JP7761158B2 - 呼吸誘導装置、方法およびプログラム - Google Patents

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特許法第３０条第２項適用 １．２０２２年１０月４日 ｈｔｔｐｓ：／／ｐｒｏｇｒａｍｓ．ｓｉｇｃｈｉ．ｏｒｇ／ｕｉｓｔ／２０２２／ｐｒｏｇｒａｍ／ｃｏｎｔｅｎｔ／８５４５２ ｈｔｔｐｓ：／／ｆｉｌｅｓ．ｓｉｇｃｈｉ．ｏｒｇ／ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ／ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ／１００８２／ｃｏｎｔｅｎｔ／８５４５２／ｐｏｓｔｅｒ／４５３ｂ９１ｆ３－ｄ１ｆａ－０７１２－ｃｆｆ１－３ｄｅ４６９ｂｅｃ９８８．ｐｄｆにて発表 ２．２０２２年１０月２８日 ｈｔｔｐｓ：／／ｄｌ．ａｃｍ．ｏｒｇ／ｄｏｉ／ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ／１０．１１４５／３５２６１１４にて発表

この発明の一態様は、例えば人の呼吸を誘導するために用いる呼吸誘導装置、方法およびプログラムに関する。

呼吸を適切に制御することは、ストレスの軽減や運動または管楽器の演奏を的確に行う上で重要である。そこで、例えば人に音を用いた聴覚刺激を与え、この刺激に応じて人が適切な周期で呼吸を行えるように誘導する技術が提案されている（例えば非特許文献１を参照）。

Jason Harris, Sarah Vance, Odair Fernandes, and Ricardo Gutierrez-Osuna, "Sonic respiration: controlling respiration rate through auditory biofeedback", in CHI ’14 Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems 2383-2388 (ACM, 2014).

ところが、非特許文献１に記載された技術は、聴覚刺激に応じて人が自発的に、つまり随意に呼吸を整えるものとなっている。このため、人は聴覚刺激を常に意識していなければならず、例えばスポーツまたは管楽器の演奏においてその動きまたは操作に集中する必要がある場合、人は聴覚刺激を意識することが困難となり、呼吸誘導が困難となる。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、随意による呼吸動作を不要にして呼吸動作を的確に誘導できるようにする技術を提供しようとするものである。

上記課題を解決するためにこの発明に係る呼吸誘導装置又は呼吸誘導方法の一態様は、肺呼吸を行う生体の呼吸を誘導する際に、振動信号生成部により振動信号を生成し、信号制御部により、生成された前記振動信号の振動パラメータを予め設定された値に制御し、前記振動パラメータが制御された前記振動信号を出力する。そして、前記生体が備える両頬に左右から挟み込むように装着される接触刺激発生部により、前記信号制御部から出力された前記振動信号に応じて、前記両頬に物理的な圧力による接触刺激を付与することにより、口腔内に滞留した空気を呼気として放出させるようにしたものである。

この発明の一態様によれば、生体の両頬に、物理的な圧力による接触刺激が付与される。このため、例えば人は上記接触刺激を受けることで不随意に呼吸動作を行うことになり、これにより自身で意識して随意に呼吸動作を行う動作が不要なる。従って、例えばスポーツまたは管楽器の演奏においてその動きまたは操作に集中している場合でも、的確な呼吸動作を行うことが可能となる。しかも、上記接触刺激の付与状態は、振動信号の振動パラメータを制御することにより適宜設定される。このため、呼吸誘導を適切に制御することが可能になる。

すなわち、この発明の一態様によれば、随意による呼吸動作を不要にして呼吸を的確に誘導できるようにした技術を提供することができる。

図１は、この発明の第１の実施形態に係る呼吸誘導装置のシステム構成の一例を示す図である。 図２は、この発明の第１の実施形態に係る呼吸誘導装置の中核部分を構成する呼吸誘導制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 図３は、図２に示した呼吸誘導制御装置が実行する呼気誘導制御の処理手順と処理内容の一例を示すフローチャートである。 図４は、この発明の第２の実施形態に係る呼吸誘導装置の中核部分を構成する呼吸誘導制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 図５は、図４に示した呼吸誘導制御装置が実行する呼気誘導制御の処理手順と処理内容の一例を示すフローチャートである。 図６は、頬に接触刺激を周期的に加えたときに口から放出される呼気量の計測結果の一例を示す図である。 図７は、刺激開始時の振動信号の周波数に対する呼気量と最大風速値の計測結果の一例を示す図である。 図８は、刺激開始時の振動信号の振幅に対する呼気量と最大風速値の計測結果の一例を示す図である。 図９は、振動信号による刺激付与時間に対する呼気の吐出時間の計測結果の一例を示す図である。 図１０は、口腔内の空気量に対する呼気量と最大風速値の計測結果の一例を示す図である。 図１１は、この発明の第３の実施形態に係る呼吸誘導装置の中核部分を構成する呼吸誘導制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１２は、図１１に示した呼吸誘導制御装置が実行する呼気誘導制御および香気発生制御の処理手順と処理内容の一例を示すフローチャートである。 図１３は、この発明の第３の実施形態に係る呼吸誘導装置の第１の変形例を示すブロック図である。 図１４は、この発明の第３の実施形態に係る呼吸誘導装置の第２の変形例を示すブロック図である。 図１５は、この発明の第３の実施形態に係る呼吸誘導装置の第３の変形例を示すブロック図である。

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。

［第１の実施形態］
（構成例）
（１）システム
図１は、この発明の第１の実施形態に係る呼吸誘導装置のシステム構成の一例を示す図である。

第１の実施形態に係る呼吸誘導装置は、呼吸誘導制御装置ＴＭ１と、刺激発生装置ＳＰとを備える。刺激発生装置ＳＰは、例えばヘッドホン型をなす一対の振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２を有する。この振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２は、呼気誘導対象者である例えばユーザＵＳの両頬に左右から挟み込むように装着される。振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２は、信号ケーブルＳＬを介して呼吸誘導制御装置ＴＭ１に接続され、呼吸誘導制御装置ＴＭ１から出力される振動信号により駆動されて、ユーザＵＳの両頬に振動刺激を加える。

なお、上記振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２と呼吸誘導制御装置ＴＭ１との間は、信号ケーブルＳＬ以外に、例えばBluetooth（登録商標）等の小電力無線データ伝送規格を採用する無線インタフェースを介して接続されるようにしてもよい。このようにすると、ユーザＵＳが呼吸誘導動作により受ける負荷を軽減することが可能となる。

（２）呼吸誘導制御装置ＴＭ１
図２は、呼吸誘導制御装置ＴＭ１の構成の一例を示すブロック図である。
呼吸誘導制御装置ＴＭ１は、例えばパーソナルコンピュータまたはタブレット型端末からなり、制御部１Ａと、プログラム記憶部２と、データ記憶部３Ａと、信号源（ＯＳＣ）４と、増幅器（ＡＭＰ）５とを備えている。なお、増幅器５は、呼吸誘導制御装置ＴＭ１とは別に用意されたものが使用されてもよい。例えば、刺激発生装置ＳＰに内蔵されている増幅器が使用されてもよい。

制御部１Ａは、例えば中央処理ユニット（Central Processing Unit：ＣＰＵ）等のハードウェアプロセッサを使用したもので、第１の実施形態を実施する上で必要な機能部として、振動信号生成部１１と、信号制御部１２とを備える。これらの制御機能部１１，１２は、いずれもプログラム記憶部２に記憶されたアプリケーションプログラムを上記ＣＰＵに実行させることにより実現される。

なお、上記振動信号生成部１１および信号制御部１２の一方または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。

振動信号生成部１１は、信号源４から発生された基準信号をもとに、所定の波形を有する振動信号を生成する。

信号制御部１２は、データ記憶部３Ａの振動パラメータ記憶部３１に予め記憶された振動パラメータの制御情報に基づいて、上記振動信号の振動パラメータを制御する。制御対象の振動パラメータとしては、例えば振動信号の周波数、振幅および出力時間長（刺激付与時間）が用いられるが、他に振動信号の出力タイミングを指定する情報が含まれていてもよい。

信号制御部１２は、上記振動パラメータが制御された振動信号を、所定の出力タイミングにおいて増幅器５へ出力する。なお、振動パラメータの制御処理の一例は動作例において述べる。

増幅器５は、上記信号制御部１２から出力された振動信号を所定の信号レベルに増幅し、増幅した振動信号を刺激発生装置ＳＰの各振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２に供給する。なお、増幅器５を可変利得増幅器により構成し、上記振動パラメータに含まれる振幅の制御値に従い振動信号の振幅を可変制御するように構成することも可能である。

（動作例）
次に、以上のように構成された呼吸誘導装置による、ユーザＵＳの呼気を誘導する動作を説明する。
図３は、呼吸誘導制御装置ＴＭ１の制御部１Ａが実行する呼気誘導制御の処理手順と処理内容の一例を示すフローチャートである。

（１）事前準備
先ず、呼気誘導の対象者であるユーザＵＳは、その両頬に例えば図１に示すように一対の振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２を左右から挟み込むように装着する。この状態で、ユーザＵＳまたはシステム管理者は、図示しない入力デバイスを操作して、呼吸誘導制御装置ＴＭ１に対し呼気誘導動作の開始要求を入力する。

（２）振動信号の生成
これに対し、呼吸誘導制御装置ＴＭ１の制御部１Ａは、ステップＳ１０により上記呼気誘導動作の開始要求を検出すると、振動信号生成部１１の制御の下、ステップＳ１１において、信号源４から発生される基準信号をもとに振動信号を生成する。振動信号としては、例えば矩形波のチャープ信号が使用されるが、他にもサイン波や三角波等のその他の波形を持つ信号が用いられてもよい。

（３）振動信号の振動パラメータの制御
呼吸誘導制御装置ＴＭ１の制御部１Ａは、次に信号制御部１２の制御の下で、上記振動信号の振動パラメータを例えば以下のように制御する。すなわち、信号制御部１２は、先ずステップＳ１２により、振動パラメータ記憶部３１から振動パラメータの制御情報を読み込む。このとき、振動パラメータの制御情報には、例えば振動波の周波数、振幅および出力時間長の制御値をそれぞれ表すデータと、振動信号の出力タイミングを指定するデータとが含まれている。

信号制御部１２は、次にステップＳ１３において、上記振動パラメータの制御情報をもとに、上記振動信号生成部１１から出力された振動信号の振動パラメータを制御する。例えば、振動信号の周波数、振幅および出力時間長を、上記制御情報に含まれる各データにより表される制御値に従いそれぞれ制御する。

（４）振動パラメータ制御値の設定例
ここで、上記振動パラメータの制御値の設定手法と設定結果の一例について説明する。
呼気の測定には、例えばブレスセンサを備えた電子楽器を使用する。そして、この電子楽器を例えば呼吸誘導制御装置ＴＭ１に接続し、上記ブレスセンサから出力される呼気の測定データを呼吸誘導制御装置ＴＭ１に取り込んで記録できるようにする。なお、呼吸誘導制御装置ＴＭ１の代わりに、別途用意された事前設定用のパーソナルコンピュータ等が使用されてもよい。

この状態で、ユーザＵＳの両頬に振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２を装着し、かつユーザＵＳの口には上記電子楽器のマウスピースを咥えさせる。そして、頬を最大限膨らませた状態で、矩形波のチャープ信号からなる振動信号を上記振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２に供給することにより、ユーザＵＳの頬に振動刺激を加える。但し、このときユーザＵＳは呼吸をせずに息を止めた状態を保持するようにする。そして、上記接触刺激の付与によりユーザＵＳが口から不随意に放出した呼気の量を電子楽器の上記ブレスセンサにより測定し、その測定データを呼吸誘導制御装置ＴＭ１に取り込んで記録する。なお、ブレスセンサから出力される測定データは「０～１２７」の範囲のデジタル値により表される。

図６は、例えば振動信号を５秒周期で振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２に供給し、これによりユーザＵＳの両頬に間欠的に振動刺激を加えた場合のブレスセンサの測定値の一例を示すものである。この測定結果から、振動刺激を印加したタイミングでユーザＵＳが呼気を吐出することが確認できる。

また、ユーザＵＳが頬を再度最大限に膨らませた状態で、振動信号の振動パラメータを、周波数、振幅および出力時間長のそれぞれについて個別に可変しながらユーザＵＳの頬に振動刺激を加える。そして、それぞれの場合のブレスセンサの測定データを呼吸誘導制御装置ＴＭ１に取り込んで記録する。

呼吸誘導制御装置ＴＭ１は、記録した上記各測定データをもとに呼気量、最大風速値および呼気の吐出時間長をそれぞれ算出する。例えば、呼吸誘導制御装置ＴＭ１は、ブレスセンサにより測定された波形の積分値を呼気量、最大値を最大風速値、波形が観測された時間を吐出時間長としてそれぞれ算出する。

図７は、接触刺激の付与開始時の振動信号の周波数を２０Hz～１００Hzの範囲で２０Hz間隔で変化させた場合の、呼気量Ｅ１および呼気吐出時の最大風速値Ｗ１の測定結果の一例を示すものである。また、図８は、接触刺激の付与開始時の振動信号の振幅を０．２～１．０mVの範囲で０．２mV間隔で変化させた場合の、呼気量Ｅ２および呼気吐出時の最大風速値Ｗ２の測定結果の一例を示すものである。さらに、図９は、振動信号の出力時間長、つまり接触刺激の連続付与時間を１．００sec ～３．００sec の範囲で０．２５sec 間隔で変化させた場合の、呼気の吐出時間の測定結果の一例を示すものである。

以上の測定結果から、刺激開始時の振動信号の周波数、振幅を増加させると、それに応じて呼気量および呼気吐出時の最大風速値が増加する傾向があることがわかる。さらに、刺激付与時間を増加させると、呼気の吐出時間も長くなることがわかる。従って、以上の測定結果をもとに、実際に呼気誘導を行う場合の最適な振動パラメータの制御値を設定することが可能となる。

この例では、刺激付与開始時における振動信号の振幅または周波数を、それぞれ例えば０．６～１．０mV、８０～１００Hzという比較的大きい値となるように設定し、その後値が減少するように設定する。また、振動信号の出力時間長（刺激付与時間）を、例えば２．５０～２．７５secという比較的長い値に設定する。そして、設定した上記振動信号の振幅または周波数、および振動信号の出力時間長の設定値を、振動パラメータの制御情報として振動パラメータ記憶部３１に記憶させる。

（５）振動信号の出力
呼吸誘導制御装置ＴＭ１の制御部１Ａは、信号制御部１２の制御の下、ステップＳ１３において振幅および周波数の少なくとも一方が制御され、かつ出力時間長が制御された振動信号を、ステップＳ１４において、振動パラメータの制御情報に含まれる出力タイミング指定データにより指定されるタイミングで、増幅器５に対し出力する。

この結果、上記振動信号は増幅器５により一定利得増幅された後、振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２に供給され、これにより振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２から振動波が発生してユーザＵＳの両頬に対し振動刺激として印加される。その結果、ユーザＵＳの口腔内に溜められた空気が口から呼気として吐出される。すなわち、ユーザＵＳの呼気が不随意に誘導される。

（６）呼気誘導制御の終了判定
呼吸誘導制御装置ＴＭ１の制御部１Ａは、呼気の誘導制御終了の有無をステップＳ１５において判定する。そして、呼気誘導制御期間中であれば、ステップＳ１１に戻ってステップＳ１１～Ｓ１５による呼気の誘導制御を継続して実行し、呼気の誘導終了要求が入力されれば一連の制御処理を終了する。

（作用・効果）
以上述べたように第１の実施形態では、呼吸誘導制御装置ＴＭ１において、振動信号生成部１１により生成された振動信号の振動パラメータを、予め設定された振動パラメータの制御情報に従い制御した後、増幅器５により増幅して振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２に供給する。そして、これにより振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２からユーザＵＳの両頬に対し、振動刺激を付与するようにしている。

この結果、呼吸路の一部を形成する口腔に対し振動刺激が付与されることになり、これによりユーザＵＳは上記振動刺激を受けることで不随意に呼気動作を行うことになる。すなわち、ユーザＵＳは自身で意識して随意に呼気動作を行う必要がなくなる。従って、例えばスポーツまたは管楽器の演奏においてその動きまたは操作に集中している場合でも、的確な呼気動作を行うことが可能となる。しかも、上記接触刺激の付与の強さと時間は振動パラメータにより制御される。このため、呼気の誘導を適切に制御することが可能になる。

［第２の実施形態］
この発明の第２の実施形態は、ユーザＵＳの口腔内に滞留している空気量を推定し、この空気量の推定結果に応じて振動信号の振動パラメータを可変制御するようにしたものである。

（構成例）
図４は、この発明の第２の実施形態に係る呼吸誘導装置の中核部分を構成する呼吸誘導制御装置ＴＭ２の機能構成の一例を示すブロック図である。なお、図４において前記図２と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

呼気の誘導対象者であるユーザＵＳの顔と対向する位置には、カメラＣＭが配置される。カメラＣＭは、ユーザＵＳの顔の両頬部分を含む範囲を撮像して、その画像信号を呼吸誘導制御装置ＴＭ２へ出力する。

呼吸誘導制御装置ＴＭ２は、カメラインタフェース（以後インタフェースをＩ／Ｆと略称する）部６を備える。このカメラＩ／Ｆ部６は、上記カメラＣＭから出力された上記画像信号を受信してデジタル画像データに変換し、変換した画像データを制御部１Ｂに出力する。

制御部１Ｂは、振動信号生成部１１に加え、空気量推定部１３および信号制御部１４を備えている。これらの空気量推定部１３および信号制御部１４の機能は、プログラム記憶部２に記憶されたアプリケーションプログラムを制御部１Ｂが備えるＣＰＵに実行させることにより実現される。

なお、上記振動信号生成部１１、空気量推定部１３および信号制御部１４の一部または全部は、第１の実施形態と同様にＬＳＩやＡＳＩＣ等のハードウェアを用いて実現されてもよい。

空気量推定部１３は、カメラＣＭから出力された画像信号をカメラＩ／Ｆ部６から画像データとして取得し、取得した上記画像データに対し画像処理を行ってユーザＵＳの頬の形状、例えば膨らみ具合を認識する。そして、上記頬の形状をもとにユーザＵＳの口腔内の空気量を推定する。

信号制御部１４は、振動パラメータ記憶部３１に記憶されている振動パラメータの制御情報に含まれる振幅、周波数および出力時間長の各デフォルト値を、上記口腔内の空気量に基づいて調整する。

信号制御部１４は、調整した上記振動パラメータの各制御値をもとに、振動信号生成部１１により生成力された振動信号の振動パラメータ、例えば振幅、周波数および出力時間長を制御し、制御後の振動信号を増幅器５へ出力する。

（動作例）
次に、以上のように構成された呼吸誘導制御装置ＴＭ２による呼気の誘導制御動作を説明する。

図５は、呼吸誘導制御装置ＴＭ２の制御部１Ｂが実行する呼気誘導制御の処理手順と処理内容の一例を示すフローチャートである。なお、振動パラメータ記憶部３１には、振動パラメータである振幅、周波数および出力時間長について、事前に設定された各デフォルト値が事前に設定されて記憶されているものとする。

（１）事前準備
誘導対象者であるユーザＵＳは、図１に例示したように頬に振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２を装着する。そして、ユーザＵＳは息を大きく吸って、自身の口腔内に最大限空気を滞留させる。

（２）口腔内の空気量の推定
この状態で、呼吸誘導制御装置ＴＭ２の制御部１Ｂは、呼気誘導動作の開始要求の入力をステップＳ２０で検出すると、先ず空気量推定部１３の制御の下、ステップＳ２１において、カメラＣＭを起動して、当該カメラＣＭにより撮像されたユーザＵＳの顔の画像データをカメラＩ／Ｆ部６から取得する。

空気量推定部１３は、次にステップＳ２２において、取得した上記顔の画像データに対し所定の画像処理を行って頬の形状を認識する。そして、空気量推定部１３は、上記頬の形状から膨らみの大きさを判定し、その結果をもとにユーザＵＳの口腔内に滞留している空気量を推定する。

（３）振動信号の生成
呼吸誘導制御装置ＴＭ２の制御部１Ｂは、次に振動信号生成部１１の制御の下、ステップＳ２３において、信号源４から発生される基準信号をもとに振動信号を生成する。振動信号としては、第１の実施形態と同様に、例えば矩形波からなるチャープ信号が使用される。

（４）振動パラメータの調整
呼吸誘導制御装置ＴＭ２の制御部１Ｂは、続いて信号制御部１４の制御の下、先ずステップＳ２４により、振動パラメータ記憶部３１から振動パラメータの制御情報、つまり振動信号の周波数、振幅および出力時間長のデフォルト値を読み込む。そして、信号制御部１４は、ステップＳ２５において、振動パラメータ記憶部３１に記憶されている振動パラメータの制御情報に含まれる振幅、周波数および出力時間長の各デフォルト値を、上記空気量推定部１３により推定された口腔内の空気量に基づいて調整する。

ここで、口腔内の空気量と呼気量および最大風速値との間には関連性がある。図１０はその測定結果の一例を示すものである。同図に例示したように、口腔内の空気量が多いほど呼気量は多くなる。すなわち、ユーザＵＳの口から呼気を吐出させる場合、口腔内に滞留する空気量が多い場合には強い接触刺激が必要であるが、口腔内の空気量が少ない場合には強い接触刺激は不要である。

そこで、信号制御部１４は、振動パラメータの振幅、周波数および出力時間長の制御値を、口腔内の空気量が多いほど大きくなるように調整する。例えば、口腔内の空気量を１つまたは複数のしきい値をもとに判定し、その判定結果をもとに振動パラメータの各制御値を段階的に調整する。

（５）振動信号の振動パラメータの制御および出力
信号制御部１４は、ステップＳ２６において、調整後の上記振動パラメータの各制御値に基づいて、振動信号生成部１１により生成された振動信号の振動パラメータ、つまり振幅、周波数および出力時間長の各値を制御する。そして、制御後の振動信号を、振動パラメータの制御情報に含まれる出力タイミング指定データにより指定されるタイミングにおいて増幅器５へ出力する。

この結果、上記振動信号は増幅器５により増幅された後、振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２に供給され、これにより振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２から振動波が発生してユーザＵＳの両頬に対し振動刺激として印加される。その結果、ユーザＵＳの口腔内に溜められた空気が口から呼気として吐出される。すなわち、ユーザＵＳの呼気が不随意に誘導される。

（６）呼気誘導制御の終了判定
呼吸誘導制御装置ＴＭ２の制御部１Ｂは、呼気の誘導制御終了の有無をステップＳ２８において判定する。そして、呼気の誘導制御期間中であれば、ステップＳ２１に戻り、ステップＳ２１～Ｓ２８により、ユーザＵＳの口腔内における空気量の推定と、その推定結果に基づく振動パラメータの制御値の調整とを含む、一連の呼気誘導制御を繰り返し実行する。これに対し、例えば呼気の誘導終了要求が入力された場合には、呼気誘導制御に係る一連の処理を終了する。

なお、同一ユーザＵＳの場合で、呼吸を再度行っても口腔内の空気量はほとんど変化しないと見なせる場合には、呼吸誘導制御装置ＴＭ２の制御部１Ｂは、ステップＳ２８で誘導制御期間中と判定した場合、ユーザＵＳの口腔内の空気量を推定する処理を省略してステップＳ２３に戻り、ステップＳ２３～Ｓ２８による呼気の誘導制御を継続して実行するようにしてもよい。

（作用・効果）
以上述べたように第２の実施形態では、呼吸誘導制御装置ＴＭ２において、空気量推定部１３の制御の下、カメラＣＭの画像データをもとにユーザＵＳの口腔内の空気量を推定し、推定した空気量に応じて振動信号の振動パラメータの制御値を調整する。そして、振動信号生成部１１により生成された振動信号の振幅、周波数および出力時間長を、調整された上記振動パラメータの各制御値に従い制御し、制御後の振動信号を増幅器５で増幅した後振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２に供給することにより、ユーザＵＳの両頬に対し、振動刺激を付与するようにしている。

従って、第２の実施形態によれば、第１の実施形態で述べた効果に加え、さらに以下のような効果が奏せられる。すなわち、ユーザＵＳごとに、その口腔内の空気量に応じて調整された振動刺激がユーザＵＳの頬に付与されることになる。このため、ユーザＵＳ間で口腔内の空気量にバラツキがあっても、ユーザＵＳごとに最適な振動刺激により呼気を誘導することが可能となる。

また、同一ユーザＰＳであっても、呼気ごとに口腔内の空気量が変化する場合には、その時々の空気量に応じて調整された振動刺激がユーザＰＳの頬に加えられる。このため、呼気ごとにユーザＵＳの口腔内の空気量が変化する場合にも、その都度最適な振動刺激により呼気を誘導することが可能となる。

［第３の実施形態］
この発明の第３の実施形態は、呼気を誘導する振動パラメータに基づいて、呼気動作に続いて必然的に行われる吸気動作の期間を推定し、推定したこの吸気動作期間に香気を発生するようにしたものである。

（構成例）
図１１は、この発明の第３の実施形態に係る呼吸誘導装置の中核部分を構成する呼吸誘導制御装置ＴＭ３の機能構成の一例を示すブロック図である。なお、図１１において前記図２と同一部分には同一符号を付して説明を行う。

データ記憶部３Ｃの記憶領域には、振動パラメータ記憶部３１に加え、香気発生パラメータ記憶部３２が設けられている。香気発生パラメータ記憶部３２には、例えば呼気の１回の発生量と、発生時間長または発生回数を指定する香気発生パラメータ情報が記憶されている。

呼吸誘導制御装置ＴＭ３の制御部１Ｃは、振動信号生成部１１および信号制御部１２に加え、香気発生制御部１５を備えている。この香気発生制御部１５の機能も、振動信号生成部１１および信号制御部１２の機能と共に、プログラム記憶部２に記憶されたアプリケーションプログラムを制御部１Ｃが備えるＣＰＵに実行させることにより実現される。

なお、上記振動信号生成部１１、信号制御部１２および香気発生制御部１５の一部または全部は、第１の実施形態と同様にＬＳＩやＡＳＩＣ等のハードウェアを用いて実現されてもよい。

振動信号生成部１１および信号制御部１２は、第１の実施形態で述べたように、ユーザＵＳの呼気を誘導するために、振動パラメータの制御情報に従い振幅、周波数および出力時間長がそれぞれ制御された振動信号を生成する。

一方、香気発生制御部１５は、上記振動パラメータ記憶部３１から振動パラメータの制御情報を読み込み、読み込んだ制御情報に含まれる振動信号の出力タイミングおよび出力時間長の指定データに基づいて、ユーザＵＳが呼気動作に続いて必然的に行う吸気動作の期間（吸気動作期間）を推定する。そして、香気発生制御部１５は、推定した上記吸気動作期間に対応するタイミングにおいて香気発生制御信号を香気発生器ＡＤへ出力する。

また、香気発生制御部１５は、上記香気発生制御信号に、香気発生パラメータ記憶部３２に記憶された香気発生パラメータ情報により指定される香気の１回当たりの発生量と、発生時間長または発生回数を指定するデータを含める。

香気発生器ＡＤは、一般にアロマディフューザとも呼ばれ、例えばモータにより動作する噴霧器からなる。香気発生器ＡＤは、上記香気発生制御部１５から発生される香気発生制御信号により動作してアロマエキスを噴霧する。なお、香気発生器ＡＤとしては、加熱式または超音波式の噴霧器が用いられてもよい。

（動作例）
次に、以上のように構成された呼吸誘導装置の動作例を説明する。
図１２は、呼吸誘導制御装置ＴＭ３の制御部１Ｃが実行する呼気誘導制御と香気発生制御の処理手順と処理内容の一例を示すフローチャートである。

（１）呼気誘導制御
事前準備として、ユーザＵＳの両頬に図１に示したように一対の振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２を装着することは、第１の実施形態と同様である。

呼吸誘導制御装置ＴＭ３の制御部１Ｃは、ステップＳ３０により呼気誘導動作の開始要求の入力を検出すると、振動信号生成部１１の制御の下、ステップＳ３１において、信号源（ＯＳＣ）４から発生される基準信号をもとに振動信号を生成する。振動信号としては、例えば矩形波のチャープ信号が使用される。

呼吸誘導制御装置ＴＭ３の制御部１Ｃは、続いて信号制御部１２の制御の下、上記振動信号の振動パラメータを以下のように制御する。すなわち、信号制御部１２は、先ずステップＳ３２により、振動パラメータ記憶部３１から振動パラメータの制御情報を読み込む。信号制御部１２は、次にステップＳ３３において、上記振動パラメータの制御情報をもとに、上記振動信号生成部１１から出力された振動信号の振動パラメータ、例えば振動信号の周波数と振幅の少なくとも一方、および出力時間長をそれぞれ制御する。

そして、信号制御部１２は、上記振動パラメータが制御された振動信号を、ステップＳ３４において、上記振動パラメータの制御情報に含まれる出力タイミング指定データにより指定されるタイミングで、増幅器５に対し出力する。

この結果、上記振動信号は増幅器５により一定利得増幅された後、振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２に供給され、これにより振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２から振動波が発生してユーザＵＳの両頬に対し振動刺激として印加される。その結果、ユーザＵＳの口腔内に溜められた空気が口から呼気として吐出される。すなわち、ユーザＵＳの呼気が不随意に誘導される。

（２）香気発生制御
呼吸誘導制御装置ＴＭ３の制御部１Ｃは、続いて香気発生制御部１５の制御の下、香気の発生制御を以下のように実行する。

すなわち、香気発生制御部１５は、ステップＳ３５において、上記呼気の発生制御に用いた振動パラメータの制御情報を読み込む。そして香気発生制御部１５は、ステップＳ３６において、読み込んだ上記振動パラメータの制御情報により定義される出力タイミングおよび出力時間長に基づいて、ユーザＵＳが上記呼気動作に続いて必然に行う吸気動作の期間を推定する。例えば、香気発生制御部１５は、吸気開始タイミングと吸気の時間長を、上記吸気動作期間として推定する。

香気発生制御部１５は、次にステップＳ３７において、推定した上記吸気開始タイミングおよび吸気動作期間に基づいて香気発生開始タイミングを設定する。そして、設定した上記香気発生開始タイミングにおいて、香気発生器ＡＤに向け香気発生制御信号を出力する。また、このとき香気発生制御部１５は、香気発生制御信号に、香気発生パラメータ記憶部３２に記憶された香気発生パラメータ情報により指定される、香気の１回当たりの発生量と、発生時間長または発生回数を指定するデータを含める。

上記香気発生制御信号を受信すると香気発生器ＡＤは、当該受信タイミングに同期して香気を噴霧する。また、このとき香気発生器ＡＤは、香気発生制御信号により指定される１回の発生量に応じた量の香気を、香気発生制御信号により指定される発生時間長または発生回数だけ噴霧する。

従って、上記呼気誘導制御により行われた呼気動作に続いて必然的に行われる吸気動作の期間に、ユーザＵＳに対し香気発生器ＡＤから香気が噴霧される。この結果、ユーザＵＳが吸気を行う期間において香気を確実に提示することが可能となる。

以上述べた呼気誘導制御および香気発生制御を実行しながら、呼吸誘導制御装置ＴＭ３の制御部１Ｃは、ステップＳ３８において呼気誘導終了要求の入力を監視する。そして、呼気誘導終了要求が入力されなければ、ステップＳ３１に戻って、ステップＳ３１～ステップＳ３８による呼気誘導制御および香気発生制御を繰り返し実行する。従って、この場合ユーザＵＳには、一定の周期で間欠的に香気が提示される。

これに対し、呼気誘導終了要求が入力されたことを検知すると、制御部１Ｃは上記一連の制御処理を終了する。従って、例えば香気の提示を１回行った直後に呼気誘導終了要求を入力すれば、所望のタイミングにおいて単発的に香気を提示するといった制御が可能となる。

（作用効果）
以上述べたようにこの発明の第３の実施形態では、呼気を誘導する振動パラメータに基づいて呼気動作に続いて必然的に行われる吸気動作の期間を推定し、推定したこの吸気動作期間に香気を発生するように制御している。このため、ユーザＵＳが吸気動作を行う期間において香気を確実に提示することが可能となる。また、香気発生パラメータ情報により香気の１回の発生量、発生時間または発生回数を指定することで、ユーザＵＳに対し香気を適切な量および時間だけ提示することが可能となる。

近年、例えば映画や仮想現実の映像を視聴しているユーザに、シーンに合わせて香気を提示することで、より高い没入感が得られるようにするシステムの開発が検討されている。この発明の第３の実施形態に係る呼吸誘導装置を適用することで、上記システムが実現可能となる。

［その他の実施形態］
（１）接触刺激発生部としては、振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２を用いてユーザＵＳの頬に振動刺激を付与するもの以外に、例えばサーボモータを動作させて接触部をユーザの頬に押し付けるものや、ユーザの皮膚に電気刺激を付与するものを用いてもよい。また、接触刺激を付与する対象部位としては、ユーザの頬以外に、ユーザの胸の肺に対応する部位や、ユーザの咽喉などの気道に対応する部位などであってもよい。

（２）振動信号の振動パラメータを制御する際には、周波数、振幅および出力時間長のすべてを制御してもよいが、周波数、振幅および出力時間長のいずれか１つまたは２つを制御するようにしてもよい。

（３）呼吸誘導制御装置が備える機能を、パーソナルコンピュータやタブレット型端末等の端末に設ける以外に、Ｗｅｂ上またはクラウド上に配置されたサーバコンピュータ等に設けるようにしてもよい。この場合は、サーバコンピュータから、例えばユーザが所有するパーソナルコンピュータやスマートフォン等のユーザ端末にネットワークを介して接触刺激制御情報を転送し、この接触刺激制御情報に基づいてユーザ端末が例えば振動信号を生成して振動スピーカ等の接触刺激発生部に供給することにより実現できる。

（４）口腔内の空気量を推定は、例えばユーザから口腔内に滞留させた空気を実際に吐出させてその量を測定するようにしてもよい。その他、接触刺激制御装置の機能構成とその呼気誘導制御の処理手順および処理内容、呼気の誘導対象（人以外の肺呼吸を行う他の動物でもよい）等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

（５）この発明の第３の実施形態には、以下のような各種変形例が考えられる。
（第１の変形例）
図１３は、第１の変形例を示すブロック図である。なお、同図において前記図１１と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

第１の変形例は、制御部１Ｃ、プログラム記憶部２、データ記憶部３Ｃおよび信号源４を備える呼吸誘導制御装置ＴＭ３内に香気発生器ＡＤを設け、これにより呼吸誘導制御装置ＴＭ３を香気発生装置ＡＧ１として機能させるようにしたものである。

また第１の変形例は、刺激発生装置ＳＰに、ヘッドホン型の一対の振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２に加えて、これらの振動スピーカＳＰ１，ＳＰ２を動作させる増幅器５を内蔵するようにした点が、第３の実施形態と異なる。

第１の変形例によれば、刺激発生装置ＳＰをユーザＵＳに装着し、この刺激発生装置ＳＰに、香気発生器ＡＤが内蔵された香気発生装置ＡＧ１を接続することで、ユーザＵＳに対し適切なタイミングで香気を提示することが可能となる。

（第２の変形例）
図１４は、第２の変形例を示すブロック図である。なお、同図においても前記図１１と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

第２の変形例は、呼吸誘導装置に、呼吸誘導制御装置ＴＭ３および刺激発生装置ＳＰに加え香気発生器ＡＤをさらに設け、これにより呼吸誘導装置を香気発生装置ＡＧ２として機能させるようにしたものである。

このような構成であれば、例えばユーザの頭部に装着可能なヘッドホン型の香気発生装置を提供することができる。

（第３の変形例）
図１５は、第３の変形例を示すブロック図である。なお、同図においても前記図１１と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

第３の変形例は、呼吸誘導制御装置を香気発生制御装置ＡＣとして機能させるようにしたものである。香気発生制御装置ＡＣには無線Ｉ／Ｆ部７が設けてある。そして、香気発生制御装置ＡＣは、無線Ｉ／Ｆ部８を備えた刺激発生装置ＳＰ、および同様に無線Ｉ／Ｆ機能（図示省略）を備える香気発生器ＡＤに対し、それぞれ振動信号および香気発生制御信号を無線送信する。

このような構成であるから、例えば香気発生制御装置ＡＣの機能をスマートフォンやウェアラブル端末等の携帯端末に設け、ユーザＵＳの頭部にヘッドホン型の刺激発生装置ＳＰを装着し、ユーザＵＳの首から吊り下げる形態で香気発生器ＡＤを配置するといった使用形態が実現できる。また、その際無線インタフェースを使用することで、装置の使用上の負荷を軽減することが可能となる。

以上、この発明の実施形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点においてこの発明の例示に過ぎない。この発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、この発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。

要するにこの発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

ＵＳ…ユーザ
ＳＰ…刺激発生装置
ＳＰ１，ＳＰ２…振動スピーカ
ＴＭ１，ＴＭ２，ＴＭ３…呼吸誘導制御装置
ＣＭ…カメラ
ＡＤ…香気発生器
ＡＧ１，ＡＧ２…香気発生装置
ＡＣ…香気発生制御装置
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…制御部
２…プログラム記憶部
３Ａ，３Ｃ…データ記憶部
４…信号源
５…増幅器
６…カメラＩ／Ｆ部
７，８…無線Ｉ／Ｆ部
１１…振動信号生成部
１２，１４…信号制御部
１３…空気量推定部
１５…香気発生制御部
３１…振動パラメータ記憶部
３２…香気発生パラメータ記憶部

Claims (9)

1. 肺呼吸を行う生体の呼吸を誘導する呼吸誘導装置であって、
   振動信号を生成する振動信号生成部と、
   前記振動信号の振動パラメータを予め設定された値に制御し、前記振動パラメータが制御された前記振動信号を出力する信号制御部と、
   前記生体が備える両頬に左右から挟み込むように装着され、前記信号制御部から出力された前記振動信号に応じて、前記両頬に物理的な圧力による接触刺激を付与することにより、口腔内に滞留した空気を呼気として放出させる接触刺激発生部と
   を具備する呼吸誘導装置。
2. 前記接触刺激発生部は、前記接触刺激として、前記両頬に振動刺激を付与する、請求項１に記載の呼吸誘導装置。
3. 前記信号制御部は、前記振動パラメータとして、前記振動信号の振動周波数、振幅および出力時間長の少なくとも１つを制御する、請求項１に記載の呼吸誘導装置。
4. 前記信号制御部は、前記振動パラメータとして、前記接触刺激の付与開始時の前記振動信号の振動周波数および振幅の少なくとも一方を最も大きく設定しその後減少するように制御する、請求項１に記載の呼吸誘導装置。
5. 前記口腔内における空気量を測定する測定部を、さらに具備し、
   前記信号制御部は、前記振動パラメータとして、前記振動信号の振動周波数、振幅および出力時間長の少なくとも１つを、前記測定部により測定された前記空気量が多いほど大きい値となるように制御する、請求項１に記載の呼吸誘導装置。
6. 前記振動パラメータに基づいて前記生体の吸気動作期間を推定し、推定した前記吸気動作期間に香気を発生させるための香気発生制御信号を出力する香気発生制御部と、
   前記香気発生制御信号に応じて香気を発生する香気発生部と
   を、さらに具備する請求項１に記載の呼吸誘導装置。
7. 前記香気発生制御部は、予め設定した香気発生パラメータ情報に基づいて、前記香気の発生量と、発生時間または発生回数を指定するデータを含む前記香気発生制御信号を出力する、請求項６に記載の呼吸誘導装置。
8. 肺呼吸を行う生体の呼吸を誘導する呼吸誘導方法であって、
   振動信号を生成する過程と、
   生成された前記振動信号の振動パラメータを予め設定された値に制御し、前記振動パラメータが制御された前記振動信号を出力する過程と、
   前記生体が備える両頬に左右から挟み込むように装着される接触刺激発生部により、前記振動パラメータが制御された前記振動信号に応じて、前記両頬に物理的な圧力による接触刺激を付与することにより、口腔内に滞留した空気を呼気として放出させる過程と
   を具備する呼吸誘導方法。
9. 請求項１乃至７のいずれかに記載の呼吸誘導装置が具備する前記信号制御部による処理を、前記呼吸誘導装置が備えるプロセッサに実行させるプログラム。