WO2023276055A1 - ウェアラブルデバイス - Google Patents

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WO2023276055A1
WO2023276055A1 PCT/JP2021/024786 JP2021024786W WO2023276055A1 WO 2023276055 A1 WO2023276055 A1 WO 2023276055A1 JP 2021024786 W JP2021024786 W JP 2021024786W WO 2023276055 A1 WO2023276055 A1 WO 2023276055A1
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WO
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wearable device
substrate
section
unit
wireless communication
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健斗 渡辺
賢一 松永
優生 橋本
隆子 石原
Original Assignee
日本電信電話株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/3827—Portable transceivers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/251—Means for maintaining electrode contact with the body
    • A61B5/256—Wearable electrodes, e.g. having straps or bands
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6802—Sensor mounted on worn items
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G—PHYSICS
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    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G06F1/1613—Constructional details or arrangements for portable computers
    • G06F1/163—Wearable computers, e.g. on a belt

Definitions

  • the present invention relates to wearable devices that transmit and receive signals by wireless communication.
  • Biosignals are measured in the fitness, healthcare, and medical fields, and wearable devices are used for these measurements.
  • Wearable devices are used in various forms such as wristwatches, wristband types, ring types, wearable types such as clothing, and adhesive types that are directly attached to the body surface.
  • attention has been focused on and development of wearable devices and sticky devices (Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2).
  • wearable devices use wireless communication to transmit acquired data.
  • the substrate of the wearable device is a rigid substrate used in a wristband type or the like, sufficient communication quality can be maintained by securing a circuit ground required for antenna operation.
  • the substrate of a wearable device is a flexible substrate, and the flexible substrate is attached to the surface of the human body (skin), the antenna performance cannot be sufficiently exhibited due to the scattering and absorption of radio waves by the human body. There is a problem that the communication distance deteriorates.
  • the attachment section to which the electrodes are connected and the device section including the wireless element are configured separately, and are physically and electrically connected by a snap button or the like.
  • the quality of wireless communication is ensured by not allowing the device portion to come into direct contact with the surface of the human body.
  • the device part is packaged as a single unit, there is a problem that the size as a whole increases, especially in the height direction.
  • the contact (attachment) part between the wearable device and the measurement target (human body) must support the full load of the device, it is necessary to strengthen the adhesive strength and increase the attachment area so that the device does not peel off from the measurement target. , the user, who is the target, feels uncomfortable, and there is a problem with wearability.
  • the wearable device includes a substrate having flexibility, an electrode section on the substrate that comes into contact with a living body, and a circuit that connects the electrode section and the electrode section via electrical wiring.
  • a wireless communication unit that is connected to the circuit unit and transmits and receives signals; a power supply unit that supplies power to the circuit unit and the wireless communication unit; and a battery unit that is connected to the power supply unit.
  • the substrate is deformed so that the wireless communication unit is arranged away from the living body when it is attached to the living body.
  • FIG. 1 is a schematic side sectional view showing the configuration of the wearable device according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 2A is a schematic bird's eye view showing the configuration of a modification of the wearable device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a diagram for explaining a configuration of a modification of the wearable device according to the first embodiment of the present invention;
  • FIG. 3 is a schematic side cross-sectional view showing an example of the configuration of a conventional wearable device.
  • FIG. 4 is a schematic side sectional view showing the configuration of the wearable device according to the second embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the configuration of a wearable device according to the third embodiment of the invention.
  • FIG. 1 is a schematic side sectional view showing the configuration of the wearable device according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 2A is a schematic bird's eye view showing the configuration of a modification of the wearable device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of a wearable device according to the fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 7 is a schematic side sectional view showing the configuration of the wearable device according to the fifth embodiment of the invention.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an example of the configuration of a wearable device according to the sixth embodiment of the invention.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining an example of the configuration of a wearable device according to the sixth embodiment of the invention.
  • Wearable device 10 As shown in FIG. Each is connected via electrical wiring 17 (not shown).
  • the substrate 11 is a double-sided flexible substrate having flexibility, and has a bendable flip structure.
  • FIG. 1 shows a state in which the substrate 11 is bent.
  • Substrate 11 may be a single layer or multiple layers.
  • the electrode section 12 is brought into contact with the surface 1 of the target (living body such as a person) and is connected to the circuit section 13 via the electrical wiring 17 .
  • the electrode part 12 may be singular or plural.
  • the circuit section 13 includes a sensor section or an actuator section, and detects a biological signal through the electrode section 12 or supplies vibration or stimulation.
  • the wireless communication unit 14 is connected to the circuit unit 13 and wirelessly transmits and receives signals.
  • the power supply unit 16 is connected to the battery unit 15, connects to the circuit unit 13 and the wireless communication unit 14, and supplies power.
  • the battery unit 15 includes a battery or the like.
  • the circuit section 13, the battery section 15, and the power supply section 16 are arranged on one surface of the substrate 11, and the electrode section 12 and the wireless communication section 14 are arranged on the other surface.
  • the circuit portion 13, the battery portion 15, and the power supply portion 16 on one surface are arranged inside the substrate 11, and the electrode portion 12 on the other surface is wirelessly connected.
  • a communication unit 14 is arranged outside the substrate 11 . In this way, the electrode part 12 is brought into contact with the living body surface (body surface) 1 such as a human body and attached to the object (living body).
  • the wireless communication unit 14 is arranged at a position (upper in FIG. 1) away from the body surface 1 by the space generated by the bending of the substrate 11 .
  • the distance between the wireless communication unit 14 and the body surface 1 is about 1 mm to 10 mm.
  • the radiation efficiency which is an index of antenna performance improves by about 10% (A. Alomainy, Y. Hao, and D M. Davenport, “Parametric Study of Wearable Antennas with Varying Distances from the Body and Different On-Body Positions,” in 2007 IET Seminar on Antennas and Propagation for Body-Centric Wireless Communications, Apr. 2007, pp. 84-84. doi: 10.1049/ic:20070552.).
  • the size h of the wearable device 10 in the height direction is defined by ⁇ being the thickness of the substrate, h in,i being the height of the component located inside the substrate 11 when the substrate 11 is bent, and located outside the substrate 11 . Assuming that the height of the part is h out and i , it is represented by the formula (1).
  • the height direction is the direction perpendicular to the surface of the portion of the substrate 11 that is not bent.
  • the size increases due to the sum of the heights of the overlapping parts.
  • the size in the height direction can be reduced by laying out and arranging so that the parts positioned on the inner surfaces facing each other do not spatially overlap each other.
  • the wearable device by using a flexible substrate as the substrate 11 and arranging the wireless communication unit 14 at a position physically separated from the body surface 1 by the flip structure, It is possible to reduce the influence of scattering and absorption of radio waves by the human body, and to mitigate deterioration of antenna performance.
  • the device size can be reduced, the user's discomfort when wearing it can be reduced, and the wearability of the wearable device can be improved.
  • the reliability can be improved by arranging the wireless communication unit 14 having a high component density away from the part that comes into contact with the human body or the like (living body).
  • Ag/AgCl electrodes, cloth electrodes, or the like can be used for the electrode portion 12 . Also, if the electrode structure is formed by wiring on a flexible substrate, the cost can be reduced.
  • the substrate 11 is formed by cutting three sides of a square region 18 that is part of the substrate 11 so that only one side is connected to the substrate 11. bend the
  • FIG. 2B shows an unfolded plan view 101 of the wearable device according to this modification, and a plan view 102 of the wearable device viewed from the body surface side in a state of being bent and worn on the body surface.
  • the substrate 11 is T-shaped and includes a base portion 11_1, an extension portion 11_2, and a connection portion 11_3.
  • the base portion 11_1 and the extension portion 11_2 are connected via the connection portion 11_3.
  • the substrate 11 In the substrate 11, three sides of a square region 18 that is part of the base portion 11_1 are cut, and only one side is connected to the connection portion 11_3.
  • the electrode section 12 is arranged on one surface of the square area 18 .
  • the electrode portions 12 are arranged at both ends, and the circuit portion 13, the battery portion 15, the power supply portion 16, and the wireless communication portion 14 are arranged in the central portion.
  • the base portion 11_1 excluding the square region 18 is bent at the connection portion 11_3, and along with the other surface of the base portion 11_1, the electrode portion 12 arranged in the square region 18 of the base portion 11_1 and the extension portion
  • the electrode portions 12 at both ends of 11_2 are brought into contact with the body surface 1, and attached to the subject (living body).
  • the central portion of the extending portion 11_2 where the wireless communication portion 14 and the like are arranged is positioned above the base portion 11_1, that is, is positioned away from the body surface 1.
  • the electrode section 12 can be brought into contact with the body surface (skin) 1 and the wireless communication section 14 can be arranged apart from the body surface 1 .
  • the wearable device According to the wearable device according to this modified example, the effects of scattering and absorption of radio waves by the human body are reduced, and the same effects as in the first embodiment are achieved.
  • the electrode section 12 can be arranged in the square area 18, and a total of three electrodes can be attached to the body surface.
  • the flip structure of the substrate 11 may be a structure of three or more layers, such as a three-fold structure.
  • FIG. 3 A wearable device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 1 A wearable device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 3 A wearable device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 3 A wearable device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • a wearable device 20 according to the present embodiment differs from the first embodiment in the arrangement of wireless communication units. Other configurations are substantially the same as those of the first embodiment.
  • the circuit portion 13, the battery portion 15, the power supply portion 16, and the wireless communication portion 14 are arranged on one surface of the substrate 11, and the electrode portion is arranged on the other surface. 12 are placed.
  • the circuit portion 13, the battery portion 15, the power supply portion 16, and the wireless communication portion 14 on one surface are arranged inside the substrate 11, and the other surface is arranged outside the substrate 11 .
  • the electrode part 12 is brought into contact with the living body surface (body surface) 1 such as a human body and attached to the object (living body).
  • the wireless communication unit 14 is arranged at a position (upper in FIG. 1) away from the body surface 1 by the space generated by the bending of the substrate 11 .
  • Each part (element, device) 22 may be mounted on the surface (one side) of 11 .
  • the constituent parts (parts) other than the electrode part 12 are arranged on one surface, so that the substrate 11 can be combined with a hard material.
  • the electrode section 12 can be attached to the other side with a conductive adhesive or the like after components other than the electrode section 12 are mounted on one side. Also, electrical wiring may be provided on the other surface.
  • the wearable device it is possible to achieve the same effects as the first embodiment by combining a highly flexible flexible substrate with a hard material.
  • the part is mounted on only one side, it can be easily mounted and the cost of device mounting can be reduced.
  • the size h in the height direction of the wearable device according to the present embodiment is represented by Equation (2).
  • the size h in the height direction of the wearable device 20 is reduced from the height in the first embodiment because no parts (wireless communication units) are arranged outside when the wearable device 20 is bent. Moreover, this can also reduce user's discomfort.
  • FIG. 5 shows an unfolded plan view 301 of wearable device 30 according to the present embodiment, and a plan view seen from above body surface 1 in a state in which wearable device 30 is bent and attached to body surface 1 .
  • a flexible substrate 11 having a single-sided structure is used, and as shown in FIG. A wireless communication unit 14 and an electrode unit 12 are arranged.
  • Other configurations are substantially the same as those of the first and second embodiments.
  • the substrate 11 is T-shaped and includes a base portion 11_1, an extension portion 11_2, and a connection portion 11_3.
  • the base portion 11_1 is a portion that contacts the body surface 1, and the circuit portion 13 is arranged on the surface opposite to the surface that contacts the body surface 1 (one surface).
  • the electrode portions 12 are arranged at both ends, and the circuit portion 13, the battery portion 15, the power supply portion 16, and the wireless communication portion 14 are arranged in the central portion.
  • the central portion of the extending portion 11_2 is a portion that does not come into contact with an object (such as a human body) when the substrate 11 is bent.
  • the base portion 11_1 and the extension portion 11_2 are connected via the connection portion 11_3.
  • the wearable device 30 is worn on a subject (living body) by bringing the base portion 11_1 into contact with the body surface 1, bending at the connection portion 11_3, and bringing the electrode portions 12 at both ends of the extension portion 11_2 into contact with the body surface 1. .
  • the central portion of the extending portion 11_2 where the wireless communication portion 14 and the like are arranged is positioned above the base portion 11_1, that is, is positioned away from the body surface 1.
  • the electrode section 12 can be brought into contact with the body surface (skin) 1 and the wireless communication section 14 can be arranged apart from the body surface 1 .
  • the wearable device According to the wearable device according to the present embodiment, the effects of scattering and absorption of radio waves by the human body are reduced, and the same effects as in the first embodiment are achieved.
  • the substrate is T-shaped and the electrodes are arranged at both ends of the extending portion is shown, but the present invention is not limited to this.
  • the electrode portion may be arranged only at one end of the extension portion.
  • the substrate is T-shaped
  • the present invention is not limited to this.
  • the substrate may be L-shaped.
  • the electrode portion may be arranged only at one end of the extension portion.
  • the wearable device 40 according to the present embodiment differs from the first to third embodiments in the arrangement of each component (component). Other configurations are substantially the same as those of the third embodiment.
  • the circuit portion 13 the battery portion 15, A power supply unit 16, an electrode unit 12, and a wireless communication unit 14 are arranged.
  • a circuit portion 13, a battery portion 15, and a circuit portion 13 other than the electrode portion 12 are provided on one surface of the central portion of the extension portion 11_2, that is, a portion that does not come into contact with a target (a living body such as a human body) when the substrate 11 is bent.
  • a power supply unit 16 and a wireless communication unit 14 are arranged.
  • the constituent parts (the circuit part 13, the battery part 15, the power supply part 16, and the wireless communication part 14) other than the electrode part 12 are arranged at positions away from the target (living body).
  • the constituent parts (parts) are arranged at the part that contacts the surface of the target (living body) (hereinafter referred to as "body surface contact part”). be done.
  • body surface contact part the part that contacts the surface of the target (living body)
  • the constituent parts (parts) are made of a hard material, even if the constituent parts (parts) are mounted on the flexible substrate, the flexibility is impaired and the intended user feels uncomfortable.
  • the flip structure allows all the components (components) to be arranged on the substrate 11 in a region away from the body surface, and not arranged on the body surface contact portion (base 11_1). Therefore, the flexibility of the body surface contact portion can be ensured, and sufficient adhesion to the curved target surface (such as the body surface) can be ensured.
  • the constituent parts (parts) are not arranged on the body surface contact part, by providing a slit or the like in the body surface contact part, the area of the body surface contact part can be reduced, and the itching and rash on the body surface (skin) can be reduced. A reduction is expected.
  • the wearable device 50 according to the present embodiment differs from the first to fourth embodiments in the arrangement of the electrical wiring regions. Other configurations are substantially the same as those of the third embodiment.
  • wiring region 31 in which the electrical wiring 17 is arranged is provided so as to be positioned apart from the target (living body) when worn.
  • a portion intermediate to the contacting portion (both ends of the extending portion 11_2) is configured so as to leave a gap between it and the target (living body) without contacting the target (living body).
  • a wiring region 31 is arranged in this intermediate portion.
  • the wiring area 31 can be used as a movable part.
  • the contact area with the body surface can be reduced with respect to the device area.
  • it can be attached to a movable part such as a curved part or a joint in a living body, and the sticking position can be adjusted according to individual differences such as body type.
  • the quality of biosignals can be improved without increasing the contact area with the body surface by arranging the electrodes apart in order to obtain a potential difference between the electrodes.
  • FIG. 8 A wearable device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9.
  • Wearable device 60 has a configuration for activating the device.
  • Other configurations are substantially the same as those of the third embodiment.
  • the wearable device 60 has an activation unit in addition to the configuration in the third embodiment.
  • an acceleration sensor is used for the activation part.
  • the acceleration sensor outputs a start signal by vibration. As a result, it can be activated by inputting vibration when using it.
  • an element 41 for detecting bending is used for the starting part.
  • a bending detection element 41 is arranged in a region where the substrate 11 is bent by the flip structure. This element 41 can be activated by detecting a potential change (High, Low) due to bending.
  • the activation unit uses a combination of a magnet unit 42_1 and a magnetic detection unit 42_2 such as a magnetic proximity sensor or a magnetic switch.
  • the magnet portion 42_1 and the magnetic detection portion 42_2 are arranged on one surface. placed in close proximity.
  • the wearable device 60 can be activated by the activation unit without having a separate switch.
  • Wearable devices require waterproofing because they are worn on the surface of the body.
  • providing a physical input means such as a separate switch, along with waterproofing increases manufacturing cost and device size.
  • the wearable device since it is not necessary to provide a separate switch for activation, waterproofing can be easily applied, and the manufacturing cost and device size can be reduced.
  • the substrate is bent in order to dispose the wireless communication unit at a position away from the body surface, but the present invention is not limited to this.
  • the substrate may be curved or bent.
  • the substrate may be deformed so that the wireless communication section is positioned away from the body surface.
  • the present invention can be applied to wireless communication systems using wearable devices.

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Abstract

本発明のウェアラブルデバイス（１０）は、柔軟性を有する基板（１１）と、基板（１１）に、生体（１）に接触する電極部（１２）と、電極部（１３）と電気配線（１７）を介して接続する回路部（１３）と、回路部（１３）と接続し、信号を送受信する無線通信部（１４）と、回路部（１３）と無線通信部（１４）とに電力を供給する電源部（１５）と、電源部（１５）に接続する電池部（１６）とを備え、生体（１）に装着されるときに、無線通信部（１４）が生体（１）から離れて配置されるように、基板（１１）が変形する。　これにより、本発明は、無線通信の品質を担保し、装着性に優れるウェアラブルデバイスを提供できる。

Description

ウェアラブルデバイス
　本発明は、無線通信で信号を送受信するウェアラブルデバイスに関する。
　生体信号はフィットネスやヘルスケア、医療分野など測定されており、その計測にはウェアラブルデバイスが用いられている。ウェアラブルデバイスは、腕時計やリストバンド型、指輪型、衣服などのウェア型や体表面に直接貼り付ける貼り付け型など、多様な形態で用いられている。ウェアラブルデバイスでは、ウェア型や貼り付け型のデバイスへの注目がされ開発されてきた（非特許文献１、非特許文献２）。
　ウェアラブルデバイスによる生体信号の計測や振動や電気刺激などのアクチュエートにおいて、高精度な信号計測を保ちつつ、測定対象であるヒトの行動の阻害や不快感を削減することが重要である。
　また、ウェアラブルデバイスとして、伸縮性を有し、柔軟な素材を用いた湾曲可能なフレキシブルデバイスが利用されている。
　また、ウェアラブルデバイスでは、取得したデータの送信に無線通信が用いられている。ここで、ウェアラブルデバイスの基板が、リストバンド型などで用いられているリジッド基板である場合は、アンテナ動作に必要な回路グランドの確保等により、十分な通信品質を保つことができる。
　一方、ウェアラブルデバイスの基板がフレキシブル基板であり、人体表面（皮膚）にフレキシブル基板を貼り付けて用いる場合、人体による電波の散乱や吸収によりアンテナ性能を十分に発揮することができず、無線電波の通信距離が劣化するという問題がある。
　そこで、従来のウェアラブルデバイスの構造では、電極が接続されている貼り付け部と無線素子を含むデバイス部とは分けて構成され、スナップボタンなどにより物理的、電気的に接続される。この構造では、デバイス部を人体表面に直接接触させないことにより、無線通信の品質が担保される。
河西 奈保子, 小笠原 隆行, 中島 寛, 塚田 信吾, 着るだけで生体情報計測を可能とする機能素材hitoeの開発及び実用化, 電子情報通信学会 通信ソサイエティマガジン, 2017, 11 巻, 1 号, p. 17-23． Pang, C., Lee, C. and Suh, K.‐Y. (2013), Recent advances in flexible sensors for wearable and implantable devices. J. Appl. Polym. Sci., 130: 1429-1441. https://doi.org/10.1002/app.39461
　しかしながら、デバイス部単体でパッケージングされるため、全体として、特に高さ方向でのサイズが大きくなることが問題となる。
　また、ウェアラブルデバイスと測定対象（人体）との接触（装着）部でデバイスの全荷重を支える必要があるため、デバイスが測定対象から剥がれないよう粘着力の強化や貼り付け面積の増大が必要となり、対象であるユーザに不快感を与え、装着性に問題があった。
　上述したような課題を解決するために、本発明に係るウェアラブルデバイスは、柔軟性を有する基板と、前記基板に、生体に接触する電極部と、前記電極部と電気配線を介して接続する回路部と、前記回路部と接続し、信号を送受信する無線通信部と、前記回路部と前記無線通信部とに電力を供給する電源部と、前記電源部に接続する電池部とを備え、前記生体に装着されるときに、前記無線通信部が前記生体から離れて配置されるように、前記基板が変形することを特徴とする。
　本発明によれば、無線通信の品質を担保し、装着性に優れるウェアラブルデバイスを提供できる。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るウェアラブルデバイスの構成を示す概略側面断面図である。 図２Ａは、本発明の第１の実施の形態に係るウェアラブルデバイスの変形例の構成を示す概略鳥瞰図である。 図２Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係るウェアラブルデバイスの変形例の構成を説明するための図である。 図３は、従来のウェアラブルデバイスの構成の一例を示す概略側面断面図である。 図４は、本発明の第２の実施の形態に係るウェアラブルデバイスの構成を示す概略側面断面図である。 図５は、本発明の第３の実施の形態に係るウェアラブルデバイスの構成を説明するための図である。 図６は、本発明の第４の実施の形態に係るウェアラブルデバイスの構成を説明するための図である。 図７は、本発明の第５の実施の形態に係るウェアラブルデバイスの構成を示す概略側面断面図である。 図８は、本発明の第６の実施の形態に係るウェアラブルデバイスの構成の一例を説明するための図である。 図９は、本発明の第６の実施の形態に係るウェアラブルデバイスの構成の一例を説明するための図である。
＜第１の実施の形態＞
　本発明の第１の実施の形態に係るウェアラブルデバイスについて、図１を参照して説明する。
＜ウェアラブルデバイスの構成＞
　本実施の形態に係るウェアラブルデバイス１０は、図１に示すように、基板１１と、電極部１２と、回路部１３と、無線通信部１４と、電池部１５と、電源部１６とを備え、それぞれが電気配線１７（図示せず）を介して接続する。
　基板１１は、柔軟性を有する両面構造のフレキシブル基板であり、屈曲可能なフリップ構造を有する。図１は、基板１１が屈曲された状態を示す。基板１１は、単層でも多層でもよい。
　電極部１２は、対象（人などの生体）の表面１に接触され、電気配線１７を介して、回路部１３に接続する。電極部１２は単数であっても複数であってもよい。
　回路部１３は、センサ部またはアクチュエータ部を備え、電極部１２を介して生体信号の検出し、または振動、刺激を供給する。
　無線通信部１４は、回路部１３と接続し、信号を無線で送受信する。
　電源部１６は、電池部１５と接続され、回路部１３と無線通信部１４に接続し、電力を供給する。ここで、電池部１５は、電池またはバッテリーなどを備える。
　基板１１の一方の面に、回路部１３と、電池部１５と、電源部１６とが配置され、他方の面に電極部１２と無線通信部１４とが配置される。
　図１に示すように、基板１１を屈曲させると、一方の面における回路部１３と、電池部１５と、電源部１６とが基板１１の内側に配置され、他方の面における電極部１２と無線通信部１４とが基板１１の外側に配置される。このように、電極部１２を人体等の生体表面（体表面）１に接触させて、対象（生体）に装着する。
　このとき、無線通信部１４は、基板１１の屈曲により生じる空間の分だけ、体表面１から離れた位置（図１では上方）に配置される。ここで、無線通信部１４と体表面１との距離は１ｍｍ～１０ｍｍ程度であることが望ましい。
　例えば、無線通信部１４と生体（人体等）の表面との距離が５ｍｍ程度のときに、アンテナ性能の指標である放射効率が約１０％程度向上する（A. Alomainy, Y. Hao, and D. M. Davenport, “Parametric Study of Wearable Antennas with Varying Distances from the Body and Different On-Body Positions,” in 2007 IET Seminar on Antennas and Propagation for Body-Centric Wireless Communications, Apr. 2007, pp. 84-89, doi: 10.1049/ic:20070552.）。
　ここで、ウェアラブルデバイス１０の高さ方向のサイズｈは、基板厚をμとし、基板１１の屈曲時に基板１１の内側に位置する部品の高さをｈｉｎ、ｉ、基板１１の外側に位置する部品の高さをｈｏｕｔ、ｉとすると、式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、高さ方向は、基板１１において屈曲されない部分の表面に垂直な方向である。
　また、ウェアラブルデバイス１０において基板１１を屈曲させたときに、内側で対向するそれぞれの面に位置する部品同士が重なり合う配置の場合は、重なる部品同士の高さの和によりサイズが増加する。
　そこで、基板１１を屈曲させたときに、内側で対向するそれぞれの面に位置する部品同士が空間的に重なり合わないようにレイアウト、配置を行うことにより、高さ方向のサイズを低減できる。
　このように、本実施の形態に係るウェアラブルデバイスによれば、基板１１にフレキシブル基板を用いて、フリップ構造により、無線通信部１４を体表面１から物理的に離れた位置に配置することにより、人体による電波の散乱や吸収の影響を低減し、アンテナ性能の劣化を緩和させることができる。
　その結果、デバイスサイズを低減でき、装着時のユーザの不快感を低減でき、ウェアラブルデバイスの装着性を向上できる。
　また、従来構造では、人体等に接触するフレキシブル基板が変形（屈曲、湾曲）する際に、フレキシブル基板に搭載されたデバイスの半田にクラックが発生する等、信頼性に問題が発生する。
　本実施の形態に係るウェアラブルデバイスによれば、人体等（生体）に接触する箇所から、部品密度が高い無線通信部１４を離して配置することにより、信頼性を向上できる。
　本実施の形態では、電極部１２にＡｇ／ＡｇＣｌ電極や布電極などを用いることができる。また、フレキシブル基板上の配線によって電極構造を形成すれば、コストを低減できる。
＜変形例＞
　本実施の形態の変形例に係るウェアラブルデバイスについて、図２Ａ、Ｂを参照して説明する。
　本変形例に係るウェアラブルデバイスでは、図２Ａ、Ｂに示すように、基板１１の一部の四角領域１８の３辺を切断して、１辺のみが基板１１と接続するようにして、基板１１を屈曲させる。
　図２Ｂに、本変形例に係るウェアラブルデバイスの展開平面図１０１と、屈曲させて体表面に装着する状態での、体表面側から見たウェアラブルデバイスの平面図１０２を示す。
　基板１１はＴ字型であり、基部１１＿１と、延出部１１＿２と、接続部１１＿３とを備える。基部１１＿１と延出部１１＿２とは、接続部１１＿３を介して接続する。
　基板１１において、基部１１＿１の一部の四角領域１８の３辺が切断され、１辺のみが接続部１１＿３と接続する。四角領域１８の一方の面に電極部１２が配置される。
　延出部１１＿２では、一方の面において、両端部に電極部１２が配置され、中央部に回路部１３と、電池部１５と、電源部１６と、無線通信部１４とが配置される。
　平面図１０２に示すように、四角領域１８を除く基部１１＿１は、接続部１１＿３で屈曲し、基部１１＿１の他方の面とともに、基部１１＿１の四角領域１８に配置された電極部１２と、延出部１１＿２の両端部の電極部１２とを体表面１に接触させて、対象（生体）に装着される。
　このとき、基板１１が屈曲されることにより、無線通信部１４などが配置される延出部１１＿２の中央部が基部１１＿１の上方に位置し、すなわち体表面１から離れて位置する。
　このように、ウェアラブルデバイスでは、電極部１２を体表面（皮膚）１に接触させ、無線通信部１４を体表面１から離して配置できる。
　したがって、本変形例に係るウェアラブルデバイスによれば、人体による電波の散乱や吸収の影響を低減し、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
　この構成では、四角領域１８に電極部１２を配置することができ、合計で３個の電極を体表面に貼り付けることができる。
　また、基板１１のフリップ構造は、３つ折りなどの３層以上の構成でもよい。
＜第２の実施の形態＞
　本発明の第２の実施の形態に係るウェアラブルデバイスについて、図３、図４を参照して説明する。
＜ウェアラブルデバイスの構成＞
　本実施の形態に係るウェアラブルデバイス２０は、第１の実施の形態と、無線通信部の配置が異なる。その他の構成は、第１の実施の形態と略同様である。
　ウェアラブルデバイス２０では、図３に示すように、基板１１の一方の面に、回路部１３と、電池部１５と、電源部１６と、無線通信部１４とが配置され、他方の面に電極部１２が配置される。
　図３に示すように、基板１１を屈曲させると、一方の面における回路部１３と、電池部１５と、電源部１６と、無線通信部１４とが基板１１の内側に配置され、他方の面における電極部１２が基板１１の外側に配置される。このように、電極部１２を人体等の生体表面（体表面）１に接触させて、対象（生体）に装着する。
　このとき、無線通信部１４は、基板１１の屈曲により生じる空間の分だけ、体表面１から離れた位置（図１では上方）に配置される。
　従来のウェアラブルデバイスにおいて、高い柔軟性を有するフレキシブル基板を用いる場合には、図４に示すように、硬質な素材２１と組み合わせて、基板１１の変形（屈曲、湾曲など）を抑制して、基板１１の表面（一方の面）に各部品（素子、デバイス）２２を実装する場合がある。
　この場合、硬質な素材２１と合わせるためにフレキシブル基板１１の裏面（他方の面、図４における下面）は平坦である必要があるので、この面への部品を実装することはできない。
　このように、ウェアラブルデバイス２０では、電極部１２以外の構成部（部品）が一方の面に配置されるので、基板１１を硬質な素材と組み合わせることができる。
　ここで、電極部１２は、電極部１２以外の部品を一方の面に実装した後に、導電性の接着剤などで他方の面に貼り付けることができる。また、他方の面に、電気配線を設けてもよい。
　本実施の形態に係るウェアラブルデバイスによれば、高い柔軟性を有するフレキシブル基板に硬質な素材と組み合わる構成で、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
　また、部品が実装される面が片面のみなので、容易に実装でき、デバイス実装におけるコストを低減できる。
　本実施の形態では、無線通信部１４が配置される部分周辺に金属を配置しない等、電気的に開口しておくことで、人体（皮膚）に接触させて装着しても無線性能の低下は回避できる。
　また、本実施の形態に係るウェアラブルデバイスの高さ方向のサイズｈは、式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　このように、ウェアラブルデバイス２０の高さ方向のサイズｈは、屈曲されたときに外側に部品（無線通信部）が配置されないので、第１の実施の形態における高さより低減される。また、これにより、ユーザの不快感も低減できる。
＜第３の実施の形態＞
　本発明の第３の実施の形態に係るウェアラブルデバイスについて、図５を参照して説明する。
＜ウェアラブルデバイスの構成＞
　図５に、本実施の形態に係るウェアラブルデバイス３０の展開平面図３０１と、屈曲させて体表面１に装着する状態での体表面１の上方からみた平面図である。
　本実施の形態に係るウェアラブルデバイス３０では、片面構造のフレキシブル基板１１を用い、図５に示すように、基板１１の一方の面に、回路部１３と、電池部１５と、電源部１６と、無線通信部１４と、電極部１２とが配置される。その他の構成は、第１および第２の実施の形態と略同様である。
　ウェアラブルデバイス３０において、基板１１はＴ字型であり、基部１１＿１と、延出部１１＿２と、接続部１１＿３とを備える。
　基部１１＿１は、体表面１に接触する部分であり、体表面１と接触する面と反対側の面（一方の面）に、回路部１３が配置される。
　延出部１１＿２は、一方の面において、両端部に電極部１２が配置され、中央部に回路部１３と、電池部１５と、電源部１６と、無線通信部１４とが配置される。後述のように、延出部１１＿２の中央部が、基板１１を屈曲したときに対象（人体等）と接触しない部分になる。
　基部１１＿１と延出部１１＿２とは、接続部１１＿３を介して接続する。
　ウェアラブルデバイス３０は、基部１１＿１を体表面１に接触させ、接続部１１＿３で屈曲し、延出部１１＿２の両端部の電極部１２を体表面１に接触させて、対象（生体）に装着される。
　このとき、基板１１が屈曲されることにより、無線通信部１４などが配置される延出部１１＿２の中央部が基部１１＿１の上方に位置し、すなわち体表面１から離れて位置する。
　このように、ウェアラブルデバイス３０では、電極部１２を体表面（皮膚）１に接触させ、無線通信部１４を体表面１から離して配置できる。
　したがって、本実施の形態に係るウェアラブルデバイスによれば、人体による電波の散乱や吸収の影響を低減し、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
　従来、両面構造のフレキシブル基板の多層化は、リジッド基板に比べて製造が困難でありコストも高い。一方、複数の片面構造の基板を積層して多層化すれば、比較的容易に製造できる。片面構造の多層基板においては、最上面は電気的に露出され部品実装が可能な一方、最下面は電気的な露出されず部品を実装できない。
　本実施の形態に係るウェアラブルデバイスでは、一方の面だけに電極部を含めた全ての構成部（部品）が配置されるので、片面構造の多層基板を用いることができ、第１および第２の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
　また、製造コストも低減できる。
　本実施の形態では、基板をＴ字型として、延出部の両端部に電極が配置される例を示したが、これに限らない。例えば、電極部は延出部の一方の端部にのみ配置されてもよい。
　また、本実施の形態では、基板をＴ字型とする例を示したが、これに限らない。例えば、Ｌ字型でもよい。この場合、電極部は延出部の一方の端部にのみ配置されればよい。
＜第４の実施の形態＞
　本発明の第４の実施の形態に係るウェアラブルデバイスについて、図６を参照して説明する。
＜ウェアラブルデバイスの構成＞
　本実施の形態に係るウェアラブルデバイス４０では、第１～第３の実施の形態と、各構成部（部品）の配置が異なる。その他の構成は、第３の実施の形態と略同様である。
　ウェアラブルデバイス４０では、図６に示すように、基板１１の延出部１１＿２において、体表面１と接触する面と反対側の面（一方の面）に、回路部１３と、電池部１５と、電源部１６と、電極部１２と、無線通信部１４とが配置される。
　とくに、延出部１１＿２の中央部、すなわち基板１１を屈曲したときに対象（人体など生体）と接触しない部分における一方の面に、電極部１２以外の、回路部１３と、電池部１５と、電源部１６と、無線通信部１４とが配置される。
　その結果、電極部１２以外の構成部（回路部１３と、電池部１５と、電源部１６と、無線通信部１４）が、対象（生体）から離れた位置に配置される。
　従来のウェアラブルデバイスおよび第１～第３の実施の形態に係るウェアラブルデバイスでは、構成部（部品）が対象（生体）の表面と接触する部分（以下、「体表面接触部」という。）に配置される。この場合、構成部（部品）は硬質な素材により構成されるので、構成部（部品）がフレキシブル基板に搭載されても柔軟性は損なわれ、対象であるユーザに不快感を与える。
　また、柔軟性を有するフレキシブル基板に構成部（部品）が搭載されると、構成部（部品）に曲げ応力が集中して短期間での故障の原因となる。
　本実施の形態に係るウェアラブルデバイスによれば、フリップ構造によって、全ての構成部（部品）が、基板１１において体表面から離れた領域に配置され、体表面接触部（基部１１＿１）には配置されないので、体表面接触部の柔軟性を確保でき、曲面を有する対象の表面（体表面など）に対して十分な密着性を確保できる。
　また、構成部（部品）が、体表面接触部に配置されないので、体表面接触部にスリット等を設けることによって、体表面接触部の面積を低減でき、体表面（皮膚）におけるかゆみやかぶれの低減が期待される。
＜第５の実施の形態＞
　本発明の第５の実施の形態に係るウェアラブルデバイスについて、図７を参照して説明する。
＜ウェアラブルデバイスの構成＞
　本実施の形態に係るウェアラブルデバイス５０では、第１～第４の実施の形態と、電気配線の領域の配置が異なる。その他の構成は、第３の実施の形態と略同様である。
　ウェアラブルデバイス５０では、図７に示すように、装着時に、電気配線１７が配置される領域（以下、「配線領域」という。）３１が対象（生体）と離れて位置するように設けられる。
　詳細には、基板１１において、装着時に、構成部（部品）が対象（生体）と離れて配置される部分（延出部１１＿２の中央部）と、電極部１２を備えて対象（生体）と接触する部分（延出部１１＿２の両端部）との中間の部分が、対象（生体）に接触することなく、対象（生体）との間に空隙ができるように構成される。この中間の部分に、配線領域３１が配置される。
　その結果、配線領域３１は可動部として利用可能となる。
　ウェアラブルデバイス５０における配線領域３１に、銀を主成分とするペースト型配線を用いることが望ましい。これにより、基板１１と配線領域３１両方に伸縮性をもたせることができる。
　本実施の形態に係るウェアラブルデバイスによれば、装置面積に対する体表面との接触面積の低減できる。また、生体における湾曲部や関節などの可動部に装着することができ、体型などの個人差に合わせ貼り付け位置を調整できる。
　また、複数の電極間の電位差を得るために電極同士を離して配置することによって、体表面との接触面積を増加させることなく、生体信号の品質を向上できる。
　また、体表面との接触面積を低減することにより、体表面のかぶれやユーザの不快感を防止できる。この構成によれば、体表面との接触部や配線領域に任意に開口部を設けることにより、体表面近傍での蒸れの原因となる湿気を解放でき、体表面のかぶれやユーザの不快感を防止できる。
＜第６の実施の形態＞
　本発明の第６の実施の形態に係るウェアラブルデバイスについて、図８、図９を参照して説明する。
＜ウェアラブルデバイスの構成＞
　本実施の形態に係るウェアラブルデバイス６０では、ウェアラブルデバイスは、デバイスの起動のための構成を備える。その他の構成は、第３の実施の形態と略同様である。
　ウェアラブルデバイス６０は、第３の実施の形態における構成に加えて、起動部を備える。
　起動部には、例えば、加速度センサを用いる。加速度センサは、振動により起動信号を出力する。これにより、使用時に振動を入力することで起動できる。
　また、起動部には、例えば、図８に示すように、曲げ検出用の素子４１を用いる。曲げ検出用の素子４１を、基板１１のフリップ構造により屈曲する領域に配置する。この素子４１により、屈曲による電位の変化（Ｈｉｇｈ、Ｌｏｗ）を検出して起動できる。
　また、起動部には、例えば、図９に示すように、磁石部４２＿１と、磁気型近接センサや磁気スイッチ等の磁気検出部４２＿２とを組み合わせて用いる。磁石部４２＿１と磁気検出部４２＿２とは、一方の面に配置され、基板１１を屈曲させたときに、内側で対向するそれぞれの面に配置される磁石部４２＿１と磁気検出部４２＿２とが接触または近接するように配置される。
　その結果、基板１１を屈曲させて磁石部４２＿１と磁気検出部４２＿２とを接触または近接させることにより起動できる。
　このように、起動部により、個別にスイッチを備えることなく、ウェアラブルデバイス６０を起動できる。
　ウェアラブルデバイスは、体表面に装着して利用されるので防水加工を要する。しかしながら、防水加工とともに、個別のスイッチ等の物理入力手段と設けると、製造コストとデバイスサイズが増加する。
　本実施の形態に係るウェアラブルデバイスによれば、起動のために個別にスイッチを設ける必要がないので、容易に防水加工を施すことができ、製造コストとデバイスサイズを低減できる。
　本発明の実施の形態では、無線通信部を体表面から離れた位置に配置するために基板を屈曲させる例を示したが、これに限らない。基板を湾曲させてもよく折り曲げてもよい。基板が、無線通信部が体表面から離れた位置に配置されるように変形されればよい。
　本発明の実施の形態では、ウェアラブルデバイスの構成、製造方法などにおいて、各構成部の構造、寸法、材料等の一例を示したが、これに限らない。ウェアラブルデバイスの機能を発揮し効果を奏するものであればよい。
　本発明は、ウェアラブルデバイスを用いた無線通信システムに適用することができる。
１　生体
１０　ウェアラブルデバイス
１１　基板
１２　電極部
１３　回路部
１４　無線通信部
１５　電池部
１６　電源部
１７　電気配線

Claims (8)

  1. 　柔軟性を有する基板と、
    　前記基板に、生体に接触する電極部と、
    　前記電極部と電気配線を介して接続する回路部と、
    　前記回路部と接続し、信号を送受信する無線通信部と、
    　前記回路部と前記無線通信部とに電力を供給する電源部と、
    　前記電源部に接続する電池部と
    　を備え、
    　前記生体に装着されるときに、前記無線通信部が前記生体から離れて配置されるように、前記基板が変形する
    　ことを特徴とするウェアラブルデバイス。
  2. 　前記回路部と、前記無線通信部と、前記電源部と、前記電池部とが前記基板の一方の面に配置され、
    　前記電極部が、前記基板の他方の面に配置される
    　ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブルデバイス。
  3. 　前記基板が、基部と、延出部と、前記基部と前記延出部とを接続する接続部とを備え、
    　前記電極部と、前記回路部と、前記無線通信部と、前記電源部と、前記電池部とが前記基板の一方の面に配置され、
    　前記基部の他方の面が生体と接触し、
    　前記延出部の端部に前記電極部を備え、
    　前記基板が、前記接続部で変形し、前記電極部を前記生体に接触させる
    　ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブルデバイス。
  4. 　前記基部に、前記回路部と、前記無線通信部と、前記電源部と、前記電池部とが配置されない
    　ことを特徴とする請求項３に記載のウェアラブルデバイス。
  5. 　前記電気配線が、前記基板の前記生体に接触しない部分に配置される
    　ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のウェアラブルデバイス。
  6. 　前記基板において、前記電気配線が配置された部分に開口部を備える
    　ことを特徴とする請求項５に記載のウェアラブルデバイス。
  7. 　起動部を備える
    　ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイス。
  8. 　前記電極部が、前記電気配線により形成される
    　ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイス。
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