(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を備える適合性材料のストランドであって、前記中心軸が、前記ストランドの長さに沿って配向され、前記ストランドが線形の非屈曲状態にあるとき、前記ストランドの幅と直角に配向される、ストランドと、
前記ストランドに接続された多領域角変位センサであって、
前記ストランドの第１の検知領域に配置された第１の角変位ユニットであって、前記第１の角変位ユニットが、前記ストランドの前記中心軸からずれており、前記中心軸の第１の部分からずれた第１のラインに沿って延在し、前記第１の角変位ユニットが、第１のベクトルを画定する第１の末端、および第２のベクトルを画定する第２の末端を備え、前記中心軸の前記第１の部分に沿って延在し、かつ前記第１の角変位ユニットの幅と直交する、第１の平面内の前記第１のベクトルと前記第２のベクトルとの間の第１の角変位が、前記第１の角変位ユニットの変形を受けて決定されるものである、第１の角変位ユニット、ならびに
前記ストランドの第２の検知領域に配置された第２の角変位ユニットであって、前記第２の角変位ユニットが、前記ストランドの前記中心軸からずれており、かつ前記中心軸の第２の部分からずれた第２のラインに沿って延在し、前記第２の角変位ユニットが、第３のベクトルを画定する第３の末端、および第４のベクトルを画定する第４の末端を備え、前記中心軸の前記第２の部分に沿って延在し、かつ前記第２の角変位ユニットの幅と直交する、第２の平面内の前記第３のベクトルと前記第４のベクトルとの間の第２の角変位が、前記第２の角変位ユニットの変形を受けて決定されるものである、第２の角変位ユニット、を備える、多領域角変位センサと、を備え、
前記第１の角変位ユニットが、前記中心軸から第１の方向にずれている第１の適合性キャパシタを備え、前記第１の適合性キャパシタが、誘電体層間に配置された第１の電極および第２の電極を備え、
前記第２の角変位ユニットが、前記中心軸から前記第１の方向にずれている第２の適合性キャパシタを備える、装置。
【請求項２】
前記第１の角変位ユニットが、
前記中心軸から第２の方向にずれており、かつ前記中心軸の前記第１の部分からずれた第３のラインに沿って延在する、第３の適合性キャパシタをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第２の角変位ユニットが、
前記中心軸から第２の方向にずれており、かつ前記中心軸の前記第２の部分からずれた第４のラインに沿って延在する、第４の適合性キャパシタをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の適合性キャパシタの前記第１の電極が、前記第２の電極と第３の電極との間に配置され、前記第２の電極および前記第３の電極が接地される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の電極が、前記第２の電極によって、少なくとも部分的に取り囲まれ、前記第２の電極が接地される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記多領域角変位センサが、
歪みを測定するために、前記ストランドの第３の検知領域に配置された歪みユニットをさらに備え、前記歪みユニットが、第５の適合性キャパシタを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の角変位ユニットが、前記第１の末端と前記第２の末端との間で伸縮自在であり、３次元空間におけるいずれの方向にも前記第１の角変位ユニットの長さに沿って屈曲自在であり、前記ストランドの変形を受けての前記第１の角変位ユニットの電気特性の変化が、前記第１の検知領域における第１の屈曲を反映する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記ストランドが、前記ストランドの前記長さに沿って伸縮自在であり、前記ストランドが、３次元空間のいずれの方向にも前記ストランドの前記長さに沿って屈曲自在であり、前記ストランドの変形を受けての前記第１の角変位ユニットの電気特性の変化が、前記第１の検知領域における第１の屈曲を反映し、前記ストランドの変形を受けての前記第２の角変位ユニットの電気特性の変化が、前記第２の検知領域における第２の屈曲を反映する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の検知領域における前記ストランドの変形を受けての前記第１の角変位ユニットの電気特性における変化が、前記第２の検知領域における前記ストランドの変形を受けての前記第２の角変位ユニットの電気特性における変化とは無関係である、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の角変位ユニットが、前記ストランドに少なくとも部分的に埋め込まれる、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記適合性材料のストランドと結合された布材料基材をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
中心軸を備える適合性材料のストランドであって、前記中心軸が、前記ストランドの長さに沿って配向され、前記ストランドが線形の非屈曲状態にあるとき、前記ストランドの幅と直角に配向される、ストランドと、
前記ストランドに接続された多領域角変位センサであって、
前記ストランドの第１の検知領域に配置された第１の角変位ユニットであって、前記第１の角変位ユニットが、前記ストランドの前記中心軸からずれており、かつ前記中心軸の第１の部分からずれた第１のラインに沿って延在し、前記第１の角変位ユニットが、第１のベクトルを画定する第１の末端、および第２のベクトルを画定する第２の末端を備える、第１の角変位ユニット、ならびに
前記ストランドの第２の検知領域に配置された第２の角変位ユニットであって、前記第２の角変位ユニットが、前記ストランドの前記中心軸からずれており、かつ前記中心軸の第２の部分からずれた第２のラインに沿って延在し、前記第２の角変位ユニットが、第３のベクトルを画定する第３の末端、および第４のベクトルを画定する第４の末端を備える、第２の角変位ユニット、を備える、多領域角変位センサと、
前記多領域角変位センサに結合され、前記第１のベクトルと前記第２のベクトルとの間の第１の角変位を決定し、かつ前記第３のベクトルと前記第４のベクトルとの間の第２の角変位を決定する回路デバイスと、を備え、
前記回路デバイスが、前記第１の角変位ユニットの第１の適合性キャパシタに関連した第１の信号を測定し、かつ前記第１の信号を、第１の静電容量を示す第１のデジタル値に変換するように動作可能であり、前記回路デバイスが、前記第２の角変位ユニットに関連した第２の信号を測定し、かつ前記第２の信号を、第２の静電容量を示す第２のデジタル値に変換するように動作可能である、システム。
【請求項１３】
前記第１の適合性キャパシタが、第１の電極、第２の電極、および誘電体層を備え、前記回路デバイスが、前記第２の電極に接地を施しながら、前記第１の信号を測定するように動作可能である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の適合性キャパシタが、第１の電極、第２の電極、第３の電極、および誘電体層を備え、前記第１の電極が、前記第２の電極と前記第３の電極との間に配置され、前記回路デバイスが、前記第２の電極および前記第３の電極に接地を施しながら、前記第１の信号を測定するように動作可能である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
中心軸を備える適合性材料のストランドであって、前記中心軸が、前記ストランドの長さに沿って配向され、前記ストランドが線形の非屈曲状態にあるとき、前記ストランドの幅と直角に配向される、ストランドと
前記ストランドに少なくとも部分的に埋め込まれた多領域角変位センサであって、
前記ストランドの第１の検知領域に配置された第１の適合性キャパシタであって、前記第１のコンプラントキャパシタが、第１の電極および第２の電極を備え、前記第１の電極が、前記ストランドの前記第１の領域の長さに沿う第１の平面に配置され、前記第２の電極の第１の部分が、前記第１の平面の上の第２の平面に配置され、前記第２の電極の第２の部分が、前記第１の平面の下の第３の平面に配置され、前記第１の適合性キャパシタが、前記ストランドの前記中心軸からずれており、かつ前記中心軸の第１の部分からずれた第１のラインに沿って延在し、前記第１の適合性キャパシタが、第１のベクトルを画定する第１の末端、および第２のベクトルを画定する第２の末端を備え、前記中心軸の前記第１の部分に沿って延在し、かつ前記第１の適合性キャパシタの幅と直交する、第１の平面内の前記第１のベクトルと前記第２のベクトルとの間の第１の角変位が、前記第１の適合性キャパシタの変形を受けて決定されるものである、第１の適合性キャパシタ、ならびに
前記ストランドの第２の検知領域に配置された第２の適合性キャパシタであって、前記第２の適合性キャパシタが、第３の電極および第４の電極を備え、前記第３の電極が、前記ストランドの前記第２の検知領域の長さに沿う第３の平面に配置され、前記第４の電極の第１の部分が、前記第３の平面の上の第４の平面に配置され、前記第４の電極の第２の部分が、前記第３の平面の下の第５の平面に配置され、前記第２の適合性キャパシタが、前記ストランドの前記中心軸からずれており、かつ前記中心軸の第２の部分からずれた第２のラインに沿って延在し、前記第２の適合性キャパシタが、第３のベクトルを画定する第３の末端、および第４のベクトルを画定する第４の末端を備え、前記中心軸の前記第２の部分に沿って延在し、かつ前記第２の適合性キャパシタの幅と直交する、第２の平面内の前記第３のベクトルと前記第４のベクトルとの間の第２の角変位が、前記適合性キャパシタの変形を受けて決定されるものである、第２の適合性キャパシタ、を備える、多領域角変位センサと、を備える、装置。
【請求項１６】
前記多領域角変位センサが、
前記中心軸から前記第１の適合性キャパシタの反対方向にずれており、かつ前記中心軸の前記第１の部分からずれた第３のラインに沿って延在する、前記第１の検知領域の第３の適合性キャパシタをさらに備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記多領域角変位センサが、
前記中心軸から前記第２の適合性キャパシタの反対方向にずれており、かつ前記中心軸の前記第２の部分からずれた第４のラインに沿って延在する、第４の適合性キャパシタをさらに備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１の電極の上面部、底面部、第１の側面部、および第２の側面部が、前記第２の電極によって取り囲まれ、前記第２の電極が接地される、請求項１６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
環境の事象または変化を検出、測定、モニタするためのセンサは、工学の分野ではお馴染みである。センサは、環境の事象または変化を検出、測定、モニタするのを受けて、対応する出力を提供し得る。様々なセンサが存在し、温度センサ、圧力センサ、超音波センサ、歪みセンサ、光センサ、収縮および屈曲センサ、角変位センサなどを含む。センサは、環境変化を検知するのに、静電容量検知素子、抵抗検知素子、フォトニック検知素子、またはその他のタイプの検知素子など、様々なタイプの検知素子を使用し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００２】
本開示は、添付図面の図において、例を通して示されるが、それらに限定されるものではない。
【０００３】
【図１】図１の（ａ）は、いくつかの実施形態による、簡略化された角変位ユニットの図である。図１の（ｂ）は、いくつかの実施形態による、図１の（ａ）の簡略化された角変位ユニットの一部の図である。
【図２】いくつかの実施形態による、多領域角変位センサの様々な構成を示す図である。
【図３Ａ】その他の実施形態による、多領域角変位センサの様々な構成を示す図である。
【図３Ｂ】いくつかの実施形態による、多領域角変位センサの様々な構成を示す図である。
【図４】いくつかの実施形態による、多領域角変位センサの用途を示す図である。
【図５】いくつかの実施形態による、多領域角変位センサの上面図である。
【図６】いくつかの実施形態による、角変位を決定するためのベクトルを示す図である。
【図７Ａ】いくつかの実施形態による、角変位ユニットの斜視図である。
【図７Ｂ】いくつかの実施形態による、様々な電極構成および電極配置での角変位ユニットの断面を示す図である。
【図７Ｃ】いくつかの実施形態による、様々な電極構成および電極配置での角変位ユニットの断面を示す図である。
【図８】その他の実施形態による、角変位ユニットの断面の側面図である。
【図９】いくつかの実施形態による、多領域歪みセンサの図である。
【図１０Ａ】いくつかの実施形態による、様々な構成での多領域歪みセンサの、それぞれ、側面図、上面図である。
【図１０Ｂ】いくつかの実施形態による、様々な構成での多領域歪みセンサの、それぞれ、側面図、上面図である。
【図１１】いくつかの実施形態による、多領域角変位センサを使用して、ユーザの解剖学的関節の動きを測定する方法のフロー図である。
【図１２Ａ】別の実施形態による、角変位ユニットを示す図である。
【図１２Ｂ】別の実施形態による、図１２Ａの角変位ユニットの別の図である。
【図１３】別の実施形態による、角変位ユニットを示す図である。
【図１４】一実施形態による、角変位に対するデータを分析するためのシステムの様々な構成要素の概略図である。
【図１５】いくつかの実施形態による、センシングネットワークを示す図である。
【図１６】いくつかの実施形態による、多軸多領域角変位センサを示す図である。
【図１７】いくつかの実施形態による、多軸多領域角変位センサを示す図である。
【図１８】いくつかの実施形態による、多領域角変位センサを示す図である。
【図１９】いくつかの実施形態による、コンピュータシステムの形態例における機械の図式表現を示す図である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
位置や動きを検知するためのセンサシステムは、１つ、２つまたは３つの回転自由度を有する点についての動きを検知し得る。各回転自由度は、その他の２つの回転自由度を画定する平面に直交している平面内に生じる角変位によって記述され得る。角変位を測定するセンサシステムのセンサは、センサに沿う複数の点において変形し得、３次元空間におけるいずれの方向にも変形し得る（すなわち、３つの回転自由度において）。角変位を測定するセンサシステムのセンサは、９０度以上の角変位など、大きな角変位に、繰り返し
見舞われることがある。いくつかのセンサシステムは、このような変形に耐えるための弾性を有していないことがある。他のセンサシステムは、大きな角変位を繰り返し受けると、一時的または永続的な変形、あるいは損傷を被ることがある。他のシステムは、再現性や正確さに乏しいことがある。ヒトの体の様々な関節などの様々な領域の角変位を測定するセンサシステムは、上記の課題とともにまた他の課題に見舞われる。たとえば、ヒトの体は、様々な方向に、様々な複数の軸に沿って動く多くの関節を含む。様々な関節の動きを測定することは、他の課題をもたらすことがある。センサの弾性、様々なセンサの相互接続、センサの配置、様々な領域の角変位の個々の測定とともに他の要素が、様々な領域の角変位を測定するセンサシステムの課題の一因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の実施形態は、空間的に別個である複数の検知領域（「センシング領域」とも呼ばれる）を含む、多領域角変位センサを提供することによって、上述の欠点およびその他の欠点に取り組む。検知領域は、特定の検知領域に関連した角変位を決定するのに使用される角変位ユニットを含み得る。検知領域の角変位は、多領域変位センサの別の検知領域の角変位とは無関係に決定され得る。角変位ユニットは、第１の末端と第２の末端との間で伸縮自在であり、第１の角変位ユニットの長さに沿って、さらに３次元空間におけるいずれの方向にも多領域角変位センサの長さに沿って、屈曲自在である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
一実施形態において、多領域角変位センサは、中心軸を備える適合性材料のストランド（「ストランド」、「本体」、「細長本体」とも呼ばれる）に接続され得、この中心軸は、ストランドの長さに沿って配向され、ストランドが線形の非屈曲状態にあるとき、ストランドの幅に直角に配向される。ストランドは、ストランドの長さに沿って伸縮自在であり得、３次元空間におけるいずれの方向にもストランドの長さに沿って屈曲自在であり得る。ストランドは、ゴムなどのエラストマー材料であり得る。ストランドは、複数の検知領域を含み得る。検知領域は、ストランドの検知領域内の角変位ユニットまたはその他の検知ユニットによって画定された範囲であり得る。角変位ユニットは、ストランドの中心軸からずれた１つまたは複数の適合性キャパシタを含み得、適合性キャパシタは、ストランド（たとえば、適合性マトリックス）に接続される（たとえば、ストランドの表面に接続される、ストランドに部分的に埋め込まれる、またはストランドに完全に埋め込まれる）。適合性キャパシタは、中心軸の一部からずれたラインに沿って延在し得、中心軸の一部は、それぞれの角変位ユニット用の角変位軸であり得る。第１の検知領域は、第１の角変位ユニットを含み得る。第１の角変位ユニットは、第１のベクトルを画定する第１の末端、および第２のベクトルを画定する第２の末端を含む。中心軸の第１の部分に沿って延在し、かつ第１の角変位ユニットの幅に直交する、第１の平面内の第１のベクトルと第２のベクトルとの間の角変位は、第１の角変位ユニットの変形を受けて決定され得る。変形は、別の物体からの加えられた力による、角変位ユニットなどの物体の大きさまたは形状におけるいずれの変化にも相当し得る。変形エネルギーは、熱、化学反応、水分などによってではなく、稼働を通して伝達され得る。一例では、変形は、引張力（たとえば、引っ張る）、圧縮力（たとえば、押す）、剪断力、屈曲力、および／または捩じり力（たとえば、捩じる）からであり得る。第１の角変位ユニットは、第１の末端と第２の末端との間で伸縮自在であり得、３次元空間におけるいずれの方向にも第１の角変位ユニットの長さに沿って屈曲自在であり得る。複数の検知領域のうちのその他の検知領域は、上述の第１の角変位ユニットと同様の角変位ユニットを含み得る。それぞれの検知領域の各角変位ユニットは、その他の検知領域とは無関係に、それぞれの検知領域の角変位を測定し得る。一例において、ヒトの体の関節の角変位を測定して、動きを決定するのに、多領域角変位センサが使用され得る。たとえば、ヒトの手の関節の角変位を測定して、ヒトの手の動きを決定するのに、多領域角変位センサが使用され得る。
【０００７】
図１の（ａ）は、いくつかの実施形態による、簡略化された角変位ユニットの図である。角変位ユニット１００が、末端１０６および１０８で示される。曲率１０２、ｋ（Ｌ）は、角変位ユニット１００の長さ（Ｌ）に沿ってバラツキがある（たとえば、長さ（Ｌ）は、末端１０６からもう一方の末端１０８まで及ぶ）。角変位ユニット１００は、末端１０６と末端１０８との間で伸縮自在であり、３次元空間におけるいずれの方向にも角変位ユニット１００の長さ（Ｌ）に沿って屈曲自在である。たとえば、角変位ユニット１００は、ゴムバンドと同様に挙動し得る。角変位ユニット１００は、長さに沿う複数の点に沿って伸縮、屈曲し得る。長さに沿ういずれの点でも、角変位ユニット１００は、３次元空間におけるいずれの方向にも、９０度以上に屈曲し得る。たとえば、角変位ユニット１００は、それ自体に複数回折り曲げられ得、かつ／または捩じられ得る。
【０００８】
角変位１０４（屈曲とも呼ばれる）は、中心軸１１０などの軸、または中心平面（すなわち、中心軸と交差し、かつ角変位ユニットの幅と同一平面である平面）に関する、また、軸と交差し、かつ角変位ユニット１００などの角変位ユニットの幅に直交する平面についての、角度における変化（すなわち、Δ（Θ））であり得る。図１の（ａ）に示されるような中心軸１１０が、角変位ユニット１００が線形の非屈曲状態にあるときの中心軸１１０を示すことに、留意されたい。角変位ユニット１００の中心軸１１０は、図１の（ｂ）に示されるように、角変位ユニット１００が弧を描き、屈曲するに従って、弧を描くかまたは屈曲するようになる。角変位ユニット１００の長さ（Ｌ）に沿う曲率１０２、ｋ（Ｌ）を積分することによって、角変位１０４が決定され、角変位１０４における変化を示す値（すなわち、Δ（Θ））を生成し得る。角変位ユニット１００の外部からの屈曲は、外部からの正の曲率が、角変位ユニット１００の長さ（Ｌ）に沿う外部からの負の曲率を打ち消し得るので、末端１０６および１０８（センサ末端とも呼ばれる）の角変位１０４の測定に影響を及ぼし得ない。中心軸１１０は、角変位ユニット１００の１つまたは複数の検知素子（たとえば、図１の（ｂ）の検知素子１１４）（「センシング素子」とも呼ばれ得る）に関して画定される任意の軸であり得る。たとえば、角変位ユニット１００が線形の非屈曲状態にあるとき、角変位ユニット１００は、中心軸１１０と位置が揃っている。図１の（ｂ）に示されるように、中心軸１１０は、角変位ユニット１００の検知素子に対する何らかの位置に位置付けられ得る。末端１０６と末端１０８とは、角変位ユニット１００の２つのそれぞれのベクトルを画定し得る。ベクトルは、中心軸が角変位ユニット１００の末端において第１の平面と交差する、第１の点からの線であり得、この場合、第１の平面は、中心軸に直角であり、かつ第２の平面内に含まれている角変位ユニット１００の末端から微小距離離れた第２の点を通り、第２の平面は、第１の平面に直交し、かつ検知素子の長さに沿って角変位ユニット１００センサの検知素子を二分することによって、中心軸を通って走る。ベクトルは、少なくとも図６に関してさらに説明され得る。
【０００９】
図１の（ｂ）は、いくつかの実施形態による、図１の（ａ）の簡略化された角変位ユニットの部分１５０の図である。角変位ユニット１００は、検知素子１１４などの１つまたは複数の検知素子を含み得る。別の実施形態において、角変位ユニット１００は、中心軸１１０から−Ｚ方向にずれ、かつ検知素子１１４に平行に配向された、別の検知素子（図示せず）を含み得る。一例において、検知素子１１４は、エラストマーキャパシタなどの適合性キャパシタである。一例において、検知素子１１４は、３層エラストマーから成り得る。２つの層は、それぞれ、導電性カーボンナノチューブまたはエラストマー組成物などの導電性充填材から作られた電極層であり得る。少なくとも図７Ｂに関してさらに説明されるように、その他の電極構成も実装され得ることを理解されたい。導電性充填材は、小さな歪みや大きな歪みを受けての小さな変形や大きな変形において、導電性を維持し得る。２つの電極層間は、非導電性誘電体層であり得る。適合性キャパシタの静電容量は、以下の式を用いて、平行平板キャパシタとして、近似値が求められ得る。
【数１】
0006805234.tif 000002
【００１０】
Ｃは静電容量、ｋは比誘電率、ε０は自由空間の誘電率、Ａは電極の面積、Ｄは誘電体の厚みである。
【００１１】
歪みおよび伸縮（ｓｔｒｅｔｃｈ）は、物がどのように弾性変形するかを表す。歪み（ε）は、
0006805234.tif 000003
と表され得、ここで、ｌは、変形した材料の全長であり、Ｌ０は、変形によって引き起こされた、長さにおける変化である。伸縮（λ）は、
0006805234.tif 000004
と表され得る。「歪み」という用語は、小さな変形（たとえば、伸張下の金属棒）を表すのに使用されるが、伸縮は、より大きな変形（たとえば、伸張下のゴム製バンド）を表すのに使用され得る。歪みは、３次元測定値（εｘ、εｙ、εｚ）、または１次元値であり得、ここでは、歪みは、引張歪みの軸に沿って測定される。伸張では、歪みは正である。圧縮では、歪みは負である。本明細書では、伸縮と歪みとは、特に断りがない限り、同じ意味で使用され得る。引張伸縮（λ）において、また０．５のポアソン比を仮定する場合（比較的、非圧縮性のエラストマーとして）、以下の静電容量−歪み関係が、以下の式で表され得る。
【数２】
0006805234.tif 000005
【００１２】
ｃ０は、歪みのない状態における静電容量であり、λは、上に定義されたような伸縮（または歪み）であり、ｃ（λ）は、歪み下の静電容量である。ｃ（λ）が、歪みの線形関数であり、小さな歪みおよび大きな歪みの両方（すなわち、上に定義されたような歪みおよび伸縮の両方）に有効であることに留意されたい。
【００１３】
一実施形態において、角変位ユニット１００は、エラストマーマトリックスなどの適合性材料のストランド１１２内に、ストランド１１２の中心軸１１０から距離Ｚのずれ１２０であるように、埋め込まれた検知素子１１４を含み得る。その他の実施形態において、検知素子１１４が、ストランド１１２に部分的に埋め込まれ得るか、またはストランド１１２に接続され得る（たとえば、ストランド１１２の外面に接続され得る）ことを理解されたい。ずれ１２０は、中心軸１１０からの距離Ｚであり得る。角変位ユニット１００が屈曲すると、曲率１０２（すなわち、ｋ（Ｌ））が、検知素子１１４に誘起され得る。曲率は、外側の（中心軸１１０から距離＋Ｚに位置する）検知素子１１４における正の引張歪み、εｔ、および内側の（中心軸１１０から距離−Ｚに位置する）検知素子（図示せず）上の負の圧縮歪み、εｃ、の結果をもたらし得る。曲率に関するＺの小さな値の場合、曲率は、検知素子１１４における歪みに、線形に関連し得、以下の式により推定され得る（単位は１／距離）。
【数３】
0006805234.tif 000006
【００１４】
上の式は、角変位ユニットが、中心軸または中心平面について、ずれて反転された２つの同一平面の適合性キャパシタを含む場合に使用され得ることに留意されたい。中心軸または中心平面について、ずれて反転された１つの適合性キャパシタを備える角変位ユニットの場合、負の圧縮歪み、εｃが、式から取り除かれ得る。
【００１５】
図１の（ｂ）には、１つの検知素子１１４が示されているが、２つ以上の検知素子が角変位ユニット１００に使用されてもよい。一例において、平行で、中心軸１１０について反転された２つの検知素子を使用することは、コモンモードノイズを低減し得、かつ／または、信号対ノイズ比を上げ得る。角変位ユニット１００において、平行に配向された２つ以上の検知素子が使用される場合、差分静電容量測定が行われ得る。たとえば、２つの別個の静電容量測定値間の差が、差分静電容量測定値であり得る。別の例において、検知素子１１４が、別の検知素子と接地平面（たとえば、相対接地電位）を共有し得、別個の静電容量測定値間の差が、差分静電容量測定値であり得る。検知素子１１４に直角に、ストランド１１２において１つまたは複数のさらなる検知素子を接続することによって、角変位ユニット１００が、２つの直交平面、および２つの直交平面内の任意の点における角変位を測定し得ることに留意されたい。角変位ユニット１００が、その他の平面についての角変位を測定し得るように、ストランド１１２におけるさらなる検知素子が、検知素子１１４に対して直角以外の位置にあり得ることを理解されたい。１つまたは複数の検知素子を螺旋状に接続することが、中心軸１１０についての捩じれの測定を可能にし得ることも理解されたい。
【００１６】
検知素子１１４は、適合性誘電体が２つの電極間に配置された、少なくとも２つの電極（たとえば、適合性電極）を含む適合性キャパシタであり得る。適合性キャパシタの２つの電極が、約１０〜５００ミクロンの範囲で、より小さな厚みまたは深さを含み得るように、電極は、厚みまたは深さ（たとえば、Ｚ方向）も画定し得る。電極間に配置された適合性誘電体は、約１０〜２００ミクロンの厚みまたは深さを画定し得る。また、位置付けられた適合性材料層３６のストランド１１２は、約０．５〜８ｍｍ以上の範囲で深さを含み得る。
【００１７】
適合性キャパシタの電極は、電荷または電流を導通するように、部分的導電性材料（および、エラストマー系材料）であり得る。電極間の適合性誘電体は、非導電性またはわずかに導電性（たとえば、電極より導電性が低い）であり得、ストランド１１２と同様の材料から形成され得る。電極は、導電性または金属のナノ粒子としての導電性充填材で、エラストマー系材料層に沿って形成され得る。ナノ粒子は、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、ニッケルナノストランド、銀ナノワイヤ、カーボンブラック、黒鉛粉末、グラフェンナノプレートレット、および／またはその他のナノ粒子を含み得る。別の実施形態において、導電性充填材は、ナノ粒子と同じまたは同様の材料の微粒子であり得る。一実施形態において、ナノ粒子を、たとえばエラストマーに埋め込むのに、適合性歪みセンシング素子の電極が、導電性充填材のイオン実装を使用して製造され得る。
【００１８】
一実施形態において、過度の充填材集中が、エラストマーの弾性挙動を変えることがあるため、最小限の充填材粒子量が使用される。過度の導電性充填材粒子は、効果的に屈曲するための角変位ユニット１００の能力を制限し得、角変位ユニット１００を屈曲することを通した電気回路遮断の結果をもたらし得る。さらに、自由電荷担体もしくは同様のものを有する、イオノゲルやエラストマー、またはポリマーなど、本質的に導電性のエラストマーまたはその他の適合性材料が使用され得る。
【００１９】
ストランド１１２（たとえば、エラストマーマトリックス）は、熱硬化性または熱可塑性のエラストマーであり得る。さらに、ストランド１１２は、誘電性材料で、非導電性であり得る。ストランド１１２は、好ましくは６０ショアＡスケールの低デュロメータ硬さで、２０％を超える、好ましくは５００％を超える、故障時における高伸度の構造特性を含み得るが、ショアＡスケールで１〜９０の範囲のいずれにもあり得る。また、ストランド１１２は、１〜３０％の低圧縮セットを含み得る。一実施形態において、熱硬化性エラストマーは、スズまたはプラチナ硬化シリコンエラストマーおよび／またはポリウレタンエラストマー成分、あるいは任意のその他の適切なエラストマー材料を含み得る。別の実施形態において、熱可塑性エラストマーは、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）、スチレン−ブロック−ブタジエン−ブロック−スチレン（ＳＢＳ）、および／またはポリウレタン、あるいは任意のその他の適切な熱可塑性エラストマーの成分を含み得る。
【００２０】
図２は、いくつかの実施形態による、多領域角変位センサの様々な構成を示す。多領域角変位センサ２００は、様々な構成での多領域角変位センサのいくつかの図を含む。多領域角変位センサ２００に関連して説明される特徴が、特に断りがない限り、多領域角変位センサ２００Ａ〜２００Ｄに適用されることに留意されたい。多領域角変位センサ２００は、多領域角変位センサ２００Ａの上面図、多領域角変位センサ２００Ｂの側面図の断面、別の多領域角変位センサ２００Ｃの側面図の別の断面、またさらに別の多領域角変位センサ２００Ｄの側面図の断面を示す。
【００２１】
多領域角変位センサ２００（またはストランド２１２Ａ）は、検知領域２０１Ａ、検知領域２０１Ｂ、および検知領域２０１Ｃを含む、複数の検知領域２０１を有する。３つの検知領域が表されているが、多領域角変位センサ２００には、２つ以上の検知領域が含まれ得る。検知領域２０１Ａは、角変位ユニット２２０Ａを含み、検知領域２０１Ｂは、角変位ユニット２２０Ｂを含み、検知領域２０１Ｃは、角変位ユニット２２０Ｃを含む。すべての検知領域２０１が角変位ユニット２２０で示され、検知領域２０１のうちのいくつかが、たとえば、歪みユニット、または圧力ユニット、または捩じれユニットなど、その他の検知ユニットを含み得ることを理解されたい。
【００２２】
角変位ユニット２２０は、各末端が角変位のベクトルを画定する、２つの末端を含む。角変位ユニット２２０Ａは、末端２４０Ａおよび２４０Ｂを含み、角変位ユニット２２０Ｂは、末端２４０Ｃおよび２４０Ｄを含み、角変位ユニット２２０Ｃは、末端２４０Ｅおよび末端２４０Ｆを含む。末端２４０に関連したベクトルは、中心軸２１０（角変位軸とも呼ばれる）に関して画定される。中心軸２１０は、多領域角変位センサ２００のすべての角変位ユニット２２０に共通として示される。中心軸２１０が、角変位ユニット２２０のうちの１つまたは複数では別個、または角変位ユニット２２０の１つまたは複数の適合性キャパシタ（たとえば、適合性キャパシタ２７０）では別個であり得ることを理解されたい。たとえば、角変位ユニット２２０Ａの末端２４０Ａおよび末端２４０Ｂは、中心軸２１０Ａの部分２１１間に延在する。角変位ユニット２２０Ａに対応する中心軸２１０Ａのそれぞれの部分２１１は、角変位ユニット２２０Ａ用の角変位軸である。角変位ユニット２２０Ｂに対応する中心軸２１０Ａのそれぞれの部分は、角変位ユニット２２０Ｂ用の角変位軸である。角変位ユニット２２０Ｃに対応する中心軸２１０Ａのそれぞれの部分は、角変位ユニット２２０Ｃ用の角変位軸である。各角変位ユニット２２０がその他の角変位ユニットのその他の中心軸とは無関係に、それぞれの中心軸（たとえば、中心軸の一部）を有し得ることを理解されたい。たとえば、角変位ユニット２２０Ｂは、末端２４０Ｃと末端２４０Ｄとが、垂直に配向されるように、９０度回され得る。回された角変位ユニット２２０Ｂに関連した中心軸は、中心軸２１０Ａに対して９０度の角度にあり得る。
【００２３】
多領域角変位センサ２００は、エラストマーマトリックスなどの適合性材料のストランド２１２（たとえば、ストランド２１２Ａ、２１２Ｂ、２１２Ｃ、および２１２Ｄ）に接続され得る。一実施形態において、多領域角変位センサ２００は、ストランド２１２に埋め込まれる。別の実施形態において、多領域角変位センサ２００は、ストランド２１２に部分的に埋め込まれる。さらに別の実施形態において、多領域角変位センサ２００は、ストランド２１２の外面に接続される。検知領域２０１は、それぞれの取り付け領域２０２によって接続され得る。たとえば、検知領域２０１Ａおよび検知領域２０１Ｂは、取り付け領域２０２Ａに物理的に接続され、検知領域２０１Ｂおよび検知領域２０１Ｃは、取り付け領域２０２Ｂに物理的に接続される。取り付け領域は、任意の材料であり得る。一実施形態において、取り付け領域２０２は、伸縮自在であり得、エラストマーマトリックスなどの適合性材料で作られ得る。別の実施形態において、取り付け領域は、非弾性であるか、またはストランド２１２Ａよりも弾性が弱い材料で作られ得る。説明の便宜上、多領域角変位センサ２００は、適合性材料の１つのストランド２１２Ａに埋め込まれて示される。しかしながら、その他の構成が実装され得ることを理解されたい。たとえば、１つまたは複数の角変位ユニット２２０が、取り付け領域２０２によって接続された独立したストランド上に実装され得る。取り付け領域２０２は、０センチから始まって、いずれの長さでもあり得る。いくつかの実施形態において、取り付け領域２０２は、実装されない。
【００２４】
各角変位ユニット２２０は、１つまたは複数のトレース２３０に接続される。角変位ユニット２２０Ａは、トレース２３０Ａおよび２３０Ｂに接続される。角変位ユニット２２０Ｂは、トレース２３０Ａおよび２３０Ｃに接続される。角変位ユニット２２０Ｃは、トレース２３０Ａおよび２３０Ｄに接続される。トレース２３０は、ストランド２１２と同様に変形することのできる適合性導電性材料であり得る。一実施形態において、トレース２３０は、適合性キャパシタ２７０と同様に、エラストマーから作られる。別の実施形態において、トレース２３０は、エラストマーから作られるが、適合性キャパシタ２７０とは異なる組成物である。たとえば、トレース２３０は、適合性キャパシタ２７０とは異なる導電性充填材および／または異なる導電性充填材量を使用し得る。トレース２３０は、接続性および導電性を維持しながら、トレース２３０の長さに沿って伸縮自在であり得る。トレース２３０は、３次元空間におけるいずれの方向にも屈曲自在であり得、接続性および導電性を維持し得る。トレース２３０は、角変位ユニット２２０Ｂに接続されたトレース２３０Ｃによって示されるように、角変位ユニット２２０の電極と同じ平面上にあり得る。トレース２３０は、ビア２５０Ａを通して角変位ユニット２２０Ａに接続されたトレース２３０Ｂによって示されるように、角変位ユニット２２０の電極とは異なる平面上にあり得る。多領域角変位センサ２００Ａに関連した黒点（たとえば、ビア２５０Ａ）と、多領域角変位センサ２００Ｂ、２００Ｃに関して示されるような垂直線とによって、さらなるビアが示される。ビア２５０Ａなどのビアは、適合性導電性材料など、多くの材料から作られ得る。
【００２５】
多領域角変位センサ２００は、接続領域２０３も含み得る。接続領域２０３は、１つまたは複数のトレース用の電気接続範囲または端子範囲であり得る。接続領域は、任意の材料で作られ得る。一実施形態において、接続領域２０３は、ストランド２１２の一部である。別の実施形態では、接続領域は、フレキシブル回路基板または硬質回路基板であり得る。接続領域２０３は、多領域角変位センサ２００をその他の回路、電力、および／またはその他の多領域角変位センサに接続し得る。接続領域２０３は、電気接続を容易にするための電極パッドを含み得る。
【００２６】
多領域角変位センサ２００Ｂは、多領域角変位センサ２００の側面図の断面を示す。多領域角変位センサ２００Ｂは、それぞれが、距離「ｔ」のずれ２６０Ａで中心軸２１０Ｂからずれ、かつ、中心軸２１０Ｂからずれたライン２１６（たとえば、ライン２１６Ａ、ライン２１６Ｂ、およびライン２１６Ｃ）に沿う、適合性キャパシタ２７０を含む、角変位ユニット２２０を含む。多領域角変位センサ２００Ｂの角変位ユニット２２０Ａは、適合性キャパシタ２７０Ａを含む。多領域角変位センサ２００Ｂの角変位ユニット２２０Ｂは、適合性キャパシタ２７０Ｂを含む。多領域角変位センサ２００Ｂの角変位ユニット２２０Ｃは、適合性キャパシタ２７０Ｃを含む。適合性キャパシタ２７０は、２つの電極を含む。たとえば、適合性キャパシタ２７０Ａは、間に誘電体が介装された、電極２７２Ａと電極２７２Ｂとを含む。角変位ユニット２２０（および角変位ユニット２２０の適合性キャパシタ２７０）は、長方形として示されているが、角変位ユニット２２０および関連の適合性キャパシタ２７０が、円形、楕円形、または任意のその他の形状であり得ることを理解されたい。
【００２７】
各検知領域２０１では、それぞれの検知領域２０１における適合性キャパシタ２７０に対する静電容量を増加させるようになる、正の曲率が、それぞれの検知領域２０１に対する角変位ユニット２２０に、正の歪みを誘起するようになる。静電容量は、それぞれの角変位ユニット２２０の末端２４０によって画定された２つのベクトル間の角変位の線形関数であり得る。
【００２８】
各検知領域２０１の角変位は、その他の検知領域の角変位とは無関係に決定され得る。一実施形態において、検知領域２０１Ａにおけるストランド２１２Ａの変形（たとえば、屈曲または角変位）を受けての角変位ユニット２２０Ａの電気特性における変化は、検知領域２０１Ｂにおけるストランド２１２Ａの変形を受けての角変位ユニット２２０Ｂの電気特性における変化とは無関係であり、また、検知領域２０１Ｃにおけるストランド２１２Ａの変形を受けての角変位ユニット２２０Ｃの電気特性における変化とは無関係である。たとえば、検知領域２０１Ａにおける屈曲を受けての適合性キャパシタ２７０Ａの静電容量（または静電容量を示す電気信号）における変化は、検知領域２０１Ｂ、検知領域２０１Ｃにそれぞれ関連した、適合性キャパシタ２７０Ｂ、適合性キャパシタ２７０Ｃの静電容量における変化とは無関係である。
【００２９】
多領域角変位センサ２００Ｃは、多領域角変位センサ２００の側面図の断面を示す。各角変位ユニット２２０は、中心軸２１０Ｃについて反転された、２つの適合性キャパシタ、適合性キャパシタ２７０と２７１とを含む。第１の適合性キャパシタ２７０（多領域角変位センサ２００Ｂを参照）は、中心軸２１０Ｃから距離「ｔ」のずれ２６０Ａである。第２の適合性キャパシタ２７１は、中心軸２１０Ｃから反対方向に、距離「ｔ」のずれである。多領域角変位センサ２００Ｃの角変位ユニット２２０Ａは、適合性キャパシタ２７０Ａおよび２７１Ａを含む。多領域角変位センサ２００Ｃの角変位ユニット２２０Ｂは、適合性キャパシタ２７０Ｂおよび２７１Ｂを含む。多領域角変位センサ２００Ｃの角変位ユニット２２０Ｃは、適合性キャパシタ２７０Ｃおよび２７１Ｃを含む。適合性キャパシタ２７１は、２つの電極を含む。多領域角変位センサ２００Ｃは、ストランド２１２Ｃに埋め込まれるとして示される。
【００３０】
多領域角変位センサ２００Ｃの感度は、中心軸２１０Ｃについて反転された、適合性キャパシタ２７０および２７１などの２つの適合性キャパシタを組み合わせることによって上がり得る。中心軸に２１０Ｃについて適合性キャパシタ２７０と２７１とを反転することは、ノイズや引張歪みからもたらされるコモンモード信号を拒絶するのに役立つ。各検知領域２０１では、適合性キャパシタ２７０と２７１との間の静電容量における差は、それぞれの検知領域の曲率に比例する。
【００３１】
多領域角変位センサ２００Ｄは、多領域角変位センサ２００の側面図の断面を示す。多領域角変位センサ２００Ｃと同様に、多領域角変位センサ２００Ｄの各角変位ユニット２２０は、中心軸２１０Ｄについて反転された、２つの適合性キャパシタ、適合性キャパシタ２７０と２７１とを含む。多領域角変位センサ２００Ｄの適合性キャパシタ２７０および２７１は、３つの電極、電極２７２Ａ、電極２７２Ｂ、および電極２７２Ｃを含む。電極２７２Ａは、電極２７２Ｂと電極２７２Ｃとの間に配置される。電極２７２Ｂおよび電極２７２Ｃは、相対接地電位に結合され得、ノイズまたはその他の寄生に対する遮蔽物として機能し得る。多領域角変位センサ２００Ｄは、ストランド２１２Ｄに埋め込まれるとして示される。
【００３２】
図２が、限定ではなく例示のために提供されることを理解されたい。本明細書に説明されている特徴が、本明細書に説明されているその他の特徴と組み合わされ得る、混合され得る、または除かれ得ることをさらに理解されたい。たとえば、多領域角変位センサ２００は、Ｖ字のような形状もしくは分割形状などの非長方形形状を有する、検知領域２０１または角変位ユニット２２０を含み得る。多領域角変位センサ２００は、様々な軸に沿って配向された角変位ユニット２２０を含み得る。たとえば、上に考察されたように、角変位ユニット２２０は、中心軸２１０に直角に、または任意のその他の向きに配向され得る。角変位ユニット２２０は、不定の軸に沿って角変位を測定するように、いずれか不定の向きに配向され得、かつ／または、いずれか不定の個数のさらなる測定平面を含み得る。また、適合性キャパシタ２７０および／または２７１は、１つまたは複数の電極構成を含み得る。たとえば、適合性キャパシタの第１の電極は、第２の電極によって完全に囲まれ得る。別の例では、適合性キャパシタの電極は、ノイズやその他の寄生信号からの遮蔽に役立つように、ストランド２１２の面上にあり得る（または、ストランド２１２に部分的に埋め込まれ得る）。少なくとも図７Ｂに関して、その他の電極構成が考察される。多領域角変位センサ２００またはストランド２１２は、周囲の領域よりも柔らかい適合性材料、または適合性を低下させるための切り欠きを有する材料、または周囲の領域に比べて薄い厚みを有する材料、から作られた適合性領域を含み得る。いくつかの実施形態において、トレース２３０は、適合性導電性材料で作られ得、ストランド２１２に埋め込まれる。さらに別の実施形態において、多領域角変位センサ２００は、適合性歪みセンサ、適合性圧力センサ、または適合性電極（たとえば、皮膚表面生体電位または皮膚導電性を測定するための）など、その他の検知素子を備える検知ユニットを含む、１つまたは複数の検知領域を含み得る。たとえば、適合性歪みセンサを備える検知領域２０１を含む多領域角変位センサ２００は、１つまたは複数の検知領域２０１における角変位、および１つまたは複数の検知領域２０１における歪みを測定し得る。
【００３３】
図３Ａは、その他の実施形態による、多領域角変位センサの様々な構成を示す。多領域角変位センサ３００は、様々な構成による多領域角変位センサのいくつかの図を含む。多領域角変位センサ２００に関して説明されている特徴が、特に断りのない限り、多領域角変位センサ３００に適用されることに留意されたい。多領域角変位センサ３００は、多領域角変位センサ３００Ａおよび３００Ｂの上面図、さらに、多領域角変位センサ３００Ｃ、３００Ｄ、および３００Ｅの側面図の断面を示す。多領域角変位センサ３００Ｂは、分割形状の適合性キャパシタなどの分割形状の検知素子を含む角変位ユニット３３０を備える検知領域２０１Ｃを示す。いくつかの実施形態において、分割形状の適合性キャパシタは、手の指関節の角変位を測定するのに使用され得、突き出た指関節周りに嵌るが、なお角変位を測定するように、その輪郭周りに嵌るか、または中に切り取られた空所を有するように形成され得る。多領域角変位センサ３００Ｃ〜３００Ｅは、伸縮領域である取り付け領域２０２を示す。伸縮領域は、引張力を受けて伸縮し得、引張力のすべてまたは一部が検知領域２０１に伝達されるのを防ぎ得る。検知領域２０１に伝達される引張力を軽減することは、角変位ユニット２２０に、基礎的な物体の角変位（たとえば、屈曲）をよりよく検出することを可能にさせ得る。
【００３４】
一実施形態において、多領域角変位センサ３００Ｅは、トレースおよびビアで製造された多領域単軸角変位センサである。多領域角変位センサ３００Ｅは、適合性トレースが中に埋め込まれた、ストランド（たとえば、適合性細長部材）を含む。多領域角変位センサ３００Ｅは、複数の検知領域を有し得る。各検知領域は、内部電極の上下に２つの外側電極を有する３電極適合性キャパシタ（たとえば、第１の３電極適合性キャパシタ）を備える角変位ユニットを有し得る。外側電極は、導電性エラストマーで作られたビアを使用して、接地され得る。３電極適合性キャパシタが、第１の電極の第１の部分が第２の電極の上にあり、かつ第１の電極の第２の部分が第２の電極の下にある場合、２電極適合性キャパシタと呼ばれ得ることを理解されたい。３電極適合性キャパシタは、中心軸からずれている。角変位ユニットは、中心軸について反転された別の３電極適合性キャパシタ（たとえば、第２の３電極適合性キャパシタ）も含む。各検知領域は、それぞれの領域の角変位を測定し得る。各検知領域は、適合性トレースによって接続領域に接続され得る。誘電性エラストマー（適合性キャパシタおよび／またはストランドの誘電体用）は、１０Ａ〜６０Ａのデュロメータ硬さの熱硬化性シリコンエラストマーである。３電極適合性キャパシタの導電性エラストマーは、導電性の微粒子またはナノ粒子（たとえば、カーボンブラックまたはカーボンナノチューブ）が中に分散された、１０Ａ〜６０Ａのデュロメータ硬さの熱硬化性シリコンエラストマーである。伸縮自在な領域は、検知領域に比べて薄い厚みを有する。多領域角変位センサ３００Ａが、今述べている実施形態の上面図を示すことを理解されたい。角変位が、差分静電容量測定回路を使用して、各検知領域に対して測定され、それにより、コモンモードノイズおよびコモンモード信号（たとえば、引張歪み）が取り消される。
【００３５】
図３Ｂは、いくつかの実施形態による、多領域角変位センサの様々な構成を示す。多領域角変位センサ３５０は、様々な構成による多領域角変位センサのいくつかの図を含む。多領域角変位センサ２００に関して説明されている特徴が、特に断りのない限り、多領域角変位センサ３５０に適用されることに留意されたい。多領域角変位センサ３５０は、多領域角変位センサ３５０Ａ、３５０Ｂ、および３５０Ｃの上面図、さらに、多領域角変位センサ３５０Ｄおよび３５０Ｅの側面図の断面を示す。多領域角変位センサ３５０Ａは、適合性キャパシタ、および共通平面上のトレースを含む。多領域角変位センサ３５０Ａの検知領域２０１Ｃは、共通平面上にある、分割電極構成（たとえば、２つのそれぞれの適合性キャパシタが分離している）を示す。多領域角変位センサ３５０Ｂは、共通平面上に関連のトレースを備える、各検知領域２０１に一つずつの、３つの適合性キャパシタを示す。多領域角変位センサ３５０Ｃは、取り付け領域２０２における切り欠き（たとえば、空所）を示す。一実施形態において、切り欠きは、取り付け領域２０２における適応性を高め得（たとえば、伸縮する）、手の指関節などの関節全体に検知領域を集中させるようにも働き得る。多領域角変位センサ３５０Ｄは、適合性キャパシタ、および共通平面上のトレースを備える多領域角変位センサの側面図を示す。この構成は、引張歪みが最小の場合に、複数の領域における角変位を測定するように最適化される。多領域角変位センサ３５０Ｅは、検知領域２０１に一対の適合性キャパシタが含まれる場合の多領域角変位センサの側面図を示し、一対の適合性キャパシタ、および様々な平行な共通平面上の関連のトレースのそれぞれは、引張歪みなどのコモンモードノイズやコモンモード信号を低減するように最適化される。
【００３６】
一実施形態において、多領域角変位センサ３５０Ａは、３つの検知領域２０１を含む。各検知領域２０１は、同一平面であり、かつ中心軸または中心平面について反転された、２つの適合性キャパシタを含む。適合性キャパシタは、適合性キャパシタの電極と同一平面内にあるトレースに接続される。適合性キャパシタの電極は、非導電性誘電性エラストマーによって分割された２つのパターン化された導電性エラストマー層を含み、各角変位ユニットが、同じ平面（たとえば、層）上にパターン化されたトレースを使用して、接続領域に送られるようにする。誘電性エラストマーは、１０Ａ〜６０Ａのデュロメータ硬さの熱硬化性シリコンエラストマーである。導電性エラストマーは、導電性の微粒子またはナノ粒子（たとえば、カーボンブラックまたはカーボンナノチューブ）が中に分散された、１０Ａ〜６０Ａのデュロメータ硬さの熱硬化性シリコンエラストマーである。多領域角変位センサ３５０Ｅは、今述べられている実施形態の側面図であり得る。角変位は、差分静電容量測定回路を使用して、各検知領域に対して測定され、それにより、コモンモードノイズおよびコモンモード信号（たとえば、引張歪み）が取り消される。
【００３７】
図４は、いくつかの実施形態による、多領域角変位センサの用途を示す。説明の便宜上、また限定としてではなく、図４に示される多領域角変位センサ４００の用途は、１つまたは複数の指が１つまたは複数の多領域角変位センサを収容し得る、グローブ（手用）の一部である。角変位を検知するのに、多領域角変位センサ４００が複数の用途で使用され得ることを理解されたい。本明細書に説明されている多領域角変位センサのいずれも、多領域角変位センサ４００として使用され得る。図４は、１本の指を示す。しかしながら、１つまたは複数の多領域角変位センサ４００が（伸縮領域の有無に関わらず）、手全体のいくつかまたはすべての関節に適用され得ることを理解されたい。
【００３８】
多領域角変位センサ４００は、４つの楕円形の剛性本体の角度向きを画定する、３つの異なる角変位角度４０１（すなわち、角度４０１Ａ、角度４０１Ｂ、および角度４０１Ｃ）を示す。角度４０１が非ゼロである場合、それらは、検知領域２０１内に湾曲を誘起するようになり、取り付け領域２０２内に歪み（たとえば、伸縮）を誘起するようになる。角度４０１が大きくなるにつれ、楕円形の剛性本体の上面に沿う取り付け領域２０２の長さも伸びることになる。取り付け領域２０２は、伸縮領域として示される。その他の実施形態において、取り付け領域２０２のうちのいくつかまたはすべてが、伸縮領域ではないことがある。検知領域２０１が、取り付け領域２０２よりも硬いことから、検知領域２０１は、主に、屈曲することによって湾曲して変形する一方、長さにおける伸びが、取り付け領域２０２によって容易にされるようになる。一実施形態において、取り付け領域２０２を備える多領域角変位センサ４００は、星印で示された５つの取り付け個所４０８において、連結された楕円形の剛性本体に取り付けられ得る。取り付け個所４０８は、曲線状の関節全体に検知領域２０１の位置を維持するのに役立ち得、また取り付け領域２０２に伸縮を伝えるのに役立ち得る。たとえば、取り付け個所４０８は、多領域角変位センサ４００の下の基礎的なグローブに接続し得る。取り付け個所４０８が、基礎的な楕円形の剛性本体に固着する接着基材によってなど、いくつもの方法で実装され得、楕円形の剛性本体周りに嵌るバンドであり得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、取り付け個所が何も実装されない。その他の実施形態では、同じ、より少ない、またはより多い個数の取り付け個所が実装される。各検知領域２０１に対して、角変位（すなわち、角度４０１Ａ、角度４０１Ｂ、および角度４０１Ｃ）が、静電容量における変化の関数として測定され得、この場合、角変位は、検知領域２０１の末端（たとえば、検知領域２０１の角変位ユニット）によって画定された２つのベクトル間の角度である。各検知領域２０１の角変位は、その他の検知領域とは無関係に測定され得る。検知素子（たとえば、適合性キャパシタ）は、多領域角変位センサ４００の上面上に太黒線として示され、トレースは、多領域角変位センサ４００の下面上に黒線として示され、適合性材料のストランドは、灰色であり、連結された楕円形の剛性本体は、多領域角変位センサ４００の下にある。一例において、取り付け領域２０２は、エラストマーマトリックスなど、適合性材料のストランドと同じ材料で作られ得、かつ／または、検知領域２０１の適合性材料のストランドとは異なる厚みであり得る。別の例において、取り付け領域２０２の材料は、スパンデックスまたはその他の弾性材料など、多領域角変位センサ４００の検知領域２０１とは異なる材料であり得る。
【００３９】
図５は、いくつかの実施形態による、多領域角変位センサの上面図を示す。多領域角変位センサ５００は、６つの検知領域５０１、検知領域５０１Ａ、５０１Ｂ、５０１Ｃ、５０１Ｄ、５０１Ｅ、および５０１Ｆを含む。検知領域５０１は、接続領域５０３などの１つの接続領域を使用し得る。検知領域５０１のうちのいくつかのすべては、接続領域５０３を共有し得る。検知領域５０１は、より少ない、同じ、またはより多い個数の検知領域を含み得る。
【００４０】
図６は、いくつかの実施形態による、角変位を決定するためのベクトルを示す。多領域角変位センサ６００は、黒い曲線状の長方形として示される、３つの検知領域２０１、検知領域２０１Ａ、検知領域２０１Ｂ、および検知領域２０１Ｃで示される。各検知領域２０１は、対応する角変位ユニット２２０Ａ、２２０Ｂ、および２２０Ｃを有する。各角変位ユニット２２０は、角変位ユニット２２０の末端から指向する２つのベクトル（矢印）を有する。ベクトル６０１は、第１の点６０２からの線であり得、この場合、中心軸が角変位ユニット２２０Ｃの末端において第１の平面と交差し、第１の平面が中心軸に直角であり、かつ、第２の平面内に含まれている角変位ユニット２２０Ｃの末端から微小距離離れた第２の点６０３を通り、また、第２の平面が第１の平面に直交し、かつ、角変位ユニット２２０Ｃの長さに沿って角変位ユニット２２０Ｃのそれを二分することによって、中心軸を通って走る。
【００４１】
図７Ａは、いくつかの実施形態による、角変位ユニットの斜視図を示す。一実施形態において、角変位ユニット７００は、本明細書に説明されているような角変位ユニットであり得る。別の実施形態において、角変位ユニット７００は、角変位センサであり得る（たとえば、１つの検知領域角変位センサ）。角変位ユニット７００は、適合性材料のストランド７１２を示す。ストランド７１２には、（ほぼそこに、ベクトル７０１およびベクトル７０２が位置する）中心軸についてずれている適合性キャパシタ７２０および適合性キャパシタ７２１が埋め込まれる。ベクトル７０１は、角変位ユニット７００の末端７４０Ａに位置する。ベクトル７０２は、角変位ユニット７００の末端７４０Ｂに位置する。角変位７４５（Θ）を測定するのに、ベクトル７０１およびベクトル７０２が使用される。２つの適合性キャパシタが示されているが、１つまたは複数の適合性キャパシタが実装され得る。適合性キャパシタ７２０（および適合性キャパシタ７２１）は、適合性誘電体によって分割された２つの適合性電極を有する。その他の電極構成は、図７Ｂに関して考察されることになる。また、適合性キャパシタのさらなる配置も、図７Ｂに関して考察されることになる。任意の個数のさらなる測定個所に沿って角変位を測定するのに、さらなる適合性キャパシタが実装され得ることを理解されたい。
【００４２】
図７Ｂおよび７Ｃは、いくつかの実施形態による、様々な電極構成および電極配置での角変位ユニットの断面を示す。一実施形態において、角変位ユニット７５０は、本明細に説明されているような角変位ユニットであり得る。別の実施形態において、角変位ユニット７５０は、角変位センサであり得る（たとえば、１つの検知領域角変位センサ）。角変位ユニット７５０は、それぞれが、異なる電極構成および／または電極配置を示す、角変位ユニット７５０Ａ〜７５０Ｍを含む。図７Ｂでは、角変位ユニット７５０Ａ〜７５０Ｇは、角変位ユニットの長さに沿った断面を示す（たとえば、側面図）。図７Ｃでは、角変位ユニット７５０Ｈ〜７５０Ｍは、対応する角変位ユニット（たとえば、角変位ユニットの末端）の幅に沿った断面を表す（たとえば、端面図）。
【００４３】
角変位ユニット７５０Ａは、ストランド７５５Ａに埋め込まれ、かつ中心軸７５３Ａからずれた１つの適合性キャパシタ７５１Ａを示す。適合性キャパシタ７５１Ａは、ストランド７５５Ａに完全に埋め込まれる。適合性キャパシタ７５１Ａは、電極７６０Ａと電極７６０Ｂとの間に配置された誘電体７５７Ａを含む。角変位ユニット７５０Ｂは、適合性キャパシタ７５１Ｂを含む。適合性キャパシタ７５１Ｂは、電極７６０Ｃと電極７６０Ｅとの間に配置された誘電体７５７Ｂを含む。適合性キャパシタ７５１Ｂは、中心軸７５３Ｂからずれている。角変位ユニット７５０Ｂは、ストランドの上面に接続された適合性キャパシタ７５１Ｂを示す。たとえば、電極７６０Ｅが、ストランド７５５Ｂに密着し得る。一実施形態において、上面の電極７６０Ｃが、接地され得、ノイズに対して遮蔽するのに役立ち得る。いくつかの実施形態において、適合性キャパシタ７５１Ｂの底面の電極７６０Ｅがストランド７５５Ｂに埋め込まれ得、上面の電極７６０Ｃが、ストランド７５５Ｂの外部にあり得る。
【００４４】
角変位ユニット７５０Ｃは、適合性キャパシタ７５１Ｃを含む。適合性キャパシタ７５１Ｃは、３つの電極、７６０Ｆ、７６０Ｇ、および７６０Ｈを含む。電極７６０Ｆと電極７６０Ｇとの間に、誘電体層７５７Ｃが配置される。電極７６０Ｇと電極７６０Ｈとの間に、誘電体層７５７Ｄが配置される。適合性キャパシタ７５１Ｃは、中心軸７５３Ｃからずれている。一実施形態において、遮蔽に役立つように、上面および底面の電極（たとえば、電極７６０Ｆと電極７６０Ｈ）が接地され得る。適合性キャパシタ７５１Ｄは、ストランド７５５Ｃの上面に接続される（または、ストランド７５５Ｃに部分的に埋め込まれる）。
【００４５】
角変位ユニット７５０Ｄは、適合性キャパシタ７５１Ｄを含む。適合性キャパシタ７５１は、３つの電極、７６０Ｉ、７６０Ｊ、および７６０Ｋを含む。電極７６０Ｉと電極７６０Ｊとの間に、誘電体層７５７Ｅが配置される。電極７６０Ｊと電極７６０Ｋとの間に、誘電体層７５７Ｆが配置される。適合性キャパシタ７５１Ｄは、中心軸７５３Ｄからずれている。一実施形態において、遮蔽に役立つように、上面および底面の電極（たとえば、電極７６０Ｉと電極７６０Ｋ）が接地され得る。適合性キャパシタ７５１Ｃは、ストランド７５５Ｄの上面に接続される（または、ストランド７５５Ｄに部分的に埋め込まれる）。
【００４６】
角変位ユニット７５０Ｅ〜７５０Ｇは、中心軸からずれた一対の適合性キャパシタを示す（たとえば、差分角変位ユニット）。一対の適合性キャパシタは、中心軸に関して反転されており、その一対の適合性キャパシタのそれぞれは、互いに平行である。一対の適合性キャパシタは、角変位に対して差分測定を行うのに使用され得る。角変位ユニット７５０Ｅの電極構成および電極配置は、角変位ユニット７５０Ｂに関して説明されているのと同様である。角変位ユニット７５０Ｅは、ストランド７５５Ｅにおいて、中心軸７５３Ｅについて反転された適合性キャパシタ７５１Ｅおよび７５１Ｆを含む。角変位ユニット７５０Ｆの電極構成および電極配置は、角変位ユニット７５０Ｃに関して説明されているのと同様である。角変位ユニット７５０Ｆは、ストランド７５５Ｆにおいて、中心軸７５３Ｆについて反転された適合性キャパシタ７５１Ｇおよび７５１Ｈを含む。角変位ユニット７５０Ｇの電極構成および電極配置は、角変位ユニット７５０Ｄに関して説明されているのと同様である。角変位ユニット７５０Ｄは、ストランド７５５Ｇにおいて、中心軸７５３Ｇについて反転された適合性キャパシタ７５１Ｉおよび７５１Ｊを含む。
【００４７】
図７Ｃでは、角変位ユニット７５０Ｈ、７５０Ｉ、および７５０Ｊが、異なる電極構成および電極配置を有する二対の適合性キャパシタを備える、角変位ユニットを示す。角変位ユニット７５０Ｈ、７５０Ｉ、および７５０Ｊに関連した適合性キャパシタは、それぞれ、中心軸７５３Ｈ、７５３Ｉ、７５３Ｊの周りにある。中心軸７５３は、各ストランド７７５の中央を通って走る。角変位ユニット７５０Ｈ、７５０Ｉ、および７５０Ｊに関連した第１の一対の適合性キャパシタ（すなわち、上面と底面）は、中心軸を通って走り、かつ第１の一対の適合性キャパシタを二分する、第１の平面についての角変位を測定するのに使用され得る。角変位ユニット７５０Ｈ、７５０Ｉ、および７５０Ｊに関連した第２の一対の適合性キャパシタ（すなわち、右側と左側）は、中心軸を通って走り、かつ第２の一対の適合性キャパシタを二分する、第２の平面についての角変位を測定するのに使用され得る。角変位ユニット７５０Ｈの電極構成および電極配置は、角変位ユニット７５０Ｂに関して説明されているのと同様である。角変位ユニット７５０Ｈは、ストランド７７５Ｈに接続された適合性キャパシタ７７１Ａ、７７１Ｂ、７７１Ｃ、および７７１Ｄを含む。角変位ユニット７５０Ｉの電極構成および電極配置は、角変位ユニット７５０Ｃに関して説明されているのと同様である。角変位ユニット７５０Ｉは、ストランド７７５Ｉに接続された適合性キャパシタ７７１Ｅ、７７１Ｆ、７７１Ｇ、および７７１Ｈを含む。角変位ユニット７５０Ｊの電極構成および電極配置は、角変位ユニット７５０Ｄに関して説明されているのと同様である。角変位ユニット７５０Ｊは、ストランド７７５Ｊに接続された適合性キャパシタ７７１Ｉ、７７１Ｊ、７７１Ｋ、および７７１Ｌを含む。
【００４８】
角変位ユニット７５０Ｋ、７５０Ｌ、および７５０Ｍは、１つの電極がもう一方の電極を取り囲む、２つの電極を備える適合性キャパシタを示す。角変位ユニット７５０Ｋは、適合性キャパシタ７７１Ｍを含む。適合性キャパシタ７７１Ｍは、長方形の第２の電極７８１によって取り囲まれる第１の電極７８０を含む。電極７８１は、第１の電極７８０の上面、側面、および底面を取り囲む、側面部７８１Ａ、側面部７８１Ｂ、上面部７８１Ｃ、および底面部７８１Ｄを含み得る。いくつかの実施形態において、第１の電極７８０の末端（すなわち、対向ページ）は、第２の電極７８１によって取り囲まれない。その他の実施形態において、第１の電極７８０の１つまたは複数の末端は、第２の電極７８１によって、少なくとも部分的に取り囲まれる。たとえば、角変位ユニット７５０Ｋの電極構成は、同軸ケーブルに類似していてもよく、この場合、第１の電極７８０が同軸ケーブルの中央ケーブルに類似し、第２の電極７８１が、中央ケーブルを取り囲む遮蔽体に類似する。第２の長方形の電極７８１が接地され得、遮蔽に役立ち得る。電極７８０および７８１が、任意の形状であり得ることを理解されたい。たとえば、電極７８０は、円形であり得、電極７８１は、電極７８０を囲むより大きな円であり得る。適合性キャパシタ７７１Ｍは、ストランド７７５Ｋに埋め込まれ、中央軸７５３Ｋおよび中心平面７８２からずれている。中心平面７８２は、中心軸７５３Ｋを通って走り、適合性キャパシタ７７１Ｍと同一平面上にある。本明細書に説明されている角変位ユニットごとに中心平面が示されていないが、本明細書に説明されている角変位ユニットのうちのいくつかまたはすべてに中心平面が含まれ得ることを理解されたい。
【００４９】
角変位ユニット７５０Ｌは、ストランド７７５Ｌに埋め込まれた２つの適合性キャパシタ７７１Ｎおよび７７１Ｏを示す。適合性キャパシタ７７１Ｎおよび７７１Ｏは、上に説明されている適合性キャパシタ７７１Ｍと同様であり得る。適合性キャパシタ７７１Ｎおよび７７１Ｏは、中央軸７５３Ｌおよび中心平面７８３からずれ、それらについて反転されている。
【００５０】
角変位ユニット７５０Ｍは、２つの直交平面についての角変位を測定するための、中心軸７５３Ｍの周りの二対の適合性キャパシタを示す。角変位ユニット７５０Ｍは、ストランド７７５Ｍに埋め込まれた適合性キャパシタ７７１Ｐ、７７１Ｑ、７７１Ｒ、および７７１Ｓを含む。適合性キャパシタ７７１Ｐ、７７１Ｑ、７７１Ｒ、および７７１Ｓは、上に説明されている適合性キャパシタ７７１Ｍと同様であり得る。角変位ユニット７５０Ｍに関連した第１の一対の適合性キャパシタ７７１Ｐおよび７７１Ｒ（すなわち、上面と底面）は、中心軸７５３Ｍおよび中心平面７８４からずれ、それらについて反転されており、中心軸７５３を通って走り、かつ適合性キャパシタ７７１Ｐおよび７７１Ｒを二分する、第１の平面（たとえば、中心平面７８５）についての角変位を測定するのに使用され得る。第２の一対の適合性キャパシタ７７１Ｑおよび７７１Ｓ（すなわち、右側と左側）は、中心軸７５３および中心平面７８５からずれ、それらについて反転されており、中心軸７５３Ｍを通って走り、かつ適合性キャパシタ７７１Ｑおよび７７１Ｓを二分する、第２の平面（たとえば、中心平面７８４）についての角変位を測定するのに使用され得る。１つの角変位ユニットまたは多領域角変位センサにおける電極構成および電極配置が、本明細書に説明されている構成および／または配置のうちの１つまたは複数を組み込み得ることを理解されたい。
【００５１】
図８は、その他の実施形態による、角変位ユニットの断面の側面図を示す。一実施形態において、角変位ユニット８００は、本明細書に説明されているような角変位ユニットであり得る。角変位ユニット８００が、多領域角変位ユニットセンサの一部であり得ることを理解されたい。別の実施形態において、角変位ユニット８００は、角変位センサであり得る（たとえば、１つの検知領域角変位センサ）。角変位ユニット８００は、角変位ユニット８００Ａ、８００Ｂ、８００Ｃ、および８００Ｄを含むいくつかの構成を示す。角変位ユニット８００Ａは、中心軸８１０Ａについてずれた一対の適合性キャパシタ８２０Ａを含む。適合性キャパシタ８２０Ａは、適合性マトリックスなどの適合性材料のストランド８１２Ａに埋め込まれる。角変位ユニット８００Ａは、基材８１５Ａに接続される。基材８１５Ａなどの基材は、適合性エラストマーまたは布材料などの適合性材料であり得る。布基材は、スパンデックス、織材料、または不織材料で作られ得る。いくつかの実施形態において、基材は、関節またはその他の面の周りのヒトの皮膚などの面に接続するのに、少なくとも１つの側面への接着部を有し得る。
【００５２】
角変位ユニット８００Ｂは、中心軸８１０Ｂについてずれた適合性キャパシタ８２０Ｂを含む。適合性キャパシタ８２０Ｂは、適合性材料のストランド８１２Ｂに埋め込まれる。角変位ユニット８００Ｂは、基材８１５Ｂの上面に接続される。角変位ユニット８００Ｃは、中心軸８１０Ｃについてずれた適合性キャパシタ８２０Ｃを含む。適合性キャパシタ８２０Ｃは、適合性材料のストランド８１２Ｃの上面に接続される。角変位ユニット８００Ｃは、基材８１５Ｃの上面に接続される。角変位ユニット８００Ｄは、中心軸８１０Ｄについてずれた一対の適合性キャパシタ８２０Ｄを含む。適合性キャパシタ８２０Ｄは、適合性材料のストランド８１２Ｄに埋め込まれる。基材８１５Ｄは、ストランド８１２に埋め込まれ得る。別の実施形態において、ストランド８１２Ｄの上半分が、基材８１５Ｄの上面に接続され得、ストランド８１２Ｄの下半分が、基材８１５Ｄの底面に接続され得る。
【００５３】
図９は、いくつかの実施形態による、多領域歪みセンサの図である。多領域歪みセンサ９００は、特に断りのない限り、多領域角変位センサと同様の特徴を含み得る。多領域歪みセンサ９００は、検知領域９０１Ａ、９０１Ｂ、および９０１Ｃを含む複数の検知領域９０１を含む。各検知領域９０１は、歪みユニット９２０（たとえば、伸縮センサ）を含む。検知領域９０１Ａは、歪みユニット９２０Ａを含み、検知領域９０１Ｂは、歪みユニット９２０Ｂを含み、検知領域９０１Ｃは、歪みユニット９２０Ｃを含む。歪みユニット９２０は、適合性であり、角変位ユニットと同様に変形する。歪みユニット９２０は、引張力（たとえば、伸縮）を受けての歪みを測定し得る。
【００５４】
各検知領域９０１は、適合性キャパシタなどの１つまたは検知素子を含み得、他と関係なく歪みを検知し得る。検知領域９０１は、印加された歪みに比例して変形し得る。いくつかの実施形態において、取り付け領域（たとえば、ａ１〜ａ４）が１つまたは複数の検知素子間に位置する。多領域歪みセンサ９００の取り付け領域は、本明細書に説明されている多領域角変位センサに関して説明されている取り付け領域と同様であり得る。別の実施形態において、取り付け領域は、検知素子の上面に位置し得る。取り付け領域は、そこに対して多領域歪みセンサ９００が面に固定され得る、取り付け個所を設け得る。一実施形態において、多領域角歪みセンサ９００の取り付け領域は、引張力が歪みユニット９２０に付与され得るように、弾性が制限されているか、または無弾性であり得る。取り付けられると、取り付け領域は、検知素子に負荷が印加され、それに歪みが誘起され得るような境界を設け得る。たとえば、検知素子が、関節全体に広がってもよく、取り付け領域が、関節の上の位置に固定されてもよく、また、別の取り付け領域が、関節の下に固定されてもよい。関節が曲がると、この曲がりが、取り付け領域にではなく検知素子に歪みを誘起する。取り付け領域は、非導電性エラストマーまたは別の非導電性材料など、任意の材料で作られ得る。取り付け領域は、接着剤、ステープル、または糸状の材料など、任意の材料によって別の面に固定され得る。多領域歪みセンサ９００Ａは、微小歪み状態における検知素子を示す。多領域歪みセンサ９００Ｂは、様々な歪み量（たとえば、３０％、４０％、および２０％）下での検知素子を示す。歪みの割合は、微小歪み状態から、歪んだ状態への各検知素子の変形量（すなわち、面積における変化）の表示である。取り付け領域間の距離における変化が、検知素子内に歪みを誘起する。たとえば、各検知領域９０１用の基準静電容量（変形なし）は、１００ｐＦであり、印加された歪み（多領域歪みセンサ９００の上面の軸におけるｘの値として示される）から生じた静電容量は、各検知素子に対する静電容量における比例的増加をもたらし得る。多領域歪みセンサ９００は、３つの検知領域９０１を備える多領域歪みセンサを示すが、多領域歪みセンサが任意の個数の検知領域９０１を有し得ることを理解されたい。多領域センサが、角変位ユニットを備える１つまたは複数の検知領域、歪みユニットを備える１つまたは複数の検知領域、および／またはその他のタイプの検知ユニットを備えるいずれか１つまたは複数の検知領域、を含み得ることも理解されたい。
【００５５】
図１０Ａおよび１０Ｂは、いくつかの実施形態による、様々な構成での多領域歪みセンサの、それぞれ、側面図、上面図を示す。多領域歪みセンサ１０００は、図９に関して説明されている多領域歪みセンサ９００の様々な構成を示し得るとともに、多領域歪みセンサ９００に関して説明されているのと同様の特徴を含み得る。多領域歪みセンサ１０００は、多領域歪みセンサ１０００Ａ、多領域歪みセンサ１０００Ｂ、および多領域歪みセンサ１０００Ｃを含む。多領域歪みセンサ１０００は、検知領域９０１Ａ、９０１Ｂ、および９０１Ｃを含む。各検知領域９０１は、それぞれの歪みユニット９２０Ａ、９２０Ｂ、および９２０Ｃを含む。各多領域歪みセンサ１０００Ａ、１０００Ｂ、および１０００Ｃは、それぞれの多領域歪みセンサの側面図および上面図を示す。
【００５６】
一実施形態において（すなわち、最上段）、多領域歪みセンサ１０００Ａは、適合性キャパシタの、エラストマー電極などの複数の重なり合う電極を含む。電極は、エラストマー誘電体などの誘電体によって分割され得る。電極は、多領域歪みセンサ１０００Ａの側面図に示されているように、垂直軸に対する様々な平面に積層され得る。適合性キャパシタＣ１は、電極ｅ４およびｅ３から形成され、検知領域９０１Ｃにおける歪みを測定し得る。適合性キャパシタＣ２は、ｅ３およびｅ２から形成され、検知領域９０１Ｃおよび検知領域９０１Ｂ内の歪みを測定し得る。適合性キャパシタＣ３は、ｅ２およびｅ１から形成され、検知領域９０１Ｃ、検知領域９０１Ｂ、および検知領域９０１Ａ内の歪みを測定し得る。１つの検知領域９０１内の歪みは、その他の検知領域９０１から静電容量を引き算することによって見つけられ得る。多領域歪みセンサ１０００Ａの側面図では、電極は、水平の黒線である。多領域歪みセンサ１０００Ａの上面図では、上の３つの電極は、異なる濃淡レベルで示され、多領域歪みセンサ１０００Ａ全体が点線で囲まれている。
【００５７】
別の実施形態において（すなわち、中段）、多領域歪みセンサ１０００Ｂは、各検知領域９０１に別個の適合性キャパシタを形成する２つの電極層を含む。トレースが、上面の電極（ｅ２）および底面の電極（ｅ１）と同じ平面内にあり得る。さらに別の実施形態において（たとえば、下段）、多領域歪みセンサ１０００Ｃは、適合性ビアを通して上面の電極（ｅ２）に接続する、第３の平面上の導電性トレースを示す。トレースおよびビアは、導電性充填材および導電性エラストマーなど、様々な材料から成り得る。本明細書に説明されている特徴の任意の組合せが、多領域歪みセンサの構成に使用され得ることを理解されたい。
【００５８】
図１１は、いくつかの実装形態による、多領域角変位センサを使用して、ユーザの解剖学的関節の動きを測定する方法のフロー図を示す。多領域角変位センサは、本明細書に説明されているのと同様の構成要素、たとえば、図２に関した多領域角変位センサ２００、図３Ａに関した多領域角変位センサ３００、図３Ｂに関した多領域角変位センサ３５０、および／または図９に関した多領域ひずみセンサ９００を含み得る。方法１１００は、ハードウェア（たとえば、回路構成要素、専用ロジック、プログラマブルロジック、マイクロコード）、ソフトウェア（たとえば、ハードウェアシミュレーションを行うように、処理デバイス上で実行される命令）、またはそれらの組合せを備える、処理ロジックによって、すべてまたは一部が行われ得る。一実施形態において、インターフェースデバイスが、方法１１００のすべてまたは一部を行う。
【００５９】
方法１１００は、複数の検知領域を備える多領域角変位センサを提供することを含む。第１の検知領域は、第１の角変位ユニットを含み、それの末端は、中心軸（たとえば、角変位軸）に関して２つのベクトルを画定する。第２の検知領域は、第２の角変位ユニットを含み、それの末端は、中心軸に関して２つのその他のベクトルを画定する。多領域角変位センサは、適合性材料のストランドに接続され得る。第１の検知領域と第２の検知領域とは、個々に角変位を測定し得る。
【００６０】
方法１１００は、第１の検知領域を、ユーザの第１の解剖学的関節に近接して位置付けることも含むことができる。方法１１００は、第２の検知領域を、ユーザの第２の解剖学的関節に近接して位置付けることをさらに含むことができる。検知領域は、ユーザの第１および／または第２の解剖学的関節全体に広がってもよく、または第１および／または第２の解剖学的関節に近い場所（たとえば、側面）であってもよい。
【００６１】
ブロック１１０５における方法１１００は、角変位ユニットが、線形の非屈曲状態から、ユーザによる第１の解剖学的関節の動きを介した屈曲状態に移動させられるとき、第１の角変位ユニットの第１の一対のベクトル間に画定される第１の平面についての角変位を測定することも含むことができる。いくつかの実施形態において、第１の平面などの平面についての角変位を測定することは、多領域角変位センサに関連した差分測定回路を用いて測定することを含む。角変位ユニットは、本明細書に説明されているような、ストランドの長手方向の長さに沿って広がる幅を有する、少なくとも１つの適合性キャパシタを含み得る。さらなる実施形態において、平面についての角変位を測定することは、角変位ユニットの末端によって画定された一対のベクトル間の平面内の角変位における変化を測定することを含む。一実施形態において、多領域角変位センサに結合されたインターフェースデバイスなどの回路デバイスが、角変位ユニットの適合性キャパシタに関連した信号（たとえば、適合性キャパシタの静電容量を示すアナログ信号）を測定することによって、第１のベクトルと第２のベクトルとの間の角変位を決定し得る。回路デバイスは、信号を、適合性キャパシタの静電容量を示すデジタル値に変換し得る。
【００６２】
いくつかの実施形態において、方法１１００は、聴覚的通知、視覚的通知、および振動触覚的通知のうちの少なくとも１つで入力パラメータを満たす、測定された角変位に基づき、ユーザへのバイオフィードバック信号を生成することも含み得る。角変位ユニットが、本明細に考察されているような、１つまたは複数の適合性キャパシタの追加で、様々な平面についての角変位を測定し得ることに留意されたい。
【００６３】
ブロック１１１０における方法１１００は、角変位ユニットが、線形の非屈曲状態から、ユーザによる第２解剖学的関節の動きを介した屈曲状態に移動させられるとき、第２の角変位ユニットの第２の一対のベクトル間に画定される第２の平面についての角変位を測定することも含むことができる。ブロック１１１０における方法１１００は、ブロック１１０５と同様に行われ得る。
【００６４】
方法１１００は、角変位ユニットの末端と、測定される解剖学的関節の解剖学的軸との間の不整合の原因である、多領域角変位センサの補正を行うことも含み得る。
【００６５】
いくつかの実施形態において、ブロック１１１５における方法１１００は、多領域角変位センサに結合されたインターフェースデバイスにデータを格納することを含む。ブロック１１２０における方法１１００は、無線または別の方法で、データを遠隔デバイスに転送することも含み得る。インターフェースデバイスは、ユーザまたは物体（図示せず）に固定され得、また、本明細書においてさらに詳細に考察される、角変位に対するデータを受信するための、マイクロコントローラやメモリなどの様々な電子構成要素を含み得る。さらに、インターフェースデバイスは、ユーザがインターフェースデバイスから受信されたデータを見て、分析するための遠隔デバイスに動作可能に結合され得る。
【００６６】
図１２Ａは、別の実施形態による、角変位ユニットを示す。角変位ユニット１２が角変位センサでもあり得ることを理解されたい。センサシステム１０は、線形の非屈曲状態ではなく、屈曲状態で描写される。センサシステム１０は、柔軟性および／または屈曲自在に優れている適合性材料のストランド１４に埋め込まれたエラストマー系材料であり得る、角変位ユニット１２を含み得る。センサシステム１０は、適合性材料のストランド１４を含み得る。ストランド１４は、柔軟性があり、線形の非屈曲状態から複数の屈曲自在な状態に屈曲自在である、適合性材料であり得る。角変位ユニット１２の第１および第２の末端は、いくぶん細長であり、好ましくは、角変位ユニット１２の第１および第２の末端について対称に形成され得る、それぞれの第１および第２の剛性部材１６、１８内に埋め込まれるかまたはそれらに取り付けられる。剛性部材１６、１８は、角変位センサ末端を、完全または部分的に埋め込み得る。あるいは、剛性部材１６、１８は、部分的または完全のいずれかで、角変位センサ末端内に埋め込まれ得る。その他の実施形態において、剛性部材１６、１８が、何も実装されない。さらに、剛性部材１６、１８は、角変位ユニット１２の末端と、角変位ユニット１２が取り付けられる基材との間に、接着、ネジ、溶接、またはその他の取り付け形態の形態をとり得る。角変位ユニット１２が取り付けられる基材には、プラスチック、金属、セラミックス、布、エラストマー、および同様のものが含まれ得る。一実施形態において、第１および第２の剛性部材１６、１８は、それぞれ、第１のベクトル５２、第２のベクトル５４を画定し得る。別の実施形態において、角変位ユニット１２の末端が、第１のベクトル５２および第２のベクトル５４を画定し得る。線形の非屈曲状態では、第１および第２のベクトル５２、５４は、水平線５６とほぼ同軸であり得る。
【００６７】
非線形の屈曲状態では、第１および第２の剛性部材１６、１８（および／または末端）は、適合性材料のストランド１４が、非線形であるか、または屈曲状態に移動させられるように、変位するようになり得る。この屈曲状態では、第１および第２のベクトル５２、５４は、第１および第２の剛性部材１６、１８（および／または末端）間の角度、あるいは本明細書においてそう呼ばれる角変位６０を画定する。一実施形態において、角変位６０は、たとえば、第１のベクトル５２と第２のベクトル５４との交差５８から取られた、線形状態における角変位ユニット１２の軸に対して、またはそれに平行な水平線５６から決定され得る。したがって、角変位６０は、第１のベクトル角度６２から第２のベクトル角度６４を引き算した値に等しくなり得、ここでは、第１のベクトル角度６２は、水平線５６と第１のベクトル５２との間に画定され得、第２のベクトル角度６４は、水平線５６と第２のベクトル５４との間に画定され得る。第２のベクトル５４と水平線５６との間に画定された鋭角６６などのその他の角度も興味深いものであり得、分析される必要があり得、パラメータとしてすぐに計算され得る。このように、センサシステム１０は、第１のベクトル５２と第２のベクトル５４との間の角変位６０を計算するための測定データを提供し得る。角変位ユニット１２も、経時の角変位６０における変化、さらに第１のベクトル５２と第２のベクトル５４との間の角変位６０の変化率、に関する測定データを提供し得る。
【００６８】
角変位ユニット１２が２つの平行な適合性キャパシタを実装する一実施形態において、角変位６０とともに、上述の角度のそれぞれが、適合性材料のストランド１４または角変位ユニット１２の長さに沿った第１および第２の適合性キャパシタの静電容量出力に基づく差分測定で、測定される。第１および第２の適合性キャパシタのそれぞれの内側電極と外側電極との間の静電容量を測定することによって、角変位６０が検出される。第１の適合性キャパシタと第２の適合性キャパシタとの差分測定は、感度を高め、コモンモードノイズを低減する。いくつかの実施形態において、角変位の感度が高められるように、第１の適合性キャパシタと第２のキャパシタとが平行に離間される。第１および第２の適合性キャパシタは、中心軸からずれ、中心軸について反転されている。角変位ユニット１２が１つの適合性キャパシタを含むいくつかの実施形態において、１つの適合性キャパシタの内側電極と外側電極との間の静電容量を測定することによって、角変位６０が検出される。
【００６９】
センサシステム１０が線形の非屈曲状態になると、角変位ユニット１２から伝送された測定データは、ほぼ角変位のないことを示すことになる。角変位ユニット１２における屈曲により生成されたいずれの正／負の静電容量も、互いに打ち消し合うようになることから、第１および第２の剛性部材１６、１８（または、角変位ユニット１２の末端）が互いに平行になる時点でも同様である。一方、剛性部材１６、１８（および／または末端）が、図１２Ａに示されている向きなど、非同軸または非平行である向きに移動させられると、角変位ユニット１２によって提供された静電容量測定値は、第１のベクトル５２と第２のベクトル５４との間の向きに対する角変位６０を提供し得る。
【００７０】
図１２Ｂは、別の実施形態による、図１２Ａの角変位ユニットの別の図を示す。一実施形態において、第１の平面７０に沿い、またその中での、あるいは、第１および第２の剛性部材１６、１８ならびに角変位ユニット１２に対する第１の平面７０の射影または成分に沿った、またその中での、角変位６０が計算される。別の実施形態において、第１の平面７０に沿い、またその中での、あるいは、末端および角変位ユニット１２に対する第１の平面７０の射影または成分に沿った、またその中での、角変位６０が計算される。適合性材料のストランド１４の柔軟性により、第１および第２の剛性部材１６、１８および／または適合性材料のストランド１４は、第１の平面７０の外に延び得、したがって、測定され得る角変位６０は、角変位ユニット１２の実際の状態に対する第１の平面７０の射影または成分であり得る。第１の平面７０は、角変位ユニット１２の中心軸２４と対応し、かつ／またはそれに沿って延在し、角変位ユニット１２の第１および第２の適合性キャパシタの３２、３４の幅４４にほぼ直交して延在する、平面として画定され得る。角変位ユニット１２の幅４４は、長手方向の長さに直交する寸法、幅４４、および同じ平面内に延在する長さ寸法として画定され得る。
【００７１】
さらに、角変位６０は、第１のベクトル５２と第２のベクトル５４との間の角度のみによって画定され得る。センサシステム１０は、第１および第２のベクトル５２、５４に対する角変位６０についての測定データを提供し得、角変位ユニット１２自体の、平面屈曲によるいずれのしわ、よじれなども含む、角変位ユニット１２のパスに対して無反応である。たとえば、図１２Ａでは、角変位ユニット１２は、「Ｍ」字形状と同様に屈曲している。しかしながら、示されるように、第１および第２の適合性キャパシタ３２、３４の差分測定は、第１および第２のベクトル５２、５４の角変位６０に限定される。
【００７２】
図１３は、別の実施形態による、角変位ユニットを示す。センサシステム１０の角変位ユニット１２は、「Ｓ」字形状と同様に、いくつかの位置において屈曲して示される。しかしながら、この「Ｓ」形状では、第１のベクトル５２と第２のベクトル５４とは、互いにほぼ平行であり、したがって、第１のベクトル５２と第２のベクトル５４との間に角変位は何もない。このように、差分測定における角変位ユニット１２の正と負との静電容量測定値は、互いに打ち消し合い、第１のベクトル５２と第２のベクトル５４との間に何も角変位のない測定データを提供するであろう。
【００７３】
図１４は、一実施形態による、角変位に対するデータを分析するためのシステムの様々な構成要素の概略図を示す。一実施形態において、主要な構成要素は、センサシステム１０（たとえば、多領域角変位センサおよび／または多領域歪みセンサ）、インターフェースデバイス２０（回路デバイスとも呼ばれるすべてまたは一部）、および遠隔デバイス２２を含み得る。センサシステム１０は、角変位ユニット１２（たとえば、本明細書に説明されている多領域角変位センサの１つの角変位ユニット、あるいは１つまたは複数の角変位ユニット）、およびバイオフィードバックデバイス１１１を含み得る。インターフェースデバイス２０は、静電容量測定回路１１３、マイクロコントローラ１１５、バイオフィードバック増幅部１１６、およびユーザインターフェース１１８を含み得る。マイクロコントローラ１１５は、計算回路１２１、メモリ１２２、および制御・分析ソフトウェア１２４を含み得る。遠隔デバイス２２は、ディスプレイ１２６およびユーザ入力１２８を含み得、さらに、プロセッサと、当技術分野において知られているような、たとえば、スマートフォンまたはパーソナルコンピュータのコンピューティングデバイスとを含み得る。その他の実施形態において、マイクロコントローラ１１５は、静電容量測定回路１１３、計算回路１２１、およびバイオフィードバック増幅部１１６の機能性を果たすに、アナログおよびデジタル両方の回路構成要素を含み得る。いくつかの実施形態において、インターフェースデバイス２０は、マイクロプロセッサまたは中央処理装置、コントローラ、特殊目的プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、あるいは、当業者に知られている１つまたは複数のその他の処理デバイスなどの処理デバイスであり得る。
【００７４】
使用中、たとえば、角変位ユニット１２の屈曲動作時に、静電容量測定回路１１３は、角変位ユニット１２の適合性キャパシタ３２、３４などの適合性キャパシタの静電容量を測定する。図１４に示されるように、静電容量測定回路１１３は、インターフェースデバイス２０に収容され得、矢印１３０によって示されるように、電線を介して角変位ユニット１２に結合され得る。あるいは、静電容量測定回路１１３は、角変位ユニット１２自体に隣接して、またはそれとともに（破線矢印１３０’で示されるように）、あるいは、たとえば、角変位ユニット１２に結合された第１および第２の剛性部材（図示せず）のうちの１つの中に、収容され得る。静電容量測定回路１１３が、適合性キャパシタ３２、３４のうちの１つの少なくとも２つの電極間の静電容量を測定することができることに留意されたい。別の実施形態において、静電容量測定回路１１３は、２つの適合性キャパシタ３２、３４の差分静電容量を測定することができる。角変位ユニット１２が１つの適合性キャパシタを含む場合、静電容量測定回路１１３は、１つの適合性キャパシタの電極間の１つの静電容量を測定することができる。静電容量測定回路１１３は、電圧または電流に関して、静電容量または差分静電容量を測定することができる。次に、静電容量測定回路１１３は、矢印１３２で示されるように、電圧データまたは電流データを、計算回路１２１などのマイクロコントローラ１１５に伝送する。計算回路１２１は、静電容量測定回路１１３によって提供された、電圧データまたは電流データの値を計算し、第１のベクトル５２と第２のベクトル５４との間の角変位６０を計算する（図１２Ａおよび１２Ｂを参照）。次に、計算回路１２１は、それぞれの矢印１３４、１３６で示されるように、角度データを、メモリ１２２、および制御・分析ソフトウェア１２４に伝送し得る（その後、ログ記録されたデータになる）。一実施形態において、たとえば、ユーザインターフェース１１８を通して、角変位に対する最大限度／最小限度として、パラメータが入力され得る。ユーザインターフェース１１８は、ディスプレイ、および／または入力キーなどのユーザ入力を含み得る。最大限度（および最初限度）は、ユーザが特定の角変位に達した時点をセンサシステム１０で知るのに、ユーザにとって有用であり得る。したがって、ユーザが所望のパラメータを満たす場合（または、場合によっては望ましくないパラメータ）、制御・分析ソフトウェア１２４は、矢印１３８で示されるように、信号をバイオフィードバック増幅部１１６に伝送し得、今度は、センサシムテム１０において、矢印１４０で示されるように、信号をバイオフィードバックデバイス１１１に返信し得る。
【００７５】
次に、バイオフィードバックデバイス１１１は、最大角変位など、事前定義された入力パラメータに到達したことのユーザへの通知を生成し得、ユーザが、たとえば、分析されるユーザの特定の関節の動きに対する限度をリアルタイムで分かるようにする。通知は、ユーザの最大限度のユーザの理解を容易にするための、視覚通知、聴覚通知、および触覚通知、または何らかのその他の通知のうちの少なくとも１つであり得る。あるいは、通知は、視覚通知、聴覚通知、および触覚通知の任意の組合せとすることができる。視覚通知は、センサシステム１０自体またはインターフェースデバイス２０に表示される、点滅する（または、様々な色の）光などの形態であり得、かつ／またはインターフェースデバイス２０のディスプレイ上に視覚化され得る。聴覚通知は、インターフェースデバイス２０から聞こえるように伝送され得るのが好ましいが、センサシステム１０からも伝送され得る、ベルまたはブザーなどであり得る。触覚通知は、センサシステム１０の第１および第２の剛性部材１６、１８（図１２Ａ）のうちの１つに結合され得るか、またはそれと一体化され得、あるいは、インターフェースデバイス２０に組み込まれ得る。このような触覚通知は、圧縮部材など、振動または何らかのその他の触覚通知の形態であり得る。このように、バイオフィードバックデバイス１１１は、所定の入力パラメータに従って、最大角変位にユーザの解剖学的関節を広げた、または縮めた時点で、リアルタイムにユーザに通知し得る。同様に、別の実施形態において、ユーザは、最小角変位のパラメータを、バイオフィードバック通知用のインターフェースデバイス２０に入力し得る。さらに、別の実施形態において、ユーザは、最小角変位および最大角変位の両方に対するパラメータを入力し得る。このようなパラメータを入力することは、様々な解剖学的関節における特定の動きを得るのに、理学療法中の運動に、また運動選手のトレーニングに有用であり得る。
【００７６】
たとえば、リハビリ療法またはトレーニングなどのセッションが終了した時点で、ログ記録されたデータ１４２が、インターフェースデバイス２０のメモリ１２２または記憶デバイスに格納され得る。このようなログ記録されたデータ１４２は、ユーザインターフェース１１８にあるディスプレイ上において、インターフェースデバイス２０上でも視認可能であり得る。次に、ログ記録されたデータ１４２は、矢印１４４で示されるように、遠隔デバイス２２に転送され得る。遠隔デバイス２２は、モバイルデバイス、スマートフォン、タブレット、パーソナルコンピュータ、ゲーミングシステムなど、任意の知られているコンピューティングデバイスであり得る。一実施形態において、ログ記録されたデータ１４２は、たとえば、ワイヤレステクノロジーによって（たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ネットワークまたはＷｉ−Ｆｉ（登録商標）ネットワークなどの無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）上で）、スマートフォンに転送され得るか、または、当業者に知られているような、ｍｉｎｉ−ＵＳＢポートなどを介して転送され得る。別の実施形態において、ログ記録されたデータ１４２は、たとえば、サムドライブなどのポータブルメモリデバイスを備えるＵＳＢポートなどのポートを介して、パーソナルコンピュータに転送され得る。次に、ユーザは、ログ記録されたデータ１４２を、さらなる分析のために遠隔デバイス２２に保存し得る。前述のように、ユーザは、ログ記録されたデータ１４２のいくつかのセッションを遠隔デバイス２２に保存し、さらなる分析および比較データを得て、たとえば、ユーザの解剖学的関節のユーザの角変位における進行または退行をよりよく理解し得る。
【００７７】
示されていないが、図１４に説明されている要素は、電池、二次電池、ワイヤードパワー（ｗｉｒｅｄ  ｐｏｗｅｒ）、容量蓄積装置（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｓｔｏｒａｇｅ）、および無線周波数（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）パワー掃気などのパワー掃気技法などのうちの１つまたは複数を含む、多くの電源によって電力供給され得る。
【００７８】
図１５は、いくつかの実施形態による、センシングネットワークを示す。センシングネットワーク１５００（「多層エラストマー静電容量センシングネットワーク」または「検知ネットワーク」とも呼ばれる）は、ヒトの手にかぶせられて示される。センシングネットワーク１５００は、グローブ（図示せず）の一部であり得るか、またはそれに含まれ得る。センシングネットワーク１５００が、多領域角変位センサ（たとえば、図２の多領域角変位センサ２００）および／または多領域歪みセンサ（図９の多領域歪みセンサ９００）など、本明細書に説明されているセンサおよび／または特徴のうちの１つまたは複数を含み得ることを理解されたい。
【００７９】
手の甲に示される、センシングネットワーク１５００は、手や指の運動を測定するのに使用され得る。一実施形態において、センシングネットワーク１５００は、各指にかぶせられた、多領域歪みセンサおよび／または多領域角変位センサおよび／またはそれらの組合せを含む。多領域角変位センサおよび／または多領域歪みセンサは、各検知領域が１つまたは複数の検知素子を含む、１つまたは複数の検知領域（たとえば、図２の検知領域２０１、図９の検知領域９０１）を含み得る。多領域角変位センサおよび／または多領域歪みセンサは、布、エラストマー、または接着テープなどの多数の適合性基材に置かれ得る。各検知領域は、別の検知領域とは無関係に、指の屈曲、伸縮、および／または物体への指の圧力（たとえば、触れる）を測定し得る。各検知領域は、空間的に分離され得る。多領域角変位センサおよび／または多領域歪みセンサの検知領域は、導電性トレースで、電気接続領域に接続され得る。導電性トレースは、導電性エラストマートレースであり得る。多領域角変位センサおよび／または多領域歪みセンサのうちの１つまたは複数が、電気接続領域に接続され得る。電気接続領域は、さらなるセンシング電子機器を含み得るかまたはそれに接続し得る。手の甲には、１つの電気接続領域が示されているが、複数の電気接続領域を含む、様々な実施形態が使用され得る。
【００８０】
手の甲上のセンシングネットワーク１５００は、指間の各範囲において手の動きを測定するのに、指間の各範囲に、適合性キャパシタなどの１つまたは複数の検知素子も含み得る（たとえば、指の広がりおよび狭まりを測定するために）。指間の各範囲における１つまたは複数の検知素子は、示されるような接続トレースで電気接続領域に結合され得る。
【００８１】
手の甲上のセンシングネットワーク１５００は、手首関節角度および／または親指関節角度における変化を測定するのに、さらなる検知素子も含み得る。任意の個数の検知素子が使用され得る。さらなる検知素子も、導電性トレースを使用して、電気接続領域に接続され得る。
【００８２】
手のひらに示されるセンシングネットワーク１５００は、ユーザに触覚フィードバックを提供し得る。触覚フィードバックは、電子触覚デバイスによってもたらされた物理的刺激であり得る。触覚フィードバックは、力、振動、熱、または運動を、多層エラストマー検知ネットワークの触覚検知素子に印加することによって、ユーザに触感覚をもたらすのに使用され得る。１つまたは複数の触覚検知素子を使用してもたらされた物理的刺激は、仮想環境における触感をもたらし、コンピュータシミュレーションにおける仮想物体の作成を補助し、このような仮想物体を制御し、かつ／または機械およびデバイスの遠隔制御を高めるのに使用され得る。
【００８３】
手のひら上のセンシングネットワーク１５００は、電極、アクチュエータ、および／または圧力センサなどの触覚検知素子のセンシング領域を含み得る。多領域歪みセンサおよび／または多領域角変位センサと同様に、多領域触覚センサは、各検知領域が１つまたは複数の触覚検知素子を含む、１つまたは複数の検知領域（たとえば、触覚検知領域）を有し得る。多領域触覚検知センサは、たとえば、指に触覚フィードバックを提供することのできる３つの検知領域を有し得る。検知領域は、空間的に分離され得、各検知領域に、バラツキのある大きさで、個々の様々な触感を提供し得る。触覚検知素子は、上に説明されているような多領域歪みセンサおよび／または多領域角変位センサと同様に、様々な適合性基材上にあり得る。一実施形態において、触覚検知素子は、ユーザによる熱い物体への接触をシミュレートするのに、ある程度の熱を生み出す適合性電極であり得る。別の例において、触覚検知素子は、物理的に変形する、アクチュエータであり得る。触覚検知素子は、手の様々な範囲に散りばめられ得、手の甲上のセンシングネットワーク１５００に関して上に説明されたのと同様の方法で、電気接続領域に接続する導電性トレースによって接続され得る。触覚検知素子が、散りばめられ得る、または、任意の方法でその他の検知素子と組み合わされ得ることを理解されたい。限定ではなく説明の便宜上使用される、動きを測定するセンシングネットワーク１５００が、手の甲上に示され、触覚検知素子を使用したセンシングネットワーク１５００が、手のひら上に示されることも理解されたい。センシングネットワーク１５００および／または多領域歪み／角変位／触覚センサは、運動を測定し、かつ／または触覚フィードバックを提供するのに、触覚検知素子と適合性検知素子との任意の組合せを使用し得る。
【００８４】
図１６は、いくつかの実施形態による、多軸多領域角変位センサを示す。多軸多領域角変位センサ１６００は、２つの軸についての（または、中心軸などの軸について直角を成す２つの平面についての）角変位を測定する、１つまたは複数の検知領域を有する、本明細書に説明されているような、多領域角変位センサに相当し得る。たとえば、図１の（ａ）および図１の（ｂ）を参照すると、検知素子１１４に直角に、ストランド１１２において１つまたは複数のさらなる検知素子を接続して、角変位ユニット１００は、２つの直交平面における、また２つの直交平面内の任意の点における角変位を測定し得る。多軸多領域角変位センサ１６００の角変位ユニットの代表的な電極構成が、図７Ｃに示される（角変位ユニット７５０Ｈ、７５０Ｉ、７５０Ｊ、および７５０Ｍを参照）。図７Ｃの７５０Ｍを参照すると、角変位ユニット７５０Ｍに関連した第１の一対のキャパシタ７７１Ｐと７７１Ｒ（すなわち、上面と底面）は、中心軸７５３Ｍおよび中心平面７８４からずれ、それらについて反転されており、また、中心軸７５３を通って走り、かつ適合性キャパシタ７７１Ｐおよび７７１Ｒを二分する、第１の平面（たとえば、中心平面７８５）についての角変位を測定するのに使用され得る。第２の一対の適合性キャパシタ７７１Ｑと７７１Ｓ（すなわち、右側と左側）は、中心軸７５３および中心平面７８５からずれ、それらについて反転されており、また、中心軸７５３Ｍを通って走り、かつ適合性キャパシタ７７１Ｑおよび７７１Ｓを二分する、第２の平面（たとえば、中心平面７８４）についての角変位を測定するのに使用され得る。
【００８５】
多軸多領域角変位センサ１６００は、各領域が、測定される角変位の２つの軸を有する、２つの検知領域（たとえば、多軸検知領域）を示す。各領域は、角変位ユニットを含み得る。第１の領域は、それから第１の角変位角度Θ１が計算されるｘｙ平面への射影を有し、また、それから第２の角変位角度Θ２が計算されるｘｚ平面上への射影を有する、各角変位ユニットまたは検知領域の終点（黒点、分かりやすくするためにベクトルの左外側）によって画定されたベクトルを有する。第１の角変位角度Θ１と第２の角変位角度Θ２とは、互いに直交する。同様の図が右側に示され、そこでは、第２の検知領域も、２つの角変位角度、β１およびβ２を有する。中央の破線は、２つの検知領域間の境界を表し、第１の検知領域の角変位が第２の検知領域の角変位と無関係であることを示す。
【００８６】
図１７は、いくつかの実施形態による、多軸多領域角変位センサを示す。多軸多領域角変位センサ１７００は、２つの検知領域を示す。多軸多領域角変位センサ１７００が、任意の個数の検知領域を有し得ることを理解されたい。角変位ユニット（黒の長方形）がストランド（長方形内部の白）の内部またはストランドの上面に埋め込まれる、側面図（下部）が示される。角変位ユニットを測定回路（図示せず）に接続する、伸縮自在な導電性トレースは、濃い灰色である。細い導電性トレースは、共通接地用であり、太い導電性トレースは、各角変位ユニットへのすべてのトレースを表す。多軸多領域変位センサ１７００の関連の部分の断面図に破線が接続される。断面図内では、黒線は、角変位ユニットを表し、濃い灰色のマルが、共通接地トレースを表す一方、濃い灰色線は、各角変位ユニット用のトレースを示す。キャプションが上部に示される。
【００８７】
一実施形態において、多軸多領域角変位センサ１７００は、複数の検知領域を備える、適合性材料で作られたストランドまたは細長部材を含む。各検知領域は、二対の適合性キャパシタを備える角変位ユニットを含む。第１の一対の適合性キャパシタは、同一平面式に配向され、中心軸および中心平面からずれ、それらについて反転される。中心平面に直角な平面内の角変位の測定値を提供するために、第１の一対の適合性キャパシタが、差分静電容量測定回路を介して読み取られる。第２の一対の適合性キャパシタは、第１の一対の適合性キャパシタに直交し、同様の差分静電容量回路に接続されると、直交平面における角変位を測定する。角変位ユニット（および、それの中の適合性キャパシタ）は、ストランドの内部に位置するトレースを使用して、接続領域に電気的に接続される。誘電性エラストマーは、１０Ａ〜６０Ａのデュロメータ硬さの熱硬化性シリコンエラストマーである。導電性エラストマーは、導電性の微粒子またはナノ粒子（たとえば、カーボンブラックまたはカーボンナノ粒子）が中に分散された、１０Ａ〜６０Ａのデュロメータ硬さの熱硬化性シリコンエラストマーである。多軸多領域角変位センサ１７００は、各検知領域に対して２つの角変位を測定し得る。
【００８８】
図１８は、いくつかの実施形態による、多領域角変位センサを示す。多領域角変位センサ１８００は、指角度の曲がり／伸びを測定し得る。多領域角変位センサ１８００は、濃い灰色の適合性材料のストランド、黒の角変位ユニット、および白の切り欠き開口を示す。多領域角変位センサ１８００Ａは、角変位ユニットの適合性キャパシタの電極と同じ層上に作られ、かつ直接にパターン化され、電気的に接続されるトレースを示す。多領域角変位センサ１８００Ｂは、角変位ユニットの適合性キャパシタの電極とは異なる層または平面に加えられるトレースを示す。トレースは、導電性ビアを使用して電極に接続される。左側の切り欠きは、指関節全体にセンサを集中させるのに役立つ一方、その他の２つの切り欠きは、センシング領域間の適応性を高める。
【００８９】
図１９は、いくつかの実施形態による、コンピュータシステムの形態例における機械の図式表現である。コンピュータシステム１９００は、実行されると、機械に、本明細書に考察されている方法論のうちのいずれか１つまたは複数を行わせる、一セットの命令にアクセスし得る。コンピュータシステム１９００は、インターフェースデバイス２０、遠隔デバイス２２、または図１４の制御・分析ソフトウェア１２４を実行するマイクロコントローラ１１５に対応し得る。コンピュータシステム１９００は、ＩＭＵに、または、本明細書に説明されているような、ＩＭＵと通信するコンピュータシステムに対応し得る。本発明の実施形態において、機械は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、イントラネット、エクストラネット、またはインターネットにおいてその他の機械に接続され得る（たとえば、ネットワーク化され得る）。機械は、クライアント−サーバネットワーク環境におけるサーバマシンまたはクライアントマシンという資格において、またはピアツーピア型（もしくは、分散型）ネットワーク環境におけるピアマシンとして、動作し得る。機械は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ：Ｓｅｔ−Ｔｏｐ  Ｂｏｘ）、携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、セルラー電話機、Ｗｅｂアプリケーション、サーバ、ネットワークルータ、スイッチもしくはブリッジ、または、その機械によってとられる動作を明示する、一セットの命令を（連続的に、またはその他の方法で）実行することのできる任意の機械、であり得る。さらに、１つのみの機械が示されているが、「ｍａｃｈｉｎｅ（機械）」という用語は、本明細書に考察されている方法論のうちのいずれか１つまたは複数を行うのに、一セット（または、複数セット）の命令を独立して、または共同して実行する、機械（たとえば、コンピュータ）の任意の集合体を含むようにも解されるとする。
【００９０】
コンピュータシステム１９００の例は、バス１９０８を介して互いに通信する、処理デバイス１９０２、メインメモリ１９０４（たとえば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ：Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ＤＲＡＭ）などのダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ：Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、スタティックメモリ１９０６（たとえば、スラッシュメモリ、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ：Ｓｔａｔｉｃ  ＲＡＭ）など）、および二次メモリ１９１６（たとえば、データ記憶デバイス）を含む。
【００９１】
処理デバイス１９０２は、マイクロプロセッサ、中央処理装置、または同様のものなど、１つまたは複数の汎用プロセッサを表す。「ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ（処理デバイス）」という用語は、本明細書では、１つまたは複数のプロセッサ（たとえば、１つまたは複数のプロセッサコア）を含む、１つまたは複数の集積回路および／またはパッケージの任意の組合せを指すように使用される。したがって、処理デバイスという用語は、マイクロコントローラ、シングルコアＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、さらに、それらのそれぞれが複数のプロセッサコアを含み得る、多くの相互接続された集積回路を含む大規模マルチコアシステムにわたる。処理デバイス１９０２は、したがって、複数のプロセッサを含み得る。処理デバイス１９０２は、複雑な命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ：Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｓｅｔ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ：Ｒｅｄｕｃｅｄ  Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｓｅｔ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ：Ｖｅｒｙ  Ｌｏｎｇ  Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｗｏｒｄ）マイクロプロセッサ、その他の命令セットを実装するプロセッサ、または命令セットの組合せを実装するプロセッサを含み得る。処理デバイス１９０２は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサ、または同様のものなど、１つまたは複数の特殊目的処理デバイスでもあり得る。
【００９２】
コンピュータシステム１９００は、１つまたは複数のネットワークインターフェースデバイス１９２２（たとえば、ＮＩＣ）をさらに含み得る。コンピュータシステム１９００は、映像表示ユニット１９１０（たとえば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、または陰極線管（ＣＲＴ：Ｃａｔｈｏｄ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ））、英数字入力デバイス１９１２（たとえば、キーボード）、カーソル制御デバイス１９１４（たとえば、マウス）、および信号生成デバイス１９２０（たとえば、スピーカ）も含み得る。
【００９３】
二次メモリ１９１６は、本明細書に説明されている方法論または機能のうちのいずれか１つまたは複数を具体化する一セットまたは複数セットの命令１９５４を格納する、機械可読記憶媒体（または、より具体的には、コンピュータ可読記憶媒体）１９２４を含み得る。命令１９５４は、コンピュータシステム１９００によるそれの実行中、メインメモリ１９０４内かつ／または処理デバイス１９０２内にも、完全にまたは少なくとも部分的に存在し得、メインメモリ１９０４および処理デバイス１９０２も、機械可読記憶媒体を構築する。
【００９４】
コンピュータ可読記憶媒体１９２４が、実施形態例において、１つの媒体であるように示されているが、「ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ｒｅａｄａｂｌｅ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｍｅｄｉｕｍ（コンピュータ可読記憶媒体）」という用語は、一セットまたは複数セットの命令を格納する、１つまたは複数の媒体（たとえば、集中型または分散型のデータベース、および／または関連のキャッシュおよびサーバ）を含むと解されるべきある。「コンピュータ可読記憶媒体」という用語は、機械に、本実施形態の方法論のうちのいずれか１つまたは複数を行わせる一セットの命令を、機械による実行のために格納または符号化することができる、搬送波以外の任意の媒体を含むとも解されるものとする。「コンピュータ可読記憶媒体」という用語は、したがって、以下に限定されるものではないが、ソリッドステートメモリ、光媒体、および磁気媒体などの非一時的媒体を含むと解されるものとする。
【００９５】
本明細書に説明されているモジュール、構成要素、およびその他の特徴は、個別のハードウェア構成要素として実装され得、あるいは、ＡＳＩＣＳ、ＦＰＧＡ、ＤＳＰ、または同様のデバイスなど、ハードウェア構成要素の機能性において一体化され得る。また、モジュールは、ハードウェアデバイス内のファームウェアまたは機能的回路構成要素として実装され得る。さらに、モジュールは、ハードウェアデバイスとソフトウェア構成要素との任意の組合せにおいて、またはソフトウェアのみにおいて実装され得る。
【００９６】
「発明を実施するための形態」のいくつかの部分が、コンピュータメモリ内のデータビットにおける動作のアルゴリズムおよび記号表現に関して、以下に提示される。これらのアルゴリズムの記述および表現は、データ処理技術分野の熟練者によって、彼らの研究の要旨を当業者に最も効果的に伝えるのに使用される手段である。アルゴリズムは、ここでは、大体において、所望の結果に導く首尾一貫した一連のステップと考えられる。ステップは、物理量の物理的操作を必要とするものである。必ずではないが通常、これらの量は、格納される、転送される、組み合わされる、比較される、あるいは操作されることが可能である電気信号または磁気信号の形態をとる。主に一般的な用法上の理由で、これらの信号を、ビット、値、要素、記号、文字、用語、数字、または同様のもので呼ぶことが、時には好都合であることが分かっている。
【００９７】
しかしながら、これらおよび同様の用語のすべてが、適切な物理量に関連しているものであり、これらの量に付けられる単に好都合なラベルであることに留意されたい。特に明記しない限り、以下の考察から明らかなように、「発明を実施するための形態」を通して、「特定する」、「測定する」、「確立する」、「検出する」、「修正する」、または同様のものなどの用語を利用しての考察は、コンピュータシステムのレジスタやメモリ内の物理（電子）量として表されるデータを操作し、それを、コンピュータシステムのメモリまたはレジスタ、あるいはその他のこのような情報記憶域、伝送デバイスまたは表示デバイス内の物理量として同様に表されるその他のデータに変換する、コンピュータシステム、または同様の電子コンピューティングデバイスの動作およびプロセスを指すことが理解される。
【００９８】
本開示の実施形態は、本明細書における動作を行うための装置にも関する。この装置は、必要とされる目的のために特別に構築されてもよく、または、コンピュータシステムに格納されたコンピュータプログラムによって選択的にプログラムされた、汎用コンピュータシステムを備えてもよい。このようなコンピュータプログラムは、以下に限定されるものではないが、それぞれがコンピュータシステムバスに結合される、フロッピディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、および光磁気ディスクを含む任意のタイプのディスク、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、その他のタイプの機械アクセス可能記憶媒体、または、電子命令を格納するのに適した任意のタイプの媒体など、コンピュータ可読記憶媒体に格納され得る。
【００９９】
本明細書に提示されているアルゴリズムおよび表示は、本質的に、いずれの特定のコンピュータまたはその他の装置にも関係するものではない。様々な汎用システムが、本明細書における教示によるプログラムとともに使用されてもよく、または、必要とされる方法ステップを行うのに、より特殊化された装置を構築することが好都合であると分かることがある。様々なこれらのシステムに必要とされる構造は、上記「発明を実施するための形態」に明示されたように見えるであろう。また、本実施形態は、いずれの特定のプログラミング言語にも関連して説明されていない。様々なプログラミング言語が、本明細書に説明されている実施形態の教示を実装するのに使用され得ることが理解されるであろう。
【０１００】
上記「発明を実施するための形態」は、例示的であることが意図され、限定的ではない。上記「発明を実施するための形態」を読み理解した時点で、当業者には、多くのその他の実施形態が明らかになるであろう。本実施形態は、特定の例に関連して説明されてきたが、本開示が、説明された実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の趣旨および範囲から逸脱することなく、修正や変更により実施され得ることが理解されるであろう。したがって、本明細書および図面は、拘束的な意味ではなく例示的な意味で考えられるべきである。本開示の範囲は、したがって、このような特許請求が付与される均等物の全範囲とともに、添付の特許請求に関連して定められるべきである。上記「発明を実施するための形態」において、多くの細目が明示されている。しかしながら、本開示を利用できる当業者には、本開示の実施形態が、これらの特定の細目なしに実施され得ることが明らかであろう。いくつかの例において、本開示の実施形態を不明瞭にしないために、よく知られている構造およびデバイスは、細部にわたってではなく、ブロック図形態で示されている。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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