JP2007259939A

JP2007259939A - 無線通信システム及び操作制御システム

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Publication number: JP2007259939A
Application number: JP2006085985A
Authority: JP
Inventors: Hirosada Miyaoka; 大定宮岡
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】反射波無線通信を用いた新たな信号制御方法を提供する。
【解決手段】無線通信システム１では、図１（Ｂ）に示すように、操作装置２と被操作装置３との間に遮蔽物４を配置することにより、操作装置２と被操作装置３との間で行われる無線通信は遮断される。また、図１（Ａ）に示すように、操作装置２と被操作装置３との間に配置されている遮蔽物４を取り除くことにより、この無線通信は再開される。無線通信システム１では、無線通信の通信状態に応じてコンテンツの出力動作を変化させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信を介してユーザ操作内容を反映させる無線通信システム及び操作制御システムに関する。

従来より、ゲームのコントローラ等を無線化し、操作情報を無線通信により本体部に伝送するというシステムが実現化されている。また、赤外線通信で通信を障害物により遮断し、一定時間内の遮断回数を競うゲーム等も実現化されている。

以下の特許文献１には、ゲームコントローラとゲーム機本体とが、無線通信を介してデータ通信を行いながら複雑な操作内容を有するゲームプログラムを実行する技術が記載されている。

特開２００５−１６８６６２号公報

特許文献１に記載されているような従来型のゲーム機では、ユーザは、コントローラに配置されているボタンやパッドを用いて本体部のディスプレイが表示するカーソルやキャラクタ等を見ながら操作を行っていた。

しかしながら、操作部の大きさには限界があるため、コントローラに多くの小さなボタンが配置されたり、また、複雑な操作が必要である等、操作に慣れていない者にとっては、使いづらいという課題があった。

また、赤外通信等を用いたゲーム等では、光軸を合わせることが簡単ではないため、施設等、場所が固定されているゲーム等に限られていた。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、無線通信の通信状態に応じたデータ処理を行う無線通信システム及び操作制御システムを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明は、操作装置と受信装置とが、電波の反射を利用した無線通信を介して接続されている無線通信システムにおいて、上記操作装置は、終端又はオープンにされて、上記受信装置より送信された電波を吸収又は反射するアンテナと、オン又はオフ動作を行い、上記アンテナを終端又はオープンにさせるスイッチと、上記スイッチのオン又はオフ動作を制御するスイッチ制御手段とを備え、上記受信装置は、電波を送信及び受信するアンテナと、上記アンテナを介して無変調キャリアを送信する送信手段と、上記アンテナを介して、上記操作装置より送信された電波を受信する受信手段と、上記操作装置が操作されることにより変化する上記無線通信の通信状態に基づいて制御対象の動作を制御するための制御信号を生成する制御信号生成手段とを備えることを特徴とする。

また、上述した目的を達成するために、本発明は、操作装置と、当該操作装置より操作制御を受ける被操作装置とが、電波の反射を利用した無線通信を介して接続されている操作制御システムにおいて、上記操作装置は、終端又はオープンにされて、上記受信装置より送信された電波を吸収又は反射するアンテナと、オン又はオフ動作を行い、上記アンテナを終端又はオープンにさせるスイッチと、上記スイッチのオン又はオフ動作を制御するスイッチ制御手段とを備え、上記被操作装置は、電波を送信及び受信するアンテナと、上記アンテナを介して無変調キャリアを送信する送信手段と、上記アンテナを介して、上記操作装置より送信された電波を受信する受信手段と、上記操作装置が操作されることにより変化する上記無線通信の通信状態に基づいて制御対象の動作を制御するための制御信号を生成する制御信号生成手段と、上記制御信号生成手段において生成された制御信号に基づいて上記制御対象の動作を制御する対象動作制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、反射波無線通信の無線通信状態に基づいて制御対象の動作を制御するための制御信号を生成するといった電源を用いないアナログ制御を行うため、超低消費電力化を実現することができ、システムを構成する装置の小型化、軽量化することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１（Ａ）に示すように、無線通信システム１は、操作装置２と、操作装置２より操作制御を受ける被操作装置３とが構成される。

無線通信システム１では、例えば図１（Ｂ）に示すように、操作装置２と被操作装置３との間に遮蔽物４を配置することにより、操作装置２と被操作装置３との間で行われる無線通信は遮断される。また、図１（Ａ）に示すように、操作装置２と被操作装置３との間に配置されている遮蔽物４を取り除くことにより、この無線通信は再開される。

図２は、操作装置２と被操作装置３との位置関係及びその指向特性の一例を示す図である。例えば、図２（Ａ）に示すように、被操作装置３のアンテナ３０１より指向特性範囲ａ_１を有する電波を送信すると、この電波を受信した操作装置２のアンテナ２０４は、指向特性範囲ｂ_１を有する反射波を送信する。一方、図２（Ｂ）に示すように、操作装置２を右方向に移動した場合、被操作装置３のアンテナ３０１より送信されて操作装置２のアンテナ２０４で受信される電波（指向性範囲ａ_２）の強度は、図２（Ａ）の場合に比べて弱くなり、最終的に操作装置２で送信されて被操作装置３のアンテナ３０１で受信される反射波（指向性範囲ｂ_２）の強度も弱くなる。このように、操作装置２を左右に移動させることにより、被操作装置３での受信電波強度を大きく変化させることができる。

また、操作装置２と被操作装置３との間を手等の遮蔽物４で遮ることにより、操作装置２と被操作装置３との間で行われる無線通信は遮られる。

操作装置２と被操作装置３とは、バックスキャッタ方式に基づく反射波を利用した無線通信を行う。このバックスキャッタ方式に基づく反射波無線通信は、通信比率が通信のほとんどを占めるような通信状態において、低消費電力化を実現することを目的とし、例えば、局所でのみ適用可能な無線通信手段の一例として当業界において広く知られているＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）で用いられる。無線通信システム１では、ＲＦＩＤで用いられる場合よりも遠距離で適用が可能である。

ＲＦＩＤは、タグとリーダとから構成され、タグに格納された情報をリーダで非接触に読み取るシステムである。ＲＦＩＤタグは、固有の識別情報を含んだデバイスであり、特定周波数の電波を受信したことに応答して識別情報に相当する変調周波数の電波を発振する動作特性を持ち、読取装置側でＲＦＩＤタグの発振周波数を基にそれが何であるかを特定することができる。タグとリーダライタとの間の通信方法には、電磁結合方式、電磁誘導方式、電波通信方式等が挙げられる。本発明は、この内、２．４ＧＨｚ帯などのマイクロ波を用いた電波通信方式に関連する。

無線通信システム１は、操作装置２及び被操作装置３が以下で述べるような内部構成を備えることにより操作制御システムとすることができる。

図３は、操作装置２の内部構成を示すブロック図である。操作装置２は、操作盤２０１と、信号処理部２０２と、無線送信モジュール２０３とを備えて構成される。また、無線送信モジュール２０３は、アンテナ２０４と、アンテナスイッチ２０５と、アンテナ負荷２０６と、ＢＰＦ（Band Pass Filter）２０７と、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）検波部２０８とを備えて構成される。なお、本実施の形態において、周波数は、２．４ＧＨｚ帯を用いる。

操作盤２０１は、ユーザの操作による操作信号を入力する入力キー等を備え、入力キー等より入力した操作信号を信号処理部２０２に供給する。

信号処理部２０２は、操作盤２０１より供給された各操作信号に対応するビットパターンを有する操作データ生成し、この操作データを無線送信モジュール２０３のアンテナスイッチ２０５に供給する。なお、信号処理部２０２は、全体の信号制御を司るＣＰＵ（Central Processing Unit）と、各種ソフトウェアが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵのワークメモリとしてのＲＡＭ（Random Access Memory）とを備えて一連の信号処理を行う。

無線送信モジュール２０３において、アンテナスイッチ２０５は、信号処理部２０２より供給された操作データのビットイメージに従ってオン又はオフ動作を行う。例えば、操作データが１の場合はオンに、操作データが０の場合はオフとする。

アンテナ２０４は、アンテナスイッチ２０５がオンの場合は５０Ωのアンテナ負荷２０６で終端され、オフの場合はオープンとなる。この動作に基づくと、アンテナ２０４は、被操作装置３から送信される電波に対して、オンの場合は終端、オフの場合は反射の振る舞いをする。操作データは、基本的にアンテナスイッチ２０５のオン又はオフにより、アンテナ負荷インピーダンスの変動によって生じる被操作装置３からの電波の反射波で送信されることになる。このような通信方法は、「バックスキャッタ方式」と呼ばれる。無線送信モジュール２０３からの反射波信号は、ＡＳＫ変調波と等価である。但し、ＲＦＩＤバックスキャッタ通信方式においては、ＡＳＫ変調以外にＰＳＫ（Phase Shift Keying）又はＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調方式を適用することも可能である。

アンテナスイッチ２０５は、一般的にガリウム砒素のＩＣ（Integrated Circuit）で構成され、その消費電力は、数１０μＷ以下である。したがって、超低消費の無線伝送が実現できる。

ＢＰＦ２０７及びＡＳＫ検波部２０８は、転送先からＡＳＫ変調された送信確認信号の受信時に用いるが、これら２つのブロックは、伝送の送信確認を行わない一方向の伝送であれば不要である。送信確認が行われる場合、その制御は、信号処理部２０２で行われる。

ＢＰＦ２０７は、２．４ＧＨｚ帯の周波数を通過させ、他の周波数帯を減衰させる目的で使用される。送達確認を行う場合に必要なＡＳＫ検波部２０８の消費電力は、３０ｍＷ以下で実現できる。したがって、無線通信システム１においてデータ伝送時の平均電力としては、送達確認方式の場合では１０ｍＷ以下、一方向伝送では数１０μＷでデータ伝送が可能である。これは、無線ＬＡＮ（Local Area Network）と比較すると、圧倒的な性能差である。

図４は、被操作装置３の内部構成を示すブロック図である。被操作装置３は、無線受信モジュール３００と、信号処理部３１１と、映像インターフェース（図ではインターフェースはＩ／Ｆと記載する。以下同じ。）３１２と、音声インターフェース３１３と、映像表示部３１４と、音声再生部３１５とを備えて構成される。

無線受信モジュール３００は、操作装置２より操作データを受信する。無線通信システム１では、操作データは反射波で伝送されるため、無線受信モジュール３００は、反射波を作り出すための無変調のキャリアを操作装置２に送信する必要がある。

無線受信モジュール３００は、２．４ＧＨｚ帯のアンテナ３０１と、サーキュレータ３０２と、受信部３０３と、送信部３０６と、周波数シンセサイザ３０９と、通信制御部３１０とを備えて構成される。また、受信部３０３は、直交検波部３０４と、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）アンプ３０５とを備えて構成され、送信部３０６は、パワーアンプ３０７と、ミキサ３０８とを備えて構成される。

無線受信モジュール３００からの無変調キャリアの送信は、通信制御部３１０からミキサ３０８に対してある直流電圧を与えることにより実現される。送信される無変調キャリアの周波数は、通信制御部３１０において制御される周波数シンセサイザの周波数で決まる。本実施の形態では、２．４ＧＨｚ帯を用いている。

ミキサ３０８が出力する無変調キャリアは、パワーアンプ３０７にて所定のレベルまで増幅され、サーキュレータ３０２経由でアンテナ３０１より送信される。

操作装置２より送信される反射波は、アンテナ３０１で受信され、サーキュレータ３０２経由で受信部３０３に送信される。

直交検波部３０４には、送信時と同じローカル周波数が入力されるため、直交検波部３０４の出力には、操作装置２で掛けられたＡＳＫ変調波が現われることになる。但し、受信した信号は、ローカル信号と位相が異なるため、Ｉ信号及びＱ信号には、それぞれその位相差に応じた変調信号が現われる。

ＡＧＣアンプ３０５では、最適値にゲインを制御され、その出力信号は、通信制御部３１０に渡される。

通信制御部３１０は、Ｉ信号及びＱ信号よりデジタルデータへの復調を行い、正しいデジタルデータを信号処理部３１１に供給する。

通信制御部３１０は、操作装置２より送信されてくるデータパケットに付加されているUnique Wordが検出できなかった、又はＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）符号が誤りであった場合には、通信が遮断されていると判断し、制御信号を信号処理部３１１に供給する。

また、通信制御部３１０は、通信の遮断時間（又は接続時間）、一定時間における通信の遮断回数（又は接続回数）を測定し、これらの測定結果に基づく制御信号を信号処理部３１１に供給する。

また、通信制御部３１０は、ＡＧＣ信号等の電界強度検出信号を利用して操作装置２より受信した信号の電界強度ＲＳＳＩ（Receive Signal Strength Indication）を測定し、この測定結果に基づく制御信号を信号処理部３１１に供給する。

信号処理部３１１は、通信制御部３１０より供給された制御信号に基づいて映像表示部３１４に表示されている映像、及び音声再生部３１５より再生されている音声を制御する。

信号処理部３１１は、通信制御部３１０より供給されたデジタルデータを用いて映像処理を行い、映像インターフェース３１２を介して映像信号を映像表示部３１４に供給する。また、信号処理部３１１は、通信制御部３１０より供給されたデジタルデータを用いて音声処理を行い、音声インターフェース３１３を介して音声信号を音声再生部３１５に供給する。なお、信号処理部３１１は、全体の信号制御を司るＣＰＵと、各種ソフトウェアが格納されたＲＯＭと、ＣＰＵのワークメモリとしてのＲＡＭとを備えて一連の信号処理を行う。

映像表示部３１４は、通信制御部３１０より供給された映像信号に基づく映像をディスプレイ等により表示する。

音声再生部３１５は、通信制御部３１０より供給された音声信号に基づく音声をスピーカ等により再生する。

被操作装置３において操作装置２からのデータの送達確認を行う場合、通信制御部３１０は、受信したパケットデータが正しければ肯定応答のＡＣＫ（Acknowledgement）を、違っていれば、否定応答のＮＡＫ（Negative Acknowledgement）のデジタルデータをミキサ３０８に転送し、ＡＳＫ変調を掛ける。データの正誤は、データパケットに付加されたＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）符号で判断する。なお、被操作装置３がＡＣＫ又はＮＡＫの送達信号を送信する際に、同一信号内に操作装置２に対するコマンドを含めることも可能である。

図５は、操作装置２と被操作装置３との間で行われる反射波無線通信における処理動作シーケンスを説明するための図である。なお、図示の例では、両装置間で送達確認を行うことを想定する。以下、この処理動作シーケンスについて説明する。

ステップＳ１において、操作装置２では、手動にてデータ送信モードに設定される。

ステップＳ２において、被操作装置３では、手動にてデータ受信待ちモードに設定される。

ステップＳ３において、被操作装置３は、操作装置２に無変調キャリアを送信する。

ステップＳ４において、操作装置２は、被操作装置３より無変調キャリアを受信すると、反射波を用いてデータ送信要求を行う。

ステップＳ５において、被操作装置３は、操作装置２よりデータ送信要求を受信すると、ＡＳＫ変調により送信許可を操作装置２に送信する。

ステップＳ６において、被操作装置３は、無変調キャリアを操作装置２に送信する。

ステップＳ７において、操作装置２は、被操作装置３より無変調キャリアを受信すると、反射波を用いてパケット化されたデータを被操作装置３に送信する。

ステップＳ８において、被操作装置３は、操作装置２より受信したパケットデータが正しければＡＳＫ変調で肯定応答のＡＣＫを、また、受信したパケットデータが誤っていれば否定応答のＮＡＫを操作装置２に送信する。ここで、データの正誤は、データパケットに付加されたＣＲＣ符号で判断する。

以降、データ送信が終了するまで、ステップＳ６〜ステップＳ８の処理動作は繰り返し実行される。

操作制御システムでは、データの通信環境を変化させることにより映像表示部３１４に表示されている映像を移動させたり、この映像表示に応じた音声再生を行うことができる。

上述したように、操作制御システムでは、操作装置２と被操作装置３との相対位置を変化させることにより被操作装置３における受信電波強度を大きく変化させることができる。また、操作装置２と被操作装置３との間に遮蔽物４を配置することにより、操作装置２と被操作装置３との間で行われる無線通信を遮断することができる。

図６は、データの通信環境を変化させることにより映像中のキャラクタを移動させたり、映像表示に応じた音声再生を行う具体例を示す図である。

図６に示すように、ゲームコントローラ２Ａとゲーム機本体３Ａとの間に遮蔽物４Ａを配置することにより、ゲームコントローラ２Ａとゲーム機本体３Ａとで行われる反射波無線通信は遮断される。この際、通信制御部３１０は、上述したように通信制御部３１０より伝達された情報に基づいて通信の遮断時間（又は接続時間）、一定時間における通信の遮断回数（又は接続回数）を測定し、これらの測定結果に基づく制御信号を生成する。これにより、例えば、ディスプレイ３１４Ａに表示されているキャラクタ１０は、遮断時間（又は接続時間）分だけ敵を攻撃する、また、遮断回数（接続回数）分だけジャンプするというような動作を行う。

また、ユーザがゲームコントローラ２Ａを上下左右に動かすことにより、ゲーム機本体３Ａでの受信電波強度ＲＳＳＩは大きく変化する。このＲＳＳＩ測定結果に基づく制御信号によってキャラクタの移動方向も大きく変化する。

例えば、ユーザがゲームコントローラ２Ａを上下左右に移動させると、これと同時にディスプレイ３１４Ａに表示されているキャラクタ１０も上下左右に移動する。

これに基づくと、例えば、ユーザが体にコントローラを取り付けて自ら動作し、これと同時にキャラクタも同じ動作をするという体感ゲームへの応用も考えられる。

このように、無線通信における通信状態を変化させることにより映像や音声の動作を変化させる他の具体例について説明する。

例えば、図７に示すように、音楽再生装置３Ｂにおける信号処理部は、操作装置２Ｂの信号処理部で算出された、電界強度ＲＳＳＩ、無線通信の遮断状態等に応じて音楽を再生させるための音楽再生パラメータ等を変更し、この音楽再生パラメータに基づいて音程や音の長さを変化させることができる。

また、マウス等のポインティングデバイスに応用した場合は、操作部の動きと同様に情報処理装置が備える画面中のポイントも動き、無線通信を遮断することによりクリック動作を行わせるといったことが考えられる。

上述したように、本発明を適用した一実施の形態における操作制御システムでは、反射波無線通信の無線通信状態に基づいて制御対象の動作を制御するための制御信号を生成するという、電源を用いないアナログ制御を行うため、超低消費電力化を実現することができ、システムを構成する装置の小型化、軽量化することができる。また、操作制御システムでは、ユーザに対してより一体感のあるエンターテイメントを提供することができる。

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明を適用した一実施の形態における無線通信システムの構成を示す図である。操作部と本体部との位置関係及びその指向特性の一例を示す図である。操作部の内部構成を示すブロック図である。本体部の内部構成を示すブロック図である。操作部と本体部との間で行われる反射波無線通信における処理動作シーケンスを説明するための図である。データの通信環境の変化に応じた映像表示や音声再生を行う具体例を示す図である。操作部が接続された音楽再生装置の外観構成を示す図である。

符号の説明

１無線通信システム、２操作部、３本体部、４遮蔽物、２０１操作盤、２０２信号処理部、２０３無線送信モジュール、３００無線受信モジュール、３１１信号処理部、３１２映像インターフェース、３１３音声インターフェース、３１４映像表示部、３１５音声再生部

Claims

操作装置と受信装置とが、電波の反射を利用した無線通信を介して接続されている無線通信システムにおいて、
上記操作装置は、
終端又はオープンにされて、上記受信装置より送信された電波を吸収又は反射するアンテナと、
オン又はオフ動作を行い、上記アンテナを終端又はオープンにさせるスイッチと、
上記スイッチのオン又はオフ動作を制御するスイッチ制御手段と
を備え、
上記受信装置は、
電波を送信及び受信するアンテナと、
上記アンテナを介して無変調キャリアを送信する送信手段と、
上記アンテナを介して、上記操作装置より送信された電波を受信する受信手段と、
上記操作装置が操作されることにより変化する上記無線通信の通信状態に基づいて制御対象の動作を制御するための制御信号を生成する制御信号生成手段と
を備えることを特徴とする無線通信システム。
上記制御信号生成手段は、上記無線通信が遮断されている時間に基づいて制御信号を生成することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
上記制御信号生成手段は、上記無線通信が遮断された回数に基づいて制御信号を生成することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
上記制御信号生成手段は、上記無線通信において上記操作装置が出力する電界強度に基づいて制御信号を生成することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
操作装置と、当該操作装置より操作制御を受ける被操作装置とが、電波の反射を利用した無線通信を介して接続されている操作制御システムにおいて、
上記操作装置は、
終端又はオープンにされて、上記受信装置より送信された電波を吸収又は反射するアンテナと、
オン又はオフ動作を行い、上記アンテナを終端又はオープンにさせるスイッチと、
上記スイッチのオン又はオフ動作を制御するスイッチ制御手段と
を備え、
上記被操作装置は、
電波を送信及び受信するアンテナと、
上記アンテナを介して無変調キャリアを送信する送信手段と、
上記アンテナを介して、上記操作装置より送信された電波を受信する受信手段と、
上記操作装置が操作されることにより変化する上記無線通信の通信状態に基づいて制御対象の動作を制御するための制御信号を生成する制御信号生成手段と、
上記制御信号生成手段において生成された制御信号に基づいて上記制御対象の動作を制御する対象動作制御手段と
を備えることを特徴とする操作制御システム。