(57)【要約】【課題】あらゆる場面、場所での対象の変位・姿勢の計測が可能な、位置・姿勢の変化に対応する電気信号発生装置を提供すること。【解決手段】電圧が印加される弧状の面をもつ電極を固定する容器と、該弧状の面をもつ電極の内周面に間隔を置いて対向する、導電性および非導電性外周面領域をもつとともにダンパに結合されて慣性モーメントを付与されその軸心回りに回動自在な円盤と、前記容器の回動と円盤の慣性に起因する位置のずれによる静電容量の変化を電圧信号として出力する電気信号発生手段と、液状誘電体が収納された容器内に、電圧が印加される少なくとも一対の電極とからなり、前記容器の傾きによる一対の電極間での液状誘電体との接触面積の差異に起因する発現静電容量の差異に対応する電圧を出力する電気信号発生手段とを有する。【選択図】　　図４
2004125771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧が印加されている弧状の面をもつ電極を固定する容器と、前記弧状の面をもつ電極の内周面に間隔を置いて対向する、導電性および非導電性外周面領域をもつとともにダンパに結合されて慣性モーメント付与されその軸心回りに回動自在な円盤と、前記容器の周方向の回動による位置と円盤の慣性に起因する周方向における位置のずれによる発現静電容量の変化を電気信号として取り出す手段を有することを特徴とする位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
【請求項２】
電圧が印加されている弧状の面をもつ電極を固定する容器と、前記弧状の面をもつ電極の内周面に間隔を置いて対向する、導電性および非導電性外周面領域をもつとともにダンパに結合されて慣性モーメント付与されその軸心回りに回動自在な円盤と、前記容器の周方向の回動による位置と円盤の慣性に起因する周方向における位置のずれによる発現静電容量の変化を電気信号として取り出す手段と、容器内容積未満の容積の液状誘電体が収納された容器内に、電圧が印加された少なくとも一対の電極間での前記液状誘電体との接触面積の差異に起因する発現静電容量の差異に対応する電圧を出力する電気信号発生手段とを有することを特徴とする位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
【請求項３】
電圧が印加される少なくとも一対の電極を有するとともに液状誘電体が充填されている容器と、前記少なくとも一対の電極と間隔を置いて相対向する導電性表面を有するとともにダンパに結合されて慣性を付与され前記導電性表面に平行に直線的に変位自在な可動子と、前記容器と可動子の位置のずれに起因する発現静電容量の変化を電気信号として取り出す手段とを有することを特徴とする位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
【請求項４】
非導電性中空球状容器と、該非導電性中空球状容器の内周面の各半球領域に導電性領域を形成して電極とするとともに、前記非導電性中空球状容器とその中心点を共有するとともにその内周面に間隔を置いて対向する如く、導電性外周面を有する内部球体を前記非導電性中空球状容器に支持・固設しさらに、前記非導電性中空球状容器内周面と内部球体外周面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入しまた、前記非導電性中空球状容器内周面に形成された少なくとも２箇の電極および前記内部球体外周面に形成された電極各々に配線を接続してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
【請求項５】
四面以上の面をもつ多角状の非導電性中空容器と、該多角状の非導電性中空容器の内面に導電性領域を形成して電極とするとともに、前記多角状の非導電性中空容器とその重心を共有するとともにその内面に間隔を置いて対向する如く、前記多角状の非導電性中空容器と相似形の、導電性外面を有する内部多角状体を前記多角状の非導電性中空容器の各内側コーナと内部多角体外側コーナ間とで支持・固設しさらに、前記多角状の非導電性中空容器内面と内部多角体外面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入しまた、前記多角状の非導電性中空容器内周面に形成された電極および前記内部多角体外周面に形成された電極各々に配線を接続してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
【請求項６】
非導電性中空球状容器と、該非導電性中空球状容器の内周面の各半球領域に各々等しい導電性領域を形成して電極とするとともに、前記非導電性中空球状容器とその中心点を共有し非導電性中空球状容器内周面に間隔を置いて対向する如く配置される、導電性外周面を有しその内周面の各半球領域に各々等しい導電性領域を形成して少なくとも２箇の電極としまた、その中心点を共有するとともにその内周面に間隔を置いて対向する如く導電性外周面を有する最内部球体を支持・固設しさらに、前記少なくとも２箇の電極および前記最内部球体外周面に形成された電極各々に配線を接続しまた、その内周面と最内部球体外周面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入した非導電性材料からなる内部中空球体を、前記非導電性中空球状容器内周面における電極間かつ非導電性中空球状容器の大円および子午線において弾機的に支持するとともに前記非導電性中空球状容器内周面と内部球体外周面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入しさらに、前記非導電性中空球状容器内周面に形成された少なくとも２箇の電極および前記内部中空球体外周面に形成された電極各々に配線を接続してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
【請求項７】
四面以上の面をもつ非導電性中空多角状容器と、該非導電性中空多角状容器の内面に各々等しい導電性領域を形成して電極とするとともに、前記非導電性中空多角状容器とその重心を共有し非導電性中空多角状容器内周面に間隔を置いて対向する如く配置される、導電性外面を有しその内面に各々等しい導電性領域を形成して電極としまた、その重心を共有するとともにその内面に間隔を置いて対向する如く導電性外面を有する最内部多角状体を支持・固設しさらに、前記電極および前記最内部多角状体外面に形成された電極各々に配線を接続しまた。その内面と最内部多角状体外面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入した非導電性材料からなる内部中空多角状体を、前記非導電性中空多角状容器内面における電極間かつ内側コーナにおいて弾機的に支持するとともに前記非導電性中空多角状容器内面と内部多角状体外面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入しさらに、前記非導電性中空多角状容器内面に形成された電極および前記内部中空多角状体外周面に形成された電極各々に配線を接続してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地殻変動の検出や船舶、航空機、車両等の姿勢制御、人の身体部位の動作・姿勢の検出等に用いることができる位置・姿勢の変化に対応する電気信号発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば船舶の姿勢制御に用いられる、船舶の姿勢の変化（傾斜）を検出する手段として、容器にその容積の所定比率の容積の液状誘電体を装入するとともに所定の平面をもつ少なくとも一対の電極をこの液状誘電体に浸漬しておき、容器の傾斜の大きさに対応して電極間で液状誘電体に浸漬している面積に差異を生じ、この差異に対応する発現静電容量と抵抗を電気的に接続して電圧信号として取り出す電気信号発生装置が、たとえば特開平１１−１１８４１２号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術によるときは、特定の実験環境或は定置式の姿勢計測に限られることが多かった。従って、傾斜方向が経時的に変化する対象に対しては、計測がきわめて困難であった。本発明は、あらゆる場面、場所での対象の変位・姿勢の計測が可能な、位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、電圧が印加されている弧状の面をもつ電極を固定する容器と、前記弧状の面をもつ電極の内周面に間隔を置いて対向する、導電性および非導電性外周面領域をもつとともにダンパに結合されて慣性モーメント付与されその軸心回りに回動自在な円盤と、前記容器の周方向の回動による位置と円盤の慣性に起因する周方向における位置のずれによる発現静電容量の変化を電気信号として取り出す手段を有する位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この装置により、計測対象のＸ軸およびＹ軸の向きを決定できる。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、電圧が印加されている弧状の面をもつ電極を固定する容器と、前記弧状の面をもつ電極の内周面に間隔を置いて対向する、導電性および非導電性外周面領域をもつとともにダンパに結合されて慣性モーメント付与されその軸心回りに回動自在な円盤と、前記容器の周方向の回動による位置と円盤の慣性に起因する周方向における位置のずれによる発現静電容量の変化を電気信号として取り出す手段と、容器内容積未満の容積の液状誘電体が収納された容器内に、電圧が印加された少なくとも一対の電極間での前記液状誘電体との接触面積の差異に起因する発現静電容量の差異に対応する電圧を出力する電気信号発生手段とを有する位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この装置によれば、計測対象のＸ軸およびＹ軸の向きを決定した上でＸ軸および／またはＹ軸における傾斜（姿勢）を同時に計測できる。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、電圧が印加される少なくとも一対の電極を有するとともに液状誘電体が充填されている容器と、前記少なくとも一対の電極と間隔を置いて相対向する導電性表面を有するとともにダンパに結合されて慣性を付与され前記導電性表面に平行に直線的に変位自在な可動子と、前記容器と可動子の位置のずれに起因する発現静電容量の変化を電気信号として取り出す手段とを有する位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この装置によるときは、対象のリニアな方向の加速度、速度および変位を計測できる。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、球状の非導電性中空容器と、該非導電性中空容器の内周面の各半球領域に各々等しい導電性領域を形成して電極とするとともに、前記球状の非導電性中空容器とその中心点を共有するとともにその内周面に間隔を置いて対向する如く、導電性外周面を有する内部球体を前記球状の非導電性中空容器に支持・固設しさらに、前記球状の非導電性中空容器内周面と内部球体外周面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の比率の容積の液状誘電体を封入しまた、前記球状の非導電性中空容器内周面に形成された少なくとも２箇の電極および前記内部球体外周面に形成された電極各々に配線を接続してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この装置によれば、計測対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸何れかまたは計測対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸における傾斜角（姿勢）を一度に電気信号として取り出すことができる。また、計測装置が天地反転しても計測が可能である。
【０００８】
請求項５に記載の発明は、四面以上の面をもつ多角状の非導電性中空容器と、該多角状の非導電性中空容器の各内面に各々等しい導電性領域を形成して電極とするとともに、前記多角状の非導電性中空容器とその重心を共有するとともにその内面に間隔を置いて対向する如く、前記多角状の非導電性中空容器と相似形の、導電性外面を有する内部多角体を前記多角状の非導電性中空容器の各内側コーナと内部多角体外側コーナ間とで支持・固設しさらに、前記多角状の非導電性中空容器内面と内部多角体外面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の比率の容積の液状誘電体を封入しまた、前記多角状の非導電性中空容器内周面に形成された電極および前記内部多角体外周面に形成された電極各々に配線を接続してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この装置によるときも、計測対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸における傾斜角（姿勢）を一度に電気信号として取り出すことができる。また、計測装置が天地反転しても計測が可能である。
【０００９】
請求項６に記載の発明は、非導電性中空球状容器と、該非導電性中空球状容器の内周面の各半球領域に各々等しい導電性領域を形成して電極とするとともに、前記非導電性中空球状容器とその中心点を共有し非導電性中空球状容器内周面に間隔を置いて対向する如く配置される、導電性外周面を有しその内周面の各半球領域に各々等しい導電性領域を形成して少なくとも２箇の電極としまた、その中心点を共有するとともにその内周面に間隔を置いて対向する如く導電性外周面を有する最内部球体を支持・固設しさらに、前記少なくとも２箇の電極および前記最内部球体外周面に形成された電極各々に配線を接続しまた、その内周面と最内部球体外周面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入した非導電性材料からなる内部中空球体を、前記非導電性中空球状容器内周面における電極間かつ非導電性中空球状容器の大円および子午線において弾機的に支持するとともに前記非導電性中空球状容器内周面と内部球体外周面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入しさらに、前記非導電性中空球状容器内周面に形成された少なくとも２箇の電極および前記内部中空球体外周面に形成された電極各々に配線を接続してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この装置よれば、測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸何れかまたは測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向の加速度、速度、および変位量を電気信号として一度に取り出すことができる。
【００１０】
請求項７に記載の発明は、四面以上の面をもつ非導電性中空多角状容器と、該非導電性中空多角状容器の内面に各々等しい導電性領域を形成して電極とするとともに、前記非導電性中空多角状容器とその重心を共有し非導電性中空多角状容器内周面に間隔を置いて対向する如く配置される、導電性外面を有しその内面に各々等しい導電性領域を形成して電極としまた、その重心を共有するとともにその内面に間隔を置いて対向する如く導電性外面を有する最内部多角状体を支持・固設しさらに、前記電極および前記最内部多角状体外面に形成された電極各々に配線を接続しまた、その内面と最内部多角状体外面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入した非導電性材料からなる内部中空多角状体を、前記非導電性中空多角状容器内面における電極間かつ内側コーナにおいて弾機的に支持するとともに前記非導電性中空多角状容器内面と内部多角状体外面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入しさらに、前記非導電性中空多角状容器内面に形成された電極および前記内部中空多角状体外周面に形成された電極各々に配線を接続してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この装置よるときも、測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の変位量と加速度を電気信号として一度に取り出すことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその好ましい実施形態に則して説明する。
【００１２】
【実施例】
実施例１
図１に、本発明の一実施例に係わる位置の変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の概要を示す。図１において、１は容器であって、この実施例においては円筒状を呈しており、たとえばプラスチックで形成されている。１−２は蓋であり、容器１を覆う。
２は電極であって、導電物質で形成され、容器の内周面に貼着されて弧面を形成する。３は円盤（ディスク）であり、その平面中心で軸４に固定されている。円盤３の外周面には図１および図４に示すように、非導電性領域５および導電性領域６が形成されている。この実施例においては、定常状態において、円筒状容器１内周面に貼着されている弧状電極２と、円盤３の外周面に形成されている導電性領域６とが間隔を置いて相対向する如く配置されるとともにそれぞれ交流電圧または直流電圧を印加されてコンデンサを形成する。この実施例において、誘電体は液状誘電体或は空気である。また、この実施例においては、円盤３の外周面を周方向におて４等分し、交互に導電性領域６および非導電性領域５を形成している。
【００１３】
円盤３は軸４に固定されており、軸４は、図４に示すように、ダンパ７、この実施例においてはばね７を介してその下端部が容器１の底面に固設されている。而して円盤３は、その周方向の変位に際してダンパ７によって慣性を付与される。軸４の上端は、容器１の蓋１−２に回転自在に支承されている。
【００１４】
この実施例に係わる、位置の変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の動作を説明する。容器１が公転或は自転すると、容器１は、
軸４の軸心回りに回動する。一方、円盤３は、それ自体慣性モーメントを有しダンパ７によって慣性を付与されているから、容器１の周方向における運動の加速度に対応して、電極２と相対向する円盤３の導電性領域６或は非導電性領域５との間に、周方向においてずれを生じる。このずれによって、電極２と相対向する円盤３の導電性領域６とで形成されていたコンデンサの静電容量に変化を生起させる。この静電容量の変化を電圧の変化として検出すれば、容器１の周方向における加速度を計測することができる。加速度を時間について２階積分すると、変位量が求まる。
【００１５】
このようにして、容器１の軸心（Ｚ軸）回りの変位量、加速度を電気信号として取り出すことができ、計測対象がどの向きにどれだけ変位したかを知ることができる。
【００１６】
実施例２
次に、上記計測対象のＺ軸回りの変位量に加えて計測対象の姿勢（傾き）を併せて計測する実施形態における、姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）について説明する。
図２および図３に、計測対象の姿勢（傾き）の変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の概要を示す。図２および図３において、１１は容器であって、液状誘電体１３たとえばエチレングリコールを溶媒とし水酸化テトラメチルアンモニウムを溶質とする溶液が注入されている。Ａは液状誘電体１３が注入されていない部分を示す。
【００１７】
１２は電極であり、この実施例においては、図２および図３に示すように、一対相対向して液状誘電体１３にそのある割合が浸漬する如く配置されている。１４は配線、１５は静電容量計測装置である。
【００１８】
而して、容器１１が傾斜すると、図３に示すように、電極１２対間で液状誘電体１３との接触面積が相違してくる。この接触面積の変化に対応して発現静電容量が変化する。静電容量Ｃは、
【００１９】
【数１】
Ｃ＝ξ０・ξ・Ｓ／ｔ＝８．８５５×１０−１２×ξ・Ｓ／ｔ　　　（１）
Ｃ：静電容量
Ｓ：電極面積
ｔ：電極間距離
ξ０：真空の誘電率（＝８．８５５×１０−１２）
ξ：誘電体の比誘電率
【００２０】
で与えられる。この静電容量の変化を、静電容量計測装置１５において電圧の変化として検出する。
【００２１】
発明者の知見によれば、液状誘電体に求められる特性は、
１）陽極、陰極等の構成材料に対して、化学的に安定であること。
２）電極面をよく濡らす性質を有すること。
３）電極或は容器を保護し、弱点部等を修復する化成能力を有すること。
４）高温においても蒸気圧が低いこと。
５）長期間安定した性質を有し、毒性などに配慮した物質であること。
などである。このような特性を有する液状誘電体として、溶媒としては、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチルホルムアミド等がある。一方、溶質としては、アジピン酸、マレイン酸、安息香酸、フタル酸、サリチル酸、塩基性のものとして、アンモニア、アンモニア水、トリエチルアミン、水酸化テトラメチルアンモニウム等があり、これらからの溶液を用いることができる。
【００２２】
液状誘電体として、たとえば水と油のように、混じり合うことのない２種類の液状物を容器に充填して用いることもできる。その場合、液状誘電体表面の脈動が抑えられて好ましい。
【００２３】
この姿勢（傾き）変化に対応する電気信号デバイスを、少なくともＸ軸方向およびＹ軸方向において配置するとともに、図４に示すように、実施例１における容器１のＺ軸回りの変位に対応する電気信号発生デバイスを集積搭載すれば、計測対象がどの向きにどれだけ傾斜したかを測定することができる。即ち、姿勢変化に対応する電気信号発生デバイスの座標軸の向きをリアルタイムで併せ計測することが可能になる。
【００２４】
図４に示す上記変位・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の回路を、図５に示す。図５において、Ｃ１、Ｃ３はデバイスのＸ軸方向における傾斜を検出すべく機能するコンデンサ対であり、Ｃ２、Ｃ４はＹ軸方向における傾斜を検出すべく機能するコンデンサ対である。Ｃ５、Ｃ６は図１に示す容器１のＺ軸回りの変位に対応する電気信号発生デバイスにおけるコンデンサ対である。それぞれの信号処理回路から、デバイスがＺ軸回りの何れの方向に向いているのかまた、その向きを基準としてＸ軸方向或はＹ軸方向にどれだけ傾いているのかを併せて出力（ＯＵＴ）する。
【００２５】
本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置は、計測対象の位置・姿勢の変化に対応して電極対間の静電容量が変化することを利用してこれを電圧といった電気信号として取り出すものであるから、電極に高周波電圧または直流電圧を印加することで、前者の場合場合には主に発振器の共振回路における静電容量の変化を、後者の場合には２枚の電極間の誘電体との接触面積が変化するため、電極に電圧を印加しておけば電圧の変化と等価と見做すことができる。従って、たとえば高周波電圧を用いた場合、人の手の関節運動によって発振器の発する搬送波に周波数変調が施されることになる。この信号をＦＭ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）復調すれば手の関節運動を表す信号を得ることができる。また、直流電圧を用いた場合、差動増幅器によって手の関節運動を表す信号を得ることができる。ＦＭ復調を用いて信号を得る場合、電気的雑音に非常に強いセンサデバイスとすることができる。
【００２６】
実施例３
次に、計測対象が線形変位しているときに電気信号を発生するデバイスについて説明する。図６に、このデバイスの構成を示す。図６において、２１は容器であって、この実施例においては、液状誘電体が充填されている。容器２１内部の天井部および底面に電極２２が間隔ｇを置いて配設されている。２４は可動子であり、図６でみて上下面に電極２２が貼着されている。可動子２４はシャフト２５に遊嵌・支承され、図６でみて左右方向に変位自在である。可動子２４の一端はダンパ（ばね）２３に係合され、ダンパ２３の他端は容器２１の一端に固定されている。而して、容器２１内部の天井および底面の電極２２と可動子２４上下面の電極２２間には間隔が保たれる。
【００２７】
容器２１に、シャフト２５の軸方向の力Ｆによって加速が生じると、ダンパ２３による慣性により容器２１における電極２２と可動子２４における電極２２の相対向する面積に変化を生じる。而して、容器２１に加わる加速が止まると、可動子２４はダンパ（ばね）２３の作用によって元の位置に戻る。前記相対向する電極２２間の面積の変化が静電容量の変化として検出され、容器２１の加速度が計測される。
【００２８】
図６に示す、線形変位に対応する電気信号発生デバイスの電気回路を図７に示す。容器２１が加速を受けＣ１の静電容量が減少したとすると、Ｃ２の静電容量は増加する。これによって、可動子２４に対して容器２１が加速しているのか或は減速しているのかを知ることができる。
【００２９】
実施例４
本発明の、位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）を構成要素とするコントロールユニットの一実施例を図８に示す。
本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）は、従来、持ち運ぶことが困難であった姿勢計測装置を、たとえば人の身体に取り付け、身体各部位の動作・姿勢を記録することができるようにしたものである。その際、センター側（管制側）とインターネットを経由して通信を行う小型のコンピュータが必要となる。図８に示すＷｅｂサーバの構成は、制御用コンピュータの一例である。
【００３０】
図８に示す制御用コンピュータはワンチップで構成されている点によって特徴づけられ、センター側と無線、有線で通信を行い、通信が不可能な場合は、ＲＯＭに予め書かれたプログラム通りに起動し、利用者のメモリー（ＲＡＭ）に記録しておき、後日、このメモリーからデータを抜き取ることで利用者の一日の完全な行動記録を得ることができる。ここで、本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）は、静電容量計測（ＦＭ復調）モジュールまたは差動増幅モジュール、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル変換）モジュールを経てバスに接続されている。
【００３１】
実施例５
図９に、本発明の他の実施例に係わる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置を示す。図９において、３１は中空球状容器であって、この実施例においては、非導電性材料たとえばプラスチック製の中空球体である。中空球状容器３１の内周面には、図９に示すように、各半球の大円において少なくとも４等分された半球内周面区画内に導電性領域３５からなる電極が形成され、中空球体内周面全体で８箇の電極が配設される。Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸何れかの軸における傾斜のみを検出するときは、中空球体内周面全体で２箇の電極の配設でよい。図９に示すように、各電極には配線４２が接続され、電極に電圧を印加できるよう構成されている。このように、中空球体内周面全体で８箇の電極を配設すると、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸における中空球状容器３１の傾きを一度に検出することができる。
【００３２】
３３は内部球体であり、その外周面に導電性物質が貼着され電極として機能する。この電極にも配線が接続され電圧を印加できる。内部球体３３は、図９に示すように、中空球状容器３１内周面かつ中空球状容器の大円および子午線から半径方向に延在する軸３４によって中空球状容器３１内周面に支持され、中空球状容器３１とその中心点を共有する如く配置される。また内部球体３３は、内部球体３３外周面と容器３１の内周面との間に所定の間隔が存在して中空球状容器３１の内周面に配設されている８箇の電極（導電性領域３５）と内部球体３３外周面に形成されている電極とでコンデンサを構成できるディメンジョンとされる。また、図９に示すように、軸３４をたとえば金属製とし、配線の一部として機能させることもできる。
【００３３】
一方、中空球状容器３１の内周面と内部球体３３外周面間に形成される空間内には、その空間容積未満の容積、この実施例においては、図９でみて大円（赤道）の位置まで（空間容積の５０％）の容積の液状誘電体が封入される。
【００３４】
次に、この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の動作を説明する。中空球状容器３１が図９に示す状態から何れかの方向に傾くと、中空球状容器３１内周面に形成されている８箇の電極相互間で液状誘電体との接触面積に変化を生じる。而して、中空球状容器３１内周面に形成されている８箇の電極と内部球体３３外周面の電極間で構成されているコンデンサの静電容量もコンデンサ相互間で変化する。これら個々のコンデンサにおける静電容量の変化を検出することによって、中空球状容器３１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の傾斜角度を一度に電気信号として取り出すことができる。
【００３５】
上記のように、この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）は、中空球状容器３１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向における傾きを、静電容量の変化から電気信号として取り出すものである。即ち、中空球状容器３１の内周面に形成されている８箇の電極と内部球体３３の外周面に形成されている電極および液状誘電体で構成されるコンデンサにおける静電容量の変化から電気信号として取り出す。中空球状容器３１内周面と内部球体３３外周面間に形成される空間内には、液状誘電体および気体が、この実施例においては、等しい容積で封入されている。而して前記液状誘電体は、駆動誘電体として機能する。コンデンサの静電容量は、数１で示したように、
Ｃ＝ξ０・ξ・Ｓ／ｔ＝８．８５５×１０−１２×ξ・Ｓ／ｔ
Ｃ：静電容量
Ｓ：電極面積
ｔ：電極間距離
ξ０：真空の誘電率（＝８．８５５×１０−１２）
ξ：誘電体の比誘電率
によって与えられる。従って、電極面積：Ｓ、電極間距離：ｔとによって静電容量を検出することができる。この実施例においては、電極間距離は一定であるから、電極面積：Ｓ即ち、中空球状容器３１の傾斜に起因する、中空球状容器３１内周面に形成されている各電極と液状誘電体の接触面積の変化が静電容量Ｃの変化として検出されることになる。
【００３６】
図９に示す位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）によって電気信号を取り出すには、たとえばオペアンプを用いる、図１３に示す差動増幅回路による。差動増幅回路は、２つの入力電圧の電位差のみを増幅する回路である。オペアンプも一種の差動増幅回路であるが、そのままでは増幅度が高過ぎるため安定した動作を期待できない。従って、図１３に示すように、負帰還をかける。図１３に示す回路は、回路におけるｎ点とｐ点の電位が等しくなるように働くから、
【００３７】
【数２】
Ｖ１−Ｒ１Ｉ１＝Ｒ２Ｉ２　　　　　　　（２）
【００３８】
が成立し、入力インピーダンスの高いオペアンプに電流が流れ込まない処から、電流Ｉ１、Ｉ２はそれぞれ、
【００３９】
【数３】
Ｉ１＝（Ｖ１−Ｖ０）／（Ｒ１＋Ｒ２）　　（３）
【００４０】
【数４】
Ｉ２＝Ｖ２／（Ｒ１＋Ｒ２）　　　　　　　（４）
【００４１】
で与えられる。代入して整理すれば、出力電圧Ｖ０は、
【００４２】
【数５】
Ｖ０＝（Ｒ１／Ｒ２）・（Ｖ２−Ｖ１）　　　　（５）
【００４３】
によって求めることができる。これによって、入力端子の電位差のみを増幅できることが分かる。
【００４４】
図１４に、図９に示す本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置の電気回路を示す。中空球状容器３１の内周面に形成されている８箇の導電性領域３５（電極）と内部球体３３外周面に形成されている導電性領域（電極）ならびに液状誘電体で構成されるコンデンサの箇数はＣ１、Ｃ２、−−−−、Ｃ８の計８箇である。各コンデンサを構成する電極間には配線３２を介して電圧が印加される。この実施例においては、中空球状容器３１の内周面と内部球体３３外周面間に形成される空間内には、この空間の５０％の容積の液状誘電体が封入されている。しかして、中空球状容器３１が何れかの方向に傾斜すると、前記コンデンサ相互間で静電容量が変化する。たとえば、図９に示す中空球状容器３１の上半球内周面に配置されているコンデンサをＣ１、Ｃ２、−−−−、Ｃ４とし、下半球内周面に配置されているコンデンサをＣ５、Ｃ６、−−−−、Ｃ８とすると、中空球状容器３１の傾きによって、下半球内周面に配置されているコンデンサの静電容量は減少し、上半球内周面に配置されているコンデンサの静電容量は増加する。Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸のどの方向にどれだけ傾いているかを知るには、傾く前の８箇のコンデンサの静電容量と傾いた後の８箇のコンデンサの静電容量を比較することによって計測することができる。計測は、図９に示す中空球状容器３１が天地反転する場合でも可能である。この静電容量の変化を計測するには、８箇のコンデンサを配線を介して静電容量計測器に接続して行うことができる。この静電容量計測器の基本回路として図１３に示す回路（差動増幅回路）を用いると、装置を小型化できる。
【００４５】
実施例６
本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置における中空球状容器のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向における加速度を併せ計測することができる実施例を説明する。図１０に、容器の加速度（位置）の変化に対応する電気信号を併せ発生する装置の概要を示す。図１０において、４１は中空球状容器であって、この実施例においては、非導電性材料たとえばプラスチック製の中空球体である。中空球状容器４１の内周面には、図１０に示すように、各半球の大円において少なくとも４等分された内周面区画内に導電性領域４５からなる電極が形成され、中空球体内周面全体で８箇の電極が配設される。図１０に示すように、各電極には配線４２が接続され、電極に電圧を印加できるよう構成されている。
【００４６】
４３は内部中空球体であって、その外周面に導電性薄層が形成されて中空球状容器４１内周面に配設される電極と相俟ってコンデンサＣ９、Ｃ１０、−−−−−、Ｃ１６を構成する。一方、内部中空球体４３の内周面には、容器４１内周面における８箇の電極をスケールダウンした状態で電極が配設される。また、内部中空球体４３内には、容器４１、内部中空球体４３と中心点を共有する最内部球体（図示せず）が、図９に示す中空球状容器３１および内部球体３３の関係をスケールダウンした形で、軸によって内部中空球体４３内周面に保持される。そして、最内部球体外周面には導電性物質層が形成され電極として機能する。而して、内部中空球体４３内周面と最内部球体外周面間には、８箇のコンデンサＣ１、Ｃ２、−−−−−、Ｃ８が構成される。内部中空球体４３内周面と最内部球体外周面間に形成される空間内に、この空間容積の５０％に相当する容積の液状誘電体が封入される。
【００４７】
一方、内部中空球体４３は、中空球状容器４１内周面における電極間かつ容器４１の大円および子午線それぞれにおける周方向において４等分間隔された箇所で内周面からダンパ４６を有する軸４４によって弾機的に支持されている。この場合も、ダンパ４６を有する軸４４をたとえば金属製とし、配線の一部として機能させることができる。
【００４８】
この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の動作を説明する。中空球状容器４１がＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向へ加速されると、内部中空球体４３はそれ自体の慣性モーメントを有しダンパ４６によって慣性を付与されているから、容器４１の各軸方向における加速度に対応して各電極と相対向する、内部中空球体４３外周面に形成されている導電性薄層（電極）ならびに液状誘電体とで構成されているコンデンサにおける静電容量に変化を生起させる。この静電容量の変化を電圧の変化として検出すれば、中空球状容器４１の各軸方向における加速度を計測することができる。加速度を時間について２階積分すれば、変位量が求まる。
【００４９】
図１６に、この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の電気回路を示す。この実施例のデバイスによれば、中空球状容器４１がＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜をコンデンサＣ１、Ｃ２、−−−−−、Ｃ８によって電気信号として取り出すことができるとともに、内部中空球体４３は中空球状容器４１内周面にダンパ４６を介して支持されているから、容器４１が直線的に加速すると、ダンパ４６によって内部中空球体４３に慣性が付与され、容器４１内周面の電極４２と内部中空球体４３外周面に形成されている電極間の間隔が変化する。これは、コンデンサとして考えた場合、静電容量が変化することに他ならない。ここで、コンデンサの箇数は、内部中空球体４３内部にＣ１、Ｃ２、−−−−、Ｃ８の計８箇、容器４１内周面と内部中空球体４３外周面間でＣ９、Ｃ１０、−−−−、Ｃ１６の計８箇である。この１６箇のコンデンサで中空球状容器４１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜角度と加速度を一度に計測することができる。各コンデンサを構成する電極間には電圧が印加されており、コンデンサＣ１、Ｃ２、−−−−−、Ｃ８における静電容量の変化から中空球状容器４１が、どの軸においてどれだけ傾いているかを知ることができまた、コンデンサＣ９、Ｃ１０、−−−−−、Ｃ１６における電極間隔の変化からどの軸方向においてどれだけ変位したのかを計測することができる。
【００５０】
このようにして、中空球状容器４１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の各軸方向における加速度（速度、変位量）を電気信号として一度に取り出すことができる。而して、図９に示す装置（デバイス）では、計測対象の３次元的な傾き（姿勢）を知ることができ、図１０に示す装置（デバイス）によれば、計測対象の３次元的な傾き（姿勢）と併せ中空球状容器４１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の各軸方向における加速度（速度、変位量）を電気信号として一度に取り出すことができる。
【００５１】
実施例７
次に、四面以上の面をもつ多角形状の中空容器および内部多角状体とで構成される本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）における中空多角状容器のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向における加速度を併せ計測することができる実施例を説明する。
【００５２】
図１１に、この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）を示す。図１１において、５１は中空立方体容器であって、この実施例においては正六面体であり、たとえばプラスチックで形成されている。５２は配線であって、中空立方体容器５１における６つの内面に形成される導電性領域５５たとえば金属箔（電極）に接続され、相対向する電極間に電圧を印加すべき機能する。５３は内部多角状体であり、中空立方体容器５１とその重心を共有する位置に、中空立方体容器５１の各内側コーナと内部多角状体５３の外側コーナを結ぶ８本の軸５４によって中空立方体容器５１内側で支持される。
【００５３】
内部多角状体５３の６つの外面にも導電性領域が形成され、電極として機能する。この電極にも配線５２が接続され、中空立方体容器５１の導電性領域５５（電極）と内部多角状体５３の６つの外面の導電性領域（電極）間に電圧を印加できる。内部多角状体５３は、図１１に示すように、中空立方体容器５１内面の電極間かつ中空立方体容器５１の各内側コーナと内部多角状体５３の外側コーナを結ぶ８本の軸５４によって中空立方体容器５１内側で支持され、中空立方体容器５１とその重心を共有する如く配置される。また内部多角状体５３は、内部多角状体５３外面と中空立方体容器５１内面との間に所定の間隔が存在して中空立方体容器５１の内面に配設されている６箇の電極（導電性領域５５）と内部多角状体５３外面に形成されている６箇の電極とでコンデンサを構成できるディメンジョンとされる。
【００５４】
一方、中空立方体容器５１の内面と内部多角状体５３外面間に形成される空間内には、その空間容積未満の容積、この実施例においては、空間容積の５０％の容積の液状誘電体が封入される。
【００５５】
次に、この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の動作を説明する。中空立方体容器５１が図１１に示す状態から何れかの方向に傾くと、中空立方体容器５１内面に形成されている６箇の電極相互間で液状誘電体との接触面積に変化を生じる。而して、中空立方体容器５１内面に形成されている６箇の電極と内部多角状体５３外面電極間で構成されているコンデンサの静電容量もコンデンサＣ１、Ｃ２、−−−−−、Ｃ６相互間で変化する。これら個々のコンデンサにおける静電容量の変化を検出することによって、中空立方体容器５１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の傾斜角度を一度に電気信号として取り出すことができる。静電容量計測器として、図１３に示す、差動増幅回路を用いることによって、装置を小型化できる。
【００５６】
実施例８
本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置における中空多角状容器のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向における加速度を併せ計測することができる実施例を説明する。図１２に、中空多角状容器の加速度（位置）の変化に対応する電気信号を併せ発生する装置の概要を示す。図１２において、６１は中空立方体容器であって、この実施例においては、非導電性材料たとえばプラスチック製の中空正六面体である。中空立方体容器６１の内面には、図１２に示すように、導電性領域６５からなる電極が形成され、中空立方体容器６１内面全体で６箇の電極が配設される。図１２に示すように、各電極には配線６２が接続され、電極に電圧を印加できるよう構成されている。
【００５７】
６３は内部中空立方体であって、その外面に導電性薄層が形成されて中空立方体容器６１内面に配設される電極と相俟ってコンデンサＣ１、Ｃ２、−−−−−、Ｃ６を構成する。一方、内部中空立方体６３の内面には、中空立方体容器６１内面における６箇の電極をスケールダウンした状態で電極が配設される。また、内部中空球体４３内には、容器４１、内部中空立方体６３と重心を共有する最内部立方体（図示せず）が、図１１に示す中空立方体容器６１および内部立方体６３の関係をスケールダウンした形で、軸によって内部中空立方体６３内面に保持される。そして、最内部立方体外面には導電性物質層が形成され電極として機能する。而して、内部中空立方体６３内面と最内部立方体外面間には、６箇のコンデンサＣ１、Ｃ２、−−−−−、Ｃ６が構成される。内部中空立方体６３内面と最内部立方体外面間に形成される空間内に、この空間容積の５０％に相当する容積の液状誘電体が封入される。
【００５８】
一方、内部中空立方体６３は、中空立方体容器６１内面における電極間かつ内側コーナからダンパ６６を有する軸６４によって弾機的に支持されている。
【００５９】
この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の動作を説明する。中空立方体容器６１がＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向へ加速されると、内部中空立方体６３はそれ自体の慣性モーメントを有しダンパ６６によって慣性を付与されているから、中空立方体容器６１の各軸方向における加速度に対応して各電極と相対向する、内部中空立方体６３外面に形成されている導電性薄層（電極）ならびに液状誘電体とで構成されているコンデンサにおける静電容量に変化を生起させる。この静電容量の変化を電圧の変化として検出すれば、中空立方体容器６１の各軸方向における加速度を計測することができる。加速度を時間について２階積分すれば、変位量が求まる。
【００６０】
図１７に、この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の電気回路を示す。この実施例のデバイスによれば、中空立方体容器６１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜をコンデンサＣ１、Ｃ２、−−−−−、Ｃ６によって電気信号として取り出すことができるとともに、内部中空立方体６３は中空立方体容器６１内面にダンパ６６を介して支持されているから、中空立方体容器６１が直線的に加速すると、ダンパ６６によって内部中空立方体６３に慣性が付与され、中空立方体容器６１内面の電極と内部中空立方体６３外面に形成されている電極間の間隔が変化する。これは、コンデンサとして考えた場合、静電容量が変化することに他ならない。ここで、コンデンサの箇数は、内部中空立方体６３内部にＣ１、Ｃ２、−−−−、Ｃ６の計６箇、中空立方体容器６１内面と内部中空立方体６３外周面間でＣ７、Ｃ８、−−−−、Ｃ１２の計６箇である。この１２箇のコンデンサで中空立方体容器６１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜角度と加速度を一度に計測することができる。各コンデンサを構成する電極間には電圧が印加されており、コンデンサＣ１、Ｃ２、−−−−−、Ｃ６における静電容量の変化から中空立方体容器６１が、どの軸においてどれだけ傾いているかを知ることができまた、コンデンサＣ７、Ｃ８、−−−−−、Ｃ１２における電極間隔の変化からどの軸方向においてどれだけ変位したのかを計測することができる。
【００６１】
このようにして、中空立方体容器６１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の各軸方向における加速度（速度、変位量）を電気信号として一度に取り出すことができる。而して、図１１に示す装置（デバイス）では、計測対象の３次元的な傾き（姿勢）を知ることができ、図１２に示す装置（デバイス）によれば、計測対象の３次元的な傾き（姿勢）と併せ中空立方体容器６１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の各軸方向における加速度（速度、変位量）を電気信号として一度に取り出すことができる。
【００６２】
実施例９
図１８本発明の計測対象の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）からの情報を、Ｗｅｂサーバまたはコンピュータのメモリーに記録する構成の一例を示す。図１８に示すように、本発明のデバイスを制御するコントロールユニット（以下、Ｗｅｂ　ＰＣと称する。）をポケットに入るようにデザインすることによって手軽に持ち運びでき、様々な場所・場面における姿勢（傾斜）および加速度（変位）を計測することができる。たとえば、大工や左官作業において、より正確な位置・姿勢計測が可能となり、その情報を共有管理することが可能となる。また、たとえば図１８に示すコンピュータ構成を図１９に示す携帯コンピュータとして用いると、デバイスを人体の各部位に取り付け、位置・姿勢を計測することができる。さらに、利用者にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）を取り付けると、利用者が何処で、どのような動作を行っているのか記録しまた、インターネットを介してデータを配信することもできる。このことは、従来、人体に取り付け持ち運ぶことができなかったモーションキャプチャ装置を手軽に持ち運び、人体各部位の方向ベクトルを可能となったことを意味する。
【００６３】
また、Ｗｅｂ　ＰＣは独自にＩＰアドレスをもっているため、被験者側のＷｅｂ　ＰＣがインターネットに接続されることで、世界中の利用者ＰＣへ身体各部位の動作・姿勢を発信することができる。さらに、無線ＬＡＮを使っているため、ローカルなネットワーク環境で利用すれば、手軽に数人分の動作データを取得することが可能となる。
【００６４】
また、図１９に示す被験者側Ｗｅｂ　ＰＣは、ワンチップで構成されている点によって特徴づけられ、利用者ＰＣ側と無線、有線で通信を行い、通信が不可能である場合には、ＲＯＭに予め書かれたプログラム通りに、被験者側のＷｅｂ　ＰＣ内部メモリに動作データを記録する。後日、このメモリからデータを抜き取ることによって利用者の１日の完全な行動記録を得ることができる。たとえば、スポーツ選手等に取り付けることによって、スポーツ選手の競技中の動作を数値的に記録することができる。また、人体に限ることなく、たとえば医療用インプラント上のポートを位置決めするための装置や建築物の傾斜角度の長期的な計測、自動車、鉄道、飛行機、船舶等の姿勢制御等多くの分野で利用することができる。
【００６５】
図１９に、図１８のＷｅｂ　ＰＣを人体に取り付けたときの概略を示す。図１９に示すように、人体の各部位にデバイスを取り付ける。図１９に示す実施形態においては、人体にＧＰＳをも取り付けている。これにより、利用者がどの場所（ＧＰＳにより取得）でどのような動作を行っているかインターネット上で知ることができる。インターネットが利用出来ない場合は、図１８に示すように、Ｗｅｂ　ＰＣに記録メモリによるデータの記録および有線によるデータの配信が可能な構成となっているから必ずしもインターネットは必要ではない。また、デバイスを取り付けた計測対象が移動する場合にはＧＰＳが必要であるが、計測対象が建築物などのように移動しない場合には必要ない。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置によれば、きわめて簡潔、小型の装置（デバイス）で、測定対象のＺ軸回りの変位、速度、加速度を計測することができる。
【００６７】
請求項２に記載の発明によるときは、計測対象の姿勢（傾斜の大きさ）傾斜の方向を定義する座標の変化と併せ計測することができる。
【００６８】
請求項３に記載の発明によれば、計測対象の線形変位に対応する電気信号を取り出すことができる。
【００６９】
請求項４および請求項５に記載の発明によるときは、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたはこれらが複合した測定対象の傾斜（姿勢）を電気信号として一度に取り出すことができる。
【００７０】
請求項６および請求項７に記載の発明によれば、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたはこれらが複合した測定対象の傾斜（姿勢）を電気信号として一度に取り出すことができるとともに、前記何れかの方向における加速度（変位量）を併せ電気信号として取り出すことができる。
【００７１】
本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）はきわめて小型であっていわゆるウエアラブルコンピュータ用センサとして有用であり、人の身体各部位の運動記録や医療分野においてたとえば医療用インプラント上のポートを位置決めするための装置等に用いることができる。また、自動車、鉄道、航空機、船舶等の姿勢制御等多くの分野に利用することができる。さらに、地殻変動の計測にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】計測対象のＺ軸回りの位置、速度、加速度を検出するための、位置変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図２】計測対象のＸ軸方向或はＹ軸方向における傾斜（姿勢）を検出するための、姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図３】姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）が傾斜したときの模様を示す模式図
【図４】図１および図２に示す電気信号発生装置（デバイス）を１ユニットに集積したデバイスを示す模式図
【図５】図４に示すデバイスの電気回路図
【図６】計測対象の線形変位に対応する電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図７】図６に示すデバイスの電気回路図
【図８】本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）を構成要素とするＷｅｂサーバの構成の一例を示すブロック図
【図９】計測対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸３次元の姿勢変化一度にを検出するための、傾斜変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図１０】計測対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸３次元の姿勢変化および各軸方向における加速度を併せ計測する傾斜変化および加速度に対応する電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図１１】計測対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸３次元の姿勢変化一度に検出するための他の実施形態に係わる、傾斜変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図１２】計測対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸３次元の姿勢変化および各軸方向における加速度を併せ計測するための他の実施形態に係わる、傾斜変化および加速度に対応する電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図１３】静電容量の変化を電気信号として取り出すための、回路の一例を示す電気回路図
【図１４】図９に示すデバイスの電気回路図
【図１５】図１１に示すデバイスの電気回路図
【図１６】図１０に示すデバイスの電気回路図
【図１７】図１２に示すデバイスの電気回路図
【図１８】本発明のデバイスで計測した計測対象の位置・姿勢に対応する３次元姿勢情報および３軸における加速度検出結果を構成要素としたＷｅｂサーバおよびコンピュータ（メモリに記録）の構成の一例を示すブロック図
【図１９】図１８に示すＷｅｂ　ＰＣを用いて人体の動作記録を行う実施形態を示すブロック図
【符号の説明】
１　容器
１−２　蓋
２　電極
３　円盤（ディスク）
４　軸
５　非導電性外周面領域
６　導電性外周面領域
７　ダンパ（ばね）
１１　容器
１２　電極
１３　液状誘電体
１４　配線
１５　静電容量計測装置
Ａ　液状誘電体を注入しない部分
２１　容器
２２　電極
２３　ダンパ（ばね）
２４　可動子
２５　シャフト
ｇ　間隔
３１　中空球状容器
３２　配線
３３　内部球体
３４　軸
３５　導電性領域（電極）
４１　中空球状容器
４２　配線
４３　内部中空容器
４４　軸
４５　導電性領域（電極）
４６　ダンパ
５１　立方状容器
５２　配線
５３　内部立方体
５４　軸
５５　導電性領域（電極）
６１　立方状容器
６２　配線
６３　内部中空立方体
６４　軸
６５　導電性領域（電極）
６６　ダンパ
【図１】
2004125771.tif 000003
【図２】
2004125771.tif 000004
【図３】
2004125771.tif 000005
【図４】
2004125771.tif 000006
【図５】
2004125771.tif 000007
【図６】
2004125771.tif 000008
【図７】
2004125771.tif 000009
【図８】
2004125771.tif 000010
【図９】
2004125771.tif 000011
【図１０】
2004125771.tif 000012
【図１１】
2004125771.tif 000013
【図１２】
2004125771.tif 000014
【図１３】
2004125771.tif 000015
【図１４】
2004125771.tif 000016
【図１５】
2004125771.tif 000017
【図１６】
2004125771.tif 000018
【図１７】
2004125771.tif 000019
【図１８】
2004125771.tif 000020
【図１９】
2004125771.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月26日(2003.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】電圧が印加されている弧状の面をもつ電極を固定する容器と、前記弧状の面をもつ電極の内周面に間隔を置いて対向する、導電性および非導電性外周面領域をもつとともにダンパに結合されて慣性モーメント付与されその軸心回りに回動自在な円盤と、前記容器の周方向の回動による位置と円盤の慣性に起因する周方向における位置のずれによる発現静電容量の変化を電気信号として取り出す手段を有することを特徴とする位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
【請求項２】電圧が印加されている弧状の面をもつ電極を固定する容器と、前記弧状の面をもつ電極の内周面に間隔を置いて対向する、導電性および非導電性外周面領域をもつとともにダンパに結合されて慣性モーメント付与されその軸心回りに回動自在な円盤と、前記容器の周方向の回動による位置と円盤の慣性に起因する周方向における位置のずれによる発現静電容量の変化を電気信号として取り出す手段と、容器内容積未満の容積の液状誘電体が収納された容器内に、電圧が印加された少なくとも一対の電極間での前記液状誘電体との接触面積の差異に起因する発現静電容量の差異に対応する電圧を出力する電気信号発生手段とを有することを特徴とする位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
【請求項３】電圧が印加される少なくとも一対の電極を有するとともに液状誘電体が充填されている容器と、前記少なくとも一対の電極と間隔を置いて相対向する導電性表面を有するとともにダンパに結合されて慣性を付与され前記導電性表面に平行に直線的に変位自在な可動子と、前記容器と可動子の位置のずれに起因する発現静電容量の変化を電気信号として取り出す手段とを有することを特徴とする位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
【請求項４】非導電性中空球状容器と、該非導電性中空球状容器の内周面の各半球領域に導電性領域を形成して電極とするとともに、前記非導電性中空球状容器とその中心点を共有するとともにその内周面に間隔を置いて対向する如く、導電性外周面を有する内部球体を前記非導電性中空球状容器に支持・固設しさらに、前記非導電性中空球状容器内周面と内部球体外周面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入しまた、前記非導電性中空球状容器内周面に形成された少なくとも２箇の電極および前記内部球体外周面に形成された電極各々に配線を接続してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
【請求項５】四面以上の面をもつ多角状の非導電性中空容器と、該多角状の非導電性中空容器の内面に導電性領域を形成して電極とするとともに、前記多角状の非導電性中空容器とその重心を共有するとともにその内面に間隔を置いて対向する如く、前記多角状の非導電性中空容器と相似形の、導電性外面を有する内部多角状体を前記多角状の非導電性中空容器の各内側コーナと内部多角体外側コーナ間とで支持・固設しさらに、前記多角状の非導電性中空容器内面と内部多角体外面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入しまた、前記多角状の非導電性中空容器内周面に形成された電極および前記内部多角体外周面に形成された電極各々に配線を接続してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
【請求項６】非導電性中空球状容器と、該非導電性中空球状容器の内周面の各半球領域に各々等しい導電性領域を形成して電極とするとともに、前記非導電性中空球状容器とその中心点を共有し非導電性中空球状容器内周面に間隔を置いて対向する如く配置される、導電性外周面を有しその内周面の各半球領域に各々等しい導電性領域を形成して少なくとも２箇の電極としまた、その中心点を共有するとともにその内周面に間隔を置いて対向する如く導電性外周面を有する最内部球体を支持・固設しさらに、前記少なくとも２箇の電極および前記最内部球体外周面に形成された電極各々に配線を接続しまた、その内周面と最内部球体外周面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入した非導電性材料からなる内部中空球体を、前記非導電性中空球状容器内周面における電極間かつ非導電性中空球状容器の大円および子午線において弾機的に支持するとともに前記非導電性中空球状容器内周面と内部球体外周面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入しさらに、前記非導電性中空球状容器内周面に形成された少なくとも２箇の電極および前記内部中空球体外周面に形成された電極各々に配線を接続してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
【請求項７】四面以上の面をもつ非導電性中空多角状容器と、該非導電性中空多角状容器の内面に各々等しい導電性領域を形成して電極とするとともに、前記非導電性中空多角状容器とその重心を共有し非導電性中空多角状容器内周面に間隔を置いて対向する如く配置される、導電性外面を有しその内面に各々等しい導電性領域を形成して電極としまた、その重心を共有するとともにその内面に間隔を置いて対向する如く導電性外面を有する最内部多角状体を支持・固設しさらに、前記電極および前記最内部多角状体外面に形成された電極各々に配線を接続しまた、その内面と最内部多角状体外面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入した非導電性材料からなる内部中空多角状体を、前記非導電性中空多角状容器内面における電極間かつ内側コーナにおいて弾機的に支持するとともに前記非導電性中空多角状容器内面と内部多角状体外面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入しさらに、前記非導電性中空多角状容器内面に形成された電極および前記内部中空多角状体外周面に形成された電極各々に配線を接続してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
【請求項８】容器内容積未満の容積の液状誘電体が収納された容器内の、電圧が印加される少なくとも一対の電極間での前記液状誘電体との接触面積の差異に起因する発現静電容量の差異に対応する電圧を出力する電気信号発生手段が、高周波電圧を印加され、高周波電圧発振器が発生する搬送波に容器の傾斜に対応する周波数変調を生起せしめ、この信号をＦＭ復調するものである請求項２、請求項４、請求項５、請求項６、および請求項７何れかに記載の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地殻変動の検出や船舶、航空機、車両等の姿勢制御、人の身体部位の動作・姿勢の検出等に用いることができる位置・姿勢の変化に対応する電気信号発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば船舶の姿勢制御に用いられる、船舶の姿勢の変化（傾斜）を検出する手段として、容器にその容積の所定比率の容積の液状誘電体を装入するとともに所定の平面をもつ少なくとも一対の電極をこの液状誘電体に浸漬しておき、容器の傾斜の大きさに対応して電極間で液状誘電体に浸漬している面積に差異を生じ、この差異に対応する発現静電容量と抵抗を電気的に接続して電圧信号として取り出す電気信号発生装置が、たとえば特開平１１−１１８４１２号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術によるときは、特定の実験環境或は定置式の姿勢計測に限られることが多かった。従って、傾斜方向が経時的に変化する対象に対しては、計測がきわめて困難であった。本発明は、あらゆる場面、場所での対象の変位・姿勢の計測が可能な、位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、電圧が印加されている弧状の面をもつ電極を固定する容器と、前記弧状の面をもつ電極の内周面に間隔を置いて対向する、導電性および非導電性外周面領域をもつとともにダンパに結合されて慣性モーメント付与されその軸心回りに回動自在な円盤と、前記容器の周方向の回動による位置と円盤の慣性に起因する周方向における位置のずれによる発現静電容量の変化を電気信号として取り出す手段を有する位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この装置により、計測対象のＸ軸およびＹ軸の向きを決定できる。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、電圧が印加されている弧状の面をもつ電極を固定する容器と、前記弧状の面をもつ電極の内周面に間隔を置いて対向する、導電性および非導電性外周面領域をもつとともにダンパに結合されて慣性モーメント付与されその軸心回りに回動自在な円盤と、前記容器の周方向の回動による位置と円盤の慣性に起因する周方向における位置のずれによる発現静電容量の変化を電気信号として取り出す手段と、容器内容積未満の容積の液状誘電体が収納された容器内に、電圧が印加された少なくとも一対の電極間での前記液状誘電体との接触面積の差異に起因する発現静電容量の差異に対応する電圧を出力する電気信号発生手段とを有する位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この装置によれば、計測対象のＸ軸およびＹ軸の向きを決定した上でＸ軸および／またはＹ軸における傾斜（姿勢）を同時に計測できる。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、電圧が印加される少なくとも一対の電極を有するとともに液状誘電体が充填されている容器と、前記少なくとも一対の電極と間隔を置いて相対向する導電性表面を有するとともにダンパに結合されて慣性を付与され前記導電性表面に平行に直線的に変位自在な可動子と、前記容器と可動子の位置のずれに起因する発現静電容量の変化を電気信号として取り出す手段とを有する位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この装置によるときは、対象のリニアな方向の加速度、速度および変位を計測できる。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、球状の非導電性中空容器と、該非導電性中空容器の内周面の各半球領域に各々等しい導電性領域を形成して電極とするとともに、前記球状の非導電性中空容器とその中心点を共有するとともにその内周面に間隔を置いて対向する如く、導電性外周面を有する内部球体を前記球状の非導電性中空容器に支持・固設しさらに、前記球状の非導電性中空容器内周面と内部球体外周面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の比率の容積の液状誘電体を封入しまた、前記球状の非導電性中空容器内周面に形成された少なくとも２箇の電極および前記内部球体外周面に形成された電極各々に配線を接続してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この装置によれば、計測対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸何れかまたは計測対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸における傾斜角（姿勢）を一度に電気信号として取り出すことができる。また、計測装置が天地反転しても計測が可能である。
【０００８】
請求項５に記載の発明は、四面以上の面をもつ多角状の非導電性中空容器と、該多角状の非導電性中空容器の各内面に各々等しい導電性領域を形成して電極とするとともに、前記多角状の非導電性中空容器とその重心を共有するとともにその内面に間隔を置いて対向する如く、前記多角状の非導電性中空容器と相似形の、導電性外面を有する内部多角体を前記多角状の非導電性中空容器の各内側コーナと内部多角体外側コーナ間とで支持・固設しさらに、前記多角状の非導電性中空容器内面と内部多角体外面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の比率の容積の液状誘電体を封入しまた、前記多角状の非導電性中空容器内周面に形成された電極および前記内部多角体外周面に形成された電極各々に配線を接続してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この装置によるときも、計測対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸における傾斜角（姿勢）を一度に電気信号として取り出すことができる。また、計測装置が天地反転しても計測が可能である。
【０００９】
請求項６に記載の発明は、非導電性中空球状容器と、該非導電性中空球状容器の内周面の各半球領域に各々等しい導電性領域を形成して電極とするとともに、前記非導電性中空球状容器とその中心点を共有し非導電性中空球状容器内周面に間隔を置いて対向する如く配置される、導電性外周面を有しその内周面の各半球領域に各々等しい導電性領域を形成して少なくとも２箇の電極としまた、その中心点を共有するとともにその内周面に間隔を置いて対向する如く導電性外周面を有する最内部球体を支持・固設しさらに、前記少なくとも２箇の電極および前記最内部球体外周面に形成された電極各々に配線を接続しまた、その内周面と最内部球体外周面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入した非導電性材料からなる内部中空球体を、前記非導電性中空球状容器内周面における電極間かつ非導電性中空球状容器の大円および子午線において弾機的に支持するとともに前記非導電性中空球状容器内周面と内部球体外周面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入しさらに、前記非導電性中空球状容器内周面に形成された少なくとも２箇の電極および前記内部中空球体外周面に形成された電極各々に配線を接続してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この装置よれば、測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸何れかまたは測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向の加速度、速度、および変位量を電気信号として一度に取り出すことができる。
【００１０】
請求項７に記載の発明は、四面以上の面をもつ非導電性中空多角状容器と、該非導電性中空多角状容器の内面に各々等しい導電性領域を形成して電極とするとともに、前記非導電性中空多角状容器とその重心を共有し非導電性中空多角状容器内周面に間隔を置いて対向する如く配置される、導電性外面を有しその内面に各々等しい導電性領域を形成して電極としまた、その重心を共有するとともにその内面に間隔を置いて対向する如く導電性外面を有する最内部多角状体を支持・固設しさらに、前記電極および前記最内部多角状体外面に形成された電極各々に配線を接続しまた、その内面と最内部多角状体外面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入した非導電性材料からなる内部中空多角状体を、前記非導電性中空多角状容器内面における電極間かつ内側コーナにおいて弾機的に支持するとともに前記非導電性中空多角状容器内面と内部多角状体外面とによって形成される空間内に、該空間容積未満の容積の液状誘電体を封入しさらに、前記非導電性中空多角状容器内面に形成された電極および前記内部中空多角状体外周面に形成された電極各々に配線を接続してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この装置よるときも、測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の変位量と加速度を電気信号として一度に取り出すことができる。
【００１１】
請求項８に記載の発明は、容器内容積未満の容積の液状誘電体が収納された容器内の、電圧が印加される少なくとも一対の電極間での前記液状誘電体との接触面積の差異に起因する発現静電容量の差異に対応する電圧を出力する電気信号発生手段が、高周波電圧を印加され、高周波電圧発振器が発生する搬送波に容器の傾斜に対応する周波数変調を生起せしめ、この信号をＦＭ復調するものである請求項２、請求項４、請求項５、請求項６、および請求項７何れかに記載の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその好ましい実施形態に則して説明する。
【００１３】
【実施例】
実施例１
図１に、本発明の一実施例に係わる位置の変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の概要を示す。図１において、１は容器であって、この実施例においては円筒状を呈しており、たとえばプラスチックで形成されている。１−２は蓋であり、容器１を覆う。
２は電極であって、導電物質で形成され、容器の内周面に貼着されて弧面を形成する。３は円盤（ディスク）であり、その平面中心で軸４に固定されている。円盤３の外周面には図１および図４に示すように、非導電性領域５および導電性領域６が形成されている。この実施例においては、定常状態において、円筒状容器１内周面に貼着されている弧状電極２と、円盤３の外周面に形成されている導電性領域６とが間隔を置いて相対向する如く配置されるとともにそれぞれ交流電圧または直流電圧を印加されてコンデンサを形成する。この実施例において、誘電体は液状誘電体或は空気である。また、この実施例においては、円盤３の外周面を周方向において４等分し、交互に導電性領域６および非導電性領域５を形成している。
【００１４】
円盤３は軸４に固定されており、軸４は、図４に示すように、ダンパ７、この実施例においてはばね７を介してその下端部が容器１の底面に固設されている。而して円盤３は、その周方向の変位に際してダンパ７によって慣性を付与される。軸４の上端は、容器１の蓋１−２に回転自在に支承されている。
【００１５】
この実施例に係わる、位置の変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の動作を説明する。容器１が公転或は自転すると、容器１は、軸４の軸心回りに回動する。一方、円盤３は、それ自体慣性モーメントを有しダンパ７によって慣性を付与されているから、容器１の周方向における運動の加速度に対応して、電極２と相対向する円盤３の導電性領域６或は非導電性領域５との間に、周方向においてずれを生じる。このずれによって、電極２と相対向する円盤３の導電性領域６とで形成されていたコンデンサの静電容量に変化を生起させる。この静電容量の変化を電圧の変化として検出すれば、容器１の周方向における加速度を計測することができる。加速度を時間について２階積分すると、変位量が求まる。
【００１６】
このようにして、容器１の軸心（Ｚ軸）回りの変位量、加速度を電気信号として取り出すことができ、計測対象がどの向きにどれだけ変位したかを知ることができる。【００１７】
実施例２
次に、上記計測対象のＺ軸回りの変位量に加えて計測対象の姿勢（傾き）を併せて計測する実施形態における、姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）について説明する。
図２および図３に、計測対象の姿勢（傾き）の変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の概要を示す。図２および図３において、１１は容器であって、液状誘電体１３たとえばエチレングリコールを溶媒とし水酸化テトラメチルアンモニウムを溶質とする溶液が注入されている。Ａは液状誘電体１３が注入されていない部分を示す。
【００１８】
１２は電極であり、この実施例においては、図２および図３に示すように、一対相対向して液状誘電体１３にそのある割合が浸漬する如く配置されている。１４は配線、１５は静電容量計測装置である。
【００１９】
而して、容器１１が傾斜すると、図３に示すように、電極１２対間で液状誘電体１３との接触面積が相違してくる。この接触面積の変化に対応して発現静電容量が変化する。静電容量Ｃは、
【００２０】
【数１】
Ｃ＝ξ０・ξ・Ｓ／ｔ＝８．８５５×１０−１２×ξ・Ｓ／ｔ　　　（１）
Ｃ：静電容量
Ｓ：電極面積
ｔ：電極間距離
ξ０：真空の誘電率（＝８．８５５×１０−１２）
ξ：誘電体の比誘電率
【００２１】
で与えられる。この静電容量の変化を、静電容量計測装置１５において電圧の変化として検出する。
【００２２】
発明者の知見によれば、液状誘電体に求められる特性は、
１）陽極、陰極等の構成材料に対して、化学的に安定であること。
２）電極面をよく濡らす性質を有すること。
３）電極或は容器を保護し、弱点部等を修復する化成能力を有すること。
４）高温においても蒸気圧が低いこと。
５）長期間安定した性質を有し、毒性などに配慮した物質であること。
などである。このような特性を有する液状誘電体として、溶媒としては、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチルホルムアミド等がある。一方、溶質としては、アジピン酸、マレイン酸、安息香酸、フタル酸、サリチル酸、塩基性のものとして、アンモニア、アンモニア水、トリエチルアミン、水酸化テトラメチルアンモニウム等があり、これらからの溶液を用いることができる。
【００２３】
液状誘電体として、たとえば水と油のように、混じり合うことのない２種類の液状物を容器に充填して用いることもできる。その場合、液状誘電体表面の脈動が抑えられて好ましい。
【００２４】
この姿勢（傾き）変化に対応する電気信号デバイスを、少なくともＸ軸方向およびＹ軸方向において配置するとともに、図４に示すように、実施例１における容器１のＺ軸回りの変位に対応する電気信号発生デバイスを集積搭載すれば、計測対象がどの向きにどれだけ傾斜したかを測定することができる。即ち、姿勢変化に対応する電気信号発生デバイスの座標軸の向きをリアルタイムで併せ計測することが可能になる。
【００２５】
図４に示す上記変位・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の回路を、図５に示す。図５において、Ｃ１、Ｃ３はデバイスのＸ軸方向における傾斜を検出すべく機能するコンデンサ対であり、Ｃ２、Ｃ４はＹ軸方向における傾斜を検出すべく機能するコンデンサ対である。Ｃ５、Ｃ６は図１に示す容器１のＺ軸回りの変位に対応する電気信号発生デバイスにおけるコンデンサ対である。それぞれの信号処理回路から、デバイスがＺ軸回りの何れの方向に向いているのかまた、その向きを基準としてＸ軸方向或はＹ軸方向にどれだけ傾いているのかを併せて出力（ＯＵＴ）する。
【００２６】
本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置は、計測対象の位置・姿勢の変化に対応して電極対間の静電容量が変化することを利用してこれを電圧といった電気信号として取り出すものであるから、電極に高周波電圧または直流電圧を印加することで、前者の場合には主に発振器の共振回路における静電容量の変化を、後者の場合には２枚の電極間の誘電体との接触面積が変化するため、電極に電圧を印加しておけば電圧の変化と等価と見做すことができる。従って、たとえば高周波電圧を用いた場合、人の手の関節運動によって発振器の発する搬送波に周波数変調が施されることになる。この信号をＦＭ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）復調すれば手の関節運動を表す信号を得ることができる。また、直流電圧を用いた場合、差動増幅器によって手の関節運動を表す信号を得ることができる。ＦＭ復調を用いて信号を得る場合、電気的雑音に非常に強いセンサデバイスとすることができる。
【００２７】
実施例３
次に、計測対象が線形変位しているときに電気信号を発生するデバイスについて説明する。図６に、このデバイスの構成を示す。図６において、２１は容器であって、この実施例においては、液状誘電体が充填されている。容器２１内部の天井部および底面に電極２２が間隔ｇを置いて配設されている。２４は可動子であり、図６でみて上下面に電極２２が貼着されている。可動子２４はシャフト２５に遊嵌・支承され、図６でみて左右方向に変位自在である。可動子２４の一端はダンパ（ばね）２３に係合され、ダンパ２３の他端は容器２１の一端に固定されている。而して、容器２１内部の天井および底面の電極２２と可動子２４上下面の電極２２間には間隔が保たれる。
【００２８】
容器２１に、シャフト２５の軸方向の力Ｆによって加速が生じると、ダンパ２３による慣性により容器２１における電極２２と可動子２４における電極２２の相対向する面積に変化を生じる。而して、容器２１に加わる加速が止まると、可動子２４はダンパ（ばね）２３の作用によって元の位置に戻る。前記相対向する電極２２間の面積の変化が静電容量の変化として検出され、容器２１の加速度が計測される。
【００２９】
図６に示す、線形変位に対応する電気信号発生デバイスの電気回路を図７に示す。容器２１が加速を受けＣ１の静電容量が減少したとすると、Ｃ２の静電容量は増加する。これによって、可動子２４に対して容器２１が加速しているのか或は減速しているのかを知ることができる。
【００３０】
実施例４
本発明の、位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）を構成要素とするコントロールユニットの一実施例を図８に示す。
本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）は、従来、持ち運ぶことが困難であった姿勢計測装置を、たとえば人の身体に取り付け、身体各部位の動作・姿勢を記録することができるようにしたものである。その際、センター側（管制側）とインターネットを経由して通信を行う小型のコンピュータが必要となる。図８に示すＷｅｂサーバの構成は、制御用コンピュータの一例である。
【００３１】
図８に示す制御用コンピュータはワンチップで構成されている点によって特徴づけられ、センター側と無線、有線で通信を行い、通信が不可能な場合は、ＲＯＭに予め書かれたプログラム通りに起動し、利用者のメモリ（ＲＡＭ）に記録しておき、後日、このメモリからデータを抜き取ることで利用者の一日の完全な行動記録を得ることができる。ここで、本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）は、静電容量計測（ＦＭ復調）モジュールまたは差動増幅モジュール、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル変換）モジュールを経てバスに接続されている。
【００３２】
実施例５
図９に、本発明の他の実施例に係わる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置を示す。図９において、３１は中空球状容器であって、この実施例においては、非導電性材料たとえばプラスチック製の中空球体である。中空球状容器３１の内周面には、図９に示すように、各半球の大円において少なくとも４等分された半球内周面区画内に導電性領域３５からなる電極が形成され、中空球体内周面全体で８箇の電極が配設される。Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸何れかの軸における傾斜のみを検出するときは、中空球体内周面全体で２箇の電極の配設でよい。図９に示すように、各電極には配線４２が接続され、電極に電圧を印加できるよう構成されている。このように、中空球体内周面全体で８箇の電極を配設すると、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸における中空球状容器３１の傾きを一度に検出することができる。
【００３３】
３３は内部球体であり、その外周面に導電性物質が貼着され電極として機能する。この電極にも配線が接続され電圧を印加できる。内部球体３３は、図９に示すように、中空球状容器３１内周面かつ中空球状容器の大円および子午線から半径方向に延在する軸３４によって中空球状容器３１内周面に支持され、中空球状容器３１とその中心点を共有する如く配置される。また内部球体３３は、内部球体３３外周面と容器３１の内周面との間に所定の間隔が存在して中空球状容器３１の内周面に配設されている８箇の電極（導電性領域３５）と内部球体３３外周面に形成されている電極とでコンデンサを構成できるディメンジョンとされる。また、図９に示すように、軸３４をたとえば金属製とし、配線の一部として機能させることもできる。
【００３４】
一方、中空球状容器３１の内周面と内部球体３３外周面間に形成される空間内には、その空間容積未満の容積、この実施例においては、図９でみて大円（赤道）の位置まで（空間容積の５０％）の容積の液状誘電体が封入される。
【００３５】
次に、この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の動作を説明する。中空球状容器３１が図９に示す状態から何れかの方向に傾くと、中空球状容器３１内周面に形成されている８箇の電極相互間で液状誘電体との接触面積に変化を生じる。而して、中空球状容器３１内周面に形成されている８箇の電極と内部球体３３外周面の電極間で構成されているコンデンサの静電容量もコンデンサ相互間で変化する。これら個々のコンデンサにおける静電容量の変化を検出することによって、中空球状容器３１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の傾斜角度を一度に電気信号として取り出すことができる。
【００３６】
上記のように、この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）は、中空球状容器３１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向における傾きを、静電容量の変化から電気信号として取り出すものである。即ち、中空球状容器３１の内周面に形成されている８箇の電極と内部球体３３の外周面に形成されている電極および液状誘電体で構成されるコンデンサにおける静電容量の変化から電気信号として取り出す。中空球状容器３１内周面と内部球体３３外周面間に形成される空間内には、液状誘電体および気体が、この実施例においては、等しい容積で封入されている。而して前記液状誘電体は、駆動誘電体として機能する。コンデンサの静電容量は、数１で示したように、
Ｃ＝ξ０・ξ・Ｓ／ｔ＝８．８５５×１０−１２×ξ・Ｓ／ｔ
Ｃ：静電容量
Ｓ：電極面積
ｔ：電極間距離
ξ０：真空の誘電率（＝８．８５５×１０−１２）
ξ：誘電体の比誘電率
によって与えられる。従って、電極面積：Ｓ、電極間距離：ｔとによって静電容量を検出することができる。この実施例においては、電極間距離は一定であるから、電極面積：Ｓ即ち、中空球状容器３１の傾斜に起因する、中空球状容器３１内周面に形成されている各電極と液状誘電体の接触面積の変化が静電容量Ｃの変化として検出されることになる。
【００３７】
図９に示す位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）によって電気信号を取り出すには、たとえばオペアンプを用いる、図１３に示す差動増幅回路による。差動増幅回路は、２つの入力電圧の電位差のみを増幅する回路である。オペアンプも一種の差動増幅回路であるが、そのままでは増幅度が高過ぎるため安定した動作を期待できない。従って、図１３に示すように、負帰還をかける。図１３に示す回路は、回路におけるｎ点とｐ点の電位が等しくなるように働くから、
【００３８】
【数２】
Ｖ１−Ｒ１Ｉ１＝Ｒ２Ｉ２　　　　　　　（２）
【００３９】
が成立し、入力インピーダンスの高いオペアンプに電流が流れ込まない処から、電流Ｉ１、Ｉ２はそれぞれ、
【００４０】
【数３】
Ｉ１＝（Ｖ１−Ｖ０）／（Ｒ１＋Ｒ２）　　（３）
【００４１】
【数４】
Ｉ２＝Ｖ２／（Ｒ１＋Ｒ２）　　　　　　　（４）
【００４２】
で与えられる。代入して整理すれば、出力電圧Ｖ０は、
【００４３】
【数５】
Ｖ０＝（Ｒ１／Ｒ２）・（Ｖ２−Ｖ１）　　　　（５）
【００４４】
によって求めることができる。これによって、入力端子の電位差のみを増幅できることが分かる。
【００４５】
図１４に、図９に示す本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置の電気回路を示す。中空球状容器３１の内周面に形成されている８箇の導電性領域３５（電極）と内部球体３３外周面に形成されている導電性領域（電極）ならびに液状誘電体で構成されるコンデンサの箇数はＣ１、Ｃ２、−−−−、Ｃ８の計８箇である。各コンデンサを構成する電極間には配線３２を介して電圧が印加される。この実施例においては、中空球状容器３１の内周面と内部球体３３外周面間に形成される空間内には、この空間の５０％の容積の液状誘電体が封入されている。しかして、中空球状容器３１が何れかの方向に傾斜すると、前記コンデンサ相互間で静電容量が変化する。たとえば、図９に示す中空球状容器３１の上半球内周面に配置されているコンデンサをＣ１、Ｃ２、−−−−、Ｃ４とし、下半球内周面に配置されているコンデンサをＣ５、Ｃ６、−−−−、Ｃ８とすると、中空球状容器３１の傾きによって、下半球内周面に配置されているコンデンサの静電容量は減少し、上半球内周面に配置されているコンデンサの静電容量は増加する。Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸のどの方向にどれだけ傾いているかを知るには、傾く前の８箇のコンデンサの静電容量と傾いた後の８箇のコンデンサの静電容量を比較することによって計測することができる。計測は、図９に示す中空球状容器３１が天地反転する場合でも可能である。この静電容量の変化を計測するには、８箇のコンデンサを配線を介して静電容量計測器に接続して行うことができる。この静電容量計測器の基本回路として図１３に示す回路（差動増幅回路）を用いると、装置を小型化できる。
【００４６】
実施例６
本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置における中空球状容器のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向における加速度を併せ計測することができる実施例を説明する。図１０に、容器の加速度（位置）の変化に対応する電気信号を併せ発生する装置の概要を示す。図１０において、４１は中空球状容器であって、この実施例においては、非導電性材料たとえばプラスチック製の中空球体である。中空球状容器４１の内周面には、図１０に示すように、各半球の大円において少なくとも４等分された内周面区画内に導電性領域４５からなる電極が形成され、中空球体内周面全体で８箇の電極が配設される。図１０に示すように、各電極には配線４２が接続され、電極に電圧を印加できるよう構成されている。
【００４７】
４３は内部中空球体であって、その外周面に導電性薄層が形成されて中空球状容器４１内周面に配設される電極と相俟ってコンデンサＣ９、Ｃ１０、−−−−−、Ｃ１６を構成する。一方、内部中空球体４３の内周面には、容器４１内周面における８箇の電極をスケールダウンした状態で電極が配設される。また、内部中空球体４３内には、容器４１、内部中空球体４３と中心点を共有する最内部球体（図示せず）が、図９に示す中空球状容器３１および内部球体３３の関係をスケールダウンした形で、軸によって内部中空球体４３内周面に保持される。そして、最内部球体外周面には導電性物質層が形成され電極として機能する。而して、内部中空球体４３内周面と最内部球体外周面間には、８箇のコンデンサＣ１、Ｃ２、−−−−−、Ｃ８が構成される。内部中空球体４３内周面と最内部球体外周面間に形成される空間内に、この空間容積の５０％に相当する容積の液状誘電体が封入される。
【００４８】
一方、内部中空球体４３は、中空球状容器４１内周面における電極間かつ容器４１の大円および子午線それぞれにおける周方向において４等分間隔された箇所で内周面からダンパ４６を有する軸４４によって弾機的に支持されている。この場合も、ダンパ４６を有する軸４４をたとえば金属製とし、配線の一部として機能させることができる。
【００４９】
この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の動作を説明する。中空球状容器４１がＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向へ加速されると、内部中空球体４３はそれ自体の慣性モーメントを有しダンパ４６によって慣性を付与されているから、容器４１の各軸方向における加速度に対応して各電極と相対向する、内部中空球体４３外周面に形成されている導電性薄層（電極）ならびに液状誘電体とで構成されているコンデンサにおける静電容量に変化を生起させる。この静電容量の変化を電圧の変化として検出すれば、中空球状容器４１の各軸方向における加速度を計測することができる。加速度を時間について２階積分すれば、変位量が求まる。
【００５０】
図１６に、この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）
の電気回路を示す。この実施例のデバイスによれば、中空球状容器４１がＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜をコンデンサＣ１、Ｃ２、−−−−−、Ｃ８によって電気信号として取り出すことができるとともに、内部中空球体４３は中空球状容器４１内周面にダンパ４６を介して支持されているから、容器４１が直線的に加速すると、ダンパ４６によって内部中空球体４３に慣性が付与され、容器４１内周面の電極４２と内部中空球体４３外周面に形成されている電極間の間隔が変化する。これは、コンデンサとして考えた場合、静電容量が変化することに他ならない。ここで、コンデンサの箇数は、内部中空球体４３内部にＣ１、Ｃ２、−−−−、Ｃ８の計８箇、容器４１内周面と内部中空球体４３外周面間でＣ９、Ｃ１０、−−−−、Ｃ１６の計８箇である。この１６箇のコンデンサで中空球状容器４１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜角度と加速度を一度に計測することができる。各コンデンサを構成する電極間には電圧が印加されており、コンデンサＣ１、Ｃ２、−−−−−、Ｃ８における静電容量の変化から中空球状容器４１が、どの軸においてどれだけ傾いているかを知ることができまた、コンデンサＣ９、Ｃ１０、−−−−−、Ｃ１６における電極間隔の変化からどの軸方向においてどれだけ変位したのかを計測することができる。
【００５１】
このようにして、中空球状容器４１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の各軸方向における加速度（速度、変位量）を電気信号として一度に取り出すことができる。而して、図９に示す装置（デバイス）では、計測対象の３次元的な傾き（姿勢）を知ることができ、図１０に示す装置（デバイス）によれば、計測対象の３次元的な傾き（姿勢）と併せ中空球状容器４１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の各軸方向における加速度（速度、変位量）を電気信号として一度に取り出すことができる。
【００５２】
実施例７
次に、四面以上の面をもつ多角形状の中空容器および内部多角状体とで構成される本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）における中空多角状容器のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向における加速度を併せ計測することができる実施例を説明する。
【００５３】
図１１に、この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）を示す。図１１において、５１は中空立方体容器であって、この実施例においては正六面体であり、たとえばプラスチックで形成されている。５２は配線であって、中空立方体容器５１における６つの内面に形成される導電性領域５５たとえば金属箔（電極）に接続され、相対向する電極間に電圧を印加すべき機能する。５３は内部多角状体であり、中空立方体容器５１とその重心を共有する位置に、中空立方体容器５１の各内側コーナと内部多角状体５３の外側コーナを結ぶ８本の軸５４によって中空立方体容器５１内側で支持される。
【００５４】
内部多角状体５３の６つの外面にも導電性領域が形成され、電極として機能する。この電極にも配線５２が接続され、中空立方体容器５１の導電性領域５５（電極）と内部多角状体５３の６つの外面の導電性領域（電極）間に電圧を印加できる。内部多角状体５３は、図１１に示すように、中空立方体容器５１内面の電極間かつ中空立方体容器５１の各内側コーナと内部多角状体５３の外側コーナを結ぶ８本の軸５４によって中空立方体容器５１内側で支持され、中空立方体容器５１とその重心を共有する如く配置される。また内部多角状体５３は、内部多角状体５３外面と中空立方体容器５１内面との間に所定の間隔が存在して中空立方体容器５１の内面に配設されている６箇の電極（導電性領域５５）と内部多角状体５３外面に形成されている６箇の電極とでコンデンサを構成できるディメンジョンとされる。
【００５５】
一方、中空立方体容器５１の内面と内部多角状体５３外面間に形成される空間内には、その空間容積未満の容積、この実施例においては、空間容積の５０％の容積の液状誘電体が封入される。
【００５６】
次に、この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の動作を説明する。中空立方体容器５１が図１１に示す状態から何れかの方向に傾くと、中空立方体容器５１内面に形成されている６箇の電極相互間で液状誘電体との接触面積に変化を生じる。而して、中空立方体容器５１内面に形成されている６箇の電極と内部多角状体５３外面電極間で構成されているコンデンサの静電容量もコンデンサＣ１、Ｃ２、−−−−−、Ｃ６相互間で変化する。これら個々のコンデンサにおける静電容量の変化を検出することによって、中空立方体容器５１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の傾斜角度を一度に電気信号として取り出すことができる。静電容量計測器として、図１３に示す、差動増幅回路を用いることによって、装置を小型化できる。
【００５７】
実施例８
本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置における中空多角状容器のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向における加速度を併せ計測することができる実施例を説明する。図１２に、中空多角状容器の加速度（位置）の変化に対応する電気信号を併せ発生する装置の概要を示す。図１２において、６１は中空立方体容器であって、この実施例においては、非導電性材料たとえばプラスチック製の中空正六面体である。中空立方体容器６１の内面には、図１２に示すように、導電性領域６５からなる電極が形成され、中空立方体容器６１内面全体で６箇の電極が配設される。図１２に示すように、各電極には配線６２が接続され、電極に電圧を印加できるよう構成されている。
【００５８】
６３は内部中空立方体であって、その外面に導電性薄層が形成されて中空立方体容器６１内面に配設される電極と相俟ってコンデンサＣ１、Ｃ２、−−−−−、Ｃ６を構成する。一方、内部中空立方体６３の内面には、中空立方体容器６１内面における６箇の電極をスケールダウンした状態で電極が配設される。また、内部中空球体４３内には、容器４１、内部中空立方体６３と重心を共有する最内部立方体（図示せず）が、図１１に示す中空立方体容器６１および内部立方体６３の関係をスケールダウンした形で、軸によって内部中空立方体６３内面に保持される。そして、最内部立方体外面には導電性物質層が形成され電極として機能する。而して、内部中空立方体６３内面と最内部立方体外面間には、６箇のコンデンサＣ１、Ｃ２、−−−−−、Ｃ６が構成される。内部中空立方体６３内面と最内部立方体外面間に形成される空間内に、この空間容積の５０％に相当する容積の液状誘電体が封入される。
【００５９】
一方、内部中空立方体６３は、中空立方体容器６１内面における電極間かつ内側コーナからダンパ６６を有する軸６４によって弾機的に支持されている。
【００６０】
この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の動作を説明する。中空立方体容器６１がＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向へ加速されると、内部中空立方体６３はそれ自体の慣性モーメントを有しダンパ６６によって慣性を付与されているから、中空立方体容器６１の各軸方向における加速度に対応して各電極と相対向する、内部中空立方体６３外面に形成されている導電性薄層（電極）ならびに液状誘電体とで構成されているコンデンサにおける静電容量に変化を生起させる。この静電容量の変化を電圧の変化として検出すれば、中空立方体容器６１の各軸方向における加速度を計測することができる。加速度を時間について２階積分すれば、変位量が求まる。
【００６１】
図１７に、この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の電気回路を示す。この実施例のデバイスによれば、中空立方体容器６１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜をコンデンサＣ１、Ｃ２、−−−−−、Ｃ６によって電気信号として取り出すことができるとともに、内部中空立方体６３は中空立方体容器６１内面にダンパ６６を介して支持されているから、中空立方体容器６１が直線的に加速すると、ダンパ６６によって内部中空立方体６３に慣性が付与され、中空立方体容器６１内面の電極と内部中空立方体６３外面に形成されている電極間の間隔が変化する。これは、コンデンサとして考えた場合、静電容量が変化することに他ならない。ここで、コンデンサの箇数は、内部中空立方体６３内部にＣ１、Ｃ２、−−−−、Ｃ６の計６箇、中空立方体容器６１内面と内部中空立方体６３外周面間でＣ７、Ｃ８、−−−−、Ｃ１２の計６箇である。この１２箇のコンデンサで中空立方体容器６１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜角度と加速度を一度に計測することができる。各コンデンサを構成する電極間には電圧が印加されており、コンデンサＣ１、Ｃ２、−−−−−、Ｃ６における静電容量の変化から中空立方体容器６１が、どの軸においてどれだけ傾いているかを知ることができまた、コンデンサＣ７、Ｃ８、−−−−−、Ｃ１２における電極間隔の変化からどの軸方向においてどれだけ変位したのかを計測することができる。
【００６２】
このようにして、中空立方体容器６１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の各軸方向における加速度（速度、変位量）を電気信号として一度に取り出すことができる。而して、図１１に示す装置（デバイス）では、計測対象の３次元的な傾き（姿勢）を知ることができ、図１２に示す装置（デバイス）によれば、計測対象の３次元的な傾き（姿勢）と併せ中空立方体容器６１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の各軸方向における加速度（速度、変位量）を電気信号として一度に取り出すことができる。
【００６３】
実施例９
図１８本発明の計測対象の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）からの情報を、Ｗｅｂサーバまたはコンピュータのメモリに記録する構成の一例を示す。図１８に示すように、本発明のデバイスを制御するコントロールユニット（以下、Ｗｅｂ　ＰＣと称する。）をポケットに入るようにデザインすることによって手軽に持ち運びでき、様々な場所・場面における姿勢（傾斜）および加速度（変位）を計測することができる。たとえば、大工や左官作業において、より正確な位置・姿勢計測が可能となり、その情報を共有管理することが可能となる。また、たとえば図１８に示すコンピュータ構成を図１９に示す携帯コンピュータとして用いると、デバイスを人体の各部位に取り付け、位置・姿勢を計測することができる。さらに、利用者にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）を取り付けると、利用者が何処で、どのような動作を行っているのか記録しまた、インターネットを介してデータを配信することもできる。このことは、従来、人体に取り付け持ち運ぶことができなかったモーションキャプチャ装置を手軽に持ち運び、人体各部位の方向ベクトルを可能となったことを意味する。
【００６４】
また、Ｗｅｂ　ＰＣは独自にＩＰアドレスをもっているため、被験者側のＷｅｂ　ＰＣがインターネットに接続されることで、世界中の利用者ＰＣへ身体各部位の動作・姿勢を発信することができる。さらに、無線ＬＡＮを使っているため、ローカルなネットワーク環境で利用すれば、手軽に数人分の動作データを取得することが可能となる。
【００６５】
また、図１９に示す被験者側Ｗｅｂ　ＰＣは、ワンチップで構成されている点によって特徴づけられ、利用者ＰＣ側と無線、有線で通信を行い、通信が不可能である場合には、ＲＯＭに予め書かれたプログラム通りに、被験者側のＷｅｂ　ＰＣ内部メモリに動作データを記録する。後日、このメモリからデータを抜き取ることによって利用者の１日の完全な行動記録を得ることができる。たとえば、スポーツ選手等に取り付けることによって、スポーツ選手の競技中の動作を数値的に記録することができる。また、人体に限ることなく、たとえば医療用インプラント上のポートを位置決めするための装置や建築物の傾斜角度の長期的な計測、自動車、鉄道、飛行機、船舶等の姿勢制御等多くの分野で利用することができる。
【００６６】
図１９に、図１８のＷｅｂ　ＰＣを人体に取り付けたときの概略を示す。図１９に示すように、人体の各部位にデバイスを取り付ける。図１９に示す実施形態においては、人体にＧＰＳをも取り付けている。これにより、利用者がどの場所（ＧＰＳにより取得）でどのような動作を行っているかインターネット上で知ることができる。インターネットが利用出来ない場合は、図１８に示すように、Ｗｅｂ　ＰＣに記録メモリによるデータの記録および有線によるデータの配信が可能な構成となっているから必ずしもインターネットは必要ではない。また、デバイスを取り付けた計測対象が移動する場合にはＧＰＳが必要であるが、計測対象が建築物などのように移動しない場合には必要ない。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置によれば、きわめて簡潔、小型の装置（デバイス）で、測定対象のＺ軸回りの変位、速度、加速度を計測することができる。
【００６８】
請求項２に記載の発明によるときは、計測対象の姿勢（傾斜の大きさ）傾斜の方向を定義する座標の変化と併せ計測することができる。
【００６９】
請求項３に記載の発明によれば、計測対象の線形変位に対応する電気信号を取り出すことができる。
【００７０】
請求項４および請求項５に記載の発明によるときは、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたはこれらが複合した測定対象の傾斜（姿勢）を電気信号として一度に取り出すことができる。
【００７１】
請求項６および請求項７に記載の発明によれば、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたはこれらが複合した測定対象の傾斜（姿勢）を電気信号として一度に取り出すことができるとともに、前記何れかの方向における加速度（変位量）を併せ電気信号として取り出すことができる。
【００７２】
本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）はきわめて小型であっていわゆるウエアラブルコンピュータ用センサとして有用であり、人の身体各部位の運動記録や医療分野においてたとえば医療用インプラント上のポートを位置決めするための装置等に用いることができる。また、自動車、鉄道、航空機、船舶等の姿勢制御等多くの分野に利用することができる。さらに、地殻変動の計測にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】計測対象のＺ軸回りの位置、速度、加速度を検出するための、位置変化に対応する電気
信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図２】計測対象のＸ軸方向或はＹ軸方向における傾斜（姿勢）を検出するための、姿勢変化に
対応する電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図３】姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）が傾斜したときの模様を示す模式図
【図４】図１および図２に示す電気信号発生装置（デバイス）を１ユニットに集積したデバイス
を示す模式図
【図５】図４に示すデバイスの電気回路図
【図６】計測対象の線形変位に対応する電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図７】図６に示すデバイスの電気回路図
【図８】本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）を構成要素とするＷｅ
ｂサーバの構成の一例を示すブロック図
【図９】計測対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸３次元の姿勢変化一度に検出するための、傾斜変化
に対応する電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図１０】計測対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸３次元の姿勢変化および各軸方向における加速度を
併せ計測する傾斜変化および加速度に対応する電気信号発生装置（デバイス）の構成を示
す模式図
【図１１】計測対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸３次元の姿勢変化一度に検出するための他の実施形
態に係わる、傾斜変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図１２】計測対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸３次元の姿勢変化および各軸方向における加速度を
併せ計測するための他の実施形態に係わる、傾斜変化および加速度に対応する電気信号発
生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図１３】静電容量の変化を電気信号として取り出すための、回路の一例を示す電気回路図
【図１４】図９に示すデバイスの電気回路図
【図１５】図１１に示すデバイスの電気回路図
【図１６】図１０に示すデバイスの電気回路図
【図１７】図１２に示すデバイスの電気回路図
【図１８】本発明のデバイスで計測した計測対象の位置・姿勢に対応する３次元姿勢情報および３
軸における加速度検出結果を構成要素としたＷｅｂサーバおよびコンピュータ（メモリに記
録）の構成の一例を示すブロック図
【図１９】図１８に示すＷｅｂ　ＰＣを用いて人体の動作記録を行う実施形態を示すブロック図
【符号の説明】
１　容器
１−２　蓋
２　電極
３　円盤（ディスク）
４　軸
５　非導電性外周面領域
６　導電性外周面領域
７　ダンパ（ばね）
１１　容器
１２　電極
１３　液状誘電体
１４　配線
１５　静電容量計測装置
Ａ　液状誘電体を注入しない部分
２１　容器
２２　電極
２３　ダンパ（ばね）
２４　可動子
２５　シャフト
ｇ　間隔
３１　中空球状容器
３２　配線
３３　内部球体
３４　軸
３５　導電性領域（電極）
４１　中空球状容器
４２　配線
４３　内部中空容器
４４　軸
４５　導電性領域（電極）
４６　ダンパ
５１　立方状容器
５２　配線
５３　内部立方体
５４　軸
５５　導電性領域（電極）
６１　立方状容器
６２　配線
６３　内部中空立方体
６４　軸
６５　導電性領域（電極）
６６　ダンパ