(57)【要約】媒体中のエネルギ波の通過時間に対し既知関係を有する所定のパラメータを感知するためのセンサであって、前記エネルギ波に対する高い透過率および低い減衰特性を有する軟質弾性材料体と、レシーバによって受け取られるエネルギ波が、トランスミッタによって発信され、前記軟質弾性材料体の少なくとも一部分を横断した後のエネルギ波であるように、前記材料体によって相互に相隔たる関係によって支持されたトランスミッタおよびレシーバとを備えたセンサ。弾性材料体を通るエネルギの通過時間は所定のパラメータの測定を行なうように測定される。好ましい例では、エネルギ波は音波であり、軟質弾性材料体がトランスミッタとレシーバの間の音響チャネルとして作用するようにされている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体中のエネルギ波の通過時間に対し既知または決定可能な関係を有する所定のパラメータを測定するための装置であって、
エネルギ波を前記媒体中に発信させるためのトランスミッタおよび前記トランスミッタによって発信された前記エネルギ波を受け取るためのレシーバを含む、前記所定のパラメータを測定するためのセンサと、
前記トランスミッタから前記レシーバまでのエネルギ波の通過時間または通過時間の変化を測定し、それによって前記所定のパラメータの測定を実現するデータプロセッサと
を備えた装置において、
前記センサは前記エネルギ波に対する高い透過率および低い減衰特性を有する軟質弾性材料体を含み、前記トランスミッタおよびレシーバは、前記パラメータが前記センサによって感知されたときに前記レシーバに対する前記トランスミッタの変位を生じるように、前記軟質弾性材料体によって相互に間隔をおいて配置され、それによって前記トランスミッタから前記レシーバまでの前記エネルギ波の通過時間または通過時間の変化の測定がレシーバに対するトランスミッタの変位の測定を実現し、その結果前記所定のパラメータの測定を実現することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記弾性材料がシリコーンエラストマである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記弾性材料が５〜６０のショアＡ硬度を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記弾性材料が７〜２０のショアＡ硬度を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記エネルギ波が音波である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記トランスミッタおよびレシーバが前記弾性材料体に埋め込まれている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
ブリッジによって接続された一対の脚を前記弾性材料体に形成し、前記トランスミッタを一方の脚に埋め込み、前記ブリッジを介して前記トランスミッタと連通する状態で前記レシーバを他方の脚に埋め込んだ、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記弾性材料体はその少なくとも一つの面に、前記データプロセッサの回路機構の少なくとも一部分を組み込んだプリント配線基板を担持する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記弾性材料体は、センサが前記変位の変化率を感知するように、慣性部材として働く錘をも担持する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記弾性材料体は温度を測定するための温度センサをも担持し、
前記温度センサは、エネルギ波を発振するための第二トランスミッタと、前記第二トランスミッタによって発振されたエネルギ波を受信するための第二レシーバと、前記第二トランスミッタと第二レシーバとの間の感温経路とを含み、
前記データプロセッサは、前記感知された温度による前記感温経路の透過率の変化から結果的に生じる、前記第二トランスミッタから前記第二レシーバへの音エネルギの通過時間の変化を測定し、それによって前記感温経路の温度の測定をもたらすのにも有効である、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記装置は共通支持体に装着された前記センサの二つを含み、それらの端部の一方は相互に向き合って整列し、それらの反対側の端部は前記支持体に固定され、前記センサの前記向き合った端部は、それらの間に配置されかつ前記所定のパラメータによって一方のセンサに近づきかつ他方のセンサから遠ざかるように変位可能である部材に固定され、前記変位可能な部材のいずれかの方向の変位は一方のセンサの弾性体を圧縮させ、かつ他方のセンサの弾性体を膨張させ、それによって温度および他の過渡的影響を実質的に除去する一方、前記所定のパラメータの測定を向上させる、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記弾性材料体は磁石をも担持し、それによって外部磁界の測定を可能にする、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記装置は血圧の非侵襲的測定用であり、前記センサがカフ内の圧力を測定することができるように、前記センサと連通する膨張可能なカフを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記装置は、前記センサによる圧力測定が患者の脈拍の拍動から結果的に生じる患者の動脈内の血圧の振れによって発生するオシレーションコンプレックスを含むように、前記カフを徐々に収縮させるための手段をさらに含み、それによって前記装置をオシロメトリックな方法に従って患者の血圧を非侵襲的に測定するために使用することを可能にする、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記センサをピトー管に担持し、それによって流体媒体を介する対象物の速度の測定を可能にする、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記センサは液体中に浸漬可能であり、それによって液体の密度または液体中のセンサの浸漬の深さを測定する、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記装置は、前記センサの一つまたはそれ以上によって支持された秤をさらに含み、それによって秤上の重量の測定を可能にする、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記装置はキーボードまたは圧力分布センサとして使用される前記センサの集積アレイを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記センサは加圧容器または管内の開口内に受容される寸法および形状に形成され、その中の圧力を測定する、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記弾性材料体は人間の指、手首、腕、または脚を受容するための環状の形状である、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記弾性材料体はＣ字形であり、一端に前記トランスミッタ、他端に前記レシーバ、および両端を接合する弾性バンドを含み、弾性材料体を人間の身体部分に装着し、かつ前記弾性材料体の寸法および前記バンドの弾性に応じて所定の圧力を前記身体部分に付与することができるようにした、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記センサをトランスミッションシステムの二つの部分の間に装着して、前記トランスミッションシステムのトルクを測定するようにした、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
一対の前記センサをトランスミッションシステムの前記二つの部分の間に装着して、そのトルクがセンサの一方を圧縮し、かつ前記センサの他方を拡張するようにし、それによって温度または他の過渡的作用に実質的に影響されないトランスミッションシステムのトルクの測定を達成する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記装置は、ループ内の一つのセンサのレシーバがループ内の次のセンサのトランスミッタをトリガするように、ループ状に接続された複数のセンサを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２５】
人間の心臓および呼吸活動を検出するために、前記センサを人間の下に配置される一対のプレートの間に装着した、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
前記装置はアラームおよび振動器をさらに含み、前記データプロセッサは、心臓活動が第一の所定の期間中に検出されないときに前記アラームを作動させ、呼吸活動が前記第一期間より長い第二の所定の期間中に検出されないときに前記振動器を作動させ、呼吸活動が前記第二期間より長い第三の所定の期間中に検出されないときに前記アラームを作動させる、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記データプロセッサは、（ａ）各受信エネルギ波中の所定の基点を検出すること、（ｂ）各受信エネルギ波の検出された基点に応じてエネルギ波の発信の周波数を連続的に変化させて、受信される波数が整数となるようにすること、および（ｃ）周波数の変化を測定し、それによって前記所定のパラメータの測定をもたらすことに効果的である、請求項１に記載の装置。
【請求項２８】
媒体中のエネルギ波の通過時間に対し既知または決定可能な関係を有する所定のパラメータを感知するためのセンサであって、
前記エネルギ波に対する高い透過率および低い減衰特性を有する軟質弾性材料体と、
レシーバによって受け取られるエネルギ波が、トランスミッタによって発信され、前記軟質弾性材料体の少なくとも一部分を横断した後のエネルギ波であるように、前記材料体によって相互に相隔たる関係によって支持されたトランスミッタおよびレシーバと
を備えたセンサ。
【請求項２９】
前記弾性材料がシリコーンエラストマである、請求項２８に記載のセンサ。
【請求項３０】
前記弾性材料が５〜４０のショアＡ硬度を有する、請求項２８に記載のセンサ。
【請求項３１】
前記弾性材料が７〜２０のショアＡ硬度を有する、請求項２８に記載のセンサ。
【請求項３２】
前記エネルギ波が音波である、請求項２８に記載のセンサ。
【請求項３３】
前記トランスミッタおよびレシーバが前記弾性材料体に埋め込まれている、請求項２８に記載のセンサ。
【請求項３４】
ブリッジによって接続された一対の脚を前記弾性材料体に形成し、前記トランスミッタを一方の脚に埋め込み、前記ブリッジを介して前記トランスミッタと音連通する状態で前記レシーバを他方の脚に埋め込んだ、請求項２８に記載のセンサ。
【請求項３５】
前記弾性材料体は温度を測定するための温度センサをも担持する、請求項２８に記載のセンサ。
【請求項３６】
前記弾性材料体は磁石をも担持し、それによって外部磁界の測定を可能にする、請求項２８に記載のセンサ。
【請求項３７】
前記弾性材料体はキーボードまたは圧力分布センサとして使用される前記トランスミッタおよびレシーバのアレイを含む、請求項２８に記載のセンサ。
【請求項３８】
前記弾性材料体は人間の指、手首、または腕を受容するための環状の形状である、請求項２８に記載のセンサ。
【請求項３９】
前記センサは、前記センサを前記トランスミッタとレシーバとの間の間隔の変化率に対して敏感にさせるために効果的な慣性部材として作用する錘をも含む、請求項２８に記載のセンサ。
【請求項４０】
前記錘は、枢着されたアームによって担持される、請求項３９に記載のセンサ。
【請求項４１】
前記センサは第一部材を第二部材に固定するための固定装置によって担持され、前記固定装置は、一端がＵ字形湾曲部によって接合されかつ他端が間隔を置いて配置された二つのアームを有し、前記第一部材は前記アームの一方の前記第一端に固定可能であり、前記第二部材は前記アームの他方の前記第一端に固定可能であり、前記センサは前記アームの前記他端の間に固定される、請求項２８に記載のセンサ。
【請求項４２】
前記軟質弾性材料は、前記トランスミッタとレシーバとの間に狭幅発信チャネルを画定するように狭幅ストリップの形態である、請求項２８に記載のセンサ。
【請求項４３】
前記狭幅ストリップは円筒形の圧力変形可能材料体の外面に固定されて前記体の外周の少なくとも一部分の周りに延在する、請求項４２に記載のセンサ。
【請求項４４】
前記エネルギ波は音波であり、前記狭幅発信チャネルは狭幅音響チャネルである、請求項４２に記載のセンサ。
【請求項４５】
前記センサは、前記軟質弾性材料の前記ストリップの両端に高い音波減衰特性を有するダンパ材料をさらに含み、前記ダンパ材料は前記狭幅音響チャネルにおける音波以外の音波を吸収するのに効果的である、請求項４４に記載のセンサ。
【請求項４６】
軟質弾性材料の前記狭幅ストリップはその両端から懸架状態に装着され、センサは、センサが装着された対象物の動きに対し非常に高感度になるように、軟質弾性材料の前記狭幅ストリップの中央部分に作用する錘をさらに含む、請求項４４に記載のセンサ。
【請求項４７】
前記錘は一端を枢着され、その反対側の端は軟質弾性材料の前記狭幅ストリップの中央部分と係合する、請求項４６に記載のセンサ。
【請求項４８】
軟質弾性材料の前記狭幅ストリップは、チャンバを規定する変形可能な膜上に装着され、膜が前記チャンバ内の圧力に対応して変形可能であるようにした、請求項４４に記載のセンサ。
【請求項４９】
軟質弾性材料の前記狭幅ストリップは収縮可能かつ膨張可能な支持部材に装着され、前記支持部材の収縮が前記音響チャネルを収縮させ、かつ前記支持部材の膨張が前記音響チャネルを膨張させるようにした、請求項４４に記載のセンサ。
【請求項５０】
前記支持部材は、人体の一部を取り囲みかつそれによって呼吸および／または心臓活動によるその動きを検出する形状および構成に形成された、ベルトまたはバンドの弾性部分である、請求項４９に記載のセンサ。
【請求項５１】
前記狭幅音響チャネルは、二つの流体チャンバの差圧を測定するように、二つの流体チャンバの間の変形可能な膜の両面の各々に装着された、請求項４４に記載のセンサ。
【請求項５２】
前記狭幅音響チャネルは、測定された力の温度補償を達成するように、力測定装置内の変形可能な膜の両面の各々に、相互に直角に向くように装着された、請求項４４に記載のセンサ。
【請求項５３】
前記装置は、装置が前記所定のパラメータを測定するためにも使用できるようにするために前記センサを担持するハウジングを含む、手持ち式携帯電気装置の形態である、請求項１に記載の装置。
【請求項５４】
前記センサは、前記センサを前記所定のパラメータの変化率に対して敏感にさせるために効果的な慣性部材として作用する錘を含む、請求項５３に記載の装置。
【請求項５５】
前記手持ち式携帯電気装置は、携帯電話機またはＰＤＡである、請求項５３に記載の装置。
【請求項５６】
前記データプロセッサは、
所定の周波数を発生する周波数合成器と、
前記合成器の前記所定の周波数を受け取る一つの入力およびセンサの前記トランスミッタによる発信の周波数の受け取る第二入力を有し、かつ一方の入力の周波数が他方の入力の周波数から減算された出力周波数を生成するためのミクサと、
クロック周波数を発生するためのクロック発振器と、
前記ミクサの出力を受け取る一つの入力および前記クロック発振器の出力を受け取る第二入力を有し、前記センサの前記トランスミッタによる発信の周波数の測定を提供するための出力回路と、
を備えた、周波数測定回路を含む、請求項２７に記載の装置。
【請求項５７】
前記出力回路および前記クロック発振器はキャプチャ機能を有するマイクロプロセッサによって実現され、前記クロック発振器によってクロックされる内部カウンタの状態を固定するために、測定された周波数の各縁は内部ラッチレジスタを制御する、請求項５６に記載の装置。
【請求項５８】
前記ミクサはデジタル論理ＡＮＤ素子と共に低域通過アナログフィルタおよび比較器によって実現される、請求項５６に記載の装置。
【請求項５９】
前記データプロセッサは、
一方のセンサからの入力およびＣＰＵへの出力を有する単一測定チャネルと、
他方のセンサからの入力および前記単一測定チャネルおよび前記ＣＰＵにクロックパルスを提供する出力を有する位相同期ループと、
を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項６０】
第一有効長の第一音響チャネルを画定し、かつ温度に感応する第一線膨張率を有する第一の軟質弾性材料体を含む請求項１に記載の第一装置と、
第二有効長の第二音響チャネルを画定し、かつ温度に感応する前記第一線膨張率とは異なる第二線膨張率を有する第二の軟質弾性材料体を含む請求項１に記載の第二装置と、
前記第一装置からのその周波数を制御するための第一電気フィードバック回路と、
前記第二装置からのその周波数を制御するための第二電気フィードバック回路と、
前記第一および第二電気フィードバック回路の出力を受け取る低域通過フィルタ付き位相検出器と、
前記位相検出器の出力に感応して前記第一および第二の軟質弾性材料体を制御して、両方の音響チャネルの周波数を等化するように両方の軟質弾性材料体の有効長を変化させる制御装置と、
を備えた、所定の周波数を発生するためのシステム。
【請求項６１】
トランスミッタと、整数個の音波をレシーバに発信するようにトランスミッタを制御するレシーバとを有し、かつ第一有効長および温度に感応する第一線膨張率を有する第一音響チャネルと、
トランスミッタと、整数個の音波をレシーバに発信するようにトランスミッタを制御するレシーバとを有し、かつ第二有効長および温度に感応する第二線膨張率を有する第二音響チャネルと、
前記第一音響チャネルからのその周波数を制御するための第一電気フィードバック回路と、
前記第二音響チャネルからのその周波数を制御するための第二電気フィードバック回路と、
前記第一および第二電気フィードバック回路の出力を受け取る位相検出器と、
前記位相検出器の出力に感応して前記第一および第二音響チャネルを制御して、二つの音響チャネルの周波数を等化する制御装置と、
を備えた、所定の周波数を発生するためのシステム。
【請求項６２】
前記位相検出器は、低域通過フィルタを有する、請求項６１に記載のシステム。
【請求項６３】
前記音響チャネルの各々は、高い音波透過率及び低い音波減衰を有する軟質弾性材料体を含む、請求項６１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０００年１１月９日に国際公開第ＷＯ００／６７０１３号として公開された国際出願ＰＣＴ／ＩＬ００／００２４１、２００３年５月１日に国際公開第ＷＯ０３／０３６３２１号として公開された２００２年１０月２４日に出願の国際出願ＰＣＴ／ＩＬ０２／００８５４、２００３年６月１２日に国際公開第ＷＯ０３／０４８６６８号として公開された２００２年１２月５日に出願の国際出願ＰＣＴ／ＩＬ０２／００９８３、および２００３年９月１６日に発行された米国特許第６６２１２７８号に関連し、これらの出願および特許の内容を参照によって丸ごと本書に組み込む。
【０００２】
上記の出願および特許は、媒体（固体、液体、または気体）中のエネルギ波（電磁または音）の通過時間に対し既知または決定可能な関係を有する様々なパラメータを、極めて高い感度で測定するための方法および装置に関する。簡潔には、これは、周期的に繰り返すエネルギ波を媒体中に透過させ、媒体中を透過したエネルギ波を受け取り、受け取ったエネルギ波中の所定の基点を検出し、受け取った各エネルギ波の検出された基点に従って、受け取る波数が整数となるように、エネルギ波の透過の周波数を連続的に変化させ、かつ周波数の変化を測定してトランスミッタからレシーバまでのエネルギ波の通過時間の変化を測定を実現し、それにより所定のパラメータの測定を実現することによって行なわれる。
【背景技術】
【０００３】
上記の出願および特許は、医療および医療以外の双方にわたる多くの分野において、極めて高い感度を有する測定を達成するための方法および装置の実施について多数説明した。説明された実施は、測定される所定のパラメータの変化に応じて、通過距離および／またはエネルギ速度の変化を生じるものを含んでいた。変形可能な膜、ベローズ、ばね装着部材、および変位可能なプランジャをはじめ、透過距離の変化を測定するための様々な型のセンサについても記載された。
【発明の開示】
【０００４】
本発明の目的は、装置を、極めて高い感度で変位を測定するよう特に高感度とし、それにより、事実上あらゆる状態を正確に検出すること、あるいは変位を誘発し、変位によって誘発され、もしくはそれ以外の変位に伴う事実上すべてのパラメータを測定することを可能にする、新型のセンサを持つ装置を提供することである。そのように検出される状態の例として、呼吸および心臓活動に伴う非常に素早い動きまたは小さい動きがあり、そのように測定されるパラメータの例として、下述する通り、圧力、ねじれ、線形加速度、重量、温度、角速度、線形速度、液体密度、液状体中の深さ、磁界強度、呼吸速度、脈拍数、および血圧が挙げられる。
【０００５】
本発明の別の実施形態は、特にそのような装置に有用な新規のセンサを提供することである。
【０００６】
本発明の一態様では、媒体中のエネルギ波の通過時間に対し既知または決定可能な関係を有する所定のパラメータを測定するための装置であって、エネルギ波を媒体中に発信させるためのトランスミッタおよびトランスミッタによって発信されたエネルギ波を受け取るためのレシーバを含み、所定のパラメータを測定するためのセンサと、トランスミッタからレシーバまでのエネルギ波の通過時間または通過時間の変化を測定し、それによって所定のパラメータの測定を実現するデータプロセッサとを備えた装置において、センサはエネルギ波に対する高い透過率および低い減衰特性を有する軟質弾性材料体を含み、トランスミッタおよびレシーバは、パラメータがセンサによって感知されたときにレシーバに対するトランスミッタの変位を生じるように、前記軟質弾性材料体によって相互に間隔をおいて配置され、それによってトランスミッタからレシーバまでのエネルギ波の通過時間または通過時間の変化の測定がレシーバに対するトランスミッタの変位の測定を実現し、その結果所定のパラメータの測定を実現することを特徴とする装置を提供する。
【０００７】
本発明は、エネルギ波が音波であり、よってトランスミッタとレシーバとの間の透過路が音響チャネルである用途に関して、特に有用であり、したがってそれに関して下述する。しかし、本発明は、エネルギ波が電磁波、例えば光、赤外線、または高周波である用途においても、特に米国特許第６６２１２７８号の実施例に記載されている変調技術が使用される場合、実現することができることは理解されるであろう。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、媒体中のエネルギ波の通過時間に対し既知または決定可能な関係を有する所定のパラメータを感知するためのセンサであって、エネルギ波に対する高い透過率および低い減衰特性を有する軟質弾性材料体と、レシーバによって受け取られるエネルギ波が、トランスミッタによって発信され、軟質弾性材料体の少なくとも一部分を横断した後のエネルギ波であるように、該体によって相互に相隔たる関係に支持されたトランスミッタおよびレシーバとを備えた、センサを提供する。
【０００９】
下でさらに詳しく記載するように、特によい結果は、音波を使用し、かつ弾性材料が５〜４０、好ましくは７〜２０のショアＡ硬度を有するシリコーンエラストマであるときに得られる。下述する適用例では、約１０のショアＡ硬度が最も好適であることが明らかになった。
【００１０】
本発明の他の態様、利点、および用途について以下で説明する。
【００１１】
図面の簡単な記述
本発明をここで、単なる例として、添付の図面に関連して説明する。
図１は本発明に係る一形態のセンサを含む測定装置を概略的に示すブロック図である。
図２は図１の装置の制御および処理回路機構（ＣＰＣ）をより詳細に示すブロック図である。
図３は本発明に係る別のセンサの構成を示す。
図４は本発明に係る加速度型センサの構成を示す。
図５〜８は本発明に係るセンサのさらなる構成、およびそのようなセンサのいくつかの適用例を示す。
図９ａ〜９ｃは呼吸の休止を検出するため（無呼吸検出器）、または個人の動き、呼吸、脈拍数、もしくは他の状態を検出するための、本発明のさらなる適用例を示す。
図１０は褥瘡を防止するために使用される本発明の適用例を示す。；
図１１は本発明のいびき防止の適用例を示す。
図１２〜１４は脈拍数を監視するための本発明に係るセンサの様々な構成を示す。
図１５はオシロメトリックな方法に従って血圧を非侵襲的に測定するための本発明の適用例を示す。
図１６は車両等のトランスミッションシステムでトルクを測定するための本発明の適用例を示す。
図１７は例えばエアバッグを制御すべく、例えば乗員の有無、重量、呼吸活動、心臓活動等を検出するために、車両の座席を監視するための本発明の適用例を示す。
図１８ａ〜１８ｃはキーボードまたは圧力分布センサとして使用するためのマトリックス状のセンサに具現された本発明を示す。
図１９および２０はそれぞれ加圧容器およびパイプラインの圧力を示すための圧力計に具現された本発明を示す。
図２１は物体を秤量するための秤に具現された本発明を示す。
図２２はセンサが浸漬された液体の深さ、またはセンサが浸漬されている深さを測定するための浸漬可能なセンサに具現された本発明を示す。
図２３は磁界の強度を測定するための磁界センサに具現された本発明を示す。
図２４は回転体の角速度および／または接線加速度を測定するための計器に具現された本発明を示す。
図２５は流体媒質中における物体の速度を測定するためのピトー管に具現された本発明を示す。
図２６は加速度型センサに具現された本発明を示す。；
図２７は本発明に係るセンサのさらなる構成を示す。
図２８は加速度型センサとして実現された図２７のセンサを示す。；
図２９は圧力センサとして実現された図２７のセンサを示す三次元図である。
図３０は圧力センサとして実現された図２７のセンサを示す組立分解図である。
図３１は呼吸または心臓活動を検出するために個人に適用される非常に高感度の弾性ベルトまたはバンドセンサに具現された、図２７のセンサを示す。
図３２は圧力分布および／または変形を検出するためにエアフォイルのような大きい表面に適用されるセンサに具現された、本発明を示す。
図３３は携帯電話機または他の手持ち式携帯電気装置に具現された本発明を示す。
図３４は図３３のセンサを示す図３３の一部分の部分断面図である。
図３５は図３４のセンサの平面図である。
図３６は呼吸および心臓活動の動きのみならず、ウォーキングまたはランニングのような様々な型の動きを感知する加速度型のセンサとして示す、図３４と同等の図である。
図３７は歩数計として使用される図３３の手持ち式携帯電気装置を示す。
図３８は本発明に従って構成された差動型圧力センサを示す断面図である。
図３９は本発明に従って構成された温度補償型力センサを示す平面図である。
図４０ａは重量または特定の他の力を測定するのに特に有用な、本発明に従って構成された別のセンサを示す。
図４０ｂは図４０ａのセンサにおける固定装置を示す三次元図である。
図４１は呼吸活動または心臓活動から生じるような極めて小さい力を測定または検出するのに特に有用である、本発明に従って構成された別のセンサを示す三次元図である。
図４２は本発明に従って構成されたさらに別のセンサを示す断面図である。
図４３は呼吸および心臓活動の両方を感知し、かつそれに応答して振動器および／またはアラームを制御するための、図４２のセンサを含む無呼吸モニタ装置を示す。
図４４は本発明に従って構成された装置で特に有用な改善された周波数測定システムを示すブロック図である。
図４５は図４４の周波数測定システムをさらに詳しく示すブロック図である。
図４６は温度補償に備える本発明の実現を示す図である。
図４７は温度補償を達成するために図４６に従って構成されたシステムを示すブロック図である。
図４８は温度補償を達成するために図４６に従って構成された改善されたシステムを示す。
図４９は非常に安定した周波数発生器として本発明を実現する一つのやり方を説明するのに役立つ図である。
図５０は図４９に従って構成された周波数発生器回路を示すブロック図である。
【００１２】
上記の図面および以下の説明は、主として本発明の概念的側面、および現在好適な実施形態と考えられるものを含め、考えられる様々な実施形態の理解を容易にする目的で、提示することを理解されたい。明確かつ簡潔にするために、当業熟練者が通常の技量および設計を使用して、記載する発明を理解しかつ実施することを可能にするのに必要である以上の詳細を提示しようとは試みない。さらに、記載する実施形態は単に例示を目的とするだけであって、本発明は本書に記載する以外の他の形態および用途に具現することができることを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
前に示した通り、本発明は、一部材の別の部材に対する変位に直接関連するパラメータを測定するための装置に関し、特にそのような装置用の新規のセンサに関する。測定されるパラメータは圧力、トルク、張力、線形加速度、角速度、温度、重量、液体密度、液体深さ、磁界強度、呼吸、脈拍、あるいは固体、液体、もしくは気体の媒体中のエネルギ波の通過時間の変位を誘発し、変位によって誘発され、もしくはそれ以外の変位に伴う、他の事実上すべてのパラメータとすることができる。
【００１４】
本発明は特に、極めて高い感度で変位を検出することによって、それぞれのパラメータを測定することのできる、新規のセンサを提供する。新規のセンサは、トランスミッタからレシーバまでの透過路中のエネルギ波の通過時間の変化を正確に測定することで、それぞれのパラメータの正確な測定が実現されるように、相互に相隔たる関係にある、高いエネルギ透過率および低いエネルギ減衰特性を有する軟質弾性材料体、好ましくはシリコーンエラストマを含むエネルギ透過路、トランスミッタ、およびレシーバを備える。
【００１５】
下述する本発明の好適な実施形態では、エネルギ波は音波であるので、透過路は音響チャネルとなる。しかし、エネルギ波は、特に上記の米国特許第６６２１２７８号に記載された変調技術を使用する場合、光、赤外線、高周波等のような電磁波とすることもできることは理解されるであろう。
【００１６】
下述する一部の実施形態は、変位が感知かつ測定される変位型センサであり、他の記載の実施形態は、変位の変化の速度が検出かつ測定される加速度型センサである。
【００１７】
図１は、本発明に従って構成された装置の一形態を概略的に示すブロック図である。図示した装置は、矢印Ｐによって示すように、測定すべきパラメータ、この場合は圧力にさらされる一つの面を有するセンサ１０を含む。センサ１０は、一般的に１３で示された軟質の圧力圧縮可能な弾性材料体内に相隔たる関係に埋め込まれた、音響トランスミッタ１１および音響レシーバ１２を含む。センサ１０の反対側の面、つまり圧力Ｐを受ける面の反対側は、圧力Ｐを加えると、加えられた圧力の大きさに応じてトランスミッタ１１がレシーバ１２に向かって変位するように、比較的剛性の支持部材または基台１４によって係合されるか、またはその上に装着される。センサ１０はしたがって、レシーバ１２に対するトランスミッタ１１の変位または相対位置を測定することで圧力Ｐの正確な測定が実現するので、変位型センサである。
【００１８】
レシーバ１２に対するトランスミッタ１１の位置は、上記の国際出願および米国特許に記載された方法および装置に従って正確に測定される。したがって、装置は、トランスミッタ１１およびレシーバ１２を制御して、二つの間の相対位置の変化の正確な測定が実現するようにするための、一般的にＣＰＣと指定された制御および処理回路機構を含む。図１に示し、かつ図２に関連して以下でさらに詳述する、制御および処理回路機構ＣＰＣは、トランスミッタ回路１５、レシーバ回路１６、およびトランスミッタ１１とレシーバ１２との間の間隔の変化を測定し、かつ例えばディスプレイ１７ａ、アラーム１７ｂ、および／または制御装置１７ｃに対して出力を生成する、変位測定回路１７を含む。
【００１９】
図２は、図１の制御および処理回路機構ＣＰＣをさらに詳しく示す。上記の国際特許出願および米国特許により詳細に記載されている通り、そのような回路機構は次のように構成されかつ動作する。
【００２０】
最初に、スイッチ２２が閉じられると、発振器２１は付勢され、トランスミッタ１１に一連の音響パルスを、そのようなパルスがレシーバ１２によって受信されるまで発信させる。ひとたびパルスがレシーバ１２によって受信されると、スイッチ２２は開くので、レシーバ１２によって受信されたパルスはその後、トランスミッタ１１を制御するために使用される。
【００２１】
図２に示す通り、レシーバ１２によって受信された音響信号は、入力２３ａを介して比較器２３に送られる。比較器２３は、受信信号内の所定の基点または基準点を検出するように、所定のバイアスに接続された、第二入力２３ｂを含む。図２に示した例では、この所定の基点は、受信信号の「零」クロスオーバ点であり、したがって比較器２３の入力２３ｂは零バイアスである。
【００２２】
比較器２３の出力は増幅器２４、例えば、トリガされるとレシーバ１２によって受信された信号内の各基点（零クロスオーバ点）で出力を生成する単安定発振器に、送られる。増幅器２４からの出力はＯＲゲート２５を介して、次の音響パルスのためにトランスミッタ１１をトリガするために送られる。スイッチ２２は開いているので、トランスミッタ１１はこうして、レシーバ１２によって受信された各信号によってトリガされ、連続パルスにおける次の音響パルスを発信する。
【００２３】
したがって、トランスミッタ１２からの出力パルスまたは信号の周波数は、トランスミッタ１１とレシーバ１２との間の間隔の変化により変化することが分かるであろう。また、トランスミッタ１１によって発信され、レシーバ１２によって受信される信号の波長数またはパルス数が、整数となることも分かるであろう。トランスミッタとレシーバ１１との間の波数を整数に維持しながらのトランスミッタ１１による周波数のこの変化は、トランスミッタとレシーバとの間の距離の正確な決定を行なうことを可能にする。カウンタ２６、カウンタ２７、クロック２８、およびマイクロプロセッサ２９を含む加算回路機構は、検出された周波数差、およびそれによって測定精度を、「Ｎ」倍に増加することを可能にするので、適切な周波数、クロック２８のクロックレート、およびカウンタ２７の加算因数「Ｎ」を選択することによって、測定精度をほとんど無制限に事前設定することができる。
【００２４】
図２にさらに示す通り、制御および処理回路ＣＰＣのマイクロプロセッサ２９からの出力は、１７ａ、１７ｂ、および１７ｃに概略的に示すように、表示、警報、および／または制御目的に使用することができる。
【００２５】
そのような装置の構成および動作のさらなる詳細は、参照によって本書に組み込む上記の国際出願および米国特許第６６２１２７８号から入手可能である。例えば、米国特許第６６２１２７８号は変調機能および遅延線機能をも含み、それらは、様々な型のパラメータを測定するためのそのような装置の可能な用途を著しく拡張する。
【００２６】
上記の国際出願および米国特許に記載された方法および装置の特定の実現は、変形可能な膜、ベローズ、ばね装着部材、または変位可能なプランジャの形のセンサを利用した。しかし、今や、図１および２に示した上述した構成のセンサ、つまり軟質弾性材料体１３を含み、好ましくはトランスミッタ１１およびレシーバ１２を相互に相隔たる関係に埋め込んだものを利用することにより、検出かつ測定される変位のかなり高い感度を達成することが可能になることが明らかになった。
【００２７】
したがって、トランスミッタ１１とレシーバ１２との間の軟質弾性材料体１３が、トランスミッタとレシーバとの間の音響チャネルを画定することが分かるであろう。また、センサに加えられる圧力Ｐが、この音響チャネルの有効長を変化させるので、トランスミッタからレシーバまでの音響パルスの通過時間を測定することによってチャネルの瞬間的な長さを測定することで、センサに加えられた圧力の測定が実現されることも分かるであろう。したがって、図１および２のセンサは、変位または音響チャネルの有効長の測定で、センサに加えられた圧力の測定が実現される、変位型圧力センサである。図２に示した回路は特に高い感度で変位を検出し、センサに加えられる力Ｐの特に高精度の測定を行なうことを可能にする。
【００２８】
図１および２に示した変位型センサは、トランスミッタ１１とレシーバ１２との間に軟質弾性材料１３によって画定される音響チャネルの有効長を変化させる、他のパラメータの高精度の測定をもたらすためにも使用することができることは理解されるであろう。他のパラメータの例として、以下でさらに詳述するように、トルク、遠心力、呼吸性脈動、血圧脈動、重量等が挙げられる。
【００２９】
また、以下でさらに詳述するように、センサは慣性部材として働く錘を含み、変位の変化が検出されてそれぞれのパラメータの測定が実現されるために使用される、加速度型センサをもたらすことができる。そのような加速度型センサは、変位が頻繁にまたは急速に発生する場合に、特に有用である。
【００３０】
図１および２における弾性体１３の好適な材料はシリコーンゴムコンパウンドであり、例えばスムーズ・オン社によって商標「Ｄｒａｇｏｎ  Ｓｋｉｎ」および「Ｄｒａｇｏｎ  Ｓｋｉｎ  Ｑ」のもとに供給されるもの、ニュージャージ州クランベリのローディア社によって商標「Ｒｈｏｄｏｒｓｉｌ」ＲＴＶ−５８５のもとに供給されるもの、およびジェネラル・エレクトリック社によって供給されるＲＴＶシリコーンゴムコンパウンドである。弾性材料は好ましくは５〜６０、より好ましくは７〜２０のショアＡ硬度を持つ必要がある。以下に記載する多くの適用例では、１０のショアＡ硬度で最良の結果が得られることが分かった。
【００３１】
そのような材料は、高い音波透過率特性および低い音波減衰特性を持つ。それらはまた、鋼より１０５倍低いヤング弾性率、および約０．５のポアソン比によって特徴付けられる。これらの特性は、本発明に従って構成されたセンサによって達成される変位の検出に、並外れた予想外の感度をもたらすことが分かった。
【００３２】
発振器２１の周波数は、センサの特定の適用に大きく依存する。以下に記載する多くの適用例では、発振器２１の周波数は、好ましくは５００〜２０００ｋＨｚの範囲であり、約７００ｋＨｚが好ましい。
【００３３】
図３〜３９は、図１および２の装置に使用される変位型および加速度型センサの多数の構成および適用の例を示す。
【００３４】
したがって、図３は、そこで一般的に３０で示された変位型センサを示し、それは、測定される圧力Ｐを支えるように弾性体３３の反対側の面を装着部材３４に装着された弾性体３３に埋め込まれた、音響トランスミッタ３１および音響レシーバ３２も含む。この場合、弾性体３３には、トランスミッタ３１が埋め込まれた第一脚３３ａ、およびレシーバが埋め込まれた第二脚３３ｂが形成され、二つの脚を橋絡するブリッジ３３ｃを介して、レシーバがトランスミッタ３１からの音響パルスを受信する。そのような構成はしたがって、トランスミッタとレシーバとの間に比較的長い音波伝達経路を有するコンパクトな構造の音響チャネルを提供する。
【００３５】
図４は、弾性体４３の一本の脚に埋め込まれたトランスミッタ４１と、ブリッジを介してトランスミッタと連絡する別の脚に埋め込まれたレシーバ４２と、弾性体４３を装着するための装着部材４４とを含む、図３の場合と同様の構成の、一般的に４０で示された加速度型センサを示す。しかし、この場合、弾性体４３のブリッジ端は、その変位により弾性体に加えられる力を生じる、慣性部材として働く錘４５を担持する。したがってセンサ４０は、弾性体の線形加速度を測定するための加速度計として使用することができる。以下に述べるように、そのようなセンサは、弾性体の回転中に錘によって発生する遠心力の変化を感知することによって、弾性体の角速度または回転速度の変化を測定するためにも使用することができる。
【００３６】
図５は、個人の呼吸速度または心拍数を測定または検出するために、個人の胸部に適用する場合の、一般的に５０で示されたセンサの適用の一例を示す。そのような適用の場合、相隔たる位置に埋め込まれたトランスミッタ５１およびレシーバ５２を含む、５３で示された弾性体は、胸部の拍動性の動きによって生じるトランスミッタとレシーバとの間の位置の変化が、個人の呼吸速度および／または心拍数の測定をもたらすように、所定の圧力を加えながら、例えば弾性バンド５５によって患者の胸部に固定される。
【００３７】
図５に示されたセンサ５０は、図４に示すような加速度計型、または図３の変位型のみならず、以下に述べる他の構成とすることもできる。
【００３８】
図６は、個人の手首に適用され、したがってリストバンド６５を含むことを除いては、図５と同じ構成とすることのできる、個人の脈拍を検出および測定するための、一般的に６０で示されたセンサを示す。図６に示すセンサ６０は、図５に関連して上述したように、加速度計型または変位型とすることもできる。
【００３９】
図７は、弾性体７３内に相隔たる関係に埋め込まれたトランスミッタ７１およびレシーバ７２を含む、図１および２と同様の構成のセンサ７０を示す。この場合、弾性体７３の片側に、図１および２の制御および処理回路ＣＰＣの少なくとも一部分を含むプリント配線基板７４が担持される。弾性体７３の反対側には、残りの回路機構を含む別のプリント配線基板７５および／または図４のようにセンサが加速度計として働くことを可能にするための錘を担持することができる。
【００４０】
図８は、個人の指の拍動性血流および指の温度を感知するための指プローブとして働くように、本発明に従って構成されたセンサ８０を示す。この目的のために、センサ８０は、８４で示すように変位を測定するための出力を生じるべく、上述の通り、相隔たる関係に埋め込まれたトランスミッタ８１およびレシーバ８２を有する弾性体８３を含む。
【００４１】
しかし、この場合、弾性体８３は、第二音響トランスミッタ８５と、そこから間隔を置いて配置されるが、指の温度にさらされる感温材料（例えば金属）の経路８７によって橋絡された、第二音響レシーバ８６とを含む。トランスミッタ８５とレシーバ８６との間の音波の速度は、金属経路８７の温度の変化によって変化するので、制御および処理回路機構ＣＰＣ（図１、２）は、上記の国際出願により詳しく記載されているように、８８で示すように、測定された温度の出力を生じる。この温度測定は、表示のためにディスプレイに出力することができ、かつ／または図８のブロック８９によって概略的に示すように、変位測定８４の温度補償のために使用することができる。
【００４２】
したがって、図８に示した装置は実際、所定のパラメータを感知するためのそれ自身の音響チャネルを各々有する、二つのセンサを含むことが分かるであろう。したがって、トランスミッタ８１とレシーバ８２との間の軟質弾性材料８３は、変位を感知する一つの音響チャネルを画定する一方、トランスミッタ８５とレシーバ８６との間の感温経路８７は、温度を感知する第二音響チャネルを画定する。両チャネルは、感知されるパラメータに応じてそれぞれのチャネルのトランスミッタからレシーバまでの音波の通過時間の変化を生じる。したがって、トランスミッタ８１とレシーバ８２との間で軟質弾性材料８３によって画定されるそれらの間の音響チャネルは、測定されるパラメータ（圧力）に対応してその有効長を変化させる一方、トランスミッタ８５とレシーバ８６との間の音響チャネルは、測定されるパラメータ（温度）に対応してその音波透過率を変化させる。
【００４３】
図９ａ〜９ｃは、ベッドに寝ている個人の状態を監視するために使用される本発明の装置を示す。測定装置の極めて高い感度は、動き、呼吸または呼吸の停止（無呼吸）の検知のみならず、個人の心臓活動の検知をも可能にすることが分かった。
【００４４】
したがって、図９ａに示す通り、センサ（９０ａ〜９０ｃ）はベッドＢＤの四本の脚の各々の下に挿入される。図９ｂに示すように、各センサは上述した構造であり、平坦な装着部材９４上に装着された弾性材料の本体９３中に相互に相隔たる関係に埋め込まれたトランスミッタ９１およびレシーバ９２を含む。ベッドの脚が９５で示すようにホイールまたはローラ上に装着される場合、センサ９０の上端には、ローラまたはホイール９５を受け止めるように形作られたキャップ９６が設けられる。図９ｃは、四個のセンサ９０ａ〜９０ｄを直列に接続して制御および処理回路９８に出力を発生する電気回路接続を示す。
【００４５】
したがって、図９ａ〜９ｃに示された構成は、ベッドの占有者の動きのみならず、バイタルサイン（呼吸、心臓活動）の検出も可能にすることが分かるであろう。図９ｃのようにセンサの出力を統合のために直列に接続する代わりに、出力は並列に接続することもでき、その場合、各出力信号は相互に独立している。好適な代替例は、結果的に得られる周波数が全てのセンサの総遅延に依存するように、幾つかのセンサのループ全体を流れるレシーバからトランスミッタへのフィードバックを持つことであろう。つまり、システムが一つの測定チャネルのみを必要とするように、一個のセンサのレシーバが、ループにおける次のセンサのトランスミッタをトリガすることであろう。また、一個だけまたは二個のセンサを使用することができる。センサを接続するために使用されるワイヤは、ベッドフレームに取り付けることができる。センサは耐水性にすることができ、かつ数グラムの力に関与する非常に小さい動きまたは振動を感知することができるような高感度に設計することができる。
【００４６】
図１０は、褥瘡を防止するために適用される本発明のセンサを示す。この目的のために、多数のセンサ１００ａ、１００ｂ〜１００ｎを、何らかの動き、血流の変化等についてマットレスと接触している個人の身体の特定の領域を感知するように、マットレス１０１の下に、希望する任意の個数およびパターンに配置することができる。全てのセンサは、動きが検出されない場合、または所定の領域内で所定の時間内に血流量が降下した場合、個人の姿勢を変えさせ、それによって褥瘡が発生する可能性を低下または除去するように、マットレスまたはベッドをシフトさせるために、ベッドシフタ１０３を作動させるのに有効な、制御および処理回路機構１０２に接続される。
【００４７】
本発明に従って構成されたセンサは、非常に高い感度を達成することを可能にするので、それらはマットレス１０１の下、マットレス内、または個人の身体と直接接触するようにマットレスの上面に配置することができることが分かった。
【００４８】
図１０は、褥瘡を防止するためにマットレスに適用されたシステムを示すが、同じシステムを車椅子のシートパッド内に含めることができる。また、制御される装置はベッド用のシフト装置、マットレス、またはパッドシフタであるが、影響を受ける領域をマッサージまたは振動させるように、マッサージまたは振動装置を制御することもできる。加えて、それらは無呼吸モニタとして働くことができ、ベッドが二人の人間によって占有されるダブルベッドである場合、それぞれの側に一個づつ、二個のそのようなセンサを使用し、いずれかのベッド占有者に対して監視される緊急状態（すなわち呼吸または心臓の状態）が検出された場合に作動するように、共通アラームに接続することができる。
【００４９】
図１１は、いびき防止装置としての本発明の適用を示す。そのように使用される場合、好ましくは加速度型の１１０ａ〜１１０ｎに示す一個またはそれ以上のセンサを、個人の胸部、ベッド、スタンド、および／または枕に適用して、制御および処理回路機構１１２への出力を生成させることができる。後者の回路は、「いびき」の発生を示す出力を認識し、いびきを止めさせる目的で、まくらをシフトさせるか、または別の邪魔（例えば静かにつつく）を個人に対して生じさせるべく、まくらシフタ１１３を自動的に作動させるように、プログラムされる。したがって、図１１に示した構成は、いびきの量をゆっくりとゼロまで減少させる目的で、いびきが検出されるたびに、ユーザが邪魔される生体フィードバックシステムを提供する。
【００５０】
図１２〜１４は、個人の脈拍数、血圧、または他の心血管の状態を測定するための様々な型の指プローブに適用された本発明を示す。
【００５１】
図１２において、そこに１２０で示されたセンサは、個人の指に受容されるようにリング状である。それは、環状の弾性材料体１２３内に埋め込まれたトランスミッタ１２１およびレシーバ１２２を含む。弾性体１２３は片側にエアキャビティ１２４が形成され、それによって反対側に、トランスミッタ１２１からレシーバ１２２への音響パルスのための音響チャネルが画定される。図１２に概略的に示すように、トランスミッタ１２１およびレシーバ１２２は、指の拍動性血流から結果的に生じる音響経路の長さの変化の測定をもたらす、制御および処理回路１２５に接続される。
【００５２】
図１３は、トランスミッタ１３１およびレシーバ１３２が弾性体１３３の片側で半径方向に整列して配置されて半径方向に延在する音響チャネルが生成され、かつ弾性体が楕円形であり、センサの開口内に受容された指に圧縮性であるが非閉塞性の力が加わることを除き、図１２と同様のセンサ１３０を示す。上述の通り、個人の指の拍動性血流は、脈拍数の測定をもたらすトランスミッタ１３１とレシーバ１３２との間の相対位置の変化によって感知される。
【００５３】
図１４は、リング形の弾性体１４３内の相隔たる位置に埋め込まれたトランスミッタ１４１およびレシーバ１４２を含む、図１２および１３のそれと同様の指プローブ型センサ１４０を示す。しかし、この場合、リングはバンド１４４によって閉じられており、それはリング内に受容された指に所定の圧縮力を加える。バンド１４４の存在はまた、音響パルスを所望の音響経路を介してトランスミッタ１４１からレシーバ１４２に向かわせる。
【００５４】
図１５は、オシロメトリックな方法に従って血圧を測定するためのシステムに使用され、そこに１５で示されたセンサを示す。図１５に示したシステムは、手動ポンプ１５３および一方向弁１５４によってチューブ１５２を介して膨張可能なカフ１５１を含む。チューブ１５２は、カフが所望の圧力まで膨張すると自動的に閉じる、弁１５５をさらに含む。そのように膨張すると、カフ１５１内の圧力は、カフに形成された小穴１５６によって徐々に低下する。
【００５５】
カフ内の圧力は、チューブ１５７によってカフに接続されたセンサ１５０によって、連続的に監視される。センサ１５０は、上述したようにセンサを制御し、かつセンサによって検知されたカフの圧力測定を出力するために、制御および処理回路１５８に電気的に接続される。
【００５６】
カフ１５１は、被験者の指に受容され、したがって指の動脈血流を感知するような寸法にすることが好ましい。しかし、カフ１５１は、従来のオシロメトリックな血圧測定方法の場合のように、人間の腕を取り囲む寸法にすることもできる。
【００５７】
この血圧測定の方法では、カフ１５１はポンプ１５３によって患者の収縮期圧を超える圧力まで膨張されるとすぐに、弁１５５は自動的に閉じる。カフ１５１（または接続チューブ１５７）の小穴１５６は、カフ内の圧力を徐々に低減させる。制御および処理回路機構１５８によって制御される圧力センサ１５０は、カフ内の圧力を連続的に測定し、そのような測定の出力を生成する。
【００５８】
この血圧測定の技術によると、患者の脈拍の拍動から生じる患者の動脈内の血圧の変動は、膨張したカフ１５１に伝達され、カフが徐々に収縮するときにカフ内のわずかな圧力変動を引き起こす。したがって、制御および処理回路機構１５８に表われる圧力センサ１５０からの出力は一般的に低下するカフの圧力を表わすＤＣ成分、および患者の脈拍の拍動に関連付けられる一連の小さい周期的変動である。これらの小さい変動は、しばしば「オシレーションコンプレックス（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ  ｃｏｍｐｌｅｘ）」または単に「オシレーション」と呼ばれる。患者の血圧は、これらのオシレーションコンプレックスの解析に基づき、公知のオシロメトリックな血圧測定方法に従って推定することができる。
【００５９】
本発明に従って構成されたセンサ１５０によって達成可能な変位に対する抜群の高感度のため、そのようなセンサは、この血圧測定方法に特に有用である。
【００６０】
図１６は、例えば自動車のトランスミッションシステムにおける駆動軸のトルクを測定するための本発明の適用例を示す。それはまた、本発明の別の特徴、つまり測定における温度ドリフトの影響（または他の過渡的効果）を除去または低減するための特徴をも示す。
【００６１】
図１６に示す装置は、音響チャネルを画定する弾性材料体１６３内に埋め込まれたトランスミッタ１６１およびレシーバ１６２を含む、各々上記と同一構成の二個のセンサ１６０ａ、１６０ｂを含む。二個のセンサ１６０ａ、１６０ｂはそれらの端の一方が車両のトランスミッションシステムのフライホイール１６５に固定され、反対側の端は相互に対面しかつ相互に整列する。
【００６２】
車両の駆動システムの駆動軸１６６には、センサ１６０ａ、１６０ｂの対向端の間に配置され、かつそこに固定されたアーム１６７を備える。二個のセンサは、一方のセンサの出力周波数が他方のセンサの出力から減算されるように、制御および処理回路機構１６５に減法的に接続される。
【００６３】
駆動軸１６６が矢印の方向（時計回り）に回転していると仮定すると、駆動軸に加わるトルクの増加がセンサ１６０ａを圧縮させ、センサ１６０ｂを膨張させることが分かる。したがって、センサ１６０ａの出力周波数は増加し（＋Δｆ）、センサ１６０ｂの出力は減少する（−Δｆ）。他方、温度ドリフト（ΔｆＴ）、速度、または他の過渡的影響は、両方のセンサに関して同一である。したがって、各周波数の温度ドリフト成分はもう一方から相殺されるので、センサ１６０ｂの出力をセンサ１６０ａの出力から減算することにより、２Δｆの関数である出力トルク（Ｔ）が得られる。したがって、
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【００６４】
したがって、図１６に示した構成は、温度ドリフトの影響（および他の過渡的影響）を除去または低減するだけでなく、出力信号をかなり増大させる。加えて、図１６に示す軸ＡＳ以外のいずれかの軸に沿って二個のセンサに加えられる力は、二個のセンサの出力周波数に対して、温度ドリフトの場合と同様の影響を持つので、一方のセンサの出力周波数がもう一方から減算されるときに、これらの力（速度の変化による遠心力など）も相殺される傾向があり、したがって図１６の軸ＡＳは実質的に感度の唯一の軸となる。
【００６５】
測定の精度を向上する、図１６に示した適用例における上述の特徴は、前述したような、あるいは下述するような、多くの他の用途でも使用することができることは理解されるであろう。
【００６６】
図１７は、座席の乗員の状態を監視するため、かつ／または乗員の有無または乗員の重量に従ってエアバッグを制御するために、（例えば子供と大人を区別するために）、車両の座席に適用された本発明のさらなる適用例を示す。したがって、図１７は、特定の用途に応じて座席の様々な位置に担持された一個またはそれ以上のセンサ１７０ａ〜１７０ｎを含む、車両の座席ＶＳを示す。図１７はさらに、様々なセンサを制御し、かつ、例えば図１および２に関連して上述したように所望の出力を生成するための、制御および処理回路機構１７６を示すが、出力がエアバッグを制御するように意図されている場合、エアバッグアクチュエータ１７７をさらに含む。例えば、エアバッグは、座席が占有されていることを示す呼吸または脈拍がそれぞれの車両の座席から検出されていた場合にだけ、作動するように制御することができる。検出される呼吸および／または脈拍数はまた、例えば子供と小柄の大人とを区別するため、かつエアバッグの作動をそれに応じて制御するために、乗員の体重と一緒に検出することもできる。
【００６７】
図１８ａ〜１８ｃは、行列状に配設された多数のセンサ１８０ａ〜１８０ｎを含み、各センサが弾性体１８３内に相隔たる関係に埋め込まれた音響トランスミッタ１８１および音響レシーバ１８２を含む、一般的に１８０で示されたセンサアセンブリを示す。弾性体１８３は全てのセンサ１８０ａ〜１８０ｎに対し共通とすることができ、あるいは各々のそのようなセンサ毎に別個とすることができる。全てのトランスミッタおよびレシーバは、センサを制御しかつそれらの出力を受け取るために、センサを順次走査するスキャナ１８６を介して、共通の制御および処理回路１８５に接続される。
【００６８】
したがって、図１８ａ〜１８ｃに示すそのようなセンサアセンブリは、上記適用例の幾つかで、例えば図９ａ〜９ｃのベッドまたは車椅子の適用例でバイタルサインを検出するため、図１０の適用例で褥瘡を防止するため、または図１７のエアバッグ制御装置で体重、呼吸、および／または脈拍数を感知するために、使用することができる。アセンブリの動作要素は全てプラスチック（弾性材料）内に埋め込まれるので、そのようなセンサアセンブリは、耐水性キーボードまたは他の入力装置としても使用することができる。センサアセンブリの耐水特性はまた、水にさらされたときに危険を生じるおそれのある洗濯機、温水器、または類似物のような、様々な型の器具を制御するための電気スイッチまたは他の入力装置として、それをシングルセンサユニットまたはマルチセンサユニットで使用することをも可能にする。
【００６９】
図１９は、加圧容器１９５内の圧力を測定するために使用される、上記構成のいずれかによるセンサ１９０を示す。図２０は、加圧管２０５内の圧力を測定するために使用される、そのようなセンサ２００を示す。
【００７０】
図２１は、秤に置かれた物体の重量を測定するために、秤２１５を支持するように上述のとおり構成された、センサアセンブリ２１０を示す。図２１に示した例では、秤２１５はその四隅の各々を、温度を補償するために図１６に関連して上述したように差分または減法関係に配設された、二個のセンサ２１０ａ、２１０ｂのアセンブリによって、懸架状態に支持される。
【００７１】
図２２は、センサを浸漬した液体２２５の密度を測定するために使用される、２２０で示されたセンサを示す。例えば液体は水泳プール２２６内の水とすることができ、測定される密度は水中の塩素の濃度またはｐＨを示す。好ましくは、図２２に示されたセンサ２２０は、図８に関連して上述したように、例えばセンサ２２０によって出力された測定の温度補償を達成するために、感温センサ素子２２７をも含む。センサ２２０はまた、それが水体または他の液状体中に浸漬された深さを測定するための水深計として使用することもできる。
【００７２】
図２３は、本発明に従って構成された、磁界の強度を測定するためのセンサを示す。一般的に２３０で示されたそのようなセンサは、上述した構成のいずれかとすることができ、センサの音響チャネルを画定する弾性材料体２３３に相互に相隔たる関係に埋め込まれた音響トランスミッタ２３１および音響レシーバ２３２を含む。しかし、この場合、センサによって感知される磁界に応じて音響チャネルを圧縮または拡張する力を生じるように、弾性材料体の一端または両端に、２３４で示すように磁石が担持される。
【００７３】
図２４は、回転軸２４２を中心に回転可能な本体２４１に装着された二個の加速度型センサ２４０ａ、２４０ｂを含むアセンブリを示す。両センサ２４０ａ、２４０ｂは、図４に関連して上述した通り、錘２４５ａ、２４５ｂをそれぞれ含む。しかし、この場合、センサ２４０ａは、その錘２４５ａが半径方向に外側に配置されるように、回転体２４１によって担持される。したがって、センサ２４０ａは、錘によって生じる遠心力の測定、およびそれによって回転体２４１の回転速度の測定をもたらす。他方、センサ２４０ｂはその錘２４５ｂが該センサに対して接線方向に延びるように配向され、したがってその出力は、回転体２４１の線形速度の測定となる。
【００７４】
図２５は、ピトー管測定技術に基づいて流体媒体中の物体の線形速度を測定するために、例えば空気中の航空機の速度を測定するために、本発明に従って構成された、一般的に２５０で示されたセンサを示す。ピトー管は走行の方向に向けられる。それは、ピトー管の一端における一対のチャンバ２５１、２５２と、車両の走行方向に向けられかつチャンバ２５１と連通する主通路２５３と、車両の走行方向に対し直角に向けられかつ両チャンバ２５１、２５２と連通する複数の開口２５４とを含む。
【００７５】
したがって、チャンバ２５１内の圧力は、通路２５３を介して感知される動圧（ＰＰ）と通路２５４を介して感知される静圧（ＰＳ）との合計である全圧（ＰＴ）である一方、チャンバ２５２内の圧力は、通路２５４を介して感知される静圧（ＰＳ）のみとなることが分かる。
【００７６】
チャンバ２５１内の全圧はセンサ２５０ａによって測定され、チャンバ２５２内の静圧は、センサ２５０ｂによって測定される。両センサは、弾性体内に相隔たる関係に埋め込まれた音響トランスミッタおよび音響レシーバによって画定される音響チャネルを含む、上述した構成のいずれかとすることができる。
【００７７】
速度Ｖによって生じる動圧（ＰＤ）は、センサ２５０ｂによって感知された静圧（ＰＳ）をセンサ２５０ａによって感知された全圧（ＰＴ）から減算することによって決定することができることが分かる。そのように決定された動圧（ＰＤ）は次いで、次の公知の方程式に従って弾性体の速度を決定するために使用することができる。
2006524798.tif 000003
ここで、ＰＴはセンサ２５０ａによって測定された圧力であり、ＰＳはセンサ２５０ｂによって測定された圧力であり、ｒは空気密度の局所的値である。
【００７８】
図２６は、ハウジング２６１を含み、一般的に２６０で示された加速度型センサに具現された本発明を示す。ハウジング２６１は、図５に示す要領で、呼吸および／または心臓活動を検出するために、例えば弾性ベルト２６２によって患者の身体ＰＢにセンサを装着するための装着部材として働く。しかし、この場合、センサ２６０は、一端２６２ａがハウジング２６１に枢着されたアーム２６２を含む。アーム２６２の反対側の端２６２ｂの一面は、接着剤などによって、相互に相隔たる関係に中に埋め込まれた音響トランスミッタ２６３ａおよびレシーバ２６３ｂの間に音響チャネルを画定する軟質弾性材料体２６３の一端に固定される。軟質弾性体２６３の反対側の端は、接着剤などによって、ハウジング２６１の内面に固定される。枢着アーム２６２の端２６２ｂの下面には、例えば接着剤によってそこに固定された錘２６４が担持される。
【００７９】
図２６に示した構成は、患者の身体ＰＢの呼吸および心臓の動きを検出し、そのような動きの非常に正確な測定をもたらす、極めて高感度の加速度型センサを提供する。
【００８０】
図２６に示した加速度型センサは、患者の心臓活動すなわち脈拍によって生じる変位を検出しかつ測定するために、患者の身体の別の体表に、例えば手首または腕に装着することができることは理解されるであろう。そのような加速度型センサは、高速の行動または高周波運動の高感度の検出または測定が要求される、地震検知器、セキュリティフェンス等のような、多くの非医療用途にも使用することができる。
【００８１】
図２７は、相隔たる音響トランスミッタ２７２とレシーバ２７３との間に狭幅音響チャネルを画定するように、軟質弾性材料２７１が狭幅ストリップの形態である、一般的に２７０で示されたセンサを示す。図２７に示したセンサはさらに、狭幅音響チャネル内のもの以外の音を吸収するのに効率的なダンパまたは吸音材を含む。図２７は、音響チャネルの両端のそれぞれにある、予備成形体２７４、２７５としてのダンパを示す。ダンパ２７４、２７５の適切な材料は、高い音波減衰特性を有する比較的軟質のゴムである。図２７は音響チャネルの両端にだけ適用されたダンパを示すが、そのようなダンパ材は、下面など、音響チャネルの追加的表面に適用することができることは理解されるであろう。
【００８２】
図２８は、図２７に示す構成のストリップ型センサ素子２７０を有する、加速度型センサ装置２８０を示す。したがって、センサ２８０は、センサ素子２７０を二本の柱２８２、２８３の間に懸架状態に装着するハウジング２８１を含む。ハウジング２８１は、センサ素子２７０の中間部分と係合可能な垂下突起２８５を一端に有する錘２８４をさらに含む。錘２８４の反対側の端（図示せず）は、センサ素子２７０の中間部分が錘２８４の変位によって（さらに詳しくは変位の変化率によって）撓むように、ハウジング２８１に枢着される。したがって、図２８に示した加速度型センサ装置２８０は、動きを検出および／または測定するための高感度手段をも提供し、したがって図２６に関連して上述した用途にも使用することができる。
【００８３】
図２９および３０は、ハウジング内のチャンバの圧力を感知するために図２７のストリップ型センサ素子２７０を利用する、圧力センサ装置２９０のそれぞれ組立図および組立分解図である。センサ２９０は、その圧力を測定しようとする流体用のポート２９３と連通するチャンバ２９２を画定する、ハウジング２９１を含む。この目的のために、チャンバ２９２は、図２７に関連して上述した構成のセンサ素子２７０を担持する膜２９３によって、膜およびセンサ素子がチャンバ内の圧力に対応して変形できるように、閉鎖される。例えば膜２９３は、センサ素子２７０の狭幅音響チャネルにおける音波以外の音波を吸収するダンパとしても働くように、高い音響減衰特性を有する軟質ゴム製とすることができる。
【００８４】
センサ装置２９０は、ブロック２９５と、圧力チャンバ２９２の上に膜２９４を固定するためのカバー２９６とをさらに含む。ブロック２９５には、センサ素子２７０のトランスミッタおよびレシーバへのアクセスを提供するキャビティ２９７が形成され、かつセンサとの適切な電気接続を行なうための電気コネクタ２９８が含まれる。
【００８５】
図３１は、図５に関連して上述したような、センサの伸張変位を検出および／または測定するのに特に有用なセンサ装置３１０を示す。したがってセンサ３１０は、音響トランスミッタ２７２と音響レシーバ２７３との間に軟質弾性材料の狭幅音響チャネル２７１を有する、図２７に関連して上述した構成のストリップ型センサ素子２７０を含む。図３１に示す構成では、センサ素子２７０は、呼吸および／または心臓活動を検出するための胸部バンドのような弾性部材３１１上に装着される。したがって、患者の呼吸および心臓活動は、弾性部材３１１およびセンサ素子２７０の狭幅音響チャネルの軟質弾性材料２７１の拡張および収縮を生じ、それによってセンサがそのような呼吸または心臓活動を高感度で検出および／または測定することが可能になる。
【００８６】
センサ素子２７０の弾性部材３１１は、センサ素子２７０によって画定される狭幅音響チャネル内のもの以外の音波を吸収するように、高い音波減衰特性を有する軟質ゴムのような材料製であることが好ましい。
【００８７】
図３２は、エアフォイル３２１のような物体の表面に適用して、その変形および／またはそこの圧力分布を測定する、一般的に３２０で示されたセンサアセンブリを示す。したがって、センサアセンブリ３２０は、エアフォイル３２１の表面に適用されかつそれに順応する大きい表面積の、３２２で示す軟質弾性材料体を含む。軟質弾性材料体３２２は、弾性体内に配置された３２３および３２４で示すような複数の音響トランスミッタおよびレシーバの対を含み、各対がそれらの間の軟質弾性材料３２２の部分と共に別個の音響チャネルを画定して、それぞれの音響チャネルによって占有されるエアフォイル３２１の表面の変形および／または圧力分布を検出および／または測定するようにする。
【００８８】
代替的構成として、エアフォイル３２０の表面の変形および／または圧力分布は、エアフォイルの表面に固定された、各々図２７に関連して上述した構成の複数の個別ストリップ型センサ素子２７０によって検出および測定することができる。
【００８９】
図３３は、本発明に従って構成されたセンサ３４０を組み込んだ、一般的に３３０で示された、携帯電話機、ＰＤＡ、または類似物のような手持ち式携帯電気装置を示す。携帯電気装置３３０はいずれかの従来の構成とすることができる。例として、それは、ディスプレイウィンドウ３３２が形成され、かつ電話番号をダイヤルするため、または他の情報を入力するための多数のキー３３３を担持する、ケーシング３３１を含むものとして示されている。電気装置３３０に含まれるセンサ３４０を、図３４および３５により詳細に示す。
【００９０】
図３４および３５に示すセンサ３４０は変位型センサである。それは、ボタンとして構成され、ハウジング３３１に形成されたスロット３３４内に受容された、軟質弾性材料体３４１を含む。音響トランスミッタ３４２および音響レシーバ３４３は、トランスミッタとレシーバとの間の弾性体の部分が、トランスミッタによってレシーバへ発信される音波のための音響チャネルを画定するように、軟質弾性体３４１の両側に固定される。軟質弾性材料体３４１には、下述するようにユーザの身体によって係合可能となるように、ハウジング３３１の外方に突出する外側凸面３４４が形成される。弾性体３４１は、弾性体３４１の外面に一体的に形成された小球状突起のような変形可能なスペーシング要素３４５を含み、弾性体の内面をハウジング３３１の側面から間隔を置いて配置させて、センサの外面３４４がユーザの身体部分によって係合されたときに、トランスミッタ３４２とレシーバ３４３との間の弾性体３４１の膨張および収縮を可能にする。弾性体３４１の底面ならびにトランスミッタ３４２およびレシーバ３４３によって占有されない弾性体の二つの側面は、３４６、３４７、および３４８でそれぞれ示すように、音吸収材をライニングすることが好ましい。
【００９１】
したがって、センサ３４０は、拍動がトランスミッタ３４２とレシーバ３４３との間の音響チャネルの有効長の変化（圧縮および拡張）を生じ、それによってユーザの脈拍の高感度の検出および／または測定がもたらされるように、ユーザが指を弾性体３４１の外面３４４に当てることによって、脈拍数を検出および／または測定することができる。手持ち式ユニットはまた、ユーザの呼吸がトランスミッタ３４２とレシーバ３４３との間の音響チャネルの圧縮および拡張を生じるように、弾性体３４１の外側表面３４４をユーザの胸部に押し付けることによって、呼吸を検出および／または測定するためにも使用することができる。
【００９２】
図３６は、慣性部材として働き、それによって加速型のセンサつまり検出された変位の変化率に応答するセンサを形成する、錘３６１を含むことを除き、図３４および３５に示されたセンサ３４０と同様の構成のセンサ３６０を示す。
【００９３】
変位型センサ（図３４、３５）または加速度型センサ（図３６）を携帯電話機に組み込む重要な利点は、表示、診察、さらなる処理、格納等のために、脈拍数、呼吸速度等の測定を電話で遠隔地に送信することができることである。
【００９４】
そのような電話機の可能なさらなる用途は、特に図３６に示すような加速度型センサを含む場合、歩数計としての使用である。したがって、ユーザがウォーキングまたはランニングを行なっている間に生じるトランスミッタとレシーバとの間の音響チャネルの圧縮および膨張は、ユーザが行なったステップを識別し、かつそれによって特定の期間中に移動したステップ数の測定をもたらす。例えば、電話機は、ウォーキングステップ中および／またはランニングステップ中にそれぞれのユーザが移動する距離について較正することができる。したがって、各ステップの長さを事前に格納した後、ユーザが移動したランニングステップまたはウォーキングステップの計数を蓄積することによって、電話機はユーザが移動した全距離の測定をもたらすために使用することができる。
【００９５】
図３７は、図３３および３４に示すような手持ち式携帯電気装置が、移動距離を測定するための歩数計として使用されることをも可能にする、一般的に３７０で示された別の構成を示す。そのような構成は、装置を人間の身体に支持するために使用されるベルトクリップまたは同様のホルダに錘を装着する。
【００９６】
したがって図３７は、センサボタン３４０がホルダの別の部分３７２に向かって外方に延出する状態で携帯電気装置３３０を支持するために、任意の従来の仕方でユーザのベルトに取付可能なホルダ３７１を示す。部分３７２は次に、３７４で示すようにその上端から錘３７３を枢着し、携帯電気装置３３０を携帯する個人の運動の各ステップが、錘３７１をセンサ３４０に対して枢動させ、それによってセンサが各ステップを識別することができるようにする。
【００９７】
図３８は、本発明に従って構成された異なる型の圧力センサ３８０を示す。それは、圧力源に接続されたポート３８３、３８４を各々有する二つの流体チャンバＣ１、Ｃ２にハウジングの内部を分割する変形可能な膜３８２を有し、膜が二つのチャンバの差圧に応じて変形するようにした、ハウジング３８１を含む。図２７に示した構成の狭幅音響チャネルが、膜３８２の両側の各々に取り付けられ、膜の変形に応じてそのそれぞれのチャンバ内の圧力を検出する。したがって、トランスミッタ２７２ａ、レシーバ２７３ａ、および二つのアブソーバ素子２７４ａ、２７５ａを含む一つの狭幅音響チャネル２７０ａが、膜３８２の片側に取り付けられ、トランスミッタ２７２ｂ、レシーバ２７３ｂ、およびアブソーバ素子２７４ｂ、２７５ｂを含む第二の狭幅音響チャネル２７０ｂが、膜の反対側に取り付けられる。ハウジング３８１は、狭幅音響チャネル２７０ａ、２７０ｂの各々のための電気コネクタ３８５、３８６をさらに含む。したがって、音響チャネル２７０ａのためのコネクタ３８５は、そのトランスミッタ２７２ａのための二つの端子３８５ａ、３８５ｂ、そのレシーバ２７３ａのための二つの端子３８５ｃ、３８５ｄ、およびそれぞれの音響チャネルに設けられた遮シールド極用の第五端子３８５ｅを含む。コネクタ３８６は、その音響チャネル２７０ｂ内の素子用の対応する端子を含む。
【００９８】
膜３８２の両側の二つのチャンバＣ１、Ｃ２の差圧は、膜に対応する変形を生じ、該変形は二つの音響チャネル２７０ａ、２７０ｂによって測定されることが分かる。
【００９９】
図３９は、力の温度補償測定をもたらすべく、これもまた図２７に関連して上述した型の二つの狭幅音響チャネルを持つように構成された、力センサ３９０を示す平面図である。図３９に示す力センサ３９０は、片面に一つの狭幅音響チャネル２７０ｃを、反対側の面に別の狭幅音響チャネル２７０ｄを担持し、したがって後者は破線で示された、円形膜（例えばゴム製）のような変形可能な膜３９２を装着するための装着部材３９１を含む。測定される力は、力感度軸を画定する軸線ＡＳに沿って相互に整列した二つの力受容部材３９３、３９４の間に加えられる。したがって、軸線ＡＳに沿って圧縮力が加えられると、図３９に破線で示すように、装着部材３９１は、二つの音響チャネル２７０ｃ、２７０ｄが取り付けられた円形膜３９２と同様に、力感度軸ＡＳに沿って収縮し、かつ軸線ＡＳに対して直角に拡張するように変形する。
【０１００】
図３９に示す通り、一つの音響チャネル２７０ｄは軸線ＡＳと整列して取り付けられる一方、もう一つの音響チャネル２７０ｃは軸線ＡＳに対して直角の軸線に沿って取り付けられる。したがって、音響チャネル２７０ｃは、加えられる力に応じて長さを増大する一方、音響チャネル２７０ｄは長さを減少する。温度の影響が相殺され、それによってセンサが温度変化に感応しないように、二つの音響チャネルの出力は、図１６に関連して上述したように減法的に接続される。
【０１０１】
図４０ａは、重量または他の加えられる力の測定用のセンサアセンブリを示す一方、図４０ｂは、図４０ａのセンサアセンブリに含まれる、一般的に４００で示された固定装置の一つを示す。測定される重量または他の力は、矢印Ｆで示すように、略矩形で四隅の各々が固定装置４００（そのうちの二つを図４０ａに示す）の一つによって固定されたパネル４０１に加えられる。固定装置４００の各々は、一端がＵ字湾曲部４０５によって接合される一対の平行アーム４０３、４０４を含む。アームの一つ４０４にはその開端に段付き延長部４０４ａが形成され、それによってその開端４０４ａともう一つのアーム４０３の開端との間の間隔が増大する。アーム４０３のＵ字屈曲端は固定具４０６によって、加えられる力を受け止めるプレート４０１に固定され、もう一つのアーム４０４のＵ字屈曲端は別の固定具４０７によって、フレーム４０２に固定されるので、パネル４０１に加えられる力は、固定装置４００の各々のＵ字屈曲部４０５を撓ませる。
【０１０２】
一般的に２７０で示された図２７に示した狭幅ストリップ型センサは、これらの固定装置４００の各々の開端でアーム４０３とアーム４０４の延長部４０４ａとの間に固定される。各センサ２７０は図２７に関連して上述した構成であり、音響トランスミッタと音響レシーバとの間の弾性材料の音響チャネルを含み、音響チャネルの収縮（または伸張）がそれぞれの固定装置４００に加えられた力の測定をもたらす。
【０１０３】
図４１は、本発明に従って構成され、一般的に４１０で示された別の狭幅ストリップ型センサを示す。この場合、狭幅ストリップセンサは、円筒形の圧力変形可能な材料体４１１の外面に、材料体の外周の少なくとも一部分の周りに延在するように固定される。したがって、図４１に示すように、圧力変形可能な材料体４１１には、その対向面の間の中間に環状凹所４１２が形成され、その外周の少なくとも一部分にわたって延在する。凹所４１２内に固定されるのは、図２７に示した構成の狭幅ストリップ型センサであり、弾性材料の狭幅ストリップ４１３、一端におけるトランスミッタ４１４、および反対側の端におけるレシーバ４１５を含む。センサは、反射した音波を抑制し、かつトランスミッタ４１４によって生成された音波を弾性材料の狭幅ストリップ４１３に閉じ込めるために、その両側に音吸収剤のダンパ素子４１６、４１７をさらに含むことが好ましい。
【０１０４】
したがって、円筒体４１１の両面に圧力が加えられると、円筒体は厚さが減少し、直径が増加し、それによってトランスミッタ４１４とレシーバ４１５との間の音響チャネル４１３の長さが増大する。したがって、音響チャネルの通過距離のこの増大は、加えられた力の測定を上述した方法で行なうことを可能にする。
【０１０５】
圧力変形可能な円筒体４１１はゴム製または他の音吸収材製とすることができる。加えて、狭幅センサストリップ４１３は、円筒体４１１の実質的に外周全体に延在することができるが、弾性ストリップ４１３によって画定される音響チャネルに音波を実質的に閉じ込めるために、センサチャネル４１３とは反対側で、トランスミッタは音吸収材によってレシーバから間隔をおいて配置しなければならない。
【０１０６】
図４１に示したセンサ４１０は、上述した用途の多くで使用することができるが、図４３に示すような無呼吸モニタで人間の心臓および呼吸活動の両方を監視するのに特に有用である。
【０１０７】
図４２は、本発明にしたがって構成され、図４３に示したような無呼吸モニタで特に有用な別のセンサを示す。したがって、図４２および４３に示すように、そこで一般的に４２０で示されたセンサは、心臓活動および呼吸活動を監視される人間（例えば、乳児、高齢患者等）によって占有されるマットレスの上、下、または内部に適用することのできる、一対のプレート４２１、４２２の間に装着される。センサ４２０は、一対の導電性パッド４２４がまたぐ開口４２３ａが形成されたプリント配線基板４２３を含む。一端に音響トランスミッタ４２６を、反対側の端に音響レシーバ４２７を有する弾性材料４２５のストリップを含む音響チャネル型センサは、プリント配線基板４２３の開口４２３ａの上に横たわるように、導電性パッド４２４の上に適用される。音響トランスミッタおよび音響レシーバの電気的接続は、はんだ４２８によって導電性パッド４２４に接続される。
【０１０８】
弾性音響チャネル４２５が固定されたプリント配線基板４２３は、弾性ストリップ４２５の下面を支持するように、プリント配線基板の開口４２３ａを貫通して突出する突起４２９ａを有する、ゴムまたは他の音吸収材の本体上に支持される。プリント配線基板４２３はさらに、弾性ストリップ４２５の音響トランスミッタおよび音響レシーバの上に置かれ、弾性ストリップ４２５の上面を露出させる中央開口４３０ａが形成された、剛性キャップ４３０を含む。ゴムまたは他の音吸収材の別の本体４３１は、キャップ４３０と他のパネル４２１との間に介挿され、弾性ストリップ４２５の上面と係合するために、キャップ４３０の開口４３０ａを貫通して突出する突起４３１ａが形成される。
【０１０９】
したがって、プレート４２１に加わる力は、図４２に破線で示すように、弾性ストリップ４２５を撓ませ、それによって弾性ストリップの有効長が増加し、かつそれによってトランスミッタ４２６からレシーバ４２７への音波の通過時間が増加するので、加えられた力の測定が上述した方法で達成されることが分かる。
【０１１０】
上述の通り、図４２のセンサ４２０は（図４１のセンサ４１０と同様に）、特に図４３に示すような無呼吸モニタに含まれる場合、加えられる力に対して非常に敏感であるので、患者の呼吸活動および他の動きのみならず、人間の心臓活動をも検出することができる。したがって、図４３に示すように、センサ４２０の出力は制御回路４３２に付与することができ、それによってそれは、ブロック４３３によって示すように呼吸活動の欠如、またはブロック４３４によって示すように心臓活動の欠如の両方を検出することができる。
【０１１１】
したがって、図示した無呼吸モニタは、人間を刺激する必要があるときに作動する振動器４３５、および警報状態を別の人間に知らせるために作動することのできるアラーム４３６を含む。したがって、図４３に示す通り、心臓活動が所定の期間（ｔ１、例えば５秒間）検出されない場合、直ちにアラーム４３６が作動する。他方、呼吸活動が所定の時間（ｔ２、例えば２０秒間）検出されない場合、その人間を刺激する目的で振動器４３５が作動し、呼吸活動の欠如がさらなる時間（ｔ３、例えばさらなる１０秒間）続く場合、アラーム４３６が作動する。
【０１１２】
そのような無呼吸モニタは一人の人間（例えば乳児、高齢患者）用に設けることができ、他方、二人の人間（例えば高齢者）がダブルベッドを占有する場合、アラーム状態が存在することが分かったときにいつでもアラームを作動させて、もう一人の人間に知らせるように、各人に一つずつ、二つのそのような無呼吸モニタを設けることができることは理解されるであろう。
【０１１３】
図４２に示したセンサは、図４３に示した無呼吸モニタと同様に、多くの他の用途に、例えば前述した褥瘡防止装置またはいびき防止装置に、使用することができることは理解されるであろう。
【０１１４】
極めて小さい変位または微小変位の検出および測定において、本発明のセンサによって達成可能な極めて高い感度のため、そのようなセンサは、患者の呼吸および／または心臓活動に従って画像システムの動作を同期化させるのに特に有用である。
【０１１５】
したがって、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システムによって生成される詳細画像は、心臓周期および呼吸周期中の患者の動きによって不鮮明になることがしばしばある。患者のＥＣＧ信号は、ＭＲＩ装置の動作を同期化するためのゲート信号として頻繁に使用されるが、ＥＣＧ信号は、ぶれを生じる機械的動きには緊密に相関しない。指プローブもまた、この目的で拍動性血流を検出するために使用されてきたが、そのようなセンサの使用もまた、心臓活動によって生じる動きと脈拍の感知との間の時間遅延を導く。
【０１１６】
本発明に従って構成されたセンサは、そのような検出された動きに従ってＭＲＩ装置の動作を同期させるゲート信号を生成するために、かつそれによってそのような動きによって生じるぶれを最小化または除去するために、心臓活動および／または呼吸活動から生じる極めて小さい変位を直接感知するのに特に有用である。例えば、上述した加速度型センサは、心臓活動を検出するために人間の胸部に適用することができ、かつ／または上述した変位型センサは、患者の呼吸活動を検出するために、弾性ベルトなどによって患者の胸部に、あるいは患者の身体支持部材の下に適用することができる。心臓および／または呼吸活動から生じる微小変位を検出するために、かつＭＲＩ装置の動作を同期化するためのゲート信号を生成するために、そのようなセンサを使用することによって、撮像動作中の身体の動きによって生じるぶれを最小化または除去して、これまでＥＣＧまたは拍動性血液信号によって達成可能であった画像よりずっと鮮明な画像を生成することができる。
【０１１７】
したがって、本発明に従って構成されたセンサは、ＭＲＩ手順に特に有用であるが、それらは、ＣＴ、ＰＥＴ、核、超音波、およびＸ線撮影をはじめとする他の型の撮影にも有用である。
【０１１８】
さらに、そのようなセンサは心臓および呼吸活動の検出、およびそのような検出される活動に従って画像システムの動作を同期化するのに特に有用であるが、そのようなセンサは、胃の動き、腎臓における石の動き等のような患者の他の活動を検出するのに使用し、かつそれに従って画像システム野動作を同期化するために使用することもできることは理解されるであろう。
【０１１９】
図４４〜５０は、センサに関して有用な更なる特徴、および上述したそのようなセンサを利用するシステムを示す。したがって、図４４および４５は新規の周波数測定回路および方法に関連し、図４６〜４８は新規の温度補償回路および方法に関連し、図４９および５０は新規の周波数発生回路および方法に関連する。
【０１２０】
図４４および４５の周波数測定回路に関連して、高分解能で時間間隔を測定する従来の方法は、高周波クロック発振器を使用する。しかし、従来の発振器は高価であり、かつ大きい電流消費量を持ち、それは上述したセンサシステムの低電力および低コストの用途におけるその使用を損ねている。
【０１２１】
図２の方法において、フィードバックループの周波数ｆｘが１ＭＨｚ（つまり１μｓｅｃの周期）であり、測定時間が１０ｍｓｅｃであり、クロック周波数が１００ＭＨｚである（つまりクロック周期または分解能が１０ｎｓｅｃである）と仮定する。実際、１０ｍｓｅｃ／１μｓｅｃ（１００００周期）の持続時間が測定され、１ｎｓｅｃの全持続時間または１ｎｓｅｃの周期（１００００＝１０−４ｎｓｅｃ）の変化を区別することが可能である。つまり、１０μｓｅｃと０．９９９９９９９μｓｅｃとの間の差が区別可能である。これは１ＭＨｚに対し０．１Ｈｚの周波数の差に対応する。そのようなシステムは非常に高い分解能を可能にするが、１００ＭＨｚのクロックは結果的に上述した欠点を生じる。
【０１２２】
今、同じ測定条件、つまり１ＭＨｚの測定周波数、０．１Ｈｚの偏差、および１０ｍｓｅｃの測定時間を考慮する。図４４は、これを目的とする測定回路を示す。それは次のユニット、すなわち基準周波数合成器４４１、周波数ミクサ４４２、クロック発振器４４３、および測定ユニット４４４から構成される。
【０１２３】
合成器４４１は周波数ｆｓ＝９９９．５ｋＨｚを生成する。したがって、ミクサの出力は偏差なしで１ＭＨｚ−９９９．５ｋＨｚ＝５００Ｈｚとなり、測定周波数の０．１Ｈｚの偏差があると１．００００００１ＭＨｚ−９９９．５ｋＨｚ＝５００．１Ｈｚとなる。
【０１２４】
５００Ｈｚの周波数は２ｍｓｅｃの周期に対応し、５００．１Ｈｚの周波数は１．９９９６ｍｓｅｃに対応する。５周期（１０ｍｓｅｃ）の持続時間を測定し、５・（２ｍｓｅｃ−１．９９９６ｍｓｅｃ）（または０．００２ｍｓｅｃ）の差を区別しようとする場合、この周期（０．００２ｍｓｅｃ）を持つクロック３８３ｍが必要であり、それは５００ｋＨｚの周波数に対応する。
【０１２５】
したがって、同じ分解能を達成するために、１００ＭＨｚのクロックの代わりに、低周波クロック４４３（例えば５００ＫＨｚ）を使用することが可能である。他方、測定時間を（例えば１ｍｓｅｃに）低減するために、クロックを（例えば５ＭＨｚの比較的低い値まで）増加することができる。
【０１２６】
図４５は、周波数計およびクロック発振器を、キャプチャ機能を持つマイクロプロセッサ４５０で実現することができる方法を示す。つまり、内部クロック発振器によりクロックされる内部カウンタの状態を固定するために、測定周波数の各縁が内部ラッチレジスタを制御することができる。プロセッサは、ラッチレジスタの連続ステージ間の差を常時計算する。
【０１２７】
合成器（４５１、図４５）は、クロック発振器出力パルスのカウンタ４５１として実現することができ、その周波数はマイクロプロセッサからの事前設定信号により制御することができる。ミクサ（４５２、図４５）は、低域通過アナログフィルタ４５３および比較器４５４を伴うデジタルＡＮＤ論理素子４５２として実現することができる。非線形ユニットと同様に、ＡＮＤ論理素子４５２はその出力に差および和周波数を生成する。低域通過フィルタ４５３は差正弦波周波数だけを抽出する。比較器４５４は方形波を生成し、それは、周波数計４４で受け取られる（図４４）。
【０１２８】
温度補償機能を示す図４６〜４８に関連して、温度はエネルギ伝搬の速度に影響し、かつ熱膨張を開始させ、それは上述した通り、トランスミッタとレシーバとの間の通過時間の変化を生じる。上述したセンサシステムの非常に高い感度のため、出力周波数にはかなりの温度ドリフトがあるかもしれない。ゆっくり変化する信号を測定する場合、信号変化と温度ドリフトとを区別することは非常に難しい。
【０１２９】
温度ドリフトは、図１６および４４に関連して上述した通り、二チャネル測定によって除去することができる。図４６は、力を測定するために二つのセンサＳ１、Ｓ２を含む、そのような二チャネル測定システムを示す。図４６に示すように、測定される力は、一つのセンサＳ１を膨張させ、かつセンサＳ２を収縮させるように働く。したがって、センサＳ２の出力周波数は増加し（＋Δｆ）、センサＳ１のそれは減少する（−Δｆ）。最終出力信号は、一方の出力周波数を他方から減算することによって形成される。
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温度ドリフトは結果的に両方のチャネルで同じ変化（ΔｆＴ）をもたらすので、減算により温度ドリフトによって生じる変化は解消される。
【０１３０】
実際、図４７に示す標準的方法では、各測定チャネル４７１、４７２が入力周波数とクロックの比を測定する。標準的方法は、両方の測定チャネルおよびプロセッサ４７４に対し特殊クロック発振器４７３を使用する。しかし、上述した方法の不利点は、二つの別個の測定チャネルを使用し、かつ減算アルゴリズムを実行するためにプロセッサの時間を割り当てる必要があることである。
【０１３１】
図４８は、一つのセンサＳ１が単一の測定チャネルに使用され、第二センサＳ２が位相同期ループ（ＰＬＬ）回路４８１の入力に接続される、改善された方法を示す。ＰＬＬ回路４８１の高周波出力は、測定チャネル４８２およびプロセッサ４８３の両方のクロックとして使用される。温度が変化すると、測定チャネルおよびクロックの周波数がそれに比例して変化する。したがって、加えられる力は周波数の逆の変化を生じ、それによって上記比の逆の変化を生じるので、その比は変化しない。
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比は処理ユニットで計算する必要が無く、むしろそれは自動的に測定チャネルの出力に反映されることに留意されたい。
【０１３２】
上記の通り、この技術はまた、新しい周波数発生器の構成をも可能にする。既存の周波数発生器で使用される水晶発振器は通常、電気フィードバック回路に接続された二本の電極を持つ水晶単結晶から構成されることに留意されたい。発振周波数はキャパシタンスおよびインダクタンスを持つ電気回路の共振周波数よりずっと安定している、水晶の機械的共振によって決定される。そのような発振器の不利点は、水晶が電気機械的トランスデューサおよび機械的共振器と同時に動作することである。一つの材料で異なる要件、例えばトランスデューサの高い電気機械的結合および共振器の温度安定性を結合させることは非常に難しい。水晶は発振器のための非常に優れた材料と考えられるという事実にも拘らず、多くの用途にとってその温度安定性は充分ではない。
【０１３３】
上述した新規のセンサは、振動の周波数が圧電トランスミッタおよびレシーバではなく、むしろチャネルの材料の特性および形状に依存するので、非常に高い温度安定性を持つ周波数発生器を提供することができる。したがって、機械的共振器および電気機械的トランスデューサに対し別個に最も適した材料を選択することが可能である。
【０１３４】
システムが上述の通り二つの音響チャネルを含み、各チャネルがトランスミッタと、整数個の音波をレシーバに発信するようにトランスミッタを制御するレシーバとを有し、かつ電気フィードバックを持つと仮定する。各チャネルは低い線膨張率を有する材料から作成され、該膨張率は二つのチャネルでわずかに異なる。したがって、温度が変化すると、各チャネルの整数個の音波およびよって各チャネルの周波数が変化する。図４５に示す通り、チャネル周波数が等しくなり、温度の変化が逆の周波数変化を生じる特定の温度点がある。
【０１３５】
図５０は、二つのチャネル５０１、５０２およびそれらのフィードバック５０３、５０４を含むが、低域通過フィルタ付き位相検出器５０５および制御装置５０６から構成される追加フィードバックを備えた、そのようなシステムを示す。位相検出器５０５の入力は、二つのチャネル５０１、５０２の出力である。制御装置５０６の出力は、両方のチャネルにそれらの長さを同じだけ、かつ同時に変化させる。
【０１３６】
特定の温度点で、周波数が等しいときに、位相検出器５０５の出力は零であり、制御装置５０６はチャネルに影響しない。温度が変化すると、両方の周波数が変化しようとする。チャネルのわずかに異なる感温性のため、これは直ちに二つのチャネルの出力に位相差を生じる。位相検出器５０５によって制御装置５０６に付与される出力信号は、チャネルに両方の周波数が等しくなるように長さを変化させる。したがって、両周波数は安定点に戻る。
【０１３７】
制御装置５０６は、以下を含め、様々な形で実現することができる。
１．それは加熱装置内に具現することができる。この場合、安定な温度点は、最大作業温度より高く選択される。したがって、環境温度が変化すると、両方のチャネルの温度は、周波数が等しい点に維持される。つまり、上記の追加フィードバックは事実上熱安定化装置である。
２．それは電気機械的アクチュエータ内に具現することができる。この場合、制御装置は、それらの温度係数に対応する比率で、チャネルの膨張または収縮をもたらす。したがって、環境温度が変化すると、両方のチャネルの長さは、周波数が等しい点に維持される。
【０１３８】
そのようなアクチュエータは、電圧がその電極に印加されたときに、逆圧電効果に従ってその長さを変化する圧電アクチュエータとして、電流がそのコイルに流れたときに磁歪効果に従ってその長さを変化する磁歪アクチュエータとして、またはその電気入力に応じて変位を生じる他のアクチュエータとして、様々な形に実現することができる。
【０１３９】
図４４〜５０に示す上述の特長は、図１〜４３に示すように本発明に従って構成されたセンサおよびシステムに対して特に有用であるが、そのような特徴は、周波数測定、温度補償、および／または周波数発生も関与する他の用途にも有用であることは理解されるであろう。
【０１４０】
また、本発明を様々な好適な実施形態に関連して説明したが、これらは単に例示のために記載したものであって、本発明の多くの他の変形および適用が可能であることは理解されるであろう。例えば、センサアセンブリは、検出された状態に対応して音響チャネル通過距離の変化を検出するために、上述した軸方向に延在するセンサ（例えば図１〜９）、横方向に延在するセンサ（例えば図３４〜３６、および４２）、または周方向に延在するセンサ（例えば図４１）の一つを含むことができるだけではなく、検出される状態に対応して音響波の通過速度を変化させる、図８に示したような感温素子をも含むこともできる。加えて、上述した本発明の好適な実施形態は音響トランスミッタおよびレシーバを利用するが、センサは、可視光、赤外線、ＲＦ、または他の電磁エネルギのトランスミッタおよびレシーバでも実現することができることは理解されるであろう。
【０１４１】
本発明の多くの他の変形例、変化例、および適用例は明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明に係る一形態のセンサを含む測定装置を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１の装置の制御および処理回路機構（ＣＰＣ）をより詳細に示すブロック図である。
【図３】本発明に係る別のセンサの構成を示す。
【図４】本発明に係る加速度型センサの構成を示す。
【図５】本発明に係るセンサのさらなる構成、およびそのようなセンサの適用例を示す。
【図６】本発明に係るセンサのさらなる構成、およびそのようなセンサの適用例を示す。
【図７】本発明に係るセンサのさらなる構成、およびそのようなセンサの適用例を示す。
【図８】本発明に係るセンサのさらなる構成、およびそのようなセンサの適用例を示す。
【図９】呼吸の休止を検出するため（無呼吸検出器）、または個人の動き、呼吸、脈拍数、もしくは他の状態を検出するための、本発明のさらなる適用例を示す。
【図１０】褥瘡を防止するために使用される本発明の適用例を示す。
【図１１】本発明のいびき防止の適用例を示す。
【図１２】脈拍数を監視するための本発明に係るセンサを示す。
【図１３】脈拍数を監視するための本発明に係るセンサを示す。
【図１４】脈拍数を監視するための本発明に係るセンサを示す。
【図１５】オシロメトリックな方法に従って血圧を非侵襲的に測定するための本発明の適用例を示す。
【図１６】車両等のトランスミッションシステムでトルクを測定するための本発明の適用例を示す。
【図１７】例えばエアバッグを制御すべく、例えば乗員の有無、重量、呼吸活動、心臓活動等を検出するために、車両の座席を監視するための本発明の適用例を示す。
【図１８】キーボードまたは圧力分布センサとして使用するためのマトリックス状のセンサに具現された本発明を示す。
【図１９】加圧容器の圧力を示すための圧力計に具現された本発明を示す。
【図２０】パイプラインの圧力を示すための圧力計に具現された本発明を示す。
【図２１】物体を秤量するための秤に具現された本発明を示す。
【図２２】センサが浸漬された液体の深さ、またはセンサが浸漬されている深さを測定するための浸漬可能なセンサに具現された本発明を示す。
【図２３】磁界の強度を測定するための磁界センサに具現された本発明を示す。
【図２４】回転体の角速度および／または接線加速度を測定するための計器に具現された本発明を示す。
【図２５】流体媒質中における物体の速度を測定するためのピトー管に具現された本発明を示す。
【図２６】加速度型センサに具現された本発明を示す。
【図２７】本発明に係るセンサのさらなる構成を示す。
【図２８】加速度型センサとして実現された図２７のセンサを示す。
【図２９】圧力センサとして実現された図２７のセンサを示す三次元図である。
【図３０】圧力センサとして実現された図２７のセンサを示す組立分解図である。
【図３１】呼吸または心臓活動を検出するために個人に適用される非常に高感度の弾性ベルトまたはバンドセンサに具現された、図２７のセンサを示す。
【図３２】圧力分布および／または変形を検出するためにエアフォイルのような大きい表面に適用されるセンサに具現された、本発明を示す。
【図３３】携帯電話機または他の手持ち式携帯電気装置に具現された本発明を示す。
【図３４】図３３のセンサを示す図３３の一部分の部分断面図である。
【図３５】図３４のセンサの平面図である。
【図３６】呼吸および心臓活動の動きのみならず、ウォーキングまたはランニングのような様々な型の動きを感知する加速度型のセンサとして示す、図３４と同等の図である。
【図３７】歩数計として使用される図３３の手持ち式携帯電気装置を示す。
【図３８】本発明に従って構成された差動型圧力センサを示す断面図である。
【図３９】本発明に従って構成された温度補償型力センサを示す平面図である。
【図４０】図４０ａは重量または特定の他の力を測定するのに特に有用な、本発明に従って構成された別のセンサを示す。図４０ｂは図４０ａのセンサにおける固定装置を示す三次元図である。
【図４１】呼吸活動または心臓活動から生じるような極めて小さい力を測定または検出するのに特に有用である、本発明に従って構成された別のセンサを示す三次元図である。
【図４２】本発明に従って構成されたさらに別のセンサを示す断面図である。
【図４３】呼吸および心臓活動の両方を感知し、かつそれに応答して振動器および／またはアラームを制御するための、図４２のセンサを含む無呼吸モニタ装置を示す。
【図４４】本発明に従って構成された装置で特に有用な改善された周波数測定システムを示すブロック図である。
【図４５】図４４の周波数測定システムをさらに詳しく示すブロック図である。
【図４６】温度補償に備える本発明の実現を示す図である。
【図４７】温度補償を達成するために図４６に従って構成されたシステムを示すブロック図である。
【図４８】温度補償を達成するために図４６に従って構成された改善されたシステムを示す。
【図４９】非常に安定した周波数発生器として本発明を実現する一つのやり方を説明するのに役立つ図である。
【図５０】図４９に従って構成された周波数発生器回路を示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年10月18日(2005.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体中のエネルギ波の通過時間に対し既知または決定可能な関係を有する所定のパラメータを測定するための装置であって、
エネルギ波を前記媒体中に発信させるためのトランスミッタおよび前記トランスミッタによって発信された前記エネルギ波を受け取るためのレシーバを含む、前記所定のパラメータを測定するためのセンサと、
前記トランスミッタから前記レシーバまでのエネルギ波の通過時間または通過時間の変化を測定し、それによって前記所定のパラメータの測定を実現するデータプロセッサと
を備えた装置において、
前記センサは前記エネルギ波に対する高い透過率および低い減衰特性を有する軟質弾性材料体を含み、前記トランスミッタおよびレシーバは、前記パラメータが前記センサによって感知されたときに前記レシーバに対する前記トランスミッタの変位を生じるように、前記軟質弾性材料体によって相互に間隔をおいて配置され、それによって前記トランスミッタから前記レシーバまでの前記エネルギ波の通過時間または通過時間の変化の測定がレシーバに対するトランスミッタの変位の測定を実現し、その結果前記所定のパラメータの測定を実現することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記弾性材料がシリコーンエラストマである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記弾性材料が５〜６０のショアＡ硬度を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記弾性材料が７〜２０のショアＡ硬度を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記エネルギ波が音波である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記トランスミッタおよびレシーバが前記弾性材料体に埋め込まれている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記装置は共通支持体に装着された前記センサの二つを含み、それらの端部の一方は相互に向き合って整列し、それらの反対側の端部は前記支持体に固定され、前記センサの前記向き合った端部は、それらの間に配置されかつ前記所定のパラメータによって一方のセンサに近づきかつ他方のセンサから遠ざかるように変位可能である部材に固定され、前記変位可能な部材のいずれかの方向の変位は一方のセンサの弾性体を圧縮させ、かつ他方のセンサの弾性体を膨張させ、それによって温度および他の過渡的影響を実質的に除去する一方、前記所定のパラメータの測定を向上させる、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
媒体中のエネルギ波の通過時間に対し既知または決定可能な関係を有する所定のパラメータを感知するためのセンサであって、
前記エネルギ波に対する高い透過率および低い減衰特性を有する軟質弾性材料体と、
レシーバによって受け取られるエネルギ波が、トランスミッタによって発信され、前記軟質弾性材料体の少なくとも一部分を横断した後のエネルギ波であるように、前記材料体によって相互に相隔たる関係によって支持されたトランスミッタおよびレシーバと
を備えたセンサ。
【請求項９】
前記弾性材料がシリコーンエラストマである、請求項８に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記弾性材料が５〜４０のショアＡ硬度を有する、請求項８に記載のセンサ。
【請求項１１】
前記弾性材料が７〜２０のショアＡ硬度を有する、請求項８に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記エネルギ波が音波である、請求項８に記載のセンサ。
【請求項１３】
前記トランスミッタおよびレシーバが前記弾性材料体に埋め込まれている、請求項８に記載のセンサ。
【請求項１４】
前記弾性材料体はキーボードまたは圧力分布センサとして使用される前記トランスミッタおよびレシーバのアレイを含む、請求項８に記載のセンサ。
【請求項１５】
前記弾性材料体は人間の指、手首、または腕を受容するための環状の形状である、請求項８に記載のセンサ。
【請求項１６】
前記センサは、前記センサを前記トランスミッタとレシーバとの間の間隔の変化率に対して敏感にさせるために効果的な慣性部材として作用する錘をも含む、請求項８に記載のセンサ。
【請求項１７】
前記錘は、枢着されたアームによって担持される、請求項１６に記載のセンサ。
【請求項１８】
前記軟質弾性材料は、前記トランスミッタとレシーバとの間に狭幅発信チャネルを画定するように狭幅ストリップの形態である、請求項８に記載のセンサ。
【請求項１９】
前記エネルギ波は音波であり、前記狭幅発信チャネルは狭幅音響チャネルである、請求項１８に記載のセンサ。
【請求項２０】
前記センサは、前記軟質弾性材料の前記ストリップの両端に高い音波減衰特性を有するダンパ材料をさらに含み、前記ダンパ材料は前記狭幅音響チャネルにおける音波以外の音波を吸収するのに効果的である、請求項１９に記載のセンサ。
【請求項２１】
前記装置は、装置が前記所定のパラメータを測定するためにも使用できるようにするために前記センサを担持するハウジングを含む、手持ち式携帯電気装置の形態である、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記手持ち式携帯電気装置は、携帯電話機またはＰＤＡである、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記データプロセッサは、
所定の周波数を発生する周波数合成器と、
前記合成器の前記所定の周波数を受け取る一つの入力およびセンサの前記トランスミッタによる発信の周波数の受け取る第二入力を有し、かつ一方の入力の周波数が他方の入力の周波数から減算された出力周波数を生成するためのミクサと、
クロック周波数を発生するためのクロック発振器と、
前記ミクサの出力を受け取る一つの入力および前記クロック発振器の出力を受け取る第二入力を有し、前記センサの前記トランスミッタによる発信の周波数の測定を提供するための出力回路と、
を備えた、周波数測定回路を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
前記データプロセッサは、
一方のセンサからの入力およびＣＰＵへの出力を有する単一測定チャネルと、
他方のセンサからの入力および前記単一測定チャネルおよび前記ＣＰＵにクロックパルスを提供する出力を有する位相同期ループと、
を含む、請求項７に記載の装置。
【請求項２５】
第一有効長の第一音響チャネルを画定し、かつ温度に感応する第一線膨張率を有する第一の軟質弾性材料体を含む請求項１に記載の第一装置と、
第二有効長の第二音響チャネルを画定し、かつ温度に感応する前記第一線膨張率とは異なる第二線膨張率を有する第二の軟質弾性材料体を含む請求項１に記載の第二装置と、
前記第一装置からのその周波数を制御するための第一電気フィードバック回路と、
前記第二装置からのその周波数を制御するための第二電気フィードバック回路と、
前記第一および第二電気フィードバック回路の出力を受け取る低域通過フィルタ付き位相検出器と、
前記位相検出器の出力に感応して前記第一および第二の軟質弾性材料体を制御して、両方の音響チャネルの周波数を等化するように両方の軟質弾性材料体の有効長を変化させる制御装置と、
を備えた、所定の周波数を発生するためのシステム。
【請求項２６】
トランスミッタと、整数個の音波をレシーバに発信するようにトランスミッタを制御するレシーバとを有し、かつ第一有効長および温度に感応する第一線膨張率を有する第一音響チャネルと、
トランスミッタと、整数個の音波をレシーバに発信するようにトランスミッタを制御するレシーバとを有し、かつ第二有効長および温度に感応する第二線膨張率を有する第二音響チャネルと、
前記第一音響チャネルからのその周波数を制御するための第一電気フィードバック回路と、
前記第二音響チャネルからのその周波数を制御するための第二電気フィードバック回路と、
前記第一および第二電気フィードバック回路の出力を受け取る位相検出器と、
前記位相検出器の出力に感応して前記第一および第二音響チャネルを制御して、二つの音響チャネルの周波数を等化する制御装置と、
を備えた、所定の周波数を発生するためのシステム。
【請求項２７】
前記位相検出器は、低域通過フィルタを有する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記音響チャネルの各々は、高い音波透過率及び低い音波減衰を有する軟質弾性材料体を含む、請求項２６に記載のシステム。