JP2006226806A - 動き検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像素子を搭載することなく、操作物の動きを検出して、コストの低減を図ることができる動き検出装置を提供することである。
【解決手段】 予め定められた周期で発光する赤外発光ダイオード４２と、赤外発光ダイオード４２が発光した光であって、操作物３の再帰反射シート４０が反射した光を受光して、受光信号Ｓｐを出力するフォトトランジスタ４４と、受光信号Ｓｐの高周波成分を通過させ、受光信号Ｓｓとして出力するとともに、基準電圧を発生するハイパスフィルタユニット１１６とを備える。ハイパスフィルタユニット１１６は、受光信号Ｓｓが出力されるノードに基準電圧を供給し、プロセッサ１１０は、受光信号Ｓｓに含まれるパルスの数をカウントして、操作物３の速さを算出する。
【選択図】 図１５

Description

本発明は、操作物に光を照射して、反射光を検知することにより、操作物の動きを検出する動き検出装置及びその関連技術に関する。

本件出願人による特許文献１に開示されているゴルフゲームシステムは、ゲーム機及びゴルフクラブ型入力装置（操作物）を含み、ゲーム機のハウジングの内部には撮像ユニットが収納され、この撮像ユニットは、イメージセンサ及び赤外発光ダイオード等から構成される。赤外発光ダイオードによって撮像ユニットの上方の所定範囲に赤外光が間欠的に照射され、したがって、イメージセンサは、その範囲内で移動するゴルフクラブ型入力装置に設けられた反射体を間欠的に撮影する。このような反射体のストロボ映像を処理することによって、ゴルフクラブ型入力装置の動きを検出する。

特開２００４−８５５２４号公報

ところが、要求されるコストは、ビジネスごとに異なるため、より低いコストで、製品の開発や製造が要求されることもある。

そこで、本発明の目的は、撮像素子を搭載することなく、操作物の動きを検出して、コストの低減を図ることができる動き検出装置及びその関連技術を提供することである。

本発明の観点によれば、動き検出装置は、オペレータに保持されて動きが与えられる操作物の動きを検出する動き検出装置であって、予め定められた周期で発光する発光手段と、前記発光手段が発光した光であって、前記操作物が反射した光を受光して、第１の受光信号を出力する受光手段と、前記第１の受光信号が入力され、前記第１の受光信号に含まれるパルスの数をカウントするカウント手段と、を備える。

この構成によれば、第１の受光信号に含まれるパルスの数は、検知対象の操作物の速さに応じて異なってくる。従って、第１の受光信号に含まれるパルスの数をカウントするだけで、操作物の速さを検出できる。このように、撮像素子を搭載しなくても、簡易な構成で操作物の動きを検出できるので、コストの低減を図ることができる。

上記動き検出装置は、前記発光手段が発光する光の出射範囲を規定する出射範囲規定手段と、前記受光手段の受光範囲を規定する受光範囲規定手段と、をさらに備えることができる。

この構成によれば、光出射範囲及び受光範囲を任意に設定できるため、光出射範囲及び受光範囲を狭くすることにより、発光手段及び受光手段の頭上を通過する操作物の高さに関係なく、操作物の速さを適切に検出できる。

上記動き検出装置は、前記第１の受光信号の高周波成分を通過させ、第２の受光信号として出力するハイパスフィルタと、基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、をさらに備えることができ、前記基準電圧発生手段は、前記第２の受光信号が出力されるノードに、前記基準電圧を供給し、前記カウント手段は、前記第２の受光信号に含まれるパルスの数をカウントする。

この構成によれば、基準電圧の上にパルスが現れるので、周囲の光源の影響を極力抑制しながら、安定してパルスの数をカウントできる。つまり、周囲の光源の種類に関係なく、安定して操作物の速さを検出できる。

この動き検出装置において、前記基準電圧発生回路は、第１の抵抗素子及び第２の抵抗素子を、第１電圧を供給する第１ラインと第２電圧を供給する第２ラインとの間に直列に接続して構成され、前記ハイパスフィルタは、コンデンサ及び前記第２の抵抗素子により構成され、前記第１の抵抗素子と前記第２の抵抗素子との接続点が、前記第２の受光信号が出力される前記ノードである。

この構成によれば、ハイパスフィルタ及び基準電圧発生手段を構成する素子の数が極力抑制されるので、よりコストの低減を図ることができる。

上記動き検出装置において、前記発光手段は１個の発光ダイオードであり、前記受光手段は１個のフォトトランジスタである。

この構成によれば、より一層回路構成が簡素化され、より一層のコスト低減を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付してその説明を援用する。

図１は、本発明の実施の形態によるゲームシステムの全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、このゲームシステムは、ゲーム機１、操作物３、及びテレビジョンモニタ７を備える。

本実施の形態では、ゲーム機１がゴルフゲームを実行する例を挙げるので、プレイヤ１１は、ゴルフクラブの形状を有する操作物３を振って、ゴルフゲームを行う。従って、操作物３を「ゴルフクラブ３」と呼ぶ。

ゲーム機１は、Ａ／Ｖケーブル９により、テレビジョンモニタ７に接続される。さらに、ゲーム機１には、図示していないが、ＡＣアダプタあるいは電池により電源電圧が供給される。このゲーム機１は、ゴルフクラブ３が振られた速さを検出して、その速さに応じて、テレビジョンモニタ７に表示されたボールオブジェクト６５（後述の図９参照）の移動速度を算出する。

図２は、図１のゲーム機１の斜視図である。図２に示すように、ゲーム機１は、上側ハウジング２０及び下側ハウジング２２を含む。上側ハウジング２０の上面には、その長さ方向に、回転体２８及びゴルフボール状の球体２４が配置される。回転体２８は、円柱状に形成され、その端面には、周縁に沿って等間隔に４つの三角柱状の爪部３０が形成される。隣り合う爪部３０の側面は、互いに平行で、かつ、一定距離だけ離れている。従って、平面視において、回転体２８の端面は、十字形の表面となる。

後述するが、プレイヤ１１が、この十字形の部分にゴルフクラブ３のヘッド５を差し込み（後述の図１４参照）、ゴルフクラブ３を回転させると、ヘッド５の側面が爪部３０の側面に当接し、応じて、回転体２８が回転する。また、プレイヤ１１が、この十字形の部分にゴルフクラブ３のヘッド５を差し込み（後述の図１４参照）、さらに押し込むことにより、後述のラバースイッチ８８がオンされ、放すとオフされる。

球体２４の頂部には、赤外光のみを透過する円形の赤外フィルタ２６が露出している。後述するが、ゴルフクラブ３を検知する光センサは、この球体２４の内部に配置される。なお、ゲーム機１の後部側面には、電源スイッチ３２及びＤＣジャック３４が設けられる。

図３は、図１のゴルフクラブ３のヘッド５底面の図解図である。図３に示すように、ヘッド５の底面には、長方形状で底が平坦な凹部が形成され、この凹部に、長方形状の再帰反射シート４０（斜線部分）が貼り付けられる。このように、再帰反射シート４０が、凹部に貼り付けられるので、ヘッド５が図２の回転体２８の表面に当接しても、再帰反射シート４０の破損を防止できる。

図４並びに図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図１のゴルフクラブ３の速さの検知方法の説明図である。図４に示すように、図２の球体２４の内部に配置される赤外発光ダイオード４２からの赤外光は、赤外フィルタ２６を介して、ヘッド５の再帰反射シート４０に照射され、さらに、反射されて、赤外フィルタ２６を介して、フォトトランジスタ４４に入射する。

このフォトトランジスタ４４は、図５（ｂ）に示すパルス信号により駆動され、ハイレベルでオン、ローレベルでオフとなる。つまり、赤外発光ダイオード４２は、一定周期で、点灯及び消灯を繰り返す。従って、フォトトランジスタ４４は、ヘッド５の再帰反射シート４０から、間欠的に反射光を受光する。それ故、図５（ａ）に示すように、フォトトランジスタ４４が出力する検知信号（受光信号）には、受光した反射光に応じて、パルスが含まれる。ヘッド５が振られた速さに応じて、このパルスの数は異なり、ヘッド５の速さが大きいほどパルスの数は少なくなり、ヘッド５の速さが小さいほどパルスの数は多くなる。従って、検知信号に含まれるパルスの数をカウントすることにより、ヘッド５が振られた速さを検出できる。

図６は、図２のゲーム機１に搭載される光センサユニットの斜視図である。図７は、図２のＩ−Ｉ線による断面図である。図６に示すように、光センサユニットは、赤外フィルタ２６、検知範囲設定部材４６、赤外発光ダイオード４２、及びフォトトランジスタ４４を含む。赤外発光ダイオード４２及びフォトトランジスタ４４により、光センサが構成される。検知範囲設定部材４６は、２つの円筒部４８及び５０を含む。

図７も参照して、円筒部４８及び５０には、それぞれ光路５２及び５４が形成される。光路５２及び５４は、それぞれ、断面視において、先細りとなっている。

赤外フィルタ２６は、検知範囲設定部材４６に取り付けられ、この際、円筒部４８及び５０の先端が、赤外フィルタ２６の裏面に当接あるいは近接する。また、円筒部４８の基端において、赤外発光ダイオード４２が、光路５２に挿入され、円筒部５０の基端において、フォトトランジスタ４４が、光路５４に挿入される。

また、赤外発光ダイオード４２及びフォトトランジスタ４４は、それぞれ基板５６に取り付けられ、この基板５６からの配線（図示せず）が基板５８に接続される。基板５８は、上側ハウジング２０に固定され、基板５６は、検知範囲設定部材４６に固定され、検知範囲設定部材４６は、上側ハウジング２０に固定される。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、上記の光センサによる検知範囲の説明図である。図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、赤外発光ダイオード４２の出射範囲と、フォトトランジスタ４４の受光範囲と、が重なる部分（斜線部分）が、この光センサの検知範囲となる。また、検知範囲設定部材４６の先端を基準に高さＨの位置を、ゴルフクラブ３のヘッド５が通過する最も低い位置とみなし、さらに、そこから高さＲまでの範囲が、ヘッド５が通過する上下方向の範囲とみなす。

図８（ａ）に示すように、検知範囲設定部材４６の高さが低い場合は、ヘッド５が、高さＨの位置を通過する場合と、高さ（Ｈ＋Ｒ）の位置を通過する場合とで、水平方向の検知範囲の差が大きい。このため、ヘッド５の速さが同じ場合でも、高さＨの位置を通過するときの検知信号のパルスの数（図５（ａ）参照）と、高さ（Ｈ＋Ｒ）の位置を通過するときの検知信号のパルスの数（図５（ａ）参照）と、に大きな差が生じる場合が発生する。上記のように、検知信号のパルスの数により、ヘッド５の速さを算出しているので、これは好ましくない。

そこで、図８（ｂ）に示すように、検知範囲設定部材４６の高さを高くして、ヘッド５が、高さＨの位置を通過する場合と、高さ（Ｈ＋Ｒ）の位置を通過する場合とで、水平方向の検知範囲の差を小さく設定する。これにより、ヘッド５が通過する高さが異なっていても、速さが同じならば、同じあるいはほぼ同じ数のパルスを得ることができる。従って、ヘッド５の通過位置の高低に関係なく、正確な速さを算出できる。

検知範囲設定部材４６の高さは、高さＨ及び（Ｈ＋Ｒ）並びに赤外発光ダイオード４２のスペック（出射範囲や発光強度等）に応じて定められる。

ここで、検知範囲設定部材４６の円筒部４８は、その長さを調整することにより、赤外発光ダイオード４２の出射範囲を規定できるので、出射範囲規定部と呼ぶこともできる。また、検知範囲設定部材４６の円筒部５０は、その長さを調整することにより、フォトトランジスタ４４の受光範囲を規定できるので、受光範囲規定部と呼ぶこともできる。

図９及び図１０は、図１のテレビジョンモニタ７に表示されるゲーム画面の例示図である。図９に示すように、このゲーム画面は、ゴルフコースを含み、その上に複数のオブジェクトｏｂｊが配置される。また、ボールの移動方向を設定するための打球方向設定オブジェクト６４及びボールオブジェクト６５が、スタート地点に表示される。ゲーム機１は、上記の光センサにより、プレイヤ１１が振ったゴルフクラブ３の速さを検知して、その速さに応じて、打球方向設定オブジェクト６４が向いている方向にボールオブジェクト６５を移動させる。

従って、プレイヤ１１は、ゴルフクラブ３のスイングの速さを調整することにより、ボールオブジェクト６５の移動距離や速さを調整できる。また、ゲーム機１は、図２の回転体２８の回転方向及び回転量に応じて、打球方向設定オブジェクト６４を、ボールオブジェクト６５の周りに回転させる。従って、プレイヤ１１は、回転体２８を回転させることにより、打球方向設定オブジェクト６４を回転させ、打球方向を設定できる。この場合、図１０に示すように、ゲーム機１は、打球方向設定オブジェクト６４の向いている方向に応じて、映っている背景を更新する。つまり、打球方向設定オブジェクト６４の向いている方向の景色が広く映るように背景を更新する。

ゴルフクラブ３のスイングに応じて、スタート地点からボールオブジェクト６５が移動し、停止すると、停止した位置に打球方向設定オブジェクト６４が表示される。また、ボールオブジェクト６５が、オブジェクトｏｂｊに衝突すると、その向きと速さに応じて、ボールオブジェクト６５の移動方向が変化する。

ここで、打球方向設定オブジェクト６４の当初の向きは、スタート地点では、スタート地点に対応して予め定められた方向であり（図９参照）、それ以外では、ボールオブジェクト６５が停止した領域に対応して予め定められた方向である。その後は、回転体２８の回転により、任意の向きに設定できる。

図１１は、図２のゲーム機１に搭載される回転体２８の回転検知機構及びプッシュ機構の説明図である。図１１に示すように、回転体２８の裏面には、円筒部材７２が固定される。従って、回転体２８の回転に伴って、円筒部材７２も回転する。この円筒部材７２の側壁は櫛形に形成され、これにより、光の遮断部（遮光部）と通過部とが交互に形成される（櫛形部７４）。

円筒部材７２及びフォトインタラプタ９０により、ロータリエンコーダ１１８が構成され、円筒部材７２の回転量及び回転方向、つまり、回転体２８の回転量及び回転方向が検知される。フォトインタラプタ９０は、発光ダイオード９２並びに２つのフォトトランジスタ１５０及び１５２からなるフォトトランジスタユニット９４からなる。

また、回転体２８の裏面中心から突き出たボス８４は、円筒部材７２の中心に設けられた開口７８を貫通して、決定ボタン等として使用されるラバースイッチ８８に当接可能である。従って、回転体２８を押し下げることにより、ボス８４により、ラバースイッチ８８が押下されて、オンになり、放すとオフになる。

以上のように、回転体２８は、ロータリエンコーダ１１８の円筒部材７２を回転させる機能の他に、ラバースイッチ８８のオン／オフのためのボタンとしての機能を併有している。これにより、ゲーム機１の表面に、回転体２８のスペースとラバースイッチ８８のオン／オフのためのボタンのスペースとを別個に確保する必要がなく、省スペース化の実現と美観の向上を図ることができる。また、プレイヤ１１は、ゴルフクラブ３のヘッド５を回転体２８に載せるという１つの動作で、回転体２８の回転あるいはラバースイッチ８８のオン／オフを行うことができる。以上のような構造を詳細に説明する。

図１２は、図２のゲーム機１の分解斜視図である。ただし、図１２では、回転体２８の回転検知機構及びプッシュ機構に関連する部材を図示し、他は省略している。図１３は、図２のゲーム機１から回転体２８を取り外した状態を示す斜視図である。

図１２に示すように、開口８３が形成された円筒部材７０が、開口８１を覆うように、上側ハウジング２０に取り付けられる。開口８３の直径は、円筒部材７２の下半分（つまり櫛形部７４）の直径より小さく、上半分の直径より大きい。また、開口８１の直径は、円筒部材７２の下半分（つまり櫛形部７４）の直径より大きい。

従って、円筒部材７２は、開口８１及び８３を介して、回転体２８に取り付けられる。より具体的には、図１１も参照して、開口８１及び８３を介して、円筒部材７２の上面に形成された２つの筒７６に、回転体２８の２つのボス８２を挿入し、ビスをねじ込んで、これらを固定する。この場合、回転体２８のボス８４を、円筒部材７２の開口７８を貫通させる。

支持部材１００は、対応する付勢部材９６及びスプリング９８を支持しつつ、上側ハウジング２０の内面に固定される。この場合、図１３に示すように、付勢部材９６は、上側ハウジング２０の対応する開口８０から露出するとともに、はめ込まれたスプリング９８の弾発力により、上方向に力が加えられる。回転体２８の裏面が、付勢部材９６に当接するので、スプリング９８の弾発力に抗して、回転体２８を押し下げると、回転体２８のボス８４が、ラバースイッチ８８を押し、オンになる。そして、押し下げている力を解放すると、スプリング９８の弾発力により、回転体２８は押し戻され、ラバースイッチ８８はオフになる。

ここで、上側ハウジング２０、下側ハウジング２２、及び回転体２８は、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）で形成される。また、円筒部材７０及び７２は、例えば、ＰＯＭ（ポリアセタール）で形成される。ＡＢＳ同士を擦り合わせる場合と、ＰＯＭ同士を擦り合わせる場合と、を比較すると、擦り合せにより生じる屑は、ＰＯＭ同士の方が少ない。従って、円筒部材７０及び７２をＰＯＭで形成することにより、発生する屑を極力少なくして、フォトインタラプタ９０による検知が屑の影響を受けることを極力回避できる。

図１４は、図２のゲーム機１の回転体２８をゴルフクラブ３のヘッド５で回転させる状態を示す図である。図１４に示すように、プレイヤ１１は、ヘッド５を回転体２８に載せて、回転させることにより、テレビジョンモニタ７に表示された打球方向設定オブジェクト６４を回転させることができる。また、プレイヤ１１は、ヘッド５を回転体２８に載せて、押し込むことにより、ラバースイッチ８８をオンすることができる。

図１５は、図２のゲーム機１の電気的構成を示す図である。図１５に示すように、ゲーム機１は、プロセッサ１１０、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）１１２、バス１１４、フォトトランジスタ４４、ハイパスフィルタユニット１１６、赤外発光ダイオード４２、及びロータリエンコーダ１１８を含む。

プロセッサ１１０は、赤外発光ダイオード４２を間欠的に駆動して、赤外光をゴルフクラブ３の再帰反射シート４０に間欠的に照射する。フォトトランジスタ４４は、再帰反射シート４０からの反射赤外光を受光して、ハイパスフィルタユニット１１６を介して、検知信号（受光信号）をプロセッサ１１０に与える。プロセッサ１１０は、入力された検知信号に基づいて、ゴルフクラブ３のスイングの有無及び速さを検出する。また、プロセッサ１１０は、ロータリエンコーダ１１８からの二本のパルス信号を受けて、回転体２８の回転量及び方向を検出する。

プロセッサ１１０は、図示しないが、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、グラフィックプロセッサ、サウンドプロセッサおよびＤＭＡプロセッサ等の各種プロセッサを含むとともに、アナログ信号を取り込むときに用いられるＡ／Ｄコンバータや、外部の電子回路や電子部品等から入力信号を受け、かつ出力信号をそれらに与える入出力制御回路を含む。

このＡ／Ｄコンバータに、アナログ入力ポートを介して、ハイパスフィルタユニット１１６からの検知信号が入力され、デジタルデータに変換される。また、赤外発光ダイオード４２は、この入出力制御回路を介してＣＰＵにより制御される。さらに、入出力制御回路に含まれる図示しないカウンタ（以下、「内蔵カウンタ」と呼ぶ。）が、ロータリエンコーダからの二本のパルス信号を受けて、回転体２８の回転量及び回転方向を検出する。なお、入出力制御回路に対する入出力は、入出力ポートを介して行われる。

ＣＰＵは、ＲＯＭ１１２に格納されたゲームプログラムを実行し、各種演算を行う。グラフィックプロセッサやサウンドプロセッサは、ＣＰＵによる演算結果に従って、ＲＯＭ１１２に格納された画像データや音声データを読み込んで、ビデオ信号やオーディオ信号を生成し、Ａ／Ｖケーブル９に出力する。

さらに、プロセッサ１１０には、図示しないが内部メモリが設けられ、この内部メモリは、例えば、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）により構成される。内部メモリは、ワーキング領域、カウンタ領域、レジスタ領域、テンポラリデータ領域、及び／又はフラグ領域等として利用される。

図１６は、図１５のフォトトランジスタ４４、ハイパスフィルタユニット１１６、及び赤外発光ダイオード４２の回路図である。図１６に示すように、フォトトランジスタ４４及び抵抗素子１２１は、電源Ｖｃｃ０（例えば３．３Ｖ）と接地との間に直列に接続される。これらの接続点は、コンデンサ１２４の一方端に接続され、他方端は、抵抗素子１２０と１２２との接続点に接続される。抵抗素子１２０及び１２２は、電源Ｖｃｃ０と接地との間に直列に接続される。抵抗素子１２０、抵抗素子１２２、及びコンデンサ１２４は、ハイパスフィルタユニット１１６を構成しており、抵抗素子１２０と１２２との接続点は、プロセッサ１１０のアナログ入力ポートに接続される。

一方、赤外発光ダイオード４２及び抵抗素子１４２は、トランジスタ１３６とダイオード１３８との接続点と、接地と、の間に直列に接続される。トランジスタ１３６、ダイオード１３８、及び抵抗素子１４０は、電源Ｖｃｃ１（例えば６Ｖ）と接地との間に直列に接続される。トランジスタ１３４のコレクタはトランジスタ１３６のベースに、トランジスタ１３４のエミッタは、ダイオード１３８のカソードに接続される。トランジスタ１３４のベースは、電解コンデンサ１３０のマイナス電極及び抵抗素子１３２の一方端に接続される。電解コンデンサ１３０のプラス電極は、プロセッサ１１０の特定の入出力ポートに接続される。

プロセッサ１１０が、電解コンデンサ１３０のプラス電極に対して、上記特定の入出力ポートからパルス信号Ｐｌｓを与えると、トランジスタ１３４がオン／オフを繰り返す。パルス信号Ｐｌｓのローレベルでは、トランジスタ１３４及び１３６がオフし、赤外発光ダイオード４２は消灯する。一方、パルス信号Ｐｌｓのハイレベルでは、トランジスタ１３４及び１３６がオンし、赤外発光ダイオード４２は点灯する。従って、プロセッサ１１０は、パルス信号Ｐｌｓの周波数を調整することで、赤外発光ダイオード４２のオン／オフの周期を調整できる。なお、電解コンデンサ１３０は、プロセッサ１１０が暴走して、常にハイレベルが入力された場合でも、赤外発光ダイオード４２の発光状態が維持されるのを防止する。

一方、ハイパスフィルタユニット１１６の抵抗素子１２２及びコンデンサ１２４は、ハイパスフィルタを構成し、フォトトランジスタ４４が出力する検知信号（受光信号）Ｓｐの高周波成分のみを通過させ、検知信号（受光信号）Ｓｓとして、プロセッサ１１０の上記アナログ入力ポートに出力する。また、ハイパスフィルタユニット１１６の抵抗素子１２０及び１２２は、基準電圧発生回路を構成し、抵抗素子１２０と１２２との接続点に常に基準電圧Ｖｒｅｆを供給する。

従って、フォトトランジスタ４４が受光していないときは、検知信号Ｓｓのレベルは、基準電圧Ｖｒｅｆのレベルとなって、プロセッサ１１０に入力される。一方、フォトトランジスタ４４が間欠的に赤外光を受光すると、受光した赤外光のレベルに応じた振幅を有するパルスが、基準電圧Ｖｒｅｆの上に現れ、検知信号Ｓｓとしてプロセッサ１１０に入力される。次に、ハイパスフィルタユニット１１６を設けた理由を説明する。

図１７は、白熱灯光源がない場合の図１５のハイパスフィルタユニット１１６の前後における検知信号Ｓｓ及びＳｐ並びに赤外発光ダイオード４２をオン／オフするパルス信号Ｐｌｓのタイムチャートである。図１８は、白熱灯光源の下で速いスイングをした場合の図１５のハイパスフィルタユニット１１６の前後における検知信号Ｓｓ及びＳｐ並びに赤外発光ダイオード４２をオン／オフするパルス信号Ｐｌｓのタイムチャートである。図１９は、白熱灯光源の下で遅いスイングをした場合の図１５のハイパスフィルタユニット１１６の前後における検知信号Ｓｓ及びＳｐ並びに赤外発光ダイオード４２をオン／オフするパルス信号Ｐｌｓのタイムチャートである。

図１７〜図１９に示すように、プロセッサ１１０からのパルス信号Ｐｌｓにより、赤外発光ダイオード４２がオンすると、フォトトランジスタ４４は、ゴルフクラブ３の再帰反射シート４０からの反射赤外光を受光して、パルスを含む検知信号Ｓｐ及びＳｓを出力する。そして、プロセッサ１１０は、検知信号Ｓｓを受けて、所定レベルＬｅｖを超えるパルスの数をカウントして、このカウント値に基づいて、ゴルフクラブ３が振られた速さを算出する。

ここで、所定レベルＬｅｖは、ハイパスフィルタユニット１１６が生成した基準電圧Ｖｒｅｆの平均値に所定値を加算することにより決定される。

図１７に示すように、白熱灯光源がゲーム機１周辺に存在せず、フォトトランジスタ４４が白熱灯光源の影響を受けない場合は、ハイパスフィルタユニット１１６の前後において、検知信号Ｓｐと検知信号Ｓｓとで波形が、ほぼ同じである。従って、このような環境下では、検知信号Ｓｐにおいても、所定の基準値（所定レベルＬｅｖに相当）基づいて、パルスの数をカウントできるので、ハイパスフィルタユニット１１６を必ずしも設ける必要はない。例えば、日本のように、室内の光源として、蛍光灯を多用している場合等である。

ところが、図１８や図１９に示すように、白熱灯光源がゲーム機１周辺に存在する場合は（例えば、アメリカ合衆国のように、室内の光源として、白熱灯を多用している場合は）、フォトトランジスタ４４が白熱灯光源の影響を受け、検知信号Ｓｐに、白熱灯光源からの光による信号が含まれてしまう。なぜなら、白熱灯光源に含まれる光の波長は広範囲にわたっているため、フォトトランジスタ４４が受光できる波長の範囲（例えば、７００ｎｍ〜１０５０ｎｍ）に属する光が、白熱灯光源に含まれるからである。

しかも、この白熱灯光源による影響は、一定しておらず、光源の強さ、数、及び位置、並びにその他の部屋の環境、さらには、プレイヤ１１の位置や動きによって異なってくる。

このため、上記した所定の基準値（所定レベルＬｅｖに相当）によるカウント処理が困難になって、検知信号Ｓｐに含まれるパルスを安定してカウントできなくなる可能性がある。つまり、パルス発生の有無を検知するための所定の基準値を設定できなくなる。

この点、本実施の形態では、検知信号Ｓｐはハイパスフィルタユニット１１６を通過するので、検知信号Ｓｓに含まれるパルスは、基準電圧Ｖｒｅｆの上に現れる。従って、プロセッサ１１０は、所定レベルＬｅｖによるパルスのカウントを安定して行うことができる。

ところで、図１７の例では、所定レベルＬｅｖを超えたパルスの数は６個である。また、図１８の例では、プレイヤ１１が速いスイングをしており、所定レベルＬｅｖを超えるパルスの数は７個である。一方、図１９の例では、プレイヤ１１が遅いスイングをしており、所定レベルＬｅｖを超えるパルスの数は１４個である。

また、図１７〜図１９で明らかなように、プロセッサ１１０は、ゴルフクラブ３のスイングの終了後、つまり、検知信号Ｓｓに含まれるパルスが所定レベルＬｅｖ以下になったときに、パルス信号Ｐｌｓの出力を停止する。そして、次にボールオブジェクト６５を打つシーンが到来したときに、再びパルス信号Ｐｌｓを出力して、赤外発光ダイオード４２を駆動する。このようにすることで、消費電力の抑制を図ることができる。

図２０は、図１５のロータリエンコーダ１１８の回路図である。図２０に示すように、ロータリエンコーダ１１８は、発光ダイオード９２並びに２つのフォトトランジスタ１５０及び１５２を含む。抵抗素子１５８及び発光ダイオード９２は、電源Ｖｃｃ０と接地との間に直列に接続される。フォトトランジスタ１５０及び１５２のコレクタは、電源Ｖｃｃ０に接続され、エミッタは、それぞれプロセッサ１１０の特定の入出力ポートに接続される。

図１２の円筒部材７２が回転すると、その櫛形部７４により、発光ダイオード９２の光が間欠的に、フォトトランジスタ１５０及び１５２に入力される。これにより、フォトトランジスタ１５０及び１５２のエミッタからはパルス信号が出力される。ただし、フォトトランジスタ１５０及び１５２は、一定間隔で配置されているため、２つのパルス信号の位相は、フォトトランジスタ１５０及び１５２の間隔並びに櫛形部７４の隣り合う遮光部同士の間隔に応じて異なったものとなる。

上記のように、プロセッサ１１０は、この二本のパルス信号に基づいて、円筒部材７２の回転量及び方向を検出する。

図２１は、図１５のプロセッサ１１０によるゴルフクラブ３の検知処理の流れの一例を示すフローチャートである。図２１に示すように、ステップＳ１にて、プロセッサ１１０は、ＢＩＯＳ（ｂａｓｉｃ ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ ｓｙｓｔｅｍ）を実行して、赤外発光ダイオード４２の消灯時の検知信号Ｓｓのレベル（つまり、基準電圧Ｖｒｅｆのレベル）の平均値を算出する。例えば、赤外発光ダイオード４２の消灯時において、ビデオフレームを更新するたびに検知信号Ｓｓのデジタルデータを取得して、８ビデオフレーム分の検知信号Ｓｓの平均値を算出する。ステップＳ２にて、プロセッサ１１０は、算出した平均値に所定値を加算して、所定レベルＬｅｖの値とする（後述のステップＳ１３参照）。

ステップＳ３にて、プロセッサ１１０は、アプリケーションプログラム（つまりゴルフゲームプログラム）に従った処理を実行する。アプリケーションプログラムの実行中にＢＩＯＳが呼ばれると、ステップＳ４にて、プロセッサ１１０は、内部メモリ上のパルス入力フラグを、パルスが無入力（初期状態）であることを示す値にセットする。このパルス入力フラグは、図１５のハイパスフィルタユニット１１６から入力される検知信号Ｓｓにパルスが含まれるか否かを示すフラグである。

ここで、ステップＳ４の処理のためにＢＩＯＳが呼ばれるのは、後述の図２２のステップＳ１０３において、ステートがスイング前と判断されたときである。従って、他のステートでは、ステップＳ４の処理のためにＢＩＯＳが呼ばれることはなく、それ故、赤外発光ダイオード４２も点灯しないので、消費電力の低減を図ることができる。

ステップＳ５にて、プロセッサ１１０は、内部メモリ上のパルスカウンタをクリアする。パルスカウンタは、検知信号Ｓｓに含まれるパルスの数をカウントするカウンタである。ステップＳ６にて、プロセッサ１１０は、赤外発光ダイオード４２を制御するためにタイマをセットする。このタイマは、プロセッサ１１０に内蔵されている。以下、このタイマを内蔵タイマと呼ぶ。

そして、ＢＩＯＳから呼び出し元に戻ると、ステップＳ７にて、プロセッサ１１０は、アプリケーションプログラムに従った処理を実行する。そして、アプリケーションプログラムの実行中に、内蔵タイマによる割り込みが入ると、ＢＩＯＳが呼び出され、ステップＳ８にて、プロセッサ１１０は、ハイレベルの信号を、図１６の電解コンデンサ１３０のプラス電極に与え、赤外発光ダイオード４２を点灯する。

ステップＳ９にて、プロセッサ１１０は、図１６のハイパスフィルタユニット１１６からの検知信号Ｓｓを取得するため、内蔵タイマを再びセットする。そして、ＢＩＯＳから呼び出し元に戻ると、ステップＳ１０にて、プロセッサ１１０は、アプリケーションプログラムに従った処理を実行する。そして、アプリケーションプログラムの実行中に、内蔵タイマによる割り込みが入ると、ＢＩＯＳが呼び出され、ステップＳ１１にて、プロセッサ１１０は、内蔵の上記Ａ／Ｄコンバータによって、検知信号Ｓｓをデジタルデータに変換する。

ステップＳ１２にて、プロセッサ１１０は、ローレベルの信号を図１６の電解コンデンサ１３０のプラス電極に与え、赤外発光ダイオード４２を消灯する。ステップＳ１３にて、プロセッサ１１０は、デジタルデータに変換された検知信号Ｓｓのレベルが、所定レベルＬｅｖ（図１７〜図１９参照）を超えているか否かを判定して、超えている場合はステップＳ１４に進み、それ以外はステップＳ１７に進む。

ステップＳ１４にて、プロセッサ１１０は、パルス入力フラグを、パルスが入力中であることを示す値にセットする。ステップＳ１５にて、プロセッサ１１０は、パルスカウンタを１つインクリメントして、ステップＳ１６にて、赤外発光ダイオード４２を制御するために再び内蔵タイマをセットして、ステップＳ７に進む。

一方、ステップＳ１７では、プロセッサ１１０は、現在のパルスカウンタの値が「０」か否かを判定し、「０」の場合はステップＳ１６に進み、それ以外はステップＳ１８に進む。

つまり、検知信号Ｓｓのレベルが所定レベルＬｅｖ以下で、しかも現在のパルスカウンタの値が「０」ということは、まだゴルフクラブ３が検知されていない（スイングされていない）ことを意味するので、ステップＳ１６に進んで、検知に備えなければならない。一方、検知信号Ｓｓのレベルが所定レベルＬｅｖ以下で、しかも現在のパルスカウンタの値が「０」より大きいということは、前回は所定レベルＬｅｖを超えるパルスが検知されたが、今回は所定レベルＬｅｖを超えるパルスが検知されなかったことを意味し、ゴルフクラブ３のスイングが終了したことを意味する。

従って、ステップＳ１８では、プロセッサ１１０は、内蔵タイマをオフにする。なぜなら、ボールオブジェクト６５の移動中であるため、ゴルフクラブ３のスイングを検知する必要はなく、消費電力低減のため、赤外発光ダイオード４２をオフにするためである。ステップＳ１９にて、プロセッサ１１０は、パルス入力フラグを、パルスの入力が終了したことを示す値にセットして、ステップＳ３に進む。

図２２は、図１５のプロセッサ１１０によるゲーム処理の流れの一例を示すフローチャートである。図２２に示すように、ステップＳ１００にて、プロセッサ１１０は、システムの初期設定を実行する。ステップＳ１０１にて、プロセッサ１１０は、内蔵カウンタの値を取得する。上記のように、この内蔵カウンタは、ロータリエンコーダ１１８からの回転量及び回転方向を表す二本のパルス信号を受けて、二本のパルス信号の位相関係に応じて、アップカウント（例えば回転体２８が時計回りに回転する場合）あるいはダウンカウント（例えば回転体２８が反時計回りに回転する場合）を実行して、入力パルスの数をカウントする。ステップＳ１０２にて、プロセッサ１１０は、内蔵カウンタをクリアする。

ステップＳ１０３では、プロセッサ１１０は、現在のステートに応じて、ステップＳ１０４，Ｓ１０５，Ｓ１０７及びＳ１０８のいずれかに進む。ただし、最初のステートは、ゲームモード（プレイ人数やコースなど）を選択するためのステートであり、プロセッサ１１０は、ステップＳ１０４に進んで、ゲームモードを選択するための処理を実行する。

ステートがスイング前の場合は、プロセッサ１１０は、ステップＳ１０５に進んで、ボールオブジェクト６５の打球方向を設定するための処理を実行し、さらに、ステップＳ１０６にて、ゴルフクラブ３のスイングの有無を判定する処理を実行する。ステートがスイング後の場合は、プロセッサ１１０は、ステップＳ１０７に進んで、ステップＳ１０６で検知したスイングの速さ、打球方向、及びコースの仮想摩擦力に基づいて、ボールオブジェクト６５の次の表示位置を計算する。ステートがスコア計算の場合は、ステップＳ１０８にて、プロセッサ１１０は、スコアを計算する。

ステップＳ１０９では、プロセッサ１１０は、ビデオ同期信号による割り込みが発生したときは（例えば、１／６０秒ごと）、ステップＳ１１０に進み、ビデオ信号を新たに生成して表示画像を更新し、割り込み待ちの状態であれば、同じステップＳ１０９に進む。ステップＳ１１０では、プロセッサ１１０は、ステップＳ１０４〜Ｓ１０８の処理結果に応じて、テレビジョンモニタ７に表示される画像（ビデオフレーム）の更新処理を実行する。

ステップＳ１１１の音声処理は、音声割り込みが発生したときに実行され、それによって、プロセッサ１１０は、オーディオ信号を生成して、音楽や効果音を出力する。

図２３は、図２２のステップＳ１０５の打球方向設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。図２３に示すように、ステップＳ２００にて、プロセッサ１１０は、打球方向設定オブジェクト６４が、予め定められた方向を向いて表示済みであるか否かを判断し、表示済みである場合はステップＳ２０３に進み、表示済みでない場合はステップＳ２０１に進む。ここで、予め定められた方向とは、打球方向設定オブジェクト６４の当初の向きであり、スタート地点では、スタート地点に対応して定められた方向であり、それ以外では、ボールオブジェクト６５が停止した領域に対応して定められた方向である。特に、スタート地点での予め定められた方向を「基準方向」と呼ぶこともある。ただし、単に、打球方向設定オブジェクト６４の予め定められた方向と言うときは、基準方向も含まれる。

ステップＳ２０１では、プロセッサ１１０は、ボールオブジェクト６５の移動方向を、打球方向設定オブジェクト６４の予め定められた方向に設定する。ステップＳ２０２にて、プロセッサ１１０は、打球方向設定オブジェクト６４が予め定められた方向を向くように表示位置を設定する。

一方、ステップＳ２０３では、プロセッサ１１０は、ステップＳ１０１で取得した内蔵カウンタの値（つまり回転体２８の回転量）に応じて、現在設定されているボールオブジェクト６５の移動方向を修正する。ステップＳ２０４にて、プロセッサ１１０は、打球方向設定オブジェクト６４が修正後のボールオブジェクト６５の移動方向を向くように表示位置を設定する。

図２４は、図２２のステップＳ１０６のスイング判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。図２４に示すように、ステップＳ３００にて、プロセッサ１１０は、パルス入力フラグをチェックする。ステップＳ３０１にて、プロセッサ１１０は、パルス入力フラグが入力終了（ステップＳ１９参照）を示している場合はステップＳ３０２に進み、それ以外はメインルーチンにリターンする。

ステップＳ３０２にて、プロセッサ１１０は、パルスカウンタの値（ステップＳ１５参照）を取得する。ステップＳ３０３にて、プロセッサ１１０は、取得したカウント値が所定の閾値（例えば「３」）より大きいか否かを判定して、大きい場合はステップＳ３０４に進み、それ以外はメインルーチンにリターンする。ステップＳ３０４にて、プロセッサ１１０は、ステップＳ３０２で取得したカウント値に応じて、ボールオブジェクト６５の初速度を算出する。ステップＳ３０５にて、プロセッサ１１０は、算出した初速度及び仮想摩擦力並びにステップＳ１０５で設定された打球方向に基づいて、ボールオブジェクト６５の次の表示位置を算出／設定する。

さて、以上のように、本実施の形態によれば、検知信号（受光信号）Ｓｓに含まれるパルスの数は、検知対象のゴルフクラブ３のスイングの速さに応じて異なってくる。従って、検知信号Ｓｓに含まれるパルスの数をカウントするだけで、ゴルフクラブ３の速さを検出できる。このように、撮像素子（例えばイメージセンサ）を搭載しなくても、簡易な構成でゴルフクラブ３の動きを検出できるので、コストの低減を図ることができる。

また、本実施の形態では、検知範囲設定部材４６を設けて、検知範囲を狭くすることにより、赤外発光ダイオード４２及びフォトトランジスタ４４の頭上を通過するヘッド５の高さに関係なく、ヘッド５の速さを適切に検出できる。

さらに、本実施の形態では、ハイパスフィルタユニット１１６を設けて、検知信号Ｓｐの高周波成分のみを通過させ、必要な成分（パルス）を取り出すと共に、基準電圧Ｖｒｅｆを生成して、検知信号Ｓｓが出力されるノード（抵抗素子１２０と１２２との接続点）に供給しているので、パルスはこの基準電圧Ｖｒｅｆの上に現れる。従って、白熱灯のような周囲の光源の影響を極力抑制しながら、安定してパルスの数をカウントできる。つまり、周囲の光源の種類に関係なく、安定してゴルフクラブ３の速さを検出できる。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば、以下のような変形も可能である。

（１）上記では、操作物としてゴルフクラブ３を例に挙げたが、操作物の形状はこれに限定されない。また、操作物に取り付ける再帰反射シートの形状は、再帰反射シート４０の形状に限定されない。

（２）上記では、ゴルフゲームを例に挙げたが、プロセッサ１１０が実行するアプリケーションプログラムは、これに限定されない。

本発明の実施の形態によるゲームシステムの全体構成を示すブロック図。 図１のゲーム機１の斜視図。 図１のゴルフクラブ３のヘッド５底面の図解図。 図１のゴルフクラブ３の速さの検知方法の説明図。 図１のゴルフクラブ３の速さの検知方法の説明図。 図２のゲーム機１に搭載される光センサユニットの斜視図。 図２のＩ−Ｉ線による断面図。 図２のゲーム機１に搭載される光センサによる検知範囲の説明図。 図１のテレビジョンモニタ７に表示されるゲーム画面の例示図。 図１のテレビジョンモニタ７に表示されるゲーム画面の他の例示図。 図２のゲーム機１に搭載される回転体２８の回転検知機構及びプッシュ機構の説明図。 図２のゲーム機１の分解斜視図。 図２のゲーム機１から回転体２８を取り外した状態を示す斜視図。 図２のゲーム機１の回転体２８をゴルフクラブ３のヘッド５で回転させる状態を示す図。 図２のゲーム機１の電気的構成を示す図。 図１５のフォトトランジスタ４４、ハイパスフィルタユニット１１６、及び赤外発光ダイオード４２の回路図。 白熱灯光源がない場合の図１５のハイパスフィルタユニット１１６の前後における検知信号Ｓｓ及びＳｐ並びに赤外発光ダイオード４２をオン／オフするパルス信号Ｐｌｓのタイムチャート。 白熱灯光源の下で速いスイングをした場合の図１５のハイパスフィルタユニット１１６の前後における検知信号Ｓｓ及びＳｐ並びに赤外発光ダイオード４２をオン／オフするパルス信号Ｐｌｓのタイムチャート。 白熱灯光源の下で遅いスイングをした場合の図１５のハイパスフィルタユニット１１６の前後における検知信号Ｓｓ及びＳｐ並びに赤外発光ダイオード４２をオン／オフするパルス信号Ｐｌｓのタイムチャート。 図１５のロータリエンコーダ１１８の回路図。 図１５のプロセッサ１１０によるゴルフクラブ３の検知処理の流れの一例を示すフローチャート。 図１５のプロセッサ１１０によるゲーム処理の流れの一例を示すフローチャート。 図２２のステップＳ１０５の打球方向設定処理の流れの一例を示すフローチャート。 図２２のステップＳ１０６のスイング判定処理の流れの一例を示すフローチャート。

符号の説明

１…ゲーム機、３…操作物（ゴルフクラブ）、５…ヘッド、７…テレビジョンモニタ、２６…赤外フィルタ、２８…回転体、３０…爪部、４０…再帰反射シート、４２…赤外発光ダイオード、４４，１５０，１５２…フォトトランジスタ、４６…検知範囲設定部材、６４…打球方向設定オブジェクト、７２…円筒部材、７４…櫛形部、８８…ラバースイッチ、９０…フォトインタラプタ、９２…発光ダイオード、９４…フォトトランジスタユニット、９６…付勢部材、９８…スプリング、１００…支持部材、１１０…プロセッサ、１１２…ＲＯＭ、１１６…ハイパスフィルタユニット、１１８…ロータリエンコーダ。

Claims (5)

1. オペレータに保持されて動きが与えられる操作物の動きを検出する動き検出装置であって、
   予め定められた周期で発光する発光手段と、
   前記発光手段が発光した光であって、前記操作物が反射した光を受光して、第１の受光信号を出力する受光手段と、
   前記第１の受光信号が入力され、前記第１の受光信号に含まれるパルスの数をカウントするカウント手段と、を備える動き検出装置。
2. 前記発光手段が発光する光の出射範囲を規定する出射範囲規定手段と、
   前記受光手段の受光範囲を規定する受光範囲規定手段と、をさらに備える請求項１記載の動き検出装置。
3. 前記第１の受光信号の高周波成分を通過させ、第２の受光信号として出力するハイパスフィルタと、
   基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、をさらに備え、
   前記基準電圧発生手段は、前記第２の受光信号が出力されるノードに、前記基準電圧を供給し、
   前記カウント手段は、前記第２の受光信号に含まれるパルスの数をカウントする、請求項１又は２記載の動き検出装置。
4. 前記基準電圧発生回路は、第１の抵抗素子及び第２の抵抗素子を、第１電圧を供給する第１ラインと第２電圧を供給する第２ラインとの間に直列に接続して構成され、
   前記ハイパスフィルタは、コンデンサ及び前記第２の抵抗素子により構成され、
   前記第１の抵抗素子と前記第２の抵抗素子との接続点が、前記第２の受光信号が出力される前記ノードである、請求項３記載の動き検出装置。
5. 前記発光手段は１個の発光ダイオードであり、
   前記受光手段は１個のフォトトランジスタである、請求項１から４記載の動き検出装置。
   

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