WO2025258340A1 - 操作装置およびその制御方法、制御プログラム - Google Patents

Abstract

操作装置（１０）は、本体部（１０ａ）と、検出部（１１）と、出力部（１７）と、を備えている。検出部（１１）は、本体部（１０ａ）における使用者の皮膚が接触する位置に配置された電極（１１ａ，１１ｂ）を有し、電極（１１ａ，１１ｂ）に触れた皮膚から筋電信号を検出する。出力部（１７）は、検出部（１１）において検出された筋電信号に基づいて出力を行う。

Description

操作装置およびその制御方法、制御プログラム

　本発明は、ＰＣ（Personal Computer）やゲーム機器等の操作を行うマウス、キーボード等の操作装置およびその制御方法、制御プログラムに関する。

　近年、ＰＣやゲーム機器等の各種装置に対して操作入力を行うマウスやキーボード等の操作装置が用いられている。
　例えば、特許文献１には、マウス本体を移動させることによりコンピュータ画面上に表示されるカーソルを任意の方向に移動させ、カーソルを任意の位置に合わせた状態でクリックスイッチを指で操作することにより、コンピュータ制御用のクリック信号を出力させるとともに、クリックスイッチを、操作指で触れる操作用タッチ電極と、これに指が触れたときに生ずる電磁気的信号変化を検知してクリック信号を出力させるスイッチ回路とを備えたタッチスイッチで形成したコンピュータ用マウスについて開示されている。

特開２００６－１２６９３４号公報

　しかしながら、上記従来のコンピュータ用マウスでは、以下に示すような問題点を有している。
　ここで、近年のマウス等の操作装置は、職場や家庭に設置されたＰＣ等を操作する操作装置としての用途だけでなく、e-Sports等のゲームを操作する操作装置としても使用されており、より高速な応答速度が求められている。

　このため、上記公報に開示されたコンピュータ用マウスでは、操作用タッチ電極に指が触れたときに生ずる電磁気的信号変化を検知してクリック信号を出力させる構成であるため、人間が認識してから指が動き出すまでのタイムラグが生じてしまう。
　このため、近年の操作装置に求められている高速な応答速度を十分に得ることができなかった。

　本発明の課題は、従来よりも高速な応答速度を得ることが可能な操作装置およびその制御方法、制御プログラムを提供することにある。

（課題を解決するための手段）
　第１の発明に係る操作装置は、各種装置の操作を行う操作装置であって、本体部と、検出部と、出力部と、を備えている。検出部は、本体部における使用者の皮膚が接触する位置に配置された電極部を有し、電極部に触れた皮膚から筋電信号を検出する。出力部は、検出部において検出された筋電信号に基づいて出力を行う。
　ここでは、操作装置を操作する手指等による操作入力よりも先に検出される筋電信号を用いて、例えば，ＯＮ／ＯＦＦ等の出力制御を行う。

　ここで、操作装置としては、例えば、ゲーム用のコントローラ、マウス、キーボード等が含まれる。
　また、筋電信号は、手指や腕、脚等の筋肉を動かすために脳から神経に向けて発せられる電気信号であって、筋肉が動くより前に、例えば、皮膚の表面に接触するように設けられた電極（センサ）によって検出される。
　なお、筋電信号とは、例えば、筋に力を発揮させていない状態、あるいは動きがない状態から、筋肉を動かそうとする指令が脳から発せられた際に生じる変化として検出される電気信号である。
　従来の物理スイッチや静電容量方式のセンサスイッチでは、手指が操作スイッチ等に触れたことを検出してから出力を行うため、人間が認識してから手指が動き出すまでのタイムラグを埋めることが困難であった。

　そこで、本操作装置では、物理スイッチ等を操作した手指の動きより前に検出される筋電信号を用いて出力を行う。
　これにより、従来の物理スイッチや静電容量スイッチ等による入力と比較して、物理スイッチ等を手指で操作した際に出力される操作信号よりも先に検出される筋電信号を用いて出力を行うことで、従来よりも高速な応答速度を得ることができる。

　第２の発明に係る操作装置は、第１の発明に係る操作装置であって、電極部から入力された信号からＤＣ（直流）成分を除去する第１フィルタ部を、さらに備えている。
　これにより、電極部において検出され入力された信号から第１フィルタ部を用いて最上流側においてＤＣ成分を除去することで、後段の増幅率を上げることができるため、検出精度を上げることができる。

　第３の発明に係る操作装置は、第１または第２の発明に係る操作装置であって、電極部に含まれる複数の電極において検出される電圧の差分を増幅する差分増幅部を、さらに備えている。
　これにより、例えば、手指の筋に沿って配置された複数の電極において検出される電圧の差分を増幅することで、筋電信号を検出することができる。

　第４の発明に係る操作装置は、第３の発明に係る操作装置であって、差分増幅部において増幅された信号をＤＣ信号に変換する信号処理部を、さらに備えている。
　これにより、筋電信号は、筋肉を働かせている間パルス状の信号が絶えず発せられるため、ＡＣ（交流）信号の様に振る舞うため、信号処理部によってＤＣ信号に変化することができる。

　第５の発明に係る操作装置は、第４の発明に係る操作装置であって、ＤＣ信号からノイズを除去する第２フィルタ部を、さらに備えている。
　これにより、筋電信号に含まれるノイズを除去することで、筋電信号を高精度に検出することができる。

　第６の発明に係る操作装置は、第５の発明に係る操作装置であって、第２フィルタ部から出力された信号を増幅する信号増幅部を、さらに備えている。
　これにより、ＤＣ信号に変換されノイズが除去された信号を、信号増幅部によって増幅することができる。

　第７の発明に係る操作装置は、第３の発明に係る操作装置であって、差分増幅部における増幅率は、飽和電圧範囲の上限よりも低い値になるように設定される。
　これにより、周囲環境が変化した際や、電極と皮膚との接触状態が変化してより大きな信号が入力された際に、出力信号が飽和しないようにすることができる。

　第８の発明に係る操作装置は、第１または第２の発明に係る操作装置であって、出力部は、筋電信号と所定の閾値とを比較して出力を行う。
　これにより、例えば、検出された筋電信号が所定の閾値よりも大きい場合にはＯＮ信号、小さい場合にはＯＦＦ信号を、それぞれ出力することができる。

　第９の発明に係る操作装置は、第１または第２の発明に係る操作装置であって、電極部は、使用者によって使用される際の使用者の手の筋に沿って配置されている。
　これにより、使用者の脳から筋肉へ伝達される電気信号を、手の筋に沿って配置された電極部によって効果的に検出することができる。

　第１０の発明に係る操作装置は、第１または第２の発明に係る操作装置であって、電極部は、使用者の手の筋に沿って配置された２つの電極と、参照極とを含む。
　これにより、使用者の手指の皮膚に触れる２つの電極と参照極とを用いて、効果的に筋電信号を検出することができる。

　第１１の発明に係る操作装置は、第１または第２の発明に係る操作装置であって、出力部は、検出部において検出された筋電信号に基づいて、ＯＮ／ＯＦＦの出力を行う。
　これにより、従来よりも高速でのＯＮ／ＯＦＦ出力が可能な操作装置を提供することができる。

　第１２の発明に係る操作装置は、第１または第２の発明に係る操作装置であって、一定時間、操作されて電極部において検出された筋電信号を用いて、筋電信号の増幅率を調整するキャリブレーションが実施される。
　これにより、検出された筋電信号の値に大小差が生じやすいことを考慮して、一定時間操作されて検出された筋電信号の大きさがほぼ一定になるようにキャリブレーションを実行することで、操作する使用者の個人差による検出精度のバラつきを抑制することができる。

　第１３の発明に係る操作装置は、第１２の発明に係る操作装置であって、キャリブレーションは、電源投入時または任意のタイミングで実施される。
　これにより、電源投入時等の所定のタイミングでキャリブレーションを実行することで、個人によって強弱に差がある筋電信号をほぼ一定の値で検出することができる。

　第１４の発明に係る操作装置は、第１２の発明に係る操作装置であって、電極部において検出された筋電信号の増幅率は、キャリブレーションの結果、得られた信号の大きさに応じて設定される。
　これにより、個人差によって検出される筋電信号の値が小さい場合には大きな増幅率を設定することで、個人差に起因する筋電信号の大きさのバラつきを抑制することができる。

　第１５の発明に係る操作装置は、第１２の発明に係る操作装置であって、キャリブレーションの結果、得られた信号に含まれるノイズの大きさに応じて、筋電信号と比較するための所定の閾値が設定される。
　これにより、キャリブレーションの際に、ノイズレベルを判定して適切な閾値を設定することで、誤動作が発生しないように出力制御することができる。

　第１６の発明に係る操作装置は、第１または第２の発明に係る操作装置であって、使用者の手指によって操作される物理スイッチを、さらに備えている。
　これにより、筋電信号の検出結果に基づく出力と、手指で操作される物理スイッチとを組み合わせることで、筋電信号を適切に検出できなかった場合でも、物理スイッチによって操作入力を検出して出力を行うことができる。

　第１７の発明に係る操作装置は、第１または第２の発明に係る操作装置であって、使用者の手指を検出する接触検知センサを、さらに備えている。
　これにより、筋電信号の検出結果に基づく出力と、手指で操作される接触検知センサ（例えば、静電容量センサまたは圧力センサ）とを組み合わせることで、筋電信号を適切に検出できなかった場合でも、接触検知センサによって操作入力を検出して出力を行うことができる。

　第１８の発明に係る操作装置は、第１または第２の発明に係る操作装置であって、電極部は、曲面形状を有している。
　これにより、操作装置を把持した使用者の手指の形に沿う曲面形状を有する電極部において、効率よく筋電信号を検出することができる。

　第１９の発明に係る操作装置の制御方法は、各種装置の操作を行う操作装置の制御方法であって、検出ステップと、制御ステップと、を備えている。検出ステップでは、操作装置の本体部における使用者の皮膚が接触する位置に配置された電極部に触れた皮膚から筋電信号を検出する。制御ステップでは、検出ステップにおいて検出された筋電信号に基づいて出力を行う。
　ここでは、操作装置を操作する手指等による操作入力よりも先に検出される筋電信号を用いて、例えば，ＯＮ／ＯＦＦ等の出力制御を行う。

　ここで、操作装置としては、例えば、ゲーム用のコントローラ、マウス、キーボード等が含まれる。
　また、筋電信号は、手指や腕、脚等の筋肉を動かすために脳から神経に向けて発せられる電気信号であって、筋肉が動くより前に、例えば、皮膚の表面に接触するように設けられた電極（センサ）によって検出される。
　なお、筋電信号とは、例えば、筋に力を発揮させていない状態、あるいは動きがない状態から、筋肉を動かそうとする指令が脳から発せられた際に生じる変化として検出される電気信号である。

　従来の物理スイッチや静電容量方式のセンサスイッチでは、手指が操作スイッチ等に触れたことを検出してから出力を行うため、人間が認識してから手指が動き出すまでのタイムラグを埋めることが困難であった。
　そこで、本操作装置では、物理スイッチ等を操作した手指の動きより前に検出される筋電信号を用いて出力制御を行う。
　これにより、従来の物理スイッチや静電容量スイッチ等による入力と比較して、物理スイッチ等を手指で操作した際に出力される操作信号よりも先に検出される筋電信号を用いて出力を行うことで、従来よりも高速な応答速度を得ることができる。

　第２０の発明に係る操作装置の制御プログラムは、各種装置の操作を行う操作装置の制御プログラムであって、検出ステップと、制御ステップと、を備えている操作装置の制御方法をコンピュータに実行させる。検出ステップでは、操作装置の本体部における使用者の皮膚が接触する位置に配置された電極部に触れた皮膚から筋電信号を検出する。制御ステップでは、検出ステップにおいて検出された筋電信号に基づいて出力を行う。

　ここでは、操作装置を操作する手指等による操作入力よりも先に検出される筋電信号を用いて、例えば，ＯＮ／ＯＦＦ等の出力制御を行う。
　ここで、操作装置としては、例えば、ゲーム用のコントローラ、マウス、キーボード等が含まれる。
　また、筋電信号は、手指や腕、脚等の筋肉を動かすために脳から神経に向けて発せられる電気信号であって、筋肉が動くより前に、例えば、皮膚の表面に接触するように設けられた電極（センサ）によって検出される。

　なお、筋電信号とは、例えば、筋に力を発揮させていない状態、あるいは動きがない状態から、筋肉を動かそうとする指令が脳から発せられた際に生じる変化として検出される電気信号である。
　従来の物理スイッチや静電容量方式のセンサスイッチでは、手指が操作スイッチ等に触れたことを検出してから出力を行うため、人間が認識してから手指が動き出すまでのタイムラグを埋めることが困難であった。
　そこで、本操作装置では、物理スイッチ等を操作した手指の動きより前に検出される筋電信号を用いて出力制御を行う。
　これにより、従来の物理スイッチや静電容量スイッチ等による入力と比較して、物理スイッチ等を手指で操作した際に出力される操作信号よりも先に検出される筋電信号を用いて出力を行うことで、従来よりも高速な応答速度を得ることができる。

（発明の効果）
　本発明に係る操作装置によれば、従来よりも高速な応答速度を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る操作装置の構成を示す外観図。 図１の操作装置を使用者が使用している状態を示す図。 図１の操作装置の回路構成を示す回路図。 （ａ）は、図１の操作装置の電源投入時等に実施されるキャリブレーション（検出される筋電信号が大きい人）の内容について説明する図。（ｂ）は、同じくキャリブレーション（検出される筋電信号が小さい人）の内容について説明する図。 図３の操作装置に含まれる差分増幅部に設定される増幅率と飽和電圧範囲との関係について説明する図。 図１の操作装置の制御方法の処理の流れを示すフローチャート。

　本発明の一実施形態に係る操作装置１０およびその制御方法について、図１～図６を用いて説明すれば以下の通りである。
　なお、本実施形態では、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

　また、出願人は、当業者が本発明を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
　本実施形態に係る操作装置１０は、ＰＣ（Personal Computer）やゲーム装置等の操作を行うマウスであって、図１に示すように、本体部１０ａと、スイッチ（物理スイッチ）１０ｂ，１０ｃと、電極（電極部）１１ａ，１１ｂと、参照極（電極部）１１ｃと、を備えている。

　なお、以下の説明では、図１の上方向を操作装置１０の前、図１の左右方向を操作装置１０の側方、図１の下方向を操作装置１０の後ろと示す。
　本体部１０ａは、略楕円形状を有する筐体であって、その外周面には、スイッチ１０ｂ，１０ｃと、電極１１ａ，１１ｂと、参照極１１ｃと、が配置されている。
　スイッチ（物理スイッチ）１０ｂ，１０ｃは、本体部１０ａにおける前方に並んで配置されており、使用者の手指によって押圧操作される。

　スイッチ１０ｂは、例えば、図２に示すように、人差し指によって操作される。スイッチ１０ｃは、例えば、図２に示すように、中指によって操作される。
　なお、スイッチ１０ｂ，１０ｃに対する操作は、後述する電極１１ａ，１１ｂ，１ｃによって検出される筋電信号に基づく操作に加えて入力されてもよいし、筋電信号に基づく操作がオフの状態で入力される構成であってもよい。

　電極（電極部）１１ａ，１１ｂは、使用者の皮膚から電気信号（筋電信号）を読み取るための乾式電極であって、本体部１０ａの表面に露出した状態で操作装置１０の前後方向に沿って２組設けられている。電極１１ａ，１１ｂは、図２に示すように、使用者の手指の皮膚が接触した状態で使用される。
　本体部１０ａの左寄りの位置に配置された電極１１ａ，１１ｂは、図２に示すように、人差し指Ｆ１を動かす筋に沿って配置されている。本体部１０ａの右寄りの位置に配置された電極１１ａ，１１ｂは、図２に示すように、中指Ｆ２を動かす筋に沿って配置されている。

　電極１１ａ，１１ｂは、人差し指Ｆ１および／または中指Ｆ２を動かそうとする脳からの指令を電気信号（筋電信号）として検出する。
　参照極（電極部）１１ｃは、本体部１０ａにおける後部に配置されており、本体部１０ａにおける左寄りの位置、右寄りの位置にそれぞれ配置された電極１１ａ，１１ｂにおいて検出される筋電信号の基準電圧を検出する。

　なお、例えば、人差し指Ｆ１の筋と中指Ｆ２の筋とのそれぞれに沿って配置された電極１１ａ，１１ｂを接続した識別回路を構成して、複数の手指に対応する電極１１ａ，１１ｂにおける検出結果に応じて、操作入力した手指を識別する構成であってもよい。
　この場合、どちらか一方の手指に対応する電極１１ａ，１１ｂにおいて筋電信号を検出した場合には、検出した方の手指の動作と判定し、両方の電極１１ａ，１１ｂにおいて筋電信号が検出された場合には、手全体に力を入れた等の所望外の動作であると判定することができる。

　ここで、電極１１ａ，１１ｂのサイズは、使用者の手指を動かす筋に跨るように配置されていることが好ましい。例えば、図２に示すように、操作装置１０を操作する人差し指Ｆ１および／または中指Ｆ２を動かす筋に沿って配置されていることが好ましい。
　これにより、検出される筋電信号が微弱である場合でも、複数の筋に跨るように配置された電極１１ａ，１１ｂを用いることで、筋電信号の検出精度を向上させることができる。

　また、電極１１ａ，１１ｂの形状は、曲面形状であって所定値以上の厚みを有していることが好ましい。これにより、操作装置１０の使用者の手指の筋に沿って、皮膚の表面に電極１１ａ，１１ｂを食い込ませて筋電信号を検出しやすくすることができる。
　なお、本実施形態の操作装置１０では、手指（人差し指Ｆ１、中指Ｆ２）ごとに配置され筋電信号を検出する電極部は、電極１１ａ，１１ｂおよび参照極１１ｃの３点で構成されているが、電極の数は４点以上であってもよいし、参照電極を除く２点であってもよい。

　また、電極部（電極１１ａ，１１ｂおよび参照極１１ｃ）の材質は、塩による腐食を防ぐために銀－塩化銀によって形成されている。ただし、電極部の材質は、アルミニウム等の接触抵抗が低い金属であってもよい。あるいは、電極部は、樹脂等の金属以外の材質の表面にメッキが施された構成であってもよい。
　また、本実施形態の操作装置１０は、図３に示すように、検出部１１と、ハイパスフィルタ（ノイズ処理部、第１フィルタ部）１２と、差分増幅部１３と、信号処理部１４と、フィルタ部（ノイズ処理部）１５と、信号増幅部１６と、出力部１７と、を備えている。

　検出部１１は、上述した本体部１０ａにおける使用者の皮膚が接触する位置に配置された電極部（電極１１ａ，１１ｂおよび参照極１１ｃ）を含んでおり、電極部に触れた皮膚から筋電信号を検出する。
　なお、参照極（電極部）１１ｃは、図３に示すように、ＧＮＤ（グランド）に接続されている。このため、参照極１１ｃにおいて検出される手指の皮膚の電位を基準にして、電極１１ａ，１１ｂにおいて筋電信号が検出される。

　ハイパスフィルタ（ノイズ処理部、第１フィルタ部）１２は、図３に示すように、検出部１１の直下流側に配置されており、電極部（電極１１ａ，１１ｂおよび参照極１１ｃ）から入力された信号からＤＣ（直流）成分を除去する。
　ここで、筋電信号等の生体信号は、数ｍＶオーダーの微弱な電圧値として検出されるため増幅処理される。このとき、少しでもオフセット成分が含まれていると、増幅処理した際に上下限に張り付いてしまって信号を検出できなくなるおそれがある。

　このため、ハイパスフィルタ１２によって、最上流側においてＤＣ成分を除去することで、後段にて増幅処理した際に適切に筋電信号を検出することができる。
　なお、ハイパスフィルタ１２は、電極１１ａ，１１ｂのそれぞれに対応して適応される。
　差分増幅部１３は、検出部１１の複数の電極１１ａ，１１ｂにおいて検出される電圧の差分を増幅する。差分増幅部１３は、例えば、５００～１０００の範囲内で設定される増幅率で増幅処理を行う。

　信号処理部１４は、差分増幅部１３において増幅された信号をＤＣ信号に変換する。より詳細には、信号処理部１４は、図３に示すように、全波整流部１４ａと、ピーク保持部１４ｂとを有している。
　全波整流部１４ａは、差分増幅部１３において増幅処理された信号について、正の信号に変換する。

　ピーク保持部１４ｂは、全波整流部１４ａにおいて変換された正の信号をＤＣ信号へ変換する。
　これにより、筋電信号が筋肉を働かせている間はパルス状の信号として検出されるためＡＣ（交流）信号のように振る舞うことから、全波整流部１４ａにおいて正の信号へ変換した後でＤＣ信号へ変換することで、筋電信号をＤＣ化することができる。

　フィルタ部（ノイズ処理部）１５は、ＤＣ化された信号からＡＣノイズ（ハムノイズ）を除去するために、ハイパスフィルタ１２に続いて、再度、ノイズ処理を行う。より詳細には、フィルタ部１５は、図３に示すように、ハイパスフィルタ１５ａと、オフセット補正部１５ｂとを有している。
　ハイパスフィルタ（ノイズ処理部、第２フィルタ部）１５ａは、信号処理部１４においてＤＣ化された信号について、ＡＣノイズ（ハムノイズ）を除去するために設けられている。これにより、定常的にほぼ一定電圧で印加され続けるノイズを除去することができる。

　オフセット補正部１５ｂは、ＡＣノイズが除去された信号についてオフセット補正を行う。
　信号増幅部１６は、フィルタ部１５から出力された信号を、再度、例えば、１０～１００の範囲内で設定される増幅率によって増幅処理する。
　出力部１７は、検出部１１において検出された筋電信号に基づいて出力を行う。より詳細には、出力部１７は、図３に示すように、比較回路１７ａを有している。

　比較回路１７ａは、予め設定された所定の閾値と、信号増幅部１６において増幅処理された筋電信号とを比較し、その比較結果に基づいてＯＮ／ＯＦＦ信号の出力を行う。すなわち、比較回路１７ａは、筋電信号が、所定の閾値より大きい場合には、ＯＮ信号を出力し、閾値より小さい場合には、ＯＦＦ信号を出力する。

　＜筋電信号からのノイズ除去処理＞
　ここで、筋電信号を検出する際の課題として、ＡＣノイズの重畳がある。
　電極１１ａ，１１ｂの直下の電圧をモニタリングすると、例えば、数１０ｍＶのＡＣノイズを検出してしまう場合がある。
　微弱な電圧として検出される筋電信号は、このＡＣノイズに重畳する形で検出されるため、ノイズ成分が大きい場合には、筋電信号の検出精度が低下してしまうおそれがある。
　このため、一般的には、例えば、ノッチフィルタを用いてＡＣノイズ（ハムノイズ）の帯域である６０Ｈｚもしくは５０Ｈｚを除去する方法が用いられる。

　しかし、乾式の電極を用いた検出では、筋電信号が異常に小さい状況、もしくは、重畳するノイズが大きい状況では、ノッチフィルタの若干の影響を受けるだけでも信号が消滅してしまうおそれがある。
　すなわち、筋電信号の最も信号が大きくなる周波数帯が６０Ｈｚ付近であるため、ＡＣノイズ（ハムノイズ）を除去しようとすると、どうしても筋電信号の検出に影響が出てしまう。

　本実施形態の操作装置１０では、上述したように、検出された筋電信号をＤＣ信号化することで、一定電圧で６０Ｈｚ（５０Ｈｚ）を出し続けるＡＣノイズ（ハムノイズ）はＤＣ信号のように見えるため、後段にハイパスフィルタ１５ａを配置してノイズ処理を行うことで除去することができる。
　一方、筋電信号は、複数周波数帯の信号が不規則（のように見える）に発生するため、フィルタによって除去されることはない。

　＜キャリブレーション＞
　本実施形態の操作装置１０では、使用者の個人差または検出時の皮膚の状態（乾燥ｏｒ湿潤）、接触状態によって検出される信号強度が変化する筋電信号の性質を考慮して、例えば、電源投入時あるいは所定時間経過ごとに、キャリブレーションを実施する。
　すなわち、本実施形態の操作装置１０では、図４（ａ）に示す筋電信号が比較的強い強度で検出される使用者と、図４（ｂ）に示す筋電信号が比較的弱い強度で検出される使用者とでほぼ同等の出力となるように、増幅率（１００倍ｏｒ１０００倍）を設定する。

　具体的には、上述した信号増幅部１６の後段の電位を、モニタリングし、電源投入時（もしくは任意のタイミング）に、キャリブレーションを行う。
　キャリブレーションは、使用者に一定時間、全力で力を入れてもらい、その際に検出された使用者の信号強度の強弱を検出する。
　また、使用者が通常のスイッチを押下する動作を行って、通常動作で検出される筋電信号の強弱のデータを取得してもよい。

　これにより、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、検出された筋電信号の強弱に応じてほぼ同等の大きさの信号になるように、信号増幅部１６の増幅率、および差分増幅部１３の増幅率をそれぞれ適切な値に決定することができる。
　なお、キャリブレーション実施時には、ノイズレベルが検出されて、最終段の比較回路１７ａの閾値が誤動作が発生しない値に設定される。

　これにより、操作装置１０の誤動作が発生しないように出力制御することができる。
　さらに、上述した検出された筋電信号の増幅処理は、差分増幅部１３と信号増幅部１６のそれぞれの倍率の掛け合わせによって決定される。
　例えば、キャリブレーションを実施し、使用者の個々の信号の強弱のデータを取得した後、差分増幅部１３の出力電圧をモニタリングし、図５に示すように、飽和電圧の約１／２になるように、差分増幅部１３の増幅率を決定する。

　これにより、周囲環境が変化した場合や、電極１１ａ，１１ｂと皮膚との接触状態が変化してより大きな信号が入力された場合でも、出力信号が飽和してしまうことを防止することができる。
　その後、信号増幅部１６の後段の信号を確認し、通常入力時の信号がアンプの電源電圧の１／２程度になるように、信号増幅部１６のアンプの増幅率を調整すればよい。
　なお、最終段の比較回路１７ａに設定される閾値は、ノイズレベル等を考慮して決定される。

　＜操作装置１０の制御方法＞
　本実施形態の操作装置１０では、図６に示すフローチャートに従って、出力制御を行う。
　すなわち、ステップＳ１１において、検出部１１（電極１１ａ，１１ｂ）が筋電信号を検出すると、ステップＳ１２では、ハイパスフィルタ１２が、検出された信号からＤＣ成分を除去する処理を行う。

　次に、ステップＳ１３では、差分増幅部１３が、電極１１ａ，１１ｂにおいて検出された信号の差分を増幅する。
　次に、ステップＳ１４では、信号処理部１４が、ステップＳ１３において増幅された信号をＤＣ信号へ変換する。

　次に、ステップＳ１５では、フィルタ部１５が、ステップＳ１４においてＤＣ信号へ変換された信号からノイズを除去する。
　次に、ステップＳ１６では、信号増幅部１６が、ステップＳ１５においてノイズが除去された信号を増幅処理する。
　次に、ステップＳ１７では、出力部１７が、ステップＳ１６において増幅処理された信号と、所定の閾値とを比較した結果に応じて、ＯＮ信号またはＯＦＦ信号を出力する。

　＜主要な特徴＞
　本実施形態の操作装置１０は、各種装置の操作を行う装置であって、図３に示すように、本体部１０ａ（図２等参照）と、検出部１１と、出力部１７と、を備えている。検出部１１は、本体部１０ａにおける使用者の皮膚が接触する位置に配置された電極１１ａ，１１ｂおよび参照極１１ｃを有し、電極１１ａ，１１ｂに触れた皮膚から筋電信号を検出する。出力部１７は、検出部１１において検出された筋電信号に基づいて出力を行う。
　これにより、従来の物理スイッチや静電容量スイッチ等による入力と比較して、物理スイッチ等を手指で操作した際に出力される操作信号よりも先に検出される筋電信号を用いて出力を行うことで、従来よりも高速な応答速度を得ることができる。

　［他の実施形態］
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

　（Ａ）
　上記実施形態では、操作装置１０およびその制御方法として、本発明を実現した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、上述した操作装置１０の制御方法をコンピュータに実行させる制御プログラムとして本発明を実現してもよい。

　この制御プログラムは、操作装置に搭載されたメモリ（記憶部）に保存されており、ＣＰＵ（Central Processing Unit）がメモリに保存された制御プログラムを読み込んで、ハードウェアに各ステップを実行させる。より具体的には、ＣＰＵが制御プログラムを読み込んで、上述した各ステップを実行することで、上記と同様の効果を得ることができる。
　また、本発明は、操作装置の制御プログラムを保存した記録媒体として実現されてもよい。

　（Ｂ）
　上記実施形態では、電極１１ａ，１１ｂにおいて検出された微小な筋電信号を、２段階で増幅して使用する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、ノイズが少ない筋電信号を検出できる場合には、増幅処理は１段階であってもよい。
　あるいは、例えば、ノイズ処理等を効果的に行うために、３段階以上で増幅する構成であってもよい。

　（Ｃ）
　上記実施形態では、筋電信号が使用者ごとに差があること考慮して、使用開始時等にキャリブレーションを実行する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、電極部において検出される筋電信号の検出精度が向上すれば、キャリブレーションを実行することなく、使用を開始する操作装置であってもよい。

　（Ｄ）
　上記実施形態では、操作装置１０の本体部１０ａの表面において使用者の手指の筋に沿って配置された２つの電極１１ａ，１１ｂが２組と共通の単一の参照極１１ｃとによって、筋電信号を検出する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、２つの電極と参照極とを含む電極部が２組配置された構成であってもよい。
　また、操作装置の本体部の表面に配置される電極部は、２組ではなく、１組であってもよいし、３組以上であってもよい。

　（Ｅ）
　上記実施形態では、ＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する操作装置１０として、本発明を実現した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、出力される信号は、ＯＮ／ＯＦＦ信号に限らず、他の各種信号を出力する操作装置であってもよい。

　（Ｆ）
　上記実施形態では、検出部１１（電極１１ａ，１１ｂ）において検出された筋電信号に基づいて信号を出力する操作装置１０を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

　例えば、筋電信号を検出する電極部に加えて、押圧センサ等を含む物理スイッチを組み合わせて出力を行う操作装置であってもよい。
　これにより、もし、筋電信号の検出強度が弱く、任意に設定された検出閾値を超えなかった場合には、非検知となってしまうため、物理スイッチと筋電信号を検出する検出部１１とのＡＮＤ回路とすることで、最悪の場合でも、使用者が普段操作する速度では操作できるように制御することができる。

　なお、検出部１１の電極１１ａ，１１ｂにおいて検出された信号の処理は、図３に示す電気回路ではなく、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって行われてもよい。
　また、筋電信号を検出する検出部１１は、従来の物理スイッチの置き換え手段としてではなく、入力部を追加する手段として使用されてもよい。
　例えば、手指を大きく伸展させたときのみ筋電信号を有効とする構成とし、屈曲させた際には物理スイッチ、伸展させた際には筋電信号を検出して操作を行うことで、複数の入力手段を備えた操作装置とすることができる。
　さらに、比較回路１７ａに設定される閾値を複数設けることで、信号強度に応じた判別を行い、屈曲動作、伸展動作の判別等を行ってもよい。

　（Ｇ）
　上記実施形態では、検出部１１において検出された信号から、図３に示す電気回路を用いてノイズ成分を除去する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

　例えば、検出された信号に含まれるノイズ成分の除去は、ＣＰＵを用いて処理する構成であってもよい。
　具体的には、ＣＰＵが、信号のノイズ成分を除去するために周波数フィルタリングの処理を行ってもよい。
　また、操作装置の応答性を損なわない範囲で、検出された信号について、移動平均等の平滑化処理を行ってもよい。
　なお、ＣＰＵは、マイコン、プロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を意味するものとする。

　（Ｈ）
　上記実施形態では、キャリブレーションを実施し、使用者の個々の信号の強弱のデータを取得した後、差分増幅部１３の出力電圧をモニタリングし、飽和電圧の１／２になるように増幅率を決定する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、増幅率は、飽和電圧の約１／２に限定されるものではなく、飽和電圧よりも小さい値に設定されていればよい。

　（Ｉ）
　上記実施形態では、図２に示すように、人差し指Ｆ１と中指Ｆ２の筋に沿って配置された電極１１ａ，１１ｂを用いて、筋電信号を検出する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、各手指に対応する筋上にアレイ状に電極を配置して、それぞれにおいて検出された信号強度に応じて、手指の筋の屈曲／伸展などの動作を識別してもよい。

　（Ｊ）
　上記実施形態では、筋電信号を検出するための電極１１ａ，１１ｂを、手指の筋に沿って配置した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、筋電信号を検出する電極に対して並行な位置に、静電容量センサ用の電極を配置して、電極１１ａ，１１ｂに適切に触れているか否かを判定する構成であってもよい。

　この場合には、静電容量センサの電極のうち少なくとも１つの電極が非検知であることを検出した場合には、使用者の手指がしっかりと電極に触れられていないと判断して筋電信号の検出を行わないように制御すればよい。
　なお、この場合、電極は、筋電信号を検出するための電極を、静電容量センサ用の電極として共用してもよい。
　また、電極に触れているか否かの判定用のセンサは、静電容量センサ以外にも、圧力センサ等の他の接触検知センサを用いてもよい。

　（Ｋ）
　上記実施形態では、本発明が適用される操作装置１０として、ＰＣやゲーム装置等を操作するマウスを挙げた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、本発明が、ゲーム専用のコントローラ、ＰＣのタッチパッド等の操作部分等の操作装置に適用された構成であってもよい。

　（Ｌ）
　上記実施形態では、使用者の手指を動かす筋に沿って配置された電極１１ａ，１１ｂにおいて筋電信号を検出する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、筋電信号を検出する部位としては、手指以外にも、腕の筋肉、脚の筋肉、腹筋等の他の部位であってもよい。

　＜付記＞
　第１の発明に係る操作装置は、
　各種装置の操作を行う操作装置であって、
　本体部と、
　前記本体部における使用者の皮膚が接触する位置に配置された電極部を有し、前記電極部に触れた前記皮膚から筋電信号を検出する検出部と、
　前記検出部において検出された前記筋電信号に基づいて出力を行う出力部と、
を備えている。

　第２の発明に係る操作装置は、第１の発明に係る操作装置であって、
　前記電極部から入力された信号からＤＣ成分を除去する第１フィルタ部を、さらに備えている。
　第３の発明に係る操作装置は、第１または第２の発明に係る操作装置であって、
　前記電極部に含まれる複数の電極において検出される電圧の差分を増幅する差分増幅部を、さらに備えている。

　第４の発明に係る操作装置は、第３の発明に係る操作装置であって、
　前記差分増幅部において増幅された信号をＤＣ信号に変換する信号処理部を、さらに備えている。
　第５の発明に係る操作装置は、第４の発明に係る操作装置であって、
　前記ＤＣ信号からノイズを除去する第２フィルタ部を、さらに備えている。

　第６の発明に係る操作装置は、第５の発明に係る操作装置であって、
　前記第２フィルタ部から出力された信号を増幅する信号増幅部を、さらに備えている。
　第７の発明に係る操作装置は、第３の発明に係る操作装置であって、
　前記差分増幅部における増幅率は、飽和電圧範囲の上限よりも低い値になるように、設定される。

　第８の発明に係る操作装置は、第１から第７の発明のいずれか１つに係る操作装置であって、
　前記出力部は、前記筋電信号と所定の閾値とを比較して出力を行う。
　第９の発明に係る操作装置は、第１から第８の発明のいずれか１つに係る操作装置であって、
　前記電極部は、使用者によって使用される際の使用者の手の筋に沿って配置されている。

　第１０の発明に係る操作装置は、第１から第９の発明のいずれか１つに係る操作装置であって、
　前記電極部は、前記使用者の手の筋に沿って配置された２つの電極と、参照極とを含む。
　第１１の発明に係る操作装置は、第１から第１０の発明のいずれか１つに係る操作装置であって、
　前記出力部は、前記検出部において検出された前記筋電信号に基づいて、ＯＮ／ＯＦＦの出力を行う。

　第１２の発明に係る操作装置は、第１から第１１の発明のいずれか１つに係る操作装置であって、
　一定時間、操作されて前記電極部において検出された前記筋電信号を用いて、前記筋電信号の増幅率を調整するキャリブレーションが実施される。
　第１３の発明に係る操作装置は、第１２の発明に係る操作装置であって、
　前記キャリブレーションは、電源投入時または任意のタイミングで実施される。

　第１４の発明に係る操作装置は、第１２または第１３の発明に係る操作装置であって、
　前記電極部において検出された前記筋電信号の増幅率は、前記キャリブレーションの結果、得られた信号の大きさに応じて設定される。
　第１５の発明に係る操作装置は、第１２から第１４の発明のいずれか１つに係る操作装置であって、
　前記キャリブレーションの結果、得られた信号に含まれるノイズの大きさに応じて、前記筋電信号と比較するための所定の閾値が設定される。

　第１６の発明に係る操作装置は、第１から第１５の発明のいずれか１つに係る操作装置であって、
　前記使用者の手指によって操作される物理スイッチを、さらに備えている。
　第１７の発明に係る操作装置は、第１から第１６の発明のいずれか１つに係る操作装置であって、
　前記使用者の手指を検出する接触検知センサを、さらに備えている。

　第１８の発明に係る操作装置は、第１から第１７の発明のいずれか１つに係る操作装置であって、
　前記電極部は、曲面形状を有している。

　本発明の操作装置は、従来よりも高速な応答速度を得ることができるという効果を奏することから、各種信号を出力する操作装置に対して広く適用可能である。

１０　　　操作装置
１０ａ　　本体部
１０ｂ，１０ｃ　スイッチ（物理スイッチ）
１１　　　検出部
１１ａ，１１ｂ　電極（電極部）
１１ｃ　　参照極（電極部）
１２　　　ハイパスフィルタ（ノイズ処理部、第１フィルタ部）
１３　　　差分増幅部
１４　　　信号処理部
１４ａ　　全波整流部
１４ｂ　　ピーク保持部
１５　　　フィルタ部（ノイズ処理部）
１５ａ　　ハイパスフィルタ（ノイズ処理部、第２フィルタ部）
１５ｂ　　オフセット補正部
１６　　　信号増幅部
１７　　　出力部
１７ａ　　比較回路
Ｆ１　　　人差し指
Ｆ２　　　中指
 

Claims (20)

1. 　各種装置の操作を行う操作装置であって、
   　本体部と、
   　前記本体部における使用者の皮膚が接触する位置に配置された電極部を有し、前記電極部に触れた前記皮膚から筋電信号を検出する検出部と、
   　前記検出部において検出された前記筋電信号に基づいて出力を行う出力部と、
   を備えている操作装置。
2. 　前記電極部から入力された信号からＤＣ成分を除去する第１フィルタ部を、さらに備えている、
   請求項１に記載の操作装置。
3. 　前記電極部に含まれる複数の電極において検出される電圧の差分を増幅する差分増幅部を、さらに備えている、
   請求項１または２に記載の操作装置。
4. 　前記差分増幅部において増幅された信号をＤＣ信号に変換する信号処理部を、さらに備えている、
   請求項３に記載の操作装置。
5. 　前記ＤＣ信号からノイズを除去する第２フィルタ部を、さらに備えている、
   請求項４に記載の操作装置。
6. 　前記第２フィルタ部から出力された信号を増幅する信号増幅部を、さらに備えている、
   請求項５に記載の操作装置。
7. 　前記差分増幅部における増幅率は、飽和電圧範囲の上限よりも低い値になるように、設定される、
   請求項３に記載の操作装置。
8. 　前記出力部は、前記筋電信号と所定の閾値とを比較して出力を行う、
   請求項１または２に記載の操作装置。
9. 　前記電極部は、使用者によって使用される際の使用者の手の筋に沿って配置されている、
   請求項１または２に記載の操作装置。
10. 　前記電極部は、前記使用者の手の筋に沿って配置された２つの電極と、参照極とを含む、
    請求項１または２に記載の操作装置。
11. 　前記出力部は、前記検出部において検出された前記筋電信号に基づいて、ＯＮ／ＯＦＦの出力を行う、
    請求項１または２に記載の操作装置。
12. 　一定時間、操作されて前記電極部において検出された前記筋電信号を用いて、前記筋電信号の増幅率を調整するキャリブレーションが実施される、
    請求項１または２に記載の操作装置。
13. 　前記キャリブレーションは、電源投入時または任意のタイミングで実施される、
    請求項１２に記載の操作装置。
14. 　前記電極部において検出された前記筋電信号の増幅率は、前記キャリブレーションの結果、得られた信号の大きさに応じて設定される、
    請求項１２に記載の操作装置。
15. 　前記キャリブレーションの結果、得られた信号に含まれるノイズの大きさに応じて、前記筋電信号と比較するための所定の閾値が設定される、
    請求項１２に記載の操作装置。
16. 　前記使用者の手指によって操作される物理スイッチを、さらに備えている、
    請求項１または２に記載の操作装置。
17. 　前記使用者の手指を検出する接触検知センサを、さらに備えている、
    請求項１または２に記載の操作装置。
18. 　前記電極部は、曲面形状を有している、
    請求項１または２に記載の操作装置。
19. 　各種装置の操作を行う操作装置の制御方法であって、
    　前記操作装置の本体部における使用者の皮膚が接触する位置に配置された電極部に触れた前記皮膚から筋電信号を検出する検出ステップと、
    　前記検出ステップにおいて検出された前記筋電信号に基づいて出力を行う制御ステップと、
    を備えている操作装置の制御方法。
20. 　各種装置の操作を行う操作装置の制御プログラムであって、
    　前記操作装置の本体部における使用者の皮膚が接触する位置に配置された電極部に触れた前記皮膚から筋電信号を検出する検出ステップと、
    　前記検出ステップにおいて検出された前記筋電信号に基づいて出力を行う制御ステップと、
    を備えている操作装置の制御方法をコンピュータに実行させる制御プログラム。