(57)【要約】      （修正有）【課題】従来構成に比べて、軽量化しつつ、手の動きの推定精度を向上させた利用者の体に装着可能な入力部材を提供する。【解決手段】入力部材（１）は、利用者が手に装着可能な手袋型に構成され、利用者の指に対応する指部（２ａ〜２ｅ）を複数有し、導電性の繊維が編み込まれた手袋型の本体部（２）と、各指部（２ａ〜２ｅ）に支持された通電部（３ｂ〜３ｅ）と、前記通電部（３ｂ〜３ｅ）を介して各指部（２ｂ〜２ｅ）に対して互いに異なる交番信号を供給す信号供給手段（８）と、本体部（２）を流れる交番信号の波形に基づいて、指の接触部位を推定する推定手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者が体に装着可能に構成され、利用者の指に対応する指部を複数有し、導電性を有する本体部と、
前記本体部において間隔をあけて配置された複数の被供給位置に端部が支持された通電部と、
前記通電部を介して前記各被供給位置に対して互いに異なる交番信号を供給する信号供給手段と、
前記本体部に接触して、本体部を流れる交番信号を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記本体部を流れる交番信号の波形に基づいて、前記検出部と前記本体部との接触位置を推定する推定手段と、
を備えたことを特徴とする入力部材。
【請求項２】
利用者の手に装着可能な手袋型の前記本体部と、
手袋の指の１つに設けられた前記検出部と、
手袋の他の指に設定された前記被供給位置と、
前記検出部が検出した交番信号の波形に基づいて、指の接触位置を推定する前記推定手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の入力部材。
【請求項３】
利用者の指の曲げに応じて異なる交番信号の波形に基づいて、指の曲げ角度を推定する前記推定手段、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の入力部材。
【請求項４】
対象物に応じて予め定められた交番信号が供給された対象物を本体部で触れた場合に検出される交番信号の波形に基づいて、対象物を推定する前記推定手段、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の入力部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者が体に装着して入力を行うための入力部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
手の形状や動きをリアルタイムに認識できれば、ＶＲ（Virtual Reality：仮想現実感）ゴーグルを用いた没入型コンテンツや、手話認識のための入力インターフェースを構築できる。この手形形状や指の動きの認識のための入力デバイスとして、主にセンサを搭載した手袋（データグローブ）が知られている。
データグローブに関して、以下の技術が従来公知である。
【０００３】
特許文献１（特開２０１６−１２５９３１号公報）には、手袋本体の各指の背側に、指関節に対応して歪センサを配置して、歪センサの検出結果に基づいて、手の動きを検出する技術が記載されている。
【０００４】
非特許文献１には、人差し指〜小指において、指関節の間の部分にそれぞれ文字を割り振っておき、親指で触れた部分を、カメラと加速度計で検出して入力文字を推定する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１２５９３１号公報（「００２６」−「００３４」、「００７５」−「００７９」、図１）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Eric Whitmire, et.al, “Digi Touch: Reconfigurable Thumb-to Finger Input and Text Entry on Head-mounted Displays”, Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies, Vol. 1, No.3, Article 113. Publication date: September 2017
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（従来技術の問題点）
特許文献１に記載の従来技術では、手袋にセンサを搭載するために、重かったり、指が曲げづらかったり、洗濯できなかったり、高コストになる問題がある。特に、手の状態の検出精度を向上させようとするとセンサの数を多くする必要があり、重くなったり、高コストになりやすい。
非特許文献１に記載の従来技術では、カメラで認識するため、認識対象が撮影できる位置にカメラを置かなければならない問題や、手や指が重なって認識対象が撮影できないと場所が特定できない問題もある。
【０００８】
本発明は、従来構成に比べて、センサを減らすことで軽量化しつつ、入力位置の推定精度を向上させることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明の入力部材は、
利用者が体に装着可能に構成され、利用者の指に対応する指部を複数有し、導電性を有する本体部と、
前記本体部において間隔をあけて配置された複数の被供給位置に端部が支持された通電部と、
前記通電部を介して前記各被供給位置に対して互いに異なる交番信号を供給する信号供給手段と、
前記本体部に接触して、本体部を流れる交番信号を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記本体部を流れる交番信号の波形に基づいて、前記検出部と前記本体部との接触位置を推定する推定手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の入力部材において、
利用者の手に装着可能な手袋型の前記本体部と、
手袋の指の１つに設けられた前記検出部と、
手袋の他の指に設定された前記被供給位置と、
前記検出部が検出した交番信号の波形に基づいて、指の接触位置を推定する前記推定手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の入力部材において、
利用者の指の曲げに応じて異なる交番信号の波形に基づいて、指の曲げ角度を推定する前記推定手段、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の入力部材において、
対象物に応じて予め定められた交番信号が供給された対象物を本体部で触れた場合に検出される交番信号の波形に基づいて、対象物を推定する前記推定手段、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、複数の被供給位置に異なる交番信号を付与して検出される交番信号の波形に基づいて検出部の接触部位を推定することで、指関節に歪センサを設置する従来構成に比べて、センサを減らすことで軽量化しつつ、カメラを使用する従来構成に比べて、入力位置の推定精度を向上させることができる。
請求項２に記載の発明によれば、指の接触位置を精度よく推定することができる。
請求項３に記載の発明によれば、指の曲げ角度を推定しない場合に比べて、利用者の入力パターンを増やすことができる。
請求項４に記載の発明によれば、入力位置だけでなく、交番信号が付与された対象物を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の実施例１の手袋型の入力部材の説明図である。
【図２】図２は実施例１のデータグローブの機能ブロック図である。
【図３】図３は実施例１のデータグローブの説明図であり、図３Ａは手を広げた状態で検出される元波形とフーリエ変換された周波数解析の説明図、図３Ｂは人差し指の先端と親指が接触した状態で検出される元波形とフーリエ変換された周波数解析の説明図、図３Ｃは人差し指の真ん中と親指が接触した状態で検出される元波形とフーリエ変換された周波数解析の説明図、図３Ｄは小指の先端と親指が接触した状態で検出される元波形とフーリエ変換された周波数解析の説明図である。
【図４】図４は人差し指に１０ｋＨｚを供給し中指に２０ｋＨｚを供給した場合に検出されるフーリエ変換後の周波数成分の説明図であり、図４Ａは親指と人差し指の先端が触れた状態の実験結果の説明図、図４Ｂは親指と中指の先端が触れた状態の実験結果の説明図、図４Ｃは親指と人差し指および中指の両方の先端とが触れた状態の実験結果の説明図、図４Ｄは親指と人差し指および中指の両方の真ん中とが触れた状態の実験結果の説明図である。
【図５】図５は指を曲げた状態と電気抵抗値の変化を示すグラフである。
【図６】図６は実施例３の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（以下、実施例と記載する）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明の実施例１の手袋型の入力部材の説明図である。
図１において、本発明の手袋型の入力部材の一例としてのデータグローブ１は、手袋型の本体部２を有する。本体部２は、導電性の繊維が編み込まれた手袋により構成されている。
本体部２は、利用者が手に装着可能な手袋型に構成されており、５本の指に対応する指部２ａ〜２ｅを有する。
各指部２ａ〜２ｅには、指の先端に向けて延びる配線３ａ〜３ｅが支持されている。配線３ａ〜３ｅは先端部において、指部２ａ〜２ｅの先端部に通電されている。
また、本体部２の手首側の部分には、接地部の一例としてのアース線４が接続されている。アース線４は、制御部１１に設けられた図示しないアース側の端子に接続されている。
【００１７】
配線３ａ〜３ｅは、スイッチ６に接続されている。スイッチ６は、各配線３ａ〜３ｅのいずれかに通電先を所定の時間間隔で切り替える。
スイッチ６には、増幅回路７を介して、信号供給部の一例としての正弦波発信器８が接続されている。正弦波発信器８は、人差し指〜小指の各指部２ｂ〜２ｅの配線（通電部）３ｂ〜３ｅに対して異なる交番信号を供給する。実施例１の正弦波発信器８は、各指部２ｂ〜２ｅの先端（被供給位置）に対して周波数が異なる正弦波（交番信号）を供給する。
正弦波発信器８は、制御部１１からの制御信号で制御される。したがって、正弦波発信器８からの交流信号は、スイッチ６での切り替えの時間間隔に合わせて周波数が変更される。よって、各指２ｂ〜２ｅの先端（被供給位置）に対して異なる周波数の交流信号が供給されるとともに、親指部２ａの配線（検出部）３ａに接続された場合に信号が出力される。
また、スイッチ６には、親指の配線３ａから増幅回路９を介して、本体部２からの信号が制御部１１に入力される。
【００１８】
（実施例１のデータグローブ１の制御部の説明）
図２は実施例１のデータグローブの機能ブロック図である。
図２において、実施例１のデータグローブ１の制御部１１は、外部との信号の入出力および入出力信号レベルの調節等を行うＩ／Ｏ（入出力インターフェース）、必要な起動処理を行うためのプログラムおよびデータ等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、必要なデータ及びプログラムを一時的に記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ等に記憶された起動プログラムに応じた処理を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）ならびにクロック発振器等を有するマイクロコンピュータ（いわゆるマイコン）により構成されている。制御部１１は、前記ＲＯＭ及びＲＡＭ等に記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
なお、実施例１の制御部１１は、情報処理装置の一例としてのパーソナルコンピュータに対して、無線通信で接続されており、指の接触位置の検出結果（利用者の入力結果）を出力するように構成されている。また、制御部１１は、図示しない内蔵電池で駆動されるが、住宅に設置のコンセント等の外部電源から電源供給を受けるように構成することも可能である。
【００１９】
（実施例１の制御部１１に接続された要素）
制御部１１には、親指の配線３ａ等の信号出力要素からの出力信号が入力されている。
また、実施例１の制御部１１は、正弦波発信器８等の被制御要素へ制御信号を出力している。
【００２０】
（制御部１１の機能）
実施例１の制御部１１は、下記の機能手段（プログラムモジュール）を有する。
信号供給制御手段２１は、正弦波発信器８を制御して、人差し指〜小指の各指部２ｂ〜２ｅに、異なる周波数の正弦波信号を供給させる。一例として、人差し指に１０ｋＨｚ、中指に２０ｋＨｚ、薬指に３０ｋＨｚ、小指に４０ｋＨｚといった形で供給することが可能である。なお、供給する周波数は、例示した数値に限定されず、設計や仕様等に応じて任意に変更可能である。
【００２１】
図３は実施例１のデータグローブの説明図であり、図３Ａは手を広げた状態で検出される元波形とフーリエ変換された周波数解析の説明図、図３Ｂは人差し指の先端と親指が接触した状態で検出される元波形とフーリエ変換された周波数解析の説明図、図３Ｃは人差し指の真ん中と親指が接触した状態で検出される元波形とフーリエ変換された周波数解析の説明図、図３Ｄは小指の先端と親指が接触した状態で検出される元波形とフーリエ変換された周波数解析の説明図である。
信号受信手段２２は、増幅回路９で増幅された本体部２の親指の検出部３ａからの信号を受信する。実施例１の信号受信手段２２は、予め定められた所定期間において受信した信号の履歴（プロファイル）を記憶する。すなわち、所定期間における受信信号の波形（図３の元波形データ）を取得可能である。
【００２２】
図４は人差し指に１０ｋＨｚを供給し中指に２０ｋＨｚを供給した場合に検出されるフーリエ変換後の周波数成分の説明図であり、図４Ａは親指と人差し指の先端が触れた状態の実験結果の説明図、図４Ｂは親指と中指の先端が触れた状態の実験結果の説明図、図４Ｃは親指と人差し指および中指の両方の先端とが触れた状態の実験結果の説明図、図４Ｄは親指と人差し指および中指の両方の真ん中とが触れた状態の実験結果の説明図である。
フーリエ変換手段２３は、受信信号の波形をフーリエ変換して、周波数成分の解析を行う。
実施例１のフーリエ変換手段２３は、図３、図４に示すように、元波形から高速フーリエ変換を行って、各周波数成分の強度を解析する。
【００２３】
パターン記憶手段２４は、手の状態のそれぞれにおけるフーリエ変換後の周波数成分の強度分布（周波数パターン）を記憶する。パターン記憶手段２４は、手が開いた状態や、人差し指〜小指の先端と親指が接触した状態や、人差し指〜小指の真ん中と親指が接触した状態、人差し指〜小指の付け根部分と親指が接触した状態、親指が人差し指と中指の両方に接触した状態等で、予め複数回実験を行い、その平均データを周波数パターンとして記憶しておく。
【００２４】
推定手段２５は、指部２ａ〜２ｅが接触した場合に流れる交番信号の波形に基づいて、指の接触部位を推定する。実施例１の推定手段２５は、フーリエ変換手段２３で得られた（検出された）周波数パターンと、パターン記憶手段２４に記憶された周波数パターンとを対比することで、手の状態や指の接触部位（親指がどの指のどの位置に接触したのか）を推定（判別）する。
実施例１のデータグローブ１では、各通電部３ｂ〜３ｅに異なる周波数の交流信号が供給されており、導電性繊維を通じて本体部２を、各交流信号合成された波形（合成波形）の信号が流れることとなる。ここで、親指の先端が触れた位置によって、交流信号が供給される各指の先端からの距離が異なる。導電性繊維は電気抵抗を有しており、距離が長くなると交流信号が減衰しやすい。よって、各指の先端部に近いほどその指の交流信号は減衰しにくく、別の指からの交流信号は減衰しやすい。例えば、図３Ｂや図４Ａに示すように、人差し指の先端部に親指を触れた場合、中指〜小指に供給された周波数の交流信号は減衰が大きくて強度が弱く検出され、人差し指に供給された周波数の交流信号は減衰が小さくて強度が強く検出される。また、図３Ｂと図３Ｃや図４Ｃと図４Ｄに示すように、同じ指でも先端部ほどその指の交流信号の周波数成分が強くなり、指の真ん中や付け根に行くにつれて検出される強度が弱くなる。したがって、周波数パターン（周波数の分布および強度）から、親指が接触した位置（あるいは手を開いている）を判別可能である。
【００２５】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１のデータグローブ１では、各指に異なる周波数の交流信号が供給されており、検出される合成波形の周波数パターンから、親指が触れた位置を推定することができる。よって、指を触れた位置、すなわち、利用者の手の状態を判別することができ、この判別結果を受信した情報処理装置において、判別結果（利用者の手による入力結果）に応じた処理を実行することが可能である。例えば、ヘッドマウントディスプレイを使用したＶＲにおける入力に好適に利用可能である。
そして、実施例１のデータグローブ１では、カメラを使用する従来技術のように、カメラの設置位置の制約のような問題も解消し、手や指が重なって触れた位置の推定精度が低下することが防止される。また、手袋にセンサを搭載する従来技術に比べて、軽量化され、コストも抑制される。また、センサがないため、指の曲げづらさも解消し、洗濯も可能であり衛生的である。
【実施例２】
【００２６】
図５は指を曲げた状態と電気抵抗値の変化を示すグラフである。
なお、図５に示すデータは、本体部２に曲げセンサを設置して、電気抵抗を計測した。
次に本発明の実施例２の説明をするが、この実施例２の説明において、前記実施例１の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
この実施例２は下記の点で、前記実施例１と相違しているが、他の点では前記実施例１と同様に構成される。
【００２７】
図５において、指を曲げた場合、指を伸ばした状態に比べて、指の内側（手の甲側でなく掌側）で導電性繊維どうしが密になり、電気抵抗値が低下する。したがって、指を曲げた状態の方が交流信号が減衰しにくくなり、検出される信号の強度も高くなりやすい。したがって、手を開いた状態で検出される各周波数成分の強度に対して、指を曲げると、指の曲げ角度に応じて、曲げた指の周波数成分が強くなっていく。したがって、実施例２の推定手段２５は、指の曲げに応じて異なる交番信号の波形に基づいて、指の曲げ角度を推定することができる。
なお、指を曲げても親指が触れていない状態では、人差し指〜小指の先端から親指の先端までの通電の経路長は、親指が各指に触れた場合に比べて長く、観測される強度は弱くなる。したがって、指を曲げた状態と、親指が各指に触れた状態とを区別することは可能である。
【００２８】
なお、指の先端から指の根元や手首といった電極までに流れる信号の強度を用いて指の曲げ具合を認識することも可能である。
ほかにも、例えば、人差し指と親指に関し、人差し指を曲げた際は、人差し指に印加した交流信号の強度（例えば、２０ｋＨｚ）のみが変化するため、２０ｋＨｚの信号の強度を測定することで人差し指の曲げ角度を推定することが可能である。
また、例えば、親指にも交流信号を入力して人差し指から信号の出力をとるように構成することで、親指が人差し指に接触した際は、親指の交流信号（例えば、１０ｋＨｚ）が人差し指に流れ込むため、人差し指の出力信号の１０ｋＨｚ成分のみに注目すれば親指の接触並びに接触位置を認識することも可能である。
【００２９】
（実施例２の作用）
前記構成を備えた実施例２のデータグローブ１では、指の曲げも検出することができ、利用者が使用可能な入力パターンを増やすことができる。また、指の曲げ角度に応じて、デジタル的な入力ではなく、アナログ的な入力（連続的な入力）も期待できる。
【実施例３】
【００３０】
図６は実施例３の説明図である。
次に本発明の実施例３の説明をするが、この実施例３の説明において、前記実施例１の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
この実施例３は下記の点で、前記実施例１と相違しているが、他の点では前記実施例１と同様に構成される。
図６において、実施例３のデータグローブ１では、対象物の一例としてのボール５１にマーカ５２が支持されている。マーカ５２には、予め設定された周波数の交流信号を出力する正弦波発信器５３と増幅回路５４とが内蔵されており、マーカ５２の表面やボール５１の外表面に、交流信号が付与される。
【００３１】
（実施例３の作用）
前記構成を備えた実施例３のデータグローブ１では、ボール５１に触れた場合に、マーカ５２が発する周波数の交流信号を含む合成波形が検出される。したがって、周波数パターンにおいて、人差し指〜小指とは異なる周波数成分（マーカ５２が発する周波数成分）が検出される。したがって、マーカ５２が付与されたボール５１に振れたことが推定（判別）できる。
よって、ボール５１以外でも、バットや棒、コップ、お皿等、任意の物体（対象物）に対して、互いに異なる周波数の交流信号を発するようにしておけば、本体部２が触れた物体を推定することができる。
【００３２】
（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ07）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、交番信号の一例として正弦波信号を例示したがこれに限定されない。三角波や矩形波、鋸波等、任意の交番信号を採用可能である。
【００３３】
（Ｈ02）前記実施例において、親指〜小指の全ての指に配線３ａ〜３ｅを設ける構成を例示したが、一部の指のみとすること可能である。
（Ｈ03）前記実施例において、親指が触れた位置を推定する構成を例示したが、これに限定されない。人差し指等、他の指が触れた場所を推定する構成とすることも可能である。
（Ｈ04）前記実施例において、交流信号は各指の先端に供給したり、検出を指の先端で行う構成を例示したが、これに限定されない。例えば、各指の付け根部や指の途中の部分、指と指との間（指の股の部分）等、任意の位置に交番信号を付与することも可能である。例えば、指の途中に交番信号を供給する（または検出を行う）ことで、より詳細に、各関節の角度を認識しやすくなる。また、指と指の間の股の部分から検出を行った場合、指の先端から流れてくる信号の強度を指の股で測ることにより、純粋にその指自体に流れる信号を検出することができる。さらに、親指の根元と小指の根元で交番信号の供給と検出を行う場合、手を開いた状態（パーの状態）と掌を閉じる状態（野球のグローブでボールを捉える時等の親指と小指が近づく状態）を計測すること、すなわち、指の曲げ角度ではなく掌の開閉の程度も推定可能である。
【００３４】
（Ｈ05）前記実施例において、人差し指〜小指から本体部２に交流信号を入力し、親指から出力する構成を例示したがこれに限定されない。例えば、すべての指から交流信号を入力すると同時に出力も受けるようにして、スイッチ６により時間区切りで入出力を切り替えることで、すべての指同士の接触自体や接触位置を認識するように変更可能である。
（Ｈ06）前記実施例において、片側の手について説明を行ったが、両手の指（合計１０本）に対して、異なる交番信号を供給することで、どの指がどの指に触れたか、どの指がどの位置に触れたか、両手が触れたかを推定（判別、認識）することも可能である。また、実施例３の対象物に供給される周波数と両手の指に供給される周波数をすべて異なる周波数とすることで、対象物に触れながらも、指同士の接触や接触位置の認識、指の曲げの認識も行うことが可能である。
【００３５】
（Ｈ07）前記実施例において、手袋型の入力部材を例示したが、これに限定されない。例えば、靴下や腹巻、ネックウォーマー、帽子といった他の衣類にも適用可能である。例えば、カーペット（本体部）に複数の周波数の信号を流して靴下（検出部）で検出することで、歩いている位置（接触位置）を認識することが可能である。他にも、手袋（検出部）と腹巻（本体部または対象物）、ネックウォーマー（本体部または対象物）、帽子（本体部または対象物）との接触位置や接触した対象物を認識することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の入力部材は、ＶＲを利用したソフトウェアの入力部材に好適に利用可能である。また、例えば、剣道において、竹刀の柄の部分や面や胴、小手といった防具の各部に交番信号を流すことで、竹刀の把持や触れた位置の検出も可能である。他にも、野球のバットに適用して、各選手がバットのどの位置を握ったり、どの位置でボールを打つことが多いのかを検出して、打撃姿勢の改善等のトレーニングやバットの製作に活用することも可能である。また、テニスのラケットに適用して、ラケットの製作等に活用することも可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１…入力部材、
２…本体部、
２ｂ〜２ｅ…非接触位置、
３ａ…検出部、
３ｂ〜３ｅ…通電部、
８…信号供給手段、
２５…推定手段、
５１…対象物。
【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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