JP2015179340A - 電子機器およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数種のセンサを用いてより確実な装着検知をすることができる電子機器およびその制御方法を提供する。【解決手段】 人体に装着された状態で使用される電子機器であって、非接触型センサと、前記非接触型センサの検出値に基づき、前記電子機器を前記ユーザが携行／装着するかまたは携行／装着しないかのいずれの状態にあるのかを判定する判定手段と、前記判定手段が前記電子機器を前記ユーザが携行／装着する状態にあると判定した場合、前記電子機器の動作モードを第１モードに設定し、前記電子機器を前記ユーザが携行／装着する状態にないと判定した場合、前記電子機器の動作モードを第２モードに設定する制御手段と、を具備する電子機器。【選択図】 図６

Description

本発明の実施形態は、電子機器およびその制御方法に関する。

近年、各種センサや無線通信機能を備えた小型情報機器（腕時計型ウェアラブル端末など）がリリースされている。また、小型情報機器は利便性に優れているため長時間使用を望まれている。
小型情報機器には、装着・未装着を判定することにより、自動的にシステムの全体または一部を停止させ、長時間の使用を可能にさせるものがある。装着検知は脈波センサによるものが一般的であるが、装着が不十分などの理由で脈波は取得できずに誤検出される場合がある。
対して接触を感知するセンサ（接触型センサ：圧力センサ、磁気などの開閉センサなど）を複数用いているが、接触感知以外のセンサ（非接触型センサ）も用いる技術は開示されていなかった。また装着状態の検知に方向センサやその他のセンサを用いる記載はあるが、検知方法の具体例は開示されていない技術はあった。

特開２００４−１８０１６２号公報

本発明の実施の形態は、複数種のセンサを用いてより確実な装着検知をすることができる電子機器およびその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、実施形態によれば電子機器は、人体に装着された状態で使用される電子機器であって、非接触型センサと、前記非接触型センサの検出値に基づき、前記電子機器を前記ユーザが携行／装着するかまたは携行／装着しないかのいずれの状態にあるのかを判定する判定手段と、前記判定手段が前記電子機器を前記ユーザが携行／装着する状態にあると判定した場合、前記電子機器の動作モードを第１モードに設定し、前記電子機器を前記ユーザが携行／装着する状態にないと判定した場合、前記電子機器の動作モードを第２モードに設定する制御手段と、を具備する。

実施形態の電子機器の外観を示す斜視図。 実施形態の電子機器のシステム構成を示す図。 実施形態の電子機器の脈波センサに関する機能ブロックを示す図。 同実施形態の機能の全体構成図例。 同実施形態に用いられる脈波センサでの誤動作を示す図。 同実施形態の装着情報検知方法のフローチャート。 同実施形態の動作条件と検知状態を示す図。 同実施形態の検出変化とシステムへの影響を示す図。

以下、実施形態を図１乃至図８を参照して説明する。本実施形態の電子機器は、人体に装着するタイプのいわゆるウェアラブル端末として実現される。ここでは、本電子機器が、腕時計型のウェアラブル端末として実現され、ユーザの腕部（手首）に装着される場合他を想定する。
図１は、ウェアラブル端末１の斜視図である。ウェアラブル端末１は、本体１１を備えている。本体１１は、薄い筐体から構成されている。この筐体内には、様々な電子部品が設けられている。本体１１の上面には、液晶表示装置（ＬＣＤ）のようなディスプレイ１２が配置されている。ディスプレイ１２はその表示画面上の接触位置を検知可能なタッチスクリーンディスプレイであってもよい。また、本体１１の側面には、操作ボタン１３が配置されている。

ウェアラブル端末１は、本体１１を人体（腕部）に装着するためのベルト（バンド）２１Ａ、２１Ｂを備える。ベルト２１Ａ、２１Ｂの各々は、可撓性を有する部材によって実現されている。
図２は、ウェアラブル端末１のシステム構成を示す図である。
ウェアラブル端末１の本体１１には、図１で示したディスプレイ１２、操作ボタン１３のほか、図２に示されるように、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、無線通信モジュール３４、複数のセンサ３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，…、ＥＣ（Embedded controller）３６、バッテリ３７等が配置されている。
ＣＰＵ３１は、ウェアラブル端末１内の各種モジュールの動作を制御するプロセッサである。ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３３を作業領域として利用しながら、ＲＯＭ３２に格納される各種プログラムを実行する。各種プログラムの１つとして、後述する生体情報取得プログラム１００が存在する。

無線通信モジュール３４は、例えばIEEE 802.11g規格に準拠した無線通信を実行するモジュールである。複数のセンサ３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，…は、例えば、脈波センサ、加速度センサ、温度センサ、角速度センサ、地磁気センサ、湿度センサ、照度センサ、圧力センサ等である。ここでは、センサ３５Ａが脈波センサであり、センサ３５Ｂが３軸加速度センサであり、センサ３５Ｃが温度センサであるものと想定する。温度センサ３５Ｃは、例えばユーザの体温に関する生体データ（体温データ）を検出する深部体温センサの機能を含むものであってもよい。各センサの検出値は、ＲＡＭ３３に格納され、生体情報取得プログラム１００を含む様々なプログラムによって利用される。
ＥＣ３６は、ウェアラブル端末１内の各種モジュールに対するバッテリ３７の電力の供給制御を司るＰＳＣ（Power supply controller）３６１を含むワンチップマイクロコンピュータである。ＥＣ３６は、操作ボタン１３の操作によるユーザからの指示を受け付ける機能を有している。

生体情報取得プログラム１００は、例えば、脈波センサ３５Ａを用いて、ウェアラブル端末１を装着するユーザの脈拍や自律神経の活性状況等の生体情報を取得するプログラムである。脈波センサ３５Ａは、例えば反射式の光電センサであり、血液中のヘモグロビンが光を吸収する事象を利用して、血管に向けて発光した光の反射光を受光することで血流の強弱を計測する。透過式の光電センサの場合には、血管を透過した光を受光する。いずれの場合も、血流が強い時には、血流が弱い時と比較して、ヘモグロビンによる光の吸収量が多くなるので、反射光または透過光の受光量は小さくなる。
このように光を発光して脈波を計測する脈波センサ３５Ａの消費電力量は、ウェアラブル端末１の総消費電力量に占める割合が小さくない。そこで、本実施形態のウェアラブル端末１は、この脈波センサ３５Ａの発光パワーを適応的に制御して、消費電力を状況に応じて適切に低減する仕組みを備えたものであり、この点については後述する。

なおウェアラブル端末１は、ユーザの装着時、体動および外光が大きい（照度センサ等を用いる場合で）環境下で動作することが考えられる。体動および外光は、光電センサである脈波センサ３５Ａにおいてはノイズとして作用する。一方、ウェアラブル端末１は、体動および外光が小さい環境下で動作することが考えられる。そこで、本実施形態のウェアラブル端末１は、体動および外光の影響が大きい時には、脈波センサ３５Ａの発光パワーをある程度の大きさにして水準以上のＳ／Ｎ比を確保しつつ、体動および外光の影響が小さい時には、（水準以上のＳ／Ｎ比を確保できる範囲内で）脈波センサ３５Ａの発光パワーを小さくして脈波センサ３５Ａの消費電力を抑える。

図３は、ウェアラブル端末１の脈波センサ３５Ａに関する機能ブロックを示す図である。
図３に示すように、脈波センサ３５Ａは、電流制御部４１、Ｄ／Ａ変換部４２、発光ダイオード駆動部４３、発光ダイオード４４、フォトダイオード４５、増幅部４６、フィルタ４７、Ａ／Ｄ変換部４８およびタイミング制御部４９を有している。
発光ダイオード４４およびフォトダイオード４５は、ウェアラブル端末１を装着するユーザの皮膚に近接する本体１１の裏面に配置される。脈波センサ３５Ａは、皮膚近くの血管に向けて発光ダイオード４４から光を発光し、その反射光をフォトダイオード４５によって受光する。発光ダイオード駆動部４３は、Ｄ／Ａ変換部４２から供給される駆動信号に基づき、発光ダイオード４４を駆動する。従って、この駆動信号の値を制御すべくＤ／Ａ変換部４２を制御することにより、発光ダイオード４４の発光パワーを制御することができる。そこで、（ａ）電流制御部４１によって電流値を設定する、（ｂ）タイミング制御部４９によってデューティ比を設定する、の一方または両方により、発光ダイオード４４の発光パワーを制御する。

フォトダイオード４５からは、反射光の受光量を示すデータが出力され、増幅部４６によって増幅される。増幅されたデータは、フィルタ４７を介してＡ／Ｄ変換部４８に供給され、タイミング制御部４９からの同期信号に基づき、発光ダイオード４４の発光タイミングと対応するタイミングでデータ（脈波データ）がＡ／Ｄ変換部４８から出力される。
生体情報取得プログラム１００は、ユーザインタフェース（ＵＩ）部５１と演算処理部５２とを有している。演算処理部５２は、脈波センサ３５ＡのＡ／Ｄ変換部４８から出力される脈波データから、ウェアラブル端末１を装着するユーザの状態を判定する。

図４ は、図１〜３に描いたウェアラブル端末１における内部の処理機能部のブロック図である。
図４のブロック図にて内部の処理機能を構成する要素は、表示装置４０１、通信装置４０２、メモリ４０３、電源回路４０４、制御部４０５、脈波センサ４０６、加速度センサ４０７、温度センサ４０８、その他センサ（圧力センサ等）４０９である。
更に制御部４０５は、Ｉ／Ｆ制御４０５ａ、動作モード制御４０５ｂ 、センサ制御４０５ｃの各制御部分を含んでいる。通信装置４０２、メモリ４０３、電源回路４０４とともにＩ／Ｆ制御４０５ａの制御化にある表示装置４０１は図１〜２の図面において先述したように、ディスプレイ１２と同一であるとし、これ以外の上記要素は、ウェアラブル端末１の本体１１に内包されているものとする。なお操作ボタン１３は、一つには使用者が直接操作して電源回路４０４のＯＮ／ＯＦＦを行う箇所である。

通信装置４０２は無線通信モジュール３４に依り、メモリ４０３はＲＯＭ３２とＲＡＭ３３に相当し、電源回路４０４はバッテリ３７を主体とする。また、制御部４０５はＣＰＵ３１の機能としてある。また、脈波センサ４０６、加速度センサ４０７、温度センサ４０８はセンサ制御４０５ｃの制御化で、夫々脈波センサ３５Ａ、加速度センサ３５Ｂ、温度センサ３５Ｃに依る。
次に図４に示した各構成要素の動作処理を図５〜図８を用いて説明する。まず図５は、実施形態に用いられる脈波センサでの一般的な誤動作を示す図である。

一般には実際にウェアラブル端末１などの装置を身に着けた場合、図５（ａ）の＜正常動作＞に示すように、脈波センサが正常に動作していれば（ステップＳ５１の判定）、装着（ステップＳ５３）と未装着（ステップＳ５２）を正しく検出することが可能である。しかし、右の図５（ｂ）にあるように未装着（ステップＳ５５）は正しく検出することが可能であることが多いが、脈波センサが接触不良などで誤動作した場合には（ステップＳ５４の判定）、装着を検知することができなくなり装着の誤検出（ステップＳ５６（未装着のまま））となる。接触型のセンサを利用した場合には同様の誤検出という結果を招く可能性がある。

ここで、図６に示すように、加速度センサ４０７や温度センサ４０８を併用することにより装着検知のルートが発生するよう構成することができる。図６は即ち実施形態の装着情報検知方法のフローチャートである。概要として具体的には、次のような場合には装着（中）と判定されるため、これらの判定範囲において装着中に未装着という誤検出を防ぐことができる（詳しくは以下のステップを参照）。
＜未装着状態だった場合＞
制御部４０５は加速度センサ４０７の変化を確認し、変化がある場合には装着と判定する。
制御部４０５は温度センサ４０８の変化を確認し、変化が一定範囲内の場合には装着と判定する。
＜装着状態だった場合＞
制御部４０５は加速度センサ４０７の変化を確認し、変化がある場合には装着と判定する。
制御部４０５は温度センサ４０８の変化を確認し、変化が一定範囲内の場合には装着と判定する。

ステップＳ６１： 制御部４０５は、現在の状態を確認し未装着状態の場合は次のステップＳ６２に進み、装着状態の場合はステップＳ６６に進む。現在の状態が未確認の場合は、いずれかの状態を仮定しこの状態に沿ったステップへ進むように設定しておけばよい。
ステップＳ６２： 制御部４０５は、加速度センサ４０７の変化を確認し、この変化がある場合にはステップＳ６５に進み、変化がない場合は次のステップＳ６３に進む。
ステップＳ６３： 制御部４０５は、温度センサ４０８（体温）の変化を確認し、この変化が一定範囲内の場合にはステップＳ６５に進み、変化が一定範囲外の場合は次のステップＳ６４に進む。
ステップＳ６４： 制御部４０５は、脈波センサが正常に動作していればステップＳ６５に進み、そうでない場合は現在の状態を未装着としたまま処理を終了する。
ステップＳ６５： 制御部４０５は、現在の状態を装着と判定し処理を終了する。
ステップＳ６６： 制御部４０５は、加速度センサ４０７の変化を確認し、この変化がある場合には現在の状態を装着としたまま処理を終了し、変化がない場合は次のステップＳ６３に進む。
ステップＳ６７： 制御部４０５は、温度センサ４０８（体温）の変化を確認し、この変化が一定範囲内の場合には現在の状態を装着としたまま処理を終了し、変化が一定範囲外の場合は次のステップＳ６８に進む。
ステップＳ６８： 制御部４０５は、脈波センサが正常に動作していれば現在の状態を装着としたまま処理を終了し、そうでない場合はステップＳ６９に進む。
ステップＳ６９： 制御部４０５は、現在の状態を未装着と判定し処理を終了する。

図７は、ユーザがウェアラブル端末としての動作条件として期待している状態と脈波センサの出力値の検知結果を示している。
例えば、ウェアラブル端末が鞄に入れられた状態でウェアラブル端末が運動量を計測しようとする場合、従来の装着検知方法では脈波センサが正常に動作していてもユーザの腕から外した状態では未装着となりシステムが停止し動作しないため計測することができない。強制的に起動させることが可能であってもユーザによる手動操作となる。
また、例えばユーザがウェアラブル端末を机上に置いていたがこれ持ち上げて腕にはめる場合、未装着状態から装着状態になるため、従来はシステムの起動処理が欠かせないが、複数センサを用いることにより、「加速度の検知により、次に脈波センサを起動させておく」といったシステム内部装置の動作モード制御（４０５ｂ）を行うことが可能となる。
この動作モードとしては、例えば次のような多様な組み合わせがある。
モード１：全機能ON
モード２：画面OFF、加速度ON（上記）
モード３：画面ON（時計として利用など）
モード４：画面OFF、温度ON
モード５：画面OFF、センサ類ON

また、ウェアラブル機器として利用する場合、必ずしも脈波がとれる状態で動作させるとは限らず、機器の起動を希望しているユーザにとっては利用ニーズと異なる状態になる場合がある（例えば上記モード３）。
図８は、従来システムの検出変化とシステムへの影響を示す。従来システムにおいても、低消費電力化を行う上で、システムの一部停止が用いられるが、一部停止状態で装着検知を行うためには脈波センサを止めることができない。本実施形態では、複合検知と動作モード制御を行うことで脈波センサよりも電力消費が少ないセンサを選択することが可能となる。
本実施形態の言わばセンサ複合情報による装着検知方法では、先行技術の提案ではまだ実現できていない接触感知以外のセンサによる装着検知、を行うことができ、誤検出防止とユーザニーズに応える小型情報機器（ウェアラブル機器）が実現できる。

（補足）
（１）課題を解決するにあたって、本実施形態では「脈波センサ以外のセンサからの情報を複合利用し、誤検出のない装着検知とユーザニーズに応える動作モードの制御を行う」工夫をした。
（２）具体的には、接触型ではないセンサ（温度センサ・加速度センサ）を利用し、脈波センサが有用な値を出力しない場合にも他のセンサの値に動きがある場合には、装着判断と判断する装着検知を行う。
（３）また、各種センサの値に応じて、機器の起動を決定する動作モード制御を行う。
（効果）
（１）接触型以外の複数センサを複合させた装着検知により、誤検知がなくなり小型情報機器としての機能が向上する。
（２）動作モード制御を行うことで、ユーザニーズに応えることできる小型情報機器が可能となる。
（３）システムOFF状態からの復帰数が減少するため、レスポンスが向上し、ユーザビリティアップにつながる。
（４）動作モード制御によりシステムの適切な電力制御を行うことができるため、システム全体の低消費電力化が実現でき、長時間駆動の小型情報機器が可能となる。
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜に組み合わせることにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良いものである。さらに、異なる実施の形態に係わる構成要素を適宜組み合わせても良いものである。

１…ウェアラブル端末、１１…本体、１２…ディスプレイ、１３…操作ボタン、２１Ａ，２１Ｂ…ベルト、３１…ＣＰＵ、３２…ＲＯＭ、３３…ＲＡＭ、３４…無線通信モジュール、３５Ａ…脈波センサ、３５Ｂ…加速度センサ、３６…ＥＣ、３７…バッテリ、４１…電流制御部、４２…Ｄ／Ａ変換部、４３…発光ダイオード駆動部、４４…発光ダイオード、４５…フォトダイオード、４６…増幅部、４７…フィルタ、４８…Ａ／Ｄ変換部、４９…タイミング制御部、５１…ユーザインタフェース部、５２…演算処理部、１００…生体情報取得プログラム、３６１…ＰＳＣ。

Claims (7)

1. 人体に装着された状態で使用される電子機器であって、
   非接触型センサと、
   前記非接触型センサの検出値に基づき、前記電子機器を前記ユーザが携行／装着するかまたは携行／装着しないかのいずれの状態にあるのかを判定する判定手段と、
   前記判定手段が前記電子機器を前記ユーザが携行／装着する状態にあると判定した場合、前記電子機器の動作モードを第１モードに設定し、前記電子機器を前記ユーザが携行／装着する状態にないと判定した場合、前記電子機器の動作モードを第２モードに設定する制御手段と、
   を具備する電子機器。
2. 更に接触型センサを備え、この接触型センサの検出値に基づき、前記電子機器をユーザが装着するかまたは装着しないかのいずれの状態にあるのかを判定する第２の判定手段を具備する請求項１に記載の電子機器。
3. 前記接触型センサは脈波センサまたは圧力センサである請求項２に記載の電子機器。
4. 前記非接触型センサは加速度センサまたは温度センサである請求項１に記載の電子機器。
5. 前記第１モードは、前記接触型センサが停止状態である場合にこの接触型センサを前記制御手段は起動する請求項２に記載の電子機器。
6. 前記第２モードは、前記電子機器の部分停止状態の継続である請求項１に記載の電子機器。
7. 電子機器の制御方法であって、
   非接触型センサの検出値に基づき、前記電子機器をユーザが装着するかまたは装着しないかのいずれの状態にあるのかを判定する判定工程と、
   前記判定工程で前記電子機器を前記ユーザが携行／装着する状態にあると判定された場合、前記電子機器の動作モードを第１モードに設定し、前記電子機器を前記ユーザが携行／装着する状態にないと判定された場合、前記電子機器の動作モードを第２モードに設定する制御工程と、
   を具備する制御方法。

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