JP2017158864A

JP2017158864A - 測定装置、測定システム、靴、生体情報測定方法および自立発電センサ

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Publication number: JP2017158864A
Application number: JP2016047211A
Authority: JP
Inventors: 昌弘森住; Masahiro Morizumi
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: JP6712878B2

Abstract

【課題】生体の活動量を測定する測定装置を提供する。【解決手段】生体運動により生じた電荷を蓄積する第１蓄電部と、第１蓄電部の蓄電した電力により動作し、環境に応じた情報を取得する第１センサ部と、第１蓄電部の蓄電量が第１の閾値を超えた場合に、第１蓄電部から第１センサ部に電力を供給させ、第１センサ部に情報を取得させる第１制御部と、第１センサ部が取得した情報を送信する送信部とを備える測定装置を提供する。また、当該測定装置と、送信部が送信した情報を受信する受信部とを備える測定システムを提供する。当該測定装置および測定システムは、エナジーハーベストに関する分野で用いられてよい。【選択図】図２

Description

本発明は、測定装置、測定システム、靴、生体情報測定方法および自立発電センサに関する。

従来、生体の活動量を測定する測定装置において、生体の活動量に関する情報を取得して無線で送信していた（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献３は、発電装置を有し、センサを間欠動作する無線機能付きセンサに関する。
特許文献１特開２０１１−７８５１２号公報
特許文献２特表２００１−５１１９２４号公報
特許文献３特開２００５−１５０８２４号公報

しかしながら、従来の測定装置は、複合的な情報を得ることはできなかった。

本発明の第１の態様においては、生体運動により生じた電荷を蓄積する第１蓄電部と、第１蓄電部の蓄電した電力により動作し、環境に応じた情報を取得する第１センサ部と、第１蓄電部の蓄電量が第１の閾値を超えた場合に、第１蓄電部から第１センサ部に電力を供給させ、第１センサ部に情報を取得させる第１制御部と、第１センサ部が取得した情報を送信する送信部とを備える測定装置を提供する。

本発明の第２の態様においては、第１の態様に記載の測定装置と、送信部が送信した情報を受信する受信部とを備え、受信部は、送信部が送信するダミー情報の頻度に応じて、生体の活動状況を算出する算出部を有する測定システムを提供する。

本発明の第３の態様においては、第１の態様に記載の測定装置を備える靴を提供する。

本発明の第４の態様においては、生体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄積する蓄電段階と、蓄電された電気エネルギーが第１の閾値を超えた場合に、蓄電された電気エネルギーで、生体情報を取得するセンシング段階と、蓄電された電気エネルギーが第２の閾値を超えた場合に、蓄電された電気エネルギーで、取得した生体情報を送信する送信段階と送信された生体情報と、生体情報の受信頻度に応じて、生体の活動状況を算出する算出段階と、を備える生体情報測定方法を提供する。

本発明の第５の態様においては、生体の活動量に応じた頻度で、生体の生体情報を検出するセンサ部と、生体の活動量に応じた頻度で、生体情報を無線送信する無線送信部と、生体の活動エネルギーから得られた電気エネルギーのみでセンサ部と無線送信部とを駆動する駆動部と、を備える自立発電センサを提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

測定装置１００の構成の概要を示す。実施例１に係る測定システム２００の構成の一例を示す。実施例２に係る測定システム２００の構成の一例を示す。実施例３に係る測定システム２００の構成の一例を示す。実施例４に係る測定システム２００の構成の一例を示す。実施例５に係る測定システム２００の構成の一例を示す。実施例６に係る測定システム２００の構成の一例を示す。測定装置１００の構成の概要の一例を示す。測定装置１００の構成の概要の一例を示す。測定装置１００の構成の概要の一例を示す。測定装置１００を搭載した靴３００の構成例を示す。制御部３０による測定装置１００の動作の制御方法の一例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、測定装置１００の構成の概要を示す。測定装置１００は、生体の運動に応じた信号を検出して、検出した信号に基づく情報を外部に送信する。測定装置１００は、発電部１０、蓄電部２０、制御部３０、センサ部４０および送信部５０を備える。

発電部１０は、生体運動によって発電する発電素子を有する。例えば、発電部１０は、生体運動により生じた振動エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電素子を有する。また、発電部１０は、太陽光、振動、熱等により発電する発電素子を有していてもよい。

蓄電部２０は、生体運動により発電部１０の生じた電荷を蓄積する。例えば、蓄電部２０は、コンデンサ、電気二重層キャパシタ、リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）二次電池、リチウムイオンキャパシタ（Ｌｉｃ）二次電池等を備える。

制御部３０は、蓄電部２０が蓄積した電荷に応じた電力をセンサ部４０および送信部５０に出力するか否かを切り替える。制御部３０は、蓄電部２０の蓄電量が第１の閾値を超えた場合に、蓄電部２０からセンサ部４０に電力を供給させる。また、制御部３０は、蓄電部２０の蓄電量が第２の閾値を超えた場合に、蓄電部２０から送信部５０に電力を供給させる。第１の閾値および第２の閾値は、同一の値であっても異なる値であってもよい。例えば、制御部３０は、第２の閾値を、第１の閾値よりも大きな値に設定する。

センサ部４０は、測定装置１００が設けられた環境に応じた情報を取得する。センサ部４０は、生体の環境に応じた情報を取得する。センサ部４０の種類は特に限定されない。一例において、センサ部４０は、温度センサを有し、測定装置１００又は生体の環境温度を取得する。例えば、センサ部４０は、感圧センサ、温度センサ、湿度センサ、加速度センサ、角速度センサ等である。なお、本例のセンサ部４０は、蓄電部２０の蓄電した電力により動作する。

送信部５０は、センサ部４０が取得した情報に応じた測定データを測定装置１００の外部に送信する。送信部５０による情報の送信は、有線であっても、無線であってもよい。本例の送信部５０は、無線でセンサ部４０が取得した情報をリアルタイムに外部に送信する。例えば、送信部５０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）低エネルギー（ＢＬＥ）技術を用いた送信機である。但し、送信部５０は、一度、任意の記憶部に情報を記憶してから情報を送信してもよい。また、制御部３０は、送信部５０の送信状態が入力されることにより、送信部５０の送信状態に基づいて測定装置１００の動作を制御してもよい。

［実施例１］
図２は、実施例１に係る測定システム２００の構成の一例を示す。測定システム２００は、測定装置１００および受信部６０を備える。発電部１０は、発電素子１１および交直流変換回路１２を備える。蓄電部２０は、コンデンサＣ１を備える。制御部３０は、スイッチＳＷ１およびコンパレータＣＭＰ１を備える。

発電素子１１は、生体運動に応じて発電する。例えば、発電素子１１は、圧電素子、太陽光発電素子、熱発電素子等から選択される少なくとも１つの発電素子である。発電素子１１は、生体運動により発電した電力を交直流変換回路１２に出力する。本例の発電素子１１が出力する電力は交流信号である。

交直流変換回路１２は、発電素子１１が出力した交流信号を直流信号に変換する。交直流変換回路１２は、変換した直流信号をコンデンサＣ１に出力する。なお、発電素子１１は、交直流変換回路１２を介さずに、生体運動により生じた電荷をコンデンサＣ１に出力してもよい。

コンデンサＣ１は、交直流変換回路１２が出力した直流信号に応じた電荷を蓄積する。コンデンサＣ１の蓄電量は、センサ部４０および送信部５０の動作に必要な電力に応じて決定される。

コンパレータＣＭＰ１は、コンデンサＣ１の端子電圧と、予め定められた判定電圧とを比較した結果に基づいて、スイッチＳＷ１のオンオフを切り替える。コンデンサＣ１の端子電圧は、コンデンサＣ１の蓄電量に応じて決まる。コンパレータＣＭＰ１は、超低消費電力で、かつ、スイッチＳＷ１をオンする第１の判定電圧及びスイッチＳＷ１をオフする第７の判定電圧で生じるヒステリシス電圧を任意の大きさに設定して動作するコンパレータであることが好ましい。コンパレータＣＭＰ１は、コンデンサＣ１の端子電圧が第１の判定電圧に達した場合にスイッチＳＷ１をオンする。コンパレータＣＭＰ１は、スイッチＳＷ１をオフする第７の判定電圧に達した場合にスイッチＳＷ１をオフする。ヒステリシスの電圧を適切に調整することで第１の閾値付近の貫通電流の発生防止や測定システムの安定動作をさせる役割を担う。

コンパレータＣＭＰ１は、コンデンサＣ１に蓄積された電力で駆動される。そのため、コンパレータＣＭＰ１の電力供給端子は、コンデンサＣ１の一端に接続されている。

制御部３０は、コンパレータＣＭＰ１の判定電圧をプログラマブルに設定する。即ち、制御部３０は、判定電圧をプログラマブルにすることによって、コンデンサＣ１等の製造バラつきを補正して、高い製品安定性を実現する。コンパレータＣＭＰ１は、ヒステリシス判定電圧がプログラマブルのヒステリシスコンパレータが好適である。

スイッチＳＷ１は、一端がコンデンサＣ１に接続され、他端がセンサ部４０、ＡＰＣ４５および送信部５０の電力供給端子に接続されている。つまり、スイッチＳＷ１がオンすると、コンデンサＣ１からセンサ部４０、ＡＰＣ４５および送信部５０に電力が供給される。センサ部４０、ＡＰＣ４５および送信部５０は、コンデンサＣ１からの電力の供給に応じて動作を開始する。

ＡＰＣ４５は、センサ部４０から送信部５０に安定した信号を供給するための自動パワー制御（ＡＰＣ：ＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）回路である。一例において、ＡＰＣ４５は、センサ部４０の出力電力を一定の電力に制御する。ＡＰＣ４５は、センサ部４０の取得した信号が急激に変動した場合に効果がある。

送信部５０は、測定データを受信部６０に無線で送信する。送信部５０は、コンデンサＣ１からの電力の供給に応じて、測定データの送信を開始する。また、送信部５０は、センサ部４０からの情報の入力に応じて、測定データの送信を開始してもよい。

なお、送信部５０は、コンデンサＣ１の端子電圧が、第１の閾値より大きい第４の閾値を超えた場合に、センサ部４０の測定結果と異なるダミー情報を送信してもよい。例えば、ダミー情報とは、生体の活動量からは正常と考えられないようなデータを取得した場合に送信されるダミーの情報である。

受信部６０は、送信部５０の送信した測定データを受信する。本例の受信部６０は、測定データを無線により受信する。

本例の測定システム２００は、コンデンサＣ１の蓄電量が第１の閾値を超えた場合に、センサ部４０への電力の供給を開始する。その後、コンデンサＣ１のエネルギーが減少し第７の閾値に達した場合はセンサ部４０への電力供給を停止する。

測定装置１００により、センサ情報と、センサ情報が送信される間隔や送信頻度から生体の活動量情報とが得られる。つまり、センサ情報を受信すれば、生体の環境情報に加えて、生体の活動量情報も検出することができる。また、測定装置１００は、コンパレータＣＭＰ１、センサ部４０、ＡＰＣ４５および送信部５０に係る回路を全て自立電源（即ち、バッテリレス）で実現している。よって、測定システム２００は、生体運動に応じて生じた電力により、センサ部４０の動作を開始し、測定データを得るように構成されている。測定装置１００は、生体の環境情報と生体の活動量を検出可能な自立電源の無線送信センサとすることができる。

［実施例２］
図３は、実施例２に係る測定システム２００の構成の一例を示す。本例の測定システム２００は、実施例１に係る構成に加えて、過電圧防止回路３１を更に備える。過電圧防止回路３１は、放電部の一例である。

過電圧防止回路３１は、蓄電部２０の蓄電量が第１の閾値よりも大きい第３の閾値を超えた場合に、蓄電部２０を放電させる。放電により蓄電部２０の蓄電量が減少し第８の閾値に達した場合に放電を停止する。これにより、過電圧防止回路３１は、発電素子１１が想定以上に発電した場合に、コンデンサＣ１の端子電圧が過電圧となり、測定装置１００の内部回路が破壊されることを防止する。一例において、過電圧防止回路３１は、回路が消費する電力以上の電力が生じた場合に、測定装置１００の内部回路への電力の供給を停止する。本例での過電圧防止回路３１は、コンパレータＣＭＰ２、抵抗ＲおよびスイッチＳＷ２を備える。抵抗Ｒはなくてもよい。

コンパレータＣＭＰ２は、コンデンサＣ１の端子電圧と、判定電圧（すなわち第３の閾値および第８の閾値）とを比較した結果に基づいて、スイッチＳＷ２のオンオフを切り替える。コンパレータＣＭＰ２は、超低消費電力でヒステリシス動作するコンパレータであることが好ましい。コンパレータＣＭＰ２は、コンデンサＣ１の端子電圧が第３の判定電圧に達した場合、スイッチＳＷ２をオンする。スイッチＳＷ２がオンされることにより、コンデンサＣ１に蓄積された電荷が抵抗ＲおよびスイッチＳＷ２を介して排出される。これにより、コンデンサＣ１からコンパレータＣＭＰ１への電力の供給が停止される。またコンパレータＣＭＰ２の第８の判定電圧を適切に設定する、例えば内部回路の破壊を防ぐために第３の判定電圧を５．５Ｖとして、第８の判定電圧を５．２ＶとすることによってＳＷ２を介して排出するエネルギーを過剰にすることを防止できる。

なお、過電圧防止回路３１は、コンパレータＣＭＰ２の判定電圧をプログラマブルに設定する。即ち、過電圧防止回路３１は、判定電圧をプログラマブルにすることによって、コンデンサＣ１等の製造バラつきを補正して、高い製品安定性を実現する。

また、測定システム２００は、過電圧防止回路３１により電力が放電される前に、蓄電用の二次電池に充電してもよい。測定システム２００は、二次電池に充電しておくことにより、発電部１０が発電した電力を次の動作のために再利用できる。

［実施例３］
図４は、実施例３に係る測定システム２００の構成の一例を示す。本例の測定システム２００は、実施例２の構成に加えて、安定化回路３２およびコンデンサＣ２を更に備える。安定化回路３２は、コンパレータＣＭＰ３およびスイッチＳＷ３を備える。

コンデンサＣ２は、送信部５０に接続され、送信部５０の送信動作時に電源の安定化を向上させる。コンデンサＣ２は、スイッチＳＷ１がオフ状態の場合に、センサ部４０、ＡＰＣ４５および送信部５０の端子電圧を安定化する。

安定化回路３２は、センサ部４０、ＡＰＣ４５および送信部５０が動作する場合にコンデンサＣ２の端子電圧を予め決められた電圧以上に保つように、コンデンサＣ２に電力を供給するか否かを切り替える。安定化回路３２は、コンデンサＣ２の端子電圧を予め決められた電圧以上にすることにより、センサ部４０、ＡＰＣ４５および送信部５０の動作時の安定性を向上させる。

コンパレータＣＭＰ３は、コンデンサＣ２の端子電圧と、判定電圧となる第９の閾値を比較した結果に基づいて、スイッチＳＷ３のオンオフを切り替える。コンデンサＣ２の端子電圧は、コンデンサＣ２の蓄電量に応じて決まる。コンパレータＣＭＰ３は、超低消費電力でヒステリシス動作するコンパレータであることが好ましい。コンパレータＣＭＰ３は、コンデンサＣ２の端子電圧が判定電圧よりも小さい場合、スイッチＳＷ３をオンする。

なお、安定化回路３２は、コンパレータＣＭＰ３の判定電圧をプログラマブルに設定する。即ち、安定化回路３２は、判定電圧（すなわち第９の閾値）をプログラマブルにすることによって、コンデンサＣ３等の製造バラつきを補正して、高い製品安定性を実現する。

［実施例４］
図５は、実施例４に係る測定システム２００の構成の一例を示す。本例の測定システム２００は、実施例１に係る測定システム２００に加えて、ＩＤ設定部５５を更に備える。

ＩＤ設定部５５は、送信部５０が送信するデータに対して識別用のＩＤを設定する。ＩＤ設定部５５は、ＩＤ割り当てがプログラマブルなので、ＩＤとして使うデータを書き換えることができる。即ち、ＩＤ設定部５５は、ＩＤを使い捨てではなく、ＩＤを書き換えて繰り返し使用することを想定している。例えば、ＩＤ設定部５５は、別の生体に使用する際にＩＤを書き換える。なお、ＩＤ設定部５５は、測定装置１００の外部に設けられてもよい。この場合、測定装置１００は、ＩＤ設定部５５に接続される書き換え用の外部端子を有してよい。

［実施例５］
図６は、実施例５に係る測定システム２００の構成の一例を示す。本例の測定システム２００は、実施例１に係る測定システム２００の構成に加えて、記憶部５７を更に備える。

記憶部５７は、測定装置１００に関する所定の情報を記憶する。一例において、記憶部５７は、センサ部４０の取得した情報を記憶する。送信部５０は、センサ部４０による情報の取得後に、記憶部５７から情報を読み出して、受信部６０に情報を送信する。この場合、送信部５０は、記憶部５７が記憶した情報に応じて、受信部６０に情報を送信するか否かを判断してもよい。

また、送信部５０は、ダミー情報を記憶部５７に記憶しておき、記憶部５７に記憶した情報に基づいて、受信部６０に情報を送信するか否かを判断してもよい。

［実施例６］
図７は、実施例６に係る測定システム２００の構成の一例を示す。本例の測定システム２００は、実施例１に係る測定システム２００の構成に加えて、算出部６５を更に備える。

算出部６５は、受信部６０が受信したデータを解析し、測定結果を算出する。一例において、算出部６５は、データから生体の環境情報を算出し、かつ、受信部６０が送信部５０から情報を受信する受信頻度に応じて、生体の活動状況を算出する。また、生体の環境情報から生体の活動状況を補正してもよい。また、算出部６５は、送信部５０が送信するダミー情報の頻度に応じて、生体の活動状況を補正してもよい。なお、測定システム２００は、測定装置１００内に算出部６５を設けてもよい。この場合、送信部５０は、算出部６５の算出した測定結果を受信部６０に送信する。

図８は、測定装置１００の構成の概要の一例を示す。本例の測定装置１００は、第１発電部１０ａ、第２発電部１０ｂ、第１蓄電部２０ａ、第２蓄電部２０ｂ、制御部３０、センサ部４０および送信部５０を備える。

第１発電部１０ａは、生体運動に応じて発電した電力を第１蓄電部２０ａに出力する。第２発電部１０ｂは、発電した電力を第２蓄電部２０ｂに出力する。第１発電部１０ａおよび第２発電部１０ｂは、同一の原理で発電する発電素子を有してもよいし、異なる原理で発電する発電素子を有していてもよい。例えば、第１発電部１０ａおよび第２発電部１０ｂは、いずれか一方を故障検出用の予備の発電部として用いられてもよい。

第１蓄電部２０ａは、第１発電部１０ａが発電した電力を蓄電する。第２蓄電部２０ｂは、第２発電部１０ｂが発電した電力を蓄電する。第１蓄電部２０ａおよび第２蓄電部２０ｂは、同一の蓄電量を有していても、異なる蓄電量を有していてもよい。第１蓄電部２０ａは制御部３０に接続され、第２蓄電部２０ｂはセンサ部４０に接続される。

制御部３０は、第１蓄電部２０ａの蓄電量に応じて、送信部５０がデータを送信するタイミングを制御する。センサ部４０は、第２蓄電部２０ｂの蓄電量に応じて、測定装置１００の設けられた環境に応じた情報の取得を開始する。また、制御部３０は、第１発電部１０ａが発電する頻度に応じて、センサ部４０および送信部５０へ電力を供給するか否かを制御してよい。例えば、第１発電部１０ａが発電する頻度が必要以上に高い場合、生体の活動ではなく外乱によって発電していること等が考えられる。つまり、第１発電部１０ａが発電する頻度が生体の行動と考えられないくらい密な場合等である。この場合、制御部３０は、第１発電部１０ａが発電する頻度が高く外乱であると判断して、送信部５０への電力の供給を停止する。これにより、測定装置１００は、生体の活動量に関係ない信号を外部に送信しなくて済む。

一例において、第１蓄電部２０ａは、第２蓄電部２０ｂと異なる大きさの蓄電量を有する。例えば、制御部３０に接続される第１蓄電部２０ａは、センサ部４０に接続される第２蓄電部２０ｂよりも大きな蓄電量を有する。センサ部４０が制御部３０よりも少ない電力で動作可能な場合、第２蓄電部２０ｂは、第１蓄電部２０ａよりも先に蓄電されて、センサ部４０を制御部３０よりも先に動作させることができる。このように、蓄電部２０および第２蓄電部２０ｂは、接続される回路の動作電圧に応じた蓄電量をそれぞれ有することにより、効率的に動作できる。

図９は、測定装置１００の構成の概要の一例を示す。本例の測定装置１００は、第１発電部１０ａ、第２発電部１０ｂ、第１蓄電部２０ａ、第２蓄電部２０ｂ、第１制御部３０ａ、第２制御部３０ｂ、センサ部４０および送信部５０を備える。

第１発電部１０ａは、生体運動に応じて発電した電力を第１蓄電部２０ａに出力する。第２発電部１０ｂは、発電した電力を第２蓄電部２０ｂに出力する。第１発電部１０ａおよび第２発電部１０ｂは、同一の原理で発電する発電素子を有していてもよいし、異なる原理で発電する発電素子を有していてもよい。

第１蓄電部２０ａは、第１発電部１０ａが発電した電力を蓄電する。第２蓄電部２０ｂは、第２発電部１０ｂが発電した電力を蓄電する。第１蓄電部２０ａおよび第２蓄電部２０ｂは、同一の蓄電量を有していても、異なる蓄電量を有していてもよい。第１蓄電部２０ａは第１制御部３０ａに接続され、第２蓄電部２０ｂは第２制御部３０ｂに接続される。なお、第２蓄電部２０ｂは、センサ部４０および送信部５０が動作しない場合に、蓄積した電荷を第１蓄電部２０ａに蓄積させてもよい。これにより、センサ部４０が情報を取得してから、送信部５０を動作させるまでの時間を短縮できる場合がある。また、第１蓄電部２０ａは、蓄積した電荷を第２蓄電部２０ｂに蓄積させて双方向蓄電をしてもよい。

第１制御部３０ａは、第１蓄電部２０ａの蓄電量に応じて、送信部５０がデータを送信するタイミングを制御する。例えば、第１制御部３０ａは、第１蓄電部２０ａの蓄電量が、予め定められた第２の閾値を超えた場合に、第１蓄電部２０ａから送信部５０に電力を供給させる。

第２制御部３０ｂは、第２蓄電部２０ｂの蓄電量に応じて、センサ部４０の動作の開始および停止を制御する。例えば、第２制御部３０ｂは、第２蓄電部２０ｂの蓄電量が、第１制御部３０ａが設定した第１の閾値よりも大きな第５の閾値を超えた場合に、第２蓄電部２０ｂからセンサ部４０に電力を供給させる。また、第２制御部３０ｂは、第２蓄電部２０ｂの蓄電量が、第５の閾値よりも大きな第６の閾値を超えた場合に、第２蓄電部２０ｂから送信部５０への電力の供給を開始させてもよい。

一例において、第１蓄電部２０ａは、第２蓄電部２０ｂと異なる大きさの蓄電量を有する。例えば、第１制御部３０ａに接続される第１蓄電部２０ａは、センサ部４０に接続される第２蓄電部２０ｂよりも大きな蓄電量を有する。第１制御部３０ａは、センサ部４０が取得した情報を送信部５０に入力された場合であっても、第１蓄電部２０ａに所定の電力が蓄電されていなければ、送信部５０にデータを送信させない。第１制御部３０ａは、第１蓄電部２０ａに所定の電力が蓄電された後に、センサ部４０から送信部５０に入力されたデータの送信を開始させる。

図１０は、測定装置１００の構成の概要の一例を示す。本例の測定装置１００は、第１発電部１０ａ、第２発電部１０ｂ、第１蓄電部２０ａ、第２蓄電部２０ｂ、第１制御部３０ａ、第２制御部３０ｂ、第１センサ部４０ａ、第２センサ部４０ｂおよび送信部５０を備える。

第１発電部１０ａは、生体運動に応じて発電した電力を第１蓄電部２０ａに出力する。第２発電部１０ｂは、発電した電力を第２蓄電部２０ｂに出力する。第１発電部１０ａおよび第２発電部１０ｂは、同一の原理で発電する発電素子を有してもよいし、異なる原理で発電する発電素子を有していてもよい。

第１蓄電部２０ａは、第１発電部１０ａが発電した電力を蓄電する。第２蓄電部２０ｂは、第２発電部１０ｂが発電した電力を蓄電する。第１蓄電部２０ａおよび第２蓄電部２０ｂは、同一の蓄電量を有していても、異なる蓄電量を有していてもよい。第１蓄電部２０ａは第１制御部３０ａに接続され、第２蓄電部２０ｂは第２制御部３０ｂに接続される。

第１制御部３０ａは、第１蓄電部２０ａの蓄電量が予め定められた第１の閾値を超えたか否かに応じて、第１センサ部４０ａの動作の開始および停止を制御する。また、第１制御部３０ａは、第１センサ部４０ａの取得した情報を送信部５０に出力するか否かを制御する。

第２制御部３０ｂは、第２蓄電部２０ｂの蓄電量に応じて、第２センサ部４０ｂの動作の開始および停止を制御する。また、第２制御部３０ｂは、第２センサ部４０ｂの取得した情報を送信部５０に出力するか否かを制御する。例えば、第２制御部３０ｂは、第１制御部３０ａが設定した第１の閾値と異なる第５の閾値を超えた場合に、第２蓄電部２０ｂから第２センサ部４０ｂに電力を供給させる。より具体的には、第２制御部３０ｂは、第１制御部３０ａが設定した第１の閾値よりも小さい第５の閾値で、第２蓄電部２０ｂから第２センサ部４０ｂへの電力の供給を開始させる。

第１センサ部４０ａは、第１蓄電部２０ａに蓄電された電力により動作する。また、第２センサ部４０ｂは、第２蓄電部２０ｂに蓄電された電力により動作する。第１センサ部４０ａおよび第２センサ部４０ｂは、測定対象が同じセンサを有していてもよいし、測定対象が異なるセンサを有していてもよい。一例において、第１センサ部４０ａおよび第２センサ部４０ｂが異なる原理で測定する場合、第１センサ部４０ａは、第２センサ部４０ｂの測定結果に基づいて、第１センサ部４０ａによる測定結果を補正する。例えば、第２センサ部４０ｂが温度センサである場合、第１センサ部４０ａは、第２センサ部４０ｂが測定した環境温度に応じて測定結果を補正する。

送信部５０は、第１センサ部４０ａおよび第２センサ部４０ｂから入力された情報を外部に送信する。一例において、送信部５０は、第１センサ部４０ａおよび第２センサ部４０ｂの取得した情報を選択的に送信する。つまり、送信部５０は、入力された情報の全てを送信する必要はない。また、送信部５０は、第２センサ部４０ｂの取得した情報に基づいて、第１センサ部４０ａの取得した情報を補正してもよい。なお、第１センサ部４０ａの取得した情報の補正は、送信部５０により外部に送信された後に、測定装置１００の外部で行われてもよい。

一例において、第１発電部１０ａおよび第２発電部１０ｂは、互いに異なる原理で発電する発電素子を備える。本例の第１発電部１０ａおよび第２発電部１０ｂは、第１センサ部４０ａおよび第２センサ部４０ｂのそれぞれに応じた原理で発電する発電素子を備える。例えば、第１センサ部４０ａが温度センサである場合に、第１発電部１０ａを熱発電素子で構成する。また、第２センサ部４０ｂが圧電センサである場合に、第２発電部１０ｂを振動発電素子で構成する。

図１１は、測定装置１００を搭載した靴３００の構成例を示す。本例の靴３００は、インソール７０の下に搭載されたセンサ部４０および測定回路７５を備える。

インソール７０は、靴３００を履いた生体の加重により生じた圧力に応じて発電する。即ち、インソール７０は、発電部１０の一例である。

測定回路７５は、蓄電部２０、制御部３０および送信部５０等を備える。つまり、センサ部４０、インソール７０および測定回路７５により測定装置１００を構成する。

一例において、靴３００は、センサ部４０を体重センサとすることで、生体の体重を測定して、外部のスマートフォン等に送信する。これにより、測定装置１００は、生体のランニング中の体重の変化を測定できる。センサ部４０では、人の体重情報、靴の中の温度情報、靴の中の湿度情報、運動の加速度や速度情報、インソールにかかる圧力情報等を取得する。

なお、靴３００は、右足と左足で同一の測定装置１００を有していてもよいし、異なる測定装置１００を有していてもよい。測定装置１００は、靴型以外にも、靴下型、スリッパ型、椅子型、シート型、ベッド型、トイレ等の様々な製品に取り付けられてよい。

図１２は、制御部３０による測定装置１００の動作の制御方法の一例を示す。一例において、制御部３０は、コンデンサＣ１の端子電圧Ｖ_ｃ１に応じて、センサ部４０および送信部５０を制御する。本例では、測定装置１００が動物に取り付けられて、動物の体温と活動量を測定する場合を想定して説明する。

測定装置１００は、測定対象となる動物の首に取り付けられて、活動量を測定する。発電部１０は、動物の運動に応じて発電する。測定装置１００は、動物の運動に応じて発電された電力による蓄電量が一定値（すなわち第２の閾値）を超えると送信部５０から外部にセンサ部４０で検出した動物の体温信号を送信する。送信部５０による体温信号により、動物の体温を算出できる。また、送信部５０による体温信号の送信回数や送信頻度（もしくは受信部６０の体温信号の受信回数や受信頻度）を計測することにより、動物の活動量を算出できる。これにより、動物の活動量情報と、動物の体温情報、特に、動物の活動が活発な時のリアルタイムな体温情報を取得できる。

制御部３０は、コンデンサＣ１の端子電圧Ｖ_ｃ１が所定の第１の閾値（即ち、センサ閾値Ｖｔｈ_{ｓｅｎｓｏｒ}）を超えると、センサ部４０に測定装置１００の環境に応じた情報の取得を開始する。また、制御部３０は、第２の閾値（即ち、送信閾値Ｖｔｈ_{ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）}を超えると、送信部５０に信号を送信させる。一方、コンデンサＣ１の端子電圧Ｖ_ｃ１が送信閾値Ｖｔｈ_{ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ}を超えた場合であっても、送信閾値Ｖｔｈ_{ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ}よりも大きな第４の閾値（即ち、ダミー閾値Ｖｔｈ_{ｄｕｍｍｙ}）を超えた場合は、動物の活動量に応じた信号ではないノイズと判断して、ダミー信号が送信される。また、制御部３０は、ノイズを検出した場合は、送信部５０に信号を送信させないように制御してもよい。

このように、測定装置１００は、使用されるアプリケーションに応じて、適宜閾値を設定することにより、センサ部４０および送信部５０の動作を制御する。これにより、測定装置１００は、動物の活動量を算出する以外にも応用できる。例えば、測定装置１００が太陽電池を有する場合、日照量に応じた信号の回数を取得することで、農作物の収穫時期を適正に見積もることができる。また、測定装置１００は、センサ部４０と送信部５０の動作の開始を適切に制御することにより、センサ部４０と送信部５０の動作に伴う電力の消費を抑制できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０・・・発電部、１１・・・発電素子、１２・・・交直流変換回路、２０・・・蓄電部、３０・・・制御部、３１・・・過電圧防止回路、３２・・・安定化回路、４０・・・センサ部、４５・・・ＡＰＣ、５０・・・送信部、５５・・・ＩＤ設定部、５７・・・記憶部、６０・・・受信部、６５・・・算出部、７０・・・インソール、７５・・・測定回路、１００・・・測定装置、２００・・・測定システム、３００・・・靴

Claims

生体運動により生じた電荷を蓄積する第１蓄電部と、
前記第１蓄電部の蓄電した電力により動作し、環境に応じた情報を取得する第１センサ部と、
前記第１蓄電部の蓄電量が第１の閾値を超えた場合に、前記第１蓄電部から前記第１センサ部に電力を供給させ、前記第１センサ部に前記情報を取得させる第１制御部と、
前記第１センサ部が取得した前記情報を送信する送信部と
を備える測定装置。
前記第１制御部は、前記第１蓄電部の蓄電量が前記第１の閾値以下の場合に、前記第１蓄電部から前記第１センサ部への電力の供給をさせない
請求項１に記載の測定装置。
前記第１制御部は、前記第１蓄電部の蓄電量が第１の閾値を超えて前記第１蓄電部から前記第１センサ部に電力を供給させた後、第７の閾値以下となった場合に、前記第１蓄電部から前記第１センサ部への電力の供給を停止させる
請求項１又は２に記載の測定装置。
前記第１制御部は、前記蓄電量が第２の閾値を超えた場合に、前記第１蓄電部から前記送信部に電力を供給させ、前記情報を送信させる
請求項１から３のいずれか一項に記載の測定装置。
前記生体運動によって発電して、前記第１蓄電部を蓄電する第１発電部を更に備える
請求項１から４のいずれか一項に記載の測定装置。
前記第１蓄電部の蓄電量が、第１の閾値よりも大きい第３の閾値を超えた場合に、前記第１蓄電部を放電させる放電部を更に備える
請求項５に記載の測定装置。
前記第１制御部は、前記第１発電部が発電する頻度に応じて、前記第１センサ部および前記送信部への電力の供給を制御する
請求項５又は６に記載の測定装置。
さらに、第２発電部を備え、
前記第２発電部が発電した電力を蓄電する第２蓄電部と、
前記第２蓄電部の蓄電した電力により動作し、環境に応じた情報を取得する第２センサ部と、
前記第２蓄電部の蓄電量が前記第１の閾値と異なる第５の閾値を超えた場合に、前記第２蓄電部から前記第２センサ部に電力を供給させ、前記第２センサ部に前記情報を取得させる第２制御部と
を更に備える請求項５に記載の測定装置。
前記第１センサ部は、前記第２センサ部の出力に応じて、前記第１センサ部の出力を補正する
請求項８に記載の測定装置。
前記第２制御部は、前記第１制御部が、前記第１蓄電部から前記第１センサ部への電力の供給を開始させる前記第１の閾値よりも小さい第５の閾値で、前記第２蓄電部から前記第２センサ部への電力の供給を開始させる
請求項９に記載の測定装置。
前記送信部は、前記第１蓄電部における蓄電量が、前記第１の閾値より大きい第４の閾値を超えた場合に、前記第１センサ部の測定結果と異なるダミー情報を送信する
請求項１から１０のいずれか一項に記載の測定装置。
前記第２発電部が発電した電力を蓄電し、前記送信部に蓄積した電力を供給する第２蓄電部と、
前記第２蓄電部の蓄電量が前記第５の閾値よりも大きな第６の閾値を超えた場合に、前記第２蓄電部から前記送信部に電力を供給する第２制御部と
を更に備える請求項８に記載の測定装置。
前記第１蓄電部は、前記第１センサ部および前記送信部が動作しない場合に、蓄積した電荷を前記第２蓄電部に蓄積させる、または前記第２蓄電部は、前記第２センサ部が動作しない場合に、蓄積した電荷を前記第１蓄電部に蓄積させる、
請求項１２に記載の測定装置。
前記送信部の送信する情報に応じたＩＤを設定するＩＤ設定部を更に備える
請求項１から１３のいずれか一項に記載の測定装置。
前記第１センサ部が取得した情報を記憶する記憶部を更に備え、
前記送信部は、前記第１センサ部による前記情報の取得後に、前記記憶部から前記情報を読み出して送信する
請求項１から１４のいずれか一項に記載の測定装置。
請求項１から１５のいずれか一項に記載の測定装置と、
前記送信部が送信した情報を受信する受信部と
を備え、
前記受信部は、前記情報を受信する受信頻度に応じて、生体の活動状況を算出する算出部を有する測定システム。
請求項１１に記載の測定装置と、
前記送信部が送信した情報を受信する受信部と
を備え、
前記受信部は、前記送信部が送信するダミー情報の頻度に応じて、前記生体の活動状況を算出する算出部を有する測定システム。
請求項１から１５のいずれか一項に記載の測定装置を備える靴。
生体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄積する蓄電段階と、
蓄電された電気エネルギーが第１の閾値を超えた場合に、前記蓄電された電気エネルギーで、生体情報を取得するセンシング段階と、
蓄電された電気エネルギーが第２の閾値を超えた場合に、前記蓄電された電気エネルギーで、取得した前記生体情報を送信する送信段階と
前記送信された生体情報と、前記生体情報の受信頻度に応じて、前記生体の活動状況を算出する算出段階と、
を備える生体情報測定方法。
前記送信段階の後、蓄電された電気エネルギーが第７の閾値まで降下した場合に、前記生体情報の取得と前記生体情報の送信を停止する
請求項１９に記載の生体情報測定方法。
生体の活動量に応じた頻度で、生体の生体情報を検出するセンサ部と、
生体の活動量に応じた頻度で、前記生体情報を無線送信する無線送信部と、
生体の活動エネルギーから得られた電気エネルギーのみで前記センサ部と前記無線送信部とを駆動する駆動部と、
を備える自立発電センサ。