WO2021090385A1

WO2021090385A1 - ウェアラブルセンサ装置

Info

Publication number: WO2021090385A1
Application number: PCT/JP2019/043410
Authority: WO
Inventors: 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
Original assignee: 日本電信電話株式会社
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2021-05-14
Also published as: EP4056119A4; AU2019473059B2; US20220361815A1; JPWO2021090385A1; JP7472915B2; AU2019473059A1; CA3160309A1; EP4056119A1

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

　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。