JP7481775B1 - Smart Ring - Google Patents

Smart Ring Download PDF

Info

Publication number
JP7481775B1
JP7481775B1 JP2023204988A JP2023204988A JP7481775B1 JP 7481775 B1 JP7481775 B1 JP 7481775B1 JP 2023204988 A JP2023204988 A JP 2023204988A JP 2023204988 A JP2023204988 A JP 2023204988A JP 7481775 B1 JP7481775 B1 JP 7481775B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
unit
smart ring
sensor unit
power storage
storage unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2023204988A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
英之 岡田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Whitelab
Original Assignee
Whitelab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Whitelab filed Critical Whitelab
Priority to JP2023204988A priority Critical patent/JP7481775B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7481775B1 publication Critical patent/JP7481775B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)

Abstract

【課題】外部から給電をせずに持続的に動作させることが可能なスマートリングを、熱発電素子を用いて実現する。【解決手段】リング内周の少なくとも一部を構成しており装着者の指の皮膚に接触する接触部を介して体温が伝わり発電する熱発電素子と、前記熱発電素子が発電した電気を蓄える蓄電部と、前記装着者の身体活動に関する情報を取得するセンサ部と、前記センサ部が取得した情報を送信する送信部と、前記蓄電部に蓄えられる電気を用いて、前記センサ部および前記送信部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記蓄電部に蓄えられる電気量が所定値を超えたことを検知し、前記センサ部および前記送信部を動作させるスマートリング。【選択図】図1[Problem] To realize a smart ring that can operate continuously without external power supply by using a thermoelectric generating element. [Solution] A smart ring that includes a thermoelectric generating element that forms at least a part of the inner circumference of the ring and generates electricity when body heat is transmitted through a contact part that comes into contact with the skin of the wearer's finger, a power storage unit that stores the electricity generated by the thermoelectric generating element, a sensor unit that acquires information on the physical activity of the wearer, a transmission unit that transmits the information acquired by the sensor unit, and a control unit that controls the sensor unit and the transmission unit using the electricity stored in the power storage unit, and the control unit detects when the amount of electricity stored in the power storage unit exceeds a predetermined value and operates the sensor unit and the transmission unit. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、身体に装着して用い、通信機能を有する指輪型のスマートリングに関する。 The present invention relates to a finger-shaped smart ring that is worn on the body and has communication capabilities.

身体に装着して用い、装着者の体温や血中酸素濃度、体の動きなどを測定し、測定結果をスマートフォンなどに通信する各種のスマートデバイスが提案されている。たとえば、手首に装着する時計型のスマートウォッチとしては、多種の機能を有するものが提案されている。 Various smart devices have been proposed that are worn on the body to measure the wearer's body temperature, blood oxygen concentration, body movements, etc., and communicate the measurement results to a smartphone or other device. For example, wrist-worn smartwatches with a wide range of functions have been proposed.

一方、スマートウォッチなどのスマートデバイスの課題として、外部からの給電が必要であることが挙げられる。商用電源や外部バッテリーなどに接続して充電している時間は、スマートデバイスを装着者から外す必要があったり、装着者の移動範囲を制限したりする問題がある。このような課題を解決する方法の一つとして、装着者の熱や装着者の動きによって発電する発電部を有する指輪型健康状態モニタリングデバイスが提案されている(特許文献1、2参照)。 On the other hand, one issue with smart devices such as smartwatches is that they require an external power supply. When the smart device is connected to a commercial power source or an external battery to charge, the wearer must remove the smart device from the wearer, and this limits the wearer's range of movement. As one method of solving this issue, a ring-type health monitoring device has been proposed that has a power generation unit that generates electricity using the wearer's heat or movement (see Patent Documents 1 and 2).

国際公開第2016/123216号公報International Publication No. 2016/123216 国際公開第2016/123206号公報International Publication No. 2016/123206 特許第6803076号明細書Patent No. 6803076

しかしながら、指輪型のスマートリングのような小型のデバイスに搭載する発電部で発電可能な発電量には限りがある。そのため、従来の指輪型のスマートリングでは、各部の制御や通信等に必要な電気エネルギーが発電量に対して大きすぎ、外部から給電をせずに持続的に動作させることが難しいという課題を有する。 However, there is a limit to the amount of power that can be generated by the power generation unit installed in a small device such as a ring-type smart ring. As a result, conventional ring-type smart rings have an issue in that the electrical energy required for control and communication of each part is too large compared to the amount of power generated, making it difficult to operate continuously without an external power supply.

そこで、本発明は、外部から給電をせずに持続的に動作させることが可能なスマートリングを、熱発電素子を用いて実現する技術に関する。 Therefore, this invention relates to a technology that uses a thermoelectric generator to create a smart ring that can operate continuously without external power supply.

本発明に係るスマートリングは、
リング内周の少なくとも一部を構成しており装着者の指の皮膚に接触する接触部を介して体温が伝わり発電する熱発電素子と、
前記熱発電素子が発電した電気を蓄える蓄電部と、
前記装着者の身体活動に関する情報を取得するセンサ部と、
前記センサ部が取得した情報を送信する送信部と、
前記蓄電部に蓄えられる電気を用いて、前記センサ部および前記送信部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記蓄電部に蓄えられる電気量が所定値を超えたことを検知し、前記センサ部および前記送信部を動作させる。
The smart ring according to the present invention comprises:
a thermoelectric generating element that forms at least a part of the inner circumference of the ring and generates electricity when body heat is transmitted through a contact portion that contacts the skin of the wearer's finger;
a power storage unit that stores electricity generated by the thermoelectric element;
A sensor unit that acquires information regarding the wearer's physical activity;
A transmission unit that transmits information acquired by the sensor unit;
A control unit that controls the sensor unit and the transmission unit using electricity stored in the power storage unit,
The control unit detects that the amount of electricity stored in the power storage unit has exceeded a predetermined value, and operates the sensor unit and the transmission unit.

本発明に係るスマートリングは、接触部を介して体温が伝わり発電する熱発電素子を有しており、熱源である体温はほぼ一定であり、指輪型であるため皮膚と接触部との接触面積もほぼ変動せず、かつ、常時装着していても邪魔にならない。そのため、このようなスマートリングでは、継続的かつ安定的な発電が可能である。また、スマートリングの制御部は、蓄電部に蓄える電気量が所定値を超えたことを検知してセンサ部や送信部を動作させる。このようなスマートリングでは、センサ部や送信部の動作時以外は、制御部、通信部およびセンサ部の動作について、制御部が蓄電部の電気量を検知できれば足りるため、各部の制御や通信等に必要な電気エネルギーを低減し、外部から給電をせずに持続的に動作することが可能である。 The smart ring of the present invention has a thermoelectric generating element that generates electricity when body heat is transmitted through the contact part, and body heat, which is the heat source, is almost constant, and because it is ring-shaped, the contact area between the skin and the contact part does not change much, and it does not get in the way even if it is worn all the time. Therefore, such a smart ring is capable of continuous and stable power generation. In addition, the control unit of the smart ring detects that the amount of electricity stored in the power storage unit exceeds a predetermined value and operates the sensor unit and transmission unit. In such a smart ring, except when the sensor unit and transmission unit are operating, it is sufficient for the control unit to detect the amount of electricity in the power storage unit for the operation of the control unit, communication unit, and sensor unit, so that the electrical energy required for control and communication of each unit can be reduced and it is possible to operate continuously without external power supply.

また、たとえば、前記送信部は、情報の送信のみを行い、受信を行わないものであってもよい。 Also, for example, the transmission unit may only transmit information and not receive it.

スマートリング等に備えられる送信部としては、受信部を兼ねるものを採用することも考えられるが、情報の送信のみを行い、受信を行わないものとすることにより、回路構成をシンプルにして小型化・低消費電力化することができる。また、送信機能のみを行うことにより、このような送信部を用いるスマートリングは、受信待機時の電力消費がなく、また、受信待機のON・OFFを切り換えるスイッチも必要ないため、動作に必要な電気エネルギーを低減できる。 The transmitter in a smart ring or the like could conceivably double as a receiver, but by only transmitting information and not receiving it, the circuit configuration can be simplified, making it smaller and less power-consuming. Also, by only performing the transmission function, a smart ring using such a transmitter does not consume power when waiting to receive, and does not require a switch to turn reception waiting on and off, reducing the electrical energy required for operation.

また、たとえば、前記制御部は、前記センサ部および前記送信部を動作させたのち、前記蓄電部に蓄えられる電気量が所定値を超えたことを検知するまでの間、前記センサ部および前記送信部に給電しないものであってもよい。 In addition, for example, after the control unit operates the sensor unit and the transmission unit, the control unit may not supply power to the sensor unit and the transmission unit until it detects that the amount of electricity stored in the power storage unit has exceeded a predetermined value.

このような制御部を有するスマートリングは、センサ部や送信部の動作時以外の電力消費を低減し、外部から給電をせずに持続的に動作することが可能である。 A smart ring with such a control unit can reduce power consumption except when the sensor and transmission units are in operation, and can operate continuously without external power supply.

また、たとえば、前記蓄電部はコンデンサであってもよい。 Also, for example, the power storage unit may be a capacitor.

蓄電部を、電解コンデンサ、セラミックコンデンサ、電気二重層キャパシタなどのコンデンサとすることは、化学変化による充電式電池を用いる場合にくらべて、スマートリング全体としての小型化・省電力化に関して有利である。 Using a capacitor such as an electrolytic capacitor, ceramic capacitor, or electric double layer capacitor as the power storage unit is advantageous in terms of making the smart ring smaller and more energy efficient as a whole, compared to using a rechargeable battery that uses chemical changes.

また、たとえば、前記制御部は、前記蓄電部に蓄える電気量が、前記センサ部による情報の取得および前記送信部による情報の送信を含む一連の動作を行うことができる第1の値を超えたことを検知し、前記センサ部および前記送信部に前記一連の動作を行わせるものであってもよい。 Also, for example, the control unit may detect that the amount of electricity stored in the power storage unit exceeds a first value that allows a series of operations including the acquisition of information by the sensor unit and the transmission of information by the transmission unit to be performed, and cause the sensor unit and the transmission unit to perform the series of operations.

制御部が、電気量が第1の値を超えたことを検知して一連の動作を行わせることにより、スマートリング内に情報を記憶しておく必要がないため、小型化・省電力化に関して有利である。また、制御部による検知および制御を、センサ部と送信部とをまとめて行うことにより、制御部の構成をシンプルにすることができる。 By having the control unit detect that the amount of electricity has exceeded the first value and perform a series of operations, there is no need to store information within the smart ring, which is advantageous in terms of miniaturization and power saving. In addition, by having the control unit perform detection and control of the sensor unit and transmission unit together, the configuration of the control unit can be simplified.

また、たとえば、前記センサ部は、体温を測定する体温センサ部と、体の動きを測定する体動センサ部と、血中酸素飽和度を測定するSpOセンサ部との少なくとも一つを有してもよい。 Also, for example, the sensor unit may have at least one of a body temperature sensor unit that measures body temperature, a body movement sensor unit that measures body movement, and an SpO2 sensor unit that measures blood oxygen saturation.

スマートリングが有するセンサ部としては、特に限定されないが、体温センサ部や体動センサ部やSpOセンサ部が、指輪型のスマートリングに搭載するセンサ部として好適である。 The sensor unit of the smart ring is not particularly limited, but a body temperature sensor unit, a body movement sensor unit, and an SpO2 sensor unit are suitable as sensor units to be mounted on a finger ring-shaped smart ring.

また、たとえば、前記熱発電素子が発電し前記蓄電部が蓄える電気を所定の電圧値に変換する電圧変換部を有し、前記電圧変換部は、第1の電圧を出力する第1電圧変換部と、第1の電圧より低い第2の電圧を出力する第2電圧変換部と、を有してもよい。 For example, the device may have a voltage conversion unit that converts the electricity generated by the thermoelectric generating element and stored in the power storage unit into a predetermined voltage value, and the voltage conversion unit may have a first voltage conversion unit that outputs a first voltage and a second voltage conversion unit that outputs a second voltage lower than the first voltage.

このようなスマートリングでは、高い電圧が必要な部分には第1の電力を供給して動作させるとともに、低い電圧で動作可能な部分については、第2の電圧を供給することで、消費電力を低減することができる。 In such a smart ring, power consumption can be reduced by supplying a first power to parts that require a high voltage and supplying a second voltage to parts that can operate at a lower voltage.

また、たとえば、前記制御部を構成する第1のICは、前記送信部を構成する第2のICとは別体であってもよい。 Also, for example, the first IC constituting the control unit may be separate from the second IC constituting the transmission unit.

送信部と制御部とを別のICとすることで、送信部および制御部をシンプルで小型の構成にしてリング状のケースに収納しやすくするとともに、発熱部分を分散することにより、安定した効率的な動作が可能である。また、制御部のICを独立させることで、送信部、センサ部および蓄電部を包括的に制御するものとして制御部を設計しやすい利点がある。 By making the transmitter and control unit separate ICs, the transmitter and control unit can be made simple and compact, making them easier to store in a ring-shaped case, and by dispersing the heat-generating parts, stable and efficient operation is possible. In addition, having a separate IC for the control unit has the advantage that it is easier to design the control unit as something that comprehensively controls the transmitter, sensor, and power storage units.

図1は、本発明の第1実施形態に係るスマートリングの外観図である。FIG. 1 is an external view of a smart ring according to a first embodiment of the present invention. 図2は、図1に示すスマートリングの分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the smart ring shown in FIG. 図3は、図1に示すスマートリングの概略構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the smart ring shown in FIG. 図4は、図1に示すスマートリングで採用する回路の一例を示す概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of a circuit employed in the smart ring shown in FIG. 図5は、蓄電部の電気量の時間変化を表す概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram showing a change in the amount of electricity in the power storage unit over time. 図6は、第2実施形態に係るスマートリングで採用する回路の一例を示す概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example of a circuit employed in the smart ring according to the second embodiment. 図7は、第1変形例に係るスマートリングを、リングの軸方向から見た模式的な外観図である。FIG. 7 is a schematic external view of a smart ring according to a first modified example, as viewed in the axial direction of the ring. 図8は、第2変形例に係るスマートリングにおけるリングの半径方向に沿う方向の断面を示す概略断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a cross section along the radial direction of a smart ring according to a second modified example. 図9は、第3変形例に係るスマートリングに用いる基板の断面構造を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a substrate used in a smart ring according to a third modified example.

図1は、本発明の第1実施形態に係るスマートリング10の外観図である。図1に示すように、スマートリング10は、円環状の外形状を有しており、たとえば、リング内周10aに、人の手のいずれかの指を通して装着して使用する。リングの内径は10.0~30.0mm程度、リングの幅(軸方向の長さ)は2.0~20mm程度、リングの厚み(半径方向の幅)は1.0~8.0mm程度である。 Figure 1 is an external view of a smart ring 10 according to a first embodiment of the present invention. As shown in Figure 1, the smart ring 10 has a circular outer shape, and is used by, for example, placing one of the fingers of a person's hand around the inner circumference 10a of the ring. The inner diameter of the ring is approximately 10.0 to 30.0 mm, the width of the ring (axial length) is approximately 2.0 to 20 mm, and the thickness of the ring (radial width) is approximately 1.0 to 8.0 mm.

図2は、図1に示すスマートリング10の分解斜視図である。スマートリング10は、外ケース12、基板14、熱発電素子20、内ケース18などを有する。スマートリング10の外ケース12は、円環をなすリング形状を有する。外ケース12は、外ケース12の内周側に基板14や熱発電素子20等を収納できるように、軸方向の両端に内径側へ突出する縁が形成されている。 Figure 2 is an exploded perspective view of the smart ring 10 shown in Figure 1. The smart ring 10 has an outer case 12, a substrate 14, a thermoelectric generating element 20, an inner case 18, etc. The outer case 12 of the smart ring 10 has a circular ring shape. The outer case 12 has edges that protrude toward the inner diameter side at both ends in the axial direction so that the substrate 14, the thermoelectric generating element 20, etc. can be stored on the inner circumference side of the outer case 12.

基板14は、フレキシブルプリント基板(FPC)や、リジット基板などで構成される。基板14には、後述する熱発電素子20が接続される他、蓄電部30、センサ部40としての体温センサ部41、制御部50、電圧変換部60などが実装されている。基板14は、表裏両面に実装可能であることが、小型化および各種ICを装着者の皮膚72(図3参照)側と、皮膚72側とは反対側の外ケース12側とに配置できる点などから好ましいが、特に限定されない。 The substrate 14 is composed of a flexible printed circuit board (FPC), a rigid substrate, or the like. In addition to the thermoelectric generating element 20 described below being connected to the substrate 14, the power storage unit 30, the body temperature sensor unit 41 as the sensor unit 40, the control unit 50, the voltage conversion unit 60, and the like are mounted on the substrate 14. It is preferable that the substrate 14 can be mounted on both the front and back sides, for reasons such as miniaturization and the ability to place various ICs on the wearer's skin 72 (see FIG. 3) side and on the outer case 12 side opposite the skin 72 side, but this is not particularly limited.

熱発電素子20は、装着者の体温が伝わることにより発電する。熱発電素子20は、半導体の熱励起電荷を用いるもの(「半導体増感型熱利用発電」とも言う。)や、導体や半導体のゼーベック効果を利用したものなどが挙げられるが、特に限定されない。熱発電素子20は、装着者の指の皮膚72に接触する接触部22を介して熱が伝わり発電する。図1に示すように、接触部22はスマートリング10のリング内周10aの少なくとも一部を構成しており、装着者の指の皮膚72に接触する(図3参照)。接触部22は、たとえば、熱発電素子20の半導体等に効率的に熱を伝えられるように、熱伝導性のよい金属等で構成することができる。 The thermoelectric generating element 20 generates electricity by transmitting the body heat of the wearer. Examples of the thermoelectric generating element 20 include, but are not limited to, those that use thermally excited charges of semiconductors (also called "semiconductor-sensitized heat-utilizing power generation") and those that use the Seebeck effect of conductors and semiconductors. The thermoelectric generating element 20 generates electricity by transmitting heat through the contact portion 22 that contacts the skin 72 of the wearer's finger. As shown in FIG. 1, the contact portion 22 constitutes at least a part of the ring inner circumference 10a of the smart ring 10 and contacts the skin 72 of the wearer's finger (see FIG. 3). The contact portion 22 can be made of, for example, a metal with good thermal conductivity so that heat can be efficiently transmitted to the semiconductor of the thermoelectric generating element 20.

内ケース18は、Cリング状の外形状を有しており、スマートリング10のリング内周10aの少なくとも一部を構成する。内ケース18は、外ケース12との間に基板14を収納するとともに、リングの途切れ部分から接触部22を露出させる。また、内ケース18は、体温センサ部41の検出部41aを、スマートリング10のリング内周10aに露出させる貫通孔が形成されている。 The inner case 18 has a C-ring-like outer shape and constitutes at least a part of the ring inner circumference 10a of the smart ring 10. The inner case 18 houses the substrate 14 between itself and the outer case 12, and exposes the contact portion 22 from the discontinuous portion of the ring. The inner case 18 also has a through hole that exposes the detection portion 41a of the body temperature sensor portion 41 to the ring inner circumference 10a of the smart ring 10.

ただし、内ケース18としては、図2にしめすようなCリング状のもののみには限定されず、外ケース12と同様に円環状の外形状を有していてもよい。この場合、内ケース18自体が、熱発電素子20の接触部22であってもよく、このような態様も、接触部22の皮膚72との接触面積を広げる観点から好ましい。 However, the inner case 18 is not limited to a C-ring shape as shown in FIG. 2, and may have an annular outer shape similar to the outer case 12. In this case, the inner case 18 itself may be the contact portion 22 of the thermoelectric generating element 20, and such an embodiment is also preferable from the viewpoint of increasing the contact area of the contact portion 22 with the skin 72.

図3は、図1に示すスマートリング10の概略構成を示すブロック図である。また、図4は、図1に示すスマートリング10で採用する回路の一例を示す概念図である。図3に示すように、スマートリング10は、熱発電素子20が発電した電気を蓄える蓄電部30を有する。熱発電素子20が発電した電気は、蓄電部30に送られ、蓄電部30に溜められる。蓄電部30は、図2に示す基板14に実装されている。 Figure 3 is a block diagram showing the schematic configuration of the smart ring 10 shown in Figure 1. Also, Figure 4 is a conceptual diagram showing an example of a circuit used in the smart ring 10 shown in Figure 1. As shown in Figure 3, the smart ring 10 has a power storage unit 30 that stores electricity generated by the thermoelectric element 20. The electricity generated by the thermoelectric element 20 is sent to the power storage unit 30 and stored in the power storage unit 30. The power storage unit 30 is mounted on the substrate 14 shown in Figure 2.

図4に示す例では、蓄電部30はコンデンサであり、蓄電部30を、電解コンデンサ、セラミックコンデンサ、電気二重層キャパシタなどのコンデンサとすることは、スマートリング10の小型化・省電力化に関して有利である。ただし、蓄電部30としてはコンデンサのみには限定されず、化学変化による充電式電池を用いてもよい。 In the example shown in FIG. 4, the power storage unit 30 is a capacitor, and using a capacitor such as an electrolytic capacitor, a ceramic capacitor, or an electric double layer capacitor as the power storage unit 30 is advantageous in terms of miniaturizing and saving power of the smart ring 10. However, the power storage unit 30 is not limited to a capacitor, and a rechargeable battery that uses chemical changes may also be used.

また、図3には示されていないが、スマートリング10は、熱発電素子20で発電した電気を蓄電部30に溜める際や、蓄電部30で溜めた電気を制御部50等に送る際に、電気を所定電圧に変換するDCーDCコンバータなど(フライバックコンバータ76や電圧変換部60等参照)を有していてもよい。図4に示す例では、スマートリング10には、熱発電素子20と蓄電部30との間、より具体的には熱発電素子20と電圧変換部60との間に、フライバックコンバータ76が設けられている。フライバックコンバータ76は、熱発電素子20の発電した電気を所定の電圧まで昇圧して、電圧変換部60や蓄電部30に送ることができる。 Although not shown in FIG. 3, the smart ring 10 may have a DC-DC converter or the like (see flyback converter 76, voltage conversion unit 60, etc.) that converts electricity generated by the thermoelectric element 20 to a predetermined voltage when storing the electricity in the power storage unit 30 or when sending the electricity stored in the power storage unit 30 to the control unit 50, etc. In the example shown in FIG. 4, the smart ring 10 is provided with a flyback converter 76 between the thermoelectric element 20 and the power storage unit 30, more specifically, between the thermoelectric element 20 and the voltage conversion unit 60. The flyback converter 76 can boost the electricity generated by the thermoelectric element 20 to a predetermined voltage and send it to the voltage conversion unit 60 or the power storage unit 30.

また、図4に示す例では、スマートリング10には、熱発電素子20と蓄電部30との間、より具体的にはフライバックコンバータ76と蓄電部30との間に、電圧変換部60が設けられている。電圧変換部60は、熱発電素子20が発電し蓄電部30が蓄える電気を所定の電圧値に変換する。図4に示すように、電圧変換部60は、蓄電部30で溜まった電気を所定の電圧値(VSYS)に変換して出力する。電圧変換部60によって出力される所定の電圧値(VSYS)の電気は、制御部50や、送信部80や、体温センサ部41の動作に用いられる。 In the example shown in FIG. 4, the smart ring 10 is provided with a voltage conversion unit 60 between the thermoelectric generating element 20 and the power storage unit 30, more specifically, between the flyback converter 76 and the power storage unit 30. The voltage conversion unit 60 converts the electricity generated by the thermoelectric generating element 20 and stored in the power storage unit 30 to a predetermined voltage value. As shown in FIG. 4, the voltage conversion unit 60 converts the electricity stored in the power storage unit 30 to a predetermined voltage value (VSYS) and outputs it. The electricity of the predetermined voltage value (VSYS) output by the voltage conversion unit 60 is used for the operation of the control unit 50, the transmission unit 80, and the body temperature sensor unit 41.

図3に示すセンサ部40は、後述する制御部50からの制御を受けて動作し、スマートリング10の装着者の身体活動に関する情報78を取得する。制御部50は、たとえば、センサ部40へ給電することによりセンサ部40を動作させ、また、センサ部40への給電を停止することでセンサ部40を動作させないようにすることができる。 The sensor unit 40 shown in FIG. 3 operates under the control of the control unit 50 described below, and acquires information 78 regarding the physical activity of the wearer of the smart ring 10. The control unit 50 can, for example, operate the sensor unit 40 by supplying power to the sensor unit 40, and can also prevent the sensor unit 40 from operating by stopping the supply of power to the sensor unit 40.

図4に示す例では、センサ部40として装着者の体温を測定する体温センサ部41を有する。体温センサ部41は、たとえば、皮膚の表面温度を抵抗変化等により検出するサーミスタを有するものや、皮膚表面から生じる赤外線を集光して温度を検出するものなどが挙げられる。センサ部40は、制御部50から給電されると、装着者の体温に関する情報78を取得し、取得した情報78を直接または制御部50を介して送信部80に伝える。 In the example shown in FIG. 4, the sensor unit 40 has a body temperature sensor unit 41 that measures the body temperature of the wearer. The body temperature sensor unit 41 may, for example, have a thermistor that detects the surface temperature of the skin by resistance changes, or may detect the temperature by collecting infrared rays generated from the skin surface. When power is supplied from the control unit 50, the sensor unit 40 obtains information 78 relating to the body temperature of the wearer and transmits the obtained information 78 to the transmission unit 80 directly or via the control unit 50.

スマートリング10が有するセンサ部40としては、図4に示す体温センサ部41のみには限定されず、体の動きを測定する体動センサ部や、血中酸素飽和度を測定するSpOセンサ部など、装着者の身体活動に関する各種の情報を取得できるセンサを採用可能である(図6参照)。また、センサ部40は、装着者の身体活動に関する1種類の情報を取得するものであってもよいが、複数のセンサ部を組み合わせ、装着者の身体活動に関する複数種類の情報を取得可能であってもよい。 The sensor unit 40 of the smart ring 10 is not limited to the body temperature sensor unit 41 shown in Fig. 4, but may be a sensor capable of acquiring various types of information related to the physical activity of the wearer, such as a body movement sensor unit that measures body movement and an SpO2 sensor unit that measures blood oxygen saturation (see Fig. 6). The sensor unit 40 may acquire one type of information related to the physical activity of the wearer, or may be a combination of multiple sensor units that can acquire multiple types of information related to the physical activity of the wearer.

図3に示す送信部80は、後述する制御部50からの制御を受けて動作し、センサ部40が取得した情報78を送信する。送信部80は、たとえばBLEモジュール等で構成される。制御部50は、たとえば、送信部80へ給電することにより送信部80を動作させ、また、送信部80への給電を停止することで送信部80を動作させないようにすることができる。 The transmission unit 80 shown in FIG. 3 operates under the control of the control unit 50 described below, and transmits information 78 acquired by the sensor unit 40. The transmission unit 80 is, for example, composed of a BLE module or the like. The control unit 50 can, for example, operate the transmission unit 80 by supplying power to the transmission unit 80, and can also prevent the transmission unit 80 from operating by stopping the supply of power to the transmission unit 80.

送信部80は、たとえば、情報78の送信先である外部機器に対する所定の通信プロトコルを確立し、センサ部40が取得した情報78を所定の周波数帯の信号に変換し、外部機器に対して情報78を送信する。スマートリング10が情報78を送信する外部機器としては、たとえばスマートフォンのような携帯型情報端末や、パーソナルコンピュータや、スマートリング専用の受信端末などが挙げられるが、特に限定されない。また、送信部80としては、たとえばBluetooh(登録商標)等として規格化される2.4GHz帯で情報78を送信するものや、Wi-fi(登録商標)等として規格化される2.4GHz帯、5GHz帯、60GHz帯で情報78を送信するものが挙げられるが、特に限定されない。 The transmitting unit 80, for example, establishes a predetermined communication protocol for an external device to which the information 78 is to be transmitted, converts the information 78 acquired by the sensor unit 40 into a signal of a predetermined frequency band, and transmits the information 78 to the external device. Examples of external devices to which the smart ring 10 transmits the information 78 include, but are not limited to, portable information terminals such as smartphones, personal computers, and receiving terminals dedicated to smart rings. Examples of the transmitting unit 80 include, but are not limited to, those that transmit the information 78 in the 2.4 GHz band standardized as Bluetooth (registered trademark) or those that transmit the information 78 in the 2.4 GHz band, 5 GHz band, or 60 GHz band standardized as Wi-fi (registered trademark).

また、図2に示すように、制御部50を構成する第1のICと、送信部80を構成する第2のICとは別体となっており、基板14に対して個別に実装されている。すなわち、送信部80を制御する制御部50を、送信部80自体とは別体のICとしている。このような構成とすることで、送信部80および制御部50をシンプルで小型の構成にして、リング状のケースに収納しやすくするとともに、発熱部分を分散することにより、安定した効率的な動作が可能となる。また、制御部50のICをセンサ部40や送信部80から独立させることで、送信部80、センサ部40および蓄電部30を包括的かつ効率的に制御する制御部50を実現できる。 As shown in FIG. 2, the first IC constituting the control unit 50 and the second IC constituting the transmission unit 80 are separate and are mounted separately on the substrate 14. That is, the control unit 50 that controls the transmission unit 80 is an IC separate from the transmission unit 80 itself. This configuration allows the transmission unit 80 and the control unit 50 to have a simple and small configuration, making it easy to store in a ring-shaped case, and dispersing the heat-generating parts, enabling stable and efficient operation. Furthermore, by separating the IC of the control unit 50 from the sensor unit 40 and the transmission unit 80, a control unit 50 that comprehensively and efficiently controls the transmission unit 80, the sensor unit 40, and the power storage unit 30 can be realized.

また、送信部80は、情報74の送信のみを行い、送信部80およびスマートリング10の他の部分は、無線通信による情報の受信を行わないものであることが、スマートリング10の電力消費を低減し、持続的な動作を可能とする発電量を低減する観点から好ましい。ただし、送信部80は、情報の送受信機能を有していてもよい。なお、制御部50、送信部80およびセンサ部40は、モジュール化されていてもよい。 In addition, it is preferable that the transmitting unit 80 only transmits information 74, and that the transmitting unit 80 and other parts of the smart ring 10 do not receive information via wireless communication, from the viewpoint of reducing the power consumption of the smart ring 10 and reducing the amount of power generation that enables continuous operation. However, the transmitting unit 80 may have the function of transmitting and receiving information. Note that the control unit 50, the transmitting unit 80, and the sensor unit 40 may be modularized.

図3に示す制御部50は、蓄電部30に蓄えられる電気を用いて、センサ部40および送信部80を制御する。制御部50は、マイクロコントローラ等の制御回路で構成される。制御部50は、蓄電部30に蓄えられる電気量が所定値を超えたことを検知し、センサ部40および送信部80を動作させることができる。 The control unit 50 shown in FIG. 3 controls the sensor unit 40 and the transmission unit 80 using electricity stored in the power storage unit 30. The control unit 50 is composed of a control circuit such as a microcontroller. The control unit 50 can detect when the amount of electricity stored in the power storage unit 30 exceeds a predetermined value and operate the sensor unit 40 and the transmission unit 80.

図4に示すように、蓄電部30に蓄えられる電気は、電圧変換部60により所定の電圧値VSYSに変換され、制御部50、センサ部40(体温センサ部41)および送信部80に給電されるようになっている。ただし、センサ部40および送信部80への給電および給電停止の切り換えは、制御部50によって制御される。 As shown in FIG. 4, the electricity stored in the power storage unit 30 is converted to a predetermined voltage value VSYS by the voltage conversion unit 60 and supplied to the control unit 50, the sensor unit 40 (body temperature sensor unit 41), and the transmission unit 80. However, the control unit 50 controls the switching between supplying power to the sensor unit 40 and the transmission unit 80 and stopping the supply of power.

たとえば、制御部50は、センサ部40および送信部80を動作させたのち、蓄電部30に蓄えられる電気量が所定値を超えたことを検知するまでの間、センサ部40および送信部80に給電しないように制御することができる。図5は、スマートリング10における制御部50による制御の一例を表したものであり、蓄電部30が蓄える電気量の時間変化を示すグラフである。 For example, after operating the sensor unit 40 and the transmission unit 80, the control unit 50 can control the sensor unit 40 and the transmission unit 80 so as not to supply power to them until it detects that the amount of electricity stored in the power storage unit 30 has exceeded a predetermined value. Figure 5 shows an example of control by the control unit 50 in the smart ring 10, and is a graph showing the change over time in the amount of electricity stored in the power storage unit 30.

図5に示すt0~t1、t2~t3、t4~t5の間、図3に示す蓄電部30が蓄える電気量は、所定の値Q1を超えていない。この間、図4に示す制御部50は、センサ部40および送信部80への給電を停止しており、センサ部40の検知動作は行われず、送信部80による情報の送信も行われない。なお、制御部50は、図4に示す蓄電部30を構成するコンデンサの電圧(電位差)VSTRG等により、蓄電部30が蓄える電気量を検知することができる。 During the periods t0 to t1, t2 to t3, and t4 to t5 shown in FIG. 5, the amount of electricity stored in the power storage unit 30 shown in FIG. 3 does not exceed a predetermined value Q1. During this period, the control unit 50 shown in FIG. 4 stops supplying power to the sensor unit 40 and the transmission unit 80, so that the sensor unit 40 does not perform a detection operation, and the transmission unit 80 does not transmit information. The control unit 50 can detect the amount of electricity stored in the power storage unit 30 from the voltage (potential difference) VSTRG of the capacitor that constitutes the power storage unit 30 shown in FIG. 4, etc.

また、スマートリング10では、熱源である体温はほぼ一定であり、指輪であるため皮膚と接触部22との接触面積もほぼ変動しないので、熱発電素子20による単位時間当たりの発電量は略一定である。また、上述したように、スマートリング10での電力消費は、制御部50によって低く抑えられている。したがって、t0~t1、t2~t3、t4~t5の間、蓄電部30が蓄える電気量は、略一定のペースで増加する(蓄電時間)。 In addition, in the smart ring 10, body temperature, which is the heat source, is almost constant, and because it is a ring, the contact area between the skin and the contact portion 22 does not change much, so the amount of electricity generated per unit time by the thermoelectric element 20 is almost constant. Also, as described above, power consumption in the smart ring 10 is kept low by the control unit 50. Therefore, during the periods t0 to t1, t2 to t3, and t4 to t5, the amount of electricity stored in the power storage unit 30 increases at a nearly constant pace (power storage time).

次に、蓄電部30が蓄える電気量が増加して所定の値Q1を超えると、これを制御部50が、コンデンサの電圧VSTRGの変化から検知する(図5のt1、t3、t5)。蓄電部30が蓄える電気量が所定の値Q1を超えたことを検知した制御部50は、センサ部40および送信部80への給電を開始し、センサ部40に装着者の身体活動に関する情報を取得させ、さらに、取得した情報を送信部80に送信させる。 Next, when the amount of electricity stored in the power storage unit 30 increases and exceeds a predetermined value Q1, the control unit 50 detects this from a change in the capacitor voltage VSTRG (t1, t3, t5 in FIG. 5). When the control unit 50 detects that the amount of electricity stored in the power storage unit 30 has exceeded the predetermined value Q1, it starts supplying power to the sensor unit 40 and the transmission unit 80, causes the sensor unit 40 to acquire information regarding the wearer's physical activity, and further causes the transmission unit 80 to transmit the acquired information.

センサ部40による情報の取得および送信部80による情報の送信が終了すると、制御部50は、センサ部40および送信部80への給電を停止する(図5のt2、t4、t6)。センサ部40と送信部80が動作しているt1~t2、t3~t4、t5~t6の間、蓄電部30の電気量は、これらの動作により消費されて減少する(検出・送信時間)。 When the sensor unit 40 finishes acquiring information and the transmission unit 80 finishes transmitting information, the control unit 50 stops supplying power to the sensor unit 40 and the transmission unit 80 (t2, t4, and t6 in FIG. 5). During the periods t1 to t2, t3 to t4, and t5 to t6 when the sensor unit 40 and the transmission unit 80 are operating, the amount of electricity in the power storage unit 30 decreases as it is consumed by these operations (detection and transmission times).

ここで、センサ部40による情報の取得と、送信部80による情報の送信に必要な電気量(図5におけるQ1ーQ0)は予め把握しておくことができる。したがって、制御部50が検知する所定の値Q1は、蓄電部30が蓄える電気量がセンサ部40による情報の取得および送信部80による情報の送信を含む一連の動作を行うことができる第1の値(図5におけるQ1ーQ0)とすることができる。 Here, the amount of electricity (Q1-Q0 in FIG. 5) required for the sensor unit 40 to acquire information and for the transmission unit 80 to transmit information can be known in advance. Therefore, the predetermined value Q1 detected by the control unit 50 can be the first value (Q1-Q0 in FIG. 5) at which the amount of electricity stored in the power storage unit 30 can perform a series of operations including the acquisition of information by the sensor unit 40 and the transmission of information by the transmission unit 80.

このように、制御部50が、センサ部40による情報の取得および送信部80による情報の送信を含む一連の動作を連続して行わせるように制御することで、スマートリング10内に情報を記憶しておく必要がないため、小型化・省電力化に関して有利である。また、図4に示すような構成であれば、制御部50が検知する所定の値Q1は、センサ部40および送信部80の一連の動作を連続して行うための1つの値で足り、検知後の制御も1パターンで足りるため、制御部50の回路を単純化することができる。 In this way, the control unit 50 controls the series of operations, including the acquisition of information by the sensor unit 40 and the transmission of information by the transmission unit 80, to be performed continuously, which is advantageous in terms of miniaturization and power saving, since there is no need to store information within the smart ring 10. Furthermore, with the configuration shown in FIG. 4, the predetermined value Q1 detected by the control unit 50 is sufficient as one value for continuously performing the series of operations of the sensor unit 40 and the transmission unit 80, and one pattern of control after detection is also sufficient, so the circuit of the control unit 50 can be simplified.

また、図5に示すように、制御部50は、たとえ時間に関する情報を取得しなくても、蓄電部30が蓄える電気量が所定の値Q1を超えたことを検知する度に、センサ部40および送信部80による一連の動作を周期的に行うことができる。したがって、このようなスマートリング10では、時間情報を取得できる振動素子などを常時動作させなくても、熱発電素子による発電によって蓄電部30の電気量が時間に略比例して増加する性質を用いて、周期的な情報の取得および送信を行うことができるため、消費電力の抑制および小型化の観点で効果的である。ただし、スマートリング10の制御部50は、時間情報を取得できるタイマー等を用いて動作するものであってもかまわない。 As shown in FIG. 5, the control unit 50 can periodically perform a series of operations by the sensor unit 40 and the transmission unit 80 each time it detects that the amount of electricity stored in the power storage unit 30 has exceeded a predetermined value Q1, even if it does not acquire information related to time. Therefore, in such a smart ring 10, even if a vibration element capable of acquiring time information is not operated all the time, the amount of electricity in the power storage unit 30 increases approximately in proportion to time due to power generation by the thermoelectric element, and periodic information acquisition and transmission can be performed, which is effective in terms of reducing power consumption and miniaturization. However, the control unit 50 of the smart ring 10 may be operated using a timer capable of acquiring time information.

上述のように、スマートリング10は、接触部22を介して体温が伝わり発電する熱発電素子20を有しており、熱源である体温はほぼ一定であり、指輪型であるため皮膚72と接触部22との接触面積もほぼ変動せず、かつ、常時装着していても邪魔にならない。また、スマートリング10の制御部50は、蓄電部30に蓄える電気量が所定の値Q1を超えたことを検知してセンサ部40や送信部80を動作させる。このようなスマートリング10では、センサ部40や送信部80の動作時以外は、制御部50が蓄電部30の電気量を検知できれば足りるため、各部の制御や通信等に必要な電気エネルギーを低減し、外部から給電をせずに持続的に動作することが可能である。 As described above, the smart ring 10 has a thermoelectric generating element 20 that generates electricity when body heat is transmitted through the contact portion 22. Body heat, which is the heat source, is almost constant, and because it is ring-shaped, the contact area between the skin 72 and the contact portion 22 does not change, and it does not get in the way even if it is worn all the time. In addition, the control unit 50 of the smart ring 10 detects that the amount of electricity stored in the power storage unit 30 exceeds a predetermined value Q1 and operates the sensor unit 40 and the transmission unit 80. In such a smart ring 10, it is sufficient for the control unit 50 to detect the amount of electricity in the power storage unit 30 except when the sensor unit 40 and the transmission unit 80 are operating, so the electrical energy required for control and communication of each unit can be reduced, and it is possible to operate continuously without external power supply.

また、スマートリング10では、時間計測素子や受信部を省略したりすることにより、特に制御部50および送信部80についてシンプルに構成することで、小型化・低消費電力化することができる。 In addition, the smart ring 10 can be made smaller and consume less power by simplifying the configuration of the control unit 50 and the transmission unit 80 in particular, by omitting the time measurement element and the receiving unit.

図6は、本発明の第2実施形態に係るスマートリング110で採用する回路の一例を示す概念図である。第2実施形態に係るスマートリング110は、センサ部140が体温センサ部41に加えて体動センサ部142およびSpOセンサ部143を有する点や、電圧変換部160が第1電圧変換部161と第2電圧変換部162を有する点で、図4に示すスマートリング10とは異なるが、その他の点ではスマートリング10と同様である。スマートリング110の説明では、スマートリング10との相違点を中心に行い、スマートリング10との共通点については説明を省略する。 Fig. 6 is a conceptual diagram showing an example of a circuit employed in a smart ring 110 according to a second embodiment of the present invention. The smart ring 110 according to the second embodiment differs from the smart ring 10 shown in Fig. 4 in that the sensor unit 140 has a body motion sensor unit 142 and an SpO2 sensor unit 143 in addition to the body temperature sensor unit 41, and the voltage conversion unit 160 has a first voltage conversion unit 161 and a second voltage conversion unit 162, but is otherwise similar to the smart ring 10. The explanation of the smart ring 110 will focus on the differences from the smart ring 10, and the explanation of the commonalities with the smart ring 10 will be omitted.

図6に示すように、スマートリング110は、センサ部140が、図4と同様の体温センサ部41に加えて、体動センサ部142およびSpOセンサ部143を有する。体動センサ部142およびSpOセンサ部143も、体温センサ部41と同様に、制御部50が給電・給電停止を切り換えることにより、制御部50により制御される。 6, the smart ring 110 has a sensor unit 140 that includes a body temperature sensor unit 41 similar to that of FIG. 4, as well as a body movement sensor unit 142 and an SpO2 sensor unit 143. Like the body temperature sensor unit 41, the body movement sensor unit 142 and the SpO2 sensor unit 143 are also controlled by the control unit 50 by switching between power supply and power supply stop.

体動センサ部142は、ジャイロセンサ等を有しており、装着者の体の動きを検出する。SpOセンサ部143は、LEDによる発光部と、光電変換素子などによる受光部を有しており、装着者の血中酸素飽和度(SpO)を検出する。体動センサ部142およびSpOセンサ部143で取得された装着者の身体活動に関する各種の情報は、体温センサ部41で取得された情報78(図3参照)と同様に、送信部80に伝えられる。送信部80は、図4に示す送信部80と同様に制御部50によって制御され、センサ部140の各部分で取得された情報を、外部機器に送信する。 The body motion sensor unit 142 has a gyro sensor or the like and detects the body motion of the wearer. The SpO2 sensor unit 143 has an LED light emitting unit and a photoelectric conversion element or the like and detects the blood oxygen saturation ( SpO2 ) of the wearer. Various information related to the wearer's physical activity acquired by the body motion sensor unit 142 and the SpO2 sensor unit 143 is transmitted to the transmission unit 80 in the same manner as the information 78 (see FIG. 3) acquired by the body temperature sensor unit 41. The transmission unit 80 is controlled by the control unit 50 in the same manner as the transmission unit 80 shown in FIG. 4 and transmits the information acquired by each part of the sensor unit 140 to an external device.

図6に示すように、スマートリング110の蓄電部130は、並列接続した複数(図6では3つ)のコンデンサにより構成される。蓄電部130を構成するコンデンサの数や、蓄電部130の静電容量については、センサ部140等の構成により適宜変更することができる。 As shown in FIG. 6, the power storage unit 130 of the smart ring 110 is composed of multiple capacitors (three in FIG. 6) connected in parallel. The number of capacitors constituting the power storage unit 130 and the capacitance of the power storage unit 130 can be changed as appropriate depending on the configuration of the sensor unit 140, etc.

スマートリング110の電圧変換部160は、第1電圧変換部161と第2電圧変換部162とを有する。電圧変換部160は、図4に示す電圧変換部60と同様に、熱発電素子20が発電し蓄電部130が蓄える電気を、所定の電圧値に変換する。図6に示すように、電圧変換部160の第1電圧変換部161は第1の電圧VSYSを出力し、第2電圧変換部162は、第1の電圧VSYSより低い第2の電圧1V8を出力する。第1電圧変換部161および第2電圧変換部162は、DCーDCコンバータ等で構成される。 The voltage conversion unit 160 of the smart ring 110 has a first voltage conversion unit 161 and a second voltage conversion unit 162. Similar to the voltage conversion unit 60 shown in FIG. 4, the voltage conversion unit 160 converts the electricity generated by the thermoelectric generation element 20 and stored in the power storage unit 130 into a predetermined voltage value. As shown in FIG. 6, the first voltage conversion unit 161 of the voltage conversion unit 160 outputs a first voltage VSYS, and the second voltage conversion unit 162 outputs a second voltage 1V8 that is lower than the first voltage VSYS. The first voltage conversion unit 161 and the second voltage conversion unit 162 are composed of a DC-DC converter or the like.

第1の電圧VSYSは、比較的高い電圧を必要とする制御部50、送信部80およびSpOセンサ部143の一部の動作に用いられ、第2の電圧1V8は、比較的低い電圧で動作する体温センサ部41、体動センサ部142およびSpOセンサ部143の他の一部の動作に用いられる。スマートリング110の制御部50は、図4に示す制御部50と同様に、蓄電部130に蓄えられる電気量が所定値を超えたことを検知し、体温センサ部41、体動センサ部142およびSpOセンサ部153を含むセンサ部140と、送信部80とを動作させることができる。 The first voltage VSYS is used for the operation of parts of the control unit 50, the transmission unit 80, and the SpO2 sensor unit 143 that require a relatively high voltage, and the second voltage 1V8 is used for the operation of other parts of the body temperature sensor unit 41, the body movement sensor unit 142, and the SpO2 sensor unit 143 that operate at a relatively low voltage. The control unit 50 of the smart ring 110, like the control unit 50 shown in FIG. 4, can detect that the amount of electricity stored in the power storage unit 130 has exceeded a predetermined value, and can operate the sensor unit 140 including the body temperature sensor unit 41, the body movement sensor unit 142, and the SpO2 sensor unit 153, and the transmission unit 80.

制御部50は、たとえば、体温センサ部41、体動センサ部142およびSpOセンサ部143による複数の異なる情報の取得動作と、これら複数の異なる情報の送信部80による送信動作を全て行うことができる電気量が、蓄電部130に蓄えられたことを検知する。さらに、制御部50は、所定の電気量が蓄電部130に蓄えられたことを検知した後、センサ部140による情報の取得動作と取得した情報の送信部80による送信動作が連続的に行われるように、センサ部140および送信部80等を制御する。 The control unit 50 detects, for example, that an amount of electricity sufficient to perform all of the operations of acquiring a plurality of different pieces of information by the body temperature sensor unit 41, the body movement sensor unit 142, and the SpO2 sensor unit 143, and the operation of transmitting this plurality of different pieces of information by the transmission unit 80 has been stored in the power storage unit 130. Furthermore, after detecting that a predetermined amount of electricity has been stored in the power storage unit 130, the control unit 50 controls the sensor unit 140, the transmission unit 80, etc., so that the operation of acquiring information by the sensor unit 140 and the operation of transmitting the acquired information by the transmission unit 80 are performed continuously.

図6に示すスマートリング110は、高い電圧が必要な部分には第1の電圧VSYSを供給して動作させるとともに、低い電圧で動作可能な部分については、第2の電圧1V8を供給することで、センサ部140の各部分で必要とされる電圧が異なる場合などにおいて、消費電力を低減することができる。その他、スマートリング110は、スマートリング10との共通点については、スマートリング10と同様の効果を奏する。 The smart ring 110 shown in FIG. 6 operates by supplying a first voltage VSYS to parts that require a high voltage, and supplies a second voltage 1V8 to parts that can operate at a low voltage, thereby reducing power consumption when different voltages are required for different parts of the sensor unit 140. In addition, the smart ring 110 has similar effects to the smart ring 10 in terms of the points in common with the smart ring 10.

上述のように、複数の実施形態を挙げて本発明に係るスマートリング10、110を説明してきたが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではなく、他の多くの実施形態や変形例が、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。たとえば、本発明に係るスマートリングは、熱発電素子20による発電のみで消費する全ての電力を賄うものであってもよいが、太陽電池のような他の発電素子や、充電式の電池などを併用する構成もあり得る。本発明に係るスマートリングは、他の電池等を併用する場合であっても、電池の充電頻度や交換頻度を下げる効果を有し、また、熱発電素子20による安定的な発電により、他の電池等からの電力が途絶えた場合であっても、一定レベル以上の動作を持続できる。 As described above, the smart rings 10 and 110 according to the present invention have been described using multiple embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments, and it goes without saying that many other embodiments and variations are included in the technical scope of the present invention. For example, the smart ring according to the present invention may be one that covers all of the power consumed only through power generation by the thermoelectric element 20, but it may also be configured to use other power generation elements such as solar cells or rechargeable batteries in combination. Even when other batteries are used in combination, the smart ring according to the present invention has the effect of reducing the frequency of battery charging and replacement, and further, due to the stable power generation by the thermoelectric element 20, it can continue to operate at a certain level or above even if power from other batteries is cut off.

また、たとえば、図2に示す熱発電素子20の大きさ等は特に限定されないが、スマートリング10におけるより大きい角度範囲に配置されていてもよい。図7は、第1変形例に係るスマートリング210を、リングの軸方向から見た模式的な外観図である。図7に示すように、スマートリング210の熱発電素子220および接触部222は、スマートリング210の周方向における角度θの範囲に配置されている。熱発電素子220または接触部222が配置される角度範囲θは、180~360度とすることが、熱発電素子220の発電量を高める観点から好ましい。ただし、基板214の配置スペースを広く確保したい場合などには、熱発電素子220または接触部222が配置される角度範囲θを180度未満としてもよい(図2参照)。なお、図7では、ケースなどについては、図示を省略している。 For example, the size of the thermoelectric element 20 shown in FIG. 2 is not particularly limited, but it may be arranged in a larger angular range than that of the smart ring 10. FIG. 7 is a schematic external view of the smart ring 210 according to the first modified example, as viewed from the axial direction of the ring. As shown in FIG. 7, the thermoelectric element 220 and the contact portion 222 of the smart ring 210 are arranged in a range of angle θ in the circumferential direction of the smart ring 210. From the viewpoint of increasing the power generation amount of the thermoelectric element 220, it is preferable that the angular range θ in which the thermoelectric element 220 or the contact portion 222 is arranged is 180 to 360 degrees. However, in cases where it is desired to secure a large space for arranging the substrate 214, the angular range θ in which the thermoelectric element 220 or the contact portion 222 is arranged may be less than 180 degrees (see FIG. 2). Note that in FIG. 7, the case and the like are not shown.

図8は、第2変形例に係るスマートリング310におけるリングの半径方向に沿う方向の断面を示す概略断面図である。スマートリング310は、センサ部等が実装される基板(図2参照)や熱発電素子320などの外周側の少なくとも一部を覆う固体断熱材部396を有する。図8に示すように、固体断熱材部396は、熱発電素子320における接触部322とは反対側を向く外周側表面を覆うように、外ケース12と熱発電素子320の間に充填されている。固体断熱材部396としては、熱伝導率が0.1W/(m・K)より小さいものであれば特に限定されないが、絶縁性を有するマトリクス(基材)に中空マイクロビースが分散されているものなどが挙げられる。図8に示すようなスマートリング310では、発電に用いる熱がスマートリング310から散逸することを防止することができ、熱発電素子320における発電量を高めることができる。なお、固体断熱材部396は、ゲル状であってもよい。また、固体断熱部396は、センサ部等が実装される基板の外周側を覆うことにより、センサ部の検出値が外部からの熱の影響を受ける問題を防止することも好ましい。固体断熱部396は、基板や熱発電素子320を直接覆ってもよいが、外ケース12などの他の部材や空間を間に挟んで、基板や熱発電素子320の外側を覆う形態であってもよい。 Figure 8 is a schematic cross-sectional view showing a cross section in the radial direction of the smart ring 310 according to the second modified example. The smart ring 310 has a solid heat insulating material part 396 that covers at least a part of the outer periphery of the substrate (see Figure 2) on which the sensor part and the like are mounted, the thermoelectric generating element 320, and the like. As shown in Figure 8, the solid heat insulating material part 396 is filled between the outer case 12 and the thermoelectric generating element 320 so as to cover the outer periphery surface facing the opposite side to the contact part 322 in the thermoelectric generating element 320. The solid heat insulating material part 396 is not particularly limited as long as it has a thermal conductivity of less than 0.1 W/(m·K), and examples thereof include a solid heat insulating material part in which hollow microbeads are dispersed in an insulating matrix (base material). In the smart ring 310 as shown in Figure 8, it is possible to prevent the heat used for power generation from dissipating from the smart ring 310, and it is possible to increase the amount of power generation in the thermoelectric generating element 320. The solid heat insulating material part 396 may be in a gel form. In addition, it is also preferable that the solid heat insulating section 396 covers the outer periphery of the substrate on which the sensor section and the like are mounted, thereby preventing the problem of the detection value of the sensor section being affected by heat from the outside. The solid heat insulating section 396 may directly cover the substrate and the thermoelectric generating element 320, but may also be in a form that covers the outside of the substrate and the thermoelectric generating element 320 with another member such as the outer case 12 or a space in between.

図9は、第3変形例に係るスマートリングに用いる基板414の断面構造を示す模式図である。図9では図示されていないが、基板414には、制御部および送信部(図2参照)が少なくとも実装される。基板414は、リングの半径方向に重なる3層以上の多層構造を有する。基板414は、最も外周側に位置する最外層414aと、最も内周側に位置する最内層414bの間に挟まれた中間層414cを有し、中間層414cには、蓄電部430を構成するコンデンサが形成されている。このようなスマートリングでは、基板414の最外層414aと最内層414bとの間に、蓄電部430を構成するコンデンサを配置しており、基板414が蓄電部430を内蔵する構成である。このようなスマートリングでは、蓄電部430を薄型化できるため、基板の外側表面または内側表面にコンデンサ等を実装する場合にくらべて、実装した素子を含めて考えた場合における基板414の半径方向に関する最大厚みを低減することができる。 9 is a schematic diagram showing the cross-sectional structure of the substrate 414 used in the smart ring according to the third modification. Although not shown in FIG. 9, at least a control unit and a transmission unit (see FIG. 2) are mounted on the substrate 414. The substrate 414 has a multilayer structure of three or more layers overlapping in the radial direction of the ring. The substrate 414 has an intermediate layer 414c sandwiched between the outermost layer 414a located on the outermost side and the innermost layer 414b located on the innermost side, and a capacitor constituting the power storage unit 430 is formed in the intermediate layer 414c. In such a smart ring, a capacitor constituting the power storage unit 430 is disposed between the outermost layer 414a and the innermost layer 414b of the substrate 414, and the substrate 414 is configured to incorporate the power storage unit 430. In such a smart ring, the power storage unit 430 can be made thin, so that the maximum thickness of the substrate 414 in the radial direction when considering including the mounted element can be reduced compared to when a capacitor or the like is mounted on the outer surface or inner surface of the substrate.

10、110…スマートリング
10a…リング内周
12…外ケース
14…基板
18…内ケース
20…熱発電素子
22…接触部
30、130…蓄電部
40、140…センサ部
41…体温センサ部
41a…検出部
80…送信部
50…制御部
60、160…電圧変換部
161…第1電圧変換部
162…第2電圧変換部
72…皮膚
78…情報
76…フライバックコンバータ
142…体動センサ部
143…SpOセンサ部
10, 110: Smart ring 10a: Inner circumference of ring 12: Outer case 14: Substrate 18: Inner case 20: Thermoelectric generating element 22: Contact section 30, 130: Power storage section 40, 140: Sensor section 41: Body temperature sensor section 41a: Detection section 80: Transmitter section 50: Control section 60, 160: Voltage conversion section 161: First voltage conversion section 162: Second voltage conversion section 72: Skin 78: Information 76: Flyback converter 142: Body movement sensor section 143: SpO2 sensor section

Claims (10)

リング内周の少なくとも一部を構成しており装着者の指の皮膚に接触する接触部を介して体温が伝わり、半導体の熱励起電荷を用いる半導体増感型熱利用発電により発電し、単位時間当たりの発電量が略一定である熱発電素子と、
前記熱発電素子が発電した電気を蓄える蓄電部と、
前記装着者の身体活動に関する情報を取得するセンサ部と、
前記センサ部が取得した情報を送信する送信部と、
前記蓄電部に蓄えられる電気を用いて、前記センサ部および前記送信部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記蓄電部に蓄えられる電気量が所定値を超えたことを検知し、前記センサ部および前記送信部を周期的に動作させるスマートリング。
a thermoelectric generating element which forms at least a part of the inner circumference of the ring, and which generates electricity by semiconductor sensitized thermoelectric generation using thermally excited charges of a semiconductor by transmitting body heat through a contact part which contacts the skin of the finger of the wearer, and which generates a substantially constant amount of electricity per unit time ;
a power storage unit that stores electricity generated by the thermoelectric element;
A sensor unit that acquires information regarding the wearer's physical activity;
A transmission unit that transmits information acquired by the sensor unit;
A control unit that controls the sensor unit and the transmission unit using electricity stored in the power storage unit,
The control unit of the smart ring detects when the amount of electricity stored in the storage unit exceeds a predetermined value, and periodically operates the sensor unit and the transmission unit.
前記送信部は、情報の送信のみを行い、受信を行わない請求項1に記載のスマートリング。 The smart ring of claim 1, wherein the transmitter only transmits information and does not receive information. 前記制御部は、前記センサ部および前記送信部を動作させたのち、前記蓄電部に蓄えられる電気量が所定値を超えたことを検知するまでの間、前記センサ部および前記送信部に給電しない請求項1に記載のスマートリング。 The smart ring according to claim 1, wherein the control unit does not supply power to the sensor unit and the transmission unit until it detects that the amount of electricity stored in the power storage unit has exceeded a predetermined value after operating the sensor unit and the transmission unit. 前記蓄電部はコンデンサである請求項1に記載のスマートリング。 The smart ring according to claim 1, wherein the storage unit is a capacitor. 前記制御部は、前記蓄電部に蓄える電気量が、前記センサ部による情報の取得および前記送信部による情報の送信を含む一連の動作を行うことができる第1の値を超えたことを検知し、前記センサ部および前記送信部に前記一連の動作を行わせる請求項1に記載のスマートリング。 The smart ring according to claim 1, wherein the control unit detects that the amount of electricity stored in the power storage unit exceeds a first value that allows a series of operations including the acquisition of information by the sensor unit and the transmission of information by the transmission unit to be performed, and causes the sensor unit and the transmission unit to perform the series of operations. 前記センサ部は、体温を測定する体温センサ部と、体の動きを測定する体動センサ部と、血中酸素飽和度を測定するSpOセンサ部との少なくとも一つを有する請求項1に記載のスマートリング。 The smart ring according to claim 1 , wherein the sensor unit has at least one of a body temperature sensor unit that measures body temperature, a body movement sensor unit that measures body movement, and an SpO2 sensor unit that measures blood oxygen saturation. 前記熱発電素子が発電し前記蓄電部が蓄える電気を所定の電圧値に変換する電圧変換部を有し、前記電圧変換部は、第1の電圧を出力する第1電圧変換部と、第1の電圧より低い第2の電圧を出力する第2電圧変換部と、を有する請求項1に記載のスマートリング。 The smart ring according to claim 1, further comprising a voltage conversion unit that converts the electricity generated by the thermoelectric generating element and stored in the power storage unit into a predetermined voltage value, the voltage conversion unit comprising a first voltage conversion unit that outputs a first voltage, and a second voltage conversion unit that outputs a second voltage that is lower than the first voltage. 前記制御部を構成する第1のICは、前記送信部を構成する第2のICとは別体である請求項1に記載のスマートリング。 The smart ring according to claim 1, wherein the first IC constituting the control unit is separate from the second IC constituting the transmission unit. 前記センサ部が少なくとも実装される基板および前記熱発電素子の外周側の少なくとも一部を覆う固体断熱材部をさらに有する請求項1に記載のスマートリング。 The smart ring of claim 1 further comprises a solid heat insulating material portion that covers at least a portion of the outer periphery of the thermoelectric generator and the substrate on which the sensor portion is mounted. 前記制御部および前記送信部が少なくとも実装される基板を有し、前記基板は半径方向に重なる3層以上の多層構造を有し、
前記蓄電部は、前記基板において最も外周側に位置する最外層と、最も内周側に位置する最内層の間に配置される請求項1に記載のスマートリング。
a substrate on which at least the control unit and the transmission unit are mounted, the substrate having a multi-layer structure of three or more layers overlapping in a radial direction;
The smart ring according to claim 1 , wherein the power storage unit is disposed between an outermost layer located on the outermost side of the substrate and an innermost layer located on the innermost side of the substrate.
JP2023204988A 2023-12-04 2023-12-04 Smart Ring Active JP7481775B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023204988A JP7481775B1 (en) 2023-12-04 2023-12-04 Smart Ring

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023204988A JP7481775B1 (en) 2023-12-04 2023-12-04 Smart Ring

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP7481775B1 true JP7481775B1 (en) 2024-05-13

Family

ID=91030957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023204988A Active JP7481775B1 (en) 2023-12-04 2023-12-04 Smart Ring

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7481775B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017506376A (en) 2013-11-29 2017-03-02 モティヴ・インコーポレーテッドMotiv Inc. Wearable computing device
JP2017158864A (en) 2016-03-10 2017-09-14 旭化成エレクトロニクス株式会社 Measurement device, measurement system, shoes, biological information measurement method and self-contained power generation sensor
JP6803076B2 (en) 2015-09-04 2021-01-06 国立大学法人東京工業大学 A thermoelectric power generation element, a thermoelectric power generation module including the thermoelectric power generation element, and a thermoelectric power generation method using the thermoelectric power generation element.
JP2021124915A (en) 2020-02-04 2021-08-30 株式会社東芝 Wireless device and wireless system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017506376A (en) 2013-11-29 2017-03-02 モティヴ・インコーポレーテッドMotiv Inc. Wearable computing device
JP6803076B2 (en) 2015-09-04 2021-01-06 国立大学法人東京工業大学 A thermoelectric power generation element, a thermoelectric power generation module including the thermoelectric power generation element, and a thermoelectric power generation method using the thermoelectric power generation element.
JP2017158864A (en) 2016-03-10 2017-09-14 旭化成エレクトロニクス株式会社 Measurement device, measurement system, shoes, biological information measurement method and self-contained power generation sensor
JP2021124915A (en) 2020-02-04 2021-08-30 株式会社東芝 Wireless device and wireless system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10178713B2 (en) Thermoelectrically powered portable light source
JP7378528B2 (en) wireless rechargeable battery device
Akhtar et al. Energy replenishment using renewable and traditional energy resources for sustainable wireless sensor networks: A review
US8786246B2 (en) Power resource management
Tan et al. Review of energy harvesting technologies for sustainable wireless sensor network
US7872444B2 (en) Opportunistic power supply charge system for portable unit
CN101977544B (en) Detection device for vital signs
Huang et al. Battery-free sensing platform for wearable devices: The synergy between two feet
US20170231564A1 (en) Portable physiological parameter detection device and physiological parameter detection method
US20090111501A1 (en) Wireless communication system and its device
Huang et al. Ultra-low power sensor design for wireless body area networks: Challenges, potential solutions, and applications
JP6911839B2 (en) Signal transmitter and management system
CN104917272B (en) Wearable electronics
CN111969681A (en) Wearable device
JP7481775B1 (en) Smart Ring
US20170155267A1 (en) Charging/Discharging Apparatus Using Thermoelectric Conversion Effect
Jain Recent trends in energy harvesting for green wireless sensor networks
Kanan et al. Energy harvesting for wearable wireless health care systems
Beniwal et al. Walk‐to‐Charge Technology: Exploring Efficient Energy Harvesting Solutions for Smart Electronics
Lee et al. EcoMicro: A miniature self-powered inertial sensor node based on bluetooth low energy
KR20160061854A (en) Wearable device including energy conversion device
CN110707833A (en) Human body induction wireless charging device
US7986963B2 (en) Wireless communication device
JP2004056866A (en) Portable communication apparatus equipped with power generation function
CN109393898A (en) A kind of thermoelectricity Intelligent water cup powered using thermoelectric material

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231206

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20231206

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240213

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240315

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240416

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240419

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7481775

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150