(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有する１枚の非圧電振動板上に複数の圧電振動子を列状に貼り合わせてモノモルフ振動子を構成し、前記圧電振動子と平行に前記非圧電振動板の部分に振動分離スリットを設けたことを特徴とする音響センサ。
【請求項２】
圧電振動子の幅Ｗが高さＨに対してＷ＜Ｈの関係にあり、前記圧電振動子が幅Ｗの方向に配列されていることを特徴とする請求項１記載の音響センサ。
【請求項３】
圧電振動子および非圧電振動板の厚みを調整することにより、所望の共振周波数を得ることを特徴とする請求項２記載の音響センサ。
【請求項４】
振動分離スリットの幅が、圧電振動子の高さＨの範囲では狭く、圧電振動子の高さＨを超える部分では広いことを特徴とする請求項３記載の音響センサ。
【請求項５】
圧電振動子を貼り合わせた短冊状の非圧電振動板を可撓性を有する連結部材により互いに間隔を開けて複数枚連結してモノモルフ振動子を構成した音響センサ。
【請求項６】
可撓性を有して一方の側部を連結して櫛形に形成された非圧電振動板のそれぞれの櫛歯上に圧電振動子を貼り合わせ、他方の側部を可撓性を有する連結部材により連結してモノモルフ振動子を構成した音響センサ。
【請求項７】
非圧電振動板の音波放射面部および側面部を緩衝部材で覆ったことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の音響センサ。
【請求項８】
非圧電振動板の背面を圧電振動子から離れて背面保護部材で覆ったことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の音響センサ。
【請求項９】
緩衝部材または背面保護部材に圧電振動子と平行に複数のスリットを設けたことを特徴とする請求項７または８記載の音響センサ。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の音響センサからなる音波発生部および音波検出部を備え、前記音波検出部を前記音波発生部とは直交する向きに配列して両者を可撓性を有する連結部材で連結したことを特徴とする音響センサ。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれかに記載の音響センサからなる音波発生部と、この音波発生部に連結部材を介して連結される音波検出部とを備え、前記連結部材と音波検出部とを圧電樹脂により一体に成形するとともに、前記音波検出部に音波検出用の電極を設けたことを特徴とする音響センサ。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれかに記載の音響センサからなる音波発生部および音波検出部を備え、前記音波検出部を前記音波発生部とは直交する向きに配列して両者をフレキシブルケーブルで連結したことを特徴とする音響センサ。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載の音響センサからなる音波発生部および音波検出部と、前記音波発生部を駆動する基準信号発生部と、前記音波検出部が検出した音波信号を前記基準信号発生部に同期して位相検出する位相検波部とを備えた生体計測装置。
【請求項１４】
音波発生部に配列された圧電振動子の一部を振動モニタとして使用し、その出力から被検体に注入された音波レベルを測定するレベル検出部を備えたことを特徴とする請求項１３記載の生体計測装置。
【請求項１５】
検出された位相から血圧値を求める血圧演算部を備えた請求項１３または１４記載の生体計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続血圧計等に応用されて、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、あるいは注入した音波を生体表面で検出する音響センサおよび生体計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可聴周波数帯の音波を生体近傍で放射する音響センサとしては、モノモルフ振動子で構成される電話器用のレシーバが「センサハンドブック」に記述されている。図１２に従来の音響センサの構成を示しており、圧電振動子２０１、非圧電振動板２０２、保護ケース２０３等から構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のモノモルフ振動子においては、生体に密着させて使用する場合が考慮されていないこと、およびこのような音響センサを凹凸の多い人体に適用する場合には、音響センサと人体の間に空気層が存在することになりり、音響エネルギーを効率良く伝達させることが困難である等の問題があった。また、センサの振動部を直接人体に接触させるための柔軟な構造についても明らかにされていなかった。
【０００４】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、音響エネルギーを効率良く生体に伝達させることができ、装着感の良い優れた音響センサおよびこの音響センサを用いた生体計測装置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】
上記問題を解決するために、本発明による音響センサは、複数の圧電振動子を可撓性を有する非圧電振動体に貼り合わせ、圧電振動子と平行に振動分離スリットを設けたモノモルフ振動子からなり、音響エネルギーを効率良く生体に伝達させることができ、装着感の良い優れた音響センサを実現することができる。また本発明は、このような音響センサを用いた音波発生部および音波検出部と、音波発生部を駆動する基準信号発生部と、音波検出部が検出した音波信号を基準信号発生部に同期して位相検出する位相検波部とにより生体計測装置を構成したものであり、効率の良い、装着感の良い生体用の音響センサおよび生体計測装置を実現することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、可撓性を有する１枚の非圧電振動板上に複数の圧電振動子を列状に貼り合わせてモノモルフ振動子を構成し、前記圧電振動子と平行に前記非圧電振動板の部分に振動分離スリットを設けたことを特徴とする音響センサであり、圧電振動子が複数配列された非圧電振動板が可撓性を有するので、複数の圧電振動子を容易に生体に密着でき、振動分離スリットにより、隣接する圧電振動子へ振動が伝搬しにくくなるとともに、非圧電振動板の柔軟性をより向上させることができるという作用を有する。
【０００７】
本発明の請求項２に記載の発明は、圧電振動子の幅Ｗが高さＨに対してＷ＜Ｈの関係にあり、前記圧電振動子が幅Ｗの方向に配列されていることを特徴とする請求項１記載の音響センサであり、圧電振動子が複数配列された非圧電振動板が可撓性を有するので、複数の圧電振動子を容易に生体に密着できるという作用を有する。
【０００８】
本発明の請求項３に記載の発明は、圧電振動子および非圧電振動板の厚みを調整することにより、所望の共振周波数を得ることを特徴とする請求項２記載の音響センサであり、所望の共振周波数を得ることができるという作用を有する。
【０００９】
本発明の請求項４に記載の発明は、振動分離スリットの幅が、圧電振動子の高さＨの範囲では狭く、圧電振動子の高さＨを超える部分では広いことを特徴とする請求項３記載の音響センサであり、振動分離スリットにより、隣接する圧電振動子へ振動が伝搬しにくくなるとともに、非圧電振動板の柔軟性をより向上させることができるという作用を有する。
【００１０】
本発明の請求項５に記載の発明は、圧電振動子を貼り合わせた短冊状の非圧電振動板を可撓性を有する連結部材により互いに間隔を開けて複数枚連結してモノモルフ振動子を構成した音響センサであり、連結部材の可撓性により、複数の圧電振動子を容易に生体に密着できるという作用を有する。
【００１１】
本発明の請求項６に記載の発明は、可撓性を有して一方の側部を連結して櫛形に形成された非圧電振動板のそれぞれの櫛歯上に圧電振動子を貼り合わせ、他方の側部を可撓性を有する連結部材により連結してモノモルフ振動子を構成した音響センサであり、非圧電振動板および連結部材の可撓性により、複数の圧電振動子を容易に生体に密着できるという作用を有する。
【００１２】
本発明の請求項７に記載の発明は、非圧電振動板の音波放射面部および側面部を緩衝部材で覆ったことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の音響センサであり、複数の圧電振動子を容易に生体に密着できるという作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項８に記載の発明は、非圧電振動板の背面を圧電振動子から離れて背面保護部材で覆ったことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の音響センサであり、複数の圧電振動子を保護できるという作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項９に記載の発明は、緩衝部材または背面保護部材に圧電振動子と平行に複数のスリットを設けたことを特徴とする請求項７または８記載の音響センサであり、緩衝部材または背面保護部材にスリットを設けることにより、柔軟性を向上させることができるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項１０に記載の発明は、請求項１から９のいずれかに記載の音響センサからなる音波発生部および音波検出部を備え、前記音波検出部を前記音波発生部とは直交する向きに配列して両者を可撓性を有する連結部材で連結したことを特徴とする音響センサであり、音響センサをユニット化できるとともに、生体に容易に密着できるという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項１１に記載の発明は、請求項１から９のいずれかに記載の音響センサからなる音波発生部と、この音波発生部に連結部材を介して連結される音波検出部とを備え、前記連結部材と音波検出部とを圧電樹脂により一体に成形するとともに、前記音波検出部に音波検出用の電極を設けたことを特徴とする音響センサであり、音響センサの構造を簡略化できるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項１２に記載の発明は、請求項１から９のいずれかに記載の音響センサからなる音波発生部および音波検出部を備え、前記音波検出部を前記音波発生部とは直交する向きに配列して両者をフレキシブルケーブルで連結したことを特徴とする音響センサであり、音響センサの配線を簡略化できるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項１３に記載の発明は、請求項１から１２のいずれかに記載の音響センサからなる音波発生部および音波検出部と、前記音波発生部を駆動する基準信号発生部と、前記音波検出部が検出した音波信号を前記基準信号発生部に同期して位相検出する位相検波部とを備えた生体計測装置であり、効率の良い、装着感の良い生体計測装置を実現できるという作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項１４に記載の発明は、音波発生部に配列された圧電振動子の一部を振動モニタとして使用し、その出力から被検体に注入された音波レベルを測定するレベル検出部を備えたことを特徴とする請求項１３記載の生体計測装置であり、生体に注入された音波の強度を正確に把握できるという作用を有する。
【００２０】
本発明の請求項１５に記載の発明は、検出された位相から血圧値を求める血圧演算部を備えた請求項１３または１４記載の生体計測装置であり、動脈中を伝わる音波の血圧依存を計測できるという作用を有する。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における音響センサを用いた生体計測装置のブロック図を示している。図１において、被検体である動脈１は、腕２の手首の周辺部において検査される。圧電振動子３、４は、音波を発生し、圧電振動子５は、音波をモニターするためのものである。圧電振動子３、４、５により音波発生部６を構成する。圧電振動子７、８は、音波を電気信号に変換し、圧電振動子７、８により音波検出部９を構成する。音波発生部６と音波検出部９で音響センサを構成する。駆動信号増幅部１１は、周波数ｆの駆動信号を発生し、圧電振動子３、４に供給する。レベル検出部１２は、圧電振動子５が検出した信号の強度を求める。信号選択部１３は、振動子７、８からの受信信号を選択する。信号選択部１３の出力は、位相検波部１４において基準信号発生部１５からの信号と乗ぜられる。位相検波部１４の出力は、信号処理部１６へ送られる。信号処理部１６の位相角出力は、血圧演算部１７へ送られる。駆動信号増幅部１１、レベル検出部１２、信号選択部１３等により本体部２０を構成する。
【００２２】
図２（ａ）は音響センサの音波発生部６の平面図、図２（ｂ）は音響センサを腕に装着した状態を示す正面図、図２（ｃ）は音響センサが生体に密着する様子を示す正面図、図２（ｄ）は音響センサの振動の様子を示す側面図である。図２において、圧電振動子３、４は音波発生用であり、圧電振動子５は音波をモニターするためのものである。圧電振動子３、４、５は、金属板等からなる非圧電振動板５１の上に接着されており、モノモルフ振動子を構成する。振動分離スリット６８は、非圧電振動板５１に設けられた穴である。振動分離スリット５２は、空気で満たされてもよいし、柔軟なゴム等の材料で埋められていてもよい。
【００２３】
以上のように構成された生体計測装置について、その動作を説明する。まず図２において、圧電振動子３、４、５は、各々高さＨ、幅Ｗ、厚みＴであり、斜線で示す電極を有する。高さＨ＞幅Ｗの関係があり、圧電振動子は幅Ｗの方向に配列されている。音波発生用の圧電振動子３、４には、駆動信号増幅部１１より周波数ｆの駆動信号が供給される。駆動信号増幅部１１は、音波発生用の圧電振動子３、４の一部、あるいは全てに駆動信号を供給する。駆動信号増幅部１１は、基準信号発生部１５からの信号を増幅して駆動信号を発生する。音波発生用の圧電振動子３、４の優勢な振動の一つは、Ｈ方向への輪郭振動である。その場合、圧電振動子３、４には、非圧電振動板５１が接着されているので、図２（ｄ）に示す様な屈曲振動を行う。主たる振動の方向は、非圧電振動板５１に垂直な方向であり、被検体に音波を注入することができる。
【００２４】
圧電振動子３、４の高さＨとして１ｃｍ程度を選び、その厚みＴや非圧電振動板５１の厚みＴｎを調整することにより、１ＫＨｚ前後の共振周波数を得ることができる。例えば１０Ｔ＜Ｗ、１０Ｔｎ＜Ｗ等である。モニター用の圧電振動子５も音波発生用の圧電振動子３、４と同様な寸法を有している。
【００２５】
音波発生部６のＷ方向の寸法は数ｃｍ程度であり、音波の波長に比べて十分小さいので、音波の回折により音波発生用の圧電振動子３、４から被検体を介してモニター用の圧電振動子５に音波が伝搬する。モニター用の振動子５の役割は、被検体に注入された音波のレベルを検出することであるが、非圧電振動板５１の振動を被検体を介さないで直接検出する恐れがある。このため、非圧電振動板５１の上の音波発生用の圧電振動子３、４とモニタ用の圧電振動子５の間には、非圧電振動板５１に振動を分離するための振動分離スリット６８が設けられている。振動分離スリット６８の幅ＷｓはＷｓ＜Ｗの様に選ばれる。このようにして、モニタ用の圧電振動子５は、被検体に注入された音波を正確に検出することができる。そして、レベル検出部１２において圧電振動子５の検出信号の強度が求められ、強度が低い場合には、駆動信号増幅部１１の出力レベルが高められる。
【００２６】
音波発生部６のＷ方向の寸法は数ｃｍ程度なので、全体を被検体、この場合には腕２の動脈１の上の体表部に密着させる必要がある。図２（ｃ）は音波発生部６を被検体に密着させた様子を示す。非圧電振動板５１は金属板等からなり、単体では可撓性を有する。一方、非圧電振動板５１に圧電振動子３、４、５を接着した部分では可撓性がすくなくなる。しかしながら、非圧電振動板５１は、圧電振動子３、４、５の中間部では可撓性が大であるので、図２（ｃ）に示す様に折り曲げることが可能である。このようにして音波発生部６を被検体に密着させることができる。
【００２７】
圧電振動子３、４から被検体である腕２に注入された音波の一部は、動脈１を伝搬し、音波検出部９の圧電振動子７、８において電気信号に変換される。一般に動脈を伝わる低周波の音波は、血圧に依存して音速が変化することが知られている。したがって動脈を伝搬する音波は、動脈の拍動による血圧変化対応して音速が変化することになる。このようにして、音波検出部において動脈を伝搬してきた音波は位相変調される。一方、動脈以外の部分を伝搬してきた音波は、位相変調を受けていないことになる。
【００２８】
圧電振動子７、８からの受信信号は、信号選択部１３においてその一部あるいは全てが加算され、位相検波部１４に送られる。位相検波部１４において、基準信号発生部１５からの周波数ｆの信号ｃｏｓ（２ｐπｆｔ）、ｓｉｎ（２ｐπｆｔ）を乗ぜられる。ただしｔは時間を表わす。位相検波部１４のＩ、Ｑ出力は、信号処理部１６に送られる。信号処理部１６において、信号Ｉ、Ｑは、動脈を伝搬し位相変調を受けた成分Ｉｓ、Ｑｓと、それ以外を伝搬してきた成分Ｉｃ、Ｑｃに分離される。さらにＩｓ、Ｑｓの絶対値Ａｓ、位相Ｐｓ、およびＩｃ、Ｑｃの絶対値Ａｃが求められる。位相Ｐｓは血圧に対応する重要なデータであり、Ｐｓを正確に求める必要がある。そのためには動脈を伝搬してきた信号の絶対値Ａｓが大きく、それ以外の信号の絶対値Ａｃが小さいことが望ましい。
【００２９】
信号処理部１６は、駆動信号増幅部１１が音波発生部６の圧電振動子３、４のいずれかを駆動した場合、あるいは全てを駆動した場合についてＡｓとＡｃの比較を行う。さらに、信号選択部１３が音波検出部９の圧電振動子７、８のいずれかを選択した場合、あるいは全てを選択し信号を加算した場合について、ＡｓとＡｃの値の比較を行う。以上の様にして、信号処理部１６はＡｓが大となりとＡｃが小となる最適な状態に駆動信号増幅部１１と信号選択部１３を制御する。信号処理部１６で求められた位相Ｐｓは血圧演算部１７において血圧値に変換される。具体的には事前に最高最低血圧計を用いて、位相Ｐｓと血圧値の関係を求めておくことにより、位相Ｐｓの値から血圧の瞬時値が求められる。
【００３０】
以上のように、本発明の実施の形態１によれば、圧電振動板と非圧電振動板の貼り合わせからなるモノモルフ振動子において、圧電振動子を非圧電振動板に複数配列し、非圧電振動板の可撓性により、大きな音波放射面を有するモノモルフ振動子を生体に密着できるという作用を有する。さらにモノモルフ振動子を駆動する基準信号発生部と、モノモルフ振動子が発生する音波を検出する音波検出部と、音波検出部の出力信号を基準信号発生部に同期して位相検出する位相検波部を有することにより、生体中における音速の変化、たとえば動脈中を伝わる音波の血圧依存を計測できるという作用を有する。さらに、音波発生部の配列された振動子の一部を振動モニタとして使用することにより音波発生部から生体に注入される音波の強度を正確に把握できるという作用を有する。
【００３１】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２における生体計測装置の全体構成は、図１に示した実施の形態１と同じであるが、音波発生部６の構成が実施の形態１とは異なる。図３は本実施の形態２における音波発生部６の平面図を示す。図３において、圧電振動子３１〜３５は、可撓性を有する非圧電振動板５１に接着されており、各圧電振動子３１〜３５と非圧電振動板５１によりモノモルフ振動子を構成する。非圧電振動板５１には、圧電振動子３１〜３５と交互に平行に振動分離スリット６１〜６６が設けられている。振動分離スリット６１〜６６の高さＨｓは、圧電振動子の高さＨに対してＨｓ＞Ｈの関係がある。
【００３２】
以上のように構成された音波発生部６について、図３を用いてその動作を説明する。まず、各圧電振動子３１〜３５に駆動信号を加えると、各圧電振動子３１〜３５は屈局振動を行う。各圧電振動子３１〜３５の両側には、振動分離スリット６１〜６６が設けられており、一つの圧電振動子の振動が非圧電振動板５１を介して隣接する圧電振動子へ伝搬しにくい構成になっている。したがって、圧電振動子３１〜３５のいずれの圧電振動子も、音波をモニタするために用いることが可能である。また、この様な音波発生部６は、振動分離スリット６１〜６６の部分で非圧電振動板５１を容易に折り曲げることができるので、容易に被検体に密着させることができる。
【００３３】
以上のように、本発明の実施の形態２によれば、圧電振動子と非圧電振動板の貼り合わせからなるモノモルフ振動子において、一体構造の非圧電振動板に圧電振動子に平行に振動分離スリットを設け、非圧電振動板の可撓性を増すことにより、大きな音波放射面を有するモノモルフ振動子を生体に密着できるという作用を有する。
【００３４】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３における生体計測装置の全体構成は、図１に示した実施の形態１と同じであるが、音波発生部６の構成が実施の形態１とは異なる。図４は本実施の形態３における音波発生部６の平面図を示す。図４において、圧電振動子３１〜３５は、可撓性を有する非圧電振動板５１に接着されており、各圧電振動子３１〜３５と非圧電振動板５１によりモノモルフ振動子を構成する。非圧電振動板５１には、圧電振動子３１〜３５と交互に平行に振動分離スリット６１〜６６が設けられている。振動分離スリット６１〜６６の幅は、圧電振動子の高さＨの範囲内ではＷｓであり、圧電振動子の高さＨを超える部分において幅が広まりＷｅとなる。このため、振動分離スリット６１〜６６の幅がＷｅとなる部分において、振動分離スリット６１〜６６の間隔はＷｇとなり、圧電振動子３１〜３５の幅Ｗに対してＷｇ＜Ｗの関係がある。
【００３５】
以上のように構成された音波発生部６について、図４を用いてその動作を説明する。まず、各圧電振動子３１〜３５に駆動信号を加えると、各圧電振動子３１〜３５は屈局振動を行う。各振動子の両側には振動分離スリット６１〜６６が設けられており、一つの圧電振動子の振動が、非圧電振動板５１を介して隣接する圧電振動子へ伝搬しにくい構成になっている。さらに、振動分離スリット６１〜６６は、圧電振動子３１〜３５の高さＨを超える部分において幅が広まっているので、一つの圧電振動子の振動が非圧電振動板５１を介して隣接する圧電振動子へ伝搬しにくい構成になっている。したがって、圧電振動子３１〜３５のいずれの圧電振動子も音波をモニタするために用いることが可能である。また、この様な音波発生部６は、振動分離スリット６１〜６６の部分で非圧電振動板５１を折り曲げることが容易なので、容易に被検体に密着させることができる。
【００３６】
以上のように、本発明の実施の形態３によれば、圧電振動子と非圧電振動板の貼り合わせからなるモノモルフ振動子において、一体構造の非圧電振動板に圧電振動子に平行に振動分離スリットを設け、非圧電振動板の可撓性を増すことにより、大きな音波放射面を有するモノモルフ振動子を生体に密着できるという作用を有する。
【００３７】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態４における生体計測装置の全体構成は、図１に示した実施の形態１と同じであるが、音波発生部６の構成が実施の形態１とは異なる。図５（ａ）は本実施の形態４における音波発生部６の平面図、図５（ｂ）はその側面図を示す。図５において、圧電振動子３１〜３５は、短冊状の非圧電振動板５１１〜５１５にそれぞれ接着されており、各圧電振動子３１〜３５と非圧電振動板５１１〜５１５によりモノモルフ振動子を構成する。非圧電振動板５１１〜５１５は、互いに間隔を開けて配置することにより、振動分離スリット６１〜６６が設けられており、その両側部において可撓性を有する連結部材７１、７２により連結されている。
【００３８】
以上のように構成された音波発生部６について、図５を用いてその動作を説明する。まず、各圧電振動子３１〜３５に駆動信号を加えると、各圧電振動子３１〜３５は屈局振動を行う。各圧電振動子の非圧電振動板５１１〜５１５は、ゴム等により構成される可撓性を有す連結部材７１、７２により連結されており、非圧電振動板が一体構造を有する場合に比べ、一つの圧電振動子の振動が隣接する圧電振動子へは伝搬しにくい構成になっている。また、この様な音波発生部６は、連結部材７１、７２において容易に折り曲げることができるので、容易に被検体に密着させることができる。
【００３９】
以上のように、本発明の実施の形態４によれば、圧電振動子と非圧電振動板の貼り合わせからなるモノモルフ振動子において、圧電振動子に接着された短冊状の非圧電振動板を互いに間隔を開けて複数配列し、これら非圧電振動板を可撓性を有する連結部材により連結することにより、大きな音波放射面を有するモノモルフ振動子を生体に密着できるという作用を有する。
【００４０】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態５における生体計測装置の全体構成は、図１に示した実施の形態１と同じであるが、音波発生部６の構成が実施の形態１とは異なる。図６（ａ）は本実施の形態５における音波発生部６の平面図、図６（ｂ）はその側面図、図６（ｃ）は音波発生部６における非圧電振動板の平面図である。図６において、圧電振動子３１〜３５は、可撓性を有して一方の側部を連結して櫛形に形成された非圧電振動板５１のそれぞれの櫛歯上に接着されており、各圧電振動子３１〜３５と非圧電振動板５１によりモノモルフ振動子を構成する。非圧電振動板５１の櫛形の櫛歯と櫛歯との間には振動分離スリット６１〜６６が設けられている。非圧電振動板５１の櫛形の他方の側部は、可撓性を有する連結部材７２により連結されている。
【００４１】
以上のように構成された音波発生部６について、図６を用いてその動作を説明する。まず、各圧電振動子３１〜３５に駆動信号を加えると、各圧電振動子３１〜３５は屈局振動を行う。各振動子の両側には振動分離スリット６１〜６６が設けられており、さらにその一端は完全に開放されており、一つの圧電振動子の振動が非圧電振動板５１を介して隣接する圧電振動子へ伝搬しにくい構成になっている。この様な音波発生部６は、振動分離スリット６１〜６６の部分で非圧電振動板５１を折り曲げることが容易なので、容易に被検体に密着させることができる。また、この様な、モノモルフ振動子の配列を製作する場合、あらかじめ一枚の圧電振動子を非圧電振動板に接着した後、非圧電振動板に櫛形にスリットを設けると同時に圧電振動子を切断するという方法が可能であり、複数枚の圧電振動子を非圧電振動板に接着する場合に比べ、接着の作業を簡易化することができる。
【００４２】
以上のように、本発明の実施の形態５によれば、圧電振動子と非圧電振動板の貼り合わせからなるモノモルフ振動子において、非圧電振動板を櫛形構造とし、非圧電振動板の可撓性を増すことにより、大きな音波放射面を有するモノモルフ振動子を生体に密着できる。さらに複数枚の圧電振動子を非圧電振動板に接着する場合に比べ、接着の作業を簡易化することができるという作用を有する。
【００４３】
（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６について説明する。本実施の形態６における生体計測装置の全体構成は、図１に示した実施の形態１と同じであるが、音波発生部６の構成が実施の形態１とは異なる。図７（ａ）は本実施の形態６における音波発生部６の平面図、図７（ｂ）はその断面図を示す。図７において、圧電振動子３１〜３５は、短冊上の非圧電振動板５１１〜５１５にそれぞれ接着されており、各圧電振動子３１〜３５と非圧電振動板５１１〜５１５によりモノモルフ振動子を構成する。このような非圧電振動板５１１〜５１５は、ゴム等により構成される可撓性を有する緩衝部材７３により、非圧電振動板５１１〜５１５の音波放射面および側面を覆うように、連結されている。
【００４４】
以上のように構成された音波発生部６について、図７を用いてその動作を説明する。まず、各圧電振動子３１〜３５に駆動信号を加えると、各圧電振動子３１〜３５は屈局振動を行う。各圧電振動子の非圧電振動板５１１〜５１５は、可撓性を有する緩衝部材７３により連結されており、非圧電振動板が一体構造を有する場合に比べ、一つの圧電振動子の振動が隣接する圧電振動子へは伝搬しにくい構成になっている。また、この様な音波発生部６は、緩衝部材７３において折り曲げることが容易なので、容易に被検体に密着させることができる。さらに、緩衝部材７３は、非圧電振動板５１１〜５１５音波放射面および側面を覆う構造になっているので、音波発生部６を被検体に強く押当てた場合にも、被検体に与える機械的刺激を緩和させることができる。
【００４５】
以上のように、本発明の実施の形態６によれば、圧電振動子と非圧電振動板の貼り合わせからなるモノモルフ振動子において、圧電振動子に接着された非圧電振動板を複数配列し、これら非圧電振動板の音波放射面および側面を可撓性を有する緩衝部材により覆うことにより、大きな音波放射面を有するモノモルフ振動子を生体に柔軟に密着できるという作用を有する。
【００４６】
なお、緩衝部材７３を連結部材と兼用せずに、圧電振動子を接着した非圧電振動板を連結部材により連結した後、緩衝部材７３で覆うこともでき、上記各実施の形態に対しても同様に実施することができる。
【００４７】
（実施の形態７）
次に、本発明の実施の形態７について説明する。本実施の形態７における生体計測装置の全体構成は、図１に示した実施の形態１と同じであるが、音波検出部９の構成が実施の形態１とは異なる。図８（ａ）は本実施の形態７における音波検出部９の正面図、図８（ｂ）はその側面断面図を示す。図８において、圧電振動子８１〜８３は、一枚の可撓性を有する非圧電振動板５２に接着されており、各圧電振動子８１〜８３と非圧電振動板５２によりモノモルフ振動子を構成する。非圧電振動板５２の背面には、圧電振動子８１〜８３から離れて箱状の背面保護部材１１０が被せられている。背面保護部材１１０には、各圧電振動子８１〜８３の両側の位置に対応して複数のスリット１２１〜１２４が設けられている。
【００４８】
以上のように構成された音響センサの音波検出部９と背面保護部材１１０について、図８を用いてその動作を説明する。音波検出部９を腕等の被検体に密着させるためカフを巻つける必要がある。このため、音波検出部９の上面部にカフが接触し、圧電振動子８１〜８３の自由な振動が妨げられ感度が低下する恐れがある。その他、様々な機械的接触を回避するためにも音波検出部９の上面を保護する必要がある。このため、音波検出部９の上面に背面保護部材１１０により空間を設けている。一方、音波検出部９は、被検体に密着させるために折れ曲がる必要があるので、背面保護部材１１０にスリット１２１〜１２４を設けることにより、可撓性を増して音波検出部９の被検体への密着を良好にしている。
【００４９】
以上のように、本発明の実施の形態７によれば、音波検出部に背面保護部材を設けることにより、音波検出部の圧電振動子の振動を保護することができる。さらに背面保護部にスリットを設けることにより、音波検出部の被検体への密着を良くするという作用を有する。
【００５０】
なお、このような背面保護部材は、上記各実施の形態に対しても同様に実施することができる。
【００５１】
（実施の形態８）
次に、本発明の実施の形態８について説明する。本実施の形態８における生体計測装置の全体構成は、図１に示した実施の形態１と同じであるが、音波発生部６および音波検出部９の構成が実施の形態１とは異なる。図９（ａ）は本実施の形態８における音響センサの平面図、図９（ｂ）は音響センサを腕２に装着した状態を示す縦断面図である。図９において、圧電振動子３１〜３５は、１枚の可撓性を有する非圧電振動板５１に接着されており、各圧電振動子３１〜３５と非圧電振動板５１によりモノモルフ振動子を構成する。非圧電振動板５１には、圧電振動子３１〜３５と交互に平行に振動分離スリット６１〜６６が設けられており、圧電振動子３１〜３５、非圧電振動板５１、振動分離スリット６１〜６６により音波発生部６を構成する。一方、圧電振動子８１〜８３が非圧電振動板５２に接着されており、各圧電振動子８１〜８３と非圧電振動板５２によりモノモルフ振動子を構成する。非圧電振動板５２には、圧電振動子８１〜８３と交互に平行に振動分離スリット９１〜９４が設けられており、圧電振動子８１〜８３、非圧電振動板５２、振動分離スリット９１〜９４により音波検出部９を構成する。音波発生部６と音波検出部９は、可撓性を有する連結部材５３により連結されている。
【００５２】
以上のように構成された音響センサの音波検出部９と連結部材５３について、図９を用いてその動作を説明する。音波発生部６については実施の形態２と同一であるので説明を省略する。まず、音波発生部６から腕２に注入された音波の一部は動脈１に沿って伝搬し、音波検出部９に到達する。位相角の測定に影響を与えないように、音波発生部６と音波検出部９の間隔Ｌｃが一定に保たれるように連結部材５３は伸縮が起こりにくい素材が選ばれる。例えばポリイミドのシートなどが適している。音波発生部６と音波検出部９がともに非検体に密着できる様に、連結部材５３はひねりに対して対応しやすい形状が選ばれる。このため、連結部材５３の最も狭い部分の幅Ｗｃは、Ｌｃ＞Ｗｃとなるように選ばれる。
【００５３】
以上のように、本発明の実施の形態８によれば、音波発生部６と音波検出部９を可撓性のある連結部材５３により接続することにより、音波発生部６と音波検出部９を共に被検体に密着させることが可能であり、かつ音波発生部６と音波検出部９が間隔が一定に保たれ、音波の位相の測定制度を高めることができるという作用を有する。
【００５４】
（実施の形態９）
次に、本発明の実施の形態９について説明する。本実施の形態９における生体計測装置の全体構成は、図１に示した実施の形態１と同じであるが、音波発生部６および音波検出部９の構成が実施の形態１とは異なる。図１０は本実施の形態９における音響センサの平面図を示す。図１０において、音波発生部６は、圧電樹脂により音波検出部９と一体に形成された連結部材５４により接続される。圧電樹脂としては、例えばＰＶＤＦ等が適している。音波検出部９には、電極１０１が設けられて、音波検出用の圧電振動子を構成する。
【００５５】
以上のように、本発明の実施の形態９によれば、音波発生部６を、音波検出部９と圧電樹脂により一体に形成した可撓性を有する連結部材５４により接続することにより、音波発生部６と音波検出部９を共に被検体に密着させることが可能であり、かつ音波発生部６と音波検出部９が間隔が一定に保たれ、音波の位相の測定制度を高めることができるという作用を有する。
【００５６】
なお、生体中を伝搬する可聴周波数帯の音波を検出する手段としては、コンデンサマイクロホンや各種圧力センサの利用が可能である。
【００５７】
（実施の形態１０）
次に、本発明の実施の形態１０について説明する。本実施の形態１０における生体計測装置の全体構成は、図１に示した実施の形態１と同じであるが、音波発生部６および音波検出部９の構成が実施の形態１とは異なる。図１１は本実施の形態１０における音響センサの平面図を示す。図１１において、圧電振動子３１〜３５は、１枚の可撓性を有する非圧電振動板５１に接着されており、各圧電振動子３１〜３５と非圧電振動板５１によりモノモルフ振動子を構成する。非圧電振動板５１には、圧電振動子３１〜３５と交互に平行に振動分離スリット６１〜６６が設けられており、圧電振動子３１〜３５、非圧電振動板５１、振動分離スリット６１〜６６により音波発生部６を構成する。一方、圧電振動子８１〜８３が非圧電振動板５２に接着されており、各圧電振動子８１〜８３と非圧電振動板５２によりモノモルフ振動子を構成する。非圧電振動板５２には、圧電振動子８１〜８３と交互に平行に振動分離スリット９１〜９４が設けられており、圧電振動子８１〜８３、非圧電振動板５２、振動分離スリット９１〜９４により音波検出部９を構成する。音波発生部６と音波検出部９は、フレキシブルケーブルからなる連結部材５５により連結されている。
【００５８】
以上のように構成された音響センサの音波検出部９と連結部材５５について、図１１を用いてその動作を説明する。音波発生部６については実施の形態２と同一であるので説明を省略する。まず、音波発生部６から被検体に注入された音波の一部は、音波検出部９に到達する。位相角の測定に影響を与えないように、音波発生部６と音波検出部９の間隔Ｌｃが一定に保たれるように、連結部材５５は伸縮が起こりにくい素材が選ばれる。例えばポリイミドのシートなどが適している。音波発生部６と音波検出部９が共に非検体に密着できる様に、連結部材５５はひねりに対して対応しやすい形状が選ばれる。このため、連結部材５３の最も狭い部分の幅Ｗｃは、Ｌｃ＞Ｗｃとなるように選ばれる。さらに、連結部材５５には、音波発生部６と音波検出部９に接続される電気配線が設けられている。音波発生部６と音波検出部９に接続される電気配線は、接続部材５６において本体部２０からのケーブル２１と接続される。
【００５９】
以上のように、本発明の実施の形態１０によれば、音波発生部６と音波検出部９をフレキシブルケーブルからなる連結部材５５により接続することにより、音波発生部６と音波検出部９をともに被検体に密着させることが可能であり、さらに音波発生部６と音波検出部９に接続される電気配線を兼ねるため、音響センサの構成が簡単になるという作用を有する。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、圧電振動子と非圧電振動板の貼り合わせからなるモノモルフ振動子において、圧電振動子を可撓性を有する非圧電振動板に複数配列し、圧電振動子と平行に振動分離スリットを設けたので、非圧電振動板の可撓性により、大きな音波放射面を有するモノモルフ振動子を生体に密着できるという効果が得られる。さらにモノモルフ振動子からなる音波発生部を駆動する基準信号発生部と、モノモルフ振動子が発生する音波を検出する音波検出部と、音波検出部の出力信号を基準信号発生部に同期して位相検出する位相検波部を有することにより、生体中における音速の変化、たとえば動脈中を伝わる音波の血圧依存を計測できるという効果が得られる。さらに、音波発生部の配列された圧電振動子の一部を振動モニタとして使用することにより音波発生部から生体に注入される音波の強度を正確に把握できるという効果が得られる。
【００６１】
また、圧電振動子と非圧電振動板の貼り合わせからなるモノモルフ振動子において、圧電振動子を複数配列した可撓性を有する非圧電振動板に振動分離スリットを設け、非圧電振動板の可撓性を増すことにより、大きな音波放射面を有するモノモルフ振動子を生体に密着できるという効果が得られる。また、圧電振動子を接着された短冊上の非圧電振動板を複数配列し、これら非圧電振動板を可撓性を有する材料により連結することにより、大きな音波放射面を有するモノモルフ振動子を生体に密着できるという効果が得られる。
【００６２】
また、非圧電振動板の音波放射面や側面を緩衝部材で覆って被検体への密着を良くしたり、音波検出部に背面保護部材を設けることにより、圧電振動子の振動を保護できるという効果が得られる。さらに、音波発生部と音波検出部を可撓性を有する連結部材により連結することにより、音波発生部と音波検出部を共に被検体に密着させることができ、かつ音波発生部と音波検出部が間隔が一定に保たれ、音波の位相の測定制度を高めることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における生体計測装置のブロック図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における音響センサの平面図
（ｂ）本発明の実施の形態１における音響センサを腕に装着する状態を示す正面図
（ｃ）本発明の実施の形態１における音響センサを腕に装着した状態を示す正面図
（ｄ）本発明の実施の形態１における音響センサの動作を示す側面図
【図３】本発明の実施の形態２における音波発生部の平面図
【図４】本発明の実施の形態３における音波発生部の平面図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態４における音波発生部の平面図
（ｂ）本発明の実施の形態４における音波発生部の側面図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態５における音波発生部の平面図
（ｂ）本発明の実施の形態５における音波発生部の断面図
（ｃ）音波発生部の非圧電振動板の平面図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態６における音波発生部の平面図
（ｂ）本発明の実施の形態６における音波発生部の断面図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態７における音波発生部の正面図
（ｂ）本発明の実施の形態７における音波発生部の断面図
【図９】（ａ）本発明の実施の形態８における音波発生部および音波検出部の平面図
（ｂ）本発明の実施の形態８における音波発生部および音波検出部の断面図
【図１０】本発明の実施の形態９における音波検出部の平面図
【図１１】本発明の実施の形態１０における音波発生部および音波検出部の平面図
【図１２】（ａ）従来の音響センサの断面図
（ｂ）音響センサにおける非圧電振動板の平面図
【符号の説明】
１    動脈
２    腕
３、４、５  圧電振動子
６    音波発生部
７、８    圧電振動子
９    音波検出部
１１  駆動信号増幅部
１２  レベル検出部
１３  信号選択部
１４  位相検波部
１５  基準信号発生部
１６  信号処理部
１７  血圧演算部
２０  本体部
３１、３２、３３、３４、３５  圧電振動子
５１、５２    非圧電振動体
５３、５４、５５    連結部材
６１、６２、６３、６４、６５、６６  信号分離スリット
７１、７２  連結部材
７３  緩衝部材
８１、８２、８３  圧電振動子
９１、９２、９３、９４  信号分離スリット
１１０  背面保護部材
【図１】
0003557339.tif 000002
【図２】
0003557339.tif 000003
【図３】
0003557339.tif 000004
【図４】
0003557339.tif 000005
【図５】
0003557339.tif 000006
【図６】
0003557339.tif 000007
【図７】
0003557339.tif 000008
【図８】
0003557339.tif 000009
【図９】
0003557339.tif 000010
【図１０】
0003557339.tif 000011
【図１１】
0003557339.tif 000012
【図１２】
0003557339.tif 000013