(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触部にかけられた荷重と相互に関連する入力信号を生成するための入力装置であって、
略水平方向の接触部を構成する接触部構造体と、
前記接触部構造体の下を通り、フロア・グラウンド上でこれを支持する最下部構造体と、
前記最下部構造体に関連する前記接触部構造体の移動と相互に関連する検出イベントを検出するための、かつ、対象物の存在、位置、及び／又は動きを接触なしに検出するための、前記接触部構造体の底部に取り付けられた検出回路とを備え、
前記検出回路が、上部と底部とを備え前記接触部構造体に取り付けられた基板を有し、該上部はジェネレータ電極と該ジェネレータ電極の周りにある複数の受信電極装置を備え、前記底部には複数の距離電極装置をさらに有し、よって、前記複数の距離電極装置と前記最下部構造体の金属ベースを含むコンデンサ・システムの中で、前記接触部構造体にかけられた荷重の変化中に静電容量の変化が生じ、前記静電容量の変化が、前記接触部構造体にかけられた荷重の変化と相互に関連して生じ、
前記接触部構造体に結合された前記ジェネレータ電極が前記接触部構造体の上の部分においてエミットされる電界を生成して、前記接触部構造体の上にある対象物の存在、位置、及び／又は動きを接触なしに検出することを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記接触部に対して略平行な２つの軸の周りの前記接触部の傾斜が検出可能であるように、前記複数の距離電極装置が前記接触部構造体と結合されることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記接触部に関して略垂直な軸の周りの前記接触部構造体にかけられたトルクがそれによって検出可能である電極装置が提供されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の入力装置。
【請求項４】
補助電極をさらに備え、前記受信電極は前記検出イベントを検出するための信号が印加され、前記補助電極は前記受信電極と対をなしてコンデンサを構成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の入力装置。
【請求項５】
前記補助電極が前記接触部構造体の上部に取り付けられることを特徴とする請求項４に記載の入力装置。
【請求項６】
前記補助電極が前記接触部構造体の底部に取り付けられることを特徴とする請求項４に記載の入力装置。
【請求項７】
前記接触部構造体を弾力的に支持するために、エラストマー構造体が前記最下部構造体上に提供されることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の入力装置。
【請求項８】
前記エラストマー構造体が複数の支持足を構成することを特徴とする請求項７に記載の入力装置。
【請求項９】
ユーザの体を通った信号を受信するために識別回路が設けられることを特徴とする、請求項１から請求項８までいずれか１項に記載の入力装置。
【請求項１０】
前記検出回路の前記電極装置を含む前記検出装置が実現されることを特徴とする請求項９に記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触部に立っているユーザの動き並びに位置に相互に関連する入力信号を生成するための入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このタイプの入力装置は、Ｗｉｉバランス・ボードという名前で市場で入手可能である。この入力装置によって、入力装置上に立っているユーザの位置変更及び動作が検出されることが可能である。これらの信号は、ゲーム又はトレーニング・プログラムを備えて構成されたコンピュータ・システムによって処理される。前述のタイプの他の入力装置は、ジョイボードという名前で市場で入手可能である。
【０００３】
前述の入力装置は、子供にも大人にも使用されるという問題を有し、その場合、比較的重い重量及び荷重スペクトルを受けなければならない。ユーザの動作の検出及び特に受信重心位置の検出の解明度に限界が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、強靭で費用効果的に実現可能な構造体によって区別されることが可能であり、さらに、大きな荷重スペクトルによって接触部の荷重に関して特に意味のある信号の生成を可能にするＷｉｉボードのカテゴリの入力装置をそれによって作ることが可能である解決策を作成するという課題に基づく。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、本発明によれば、接触部の荷重と相互に関連する入力信号を生成するための入力装置であって、
−  略水平方向の接触部を構成する接触部構造体と、
−  その接触部構造体の下を通り、支持部に関してその接触部構造体を支持する最下部構造体と、
−  最下部構造体に関する接触部構造体の移動と相互に関連する検出イベントを検出するための検出回路とを有し、
−  その検出回路が、第１の電極装置及び第２の電極装置を備え、これらの電極装置が両方とも接触部構造体に動作可能に結合され、このことによって接触部構造体の荷重の変化が、接触部構造体の荷重の変化中、２つの電極装置を含む毎回形成されるコンデンサ・システムのこの荷重変化と相互に関連する静電容量の変化を引き起こす、入力装置によって解決される。
【０００６】
このようにして、高いダイナミクスで且つ高い精細度で接触部の様々な荷重状態を有利なやり方で確実に検出することが可能である。本発明による装置エレクトロニクスは、様々な変形形態において高い設計自由度で使用されることが可能である。さらに、本発明による技法は、入力装置をインターフェース・システムとして使用することを可能にし、このインターフェース・システムによって、他の信号が、ユーザを信号通信媒体として使用して、接続されたコンピュータにとって利用可能にされることも可能である。
【０００７】
本発明の特に好ましい実施形態によれば、２つの電極装置は接触部構造体と結合され、このことによって、相互に略直交し接触部に略平行な２つの軸の周りの接触部の傾斜が検出可能である。このようにして、接触部構造体の傾斜荷重を検出することが有利な方法で可能である。さらに、接触部に関して略垂直な軸の周りの接触部構造体の回転荷重も検出可能であるような方法で、２つの電極装置又は追加の電極装置を設計することが可能である。好ましくは、電極装置によって生成された信号は、それらの信号がプリセットされた範囲を超えないように互いに評価され、スケールされる。
【０００８】
信号はアナログ信号として、デジタル数として、又は特にカウント値として生成されることが可能である。これらのカウント値は、例えば、ある一定の電荷をコンデンサ・システムに導入するために、又はコンデンサ・システムから電荷を放電するために必要とされる振動サイクルの量をカウントすることにより生成されることが可能である。
【０００９】
電極装置が受信電極及び補助電極を備えるように、電極装置を構成することが可能である。補助電極は、好ましくはその構造体に取り付けられるが、そこにはさらなる信号処理及び信号送信のために提供される主回路は付けられない。この主回路がサブシェル又は最下部構造体に付けられる場合は、補助電極は、好ましくは接触部構造体の低部にある。主回路が接触部構造体に、特に上部ケース・シェルに組み込まれる場合は、補助電極は、最下部構造体に、特に、好ましくはエラストマー材で作られた単一の足に、組み込まれることが可能である。
【００１０】
接触部構造体の弾力的に可撓的な移動は、有利には、対応する接触部構造体の荷重の下で変形し、そうする際に接触部構造体の動きを可能にする、ばね又はエラストマー構造体によって可能にされる。このようにして形成されたサスペンション構成は、好ましくは、接触部構造体の最大のひずみの場合に生じる移動が１ミリメートルから７ミリメートルまでの範囲にあるように適応される。
【００１１】
それぞれの電極装置を示す信号の生成にそれ自体役立つエンコーディング回路又は識別回路をそれぞれの電極装置に組み込むことが可能である。この概念によって、本発明による入力装置の中で、電界往復原理に基づいて最少の配線費用で単一の電極装置間での信号転送を処理することが可能である。次いで、それぞれの電極装置は、接触部構造体の対応する移動信号の受信のために最も有利な場所に配置されることが可能であり、その電極装置に関連する検出された静電容量測定値を、それぞれの電極装置専用のアドレス信号と共に、主回路に送信することができる。センサ・コンデンサ・システムの瞬時静電容量によって毎回セットされる瞬時静電容量がアドレス信号によって参照されることが可能であるように、単一の電極装置及びそれらに割り当てられた回路が形成されることも可能である。
【００１２】
本発明の特定の態様によれば、本発明による入力装置は、ユーザの体を信号通信媒体として使用して、信号がそれによって検出されることが可能である、入力装置に結合されたインターフェース・システムを入力装置が提供するようにさらに形成される。これによって、例えばユーザに対して、或いは、例えばダンベル、テニス・ラケット又は他の練習器具などユーザによって握られる若しくは身に着けられる付属ユニットに対して、指示を提供する情報を不正を防止するように検出することが特に可能である。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、初めに示されたタスクはまた、請求項１０に示されている特徴を有する検出装置によって解決される。
【００１４】
本発明の詳細及び特徴は、図面に関連する以下の説明の結果として得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による入力装置内の基本的回路構成を例示する概略図である。
【図２】エラストマー構造体によって支持されたそれ自体４つの電極装置並びに接触部構造体を備える、本発明による入力装置の可能な構造体を例示するいくつかの概略図である。
【図３】本発明による入力装置の他の変形形態を例示する基本的回路図である。
【図４】発泡ゴム構造体によるクッションを備えた接触部構造体を有する本発明による入力装置の一実施形態を例示する他の基本的回路図である。
【図５】本発明による入力装置の第４の実施形態の他の構造上の詳細を例示する機能概略図である。
【図６】本発明による入力装置の他の構造上の詳細を例示する他の基本的回路図である。
【図７】本発明による入力装置の他の構造上の詳細を例示する他の基本的回路図である。
【図８ａ】さらに接触部構造体の移動を検出するために、接触部の上の部分（例えば、約３０ｃｍ）にある対象物、特に手足の接触なしに検出がそこで行われる本発明による検出装置の構造体を例示する基本的回路図である。
【図８ｂ】さらに接触部構造体の移動を検出するために、接触部の上の部分（例えば、約３０ｃｍ）にある対象物、特に手足の接触なしに検出がそこで行われる本発明による検出装置の構造体を例示する基本的回路図である。
【図８ｃ】さらに接触部構造体の移動を検出するために、接触部の上の部分（例えば、約３０ｃｍ）にある対象物、特に手足の接触なしに検出がそこで行われる本発明による検出装置の構造体を例示する基本的回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
入力信号を生成するための本発明による入力装置は、好ましくは、できる限り安定したフロア上の設置のための下部１及び接触部構造体として役立つ上部２を備える。この上部２は好ましくは、上部２が、この上部２によって画定される支持面Ｅと略平行な軸の周りで上部２に立っている人又はユーザによって傾けられることが可能であるように作られる。この上部の弾力のあるサスペンションは、好ましくは、操作可能なゆがみによって、特に入力装置上に立っている大人のユーザによって、約１ミリメートルから７ミリメートルまでの端部の傾き又は移動が可能にされるように行われる。
【００１７】
本発明による入力装置は、下部１及び上部２の両方に毎回電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４が付けられ、それらの電極のそれぞれがコンデンサ・システムＫ１、Ｋ２を形成するように形成され得る。これらのコンデンサ・システムＫ１、Ｋ２のそれぞれの静電容量の変化を検出することにより、下部１に関する上部２の傾角が計算されそれに関連付けられることが可能であり、対応する信号が他のプログラム・フローのために又は他のフィードバック手法のために生成されることが可能である。
【００１８】
本発明の特に好まれる実施形態によれば、それぞれのコンデンサ・システムＫ１、Ｋ２の静電容量の相対的変化が検出される。これらの変化は、全てのコンデンサ・システムＫ１、Ｋ２、．．．の信号の合計を形成し、それをそれぞれの信号の基本シェアから引くことにより特に正確に検出されることが可能である。その後に残る差は、さらに増強されることが可能である。この概念によって、接触部構造体のすでに比較的小さい経路変化が高い解明度で確実に検出されることが可能である。
【００１９】
図１には、本発明による評価回路の本質的な回路特徴を示す非常に簡略化されたブロック図が示されている。この回路は、入力装置のそれぞれの実施形態の例えば幾何学的明細を考慮するために、必要ならＡＳＩＣに組み込まれたマイクロコントローラによって、ソフトウェアに基づいて、検出された信号の前処理がそこで行われることが可能である、特にＡＳＩＣとして実現されることが可能である。マイクロコントローラによって、ソフトウェア適応によって他の設計が提供されることが可能である。さらに、静電容量のためのブリッジの実現の可能性がある。
【００２０】
本発明による入力装置の図２に示されている変形形態は、接触部構造体２として役立つ上部、並びに最下部構造体１として役立つ下部を備える。上部２及び下部１は、ここではエラストマー・ブロックＢとして表されているエラストマー構造体によって相互に結合される。接触部構造体２は、最下部構造体又は下部に関して再配置可能な接触部構造体に作用するゆがみに応じている。本発明による概念によって、特に最下部構造体に関する接触部構造体の傾斜が検出されることが可能である。さらに、最下部構造体に関する接触部構造体のねじれも検出可能であるように、入力装置を形成することが可能である。
【００２１】
図３に示されている他の変形形態では、最下部構造体に関する接触部構造体の弾力的に可撓的な支持が、入力装置の縁部ゾーンに付けられた弾力のある要素Ｆ１、Ｆ２によって行われる。本発明による入力装置は、さらに、接触部構造体に関する最下部構造体の移動がそれによって減衰されることが可能である減衰器Ｄ１、Ｄ２を備える。
【００２２】
図４に示されている変形形態では、接触部構造体は、発泡ゴム層Ｓ１によって最下部構造体と弾力的に結合される。さらに、この実施形態では、接触部構造体及び最下部構造体の両方に付けられた電極システムによって、最下部構造体に関する接触部構造体の空間移動を確実に検出することが可能である。評価及び信号処理エレクトロニクス、並びに検出電極Ｅｌ、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４は、発泡ゴム層Ｓ１に密閉してカプセル化されるように埋め込まれる。
【００２３】
本発明による入力装置の図５に示されている変形形態では、それら自体主要エレクトロニクスＨに接続されなければならない全ての電極Ｅ１、Ｅ３、Ｅ５、Ｅ７が、１つの部分―ここでは下部構成要素の部分又は最下部構造体の部分―にある。ここでは中央に配置されているジェネレータ電極Ｇの信号は、補助電極ＥＨによって受信電極に伝送される。この補助電極ＥＨは、接触部構造体の上部又は底部に付けられる。対応する電界の結合は、静電容量的に行われる。補助電極ＨＥは、必要ならワニス又は蒸着として付けられる薄い層でよい。薄いシート材から補助電極を打ち抜き、それを例えば接触部構造体の低部に形成された丈夫な爪構造体によって接触部構造体に十分にしっかり固定することも可能である。
【００２４】
図６に示されている変形形態では、検出電極を含む全電子回路は、入力装置の略中央に配置された比較的小さいプリント回路上に配置される。
【００２５】
この図では上部の受信電極は、プリント回路の反対側又は底部上に配置されたジェネレータ電極の上の上部にある。接触部構造体２を形成する上部は、好ましくは、弾力のある導電性材料で作られるか又は導電性被膜を備え、好ましくは電気的に下部と接続される。これによって、アース結合及び外部に対するシールドが実現される。ここで示されている配置によって、接触部構造体から直接ボードに付けられた電極までのアプローチが測定される。この配置の検出精度は、それぞれの検出電極を入力装置の中心から比較的遠くに配置することにより上げられることが可能であるが、これはこのようにして毎回電極に関して接触部構造体のより大きな距離の変化が生じるからである。原則として、上部にある電極と下部にある電極との距離は、相対的静電容量変化の最大化が達成されるように、できる限り小さく維持される。
【００２６】
少なくとも２つの空間軸の周りの傾きの検出のために、好ましくは少なくとも２つの電極システムが提供される。対応する変形実施形態が図７に示されている。
【００２７】
しかし、好ましくは、本発明による入力装置はいくつかの電極対又は電極システムを備え、そこでこれらのそれぞれの電極システムによって生成された測定信号又は検出された静電容量変化がオーバーラップするようにして評価される。特に、４つの電極の場合、決められた電極対の値を相互に減算することが可能である。
【００２８】
合計信号は、接触部構造体の合計荷重と相互に関連する測定信号に対応する。
【００２９】
それぞれの信号増幅の対応する設計によって、又は信号終了処理中にも、単一のチャネルの可能な非直線性を補償することが可能である。コンデンサ・システムによって毎回生成される信号は、信号対雑音比を改善するために、同時に復調されることが可能である。
【００３０】
本発明による入力装置によって検出された信号の評価システム、特にコンソールへの送信は、好ましくは無線で行われる。入力装置には、入力装置上での使用中に行われた機械的仕事から必要な動作エネルギをそれ自体生成する電力供給手段が組み込まれることが可能である。その他、電池システム又は蓄電池システムによって入力装置の電力供給を実現することも可能である。
【００３１】
本発明による入力装置は、入力装置が体内信号送信システムのためのインターフェースとして働くように形成されることが可能である。これによって、周辺機器並びにＩＤカードのキャプチャ又は別の使用を検出し、プログラムにおいてそれらを考慮することが特に可能になる。
【００３２】
本発明による入力装置は、入力装置がまた、略垂直な軸の周りのねじりモーメントを検出するように作られることが可能である。これによって、特に、サーフボード、スノーボード、及び他のボードなどのボード・スポーツ用途のシミュレーションのために、典型的なゆがみが検出されることが可能である。
【００３３】
本発明の特に強靭で費用効果的に実施可能な実施形態は、それがいくつかのエラストマー調整足を備えることにあり、そこに毎回補助電極又はジェネレータ電極が組み込まれ、その位置は、補足電極に関して、調整可能な足の荷重の変化によって変更されることが可能である。完全なコンデンサ・システムをこの調整可能な足に挿入し、調整可能な足に含まれた回路のアドレスされた質問によってそれぞれの調整可能な足の荷重状態を質問することも可能である。
【００３４】
図８ａから８ｃには、接触部構造体の移動を検出することに加えて、接触部の上の部分（例えば約３０ｃｍ）にある対象物、特に手足の接触なしに検出がそこで行われる本発明による他の検出装置の構造体が示されている。この概念によって、例えばユーザの脚又は腕を接触部の上の部分に移動することを必要とする体操の場合、これらの体操の実行を認識することが可能になる。同様に、例えば検出装置によって腕立て伏せの実行を検出することも可能になる。本発明による回路によって、ユーザが検出装置の上で両足で立っているか又は片足だけで立っているかが立証されることもさらに可能である。検出装置は、ユーザによって誘導された電界拡散に基づいて、いくつかの姿勢も、例えばかがむこと又は腕を伸ばすことも、検出されることが可能であるようなセンシティブな方法で、ティーチ・モードによってセットされることが可能である。
【００３５】
図８ａにおいて見られるように、受信電極が接触部の上の部分においてエミットされるいくつかの「耳たぶ形の電界」を生成するような方法で受信電極を配置することが可能であり、それによって手足の接触なしに検出が行われる。受信電極又は検出電極は、それらが、検出されるべき対象物によって引き起こされた、電極環境の誘電特性の変化を、特に効率よく認識するように形成されることが可能である。
【００３６】
図８ｂには、電界エミッションのために提供される信号電極、及び電界ブリッジングを検出するために提供されるジェスチャ電極―ここでは検出装置の角域に配置されている―の好ましい設計が図示されている。
【００３７】
全電子回路は、ボードの上側でそれ自体信号電極及びジェスチャ電極を担持するボード上で実現される。ボードは、上部、即ち接触部構造体に固定される。ボードの底部には、ここでは金属板からなる下部に関する上部の傾斜がそれによって検出されるスペーシング電極がある。単一の電極システムの駆動は、例えば、テンション生成及び信号前処理に適応されたＡＳＩＣにやはり組み込まれているマルチプレクサ回路によって行われることが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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