人体部位位置測定装置および電子機器システム
【課題】人体の特定位置を非接触で測定する新規な手段を提供すること。
【解決手段】人体部位位置測定装置は、人体表面に電磁場を伝搬させる励振器１と、励振器１から離間して配置された電磁場変動検出器２とによって構成されている。電磁場変動検出器２は、互いに離間して設けられた２つの電極２０Ａ、Ｂ、乗算器２３Ａ、Ｂを有している。乗算器２３Ａには、電極２０Ａと、移相器２５Ａを介して電極２０Ｂとが接続している。一方、乗算器２３Ｂには、移相器２５Ｂを介して電極２０Ａと、電極２０Ｂとが接続している。乗算器２３Ａ、Ｂの出力側は減算器２６に接続していて、減算器２６の出力側は、ローパスフィルタ２８を介してオシロスコープに接続している。
【解決手段】人体部位位置測定装置は、人体表面に電磁場を伝搬させる励振器１と、励振器１から離間して配置された電磁場変動検出器２とによって構成されている。電磁場変動検出器２は、互いに離間して設けられた２つの電極２０Ａ、Ｂ、乗算器２３Ａ、Ｂを有している。乗算器２３Ａには、電極２０Ａと、移相器２５Ａを介して電極２０Ｂとが接続している。一方、乗算器２３Ｂには、移相器２５Ｂを介して電極２０Ａと、電極２０Ｂとが接続している。乗算器２３Ａ、Ｂの出力側は減算器２６に接続していて、減算器２６の出力側は、ローパスフィルタ２８を介してオシロスコープに接続している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体の特定位置、たとえば手の位置を非接触で検出することができる人体部位位置測定装置に関する。また、その人体部位位置測定装置を利用した電子機器システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人体の特定部位の位置、たとえば手先の位置を測定する装置として、従来マウスやタッチパネルディスプレイなどの機器があるが、これらはいずれも人体との接触を必要とするものであり、非接触では位置を測定することができない。
【０００３】
非接触で人体の特定位置を検出する装置としては、テルミンと呼ばれる楽器がよく知られている。テルミンは２本のアンテナを有し、アンテナはそれぞれ発振回路に接続されている。アンテナと人体との相対距離の違いによる静電容量の変化によって発振周波数を変化させ、２つの発振回路の周波数のうなりを音に変換する楽器である。このテルミンの原理を利用した位置測定装置として、特許文献１がある。特許文献１では、第１方向に沿って平行に配置された複数の第１アンテナと、第１方向に直交する第２方向に沿って平行に配置された複数の第２アンテナと、によって構成されたアンテナパネルを有したセンサ装置が示されている。センサ装置には、第１、２アンテナにそれぞれスイッチで切り換えられて接続する１つの発振回路が設けられており、人の手がアンテナパネルに近づいた場合に、第１アンテナと発振回路とを接続して発振周波数の変化から第１方向の座標を決定し、第２アンテナと発振回路との接続に切り換えて発振周波数の変化から第２方向の座標を決定することで、アンテナパネル上部に位置する人の手の位置を非接触で検出することができる。
【０００４】
また、ハエの視覚系の信号処理回路を、視覚センサ（速度検出器）として用いた例が知られている（たとえば非特許文献１）。これは、Δｘ離れた左右２つの光センサを用い、２つの光センサによる光の強度をそれぞれ電気信号に変換して、一方の電気信号をΔｔ遅延させ、２つの電気信号の相関を取ることによって速度を検出するものである。
【０００５】
さらに、上記非接触での人体位置測定技術とは別の技術として、人体表面に電磁場を伝搬させる技術が知られている（たとえば非特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１３９２８０
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】R. Harrison,"A Biologically Inspired Analog IC for Visual Collosion Detection",IEEE Transactions on Circuits and Systems-1:Regular papers,Vol.52,NO.11,pp.2308-2318,2005
【非特許文献２】根日屋英之，”人体通信の最新技術”，電波技術協会報ＦＯＲＮ−２０１０．１ Ｎｏ．２７２，ｐｐ．２４−２７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の位置測定装置では、特定の人だけの手の位置を測定したい場合であっても、その特定の人と他の人との区別ができず、選択的に人の手の位置を測定するということができない。
【０００９】
また、ハエの視覚系回路のように、光センサによって人体の位置を検出する装置を構成することが考えられる。しかし、光によるセンシングでは奥行き方向の検知精度の悪化や、ダイナミックレンジの問題、暗い場所では検知することが困難、レンズの汚れに弱い、など多数の問題があると考えられる。
【００１０】
また、人体の電磁場の表面伝搬を利用した、人体の位置測定装置は知られていない。
【００１１】
本発明は、ハエの視覚系回路と、人体表面の電磁場伝搬技術とに着想を得てなされた従来にない新規な人体の特定位置を測定する装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、人体の特定位置を非接触で測定する人体部位位置測定装置において、人体表面に電磁場を伝搬させる励振器と、人体から離間し、かつ互いに離間して配置された第１電極と第２電極とを有して、その２つの第１電極および第２電極に至る電磁場の位相差から、人体の特定位置を測定する電磁場変動検出器と、を有することを特徴とする人体部位位置測定装置である。
【００１３】
励振器は、人体表面に電磁波を伝搬することができる位置に取り付けられていればよく、人体に直接取り付けられていてもよいし、イスなどの人体と接触する物体に取り付けられていてもよい。励振器の発振周波数は、人体表面を電磁場が伝搬することができる周波数帯であればよく、たとえば１〜１００ＭＨｚである。
【００１４】
電磁場変動検出器は、たとえば下記の第２、３の発明のように構成することができる。第３の発明のように構成すれば、オフセットが安定し、位置の測定精度を向上させることができる。また、第２の発明のように構成すれば、位置測定精度は落ちるが、構成が簡単となるため位置測定装置の低コスト化を図ることができる。
【００１５】
また、本発明における「人体の特定位置」とは、人体のあらゆる箇所を示すものであるが、特に手先などの先端が細くなっている部分がよい。位置測定精度が向上するためである。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明において、電磁場変動検出器は、第１電極と第２電極とで受信する電気信号とを乗算して出力する乗算器と、乗算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力するローパスフィルタと、を有することを特徴とする人体部位位置測定装置である。
【００１７】
第３の発明は、第１の発明において、電磁場変動検出器は、第１電極に接続する第１移相器と、第２電極に接続し、移相量が第１移相器と等しい第２移相器と、第１電極で受信する電気信号と、第２電極で受信し、第２移相器によって移相された電気信号とを乗算して出力する第１乗算器と、第１電極で受信し、第１移相器によって移相された電気信号と、第２電極で受信した電気信号とを乗算して出力する第２乗算器と、第１乗算器の出力と、第２乗算器の出力との差分をとる減算器と、減算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力するローパスフィルタと、を有することを特徴とする人体部位位置測定装置である。
【００１８】
第４の発明は、第３の発明において、第１移相器および第２移相器の移相量は、９０°であることを特徴とする。このように移相量を９０°とすると、電磁場変動検出器の出力を向上させることができるため、人体位置の測定感度を向上させることができる。
【００１９】
第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、電磁場変動検出器をさらにもう１台備え、一方の電磁場変動検出器の第１電極と第２電極とを結ぶ第１直線と、他方の電磁場変動検出器の第１電極と第２電極とを結ぶ第２直線とが、角度を成すように、２台の電磁場変動検出器における前記第１電極および第２電極が配置されている、ことを特徴とする人体部位位置測定装置である。
【００２０】
第６の発明は、第５の発明において、第１直線と第２直線は直交することを特徴とする。
【００２１】
第７の発明は、第１の発明から第６の発明において、励振器の発振周波数は１〜１００ＭＨｚであることを特徴とする。
【００２２】
第８の発明は、人体の特定位置は、手先の位置であることを特徴とする。
【００２３】
第９の発明は、第１の発明から第８の発明において、励振器は座席に取り付けられ、人が座席に座った場合に励振器と人体が接触することにより、人体表面に電磁場を伝搬させる、ことを特徴とする人体部位位置測定装置である。
【００２４】
第１０の発明は、第１の発明から第９の発明の人体部位位置測定装置と、電子機器とを有し、人体部位位置測定装置により人体の特定位置を測定し、その人体の特定位置の変動を元に電子機器の操作を行うことを特徴とする電子機器システムである。
【００２５】
第１１の発明は、第１０の発明において、電子機器は、カーオーディオ、カーナビ（カーナビゲーションシステム）、身体障害者用装置、またはゲーム機であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の人体の特定位置測定装置は、人体表面を伝搬する電磁場を、２つの離間した第１、２電極で受信し、その位相差を電磁場変動検出器により測定することで、人体の特定位置（たとえば手先の位置）を測定するものであり、人体の特定位置を非接触で検出して測定することができる。特に、人体の特定位置検知のために電磁場変動検出器の２つの第１、２電極を人体の特定位置を検出したい領域の近傍に配置すればよいだけであるため、場所をとらず、設置の自由度が高い。また、本発明の人体の特定位置測定装置では、励振器によって励振された人体の特定位置のみを検出することができ、励振器によって励振されていない人体の特定位置は検出しない。つまり、励振器によって特定の人のみの位置を選択的に検出することができる。
【００２７】
また、第５の発明によれば、人体の特定位置を２次元的に測定することができ、第６の発明によればその測定精度を向上させることができる。
【００２８】
また、第１０、１１の発明のように、本発明の人体部位位置測定装置を利用すれば、非接触で電子機器の操作を行うことができる電子機器システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例１の人体部位位置測定装置の構成を示した図。
【図２】変形例の電磁場変動検出器の構成を示した図。
【図３】人体の特定位置の測定結果を示したグラフ。
【図４】実施例２の人体部位位置測定装置の構成を示した図。
【図５】実施例３の電子機器システムの構成を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３１】
図１は、実施例１の人体部位位置測定装置の構成を示した図である。この人体部位位置測定装置は、人体に取り付けられる励振器１と、励振器から離間して配置された電磁場変動検出器２とによって構成されている。
【００３２】
励振器１は、発振器１０と、バンドパスフィルタ１１および増幅器１３を介して発振器１０と接続する電極１２と、によって構成されている。発振器１０の発振周波数は、電磁場が人体表面を伝搬することができる周波数であり、１〜１００ＭＨｚである。バンドパスフィルタ１１は、発振器１０の発振する電気信号の周波数帯のみを透過するものであり、増幅器１３はバンドパスフィルタ１１を透過した電気信号を増幅するものである。また、電極１２は、増幅器１３からの電気信号によって電磁場を励振し、人体表面に電磁場を伝搬させるものである。バンドパスフィルタ１１や増幅器１３は必ずしも必要なものではないが、ノイズ等を除去して位置測定精度を高めるためにはこれらを設けることが望ましい。
【００３３】
電磁場変動検出器２は、互いに離間して設けられた２つの電極２０Ａ、Ｂ（本発明の第１電極、第２電極に相当）を有している。電極２０Ａ、Ｂは、励振器１によって人体表面を伝搬する電磁場を電気信号として受信するものである。電極２０Ａにはバンドパスフィルタ２１Ａ、増幅器２２Ａが、電極２０Ｂにはバンドパスフィルタ２１Ｂ、増幅器２２Ｂが、それぞれ接続されている。バンドパスフィルタ２１Ａ、Ｂは、発振器１０の発振周波数帯のみを透過するものであり、増幅器２２Ａ、Ｂは、それぞれバンドパスフィルタ２１Ａ、Ｂからの電気信号を増幅するものである。
【００３４】
また、電磁場変動検出器２は、乗算器２３Ａ、Ｂをそれぞれ有している。乗算器２３Ａには、増幅器２４を介して増幅器２２Ａと接続し、移相器２５Ａ、増幅器２４を介して増幅器２２Ｂと接続している。一方、乗算器２３Ｂには、移相器２５Ｂ、増幅器２４を介して増幅器２２Ａと接続し、増幅器２４を介して増幅器２２Ｂと接続している。移相器２５Ａは電極２０Ｂからの、移相器２５Ｂは電極２０Ｂからの電気信号を移相して出力するものであり、その移相量は等しく設定されている。乗算器２３Ａは、電極２０Ａからの電気信号と、移相器２５Ａによって移相された電極２０Ｂからの電気信号とを乗算して出力するものである。また、乗算器２３Ｂは、電極２０Ｂからの電気信号と、移相器２５Ｂによって移相された電極２０Ａからの電気信号とを乗算して出力するものである。
【００３５】
乗算器２３Ａ、Ｂの出力側は減算器２６に接続していて、それぞれの出力する電気信号の差分をとって出力する。減算器２６の出力側は、増幅器２７、ローパスフィルタ２８を介してオシロスコープ（図示しない）に接続している。増幅器２７は、減算器２６の出力する電気信号を増幅するものであり、ローパスフィルタ２８は、高周波成分（直流成分に近い電気信号以外）をカットして出力するものである。
【００３６】
次に、人体部位位置測定装置の動作について説明する。
【００３７】
まず、人体に取り付けられた励振器１によって、人体表面に電磁場を伝搬させる。つまり、発振器１０によって１〜１００ＭＨｚ帯の周波数の電気信号を発振させ、バンドパスフィルタ１１を通してノイズ成分等を除去して増幅器１３によって電気信号を増幅したのち、電極１２より電磁場を励振させて人体表面に電磁場を伝搬させる。励振器１の発振器１０の周波数が１〜１００ＭＨｚの範囲であれば、励振された電磁場を人体表面に伝搬させることができる。なお、人体は比誘電率が高いため、波長が大きく短縮されて伝搬しているものと推察される。たとえば１０．７ＭＨｚでは人体の比誘電率はおよそ１６０程度となり、非常に高い値となっている。
【００３８】
電磁場変動検出器２の２つの電極２０Ａ、Ｂは、人体に近い位置（たとえば、人体の手先近傍）に、人体には接触させずに配置されており、２つの電極２０Ａ、Ｂによって、人体表面を伝搬する電磁場を電気信号として受信する。この電極２０Ａ、Ｂで受信する電気信号は、人体位置と電極２０Ａ、Ｂとの相対的な距離に応じて位相が異なる。以下、説明の簡略化のため、電磁場変動検出器２の電極２０Ａで受信する電気信号をｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）、電極２０Ｂで受信する電気信号をｃｏｓ（ωｔ＋θＢ）として考察する。ωは２πｆであり、ｆは発振器１０の発振周波数である。なお、位置測定精度を高めるために、なるべく電極２０Ａ、Ｂ間を結ぶ直線に近い位置に人体を近づけることが望ましく、およそｃ／（２πｆ（εｒ）1/2 ）、ここでｆは発振器１０の発振周波数、εｒは人体の比誘電率、以下まで人体を電極２０Ａ、Ｂ間を結ぶ直線に近づけるのがよい。たとえば１０．７ＭＨｚでは５０ｃｍ以下まで近づける。励振器１から電磁波が放射されているわけではなく、人体表面に電磁場がまとわりついて伝搬している状態であり、人体の近傍界の範囲に電極２０Ａ、Ｂが入る必要があるためである。そのため、電極２０Ａ、Ｂ間の距離はｃ／（２πｆ（εｒ）1/2 ）以下の距離にある必要がある。
【００３９】
電極２０Ａで受信した電気信号ｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）は、バンドパスフィルタ２１Ａによって発振器１０の周波数帯域のみが透過され、増幅器２２Ａによって信号が増幅される。
【００４０】
また、電極２０Ｂで受信した電気信号ｃｏｓ（ωｔ＋θＢ）は、バンドパスフィルタ２１Ｂによって発振器１０の周波数帯域のみが透過され、増幅器２２Ｂによって信号が増幅される。
【００４１】
増幅器２２Ａからの出力は、２つに分岐されて一方は増幅器２４によってさらに信号が増幅されたのち乗算器２３Ａへ、他方は移相器２５Ｂによって位相がφ遅らされてｃｏｓ（ωｔ＋θＡ−φ）の電気信号となり、その電気信号が増幅器２４によって増幅されたのち乗算器２３Ｂへ入力される。
【００４２】
また、増幅器２２Ｂからの出力は、２つに分岐されて一方は増幅器２４によってさらに信号が増幅されたのち、乗算器２３Ｂへ、他方は移相器２５Ａによって位相がφ遅らされてｃｏｓ（ωｔ＋θＢ−φ）の電気信号となり、その電気信号が増幅器２４によって増幅されたのち乗算器２３Ａへ入力される。
【００４３】
つまり、乗算器２３Ａには、ｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）の電気信号と、ｃｏｓ（ωｔ＋θＢ−φ）の電気信号が入力され、乗算器２３Ｂには、ｃｏｓ（ωｔ＋θＡ−φ）の電気信号と、ｃｏｓ（ωｔ＋θＢ）の電気信号が入力される。したがって、乗算器２３Ａの出力は、ｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）・ｃｏｓ（ωｔ＋θＢ−φ）であり、後段のローパスフィルタ２８でカットされる高周波成分を除けば、（１／２）・ｃｏｓ（ψ＋φ）である。ここで、θＡ−θＢ、すなわち位相差をψと置いた。同様に乗算器２３Ｂの出力は、（１／２）・ｃｏｓ（ψ−φ）となる。
【００４４】
乗算器２３Ａ、Ｂから出力される電気信号（１／２）・ｃｏｓ（ψ＋φ）および（１／２）・ｃｏｓ（ψ−φ）は、減算器２６に入力される。減算器２６からの出力は、（１／２）・ｃｏｓ（ψ−φ）−（１／２）・ｃｏｓ（ψ＋φ）＝ｓｉｎψ・ｓｉｎφとなる。その後、増幅器２７で信号が増幅されたのち、ローパスフィルタ２８によってすでに計算上省略した高周波数成分がカットされて、ｓｉｎψ・ｓｉｎφがオシロスコープへと入力される。
【００４５】
オシロスコープでは、電気信号ｓｉｎψ・ｓｉｎφの電圧値が測定される。この電圧値は、電極２０Ａ、Ｂで受信する電気信号の位相差ψ（＝θＡ−θＢ）に対応した値であり、さらにその位相差ψは、電極２０Ａ、Ｂの近傍にある人体表面の位置に対応した値である。したがって、電気信号ｓｉｎψ・ｓｉｎφの電圧値から、電極２０Ａ、Ｂの近傍にある人体表面の位置を測定することができる。なお、この結果が示すように、φが９０°のときにｓｉｎφ＝１より出力が最大となるため、移相器２５Ａ、Ｂの移相量φは９０°に設定することが望ましい。位置測定の感度を向上させることができるためである。
【００４６】
上記のように、電磁場変動検出器２では、受信した２つの電気信号をそれぞれ２つに分割し、それぞれの一方をディレイしたのち乗算して差分を取っている。これは、単に受信した電気信号を乗算して高周波成分をカットするだけではオフセットが安定せず、位置の測定精度が悪化してしまうためである。ただし、高い位置精度が求められていない場合には、図２のように、電磁場変動検出器２から移相器２５Ａ、Ｂ、乗算器２３Ｂ、減算器２６を削除した構成とすることもできる。
【００４７】
以上のようにして、実施例１の人体部位位置測定装置では、人体の一次元的な位置を非接触で測定することができる。また、励振器１によって励振されていない人の位置は測定されず、励振器１によって励振された人のみの位置を選択的に測定することができる。
【００４８】
図３は、実施例１の人体部位位置測定装置によって人体の特定位置を測定した結果を示したグラフである。図３のグラフの横軸は測定時間、縦軸は電磁場変動検出器２の出力する電圧値である。電磁場変動検出器２の電極２０Ａ、Ｂは、２２ｃｍ離間して段ボール箱上に貼り付けて設置した。また、励振器１の発振器１０は腕に取り付け、励振器１の電極１２は手の甲に貼り付けて設置した。発振器１０の周波数は１０．７ＭＨｚとした。そして、電極２０Ａ、Ｂ間近傍（電極２０Ａ、Ｂの設置された段ボール箱上方１０ｃｍ離れた領域）に手先をかざし、その手先を電極２０Ａ近傍と電極２０Ｂ近傍との間で複数回往復させた。
【００４９】
図３に示すように、電極２０Ａ近傍では電圧値が最も低くなり、電極２０Ａ近傍から電極２０Ｂ近傍の方へ手先を動かしていくと電圧値が増加していき、電極２０Ｂ近傍で電圧値が最も高くなり、電極２０Ｂ近傍から電極２０Ａ近傍の方へ手先を動かしていくと電圧値が減少していく、というのを繰り返していることがわかる。つまり、実施例１の人体部位位置測定装置によって、手先を電極２０Ａ近傍と電極２０Ｂ近傍との間で複数回往復させている様子を測定できていることがわかる。また、図３のように、手先の位置の時間的変化を測定することで、グラフの曲線の傾きとして、手先の速度も測定できることがわかる。
【００５０】
なお、図３のグラフにおいて電圧値が最も低い部分が平らになっているが、これは電磁場変動検出器２の回路を構成した素子の性能により飽和してしまったためであり、飽和しないように素子を選択すれば、電圧値が最も低い部分のグラフ形状が正弦波の谷に近い形状となり、より正確に人体位置の測定をできるものと考えられる。
【実施例２】
【００５１】
図４は、実施例２の人体部位位置測定装置の構成を示した図である。実施例２の人体部位位置測定装置は、実施例１の人体部位位置測定装置に、さらに以下の構成を加えたものである。すなわち、電磁場変動検出器２と同一構成の電磁場変動検出器３をさらに加えたものである。電磁場変動検出器３は、電磁場変動検出器２の電極２０Ａ、Ｂに対応する電極として、電極２０Ｃ、Ｄを有している。そして、電磁場変動検出器３は、電磁場変動検出器２の電極２０Ａ、Ｂ間を結ぶ直線（ｘ軸方向に平行な直線）と、電磁場変動検出器３の電極２０Ｃ、Ｄ間を結ぶ直線（ｙ軸方向に平行な直線）が、直交するように、プラスチックの矩形枠状のフレーム３０上に配置されている。
【００５２】
この実施例２の人体部位位置測定装置では、フレーム３０に人体（たとえば指先）４０を近づけた場合に、電磁場変動検出器２の出力する電圧値と、電磁場変動検出器３の出力する電圧値とから、ｘ軸方向における人体の特定位置と、ｙ軸方向における人体の特定位置を測定することができる。つまり、人体の二次元的な位置を非接触で測定することができる。
【００５３】
なお、実施例２では、電極２０Ａ、Ｂを結ぶ直線と電極２０Ｃ、Ｄを結ぶ直線が直交するように配置したが、必ずしもその必要はなく、２つの直線が角度を成すように配置すればよい。ただし、位置測定の精度向上のためには直交させることが望ましい。
【００５４】
また、実施例では励振器１を人体に直接取り付けたが、励振器１は必ずしも人体に取り付ける必要はなく、電磁場を励振して人体表面に伝搬させることができる位置に取り付けられていればよい。たとえば、座席の背もたれの部分に励振器１を設置することで、座席に座った人の表面に電磁場を伝搬させるようにしてもよい。この場合には、座席に座った状態では位置を検出することができ、座席を立った状態では位置を検出できないようにすることができ、人体部位位置測定装置の誤動作の防止等に利用することができる。また、車両の座席においては、励振器１を座席に設置しておけば、運転席か助手席の区別に利用することもできる。
【実施例３】
【００５５】
実施例３は、実施例１に示した人体部位位置測定装置を利用した電子機器システムである。図５は、その電子機器システムの構成を示した図である。図５のように、人体４０に励振器１が取り付けられ、人体４０と非接触な位置に電磁場変動検出器２が配置されている。電磁場変動検出器２の出力する電圧値は、デジタルないしアナログの信号として電子機器４に入力される。電磁場変動検出器２と電子機器４との接続は、ブルートゥースなどの無線によるものであってもよいし、有線によるものであってもよい。電子機器４は、たとえばカーオーディオ、カーナビ（カーナビゲーションシステム）、身体障害者用装置、ゲーム機、携帯機器（携帯電話、スマートフォン、ノートパソコンなど）、ＴＶ、等である。電子機器４は、電磁場変動検出器２からの電圧値に基づく人体４０の位置を元にして、自身の機能の制御を行う。これにより、人体４０の位置の変動（たとえば手先を振る）によって電子機器４の制御を行うことができる。電子機器４の制御とは、たとえば、電子機器４の電源のオンオフや、カーオーディオであればＡＭ、ＦＭ、ＴＶの切換や、チャンネルの変更などである。より具体的には、手先を左右に３回振ったときにはＡＭに、手先を左右に４回振ったときにはＦＭに、というようなカーオーディオの制御を非接触で行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の人体部位位置測定装置は、たとえばオーディオ装置、カーナビ装置などの非接触操作に用いることができる。また、身体障害者用装置やゲーム機、携帯機器等を非接触で操作する装置に応用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１：励振器
２、３：電磁場変動検出器
４：電子機器
１０：発振器
１０、２０Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：電極
２３Ａ、Ｂ：乗算器
２５Ａ、Ｂ：移相器
２６：減算器
２８：ローパスフィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体の特定位置、たとえば手の位置を非接触で検出することができる人体部位位置測定装置に関する。また、その人体部位位置測定装置を利用した電子機器システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人体の特定部位の位置、たとえば手先の位置を測定する装置として、従来マウスやタッチパネルディスプレイなどの機器があるが、これらはいずれも人体との接触を必要とするものであり、非接触では位置を測定することができない。
【０００３】
非接触で人体の特定位置を検出する装置としては、テルミンと呼ばれる楽器がよく知られている。テルミンは２本のアンテナを有し、アンテナはそれぞれ発振回路に接続されている。アンテナと人体との相対距離の違いによる静電容量の変化によって発振周波数を変化させ、２つの発振回路の周波数のうなりを音に変換する楽器である。このテルミンの原理を利用した位置測定装置として、特許文献１がある。特許文献１では、第１方向に沿って平行に配置された複数の第１アンテナと、第１方向に直交する第２方向に沿って平行に配置された複数の第２アンテナと、によって構成されたアンテナパネルを有したセンサ装置が示されている。センサ装置には、第１、２アンテナにそれぞれスイッチで切り換えられて接続する１つの発振回路が設けられており、人の手がアンテナパネルに近づいた場合に、第１アンテナと発振回路とを接続して発振周波数の変化から第１方向の座標を決定し、第２アンテナと発振回路との接続に切り換えて発振周波数の変化から第２方向の座標を決定することで、アンテナパネル上部に位置する人の手の位置を非接触で検出することができる。
【０００４】
また、ハエの視覚系の信号処理回路を、視覚センサ（速度検出器）として用いた例が知られている（たとえば非特許文献１）。これは、Δｘ離れた左右２つの光センサを用い、２つの光センサによる光の強度をそれぞれ電気信号に変換して、一方の電気信号をΔｔ遅延させ、２つの電気信号の相関を取ることによって速度を検出するものである。
【０００５】
さらに、上記非接触での人体位置測定技術とは別の技術として、人体表面に電磁場を伝搬させる技術が知られている（たとえば非特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１３９２８０
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】R. Harrison,"A Biologically Inspired Analog IC for Visual Collosion Detection",IEEE Transactions on Circuits and Systems-1:Regular papers,Vol.52,NO.11,pp.2308-2318,2005
【非特許文献２】根日屋英之，”人体通信の最新技術”，電波技術協会報ＦＯＲＮ−２０１０．１ Ｎｏ．２７２，ｐｐ．２４−２７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の位置測定装置では、特定の人だけの手の位置を測定したい場合であっても、その特定の人と他の人との区別ができず、選択的に人の手の位置を測定するということができない。
【０００９】
また、ハエの視覚系回路のように、光センサによって人体の位置を検出する装置を構成することが考えられる。しかし、光によるセンシングでは奥行き方向の検知精度の悪化や、ダイナミックレンジの問題、暗い場所では検知することが困難、レンズの汚れに弱い、など多数の問題があると考えられる。
【００１０】
また、人体の電磁場の表面伝搬を利用した、人体の位置測定装置は知られていない。
【００１１】
本発明は、ハエの視覚系回路と、人体表面の電磁場伝搬技術とに着想を得てなされた従来にない新規な人体の特定位置を測定する装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、人体の特定位置を非接触で測定する人体部位位置測定装置において、人体表面に電磁場を伝搬させる励振器と、人体から離間し、かつ互いに離間して配置された第１電極と第２電極とを有して、その２つの第１電極および第２電極に至る電磁場の位相差から、人体の特定位置を測定する電磁場変動検出器と、を有することを特徴とする人体部位位置測定装置である。
【００１３】
励振器は、人体表面に電磁波を伝搬することができる位置に取り付けられていればよく、人体に直接取り付けられていてもよいし、イスなどの人体と接触する物体に取り付けられていてもよい。励振器の発振周波数は、人体表面を電磁場が伝搬することができる周波数帯であればよく、たとえば１〜１００ＭＨｚである。
【００１４】
電磁場変動検出器は、たとえば下記の第２、３の発明のように構成することができる。第３の発明のように構成すれば、オフセットが安定し、位置の測定精度を向上させることができる。また、第２の発明のように構成すれば、位置測定精度は落ちるが、構成が簡単となるため位置測定装置の低コスト化を図ることができる。
【００１５】
また、本発明における「人体の特定位置」とは、人体のあらゆる箇所を示すものであるが、特に手先などの先端が細くなっている部分がよい。位置測定精度が向上するためである。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明において、電磁場変動検出器は、第１電極と第２電極とで受信する電気信号とを乗算して出力する乗算器と、乗算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力するローパスフィルタと、を有することを特徴とする人体部位位置測定装置である。
【００１７】
第３の発明は、第１の発明において、電磁場変動検出器は、第１電極に接続する第１移相器と、第２電極に接続し、移相量が第１移相器と等しい第２移相器と、第１電極で受信する電気信号と、第２電極で受信し、第２移相器によって移相された電気信号とを乗算して出力する第１乗算器と、第１電極で受信し、第１移相器によって移相された電気信号と、第２電極で受信した電気信号とを乗算して出力する第２乗算器と、第１乗算器の出力と、第２乗算器の出力との差分をとる減算器と、減算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力するローパスフィルタと、を有することを特徴とする人体部位位置測定装置である。
【００１８】
第４の発明は、第３の発明において、第１移相器および第２移相器の移相量は、９０°であることを特徴とする。このように移相量を９０°とすると、電磁場変動検出器の出力を向上させることができるため、人体位置の測定感度を向上させることができる。
【００１９】
第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、電磁場変動検出器をさらにもう１台備え、一方の電磁場変動検出器の第１電極と第２電極とを結ぶ第１直線と、他方の電磁場変動検出器の第１電極と第２電極とを結ぶ第２直線とが、角度を成すように、２台の電磁場変動検出器における前記第１電極および第２電極が配置されている、ことを特徴とする人体部位位置測定装置である。
【００２０】
第６の発明は、第５の発明において、第１直線と第２直線は直交することを特徴とする。
【００２１】
第７の発明は、第１の発明から第６の発明において、励振器の発振周波数は１〜１００ＭＨｚであることを特徴とする。
【００２２】
第８の発明は、人体の特定位置は、手先の位置であることを特徴とする。
【００２３】
第９の発明は、第１の発明から第８の発明において、励振器は座席に取り付けられ、人が座席に座った場合に励振器と人体が接触することにより、人体表面に電磁場を伝搬させる、ことを特徴とする人体部位位置測定装置である。
【００２４】
第１０の発明は、第１の発明から第９の発明の人体部位位置測定装置と、電子機器とを有し、人体部位位置測定装置により人体の特定位置を測定し、その人体の特定位置の変動を元に電子機器の操作を行うことを特徴とする電子機器システムである。
【００２５】
第１１の発明は、第１０の発明において、電子機器は、カーオーディオ、カーナビ（カーナビゲーションシステム）、身体障害者用装置、またはゲーム機であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の人体の特定位置測定装置は、人体表面を伝搬する電磁場を、２つの離間した第１、２電極で受信し、その位相差を電磁場変動検出器により測定することで、人体の特定位置（たとえば手先の位置）を測定するものであり、人体の特定位置を非接触で検出して測定することができる。特に、人体の特定位置検知のために電磁場変動検出器の２つの第１、２電極を人体の特定位置を検出したい領域の近傍に配置すればよいだけであるため、場所をとらず、設置の自由度が高い。また、本発明の人体の特定位置測定装置では、励振器によって励振された人体の特定位置のみを検出することができ、励振器によって励振されていない人体の特定位置は検出しない。つまり、励振器によって特定の人のみの位置を選択的に検出することができる。
【００２７】
また、第５の発明によれば、人体の特定位置を２次元的に測定することができ、第６の発明によればその測定精度を向上させることができる。
【００２８】
また、第１０、１１の発明のように、本発明の人体部位位置測定装置を利用すれば、非接触で電子機器の操作を行うことができる電子機器システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例１の人体部位位置測定装置の構成を示した図。
【図２】変形例の電磁場変動検出器の構成を示した図。
【図３】人体の特定位置の測定結果を示したグラフ。
【図４】実施例２の人体部位位置測定装置の構成を示した図。
【図５】実施例３の電子機器システムの構成を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３１】
図１は、実施例１の人体部位位置測定装置の構成を示した図である。この人体部位位置測定装置は、人体に取り付けられる励振器１と、励振器から離間して配置された電磁場変動検出器２とによって構成されている。
【００３２】
励振器１は、発振器１０と、バンドパスフィルタ１１および増幅器１３を介して発振器１０と接続する電極１２と、によって構成されている。発振器１０の発振周波数は、電磁場が人体表面を伝搬することができる周波数であり、１〜１００ＭＨｚである。バンドパスフィルタ１１は、発振器１０の発振する電気信号の周波数帯のみを透過するものであり、増幅器１３はバンドパスフィルタ１１を透過した電気信号を増幅するものである。また、電極１２は、増幅器１３からの電気信号によって電磁場を励振し、人体表面に電磁場を伝搬させるものである。バンドパスフィルタ１１や増幅器１３は必ずしも必要なものではないが、ノイズ等を除去して位置測定精度を高めるためにはこれらを設けることが望ましい。
【００３３】
電磁場変動検出器２は、互いに離間して設けられた２つの電極２０Ａ、Ｂ（本発明の第１電極、第２電極に相当）を有している。電極２０Ａ、Ｂは、励振器１によって人体表面を伝搬する電磁場を電気信号として受信するものである。電極２０Ａにはバンドパスフィルタ２１Ａ、増幅器２２Ａが、電極２０Ｂにはバンドパスフィルタ２１Ｂ、増幅器２２Ｂが、それぞれ接続されている。バンドパスフィルタ２１Ａ、Ｂは、発振器１０の発振周波数帯のみを透過するものであり、増幅器２２Ａ、Ｂは、それぞれバンドパスフィルタ２１Ａ、Ｂからの電気信号を増幅するものである。
【００３４】
また、電磁場変動検出器２は、乗算器２３Ａ、Ｂをそれぞれ有している。乗算器２３Ａには、増幅器２４を介して増幅器２２Ａと接続し、移相器２５Ａ、増幅器２４を介して増幅器２２Ｂと接続している。一方、乗算器２３Ｂには、移相器２５Ｂ、増幅器２４を介して増幅器２２Ａと接続し、増幅器２４を介して増幅器２２Ｂと接続している。移相器２５Ａは電極２０Ｂからの、移相器２５Ｂは電極２０Ｂからの電気信号を移相して出力するものであり、その移相量は等しく設定されている。乗算器２３Ａは、電極２０Ａからの電気信号と、移相器２５Ａによって移相された電極２０Ｂからの電気信号とを乗算して出力するものである。また、乗算器２３Ｂは、電極２０Ｂからの電気信号と、移相器２５Ｂによって移相された電極２０Ａからの電気信号とを乗算して出力するものである。
【００３５】
乗算器２３Ａ、Ｂの出力側は減算器２６に接続していて、それぞれの出力する電気信号の差分をとって出力する。減算器２６の出力側は、増幅器２７、ローパスフィルタ２８を介してオシロスコープ（図示しない）に接続している。増幅器２７は、減算器２６の出力する電気信号を増幅するものであり、ローパスフィルタ２８は、高周波成分（直流成分に近い電気信号以外）をカットして出力するものである。
【００３６】
次に、人体部位位置測定装置の動作について説明する。
【００３７】
まず、人体に取り付けられた励振器１によって、人体表面に電磁場を伝搬させる。つまり、発振器１０によって１〜１００ＭＨｚ帯の周波数の電気信号を発振させ、バンドパスフィルタ１１を通してノイズ成分等を除去して増幅器１３によって電気信号を増幅したのち、電極１２より電磁場を励振させて人体表面に電磁場を伝搬させる。励振器１の発振器１０の周波数が１〜１００ＭＨｚの範囲であれば、励振された電磁場を人体表面に伝搬させることができる。なお、人体は比誘電率が高いため、波長が大きく短縮されて伝搬しているものと推察される。たとえば１０．７ＭＨｚでは人体の比誘電率はおよそ１６０程度となり、非常に高い値となっている。
【００３８】
電磁場変動検出器２の２つの電極２０Ａ、Ｂは、人体に近い位置（たとえば、人体の手先近傍）に、人体には接触させずに配置されており、２つの電極２０Ａ、Ｂによって、人体表面を伝搬する電磁場を電気信号として受信する。この電極２０Ａ、Ｂで受信する電気信号は、人体位置と電極２０Ａ、Ｂとの相対的な距離に応じて位相が異なる。以下、説明の簡略化のため、電磁場変動検出器２の電極２０Ａで受信する電気信号をｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）、電極２０Ｂで受信する電気信号をｃｏｓ（ωｔ＋θＢ）として考察する。ωは２πｆであり、ｆは発振器１０の発振周波数である。なお、位置測定精度を高めるために、なるべく電極２０Ａ、Ｂ間を結ぶ直線に近い位置に人体を近づけることが望ましく、およそｃ／（２πｆ（εｒ）1/2 ）、ここでｆは発振器１０の発振周波数、εｒは人体の比誘電率、以下まで人体を電極２０Ａ、Ｂ間を結ぶ直線に近づけるのがよい。たとえば１０．７ＭＨｚでは５０ｃｍ以下まで近づける。励振器１から電磁波が放射されているわけではなく、人体表面に電磁場がまとわりついて伝搬している状態であり、人体の近傍界の範囲に電極２０Ａ、Ｂが入る必要があるためである。そのため、電極２０Ａ、Ｂ間の距離はｃ／（２πｆ（εｒ）1/2 ）以下の距離にある必要がある。
【００３９】
電極２０Ａで受信した電気信号ｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）は、バンドパスフィルタ２１Ａによって発振器１０の周波数帯域のみが透過され、増幅器２２Ａによって信号が増幅される。
【００４０】
また、電極２０Ｂで受信した電気信号ｃｏｓ（ωｔ＋θＢ）は、バンドパスフィルタ２１Ｂによって発振器１０の周波数帯域のみが透過され、増幅器２２Ｂによって信号が増幅される。
【００４１】
増幅器２２Ａからの出力は、２つに分岐されて一方は増幅器２４によってさらに信号が増幅されたのち乗算器２３Ａへ、他方は移相器２５Ｂによって位相がφ遅らされてｃｏｓ（ωｔ＋θＡ−φ）の電気信号となり、その電気信号が増幅器２４によって増幅されたのち乗算器２３Ｂへ入力される。
【００４２】
また、増幅器２２Ｂからの出力は、２つに分岐されて一方は増幅器２４によってさらに信号が増幅されたのち、乗算器２３Ｂへ、他方は移相器２５Ａによって位相がφ遅らされてｃｏｓ（ωｔ＋θＢ−φ）の電気信号となり、その電気信号が増幅器２４によって増幅されたのち乗算器２３Ａへ入力される。
【００４３】
つまり、乗算器２３Ａには、ｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）の電気信号と、ｃｏｓ（ωｔ＋θＢ−φ）の電気信号が入力され、乗算器２３Ｂには、ｃｏｓ（ωｔ＋θＡ−φ）の電気信号と、ｃｏｓ（ωｔ＋θＢ）の電気信号が入力される。したがって、乗算器２３Ａの出力は、ｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）・ｃｏｓ（ωｔ＋θＢ−φ）であり、後段のローパスフィルタ２８でカットされる高周波成分を除けば、（１／２）・ｃｏｓ（ψ＋φ）である。ここで、θＡ−θＢ、すなわち位相差をψと置いた。同様に乗算器２３Ｂの出力は、（１／２）・ｃｏｓ（ψ−φ）となる。
【００４４】
乗算器２３Ａ、Ｂから出力される電気信号（１／２）・ｃｏｓ（ψ＋φ）および（１／２）・ｃｏｓ（ψ−φ）は、減算器２６に入力される。減算器２６からの出力は、（１／２）・ｃｏｓ（ψ−φ）−（１／２）・ｃｏｓ（ψ＋φ）＝ｓｉｎψ・ｓｉｎφとなる。その後、増幅器２７で信号が増幅されたのち、ローパスフィルタ２８によってすでに計算上省略した高周波数成分がカットされて、ｓｉｎψ・ｓｉｎφがオシロスコープへと入力される。
【００４５】
オシロスコープでは、電気信号ｓｉｎψ・ｓｉｎφの電圧値が測定される。この電圧値は、電極２０Ａ、Ｂで受信する電気信号の位相差ψ（＝θＡ−θＢ）に対応した値であり、さらにその位相差ψは、電極２０Ａ、Ｂの近傍にある人体表面の位置に対応した値である。したがって、電気信号ｓｉｎψ・ｓｉｎφの電圧値から、電極２０Ａ、Ｂの近傍にある人体表面の位置を測定することができる。なお、この結果が示すように、φが９０°のときにｓｉｎφ＝１より出力が最大となるため、移相器２５Ａ、Ｂの移相量φは９０°に設定することが望ましい。位置測定の感度を向上させることができるためである。
【００４６】
上記のように、電磁場変動検出器２では、受信した２つの電気信号をそれぞれ２つに分割し、それぞれの一方をディレイしたのち乗算して差分を取っている。これは、単に受信した電気信号を乗算して高周波成分をカットするだけではオフセットが安定せず、位置の測定精度が悪化してしまうためである。ただし、高い位置精度が求められていない場合には、図２のように、電磁場変動検出器２から移相器２５Ａ、Ｂ、乗算器２３Ｂ、減算器２６を削除した構成とすることもできる。
【００４７】
以上のようにして、実施例１の人体部位位置測定装置では、人体の一次元的な位置を非接触で測定することができる。また、励振器１によって励振されていない人の位置は測定されず、励振器１によって励振された人のみの位置を選択的に測定することができる。
【００４８】
図３は、実施例１の人体部位位置測定装置によって人体の特定位置を測定した結果を示したグラフである。図３のグラフの横軸は測定時間、縦軸は電磁場変動検出器２の出力する電圧値である。電磁場変動検出器２の電極２０Ａ、Ｂは、２２ｃｍ離間して段ボール箱上に貼り付けて設置した。また、励振器１の発振器１０は腕に取り付け、励振器１の電極１２は手の甲に貼り付けて設置した。発振器１０の周波数は１０．７ＭＨｚとした。そして、電極２０Ａ、Ｂ間近傍（電極２０Ａ、Ｂの設置された段ボール箱上方１０ｃｍ離れた領域）に手先をかざし、その手先を電極２０Ａ近傍と電極２０Ｂ近傍との間で複数回往復させた。
【００４９】
図３に示すように、電極２０Ａ近傍では電圧値が最も低くなり、電極２０Ａ近傍から電極２０Ｂ近傍の方へ手先を動かしていくと電圧値が増加していき、電極２０Ｂ近傍で電圧値が最も高くなり、電極２０Ｂ近傍から電極２０Ａ近傍の方へ手先を動かしていくと電圧値が減少していく、というのを繰り返していることがわかる。つまり、実施例１の人体部位位置測定装置によって、手先を電極２０Ａ近傍と電極２０Ｂ近傍との間で複数回往復させている様子を測定できていることがわかる。また、図３のように、手先の位置の時間的変化を測定することで、グラフの曲線の傾きとして、手先の速度も測定できることがわかる。
【００５０】
なお、図３のグラフにおいて電圧値が最も低い部分が平らになっているが、これは電磁場変動検出器２の回路を構成した素子の性能により飽和してしまったためであり、飽和しないように素子を選択すれば、電圧値が最も低い部分のグラフ形状が正弦波の谷に近い形状となり、より正確に人体位置の測定をできるものと考えられる。
【実施例２】
【００５１】
図４は、実施例２の人体部位位置測定装置の構成を示した図である。実施例２の人体部位位置測定装置は、実施例１の人体部位位置測定装置に、さらに以下の構成を加えたものである。すなわち、電磁場変動検出器２と同一構成の電磁場変動検出器３をさらに加えたものである。電磁場変動検出器３は、電磁場変動検出器２の電極２０Ａ、Ｂに対応する電極として、電極２０Ｃ、Ｄを有している。そして、電磁場変動検出器３は、電磁場変動検出器２の電極２０Ａ、Ｂ間を結ぶ直線（ｘ軸方向に平行な直線）と、電磁場変動検出器３の電極２０Ｃ、Ｄ間を結ぶ直線（ｙ軸方向に平行な直線）が、直交するように、プラスチックの矩形枠状のフレーム３０上に配置されている。
【００５２】
この実施例２の人体部位位置測定装置では、フレーム３０に人体（たとえば指先）４０を近づけた場合に、電磁場変動検出器２の出力する電圧値と、電磁場変動検出器３の出力する電圧値とから、ｘ軸方向における人体の特定位置と、ｙ軸方向における人体の特定位置を測定することができる。つまり、人体の二次元的な位置を非接触で測定することができる。
【００５３】
なお、実施例２では、電極２０Ａ、Ｂを結ぶ直線と電極２０Ｃ、Ｄを結ぶ直線が直交するように配置したが、必ずしもその必要はなく、２つの直線が角度を成すように配置すればよい。ただし、位置測定の精度向上のためには直交させることが望ましい。
【００５４】
また、実施例では励振器１を人体に直接取り付けたが、励振器１は必ずしも人体に取り付ける必要はなく、電磁場を励振して人体表面に伝搬させることができる位置に取り付けられていればよい。たとえば、座席の背もたれの部分に励振器１を設置することで、座席に座った人の表面に電磁場を伝搬させるようにしてもよい。この場合には、座席に座った状態では位置を検出することができ、座席を立った状態では位置を検出できないようにすることができ、人体部位位置測定装置の誤動作の防止等に利用することができる。また、車両の座席においては、励振器１を座席に設置しておけば、運転席か助手席の区別に利用することもできる。
【実施例３】
【００５５】
実施例３は、実施例１に示した人体部位位置測定装置を利用した電子機器システムである。図５は、その電子機器システムの構成を示した図である。図５のように、人体４０に励振器１が取り付けられ、人体４０と非接触な位置に電磁場変動検出器２が配置されている。電磁場変動検出器２の出力する電圧値は、デジタルないしアナログの信号として電子機器４に入力される。電磁場変動検出器２と電子機器４との接続は、ブルートゥースなどの無線によるものであってもよいし、有線によるものであってもよい。電子機器４は、たとえばカーオーディオ、カーナビ（カーナビゲーションシステム）、身体障害者用装置、ゲーム機、携帯機器（携帯電話、スマートフォン、ノートパソコンなど）、ＴＶ、等である。電子機器４は、電磁場変動検出器２からの電圧値に基づく人体４０の位置を元にして、自身の機能の制御を行う。これにより、人体４０の位置の変動（たとえば手先を振る）によって電子機器４の制御を行うことができる。電子機器４の制御とは、たとえば、電子機器４の電源のオンオフや、カーオーディオであればＡＭ、ＦＭ、ＴＶの切換や、チャンネルの変更などである。より具体的には、手先を左右に３回振ったときにはＡＭに、手先を左右に４回振ったときにはＦＭに、というようなカーオーディオの制御を非接触で行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の人体部位位置測定装置は、たとえばオーディオ装置、カーナビ装置などの非接触操作に用いることができる。また、身体障害者用装置やゲーム機、携帯機器等を非接触で操作する装置に応用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１：励振器
２、３：電磁場変動検出器
４：電子機器
１０：発振器
１０、２０Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：電極
２３Ａ、Ｂ：乗算器
２５Ａ、Ｂ：移相器
２６：減算器
２８：ローパスフィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の特定位置を非接触で測定する人体部位位置測定装置において、
人体表面に電磁場を伝搬させる励振器と、
前記人体から離間し、かつ互いに離間して配置された第１電極と第２電極とを有して、その２つの前記第１電極および前記第２電極に至る電磁場の位相差から、前記人体の特定位置を測定する電磁場変動検出器と、
を有することを特徴とする人体部位位置測定装置。
【請求項２】
前記電磁場変動検出器は、
前記第１電極と前記第２電極とで受信する電気信号とを乗算して出力する乗算器と、
前記乗算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力するローパスフィルタと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の人体部位位置測定装置。
【請求項３】
前記電磁場変動検出器は、
前記第１電極に接続する第１移相器と、
前記第２電極に接続し、移相量が前記第１移相器と等しい第２移相器と、
前記第１電極で受信する電気信号と、前記第２電極で受信し、前記第２移相器によって移相された電気信号とを乗算して出力する第１乗算器と、
前記第１電極で受信し、前記第１移相器によって移相された電気信号と、前記第２電極で受信した電気信号とを乗算して出力する第２乗算器と、
前記第１乗算器の出力と、前記第２乗算器の出力との差分をとる減算器と、
前記減算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力するローパスフィルタと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の人体部位位置測定装置。
【請求項４】
前記第１移相器および前記第２移相器の移相量は、９０°であることを特徴とする請求項３に記載の人体部位位置測定装置。
【請求項５】
前記電磁場変動検出器をさらにもう１台備え、
一方の前記電磁場変動検出器の前記第１電極と前記第２電極とを結ぶ第１直線と、他方の前記電磁場変動検出器の前記第１電極と前記第２電極とを結ぶ第２直線とが、角度を成すように、２台の前記電磁場変動検出器における前記第１電極および第２電極が配置されている、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の人体部位位置測定装置。
【請求項６】
前記第１直線と前記第２直線は直交することを特徴とする請求項５に記載の人体部位位置測定装置。
【請求項７】
前記励振器の発振周波数は１〜１００ＭＨｚであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の人体部位位置測定装置。
【請求項８】
前記人体の特定位置は、手先の位置であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の人体部位位置測定装置。
【請求項９】
前記励振器は座席に取り付けられ、人が座席に座った場合に前記励振器と人体が接触することにより、人体表面に電磁場を伝搬させる、ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の人体部位位置測定装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の前記人体部位位置測定装置と、電子機器とを有し、前記人体部位位置測定装置により人体の特定位置を測定し、その人体の特定位置の変動を元に前記電子機器の操作を行うことを特徴とする電子機器システム。
【請求項１１】
前記電子機器は、カーオーディオ、カーナビ、身体障害者用装置、またはゲーム機であることを特徴とする請求項１０に記載の電子機器システム。
【請求項１】
人体の特定位置を非接触で測定する人体部位位置測定装置において、
人体表面に電磁場を伝搬させる励振器と、
前記人体から離間し、かつ互いに離間して配置された第１電極と第２電極とを有して、その２つの前記第１電極および前記第２電極に至る電磁場の位相差から、前記人体の特定位置を測定する電磁場変動検出器と、
を有することを特徴とする人体部位位置測定装置。
【請求項２】
前記電磁場変動検出器は、
前記第１電極と前記第２電極とで受信する電気信号とを乗算して出力する乗算器と、
前記乗算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力するローパスフィルタと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の人体部位位置測定装置。
【請求項３】
前記電磁場変動検出器は、
前記第１電極に接続する第１移相器と、
前記第２電極に接続し、移相量が前記第１移相器と等しい第２移相器と、
前記第１電極で受信する電気信号と、前記第２電極で受信し、前記第２移相器によって移相された電気信号とを乗算して出力する第１乗算器と、
前記第１電極で受信し、前記第１移相器によって移相された電気信号と、前記第２電極で受信した電気信号とを乗算して出力する第２乗算器と、
前記第１乗算器の出力と、前記第２乗算器の出力との差分をとる減算器と、
前記減算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力するローパスフィルタと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の人体部位位置測定装置。
【請求項４】
前記第１移相器および前記第２移相器の移相量は、９０°であることを特徴とする請求項３に記載の人体部位位置測定装置。
【請求項５】
前記電磁場変動検出器をさらにもう１台備え、
一方の前記電磁場変動検出器の前記第１電極と前記第２電極とを結ぶ第１直線と、他方の前記電磁場変動検出器の前記第１電極と前記第２電極とを結ぶ第２直線とが、角度を成すように、２台の前記電磁場変動検出器における前記第１電極および第２電極が配置されている、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の人体部位位置測定装置。
【請求項６】
前記第１直線と前記第２直線は直交することを特徴とする請求項５に記載の人体部位位置測定装置。
【請求項７】
前記励振器の発振周波数は１〜１００ＭＨｚであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の人体部位位置測定装置。
【請求項８】
前記人体の特定位置は、手先の位置であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の人体部位位置測定装置。
【請求項９】
前記励振器は座席に取り付けられ、人が座席に座った場合に前記励振器と人体が接触することにより、人体表面に電磁場を伝搬させる、ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の人体部位位置測定装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の前記人体部位位置測定装置と、電子機器とを有し、前記人体部位位置測定装置により人体の特定位置を測定し、その人体の特定位置の変動を元に前記電子機器の操作を行うことを特徴とする電子機器システム。
【請求項１１】
前記電子機器は、カーオーディオ、カーナビ、身体障害者用装置、またはゲーム機であることを特徴とする請求項１０に記載の電子機器システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−３６８８０（Ｐ２０１３−３６８８０Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７３７４６（Ｐ２０１１−１７３７４６）
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]