特開 2024-106768 関節角度検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024106768

(43)【公開日】2024-08-08

(54)【発明の名称】関節角度検出装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/107 20060101AFI20240801BHJP

   G01B 7/30 20060101ALI20240801BHJP

   A61B 5/11 20060101ALI20240801BHJP

【ＦＩ】

A61B5/107 300

G01B7/30 G

A61B5/11 230

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023011201

(22)【出願日】2023-01-27

(71)【出願人】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】菱沼 賢智

(72)【発明者】

【氏名】佐野 匠

(72)【発明者】

【氏名】岡 真一郎

【テーマコード（参考）】

2F063

4C038

【Ｆターム（参考）】

2F063AA19

2F063AA25

2F063AA33

2F063BA29

2F063BD11

2F063CA01

2F063CA09

2F063DA02

2F063DA05

2F063DC08

2F063DD03

2F063EC13

4C038VA04

4C038VB11

4C038VB13

4C038VB14

4C038VB23

4C038VC20

(57)【要約】

【課題】関節角度を検出できる関節角度検出装置を提供する。
【解決手段】関節角度検出装置は、曲がった状態の関節に装着され、関節がまっすぐになると皴が発生するストレッチャブルデバイスと、関節の角度を検出する制御装置を備える。ストレッチャブルデバイスは、複数のボディ部と、蛇行しながらボディ部同士を接続する複数のヒンジ部と、を有する樹脂板と、ヒンジ部のひずみ量を検出するひずみゲージを有する。ひずみゲージは、板状に対し直交する厚み方向に２つ設けられている。制御装置は、関節の角度毎に対応する皴の形状に関する関節角度情報を予め記憶している。複数のヒンジ部の曲げ量から、ストレッチャブルデバイスの皴の形状を特定する。関節角度情報に基づいて、特定された皴の形状に対応する関節の角度を演算する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状に形成され、曲がった状態の関節に装着され、前記関節がまっすぐになると少なくとも一部に皴が発生するストレッチャブルデバイスと、
前記ストレッチャブルデバイスから出力信号を受け、関節の角度を検出する制御装置と、
を備え、
前記ストレッチャブルデバイスは、
互いに離隔する複数のボディ部と、蛇行しながら前記ボディ部同士を接続する複数のヒンジ部と、を有する樹脂板と、
前記ヒンジ部に配置され、前記ヒンジ部のひずみ量を検出するひずみゲージと、
を有し、
前記ひずみゲージは、前記板状に対し直交する厚み方向に２つ設けられ、
前記制御装置は、
前記関節の角度毎に対応する前記皴の形状に関する関節角度情報を予め記憶しており、
複数の前記ヒンジ部の曲げ量から、前記ストレッチャブルデバイスの前記皴の形状を特定し、
前記関節角度情報に基づいて、特定された前記皴の形状に対応する前記関節の角度を演算する
関節角度検出装置。

【請求項2】

前記皴の形状に関する情報は、前記皴の全体の形状である
請求項１に記載の関節角度検出装置。

【請求項3】

前記皴の形状に関する情報は、前記皴の先端部の曲率である
請求項１に記載の関節角度検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、関節角度検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ストレッチャブルデバイスは、伸縮性及び可撓性に優れている。このようなストレッチャブルデバイスは、アレイ層が積層される樹脂基材を有している。樹脂基材は、マトリクス状に配置されたボディ部と、ボディ部同士を接続するヒンジ部と、を有している。特許文献１のヒンジ部は、複数の円弧部を有し、蛇行するミアンダ形状となっている。ストレッチャブルデバイスに引っ張り荷重が作用すると、ヒンジ部の円弧部が拡大するように変形する。この結果、ボディ部同士が離隔し、ストレッチャブルデバイスが伸長する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１１８２７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、ストレッチャブルデバイスのヒンジ部にひずみゲージを設け、ヒンジ部のひずみ量を検出することが検討されている。また、このストレッチャブルデバイスを利用し、手指等などの関節の角度を検出できる関節角度検出装置の開発が望まれている。

【0005】

本発明は、関節角度を検出できる関節角度検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係るストレッチャブルデバイスは、板状に形成され、曲がった状態の関節に装着され、前記関節がまっすぐになると少なくとも一部に皴が発生するストレッチャブルデバイスと、前記ストレッチャブルデバイスから出力信号を受け、関節の角度を検出する制御装置と、を備えている。前記ストレッチャブルデバイスは、互いに離隔する複数のボディ部と、蛇行しながら前記ボディ部同士を接続する複数のヒンジ部と、を有する樹脂板と、前記ヒンジ部に配置され、前記ヒンジ部のひずみ量を検出するひずみゲージと、を有している。前記ひずみゲージは、前記板状に対し直交する厚み方向に２つ設けられている。前記制御装置は、前記関節の角度毎に対応する前記皴の形状に関する関節角度情報を予め記憶している。複数の前記ヒンジ部の曲げ量から、前記ストレッチャブルデバイスの前記皴の形状を特定している。前記関節角度情報に基づいて、特定された前記皴の形状に対応する前記関節の角度を演算する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態に係るストレッチャブルデバイスを斜視した模式図である。

【図2】図２は、実施形態に係るストレッチャブルデバイスの断面を模式的に示した図であり、詳細には、図３のＩＩ－ＩＩ線に沿って切った断面図である。

【図3】図３は、実施形態に係るストレッチャブルデバイスの表面の方から樹脂基材及び第１樹脂板の一部を見た拡大図である。

【図4】図４は、実施形態の第１ヒンジを拡大した拡大図である。

【図5】図５は、実施形態の縦ヒンジ部であって第１方向に伸張するような荷重が作用した場合の拡大図である。

【図6】図６は、実施形態において縦ヒンジ部の断面図であり、詳細には、図４のＶＩ－ＶＩ線に沿った切った断面図である。

【図7】図７は、実施形態の縦ヒンジ部に対し、第１方向に伸張するような荷重が作用した場合を側面視した断面図である。

【図8】図８は、実施形態の縦ヒンジ部に対し、曲げ荷重が作用した場合を断面視した断面図である。

【図9】図９は、実施形態において、アレイ層のうちボディに積層されている部分の断面図である。

【図10】図１０は、実施形態のストレッチャブルデバイスの回路構成を示す回路図である。

【図11】図１１は、関節角度情報の作成工程を示すフローチャート図である。

【図12】図１２は、手指にストレッチャブルデバイスを装着し、関節の角度を次第に小さくした状態を示す図である。

【図13】図１３は、図１２のストレッチャブルデバイスを拡大した状態を模式的に示した図である。

【図14】図１４は、実施形態の関節角度検出装置の使用時において、制御装置の処理工程を示すフローチャート図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本開示を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本開示の発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の構成要素には、同一の符号を付し、詳細な説明を適宜省略することがある。

【0009】

また、本明細書及び特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。

【0010】

図１は、実施形態に係るストレッチャブルデバイスを斜視した模式図である。図１に示すように、関節角度検出装置１００は、ストレッチャブルデバイス１と制御装置１１０とを備えている。関節角度検出装置１００は、手指２００（図１２参照）の関節角度を検出するための装置である。なお、実施形態の関節角度検出装置１００は、手指２００の関節の角度を検出するが、本開示は、膝、肘、手首など他の関節の角度を検出する関節角度検出装置であってもよい。

【0011】

ストレッチャブルデバイス１は、板状に形成されている。ストレッチャブルデバイス１は、互いに反対方向を向く表面１ａと裏面１ｂ（図１で不図示。図２参照）を有している。以下、表面１ａ及び裏面１ｂのそれぞれと平行な方向を平面方向と称する。また、平面方向と平行な一方向を第１方向Ｄｘと称する。平面方向と平行であり、かつ第１方向Ｄｘと交差する方向を第２方向Ｄｙと称する。表面１ａの法線方向（積層方向）を第３方向Ｄｚと称する。そのほか、ストレッチャブルデバイス１を第３方向Ｄｚから視ることを平面視と称する場合がある。

【0012】

ストレッチャブルデバイス１は、平面視で長方形（四角形）に形成されている。よって、表面１ａは、一対の短辺１ｃと、一対の長辺１ｄと、を有している。第１方向Ｄｘは、長辺１ｄと平行な方向とする。第２方向Ｄｙは、短辺１ｃと平行な方向とする。よって、本実施形態では、第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙとは、互いに直交している。以下、ストレッチャブルデバイスの第１方向Ｄｘの両端部のうち、一方を一端部１ｅと称し、他方を他端部１ｆと称する。

【0013】

ストレッチャブルデバイス１は、平面視で、ストレッチャブルデバイス１に入力された荷重を検出可能な検出領域２と、検出領域２の外側を囲む枠状の周辺領域３と、に区分けされる。なお、図１では、検出領域２と周辺領域３の境界を理解し易くするため、境界線Ｌ１を引いている。

【0014】

図２は、実施形態に係るストレッチャブルデバイスの断面を模式的に示した図であり、詳細には、図３のＩＩ－ＩＩ線に沿って切った断面図である。図２に示すように、ストレッチャブルデバイス１は、裏面１ｂを有する第１樹脂板６０と、表面１ａを有する第２樹脂板７０と、第１樹脂板６０と第２樹脂板７０の間に挟まれた樹脂基材１０及びアレイ層３０と、を備えている。第１樹脂板６０及び第２樹脂板７０は、互いに協働して樹脂基材１０及びアレイ層３０を収容する筐体となっている。第１樹脂板６０は、裏面１ｂの反対面である積層面６０ａを有している。この積層面６０ａに、樹脂基材１０、アレイ層３０の順で積層されている。

【0015】

第１樹脂板６０及び第２樹脂板７０は、ポリイミドにより製造され、伸縮性及び可撓性に優れている。なお、第１樹脂板６０及び第２樹脂板７０を形成する樹脂材料は、ポリイミドに限定されず、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などであってもよく、本開示は上記したものに限定されない。また、以下の説明において、上側又は上方とは、第３方向Ｄｚの一方向であり、第１樹脂板６０から視て第２樹脂板７０が配置されている方を指す。また、下側又は下方とは、第３方向Ｄｚの他方向であり、第２樹脂板７０から視て第１樹脂板６０が配置されている方を指す。

【0016】

図３は、実施形態に係るストレッチャブルデバイスの表面の方から樹脂基材及び第１樹脂板の一部を見た拡大図である。なお、図３において樹脂基材１０を見易くするため、樹脂基材１０にハッチングを施している。樹脂基材１０は、第１樹脂板６０の積層面６０ａに設けられている。樹脂基材１０は、伸縮性、可撓性、及び絶縁性を有している。樹脂基材１０は、例えばポリイミドなどの樹脂材料から形成されている。

【0017】

樹脂基材１０は、複数のボディ部１１と、蛇行しながら平面方向に延在する複数のヒンジ部１２と、を有している。平面視した場合、ボディ部１１及びヒンジ部１２は、それぞれ検出領域２に配置されている。

【0018】

ボディ部１１は、平面視で四角形状（正方形状）となっている。ボディ部１１は、４つの角部が第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙを指すように配置されている。複数のボディ部１１は、第１方向Ｄｘ及び第２方向Ｄｙに配列し、かつ互いに離隔している。ボディ部１１に積層されるアレイ層３０には、スイッチ素子（トランジスタ３６）が含まれている（図９参照）。なお、本開示は、平面視でのボディ部１１の形状に関し、四角形状に限定されず、円形状や他の多角形状であってもよい。

【0019】

ヒンジ部１２は、隣り合うボディ部１１同士を接続している。ヒンジ部１２は、第１方向Ｄｘに延在するする縦ヒンジ部１２Ａと、第２方向Ｄｙに延在する横ヒンジ部１２Ｂと、の２種類がある。

【0020】

また、樹脂基材１０においてボディ部１１とヒンジ部１２とが設けられていない部分は、樹脂基材１０を第３方向Ｄｚに貫通する肉抜き部１９となっている。つまり、樹脂基材１０は、複数の肉抜き部１９を有している。肉抜き部１９と重なる領域には、アレイ層３０が積層されていない。図２に示すように、肉抜き部１９は、第２樹脂板７０により埋められている。このため、ストレッチャブルデバイス１は、肉抜き部１９と重なる範囲の剛性が低く、伸縮性や屈曲性（ストレッチャブル性）を備える。そして、ストレッチャブルデバイス１に荷重が作用すると、ヒンジ部１２が変形する。一方で、ボディ部１１の変形が小さく、ボディ部１１に積層される機能素子（本実施形態ではトランジスタ３６）の破損が抑制される。

【0021】

なお、本実施形態の肉抜き部１９は、第２樹脂板７０により埋められているが、本開示は、第１樹脂板６０により埋められてもよい。又は、肉抜き部１９は、第１樹脂板６０と第２樹脂板７０により埋められていてもよい。若しくは、肉抜き部１９は、第１樹脂板６０と第２樹脂板７０以外の樹脂材により埋められていてもよい。そのほか、肉抜き部１９は、何も配置されておらず、空間となっていてもよい。

【0022】

次に、ヒンジ部１２の詳細を説明する。なお、縦ヒンジ部１２Ａを９０°回転させると、横ヒンジ部１２Ｂと同一形状となる。よって、縦ヒンジ部１２Ａを代表例として説明し、横ヒンジ部１２Ｂの説明を省略する。

【0023】

図４は、実施形態の第１ヒンジを拡大した拡大図である。図５は、実施形態の縦ヒンジ部であって第１方向に伸張するような荷重が作用した場合の拡大図である。なお、図４、図５で示す仮想線Ｋは、縦ヒンジ部１２Ａの幅方向の中央を通過する仮想線である。

【0024】

図４に示すように、縦ヒンジ部１２Ａの幅方向の大きさＷは、縦ヒンジ部１２Ａが延在する長さ方向に一定となっている。縦ヒンジ部１２Ａは、縦ヒンジ部１２Ａの長さ方向の両端部に位置する２つの基部１３と、２つの基部１３の間に配置された４つの屈曲部１４と、を有している。よって、縦ヒンジ部１２Ａは、２つのボディ部１１の間を蛇行しながら第１方向Ｄｘに延在している。説明の都合上、縦ヒンジ部１２Ａの一端と接続するボディ部１１を第１ボディ部１１ａと称し、縦ヒンジ部１２Ａの他端と接続するボディ部１１を第２ボディ部１１ｂと称する。

【0025】

基部１３は、ボディ部１１に連続し、ボディ部１１から第１方向Ｄｘに直線状に延びている。なお、２つの基部１３のうち第１ボディ部１１ａに連続する基部１３を第１基部１３ａと称し、第２ボディ部１１ｂに連続する基部１３を第２基部１３ｂと称する。

【0026】

屈曲部１４は、第２方向Ｄｙに折れ曲がっている。本実施形態の屈曲部１４は、円弧状を成している。なお、本開示の屈曲部は、円弧状でなく、角状に形成されていてもよい。４つの屈曲部１４は、第１基部１３ａから第２基部１３ｂに向かって順に配置される第１円弧部２１、第２円弧部２２、第３円弧部２３、第４円弧部２４である。第１円弧部２１及び第４円弧部２４は、四分円状を成し、９０度折れ曲がっている。第２円弧部２２及び第３円弧部２３は、半円弧状を成し、１８０度折れ曲がっている。

【0027】

第１円弧部２１の一端は、第１基部１３ａと接続している。第１円弧部２１は、第１基部１３ａに対し、第２方向Ｄｙの一方に折れ曲がっている。また、第４円弧部２４の一端は、第２基部１３ｂと接続している。第４円弧部２４は、第２基部１３ｂから第２方向Ｄｙの他方に折れ曲がっている。よって、第１円弧部２１と第４円弧部２４とは、折れ曲がる方向が反対となっている。

【0028】

第２円弧部２２の一端は、第１円弧部２１と接続している。第２円弧部２２の他端は、第２方向Ｄｙの他方を向いている。また、第３円弧部２３は、一端が第４円弧部２４と接続し、他端が第２方向Ｄｙの一方を向き、第２円弧部２２の他端と接続している。以上か、４つの屈曲部１４により縦ヒンジ部１２Ａが蛇行している。

【0029】

図４で示すように、各屈曲部１４は、仮想線Ｋを境界として、内側（内周側）に配置される内周部と、外側（外周側）に配置される外周部と、に区分けされる。なお、図４では、各屈曲部１４の内周部と外周部の範囲を明確にするため、内周部と外周部を楕円形で囲んでいる。ただし、仮想線Ｋよりも内周側の全てが内周部であり、仮想線Ｋよりも外周側の全てが外周部である。よって、楕円で囲まれた範囲は、内周部又は外周部の一部である。

【0030】

図５に示すように、ストレッチャブルデバイス１が第１方向Ｄｘに引っ張られると（図５の矢印Ａ１参照）、縦ヒンジ部１２Ａが第１方向Ｄｘに伸張する。つまり、各屈曲部１４が折れ曲がり角度が大きくなり、縦ヒンジ部１２Ａの第１方向Ｄｘの長さが大きくなる。また、各屈曲部１４の折れ曲がり角度が大きくなった場合、各屈曲部１４の内周部と外周部とでは、つぎのような荷重（応力）が作用する。

【0031】

第１円弧部２１の第１内周部２１Ｎには、引っ張り荷重が作用する。第１円弧部２１の第１外周部２１Ｇに圧縮荷重が作用する。第２円弧部２２の第２内周部２２Ｎには、引っ張り荷重が作用する。第２円弧部２２の第２外周部２２Ｇには、圧縮荷重が作用する。第３円弧部２３の第３内周部２３Ｎには、引っ張り荷重が作用する。第３円弧部２３の第３外周部２３Ｇは、圧縮荷重が作用する。第４円弧部２４の第４内周部２４Ｎは、引っ張り荷重が作用する。第４円弧部２４の第４外周部２４Ｇは、圧縮荷重が作用する。

【0032】

以上から、縦ヒンジ部１２Ａが第１方向Ｄｘに伸張した場合、各屈曲部１４の内周部には、引っ張り荷重が作用する。一方、各屈曲部１４の外周部には、圧縮荷重が作用する。そのほか、縦ヒンジ部１２Ａに作用する応力の大きさに関し、ヒンジ部１２の幅方向の中央部から幅方向の端部に近づくにつれて、応力（引っ張り荷重又は圧縮荷重）が大きくなる。次にアレイ層３０について説明する。アレイ層３０は、ヒンジ部１２（縦ヒンジ部１２Ａ、横ヒンジ部１２Ｂ）に配置される部分と、ボディ部１１に配置されている部分と、アレイ層３０のうち周辺領域３に配置されている部分と、に分けて説明する。

【0033】

図６は、実施形態において縦ヒンジ部の断面図であり、詳細には、図４のＶＩ－ＶＩ線に沿った切った断面図である。図７は、実施形態の縦ヒンジ部に対し、第１方向Ｄｘに伸張するような荷重が作用した場合を断面視した断面図である。図６に示すように、アレイ層３０のうち縦ヒンジ部１２Ａに配置されている部分は、第３方向Ｄｚに順に積層される複数の第１絶縁層３１、第２絶縁層３２、第３絶縁層３３、第４絶縁層３４、及び第５絶縁層３５を有している。各絶縁層は、柔軟性が高いポリイミドにより形成されている。このため、縦ヒンジ部１２Ａが変形し易くなっている。

【0034】

また、第２絶縁層３２には、電圧供給線４０が積層されている。第３絶縁層３３には、第１信号線４１と第２信号線４２とが積層されている。図３に示すように、電圧供給線４０、第１信号線４１、及び第２信号線４２のそれぞれは、縦ヒンジ部１２Ａに沿って第１方向Ｄｘに延在している。また、電圧供給線４０、第１信号線４１、及び第２信号線４２のそれぞれは、複数の縦ヒンジ部１２Ａと複数のボディ部１１とに跨って配置されている。これにより、電圧供給線４０、第１信号線４１、及び第２信号線４２のそれぞれは、検出領域２内を第１方向Ｄｘに延在している。

【0035】

また、電圧供給線４０の端部は、周辺領域３に延在し、共通電極１０５（図１参照）に接続している。第１信号線４１の端部は、周辺領域３に延在し、第１信号線選択回路１０３（図１参照）に接続している。第２信号線４２の端部は、周辺領域３に延在し、第２信号線選択回路１０４（図１参照）に接続している。

【0036】

また、図６に示すように、電圧供給線４０、第１信号線４１、及び第２信号線４２のそれぞれは、縦ヒンジ部１２Ａの幅方向の中央部に配置されている。このため、電圧供給線４０、第１信号線４１、及び第２信号線４２に作用する応力が小さい。

【0037】

また、アレイ層３０のうち縦ヒンジ部１２Ａに配置されている部分には、ひずみゲージ２７が設けられている。また、ひずみゲージ２７は、ヒンジ部１２の変形に対応して変形し、抵抗値が変化する。ひずみゲージ２７は、第１絶縁層３１に積層される第１ひずみゲージ２８と、第５絶縁層３５に積層される第２ひずみゲージ２９と、を有している。また、第１ひずみゲージ２８が下側（裏面１ｂ寄り）に配置され、第２ひずみゲージ２９が上側（表面１ａ寄り）に配置されている。

【0038】

第１ひずみゲージ２８と第２ひずみゲージ２９は、第３方向Ｄｚに重なっている。つまり、図４に示すように、平面視すると、第１ひずみゲージ２８と第２ひずみゲージ２９が重なっている。第１ひずみゲージ２８と第２ひずみゲージ２９は、第１ボディ部１１ａから第２ボディ部１１ｂに延在している。第１ひずみゲージ２８と第２ひずみゲージ２９は、各屈曲部１４において、内周部（第１内周部２１Ｎ、第２内周部２２Ｎ、第３内周部２３Ｎ、第４内周部２４Ｎ）のみと重なるように配置されている。

【0039】

以上から、ヒンジ部１２が第１方向Ｄｘに伸張した場合（図５、図７の矢印Ａ１参照）、第１ひずみゲージ２８と第２ひずみゲージ２９は、各屈曲部１４と重なっている部分において、共通した応力（引っ張り荷重）が作用する。また、図７に示すように、第１ひずみゲージ２８と第２ひずみゲージ２９のそれぞれは、第３方向Ｄｚに離隔しているが、第１方向Ｄｘに延びる量が等しい（矢印Ａ２、Ａ３参照）。よって、第１ひずみゲージ２８と第２ひずみゲージ２９に発生するひずみ量も等しい。

【0040】

次に、ストレッチャブルデバイス１に曲げ荷重が作用した場合について説明する。以下、説明の都合上、アレイ層３０のうち第１ボディ部１１ａに積層されている部分を第１アレイ部３０Ａと称し、第２ボディ部１１ｂに積層されている部分を第２アレイ部３０Ｂと称し、縦ヒンジ部１２Ａに積層されている部分をヒンジ用アレイ部３０Ｃと称する。

【0041】

図８は、実施形態の縦ヒンジ部に対し、曲げ荷重が作用した場合を断面視した断面図である。図８に示すように、第２方向Ｄｙに延びる仮想線Ｐ（図１参照）を中心とする曲げ荷重Ｂがストレッチャブルデバイス１に作用した場合、ストレッチャブルデバイス１が撓み、ストレッチャブルデバイス１は断面視で円弧状となる。詳細には、ヒンジ用アレイ部３０Ｃは、第１方向Ｄｘの中央部が上方に突出し、断面視（側面視）で円弧状に変形する。また、第１アレイ部３０Ａと第２アレイ部３０Ｂが相対的にヒンジ用アレイ部３０Ｃ寄りも相対的に下方に変位する。

【0042】

このような曲げ荷重Ｂが作用すると、第１樹脂板６０は、第１方向Ｄｘの圧縮荷重を受ける。第２樹脂板７０は、第１方向Ｄｘの引っ張り荷重を受ける。このため、ヒンジ用アレイ部３０Ｃのうち、第１樹脂板６０寄りに配置されている層には、第１方向Ｄｘへの圧縮荷重が作用する（図８の矢印Ｂ１参照）。また、第２樹脂板７０寄りに配置されている層には、第１方向Ｄｘへの引っ張り荷重が作用する（図８の矢印Ｂ２参照）。以上から、第１ひずみゲージ２８に圧縮荷重が作用し、第２ひずみゲージ２９に引っ張り荷重が作用する。以上から、曲げ荷重Ｂが作用した場合、第１ひずみゲージ２８と第２ひずみゲージ２９に発生するひずみの向きが異なる。つまり、第１ひずみゲージ２８と第２ひずみゲージ２９の抵抗値が互いに異なるため、曲げ荷重Ｂを検出することができる。

【0043】

次に横ヒンジ部１２Ｂについて説明する。特に図示しないが、アレイ層３０のうち横ヒンジ部１２Ｂに配置されている部分は、複数の絶縁層と、ゲート線４３と、を有している。また、図４に示すように、ゲート線４３は、複数の横ヒンジ部１２Ｂと複数のボディ部１１とに跨って配置されている。これにより、ゲート線４３は、検出領域２内を第２方向Ｄｙに延在している。また、ゲート線４３の端部は、周辺領域３に延在し、ゲート線駆動回路１０２と接続している。

【0044】

図９は、実施形態において、アレイ層のうちボディに積層されている部分の断面図である。アレイ層３０のうちボディ部１１に積層されている部分は、ボディ部１１の上方に順に積層された第１絶縁層４４、第２絶縁層４５、第３絶縁層４６、第４絶縁層４７、及び第５絶縁層４８を有している。第１絶縁層４４、第２絶縁層４５、第３絶縁層４６、第４絶縁層４７、及び第５絶縁層４８は、例えばシリコン酸化膜である。また、第１絶縁層４４と第２絶縁層４５の間には、トランジスタ３６のゲート絶縁膜３６ｂが介在している。

【0045】

アレイ層３０のうちボディ部１１に積層されている部分は、トランジスタ３６を有している。トランジスタ３６は、半導体層３６ａと、ゲート絶縁膜３６ｂと、ゲート電極３６ｃと、ドレイン電極３６ｄと、ソース電極３６ｅと、を備えている。半導体層３６ａは、コンタクト層を介して、ドレイン電極３６ｄとソース電極３６ｅとに接続している。

【0046】

ゲート電極３６ｃは、コンタクト層を介して、ゲート線４３と接続している。ドレイン電極３６ｄは、電圧供給線４０と接続している。ソース電極３６ｅは、コンタクト層を介して、第１ひずみゲージ２８の一端と第２ひずみゲージ２９の一端とにそれぞれ接続している。

【0047】

アレイ層３０のうち周辺領域３に配置されている部分は、図１に示すように、接続部１０１と、ゲート線駆動回路１０２と、第１信号線選択回路１０３と、第２信号線選択回路１０４と、共通電極１０５と、を有している。

【0048】

接続部１０１は、ストレッチャブルデバイス１の外部に配置された駆動ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）と接続するためのものである。本実施形態では、制御装置１１０が駆動ＩＣの機能を有し、接続部１０１は制御装置１１０と接続している。なお、駆動ＩＣは、図示しないフレキシブルプリント基板やリジット基板の上に、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）として実装されてもよい。または、駆動ＩＣは、第１樹脂板６０の周辺領域３にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）として実装されてもよい。

【0049】

ゲート線駆動回路１０２は、制御装置１１０からの各種制御信号に基づいて複数のゲート線４３を駆動する回路である。ゲート線駆動回路１０２は、複数のゲート線４３を順次又は同時に選択し、選択したゲート線４３にゲート駆動信号を供給する。

【0050】

第１信号線選択回路１０３は、第１信号線４１を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。第１信号線選択回路１０３は、制御装置１１０から供給される選択信号に基づき、選択された第１信号線４１と制御装置１１０とを接続し、第１信号線４１の信号が制御装置１１０に送られる。

【0051】

第２信号線選択回路１０４は、第２信号線４２を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。第２信号線選択回路１０４は、駆動ＩＣから供給される選択信号に基づき、選択された第２信号線４２と制御装置１１０とを接続し、第２信号線４２の信号が制御装置１１０に送られる。

【0052】

共通電極１０５は、電圧供給線４０に電圧を供給するための配線であり、周辺領域３に沿って延在している。共通電極１０５は、接続部１０１を介して制御装置１１０に接続しており、所定の電圧が印加されている。

【0053】

図１０は、実施形態のストレッチャブルデバイスの回路構成を示す回路図である。図１０に示すように、ゲート線４３にゲート駆動信号が送られると、トランジスタ３６がＯＮとなる。そして、電圧供給線４０から第１ひずみゲージ２８と第２ひずみゲージ２９に同時に所定量の電流が流れる。そして、また、第１ひずみゲージ２８の抵抗値に応じた（電流量）が第１信号線４１に送られる。また、第２ひずみゲージ２９の抵抗値に応じた信号（電流量）が第２信号線４２に送られる。そして、第１信号線４１及び第２信号線４２を介して、検出結果（電流量）が制御装置１１０に送られる。

【0054】

以上、ストレッチャブルデバイス１について説明したが、ストレッチャブルデバイス１を検査対象に装着した場合、ストレッチャブルデバイス１の少なくとも一部に皴３００が発生する（図１３参照）。詳細については後述する。次に制御装置１１０について説明する。

【0055】

制御装置１１０は、いわゆるコンピュータであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）などの記憶装置と、を備えている。ＣＰＵは、ＲＡＭに格納されたプログラムを読み出して実行し、その演算結果を記憶装置に出力する。ＲＡＭは、プログラム及びデータの記録及び読み出しができるメインメモリである。ＲＯＭには、ＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｙｓｔｅｍ）などのプログラムが記憶されている。

【0056】

また、制御装置１１０は、関節角度情報を記憶している。この関節角度情報とは、関節の角度毎に対応する皴３００（図１３参照）の形状に関する情報である。また、関節角度情報は、予め試験することで取得している。以下、関節角度情報を得るための作成工程（試験工程）について説明する。また、本実施形態の対象となる部位は、手指２００の第２関節２０１とする。

【0057】

図１１は、関節角度情報の作成工程を示すフローチャート図である。図１２は、手指にストレッチャブルデバイスを装着し、関節の角度を次第に小さくした状態を示す図である。図１３は、図１２のストレッチャブルデバイスを拡大した状態を模式的に示した図である。

【0058】

図１１に示すように、関節角度情報の作成工程のステップＳ１は、手指２００を折り曲げて関節にストレッチャブルデバイス１を装着する工程である。詳細に説明すると、図１２に示すように、手指２００が最も折り曲がった状態する。これにより、手指２００の第２関節２０１の折れ曲がり角度が約９０度となった状態となる。そして、この第２関節２０１の外側にストレッチャブルデバイス１を装着する。なお、ストレッチャブルデバイス１の装着方法は、結束具や両面テープなど挙げられるが、本開示において特に問わない。

【0059】

また、ストレッチャブルデバイス１で曲げ荷重（図８の矢印Ｂ参照）を検出できるようにするため、手指２００の長さ方向とストレッチャブルデバイス１の第１方向Ｄｘとが一致するように装着する。また、ストレッチャブルデバイス１の形状は、図１３のステップＳ１に示すように、第２関節２０１に沿って状態となる。

【0060】

次に関節角度情報の作成工程のステップＳ２は、手指２００をまっすぐに延びた状態にし、ストレッチャブルデバイス１の形状を変化させる工程である。詳細には、最初に、図１２のステップＳ２１に示すように、手指２００の折り曲げ角度を次第に小さくし、最終的には、図１２のステップＳ２２に示すように、手指２００がまっすぐに延びた状態にする。

【0061】

これによれば、ストレッチャブルデバイス１の形状は、図１３に示すように、ステップＳ２１の状態で、ストレッチャブルデバイス１全体の撓み量が低減する。また、ストレッチャブルデバイス１に第１方向Ｄｘに圧縮荷重が生じ、ストレッチャブルデバイス１の一部に皴３００が発生する。皴３００は、第３方向Ｄｚの一方に突出する凸部３０１と、第３方向Ｄｚの他方に突出する凸部３０１とが、第１方向Ｄｘに交互に複数並んだ形状をしている。

【0062】

さらに、ステップＳ２２の状態によれば、第２関節２０１の折れ曲がり角度が０°となり、ストレッチャブルデバイス１の撓みがなくなる。また、ステップＳ２２の皴３００を構成する凸部３０１の先端部３０２は、ステップＳ２１の皴３００の先端部３０２よりも鋭利な形状となる。つまり、先端部３０２に配置された縦ヒンジ部１２Ａには、大きな曲げ荷重が作用している。

【0063】

そのほか、関節角度情報の作成工程のステップＳ２では、制御装置１１０は、ストレッチャブルデバイス１の形状が変化する全過程の出力信号（電流値）を受け取る。また、ステップＳ２において、手指２００の第２関節２０１を図示しない撮像装置で撮像する。

【0064】

関節角度情報の作成工程のステップＳ３において、制御装置１１０は、ストレッチャブルデバイス１の出力値から、第１ひずみゲージ２８と第２ひずみゲージ２９の抵抗値を算出し、第１ひずみゲージ２８と第２ひずみゲージ２９のひずみ量、言い換えると縦ヒンジ部１２Ａの曲げ量を算出する。そして、縦ヒンジ部１２Ａの曲げ量からストレッチャブルデバイス１に発生した皴３００全体の形状を特定する。また、制御装置１１０は、ストレッチャブルデバイス１の形状が変化する全過程の出力信号を受け取っている。よって、制御装置１１０は、全過程における皴３００全体の形状を特定する。

【0065】

続いて、関節角度情報の作成工程のステップＳ４において、撮像装置で撮像したデータを解析し、第２関節２０１の角度の変化を検出する。そして、検出した第２関節２０１の角度の変化と、ステップＳ３で得られた皴３００全体の形状の変化と、を対応付けして関節角度情報を作成する。なお、第２関節２０１の角度の変化の検出方法として、撮像して解析する例を挙げて説明したが、本開示はこれに限定されない。目視により第２関節２０１の角度の変化を特定してもよく、特に限定されない。

【0066】

次に、実施形態の関節角度検出装置１００の使用方法を説明する。使用方法は、最初に、手指２００を折り曲げ、第２関節２０１の外側にストレッチャブルデバイス１を装着する（図１２のステップＳ１参照）。次に、第２関節２０１の折れ曲がり角度を変化させる（図１２のステップＳ２又はステップＳ３参照）。これにより、ストレッチャブルデバイス１に圧縮荷重が作用し、ストレッチャブルデバイス１の一部に皴３００が発生する。そして、制御装置１１０は、ストレッチャブルデバイス１の検出結果を受け取り、以下の処理工程を行い、第２関節２０１の角度を検出する。

【0067】

図１４は、実施形態の関節角度検出装置の使用時において、制御装置の処理工程を示すフローチャート図である。制御装置１１０は、ステップＳ３１として、ストレッチャブルデバイス１の検出結果から、第１ひずみゲージ２８と第２ひずみゲージ２９の抵抗値を算出し、第１ひずみゲージ２８と第２ひずみゲージ２９のひずみ量を検出する。さらに、第１ひずみゲージ２８と第２ひずみゲージ２９のひずみ量から縦ヒンジ部１２Ａの曲げ量を算出し、皴３００全体の形状を特定する。

【0068】

次に制御装置１１０は、ステップＳ３２として、関節角度情報に基づいて、特定された皴３００の形状に対応する第２関節２０１の角度を演算する。具体的にステップＳ３２では、特定された皴３００全体の形状と一致する形状（皴形状）を関節角度情報から抽出する。そして、抽出した形状（皴形状）に対応する関節の角度を、検出結果（第２関節２０１の角度）と判定する。判定後、制御装置１１０は、図示しない表示装置等に検出結果を表示して、終了する。以上から、実施形態の関節角度検出装置１００によれば、関節の角度を検出することができる。

【0069】

以上、実施形態について説明したが、本開示は、上記した例に限定されない。例えば、関節角度情報に含まれる皴の形状に関する情報に関し、実施形態では、皴全体の形状となっているが、本開示は、皴の形状の一部であってもよい。また、皴の形状の一部としては、図１３に示すように皴３００の先端部３０２の形状であってもよい。以下、詳細を説明する。

【0070】

図１３のステップＳ２１及びステップＳ２２に示すように、皴３００の先端部３０２は、円弧状となっている。また、ステップＳ２１よりもステップＳ２２の方が、皴３００の凸部３０１の先端部３０２が鋭利となり、先端部３０２の曲率が大きくなっている。言い換えると、ステップＳ２１の先端部の曲率よりも、ステップＳ２１の先端部の曲率の方が大きい。つまり、第２関節２０１の折り曲げ角度が小さくなるにつれて、凸部３０１の先端部３０２の曲率が大きくなる、という性質を有している。よって、関節角度情報に含まれる皴の形状に関する情報を、先端部３０２の曲率としてもよい。これによれば、ステップＳ３１において、皴３００全体の形状でなく、凸部３０１の先端部３０２の形状のみを特定すればよく、演算が容易となる。

【符号の説明】

【0071】

１ ストレッチャブルデバイス
２ 検出領域
３ 周辺領域
１０ 樹脂基材
１１ ボディ部
１２ ヒンジ部
１２Ａ 縦ヒンジ部
１２Ｂ 横ヒンジ部
１４ 屈曲部
１９ 肉抜き部
２１ 第１円弧部
２２ 第２円弧部
２３ 第３円弧部
２４ 第４円弧部
２７ ひずみゲージ
２８ 第１ひずみゲージ
２９ 第２ひずみゲージ
３０ アレイ層
３６ トランジスタ
４０ 電圧供給線
４１ 第１信号線
４２ 第２信号線
４３ ゲート線
６０ 第１樹脂板
７０ 第２樹脂板
１００ 関節角度検出装置
１１０ 制御装置
２００ 手指
２０１ 第２関節
３００ 皴
３０１ 凸部
３０２ 先端部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】