JP3726191B2 - 位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地殻変動の検出や船舶、航空機、車両等の姿勢制御、人の身体各部位の動作・姿勢の検出等に用いることができる位置・姿勢の変化に対応する電気信号発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば船舶の姿勢制御に用いられる、船舶の姿勢（傾斜）を検出する手段として、容器にその容積の所定比率の液状誘電体を装入するとともに所定の平面をもつ少なくとも一対の電極をこの液状誘電体に浸漬しておき、容器の傾斜の大きさに対応して電極間で液状誘電体に浸漬している面積に差異を生じ、この差異に対応する発現静電容量と抵抗を電気的に接続して電圧信号として取出す電気信号発生装置が、たとえば特開平１１−１１８４１２号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術によるときは、特定の実験環境或は定置式の姿勢計測に限られることが多かった。本発明は、あらゆる場面、場所での対象の変位・姿勢の計測が可能な、位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、非導電性中空球状容器と、該非導電性中空球状容器の各半球を少なくとも４等分した区画にそれぞれ電極面が形成されて球体内周面全体で少なくとも８箇の電極面が形成され、一方、前記非導電性中空球状容器とその中心点を共有するとともにその内周面と間隔を置いて相対向する如く、その外周面全域を導電性材料で被覆して電極面とした内部球体が前記非導電性中空球状容器内に支持・固設されさらに、前記非導電性中空球状容器内周面と内部球体外周電極面とによって形成される空間内に該空間容積未満の液状誘電体が封入されまた、前記非導電性中空球状容器内周面に形成された少なくとも８箇の電極面および内部球体外周電極面各々に配線を接続してなる姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この発明によれば、測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸何れかまたは、測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸における傾斜角（姿勢）を一度に電気信号として取出すことができる。また、電気信号発生装置が天地反転しても測定が可能である。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、四面以上の面をもつ多角状の非導電性中空容器と、該非導電性中空多角状容器の内側各面に各等しい形状、面積をもつ導電性領域を形成して電極面とするとともに、前記非導電性中空多角状容器とその重心を共有するとともにその内側各面に間隔を置いて相対向する、各外面全域を電極面とした、前記非導電性中空多角状容器と相似形の内部多角状体を、前記非導電性中空多角状容器の各内側コーナと内部多角状体外側コーナ間で支持・固設しさらに、前記非導電性中空多角状容器内側面と内部多角状体外側面間とによって形成される空間内に、該空間容積未満の液状誘電体を封入しまた、前記非導電性中空多角状容器各内側電極面および内部多角状体外側面（電極面）各々に配線を接続してなる姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この発明によるときも、測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸何れかまたは、測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸における傾斜角（姿勢）を一度に電気信号として取出すことができる。また、電気信号発生装置が天地反転しても測定が可能である。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、非導電性中空球状容器と、該非導電性中空球状容器の各半球を少なくとも４等分した区画にそれぞれ電極面が形成されて球体内周面全体で少なくとも８箇の電極面が形成され、一方、前記非導電性中空球状容器とその中心点を共有するとともにその内周面と間隔を置いて相対向する如く、その外周面全域を導電性材料で被覆して電極面とした内部中空球体を前記非導電性中空球状容器内周面における電極面間かつ非導電性中空球状容器の大円および子午線において弾機的に支持するとともに、前記内部中空球体の各半球を少なくとも４等分した区画にそれぞれ電極面が形成されて球体内周面全体で少なくとも８箇の電極面が形成されさらに、前記内部中空球体とその中心点を共有するとともにその内周面と間隔を置いて相対向する如く、その外周面全域を導電性材料で被覆して電極面とした最内部球体が前記内部中空球体内に支持・固設されさらに、前記非導電性中空球状容器内周面と内部中空球体外周電極面間ならびに内部中空球体内周面と最内部球体外周面によって形成される各空間内に各空間容積未満の液状誘電体が封入されまた、前記非導電性中空球状容器内周面に形成された少なくとも８箇の電極面、内部中空球体外周面電極、内部中空球体内周面に形成された少なくとも８箇の電極面、および最内部球体外周面電極各々に配線を接続し、前記非導電性中空球状容器へ加えられるＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向何れか又はこれらが複合された方向への加速度によって生起する前記非導電性中空球状容器内周面と内部中空球体外周面間の近接・離隔によって変化する静電容量ならびに、内部中空球体内周面に配設された電極面と最内部球体外周面電極間における静電容量の、前記非導電性中空球状容器の姿勢（傾き）変化に対応する変化を検出することによって、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向の何れか又はこれらが複合された方向の加速度およびＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向の何れか又はこれらが複合された方向における姿勢（傾き）変化を併せ測定するよう構成してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この発明によれば、測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸何れかまたは、測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸における傾斜角（姿勢）を一度に電気信号として取出すことができるとともに、測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向における加速度、速度、および変位量を、電気信号として一度に取出せる。また、電気信号発生装置が天地反転しても測定が可能である。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、 四面以上の面をもつ非導電性中空多角状容器と、該非導電性中空多角状容器内側各面に各等しい形状、面積をもつ導電性領域を形成して電極面とするとともに、前記非導電性中空多角状容器とその重心を共有するとともにその内周面と間隔を置いて相対向する如く、その外周面全域を導電性材料で被覆して電極面とした、前記非導電性中空多角状容器と相似形の内部中空多角状体を前記非導電性中空多角状容器の各内側コーナと前記内部中空多角体各外側コーナ間とで弾機的に支持し、一方、前記内部中空多角状体内側各面に各等しい形状、面積をもつ導電性領域を形成して各独立した電極面とするとともに前記内部中空多角状体とその重心を共有するとともにその内周面と間隔を置いて相対向する如く、その外周面全域を導電性材料で被覆して電極面とした最内部多角体を前記内部中空多角体内に支持・固設しさらに、前記非導電性中空多角状容器内側面と内部中空多角状体外周電極面間ならびに内部中空多角状体内側面と最内部多角体外側面によって形成される各空間内に各空間容積未満の液状誘電体を封入しまた、前記非導電性中空多角状容器各内側面に形成された面電極、内部中空多角状体外側面電極、内部中空多角状体各内周面に形成された面電極、および最内部多角体外側面電極各々に配線を接続し、前記非導電性中空多角状容器へ加えられるＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向何れか又はこれらが複合された方向への加速度によって生起する前記非導電性中空多角状容器内側面と内部中空多角状体外側面間の近接・離隔によって変化する静電容量ならびに、内部中空多角状体内側面に配設された電極面と最内部多角体外側面電極間における静電容量の、前記非導電性中空多角状容器の姿勢（傾き）変化に対応する変化を検出することによって、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向の何れか又はこれらが複合された方向の加速度およびＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向の何れか又はこれらが複合された方向における姿勢（傾き）変化を併せ測定するよう構成してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。この発明によるときも、測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸何れかまたは、測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸における傾斜角（姿勢）を一度に電気信号として取出すことができるとともに、測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向における加速度、速度、および変位量を、電気信号として一度に取出せる。また、電気信号発生装置が天地反転しても測定が可能である。
【０００８】
請求項５に記載の発明は、非導電性中空容器内側電極面と内部球体外側電極面或は多角状体外側電極間または内部中空球体或は内部中空多角状体内側電極面と最内部球体或は多角状体外側電極面間における空間の容積未満の液状誘電体が封入された電極間に電圧が印加される少なくとも一対の電極間での前記液状誘電体との接触面の差異に起因する発現静電容量の差異に対応する電圧を出力する電気信号発生手段が、高周波電圧を印加され、高周波電圧発振器が発生する搬送波に非導電性中空容器の傾斜角に対応する周波数変調を生起せしめ、この信号をＦＭ復調するものである請求項１乃至請求項４何れかに記載の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその好ましい実施形態に則して説明する。
【００１０】
【実施例１】
図１に本発明の一実施例に係る位置の変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の概要を示す。図１において、１は容器であって、この実施例においては円筒状を呈しており、たとえばプラスチックで形成されている。１−２は蓋であり、容器１を覆う。２は電極であって、導電性物質で形成され、容器１の内周面に貼着されて弧面を形成する。３は円盤（ディスク）あり、その平面中心において軸４に固定されている。円盤３の外周面には、図１および図４に示すように、非導電性領域５および導電性領域６が形成されている。この実施例においては、円筒状容器１内周面に貼着されている弧状電極２と、円盤３の外周面に形成されている導電性領域６とが間隔を置いて相対向する如く配置されるとともにそれぞれ交流電圧または直流電圧が印加されてコンデンサを形成する。この実施例においては、円盤３の外周面を周方向において４等分し、交互に非導電性領域５および導電性領域６を形成している。
【００１１】
円盤３は軸４に固定されており、軸４は図４に示すように、ダンパ７、この実施例においてはばね７を介してその下端部が容器１の底面に固設されている。而して円盤３は、その周方向の変位に際してダンパ７によって慣性を付与される。軸４の上端は蓋１−２に回転自在に支承されている。
【００１２】
この実施例に係る、位置の変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の動作を説明する。容器１が公転或は自転すると、容器１は軸４に軸心回りに回動する。一方、円盤３はそれ自体慣性モーメントを有し、ダンパ７によって慣性を付与されているから、容器１の周方向における運動の加速度に対応して、電極２と相対向する円盤３における導電性領域６或は非導電性領域５との間に周方向においてずれを生じる。このずれによって、電極２と相対向する円盤３における導電性領域６とで形成されていたコンデンサの静電容量に変化を生起させる。この静電容量の変化を電圧の変化として検出すれば、容器１の周方向における加速度を計測することができる。加速度を時間について２階積分すると、変位量が求まる。
【００１３】
このようにして、容器１の軸心（Ｚ軸）回りの変位量、加速度を電気信号として取出すことができ、計測対象がどの向きにどれだけ変位したかを知ることができる。
【００１４】
【実施例２】
次に、上記計測対象のＺ軸回りの変位量に加えて計測対象の姿勢（傾き）を併せて計測する実施形態における、姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）について説明する。図２および図３において、１１は容器であって、測定対象の姿勢（傾き）の変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の概要を示す。図２および図３において、１１は容器であって、液状誘電体１３たとえばエチレングリコールを溶媒とし水酸化テトラメチルアンモニウムを溶質とする溶液が封入されている。Ａは液状誘電体１３が注入されていない部分を示す。
【００１５】
１２は電極であり、この実施例においては、図２および図３に示すように、一対相対向して液状誘電体１３にそのある割合が浸漬する如く配置されている。１４は配線、１５は静電容量計測装置である。
【００１６】
而して、容器１１が傾斜すると、電極１２対間で液状誘電体１３との接触面積が相異してくる。この接触面積の変化に対応して発現静電容量が変化する。静電容量Ｃは、
【００１７】
【数１】
Ｃ＝ξ_０・ξ・Ｓ／ｔ＝８.８５５×１０^−１２×ξ・Ｓ／ｔ （１）
Ｃ：静電容量
Ｓ：電極面積
ｔ：電極間距離
ξ_０：真空の誘電率（８.８５５×１０^−１２）
ξ：誘電体の比誘電率
【００１８】
で与えられる。この静電容量の変化を、静電容量計測装置１５において電圧の変化として検出する。
【００１９】
発明者の知見によれば、液状誘電体に求められる特性は、
１）陽極、陰極等の構成材料に対して、化学的に安定であること。
２）電極面をよく濡らす性質を有すること。
３）電極或は容器を保護し、弱点部分を修復する化成能力を有すること。
４）高温においても蒸気圧が低いこと。
５）長期間安定した性質を有し、毒性などに配慮した物質であること。
などである。このような性質を有する液状誘電体として、溶媒としてエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチルホルムアミド等、溶質としてアジピン酸、マレイン酸、安息香酸、フタル酸、サリチル酸、塩基性のものとしてアンモニア、アンモニア水、トリエチルアミン、水酸化テトラメチルアンモニウム等の溶液を用いることができる。
【００２０】
液状誘電体として、たとえば水と油のように、混じり合うことのない２種類の液状物を容器に封入して用いることもできる。その場合、液状誘電体表面の脈動が抑えられて好ましい。
【００２１】
この姿勢（傾き）変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）を、少なくともＸ軸方向およびＹ軸方向において配置するとともに、図４に示すように、実施例１における容器１のＺ軸回りの変位に対応する電気信号発生デバイスを集積搭載すれば、計測対象がどの向きにどれだけ傾斜したかを測定することができる。即ち、姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の座標軸の向きをリアルタイムで併せ測定することが可能になる。
【００２２】
図４に示す上記位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の回路を、図５に示す。図５において、Ｃ１、Ｃ３はデバイスのＸ軸方向における傾斜を検出すべく機能するコンデンサであり、Ｃ２、Ｃ４はＹ軸方向における傾斜を検出すべく機能するコンデンサである。Ｃ５、Ｃ６は図１に示す容器１のＺ軸回りの変位に対応する電気信号発生デバイスにおけるコンデンサである。それぞれ信号処理回路から、電気信号発生装置（デバイス）がＺ軸回り何れの方向に向いているのかまた、その向きを基準としてＸ軸方向或はＹ軸方向にどれだけ傾いているのかを併せて出力（ＯＵＴ）する。
【００２３】
本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置は、測定対象の位置・姿勢の変化に対応して電極対間の静電容量が変化することを利用してこれを電圧といった電気信号として取出すものであるから、電極に高周波電圧または直流電圧を印加することで、前者の場合には主に発振器の共振回路における静電容量の変化を、後者の場合には２枚の電極間で誘電体との接触面積が変化するため、電極に電圧を印加しておけば電圧の変化と等価と見做すことができる。従って、たとえば高周波電圧を印加した場合、人の手の関節運動によって発振器の発する搬送波に周波数変調が加えられることになる。この信号をＦＭ（Frequency Modulation）復調すれば手の関節運動を表す信号を得ることができる。また、直流電圧を用いた場合、差動増幅器によって手の関節運動を表す信号を得ることができる。ＦＭ復調を用いて信号を得る場合、電気的雑音に非常に強い電気信号発生装置（デバイス）とすることができる。
【００２４】
実施例３
次に、測定対象が線形変位しているときに電気信号を発生する電気信号発生装置（デバイス）について説明する。図６にこの電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す。図６において、２１は容器であって、この実施例においては、液状誘電体が封入されている。容器２１内部の天井部および底面に電極２２が間隔ｇを置いて配設されている。２４は可動子であり、図６でみて上下面に電極２２が貼着されている。可動子２４はシャフト２５に遊嵌・支承され、図６でみて左右方向に変位自在である。可動子２４の一端はダンパ（ばね）２３に係合され、ダンパ２３の他端は容器２１の一端に固定されている。而して、容器２１内部の天井部および底面の電極２２と可動子２４上下面の電極２２間には間隔が保たれる。
【００２５】
容器２１に、シャフト２５の軸方向の力Ｆによって加速が生じると、ダンパ２３による慣性により容器２１における電極２２と可動子２４における電極２２の相対向する面積に変化を生じる。而して、容器２１に加わる加速が止まると、可動子２４はダンパ（ばね）２３の作用によって元の位置に戻る。前記相対向する電極２２間の面積の変化が静電容量の変化として検出され、容器２１の加速度が測定される。
【００２６】
図６に示す、線形変位に対応する電気信号発生装置（デバイス）の電気回路を図７に示す。容器２１が加速を受けＣ１の静電容量が減少したとすると、Ｃ２の静電容量は増加する。これによって、可動子２４に対して容器２１が加速しているのか減速しているのかを知ることができる。
【００２７】
実施例４
本発明の、位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）を構成要素とするコントロールユニットの一実施例を図８に示す。本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）は、従来、持ち運ぶことが困難であった姿勢計測装置を、たとえば人の身体に取り付け、身体各部位の動作・姿勢を測定し記録することができるようにしたものである。その際、センター（管制）側とインターネットを経由して通信を行う小型のコンピュータが必要となる。図８に示すWebサーバの構成は、制御用コンピュータの一例である。
【００２８】
図８に示す制御用コンピュータはワンチップで構成されている点によって特徴づけられ、センター側と無線、有線で通信を行い、通信が不可能な場合は、ＲＯＭに予め書かれたプログラム通りに起動し、利用者のメモリ（ＲＡＭ）に記録しておき、後日、このメモリからデータを抜き取ることで利用者の一日の行動記録を得ることができる。ここで、本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）は、静電容量計測（ＦＭ復調）モジュールまたは差動増幅モジュール、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル変換）モジュールを経て計算機に接続されている。
【００２９】
実施例５
図９に、本発明の他の実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）を示す。図９において、３１は非導電性中空球状容器であって、この実施例においては、プラチック製の中空球体である。非導電性中空球状容器３１の内周面には、図９に示すように、各半球の大円において少なくとも４等分された区画にそれぞれ電極面３５が形成されて中空球体内周面全体で少なくとも８箇の電極面が配設される。Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸何れかの軸における傾斜のみを検出するときは、非導電性中空球状容器３１内周面全体で２箇の電極面の配設でよい。図９に示すように、各電極面には配線３２が接続され、電極に電圧を印加できるよう構成されている。このように、非導電性中空球状容器３１全体で８箇の電極面３５を配設すると、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸における非導電性中空球状容器３１の傾きを一度に検出することができる。
【００３０】
３３は内部球体であり、その外周面全域に導電性物質が貼着され電極として機能する。この電極にも配線３２が接続され、電圧を印加できる。内部球体３３は、図９に示すように、非導電性中空球状容器３１内周面かつ非導電性中空球状容器３１の大円および子午線から半径方向に延在する軸３４によって非導電性中空球状容器３１内周面に支持され、非導電性中空球状容器３１とその中心点を共有する如く配置される。また内部球体３３は、内部球体３３外周面全域と非導電性中空球状容器３１内周面との間に所定の間隔が存在して、非導電性中空球状容器３１内周面に配設されている８箇の電極面（導電性領域）３５と内部球体３３外周面全域に形成されている電極面とでコンデンサを構成できるディメンジョンとされる。また、図９に示すように、軸３４をたとえば金属製とし、配線の一部として機能させることもできる。
【００３１】
一方、非導電性中空球状容器３１内周面と内部球体３３外周面間に形成される空間内には、その容積未満の容積、この実施例においては、図９でみて大円（赤道）の位置まで（空間容積の５０％）の容積の液状誘電体が封入される。
【００３２】
次に、この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の動作を説明する。非導電性中空球状容器３１が図９に示す状態から何れかの方向に傾くと、非導電性中空球状容器３１内周面に配設されている８箇の電極面（導電性領域）３５相互間で液状誘電体との接触面積に変化を生じる。而して、非導電性中空球状容器３１内周面に形成されている８箇の電極面と内部球体３３外周面全域に形成されている電極面間で構成されているコンデンサの静電容量もコンデンサ相互間で変化する。これら個々のコンデンサにおける静電容量の変化を検出することによって、非導電性中空球状容器３１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の傾斜角度を一度に電気信号として取出すことができる。
【００３３】
上記のように、この実施例に係る位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）は、非導電性中空球状容器３１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向における傾きを静電容量の変化から電気信号として取出すものである。即ち、非導電性中空球状容器３１内周面に形成されている８箇の電極面と内部球体３３外周面全域に形成されている電極面間および液状誘電体で構成されているコンデンサにおける静電容量の変化から非導電性中空球状容器３１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向における傾きを電気信号として取出す。非導電性中空球状容器３１内周面と内部球体３３外周面間に形成される空間内には、液状誘電体および気体が、この実施例においては、等しい容積で封入されている。而して前記液状誘電体は、駆動誘電体として機能する。コンデンサの静電容量は、数１で示したように、
Ｃ＝ξ_０・ξ・Ｓ／ｔ＝８.８５５×１０^−１２×ξ・Ｓ／ｔ
Ｃ：静電容量
Ｓ：電極面積
ｔ：電極間距離
ξ_０：真空の誘電率（８.８５５×１０^−１２）
ξ：誘電体の比誘電率
によって与えられる。従って、電極面積：Ｓ、電極間距離：ｔとによって静電容量を検出することができる。この実施例においては、電極間距離ｔは一定であるから、電極面積：Ｓ即ち、非導電性中空球状容器３１の傾斜に起因する、非導電性中空球状容器３１内周面に形成されている８箇の電極面と内部球体３３外周面間における液状誘電体との接触面積の変化が静電容量Ｃの変化として検出されることになる。
【００３４】
図９に示す、位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）によって電気信号を取出すには、たとえばオペアンプを用いる、図１３に示す差動増幅回路による。差動増幅回路は、２つの入力電圧の電位差のみを増幅する回路である。オペアンプも一種の差動増幅回路であるが、そのままでは増幅度が高過ぎるため安定した動作を期待できない。従って、図１３に示すように、負帰還をかける。図１３に示す回路は、回路におけるｎ点とｐ点の電位が等しくなるように働くから、
【００３５】
【数２】
Ｖ_１−Ｒ_１Ｉ_１＝Ｒ_２Ｉ_２ （２）
【００３６】
が成立し、入力インピーダンスの高いオペアンプに電流が流れ込まない処から、電流Ｉ_１ 、Ｉ_２はそれぞれ、
【００３７】
【数３】
Ｉ_１＝（Ｖ_１−Ｖ_Ｏ）／（Ｒ_１＋Ｒ_２） （３）
【００３８】
【数４】
Ｉ_２＝Ｖ_２／（Ｒ_１＋Ｒ_２） （４）
【００３９】
で与えられる。代入して整理すれば、出力電圧Ｖ_Ｏは、
【００４０】
【数５】
Ｖ_Ｏ＝（Ｒ_１／Ｒ_２）・（Ｖ_２−Ｖ_１） （５）
【００４１】
によって求めることができる。これによって、入力端子の電位差のみを増幅できることが分かる。
【００４２】
図１４に、図９に示す本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の電気回路を示す。非導電性中空球状容器３１内周面に形成されている８箇の電極面（導電性領域）３５と内部球体３３外周面全域に形成されている電極（導電性領域）間ならびに液状誘電体で構成されるコンデンサの箇数はＣ１、Ｃ２、-----、Ｃ８の計８箇である。各コンデンサを構成する電極間には配線３２を介して電圧が印加される。この実施例においては、非導電性中空球状容器３１内周面と内部球体３３外周面間に形成される空間内には、この空間の５０％の容積の液状誘電体が封入されている。而して、非導電性中空球状容器３１が何れかの方向に傾斜すると、前記コンデンサ相互間で静電容量が変化する。たとえば図９に示す非導電性中空球状容器３１上半球内周面に配置されているコンデンサをＣ１、Ｃ２、-----、Ｃ４とし、下半球内周面に配置されているコンデンサをＣ５、Ｃ６、-----、Ｃ８とすると、非導電性中空球状容器３１の傾きによって、下半球内周面に配置されているコンデンサの静電容量は減少し、上半球内周面に配置されているコンデンサの静電容量は増加する。Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸のどの方向にどれだけ傾いているかを知るには、傾く前の８箇のコンデンサの静電容量を比較することによって測定することができる。測定は、非導電性中空球状容器３１が天地反転する場合でも可能である。この静電容量の変化を測定するには、８箇のコンデンサを配線３２を介して静電容量計測器に接続して行うことができる。この静電容量計測器の基本回路として図１３に示す回路（差動増幅回路）を用いると、装置を小型化できる。
【００４３】
実施例６
本発明の本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）における非導電性中空球状容器のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向における加速度を併せ測定することができる実施例を説明する。図１０に、非導電性中空球状容器の加速度（位置）の変化に対応する電気信号を併せ発生する電気信号発生装置（デバイス）の概要を示す。図１０において、４１は非導電性中空球状容器であって、この実施例においては、非導電性材料たとえばプラスチック製の中空球体である。非導電性中空球状容器４１の内周面には、図１０に示すように、各半球の大円において少なくとも４等分された区画にそれぞれ電極面４５が形成され球体内周面全体で少なくとも８箇の電極面４５が形成される。図１０に示すように、各電極４５には配線４２が接続され、各電極４５に電圧を印加できるよう構成されている。
【００４４】
４３は内部中空球体であって、その外周面全域に導電性薄層が形成されて非導電性中空球状容器４１内周面に配設される８箇の電極面４５と相俟ってコンデンサＣ９、Ｃ１０、-----、Ｃ１６を構成する。一方、内部中空球体４３の内周面には、非導電性中空球状容器４１内周面に配設される８箇の電極面４５をスケールダウンした状態で電極が配設される。また、内部中空球体４３内には、非導電性中空球状容器４１および内部中空球体４３とその中心点を共有するとともに外周面全域に導電性薄層が形成された最内部球体（図示せず）が、図９に示す非導電性中空球状容器３１および内部球体３３の関係をスケールダウンした形で、軸によって内部中空球体４３内に保持される。而して、内部中空球体４３内周面と最内部球体外周面間には、８箇のコンデンサＣ１、Ｃ２、-----、Ｃ８が構成される。内部中空球体４３内周面と最内部球体外周面間に形成される空間内にこの空間容積の５０％に相当する容積の液状誘電体が封入される。
【００４５】
一方、内部中空球体４３は、非導電性中空球状容器４１内周面における電極面４５間かつ非導電性中空球状容器４１の大円および子午線それぞれにおける周方向に４等分された箇所で、非導電性中空球状容器４１内周面からダンパ４６を有する軸４４によって弾機的に支持されている。この場合もダンパ４６を有する軸４４をたとえば金属製とし、配線４２の一部として機能させることができる。
【００４６】
次に、この実施例に係る本発明の本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の動作を説明する。非導電性中空球状容器４１がＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向の何れかまたは複合した方向へ加速されると、内部中空球体４３はそれ自体の慣性モーメントを有しダンパ４６によって慣性を付与されているから、非導電性中空球状容器４１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の各軸方向における加速度に対応して、非導電性中空球状容器４１内周面に配設される８箇の電極面４５各電極と相対向する、内部中空球体４３外周面全域に形成されている導電性薄層（電極）ならびに液状誘電体とで構成されているコンデンサにおける静電容量に電極間距離変化に起因する変化を生起させる。この静電容量の変化を電圧の変化として検出すれば、非導電性中空球状容器４１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の各軸方向における加速度を測定することができる。加速度を時間について２階積分すれば、変位量が求まる。
【００４７】
図１６に、この実施例に係る本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の電気回路を示す。この実施例のデバイスによれば、非導電性中空球状容器４１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜を、８箇のコンデンサＣ１、Ｃ２、-----、Ｃ８（内部中空球体４３内周面と最内部球体外周面と液状誘電体で構成される）によって電気信号として取出すことができる。一方、内部中空球体４３は非導電性中空球状容器４１内周面にダンパ４６を介して支持されているから、非導電性中空球状容器４１が直線的に加速するとダンパ４６によって内部中空球体４３に慣性が付与され、非導電性中空球状容器４１内周面配設されている８箇の電極面４５各電極と相対向する内部中空球体４３外周面全域に形成されている導電性薄層（電極）間の間隔が変化する。これは、コンデンサとして考えた場合、静電容量が変化することに他ならない。ここで、コンデンサの箇数は、内部中空球体４３内部にＣ１、Ｃ２、-----、Ｃ８（内部中空球体４３内周面と最内部球体外周面と液状誘電体で構成される）の８箇、非導電性中空球状容器４１内周面と内部中空球体４３外周面間でＣ９、Ｃ１０、-----、Ｃ１６の８箇である。この合計１６箇のコンデンサで非導電性中空球状容器４１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜角度と加速度を一度に測定することができる。各コンデンサを構成する電極間には電圧が印加されており、コンデンサＣ１、Ｃ２、-----、Ｃ８における静電容量の変化から、非導電性中空球状容器４１がＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合したどの方向へどれだけ傾いているかを知ることができまた、コンデンサＣ９、Ｃ１０、-----、Ｃ１６における電極間隔の変化からどの軸方向にどれだけ変位したのかを測定することができる。
【００４８】
このようにして、非導電性中空球状容器４１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜角度と加速度（速度、変位量）を電気信号として一度に取出すことができる。而して、図９に示す電気信号発生装置（デバイス）では測定対象の３次元的な傾き（姿勢）を知ることができ、図１０に示す電気信号発生装置（デバイス）によれば、測定対象の３次元的な傾き（姿勢）と併せ非導電性中空球状容器４１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への加速度（速度、変位量）を電気信号として一度に取出すことができる。
【００４９】
実施例７
次に、四面以上の面をもつ非導電性中空多角状容器および内部多角体とで構成される本発明の姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の実施例を説明する。
【００５０】
図１１に、この実施例に係る姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）を示す。図１１において、５１は非導電性中空多角状容器であって、この実施例においては正六面体であり、たとえばプラスチックで形成されている。５２は配線であって、図１１に示すように、非導電性中空多角状容器５１における６つの内側面に形成される各等しい形状、面積の導電性領域（電極面）５５たとえば金属箔に接続され、相対向する電極面との間に電圧を印加すべく機能する。５３は内部多角状体、この実施例においては正六面体であり、非導電性中空多角状容器５１とその重心を共有する位置に、非導電性中空多角状容器５１の各内側コーナと内部多角状体５３の各外側コーナをそれぞれ結ぶ８本の軸５４によって非導電性中空多角状容器５１内側で支持される。
【００５１】
内部多角状体５３の６つの外側面にも導電性領域（電極面）５５が、たとえば金属箔の貼着によって形成され電極として機能する。この電極にも配線５２が接続され、非導電性中空多角状容器５１の各内側６面に形成されている導電性領域（電極面）５５と内部多角状体５３の６つの外側面の導電性領域（電極面）５５との間に電圧を印加できる。内部多角状体５３は、図１１に示すように、非導電性中空多角状容器５１の各内側６面に形成されている導電性領域（電極面）５５間かつ非導電性中空多角状容器５１の各内側コーナと内部多角状体５３の各外側コーナをそれぞれ結ぶ８本の軸５４によって非導電性中空多角状容器５１内側で支持され、非導電性中空多角状容器５１とその重心を共有する如く配置される。また、内部多角状体５３は、内部多角状体５３外側面と非導電性中空多角状容器５１の各内側６面との間に所定の間隔が存在して非導電性中空多角状容器５１の各内側６面に形成されている導電性領域（電極面）５５と内部多角状体５３外側面に形成されている６箇の電極（導電性領域）５５とでコンデンサを構成できるディメンジョンとされる。
【００５２】
一方、非導電性中空多角状容器５１の各内側面と内部多角状体５３外側面間に形成される空間内には、その空間容積未満の容積、この実施例においては、空間容積の５０％の容積の液状誘電体が封入される。
【００５３】
次に、この実施例に係る姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の動作を説明する。非導電性中空多角状容器５１が図１１に示す状態から何れかの方向に傾くと、非導電性中空多角状容器５１の各内側面に形成されている６箇の電極面相互間で液状誘電体との接触面積に変化を生じる。而して、非導電性中空多角状容器５１の各内側面に形成されている６箇の電極面と内部多角状体５３外側各面に形成されている電極面間で構成されているコンデンサの静電容量もコンデンサＣ１、Ｃ２、-----、Ｃ６相互間で変化する。これら個々のコンデンサにおける静電容量の変化を検出することによって、非導電性中空多角状容器５１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜角度を一度に電気信号として取出すことができる。この静電容量計測器の基本回路として図１３に示す回路（差動増幅回路）を用いると、装置を小型化できる。
【００５４】
実施例８
本発明の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の、非導電性中空多角状容器のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向における加速度を併せ測定することができる実施例を説明する。図１２に、非導電性中空多角状容器の加速度（位置）の変化に対応する電気信号を併せ発生する電気信号装置（デバイス）の概要を示す。図１２において、６１は非導電性中空多角状容器であって、この実施例においては中空正六面体であり、たとえばプラスチックで形成されている。非導電性中空多角状容器６１の内側面には、図１２に示すように、導電性領域６５からなる電極面が形成され、非導電性中空多角状容器６１内面全体で６箇の電極面が配設される。図１２に示すように、各電極面６５には配線６２が接続され、電極に電圧を印加できるよう構成されている。
【００５５】
６３は内部中空多角状体であって、各外側面に導電性薄層が形成されて非導電性中空多角状容器６１内側面に配設されている電極面と相俟ってコンデンサＣ７、Ｃ８、-----、Ｃ１２を構成する。一方、内部中空多角状体６３の各内側面には、非導電性中空多角状容器６１内面における６箇の電極面をスケールダウンした状態で電極が配設される。また、内部中空多角状体６３内には、非導電性中空多角状容器６１、内部中空多角状体６３と重心を共有する最内部多角体（図示せず）が、図１２に示す非導電性中空多角状容器６１および内部中空多角状体６３をスケールダウンした形で、軸によって内部中空多角状体６３内に保持される。そして、最内部多角体の各外側面には導電性物質層が形成され電極として機能する。而して、内部中空多角状体６３各内側面と最内部多角体の各外側面間には６箇のコンデンサＣ１、Ｃ２、-----、Ｃ６が構成される。内部中空多角状体６３内側面と最内部多角体の外側面間に形成される空間内に、この空間容積の５０％に相当する容積の液状誘電体が封入される。
【００５６】
一方、内部中空多角状体６３は、非導電性中空多角状容器６１各内側面における電極面間かつ内側コーナからダンパ６６を有する軸６４によって弾機的に支持されている。
【００５７】
次に、この実施例に係る姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の動作を説明する。非導電性中空多角状容器６１がＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向へ加速されると、内部中空多角状体６３はそれ自体の慣性モーメントを有しダンパ６６によって慣性を付与されているから、非導電性中空多角状容器６１の各軸方向における加速度に対応して各電極面と相対向する、内部中空多角状体６３各外側面に形成されている導電性薄層（電極面）ならびに液状誘電体とで構成されているコンデンサにおける静電容量に電極面間隔の変化に起因する変化を生起させる。この静電容量の変化を電圧の変化として検出すれば、非導電性中空多角状容器６１の各軸方向における加速度を測定することができる。加速度を時間について２階積分すれば、変位量が求まる。
【００５８】
図１７に、この実施例に係る姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の電気回路を示す。この実施例のデバイスによれば、非導電性中空多角状容器６１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜をコンデンサＣ１、Ｃ２、-----、Ｃ６によって電気信号として取出すことができる。一方、内部中空多角状体６３は非導電性中空多角状容器６１内側にダンパ６６を介して支持されているから、非導電性中空多角状容器６１が直線的に加速すると、ダンパ６６によって内部中空多角状体６３に慣性が付与され、非導電性中空多角状容器６１各内側面の電極と内部中空多角状体６３の各外側面に形成されている電極間の間隔が変化する。これは、コンデンサとして考えた場合、静電容量が変化することに他ならない。ここで、コンデンサの箇数は、内部中空多角状体６３内部にＣ１、Ｃ２、-----、Ｃ６の計６箇、非導電性中空多角状容器６１内側と内部中空多角状体６３外側間でＣ７、Ｃ８、-----、Ｃ１２の計６箇である。この１２箇のコンデンサで非導電性中空多角状容器６１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜角度と加速度を一度に測定することができる。各コンデンサを構成する電極間には電圧が印加されており、コンデンサＣ１、Ｃ２、-----、Ｃ６における静電容量の変化から非導電性中空多角状容器６１がどの軸においてどれだけ傾いているかを知ることができまた、コンデンサＣ７、Ｃ８、-----、Ｃ１２における電極間隔の変化からどの軸方向にどれだけ変位したのかを測定することができる。
【００５９】
このようにして、非導電性中空多角状容器６１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜角度と加速度（速度、変位量）を一度に測定することができる。而して、図１１に示す電気信号発生装置（デバイス）によれば、測定対象の３次元的な傾き（姿勢）を知ることができ、図１２に示す電気信号発生装置（デバイス）によれば、測定対象の３次元的な傾き（姿勢）と併せ非導電性中空多角状容器６１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への加速度（速度、変位量）を電気信号として一度に取出すことができる。
【００６０】
実施例９
図１８に、本発明の測定対象の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）からの情報を、Webサーバまたはコンピュータのメモリに記録する構成の一例を示す。図１８に示すように、本発明のデバイスを制御するコントロールユニット（以下、Web ＰＣと称する。）をポケットに入るようにデザインすることによって手軽に持ち運びでき、様々な場所・場面における姿勢（傾斜）および加速度（変位）を測定することができる。たとえば、大工や左官作業において、より正確な位置・姿勢計測が可能となり、その情報を共有管理することが可能となる。また、たとえば図１８に示すコンピュータ構成を図１９に示す携帯コンピュータとして用いると、電気信号発生装置（デバイス）を人体の各部位に取付け、位置・姿勢を測定することができる。さらに、利用者にＧＰＳ（Global Positioning System）を取付けると、利用者が何処でどのような動作を行っているのかを記録しまた、インターネットを介してデータを配信することもできる。このことは、従来、人体に取付け持ち運ぶことができなかったモーションキャプチャ装置を手軽に持ち運び、人体各部位の方向ベクトルが可能となったことを意味する。
【００６１】
また、Web ＰＣは独自にＩＰアドレスをもっているため、被検者側のWeb ＰＣをインターネットに接続することで、世界中の利用者ＰＣへ身体各部位の動作・姿勢を発信することができる。さらに、無線ＬＡＮを使っているため、ローカルなネットワーク環境で利用すれば、手軽に数人分の動作データを取得することが可能となる。
【００６２】
また、図１９に示す被検者側Web ＰＣは、ワンチップで構成されている点によって特徴づけられ、利用者ＰＣ側と無線、有線で通信を行い、通信が不可能である場合には、ＲＯＭに予め書かれたプログラム通りに、被検者側のWeb ＰＣ内部メモリに動作データを記録する。後日、このメモリからデータを抜き取ることによって利用者の１日の完全な行動記録を得ることができる。たとえば、スポーツ選手等に取付けることによって、スポーツ選手の競技中の動作を数値的に記録することができる。また、人体に限ることなく、たとえば医療インプラント上のポートを位置決めするための装置や建築物の傾斜角度の長期的な計測、自動車、鉄道、飛行機、船舶等の姿勢制御等多くの分野で利用することができる。
【００６３】
図１９に、図１８のWeb ＰＣを人体に取付けたときの概略を示す。図１９に示すように、人体の各部位に電気信号発生装置（デバイス）を取付ける。これにより、利用者がどの場所（ＧＰＳにより取得）でどのような動作を行っているかをインターネット上で知ることができる。インターネットを利用できない場合は、図１８に示すように、Web ＰＣにおける記録メモリによるデータの記録および優先によるデータの配信が可能な構成となっているから必ずしもインターネットは必要ではない。また、電気信号発生装置（デバイス）を取付けた測定対象が移動する場合にはＧＰＳが必要であるが、測定対象が建築物などのように移動しない場合は必要ない。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の測定対象の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）はきわめて簡潔、小型で、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜角度を電気信号として一度に取出すことができる。
【００６５】
請求項３および請求項４に記載の発明によれば、測定対象の３次元的な傾き（姿勢）と併せ測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への加速度（速度、変位量）を電気信号として一度に取出すことができる。
【００６６】
本発明の他の実施形態によれば、測定対象のＺ軸回りの変位量、速度、加速度を測定することができる。
【００６７】
本発明のさらに他の実施形態によれば、測定対象のＺ軸回りの変位量、速度、加速度を測定と併せ測定対象の３次元的な傾き（姿勢）を一度に電気信号として取出すことができる。
【００６８】
本発明の他の実施形態によれば、測定対象の線形変位に対応する電気信号を取出すことができる。
【００６９】
本発明の測定対象の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）はきわめて小型であっていわゆるウエアラブルコンピュータ用センサとして有用であり、人の身体各部位の運動記録や医療分野においてたとえば医療インプラント上のポートを位置決めするための装置等に用いることができる。また、自動車、鉄道、航空機、船舶等の姿勢制御等多くの分野で利用することができる。さらに、地殻変動の計測にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 測定対象のＺ軸回りの位置、速度、加速度を検出するための、位置変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図２】 測定対象のＸ軸方向或はＹ軸方向における傾斜（姿勢）を検出するための、姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図３】 姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）が傾斜したときの模様を示す模式図
【図４】 図１および図２に示す電気信号発生装置（デバイス）を１ユニットに集積した電気信号発生装置（デバイス）を示す模式図
【図５】 図４に示す電気信号発生装置（デバイス）の電気回路図
【図６】 測定対象の線形変位に対応する電気信号発生装置（デバイス）を示す模式図
【図７】 図６に示す電気信号発生装置（デバイス）の電気回路図
【図８】 本発明の測定対象の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）を構成要素とするWebサーバの構成の一例を示すブロック図
【図９】 測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜角度を電気信号として一度に取出す姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図１０】 測定対象の３次元的な傾き（姿勢）と併せ測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への加速度（速度、変位量）を測定する傾斜変化および加速度に対応する電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図１１】 測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への傾斜角度を電気信号として取出す姿勢変化に対応する電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図１２】 測定対象の３次元的な傾き（姿勢）と併せ測定対象のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の何れかまたは複合した方向への加速度（速度、変位量）を測定する傾斜変化および加速度を同時に測定できる電気信号発生装置（デバイス）の構成を示す模式図
【図１３】 静電容量の変化を電気信号として取出すための、回路の一例を示す電気回路図
【図１４】 図９に示す電気信号発生装置（デバイス）の電気回路図
【図１５】 図１１に示す電気信号発生装置（デバイス）の電気回路図
【図１６】 図１０に示す電気信号発生装置（デバイス）の電気回路図
【図１７】 図１２に示す電気信号発生装置（デバイス）の電気回路図
【図１８】 本発明の電気信号発生装置（デバイス）で測定した測定対象の位置・姿勢変化に対応する３次元姿勢情報および３軸における加速度検出結果を構成要素としたWebサーバおよびコンピュータ（メモリに記録）の構成の一例を示すブロック図
【図１９】 図１８に示すWeb ＰＣを用いて人体の動作記録を行う実施形態を示すブロック図
【符号の説明】
１ 容器
１−２ 蓋
２ 電極
３ 円盤（ディスク）
４ 軸
５ 非導電性外周面領域
６ 導電性外周面領域
７ ダンパ（ばね）
１１ 容器
１２ 電極
１３ 液状誘電体
１４ 配線
１５ 静電容量計測装置
Ａ 液状誘電体を注入しない部分
２１ 容器
２２ 電極
２３ ダンパ（ばね）
２４ 可動子
２５ シャフト
ｇ 間隔
３１ 非導電性中空球状容器
３２ 配線
３３ 内部球体
３４ 軸
３５ 導電性領域（電極）
４１ 非導電性中空球状容器
４２ 配線
４３ 内部中空球体
４４ 軸
４５ 導電性領域（電極）
４６ ダンパ
５１ 非導電性中空多角状容器
５２ 配線
５３ 内部多角状体
５４ 軸
５５ 導電性領域（電極）
６１ 非導電性中空多角状容器
６２ 配線
６３ 内部中空多角状体
６４ 軸
６５ 導電性領域（電極）
６６ ダンパ

Claims (5)

1. 非導電性中空球状容器（３１）と、該非導電性中空球状容器（３１）の各半球を少なくとも４等分した区画にそれぞれ電極面が形成されて球体内周面全体で少なくとも８箇の電極面が形成され、一方、前記非導電性中空球状容器（３１）とその中心点を共有するとともにその内周面と間隔を置いて相対向する如く、その外周面全域を導電性材料で被覆して電極面とした内部球体（３３）が前記非導電性中空球状容器（３１）内に支持・固設されさらに、前記非導電性中空球状容器（３１）内周面と内部球体（３３）外周電極面とによって形成される空間内に該空間容積未満の液状誘電体が封入されまた、前記非導電性中空球状容器（３１）内周面に形成された少なくとも８箇の電極面（３５）および内部球体（３３）、外周電極面各々に配線（３２）を接続してなる姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
2. 四面以上の面をもつ多角状の非導電性中空容器（５１）と、該非導電性中空多角状容器（５１）の内側各面に各等しい形状、面積をもつ導電性領域を形成して電極面（５５）とするとともに、前記非導電性中空多角状容器（５１）とその重心を共有するとともにその内側各面に間隔を置いて相対向する、各外面全域を電極面とした、前記非導電性中空多角状容器（５１）と相似形の内部多角状体（５３）を、前記非導電性中空多角状容器（５１）の各内側コーナと内部多角状体（５３）外側コーナ間で支持・固設しさらに、前記非導電性中空多角状容器（５１）内側面と内部多角状体（５３）外側面間とによって形成される空間内に、該空間容積未満の液状誘電体を封入しまた、前記非導電性中空多角状容器（５１）各内側電極面（５５）および内部多角状体（５３）外側面（電極面）各々に配線（５２）を接続してなる姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
3. 非導電性中空球状容器（４１）と、該非導電性中空球状容器（４１）の各半球を少なくとも４等分した区画にそれぞれ電極面が形成されて球体内周面全体で少なくとも８箇の電極面が形成され、一方、前記非導電性中空球状容器（４１）とその中心点を共有するとともにその内周面と間隔を置いて相対向する如く、その外周面全域を導電性材料で被覆して電極面とした内部中空球体（４３）が前記非導電性中空球状容器（４１）内周面における電極面間かつ非導電性中空球状容器（４１）の大円および子午線において弾機的に支持されるとともに、前記内部中空球体（４３）の各半球を少なくとも４等分した区画にそれぞれ電極面が形成されて球体内周面全体で少なくとも８箇の電極面が形成されさらに、前記内部中空球体（４３）とその中心点を共有するとともにその内周面と間隔を置いて相対向する如く、その外周面全域を導電性材料で被覆して電極面とした最内部球体が前記内部中空球体（４３）内に支持・固設されさらに、前記非導電性中空球状容器（４１）内周面と内部中空球体（４３）外周電極面間ならびに内部中空球体（４３）内周面と最内部球体外周面によって形成される各空間内に各空間容積未満の液状誘電体が封入されまた、前記非導電性中空球状容器（４１）内周面に形成された少なくとも８箇の電極面（４５）、内部中空球体（４３）、外周面電極、内部中空球体（４３）内周面に形成された少なくとも８箇の電極面、および最内部球体外周面電極各々に配線（４２）が接続され、前記非導電性中空球状容器（４１）へ加えられるＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向何れか又はこれらが複合された方向への加速度によって生起する前記非導電性中空球状容器（４１）内周面と内部中空球体（４３）外周面間の近接・離隔によって変化する静電容量ならびに、内部中空球体（４３）内周面に配設された電極面と最内部球体外周面電極間における静電容量の、前記非導電性中空球状容器（４１）の姿勢（傾き）変化に対応する変化を検出することによって、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向の何れか又はこれらが複合された方向の加速度およびＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向の何れか又はこれらが複合された方向における姿勢（傾き）変化を併せ測定するよう構成してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
4. 四面以上の面をもつ非導電性中空多角状容器（６１）と、該非導電性中空多角状容器（６１）内側各面に各等しい形状、面積をもつ導電性領域を形成して電極面（６５）とするとともに、前記非導電性中空多角状容器（６１）とその重心を共有するとともにその内周面と間隔を置いて相対向する如く、その外周面全域を導電性材料で被覆して電極面とした、前記非導電性中空多角状容器（６１）と相似形の内部中空多角状体（６３）を前記非導電性中空多角状容器（６１）の各内側コーナと前記内部中空多角状体（６３）各外側コーナ間とで弾機的に支持し、一方、前記内部中空多角状体（６３）内側各面に各等しい形状、面積をもつ導電性領域を形成して各独立した電極面とするとともに前記内部中空多角状体（６３）とその重心を共有するとともにその内周面と間隔を置いて相対向する如く、その外周面全域を導電性材料で被覆して電極面とした最内部多角体を前記内部中空多角状体（６３）内に支持・固設しさらに、前記非導電性中空多角状容器（６１）内側面と内部中空多角状体（６３）外周電極面間ならびに内部中空多角状体（６３）内側面と最内部多角体外側面によって形成される各空間内に各空間容積未満の液状誘電体を封入しまた、前記非導電性中空多角状容器（６１）各内側面に形成された面電極（６５）、内部中空多角状体（６３）外側面電極、内部中空多角状体（６３）各内周面に形成された面電極、および最内部多角体外側面電極各々に配線（６２）を接続し、前記非導電性中空多角状容器（６１）へ加えられるＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向何れか又はこれらが複合された方向への加速度によって生起する前記非導電性中空多角状容器（６１）内側面と内部中空多角状体（６３）外側面間の近接・離隔によって変化する静電容量ならびに、内部中空多角状体（６３）内側面に配設された電極面と最内部多角体外側面電極間における静電容量の、前記非導電性中空多角状容器（６１）の姿勢（傾き）変化に対応する変化を検出することによって、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向の何れか又はこれらが複合された方向の加速度およびＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向の何れか又はこれらが複合された方向における姿勢（傾き）変化を併せ測定するよう構成してなる位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。
5. 非導電性中空容器内側電極面と内部球体外側電極面或は多角状体外側電極間または内部中空球体或は内部中空多角状体内側電極面と最内部球体或は多角状体外側電極面間における空間の容積未満の液状誘電体が封入された電極間に電圧が印加される少なくとも一対の電極間での前記液状誘電体との接触面の差異に起因する発現静電容量の差異に対応する電圧を出力する電気信号発生手段が、高周波電圧を印加され、高周波電圧発振器が発生する搬送波に非導電性中空容器の傾斜角に対応する周波数変調を生起せしめ、この信号をＦＭ復調するものである請求項１乃至請求項４何れかに記載の位置・姿勢変化に対応する電気信号発生装置。

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