JPWO2013073677A1 - Capacitive sensor - Google Patents

Abstract

安定した状態でかつ正確にユーザの操作意図に基づく筋肉の動きを検知する。
ユーザの頭部に装着されるインターフェースは、伸縮性ベルトと静電容量型センサ１００とを備える。静電容量型センサ１００は、互いに対向して配置された第１の電極１０２および第２の電極１０４と、第１の電極１０２および第２の電極１０４間に設けられた誘電体１０６と、第１の電極１０２、第２の電極１０４および誘電体１０６の周囲を縁取るようにして設けられた支持部材１０８とを有する。支持部材１０８は、誘電体１０６より硬い材料からなる。これにより、伸縮性ベルトを頭部に装着しても、支持部材１０８がベースプレート１１０を支持するため、伸縮性ベルト５０のベルト張力（押圧力）による中央の誘電体１０６の潰れ等の変形を防止することができる。The movement of the muscle based on the user's operation intention is detected accurately in a stable state.
The interface worn on the user's head includes an elastic belt and a capacitive sensor 100. The capacitive sensor 100 includes a first electrode 102 and a second electrode 104 that are arranged to face each other, a dielectric 106 provided between the first electrode 102 and the second electrode 104, The first electrode 102, the second electrode 104, and the support member 108 provided to surround the periphery of the dielectric 106. The support member 108 is made of a material harder than the dielectric 106. As a result, even when the elastic belt is attached to the head, the support member 108 supports the base plate 110, so that deformation such as collapse of the central dielectric 106 due to belt tension (pressing force) of the elastic belt 50 is prevented. can do.

Description

人体の所定部位の筋肉の動きを検知する静電容量型センサに関する。   The present invention relates to a capacitive sensor that detects the movement of muscles in a predetermined part of a human body.

従来から、頸椎損傷者の生活支援および就労支援を目的として電動式パワーグローブが開発されている。電動式パワーグローブは、麻痺した指による自由な把持動作を実現するための動力付きの手袋であり、ユーザの手に装着される把持装具（グローブ部）と、伝達機構を介して把持装具を駆動する駆動手段と、駆動手段に指示を送る操作入力手段とから構成されている。   Conventionally, an electric power glove has been developed for the purpose of life support and work support for people with cervical spine injury. An electric power glove is a powered glove that realizes a free gripping operation with a paralyzed finger. The gripping device (glove part) worn on the user's hand and the gripping device are driven via a transmission mechanism. Driving means, and operation input means for sending an instruction to the driving means.

電動式パワーグローブの操作入力手段としては、グローブに取り付けられた押しボタンスイッチを机に押し付けて操作する方式や、体表面に貼った電極から筋活動に伴う微弱な電気信号を検出する表面筋電位計測を利用する方式、また脳波計測を用いることで念じるだけで機器操作が可能なＢＣＩ(Brain-Computer Interface)を用いる方式等が提案されている。しかしながら、押しボタン式は卓上に置かれた対象物を握る、離すという動作に用途が限定され、表面筋電位計測では頭部のような毛髪のある部位では、毛を剃るあるいは専用のジェルを塗るなどの煩雑な処置が必要であった。またＢＣＩ方式では、認識率が低い、トレーニングに時間が掛かる、筋電位計測と同様に装着に手間がかかる等の問題があり、日常的機器操作の手段としては普及に至っていない。そこで、これらの方式の問題を解決する操作入力手段として、頭部の部分的な形状変化を検知することで頭部随意筋の活動量を抽出し、把持装具の操作入力として用いるインターフェースが注目されている。   As an operation input means of the electric power glove, there is a method in which a push button switch attached to the glove is pressed against a desk, or a surface myoelectric potential to detect a weak electric signal accompanying muscle activity from an electrode attached to the body surface. There have been proposed a system using measurement, a system using BCI (Brain-Computer Interface), etc. that can be operated by simply thinking about using electroencephalogram measurement. However, the push button type is limited to the operation of grasping and releasing the object placed on the table, and in the surface EMG measurement, the hair such as the head is shaved or a special gel is applied. Such a complicated treatment was necessary. In addition, the BCI method has problems such as low recognition rate, long training time, and troublesome wearing as in the case of myoelectric potential measurement, and has not been widely used as a means for daily device operation. Therefore, as an operation input means for solving the problems of these methods, an interface used for extracting an activity amount of the head voluntary muscle by detecting a partial change in the shape of the head and using it as an operation input of the grasping device is attracting attention. Yes.

このインターフェースは、静電容量型センサを設けたベルトを人体の所定部位に巻き付け、この部位の筋肉の動きをセンサにより検知することでモータを駆動し、伝達機構を介して把持装具を操作するものである。静電容量型センサとしては、種々の構造のセンサが使用されているが、柔らかい部位にも的確に接触、取り付けできるように、電極間に設けた誘電体を膨張または伸縮可能な気泡構造とした静電容量型圧力センサが提案、使用されている（特許文献１参照）。   In this interface, a belt provided with a capacitive sensor is wound around a predetermined part of the human body, the movement of the muscles at this part is detected by the sensor, the motor is driven, and the gripping device is operated via the transmission mechanism. It is. Various types of capacitance-type sensors are used as capacitive sensors, but the dielectric provided between the electrodes has a bubble structure that can be expanded or contracted so that it can be accurately contacted and attached to a soft part. A capacitive pressure sensor has been proposed and used (see Patent Document 1).

特開２００９−１０３５３１号公報JP 2009-103531 A

しかしながら、上記特許文献１に記載の静電容量型センサでは以下のような問題があった。すなわち、静電容量型センサの誘電体に柔軟性の高い材料が使用されているので、伸縮性のベルトでセンサを測定対象の筋肉に押し付けると、ベルトの押圧力によりセンサが変形してしまう場合があった。また、ベルトの押圧力によっては完全に潰れてしまう場合もあった。このような場合には、筋肉の動きを正確に検知することができず、ユーザの操作意図を的確に把持装具に反映させることができないという問題が発生する。一方で、押圧力によるセンサの変形を回避するために、ベルトの締め付けを緩くすると、使用しているうちにセンサが対象部位からずれてしまったり、ベルト自体が落ちてしまう場合があり、安定した状態で筋肉の動きを検知することができないという問題がある。   However, the capacitive sensor described in Patent Document 1 has the following problems. That is, since a highly flexible material is used for the dielectric of the capacitive sensor, if the sensor is pressed against the muscle to be measured with an elastic belt, the sensor may be deformed by the pressing force of the belt was there. Further, the belt may be completely crushed depending on the pressing force of the belt. In such a case, there is a problem that the movement of the muscle cannot be accurately detected and the user's operation intention cannot be accurately reflected on the grasping device. On the other hand, if the belt is loosened in order to avoid deformation of the sensor due to the pressing force, the sensor may be displaced from the target part during use, or the belt itself may fall, which is stable. There is a problem that muscle movement cannot be detected in the state.

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、安定した状態でかつ正確にユーザの操作意図に基づく筋肉の動きを検知することが可能な静電容量型センサを提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a capacitive sensor capable of detecting a muscle movement based on a user's operation intention in a stable state and accurately. It is to provide.

本発明は、上記課題を解決するために、筋肉の動きを検知する静電容量型センサであって、互いに対向して配置された第１の電極および第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に設けられ、変形可能な材料からなる誘電体と、誘電体の周囲に設けられ、誘電体よりも硬い材料からなる支持部材とを備えるものである。   In order to solve the above problems, the present invention is a capacitive sensor that detects the movement of a muscle, and includes a first electrode, a second electrode, and a first electrode that are arranged to face each other. Provided between the second electrode and a dielectric made of a deformable material, and a support member made of a material harder than the dielectric provided around the dielectric.

本発明によれば、誘電体よりも硬い材料からなる支持部材を誘電体の周囲に設けているので、静電容量型センサがベルト等によって押し付けられた場合でも、誘電体等を支持部材によって支持することができる。これにより、誘電体の変形を防止することができ、ユーザの操作意思を的確に検知することができる。   According to the present invention, since the support member made of a material harder than the dielectric is provided around the dielectric, the dielectric is supported by the support member even when the capacitive sensor is pressed by the belt or the like. can do. Thereby, a deformation | transformation of a dielectric material can be prevented and a user's intention of operation can be detected exactly.

本発明の一実施形態に係るパワーグローブの概略構成例を示す図である。It is a figure which shows the schematic structural example of the power glove which concerns on one Embodiment of this invention. インターフェースの構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of an interface. インターフェースを頭部に装着した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which mounted | wore the interface on the head. 左側側頭筋の位置を示す図である。It is a figure which shows the position of a left temporal muscle. 右側側頭筋の位置を示す図である。It is a figure which shows the position of a right temporal muscle. 後耳介筋の位置を示す図である。It is a figure which shows the position of a posterior pinna muscle. 静電容量型センサの構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of an electrostatic capacitance type sensor. 図５に示す静電容量型センサのＡ−Ａ線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the AA line of the capacitive type sensor shown in FIG. 図５に示す静電容量型センサのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the BB line of the capacitive type sensor shown in FIG. 右奥歯噛締め時の計測データである。It is measurement data at the time of right back tooth biting. 左奥歯噛締め時の計測データである。It is measurement data at the time of a left back tooth biting. 耳後方動かし時の計測データである。It is the measurement data when moving the ear backward. 右奥歯噛締め時、左奥歯噛締め時、耳後方動かし時の測定データの測定結果をまとめた表図である。It is the table | surface which put together the measurement result of the measurement data at the time of a right back tooth biting, a left back tooth biting, and an ear rear movement. 右噛締めをしたまま途中で耳を動かす、左噛締めをしたまま途中で耳を動かす、左右の奥歯をともに噛締めたまま途中で耳を動かすという指示を順に与えたときの計測データである。Measurement data when instructions are given to move the ear in the middle with the right chewing, move the ear in the middle with the left chewing, and move the ear in the middle with the left and right back teeth tightened together . 右噛締め、左噛締めを徐々に強めた後に徐々に弱めるという動作を行うように指示したときの計測データである。It is measurement data when it is instructed to perform an operation of gradually weakening the right and left bites and then gradually weakening them. 右奥歯噛締めを行った後に耳を後方に動かした場合の計測データを示し、支持部材のない旧型センサおよび非伸縮性ベルトを用いた場合である。The measurement data in the case where the ear is moved backward after the right back teeth are tightened is shown, and the old sensor without a support member and the non-stretchable belt are used. 右奥歯噛締めを行った後に耳を後方に動かした場合の計測データを示し、支持部材のない旧型センサおよび伸縮性ベルトを用いた場合である。The measurement data when the ear is moved backward after the right back tooth biting is shown is the case where the old sensor and the elastic belt without the support member are used. 右奥歯噛締めを行った後に耳を後方に動かした場合の計測データを示し、本発明に係る静電容量型センサおよび非伸縮性ベルトを用いた場合である。The measurement data in the case where the ear is moved backward after the right back tooth is tightened is shown, and the capacitance type sensor and the non-stretchable belt according to the present invention are used. 右奥歯噛締めを行った後に耳を後方に動かした場合の計測データを示し、本発明に係る静電容量型センサおよび伸縮性ベルトを用いた場合である。The measurement data in the case where the ear is moved backward after the right back teeth are tightened are shown, and the capacitance type sensor and the elastic belt according to the present invention are used. 本発明に係る静電容量型センサと支持部材のない旧型センサとをそれぞれ用い、ベルト張力を変化させて右側側頭筋の測定を行った場合の計測データである。It is measurement data at the time of measuring the right temporal muscle by changing the belt tension using the capacitive sensor according to the present invention and the old sensor without a support member, respectively.

以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明する。
［パワーグローブの構成例］
まず、本発明に係るパワーグローブＰＧの概略構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るパワーグローブＰＧの概略構成の一例を示している。なお、図１、図２、図３、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図５、図６Ａ、図６Ｂの図面の寸法比率は、説明の都合上拡張されており、実際の比率と異なる場合がある。また、グローブ部６００は、説明を簡単にするため、親指と人差し指のみを図示しているが、実際には５本の指により構成されているものとする。Hereinafter, the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described.
[Configuration example of power glove]
First, a schematic configuration of the power globe PG according to the present invention will be described. FIG. 1 shows an example of a schematic configuration of a power globe PG according to an embodiment of the present invention. 1, 2, 3, 4 A, 4 B, 4 C, 5, 6 A, and 6 B are expanded for convenience of explanation and are different from the actual ratio. There is. Further, for simplicity of explanation, the glove unit 600 only shows the thumb and index finger, but it is assumed that it is actually composed of five fingers.

図１に示すように、パワーグローブＰＧは、インターフェース２００とコントローラ３００と駆動装置４００とグローブ部６００とを備えている。インターフェース２００は、使用者の筋肉の動きから使用者の操作意図を検知するものであり、頭部に装着された伸縮性ベルト５０とこの伸縮性ベルト５０に取り付けられた複数の静電容量型センサ１００とを有している。本発明の静電容量型センサ１００は、皮膚と接触する面が柔らかく、またセンサ本体もしなやかに構成され、伸縮性ベルト５０で固定した際には頭部曲面に沿って静電容量型センサ１００が変形して頭部に密着するようになっている。このような機能を有する静電容量型センサ１００では、使用者の操作意図に応じた筋肉の***を検知し、この検知により得られた操作信号Ｓｍを配線または無線通信を介してコントローラ３００に供給する。なお、インターフェース２００の詳細については後述する。   As shown in FIG. 1, the power globe PG includes an interface 200, a controller 300, a drive device 400, and a globe unit 600. The interface 200 detects the user's operation intention from the movement of the user's muscles, and includes a stretchable belt 50 attached to the head and a plurality of capacitive sensors attached to the stretchable belt 50. 100. The capacitive sensor 100 of the present invention has a soft surface that comes into contact with the skin, and a flexible sensor body. When the sensor is fixed by the elastic belt 50, the capacitive sensor 100 is curved along the curved surface of the head. Is deformed and comes into close contact with the head. In the capacitive sensor 100 having such a function, the bulge of the muscle according to the user's operation intention is detected, and the operation signal Sm obtained by this detection is supplied to the controller 300 via wiring or wireless communication. To do. Details of the interface 200 will be described later.

コントローラ３００は、例えばＣＰＵ(Central Processing Unit)やＲＯＭ(Read Only Memory)を有しており、パワーグローブＰＧを構成する駆動装置４００等の各部の動作を制御する。例えば、コントローラ３００は、インターフェース２００から供給される操作信号Ｓｍの閾値判定処理を行い、この判定処理の判定結果に応じてグローブ部６００を駆動制御するための駆動信号Ｓｖを駆動装置４００に供給する。   The controller 300 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) and a ROM (Read Only Memory), and controls the operation of each unit such as the driving device 400 constituting the power globe PG. For example, the controller 300 performs a threshold determination process for the operation signal Sm supplied from the interface 200, and supplies a drive signal Sv for controlling the driving of the globe unit 600 to the drive device 400 according to the determination result of the determination process. .

駆動装置４００は、例えばモータとこのモータに接続された可動部４０２とを有している。駆動装置４００は、コントローラ３００から供給される駆動信号Ｓｖに基づいてモータを駆動して可動部４０２を動作させることで、この可動部４０２に接続されている伝達手段５００を駆動制御する。なお、図１では、グローブ部６００の人差し指を操作することを前提として、可動部４０２を１組（２個）で構成しているが、操作する指の本数に応じて可動部４０２を設けることができる。後述する伝達手段においても同様である。   The driving device 400 includes, for example, a motor and a movable part 402 connected to the motor. The driving device 400 drives and controls the transmission means 500 connected to the movable portion 402 by driving the motor based on the drive signal Sv supplied from the controller 300 to operate the movable portion 402. In FIG. 1, the movable part 402 is composed of one set (two) on the assumption that the index finger of the glove part 600 is operated. However, the movable part 402 is provided according to the number of fingers to be operated. Can do. The same applies to the transmission means described later.

伝達手段５００は、駆動装置４００で生成した動力をグローブ部６００に伝達するための手段であって、案内管５０２と操作部材５０４と補助支持部材５０６とを有している。案内管５０２は、所定の長さを有する可撓性のチューブであって、一端が駆動装置４００に接続されると共に他端がグローブ部６００の甲に取り付けられている。操作部材５０４は、例えば張力の強いワイヤ等から構成され、案内管５０２の内部に沿って敷設され、一端が駆動装置４００の可動部に取り付けられると共に他端がグローブ部６００の人差し指の先端部に取り付けられている。操作部材５０４の案内管５０２から露出した部分には、操作部材５０４をグローブ部６００の指に固定するための補助支持部材５０６が設けられている。補助支持部材５０６は例えばベルトとチューブで構成され、本例では２組の補助支持部材５０６により操作部材５０４を確実に指に固定するようにしている。   The transmission unit 500 is a unit for transmitting the power generated by the drive device 400 to the globe unit 600 and includes a guide tube 502, an operation member 504, and an auxiliary support member 506. The guide tube 502 is a flexible tube having a predetermined length. One end of the guide tube 502 is connected to the driving device 400 and the other end is attached to the back of the globe unit 600. The operation member 504 is composed of, for example, a wire with high tension, and is laid along the inside of the guide tube 502. One end is attached to the movable part of the driving device 400 and the other end is at the tip of the index finger of the glove part 600. It is attached. An auxiliary support member 506 for fixing the operation member 504 to the finger of the glove part 600 is provided at a portion exposed from the guide tube 502 of the operation member 504. The auxiliary support member 506 is composed of, for example, a belt and a tube. In this example, the operation member 504 is securely fixed to the finger by two sets of auxiliary support members 506.

このような構成により、ユーザの操作意思に応じて所定部位の筋肉が動かされると、インターフェース２００の静電容量型センサ１００によって筋肉の動きが検知され、この検知に基づく操作信号Ｓｍがコントローラ３００に供給される。コントローラ３００では、閾値判定処理等を行うことでどの筋肉が動いたかが判定され、これに応じた駆動信号Ｓｖが生成されて駆動装置４００に供給される。駆動装置４００では、この駆動信号Ｓｖに基づいて駆動され、伝達手段５００の操作部材５０４が操作される。このようにして、操作部材５０４の操作によりグローブ部６００の指が動作することで、ユーザの操作意思に応じた生活支援等が行われる。   With this configuration, when a muscle at a predetermined site is moved according to the user's intention to operate, the movement of the muscle is detected by the capacitive sensor 100 of the interface 200, and an operation signal Sm based on this detection is sent to the controller 300. Supplied. The controller 300 determines which muscle has moved by performing threshold determination processing or the like, and generates a drive signal Sv corresponding to the muscle and supplies it to the drive device 400. The drive device 400 is driven based on this drive signal Sv, and the operation member 504 of the transmission means 500 is operated. Thus, the life support etc. according to a user's operation intention etc. are performed because the finger | toe of the glove part 600 moves by operation of the operation member 504. FIG.

［インターフェースの構成例］
次に、本発明に係るインターフェース２００について説明する。図２は本発明に係るインターフェース２００の概略構成の一例を示し、図３はこのインターフェース２００がユーザの頭部に装着された状態を示している。[Interface configuration example]
Next, the interface 200 according to the present invention will be described. FIG. 2 shows an example of a schematic configuration of the interface 200 according to the present invention, and FIG. 3 shows a state in which the interface 200 is mounted on the user's head.

図２に示すように、インターフェース２００は、伸縮性ベルト５０と、複数の静電容量型センサ１００とから構成されている。伸縮性ベルト５０は、少なくとも静電容量型センサ１００が取り付け可能な幅を有し、人間の頭部に装着したときに静電容量型センサ１００が頭部に安定的に保持され、かつ、静電容量型センサ１００の支持部材１０８が過度に変形しないようなベルト張力に調整されたベルトで構成されている。   As shown in FIG. 2, the interface 200 includes a stretchable belt 50 and a plurality of capacitive sensors 100. The stretchable belt 50 has a width at which at least the capacitance type sensor 100 can be attached, and the capacitance type sensor 100 is stably held on the head when worn on a human head, The support member 108 of the capacitive sensor 100 is constituted by a belt adjusted to a belt tension so as not to be excessively deformed.

複数の静電容量型センサ１００は、頭部の計測対象となる筋肉上に位置するように、伸縮性ベルト５０の内側に固定して取り付けられている。本例では、図３に示すように、頭部の左側側頭筋Ｍ１、右側側頭筋Ｍ２および片方の後耳介筋Ｍ３の３箇所の筋肉の収縮（動き）を検知するため、３個の静電容量型センサ１００が伸縮性ベルト５０に取り付けられている。伸縮性ベルト５０への取り付け方法は、種々の手法を採用することができ、例えば取り付け用のボタンや面ファスナーを用いても良いし、直接縫い付けても良い。   The plurality of capacitive sensors 100 are fixedly attached to the inner side of the elastic belt 50 so as to be positioned on the muscle to be measured on the head. In this example, as shown in FIG. 3, in order to detect the contraction (movement) of three muscles of the left temporal muscle M1, right temporal muscle M2, and one posterior pinna muscle M3, The electrostatic capacitance type sensor 100 is attached to the stretchable belt 50. Various methods can be employed for the attachment to the elastic belt 50. For example, an attachment button or a hook-and-loop fastener may be used, or direct sewing may be performed.

ここで、左側側頭筋Ｍ１、右側側頭筋Ｍ２および後耳介筋Ｍ３について説明する。図４Ａは左側側頭筋Ｍ１を示し、図４Ｂは右側側頭筋Ｍ２の位置を示し、図４Ｃは後耳介筋Ｍ３の位置を示している。なお、図４Ａ乃至図４Ｃにおいて左側側頭筋Ｍ１、右側側頭筋Ｍ２および後耳介筋Ｍ３は、斜線で示している。   Here, the left temporal muscle M1, the right temporal muscle M2, and the posterior pinna muscle M3 will be described. 4A shows the left temporal muscle M1, FIG. 4B shows the position of the right temporal muscle M2, and FIG. 4C shows the position of the posterior pinna muscle M3. In FIGS. 4A to 4C, the left temporal muscle M1, the right temporal muscle M2, and the posterior pinna muscle M3 are indicated by hatching.

左側側頭筋Ｍ１および右側側頭筋Ｍ２は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、頭部の左右のこめかみのやや上方からやや後方にかけて位置している。左側側頭筋Ｍ１および右側側頭筋Ｍ２は、噛締め時や、発話に伴う顎運動においても活動するが、本発明の静電容量型センサ１００を用いて固定位置を正しく選択することによって、発話と噛締めとを区別して噛締め動作のみを抽出できるようになっている。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the left temporal muscle M1 and the right temporal muscle M2 are located slightly above and behind the left and right temples of the head. The left temporal muscle M1 and the right temporal muscle M2 are also active during chewing and jaw movement associated with speech, but by correctly selecting the fixed position using the capacitive sensor 100 of the present invention, It is possible to extract only the biting operation by distinguishing between utterance and biting.

後耳介筋Ｍ３は、図４Ｃに示すように、耳の後部に位置している。後耳介筋Ｍ３は、左側側頭筋Ｍ１および右側側頭筋Ｍ２の他に頭部にある筋肉のうち随意に動かせることのできる筋肉である。この筋肉は、耳を動かすための筋肉で、猫や馬等の動物においてよく発達しており、人間にもその名残が残っていると考えられている。耳介筋には、他にも前耳介筋、上耳介筋等があるが、後耳介筋Ｍ３は特に人において随意性が高く、この筋肉を働かせることで耳を前後に動かすことのできる人は少なくない。また、訓練によって多くの人が自由に耳を動かせるようになることが知られている。   As shown in FIG. 4C, the posterior pinna muscle M3 is located in the rear part of the ear. The posterior pinna muscle M3 is a muscle that can be freely moved among the muscles in the head in addition to the left temporal muscle M1 and the right temporal muscle M2. This muscle is used to move the ears, and is well developed in animals such as cats and horses. Other pinna muscles include the anterior pinna muscle, the upper pinna muscle, etc., but the posterior pinna muscle M3 is particularly voluntary in humans, and it is possible to move the ear back and forth by using this muscle. There are many people who can do it. It is also known that many people can move their ears freely by training.

［静電容量型センサの構成例］
次に、本発明に係る静電容量型センサ１００について説明する。図５は、静電容量型センサ１００の構成の一例を示している。図６Ａは図５の静電容量型センサ１００のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図６Ｂは図５の静電容量型センサ１００のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。なお、以下の説明では静電容量型センサ１００の測定対象となる筋肉に面した側を接触面と呼ぶ。[Configuration example of capacitive sensor]
Next, the capacitive sensor 100 according to the present invention will be described. FIG. 5 shows an example of the configuration of the capacitive sensor 100. 6A is a cross-sectional view taken along the line AA of the capacitive sensor 100 of FIG. 5, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line BB of the capacitive sensor 100 of FIG. In the following description, the side facing the muscle to be measured by the capacitive sensor 100 is referred to as a contact surface.

図６Ａおよび図６Ｂに示すように、静電容量型センサ１００は、第１の電極１０２と第２の電極１０４と誘電体１０６と支持部材１０８とベースプレート１１０と絶縁層１１２とシールド層１１４とカバー１１６とを備えている。この静電容量型センサ１００の寸法としては、例えば５０ｍｍ×７０ｍｍ×８ｍｍである。   As shown in FIGS. 6A and 6B, the capacitive sensor 100 includes a first electrode 102, a second electrode 104, a dielectric 106, a support member 108, a base plate 110, an insulating layer 112, a shield layer 114, and a cover. 116. The capacitance type sensor 100 has a size of, for example, 50 mm × 70 mm × 8 mm.

第１の電極１０２および第２の電極１０４のそれぞれは、所定の厚みｄ１，ｄ２を有した略長方形状の導電部材から構成され、誘電体１０６を介して互いに対向するようにして配置されている。具体的には、第１の電極１０２は、例えば導電布からなり、誘電体１０６の接触面側の面に貼り付けられている。第２の電極１０４は、例えば銅箔テープからなり、誘電体１０６の接触面とは反対側の面に貼り付けられている。   Each of the first electrode 102 and the second electrode 104 is composed of a substantially rectangular conductive member having predetermined thicknesses d1 and d2, and is disposed so as to face each other with a dielectric 106 interposed therebetween. . Specifically, the first electrode 102 is made of, for example, a conductive cloth, and is attached to the surface on the contact surface side of the dielectric 106. The second electrode 104 is made of, for example, a copper foil tape, and is attached to a surface opposite to the contact surface of the dielectric 106.

誘電体１０６は、所定の厚みｄ３を有すると共に第１の電極１０２等と略同一の外形から構成され、第１の電極１０２と第２の電極１０４との間に挟持された状態で配置されている。誘電体１０６には、柔軟性の高い例えばウレタンフォーム（スポンジ）が用いられているが、ウレタンフォーム以外にも柔軟性の高い材料であれば適宜採用しても良い。誘電体１０６の硬度は、例えば７〜１５（ｋｇ／３１４ｃｍ^２）であることが好ましい。これにより、測定対象の筋肉に皮膚を介して静電容量型センサ１００を密着させることができる。The dielectric 106 has a predetermined thickness d3 and is configured with substantially the same outer shape as the first electrode 102 and the like, and is disposed in a state of being sandwiched between the first electrode 102 and the second electrode 104. Yes. For example, urethane foam (sponge) having high flexibility is used for the dielectric 106, but any material having high flexibility other than urethane foam may be used as appropriate. The hardness of the dielectric 106 is preferably 7 to 15 (kg / 314 cm ² ), for example. Thereby, the capacitive sensor 100 can be brought into close contact with the muscle to be measured through the skin.

ベースプレート１１０は、例えば支持部材１０８の材料よりも硬いプラスチック等のシート状絶縁部材から構成され、第２の電極１０４よりも一回り大きな外形を有している。ベースプレート１１０の接触面側の面には、第２の電極１０４が貼り付けられている。この第２の電極１０４は、ベースプレート１１０の周縁部に所定幅のスペース（張出部）Ｓが設けられるようにベースプレート１１０上に貼り付けられる。第２の電極１０４から張り出したスペースＳは、後述する支持部材１０８を配置するための領域となっている。   The base plate 110 is made of a sheet-like insulating member such as plastic that is harder than the material of the support member 108, and has an outer shape that is slightly larger than that of the second electrode 104. The second electrode 104 is attached to the surface on the contact surface side of the base plate 110. The second electrode 104 is affixed on the base plate 110 such that a space (projecting portion) S having a predetermined width is provided at the peripheral edge of the base plate 110. A space S protruding from the second electrode 104 is a region for arranging a support member 108 described later.

ベースプレート１１０のスペースＳには、シールドケーブル１１８の一端部が固定されている。シールドケーブル１１８の他端部は、コントローラ３００に接続されている（図１参照）。シールドケーブル１１８の一端部からは２本の芯線１２０およびシールド線１２１が引き出され、芯線１２０がそれぞれ第１の電極１０２と第２の電極１０４に、さらにシールド線１２１がシールド層１１４に引き回されて接続されている。   One end of the shield cable 118 is fixed in the space S of the base plate 110. The other end of the shielded cable 118 is connected to the controller 300 (see FIG. 1). Two core wires 120 and a shield wire 121 are drawn from one end of the shield cable 118, the core wires 120 are routed to the first electrode 102 and the second electrode 104, respectively, and the shield wire 121 is further routed to the shield layer 114. Connected.

支持部材１０８は、ベースプレート１１０のスペースＳ上に、誘電体１０６、第１の電極１０２および第２の電極１０４の全周囲を縁取るようにして貼り付けられている（図５参照）。このとき、支持部材１０８は、誘電体１０６、第１の電極１０２および第２の電極１０４とは若干の間隙をあけて貼り付けてあり、誘電体１０６等とは接触していない。この支持部材１０８は、例えば測定対象の筋肉が活動に伴って皮膚の一部が***するとき、この***する皮膚上の領域（以下、測定対象部位という）に対応させて、その外周縁を囲むように形成しても良い。例えば、図４Ａに示すように、測定対象として左側側頭筋Ｍ１の変形領域を点線で囲まれる領域Ｔとした場合、支持部材１０８で構成される外枠の内側に、測定対象の筋肉の変形領域Ｔが納まるように支持部材１０８を形成する。これにより、局所的な筋肉の***も的確に検知できるようになる。また、測定対象部位に静電容量型センサ１００をより密着し易くするために、支持部材１０８の接触面側の端面を測定対象部位の表面形状に沿うように成型しても良い。   The support member 108 is affixed on the space S of the base plate 110 so as to border the entire periphery of the dielectric 106, the first electrode 102, and the second electrode 104 (see FIG. 5). At this time, the support member 108 is attached to the dielectric 106, the first electrode 102, and the second electrode 104 with a slight gap therebetween, and is not in contact with the dielectric 106 or the like. For example, when a part of the skin rises with the activity of the muscle to be measured, the support member 108 surrounds the outer peripheral edge in correspondence with a region on the raised skin (hereinafter referred to as a measurement target site). You may form as follows. For example, as shown in FIG. 4A, when the deformation region of the left temporal muscle M1 is a region T surrounded by a dotted line as a measurement target, the deformation of the muscle to be measured is placed inside the outer frame formed of the support member 108. The support member 108 is formed so that the region T is accommodated. This makes it possible to accurately detect local muscle uplift. Further, in order to make the capacitive sensor 100 more closely contact with the measurement target site, the end surface on the contact surface side of the support member 108 may be molded along the surface shape of the measurement target site.

支持部材１０８の厚みｄ４は、第１の電極１０２の厚みｄ１と第２の電極１０４の厚みｄ２と誘電体１０６の厚みｄ３とをそれぞれ加算した合計の厚みｄ１＋ｄ２＋ｄ３以下に選定することが好ましい。これは、静電容量型センサ１００の接触面が測定対象部位と接触した際、誘電体１０６が確実にその形に沿って変形するようにするためである。もちろん、厚みｄ１＋ｄ２＋ｄ３より大きくても、測定対象部位の形状によっては計測可能である。また、支持部材１０８には、人が適度な力で伸縮性ベルト５０を巻いて静電容量型センサ１００を固定する際に、程よく変形して測定対象部位の形状になじみ、かつ、中央部の誘電体１０６を大きく潰すことなく、その厚みをほぼ一定に保持できるような硬さの材料が使用される。そのため、支持部材１０８としては、中央部の誘電体１０６よりも硬度の高い（柔軟性の低い）材料が用いられ、例えばポリエチレンフォームが好適に用いられる。支持部材１０８の硬度は、例えばデユロメータ硬度計Ｃタイプでの計測値で３５以上かつ７０以下であることが好ましい。上記硬度とするのは、硬度が３５未満の場合にはベルト張力等により中央の誘電体等が変形してしまうからであり、硬度が７０超の場合には測定時にセンサが測定対象部位の形状に沿わないからである。もちろん、硬度が上記範囲内の材料であれば、ポリエチレンフォーム以外にも適宜使用することができる。また測定対象部位の面積が小さい場合や平面に近く、測定対象部位の形状にそって変形する必要が無い場合は、接触面側に適宜クッション等を設けて痛みの無いように配慮した上でプラスチックやアルミニウム等の上記硬度範囲以上の硬い材料で支持部材１０８を構成することも可能である。   The thickness d4 of the support member 108 is preferably selected to be equal to or less than the total thickness d1 + d2 + d3 obtained by adding the thickness d1 of the first electrode 102, the thickness d2 of the second electrode 104, and the thickness d3 of the dielectric 106, respectively. This is to ensure that the dielectric 106 is deformed along its shape when the contact surface of the capacitive sensor 100 comes into contact with the measurement target site. Of course, even if it is larger than the thickness d1 + d2 + d3, it can be measured depending on the shape of the measurement target part. In addition, when a person wraps the stretchable belt 50 with an appropriate force and fixes the capacitive sensor 100, the support member 108 is deformed moderately and conforms to the shape of the measurement target portion. A material having such a hardness that the thickness of the dielectric 106 can be kept almost constant without being largely crushed is used. For this reason, as the support member 108, a material having higher hardness (lower flexibility) than the dielectric 106 in the center is used, and for example, polyethylene foam is preferably used. The hardness of the support member 108 is preferably, for example, 35 or more and 70 or less as measured by a durometer hardness meter C type. The reason for the above hardness is that when the hardness is less than 35, the center dielectric or the like is deformed due to belt tension or the like, and when the hardness is more than 70, the sensor forms the shape of the measurement target part at the time of measurement. It is because it does not follow. Of course, any material other than polyethylene foam can be used as long as the material has a hardness within the above range. If the area to be measured is small or close to a flat surface and does not need to be deformed according to the shape of the area to be measured, a plastic is provided after considering that there is no pain by providing an appropriate cushion on the contact surface side. It is also possible to form the support member 108 with a hard material having a hardness higher than the above hardness range, such as aluminum or aluminum.

絶縁層１１２は、ベースプレート１１０と略同一の外形に選定され、第１の電極１０２および支持部材１０８の上面に貼り付けられている。絶縁層１１２は、薄く、かつ、柔軟な材料から構成され、例えばゴム材料や布等の材料からなる。   The insulating layer 112 is selected to have substantially the same outer shape as the base plate 110 and is attached to the upper surfaces of the first electrode 102 and the support member 108. The insulating layer 112 is made of a thin and flexible material, and is made of a material such as a rubber material or a cloth.

ベースプレート１１０、支持部材１０８および絶縁層１１２の外周部には、これら全体を覆うようにしてシールド層１１４が巻き付けられている。シールド層１１４は、例えば導電布から構成され、静電容量型センサ１００全体を外部からシールドする機能を有している。このシールド層１１４は、例えば、ベースプレート１１０の外面側に接着剤等により貼り付けられている。シールド層１１４の外周部は、さらに布製のカバー１１６によって被覆され、静電容量型センサ１００全体がカバー１１６によって保護されるようになっている。   A shield layer 114 is wound around the outer periphery of the base plate 110, the support member 108, and the insulating layer 112 so as to cover all of them. The shield layer 114 is made of, for example, a conductive cloth and has a function of shielding the entire capacitive sensor 100 from the outside. For example, the shield layer 114 is attached to the outer surface side of the base plate 110 with an adhesive or the like. The outer peripheral portion of the shield layer 114 is further covered with a cloth cover 116, so that the entire capacitive sensor 100 is protected by the cover 116.

以上説明したように、本実施の形態によれば、静電容量型センサ１００に外枠としての支持部材１０８を設けることで、伸縮性ベルト５０を頭部に装着しても、支持部材１０８がベースプレート１１０を支持するため、伸縮性ベルト５０のベルト張力（押圧力）による中央の誘電体１０６の潰れ等の変形を防止することができる。これにより、誘電体１０６をほぼ一定の厚みで保持することができ、ユーザの操作意図による筋肉の***のみを精度良くかつ安定した状態で検知することができる。また、筋***の検知部である中央部の誘電体１０６を柔軟性の高い材料で構成しているので、曲率が異なる色々な筋肉にも対応することができる。また、支持部材１０８を、人が適度な力で伸縮性ベルト５０を巻いて静電容量型センサ１００を固定する際に、程よく変形して測定対象部位の形状になじむような材質としているので、インターフェース２００の装着時におけるユーザの頭部への痛みを最小限に抑えることができる。   As described above, according to the present embodiment, by providing the capacitive sensor 100 with the support member 108 as an outer frame, the support member 108 can be mounted even when the elastic belt 50 is attached to the head. Since the base plate 110 is supported, it is possible to prevent deformation such as collapse of the center dielectric 106 due to belt tension (pressing force) of the stretchable belt 50. As a result, the dielectric 106 can be held at a substantially constant thickness, and only the bulge of the muscle due to the user's intention to operate can be detected in a precise and stable state. In addition, since the dielectric 106 in the center, which is a detection unit of the muscle protrusion, is made of a highly flexible material, it can cope with various muscles having different curvatures. Further, since the support member 108 is made of a material that is moderately deformed and conforms to the shape of the measurement target portion when a person wraps the elastic belt 50 with an appropriate force and fixes the capacitive sensor 100, Pain to the user's head when wearing the interface 200 can be minimized.

また、本実施の形態によれば、伸縮性ベルト５０に複数の静電容量型センサ１００を取り付けた場合において、頭部のどこかを***させてベルト張力が増加したとしても、他の箇所の静電容量型センサ１００では支持部材１０８の作用によりベルト張力の増加の影響を吸収することができるので、複数の静電容量型センサ１００を伸縮性ベルト５０に取り付けることができ、複数点での筋***の検知が可能となる。   Further, according to the present embodiment, when a plurality of capacitive sensors 100 are attached to the stretchable belt 50, even if the belt tension is increased by raising somewhere in the head, In the capacitive sensor 100, the effect of the belt tension can be absorbed by the action of the support member 108. Therefore, a plurality of capacitive sensors 100 can be attached to the stretchable belt 50, so that Detection of muscle uplift becomes possible.

さらに、本実施の形態によれば、測定対象の筋肉の変形領域の外周を囲むように静電容量型センサ１００の支持部材１０８を設けているので、小さな筋肉、例えば後耳介筋Ｍ３等の局地的な筋肉の***を正確に検知することができる。すなわち、従来では、周囲の筋肉が増加すると、これに伴ってベルト張力が増し、後耳介筋Ｍ３の***だけを検知できなかったが、本発明のように外枠構造を採用することで、測定対象の筋肉だけが外枠（支持部材１０８）内に収容されるので、周囲の筋肉の***等に影響されることなく、その外枠内部の筋***だけを検知することができる。   Furthermore, according to the present embodiment, since the support member 108 of the capacitive sensor 100 is provided so as to surround the outer periphery of the deformation region of the muscle to be measured, a small muscle such as the posterior auricular muscle M3 or the like is provided. It is possible to accurately detect local muscle bumps. That is, conventionally, when the surrounding muscles increased, the belt tension increased accordingly, and only the bulging of the posterior pinna muscle M3 could not be detected, but by adopting the outer frame structure as in the present invention, Since only the muscle to be measured is accommodated in the outer frame (support member 108), only the muscle bulge inside the outer frame can be detected without being affected by the bulge of the surrounding muscles.

［評価実験について］
（正確な信号出力）
次に、本発明に係る３個の静電容量型センサ１００を備えたインターフェース２００を被験者の頭部に装着し、（ａ）右奥歯噛締め、（ｂ）左奥歯噛締め、（ｃ）耳を後方に動かす、の三つ動作を順に１００回行い、この計測データのうち２回分の各動作に応じた計測データをサンプルとして抽出した。３個の静電容量型センサ１００は、左側側頭筋Ｍ１、右側側頭筋Ｍ２および後耳介筋Ｍ３のそれぞれに対応した位置に取り付けた。図７Ａ乃至図７Ｃは、サンプリングした計測結果であり、図７Ａは右側側頭筋の計測結果を示すグラフであり、図７Ｂは左側側頭筋の計測結果を示すグラフであり、図７Ｃは後耳介筋の計測結果を示すグラフである。図７Ａ乃至図７Ｃの縦軸は静電容量を示し、横軸は時間を示している。[About evaluation experiment]
(Accurate signal output)
Next, the interface 200 including the three capacitive sensors 100 according to the present invention is attached to the subject's head, (a) right back teeth biting, (b) left back teeth biting, (c) ears. The three operations of moving the rearward are performed 100 times in order, and measurement data corresponding to each of the two operations of the measurement data is extracted as a sample. The three capacitive sensors 100 were attached at positions corresponding to the left temporal muscle M1, the right temporal muscle M2, and the posterior pinna muscle M3. 7A to 7C are sampled measurement results, FIG. 7A is a graph showing the measurement result of the right temporal muscle, FIG. 7B is a graph showing the measurement result of the left temporal muscle, and FIG. It is a graph which shows the measurement result of auricular muscle. 7A to 7C, the vertical axis represents the capacitance, and the horizontal axis represents time.

例えば被験者が時間Ｔ１、Ｔ４で右奥歯を噛締めた場合、図７Ａに示すように、時間Ｔ１、Ｔ４のそれぞれで右奥歯の噛締めに連動した右側側頭筋Ｍ２の***が検知された。同様に、例えば被験者が時間Ｔ２、Ｔ５で左奥歯を噛締めた場合、図７Ｂに示すように、時間Ｔ２、Ｔ５のそれぞれで左奥歯の噛締めに連動した左側側頭筋Ｍ１の***が検知された。なお、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、時間Ｔ２での左奥歯噛締めの際に、わずかに右側側頭筋Ｍ２の反応（図７Ａ中一点鎖線囲み部分）も見られるが、信号のピーク値が他のものに比べて極めて小さいため、閾値を所定の値に設定することで正確な信号判定ができるので問題はない。同様に、例えば被験者が時間Ｔ３、Ｔ６で耳を後方に動かした場合、図７Ｃに示すように、時間Ｔ３、Ｔ６のそれぞれで耳の後方動作に連動した後耳介筋Ｍ３の***が検知された。   For example, when the subject bites the right back tooth at times T1 and T4, as shown in FIG. 7A, the bulge of the right temporal muscle M2 that is interlocked with the biting of the right back tooth is detected at times T1 and T4. Similarly, for example, when the subject bites the left back tooth at times T2 and T5, as shown in FIG. 7B, the bulge of the left temporal muscle M1 that is interlocked with the biting of the left back tooth is detected at times T2 and T5. It was done. As shown in FIGS. 7A and 7B, when the left back tooth is tightened at time T2, a slight reaction of the right temporal muscle M2 (a portion surrounded by a one-dot chain line in FIG. 7A) is also observed. Since the value is extremely small compared to other values, there is no problem because accurate signal determination can be performed by setting the threshold value to a predetermined value. Similarly, when the subject moves his / her ear backward at time T3 and T6, for example, as shown in FIG. 7C, the bulging of the posterior pinna muscle M3 that is interlocked with the backward movement of the ear is detected at each of time T3 and T6. It was.

続けて、各筋肉の測定値に対して閾値を設定してコントローラ３００で判定処理を行い、この判定結果において操作信号が正確に検知されたときの検知結果のカウントを行った。健常の成人男性５名を被験者とした。図８は、（ａ）右奥歯噛締め、（ｂ）左奥歯噛締め、（ｃ）耳を後方に動かす、の三つ動作を順に１００回行った場合の各被験者の検知結果を示している。   Subsequently, a threshold value was set for the measurement value of each muscle, and the controller 300 performed a determination process, and the detection result when the operation signal was accurately detected in the determination result was counted. The subjects were 5 healthy adult men. FIG. 8 shows the detection results of each subject when three operations of (a) right back tooth biting, (b) left back tooth biting, and (c) moving the ear backward are performed 100 times in order. .

図８に示すように、右噛締め、左噛締め、耳の動きは、それぞれ９５．２％、９２．４％、９１．６％の確度で検知された。全体の平均値は、９３．１％であり、高い確度を持って３種類の操作信号がインターフェース２００により検知できることが確認された。   As shown in FIG. 8, the right bite, left bite, and ear movement were detected with an accuracy of 95.2%, 92.4%, and 91.6%, respectively. The overall average value is 93.1%, and it was confirmed that the interface 200 can detect three types of operation signals with high accuracy.

（自在な組合せによる信号出力）
次に、本発明に係る３個の静電容量型センサ１００を備えたインターフェース２００を被験者の頭部に装着し、右奥歯の噛締め、左奥歯の噛締め、耳の動きのうち、指定した組み合わせで動作を同時に行い、それぞれの動作に基づく操作信号が、影響されずに意図したとおり独立して生成できるか否かの測定を行った。図９は、「右噛締めをしたまま途中で耳を動かす」、「左噛締めをしたまま途中で耳を動かす」、「左右の奥歯をともに噛締めたまま途中で耳を動かす」という指示を順に与えた際の計測結果を示している。(Signal output by free combination)
Next, the interface 200 including the three capacitive sensors 100 according to the present invention is mounted on the subject's head, and the right back teeth, left back teeth, and ear movement are designated. Operations were performed simultaneously in combination, and whether or not the operation signals based on the respective operations could be generated independently as intended without being affected was measured. FIG. 9 shows instructions such as “move the ear in the middle with the right chewing”, “move the ear in the middle with the left chewing”, and “move the ear in the middle with both the left and right back teeth tightened”. The measurement results when given in order are shown.

図９に示すように、最初の「右噛締めをしたまま途中で耳を動かす」では、右側側頭筋Ｍ２および後耳介筋Ｍ３の***に基づくパルス状の操作信号がそれぞれ生成されたことが確認された。２番目の「左噛締めをしたまま途中で耳を動かす」では、左側側頭筋Ｍ１および後耳介筋Ｍ３の***に基づく操作信号がそれぞれ生成されたことが確認された。３番目の「左右の奥歯をともに噛締めたまま途中で耳を動かす」では、左側側頭筋Ｍ１、右側側頭筋Ｍ２および後耳介筋Ｍ３の***に基づく操作信号がそれぞれ生成されたことが確認された。このように、いずれも明確に意図した組合せの操作信号だけを生成できることが確認された。   As shown in FIG. 9, in the first “move the ear halfway with the right bite”, pulse-like operation signals based on the bulging of the right temporal muscle M2 and the posterior pinna muscle M3 were respectively generated. Was confirmed. In the second “move the ear halfway with left biting”, it was confirmed that the operation signals based on the bulging of the left temporal muscle M1 and the posterior pinna muscle M3 were respectively generated. In the third “move the ear halfway with both left and right back teeth tightened”, the operation signals based on the bulges of the left temporal muscle M1, the right temporal muscle M2, and the posterior pinna muscle M3 were respectively generated. Was confirmed. As described above, it was confirmed that only the operation signal of a clearly intended combination can be generated.

（レベルを加減した信号出力）
最後に、パルス状の操作信号だけでなく、レベルを加減した操作信号が生成可能かを調べた。図１０は、被験者に右噛締め、左噛締めを徐々に強めた後に徐々に弱めるという動作を、互いに重ねながら順番に行うように指示した際の計測結果を示している。(Signal output with level adjustment)
Finally, it was examined whether it is possible to generate not only a pulse-shaped operation signal but also an operation signal with an adjusted level. FIG. 10 shows the measurement results when the subject is instructed to perform the operations of gradually tightening the right and left bites and then gradually weakening them one after another.

図１０に示すように、右噛締めを徐々に強めた後に徐々に弱めると、静電容量型センサ１００で検知される操作信号（静電容量）のレベルも同じパターンを示し、具体的には徐々に大きくなった後に徐々に小さくなった。同様に、左噛締めを徐々に強めた後に徐々に弱めると、静電容量型センサ１００で検知される操作信号（静電容量）のレベルも同様に徐々に大きくなった後に徐々に小さくなった。このように、左側側頭筋Ｍ１、右側側頭筋Ｍ２からそれぞれ独立した操作信号を強弱を操作しながら生成できることを確認できた。   As shown in FIG. 10, when the right biting is gradually strengthened and then gradually weakened, the level of the operation signal (capacitance) detected by the capacitive sensor 100 also shows the same pattern. Specifically, After gradually increasing, it gradually decreased. Similarly, when the left biting is gradually strengthened and then gradually weakened, the level of the operation signal (capacitance) detected by the capacitive sensor 100 also gradually increases and then gradually decreases. . Thus, it was confirmed that the operation signals independent from the left temporal muscle M1 and the right temporal muscle M2 can be generated while operating the strength.

（まとめ）
本発明の静電容量型センサ１００を備えたインターフェース２００を用いて左側側頭筋Ｍ１、右側側頭筋Ｍ２および後耳介筋Ｍ３の３種の筋肉の収縮を検知することで、３チャネルの操作信号が高い確度で出力可能となった。また、独立した操作信号を自在な組合せで生成可能となると共に、レベル調整を伴う信号の生成が可能となった。(Summary)
By detecting the contraction of the three types of muscles of the left temporal muscle M1, the right temporal muscle M2, and the posterior pinna muscle M3 using the interface 200 including the capacitive sensor 100 of the present invention, three channels of Operation signals can be output with high accuracy. In addition, independent operation signals can be generated in any combination, and signals with level adjustment can be generated.

これまでのパワーグローブの操作は、片側側頭筋の１チャンネル入力によるもので、実現された動作は、全指一斉開閉による対象物把持であった。これに対し、本発明のインターフェース２００を用いることで、レベル変化を伴う多チャンネル入力が可能となり、両手にグローブを適用しての同時操作や、より複雑な指運動あるいは握力の加減を伴った指運動の実現が可能となった。   Up to now, the operation of the power glove is based on one-channel input of the unilateral temporal muscle, and the realized action has been grasping the object by simultaneous opening and closing of all fingers. On the other hand, by using the interface 200 of the present invention, multi-channel input with a level change is possible, and simultaneous operation by applying a glove to both hands, more complicated finger movement or finger with accompanying adjustment of grip strength. Realization of exercise became possible.

（従来型センサとの比較例（組合せ信号出力））
これまでのパワーグローブのインターフェースとしてはフレーム構造（支持部材１０８）のない旧型センサを非伸縮性のベルトで固定する方式を用いていた。非伸縮性ベルトを用いた理由は伸縮性ベルトよりも非伸縮性ベルトの方が感度良く操作信号を検出できたためである。しかし、共通のベルトで複数のセンサを固定した場合、一箇所の筋肉の***が起きると、ベルト張力が上昇して他のセンサの誘電体を押しつぶしてしまうため、すべてのセンサの計測値が上昇する結果となった。つまりセンサが互いに干渉することが分かった。伸縮性ベルトを用いると筋収縮に伴うベルト張力の変化を小さくする効果が期待できる。しかし伸縮性ベルトを用いても干渉を充分に抑えられず、また計測値自体も不安定となった。このベルト張力の変化の吸収と、測定対象の筋肉の形状変化のみを抽出することを目的としてフレーム構造のある本発明の静電容量型センサ１００（以下、新型センサという）の考案に至った。ここでは複数点計測を念頭において固定ベルトの伸縮性の有無が計測結果にもたらす影響について旧型センサと新型センサとで比較するために次のような実験を行った。(Comparative example with conventional sensor (combination signal output))
As a conventional power glove interface, an old sensor without a frame structure (supporting member 108) is fixed with a non-stretchable belt. The reason for using the non-stretchable belt is that the non-stretchable belt can detect the operation signal with higher sensitivity than the stretchable belt. However, when multiple sensors are fixed with a common belt, if one muscle bulge occurs, the belt tension increases and the dielectrics of the other sensors are crushed. As a result. In other words, it was found that the sensors interfere with each other. Use of an elastic belt can be expected to reduce the change in belt tension accompanying muscle contraction. However, even if an elastic belt was used, the interference could not be suppressed sufficiently, and the measured value itself became unstable. The inventors have devised a capacitive sensor 100 (hereinafter referred to as a new sensor) of the present invention having a frame structure for the purpose of extracting only the change in the belt tension and extracting the shape change of the muscle to be measured. Here, the following experiment was conducted to compare the influence of the elasticity of the fixed belt on the measurement results with the old sensor and the new sensor in consideration of multi-point measurement.

被験者の右側側頭筋と右側後耳介筋に対応した位置に固定された２個のセンサを備えるインターフェースを被験者の頭部に装着し、被験者に対して、実験開始から２秒後に約２秒間右奥歯噛締めを行い、６秒後に約２秒間耳を後方に動かすよう指示した場合の信号の測定を行った。奥歯の噛締めは７５[Ｎ]とし、耳の移動は最大限とした。センサとしては、旧型センサと、新型センサとの２種類のセンサを使用した。旧型センサは、支持部材がない点を除いては新型の構造と略共通している。センサを固定するベルトは、伸縮性ベルトと非伸縮性ベルトの２種類用いた。これら２種類のセンサと２種類のベルトの組み合わせを変えて、下記合計４種類の組み合わせでそれぞれ計測を行った。   An interface including two sensors fixed to positions corresponding to the right temporal muscle and right posterior pinna of the subject is attached to the subject's head, and about 2 seconds after 2 seconds from the start of the experiment to the subject. The right back teeth were tightened, and the signal was measured when instructed to move the ear backward for about 2 seconds after 6 seconds. The back teeth were tightened to 75 [N] and the ear movement was maximized. Two types of sensors, an old sensor and a new sensor, were used. The old sensor is substantially in common with the new structure except that there is no support member. Two types of belts for fixing the sensor were used: a stretchable belt and a non-stretchable belt. By changing the combination of these two types of sensors and the two types of belts, measurement was performed with the following four types of combinations.

図１１Ａは、センサとして旧型センサを用い、ベルトとして非伸縮性ベルトを用いた場合の実験結果を示している。図１１Ｂは、センサとして旧型センサを用い、ベルトとして伸縮性ベルトを用いた場合の実験結果を示している。図１２Ａは、センサとして新型センサを用い、ベルトとして非伸縮性ベルトを用いた場合の実験結果を示している。図１２Ｂは、センサとして新型センサを用い、ベルトとして伸縮性ベルトを用いた場合の実験結果を示している。なお、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ、図１２Ｂは、右側側頭筋、右側後耳介筋ともに縦軸を０．５[ｐＦ]の範囲でプロットした。   FIG. 11A shows experimental results when an old sensor is used as the sensor and a non-stretchable belt is used as the belt. FIG. 11B shows experimental results when an old sensor is used as the sensor and a stretchable belt is used as the belt. FIG. 12A shows the experimental results when a new sensor is used as a sensor and a non-stretchable belt is used as a belt. FIG. 12B shows the experimental results when a new sensor is used as a sensor and a stretchable belt is used as a belt. In FIGS. 11A, 11B, 12A, and 12B, the vertical axis is plotted in the range of 0.5 [pF] for the right temporal muscle and the right posterior auricular muscle.

支持部材がない旧型センサを用いた場合には、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、奥歯の噛締め時には右側側頭筋の***が検出されたが、耳の移動時には右側後耳介筋ではなく右側側頭筋の***が検出され、奥歯の噛締めと耳の運動の独立したそれぞれの操作信号が得られなかった。これは、ある測定箇所の筋肉の***が、他の測定箇所のセンサに影響したためと考えられる。   In the case of using an old sensor without a support member, as shown in FIGS. 11A and 11B, the right temporal muscle was raised when the back teeth were bitten, but when the ear was moved, Rise of the right temporal muscle was detected, and independent operation signals for the back teeth biting and ear movement were not obtained. This is presumably because the bulge of the muscle at one measurement location affected the sensor at the other measurement location.

これに対し、新型センサおよび非伸縮性ベルトを用いた場合には、図１２Ａに示すように、右側後耳介筋の***と同時に右側側頭筋の***も検出された。新型センサおよび伸縮性ベルトを用いた場合には、図１２Ｂに示すように、奥歯の噛締めと耳の運動とがそれぞれ独立して検知可能な操作信号が得られた。これは、新型センサでは支持部材を設けているので、ベルト張力の変化により中央の誘電体等が変形することを防止でき、筋肉の***のみを高精度に検出できるためと考えられる。また、支持部材により測定対象の筋肉の変形領域の外周を囲むことでセンサの測定対象部位に対する安定性が増し、支持部材の内側の筋肉の***のみを検出するため、測定対象の筋肉の収縮を安定的かつ選択的に検知できているためと考えられる。さらに伸縮性ベルトを用いることで大幅なベルト張力の変化が抑えられるため、ベルト張力がセンサ同士が干渉し合わない範囲に常にとどまっていると考えられる。   On the other hand, when the new sensor and the non-stretchable belt were used, as shown in FIG. 12A, the ridge of the right temporal muscle was detected simultaneously with the ridge of the right posterior pinna muscle. When the new sensor and the stretchable belt were used, as shown in FIG. 12B, an operation signal capable of independently detecting the back teeth biting and the ear movement was obtained. This is presumably because the new sensor is provided with a support member, so that the center dielectric can be prevented from being deformed by a change in belt tension, and only the bulging of the muscle can be detected with high accuracy. In addition, by surrounding the outer circumference of the deformation region of the muscle to be measured by the support member, the stability of the sensor with respect to the measurement target region is increased, and only the bulge of the muscle inside the support member is detected. This is thought to be due to stable and selective detection. Furthermore, since a significant change in belt tension can be suppressed by using an elastic belt, it is considered that the belt tension always remains within a range where the sensors do not interfere with each other.

上記のように本実験では新型センサと伸縮性ベルトの組み合わせのみで右側側頭筋と後耳介筋の収縮が独立して検出される結果となった。新型センサを用いてもベルト張力の変化があまりに大きい場合には、非伸縮ベルトでは干渉を抑えられない場合がある。したがって、新型センサでは固定には伸縮性ベルトを採用している。   As described above, in this experiment, the contraction of the right temporal muscle and the posterior pinna was detected independently only by the combination of the new sensor and the elastic belt. If the change in belt tension is too great even with the new sensor, interference may not be suppressed with the non-stretchable belt. Therefore, the new sensor employs an elastic belt for fixing.

（従来型センサとの比較例（ベルト張力））
次に、支持部材を設けた新型センサと支持部材のない旧型センサとをそれぞれ用い、ベルト張力を変化させて右側側頭筋の測定を行った。図１３は、新型センサおよび旧型センサの咬合時および脱力時の静電容量の差とベルト張力との関係例を示している。縦軸は静電容量の咬合時と脱力時との差であり、横軸はベルト張力である。ノイズに埋もれず、確実に噛締めを検知するために、咬合時の静電容量の脱力時からの上昇量に対する閾値を例えば０．０５［ｐＦ］とする。この場合、咬合時と脱力時の静電容量の差が０．０５［ｐＦ］以上のベルト張力において噛締めが検知可能となる。(Comparative example with conventional sensor (belt tension))
Next, using the new sensor provided with the support member and the old sensor without the support member, the right temporal muscle was measured by changing the belt tension. FIG. 13 shows an example of the relationship between the difference in electrostatic capacity at the time of occlusion and weakness of the new sensor and the old sensor and the belt tension. The vertical axis represents the difference between the capacitance at the time of occlusion and the weakness, and the horizontal axis represents the belt tension. In order to reliably detect the tightening without being buried in noise, the threshold for the amount of increase from the weakness of the electrostatic capacity at the time of occlusion is set to 0.05 [pF], for example. In this case, the tightening can be detected at a belt tension where the difference in capacitance between occlusion and weakness is 0.05 [pF] or more.

図１３に示すように、従来型センサでは確実に測定可能なベルト張力の範囲が１．４７〜２．４５［Ｎ］であり、新型センサでは確実に測定可能なベルト張力の範囲が３．９２〜９．８［Ｎ］であることが確認できた。この計測結果から、ベルト張力の範囲の広さは、旧型センサでは０．９８［Ｎ］となるのに対し、新型センサでは５．８８［Ｎ］となり、新型センサの方が６倍も許容するベルト張力の範囲が広くなることが分かった。これは、新型センサでは、支持部材を設けているので、所定のベルト張力が作用したとしても支持部材により中央部の変形が防止されるからである。   As shown in FIG. 13, the range of belt tension that can be reliably measured with the conventional sensor is 1.47 to 2.45 [N], and the range of belt tension that can be reliably measured with the new sensor is 3.92. It was confirmed to be ˜9.8 [N]. From this measurement result, the belt tension range is 0.98 [N] for the old sensor, 5.88 [N] for the new sensor, and the new sensor allows six times as much. It has been found that the range of belt tension is widened. This is because the new sensor is provided with a support member, so that even if a predetermined belt tension acts, the support member prevents the central portion from being deformed.

これにより、旧型センサでは、ベルトの締め付け具合をきめ細かく調整しなければならなかったが、新型センサではベルト張力の範囲が広いので、厳密にベルト張力を調整しなくても右側側頭筋の動きを検知できるようになった。   As a result, in the old sensor, the belt tightening condition had to be finely adjusted, but in the new sensor, the belt tension range is wide, so the right temporal muscle movement can be adjusted without strictly adjusting the belt tension. It became possible to detect.

また、図１３に示すように、ベルト張力にほとんど影響を受けない範囲が５［Ｎ］前後に存在し、このベルト張力の範囲を利用すればベルト張力が多少変化しても感度が変化しないことが分かった。そのため、伸縮性ベルトを用いてベルト張力の変動を抑え、５［Ｎ］程度の締め付け力で頭部に固定することで、ひとつのベルトで複数点同時測定が可能になった。   As shown in FIG. 13, there is a range around 5 [N] that is hardly affected by the belt tension, and if this belt tension range is used, the sensitivity does not change even if the belt tension changes slightly. I understood. Therefore, by using an elastic belt to suppress fluctuations in belt tension and fixing it to the head with a tightening force of about 5 [N], it is possible to measure multiple points simultaneously with one belt.

なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。本発明に係るインターフェース２００は、着脱が容易な点から、上述したパワーグローブＰＧだけでなく、他の様々な装置の入力操作手段としても応用することができる。また、インターフェース２００を構成するベルトとして伸縮性ベルト５０を用いたが、面ファスナーが設けられた非伸縮性のベルトを用いることもできる。また、上記実施の形態では、支持部材１０８を略矩形状の枠体で構成したが、測定対象領域の形状に合わせて円形状や楕円形状とすることもできる。また同じく支持部材１０８を連続した枠体で構成したが、支持部材１０８を複数で構成し、これらを誘電体１０６の外周部に沿って所定間隔で配置することもできる。   It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes those in which various modifications are made to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. The interface 200 according to the present invention can be applied not only as the power glove PG described above but also as input operation means of various other devices because it can be easily attached and detached. Further, although the stretchable belt 50 is used as the belt constituting the interface 200, a non-stretchable belt provided with a hook-and-loop fastener can also be used. In the above embodiment, the support member 108 is configured by a substantially rectangular frame. However, the support member 108 may be circular or elliptical according to the shape of the measurement target region. Similarly, the support member 108 is composed of a continuous frame. However, the support member 108 may be composed of a plurality of members, and these members may be arranged along the outer peripheral portion of the dielectric 106 at a predetermined interval.

また、上記実施の形態では、左側側頭筋Ｍ１、右側側頭筋Ｍ２および片方の後耳介筋Ｍ３の合計３チャンネルの操作信号を出力するようにしたが、これに限定されることはなく、他方の後耳介筋や、左右の眉の動きを実現する前頭筋、腕および脚等の筋肉を検知することで３チャンネル以上（多チャンネル）の操作信号を得ることもできる。   In the above embodiment, a total of three channels of operation signals of the left temporal muscle M1, the right temporal muscle M2, and one posterior pinna muscle M3 are output. However, the present invention is not limited to this. By detecting the other posterior pinna muscles, frontal muscles that realize the movement of the left and right eyebrows, arms, legs, and other muscles, it is possible to obtain operation signals of three channels or more (multi-channel).

１００・・・静電容量型センサ、１０２・・・第１の電極、１０４・・・第２の電極、１０６・・・誘電体、１０８・・・支持部材、１１０・・・ベースプレート（ベース部材）、２００・・・インターフェース、３００・・・コントローラ、４００・・・駆動装置、５００・・・伝達手段、６００・・・グローブ部、ＰＧ・・・パワーグローブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Capacitance type sensor, 102 ... 1st electrode, 104 ... 2nd electrode, 106 ... Dielectric material, 108 ... Support member, 110 ... Base plate (base member) ), 200 ... Interface, 300 ... Controller, 400 ... Drive device, 500 ... Transmission means, 600 ... Glove part, PG ... Power glove

Claims (4)

筋肉の動きを検知する静電容量型センサであって、
互いに対向して配置された第１の電極および第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられ、変形可能な材料からなる誘電体と、
前記誘電体の周囲に設けられ、前記誘電体よりも硬い材料からなる支持部材と
を備える静電容量型センサ。A capacitive sensor that detects muscle movement,
A first electrode and a second electrode disposed opposite to each other;
A dielectric provided between the first electrode and the second electrode and made of a deformable material;
And a support member made of a material harder than the dielectric provided around the dielectric. 前記第２の電極の前記第１の電極とは反対側の面に設けられたベース部材をさらに備え、
前記ベース部材は、前記第２の電極の外形よりも大きい外形で構成され、
前記支持部材は、前記ベース部材の前記第２の電極から張り出した張出部に設けられた
請求項１に記載の静電容量型センサ。A base member provided on a surface of the second electrode opposite to the first electrode;
The base member is configured with an outer shape larger than the outer shape of the second electrode,
The capacitive sensor according to claim 1, wherein the support member is provided in a projecting portion that projects from the second electrode of the base member. 前記支持部材は、測定対象となる前記筋肉の***する変形領域の外周を囲むように設けられた
請求項１または請求項２に記載の静電容量型センサ。The capacitive sensor according to claim 1, wherein the support member is provided so as to surround an outer periphery of a deformed region where the muscle to be measured is raised. 前記筋肉は、人体の頭部に設けられた側頭筋および耳介筋の少なくとも１以上の筋肉である
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の静電容量型センサ。The capacitive sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the muscle is at least one of a temporal muscle and an auricular muscle provided on a head of a human body.

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