JP2013121369A - 入力装置及び校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信号処理に伴う負荷を更に軽減することが可能な入力装置及び校正方法を提案すること。
【解決手段】本開示に係る入力装置は、生体表面に対して当該生体の有する筋繊維群に直交する方向に沿って配設され、前記筋繊維群から生体の実施した動作に伴って発生する筋電位信号を検出する複数の電極と、前記筋電位信号を取得する前記電極を前記複数の電極の間で切り替える切替部と、前記複数の電極の中から、前記動作を識別するための前記筋電位信号を検出する前記電極を選択する制御部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本開示は、入力装置及び校正方法に関する。

従来、筋肉の動作に伴って発生する筋電位信号を用いて身体の動作を識別し、機器への入力を行う装置に関する研究が、進められている。今までに提案されてきた装置は、いくつかの所望の筋肉に設置する電極を正確に位置決めすることが求められ、特に腕や足に電極を装着する場合、個人により太さや筋肉の付き方などが異なるため、正確な位置決めが困難であるという問題がある。また、回内・回外動作により電極をつけた皮膚と筋肉との相対位置がずれることで、動作識別の精度が悪化してしまうという問題がある。

このような問題に対し、下記の特許文献１では、複数の電極を用い、これらの電極から得られた筋電位信号の分布に基づいて、身体の動作を識別する方法が提案されている。

特開２００２−２８７８６９号公報

しかしながら、上記特許文献１のような技術では、動作識別にあたっては全電極の信号を取り扱わなければならず、膨大な量の信号処理を実施することにより装置の負荷が増加することとなってしまう。

そこで、上記事情に鑑みて、本開示では、信号処理に伴う負荷を更に軽減することが可能な入力装置及び校正方法を提案する。

本開示によれば、生体表面に対して当該生体の有する筋繊維群に直交する方向に沿って配設され、前記筋繊維群から生体の実施した動作に伴って発生する筋電位信号を検出する複数の電極と、前記筋電位信号を取得する前記電極を前記複数の電極の間で切り替える切替部と、前記複数の電極の中から、前記動作を識別するための前記筋電位信号を検出する前記電極を選択する制御部と、を備える入力装置が提供される。

また、本開示によれば、生体表面に対して当該生体の有する筋繊維群に直交する方向に沿って配設され、前記筋繊維群から生体の実施した動作に伴って発生する筋電位信号を検出する複数の電極を切り替えながら、時分割に前記筋電位信号を検出することと、前記複数の電極により取得されたそれぞれの前記筋電位信号に基づいて、前記動作を識別するための前記筋電位信号を検出する少なくとも一つの前記電極を選択することと、を含む校正方法が提供される。

本開示によれば、生体表面に対して当該生体の有する筋繊維群に直交する方向に沿って配設された複数の電極は、筋繊維群から生体の実施した動作に伴って発生する筋電位信号を検出し、切替部は、筋電位信号を取得する電極を複数の電極の間で切り替え、制御部は、複数の電極の中から、動作を識別するための筋電位信号を検出する電極を選択する。

以上説明したように本開示によれば、信号処理に伴う負荷を更に軽減することが可能となる。

本開示の第１の実施形態に係る入力装置を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る入力装置を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る入力装置の構成の一例を示したブロック図である。 同実施形態に係る校正方法の流れの一例を示した流れ図である。 同実施形態に係る筋電位信号検出方法の流れの一例を示した流れ図である。 同実施形態に係る入力方法の流れの一例を示した流れ図である。 同実施形態に係る校正方法の一具体例を示した説明図である。 同実施形態に係る入力装置の変形例の一例を示した説明図である。 同実施形態に係る入力装置の変形例の一例を示した説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は、以下の順序で行うものとする。
（１）第１の実施形態
（１−１）入力装置について
（１−２）校正方法及び入力方法について
（１−３）校正方法及び簡易的な校正方法の具体例
（１−４）変形例
（２）まとめ

（第１の実施形態）
＜入力装置について＞
まず、図１Ａ〜図２を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る入力装置について、詳細に説明する。図１Ａ及び図１Ｂは、本実施形態に係る入力装置を模式的に示した説明図であり、図２は、本実施形態に係る入力装置の構成の一例を示したブロック図である。

［入力装置の外観について］
本実施形態に係る入力装置１０は、図１Ａに示したように、可撓性を有する基材１０１上に複数の電極１０３を配置した上で、基材１０１の電極配設面が生体表面Ｂ（図１Ａでは、前腕部）側に向くように、生体表面Ｂに配置される。基材１０１としては、可撓性があり、電極１０３等を配設することが可能なものであれば、任意の材料を用いることが可能である。また、電極１０３についても、電極１０３を設置する基材１０１の大きさや、求められる検出感度等に応じて、公知のあらゆる電極の中から適宜選択することが可能である。

この基材１０１上又は基材１０１内には、未図示のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、マイクロプロセッサ、トランジスタ、コンデンサ、抵抗、ダイオード等の電子デバイスや、無線／有線通信デバイスや、各種の配線等が存在しており、これらのデバイス等が互いに連携しながら動作することで、後述する入力装置１０の機能が実現される。

図１Ｂは、図１Ａに示した入力装置１０を、前腕の周方向に沿って展開したものを模式的に示したものである。図１Ｂに示したように、本実施形態に係る入力装置１０では、複数の電極１０３が、筋繊維方向及び前腕の周方向（すなわち、筋繊維方向に直交する方向）に沿って配列している。筋繊維方向に直交する方向に複数の電極が配設されることで、前腕において発生した動作に伴う筋電位信号を確実に検出することが可能となる。また、筋繊維方向に沿って複数の電極が配設されることで、この複数の電極に沿って存在している筋繊維群から発生する筋電位信号を、より確実に検出することができる。

なお、図１Ｂに示した例では、前腕の周方向に沿って１１個の電極が配置されているが、前腕の周方向に配設される電極数は、少なくとも２個以上であれば、任意の個数に設定することが可能である。また、図１Ｂに示した例では、筋繊維方向に４個の電極が配置されているが、筋繊維方向に配設される電極数についても、少なくとも２個以上であれば、任意の個数に設定することが可能である。なお、図１Ｂに示した例では、複数の電極１０３がほぼ等間隔に配置されているが、複数の電極１０３は、等間隔に配置されていなくともよい。更に、図１Ｂに示した例では、複数の電極１０３が縦横に格子状に配置されているが、複数の電極１０３は、千鳥配置されていてもよい。

ここで、図１Ｂのようにして前腕の周方向及び筋繊維方向に沿って配設された複数の電極について、各電極が１つのチャンネルとして用いられてもよいし、筋繊維方向に沿って配設された複数の電極群（例えば、筋繊維方向に沿って隣接する２つの電極等）が１つのチャンネルとして用いられてもよい。また、複数の電極群を１つのチャンネルとして取り扱う場合に、電極の組み合わせ方（チャンネル数の設定の仕方）は、適宜決定することが可能である。すなわち、例えば図１Ｂに示したように筋繊維方向に沿って４つの電極が配設されており、２つの電極を１つのチャンネルとして取り扱う場合、４つの電極を上から順に２つずつ組み合わせて２つのチャンネルとしてもよいし、中央部分の２つの電極を共通に用いて３つのチャンネルとしてもよい。

また、図１Ａに示した例では、入力装置１０は筒形状を有している場合を図示しているが、本実施形態に係る入力装置１０は、装着する生体部位に応じた形状を有していればよく、筒形状以外にも、矩形状（すなわち、シート形状）等の形状を有していてもよい。

［入力装置の構成について］
図２は、本実施形態に係る入力装置１０の構成の一例を示したブロック図である。図２に例示したように、本実施形態に係る入力装置１０は、Ｎ個のチャンネルに対応する複数の電極１０３及び増幅部１０５と、切替部１０７と、増幅部１０９と、Ａ／Ｄ変換部１１１と、制御部１１３と、を主に備える。また、本実施形態に係る入力装置１０は、図２に示したように、動作識別部１１５及び記憶部１１７を更に備えてもよい。

なお、図２では、１つのチャンネルが１個の電極１０３から構成されているかのように図示されているが、図２において１つのチャンネルを構成する電極１０３は、前述のように、１個の電極１０３から構成されていてもよいし、複数個の電極１０３から構成されていてもよい点に注意されたい。

Ｎ個のチャンネルに対応する複数の電極１０３ａ〜１０３ｎは、各電極１０３が位置する生体表面Ｂの内部において筋繊維群から発生した筋電位信号を検知する。これにより、電極１０３の近傍における筋電位信号の生体表面での平面的な分布を取得することができる。電極１０３ａ〜１０３ｎにより検出される筋電位信号は微弱な信号であるため、検出された筋電位信号は、後述する増幅部１０５ａ〜１０５ｎに出力され、所定の大きさまで増幅される。

複数の増幅部１０５ａ〜１０５ｎは、各電極１０３ａ〜１０３ｎに対して設けられており、各電極１０３ａ〜１０３ｎで検出された微弱な筋電位信号を、後段で行われる信号処理が実施可能な程度まで増幅する。各電極１０３ａ〜１０３ｎで検出された微弱な筋電位信号を各電極に対応するように設けられた増幅部１０５ａ〜１０５ｎで増幅することによって、生体表面Ｂからの微弱な筋電位信号を確実に検出することが可能となる。この増幅部１０５ａ〜１０５ｎは、公知の増幅器や増幅回路を用いて構成することが可能である。

それぞれの電極１０３ａ〜１０３ｎで検出され、各電極に対応する増幅部１０５ａ〜１０５ｎで増幅された筋電位信号は、後述する切替部１０７へと出力される。

切替部１０７は、複数の増幅部１０５ａ〜１０５ｎから出力されたＮ種類の筋電位信号のうち後述する増幅部１０９へと出力する１つの筋電位信号を、後述する制御部１１３から出力される制御信号に応じて切り替える。これにより、後述する増幅部１０９には、Ｎ種類の筋電位信号（換言すれば、Ｎチャンネルの電極又は電極群により得られた筋電位信号のうち、何れか１つのチャンネルに対応する筋電位信号）が出力されることとなる。この切替部１０７は、公知のマルチプレクサ等を利用して形成することが可能である。

増幅部１０９は、切替部１０７から出力された筋電位信号を、後段で行われるＡ／Ｄ変換処理（サンプリング処理）を十分に実施できる程度まで増幅する。また、増幅部１０９は、増幅後の筋電位信号に対して、必要に応じてハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ等を利用したフィルタ処理を実施してもよい。増幅され、必要に応じてフィルタ処理のなされた筋電位信号は、Ａ／Ｄ変換部１１１へと出力される。

Ａ／Ｄ変換部１１１は、増幅部１０９から出力されたアナログ信号である増幅後の筋電位信号をサンプリングし、デジタル信号へと変換する。Ａ／Ｄ変換部１１１は、デジタル信号へと変換された筋電位信号を、後述する動作識別部１１５へと出力する。また、Ａ／Ｄ変換部１１１は、デジタル信号へと変換された筋電位信号を、後述する記憶部１１７等に履歴情報として格納してもよい。

制御部１１３は、切替部１０７における電極から出力された筋電位信号の切り替え処理と、Ａ／Ｄ変換部１１１におけるサンプリング処理との同期を取る制御を行う。識別対象となる動作それぞれに対応して筋電位信号の検出が行われると、制御部１１３は、Ａ／Ｄ変換部１１１に対して、Ａ／Ｄ変換をチャンネル数倍だけ高速に実施させる。それとともに、制御部１１３は、Ａ／Ｄ変換部１１１によるＡ／Ｄ変換のタイミングで切替部１０７による切り替え操作が行われるように、切替部１０７を制御する。

例えば、１０個のチャンネルに対して１ｋＨｚでサンプリング処理を行うことを想定する場合、制御部１１３は、１０ｋＨｚの速さで切替部１０７にチャンネルの切り替えを実施させるとともに、Ａ／Ｄ変換部１１１に１０ｋＨｚでサンプリング処理を実施させ、このような電極の切り替え及びＡ／Ｄ変換処理を、着目する動作の終了時まで繰り返させる。具体的には、制御部１１３は、１つのチャンネルを構成する電極１０３の切り替え及びＡ／Ｄ変換を、ｔ_ｓｍｐ＝１／ｎ（ｍｓ）毎に全チャンネル数（ｎ回）実施し、動作終了時（例えばｔ_ｅｎｄ＝１０００（ｍｓ））まで繰り返し実施させる。これにより、本実施形態に係る入力装置１０では、時分割で全てのチャンネルに対応する筋電位信号を取得することが可能となる。なお、動作終了時を特定するためのパラメータｔ_ｅｎｄの値は特に限定されるわけではなく、本実施形態に係る入力装置１０で着目する動作に応じて、適宜決定すればよい。

また、制御部１１３は、本実施形態に係る入力装置１０において識別対象とする動作（以下、識別対象動作ともいう。）を筋電位信号に基づいて識別する際に利用する最適な位置の電極を選択するために行われる校正処理を統括する。以下、制御部１１３が統括して実施する校正処理について、簡単に説明する。

本実施形態に係る入力装置１０では、例えば、ユーザの各指の曲げ伸ばしや、回内・回外動作等といった識別対象動作を識別するための筋電位信号を検出する少なくとも一つのチャンネルを、筋繊維方向に直交する方向に配設された複数のチャンネルの中から選択する。

識別対象動作を識別するために利用するチャンネルの個数は、特に限定されるわけではなく、本実施形態に係る入力装置１０に求められる識別精度や許容される識別処理時間等を勘案して、適宜決定すればよい。

制御部１１３は、選択するチャンネルを、所定の閾値以上の信号雑音比（ＳＮＲ）を有している筋電位信号を検出したチャンネルの中から、他の動作の識別に利用するチャンネルとの重複がなるべく少なくなるように選択することが好ましい。本実施形態に係る入力装置１０が前腕部等の生体表面に装着された場合、皮膚との接触が十分ではない電極が存在することにより、正確な筋電位信号を得ることができないチャンネルが発生してしまう可能性がある。そのため、所定の閾値以上の信号雑音比を有している筋電位信号を検出しているチャンネル（換言すれば、大きなノイズの重畳していない筋電位信号を検出しているチャンネル）を選択することで、筋電位信号の検出精度を向上させることができる。また、識別対象動作間で識別に利用するチャンネル（識別対象動作において特徴のある電極）がなるべく重複しないように選択を行うことで、識別対象動作の識別精度を向上させることができる。

制御部１１３は、上述のような校正処理が終了すると、選択されたチャンネル及び基材１０１上における当該チャンネルの位置を示した電極選択情報を生成する。制御部１１３は、この電極選択情報を、後述する記憶部１１７等に格納してもよい。電極選択情報の書式は特に限定されるわけではなく、ルックアップテーブルのような形式で記憶部１１７等に格納されていてもよく、データベースとして記憶部１１７に格納されていてもよい。また、制御部１１３は、上記のような電極選択情報に、筋電位信号に関する評価値（筋電位信号評価値）として利用される筋電位信号の平均振幅の最大値やその他各種の情報等を更に関連付け、後述する装着位置ズレに伴う電極の校正処理（後述する簡易校正処理）に利用してもよい。

また、制御部１１３は、識別に利用するチャンネルの組み合わせを選択すると、選択したチャンネルにより得られた筋電位信号の組み合わせを、動作識別処理に利用する登録テンプレートとして、電極選択信号と関連付けて後述する記憶部１１７に格納してもよい。

ここで、上記校正処理は、少なくともユーザが本実施形態に係る入力装置１０を初めて装着した際に実行されることが好ましい。また、校正処理の実行タイミングは上記の場合に限定されるわけではなく、校正処理は、ユーザが本実施形態に係る入力装置１０を装着するたびに実施されてもよく、所定の周期毎に実施されてもよく、ユーザ操作に応じて任意のタイミングで実施されてもよい。また、制御部１１３は、校正処理が実施される毎に、記憶部１１７等に格納される電極選択情報を更新してもよい。

なお、制御部１１３が統括して実施する校正処理の具体例については、以下で改めて説明する。

制御部１１３は、校正処理の結果に応じて、選択されなかった電極により検出された筋電位信号がＡ／Ｄ変換部１１１から動作識別部１１５へと出力されないように、Ａ／Ｄ変換部１１１の動作を制御してもよい。これにより、後述する動作識別部１１５における動作識別処理に要する負荷を軽減することが可能となり、動作識別処理の更なる高速化や、動作識別精度の更なる向上を図ることが可能となる。

また、制御部１１３は、本実施形態に係る入力装置１０がユーザに装着された際に実施される校正処理を簡易的にした簡易校正処理についても、その処理を統括する。以下、制御部１１３が統括して実施する簡易校正処理について、簡単に説明する。

本実施形態に係る入力装置１０の装着の仕方によっては、入力装置１０を装着するたびに、生体表面のある場所とある電極との間の相対的な位置関係が変化していくことが考えられる。また、ユーザが動作を繰り返すことにより、本実施形態に係る入力装置１０がずれてしまい、生体表面（より詳細には、ある筋繊維群）と電極との相対的な位置関係が変化することも考えられる。そのため、本実施形態に係る入力装置１０では、入力装置１０の装着ズレに伴う筋繊維群と電極との相対的な位置関係の変化を校正するために、動作の識別に利用するチャンネルを選択するための校正処理が実施される。

この際、制御部１１３は、上記のような校正処理を行うのではなく、以前の校正処理により生成された電極選択情報等を利用して、以下で説明するような簡易的な校正方法を実施してもよい。

すなわち、制御部１１３は、電極選択情報を参照したうえで以前に実施された校正処理により選択された少なくとも一つの電極１０３を特定し、特定した少なくとも一つの電極１０３と、筋繊維群と、の相対的な位置関係の変化に応じて、少なくとも一つの電極１０３を校正することが可能である。

例えば、上記のような装着ズレに伴う位置関係の変化は、数ｃｍ程度と考えられ、このようなズレ量に対応する筋繊維群に直交する方向に配設された電極１０３の個数は、１〜２個程度であると考えられる。そのため、制御部１１３は、以前の校正処理によって選択された電極１０３と、この電極１０３の近傍に位置する電極（例えば、上下左右に隣り合うｍ個の電極）とを切り替えながら時分割に筋電位信号を検出させ、信号雑音比の良好な筋電位信号を検出する電極を、動作識別に利用してもよい。

ここで、制御部１１３は、筋電位信号に関する筋電位信号評価値と電極選択情報とを利用して電極１０３の位置を予測することで、以前の校正処理によって選択された電極１０３と、筋繊維群と、の相対的な位置関係の変化量を特定する。

すなわち、制御部１１３は、電極選択情報に記載されている電極１０３及び当該電極の近傍に位置する電極を利用して、実際に筋電位信号を検出させて、筋電位信号評価値を算出する。その上で、制御部１１３は、得られた筋電位信号評価値と、電極選択情報として格納されている筋電位信号評価値との相関をそれぞれ算出し、相関値の分布を特定する。制御部１１３は、特定した相関値の分布を参照して相関値が最大となる電極の位置を特定することで、電極選択情報として格納されている電極の位置と、実際の電極の位置との相対的なズレ量を特定することができる。制御部１１３は、特定したズレ量に応じて、用いる電極を校正することが可能となる。なお、以上のような簡易的な校正処理に利用される筋電位信号評価値は特に限定されるものではないが、例えば、筋電位信号の平均振幅の最大値等を利用することができる。

上記のように記憶部１１７等に格納されている電極選択情報を利用して電極の校正処理を実施することで、電極の校正処理を簡易的に行うことが可能となり、ユーザの利便性を更に向上させることが可能となる。

なお、制御部１１３が統括して実施する簡易校正処理の具体例については、以下で改めて説明する。

以上、本実施形態に係る入力装置１０が備える制御部１１３について、詳細に説明した。

動作識別部１１５は、Ａ／Ｄ変換部１１１から出力された、筋電位信号に関するデジタル信号に基づいて、当該筋電位信号に対応する動作がどのような動作であるのかを識別する。

本実施形態に係る入力装置１０では、識別対象とする動作毎に、当該動作に対応する筋電位信号の組み合わせが対応付けられて、登録テンプレートとして予め後述する記憶部１１７等に格納されている。本実施形態に係る入力装置１０がユーザに装着されると、上述のような校正処理（又は簡易的な校正処理）が実施され、入力装置１０とユーザの体表面（例えば、前腕）との装着ズレが校正され、動作識別に利用される電極１０３（より詳細には、チャンネル）が選択されることとなる。

動作識別部１１５は、上記のようなそれぞれの登録テンプレートと、Ａ／Ｄ変換部１１１から出力された電極１０３（チャンネル）からの全ての筋電位信号のうち、校正処理により選択された電極で得られた筋電位信号と、をそれぞれ比較して、Ａ／Ｄ変換部１１１から出力された筋電位信号に最も類似する登録テンプレートを特定する。動作識別部１１５は、このような処理の結果最も類似すると判断された登録テンプレートに対応付けられた動作が、ユーザの行った動作であると識別する。

また、動作識別部１１５は、対応する動作の特定された筋電位信号を利用して、識別結果に対応する登録テンプレートを更新してもよい。これにより、本実施形態に係る入力装置１０では、動作の識別精度を更に向上させることができる。登録テンプレートを更新するための方法としては、いわゆる機械学習技術や各種の統計処理等を用いたり、その他公知の技術を適用したりすることが可能である。

動作識別部１１５は、ユーザの行った動作に関する識別結果を示した情報を、入力装置１０の外部に設けられた各種の装置に対して出力してもよい。また、動作識別部１１５は、入力装置１０がユーザに対して提供可能な各種の機能やサービスを実施するための制御パラメータとして動作の識別結果を利用するために、入力装置１０が備える各種の機能制御部やサービス提供部（図示せず。）に対して出力してもよい。また、動作識別部１１５は、ユーザの行った動作に関する識別結果を、入力装置１０に設けられた表示ウィンドウや各種のディスプレイ（図示せず。）等に表示してもよい。更に、動作識別部１１５は、動作の識別結果を示した情報に対して当該情報を生成した日時等に関する時刻情報を関連付けて、履歴情報として後述する記憶部１１７等に格納してもよい。

記憶部１１７は、入力装置１０が備えるＲＯＭやストレージ装置等により実現される。記憶部１１７には、上述の校正処理によって生成された電極選択情報が格納されている。また、記憶部１１７には、識別対象動作に対応する筋電位信号の組み合わせが、登録テンプレートとして格納されていてもよい。また、記憶部１１７には、本実施形態に係る入力装置１０が実施する各種のプログラムや、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等や、各種のデータベース等が、適宜記録されてもよい。この記憶部１１７は、Ａ／Ｄ変換部１１１、制御部１１３、動作識別部１１５等が、自由にアクセスし、データを書き込んだり読み出したりすることができる。

以上、本実施形態に係る入力装置１０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。

＜校正方法及び入力方法について＞
続いて、図３〜図５を参照しながら、本実施形態に係る入力装置１０で実施される校正方法と、校正方法を含む入力方法とについて、その流れの一例を説明する。図３は、本実施形態に係る校正方法の流れの一例を示した流れ図である。図４は、本実施形態に係る筋電位信号の検出処理の流れの一例を示した流れ図である。図５は、本実施形態に係る入力方法の流れの一例を示した流れ図である。

［校正方法の流れについて］
まず、図３を参照しながら、校正方法の流れの一例について、簡単に説明する。
本実施形態に係る入力装置１０では、複数の電極１０３、増幅部１０５、切替部１０７、増幅部１０９、Ａ／Ｄ変換部１１１及び制御部１１３が互いに連携して動作することにより、複数の電極によって筋電位信号が検出される（ステップＳ１０１）。

その後、制御部１１３は、検出された筋電位信号を利用して、複数の電極の中から動作識別のために利用する電極を選択する（ステップＳ１０３）。

制御部１１３は、電極の選択が終了すると、識別対象動作を識別するために利用する電極に関する情報に関する電極選択情報を生成する（ステップＳ１０５）。その後、制御部１１３は、生成した電極関連情報を、記憶部１１７等に格納する（ステップＳ１０７）。

［筋電位信号の検出処理の流れについて］
ここで、筋電位信号の検出処理は、複数の電極１０３及び増幅部１０５と、切替部１０７と、増幅部１０９と、Ａ／Ｄ変換部１１１と、制御部１１３と、が互いに連携して、図４に示したような流れで実施される。

すなわち、制御部１１３は、まず、複数の電極１０３を切り替えるために利用するパラメータの初期設定を実施する（ステップＳ２０１）。パラメータｃｈは、切替部１０７が増幅部１０９に出力する筋電位信号を検出する電極（チャンネル）を選択するために用いられるものであり、パラメータｔは、処理経過時間を表すパラメータである。

続いて、制御部１１３は、ｃｈ番目の電極（チャンネル）に出力を切り替えるように切替部１０７を制御する（ステップＳ２０３）。これにより、切替部１０７は、チャンネルｃｈに対応する電極１０３から出力された筋電位信号を、増幅部１０９に対して出力する。増幅部１０９は、チャンネルｃｈに対応する電極１０３から出力された筋電位信号を増幅して、Ａ／Ｄ変換部１１１へと出力する。その後、Ａ／Ｄ変換部１１１は、チャンネルｃｈに対応する電極１０３から出力された筋電位信号をＡ／Ｄ変換する（ステップＳ２０５）。

次に、制御部１１３は、パラメータｃｈの値が全チャンネル数を表す値Ｎと一致したか否かを判断する（ステップＳ２０７）。パラメータｃｈの値が全チャンネル数Ｎと一致していない場合、制御部１１３は、パラメータｃｈ及びパラメータｔの値を更新する（ステップＳ２０９）。すなわち、制御部１１３は、パラメータｃｈの値を１増加させるとともに、パラメータｔの値に、Ａ／Ｄ変換部１１１によるサンプリング処理に要する時間ｔ_ｓｍｐを加算する。その後、制御部１１３は、ステップＳ２０３に戻って、筋電位信号の検出処理を継続する。

一方、ステップＳ２０７において、パラメータｃｈの値が全チャンネル数Ｎと一致した場合、制御部１１３は、時間を表すパラメータｔの値が、動作終了時間ｔ_ｅｎｄと一致したか否かを判断する（ステップＳ２１１）。パラメータｔの値が動作終了時間ｔ_ｅｎｄと一致していない場合、制御部１１３は、パラメータｃｈ及びパラメータｔの値を更新する（ステップＳ２１３）。すなわち、制御部１１３は、パラメータｃｈの値を１に設定するとともに、パラメータｔの値に、Ａ／Ｄ変換部１１１によるサンプリング処理に要する時間ｔ_ｓｍｐを加算する。その後、制御部１１３は、ステップＳ２０３に戻って、筋電位信号の検出処理を継続する。

一方、ステップＳ２１１において、パラメータｔの値が動作終了時間ｔ_ｅｎｄと一致した場合、制御部１１３は、筋電位信号の検出処理を終了する。

以上のような流れで処理が行われることで、本実施形態に係る入力装置１０は、識別対象動作の識別に用いられる筋電位信号を検出するために用いられる電極を、複数の電極の中から選択することができる。

［入力方法の流れについて］
次に、図５を参照しながら、入力方法の流れの一例について、簡単に説明する。
本実施形態に係る入力装置１０がユーザに装着されると、まず、複数の電極１０３及び増幅部１０５と、切替部１０７と、増幅部１０９と、Ａ／Ｄ変換部１１１と、制御部１１３とが互いに連携することで、筋電位信号が検出される（ステップＳ３０１）。この筋電位信号の検出処理は、図４に示した流れと同様にして実施される。その後、制御部１１３は、検出された筋電位信号を利用して、識別に利用する電極の校正処理を実施する（ステップＳ３０３）。

続いて、動作識別部１１５は、識別すべき筋電位信号が存在するか否かを判断する（ステップＳ３０５）。識別すべき筋電位信号が存在している場合、動作識別部１１５は、検出された筋電位信号を利用して、この筋電位信号に対応する動作を識別する（ステップＳ３０７）。その後、動作識別部１１５は、動作の識別結果に関する情報を、当該識別結果を利用する装置又は処理部に対して出力する（ステップＳ３０９）。

一方、ステップＳ３０５において、識別すべき筋電位信号が存在しない場合、動作識別部１１５は、所定時間以上筋電位信号が未検出か否かを判断する（ステップＳ３１１）。筋電位信号の未検出時間が所定の閾値未満であれば、動作識別部１１５は、ステップＳ３０５に戻って、筋電位信号の待ち受けを行う。また、筋電位信号の未検出時間が所定の閾値以上であれば、動作識別部１１５は、処理を終了する。

以上、図３〜図５を参照しながら、本実施形態に係る入力装置１０で実施される校正方法と、電極の校正方法を含む入力方法とについて、その流れの一例を説明した。

＜校正方法及び簡易的な校正方法の具体例＞
続いて、本実施形態に係る入力装置１０で実施される校正方法及び簡易的な校正方法について、具体例を示しながら説明する。なお、以下に示す校正方法の具体例は、本実施形態に係る校正方法及び簡易的な校正方法のあくまでも一例であって、本実施形態に係る入力装置１０で実施される校正方法が下記の例に限定されるわけではない。

［校正方法の具体例］
まず、図６を参照しながら、本実施形態に係る校正方法の一具体例について、その流れを簡単に説明する。図６は、本実施形態に係る校正方法の一具体例を示した説明図である。

以下では、ｐ種類の識別対象動作を識別する際の校正処理において、Ｎ個のチャンネル（電極）からｒ個のチャンネル（電極）を選択する場合を例に挙げて説明を行う。

制御部１１３は、まず、ｐ種類の各動作において、Ｎ個のチャンネルにより検出された筋電位信号を参照し、所定の閾値以上の大きなアーチファクトが重畳している筋電位信号を検出したチャンネルを除外する（Ｓｔｅｐ Ａ）。ここで、アーチファクトの例としては、電極１０３が生体表面Ｂから浮いてしまうことによる筋電位信号強度の減少や、入力装置１０に設けられたケーブル等の揺れ等に起因するモーションアーチファクトや、交流電流の重畳や、心拍の重畳等を挙げることができる。

図６において、ｓ個のチャンネルにより検出された筋電位信号に所定の閾値以上の大きなアーチファクトが重畳していた場合、制御部１１３は、このｓ個のチャンネルを除外し、残り（Ｎ−ｓ）個のチャンネルの中から、識別処理に利用するチャンネルを選択する。

次に、制御部１１３は、ｐ種類の各動作において、（Ｎ−ｓ）個のチャンネルにより得られた筋電位信号に対して、整流平滑化（Ａｖｅｒａｇｅ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｄ Ｖａｌｕｅ：ＡＲＶ）又は自乗平均平方根（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ：ＲＭＳ）等の平均振幅を算出し、その最大値を特定する（Ｓｔｅｐ Ｂ）。ここで、整流平滑化は、振幅の絶対値を算出した後（整流化）、算出した振幅の絶対値を所定時間で積分するか、又は、ローパスフィルタを用いることにより平滑化したものである。また、自乗平均平方根は、所定時間内の筋電位信号を自乗して所定時間範囲内の平均を算出した後、その平方根をとったものである。

図６に示した例では、制御部１１３により、（Ｎ−ｓ）個の各チャンネルに対して、各動作における平均振幅の最大値が算出されている。

続いて、制御部１１３は、（Ｎ−ｓ）個の各チャンネルについて、Ｓｔｅｐ Ｂで算出した各動作の平均振幅の最大値のうち最大の値を与える動作の動作名と、当該最大の値を与える最大値から、２番目に大きな値を与える最大値を減算したものと、算出する（Ｓｔｅｐ Ｃ）。例えば、図６において、左端のチャンネルに着目する。このチャンネルにおいて、最大の値を与える平均振幅の最大値は、動作１における最大値８５であり、２番目に大きな値を与える最大値は、動作ｐにおける最大値１０であるとする。この場合、制御部１１３は、「動作１」という動作名と、８５−１０＝７５という値を、このチャンネルの評価値とする。同様にして、制御部１１３は、（Ｎ−ｓ）個のチャンネルについて、動作名とその評価値とを算出する。

次に、制御部１１３は、Ｓｔｅｐ Ｃで算出した値が大きなものから順にｒ個選択する（Ｓｔｅｐ Ｄ）。この際、制御部１１３は、動作名が既出のチャンネルは、選択から除外する。

なお、ｒ＞ｐが成立する場合には、Ｓｔｅｐ Ｄにおいてｐ個のチャンネルを選択後、残りのチャンネルに対して再度Ｓｔｅｐ Ｄを実施し、合計ｒ個のチャンネルを選択する。

このような校正処理が制御部１１３の統括下において実施されることで、所定の閾値以上の信号雑音比を有する電極が、各動作におけるクロストークがなるべく少なくなるように選択されることとなる。

［簡易的な校正方法の具体例］
続いて、本実施形態に係る簡易的な校正方法の一具体例について、その流れを簡単に説明する。
以下では、前回校正処理を行った際の装着位置に対して、電極配置（腕や足用の入力装置等、筒状の入力装置の場合には、展開した電極配置）のズレが、上下左右１チャンネル分以内である場合について説明する。以下の説明において、電極配置における上下方向は、筋繊維群に沿った方向を意味し、電極配置における左右方向は、筋繊維群に直交する方向を意味する。また、電極配置によっては、着目する電極の上方向又は下方向に電極が存在しない場合もありうる。

また、記憶部１１７等に格納されている電極選択情報には、ｐ種類の識別対象動作のそれぞれに対するＮチャンネル分の筋電位信号の平均振幅の最大値と、ｒ個の選択チャンネルの位置に関する情報とが対応付けられているものとする。

制御部１１３は、まず、ｐ種類の識別対象動作のうち、任意の１動作を選択し、全チャンネルの筋電位信号を検出させる。その後、先だって説明した校正処理と同様にして、大きなアーチファクトが重畳した筋電位信号を検出したチャンネルを除外する。

次に、制御部１１３は、検出した筋電位信号に対して、例えば整流平滑化又は自乗平均平方根等の平均振幅の最大値を算出する。その後、制御部１１３は、格納されていた電極選択情報を参照して、電極選択情報に記録されている選択した１動作についての平均振幅の最大値を取得し、今回算出した平均振幅の最大値との相関を取る。

また、制御部１１３は、同様にして、電極選択情報に記録されている選択した１動作についての平均振幅の最大値を上下左右１チャンネル分ずらした場合の平均振幅の最大値と、今回算出した平均振幅の最大値との相関を取る。このようにすることで、制御部１１３は、相関値の分布状況を把握することができる。

その後、制御部１１３は、相関値の分布状況に基づいて相関値が一番大きくなる位置を特定し、装着ズレの量（ズレ量）を把握する。これにより、制御部１１３は、装着ズレを校正し、今回の装着に対応したｒ個の電極を選択することができる。

以上、本実施形態に係る入力装置１０で実施される校正方法及び簡易的な校正方法の一具体例について、簡単に説明した。

＜変形例＞
続いて、図７及び図８を参照しながら、本実施形態に係る入力装置１０の変形例について、簡単に説明する。図７及び図８は、本実施形態に係る入力装置１０の一変形例を説明するための説明図である。

図２に示した電極１０３及び増幅部１０５以外の各処理部の機能は、それぞれのハードウェアがネットワークを介して互いに情報を送受信できるならば、いずれのハードウェアに実装されてもよい。また、ある処理部により実施される処理が、１つのハードウェアにより実現されてもよいし、複数のハードウェアによる分散処理により実現されてもよい。

例えば図７に示したように、図２に示した入力装置１０の機能は、筋電位信号を検出する筋電位信号検出装置２０と、演算処理を実施する演算処理装置３０とに分散されて実現されてもよい。筋電位信号検出装置２０と演算処理装置３０とは、図７に示したように、接続ケーブル等を利用して有線接続されていてもよいし、無線通信を介して接続されていてもよい。

図８には、図２に示した動作識別部１１５の機能が筋電位信号検出装置２０に有線又は無線で接続されている演算処理装置３０に実装される場合の筋電位信号検出装置２０及び演算処理装置３０の構成の一例が図示されている。

図７及び図８に示したように、筋電位信号検出装置２０は、基材１０１上に配設された複数の電極１０３と、複数の増幅部１０５と、切替部１０７と、増幅部１０９と、Ａ／Ｄ変換部１１１と、制御部１１３と、筋電位信号出力部２０１と、を主に備える。

ここで、基材１０１上に配設された複数の電極１０３と、複数の増幅部１０５と、切替部１０７と、増幅部１０９と、Ａ／Ｄ変換部１１１と、制御部１１３とは、図２に示した入力装置１０における各処理部と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものである。従って、以下では詳細な説明は省略する。

筋電位信号出力部２０１は、Ａ／Ｄ変換部１１１から出力された筋電位信号のデジタルデータを、演算処理装置３０へと出力する。筋電位信号検出装置２０から演算処理装置３０へのデジタルデータの通信は、図７に示したように、接続ケーブルを介して行われてもよいし、公知の無線通信を介して行われてもよい。

演算処理装置３０は、図８に示したように、筋電位信号取得部３０１と、動作識別部３０３と、記憶部３０５と、を主に備える。

筋電位信号取得部３０１は、筋電位信号検出装置２０から出力された筋電位信号のデジタルデータを取得して、動作識別部３０３へと出力する。

また、動作識別部３０３及び記憶部３０５は、図２に示した入力装置１０における動作識別部１１５及び記憶部１１７と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものである。従って、以下では詳細な説明は省略する。

図７及び図８に示したように、筋電位信号を検出する部分と、動作識別処理を実施する部分と、を分散して実現することにより、生体表面に装着される筋電位信号検出装置２０の軽量化を図ることが可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。

以上、図７及び図８を参照しながら、本実施形態に係る入力装置１０の変形例について簡単に説明した。

（まとめ）
以上説明したように、本開示の実施形態に係る入力装置では、生体表面に設置される複数の電極を切り替えて動作させ、複数の電極から得られた筋電位信号の一部を用いて動作の識別処理を実施するため、信号処理の負荷を軽減することが可能となる。これにより、動作識別に要する応答時間を更に短縮することが可能となる。

また、本開示の実施形態に係る入力装置では、装着時に校正処理が実施されることにより、電極の正確な位置決めが不要となり、装着が容易となる。また、二回目以降の校正では、保存してある校正情報を用いて簡易的に校正処理を実施し、電極位置を予測することで、処理を軽減することが可能となる。また、かかる電極の校正処理により、動作識別中に回内・回外動作をしても、動作識別の精度を維持することが可能となる。

本開示の実施形態に係る入力装置は、例えば、ゲームコントローラや、ＴＶやパーソナルコンピュータ等といった据え置き機器のリモートコントローラや、各種携帯機器のコントローラ等に適用することが可能である。また、本開示の実施形態に係る入力装置を、医療用や介護用の技術に適用することも可能である。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
生体表面に対して当該生体の有する筋繊維群に直交する方向に沿って配設され、前記筋繊維群から生体の実施した動作に伴って発生する筋電位信号を検出する複数の電極と、
前記筋電位信号を取得する前記電極を前記複数の電極の間で切り替える切替部と、
前記複数の電極の中から、前記動作を識別するための前記筋電位信号を検出する前記電極を選択する制御部と、
を備える、入力装置。
（２）
前記制御部は、前記複数の電極により取得されたそれぞれの前記筋電位信号に基づいて、前記動作を識別するための前記筋電位信号を検出する少なくとも一つの前記電極を選択する、（１）に記載の入力装置。
（３）
前記制御部は、所定の閾値以上の信号雑音比を有している前記筋電位信号を検出した前記電極を、他の前記動作の識別に利用する前記電極との重複が少なくなるように、前記複数の電極の中から選択する、（２）に記載の入力装置。
（４）
前記制御部は、前記動作を識別するための前記筋電位信号を検出する少なくとも一つの前記電極と、前記筋繊維群と、の相対的な位置関係の変化に応じ、前記少なくとも一つの電極として用いる前記電極を校正する、（１）に記載の入力装置。
（５）
前記動作を識別するために用いられる前記筋電位信号を検出するための前記電極の組み合わせを示した電極選択情報が格納される記憶部を更に備える、（２）に記載の入力装置。
（６）
前記制御部は、前記筋電位信号に関する筋電位信号評価値と前記電極選択情報とを利用して前記電極の位置を予測することで、前記動作を識別するための前記筋電位信号を検出する少なくとも一つの前記電極と、前記筋繊維群と、の相対的な位置関係の変化量を特定し、前記少なくとも一つの電極として用いる前記電極を校正する、（５）に記載の入力装置。
（７）
選択された前記電極により検出された前記筋電位信号を利用して、前記生体の実施した前記動作を識別する動作識別部を更に備える、（１）に記載の入力装置。
（８）
前記複数の電極が配設される前記生体表面は、前腕であり、
前記複数の電極は、前記筋繊維方向及び前記腕の周方向に沿って配設される、（１）に記載の入力装置。
（９）
生体表面に対して当該生体の有する筋繊維群に直交する方向に沿って配設され、前記筋繊維群から生体の実施した動作に伴って発生する筋電位信号を検出する複数の電極を切り替えながら、時分割に前記筋電位信号を検出することと、
前記複数の電極により取得されたそれぞれの前記筋電位信号に基づいて、前記動作を識別するための前記筋電位信号を検出する少なくとも一つの前記電極を選択することと、
を含む、校正方法。
（１０）
前記動作を識別するために用いられる前記筋電位信号を検出するための前記電極の組み合わせを示した電極選択情報が予め格納されており、
前記電極を選択する際には、前記筋電位信号に関する筋電位信号評価値と前記電極選択情報とを利用して前記電極の位置を予測することで、前記動作を識別するための前記筋電位信号を検出する少なくとも一つの前記電極と、前記筋繊維群と、の相対的な位置関係の変化量を特定し、前記少なくとも一つの電極として用いる前記電極を選択する、（９）に記載の校正方法。

１０ 入力装置
２０ 筋電位信号検出装置
３０ 演算処理装置
１０１ 基材
１０３ 電極
１０５，１０９ 増幅部
１０７ 切替部
１１１ Ａ／Ｄ変換部
１１３ 制御部
１１５，３０３ 動作識別部
１１７，３０５ 記憶部
２０１ 筋電位信号出力部
３０１ 筋電位信号取得部

Claims (10)

1. 生体表面に対して当該生体の有する筋繊維群に直交する方向に沿って配設され、前記筋繊維群から生体の実施した動作に伴って発生する筋電位信号を検出する複数の電極と、
   前記筋電位信号を取得する前記電極を前記複数の電極の間で切り替える切替部と、
   前記複数の電極の中から、前記動作を識別するための前記筋電位信号を検出する前記電極を選択する制御部と、
   を備える、入力装置。
2. 前記制御部は、前記複数の電極により取得されたそれぞれの前記筋電位信号に基づいて、前記動作を識別するための前記筋電位信号を検出する少なくとも一つの前記電極を選択する、請求項１に記載の入力装置。
3. 前記制御部は、所定の閾値以上の信号雑音比を有している前記筋電位信号を検出した前記電極を、他の前記動作の識別に利用する前記電極との重複が少なくなるように、前記複数の電極の中から選択する、請求項２に記載の入力装置。
4. 前記制御部は、前記動作を識別するための前記筋電位信号を検出する少なくとも一つの前記電極と、前記筋繊維群と、の相対的な位置関係の変化に応じ、前記少なくとも一つの電極として用いる前記電極を校正する、請求項１に記載の入力装置。
5. 前記動作を識別するために用いられる前記筋電位信号を検出するための前記電極の組み合わせを示した電極選択情報が格納される記憶部を更に備える、請求項２に記載の入力装置。
6. 前記制御部は、前記筋電位信号に関する筋電位信号評価値と前記電極選択情報とを利用して前記電極の位置を予測することで、前記動作を識別するための前記筋電位信号を検出する少なくとも一つの前記電極と、前記筋繊維群と、の相対的な位置関係の変化量を特定し、前記少なくとも一つの電極として用いる前記電極を校正する、請求項５に記載の入力装置。
7. 選択された前記電極により検出された前記筋電位信号を利用して、前記生体の実施した前記動作を識別する動作識別部を更に備える、請求項１に記載の入力装置。
8. 前記複数の電極が配設される前記生体表面は、前腕であり、
   前記複数の電極は、前記筋繊維方向及び前記腕の周方向に沿って配設される、請求項１に記載の入力装置。
9. 生体表面に対して当該生体の有する筋繊維群に直交する方向に沿って配設され、前記筋繊維群から生体の実施した動作に伴って発生する筋電位信号を検出する複数の電極を切り替えながら、時分割に前記筋電位信号を検出することと、
   前記複数の電極により取得されたそれぞれの前記筋電位信号に基づいて、前記動作を識別するための前記筋電位信号を検出する少なくとも一つの前記電極を選択することと、
   を含む、校正方法。
10. 前記動作を識別するために用いられる前記筋電位信号を検出するための前記電極の組み合わせを示した電極選択情報が予め格納されており、
    前記電極を選択する際には、前記筋電位信号に関する筋電位信号評価値と前記電極選択情報とを利用して前記電極の位置を予測することで、前記動作を識別するための前記筋電位信号を検出する少なくとも一つの前記電極と、前記筋繊維群と、の相対的な位置関係の変化量を特定し、前記少なくとも一つの電極として用いる前記電極を選択する、請求項９に記載の校正方法。
    

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