JP2021129497A - ウェアラブルデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】テンプルとフロントフレームの間で電力や情報を送受信できるウェアラブルデバイスを提供する。【解決手段】ウェアラブルデバイスは、テンプルに実装された第１コイルと、テンプルに蝶番によって可動可能に接続されるフレームに実装される第２コイルとを備え、フレームに対してテンプルが開いた状態である場合に、第１コイルと第２コイルとが対向し、第１コイルと、第２コイルとの間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、ウェアラブルデバイスに関する。

ＡＲ(Augmented Reality)デバイスや医療機器としての眼鏡型デバイスはさらに普及し、カメラやマイクを複数用いて正確に周囲をセンシングした上で、映像や音として左右の目や耳に情報を提示するデバイスの増加が見込まれる。
眼鏡型デバイスで、電力や信号を片側のテンプルからもう片方のテンプルに伝送したい場合と、フロントフレームに対して給電や通信を行いたい場合とがある。従来、眼鏡型デバイスは左右のテンプル間で電力と情報とを送受信するためにフレキシブル基板やケーブルや導線を、蝶番と干渉しないように配線する必要があった（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２３２５５０号公報

眼鏡型デバイスで、電力や信号を片側のテンプルからもう片方のテンプルに伝送することと、フロントフレームに対して給電や通信を行うこととを実現するためには、テンプルとフロントフレームとの間で配線を通すことが必要であった。このため、蝶番の設計が複雑化し防水性能が落ちることや、構造が大きくなることがあった。
また、電力や信号を片側のテンプルからもう片方のテンプルに伝送することを実現するためにフロントフレームに配線を格納する必要があった。このため、筐体が太くなる場合があった。
本発明の目的は、テンプルとフロントフレームの間で電力や情報を送受信できるウェアラブルデバイスを提供することを目的とする。

（１）本発明の一態様は、ウェアラブルデバイスであって、テンプルに実装された第１コイルと、前記テンプルに蝶番によって可動可能に接続されるフレームに実装される第２コイルとを備え、前記フレームに対して前記テンプルが開いた状態である場合に、前記第１コイルと前記第２コイルとが対向し、前記第１コイルと、前記第２コイルとの間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる、ウェアラブルデバイスである。
（２）本発明の一態様は、上記（１）に記載のウェアラブルデバイスにおいて、前記フレームに実装される他の第１コイルと、他のテンプルに実装された他の第２コイルとを備え、前記フレームは、他の前記テンプルに他の蝶番によって可動可能に接続され、前記フレームに対して他の前記テンプルが開いた場合に、他の前記第１コイルと他の前記第２コイルとが対向し、他の前記第１コイルと、他の前記第２コイルとの間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる。
（３）本発明の一態様は、上記（２）に記載のウェアラブルデバイスにおいて、リムに沿って、前記第２コイルと、他の前記第１コイルとを接続する伝送路を備える。
（４）本発明の一態様は、上記（３）に記載のウェアラブルデバイスにおいて、前記リムは、フルリム又はハーフリムである。
（５）本発明の一態様は、上記（１）から上記（４）のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイスにおいて、前記テンプルには、二次電池が実装され、前記ウェアラブルデバイスを格納するケースは充電装置を備え、前記充電装置は第３コイルを備え、前記ウェアラブルデバイスが前記ケースに格納された場合に、前記充電装置が備える前記第３コイルと、前記第１コイルとが対向し、前記第３コイルと、前記第１コイルとの間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる。
（６）本発明の一態様は、ウェアラブルデバイスであって、テンプルに実装された第１電極と、前記テンプルに蝶番によって可動可能に接続されるフレームに実装される第２電極とを備え前記フレームに対して前記テンプルが開いた状態である場合に、前記第１電極と前記第２電極とが対向し、対向した前記第１電極と前記第２電極との間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる、ウェアラブルデバイスである。
（７）本発明の一態様は、上記（６）に記載のウェアラブルデバイスにおいて、前記フレームに実装される他の第１電極と、他のテンプルに実装された他の第２電極とを備え、前記フレームは、他の前記テンプルに他の蝶番によって可動可能に接続され、前記フレームに対して他の前記テンプルが開いた場合に、他の前記第１電極と他の前記第２電極とが対向し、他の前記第１電極と他の前記第２電極との間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる。
（８）本発明の一態様は、上記（７）に記載のウェアラブルデバイスにおいて、リムに沿って、前記第２電極と、他の前記第１電極とを接続する伝送路を備える。
（９）本発明の一態様は、上記（８）に記載のウェアラブルデバイスにおいて、前記リムは、フルリム又はハーフリムである。
（１０）本発明の一態様は、上記（６）から上記（９）のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイスにおいて、前記テンプルには、二次電池が実装され、前記ウェアラブルデバイスを格納するケースは充電装置を備え、前記充電装置は第３電極を備え、前記ウェアラブルデバイスが前記ケースに格納された場合に、前記充電装置が備える前記第３電極と、前記第１電極とが対向し、前記第３電極と、前記第１電極との間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる。

本発明の実施形態によれば、テンプルとフロントフレームの間で電力や情報を送受信できるウェアラブルデバイスを提供できる。

実施形態のウェアラブルデバイスの一例を示す模式図である。 実施形態のウェアラブルデバイスの例１を示す部分図である。 実施形態のウェアラブルデバイスの例２を示す部分図である。 実施形態のウェアラブルデバイスの回路の一例を示す図である。 実施形態のウェアラブルデバイスの特性の評価結果の一例を示す。 実施形態のウェアラブルデバイスの特性の評価結果の一例を示す。 実施形態のウェアラブルデバイスの特性の評価結果の一例を示す。 実施形態のウェアラブルデバイスの特性の評価結果の一例を示す。 実施形態のウェアラブルデバイスの無線給電ヒンジ部分の電力効率の評価結果の一例を示す。 実施形態のウェアラブルデバイスの特性の一例を示す図である。 実施形態のウェアラブルデバイスの充電方法の一例を示す図である。 実施形態のウェアラブルデバイスの充電方法の一例を示す図である。 実施形態のウェアラブルデバイスの部品の例１を示す。 実施形態のウェアラブルデバイスの部品の例２を示す。 実施形態のウェアラブルデバイスの例３を示す部分図である。 実施形態のウェアラブルデバイスの他の例を示す模式図である。 Double-sided LCLC-compensation回路の一例を示す図である。 電界結合器の電極間の距離と給電効率の関係の一例を示す図である。 Double-sided LCLC-compensation回路を付加した電界結合の等価回路の一例を示す図である。

次に、本実施形態に係るウェアラブルデバイスを、図面を参照しつつ説明する。以下で説明する実施形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施形態は、以下の実施形態に限られない。
なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
また、本願でいう「ＸＸに基づいて」とは、「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含む。また、「ＸＸに基づいて」とは、ＸＸを直接に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「ＸＸ」は、任意の要素（例えば、任意の情報）である。

（実施形態）
（ウェアラブルデバイス）
図１Ａは、実施形態のウェアラブルデバイスの一例を示す模式図である。本実施形態のウェアラブルデバイスは、頭部に装着可能であるウェアラブルデバイスである。頭部に装着可能であるウェアラブルデバイスには、眼鏡型デバイスが含まれる。本実施形態では、ウェアラブルデバイスの一例として、眼鏡型デバイス１００について説明する。
眼鏡型デバイス１００は、右テンプル（つる）２−１と、左テンプル２−２と、金属フレーム７と、金属フレーム８と、右レンズ９−１と、左レンズ９−２とを備える。
右テンプル２−１は、眼鏡型デバイス１００を右耳の耳介で支える棒状の部品である。左テンプル２−２は、眼鏡型デバイス１００を左耳の耳介で支える棒状の部品である。金属フレーム７と金属フレーム８とは、右レンズ９−１と左レンズ９−２とを眼前に固定するための構造である。
眼鏡型デバイス１００には、複数のモジュールが組み込まれている。点在するモジュール（図示なし）同士の間では高速な通信が実現される。眼鏡型デバイス１００では、モジュールを駆動するための電源供給が行われる。電源供給については、後述する。
以下、右テンプル２−１と、左テンプル２−２とのうち、任意のテンプルをテンプル２と記載する。右レンズ９−１と、左レンズ９−２とのうち、任意のレンズをレンズ９と記載する。

図１Ｂは、実施形態のウェアラブルデバイスの例１を示す模式図である。図１Ｂには、テンプル２と、金属フレーム７と、金属フレーム８と、レンズ９とに加え、コイル１と、ヒンジ３と、ヒンジ４と、コイル５と、コイルを固定する樹脂部品６と、鼻あて１０と、樹脂でできた部品１１とが示されている。ヒンジ３とヒンジ４とは、智とテンプル２とを繋ぐ部分である。智は、レンズ９の周りを囲う縁であるリムからヒンジ３とヒンジ４とに繋がる部分をいう。
樹脂でできた部品１１は、金属フレーム７と、金属フレーム８と、レンズ９と、鼻あて１０とを接続する。図１Ｂに示される例では、眼鏡型デバイス１００はハーフリムを備え、金属フレーム７と金属フレーム８とは互いに平行で、かつ近接している。図１Ｂに示す眼鏡型デバイス１００は、携帯するために折り畳むことが可能である。

図１Ｃは、実施形態のウェアラブルデバイスの例２を示す模式図である。図１Ｃには、テンプル２と、金属フレーム７と、金属フレーム８と、レンズ９とに加え、コイル１と、ヒンジ３と、ヒンジ４と、コイル５と、コイルを固定する樹脂部品６と、鼻あて１０と、樹脂でできた部品１１とが示されている。
樹脂でできた部品１１は、金属フレーム７と、金属フレーム８と、レンズ９と、鼻あて１０とを接続する。図１Ｃに示される例では、眼鏡型デバイス１００はフルリムを備え、金属フレーム７と金属フレーム８とはフルフレームに沿って形成されている。具体的には、金属フレーム７はレンズ９の上に形成され、金属フレーム８はレンズ９の下に形成されている。図１Ｃに示す眼鏡型デバイス１００は、携帯するために折り畳むことが可能である。

眼鏡型デバイス１００において、テンプル２の一方の端部にはコイル１が設置され（組み込まれ）、フロントフレーム（金属フレーム７、金属フレーム８）の両側の端部にはコイル５が設置され（組み込まれ）ている。そして、眼鏡型デバイス１００を使用する際にコイルの組（コイル１とコイル５）が接近することによって、ヒンジ（ヒンジ３、ヒンジ４）を乗り越えて無線通信や無線給電を行う。このように構成することによって、ヒンジ（ヒンジ３、ヒンジ４）の構造の中に配線を通す必要がなくなるため、入り組んだ複雑な構造にすることなく、機械的強度の向上や製造のしやすさを実現できる。

眼鏡型デバイス１００では、ユーザーが、金属フレーム７と金属フレーム８とに対してテンプル２を開いた状態（眼鏡型デバイス１００を使用する状態）にした場合に、コイル１とコイル５とが対向する。コイル１とコイル５とが対向することによって、右テンプル２−１の一方の端部に組み込まれたコイル１とフロントフレームの一方の端部に組み込まれたコイル５との間、左テンプル２−２の一方の端部に組み込まれたコイル１とフロントフレームの他方の端部に組み込まれたコイル５との間で無線通信や無線給電を行うことが可能になる。

このように構成することによって、右テンプル２−１に組み込まれた処理回路（図示なし）から右テンプル２−１の一方の端部に組み込まれたコイル１とフロントフレームの一方の端部に組み込まれたコイル５とを経由して、フロントフレームの金属部品を含むリムに沿って、情報を送信することによって通信や、電力を供給することによって給電を行うことが可能になる。
さらに、左テンプル２−２に組み込まれた処理回路（図示なし）から左テンプル２−２の一方の端部に組み込まれたコイル１とフロントフレームの他方の端部に組み込まれたコイル５とを経由して、フロントフレームの金属部品を含むリムに沿って、情報を送信することによって通信や、電力を供給することによって給電を行うことが可能になる。
つまり、右テンプル２−１に組み込まれた処理回路と、左テンプル２−２に組み込まれた処理回路との間で、右テンプル２−１の一方の端部に組み込まれたコイル１、フロントフレームの一方の端部に組み込まれたコイル５、フロントフレームの金属部品を含むリム、フロントフレームの他方の端部に組み込まれたコイル５、左テンプル２−２の一方の端部に組み込まれたコイル１を経由して、通信や給電を行うことが可能になる。処理回路の一例は、送信回路、受信回路である。

眼鏡型デバイス１００において、コイル１と、コイル５とを介して、交流信号が送受信される。コイル１と、コイル５とを介して、交流信号が送受信されることによって、電力が送受信される。コイル１と、コイル５とが対向した場合に、その間隔は２ｍｍ以下であるのが好ましい。コイル１と、コイル５とが対向した場合に、その間隔を２ｍｍ以下とすることによって給電効率を高くできる。
また、眼鏡型デバイス１００において、コイル１と、コイル５とを介して、通信を行うことも可能である。コイル１と、コイル５とが対向した場合に、その間隔は２ｍｍ以下であるのが好ましい。コイル１と、コイル５とが対向した場合に、その間隔を２ｍｍ以下とすることによって、コイル１と、コイル５との間の距離を短くできるため、周囲に対する漏洩電磁界を抑えることができる。漏洩電磁界は、対向したコイル１と、コイル５との間隔が短いほど抑えることが可能である。周囲に対する漏洩電磁界を抑えることができるため、通信に必要な電力を抑える（低減する）ことができる。

一方、眼鏡型デバイス１００では、ユーザーが、金属フレーム７と金属フレーム８とに対して、テンプル２を閉じた状態（折りたたんだ状態）にすることによって、コイル１と、コイル５との間の間隔が閾値以上となった場合に、電源が切れるように構成される。
図１Ｂと図１Ｃとでは、一例として、眼鏡型デバイスの右側を示しているが、眼鏡型デバイスの左側も同様の構成であってもよい。このように構成することによって、ヒンジ（蝶番）部分の構造を簡素化できる。また、このように構成することによって、筐体内部の防水性能が落ちることがない。また、筐体本体の金属フレームを伝送路として使用することによって、配線を格納する場所を不要にできる。

表１は、眼鏡型デバイスの設計方式の比較を示す。

表１に示すように、ヒンジ部配線ありと、左右独立デバイスと、提案方式（本実施形態の眼鏡型デバイス）との各々について、防水性と、ヒンジ耐久性と、電磁雑音耐性と、最大通信速度と、省スペース性とが示される。
ここで、ヒンジ部配線ありとは、ヒンジ部分に配線を組み込むことによって、右テンプル２−１の一方の端部とフロントフレームの一方の端部との間、左テンプル２−２の一方の端部とフロントフレームの他方の端部との間で無線通信や無線給電を行うことを可能としたものである。
左右独立デバイスとは、右テンプル２−１と左テンプル２−２とを独立した機器として作り、左右の機器間でＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等を用いて無線通信を行うようにしたものである。
ここでは、無線給電・通信に使用するコイルは、眼鏡型デバイス１００のフレームに組み込むことを想定して、縦６ｍｍ、横９ｍｍ、高さ１ｍｍ、導線外径０．２２ｍｍの１０巻のコイルを用いた。
また、眼鏡の強度を保つために必要なプラスチックの厚さや部品間の隙間（に基づいて）を考慮して、コイル間の距離を２ｍｍとした。

無線給電・通信に使用する周波数帯域は、ＩＳＭ(Industrial, Scientific and Medical)バンドとし、既存のＮＦＣ(Near Field Communication)送受信用チップにおいて採用されている１３．５６ＭＨｚとした。１００ｋＨｚ帯を無線給電に使用し、１３．５６ＭＨｚを無線通信に使用することも考えられるが、給電効率を高めるためにフェライトコアが必要となり、重量が重く、サイズが大きくなるために採用しなかった。１００ｋＨｚ帯を無線給電に使用し、１３．５６ＭＨｚを無線通信に使用してもよい。

表２は、使用したコイルのパラメータを示す。

表２によれば、単体のコイルのパラメータの一例は、巻き数が１０であり、自己インダクタンスＬは１．５μＨであり、電気容量Ｃは８８ｐＦであり、抵抗Ｒは３．４Ωであり、Ｑ値は３８である。１３．５６ＭＨｚにおいて直列ＬＣ共振するようなキャパシタを選択した。
図２は、実施形態のウェアラブルデバイスの回路の一例を示す図である。図２に示すように、各フレーム（左フレーム、右フレーム、フロントフレーム）には、回路が組み込まれている。図２の破線部分について、共振周波数における無線給電の効率を検証した。入力がコイル１で、出力がコイル５の四端子網で、コイル間の距離が２ｍｍのときのＳパラメータを測定した結果、最大効率は８７％であった。

フロントフレームの金属部品を含むリムに沿って、情報を送信することによって通信や、電力を供給することによって給電を行うにあたり、人体に対する影響がないかを調べるために、図１Ｂと図１Ｃとの各々について、漏洩電磁界の評価を行った。
図３Ａと図３Ｂと図３Ｃと図３Ｄとは、実施形態のウェアラブルデバイスの特性の評価結果の一例を示す。図３Ａと図３Ｃとは、それぞれ、図１Ｂに示されるハーフリムを備えるウェアラブルデバイスの電場と磁場との評価結果の一例を示す。図３Ｂと図３Ｄとは、それぞれ、図１Ｃに示されるフルリムを備えるウェアラブルデバイスの電場と磁場との評価結果の一例を示す。
図３Ａから図３Ｄにおいて、負荷に１Ｗ送電することによって、漏洩電磁界の評価を行った。図３Ａと図３Ｂとに、非電離放射線防護に関する国際委員会(International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection: ICNIRP)で決定された公衆暴露基準値、つまり漏洩電界のガイドラインにおける基準値が示される。図３Ｂによれば、図３Ａと比較して鼻の下の部分の電場が弱くなっていることが分かる。これにより、眼鏡型デバイス１００をフルリム形状にすることにより、ハーフリム形状にする場合と比較して、鼻の下の漏洩電磁界を減らしつつ、給電効率が下がらないようにできることが分かる。

図４は、実施形態のウェアラブルデバイスの無線給電ヒンジ部分の電力効率の評価結果の一例を示す。図４には、図１Ｂに示したように金属フレーム７と金属フレーム８とが互いに平行でかつ近接している場合（「平行」と記載）と、図１Ｃに示したように金属フレーム７と金属フレーム８とがフルフレームに沿って形成されている場合（「上下分離」と記載）との各々について、フレームの材質を、銅、βチタン、洋白、モネルにした場合の無線給電効率を示す。
図４によれば、図１Ｂ（平行）と比較して、図１Ｃ（上下分離）は、無線給電効率が、０．２％ほど低下していることが分かる。図１Ｂと図１Ｃとの間で、給電効率に顕著な差は見られなかった。

次に眼鏡型デバイス１００における無線通信の誤り率を検証するために、コイルの組について測定したＳパラメータを用いて、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）で無線通信の数値シミュレーションを行った。シンボルレートを５００ｋシンボル／秒と５Ｍシンボル／秒としたときの、ＢＰＳＫ(binary phase-shift keying)におけるＢＥＲ（ビット誤り率）特性を調べた。
図５は、実施形態の眼鏡型デバイスの特性の一例を示す図である。図５において、横軸はＥｂ／Ｎ０（ｄＢ）であり、縦軸はＢＥＲである。図５には、加算性白色ガウス雑音（Additive white Gaussian noise: AWGN）と、無損失伝送路（５００ｋｂｐｓ）と、無損失伝送路（５Ｍｂｐｓ）と、コイル組の伝送路（５００ｋｂｐｓ）と、コイル組の伝送路（５Ｍｂｐｓ）との各々について示す。
図５によれば、コイルの組を通じた通信において、シンボルレートが高いときの方が、ビット誤り率が高いことが分かる。これはＬＣ直列共振回路がバンドパスフィルタのような特性を持ち、帯域幅が広いときは、振幅・位相特性が一定とみなせなくなったことが原因であると考えられる。信号の振幅・位相特性をデジタル信号処理で補正することによって、この問題を解決することが可能である。

図６Ａと図６Ｂとは、実施形態のウェアラブルデバイスの充電方法の一例を示す図である。図６Ａは、ウェアラブルデバイスにおいて、右テンプル２−１を金属フレーム７と金属フレーム８とに対して折りたたんだ状態の部分図である。図６Ｂは、眼鏡ケースＣＡの一例を示す図である。眼鏡ケースＣＡは、充電装置（図示なし）を備える。図６Ｂに示すように、眼鏡ケースＣＡには、コイル１３が搭載されている。充電装置とコイル１３とは配線され、コイル１３によって、給電可能に構成されている。
折りたたまれた眼鏡型デバイス１００は、眼鏡ケースＣＡに収納される。眼鏡ケースＣＡに搭載された充電装置は、コイル１３を介して、眼鏡型デバイス１００に、コイル１から電力を供給する。眼鏡型デバイス１００は、供給された電力を、眼鏡型デバイス１００に搭載された二次電池などのバッテリー（図示なし）に充電する。

テンプル２の一方の端部に組み込まれたコイル１と、眼鏡ケースＣＡに搭載されたコイル１３との間で無線給電が行われる。テンプル２の一方の端部に組み込まれたコイル１と、眼鏡ケースＣＡに搭載されたコイル１３との間で無線通信が行われてもよい。テンプル２の一方の端部に組み込まれたコイル１と、眼鏡ケースＣＡに搭載されたコイル１３との間で無線給電と無線通信とが行われてもよい。

ここでは、眼鏡型デバイス１００の右テンプル２−１の一方の端部に組み込まれたコイル１と、眼鏡ケースＣＡに搭載されたコイル１３との間で無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる場合について説明したが、この例に限られない。
例えば、眼鏡型デバイス１００の左テンプル２−２の一方の端部に組み込まれたコイルと、眼鏡ケースＣＡに搭載されたコイルとの間で無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われてもよい。
また、例えば、眼鏡型デバイス１００の右テンプル２−１の一方の端部に組み込まれたコイル１と左テンプル２−２の一方の端部に組み込まれたコイルとの両方と、眼鏡ケースＣＡに眼鏡型デバイス１００を収納した場合に、眼鏡型デバイス１００の両方のコイルの各々に該当する部分に搭載されたコイルとの間で無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われてもよい。

また、テンプル２に組み込まれたコイルに限らず、樹脂部品６に組み込まれたコイルと、眼鏡ケースＣＡに搭載されたコイルとの間で無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われてもよい。
また、前フレーム（金属フレーム７、金属フレーム８）にカメラなどの機器を実装してもよい。この場合、前フレームの両端のうち一方の端部に、コイルの組を組み込み、組み込んだコイルの組を介して機器への給電や通信を行うようにしてもよい。テンプル２に受信回路や送信回路を実装して、前フレームに組み込まれた機器とテンプル２に実装された受信回路や送信回路との電力・情報の送受信を行うようにしてもよい。
また、コイルの組を、左右のヒンジに設置し、前フレーム（金属フレーム７、金属フレーム８）上に組み込まれた機器との間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われてもよい。

図７は、実施形態のウェアラブルデバイスの部品の例１を示す。図７は、図１Ｂに示したウェアラブルデバイスの部分外観図である。図７には、右テンプル２−１と、金属フレーム７と、金属フレーム８と、右レンズ９−１と、ヒンジ３と、ヒンジ４と、コイルを固定する樹脂部品６とが示されている。
図８は、実施形態のウェアラブルデバイスの部品の例２を示す。図８は、図１Ｂに示したウェアラブルデバイスの部分外観図である。図８には、金属フレーム７と、金属フレーム８と、右レンズ９−１と、コイル５と、コイルを固定する樹脂部品６とが示されている。

図９は、実施形態のウェアラブルデバイスの例３を示す部分図である。図９に示される例では、眼鏡型デバイス１００の右テンプル２−１を示す。眼鏡型デバイス１００の例３は、骨伝導によって、生体内部を伝播する音を聞くことができるようにしたものである。
右テンプル２−１には、コイル１と、振動部２０と、処理部２５とが示されている。コイル１と、振動部２０と、処理部２５とは、配線されている。処理部２５は、振動部２０へユーザーに伝播する音情報を振動部２０に出力する。振動部２０は、眼鏡型デバイス１００を装着したユーザーの耳介の上部や、乳様突起付近となる位置に組み込まれる。乳様突起は、側頭骨の後下方部、骨性外耳道の後ろ内側、茎状突起の外側にある円錐状の突起のことをいう。振動部２０は、処理部２５が出力した音情報を取得し、取得した音情報に基づいてユーザーの頭蓋骨を振動させ、頭蓋骨の振動を通して内耳を直接震わせ、脳へ音を伝播する。

前述した実施形態では、コイル１とコイル５とが磁界結合する場合について説明したがこの例に限らない。例えば、コイル１とコイル５とがの代わりに、電極を使用して、電界結合するように構成してもよい。
図１０は、実施形態のウェアラブルデバイスの他の例を示す模式図である。
電界結合によって電力を送るためには二対の電極が必要である。また、電界結合方式は距離に対する給電効率は磁界結合方式に比べて低いため、磁界結合方式の巻線コイルと同様に、結合器をメガネ型デバイスの本体に埋め込むことは難しい。そこで、図１０（ａ）に示すように、電極（電極ＥＬ０１、電極ＥＬ０２、電極ＥＬ０３、電極ＥＬ０４）は眼鏡型デバイス１００の右テンプル２−１、樹脂部品６に埋め込まず、眼鏡型デバイス１００のヒンジ部（ヒンジ３、ヒンジ４）において露出させた状態で対向させてキャパシタを形成する。コイル１の代わりに電極ＥＬ０１及び電極ＥＬ０２を使用し、コイル５の代わりに電極ＥＬ０３及び電極ＥＬ０４を使用する。つまり、コイル１を電極ＥＬ０１及び電極ＥＬ０２で置き換え、コイル５を電極ＥＬ０３及び電極ＥＬ０４で置き換える。

ただし、電極の表面は絶縁する。このように構成することによって、電極表面が汗や皮脂によって導通の信頼性が落ちることを防止できる。電極のサイズの一例は、電極１つあたり縦４．０ｍｍ、横８．０ｍｍとし、対とならない電極間の距離は１ｍｍである。
電極部分だけを試作した一例を、図１０（ｂ）に示す。図１０（ｂ）によれば、コネクタＣＯＮと電極ＥＬ３とが電線Ｗ０１によって接続され、コネクタＣＯＮと電極ＥＬ４とが電線Ｗ０２によって接続される。２つの電極が配置された１つの基板あたりの重量は、０．２６ｇであった。対となる電極間の距離は２０μｍとなり、π形等価回路を仮定したときの回路パラメータは、相互キャパシタンスＣＭ＝９．２ｐＦ、自己キャパシタンスＣ１＝Ｃ２＝１０．７ｐＦであった。
ここでは、ウェアラブルデバイスが二対の電極を備える場合について説明したが、この例に限られない。例えば、ウェアラブルデバイスが一対の電極を備えるようにしてもよい。この場合、コイル１の代わりに電極ＥＬ０１を使用し、コイル５の代わりに電極ＥＬ０３を使用する。又はコイル１の代わりに電極ＥＬ０２を使用し、コイル５の代わりに電極ＥＬ０４を使用してもよい。つまり、コイル１を電極ＥＬ０１で置き換え、コイル５を電極ＥＬ０３で置き換える。又は、コイル１を電極ＥＬ０２で置き換え、コイル５を電極ＥＬ０４で置き換えてもよい。具体的には、図１０において、ウェアラブルデバイスが一対の電極を備える場合には、電極ＥＬ０１と電極ＥＬ０３との一対の電極又は、電極ＥＬ０２と電極ＥＬ０４との一対の電極を備える。また、例えば、ウェアラブルデバイスが三対以上の電極を備えるようにしてもよい。つまり、ウェアラブルデバイスは、少なくとも一対の電極を備える。

次に、電界結合器の回路パラメータをもとに、仮に電界結合器に回路を追加する場合に追加することが可能な回路の一例として、Double-sided LCLC-compensation回路の設計を行った。ただし、共振周波数は、巻線コイルと同様に１３．５６ＭＨｚとした。
まず、結合係数ｋｃと共振回路のＱ値の積ｋｃＱが高いほど最大効率が高くなることが知られている。一方で、結合係数が高いと、大きな電力を送るためには高い電圧に昇圧する必要がある。
図１１は、Double-sided LCLC-compensation回路の一例を示す図である。
結合係数ｋｃ＝０．３となるように設計した結果、図１１における外付けキャパシタＣｅｘ１＝Ｃｅｘ２＝２０ｐＦとなる。次に適当なインダクタＬｆ１＝Ｌｆ２を選び、ここでは２．２μＨとし、それと共振するキャパシタＣｆ１＝Ｃｆ２を６２ｐＦとした。そして、Ｃｆ１、Ｃ１、Ｌ１とＣｆ２、Ｃ２、Ｌ２の中で共振するようなＬ１、Ｌ２を選び、６．６μＨとした。
ここでは、一例として、計測のための電極はリジッド基板上に形成したが、この例に限られない。例えば、Molded Interconnect Devices (MID)という技術を用いて、プラスチックフレーム上に電極を形成するようにしてもよい。このように構成することによって、容易に電界結合器を搭載した眼鏡型デバイスを量産することができる。

コイル１とコイル５とが、電界結合するように構成した電界結合方式において、電極の間の距離と給電効率の変化の関係について測定を行った。Double-sided LCLC-compensationを行った電界結合器をＶＮＡによってＳパラメータを測定した。
なお、ＶＮＡ内部ではグラウンドが繋がっており、そのまま電界結合器をＶＮＡに繋ぐと、電界結合のグラウンド用の結合器が意味をなさなくなるため、１：１のトランスを介して接続することで絶縁をした。距離条件については、ソルダーレジストが塗布された電極同士をくっつけた（接触させた）場合の距離を０μｍとして、０μｍ、２５μｍ、５０μｍ、７５μｍ、１００μｍと変化させた。距離は、間に挟む厚み２５μｍのポリイミドフィルムの枚数によって変化させた。

図１２は、電界結合器の電極間の距離と給電効率の関係の一例を示す図である。
図１３は、Double-sided LCLC-compensation回路を付加した電界結合の等価回路の一例を示す図である。
図１２によれば、電極間距離が０μｍのときは給電効率が約８５％であり、電極間距離が大きくなるほど給電効率が下がる傾向がある。これは電極間距離が大きくなることで、電界結合器の相互キャパシタンス、自己キャパシタンスが変化し、図１３に示すDouble-sided LCLC-compensation回路を付加した電界結合の等価回路において、Ｃｆ１、Ｌ１、Ｃ１の直列共振回路の共振が取れなくなっているためであると考えられる。
このように、わずかな距離変化に対しても敏感に給電効率が変化する。このため、電界結合器を眼鏡型デバイスに組み込むためには、眼鏡を開いた際の電極間距離が固定されるように、眼鏡を小さめに設計しておき、物理的に電極同士がぶつかるまで眼鏡を開く設計にする必要がある。または、距離が変化した状況においても、共振が取れるように外付けキャパシタＣｅｘ１、Ｃｅｘ２の静電容量をバリアブルキャパシタなどによって可変にすることが考えられる。

ウェアラブルデバイスの構成例について説明する。
本実施形態の眼鏡型デバイス１００によれば、テンプル（実施形態では、右テンプル２−１又は左テンプル２−２）に実装された第１コイル（実施形態では、コイル１）と、テンプルに蝶番（実施形態では、ヒンジ３とヒンジ４）によって可動可能に接続されるフレーム（実施形態では、金属フレーム７、金属フレーム８）に実装される第２コイル（実施形態では、コイル５）とを備える。フレームに対してテンプルが開いた状態である場合に、第１コイルと第２コイルとが対向し、第１コイルと、第２コイルとの間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる。

眼鏡型デバイス１００において、フレームに実装される他の第１コイルと、他のテンプルに実装された他の第２コイルとを備える。フレームは、他のテンプルに他の蝶番によって可動可能に接続され、フレームに対して他のテンプルが開いた場合に、他の第１コイルと他の第２コイルとが対向し、他の第１コイルと、他の第２コイルとの間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる。
眼鏡型デバイス１００において、リムに沿って、第２コイルと、他の第１コイルとを接続する伝送路を備える。
眼鏡型デバイス１００において、リムは、フルリム又はハーフリムである。
眼鏡型デバイス１００において、テンプルには、二次電池が実装され、眼鏡型デバイス１００を格納するケースは充電装置を備える。充電装置は第３コイル（実施形態では、コイル１３）を備える。眼鏡型デバイス１００がケースに格納された場合に、充電装置が備える第３コイルと、第１コイルとが対向し、第３コイルと、第１コイルとの間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる。

本実施形態の眼鏡型デバイス１００によれば、眼鏡型デバイスであって、テンプルに実装された第１電極と、テンプルに蝶番によって可動可能に接続されるフレームに実装される第２電極とを備える。フレームに対してテンプルが開いた状態である場合に、第１電極と第２電極とが対向し、対向した第１電極と第２電極との間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる。
眼鏡型デバイス１００において、フレームに実装される他の第１電極と、他のテンプルに実装された他の第２電極とを備え、フレームは、他のテンプルに他の蝶番によって可動可能に接続され、フレームに対して他のテンプルが開いた場合に、他の第１電極と他の第２電極とが対向し、他の第１電極と他の第２電極との間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる。
眼鏡型デバイス１００において、リムに沿って、第２電極と、他の第１電極とを接続する伝送路を備える。
眼鏡型デバイス１００において、リムは、フルリム又はハーフリムである。
眼鏡型デバイス１００において、テンプルには、二次電池が実装され、眼鏡型デバイスを格納するケースは充電装置を備え、充電装置は第３電極を備える。眼鏡型デバイスがケースに格納された場合に、充電装置が備える第３電極と、第１電極とが対向し、第３電極と、第１電極との間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われるようにしてもよい。眼鏡型デバイスがケースに格納された場合に、充電装置が備える第３電極と、第２電極とが対向し、第３電極と、第２電極との間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われるようにしてもよい。眼鏡型デバイスがケースに格納された場合に、充電装置が備える第３電極と、他の第１とが対向し、第３電極と、他の第１電極との間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われるようにしてもよい。眼鏡型デバイスがケースに格納された場合に、充電装置が備える第３電極と、他の第２とが対向し、第３電極と、他の第２電極との間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われるようにしてもよい。

（実施形態の効果）
ヒンジ（蝶番）部分（ヒンジ３、ヒンジ４）で、近距離の無線給電・通信を行う。これにより、ヒンジに配線を通す構造を不要にできる。また、眼鏡型デバイス１００の構造を簡素化できる。眼鏡型デバイス１００の構造を簡素化できることにより、設計コストや製造コストを下げることができる。また、眼鏡型デバイス１００の構造を簡素化できることにより、眼鏡のデザイン性を上げることができる。

仮に、テンプルとフロントフレームとの間で配線を通す場合には、入り組んだ複雑な形状のヒンジに電気的配線を通す必要がある。ヒンジに電気的配線を通した眼鏡型デバイスは壊れやすい、製造が難しいなどの問題があり、製品化に至らないことも少なくなかった。眼鏡型デバイスに組み込まれたモジュールへの給電はヒンジに配線を組み込む方法があるが、通信に関しては、左右のフレームを独立した機器として作り、左右の機器間でＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等を用いて無線通信を行うことも考えられる。
しかし、通信速度は１．４Ｍｂｐｓに留まり、音や映像の呈示やセンシングを低遅延で同時に行うことはできない。さらに、外部の電磁ノイズの影響を受けやすく、通信が途切れるといった問題があった。

フロントフレームを二本の金属から構成してもよい。これによって、フロントフレームに配線を内蔵することを不要にできる。フロントフレームに配線を内蔵することを不要にできるため、一般的に配線を内蔵するためにフロントフレームはプラスチックに限定されていたが、そのような制約をなくすことができる。
テンプル２に形成されたコイル１と、金属フレーム７に形成されたコイル５とを介して、電力と情報とを送受信できる。金属フレームを電力と情報との伝送路として利用できる。
図１Ｂに示されるように、眼鏡型デバイス１００をハーフリム形状にすることにより、鼻の下の漏洩電磁界を減らしつつ、給電効率が下がらないようにできる。
部品１１を樹脂で形成することにより、金属フレーム７と金属フレーム８とが短絡しないようにできる。
図６Ａと図６Ｂに示されるように、眼鏡型デバイスのテンプル２を折りたたんだ状態で、送電機能を備えた眼鏡ケースに収納することによって、充電を行うことができる。

眼鏡型デバイス１００において、眼鏡のつるの端部とフロントフレームの端部に小型のコイルの組を設置することにより、近距離の無線通信や無線給電を行うことが可能になる。このときの給電効率が８７％であること、通信速度が５Ｍｂｐｓと５００ｋｂｐｓであるときの誤り率について説明した。
今後、さらにデータレートを上げるためには、搬送周波数を高くし、帯域幅を広げることや、スペクトル効率の高い変調方式使うことも考えられる。しかし、これは給電効率とのトレードオフとなり、どれほどの給電効率とデータレートを同時に実現できるかを調べる必要がある。
また、提案システムを用いた眼鏡型デバイスを製品として実現するためには、このシステムのコイルから発生する電磁界が、人体や周囲の機器に及ぼす影響や、既存のチップを用いて作成したときの提案システムの回路規模を調べる必要がある。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組合わせを行うことができる。これら実施形態及びその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
なお、前述した実施形態における眼鏡型デバイス１００に含まれる各装置の一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。
ここでいう「コンピュータシステム」とは、眼鏡型デバイスに含まれる各装置に内蔵されたコンピュータシステムであって、ＯＳや周辺機器などのハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭなどの可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスクなどの記憶装置のことをいう。
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネットなどのネットワークや電話回線などの通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ、不揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。
また前述したプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
また、前述した実施形態における眼鏡型デバイスに含まれる各装置の各機能ブロックの一部、または全部を、ＬＳＩなどの集積回路として実現してもよい。眼鏡型デバイス１００に含まれる各装置の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。

１００…眼鏡型デバイス、１…コイル、２−１…右テンプル、２−２…左テンプル、２…テンプル、３…ヒンジ、４…ヒンジ、５…コイル、６…樹脂部品、７…金属フレーム、８…金属フレーム、９−１…右レンズ、９−２…左レンズ、９…レンズ、１０…鼻あて、１１…部品、１３…コイル、２５…処理部、２０…振動部

Claims (10)

1. ウェアラブルデバイスであって、
   テンプルに実装された第１コイルと、
   前記テンプルに蝶番によって可動可能に接続されるフレームに実装される第２コイルと
   を備え、
   前記フレームに対して前記テンプルが開いた状態である場合に、前記第１コイルと前記第２コイルとが対向し、前記第１コイルと、前記第２コイルとの間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる、ウェアラブルデバイス。
2. 前記フレームに実装される他の第１コイルと、
   他のテンプルに実装された他の第２コイルと
   を備え、
   前記フレームは、他の前記テンプルに他の蝶番によって可動可能に接続され、
   前記フレームに対して他の前記テンプルが開いた場合に、他の前記第１コイルと他の前記第２コイルとが対向し、他の前記第１コイルと、他の前記第２コイルとの間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる、請求項１に記載のウェアラブルデバイス。
3. リムに沿って、前記第２コイルと、他の前記第１コイルとを接続する伝送路
   を備える、請求項２に記載のウェアラブルデバイス。
4. 前記リムは、フルリム又はハーフリムである、請求項３に記載のウェアラブルデバイス。
5. 前記テンプルには、二次電池が実装され、
   前記ウェアラブルデバイスを格納するケースは充電装置を備え、前記充電装置は第３コイルを備え、前記ウェアラブルデバイスが前記ケースに格納された場合に、前記充電装置が備える前記第３コイルと、前記第１コイルとが対向し、前記第３コイルと、前記第１コイルとの間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイス。
6. ウェアラブルデバイスであって、
   テンプルに実装された第１電極と、
   前記テンプルに蝶番によって可動可能に接続されるフレームに実装される第２電極と
   を備え、
   前記フレームに対して前記テンプルが開いた状態である場合に、前記第１電極と前記第２電極とが対向し、対向した前記第１電極と前記第２電極との間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる、ウェアラブルデバイス。
7. 前記フレームに実装される他の第１電極と、
   他のテンプルに実装された他の第２電極と
   を備え、
   前記フレームは、他の前記テンプルに他の蝶番によって可動可能に接続され、
   前記フレームに対して他の前記テンプルが開いた場合に、他の前記第１電極と他の前記第２電極とが対向し、他の前記第１電極と他の前記第２電極との間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる、請求項６に記載のウェアラブルデバイス。
8. リムに沿って、前記第２電極と、他の前記第１電極とを接続する伝送路
   を備える、請求項７に記載のウェアラブルデバイス。
9. 前記リムは、フルリム又はハーフリムである、請求項８に記載のウェアラブルデバイス。
10. 前記テンプルには、二次電池が実装され、
    前記ウェアラブルデバイスを格納するケースは充電装置を備え、前記充電装置は第３電極を備え、前記ウェアラブルデバイスが前記ケースに格納された場合に、前記充電装置が備える前記第３電極と、前記第１電極とが対向し、前記第３電極と、前記第１電極との間で、無線通信と無線給電とのいずれか一方又は両方が行われる、請求項６から請求項９のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイス。

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