着用型生体信号提示装置及び着用型生体信号提示方法
【課題】体における筋活動を外部に容易に認識させる。
【解決手段】使用者の所定領域から得られる生体信号に基づいて筋活動を外部に提示する着用型生体信号提示装置において、前記所定領域に対する前記生体信号を取得するための複数の生体信号検出手段と、前記複数の生体信号検出手段から得られるそれぞれの生体信号の周波数に基づいて信号レベルを設定するレベル設定手段と、前記レベル設定手段から得られる信号レベルに対応させて、予め設定された複数の光又は音から選択された所定の光又は音により外部に提示する生体信号提示手段とを有し、前記生体信号検出手段及び前記提示手段は、前記使用者が着用する着用物と一体に形成されていることにより上記課題を解決する。
【解決手段】使用者の所定領域から得られる生体信号に基づいて筋活動を外部に提示する着用型生体信号提示装置において、前記所定領域に対する前記生体信号を取得するための複数の生体信号検出手段と、前記複数の生体信号検出手段から得られるそれぞれの生体信号の周波数に基づいて信号レベルを設定するレベル設定手段と、前記レベル設定手段から得られる信号レベルに対応させて、予め設定された複数の光又は音から選択された所定の光又は音により外部に提示する生体信号提示手段とを有し、前記生体信号検出手段及び前記提示手段は、前記使用者が着用する着用物と一体に形成されていることにより上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、着用型生体信号提示装置及び着用型生体信号提示方法に係り、特に体における筋活動を外部に容易に認識させるための着用型生体信号提示装置及び着用型生体信号提示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人体の運動時等の筋肉の使用状況を検査するために、人体の生体情報である筋電位を計測し、その情報を用いて例えばリハビリテーション等における治療段階での筋肉の動作の度合いの確認やロボットスーツ等の装着型人支援装置の制御、義手、義足等の制御を行うものが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００３】
特許文献１に示されている技術では、人体表面に接するように設けられた一対の電極が人体に生じる筋電位を検出すると、ケーブルに接続された人体よりも離れた位置に設けられた表示装置が、その筋電位の波形を表示したり、検出値が予め設定された値を超えている場合にブザーを鳴らす仕組みが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２に示されている技術では、粘着パッドによって皮膚に装着された筋電を検出する筋電電極を有し、筋電電極が検出した筋電信号の強度の変化を音響出力手段によって出力する仕組みが開示されている。
【０００５】
このように、従来では、検出した筋電等の生体信号を提示する場合には、画像モニタを通じて信号の波形を提示するものが主であった。また、一定の強度になると信号音を発する機器や、上述の表示装置等のように音響を補助的に用いる方法が用いられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１８６５９１号公報
【特許文献２】特開２００７−１４３７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したような従来技術においては、検出された筋電位を表示するためには、ケーブル等で表示装置と接続する必要があるため、動き回るといった動作等、動作範囲に制限を受けてしまう。また、従来の音による認識手法は、上述したように一定値以上の場合に音をならす等の補助的な使用であり、例えば音によりどの部分の筋電位がどの程度発生しているかといった認識は、音を聞き分ける必要があるため、第三者が容易に理解することができず、これらのことからも第三者者等の外部の人に対して体の筋活動を容易に認識させるための提示手法が実現されていなかった。
【０００８】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、体における筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動を外部に容易に認識させるための着用型生体信号提示装置及び着用型生体信号提示方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。
【００１０】
請求項１に記載された発明は、使用者の所定領域から得られる生体信号に基づいて筋活動を外部に提示する着用型生体信号提示装置において、前記所定領域に対する前記生体信号を取得するための複数の生体信号検出手段と、前記複数の生体信号検出手段から得られるそれぞれの生体信号の周波数に基づいて信号レベルを設定するレベル設定手段と、前記レベル設定手段から得られる信号レベルに対応させて、予め設定された複数の光又は音から選択された所定の光又は音により外部に提示する生体信号提示手段とを有し、前記生体信号検出手段及び前記提示手段は、前記使用者が着用する着用物と一体に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、体における筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動を外部に容易に認識させることができる。
【００１２】
請求項２に記載された発明は、前記レベル設定手段は、前記複数の生体信号検出手段から得られるそれぞれの信号を所定の帯域でフィルタリングするフィルタ手段と、前記フィルタ手段により得られる信号に周波数変換を行う周波数変換手段と、前記周波数変換手段により得られる周波数情報を所定数積算し、積算された結果から信号レベルを設定する積算手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載された発明は、前記生体信号提示手段は、発光光源と、該発光光源を予め設定された発光領域まで伝達させる光ファイバとを有し、前記光ファイバは、前記着用物に織り込まれていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載された発明は、前記生体信号検出手段は電極であり、前記電極は、予め設定された前記使用者の筋肉からの生体電位信号を取得できる位置に設け、前記発光領域は、前記筋肉の位置に前記筋肉と同じ形状に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載された発明は、前記生体信号提示手段は、前記周波数変換手段により得られる周波数による音データを出力する音声出力手段を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載された発明は、使用者の所定領域から得られる生体電位信号に基づいて筋活動を外部に提示する着用型生体信号提示方法において、予め設定された複数の生体信号検出手段により前記所定領域に対する前記生体電位信号を取得する生体信号取得ステップと、前記生体信号取得ステップにより得られる複数の生体信号検出手段からのそれぞれの信号の周波数に基づいて信号レベルを設定するレベル設定ステップと、前記レベル設定ステップから得られる信号レベルに対応させて、予め設定された複数の光又は音から選択された所定の光又は音を提示手段により外部に提示する生体信号提示ステップとを有し、前記生体信号検出手段及び前記提示手段は、前記使用者が着用する着用物と一体に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明によれば、体における筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動を外部に容易に認識させることができる。
【００１８】
請求項７に記載された発明は、前記レベル設定ステップは、前記複数の生体信号検出手段から得られるそれぞれの信号を所定の帯域でフィルタリングするフィルタリングステップと、前記フィルタリングステップにより得られる信号に周波数変換を行う周波数変換ステップと、前記周波数変換ステップにより得られる周波数情報を所定数積算し、積算された結果から信号レベルを設定する積算ステップとを有することを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載された発明は、前記生体信号提示ステップは、発光光源と、該発光光源を予め設定された発光領域まで伝達させる光ファイバとを有し、前記光ファイバは、前記着用物に織り込まれていることを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載された発明は、前記生体信号検出手段は電極であり、前記電極は、予め設定された前記使用者の筋肉からの生体電位信号を取得できる位置に設け、前記発光領域は、前記筋肉の位置に前記筋肉と同じ形状に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載された発明は、前記生体信号提示ステップは、前記周波数変換ステップにより得られる周波数による音データを音声出力手段により出力する音声出力ステップを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動を外部に容易に認識させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】着用型インターフェースの第１の実施形態を示す図である。
【図２】着用型インターフェースの第２の実施形態を示す図である。
【図３】全身の筋肉に対応する発光領域の一例を示す図である。
【図４】着用型インターフェースにおける電極位置の一例を示す図である。
【図５】着用型インターフェースの断面を示す図である。
【図６】本実施形態における発光制御ユニットの一構成例を示す図である。
【図７】本実施形態における提示処理の一例を示す図である。
【図８】他の実施形態について説明するための一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜本発明について＞
通常、人間の運動は、必ず身体の何れかの部位の筋肉を伸縮させている。一方、腕等のように表面に見ただけで筋肉の伸縮が視察できるような部位もあるが、複雑で多種の筋活動を視覚的に把握することは容易ではない。また、スポーツやリハビリテーションを行う際、特定の筋肉を伸縮させればいいかということは、一般には感覚的なものでしかなく、実際にその筋肉が伸縮しているかは動作中では認識しにくい。
【００２５】
そこで、本発明では、筋肉の伸縮等の動き（筋活動）を光により可視化し音により可聴化する。また、それを体表にて提示することを可能にし、スポーツやリハビリテーションへの応用を実現する。
【００２６】
具体的には、本発明は、体の運動に関わる生体電位信号（Ｂｉｏ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌｓ；ＢＥＳ）に基づき、表情や動作の内容やその度合いを識別する。つまり、使用者の生体信号（生体電位信号、体温等）を検出し、その検出した生体信号を光信号に変換すると共に、その使用者が着用する着用型インターフェース（着用型生体信号提示装置）に出力する。
【００２７】
なお、本実施形態では、微弱な生体信号を電極等の小型の装着型装置により取得するため、取得した信号を増幅すると共に、取得した生体信号を光の強度・色へ変換して使用者が着用する着用型インターフェースに直接提示し、生体信号の可視化を実現する。これにより、使用者は、日常的かつ直線的に自身の筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動を把握することが可能となり、また外部に容易に認識させることができる。
【００２８】
また、従来では、筋電信号を低周波信号に周波数変換することを基本とし、信号強度を低周波信号の断続・連続の間隔で表すのみに留まっているが、本発明では、生体信号の強度、周波数に基づき、着用型インターフェースの提示デバイスの光強度、色変化に変換するため、筋電信号及び光提示信号の信号処理を含んでいる。
【００２９】
以下に、本発明における着用型生体信号提示装置及び着用型生体信号提示方法を好適に実施した形態について、図面を用いて説明する。
【００３０】
なお、本実施形態では、筋活動を計測するための装置と光や音を出力するための機器が一体となり、それを着衣として身に纏う形の着用型インターフェースについて説明するが、本発明においてはこれに限定されるものではない。また、本実施形態では、単一の装置及び筋電を対象としているが、本発明は複数装置による応用及び筋電以外の生体信号へ応用することもできる。
【００３１】
＜着用型インターフェースの機器概要：第１の実施形態＞
ここで、着用型インターフェース（着用型生体信号提示装置）の第１の実施形態について図を用いて説明する。図１は、着用型インターフェースの第１の実施形態を示す図である。なお、図１では、使用者の前腕部用の着用型インターフェースを示している。また、図１（ａ）は、人体の前腕部に装着した着用型インターフェース１０の外形を示しており、図１（ｂ）は、人体に装着されていない着用型インターフェース１０の内側の面（人体に接触する面）を示している。
【００３２】
図１（ａ）に示す着用型インターフェース１０は、光提示用の複数の発光素子１１が所定の領域に配置されている。なお、図１（ａ）の例では、発光素子１１−１〜１１−１０が所定の間隔で配列されているが、本発明においてはこの配列や数に限定されるものではない。
【００３３】
図１（ａ）に示す発光素子１１は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の発光ダイオード等を使用することができる。また、各発光素子１１−１〜１１−１０は、外部に発光が認識できるように着用型インターフェース１０と一体となるように取り付けられている。
【００３４】
また、各発光素子１１−１〜１１−１０は、図１（ｂ）に示す生体信号検出手段としての各生体電位センサ１２−１〜１２−１０によりそれぞれ得られる生体信号に基づいて発生させる光の強度を選定し、選定された光の強度に対応する光を発生させる。なお、各生体電位センサ１２−１〜１２−１０は、それぞれ対をなす電極部を有しており、これら電極部の電位差より生体電位信号を検出する。
【００３５】
ここで、着用型インターフェース１０は、例えば、ストッキングやスパッツ、サポーター等の伸縮性のある素材（弾性素材や編み方（編地）により伸縮を可能にしたもの等を含む）で形成されている。
【００３６】
また、図１（ｂ）に示すように、各生体電位センサ１２−１〜１２−１０は、装着者の皮膚に直接接触して筋活動による生体電位信号を取得できるように着用型インターフェース１０の所定の位置に着用型インターフェース１０と一体となるように取り付けられている。これにより、ノイズの少ない状態でより正確に装着者１からの生体信号を取得することができる。
【００３７】
つまり、各発光素子１１−１〜１１−１０は、その裏面にある各生体電位センサ１２−１〜１２−１０より得られる生体信号の値に応じて予め設定される発光強度に基づいて発光素子を発光させる。また、各発光素子１１−１〜１１−１０は複数の異なる色を発光させるＬＥＤを有していてもよく、その場合には、各生体電位センサ１２−１〜１２−１０より得られる生体信号の値に応じて予め設定される色の発光素子を発光させることもできる。
【００３８】
また、図１（ａ），（ｂ）に示すように、着用型インターフェース１０には、スピーカ等の音声出力手段１３が設けられており、一対の電極からなる生体電位センサ１２−１〜１２−１０により計測から得られる生体信号に応じて予め設定されるビープ音や音声等を出力する。
【００３９】
また、本実施形態では、着用型インターフェース１０を人体の前腕部に巻きつけるための取り付け機構（取付手段１４）が設けられている。ここで、取付手段１４としては、例えば、マジックテープ（登録商標）（面ファスナー）やチャック（ファスナー）、ホック、フック、ボタン、マグネット、両面テープ等のうち、何れか１つ又は複数を組み合わせて用いることができる。また、例えば図１に示す取付手段１４は、マジックテープの場合であり、図１（ｂ）に示す着用型インターフェース１０の両側には所定領域からなる取付手段１４が設けられ、鍵状フック及びループのそれぞれの形状により、鍵状フックがループにかみ合うことで、お互いが係止られて取り付けることができる。
【００４０】
なお、図１に示す実施形態のうち、発光素子１１や生体電位センサ等に供給される電力は、例えば着用型インターフェース１０にリチウム電池等の電源供給手段を取り付け、そこから供給することができる。
【００４１】
＜着用型インターフェースの機器概要：第２の実施形態＞
なお、本発明では、上述した図１に示す例以外にも、例えば光ファイバを用いた着用型インターフェースを用いることができる。ここで、光ファイバを用いた着用型インターフェースの内容を第２の実施形態として図を用いて説明する。
【００４２】
図２は、着用型インターフェースの第２の実施形態を示す図である。なお、第２の実施形態では、一例として下半身用の着用型インターフェース２０を示している。また、第２の実施形態では、光提示手段にＬＥＤ等の光源用の発光素子２１を配置し、発光素子２１を光源として光ファイバ２２により光を伝搬し、発光領域２３により発光させている。
【００４３】
ここで、発光領域２３は、その領域内に光ファイバを引き回すことによりその領域内における発光を可能としている。つまり、着用型インターフェース２０の伸縮性のある素材と共に光ファイバを編み込むことにより、発光領域を形成させている。
【００４４】
なお、図２における各発光素子２１−１〜２１−４の発光は、図２には図示していないが、上述した図１と同様に着用型インターフェース２０の内側に人体と接触可能な一対の電極等からなる生体電位センサを設け、その生体電位センサから得られる生体電位信号に基づいて、その生体電位センサの設置位置に対応する発光領域を所定の光の強度や色により発光させる。したがって、その発光させる発光領域に対応する発光素子を発光させ、その発光した光が光ファイバを伝搬して発光領域に伝達され、その発光領域を発光させる。
【００４５】
更に、発光領域２３は、人体における実際の筋肉毎の領域に対応させて形成されるのが好ましい。これにより、生体信号の受信した場所によって、現在どの筋肉が動作しているかを容易に把握することができる。
【００４６】
ここで、発光領域については、光ファイバを着用型インターフェース２０の素材に直接埋め込むことができる。具体的には、着用型インターフェース２０の生地の編み目を光ファイバで形成したり、上述した編み目の隙間に光ファイバを挿入して所定の発光領域を形成するようにしてもよい。
【００４７】
図２の例では、人体の下半身用の着用型インターフェース２０に対して人体の前面の筋肉に対して、発光領域２３−１〜２３−４が設けられている。ここで、発光領域２３−１及び２３−３は、左右の脚の大腿四頭筋の筋肉の領域に対応しており、発光領域２３−２及び２３−４は、左右の脚の前脛骨筋の筋肉の領域に対応している。したがって、本実施形態では、該当する筋肉の動き（筋活動）に応じて、生体電位センサがその生体信号を検出し、検出した結果に基づいてその筋肉の場所に相当する発光領域を点灯させる
また、下半身用の着用型インターフェース２０の腰部等の体の伸縮動作が少ない位置に光源である所定色の発光素子２１が設けられている。なお、図２の例では、各発光領域２３−１〜２３−４に対応させてＬＥＤ等の発光素子２１−１〜２１−４が設けられている。また、発光素子２１−１〜２１−４の発光色については、予め設定された単色を発光させてもよく、また生体電位センサから得られる生体信号の値や表示させる位置等に応じて異なる複数の色を表示させてもよい。
【００４８】
また、各発光素子２１−１〜２１−４と各発光領域２３−１〜２３−４とは、光ファイバ２２−１〜２２−４で接続されており、発光素子２１−１〜２１−４の発光を発光領域まで伝送させている。
【００４９】
また、本実施形態では、着用型インターフェース２０の腰部のような動きの変化があまりない部分には、スピーカ等の音声出力装置２４が設けられており、各生体電位センサから得られる生体信号に対する信号処理結果に応じて音声出力装置２４から所定のビープ音や音声を出力させることもできる。また、ビープ音や音声については、検出した生体電位センサの位置や数に応じて異なる音を出力させてもよい。
【００５０】
また、着用型インターフェース２０の腰部のような動きの変化があまりない部分には、発光制御ユニット２５が設けられている。この制御ユニットは、ＬＥＤ等の発光素子や電極等の生体電位センサに対して電力を供給したり、生体電位センサから得られる生体信号に基づいて、所定の情報処理を行い、その得られた結果と生体電位センサの位置に対応する発光領域に所定の強度又は色の発光を行わせる。また、上述した電力は、例えば発光制御ユニット２５に予め乾電池や充電電池、太陽電池等が内蔵されていたり、無線により外部からの信号を受けて電力を蓄積し、それらから各機能に対して電力が供給される。
【００５１】
なお、図２に示す着用型インターフェース２０については、人体の前面の筋肉における発光領域だけでなくてもよく、例えば後面の筋肉に対応させて発光領域を設け、生体電位センサや発光素子、光ファイバ等を用いて後面の筋肉の動きに応じてその発光領域を発光させることもできる。なお、人体の脚部の後面の筋肉としては、例えば、大腿二頭筋や半腱様筋、下腿三頭筋等があり、それらに対応させて発光領域を設けることができる。なお、人体の後側の筋肉の動き（筋活動）により後側の発光領域が発光している場合には、その発光領域を本人が目視することが難しい。したがって、そのような場合に音を出力することにより、どの部分の筋活動が行われているかを本人でも容易に把握することができる。
【００５２】
したがって、本実施形態では、電位を検出した生体電位センサの場所や数に応じて、提示形態を光や音の何れか又は両方を選択して提示させることができる。
【００５３】
また、第２の実施形態では、上述した筋活動の他、着用型インターフェース２０により装着されるあらゆる筋活動に対応して発光させることができる。ここで、図３は、全身の筋肉に対応する発光領域の一例を示す図である。図３に示すように、全身の各筋肉に対して発光領域を形成し、その複数ある発光領域のうち、１又は複数の発光領域をその位置や組み合わせに応じて選択し、その発光領域を発光させるようにすることができる。
【００５４】
なお、図３に示す全身用の着用型インターフェース３０の例では、僧帽筋、上腕三頭筋、広背筋、尺側手根伸筋、大殿筋、大腿二頭筋、半腱様筋、下腿三頭筋、三角筋、大胸筋、腹直筋、上腕二頭筋、外腹斜筋、橈側手根屈筋、腸腰筋、縫工筋、大腿四頭筋、腓腹筋、前脛骨筋、長指伸筋にそれぞれ対応させた発光領域３１−１〜３１−２０が各筋肉の形状に合わせて形成されている。
【００５５】
また、本実施形態では、発光領域３１−１〜３１−２０に対応する生体電位センサが、その対象の筋肉からの生体信号を検出できる位置に設けられているため、各生体電位センサから得られる生体電位信号に基づいて、所定の発光領域に対する発光を行う。
【００５６】
なお、本実施形態では、複数ある生体電位センサのうち、ある１つの生体電位センサからの生体信号により、１つの発光領域を発光させていたが、本発明においてはこの限りではなく、例えば隣接する複数の生体電位センサからの値の合計又は平均等の算出結果に基づいて対応する発光領域を発光させてもよく、また生体電位センサと発光領域との関係を１対１にせずに、１つの生体電位センサからの生体信号に基づいて、複数の発光領域を発光させてもよく、複数の生体電位センサから得られる結果により、１つの発光領域を発光させてよい。
【００５７】
更には、生体電位センサからの生体信号に基づいて、複数の発光領域を予め設定された順序で発光させる等の処理を行うことができる。これにより、装着者の動き等に応じて発光させる位置や色、音等を変化させることができる。
【００５８】
また、本発明では、上述した図３の例以外にも、例えば、手袋や靴下等にも同様に生体電位センサ、発光素子、光ファイバ、発光領域等を設けて上述したように所定位置を発光させるようにすることができる。
【００５９】
＜生体電位センサについて＞
ここで、本実施形態における生体電位センサについて具体的に説明する。本発明において生体信号とは、装着者の生体活動に起因する信号であり、身体から計測可能な信号であると共に時系列で変化する信号である。具体的には、生体信号は、例えば筋電位信号や神経伝達信号、脳波、心電位、更に、動作の影響によって生じる電位、生化学反応により生じる電位、心臓の拍動によって生じる脈波等の振動等、生体の活動によって生じる信号等が含まれる。また、本実施形態では、体温や地面に対する反力等も生体信号に含まれる。これにより、筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動に対する光や音の提示を実現する。
【００６０】
ここで、本実施形態では、装着者の体表面から生体信号を検出する生体信号検出手段（生体信号センサ）の一例として電極からなる生体電位センサを用い、生体信号としては、装着者の体表面に電極を接触させて検知される電気信号である生体電位信号を用いている。
【００６１】
なお、電極は、着用型インターフェースの伸縮効果によりその体の部位よりやや小さめのサイズのインターフェースを着用することで、電極を装着者の体に密着させることができる。また、電極の体表接触面に粘着性のある素材等を貼り付けておくか塗布することにより、対表面との密着性をより確かなものにすることができる。
【００６２】
また、電極位置は、発光させる領域範囲の領域内若しくはその領域に付近の領域に設置され、脳からの信号により筋力を発生させる際に生じる生体信号（例えば、表面筋電位信号等）を検出する。
【００６３】
図４は、着用型インターフェースにおける電極位置の一例を示す図である。なお、図４に示す着用型インターフェース４０は、上述した下半身用の着用型インターフェースであり、脚の前側だけでなく後側にも発光領域を設けた例を示している。また、図４では、一例として右脚の前側と後側とにおける発光領域と電極との関係を示しているが、左脚にも右脚と同様の機構を設けている。また、発光領域は、電極の測定対象である筋肉の形状に相当する。
【００６４】
図４に示す着用型インターフェース４０には、発光領域４１−１〜４１−４が設けられており、それぞれの位置に対応する一対の電極４２−１〜４２−４（２個）が設けられている。なお、発光領域４１−１〜４１−４及び電極４２−１〜４２−４により、大腿四頭筋（発光領域４１−１，電極４２−１）、前脛骨筋（発光領域４１−２，電極４２−２）、大腿二頭筋（発光領域４１−３，電極４２−３）、下腿三頭筋（発光領域４１−４，電極４２−４）をそれぞれの筋肉の動き（筋活動）に応じて得られる生体電位信号に基づいて発光させることができる。また、図４に示すように、基準電位を定めるためのグラウンドとしてＧＮＤ４３−１，４３−２がそれぞれ設けられていてもよい。これにより、高精度に生体電位信号を取得することができる。なお、ＧＮＤ４３は、前後の電極に対して１個でもよい。
【００６５】
また、図５は、着用型インターフェースの断面を示す図である。図５に示すように、着用型インターフェース５０は、光ファイバ５１と布５２とを縫い合わせたものであり、２つの電極が対となる電極ユニット５３が着用者の体表５４と接することにより生体電位信号を取得し、取得した信号を上述した発光制御ユニット２５に送信し所定の信号処理がなされた後、取得した電極の位置に対応する発光領域を発光させる。
【００６６】
また、着用型インターフェース５０は、例えば、基になる生地（布帛）の他に、更にもう１枚メッシュ生地のものを容易し、二重構造とすることで、メッシュ生地の隙間により光の強度を落とさず、光ファイバの配線や電極ユニット５３等を着衣に埋め込むことが可能となる。
【００６７】
＜発光制御ユニットについて＞
ここで、上述した発光制御ユニット２５について、図を用いて説明する。図６は、本実施形態における発光制御ユニットの一構成例を示す図である。図６に示す発光制御ユニット２５は、電源供給手段６０と、生体信号入力手段６１と、蓄積手段６２と、ＡＤ変換手段６３と、フィルタ手段６４と、周波数変換手段６５と、サンプル積算手段６６、色相変換手段６７と、提示手段６８と、制御手段６９とを有するよう構成されている。
【００６８】
電源供給手段６０は、発光制御ユニット２５における各機能に処理を実行させている。なお、電源供給手段６０は、例えば乾電池やリチウム電池、充電電池、太陽電池、無線通信等により電力を受信して蓄える電池等を用いることができる。なお、本発明は、上述した内容に限定されず、例えば有線によりコンセント等から家庭用電源を供給してもよい。
【００６９】
生体信号入力手段６１は、上述した電極ユニットの電極から所定の生体電位信号を取得する。なお、電極は、例えば２つの対となる電極からの電位差を検出する電位差検出電極等を示し、上述したようにそれぞれが電位差検出電極によって構成される。
【００７０】
また、生体信号入力手段６１は、着用型インターフェースに設置された複数の電極ユニットから、それぞれの生体電位信号を受信する。
【００７１】
蓄積手段６２は、生体信号入力手段６１により得られる生体電位信号を時間情報と共に蓄積する。これにより、制御手段６９等を用いて経時的又は統計的な解析を行うことができ、筋活動のパターンや度合い等を解析して提示することができる。
【００７２】
なお、蓄積手段６２は、ＡＤ変換手段６３により変換された内容や、フィルタ手段６４により処理された結果、周波数変換手段６５により変換された信号、サンプル積算手段６６により積算されたサンプルの内容、色相変換手段６７における色相変換結果、制御手段６９により得られる制御内容等の各種情報等も蓄積する。更に、蓄積手段６２は、必要に応じて蓄積されている各種データを読み出すことができる。
【００７３】
ＡＤ変換手段６３は、生体信号入力手段６１により得られる生体電位信号に対して「アナログ−デジタル」変換を行い、デジタル信号を生成する。
【００７４】
フィルタ手段６４は、ＡＤ変換手段６３により変換されたデジタル信号に対して生体電位信号に含まれるノイズ等を除去するため平滑化処理を行う。具体的には、フィルタ手段６４は、取得した生体電位信号を用いてバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）や、ノッチフィルタ（ＢＥＦ）等を行い、所定の帯域で信号のフィルタリングを行う。なお、上述した所定の帯域としては、例えば約５〜４００Ｈｚ程度の帯域を利用する。
【００７５】
また、周波数変換手段６５は、信号を周波数に変換する。これにより、電極からの強度を把握することができ、これにより、光や音の種類や強度を設定することができる。
【００７６】
また、サンプル積算手段６６は、電極ユニット５３から得られる信号を所定時間で複数取得し、取得した信号のうち幾つかの信号をサンプル信号として抽出し、抽出したサンプル信号の値を積算する。これにより、電極ユニット５３から取得した信号をそのまま用いるよりも、ノイズ信号等の影響を受けにくくするため、信頼度を向上させることができる。なお、積算量は、例えば１００サンプル程度を用いるのが好ましいが、電極ユニット５３からの受信状態や、受信側の処理性能等により任意に設定することができる。更に、提示する目的に応じて任意に設定してもよく、例えば時間応答性を重視した場合は３０サンプル程度、状態提示を重視した場合は１２０サンプル程度というように、５〜１０００程度の範囲内で任意に設定することができる。
【００７７】
色相変換手段６７は、サンプル積算手段６６により得られる信号をＨｕｅ変換し、光提示用の色相情報を取得する。これにより、電極から得られる信号に応じて光の種類や強度を調整することができる。
【００７８】
提示手段６８は、電極ユニット５３から得られた情報に基づいて、光か音の提示内容を決定し、決定した内容で提示する。具体的には、提示手段６８には、光提示手段６８−１、音提示手段６８−２を有しており、蓄積手段６２に蓄積されている予め設定された生体信号や発光させる場所等に対応した提示条件等に基づいて、制御手段６９等により光及び／又は音を制御して出力する。
【００７９】
ここで、上述した着用型インターフェースにおいて、例えば光ファイバにより発光領域を発光させるのであれば、光提示手段６８−１としてのＬＥＤを光源として光を発生させ、また音により提示させるのであれば、音提示手段６８−２としてのスピーカ等により、蓄積手段６２に蓄積されている予め設定された音の中から生体信号や発光させる場所に対応した所定の音を選択して出力させる。
【００８０】
制御手段６９は、提示制御ユニット２５の各構成部全体の制御を行う。具体的には、制御手段６９は、例えば本実施形態における提示処理を実現するために、生体信号入力処理や、ＡＤ変換処理、フィルタ処理、周波数変換処理、サンプル積算処理、色相変換処理等の各制御を行う。
【００８１】
なお、上述した実施形態において、ＡＤ変換手段６３、フィルタ手段６４、周波数変換手段６５、及びサンプル積算手段６６は、複数の電極から得られるそれぞれの信号に基づいて信号レベルを設定するレベル設定手段に相当し、レベル設定手段により得られる設定値に基づいて所定の提示が行われる。
【００８２】
また、上述した生体信号入力手段６１は、電極ユニット５３からの生体電位信号だけでなく他の生体信号（例えば、体温等）を入力し、入力した１つの信号、又は、少なくとも２つの信号を組み合わせて得られた信号等に基づいて上述したレベル設定や設定した内容に基づく提示を行うことができる。これにより、筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動を外部に容易に認識させることができる。
【００８３】
また、制御手段６９は、生体信号入力手段６１により得られる生体信号を蓄積手段６２に所定時間蓄積しておき、その時間に対する短時間平均パワー、包絡線等の計測波形の統計量、及び周波数スペクトルといった物理的特徴量に基づいて光提示を行うこともできる。
【００８４】
＜提示処理について＞
ここで、本実施形態における提示処理の一例について説明する。図７は、本実施形態における提示処理の一例を示す図である。なお、図７に示す例は、光提示の一例を示しているが、本発明においてはこれに限定されるものではなく、例えば音提示についても同様に適用することができる。
【００８５】
図７に示すように、上述した電極ユニットから得られた生体信号に対して信号の平滑化処理を行うため、所定の周波数（例えば、約１０Ｈｚ以上）を基準とした帯域通過フィルタ（ＨＰＦ）によるフィルタリングを行い、フィルタリングされた信号を増幅して提示制御ユニット２５に出力される。
【００８６】
提示制御ユニット２５では、入力された信号に対してＡＤ変換を行い、変換した信号に対して平滑化処理を行うため、所定の周波数（例えば、約３５０Ｈｚ以下）を基準とした帯域通過フィルタ（ＬＰＦ）によるフィルタリングを行い、フィルタリングした信号に対して周波数変換を行う。
【００８７】
次に、周波数変換されたデータに対して３０サンプルを用いた積算を行い、その値に対して色相変換を行い、色の提示内容及び取得した電極ユニットの設置位置にしたがって、所定箇所のＬＥＤを発光させ、光ファイバを経由して所定の発光領域を発光させる。
【００８８】
上述したように、本発明によれば、人体から取得した生体信号の強度、周波数に基づいて、光の強さ、色変化に変換すると共に、光提示パターンを変化させることで、多様な筋活動（筋緊張・筋疲労）を着用する着用型インターフェースにより表現することができる。また、複数の機器を同時に用いることで、筋活動の増長と、抑制とを促す効果を示すことができる。
【００８９】
＜他の実施形態＞
次に、本発明を適用した他の実施形態について図を用いて説明する。図８は、他の実施形態について説明するための一例を示す図である。ここで、図８（ａ）は、下半身用の上述した着用型インターフェースに温度センサ及び反力センサを設けた例を示し、また、図８（ｂ）は、Ｔシャツ型の着用型インターフェースの例を示し、図８（ｃ）は帽子タイプの着用型インターフェースを示し、図８（ｄ）は、リストバンド型のインターフェースの一例を示し、図８（ｅ）はアンダーフェア型の着用型インターフェースの一例を示している。なお、図８（ａ）〜（ｅ）には、図示していないが、光ファイバを介して発光させるＬＥＤ等の発光素子と、発光素子や生体電位センサに電力を供給する発光制御ユニットとが設けられている。
【００９０】
図８（ａ）は、上述した図４に示す着用型インターフェースに生体信号を取得するための温度センサ７１及び反力センサ７２が設けられている。温度センサ７１は、予め取り付けられた位置に対する筋肉（人体）の温度を計測し、その計測された温度に基づいて筋肉の疲労度を算出する。つまり、筋肉を使用し続けると温度が上昇するため、温度センサ７１により所定の間隔で温度を計測していき、その計測された値が予め設定した温度を超えた場合、或いは温度を超えた状態が所定時間以上継続した場合には、予め設定された疲労度を示す光や音を出力する。
【００９１】
また、反力センサ７２は、人体の踵に係る負荷を検出する。踵に負荷が係る場合には、筋肉が疲労している場合が想定されるため、反力センサ７２からの値に応じて予め設定した閾値と比較して、予め設定された疲労度を示す光や音を出力する。
【００９２】
また、図８（ａ）の例では、一対の電極４２−１，４２−２が設けられているため、各電極４２−１，４２−２から得られる信号、温度センサ７１から得られる信号、及び反力センサ７２から得られる信号のうち複数を組み合わせて、所定の発光領域に対して所定の発光や音を提示させることができる。
【００９３】
また、図８（ｂ）は、Ｔシャツ７３の生体信号提示装置であり、Ｔシャツ７３の胸の部分にハート形状の発光領域７４が設けられている。また、発光領域７４の裏側には上述したように一対の電極ユニットが設置されており、心臓の鼓動に対する生体信号を電極から取得することができる。これにより、電極から取得された値に基づいて心拍や脈拍に合わせて発光領域をリアルタイムに発光させることができる。また、図８（ｂ）に示すように、Ｔシャツ７３にスピーカ７５を設けることで、心臓の心拍や脈拍に合わせて、例えば「ドックンドックン」、「ピッ・ピッ」といったような心音に対応して音を出力することができる。
【００９４】
また、図８（ｃ）は、帽子型の生体信号提示装置であり、帽子７６の表面には発光領域７７が設けられており、また帽子７６の内部には、脳波の活動を取得する生体電位センサが設けられている。また、発光領域７７は、光ファイバにより脳波信号に似せて帽子７６に織り込まれ、生体信号提示装置と一体に形成されている。したがって、生体電位センサから得られる脳波の信号に応じて発光領域７７を発光させることで、脳波の活動をリアルタイムに外部に提示させることができる。
【００９５】
また、図８（ｄ）では、リストバンド型の生体信号提示装置であり、リストバンド７８には、光ファイバによる発光領域が織り込まれ、生体信号提示装置と一体に形成されている。また、リストバンド７８の内側には電極からなる生体電位センサが設置されており、直接装着者の脈拍による生体信号を取得し、取得した生体信号に対応させて発光領域７９を発光させる。
【００９６】
また、図８（ｅ）は、アンダーウェア型の生体信号提示装置であり、またアンダーウェア８０には、２つの発光領域８１−１，８１−２が光ファイバにより生地に織り込まれ、生体信号提示装置と一体に形成されている。また、アンダーウェア８０の内部には、腹圧を測定するための生体電位センサが設けられており、例えば電極等の生体電位センサにより測定された腹圧に応じて呼吸の様子を把握し、息を吸っている動作、又は、息を吐いている動作の何れかを判別して、２つの発光領域８１−１，８１−２のうち対応する一方の発光領域をリアルタイムに発光させる。これにより、呼吸の様子を外部に容易に認識させることができる。
【００９７】
なお、上述した図８（ａ）〜（ｅ）に示す実施形態は、少なくとも２つを適宜組み合わせて適用することができる。
【００９８】
上述した他の実施形態により、体中の筋活動を１又は複数の生体信号を用いて外部に容易に認識させることができる。このように、光や音等の提示手段を用いることで、多チャネルの情報をリアルタイムで観察できれば、一目でその筋肉の伸縮が観察できると共に、スポーツの練習効率の向上やリハビリテーションの上でのモチベーションの向上に繋がる。
【００９９】
上述したように本発明によれば、体における筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動を外部に容易に認識させることができる。つまり、本発明は、着衣上に光提示や音提示をする点に特色があり、リハビリテーションやスポーツ科学の分野に大きく貢献できると考えている。本発明では、短時間平均パワー、包絡線等の計測波形の統計量、及び周波数スペクトルといった物理的特徴量に基づく光提示に加え、筋の疲労度や緊張度も併せて解析することで、機能的な計測値に基づく光による筋活動の提示を行うことも可能である。
【０１００】
また、本発明は、生体信号の強度、周波数に基づいて、光の強さ、色変化、音の種類等に変換すると共に、光や音の提示パターンを変化させることで、例えば、筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動を着用する着用型インターフェースにより表現することができる。
【０１０１】
また、複数の機器を同時に用いることで、筋活動の増長と、抑制とを促す効果を示すことができる。また、本発明は、例えば装着型人支援装置（ロボットスーツ）等と組み合わせることで、ロボットによる支援中に人間による筋活動の提示が可能になる等、人支援技術の補助機器として有効であると考えられる。
なお、本発明は、人体に限定されず、動物等にも着用させて利用することができる。
【０１０２】
更に、本発明における着用型生体信号提示装置は、認識が困難な筋活動に対する代替提示手段を実現でき、例えばダンス・バレエ等身体動作の訓練機器、及びエクササイズ、運動支援への応用、小型且つ形態可能な新しい提示装置への応用、筋活動の提示等による福祉機器やリハビリテーション機器、ゲーム機器、エンタティメント機器、玩具としても利用することができる。
【０１０３】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０，２０，３０，４０，５０ 着用型インターフェース
１１，２１ 発光素子
１２ 生体電位センサ
１３，２４ 音声出力手段
１４ 取付手段
２２，５１ 光ファイバ
２３，３１，４１，７４，７７，７９，８１ 発光領域
２５ 発光制御ユニット
４２ 電極
４３ ＧＮＤ
５２ 布
５３ 電極ユニット
５４ 体表
６０ 電源供給手段
６１ 生体信号入力手段
６２ 蓄積手段
６３ ＡＤ変換手段
６４ フィルタ手段
６５ 周波数変換手段
６６ サンプル積算手段
６７ 色相変換手段
６８ 提示手段
６９ 制御手段
７１ 温度センサ
７２ 反力センサ
７３ Ｔシャツ
７５ スピーカ
７７ 帽子
７８ リストバンド
８０ アンダーウェア
【技術分野】
【０００１】
本発明は、着用型生体信号提示装置及び着用型生体信号提示方法に係り、特に体における筋活動を外部に容易に認識させるための着用型生体信号提示装置及び着用型生体信号提示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人体の運動時等の筋肉の使用状況を検査するために、人体の生体情報である筋電位を計測し、その情報を用いて例えばリハビリテーション等における治療段階での筋肉の動作の度合いの確認やロボットスーツ等の装着型人支援装置の制御、義手、義足等の制御を行うものが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００３】
特許文献１に示されている技術では、人体表面に接するように設けられた一対の電極が人体に生じる筋電位を検出すると、ケーブルに接続された人体よりも離れた位置に設けられた表示装置が、その筋電位の波形を表示したり、検出値が予め設定された値を超えている場合にブザーを鳴らす仕組みが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２に示されている技術では、粘着パッドによって皮膚に装着された筋電を検出する筋電電極を有し、筋電電極が検出した筋電信号の強度の変化を音響出力手段によって出力する仕組みが開示されている。
【０００５】
このように、従来では、検出した筋電等の生体信号を提示する場合には、画像モニタを通じて信号の波形を提示するものが主であった。また、一定の強度になると信号音を発する機器や、上述の表示装置等のように音響を補助的に用いる方法が用いられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１８６５９１号公報
【特許文献２】特開２００７−１４３７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したような従来技術においては、検出された筋電位を表示するためには、ケーブル等で表示装置と接続する必要があるため、動き回るといった動作等、動作範囲に制限を受けてしまう。また、従来の音による認識手法は、上述したように一定値以上の場合に音をならす等の補助的な使用であり、例えば音によりどの部分の筋電位がどの程度発生しているかといった認識は、音を聞き分ける必要があるため、第三者が容易に理解することができず、これらのことからも第三者者等の外部の人に対して体の筋活動を容易に認識させるための提示手法が実現されていなかった。
【０００８】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、体における筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動を外部に容易に認識させるための着用型生体信号提示装置及び着用型生体信号提示方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。
【００１０】
請求項１に記載された発明は、使用者の所定領域から得られる生体信号に基づいて筋活動を外部に提示する着用型生体信号提示装置において、前記所定領域に対する前記生体信号を取得するための複数の生体信号検出手段と、前記複数の生体信号検出手段から得られるそれぞれの生体信号の周波数に基づいて信号レベルを設定するレベル設定手段と、前記レベル設定手段から得られる信号レベルに対応させて、予め設定された複数の光又は音から選択された所定の光又は音により外部に提示する生体信号提示手段とを有し、前記生体信号検出手段及び前記提示手段は、前記使用者が着用する着用物と一体に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、体における筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動を外部に容易に認識させることができる。
【００１２】
請求項２に記載された発明は、前記レベル設定手段は、前記複数の生体信号検出手段から得られるそれぞれの信号を所定の帯域でフィルタリングするフィルタ手段と、前記フィルタ手段により得られる信号に周波数変換を行う周波数変換手段と、前記周波数変換手段により得られる周波数情報を所定数積算し、積算された結果から信号レベルを設定する積算手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載された発明は、前記生体信号提示手段は、発光光源と、該発光光源を予め設定された発光領域まで伝達させる光ファイバとを有し、前記光ファイバは、前記着用物に織り込まれていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載された発明は、前記生体信号検出手段は電極であり、前記電極は、予め設定された前記使用者の筋肉からの生体電位信号を取得できる位置に設け、前記発光領域は、前記筋肉の位置に前記筋肉と同じ形状に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載された発明は、前記生体信号提示手段は、前記周波数変換手段により得られる周波数による音データを出力する音声出力手段を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載された発明は、使用者の所定領域から得られる生体電位信号に基づいて筋活動を外部に提示する着用型生体信号提示方法において、予め設定された複数の生体信号検出手段により前記所定領域に対する前記生体電位信号を取得する生体信号取得ステップと、前記生体信号取得ステップにより得られる複数の生体信号検出手段からのそれぞれの信号の周波数に基づいて信号レベルを設定するレベル設定ステップと、前記レベル設定ステップから得られる信号レベルに対応させて、予め設定された複数の光又は音から選択された所定の光又は音を提示手段により外部に提示する生体信号提示ステップとを有し、前記生体信号検出手段及び前記提示手段は、前記使用者が着用する着用物と一体に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明によれば、体における筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動を外部に容易に認識させることができる。
【００１８】
請求項７に記載された発明は、前記レベル設定ステップは、前記複数の生体信号検出手段から得られるそれぞれの信号を所定の帯域でフィルタリングするフィルタリングステップと、前記フィルタリングステップにより得られる信号に周波数変換を行う周波数変換ステップと、前記周波数変換ステップにより得られる周波数情報を所定数積算し、積算された結果から信号レベルを設定する積算ステップとを有することを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載された発明は、前記生体信号提示ステップは、発光光源と、該発光光源を予め設定された発光領域まで伝達させる光ファイバとを有し、前記光ファイバは、前記着用物に織り込まれていることを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載された発明は、前記生体信号検出手段は電極であり、前記電極は、予め設定された前記使用者の筋肉からの生体電位信号を取得できる位置に設け、前記発光領域は、前記筋肉の位置に前記筋肉と同じ形状に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載された発明は、前記生体信号提示ステップは、前記周波数変換ステップにより得られる周波数による音データを音声出力手段により出力する音声出力ステップを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動を外部に容易に認識させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】着用型インターフェースの第１の実施形態を示す図である。
【図２】着用型インターフェースの第２の実施形態を示す図である。
【図３】全身の筋肉に対応する発光領域の一例を示す図である。
【図４】着用型インターフェースにおける電極位置の一例を示す図である。
【図５】着用型インターフェースの断面を示す図である。
【図６】本実施形態における発光制御ユニットの一構成例を示す図である。
【図７】本実施形態における提示処理の一例を示す図である。
【図８】他の実施形態について説明するための一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜本発明について＞
通常、人間の運動は、必ず身体の何れかの部位の筋肉を伸縮させている。一方、腕等のように表面に見ただけで筋肉の伸縮が視察できるような部位もあるが、複雑で多種の筋活動を視覚的に把握することは容易ではない。また、スポーツやリハビリテーションを行う際、特定の筋肉を伸縮させればいいかということは、一般には感覚的なものでしかなく、実際にその筋肉が伸縮しているかは動作中では認識しにくい。
【００２５】
そこで、本発明では、筋肉の伸縮等の動き（筋活動）を光により可視化し音により可聴化する。また、それを体表にて提示することを可能にし、スポーツやリハビリテーションへの応用を実現する。
【００２６】
具体的には、本発明は、体の運動に関わる生体電位信号（Ｂｉｏ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌｓ；ＢＥＳ）に基づき、表情や動作の内容やその度合いを識別する。つまり、使用者の生体信号（生体電位信号、体温等）を検出し、その検出した生体信号を光信号に変換すると共に、その使用者が着用する着用型インターフェース（着用型生体信号提示装置）に出力する。
【００２７】
なお、本実施形態では、微弱な生体信号を電極等の小型の装着型装置により取得するため、取得した信号を増幅すると共に、取得した生体信号を光の強度・色へ変換して使用者が着用する着用型インターフェースに直接提示し、生体信号の可視化を実現する。これにより、使用者は、日常的かつ直線的に自身の筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動を把握することが可能となり、また外部に容易に認識させることができる。
【００２８】
また、従来では、筋電信号を低周波信号に周波数変換することを基本とし、信号強度を低周波信号の断続・連続の間隔で表すのみに留まっているが、本発明では、生体信号の強度、周波数に基づき、着用型インターフェースの提示デバイスの光強度、色変化に変換するため、筋電信号及び光提示信号の信号処理を含んでいる。
【００２９】
以下に、本発明における着用型生体信号提示装置及び着用型生体信号提示方法を好適に実施した形態について、図面を用いて説明する。
【００３０】
なお、本実施形態では、筋活動を計測するための装置と光や音を出力するための機器が一体となり、それを着衣として身に纏う形の着用型インターフェースについて説明するが、本発明においてはこれに限定されるものではない。また、本実施形態では、単一の装置及び筋電を対象としているが、本発明は複数装置による応用及び筋電以外の生体信号へ応用することもできる。
【００３１】
＜着用型インターフェースの機器概要：第１の実施形態＞
ここで、着用型インターフェース（着用型生体信号提示装置）の第１の実施形態について図を用いて説明する。図１は、着用型インターフェースの第１の実施形態を示す図である。なお、図１では、使用者の前腕部用の着用型インターフェースを示している。また、図１（ａ）は、人体の前腕部に装着した着用型インターフェース１０の外形を示しており、図１（ｂ）は、人体に装着されていない着用型インターフェース１０の内側の面（人体に接触する面）を示している。
【００３２】
図１（ａ）に示す着用型インターフェース１０は、光提示用の複数の発光素子１１が所定の領域に配置されている。なお、図１（ａ）の例では、発光素子１１−１〜１１−１０が所定の間隔で配列されているが、本発明においてはこの配列や数に限定されるものではない。
【００３３】
図１（ａ）に示す発光素子１１は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の発光ダイオード等を使用することができる。また、各発光素子１１−１〜１１−１０は、外部に発光が認識できるように着用型インターフェース１０と一体となるように取り付けられている。
【００３４】
また、各発光素子１１−１〜１１−１０は、図１（ｂ）に示す生体信号検出手段としての各生体電位センサ１２−１〜１２−１０によりそれぞれ得られる生体信号に基づいて発生させる光の強度を選定し、選定された光の強度に対応する光を発生させる。なお、各生体電位センサ１２−１〜１２−１０は、それぞれ対をなす電極部を有しており、これら電極部の電位差より生体電位信号を検出する。
【００３５】
ここで、着用型インターフェース１０は、例えば、ストッキングやスパッツ、サポーター等の伸縮性のある素材（弾性素材や編み方（編地）により伸縮を可能にしたもの等を含む）で形成されている。
【００３６】
また、図１（ｂ）に示すように、各生体電位センサ１２−１〜１２−１０は、装着者の皮膚に直接接触して筋活動による生体電位信号を取得できるように着用型インターフェース１０の所定の位置に着用型インターフェース１０と一体となるように取り付けられている。これにより、ノイズの少ない状態でより正確に装着者１からの生体信号を取得することができる。
【００３７】
つまり、各発光素子１１−１〜１１−１０は、その裏面にある各生体電位センサ１２−１〜１２−１０より得られる生体信号の値に応じて予め設定される発光強度に基づいて発光素子を発光させる。また、各発光素子１１−１〜１１−１０は複数の異なる色を発光させるＬＥＤを有していてもよく、その場合には、各生体電位センサ１２−１〜１２−１０より得られる生体信号の値に応じて予め設定される色の発光素子を発光させることもできる。
【００３８】
また、図１（ａ），（ｂ）に示すように、着用型インターフェース１０には、スピーカ等の音声出力手段１３が設けられており、一対の電極からなる生体電位センサ１２−１〜１２−１０により計測から得られる生体信号に応じて予め設定されるビープ音や音声等を出力する。
【００３９】
また、本実施形態では、着用型インターフェース１０を人体の前腕部に巻きつけるための取り付け機構（取付手段１４）が設けられている。ここで、取付手段１４としては、例えば、マジックテープ（登録商標）（面ファスナー）やチャック（ファスナー）、ホック、フック、ボタン、マグネット、両面テープ等のうち、何れか１つ又は複数を組み合わせて用いることができる。また、例えば図１に示す取付手段１４は、マジックテープの場合であり、図１（ｂ）に示す着用型インターフェース１０の両側には所定領域からなる取付手段１４が設けられ、鍵状フック及びループのそれぞれの形状により、鍵状フックがループにかみ合うことで、お互いが係止られて取り付けることができる。
【００４０】
なお、図１に示す実施形態のうち、発光素子１１や生体電位センサ等に供給される電力は、例えば着用型インターフェース１０にリチウム電池等の電源供給手段を取り付け、そこから供給することができる。
【００４１】
＜着用型インターフェースの機器概要：第２の実施形態＞
なお、本発明では、上述した図１に示す例以外にも、例えば光ファイバを用いた着用型インターフェースを用いることができる。ここで、光ファイバを用いた着用型インターフェースの内容を第２の実施形態として図を用いて説明する。
【００４２】
図２は、着用型インターフェースの第２の実施形態を示す図である。なお、第２の実施形態では、一例として下半身用の着用型インターフェース２０を示している。また、第２の実施形態では、光提示手段にＬＥＤ等の光源用の発光素子２１を配置し、発光素子２１を光源として光ファイバ２２により光を伝搬し、発光領域２３により発光させている。
【００４３】
ここで、発光領域２３は、その領域内に光ファイバを引き回すことによりその領域内における発光を可能としている。つまり、着用型インターフェース２０の伸縮性のある素材と共に光ファイバを編み込むことにより、発光領域を形成させている。
【００４４】
なお、図２における各発光素子２１−１〜２１−４の発光は、図２には図示していないが、上述した図１と同様に着用型インターフェース２０の内側に人体と接触可能な一対の電極等からなる生体電位センサを設け、その生体電位センサから得られる生体電位信号に基づいて、その生体電位センサの設置位置に対応する発光領域を所定の光の強度や色により発光させる。したがって、その発光させる発光領域に対応する発光素子を発光させ、その発光した光が光ファイバを伝搬して発光領域に伝達され、その発光領域を発光させる。
【００４５】
更に、発光領域２３は、人体における実際の筋肉毎の領域に対応させて形成されるのが好ましい。これにより、生体信号の受信した場所によって、現在どの筋肉が動作しているかを容易に把握することができる。
【００４６】
ここで、発光領域については、光ファイバを着用型インターフェース２０の素材に直接埋め込むことができる。具体的には、着用型インターフェース２０の生地の編み目を光ファイバで形成したり、上述した編み目の隙間に光ファイバを挿入して所定の発光領域を形成するようにしてもよい。
【００４７】
図２の例では、人体の下半身用の着用型インターフェース２０に対して人体の前面の筋肉に対して、発光領域２３−１〜２３−４が設けられている。ここで、発光領域２３−１及び２３−３は、左右の脚の大腿四頭筋の筋肉の領域に対応しており、発光領域２３−２及び２３−４は、左右の脚の前脛骨筋の筋肉の領域に対応している。したがって、本実施形態では、該当する筋肉の動き（筋活動）に応じて、生体電位センサがその生体信号を検出し、検出した結果に基づいてその筋肉の場所に相当する発光領域を点灯させる
また、下半身用の着用型インターフェース２０の腰部等の体の伸縮動作が少ない位置に光源である所定色の発光素子２１が設けられている。なお、図２の例では、各発光領域２３−１〜２３−４に対応させてＬＥＤ等の発光素子２１−１〜２１−４が設けられている。また、発光素子２１−１〜２１−４の発光色については、予め設定された単色を発光させてもよく、また生体電位センサから得られる生体信号の値や表示させる位置等に応じて異なる複数の色を表示させてもよい。
【００４８】
また、各発光素子２１−１〜２１−４と各発光領域２３−１〜２３−４とは、光ファイバ２２−１〜２２−４で接続されており、発光素子２１−１〜２１−４の発光を発光領域まで伝送させている。
【００４９】
また、本実施形態では、着用型インターフェース２０の腰部のような動きの変化があまりない部分には、スピーカ等の音声出力装置２４が設けられており、各生体電位センサから得られる生体信号に対する信号処理結果に応じて音声出力装置２４から所定のビープ音や音声を出力させることもできる。また、ビープ音や音声については、検出した生体電位センサの位置や数に応じて異なる音を出力させてもよい。
【００５０】
また、着用型インターフェース２０の腰部のような動きの変化があまりない部分には、発光制御ユニット２５が設けられている。この制御ユニットは、ＬＥＤ等の発光素子や電極等の生体電位センサに対して電力を供給したり、生体電位センサから得られる生体信号に基づいて、所定の情報処理を行い、その得られた結果と生体電位センサの位置に対応する発光領域に所定の強度又は色の発光を行わせる。また、上述した電力は、例えば発光制御ユニット２５に予め乾電池や充電電池、太陽電池等が内蔵されていたり、無線により外部からの信号を受けて電力を蓄積し、それらから各機能に対して電力が供給される。
【００５１】
なお、図２に示す着用型インターフェース２０については、人体の前面の筋肉における発光領域だけでなくてもよく、例えば後面の筋肉に対応させて発光領域を設け、生体電位センサや発光素子、光ファイバ等を用いて後面の筋肉の動きに応じてその発光領域を発光させることもできる。なお、人体の脚部の後面の筋肉としては、例えば、大腿二頭筋や半腱様筋、下腿三頭筋等があり、それらに対応させて発光領域を設けることができる。なお、人体の後側の筋肉の動き（筋活動）により後側の発光領域が発光している場合には、その発光領域を本人が目視することが難しい。したがって、そのような場合に音を出力することにより、どの部分の筋活動が行われているかを本人でも容易に把握することができる。
【００５２】
したがって、本実施形態では、電位を検出した生体電位センサの場所や数に応じて、提示形態を光や音の何れか又は両方を選択して提示させることができる。
【００５３】
また、第２の実施形態では、上述した筋活動の他、着用型インターフェース２０により装着されるあらゆる筋活動に対応して発光させることができる。ここで、図３は、全身の筋肉に対応する発光領域の一例を示す図である。図３に示すように、全身の各筋肉に対して発光領域を形成し、その複数ある発光領域のうち、１又は複数の発光領域をその位置や組み合わせに応じて選択し、その発光領域を発光させるようにすることができる。
【００５４】
なお、図３に示す全身用の着用型インターフェース３０の例では、僧帽筋、上腕三頭筋、広背筋、尺側手根伸筋、大殿筋、大腿二頭筋、半腱様筋、下腿三頭筋、三角筋、大胸筋、腹直筋、上腕二頭筋、外腹斜筋、橈側手根屈筋、腸腰筋、縫工筋、大腿四頭筋、腓腹筋、前脛骨筋、長指伸筋にそれぞれ対応させた発光領域３１−１〜３１−２０が各筋肉の形状に合わせて形成されている。
【００５５】
また、本実施形態では、発光領域３１−１〜３１−２０に対応する生体電位センサが、その対象の筋肉からの生体信号を検出できる位置に設けられているため、各生体電位センサから得られる生体電位信号に基づいて、所定の発光領域に対する発光を行う。
【００５６】
なお、本実施形態では、複数ある生体電位センサのうち、ある１つの生体電位センサからの生体信号により、１つの発光領域を発光させていたが、本発明においてはこの限りではなく、例えば隣接する複数の生体電位センサからの値の合計又は平均等の算出結果に基づいて対応する発光領域を発光させてもよく、また生体電位センサと発光領域との関係を１対１にせずに、１つの生体電位センサからの生体信号に基づいて、複数の発光領域を発光させてもよく、複数の生体電位センサから得られる結果により、１つの発光領域を発光させてよい。
【００５７】
更には、生体電位センサからの生体信号に基づいて、複数の発光領域を予め設定された順序で発光させる等の処理を行うことができる。これにより、装着者の動き等に応じて発光させる位置や色、音等を変化させることができる。
【００５８】
また、本発明では、上述した図３の例以外にも、例えば、手袋や靴下等にも同様に生体電位センサ、発光素子、光ファイバ、発光領域等を設けて上述したように所定位置を発光させるようにすることができる。
【００５９】
＜生体電位センサについて＞
ここで、本実施形態における生体電位センサについて具体的に説明する。本発明において生体信号とは、装着者の生体活動に起因する信号であり、身体から計測可能な信号であると共に時系列で変化する信号である。具体的には、生体信号は、例えば筋電位信号や神経伝達信号、脳波、心電位、更に、動作の影響によって生じる電位、生化学反応により生じる電位、心臓の拍動によって生じる脈波等の振動等、生体の活動によって生じる信号等が含まれる。また、本実施形態では、体温や地面に対する反力等も生体信号に含まれる。これにより、筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動に対する光や音の提示を実現する。
【００６０】
ここで、本実施形態では、装着者の体表面から生体信号を検出する生体信号検出手段（生体信号センサ）の一例として電極からなる生体電位センサを用い、生体信号としては、装着者の体表面に電極を接触させて検知される電気信号である生体電位信号を用いている。
【００６１】
なお、電極は、着用型インターフェースの伸縮効果によりその体の部位よりやや小さめのサイズのインターフェースを着用することで、電極を装着者の体に密着させることができる。また、電極の体表接触面に粘着性のある素材等を貼り付けておくか塗布することにより、対表面との密着性をより確かなものにすることができる。
【００６２】
また、電極位置は、発光させる領域範囲の領域内若しくはその領域に付近の領域に設置され、脳からの信号により筋力を発生させる際に生じる生体信号（例えば、表面筋電位信号等）を検出する。
【００６３】
図４は、着用型インターフェースにおける電極位置の一例を示す図である。なお、図４に示す着用型インターフェース４０は、上述した下半身用の着用型インターフェースであり、脚の前側だけでなく後側にも発光領域を設けた例を示している。また、図４では、一例として右脚の前側と後側とにおける発光領域と電極との関係を示しているが、左脚にも右脚と同様の機構を設けている。また、発光領域は、電極の測定対象である筋肉の形状に相当する。
【００６４】
図４に示す着用型インターフェース４０には、発光領域４１−１〜４１−４が設けられており、それぞれの位置に対応する一対の電極４２−１〜４２−４（２個）が設けられている。なお、発光領域４１−１〜４１−４及び電極４２−１〜４２−４により、大腿四頭筋（発光領域４１−１，電極４２−１）、前脛骨筋（発光領域４１−２，電極４２−２）、大腿二頭筋（発光領域４１−３，電極４２−３）、下腿三頭筋（発光領域４１−４，電極４２−４）をそれぞれの筋肉の動き（筋活動）に応じて得られる生体電位信号に基づいて発光させることができる。また、図４に示すように、基準電位を定めるためのグラウンドとしてＧＮＤ４３−１，４３−２がそれぞれ設けられていてもよい。これにより、高精度に生体電位信号を取得することができる。なお、ＧＮＤ４３は、前後の電極に対して１個でもよい。
【００６５】
また、図５は、着用型インターフェースの断面を示す図である。図５に示すように、着用型インターフェース５０は、光ファイバ５１と布５２とを縫い合わせたものであり、２つの電極が対となる電極ユニット５３が着用者の体表５４と接することにより生体電位信号を取得し、取得した信号を上述した発光制御ユニット２５に送信し所定の信号処理がなされた後、取得した電極の位置に対応する発光領域を発光させる。
【００６６】
また、着用型インターフェース５０は、例えば、基になる生地（布帛）の他に、更にもう１枚メッシュ生地のものを容易し、二重構造とすることで、メッシュ生地の隙間により光の強度を落とさず、光ファイバの配線や電極ユニット５３等を着衣に埋め込むことが可能となる。
【００６７】
＜発光制御ユニットについて＞
ここで、上述した発光制御ユニット２５について、図を用いて説明する。図６は、本実施形態における発光制御ユニットの一構成例を示す図である。図６に示す発光制御ユニット２５は、電源供給手段６０と、生体信号入力手段６１と、蓄積手段６２と、ＡＤ変換手段６３と、フィルタ手段６４と、周波数変換手段６５と、サンプル積算手段６６、色相変換手段６７と、提示手段６８と、制御手段６９とを有するよう構成されている。
【００６８】
電源供給手段６０は、発光制御ユニット２５における各機能に処理を実行させている。なお、電源供給手段６０は、例えば乾電池やリチウム電池、充電電池、太陽電池、無線通信等により電力を受信して蓄える電池等を用いることができる。なお、本発明は、上述した内容に限定されず、例えば有線によりコンセント等から家庭用電源を供給してもよい。
【００６９】
生体信号入力手段６１は、上述した電極ユニットの電極から所定の生体電位信号を取得する。なお、電極は、例えば２つの対となる電極からの電位差を検出する電位差検出電極等を示し、上述したようにそれぞれが電位差検出電極によって構成される。
【００７０】
また、生体信号入力手段６１は、着用型インターフェースに設置された複数の電極ユニットから、それぞれの生体電位信号を受信する。
【００７１】
蓄積手段６２は、生体信号入力手段６１により得られる生体電位信号を時間情報と共に蓄積する。これにより、制御手段６９等を用いて経時的又は統計的な解析を行うことができ、筋活動のパターンや度合い等を解析して提示することができる。
【００７２】
なお、蓄積手段６２は、ＡＤ変換手段６３により変換された内容や、フィルタ手段６４により処理された結果、周波数変換手段６５により変換された信号、サンプル積算手段６６により積算されたサンプルの内容、色相変換手段６７における色相変換結果、制御手段６９により得られる制御内容等の各種情報等も蓄積する。更に、蓄積手段６２は、必要に応じて蓄積されている各種データを読み出すことができる。
【００７３】
ＡＤ変換手段６３は、生体信号入力手段６１により得られる生体電位信号に対して「アナログ−デジタル」変換を行い、デジタル信号を生成する。
【００７４】
フィルタ手段６４は、ＡＤ変換手段６３により変換されたデジタル信号に対して生体電位信号に含まれるノイズ等を除去するため平滑化処理を行う。具体的には、フィルタ手段６４は、取得した生体電位信号を用いてバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）や、ノッチフィルタ（ＢＥＦ）等を行い、所定の帯域で信号のフィルタリングを行う。なお、上述した所定の帯域としては、例えば約５〜４００Ｈｚ程度の帯域を利用する。
【００７５】
また、周波数変換手段６５は、信号を周波数に変換する。これにより、電極からの強度を把握することができ、これにより、光や音の種類や強度を設定することができる。
【００７６】
また、サンプル積算手段６６は、電極ユニット５３から得られる信号を所定時間で複数取得し、取得した信号のうち幾つかの信号をサンプル信号として抽出し、抽出したサンプル信号の値を積算する。これにより、電極ユニット５３から取得した信号をそのまま用いるよりも、ノイズ信号等の影響を受けにくくするため、信頼度を向上させることができる。なお、積算量は、例えば１００サンプル程度を用いるのが好ましいが、電極ユニット５３からの受信状態や、受信側の処理性能等により任意に設定することができる。更に、提示する目的に応じて任意に設定してもよく、例えば時間応答性を重視した場合は３０サンプル程度、状態提示を重視した場合は１２０サンプル程度というように、５〜１０００程度の範囲内で任意に設定することができる。
【００７７】
色相変換手段６７は、サンプル積算手段６６により得られる信号をＨｕｅ変換し、光提示用の色相情報を取得する。これにより、電極から得られる信号に応じて光の種類や強度を調整することができる。
【００７８】
提示手段６８は、電極ユニット５３から得られた情報に基づいて、光か音の提示内容を決定し、決定した内容で提示する。具体的には、提示手段６８には、光提示手段６８−１、音提示手段６８−２を有しており、蓄積手段６２に蓄積されている予め設定された生体信号や発光させる場所等に対応した提示条件等に基づいて、制御手段６９等により光及び／又は音を制御して出力する。
【００７９】
ここで、上述した着用型インターフェースにおいて、例えば光ファイバにより発光領域を発光させるのであれば、光提示手段６８−１としてのＬＥＤを光源として光を発生させ、また音により提示させるのであれば、音提示手段６８−２としてのスピーカ等により、蓄積手段６２に蓄積されている予め設定された音の中から生体信号や発光させる場所に対応した所定の音を選択して出力させる。
【００８０】
制御手段６９は、提示制御ユニット２５の各構成部全体の制御を行う。具体的には、制御手段６９は、例えば本実施形態における提示処理を実現するために、生体信号入力処理や、ＡＤ変換処理、フィルタ処理、周波数変換処理、サンプル積算処理、色相変換処理等の各制御を行う。
【００８１】
なお、上述した実施形態において、ＡＤ変換手段６３、フィルタ手段６４、周波数変換手段６５、及びサンプル積算手段６６は、複数の電極から得られるそれぞれの信号に基づいて信号レベルを設定するレベル設定手段に相当し、レベル設定手段により得られる設定値に基づいて所定の提示が行われる。
【００８２】
また、上述した生体信号入力手段６１は、電極ユニット５３からの生体電位信号だけでなく他の生体信号（例えば、体温等）を入力し、入力した１つの信号、又は、少なくとも２つの信号を組み合わせて得られた信号等に基づいて上述したレベル設定や設定した内容に基づく提示を行うことができる。これにより、筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動を外部に容易に認識させることができる。
【００８３】
また、制御手段６９は、生体信号入力手段６１により得られる生体信号を蓄積手段６２に所定時間蓄積しておき、その時間に対する短時間平均パワー、包絡線等の計測波形の統計量、及び周波数スペクトルといった物理的特徴量に基づいて光提示を行うこともできる。
【００８４】
＜提示処理について＞
ここで、本実施形態における提示処理の一例について説明する。図７は、本実施形態における提示処理の一例を示す図である。なお、図７に示す例は、光提示の一例を示しているが、本発明においてはこれに限定されるものではなく、例えば音提示についても同様に適用することができる。
【００８５】
図７に示すように、上述した電極ユニットから得られた生体信号に対して信号の平滑化処理を行うため、所定の周波数（例えば、約１０Ｈｚ以上）を基準とした帯域通過フィルタ（ＨＰＦ）によるフィルタリングを行い、フィルタリングされた信号を増幅して提示制御ユニット２５に出力される。
【００８６】
提示制御ユニット２５では、入力された信号に対してＡＤ変換を行い、変換した信号に対して平滑化処理を行うため、所定の周波数（例えば、約３５０Ｈｚ以下）を基準とした帯域通過フィルタ（ＬＰＦ）によるフィルタリングを行い、フィルタリングした信号に対して周波数変換を行う。
【００８７】
次に、周波数変換されたデータに対して３０サンプルを用いた積算を行い、その値に対して色相変換を行い、色の提示内容及び取得した電極ユニットの設置位置にしたがって、所定箇所のＬＥＤを発光させ、光ファイバを経由して所定の発光領域を発光させる。
【００８８】
上述したように、本発明によれば、人体から取得した生体信号の強度、周波数に基づいて、光の強さ、色変化に変換すると共に、光提示パターンを変化させることで、多様な筋活動（筋緊張・筋疲労）を着用する着用型インターフェースにより表現することができる。また、複数の機器を同時に用いることで、筋活動の増長と、抑制とを促す効果を示すことができる。
【００８９】
＜他の実施形態＞
次に、本発明を適用した他の実施形態について図を用いて説明する。図８は、他の実施形態について説明するための一例を示す図である。ここで、図８（ａ）は、下半身用の上述した着用型インターフェースに温度センサ及び反力センサを設けた例を示し、また、図８（ｂ）は、Ｔシャツ型の着用型インターフェースの例を示し、図８（ｃ）は帽子タイプの着用型インターフェースを示し、図８（ｄ）は、リストバンド型のインターフェースの一例を示し、図８（ｅ）はアンダーフェア型の着用型インターフェースの一例を示している。なお、図８（ａ）〜（ｅ）には、図示していないが、光ファイバを介して発光させるＬＥＤ等の発光素子と、発光素子や生体電位センサに電力を供給する発光制御ユニットとが設けられている。
【００９０】
図８（ａ）は、上述した図４に示す着用型インターフェースに生体信号を取得するための温度センサ７１及び反力センサ７２が設けられている。温度センサ７１は、予め取り付けられた位置に対する筋肉（人体）の温度を計測し、その計測された温度に基づいて筋肉の疲労度を算出する。つまり、筋肉を使用し続けると温度が上昇するため、温度センサ７１により所定の間隔で温度を計測していき、その計測された値が予め設定した温度を超えた場合、或いは温度を超えた状態が所定時間以上継続した場合には、予め設定された疲労度を示す光や音を出力する。
【００９１】
また、反力センサ７２は、人体の踵に係る負荷を検出する。踵に負荷が係る場合には、筋肉が疲労している場合が想定されるため、反力センサ７２からの値に応じて予め設定した閾値と比較して、予め設定された疲労度を示す光や音を出力する。
【００９２】
また、図８（ａ）の例では、一対の電極４２−１，４２−２が設けられているため、各電極４２−１，４２−２から得られる信号、温度センサ７１から得られる信号、及び反力センサ７２から得られる信号のうち複数を組み合わせて、所定の発光領域に対して所定の発光や音を提示させることができる。
【００９３】
また、図８（ｂ）は、Ｔシャツ７３の生体信号提示装置であり、Ｔシャツ７３の胸の部分にハート形状の発光領域７４が設けられている。また、発光領域７４の裏側には上述したように一対の電極ユニットが設置されており、心臓の鼓動に対する生体信号を電極から取得することができる。これにより、電極から取得された値に基づいて心拍や脈拍に合わせて発光領域をリアルタイムに発光させることができる。また、図８（ｂ）に示すように、Ｔシャツ７３にスピーカ７５を設けることで、心臓の心拍や脈拍に合わせて、例えば「ドックンドックン」、「ピッ・ピッ」といったような心音に対応して音を出力することができる。
【００９４】
また、図８（ｃ）は、帽子型の生体信号提示装置であり、帽子７６の表面には発光領域７７が設けられており、また帽子７６の内部には、脳波の活動を取得する生体電位センサが設けられている。また、発光領域７７は、光ファイバにより脳波信号に似せて帽子７６に織り込まれ、生体信号提示装置と一体に形成されている。したがって、生体電位センサから得られる脳波の信号に応じて発光領域７７を発光させることで、脳波の活動をリアルタイムに外部に提示させることができる。
【００９５】
また、図８（ｄ）では、リストバンド型の生体信号提示装置であり、リストバンド７８には、光ファイバによる発光領域が織り込まれ、生体信号提示装置と一体に形成されている。また、リストバンド７８の内側には電極からなる生体電位センサが設置されており、直接装着者の脈拍による生体信号を取得し、取得した生体信号に対応させて発光領域７９を発光させる。
【００９６】
また、図８（ｅ）は、アンダーウェア型の生体信号提示装置であり、またアンダーウェア８０には、２つの発光領域８１−１，８１−２が光ファイバにより生地に織り込まれ、生体信号提示装置と一体に形成されている。また、アンダーウェア８０の内部には、腹圧を測定するための生体電位センサが設けられており、例えば電極等の生体電位センサにより測定された腹圧に応じて呼吸の様子を把握し、息を吸っている動作、又は、息を吐いている動作の何れかを判別して、２つの発光領域８１−１，８１−２のうち対応する一方の発光領域をリアルタイムに発光させる。これにより、呼吸の様子を外部に容易に認識させることができる。
【００９７】
なお、上述した図８（ａ）〜（ｅ）に示す実施形態は、少なくとも２つを適宜組み合わせて適用することができる。
【００９８】
上述した他の実施形態により、体中の筋活動を１又は複数の生体信号を用いて外部に容易に認識させることができる。このように、光や音等の提示手段を用いることで、多チャネルの情報をリアルタイムで観察できれば、一目でその筋肉の伸縮が観察できると共に、スポーツの練習効率の向上やリハビリテーションの上でのモチベーションの向上に繋がる。
【００９９】
上述したように本発明によれば、体における筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動を外部に容易に認識させることができる。つまり、本発明は、着衣上に光提示や音提示をする点に特色があり、リハビリテーションやスポーツ科学の分野に大きく貢献できると考えている。本発明では、短時間平均パワー、包絡線等の計測波形の統計量、及び周波数スペクトルといった物理的特徴量に基づく光提示に加え、筋の疲労度や緊張度も併せて解析することで、機能的な計測値に基づく光による筋活動の提示を行うことも可能である。
【０１００】
また、本発明は、生体信号の強度、周波数に基づいて、光の強さ、色変化、音の種類等に変換すると共に、光や音の提示パターンを変化させることで、例えば、筋緊張、筋疲労等の多様な筋活動を着用する着用型インターフェースにより表現することができる。
【０１０１】
また、複数の機器を同時に用いることで、筋活動の増長と、抑制とを促す効果を示すことができる。また、本発明は、例えば装着型人支援装置（ロボットスーツ）等と組み合わせることで、ロボットによる支援中に人間による筋活動の提示が可能になる等、人支援技術の補助機器として有効であると考えられる。
なお、本発明は、人体に限定されず、動物等にも着用させて利用することができる。
【０１０２】
更に、本発明における着用型生体信号提示装置は、認識が困難な筋活動に対する代替提示手段を実現でき、例えばダンス・バレエ等身体動作の訓練機器、及びエクササイズ、運動支援への応用、小型且つ形態可能な新しい提示装置への応用、筋活動の提示等による福祉機器やリハビリテーション機器、ゲーム機器、エンタティメント機器、玩具としても利用することができる。
【０１０３】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０，２０，３０，４０，５０ 着用型インターフェース
１１，２１ 発光素子
１２ 生体電位センサ
１３，２４ 音声出力手段
１４ 取付手段
２２，５１ 光ファイバ
２３，３１，４１，７４，７７，７９，８１ 発光領域
２５ 発光制御ユニット
４２ 電極
４３ ＧＮＤ
５２ 布
５３ 電極ユニット
５４ 体表
６０ 電源供給手段
６１ 生体信号入力手段
６２ 蓄積手段
６３ ＡＤ変換手段
６４ フィルタ手段
６５ 周波数変換手段
６６ サンプル積算手段
６７ 色相変換手段
６８ 提示手段
６９ 制御手段
７１ 温度センサ
７２ 反力センサ
７３ Ｔシャツ
７５ スピーカ
７７ 帽子
７８ リストバンド
８０ アンダーウェア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者の所定領域から得られる生体信号に基づいて筋活動を外部に提示する着用型生体信号提示装置において、
前記所定領域に対する前記生体信号を取得するための複数の生体信号検出手段と、
前記複数の生体信号検出手段から得られるそれぞれの生体信号の周波数に基づいて信号レベルを設定するレベル設定手段と、
前記レベル設定手段から得られる信号レベルに対応させて、予め設定された複数の光又は音から選択された所定の光又は音により外部に提示する生体信号提示手段とを有し、
前記生体信号検出手段及び前記提示手段は、前記使用者が着用する着用物と一体に形成されていることを特徴とする着用型生体信号提示装置。
【請求項２】
前記レベル設定手段は、
前記複数の生体信号検出手段から得られるそれぞれの信号を所定の帯域でフィルタリングするフィルタ手段と、
前記フィルタ手段により得られる信号に周波数変換を行う周波数変換手段と、
前記周波数変換手段により得られる周波数情報を所定数積算し、積算された結果から信号レベルを設定する積算手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の着用型生体信号提示装置。
【請求項３】
前記生体信号提示手段は、
発光光源と、該発光光源を予め設定された発光領域まで伝達させる光ファイバとを有し、
前記光ファイバは、前記着用物に織り込まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の着用型生体信号提示装置。
【請求項４】
前記生体信号検出手段は電極であり、前記電極は、予め設定された前記使用者の筋肉からの生体電位信号を取得できる位置に設け、前記発光領域は、前記筋肉の位置に前記筋肉と同じ形状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の着用型生体信号提示装置。
【請求項５】
前記生体信号提示手段は、
前記周波数変換手段により得られる周波数による音データを出力する音声出力手段を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の着用型生体信号提示装置。
【請求項６】
使用者の所定領域から得られる生体電位信号に基づいて筋活動を外部に提示する着用型生体信号提示方法において、
予め設定された複数の生体信号検出手段により前記所定領域に対する前記生体電位信号を取得する生体信号取得ステップと、
前記生体信号取得ステップにより得られる複数の生体信号検出手段からのそれぞれの信号の周波数に基づいて信号レベルを設定するレベル設定ステップと、
前記レベル設定ステップから得られる信号レベルに対応させて、予め設定された複数の光又は音から選択された所定の光又は音を提示手段により外部に提示する生体信号提示ステップとを有し、
前記生体信号検出手段及び前記提示手段は、前記使用者が着用する着用物と一体に形成されていることを特徴とする着用型生体信号提示方法。
【請求項７】
前記レベル設定ステップは、
前記複数の生体信号検出手段から得られるそれぞれの信号を所定の帯域でフィルタリングするフィルタリングステップと、
前記フィルタリングステップにより得られる信号に周波数変換を行う周波数変換ステップと、
前記周波数変換ステップにより得られる周波数情報を所定数積算し、積算された結果から信号レベルを設定する積算ステップとを有することを特徴とする請求項６に記載の着用型生体信号提示方法。
【請求項８】
前記生体信号提示ステップは、
発光光源と、該発光光源を予め設定された発光領域まで伝達させる光ファイバとを有し、
前記光ファイバは、前記着用物に織り込まれていることを特徴とする請求項６又は７に記載の着用型生体信号提示方法。
【請求項９】
前記生体信号検出手段は電極であり、前記電極は、予め設定された前記使用者の筋肉からの生体電位信号を取得できる位置に設け、前記発光領域は、前記筋肉の位置に前記筋肉と同じ形状に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の着用型生体信号提示方法。
【請求項１０】
前記生体信号提示ステップは、
前記周波数変換ステップにより得られる周波数による音データを音声出力手段により出力する音声出力ステップを有することを特徴とする請求項６乃至９の何れか１項に記載の着用型生体信号提示方法。
【請求項１】
使用者の所定領域から得られる生体信号に基づいて筋活動を外部に提示する着用型生体信号提示装置において、
前記所定領域に対する前記生体信号を取得するための複数の生体信号検出手段と、
前記複数の生体信号検出手段から得られるそれぞれの生体信号の周波数に基づいて信号レベルを設定するレベル設定手段と、
前記レベル設定手段から得られる信号レベルに対応させて、予め設定された複数の光又は音から選択された所定の光又は音により外部に提示する生体信号提示手段とを有し、
前記生体信号検出手段及び前記提示手段は、前記使用者が着用する着用物と一体に形成されていることを特徴とする着用型生体信号提示装置。
【請求項２】
前記レベル設定手段は、
前記複数の生体信号検出手段から得られるそれぞれの信号を所定の帯域でフィルタリングするフィルタ手段と、
前記フィルタ手段により得られる信号に周波数変換を行う周波数変換手段と、
前記周波数変換手段により得られる周波数情報を所定数積算し、積算された結果から信号レベルを設定する積算手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の着用型生体信号提示装置。
【請求項３】
前記生体信号提示手段は、
発光光源と、該発光光源を予め設定された発光領域まで伝達させる光ファイバとを有し、
前記光ファイバは、前記着用物に織り込まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の着用型生体信号提示装置。
【請求項４】
前記生体信号検出手段は電極であり、前記電極は、予め設定された前記使用者の筋肉からの生体電位信号を取得できる位置に設け、前記発光領域は、前記筋肉の位置に前記筋肉と同じ形状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の着用型生体信号提示装置。
【請求項５】
前記生体信号提示手段は、
前記周波数変換手段により得られる周波数による音データを出力する音声出力手段を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の着用型生体信号提示装置。
【請求項６】
使用者の所定領域から得られる生体電位信号に基づいて筋活動を外部に提示する着用型生体信号提示方法において、
予め設定された複数の生体信号検出手段により前記所定領域に対する前記生体電位信号を取得する生体信号取得ステップと、
前記生体信号取得ステップにより得られる複数の生体信号検出手段からのそれぞれの信号の周波数に基づいて信号レベルを設定するレベル設定ステップと、
前記レベル設定ステップから得られる信号レベルに対応させて、予め設定された複数の光又は音から選択された所定の光又は音を提示手段により外部に提示する生体信号提示ステップとを有し、
前記生体信号検出手段及び前記提示手段は、前記使用者が着用する着用物と一体に形成されていることを特徴とする着用型生体信号提示方法。
【請求項７】
前記レベル設定ステップは、
前記複数の生体信号検出手段から得られるそれぞれの信号を所定の帯域でフィルタリングするフィルタリングステップと、
前記フィルタリングステップにより得られる信号に周波数変換を行う周波数変換ステップと、
前記周波数変換ステップにより得られる周波数情報を所定数積算し、積算された結果から信号レベルを設定する積算ステップとを有することを特徴とする請求項６に記載の着用型生体信号提示方法。
【請求項８】
前記生体信号提示ステップは、
発光光源と、該発光光源を予め設定された発光領域まで伝達させる光ファイバとを有し、
前記光ファイバは、前記着用物に織り込まれていることを特徴とする請求項６又は７に記載の着用型生体信号提示方法。
【請求項９】
前記生体信号検出手段は電極であり、前記電極は、予め設定された前記使用者の筋肉からの生体電位信号を取得できる位置に設け、前記発光領域は、前記筋肉の位置に前記筋肉と同じ形状に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の着用型生体信号提示方法。
【請求項１０】
前記生体信号提示ステップは、
前記周波数変換ステップにより得られる周波数による音データを音声出力手段により出力する音声出力ステップを有することを特徴とする請求項６乃至９の何れか１項に記載の着用型生体信号提示方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１６１０２５（Ｐ２０１１−１６１０２５Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７６０１（Ｐ２０１０−２７６０１）
【出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
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