JP3940896B2 - 回転検出装置、コントローラ装置、ヘッドホン装置および信号処理システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、テレビゲーム機のコントローラ、音声再生用ヘッドホンまたは頭部装着型ディスプレイなどの被検出物の回転、すなわち角速度(回転角速度)、回転角度(回転変位)または角加速度(回転角加速度)を検出する装置、および、回転検出装置を備えるコントローラ装置、ヘッドホン装置および信号処理システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
被検出物の回転を検出して信号処理を制御することは、様々な分野で考えられている。
【0003】
例えば、テレビゲーム機では、従来は、ゲームプレーヤが、ゲーム機のコントローラ(操作入力部)に設けられたボタンを手で操作して、ゲーム上の対象物を操作することが一般的であったが、最近は、ゲームの臨場感や仮想現実感を増大させるために、様々なコントローラが用いられている。
【0004】
その一つとして、例えば、コントローラ内にコントローラの回転を検出するセンサを組み込むことによって、ゲーム機本体においてコントローラの回転を検出し、ゲームプレーヤがコントローラを車のハンドルのように左右に回転させたとき、ゲーム上で車の移動方向を制御し、またはコントローラを上下に回転させたとき、ゲーム上でゴルフショットの飛距離を制御するなど、ゲーム内容をインタラクティブに制御することが考えられる。
【0005】
また、音声を再生する装置で、リスナがヘッドホンによって音声を聴取する場合、音源の音声信号による音像がリスナの頭の中に定位して、音が頭の中から聞こえ、ゲーム機などのように映像および音声を再生する装置では、映像中の音源と実際に聞こえてくる音像位置が一致しなくなって、きわめて不自然な音場再生または音像定位となる。
【0006】
そこで、ヘッドホンによって音声を聴取する場合に、図11に示すように、あらかじめ、仮想音源5の位置からリスナ3の左右の耳3L,3Rに至る伝達関数HL,HRを測定または計算しておき、音源のデジタル音声信号を、この伝達関数HL,HRを時間軸上に変換したインパルス応答を畳み込むデジタルフィルタによってフィルタリングした後、アナログ音声信号に変換して、ヘッドホン1の左右の音響変換器1L,1Rに供給することによって、リスナ頭外の仮想音源5の位置、例えば表示される映像中の音源の位置に、音像を定位させることが考えられている。
【0007】
さらに、この場合、ヘッドホン1のヘッドバンド1aなどに角速度センサ9を取り付けて、リスナ頭部が矢印Axで示すように左右に回転したとき、角速度センサ9の出力の角速度検出信号を積分して、リスナ頭部の回転角度を検出し、仮想音源5の方位を基準方位としたときのリスナ頭部の方位を検出して、その検出結果に応じて上記の伝達関数HL,HRを補正するように音声信号をリアルタイムで処理することによって、リスナ3がいずれの方向に向いても、リスナ頭外の仮想音源5の位置、例えば表示される映像中の音源の位置に、音像を定位させることが考えられる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、ゲーム機の図10に示すようなコントローラ51に回転検出センサを組み込んで、コントローラ51の回転を検出する場合、XYZ3次元空間において、回転検出センサの被検出軸に沿う軸の周り、例えばX軸の周り(X軸に垂直なX平面内)の、矢印Axで示す方向の回転を検出することはできるが、これに垂直な他の軸の周り、例えばY軸の回り(Y軸に垂直なY平面内)およびZ軸の周り(Z軸に垂直なZ平面内)の、矢印AyおよびAzで示す方向の回転を検出することはできない。
【0009】
そのため、上述したように、一方でコントローラ51を左右に回転させてゲーム上で車の移動方向を制御し、他方でコントローラ51を上下に回転させてゲーム上でゴルフショットの飛距離を制御する、というような、複数方向の回転を検出してゲーム内容を制御することはできない。
【0010】
もっとも、2つまたは3つの回転検出センサを、それぞれの被検出軸を互いに直交させるように配置すれば、X,Y,Z軸中の2つまたは3つの軸の周りの回転を検出することができる。しかし、そうすると、回転検出装置が大型化するとともに、回転検出装置のコストアップを来たす。
【0011】
図11に示したように、ヘッドホン1に角速度センサ9を取り付けて、リスナ頭部の回転を検出し、その検出結果に応じて音声信号を処理する場合にも、ヘッドホン1の装着状態(傾き)や角速度センサ9の取付状態(傾き)などによっては、リスナ頭部の回転を精度よく検出することができない。
【0012】
そこで、この発明は、一つの軸の周りの回転を検出するセンサを一つ設けるだけで、直交する複数の軸の周りの被検出物の回転を精度よく検出することができ、回転検出装置の小型化および低コスト化を実現することができるとともに、回転検出装置を被検出物に容易に取り付けることができるようにしたものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明の回転検出装置は、
被検出物の回転を検出する回転検出センサと、
この回転検出センサの一端に設けられた軸先端部と、
前記被検出物を挟持するセンサ取付体と、
このセンサ取付体に設けられた、前記回転検出センサの回動可能方向を規制する溝部が形成され、その溝部に前記軸先端部が挿入された、前記回転検出センサを支持する可動取付部と、
を備えるものとする。
【0014】
上記のように構成した、この発明の回転検出装置では、センサの被検出軸をXYZ3次元空間においてX軸方向にしたときには、X軸の周りの被検出物の回転を最大精度で検出することができ、センサを可動取付部に対して回動させてセンサの被検出軸をY軸方向またはZ軸方向にしたときには、Y軸またはZ軸の周りの被検出物の回転を最大精度で検出することができるとともに、センサ取付体で被検出物を挟持することによって、回転検出装置を被検出物に容易に取り付けることができる。
【0015】
さらに、可動取付部をセンサ取付体に対して回動可能とするなどによって、X軸、Y軸およびZ軸のいずれの軸の周りの被検出物の回転をも精度よく検出することができるようになる。
【0016】
【発明の実施の形態】
〔回転検出装置の実施形態:図1〜図9〕
図1(A)(B)は、この発明の回転検出装置の第1の例を示し、(B)は可動取付部の部分における断面図である。
【0017】
この例の回転検出装置では、後述するゲーム機のコントローラ、音声再生用ヘッドホン、頭部装着型ディスプレイなどの、被検出物を挟持するセンサ取付体20に、可動取付部24が一体に形成され、その可動取付部24に回転検出センサ10が回動可能に取り付けられる。
【0018】
センサ取付体20は、それぞれ先端部の内面に歯形21aおよび22aが形成された一対の挟持片21および22が軸23によって一体化され、図では省略したバネによって挟持片21,22間に被検出物を挟持するクリップ状のものとされる。
【0019】
可動取付部24は、半球状のものとして一方の挟持片22に一体に形成され、その中央部に、挟持片21,22の長手方向に延長する溝部25が形成される。
【0020】
回転検出センサ10は、一端側に軸部12および軸先端部13が形成され、その軸先端部13が可動取付部24の溝部25に挿入されて、軸26によって可動取付部24に回動可能に取り付けられる。ただし、軸先端部13は、容易に揺動しないように可動取付部24に挟持される。
【0021】
回転検出センサ10は、被検出軸11として示す軸の周りの回転を検出するものであり、例えば、圧電振動ジャイロなどの角速度センサである。回転検出センサ10には、出力の検出信号を取り出すコード19が接続される。
【0022】
以上のような回転検出装置で、センサ取付体20によって被検出物を挟持した状態で、図示するように回転検出センサ10をセンサ取付体20に対して垂直に立てたときには、図1(B)の上下方向の軸の周りの被検出物の回転を最大精度で検出することができる。
【0023】
この状態から、回転検出センサ10を可動取付部24の溝部25に沿って、矢印14または15で示すように前方側または後方側に90°傾倒させると、図1(B)の左右方向の軸の周りの被検出物の回転を最大精度で検出することができる。
【0024】
図2は、図1の例の回転検出装置をテレビゲーム機のコントローラに用いた場合を示す。この例では、センサ取付体20でコントローラ51の中央部を挟むように、回転検出装置をコントローラ51に取り付ける。
【0025】
この例では、図示するように回転検出センサ10を垂直に立てたときには、X軸の周りのコントローラ51の回転を最大精度で検出することができ、矢印14または15で示すように回転検出センサ10を前方側または後方側に90°傾倒させたときには、Z軸の周りのコントローラ51の回転を最大精度で検出することができる。
【0026】
また、可動取付部24の溝部25を挟持片21,22の長手方向に直角の方向に延長させて形成して、回転検出センサ10を90°傾倒させると、あるいは、図示するように可動取付部24の溝部25を挟持片21,22の長手方向に延長させて形成して、コントローラ51の形状によって可能であれば、回転検出装置を図示する方向に対して直角の方向からコントローラ51に取り付けて、回転検出センサ10を90°傾倒させると、Y軸の周りのコントローラ51の回転を最大精度で検出することができる。
【0027】
図3に、この発明の回転検出装置の第2の例を示す。この例では、図1および図2に示したようなセンサ取付体20を設けず、回転検出装置を可動取付部24および回転検出センサ10によって構成し、接着剤や両面接着テープなどによって、可動取付部24をヘッドホン1のヘッドバンド1aに取り付ける。
【0028】
この例では、図示するように回転検出センサ10を垂直に立てたときには、X軸の周りのヘッドホン1(リスナ頭部)の回転を最大精度で検出することができ、矢印14または15で示すように回転検出センサ10を前方側または後方側に、図4に示すように90°傾倒させたときには、Z軸の周りのヘッドホン1(リスナ頭部)の回転を最大精度で検出することができる。
【0029】
また、溝部25の延長方向をヘッドバンド1aの左右方向にして可動取付部24をヘッドバンド1aに取れ付けて、回転検出センサ10を90°傾倒させると、Y軸の周りのヘッドホン1(リスナ頭部)の回転を最大精度で検出することができる。
【0030】
図1および図2に示した例の、クリップ状のセンサ取付体20を備える回転検出装置を、そのセンサ取付体20でヘッドバンド1aを挟むようにヘッドホン1に取り付けて、ヘッドホン1(リスナ頭部)の回転を検出することもできる。
【0031】
また、図5に示すように、ヘッドホン1が、いわゆるストリートタイプのものである場合には、図示するように、図3および図4に示した例の、可動取付部24および回転検出センサ10からなる回転検出装置を、ヘッドホン1のネックバンド1cに取り付けて、あるいは、図1および図2に示した例の、クリップ状のセンサ取付体20を備える回転検出装置を、そのセンサ取付体20でネックバンド1cを挟むようにヘッドホン1に取り付けて、ヘッドホン1(リスナ頭部)の回転を検出することができる。
【0032】
さらに、図6に示すように、図3および図4に示した例の、可動取付部24および回転検出センサ10からなる回転検出装置を、頭部装着型ディスプレイ30に取り付けて、頭部装着型ディスプレイ30(使用者頭部)の回転を検出することができる。
【0033】
頭部装着型ディスプレイ30は、使用者4の眼前に位置する本体部31と、これを使用者4の耳に掛けるアーム部32Lおよび32Rとからなり、本体部31に液晶パネルなどの映像表示部35Lおよび35Rが設けられるもので、例えば、その本体部31の中央部に回転検出装置を取り付ける。
【0034】
これによって、後述するように、使用者4は、頭部装着型ディスプレイ30を装着した状態で、矢印Axで示すように左右の方向に向いても、正面の固定された位置に映像が表示されているように映像を見ることができる。
【0035】
図1および図2に示した例の、クリップ状のセンサ取付体20を備える回転検出装置を、そのセンサ取付体20で本体部31あるいはアーム部32Lまたは32Rを挟むように頭部装着型ディスプレイ30に取り付けて、頭部装着型ディスプレイ30(使用者頭部)の回転を検出することもできる。
【0036】
図3および図4に示した例のように、回転検出装置を可動取付部24および回転検出センサ10によって構成する場合、図7に示すように、可動取付部24を軸27によって、ヘッドバンド1aや図5に示したネックバンド1cなどの被検出物に回動可能に取り付けるように構成することもでき、これによれば、回転検出センサ10を任意の回動位置で傾倒させることができる。
【0037】
図1および図2に示した例のように、回転検出装置をクリップ状のセンサ取付体20を備えるものとして構成する場合にも、可動取付部24を、挟持片22に一体に形成しないで、挟持片22に回動可能に取り付けてもよい。
【0038】
また、図8(A)に示すように、可動取付部24の溝部25を十字状に形成して、回転検出センサ10を4方向の位置で傾倒させることができるように構成し、あるいは、同図(B)に示すように、回転検出センサ10の軸先端部13を球状に形成し、可動取付部24の溝部25を半球面状に形成して、回転検出センサ10を任意の回動位置で傾倒させることができるように構成することもできる。
【0039】
この場合、回転検出センサ10を90°傾倒させることができなくても、図2〜図4に示したようなY軸およびZ軸の周りの被検出物の回転を精度よく検出することができる。
【0040】
以上のように、この発明によれば、一つの軸の周りの回転を検出するセンサを一つ設けるだけで、直交する複数の軸の周りの被検出物の回転を精度よく検出することができ、回転検出装置の小型化および低コスト化を実現することができる。
【0041】
〔信号処理システムの実施形態:図9〕
図9は、この発明の回転検出装置を用いた信号処理システムの一例を示し、ゲームシステムにおいて、リスナ(ゲームプレーヤ)がヘッドホンによって音声を聴取する場合に、図11で示したように、リスナがいずれの方向に向いても、リスナ頭外の表示される映像中の音源の位置に音像を定位させるものである。
【0042】
そのため、図9のシステムでは、ヘッドホン1に、図3および図4に示したような、可動取付部24および回転検出センサ10からなる回転検出装置を取り付け、または図1および図2に示したような、クリップ状のセンサ取付体20を備える回転検出装置を取り付ける。この場合の回転検出センサ10は、圧電振動ジャイロなどの角速度センサ9である。
【0043】
ゲームシステムとしては、ゲーム機本体40、コントローラ51、DVDなどのゲーム記録媒体53、およびモニタ用のテレビ受信機80を備える。テレビ受信機80は、ディスプレイ81を備え、その左右にスピーカ82および83を備える。
【0044】
ゲーム機本体40は、システム全体を制御するCPU41を備え、そのバス42には、メインメモリ43、描画エンジンを備える描画処理部44、ゲーム画像が展開されるVRAM45、このVRAM45を制御してテレビ受信機80に映像信号を送出する表示制御部46、コントローラ51からの操作入力信号をバス42に取り込むインタフェース47、およびゲーム記録媒体53からのゲーム内容の映像信号および音声信号をバス42に取り込むインタフェース48が接続される。
【0045】
さらに、ゲーム機本体40では、バス42に得られた音源のデジタル音声信号を、DSP(Digital Signal Processor)によって構成された音声処理部61において、デジタルフィルタ63および64によって、図11で示したように、音像を定位させる位置からリスナ3の左耳3Lおよび右耳3Rに至る伝達関数HLおよびHRを時間軸上に変換したインパルス応答を畳み込むようにフィルタリングした後、D/Aコンバータ65および66によってアナログ音声信号に変換し、その変換後の音声信号を、音声増幅回路67および68によって増幅して、ヘッドホン1の左右の音響変換器1Lおよび1Rに供給する。
【0046】
さらに、このシステムでは、角速度センサ9の出力の角速度検出信号を、ゲーム機本体40に取り込んで、A/Dコンバータ79によってデジタル検出信号に変換し、その変換後の検出信号を、検出処理部71において、ローパスフィルタ72によってフィルタリングして、検出信号中のノイズ成分を除去し、さらに積分回路73によって積分して、リスナ頭部の回転角度を検出し、音像を定位させる位置の方位を基準方位としたときのリスナ頭部の方位を検出して、その検出結果に応じて上記の伝達関数HLおよびHRを補正するように、音声処理部61において音源のデジタル音声信号をリアルタイムで処理する。
【0047】
これによって、リスナがいずれの方向に向いても、リスナ頭外の表示される映像中の音源の位置に音像を定位させることができる。
【0048】
音源のデジタル音声信号がステレオ音声信号である場合には、音声処理部61において、左チャネルの第1および第2のデジタルフィルタによって、左チャネルの音声信号を、その音像を定位させる位置からリスナの左耳および右耳に至る伝達関数HLLおよびHLRを時間軸上に変換したインパルス応答を畳み込むようにフィルタリングし、右チャネルの第1および第2のデジタルフィルタによって、右チャネルの音声信号を、その音像を定位させる位置からリスナの左耳および右耳に至る伝達関数HRLおよびHRRを時間軸上に変換したインパルス応答を畳み込むようにフィルタリングした後、左右のチャネルの第1のデジタルフィルタの出力の音声信号を加算し、左右のチャネルの第2のデジタルフィルタの出力の音声信号を加算する。
【0049】
さらに、このシステムでは、上記のようにゲーム機本体40の検出処理部71でプレーヤ頭部の回転を検出することによって、プレーヤ頭部の動きをゲーム内容に反映させることもできる。
【0050】
例えば、図3に示したように回転検出センサ10を垂直に立てた場合には、プレーヤが頭部をX軸の周りに回転させたとき、その動きに応じてゲームの映像内容を変え、図4に示したように回転検出センサ10を傾倒させた場合には、プレーヤがゲーム上の飛来物を避けるように頭部や上体を左右に傾けたとき(Z軸の周りに回転させたとき)、その動きに応じて飛来物のコースを変更する、などの映像処理を行うことができる。
【0051】
図6に示したように、頭部装着型ディスプレイ30に回転検出装置を取り付ける場合には、2系統のデジタル映像信号を、それぞれ、画像メモリに書き込み、画像メモリから読み出して、アナログ映像信号に変換して、映像表示部35Lおよび35Rに供給するとともに、回転検出センサ10からの検出信号によって、映像信号の画像メモリへの書き込み、および画像メモリからの読み出しを制御して、映像表示部35Lおよび35Rに表示される映像を、それぞれの表示画面上で左右方向に移動させることによって、使用者4は、頭部装着型ディスプレイ30を装着した状態で、左右の方向に向いても、正面の固定された位置に映像が表示されているように映像を見ることができる。
【0052】
また、図2に示したようにコントローラ51に回転検出装置を取り付ける場合には、図9に示したようなゲーム機本体40において、回転検出センサ10の出力によってコントローラ51の回転を検出することによって、ゲームプレーヤがコントローラ51を車のハンドルのように左右に回転させたとき、ゲーム上で車の移動方向を制御し、コントローラ51を上下に回転させたとき、ゲーム上でゴルフショットの飛距離を制御するなど、ゲーム内容をインタラクティブに制御することができる。
【0053】
【発明の効果】
上述したように、この発明によれば、一つの軸の周りの回転を検出するセンサを一つ設けるだけで、直交する複数の軸の周りの被検出物の回転を精度よく検出することができ、回転検出装置の小型化および低コスト化を実現することができるとともに、回転検出装置を被検出物に容易に取り付けることができる。
【0054】
したがって、ヘッドホンによって音声を聴取する場合に、リスナがいずれの方向に向いても、リスナ頭外の所定位置に音像を定位させることができる音声再生システム、使用者がいずれの方向に向いても、正面の固定された位置に映像が表示されているように映像を見ることができる頭部装着型ディスプレイシステム、またはゲームプレーヤの動きに応じてゲーム内容を変更制御することができるゲームシステムなどを、低コストで確実に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の回転検出装置の第1の例を示す図である。
【図2】図1の回転検出装置の使用例を示す図である。
【図3】この発明の回転検出装置の第2の例を示す図である。
【図4】図3の回転検出装置の使用例を示す図である。
【図5】図3の回転検出装置の他の使用例を示す図である。
【図6】図3の回転検出装置の他の使用例を示す図である。
【図7】この発明の回転検出装置の他の例を示す図である。
【図8】この発明の回転検出装置の他の例を示す図である。
【図9】この発明の回転検出装置を用いた信号処理システムの一例を示す図である。
【図10】ゲーム機のコントローラの操作の説明に供する図である。
【図11】ヘッドホンにより音声を聴取する場合の音像定位の説明に供する図である。
【符号の説明】
主要部については図中に全て記述したので、ここでは省略する。
Claims (17)
- 被検出物の回転を検出する回転検出センサと、
この回転検出センサの一端に設けられた軸先端部と、
前記被検出物を挟持するセンサ取付体と、
このセンサ取付体に設けられた、前記回転検出センサの回動可能方向を規制する溝部が形成され、その溝部に前記軸先端部が挿入された、前記回転検出センサを支持する可動取付部と、
を備える回転検出装置。 - 前記可動取付部は前記センサ取付体に対して回動可能であり、前記溝部は一方向に延びたものであることを特徴とする請求項1記載の回転検出装置。
- 前記溝部は、異なる方向に延びた2つの溝部が交差したものであることを特徴とする請求項1記載の回転検出装置。
- 前記軸先端部は球状であり、前記溝部は半球面状であることを特徴とする請求項1記載の回転検出装置。
- 前記回転検出センサは角速度センサであることを特徴とする請求項1記載の回転検出装置。
- コントローラと、
このコントローラの回転を検出する回転検出センサと、
この回転検出センサの一端に設けられた軸先端部と、
前記コントローラに設けられた、前記回転検出センサの回動可能方向を規制する溝部が形成され、その溝部に前記軸先端部が挿入された、前記回転検出センサを支持する可動取付部と、
を備えるコントローラ装置。 - 前記可動取付部は前記コントローラに対して回動可能であり、前記溝部は一方向に延びたものであることを特徴とする請求項6記載のコントローラ装置。
- 前記溝部は、異なる方向に延びた2つの溝部が交差したものであることを特徴とする請求項6記載のコントローラ装置。
- 前記軸先端部は球状であり、前記溝部は半球面状であることを特徴とする請求項6記載のコントローラ装置。
- 前記回転検出センサは角速度センサであることを特徴とする請求項6記載のコントローラ装置。
- ヘッドホンと、
このヘッドホンの回転を検出する回転検出センサと、
この回転検出センサの一端に設けられた軸先端部と、
前記ヘッドホンに設けられた、前記回転検出センサの回動可能方向を規制する溝部が形成され、その溝部に前記軸先端部が挿入された、前記回転検出センサを支持する可動取付部と、
を備えるヘッドホン装置。 - 前記可動取付部は前記ヘッドホンに対して回動可能であり、前記溝部は一方向に延びたものであることを特徴とする請求項11記載のヘッドホン装置。
- 前記溝部は、異なる方向に延びた2つの溝部が交差したものであることを特徴とする請求項11記載のヘッドホン装置。
- 前記軸先端部は球状であり、前記溝部は半球面状であることを特徴とする請求項11記載のヘッドホン装置。
- 前記回転検出センサは角速度センサであることを特徴とする請求項11記載のヘッドホン装置。
- 回転検出装置と信号処理装置とを備える信号処理システムであって、
前記回転検出装置は、
被検出物の回転を検出し、その検出出力信号を前記信号処理装置に出力する回転検出センサと、
この回転検出センサの一端に設けられた軸先端部と、
前記回転検出センサの回動可能方向を規制する溝部が形成され、その溝部に前記軸先端部が挿入された、前記回転検出センサを支持する可動取付部とを備え、
前記信号処理装置は、
前記検出出力信号に基づいて信号を処理する信号処理手段を備える、
ことを特徴とする信号処理システム。 - 前記信号処理手段は、
前記検出出力信号から前記被検出物の回転角度を検出する検出処理手段と、
この検出処理手段によって検出された回転角度に応じて、デジタル音声信号を処理する音声処理手段と、
を備えることを特徴とする請求項16記載の信号処理システム。
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