JPH10258053A

JPH10258053A - 生体用音響センサ

Info

Publication number: JPH10258053A
Application number: JP9063358A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fukukita; 博福喜多; Takashi Hagiwara; 尚萩原; Morio Nishigaki; 森雄西垣
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-03-17
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 1998-09-29
Anticipated expiration: 2017-03-17
Also published as: JP3656147B2

Abstract

(57)【要約】【課題】生体に対する音響エネルギーの授受を効率良
く行うことができる優れた音響センサを提供する。【解決手段】固定電極１に設けられたエレクトレット
２に対向し、生体Ｂに接触し得る位置に可動電極４を配
置したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体表面から体内
に可聴周波数帯程度以下の周波数の音波を注入し、ある
いは注入した音波を生体表面で検出する生体計測装置用
の音響センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、生体からの音波を検出する音響デ
ィテクタと音波を生体に注入する音響エキサイタ(以下
総称として生体用音響センサという)としては、例えば
前者としてエレクトレットマイクロホン、後者として電
話器用のレシーバが用いられることが「センサハンドブ
ック」等の文献に記述されている。図７はこの従来の生
体用音響センサ(エレクトレットマイクロホン)の構成を
示す縦断側面図であり、固定電極31、エレクトレット3
2、空気層33、可動電極34、ケース35、保護網38、くぼ
み層39等から構成され、矢印Ｘ方向からの音圧Ｓにより
可動電極34とエレクトレット32を振動させ、固定電極31
の出力を増幅器40により増幅するようにしてある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のように生体用音響センサとしてエレクトレットマイ
クロホンを使用した場合、本来エレクトレットマイクロ
ホンは空気中での使用を前提として設計されており、こ
のため空気振動を効率良く捕えるため、振動板となるエ
レクトレット32や可動電極34は可能な限り軽く薄く作ら
れ、また振動板を機械的に保護するため振動板の前面に
くぼみ層39や保護網38等が設けられているのが普通であ
る。従って、このような音響センサにより生体中の音響
振動を検出しようとすると、センサと人体の間に空気伝
搬層が存在し、音響エネルギーを効率良く伝達させるこ
とが困難であり、また、これを避けるために、センサの
振動部を直接人体に接触させようとしても、これを安全
に実現する手段は提案されていない。

【０００４】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
のであり、生体に対する音響エネルギーの授受を効率良
く行うことができる優れた音響センサを提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の生体用音響セン
サは、固定電極に設けられたエレクトレットに対向し、
生体に接触し得る位置に可動電極を配置したものであ
る。

【０００６】この発明によれば、安全性が高く、音響エ
ネルギーの授受効率の良い生体用音響センサが得られ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施の形態につ
いて、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態
の説明において、同一の部分は同一の符号を用い、その
詳細な説明は省略する。

【０００８】（実施の形態１）図１は本発明の生体用音
響センサの実施の形態１における音響ディテクタの構成
を示す縦断側面図であり、図中、固定電極１は、電気出
力発生の作用を行うもので、金属等から構成されてい
る。エレクトレット２は、通常200ボルト程度の自発分
極を有し、固定電極１に接着されている。空気層３は厚
みＬ₁が数十ミクロンで、この空気層３を介して可動電
極４がエレクトレット２に対向している。この可動電極
４は生体Ｂの振動(音圧Ｓ)により変位するものであり、
その厚みＬ₂はエレクトレット２の厚みＬ₃よりも厚く構
成されている。ケース５は固定電極１と可動電極４を機
械的に支持する。増幅器６は固定電極１の出力を増幅す
るものであり、ＦＥＴトランジスタ等で構成される。

【０００９】次にその動作を説明する。まず、可動電極
４を生体Ｂに押しつけると生体Ｂの音圧Ｓは可動電極４
に直接伝達され、可動電極４は変位する。可動電極４と
固定電極１はコンデンサを形成し、可動電極４の変位は
その容量を変化させる。コンデンサの容量変化を大きく
するため、すなわち感度を大きくするためには、可動電
極４と固定電極１の間の距離を小さくする必要があり、
また、可動電極４の変位を大きくとれるようにするため
には空気層３を厚くし、エレクトレット２を薄くするこ
とが望ましい。上記のコンデンサはエレクトレット２の
分極の影響により電荷を蓄積しているが、容量の変化に
より電気的信号を固定電極１に発生し、その出力は増幅
器６で増幅され出力７が得られる。

【００１０】一方、可動電極４が生体Ｂの音響振動を効
率良く検出できるようにすることを条件に可動電極４の
振動板としての弾性的性質が決定されるが、空気に比べ
生体組織の音響インピーダンスは大であるので弾性を高
めることが可能である。このため、可動電極４は金属、
あるいは導電性を有する樹脂等で構成されるが、可動電
極４の厚みをエレクトレット２よりも厚くすることによ
り弾性を高め、生体Ｂに可動電極４を強く押当てた場合
に可動電極４とエレクトレット２が接触する可能性を軽
減している。

【００１１】以上のように本実施の形態によれば、固定
電極に設けられたエレクトレットに対向する位置に可動
電極を配置したことにより、前記可動電極の厚みを前記
エレクトレットよりも厚くすることができ、ディテクタ
を生体に強く押し当てることが可能となるので効率良く
生体の音響振動を検出することができる。

【００１２】（実施の形態２）図２は本発明の生体用音
響センサの実施の形態２における音響ディテクタの構成
を示す縦断側面図であり、前記の図１と共通する部分に
ついては説明を省略する。振動板８は電気的な絶縁体で
構成され、生体Ｂの振動(音圧Ｓ)により変位するもので
あり、可動電極４に密着し一体化している。その動作と
しては、まず、振動板８を生体Ｂに押しつけると、生体
Ｂの振動は振動板８に直接伝達され、さらに可動電極４
に伝達されてこの可動電極４は変位する。生体Ｂと可動
電極４の間には電気的な絶縁体である振動板８があり、
生体Ｂに電気的な影響を及ぼす可能性を軽減している。
可動電極４と固定電極１はコンデンサを形成し、可動電
極４の変位は上記したコンデンサの容量を変化させる。
コンデンサの容量変化を大きくするために、すなわち感
度を大きくするためには、可動電極４と固定電極１の間
の距離を小さくする必要があり、また、可動電極４の変
位を大きくとれるようにするためには空気層３を厚く
し、エレクトレット２を薄くすることが望ましい。上記
のコンデンサはエレクトレット２の分極の影響により電
荷を蓄積しているが、容量の変化により電気的信号を固
定電極１に発生し、その出力は増幅器６で増幅され出力
７が得られる。

【００１３】一方、振動板８は生体Ｂの音響振動が効率
良く検出できることを条件に振動板としての弾性的性質
が決定されるが空気に比べ生体組織の音響インピーダン
スは大であるので弾性を高めることが可能である。この
ため、振動板８の弾性を高め、生体Ｂに振動板８を強く
押し当てた場合に可動電極４とエレクトレット２が接触
する可能性を軽減している。また生体Ｂと接触する部分
は電気的絶縁体であるため、安全性が増す。

【００１４】以上のように本実施の形態によれば、固定
電極に設けられたエレクトレットに対向する位置に一体
化した可動電極と振動板を設けたため、前記した振動板
の弾性を高めることが可能であり、ディテクタを生体に
強く押し当てることが可能となり、効率良く生体の音響
振動を検出することができる。また生体への電気的影響
を軽減することができる。

【００１５】（実施の形態３）図３は本発明の生体用音
響センサの実施の形態３における音響ディテクタの構成
を示す縦断側面図であり、前記の図１と共通する部分に
ついては説明を省略する。振動板８は電気的な絶縁体で
構成され、可動電極４に密着しており、また、シールド
９は振動板８に密着し接地され、電気的絶縁体で構成さ
れた絶縁板10はシールド９に密着し、これらは生体Ｂの
振動(音圧Ｓ)により変位するものである。次にその動作
を説明する。まず、絶縁板10を生体Ｂに押しつけると、
生体Ｂの振動は絶縁板10に直接伝達され、シールド９を
介して振動板８，可動電極４に伝達され、この可動電極
４は変位する。生体Ｂと可動電極４の間にある絶縁板10
は、生体Ｂに電気的な影響を及ぼす可能性を軽減してい
る。シールド９は固定電極１や可動電極４に外部からの
電気的な雑音が飛び込むのを防止する。可動電極４と固
定電極１はコンデンサを形成し、可動電極４の変位はそ
の容量を変化させる。コンデンサの容量変化を大きくす
るためには、すなわち感度を大きくするためには、可動
電極４と固定電極１の間の距離を小さくする必要があ
り、可動電極４の変位を大きくとれるようにするために
は空気層３を厚くし、エレクトレット２を薄くすること
が望ましい。上記のコンデンサはエレクトレット２の分
極の影響により電荷を蓄積しているが、容量の変化によ
り電気的信号を固定電極１に発生し、その出力は増幅器
６で増幅され出力７が得られる。

【００１６】一方、振動板８は生体Ｂの音響振動が効率
良く検出できることを条件に振動板としての弾性的性質
が決定されるが空気に比べ生体組織の音響インピーダン
スは大であるので弾性を高めることが可能である。この
ため、振動板８の弾性を高め、生体Ｂに振動板８を強く
押し当てた場合に可動電極４とエレクトレット２が接触
する可能性を軽減している。また生体Ｂと接触する部分
が電気的な絶縁体であるため、安全性が増す。

【００１７】以上のように本実施の形態によれば、固定
電極に設けられたエレクトレットに対向する可動電極と
振動板およびシールドと絶縁板を備えているので、前記
した振動板の弾性を高めることが可能であり、ディテク
タを生体に強く押し当てることができ、効率良く生体の
音響振動を検出することができる。また生体への電気的
影響を軽減し、かつ外部からの電気的雑音の飛び込みを
防止できる。

【００１８】（実施の形態４）図４は本発明の生体用音
響センサの実施の形態４における音響ディテクタの使用
状態の一例を示す概略図であり、ディテクタ素子11は、
音響的振動を電気信号に変換する作用を行うもので、例
えば前記実施の形態２において説明したように振動板を
備えたエレクトレットマイクロフォンから構成されてい
る。空気孔12はディテクタ素子11の空気層の圧力を調整
するためのものである。バルーン13はゴム製の風船状の
ものであり、膨張することによりディテクタ素子11を生
体、例えば腕Ａに押し当てる。空気管14は空気圧をディ
テクタ素子11とバルーン13に供給する。圧力制御部15は
空気圧を制御するものであり、乾燥した気体を空気管に
送り込むことが望ましい。カフ16は布等の素材からなる
バンド状のもので構成されており、ディテクタ素子11と
バルーン13を腕Ａに縛りつける。

【００１９】次にその動作を説明する。まず、ディテク
タ素子11とバルーン13の内部の圧力は外気圧に等しいと
する。次に、ディテクタ素子11とバルーン13はカフ16に
より腕Ａに軽く縛りつけられる。この状態ではディテク
タ素子11は腕Ａに強く押し当てられていないため、腕Ａ
の振動を効率良く検出することができないが、圧力制御
部15により空気管14を介してバルーン13に空気を送り込
みこれを膨張させることにより、ディテクタ素子11は腕
Ａに強く押し当てられる。同時にディテクタ素子11にも
空気孔12を介して空気が送り込まれる。このようにする
ことにより、腕Ａからの圧力とディテクタ素子11の内部
の圧力を均衡させることができ、ディテクタ素子11の振
動板が素子内部に押し込まれることを防止できる。

【００２０】以上のように本実施の形態によれば、ディ
テクタ素子に空気孔が設けられ、バルーンやカフと同等
の空気圧を供給することより、ディテクタ素子を生体に
強く押当てた場合においてもディテクタ素子の振動板が
ディテクタ素子内部に押し込まれることを防止すること
ができ、安定して生体の振動を検出することができる。

【００２１】（実施の形態５）図５は本発明の生体用音
響センサの実施の形態５における音響エキサイタの構成
を示す縦断側面図であり、図中、圧電体、例えば圧電セ
ラミックス21は金属板22に接着され、モノモルフ振動体
を構成する。絶縁板23は樹脂等の電気的な絶縁体で構成
され、金属板22に密着している。ケース24は前記したモ
ノモルフ振動体の周辺部を支持し、入力25はモノモルフ
振動体に電気信号を供給する。

【００２２】次にその動作を説明する。まず、入力25か
ら供給された電気信号により圧電セラミックス21と金属
板22より構成されるモノモルフ振動体が振動(音圧Ｓ)
し、この振動は絶縁板23を介して効率よく生体Ｂに注入
される。この際、モノモルフ振動体と生体Ｂとの間は絶
縁板23によって電気的に絶縁されているので、生体Ｂに
対する安全性を高めることができる。

【００２３】以上のように本実施の形態によれば、圧電
セラミックスと金属板によりモノモルフ振動体を構成
し、金属板に絶縁板を密着させることにより、生体とモ
ノモルフ振動体との間は電気的に絶縁され、生体に対す
る安全性の高い状態で高効率に音圧を生体Ｂに注入する
ことができる。

【００２４】（実施の形態６）図６は本発明の生体用音
響センサの実施の形態６における音響エキサイタの構成
を示す縦断側面図であり、図中、圧電体、例えば圧電セ
ラミックス21は金属板22に接着され、モノモルフ振動体
を構成する。絶縁板26は樹脂等の電気的な絶縁体で構成
されて金属板22に密着しており、更にこの絶縁板26はモ
ノモルフ振動体の中央部においてその厚みが増すように
成形されている。ケース24は前記したモノモルフ振動体
の周辺部を支持し、入力25はモノモルフ振動体に電気信
号を供給する。

【００２５】次にその動作を説明する。まず、入力25か
ら供給された電気信号により圧電セラミックス21と金属
板22より構成されるモノモルフ振動体は振動(音圧Ｓ)す
るが、このモノモルフ振動体は中央部で振動が大きく、
周辺部では中央部に対して逆相で振動することが知られ
ており、このような状態でこの振動は絶縁板23を介して
生体Ｂに注入される。一方、絶縁板23はモノモルフ振動
体の中央部で厚みが大であるため、モノモルフ振動体の
振動の大きい部分を生体Ｂと強く密着させることが可能
であり、効率良く音圧を生体Ｂに注入できる。またモノ
モルフ振動体と生体Ｂとの間は絶縁板23によって電気的
に絶縁され、生体Ｂに対する安全性を高めることができ
る。

【００２６】以上のように本実施の形態によれば、圧電
セラミックスと金属板によりモノモルフ振動体を構成
し、金属板に絶縁板を密着させることにより、生体に対
する安全性を高めることができ、また効率良く音圧を生
体に注入できる。

【００２７】なお、以上の説明では、音響ディテクタを
エレクトレットマイクロフォンで構成した例で説明した
が、その他のコンデンサマイクロフォンについても同様
に実施可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、生体用音
響センサを生体に至近距離で当接することができるの
で、生体に対する音響エネルギーの授受を効率よく行う
ことができるという有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の生体用音響センサの実施の形態１にお
ける音響ディテクタの構成を示す縦断側面図。

【図２】本発明の生体用音響センサの実施の形態２にお
ける音響ディテクタの構成を示す縦断側面図。

【図３】本発明の生体用音響センサの実施の形態３にお
ける音響ディテクタの構成を示す縦断側面図。

【図４】本発明の生体用音響センサの実施の形態４にお
ける音響ディテクタの使用状態の一例を示す概略図。

【図５】本発明の生体用音響センサの実施の形態５にお
ける音響エキサイタの構成を示す縦断側面図。

【図６】本発明の生体用音響センサの実施の形態６にお
ける音響エキサイタの構成を示す縦断側面図。

【図７】従来の音響ディテクタ(エレクトレットマイク
ロホン)の構成を示す縦断側面図。

【符号の説明】

１…固定電極、２…エレクトレット、３…空気層、
４…可動電極、５，24…ケース、６…増幅器、
７…出力、８…振動板、９…シールド、 10，23，
26…絶縁板、 11…ディテクタ、 12…空気孔、 13…
バルーン、 14…空気管、 15…圧力制御部、 16…カ
フ、 21…圧電セラミックス、 22…金属板、 25…入
力。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定電極に設けられたエレクトレットに
対向し、生体に接触し得る位置に可動電極を配置したこ
とを特徴とする生体用音響センサ。
【請求項２】可動電極の厚みはエレクトレットよりも
厚いことを特徴とする請求項１記載の生体用音響セン
サ。
【請求項３】固定電極に設けられたエレクトレットに
対向し、生体に接触し得る位置に振動板を備え、更に、
前記振動板には可動電極が設けられていることを特徴と
する生体用音響センサ。
【請求項４】振動板にはシールド層と絶縁層が更に設
けられていることを特徴とする請求項３記載の生体用音
響センサ。
【請求項５】圧力制御部により内部圧力を制御される
ディテクタ素子とバルーンを被包するカフを有し、ディ
テクタ素子とバルーンの内部圧力を等しくできるように
したことを特徴とする生体用音響センサ。
【請求項６】金属板および圧電体からなるモノモルフ
振動体と、前記モノモルフ振動体の金属板に生体に接触
し得る電気的絶縁板を更に設けたことを特徴とする生体
用音響センサ。
【請求項７】電気的絶縁板はその厚みが中央部で大と
なることを特徴とする請求項６記載の生体用音響セン
サ。