JP2005293505A - 電子機器、及び入力装置、並びに入力方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザの脚部の単純な動きを複雑な入力に変換する。
【解決手段】 ユーザの靴に歩行センサ２を取り付ける。歩行センサ２は、左右の靴にそれぞれ２ずつ設けられ、足の踏み込みを検出する。足の踏み込みのパタンはコマンドと関連付けられている。コマンド変換部３は、ユーザの足の踏み込みに対応するコマンドをコマンドデータベース３１から読み出し、コンテンツ再生装置１０に送信する。コンテンツ再生装置１０は、受信したコマンドに従って動作する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ユーザが入力した所定の制御信号に従って動作する電子機器、及び制御信号の入力装置、並びに入力方法に関する。

従来、ゲームの入力装置のように車のハンドル、拳銃などの形状をした入力装置が存在する。このような擬似的な入力装置は、ゲームのリアリティを向上させる。ユーザが自身の体を動かしながら情報を入力すると、ユーザと情報との一体感が生まれる。ゲームの入力装置では、形状が固定されており、入力する内容が限定されてしまうが、ユーザの体の動きを入力内容とする入力装置があれば、多様な情報を入力することができる。従来、そのような入力装置の一例として、リストバンド型の入力装置がある。この入力装置は、複数の電極から構成される。この電源は、ユーザの手首の周囲に取り付けられる。この電極と人体表面との間には、コンデンサが形成され、コンデンサの容量の変化を基に「握る」「ひねる」「放す」などのジェスチャを検出する。この入力装置は、足底にもセンサが取り付けられ、歩行や重心移動を検出することができる（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載の発明は、「握る」「ひねる」「放す」などの人間の動作を検出する。しかしながら、人間の動作は、いつも一定でなく、検出信号にゆらぎが発生してしまう。このようなデータを正確に解析することは非常に煩雑である。

特開２００２−３５８１４９号公報

本発明は、ユーザの脚部の簡単な動きを複雑な入力に変換する入力装置、入力方法、並びに、電子機器を提供することを目的とする。

本発明にかかる入力装置によれば、検出手段がユーザの脚部の動きを検出し、信号変換手段がユーザの脚部の動きを制御信号に変換し、出力手段が制御信号を外部装置に出力する。この制御信号は、外部装置を制御するためのコマンドとなる。

また、本発明にかかる電子機器によれば、検出手段がユーザの脚部の動きを検出し、信号変換手段がユーザの脚部の動きを制御信号に変換し、制御手段が制御信号に応じた動作を当該電子機器に実行させる。

さらに、本発明にかかる入力方法によれば、検出工程においてユーザの脚部の動きを検出し、信号変換工程においてユーザの脚部の動きを制御信号に変換し、出力工程において制御信号を外部機器に出力する。

本発明によれば、ユーザの足の動きを検出する検出手段を用いて、手の自由度は確保しつつ、脚部の動きで制御信号が入力できるようになる。携帯電話での会話中や工場などでの作業中、荷物の運搬中、キーボードやマウスの操作中、満員電車の中など、手をつかえない場合にも、脚部の動きで制御信号が入力できる。

また、体を動かして入力を行うため、入力内容との一体感を得ることができる。歩く、踊るといった脚部の動きを、この入力装置で音楽コンテンツや映像コンテンツに反映させて楽しむことができる。

以下、図面を参照して本発明を適用した入力装置について説明する。この入力装置は、人間の脚部の動きを検出するセンサを備える。センサは、人間の足の踏み込みや体の上下動などを基に脚部の動きを検出する。入力装置は、センサが検出した人間の脚部の動きをコマンドに変換して出力する。

図１は、入力装置１の一例を示している。入力装置１は、ユーザの足の踏み込みを検出する歩行センサ２と、歩行センサ２の出力をコマンドに変換するコマンド変換部３と、コマンドをコンテンツ再生装置１０に出力する無線通信部４とを備える。

コンテンツ再生装置１０は、携帯型のＭＤ（ミニディスク；登録商標）プレーヤ、携帯型のＤＶＤプレーヤ、携帯型のテレビ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などがある。入力装置１は、コンテンツ再生装置１０に対して“記録”、“再生”、“停止”などのコマンドを出力する。

歩行センサ２は、靴底に取り付けられている。図２に示す歩行センサ２は、汎用箔ひずみゲージであり、燐青銅板２１に貼り付けられている。汎用箔ひずみゲージは、曲げ方向の力を電気信号に変換する。電気信号のプラスマイナスは、曲げの方向に対応している。歩行センサ２は、足を踏み込んだときにプラスの電気信号、足を地面から離したときにマイナスに電気信号を出力するように取り付けられている。歩行センサ２は、それぞれの足の親指の付け根付近に対応する部分（以下、前部と称する）とかかと付近に対応する部分（以下、後部と称する）に設けられている。以下、右足の後部に取り付けられた歩行センサＲ１、右足の前部に取り付けられた歩行センサＲ２、左足の後部に取り付けられた歩行センサＬ１、左足の前部に取り付けられた歩行センサＬ２というように符号を変えて記す。

歩行センサ２の出力端子２３は、補強材２２で補強されて燐青銅板２１の外部に延出している。歩行センサＬ１の検出結果（以下、歩行信号と記す）は、図３に示すように、アンプ２４Ｌ１に出力される。アンプ２４Ｌ１は、歩行センサＬ１の出力を増幅し、増幅した値をハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２５Ｌ１に出力する。ＨＰＦ２５Ｌ１はアンプ２４Ｌ１からの出力のＤＣ成分を除去する。ＨＰＦ２５Ｌ１の出力は、Ａ／Ｄ変換回路２６Ｌ１によってデジタル化される。他の歩行センサＬ２，Ｒ１，Ｒ２出力も、歩行センサＬ１と同様に、アンプ２４Ｌ２，２４Ｒ１，２４Ｒ２、ＨＰＦ２５Ｌ２，２５Ｒ１，２５Ｒ２、Ａ／Ｄ変換回路２６Ｌ２，２６Ｒ１，２６Ｒ２によってデジタル信号に変換される。

コマンド変換部３は、コマンドデータベース３１を参照して歩行信号をコマンドに変換する。無線通信部４は、コマンドをコンテンツ再生装置１０に出力する。コマンド変換部３は、以下のようにして歩行センサ２の検出結果をコマンドに変換する。コマンド変換部３は、歩行信号を入力すると、入力した歩行信号に対応するコマンドをコマンドデータベース３１から検索する。図４（ａ）は、コマンドデータベース３１の一例である。このコマンドデータベース３１は、６種類の歩行信号のパタンと、各パタンに対応するコマンドとを記憶している。図４（ｂ）は、歩行信号のパタンを示す。パタン１は左足をつま先、かかとの順に踏み込むパタンであり、パタン２は右足をつま先、かかとの順に踏み込むパタンである。パタン３は左足をつま先、かかと、つま先の順に踏み込むパタンであり、パタン４は右足をつま先、かかと、つま先の順に踏み込むパタンである。パタン５は左足をつま先、かかと、かかと、つま先の順に踏み込むパタンであり、パタン６は右足をつま先、かかと、かかと、つま先の順に踏み込むパタンである。

パタン１は“再生”コマンド、パタン２は“停止”コマンド、パタン３は“一時停止”コマンド、パタン４は“巻戻し”コマンド、パタン５は“録音”コマンド、パタン６は“タイムスタンプ”コマンドに対応する。

コマンド変換部３は、ユーザが通常の歩行動作をしているか否かを判断し、ユーザが通常の歩行動作をしていない場合には、歩行センサ２が検出した歩行信号のパタンとコマンドデータベースに記憶している歩行信号のパタンとをマッチングする。そして、コマンドデータベースにマッチングするパタンが存在するときには、そのパタンに対応するコマンドをコンテンツ再生装置１０に出力する。

ここで、コマンドデータベース３１に登録されるパタンについて説明する。コマンドデータベース３１には、人間が歩行しているときや立ち止まったときになどの日常的な動作から発生するパタンを登録しないようにする。これは、ユーザが偶然にコマンドを入力することを避けるためである。但し、日常的な動作によって発生するパタンであっても発生間隔や強度などを適当な値に設定することでコマンドと対応付けることができる。

図５は、コンテンツ再生装置１０の構成を示している。コンテンツ再生装置１０は、音声及び映像を再生する装置である。コンテンツ再生装置１０は、音声コンテンツを出力する音声出力部１２と、画像コンテンツを出力する表示部１１とを備える。音声コンテンツや画像コンテンツは、ストレージ１３に格納されている。ストレージ１３には、ＨＤ（Hard Disk）、光ディスク、半導体メモリなどがある。このコンテンツは、ネットワーク接続部１４を介してインターネット経由でダウンロードすることもできる。

コンテンツ再生装置１０は、また、キー入力部１５と、マイク１６とを備える。キー入力部１５は、“再生”、“停止”、“一時停止”、“選曲”などのコマンドの入力を受け付け、入力されたコマンドをＣＰＵ１８に出力する。

無線通信部１７は、入力装置１との無線通信を行う。入力装置１から受信する情報には、コンテンツ再生装置１０を制御するためのコマンドがある。コマンドは、コンテンツの“再生”、“記録”、“一時停止”、“早送り”などがある。

ＣＰＵ（Central Processing Unit）１８は、入力されたコマンドに応じて、コンテンツ再生装置１０を制御する。ＲＯＭ（Read Only Memory）１９やストレージ１３には、コンテンツ再生装置１０の制御に必要なプログラムや設定情報が記録されている。ＣＰＵ１８は、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０をワークエリアとして、コンテンツの記録、再生、一時停止などの処理を行う。

以上説明したように、本発明を適用した入力装置１は、ユーザの脚部の動きをコマンドに変換し、コンテンツ再生装置１０に出力する。

図６は、入力装置１の動作を示す。なお、図示しないが入力装置１は、入力装置１における信号処理などを行うＣＰＵやメモリなどを備えるものとする。入力装置１は、ユーザの指示に従って動作を開始する。ユーザが入力装置１の動作開始を指示すると（ステップＳ１１）、歩行センサ２が歩行信号を検出する。歩行信号は、一定期間、メモリに蓄積する（ステップＳ１２）。ＣＰＵは、メモリに格納された歩行信号が図７に示す通常歩行のパタンと類似するときには、ユーザが通常歩行をしていると判断する。歩行動作の判断方法について説明する。人間の歩行動作は、踏み出した足のかかとが地面に接地し、踏み出した足のつま先が地面に接地する。そして、踏み出した足のつま先が地面に接地すると、もう一方の足を踏み出すという動作を繰り返す。歩行センサ２は、かかととつま先の接地を検出することにより、ユーザの歩行動作を検出する。通常歩行時の歩行センサ２の出力は、図７に示すようになる（ステップＳ１３；ＹＥＳ）。

一方、図７に示す歩行信号と異なるパタンが検出されたとき（ステップＳ１３；ＮＯ）、コマンド変換部３は、メモリに記憶している歩行信号のパタンとコマンドデータベースに記憶している歩行信号のパタンとを比較し、歩行信号に対応するコマンドを検索する（ステップＳ１４）。

そして、メモリに記憶している歩行信号のパタンがコマンドデータベース３１に存在するとき、このパタンに対応するコマンドを無線通信部１７に出力する。無線通信部１７は、入力したコマンドをコンテンツ再生装置１０に出力する（ステップＳ１５）。コンテンツ再生装置１０は、入力装置１から受信したコマンドに応じて、コンテンツの再生、停止、早送り、巻戻しなどの処理を行う。ユーザからのコマンドが受け付けられたことを示すために、音声出力部２０から電子音を発する。

入力装置１は、ユーザが入力装置１の動作を停止させると（ステップＳ１６；ＹＥＳ）、処理を終了する。一方、ユーザが入力装置１の動作を停止しない場合には（ステップＳ１６；ＮＯ）、ステップＳ１２に処理を移行し、ステップＳ１２〜ステップＳ１６の処理を繰り返す。

このように、本発明を適用した入力装置１を使用すれば、足を使って装置を操作することができる。足を使って操作することにより、装置本体やリモコンを取り出してキー入力部１５を操作する手間を省くことができる。

また、携帯電話での会話中、工場の作業中、荷物の運搬中、キーボードやマウスの操作中、満員電車の中など手を使えない場合にも、足の動きだけで装置を操作することができる。

なお、図１及び図３で示した入力装置１は、メモリおよびコマンド変換部３、コマンドデータベース３１を備える構成としたが、これらの要素をコンテンツ再生装置１０に含めるようにしてもよい。すなわち、ここで述べる構成例では、入力装置１は、歩行センサ２、歩行センサ２からの歩行信号を整形するアンプ及びＨＰＦ、得られた歩行信号をコンテンツ再生装置１０に送信する無線通信部４を備える。

コンテンツ再生装置１０の構成は、図５に示されるもので説明される。すなわち、前述の構成例におけるメモリはＲＡＭ２０の一部領域を使用して構成され、コマンドデータベース３１はＲＯＭ１９やＲＡＭ２０またはストレージ１３の一部領域に記憶されているものとし、コマンド変換部３はＣＰＵ１８がその処理を実行するものとされる。入力装置１の無線通信部４から送信された歩行信号は、コンテンツ再生装置１０の無線通信部１７で受信され、受信された歩行信号は、一定期間、ＲＡＭ２０に格納される。ＣＰＵ１８はＲＡＭ２０に格納された歩行信号のパタンを、例えばストレージ１３に記憶している歩行信号のパタンとを比較して、コマンド変換部としてコマンドに変換し、コンテンツの再生、停止、早送り、巻戻しなどの処理を行う。

全体としての動作は、前述の構成例における動作と同様であるので詳述は避けるが、この構成例では、入力装置１から送信される歩行信号はアンプおよびＨＰＦなどで整形された歩行センサＬ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の出力信号を多重化して送信するようにしてもよいし、例えば歩行センサＬ１とＬ２、Ｒ１とＲ２の出力信号を混合して送信してもよい。また、アナログ信号のまま送信するようにしてもよいし、図３と同様にデジタル信号に変換して送信するようにしてもよいことは勿論である。

次いで、上述した入力装置１の他の使用法について説明する。ここで紹介する入力装置１は、リズムを入力する機能を持つ。この入力装置１は、ユーザのステップを音楽のリズムに変換する。図８は、リズムの入力例である。入力装置１は、リズム入力を開始するコマンドが入力されると、歩行信号をコマンドとしてではなく、リズムとして認識する。

以下の例では、右足のつま先と左足のかかとを踏み込むという歩行信号をリズムの入力の開始と終了を指示するコマンドＲｈｙとする。入力装置１は、コマンドＲｈｙが入力されてから、次のコマンドＲｈｙが入力されるまでの間に入力された歩行信号をリズムとして認識する。この例では、歩行信号が“タンタンタタタ”というリズムとして入力される。

この入力装置１のように足でリズムが入力できるようになれば、ユーザのステップを基に音楽を生成したり、ユーザのステップを基に既存の音楽のテンポやピッチを変更したりすることができる。また、音楽の音色や雰囲気を変化させるコマンドを設けてもよい。

なお、歩行センサ２には、上述した汎用箔ひずみゲージのほかに、測距センサ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）カメラ、圧力センサ、曲げセンサ、加速度センサ、静電容量センサ用いたものがある。

図９（ａ）に示す歩行センサ５は、地面と靴との距離を基に足の踏み込みを検出する。この歩行センサ５は、靴のつま先とかかとに取り付けられる。このような歩行センサ５として、赤外線測距センサ、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラなどを使用することができる。図９（ｂ）に示す歩行センサ６は、足から靴にかかる圧力を基に足の踏み込みを検出する。靴のつま先とかかとに取り付けられた圧力センサ６は、足が接地したときに生じる圧力を検出する。また、この靴の甲の部分に曲げセンサ７が取り付けられる。曲げセンサ７は、足の甲の曲がり量に応じて出力が大きくなる。曲げセンサ７は、リニアな制御、例えば、音のボリューム調整、ビデオカメラのズーム調整などに使用することができる。

図９（ｃ）に示す歩行センサ８は、加速度センサ８である。加速度センサ８は、靴のつま先とかかとに取り付けられており、足が地面に接地したときの衝撃を検出する。以上説明した歩行センサのほかに、地面との接触音により接地を検出する音声マイクや人体の静電容量の変化により接地を検出する静電容量センサなどがある。

また、ユーザの体の一部に振動センサや加速度センサを取り付けることにより、ユーザの脚部の動きを検出することができる。ユーザが脚部を動かすと、ユーザの体は上下に変位する。ユーザの上下動を検出する振動センサや加速度センサは、歩行センサとして用いることができる。このような歩行センサは、人体の体幹部、頭部、腰部などに取り付けた方が検出精度が高くなる。そこで、ユーザの頭部に取り付けるヘッドホンにつけるとよい。

さらに、足の甲、足指、足首、ふくらはぎ、ひざ、ももなど人間の脚部に歩行センサ２を取り付けてもよい。このような、歩行センサには、例えば、加速度センサ、傾斜センサ、位置センサ、光センサ、電磁誘導センサ、帯電位センサ、風速センサ、気圧センサ、電流センサがある。さらに、センサは、人体に取り付けなくとも、人間と同行する動物などに取り付けてもよい。

これまで説明した入力装置１は、様々な電子機器のコマンド入力に適用することができる。例えば、ビデオカメラを制御するために入力装置１を使用する場合には、入力できるコマンドとして、記録、停止、ズーム、ワイドなどを設定する。入力装置１をビデオカメラの入力装置とすることにより、ビデオカメラの手ぶれを回避したり、撮影中で手がふさがったときの操作もできるようになる。

また、いわゆるウェアラブルコンピュータへの入力手段として入力装置１を使用することもできる。ウェアラブルコンピュータとは、ユーザが体に装着できる程度にまで小型化されたコンピュータのことである。ウェアラブルコンピュータは、通常のパーソナルコンピュータと同様に、メールの送受信、テレビ表示、ビデオ表示、インターネットブラウザなどの機能を持つ。ウェアラブルコンピュータは、さらに、眼鏡などに小型ビデオカメラを設ければ、ユーザの周囲の景色、状況を常時撮影することもできる。ビデオカメラの撮影内容は、ユーザの体験記録となる。

ウェアラブルコンピュータによるユーザの体験記録は、膨大な量になると考えられる。入力装置１のコマンドをビデオカメラのＯＮ／ＯＦＦやタイムスタンプと対応付けると、ユーザが脚部を動かすだけで、膨大な量の体験記録の中から必要な部分を記録することができる。

本発明を適用した入力装置の構成を示すブロック図である。 汎用箔ひずみゲージを用いた歩行センサの構成及び取り付け位置を示す図である。 汎用箔ひずみゲージを歩行センサとして用いたときの入力装置の構成を示すブロック図である。 コマンドデータベースとコマンドに対応する歩行信号の一例を示す図である。 コンテンツ再生装置の構成を示すブロック図である。 入力装置及びコンテンツ再生装置の動作を説明するフローチャートである。 歩行時における歩行センサの出力を示す図である。 リズム入力時における歩行センサの出力を示す図である。 歩行センサの他の具体例を示す図である。

符号の説明

１ 入力装置、２ 歩行センサ、３ コマンド変換部、４ 無線通信部、１０ コンテンツ再生装置、１１ 表示部、１２ 音声出力部、１３ ストレージ、１４ ネットワーク接続部、１５ キー入力部、１６ マイク、１７ 無線通信部、１８ ＣＰＵ、１９ ＲＯＭ、２０ ＲＡＭ

Claims (10)

1. ユーザの脚部の動きを検出する検出手段と、
   上記検出手段の検出結果を制御信号に変換する信号変換手段と、
   上記制御信号を外部装置に出力する出力手段と
   を備えることを特徴とする入力装置。
2. 上記制御信号は、上記外部装置を制御するためのコマンドであることを特徴とする請求項１記載の入力装置。
3. 上記検出手段は、複数のセンサからなり、
   上記信号変換手段は、上記それぞれのセンサから出力される検出信号の時系列信号パタンに応じて上記制御信号を形成することを特徴とする請求項１記載の入力装置。
4. 上記信号変換手段は、時系列信号パタンと制御信号とを対応付けて記憶するデータベースを備え、上記検出手段で検出された時系列信号パタンと該データベースに記憶される時系列信号パタンとを比較して対応する制御信号を取り出すことを特徴とする請求項１記載の入力装置。
5. 上記検出手段は、上記ユーザの、靴、足の甲、足指、足首、ふくらはぎ、ひざ、もものうち少なくとも１ヶ所に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の入力装置。
6. 上記検出手段は、上記ユーザの、体幹部、腰部、頭部のうち少なくとも１ヶ所に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の入力装置。
7. 上記検出手段は、曲げセンサ、圧力センサ、測距センサ、加速度センサ、傾斜センサ、磁気センサ、電流センサ、帯電位センサ、電磁誘導センサのうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載の入力装置。
8. 上記検出手段の検出結果からリズムを生成するリズム生成手段を備えることを特徴する請求項１記載の入力装置。
9. ユーザの脚部の動きを示す検出信号を制御信号に変換する信号変換手段と、
   上記制御信号に応じた動作を当該電子機器に実行させる制御手段と
   を備えることを特徴とする電子機器。
10. ユーザの脚部の動きを検出する検出工程と、
    上記検出工程での検出結果を制御信号に変換する信号変換工程と、
    上記制御信号を外部装置に出力する出力工程と
    を有することを特徴とする入力方法。

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