JP2011059993A - 光学式ポジションセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、表示画面内の任意の点を指し示すことが可能な光学式ポジションセンサを提供する。
【解決手段】表示装置１２の近傍に設けられ、複数の光学ビームＳ、Ｍ、Ｓを出射する出射部１５と、ビームを受光する受光部１６とから構成される光学式ポジションセンサで、受光部１６で撮像された受光ビームの位置や変位方向に基づいて、表示画面内の任意の点Ｐｏや、拡大や回転等の種々の指示動作（ジェスチャ）を識別する。
【選択図】図６

Description

本発明はポジションセンサに関し、特に、表示画面内の任意の点を指し示すことが可能な光学式ポジションセンサに関する。

ポジションセンサは種々の分野において使用される。例えば、ポジションセンサは、アミューズメント市場において採用されている。ポジションセンサとしては、種々の方式が提案されているが、光学を利用した方式が主流となりつつある。光学を利用したポジションセンサを、以下では、光学式ポジションセンサと呼ぶことにする。

光学式ポジションセンサとして、従来から、種々のものが提案されている。

例えば、特許文献１（特開２００７−３００９５３号公報）は、ゲームシステムに用いられるポインティング装置を開示している。このポインティング装置は、表示装置によって表示されたゲーム画面内の任意の点を指し示すための装置である。表示装置の画面近傍には、各々が赤外光を発する２つのＬＥＤモジュールが設置されている。ポインティング装置は、２つのＬＥＤモジュールの各々からの赤外光を撮影し、その撮画像中の２つのマーカ（２個の赤外光源）の各々の位置や大きさの変化に応じた操作信号を取得する。この取得した操作信号に基づいて、ポインティング装置が指し示す画面上の位置が算出される。ポインティング装置は、撮像情報演算ユニットを含む。撮像処理演算ユニットは、ポインティング装置の先端部分に設けられる赤外線撮像装置と、この撮像装置で撮像した画像データを処理するための画像処理回路とを有する。撮像装置は、ＣＭＯＳセンサやＣＤＤのような固体撮像素子を含む。ポインティング装置の先端部分の撮像装置が表示画面を向くようにしている。画像処理回路は、その赤外線を含む撮影画像を処理することによって、２つのＬＥＤモジュールの位置や面積情報を高輝度点の情報として取得する。

上記特許文献１において、取得された輝点の位置や大きさのデータはポインティング装置から無線（微弱電波）でビデオゲーム装置に送信される。ゲーム装置は、受信した輝点の位置や大きさのデータを用いて、ポインティング装置による画面上の指示位置を算出する。具体的には、２つの輝点の中点の位置が、ポインティング装置の向いている位置すなわち指示位置として採用される。

一方、特許文献２（特開平７−３２２３６７号公報）は、簡便且つ安価な構成でアナログ情報やポインティング情報等変量情報の入力を可能にした「情報入力装置」を開示している。この特許文献１に開示された情報入力装置は、所定の基準点に相対して手動操作され方位や位置が変化する入力具と、光を媒体として入力具の方位や位置の変化分を検出する検出器との組み合わせからなり、変化分に基づいてインクリメンタルに増減する変量情報を本体機器に入力する装置である。入力具は、自己の位置を表す光源を内蔵しており、基準点に向かって投光を発する。検出器は、マルチスリット板（空間変調手段）、二分割受光素子（受光手段）、処理手段等からなる。検出器は、入力具から発した投光を受光するように基準点に配置されている。マルチスリット板は、周期性を持った光学パタンを有しており、光源から入射した投光を空間変調して、入力具の手動操作に伴なう方位や位置に変化に応じて移動する明暗像を形成する。二分割受光素子は、所定の空間位相差で配置された二個の受光領域を有しており、移動する明暗像を受光して周期的に変化する一対の電気信号を出力する。処理手段は、一対の電気信号を処理して、入力具の方位や位置の変化分を抽出し、変量情報として本体機器に送出する。

また、特許文献３（特開２００６−２６８２９７号公報）は、精度が高く、操作性の良いポインタの移動制御を実現できる「ポインタ遠隔制御装置」を開示している。この特許文献２に開示されたポインタ遠隔制御装置は、ポインタリモコンの指向方向の変化に対応してディスプレイ装置の画面上に表示されるポインタを移動制御するためのものである。ポインタリモコンは、光の明暗縞を発生する明暗縞発生部を備える。ディスプレイ装置は、ポインタを含む画像が表示される画面を有するディスプレイ部と、明暗縞を受光する複数の受光部と、複数の受光部の受光出力に基づき明暗縞の移動方向および移動量を検出する移動検出部と、この移動検出部の検出出力に基づいてディスプレイ部の画面上に表示されるポインタの移動制御を行うポインタ表示制御部とを備える。

特開２００７−３００９５３号公報（図１、図３、図４、段落［００４９］、［００６２］、［００６５］〜［００６７］） 特開平７−３２２３６７号公報（図１） 特開２００６−２６８２９７号公報（図１）

前述した特許文献１に開示されたポインティング装置では、表示装置の近傍に２つのＬＥＤモジュールを設置する必要がある。すなわち、出射側が２つの部品で構成されている。そのため、ポインティング装置が高価格になってしまう。また、出射側がディスクリートの（分離した）部品で構成されるので、精度的にばらつきがある。さらに、撮像情報演算ユニットである受光側において、２つのＬＥＤモジュールの位置を特定するためには、２つの赤外光（ビーム）の強度バランスが重要になる。これら２つの赤外光（ビーム）の強度をバランスさせるためには、出射側の２つのＬＥＤモジュールのばらつきをできるだけ抑えると共に、ノイズ対策を施す必要がある。そのため、ポインティング装置に対して高価な対策を必要とする。

一方、特許文献２に開示された情報入力装置においては、検出器が空間変調手段を備えているので、高価になるという問題がある。

また、特許文献３に開示されたポインタ遠隔制御装置では、ポインタリモコンが明暗縞発生部を備え、ディスプレイ装置が明暗縞を受光する複数の受光部を備える必要があるので、構成が複雑で、高価になるという問題がある。

したがって、本発明の課題は、簡易な構成で、表示画面内の任意の点を指し示すことが可能な光学式ポジションセンサを提供することにある。

本発明の他の課題は、性能を向上させた光学式ポジションセンサを提供することにある。

本発明のもっと他の課題は、安価な光学式ポジションセンサを提供することにある。

本発明の他の目的は、説明が進むにつれて明らかになるだろう。

本発明によれば、表示装置（１２）の近傍に設けられてビームを出射する出射部（１５）と、前記ビームを受光する受光部（２１）とから構成され、前記受光部（２１）で受光されたビームの位置に基づいて、前記表示装置（１５）の表示画面内の任意の点（Ｐｏ）を指し示すことが可能な光学式ポジションセンサにおいて、前記出射部（１５）は、１つのビームを出射する１つの光源（２５）と、該光源（２５）からの１つのビームを複数のビームに分離する分離手段（２６）と、から構成される、光学式ポジションセンサが得られる。

上記本発明による光学式ポジションセンサにおいて、前記分離手段は、前記光源（２５）からの１つのビームを、主ビーム（Ｍ）と２つの副ビーム（Ｓ）とに分離する回折格子（２６）から構成されることが好ましい。また、前記受光部は、例えば、リモートコントローラ（１６）の先端に搭載された撮像装置（２１）から構成されてよい。

尚、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、出射部が１つの光源と分離手段とから構成されているので、簡易な構成で、表示画面内の任意の点を指し示すことが可能で、性能を向上させ、安価な光学式ポジションセンサを提供することができる。

本発明の一実施の形態による光学式ポジションセンサが適用されるゲームシステムを示す上面図である。 図１に示したゲームシステムに使用される端末の構成を示すブロック図である。 図１に示したゲームシステムに使用されるリモートコントローラ（リモコン）の構成を示すブロック図である。 図１に示したゲームシステムに使用されるＬＥＤモジュール（出射部）の内部を透視して示す透視図である。 図１に示したゲームシステムに使用されるリモートコントローラ（リモコン）の内部を透視して示す透視図である。 リモコン操作による受光側のイメージと、ＴＶモニタ上での動作を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１を参照して、本発明の一実施の形態による光学式ポジションセンサが適用されるゲームシステム１０について説明する。図１はゲームシステム１０の構成を示す平面図（上面図）である。

ゲームシステム１０は、端末１１と、ＴＶモニタ１２と、端末１１とＴＶモニタ１２との間を接続する視聴覚ケーブル（ＡＶケーブル）１３とを備える。ＴＶモニタ１２の上端には、１つのＬＥＤモジュール１５が設置されている。このＬＥＤモジュール１５と端末１１との間は、ＬＥＤ電源ケーブル１４によって接続されている。

ゲームシステム１０は、更に、端末１１に対して無線電波を送信する機能を有するリモートコントローラ１６を備えている。尚、以下の説明において、リモートコントローラをリモコンと略称する場合がある。

ここで、ＴＶモニタ１２は表示装置として働く。ＬＥＤモジュール１５は、ＴＶモニタ（表示装置）１２の近傍に設けられて、赤外線であるビームを出射する出射部として働く。後で図面を参照して説明するが、リモートコントローラ１６は、この赤外線（ビーム）を受光する受光部を備えている。

本発明に係る光学式ポジションセンサは、出射部１５と、受光部との組み合わせによって構成され、受光部で受光されたビームの位置に基いて、表示装置１２の表示画面内の任意の点を指し示すことが可能である。

図２を参照して、ゲームシステム１０に使用される端末１１について説明する。図２は、ゲームシステム１０に使用される端末１１の構成を示すブロック図である。

端末１１は、リモートコントローラ１６から送信された電波を受信する無線モジュール（無線受信部）１７と、この無線モジュール１７で復調された入力指令（コントロールデータ）を受けるＬＳＩ１８と、ＬＳＩ１８からの発光指令に基いて、ＬＥＤモジュール１５を発光させるＤＣ出力ユニット１９と、ＬＳＩ１８からの視聴覚指令に基いて、ＴＶモニタ１２へ視聴覚信号を送出するＡＶ端子２０とを備える。

図３を参照して、ゲームシステム１０に使用されるリモートコントローラ１６について説明する。図３は、ゲームシステム１０に使用されるリモートコントローラ１６の構成を示すブロック図である。

リモートコントローラ１６は、ＬＥＤモジュール１５から出射された赤外線（ビーム）を撮影するためのカメラユニット（撮像装置）２１と、このカメラユニット２１で撮影した画像データを処理するＭＰＵ２２と、このＭＰＵ２２から出力されるコントローラデータで搬送波を変調して、無線信号を送信する無線モジュール（無線送信部）２３とを備える。

カメラユニット２１は、リモートコントローラ１６の先端に搭載されている。このカメラユニット２１は、上記ＬＥＤモジュール１５から出射されたビーム（赤外線）を受光する受光部として働く。

図４を参照して、ゲームシステム１０に使用されるＬＥＤモジュール（出射部）１５について説明する。図４は、ゲームシステム１０に使用されるＬＥＤモジュール（出射部）１５の内部を透視して示す透視図である。

ＬＥＤモジュール１５は、カバー２４と、カバー２４内に設けられて、１つのビーム（赤外線）を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）２５と、カバー２４の前面に設けられて、発光ダイオード２５からの１つのビーム（赤外線）を、主ビームＭと２つの副ビームＳとに分離する回折格子２６とを備える。発光ダイオード２５は、カバー２４内に設置された基板２７上に搭載されている。この基板２７は、カバー２４を介してＬＥＤ電源ケーブル１４と接続されている。

したがって、発光ダイオード２５は、１つのビームを出射する光源として働く。また、回折格子２６は、発光ダイオード（光源）２５からの１つのビームを複数のビームに分離する分離手段として働く。

このように、本実施の形態では、ＴＶモニタ（表示装置）１２の近傍に１つのＬＥＤモジュール１５を設置している。すなわち、出射側が１つの部品で構成されている。これにより、光学式ポジションセンサを安価に提供することができる。また、ＬＥＤモジュール１５は、発光ダイオード２５から出射された１つのビームを回折格子（分離手段）２６で多ビーム化しているので、強度分布及び位置精度の安定したビームを作成することができる。そして、ビームの強度分布と位置精度が安定しているので、外来ノイズの影響をキャンセルすることが出来、光学的な難易度を抑えることが出来る。

このように本発明によれば、最小部品構成で、性能・品質的にも向上した光学式ポジションセンサを安価に提供することができる。

図５は、リモートコントローラ１６の内部を透視して示す透視図である。

リモートコントローラ１６の先端に、カメラユニット２１が搭載されている。カメラユニット２１は、ソケット２９に装着されている。ＭＰＵ２２は基板３４上に搭載されている。また、基板３４上に２本の電池３２が搭載されている。これら構成部品は、カバー３１で覆われている。カバー３１の外壁にスイッチ３０が取り付けられている。

カメラユニット２１は、固体撮像素子２１ａを含む。固体撮像素子２１ａは、例えば、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤから成る。固体撮像素子２１ａの前方には、赤外線フィルタ２１ｂおよびレンズ２１ｃを配置している。したがって、カメラユニット２１は、赤外線だけを検出して画像データを作成する。

このような構成のゲームシステム１０において、なリモートコントローラ１６を利用してゲームをプレイするとする。この場合、図１に示すように、プレイヤーＰＬは一方の手でリモートコントローラ１６を把持する。そして、リモートコントローラ（リモコン）１６の先端部分のカメラユニット２１がＴＶモニタ（表示画面）１２の表示画面を向くようにする。

図６を参照して、リモコン操作による受光側のイメージと、ＴＶモニタ１２上での動作について説明する。図６において、（Ａ）はポインティング位置Ｐｏが中心にある例を示し、（Ｂ）はポインティング位置ＰｏをＸ方向、Ｙ方向に移動させる例を示し、（Ｃ）は拡大縮小する例を示し、（Ｄ）はポインティング位置Ｐｏを回転する例を示し、（Ｅ）はポインティング位置Ｐｏの表示が無い例を示している。

また、図６（Ａ）〜（Ｅ）の各々において、左側はＴＶモニタ１２のモニタ画像を示し、右側はリモコン操作を示し、中央部はカメラユニット２１のカメラ画像を示している。

先ず、図６（Ａ）を参照して、ポインティング位置Ｐｏを中心にする場合について説明する。この場合、図６（Ａ）の右側に示されるように、プレイヤーＰＬはリモコン１６をＴＶモニタ１２の中心に向ける。これにより、図６（Ａ）の中央部に示されるように、カメラユニット２１には、その中心部に主ビームＭの輝点が、その両側に２つの副ビームＳの輝点が存在する、カメラ画像が撮影される。その結果、図６（Ａ）の左側に示されるように、ＴＶモニタ１２上には、ポインティング位置Ｐｏが中心にあるモニタ画像が表示される。

次に、図６（Ｂ）を参照して、ポインティング位置ＰｏをＸ方向、Ｙ方向に移動させる場合について説明する。この場合、図６（Ｂ）の右側に示されるように、プレイヤーＰＬはリモコン１６をＴＶモニタ１２の端に向ける。これにより、図６（Ｂ）の中央部に示されるように、カメラユニット２１には、主ビームＭの輝点がその中央部から移動し、それに連れて主ビームＭの両側の２つの副ビームＳの輝点も移動するような、カメラ画像が撮影される。その結果、図６（Ｃ）の左側に示されるように、ＴＶモニタ１２上には、ポインティング位置Ｐｏが移動するモニタ画像が表示される。

図６（Ｃ）を参照して、拡大縮小する場合について説明する。この場合、図６（Ｃ）の右側に示されるように、プレイヤーＰＬはリモコン１６をＺ方向に沿ってＴＶモニタ１２側へ近づける。これにより、図６（Ｃ）の中央部に示されるように、カメラユニット２１には、その中心部に主ビームＭの輝点が存在するが、その両側の２つの副ビームＳの輝点が主ビームＭの輝点から遠ざかるような、カメラ画像が撮影される。その結果、図６（Ｃ）の左側に示されるように、ＴＶモニタ１２上には、拡大されたモニタ画像が表示される。尚、縮小する場合には、プレイヤーＰＬはリモコン１６をＴＶモニタ１２側から遠ざければ良い。

図６（Ｄ）を参照して、ポインティング位置Ｐｏを回転する場合について説明する。この場合、図６（Ｄ）の右側に示されるように、プレイヤーＰＬはリモコン１６をひねる。これにより、図６（Ｄ）の中央部に示されるように、カメラユニット２１には、主ビームＭの輝点の周りを２つの副ビームＳの輝点が回転するような、カメラ画像が撮影される。その結果、図６（Ｄ）の左側に示されるように、ＴＶモニタ１２上には、ポインティング位置Ｐｏが角度θだけ回転するモニタ画像が表示される。

最後に、図６（Ｅ）を参照して、ポインティング位置Ｐｏを表示させない場合について説明する。図６（Ｅ）の右側に示されるように、プレイヤーＰＬはリモコン１６をＴＶモニタ１２から背ける。これにより、図６（Ｅ）の中央部に示されるように、カメラユニット２１には、主ビームＭ及び２つの副ビームＳのいずれも存在しない、カメラ画像が撮影される。その結果、図６（Ｅ）の左側に示されるように、ＴＶモニタ１２上には、ポインティング位置Ｐｏのない、モニタ画像が表示される。

以上、本発明についてその好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明の精神を逸脱しない範囲内で、種々の変形が当業者によって可能であるのは明らかである。例えば、上述した実施の形態では、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を採用した例について説明したが、他の光源を採用しても良いのは勿論である。また、上述した実施の形態では、分離手段として回折格子を採用した例について説明したが、１つのビームを複数のビームに分離する分離手段であればどのような構成のものを採用しても良い。さらに、上述した実施の形態では、表示装置としてＴＶモニタを採用した例について説明したが、他の表示装置を採用しても良いのは勿論である。上述した実施の形態では、受光部としてリモートコントローラの先端に搭載されたカメラユニット（撮像装置）を採用した例について説明したが、他の受光部を採用しても良い。

本発明は、ゲームシステムばかりでなく、表示装置の表示画面内の任意の点を指し示す必要のある、種々のシステムに利用することができる。

１０ ゲームシステム
１１ 端末
１２ ＴＶモニタ（表示装置）
１３ ＡＶケーブル
１４ ＬＥＤ電源ケーブル
１５ ＬＥＤモジュール（出射部）
１６ リモートコントローラ（リモコン）
１７ 無線モジュール（無線受信部）
１８ ＬＳＩ
１９ ＤＣ出力ユニット
２０ ＡＶ端子
２１ カメラユニット（撮像装置；受光部）
２１ａ 固体撮像素子
２１ｂ 赤外線フィルタ
２１ｃ レンズ
２２ ＭＰＵ
２３ 無線モジュール（無線送信部）
２４ カバー
２５ 発光ダイオード（ＬＥＤ；光源）
２６ 回折格子（分離手段）
２７ 基板
２９ ソケット
３０ スイッチ
３１ カバー
３２ 電池
ＰＬ プレイヤー
Ｐｏ ポインティング位置
Ｍ 主ビーム
Ｓ 副ビーム

Claims (3)

1. 表示装置の近傍に設けられてビームを出射する出射部と、前記ビームを受光する受光部とから構成され、前記受光部で受光されたビームの位置に基づいて、前記表示装置の表示画面内の任意の点を指し示すことが可能な光学式ポジションセンサにおいて、前記出射部は、
   １つのビームを出射する１つの光源と、
   該光源からの１つのビームを複数のビームに分離する分離手段と、
   から構成される、光学式ポジションセンサ。
2. 前記分離手段は、前記光源からの１つのビームを、主ビームと２つの副ビームとに分離する回折格子から構成される、請求項１に記載の光学式ポジションセンサ。
3. 前記受光部は、リモートコントローラの先端に搭載された撮像装置から構成される、請求項１又は２に記載の光学式ポジションセンサ。

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