の値によって、膜の傾きの変化が最大となる膜の位置は異なる。そのため、ジャイロセンサ１２が、単位時間当たりの傾きの変化が最大となる位置に配されることにより、検出したい振動の周波数を感度よく検出することができる。
また、ジャイロ式振動計１は、膜２０に配された、異なる周波数帯の振動をそれぞれ検出可能な複数のジャイロセンサ１２を有してもよい。ジャイロ式振動計１は、膜２０が検出対象となる周波数帯の振動を受容して変形した場合に、膜２０における、単位時間当たりの傾きの変化が最大となるそれぞれの位置に複数のジャイロセンサ１２を有してもよい。これにより、幅広い周波数帯の振動を感度よく検出することができる。
また、ジャイロ式振動計１は、膜２０に配された、複数のジャイロセンサ１２を有しており、複数のジャイロセンサ１２は、開口部１１の中心からの少なくとも１つの放射線上に並んでもよい。これにより、異なる周波数帯の振動を検出することができる。
また、ジャイロ式振動計１は、膜２０に配された、複数のジャイロセンサ１２を有しており、複数のジャイロセンサ１２は、膜２０の中心の変位が最も大きくなる場合の膜２０の振動の伝搬方向に沿って並んでいてもよい。これにより、異なる周波数帯の振動を検出することができる。
図１４は、ジャイロ式振動計１ｉを示し、ジャイロセンサ１２を配する位置を説明するための図である。ジャイロ式振動計１ｉは、Ｘ軸方向の周辺領域２２の異なる位置にジャイロセンサ１２ａ、１２ｂ、および１２ｃを備える。ジャイロセンサ１２ａ、１２ｂ、および１２ｃは、開口部１１の中心、すなわち中央領域２１の中心から少なくとも１つの放射線上に並んでいる。また、ジャイロセンサ１２ａ、１２ｂ、および１２ｃは、対象物からの振動を受容し、膜２０の中心の変位が最も大きくなる場合の膜２０の振動の伝搬方向に沿って並んでいてよい。例えば、ジャイロセンサ１２ａ、１２ｂ、および１２ｃは、それぞれ図１３で示した位置ａ、ｂ、およびｃに対応する位置に配置されていてよい。例えば、ジャイロセンサ１２ａは、膜２０が、周波数６７０Ｈｚの振動を受容して変形した場合に、膜２０における単位時間当たりの傾きの変化が最大となる位置に配されていてよい。ジャイロセンサ１２ｂは、周波数１７０Ｈｚの振動を、そして、ジャイロセンサ１２ｃは、周波数９７０Ｈｚの振動を受容して膜２０が変形した場合に、膜２０における単位時間当たりの傾きの変化が最大となる位置に配されていてよい。このように、異なる周波数帯の振動を検出可能な複数のジャイロセンサ１２を備えることにより、幅広い周波数帯の振動を感度よく検出することができる。
また、ジャイロ式振動計１は、膜２０のうち、膜２０の中心を点対称とする対応位置にもジャイロセンサ１２を備えてもよい。図１４のジャイロ式振動計１ｉは、ジャイロセンサ１２ａ、１２ｂ、および１２ｃに対して、膜２０の中心を点対称とする対応位置に、それぞれジャイロセンサ１２ａ’、１２ｂ’、および１２ｃ’を備えている。ジャイロセンサ１２ａ’、１２ｂ’、および１２ｃ’は、それぞれジャイロセンサ１２ａ、１２ｂ、および１２ｃと同じ周波数の振動を同じ感度で検出する。このように、ジャイロ式振動計１は、ジャイロセンサ１２を膜２０の中心を点対称とする対応位置に備えることにより、より精確に振動を検出することができる。
ジャイロセンサ１２は、－４０℃～８５℃において、振動を検出する感度の温度依存性が最も小さくてもよい。また、ジャイロセンサ１２は、１０℃～８５℃において、温度依存性が最も小さくてよく、３４℃～４３℃において、温度依存性が最も小さくてよい。上記の構成によれば、人の体温に近い温度において、ジャイロセンサ１２の温度依存性が小さくなるため、人の身体に由来する振動を感度よく検出することができる。
［制御用基板４０］
図２に戻り、ジャイロ式振動計１は、ジャイロセンサ１２と配線１４を介して接続された、ジャイロセンサ１２を制御するための制御用基板４０を備える。制御用基板４０は、凹部１３内に配される。制御用基板４０は、ジャイロセンサ１２から入力された振動の角速度を電気信号に変換するための基板である。上記の構成により、ジャイロ式振動計１は、ジャイロセンサ１２から入力された振動の角速度を電気信号に変換することができる。
図２に戻り、ジャイロ式振動計１は、ジャイロセンサ１２と配線１４を介して接続された、ジャイロセンサ１２を制御するための制御用基板４０を備える。制御用基板４０は、凹部１３内に配される。制御用基板４０は、ジャイロセンサ１２から入力された振動の角速度を電気信号に変換するための基板である。上記の構成により、ジャイロ式振動計１は、ジャイロセンサ１２から入力された振動の角速度を電気信号に変換することができる。
また、ジャイロセンサ１２と、制御用基板４０とを接続する配線１４は、可撓性を有する。配線１４が可撓性を有することにより、膜２０の振動を配線１４が阻害しない。また、配線１４の材料としては、具体的には、ゴム、ＣＦＲＰ、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）などが挙げられる。特に可撓性の高いＧＦＲＰを用いることにより、膜２０の振動を配線１４が阻害せず、振動を感度よく検出することができる。
配線１４の形態はこれに限定されず、配線１４は、膜２０の開口部１１を覆う側の面または支持体３０の内壁にプリントされてもよい。これにより、膜２０の振動を配線１４が阻害する虞がない。
制御用基板４０は、ジャイロセンサ１２の検出信号を外部機器に送信する通信部４１を備えてもよい。これにより、ジャイロセンサ１２の検出信号を外部機器に送信することができる。ジャイロセンサ１２の検出信号を外部機器に送信する形態については、実施形態２において詳細に説明する。
［バッテリー１５］
ジャイロ式振動計１は、制御用基板４０に電気を供給するためのバッテリー１５を備えてもよい。バッテリー１５と、制御用基板４０とは、配線１７を介して接続されてよい。ジャイロ式振動計１がバッテリー１５を備えることにより、ジャイロ式振動計１の持ち運びが容易であり、ジャイロ式振動計１の使用場所が限定されないという利点がある。ジャイロ式振動計１は、バッテリー１５の代わりに電池を備えてもよいし、外部電源を接続する形態であってもよい。
ジャイロ式振動計１は、制御用基板４０に電気を供給するためのバッテリー１５を備えてもよい。バッテリー１５と、制御用基板４０とは、配線１７を介して接続されてよい。ジャイロ式振動計１がバッテリー１５を備えることにより、ジャイロ式振動計１の持ち運びが容易であり、ジャイロ式振動計１の使用場所が限定されないという利点がある。ジャイロ式振動計１は、バッテリー１５の代わりに電池を備えてもよいし、外部電源を接続する形態であってもよい。
＜＜音出力部３＞＞
図１に戻り、音出力部３は、ジャイロセンサ１２の検出信号に基づいて生成された音データを出力する。音出力部３が出力する音データは、例えば、ジャイロセンサ１２の検出信号に基づいて後述する音生成装置２が生成した音データであってもよい。図１において、音出力部３はイヤホンであるが、これに限らず、例えば、スピーカであってもよい。音生成装置２と、音出力部３とは、有線で接続されてもよく、無線で接続されてもよい。音出力部３の可搬性の観点より、音生成装置２と、音出力部３とは無線で接続されてよく、無線の形態としてはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）などの利用が挙げられる。また、音出力部３は、表示装置をさらに備えてもよい。表示装置は、音に対応する振動の波形、振動を示すスペクトログラム、振動の時間波形、振動の周波数の値などを表示してもよい。表示装置としては、例えば、ディスプレイが挙げられる。
図１に戻り、音出力部３は、ジャイロセンサ１２の検出信号に基づいて生成された音データを出力する。音出力部３が出力する音データは、例えば、ジャイロセンサ１２の検出信号に基づいて後述する音生成装置２が生成した音データであってもよい。図１において、音出力部３はイヤホンであるが、これに限らず、例えば、スピーカであってもよい。音生成装置２と、音出力部３とは、有線で接続されてもよく、無線で接続されてもよい。音出力部３の可搬性の観点より、音生成装置２と、音出力部３とは無線で接続されてよく、無線の形態としてはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）などの利用が挙げられる。また、音出力部３は、表示装置をさらに備えてもよい。表示装置は、音に対応する振動の波形、振動を示すスペクトログラム、振動の時間波形、振動の周波数の値などを表示してもよい。表示装置としては、例えば、ディスプレイが挙げられる。
＜音生成装置２＞
音生成装置２は、受信した検出信号に対応する音を生成する。換言すると、音生成装置２は、検出信号である電気信号を、音データにする変換する。音生成装置２は、例えば、コンピュータである。音生成装置２は、生成した音データを送信する。ジャイロ式振動計１が、複数の異なる周波数の振動を検出する場合、音生成装置２は、音データを生成する時に、検出された異なる周波数の振動を統合して音を生成してもよい。
音生成装置２は、受信した検出信号に対応する音を生成する。換言すると、音生成装置２は、検出信号である電気信号を、音データにする変換する。音生成装置２は、例えば、コンピュータである。音生成装置２は、生成した音データを送信する。ジャイロ式振動計１が、複数の異なる周波数の振動を検出する場合、音生成装置２は、音データを生成する時に、検出された異なる周波数の振動を統合して音を生成してもよい。
ジャイロ式振動計１と、音生成装置２とは、有線で接続されていても、無線で接続されてもよい。ジャイロ式振動計１と、音生成装置２とが離れた位置にあっても検出信号に対応する音を生成できるという観点より、無線で接続されていてよい。ジャイロ式振動計１と、音生成装置２とが、無線で接続される場合、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）などの利用が挙げられる。
〔実施形態２〕
本実施形態では、ノイズとなる振動を除去するジャイロ式振動計１の形態について説明する。ジャイロ式振動計１は、対象物からの振動と、対象物以外からの振動とを受容しうる。それゆえ、検出信号は、対象物からの振動に応じた検出信号と、対象物以外からの振動に応じた検出信号とが重なっている。対象物以外からの振動とは、例えば支持体の動きに由来する振動であってもよい。支持体の動きとは、例えばジャイロ式振動計１を把持するユーザの手ぶれ等であってもよい。対象物からの振動に、対象物以外からの振動が重なって検出されると、ジャイロ式振動計１は対象物からの振動を正しく検出することが困難である。本実施形態のジャイロ式振動計１によれば、検出信号から対象物以外からの振動に応じた検出信号を除去することができる。
本実施形態では、ノイズとなる振動を除去するジャイロ式振動計１の形態について説明する。ジャイロ式振動計１は、対象物からの振動と、対象物以外からの振動とを受容しうる。それゆえ、検出信号は、対象物からの振動に応じた検出信号と、対象物以外からの振動に応じた検出信号とが重なっている。対象物以外からの振動とは、例えば支持体の動きに由来する振動であってもよい。支持体の動きとは、例えばジャイロ式振動計１を把持するユーザの手ぶれ等であってもよい。対象物からの振動に、対象物以外からの振動が重なって検出されると、ジャイロ式振動計１は対象物からの振動を正しく検出することが困難である。本実施形態のジャイロ式振動計１によれば、検出信号から対象物以外からの振動に応じた検出信号を除去することができる。
本実施形態のジャイロ式振動計１は、第１ジャイロセンサおよび第２ジャイロセンサを備え、前記第１ジャイロセンサは前記膜に配され、前記第２ジャイロセンサは前記膜または前記支持体に配されてもよい。また、音生成装置２は、第１ジャイロセンサの第１検出信号と、第２ジャイロセンサの第２検出信号とに基づいて音データを生成してもよい。この場合、音出力部３には、第１検出信号および第２検出信号に基づく音データが出力されることになる。音生成装置２は、例えば、第１検出信号と第２検出信号とを加算、または減算などの演算処理を行なって音データを生成してもよい。
図１５は、本開示の一態様に係るジャイロ式振動計１ｋを制御用基板４０側から見た場合の平面図であり、膜上に２つのジャイロセンサを備え、該２つのジャイロセンサの向きが同じであるジャイロ式振動計の一例を示す。ここで、図１２で示すようにジャイロセンサは、駆動アーム１２０１、１２０２、および検出アーム１２０３を備える。駆動アーム１２０１、１２０２と、検出アーム１２０３とは、Ｙ軸方向に長手方向に沿ってそれぞれが逆向きに延伸している。ジャイロセンサの向きとは、駆動アーム１２０１、１２０２と、検出アーム１２０３とが示す向きである。図１５の黒丸は、ジャイロセンサの向きを示すために、一例として、駆動アーム１２０１、１２０２が伸びている方向に付されている。ジャイロ式振動計１ｋは、膜２０ａの周辺領域２２にジャイロセンサ１２ｄおよび１２ｅを備える。ジャイロセンサ１２ｄおよび１２ｅは互いに同じ向きで配される。また、ジャイロセンサ１２ｄおよび１２ｅは、膜２０ａの中心を通る線（図１５においてはＹ軸）に対して軸対称の位置に配される。２つのジャイロセンサは軸対称の位置に配されるため、２つのジャイロセンサは同じ周波数帯の振動を検出することができる。
ジャイロ式振動計１ｋは、２つのジャイロセンサの向きがＹ軸方向に沿って同じに配されるため、それぞれのジャイロセンサが検出した振動に応じた検出信号を減算することによりノイズを除去することができる。例えば、支持体３０、すなわちジャイロ式振動計１ｋ全体が振動している場合、ジャイロセンサ１２ｄおよび１２ｅは互いに同じ周波数帯の振動を検出する。そのため、２つのジャイロセンサで共通する検出信号を減算して除去することにより、膜２０ａによる検出信号のみを取得することができる。
具体例を図１６に示す。図１６は、２つのジャイロセンサ１２ｄ、１２ｅで検出された振動に応じた検出信号を示す図であり、一例として、信号Ｓｄはジャイロセンサ１２ｄの検出信号、信号Ｓｅはジャイロセンサ１２ｅの検出信号である。信号Ｓｄおよび信号Ｓｅのうち、点線で示される信号は、主に支持体３０の振動に応じた検出信号であり、信号Ｓｄおよび信号Ｓｅに共通した検出信号である。実線で示される信号は、主に膜２０ａの振動に応じた検出信号である。膜２０ａが振動するときに、ジャイロセンサ１２ｄと、ジャイロセンサ１２ｅとは膜の傾きに伴い互いに逆の方向に傾くため、それぞれのジャイロセンサから得られる検出信号は互いに逆の位相を示す。信号Ｓｄと信号Ｓｅとを減算すると（Ｓｄ－Ｓｅ）、信号Ｓｄと信号Ｓｅとで共通する支持体３０の振動に応じた検出信号が除去され、膜２０ａの振動に応じた検出信号が取得される。また、膜２０ａの振動に応じた検出信号は増幅される。これによれば、支持体３０の振動に応じた検出信号は除去され、膜２０ａの振動に応じた検出信号、すなわち対象物からの振動に応じた検出信号は増幅されて取得することができる。
図１５、１６では、２つのジャイロセンサで検出された振動に応じた検出信号を減算することによりノイズを除去する態様を説明した。２つのジャイロセンサの向きをＹ軸方向に沿って逆に配する場合、２つのジャイロセンサの検出信号を加算してもノイズを除去することができる。
図１７は、本開示の一態様に係るジャイロ式振動計１ｐを制御用基板４０側から見た場合の平面図であり、膜上に２つのジャイロセンサ１２ｆ、１２ｇを備え、該２つのジャイロセンサの向きがＹ軸方向に沿って逆であるジャイロ式振動計の一例を示す。ジャイロセンサの向きが逆であるとは、支持体３０の縁からなる円の中心を対称点として、点対称となる位置にあることと同じである。ジャイロ式振動計１ｐは、膜２０ａの周辺領域２２にジャイロセンサ１２ｆと１２ｇとを備える。ジャイロセンサ１２ｆとジャイロセンサ１２ｇとは、センサの向きはＹ軸方向に沿って互いに逆であるが、配される位置としては、膜２０ａの中心を通る線（図１７においてはＹ軸）に対して軸対称の位置である。
ジャイロ式振動計１ｐは、２つのジャイロセンサ１２ｆ、１２ｇの向きがＹ軸方向に沿って逆であるため、それぞれのジャイロセンサが検出した振動に応じた検出信号を加算することによりノイズを除去することができる。例えば、支持体３０、すなわちジャイロ式振動計１ｐ全体が振動している場合、ジャイロセンサ１２ｆおよび１２ｇは互いに同じ周波数の振動を逆位相にて検出する。そのため、２つのジャイロセンサで共通する検出信号を加算して除去することにより、膜２０ａによる検出信号のみを取得することができる。
具体例を図１８に示す。図１８は、２つのジャイロセンサ１２ｆ、１２ｇで検出された振動に応じた検出信号を示す図であり、一例として、信号Ｓｆはジャイロセンサ１２ｆの検出信号、信号Ｓｇはジャイロセンサ１２ｇの検出信号である。実線と点線とで示される信号は、図１６と同じである。支持体３０の振動は、ジャイロセンサ１２ｆおよび１２ｇの向きが逆であるため、実線で示される信号は互いに逆の位相を示す。これに対し、膜２０ａが振動するときは、ジャイロセンサ１２ｆとジャイロセンサ１２ｇとは膜の傾きに伴い逆の方向に傾くが、ジャイロセンサの向きが逆であるため、それぞれのジャイロセンサから得られる検出信号は互いに同じ位相を示す。信号Ｓｆと信号Ｓｇとを加算すると（Ｓｆ＋Ｓｇ）、信号Ｓｆと信号Ｓｇとで共通する支持体３０の振動に応じた検出信号のみが除去され、膜２０ａの振動に応じた検出信号のみが取得される。また、膜２０ａの振動に応じた検出信号は増幅される。これによれば、支持体３０の振動に応じた検出信号、すなわちノイズは除去され、膜２０ａの振動に応じた検出信号、すなわち対象物からの振動に応じた検出信号は増幅されて取得することができる。
図１５～１８では、２つのジャイロセンサ、すなわち第１ジャイロセンサと第２ジャイロセンサとが、膜２０ａの中心を通る線（Ｙ軸）に対して軸対称に配される態様を説明したが、２つのジャイロセンサは膜の軸対称の位置以外に配されてもよい。２つのジャイロセンサが軸対称の位置以外に配されることにより、それぞれのジャイロセンサが異なる周波数帯の振動を検出することができる。
図１９は、本開示の一態様に係るジャイロ式振動計１ｍを制御用基板４０側から見た場合の平面図である。ジャイロ式振動計１ｍは、膜２０ａ上に２つのジャイロセンサ１２ｈ、１２ｉを備え、該２つのジャイロセンサの位置が膜の中心を通る線に対して軸対称以外の位置にあるジャイロ式振動計の一例である。ジャイロ式振動計１ｍは、膜２０ａのうち、ジャイロセンサ１２ｉを中央領域２１に、ジャイロセンサ１２ｈを周辺領域２２に備える。それぞれのジャイロセンサの向きはＹ軸方向に沿って同じである。ジャイロセンサ１２ｈと１２ｉとは異なる周波数帯の振動を検出するため、これらの振動に応じた検出信号を減算することにより、幅広い周波数帯の検出信号を取得することができる。
具体例を図２０に示す。図２０は、２つのジャイロセンサ１２ｈ、１２ｉで検出された振動に応じた検出信号を示す図であり、信号Ｓｈはジャイロセンサ１２ｈの検出信号、信号Ｓｉはジャイロセンサ１２ｉの検出信号である。実線と点線とで示される信号は、図１６と同じである。上述のジャイロ式振動計１ｋと同様に、膜２０ａが振動するときに、ジャイロセンサ１２ｈと、ジャイロセンサ１２ｉとは膜の傾きに伴い互いに逆の方向に傾くため、それぞれのジャイロセンサから得られる検出信号は互いに逆の位相を示す。さらにジャイロセンサ１２ｈと１２ｉとは異なる周波数帯の振動を検出するため、信号Ｓｈと信号Ｓｉとを減算すると（Ｓｈ－Ｓｉ）、信号Ｓｈと信号Ｓｉとで共通する支持体３０の振動に応じた検出信号のみが除去される。これにより、膜２０ａの振動に応じた検出信号は２つの周波数帯を含むものとなる。これによれば、支持体３０の振動に応じた検出信号、すなわちノイズは除去され、膜２０ａの振動に応じた検出信号、すなわち対象物からの振動に応じた幅広い周波数帯の検出信号を取得することができる。
図１５～２０では、２つのジャイロセンサ、すなわち第１ジャイロセンサと第２ジャイロセンサとが、膜上に配される態様を説明したが、２つのジャイロセンサのうち、１つは支持体に配されてもよい。
図２１は、本開示の一態様に係るジャイロ式振動計１ｎを制御用基板４０側から見た場合の平面図であり、膜と支持体とにジャイロセンサが１つずつ配されるジャイロ式振動計の一例を示す。ジャイロ式振動計１ｎは、膜２０ａの周辺領域２２にジャイロセンサ１２ｊを備え、支持体３０の側壁にジャイロセンサ１２ｋを備える。
ジャイロ式振動計１ｎは、膜２０ａと支持体３０とにジャイロセンサを備えるため、膜２０ａの振動に応じた検出信号から支持体３０の振動に応じた検出信号を減算して除去することにより、膜２０ａによる検出信号のみを取得することができる。
具体例を図２２に示す。図２２は、２つのジャイロセンサ１２ｊ、１２ｋで検出された振動に応じた検出信号を示す図であり、信号Ｓｊはジャイロセンサ１２ｊの検出信号、信号Ｓｋはジャイロセンサ１２ｋの検出信号である。実線と点線とで示される信号は、図１６と同じである。信号Ｓｋは主に支持体３０の振動に応じた検出信号であるため、信号Ｓｊと信号Ｓｋとを減算すると（Ｓｊ－Ｓｋ）、信号Ｓｊと信号Ｓｋとで共通する支持体３０の振動に応じた検出信号が除去され、膜２０ａの振動に応じた検出信号が取得される。これによれば、支持体３０の振動に応じた検出信号は除去され、膜２０ａの振動、すなわち対象物からの振動に応じた検出信号を取得することができる。
上述の態様ではジャイロセンサを２つ備えるジャイロ式振動計について説明したが、ジャイロセンサの数はこれに限定されない。例えば、膜２０ａの４つの周辺領域２２に１つずつ、計４つのジャイロセンサを備え、Ｘ軸、Ｙ軸に対称な位置にある２つのジャイロセンサの検出信号を加算、または減算する態様であってもよい。また、例えば、図１４で示す周辺領域２２に複数のジャイロセンサを備え、隣接するジャイロセンサ１２ａと１２ｂとの検出信号を加算、または減算する態様であってもよい。
本実施形態で説明した態様によると、ノイズを除去した検出感度のよいジャイロ式振動計を実現することができる。このようにジャイロ式振動計の検出感度がよくなると、例えば、検出信号を画像化して、聴覚では認識できない２００Ｈｚ成分等の呼吸音の検出も可能である。また、第１ジャイロセンサの検出信号、および第２ジャイロセンサの検出信号は、電子システム１０００または後述の１０００ａにおいて、ジャイロ式振動計１の制御用基板４０において演算されずに出力され、音生成装置２によって加算、または減算されてもよい。
〔実施形態３〕
（電子システム１０００ａ）
本開示の他の実施形態について、以下に説明する。説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
（電子システム１０００ａ）
本開示の他の実施形態について、以下に説明する。説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
電子機器１００および音生成装置２が通信ネットワーク５に接続されていてもよい。この構成を有する電子システム１０００ａについて図２３を用いて説明する。図２３は、電子システム１０００ａの概略構成を示すブロック図である。
電子システム１０００ａは、少なくとも１つの電子機器１００、少なくとも１つの音生成装置２、および管理サーバ４を備えている。図２３では、電子機器１００および音生成装置２が通信ネットワーク５に接続されている例を示しているがこれに限定されない。例えば、音生成装置２のみが通信ネットワーク５に接続されていてもよい。
＜管理サーバ４＞
管理サーバ４は、電子機器１００または音生成装置２から、検出信号および音データの少なくとも一方を取得して記憶する。管理サーバ４は、記憶した検出信号および音データの少なくとも一方を外部機器６に配信可能であってもよい。
管理サーバ４は、電子機器１００または音生成装置２から、検出信号および音データの少なくとも一方を取得して記憶する。管理サーバ４は、記憶した検出信号および音データの少なくとも一方を外部機器６に配信可能であってもよい。
上記の構成によれば、電子システム１０００ａは、検出信号または音データを、外部機器に配信することができる。これにより、検出信号または音データを外部機器６において活用することが可能となる。ここで、外部機器６とは、例えば、電子機器１００が配置された施設内のコンピュータであってもよいし、電子機器１００が配置された施設とは異なる場所に配備されたコンピュータであってもよい。
管理サーバ４は、取得した音データを、該音データが取得された日時を示す第１情報、該音データに対応する対象物に関する第２情報、および該音データの提供元に関する第３情報、のうちの少なくとも１つと関連付けて記憶してもよい。そして、管理サーバ４は、記憶した検出信号および音データの少なくとも一方を、第１情報、第２情報、および第３情報の少なくとも１つと共に、外部機器６に配信してもよい。
ここで、第１情報は、音データが取得された日時の代わりに、音生成装置２が検出信号を受信した日時であってもよい。
対象物が患者である場合、音データに対応する対象物に関する第２情報としては、患者が罹患している疾患名、患者の属性（例えば、年齢、性別、身長、体重等）、および、患者のバイタルサイン（例えば、体温、血圧等）に関する数値等が挙げられる。音データの提供元に関する第３情報としては、音データの送信元である医療施設に固有の識別情報（例えば、施設ＩＤ）、患者を診察した医療関係者に固有の識別情報（例えば、医療関係者ＩＤ）等であってもよい。
対象物が機械である場合、音データに対応する対象物に関する第２情報としては、機械の名称、製造元、型番、および製造年月日等が挙げられる。音データの提供元に関する第３情報としては、音データの送信元である施設の名称、所在地、および連絡先を示す情報（例えば、メールアドレス等）等であってもよい。
例えば、電子システム１０００ａから音データの配信を受けた外部機器６は、該音データと共に該音データに関連付けられた第１情報、第２情報、および第３情報の少なくとも１つも受信する。これにより、外部機器６に配信された音データを利用する利用者（例えば、医療関係者または検査技師等）は、該音データの意味および特徴について正しく理解して、該音データを活用することができる。
管理サーバ４は、外部機器６からの解析要求を受信したことに応じて、取得した検出信号および音データの少なくとも一方を解析した解析結果を、該解析要求の送信元である外部機器６送信してもよい。
例えば、外部機器６は、管理サーバ４に対して、該管理サーバ４に記憶されている音データに関する解析結果を管理サーバ４から受信することができる。これにより、電子システム１０００ａは、外部機器６の利用者（例えば、医療関係者または検査技師等）による音データの活用を支援することができる。
以上、本開示に係る発明について、諸図面および実施例に基づいて説明してきた。しかし、本開示に係る発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。すなわち、本開示に係る発明は本開示で示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示に係る発明の技術的範囲に含まれる。つまり、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。また、これらの変形または修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。
１、１ａ～１ｋ、１ｍ、１ｎ、１ｐ ジャイロ式振動計
２ 音生成装置
３ 音出力部
４ 管理サーバ
１１ 開口部
１２、１２ａ～１２ｋ、１２ａ’～１２ｃ’ ジャイロセンサ
１３ 凹部
１４ 配線
２０、２０ａ～２０ｈ、２０ｊ 膜
２１、２１ａ～２１ｈ、２１ｊ 中央領域
２２、２２ａ～２２ｈ、２２ｊ 周辺領域
２５ 被覆部
３０、３０ｅ 支持体
４０ 制御用基板
４１ 通信部
１００ 電子機器
１０００、１０００ａ 電子システム
２ 音生成装置
３ 音出力部
４ 管理サーバ
１１ 開口部
１２、１２ａ～１２ｋ、１２ａ’～１２ｃ’ ジャイロセンサ
１３ 凹部
１４ 配線
２０、２０ａ～２０ｈ、２０ｊ 膜
２１、２１ａ～２１ｈ、２１ｊ 中央領域
２２、２２ａ～２２ｈ、２２ｊ 周辺領域
２５ 被覆部
３０、３０ｅ 支持体
４０ 制御用基板
４１ 通信部
１００ 電子機器
１０００、１０００ａ 電子システム
Claims (10)
- 凹部を有する支持体と、
前記凹部が有する開口部の少なくとも一部を覆う膜と、
前記凹部と、前記膜とによって囲まれた空間に配置され、前記膜の振動を検出するセンサと、
前記空間に配置され、前記センサと電気的に接続された制御用基板と、
前記制御用基板と電気的に接続されたバッテリーと、を備え、
前記バッテリーは、前記支持体の前記空間とは反対側の面に配置されており、
前記制御用基板は、前記センサの検出信号または前記検出信号に基づいて生成された音データを無線送信する通信部を有し、
前記センサは、ジャイロセンサである、振動計。 - 前記膜と接する被覆部をさらに有する、請求項１に記載の振動計。
- 前記膜は、前記支持体の上面に固定されている、請求項１または２に記載の振動計。
- 前記支持体は、樹脂、金属またはセラミックで構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の振動計。
- 前記センサは、前記膜の振動を角速度として検出する、請求項１から４のいずれか１項に記載の振動計。
- 前記センサは、接着剤、樹脂、半田または銀ペーストにより前記膜に固定されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の振動計。
- 前記センサを複数有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の振動計。
- 前記ジャイロセンサは、－４０℃以上８５℃以下の温度範囲において適正に振動を検出する、請求項１から７のいずれか１項に記載の振動計。
- 前記制御用基板は、前記凹部の底面に配置されている、請求項１から８のいずれか１項に記載の振動計。
- 前記通信部は、少なくともＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）及びＷｉＦｉ（登録商標）のいずれかを利用した無線送信を行なう、請求項１から９のいずれか１項に記載の振動計。
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