JP2017538187A - Sensor system integrated with globe - Google Patents
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Abstract
人間の手のグローブと一体化されるように設計される複数のセンサシステムが、説明されている。複数のセンサのアレイが、グローブでの手の動作と関連する複数の力を検出し、関連回路が、多種多様なプロセス及び装置を制御するために使用され得る、対応する制御情報を生成する。Multiple sensor systems have been described that are designed to be integrated with the glove of a human hand. An array of multiple sensors detects multiple forces associated with hand movements in the glove, and associated circuitry generates corresponding control information that can be used to control a wide variety of processes and devices.
Description
本出願は、Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓという発明の名称で２０１４年１０月３０日に出願された米国特許仮出願第６２／０７２，７９８号明細書（代理人整理番号ＢＢＯＰＰ００４Ｐ３）からの優先権を主張する。本出願は又、Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓという発明の名称で２０１５年３月２７日に出願された米国特許出願番号第１４／６７１，８２１号明細書（代理人整理番号ＢＢＯＰＰ００４Ｘ２）からの優先権を主張する。上記の複数の出願のそれぞれの開示内容全体が、全ての目的に対して、参照により本明細書に組み込まれる。 This application claims priority from US Provisional Application No. 62 / 072,798 (Attorney Docket No. BBOPP004P3) filed Oct. 30, 2014 under the name of the invention of Flexible Sensors and Applications. . This application also claims priority from US patent application Ser. No. 14 / 671,821, filed on Mar. 27, 2015 (Attorney Docket No. BBOPP004X2) filed on March 27, 2015 under the name of the invention of Flexible Sensors and Applications. To do. The entire disclosure of each of the above applications is hereby incorporated by reference for all purposes.
複数のコンピューティング装置と物理的な世界との間のギャップを橋渡しする複数の技術に対する需要が急激に高まっている。これらのインタフェースは、一般に、物理ドメインからの情報をデジタルドメインに変換するセンサ技術を何らかの形で必要とする。 "モノのインターネット"は、事実上無制限な応用範囲での複数のセンサの使用を予期する。それらのうちの多くにとって、従来のセンサ技術は十分好適ではない。 The demand for multiple technologies that bridge the gap between multiple computing devices and the physical world is increasing rapidly. These interfaces generally require some form of sensor technology to convert information from the physical domain to the digital domain. The "Internet of Things" anticipates the use of multiple sensors in a virtually unlimited range of applications. For many of them, conventional sensor technology is not well suited.
様々な実施例に従うと、複数のセンサ及び複数のセンサの複数の用途が提供される。いくつかの実施例に従うと、センサシステムが、グローブの一部分との位置合わせ又は一体化のためのフレキシブル基板を含む。複数のセンサ位置で基板上に直接形成される複数の導電配線群が、人間の手の少なくともいくつかの指の関節に対応する。これらの導電配線群のそれぞれは、２又はそれよりも多くの導電配線を含む。これらの導電配線群のそれぞれにおける複数の導電配線間の抵抗は、導電配線群と接するピエゾ抵抗材料に対する力によって変化する。回路は、複数の導電配線群のそれぞれから信号を受信し、これに応答して制御情報を生成するように構成される。制御情報は、複数の導電配線群のそれぞれと接するピエゾ抵抗材料に対する力を表す。 According to various embodiments, multiple sensors and multiple uses of multiple sensors are provided. According to some embodiments, the sensor system includes a flexible substrate for alignment or integration with a portion of the globe. A plurality of conductive wiring groups formed directly on the substrate at a plurality of sensor positions correspond to at least some finger joints of a human hand. Each of these conductive wiring groups includes two or more conductive wirings. The resistance between the plurality of conductive wirings in each of these conductive wiring groups changes depending on the force applied to the piezoresistive material in contact with the conductive wiring group. The circuit is configured to receive a signal from each of the plurality of conductive wiring groups and generate control information in response thereto. The control information represents a force with respect to the piezoresistive material in contact with each of the plurality of conductive wiring groups.
ある特定の種類の複数の実施例に従うと、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。ピエゾ抵抗材料のそれぞれのパッチが、複数のセンサ位置で複数の導電配線群のうちの対応する１つと接する。より具体的な実施例に従うと、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。複数の導電配線群が形成されるフレキシブル基板、ピエゾ抵抗材料の複数のパッチ、及び第２のフレキシブル基板は熱的に一緒に接合され、それによりピエゾ抵抗材料の複数のパッチは、対応する複数の導電配線群と接するように固定される。 According to one particular type of embodiments, the flexible substrate is a dielectric material and the piezoresistive material is a plurality of patches. Each patch of piezoresistive material contacts a corresponding one of the plurality of conductive wiring groups at a plurality of sensor locations. According to a more specific embodiment, the dielectric material is a thermoplastic material and the sensor system includes a second flexible substrate of thermoplastic material. The flexible substrate on which the plurality of conductive wiring groups are formed, the plurality of patches of piezoresistive material, and the second flexible substrate are thermally bonded together, so that the plurality of patches of piezoresistive material are It is fixed so as to be in contact with the conductive wiring group.
別の種類の複数の実施例に従うと、フレキシブル基板は、例えば、ピエゾ抵抗性の生地であってよいピエゾ抵抗材料である。 According to another type of embodiments, the flexible substrate is a piezoresistive material, which may be, for example, a piezoresistive fabric.
様々な実施例の特性及び複数の利点の更なる理解が、本明細書の残りの部分及び複数の図面を参照することにより実現されるだろう。 A further understanding of the nature and advantages of the various embodiments will be realized by reference to the remaining portions of the specification and the drawings.
複数のピエゾ抵抗材料を組み込んだ複数のセンサ及び複数のセンサシステムが本開示にて説明される。特に、人間の手のグローブとの一体化のための複数のセンサシステムが説明される。複数の特定の実施例が、予期される複数のベストモードを含め、本明細書にて説明される。これらの実施例の複数の例が、添付の複数の図面に示されている。しかしながら、本開示の範囲は、説明されるこれらの実施例に限定されるものではない。むしろ、本開示は、これらの実施例の複数の代替手段、修正形態、及び等価物を包含することが意図されている。以下の説明において、説明されるこれらの実施例の十分な理解を提供するために、具体的な詳細が説明される。いくつかの実施例は、これらの具体的な詳細の幾分か、又は全てがなくとも実施され得る。更に、明瞭性を促進すべく、よく知られた複数の特徴は、詳細に説明されていないかもしれない。 Multiple sensors and multiple sensor systems incorporating multiple piezoresistive materials are described in this disclosure. In particular, multiple sensor systems for integration with a human hand glove are described. A number of specific embodiments are described herein, including a number of expected best modes. Examples of these embodiments are illustrated in the accompanying drawings. However, the scope of the present disclosure is not limited to these described examples. Rather, this disclosure is intended to cover multiple alternatives, modifications, and equivalents of these examples. In the following description, specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of these described embodiments. Some embodiments may be practiced without some or all of these specific details. Furthermore, well-known features may not be described in detail to facilitate clarity.
複数のピエゾ抵抗材料が、この材料に加えられる機械的な力又は圧力に応答して電気抵抗の変化を示す、ある種の材料の任意のものを含む。本明細書にて説明されている複数のセンサシステムのうちの１つの種類が、ピエゾ抵抗材料、例えば、ピエゾ抵抗性の生地又はその他のフレキシブル材料のフレキシブル基板に直接形成された、或いはそうでなければフレキシブル基板と一体化された複数の導電配線を含む。本明細書にて説明されている複数のセンサシステムのうちの別の種類が、フレキシブル誘電体基板ときつく一体化され、複数の配線の複数の部分と接するフレキシブルピエゾ抵抗材料の誘電体基板に直接形成された、或いはそうでなければ誘電体基板と一体化された複数の導電配線を含む。そのようなセンサシステムに対して力又は圧力が加えられた場合、ピエゾ抵抗材料によって接続された複数の配線間の抵抗は、加えられる力を表し、時間変動する形で変化する。加えられる力の大きさを表す信号が、抵抗の変化に基づいて生成される。この信号は、（例えば、電圧又は電流として）複数の導電配線を介して捉えられ、（例えば、アナログ／デジタル変換器により）デジタル化され、（例えば、関連するプロセッサ又はコントローラ又は適切な制御回路により）処理され、（例えば、関連するプロセッサ、コントローラ、又は制御回路により）事実上、あらゆる種類のプロセス、装置、又はシステムと共に使用され得る制御機能に対してマッピングされる。そのような複数のセンサシステムからの複数の出力信号は又、それらのセンサシステムが形成されている、又はそれらのセンサシステムが一体化されている基板の、例えば、曲がり、延び、ねじれ、回転、等のような、様々な歪み及び／又は変形を検出するために使用され得る。 The plurality of piezoresistive materials includes any of certain materials that exhibit a change in electrical resistance in response to a mechanical force or pressure applied to the material. One type of the multiple sensor systems described herein may or may not be formed directly on a flexible substrate of a piezoresistive material, such as a piezoresistive fabric or other flexible material. A plurality of conductive wirings integrated with a flexible substrate. Another type of the multiple sensor systems described herein may be integrated directly into the flexible dielectric substrate and directly into the dielectric substrate of flexible piezoresistive material that contacts multiple portions of the multiple wires. A plurality of conductive wirings formed or otherwise integrated with the dielectric substrate is included. When force or pressure is applied to such a sensor system, the resistance between the wires connected by the piezoresistive material represents the applied force and changes in a time-varying manner. A signal representing the magnitude of the applied force is generated based on the change in resistance. This signal is captured via multiple conductive traces (eg, as a voltage or current), digitized (eg, by an analog to digital converter), and (eg, by an associated processor or controller or appropriate control circuitry) Processed and mapped to control functions that can be used with virtually any type of process, device, or system (eg, by an associated processor, controller, or control circuit). The multiple output signals from such multiple sensor systems can also be, for example, bent, extended, twisted, rotated, of the substrate on which the sensor systems are formed or integrated. Can be used to detect various distortions and / or deformations, and so on.
複数のフレキシブル基板に、複数の導電配線を直接印刷すること、スクリーン印刷すること、堆積させること、又はそうでなければ形成することにより、あらゆる任意の形状又は体積に適合するセンサ又はセンサアレイの形成が可能である。その上に複数の配線が形成される、又は複数の配線が接するピエゾ抵抗材料は、複数のピエゾ抵抗特性を有する様々な織布及び不織布のいずれであってもよい。ピエゾ抵抗材料が、複数のピエゾ抵抗特性を有する様々なフレキシブルで、伸縮性の、或いはそうでなければ変形可能である材料（例えば、ゴム、もしくは、スパンデックス又はオープンメッシュ生地のような伸縮性の生地）のいずれでもあり得るような、複数の実施例も又予期される。複数の導電配線は、様々な導電性インク又は塗料のいずれを用いて、ピエゾ抵抗材料又はフレキシブル誘電体基板上に形成されてもよい。フレキシブル基板上に形成され得る任意のフレキシブル導電性材料を用いて複数の導電配線が形成されるような複数の実施例も又予期される。従って、複数の特定の実施例が複数の特定の材料及び技術を参照して説明されているものの、本開示の範囲がそのように限定されるものでないことが理解されるべきである。 Form a sensor or sensor array that fits any arbitrary shape or volume by directly printing, screen printing, depositing, or otherwise forming multiple conductive traces on multiple flexible substrates Is possible. The piezoresistive material on which a plurality of wirings are formed or in contact with the plurality of wirings may be any of various woven and non-woven fabrics having a plurality of piezoresistance characteristics. The piezoresistive material is a variety of flexible, stretchable or otherwise deformable materials having multiple piezoresistive properties (eg, rubber or stretch fabrics such as spandex or open mesh fabrics) Multiple embodiments are also contemplated, which can be any of The plurality of conductive wirings may be formed on the piezoresistive material or the flexible dielectric substrate using any of various conductive inks or paints. Embodiments are also contemplated where the plurality of conductive traces are formed using any flexible conductive material that can be formed on a flexible substrate. Thus, although specific embodiments have been described with reference to specific materials and techniques, it should be understood that the scope of the disclosure is not so limited.
例えば、複数の導電配線がフレキシブル基板の片面又は両面に印刷され得る、片面及び両面実装の両方が予期される。理解されるように、両面実装は、基板の一方の面の複数の導電配線を、他方の面の複数の導電配線に接続するための、何らかの機構を必要とするだろう。いくつかの実施例は、この複数の接続を確立すべく複数のビアを使用し、これらのビアを通して導電性インク又は塗料が流し込まれる。代替的に、複数の金属ビア又はリベットによって、フレキシブル基板を通した複数の接続を形成してよい。 For example, both single-sided and double-sided mountings where multiple conductive wiring can be printed on one or both sides of a flexible substrate are contemplated. As will be appreciated, double-sided mounting will require some mechanism to connect multiple conductive traces on one side of the board to multiple conductive traces on the other side. Some embodiments use multiple vias to establish this multiple connection through which conductive ink or paint is poured. Alternatively, multiple connections through the flexible substrate may be formed by multiple metal vias or rivets.
片面及び両面実装の両者が、複数の導電配線上にわたって形成された複数の絶縁材料を使用してよい。これにより、複数の導電配線及び複数の信号線の重ね合わせ、又は積層が可能となる。例えば、プリント回路基板の異なる複数の層に類似した形で、複数の分離された構造に対する信号線の経路設定を可能とする。 Both single-sided and double-sided mounting may use a plurality of insulating materials formed over a plurality of conductive wirings. Thereby, a plurality of conductive wirings and a plurality of signal lines can be superimposed or stacked. For example, signal lines can be routed to a plurality of isolated structures in a manner similar to different layers of a printed circuit board.
フレキシブル基板における、及びフレキシブル基板外での複数の信号の経路設定が、様々な方式で実現され得る。ある特定の種類の複数の実施例が、導電性ゴム及び非導電性ゴムが、（例えば、基板の縁部において）それらが接続する複数の導電配線の幅よりも一般に桁違いに大きい密度で交互に入れ替わる、複数のエラストマーコネクタ（例えば、複数のＺＥＢＲＡ（登録商標）コネクタ）を使用する。代替的に、（場合によってはカプトン等のフレキシブル材料で作成された）回路基板、又は、複数の導体の束が、この基板にリベットで留められてよい。複数のリベットの使用は、この接続に対する機械的補強も又提供し得る。 Multiple signal routing in and out of the flexible board can be achieved in various ways. Multiple embodiments of a particular type show that conductive rubber and non-conductive rubber alternate at a density that is typically orders of magnitude greater than the width of the conductive wires to which they connect (eg, at the edge of the substrate). A plurality of elastomer connectors (e.g., a plurality of ZEBRA® connectors) are used. Alternatively, a circuit board (possibly made of a flexible material such as Kapton) or a bundle of conductors may be riveted to this board. The use of multiple rivets may also provide mechanical reinforcement for this connection.
複数の導電配線又はパッドを、フレキシブル基板及び回路基板の両者においてマッチングさせることが、それぞれを対向させ得る。複数の表面のうちの１つに対し、導電性接着剤（例えば、ニュージャージー州ハッケンサックのＭａｓｔｅｒｂｏｎｄ株式会社のＭａｓｔｅｒｂｏｎｄ ＥＰ７９のような導電性エポキシ）の層が塗られ、その後、他方の表面と対にされ得る。それらの導電配線又はパッドは、超音波プラスチック溶接又は複数のリベットのような複数の追加の機械的要素と一緒に保持されることも又できる。フレキシブル基板の複数の導電配線への複数の電気的接続を形成するために複数の導電性リベットが使用される場合、導電性接着剤は必要ないだろう。複数の導電糸も又、フレキシブル基板の複数の導電配線を外部アセンブリに接続するために使用され得る。 Matching a plurality of conductive wirings or pads on both the flexible substrate and the circuit board can each face each other. One of the surfaces is coated with a layer of conductive adhesive (eg, a conductive epoxy such as Masterbond EP79 from Masterbond, Inc., Hackensack, NJ) and then paired with the other surface. Can be done. The conductive traces or pads can also be held together with a plurality of additional mechanical elements such as ultrasonic plastic welds or a plurality of rivets. If multiple conductive rivets are used to form multiple electrical connections to multiple conductive traces on the flexible substrate, a conductive adhesive may not be necessary. Multiple conductive yarns can also be used to connect multiple conductive traces of the flexible substrate to the external assembly.
ある特定の種類の複数の実施例に従うと、このピエゾ抵抗材料は、カリフォルニア州ピノールのＥｅｏｎｙｘ株式会社によって製造される感圧性の生地である。この生地は複数の導電性粒子を含み、これらの導電性粒子は、生地中に懸濁された状態に自身を保つために、ポリマー化されている。基材は、密度及び厚さの均一性のために選択されたポリエステル製のフェルトである。何故ならば、これは、出来上がったピエゾ抵抗性の生地の導電性におけるより良好な均一性を促進するからである。すなわち、複数の導電性粒子を含有するスラリーが導入された場合に、基材の機械的な均一性が、複数の導電性粒子のより均一な分布をもたらす。この生地は織布であってよい。代替的に、この生地は、例えば光沢生地、例えば、化学的、機械的、熱的又は溶媒処理によって一緒に接合される複数のファイバのような不織布であってよい。複数の導電配線がピエゾ抵抗性の生地の上に形成される複数の実施例については、光沢材料は、光沢の付けられていない材料よりも、複数の導電性インクのより正確なスクリーン印刷を促進する、より滑らかな外面を与える。 According to one particular type of embodiments, the piezoresistive material is a pressure sensitive fabric manufactured by Eeonyx Corporation of Pinole, California. The dough includes a plurality of conductive particles that are polymerized to maintain themselves in suspension in the dough. The substrate is a polyester felt selected for density and thickness uniformity. This is because it promotes better uniformity in the conductivity of the resulting piezoresistive fabric. That is, when a slurry containing a plurality of conductive particles is introduced, the mechanical uniformity of the substrate results in a more uniform distribution of the plurality of conductive particles. This fabric may be a woven fabric. Alternatively, the fabric may be a glossy fabric, for example a nonwoven such as a plurality of fibers joined together by chemical, mechanical, thermal or solvent treatment. For embodiments where multiple conductive traces are formed on a piezoresistive fabric, glossy material facilitates more accurate screen printing of multiple conductive inks than non-glossy material To give a smoother outer surface.
生地中の複数の導電性粒子は、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、炭素等を含め、多種多様な材料のいずれであってもよい。いくつかの実施例は、生地をつかむために形成された炭素グラフェンを使用し得る。そのような複数の材料が、２００８年１２月２３日に発行されたＥｌｅｃｔｒｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｗｏｖｅｎ ａｎｄ Ｎｏｎ−Ｗｏｖｅｎ Ｆａｂｒｉｃという米国特許第７，４６８，３３２号明細書に説明される複数の技術を用いて製造され得る。その開示内容全体が、全ての目的に対して、参照により本明細書に組み込まれる。しかしながら、材料に対して力又は圧力が加えられた場合に抵抗又は導電性の変化を示す、あらゆるフレキシブル材料が、本明細書に説明されるような複数のセンサの実施例にとって適切なものであろうことにも又留意すべきである。 The plurality of conductive particles in the dough may be any of a wide variety of materials including, for example, silver, copper, gold, aluminum, carbon, and the like. Some examples may use carbon graphene formed to grab the dough. A plurality of such materials may be manufactured using a plurality of techniques described in US Patent No. 7,468,332, Electroconductive Woven and Non-Woven Fabric, issued December 23, 2008. . The entire disclosure is hereby incorporated by reference for all purposes. However, any flexible material that exhibits a change in resistance or conductivity when a force or pressure is applied to the material is suitable for multiple sensor embodiments as described herein. It should also be noted that waxing.
ある特定の種類の複数の実施例に従うと、様々なレベルの導電性を有する複数の導電配線が、例えば、デラウエア州ウィルミントンのＥ．Ｉ． ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ（ＤｕＰｏｎｔ）及び／又は、マサチューセッツ州エーアのＣｒｅａｔｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓにより製造される複数の導電性のシリコーンベースのインクを用いて、フレキシブルピエゾ抵抗材料又は隣接するフレキシブル誘電体基板上に形成される。様々な実施形態での使用に向けた複数の高導電性の配線を実施するのに適切な導電性インクの例は、フレキシブル、高温、電気的導電性インクである、Ｃｒｅａｔｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓの製品番号１２５−１９である。様々な実施形態での使用に向けたより低い導電性の複数の配線を実施するための複数の導電性インクの複数の例は、ＤｕＰｏｎｔの製品番号７１０２及び７１０５であり、両者ともに炭素導電性組成物である。様々な実施形態での使用に向けた複数の絶縁体を実施するのに適切な複数の誘電体材料の複数の例は、ＤｕＰｏｎｔの製品番号５０１８及び５０３６であり、それぞれ、ＵＶ硬化可能な誘電体及びカプセル材料である。これらのインクは、フレキシブル且つ耐久性があり、折り目を付けること、洗浄等を扱うことができる。異なる複数の配線及び用途に向けた導電性の程度は、シリコーン中に懸濁される複数の導電性粒子（例えば、銀、銅、アルミニウム、炭素等）の量又は濃度によって制御される。これらのインクは、スクリーン印刷又はインクジェットプリンタから印刷され得る。別の種類の複数の実施例が、ＥＭＩシールド及びＥＳＤ保護に一般に使用されるもののような、複数の導電性塗料（例えば、塗料と混合された複数の炭素粒子）を使用する。 In accordance with one particular type of embodiment, a plurality of conductive traces having varying levels of conductivity are described in, for example, E.M. of Wilmington, Delaware. I. Formed on flexible piezoresistive material or adjacent flexible dielectric substrate using multiple conductive silicone-based inks manufactured by Du Pont de Nemours and Company (DuPont) and / or Creative Materials, Aer, Massachusetts Is done. An example of a conductive ink suitable for implementing a plurality of highly conductive wires for use in various embodiments is a flexible, high temperature, electrically conductive ink, Creative Materials part number 125- 19. Examples of conductive inks for implementing lower conductive wirings for use in various embodiments are DuPont product numbers 7102 and 7105, both of which are carbon conductive compositions It is. Examples of multiple dielectric materials suitable for implementing multiple insulators for use in various embodiments are DuPont product numbers 5018 and 5036, each of which is a UV curable dielectric. And capsule material. These inks are flexible and durable, and can handle crease, washing and the like. The degree of conductivity for different wiring and applications is controlled by the amount or concentration of the plurality of conductive particles (eg, silver, copper, aluminum, carbon, etc.) suspended in the silicone. These inks can be printed from screen printing or inkjet printers. Another type of embodiment uses multiple conductive paints (eg, multiple carbon particles mixed with paint), such as those commonly used for EMI shielding and ESD protection.
本開示によって可能とされる様々な実施例に使用され得る、複数のセンサ及び複数のセンサの複数のアレイの複数の例が、Ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓという発明の名称で２０１４年６月９日に出願された米国特許出願番号第１４／２９９，９７６号明細書（代理人整理番号ＢＢＯＰＰ００４）にて説明される。その開示内容全体が、全ての目的に対して、参照により本明細書に組み込まれる。しかしながら、様々な他の適した複数のセンサ技術を使用する複数の実施例が予期されることが留意されるべきである。 Examples of multiple sensors and multiple arrays of multiple sensors that can be used in various embodiments enabled by the present disclosure are filed on June 9, 2014 in the name of the invention Piezoresistive Sensors and Applications. US patent application Ser. No. 14 / 299,976 (Attorney Docket No. BBOPP004). The entire disclosure is hereby incorporated by reference for all purposes. However, it should be noted that multiple embodiments using a variety of other suitable multiple sensor technologies are anticipated.
フレキシブル基板上に複数のセンサを形成することにより、多数の有用な装置が可能になる。これらの装置のうちの多くが、そのような複数のセンサを使用して、複数のタッチイベントの発生、複数のタッチイベントの力又は圧力、複数のタッチイベントの期間、複数のタッチイベントの位置、複数のタッチイベントの方向、及び／又は複数のタッチイベントの動きの速度を検出する。そのような複数のセンサからの複数の出力信号は又、それらのセンサが形成されている、又はそれらのセンサが一体化されている基板の、例えば、曲がり、延び、ねじれ、回転、等のような、様々な歪み及び／又は変形を検出するために使用され得る。そのような複数のセンサから導出される情報は、多種多様な制御及び／又は効果を達成すべく使用され得る。歪み及び／又は変形の複数の例が、添付の複数の図面を参照して、以下に説明される。理解されるように、説明される具体的な詳細は、本開示によって可能となる複数の技術の範囲を示すことを目的とした、単なる複数の例に過ぎない。 By forming a plurality of sensors on a flexible substrate, a number of useful devices are possible. Many of these devices use such multiple sensors to generate multiple touch events, multiple touch event forces or pressures, multiple touch event durations, multiple touch event locations, The direction of the plurality of touch events and / or the speed of movement of the plurality of touch events are detected. The multiple output signals from such multiple sensors can also be, for example, bent, extended, twisted, rotated, etc., of the substrate on which they are formed or integrated. Can be used to detect various distortions and / or deformations. Information derived from such multiple sensors can be used to achieve a wide variety of controls and / or effects. Several examples of distortion and / or deformation are described below with reference to the accompanying drawings. As will be appreciated, the specific details set forth are merely examples of the purpose of illustrating the scope of the technology that is enabled by the present disclosure.
図１は、フレキシブル基板１０２と一体化されるセンサ配線パターン１００の例を示す。フレキシブル基板は、ピエゾ抵抗材料又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が、誘電体材料ときつく一体化され、センサ配線パターンと接する。配線パターン１００が複数の導電配線のペアを含み、その一方（配線１０４）が関連回路（図示せず）へセンサ信号を提供し、その他方（配線１０６）が接地又は適切な基準に接続される。その他の複数の配線パターン１０８−１１６のいくつかの代表例が示されている。いくつかの実施例において、配線パターンの複数の配線は、例えば、ピエゾ抵抗性の生地であり得るフレキシブル基板上に、例えば、スクリーン印刷又は印刷によって直接形成され得る。しかしながら、とりわけ、センサ配線パターンの複数の形状、各センサに関連する配線の数、センサの数、間隔、又は配置、基板に対する複数のセンサの関係、層又は基板の数、及び、基板の特性が、用途ごとに大幅に変化し得ること、並びに、図示される複数の構成が例示を目的とした単なる複数の例に過ぎないことに留意すべきである。 FIG. 1 shows an example of a sensor wiring pattern 100 integrated with the flexible substrate 102. The flexible substrate may be a piezoresistive material or a dielectric material. In the latter case, the flexible piezoresistive material is tightly integrated with the dielectric material and contacts the sensor wiring pattern. The wiring pattern 100 includes a plurality of conductive wiring pairs, one of which (wiring 104) provides a sensor signal to an associated circuit (not shown) and the other (wiring 106) is connected to ground or an appropriate reference. . Some representative examples of the other plurality of wiring patterns 108 to 116 are shown. In some embodiments, the plurality of wires of the wiring pattern can be formed directly on a flexible substrate, which can be, for example, a piezoresistive fabric, for example, by screen printing or printing. However, there are, among other things, multiple shapes of sensor wiring patterns, the number of wires associated with each sensor, the number of sensors, the spacing or placement, the relationship of multiple sensors to the substrate, the number of layers or substrates, and the characteristics of the substrate. It should be noted that it can vary significantly from application to application, and that the illustrated configurations are merely examples for illustrative purposes.
図２は、センサ配線パターン１００により検出され得る、フレキシブル基板１０２に対する様々な種類の歪みの複数の例を示す。図２の（ａ）は、歪んでいない状態にある基板１０２を示す。図２の（ｂ）は、曲がった状態の基板１０２の側面図を示す。図２の（ｃ）は、延びた状態の基板１０２を示す。図２の（ｄ）は、周囲の材料に対して回転している状態の基板１０２を表す。図２の（ｅ）は、加えられたトルクに起因してひねられた（すなわち、ねじれた）状態の基板１０２の側面図を示す。これらのシナリオのそれぞれにおいて、配線パターン１００と接するピエゾ抵抗材料の抵抗は、加えられる力に応答して変化する（例えば、ピエゾ抵抗材料中の複数の導電性粒子の圧縮又は間隔の増大に起因して、低下又は上昇する）。この変化（その大きさ及び時間変動性を含む）が、センサ配線パターン１００及び関連する電子機器（図示せず）によって検出され得る。 FIG. 2 shows several examples of various types of strain on the flexible substrate 102 that can be detected by the sensor wiring pattern 100. FIG. 2A shows the substrate 102 in an undistorted state. FIG. 2B shows a side view of the substrate 102 in a bent state. FIG. 2C shows the substrate 102 in an extended state. FIG. 2D shows the substrate 102 in a state of being rotated with respect to the surrounding material. FIG. 2 (e) shows a side view of the substrate 102 in the twisted (ie, twisted) state due to the applied torque. In each of these scenarios, the resistance of the piezoresistive material in contact with the wiring pattern 100 changes in response to an applied force (eg, due to compression of multiple conductive particles or increased spacing in the piezoresistive material). Decrease or increase). This change (including its magnitude and time variability) can be detected by the sensor wiring pattern 100 and associated electronics (not shown).
図３に示されている特定の実施例に従うと、複数のセンサ配線パターンが、例えば、人間の手の動き及び物理的な世界との手のインタラクションを、仮想環境における手の仮想表現（又は、何らかの他の仮想的な物体）及びそのインタラクションに変換するために使用され得る、センサグローブ３００の伸縮性の材料上に形成される。別の例において、手の動き及びインタラクションは、物理的な世界のロボットハンド又は装置を制御するために使用され得る。複数の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又はフレキシブル誘電体材料であってよい。更に、後者の場合、フレキシブルピエゾ抵抗材料が、複数の配線パターンが形成されるフレキシブル基板ときつく一体化され、様々なセンサ位置（すなわち、Ｓ１‐Ｓ１９）で複数の配線パターンと接する。 In accordance with the particular embodiment shown in FIG. 3, a plurality of sensor wiring patterns, for example, the movement of the human hand and the hand interaction with the physical world, the virtual representation of the hand in the virtual environment (or Formed on the stretchable material of the sensor globe 300, which can be used to convert any other virtual object) and its interaction. In another example, hand movement and interaction can be used to control a physical world robotic hand or device. The material from which the plurality of wiring patterns are formed may be a flexible piezoresistive material or a flexible dielectric material. Furthermore, in the latter case, the flexible piezoresistive material is tightly integrated with the flexible substrate on which the plurality of wiring patterns are formed, and contacts the plurality of wiring patterns at various sensor positions (ie, S1-S19).
示されるように、複数のセンサ（例えば、Ｓ１‐Ｓ５及びＳ１４‐Ｓ１８）の一部に対応している複数の配線パターンが、複数の指の様々な関節（例えば、複数の付け根の関節、又は複数の指関節）と一致するよう配置され、それらの関節の曲がり及び屈曲に応じてグローブの歪み及び／又は変形を捉える。他のセンサ（例えば、Ｓ６‐Ｓ１３及びＳ１９）が配置され、例えば、手の複数の指が広げられた場合に起こるグローブの延びを捉える。他のセンサ（図示せず）が、グローブの手のひら上に、及び／又は複数の指の複数の先端部にも配置されてよく、曲がる及び屈曲する複数の力、並びに、例えば、触れること、つかむこと、或いはそうでなければ複数の物体又は複数の表面と接することに関連する複数の力を検出する。 As shown, a plurality of wiring patterns corresponding to a portion of a plurality of sensors (eg, S1-S5 and S14-S18) are connected to various joints of a plurality of fingers (eg, a plurality of joints at the base, or A plurality of finger joints) and catches the distortion and / or deformation of the glove according to the bending and bending of the joints. Other sensors (eg, S6-S13 and S19) are placed to capture the glove stretch that occurs when, for example, multiple fingers of the hand are spread. Other sensors (not shown) may also be placed on the palm of the glove and / or on the tips of the fingers, and the bending and bending forces, as well as, for example, touching, grabbing Or a plurality of forces associated with contacting or otherwise contacting a plurality of objects or surfaces.
センサの一部であると意図されない、複数の導電配線の複数の部分（例えば、複数の信号経路設定配線）が、遮蔽又は絶縁されてよく、複数のセンサ信号に対する任意の望ましくない複数の寄与を低下させる。すなわち、複数の駆動及び感知信号を、複数のセンサに、及び複数のセンサから伝送する、複数の導電配線の複数の部分は、例えば、ピエゾ抵抗材料と複数の導電配線との間の誘電体又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。複数の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施例に従うと、ピエゾ抵抗材料の複数の分離片は、各々のセンサ位置に選択的に配置されてよい。 Multiple portions of multiple conductive traces (eg, multiple signal routing traces) that are not intended to be part of a sensor may be shielded or insulated, resulting in any undesirable multiple contributions to multiple sensor signals. Reduce. That is, the plurality of portions of the plurality of conductive wirings that transmit the plurality of driving and sensing signals to and from the plurality of sensors include, for example, a dielectric between the piezoresistive material and the plurality of conductive wirings. A non-conductive material may be used to insulate from the piezoresistive material. According to some embodiments in which a plurality of conductive traces are formed on a flexible dielectric material, a plurality of separated pieces of piezoresistive material may be selectively placed at each sensor location.
図示された実施例において、１９個のセンサ、Ｓ１‐Ｓ１９が存在する。複数のセンサのそれぞれが、２つの隣接する配線を含み、それらの配線の各々のパターンは、交互に入れ替わる複数の延伸を含む。例えば、センサＳ４の拡大図を参照されたい。複数の配線３０１のうちの１つが、駆動信号を受信し、他の配線３０２は、関連するセンサ回路（図示せず）にセンサ信号を送信する。駆動信号は、例えば、電圧基準、駆動信号に含まれる追加の情報を含み得る信号ソース、関連するプロセッサ又はコントローラ等のＧＰＩＯ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｉｎｐｕｔ Ｏｕｔｐｕｔ：汎用入出力汎用入出力）ピンに（永久的に又は一時的に）配線を接続することにより提供され得る。図３の例に示されるように、センサ信号は、分圧回路を用いて生成され得、この分圧回路の複数の抵抗器の一方は、介在するピエゾ抵抗材料を通る２つの配線の間の抵抗を含む。他方の抵抗器（Ｒ１で表される）は、例えば、関連するセンサ回路に含まれ得る。ピエゾ抵抗材料の抵抗は、加えられる力又は圧力と共に変化するので、センサ信号も又、駆動信号の分割部分として変化する。 In the illustrated embodiment, there are 19 sensors, S1-S19. Each of the plurality of sensors includes two adjacent wires, each pattern of which includes a plurality of alternating turns. For example, see the enlarged view of sensor S4. One of the plurality of wirings 301 receives a drive signal, and the other wiring 302 transmits a sensor signal to an associated sensor circuit (not shown). The drive signal is, for example, permanently connected to a GPIO (General Purpose Input Output) pin such as a voltage reference, a signal source that may contain additional information contained in the drive signal, or an associated processor or controller. (Or temporarily) can be provided by connecting the wiring. As shown in the example of FIG. 3, the sensor signal may be generated using a voltage divider circuit, one of the resistors of the voltage divider circuit being between two wires passing through the intervening piezoresistive material. Includes resistance. The other resistor (represented by R1) can be included in the associated sensor circuit, for example. Since the resistance of the piezoresistive material changes with the applied force or pressure, the sensor signal also changes as a split part of the drive signal.
複数のセンサに、（複数の駆動信号を介して）電圧が印加され、及び（複数のセンサ信号を介して）応答させられ、そのセンサに対して加えられる力の表現であるそれぞれに対して出力信号を生成する。これも又理解されるように、そして用途に応じて、より多くの、又はより少ないセンサを有する複数の実施例が予期される。 Voltages are applied to multiple sensors (via multiple drive signals) and responsive (via multiple sensor signals), each output being a representation of the force applied to that sensor Generate a signal. As will also be appreciated, depending on the application, multiple embodiments with more or fewer sensors are envisaged.
様々な実施例に従うと、異なる複数組のセンサに、選択的に電圧が印加され、及び応答させられてよく、それにより、基板上の複数の配線の数及び全体的な面積、並びに（例えば、切り欠き３２２に配置され得る）関連するＰＣＢ上のセンサ回路への必要とされる複数の接続が減少する。例えば、図３のセンサシステムにおいて、１９個のセンサは、センサ回路（図示せず）からの１１個の駆動信号出力を介して駆動され、複数のセンサ信号は、センサ回路への２個のセンサ信号入力を介して受信される。示されるように、複数の導電配線が形成されるフレキシブル基板と切り欠き３２２のＰＣＢとの間の１３の接続がある。２個のセンサ信号入力のうちの１つへ複数のセンサ信号を提供する複数のセンサの組（例えば、１組におけるＳ６‐Ｓ１３、及び他の組におけるＳ１‐Ｓ５及びＳ１４‐Ｓ１９）に、任意の適切な順番又はパターンで電圧が印加されてよく、それにより、対応するセンサ信号入力上で受信される任意の信号は、センサ回路による対応するセンサ駆動信号と相関があり得る。 In accordance with various embodiments, different sets of sensors may be selectively energized and responsive, thereby allowing the number and overall area of the plurality of wires on the substrate, and (e.g., The multiple connections required to the sensor circuit on the associated PCB (which can be located in the notch 322) is reduced. For example, in the sensor system of FIG. 3, 19 sensors are driven via 11 drive signal outputs from a sensor circuit (not shown), and multiple sensor signals are sent to 2 sensors to the sensor circuit. Received via signal input. As shown, there are 13 connections between the flexible substrate on which the plurality of conductive traces are formed and the PCB of the notch 322. Optional for multiple sensor sets (eg, S6-S13 in one set and S1-S5 and S14-S19 in the other set) that provide multiple sensor signals to one of the two sensor signal inputs The voltages may be applied in any suitable order or pattern, so that any signal received on the corresponding sensor signal input may be correlated with the corresponding sensor drive signal by the sensor circuit.
この実施例における複数のセンサ信号は、２つの異なるセンサ信号入力を介してセンサ回路により受信されるという理由から、２個のセンサが、それらがセンサ回路への異なる複数のセンサ信号入力に接続されている限り、同時に電圧が印加され得る。これにより、複数の駆動信号線を共有することが可能になる。例えば、図３の実施例において、８組のセンサが、共通駆動信号線、すなわち、Ｓ２及びＳ８、Ｓ３及びＳ１０、Ｓ４及びＳ１２、Ｓ６及びＳ１４、Ｓ７及びＳ１５、Ｓ９及びＳ１６、Ｓ１１及びＳ１７、並びにＳ１３及びＳ１９を共有する。複数の共通駆動信号線の共有は、複数の導電配線が単に分岐する配置に加えて、複数の導電配線が交差することを可能にする複数の絶縁体によって可能とされてよい。このテーマに関するその他複数の適切な変形は、当業者によって理解され、本開示の範囲内となるであろう。 Because the multiple sensor signals in this embodiment are received by the sensor circuit via two different sensor signal inputs, the two sensors are connected to different sensor signal inputs to the sensor circuit. As long as the voltage can be applied simultaneously. Thereby, a plurality of drive signal lines can be shared. For example, in the embodiment of FIG. 3, eight sets of sensors are connected to common drive signal lines, ie, S2 and S8, S3 and S10, S4 and S12, S6 and S14, S7 and S15, S9 and S16, S11 and S17, And S13 and S19 are shared. The sharing of the plurality of common drive signal lines may be enabled by a plurality of insulators that allow the plurality of conductive lines to intersect in addition to an arrangement in which the plurality of conductive lines simply diverge. Several other suitable variations on this theme will be understood by those skilled in the art and are within the scope of this disclosure.
いくつかの実施例に従うと、ＰＣＢが、説明されたＦｌｅｘｉｂｌｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓという発明の名称で２０１５年３月２７日に出願された米国特許出願番号第１４／６７１，８２１号明細書（代理人整理番号ＢＢＯＰＰ００４Ｘ２）のようにセンサアレイの複数の導電配線に接続されてよい。その開示内容全体が、全ての目的に対して、参照により本明細書に組み込まれる。他の複数の実施例に従うと、例えば、導電性ゴム及び非導電性ゴムが、（例えば、生地の縁部において）それらが接続する複数の導電配線の幅よりも一般に桁違いに大きい密度で交互に入れ替わる、複数のエラストマーコネクタ（例えば、複数のＺＥＢＲＡ（登録商標）コネクタ）を含む、そのような接続を形成するために、様々な技術のいずれかが使用され得る。様々な他の適した複数の代替手段が、当業者にとって利用可能である。 In accordance with some embodiments, the PCB is described in US patent application Ser. No. 14 / 671,821, filed Mar. 27, 2015 under the name of the described Flexible Sensors and Applications. The number BBOPP004X2) may be connected to a plurality of conductive wires of the sensor array. The entire disclosure is hereby incorporated by reference for all purposes. According to other embodiments, for example, conductive rubber and non-conductive rubber alternate at a density that is typically orders of magnitude greater than the width of the conductive wires to which they connect (eg, at the edges of the fabric). Any of a variety of techniques can be used to form such a connection, including a plurality of elastomeric connectors (eg, a plurality of ZEBRA® connectors) that replace each other. A variety of other suitable alternatives are available to those skilled in the art.
図４は、本明細書で説明されている複数の実施例での使用に対してＰＣＢ上で提供され得るセンサ回路の簡略化した図である。例えば、図３を参照して上述した実施例において、このようなセンサ回路が、切り欠き３２２においてＰＣＢ上で提供され、複数のセンサＳ１‐Ｓ１９と関連する複数の導電配線に接続され得る。複数のセンサのうちの１つに対して力が加えられた場合、（対応する複数の配線を介して捉えられる）生じた信号が、（例えば、マルチプレクサ４０２及びＡＤ変換器４０４を介して）受信及びデジタル化され、そして、（例えば、プロセッサ４０６によって）ローカルに処理され、及び／又は（例えば、ブルートゥース（登録商標）又は或いは他の無線接続を介して、又はＵＳＢ接続を介しても）接続された装置に送信され得る。複数のセンサに、（例えば、ＤＡ変換器４０８及びマルチプレクサ４１０を介してプロセッサ４０６の制御下で）センサ回路によって選択的に電圧が印加されてよく、複数のセンサ信号の生成を達成する。（テキサス州オースティンのＳｉｌｉｃｏｎ Ｌａｂｓによって提供される）Ｃ８０５１Ｆ３８０−ＧＭコントローラは、様々な実施形態での使用に適したプロセッサの例である。 FIG. 4 is a simplified diagram of a sensor circuit that may be provided on a PCB for use in the embodiments described herein. For example, in the embodiment described above with reference to FIG. 3, such a sensor circuit may be provided on the PCB at notch 322 and connected to a plurality of conductive traces associated with a plurality of sensors S1-S19. If a force is applied to one of the sensors, the resulting signal (captured via the corresponding wires) is received (eg, via multiplexer 402 and AD converter 404). And digitized and processed locally (eg, by processor 406) and / or connected (eg, via Bluetooth or other wireless connection, or via USB connection) Can be sent to the other device. Multiple sensors may be selectively energized by a sensor circuit (eg, under the control of processor 406 via DA converter 408 and multiplexer 410) to achieve generation of multiple sensor signals. The C8051F380-GM controller (provided by Silicon Labs, Austin, Texas) is an example of a processor suitable for use in various embodiments.
接続された装置へ、及び接続された装置からのデータの送信に加えて、ＵＳＢ接続を介してセンサ回路にパワーが提供されてよい。代替的に、ワイヤレスで（例えば、ブルートゥース（登録商標）を介して）データを送信する複数のシステムが、例えば、機械的エネルギーを収集する１又は複数のバッテリ、太陽電池、及び／又は機構を用いることを含む様々な機構及び技術のいずれかを用いて、センサ回路にパワーを提供し得る。
（カリフォルニア州ミルピタスのＬｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって提供される）ＬＴＣ３５８８は、これらの多様なエネルギーソースの少なくとも一部と共に使用されてよいエネルギー収集パワー供給の例である。その他複数の適切な変形は、当業者によって理解されるだろう。理解されるように、図４で示されるセンサ回路は、単なる例である。広い範囲のセンサ回路コンポーネント、構成、及び機能性が予期される。
In addition to transmitting data to and from connected devices, power may be provided to the sensor circuit via a USB connection. Alternatively, multiple systems that transmit data wirelessly (eg, via Bluetooth®) use, for example, one or more batteries, solar cells, and / or mechanisms that collect mechanical energy. Any of a variety of mechanisms and techniques may be used to provide power to the sensor circuit.
LTC 3588 (provided by Linear Technology Corporation of Milpitas, Calif.) Is an example of an energy collection power supply that may be used with at least some of these diverse energy sources. Several other suitable variations will be appreciated by those skilled in the art. As will be appreciated, the sensor circuit shown in FIG. 4 is merely an example. A wide range of sensor circuit components, configurations, and functionality are expected.
例えば、複数の導電配線がフレキシブル基板の片面又は両面に形成され得る、片面及び両面実装の両方が予期される。理解されるように、両面実装は、基板の一方の面の複数の導電配線を、他方の面の複数の導電配線に接続するための、何らかの機構を必要とするだろう。いくつかの実施例は、この複数の接続を確立すべく複数のビアを使用し、これらのビアを通して導電性インク又は塗料が流し込まれる。代替的に又は更に、複数の金属ビア又はリベットによって、基板を通した複数の接続を形成してよい。図５は、フレキシブル基板（例えば、構成５０２）を通した複数のビア又は複数のリベットの使用と、ピエゾ抵抗材料（例えば、構成５０４）である基板から複数の導電配線を絶縁する複数の絶縁材料の使用とを示す。そのような複数の機構は、複数の配線による複数の複雑なパターン及び複数の信号の経路設定を、１つのＰＣＢの異なる複数の層に類似した形で可能にする。 For example, both single-sided and double-sided mounting, where a plurality of conductive wirings can be formed on one or both sides of a flexible substrate, are anticipated. As will be appreciated, double-sided mounting will require some mechanism to connect multiple conductive traces on one side of the board to multiple conductive traces on the other side. Some embodiments use multiple vias to establish this multiple connection through which conductive ink or paint is poured. Alternatively or additionally, multiple connections through the substrate may be formed by multiple metal vias or rivets. FIG. 5 illustrates the use of a plurality of vias or rivets through a flexible substrate (eg, configuration 502) and a plurality of insulating materials that insulate a plurality of conductive traces from the substrate that is a piezoresistive material (eg, configuration 504). The use of Such multiple mechanisms allow multiple complex patterns and multiple signal routing by multiple wires in a manner similar to different layers of a single PCB.
例えば、複数の導電配線がピエゾ抵抗材料上に形成される実施例を仮定し、図３を再び参照すると、複数の信号を、グローブ３００の複数のセンサへ送信し、及びグローブ３００の複数のセンサから送信する複数の導電配線は、絶縁材料によって下にあるピエゾ抵抗基板から絶縁されてよい。このことは、複数の絶縁体３０４及び３０６によって図において最も明らかに示されており、複数の絶縁体３０４及び３０６は、センサＳ４に接続される複数の駆動及び感知信号線と関連する。更に、複数のセンサからの複数の感知信号線が、位置３１０−３１８での複数のビアの使用を通して、図３で図示される材料の反対側（図示せず）で互いに接続される。 For example, assuming an embodiment in which multiple conductive traces are formed on a piezoresistive material, and referring again to FIG. 3, multiple signals are sent to multiple sensors of globe 300 and multiple sensors of globe 300 The plurality of conductive wirings transmitted from may be insulated from the underlying piezoresistive substrate by an insulating material. This is most clearly shown in the figure by a plurality of insulators 304 and 306, which are associated with a plurality of drive and sense signal lines connected to sensor S4. In addition, multiple sensing signal lines from multiple sensors are connected to each other on the opposite side (not shown) of the material illustrated in FIG. 3 through the use of multiple vias at locations 310-318.
センサグローブの特定の実施例に従うと、及び図６で示されるように、複数のセンサ配線パターン（例えば、６０１‐６０４）が、手首の周りの略円筒構成に配置されてよく、２次元（例えば、上、下、左、右）への手首の曲がりを検出する。４個のセンサ全てが類似の応答を検知する場合、これは手首がひねられていることを意味し得る。しかしながら、この構成は、ひねりの方向を決定するために十分な情報を提供しないかもしれない。従って、特定の実施例に従うと、外筒６０８は、少なくとも２個の伸縮センサ（例えば、６１２及び６１４）で、内筒６１０に取り付けられてよい。これらの伸縮センサの複数の出力を比較することにより回転の方向（例えば、６１６）並びに量が捉えられ得る。 According to a particular embodiment of the sensor globe, and as shown in FIG. 6, a plurality of sensor wiring patterns (eg, 601-604) may be arranged in a generally cylindrical configuration around the wrist and may be two-dimensional (eg, , Detect wrist bends up, down, left, right). If all four sensors detect a similar response, this may mean that the wrist is twisted. However, this configuration may not provide enough information to determine the direction of twist. Thus, according to certain embodiments, the outer cylinder 608 may be attached to the inner cylinder 610 with at least two telescopic sensors (eg, 612 and 614). By comparing the outputs of these expansion sensors, the direction of rotation (eg, 616) and amount can be captured.
図７は、複数の導電配線がフレキシブル誘電体基板７０２上に形成されるセンサグローブでの使用のためのセンサアレイ７００の特定の種類の複数の実施例を示す。上述されたように、センサアレイ７００の動作は、センサグローブ３００のセンサアレイの動作と類似している。そして、複数の配線の図示された構成は、複数の配線がピエゾ抵抗材料上に形成される複数の実施例にも含まれ得ることが留意されるべきである。 FIG. 7 illustrates a particular type of embodiments of a sensor array 700 for use in a sensor glove in which a plurality of conductive traces are formed on a flexible dielectric substrate 702. As described above, the operation of sensor array 700 is similar to the operation of the sensor array of sensor globe 300. It should be noted that the illustrated configuration of the plurality of wirings can also be included in embodiments where the plurality of wirings are formed on the piezoresistive material.
特定の実施例に従うと、基板７０２は、例えば、マサチューセッツ州シャーリーのＢｅｍｉｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ株式会社のＰｒｏｄｕｃｔ３４１５又は３９１４等の、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）材料から構成されてよい。複数の導電配線は、例えば、デラウエア州ウィルミントンのＥ．Ｉ． ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ（ＤｕＰｏｎｔ）及び／又は、マサチューセッツ州エーアのＣｒｅａｔｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓによって製造される複数の導電性のシリコーンベースのインク等の、導電性フレキシブルインクを用いて、基板にスクリーン印刷されてよい。ピエゾ抵抗材料の複数のパッチ（例えば、上述のＥｅｏｎｙｘ生地）が、複数のセンサＳ１‐Ｓ１４の位置で、複数の導電配線と接して配置される。例えば、センサＳ４のピエゾ抵抗パッチ７０４を参照されたい。ＴＰＵ材料の第２の基板（図示せず）は、アレイ７００にわたって配置され、アセンブリは、加熱され、複数のコンポーネントを熱的に一緒に接合し、複数のピエゾ抵抗パッチをそれらの各々のセンサ配線と接するように固定する。 According to certain embodiments, the substrate 702 may be composed of a thermoplastic polyurethane (TPU) material, such as, for example, Product 3415 or 3914 of Bemis Associates, Inc. of Shirley, Massachusetts. The plurality of conductive wirings are, for example, E.I. I. Duct de Nemours and Company (DuPont) and / or screen printed on a substrate using conductive flexible inks, such as multiple conductive silicone-based inks manufactured by Creative Materials, Aer, Massachusetts . A plurality of patches of piezoresistive material (for example, the above-described Eeonyx fabric) are disposed in contact with the plurality of conductive wires at the positions of the plurality of sensors S1-S14. For example, see piezoresistive patch 704 of sensor S4. A second substrate (not shown) of TPU material is disposed across the array 700, the assembly is heated to thermally bond the components together and connect the piezoresistive patches to their respective sensor wiring. Fix to touch.
このアセンブリの複数のコンポーネントの複数の関係が、図８を参照して理解されるだろう。図８は、導電配線８０４が形成されるフレキシブル基板８０２を示す。ピエゾ抵抗材料８０６は、第２のフレキシブル基板８０８によって配線８０４と接するよう維持される。図示された例において、基板８０２及び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る導電性インクである。特定の実施例に従うと、図９で図示されるように、ＴＰＵ基板８０２は、アセンブリが、例えば、生地グローブブランク９００等の別の基板に、熱的に接合される（例えば、溶解される）ことを可能とする接着剤‐バリア‐接着剤（ＡＢＡ）構造を有する。他方のＴＰＵ基板８０８は、接着剤‐バリア（ＡＢ）構造として示され、そうすることでアセンブリに接合するのみである。しかしながら、この基板が、アセンブリの両側での熱接合を可能にするＡＢＡ構造を有する複数の実施例が予期される。 The relationship of the components of this assembly will be understood with reference to FIG. FIG. 8 shows a flexible substrate 802 on which conductive wiring 804 is formed. The piezoresistive material 806 is maintained in contact with the wiring 804 by the second flexible substrate 808. In the illustrated example, the substrates 802 and 808 are TPU substrates, and the wiring 804 is a conductive ink that is screen-printed on the TPU substrate 802. According to a particular embodiment, as illustrated in FIG. 9, a TPU substrate 802 is thermally bonded (eg, melted) with the assembly to another substrate, such as a dough glove blank 900, for example. It has an adhesive-barrier-adhesive (ABA) structure that makes it possible. The other TPU substrate 808 is shown as an adhesive-barrier (AB) structure, so that it only bonds to the assembly. However, multiple embodiments are anticipated where this substrate has an ABA structure that allows thermal bonding on both sides of the assembly.
より具体的な実施例に従うと、対応する複数のセンサによって、例えば、付け根の関節の曲がりに抵抗する、及びピエゾ抵抗材料を圧縮するスティフナの力によって生成される複数の信号を増幅させる目的で、複数のスティフナ（図示せず）が、複数のピエゾ抵抗パッチの少なくとも一部及び対応する複数の配線パターンと位置合わせして配置されてよい。スティフナが、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又はＰＥＴ）であってよい。代替的に、スティフナが、別の生地片であってよい。さらに別の代替手段として、ＤｕＰｏｎｔ５０３６誘電性インクのような硬化材料が、重ね合わせの複数のコンポーネントのうちの１つにシルクスクリーン印刷されてよい。又は印刷されてよい。理解されるように、複数のスティフナは、複数の導電配線とピエゾ抵抗材料との間の電気的接続が必要以上に悪化しない限り、（例えば、図８で図示されるように）複数の材料の重ね合わせの任意の点で挿入されてよい。 According to a more specific embodiment, for the purpose of amplifying the signals generated by the corresponding sensors, e.g. the stiffener force that resists bending of the joint at the base and compresses the piezoresistive material, A plurality of stiffeners (not shown) may be arranged in alignment with at least some of the plurality of piezoresistive patches and the corresponding plurality of wiring patterns. The stiffener may be a plastic film (eg, polyethylene terephthalate or PET). Alternatively, the stiffener may be another piece of fabric. As yet another alternative, a curable material, such as DuPont 5036 dielectric ink, may be silkscreened onto one of the multiple components in the stack. Or it may be printed. As will be appreciated, the plurality of stiffeners may be formed from a plurality of materials (eg, as illustrated in FIG. 8) unless the electrical connection between the plurality of conductive traces and the piezoresistive material is worse than necessary. It may be inserted at any point of the overlay.
図７を参照すると、（例えば、ＰＥＴ又は他の適した材料の）スティフナ７０６が、複数の導電配線の複数の終端の近くで基板７０２に接着されてよく、コネクタ７０８へのアセンブリの挿入が可能になる（図面の右下の角の分解図を参照されたい）。理解されるように、スティフナ７０６及び適切な導体間隔があれば、この構成により、センサアレイ７００を多種多様な工業規格の任意のものに接続することが可能になる。特定の実施例に従うと、コネクタ７０８は、例えば、Ｍｏｌｅｘコネクタ５２２０７−２８６０（２８位置コネクタ）又はＭｏｌｅｘコネクタ０５２２７１０８６９（図１１に示される８位置コネクタ）等のＭｏｌｅｘ ＺＩＦフラットフレックスコネクタである。 Referring to FIG. 7, a stiffener 706 (eg, of PET or other suitable material) may be bonded to the substrate 702 near multiple ends of the plurality of conductive traces, allowing insertion of the assembly into the connector 708. (See the exploded view in the lower right corner of the drawing). As will be appreciated, with the stiffener 706 and appropriate conductor spacing, this configuration allows the sensor array 700 to be connected to any of a wide variety of industry standards. According to a particular embodiment, connector 708 is a Molex ZIF flat flex connector, such as, for example, a Molex connector 52207-2860 (28 position connector) or a Molex connector 052210869 (8 position connector shown in FIG. 11).
上述のように、複数のセンサが、グローブの手のひら上に、及び／又は複数の指の複数の先端部上に配置される複数のセンサグローブ実施例が予期され、例えば、触れること、つかむこと、或いはそうでなければ複数の物体又は複数の表面と接することを検出する。どのようにこのようなセンサがアレイと一体化され得るかの例が、図１０に示される。図示された例において、フレキシブル基板１００２は、センサＳ４を越えて延伸し、センサＳ１５の複数の導電配線が形成されるつまみ１００４を含む。つまみ１００４は、（矢印で示されるように）グローブの内側で巻かれることができ、そうすることで、つまみ１００４は、グローブの指先と一致する。従って、（例えば、表面と接する指先により）グローブの指先に対して作用する任意の複数の力は、センサＳ１５によって検出されるだろう。理解されるように、そのような複数のセンサは、図１０で示されるように手の裏側に対するセンサアレイと一体化されてよい。代替的に、そのような複数のセンサは、手のひら及び複数の指先に対する別個のアレイとして実装されてよい。 As described above, multiple sensor glove embodiments are contemplated where multiple sensors are placed on the palm of the globe and / or on multiple tips of multiple fingers, e.g., touching, grasping, Otherwise, contact with a plurality of objects or a plurality of surfaces is detected. An example of how such a sensor can be integrated with an array is shown in FIG. In the illustrated example, the flexible substrate 1002 includes a knob 1004 that extends beyond the sensor S4 and in which a plurality of conductive wirings of the sensor S15 are formed. The knob 1004 can be wound inside the glove (as indicated by the arrow) so that the knob 1004 matches the fingertip of the glove. Thus, any force acting on the fingertip of the glove (eg, with a fingertip in contact with the surface) will be detected by sensor S15. As will be appreciated, such multiple sensors may be integrated with the sensor array for the back of the hand as shown in FIG. Alternatively, such multiple sensors may be implemented as separate arrays for the palm and multiple fingertips.
図１１は、４個の細長いセンサのみを含むセンサグローブでの使用のためのセンサアレイ１１００の代替設計を示し、Ｓ１‐Ｓ３は人差し指、中指、薬指用であり、Ｓ４は親指用である。理解されるように、このより簡単な設計は、製造するのにより容易な、及び／又はより安価なものであってよく、図３及び図７を参照して上述された複数の設計よりもいくつかの用途に対して十分又は更に好適であってよい。とはいうものの、センサアレイ１１００は、説明された複数のセンサアレイと同様に動作し、いずれかの手法を用いて構成されてよい。特定の実施例に従うと、基板１１０２は、ＴＰＵ材料から構成され、複数の導電配線は、図７及び図８を参照して上述されたように、導電性フレキシブルインクを用いて基板１１０２にスクリーン印刷される。ピエゾ抵抗材料の複数のパッチ（例えば、上述のＥｅｏｎｙｘ生地）が、複数のセンサの位置Ｓ１‐Ｓ４で、複数の導電配線と接して配置される。例えば、センサＳ３のピエゾ抵抗パッチ１１０４を参照されたい。ＴＰＵ材料の第２の基板（図示せず）は、アレイ１１００にわたって配置され、アセンブリは、加熱され、複数のコンポーネントを熱的に一緒に接合し、複数のピエゾ抵抗パッチをそれらの各々のセンサ配線と接するように固定する。 FIG. 11 shows an alternative design of sensor array 1100 for use with a sensor glove that includes only four elongated sensors, S1-S3 for the index, middle, and ring fingers, and S4 for the thumb. As will be appreciated, this simpler design may be easier and / or less expensive to manufacture and may be more than the multiple designs described above with reference to FIGS. May be sufficient or more suitable for such applications. Nevertheless, the sensor array 1100 operates in the same manner as the multiple sensor arrays described and may be configured using any technique. According to a particular embodiment, the substrate 1102 is composed of TPU material and the plurality of conductive traces are screen printed onto the substrate 1102 using conductive flexible ink as described above with reference to FIGS. Is done. A plurality of patches of piezoresistive material (eg, the above-described Eeonyx fabric) are placed in contact with the plurality of conductive wires at the plurality of sensor positions S1-S4. For example, see piezoresistive patch 1104 of sensor S3. A second substrate of TPU material (not shown) is disposed across the array 1100, the assembly is heated to thermally bond the components together and connect the piezoresistive patches to their respective sensor wires. Fix to touch.
センサアレイ７００と同様に、スティフナ（図示せず）が、複数の導電配線の複数の終端の近くで基板１１０２に接着されてよく、コネクタ１１０８へのアセンブリの挿入が可能になる。上述のように、スティフナを使用することにより、センサアレイ１１００を、例えば、Ｍｏｌｅｘコネクタ０５２２７１０８６９を含む、多種多様な工業規格の任意のものに接続することが可能になる。又、センサアレイ７００を参照して上述のように、対応する複数のセンサによって生成される複数の信号を増幅させる目的で、複数のスティフナ（図示せず）が、複数のピエゾ抵抗パッチの少なくとも一部及びセンサアレイ１１００の対応する複数の配線パターンと位置合わせして配置されてよい。 Similar to the sensor array 700, stiffeners (not shown) may be glued to the substrate 1102 near the ends of the plurality of conductive traces, allowing the assembly to be inserted into the connector 1108. As described above, the use of a stiffener allows the sensor array 1100 to be connected to any of a wide variety of industry standards, including, for example, a Molex connector 0522710869. In addition, as described above with reference to the sensor array 700, a plurality of stiffeners (not shown) are used to amplify a plurality of signals generated by the corresponding plurality of sensors. And the plurality of corresponding wiring patterns of the sensor array 1100 may be aligned with each other.
上記の説明を参照して理解されるべきであるように、本開示によって可能となる複数のセンサグローブの複数の用途は、多数であり多様である。上述のように、このようなセンサグローブでの人間の手の動作は、現実及び仮想世界の両方における複数の制御システム、複数の装置、及び複数のプロセスに変換されてよい。センサグローブを用いて、人間が、ビデオ及びオンラインゲームにおけるユーティリティを有する仮想空間、並びに教育的及び芸術的な複数の用途における複数の物体とインタラクションすることができる。例えば、センサグローブが、外科手術、仮想楽器の演奏、仮想オーケストラの指揮、仮想芸術作品を描くこと、等のシミュレーションを行なうのに使用されてよい。人間の手の複数の動きを仮想世界に変換することにより、より現実的なコンピュータ支援のアニメーションをサポートすることができる。複数の産業用途が、危険性物質を扱う製造装置又はロボットをリモート制御することを含み得る。これらの例の多様性から理解されるように、応用範囲は、事実上無制限である。従って、本開示の範囲は、特定の複数の用途を参照することにより限定されるべきではない。 As should be understood with reference to the above description, the multiple uses of multiple sensor gloves enabled by the present disclosure are numerous and varied. As described above, the movement of the human hand in such a sensor glove may be translated into multiple control systems, multiple devices, and multiple processes in both the real and virtual worlds. Using sensor globes, humans can interact with virtual objects with utilities in video and online games, and multiple objects in educational and artistic applications. For example, sensor gloves may be used to simulate surgery, playing virtual instruments, conducting virtual orchestras, drawing virtual artwork, and the like. More realistic computer-aided animation can be supported by converting multiple movements of the human hand into a virtual world. Multiple industrial applications may include remotely controlling a manufacturing device or robot that handles hazardous materials. As can be seen from the diversity of these examples, the range of applications is virtually unlimited. Accordingly, the scope of the present disclosure should not be limited by reference to a particular plurality of applications.
本明細書にて説明される複数の実施例の形態及び詳細における複数の変更が、本開示の範囲から逸脱することなく成され得ることが、当業者には理解されるだろう。更に、様々な利点及び態様が、特定の複数の実施例を参照して説明されてきたかもしれないが、本開示の範囲は、そのような複数の利点及び態様を参照することにより限定されるべきではない。 Those skilled in the art will appreciate that changes in the form and details of the embodiments described herein can be made without departing from the scope of the disclosure. Further, although various advantages and aspects may have been described with reference to specific embodiments, the scope of the disclosure is limited by reference to such advantages and aspects. Should not.
Claims (16)
グローブの一部分との位置合わせ又は一体化のためのフレキシブル基板と、
人間の手の少なくともいくつかの指の関節に対応する複数のセンサ位置で前記フレキシブル基板上に直接形成される複数の導電配線群であって、前記複数の導電配線群のそれぞれは、２又はそれよりも多くの導電配線を有し、前記複数の導電配線群のそれぞれにおける前記複数の導電配線間の抵抗は、前記導電配線群と接するピエゾ抵抗材料に対する力によって変化する、複数の導電配線群と、
前記複数の導電配線群のそれぞれから信号を受信し、これに応答して制御情報を生成するように構成される回路であって、前記制御情報は、前記複数の導電配線群のそれぞれと接する前記ピエゾ抵抗材料に対する前記力を表す、回路
とを備える、センサシステム。 A sensor system,
A flexible substrate for alignment or integration with a portion of the globe;
A plurality of conductive wiring groups formed directly on the flexible substrate at a plurality of sensor positions corresponding to at least some finger joints of a human hand, each of the plurality of conductive wiring groups being two or more A plurality of conductive wiring groups, and a resistance between the plurality of conductive wirings in each of the plurality of conductive wiring groups is changed by a force on a piezoresistive material in contact with the conductive wiring group; ,
A circuit configured to receive a signal from each of the plurality of conductive wiring groups and generate control information in response thereto, wherein the control information is in contact with each of the plurality of conductive wiring groups A sensor system comprising: a circuit representing said force on the piezoresistive material.
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