JP6587833B2 - 生体電極及びこれを用いた生体信号処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体信号を測定する生体電極及びこれを用いた生体信号処理装置に関し、特に、生体信号の測定においてノイズの影響を低減でき、大きさを小型化できる生体電極及びこれを用いた生体信号処理装置に関する。

細胞に刺激が加えられれば、細胞の表面にある細胞膜に活動的な反応が起きてイオンが移動する。
生体の組織と体液は電気的な伝導性を有するため、活性化した細胞周囲には電流が流れる。
心電図（ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ：ＥＣＧ）、筋電図（ｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｍ：ＥＭＧ）、及び脳電図（ｅｌｅｃｔｒｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｍ：ＥＥＧ）などの生体信号を測定するために生体電極が用いられる。

生体電極は、生体内イオンの移動によって発生する電流を自由電子による電流に変換する一種の変換器の役割を果たす。
生体の適当部位に生体電極を付着すると、生体内の電気的な現象を示す生体電位が検出され得る。

しかしながら、一般的に、生体電位は、特定の周波数成分で構成され、大きさが微弱であり、雑音が多く含まれているため、検出感度が悪いという問題があった。

本発明は上記従来の生体電極における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、生体信号の測定においてノイズの影響を低減させることができ、生体電極の大きさを小型化できる生体電極及びこれを用いた生体信号処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明による生体電極は、支持部材であるプレートと、前記プレートの垂直方向の一側に配置される第１電極と、前記一側で、前記第１電極と離隔して配置される第２電極と、前記プレートの垂直方向の他側に前記第１電極と垂直方向にオーバラップするように離隔して配置される第１ガード部と、前記他側で、前記第１ガード部と離隔し、前記第２電極と垂直方向にオーバラップするように離隔して配置される第２ガード部とを有し、前記第１電極と前記第２電極との間で測定された生体信号に基づいて電圧信号を出力するプリアンプをさらに有し、前記第１ガード部及び前記第２ガード部は導電性物質を含み、前記プリアンプと電気的に接続され、前記第１ガード部及び前記第２ガード部と電気的に分離し、前記第１ガード部、前記第２ガード部、及び前記プリアンプの外側に備えられるシールドをさらに有し、前記シールドは、導電性物質を含み、接地電圧に接続されることを特徴とする。

前記第１ガード部、前記第２ガード部、及び前記シールドは、前記第１電極と前記第２電極との間で測定された生体信号への外部ノイズの流入を低減させることが好ましい。
前記第１電極及び前記第２電極は、前記プレートの内部下方に配置されるか、又は前記プレートと絶縁層との間に配置されることが好ましい。
前記第１電極及び前記第２電極は、ユーザの身体に電気的に直接接触することなく、ユーザの筋電図を測定することが好ましい。
前記第１ガード部及び前記第２ガード部は、前記プレートの内部上方に配置されるか、又は前記プレートと絶縁層との間に配置されることが好ましい。
前記シールドは、前記第１電極、前記第２電極、及び前記生体電極に含まれる信号線の内の少なくとも１つへの外部ノイズの流入を低減させることが好ましい。
前記シールドは、前記プレートとの間に空気層を形成することが好ましい。

上記目的を達成するためになされた本発明による生体信号処理装置は、ユーザの身体に電気的に直接接触することなく生体信号を測定する生体電極と、前記生体信号をフィルタリングし増幅する生体信号処理部とを有し、前記生体電極は、支持部材であるプレートと、前記プレートの垂直方向の一側に配置される第１電極と、前記一側で、前記第１電極と離隔して配置される第２電極と、前記プレートの垂直方向の他側に前記第１電極と垂直方向にオーバラップするように離隔して配置される第１ガード部と、前記他側で、前記第１ガード部と離隔し、前記第２電極と垂直方向にオーバラップするように離隔して配置される第２ガード部とを有し、前記第１電極と前記第２電極との間で測定された生体信号に基づいて電圧信号を出力するプリアンプをさらに有し、前記第１ガード部及び前記第２ガード部は導電性物質を含み、前記プリアンプと電気的に接続され、前記第１ガード部、前記第２ガード部、及び前記プリアンプの外側に備えられるシールドをさらに有し、前記シールドは、導電性物質を含み、接地電圧に接続されることを特徴とする。

前記生体信号処理部でフィルタリングされ増幅されて出力された生体信号をデジタル信号に変換する信号変換部と、前記デジタル信号を外部に送信するインタフェース部とをさらに有することが好ましい。
前記生体信号処理装置は、ウェアラブルデバイスに含まれて動作することが好ましい。

本発明に係る生体電極及びこれを用いた生体信号処理装置によれば、生体信号の測定においてノイズの影響を低減させることができ、生体電極の大きさを小型化できるという効果がある。

本発明の一実施形態に係る生体電極の構造を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る生体電極を用いて生体信号が測定される動作を説明するための図である。 本発明の他の実施形態に係る生体電極の一例を示す概略断面図である。 本発明の他の実施形態に係る生体電極の一例を示す概略断面図である。 本発明の他の実施形態に係る生体電極の一例を示す概略断面図である。 本発明の他の実施形態に係る生体電極の一例を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る生体信号処理装置の概略構成とその動作を説明するためのブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る生体信号処理装置の概略構成とその動作を説明するためのブロック図である。 本発明に係る生体信号処理装置がウェアラブルデバイスに含まれて動作する一例を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る生体信号処理方法の動作を説明するためのフローチャートである。

次に、本発明に係る生体電極及びこれを用いた生体信号処理装置を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。

以下の特定の構造的ないし機能的な説明は、単に実施形態を説明するための目的として例示されたものであり、実施形態の範囲がここで説明された実施形態に限定されると解釈されることはない。
関連技術分野で通常の知識を有する者であれば、このような記載から様々な修正及び変形が可能である。
また、各図面に提示された同一の参照符号は同一の部材を示し、公知された機能及び構造は省略される。

図１は、本発明の一実施形態に係る生体電極１００の構造を示す概略断面図である。
生体電極１００は、ユーザの身体１４０から生体信号を測定する。
生体電極１００によって筋電図、心電図、又は、脳電図などの生体信号を測定してもよい。例えば、筋電図の場合、筋肉が収縮するとき発生する活動電位が生体電極１００内の電極（１１０、１１５）を用いて測定される。

生体電極１００は、ユーザの皮膚に直接接触する場合はもちろん、ユーザの皮膚に電気的に直接接触しなくてもユーザの身体１４０の生体信号を測定することができる。
例えば、ユーザが衣服１５０を着用している状態で、生体電極１００を衣服１５０の上に装着して生体信号を測定してもよい。
生体電極１００に含まれた電極（１１０、１１５）とユーザの皮膚との間にキャパシタンスが形成されることによって、ユーザが衣服１５０を着用している状態でもユーザの身体１４０内のイオンの移動によって発生する電気的な信号が生体電極１００によって測定され得る。

ユーザの皮膚に直接接触することなく生体信号を測定することによって、ユーザは制約感及び不便さを減らし得る。
ユーザの身体１４０の皮膚と電気的に直接接触しない非接触方式の生体信号測定は、変位電流の測定によって行ってもよい。
変位電流は、ユーザの身体１４０の表面の電位変化によって非導電性物質を間に置いた生体電極１００内の電極電圧が変化する場合に電極の電圧変化によって発生する電流を示す。

一般的な生体電極は１個の電極を含み、複数の生体電極を用いて生体信号を測定するが、図１に示す本発明に係る生体電極１００は、複数の電極（１１０、１１５）を含む１つの生体電極１００を用いて生体信号を測定することができる。
生体電極１００ではＶ（＋）電極とＶ（−）電極が１つのモジュールで実現される。
複数の電極（１１０、１１５）を１つの生体電極１００に設計することで、生体信号を測定するための生体電極を小型化することができる。

図１を参照すると、生体電極１００は、プレート１０５、複数の電極（１１０、１１５）、複数のガード部（１２０、１２５）、プリアンプ（ｐｒｅ−ａｍｐ）１３０、及びシールド１３５を含む。
プレート１０５は、複数の電極（１１０、１１５）、複数のガード部（１２０、１２５）、及びプリアンプ１３０を支持する部材である。
例えば、プレート１０５は、印刷回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ；ＰＣＢ）、パッド、パッチ、又は、絶縁物質で構成された絶縁層などの形態を有してもよい。

複数の電極（１１０、１１５）は、第１電極１１０及び第２電極１１５を含む。
例えば、第１電極１１０はＶ（＋）電極であり、第２電極１１５はＶ（−）電極であってもよい。
第１電極１１０及び第２電極１１５は、ユーザの身体１４０から生体信号を測定する。
ユーザの身体１４０内でイオンの移動によって発生した電気的な信号が第１電極１１０及び第２電極１１５を用いて測定される。
第１電極１１０及び第２電極１１５は、ユーザの身体１４０に電気的に直接接触することなく、ユーザの身体１４０から筋電図などのような生体信号を測定する。

第１電極１１０は、プレート１０５の垂直方向の一側に配置される。
例えば、第１電極１１０は、プレート１０５の下面又は内部下方に配置されてもよい。
第２電極１１５は、プレート１０５の垂直方向の一側で第１電極１１０と離隔して配置される。
例えば、第２電極１１５は、プレート１０５の下面又は内部下方に配置されてもよい。
第１電極１１０及び第２電極１１５は、互いに同じ平面上に配置され得る。

他の実施形態によれば、生体電極１００は、第１絶縁層（図示せず）をさらに含み、第１電極１１０及び第２電極１１５は、プレート１０５と第１絶縁層との間に配置されてもよい。
第１絶縁層によって第１電極１１０及び第２電極１１５が生体電極１００の表面に直接的に現れない。
第１電極１１０及び第２電極１１５はプリアンプ１３０と電気的に接続し、測定された電気的な信号をプリアンプ１３０に伝達する。

複数のガード部（１２０、１２５）は、第１ガード部１２０及び第２ガード部１２５を含む。
第１ガード部１２０及び第２ガード部１２５は、第１電極１１０と第２電極１１５との間で測定された生体信号に外部ノイズが流入することを低減させ得る。
生体電極１００が電気的にユーザの皮膚に直接接触することなく生体信号を測定する場合、ユーザの身体１４０と生体電極１００との間の媒質（例えば、衣服１５０）が有する高いインピーダンスによって、外部ノイズ又は動雑音（ｍｏｔｉｏｎ ａｒｔｉｆａｃｔ）の影響を相対的に多く受けることがある。

第１ガード部１２０及び第２ガード部１２５は、生体信号の測定方向と反対方向から流入する外部ノイズの影響を低減させることができる。
また、第１ガード部１２０及び第２ガード部１２５を用いて浮遊容量（ｓｔｒａｙ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）などのような寄生容量の影響を減らし得る。

第１ガード部１２０は、プレート１０５の垂直方向の他側に配置される。
例えば、第１ガード部１２０は、プレート１０５の上面又は内部上方に配置されてもよい。
第１ガード部１２０は、第１電極１１０と垂直方向に離隔して配置される。
第２ガード部１２５は、プレート１０５の垂直方向の他側で第１ガード部１２０と離隔して配置される。
例えば、第２ガード部１２５は、プレート１０５の上面又は内部上方に配置されてもよい。
第２ガード部１２５は、第２電極１１５と垂直方向に離隔して配置される。
第１ガード部１２０及び第２ガード部１２５は、互いに同じ平面上に配置される。

他の実施形態によれば、生体電極１００は第２絶縁層（図示せず）をさらに含み、第１ガード部１２０及び第２ガード部１２５はプレート１０５と第２絶縁層との間に配置される。
第１ガード部１２０及び第２ガード部１２５は導電性物質を含み、プリアンプ１３０と電気的に接続される。

シールド１３５は、第１電極１１０と第２電極１１５との間で測定された生体信号への外部ノイズの流入を低減させ得る。
シールド１３５は、第１電極１１０、第２電極１１５、及び生体電極１００に含まれた信号線（１６０、１７０）の内の少なくとも１つへの外部ノイズの流入を低減させ得る。

信号線１６０は、第１ガード部１２０とプリアンプ１３０を接続する信号線、及び第２ガード部１２５とプリアンプ１３０を接続する信号線を含み得る。
信号線１７０は、第１電極１１０とプリアンプ１３０を接続する信号線及び第２電極１１５とプリアンプ１３０を接続する信号線を含み得る。
シールド１３５は一次的に外部ノイズが生体電極１００内に流入することを防止し、第１ガード部１２０及び第２ガード部１２５は二次的に外部ノイズが生体信号に流入することを防止する。
シールド１３５及びガード部を用いて外部ノイズの流入を二重遮断することで、より高品質の生体信号を取得できる。

シールド１３５は、第１ガード部１２０、第２ガード部１２５、及びプリアンプ１３０の外側に備えられ得る。
シールド１３５は導電性物質を含み、接地電圧（ｇｒｏｕｎｄ）に接続される。
シールド１３５は、第１ガード部１２０及び第２ガード部１２５と電気的に分離し、プレート１０５と空気層を形成してもよい。
一実施形態によれば、シールド１３５は、プレート１０５の上面に位置する支持部材（図示せず）を用いて支持されてもよい。

プリアンプ１３０は、第１電極１１０と第２電極１１５との間で測定された生体信号に基づいて電圧信号を出力する。
プリアンプ１３０は、第１電極１１０と第２電極１１５との間で測定された生体信号を増幅するため、又はインピーダンス変換のために用いる。
プリアンプ１３０は、直接的な接触なしで変位電流を用いて入力される微細な大きさの生体信号を増幅して電圧信号に変換する。
プリアンプ１３０は、ユーザの皮膚に電気的に直接接触しない非接触方式で測定された微細な大きさの生体信号を高い利得の電圧信号に変換するため高い入力インピーダンスを有する。

例えば、生体電極１００を用いて非接触方式で筋電図信号を測定する場合、衣服１５０は数十メガオーム（ｍｅｇａ ｏｈｍ）から数百メガオームの間のインピーダンスを有し、筋電図信号は大きさの小さい信号であるため、生体電極１００は高い入力インピーダンスを有しなければ、生体信号を正常に取得することができない。
プリアンプ１３０は、非接触方式で測定された生体信号を正常に取得するため、生体電極１００に高い入力インピーダンスを提供することができる。
プリアンプ１３０は、プリアンプ１３０の外側に備えられるシールド１３５によって遮蔽され得る。

図２は、本発明の一実施形態に係る生体電極２００を用いて生体信号が測定される動作を説明するための図である。
生体電極２００はユーザの身体２４０に電気的に直接接触することなく、非接触方式でユーザの生体信号を測定する。生体電極２００は、ユーザが衣服２５０を着用している状態でもユーザの身体２４０表面の電位変化による変位電流を測定することによって、ユーザの身体の生体信号を測定することができる。

生体電極２００は、プレート２０５の垂直方向の一側で互いに離隔して配置された第１電極２１０、及び第２電極２１５、プレート２０５の垂直方向の他側で互いに離隔して配置された第１ガード部２２０、及び第２ガード部２２５、プリアンプ２３０、及びプリアンプ２３０の外側に配置してプリアンプ２３０を遮蔽するシールド２３５を含む。
シールド２３５は、プリアンプ２３０だけではなく、第１ガード部２２０及び第２ガード部２２５を遮蔽し、外部ノイズの流入を低減させ得る。第１ガード部２２０及び第２ガード部２２５は、さらに外部ノイズの流入を低減し、寄生容量の影響を低減させ得る。

第１電極２１０と第２電極２１５との間で測定された生体信号はプリアンプ２３０に伝えられ、プリアンプ２３０は、高い入力インピーダンスに基づいて微細な大きさの生体信号を高い利得を有する電圧信号に変換する。
プリアンプ２３０は、第１ガード部２２０及び第２ガード部２２５から伝えられた信号と、第１電極２１０及び第２電極２１５から伝えられた信号との差動入力に基づいてノイズの低減した生体信号を出力する。
シールド２３５は、接地電圧に接続され、第１ガード部２２０及び第２ガード部２２５と電気的に分離される。
プリアンプ２３０は、第１電極２１０と第２電極２１５との間で測定された生体信号を増幅して出力する。

図３〜図６は、本発明の他の実施形態に係る生体電極の一例を示す概略断面図である。
図３〜図６では、生体信号を測定する電極が表面に現れない構造を有する生体電極を図示している。

図３を参照すると、生体電極３００は、プレート３０５、第１電極３１０、第２電極３１５、第１ガード部３２０、第２ガード部３２５、プリアンプ３３０、及びシールド３３５を含む。
第１電極３１０及び第２電極３１５は、プレート３０５の垂直方向の一側として、プレート３０５の内部レイヤに配置される。
第１電極３１０及び第２電極３１５は、プレート３０５の内部下方に挿入された形態に配置される。
第１電極３１０及び第２電極３１５は、同じ平面上で互いに離隔して配置される。

第１ガード部３２０及び第２ガード部３２５はプレート３０５の垂直方向の他側として、プレート３０５の内部レイヤに配置される。
第１ガード部３２０及び第２ガード部３２５は、プレート３０５の内部上方に挿入された形態に配置される。
第１ガード部３２０及び第２ガード部３２５は同じ平面上で互いに離隔して配置される。
第１電極３１０と第１ガード部３２０は垂直方向に互いに離隔して配置され、第２電極３１５と第２ガード部３２５は垂直方向に互いに離隔して配置される。

図４を参照すると、生体電極４００は、プレート４０５、第１電極４１０、第２電極４１５、第１ガード部４２０、第２ガード部４２５、プリアンプ４３０、シールド４３５、及び第１絶縁層４４０を含む。
第１電極４１０及び第２電極４１５はプレート４０５の垂直方向の一側として、プレート４０５の下面に配置される。
第１電極４１０及び第２電極４１５は、プレート４０５と第１絶縁層４４０の間に配置される。
第１電極４１０及び第２電極４１５の一端はプレート４０５に接触し、他端は第１絶縁層４４０に接触する。
第１ガード部４２０及び第２ガード部４２５は、プレート４０５の垂直方向の他側として、プレート４０５の内部レイヤに配置される。第１ガード部４２０及び第２ガード部４２５は、プレート４０５の内部上方に挿入した形態で配置してもよい。

図５を参照すると、生体電極５００は、プレート５０５、第１電極５１０、第２電極５１５、第１ガード部５２０、第２ガード部５２５、プリアンプ５３０、シールド５３５、及び第２絶縁層５４０を含む。
第１電極５１０及び第２電極５１５はプレート５０５の垂直方向の一側として、プレート５０５の内部レイヤに配置される。
第１電極５１０及び第２電極５１５は、プレート５０５の内部下方に挿入された形態に配置してもよい。
第１ガード部５２０及び第２ガード部５２５はプレート５０５の垂直方向の他側として、プレート５０５の上面に配置される。
第１ガード部５２０及び第２ガード部５２５は、第２絶縁層５４０とプレート５０５との間に配置される。
第１ガード部５２０及び第２ガード部５２５の一端はプレート５０５に接触し、他端は第２絶縁層５４０に接触する。
第１ガード部５２０及び第２ガード部５２５は、同じ平面上で互いに離隔して配置される。

図６を参照すると、生体電極６００は、プレート６０５、第１電極６１０、第２電極６１５、第１ガード部６２０、第２ガード部６２５、プリアンプ６３０、シールド６３５、第１絶縁層６４０、及び第２絶縁層６４５を含む。
第１電極６１０及び第２電極６１５はプレート６０５の垂直方向の一側に、つまりプレート６０５の下面に配置される。
第１電極６１０及び第２電極６１５は、プレート６０５と第１絶縁層６４０との間に配置される。
第１電極６１０及び第２電極６１５の一端（上端）はプレート６０５に接触し、他端（下端）は第１絶縁層６４０に接触する。
第１電極６１０及び第２電極６１５は、同じ平面上で互いに離隔して配置される。

第１ガード部６２０及び第２ガード部６２５は、プレート６０５の垂直方向の他側に、つまりプレート６０５の上面に配置される。
第１ガード部６２０及び第２ガード部６２５は、第２絶縁層６４５とプレート６０５との間に配置される。
第１ガード部６２０及び第２ガード部６２５の一端（下端）はプレート６０５に接触し、他端（上端）は第２絶縁層６４５に接触する。
第１ガード部６２０及び第２ガード部６２５は、同じ平面上で互いに離隔して配置される。

図７は、本発明の一実施形態に係る生体信号処理装置７００の概略構成とその動作を説明するためのブロック図である。
生体信号処理装置７００は、生体電極７１０を用いて測定された生体信号を増幅して出力する。

本実施形態によると、生体信号処理装置７００は、時計、手袋、衣類、帽子、メガネ、又は、履き物などの形態を有するウェアラブルデバイス（ｗｅａｒａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）に含まれて動作してもよい。
生体信号処理装置７００は、生体信号をウェアラブルデバイスが処理するために適した生体データに変換し、生体データをウェアラブルデバイスに伝達する。ウェアラブルデバイスは、生体信号処理装置７００から受信した生体データに基づいてユーザの身体状態、健康状態、心理状態などの把握、ユーザが行ったジェスチャー動作などの決定をし得る。

例えば、ユーザの身体から測定された筋電図信号に基づいて、ユーザが行ったジェスチャー動作を決定し得る。
生体電極７１０は、ユーザの身体から筋電図信号を測定し、生体信号処理装置７００は筋電図信号を増幅した後、デジタル信号に変換する。
デジタル信号に変換された筋電図信号は、ウェアラブルデバイスに伝えられ、ウェアラブルデバイスは、受信したデジタル信号に基づいてユーザが行ったジェスチャー動作を決定する。

図７を参照すると、生体信号処理装置７００は、生体電極７１０及び生体信号処理部７２０を含む。
生体電極７１０はユーザの身体に電気的に直接接触することなく、生体信号を測定することができる。生体電極７１０は、プレートの垂直方向の一側で互いに離隔して配置される第１電極及び第２電極を含む。また、生体電極７１０は、プレートの垂直方向の他側で互いに離隔して配置される第１ガード部及び第２ガード部を含む。

第１ガード部は第１電極に垂直方向にオーバラップするように配置され、第２ガード部は第２電極に垂直方向にオーバラップするように配置される。
生体電極７１０は、複数の電極の間で測定された微細な大きさの生体信号を高い入力インピーダンスに基づいて高い利得の電圧信号に変換するプリアンプを含んでもよい。
生体電極７１０は、第１、第２ガード部と電気的に分離し、第１、第２ガード部の外側に備えられるシールドを含んでもよい。

生体信号処理部７２０は、フィルタリング部７３０及び増幅部７４０を含む。
フィルタリング部７３０は、生体電極７１０から出力された生体信号をフィルタリングする。
フィルタリング部７３０は、高域通過フィルタ（ｈｉｇｈ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）回路、バンドストップフィルタ（ｂａｎｄ ｓｔｏｐ ｆｉｌｔｅｒ）回路、及び低域通過フィルタ（ｌｏｗ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）回路を含んでもよい。
高域通過フィルタ回路は生体電極７１０のプリアンプの出力端と接続し、バンドストップフィルタ回路は高域通過フィルタ回路の出力端と接続する。低域通過フィルタ回路はバンドストップフィルタ回路の出力端と接続し、増幅部７４０は低域通過フィルタ回路の出力端と接続する。

一実施形態によると、高域通過フィルタ回路は、変位電流によって入力される生体信号による残留偏差の変化をフィルタリングする。
バンドストップフィルタ回路は、高域通過フィルタ回路から出力された生体信号のうち６０Ｈｚ周波数帯域の共通モードノイズ（ｃｏｍｍｏｎ ｍｏｄｅ ｎｏｉｓｅ）をフィルタリングする。
低域通過フィルタ回路は、バンドストップフィルタ回路から出力された生体信号のうち１００Ｈｚ以下の周波数帯域信号を出力する。

増幅部７４０は、フィルタリング部７３０によってフィルタリングされた生体信号を増幅する。
増幅部７４０は、計測増幅器であってもよく、フィルタリング部７３０から出力された生体信号を一定の利得に基づいて増幅してもよい。

生体信号処理装置７００は、信号変換部７５０及びインタフェース部７６０をさらに含んでもよい。
信号変換部７５０は、生体信号処理部７２０によってフィルタリングされ、増幅された生体信号をデジタル信号に変換する。
インタフェース部７６０は、デジタル信号に変換された生体信号を外部に送信する。

図８は、本発明の他の実施形態に係る生体信号処理装置８００の概略構成とその動作を説明するためのブロック図である。
生体信号処理装置８００は、生体電極８１０から測定された生体信号に基づいて外部デバイス８３０を制御するための制御信号を生成し、生成された制御信号を外部デバイス８３０に送信する。制御信号を受信した外部デバイス８３０は、制御信号に対応する所定の制御動作を行う。
生体信号処理装置８００は、ウェアラブルデバイスに含まれて動作し得る。

図８を参照すると、生体信号処理装置８００は、生体電極８１０及び制御信号生成部８２０を含む。
生体電極８１０は、ユーザの身体に電気的に接触することなく、プレートの垂直方向の一側で互いに離隔して配置された複数の電極を用いて生体信号を測定する。
生体電極８１０は、プレートの垂直方向の他側で互いに離隔して配置される複数のガード部を含む。
生体電極８１０は、電極の間で測定された生体信号に基づいて電圧信号を出力するプリアンプ及びプレートの外側に備えられたシールドを含んでもよい。

制御信号生成部８２０は、生体電極８１０から出力された生体信号に基づいて外部デバイス８３０を制御するための制御信号を生成する。
例えば、外部デバイス８３０は、モバイルデバイス、パーソナルコンピュータ、又は、マルチメディアデバイスなどが含まれ得る。
制御信号生成部８２０は、生体信号の波形、周波数特性、又は、レベルなどを分析し、生体信号に対応する制御動作を決定する。
制御信号生成部８２０は、決定された制御動作を行うための制御信号を生成する。
制御信号生成部８２０から生成された制御信号は外部デバイス８３０に送信され、外部デバイス８３０は、生体信号処理装置８００から受信した制御信号に基づく動作を行う。

図９は、本発明に係る生体信号処理装置９２０がウェアラブルデバイス９１０に含まれて動作する一例を説明するための図である。
生体信号処理装置９２０は、ウェアラブルデバイス９１０に含まれて動作する。
生体信号処理装置９２０はユーザ９３０の筋電図信号を測定し、測定された筋電図信号に基づいて制御信号を生成する。

例えば、ユーザ９３０は、生体信号処理装置９２０を含む腕時計状のウェアラブルデバイス９１０を着用した状態で、特定ジェスチャーの動作を取ることによって外部デバイス９４０を当該ジェスチャーに対応する動作が行われるように制御する。
生体信号処理装置９２０は、ユーザが当該ジェスチャーを取る過程で発生した筋電図信号の変化を測定し、測定された筋電図信号を分析する。
生体信号処理装置９２０は、ユーザ９３０が取ったジェスチャー動作に対応する制御動作を決定した後、決定された制御動作を行うための制御信号を生成する。

ウェアラブルデバイス９１０は、生体信号処理装置９２０によって生成された制御信号に基づいて様々なインタフェースを実行し得る。
ウェアラブルデバイス９１０は、生体信号処理装置９２０によって決定された制御動作に関する内容をウェアラブルデバイス９１０の表示画面に表示したり、サウンドを用いて出力してもよい。
制御動作に対するユーザ入力を受信したり筋電図信号に対応する制御動作が決定された場合、ウェアラブルデバイス９１０は、生成された制御信号を外部デバイス９４０に送信する。
制御信号によってウェアラブルデバイス９１０と通信する外部デバイス９４０の動作が制御される。または、制御信号のタイプに応じて筋電図信号に基づいて生成された制御信号によってウェアラブルデバイス９１０が制御されてもよい。

一実施形態によると、ユーザ９３０が腕時計タイプのウェアラブルデバイス９１０を着用した状態で、手を上下にするジェスチャー動作を行う場合、生体信号処理装置９２０は手首筋肉の筋電図信号の変化を測定し、測定された筋電図信号に基づいて制御信号を生成する。
生体信号処理装置９２０は測定された筋電図信号をフィルタリングし、増幅し、又は、デジタル信号に変換し得る。
生体信号処理装置９２０は、筋電図信号を分析して筋電図信号に対応する制御動作を決定する。筋電図信号のタイプに応じる制御動作は予め決定されて格納されてもよい。

生体信号処理装置９２０は、筋電図信号を分析してユーザ９３０が手を上下にするジェスチャー動作を行ったと判断し、当該ジェスチャー動作に対応する制御動作を行うための制御信号を生成する。
生成された制御信号は外部デバイス９４０に送信され、外部デバイス９４０は制御信号による制御動作を行う。
例えば、ユーザ９３０が手を上下にするジェスチャー動作に対応する制御信号によって外部デバイス９４０のスクロール９５０が制御され、外部デバイス９４０のディスプレイに表示された画面（又はコンテンツ）が上方の方向に移動する。
他の例として、ユーザ９３０が手を上下にするジェスチャー動作に対応する制御信号によって外部デバイス９４０のディスプレイに表示されたコンテンツが制御され、コンテンツが画面の下方へ移動するインタフェース動作が実現され得る。

図１０は、本発明の一実施形態に係る生体信号処理方法の動作を説明するためのフローチャートである。
ステップＳ１０１０において、生体電極がユーザの身体に配置される。
例えば、ユーザが衣服を着用した状態で生体電極がユーザの手首又は腕などに付着して
もよい。

生体電極はプレートの垂直方向の一側で互いに離隔して配置される複数の電極、及びプレートの垂直方向の他側で互いに離隔して配置される複数のガード部を含む。
生体電極は、高い入力インピーダンスに基づいて複数の電極の間で測定された微細な大きさの生体信号を電圧信号に変換するためのプリアンプを含んでもよい。
生体電極はガード部と電気的に分離し、プリアンプの外側に備えられたシールドをさらに含んでもよい。

ステップＳ１０２０において、生体信号処理装置は、生体電極内の複数の電極で測定された生体信号をフィルタリングして増幅する。
例えば、生体信号処理装置は、生体信号による残留偏差の変化をフィルタリングし、生体信号のうち６０Ｈｚ周波数帯域の共通モードノイズをフィルタリングした後、生体信号処理装置は、生体信号のうち１００Ｈｚ以下の周波数帯域信号を出力する。
生体信号処理装置は、増幅器を用いてフィルタリングが行われた生体信号を増幅してもよい。
生体信号処理装置は、増幅された信号をデジタル信号に変換して出力してもよい。

生体信号処理装置は、ステップＳ１０３０を選択的に行ってもよい。
ステップＳ１０３０において、生体信号処理装置はステップＳ１０２０で増幅された生体信号に基づいて外部デバイスを制御するための制御信号を生成する。
生体信号処理装置は、生体信号の波形、周波数、又は、レベルなどに基づいて生体信号に対応する制御動作を決定し、決定された制御動作を行うための制御信号を生成する。

生体信号処理装置は、ステップＳ１０４０を選択的に行ってもよい。
ステップＳ１０４０において、生体信号処理装置はステップＳ１０３０で生成された制御信号を外部デバイスに選択的に送信する。
制御信号を受信した外部デバイスは、制御信号による制御動作を行う。

以上で説明した実施形態は、ハードウェア構成要素、ソフトウェア構成要素、及び／又はハードウェア構成要素及びソフトウェア構成要素の組み合わせで実現してもよい。
例えば、プロセッサ、コントローラ、ＡＬＵ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｌｏｇｉｃ ｕｎｉｔ）、デジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロコンピュータ、ＦＰＡ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ａｒｒａｙ）、ＰＬＵ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサー、又は、命令（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を実行して応答できる異なる装置のように、１つ以上の汎用コンピュータ又は特殊目的のコンピュータを用いて実現されてもよい。

処理装置は、オペレーションシステム（ＯＳ）及びオペレーションシステム上で行われる１つ以上のソフトウェアアプリケーションを行ってもよい。
また、処理装置は、ソフトウェアの実行に応答してデータをアクセス、格納、操作、処理及び生成してもよい。
理解の便宜のために、処理装置は１つ使用されるものと説明する場合もあり得るが、当該の技術分野で通常の知識を有する者は、処理装置が複数の処理要素（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）及び／又は複数類型の処理要素を含んでいることが分かる。例えば、処理装置は、複数のプロセッサまたは１つのプロセッサ及び１つのコントローラを含んでもよい。また、並列プロセッサ（ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）のような、他の処理構成も可能である。

ソフトウェアは、コンピュータプログラム、コード、命令、又はこのうちの１つ以上の組み合わせを含んでもよく、所望する通りに動作するよう処理装置を構成したり独立的、又は結合的に処理装置を命令してもよい。
ソフトウェア及び／又はデータは、処理装置によって解釈されたり処理装置に命令又はデータを提供するためどのような類型の機械、構成要素、物理的装置、仮想装置、コンピュータ格納媒体又は装置、送信される信号波に永久的又は一時的に具体化できる。
ソフトウェアは、ネットワークに接続されたコンピュータシステム上に分散し、分散された方法で格納されたり実行されてもよい。ソフトウェア及びデータは１つ以上のコンピュータで読み出し可能な記録媒体に格納されてもよい。

上述の実施形態に係る方法は、多様なコンピュータ手段を介して様々な処理を実行することができるプログラム命令の形態で実現され、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録されてもよい。
コンピュータ読取可能な記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などのうち１つ又はその組み合わせを含んでもよい。記録媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり、使用可能なものであってもよい。

コンピュータ読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、光ディスクのような光磁気媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれ得る。
プログラム命令の例には、コンパイラによって作られるような機械語コードだけでなく、インタープリタなどを用いてコンピュータによって実行できる高級言語コードが含まれる。前記したハードウェア装置は、本発明の動作を行うために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成されてもよく、その逆も同様である。

尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

１００、２００、３００、４００、５００、６００、７１０、８１０ 生体電極
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５ プレート
１１０、１１５、２１０、２１５、３１０、３１５、４１０、４１５、５１０、５１５、６１０、６１５ （第１、第２）電極
１２０、１２５、２２０、２２５、３２０、３２５、４２０、４２５、５２０、５２５、６２０、６２５ （第１、第２）ガード部
１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０ プリアンプ
１３５、２３５、３３５、４３５、５３５、６３５ シールド
１４０、２４０ ユーザの身体
１５０、２５０ 衣服
１６０、１７０ 信号線
４４０、６４０ 第１絶縁層
６４５ 第２絶縁層
７００、８００、９２０ 生体信号処理装置
７２０ 生体信号処理部
７３０ フィルタリング部
７４０ 増幅部
７５０ 信号変換部
７６０ インタフェース部
８２０ 制御信号生成部
８３０、９４０ 外部デバイス

Claims (10)

1. 支持部材であるプレートと、
   前記プレートの垂直方向の一側に配置される第１電極と、
   前記一側で、前記第１電極と離隔して配置される第２電極と、
   前記プレートの垂直方向の他側に前記第１電極と垂直方向にオーバラップするように離隔して配置される第１ガード部と、
   前記他側で、前記第１ガード部と離隔し、前記第２電極と垂直方向にオーバラップするように離隔して配置される第２ガード部とを有し、
   前記第１電極と前記第２電極との間で測定された生体信号に基づいて電圧信号を出力するプリアンプをさらに有し、
   前記第１ガード部及び前記第２ガード部は導電性物質を含み、前記プリアンプと電気的に接続され、
   前記第１ガード部及び前記第２ガード部と電気的に分離し、前記第１ガード部、前記第２ガード部、及び前記プリアンプの外側に備えられるシールドをさらに有し、
   前記シールドは、導電性物質を含み、接地電圧に接続されることを特徴とする生体電極。
2. 前記第１ガード部、前記第２ガード部、及び前記シールドは、前記第１電極と前記第２電極との間で測定された生体信号への外部ノイズの流入を低減させることを特徴とする請求項１に記載の生体電極。
3. 前記第１電極及び前記第２電極は、前記プレートの内部下方に配置されるか、又は前記プレートと絶縁層との間に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体電極。
4. 前記第１電極及び前記第２電極は、ユーザの身体に電気的に直接接触することなく、ユーザの筋電図を測定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の生体電極。
5. 前記第１ガード部及び前記第２ガード部は、前記プレートの内部上方に配置されるか、又は前記プレートと絶縁層との間に配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の生体電極。
6. 前記シールドは、前記第１電極、前記第２電極、及び前記生体電極に含まれる信号線の内の少なくとも１つへの外部ノイズの流入を低減させることを特徴とする請求項１に記載の生体電極。
7. 前記シールドは、前記プレートとの間に空気層を形成することを特徴とする請求項１又は６に記載の生体電極。
8. ユーザの身体に電気的に直接接触することなく生体信号を測定する生体電極と、
   前記生体信号をフィルタリングし増幅する生体信号処理部とを有し、
   前記生体電極は、支持部材であるプレートと、
   前記プレートの垂直方向の一側に配置される第１電極と、
   前記一側で、前記第１電極と離隔して配置される第２電極と、
   前記プレートの垂直方向の他側に前記第１電極と垂直方向にオーバラップするように離隔して配置される第１ガード部と、
   前記他側で、前記第１ガード部と離隔し、前記第２電極と垂直方向にオーバラップするように離隔して配置される第２ガード部とを有し、
   前記第１電極と前記第２電極との間で測定された生体信号に基づいて電圧信号を出力するプリアンプをさらに有し、
   前記第１ガード部及び前記第２ガード部は導電性物質を含み、前記プリアンプと電気的に接続され、
   前記第１ガード部、前記第２ガード部、及び前記プリアンプの外側に備えられるシールドをさらに有し、
   前記シールドは、導電性物質を含み、接地電圧に接続されることを特徴とする生体信号処理装置。
9. 前記生体信号処理部でフィルタリングされ増幅されて出力された生体信号をデジタル信号に変換する信号変換部と、
   前記デジタル信号を外部に送信するインタフェース部とをさらに有することを特徴とする請求項８に記載の生体信号処理装置。
10. 前記生体信号処理装置は、ウェアラブルデバイスに含まれて動作することを特徴とする請求項８又は９に記載の生体信号処理装置。

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