WO2021090385A1 - ウェアラブルセンサ装置 - Google Patents

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WO2021090385A1
WO2021090385A1 PCT/JP2019/043410 JP2019043410W WO2021090385A1 WO 2021090385 A1 WO2021090385 A1 WO 2021090385A1 JP 2019043410 W JP2019043410 W JP 2019043410W WO 2021090385 A1 WO2021090385 A1 WO 2021090385A1
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inertial
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wearable sensor
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啓 桑原
明雄 登倉
松岡　裕人
石原　隆子
小笠原　隆行
優生 橋本
賢一 松永
敏輝 和田
都甲　浩芳
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日本電信電話株式会社
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    • A61B2562/18—Shielding or protection of sensors from environmental influences, e.g. protection from mechanical damage

Definitions

  • the present invention relates to a wearable sensor device that is attached to a wear or a living body and measures biological information, environmental information in the vicinity of the living body, and a moving state of the living body.
  • Non-Patent Document 1 discloses a method using the heat index as a guideline for action, such as avoiding going out or strenuous work when the heat index is relatively high.
  • Conventional heat index meters generally consist of relatively large devices and are difficult to place anywhere.
  • the heat index published by the Ministry of the Environment is a value that represents a wide area.
  • the heat load actually received by an individual is greatly affected by the local environment.
  • the environment varies greatly depending on where each person is, such as outdoors and indoors, sun and shade, lawn and concrete.
  • the influence of radiation from the ground for example, differs greatly between a tall adult and a short child.
  • the environment near the human body changes greatly depending on the clothes worn, the state of exercise, and the state of sweating.
  • a wristband type wearable sensor is commercially available as a sensor capable of monitoring a person's heart rate and exercise state.
  • a wristband type wearable sensor is commercially available as a sensor capable of monitoring a person's heart rate and exercise state.
  • it is necessary to carry, wear, and charge the environmental sensor and the wearable sensor, and it continues.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to enable easy measurement of environmental information in the vicinity of a living body, biological information, and a moving state of a living body.
  • the wearable sensor device of the present invention is connected to an environmental sensor configured to measure environmental information in the vicinity of a living body and a bioelectrode in contact with the body surface of the living body, or is in contact with the body surface of the living body.
  • a first conductive unit configured in the above, a biological information measuring unit configured to measure biological information via the first conductive portion, and an inertia configured to measure the inertial information of the living body.
  • a sensor a calculation unit configured to calculate a biological feature amount based on the biological information and calculate an inertial feature amount based on the inertial information, the biological information, the inertial information, and the biological feature amount.
  • the biological information measurement unit, the inertial sensor, the calculation unit, and the wireless communication unit are provided with a wireless communication unit configured to wirelessly transmit the inertial feature amount and the environmental information to an external device.
  • the environmental sensor is installed in a sealed housing, the environmental sensor is installed on the outer wall surface of the housing, or is installed away from the outer wall surface, and the first conductive portion is attached to the bioelectrode. It is characterized in that a part thereof is exposed to the outside of the housing due to connection or contact with the body surface of the living body.
  • the biological information measurement unit, the inertial sensor, the calculation unit, and the wireless communication unit are installed in a sealed housing, and the environmental sensor is installed on the outer wall surface of the housing or separated from the outer wall surface.
  • the environmental sensor is installed on the outer wall surface of the housing or separated from the outer wall surface.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wearable sensor device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a state in which the wearer wears the wearable sensor device in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is an enlarged cross-sectional view of the wear when the wearer is not wearing the wearable sensor device.
  • FIG. 3B is an enlarged cross-sectional view of the wear in a state where the wearer wears the wearable sensor device.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a circuit configuration of a wearable sensor device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a diagram showing a transmission interval between a first packet and a second packet according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B is a diagram showing a format of a first packet according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5C is a diagram showing a format of a second packet according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating another method of fixing the temperature / humidity sensor according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of a computer that realizes the wearable sensor device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows the configuration of the wearable sensor device according to this embodiment.
  • the wearable sensor device 100 includes a rigid substrate 2a and a flexible substrate 2c for connecting a circuit mounted on the rigid substrate 2a and a temperature / humidity sensor described later in a sealed housing 1.
  • a biological information measuring unit 3 for measuring biological information
  • an inertial sensor 4 for measuring inertial information
  • a biological feature amount calculated based on the biological information and an inertial feature amount based on the inertial information.
  • the calculation unit 5 to calculate, the wireless communication unit 6 that wirelessly transmits the biological information, the inertial information, the biological feature amount, the inertial feature amount, and the environmental information measured by the temperature / humidity sensor 9 described later to an external device, and the battery 7.
  • a circuit on the rigid substrate 2a and a power supply circuit 8 for supplying a power supply voltage to the temperature / humidity sensor 9 described later are mounted.
  • a temperature / humidity sensor 9 (environmental sensor) is provided on the side surface of the outer wall of the housing 1.
  • Two conductive snap buttons 10a and 10b are provided on the lower surface of the outer wall of the housing 1.
  • the snap buttons 10a and 10b can be connected to an external bioelectrode via the snap button on the wear side, and the bioelectric signal acquired by the bioelectrode is sent to the biometric information measurement unit 3. It fulfills the function of communicating.
  • the number of snap buttons 10a and 10b may be at least two, and may be three or more depending on the number of bioelectrodes to be connected.
  • the housing 1 is hermetically sealed so that liquids such as sweat and rain do not enter from the outside, and is waterproof.
  • the housing 1 is composed of, for example, a resin upper lid 1a and a resin lower lid 1b.
  • a method of screwing the upper lid 1a to the lower lid 1b with an O-ring inserted between the upper lid 1a and the lower lid 1b, or a method of screwing the upper lid 1a to the lower lid 1a A method of fixing the upper lid 1b and the lower lid 1b with an adhesive, a method of ultrasonically bonding the upper lid 1a and the lower lid 1b, and the like may be used.
  • the temperature / humidity sensor 9 is mounted on the rigid substrate 2b.
  • the rigid substrate 2b is fixed to the side surface of the outer wall of the housing 1.
  • the temperature / humidity sensor 9 mounted on the rigid substrate 2b is electrically connected to the arithmetic unit 5 and the power supply circuit 8 inside the housing 1 via the flexible wiring and the wiring on the rigid substrate 2a.
  • the flexible wiring for example, a flexible substrate 2c can be used.
  • the rigid substrates 2a and 2b and the flexible substrate 2c are integrated to form a rigid flexible substrate.
  • the biometric information measuring unit 3, the inertial sensor 4, the arithmetic unit 5, the wireless communication unit 6, the battery 7, and the power supply circuit 8 are mounted on the rigid board 2a, and the temperature / humidity sensor 9 is mounted on the rigid board 2b.
  • the rigid substrate 2a and the rigid substrate 2b are electrically connected by the flexible substrate 2c.
  • the rigid substrate 2a is fixed to the inner wall surface of the lower lid 1b.
  • the rigid substrate 2b is fixed to the outer wall side surface of the lower lid 1b.
  • Bond by a method such as ultrasonic bonding the upper and lower sides of the flexible substrate 2c are sandwiched between the upper lid 1a and the lower lid 1b. Bond by a method such as ultrasonic bonding.
  • the temperature / humidity data (environmental information) measured by the temperature / humidity sensor 9 on the outside of the sealed housing 1 can be transmitted to the calculation unit 5 inside the housing 1 and processed by the calculation unit 5. Become.
  • the temperature / humidity sensor 9 having a built-in AD converter is used, and the measured value of the temperature / humidity is converted into digital data by the AD converter and transmitted to the calculation unit 5. ..
  • the configuration of the temperature / humidity sensor 9 is not limited to this embodiment, and an analog output temperature / humidity sensor may be used.
  • an analog signal processing unit or an AD converter is mounted on the rigid substrate 2a, and the analog signal output from the temperature / humidity sensor 9 is amplified by the analog signal processing unit and then subjected to AD conversion. It may be converted into digital data by a device and passed to the arithmetic unit 5.
  • the metal snap buttons 10a and 10b are machined in advance as individual parts. Then, in the snap buttons 10a and 10b, when the resin lower lid 1b is manufactured, the convex portions 200a and 200b protrude from the lower surface of the outer wall of the lower lid 1b, and the end portions 201a and 201b on the opposite sides of the convex portions 200a and 200b are formed. It is integrated with the lower lid 1b by an insert molding method so that it is exposed inside the lower lid 1b and the remaining portion is surrounded by the lower lid 1b. In this way, the snap buttons 10a and 10b can be fixed to the lower lid 1b while ensuring the waterproofness of the portion where the snap buttons 10a and 10b are fixed.
  • the bioelectric signal acquired by the bioelectrode is obtained. It can be transmitted to the biometric information measurement unit 3 via the snap buttons 10a and 10b, the flexible wiring, and the wiring on the rigid substrate 2a.
  • Flexible wiring connecting the ends 201a and 201b of the snap buttons 10a and 10b and the rigid substrate 2a includes springs 11a and 11b such as conductive leaf springs and wire springs.
  • the rigid substrate 2a on which the biometric information measurement unit 3 is mounted is arranged substantially in parallel with the lower surface of the housing 1 (lower lid 1b), and is placed on the surface of the rigid substrate 2a (lower surface of FIG. 1) facing the snap buttons 10a and 10b.
  • Pads electrically connected to the biometric information measuring unit 3 are provided as many as the number of snap buttons.
  • Springes 11a and 11b may be arranged between these pads and the ends 201a and 201b of the snap buttons 10a and 10b, respectively, and the pads and the snap buttons 10a and 10b may be electrically connected.
  • these components are provided by installing the biometric information measurement unit 3, the inertial sensor 4, the calculation unit 5, the wireless communication unit 6, the battery 7, and the power supply circuit 8 in the sealed housing 1. Can be prevented from being damaged by sweat or rain from the outside. Further, by installing the temperature / humidity sensor 9 outside the housing 1 so that the temperature / humidity sensor 9 can come into contact with the outside air, environmental information in the vicinity of the human body is measured, and the measurement result is calculated inside the housing 1. It becomes possible to process in part 5.
  • the snap buttons 10a and 10b electrically connected to the biological information measuring unit 3 inside the housing 1 to the outside of the housing 1, it becomes possible to connect with the snap button on the wear side described later.
  • the biometric information can be measured via the bioelectrode on the wear side and processed by the calculation unit 5.
  • a biological information measurement function for example, about 5 mm to 10 mm. It will be possible. As a result, in this embodiment, it is possible to realize the wearable sensor device 100 that does not get in the way when a person wears the wear on which the wearable sensor device 100 is attached and does not interfere with daily life or work. It becomes.
  • FIG. 2 is a diagram showing a state in which the wearer wears the wearable sensor device 100.
  • FIG. 3A is an enlarged cross-sectional view of the wear when the wearer is not wearing the wearable sensor device 100
  • FIG. 3B is an enlarged cross-sectional view of the wear when the wearer is wearing the wearable sensor device 100. 2 and 3B show a state in which the wearable sensor device 100 is attached to innerwear 101 such as a T-shirt.
  • the inner wear 101 has bioelectrodes 103a and 103b made of conductive fibers and the like installed on the surface in contact with the wearer's skin 102, and recesses 202a and 202b on the surface opposite to the surface in contact with the wearer's skin 102.
  • Conductive snap buttons 104a, 104b (second conductive portion) installed so as to be exposed, and wirings 105a, 105b for electrically connecting the bioelectrodes 103a, 103b and the snap buttons 104a, 104b are provided. ing.
  • natural fiber materials such as cotton and wool used in ordinary clothing and synthetic fiber materials such as polyester and nylon can be used without any limitation. It is not limited to the material.
  • the convex portions of the male snap buttons 10a and 10b provided on the wearable sensor device 100 and the concave portions of the female snap buttons 104a and 104b provided on the inner wear 101 are fitted.
  • the snap buttons 10a and 10b and the snap buttons 104a and 104b are mechanically and electrically connected, and the wearable sensor device 100 can be attached to the inner wear 101.
  • the snap buttons 10a and 10b are electrically connected to the bioelectrodes 103a and 103b via the snap buttons 104a and 104b and the wirings 105a and 105b.
  • the wearable sensor device 100 and the inner wear 101 are a monitoring system that measures the wearer's biological information, the environmental information in the vicinity of the wearer, and the wearer's exercise state. It becomes.
  • the wearable sensor device 100 can be removed and only the inner wear 101 can be washed.
  • the bioelectrodes 103a and 103b come into contact with the wearer's skin 102, so that the wearer's biometric information can be acquired. For example, if the bioelectrodes 103a and 103b are brought into contact with the wearer's skin 102 at two locations on the chest, the electrocardiographic waveform associated with the wearer's cardiac activity can be measured.
  • the biological information of the present invention is not limited to electrocardiography. If the bioelectrodes 103a and 103b are placed at the positions of the wearer's arms and feet, myoelectricity can be measured. It goes without saying that the number of bioelectrodes 103a and 103b may be at least two and may be three or more.
  • the temperature / humidity sensor 9 is provided on the outer wall side surface of the wearable sensor device 100. Since the lower surface of the outer wall provided with the snap buttons 10a and 10b of the wearable sensor device 100 and the side surface of the outer wall provided with the temperature / humidity sensor 9 are substantially orthogonal to each other, when the wearable sensor device 100 is attached to the inner wear 101. The temperature / humidity sensor 9 will be installed on a surface in the vicinity of the wearer's body surface, which is substantially orthogonal to the body surface.
  • the temperature / humidity sensor 9 is installed on the same surface as the snap buttons 10a and 10b of the wearable sensor device 100, when the wearable sensor device 100 is attached to the inner wear 101, the temperature / humidity sensor 9 is mounted on the inner wear 101. It will be arranged in a narrow space sandwiched between the wearable sensor device 100 and the wearable sensor device 100. The temperature / humidity sensor 9 arranged in such a narrow space measures information different from the original environmental information in the vicinity of the wearer.
  • the temperature / humidity sensor 9 when the temperature / humidity sensor 9 is installed on the surface of the wearable sensor device 100 facing the snap buttons 10a and 10b (upper surfaces of FIGS. 1 and 3B), when the wearable sensor device 100 is attached to the inner wear 101, The wearable sensor device 100 is arranged between the wearer's body surface or innerwear 101 and the temperature / humidity sensor 9. In this case, the airflow between the wearer's body surface and the temperature / humidity sensor 9 is blocked by the wearable sensor device 100. Therefore, the temperature / humidity sensor 9 measures information different from the original environmental information in the vicinity of the wearer.
  • the temperature / humidity sensor 9 on the side surface of the outer wall substantially orthogonal to the lower surface of the outer wall of the housing 1 provided with the snap buttons 10a and 10b of the wearable sensor device 100, the wearer's body surface and the outside air are provided.
  • the temperature / humidity sensor 9 is installed at a position where the airflow between the two is not obstructed. As a result, the temperature / humidity sensor 9 can measure the original environmental information in the vicinity of the wearer.
  • the calculation unit 5 includes a biological feature amount calculation unit 50 that calculates a biological feature amount based on biological information, an inertial feature amount calculation unit 51 that calculates an inertial feature amount based on inertial information, and a memory 52 for storing information. And have.
  • the biological feature amount calculation unit 50 of the calculation unit 5 performs digital filter processing on the wearer's electrocardiographic waveform measured by, for example, the biometric information measurement unit 3, and further extracts an R wave from the filtered electrocardiographic waveform. Then, the biological features such as RRI (RR Interval) and heart rate, which represent the interval between R waves, are calculated.
  • RRI RR Interval
  • heart rate which represent the interval between R waves
  • the inertia sensor 4 measures inertia information.
  • Inertia information includes 3-axis acceleration and 3-axis angular acceleration.
  • the inertial feature calculation unit 51 of the calculation unit 5 calculates an inertial feature such as the number of steps and posture of the wearer based on the 3-axis acceleration waveform and the 3-axis angular acceleration waveform measured by the inertial sensor 4.
  • the wireless communication unit 6 includes electrocardiographic waveform data measured by the biological information measurement unit 3, 3-axis acceleration waveform data measured by the inertial sensor 4, 3-axis angular acceleration waveform data, and biological feature amount calculated by the calculation unit 5.
  • Data such as data, inertia feature data, and temperature / humidity data measured by the temperature / humidity sensor 9 are wirelessly transmitted from the antenna 60 to an external device.
  • a device external to the destination for example, there is a smartphone owned by the wearer.
  • a plurality of calculation units 5 and a plurality of wireless communication units 6 are provided by processing a plurality of sensor information in one calculation unit 5 and transmitting the information to the outside by one wireless communication unit 6.
  • the power consumption of the wearable sensor device 100 can be reduced, and a smaller and lighter battery 7 can be used to enable continuous operation for a long time. As a result, it is possible to improve the wearing feeling when wearing the wearable sensor device 100, reduce the troublesomeness of frequent charging, and easily and continuously monitor biological information, environmental information, and inertial information. It becomes possible to do.
  • the arithmetic unit 5 and the wireless communication unit 6 are shown as separate blocks in FIG. 4, one semiconductor chip having the functions of the arithmetic unit 5 and the wireless communication unit 6 may be used. ..
  • the wearable sensor device 100 can obtain a plurality of types of waveform data and a plurality of types of feature amount data. These waveform data and feature data differ in the required sampling interval and the allowable delay time.
  • a relatively short sampling interval of about 1 ms to 5 ms is generally required.
  • a sampling interval of about 10 ms to 50 ms is required, and a short delay time is required.
  • the electrocardiographic waveform data, the 3-axis acceleration waveform data, and the 3-axis angular acceleration waveform data, which require relatively high frequency data are aggregated in the first packet P1. And send.
  • biological feature data RRI, heart rate
  • inertial feature data steps, posture
  • temperature / humidity data which do not necessarily require high-frequency data
  • FIG. 5A is a diagram showing the transmission interval of the first packet P1 and the second packet P2
  • FIG. 5B is a diagram showing the format of the first packet P1
  • FIG. 5C is a diagram showing the format of the second packet P2. .
  • T1 is the transmission interval of the first packet P1
  • T2 is the transmission interval of the second packet P2.
  • the wireless communication unit 6 transmits the first packet P1 at intervals of, for example, about 10 ms to 100 ms.
  • the wireless communication unit 6 includes electrocardiographic waveform data D1 (or myoelectric waveform data) measured at intervals of about 1 ms to 10 ms and three-axis acceleration measured at intervals of about 10 ms to 100 ms.
  • the waveform data D2 and the triaxial angular acceleration waveform data D3 are stored and transmitted.
  • 3-axis acceleration waveform data D2 and 3-axis angular acceleration waveform data It is possible to efficiently fit the D3 into a single packet.
  • the electrocardiographic waveform data D1 and the 3-axis acceleration can be stored in one packet and transmitted efficiently.
  • the calculation unit 5 temporarily stores the electrocardiographic waveform data D1 measured by the biological information measurement unit 3 in the memory 52, and synchronizes with the sampling timing of the three-axis acceleration and the three-axis angular acceleration. Digital filter processing and biological feature amount calculation processing are performed on the radio wave type data D1.
  • the wireless communication unit 6 transmits the second packet P2 at intervals of, for example, about 1 second to 100 seconds.
  • the wireless communication unit 6 has the temperature / humidity data D4 measured at intervals of about 1 second to 100 seconds, the biological feature amount data D5 calculated at intervals of about 1 second to 100 seconds, and the inertia.
  • the feature amount data D6 is stored and transmitted.
  • D4-1 is temperature data and D4-2 is humidity data.
  • D5-1 is heart rate data
  • D5-2 to D5-6 are RRI data.
  • D6-1 is the step count data
  • D6-2 is the posture data.
  • the posture data is, for example, roll angle and pitch angle data.
  • the temperature / humidity sampling interval is n times the sampling interval of the triaxial acceleration or the triaxial angular acceleration (n is an integer of 2 or more).
  • the calculation unit 5 temporarily stores the 3-axis acceleration waveform data D2 and the 3-axis angular acceleration waveform data D3 measured by the inertial sensor 4 in the memory 52, and synchronizes with the timing of temperature and humidity sampling to obtain the inertial characteristics. Performs quantity calculation processing.
  • the data interval between the biological feature amount and the inertial feature amount is an integral multiple of 1 or more of the temperature / humidity sampling interval.
  • the timing of processing by the calculation unit 5 can be summarized as the sampling timing of 3-axis acceleration and 3-axis angular acceleration and the sampling timing of temperature and humidity, and the calculation unit 5 can be used at times other than these timings. Since it is possible to suspend the power consumption, it is possible to further reduce the power consumption.
  • the electrocardiographic waveform when the electrocardiographic waveform is sampled at 1 ms intervals, R waves are extracted with high time resolution, and the electrocardiographic waveform data is transmitted wirelessly to the outside, the data is set to 5 ms intervals. You may want to downsample.
  • snap buttons 10a, 10b, 104a, 104b are used as means for attaching the wearable sensor device 100 to the inner wear 101, but the present invention is not limited to this, and for example, a magnet or a clip is used. , Magic tape (registered trademark) or the like may be used.
  • the wearable sensor device 100 can be attached to the inner wear 101 by using these attachment means.
  • a patch or the like that can be adhered to the skin may be provided on the lower surface of the wearable sensor device 100 so that the wearable sensor device 100 can be directly attached to the wearer's body surface instead of the wear.
  • an electrode having a shape suitable for contact with the wearer's skin is provided as the conductive portion.
  • the wearable sensor device 100 may be integrated with the wear without being detachable.
  • the wearable sensor device 100 of this embodiment can be attached to various wears such as a T-shirt, a tank top, a belly band, a belt wrapped around the chest, and pants. Further, since the wearable sensor device 100 of this embodiment targets a living body for monitoring, it may be worn not only on humans but also on animals and the like.
  • an example of a temperature / humidity sensor is shown as an environmental sensor, but the present invention is not limited to this, and an environmental sensor such as a temperature sensor alone, a humidity sensor alone, a barometric pressure sensor, or a gas sensor is used. You may. Further, a memory capable of storing waveform data and feature amount data may be further provided so that the data stored in the memory can be read from the wireless communication unit 6.
  • a structure in which the rigid substrate 2a and the flexible substrate 2b are covered with a box-shaped housing 1 and sealed is shown as an example, but the present invention is not limited to this.
  • a resin or the like may be poured around the rigid substrate 2a, the flexible substrate 2b, the springs 11a, 11b, and the snap buttons 10a, 10b (or electrodes) to cure and seal the resin.
  • the temperature / humidity sensor 9 is mounted on the rigid substrate 2b, and the rigid substrate 2b is fixed to the outer wall surface of the housing 1, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 6, the temperature / humidity sensor 9 may be installed away from the outer wall surface so that the sensor surface 90 of the temperature / humidity sensor 9 is parallel to the outer wall surface of the housing 1.
  • the support members 12a and 12b that support the rigid substrate 2b are placed outside the housing 1 so that the rigid substrate 2b on which the temperature / humidity sensor 9 is mounted is installed on the outer wall surface of the housing 1 at a distance. It may be provided on the wall surface. In this way, the temperature / humidity sensor 9 can be installed away from the outer wall surface by the support members 12a and 12b.
  • the software functions of the arithmetic unit 5 and the wireless communication unit 6 include a computer provided with a CPU (Central Processing Unit), a storage device, and an interface, and their hardware. It can be realized by a program that controls resources.
  • a configuration example of this computer is shown in FIG.
  • the computer includes a CPU 300, a storage device 301, and an interface device (I / F) 302.
  • the interface device 302 is connected to the biological information measurement unit 3, the inertial sensor 4, the temperature / humidity sensor 9, and the hardware of the wireless communication unit 6.
  • a program for realizing the monitoring method of the present invention is stored in the storage device 301.
  • the CPU 300 executes the process described in this embodiment according to the program stored in the storage device 301.
  • the present invention can be applied to a technique for measuring biological information, environmental information, and exercise state.

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Abstract

ウェアラブルセンサ装置（１００）は、生体の近傍の環境情報を計測する温湿度センサ（９）と、生体電極と接続されるスナップボタン（１０ａ，１０ｂ）と、生体情報を計測する生体情報計測部（３）と、慣性情報を計測する慣性センサ（４）と、生体情報に基づいて生体特徴量を算出し、慣性情報に基づいて慣性特徴量を算出する演算部（５）と、生体情報と慣性情報と生体特徴量と慣性特徴量と環境情報を外部に送信する無線通信部（６）を備える。生体情報計測部（３）と慣性センサ（４）と演算部（５）と無線通信部（６）とは、密閉された筐体（１）内に設置される。温湿度センサ（９）は、筐体（１）の外壁面に設置されるか、または外壁面から離間して設置される。スナップボタン（１０ａ，１０ｂ）は、生体電極との接続のために一部が筐体（１）の外部に露出している。

Description

ウェアラブルセンサ装置
　本発明は、ウェアや生体に装着され、生体情報と生体近傍の環境情報と生体の運動状態とを計測するウェアラブルセンサ装置に関するものである。
　暑熱下における熱中症の予防などの体調管理のためには、環境情報をモニタリングすることが重要である。
　例えば、熱中症を予防するために従来用いられている暑さ指数計では、黒球温度、湿球温度、乾球温度を計測して暑さ指数を求めている（非特許文献１参照）。非特許文献１には、暑さ指数が比較的高い場合には外出や激しい作業を避けるなど、暑さ指数を行動の指針とする手法が開示されている。
　従来の暑さ指数計は、一般に、比較的大きな装置で構成され、任意の場所に配置することは困難である。例えば、環境省によって公表される暑さ指数は広い地域を代表する値である。
　ところが、実際に個々人が受ける暑熱負荷は、局所的な環境によって大きく左右される。例えば、屋外と屋内、日向と日陰、芝生の上とコンクリートの上など、それぞれの人のいる場所によって環境は大きく異なる。また、同じ場所であっても、背の高い大人と背の低い子供とでは例えば地面からの輻射の影響は大きく異なる。さらに、着ている衣服や、運動状態、発汗状態などによっても人体近傍の環境は大きく変化する。
　そこで、体調を管理したい人が環境センサを携帯したり、身に着けたりして人体近傍の環境をモニタリングする方法が考えられる。しかしながら、従来の環境センサは、持ち運びが不便であったり、汗がセンサに付着すると正確な計測ができなくなったりするなどの課題があった。
　また、暑熱下における熱中症の予防などの体調管理のためには、環境情報に加え、人の生体情報や運動状態をモニタリングすることも重要である。
　例えば、作業強度ピークの１分後の心拍数が１２０を超過している場合には、熱中症のリスクが高く、暑熱下における作業の休憩が推奨されている。
　人の心拍数や運動状態をモニタリングすることが可能なセンサとして、例えばリストバンド型のウェアラブルセンサが市販されている。しかしながら、人体近傍の環境情報に加えて人の生体情報や運動状態をモニタリングするためには、環境センサとウェアラブルセンサとを携帯したり、身に付けたり、充電したりすることが必要となり、継続的に人体近傍の環境情報や生体情報、運動状態をモニタリングすることが煩雑で難しいという課題があった。
JuYoun Kwon，Ken Parsons，"Evaluation of the Wet Bulb Globe Temperature (WBGT) Index for Digital Fashion Application in Outdoor Environments"，Journal of the Ergonomics Society of Korea，36(1)，pp.23-36，2017
　本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、生体近傍の環境情報と生体情報と生体の運動状態とを簡便に計測できるようにすることを目的とする。
　本発明のウェアラブルセンサ装置は、生体の近傍の環境情報を計測するように構成された環境センサと、前記生体の体表面と接する生体電極と接続されるか、または前記生体の体表面と接するように構成された第１の導電部と、前記第１の導電部を介して生体情報を計測するように構成された生体情報計測部と、前記生体の慣性情報を計測するように構成された慣性センサと、前記生体情報に基づいて生体特徴量を算出し、前記慣性情報に基づいて慣性特徴量を算出するように構成された演算部と、前記生体情報と前記慣性情報と前記生体特徴量と前記慣性特徴量と前記環境情報とを外部の装置に無線送信するように構成された無線通信部とを備え、前記生体情報計測部と前記慣性センサと前記演算部と前記無線通信部とは、密閉された筐体内に設置され、前記環境センサは、前記筐体の外壁面に設置されるか、またはこの外壁面から離間して設置され、前記第１の導電部は、前記生体電極との接続または前記生体の体表面との接触のために一部が前記筐体の外部に露出していることを特徴とするものである。
　本発明によれば、生体情報計測部と慣性センサと演算部と無線通信部とを密閉された筐体内に設置し、環境センサを筐体の外壁面に設置するか、またはこの外壁面から離間して設置し、第１の導電部の一部を、生体電極との接続または生体の体表面との接触のために筐体の外部に露出させることにより、生体が容易に身に付けることが可能な１台の小型・薄型な装置によって生体近傍の環境情報と生体情報と生体の運動状態を示す慣性情報とを、汗や雨等の付着に影響されずに、簡便かつ継続的に計測することが可能となる。
図１は、本発明の実施例に係るウェアラブルセンサ装置の構成を示す図である。 図２は、本発明の実施例において着用者がウェアラブルセンサ装置を装着した状態を示す図である。 図３Ａは、着用者がウェアラブルセンサ装置を装着していない状態におけるウェアの拡大断面図である。 図３Ｂは、着用者がウェアラブルセンサ装置を装着した状態におけるウェアの拡大断面図である。 図４は、本発明の実施例に係るウェアラブルセンサ装置の回路構成を示すブロック図である。 図５Ａは、本発明の実施例に係る第１のパケットと第２のパケットの送信間隔を示す図である。 図５Ｂは、本発明の実施例に係る第１のパケットのフォーマットを示す図である。 図５Ｃは、本発明の実施例に係る第２のパケットのフォーマットを示す図である。 図６は、本発明の実施例に係る温湿度センサの別の固定方法を説明する図である。 図７は、本発明の実施例に係るウェアラブルセンサ装置を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。
　以下、本発明の好適な実施例について、図を参照して詳細に説明する。図１に本実施例に係るウェアラブルセンサ装置の構成を示す。ウェアラブルセンサ装置１００は、密閉された筐体１の中に、リジッド基板２ａと、リジッド基板２ａ上に搭載された回路と後述する温湿度センサとを接続するフレキシブル基板２ｃとを備えている。
　リジッド基板２ａ上には、生体情報を計測する生体情報計測部３と、慣性情報を計測する慣性センサ４と、生体情報に基づいて生体特徴量を算出し、慣性情報に基づいて慣性特徴量を算出する演算部５と、生体情報と慣性情報と生体特徴量と慣性特徴量と後述する温湿度センサ９によって計測された環境情報とを外部の装置に無線送信する無線通信部６と、電池７と、電池７の電圧を入力として、リジッド基板２ａ上の回路および後述する温湿度センサ９に電源電圧を供給する電源回路８とが搭載されている。
　また、筐体１の外壁側面には、温湿度センサ９（環境センサ）が設けられている。筐体１の外壁の下面には、導電性のスナップボタン１０ａ，１０ｂ（第１の導電部）が２つ設けられている。後述するように、スナップボタン１０ａ，１０ｂは、ウェア側のスナップボタンを介して外部の生体電極と接続可能となっており、生体電極によって取得された生体電気信号を、生体情報計測部３へと伝える機能を果たす。なお、スナップボタン１０ａ，１０ｂは、少なくとも２つあればよく、接続する生体電極の個数に対応して３つ以上あってもよいことは言うまでもない。
　筐体１は、外部から汗や雨等の液体が侵入しないように密閉されており、防水性を備えている。筐体１は、例えば樹脂製の上蓋１ａと、同じく樹脂製の下蓋１ｂとから構成される。筐体１の防水性を確保するためには、周知の方法として、上蓋１ａと下蓋１ｂとの間にＯリングを入れた状態で上蓋１ａを下蓋１ｂにねじ止めする方法や、上蓋１ａと下蓋１ｂとを接着剤で固着する方法、上蓋１ａと下蓋１ｂとを超音波接合する方法などを用いればよい。
　温湿度センサ９は、リジッド基板２ｂ上に搭載されている。リジッド基板２ｂは、筐体１の外壁側面に固定されている。温湿度センサ９の表面に、防水性の透湿フィルム等を設けることによって、温湿度センサ９の表面に汗や雨等が付着した場合の破損を防止することが可能である。リジッド基板２ｂ上に搭載された温湿度センサ９は、可撓性の配線とリジッド基板２ａ上の配線とを介して、筐体１内部の演算部５および電源回路８と電気的に接続されている。可撓性の配線としては、例えばフレキシブル基板２ｃを用いることができる。
　リジッド基板２ａ，２ｂとフレキシブル基板２ｃとが一体化され、リジッドフレキシブル基板を構成している。上記のとおり、リジッド基板２ａには生体情報計測部３と慣性センサ４と演算部５と無線通信部６と電池７と電源回路８とが搭載され、リジッド基板２ｂには温湿度センサ９が搭載され、リジッド基板２ａとリジッド基板２ｂとの間がフレキシブル基板２ｃによって電気的に接続されている。
　リジッド基板２ａは、下蓋１ｂの内壁面に固定されている。リジッド基板２ｂは、下蓋１ｂの外壁側面に固定されている。リジッド基板２ａ，２ｂが下蓋１ｂに固定された状態で、フレキシブル基板２ｃの上下を上蓋１ａと下蓋１ｂで挟むようにし、上記のとおり上蓋１ａと下蓋１ｂとをねじ止め、接着、超音波接合などの方法で接合する。
　こうして、密閉された筐体１の外側の温湿度センサ９によって計測された温湿度データ（環境情報）を、筐体１内部の演算部５に伝達し、演算部５で処理することが可能となる。
　なお、本実施例においては、ＡＤ変換器を内蔵した温湿度センサ９を用いており、温湿度の計測値をＡＤ変換器によってデジタルデータに変換して、演算部５に送信するようにしている。
　温湿度センサ９の構成は本実施例に限るものではなく、アナログ出力の温湿度センサを用いてもよい。この場合には、リジッド基板２ａ上にアナログ信号処理部やＡＤ変換器を搭載し、温湿度センサ９から出力されたアナログ信号に対してアナログ信号処理部によって増幅等の処理をした後に、ＡＤ変換器によってデジタルデータに変換して演算部５に渡すようにすればよい。
　金属製のスナップボタン１０ａ，１０ｂは、それぞれ個別部品として予め機械加工される。そして、スナップボタン１０ａ，１０ｂは、樹脂製の下蓋１ｂを作製する際に凸部２００ａ，２００ｂが下蓋１ｂの外壁下面から突出し、凸部２００ａ，２００ｂと反対側の端部２０１ａ，２０１ｂが下蓋１ｂの内部に露出し、残りの部分が下蓋１ｂに取り囲まれるように、インサート成型法によって下蓋１ｂと一体化されている。こうして、スナップボタン１０ａ，１０ｂを固定する箇所の防水性を確保しつつ、スナップボタン１０ａ，１０ｂを下蓋１ｂに固定することができる。
　筐体１内部に露出したスナップボタン１０ａ，１０ｂの端部２０１ａ，２０１ｂと生体情報計測部３とを可撓性の配線で電気的に接続することにより、生体電極によって取得された生体電気信号をスナップボタン１０ａ，１０ｂと可撓性の配線とリジッド基板２ａ上の配線とを介して生体情報計測部３へと伝えることができる。スナップボタン１０ａ，１０ｂの端部２０１ａ，２０１ｂとリジッド基板２ａとの間を接続する可撓性の配線としては、導電性の板バネや線バネ等のバネ１１ａ，１１ｂがある。
　生体情報計測部３が実装されたリジッド基板２ａを、筐体１（下蓋１ｂ）の下面と略並行に配置し、スナップボタン１０ａ，１０ｂと向かい合うリジッド基板２ａの面（図１の下面）に、生体情報計測部３と電気的に接続されたパッドをスナップボタンの個数分だけ設ける。これらのパッドとスナップボタン１０ａ，１０ｂの端部２０１ａ，２０１ｂとの間に、それぞれバネ１１ａ，１１ｂを配置して、パッドとスナップボタン１０ａ，１０ｂとを電気的に接続すればよい。
　以上のように、密閉された筐体１の中に、生体情報計測部３と慣性センサ４と演算部５と無線通信部６と電池７と電源回路８とを設置することにより、これらの部品が外部からの汗や雨等によって破損することを防止することができる。また、温湿度センサ９を筐体１の外部に設置し、温湿度センサ９が外気に接触できるようにすることによって、人体近傍の環境情報を計測すると共に、計測結果を筐体１内部の演算部５で処理することが可能となる。
　さらに、筐体１内部の生体情報計測部３と電気的に接続されたスナップボタン１０ａ，１０ｂを筐体１の外部に露出させることにより、後述するウェア側のスナップボタンと接続することが可能となり、ウェア側の生体電極を介して生体情報を計測し演算部５によって処理することが可能となる。
　また、以上のように各部品を配置して組み合わせることによって、例えば５ｍｍ～１０ｍｍ程度の薄いウェアラブルセンサ装置１００の中に、生体情報計測機能と慣性情報計測機能と環境情報計測機能とを組み込むことが可能となる。その結果、本実施例では、ウェアラブルセンサ装置１００が装着されたウェアを人が着用したときに邪魔にならず、日常生活や作業を阻害することのない、ウェアラブルセンサ装置１００を実現することが可能となる。
　図２は着用者がウェアラブルセンサ装置１００を装着した状態を示す図である。図３Ａは着用者がウェアラブルセンサ装置１００を装着していない状態におけるウェアの拡大断面図、図３Ｂは着用者がウェアラブルセンサ装置１００を装着した状態におけるウェアの拡大断面図である。図２、図３Ｂは、ウェアラブルセンサ装置１００を、Ｔシャツ等のインナーウェア１０１に装着した状態を図示している。
　インナーウェア１０１には、着用者の皮膚１０２と接する面に設置された導電性繊維等からなる生体電極１０３ａ，１０３ｂと、着用者の皮膚１０２と接する面と反対側の面に凹部２０２ａ，２０２ｂが露出するように設置された導電性のスナップボタン１０４ａ，１０４ｂ（第２の導電部）と、生体電極１０３ａ，１０３ｂとスナップボタン１０４ａ，１０４ｂとを電気的に接続する配線１０５ａ，１０５ｂとが設けられている。
　インナーウェア１０１の素材は通常の衣料品で用いられる綿、羊毛等の天然繊維素材、ポリエステル、ナイロン等の合成繊維素材を何ら制限なく用いることができるが、本発明はかかるインナーウェア１０１の形状や素材に限定されるものではない。
　図３Ｂに示すように、ウェアラブルセンサ装置１００に設けられたオス型のスナップボタン１０ａ，１０ｂの凸部とインナーウェア１０１に設けられたメス型のスナップボタン１０４ａ，１０４ｂの凹部とを嵌合させることにより、スナップボタン１０ａ，１０ｂとスナップボタン１０４ａ，１０４ｂとが機械的、電気的に接続され、ウェアラブルセンサ装置１００をインナーウェア１０１に装着することが可能となっている。スナップボタン１０ａ，１０ｂは、スナップボタン１０４ａ，１０４ｂと配線１０５ａ，１０５ｂとを介して生体電極１０３ａ，１０３ｂと電気的に接続される。ウェアラブルセンサ装置１００をインナーウェア１０１に装着することにより、ウェアラブルセンサ装置１００とインナーウェア１０１とは、着用者の生体情報と着用者の近傍の環境情報と着用者の運動状態とを計測するモニタリングシステムとなる。
　スナップボタン１０ａ，１０ｂは、スナップボタン１０４ａ，１０４ｂと着脱自在に接続可能なので、インナーウェア１０１を洗濯する場合には、ウェアラブルセンサ装置１００を外して、インナーウェア１０１のみを洗濯することができる。
　着用者がインナーウェア１０１を着用すると、生体電極１０３ａ，１０３ｂは、着用者の皮膚１０２と接触するので、着用者の生体情報を取得することができる。例えば、生体電極１０３ａ，１０３ｂを胸部の２か所で着用者の皮膚１０２と接触させるようにすれば、着用者の心活動に伴う心電波形を計測することができる。本発明の生体情報は、心電に限定されるものではない。生体電極１０３ａ，１０３ｂを、着用者の腕や足の位置などに配置すれば、筋電を計測することができる。
　生体電極１０３ａ，１０３ｂは、少なくとも２つあればよく、３つ以上あってもよいことは言うまでもない。
　また、図３Ｂに図示されているように、温湿度センサ９は、ウェアラブルセンサ装置１００の外壁側面に設けられている。ウェアラブルセンサ装置１００のスナップボタン１０ａ，１０ｂが設けられた外壁下面と、温湿度センサ９が設けられた外壁側面とは互いに略直交しているため、ウェアラブルセンサ装置１００をインナーウェア１０１に装着した際には、着用者の体表面近傍の、体表面と略直交する面に温湿度センサ９が設置されることになる。
　仮に、温湿度センサ９がウェアラブルセンサ装置１００のスナップボタン１０ａ，１０ｂと同じ面に設置されている場合、ウェアラブルセンサ装置１００をインナーウェア１０１に装着したときに、温湿度センサ９は、インナーウェア１０１とウェアラブルセンサ装置１００とに挟まれた狭い空間に配置されることとなる。このような狭い空間に配置された温湿度センサ９は、着用者近傍の本来の環境情報とは異なる情報を計測してしまうこととなる。
　また、温湿度センサ９がウェアラブルセンサ装置１００のスナップボタン１０ａ，１０ｂと対向する面（図１、図３Ｂの上面）に設置された場合、ウェアラブルセンサ装置１００をインナーウェア１０１に装着したときに、着用者の体表面やインナーウェア１０１と、温湿度センサ９との間にウェアラブルセンサ装置１００が配置されることとなる。この場合、着用者の体表面と温湿度センサ９との間の気流がウェアラブルセンサ装置１００によって遮られる。このため、温湿度センサ９は、着用者近傍の本来の環境情報とは異なる情報を計測してしまうこととなる。
　本実施例のように、ウェアラブルセンサ装置１００のスナップボタン１０ａ，１０ｂが設けられた筐体１の外壁下面と略直交する外壁側面に温湿度センサ９を設けることによって、着用者の体表面と外気との間の気流が妨げられない位置に温湿度センサ９が設置される。これにより、温湿度センサ９は、着用者近傍の本来の環境情報を計測することが可能となる。
　次に、図４を用いて、ウェアラブルセンサ装置１００の回路構成について説明する。本実施例において、生体情報計測部３と慣性センサ４と温湿度センサ９とは、演算部５に接続される。
　演算部５は、生体情報に基づいて生体特徴量を算出する生体特徴量算出部５０と、慣性情報に基づいて慣性特徴量を算出する慣性特徴量算出部５１と、情報記憶のためのメモリ５２とを備えている。
　演算部５の生体特徴量算出部５０は、例えば生体情報計測部３によって計測された着用者の心電波形に対してデジタルフィルタ処理を行い、さらにフィルタ処理後の心電波形からＲ波を抽出し、Ｒ波とＲ波の間隔を表すＲＲＩ（RR Interval）や心拍数などの生体特徴量を算出する。
　慣性センサ４は、慣性情報を計測する。慣性情報としては、３軸加速度と３軸角加速度とがある。演算部５の慣性特徴量算出部５１は、慣性センサ４によって計測された３軸加速度波形や３軸角加速度波形に基づいて、例えば着用者の歩数や姿勢などの慣性特徴量を算出する。
　無線通信部６は、生体情報計測部３によって計測された心電波形データ、慣性センサ４によって計測された３軸加速度波形データ、３軸角加速度波形データ、演算部５によって算出された生体特徴量データ、慣性特徴量データ、温湿度センサ９によって計測された温湿度データなどのデータを、アンテナ６０から外部の装置に無線送信する。送信先の外部の装置としては、例えば着用者が所持するスマートフォンがある。
　複数のセンサ情報を１つの演算部５において処理し、１つの無線通信部６によって情報を外部に送信することによって、複数の演算部５や複数の無線通信部６を設けた場合と比較し、ウェアラブルセンサ装置１００の消費電力を削減することができ、より小さく軽量な電池７を用いて、長時間の連続動作を可能とすることができる。これにより、ウェアラブルセンサ装置１００を身に付けたときの着用感を改善し、頻繁な充電の煩わしさを低減することができ、簡便かつ継続的に生体情報と環境情報と慣性情報とをモニタリングをすることが可能となる。
　なお、図４においては演算部５と無線通信部６とを別のブロックとして記載しているが、演算部５と無線通信部６の機能を備えた１つの半導体チップを用いるようにしてもよい。
　次に、波形データや特徴量データを外部に送信する方法について説明する。上記のとおり、ウェアラブルセンサ装置１００では、複数種類の波形データや、複数種類の特徴量データが得られる。これらの波形データや特徴量データは、それぞれ必要とされるサンプリング間隔や許容可能な遅延時間が異なる。
　例えば、心電波形データや筋電波形データの場合、一般に１ｍｓ～５ｍｓ程度の比較的短いサンプリング間隔が必要とされる。また、加速度波形データや角加速度波形データの場合、１０ｍｓ～５０ｍｓ程度のサンプリング間隔が必要とされると共に、短い遅延時間が求められる。
　一方、比較的変化が緩やかな温湿度データの場合には、１秒～１００秒程度の長いサンプリング間隔が許容される。波形データや特徴量データといった複数種類のデータをそれぞれ個別に外部機器に送信した場合、無線通信パケットのオーバーヘッド部分の割合が増えたり、通信の頻度が増えたりして通信の効率が下がってしまうという問題がある。また、ウェアラブルセンサ装置１００の消費電力が増えるために、大きな電池が必要になってしまうという問題がある。
　また、サンプリング間隔が短いデータに合わせて全ての種類のデータを１つのパケットに格納して送信しようとすると、サンプリング間隔が長い温湿度データ等のデータを必要以上に高い頻度で送信することになり、通信の効率が低下する。反対に、サンプリング間隔が長いデータに合わせて１つのパケットに全ての種類のデータを格納して送信しようとすると、短い遅延時間が必要とされるデータに大きな遅延が発生してしまうという問題が発生する。
　以上の問題を解消するため、本実施例では、比較的高頻度なデータが必要とされる心電波形データと３軸加速度波形データと３軸角加速度波形データとを第１のパケットＰ１に集約して送信する。また、高頻度なデータを必ずしも必要としない生体特徴量データ（ＲＲＩ、心拍数）と慣性特徴量データ（歩数、姿勢）と温湿度データとを第２のパケットＰ２に集約して送信する。
　図５Ａは第１のパケットＰ１と第２のパケットＰ２の送信間隔を示す図、図５Ｂは第１のパケットＰ１のフォーマットを示す図、図５Ｃは第２のパケットＰ２のフォーマットを示す図である。図５ＡのＴ１は第１のパケットＰ１の送信間隔、Ｔ２は第２のパケットＰ２の送信間隔である。
　無線通信部６は、第１のパケットＰ１を、例えば１０ｍｓ～１００ｍｓ程度の間隔で送信する。無線通信部６は、第１のパケットＰ１に、１ｍｓ～１０ｍｓ程度の間隔で計測された心電波形データＤ１（または筋電波形データ）と、１０ｍｓ～１００ｍｓ程度の間隔で計測された３軸加速度波形データＤ２と３軸角加速度波形データＤ３とを格納して送信する。
　３軸加速度や３軸角加速度のサンプリング間隔を、心電または筋電のサンプリング間隔のｎ倍（ｎは２以上の整数）とすることで、３軸加速度波形データＤ２と３軸角加速度波形データＤ３とを効率的に単一のパケットに収めることが可能となる。
　例えば、心電のサンプリング間隔を５ｍｓ、３軸加速度と３軸角加速度のサンプリング間隔を４０ｍｓとし、第１のパケットＰ１の送信間隔Ｔ１を４０ｍｓとすることで、心電波形データＤ１と３軸加速度波形データＤ２と３軸角加速度波形データＤ３とを１つのパケットに格納して効率的に送信することができる。
　この際、演算部５は、生体情報計測部３によって計測された心電波形データＤ１を一時的にメモリ５２に蓄積し、３軸加速度や３軸角加速度のサンプリングのタイミングと同期して、心電波形データＤ１に対するデジタルフィルタ処理と生体特徴量算出処理とを行う。
　また、無線通信部６は、第２のパケットＰ２を、例えば１秒～１００秒程度の間隔で送信する。無線通信部６は、第２のパケットＰ２に、１秒～１００秒程度の間隔で計測された温湿度データＤ４と、１秒～１００秒程度の間隔で算出された生体特徴量データＤ５と慣性特徴量データＤ６とを格納して送信する。図５ＣのＤ４－１は温度データ、Ｄ４－２は湿度データである。Ｄ５－１は心拍数データ、Ｄ５－２～Ｄ５－６はＲＲＩデータである。Ｄ６－１は歩数データ、Ｄ６－２は姿勢データである。なお、姿勢データは、例えばロール角、ピッチ角のデータである。
　温湿度のサンプリング間隔を、３軸加速度や３軸角加速度のサンプリング間隔のｎ倍（ｎは２以上の整数）とする。演算部５は、慣性センサ４によって計測された３軸加速度波形データＤ２と３軸角加速度波形データＤ３とを一時的にメモリ５２に蓄積し、温湿度のサンプリングのタイミングと同期して、慣性特徴量算出処理を行う。
　生体特徴量と慣性特徴量のデータ間隔は、温湿度のサンプリング間隔の１以上の整数倍となる。
　本実施例では、演算部５が処理を行うタイミングを３軸加速度や３軸角加速度のサンプリングのタイミングと温湿度のサンプリングのタイミングとにまとめることができ、これらのタイミング以外の時間では演算部５を休止させることが可能となるので、更なる低消費電力化が可能となる。
　なお、上記の例において、心電波形を例えば１ｍｓ間隔でサンプリングして高い時間分解能でＲ波の抽出等を実施し、心電波形データを外部に無線で送信する際は、５ｍｓ間隔のデータにダウンサンプリングするようにしてもよい。
　本実施例においては、ウェアラブルセンサ装置１００のインナーウェア１０１への装着手段としてスナップボタン１０ａ，１０ｂ，１０４ａ，１０４ｂを用いる例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、マグネット、クリップ、マジックテープ（登録商標）などの装着手段を用いるようにしてもよい。これらの装着手段を用いて、ウェアラブルセンサ装置１００をインナーウェア１０１に装着することができる。
　また、ウェアラブルセンサ装置１００の下面に皮膚に接着可能なパッチなどを設けて、ウェアではなく着用者の体表面にウェアラブルセンサ装置１００を直接装着できるようにしてもよい。この場合には、スナップボタン１０ａ，１０ｂの代わりに、着用者の皮膚との接触に適した形状の電極を導電部として設けることになる。
　また、ウェアラブルセンサ装置１００を着脱可能な形態とせずに、ウェアと一体化してもよい。
　また、本実施例のウェアラブルセンサ装置１００は、Ｔシャツ、タンクトップ、腹巻、胸部に巻くベルト、パンツなど様々なウェアに装着することができる。
　また、本実施例のウェアラブルセンサ装置１００は、生体をモニタリング対象としているので、人に限らず、動物等に装着するようにしてもよい。
　また、本実施例においては、環境センサとして温湿度センサの例を示したが、これに限定されるものではなく、温度センサ単体や湿度センサ単体、気圧センサ、ガスセンサなどの環境センサを用いるようにしてもよい。
　また、波形データや特徴量データを蓄積可能なメモリをさらに備え、メモリに蓄積したデータを無線通信部６から読み出せるようにしてもよい。
　また、本実施例では、リジッド基板２ａとフレキシブル基板２ｂとを箱状の筐体１により覆って密閉する構造を例として示したが、これに限定されるものではない。例えばリジッド基板２ａとフレキシブル基板２ｂとバネ１１ａ，１１ｂとスナップボタン１０ａ，１０ｂ（または電極）の周囲に樹脂等を流し込んで、樹脂を硬化させ封止するようにしてもよい。
　また、本実施例では、温湿度センサ９をリジッド基板２ｂ上に搭載し、リジッド基板２ｂを筐体１の外壁面に固定しているが、これに限定されるものではない。図６に示すように温湿度センサ９のセンサ表面９０が筐体１の外壁面と平行になるように、温湿度センサ９を外壁面から離間して設置してもよい。
　具体的には、温湿度センサ９を搭載したリジッド基板２ｂが筐体１の外壁面の上に離間して設置されるように、リジッド基板２ｂを支える支持部材１２ａ，１２ｂを筐体１の外壁面に設けるようにすればよい。こうして、支持部材１２ａ，１２ｂによって温湿度センサ９を外壁面から離間して設置することができる。
　本実施例で説明したウェアラブルセンサ装置１００の構成のうち演算部５と無線通信部６のソフトウェアの機能とは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインターフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図７に示す。
　コンピュータは、ＣＰＵ３００と、記憶装置３０１と、インタフェース装置（Ｉ／Ｆ）３０２とを備えている。インタフェース装置３０２には、生体情報計測部３と慣性センサ４と温湿度センサ９と無線通信部６のハードウェア等が接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明のモニタリング方法を実現させるためのプログラムは記憶装置３０１に格納される。ＣＰＵ３００は、記憶装置３０１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。
　本発明は、生体情報と環境情報と運動状態とを計測する技術に適用することができる。
　１…筐体、１ａ…上蓋、１ｂ…下蓋、２ａ，２ｂ…リジッド基板、２ｃ…フレキシブル基板、３…生体情報計測部、４…慣性センサ、５…演算部、６…無線通信部、７…電池、８…電源回路、９…温湿度センサ、１０ａ，１０ｂ，１０４ａ，１０４ｂ…スナップボタン、１１ａ，１１ｂ…バネ、１２ａ，１２ｂ…支持部材、５０…生体特徴量算出部、５１…慣性特徴量算出部、５２…メモリ、１００…ウェアラブルセンサ装置、１０１…インナーウェア、１０３ａ，１０３ｂ…生体電極、１０５ａ，１０５ｂ…配線。

Claims (8)

  1. 　生体の近傍の環境情報を計測するように構成された環境センサと、
    　前記生体の体表面と接する生体電極と接続されるか、または前記生体の体表面と接するように構成された第１の導電部と、
    　前記第１の導電部を介して生体情報を計測するように構成された生体情報計測部と、
    　前記生体の慣性情報を計測するように構成された慣性センサと、
    　前記生体情報に基づいて生体特徴量を算出し、前記慣性情報に基づいて慣性特徴量を算出するように構成された演算部と、
    　前記生体情報と前記慣性情報と前記生体特徴量と前記慣性特徴量と前記環境情報とを外部の装置に無線送信するように構成された無線通信部とを備え、
    　前記生体情報計測部と前記慣性センサと前記演算部と前記無線通信部とは、密閉された筐体内に設置され、
    　前記環境センサは、前記筐体の外壁面に設置されるか、またはこの外壁面から離間して設置され、
    　前記第１の導電部は、前記生体電極との接続または前記生体の体表面との接触のために一部が前記筐体の外部に露出していることを特徴とするウェアラブルセンサ装置。
  2. 　請求項１記載のウェアラブルセンサ装置において、
    　前記環境センサと前記第１の導電部とは、それぞれ前記筐体の互いに略直交する面に設置されることを特徴とするウェアラブルセンサ装置。
  3. 　請求項１または２記載のウェアラブルセンサ装置において、
    　前記無線通信部は、前記生体情報と前記慣性情報とを第１のパケットに格納して外部の装置に送信し、前記生体特徴量と前記慣性特徴量と前記環境情報とを第２のパケットに格納して外部の装置に送信し、
    　前記第２のパケットの送信間隔は、前記第１のパケットの送信間隔よりも長いことを特徴とするウェアラブルセンサ装置。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか１項に記載のウェアラブルセンサ装置において、
    　前記慣性情報のサンプリング間隔は、前記生体情報のサンプリング間隔の２以上の整数倍であり、
    　前記環境情報のサンプリング間隔は、前記慣性情報のサンプリング間隔の２以上の整数倍であり、
    　少なくとも一部の前記生体特徴量と少なくとも一部の前記慣性特徴量のデータ間隔は、前記環境情報のサンプリング間隔の１以上の整数倍であることを特徴とするウェアラブルセンサ装置。
  5. 　請求項１乃至４のいずれか１項に記載のウェアラブルセンサ装置において、
    　情報記憶のためのメモリをさらに備え、
    　前記演算部は、前記生体情報計測部によって計測された生体情報を前記メモリに格納し、前記慣性情報のサンプリング間隔と等しい周期で前記生体特徴量の算出を行うことを特徴とするウェアラブルセンサ装置。
  6. 　請求項１乃至４のいずれか１項に記載のウェアラブルセンサ装置において、
    　情報記憶のためのメモリをさらに備え、
    　前記演算部は、前記慣性センサによって計測された慣性情報を前記メモリに格納し、前記環境情報のサンプリング間隔と等しい周期で前記慣性特徴量の算出を行うことを特徴とするウェアラブルセンサ装置。
  7. 　請求項１乃至６のいずれか１項に記載のウェアラブルセンサ装置において、
    　前記第１の導電部は、前記生体が着用するウェアに設けられた第２の導電部と着脱自在に接続可能であり、前記第２の導電部と機械的、電気的に接続されたときに、前記ウェアに設けられた前記生体電極と電気的に接続されることを特徴とするウェアラブルセンサ装置。
  8. 　請求項１乃至７のいずれか１項に記載のウェアラブルセンサ装置において、
    　前記第１の導電部と前記生体情報計測部とは、可撓性の第１の配線を介して互いに接続され、前記環境センサと前記演算部とは、可撓性の第２の配線を介して互いに接続されることを特徴とするウェアラブルセンサ装置。
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