振動センサ、携帯情報端末
【課題】より小型な振動センサを実現する。また、筐体が折り畳まれた状態など閉状態において、筐体に内蔵されたマイクロフォンにより、振動を検出できる携帯情報端末を実現する。
【解決手段】音声入力用のマイクロフォンを用いて振動センサを構成する。筐体を、与えられる外力に応じて変形し外力がなくなると元の形状に戻る性質を有する可撓性部材と該性質を有しない非可撓性部材とで構成し、筐体の密閉空間内にマイクロフォンを設ける。密閉空間内の空気圧の変化をマイクロフォンによって検出する。携帯情報端末を閉じた状態において、一部分が可撓性部材で構成された密閉空間が形成される構造を採用すれば、通話のためのマイクロフォンを用いて振動を検出し、歩数や心拍数を検出できる。
【解決手段】音声入力用のマイクロフォンを用いて振動センサを構成する。筐体を、与えられる外力に応じて変形し外力がなくなると元の形状に戻る性質を有する可撓性部材と該性質を有しない非可撓性部材とで構成し、筐体の密閉空間内にマイクロフォンを設ける。密閉空間内の空気圧の変化をマイクロフォンによって検出する。携帯情報端末を閉じた状態において、一部分が可撓性部材で構成された密閉空間が形成される構造を採用すれば、通話のためのマイクロフォンを用いて振動を検出し、歩数や心拍数を検出できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動を検出する振動センサ、および振動センサを内蔵した携帯情報端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動を検出する振動センサや加速度センサの多くは内部に錘を内蔵し、振動が加わることによる、センサ本体と錘の相対的な動きを検出するものである。このセンサの検出原理としては、ピエゾ抵抗式、静電容量式、または圧電式のものが知られているが（例えば、特許文献１参照）、いずれにしてもセンサの感度は錘の質量に依存し、基本的にはセンサ全体の大きさを小さくすると感度は低下する傾向にある。
【０００３】
一方、近年の携帯情報端末は様々なセンサが内蔵されるようになっており、振動センサや加速度センサもその一つになっている。例えば、三軸加速度センサを、携帯情報端末の使用状況を判別し電力のウェイクアップコントロールを行う目的で使用することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、加速度センサを外付けすることで歩数を計測できる携帯情報端末もある（例えば、特許文献３参照）。また携帯情報端末を用いて心音等の体内音を取得し、健康状態をモニターする試みも始まりつつある（例えば、特許文献４参照）。
【０００４】
一方、通信機器端末やオーディオ等に用いられるコンデンサマイクロフォンの技術分野においては、近年ではマイクロマシニング技術を半導体加工に応用して作製されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）マイクロフォンチップを用いた小型のシリコンコンデンサマイクロフォンが知られている（例えば、特許文献５参照）。このＭＥＭＳマイクロフォンチップは、通常はプリント基板上にパッケージが実装された状態で使用される。
【０００５】
このようなコンデンサマイクロフォンを振動センサとして用いる試みとして、可撓体で形成された中空のフレームにコンデンサマイクロフォンを設けたセンサユニットを用いる方法が提案されている（特許文献６参照）。この方法では、センサユニットを横臥姿勢の人体の下に敷くことで、人体に起因する振動データを取り出し、心拍数、呼吸数、寝返りの時間及び鼾の回数を推定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平５−４６９０２号公報
【特許文献２】特開２００９−６３５６３号公報
【特許文献３】特開２００９−１０６３７４号公報
【特許文献４】特開２００７−１５９６８２号公報
【特許文献５】特開２００４−５３７１８２号公報
【特許文献６】特開平１１−２８１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
携帯情報端末に振動を検出するための振動センサや加速度センサを内蔵すれば、該携帯情報端末に加わる振動を計測することは可能である。しかしながら、携帯情報端末に内蔵される機能は増加傾向にあり、搭載する部品を小型化あるいは削減することが求められている。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的はより小型で好感度な振動センサを提供することである。本発明の他の目的は、筐体が折り畳まれた状態など閉じた状態において、筐体に内蔵されたマイクロフォンを利用して、振動を検出できる携帯情報端末を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による振動センサは、与えられる外力に応じて変形し外力がなくなると元の形状に戻る性質を有する可撓性部材と該性質を有しない非可撓性部材とから構成され、内部に密閉空間を有する筐体と、前記密閉空間内に設けられたマイクロフォンとを含み、前記密閉空間内の空気圧の変化を前記マイクロフォンによって検出することを特徴とする。この構成によれば、マイクロフォンを用いることにより、より小型で高感度な振動センサを実現できる。
前記マイクロフォンは、ＭＥＭＳ素子で構成されているのが好ましい。この構成によれば、振動センサをより小型化することができる。
前記マイクロフォンは、前記密閉空間への孔部を有するパッケージに収容されていることが好ましい。この構成によれば、密閉空間内の空気圧の変化を効率良く検出することができる。
【０００９】
前記筐体は、前記マイクロフォンを収容する収容部分と他の部分とを備えており、
前記可撓性部材は、孔部を有する枠形状であり、
前記可撓性部材の孔部を介して、前記収容部分の空間と前記他の部分とが接続されて前記密閉空間が形成されていてもよい。この構成によれば、上記他の部分が、可撓性部材を介して収容部分に対する錘となるので、振動を感度良く検知することができる。また、マイクロフォンを収容する収容部分を、錘とすることもできる。
前記可撓性部材は、前記密閉空間と前記筐体外部とを隔てるシート形状であってもよい。この構成によれば、シート形状の可撓性部材によって、密閉空間内の空気圧の変化を効率良く検出することができる。
【００１０】
また、本発明による携帯情報端末は、孔部を有する枠形状であり、かつ、与えられる外力に応じて変形し外力がなくなると元の形状に戻る性質を有する可撓性部材と、マイクロフォンを収容する収容部分と、他の部分とを含み、前記収容部分と他の部分との位置関係が、第１の状態（例えば、携帯情報端末が閉じている状態）または第２の状態（例えば、携帯情報端末が開いている状態）になり、前記位置関係が前記第１の状態である場合に、前記可撓性部材の孔部を介して、前記収容部分の空間と前記他の部分とが接続されることによって密閉空間が形成され、前記密閉空間内の空気圧の変化を前記マイクロフォンによって検出することを特徴とする。この構成によれば、携帯情報端末が閉状態である場合に携帯情報端末を振動センサとして機能させることができる。その場合、上記マイクロフォン収容部分か他の部分のどちらか一方が、錘として作用するため、振動を良好に検出できる。そして、通話のための構成を、振動を検出するための構成としても用いることができ、携帯情報端末のサイズへの影響を抑えることができる。
【００１１】
前記マイクロフォンは、ＭＥＭＳ素子で構成されているのが好ましい。この構成によれば、振動を検出するための構成をより小さくすることができ、携帯情報端末のサイズへの影響を抑えることができる。
前記マイクロフォンは、前記密閉空間への孔部を有するパッケージに収容されていることが好ましい。この構成によれば、密閉空間内の空気圧の変化を効率良く検出することができる。
上記携帯情報端末は、歩行する生体に装着され、前記マイクロフォンの出力に基づいて、前記生体の歩数を検出するようにしてもよい。これにより、歩行による振動をマイクロフォンで検出し、歩数を得ることができる。
【００１２】
上記携帯情報端末は、生体に装着され、前記マイクロフォンの出力に基づいて、前記生体の心音と脈拍との少なくとも一方を検出するようにしてもよい。これにより、心音や脈拍をマイクロフォンで検出し、心拍数や脈拍数を得ることができる。
上記携帯情報端末は、前記マイクロフォンの出力に基づいて、前記収容部分と他の部分との位置関係が、第１の状態（例えば、携帯情報端末が閉じている状態）または第２の状態（例えば、携帯情報端末が開いている状態）であることを検出するようにしてもよい。これにより、携帯端末の開閉状態を知ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、密閉空間内に設けられたマイクロフォンを用いることによって、より小型で高感度な振動センサを実現できるという効果が得られる。また、筐体を閉じた状態などにおいて振動センサを構成することにより、振動を検出できる携帯情報端末を実現できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の振動センサの実施の一形態の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の振動センサの実施の一形態の断面構成を示す模式図である。
【図３】本発明の振動センサの他の形態の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の振動センサの他の形態の断面模式図である。
【図５】本発明の携帯情報端末の一例の筐体を開いた状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の携帯情報端末の一例の筐体を閉じた状態を示す斜視図である。
【図７】本発明の携帯情報端末の一例の筐体を閉じた状態におけるマイクロフォン付近の断面模式図である。
【図８】本発明の実施例による携帯情報端末を服のポケットに入れて歩行したときのマイクロフォンの出力を示した波形図の一例である。
【図９】本発明の実施例による携帯情報端末をシャツ左胸部のポケットに入れ安静にした時のマイクロフォンの出力を示した波形図の一例である。
【図１０】歩行振動の回数または心拍数を計数するための測定回路の構成例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の携帯情報端末の一例の筐体を開いた状態と閉じた状態で検出されるマイクロフォンの出力の周波数スペクトルの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
（振動センサの構成例）
図１は本発明の振動センサの実施の一形態の構成を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ部の断面構成を示す模式図である。両図を参照すると、本例の振動センサ１は、筐体として機能する構造体２および構造体３と、これら構造体２と構造体３との間に位置する可撓性部材６とを有している。また、この振動センサ１は、構造体２と構造体３と可撓性部材６とで周囲を囲まれ密閉された密閉空間を有している。可撓性部材６は、与えられる外力に応じて変形し、外力がなくなると元の形状に戻る性質を有する。つまり、振動センサ１は、可撓性部分（可撓性部材６）と可撓性を有しない部分（構造体２および構造体３）との２つから構成されており、可撓性部分は柔らかく、可撓性を有しない部分は形状保持のため固くなっている。
【００１６】
そして、構造体２内には、その密閉空間への開口部７０に接続された音孔７を有するマイクロフォン５が収容されている。マイクロフォン５はマイクロフォン素子５ａを内蔵している。このマイクロフォン素子５ａによって検出された信号は、例えば、図示しないリード線によって導出することができる。
なお、本例において、可撓性部材６の形状に、孔部を有する枠形状を採用している。また、本例において、構造体２および構造体３は、略円柱形状になっているが、この形状に限定されるものではなく、角柱であったり、球形であったり、用途に応じて任意の形状を採用すればよい。
【００１７】
（振動センサの他の構成例）
図３は本発明の振動センサの実施の一形態の構成を示す斜視図、図４は図３のＢ−Ｂ部の断面構成を示す模式図である。両図を参照すると、本例の振動センサ１ａは、筐体として機能する構造体２ａと、その上部に設けられた可撓性部材６ａとを有している。また、この振動センサ１ａは、構造体２ａと可撓性部材６ａとで周囲を密閉された密閉空間を有し、構造体２内に、その密閉空間への開口部分となる音孔７を有するマイクロフォン５を備えている。マイクロフォン５はマイクロフォン素子５ａを内蔵している。このマイクロフォン素子５ａによって検出された信号は、図示しないリード線によって導出することができる。
【００１８】
本例において、可撓性部材６ａはシート形状になっており、密閉空間と筐体外部とを隔てている。このシート形状の可撓性部材６ａによって、密閉空間内の空気圧の変化を効率良く検出することができる。
なお、本例において、構造体２は、直径の異なる２つの略円柱形状を重ねて接続したような形状になっているが、この形状に限定されるものではなく、角柱であったり、球形であったり、用途に応じて任意の形状を採用すればよい。また可撓性部材６ａの上に別の構造体を接続しても良い。
【００１９】
（可撓性材料、非可撓性材料）
上述した可撓性部材６および可撓性部材６ａを形成する可撓性材料は、外力が加わると変形し該外力がなくなると元の形状に戻る材料である。例えば、天然ゴム、ウレタンゴム、及びシリコーンゴムなどのゴム、ゲル、並びにエラストマーを、可撓性材料の例として挙げることができる。
また、非可撓性材料とは、上記の可撓性材料よりも可撓性が低く（剛性の高い）、外力を加えても容易には変形しない材料を意味する。例えば、金属、及び硬質プラスチックを、非可撓性材料の例として挙げることができる。
【００２０】
（構造体）
筐体として機能する、上述した構造体２、２ａ、３は、目的とする機能に適した材料と形状とを有する加工品またはその組合せを意味し、金属板またはプラスチック板製の筐体のように内部が空洞のものも含む。これら構造体２、２ａ、３は可撓性材料を用いて構成してもよいし、非可撓性材料を構成してもよいし、それらを組合せてもよい。ただし、形状を保つという観点からは非可撓性材料であることが好ましい。
【００２１】
なお、図１および図２においては、２つの構造体２と構造体３とから１つの構造体が構成され、これに１つの可撓性部材を組み合わせた場合を例示しているが、この場合に限定されるものではない。すなわち、３つ以上の構造体であったり、２つ以上の可撓性部材であったり、３つ以上の構造体と２つ以上の可撓性部材とを組み合わせたものであったりしても良い。いずれの場合でも密閉空間を構成できることはいうまでもない。
ここで、密閉空間とは、外部空間との間に隙間や孔等の空気の通路がないことを意味する。密閉空間と外部空間との間に微小な空気の通路がある場合は、そこから音圧がもれるため感度が低下し、特に低周波では感度低下が大きい。従って、実際に使用する周波数領域において感度が低下しない程度の密閉性を有していればよい。
【００２２】
（マイクロフォン）
マイクロフォン５は、音波を受けて同じ波形の電流を発生する装置である。マイクロフォンには、コンデンサマイクロフォン（静電型）、ムービングコイルマイクロフォン（動電型）、リボンマイクロフォン（速度型）、クリスタルマイクロフォン（圧電型）などがある。本例においては、密閉化かつ小型化が可能との観点からコンデンサマイクロフォンが好ましく、エレクトレットコンデンサマイクロフォン及びＭＥＭＳ素子で構成されているシリコンコンデンサマイクロフォンがより好ましい。
【００２３】
（動作原理）
以上の構成によれば、密閉空間を構成する壁面の少なくとも一部分が可撓性部材であるので、外部から構造体に伝えられた振動を、その密閉空間内の空気の圧力変化（すなわち空気圧の変化）に変換することができる。従って、音孔７を有するマイクロフォン５を、密閉空間内に配置することにより、その密閉空間内の空気の圧力変化を計測することができ、外部から加わる振動をマイクロフォン５で測定することが可能になる。振動に対する感度は可撓性部材に接する構造体の質量に依存するが、構造体の質量は一般的に十分大きいため、マイクロフォン５により振動を高感度に計測することが可能である。
【００２４】
密閉空間内の空気の圧力変化は、振動による密閉空間内壁の可撓性部材の変位量と密閉空間の体積とに依存し、該密閉空間の振動による体積変化量に対する全体積の比が小さいほど圧力変化を大きくし振動に対する感度を高めることができる。従って、ＭＥＭＳ素子を用いたマイクロフォン５を使用することにより、マイクロフォンパッケージを小型化することで、より高感度な振動計測が可能となる。また、密閉空間の内壁における可撓性部材の面積が大きいほど圧力変化を大きくし振動に対する感度を高めることができる。なお、可撓性部材の弾性定数と構造体の質量とで決まる共振周波数以下の振動においては、可撓性部材を構成する可撓性材料の体積弾性率が小さいほど変位が大きくなるので感度はより高くなる。
【００２５】
（携帯情報端末）
次に、図５から図７までを参照して、上記の振動センサを用いて構成した携帯情報端末の構成例について説明する。図５は携帯情報端末の筐体を開いた状態を示す斜視図、図６は携帯情報端末の筐体を閉じた状態を示す斜視図、図７は図６のＣ−Ｃ部（マイクロフォン付近）の断面構成を示す模式図である。
図５において、本例の携帯情報端末１ｂは、マイクロフォンを収容し、上述した構造体２としての機能を有する筐体２０と、上述した構造体３としての機能を有する筐体３０とを備えている。筐体２０と筐体３０とはヒンジを介して接続されているため、軸Ｊを中心に矢印Ｙのように開閉動作が可能である。同図は、筐体２０と筐体３０とを開いた状態（すなわち携帯情報端末１ｂを開いた状態）を示している。同図において、筐体２０には入力用のキーボードＫが、筐体３０には表示用のディスプレイＤが、それぞれ配置されている。
【００２６】
また、筐体２０には、端末利用者が発する音声などを筐体内部に取り込むための開口部７０が設けられている。この開口部７０の周囲には、枠形状の可撓性部材６が設けられている。可撓性部材６は、中央に孔部を有する枠形状である。つまり、枠形状の孔部（例えば、枠形状の中央部）に開口部７０が位置するように、可撓性部材６が設けられている。本例では、可撓性部材６は、筐体２０に接着されているものとする。また、可撓性部材６は、例えば、アスカーＣ硬度０のウレタンゲルを用いて構成し、厚みは例えば１ｍｍ、孔部は例えば半径２ｍｍとする。
【００２７】
一方、図６は、筐体２０と筐体３０とを閉じた状態（すなわち携帯情報端末１ｂを折畳んだ状態）を示している。同図の状態では、筐体３０は、筐体２０の可撓性部材６と接している。この状態では、筐体２０と筐体３０とが可撓性部材６を介して対向して接続された状態になっている。これらが接続された状態において、密閉空間が形成される。
【００２８】
ここで、マイクロフォン付近の断面図である図７を参照すると、筐体２０の内部には、プリント基板４が設けられている。このプリント基板４には、ＭＥＭＳマイクロフォン５のパッケージが実装されている。また、ＭＥＭＳマイクロフォン５の音孔７の位置は、可撓性部材６の孔部および開口部７０の位置と一致している。このため、筐体３０、可撓性部材６、および、筐体２０のＭＥＭＳマイクロフォン５によって密閉空間が形成される。このとき、筐体２０の内壁とＭＥＭＳマイクロフォン５の上部とは密着しており、音孔７以外に隙間はない。この構成によれば、携帯情報端末が閉状態である場合に携帯情報端末を振動センサとして機能させることができる。また、ＭＥＭＳマイクロフォン５を用いているので、振動を検出するための構成を比較的小さくすることができ、携帯情報端末のサイズへの影響を抑えることができる。
なお、筐体２０ではなく、筐体３０に可撓性部材６を接着した場合でも、密閉空間を形成できることはもちろんである。
【００２９】
以上のように、携帯情報端末１ｂが折畳まれて密閉空間が形成された状態（一般的には通話不可能な状態）では、携帯情報端末１ｂはＭＥＭＳマイクロフォン５を利用した振動センサとして機能することになる。一方、図５のように、携帯情報端末１ｂが開いて開放空間になった状態（一般的には通話可能な状態）では、ＭＥＭＳマイクロフォン５を通話用のマイクロフォンとした携帯電話機として機能することになる。このように、１つのＭＥＭＳマイクロフォン５を、振動検出用と通話用とに兼用できるので、振動検出用のセンサ、通話用マイクロフォンを別々に用意する必要がない。このため、通話のための構成を、振動を検出するための構成としても用いることができ、携帯情報端末のサイズへの影響を抑えることができる。
【実施例】
【００３０】
発明者は、作製した試作品について、携帯情報端末１ｂを折畳んだ状態において、筐体３０と可撓性部材６との間には隙間はできず、密閉空間となっていることを確認した。ＭＥＭＳマイクロフォン５には、Ｋｎｏｗｌｅｓ社製ＳＰ０２０８を用いた。ＭＥＭＳマイクロフォン５の音孔７は筐体２０にも設けられた開口部７０に接続されている。
この構成によれば、開閉可能な２つの筐体２０、３０とマイクロフォン５とを有する携帯情報端末において、筐体２０と筐体３０との位置関係は閉じた状態または開いた状態となる。そして、開いた状態ではマイクロフォン５が通話に使用されると共に、閉じた状態ではマイクロフォン５と２つの筐体２０および３０とで振動センサを構成することによって、該携帯情報端末に加わる振動を検出することができる。
【００３１】
ところで、このような携帯情報端末としては、例えば、折畳み式、スライド式、及び回転式の携帯電話機が知られている。図５及び図６を参照して説明した折畳み式携帯情報端末では通常音声通話等の使用がなされない状態では筐体２０と筐体３０とが重なるように端末本体が折畳まれる。本例では、この折畳まれた状態（すなわち閉じた状態）においてマイクロフォン５の音孔７を含む空間が密閉空間となるように、マイクロフォン５のパッケージが筐体２０内に収容されている。
【００３２】
このような構成を採用することにより、可撓性材料６が２つの筐体２０、３０で挟み込まれるため、一方の筐体３０が振動センサの錘として機能し、別途の振動センサを組みこまなくてもマイクロフォン５を利用して感度良く振動を検知することができる。
この構成の場合の振動センサとしての感度は、可撓性部材６に設けられている孔部の面積と密閉空間の体積との比に依存する。すなわち、孔部の面積と密閉空間との体積の比である、（孔部の面積）／（密閉空間の体積）の値が大きいほど感度は大きくなる。筐体２０に伝わった振動は筐体３０が振動センサの錘として働き、逆に筐体３０に伝わった振動は筐体２０が振動センサの錘として働く。筐体２０および筐体３０は、一般的な小型振動センサの錘に比べて質量が十分大きいので、このように構成した振動センサは優れた感度を示す。
【００３３】
（携帯情報端末を用いた振動センサの構成）
このような携帯情報端末の、別の用途の一例として、心音または脈拍を検出する用途が考えられる。すなわち、携帯情報端末が生体に接することによって、心音または脈拍を検知することができる。検知された信号から実際の心拍数や脈拍数を求めるには、間隔の周期性を考慮したアルゴリズム等を用いてノイズを除去することが好ましい。なお、後述するように、閾値レベルと比較することによって、ノイズを排除することもできる。
【００３４】
携帯情報端末の用途の他の例として、歩数計が考えられる。すなわち、携帯情報端末を歩行時に携行することによって、歩行による振動を検知し歩数を計測することができる。検知された信号から実際の歩数を求めるには、間隔の周期性を考慮したアルゴリズム等を用いてノイズを除去することが好ましい。ノイズを除去に用いるアルゴリズムの一例としては、先述した先行文献６に記載の適応化平滑化法や理想信号波形との相関度算出法などの公知の方法が利用できる。なお、後述するように、閾値レベルと比較することによって、ノイズを排除することもできる。
【００３５】
（歩行振動の検出）
発明者は実施例の携帯情報端末を模擬的に再現し、それを被験者の服のポケットに入れて歩行した時のＭＥＭＳマイクロフォンの出力を記録したものが図８である。同図において、横軸は時間、縦軸は電圧である。同図を参照すると、矢印Ｙ１〜Ｙ９で示したタイミングで信号レベルが顕著に高くなっている。この部分が被験者の歩行による振動である。したがって、この振動の出現回数をカウントすることにより歩数を計測することができる。
【００３６】
（心音の検出）
また、模擬的に再現した実施例の携帯情報端末を、被験者のシャツの左胸ポケットに入れて安静にした時のＭＥＭＳマイクロフォンの出力を記録したものが図９である。同図において、横軸は時間、縦軸は電圧である。同図を参照すると、一定の周期で信号レベルが高くなっている。この部分が被験者の心音である。このように、本実施例の携帯情報端末を利用すれば、心音を明瞭に検出することができる。したがって、この心音の出現回数をカウントすることにより心拍数を計測することができる。心音に限らず、脈拍を検出し、その出現回数をカウントすることにより脈拍数を計測することができる。また、人体に限定されず、動物の生体に装着すれば、その心音や脈拍を検出することができる。
【００３７】
（検出回数の測定回路）
図１０は歩行振動の回数または心拍数を計数するための測定回路の構成例を示すブロック図である。
同図において、本例の測定回路は、ＭＥＭＳマイクロフォン５の出力を入力とする３ステートバッファ８と、３ステートバッファ８の出力を入力とするコンパレータ９と、コンパレータ９の比較結果である出力３００によってカウントアップ動作するカウンタ１０とを含んで構成されている。
このような構成において、３ステートバッファ８の制御端子には、例えば、開閉構造を備えた、折畳み式の携帯情報端末の閉検出信号１００が印加される。携帯情報端末の開閉状態は、例えば、ホール素子と磁石とを組合せることによって検出することができ、閉状態である場合に閉検出信号１００が生成されるように構成すればよい。折畳み式以外の開閉構造として、スライド式や回転式を採用した携帯情報端末もあり、これらについても、開閉状態を検出し、閉検出信号１００を生成すればよい。
【００３８】
携帯情報端末が開いている場合（通話可能状態）、閉検出信号１００が入力されず、３ステートバッファ８はハイインピーダンス状態になり、ＭＥＭＳマイクロフォン５の出力はコンパレータ９に入力されない。一方、携帯情報端末が折畳まれて閉じている場合（通話不可能状態）、ＭＥＭＳマイクロフォン５の出力はコンパレータ９に入力される。すなわち、携帯情報端末が閉じている場合に限り、ＭＥＭＳマイクロフォン５の出力がコンパレータ９に入力されることになる。なお、ＭＥＭＳマイクロフォン５の出力を、常にコンパレータ９に入力させる必要がある場合には、３ステートバッファ８を設ける必要はない。
コンパレータ９は、３ステートバッファ８の出力レベルを、閾値レベル２００と比較し、閾値レベル２００を超えた場合にのみカウンタ１０をカウントアップ動作させる。ここで、閾値レベル２００を適切に設定しておくことにより、ノイズを排除しつつ、歩行振動の回数または心拍数を計数することができる。
【００３９】
（筐体の開閉状態の検出）
また、模擬的に再現した実施例の携帯情報端末を手に持ち、筐体を閉じた状態と開いた状態のマイクロフォンの出力の周波数スペクトルを示したものが図１１である。同図において、横軸は周波数、縦軸は出力レベルである。同図を参照すると、筐体を閉じた状態（同図中に「閉」と表記）では周囲環境及び人体に起因する振動が測定される。これに対し、筐体を開いた状態（同図中に「開」と表記）ではこの振動は測定されず周囲環境のバックグラウンド雑音のみが測定されるため、低周波域のレベルの差が２０ｄＢ以上あり明らかに異なる。従って、マイクロフォンの低周波域の出力レベルを定期的にモニターすることにより、筐体の開閉状態を判別することができる。判別するアルゴリズムとして、閾値レベルと比較することや、定期的モニタリングによる変化量の検出が利用できる。
なお、携帯情報端末についての開閉状態に限らず、蓋などを閉じた状態で密閉空間が形成され、かつ、蓋などを開いた状態で密閉空間が形成されない筐体について、その開閉状態を検出できる。
【００４０】
（まとめ）
本発明者は、開閉可能な２つの筐体からなり音声入力用マイクロフォンを有する携帯電話機などの携帯情報端末において、筐体を開いた状態で音声入力用に使用されているマイクロフォンを振動センサとして使用することを着想した。検討の結果、２つの筐体を閉じた状態で２つの筐体同士の間に配置した可撓性部材とにより密閉空間を構成することでマイクロフォンを振動センサとして使用できることを見出し、本発明を完成させた。
【００４１】
本発明によれば、密閉空間内に設けられたマイクロフォンを用いることによって、より小型な振動センサを実現できる。また、筐体を閉じた状態などの通話不可能な状態において振動センサを構成することにより、振動を検出し、歩数や心拍数などを検出できる携帯情報端末を実現できる。
また本発明は用途を携帯情報端末に限定するものではなく、２つの筐体と可撓性部材とにより構成した密閉空間にマイクロフォンを配置することにより、高感度な振動センサを実現できる。
【符号の説明】
【００４２】
１、１ａ 振動センサ
１ｂ 携帯情報端末
２、２ａ、３ 構造体
４ プリント基板
５ マイクロフォン
５ａ マイクロフォン素子
６、６ａ 可撓性部材
７ 音孔
８ ステートバッファ
９ コンパレータ
１０ カウンタ
２０、３０ 筐体
７０ 開口部
１００ 閉検出信号
２００ 閾値レベル
３００ 出力
Ｄ ディスプレイ
Ｊ 軸
Ｋ キーボード
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動を検出する振動センサ、および振動センサを内蔵した携帯情報端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動を検出する振動センサや加速度センサの多くは内部に錘を内蔵し、振動が加わることによる、センサ本体と錘の相対的な動きを検出するものである。このセンサの検出原理としては、ピエゾ抵抗式、静電容量式、または圧電式のものが知られているが（例えば、特許文献１参照）、いずれにしてもセンサの感度は錘の質量に依存し、基本的にはセンサ全体の大きさを小さくすると感度は低下する傾向にある。
【０００３】
一方、近年の携帯情報端末は様々なセンサが内蔵されるようになっており、振動センサや加速度センサもその一つになっている。例えば、三軸加速度センサを、携帯情報端末の使用状況を判別し電力のウェイクアップコントロールを行う目的で使用することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、加速度センサを外付けすることで歩数を計測できる携帯情報端末もある（例えば、特許文献３参照）。また携帯情報端末を用いて心音等の体内音を取得し、健康状態をモニターする試みも始まりつつある（例えば、特許文献４参照）。
【０００４】
一方、通信機器端末やオーディオ等に用いられるコンデンサマイクロフォンの技術分野においては、近年ではマイクロマシニング技術を半導体加工に応用して作製されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）マイクロフォンチップを用いた小型のシリコンコンデンサマイクロフォンが知られている（例えば、特許文献５参照）。このＭＥＭＳマイクロフォンチップは、通常はプリント基板上にパッケージが実装された状態で使用される。
【０００５】
このようなコンデンサマイクロフォンを振動センサとして用いる試みとして、可撓体で形成された中空のフレームにコンデンサマイクロフォンを設けたセンサユニットを用いる方法が提案されている（特許文献６参照）。この方法では、センサユニットを横臥姿勢の人体の下に敷くことで、人体に起因する振動データを取り出し、心拍数、呼吸数、寝返りの時間及び鼾の回数を推定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平５−４６９０２号公報
【特許文献２】特開２００９−６３５６３号公報
【特許文献３】特開２００９−１０６３７４号公報
【特許文献４】特開２００７−１５９６８２号公報
【特許文献５】特開２００４−５３７１８２号公報
【特許文献６】特開平１１−２８１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
携帯情報端末に振動を検出するための振動センサや加速度センサを内蔵すれば、該携帯情報端末に加わる振動を計測することは可能である。しかしながら、携帯情報端末に内蔵される機能は増加傾向にあり、搭載する部品を小型化あるいは削減することが求められている。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的はより小型で好感度な振動センサを提供することである。本発明の他の目的は、筐体が折り畳まれた状態など閉じた状態において、筐体に内蔵されたマイクロフォンを利用して、振動を検出できる携帯情報端末を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による振動センサは、与えられる外力に応じて変形し外力がなくなると元の形状に戻る性質を有する可撓性部材と該性質を有しない非可撓性部材とから構成され、内部に密閉空間を有する筐体と、前記密閉空間内に設けられたマイクロフォンとを含み、前記密閉空間内の空気圧の変化を前記マイクロフォンによって検出することを特徴とする。この構成によれば、マイクロフォンを用いることにより、より小型で高感度な振動センサを実現できる。
前記マイクロフォンは、ＭＥＭＳ素子で構成されているのが好ましい。この構成によれば、振動センサをより小型化することができる。
前記マイクロフォンは、前記密閉空間への孔部を有するパッケージに収容されていることが好ましい。この構成によれば、密閉空間内の空気圧の変化を効率良く検出することができる。
【０００９】
前記筐体は、前記マイクロフォンを収容する収容部分と他の部分とを備えており、
前記可撓性部材は、孔部を有する枠形状であり、
前記可撓性部材の孔部を介して、前記収容部分の空間と前記他の部分とが接続されて前記密閉空間が形成されていてもよい。この構成によれば、上記他の部分が、可撓性部材を介して収容部分に対する錘となるので、振動を感度良く検知することができる。また、マイクロフォンを収容する収容部分を、錘とすることもできる。
前記可撓性部材は、前記密閉空間と前記筐体外部とを隔てるシート形状であってもよい。この構成によれば、シート形状の可撓性部材によって、密閉空間内の空気圧の変化を効率良く検出することができる。
【００１０】
また、本発明による携帯情報端末は、孔部を有する枠形状であり、かつ、与えられる外力に応じて変形し外力がなくなると元の形状に戻る性質を有する可撓性部材と、マイクロフォンを収容する収容部分と、他の部分とを含み、前記収容部分と他の部分との位置関係が、第１の状態（例えば、携帯情報端末が閉じている状態）または第２の状態（例えば、携帯情報端末が開いている状態）になり、前記位置関係が前記第１の状態である場合に、前記可撓性部材の孔部を介して、前記収容部分の空間と前記他の部分とが接続されることによって密閉空間が形成され、前記密閉空間内の空気圧の変化を前記マイクロフォンによって検出することを特徴とする。この構成によれば、携帯情報端末が閉状態である場合に携帯情報端末を振動センサとして機能させることができる。その場合、上記マイクロフォン収容部分か他の部分のどちらか一方が、錘として作用するため、振動を良好に検出できる。そして、通話のための構成を、振動を検出するための構成としても用いることができ、携帯情報端末のサイズへの影響を抑えることができる。
【００１１】
前記マイクロフォンは、ＭＥＭＳ素子で構成されているのが好ましい。この構成によれば、振動を検出するための構成をより小さくすることができ、携帯情報端末のサイズへの影響を抑えることができる。
前記マイクロフォンは、前記密閉空間への孔部を有するパッケージに収容されていることが好ましい。この構成によれば、密閉空間内の空気圧の変化を効率良く検出することができる。
上記携帯情報端末は、歩行する生体に装着され、前記マイクロフォンの出力に基づいて、前記生体の歩数を検出するようにしてもよい。これにより、歩行による振動をマイクロフォンで検出し、歩数を得ることができる。
【００１２】
上記携帯情報端末は、生体に装着され、前記マイクロフォンの出力に基づいて、前記生体の心音と脈拍との少なくとも一方を検出するようにしてもよい。これにより、心音や脈拍をマイクロフォンで検出し、心拍数や脈拍数を得ることができる。
上記携帯情報端末は、前記マイクロフォンの出力に基づいて、前記収容部分と他の部分との位置関係が、第１の状態（例えば、携帯情報端末が閉じている状態）または第２の状態（例えば、携帯情報端末が開いている状態）であることを検出するようにしてもよい。これにより、携帯端末の開閉状態を知ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、密閉空間内に設けられたマイクロフォンを用いることによって、より小型で高感度な振動センサを実現できるという効果が得られる。また、筐体を閉じた状態などにおいて振動センサを構成することにより、振動を検出できる携帯情報端末を実現できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の振動センサの実施の一形態の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の振動センサの実施の一形態の断面構成を示す模式図である。
【図３】本発明の振動センサの他の形態の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の振動センサの他の形態の断面模式図である。
【図５】本発明の携帯情報端末の一例の筐体を開いた状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の携帯情報端末の一例の筐体を閉じた状態を示す斜視図である。
【図７】本発明の携帯情報端末の一例の筐体を閉じた状態におけるマイクロフォン付近の断面模式図である。
【図８】本発明の実施例による携帯情報端末を服のポケットに入れて歩行したときのマイクロフォンの出力を示した波形図の一例である。
【図９】本発明の実施例による携帯情報端末をシャツ左胸部のポケットに入れ安静にした時のマイクロフォンの出力を示した波形図の一例である。
【図１０】歩行振動の回数または心拍数を計数するための測定回路の構成例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の携帯情報端末の一例の筐体を開いた状態と閉じた状態で検出されるマイクロフォンの出力の周波数スペクトルの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
（振動センサの構成例）
図１は本発明の振動センサの実施の一形態の構成を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ部の断面構成を示す模式図である。両図を参照すると、本例の振動センサ１は、筐体として機能する構造体２および構造体３と、これら構造体２と構造体３との間に位置する可撓性部材６とを有している。また、この振動センサ１は、構造体２と構造体３と可撓性部材６とで周囲を囲まれ密閉された密閉空間を有している。可撓性部材６は、与えられる外力に応じて変形し、外力がなくなると元の形状に戻る性質を有する。つまり、振動センサ１は、可撓性部分（可撓性部材６）と可撓性を有しない部分（構造体２および構造体３）との２つから構成されており、可撓性部分は柔らかく、可撓性を有しない部分は形状保持のため固くなっている。
【００１６】
そして、構造体２内には、その密閉空間への開口部７０に接続された音孔７を有するマイクロフォン５が収容されている。マイクロフォン５はマイクロフォン素子５ａを内蔵している。このマイクロフォン素子５ａによって検出された信号は、例えば、図示しないリード線によって導出することができる。
なお、本例において、可撓性部材６の形状に、孔部を有する枠形状を採用している。また、本例において、構造体２および構造体３は、略円柱形状になっているが、この形状に限定されるものではなく、角柱であったり、球形であったり、用途に応じて任意の形状を採用すればよい。
【００１７】
（振動センサの他の構成例）
図３は本発明の振動センサの実施の一形態の構成を示す斜視図、図４は図３のＢ−Ｂ部の断面構成を示す模式図である。両図を参照すると、本例の振動センサ１ａは、筐体として機能する構造体２ａと、その上部に設けられた可撓性部材６ａとを有している。また、この振動センサ１ａは、構造体２ａと可撓性部材６ａとで周囲を密閉された密閉空間を有し、構造体２内に、その密閉空間への開口部分となる音孔７を有するマイクロフォン５を備えている。マイクロフォン５はマイクロフォン素子５ａを内蔵している。このマイクロフォン素子５ａによって検出された信号は、図示しないリード線によって導出することができる。
【００１８】
本例において、可撓性部材６ａはシート形状になっており、密閉空間と筐体外部とを隔てている。このシート形状の可撓性部材６ａによって、密閉空間内の空気圧の変化を効率良く検出することができる。
なお、本例において、構造体２は、直径の異なる２つの略円柱形状を重ねて接続したような形状になっているが、この形状に限定されるものではなく、角柱であったり、球形であったり、用途に応じて任意の形状を採用すればよい。また可撓性部材６ａの上に別の構造体を接続しても良い。
【００１９】
（可撓性材料、非可撓性材料）
上述した可撓性部材６および可撓性部材６ａを形成する可撓性材料は、外力が加わると変形し該外力がなくなると元の形状に戻る材料である。例えば、天然ゴム、ウレタンゴム、及びシリコーンゴムなどのゴム、ゲル、並びにエラストマーを、可撓性材料の例として挙げることができる。
また、非可撓性材料とは、上記の可撓性材料よりも可撓性が低く（剛性の高い）、外力を加えても容易には変形しない材料を意味する。例えば、金属、及び硬質プラスチックを、非可撓性材料の例として挙げることができる。
【００２０】
（構造体）
筐体として機能する、上述した構造体２、２ａ、３は、目的とする機能に適した材料と形状とを有する加工品またはその組合せを意味し、金属板またはプラスチック板製の筐体のように内部が空洞のものも含む。これら構造体２、２ａ、３は可撓性材料を用いて構成してもよいし、非可撓性材料を構成してもよいし、それらを組合せてもよい。ただし、形状を保つという観点からは非可撓性材料であることが好ましい。
【００２１】
なお、図１および図２においては、２つの構造体２と構造体３とから１つの構造体が構成され、これに１つの可撓性部材を組み合わせた場合を例示しているが、この場合に限定されるものではない。すなわち、３つ以上の構造体であったり、２つ以上の可撓性部材であったり、３つ以上の構造体と２つ以上の可撓性部材とを組み合わせたものであったりしても良い。いずれの場合でも密閉空間を構成できることはいうまでもない。
ここで、密閉空間とは、外部空間との間に隙間や孔等の空気の通路がないことを意味する。密閉空間と外部空間との間に微小な空気の通路がある場合は、そこから音圧がもれるため感度が低下し、特に低周波では感度低下が大きい。従って、実際に使用する周波数領域において感度が低下しない程度の密閉性を有していればよい。
【００２２】
（マイクロフォン）
マイクロフォン５は、音波を受けて同じ波形の電流を発生する装置である。マイクロフォンには、コンデンサマイクロフォン（静電型）、ムービングコイルマイクロフォン（動電型）、リボンマイクロフォン（速度型）、クリスタルマイクロフォン（圧電型）などがある。本例においては、密閉化かつ小型化が可能との観点からコンデンサマイクロフォンが好ましく、エレクトレットコンデンサマイクロフォン及びＭＥＭＳ素子で構成されているシリコンコンデンサマイクロフォンがより好ましい。
【００２３】
（動作原理）
以上の構成によれば、密閉空間を構成する壁面の少なくとも一部分が可撓性部材であるので、外部から構造体に伝えられた振動を、その密閉空間内の空気の圧力変化（すなわち空気圧の変化）に変換することができる。従って、音孔７を有するマイクロフォン５を、密閉空間内に配置することにより、その密閉空間内の空気の圧力変化を計測することができ、外部から加わる振動をマイクロフォン５で測定することが可能になる。振動に対する感度は可撓性部材に接する構造体の質量に依存するが、構造体の質量は一般的に十分大きいため、マイクロフォン５により振動を高感度に計測することが可能である。
【００２４】
密閉空間内の空気の圧力変化は、振動による密閉空間内壁の可撓性部材の変位量と密閉空間の体積とに依存し、該密閉空間の振動による体積変化量に対する全体積の比が小さいほど圧力変化を大きくし振動に対する感度を高めることができる。従って、ＭＥＭＳ素子を用いたマイクロフォン５を使用することにより、マイクロフォンパッケージを小型化することで、より高感度な振動計測が可能となる。また、密閉空間の内壁における可撓性部材の面積が大きいほど圧力変化を大きくし振動に対する感度を高めることができる。なお、可撓性部材の弾性定数と構造体の質量とで決まる共振周波数以下の振動においては、可撓性部材を構成する可撓性材料の体積弾性率が小さいほど変位が大きくなるので感度はより高くなる。
【００２５】
（携帯情報端末）
次に、図５から図７までを参照して、上記の振動センサを用いて構成した携帯情報端末の構成例について説明する。図５は携帯情報端末の筐体を開いた状態を示す斜視図、図６は携帯情報端末の筐体を閉じた状態を示す斜視図、図７は図６のＣ−Ｃ部（マイクロフォン付近）の断面構成を示す模式図である。
図５において、本例の携帯情報端末１ｂは、マイクロフォンを収容し、上述した構造体２としての機能を有する筐体２０と、上述した構造体３としての機能を有する筐体３０とを備えている。筐体２０と筐体３０とはヒンジを介して接続されているため、軸Ｊを中心に矢印Ｙのように開閉動作が可能である。同図は、筐体２０と筐体３０とを開いた状態（すなわち携帯情報端末１ｂを開いた状態）を示している。同図において、筐体２０には入力用のキーボードＫが、筐体３０には表示用のディスプレイＤが、それぞれ配置されている。
【００２６】
また、筐体２０には、端末利用者が発する音声などを筐体内部に取り込むための開口部７０が設けられている。この開口部７０の周囲には、枠形状の可撓性部材６が設けられている。可撓性部材６は、中央に孔部を有する枠形状である。つまり、枠形状の孔部（例えば、枠形状の中央部）に開口部７０が位置するように、可撓性部材６が設けられている。本例では、可撓性部材６は、筐体２０に接着されているものとする。また、可撓性部材６は、例えば、アスカーＣ硬度０のウレタンゲルを用いて構成し、厚みは例えば１ｍｍ、孔部は例えば半径２ｍｍとする。
【００２７】
一方、図６は、筐体２０と筐体３０とを閉じた状態（すなわち携帯情報端末１ｂを折畳んだ状態）を示している。同図の状態では、筐体３０は、筐体２０の可撓性部材６と接している。この状態では、筐体２０と筐体３０とが可撓性部材６を介して対向して接続された状態になっている。これらが接続された状態において、密閉空間が形成される。
【００２８】
ここで、マイクロフォン付近の断面図である図７を参照すると、筐体２０の内部には、プリント基板４が設けられている。このプリント基板４には、ＭＥＭＳマイクロフォン５のパッケージが実装されている。また、ＭＥＭＳマイクロフォン５の音孔７の位置は、可撓性部材６の孔部および開口部７０の位置と一致している。このため、筐体３０、可撓性部材６、および、筐体２０のＭＥＭＳマイクロフォン５によって密閉空間が形成される。このとき、筐体２０の内壁とＭＥＭＳマイクロフォン５の上部とは密着しており、音孔７以外に隙間はない。この構成によれば、携帯情報端末が閉状態である場合に携帯情報端末を振動センサとして機能させることができる。また、ＭＥＭＳマイクロフォン５を用いているので、振動を検出するための構成を比較的小さくすることができ、携帯情報端末のサイズへの影響を抑えることができる。
なお、筐体２０ではなく、筐体３０に可撓性部材６を接着した場合でも、密閉空間を形成できることはもちろんである。
【００２９】
以上のように、携帯情報端末１ｂが折畳まれて密閉空間が形成された状態（一般的には通話不可能な状態）では、携帯情報端末１ｂはＭＥＭＳマイクロフォン５を利用した振動センサとして機能することになる。一方、図５のように、携帯情報端末１ｂが開いて開放空間になった状態（一般的には通話可能な状態）では、ＭＥＭＳマイクロフォン５を通話用のマイクロフォンとした携帯電話機として機能することになる。このように、１つのＭＥＭＳマイクロフォン５を、振動検出用と通話用とに兼用できるので、振動検出用のセンサ、通話用マイクロフォンを別々に用意する必要がない。このため、通話のための構成を、振動を検出するための構成としても用いることができ、携帯情報端末のサイズへの影響を抑えることができる。
【実施例】
【００３０】
発明者は、作製した試作品について、携帯情報端末１ｂを折畳んだ状態において、筐体３０と可撓性部材６との間には隙間はできず、密閉空間となっていることを確認した。ＭＥＭＳマイクロフォン５には、Ｋｎｏｗｌｅｓ社製ＳＰ０２０８を用いた。ＭＥＭＳマイクロフォン５の音孔７は筐体２０にも設けられた開口部７０に接続されている。
この構成によれば、開閉可能な２つの筐体２０、３０とマイクロフォン５とを有する携帯情報端末において、筐体２０と筐体３０との位置関係は閉じた状態または開いた状態となる。そして、開いた状態ではマイクロフォン５が通話に使用されると共に、閉じた状態ではマイクロフォン５と２つの筐体２０および３０とで振動センサを構成することによって、該携帯情報端末に加わる振動を検出することができる。
【００３１】
ところで、このような携帯情報端末としては、例えば、折畳み式、スライド式、及び回転式の携帯電話機が知られている。図５及び図６を参照して説明した折畳み式携帯情報端末では通常音声通話等の使用がなされない状態では筐体２０と筐体３０とが重なるように端末本体が折畳まれる。本例では、この折畳まれた状態（すなわち閉じた状態）においてマイクロフォン５の音孔７を含む空間が密閉空間となるように、マイクロフォン５のパッケージが筐体２０内に収容されている。
【００３２】
このような構成を採用することにより、可撓性材料６が２つの筐体２０、３０で挟み込まれるため、一方の筐体３０が振動センサの錘として機能し、別途の振動センサを組みこまなくてもマイクロフォン５を利用して感度良く振動を検知することができる。
この構成の場合の振動センサとしての感度は、可撓性部材６に設けられている孔部の面積と密閉空間の体積との比に依存する。すなわち、孔部の面積と密閉空間との体積の比である、（孔部の面積）／（密閉空間の体積）の値が大きいほど感度は大きくなる。筐体２０に伝わった振動は筐体３０が振動センサの錘として働き、逆に筐体３０に伝わった振動は筐体２０が振動センサの錘として働く。筐体２０および筐体３０は、一般的な小型振動センサの錘に比べて質量が十分大きいので、このように構成した振動センサは優れた感度を示す。
【００３３】
（携帯情報端末を用いた振動センサの構成）
このような携帯情報端末の、別の用途の一例として、心音または脈拍を検出する用途が考えられる。すなわち、携帯情報端末が生体に接することによって、心音または脈拍を検知することができる。検知された信号から実際の心拍数や脈拍数を求めるには、間隔の周期性を考慮したアルゴリズム等を用いてノイズを除去することが好ましい。なお、後述するように、閾値レベルと比較することによって、ノイズを排除することもできる。
【００３４】
携帯情報端末の用途の他の例として、歩数計が考えられる。すなわち、携帯情報端末を歩行時に携行することによって、歩行による振動を検知し歩数を計測することができる。検知された信号から実際の歩数を求めるには、間隔の周期性を考慮したアルゴリズム等を用いてノイズを除去することが好ましい。ノイズを除去に用いるアルゴリズムの一例としては、先述した先行文献６に記載の適応化平滑化法や理想信号波形との相関度算出法などの公知の方法が利用できる。なお、後述するように、閾値レベルと比較することによって、ノイズを排除することもできる。
【００３５】
（歩行振動の検出）
発明者は実施例の携帯情報端末を模擬的に再現し、それを被験者の服のポケットに入れて歩行した時のＭＥＭＳマイクロフォンの出力を記録したものが図８である。同図において、横軸は時間、縦軸は電圧である。同図を参照すると、矢印Ｙ１〜Ｙ９で示したタイミングで信号レベルが顕著に高くなっている。この部分が被験者の歩行による振動である。したがって、この振動の出現回数をカウントすることにより歩数を計測することができる。
【００３６】
（心音の検出）
また、模擬的に再現した実施例の携帯情報端末を、被験者のシャツの左胸ポケットに入れて安静にした時のＭＥＭＳマイクロフォンの出力を記録したものが図９である。同図において、横軸は時間、縦軸は電圧である。同図を参照すると、一定の周期で信号レベルが高くなっている。この部分が被験者の心音である。このように、本実施例の携帯情報端末を利用すれば、心音を明瞭に検出することができる。したがって、この心音の出現回数をカウントすることにより心拍数を計測することができる。心音に限らず、脈拍を検出し、その出現回数をカウントすることにより脈拍数を計測することができる。また、人体に限定されず、動物の生体に装着すれば、その心音や脈拍を検出することができる。
【００３７】
（検出回数の測定回路）
図１０は歩行振動の回数または心拍数を計数するための測定回路の構成例を示すブロック図である。
同図において、本例の測定回路は、ＭＥＭＳマイクロフォン５の出力を入力とする３ステートバッファ８と、３ステートバッファ８の出力を入力とするコンパレータ９と、コンパレータ９の比較結果である出力３００によってカウントアップ動作するカウンタ１０とを含んで構成されている。
このような構成において、３ステートバッファ８の制御端子には、例えば、開閉構造を備えた、折畳み式の携帯情報端末の閉検出信号１００が印加される。携帯情報端末の開閉状態は、例えば、ホール素子と磁石とを組合せることによって検出することができ、閉状態である場合に閉検出信号１００が生成されるように構成すればよい。折畳み式以外の開閉構造として、スライド式や回転式を採用した携帯情報端末もあり、これらについても、開閉状態を検出し、閉検出信号１００を生成すればよい。
【００３８】
携帯情報端末が開いている場合（通話可能状態）、閉検出信号１００が入力されず、３ステートバッファ８はハイインピーダンス状態になり、ＭＥＭＳマイクロフォン５の出力はコンパレータ９に入力されない。一方、携帯情報端末が折畳まれて閉じている場合（通話不可能状態）、ＭＥＭＳマイクロフォン５の出力はコンパレータ９に入力される。すなわち、携帯情報端末が閉じている場合に限り、ＭＥＭＳマイクロフォン５の出力がコンパレータ９に入力されることになる。なお、ＭＥＭＳマイクロフォン５の出力を、常にコンパレータ９に入力させる必要がある場合には、３ステートバッファ８を設ける必要はない。
コンパレータ９は、３ステートバッファ８の出力レベルを、閾値レベル２００と比較し、閾値レベル２００を超えた場合にのみカウンタ１０をカウントアップ動作させる。ここで、閾値レベル２００を適切に設定しておくことにより、ノイズを排除しつつ、歩行振動の回数または心拍数を計数することができる。
【００３９】
（筐体の開閉状態の検出）
また、模擬的に再現した実施例の携帯情報端末を手に持ち、筐体を閉じた状態と開いた状態のマイクロフォンの出力の周波数スペクトルを示したものが図１１である。同図において、横軸は周波数、縦軸は出力レベルである。同図を参照すると、筐体を閉じた状態（同図中に「閉」と表記）では周囲環境及び人体に起因する振動が測定される。これに対し、筐体を開いた状態（同図中に「開」と表記）ではこの振動は測定されず周囲環境のバックグラウンド雑音のみが測定されるため、低周波域のレベルの差が２０ｄＢ以上あり明らかに異なる。従って、マイクロフォンの低周波域の出力レベルを定期的にモニターすることにより、筐体の開閉状態を判別することができる。判別するアルゴリズムとして、閾値レベルと比較することや、定期的モニタリングによる変化量の検出が利用できる。
なお、携帯情報端末についての開閉状態に限らず、蓋などを閉じた状態で密閉空間が形成され、かつ、蓋などを開いた状態で密閉空間が形成されない筐体について、その開閉状態を検出できる。
【００４０】
（まとめ）
本発明者は、開閉可能な２つの筐体からなり音声入力用マイクロフォンを有する携帯電話機などの携帯情報端末において、筐体を開いた状態で音声入力用に使用されているマイクロフォンを振動センサとして使用することを着想した。検討の結果、２つの筐体を閉じた状態で２つの筐体同士の間に配置した可撓性部材とにより密閉空間を構成することでマイクロフォンを振動センサとして使用できることを見出し、本発明を完成させた。
【００４１】
本発明によれば、密閉空間内に設けられたマイクロフォンを用いることによって、より小型な振動センサを実現できる。また、筐体を閉じた状態などの通話不可能な状態において振動センサを構成することにより、振動を検出し、歩数や心拍数などを検出できる携帯情報端末を実現できる。
また本発明は用途を携帯情報端末に限定するものではなく、２つの筐体と可撓性部材とにより構成した密閉空間にマイクロフォンを配置することにより、高感度な振動センサを実現できる。
【符号の説明】
【００４２】
１、１ａ 振動センサ
１ｂ 携帯情報端末
２、２ａ、３ 構造体
４ プリント基板
５ マイクロフォン
５ａ マイクロフォン素子
６、６ａ 可撓性部材
７ 音孔
８ ステートバッファ
９ コンパレータ
１０ カウンタ
２０、３０ 筐体
７０ 開口部
１００ 閉検出信号
２００ 閾値レベル
３００ 出力
Ｄ ディスプレイ
Ｊ 軸
Ｋ キーボード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
与えられる外力に応じて変形し外力がなくなると元の形状に戻る性質を有する可撓性部材と該性質を有しない非可撓性部材とから構成され、内部に密閉空間を有する筐体と、前記密閉空間内に設けられたマイクロフォンとを含み、前記密閉空間内の空気圧の変化を前記マイクロフォンによって検出することを特徴とする振動センサ。
【請求項２】
前記マイクロフォンは、ＭＥＭＳ素子で構成されていることを特徴とする請求項１記載の振動センサ。
【請求項３】
前記マイクロフォンは、前記密閉空間への孔部を有するパッケージに収容されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動センサ。
【請求項４】
前記筐体は、前記マイクロフォンを収容する収容部分と他の部分とを備えており、
前記可撓性部材は、孔部を有する枠形状であり、
前記可撓性部材の孔部を介して、前記収容部分の空間と前記他の部分とが接続されて前記密閉空間が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動センサ。
【請求項５】
前記可撓性部材は、前記密閉空間と前記筐体外部とを隔てるシート形状であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動センサ。
【請求項６】
孔部を有する枠形状であり、かつ、与えられる外力に応じて変形し外力がなくなると元の形状に戻る性質を有する可撓性部材と、マイクロフォンを収容する収容部分と、他の部分とを含み、
前記収容部分と他の部分との位置関係が、第１の状態または第２の状態になり、前記位置関係が前記第１の状態である場合に、前記可撓性部材の孔部を介して、前記収容部分の空間と前記他の部分とが接続されることによって密閉空間が形成され、前記密閉空間内の空気圧の変化を前記マイクロフォンによって検出することを特徴とする携帯情報端末。
【請求項７】
前記マイクロフォンは、ＭＥＭＳ素子で構成されていることを特徴とする請求項６記載の携帯情報端末。
【請求項８】
前記マイクロフォンは、前記密閉空間へ接続される孔部を有するパッケージに収容されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の携帯情報端末。
【請求項９】
歩行する生体に装着され、前記マイクロフォンの出力に基づいて、前記生体の歩数を検出することを特徴とする請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の携帯情報端末。
【請求項１０】
生体に装着され、前記マイクロフォンの出力に基づいて、前記生体の心音と脈拍との少なくとも一方を検出することを特徴とする請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の携帯情報端末。
【請求項１１】
前記マイクロフォンの出力に基づいて、前記収容部分と他の部分との位置関係が、第１の状態または第２の状態であることを検出することを特徴とする請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の携帯情報端末。
【請求項１】
与えられる外力に応じて変形し外力がなくなると元の形状に戻る性質を有する可撓性部材と該性質を有しない非可撓性部材とから構成され、内部に密閉空間を有する筐体と、前記密閉空間内に設けられたマイクロフォンとを含み、前記密閉空間内の空気圧の変化を前記マイクロフォンによって検出することを特徴とする振動センサ。
【請求項２】
前記マイクロフォンは、ＭＥＭＳ素子で構成されていることを特徴とする請求項１記載の振動センサ。
【請求項３】
前記マイクロフォンは、前記密閉空間への孔部を有するパッケージに収容されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動センサ。
【請求項４】
前記筐体は、前記マイクロフォンを収容する収容部分と他の部分とを備えており、
前記可撓性部材は、孔部を有する枠形状であり、
前記可撓性部材の孔部を介して、前記収容部分の空間と前記他の部分とが接続されて前記密閉空間が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動センサ。
【請求項５】
前記可撓性部材は、前記密閉空間と前記筐体外部とを隔てるシート形状であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動センサ。
【請求項６】
孔部を有する枠形状であり、かつ、与えられる外力に応じて変形し外力がなくなると元の形状に戻る性質を有する可撓性部材と、マイクロフォンを収容する収容部分と、他の部分とを含み、
前記収容部分と他の部分との位置関係が、第１の状態または第２の状態になり、前記位置関係が前記第１の状態である場合に、前記可撓性部材の孔部を介して、前記収容部分の空間と前記他の部分とが接続されることによって密閉空間が形成され、前記密閉空間内の空気圧の変化を前記マイクロフォンによって検出することを特徴とする携帯情報端末。
【請求項７】
前記マイクロフォンは、ＭＥＭＳ素子で構成されていることを特徴とする請求項６記載の携帯情報端末。
【請求項８】
前記マイクロフォンは、前記密閉空間へ接続される孔部を有するパッケージに収容されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の携帯情報端末。
【請求項９】
歩行する生体に装着され、前記マイクロフォンの出力に基づいて、前記生体の歩数を検出することを特徴とする請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の携帯情報端末。
【請求項１０】
生体に装着され、前記マイクロフォンの出力に基づいて、前記生体の心音と脈拍との少なくとも一方を検出することを特徴とする請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の携帯情報端末。
【請求項１１】
前記マイクロフォンの出力に基づいて、前記収容部分と他の部分との位置関係が、第１の状態または第２の状態であることを検出することを特徴とする請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の携帯情報端末。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１６９６９７（Ｐ２０１１−１６９６９７Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３２８０２（Ｐ２０１０−３２８０２）
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（０００００００３３）旭化成株式会社 (901)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（０００００００３３）旭化成株式会社 (901)
【Ｆターム（参考）】
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