(57)【要約】【課題】利用者の所定属性を判定してスピーカユニットの出力音声を制御することができる携帯電話機などの電子機器を提供する。【解決手段】携帯電話機１００は、圧電振動子１１３から利用者に出力させて反射された超音波を検出して体温を測定するので、例えば、携帯電話機１００などの電子機器で発呼音声の出力に利用される圧電振動子１１３などを利用して利用者の体温を測定することができる。【選択図】図１
2012029100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を弾性部材で支持した少なくとも一個の圧電振動子と、
前記圧電振動子から利用者に超音波を出力させる出力制御手段と、
前記利用者で反射された前記超音波を検出する音波検出手段と、
前記超音波の検出結果から前記利用者の体温を測定する体温測定手段と、
を有する電子機器。
【請求項２】
少なくとも二個の前記圧電振動子を有し、
前記利用者に前記超音波を出力する前記圧電振動子と反射された前記超音波が入力される前記圧電振動子とが相違する請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記利用者に前記超音波を出力する前記圧電振動子と反射された前記超音波が入力される前記圧電振動子とが兼用されている請求項１に記載の電子機器。
【請求項４】
測定された前記体温に対応してコンテンツを出力するコンテンツ出力手段を、さらに有する請求項１ないし３の何れか一項に記載の電子機器。
【請求項５】
前記コンテンツ出力手段は、事前に複数のコンテンツを記憶しており、測定された前記体温に対応して前記コンテンツを選択的に出力する請求項４に記載の電子機器。
【請求項６】
前記コンテンツ出力手段は、測定された前記体温に対応した前記コンテンツを外部から選択的に取得して出力する請求項４に記載の電子機器。
【請求項７】
外部の電子機器と通信する外部通信手段を、さらに有し、
前記コンテンツ出力手段は、通信している外部の前記電子機器に測定された前記体温に対応したコンテンツを送信する請求項１ないし６の何れか一項に記載の電子機器。
【請求項８】
測定された前記体温が所定温度以上の場合に電源を切断する電源制御手段を、さらに有する請求項１ないし７の何れか一項に記載の電子機器。
【請求項９】
測定された前記体温が所定温度以上の場合に所定の電子機器との通信を開始する外部通信手段を、さらに有する請求項１ないし６の何れか一項に記載の電子機器。
【請求項１０】
複数の前記圧電素子を複数の前記弾性部材で個々に支持した複数の前記圧電振動子がマトリクス状に配列されていて高指向性の音声の出力方向を制御自在なパラメトリックスピーカを有する請求項１ないし９の何れか一項に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話機などの電子機器に関し、特に、マイクロフォンとパラメトリックスピーカとを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機やノート型コンピュータなどの携帯型の電子機器の需要が拡大している。このような電子機器では、テレビ電話や動画再生、ハンズフリー電話などの音響機能を商品価値とした薄型の携帯端末の開発が進められている。このような開発の中、音響部品である電気音響変換器（スピーカ装置）に対して、高音質でかつ小型・薄型化への要求が高まっている。
【０００３】
現在、携帯電話機等の電子機器には、電気音響変換器として動電型電気音響変換器が利用されている。この動電型電気音響変換器は、永久磁石とボイスコイルと振動膜から構成されている。
【０００４】
しかし、動電型電気音響変換器は、その動作原理および構造から、薄型化には限界がある。一方、特許文献１、２には、圧電素子を電気音響変換器として使用することが記載されている。
【０００５】
また、圧電素子を用いた発振ユニットの他の例としては、スピーカ装置のほか、圧電素子から発振された音波を用いて対象物までの距離などを検出する音波センサ（特許文献３）など、種々の電子機器が知られている(特許文献４)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】再表２００７−０２６７３６号公報
【特許文献２】再表２００７−０８３４９７号公報
【特許文献３】特開平０３−２７０２８２号公報
【特許文献４】特開２０１０−０５６８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
利用者に利用される電子機器である携帯電話機などは、通話以外の機能も充実しており、各種の機能が提供されている。しかし、利用者の健康状態を通知する機能などは充実していないのが現状である。また、利用者の健康状態を検出して通知する携帯電話機などもあるが、その場合は専用のデバイスが追加されており、装置全体が大型化して生産性が低下している。
【０００８】
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、専用のデバイスを追加することなく利用者の体温を測定することができる携帯電話機などの電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電子機器は、圧電素子を弾性部材で支持した少なくとも一個の圧電振動子と、圧電振動子から利用者に超音波を出力させる出力制御手段と、利用者で反射された超音波を検出する音波検出手段と、超音波の検出結果から利用者の体温を測定する体温測定手段と、を有する。
【００１０】
なお、本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電子機器では、圧電振動子から利用者に出力させて反射された超音波を検出して体温を測定するので、例えば、携帯電話機などの電子機器で利用者の体温を測定することができる。このような圧電振動子は、例えば、発呼音声出力やハンズフリー通話などに利用されているので、体温を測定するために専用のデバイスを追加する必要がなく、装置全体の大型化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態の電子機器である携帯電話機の回路構造を示す模式的なブロック図である。
【図２】携帯電話機の外観を示す模式的な正面図である。
【図３】発振ユニットであるパラメトリックスピーカの要部の構造を示す縦断側面図である。
【図４】パラメトリックスピーカの構造を示す模式的な正面図である。
【図５】携帯電話機の処理動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について図１ないし図４を参照して説明する。本実施の形態の電子機器である携帯電話機１００は、圧電素子１１１を弾性部材１１２で支持した少なくとも一個の圧電振動子１１３と、圧電振動子１１３から利用者に超音波を出力させる出力制御手段と、利用者で反射された超音波を検出する音波検出手段と、超音波の検出結果から利用者の体温を測定する体温測定手段と、を有する。
【００１４】
より具体的には、本実施の形態の携帯電話機１００では、図２に示すように、利用者に音声を出力する各スピーカ１１０，１４０と、利用者が発声した音声を入力するマイクロフォン１２１，１２２と、を有する。
【００１５】
本実施の形態の携帯電話機１００では、図２に示すように、縦長の本体ハウジング１０１の前面の上半部にディスプレイユニット１０２、下半部にキーボードユニット１０３、が配置されている。
【００１６】
さらに、下端左右に二個のマイクロフォン１２１，１２２が一個ずつ配置されている。上端中央には通話用の一般的な動電型スピーカ１４０が配置されており、その側方にハンズフリー通話や音楽視聴などに利用されるパラメトリックスピーカ１１０が配置されている。
【００１７】
図１に示すように、パラメトリックスピーカ１１０には、出力制御手段と音波検出手段と体温測定手段とを兼用する指向性制御部１３０が接続されており、この指向性制御部１３０にパラメトリックスピーカ１１０が増幅回路１１５を介してフィードバック接続されている。
【００１８】
また、マイクロフォン１２１，１２２は、入力された通話音声を無線送信する通話送信回路にも接続されており、動電型スピーカ１４０には、通話音声を無線受信して音声出力させる通話受信回路が接続されている(図示せず)。
【００１９】
指向性制御部１３０は、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)等のＬＳＩ(Large Scale Integration)などからなり、上述のようにパラメトリックスピーカ１１０の圧電振動子１１３から利用者に超音波を出力させ、利用者で反射されて圧電振動子１１３に入力された超音波を検出し、超音波の検出結果から利用者の体温を測定する。
【００２０】
パラメトリックスピーカ１１０は、図３に示すように、圧電素子１１１を弾性部材１１２で支持した圧電振動子１１３からなり、その弾性部材１１２は高剛性のフレーム１１４で支持されている。
【００２１】
そして、図４に示すように、パラメトリックスピーカ１１０は、上述のような複数の圧電振動子１１３がマトリクス状に配列されている。パラメトリックスピーカ１１０は、このようにマトリクス状に配列されている圧電振動子１１３を個々に駆動制御することで高指向性の音声を所望の方向に出力する。
【００２２】
パラメトリックスピーカ１１０には、上述のように複数の圧電振動子１１３がマトリクス状に配列されているので、例えば、その半分が超音波の出力に利用され、これ以外の半分が超音波の入力に利用される。
【００２３】
また、指向性制御部１３０は、測定された体温に対応してコンテンツを出力するコンテンツ出力手段も兼用しており、事前に登録されている複数のコンテンツを選択的にディスプレイユニット１０２に表示出力する。
【００２４】
なお、本実施の形態の携帯電話機１００は、詳細には後述するが、動電型スピーカ１４０を駆動して通常通話を実行する通常通話モードと、パラメトリックスピーカ１１０を駆動して利用者ＣＵの体温を測定する体温測定モードとが切換自在に設定される。
【００２５】
なお、圧電素子１１１は、圧電効果を有する材料であれば、無機材料、有機材料ともに特に限定されないが、電気機械変換効率が高い材料、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ：lead Zirco-titanate）や、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）などの材料が使用できる。
【００２６】
また、圧電素子１１１の厚みは、特に限定されないが、１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。例えば、脆性材料であるセラミック材料として厚み１０μｍ未満の薄膜を使用した場合、取り扱い時に機械強度の弱さから、欠けや破損などが生じて、取り扱いが困難となる。
【００２７】
また、厚み５００μｍを超えるセラミックを使用した場合は電気エネルギから機械エネルギに変換する変換効率が著しく低下し、パラメトリックスピーカ１１０として充分な性能が得られない。
【００２８】
一般的に、電気信号の入力により電歪効果を発生させる圧電セラミックにおいては、その変換効率は電界強度に依存する。この電界強度は分極方向に対する厚み／入力電圧で表されることから、厚みの増加は必然的に変換効率の低下を招いてしまう問題がある。
【００２９】
本発明の圧電素子１１１には、電界を発生させるために主面に上部／下部電極層(図示せず)が形成されている。上部／下部電極層は、電気伝導性を有する材料であれば特に限定されないが、銀や銀／パラジウムを使用することが好ましい。銀は低抵抗な汎用的な電極層として使用されており、製造プロセスやコストなどに利点がある。
【００３０】
また、銀／パラジウムは耐酸化に優れた低抵抗材料であるため、信頼性の観点から利点がある。また、上部／下部電極層の厚みについては、特に限定されないが、その厚みが１μｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましい。
【００３１】
例えば、厚み１μｍ未満では、膜厚が薄いため、均一に成形できず、変換効率が低下する可能性がある。なお、薄膜状の上部／下部電極層を形成する技術として、ペースト状にして塗布する方法もある。
【００３２】
しかし、圧電素子１１１がセラミックのような多結晶では表面状態が梨地面であるため、塗布時の濡れ状態が悪く、ある程度の厚みがないと均一な電極膜が形成できない問題点がある。
【００３３】
一方、上部／下部電極層の膜厚が１００μｍを超える場合は、製造上は特に問題はないが、上部／下部電極層が圧電素子１１１である圧電セラミック材料に対して拘束面となり、エネルギ変換効率を低下させてしまう問題点がある。
【００３４】
本実施の形態のパラメトリックスピーカ１１０の圧電素子１１１は、その片側の主面が弾性部材１１２によって拘束されている。弾性部材１１２は、圧電素子１１１の基本共振周波数を調整する機能を持つ。機械的な圧電振動子１１３の基本共振周波数ｆは、以下の式で示されるように、負荷重量と、コンプライアンスに依存する。
【００３５】
[数１]
ｆ＝１／(２πＬ√(ｍＣ))
なお、"ｍ"は質量、"Ｃ"はコンプライアンス、である。
【００３６】
言い換えれば、コンプライアンスは圧電振動子１１３の機械剛性であるため、このことは圧電素子１１１の剛性を制御することで基本共振周波数を制御できることを意味する。
【００３７】
例えば、弾性率の高い材料の選択や、弾性部材１１２の厚みを低減することで、基本共振周波数を低域にシフトさせることが可能となる。この一方で、弾性率の高い材料を選択することや、弾性部材１１２の厚みを増加させることで基本共振周波数を高域にシフトさせることができる。
【００３８】
従来は、圧電素子１１１の形状や材質により基本共振周波数を制御していたところから設計上の制約やコスト、信頼性に問題があったが、本発明のように、構成部材である弾性部材１１２を変更することで所望の基本共振周波数に容易に調整できることから、工業上の価値は大きい。
【００３９】
なお、弾性部材１１２には、金属や樹脂など脆性材料であるセラミックに対して高い弾性率を持つ材料であれば特に限定されないが、加工性やコストの観点からリン青銅やステンレスなどの汎用材料が使用される。
【００４０】
また、弾性部材１１２の厚みについては、５μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。厚みが５μｍ未満の場合、機械強度が弱く、拘束部材として機能を損なうことや、加工精度の低下により、製造ロット間で圧電素子１１１の機械振動特性の誤差が生じてしまう。
【００４１】
また、厚みが１０００μｍを超える場合は、剛性増による圧電素子１１１への拘束が強まり、振動変位量の減衰を生じさせてしまう問題点がある。また、本実施の形態の弾性部材１１２は、材料の剛性を示す指標である縦弾性係数が、１ＧＰａ以上５００ＧＰａ以下であることが好ましい。上述のように、弾性部材１１２の剛性が過度に低い場合や、過度に高い場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう問題点がある。
【００４２】
以下に本実施の形態のパラメトリックスピーカ１１０の動作原理を説明する。本実施の形態のパラメトリックスピーカ１１０は、ＡＭ(Amplitude Modulation)変調やＤＳＢ(Double Sideband modulation)変調、ＳＳＢ(Single-Sideband modulation)変調、ＦＭ(Frequency Modulation)変調をかけた超音波を空気中に放射し、超音波が空気中に伝播する際の非線形特性により、可聴音が出現する原理で音響再生を行っている。
【００４３】
非線形としては、流れの慣性作用と粘性作用の比で示されるレイノルズ数が大きくなると、層流から乱流に推移する現象が挙げられる。すなわち、音波は流体内で微少にじょう乱しているため、音波は非線形で伝播している。
【００４４】
しかしながら、低周波数帯域での音波の振幅は非線形でありながら、振幅差が非常に小さく、通常、線形理論の現象として取り扱っている。これに対して、超音波では非線形性が容易に観察でき、空気中に放射した場合、非線形性に伴う高調波が顕著に発生する。
【００４５】
概略すれば、音波は空気中に分子集団が濃淡に混在する疎密状態であり、空気分子が圧縮よりも復元するのに時間が生じた場合、圧縮後に復元できない空気が、連続的に伝播する空気分子と衝突し、衝撃波が生じて可聴音が発生する原理である。
【００４６】
上述のような構成において、本実施の形態の携帯電話機１００は、例えば、図５に示すように、通常の通話時には(ステップＳ１−Ｙ)、頭部側面に近接配置され、下端の二個のマイクロフォン１２１，１２２で利用者ＣＵの発声を入力し、上端の動電型スピーカ１４０から相手の利用者(図示せず)の発声を出力する(ステップＳ１０)。
【００４７】
ただし、本実施の形態の携帯電話機１００は、上述のような一般的な利用方法だけでなく、例えば、パラメトリックスピーカ１１０を利用した体温測定モードにより(ステップＳ２−Ｙ)、利用者ＣＵの体温を測定することもできる。
【００４８】
この場合、携帯電話機１００は、例えば、図１に示すように、利用者ＣＵの頭部前方などに所定距離に配置される。このような状態で、例えば、利用者ＣＵが所定操作で体温測定の開始を入力すると(ステップＳ３−Ｙ)、パラメトリックスピーカ１１０の半分の圧電振動子１１３から利用者ＣＵに超音波が出力される(ステップＳ４)。
【００４９】
すると、利用者ＣＵで反射された超音波がパラメトリックスピーカ１１０の半分の圧電振動子１１３に入力される(ステップＳ５)。このとき、利用者ＣＵの体温により反射される超音波の反射率が変化する。
【００５０】
そこで、携帯電話機１００は入力された超音波の反射率から利用者ＣＵの体温を測定する(ステップＳ６)。そして、その測定された体温に対応して複数のコンテンツから一つを検索し(ステップＳ７)、ディスプレイユニット１０２に表示出力する(ステップＳ８)。
【００５１】
例えば、利用者ＣＵから測定された体温が平熱であると、「貴方の体温は平熱です」などのガイダンスメッセージがコンテンツとしてディスプレイユニット１０２に出力される。
【００５２】
また、測定された体温が微熱であると、例えば、「貴方の体温は微熱です、注意してください」などのガイダンスメッセージがコンテンツとしてディスプレイユニット１０２に出力される。
【００５３】
そして、測定された体温が高熱であると、例えば、「貴方の体温は高熱です、直ちに医師に相談してください」などのガイダンスメッセージがコンテンツとしてディスプレイユニット１０２に出力される。
【００５４】
本実施の形態の携帯電話機１００では、上述のようにパラメトリックスピーカ１１０の圧電振動子１１３から利用者に出力させて反射された超音波を検出して体温を測定するので、発呼音声の出力に利用されるパラメトリックスピーカ１１０の圧電振動子１１３を利用して利用者の体温を測定することができる。
【００５５】
そして、測定された体温に対応してコンテンツとしてガイダンスメッセージがディスプレイユニット１０２に表示出力されるので、利用者ＣＵは適正な処置を実行することができる。
【００５６】
また、本実施の形態の携帯電話機１００は、二個のマイクロフォン１２１，１２２が並列に配置されている。そこで、その入力音声から利用者の位置を判定してパラメトリックスピーカ１１０の超音波の出力方向を制御することもできる。
【００５７】
さらに、本実施の形態の携帯電話機１００では、上述のように二個のマイクロフォン１２１，１２２が左右に離間した位置に配置されているので、右手で把持して利用する場合でも左手で把持して利用する場合でも利用者ＣＵの発声を良好に入力することができる。
【００５８】
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態ではパラメトリックスピーカ１１０の半分の圧電振動子１１３から超音波を出力し、これ以外の半分の圧電振動子１１３に超音波が入力されることを例示した。
【００５９】
しかし、このような超音波を出力する圧電振動子１１３と入力する圧電振動子１１３との比率は各種に設定することができる。また、パラメトリックスピーカ１１０の全部の圧電振動子１１３から超音波を出力し、その全部の圧電振動子１１３で反射してきた超音波を検出することもできる。
【００６０】
また、上記形態では測定された体温に対応して、事前に記憶されている複数のコンテンツを選択的に出力することを例示した。しかし、測定された体温に対応したコンテンツを外部から選択的に取得して出力してもよい。
【００６１】
さらに、上記形態ではコンテンツとしてガイダンスメッセージをディスプレイユニット１０２で表示出力することを例示した。しかし、このようなガイダンスメッセージをパラメトリックスピーカ１１０や動電型スピーカ１４０で音声出力してもよい。
【００６２】
また、本実施の形態の電子機器である携帯電話機１００は、外部の携帯電話機などの電子機器と通信するので、通信している外部の電子機器に測定された体温を送信してもよい。
【００６３】
例えば、高齢の利用者ＣＵが定期的に病院と通信するような場合に、上述のように体温を測定して病院に送信することにより、医師は利用者ＣＵの体温を遠隔に認識することができる。
【００６４】
さらに、携帯電話機１００が測定された体温に対応して所定の電子機器との通信を開始してもよい。この場合、前述のように体温が高温と判定されたときに、主治医に自動的に通報されるようなことができる。
【００６５】
また、携帯電話機１００が、測定された体温に対応して電源を切断してもよい。この場合、前述のように体温が高温と判定されたときに、携帯電話機１００がオフとなることで、利用者ＣＵは自身が高熱であることを自覚することができる。
【００６６】
さらに、上記形態では利用者ＣＵが意図的に携帯電話機１００の所定操作で体温を測定することを例示した。しかし、例えば、携帯電話機１００を利用した通話時に自動的に体温が測定され、異常な場合にガイダンスメッセージが表示出力されるようなこともできる。
【００６７】
また、上記形態ではハンズフリー通話などに利用されるパラメトリックスピーカ１１０と体温を測定するパラメトリックスピーカ１１０とが一体であることを例示したが、これが各々専用の別体でもよい。
【００６８】
なお、当然ながら、上述した複数の実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１００    携帯電話機
１０１    本体ハウジング
１０２    ディスプレイユニット
１０３    キーボードユニット
１１０    パラメトリックスピーカ
１１１    圧電素子
１１２    弾性部材
１１３    圧電振動子
１１４    フレーム
１１５    増幅回路
１２１，１２２    マイクロフォン
１３０    指向性制御部
１４０    動電型スピーカ
ＣＵ    利用者
【図１】
2012029100.tif 000003
【図２】
2012029100.tif 000004
【図３】
2012029100.tif 000005
【図４】
2012029100.tif 000006
【図５】
2012029100.tif 000007