(57)【要約】  人間の手のためのグローブと統合されるように設計されたセンサシステムについて説明されている。センサのアレイが、グローブ内の手の動作に関連付けられた力を検出し、関連付けられた回路が、様々なプロセスおよび装置を制御するために用いられ得る対応する制御情報を生成する。
2020523690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の指アセンブリであって、各指アセンブリはグローブの対応する指に位置合わせして構成されており、各指アセンブリはフレキシブル誘電体基板、前記フレキシブル誘電体基板上の複数のセンサ配線グループ、各センサ配線グループに接続されたルーティング配線、およびピエゾ抵抗ファブリックで構成される複数のパッチを含み、各パッチは前記複数のセンサ配線グループの対応するグループと指の関節センサを形成する、複数の指アセンブリと、
複数の触覚アクチュエータであって、各触覚アクチュエータは前記複数の指アセンブリの対応するアセンブリの指先端部の近くに配置され、且つ前記グローブの指先に触覚刺激を提供するように構成される、複数の触覚アクチュエータと
前記複数の指アセンブリが接続される回路基板であって、前記回路基板は、対応する前記ルーティング配線を用いて、各指のアセンブリ上の各指の関節センサからの指の関節信号をアクティブにし、および受信するように構成された回路を含み、各指の関節信号は、前記グローブの前記対応する指の指の関節の屈曲を表わし、前記回路はまた、前記指の関節信号を用いてデジタル情報を生成するよう構成されており、前記デジタル情報は前記グローブ内の手の運動を表わし、前記回路はまた、前記複数の触覚アクチュエータの各々をアクティブにするよう構成されている、回路基板と、を備える、グローブに統合されるセンサシステム。
【請求項２】
各指アセンブリは熱可塑性材料を含み、前記熱可塑性材料により、前記ピエゾ抵抗ファブリックで構成される対応する複数のパッチは、対応する前記複数のセンサ配線グループに熱接合される、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項３】
各指アセンブリの前記複数のセンサ配線グループは、対応する前記フレキシブル誘電体基板の第１の表面に印刷されたフレキシブル導電性インクを含み、各指アセンブリの前記ルーティング配線は、対応する前記フレキシブル誘電体基板の第２の表面に隣接して前記フレキシブル導電性インクを含み、前記第２の表面は前記第１の表面と対向している、請求項１または２に記載のセンサシステム。
【請求項４】
各指アセンブリの各センサ配線グループは、対応する前記指アセンブリの縦軸に沿って２つの実質的に平行なセンサ配線を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項５】
各指アセンブリの各センサ配線グループは、交互に噛み合う延在部を有する２つのセンサ配線を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項６】
複数のスティフナをさらに備え、各スティフナは、複数の前記指の関節センサのうち対応する指の関節センサと関連付けられており、各スティフナは、ピエゾ抵抗ファブリックで構成される対応する前記パッチと位置合わせされている、請求項１から５のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項７】
前記回路は、さらに、各指の関節センサの可動域を表わす格納された較正データを用いて、前記デジタル情報を生成するよう構成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項８】
前記回路は、前記較正データのデータ値の間で補間して前記較正データを用いて、前記デジタル情報を生成して、各指の関節センサの前記可動域内の位置に対する位置データを生成するように構成されている、請求項７に記載のセンサシステム。
【請求項９】
前記回路は、ユーザセッションごとに前記較正データを生成するよう構成されている、または、前記較正データはユーザ固有であり、前記回路は、後続のユーザセッションの前記較正データを保存するよう構成されている、請求項７に記載のセンサシステム。
【請求項１０】
前記デジタル情報は、仮想環境において仮想の手を制御すべく、コンピューティングデバイスによって用いられるように構成されている、または、前記デジタル情報は、ロボット装置を制御すべく、エレクトロニクスシステムによって用いられるように構成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項１１】
前記回路基板に接続された複数の外転筋アセンブリをさらに備え、各外転筋アセンブリは前記グローブの対応する一対の前記指と位置合わせされるように構成されており、各外転筋アセンブリはフレキシブル誘電体基板と、前記フレキシブル誘電体基板上のセンサ配線グループと、前記センサ配線グループに接続されたルーティング配線と、ピエゾ抵抗ファブリックで構成されるパッチとを含み、前記パッチは、対応する前記センサ配線グループと外転筋センサを形成し、前記回路はさらに、対応する前記ルーティング配線を用いて、各外転筋アセンブリ上の各外転筋センサからの外転筋信号をアクティブにし、および受信するように構成されており、各外転筋信号は、前記グローブの前記対応する一対の前記指における指の拡がりを表わし、前記回路は前記外転筋信号を用いて前記デジタル情報を生成するよう構成されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項１２】
各触覚アクチュエータにより提供される前記触覚刺激は、対応する前記指先と、仮想環境における、または、前記センサシステムから遠隔にある位置における、オブジェクトまたは表面との間の接触を表わす、請求項１から１１のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項１３】
各触覚アクチュエータは、硬性基板上に伸長されたフレキシブル金属膜を含み、前記フレキシブル金属膜は、前記回路によるアクティベーションに応答して、縮小または拡張する、請求項１から１２のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項１４】
前記回路は、複数の波形の各々を用いて、各触覚アクチュエータをアクティブにするよう構成されており、各波形は、シミュレーションされる表面の性質または前記表面にわたる運動速度のうちの一方または両方を表わす、請求項１から１３のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項１５】
前記グローブ内の前記手の姿勢を表わす慣性データを生成するよう構成された慣性計測ユニットをさらに備える、請求項１から１４のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項１６】
前記慣性計測ユニットは、加速度計、ジャイロスコープおよび磁気計を含み、前記慣性データは、前記グローブ内の前記手のピッチ、ロールおよびヨーを表わす、請求項１５に記載のセンサシステム。
【請求項１７】
前記回路とコンピューティングデバイスと間の通信を容易にするよう構成された無線トランシーバをさらに備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか一項に記載のセンサシステムを備える、グローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１７年６月１３日に出願された米国特許出願第15/621,935号（発明の名称「グローブと統合されたセンサシステム」および代理人整理番号BBO BBOPP007X1）に基づく優先権を主張する。当該特許出願第15/621,935号は、２０１５年１０月３０日に出願された米国特許出願第14/928,058号（発明の名称「グローブと統合されたセンサシステム」および代理人整理番号BBOPP007）の一部継続出願であり、米国特許法１２０条の下、14/928,058号に基づく優先権を主張する。米国出願14/928,058号は、２０１４年１０月３０日に出願された米国仮特許出願第62/072,798号（発明の名称「フレキシブルセンサおよび適用」および代理人整理番号BBOPP004P3）の非仮出願であり、米国特許法１１９（ｅ）の下、62/072,798号に基づく優先権を主張する。また、米国特許出願第14/928,058号は、２０１５年３月２７日に出願された米国特許出願第14/671,821号（発明の名称「フレキシブルセンサおよび適用」および代理人整理番号BBOPP004X2）の一部継続出願でもあり、米国特許法１２０条の下、14/671,821号に基づく優先権を主張する。14/671,821号は、２０１４年６月９日に出願された米国特許出願第14/299,976号（発明の名称「ピエゾ抵抗センサおよび適用」および代理人整理番号BBOPP004）の一部継続出願であり、米国特許法１２０条の下、14/299,976号に基づく優先権を主張する。上記各出願の開示全体が、あらゆる目的において、参照により本明細書にて援用される。
【背景技術】
【０００２】
コンピューティングデバイスと物理的な世界との間のギャップを埋める技術に対する要求が急減に高まっている。通常、これらのインタフェースは、物理的領域からデジタル領域へと情報を変換する何らかの形態のセンサ技術を必要とする。「モノのインターネット」は、事実上無制限の用途におけるセンサの使用を想定しており、これらの用途の多くに対し、従来のセンサ技術は十分好適ではない。
【発明の概要】
【０００３】
様々な実装により、センサおよびセンサの適用が提供される。いくつかの実装により、センサシステムは、グローブの一部と位置合わせされる、または統合されるためのフレキシブル基板を含む。基板のセンサの位置に直接形成された複数の導電配線グループは、人間の手の少なくともいくつかの指の関節に対応する。導電配線グループの各々は、２または２より多い導電配線を含む。導電配線グループの各々における導電配線間の抵抗は、導電配線グループに接触するピエゾ抵抗材料への力で変わる。回路は、導電配線グループの各々からの信号を受信し、および、それに応答して、制御情報を生成するように構成されている。制御情報は、導電配線グループの各々と接触するピエゾ抵抗材料に対する力を表わす。
【０００４】
特定の種類の実装によると、フレキシブル基板は誘電体材料であり、ピエゾ抵抗材料は複数のパッチである。ピエゾ抵抗材料で構成される各パッチは、導電配線グループの対応するグループと、センサの位置において接触する。より具体的な実装によると、誘電体材料は熱可塑性材料であり、センサシステムは、熱可塑性材料の第２のフレキシブル基板を含む。導電配線グループが形成されたフレキシブル基板、ピエゾ抵抗材料で構成されるパッチ、および第２のフレキシブル基板は共に熱接合されており、その結果、ピエゾ抵抗材料で構成されるパッチは、対応する導電配線グループと接触して固定される。
【０００５】
別の種類の実装よると、フレキシブル基板は、例えば、ピエゾ抵抗ファブリックであってよいピエゾ抵抗材料である。
【０００６】
様々な実装の本質および利点のさらなる理解は、本明細書の残りの部分および図面を参照することで得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】フレキシブル基板に統合されてよい配線パターンの例を示す。
【０００８】
【図２】フレキシブル基板に対する異なるタイプの歪みの例を示す。
【０００９】
【図３】センサアレイの特定の実装を示す。
【００１０】
【図４】様々な実装での使用に好適なセンサ回路の簡略ブロック図である。
【００１１】
【図５】片面センサ実装および両面センサ実装における、ピエゾ抵抗基板、導電配線および他の導電性要素間の関係の例を示す。
【００１２】
【図６】センサアレイの別の実装を示す。
【００１３】
【図７】センサアレイの別の実装を示す。
【００１４】
【図８】センサシステムの構成要素の一部の断面の一例を示す。
【００１５】
【図９】グローブブランクと統合されたセンサアレイの一例を示す。
【００１６】
【図１０】センサアレイの別の実装を示す。
【００１７】
【図１１】センサアレイの別の実装を示す。
【００１８】
【図１２】センサシステムの別の実装を示す。
【図１３】センサシステムの別の実装を示す。
【図１４Ａ】センサシステムの別の実装を示す。
【図１４Ｂ】センサシステムの別の実装を示す。
【図１４Ｃ】センサシステムの別の実装を示す。
【００１９】
【図１５】センサシステムの別の実装を示す。
【図１６】センサシステムの別の実装を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本開示では、ピエゾ抵抗材料を組み込んだセンサおよびセンサシステムが記載される。特に、人間の手のためのグローブと統合されるためのセンサシステムについて記載されている。想定されるベストモードを含む具体的な実装が、本明細書に記載される。これらの実装の例は、添付図面において示される。しかしながら、本開示の範囲は、記載された実装に限定されることはない。本開示は、これらの実装の代替例、修正例および均等例に及ぶことを意図する。以下の説明には、説明される実装の完全な理解を提供すべく、具体的な詳細が記載されている。いくつかの実装は、これらの具体的な詳細の一部または全部を省いて実行されてよい。また、明確さを重視すべく、周知の機能は詳細に記載されていない可能性がある。
【００２１】
ピエゾ抵抗材料には、当該材料に加えられた機械的力または圧力に反応して、電気抵抗の変化を示すあらゆる種類の材料が含まれる。本明細書に記載されたある種類のセンサシステムは、ピエゾ抵抗材料、例えば、ピエゾ抵抗ファブリックまたはその他のフレキシブル材料で構成されるフレキシブル基板上に直接形成された、または当該基板と統合された導電配線を含む。本明細書に記載された別の種類のセンサシステムは、フレキシブル誘電体基板と強固に統合され、且つ導電配線の部分と接触するフレキシブルピエゾ抵抗材料を備えたフレキシブル誘電体基板上に直接形成された、または、当該フレキシブル誘電体基板と統合された導電配線を含む。このようなセンサシステムに力または圧力が加わると、ピエゾ抵抗材料で接続された配線間の抵抗が、加えられた力を表わす時変的態様で変わる。加えられた力の大きさを表わす信号が、抵抗の変化に基づき生成される。この信号は、導電配線を介して捕獲（例えば、電圧または電流として）され、デジタル化（例えば、アナログ‐デジタルコンバータにより）され、処理（例えば、関連付けられたプロセッサ、コントローラ、または好適な制御回路により）され、および制御関数にマッピング（例えば、関連付けられたプロセッサ、コントローラ、または制御回路により）され、当該制御関数は、事実上あらゆるタイプのプロセス、装置またはシステムと連携して用いられてよい。また、このようなセンサシステムからの出力信号は、基板上に形成される、または、基板と一体化される、例えば、屈曲、伸長、ねじれ、回転等といった基板の様々な歪みおよび／または変形を検出するように用いられてもよい。
【００２２】
フレキシブル基板上に直接、導電配線を印刷、スクリーン印刷、堆積または別の方法で形成することにより、あらゆる恣意的な形状または容積に適合するセンサまたはセンサアレイの作成を可能にする。導電配線が形成される、または、導電配線が接触するピエゾ抵抗材料は、ピエゾ抵抗特性を有する様々な織布または不織布のうちの任意のものであってよい。また、ピエゾ抵抗材料が、ピエゾ抵抗特性を有する、様々な柔軟な、伸長可能な、または変形可能な材料（例えば、ゴムまたはスパンデックス若しくはオープンメッシュファブリック等の伸長可能なファブリック）のいずれであってもよい実装も想定される。導電配線は、任意の様々な導電性インクまたはペイントを用いてピエゾ抵抗材料上またはフレキシブル誘電体基板上に形成されてよい。フレキシブル基板上に形成されてよい任意のフレキシブル導電性材料を用いて、導電配線が形成される実装も想定されている。従って、特定の材料および技術に言及して具体的な実装について説明されているが、本開示の範囲はそのように限定されないことを理解されたい。
【００２３】
片面実装および両面実装が想定され、例えば、導電配線がフレキシブル基板の片面または両面上に印刷されてよい。理解されるように、両面実装は、基板の片面にある導電配線を、もう一方の面の導電配線に接続するための何らかの機構を必要としてよい。いくつかの実装は、導電性インクまたは塗料が流し込まれるビアを用い、接続はビアを通して確立される。代替的に、金属ビアまたはリベットで、フレキシブル基板間を通る接続を形成してよい。
【００２４】
片面および両面実装は、導電配線の上方に形成される絶縁材料を用いてよい。これにより、導電配線および信号ラインの積層およびレイヤリングを可能にし、プリント回路基板の異なる層に対するものと同様の態様で、例えば、信号ラインの分離された構造への経路設定を可能にする。
【００２５】
フレキシブル基板上およびフレキシブル基板外での信号の経路設定は、様々な方法で達成されてよい。特定の種類の実装は、典型的には導電配線の幅より大きい規模の密度で、導電性ゴムおよび非導電性ゴムを交互配置するエラストマコネクタ（例えば、ＺＥＢＲＡ（登録商標）社のコネクタ）を用い、当該コネクタは、導電性配線に接続される（例えば、基板のエッジに）。代替的に、回路基板（おそらくは、カプトン等のフレキシブル材料で形成された）、または一塊のコンダクタが、基板にリベット打ちされてよい。また、リベットを用いることで、接続に機械的強化をもたらしてよい。
【００２６】
導電配線またはパッドをフレキシブル基板および回路基板の両方に合致させると、それらは互いに向き合うようになってよい。導電性接着剤（例えば、ニュージャージ州ハッケンサックのMasterbond社製のMasterbond EP79等の導電性エポキシ）の層が、それらの表面のうち１つに取り付けられた後、他方の表面に連結されてよい。また、導電配線またはパッドは、プラスチック音波溶接またはリベット等の追加的な機械的要素で共に保持されてよい。導電性リベットを用いて、フレキシブル基板の導電配線への電気的接続を形成する場合、導電性接着剤は必要でなくてよい。また、フレキシブル基板の導電配線を、外部アセンブリに接続するために、導電性ねじが用いられてもよい。
【００２７】
特定の種類の実装によると、ピエゾ抵抗材料は、カリフォルニア州ピノールのEeonyx社製の感圧性ファブリックである。当該ファブリックは、ファブリック中で導電性粒子を懸濁状態に維持すべく、ポリマー化された導電性粒子を含む。基材は、完成されたピエゾ抵抗ファブリックの導電性のさらなる一様性を促がすことから、密度および厚みにおける一様性のために選択されたポリエステルフェルトである。すなわち、導電性粒子を含むスラリーが導入されるとき、基材の機械的一様性が、導電性粒子のより一層の均等分布をもたらす。ファブリックは、織布であってよい。代替的に、ファブリックは、例えば、化学処理、機械的処理、熱処理または溶媒処理で接合されたファイバのような、例えばカレンダーファブリック等の不織布であってよい。ピエゾ抵抗ファブリック上に導電配線が形成される実装においては、カレンダー素材は、非カレンダー素材よりも、より正確な導電性インクのスクリーン印刷を促進する、より円滑な外面を呈する。
【００２８】
ファブリック中の導電性粒子は、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、炭素等を含む広範な材料のうちのいずれであってもよい。いくつかの実装は、ファブリックを把持すべく形成されるカーボングラフェンを採用してよい。このような材料は、２００８年１２月２３日に発行された米国特許第7,468,332号の「導電性織布および不織布」中に説明された技術を用いて製作されてよく、あらゆる目的において、当該出願の開示全体が参照により本明細書にて援用される。しかしながら、力または圧力が材料に加えられると、抵抗または導電性の変化を示す任意のフレキシブル材料が、本明細書に記載のセンサの実装に好適であることに再度留意されたい。
【００２９】
特定の種類の実装によると、様々なレベルの導電性を有する導電配線が、例えば、ウィスコンシン州デラウェアのE.I. du Pont de Nemours and Company（デュポン）および／またはマサチューセッツ州のCreative Materials of Ayerにより製造された導電性シリコーンベースインクを用いて、フレキシブルピエゾ抵抗材料上に、または、隣接するフレキシブル誘電体基板上に形成される。様々な実装で用いるための高導電配線を実装するために好適な導電性インクの一例は、Creative Materials社製の製品番号１２５−１９のフレキシブル、高温、導電性インクである。様々な実装で用いるためのより低い導電性配線を実装するために好適な導電性インクの例は、デュポン社製の製品番号７１０２および７１０５であり、両方共、カーボン導電組成物である。様々な実装で用いるための絶縁体を実装するために好適な誘電体材料の例は、デュポン社製の製品番号５０１８および５０３６であり、それぞれ、ＵＶ硬化性誘電体および封入材である。これらのインクは、フレキシブルであり、耐久性があり、折り目を付けること、洗浄等を扱うことができる。異なる配線および適用のために導電性の度合いは、シリコーンに懸濁された導電性粒子（例えば、銀、銅、アルミニウム、炭素等）の量または濃度によって制御される。これらのインクは、インクジェットプリンタからスクリーン印刷または印刷されてよい。別の種類の実装は、ＥＭＩシールドおよびＥＳＤ保護に一般に用いられるペイント等の導電性ペイント（例えば、ペイントと混合された炭素粒子）を用いる。
【００３０】
本開示で可能とされる、様々な実装で用いられてよいセンサおよびセンサアレイの例が、２０１４年６月９日に出願された米国特許出願第14/299,976号（発明の名称「ピエゾ抵抗センサおよび適用」および代理人整理番号BBOPP004）に説明されており、当該出願の開示全体があらゆる目的において、参照により本明細書にて援用される。しかしながら、様々な他の好適なセンサ技術を採用する実装が想定されることに留意されたい。
【００３１】
フレキシブル基板上にセンサを形成すると、多数の有用な装置を可能にする。これらの装置の多くは、タッチイベントの発生、タッチイベントの力または圧力、タッチイベントの持続時間、タッチイベントの位置、タッチイベントの方向、および／またはタッチイベントの運動速度を検出すべく、このようなセンサを採用する。また、このようなセンサからの出力信号も、基板上に形成される、または、基板と一体化される、例えば、屈曲、伸長、ねじれ、回転等といった基板の様々な歪みおよび／または変形を検出するように用いられてもよい。このようなセンサから導出される情報は、多種多様な制御および／または効果を有効化すべく、用いられてよい。以下、添付図面を参照して、歪みおよび／または変形の例について説明する。理解されるように、記載された具体的な詳細は、本開示により可能とされる技術の範囲を示す目的のための例に過ぎない。
【００３２】
図１は、フレキシブル基板１０２に統合されたセンサ配線パターン１００の一例を示す。フレキシブル基板は、ピエゾ抵抗材料または誘電体材料であってよい。後者の場合、フレキシブルピエゾ抵抗材料は、誘電体材料と強固に統合されており、且つセンサ配線パターンと接触している。配線パターン１００は、一対の導電配線を含み、導電配線の１つ（配線１０４）は、関連付けられた回路（不図示）にセンサ信号を提供し、導電配線のもう１つ（配線１０６）は、アースまたは好適な基準に接続されている。他の配線パターン１０８〜１１６のいくつかの代表的な例が示されている。いくつかの実装において、配線パターンの配線は、例えばピエゾ抵抗ファブリックであってよいフレキシブル基板上に、例えばスクリーン印刷または印刷によって直接形成されてよい。しかしながら、とりわけ、センサ配線パターンのジオメトリ、各センサに関連付けられた配線数、センサの数、間隔または配置、センサの基板との関係、層の数または基板数、および基板の性質は、用途ごとに大きく変わり得ること、および、図示された構成は、説明目的のための例示に過ぎないことに留意されたい。
【００３３】
図２は、センサ配線パターン１００を介して検出されてよいフレキシブル基板１０２への異なるタイプの歪みの例を示す。図２の（ａ）は、歪みのない状態の基板１０２を示す。図２の（ｂ）は、屈曲した基板１０２の側面図を示す。図２の（ｃ）は、伸長した基板１０２を示す。図２の（ｄ）は、周囲の材料に対し回転した基板１０２を表わす。図２の（ｅ）は、加えられたトルク（すなわち、ねじれ）による、ねじれた基板１０２の側面図を示す。これらのシナリオの各々において、配線パターン１００と接触しているピエゾ抵抗材料の抵抗は、加わる力に反応して変化する（例えば、圧力またはピエゾ抵抗材料中の導電性粒子の分離が増大することにより、下がるまたは上がる）。この変化（その大きさおよび時変的性質を含む）は、センサ配線パターン１００および関連付けられたエレクトロニクス（不図示）を介して検出可能である。
【００３４】
図３に示される特定の実装によると、センサ配線パターンがセンサグローブ３００の伸長可能な材料上に形成されており、当該パターンは、例えば、人間の手の運動、および人間の手と物理的な世界との相互作用を、手（またはいくつかの他の仮想オブジェクト）の仮想表現および仮想環境との手の相互作用へと変換するために用いられてよい。別の例においては、手の運動および相互作用は、物理的な世界におけるロボットの手または装置を制御すべく用いられてよい。配線パターンが形成される材料は、フレキシブルピエゾ抵抗材料またはフレキシブル誘電体材料であってよい。繰り返すが、後者の場合、フレキシブルピエゾ抵抗材料は、配線パターンが形成されたフレキシブル基板と強固に統合され、様々なセンサの位置（すなわち、Ｓ１〜Ｓ１９）において配線パターンと接触している。
【００３５】
図示の通り、一部のセンサ（例えば、Ｓ１〜Ｓ５およびＳ１４〜Ｓ１８）に対応する配線パターンが、指の様々なジョイント（例えば、指の関節または指の節）と一致するように配置され、これらのジョイントの屈曲および収縮に反応して、グローブの歪みおよび／または変形を捕獲する。他のセンサ（例えば、Ｓ６〜Ｓ１３およびＳ１９）は、例えば、手の指が拡げられたときに生じるようなグローブの伸長を捕獲するべく配置される。他のセンサ（不図示）も、屈曲および収縮の力、並びに、例えば、タッチ、把持、またはオブジェクト若しくは表面への接触に関連する力を検出すべく、グローブの手のひらおよび／または指の先端に配置されてよい。
【００３６】
センサの一部と意図されていない導電配線の部分（例えば、信号ルーティング配線）は、センサ信号への望ましくない影響を低減すべく、遮蔽または絶縁されてよい。すなわち、駆動信号および感知信号をセンサとやり取りする導電配線の部分は、例えば、ピエゾ抵抗材料と導電配線との間に誘電体または非導電性材料を用いて、ピエゾ抵抗材料から絶縁されてよい。導電配線がフレキシブル誘電体材料上に形成されるいくつかの実装によると、ピエゾ抵抗材料の絶縁部分は、それぞれのセンサの位置に選択的に配置されてよい。
【００３７】
図示された実装においては、Ｓ１〜Ｓ１９の１９個のセンサがある。センサの各々は、２つの隣接する配線を含み、当該配線のそれぞれのパターンは、交互に配置される延在部を含む。例えば、センサＳ４の拡大図を参照されたい。１つの配線３０１が駆動信号を受信し、他方の配線３０２がセンサ信号を、関連付けられたセンサ回路（不図示）に送信する。駆動信号は、例えば、配線を電圧基準、駆動信号内に追加情報を含め得る信号源、関連付けられたプロセッサまたはコントローラのＧＰＩＯ（汎用入出力）ピン等に接続（永久的にまたは一時的に）することで供給されてよい。図３の例に示される通り、センサ信号は、分圧器を用いて生成されてよく、当該分圧器の複数の抵抗器の１つが、ピエゾ抵抗材料を介在させる２つの配線間の抵抗を含む。他の抵抗器（Ｒ１と示される）が、例えば関連付けられたセンサ回路に含まれてよい。ピエゾ抵抗材料の抵抗が、加えられた力または圧力により変化すると、センサ信号も駆動信号の分割部分として変化する。
【００３８】
センサは、エナジャイズ（energize）（駆動信号を介して）され、および、問い合わせ（センサ信号を介して）され、各センサに対し、そのセンサにかかった力を表わす出力信号を生成する。また理解されるように、および適用に応じて、これより多いまたはこれより少ないセンサを有する実装が想定される。
【００３９】
様々な実装により、異なる複数の組のセンサが、選択的にエナジャイズおよび問い合わせされることで、基板上の配線数および配線の面積全体、並びに関連付けられたＰＣＢ（例えば、切り欠き部３２２に配置されてよい）上のセンサ回路への必要な接続数を低減してよい。例えば、図３のセンサシステムにおいては、１９個のセンサがセンサ回路（不図示）からの１１個の駆動信号出力を介して駆動され、センサ信号は、２個のセンサ信号入力を介して、センサ回路に受信される。図示される通り、導電配線が形成されるフレキシブル基板と、切り欠き部３２２内のＰＣＢとの間には１３個の接続がある。センサ信号を、２つのセンサ信号入力のうちの１つに供給するセンサの組（例えば、１組のＳ６〜Ｓ１３並びにもう１組のＳ１〜Ｓ５およびＳ１４〜Ｓ１９）は、対応するセンサ信号入力で受信される任意の信号が、センサ回路によって対応するセンサ駆動信号と相関付けられ得るように、任意の好適な順序またはパターンでエナジャイズされてよい。
【００４０】
この実装におけるセンサ信号は、２つの異なるセンサ信号入力を介してセンサ回路に受信されるので、２つのセンサは、それらが、センサ回路への異なるセンサ信号入力に接続されている限り、同時にエナジャイズされてよい。これにより、駆動信号ラインの共有を可能にする。例えば、図３の実装においては、８対のセンサ、すなわち、Ｓ２とＳ８、Ｓ３とＳ１０、Ｓ４とＳ１２、Ｓ６とＳ１４、Ｓ７とＳ１５、Ｓ９とＳ１６、Ｓ１１とＳ１７、およびＳ１３とＳ１９が共通駆動信号ラインを共有する。共通駆動信号ラインの共有は、導電配線がクロスすることを可能にする絶縁体および導電配線が単純に分岐する箇所によって可能にされてよい。この主題に関する他の好適な変形例は、本開示の範囲内に属することを当業者は理解するであろう。
【００４１】
いくつかの実装により、２０１５年３月２７日に出願された米国特許出願第14/671,821号（発明の名称「フレキシブルセンサおよびその適用」および代理人整理番号BBOPP004X2）に記載される通り、ＰＣＢがセンサアレイの導電配線に接続されてよく、あらゆる目的において、当該出願の開示全体が本明細書にて参照により援用される。他の実装によると、様々な技術のうち任意のものを採用してこのような接続を形成してよく、例えば、典型的には導電配線の幅より大きい規模の密度で、導電性ゴムと非導電性ゴムとを交互に配置するエラストマコネクタ（例えば、ＺＥＢＲＡ（登録商標）社のコネクタ）が挙げられ、当該コネクタは導電配線に接続される（例えば、ファブリックのエッジの箇所）。当業者は、様々な他の好適な代替例を利用可能である。
【００４２】
図４は、本明細書に記載された実装で用いるためのＰＣＢ上に設けられてよいセンサ回路の簡略図である。例えば、図３を参照して上記した実装においては、このようなセンサ回路は、切り欠き部３２２のＰＣＢに設けられてよく、且つ、センサＳ１〜Ｓ１９に関連付けられた導電配線に接続されてよい。センサの１つに力が加えられると、得られる信号が受信され（対応する配線を介して捕獲される）およびデジタル化（例えば、マルチプレクサ４０２およびＡ‐Ｄコンバータ４０４により）され、局所的に処理（例えば、プロセッサ４０６により）されてよく、および／または、接続された装置に送信（例えば、Bluetooth（登録商標）若しくは他の無線接続により、あるいは、さらにＵＳＢ接続により）されてよい。センサは、センサ回路によって選択的にエナジャイズ（例えば、Ｄ‐Ａコンバータ４０８およびマルチプレクサ４１０を介して、プロセッサ４０６の制御下で）され、センサ信号の生成を有効化してよい。C8051F380-GMコントローラ（テキサス州オースティンのSilicon Labsによる提供）は、様々な実装で用いるために好適なプロセッサの一例である。
【００４３】
接続された装置との間でのデータ送信に加え、電力がＵＳＢ接続を介してセンサ回路に供給されてよい。代替的に、データを無線送信（例えば、Bluetooth（登録商標）を介して）するシステムが、様々な機構および技術のうちの任意のものを用いて、電力をセンサ回路に供給してよく、例えば、１または複数のバッテリ、太陽電池、および／または、機械的エネルギーを獲得する機構が挙げられる。LTC3588（カリフォルニア州ミルピタスのLinear Technology Corporationによる提供）は、これらの多様なエネルギー源のうちの少なくとも一部と共に用いられてよいエネルギー獲得電力供給の一例である。他の好適な変形例が、当業者に理解されるであろう。また理解されるように、図４に示されるセンサ回路は一例に過ぎない。広範なセンサ回路の構成要素、構成および機能が想定される。
【００４４】
片面実装および両面実装の両方が想定され、例えば、導電配線はフレキシブル基板の片面または両面に形成されてよい。理解される通り、両面実装は、基板の片面の導電配線を他方の面の導電配線に接続するための何らかの機構を必要としてよい。いくつかの実装は、導電性インクまたは塗料が流し込まれるビアを用い、接続はビアを通して確立される。代替的または追加的に、金属ビアまたはリベットで、フレキシブル基板を通る接続を形成してよい。図５は、フレキシブル基板を通るビアまたはリベットの使用（例えば、構成５０２）、および、基板がピエゾ抵抗材料である場合に、基板から導電配線を絶縁するための絶縁材料の使用（例えば、構成５０４）を示す。このような機構は、配線の複雑なパターンおよび信号の経路設定を、ＰＣＢの異なる層に類似する態様で行うことを可能にする。
【００４５】
例えば、導電配線がピエゾ抵抗材料上に形成される実装と仮定して、再び図３を参照すると、グローブ３００のセンサとの間で信号を伝送し合う導電配線は、絶縁材料で下層のピエゾ抵抗基板から絶縁されてよい。これは、図中、センサＳ４に接続された、駆動信号ラインおよび感知信号ラインに関連付けられた絶縁体３０４および３０６によって最も明確に示されている。また、複数のセンサからの感知信号ラインは、図３に示された材料の反対側の面（不図示）で、位置３１０〜３１８でビアを用いて互いに接続されている。 
【００４６】
センサグローブの特定の実装によると、図６に示される通り、センサ配線パターン（例えば、６０１〜６０４）は、手首の周囲にほぼ円筒状の構成に配置されて、２次元（例えば、上、下、左、右）における手首の屈曲を検出してよい。４つのすべてのセンサが同様の応答を登録するとき、これは、手首がねじれていることを意味し得る。しかしながら、この構成は、ねじれの方向を決定するための十分な情報を提供しない可能性がある。従って、特定の実装により、外側円筒６０８が内側円筒６１０に、少なくとも２つの伸長センサ（例えば、６１２および６１４）を用いて取り付けられてよい。これらの伸長センサの出力を比較することで、回転の方向（例えば、６１６）および量が捕獲されてよい。
【００４７】
図７は、導電配線がフレキシブル誘電体基板７０２上に形成された、センサグローブに用いられるセンサアレイ７００の特定の種類の実装を示す。センサアレイ７００の動作は、上記のセンサグローブ３００のセンサアレイの動作と同様である。配線の図示された構成は、配線がピエゾ抵抗材料上に形成される実装にも含まれてよいことに留意されたい。
【００４８】
特定の実装によると、基板７０２は、例えば、マサチューセッツ州シャーリーのBemis Associates Incの製品３４１５または３９１４等の熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）材料から構築されてよい。導電配線は、例えば、デラウェア州ウィルミントンのE.I. du Pont de Nemours and Company（デュポン）製またはマサチューセッツ州アイヤーのCreative Materials製の導電性シリコーンベースインク等の導電性フレキシブルインクを用いて、基板上にスクリーン印刷されてよい。ピエゾ抵抗材料（例えば、上記のEeonyxファブリック）で構成されるパッチが、センサＳ１〜Ｓ１４の位置で導電配線と接触するように配置される。例えば、センサＳ１４の箇所のピエゾ抵抗パッチ７０４を参照されたい。ＴＰＵ材料で構成される第２の基板（不図示）が、アレイ７００の上方に配置され、アセンブリは、これら構成要素を熱接合すべく加熱され、ピエゾ抵抗パッチをそれぞれのセンサ配線に接触するように固定する。
【００４９】
このアセンブリの構成要素の関係は、図８を参照すると理解でき、そこには導電配線８０４が形成されたフレキシブル基板８０２が示されている。ピエゾ抵抗材料８０６は、第２のフレキシブル基板８０８により、配線８０４との接触が維持されている。図示された例では、基板８０２および８０８はＴＰＵ基板であり、配線８０４は、ＴＰＵ基板８０２上にスクリーン印刷された導電性インクである。特定の実装によると、ＴＰＵ基板８０２は、アセンブリが、例えば図９に図示されたファブリックグローブブランク９００等の別の基板に熱接合（例えば、融解）されるのを可能にするＡＢＡ（Ａｄｈｅｓｉｖｅ‐Ｂａｒｒｉｅｒ‐Ａｄｈｅｓｉｖｅ）構造を有する。他方のＴＰＵ基板８０８は、アセンブリのみに接合されるように、ＡＢ（Ａｄｈｅｓｉｖｅ‐Ｂａｒｒｉｅｒ）構造で示されている。しかしながら、アセンブリの両側に熱接合されるのを可能にすべく、この基板がＡＢＡ構造を有する実装も想定される。
【００５０】
より具体的な実装によると、対応するセンサにより生成される信号を増幅する目的で、スティフナ（不図示）が、ピエゾ抵抗パッチの少なくとも一部および対応する配線パターンと位置合わせして配置されてよい。例えば、スティフナの力で、指の関節の屈曲に耐え、ピエゾ抵抗材料を圧縮する。スティフナは、プラスチックフィルム（例えば、ポリエチレンテレフタレート、すなわちＰＥＴ）であってよい。代替的に、スティフナは、別のファブリックであってよい。さらなる別の代替例として、DuPont 5036誘電体インク等の硬化材が、積層体の構成要素のうちの１つにシルクスクリーン印刷または印刷されてよい。理解されるように、導電配線とピエゾ抵抗材料との間の電気的接続が過度に劣化されない限り、スティフナは、複数の材料の積層体（例えば、図８に示されるような）におけるいずれの位置に挿入されてもよい。
【００５１】
再び図７を参照すると、スティフナ７０６（例えば、ＰＥＴから成るまたは他の好適な材料から成る）は、導電配線の終端近くで基板７０２に接着されてよく、アセンブリのコネクタ７０８への挿入を可能にする（当該図の右下隅の分解図を参照）。理解されるように、スティフナ７０６および適切な導体間隔を用いたこの構成が、センサアレイ７００を、多種多様な工業規格コネクタのいずれにも接続できるようにする。特定の実装によると、コネクタ７０８は、例えば、Molexコネクタ52207-2860（２８ポジションコネクタ）またはMolexコネクタ0522710869（図１１に示されるような８ポジションコネクタ）等のMolex ZIFフラットフレックスコネクタである。
【００５２】
上記の通り、例えば、オブジェクトまたは表面へのタッチ、把持または接触を検出するために、センサがグローブの手のひらに、および／または指の先端に配置されるセンサグローブの実装も想定されている。このようなセンサのアレイへの統合の仕方の一例が図１０に示されている。図示された例では、フレキシブル基板１００２は、センサＳ４を超えて延在し、センサＳ１５の導電配線が形成されたタブ１００４を含む。タブ１００４は、タブ１００４がグローブの指先と一致するように、グローブの内側に巻くことができる（矢印で示されるように）。故に、グローブの指先に作用するあらゆる力（例えば、指先が表面に接触することによる）が、センサＳ１５によって検出される。理解されるように、このようなセンサは、図１０に示されるように、手の甲のためのセンサアレイと統合されてよい。代替的に、このようなセンサは、手のひらおよび指先のための別個のアレイとして実装されてよい。
【００５３】
図１１は、３つの中指用のセンサＳ１〜Ｓ３および親指用のＳ４の４つの引き伸ばされたセンサのみを含むセンサグローブで用いられるセンサアレイ１１００の代替的設計を示す。理解されるように、このより単純な設計は、より容易および／または安価に製造されてよく、図３〜７を参照して上記した設計よりも、いくつかの用途に対し十分適している、あるいはより適している。にも関わらず、センサアレイ１１００は、上記のセンサアレイと同様に動作し、いずれのアプローチを用いて構築されてもよい。特定の実装によると、基板１１０２はＴＰＵ材料から構築され、導電配線が、図７および８を参照して上記した導電性フレキシブルインクを用いて、基板１１０２上にスクリーン印刷される。ピエゾ抵抗材料（例えば、上記のEeonyxファブリック）で構成されるパッチが、センサＳ１〜Ｓ４の位置で導電配線と接触するように配置される。例えば、センサＳ３の箇所にあるピエゾ抵抗パッチ１１０４を参照されたい。ＴＰＵ材料で構成される第２の基板（不図示）がアレイ１１００の上方に配置され、アセンブリは、構成要素同士を熱接合すべく加熱され、ピエゾ抵抗パッチがそれぞれのセンサ配線に接触するように固定される。
【００５４】
センサアレイ７００と同様に、アセンブリのコネクタ１１０８への挿入を可能にすべく、スティフナ（不図示）が導電配線の終端近くで基板１１０２に接着されてよい。上記の通り、スティフナを用いることで、例えば、Molex connector 0522710869を含む多種多様な工業規格コネクタのいずれにもセンサアレイ１１００を接続できるようにする。またセンサアレイ７００を参照して上記した通り、対応するセンサにより生成される信号を増幅する目的で、スティフナ（不図示）は、ピエゾ抵抗パッチの少なくとも一部およびセンサアレイ１１００の対応する配線パターンに位置合わせして配置されてよい。
【００５５】
図１２〜１４Ｃは、センサグローブで用いられる別の種類の実装を示す。図１２の部分的分解図を参照すると、センサシステム１２００は、５つの指アセンブリ１２０２（手の各指のためのアセンブリ）および４つの外転筋アセンブリ１２０４（各対の隣接する指の間の各空間のためのアセンブリ）を含む。これらのアセンブリが回路基板１２０６に接続され、回路基板１２０６上には、各アセンブリ上の指の関節センサおよび外転筋センサからの信号をエナジャイズおよび読み取るための回路（不図示）が実装される。指アセンブリ１２０２は、基板１２０８を介して相互接続され、外転筋アセンブリ１２０４は、基板１２１０を介して相互接続される。基板１２０８および１２１０は、回路基板１２０６の対向する側に固定され、センサシステム１２００が形成される。基板１２０８および１２１０上のコンダクタは、指アセンブリ１２０２および外転筋アセンブリ１２０４上のコンダクタと、回路基板１２０６（不図示）上の対応するコンダクタとの間の接続を提供する。センサシステム１２００は、トップエンクロージャ１２０９および人間工学バックプレート１２１１により固定され、図１３に示されるようにセンサグローブ１３００に挿入された手の甲と位置合わせされる。
【００５６】
各指アセンブリ１２０２は、２つの指の関節センサを含み、各指の関節センサは、細長いピエゾ抵抗材料（例えば、ファブリック）１２１２を用いて形成されており、当該ピエゾ抵抗材料は、フレキシブル誘電体基板１２１４の表面のセンサ配線グループ（図１２中、材料１２１２で隠れている）と接触している。ルーティング配線１２１６が、基板１２１４のセンサ配線グループとは反対の面（すなわち、図中の基板１２１４の下面）に隣接して存在し、ルーティング配線を用いて、信号が個々のセンサに送信される、および個々のセンサから受信される。ルーティング配線１２１６は、例えばビアを用いて、基板１２１４を通してセンサ配線に接続されている。基板１２１４は、基板１２１４の下面にあるルーティング配線１２１６が、少なくとも部分的に見えるように、透明に図示されている。各指の関節センサは、対応する指の関節での屈曲度を表わすセンサ信号を生成する。
【００５７】
各外転筋アセンブリ１２０４は、例えば、ファブリック等の細長いピエゾ抵抗材料１２１８（図１２中、１つのみが図示されている）を用いて形成された１つの外転筋センサを含み、当該外転筋センサは、フレキシブル誘電体基板１２２０の表面にあるセンサ配線グループ１２１９（一組のセンサ配線が材料１２１８で隠されている）に接触している。ルーティング配線（不図示）が、基板１２２０のセンサ配線グループとは反対側の面（すなわち、図中の基板１２２０の下面）に隣接して存在し、ルーティング配線を用いて、信号が外転筋センサへ送信され、および外転筋センサから受信される。ルーティング配線は、例えばビアを用いて、基板１２２０を通してセンサ配線１２１９に接続されている。各外転筋センサは、２つの隣接する指と指との間の拡がり角を表わすセンサ信号を生成する。グローブ内のセンサシステム１２００の向きは、図１３を参照して理解されるだろう。
【００５８】
図１３に示される通り、各指アセンブリ１３０２は、グローブの背面に沿って、および、対応する指のそれぞれに沿って延在する（指の１つとして親指を参照）。特定の指が屈曲すると、その指の関節の屈曲度が、対応する指の関節センサによって生成されるセンサ信号によって表される。この図から理解されるように、手の指をくっつけたとき、外転筋センサを含む各外転筋アセンブリ１３０４の部分は、２つの対応する隣接する指間のクルックスと位置合わせされた屈曲の中心線に対し、ほぼ１８０度に後方に屈曲（例えば、タコスの皮または「Ｖ」のように）される。外転筋センサは、この位置で「静止」とみなされる。指が拡げられるとき、外転筋センサは平らになり、伸長され、拡がり角を表わす対応するセンサ信号を生成する。
【００５９】
指にある個々のセンサおよび外転筋アセンブリは、図４を参照して説明したようなセンサ回路を用いて図３を参照して上記したように、エナジャイズされ、問い合わせされてよい。すなわち、センサの各々は２つの配線を含む。配線のうちの１つが駆動信号を受信し、他方がセンサ信号をセンサ回路に送信する。上記した通り、センサ信号は、分圧器を用いて生成されてよく、当該分圧器の複数の抵抗器の１つが、ピエゾ抵抗材料を介在させる２つの配線間の抵抗を含み、他方はセンサ回路内に含まれる。ピエゾ抵抗材料の抵抗が、加えられた力または圧力により変化すると、センサ信号も駆動信号の分割部分として変化する。
【００６０】
理解されるように、本開示で可能にされるセンサシステム内の個々のセンサの応答は、同様のシステム内の対応するセンサに加え、互いに対してバリエーションを呈してよい。いくつかの実装によると、センサの各々の応答を表わす較正されたセンサデータが格納（例えば、プロセッサ４０６のメモリ４０７内）される。このようなデータは、センサ出力が、手の部分の運動および関節を表わすために処理および使用される方法における整合性および精度を保証する。較正中、各センサの出力（例えば、ＡＤＣ４０４によって捕獲される）は、手の特定の位置に対応する既知の入力の範囲で測定される。このようにして、各センサのデータポイントの組が捕獲（例えば、メモリ４０７内のテーブル内）され、ＡＤＣ値を対応する指の位置と関連付ける。各センサのデータの組は、ＡＤＣ出力の可能性のある値の多く（あるいはすべて）に対する値（またはオフセット値）を捕獲してよい。代替的に、より少ないデータポイントが捕獲されてもよく、センサ回路は、補間法を用いて、データセットで表されないＡＤＣ出力の値を導出してよい。
【００６１】
各外転筋センサの較正データは、あるデータ値の範囲で、対応する対の指の拡がりの範囲を表わす。各指の関節センサの較正データは、あるデータ値の範囲で、対応する指の関節の屈曲の範囲を表わす。特定の実装によると、較正は、手を様々な位置に保持し、それらの位置のデータ値を格納することを必要とする。例えば、ユーザは、指をリラックスさせた状態でくっつけて手を差し出す、握り拳を作る、指を拡げる等を指示されてよい（例えば、ビデオまたはアニメーションで）。その後、各位置の各センサのデータ値が捕獲されてよい。
【００６２】
特定の実装によると、較正データは、各センサの範囲の２つの位置を捕獲する。これらの位置は、例えば、各範囲の極限値であってよい。例えば、外転筋センサについては、２つの位置は、（１）一対の指をくっつけた、および（２）一対の指を可能な限り遠くに拡げた、ものであってよい。同様に、指の関節センサについては、２つの位置は、（１）指の関節をまっすぐにした、および（２）指の関節を可能な限り屈曲させた、ものであってよい。次に、実行時に補間（例えば、線形補間）が用いられ、各指の関節センサと外転筋センサの極限値と極限値の範囲内における位置を決定する。これらの較正データは、複数セッションにわたり格納されてよい。このようなデータはユーザ固有であってよいので、これは、各一意のユーザのために１つのデータセットといったように、複数のセットを格納することを含んでよい。代替的に、較正データは、各セッションごとに再生成されてよく、例えば、ユーザに較正ルーチンの様々な手の位置を行わせる。
【００６３】
いくつかの実装によると、回路基板１２０６上のセンサ回路は、３軸加速度計、３軸ジャイロスコープおよび３軸磁気計を含む慣性計測ユニット（ＩＭＵ）（不図示）を含む。これらの構成要素からの情報がＩＭＵで混合され、手の姿勢、すなわち、ピッチ、ロールおよびヨーを提供する。並進、すなわち、手のｘ、ｙおよびｚにおける運動は、１または複数のカメラ（例えば、ゲームシステムカメラ）、１または複数の超音波センサ、１または複数の電磁センサ等を用いて追跡され、グローブの空間での位置が決定されてよい。故に、センサシステム、ＩＭＵおよび任意の並進感知システムにより生成された情報を用いて、ユーザの手の位置、姿勢および指の関節が捕獲されてよい。様々な実装で用いられてよいＩＭＵの一例は、ドイツのクステルディンゲンのBosch Sensortec GmbH of Reutlingenによる提供のBNO055である。好適なＩＭＵの他の例は、カリフォルニア州サンノゼのInvenSense, IncおよびスイスのジュネーブのST Microelectronicsにより提供されている。
【００６４】
図１２に図示される実装では、各指アセンブリは、触覚アクチュエータ（明確に図示せず）も含み、当該触覚アクチュエータは、パッド１２２４を介して、自身の一組のルーティング配線（部分的に見える）に接続される。触覚アクチュエータは、指先がオブジェクトまたは表面（例えば、仮想空間における、または、遠隔位置における）と接触された感覚を生成する目的で、各指先と位置合わせされ、それにより、ユーザに感覚を付与する。センサシステム１２００は、手の甲と位置合わせされているので、触覚アクチュエータは、指に巻かれるコンダクタ（不図示）を介して、パッド１２２４に接続される。
【００６５】
特定の実装によると、各アクチュエータは、硬性基板上に伸長されたフレキシブル金属膜（例えば、カプトンマイラーフィルム）である。当該金属膜は、センサ回路によりパッド１２２４を介して印加された電圧に基づき、縮小または拡張する。触覚アクチュエータは、異なる表面をシミュレーションする異なる波形で駆動される小さな「スピーカ」として考えられてよく、指が仮想世界における、または遠隔位置における何かに接触したことをシグナリングする。これらの接触イベントからの波形は、シミュレーションされる表面の性質、表面に接触する指先の数、仮想表面にわたる運動速度等に依存する。いくつかの場合において、付随するオーディオが提供され、接触の知覚を高めてよい。様々な実装で用いられてよい触覚アクチュエータの例は、カリフォルニア州バークレーのNovasentis Incから提供されるものが挙げられる。
【００６６】
図１４Ａ〜１４Ｃは、指の関節センサおよび触覚アクチュエータを含むセンサシステムの構成要素の積層を示す。外転筋センサに関する構成要素は、わかりやすさのため図示していない。しかしながら、外転筋アセンブリは、材料および構成要素（触覚アクチュエータに関する構成要素は含まない）の順序の観点から、図示された指アセンブリと同様に形成されてよいことを理解されたい。
【００６７】
図１４Ａを参照すると、人間工学バックプレート１４０２が、指の向きに関連付けて積層の下部に示されている。バックプレート１４０２は、ユーザの手の甲に適合する曲面を有する。触覚バスライン１４０４（図示されていない触覚アクチュエータに接続するための）は、ＰＥＴ基板１４０６の片面に導電性インクで印刷されている。指の関節センサの各々からの信号をエナジャイズしたり、読み取ったりするために用いられるセンサバスライン１４０８（センサ回路の回路基板への接続のためのパッドを含む）が、ＰＥＴ基板１４０６の他方の面に導電性インクで印刷されている。
【００６８】
図１４Ｂを参照すると、ＰＥＴ基板１４１０が、センサバスライン１４０８およびＰＥＴ基板１４０６の上方に配置される。センサ配線１４１２（バスラインに接続するいくつかの配線を含む）が、ＰＥＴ基板１４１０上（およびバスライン１４０８に接続するべく、部分的にＰＥＴ基板１４０６上）に導電性インクで印刷されている。ＰＥＴ基板１４１０上のそれぞれの平行な対の配線（例えば、１４１３）が、指の関節センサに対応する。炭素パッシベーション層１４１４が、センサ配線１４１２およびバスライン１４０８の露呈された部分の上方に印刷され、導電配線を変色およびクリーピングから保護する。バス配線をセンサ配線およびピエゾ抵抗材料から絶縁するべく、誘電体ストリップがバス配線の部分の上方に配置されてよい。
【００６９】
図１４Ｃを参照すると、ピエゾ抵抗ファブリックストリップ１４１６が、各対のセンサ配線１４１２と接触するように配置され、指の関節センサが形成される。各ファブリックストリップ１４１６は、感圧接着剤（ＰＳＡ）１４２０を用いて固定されたスティフナとして適用されるＰＥＴストリップ１４１８を有する。ＰＥＴ１４１８は、ファブリック１４１６を非対称的により硬くし、ファブリックの屈曲に耐え、ファブリックに歪みを生じさせ、これにより、屈曲信号を高め、且つ、所望のセンサ応答およびダイナミックレンジを達成することに役立つ。理解されるように、所望の応答およびダイナミックレンジに応じて、様々な剛性および／または厚みの各種材料が、スティフナとして用いられてよい。ＴＰＵストリップ１４２２が、指の関節センサの上方に配置され、構成要素同士を熱接合すべく加熱され、ピエゾ抵抗ストリップを、それらそれぞれのセンサ配線に接触するように固定する。
【００７０】
上記した通り、センサ配線の一部がＰＥＴ基板１４１０上にあり、他の部分が下層のＰＥＴ基板１４０６上のバスライン１４０８に接触し、且つ接続されるように、センサ配線１４１２は印刷される。ＰＥＴ基板１４０６を通してのセンサ配線１４１２とバスライン１４０８との間の接続も、例えばビアを用いて形成されてよい。指の関節センサは、２つの平行な配線を用いるように図示されているが、他の配線グループの構成も想定されている。例えば、上記した通り、交互に噛み合う延在部を有するセンサ配線が、一部の実装で用いられる。このような実装の別の例が、図１５および１６に示されている。
【００７１】
図１５は、これらの構造の詳細を不明瞭にしないように、他の層および構成要素を省いた、センサシステム１５００のセンサ配線およびバスラインを示す。５つの指アセンブリ１５０２の各々は、中指に対応する指アセンブリに図示されるような、４つの指の関節センサ１５０４を含む。指の関節ごとに２つのセンサを有することで、より精巧な運動の検出および／または表現を可能にしてよい。４つの外転筋アセンブリ１５０６も図示されている。
【００７２】
この種類の実装によると、図１６に図示される通り、バスライン１６０２（センサラインおよび触覚バスラインの両方を含む）が、ＴＰＵ基板１６０４上の片面に導電性インクで印刷される。センサ配線１６０６は、ＴＰＵ基板１６０４の他方の面に導電性インクで印刷され、例えば、ビアを用いて、ＴＰＵ基板１６０４を通って対応するバスラインに接続される。次に、このアセンブリが、例えば、グローブブランク（不図示）の形状のピエゾ抵抗ファブリックに接触するように配置される。次に、これらの構成要素は加熱され、センサ配線１６０６をピエゾ抵抗ファブリックに固定すると、そこからセンサグローブが作成される。外転筋アセンブリ１６０８（そのうち配線のみが示されている）が、同様に構築されてよい。代替的に、その比較的単純な構造を理由として、外転筋アセンブリ１６０８は、例えば導電性インクを用いて印刷されてピエゾ抵抗ファブリック上に、および絶縁体上に形成されてよい（外転筋センサへ延びる、および外転筋センサから延びるバスラインのための）。
【００７３】
上記の説明を参照して理解されるように、本開示により可能となるセンサグローブの適用は、多数且つ多様である。上記の通り、このようなセンサグローブ内での人間の手の作用が、現実世界および仮想世界における制御システム、装置およびプロセスに変換され得る。センサグローブを用いると、人間は仮想空間でオブジェクトと相互作用でき、ビデオおよびオンラインゲーム並びに教育用途および芸術的用途においても有用性がある。例えば、センサグローブを用いて、外科手術をシミュレーションし、仮想楽器を演奏し、仮想オーケストラを指揮し、仮想芸術作品を描く等してよい。人間の手の運動を仮想世界に変換することで、より現実的なコンピュータ支援アニメーションをサポートしてよい。産業上利用性として、危険材料を扱う製造装置または産業ロボットの遠隔制御が含まれてよい。これらの例の多様性から理解されるように、用途の範囲は事実上無制限である。従って、本開示の範囲は、特定の用途への言及により限定されることはない。
【００７４】
当業者は、本明細書で説明した実装の形態および詳細への変更は、本開示の範囲を逸脱することなくなされ得ることを理解されたい。また、特定の実装を参照して、様々な利点および態様について説明されたかもしれないが、本開示の範囲は、このような利点および態様への言及により限定されることはない。
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図２（ｃ）】
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【図２（ｄ）】
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【図２（ｅ）】
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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１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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