JP2003010265A - コミュニケーション端末装置およびシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 行動や音声の不自由な障害者等が特定の身振
りを検出することができる端末機器およびその端末機器
を含み使用者が伝えたい合図を他の場所で復元すること
ができるシステムを提供すること。 【解決手段】 端末機器は上肢または下肢に巻くための
バンドを備えた筐体を有し、該筐体の内部には前記バン
ドとほぼ直角の方向に表示部材と運動センサとが並べて
配置されており、更に前記運動センサで検出した前記上
肢または下肢の運動があらかじめ定めた複数の合図のど
れに対応するかを判別する電子判別回路と送信手段とを
備え、該電子判別回路が判別した特定の合図に対応する
パターンを前記表示部に表示すると共に、前記送信手段
は前記特定の合図に対応する信号を外部に送信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は使用者が手または足
を動かすことによって外部に意思表示のための信号を発
信することを可能にするコミュニケーション端末装置お
よびコミュニケーションシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】人体の動きを計測し、そのデータを収集
し記録して結果を直読できるようにしたり、あるいは他
の場所のステーション等に送信し、更には運動解析や種
々の診断も行うための、人体に装着する計測用の端末機
器や、全体的なシステムが従来多数提案されている。こ
れらの提案の多くのものは健康管理のためやスポーツに
利用する目的で人体の消費カロリーや人体の運動の状況
を計測するものである。端末機器は腰に取り付けるもの
が多いが中には腕時計型のものもあり、運動計測のため
に振り子や加速度センサ等を内蔵している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】それらの人体に装着す
る端末機器は、端的には端末機器が装着された人体の一
部の運動を検出する。従来は検出された人体の一部の運
動データから人体全体の運動の様相を推測すべく、人体
での装着部位や加速度の検出方向等を工夫していた。し
かし視点を変えてみると、端末機器が装着された人体部
位の運動を忠実に検出でき得るのであるから、人の身振
り（すなわちある意図の伝達のための身体の特定部位の
特定の動き）等の信号を検出して容易に離れた場所に送
信しうる可能性がある。この観点からの提案は従来少な
くあるいはほとんど無かったし、そのために如何なる身
体部位の運動をどのように検出すべきかの提案もほとん
どなされていなかった。

【０００４】本発明の目的は、特定の身振りを検出する
ことができる端末機器およびその端末機器を含み使用者
が伝えたい合図を他の場所で復元することができるシス
テムを提供することである。なお本発明の端末機器を用
いて他者に合図を伝達しコミュニケーションを行う効果
が期待される主な使用者として、身体の自由あるいは発
声能力を失った障害者（一時的な状態を含む）や高齢
者、あるいは病院でナースコールの操作ができない患者
等が想定される。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のコミュニケーション端末装置は次の特徴を備え
る。 （１）片手で楽に握れる程度の大きさの筐体を有し、該
筐体の内部には表示部材と運動センサとが並設されてお
り、更に前記運動センサで検出した前記上肢または下肢
の運動があらかじめ定めた複数の合図のどれに対応する
かを前記運動センサ振動体の出力から判別する電子判別
回路と送信手段とを備え、該電子判別回路が判別した特
定の合図に対応するパターンを前記表示部に表示すると
共に、前記送信手段は前記特定の合図に対応する信号を
外部に送信すること。

【０００６】本発明のコミュニケーション端末装置は更
に以下の特徴の少なくとも一つを備えることがある。 （２）前記筐体は上肢または下肢に巻くためのバンドを
備え、前記表示部材と前記運動センサとは前記筐体の内
部で前記バンドとほぼ直角の方向に並べて配置されてい
ること。

【０００７】（３）前記表示部材と前記運動センサとは
前記筐体の内部で少なくとも一部を重ねて配置されてい
ること。

【０００８】（４）前記運動センサは少なくとも１軸の
角速度と１軸の加速度とが検出可能な圧電材料より成る
振動体であり、検出しうる前記角速度は前記表示部材に
ほぼ平行な面内の回転運動に関するものであること。

【０００９】（５）前記運動センサが検出しうる前記加
速度は前記表示部材にほぼ平行な方向の運動に関するも
のであること。

【００１０】上記目的を達成するため本発明のコミュニ
ケーションシステムは次の特徴を備える。 （６）片手で楽に握れる程度の大きさの筐体を有し、該
筐体の内部には前記バンドとほぼ直角の方向に表示部材
と運動センサとが並べて配置されており、更に前記運動
センサで検出した前記上肢または下肢の運動があらかじ
め定めた複数の合図のどれに対応するかを前記運動セン
サ振動体の出力から判別する電子判別回路と送信手段と
を備え、該電子判別回路が判別した特定の合図に対応す
るパターンを前記表示部に表示すると共に、前記送信手
段は前記特定の合図に対応する信号を外部に送信するコ
ミュニケーション端末装置と、前記送信手段が送信した
信号を受信しかつ該信号に対応する前記合図を復元して
表示する外部装置とより成ること。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明のコミュニケーショ
ン端末装置の実施の形態の一例を示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は中央断面図である。１は筐体であって、や
や大振りであるが腕時計の形状をしている。２は腕巻き
用のバンドである。３は端末装置の上面に開いた窓であ
る表示部、４はスイッチである操作ボタンである。以下
の部材は筐体１の内部に組み込まれる。５は筐体１の運
動を検出する運動センサ、６はＬＣＤ即ち液晶ディスプ
レイ装置であって表示窓３に合図（身振り）の意味等の
情報を表示する。７は総合基板で、表示駆動回路や制御
用回路のＩＣを搭載する回路基板である。

【００１２】８は電源用のボタン型の電池、９は通信モ
ジュールであり送受信用のＩＣ、１０はそのＩＣおよび
アンテナ部材（図示しないが例えば１巻のループアンテ
ナ）を搭載する通信基板である。筐体１をバンド２で腕
に装着したまま、合図の身振り（むしろ手振りというべ
きか）を行うと、その合図に対応する情報が表示部に表
示され、かつ外部に対して無線送信される。筐体１は装
着感を良くするためには薄型（かつ小型）であることが
望まれるので、運動センサ５も厚みの薄い箱型が好適で
あって、これをＬＣＤ６および総合基板７と並列に配置
している。（あるいはＬＣＤ６および総合基板７と重
ね、電池８をこれらと並べてもよい。）なお平面図
（ａ）においてＸ、Ｙ、Ｚ座標系を図示のように取る。
また加速度の大きさをＧ、角速度の大きさをΩとし、そ
れらの方向成分を図示のようにＧｙ，Ωｚの如く表すこ
とにする。

【００１３】図２は本発明のコミュニケーションシステ
ムの実施の形態の一例のブロック図である。システムは
大きくは図１に示した前述のコミュニケーション端末装
置の電子回路的構成を示す腕時計型端末装置２００（複
数が衛星型に存在していてもよい）と、その通信対象で
ある中継装置２２０とより成る。まず腕時計型端末装置
２００の内部であるが、運動センサ内のセンサ振動体は
加速度センサ部２０１と角速度センサ部２０２を有す
る。それらと検出回路２０４、２０５の作用によって加
速度信号、角速度信号を時系列的に出力する。

【００１４】腕時計型端末装置２００の使用者（障害者
等である装着者）がある身振りを行うと、それから検出
された加速度、角速度信号は波形記憶手段２０７、２０
８によって、信号波形が所定の時間記憶される。特徴抽
出回路２０９、２１０は記憶された信号波形の特徴と組
合せ状態を調べる。所定の各合図の基本パターンと比較
し、使用者がどの合図を行ったかを識別し、その結果に
応じた信号を出力する。その信号は表示用信号と送信用
信号から成り、前者は表示手段２１２に入力し表示され
て（文字、記号あるいは音声に変換される）使用者の確
認を可能とし、後者は送信手段２１３（送信信号を作成
する回路およびアンテナ）によって外部に送信される。

【００１５】なお端末装置を常時動作状態におくと電源
の消耗が激しいので、通常は電源ＯＦＦあるいは待機状
態とし、起動操作手段２０３（操作スイッチボタン、あ
るいは拍手等の強い加速度の印加）によって既述の各回
路を動作状態に置くようにする。またメッセージ確認手
段２１４は、意図しないあるいは誤って判定された合図
が送信されるのを防ぎ、意図した合図（メッセージ）で
あることを使用者が確認し操作するまで送信手段２１３
の動作を禁止する作用を持つ。また受信手段２１５は、
外部にいて使用者の発信メッセージを受ける役割を持つ
支援者からの簡単な応答（返事）を受信し、表示手段２
１２に表示する。

【００１６】次に中継装置２２０の内部は、腕時計型端
末装置２００（単数あるいは複数）が発信した合図信号
を受信する受信手段２２１があり、そのメッセージ情報
は中継装置２２０に固有のメッセージ表示手段２２２
（文字、画像あるいは音声に変換される）に表示される
他、支援者が近くにいない場合に備えて、支援者の携帯
電話への通信手段２２３、支援者のパソコンへの通信手
段２２４をも起動しそれぞれメッセージの送信を行う。
また支援者が返信操作を行うと（中継装置２２０上でも
携帯電話やパソコンからでも良い）、返信信号は腕時計
型端末装置２００内の受信手段２１５に送信される。

【００１７】ここで使用者が送り得る合図について考察
する。運動センサによる識別の便を考えて、Ｇ、Ωの各
方向成分になるべく純粋に対応する基本動作を挙げる。
方向は図１（ａ）で定義したものを用いる。 （１）Ωｘ：下腕（下膊）を手首の回りにねじる動作。 （２）Ωｙ：下腕を手の甲に垂直方向に振る手招きのよ
うな動作。 （３）Ωｚ：下腕を手の甲に平行方向に振る否定のよう
な動作。 （４）Ｇｘ：下腕をその方向に前後させる突きのような
動作。 （５）Ｇｙ：下腕を手の甲に平行に動かす手刀のような
動作。 （６）Ｇｚ：下腕を手の甲に垂直に動かす拍手のような
動作。 これらの基本動作の一つまたは複数の組み合わせ、動作
の強度や速さ、周期動作の有無、動作回数のカウント等
を考慮すると、運動センサによっては全ての基本動作を
識別出来ない場合もあり得るが、それでも１０種類前後
またはそれ以上の動作を識別することは比較的容易であ
る。識別し得る動作は、例えば（１）トイレに行きた
い、（２）苦しい、（３）至急来て欲しい、（４）解決
しました、（５）ありがとう、等のメッセージに覚え易
いように当てはめる。その他プライベートな意思疎通や
家電機器のコントロールにも用い得る。

【００１８】図３は本発明のコミュニケーション端末装
置に用いられる運動センサの実施の形態におけるセンサ
振動体の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図
である。センサ振動体２０は水晶Ｚ板等の圧電材料の板
材から切り出されており、角速度検出部（所謂振動ジャ
イロスコープ）と加速度検出部が一体化され、図示して
いないが気密性のある容器に封入される。角速度検出部
は３脚音叉で、開閉励振させる外脚２３、２５と駆動し
ない中脚２４、それらを連結する音叉基部２６より成
る。３脚音叉は板面に垂直なＺ軸の回りの回転Ωｚを検
出するのに好適なジャイロセンサであり、そのような回
転により外脚２３、２５に逆向きに生じるコリオリ力の
偶力が中脚２４を振動させる。中脚の検出電極から得た
振動電圧を同期検波することにより、コリオリ力、従っ
て角速度Ωｚに比例するアナログ出力が得られる。

【００１９】本センサ振動体２０の加速度検出部は、３
脚音叉の周囲に設けられた２本１組の棒状振動体の２組
３１Ａ、３１Ｂ、３２Ａ、３２Ｂと、それらに結合した
負荷質量３０（質量を増すため金属の厚メッキ〔打点
部〕を施してある）とより成る。各棒状振動体の組は振
動姿態３５で示すように対称的に開閉するよう励振させ
ておく。図示Ｙ方向に加速度Ｇｙが作用すると負荷質量
３０の慣性力は各棒状振動体に張力または圧縮力を与
え、その固有振動数を変化させるので、その変化量を計
測して加速度Ｇｙを知ることができる。なお棒状振動体
をセンサ振動体２０の両側に各１本づつとし、それらを
対称的に励振して用いてもよい。

【００２０】センサ振動体２０の基部２１の下面は固定
部Ａ２２（斜線部で示す）であって、容器の底部に固着
された台座Ａ１２の上面に接着される。負荷質量３０は
好ましくない方向に動き難いように、支持バネ３３（や
はり圧電板材を切り抜いて形成される）を介して設けら
れた小面積の固定部Ｂ３４が、やはり容器の底部に固着
された台座Ｂの上面に接着されている。本センサ振動体
によってΩｚとＧｙとの計測ができる。

【００２１】図４は本発明のコミュニケーション端末装
置に用いられる運動センサの実施の形態の他の一例の内
部平面図である。本例では複数方向の角速度と加速度を
同時計測できるように検出方向の異なるセンサ振動体を
２枚、共通の箱型の容器１００内に設置したものであ
る。但し蓋となる部材を取り除いて内部を示した。図の
奥側即ち容器の底部に近い方をセンサ振動体２０Ｄ、図
の手前側即ち容器の蓋側に近く位置する方をセンサ振動
体２０Ｕとする。各センサ振動体の基部２１Ｄ、２１Ｕ
は容器１００内で異なる高さの台座（図示せず）に固着
されて僅かな間隙を隔てて平行にかつ直交するように支
持されている。

【００２２】各センサ振動体は２脚音叉の周囲を各１組
の棒状振動体とその負荷質量で囲んだ形状を有する。２
脚音叉は角速度センサ部であり、その軸方向（脚を分け
るスリットの方向）に平行な回転軸の回りの回転により
生じるコリオリ力による、各脚の板面に垂直な方向の振
動を検出してその角速度を知りうることは著名である。
これにより、図示のΩＤとΩＵが計測できる。

【００２３】また加速度検出部は棒状振動体であるが、
図３に示した実施の形態とは異なり両側に１本づつと
し、また励振せずに単にその静的な撓みによって発生す
る圧電気偏極の量を直接計測する。センサ振動体２０Ｄ
はその負荷質量の板面内で音叉軸に垂直な変位をその棒
状振動体の平行バネ的な撓みによって計測してＧＤを知
り、センサ振動体２０Ｕはその負荷質量の板面に垂直な
方向の変位を、その棒状振動体の板面に種直な方向の撓
みによって計測してＧＵを知る。なお１１はハーメチッ
ク端子ピンで、各センサ振動体上の電極膜に設けたパッ
ド（図示せず）とワイヤボンディングで結線する（ワイ
ヤも図示せず）。また１５は絶縁ガラスである。もし更
に図３に示したセンサ振動体をも追加積層すれば運動の
すべての自由度（６個）を容器の厚みをあまり増やさず
に計測できることになろう。

【００２４】以上本発明の実施の形態について述べた
が、実施の形態は上記の範囲に捕らわれるものではな
く、更に種々変形の余地があることは勿論である。例え
ばセンサ振動体は非常に多数の種類のものが提案されて
いるので（例えば２軸〜３軸の加速度計や多軸のジャイ
ロセンサ）、これらの内小型化できるものを組み合わせ
て使用することができる。大きさが許せば単体封入容器
も良い。また採用したセンサ振動体に従って筐体内の部
品の配置も考慮の余地がある。また上記の例では端末装
置を上肢の手首に装着するものとして説明したが、上腕
（上膊）や場合によっては下肢に取り付けることもあり
得る。また発展形として、バンドを用いず普段はポケッ
ト等に入れて携帯し、使用時には握って振ることを想定
し、それに対応した形状およびセンサ振動体の設置方向
を決めることもあり得よう。その場合、端末機器は片手
で楽に握って振れる大きさとし、携帯電話機よりは小さ
いものとする。

【００２５】また音声表示を適用する場合について述べ
る。音声表示装置は腕時計型の端末機器に内蔵可能な小
型のスピーカも既に存在するが、圧電材料の薄板より成
り平面スピーカ等と称されるものも開発中であり、使用
し得る可能性が高い。これは例えばバンドの表面などに
設置する。圧電材の薄板がＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリ
デン）のように透明な材質ならば腕時計型の端末機器の
上面の光学的表示装置の前面に設置することもできる。
また１ターンの平面コイルを用いたスピーカも使用の余
地がある。なお所定の合図に対応する音声表示は、合成
音声も用い得るが、ボイスレコード技術を援用して、例
えば幼児が端末機器の使用者の場合には母親の声を、ま
た喉頭ガン患者が使用者の場合には、手術によって発生
機能を失う前の自分自身の声を用いることも可能であ
り、特有の効果もある。

【００２６】

【発明の効果】本発明のコミュニケーション端末装置は
小型のセンサと判別回路を内蔵し取り付けバンドを備え
た小型のものであるので容易に上肢や下肢に負担感なく
装着して簡単な動作より成る所定の合図を検出し、離れ
た場所にも自由に送信することができるので、特に発声
あるいはコールボタン、キーボードやマウス等の機器操
作が困難な人のコミュニケーションの補助装置として極
めて有効である。

【００２７】またセンサとして少なくとも１軸の角速度
と１軸の加速度とが検出可能な小型センサを用いること
により、計測可能な運動の自由度を増して合図の種類や
検出精度を高めることができる。

【００２８】また本発明のコミュニケーションシステム
は、上記の端末機器とそれが発信する合図信号を受信
し、発信意図を復元する外部装置より成るので、他者に
遠近にかかわらず合図を伝えることができる効果があ
り、介護、看護、援助等の目的に極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコミュニケーション端末装置の実施の
形態の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は中央断面
図である。

【図２】本発明のコミュニケーションシステムの実施の
形態の一例のブロック図である。

【図３】本発明のコミュニケーション端末装置に用いら
れる運動センサの実施の形態におけるセンサ振動体の一
例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図４】本発明のコミュニケーション端末装置に用いら
れる運動センサの実施の形態の他の一例の内部平面図で
ある。

【符号の説明】

１ 筐体 ２ バンド ３ 表示部 ４ 操作ボタン ５ 運動センサ ６ ＬＣＤ ７ 総合基板 ８ 電池 ９ 通信モジュール １０ 通信基板 １１ 端子ピン １２ 台座Ａ １３ 台座Ｂ １５ 絶縁ガラス ２０ センサ振動体 ２１ 基部 ２２ 固定部Ａ ２３、２５ 外脚 ２４ 中脚 ２６ 音叉基部 ３０ 負荷質量 ３１Ａ、３１Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ 棒状振動体 ３３ 支持バネ ３４ 固定部Ｂ １００ 容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 英樹 長野県北佐久郡御代田町大字草越1173番地 1394マイクロストーン株式会社内 Ｆターム(参考） 2F105 AA10 BB07 4C341 LL10 5K048 AA04 BA01 DB01 FB05 FB15 HA02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 片手で楽に握れる程度の大きさの筐体を
   有し、該筐体の内部には表示部材と運動センサとが並設
   されており、更に前記運動センサで検出した前記上肢ま
   たは下肢の運動があらかじめ定めた複数の合図のどれに
   対応するかを前記運動センサ振動体の出力から判別する
   電子判別回路と送信手段とを備え、該電子判別回路が判
   別した特定の合図に対応するパターンを前記表示部に表
   示すると共に、前記送信手段は前記特定の合図に対応す
   る信号を外部に送信することを特徴とするコミュニケー
   ション端末装置。
2. 【請求項２】 前記筐体は上肢または下肢に巻くための
   バンドを備え、前記表示部材と前記運動センサとは前記
   筐体の内部で前記バンドとほぼ直角の方向に並べて配置
   されていることを特徴とする請求項１のコミュニケーシ
   ョン端末装置。
3. 【請求項３】 前記表示部材と前記運動センサとは前記
   筐体の内部で少なくとも一部を重ねて配置されているこ
   とを特徴とする請求項１のコミュニケーション端末装
   置。
4. 【請求項４】 前記運動センサは少なくとも１軸の角速
   度と１軸の加速度とが検出可能な圧電材料より成る振動
   体であり、検出しうる前記角速度は前記表示部材にほぼ
   平行な面内の回転運動に関するものであることを特徴と
   する請求項１ないし３のいずれかのコミュニケーション
   端末装置。
5. 【請求項５】 前記運動センサが検出しうる前記加速度
   は前記表示部材にほぼ平行な方向の運動に関するもので
   あることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかのコ
   ミュニケーション端末装置。
6. 【請求項６】 片手で楽に握れる程度の大きさの筐体を
   有し、該筐体の内部には前記バンドとほぼ直角の方向に
   表示部材と運動センサとが並べて配置されており、更に
   前記運動センサで検出した前記上肢または下肢の運動が
   あらかじめ定めた複数の合図のどれに対応するかを前記
   運動センサ振動体の出力から判別する電子判別回路と送
   信手段とを備え、該電子判別回路が判別した特定の合図
   に対応するパターンを前記表示部に表示すると共に、前
   記送信手段は前記特定の合図に対応する信号を外部に送
   信するコミュニケーション端末装置と、前記送信手段が
   送信した信号を受信しかつ該信号に対応する前記合図を
   復元して表示する外部装置とより成ることを特徴とする
   コミュニケーションシステム。