JP5543929B2 - 入力デバイス、ウェアラブルコンピュータ、及び入力方法 - Google Patents
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Description
外部の出力デバイスに制御命令を出力するための入力デバイスであって、
外耳道を含む外耳に装着され、前記外耳道の形状変化を距離の変化として検知する光学式センサと、
前記光学式センサからの検知信号に基づいて、前記外部の出力デバイスを制御する制御部と、
を備え、
前記光学式センサは、前記外耳の所定位置に配置される検知素子と、前記外耳道に当接するとともに前記検知素子を包囲する弾性部材とを備えることにある。
光学式センサは、例えば、圧力センサのようにセンサ部自身を外耳道に強く圧入させる必要が無い。このため、入力デバイスの装着者の不快感を低減することができる。その結果、長時間の装着が可能となり、ウェアラブルコンピュータの入力デバイスとして好適に使用することができる。
また、光学式センサを外耳に装着した場合、特に、外乱要因としての外部光の影響を良好に排除することができるので、入力デバイスとしての信頼性及び安定性がより向上する。
また、光学式センサを採用した場合、圧力センサ等と比較して入力デバイスの構造を簡素化することができ、しかもより安価に構成することができる。
さらに、本構成の入力デバイスによれば、外耳の所定位置に検知素子が配置され、その際、検知素子の周囲には外耳道に当接する弾性部材が設けられているので、光学式センサは外耳への装着状態であっても、弾性部材が変形することにより若干の移動が可能となる。このような移動を利用して、検知信号を増幅することができる。また、この移動による増幅は、電気的なものではなく光学式センサの機構に起因するものであるので、増幅後の信号はS/N比が優れた高品質の信号となる。
なお、検知素子を弾性部材が包囲しているため、入力デバイスの装着感が向上するという効果もある。
前記光学式センサは、反射型フォトセンサ、又はFBG型光ファイバセンサであることが好ましい。本発明の入力デバイスが備えた光学式センサとしてこれら既存のセンサを適用することで、より安価に入力デバイスを構成することができる。
前記外耳道の形状変化は、前記光学式センサを装着する者が、前記外部の出力デバイスの操作を意図して行った所定の動作に起因して発生する形状変化であることが好ましい。
このように、本構成によれば、光学式センサを装着する者の意図により、外部の出力デバイスを制御する入力デバイスを構築することができる。
前記外耳道の形状変化は、前記光学式センサを装着する者が、前記外部の出力デバイスの連続的な操作を意図して行った連続的な所定の動作に起因して発生する連続的な形状変化であることが好ましい。
本構成の入力デバイスによれば、光学式センサを装着する者が、連続的な所定の動作を実行するだけで、外部の出力デバイスの連続的な操作を行い得るため、装着者の操作利便性がより向上する。
前記所定の動作は、瞼の瞬き動作、眼球の動作、舌の動作、咀嚼動作、顔面の伸縮動作、及びこれら動作の組み合わせからなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
このように、本構成によれば、光学式センサを装着する者が簡単な動作を行うだけで外部の出力デバイスを制御することができるハンズフリーの入力デバイスを構築することができる。
前記制御部は、
前記光学式センサから受信した検知信号と、予め求めておいた物理量の変化を表す基準とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果に基づいて、前記外部の出力デバイスを制御する制御信号を生成する信号生成手段と、
を備えることが好ましい。
前記物理量の変化を表す基準は、外部の記憶媒体、又はネットワーク上に設けられたデータベースに格納されていることが好ましい。
また、物理量の変化を表す基準が、ネットワーク上に設けられたデータベースに格納されている場合では、インターネット等のネットワークを通じて入力デバイスから外部の出力デバイスに何時でも何処からでも制御命令を送信することができるようになる。従って、近未来に実現すると期待されるユビキタスネットワーク社会において、好適な入力デバイスを備えたウェアラブルコンピュータを構築することができる。
前記物理量の変化を表す基準は、(a)所定値以上の電圧の変化量として、(b)電圧が変化した後、変化後の電圧が所定時間以上持続することとして、あるいは、一つ以上の前記(a)と、一つ以上の前記(b)との任意の組み合わせパターンとして規定されることが好ましい。
上記の何れか一つに記載の入力デバイスと、
前記外耳の性質に応じた情報である音声を出力する外部の出力デバイスと、
を備えた点にある。
また、本構成のウェアラブルコンピュータを用いれば、表情認識システムを構築することも可能となる。すなわち、入力デバイスの光学式センサが装着者の外耳道の形状変化を検知し、制御部が光学式センサから受信した検知信号に基づいて装着者の表情を認識し、制御信号を外部の出力デバイスに出力するのである。このとき、外部の出力デバイスは装着者に向けて情報を出力し、その情報に対するリアクション(表情)が再度入力デバイスに入力され、それに基づいて新たな検知信号及び制御信号が生成される。このように、ウェアラブルコンピュータと装着者との間において、いわゆるバイオフィードバックが形成される。その結果、装着者が望む最適な情報をリアルタイムで提供することが可能となる。
前記外部の出力デバイスは音響機器であることが好ましい。
また、本構成のウェアラブルコンピュータを用いれば、バイオフィードバックにより、例えば、装着者の笑顔の頻度が低下した場合、外部の出力デバイスが、リラックスできる音や音楽を自動的に再生する等、装着者の状況に応じた適切な出力を実行することが可能となる。
外部の出力デバイスに制御命令を出力するための入力方法であって、
外耳道の形状変化を光学式センサによって距離の変化として検知する検知工程と、
検知した前記外耳道の形状変化に基づいて、前記外部の出力デバイスを制御する制御工程と、
を包含し、
前記光学式センサは、前記外耳の所定位置に配置される検知素子と、前記外耳道に当接するとともに前記検知素子を包囲する弾性部材とを備えることにある。
図1は、本発明の入力デバイス100を概略的に示したブロック図である。入力デバイス100は、その基本構成として、センサ部10、及び制御部20を備えている。
センサ部10は、身体の自然開孔部に装着される。ここで、「身体の自然開孔部」とは、身体に形成されている器官等の開孔部を意味し、例えば、外耳(外耳道)、鼻腔、口腔、肛門、膣等が挙げられる。本実施形態では、特に、外耳(外耳道を含む)を身体の自然開孔部として利用する。なお、センサ部10は、種々のものを使用できるが、測定対象物との距離を光で計測可能な光学式センサ(例えば、反射型フォトセンサ、FBG型光センサ)を採用するのが好ましい。光学式センサは、LEDや電球などの発光素子とフォトトランジスタ、フォトダイオード、CCDなどの受光素子とを含む。なお、LEDとして赤外線LEDを使用する場合は、発信する赤外線の波長として、人体を透過しない波長のものを選択する必要がある。本実施形態では、以後、センサ部10が光学式センサであるものとして説明する。また、センサ部10の形状は、図2に示す「耳掛けタイプ」、又は図3に示す「挿入タイプ」が使い勝手が良いため好適である。
図2(a)は、耳掛けタイプのセンサ部10の斜視図である。図2(b)は、センサ部10を外耳に装着した状態を示す図である。この耳掛けタイプの場合、センサ部10は、実質的に外耳道に挿入されることなく外耳を外側から覆うように装着されるので、一旦装着されると、外耳道に対するセンサ部10の相対位置は略固定されることになる。一方、外耳道の形状変化は、場所によって発生状況が異なる。例えば、舌を動かすことによって形状変化する部位と、眼球を動かすことによって形状変化する部位とは異なる。そこで、外耳に対するセンサ部10の装着方向を、測定したい動作によって適宜調整することが好ましい。この場合、センサ部10の全体について方向調整を行ってもよいが、検知素子11のみ方向調整を行うことも可能である。
図3は、センサ部10を外耳道に挿入した状態を示す図である。この挿入タイプの場合、検知素子11としての発信素子11a及び受信素子11bは、弾性部材12によって包囲された構造を有している。弾性部材12は、センサ部10を外耳道に挿入したときに、外耳道の表面に当接する。このため、センサ部10が外耳道内の所定位置に挿入された後も、弾性部材12が撓むことにより、検知素子11は装着者の外耳道内で移動することができる。一方、外耳道の形状が変化しても装着者の鼓膜は大きく移動することはない。従って、検知素子11は、鼓膜に対して若干相対移動することが可能となる。
センサ部10の検知素子11(受信素子11b)が反射光を受信すると、センサ部10は検知強度に応じた検知信号αを生成し、これを制御部20に送信する。制御部20は、比較手段21、及び信号生成手段22を有している。制御部20がセンサ部10から検知信号αを受信すると、比較手段21において、受信した検知信号αと予め求めておいた物理量の変化を表す基準βとの比較が行われる。
本発明の入力デバイス100は、任意の外部出力デバイス40と組み合わせることで、ハンズフリー操作が可能なウェアラブルコンピュータとして好適に使用することができる。組み合わせ可能な外部出力デバイス40としては、例えば、音楽再生プレーヤー等の音響機器、DVDプレーヤー等の映像機器、携帯電話等の通信機器、補聴器等の医療器具などが挙げられる。
次に、本発明の入力デバイス100を用いて実行する入力方法について説明する。図4は、本発明の入力方法を示したフローチャートである。このフローチャートでは、各ステップを記号「S」で示している。本発明の入力方法は、以下に説明する「事前準備」の後、身体の自然開孔部の形状変化を検知する「検知工程」、及び検知した自然開孔部の形状変化に基づいて、外部の出力デバイス40を制御する「制御工程」により実行される。
本発明の入力方法を実行するに先立って、入力デバイス100を使用者(装着者)に装着する。これは、図2に示したようなセンサ部10を外耳の外側から覆うように装着するやり方と、図3に示したようなセンサ部10を装着者の外耳道に挿入するやり方がある。センサ部10を片方の外耳(外耳道を含む)のみに装着しても構わないが、センサ部10を二つ準備し、両方の外耳に装着することも可能である。このように二つのセンサ部10を使用して、両耳の外耳道(外耳)の形状変化を夫々検知すれば、より複雑な入力操作を行うことも可能となる。
装着者が外部出力デバイス40の操作を行いたい(すなわち、外部出力デバイス40に対して入力を行いたい)と考えた場合、装着者は所定の動作を実行する。この所定の動作は、日常生活では通常あまり行わない故意的な動作であり、例えば、瞼を強く開閉する瞬き動作、眼球を左右に移動させる動作、舌を左右に振る動作、顎を大きく動かして口を開閉する咀嚼動作、顔面の筋肉を動かす伸縮動作等が挙げられる。これらの動作は単独で実行してもよいし、あるいは複数の動作を組み合わせて実行しても構わない。上記所定の動作を実行すると、それに伴って装着者の外耳道(外耳)の形状が変化する。そこで、この外耳道(外耳)の形状変化をセンサ部10により検知する(ステップ1;検知工程)。センサ部10は、外耳道(外耳)の形状変化に応じた検知信号αを生成する。
次に、比較手段21において、検知信号αと予め求めておいた物理量の変化を表す基準βとを比較し、形状変化を示す検知信号αの値が基準βを満たすか否かを判定する(ステップ2:比較工程)。検知信号αが基準βを満たさない場合(ステップ2;No)は、一旦待機状態(ステップ3´)となり、その後、検知工程(ステップ1)に戻って検知信号αを更新する。検知信号αが基準βを満たす場合(ステップ2;Yes)は、信号生成手段22が外部出力デバイス40を制御する制御命令(制御信号γ)を生成する(ステップ3;制御信号生成工程)。制御部20は、生成した制御命令(制御信号γ)を外部出力デバイス40に出力する(ステップ4;制御信号出力工程)。このように、比較工程(ステップ2)、制御信号生成工程(ステップ3)、及び制御信号出力工程(ステップ4)により、外耳道(外耳)の形状変化を表す検知信号αに基づいて、外部出力デバイス40を制御する制御工程が実行される。
外部出力デバイス40の操作を意図して行う所定の動作として、初めに装着者の両目を大きく開き、そのままの状態をしばらく持続し、その後、両目をもとの状態に戻した。この一連の動作の最中に、入力システム100のセンサ部10が外耳道の形状変化として検知した検知信号αの時間変化を図5のグラフに示す。
外部出力デバイス40の操作を意図して行う所定の動作として、初めに装着者の両目を強く閉じ、そのままの状態をしばらく持続し、その後、両目をもとの状態に戻した。この一連の動作の最中に、入力システム100のセンサ部10が外耳道の形状変化として検知した検知信号αの時間変化を図6のグラフに示す。
外部出力デバイス40の操作を意図して行う所定の動作として、初めに装着者の舌を左に大きく動かし、そのままの状態をしばらく持続し、その後、舌をもとの状態に戻した。この一連の動作の最中に、入力システム100のセンサ部10が外耳道の形状変化として検知した検知信号αの時間変化を図7のグラフに示す。
外部出力デバイス40の操作を意図して行う所定の動作として、初めに装着者の舌を右に大きく動かし、そのままの状態をしばらく持続し、その後、舌をもとの状態に戻した。この一連の動作の最中に、入力システム100のセンサ部10が外耳道の形状変化として検知した検知信号αの時間変化を図8のグラフに示す。
外部出力デバイス40の操作を意図して行う所定の動作として、初めに装着者の眼球を右に動かし、そのままの状態をしばらく持続し、その後、眼球をもとの状態に戻した。この一連の動作の最中に、入力システム100のセンサ部10が外耳道の形状変化として検知した検知信号αの時間変化を図9のグラフに示す。
外部出力デバイス40の操作を意図して行う所定の動作として、初めに装着者の口を大きく開け、そのままの状態をしばらく持続し、その後、口をもとの状態に戻した。この一連の動作の最中に、入力システム100のセンサ部10が外耳道の形状変化として検知した検知信号αの時間変化を図10のグラフに示す。
外部出力デバイス40の操作を意図して行う所定の動作として、初めに無表情であった装着者が笑顔を示し、そのままの状態をしばらく持続し、その後、無表情に戻した。この一連の動作の最中に、入力システム100のセンサ部10が外耳道の形状変化として検知した検知信号αの時間変化を図11のグラフに示す。
上記の実施例1〜7では、外耳道の形状が変化したか否かの判断を、(a)「センサ部10が生成する検知信号αの電圧の変化量(単純変化量、又は、単位時間当たりの電圧の立ち上がり量)」、あるいは、(a)に加えて(b)「電圧が変化した後の持続時間」に基づいて行っていたが、一つ以上の(a)と、一つ以上の(b)との任意の組み合わせパターン(すなわち、電圧の変動パターン)として、物理量の変化を表す基準を規定することもできる。
これまで説明してきた実施形態では、本発明の入力デバイス100を使用するに際し、センサ部10を外耳等の身体の自然開孔部に装着していた。しかし、身体の自然開孔部だけでなく、身体に外科的に形成した人工開孔部にセンサ部10を装着することも考えられる。
11 検知素子
11a 発信素子
11b 受信素子
12 弾性部材
20 制御部
21 比較手段
22 信号生成手段
30 外部記憶媒体
40 外部出力デバイス
100 入力デバイス
Claims (11)
- 外部の出力デバイスに制御命令を出力するための入力デバイスであって、
外耳道を含む外耳に装着され、前記外耳道の形状変化を距離の変化として検知する光学式センサと、
前記光学式センサからの検知信号に基づいて、前記外部の出力デバイスを制御する制御部と、
を備え、
前記光学式センサは、前記外耳の所定位置に配置される検知素子と、前記外耳道に当接するとともに前記検知素子を包囲する弾性部材とを備える入力デバイス。 - 前記光学式センサは、反射型フォトセンサ、又はFBG型光ファイバセンサである請求項1に記載の入力デバイス。
- 前記外耳道の形状変化は、前記光学式センサを装着する者が、前記外部の出力デバイスの操作を意図して行った所定の動作に起因して発生する形状変化である請求項1又は2に記載の入力デバイス。
- 前記外耳道の形状変化は、前記光学式センサを装着する者が、前記外部の出力デバイスの連続的な操作を意図して行った連続的な所定の動作に起因して発生する連続的な形状変化である請求項1〜3の何れか一項に記載の入力デバイス。
- 前記所定の動作は、瞼の瞬き動作、眼球の動作、舌の動作、咀嚼動作、顔面の伸縮動作、及びこれら動作の組み合わせからなる群から選択される少なくとも一つである請求項3又は4に記載の入力デバイス。
- 前記制御部は、
前記光学式センサから受信した検知信号と、予め求めておいた物理量の変化を表す基準とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果に基づいて、前記外部の出力デバイスを制御する制御信号を生成する信号生成手段と、
を備えた請求項1〜5の何れか一項に記載の入力デバイス。 - 前記物理量の変化を表す基準は、外部の記憶媒体、又はネットワーク上に設けられたデータベースに格納されている請求項6に記載の入力デバイス。
- 前記物理量の変化を表す基準は、(a)所定値以上の電圧の変化量として、(b)電圧が変化した後、変化後の電圧が所定時間以上持続することとして、あるいは、一つ以上の前記(a)と、一つ以上の前記(b)との任意の組み合わせパターンとして規定される請求項6又は7に記載の入力デバイス。
- 請求項1〜8の何れか一項に記載の入力デバイスと、
前記外耳の性質に応じた情報である音声を出力する外部の出力デバイスと、
を備えたウェアラブルコンピュータ。 - 前記外部の出力デバイスは音響機器である請求項9に記載のウェアラブルコンピュータ。
- 外部の出力デバイスに制御命令を出力するための入力方法であって、
外耳道の形状変化を光学式センサによって距離の変化として検知する検知工程と、
検知した前記外耳道の形状変化に基づいて、前記外部の出力デバイスを制御する制御工程と、
を包含し、
前記光学式センサは、前記外耳の所定位置に配置される検知素子と、前記外耳道に当接するとともに前記検知素子を包囲する弾性部材とを備える入力方法。
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