TW201622652A - 咀嚼檢測裝置 - Google Patents

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Tetsuya Seki
Shusaku Hirota
Yusuke Chishiro
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Lotte Co Ltd
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Abstract

習知，存在有藉由光學式檢測器所得到之信號含有許多雜訊，因而無法正確地檢測出咀嚼動作(chewing；咀嚼)之問題。 本發明係一咀嚼檢測裝置，其包含有：耳機型外耳道感測器11、12，其具有成組之發光元件34及受光元件35，受光元件35係接受由發光元件34朝向外耳道內所發出之光的反射光，而輸出與受光量相應之電壓信號；建立關聯處理手段51，其將外耳道感測器11、12之輸出信號與顎骨之動作建立關聯，並輸出表示以顎骨進行咀嚼之咀嚼信號；及咀嚼區間偵測手段52，其判別外耳道感測器11、12之輸出是否基於顎骨之動作(咀嚼區間內)，而將非基於顎骨之動作時(咀嚼區間外)之建立關聯處理手段51之輸出無效化。

Description

咀嚼檢測裝置
本發明係關於一種用以檢測人類所進行之咀嚼動作(chewing；咀嚼)之裝置。
用以檢測咀嚼動作(chewing)之裝置自習知以來已有數個提案。
若人對食物等進行咀嚼，由於外耳道之肌肉會隨著顎骨之動作而動作，因此專利文獻1所揭示之裝置，係藉由插入於外耳道內之壓力感測器，來檢測因該肌肉之動作所造成外耳道內之壓力變化，並將壓力變化之次數作為咀嚼次數而加以計測。
專利文獻2所揭示之裝置，雖為利用相同原理來對咀嚼次數進行計測者，但其記載有使用微壓感測器、壓電感測器、按壓感測器來作為壓力感測器。
專利文獻3所揭示之輸入裝置雖為進行表情狀態辨識的裝置，但其說明亦可根據被裝載於外耳之光學式感測器之輸出來檢測咀嚼動作(chewing)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平7-213510號公報
[專利文獻2]日本專利特開平11-318862號公報
[專利文獻3]日本專利第5543929號公報
於過去所提案之檢測咀嚼之裝置中，分別存在有如下之問題。
專利文獻1及2所記載之裝置，由於為了偵測外耳道之動作而使用壓力感測器，因此感測器會大型化，並且需要氣密地裝戴，而難以長時間地裝戴。
另一方面，專利文獻3所提案之裝置之感測器係光學式感測器，雖無專利文獻1及2所提案之裝置般之問題，但藉由光學式感測器所得到之信號含有許多雜訊，而存在有無法正確地檢測咀嚼動作(chewing)之問題。
本發明係為了解決如此之習知裝置所具有之問題點所為者，主要之目的在於提供一種咀嚼檢測裝置，其可長時間地裝戴，且正確地檢測咀嚼動作(chewing)。
第1發明係一種咀嚼檢測裝置，其係用以檢測人類所進行之咀嚼動作(chewing)之裝置，其特徵在於包含有：耳機型外耳道感測器，其具有成組的發光元件及受光元件，受光元件係接受由發光元件朝向外耳道內所發出之光的反射光，而輸出與受光量相應之電壓信號；建立關聯處理手段，其對上述外耳道感測器之輸出信號與顎骨之動作建立關聯，並輸出表示以顎骨進行咀嚼之咀嚼信號；及咀嚼區間偵測手段，其判別上述外耳道感測器之輸出是否基 於顎骨之動作(咀嚼區間內)，而將非基於顎骨之動作時(咀嚼區間外)之上述建立關聯處理手段之輸出無效化。
第2發明係如第1發明所記載之咀嚼檢測裝置，其中，其具備將上述外耳道感測器之輸出轉換為數位信號之轉換器，該轉換器係以將既定個數之樣本值輸出既定時間之方式進行信號轉換。
第3發明係如第2發明所記載之咀嚼檢測裝置，其中，上述外耳道感測器、建立關聯處理手段、咀嚼區間偵測手段及轉換器係作為左耳用及右耳用而各設置一對。
第4發明係如第2或第3發明所記載之咀嚼檢測裝置，其中，上述咀嚼區間偵測手段具有判別偵測演算法，該判別偵測演算法係於在預先決定之偵測區間內自上述轉換器所輸入之一定個數之樣本值中一定比例(既定個數)以上之樣本值為顯著機率值時，判別為咀嚼區間，而於未滿一定比例(既定個數)之樣本值為顯著機率值時，判別為咀嚼區間外。
第5發明係如第4發明所記載之咀嚼檢測裝置，其中，上述咀嚼區間偵測手段包含有：設定基於上述偵測區間內之最小樣本值及/或最大樣本值之臨限值之手段；及於樣本值超過上述臨限值時，將該樣本值判定為顯著機率值之手段。
第6發明係如第5發明所記載之咀嚼檢測裝置，其中，設定上述臨限值之手段，包含針對每個使用者對臨限值進行校正之手段。
第7發明係如第3發明所記載之咀嚼檢測裝置，其中，進一步具有根據上述建立關聯處理手段之邏輯和輸出來計算咀 嚼及其次數並加以輸出之手段。
第8發明係如第7發明所記載之咀嚼檢測裝置，其中，上述輸出手段包含在咀嚼信號以較預先決定之時間更短之間隔被提供時，將該咀嚼信號除外之無感時間設定手段。
第9發明係如第7或第8發明所記載之咀嚼檢測裝置，其中，上述輸出手段包含在連續之咀嚼信號以預先決定之間隔被提供既定個時，生成預先決定之指令信號並將其輸出至外部之指令生成手段。
第10發明係如第9發明所記載之咀嚼檢測裝置，其中，上述連續之咀嚼信號之個數為2。
第11發明係如第1發明所記載之咀嚼檢測裝置，其中，上述外耳道感測器包含有：本體，其係裝載於外耳道；成組的發光元件及受光元件，其係可使空氣通過上述本體之內側與外側之間地被配置於上述本體之前端；聲音發信元件，其係配置於上述本體之內側，將聲音自本體內側朝向外側輸出；及LED，其係組入於上述本體之後端，與上述受光元件進行受光功能連動而點亮。
根據本發明，可提供一種咀嚼檢測裝置，其使裝戴中之負擔變少，而可長時間裝戴，並可正確地檢測裝戴中之咀嚼動作(chewing)。
此外，由於可正確地檢測咀嚼，因此亦可作為基於主動意識所進行之咀嚼而輸出各種指令信號之裝置來使用。尤其，於外耳道感測器一併設置有耳機功能之情形時，可對於提供利用耳機收聽之音樂等之裝置提供操作指令，即可進行所謂之免持(hands free)操作。
10‧‧‧咀嚼檢測裝置
11、12‧‧‧外耳道感測器
13‧‧‧本體外罩
14、15‧‧‧信號線
16‧‧‧資訊處理單元
17‧‧‧無線通信單元
18‧‧‧電池單元
19‧‧‧音響插孔
20‧‧‧攜帶式音樂播放器
21‧‧‧音響音頻纜線
22‧‧‧無線通信功能
23‧‧‧電腦
24‧‧‧信號線
30‧‧‧本體
31‧‧‧基部
32‧‧‧突部
33‧‧‧空間
34‧‧‧發光元件
35‧‧‧受光元件
36‧‧‧窗
37‧‧‧耳墊
38‧‧‧電路基板
39‧‧‧喇叭
40‧‧‧基板
41‧‧‧LED
42‧‧‧孔
43‧‧‧導光板
50‧‧‧轉換器
51‧‧‧建立關聯處理部
52‧‧‧咀嚼區間偵測部
53‧‧‧開關
54‧‧‧加算器
55‧‧‧臨限值元件
56‧‧‧立起偵測元件
57‧‧‧OR閘
60‧‧‧輸出部
61‧‧‧頻率限制部
62‧‧‧指令生成部
bufmin‧‧‧(樣本值中之)最小值
bufmax‧‧‧(樣本值中之)最大值
△Vmin‧‧‧下限值
△Vmax‧‧‧上限值
圖1係顯示本發明一實施形態之咀嚼檢測裝置10之構成之方塊圖。
圖2係顯示本發明一實施形態之咀嚼檢測裝置10之構成之方塊圖。
圖3係用以說明外耳道感測器11之構成之圖解圖。
圖4係顯示本實施形態之咀嚼檢測裝置10之構成例之線路方塊圖。
圖5係說明由咀嚼區間偵測部52所進行之偵測演算法之圖。
圖6係顯示在咀嚼區間偵測部52所進行之偵測演算法之其他例之圖。
圖7係證明雙擊之定義之圖。
以下參照圖式，針對本發明一實施形態具體地進行說明。
圖1係顯示本發明一實施形態之咀嚼檢測裝置10之構成之方塊圖。咀嚼檢測裝置10具備有耳機型外耳道感測器(右耳用)11、耳機型外耳道感測器(左耳用)12、及本體外罩13。外耳道感測器11、12與本體外罩13係藉由信號線14、15而連接。
於本體外罩13，內藏有記憶體控制單元(MCU；Memory Control Unit)等之資訊處理單元16、BLE(Bluetooth Low Energy；低功率藍牙)等之無線通信單元17、電池單元18及音響插 孔(Stereo jack)19。
因此，咀嚼檢測裝置10具備有利用音響插孔19及音響音頻纜線(Stereo audio cable)21，來連接例如攜帶式音樂播放器20，而中繼播放自該攜帶式音樂播放器20所提供之音樂等之路由器功能。
此外，於攜帶式音樂播放器20具有例如智慧型手機般之電腦功能之情形時，則可在本體外罩13與攜帶式音樂播放器20之間，進行利用無線通信功能(例如Bluetooth(註冊商標))22之通信。
而且，如圖2所示，於咀嚼檢測裝置10中，在本體外罩13內具備有未圖示之連接器(例如微型USB通用串列匯流排端子)，而可經由信號線24連接外部之電腦23。
在本實施形態中，如圖1及圖2所示，雖顯示有分別以信號線14、15連接本體外罩13與外耳道感測器11、12之構成，但亦可省略信號線14、15，而利用無線通信連接本體外罩13與外耳道感測器11、12。
圖3係用以說明外耳道感測器11之構成之圖解圖。此處，雖以外耳道感測器11之構成為例進行說明，但外耳道感測器12之構成亦相同。
外耳道感測器11具有可裝戴於外耳道之本體30。本體30具有基部31與自基部31朝向前方呈前端變窄之錐狀突出之突部32，其內部係成為空間33。於突部32之前端具備有1組之發光元件34及受光元件35。發光元件34例如由紅外線發光二極體所構成。
受光元件35例如由光電晶體所構成。為了使發光元件34所發出之光在外耳道反射，並使受光元件35可接受該反射光，發光元件34及受光元件35係以接近且彼此成為既定之位置關係及角度關係之方式被配置。
於突部32之前端側，以使空間33內之空氣可朝前方外側通過之方式打開有窗36。
然後，於突部32之前端部，藉由以彈性材料所形成之耳墊37覆蓋窗36以及發光元件34及受光元件35。
於本體30之空間33內，以基板31內為中心具備有電路基板38及被安裝於電路基板38之小型喇叭39。小型喇叭39係作為聲音發信元件而發揮功能，可輸出音樂等。
於基部31內，在其後端側組入有被安裝於基板40之LED 41。LED 41之上端係自形成於基部31之後端面之孔42朝向外側。藉此，LED 41之發光可自本體31之外側(後方側)目視確認。而且，圓板狀導光板43係以包圍LED 41周圍之方式被組入基部31。藉此，亦可自本體30之側面側通過導光板43，目視確認LED 41之點亮。
在本實施例中，外耳道感測器11所具備之LED 41，係以與受光元件35執行受光功能連動而點亮之方式所構成。
圖4係顯示本實施形態之咀嚼檢測裝置10之構成例之線路方塊圖。
參照圖4，咀嚼檢測裝置10具有外耳道感測器(右耳用)11及外耳道感測器(左耳用)12。該等一對之外耳道感測器11、12分別具有發光元件34及受光元件35。然後，發光元件34所發 出之光係在外耳道內反射，而由受光元件35接受該反射光，受光元件35再輸出與受光量相應之電壓信號。
所輸出之電壓信號係類比信號，且被提供至轉換器50。轉換器係將輸入之類比電壓信號轉換為例如10位元(bit)之數位信號。轉換器之轉換能力例如被設為500樣本/秒。因此，自轉換器50每1秒可輸出50個樣本值。
轉換器50之輸出係並列地被提供至建立關聯處理部51及咀嚼區間偵測部52。建立關聯處理部51係將轉換器50之輸出與顎骨之動作建立關聯，並輸出表示以顎骨進行咀嚼之咀嚼信號(例如脈衝信號)。
另一方面，咀嚼區間偵測部52係進行如下處理之處理部：判別轉換器50之輸出是否為基於顎骨之動作者(咀嚼區間內)，而於轉換器50之輸出非基於顎骨之動作時(咀嚼區間外)，將自建立關聯處理部51所輸出之咀嚼信號設為無效。在圖4之線路方塊圖中，咀嚼區間偵測部52係為操作開關53之構成。只要開關53不關閉，建立關聯處理部51之咀嚼信號便不會被送至後段，輸出(咀嚼信號)便會被無效化。
其次，針對是在由咀嚼區間偵測部52所進行之咀嚼區間內或在咀嚼區間外之判別方法，進行具體的說明。
圖5係說明由咀嚼區間偵測部52所進行之偵測演算法之圖。在咀嚼區間偵測部52中，根據來自轉換器50所提供之連續的25個樣本值，來判別下一個所提供之樣本值是否為基於顎骨之動作之樣本值，即咀嚼區間內之樣本值，或並非基於顎骨之動作之樣本值。
具體而言，於咀嚼區間偵測部52，在0.5秒之間，自轉換器50輸入有25個樣本值。因此，調查在25個樣本值中有幾個樣本值，係存在於將既定之下限值△Vmin及既定之上限值△Vmax加至該等25個樣本值中之最小值bufmin之範圍內。然後，若存在於該範圍內之樣本值為16個以上(64%以上)，便將下一個自轉換器50所提供之樣本值，判別為基於顎骨之動作之樣本值，即咀嚼區間內之樣本值。
另一方面，於0.5秒之間輸入之連續的25個樣本值中，在上述範圍內只有未滿16個樣本值之情形時，下一個輸入之樣本值便判別為非基於顎骨之動作，即於咀嚼區間外被檢測出之樣本值，並在該時間點進行無效化處理(在圖4中開啟開關53之處理)。
如此，在本實施形態中，咀嚼區間偵測部52係採用如下之偵測演算法：根據在該樣本值之輸出500微秒前所提供之25個樣本值之值，來判別自轉換器50所輸出之樣本值是否為咀嚼區間內之樣本值。
藉由採用該偵測演算法，可良好地過濾含有許多雜訊之外耳道感測器11、12之輸出，而正確地僅抽出起因於實際之咀嚼之信號(樣本值)，從而進行精度高之咀嚼檢測。
更具體而言，可適當地將在如下之情形所得到或所偵測到之樣本值，判別為咀嚼區間外之樣本值，而可良好地僅抽出咀嚼區間之樣本值：於裝戴有該咀嚼檢測裝置10之使用者例如進行行走動作而搖晃頭部時，儘管並未進行咀嚼卻自外耳道感測器11、12所得到之樣本值，或是於使用者並未咀嚼而是進行例如唱歌或說話所偵測到之外耳道感測器11、12之樣本值。因此，可實現實用 且無誤動作之裝置。
再者，咀嚼區間之偵測，並不限定於以0.5秒為基準來進行，只要設定為任意之單位時間，並以該單位時間為基準來進行即可。
在圖5之偵測演算法之說明圖中，有效範圍之下限值△Vmin及上限值△Vmax，設為可依照每個使用者(user)來進行校正，對於進行精度更高之咀嚼區間偵測是有效的。
圖6係顯示在咀嚼區間偵測部52所進行之偵測演算法之其他例之圖。如圖5所示，自轉換器50所輸出之樣本值之變化波形，不一定會成為偏下之變化波形，亦存在有成為偏上之變化波形之情形。
因此，亦可以用於偵測之區間(500微秒前)中之最小值bufmin為基準來設定下限值△Vmin及上限值△Vmax，並以區間中之最大值bufmax為基準而決定下限值△Vmin及上限值△Vmax，而將藉由該等偵測演算法所得到之輸出的邏輯和，作為咀嚼區間偵測判別輸出。
再次參照圖4，針對建立關聯處理部51之構成及動作進行說明。如上所述，建立關聯處理部51係將外耳道感測器11(或外耳道感測器12)之輸出信號與顎骨之動作建立關聯，而輸出表示以顎骨進行咀嚼之咀嚼信號之電路。在本實施例中，建立關聯處理部51係藉由加算器54、臨限值元件55及立起偵測元件56之串列連接而實現。在加算器54中，從自轉換器50所輸出之樣本值減去(負加算)自咀嚼區間偵測部52所提供之區間中之最小值。然後，將加算後之樣本值與臨限值元件55中既定之臨限值進行比較，而轉 換為0或1之二進制資料。立起偵測電路56係偵測自臨限值元件55所輸出之2值資料由0變化為1之時間點，即立起時間點，並進行輸出。
在建立關聯處理部51所進行之該等處理，係如下之處理：對與顎骨之動作相關連而獲得連續之樣本值所表示之波形，檢測出自波谷朝波峰之變化點，而輸出咀嚼信號。
由外耳道感測器(左耳用)12所檢測出之信號，亦以相同之方式處理。然後，來自兩電路之咀嚼信號，係經由OR閘57，被提供至輸出部60。
在本實施形態中，於輸出部60，具備有無感時間之頻率限制部61。頻率限制部61係作為無感時間設定手段而發揮功能，於咀嚼信號以較預先決定之時間，例如較0.5秒更短之間隔被提供時，可發揮將上述之短時間間隔之咀嚼信號除外之作用。
在本實施形態中，已經過實驗而驗證雖根據左右兩方之外耳道感測器11、12之輸出來檢測咀嚼，但不同的人，會有左右之信號被偏移地輸出之情形，而有所輸出之咀嚼次數為實際之咀嚼信號以上的情形。因此，為了不產生誤偵測，而設置無感時間之頻率限制部61，可更正確地檢測出咀嚼次數。
此外，當然也可設為省略無感時間之頻率限制部61之構成。
於輸出部60，亦可進一步具備有指令生成部62。指令生成部62例如係對依據使用者之意志所進行在既定之時間間隔內產生之複數次咀嚼進行檢測，並根據該複數次咀嚼之檢出來生成特定之指令信號的電路。
圖7係證明雙擊之定義之圖。如圖7所示，將在0.5秒~1秒之時間間隔所進行之兩次咀嚼，定義為雙擊。然後，指令生成部62可設定為於檢測出該雙擊時，根據雙擊來生成既定之指令信號，並將該指令信號輸出至外部機器等之構成。例如於圖1般使用攜帶式音樂播放器20之情形時，該指令信號為攜帶式音樂播放器20之起動信號、停止信號等。
指令生成部62亦可於檢測出上述之雙擊之情形以外，例如在檢測出三擊(在既定時間間隔連續進行3次咀嚼)時，生成既定之操作指令信號。
本實施形態之咀嚼檢測裝置10由於為前述之構成，因此在裝戴外耳道感測器11、12之情形時，裝戴的負擔較低，而可長時間地裝戴。
而且，可適當地過濾自該等外耳道感測器11、12所得到之檢測信號，而精度極為良好地檢測出咀嚼動作(chewing)及其次數。
本發明並不限於以上所說明之實施形態，而可在請求項所記載之範圍內進行各種變更。此外，由於藉由本發明所得到之咀嚼及其次數可被正確地檢測，因此可廣泛地利用在各種用途中。
(產業上之可利用性)
由於可提供一種能進行正確之咀嚼檢測，且具實用性及應用範圍廣泛之咀嚼檢測裝置，因此產業上之可利用性高。
10‧‧‧咀嚼檢測裝置
11‧‧‧外耳道感測器
12‧‧‧外耳道感測器
34‧‧‧發光元件
35‧‧‧受光元件
50‧‧‧轉換器
51‧‧‧建立關聯處理部
52‧‧‧咀嚼區間偵測部
53‧‧‧開關
54‧‧‧加算器
55‧‧‧臨限值元件
56‧‧‧立起偵測元件
57‧‧‧OR閘
60‧‧‧輸出部
61‧‧‧頻率限制部
62‧‧‧指令生成部

Claims (11)

  1. 一種咀嚼檢測裝置，係用以檢測人類所進行之咀嚼動作(chewing)之裝置，其特徵在於，其包含有：耳機型外耳道感測器，其具有成組的發光元件及受光元件，受光元件係接受由發光元件朝向外耳道內所發出之光的反射光，而輸出與受光量相應之電壓信號；建立關聯處理手段，其對上述外耳道感測器之輸出信號與顎骨之動作建立關聯，並輸出表示以顎骨進行咀嚼之咀嚼信號；及咀嚼區間偵測手段，其判別上述外耳道感測器之輸出是否基於顎骨之動作(咀嚼區間內)，而將非基於顎骨之動作時(咀嚼區間外)之上述建立關聯處理手段之輸出無效化。
  2. 如請求項1之咀嚼檢測裝置，其中，其具備有將上述外耳道感測器之輸出轉換為數位信號之轉換器，該轉換器係以將既定個數之樣本值輸出既定時間之方式進行信號轉換。
  3. 如請求項2之咀嚼檢測裝置，其中，上述外耳道感測器、建立關聯處理手段、咀嚼區間偵測手段及轉換器係作為左耳用及右耳用而各設置一對。
  4. 如請求項2或3之咀嚼檢測裝置，其中，上述咀嚼區間偵測手段具有判別偵測演算法，該判別偵測演算法係於在預先決定之偵測區間內自上述轉換器所輸入之一定個數之樣本值中一定比例(既定個數)以上之樣本值為顯著機率值時，判別為咀嚼區間，而於未滿一定比例(既定個數)之樣本值為顯著機率值時，判別為咀嚼區間外。
  5. 如請求項4之咀嚼檢測裝置，其中，上述咀嚼區間偵測手段包 含有：設定基於上述偵測區間內之最小樣本值及/或最大樣本值之臨限值之手段；及於樣本值超過上述臨限值時，將該樣本值判定為顯著機率值之手段。
  6. 如請求項5之咀嚼檢測裝置，其中，設定上述臨限值之手段，包含針對每個使用者對臨限值進行校正之手段。
  7. 如請求項3之咀嚼檢測裝置，其中，進一步具有根據上述建立關聯處理手段之邏輯和輸出來計算咀嚼及其次數並加以輸出之手段。
  8. 如請求項7之咀嚼檢測裝置，其中，上述輸出手段包含在咀嚼信號以較預先決定之時間更短之間隔被提供時，將該咀嚼信號除外之無感時間設定手段。
  9. 如請求項7或8之咀嚼檢測裝置，其中，上述輸出手段包含在連續之咀嚼信號以預先決定之間隔被提供既定個時，生成預先決定之指令信號並將其輸出至外部之指令生成手段。
  10. 如請求項9之咀嚼檢測裝置，其中，上述連續之咀嚼信號之個數為2。
  11. 如請求項1之咀嚼檢測裝置，其中，上述外耳道感測器包含有：本體，其係裝戴於外耳道；成組的發光元件及受光元件，其係可使空氣通過上述本體之內側與外側之間地被配置於上述本體之前端；聲音發信元件，其係配置於上述本體之內側，將聲音自本體內側 朝向外側輸出；及LED，其係組入於上述本體之後端，與上述受光元件進行受光功能連動而點亮。
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