(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者の手に装着されて指及び／又は手の為す形態を検出するための手袋型入力装置であって、
指及び／又は手の所定部位に対応する箇所に設けられ、当該部位に対する該手袋型入力装置の他の部位の接触有無を検出する接触検知手段を少なくとも具備し、少なくとも該接触検知手段から得られた接触検知信号に基づき、使用者が為している指及び／又は手の形態を判定するものにおいて、
前記接触検知手段は、交流励磁される複数のコイルと、該コイルが配置された部位と前記他の部位との接触に応じて各コイル毎に固有の出力を生じる出力手段とを含み、
前記複数のコイルは、配置された部位に応じて異なる周波数で励磁されるコイルを含み、前記接触に応じて前記出力手段から出力される接触検知信号の周波数を判定することに基づき、接触が生じた部位を判別することを特徴とする手袋型入力装置。
【請求項２】
使用者の手に装着されて指及び／又は手の為す形態を検出するための手袋型入力装置であって、
指又は手の所定部位に対応する箇所に一端が装着され、該所定部位の動きを伝達するため所定範囲にわたって延びた伝達手段と、
前記伝達手段の他端を弾性的に支持して所定の中立位置で待機する弾性手段と、
前記伝達手段の変位を検出する変位検出手段と、
指及び／又は手の所定部位に対応する箇所に設けられ、当該部位に対する該手袋型入力装置の他の部位の接触有無を検出する接触検知手段であって、交流励磁される複数のコイルと、該コイルが配置された部位と前記他の部位との接触に応じて該接触した部位に固有の接触検知信号を生じる出力手段とを含み、前記複数のコイルは、配置された部位に応じて異なる周波数で励磁されるコイルを含み、前記接触に応じて前記出力手段から出力される接触検知信号の周波数を判定することに基づき、接触が生じた部位を判別する前記接触検知手段と、
前記変位検出手段及び前記接触検知手段の少なくともいずれか１つの出力に基づき、使用者が為している指及び／又は手の形態を示すデータを生成するデータ生成手段と
を具備した手袋型入力装置。
【請求項３】
前記交流励磁される１つのコイルを送信モードと受信モードに切り替える手段を含み、受信モード時において該コイルに対する他のコイルが配置された部位の近接に応じた検出信号を該コイルから出力できることを特徴とする請求項１又は２に記載の手袋型入力装置。
【請求項４】
指及び／又は手の所定部位にかかる圧力を検出する圧力検知手段を更に具備する請求項１又は２に記載の手袋型入力装置。
【請求項５】
データ生成手段は、使用者が為している指及び／又は手の動きに基づき手話手形を判定し、判定した手話手形に対応する手話認識データを出力するものである請求項２に記載の手袋型入力装置。
【請求項６】
指及び／又は手の所定部位に対応する箇所において付加される接触圧力に対して反力を提示する圧覚提示手段を更に具備する請求項１乃至５のいずれかに記載の手袋型入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用者の手に装着されて指及び／又は手の為す形態を検出するための手袋型入力装置に関する。例えば、バーチャルリアリティを利用したシステムに対してデータ入力を行う入力装置として利用され、実際の手の動き（ジェスチャ）を計測してシステム内に取り込む３次元データを作成したり、あるいは手話電話や手話入力装置の入力インタフェースとして適用可能なインテリジェント型手袋型入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バーチャルリアリティの一形態として、表示装置上に使用者の分身（キャラクタ）を表示させ、その表示させたキャラクタを実際に使用者が動くのとほぼ同じ動きをさせることにより、使用者が表示装置に表示された仮想空間（映像空間）内に自分自身があたかも存在していると感じることができるとともに、インタラクティブに仮想空間で疑似体験ができるようなものがある。その中で、人間のより自然な動きを伝達するために、通常の生活や仕事のなかで最も役割の大きいといえる手の動き（ジェスチャ）を計測できるデータ入力用グローブ（手袋型入力装置）がある。従来知られたデータ入力用グローブは、このデータ入力用グローブの各指に対応して設けられた光ファイバ内を通る光量の変化を解析することによって各指の曲がり等を検出、つまり手の動きを計測できるようになっている。この光ファイバを用いるもの以外にも、機械リンク（例えば、ゴニオメータ等）を用いるものや、あるいは圧力や曲げによって抵抗が変わる素子（例えば、液体導電性インク等）を用いるものなどが従来から知られている。
このようなデータ入力用グローブを用いたバーチャルリアリティシステムは、テレロボティックコントロール（すなわち、オペレータによるロボットの遠隔操作）や、対話型医療シミュレーションあるいは３次元モデリングＣＡＤ（モーションキャプチャ）等の様々な分野で利用されつつある。
【０００３】
ところで、人間が物体を操作する際には硬さや重さといった力の感覚（力覚）が不可欠であり、仮想空間からの力フィードバックの重要性が従来から認識されている。そこで、データ入力用グローブに、仮想空間中の対象物体に接触することによって対象物体から受けた反力を機械的に発生するためのフォースフィードバック装置が設けられることがある。このフォースフィードバック装置は、仮想空間内において仮想の手（指）が仮想対象物あるいは仮想環境（例えば、壁）等と接触した状況から得られる反力を人間側に戻すものである。つまり、何か機械的に力を発生するような装置（フォースフィードバック装置）に現実の人間の手や指が触れていて、その装置が人間に対して反力を与えることによって、人間は仮想空間内からの反力を感じ取ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来のデータ入力用グローブは、光量の変化を光センサにより検出して手の動きを計測するものであった。そのため、所定の角度以上に指が曲げられないと光量の変化を捕らえることができずに手の動きが計測されない、すなわち高精度の計測が難しい、という問題点があった。また、上述した光センサを利用したデータ入力用グローブは、指の曲げ角度に比例して光量の変化が生ずるように光ファイバにスリット（傷）を入れていたので、機械振動に弱く、また長時間使用における機械的摩耗や腐食等を避けることができず、それゆえ数年使用することによって計測に誤差を生ずるようになる、という問題点があった。さらに、このような光センサ等を用いたデータ入力用グローブは高価なものであった。
【０００５】
また、上述したフォースフィードバックを行なうようにするためには、そのための機械的な機構を手の動きを計測するための光センサ等とは別々に構成しなければならなかった。そのために、フォースフィードバック機構を具えたデータ入力用グローブは大型化かつ重量化してしまい、使用者にとって非常に装着しにくく使いづらいものになる、という問題点もあった。
【０００６】
また、従来、実用化されていた手袋型入力装置はいずれも極めて高価なものであり、誰でもが簡便に利用できるものではなかった。従って、現在では、未だ、安価で有効・有用な手袋型入力装置が普及しておらず、様々な分野で利用可能性があり、また、実用化が要請されているにもかかわらず、これらの要請に応えることができなかった。例えば、手袋型入力装置を用いて手形（手話における手の形態）の入力を行うことができれば、手話電話やコンピュータシステム等における手話入力装置として利用することができ、聴覚障害を持つ人々に恩恵をもたらすことができるが、現時点では、そのような手袋型手形入力装置は存在していない。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、手話電話やコンピュータシステム等における手話手形入力インタフェースとして有利に利用することができ、更には他の様々な技術分野・産業分野で利用可能な、簡単かつ安価な構成の、手袋型入力装置を提供しようとするものである。また、接触検知機能に加えて、圧覚提示（タクタイルフィードバック）機能を持つ手袋型入力装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る手袋型入力装置は、使用者の手に装着されて指及び／又は手の為す形態を検出するための手袋型入力装置であって、指及び／又は手の所定部位に対応する箇所に設けられ、当該部位に対する該手袋型入力装置の他の部位の接触有無を検出する接触検知手段を少なくとも具備し、少なくとも該接触検知手段から得られた接触検知信号に基づき、使用者が為している指及び／又は手の形態を判定するものにおいて、前記接触検知手段は、交流励磁される複数のコイルと、該コイルが配置された部位と前記他の部位との接触に応じて各コイル毎に固有の出力を生じる出力手段とを含み、前記複数のコイルは、配置された部位に応じて異なる周波数で励磁されるコイルを含み、前記接触に応じて前記出力手段から出力される接触検知信号の周波数を判定することに基づき、接触が生じた部位を判別することを特徴とする。
【０００９】
手話手形を検出する手袋型入力装置は、一般に、各指の屈曲を検出する屈曲検知手段と、各指の指先等の他の所定部位に対する接触を検出する接触検知手段とを具備する必要がある。本発明によれば、特に、手袋型入力装置における接触検知手段についての新規かつ有用な構成を提供することができる。この接触検知手段は、交流励磁される複数のコイルと、該コイルが配置された部位と他の部位との接触に応じて各コイル毎に固有の出力を生じる出力手段とを含んで構成されるので、非常に簡単かつ安価に提供することができる。
【００１０】
本発明に係る手袋型入力装置において、上記構成からなる接触検知手段と組み合わせて使用する各指の屈曲検知手段としてはどのような構成のものを用いてもよい。更に、指及び／又は手の形態又は動きに応じて適切なカウンタフォース又はフィードバックフォースを付与する手段を具備して、及び／又は、指及び／又は手の所定部位に対応する箇所において付加される接触圧力に対して反力を提示する圧覚提示手段を具備して、使用者にバーチャルな使用感覚を付与できるようにしてもよい。
これらの点に鑑みて、本発明の別の観点に係る手袋型入力装置は、使用者の手に装着されて指及び／又は手の形態を検出するための手袋型入力装置であって、指又は手の所定部位に対応する箇所に一端が装着され、該所定部位の動きを伝達するため所定範囲にわたって延びた伝達手段と、前記伝達手段の他端を弾性的に支持して所定の中立位置で待機する弾性手段と、前記伝達手段の変位を検出する変位検出手段と、指及び／又は手の所定部位に対応する箇所に設けられ、当該部位に対する該手袋型入力装置の他の部位の接触有無を検出する接触検知手段であって、交流励磁される複数のコイルと、該コイルが配置された部位と前記他の部位との接触に応じて該接触した部位に固有の接触検知信号を生じる出力手段とを含み、前記複数のコイルは、配置された部位に応じて異なる周波数で励磁されるコイルを含み、前記接触に応じて前記出力手段から出力される接触検知信号の周波数を判定することに基づき、接触が生じた部位を判別する前記接触検知手段と、前記変位検出手段及び前記接触検知手段の少なくともいずれか１つの出力に基づき、使用者が為している指及び／又は手の形態を示すデータを生成するデータ生成手段とを具備する。
【００１１】
変位検出手段は、指の曲げ伸ばしや手の所定部位の動きに応じて変位する伝達手段の変位量を検出することができるように構成されている。前記伝達手段は各指毎に所定の長さを保つように長さ調節されて、その一端は使用者の指の所定位置又は手の所定部位に固定的に配置される。伝達手段の反対側の先端には弾性手段が付され、伝達手段に所定のテンション（張力）を与え、かつ伝達手段と検出手段とを相対的に所定の位置に位置づけている。使用者が指を曲げはじめると、各指の曲げ角度に応じて、伝達手段は弾性手段の有する付勢力に抗して変位する。つまり、伝達手段と変位検出手段との相対的位置が変位する。変位検出手段はこの伝達手段の変位を検出して、指の屈曲等手の動きの検出信号を得ることができる。また、指及び／又は手の所定部位に対応する箇所に設けられた接触検知手段により、前述のように、各指の指先等の他の所定部位に対する接触を検出することができる。データ生成手段では、これらの検出信号及び接触検知信号に基づき、使用者が為している指及び／又は手の形態例えば手話手形を認識し、認識した形態又は手話手形に対応する手話認識データを出力する。
【００１２】
前記弾性手段の有する付勢力を制御信号に応じて可変調節する調節手段を更に具備し、前記弾性手段の有する付勢力の制御によって、フィードバックフォースを制御できるようにしてもよい。こうすると、簡単な構成により、指又は手の所定部位の動きに応じたフィードバックフォースを反映することができる。
【００１３】
さらに、圧力検知手段を具備し、これにより使用者の指先及び／又は手の所定部分にかかる圧力の強さを検出するようにしてもよい。その用途としては、検出した圧力の強さに応じて、同じ指及び／又は手の形態で伝達できる情報を異ならせるようにすることも可能であるし、あるいは、この手袋型入力装置をキャプチャグローブとして使用する場合には掴み圧を示す情報を検出する手段として使用することも可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る手袋型入力装置を用いたバーチャルリアリティ（仮想現実）を利用したシステムの一実施例を概略的に示したシステム概略図である。図１に示したバーチャルリアリティシステムは、手袋型入力装置１とコンピュータ２とディスプレイ３等から構成される。バーチャルリアリティシステムはこれら以外のハードウェアを有する場合もあるが、ここでは必要最小限の資源を用いた場合について説明する。
【００１６】
当該実施例における手袋型入力装置１（以下、データ入力用グローブと呼ぶ）は、使用者の左手に装着されて使用されるものを例に示している。つまり、左手用のデータ入力用グローブ１である。勿論、データ入力用グローブ１は右手に装着できるように形成されてもよい。また、左右の手にそれぞれ別々のデータ入力用グローブ１を装着して同時に使用してよいことは言うまでもない。ディスプレイ３は、仮想対象物（図では球）を含めた仮想空間を表示し、使用者はディスプレイ３により仮想空間を視覚できるようになっている。このようなバーチャルリアリティシステムにおいて、使用者はデータ入力用グローブ１を装着した状態で左手の各指を動かすと、データ入力用グローブ１は使用者の左手の動き（各指の動き）に合わせて各指の曲がり具合等の変化を計測して、この計測した値をコンピュータ２に入力可能な数値データに変換する。コンピュータ２は中央演算処理装置（ＣＰＵ）を具えた、例えばパーソナルコンピュータのようなものであって、データ入力用グローブ１から得られる数値データを解析して、ディスプレイ３の画面Ｘ上に表示されている仮想空間内の手（各指）を実際に行われた使用者の手の動き（各指の動き）にあわせて動かしながら表示する。データ入力用グローブ１とコンピュータ２間及びコンピュータ２とディスプレイ３間には、前記数値データや制御データ等を送受信できるように信号伝送手段４で各々結合されている。
【００１７】
なお、ディスプレイ３は図示したようなものに限らず、立体ホログラムを用いて表示するものや、あるいはＨＭＤ（Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙの略）等、どのようなものであってもよい。ＨＭＤは液晶等を用いた表示装置であり、使用者はこのＨＭＤを眼前の視野を遮るように装着することで仮想空間を視覚できる。さらに、ハーフミラー等を用いて、使用者の眼前の風景に仮想の像を重畳して視覚できるものもある。
また、信号伝送手段４は図示したような有線のものでなくてもよく、無線等ワイヤレスのものであってもよい。また、このようなバーチャルリアリティシステムは単体で用いられるだけでなく、当該バーチャルリアリティシステムと現実のロボットシステム等を組み合わせて、現実的なロボット等の操作制御を行うことができるようにしてよいことは言うまでもない。さらに、コンピュータ２やディスプレイ３を当該入力装置１とは別々に構成したが、一体的に構成してもよい。
【００１８】
図２は、本発明に係るデータ入力用グローブの一実施例を、主に各指の屈曲検出手段に相当する部分について、概略的に示した全体概略構成図である。ただし、説明を理解しやすくするために当該データ入力用グローブを使用者に装着した状態で、かつ、データ入力用グローブの内部的な構造のみを示した。図３は、図２に示したデータ入力用グローブの１本の指についてのみ拡大して詳細に示した一部拡大図である。
【００１９】
当該データ入力用グローブ１は、各指の曲がり具合を検出するための検出器１０が各指に対応するように装着されて、固定ベルト５によって手首の部分で固定される。自在バンド６はその長さを自由に調整することができ、指を取り囲むようにしてデータ入力用グローブ１を固定する（図３参照）。この際、各指の関節位置とデータ入力用グローブ１の関節位置との相対的位置にずれが生じないように各指の関節部分の太さにあわせて固定する。ガイド７は、中空の例えば円柱や円錐あるいは直方体といったような適宜の形状に形成され、その中空部分をワイヤ８が通っている。そのため、指が曲げられた際でもワイヤ８は各関節部分で引っかかることなく滑らかにＹ方向に自由に往復動できるようになっている。ワイヤ８は、各指に沿って各指の第１関節部分の自在バンド６に設けられた長さ調節機構９から各関節部分のガイド７を通って検出器１０まで形成される。長さ調節機構９は、ワイヤ８の長さを指の長さにあわせて自由に調節し、ワイヤ８の一端を固定するものである。固定ベルト５には検出器１０が配置され、この検出器１０は指の動きに合わせてワイヤ８が指先及び手首間をＹ方向に往復移動するとその動きを検出できるようになっている。
【００２０】
なお、図２及び図３では各指にワイヤ８を１本のみ構成した例を示したが、図４Ａに示すように各指の関節毎にワイヤ８を複数具えるように構成してもよい。こうすることにより、ワイヤを１本のみ構成した場合と比較してより各指の動きを詳細に捉えることができるようになる。勿論、ワイヤ８に対応して検出器１０等を複数設けることは言うまでもない。また、ワイヤ８はこれに限られるものではなく、糸のようなものであってもよい。例えば、図示の人差し指の例では、ワイヤ８ａが第１関節、ワイヤ８ｂが第２関節、ワイヤ８ｃが第３関節の動きを各々個別に伝導するものであり、検出器１０ａ、１０ｂ、１０ｃで各々の動きを検出する。
【００２１】
また、指の動きを検出するためのワイヤ８の配置は上述の例に限らず、例えば、各指の間（すなわち、各指の股）や手の甲の摺曲部あるいは手首等に適切にワイヤ８を配置するようにしてもよい。すなわち、各指の間の開き具合や、手の甲の褶曲具合、手首の曲げ状態等を検出しうるようにワイヤ８を配置してもよい。これを図示すると、例えば図４Ｂに示す図のようになる。すなわち、各指の間や、親指と小指間、及び手首の部分（固定バンド５上）にワイヤ８１〜８６を各々具えるように構成し、これに対応するように検出器１０１〜１０６を配置する。各ワイヤ８１〜８６は、各々長さ調節機構９１〜９６によりその長さが一定に保たれる。
各指の間のワイヤ８１〜８４は隣りあった各指間の開閉動作を個別に伝達するものであり、検出器１０１〜１０４でその動きを検出する。例えば、図示の親指と人差し指の間が開かれると、ワイヤ８１がその動きを伝達して、検出器１０１で親指と人指し指の開閉状態を検出する。親指と小指間のワイヤ８５は手の甲の褶曲具合を伝達するものであり、検出器１０５でその動きを検出する。例えば、手のひらを握ったり、あるいは親指と小指とを接触させようと互いの指を近づけたりすると、ワイヤ８５がその動きを伝達して、検出器１０５で手の甲の褶曲状態を検出する。ワイヤ８６は手首の曲げ状態を伝達するものであり、検出器１０６でその動きを検出する。ワイヤ８６は、一方の先端が手の甲の所定位置に位置するように固定ベルト５上に配置されて、手首の曲げ動作を伝達し、検出器１０６で手首の曲げ状態を検出する。
【００２２】
なお、上述の例では検出器１０１〜１０５を自在バンド６上に配置したが、固定バンド５上に配置するようにしてもよい。その場合には、検出器１０１〜１０５の位置に例えば滑車（ローラ）などを配置し、ワイヤ８１〜８５の一端が滑車を介して固定バンド５側の検出器まで届くように構成する。また、親指と小指間だけにワイヤ８５を配置したものを図示したが、これに限らず、親指と薬指間や小指と人差し指間、あるいは人差し指と薬指間等に適宜にワイヤを配置して、手の甲の褶曲具合を検出できるようにしてもよい。また、これらを複数組み合わせて用いてもよい。
また、上述した図２や図４Ａに示した実施例と図４Ｂに示した実施例とを適宜組み合わせて構成してよいことは言うまでもない。
【００２３】
図３に戻り、ワイヤ８の先端は長さ調節機構９と結合しており、他方の先端はセンサ部１１を通って引っ張りばねからなるコイルばね１２と結合している。また、コイルばね１２のもう一方の先端はテンション調節機構１３に固定されている。すなわち、ワイヤ８はこのコイルばね１２の有する付勢力によって、常に所定のテンションがかかった状態に保たれる。テンション調節機構１３は、上位コントローラ（コンピュータ２等）から与えられる制御信号に応じて、コイルばね１２によるテンションを可変調節するものであり、フォースフィードバックを実現するものである。その詳細は後述する。この実施例では、指を曲げていない状態ではコイルばね１２が静的状態を保つように調節され、指を曲げるとそれに伴ってコイルばね１２の有する付勢力に抗してワイヤ８が引っ張られるようになっている。検出器１０は、このワイヤ８が引っ張られることによるワイヤ８の変位量をセンサ部１１で検出して指の動きを検出する。さらに、検出器１０はワイヤ８の変位の速度あるいは加速度を検出して、指の動きの速さあるいは加速度を検出するようにしてもよい。
【００２４】
ここで、指の動きの検出について具体的な実施例を用いて説明する。図５は、ワイヤ８の変位を検出する位置検出手段すなわち検出器１０の一実施例を概略的に示した概略構成図である。当該検出器は、図２及び図４に示すように各指（あるいは各指の関節）毎に各々対応して構成される。
【００２５】
この実施例において、センサ部１１は、例えば特開昭１０−１５３４０２号に示されたような誘導式の直線位置検出装置を用いて構成されており、ワイヤ８の側に所定間隔で固定的に設けられた１又は複数の磁気応答部材１５と、固定ベルト５の側に固定的に設けられた１次巻線ＰＷおよび２次巻線Ｓ１〜Ｓ４とからなる。１次巻線ＰＷおよび２次巻線Ｓ１〜Ｓ４は、非磁性体からなるチューブ１４の所定においてその周囲に巻回されており、サイン相、コサイン相、マイナス・サイン相、マイナス・コサイン相にそれぞれ対応する４つの２次巻線Ｓ１〜Ｓ４は、変位方向に関してそれぞれ異なる位置に配置されている。例えば、１つの２次巻線（Ｓ１〜Ｓ４）がカバーする範囲の長さをＰ／４とすると、４つの２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の全体ではＰの長さをカバーする。また、すベての２次巻線Ｓ１〜Ｓ４をカバーするように１相交流励磁される１次巻線ＰＷが設けられている。図示の例では、１次巻線ＰＷの外側に２次巻線Ｓ１〜Ｓ４が巻回されているがこれは逆であってもよい。また、図示の例では、各２次巻線Ｓ１〜Ｓ４のコイル長がＰ／４のように描かれているが、これよりも短くてもよい。その場合、各２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の間に分割して１次巻線ＰＷを挿入してもよい。
【００２６】
ワイヤ８は例えばナイロン糸のような強靱な非磁性かつ非導電性の糸からなっており、そのうち前記チューブ１４内に入っている及び侵入する可能性のある所定の範囲において、１又は複数の磁気応答部材１５が所定間隔で固定的に設けられている。これにより、指の動きに連動してワイヤ８が変位すると、これに応じて磁気応答部材１５が変位し、センサ部１１において、１次及び２次巻線に対する磁気応答部材１５の相対的位置が変位する。この磁気応答部材１５の相対的変位に応じた出力を２次巻線Ｓ１〜Ｓ４から得ることにより、指の動きを検出することができる。磁気応答部材１５としては、鉄等の磁性体または銅あるいはアルミニウム等の良導電体を使用することができる。磁気応答部材１５として磁性体を用いた場合は、該磁気応答部材１５が近接する箇所で１次及び２次巻線間の磁気結合度が上がり、対応する２次巻線に誘導される電圧レベルが上がる。一方、磁気応答部材１５として良導電体を用いた場合は、該磁気応答部材１５が近接する箇所で渦電流損によって１次及び２次巻線間の磁気結合度が下がり、対応する２次巻線に誘導される電圧レベルが下がる。どちらの場合でも、磁気応答部材１５の近接に相関する誘導出力電圧を２次巻線Ｓ１〜Ｓ４から得ることができる。
【００２７】
例えば、１つの磁気応答部材１５のサイズは、長さにしてＰ／２若しくはその前後の適宜の値又はＰ／２未満の適宜の値であり、複数の磁気応答部材１５を設ける場合は、長さＰの周期でこれを繰り返して設ける。これにより、ワイヤ８の長さＰの変位に対応して、センサ部１１の２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の誘導出力電圧は１周期の変化を示す。指の動きに対応したワイヤ８の変位量は比較的わずかなものであるので、その最大変位量が前記長さＰを越えないようにセンサ部１１の各巻線の寸法を設計すれば、指の動きに対応したワイヤ８の変位量を長さＰの範囲内のアブソリュート値で検出することができる。もちろん、ワイヤ８の変位量が前記長さＰを越える場合であっても、磁気応答部材１５を長さＰの周期で複数設けているので、この変位を検出することができる。その場合は、周知のように、長さＰを越えた回数（周期数）を別途演算等で求めることにより、長さＰを越えたワイヤ８の変位量を検出することが可能である。なお、磁気応答部材１５の形状は、図示のような細長の円柱状に限らず、球状あるいは楕円球状等適宜の形状であってもよいのは勿論である。なお、図示の都合上、各巻線を長く描いているが、実際は、もっと短く、かなり小型化される。
【００２８】
センサ部１１における１次及び２次巻線はかなり小型のものになるため、ワイヤ８の変位時に磁気応答部材１５のでっぱりが巻線等何かにひっかかることがあるかもしれない。そのような懸念を除去するために、１次及び２次巻線を巻回しているチューブ１４は、巻線の全長よりもある程度前後に長くし、すべての磁気応答部材１５の移動範囲をカバーしうるようにするとよい。これによって、ワイヤ８の動きに伴う磁気応答部材１５の動きがチューブ１４によって保護され、スムーズとなる。勿論、ワイヤ８における磁気応答部材１５の配置箇所全体を非磁性樹脂等で薄くコーティングして滑らかにしてもよい。
【００２９】
ワイヤ８の末端はコイルばね１２の一端（可動端）に固定され、該コイルばね１２の他端（固定端）は適宜の手段で基部（つまり固定ベルト５）に対して固定される。なお、後述するようにテンション調節機構１３を具備する場合は、該コイルばね１２の他端（固定端）がテンション調節機構１３で所定位置に固定（半固定）され、かつ、その固定位置が上位コントローラからの制御信号に応じて可変されることにより、コイルばね１２のテンションが調節され、ワイヤ８を介して指に加わる負荷荷重が調節されることとなる。すなわち、制御信号に応じて任意の力覚提示を為すことができる。勿論、テンション調節機構１３を具備しない形態で本発明を実施することも可能である。
【００３０】
図５に示した実施例においては、以下に説明するレゾルバ原理に従う位置検出処理によって、指の動きに応じた位置検出出力を得るのに適している。
図６は、センサ部１１において、レゾルバ原理に従う位置検出処理を行うために採用する、１次巻線ＰＷ及び２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の結線状態を示す図である。
【００３１】
１次巻線ＰＷは１相の交流信号（便宜上、ｓｉｎωｔで示す）によって励磁される。各２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の配置と磁気応答部材１５の配置との関係によって、概ね、範囲Ｐにおける磁気応答部材１５の移動を、０度≦θ≦３６０度、なる角度表示で示すとすると、サイン相の２次巻線Ｓ１における誘導出力の振幅関数はｓｉｎθで表わすことができ、次のコサイン相の２次巻線Ｓ２における誘導出力の振幅関数はｃｏｓθで表わすことができ、次のマイナス・サイン相の２次巻線Ｓ３における誘導出力の振幅関数は−ｓｉｎθで表わすことができ、次のマイナス・コサイン相の２次巻線Ｓ４における誘導出力の振幅関数は−ｃｏｓθで表わすことができることによる。換言すれば、概ねそのような関係が得られるように設計する。１つおきに配置された２次巻線Ｓ１とＳ３は差動接続されて、第１の出力交流信号Ａを生じる。もう一方の１つおきに配置された２次巻線Ｓ２とＳ４も差動接続されて、第２の出力交流信号Ｂを生じる。
【００３２】
よって、磁気応答部材１５の相対的変位に応じて、一方の２次巻線Ｓ１，Ｓ３の差動接続から得られる第１の出力交流信号Ａはサイン関数の振幅関数ｓｉｎθを持つもの、つまりＡ＝ｓｉｎθｓｉｎωｔで表わすことができるものとなり、他方の２次巻線Ｓ２，Ｓ４の差動接続から得られる第２の出力交流信号Ｂはコサイン関数の振幅関数ｃｏｓθを持つもの、つまりｃｏｓθｓｉｎωｔで表わすことができるものとなる。
【００３３】
こうして、図５及び図６のような配置及び巻線構成によれば、従来知られたレゾルバにおいて得られるのと同様の、同相交流であって２相の振幅関数を持つ２つの出力交流信号（サイン出力とコサイン出力）をデータ入力用グローブ１において得ることができることが理解できる。従って、本実施例の検出器１０において得られる２相の出力交流信号（Ａ＝ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔとＢ＝ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ）は、従来知られたレゾルバの出力と同様の使い方若しくは処理をすることができる。例えば、適切なディジタル位相検出回路３０を使用して、上記２相の出力交流信号Ａ，Ｂにおけるサイン関数ｓｉｎθとコサイン関数ｃｏｓθの位相値θをディジタルで測定することができる。例えば特開平９−１２６８０９号に示されたような位相検出方式を使用することができる。これにより、連続的な指の動きを高分解能かつアブソリュートで検出することができる。この場合、位相検出回路３０は専用集積回路及び／又はマイクロプロッセッサ等を含む回路構成とすることができ、これを使用者の固定ベルト５の側に設け、信号伝送手段４を介して上位のコンピュータ２に接続するようにするとよい。そのように、使用者の側にマイクロプロッセッサ等を具備することによって、様々な付加的な機能を実現しうるインテリジェントなデータ入力用グローブを構成することができる。なお、位相検出回路３０はディジタル方式に限らず、アナログ方式のものであってもよい。
【００３４】
なお、図５の構成において、図７に示すように、１次巻線と２次巻線の関係を逆にして、公知の位相シフトタイプ位置検出器のように構成してもよい。すなわち、４つの巻線Ｓ１〜Ｓ４を１次巻線とし、巻線ＰＷを２次巻線とする。この場合、一方の差動接続された１次巻線Ｓ１，Ｓ３の対を例えばサイン相の交流信号ｓｉｎωｔによって励磁し、他方の差動接続された１次巻線Ｓ２，Ｓ４の対を例えばコサイン相の交流信号ｃｏｓωｔによって励磁する。そうすると、１次巻線Ｓ１，Ｓ３による２次側の誘導出力は前記から例えばｓｉｎθ・ｓｉｎωｔに相当するものとなり、また、１次巻線Ｓ２，Ｓ４による２次側の誘導出力は前記から例えばｃｏｓθ・ｃｏｓωｔに相当するものとなる。よって、２次巻線ＰＷに得られるこれらの合成出力は、指の動きに応じた電気的位相シフトθを含む信号（例えばこれをｓｉｎ（ωｔ＋θ）で示す）となる。この出力信号ｓｉｎ（ωｔ＋θ）における電気的位相シフトθを公知の位相測定回路で、ディジタル的に又はアナログ的に検出するようにすればよい。この場合も、連続的な指の動きを高分解能で検出することができる。
【００３５】
更に、２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の出力に基づき指の動きの検出データを具体的に得るための構成は、上記例に限らず、他の適宜の構成を用いてよい。
例えば、最も、単純には、各２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の出力レベルを単純に比較して、最もレベルの低い１つの２次巻線（Ｓ１〜Ｓ４のいずれか）が配置されている位置をワイヤの変位量として検出するやり方がある。ただし、この場合は、Ｐの範囲を４分割した分解能でしか検出することができない、という不利がある。このような発想の変形としては、２次巻線の数が１個のみ、又は４個以上でも４個未満でもよい、ということになる。指が伸ばされている状態（すなわち、ワイヤが変位していない状態）若しくは指が曲げられている状態（すなわち、ワイヤが変位した状態）のいずれかのみを検出する場合、そのような実施の形態も有りうる。すなわち、２次巻線の数は４個に限ることなく、１又は任意の複数であってよい。あるいは、２個の２次巻線のみを差動接続して設け、差動トランスのように、ワイヤの連続的な移動位置に対応するアナログ電圧を得ることも可能である。
【００３６】
図８は、検出器１０におけるセンサ部１１の別の実施形態を示すものである。
この例においては、ワイヤ８の側には所定位置に永久磁石１６が設けられており、指の動きに応じたワイヤ８の変位に従って永久磁石１６が、１次及び２次巻線ＰＷ，Ｓ１〜Ｓ４に対して相対的に変位する。１次及び２次巻線ＰＷ，Ｓ１〜Ｓ４の中心空間内には、長さＰの全域にわたって磁性体コア１７が固定的に設けられる。永久磁石１６は、磁性体コア１７に沿ってその近傍を、ワイヤ８の変位に伴って移動するように配置されている。磁性体コア１７は、比透磁率が大きく、保磁力の小さな珪素鋼などの磁性体からなり、その形状は細長の円柱状であってもよいし、珪素鋼板を積層して形成された細長の直方体形状等、適宜の形状であってもよい。この磁性体コア１７の周囲に１次巻線ＰＷ及び２次巻線Ｓ１〜Ｓ４が所定の配置で巻回されている。磁性体コア１７と１次巻線ＰＷ及び２次巻線Ｓ１〜Ｓ４は適当な非磁性ケーシングに収納されて、固定バンド５の所定位置に固定的に配置される。なお、図示の都合上、各巻線の径を大きく、また、磁性体コア１７を太く、描いているが、実際は、これらをかなり細くすることができるので、これらを収納した非磁性ケーシングは磁石１６等に比べてかなり細い（薄い）ものである。
【００３７】
このような構成によっても、既に上述した別の実施例と同じようにして１次巻線ＰＷを１相の交流信号によって励磁することにより、２次巻線Ｓ１〜Ｓ４に位置検出出力信号を出力させ、これにより指の動きを検出できるようになる。
すなわち、磁石１６が近接していない限り、磁性体コア１７の存在によって１次巻線ＰＷと２次巻線Ｓ１〜Ｓ４との間の磁気結合度は大であり、２次巻線Ｓ１〜Ｓ４からは大きなレベルの誘導出力が得られる。しかし、長尺の磁性体コア１７のいずれかの箇所に対して、そのときのワイヤ８の位置に応じて磁石１６が近接すると、その箇所では、該磁石１６から発される磁束を強く受け、磁気飽和状態となる。換言すれば、そのように磁石１６が近接した磁性体コア１７の箇所において部分的に磁気飽和状態となるように磁石１６の性能及びサイズ等を決定するものとし、また、それに応じた適切な誘導出力の変化が得られるように、各巻線ＰＷ，Ｓ１〜Ｓ４のコイル長、巻数等を設定するものとする。磁気飽和状態となった磁性体コア１７の箇所では、１次ＰＷ及び２次巻線Ｓ１〜Ｓ４間の電磁誘導性能に関しては磁性体コア１７が存在していない空状態と等価となり、１次ＰＷ及び２次巻線Ｓ１〜Ｓ４間の磁気結合度は低下する。よって、磁石１６の近接に応じた、つまりワイヤ８の変位に応じた、誘導出力信号が各２次巻線Ｓ１〜Ｓ４から得られることになる。基本的にはこのような原理で、２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の出力に基づきワイヤ８の変位量、すなわち、指の動きを検出することができることになる。
【００３８】
こうして、ワイヤ８の変位に応じて移動する永久磁石１６が近接する磁性体コア１７の特定箇所で磁気飽和状態となり、その箇所に対応する１次巻線ＰＷと２次巻線間Ｓ１〜Ｓ４の磁気結合度が低下する。従って、１次巻線ＰＷと２次巻線間Ｓ１〜Ｓ４の磁気結合が指の動きに応じて変化され、これにより、ワイヤ８の変位量に応じて振幅変調された誘導出力交流信号が、各２次巻線Ｓ１〜Ｓ４に誘起されることになる。この図８の例においても、先にあげた実施例と同様に位相検出回路を介することにより、当該実施例においても指の動きを検出することができる。勿論、当該実施例においても、上述のレゾルバ型の位置検出だけでなく、位相シフト型の位置検出ができることは言うまでもない。
【００３９】
センサ部１１における１次及び２次巻線の数及び配置等は、上記各実施例に示したものに限らず、適宜に変形可能である。
【００４０】
次に、フォースフィードバック機能を実現するテンション調節機構１３を具えたデータ入力用グローブの一実施例について図９により説明する。
図９において、テンション調節機構１３は、コイルばね１２の他端（固定端）に連結されたストッパ２１と、該ストッパ２１を矢印Ｆ方向に駆動するための電磁ソレノイド２０とを含んでいる。ストッパ２１の所定個所には鍔状またはその他適宜の形状の突起部２１ａが形成されている。ストッパ２１の先端はソレノイド２０のプランジャ（可動鉄心）１９に連結されている。所定位置に固定ブロック１８が配置されており、コイルばね１２の力によりストッパ２１が矢印Ｆとは反対方向に駆動されるとき、ストッパ２１の突起部２１ａが固定ブロック１８によって係止される。すなわち、電磁ソレノイド２０を付勢していないとき、コイルばね１２の力によりストッパ２１が矢印Ｆとは反対方向に付勢され、ストッパ２１の突起部２１ａが固定ブロック１８によって係止され、その位置に対応してコイルばね１２の他端（固定端）が固定される。通常は、ソレノイド２０が付勢されていない状態で使用され、フィードバックフォースを付加するとき、上位コントローラ（例えばコンピュータ２）から与えられる制御信号によってソレノイド２０を付勢する。これにより、プランジャ１９が矢印Ｆ方向に駆動され、コイルばね１２が同方向に伸ばされて、ワイヤ８に対する引っ張りテンション（つまりコイルばね１２による矢印Ｆ方向への付勢力）が増大する。これによって、手指に対してフィードバックフォースを与えることができる。通常のソレノイド２０は１個の励磁コイル２０ａのみからなる。本実施例においても、１個の励磁コイル２０ａのみからなるソレノイド２０を用いて、フィードバックフォースを１段階でオン・オフ制御するだけであってもよい。しかし、図示の例では、フィードバックフォースを多段階制御できるようにするために工夫をした例が示されている。すなわち、図示の例では、ソレノイド２０において３つの励磁コイル２０ａ，２０ｂ，２０ｃが順次縦続配置されており、各励磁コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃを順次に切換えて通電することにより、プランジャー１９が順次吸引されて矢印Ｆ方向に直線的に順次移動するように構成されている。つまり、励磁コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃの順に励磁することによって、プランジャー１９は順に右から左の位置まで３段階に位置を移動する。これを図で示すと、図１０Ａ〜１０Ｃのようである。図１０Ａは右側の励磁コイル２０ａに通電した際の概念図、図１０Ｂは中央の励磁コイル２０ｂに通電した際の概念図、図１０Ｃは左側の励磁コイル２０ｃに通電した際の概念図である。
【００４１】
ここで、上述のソレノイドを用いたフォースフィードバック機構の動作について簡単に説明する。
通常の状態、すなわち、各励磁コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに通電していない場合においては、プランジャー１９は右端の位置に保持され、コイルばね１２は伸ばされていない状態である（図９参照）。そして、例えば使用者が指を曲げる動作を行うと、ストッパ２１によりコイルばね１２の一端が所定の基準位置Ａに位置付けられ、コイルばね１２はワイヤ８を介して指の曲げに応じた分だけ引っ張られる。この状態で励磁コイル２０ａのみに通電すると、プランジャー１９は励磁コイル２０ａに吸引されて、左方向へ１段階移動する（図１０Ａ参照）。すると、コイルばね１２の一端が基準位置Ａから左側へ移動し、励磁前に比べてコイルばね１２が伸ばされた状態となって付勢力が強く働くことから、使用者はより強い力を加えないと励磁前と同じ指の曲げ状態を保持することができない。あるいは、使用者がより指を深く曲げようとするには、励磁コイル２０ａに通電していない状態で指を曲げる場合に比較して、コイルばね１２の有する付勢力に抗する力がより多く必要となる。次に、励磁コイル２０ｂのみに通電すると、プランジャー１９は励磁コイル２０ｂに吸引されて、左方向へ１段階移動する（図１０Ｂ参照）。さらに、励磁コイル２０ｃのみに通電すると、プランジャー１９は励磁コイル２０ｃに吸引されて、左方向へさらに１段階移動する（図１０Ｃ参照）。こうして、プランジャー１９が左方向へ移動してコイルばね１２が引き伸ばされていくことに伴って、コイルばね１２の有する付勢力に抗するための力はより強い力が必要とされる。すなわち、コイルばね１２の付勢力を各励磁コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃの励磁によって調節できるようになっている。
【００４２】
そこで、例えば使用者が受けるであろう仮想対象物又は仮想環境からの反力をコンピュータ２（図１参照）によりその都度計算させ、この計算結果に比例して各励磁コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃを通電するように構成すれば、随時にコイルばね１２の付勢力を変化させることができ、使用者は指を動かしたときに可変のフォースフィードバックを受けたような仮想状態を得ることができるようになる。例えば、バーチャルリアリティによって指で物をつかんだとき、フィードバックフォースが弱い場合は軟らかいものをつかんだ感覚を得ることができ、フィードバックフォースが強い場合は硬いものをつかんだ感覚を得ることができる。
【００４３】
なお、各励磁コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃの順次の切換えにあたっては、切換えタイミングや通電する電流値等を適宜に制御して、プランジャー１９が段階的に動作できるようにすることは勿論である。また、本実施例においては励磁コイルを３個だけ構成したものを示したがこれに限らず、励磁コイルは少なくとも１個以上あればよい。ただし、できるだけ数多く励磁コイルを設けたほうが、より細かいフォースフィードバック制御を行うことができる。さらに、検出器１０においてセンサ部１１とテンション調節機構１３を一体的に設けたものを示したが、どちらか一方を具備してもよい。勿論、フォースフィードバックは上述したソレノイド２０による方法だけに限られるものではなく、例えばモータ等適宜のアクチュエータを用いてもよい。
【００４４】
なお、上述した各実施例においては、指先側にワイヤ８を固定して手首側に設けた検出器１０によってワイヤ８の動きを検出するようにしたが、これに限らず、反対に手首側にワイヤ８を固定して指先側に検出器１０を設けるように変更することも可能である。
また、センサ部１１における１次及び２次巻線ＰＷ、Ｓ１〜Ｓ４と磁気応答部材１５又は磁石１６との関係は、上述した実施例に限らず、１次及び２次巻線ＰＷ、Ｓ１〜Ｓ４側をワイヤ８の所定位置に配置し、磁気応答部材１５又は磁石１６側を検出器１０の側に固定的に設けるようにしてもよい。
また、センサ部１１は誘導型のものに限らず他の構成のものを用いてもよい。
また、弾性付勢手段としては、コイルばね１２に限らず、ゴムのような伸縮性のある適宜の弾性部材を用いてもよい。
【００４５】
なお、センサ部１１は手首側（又は指先側）の１箇所だけに（すなわち、検出器１０として一体的に）構成されるものに限らず、各ガイド７毎に各々設けるようにしてもよい。これを図示すると、図１１に示す図のようになる。すなわち、各関節毎に配置されたガイド７において、例えば、図５に示したような１次及び２次巻線ＰＷ、Ｓ１〜Ｓ４と磁気応答部材１５とからなるセンサ部１１ａ、１１ｂを各々配置する。これにより、各センサ部１１、１１ａ及び１１ｂによって各関節毎における指の動きを検出することができ、センサ部１１、１１ａ及び１１ｂの検出値から各関節毎の曲がり具合等（つまり、指全体の外形）の判定を行うことができる。こうして、各指１本ずつのワイヤ８のみで複数の関節の曲げ具合を検出することができるようになる。
なお、この場合において、上述した位相検出回路３０（図７参照）を各センサ部１１、１１ａ、１１ｂ毎に各々設けてもよいが、１つの位相検出回路３０を複数のセンサ部１１、１１ａ、１１ｂで共用して用いるようにしてもよい。
【００４６】
次に、本発明に係る手袋型入力装置（データ入力用グローブ）の一実施例として、各指の曲げ伸ばしだけでなく各指の接触状態や接触位置などを検出する接触検知手段を具備し、各指の接触形態をも考慮して指及び／又は手の為している状態（形態）を捉えるようにすることによって、使用者が為している手話手形などをより正確・確実に検出することができるようにした手袋型手形入力装置について説明する。そのための接触検知手段として、例えば、使用者の指先や使用者の手の所定位置、すなわち手のひらや手の甲あるいは各指の側面（つまり指の脇）といったそれぞれの所定位置に適宜の構成からなるタッチセンサなどを配設して、各タッチセンサからの接触検出信号と各指の曲げ伸ばし検出信号との組み合わせに従って使用者が形作っている手話手形などを判別できるようにするとよい。図１２は、かかる接触検知手段を具備する本発明に係る手袋型入力装置の一実施例を示す概略図である。ただし、本発明に係る手袋型入力装置を手話手形などを入力するための手袋型手形入力装置として構成した場合においても各指の曲げ伸ばしを検出する屈曲検知手段やフォースフィードバックを付与する手段等に関しての構成は上述した各実施例に示した構成と同様の構成であってよいし、あるいは他の適宜の構成を用いてもよいことから、この図１２に示す実施例ではそれらの図示を省略し、接触検知手段のみについて図示している。
【００４７】
この実施例に示す手袋型入力装置（データ入力用グローブ）は、既に説明したようなワイヤ等を用いた各指の曲げ伸ばしの検出に関する機構や各指に対するフォースフィードバックに関する機構（この図１２では図示せず、上述した図２〜図４Ｂに示す各図参照）などと共に、各指の接触状態や接触位置などを検出するためのタッチセンサ２２ａ〜２２ｄをそれぞれ手袋型のグローブ１の所定位置に配設したものである。手話手形では単に指先を他方の手に接触させたり、指先と手のひらや手の甲とを接触させたり、若しくは左右の指をクロスしたりする等の、各指と手の配置との組み合わせ形態に応じて、複数の文字の中からいずれか１文字を表すことができるようになっている（すなわち指文字）。例えば日本指文字に関する手話手形において、右手の指全部を開いた状態（つまり、じゃんけんで言うパーの状態）から、人差し指と小指はそのまま指を伸ばした状態のままで、かつ、互いの指の脇をくっつけた中指と薬指の両方の指先を親指の指先とくっつけた状態である形態（つまり、中指と薬指と親指の各指先を同時に用いて物をつまむような形態）は、日本文字での「き」を表すようになっている。そこで、図１２に示すデータ入力用グローブ１のように、各指の指先及び／又は手の所定位置にタッチセンサ２２ａ〜２２ｄをそれぞれ配設することによって、各タッチセンサ２２ａ〜２２ｄの配置位置において各指の指先や手のひらや手の甲などによる接触状態を検出できるようにする。この実施例では、手のひら側の各指先にそれぞれ１個ずつのタッチセンサ２２ａ、親指以外の各指の腹部分にそれぞれ１個ずつのタッチセンサ２２ｂ、小指以外の指の側面（脇）にそれぞれ１個ずつのタッチセンサ２２ｃをそれぞれ配置し、さらに手の甲側に親指以外の各指の所定位置（例えば第１関節と第２関節との間など）にそれぞれ１個ずつのタッチセンサ２２ｄ、計１７個のタッチセンサ２２ａ〜２２ｄをそれぞれ所定位置に配設した例を示した。勿論、この実施例に示したタッチセンサ２２ａ〜２２ｄの数や形状あるいは配置位置などは一例であって、必ずしもこれに限られるものではない。
【００４８】
図１２に示すような位置に配設したタッチセンサ２２ａ〜２２ｄでは、その配置位置における各指の指先や手のひらや手の甲などのそれぞれの接触状態をオン・オフ出力に従い検出することができるようになっている。そして、各タッチセンサ２２ａ〜２２ｄから得られた検出信号（つまりオン・オフ信号）は各指の曲げ伸ばし検出信号などと同様に上位コントローラ（例えば上述した図１に示すコンピュータ２）へと与えられて、上位コントローラによりこれらの検出信号の組み合わせから左右の手や各指とがどのような位置関係（どのような接触状態）にあるかが判定され、該判定された位置関係に相当する手話手形に従って該当する文字を特定する。すなわち、手話手形では上記したような片手のみで手話手形を形作る形態以外にも指先を他方の手に接触させたりして手話手形を形作るといった複雑な形態もあるが、この実施例に示す手袋型入力装置においては各指の曲げ伸ばしと共に各指や手の接触状態を検出することによって、それらの検出信号の組み合わせから複雑な形態の手話手形をも検出することができるようになっている。
【００４９】
なお、各指の曲げ伸ばし検出信号と各タッチセンサ２２ａ〜２２ｄから得られた検出信号との組み合わせによる位置関係の判定から手話手形による文字の特定までの一連の処理を、上述したようにデータ入力用グローブ１とは別々に構成されたコンピュータ２側（図１参照）で実行させてもよいし、あるいはデータ入力用グローブ１の例えば固定ベルト５にＣＰＵ等を具えたマイクロコンピュータＭＣを設けて、当該マイクロコンピュータＭＣに各指の曲げ伸ばし検出信号と各タッチセンサ２２ａ〜２２ｄからの検出信号とを入力し、前記一連の処理を実行させて文字を特定するようにしてもよい。
【００５０】
次に、本発明に係る手袋型入力装置（データ入力用グローブ）における接触検知手段の別の実施例について、図１３を用いて説明する。図１３の（ａ）は接触検知手段の配置例を示す概略図、（ｂ）は検知のための回路構成例を示す回路図である。図１３（ａ）は、タッチセンサを、各指の指先毎に設けられた発信コイル２３ａ〜２３ｅと、手のひらの所定位置に設けられた受信コイル２４とで構成した例を示している。受信コイル２４の数は、１又は複数であってよく、要するに、各指の指先が接触しやすい手の平の適宜の部位に設けられていればよい。
【００５１】
図１３（ｂ）に示すように、各指先の発信コイル２３ａ〜２３ｅは、交流信号源２５ａ〜２５ｎから発生されるそれぞれ異なる周波数ｆａ〜ｆｎの交流信号で励磁されており、任意の指の指先が手の平に接触したときに、当該指先の発信コイル（２３ａ〜２３ｅ）の励磁周波数に応じた誘導２次出力信号が受信コイル２４から生じる。これによって、発信コイル２３ａ〜２３ｅが配置されている各指がどの位置に接触しているかを検出できるようになっている。受信コイル２４に誘導電圧が生ずると、周波数検出回路２６は該誘導電圧の周波数を検出する。受信コイル２４に生じる誘導電圧の周波数は、受信コイル２４に接触した発信コイル２３ａ〜２３ｅの励磁周波数と同じである。したがって、周波数検出回路２６により受信コイル２４に生じた誘導電圧の周波数を検出することで、どの指の指先が手の平に接触しているのかが分かることになる。ひとつの手の平に対応してひとつの周波数検出回路２６を設けるだけでもよいし、あるいは、手の平の異なる部位に配置された各受信コイル２４毎に周波数検出回路２６を別々に設けてもよい。それにより、同じ指であっても手の平の異なる部位のどこに接触したかを区別することができる。
【００５２】
図１３の変更例として、受信コイル２４に替えて、磁性体または導電体等の磁気応答性物質を、手の平の所定位置に配置するようにしてもよい。その場合、或る指先の発信コイル２３ａ〜２３ｅが、該手の平の所定位置に配置された該磁気応答性物質に近接すると、該発信コイル２３ａ〜２３ｅのインピーダンスが変化する。従って、各発信コイル２３ａ〜２３ｅのインピーダンス変化を検出することで、どの指が手の平の所定位置に接触したかが検知できる。この場合、各発信コイル２３ａ〜２３ｅのインピーダンス変化を個別に検出する回路構成を採用することで、どの指のコイル２３ａ〜２３ｅのインピーダンスが変化したかが判明するので、各発信コイル２３ａ〜２３ｅの励磁周波数を、異ならせることなく、共通にしてもよい。
【００５３】
手話手形等の認識にあっては、指先の手の平に対する接触のみならず、指先同士の接触も検出する必要がある。そのために、図１４（ａ）に示すように指先の各発信コイル２３ａ〜２３ｅと略同じ位置に受信コイル２８ａ〜２８ｅを設けるとよい。各受信コイル２８ａ〜２８ｅ毎に周波数検出回路を設け、各周波数検出回路では自己の受信コイルと同じ位置に設けられている発信コイルの周波数は検出しないように設定しておけばよい。例えば、図１４（ｂ）は、受信コイル２８ａに対応して設けられた周波数検出回路２６ａを示しており、この周波数検出回路２６ａでは、受信コイル２８ａと同じ位置に設けられている発信コイルｆａの励磁周波数ｆａは検出せず、他の発信コイル２３ｂ〜２３ｅの励磁周波数ｆｂ〜ｆｎを検出する。この構成によって、各指の指先に設けられた受信コイル２８ａ〜２８ｅが他の指の指先に設けられたどの発信コイル２３ｂ〜２３ｅの周波数ｆａ〜ｆｎを受信したかによって、どの指同士が接触したかを検知することができる。
【００５４】
指先同士の接触を検知する別の例として、１つの指先に送信コイル２３ａ〜２３ｅと受信コイル２８ａ〜２８ｅを別々に設けることなく、共通化してもよい。すなわち、構成の上では、図１３（ａ）と同様に、各指先に１つのコイル２３ａ〜２３ｅのみを設けるものとする。そして、該各コイル２３ａ〜２３ｅの機能を送信コイルと受信コイルとの間で時分割的に切り替える。図１５はその時分割制御回路の一例を概念的に示す回路図、図１６はその時分割制御タイミングの一例を示すタイムチャートである。図１６に示すように、一例として、５つの各指に対応するコイル２３ａ〜２３ｅを送信コイルとして機能させるよう５つの時分割タイムスロットｔａ，ｔｂ，ｔｃ，ｔｄ，ｔｅが１サイクル時間Ｔ内で時分割的に設定される。図１５に示すように、個々のコイル２３ａ〜２３ｅに対応する送信用ゲート２９ａ〜２９ｅが、それに対応する時分割タイムスロットｔａ〜ｔｅで開かれて、それに対応する交流信号源２５ａ〜２５ｅからのそれぞれ所定の周波数ｆａ〜ｆｅを持つ交流信号が、対応するコイル２３ａ〜２３ｅに印加される。こうして各コイル２３ａ〜２３ｅが時分割で励磁される。各コイル２３ａ〜２３ｅは、それぞれの励磁タイムスロットｔａ〜ｔｅ以外の時間帯（図１６のＴａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄ，Ｔｅ）では、受信コイルとして機能する。すなわち、図１５に示すように、個々のコイル２３ａ〜２３ｅに対応する受信用ゲート３０ａ〜３０ｅが、それに対応する受信用時間帯Ｔａ〜Ｔｅで開かれて、該コイルに誘導された誘導交流電圧信号を周波数検出回路２６ａ〜２６ｅに入力する。各周波数検出回路２６ａ〜２６ｅでは誘導交流電圧信号の周波数を検出し、検出した周波数からどの指のコイルが近接したかを判定することができる。こうして、各指毎に１つのコイルからなる構成であっても、指同士の接触を検出することができる。
【００５５】
なお、図１６に示すように各指のコイルを時分割励磁する構成にあっては、各指のコイルを送信コイルとして機能させるときに、それらの励磁周波数を異ならせることなく、共通としてもよい。すなわち。各指のコイル２３ａ〜２３ｅが受信コイルとして機能しているときに、該コイルに誘導交流電圧信号が生じたタイムスロットがｔａ〜ｔｅのどれであるかを判定することにより、送信コイルとして機能しているコイルがどれてあるかが判明し、どの指同士が接触したかが判明する。
【００５６】
なお、発信コイル及び受信コイルの数や配設位置は図示したものに限らず、検出したい手話手形の種類に応じて、適宜の数だけ適宜の位置に配設してよいことは言うまでもない。また、回路構成についても上述した実施例に限られない。
【００５７】
また、上述の図１２〜図１６に示したような接触検知手段を設ける実施例において、指先などの接触状態と共に接触時にかかる圧力の強さを検出し、該検出した接触時にかかる圧力の強さを、適宜の制御信号、例えば仮想対象物又は仮想環境からの反力を付加するための制御信号として用いるようにしてもよい。その場合に、タッチセンサ２２ａ〜２２ｄ若しくは発信又は受信コイル２３ａ〜２３ｅ，２４，…等の接触検知手段に圧力検出機能をも持たせるようにしてもよい。図１３〜図１６に示したようなコイルを用いるタイプのものにおいて、単に接触に伴うオン・オフ出力による信号を検出するのみでなく、接触時にかかる圧力の強さに応じて変化する信号をも検出することができるようにした例について、図１７を用いて説明する。図１７は、図１３の例のようなグローブ１において、１つの指先に設ける発信コイル２３ａの部分を、接触時にかかる圧力の強さをも検出することが可能な構成（接触及び圧力検出部２７）とした例を拡大して示す概念図である。この図では、指先に配設された発信コイル２３ａが手の平の適宜の所定位置に配置された受信コイル２４に対して接触する直前の状態を（ａ）に示し、或る程度の圧力で接触した時の状態を（ｂ）に示している。
【００５８】
図１７に示されるように、接触及び圧力検出部２７は、グローブ１の表面寄りに配置された発信コイル２３ａと、該コイル２３ａより少し離れるように所定の凹み内に収納された磁性体１５とで構成される。すなわち、磁性体１５はグローブ１表面からグローブ１内部側に所定量だけ埋め込まれた状態に配置され、一方発信コイル２３ａは磁性体１５と相対する所定位置に位置するようグローブ１表面に配置される。また、少なくとも磁性体１５を収納した凹みを含む指先などにおけるグローブ１の表面は軟らかく弾力性のある素材でできているものであって、指先を押すと該グローブ１の表面が所定位置から指先を押した力に応じた分だけ該グローブ１の内側に沈み込み、指先を押すのをやめると該グローブ１の表面が指先を押す前の所定位置に自然に戻るようになっているものである。したがって、発信コイル２３ａが配置されている指先が受信コイル２４と接触する前の状態はグローブ１表面にも力が加わっていない状態であることから、磁性体１５と発信コイル２３ａとは所定の離れた位置関係を保持した状態のままである（図１７（ａ）参照）。他方、発信コイル２３ａが配置されている指先が受信コイル２４と接触している場合には、接触時に指先にかかる圧力の強さに応じてコイル２３ａがグローブ１表面と共に矢印Ｚ方向に沈み込み、この沈み込みに応じた距離だけ該コイル２３ａと磁性体１５とが近接する（図１７（ｂ）参照）。このコイル２３ａに対する磁性体１５の近接量が増すほど、コイル２３ａのインピーダンスが増し、出力レベルが増大する。従って、接触状態下において受信コイル２４に誘導される電圧レベルの大きさが、コイル２３ａに対する磁性体１５の近接量、つまり接触時の圧力に応じて変化する。この誘導電圧レベルの変化を調べることによって指先にかかっている圧力の強さを検出することができる。磁性体１５は導電体であってもよい。
【００５９】
なお、上述の図１７に示した実施例においては、各指毎の発信コイル２３ａと磁性体１５との組み合わせからなる接触及び圧力検出部２７によって、各指先の接触と共に接触時における圧力の強さを同時に検出できるように構成したが、これに限らず、指先にかかる圧力の強さを検出する圧力検出機構を指先の接触位置を検出する接触検知手段とは独立に構成するようにしてもよい。その場合における圧力検出機構の一実施例を図１８に示す。図１８では、説明を理解しやすくするために、この実施例では指先にかかる圧力の強さを検出する圧力検出機構を一部の指先にのみ構成したものを拡大して図示した。
【００６０】
図１８において、圧力検出機構は、液体貯留部３１と細管３２と圧力感知部３３と検出器１１とからなる。液体貯留部３１と細管３２と圧力感知部３３は一体的に連結した状態に構成され、それらの内部は全てシリコン油のような所定の液体で満たされている。また、圧力感知部３３の内部には上記したような液体の他に磁性体１５が圧力感知部３３内部を可動な状態に配置されている。すなわち、この磁性体１５は、液体貯留部３１から細管３２を介して加わる圧力に応じて矢印Ｙ方向に移動することができるように圧力感知部３３内に配置されている。液体貯留部３１は、グローブ１において、指先のコイル２３ａの下に配置されていて接触圧力受け部を構成しており、接触検出用のコイル２３ａが配置された指先に加わる接触圧力の強さに応じてその形状が変形するゴムその他の弾性体のようなものからなる。この液体貯留部３１の形状変形に伴って、内部の液体が該液体貯留部３１と圧力感知部３３との間で液体貯留部３１の変形量に応じた所定量分だけ移動する。例えば、指先に圧力がかかると、指先にかかった圧力の強さに応じた分だけ該液体貯留部３１内にある液体が細管３２を通じて圧力感知部３３へと移動し、反対に、指先にかかっている圧力が弱まると、弱まった圧力の強さに応じた分だけ圧力感知部３３内にある液体が細管３２を通じて液体貯留部３１へと移動する。すなわち、密封された液体を介して、指先などの接触部への圧力の強さ及びそれに伴う液体の体積移動が圧力感知部３３に効率良く伝達されるようになっている。こうした液体貯留部３１と圧力感知部３３との間における液体の移動に伴い、その移動量に応じて圧力感知部３３内部にある磁性体１５が矢印Ｙ方向へ移動する。検出器１１は圧力感知部３３の周りを取り囲むようにして配置されており、例えば図５のものと同様に１次巻線ＰＷと二次巻線Ｓ１〜Ｓ４とを含むものであってよいし、その他の構成でもよい。圧力感知部３３内部にある磁性体１５が移動すると、検出器１１はこの磁性体１５の動きに応じて位置検出出力を得る。こうして、検出器１１で検出する位置検出データとして、指先に加わる接触圧力が検出される。なお、検出器１１は、上述の図５及び図６に示したレゾルバ原理による位置検出処理によるものと同様の構成であってよく、このようなレゾルバ原理による位置検出処理については、既に上述の図５や図６若しくは図７などに示した各実施例を用いて詳しく説明していることから、ここでの説明を省略する。圧力感知部３３における磁性体１５は導電体からなっていてもよく、また、その形状若しくは構造についても、浮遊する構造に限らず、ダイアフラム状であつてもよい。もちろん、検出器１１の構成は、他の如何なる構成でもよい。
【００６１】
図１７あるいは図１８に示したような圧力検出機構に関連して、更に、指先への圧覚提示（タクタイルフィードバック）機構を設けるとよい。圧覚提示（タクタイルフィードバック）機構とは、このグローブ１をはめて物に触れたり、握ったりしたときに、バーチャルな圧覚を指先に返すようにする機構である。図１８に示したような一定圧力で封入された液体を用いた圧力検出機構においては、液体貯留部３１を押したときに、その反力で、圧覚を指先に返すことができるので、或る程度自動的に圧覚提示機能を兼備することになるので都合がよい。しかし、そのような自動的な圧覚提示機能に限らず、指先で接触して圧力（外圧）を加えたときに、該指先に対してバーチャルな圧覚を付与しようとする所望の物質に特有の圧覚が得られるように、液体貯留部３１内の液体の圧力（内圧）を可変調整するように圧覚提示機構を構成してもよい。そのような圧覚提示機構の一例としては、例えば、図１８に示したような圧力検出機構において、バーチャルな圧覚を付与しようとする物質の材質等を示す情報を入力パラメータとして、液体貯留部３１内の液体の圧力（内圧）を可変調整するようにすればよい。そのためには、例えば、図１８に示されるよう液体貯留部３１に通じる圧力調整用液体溜部３４を設け、この圧力調整用液体溜部３４に対して内部液体に対する加圧又は減圧等の圧力調整を加えるように構成すればよい。更に、高度な圧覚提示制御を行いたい場合は、図１７あるいは図１８に示すような圧力検出機構で検出した指先の接触圧力（外圧）に応じて、液体貯留部３１内の液体の圧力（内圧）を可変調整するようにすればよい。例えば、図１８の圧力調整用液体溜部３４に対する圧力調整を、検出した接触圧力に応じて行うようにすればよい。
【００６２】
なお、別の実施例として、図１８の機構において検出器１１を削除することで、液体圧（内圧）を可変調整できる圧覚提示機能のみを持つ機構として構成し、圧力検出機構は別の構成例えば図１７のような構成を採用するようにしてもよい。図１９は、図１８の機構から圧力検出機能を除去し、圧覚提示機能のみを持つ機構として構成した圧覚提示機構の一実施例を示している。例えば、圧力調整用液体溜部３４のケースをゴム等の弾性体で形成すれば、外側から加える圧力ｐを可変調整することで、内部の液体の圧力を容易に可変調整できる。圧覚提示機構の内部に充填するものは液体に限らず、気体や粘性流体など、固体以外のものであれば何でもよい。固体以外のものを総称して流体ということにする。もちろん、圧覚提示機構は、流体を内蔵してその圧力を調整するタイプのものに限らず、その他の任意のタイプのもの、例えば適宜の弾性体を用いるもの、であってもよい。
【００６３】
以上のように、本発明にかかるデータ入力用グローブは、様々な技術分野・産業分野で比較的安価かつ簡便に利用することのできる手袋型入力装置として、広範囲に応用することができる。特に、インテリジェント型手袋型手形入力装置として構成することにより、手話電話やコンピュータシステム等における手話入力インタフェースとして有利に利用することができる。更には、各種のバーチャルリアリティ空間でのフォースフィードバック機能付き及び／又はタクタイルフィードバック機能付き手袋型入力インタフェースとして利用可能である。例えば、医療教育現場における触診などの教程をバーチャルリアリティ化するインタフェース、バーチャルモールでの商品を手にとった感覚等をバーチャルリアリティ化するインタフェース、新素材合成用バーチャルリアリティシミュレータの入出量インタフェース、バーチャルリアリティを用いたネットワークやプログラム管理システムの入出力インタフェース、ＣＳＣＷ（分散協調作業）におけるモデリング用入出力インタフェース、などに利用できる。また、遠隔ロボット制御のためのバイラテラルインタフェースとして利用可能である。例えば、原子力プラント、宇宙空間などの極限環境における遠隔ロボットコントローラ、アールキューブプロジェクト用入出力装置、遠隔手術用入出力インタフェース、手術用マイクロロボット制御のための入出力インタフェース、などに利用することができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、手話電話やコンピュータシステム等における手話手形入力インタフェースとしてあるいはフォースフィードバック機能付き及び／又はタクタイルフィードバック機能付き手袋型入力インタフェース等として有利に利用することができ、更には他の様々な技術分野・産業分野で利用可能な、簡単かつ安価な構成の、手袋型入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る手袋型入力装置を用いたバーチャルリアリティを利用したシステムの一実施例を示すシステム概略図である。
【図２】  本発明に係る手袋型入力装置の一実施例の全体概略構成を示す概略図である。
【図３】  図２に示した手袋型入力装置の１本の指についてのみ拡大して示す一部拡大図である。
【図４Ａ】  本発明に係る手袋型入力装置の別の実施例の全体概略構成を示す概略図である。
【図４Ｂ】  本発明に係る手袋型入力装置のさらに別の実施例の全体概略構成を示す概略図である。
【図５】  本発明に係る手袋型入力装置におけるセンサ部の一実施例を拡大して示した断面図である。
【図６】  本発明に係る手袋型入力装置のセンサ部における１次及び２次巻線の結線例を示す図である。
【図７】  本発明に係る手袋型入力装置のセンサ部における１次及び２次巻線の別の結線例を示す図である。
【図８】  本発明に係る手袋型入力装置におけるセンサ部の別の実施例を拡大して示した断面図である。
【図９】  本発明に係る手袋型入力装置におけるフォースフィードバック機能を実現する機構の一実施例を拡大して示した断面図である。
【図１０Ａ】  図９に示したフォースフィードバック機構において、右端の励磁コイルに通電した際の説明図である。
【図１０Ｂ】  図９に示したフォースフィードバック機構において、中央の励磁コイルに通電した際の説明図である。
【図１０Ｃ】  図９に示したフォースフィードバック機構において、左端の励磁コイルに通電した際の説明図である。
【図１１】  センサ部を各関節のガイド毎に具えた手袋型入力装置の実施例を、１本の指についてのみ拡大して示す一部拡大図である。
【図１２】  接触検知手段を具備した本発明に係る手袋型入力装置の一実施例を示す概略図である。
【図１３】  接触検知手段を具備した本発明に係る手袋型入力装置の別の実施例を示す概略図である。
【図１４】  接触検知手段を具備した本発明に係る手袋型入力装置の更に別の実施例を示す概略図である。
【図１５】  各指先の発信コイルを時分割励磁するようにした実施例の回路図である。
【図１６】  図１５における時分割タイミングを例示するタイミングチャートである。
【図１７】  接触検知と同時に接触圧力の強さを検出することも可能なコイルタイプのタッチセンサを一実施例を示す略図である。
【図１８】  タッチセンサとは独立に接触圧力の強さを検出することができるようにした圧力検出機構の一実施例を示す略図である。
【図１９】  圧覚提示機構の一実施例を示す略図である。
【符号の説明】
１…データ入力用グローブ（手袋型入力装置）、２…コンピュータ、３…ディスプレイ、４…信号伝送手段、５…固定ベルト、６…自在バンド、７…ガイド、８（８１〜８６、８ａ〜８ｃ）…ワイヤ、９（９１〜９６）…長さ調節機構、１０（１０１〜１０６、１０ａ〜１０ｃ）…検出器、１１（１１ａ、１１ｂ）…センサ部、１２…コイルばね、１３…テンション調節機構（フォースフィードバック機構）、１４…チューブ、１５…磁性体、１６…磁石、１７…磁性体コア、１８…固定ブロック、１９…プランジャー（圧力感知鉄心）、２０…ソレノイド、２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）…励磁コイル、２１…ストッパ、２１ａ…突起部、２２ａ〜２２ｄ…タッチセンサ、２３ａ〜２３ｅ…発信コイル、２４…受信コイル、２５ａ〜２５ｎ…交流信号源、２６…周波数検出回路、２７…接触及び圧力検出部、３０…位相検出回路、３１…液体貯留部、３２…細管、３３…圧力感知部、３４…圧力調整用液体溜部、ＰＷ…１次巻線、Ｓ１〜Ｓ４…２次巻線、ＭＣ…マイクロコンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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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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