(57)【要約】手動で付与された圧力に応答性の手動で変形可能な入力デバイス。この入力デバイスは、伸張または圧縮されていることに応答して伝導性（抵抗）における変化を示し、それから手動で付与された圧力の程度が決定され得るような形態の変形可能な電気伝導性材料（６０２）を含む。電気的インターフェースデバイス（６０４）は、第１の末端（６０５）および第２の末端（６０６）を経由してこの電気伝導性材料（６０２）を通る電流を供給するような形態であり、そしてこの入力デバイスはさらに、この第１および第２の末端の中間の位置に接続された第３の末端（６０７）を備える。この電気的インターフェースデバイス（６０４）は、この第３の末端（６０７）からの電圧を受けるような形態であり、これは、上記電気伝導性材料（６０２）を横切る電圧低下の比率を表す。
2006515071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手動で付与された圧力に応答性の手動で変形可能な入力デバイスであって、
該手動で付与された圧力に応答して変形するような形態の変形可能な弾性要素であって、伸張されていることに応答して伝導性（抵抗）における変化を示すような形態で適用された電気伝導性材料に作動可能に接続された弾性要素；および
第１の末端および第２の末端を経由して該電気伝導性材料を通る電流を供給するような形態の電気的インターフェースデバイスを備え：
ここで：
第３の末端が中間位置で連結され；そして
該インターフェースデバイスが、該第３の末端から電圧を受けるような形態である、入力デバイス。
【請求項２】
前記電気伝導性材料が、前記変形可能な弾性要素の上に付与される、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項３】
前記電気伝導性材料が、前記変形可能な弾性要素内に埋包される、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項４】
前記変形可能な弾性要素が、発泡または発泡様材料、ゴムまたはシリコーンゴムから構築される、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項５】
前記電気伝導性材料が織物である、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項６】
前記織物が、伝導性繊維を含む縦編み、横編みまたは編み物である、請求項５に記載の入力デバイス。
【請求項７】
前記電気伝導性材料が、その中に電気伝導性コンポーネントを有するエラストマー材料である、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項８】
前記変形可能な弾性要素および前記電気伝導性材料が、エラストマー電気伝導性織物によって提供される、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項９】
前記電気伝導性材料の伝導性が、該材料が伸張されるときに増加する、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項１０】
前記インターフェースデバイスが、前記第１の末端と前記第２の末端との間で分割された電圧を測定するような形態の、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項１１】
前記インターフェースデバイスが、出力信号を生成するような形態である、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項１２】
前記出力信号が：
モーターを制御するため；
ゲームに入力指令を提供するため；
アラーム状態に高めるため；
可視、聴覚または触覚効果応答を高めるため；
カーソルを制御するため；
メニューを操縦するために用いられる、請求項１１に記載の入力デバイス。
【請求項１３】
前記変形可能な弾性要素の移動、回転、圧縮または圧痕に応答性であるような形態とされる、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項１４】
フレームを備える、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項１５】
握り部材を備える、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項１６】
第４の末端をさらに備える、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項１７】
変形可能な入力デバイスの変形を検出する方法であって、該入力デバイスが：
付与された圧力に応答して変形するような形態の変形可能な弾性要素であって、
伸張されていることに応答して伝導性（抵抗）における変化を示すような形態の電気伝導性材料；および
第１の電気的末端、第２の電気的末端および第３の電気的末端であって、該第１の末端および該第２の末端の中間の位置にある該第３の末端；を備え：
該第１の末端および該第２の末端を経由して該電気伝導性材料を横切る電圧勾配を確立する工程、および該第３の末端で出現する電圧を測定する工程を包含する、方法。
【請求項１８】
添付の図面の図１〜２６を参照してかつ示されるような、本明細書に実質的に記載の、変形可能な入力デバイス。
【請求項１９】
添付の図面の図１〜２６を参照してかつ示されるような、本明細書に実質的に記載の、変形可能な入力デバイスの変形を検出する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
１．発明の分野
本発明は、手動で付与された圧力に応答性の手動で変形可能な入力デバイスに関する。この入力デバイスは、モーターを制御すること、またはゲームへの入力指令を提供することのような制御用途を有し得る。あるいは、この入力デバイスは、状態をモニターするために用いられ得、そして、例えば、アラーム状態を引き起こすような出力信号を提供する。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術の説明
変形可能な感受性電気伝導性デバイスは、米国特許第４，７１５，２３５号に開示され、そこでは、編まれた、または織られた繊維が、変形を経験する繊維に応答して変化する電気伝導性を有している。詳細な実施形態では、繊維が、操作者の指の上に付与され、もそして指の動きがこの繊維の抵抗における変化を検出することにより検出される。この繊維は、変化可能な抵抗としてモデル化され、そしてこの繊維の抵抗性が、動きがなされたことを決定するために測定される。
【０００３】
このタイプの製作にともなう問題は、抵抗性繊維要素が、温度およびエイジングなどのようなその他の変化する状態に応答する抵抗変化を、その有効な感受性がデバイスのための利用可能な適用を有意に減少するように受けることである。結果として、前記の米国特許に記載されるシステムが満足な商業的実現；それらの固有の安定性特徴のために好適であるその他の技術に到達し得ることはありそうにない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
繊維の解決が、いくつかの特定の状況、特に、コストが低減されるべきとき、または制御機構が柔軟構造または製品内の取り込まれるべきときに有利な適用を有することが実現されている。従って、例えば、このタイプのデバイスが、さらなる機械的スイッチなどに優先して乗り物中のシートの位置および配向に改変を作製するために用いられ得ることが可能である。従って、このような適用では、手動で操作されるスイッチに優先して、車のシート自身の部分が、移動および認識を行うように操作され得る。このようなアプローチは、より優雅でかつ魅力的な解決を提供しながら、生産コストを減少し得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（発明の簡単な要旨）
本発明の局面によれば、手動で付与された圧力に応答性の手動で変形可能な入力デバイスが提供され、該手動で付与された圧力に応答して変形するような形態の変形可能な弾性要素であって、伸張されていることに応答して伝導性（抵抗）における変化を示すような形態で適用された電気伝導性材料と作動可能に接続された弾性要素；および第１の末端および第２の末端を経由して該電気伝導性材料を通る電流を供給するような形態の電気的インターフェースデバイスを備え、ここで、第３の末端が中間位置で連結され；そして該インターフェースデバイスが、該第３の末端から電圧を受けるような形態である。
【０００６】
本発明の第２の局面によれば、さらなる第４の末端を有する変形可能な入力デバイスが提供される。この第４の末端は、入力デバイスの変形が二次元で検出されることを可能にする。
【０００７】
本発明の第３の局面によれば、電気伝導性材料が、三次元の変形可能な弾性要素に作動可能に接続される。
【０００８】
本発明の第４の局面によれば、変形可能な弾性要素および電気伝導性材料が、エラストマー電気伝導性織物によって提供される、変形可能な入力デバイスが提供される。フレームを利用することにより、実質的に二次元操作領域が形成され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（発明を実施するための最良の様式の記載による説明）
（図１）
図１に示される電気伝導性ヤーンは、電気的に伝導性のヤーン１０１および電気的に絶縁性のヤーン１０２から構成される。この好適な実施形態では、この電気的に伝導性のヤーン１０１は、絶縁性ヤーン１０２の周りに巻きつけられる。この伝導性ヤーンは、炭素処理または金属化された外表面を有する従来のヤーンから製作され得、そしてこの絶縁性ヤーン１０２は、ポリエステルから製作され得る。この実施例では、この伝導性ヤーン１０１は、２４デシテックス（ｄｅｃｉｔｅｘ）のサイズを有し、その一方、この絶縁性ヤーン１０２は、１２デシテックスのサイズを有する。好ましい実施形態によれば、２４デシテックスの炭素コートされたナイロンの６つのフィラメントが、１２デシテックスポリエステルヤーンの１２のフィラメントとともに一緒にねじられている。絶縁性ヤーンより大きな直径を有する伝導性ヤーンを用いることにより、このねじれたコンポジットヤーンは、表面で顕著な導電性要素を伴って形成され得る。
【００１０】
電流は、導電性ヤーン１０１を流れ落ち得ることが認識され得る。さらに、これらヤーンが近接するか、または同じヤーンのループが近接しているとき、電流はまた、これらヤーンまたはループ間を流れ得る。さらに、これらヤーンが近接しているとき、平面抵抗は減少する傾向にあり、その一方、例えば、伸張操作によりこれらヤーンを互いから離すとき、全体の平面抵抗が増加する。
【００１１】
（図２）
伸張に対する抵抗変化の影響を強調する構築を図２に示す。これは、個々のヤーン２０１が左位置２０２から右位置２０３に走る横糸（ｗｅｆｔ）ニットから構成される。好ましい適用では、電圧を矢印２０４の方向に促進するように平面を横切って；すなわち、個々の伝導性ヤーンの方向に実質的に垂直、すなわち、縦糸（ｗａｒｐ）の方向に付与される。
【００１２】
伸張に応答する抵抗の変化を示す電気伝導性織物は、縦編み（ｗａｒｐ  ｋｎｉｔ）、編み物（ｗｅａｖｅ）、カギ針編み（ｃｒｏｃｈｅｔ）を含むその他の構築を用いて作製され得；そして図１に示される伝導性ヤーンのような、コンポジットヤーンを取り込み得、ヤーンは、ステイプルまたはモノフィラメント繊維、または弾性繊維を含み、例えば、ヤーンにおいて、弾性中心の周りに巻きつけられた伝導性または絶縁性繊維を有する。さらに、導電性ヤーンおよび絶縁性ヤーンは、構築プロセスの前に一緒にねじられ得るか、または、例えば、伝導性ヤーンは、構築プロセスの間に取り込まれ得る。従って、異なる特徴を有する電気伝導性材料が、異なる構築、材料および、例えば、スティッチサイズを用いて作製され得る。
【００１３】
（図３）
図２に示される横糸ニット構築はまた、図３に、この材料が矢印３０１によって示される方向に伸張された後で示される。これは、個々のヤーン間の分離が、電流に対してより少ない経路がここで存在し、そしてそれ故、平面抵抗が増加したように増加している。従って、この性質を、次いで手動で付与された圧力の程度に戻って関連付けられ得る伸張の程度を決定するために用いられることが可能である。
【００１４】
縦糸方向に伝導性の代替の縦糸ニット構築（示さず）によれば、平面抵抗は、縦糸方向における伸張に応答して減少する。従って、このタイプの構築は、図２および３に示される記載された横糸ニット構築とは異なって応答するが、それは、そこから手動で付与された圧力が決定され得る伸張されていることに応答して抵抗における変化を示す同じ性質を所有する。
【００１５】
（図４）
抵抗性変化とシート伸長との間の関係を図４に示す。図４から、図２および３に示される横糸ニット織物について、約４０％の伸長の増加％が、約５００％の抵抗性変化を生じることが観察される。さらに、抵抗におけるゼロと４０％との間の伸長の増加は比較的直線状である。４０％を超える伸長には、相関関係は非直線状になる傾向にある。従って、この直線部分は、制御目的のための好適な領域を提供する。
【００１６】
（図５）
図４で識別された操作の直線領域が、図５中に詳細に記載される。従って、抵抗変化を測定することにより、０〜４０％の範囲に亘る伸長％を識別することが可能である。
【００１７】
（図６）
手動で付与された圧力に応答性の手動で変形可能な入力デバイスが図６に詳細に記載される。このデバイスは、変形可能な弾性要素６０１を含む。弾性要素６０１は、閉鎖セル発泡体、エラストマーシリコーンゴムまたは同様のエラストマー材料から製作され得る。この変形可能な要素６０１は、図２に示される横糸ニット材料のような電気伝導性材料６０２で覆われる。従って、電気伝導性材料６０２は、伸張されていることに応答して伝導性（抵抗性）における変化を示すような形態である。
【００１８】
伸張は、弾性要素６０１を、矢印６０３によって示される方向に移動することにより局所的に生じ、これは、デバイスの対向する側面が圧縮を経験しながら、デバイスの１つの側面が伸長を経験することを生じる。あるいは、伸張は、圧力が、変形可能な要素６０１の領域、例えば、この変形可能な要素６０１の１つの側面上の別個の領域のみに付与されるときに生じ、これは、この変形可能な要素６０１の１つの側面の他に対する変形を生じる。さらに、上記電気伝導性材料６０２は、手動で付与された圧力に応答する厚みを有する。電気伝導性材料６０２の厚みと伝導度との間には、手動で付与された圧力の下にあるこの材料６０２の厚みにおける変化が、伝導度における対応する変化を生じるような相関関係が存在する。従って、電気伝導性材料６０２は、弾性要素６０１の異なるタイプの操作に応答性である。電気伝導性材料が、この変形可能な要素に作動可能にカップルされていることが認識され得る。この電気伝導性材料は、従って、この弾性要素により経験される変形に応答性である。
【００１９】
電気的インターフェースデバイス６０４は、第１の末端６０５および第２の末端６０６を経由する電流を供給するような形態である。従って、一方の末端から他方に流れる電流で、この電気伝導性材料６０２の抵抗は、これら２つの末端間で生じる電圧低下を生じる。
【００２０】
第３の末端６０７は、第１と第２の末端６０５、６０６との間で、伝導性織物に沿って、中間位置６０８で接続される。上記インターフェースデバイス６０４は、第３の末端６０７から電圧を受け、この電気伝導性材料を通って生じるある割合の電圧低下を提示する。従って、このようにして、この第３の末端６０７は、現在の実施例では中央の中間位置６０８で、電圧勾配中にタップを提供する。従って、全体の形態は、全体の電気伝導性材料織物の絶対抵抗にかかわらず、手動操作に感受性の電位分割機として作動する。従って、このようにして、顕著により高いレベルの感度および予測性を、この機構が、単に抵抗それ自身を測定することに関する既知の技法が、適用可能であり得る多くの制御状況において用いられ得るように得ることが可能である。
【００２１】
（図７）
図６に示されるデバイスについての伸張と抵抗との間の相関関係を図７に示す。力が矢印７０１の方向に付与されるとき、このデバイスは、７０２で示される位置から、例えば、７０３で示される位置に弾性的に押される。これは、左の壁７０４が延び、その一方右の壁７０５は圧縮されることを生じる。
【００２２】
３ボルトの起電力が末端６０５および６０６を横切って印加される。手動力が付与される前に、抵抗７０６および７０７は、第３の末端６０７で出現する電圧が１．５ボルトとなるように実質的に等しくなる；すなわち、電圧が実質的に等しく分割されている。力が付与されるとき、このデバイスは、位置７０３に向かって曲がり、抵抗７０７に付与される圧縮は抵抗を減少し、その一方、抵抗７０６に付与された伸張はその抵抗を増加するようになる。７０６における抵抗が増加すると、この抵抗を横切るより大きな電圧低下となる傾向になり、抵抗７０７を横切っては、比較的より低い電圧低下が生じる。例えば、７０３に伸張するとき、２つのボルトが第３の末端６０７で測定され得る。従って、図５に示されるような、操作の直線状期間に亘る１．５ボルト〜２ボルトの電圧変化を検出することは、位置７０２と７０３との間で生じた曲げの程度に関して決定されるべき比較的正確な測定を可能にする。このようにして、上記入力デバイスは、張力に応答性である。
【００２３】
弾性要素と電気伝導性材料との間の動作カップリングに起因して、入力デバイスの変形を生じる付与された圧力の除去後、この弾性要素と電気伝導性材料は、曲がらない状態に一緒に戻る。
【００２４】
（図８）
図６に示されるデバイスの電気的モデルを図８に示す。これは、第２の可変レジスター８０２と連続した第１の可変レジスターからなる。中央トラップ８０３は、電位分割機を完成する。従って、先に記載のように、電圧が末端６０５および６０６を横切って付与され、そして分割された電圧が、トラップ８０３を経由して第３の末端６０７で測定される。
【００２５】
このデバイスの性質は、上記可変レジスター８０１および８０２がまとめられていると考えられ得る。しかし、代表的には、可変レジスター間に、１つの抵抗を増加する操作が、通常、他方の抵抗の減少を生じるような逆の相関関係が存在する。しかし、実際のデバイスでは、変化の相対速度は異なることが認識されるべきである。結果として、デバイスの曲がりは、圧縮されたレジスターの抵抗における減少より大きな程度まで伸張したレジスターの抵抗を増加する傾向にある。従って、この形態は、電位差計に類似に見える電位分割機を提供するが、幾分異なる作動特徴を有する。例えば、１つの抵抗の大きさにおける変化が示され得、その一方、他方の抵抗の大きさは実質的に維持され得る。
【００２６】
（図９）
抵抗変化と曲げとの間の相関関係のさらなる表示は図９に示される。その曲がらない状態では、伝導性織物の各側面は、５０００オーム（５ｋ）の抵抗を示し、そして付与された３ボルトの電圧は、等しく分割される。結果として、第３の末端で測定された電圧は、実施的に１．５ボルトである。
【００２７】
このデバイスが、９０１で示されるように右に曲げられるとき、伸張した抵抗９０２は増加する傾向にあり、そして圧縮された抵抗９０３は減少する傾向にある。従って、抵抗９０２を横切るより大きな電圧低下が生じ、１．５ボルトから１ボルトに減少する引き出された電圧を生じる。
【００２８】
同様に、９０４で示されるように、このデバイスが左に曲がるとき、抵抗９０２は減少する傾向にあり、その一方、抵抗９０３は増加する傾向にある。結果として、この例では、引き出された電圧は１．５ボルトから２ボルトまで増加した。
【００２９】
しかし、本発明は、操作の他の形態に応答性である手動で変形可能な入力デバイスを提供する。異なるパターンの電圧変化が、異なるタイプの操作およびデバイス構造に関連し得る。例えば、図６に示される電気的形態のデバイスを有する手動で変形可能な入力デバイスは、車のシートのクッション内で利用され得、そこでは、このクッションは、実質的に剛直性のパネルによって下側が支えられ、そして上面は、このクッションの手動操作を可能にするように曝される。この配列で、このクッションは、その上に座るヒトの重さの下で変形し、しかし、このクッションの下側の変形は、このクッションの上側の変形に対して無視され得る。結果として、クッションの上面の伝導度において、下側と比較して、有意により大きな変化が生じる。従って、下側に対して上側の伝導度における変化が示され、それから、変形が検出され得る。この例では、この検出される変形は、本来、主に圧縮または圧痕であり、例えば、クッションを指で押すヒトから生じる。
【００３０】
このようなクッションは、単一の手動で変形可能な入力デバイスを備え得るか、または複数のそのようなデバイスを、このクッションの異なる領域における変形が検出され得るように備え得る。このようなクッションは、例えば、ヒトが座っている時間の長さ、シートの使用の頻度、または一人以上のヒトの座っている位置をモニターするための、コントロールまたはコントロールパネルとしてか、またはモニタニングの補助として利用され得る。
【００３１】
（図１０）
代替の実施形態を図１０に示す。変形可能な弾性要素１００１は、第１の矢印１００２および第２の矢印１００３によって示される２つの次元で変形に応答性である。このデバイスは、４つの表面；第１の１００４および第２の１００５表面は図に示され、第３の１００６および第４の表面１００７は、逆の側面上にある、を規定する実質的に矩形の断面
積を有する。各表面１００４〜１００７は、それに付与された電気伝導性の織物部分を有し；図１０に示されるのは、表面１００７４に付与された織物１００８、および表面１００５に付与された織物１００９である。電気的末端は、各伝導性織物１００４〜１００８の底に接続され；図１０に示されるのは、伝導性織物１００８に付与された末端１０１０、および伝導性織物１００９に付与された末端１０１１である。これら伝導性の織物は、デバイスの上部に向かって電気的に接続されており、この例では、伝導性バンド１０１２による。その他の接続手段は、伝導性部分を直接一緒に接着するか、または縫い付けることを含む。
【００３２】
本発明の実施形態によれば、変形可能な入力デバイスの構築を簡単にするために、別個の第３の末端電圧分割タップは提供されない。操作において、電流は対向する伝導性部分を通じて付与され、その一方、他の２つの表面の１つの上の第３の部分は、電圧分割タップを提供する。交互のシークエンスで対向する伝導性表面の対を走査することにより、２つの示される次元における変形が検出され得る。従って、この操作のモードは、実際、２つの電位分割機を利用する。一対のオフセットの各表面上の類似の伝導性材料を用い、影響は、温度、湿度などにおける変化から生じる。
【００３３】
代替の実施形態によれば、伝導性バンド１０１２に接続された別個の電圧分割タップが提供される。さらなる代替の実施形態によれば、図６〜８を参照して記載された実施形態による２つの手動で変形可能な入力デバイスは、変形可能な弾性要素１００１上に、変形が２つの示された方向が検出され得るように、そして２つの別個の電圧分割タップが提供されるように、配置される。
【００３４】
（図１１）
図１０に示されるデバイスの平面図が図１１に示される。末端１０１０および１０１１に加え（図１０に示される）末端１１０１および１１０２がまた図１１に示される。末端１０１０は、伝導性織物１００８に接続され、そして末端１０１１が伝導性１００９に接続される。同様に、末端１１０１は、伝導性織物１００３に接続され、そして末端１１０２は、伝導性織物１００４に接続され；それぞれ、垂直表面１００６および１００７にそれぞれ付与される。
【００３５】
（図１２）
図１０および１１に示される形態の電気的表示が図１２に示される。これは、４つの可変レジスター１２０１、１２０２、１２０３および１２０４から構成され、各々は、中央点１２０５に接続される。
【００３６】
（図１３）
図１０および１１に示されるデバイスのインターフェース回路１３０１が図１３に示される。このインターフェース回路は、出力信号を末端に供給し、そして末端から入力信号を受ける形態とされたＰＩＣプロセッサー１３０２を含む。このデバイスは、４つのインターフェース末端１３０３、１３０４、１３０５および１３０６を含む。末端１３０３は１０１０に接続し、末端１３０４は１０１１に接続し、末端１３０５は末端１１０２に接続し、そして末端１３０３は末端１１０１に接続する。
【００３７】
プログラム制御の下、出力電圧は、このプロセッサー１３０２により、ピン１０、１１、１２および１３から生成される。同様に、入力電圧は、緩衝増幅器ステージ１３０７および１３０８を経由して、ピン１７および１８で受容される。操作において、電圧は、末端１３０３および１３０５を横切って付与され、末端１０１０および１１０２を横切って付与される電圧を生じる。電圧は、末端１３０５で受容され、そして増幅器１３０８を経由してＰＩＣプロセッサーに供給される。これは、次いで、多重化様式で、末端１３０４および１３０５を横切って付与される電圧が、入力電圧が末端１３０３上で受容され得、そして緩衝増幅器１３０７を経由してＰＩＣプロセッサーに供給されるように続く。応答の詳細は、ＰＩＣプロセッサー１３０２内に記憶され、それによって、それが、操作、例えば、曲げの程度の指標である出力末端１３０９上に出力信号を生成することを可能にする。
【００３８】
（図１４）
図１０および１１の入力デバイスは、図１４中の図１３のインターフェース回路に接続されて示される。このインターフェース回路１３０１は、表面１００８および１１０４を横切って電圧を付与し、その後、引き出された入力電圧が表面１１０３から受容され、そして入力末端１３０５に付与される。入力測定が安定化した後、出力電圧が、表面１００９および１１０３を横切る代替の出力電圧により置き換えられるように除去される。次いで、入力電圧が表面１００８から受容され、そして入力末端１３０３に付与される。
【００３９】
このＰＩＣプロセッサーは、適切な算出を実施し、デバイスの位置ずれの性質を決定し、末端１３０９で出力信号を提供する。この例では、出力信号は、電力増幅器１４０１供給され、それは、次いで、アクチュエーター１４０２を駆動する。このアクチュエーターは、例えば、動力をつけた車のシートの調節モーター、または上記入力デバイスの操作により制御される任意のその他の適切なデバイスであり得る。
【００４０】
（図１５）
図１０に示される実施形態に類似の代替の実施形態が図１５中に識別される。この実施形態では、変形可能な弾性要素１５０１は、絶縁性発泡体によって実施される。電気伝導性材料１５０２、１５０３、１５０４および１５０５の４つの細片が電気伝導性発泡体によって履行される。示されるように、この伝導性発泡体は、変形可能な弾性要素内に包埋される。この伝導性発泡体は、実質的に絶縁性発泡体に類似しているが、伝導性材料の李粒子または繊維を含む。結果として、伸張されるとき、この伝導性部材は、より大きな分離の状態に配置され、それによって、全体の抵抗を増加する。同様に、圧縮は、より多くの伝導性部材を一緒にし、そしてそれ故、伝導性を増加する。代替の電気伝導性材料は、伝導性粒子または繊維で充填されたシリコンまたはゴムのようなその他の絶縁性材料を含む。この電気伝導性材料は、例えば、電気伝導性材料が、伝導性粒子または繊維を取り込むエラストマー絶縁性材料によって提供される事例では、それ自身が弾性を提示し得る。
【００４１】
図１５に示されるように、伝導性バンド１５０６は、伝導性発泡体セクションの底端部が、図１４に示されるように、電気的末端によって実質的にインターフェース回路に接続されて、上端部で伝導性発泡体セクション１５０２を１５０５に電気的に接続する。
【００４２】
（図１６）
自由度の６つの程度における移動；すなわち、Ｘ、ＹおよびＺ軸の周りの回転とともにＸ、ＹおよびＺ方向における転位を検出し得る、変形可能な入力デバイスの代替の実施形態が図１６に示される。変形可能な弾性要素１６０１は、実質的に円錐台−円錐形であり、そのより大きな実質的に円形ベース１６０２が、基板にそれがテーブルトップまたは類似の基板上にその場で堅く保持されるように堅く付着されている。この弾性要素１６０１の上部表面１６０３は、それから延びる伸長部分１６０４を有し、手動操作を容易にする。
【００４３】
６つの電気伝導性材料部分は、第１の低部電気コネクターから上部接続部に走り、そして次にさらなる低部コネクターまで戻る実施的に対角線の形態で、この変形可能な弾性要素１６０１の上に付与される。この組み合わせは、従って、合計６つの低部コネクター１６１１、１６１２、１６１３、１６１４、１６１５および１６１６を有する。上部接続部は、上部接続部１６２１、１６２２および１６２３で低部コネクターの間で中央に置換される。第１の可変の伝導性材料セクション１６３１は、低部コネクター１６１２と上部接続部１６２１との間に配置される。第２の可変の伝導性材料セクション１６３２は、上部接続部１６２１と株コネクター１６１３との間に付与される。同様に、第３の可変の伝導性材料セクション１６３３は、低部コネクター１６１４と上部接続部１６２２との間に位置決めされ、そして第４の可変の伝導性材料セクション１６３４は、上部接続部１６２２と低部コネクター１６１５との間に位置決めされる。第５の可変の伝導性材料セクション１６３５は、低部コネクター１６１６と上部接続部１６２３との間に位置決めされ、そして最後に、第６の可変の伝導性材料セクション１６３６は、上部接続部１６２３と低部コネクター１６１１との間に位置決めされる。上部接続部１６２１〜１６２３は、伝導性バンド１６４１によって電気的に接続される。この例では、伝導性バンド１６４１は、金属化された織られた織物を備え、そして感圧伝導性接着剤を用いて接続される。従って、コネクター１６１２および１６１３を横切る電圧の付与により、セクション１３６１および１６３２を通る電流を供給することが可能である。同様に、セクション１６３３および１６３４を通る電流を、コネクター１６１４および１６１５を横切る電圧の付与により印加することが可能である。最後に、電流はまた、コネクター１６１６および１６１１を横切る電圧の印加により、セクション１６３５および１６３６を通って流れ得る。
【００４４】
（図１７）
図１６の形態の電気的モデルを図１７に示す。図１７に示されるモデルでは、６つの可変のレジスターが、共通して１６４１で接続され、そして各々は、末端１６１１〜１６１６を提示する。
【００４５】
（図１８）
図１６の入力デバイスは、図１３に示されるのと実質的に類似ではあるが、さらなる入力／出力および電流測定手段をもつインターフェースデバイスに接続される。この電流測定手段は、例えば、接地におよび接地からスイッチされ得る、コネクター１６１１、１６１３および１６１５の各々に接続される固定されたレジスターを備え得る。このインターフェースデバイスにより実施される手順は、図１８に示されるように多重化される。従って、電圧を与えるサイクルは、９つのステージ１７０１〜１７０９からなる。ステージ１７０１〜１７０６は、電圧測定を含み、その後、十分な情報が、６つの程度の自由度内の変形可能な要素の三次元移動を規定するために受容された。この情報は、Ｓｔｅｗａｒｔブリッジ分析のような公知のプロセスに従って処理され得る。ステージ１７０７〜１７０９は電流測定を含み、その後、十分な情報が、変形可能な要素の圧縮または圧痕を識別するために受容された。
【００４６】
ステップ１７０１で電圧はコネクター１６１２に付与される。コネクター１６１３は接地され、そして出力電圧がコネクター１６１４で測定される。しかし、コネクター１６１２および１６１３を横切って電圧を印加することが可能であり、そして高入力インピーダンスをもつ入力バッファをコネクター１６１４、またはそうでなければこの測定の間に使用されない任意のその他のコネクターに接続し、そして伝導性バンド１６４１で電圧を測定する。ステップ１７０２で、入力電圧がコネクター１６１３に印加され、コネクター１６１４は接地され、そして出力電圧がコネクター１６１５で測定される。ステップ１７０３では、入力電圧がコネクター１６１４に印加され、コネクター１６１５は接地され、そして出力電圧がコネクター１６１６で測定される。ステップ１７０４では、入力電圧がコネクター１６１５で印加され、コネクター１６１６は接地され、そして出力電圧がコネクター１６１１で測定される。ステップ１７０５では、入力電圧がコネクター１６１６に付与され、コネクター１６１１が接地され、そして出力電圧がコネクター１６１２で測定される。コネクター１６１１に入力電圧が印加されることにより、コネクター１６１２が接地され、そして出力電圧がコネクター１６１３で測定されることにより、ステップ１７０６で電圧測定が終了される。
【００４７】
ステップ１７０７〜１７０９は電流測定を含む。ステップ１７０７で、電圧がコネクター１６１２に印加され、そして電流がコネクター１６１３で測定される。ステップ１７０８では、電圧がコネクター１６１４に印加され、そして電流がコネクター１６１５で測定される。最後に、ステップ１７０９で電圧がコネクター１６１６に印加され、そして電流がコネクター１６１１で測定される。
【００４８】
６つの可変の伝導性材料のセクション１６３１〜１６３６の抵抗は、材料の構築に従って、付与された圧迫作用の下で変形する変形可能な要素に応答して、増加するか、または減少するいずれかである。ステップ１７０７〜１７０９で実施された電流測定は、この変形可能な要素を通って流れる電流に関する指標を提供し、これは、この変形可能な要素に付与された圧力の程度に関連し得る。従って、ステップ１７０７〜１７０９は、検出されるべき変形可能な要素に付与される圧迫、圧縮またはへこみ作用を提供する。
【００４９】
図８に詳述される多重化手順シークエンスは、２つのモード、すなわち、モニタリングモードおよびアクティブモードの１つに従って実施され得る。モニタニングモードでは、ステップ１７０１〜１７０６は、第１の走査速度で実施され、電力消費を最小にし、そして動きが検出されるとき、ステップ１７０１〜１７０９は、アクティブモードでより速い走査速度で実施され、その間に完全なセットの測定が得られる。
【００５０】
（図１９）
図１６に示されるタイプのデバイスのための用途が、図１９に示される。ポータブルな変形可能な入力デバイス１９０１は、固体の目的物によって支持される形態のベースプレート１９０２に取り付けられる。クランプ１９０３が、手動で操作可能なゲームコントローラー１９０４を受容するような形態の変形可能な入力デバイス１９０１の上部に取り付けられている。従って、ゲームコントローラー１９０４がクランプ１９０３内に支持されて、ゲームプレーヤーは、適切にプログラムされたゲームにさらなる情報を提供することが可能である。従って、例えば、このタイプの形態は、３Ｄアクションゲームおよびフライトシミュレーションなどのために特に適切であり得る。コントローラー１９０４からの入力を受容することに加え、コンピューターシステムはまた、おそらく、シリアルインターフェースまたはＵＳＢコンピューターインターフェース上の変形可能な入力デバイス１９０１と関連するインターフェースデバイスからの入力を受容する。
【００５１】
（図２０）
図１９で示される形態は、図２０に示されるような状況で用いられ得る。従って、ベースプレート１９０２は、椅子によって支持され、そしてこの変形可能な入力デバイスは、従って、ユーザーの脚によって押し付けられる。コントロールデバイス１９０４は、次に、操縦ホイールまたは類似の入力デバイスの配向と実質的に類似の配向で保持され、それによって、ユーザーに現実的かつ増加した操作スタンスを提供し、それによって、ゲームまたはプログラム自体とともに相互作用を有意に増大し；すべては、比較的安価で、耐久性のさらなるコントロール装置の使用によって達成される。
【００５２】
（図２１）
変形可能な入力デバイスのための代替の適用が図２１に示される。柔軟性の玩具２１０１は、この例では、くまのぬいぐるみの形態をとり、そして、各々が３つの電気的末端を備える、２１０２、２１０３、２１０４、２１０５、２１０６および２１０７で示される、複数の変形可能な入力デバイスを利用する。これらの入力デバイス２１０２、２１０３、２１０４、２１０５、２１０６はすべて、この例では、伝導性リング２１０８により電気的に接続される。この入力デバイスの末端は、この柔軟性の玩具２１０１の周りに分布されている。示される配列では、入力デバイスは、玩具２１０１の耳、玩具２１０１の腕および玩具２１０１の脚に対応する各領域中に位置決めされる。玩具２１０１で遊ぶ間、玩具２１０１の本体または四肢の操作が検出され得、そして例えば、視覚、聴覚または触覚効果の応答を引き起こすために用いられる。
【００５３】
（図２２）
変形可能な入力デバイスのための代替の形状フォーマットが、半球形の形態で、図２２に示される。入力デバイス２２０１は、この半球形のドーム状の表面と作動可能に接続された、２つの細片の電気伝導性材料２２０２および２２０３を利用する。示されるように、伝導性トラック２２０２、２２０３の各々は、この半球形入力デバイス２２０１の実質的に平面状のベースの直径の対向する端部の間のドーム状の表面の上に延びる。これら細片２２０２、２２０３は実質的に垂直に整列され、影で示される領域２２０４によって示される電気的接触の領域がドーム状の表面の頂点の領域中の２つの細片２２０２、２２０３の間にある。この配列は、そして図１０を参照して記載され、かつ図１０中に示されるような変形可能な入力デバイスの配列に類似し、そして操作の間に類似の操作シークエンスを利用し得る。
【００５４】
（図２３）
球の形態にある、変形可能な入力デバイスのためのさらなる代替の形状フォーマットが図２３に示される。入力デバイス２３０１は、この球の本体を形成する弾性材料と作動可能に接続された、３つの細片の電気伝導性材料２３０２、２３０３および２３０４を利用する。示されるように、これら伝導性材料２３０２、２３０３および２３０４は、この球形入力デバイス２３０１の大きな円の周縁の周りに延び、そして１つが他方と実質的に垂直であるように整列される。これら細片２３０２、２３０３および２３０４は交差し、例えば、細片２３０２および２３０３が通過する影付きの領域によって示される領域である、この球体の周りに電気的接触の６つの領域を形成する。
【００５５】
（図２４）
変形可能な入力デバイスの代替の実施形態が図２４に示される。入力デバイス２４０１は、より多くの二次元形態をとる。この入力デバイス２４０１は、４つの細片のエラストマーの電気伝導性材料２４０２、２４０３、２４０４および２４０５を備え、各々の細片は、伝導性リング２４０に接続された一方の端部が、そしてフレーム２４０７に接続された他方の端部を有している。この例では、細片２４０２、２４０３、２４０４および２４０５の各々は、あたかもこの矩形を４つのより小さな矩形に分割するように、実質的に矩形のフレームの異なる側面に付着される。この配列は、図１０を参照して記載され、かつ図１０に示されるような変形可能な入力デバイスの配列と類似であるが、二次元フォーマットにある。この配列の弛緩状態では、伝導性リング２４０６はフレーム領域内の実質的に中央にある。
【００５６】
好ましくは、フレーム２４０７は、伝導性細片２４０２、２４０３、２４０４、２４０５の裏打ちを提供するように剛直性材料から形成される。使用において、これら伝導性細片２４０２、２４０３、２４０４、２４０５は裏打ちフレーム２４０７上の周りを移動される。従って、裏打ちフレームと、これら細片２４０２、２４０３、２４０４、２４０５との間で低摩擦を有し、その結果、これら細片が、手動で付与された圧力下で容易にスライドし得、そして磨耗を減少することが好ましい。しかし、額縁スタイル配列が利用され得る。
【００５７】
入力デバイス２４０１は、必要に応じて、一般に点線２４０８によって示される伸張カバーを有し得る。この伸張カバーは、細片２４０２、２４０３、２４０４、２４０５の下に横たわるか、または上に横たわり得、そしてフレーム２４０７および細片２４０２、２４０３、２４０４、２４０５の両方またはこれらの一方のみに固定され得る。
【００５８】
本発明の実施形態は、静止位置から移動されるとき、静止状態から細片２４０２、２４０３、２４０４、２４０５の変形を引き起こす伝導性リング２４０８を利用する。示される例では、この伝導性リング２４０６は、Ｏリングの形態をとり、その中に指が挿入され得、フレーム２４０７の領域内の周りの伝導性リング２４０６の移動を支援する。従って、この伝導性リング２４０６はまた、ユーザーが、入力デバイス２４０１の操作表面上でのより確実なグリップを達成することを可能にする。
【００５９】
例えば、この入力デバイス２４０１の表面から高くした隆起または成形したハンドルの形態にある、代替タイプのグリップする部材が提供され得る。このようなグリップする部材は、入力デバイス１６０１の伸長部分１６０４および入力デバイス１９０１のクランプ１９０３のそれと、変形可能な入力デバイスの検出可能な操作を行うためにユーザーによって行われる運動の転位を支援することで、変形可能な入力デバイスの検出可能な操作類似の機能を提供し得る。この特徴は、限定された器用さをもつユーザーのために有利であり得る。
【００６０】
（図２５）
図２５は、伝導性リング２４０６の静止位置からの移動の後の、変形可能な入力デバイス２４０１を示す。この図から、伝導性細片２４０２および２４０５が、ここでは、静止位置にあるより短く、そして伝導性細片２４０３および２４０４は、ここでは静止位置にあるより長いことが観察され得る。従って、静止位置から伝導性リング２４０６を移動することは、細片２４０２、２４０３、２４０４、２４０５の各々に張力および長さにおける内部変化を経験させる。このようにして、この入力デバイス２４０１は、せん断力に応答性である。伝導性細片の対向するペアを横切る、この例では、細片２４０２および２４０４、または細片２４０３および２４０４を横切る電圧勾配を確立すること、および他の細片のペアの１つから読み取られる電圧をとることにより、手動で付与された圧力の程度、およびこの静止条件に対する操作する移動の方向が決定され得る。
【００６１】
（図２６）
変形可能な入力デバイスの代替の実施形態が図２６に示される。入力デバイス２６０１は、入力デバイス２４０１に類似の形態をとり、類似の二次元フォーマットおよびフレーム２６０２を有する。しかし、入力デバイス２６０１は、４つの点の電気的末端２６０３、２６０４、２６０５、２６０６が接続される弾性電気伝導性織物２６０３の層を利用する点で異なる。この４つの点の末端２６０３、２６０４、２６０５、２６０６は、図１０を参照して上記に記載されたように、２つの軸で検出され得る変形を可能にする。このタイプの配列は、電気伝導性材料２６０３の任意の領域の操作を検出するような形態である。点線の円２６０８は、概念上の出発位置を示す。さらに、この入力デバイス２６０１の変形可能な弾性要素および入力デバイス２６０１の電気伝導性材料は、両者とも、弾性の電気伝導性織物２６０３によって提供される。従って、変形可能な入力デバイスのこれらの２つの要素は、単一層で合わされる要素のために作動可能に接続され得る。必要に応じて、しかし、点線２６０９によって一般に示されるさらなる伸張カバーが提供され得る。
【００６２】
示される配列では、フレーム２６０２は、各側面の実質的に半分に位置する一点接触２６０３、２６０４、２６０５、２６０６を備えた実質的に矩形の裏打ちボードの形態をとる。この配列で、電圧の振れは、フレーム２６０２の中心でより、フレーム領域の角の領域でより少なく検出され得る。
【００６３】
この配列は、絶対的位置情報より相対位置情報が十分である適用における使用に適切である。実際の適用は、センサーとして、またはカーソル制御またはメニューナビゲーターツールとしての使用を含む。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、電気伝導性のヤーン（糸）を示す。
【図２】図２は、織物ニットを示す。
【図３】図３は、伸張後の図２の織物ニットを示す。
【図４】図４は、抵抗変化と伸長との間の関係を示す。
【図５】図５は、図４中で識別された直線状領域の詳細である。
【図６】図６は、本発明を具現化する手動で変形可能な入力デバイスを示す。
【図７】図７は、図６に示されるデバイスの伸張と抵抗との間の関係を示す。
【図８】図８は、図６に示されるデバイスの電気的モデルを示す。
【図９】図９は、さらに、図６に示されるデバイスのついて、伸張と抵抗変化との間の関係を示す。
【図１０】図１０は、代替の実施形態を示す。
【図１１】図１１は、図１０に示される実施形態の上面図を示す。
【図１２】図１２は、さらに、図１０の代替の実施形態を示す。
【図１３】図１３は、図１０に示されるデバイスのためのインターフェース回路の詳細を示す。
【図１４】図１４は、図１３に示されるインターフェース回路に接続された図１０および１１のデバイスを示す。
【図１５】図１５は、入力デバイスの代替の実施形態を示す。
【図１６】図１６は、入力デバイスの代替の実施形態を示す。
【図１７】図１７は、さらに、図１６の代替の実施形態を示す。
【図１８】図１８は、図１６に示される実施形態のためのインターフェース回路によって実施される手順の詳細である。
【図１９】図１９は、図１６のデバイスの適用を示す。
【図２０】図２０は、使用における図１９に示される形態を示す。
【図２１】図２１は、変形可能な入力デバイスについて代替の適用を示す。
【図２２】図２２は、入力デバイスの代替形態を示す。
【図２３】図２３は、入力デバイスのさらなる代替の実施形態を示す。
【図２４】図２４は、入力デバイスの代替の実施形態を示す。
【図２５】図２５は、操作後の図２４の入力デバイスを示す。
【図２６】図２６は、入力デバイスの代替形態を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2006515071.tif 000028
【国際調査報告】
2006515071.tif 000029
2006515071.tif 000030
2006515071.tif 000031