(57)【要約】  安定した状態でかつ正確にユーザの操作意図に基づく筋肉の動きを検知する。  ユーザの頭部に装着されるインターフェースは、伸縮性ベルトと静電容量型センサ１００とを備える。静電容量型センサ１００は、互いに対向して配置された第１の電極１０２および第２の電極１０４と、第１の電極１０２および第２の電極１０４間に設けられた誘電体１０６と、第１の電極１０２、第２の電極１０４および誘電体１０６の周囲を縁取るようにして設けられた支持部材１０８とを有する。支持部材１０８は、誘電体１０６より硬い材料からなる。これにより、伸縮性ベルトを頭部に装着しても、支持部材１０８がベースプレート１１０を支持するため、伸縮性ベルト５０のベルト張力（押圧力）による中央の誘電体１０６の潰れ等の変形を防止することができる。
2013073677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筋肉の動きを検知する静電容量型センサであって、
互いに対向して配置された第１の電極および第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられ、変形可能な材料からなる誘電体と、
前記誘電体の周囲に設けられ、前記誘電体よりも硬い材料からなる支持部材と
を備える静電容量型センサ。
【請求項２】
前記第２の電極の前記第１の電極とは反対側の面に設けられたベース部材をさらに備え、
前記ベース部材は、前記第２の電極の外形よりも大きい外形で構成され、
前記支持部材は、前記ベース部材の前記第２の電極から張り出した張出部に設けられた
請求項１に記載の静電容量型センサ。
【請求項３】
前記支持部材は、測定対象となる前記筋肉の隆起する変形領域の外周を囲むように設けられた
請求項１または請求項２に記載の静電容量型センサ。
【請求項４】
前記筋肉は、人体の頭部に設けられた側頭筋および耳介筋の少なくとも１以上の筋肉である
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の静電容量型センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
人体の所定部位の筋肉の動きを検知する静電容量型センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、頸椎損傷者の生活支援および就労支援を目的として電動式パワーグローブが開発されている。電動式パワーグローブは、麻痺した指による自由な把持動作を実現するための動力付きの手袋であり、ユーザの手に装着される把持装具（グローブ部）と、伝達機構を介して把持装具を駆動する駆動手段と、駆動手段に指示を送る操作入力手段とから構成されている。【０００３】
電動式パワーグローブの操作入力手段としては、グローブに取り付けられた押しボタンスイッチを机に押し付けて操作する方式や、体表面に貼った電極から筋活動に伴う微弱な電気信号を検出する表面筋電位計測を利用する方式、また脳波計測を用いることで念じるだけで機器操作が可能なＢＣＩ(Brain-Computer Interface)を用いる方式等が提案されている。しかしながら、押しボタン式は卓上に置かれた対象物を握る、離すという動作に用途が限定され、表面筋電位計測では頭部のような毛髪のある部位では、毛を剃るあるいは専用のジェルを塗るなどの煩雑な処置が必要であった。またＢＣＩ方式では、認識率が低い、トレーニングに時間が掛かる、筋電位計測と同様に装着に手間がかかる等の問題があり、日常的機器操作の手段としては普及に至っていない。そこで、これらの方式の問題を解決する操作入力手段として、頭部の部分的な形状変化を検知することで頭部随意筋の活動量を抽出し、把持装具の操作入力として用いるインターフェースが注目されている。【０００４】
このインターフェースは、静電容量型センサを設けたベルトを人体の所定部位に巻き付け、この部位の筋肉の動きをセンサにより検知することでモータを駆動し、伝達機構を介して把持装具を操作するものである。静電容量型センサとしては、種々の構造のセンサが使用されているが、柔らかい部位にも的確に接触、取り付けできるように、電極間に設けた誘電体を膨張または伸縮可能な気泡構造とした静電容量型圧力センサが提案、使用されている（特許文献１参照）。【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１０３５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の静電容量型センサでは以下のような問題があった。すなわち、静電容量型センサの誘電体に柔軟性の高い材料が使用されているので、伸縮性のベルトでセンサを測定対象の筋肉に押し付けると、ベルトの押圧力によりセンサが変形してしまう場合があった。また、ベルトの押圧力によっては完全に潰れてしまう場合もあった。このような場合には、筋肉の動きを正確に検知することができず、ユーザの操作意図を的確に把持装具に反映させることができないという問題が発生する。一方で、押圧力によるセンサの変形を回避するために、ベルトの締め付けを緩くすると、使用しているうちにセンサが対象部位からずれてしまったり、ベルト自体が落ちてしまう場合があり、安定した状態で筋肉の動きを検知することができないという問題がある。【０００７】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、安定した状態でかつ正確にユーザの操作意図に基づく筋肉の動きを検知することが可能な静電容量型センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、筋肉の動きを検知する静電容量型センサであって、互いに対向して配置された第１の電極および第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に設けられ、変形可能な材料からなる誘電体と、誘電体の周囲に設けられ、誘電体よりも硬い材料からなる支持部材とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、誘電体よりも硬い材料からなる支持部材を誘電体の周囲に設けているので、静電容量型センサがベルト等によって押し付けられた場合でも、誘電体等を支持部材によって支持することができる。これにより、誘電体の変形を防止することができ、ユーザの操作意思を的確に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るパワーグローブの概略構成例を示す図である。
【図２】インターフェースの構成例を示す斜視図である。
【図３】インターフェースを頭部に装着した状態を示す図である。
【図４Ａ】左側側頭筋の位置を示す図である。
【図４Ｂ】右側側頭筋の位置を示す図である。
【図４Ｃ】後耳介筋の位置を示す図である。
【図５】静電容量型センサの構成例を示す平面図である。
【図６Ａ】図５に示す静電容量型センサのＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図６Ｂ】図５に示す静電容量型センサのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図７Ａ】右奥歯噛締め時の計測データである。
【図７Ｂ】左奥歯噛締め時の計測データである。
【図７Ｃ】耳後方動かし時の計測データである。
【図８】右奥歯噛締め時、左奥歯噛締め時、耳後方動かし時の測定データの測定結果をまとめた表図である。
【図９】右噛締めをしたまま途中で耳を動かす、左噛締めをしたまま途中で耳を動かす、左右の奥歯をともに噛締めたまま途中で耳を動かすという指示を順に与えたときの計測データである。
【図１０】右噛締め、左噛締めを徐々に強めた後に徐々に弱めるという動作を行うように指示したときの計測データである。
【図１１Ａ】右奥歯噛締めを行った後に耳を後方に動かした場合の計測データを示し、支持部材のない旧型センサおよび非伸縮性ベルトを用いた場合である。
【図１１Ｂ】右奥歯噛締めを行った後に耳を後方に動かした場合の計測データを示し、支持部材のない旧型センサおよび伸縮性ベルトを用いた場合である。
【図１２Ａ】右奥歯噛締めを行った後に耳を後方に動かした場合の計測データを示し、本発明に係る静電容量型センサおよび非伸縮性ベルトを用いた場合である。
【図１２Ｂ】右奥歯噛締めを行った後に耳を後方に動かした場合の計測データを示し、本発明に係る静電容量型センサおよび伸縮性ベルトを用いた場合である。
【図１３】本発明に係る静電容量型センサと支持部材のない旧型センサとをそれぞれ用い、ベルト張力を変化させて右側側頭筋の測定を行った場合の計測データである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明する。
［パワーグローブの構成例］
まず、本発明に係るパワーグローブＰＧの概略構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るパワーグローブＰＧの概略構成の一例を示している。なお、図１、図２、図３、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図５、図６Ａ、図６Ｂの図面の寸法比率は、説明の都合上拡張されており、実際の比率と異なる場合がある。また、グローブ部６００は、説明を簡単にするため、親指と人差し指のみを図示しているが、実際には５本の指により構成されているものとする。
【００１２】
図１に示すように、パワーグローブＰＧは、インターフェース２００とコントローラ３００と駆動装置４００とグローブ部６００とを備えている。インターフェース２００は、使用者の筋肉の動きから使用者の操作意図を検知するものであり、頭部に装着された伸縮性ベルト５０とこの伸縮性ベルト５０に取り付けられた複数の静電容量型センサ１００とを有している。本発明の静電容量型センサ１００は、皮膚と接触する面が柔らかく、またセンサ本体もしなやかに構成され、伸縮性ベルト５０で固定した際には頭部曲面に沿って静電容量型センサ１００が変形して頭部に密着するようになっている。このような機能を有する静電容量型センサ１００では、使用者の操作意図に応じた筋肉の隆起を検知し、この検知により得られた操作信号Ｓｍを配線または無線通信を介してコントローラ３００に供給する。なお、インターフェース２００の詳細については後述する。
【００１３】
コントローラ３００は、例えばＣＰＵ(Central Processing Unit)やＲＯＭ(Read Only Memory)を有しており、パワーグローブＰＧを構成する駆動装置４００等の各部の動作を制御する。例えば、コントローラ３００は、インターフェース２００から供給される操作信号Ｓｍの閾値判定処理を行い、この判定処理の判定結果に応じてグローブ部６００を駆動制御するための駆動信号Ｓｖを駆動装置４００に供給する。
【００１４】
駆動装置４００は、例えばモータとこのモータに接続された可動部４０２とを有している。駆動装置４００は、コントローラ３００から供給される駆動信号Ｓｖに基づいてモータを駆動して可動部４０２を動作させることで、この可動部４０２に接続されている伝達手段５００を駆動制御する。なお、図１では、グローブ部６００の人差し指を操作することを前提として、可動部４０２を１組（２個）で構成しているが、操作する指の本数に応じて可動部４０２を設けることができる。後述する伝達手段においても同様である。
【００１５】
伝達手段５００は、駆動装置４００で生成した動力をグローブ部６００に伝達するための手段であって、案内管５０２と操作部材５０４と補助支持部材５０６とを有している。案内管５０２は、所定の長さを有する可撓性のチューブであって、一端が駆動装置４００に接続されると共に他端がグローブ部６００の甲に取り付けられている。操作部材５０４は、例えば張力の強いワイヤ等から構成され、案内管５０２の内部に沿って敷設され、一端が駆動装置４００の可動部に取り付けられると共に他端がグローブ部６００の人差し指の先端部に取り付けられている。操作部材５０４の案内管５０２から露出した部分には、操作部材５０４をグローブ部６００の指に固定するための補助支持部材５０６が設けられている。補助支持部材５０６は例えばベルトとチューブで構成され、本例では２組の補助支持部材５０６により操作部材５０４を確実に指に固定するようにしている。
【００１６】
このような構成により、ユーザの操作意思に応じて所定部位の筋肉が動かされると、インターフェース２００の静電容量型センサ１００によって筋肉の動きが検知され、この検知に基づく操作信号Ｓｍがコントローラ３００に供給される。コントローラ３００では、閾値判定処理等を行うことでどの筋肉が動いたかが判定され、これに応じた駆動信号Ｓｖが生成されて駆動装置４００に供給される。駆動装置４００では、この駆動信号Ｓｖに基づいて駆動され、伝達手段５００の操作部材５０４が操作される。このようにして、操作部材５０４の操作によりグローブ部６００の指が動作することで、ユーザの操作意思に応じた生活支援等が行われる。
【００１７】
［インターフェースの構成例］
次に、本発明に係るインターフェース２００について説明する。図２は本発明に係るインターフェース２００の概略構成の一例を示し、図３はこのインターフェース２００がユーザの頭部に装着された状態を示している。
【００１８】
図２に示すように、インターフェース２００は、伸縮性ベルト５０と、複数の静電容量型センサ１００とから構成されている。伸縮性ベルト５０は、少なくとも静電容量型センサ１００が取り付け可能な幅を有し、人間の頭部に装着したときに静電容量型センサ１００が頭部に安定的に保持され、かつ、静電容量型センサ１００の支持部材１０８が過度に変形しないようなベルト張力に調整されたベルトで構成されている。
【００１９】
複数の静電容量型センサ１００は、頭部の計測対象となる筋肉上に位置するように、伸縮性ベルト５０の内側に固定して取り付けられている。本例では、図３に示すように、頭部の左側側頭筋Ｍ１、右側側頭筋Ｍ２および片方の後耳介筋Ｍ３の３箇所の筋肉の収縮（動き）を検知するため、３個の静電容量型センサ１００が伸縮性ベルト５０に取り付けられている。伸縮性ベルト５０への取り付け方法は、種々の手法を採用することができ、例えば取り付け用のボタンや面ファスナーを用いても良いし、直接縫い付けても良い。
【００２０】
ここで、左側側頭筋Ｍ１、右側側頭筋Ｍ２および後耳介筋Ｍ３について説明する。図４Ａは左側側頭筋Ｍ１を示し、図４Ｂは右側側頭筋Ｍ２の位置を示し、図４Ｃは後耳介筋Ｍ３の位置を示している。なお、図４Ａ乃至図４Ｃにおいて左側側頭筋Ｍ１、右側側頭筋Ｍ２および後耳介筋Ｍ３は、斜線で示している。
【００２１】
左側側頭筋Ｍ１および右側側頭筋Ｍ２は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、頭部の左右のこめかみのやや上方からやや後方にかけて位置している。左側側頭筋Ｍ１および右側側頭筋Ｍ２は、噛締め時や、発話に伴う顎運動においても活動するが、本発明の静電容量型センサ１００を用いて固定位置を正しく選択することによって、発話と噛締めとを区別して噛締め動作のみを抽出できるようになっている。
【００２２】
後耳介筋Ｍ３は、図４Ｃに示すように、耳の後部に位置している。後耳介筋Ｍ３は、左側側頭筋Ｍ１および右側側頭筋Ｍ２の他に頭部にある筋肉のうち随意に動かせることのできる筋肉である。この筋肉は、耳を動かすための筋肉で、猫や馬等の動物においてよく発達しており、人間にもその名残が残っていると考えられている。耳介筋には、他にも前耳介筋、上耳介筋等があるが、後耳介筋Ｍ３は特に人において随意性が高く、この筋肉を働かせることで耳を前後に動かすことのできる人は少なくない。また、訓練によって多くの人が自由に耳を動かせるようになることが知られている。
【００２３】
［静電容量型センサの構成例］
次に、本発明に係る静電容量型センサ１００について説明する。図５は、静電容量型センサ１００の構成の一例を示している。図６Ａは図５の静電容量型センサ１００のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図６Ｂは図５の静電容量型センサ１００のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。なお、以下の説明では静電容量型センサ１００の測定対象となる筋肉に面した側を接触面と呼ぶ。
【００２４】
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、静電容量型センサ１００は、第１の電極１０２と第２の電極１０４と誘電体１０６と支持部材１０８とベースプレート１１０と絶縁層１１２とシールド層１１４とカバー１１６とを備えている。この静電容量型センサ１００の寸法としては、例えば５０ｍｍ×７０ｍｍ×８ｍｍである。
【００２５】
第１の電極１０２および第２の電極１０４のそれぞれは、所定の厚みｄ１，ｄ２を有した略長方形状の導電部材から構成され、誘電体１０６を介して互いに対向するようにして配置されている。具体的には、第１の電極１０２は、例えば導電布からなり、誘電体１０６の接触面側の面に貼り付けられている。第２の電極１０４は、例えば銅箔テープからなり、誘電体１０６の接触面とは反対側の面に貼り付けられている。
【００２６】
誘電体１０６は、所定の厚みｄ３を有すると共に第１の電極１０２等と略同一の外形から構成され、第１の電極１０２と第２の電極１０４との間に挟持された状態で配置されている。誘電体１０６には、柔軟性の高い例えばウレタンフォーム（スポンジ）が用いられているが、ウレタンフォーム以外にも柔軟性の高い材料であれば適宜採用しても良い。誘電体１０６の硬度は、例えば７〜１５（ｋｇ／３１４ｃｍ２）であることが好ましい。これにより、測定対象の筋肉に皮膚を介して静電容量型センサ１００を密着させることができる。
【００２７】
ベースプレート１１０は、例えば支持部材１０８の材料よりも硬いプラスチック等のシート状絶縁部材から構成され、第２の電極１０４よりも一回り大きな外形を有している。ベースプレート１１０の接触面側の面には、第２の電極１０４が貼り付けられている。この第２の電極１０４は、ベースプレート１１０の周縁部に所定幅のスペース（張出部）Ｓが設けられるようにベースプレート１１０上に貼り付けられる。第２の電極１０４から張り出したスペースＳは、後述する支持部材１０８を配置するための領域となっている。
【００２８】
ベースプレート１１０のスペースＳには、シールドケーブル１１８の一端部が固定されている。シールドケーブル１１８の他端部は、コントローラ３００に接続されている（図１参照）。シールドケーブル１１８の一端部からは２本の芯線１２０およびシールド線１２１が引き出され、芯線１２０がそれぞれ第１の電極１０２と第２の電極１０４に、さらにシールド線１２１がシールド層１１４に引き回されて接続されている。
【００２９】
支持部材１０８は、ベースプレート１１０のスペースＳ上に、誘電体１０６、第１の電極１０２および第２の電極１０４の全周囲を縁取るようにして貼り付けられている（図５参照）。このとき、支持部材１０８は、誘電体１０６、第１の電極１０２および第２の電極１０４とは若干の間隙をあけて貼り付けてあり、誘電体１０６等とは接触していない。この支持部材１０８は、例えば測定対象の筋肉が活動に伴って皮膚の一部が隆起するとき、この隆起する皮膚上の領域（以下、測定対象部位という）に対応させて、その外周縁を囲むように形成しても良い。例えば、図４Ａに示すように、測定対象として左側側頭筋Ｍ１の変形領域を点線で囲まれる領域Ｔとした場合、支持部材１０８で構成される外枠の内側に、測定対象の筋肉の変形領域Ｔが納まるように支持部材１０８を形成する。これにより、局所的な筋肉の隆起も的確に検知できるようになる。また、測定対象部位に静電容量型センサ１００をより密着し易くするために、支持部材１０８の接触面側の端面を測定対象部位の表面形状に沿うように成型しても良い。
【００３０】
支持部材１０８の厚みｄ４は、第１の電極１０２の厚みｄ１と第２の電極１０４の厚みｄ２と誘電体１０６の厚みｄ３とをそれぞれ加算した合計の厚みｄ１＋ｄ２＋ｄ３以下に選定することが好ましい。これは、静電容量型センサ１００の接触面が測定対象部位と接触した際、誘電体１０６が確実にその形に沿って変形するようにするためである。もちろん、厚みｄ１＋ｄ２＋ｄ３より大きくても、測定対象部位の形状によっては計測可能である。また、支持部材１０８には、人が適度な力で伸縮性ベルト５０を巻いて静電容量型センサ１００を固定する際に、程よく変形して測定対象部位の形状になじみ、かつ、中央部の誘電体１０６を大きく潰すことなく、その厚みをほぼ一定に保持できるような硬さの材料が使用される。そのため、支持部材１０８としては、中央部の誘電体１０６よりも硬度の高い（柔軟性の低い）材料が用いられ、例えばポリエチレンフォームが好適に用いられる。支持部材１０８の硬度は、例えばデユロメータ硬度計Ｃタイプでの計測値で３５以上かつ７０以下であることが好ましい。上記硬度とするのは、硬度が３５未満の場合にはベルト張力等により中央の誘電体等が変形してしまうからであり、硬度が７０超の場合には測定時にセンサが測定対象部位の形状に沿わないからである。もちろん、硬度が上記範囲内の材料であれば、ポリエチレンフォーム以外にも適宜使用することができる。また測定対象部位の面積が小さい場合や平面に近く、測定対象部位の形状にそって変形する必要が無い場合は、接触面側に適宜クッション等を設けて痛みの無いように配慮した上でプラスチックやアルミニウム等の上記硬度範囲以上の硬い材料で支持部材１０８を構成することも可能である。
【００３１】
絶縁層１１２は、ベースプレート１１０と略同一の外形に選定され、第１の電極１０２および支持部材１０８の上面に貼り付けられている。絶縁層１１２は、薄く、かつ、柔軟な材料から構成され、例えばゴム材料や布等の材料からなる。
【００３２】
ベースプレート１１０、支持部材１０８および絶縁層１１２の外周部には、これら全体を覆うようにしてシールド層１１４が巻き付けられている。シールド層１１４は、例えば導電布から構成され、静電容量型センサ１００全体を外部からシールドする機能を有している。このシールド層１１４は、例えば、ベースプレート１１０の外面側に接着剤等により貼り付けられている。シールド層１１４の外周部は、さらに布製のカバー１１６によって被覆され、静電容量型センサ１００全体がカバー１１６によって保護されるようになっている。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、静電容量型センサ１００に外枠としての支持部材１０８を設けることで、伸縮性ベルト５０を頭部に装着しても、支持部材１０８がベースプレート１１０を支持するため、伸縮性ベルト５０のベルト張力（押圧力）による中央の誘電体１０６の潰れ等の変形を防止することができる。これにより、誘電体１０６をほぼ一定の厚みで保持することができ、ユーザの操作意図による筋肉の隆起のみを精度良くかつ安定した状態で検知することができる。また、筋隆起の検知部である中央部の誘電体１０６を柔軟性の高い材料で構成しているので、曲率が異なる色々な筋肉にも対応することができる。また、支持部材１０８を、人が適度な力で伸縮性ベルト５０を巻いて静電容量型センサ１００を固定する際に、程よく変形して測定対象部位の形状になじむような材質としているので、インターフェース２００の装着時におけるユーザの頭部への痛みを最小限に抑えることができる。
【００３４】
また、本実施の形態によれば、伸縮性ベルト５０に複数の静電容量型センサ１００を取り付けた場合において、頭部のどこかを隆起させてベルト張力が増加したとしても、他の箇所の静電容量型センサ１００では支持部材１０８の作用によりベルト張力の増加の影響を吸収することができるので、複数の静電容量型センサ１００を伸縮性ベルト５０に取り付けることができ、複数点での筋隆起の検知が可能となる。
【００３５】
さらに、本実施の形態によれば、測定対象の筋肉の変形領域の外周を囲むように静電容量型センサ１００の支持部材１０８を設けているので、小さな筋肉、例えば後耳介筋Ｍ３等の局地的な筋肉の隆起を正確に検知することができる。すなわち、従来では、周囲の筋肉が増加すると、これに伴ってベルト張力が増し、後耳介筋Ｍ３の隆起だけを検知できなかったが、本発明のように外枠構造を採用することで、測定対象の筋肉だけが外枠（支持部材１０８）内に収容されるので、周囲の筋肉の隆起等に影響されることなく、その外枠内部の筋隆起だけを検知することができる。
【００３６】
［評価実験について］
（正確な信号出力）
次に、本発明に係る３個の静電容量型センサ１００を備えたインターフェース２００を被験者の頭部に装着し、（ａ）右奥歯噛締め、（ｂ）左奥歯噛締め、（ｃ）耳を後方に動かす、の三つ動作を順に１００回行い、この計測データのうち２回分の各動作に応じた計測データをサンプルとして抽出した。３個の静電容量型センサ１００は、左側側頭筋Ｍ１、右側側頭筋Ｍ２および後耳介筋Ｍ３のそれぞれに対応した位置に取り付けた。図７Ａ乃至図７Ｃは、サンプリングした計測結果であり、図７Ａは右側側頭筋の計測結果を示すグラフであり、図７Ｂは左側側頭筋の計測結果を示すグラフであり、図７Ｃは後耳介筋の計測結果を示すグラフである。図７Ａ乃至図７Ｃの縦軸は静電容量を示し、横軸は時間を示している。
【００３７】
例えば被験者が時間Ｔ１、Ｔ４で右奥歯を噛締めた場合、図７Ａに示すように、時間Ｔ１、Ｔ４のそれぞれで右奥歯の噛締めに連動した右側側頭筋Ｍ２の隆起が検知された。同様に、例えば被験者が時間Ｔ２、Ｔ５で左奥歯を噛締めた場合、図７Ｂに示すように、時間Ｔ２、Ｔ５のそれぞれで左奥歯の噛締めに連動した左側側頭筋Ｍ１の隆起が検知された。なお、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、時間Ｔ２での左奥歯噛締めの際に、わずかに右側側頭筋Ｍ２の反応（図７Ａ中一点鎖線囲み部分）も見られるが、信号のピーク値が他のものに比べて極めて小さいため、閾値を所定の値に設定することで正確な信号判定ができるので問題はない。同様に、例えば被験者が時間Ｔ３、Ｔ６で耳を後方に動かした場合、図７Ｃに示すように、時間Ｔ３、Ｔ６のそれぞれで耳の後方動作に連動した後耳介筋Ｍ３の隆起が検知された。
【００３８】
続けて、各筋肉の測定値に対して閾値を設定してコントローラ３００で判定処理を行い、この判定結果において操作信号が正確に検知されたときの検知結果のカウントを行った。健常の成人男性５名を被験者とした。図８は、（ａ）右奥歯噛締め、（ｂ）左奥歯噛締め、（ｃ）耳を後方に動かす、の三つ動作を順に１００回行った場合の各被験者の検知結果を示している。
【００３９】
図８に示すように、右噛締め、左噛締め、耳の動きは、それぞれ９５．２％、９２．４％、９１．６％の確度で検知された。全体の平均値は、９３．１％であり、高い確度を持って３種類の操作信号がインターフェース２００により検知できることが確認された。
【００４０】
（自在な組合せによる信号出力）
次に、本発明に係る３個の静電容量型センサ１００を備えたインターフェース２００を被験者の頭部に装着し、右奥歯の噛締め、左奥歯の噛締め、耳の動きのうち、指定した組み合わせで動作を同時に行い、それぞれの動作に基づく操作信号が、影響されずに意図したとおり独立して生成できるか否かの測定を行った。図９は、「右噛締めをしたまま途中で耳を動かす」、「左噛締めをしたまま途中で耳を動かす」、「左右の奥歯をともに噛締めたまま途中で耳を動かす」という指示を順に与えた際の計測結果を示している。
【００４１】
図９に示すように、最初の「右噛締めをしたまま途中で耳を動かす」では、右側側頭筋Ｍ２および後耳介筋Ｍ３の隆起に基づくパルス状の操作信号がそれぞれ生成されたことが確認された。２番目の「左噛締めをしたまま途中で耳を動かす」では、左側側頭筋Ｍ１および後耳介筋Ｍ３の隆起に基づく操作信号がそれぞれ生成されたことが確認された。３番目の「左右の奥歯をともに噛締めたまま途中で耳を動かす」では、左側側頭筋Ｍ１、右側側頭筋Ｍ２および後耳介筋Ｍ３の隆起に基づく操作信号がそれぞれ生成されたことが確認された。このように、いずれも明確に意図した組合せの操作信号だけを生成できることが確認された。
【００４２】
（レベルを加減した信号出力）
最後に、パルス状の操作信号だけでなく、レベルを加減した操作信号が生成可能かを調べた。図１０は、被験者に右噛締め、左噛締めを徐々に強めた後に徐々に弱めるという動作を、互いに重ねながら順番に行うように指示した際の計測結果を示している。
【００４３】
図１０に示すように、右噛締めを徐々に強めた後に徐々に弱めると、静電容量型センサ１００で検知される操作信号（静電容量）のレベルも同じパターンを示し、具体的には徐々に大きくなった後に徐々に小さくなった。同様に、左噛締めを徐々に強めた後に徐々に弱めると、静電容量型センサ１００で検知される操作信号（静電容量）のレベルも同様に徐々に大きくなった後に徐々に小さくなった。このように、左側側頭筋Ｍ１、右側側頭筋Ｍ２からそれぞれ独立した操作信号を強弱を操作しながら生成できることを確認できた。
【００４４】
（まとめ）
本発明の静電容量型センサ１００を備えたインターフェース２００を用いて左側側頭筋Ｍ１、右側側頭筋Ｍ２および後耳介筋Ｍ３の３種の筋肉の収縮を検知することで、３チャネルの操作信号が高い確度で出力可能となった。また、独立した操作信号を自在な組合せで生成可能となると共に、レベル調整を伴う信号の生成が可能となった。
【００４５】
これまでのパワーグローブの操作は、片側側頭筋の１チャンネル入力によるもので、実現された動作は、全指一斉開閉による対象物把持であった。これに対し、本発明のインターフェース２００を用いることで、レベル変化を伴う多チャンネル入力が可能となり、両手にグローブを適用しての同時操作や、より複雑な指運動あるいは握力の加減を伴った指運動の実現が可能となった。
【００４６】
（従来型センサとの比較例（組合せ信号出力））
これまでのパワーグローブのインターフェースとしてはフレーム構造（支持部材１０８）のない旧型センサを非伸縮性のベルトで固定する方式を用いていた。非伸縮性ベルトを用いた理由は伸縮性ベルトよりも非伸縮性ベルトの方が感度良く操作信号を検出できたためである。しかし、共通のベルトで複数のセンサを固定した場合、一箇所の筋肉の隆起が起きると、ベルト張力が上昇して他のセンサの誘電体を押しつぶしてしまうため、すべてのセンサの計測値が上昇する結果となった。つまりセンサが互いに干渉することが分かった。伸縮性ベルトを用いると筋収縮に伴うベルト張力の変化を小さくする効果が期待できる。しかし伸縮性ベルトを用いても干渉を充分に抑えられず、また計測値自体も不安定となった。このベルト張力の変化の吸収と、測定対象の筋肉の形状変化のみを抽出することを目的としてフレーム構造のある本発明の静電容量型センサ１００（以下、新型センサという）の考案に至った。ここでは複数点計測を念頭において固定ベルトの伸縮性の有無が計測結果にもたらす影響について旧型センサと新型センサとで比較するために次のような実験を行った。
【００４７】
被験者の右側側頭筋と右側後耳介筋に対応した位置に固定された２個のセンサを備えるインターフェースを被験者の頭部に装着し、被験者に対して、実験開始から２秒後に約２秒間右奥歯噛締めを行い、６秒後に約２秒間耳を後方に動かすよう指示した場合の信号の測定を行った。奥歯の噛締めは７５[Ｎ]とし、耳の移動は最大限とした。センサとしては、旧型センサと、新型センサとの２種類のセンサを使用した。旧型センサは、支持部材がない点を除いては新型の構造と略共通している。センサを固定するベルトは、伸縮性ベルトと非伸縮性ベルトの２種類用いた。これら２種類のセンサと２種類のベルトの組み合わせを変えて、下記合計４種類の組み合わせでそれぞれ計測を行った。
【００４８】
図１１Ａは、センサとして旧型センサを用い、ベルトとして非伸縮性ベルトを用いた場合の実験結果を示している。図１１Ｂは、センサとして旧型センサを用い、ベルトとして伸縮性ベルトを用いた場合の実験結果を示している。図１２Ａは、センサとして新型センサを用い、ベルトとして非伸縮性ベルトを用いた場合の実験結果を示している。図１２Ｂは、センサとして新型センサを用い、ベルトとして伸縮性ベルトを用いた場合の実験結果を示している。なお、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ、図１２Ｂは、右側側頭筋、右側後耳介筋ともに縦軸を０．５[ｐＦ]の範囲でプロットした。
【００４９】
支持部材がない旧型センサを用いた場合には、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、奥歯の噛締め時には右側側頭筋の隆起が検出されたが、耳の移動時には右側後耳介筋ではなく右側側頭筋の隆起が検出され、奥歯の噛締めと耳の運動の独立したそれぞれの操作信号が得られなかった。これは、ある測定箇所の筋肉の隆起が、他の測定箇所のセンサに影響したためと考えられる。
【００５０】
これに対し、新型センサおよび非伸縮性ベルトを用いた場合には、図１２Ａに示すように、右側後耳介筋の隆起と同時に右側側頭筋の隆起も検出された。新型センサおよび伸縮性ベルトを用いた場合には、図１２Ｂに示すように、奥歯の噛締めと耳の運動とがそれぞれ独立して検知可能な操作信号が得られた。これは、新型センサでは支持部材を設けているので、ベルト張力の変化により中央の誘電体等が変形することを防止でき、筋肉の隆起のみを高精度に検出できるためと考えられる。また、支持部材により測定対象の筋肉の変形領域の外周を囲むことでセンサの測定対象部位に対する安定性が増し、支持部材の内側の筋肉の隆起のみを検出するため、測定対象の筋肉の収縮を安定的かつ選択的に検知できているためと考えられる。さらに伸縮性ベルトを用いることで大幅なベルト張力の変化が抑えられるため、ベルト張力がセンサ同士が干渉し合わない範囲に常にとどまっていると考えられる。
【００５１】
上記のように本実験では新型センサと伸縮性ベルトの組み合わせのみで右側側頭筋と後耳介筋の収縮が独立して検出される結果となった。新型センサを用いてもベルト張力の変化があまりに大きい場合には、非伸縮ベルトでは干渉を抑えられない場合がある。したがって、新型センサでは固定には伸縮性ベルトを採用している。
【００５２】
（従来型センサとの比較例（ベルト張力））
次に、支持部材を設けた新型センサと支持部材のない旧型センサとをそれぞれ用い、ベルト張力を変化させて右側側頭筋の測定を行った。図１３は、新型センサおよび旧型センサの咬合時および脱力時の静電容量の差とベルト張力との関係例を示している。縦軸は静電容量の咬合時と脱力時との差であり、横軸はベルト張力である。ノイズに埋もれず、確実に噛締めを検知するために、咬合時の静電容量の脱力時からの上昇量に対する閾値を例えば０．０５［ｐＦ］とする。この場合、咬合時と脱力時の静電容量の差が０．０５［ｐＦ］以上のベルト張力において噛締めが検知可能となる。
【００５３】
図１３に示すように、従来型センサでは確実に測定可能なベルト張力の範囲が１．４７〜２．４５［Ｎ］であり、新型センサでは確実に測定可能なベルト張力の範囲が３．９２〜９．８［Ｎ］であることが確認できた。この計測結果から、ベルト張力の範囲の広さは、旧型センサでは０．９８［Ｎ］となるのに対し、新型センサでは５．８８［Ｎ］となり、新型センサの方が６倍も許容するベルト張力の範囲が広くなることが分かった。これは、新型センサでは、支持部材を設けているので、所定のベルト張力が作用したとしても支持部材により中央部の変形が防止されるからである。
【００５４】
これにより、旧型センサでは、ベルトの締め付け具合をきめ細かく調整しなければならなかったが、新型センサではベルト張力の範囲が広いので、厳密にベルト張力を調整しなくても右側側頭筋の動きを検知できるようになった。
【００５５】
また、図１３に示すように、ベルト張力にほとんど影響を受けない範囲が５［Ｎ］前後に存在し、このベルト張力の範囲を利用すればベルト張力が多少変化しても感度が変化しないことが分かった。そのため、伸縮性ベルトを用いてベルト張力の変動を抑え、５［Ｎ］程度の締め付け力で頭部に固定することで、ひとつのベルトで複数点同時測定が可能になった。
【００５６】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。本発明に係るインターフェース２００は、着脱が容易な点から、上述したパワーグローブＰＧだけでなく、他の様々な装置の入力操作手段としても応用することができる。また、インターフェース２００を構成するベルトとして伸縮性ベルト５０を用いたが、面ファスナーが設けられた非伸縮性のベルトを用いることもできる。また、上記実施の形態では、支持部材１０８を略矩形状の枠体で構成したが、測定対象領域の形状に合わせて円形状や楕円形状とすることもできる。また同じく支持部材１０８を連続した枠体で構成したが、支持部材１０８を複数で構成し、これらを誘電体１０６の外周部に沿って所定間隔で配置することもできる。
【００５７】
また、上記実施の形態では、左側側頭筋Ｍ１、右側側頭筋Ｍ２および片方の後耳介筋Ｍ３の合計３チャンネルの操作信号を出力するようにしたが、これに限定されることはなく、他方の後耳介筋や、左右の眉の動きを実現する前頭筋、腕および脚等の筋肉を検知することで３チャンネル以上（多チャンネル）の操作信号を得ることもできる。
【符号の説明】
【００５８】
１００・・・静電容量型センサ、１０２・・・第１の電極、１０４・・・第２の電極、１０６・・・誘電体、１０８・・・支持部材、１１０・・・ベースプレート（ベース部材）、２００・・・インターフェース、３００・・・コントローラ、４００・・・駆動装置、５００・・・伝達手段、６００・・・グローブ部、ＰＧ・・・パワーグローブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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