(57)【要約】  装着型装置は、基板の伸縮に対応できるようにジグザグパターンに形成された複数の導電性ループを有する柔軟な基体を備える。前記基体は、手袋に形成され、前記ループは体の関節と整列するように配置されている。体の関節が移動すると、前記ループの形状が変化し、それに応じてインダクタンスが変化するが、このインダクタンスは、前記手袋の電子機器によって測定され、角度を外部コンピューターシステムに送信するプロセッサによって関節角度の計算に使用される。前記ループの一部は電子モジュールの電流ドライバーに取り付けられ、磁石は前記ループの近くに配置され、前記電流ドライバーが前記ループに電流を流すと前記磁石と前記ループの間に力が発生するための手段を提供し、それによって触覚フィードバックをユーザーに提供する。  【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体関節角度測定の手段を提供する装着型装置であって、
ａ）柔軟で弾性のある基体と、
ｂ）前記基体を身体に取り付けるための手段と、
ｃ）前記装置の装着時に、身体の関節に合わせた位置で、前記基体上または前記基体内に取り付けられた導電性ループと、
ｄ）衣服内または衣服の上を通る導線によって、前記導電性ループの一部またはすべてに取り付けられたインダクタンス測定回路と、
ｅ）前記インダクタンス測定回路に取付けられたプロセッサであって、各回路およびインダクタンス値から値を収集する手段を提供して、身体関節角度を計算するものである、プロセッサと、
を有する装着型装置。
【請求項２】
請求項１記載の装着型装置において、
前記導電性ループは、ジグザグの縁を有し、対応する身体関節が動くときに伸張可能なものである、装着型装置。
【請求項３】
請求項１記載の装着型装置において、
前記導電性ループは複数の巻きからなるものである、装着型装置。
【請求項４】
請求項１記載の装着型装置において、
前記導電性ループは、前記対応する身体関節の屈曲の主方向とは反対側に配置されるものである、装着型装置。
【請求項５】
請求項２記載の装着型装置において、
前記装置は、ユーザーの手に取り付けられるものである、装着型装置。
【請求項６】
請求項５記載の装着型装置において、
複数の手関節に１つ以上の伸長可能な導電性ループが設けられている、装着型装置。
【請求項７】
請求項６記載の装着型装置において、
指の中手指節関節には、関節屈曲の主方向と反対側に、及び任意の側に、配置された２つの伸縮可能な導電性ループが設けられている、装着型装置。
【請求項８】
請求項１記載の装着型装置において、
永久磁石が前記導電性ループのいくつかの近くに配置され、電流駆動回路が前記ループに取り付けられ、前記ループに電流を生成する手段を提供し、それにより前記磁石に力を生成して、ユーザーに触覚フィードバックを提供するものである、装着型装置。
【請求項９】
請求項１記載の装着型装置において、
前記インダクタンス測定回路は、前記導電ループの各々に接続されたコンデンサ、増幅器、フィードバック回路および周波数カウンタを含み、増幅器およびフィードバックループは、前記導電性ループと前記コンデンサのダイ組み合わせに接続されて、振動信号を生成する手段を提供するものである、装着型装置。
【請求項１０】
請求項５記載の装着型装置において、
手首の周りを部分的にまたはその全周を通る、主衣服に取り付けられる構造が、複数の光学または磁気送信機または受信機を有し、追跡システムと相互動作して、手の位置を３次元空間で特定する手段を提供するものである、装着型装置。
【請求項１１】
請求項１記載の装着型装置において、
前記基体を身体に取り付けるための前記手段は、身体部分が通過できる管状構造を備え、該管状構造は、それらができるように留め具を含むことができる、装着型装置。
【請求項１２】
請求項１記載の装着型装置において、
前記柔軟で弾性のある基体は、シリコーン、ポリウレタンエラストマー、または織られた弾性織物である、装着型装置。
【請求項１３】
請求項１記載の装着型装置において、
前記プロセッサは、無線送信器に取り付けられ、前記プロセッサからコンピュータに情報を中継する手段を提供するものである、装着型装置。
【請求項１４】
請求項９記載の装着型装置において、
前記増幅器、フィードバック回路、および周波数カウンタは、フィールドプログラマブルゲートアレイ内で実現されるものである、装着型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータと人のインターフェース装置に関し、より具体的には、装着可能で、手などの人体の一部とインターフェースするインターフェース装置に関する。このような装置は、オブジェクトやデータの３次元表現とのインターアクションなどのコンピュータープログラムとのインターアクション、または仮想現実の状況で、また後で再生するために体の動きをキャプチャするのに役立つものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の装置では、部分的に導電性のエラストマー材料を組み込んだ抵抗性屈曲センサーを使用して、手の関節の屈曲を測定しているものがる。これらの装置には、測定値が非線状の関節角度、また以前の関節角度にも依存し、つまりヒステリシスを示すという欠点がある。これらの装置には、測定された値が温度によって変化するというさらなる欠点がある。これらの装置には、電極、アクティブエラストマー媒体、フレキシブル基体、およびサポート回路との間で信号をやり取りするためのワイヤなど、いくつかのコンポーネントで構成されているため、全体的なコストが比較的高くなるという欠点もある。
【０００３】
他の従来の装置は、手の関節角を測定するために光ファイバーを使用している。これらの装置は、光源、光伝送、光検出、およびアナログ増幅とアナログからデジタルへの変換回路が必要であり、全体のコストが高くなるという欠点がある。
【０００４】
他の従来の装置は、Ｌｅａｐ  Ｍｏｔｉｏｎから入手可能な装置など、手の関節角度を測定するためにカメラなどの外部光学手段を使用している。これらの装置には、ポーズによっては手の一部が別の部分をブロックするため、手のすべての部分を常に見ることができないという欠点があり、したがって、見ることができない手の部分の位置が追跡できない。これらの装置には、ユーザーの皮膚に接触していないため、ユーザーに触覚フィードバックを提供できないという欠点もある。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、装置の手に装着可能な実施形態の内部またはその上の導電性ループの一般的なレイアウトと、手の関節に対する配置を示す。
【図２】図２は、装置の別の図を示しており、親指の関節の周りの導電性ループの配置を示している。
【図３】図３は、装置の掌側から見た図である。
【図４】図４は、導電性ループと電子モジュールを接続する導電性ワイヤを示す。
【図５】図５は、電子モジュールに接続された単一の指に関連付けられた導電性ループと接続ワイヤを示す。
【図６】図６は、単一の導電性ループと、電子モジュールに接続された関連する接続ワイヤを示す。
【図７】図７は、各導電性ループに関連付けられた電子回路を示す。
【図８】図８は、各導電性ループに関連付けられた電子回路の一実施形態を示す。
【図９】図９に、装置に取り付けられ、追跡トランシーバーが埋め込まれた構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
前記装置の一実施形態が、図１（概要）、図２（手掌図）、および図３（掌図）に示されている。前記装置の本実施形態は、手に装着されるが、他の実施形態では身体の他の部分に装着されてもよい。可撓性の弾性基体１０１は、ユーザーの手１１０に装着される。前記基材１０２は、シリコーンまたはポリウレタンなどのエラストマー、またはライクラなどの織られた弾性織物から作られてもよい。
【０００７】
導電性ループ１０２、１０３、１０４、１０５、１０８および１０９は、前記基体１０２上に取り付けられるか、織り込まれるか、または埋め込まれる。セットアップループ１０２、１０３、１０４、１０５によって形成される各指の基本構造が取られ、図に示すように、各指で繰り返される。他の指と同じ４つのループに加えて、親指には２つの追加のループ１０８と１０９もある。
【０００８】
前記装置のいくつかの実施形態では、前記導電性ループ１０２、１０３、１０４、１０５、１０８および１０９は、破損することなく繰り返し曲げることができる厚さの銅などの金属ワイヤでできている。いくつかの実施形態では、銅線の厚さは典型的には０．１ｍｍである。
【０００９】
電子モジュール１０６は、インダクタンス測定電子機器、プロセッサ、無線送信機、およびバッテリーを収容し、基体１０２上に搭載される。内部バッテリを充電するために装置を外部電源に接続する手段として、接点（１０７で例示）が提供される。導電性ループ１０２は、指の遠位指節間関節の上部に配置され、そのインダクタンスの測定値は、この関節の角度を計算するために使用される。
【００１０】
導電性ループ１０３は、指の近位指節間関節の上部に配置される。
【００１１】
導電性ループ１０４および１０５は、中手指節関節の上部に配置される。各導電性ループ１０２、１０３、１０４、１０５、１０８、１０９は、ジグザグの縁から成り、基体の伸張に対応できるようになっている。指の関節の１つが曲がると、関連する導電性ループが伸び、インダクタンスが増加する。逆に、関節が伸びると、インダクタンスが減少する。電子モジュール１０６は、このインダクタンス変化を使用して関節屈曲を計算する。
【００１２】
指が中手指節関節で内転または外転されると、ループ１０４および１０５が伸縮する。電子モジュール１０６は、ループ１０４および１０５のインダクタンスの変化の変化の差を使用して、指の内転または外転の程度を計算する。
【００１３】
同様に、親指の手根中手関節が曲がると、ループ１０８および１０９は、親指と手の甲の間の基体に加えられるねじれおよび曲げ運動によりインダクタンスを変化させる。この理由から、ループ１０８と１０９は、この応答を最大にするために、材料の中立軸の上で、基体の上面近くに取り付けられる。
【００１４】
親指には、それぞれ指ループ１０２、１０３、１０４、および１０５に対応する導電性ループ２０１、２０２、２０３、および２０４が設けられる。いくつかの実施形態では、親指中手指節関節の内転および外転を測定するために、ループ２０２がループ対２０３、２０４に置き換えられる。ループ２０３および２０４は、ループ１０４および１０５を使用して指中手指節骨関節の測定について説明したのと同じ方法で親指手根中手骨関節を測定する。
【００１５】
磁石３０２は、導電性ループ３０１に近い指先のそれぞれに配置される。電子モジュール１０６は、コイルに取り付けられた電流ドライバを含む。電子モジュール１０６は、外部コンピュータからコマンドを受信してコイル３０１内の電流を駆動し、磁石３０２に力を生成し、ユーザの皮膚に触覚フィードバック効果を生成することができる。他の実施形態では、３０１および３０２で構成される構造が、より詳細な触覚フィードバック効果を提供するために、皮膚表面の他の地点で取付してもよい。
【００１６】
装着型装置を取り付けるための留め具３０３を設けて、装着型装置のセクションの開閉を可能にし、着脱を容易にすることができる。
図４は、ループ１０２を電子モジュール１０６に接続するジグザグ接続ワイヤ対４０１を示す。ジグザグ接続ワイヤ対は、導電性コイル１０２自体と同じ方法で伸張に適応するような形状である。説明したすべての導電コイルは、電子モジュール１０６に接続する同様の導線の対を有する。
【００１７】
他の実施形態では、コイル１０２、１０３、１０４、１０５、１０８および１０９、および接続ワイヤ４０１は、交互方向の波状弧、丸いジグザグ、長方形の左右のパターン、またはらせん構造などの代替のパターンを有してもよく、これにより下地および埋め込み基体材料の伸びへの対応を可能にする。
【００１８】
図５は、単一の指１０２、１０３、１０４、１０５、および３０１のコイルのレイアウトの詳細、および各コイルを電子モジュール１０６に接続する関連する導線の対５０１、４０１、５０４、５０３、および５０２を示す。この配置は手の指ごとに繰り返される。
【００１９】
図６は、単一のコイルの詳細を示すものである。上述の各コイルは、導線の複数の巻きで構成されてもよい。一実施形態では、３〜５巻のインダクタが使用されるが、本発明を実質的に変更することなく他の巻き数を使用してもよい。各接続ワイヤ対４０１は、回路全体が電子モジュール１０６から切れ目のない回路で、ワイヤ６０１に延び、１回以上ループ１０２を巻き、ワイヤ６０２を通って電子モジュールに戻る。
【００２０】
図７は、コンデンサ７０５、増幅器７０２、フィードバックループ７０１、周波数カウンタ７０３、およびプロセッサ／無線送信機７０４で構成される電子モジュール１０６に接続されたコイル１０２の詳細を示している。プロセッサ７０４は、測定を必要とするシステム内の他のすべてのコイルに関連付けられた周波数カウンタに接続された入力７０６を有する。７０５、７０２、７０２、および７０３を含む基本的な配置は、各コイルに対して繰り返される。理解を容易にするために、ここではコイル１０２の回路のみを示す。
【００２１】
いくつかの実施形態では、増幅器７０２、フィードバックループ７０１、および周波数カウンタ７０３は、ラティスＩＣＥ４０ＬＰ１Ｋ集積回路などのフィールドプログラマブルゲートアレイ内に実装される。他の実施形態では、増幅器７０２、フィードバックループ７０１、および周波数カウンタ７０３は、インダクタンスからデジタルへの変換器によって提供されてもよい。他の実施形態において、増幅器は、本発明を実質的に変更することなく、１つ以上のトランジスタまたは増幅器集積回路によって提供されてもよい。
【００２２】
プロセッサ７０４は、Ｎｏｒｄｉｃ  ＮＲＦ５２８３２および他の可能な同等の部品として実現可能で、例えば、測定された関節角を外部コンピュータに中継するブルートゥース（登録商標）無線伝送規格を使用する無線送信機を含む。一部の実施形態では、本発明を実質的に変更することなく、代替としてＮｏｒｄｉｃ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｓｈｏｃｋｂｕｒｓｔなどの独自プロトコルを使用することができる。
【００２３】
図８は、電子モジュール１０６の代替実施形態を示しており、４０９３  ＮＡＮＤシュミットトリガーを使用して発振器を作成し、コンデンサ８０２が図７のコンデンサ７０５とは異なるように配置されている。
【００２４】
図９は、電子モジュール１０６に取り付けられ、電気接点１０７を介して電子モジュール１０６に電気的に接続された追跡構造９０１を示す。追跡構造９０１は、手首の周りを部分的にまたは全周を通り、複数のハッキングモジュール９０２、例えば、トライアドセミコンダクターにより提供されるＴＳ３６３３−ＣＭ１を収容する。
【００２５】
これらの受信機９０２は、外部基準フレームに対する手の三次元位置を提供する。別の実施形態では、追跡モジュール９０２は、発光ダイオードとして実現され、３Ｄ追跡の目的のために、装置の外部のカメラによって追跡される。
【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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【国際調査報告】
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