JP2006113777A - 情報入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人体に装着して用いられる情報入力装置は、姿勢や装着部位の表面状態などに影響を受けるため、精度良く安定した検出ができないという課題があった。
【解決手段】人体に装着するための装着手段１と、装着部位の変形による圧力を検出する圧力検出手段２と、人体が通常の動作を行ったときに生じる圧力の通常圧力あるいは、装着部位の所定の変形に基づく所定圧力のどちらかを予め登録する登録手段３と、圧力検出手段２の出力が装着部位の所定圧力に基づくものかどうかを判断する認識手段４と、認識手段４の判断に基づき一定の処理を実行する処理手段５とを有する。これにより、精度良く安定した検出ができ、情報を入力することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、人体に装着して用いられる情報入力装置であり、特に、装着部位の変形によって入力を行う情報入力装置に関するものである。

従来よりコンピュータや情報機器等の装置に対して、「身振り」や「手振り」などのジェスチャを用いて情報の入力を行う情報入力装置が広く知られている。このような情報入力装置は、人間にとってより自然な動作で入力を行うことができるという利点がある。特に人体に装着可能であるものの多くは、小型であって、自由な姿勢での入力や、持ち運びながらの入力が可能となる。

上記のような情報入力装置に関しては、従来より多くの出願を見るところである（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に示した従来技術の情報入力装置を図面を用いて説明する。図９は、特許文献１に示した従来技術の情報入力装置を示す構成図である。
図９において、７０は装着手段、８０は発信器、８１はスイッチ、８２は送信電極、８３は手首、８４は受信電極、８５は受信器、８６はバンドパスフィルタ、８７は増幅器、８８は検波器、８９はＡ／Ｄ変換器、９０はプロセッサである。図９においては、手首８３はその断面を示している。

特許文献１に示した従来技術の情報入力装置は、手首に装着可能な腕時計型の情報入力装置である。送信電極８２と受信電極８４とを備えた輪形状の装着手段７０に手首８３を通すことで、従来技術の情報入力装置を人体に装着する。

以下に検出の原理を説明する。まず、発信器８０は特定の周波数の信号を出力する。スイッチ８１は、１つの送信電極８２に信号を供給するように開閉を行う。信号を供給された送信電極８２とその送信電極８２に隣接する受信電極８４との間には静電容量結合が発生するが、その容量値は、手首８３の影響を受ける。つまり、人体を動かすことで手首８３と装着手段７０とのギャップ（距離）が変化し、これに伴い、手首８３と送信電極８２および受信電極８４との間のギャップに依存し容量値が変化する。静電容量結合を経由した信号は受信電極８４に伝わる。
スイッチ８１は、信号を受信器８５に導くように開閉を行う。受信器８５では、バンドパスフィルタ８６で特定の周波数を通過させ、増幅器８７で増幅し、検波器８８で検波を行った後、Ａ／Ｄ変換器で信号をディジタル化する。
プロセッサ９０は、ディジタル化された信号を読み出すことにより、静電容量結合の容量値、すなわち手首８３と装着手段７０とのギャップを検出することができる。手首８３の周辺全体を検出するように、スイッチ８１を順次開閉することによって、手首８３の形状の変化を検出することができる。

上記のような原理に基づき手首８３の形状の変化を検出することによって、例えば「握る」や「放す」、あるいはその他のジェスチャを認識することができ、予めそれらのジェスチャに対応したコマンドを設定しておけば、それらのジェスチャによって各種のコマンドを入力することができる。

特開２００２−３５８１４９号公報（第３−５頁、第２図）

しかしながら、特許文献１に示した従来技術の情報入力装置は、安定した検出ができないという欠点があった。その理由は、手首８３と装着手段７０とのギャップの変化に依存した静電容量の変化を検出するため、人体の通常の活動で生じるようなわずかな動作、例えば、少しの腕の傾斜などによっても手首８３と装着手段７０とのギャップが強く変動し、ジェスチャとして誤認識してしまうのである。
すなわち、特許文献１に示した従来技術の情報入力装置は、手首８３の形状の変化が、人体の通常の動作によるものかジェスチャなのかを判別しにくく、これが情報の誤入力になるという問題があった。

また、手首８３の表面の汗や水分の状態によって容量値が変動してしまうため、検出の精度が悪いという欠点もあった。

さらに、手首８３と装着手段７０とのギャップが無い場合、すなわちこれらが接触している場合は、接触していることの検出はできるものの、接触の強さは検出できず、結果として手首８３の形状の変化を検出する精度が悪くなるという欠点があった。

本発明の目的は、上記課題を解決しようとするもので、人体に装着しても精度が高く、安定した検出を行うことができる情報入力装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の情報入力装置は下記に示す構造を採用する。

人体に装着して用いる情報入力装置であって、
人体に装着するための装着手段と、人体の圧力を検出する圧力検出手段と、登録手段と、認識手段と、処理手段とを有し、
圧力検出手段は、装着手段と人体とが接する装着部位が変形したことによる圧力を検出し、圧力は、装着部位が通常の変形をしたときに生じる通常圧力と所定の変形をしたときに生じる所定圧力とからなり、
登録手段は、通常圧力あるいは所定圧力のどちらかを予め登録し、
認識手段は、圧力検出手段の出力が所定圧力に基づくものか通常圧力に基づくものかを判断し、
処理手段は、認識手段の判断に基づき一定の処理を実行し、
一定の処理に基づいて情報を入力することを特徴とする。

装着手段は、輪形状を有し、人体の一部をその輪に通して装着することを特徴とする。

圧力検出手段は、圧力により抵抗値が変化する感圧導電体と、感圧導電体に配置した複数の感圧導電体電極と、抵抗値を検出する抵抗値検出回路と、感圧導電体電極の接続を切り換えるスイッチとを有することを特徴とする。

登録手段は、通常圧力あるいは所定圧力をデータとして記憶する記憶手段を有することを特徴とする。

認識手段は、圧力検出手段の出力とデータとを計算により比較し判断することを特徴とする。

処理手段は、認識手段の判断の結果を通知するための通信手段を有することを特徴とする。

本発明の情報入力装置によれば、圧力検出手段を設けることによって、装着部位の接触の強さを検出でき、精度を高めることができる。

また、弾性を持った感圧導電体を設けることによって、腕の傾きなどといった装着部位の姿勢に強く影響されることなく、安定した検出ができる。

さらに、通常の人体動作に伴う通常圧力と情報入力に必要な所定圧力とを区別し、そのどちらかを記憶しておくことができる。この記憶した圧力と検出した圧力とを、例えば、比較することで、その違いから正確に所定圧力を認識することができる。これにより、情報入力の際に誤入力が少なくなるのである。

以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。図１は、本発明の情報入力装置を示す構成図である。図２は、本発明の情報入力装置の装着手段の外観図である。図３は、本発明の情報入力装置の一部拡大図である。図４は、本発明の情報入力装置の圧力検出手段の構成図である。図５は、本発明の情報入力装置の登録手段の登録データを示す図である。図６は、本発明の情報入力装置の第1の応用例である。図７は、本発明の情報入力装置の第２の応用例であって、図７（ａ）は、パーソナルコンピュータへの応用例であり、図７（ｂ）は照明装置への応用例である。図８は、本発明の情報入力装置の第３の応用例である。

[構造説明：図１〜図４、図７]
まず、本発明の情報入力装置の構成を図１から図４と図７とを用いて説明する。
図１において、１は装着手段、２は圧力検出手段、３は登録手段、４は認識手段、５は処理手段、１３は情報入力装置である。

図２において、６は感圧導電ゴムである。

図３においては、７は感圧導電ゴム電極である。

図４においては、８はスイッチ、９は抵抗値検出回路、１０は電源、１１は基準抵抗、１２はブリッジ抵抗、１４は増幅器、１５はＡ／Ｄ変換器、１６はホイートストンブリッジ出力信号、７１は感圧導電ゴム電極７からの信号線である。

図７においては、１８はパーソナルコンピュータ、１９は照明装置である。

本発明の実施の形態では、感圧導電体としてゴム状の導電体である感圧導電ゴムを用いた場合を例にして説明する。以後の説明では、感圧導電体は感圧導電ゴム６、感圧導電体電極は感圧導電ゴム電極７として記載する。
また、本発明の実施の形態では、装着手段１を輪形状としている。この輪形状の穴の部分に、人体の一部である手首を通して装着する例を説明する。装着手段１は輪形状であるから、一般概念的に情報入力装置１３は、腕時計の形状に似ている。
なお、図１から図８において同一の構成には同一の番号を付与している。

[原理説明：図１、図２、図３]
まずはじめに、本発明の情報入力装置の基本原理を図１、図２、図３を用いて説明する。
日常生活において、人は自分の感情や意思を反映させた「身振り」や「手振り」などの
ジェスチャを発現することがしばしばある。このようなジェスチャは筋肉活動を伴うが、その筋肉活動によって人体はさまざまな形状に変化する。例えば、手を「握る」や「放す」といったジェスチャによって手首の形状は変化する。本発明の情報入力装置は、このような人体の変形を検出することによって、さまざまな情報の入力を行うものである。

図１に示すように、情報入力装置１３は装着手段１を有し、装着手段１は、検出する人体の部位に情報入力装置１３を固定する。圧力検出手段２は、装着手段１に一体化して配置され、装着部位の変形に伴う圧力を検出する。
登録手段３には、圧力検出手段２にて検出した圧力を登録する。例えば、装着部位が所定の変形をしたときに生じる所定圧力を予め登録しておく。

本発明の情報入力装置は、登録手段３に通常圧力と所定圧力とのどちらかを登録しておくことができる。
通常圧力とは、人体の通常の筋肉活動に伴うわずかな皮膚表面の動きや人体が通常の動きをした際に生じる通常の変形、例えば、手を軽く動かしたときの手首の変形時に生じる圧力などをいう。
所定圧力とは、情報の入力に必要なジェスチャや予め決めてある動作、例えば、手を開いたり、所定の指を動かしたり、手首をねじったりする動作のときの手首の変形時に生じる圧力などをいう。
本発明の情報入力装置は、この通常圧力と所定圧力とを区別し、そのどちらかを登録手段３にて登録し、後述する認識手段４にて判断することで、人体の通常の動作か情報入力に必要な動作かを精度よく検出することができ、その結果として、誤入力が少なくなるという優れた効果を有するのである。
本実施の形態では、登録手段３には、所定圧力を登録しておく方法を例にして説明する。

認識手段４は、圧力検出手段２によって検出された圧力が、登録手段３に登録されている所定圧力であるか、あるいは、装着部位が通常の変形をしたときに生じる通常圧力であるかを判断する。処理手段５は認識手段４の結果に基づき、一定の処理を実行する。

装着手段１は、図２に示すように、輪形状を有し、人体の一部をその輪に通して装着する。装着手段１は手首に装着可能な腕時計型とすることができる。図２に示すように、圧力検出手段２の一部を構成する感圧導電ゴム６は手首に接するように配置される。このため、感圧導電ゴム６の持つ弾性により、腕の傾斜などに強く影響されること無く安定した装着が可能となる。

図３は図２に示すＡ部を拡大した図である。図３の矢印は感圧導電ゴム６に加わる圧力を示したものである。感圧導電ゴム６は、図示しないが、絶縁体であるゴムの中に導電粒子を分散させたものである。無加圧時は導電粒子は互いに接触しておらず、導電経路は形成されない。加圧時は導電粒子が次第に接触し始め、導電経路が形成され、３次元的に導電経路が増えて抵抗値は滑らかに減少していく。この抵抗値を感圧導電ゴム電極７を通して検出することで圧力を検出することができる。

[圧力検出の動作説明：図４]
次に、本発明の情報入力装置の圧力検出手段２の動作を図４を用いて説明する。

図４に示すように、感圧導電ゴム６の各部の圧力を順次検出するため、スイッチ８は感圧導電ゴム電極７からの信号線７１を順次切り換える。

抵抗値検出回路９は、検出すべき感圧導電ゴム６の抵抗と２つのブリッジ抵抗１２と基
準抵抗１１とで、一般にホイートストンブリッジ回路として知られている回路を形成し、さらに、そのホイートストンブリッジ回路に増幅器１４を組み入れた構成をとる。

今、検出すべき感圧導電ゴム６の抵抗をＲ１、ブリッジ抵抗１２をＲ、基準抵抗１１をＲｒｅｆ、電源１０の電圧をＥとする。増幅器１４は反転増幅回路になっており、２つのブリッジ抵抗１２は抵抗値が等しい。このため、増幅器１４は電源１０の電圧をマイナス１倍した電圧を出力する。したがって、Ｒ１とＲｒｅｆとの直列回路に２Ｅの電圧が印加されることになり、ホイートストンブリッジ出力信号１６は次の式で表される電圧となる。
Ｅ（Ｒｒｅｆ−Ｒ１）／（Ｒｒｅｆ+Ｒ１） （式１）
式１においてＥとＲｒｅｆとは既知であるため、Ｒ１は計算により求めることができる。最終的に、ホイートストンブリッジ出力信号１６は、Ａ／Ｄ変換器１５によってディジタル化され、抵抗値検出回路９の出力となる。

[登録手段３の説明：図５]
次に、本発明の情報入力装置の登録手段３の動作を図５を用いて説明する。

登録手段３は、フラッシュメモリのような記憶手段で構成している。その記憶手段には、装着部位の所定圧力に基づく感圧導電ゴム６の各部の抵抗値と実行すべき一定の処理とを図５に示すようなテーブル形式で登録している。
所定圧力Ａ〜Ｄは、予め決めてある所定の動作をした場合の圧力を示す。例えば、所定圧力Ａは、手を握る動作、所定圧力Ｂは、手を開く動作、所定圧力Ｃは、指を全て下に向ける動作、所定圧力Ｄは、手の平を立てる動作などである。
今、感圧導電ゴム６上に地点ｐ１、ｐ２、．．．、ｐｎを定めたとすると、図５において、R１１は所定圧力Ａに基づく地点ｐ１の抵抗値、R１２は所定圧力Ａに基づく地点ｐ２の抵抗値、R１ｎは所定圧力Ａに基づく地点ｐｎの抵抗値、処理Ａは所定圧力Ａを検出したときに実行すべき一定の処理である。
図５においては、記憶手段に登録する所定圧力は、４つの場合を示したが、これに限定されない。記憶手段の記憶容量にもよるが、さらに多くの所定圧力を登録しておくことができる。
先にも述べたが、この記憶手段に登録する圧力は、通常圧力であってもよい。記憶手段の内容はテーブル形式であるので、例えば、通常圧力と所定圧力とを複数個づつ一緒に登録しておくこともできる。

[認識手段４の動作説明]
次に、本発明の情報入力装置の認識手段４の動作を説明する。

認識手段４は、圧力検出手段２で検出した圧力が登録手段３に登録されている所定圧力と一致するかどうか判断する。一致するかどうかの判断は次に示す計算による。

圧力検出手段２によって検出された地点ｐ１、ｐ２、．．．、ｐｎの抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ１．．．、Ｒｎとする。これが登録手段３に登録されている所定圧力Ａに一致するかを考える。
まず、各部の抵抗値の比ｋ１、ｋ２、．．．、ｋｎを下のように求める。
ｋ１＝Ｒ１／Ｒ１１、ｋ２＝Ｒ２／Ｒ１２、．．．、ｋｎ＝Ｒｎ／Ｒ１ｎ
次に、各部の抵抗値の比の平均値ｍを求める。
ｍ＝｛ｋ１+ｋ２+．．．+ｋｎ｝／ｎ
次に、各部の抵抗値の比の分散ｒを求める。
ｒ＝｛（ｋ１−ｍ）＾２+（ｋ２−ｍ）＾２+．．．+（ｋｎ−ｍ）＾２｝／ｎ
このように求められたｍとｒとが一定の範囲（例えば０．８＜ｍ＜１．２、０＜ｒ＜０
．０８）内であれば所定圧力Ａに一致したと判断し、処理手段５に処理Ａを実行させる。所定圧力Ｂ〜Ｄについても同様に計算する。

[処理手段５の説明：図６、図７]
次に、本発明の情報入力装置の処理手段５の動作を図６、図７を用いて説明する。

処理手段５は各アプリケーションに基づく一定の処理を実行する。図６は、本発明の第１の応用例として、本発明の情報入力装置を手首に装着した場合を模式的に示す図である。このような状況は、例えば、本発明の情報入力装置を腕時計に搭載した場合である。図６に示すように、腕時計のクロノメータ（ストップウォッチ）機能を利用する際において、手を「握る」でスタート、手を「開く」でストップ、手を「垂れる」でリセットという人体の動作と処理とを対応させて実行することができる。すでに説明したとおり、ジェスチャなどを予め登録手段３に登録しておくのである。
これは、特に運動中の人が時間を計測する場合などに、煩わしいボタン操作をする必要なくなるといった効果がある。また、図６には図示しないが、腕時計のクロノメータ機能を起動する処理に対応する人体の動作（例えば、手の平を立てる動作）を設定しておけば、何らかの事情で両手が使えない場合であっても腕時計のクロノメータ機能を利用することができるという効果がある。

また、処理手段５は通信機能を設けることによって、他の機器に対し、ジェスチャを用いて入力を行ったり、コマンドを与えたりすることができる。図７は、本発明の第２の応用例として、本発明の情報入力装置を手首に装着し、通信機能を利用して他の機器に情報を入力する場合を模式的に示す図である。例えば、図７（ａ）のように、パーソナルコンピュータ１８に対し入力を行うことができる。特に無線の通信機能を使うことによって、離れた所から自由な姿勢で、あるいは歩き回りながら入力することができる。従来は、パーソナルコンピュータ１８に情報を入力する際には、マウスなどの機器を利用していたが、本発明の入力装置によれば、手でマウスなどの機器を掴む必要がないため、例えば、キーボードより情報を入力しながらも別途予め決められた情報を入力することもできる。また、図７（ｂ）のように、高い場所に設置してある照明装置１９のオン、オフあるいは明るさの調節などを離れた所から制御できる。従来は、リモコンなどの機器を手で掴んでいたが、それも必要なく、本発明の情報入力装置を使用することで両手を別の用途に利用することができる。

装着手段１は腕時計型に限られたものではない。手首以外の人体の他の部位に装着することもでき、さらに複数個を同時に装着することもできる。図８は、本発明の第３の応用例として、本発明の情報入力装置１３を人体の手首以外の部位に装着した場合を模式的に示す図である。１００は人体である。例えば、図８のように左肘、両膝などの関節部に装着するようにすることもできる。このように装着することによって、図中矢印の方向などに人体を動かすことで生じる圧力を検出し、情報を入力することができる。
これは、特に転倒が心配される老人や介護が必要な疾病を患う患者などに装着し、転倒時、人体に過度な力が加わったことを無線の通信機能で介護者に通知するといった場合などに用いることができる。すなわち、本発明の情報入力装置を介護支援システムに利用することで、例えば、患者と介護者とが離間していても情報の伝達が可能になるという利点がある。

本発明の情報入力装置は、圧力検出手段を設けることによって、装着部位の接触の強さを検出でき、精度を高めることができる。
また、弾性を持った感圧導電体を設けることによって、腕の傾きなどといった装着部位の姿勢に強く影響されることなく、安定した検出ができる。
さらに、通常の人体動作に伴う通常圧力と情報入力に必要な所定圧力とを区別すること
ができるので、情報入力の際に誤入力が少ない。

本発明の情報入力装置は、簡単な入力操作が求められる腕時計や小型情報機器、コンピュータ、家庭用の電化製品、介護支援システムなどに適用することができる。

本発明の情報入力装置を示す構成図である。 本発明の情報入力装置の装着手段の外観図である。 本発明の情報入力装置の一部拡大図である。 本発明の情報入力装置の圧力検出手段の構成図である。 本発明の情報入力装置の登録手段の登録データを示す図である。 本発明の情報入力装置の第1の応用例を説明する図である。 本発明の情報入力装置の第２の応用例で説明する図ある。 本発明の情報入力装置の第３の応用例で説明する図ある。 従来技術の情報入力装置を示す構成図である。

符号の説明

１ 装着手段
２ 圧力検出手段
３ 登録手段
４ 認識手段
５ 処理手段
６ 感圧導電ゴム
７ 感圧導電ゴム電極
８ スイッチ
９ 抵抗値検出回路
１０ 電源
１１ 基準抵抗
１２ ブリッジ抵抗
１３ 情報入力装置
１４ 増幅器
１５ Ａ／Ｄ変換器
１６ ホイートストンブリッジ出力信号
１８ パーソナルコンピュータ
１９ 照明装置
７０ 装着手段
７１ 信号線
８０ 発信器
８１ スイッチ
８２ 送信電極
８３ 手首
８４ 受信電極
８５ 受信器
８６ バンドパスフィルタ
８７ 増幅器
８８ 検波器
８９ Ａ／Ｄ変換器
９０ プロセッサ
１００ 人体

Claims (6)

1. 人体に装着して用いる情報入力装置であって、
   人体に装着するための装着手段と、人体の圧力を検出する圧力検出手段と、登録手段と、認識手段と、処理手段とを有し、
   前記圧力検出手段は、前記装着手段と人体とが接する装着部位が変形したことによる圧力を検出し、前記圧力は、前記装着部位が通常の変形をしたときに生じる通常圧力と所定の変形をしたときに生じる所定圧力とからなり、
   前記登録手段は、前記通常圧力あるいは前記所定圧力のどちらかを予め登録し、
   前記認識手段は、前記圧力検出手段の出力が前記所定圧力に基づくものか前記通常圧力に基づくものかを判断し、
   前記処理手段は、前記認識手段の判断に基づき一定の処理を実行し、
   前記一定の処理に基づいて情報を入力することを特徴とする情報入力装置。
2. 前記装着手段は、輪形状を有し、人体の一部をその輪に通して装着することを特徴とする請求項１に記載の情報入力装置。
3. 前記圧力検出手段は、圧力により抵抗値が変化する感圧導電体と、前記感圧導電体に配置した複数の感圧導電体電極と、抵抗値を検出する抵抗値検出回路と、前記感圧導電体電極の接続を切り換えるスイッチとを有することを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の情報入力装置。
4. 前記登録手段は、前記通常圧力あるいは前記所定圧力をデータとして記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の情報入力装置。
5. 前記認識手段は、前記圧力検出手段の出力と前記データとを計算により比較し判断することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の情報入力装置。
6. 前記処理手段は、前記認識手段の判断の結果を通知するための通信手段を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の情報入力装置。

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