JP2015125544A

JP2015125544A - 電子機器、方法およびプログラム

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Publication number: JP2015125544A
Application number: JP2013268629A
Authority: JP
Inventors: 康裕鹿仁島; Yasuhiro Kanishima; 隆須藤; Takashi Sudo
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2015-07-06
Also published as: US20150182139A1

Abstract

【課題】消費電力を状況に応じて適切に低減することが可能な電子機器を提供する。【解決手段】実施形態によれば、電子機器は、人体に装着された状態で使用される。電子機器は、１以上のセンサと、判定手段と、制御手段とを具備する。判定手段は、前記１以上のセンサの中の少なくとも１つのセンサの検出値に基づき、前記電子機器を装着するユーザが覚醒状態または睡眠状態のいずれの状態にあるのかを判定する。制御手段は、覚醒状態にあると判定した場合、前記電子機器の動作モードを第１モードに設定し、睡眠状態にあると判定した場合、前記電子機器の動作モードを第２モードに設定する。【選択図】図４

Description

本実施形態は、例えば腕時計や眼鏡のように人体に装着するタイプの電子機器に好適な省電力制御技術に関する。

近年、タブレット端末やスマートフォンといったバッテリ駆動可能な携帯型電子機器が広く普及している。また、最近では、ウェアラブル端末などと称される、腕時計や眼鏡のように人体に装着するタイプの電子機器も登場し始めている。

特許第４０２３４２９号公報

ウェアラブル端末は、人体に装着するという特性上、小型軽量化が求められ、動作用の電力を供給するためのバッテリも容量が限られる。このため、ウェアラブル端末は、低消費電力化が強く要求される。

本発明の一形態は、消費電力を状況に応じて適切に低減することが可能な電子機器、方法およびプログラムを提供することを目的とする。

実施形態によれば、電子機器は、人体に装着された状態で使用される。電子機器は、１以上のセンサと、判定手段と、制御手段とを具備する。判定手段は、前記１以上のセンサの中の少なくとも１つのセンサの検出値に基づき、前記電子機器を装着するユーザが覚醒状態または睡眠状態のいずれの状態にあるのかを判定する。制御手段は、覚醒状態にあると判定した場合、前記電子機器の動作モードを第１モードに設定し、睡眠状態にあると判定した場合、前記電子機器の動作モードを第２モードに設定する。

実施形態の電子機器の外観を示す斜視図。実施形態の電子機器のシステム構成を示す図。実施形態の電子機器における脈波センサの状態遷移図。実施形態の電子機器の脈波センサによる消費電力の低減化に関する機能ブロックを示す図。実施形態の電子機器が実行する脈波センサによる消費電力の低減化処理の手順を示すフローチャート。

以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。

本実施形態の電子機器は、人体に装着するタイプのいわゆるウェアラブル端末として実現される。ここでは、本電子機器が、腕時計型のウェアラブル端末として実現され、ユーザの腕部（手首）に常時装着される場合を想定する。

図１は、ウェアラブル端末１の斜視図である。ウェアラブル端末１は、本体１１を備えている。本体１１は、薄い筐体から構成されている。この筐体内には、様々な電子部品が設けられている。本体１１の上面には、液晶表示装置（ＬＣＤ）のようなディスプレイ１２が配置されている。ディスプレイ１２はその表示画面上の接触位置を検知可能なタッチスクリーンディスプレイであってもよい。また、本体１１の側面には、操作ボタン１３が配置されている。

ウェアラブル端末１は、本体１１を人体（腕部）に装着するためのベルト（バンド）２１Ａ、２１Ｂを備える。ベルト２１Ａ、２１Ｂの各々は、可撓性を有する部材によって実現されている。

図２は、ウェアラブル端末１のシステム構成を示す図である。

ウェアラブル端末１の本体１１には、図１で示したディスプレイ１２、操作ボタン１３のほか、図２に示されるように、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、無線通信モジュール３４、複数のセンサ３５Ａ，３５Ｂ，…、ＥＣ（Embedded controller）３６、バッテリ３７等が配置されている。

ＣＰＵ３１は、ウェアラブル端末１内の各種モジュールの動作を制御するプロセッサである。ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３３を作業領域として利用しながら、ＲＯＭ３２に格納される各種プログラムを実行する。各種プログラムの１つとして、後述する生体情報取得プログラム１００が存在する。

無線通信モジュール３４は、例えばIEEE 802.11g規格に準拠した無線通信を実行するモジュールである。複数のセンサ３５Ａ，３５Ｂ，…は、例えば、脈波センサ、加速度センサ、角速度センサ、地磁気センサ、温度センサ、湿度センサ、照度センサ等である。ここでは、センサ３５Ａが脈波センサであり、センサ３５Ｂが３軸加速度センサであるものと想定する。各センサの検出値は、ＲＡＭ３３に格納され、生体情報取得プログラム１００を含む様々なプログラムによって利用される。

ＥＣ３６は、ウェアラブル端末１内の各種モジュールに対するバッテリ３７の電力の供給制御を司るＰＳＣ（Power supply controller）３６１を含むワンチップマイクロコンピュータである。ＥＣ３６は、操作ボタン１３の操作によるユーザからの指示を受け付ける機能を有している。

生体情報取得プログラム１００は、例えば、脈波センサ３５Ａを用いて、ウェアラブル端末１を装着するユーザの脈拍や自律神経の活性状況等の生体情報を取得するプログラムである。脈波センサ３５Ａは、例えば反射式の光電センサであり、血液中のヘモグロビンが光を吸収する事象を利用して、血管に向けて発光した光の反射光を受光することで血流の強弱を計測する。透過式の光電センサの場合には、血管を透過した光を受光する。いずれの場合も、血流が強い時には、血流が弱い時と比較して、ヘモグロビンによる光の吸収量が多くなるので、反射光または透過光の受光量は小さくなる。

このように光を発光して脈波を計測する脈波センサ３５Ａの消費電力量は、ウェアラブル端末１の総消費電力量に占める割合が小さくない。そこで、本実施形態のウェアラブル端末１は、この脈波センサ３５Ａの発光パワーを適応的に制御して、消費電力を状況に応じて適切に低減する仕組みを備えたものであり、以下、この点について詳述する。

生体情報取得プログラム１００は、ウェアラブル端末１を装着するユーザが睡眠状態となった場合、脈波センサ３５Ａを睡眠モードに設定し、また、ユーザが覚醒状態となった場合、覚醒モードに設定する。つまり、本実施形態のウェアラブル端末１における脈波センサ３５Ａは、図３に示すように、睡眠モード（ａ１）と覚醒モード（ａ２）との間で適応的に状態が遷移する。睡眠モードは、脈波センサ３５Ａの発光パワーを（覚醒モード時よりも）低減させるモードである。

ウェアラブル端末１は、（ウェアラブル端末１を装着する）ユーザの覚醒時、体動および外光が大きい環境下で動作することが考えられる。体動および外光は、光電センサである脈波センサ３５Ａにおいてはノイズとして作用する。一方、ウェアラブル端末１は、ユーザの睡眠時、体動および外光が小さい環境下で動作することが考えられる。そこで、本実施形態のウェアラブル端末１は、体動および外光の影響が大きい覚醒時には、脈波センサ３５Ａの発光パワーをある程度の大きさにして水準以上のＳ／Ｎ比を確保しつつ、体動および外光の影響が小さい睡眠時には、（水準以上のＳ／Ｎ比を確保できる範囲内で）脈波センサ３５Ａの発光パワーを小さくして脈波センサ３５Ａの消費電力を抑える。

ウェアラブル端末１を装着するユーザが睡眠状態または覚醒状態のいずれの状態にあるのかは、例えば、睡眠状態では覚醒状態よりも脈拍数が低下する傾向があることから、脈波センサ３５Ａの検出値に基づき判定することができる。また、例えば、睡眠状態では腕の動きに特定のパターンが表れる傾向があることから、加速度センサ３５Ｂの検出値に基づき判定することができる。勿論、脈波センサ３５Ａの検出値と加速度センサ３５Ｂの検出値との両方に基づき複合的に判定してもよい。その他、例えば、睡眠状態では覚醒状態よりも体温（人体の表面温度）が低下する傾向があることから、温度センサの検出値を用いてもよい。更に、睡眠状態の場合は外光が小さい環境下にあるとの想定で、照度センサの検出値を副次的に用いることも可能である。

図４は、ウェアラブル端末１の脈波センサ３５Ａによる消費電力の低減化に関する機能ブロックを示す図である。なお、ここでは、脈波センサ３５Ａの検出値に基づき、ウェアラブル端末１を装着するユーザが睡眠状態または覚醒状態のいずれの状態にあるのかを判定する場合を想定する。

図４に示すように、脈波センサ３５Ａは、電流制御部４１、Ｄ／Ａ変換部４２、発光ダイオード駆動部４３、発光ダイオード４４、フォトダイオード４５、増幅部４６、フィルタ４７、Ａ／Ｄ変換部４８およびタイミング制御部４９を有している。

発光ダイオード４４およびフォトダイオード４５は、ウェアラブル端末１を装着するユーザの皮膚に近接する本体１１の裏面に配置される。脈波センサ３５Ａは、皮膚近くの血管に向けて発光ダイオード４４から光を発光し、その反射光をフォトダイオード４５によって受光する。発光ダイオード駆動部４３は、Ｄ／Ａ変換部４２から供給される駆動信号に基づき、発光ダイオード４４を駆動する。従って、この駆動信号の値を制御すべくＤ／Ａ変換部４２を制御することにより、発光ダイオード４４の発光パワーを制御することができる。そこで、（ａ）電流制御部４１によって電流値を設定する、（ｂ）タイミング制御部４９によってデューティ比を設定する、の一方または両方により、発光ダイオード４４の発光パワーを制御する。

フォトダイオード４５からは、反射光の受光量を示すデータが出力され、増幅部４６によって増幅される。増幅されたデータは、フィルタ４７を介してＡ／Ｄ変換部４８に供給され、タイミング制御部４９からの同期信号に基づき、発光ダイオード４４の発光タイミングと対応するタイミングでデータ（脈波データ）がＡ／Ｄ変換部４８から出力される。

生体情報取得プログラム１００は、ユーザインタフェース（ＵＩ）部５１と演算処理部５２とを有している。演算処理部５２は、脈波センサ３５ＡのＡ／Ｄ変換部４８から出力される脈波データから、ウェアラブル端末１を装着するユーザが睡眠状態または覚醒状態のいずれの状態にあるのかを判定する。

ウェアラブル端末１を装着するユーザが睡眠状態であると判定した場合、演算処理部５２は、脈波センサ３５Ａを睡眠モードに設定する。具体的には、演算処理部５２は、脈波センサ３５Ａの電流制御部４１に対して、発光ダイオード４４の駆動用に供給される電力の電流値を低く設定する旨を指示し、または、脈波センサ３５Ａのタイミング制御部４９に対して、発光ダイオード４４の単位時間当たりに占める発光期間の割合であるデューティ比を低く設定する旨を指示する。電流制御部４１に対する指示と、タイミング制御部４９に対する指示との両方を行ってもよい。これにより、発光ダイオード４４の発光パワーは小さくなり、脈波センサ３５Ａの消費電力量を低減されることになる。

一方、ウェアラブル端末１を装着するユーザが覚醒状態であると判定した場合には、演算処理部５２は、脈波センサ３５Ａを覚醒モードに設定する。具体的には、演算処理部５２は、脈波センサ３５Ａの電流制御部４１に対して、発光ダイオード４４の駆動用に供給される電力の電流値を大きく設定（基準値に設定）する旨を指示し、または、脈波センサ３５Ａのタイミング制御部４９に対して、発光ダイオード４４の単位時間当たりに占める発光期間の割合であるデューティ比を高く設定（基準値に設定）する旨を指示する。前述の睡眠モード時と同様に、電流制御部４１に対する指示と、タイミング制御部４９に対する指示との両方を行ってもよい。これにより、発光ダイオード４４の発光パワーは大きくなり、体動や外光が大きい環境下でも水準以上のＳ／Ｎ比が確保されることになる。

このように、本実施形態のウェアラブル端末１は、１日の１／３〜１／４程度を占める睡眠時間帯の消費電力を抑えることができ、バッテリ３７の持続時間を長時間化することができる。また、発光ダイオード４４が配置される本体１１の裏面と、この本体１１の裏面が近接する（ウェアラブル端末１を装着する）ユーザの腕部の皮膚との隙間から漏れ出る光の光量を減らすことができ、光の眩しさによる睡眠の阻害を低減できる。

また、脈波センサ３５Ａの睡眠モード−覚醒モード間の切り替えは、操作ボタン１３の操作によるユーザからの指示によっても実行可能である。このユーザからの指示を受け付けるために、生体情報取得プログラム１００は、ユーザインタフェース（ＵＩ）部５１を備える。なお、ＵＩ部５１は、脈波センサ３５Ａを用いて取得したユーザの脈拍や自律神経の活性状況等の生体情報をディスプレイ１２に表示する役割も担っている。生体情報取得プログラム１００は、このＵＩ部５１により、例えば、覚醒時には、脈拍数から運動強度の度合いを、また、自律神経の活性状況からリラックスの度合いをディスプレイ１２に表示する。また、例えば、睡眠時には、自律神経の活性状況から睡眠の深さの度合いをディスプレイ１２に表示する。

図５は、ウェアラブル端末１が実行する脈波センサ３５Ａによる消費電力の低減化処理の手順を示すフローチャートである。

ウェアラブル端末１は、複数のセンサ３５Ａ，３５Ｂ，…の中の少なくとも１つのセンサの検出値に基づき、ウェアラブル端末１を装着するユーザが覚醒状態または睡眠状態のいずれの状態にあるのかを判定する（ブロックＡ１）。

ウェアラブル端末１は、睡眠状態であると判定した場合（ブロックＡ２のＹＥＳ）、複数のセンサ３５Ａ，３５Ｂ，…の中の脈波センサ３５Ａを睡眠モードに設定する（ブロックＡ３）。具体的には、脈波センサの発光パワーを小さくする。一方、覚醒状態であると判定した場合には（ブロックＡ２のＮＯ）、ウェアラブル端末１は、脈波センサ３５Ａを覚醒モードに設定する（ブロックＡ４）。具体的には、脈波センサの発光パワーを大きくする。

以上説明したように、本実施形態のウェアラブル端末１においては、消費電力を状況に応じて適切に低減することが可能となる。

なお、以上の説明では、ウェアラブル端末１を装着するユーザが覚醒状態または睡眠状態のいずれの状態にあるかに応じて、脈波センサ３５Ａの動作モードを覚醒モード−睡眠モード間で切り替える例、具体的には、発光パワーを切り替える例を説明したが、この手法は、脈波センサ３５Ａに限らず、様々なセンサに対して適用可能である。例えば、覚醒時には１６ビットで検出値を出力するモードに設定し、睡眠時には８ビットで検出値を出力するモードに設定する等、各種センサのダイナミックレンジを切り替えることで、それらの消費電力を適応的に低減することができる。さらに、この手法は、センサへの適用に限らず、例えば、ウェアラブル端末１全体の動作モードを制御することにも適用可能である。例えば、睡眠状態では生体情報が少ないとの想定の下、センシングの周期を長くするといったことが考えられ得る。この場合、センシングデータを加工する演算処理部やセンシングデータを格納するメモリ等の負荷を低減でき、省電力化が可能となる。

本実施形態の各種処理はコンピュータプログラムによって実現することができるので、このコンピュータプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を通じてこのコンピュータプログラムを通常のコンピュータにインストールして実行するだけで、本実施形態と同様の効果を容易に実現することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…ウェアラブル端末、１１…本体、１２…ディスプレイ、１３…操作ボタン、２１Ａ，２１Ｂ…ベルト、３１…ＣＰＵ、３２…ＲＯＭ、３３…ＲＡＭ、３４…無線通信モジュール、３５Ａ…脈波センサ、３５Ｂ…加速度センサ、３６…ＥＣ、３７…バッテリ、４１…電流制御部、４２…Ｄ／Ａ変換部、４３…発光ダイオード駆動部、４４…発光ダイオード、４５…フォトダイオード、４６…増幅部、４７…フィルタ、４８…Ａ／Ｄ変換部、４９…タイミング制御部、５１…ユーザインタフェース部、５２…演算処理部、１００…生体情報取得プログラム、３６１…ＰＳＣ。

Claims

人体に装着された状態で使用される電子機器であって、
１以上のセンサと、
前記１以上のセンサの中の少なくとも１つのセンサの検出値に基づき、前記電子機器を装着するユーザが覚醒状態または睡眠状態のいずれの状態にあるのかを判定する判定手段と、
覚醒状態にあると判定した場合、前記電子機器の動作モードを第１モードに設定し、睡眠状態にあると判定した場合、前記電子機器の動作モードを第２モードに設定する制御手段と、
を具備する電子機器。
前記制御手段は、覚醒状態にあると判定した場合、前記１以上のセンサの中の第１センサの動作モードを第１モードに設定し、睡眠状態にあると判定した場合、前記第１センサの動作モードを第２モードに設定する請求項１に記載の電子機器。
前記第１センサは、光電脈波センサであり、
前記第１モードは、前記光電脈波センサの発光ダイオードを第１発光量で発光させるモードであり、
前記第２モードは、前記発光ダイオードを前記第１発光量よりも小さい第２発光量で発光させるモードである、
請求項１に記載の電子機器。
前記制御手段は、前記発光ダイオードの駆動用に供給される電力の電流値を制御する請求項３に記載の電子機器。
前記制御手段は、前記発光ダイオードの単位期間当たりに占める発光期間の割合であるデューティ比を制御する請求項３に記載の電子機器。
バッテリを具備し、
前記第１センサは、前記バッテリからの電力によって動作する、
請求項１に記載の電子機器。
電子機器の方法であって、
１以上のセンサの中の少なくとも１つのセンサの検出値に基づき、前記電子機器を装着するユーザが覚醒状態または睡眠状態のいずれの状態にあるのかを判定することと、
覚醒状態にあると判定した場合、前記電子機器の動作モードを第１モードに設定し、睡眠状態にあると判定した場合、前記電子機器の動作モードを第２モードに設定することと、
を具備する方法。
前記動作モードを設定することは、覚醒状態にあると判定した場合、前記１以上のセンサの中の第１センサの動作モードを第１モードに設定し、睡眠状態にあると判定した場合、前記第１センサの動作モードを第２モードに設定することを含む請求項７に記載の方法。
前記第１センサは、光電脈波センサであり、
前記第１モードは、前記光電脈波センサの発光ダイオードを第１発光量で発光させるモードであり、
前記第２モードは、前記発光ダイオードを前記第１発光量よりも小さい第２発光量で発光させるモードである、
請求項８に記載の方法。
前記動作モードを設定することは、前記発光ダイオードの駆動用に供給される電力の電流値を制御することを含む請求項９に記載の方法。
前記動作モードを設定することは、前記発光ダイオードの単位期間当たりに占める発光期間の割合であるデューティ比を制御することを含む請求項９に記載の方法。
前記電子機器は、バッテリを具備し、
前記第１センサは、前記バッテリからの電力によって動作する、
請求項７に記載の方法。
コンピュータを、
１以上のセンサの中の少なくとも１つのセンサの検出値に基づき、前記コンピュータを装着するユーザが覚醒状態または睡眠状態のいずれの状態にあるのかを判定する判定手段、
覚醒状態にあると判定した場合、前記コンピュータの動作モードを第１モードに設定し、睡眠状態にあると判定した場合、前記コンピュータの動作モードを第２モードに設定する制御手段、
として機能させるためのプログラム。
前記制御手段は、覚醒状態にあると判定した場合、前記１以上のセンサの中の第１センサの動作モードを第１モードに設定し、睡眠状態にあると判定した場合、前記第１センサの動作モードを第２モードに設定する請求項１３に記載のプログラム。
前記第１センサは、光電脈波センサであり、
前記第１モードは、前記光電脈波センサの発光ダイオードを第１発光量で発光させるモードであり、
前記第２モードは、前記発光ダイオードを前記第１発光量よりも小さい第２発光量で発光させるモードである、
請求項１４に記載のプログラム。
前記制御手段は、前記発光ダイオードの駆動用に供給される電力の電流値を制御する請求項１５に記載のプログラム。
前記制御手段は、前記発光ダイオードの単位期間当たりに占める発光期間の割合であるデューティ比を制御する請求項１５に記載のプログラム。
前記コンピュータは、バッテリを具備し、
前記第１センサは、前記バッテリからの電力によって動作する、
請求項１５に記載のプログラム。