CN102301314A - 输入设备、可穿戴计算机以及输入方法 - Google Patents

Abstract

提供一种适于可穿戴计算机用、且廉价的输入设备。此外，提供一种适于操作可穿戴计算机的输入方法。进而提供一种具备了那种输入设备的可穿戴计算机。输入设备(100)用于向外部输出设备(40)输出控制命令(γ)，具备：被安装在身体的自然开孔部，检测所述自然开孔部的形状变化的传感器部(10)；和根据来自所述传感器部(10)的检测信号(α)，控制所述外部输出设备(40)的控制部(20)。这里，所述自然开孔部的形状变化是由于安装所述传感器部(10)的人有意图地操作所述外部输出设备(40)时进行的规定动作而引发的形状变化。

Description

输入设备、可穿戴计算机以及输入方法

技术领域

本发明涉及用于向外部输出设备输出控制命令的输入设备、具备该输入设备的可穿戴(wearable)计算机、以及用于向外部输出设备输出控制命令的输入方法。

背景技术

近年来，在各种领域正在进行能够安装在身体上从而进行免提(hands-free)操作的可穿戴计算机的开发。在这种可穿戴计算机中，由于近来半导体技术以及通信技术的进步，可以使网络侧具有运算能力、存储能力。因此，今后对可穿戴计算机侧所要求的主要功能是人机接口(humaninterface)(即，输入设备以及输出设备)。其中，输出设备，例如，有几种作为头戴显示器或骨传导耳机已经开发的示例。但是，现状是还没有看到适宜使用于可穿戴计算机的廉价的输入设备的开发例。

另一方面，虽然不是用作可穿戴计算机的输入设备的装置，但是作为能够以免提获得信息的装置的示例，有计量人类咀嚼食物等时的次数的咀嚼次数计量装置(例如，参照专利文献1～3)。

人类咀嚼食物等时，外耳道的肌肉伴随颌的运动而运动。因此，在专利文献1的装置中，利用***外耳道内的压力传感器检测由该肌肉的运动引起的外耳道内的压力变化，将压力变化的次数作为咀嚼次数进行计量。

专利文献2也是与上述专利文献1同样的原理，但是记载了使用微压传感器、压电传感器、按压传感器，作为对伴随咀嚼而产生的外耳道的运动进行检测的压力传感器。

专利文献3也基本上是与上述专利文献1以及专利文献2同样的原理，具备对由咀嚼而派生的运动进行检测的传感器。作为该传感器，记载了张力检测传感器、肌电压检测传感器、压力检测传感器。

专利文献1：JP特开平7-213510号公报

专利文献2：JP特开平11-318862号公报

专利文献3：JP特开平7-171136号公报

但是，之前已经提到，上述专利文献1～3的装置原本完全没有打算作为可穿戴计算机的输入设备来使用。若假设作为可穿戴计算机的输入设备来使用，则上述专利文献1～3的装置因为都使用了检测外耳道内的压力变化的传感器，所以根据使用环境(外耳道的大小、外耳道的形状、安装状态等)的不同，检测结果容易发生偏差。因此，不适合用作要求准确的操作的可穿戴计算机的输入设备。

此外，为了准确地检测外耳道内的压力变化，需要将压力传感器牢固地压入使用者的外耳道内，但是由此会导致使用者感觉不舒服。因此，难以长时间的安装。在这点上，也可以说上述专利文献1～3的装置不合适作为可穿戴计算机的输入设备。

另外，使用了压力传感器的上述专利文献1～3的装置容易变得成本比较高、构造也比较复杂。因此，期望开发更廉价且简单的输入设备。

发明内容

本发明鉴于上述问题点而作，其目的在于提供一种适于可穿戴计算机用、且廉价的输入设备。此外，其目的在于提供一种适于操作可穿戴计算机的输入方法。进而，其目的在于提供一种具备那样的输入设备的可穿戴计算机。

用于解决上述课题的本发明所涉及的输入设备的特征结构，是用于向外部输出设备输出控制命令的输入设备，该输入设备具备：传感器部，其被安装在身体的自然开孔部，检测所述自然开孔部的形状变化；和控制部，其根据来自所述传感器部的检测信号，控制所述外部输出设备。

根据本结构的输入设备，因为传感器部被安装在身体的自然开孔部，所以能够在尽量排除了外部光等干扰因素的环境下，检测该自然开孔部的形状变化。其结果，可以从传感器部稳定地获得可靠性高的检测信号，根据所得到的检测信号，可以高精度地控制外部输出设备。

在本发明所涉及的输入设备中，优选所述传感器部包括光学式传感器、或者回声式传感器。

根据本结构的输入设备，因为采用了光学式传感器、或者回声式传感器，所以例如，不需要如压力传感器那样将传感器部本身用力压入身体的自然开孔部。因此，能够降低使用者对输入设备的反感。其结果，长时间的安装成为可能，能够合适地用作可穿戴计算机的输入设备。

此外，在将光学式传感器安装在身体的自然开孔部的情况下，尤其能够良好地排除作为干扰因素的外部光的影响，所以作为输入设备的可靠性以及稳定性进一步提高。

而且，在采用了光学式传感器的情况下，与压力传感器等相比，可以简化输入设备的构造，而且可以更廉价地构成。

在本发明所涉及的输入设备中，优选所述光学式传感器是反射型光敏传感器、或者FBG型光纤传感器，所述回声式传感器是超声波式距离传感器。通过使用这些现有的传感器作为本发明的输入设备所具备的传感器部，能够更廉价地构成输入设备。

在本发明所涉及的输入设备中，优选所述自然开孔部的形状变化，是因安装所述传感器部的人有意图地操作所述外部输出设备时进行的规定动作而引发的形状变化。

根据本结构的输入设备，安装传感器部的人，仅通过意图操作外部输出设备时进行规定动作，传感器部就可以检测自然开孔部的形状变化从而生成检测信号。

如此，根据本结构，能够构建根据安装传感器部的人的意图从而控制外部输出设备的输入设备。

在本发明所涉及的输入设备中，优选所述自然开孔部的形状变化，是由于安装所述传感器部的人有意图地连续操作所述外部输出设备时进行的连续规定动作所引发的连续的形状变化。

根据本结构的输入设备，安装传感器部的人，仅通过执行连续的规定动作，就可以进行外部输出设备的连续操作，所以使用者的操作便利性进一步提高。

在本发明所涉及的输入设备中，优选所述自然开孔部是包含外耳道在内的外耳，所述规定动作是从由眼睑的瞬间动作、眼球的动作、舌头的动作、咀嚼动作、脸部的伸缩动作、以及这些动作的组合构成的群中所选择的至少一种。

若人执行从由眼睑的瞬间动作、眼球的动作、舌头的动作、咀嚼动作、脸部的伸缩动作、以及这些动作的组合构成的群中所选择的至少一种，则与此相伴，作为自然开孔部的外耳(包括外耳道)的形状发生变化。因此，在本结构的输入设备中，通过检测伴随上述动作的外耳(外耳道)的形状变化，从而生成用于控制外部输出设备的控制命令。

如此，根据本结构，能够构建安装传感器部的人仅进行简单的动作，就可以控制外部输出设备的免提的输入设备。

在本发明所涉及的输入设备中，优选所述控制部具备：比较单元，其对从所述传感器部接收到的检测信号、和预先求出的表示物理量的变化的基准进行比较；和信号生成单元，其根据所述比较单元的比较结果，生成控制所述外部输出设备的控制信号。

根据本结构的输入设备，通过比较单元，对从传感器部接收到的检测信号和预先求出的表示物理量变化的基准进行比较，从而可以作为是否应生成控制命令的判断材料。而且，根据该比较结果，在判断为应生成控制命令时，信号生成单元可以生成控制外部输出设备的控制信号。

在本发明所涉及的输入设备中，优选表示所述物理量的变化的基准，被存储在外部的存储介质、或者在网络上设置的数据库中。

根据本结构的输入设备，在表示物理量变化的基准被存储在外部的存储介质的情况下，在输入设备侧不需要设置存储单元，所以可以简化装置结构。

此外，在将表示物理量变化的基准存储在网络上设置的数据库中的情况下，通过因特网等网络，能够在任意时刻任意地点从输入设备向外部输出设备发送控制命令。因此，在期待于不久的将来会实现的无处不在的网络社会中，能够构建具备合适的输入设备的可穿戴计算机。

在本发明所涉及的输入设备中，所述表示物理量变化的基准优选被规定为：(a)规定值以上的电压变化量；(b)电压发生变化之后，变化后的电压持续规定时间以上；或者一个以上的所述(a)与一个以上的所述(b)的任意组合模式。

根据本结构的输入设备，通过使表示物理量的变化的基准为规定值以上的电压变化量，从而可以准确地捕捉传感器部检测的自然开孔部的形状变化。其结果，能够良好地进行是否要生成控制命令(控制信号)的判断。此外，若除了上述规定值以上的电压变化量之外，还将电压变化后，其状态是否持续了规定时间以上作为表示物理量变化的基准，则能够更准确地捕捉传感器部检测的自然开孔部的形状变化。

而且，在本结构的输入设备中，还可以采用表示更复杂的物理量变化的基准。即被规定为一个以上的(a)“规定值以上的电压变化量”和一个以上的(b)“电压发生了变化后，变化后的电压持续规定时间以上”的任意组合模式(即，电压的变动模式)。例如，可以根据在电压变化了规定值以上后、该状态持续规定时间以上、之后电压又变化了规定值以上(在该情况下，按照(a)、(b)、(a)的顺序连续变动的模式)，传感器部能够检测为自然开孔部发生了形状变化。如此，若采用更复杂的电压变动模式作为表示物理量变化的基准，则可以非常良好且准确地进行是否应生成控制命令(控制信号)的判断。

在本发明所涉及的输入设备中，优选所述传感器部具备：检测元件，其被配置在所述自然开孔部的规定位置；和弹性部件，其与所述自然开孔部抵接并且包围所述检测元件。

根据本结构的输入设备，在自然开孔部的规定位置配置检测元件，此时，在检测元件的周围设置有与自然开孔部抵接的弹性部件，所以传感器部即使在向自然开孔部的安装状态下，通过弹性部件变形，也可以进行少许的移动。利用这样的移动，可以放大检测信号。此外，由该移动引起的放大，不是电气的，而是由传感器部的机构引起的，所以放大后的信号成为S/N比优异的高质量的信号。

另外，因为弹性部件包围了检测元件，所述还具有输入设备的安装感提高的效果。

此外，用于解决上述课题的本发明所涉及的可穿戴计算机的特征结构，在于具备上述任意一种输入设备和输出与所述自然开孔部的性质相应的信息的外部输出设备。

根据本结构的可穿戴计算机，作为外部输出设备，采用了输出与安装输入设备的身体的自然开孔部的性质相应的信息的输出设备，所以输入设备和输出设备的相容性好。

此外，若采用本结构的可穿戴计算机，则还可以构建表情识别***。即，输入设备的传感器部检测使用者的身体的自然开孔部的形状变化，控制部根据从传感器部接收到的检测信号来识别使用者的表情，并将控制信号输出给外部输出设备。此时，外部输出设备向使用者输出信息，对该信息的反应(表情)再次被输入到输入设备，并基于此而生成新的检测信号以及控制信号。由此，在可穿戴计算机和使用者之间，形成所谓的生物反馈。其结果，能够实时提供使用者所期望的最合适的信息。

在本发明所涉及的可穿戴计算机中，优选所述自然开孔部是包含外耳道在内的外耳，所述外部输出设备是声响设备。

根据本结构的可穿戴计算机，采用声响设备作为安装输入设备的自然开孔部是外耳(包括外耳道)的情况下的输出设备。因此，可穿戴计算机的使用者能够使用自己的耳朵直观地执行免提下的操作。

此外，若采用本结构的可穿戴计算机，则可以根据生物反馈，例如，在使用者的笑脸的频度降低的情况下，外部输出设备自动地再生能够放松的声音或音乐等，可以执行与使用者的状况相应的适当的输出。

进而，用于解决上述课题的本发明所涉及的输入方法的特征结构，是用于向外部输出设备输出控制命令的输入方法，其包括：检测工序，检测身体的自然开孔部的形状变化；和控制工序，根据所检测出的所述自然开孔部的形状变化，控制所述外部输出设备。

根据本结构的输入方法，可以获得与上述本发明的输入设备同样的作用效果。即，通过检测身体的自然开孔部的形状变化，能够在尽量排除了外部光等干扰因素的环境下进行检测。其结果，可以稳定地获得可靠性高的检测结果(自然开孔部的形状变化)，根据所获得的检测结果，可以高精度地控制外部输出设备。

进而，用于解决上述课题的本发明所涉及的输入设备的特征结构是用于向外部输出设备输出控制命令的输入设备，其具备：传感器部，其被安装在用外科在身体上形成的人工开孔部，检测所述人工开孔部的形状变化；和控制部，其根据来自所述传感器部的检测信号，控制所述外部输出设备。

根据本结构的输入设备，因为传感器部被安装在用外科在身体上形成的人工开孔部，所以可以在尽量排除了外部光等干扰因素的环境下检测该人工开孔部的形状变化。其结果，可以从传感器部稳定地获得可靠性高的检测信号，根据所得到的检测信号，可以高精度地控制外部输出设备。

附图说明

图1是表示本发明的输入设备的概略框图。

图2是表示耳挂型的传感器部的图。

图3是表示***型的传感器部的图。

图4是表示本发明的输入方法的流程图。

图5是表示实施例1的检测信号的时间变化的曲线图。

图6是表示实施例2的检测信号的时间变化的曲线图。

图7是表示实施例3的检测信号的时间变化的曲线图。

图8是表示实施例4的检测信号的时间变化的曲线图。

图9是表示实施例5的检测信号的时间变化的曲线图。

图10是表示实施例6的检测信号的时间变化的曲线图。

图11是表示实施例7的检测信号的时间变化的曲线图。

图12是表示其他实施方式的向患者的肚脐附近的人工开孔部安装了传感器部的状态的图。

符号说明

10  传感器部

11  检测元件

11a 发信元件

11b 接收元件

12  弹性部件

20  控制部

21  比较单元

22  信号生成单元

30  外部存储介质

40  外部输出设备

100 输入设备

具体实施方式

根据附图来说明本发明的输入设备、具备该输入设备的可穿戴计算机、以及输入方法的实施方式。但是，本发明不局限于以下说明的实施方式、附图所记载的结构，还包括与它们等同的结构。

〔输入设备〕

图1是表示本发明的输入设备100的概略框图。输入设备100具备传感器部10以及控制部20，作为其基本结构。

<传感器部的结构>

传感器部10被安装在身体的自然开孔部。这里，所谓“身体的自然开孔部”，是指身体上所形成的器官等的开孔部，例如：外耳(外耳道)、鼻腔、口腔、***、***等。在本实施方式中，特别地利用外耳(包括外耳道)作为身体的自然开孔部。另外，传感器部10可以使用各种传感器，但是优选采用能够用光来计量与测量对象物之间的距离的光学式传感器(例如，反射型光敏传感器、FBG型光传感器)。光学式传感器包括LED或灯泡等发光元件和光敏晶体管、光敏二极管、CCD等受光元件。另外，在作为LED使用红外线LED的情况下，作为发送的红外线的波长，需要选择不透过人体的波长。在本实施方式中，以后将传感器部10作为光学式传感器来进行说明。此外，对于传感器部10的形状，因为图2所示的“耳挂型”、或者图3所示的“***型”方便使用，所以优选。

(耳挂型)

图2(a)是耳挂型的传感器部10的立体图。图2(b)是表示将传感器部10安装于外耳的状态的图。该耳挂型的情况下，传感器部10实质上并不***外耳道而是被安装为从外侧覆盖外耳，所以一旦被安装，则传感器部10对外耳道的相对位置大致被固定。另一方面，外耳道的形状变化，根据位置不同，发生状况不同。例如，由动舌头引起的形状变化的部位、与由动眼球引起的形状变化的部位不同。因此，优选根据想要测量的动作来适当调整传感器部10对外耳的安装方向。在该情况下，既可以对传感器部10的整体进行方向调整，也可以仅对检测元件11进行方向调整。

传感器部10具有作为检测元件11的发信元件11a以及接收元件11b。从发信元件11a发送的测量光的一部分被外耳道的表面反射，返回到接收元件11b。这里，若输入设备100的使用者的外耳运动，则从传感器部10的检测元件11到外耳道的反射表面的距离发生变化。据此，射入检测元件11(接收元件11b)的反射光的强度发生变化。因此，通过监视该反射光的强度变化，能够检测外耳道的形状变化。另外，检测元件11可以根据需要而设置多个。此外，作为发信元件11a，例如可以列举LED、灯泡等发光元件，作为接收元件11b，例如可以列举光敏晶体管、光敏二极管、CCD等受光元件。特别在采用LED作为发信元件11a、采用光敏晶体管或者光敏二极管作为接收元件11b的情况下，能够降低检测信号的噪声，所以能够获得高质量的检测信号。

(***型)

图3是表示将传感器部10***外耳道的状态的图。在该***型的情况下，作为检测元件11的发信元件11a以及接收元件11b，具有由弹性部件12包围的构造。在将传感器部10***外耳道时，弹性部件12与外耳道的表面抵接。因此，在传感器部10被***到外耳道内的规定位置后，通过弹性部件12弯曲，检测元件11也能够在使用者的外耳道内移动。另一方面，即使外耳道的形状发生变化，使用者的鼓膜也不会较大地移动。因此，检测元件11相对于鼓膜可以进行少许相对移动。

另外，外耳道的形状变化，如上所述，发生状况根据位置不同而不同。因此，通过适当调整弹性部件12的形状、硬度，从而传感器部10的检测元件11变得容易检测外耳道的特定部位的形状变化。据此，作为结果，传感器部10可以仅对使用者的特定的动作进行反应。此外，作为弹性部件12，将比较硬的部件和比较柔的部件进行组合也是有效的。据此，能够进行更加细微的调整。

从发信元件11a发送的测量光的一部分被鼓膜的表面反射，返回到接收元件11b。这里，外耳道的形状发生变化时，弹性部件12弯曲，检测元件11发生少许相对移动，从检测元件11到鼓膜的反射表面的距离发生变化。据此，射入检测元件11(接收元件11b)的反射光的强度发生变化。因此，通过监视该反射光的强度变化，能够检测外耳道的形状变化。另外，检测元件11可以根据需要而设置多个。

然而，对于***型的传感器部10，利用上述那样的检测元件11的相对移动，能够放大后述的检测信号α。而且，该相对移动的放大，不是电气性的而是由传感器部10的机构引起的。因此，放大后的信号成为S/N比优异的高质量信号。

<控制部的结构>

传感器部10的检测元件11(接收元件11b)接收反射光后，传感器部10生成与检测强度相应的检测信号α，并将其发送给控制部20。控制部20具有比较单元21、以及信号生成单元22。控制部20从传感器部10接收检测信号α后，在比较单元21中，进行所接收的检测信号α与预先求出的表示物理量的变化的基准β的比较。

这里，表示物理量的变化的基准β，如图1所示，被存储在外部存储介质30中。作为外部存储介质30，例如可以列举：闪速存储器、硬盘等。根据这种结构，在输入设备100侧不需要设置存储单元。因此，能够简化输入设备100的装置结构。

另一方面，也可以利用设置在因特网等网络上的关于基准β的数据库(未图示)，代替外部存储介质30。根据这种结构，通过因特网等网络，能够在任意时刻任意地点从输入设备100向外部输出设备40发送后述的控制命令(控制信号γ)。因此，根据本结构，在被期待于不久的将来实现的泛在网络(Ubiquitous network)社会中，能够构建具备合适的输入设备100的可穿戴计算机。

另外，对于表示上述物理量的变化的基准β的具体内容、以及比较单元21执行的具体的比较手法，在后述的“输入方法”以及“实施例”中进行详细叙述。

信号生成单元22根据比较单元21的比较结果，生成控制外部输出设备40的控制命令(控制信号γ)。该控制命令(控制信号γ)，例如能够作为外部输出设备40的电源的ON/OFF操作、规定功能的动作/停止操作、功能切换操作等，通常使用者通过开关的输入而执行的设备操作的命令来利用。此外，若设定多种控制命令(控制信号γ)，则还可以作为比较复杂的输入操作(例如，计算机中的键盘输入等)的代替手段来利用。

根据如上那样构成的本发明的输入设备100，因为传感器部10被安装在身体的自然开孔部(本实施方式的情况下是外耳道)，所以能够在尽量排除了外部光等的干扰因素的环境下，检测该自然开孔部的形状变化。其结果，能够从传感器部10稳定地得到可靠性高的检测信号α。而且，根据所得到的检测信号α，可以高精度地控制外部输出设备40。

另外，传感器部10不局限于光学式传感器。只要可以安装在身体的自然开孔部，检测自然开孔部的形状变化，就可以应用其他传感器作为传感器部10。

例如，传感器部10可以是回声式传感器。传感器部10具有作为检测元件11的发信元件11a以及接收元件11b。作为回声式传感器，例如，有超声波式距离传感器。作为发信元件11a，例如有扬声器；作为接收元件11b，例如有麦克。从发信元件11a发送的测量波的一部分被外耳道的表面反射，返回到接收元件11b。这里，输入设备100的使用者的外耳动作时，从传感器部10的检测元件11到外耳道的反射表面的距离发生变化。据此，反射波入射到检测元件11(接收元件11b)的时间发生变化。因此，通过监视该时间变化，能够检测外耳道的形状变化。另外，用于测量波的声波的频率，例如可以是人类的听觉不能检测到的20kHz以上。

例如，传感器部10还可以是FBG(Fiber Bragg Grating，光纤布拉格光栅)型光纤传感器。根据FBG型光纤传感器，通过在光纤中产生一定的构造变化，将构造变化用作衍射光栅，可以捕获通过光纤内的特定波长。按照光纤伴随外耳的运动而发生变形的方式，使FBG型光纤传感器的光纤沿着外耳道的表面。因为光纤变形时通过光纤内的光的波长发生变化，所以通过监视波长变化，可以检测伴随外耳的运动的外耳道的变化。

此外，在采用回声式传感器、或者如本实施方式那样的光学式传感器作为传感器部10的情况下，不需要如压力传感器那样将传感器部10本身用力压入身体的自然开孔部。因此，能够降低使用者对输入设备100的反感。其结果，长时间的安装成为可能，能够合适地用作可穿戴计算机的输入设备100。

另外，采用光学式传感器作为传感器部10时，还有如下优点：与压力传感器等相比，能够简化输入设备100的构造，而且能够廉价地构成。

〔可穿戴计算机〕

本发明的输入设备100通过与任意的外部输出设备40进行组合，能够适宜用作可以进行免提操作的可穿戴计算机。作为可以组合的外部输出设备40，例如有：音乐再生播放器等声响设备、DVD播放器等影像设备、移动电话等通信设备、助听器等医疗器械等。

尤其，如本实施方式那样，在采用安装于外耳来使用的输入设备100来构建可穿戴计算机的情况下，作为进行组合的外部输出设备40，优选采用输出声音的声响设备。也就是说，与输入设备100进行组合的外部输出设备40，优选是输出与安装输入设备100的自然开孔部的性质相应的信息的设备。这种输入设备100和外部输出设备40的组合是合理的，在相容性上是优异的。例如，以本实施方式为例，组合了检测外耳道的形状变化的输入设备100、和向外耳道输出声音的声响设备，所以输入设备100的使用者能够使用自己耳朵直观地执行免提下的操作。

此外，输入设备100的使用者可以在以免提操作外部输出设备40的同时，另一方面操作手动装置。例如，作为手动装置，可以列举键盘、鼠标等计算机输入装置。在选择键盘作为手动装置、选择鼠标作为外部输出设备40的情况下，可以同时操作多个计算机输入装置，可以进一步提高计算机操作的效率。

此外，作为外部输出设备40，还可以选择可进行复杂操作的装置(例如，机器人操纵装置(robot manipulator))。通过使该装置组合多个输入设备100、由多人安装多个输入设备100的每一个，从而由多人分担复杂的操纵，能够简单地高效率地操作该装置。

而且，根据本发明的可穿戴计算机，还可以构建表情识别***。即，输入设备100的传感器部10检测使用者的身体的自然开孔部的形状变化，控制部20根据从传感器部10接收的检测信号α识别使用者的表情，将控制信号γ输出给外部输出设备40。此时，外部输出设备40向使用者输出信息，使用者对该信息的反应(表情)再次被输入到输入设备100，基于此，生成新的检测信号α以及控制信号γ。如此，在可穿戴计算机与使用者之间，形成所谓的生物反馈(biofeedback)。其结果，能够实时提供使用者所期望的合适的信息。

例如，在使用者的笑脸频度降低时，外部输出设备40自动地再生能够放松的声音或音乐等，能够执行与使用者的状况相应的适当输出。

本发明的输入设备100通过与任意的外部输出设备40进行组合，还可以适宜地用作具备监护功能的可穿戴计算机。例如，使本发明的输入设备100具备助听器的功能，可以构建作为具备监护功能的可穿戴计算机的“输入设备内置型助听器”。根据该输入设备内置型助听器，除了可以作为助听器来支援由于老化等而衰退的听觉，还可以通过有意图地改变表情，通过进行非日常的表情来免提操作电视机等设备。作为可以与输入设备内置型助听器进行组合的外部输出设备40，列举移动电话等网络终端。通过时常计量、分析使用者的咀嚼动作、喷嚏等，作成表示使用者的生活状况的数据。通过利用网络终端自动地将该数据发送给远处的家属和/或医疗机关，从而可以构建对使用者的生活进行监护支援的***。此外，通过增加热传导等的温度传感器，还可以时常计量体温，应用于远距离诊断。

〔输入方法〕

下面，对使用本发明的输入设备100而执行的输入方法进行说明。图4是表示本发明的输入方法的流程图。在该流程图中，用记号“S”表示各步骤。本发明的输入方法，在以下说明的“事前准备”之后，通过检测身体的自然开孔部的形状变化的“检测工序”、以及根据所检测到的自然开孔部的形状变化来控制外部输出设备40的“控制工序”来执行。

<事前准备>

在执行本发明的输入方法之前，将输入设备100安装到使用者(佩戴者)。这具有如下做法：按照从外耳的外侧进行覆盖的方式安装图2所示那样的传感器部10的方法；和将图3所示那样的传感器部10***使用者的外耳道的方法。将传感器部10仅安装在一个外耳(包含外耳道)也没有关系，还可以准备两个传感器部10，安装在两个外耳。若如此使用两个传感器部10分别检测双耳的外耳道(外耳)的形状变化，则还可以进行更复杂的输入操作。

<检测工序>

在使用者想要进行外部输出设备40的操作(即，想要对外部输出设备40进行输入)时，使用者执行规定动作。该规定动作是在日常生活中通常不怎么进行的故意的动作，例如，用力开闭眼睑的瞬时动作、使眼球左右移动的动作、左右摆动舌头的动作、使颌较大地动作从而使嘴开闭的咀嚼动作、运动脸部肌肉的伸缩动作等。这些动作可以单独执行，或者组合多个动作来执行也没有问题。若执行上述规定动作，则使用者的外耳道(外耳)的形状伴随与此发生变化。因此，通过传感器部10检测该外耳道(外耳)的形状变化(步骤1；检测工序)。传感器部10生成与外耳道(外耳)的形状变化相应的检测信号α。

<控制工序>

接着，在比较单元21中，比较检测信号α和预先求出的表示物理量的变化的基准β，判断表示形状变化的检测信号α的值是否满足基准β(步骤2：比较工序)。在检测信号α不满足基准β时(步骤2；否)，暂时成为待机状态(步骤3′)，之后，返回检测工序(步骤1)更新检测信号α。在检测信号α满足基准β时(步骤2；是)，信号生成单元22生成对外部输出设备40进行控制的控制命令(控制信号γ)(步骤3；控制信号生成工序)。控制部20将所生成的控制命令(控制信号γ)输出给外部输出设备40(步骤4；控制信号输出工序)。如此，通过比较工序(步骤2)、控制信号生成工序(步骤3)、以及控制信号输出工序(步骤4)，根据表示外耳道(外耳)的形状变化的检测信号α，执行控制外部输出设备40的控制工序。

实施例

下面，对本发明的具体实施例进行说明。在该实施例中，作为输入***100的传感器部10，使用了图2所示的耳挂型的传感器部。而且，将传感器部10安装在使用者的双耳来测量外耳道的形状变化。可以根据传感器部10生成的检测信号α的电压的变化量(单纯变化量、或者每单位时间的电压的上升量)、或者电压发生了变化后的持续时间，来进行外耳道的形状是否发生了变化的判断。另外，所谓“单纯变化量”，是指从变化后的电压值减去变化前的电压值所得的值。因此，在变化后的电压值比变化前的电压值增加时，单纯变化量是正值，在变化后的电压值比变化前的电压值减小时，单纯变化量是负值。在各实施例中，示出了右耳中的外耳道的形状变化的测量结果，作为代表。

〔实施例1〕

作为有意图地操作外部输出设备40而进行的规定动作，最初使用者的双眼较大地睁开，使该状态持续片刻之后，使双眼返回原状态。在图5的曲线图中示出在正在进行这一系列动作时输入***100的传感器部10所检测到的检测信号α的时间变化作为外耳道的形状变化。

根据图5的曲线图，求出了电压的单纯变化量为约0.12V、每单位时间的电压的上升量为约0.6V/sec。此外，求出了电压上升后的持续时间为约1.3sec。将这些值作为表示物理量的变化的基准β，预先存储在外部存储介质30中。另外，虽然未进行图示，但是左耳中的外耳道的形状变化的测量结果也是同样的。

在进行了实施例1中的规定动作时，例如，在传感器部10生成的检测信号α的电压的单纯变化量为0.12V以上时(例如，0.13V时)，或者，电压的上升量为0.6V/sec以上时(例如，0.7V/sec时)，控制部20判断为发生了外耳道的形状变化，将控制命令(控制信号γ)发送给外部输出设备40。或者，在传感器部10生成的检测信号α的电压的单纯变化量为0.12V以上、或者电压的上升量为0.6V/sec以上、且其持续时间为规定时间以上(例如，0.5sec以上)时，控制部20判断为发生了外耳道的形状变化，将控制命令(控制信号γ)发送给外部输出设备40。

〔实施例2〕

作为有意图地操作外部输出设备40而进行的规定动作，最初使用者的双眼使劲闭上，使该状态持续片刻之后，使双眼返回原状态。在图6的曲线图中示出在正在进行这一系列动作时输入***100的传感器部10作为外耳道的形状变化而检测到的检测信号α的时间变化。

根据图6的曲线图，求出了电压的单纯变化量为约-0.06V、每单位时间的的电压的上升量为约-0.3V/sec。对于持续中的电压虽然没有稳定，但是至少确认了约1.0sec的持续时间。将这些值作为表示物理量的变化的基准β，预先存储在外部存储介质30中。另外，虽然未进行图示，但是左耳中的外耳道的形状变化的测量结果也是同样的。

在进行了实施例2中的规定动作的情况下，例如，在传感器部10生成的检测信号α的电压的单纯变化量为-0.06V以下时(例如，-0.07V时)，或者在电压的上升量为-0.3V/sec以下时(例如，-0.4V/sec时)，控制部20判断为发生了外耳道的形状变化，将控制命令(控制信号γ)发送给外部输出设备40。或者，在传感器部10生成的检测信号α的电压的单纯变化量为-0.06V以下、或者电压的上升量为-0.3V/sec以下且其持续时间为规定时间(例如，0.5sec)以上时，控制部20判断为发生了外耳道的形状变化，将控制命令(控制信号γ)发送给外部输出设备40。

〔实施例3〕

作为有意图地操作外部输出设备40而进行的规定动作，最初使用者的舌头向左较大地动作，使该状态持续片刻之后，使舌头返回原状态。在图7的曲线图中示出在正在进行这一系列动作时输入***100的传感器部10作为外耳道的形状变化而检测到的检测信号α的时间变化。

根据图7的曲线图，求出了电压的单纯变化量为约-0.07V、每单位时间的电压的上升量为约-0.4V/sec。此外，电压的上升后的持续时间为约1.5sec。将这些值作为表示物理量的变化的基准β，预先存储在外部存储介质30中。

在进行了实施例3中的规定动作的情况下，例如，在传感器部10生成的检测信号α的电压的单纯变化量为-0.07V以下时(例如，-0.08V时)，或者在电压的上升量为-0.4V/sec以下时(例如，-0.5V/sec时)，控制部20判断为发生了外耳道的形状变化，将控制命令(控制信号γ)发送给外部输出设备40。或者，在传感器部10生成的检测信号α的电压的单纯变化量为-0.07V以下、或者电压的上升量为-0.4V/sec以下且其持续时间为规定时间(例如，0.5sec)以上时，控制部20判断为发生了外耳道的形状变化，将控制命令(控制信号γ)发送给外部输出设备40。

〔实施例4〕

作为有意图地操作外部输出设备40而进行的规定动作，最初使用者的舌头向右较大地动作，使该状态持续片刻之后，使舌头返回原状态。在图8的曲线图中示出在正在进行这一系列动作时输入***100的传感器部10作为外耳道的形状变化而检测到的检测信号α的时间变化。

根据图8的曲线图，求出了电压的单纯变化量为约0.10V、每单位时间的电压的上升量为约0.5V/sec。此外，电压的上升后的持续时间为约1.6sec。将这些值作为表示物理量的变化的基准β，预先存储在外部存储介质30中。

在进行了实施例4中的规定动作的情况下，例如，在传感器部10生成的检测信号α的电压的单纯变化量为0.10V以上时(例如，0.11V时)，或者在电压的上升量为0.5V/sec以上时(例如，0.6V/sec时)，控制部20判断为发生了外耳道的形状变化，将控制命令(控制信号γ)发送给外部输出设备40。或者，在传感器部10生成的检测信号α的电压的单纯变化量为0.10V以上、或者电压的上升量为0.5V/sec以上且其持续时间为规定时间(例如，0.5sec)以上时，控制部20判断为发生了外耳道的形状变化，将控制命令(控制信号γ)发送给外部输出设备40。

另外，表示向右运动了舌头的情况的该实施例4的曲线图(图8)，示出与表示向左运动了舌头的情况的实施例3的曲线图(图7)大致相反的轮廓(profile)。据此，输入***100的使用者通过使舌头向左右运动，还可以区分使用控制命令(控制信号γ)。

〔实施例5〕

作为有意图操作外部输出设备40而进行的规定动作，最初使用者的眼球向右移动，使该状态持续片刻之后，使眼球返回原状态。在图9的曲线图中示出在正在进行这一系列动作时输入***100的传感器部10作为外耳道的形状变化而检测到的检测信号α的时间变化。

根据图9的曲线图，求出了电压的单纯变化量为约0.14V、每单位时间的电压的上升量为约0.8V/sec。将该值作为表示物理量的变化的基准β，预先存储在外部存储介质30中。关于持续中的电压，不稳定，持续时间也短。另外，虽然没有进行图示，但是左耳中的外耳道的形状变化未被确认。

在进行了实施例5中的规定动作的情况下，例如，在传感器部10生成的检测信号α的电压的单纯变化量为0.14V以上时(例如，0.15V时)，或者在电压的上升量为0.8V/sec以上时(例如，0.9V/sec时)，控制部20判断为发生了外耳道的形状变化，将控制命令(控制信号γ)发送给外部输出设备40。

另外，在该实施例5的情况下，根据眼球的移动方法，左右耳中的测量结果不同。据此，输入***100的使用者通过使眼球向左右移动，还可以区别使用控制命令(控制信号γ)。

此外，若考虑实施例3、实施例4、以及实施例5的结果，则能够区别使用者使舌头或者眼球的哪一个发生了运动，而且可以区别使它们向左右的哪个方向发生了运动。因此，若在使用者的双耳安装传感器部10，分别对从各传感器部10向控制部20发送的多种检测信号α分配不同的控制命令(控制信号γ)，则可以对外部输出设备40执行多种控制。

〔实施例6〕

作为有意图操作外部输出设备40而进行的规定动作，最初使用者的嘴较大地张开，使该状态持续片刻之后，使嘴返回原状态。在图10的曲线图中示出在正在进行这一系列动作时输入***100的传感器部10作为外耳道的形状变化而检测到的检测信号α的时间变化。

根据图10的曲线图，求出了电压的单纯变化量为约-0.14V、每单位时间的电压的上升量为约-10.0V/sec。此外，电压的上升后的持续时间为约2.1sec。将这些值作为表示物理量的变化的基准β，预先存储在外部存储介质30中。另外，虽然未进行图示，但是左耳中的外耳道的形状变化的测量结果也是同样的。

在进行了实施例6中的规定动作的情况下，例如，在传感器部10生成的检测信号α的电压的单纯变化量为-0.14V以下时(例如，-0.15V时)，或者在电压的上升量为-10.0V/sec以下时(例如，-11.0V/sec时)，控制部20判断为发生了外耳道的形状变化，将控制命令(控制信号γ)发送给外部输出设备40。或者，在传感器部10生成的检测信号α的电压的单纯变化量为-0.14V以下、或者电压的上升量为-10.0V/sec以下且其持续时间为规定时间(例如，0.5sec)以上时，控制部20判断为发生了外耳道的形状变化，将控制命令(控制信号γ)发送给外部输出设备40。

另外，该实施例6的情况下，确认了在张开嘴的量与电压值的大小之间具有正相关性。因此，输入***100的使用者通过调整张开嘴的量，可以区别使用多种控制命令(控制信号γ)。

〔实施例7〕

作为有意图地操作外部输出设备40而进行的规定动作，最初无表情的使用者露出笑脸，使该状态持续片刻之后，返回无表情。在图11的曲线图中示出在正在进行这一系列动作时输入***100的传感器部10作为外耳道的形状变化而检测到的检测信号α的时间变化。

根据图11的曲线图，求出了电压的单纯变化量为约-0.38V、每单位时间的电压的上升量为约-0.5V/sec。关于持续中的电压，不稳定，但是至少确认了约1.0sec的持续时间。将这些值作为表示物理量的变化的基准β，预先存储在外部存储介质30中。另外，虽然未进行图示，但是左耳中的外耳道的形状变化的测量结果也是同样的。

在进行了实施例7中的规定动作的情况下，例如，在传感器部10生成的检测信号α的电压的单纯变化量为-0.38V以下时(例如，-0.39V时)，或者在电压的上升量为-0.5V/sec以下时(例如，-0.6V/sec时)，控制部20判断为发生了外耳道的形状变化，将控制命令(控制信号γ)发送给外部输出设备40。或者，在传感器部10生成的检测信号α的电压的单纯变化量为-0.38V以下、或者电压的上升量为-0.5V/sec以下且其持续时间为规定时间(例如，0.5sec)以上时，控制部20判断为发生了外耳道的形状变化，将控制命令(控制信号γ)发送给外部输出设备40。

另外，本实施例7有意图地使使用者的表情发生了变化，但是传感器部10也可以检测使用者的无意图的表情变化作为外耳道的形状变化，并且控制部20根据此时的检测信号α识别使用者的表情，将控制命令(控制信号γ)发送给外部输出设备40。若进行这种控制，则能够将本发明的输入设备100(可穿戴计算机)用作表情识别***。

〔实施例8〕

在上述实施例1～7中，根据(a)“传感器部10生成的检测信号α的电压的变化量(单纯变化量、或者、每单位时间的电压的上升量)”，或者根据(a)以及(b)“电压发生了变化之后的持续时间”，进行了外耳道的形状是否发生了变化的判断，但是也可以作为一个以上的(a)和一个以上的(b)的任意组合模式(即，电压的变动模式)，来规定表示物理量的变化的基准。

例如，在实施例1所使用的图5的曲线图的情况下，求出了初始的电压的单纯变化量为约0.12V、电压变化后的持续时间为约1.3sec、末期的电压的单纯变化量为约-0.10V。因此，将该电压的变动模式作为表示物理量的变化的基准β，预先存储在外部存储介质30中，在传感器部10生成的检测信号α的电压的变动模式与该基准β大致一致时，控制部20判断为发生了外耳道的形状变化，将控制命令(控制信号γ)发送给外部输出设备40。如此，若采用更复杂的电压的变动模式作为表示物理量的变化的基准β，则能够非常良好且准确地进行是否要生成控制命令(控制信号γ)的判断。

此外，外耳道的形状变化反映使用者的动作变化，所以通过检测外耳道的连续的形状变化，可以区别使用者的连续的动作。因此，在判断为外耳道的形状变化是连续的情况下，可以将执行外部输出设备40的连续操作(例如，音量增减操作)的控制命令(控制信号γ)发送给外部输出设备40。例如，可以区别是否使用者以右旋转运动了舌头或眼球、或者以左旋转运动了舌头或眼球、舌或者眼球的旋转时间是怎样的程度。因此，通过按照旋转方向与音量的增减对应、旋转时间与音量动作时间对应的方式，规定基准β和控制信号γ，可以执行外部输出设备40的连续操作(音量增减操作)。

如此，由于使用者有意图地进行外部输出设备40的连续操作，因其连续动作会连续地产生自然开孔部的形状变化，所以通过使连续的动作与外部输出设备40的连续操作相对应，可以进一步提高使用者的操作便利性。

〔其他实施方式〕

在之前所说明的实施方式中，在使用本发明的输入设备100时，将传感器部10安装在了外耳等身体的自然开孔部。但是，不仅是身体的自然开孔部，还可以考虑将传感器部10安装在利用外科在身体上形成的人工开孔部。

今后，伴随高龄化社会的进一步发展，可以预测身体具有障碍的人、患有重病的患者不断增加。在这样的高龄化社会中，为了障碍者或患者不降低生活质量(QOL)、并自立地生活下去的支援体制的建立成为重要课题。为了解决该课题，期望医用工学的发展，而采用本发明的输入设备100，则可以提供一种解决手段。对此，以下进行说明。

图12是表示作为用外科在身体上形成的人工开孔部的一例，在由腹腔镜手术等外科手术而形成的患者的肚脐附近的人工开孔部安装了传感器部10的状态的图。在该情况下，传感器部10***到患者的肚脐附近的皮下、肌肉层间、或者肌肉层下的位置。传感器部10，基本上可以使用与图3所示的***型相同的传感器部。作为检测元件11的发信元件11a以及接收元件11b，具有由弹性部件12包围的构造。在将传感器部10***人工开孔部时，弹性部件12与人工开孔部的内侧表面抵接。因此，在将传感器部10***人工开孔部内的规定位置后，通过弹性部件12弯曲，检测元件11也可以在使用者的人工开孔部内移动。另一方面，即使人工开孔部的形状发生变化，使用者的内脏也不会以较快的速度发生较大的移动。因此，检测元件11可以相对于内脏发生少许相对移动。另外，胃肠等内脏与使用者的意思无关地运动，但是其动作速度比围绕肚脐的腹肌的动作速度慢，所以传感器部10可以严格区别内脏的动作和腹肌的动作。

如本其他实施方式那样，在将传感器部10安装在肚脐附近的人工开孔部的情况下，因为肚脐附近的肌肉变少，所以以外科形成人工开孔部时所伤害的肌肉较少，能够抑制使用者的腹肌的运动功能的降低使其变小。此外，因为肚脐被称为是人类出生后所具有的创伤的一种，所以即使在肚脐附近以外科形成人工开孔部，在美容方面也不会造成那么大的影响。而且，如本其他实施方式那样，若直接利用由腹腔镜手术而形成的人工开孔部，则不需要设置新的人工开孔部。

在进行测量时，可以通过在使用者的腹腔内充入CO2等气体，使腹腔内的空间变大，从而使传感器部10与内脏之间的距离变大。据此，能够准确地检测使用者的腹肌的动作。但是，即使在不在腹腔内填充气体的情况下，若将传感器部10适当地设置在人工开孔部，则也可以测量传感器部10和内脏之间的距离。

在本其他实施方式中，有意图地操作外部输出设备40而进行的规定动作，是使用者在腹部用力从而使腹肌运动。在传感器部10根据腹肌的动作而生成的检测信号α的电压的变化满足规定基准β的情况下，控制部20判断为发生了人工开孔部的形状变化，将控制命令(控制信号γ)发送给外部输出设备40。作为该情况下的外部输出设备40的示例，可以列举在医院内使用的护士呼叫装置、意思传达装置等。如此，本其他实施方式的输入设备100，例如，对于身体基本不能活动的刚刚手术后的患者来说，在意思传达的支援上具有很大的帮助。

本发明的输入设备与任意的外部输出设备(音乐再生播放器等声响设备、DVD播放器等影像设备、移动电话等通信设备等)进行组合，能够适宜用作可以进行免提操作的可穿戴计算机。

Claims (14)

1.一种输入设备，用于向外部输出设备输出控制命令，其中，具备：

传感器部，其被安装在身体的自然开孔部，检测所述自然开孔部的形状变化；和

控制部，其根据来自所述传感器部的检测信号，控制所述外部输出设备。

2.根据权利要求1所述的输入设备，其中，

所述传感器部包括光学式传感器、或者回声式传感器。

3.根据权利要求2所述的输入设备，其中，

所述光学式传感器是反射型光敏传感器、或者光纤布拉格光栅型光纤传感器，所述回声式传感器是超声波式距离传感器。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的输入设备，其中，

所述自然开孔部的形状变化，是由于安装有所述传感器部的人有意图地操作所述外部输出设备时进行的规定动作而所引发的形状变化。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的输入设备，其中，

所述自然开孔部的形状变化，是由于安装有所述传感器部的人有意图地连续操作所述外部输出设备时进行的连续的规定动作而引发的连续的形状变化。

6.根据权利要求4或5所述的输入设备，其中，

所述自然开孔部是包含外耳道在内的外耳，所述规定动作是从由眼睑的瞬间动作、眼球的动作、舌头的动作、咀嚼动作、脸部的伸缩动作、以及这些动作的组合构成的群中所选择的至少一种。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的输入设备，其中，

所述控制部具备：

比较单元，其对从所述传感器部接收到的检测信号、和预先求出的表示物理量的变化的基准进行比较；和

信号生成单元，其根据所述比较单元的比较结果，生成用于控制所述外部输出设备的控制信号。

8.根据权利要求7所述的输入设备，其中，

表示所述物理量的变化的基准，被存储在外部的存储介质中、或者网络上设置的数据库中。

9.根据权利要求7或8所述的输入设备，其中，

表示所述物理量的变化的基准被规定为：(a)规定值以上的电压变化量；(b)电压发生了变化后，变化后的电压持续规定时间以上；或者一个以上的所述(a)和一个以上的所述(b)的任意组合模式。

10.根据权利要求1～9中任意一项所述的输入设备，其中，

所述传感器部具备：

检测元件，其被配置在所述自然开孔部的规定位置；和

弹性部件，其与所述自然开孔部抵接并且包围所述检测元件。

11.一种可穿戴计算机，其中，具备：

权利要求1～10中任意一项所述的输入设备；和

外部输出设备，其输出与所述自然开孔部的性质相应的信息。

12.根据权利要求11所述的可穿戴计算机，其中，

所述自然开孔部是包含外耳道在内的外耳，所述外部输出设备是声响设备。

13.一种输入方法，用于向外部输出设备输出控制命令，其中，包括：

检测工序，检测身体的自然开孔部的形状变化；和

控制工序，根据所检测出的所述自然开孔部的形状变化，控制所述外部输出设备。

14.一种输入设备，用于向外部输出设备输出控制命令，其中，具备：

传感器部，其被安装在用外科在身体上形成的人工开孔部，检测所述人工开孔部的形状变化；和

控制部，其根据来自所述传感器部的检测信号，控制所述外部输出设备。

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