(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
手首に装着したバンドの内面に設置され、この装着した手の指先で所望の支持物体を叩く打指動作に伴う衝撃もしくは加速度を検出する５個以上の複数の加速度センサと、
該加速度センサ群の信号を受けて、相互に独立な入力信号を分離するＩＣＡ法もしくはＢＳＳ法を用いて、各指に由来する打指信号の分離を行う分離手段と、
個人毎もしくは個人内の各種のシチュエーションに対応する、前記分離手段の内部状態を記録する状態テーブルと、
前記分離手段から出力される各指の出力毎に、打指入力に特有の８０〜２００Ｈｚの周波数領域の有無を検出する打指検出手段と、
キャリブレーション状態において、操作者に対して打指入力すべき指を知らせる報知手段と、
該報知手段の指示に従って順序もしくはランダムに打指入力を受け付け、前記分離手段の出力のうちアクティブになったものを前記報知手段で指示した指に対応づけることにより、前記状態テーブルの再構成もしくは補正動作を行う手段と、からなることを特徴とする手首装着型入力装置。
【請求項２】
手首に装着したバンドの内面に設置され、この装着した手の指先で所望の支持物体を叩く打指動作に伴う筋電位を検出する５個以上の複数の筋電位センサと、
該筋電位センサ群の信号を受けて、相互に独立な入力信号を分離するＩＣＡ法もしくはＢＳＳ法を用いて、各指に由来する打指信号の分離を行う分離手段と、
個人毎もしくは個人内の各種のシチュエーションに対応する、前記分離手段の内部状態を記録する状態テーブルと、
前記分離手段から出力される各指の出力毎に、打指入力に特有の筋電信号の有無を検出する打指検出手段と、
キャリブレーション状態において、操作者に対して打指入力すべき指を知らせる報知手段と、
該報知手段の指示に従って順序もしくはランダムに打指入力を受け付け、前記分離手段の出力のうちアクティブになったものを前記報知手段で指示した指に対応づけることにより、前記状態テーブルの再構成もしくは補正動作を行う手段と、
からなることを特徴とする手首装着型入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、手首装着型入力装置に関し、特に、使用時刻、使用場所に関係なく、いつでもどこでも文字入力等の入力動作が行える常装着型入力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、指先の打指によって入力を行う手首装着型入力装置としては、例えば、特許第２６９８３２０号（特開平７−１２１２９４号公報）に開示されている常装着型入力システムがある。この装置では指の付け根にセンサを装着する必要があるという問題点があった。また、この特開平７−１２１２９４号公報には手首に設置した筋電センサ群によって指の弁別を行う旨の記述があるが、センサ群の入力信号の分離手法が明らかにされていないという問題点があった。
【０００３】
また、手首にセンサを設置したものには、例えば、特願平９−６３４号に開示されている「常装着型電話装置」がある。この装置は、指の弁別ができないという問題点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、手首周囲に設置した複数個の衝撃（加速度）センサを用いて、打指した指の弁別を行い、コマンドや文字の入力を行うことが可能な技術を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、手首周囲に設置した複数個の筋電センサを用いて、打指した指の弁別を行い、コマンドや文字の入力を行うことが可能な技術を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、手首周囲に設置した衝撃（加速度）センサと、同じく手首周囲に設置した複数個の筋電センサを用いて、打指した指の弁別を行い、コマンドや文字の入力を行うことが可能な技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１１】
（１）手首に装着したバンドの内面に設置され、この装着した手の指先で所望の支持物体を叩く打指動作に伴う衝撃もしくは加速度を検出する５個以上の複数の加速度センサと、該加速度センサ群の信号を受けて、相互に独立な入力信号を分離するＩＣＡ（Ｉndependent Ｃomponent Ａnalysis）法もしくはＢＳＳ（Ｂlind Ｓource Ｓeparation）法を用いて、各指に由来する打指信号の分離を行う分離手段と、個人毎もしくは個人内の各種のシチュエーションに対応する、前記分離手段の内部状態を記録する状態テーブルと、前記分離手段から出力される各指の出力毎に、打指入力に特有の８０〜２００Ｈｚの周波数領域の有無を検出する打指検出手段と、キャリブレーション状態において、操作者に対して打指入力すべき指を知らせる報知手段と、該報知手段の指示に従って順序もしくはランダムに打指入力を受け付け、前記分離手段の出力のうちアクティブになったものを前記報知手段で指示した指に対応づけることにより、前記状態テーブルの再構成もしくは補正動作を行う手段とからなる手首装着型入力装置である。
【００１２】
（２）手首に装着したバンドの内面に設置され、この装着した手の指先で所望の支持物体を叩く打指動作に伴う筋電位を検出する５個以上の複数の筋電位センサと、該筋電位センサ群の信号を受けて、相互に独立な入力信号を分離するＩＣＡ法もしくはＢＳＳ法を用いて、各指に由来する打指信号の分離を行う分離手段と、個人毎もしくは個人内の各種のシチュエーションに対応する、前記分離手段の内部状態を記録する状態テーブルと、前記分離手段から出力される各指の出力毎に、打指入力に特有の筋電信号の有無を検出する打指検出手段と、キャリブレーション状態において、操作者に対して打指入力すべき指を知らせる報知手段と、該報知手段の指示に従って順序もしくはランダムに打指入力を受け付け、前記分離手段の出力のうちアクティブになったものを前記報知手段で指示した指に対応づけることにより、前記状態テーブルの再構成もしくは補正動作を行う手段とからなる手首装着型入力装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態（実施例）を図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の手首装着型入力装置の概略構成を示す図であり、図２は本実施例１の回路構成を示すブロック構成図である。
【００１８】
本実施例１の手首装着型入力装置は、複数の加速度センサを用いた入力装置であり、図１及び図２に示すように、操作者の手ＨＡの手首部分には入力装置本体ＷＴが設置されており、その手首バンドの内側には、衝撃（加速度）センサＳＮ１〜ＳＮ５が設置されている。入力装置本体ＷＴの内部には、分離手段ＢＳ、状態テーブルＩＴ、打指検出手段ＦＴ、コマンド生成手段ＣＭ、コマンドテーブルＣＴ、送信器ＴＸ、バッテリＢＴ、が内蔵されている。
【００１９】
また、入力装置本体ＷＴの外部には、キャリブレーション状態を示す状態ディスプレイＦＤ、各指に対応したガイドディスプレイＬＤ１〜ＬＤ５、入力用ボタンＢＴ、スピーカＳＰが設置されている。
【００２０】
入力装置ＷＴを装着した手ＨＡの指先Ｆ１〜Ｆ５を用いて、支持物体上で打指動作（指先で支持物体を叩く動作）を行うと、打指時の衝撃（加速度）が、各指の指先Ｆ１〜Ｆ５を通じて、手首に設置された衝撃（加速度）センサＳＮ１〜ＳＮ５に到達する。
【００２１】
センサＳＮ１〜ＳＮ５は、手首バンドの内側に適当な配置で設置されているが、この場合、センサの設置位置と、その周囲の手首の組織の違いによって、各々のセンサには、わずかに異なった信号が到達する。
【００２２】
これらの信号（群）から、各指毎の打指信号を分離するのに用いられるのが、分離手段ＢＳである。分離手段ＢＳには、ＩＣＡ（Ｉndependent Ｃomponent Ａnalysis）法もしくはＢＳＳ（Ｂlind Ｓource Ｓeparation）法と呼ばれる手法を用いる。
【００２３】
ＩＣＡ（ＢＳＳ）法は、相互に独立な入力信号を分離する手法であり、入力信号に関する情報が与えられなくても良いという特徴を有する。ＩＣＡについては、例えば、“Ｎeural Ａpproaches to Ｉndependent Ｃomponent Ａnalysis andＳource Ｓeparation”，Ｊuha Ｋarhunen，Ｐroc of 4th Ｅuropian Ｓymposium on Ａrtificial Ｎeural Ｎetwork（ESANN’96），pp．249〜266（1996）等を参照されたい。
【００２４】
分離手段ＢＳを通すことによって、センサ群の入力は、ＦＩ１〜ＦＩ５の各指毎の信号に分離される。分離された各指毎の信号Ａ１〜Ａ５は、打指検出手段ＦＴによって、打指動作に特徴的な周波数領域（主に８０〜２００Ｈｚ）の有無を検出され、打指パルスＰ１〜Ｐ５として、コマンド生成手段ＣＭに送られる。
【００２５】
コマンド生成手段ＣＭでは、打指パルスＰ１〜Ｐ５の相互のタイミングから、コマンドテーブルＣＴを用いて、出力コマンドＣＭＤを決定し、送信器ＴＸを用いてホストコンピュータＨＳに送出する。
【００２６】
なお、センサの数は指の数の５より多ければ、いくつでも構わない。その場合、分離手段ＢＳの出力（通常、センサの個数だけ存在する）のうち、出力レベルの高いもの５個について考慮すれば良い。
【００２７】
次に、本実施例１の手首装着型入力装置におけるキャリブレーションの手法について述べる。
【００２８】
本手法においては、手首回りの組織の違いや、センサ設置位置の個人差が大きい為、操作者毎にキャリブレーションを行う必要がある。また、同一操作者であっても、装着時のずれ等を吸収する為のキャリブレーションが必要である。
【００２９】
また、ＢＳＳ法においては、“入出力の組み合わせは不定である”という特徴が存在するので、そのままでは、分離後の出力が、どの指由来の打指信号であるかがわからない。
【００３０】
そこで、以下に示すようなキャリブレーションを行うことで、個人差及び個内差を吸収すると共に、各出力と指との関係を決定する。
【００３１】
図３及び図４は衝撃（加速度）センサＳＮ１〜ＳＮ５の各出力と指との関係を決定するためのキャリブレーションを行う処理手順を示すフローチャートである。
【００３２】
前記キャリブレーションを行う処理は、図３及び図４に示す処理手順で行う。
【００３３】
１．使用開始：最も最近まで使用されていた分離手段ＢＳの内部状態を状態テーブルＩＴよりＢＳにロードする（Ｓ３０１）。
【００３４】
２．初期化報知：状態ディスプレイ装置ＦＤを用いて、操作者に「表示に従って打指を行う」ことを報知する（Ｓ３０２）。この場合、スピーカＳＰによる音響報知を併用すると効果的である。
【００３５】
３．初期化：順番もしくはランダムにガイドディスプレイＬＤ１〜ＬＤ５を（一度に一つだけ）点灯させ（Ｓ３０３）、操作者に点灯したガイドディスプレイに対応する指での打指動作を行わせる（Ｓ３０４）。分離手段ＢＳには、打指検出手段ＦＴからのフィードバック入力があり、これを用いて、ガイドディスプレイＬＤで指示した通りの打指動作が打指検出手段ＦＴから出力されたかどうかを調べる（Ｓ３０５、Ｓ３０６）。入出力が一致していた場合は、終了フェイズに移動する（Ｓ３０７）。
【００３６】
４．再初期化報知：入出力が不一致の場合は、分離手段ＢＳの内部状態をクリアし（Ｓ３０８）、状態ディスプレイＦＤを用いて、操作者に「自由に打指を行う」ことを報知する（Ｓ３０９）。
【００３７】
５．再初期化：操作者が行う自由な打指を入力とし（Ｓ３１０）、分離手段ＢＳの内部状態を校正、内部状態が収束するまで繰り返す（Ｓ３１１、Ｓ３１２）。
【００３８】
６．対応付け報知：状態ディスプレイＦＤを用いて、操作者に「表示に従って打指を行う」ことを報知する（Ｓ３１３）。
【００３９】
７．対応付け：順番もしくはランダムにガイドディスプレイＬＤ１〜ＬＤ５を点灯させ（Ｓ３１４）、操作者に点灯したガイドディスプレイに対応する指での打指動作を行なわせる（Ｓ３１５）。この時の分離手段ＢＳの出力のうち、アクティブになったものを、ガイドディスプレイＬＤで指示した指に対応付けながら（Ｓ３１６）、全ての指の対応付けが行なわれるまで繰り返す（Ｓ３１７）。
【００４０】
８．チェック（省略可能）：順番もしくはランダムにガイドディスプレイＬＤ１〜ＬＤ５を（一度にひとつだけ）点灯させ、操作者に点灯したガイドディスプレイに対応する指での打指動作を行なわせる。分離手段ＢＳには、打指検出手段ＦＴからのフィードバック入力があり、これを用いて、ガイドディスプレイＬＤで指示した通りの打指動作が打指検出手段ＦＴから出力されたかどうかを調べる。入出力が不一致の場合は、再初期化報知フェイズに戻る。
【００４１】
９．終了：状態ディスプレイＦＤ装置を用いて、操作者に「初期化完了」を報知し、分離手段ＢＳの内部状態を、状態テーブルＩＴに保存する（Ｓ３１８）。
【００４２】
なお、分離手段ＢＳの内部状態は使用中にもわずかに変化するので、常に内部状態を更新し、状態テーブルＩＴに保存しておくことで、次回の起動時の再初期化を防ぐことができる。
【００４３】
また、ボタンＢＴを用いて、操作者の指定や操作状態の指定など、特定の内部状態を指定することや、強制的に再初期化を行なわせることもできる。
【００４４】
さらに、使用開始時に複数個の内部状態について、順次ロードを行い、一致度のテストを行うことによって、最も正確な内部状態を自動的に選択することも可能である。
【００４５】
（実施例２）
図５は本発明の実施例２の手首装着型入力装置の概略構成を示すブロック回路構成図、図６はマトリクス筋電センサ及び衝撃センサの配置例を示す図（入力装置本体ＷＴを開き腕に接する方から見た図）、図７はトリガ信号と筋電センサの時間関係を示す図である。
【００４６】
本実施例２の手首装着型入力装置は、衝撃センサ及びマトリクス筋電センサを用いた入力装置であり、その外観全体構成は図１と同様の構成である。本実施例２の手首装着型入力装置は、図５に示すように、操作者の手ＨＡの手首部分には入力装置本体ＷＴが設置されており、その手首バンドの内側の腕に接する表面に、マトリクス筋電センサＴＭ１〜ＴＭｍ、及び衝撃センサＳＮが設置されている。  前記入力装置本体ＷＴの内部には、分離手段ＢＳ、トリガ生成手段ＴＲ、状態テーブルＩＴ、打指検出手段ＦＴ、コマンド生成手段ＣＭ、コマンドテーブルＣＴ、送信器ＴＸ、バッテリＢＴが内蔵されている。
【００４７】
また、前記入力装置本体ＷＴの外部には、図１と同様に、キャリブレーション状態を示す状態ディスプレイＦＤ、各指に対応したガイドディスプレイＬＤ１〜ＬＤ５、入力用ボタンＢＴ、スピーカＳＰ、が設置されている。
【００４８】
主な動作は前記実施例１と同じであるが、本実施例２の場合は、センサ群が衝撃（加速度）センサではなく、筋電センサＴＭである点と、トリガ検出用の衝撃（加速度）センサ（ＴＲ）がある点が異なる。本実施例２では、筋電センサＴＭは隣接する２個を一組とし、それらの間の電位差を捉えている。
【００４９】
前記入力装置本体ＷＴを装着した手ＨＡの指先Ｆ１〜Ｆ５を用いて、支持物体上で打指動作（指先で支持物体を叩く動作）を行うと、打指時の衝撃（加速度）が、手首に設置された衝撃（加速度）センサＳＮに到達する。
【００５０】
衝撃（加速度）センサＳＮの出力は、トリガ生成手段ＴＲに伝えられ、打指動作に特徴的な周波数領域（主に８０〜２００Ｈｚ）の有無が検出され、トリガＴＧとして打指検出手段ＦＴに送られる。この場合、どの指で打指を行った場合でも、トリガＴＧは発生する。同時に、打指時の筋電信号が、筋電センサ群ＴＭで捉えられる。筋電センサＴＭは、手首バンドの内側に適当な配置で設置されているが、この場合、センサの設置位置と、その周囲の手首の組織の違いによって、各々のセンサには、わずかに異なった信号が到達する。
【００５１】
これらの信号（群）は、分離手段ＢＳによって各指由来の信号Ｋ１〜Ｋ５に分離される。分離手段ＢＳの動作及びキャリブレーションの手法は、前記実施例１に準ずる。分離手段ＢＳで各指毎に分離された筋電信号は、打指検出手段ＦＴに伝えられ、図７のように、トリガＴＧの前後のあらかじめ設定された一定時間ＬＮの筋電信号Ｋ１〜Ｋ５を用いて、各指の打指動作を検出し、打指パルスＰ１〜Ｐ５として、コマンド生成手段ＣＭに送られる。
【００５２】
コマンド生成手段ＣＭでは、打指パルスＰ１〜Ｐ５の相互のタイミングから、コマンドテーブルＣＴを用いて、出力コマンドＣＭＤを決定し、送信器ＴＸを用いてホストコンピュータＨＳに送出する。
【００５３】
なお、筋電センサＴＭの数は指の数の５（組）より多ければ、いくつでも構わない。その場合、分離手段ＢＳの出力（通常、センサの個数だけ存在する）のうち、出力レベルの高いもの５個について考慮すれば良い。
【００５４】
なお、衝撃（加速度）センサＳＮを用いずに、筋電センサＴＭのみを用いて本装置を構成することも可能である。この場合、トリガＴＧを生成することができないので、筋電信号Ｋ１〜Ｋ５を常に監視し、打指動作を検出する必要がある。
【００５５】
以上、本発明を実施形態（実施例）に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態（実施例）に限定されるものではなく、その旨要を逸脱しない範囲において種々変更し得ることはいうまでもない。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、手首周囲に設置した複数個の衝撃（加速度）センサを用いて、打指した指の弁別を行うので、コマンドや文字の入力を行うことができる。
【００５７】
また、手首周囲に設置した複数個の筋電センサを用いて、打指した指の弁別を行うので、コマンドや文字の入力を行うことができる。
【００５８】
また、手首周囲に設置した衝撃（加速度）センサと、同じく手首周囲に設置した複数個の筋電センサを用いて、打指した指の弁別を行うので、コマンドや文字の入力を行うことができる。
【００５９】
すなわち、設置の簡便な手首のみにセンサを設置して、打指動作を検出し、コマンドや文字として入力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の手首装着型入力装置の概略構成を示す図である。
【図２】本実施例１の回路構成を示すブロック構成図である。
【図３】本実施例１のキャリブレーションを行う処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図３のフローチャートの続き。
【図５】本発明の実施例２の手首装着型入力装置の概略構成を示すブロック回路構成図である。
【図６】本実施例２のマトリクス筋電センサ及び衝撃センサの配置例を示す図（入力装置本体ＷＴを開き、腕に接する方から見た図）である。
【図７】本実施例２のトリガ信号と筋電センサの時間関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
ＷＴ…入力装置本体、ＳＮ１〜ＳＮ５…衝撃（加速度）センサ、ＢＳ…分離手段、ＩＴ…状態テーブル、ＦＴ…打指検出手段、ＣＭ…コマンド生成手段、ＣＴ…コマンドテーブル、ＴＸ…送信器、ＢＴ…バッテリ、ＦＤ…状態ディスプレイ、ＬＤ１〜ＬＤ５…ガイドディスプレイ、ＢＴ…入力用ボタン、ＳＰ…スピーカ、ＴＭ１〜ＴＭｍ…マトリクス筋電センサ、ＴＲ…トリガ生成手段。
【図１】
0003677149.tif 000002
【図２】
0003677149.tif 000003
【図３】
0003677149.tif 000004
【図４】
0003677149.tif 000005
【図５】
0003677149.tif 000006
【図６】
0003677149.tif 000007
【図７】
0003677149.tif 000008