(57)【要約】      （修正有）【課題】物体表面に配置される伸縮可能な薄い柔軟素材の伸縮率を検出することができる計測方法及びセンサモジュールを提供する。【解決手段】伸縮率に応じて光の透過率が変化するシート状の伸縮部材の表面近傍に配置して使用されるセンサモジュールであって、前記伸縮部材に向かって発光し前記伸縮部材からの反射光３を検知するフォトリフレクタ１を有し、前記フォトリフレクタ１の出力に基づいて前記伸縮部材の伸縮率を測定することを特徴とするセンサモジュール。伸縮部材に照射した光の反射光３又は透過光５の強度に基づき伸縮部材の光の透過率を算出し、予め記憶されている伸縮部材の光の透過率と伸縮率との関係に基づき、前記算出された光の透過率から伸縮部材の伸縮率を算出することを特徴とする伸縮率の計測方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮率に応じて光の透過率が変化するシート状の伸縮部材の表面近傍に配置して使用されるセンサモジュールであって、前記伸縮部材に向かって発光し前記伸縮部材からの反射光を検知するフォトリフレクタを有し、前記フォトリフレクタの出力に基づいて前記伸縮部材の伸縮率を測定することを特徴とするセンサモジュール。
【請求項２】
前記伸縮部材の一部は物体に固定され、他の部分が外部からの力の作用により伸縮自在である請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項３】
前記伸縮部材は物体の所定の表面を覆うように配置される請求項２に記載のセンサモジュール。
【請求項４】
前記センサモジュールは、無線通信により検知結果を送信する無線送信部と、バッテリーと、を更に有しており、他の装置と物理的に接続されていない請求項２又は３に記載のセンサモジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載されたセンサモジュールと、前記センサモジュールから測定結果を取得する情報処理装置と、を備えるセンサシステムであって、
前記センサモジュールは、伸縮部材の表面近傍の異なる位置に複数配置され、
前記情報処理装置は、前記複数のセンサモジュールの位置と測定結果とに基づいて、前記伸縮部材に作用する接線方向の力の向きと大きさを推定するセンサシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のセンサシステムと、
前記センサシステムの複数のセンサモジュールが表面近傍の異なる位置に配置されている伸縮部材と、
を備え、
前記センサシステムの情報処理装置が、前記伸縮部材に作用する接線方向の力の向きと大きさに応じた命令を制御対象に対して送出する入力装置。
【請求項７】
光を透過する素材からなる伸縮部材の伸縮率を計測する計測方法であって、
発光装置により、伸縮部材へ光を照射する照射工程と、
受光装置により、前記照射工程で照射した光が前記伸縮部材で反射した反射光又は前記照射工程で照射した光が前記伸縮部材を透過した透過光を受光する受光工程と、
計算装置により、前記受光工程で受光した反射光又は透過光の強度に基づき前記伸縮部材の光の透過率を算出し、予め記憶されている前記伸縮部材の光の透過率と伸縮率との関係に基づき、前記算出された光の透過率から前記伸縮部材の伸縮率を算出する算出工程と、
を有する計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測方法、センサモジュール及びセンサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人は皮膚を介して触れる、なでる、つまむ等の動作を用いたコミュニケーションを行うことができる。このような動作を検出することができる皮膚のような機能を有するセンサをロボット等のコンピュータシステムと統合することができれば、ユーザとシステムとのインタラクションはより直感的で自然なものとなることが期待される。従来、皮膚のような機能を有するセンサの研究は多くなされている。
【０００３】
例えば、物体表面近傍におけるセンシング領域を拡大する技術として、非特許文献１は、多くのセンサの配列によって物体表面を覆い、各センサの出力をデータ処理することによって人工的な皮膚を構成することを提案している。また、非特許文献２は、３次元物体を覆い２次元の圧力を計測できる薄くて柔らかいシート型のセンサを開示している。非特許文献３は、ウレタンフォームで覆われたフォトリフレクタによって構成された触覚センサを開示している。
【０００４】
皮膚に対する動作には、接触（タッチ）や押圧の他にも、引きずる（ドラッグ）、つまむ（ピンチ）、引っ張る、離す、ねじる、なでる等の多様な動作がある。これらの動作を識別するためには、物体表面に作用する接線方向の力を検知し計測する必要がある。上記従来技術は、接触位置や押圧位置の検出や、物体表面に作用する法線方向の接触圧や押圧力の計測に関するものであり、物体表面に作用する接線方向の力を計測するものではない。
【０００５】
硬い物体における接線方向の力の計測には歪みゲージが用いられる。しかし歪みゲージの電圧変動は微小なため、オペアンプを用いた増幅を行う必要があり、回路が複雑になるという課題がある。また、表面の形状が曲面である物体や柔軟物体には取り付けることが難しいという課題がある。
【０００６】
柔軟素材に作用する接線方向の力を計測する手法としてカメラを用いるものがある。非特許文献４は、伸縮素材に埋め込んだカラーマーカーの変形をカメラで撮影することで６自由度の動きを計測する技術を開示している。非特許文献５は、多数の凹凸を形成した平板をCCDカメラによって撮影し、画像を用いて凹凸の変化を計測することにより、接線方
向の力を推定することを開示している。これらのカメラを用いた手法では、カメラによる撮影が可能な程度、カメラと素材との間に距離を確保する必要がある。
【０００７】
柔軟素材の変形や伸縮を計測する手法として、非特許文献６は、フォトトランジスタと複数の赤外線ＬＥＤを用いて押す、つまむ、こするといった種々のインタラクションを計測することを提案している。これは、シリコン素材の頂部にフォトトランジスタを設け、シリコン素材の底部に複数の赤外線ＬＥＤを設け、頂部と底部との隙間のずれを計測するという手法である。しかし、この手法は、素材の一定以上の厚みが必要であるため、日用品等の物体表面に取り付けるのは難しい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Lumelsky,V.J.Sensitive Skin,IEEE Sensors Journal, IEEE(2001), vol.1, no.1, pp.41-51.
【非特許文献２】Shimojo,M.,Namiki,A.,Ishikawa,M.,Makino,R.and Mabuchi,K.A tactile sensor sheet using pressure conductive rubber with electricalwires stitched method, IEEE Sensors Journal, vol.4, pp.589-596, 2004.
【非特許文献３】Ohmura,Y.,Nagakubo,A. and Kuniyoshi,Y.Conformable and scalable tactile sensor skin for curved surfaces. In Proc.ICRA '06, IEEE(2006), pp.1348-1353.
【非特許文献４】Kamiyama,K.,Kajimoto,H.,Vlack,K.,Kawakami,N.,Mizota,T. and Tachi,S. Gelforce. In ACM SIGGRAPH 2004 Emerging technologies, ACM (2004), pp.5-5.
【非特許文献５】Yamane,N.,Ohka,M. and Mitsuya,Y.Methods to Enhance Accuracy of an Optical Three-axis Tactile Sensor, JSME annual meeting 2000(1), pp.229-230.
【非特許文献６】Kadowaki,A.,Yoshikai,T.,Hayashi,M.,Inaba,M.Development of Soft Sensor Exterior Embedded with Multi-axis Deformable Tactile Sensor System. In Proc. Ro-Man '09, IEEE (2009),pp.1093-1098.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、物体表面に配置される伸縮可能な薄い柔軟素材の伸縮率を検出することができる計測方法及びセンサモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明者らは鋭意研究を行い、フォトリフレクタ（反射型フォトセンサ）を用いた新規な測定手法を見出し、以下に述べる発明の構成を想起するに至った。
【００１１】
具体的には、本発明に係るセンサモジュールは、伸縮率に応じて光の透過率が変化するシート状の伸縮部材の表面近傍に配置して使用されるセンサモジュールであって、前記伸縮部材に向かって発光し前記伸縮部材からの反射光を検知するフォトリフレクタを有し、前記フォトリフレクタの出力に基づいて前記伸縮部材の伸縮率を測定することを特徴とする。
【００１２】
このセンサモジュールによれば、フォトリフレクタにより検出される反射光量と発光量との比に基づいて、伸縮部材の透過率を測定することができる。伸縮部材の透過率と伸縮部材の伸縮率との間には一定の関係があるため、伸縮部材の透過率から伸縮部材の伸縮率を求めることができる。
【００１３】
シート状の伸縮部材は、物体表面に容易に取り付けることが可能であり、取り付ける対象となる物体の表面形状を大きく損なうこともない。また、フォトリフレクタは伸縮部材の表面との間に距離を確保して配置する必要がなく、伸縮部材の表面近傍に配置しても反射光の検出が可能である。
【００１４】
伸縮部材の一部が物体に固定され、他の部分が外部からの力の作用により伸縮自在であるような場合に、本発明のセンサモジュールを用いて好適に伸縮率の測定を行うことができる。伸縮部材がこのように物体に固定されている場合、伸縮部材に対してつまむ、引っ張る、離す、ドラッグ、ピンチイン、ピンチアウト等の動作を行うことにより、伸縮部材が伸縮する。前記動作に伴う伸縮部材の伸縮率を本発明のセンサモジュールによって計測することにより、動作を検知することができる。
【００１５】
伸縮部材が物体の所定の表面を覆うように配置されている場合にも、本発明のセンサモジュールを用いて好適に伸縮率の測定を行うことができる。伸縮部材がシート状で柔軟であり、物体の表面形状を大きく損なうことなく物体表面の一部又は全部を覆うことができる。このようにして物体を覆った伸縮部材に対する前記動作を検知することにより、センサモジュールと伸縮部材とで皮膚のような機能を有するセンサを実現することができる。
【００１６】
本発明のセンサモジュールは、無線通信により検知結果を送信する無線送信部と、バッテリーと、を更に有しており、他の装置と物理的に接続されていないと好適である。センサモジュールをこのように構成することにより、より容易にセンサモジュールを物体に実装することが可能になる。物体の表面を覆う伸縮部材の伸縮率を測定できるようにセンサモジュールを配置する場合には、配線等を省略できることにより、皮膚のような機能を有するセンサを実装することによる物体表面の触り心地が良くなくなることを回避しやすくなる。
【００１７】
また、本発明のセンサシステムは、上述したセンサモジュールと、前記センサモジュールから測定結果を取得する情報処理装置と、を備えるセンサシステムであって、前記センサモジュールは、伸縮部材の表面近傍の異なる位置に複数配置され、前記情報処理装置は、前記複数のセンサモジュールの位置と測定結果とに基づいて、前記伸縮部材に作用する接線方向の力の向きと大きさを推定することを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、伸縮部材に作用する接線方向の力の向きと大きさを推定することができるため、伸縮部材に加えられる皮膚に対して行うような種々の動作を識別することや、動作の強度を検出することが可能になる。
【００１９】
また、本発明の入力装置は、上述したセンサシステムと、前記センサシステムの複数のセンサモジュールが表面近傍の異なる位置に配置されている伸縮部材と、を備え、前記センサシステムの情報処理装置が、前記伸縮部材に作用する接線方向の力の向きと大きさに応じた命令を制御対象に対して送出することを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、ユーザは、伸縮部材に対して、皮膚に対して行うような動作を行うことにより、制御対象に対する命令を入力することができるため、直感的で自然な操作により制御対象とのインタラクションを行うことが可能になる。
【００２１】
本発明は、光を透過する素材からなる伸縮部材の伸縮率を計測する計測方法として捉えることもできる。この場合、本発明に係る計測方法は、発光装置により、伸縮部材へ光を照射する照射工程と、受光装置により、前記照射工程で照射した光が前記伸縮部材で反射した反射光又は前記照射工程で照射した光が前記伸縮部材を透過した透過光を受光する受光工程と、計算装置により、前記受光工程で受光した反射光又は透過光の強度に基づき前記伸縮部材の光の透過率を算出し、予め記憶されている前記伸縮部材の光の透過率と伸縮率との関係に基づき、前記算出された光の透過率から前記伸縮部材の伸縮率を算出する算出工程と、を有することを特徴とする。
【００２２】
この計測方法において、反射光の強度に基づいて透過率を算出する場合、受光装置は伸縮部材の方面に対して発光装置と同じ側に配置される。発光装置と受光装置とは別体構成でも一体構成でもよい。
【００２３】
この計測方法では、発光装置及び受光装置を計測対象の伸縮部材の表面のすぐ近傍に配置しても伸縮部材の伸縮率の計測が可能であるため、計測のためのシステム構成の自由度がカメラを利用する従来技術よりも高い。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、物体表面に配置される伸縮可能な薄い柔軟素材の伸縮率を検出することができる計測方法及びセンサモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】伸縮部材が引き延ばされていないときと引き延ばされたときとでの照射光、反射光、透過光の関係を模式的に示す図
【図２】実験装置の概略図
【図３】実験結果を示す図
【図４】本実施例のセンサシステムの構成を示す概略図
【図５】センサモジュールの実施形態の一例を示す図
【図６】本発明のセンサシステムの実装例を示す図
【図７】本発明のセンサシステムにより検知できる基本的なジェスチャーを示す図
【図８】本発明のセンサシステムのスマートフォンへの第１の適用例を示す図
【図９】本発明のセンサシステムのスマートフォンへの第２の適用例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の具体的な実施例について図面を参照しながら説明する。本発明者らは、家電製品、日用品、ロボット、スマートフォン等にセンサモジュールを組み込み、人が皮膚に対して行うような動作（例えば、こする（ドラッグ）、つまむ（ピンチイン、ピンチアウト）、引っ張る、離す等）を検知可能とすることで、皮膚に対して行うような動作を介したユーザと家電製品、コンピュータ、ロボット等とのインタラクションを実現することを想定している。そのための要素技術として、本明細書では、シート状の伸縮部材の伸縮率をフォトリフレクタにより測定するセンサモジュールと、シート状の伸縮部材をユーザ操作のためのインターフェースとし、伸縮部材の表面近傍に配置したセンサモジュールの出力から、伸縮部材に対して行われたユーザ操作を検出するセンサシステムを提案する。
【００２７】
皮膚のような機能を有するセンサを実現するためには、物体表面においてタッチ等の動作を検知できる領域を拡大すること、物体表面に加えられる法線方向の力だけでなく接線方向の力を検知及び計測すること、薄く伸縮可能で柔軟体表面に取り付け可能であること等が要求される。
【００２８】
本発明は、平面状の表面や曲面状の表面に取り付けて接線方向の力を計測することができる皮膚のようなセンサに関するものである。本発明のセンサは、複数のフォトリフレクタと、ストッキングのような伸縮性のある生地やゴムの薄膜と、からなる。ストッキングは伸縮可能な素材であるため、つまむ、ひっぱる、離す、なでる、押しつぶすといった物理的なインタラクションが可能であり、加えられた力に応じた触覚フィードバックがある。さらに、ストッキングは薄く、柔軟性があり、半透明であるため、例えば、携帯電話、ロボット、身体の一部、従来の圧力センサなど種々の物体に取り付けることができる。
【００２９】
最初に、フォトリフレクタを用いた測定原理とその検証実験について説明を行い、その後で、センサモジュール及びセンサシステムの具体的な構成例について説明する。
【００３０】
＜フォトリフレクタを用いた測定原理＞
ここでは、伸縮率により透過率が変化する薄い柔軟素材である伸縮部材としてストッキングを例に説明する。もちろん、伸縮部材はストッキングに限らず、伸縮性のある生地やゴムの薄膜等でも良い。
【００３１】
発明者らは、フォトリフレクタを用いることにより、ストッキングを通過する赤外光の透過率の変化に基づいてストッキングの伸縮比率を計測することができることを見出した
。また、複数のフォトリフレクタを用いたシステムにより、２次元力の方向を特定することができる。
【００３２】
＜フォトリフレクタを用いた伸縮率計測＞
フォトリフレクタとは、発光部から照射した光の反射光を受光部で検出するという構成の反射型フォトセンサであり、本来は、物体の有無や物体の位置を判定するために利用されるものである。本発明では、このフォトリフレクタを用いて伸縮可能な部材の伸縮率を計測する。以下、その計測方法について具体的に説明する。
【００３３】
図１は、伸縮部材が引き延ばされていないときと引き延ばされたときとでの照射光、反射光、透過光の関係を模式的に示す図である。図１（Ａ）は伸縮部材（ストッキング）が引き延ばされていないときを示し、図１（Ｂ）は伸縮部材が引き延ばされたときを示す。図１に示すように、フォトリフレクタ１から伸縮部材４へ照射光２が入射する。このうち一部は伸縮部材４を透過し透過光５となり、一部は伸縮部材４で反射して反射光３となる。フォトリフレクタ１はこの反射光３を検出する。伸縮部材４が引き延ばされると（図１（Ｂ））、伸縮部材４が引き延ばされていないとき（図１（Ａ））と比べて、伸縮部材４を透過する透過光５が増加するため、反射光３は減少する。すなわち、伸縮部材４の伸縮率の変化に伴い、光の透過率が変化する。或いは、光の反射率が変化するとも言える。
【００３４】
＜光反射率とストッキングの伸縮率との関係＞
発明者らは、実験により、光の反射率と伸縮部材の伸縮率との関係について調べた。図２は実験装置の概略図である。図２に示すように、デニール値２０のストッキング１０を広げ、４辺のうち３辺をクランプ１１により保持し、１辺を力ゲージ１２（A&D Company,
Limited; AD-4932A-50N; 解像度: 0.01 N）に接続した。この実験装置により、ストッキング１０を段階的に引っ張った。フォトリフレクタ１３（KODENSHI SG-105）を装置中央
部のストッキング１０の下に配置した。
【００３５】
ヒステリシスの影響を確認するために、ストッキング１０を破断限界（デニール値２０の場合６Ｎ）まで引っ張った後、段階的に離した。フォトリフレクタ１３の出力はマイクロコントローラ（Atmel ATmega328）を用いて記録した。フォトリフレクタ１３は分圧器
回路に接続し、測定される出力電圧が反射光量に反比例するようにした。
【００３６】
次のような手順により実験を行った。
１．デニール値２０のストッキングを実験装置に設置した。
２．ストッキングを引っ張ることにより力の初期値を０．２Ｎに調節した。
３．フォトリフレクタの出力を１Ｈｚで10秒間記録した
４．ストッキングを２ｍｍずつ引っ張った。
５．ステップ３と４を力が６Ｎに達するまで繰り返した。
６．ストッキングを２ｍｍずつ戻した。
７．フォトリフレクタの出力を１Ｈｚで10秒間記録した
８．ステップ６と７を力が０．２Ｎに達するまで繰り返した。
【００３７】
図３に実験結果を示す。図３は、フォトリフレクタの出力値（電圧）を引っ張り力に対してプロットした図を示す。図示するように、ストッキングを引っ張る力の増大に応じてフォトリフレクタの出力電圧は減少し、ストッキングを引っ張る力の減少に応じてフォトリフレクタの出力電圧は増加した。ヒステリシスの影響は認められなかった。図３の結果から、ストッキングに作用する力とフォトリフレクタの出力電圧との関係は近似的にリニアになっていると考えられる。
【００３８】
他の素材（デニール値７０のストッキング及び薄いゴム素材）についても同様の実験手
順で測定した。図示は省略するが、デニール値７０のストッキングでは、フォトリフレクタの出力電圧は引っ張り力２Ｎ〜１１Ｎまでリニアに減少した。
【００３９】
以上の実験結果に示されるように、ストッキングは、薄く伸縮可能な柔軟素材であって、伸縮率と透過率との間に一定の関係が成立することがわかる。すなわち、ストッキングにかかる力が大きくなり伸ばされるほど、光の透過率は高くなる。このことから、ストッキングの表面近傍に配置したフォトリフレクタによって取得されるストッキングの透過率に基づいて、ストッキングの伸縮率を測定することができる。
【００４０】
＜センサシステムの構成＞
次に、上述した方法により測定した伸縮部材（ストッキング）の伸縮率に基づいて伸縮部材に対するユーザの動作を検知する方法について説明する。
【００４１】
図４は、本発明の実施形態に係るセンサシステムの構成例を示している。ここでは、物体４０に複数のセンサモジュール４１を配置し、センサモジュール４１の出力を情報処理装置４２によって処理し、制御対象４３に対し命令を入力する例を説明する。なお、物体４０、情報処理装置４２、制御対象４３は一体であっても良い。すなわち、制御対象である物体に取り付けたセンサモジュールによって、制御対象である物体に対するユーザの操作を検知し、ユーザ操作に応じた命令を制御対象である物体に入力することにより、制御対象である物体（ロボットやスマートフォン、家電製品等）とのインタラクションを実現することもできる。
【００４２】
情報処理装置４２は、複数のセンサモジュール４１から測定結果を取得し、それに基づいて制御対象４３に対し制御命令を送出する。センサモジュール４１による測定結果は無線通信により情報処理装置４２に送出される。情報処理装置４２から制御対象４３への命令送出は、一般的なリモコンのような赤外線通信を利用可能であり、その他の無線通信や有線通信を利用することもできる。
【００４３】
＜センサモジュール＞
図５はセンサモジュール４１の構成を示す模式図である。センサモジュール４１は、フォトリフレクタ２１、マイクロコントローラ２２（ATmega328）、バッテリー２３（Li-Po, 3.7V, 50mA）、無線通信モジュール２４（Bluetooth(登録商標)又はZigBee）を有する
。
【００４４】
マイクロコントローラ２２は、フォトリフレクタ２１及び無線通信モジュール２４の制御や、各種信号処理及びデータ演算を行う回路である。マイクロコントローラ２２は、１０ビットのＡ／Ｄコンバータを有し、所定の時間間隔でフォトリフレクタ２１の出力電圧を取り込み、０〜１０２３のデジタルデータに変換する。そして、マイクロコントローラ２２は、この測定結果を無線通信モジュール２４を介して情報処理装置４２へ送信する。
【００４５】
本実施例では、センサモジュール４１の大きさは３５ｍｍ、重量２０ｇである。センサモジュール４１のケース２５はレーザカットされたアクリルである。このように構成されたセンサモジュール４１は、無線通信モジュール２４とバッテリー２３を備えているため、他の装置との物理的な接続を必要としない。無線通信モジュール２４にはＩＤ番号を付与することができるため、複数のセンサモジュールを同時に使用することができる。
【００４６】
＜センサモジュール配置例＞
図６はセンサモジュールの配置例を示す図である。この例では、平板６１上に多数のセンサモジュール４１を配置し、全体を伸縮部材６２で覆うことにより、平板６１の表面全域をセンサとすることができる。なお、センサモジュールは小さく、伸縮部材６２は薄い
柔軟素材であるため、センサモジュール及び伸縮部材は曲面に配置することもできる。また、クッションのような柔軟物の表面近傍に配置し、全体を伸縮部材で覆うことにより、柔軟物の柔軟性や触り心地を損なうことなく、本実施例のセンサシステムを組み込むことが可能である。
【００４７】
＜２次元の接線方向の力の計算＞
複数のセンサモジュール４１を用いて伸縮部材６２に作用する力を検出する方法について説明する。本実施例では、多質点系の重心を求める方法に基づいて、各センサモジュール４１の位置と、各センサモジュール４１の出力値から、伸縮部材６２に作用する接線方向の力のベクトルを計算する。具体的には、以下の式を用いて計算を行う。
【数１】
2014044080.tif 000003
【００４８】
ここで、aは力のベクトル、ｎはセンサモジュールの個数、ｐｉはｉ番目のセンサモジ
ュールの出力値である。また、ｘｉとｙｉはｉ番目のセンサモジュールのｘｙ座標を表す。センサモジュールの位置は設置時にユーザが特定する。ｘｄとｙｄはデフォルト（ユーザがセンサシステムに力を作用させていない時）のｘｙ座標を表す。Ｍは全てのフォトリフレクタの出力値の合計値である。なお、ここでは簡単のために伸縮部材６２の特性を考慮していないが、ストッキングやゴムの薄膜等、伸縮部材として用いる素材の特性を加味して計算することもできる。
【００４９】
上記の計算により、本実施例のセンサシステムは、伸縮部材６２に作用する接線方向の力のベクトル（向き及び大きさ）を検出することが可能になる。これにより、例えば、図７に示す３通りの基本的な動作を検知することができる。
【００５０】
図４（Ａ）は、指を伸縮部材の表面で滑らせる（フリック、ドラッグ）動作を示す。ドラッグの操作により、ユーザは伸縮部材表面において、任意の方向の接線方向の力を生じさせることができる。図４（Ｂ）は、内側へつまむ（ピンチイン）動作を示し、図４（Ｃ）は、つまんで外側へ（ピンチアウト）の動作を示す。
【００５１】
これらの動作に伴う伸縮部材の各部の伸縮率を、伸縮部材の各サイドに配置したフォトリフレクタによって測定する。ドラッグが行われた場合、ドラッグする指が遠ざかる位置にある伸縮部材は伸び、ドラッグする指が近付く位置にある伸縮部材は縮む。従って、伸縮率の測定結果と位置とに基づいて、どの方向のドラッグがどの程度の強度で行われたかを算出することができる。ピンチインでは、指の外側の伸縮部材が全体的に伸ばされる傾向の変形が生じ、ピンチアウトでは、指の外側の伸縮部材が全体的に縮む傾向の変形が生じる。このような位置毎の伸縮部材の変形の測定結果に基づいて、伸縮部材に対してどのような動作が行われたのかを検出することができる。
【００５２】
以下、本発明のセンサシステムの具体的な適用例について説明する。
【００５３】
伸縮部材としてストッキング等の可視光の透過性の良い素材を用いる場合、スマートフォン等の画面の視認性を損なわずに画面に重ねて本発明のセンサシステムを実装すること
ができる。
【００５４】
図８は、スマートフォンに、画面に平行な平面状のセンサシステムを組み込んだ例を示す。図８の例では、画面８４の４隅にフォトリフレクタ８２を配置し、画面８４の外縁に枠８３を配置し、枠８３に伸縮部材であるストッキング８１を固定した。従って、画面８４に対応する領域においてストッキング８１は伸縮自在である。このセンサシステムでは、フォトリフレクタ８２の出力はスマートフォン８０に入力され、スマートフォン８０が情報処理装置及び制御対象として機能する。
【００５５】
本発明のセンサシステムをこのような平らな形状により実装した場合、画面８４のタッチセンサに対する通常のタッチ操作と、本発明のセンサシステムに対する操作と、の両方を用いることができる。例えば、ユーザがストッキング８１上で行ったドラッグ操作の押圧力が閾値より小さい場合、画面８４のタッチセンサに対する通常のタッチ操作が行われたとし、ユーザがストッキング８１上で行ったドラッグ操作の押圧力が閾値以上の場合、本発明のセンサシステムによる検知対象となる操作が行われたとする。
【００５６】
各々の場合でスマートフォン８０に異なる命令が入力されるようにすることができる。例えば、通常のタッチ及びドラッグにより、画面８４に表示された３次元物体の画像の位置を操作することができる。また、ユーザがドラッグ操作時のタッチ圧力を増加させると、３次元物体の画像の回転を操作することができる。このようにして、ユーザは異なるタイプのジェスチャーを１本の指で生成することができる。
【００５７】
図９は、スマートフォンに、曲面状のセンサシステムを組み込んだ例を示す。図９の例では、画面９４の上部空間をアーチ状の曲面により覆うように枠９３を配置し、枠９３に伸縮部材であるストッキング９１を固定した。枠９３の４辺の中央にそれぞれフォトリフレクタ９２を配置した。ユーザは、ストッキング９１に対し、図８に示す平面状のセンサシステムの場合と同様にピンチ、ドラッグ等の操作が行える他、さらに、引っ張る動作、引っ張った後に離す動作、押し込む動作等を行うこともできる。本発明のセンサシステムによれば、このような多様な操作を識別して検知することができるので、ストッキング９１を介した画面９４の視認性の維持と相まって、複雑で、これまでにない操作を伴うゲーム等のインタラクションが可能になる。例えば、ストッキング９１を引っ張る動作を行うことで、ゲーム上で的に向かって矢を狙い定める命令を入力し、ストッキング９１を離す動作を行うことで、ゲーム上で矢を放つ命令を入力することができる入力装置を実現できる。
【００５８】
本発明のセンサシステムにはその他の種々の適用例が考えられる。
【００５９】
例えば、スピーカーの前面を覆うネットを本発明のセンサシステムにおける伸縮素材として用いることができる。この場合、スピーカー前面の４個の角にフォトリフレクタを取り付けることで、スピーカーネット上で指をドラッグさせたりピンチさせたりする操作を検知することができる。これにより、スピーカーネットを再生装置やスピーカー自体を制御対象とした入力装置とすることができる。例えば、スピーカーネットをドラッグすることでボリュームを制御したり再生トラックを制御したりすることができる。
【００６０】
また、椅子の座面に本発明のセンサシステムを実装することにより、ユーザの姿勢を計測することができる。また、人体の胸周りに本発明の伸縮素材としてのストッキングを縛り、そのストッキングの伸縮を測定することにより、呼吸の深さやリズムを検知することが可能になる。
【００６１】
また、本発明のセンサシステムは、薄くかつ変形可能なので、従来あるタッチセンサや
圧力センサと組み合わせることができる。既存のセンサに組み合わせることにより、法線方向の力だけでなく接線方向の力を測定することが可能になる。また、皮膚に対して行われるような種々の動作をインタラクションに追加することができるので、制御対象に対する入力装置として実装した場合、種々の多様な、直感的で自然な操作による入力インターフェースをユーザに提供することが可能になる。
【００６２】
本発明のセンサシステムの従来技術に対する有利な点は、センサモジュールを構成するフォトリフレクタ等の主要な構成部品の入手性が高くかつ低コストである点、オペアンプによる増幅を要しないので複雑な回路が不要である点、柔軟素材を用いており、またカメラのように距離を確保する必要もないため、既存の物体の表面形状を大きく変えることなく本発明のセンサシステムを取り付けることができる点、ストッキングは加えられた圧力に応じて自然な触覚フィードバックを与えるため、タッチパネルと比較してより直感的な操作が可能である点、デニール値の異なるストッキングを用いることによって伸縮部材の柔らかさと耐久性を異ならせることができる点などである。
【符号の説明】
【００６３】
１：フォトリフレクタ
２：照射光
３：反射光
４：ストッキング
５：透過光
１０：ストッキング
１１：クランプ
１２：力ゲージ
１３：フォトリフレクタ
２１：フォトリフレクタ
２２：マイクロコントローラ
２３：バッテリー
２４：無線通信モジュール
２５：ケース
４０：物体
４１：センサモジュール
４２：情報処理装置
４３：制御対象
６１：平板
６２：ストッキング
８０：スマートフォン
８１：ストッキング
８２：フォトリフレクタ
８３：枠
８４：画面
９０：スマートフォン
９１：ストッキング
９２：フォトリフレクタ
９３：枠
９４：画面
【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８】
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【図９】
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