JP7271245B2 - 入力デバイス - Google Patents

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Description

本開示は、被トラッキング部を有する入力デバイスに関する。
入力デバイスに発光部を設け、発光部からの光をカメラで検知することによって、入力デバイスの位置や姿勢をトラッキングする技術がある。下記特許文献1には、球状の発光部が設けられた、ゲーム操作用の入力デバイスが開示されている。
特開2011-164932号公報
入力デバイスの外面に複数の発光部を設けることが検討されている。各発光部に対応する光源(具体的には、発光ダイオード(LED))が実装される基板としてフレキシブル基板を利用すれば、発光部の位置について高い自由度が確保でき、カメラによる発光部の検知安定性が確保し易くなる。しかしながら、組み立ての容易さや、コストの観点では、フレキシブル基板を用いることは必ずしも望ましくない。
本開示で提案する入力デバイスは、複数の発光部が設けられている外面に有している被トラッキング部と、前記被トラッキング部の前記外面を構成するハウジングと、前記ハウジングの内側に配置されているリジット基板である第1基板と、前記第1基板の第1の面に実装されている少なくとも1つの光源と、前記少なくとも1つの光源の光を前記ハウジングの外面における前記複数の発光部の位置に案内する第1導光部材とを有している。これによれば、入力デバイスの組み立て作業を容易化でき、コストの低減を図ることができる。
本開示で提案する入力デバイスが利用されるシステムの例を説明するための図である。 本開示で提案する入力デバイスの例を示す背面図である。 入力デバイスの側面図である。 入力デバイスが有する被トラッキング部の分解斜視図である。 基板と導光部材の側面図である。 図5で示すVI-VI線での被トラッキング部の断面図である。 導光部材の変形例を示す図である。
以下において、本開示で提案する入力デバイスの例について説明する。本明細書では、図2のZ1及びZ2で示す方向をそれぞれ上方及び下方と称し、図2のX1及びX2で示す方向をそれぞれ右方及び左方と称し、図3のY1及びY2で示す方向をそれぞれ前方及び後方と称する。これらの方向は、図1に示すようにユーザが入力デバイス100を握ってこれを使用しているときのユーザから見た方向に対応している。
[システム概要]
図1で示すように、入力デバイス100は、例えば、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)2とともに使用される。ユーザはHMD2を頭部に装着し、右手及び/又は左手に入力デバイス100を保持する。HMD2は前方に向いているカメラ2aを有している。入力デバイス100には、後述する複数の発光部Hが設けられている。発光部Hの位置はカメラ2aを通して検知され、発光部の位置に基づいて、入力デバイス100の位置と姿勢(すなわち、ユーザの手の位置や向き)が算出される。入力デバイス100は、後述するように、ユーザが指で操作する複数の操作部(例えば、操作ボタンや、操作スティック、タッチセンサなど)を有している。HMD2の表示部には、入力デバイス100の位置や、その姿勢、操作部に対してなされた操作などに基づいて生成された動画像(例えば、ゲーム画像)が表示される。
入力デバイス100の位置と姿勢の算出は、HMD2に搭載されている情報処理装置によって実行されてもよいし、外部の情報処理装置(例えば、HMD2とは別個のゲーム装置や、パーソナルコンピュータ)によって実行されてもよい。入力デバイス100は、モーションセンサー(例えば、加速度センサや、ジャイロセンサー)を有してもよい。情報処理装置は、発光部Hの位置だけでなく、モーションセンサーの出力に基づいて、入力デバイス100の位置や姿勢を算出してもよい。また、動画像の生成も、HMD2に搭載されている情報処理装置によって実行されてもよいし、外部の情報処理装置によって実行されてもよい。入力デバイス100の位置等の算出と動画像の生成が、外部の情報処理装置によって実行される場合、カメラ2aで取得した画像情報は、外部の情報処理装置に無線または有線で送信され、生成された動画像情報は外部の情報処理装置から無線又は有線でHMD2に送信される。なお、図1で例示するシステムとは異なり、入力デバイス100はHMD2とは別個に使用されてもよい。この場合、入力デバイス100の位置や姿勢をトラッキングするためのカメラは、入力デバイス100の位置や姿勢に基づいて生成された動画像を表示する外部の表示装置(例えば、テレビジョンやパーソナルコンピュータのモニター)に取り付けられてもよい。
[入力デバイスの全体構成]
右手用の入力デバイス100の外形と左手用の入力デバイス100の外形は左右対称である。操作部11Aに配置される操作部材の数や種類は、左右の入力デバイス100において相違していてよい。以下では、右手用の入力デバイス100について詳説する。
図2で示すように、入力デバイス100の本体10は、グリップ11Bと、複数の操作部材が配置されている操作部11Aとを有している。本体10はその上部に操作部11Aを有し、グリップ11Bは操作部11Aから下側に伸びている。操作部11Aに配置されている操作部材は、グリップ11Bを握っている状態で親指又は人指し指によって操作できる。グリップ11Bは、例えば、母指球、中指、薬指、及び小指によって保持される。
図2及び図3で示すように、操作部11Aには、例えば、操作ボタン13・14・15と操作スティック16が操作部材として配置される。操作ボタン13は操作部11Aの前面11aに配置され(図3参照)、例えば人指し指で操作される。操作ボタン14・15と操作スティック16は操作部11Aの背面11bに配置され(図2参照)、例えば親指で操作される。操作スティック16は径方向に倒したり、スライド可能な操作部材である。操作部11Aに設けられる操作部材は、ここで説明する例に限られない。例えば、タッチセンサや、トリガーボタン、タッチセンサ付きボタンが操作部11Aに設けられてもよい。また、操作部11Aに設けられる操作部材の数は、1つや、2つでもよいし、4つ以上でもよい。
図2で示すように、入力デバイス100は、複数の発光部Hが配置されている被トラッキング部30を有している(図において発光部は黒丸で示されている。)。被トラッキング部30は本体10から離れて形成されている。すなわち、被トラッキング部30は、弧状又は環状に伸びている部分を含み、少なくともその中途部はグリップ11Bから離れている(中途部と本体10との間にスペースが存在している)。図で示す例では、被トラッキング部30は、本体10の右方に位置し、本体10の最上部と本体10の最下部とに接続している。被トラッキング部30は、本体10の最上部から、左右方向における外側に膨らむように湾曲しながら下方に伸びている。被トラッキング部30の中途部は、グリップ11Bから右方に離れている。
被トラッキング部30の位置と形状は、HMD2に搭載されているカメラによって発光部Hが安定的に検出できる位置であれば、図で示す例に限られない。被トラッキング部30は本体10の左方に位置してもよいし、本体10の上方、下方、後方、又は前方に位置してもよい。被トラッキング部30の形状は、湾曲した棒状ではなく、まっすぐに伸びている棒状であってもよいし、環状であってもよい。被トラッキング部30の形状が環状である場合、被トラッキング部30は、グリップ11Bを握っているユーザの手や手首を取り囲むように配置されてよい。
本体10にも発光部Hが設けられてもよい。入力デバイス100の例では、ユーザが右手でグリップ11Bを握っているとき、本体10の左側面11cはユーザの手で覆われない。したがって、図2で示すように、左側面11cに複数の発光部Hが設けられてよい。また、操作部11Aの前面11aや、背面11bにも複数の発光部Hが設けられてもよい。
[被トラッキング部]
以下において、被トラッキング部30の構造について詳説する。以下の説明において言及する方向は、被トラッキング部30の要素(部品や、部材、部分)の相対的な位置関係を説明するために使用されており、入力デバイス100における被トラッキング部30の位置を限定するものではない。
図4で示すように、被トラッキング部30は、その外形を構成するハウジング31(図3参照)と、ハウジング31の内側に配置されている基板32とを有している。ハウジング31は、前後方向において組み合わされている後ハウジング31Aと前ハウジング31Bとを有している。基板32はリジット基板であり、例えば、紙フェノール基板や、紙エポキシ基板、ガラスエポキシ基板などである。基板32には、複数の光源Sが実装されている。光源Sは、具体的には、発光ダイオード(LED)である。複数の光源Sは被トラッキング部30の延伸方向で並んでいる。入力デバイス100の例では、基板32の一方の面32a(図5において後方に向いた面、後面と称する)に複数の光源Sが実装され、基板32の他方の面32b(図5において前方に向いた面、前面と称する)にも複数の光源Sが実装されている。
操作部11Aには、図2で示すように、操作ボタン13等の操作部材の動き(ユーザが行った操作)を検知するためのセンサやスイッチが実装された基板19が収容されている。被トラッキング部30の基板32は、操作部11Aの基板19とは別体の基板である。すなわち、基板32は、基板19とは、別の工程で形成された基板である。基板32は、被トラッキング部30の外形に合わせて湾曲している。すなわち、基板32は、入力デバイス100の背面視において、本体10の上部から本体10の下部に向かう方向に、湾曲しながら伸びている。
ハウジング31の内側には、光源Sの光を、ハウジング31の外面における発光部Hの位置に案内する導光部材33A・33Bが配置されている。入力デバイス100の例では、基板32の前側に導光部材33Bが配置され、基板32の後側に導光部材33Aが配置されている。導光部材33Aは後面32aに実装されている光源Sの光を発光部Hの位置に案内し、導光部材33Bは前面32bに実装されている光源Sの光を発光部Hの位置に案内する。導光部材33A・33Bの端面(光出射面)33bが発光部Hの位置に設けられている。ハウジング31は、例えば不透明な材料で形成される。この場合、ハウジング31は、発光部Hの位置だけ、光透過性を有する材料で形成される。ハウジング31は透明或いは半透明な材料で形成されてもよい。
このように、入力デバイス100においては、リジット基板32に光源Sが実装され、その光が導光部材33A・33Bによって発光部Hの位置に案内される。この構造によると、例えば光源が実装されたフレキシブル配線板をハウジング31の内面に沿って配置する構造に比して、入力デバイスの組み立て作業を容易化でき、入力デバイスの低廉化を図ることができる。
図6で示すように、ハウジング31は、後傾斜壁31aと、後傾斜壁31aの前側に位置している前傾斜壁31bとを有している。2つの傾斜壁31a・31bは前後で向かい合っている状態で、同じ方向(被トラッキング部30の延伸方向)に伸びている。2つの傾斜壁31a・31bは実質的に同じ長さを有している。入力デバイス100の例において、後傾斜壁31aは後ハウジング31Aの一部であり、前傾斜壁31bは前ハウジング31Bの一部である。入力デバイス100の例とは異なり、後傾斜壁31aと前傾斜壁31bは一体的に形成されていてもよい。
後傾斜壁31aの向きと、前傾斜壁31bの向きは互いに異なっており、2つの傾斜壁31a・31bのうち一方は他方に対して傾斜している。入力デバイス100の例では、後傾斜壁31aは、斜め後方且つ右方に向いており、前傾斜壁31bは、斜め前方且つ右方に向いている。ハウジング31は、後傾斜壁31aと前傾斜壁31bとの間で屈曲している。後傾斜壁31aと前傾斜壁31bは滑らかに湾曲していてもよい。傾斜壁31a・31bの幅Wa・Wb(図3参照)は互いに異なっていてもよい。例えば、カメラ2aのある側に向いている傾斜壁の幅は、反対側に向いている傾斜壁の幅よりも大きくてもよい。図1で例示するシステムでは、入力デバイス100の後方にカメラ2aが存在しているので、例えば、後傾斜壁31aの幅Waは、前傾斜壁31bの幅Wbより大きくてもよい。こうすれば、HMD2に設けられたカメラ2aで入力デバイス100を撮影したときに、後傾斜壁31aに設けられている発光部Hの検出精度を向上できる。図1のシステムとは異なり、カメラが入力デバイス100の前方に位置しているシステムでは、前傾斜壁31bの幅Wbが後傾斜壁31aの幅Waより大きくてもよい。
後傾斜壁31aと前傾斜壁31bのそれぞれに、被トラッキング部30の延伸方向で並んでいる複数の発光部Hが設けられている。すなわち、複数の発光部Hは、被トラッキング部30において2列で並んでいる。
図6で示すように、基板32は、後傾斜壁31aと前傾斜壁31bとの間に配置されている。基板32の後面32aが後傾斜壁31aの内面に向いており、基板32の前面32bが前傾斜壁31bの内面に向いている。基板32は、2つの傾斜壁31a・31bの双方に対して傾斜している。
基板32のこのような配置によると、1つの基板32だけで、2つの傾斜壁31a・31bにある発光部Hを光らせることができるので、部品数を減らすことができる。また、光源Sが基板32の後面32aと前面32bとに実装されるので、例えば基板32が左右方向に向くように配置される構造に比して、基板32の幅を低減できる。
さらに、ハウジング31が透明や半透明な材料で形成される場合であっても、基板32が遮光部材として機能するので、HMD2のカメラで取得した画像において後傾斜壁31aの発光部Hと前傾斜壁31bの発光部Hとが重なることを防ぐことができる。例えば、被トラッキング部30の後方にカメラが位置している状態で、被トラッキング部30の画像を取得すると、後傾斜壁31aの発光部Hは画像に表れるものの、前傾斜壁31bの発光部Hは基板32で遮られて、画像に表れない。その結果、発光部Hの位置に基づく入力デバイス100の位置や姿勢の演算精度が向上できる。
なお、図6で表す例では、基板32は後傾斜壁31aと前傾斜壁31bの境界に配置されている。すなわち、前後方向における基板32の位置は、後傾斜壁31aと前傾斜壁31bの境界の位置に概ね一致している。しかしながら、基板32の位置は後傾斜壁31aと前傾斜壁31bの境界からずれていてもよい。
[導光部材]
図5で示すように、導光部材33Aは、各光源Sの光を発光部Hに案内する複数の導光部33aを有している。導光部33aは複数の光源Sのそれぞれに設けられている。すなわち、1つの光源Sに1つの導光部33aが対応している。
入力デバイス100の例では、導光部33aは柱状であり、光源Sから、基板32に垂直な方向でまっすぐに伸びている。したがって、各導光部33aは1つの光源Sの光を1つの発光部Hに案内する。このような構造によると、光源Sと発光部Hとが一対一で対応するので、発光部Hの輝度が確保し易くなる。また、導光部33aがまっすぐに伸びているので、光源Sの光を効率的に発光部Hまで案内できる。図6で示すように、後傾斜壁31aは基板32に対して傾斜している。導光部33aの端面(光出射面)33bは、後傾斜壁31aに合わせて、基板32に対して傾斜していてもよい。
図5で示すように、導光部材33Aは、複数の導光部33aを連結する連結部33cを有している。複数の導光部33aと連結部33cは一体的に形成されている。このような構造によると、部品数を低減できるので、入力デバイス100の組み立て工数を減らすことができる。
図5で示すように、入力デバイス100において、連結部33cは基板32に沿って配置されている板状である。連結部33cは1つの導光部33aの基部から隣の導光部33aまで伸びている。導光部材33Aは基板32に対応するサイズを有している。言い換えると、導光部材33Aは基板32と実質的に同じ長さを有している。そして、基板32の後面32aに実装されている全ての光源Sに対応する導光部33aが、1つの導光部材33Aに形成されている。
連結部33cは、基板32又はハウジング31(具体的には、後ハウジング31A)に、螺子などの固定具で固定される。図5で示すように、連結部33cは、基板32に押し当てられる支持部33dを有している。これによって、導光部材33Aの基板32に対する位置を安定させることができる。
基板32の前側には導光部材33Bが配置されている。前側の導光部材33Bの構造は、上述した後側の導光部材33Aの構造と同じである。すなわち、導光部材33Bも、複数の導光部33aと連結部33cと支持部33dとを有している。前側の導光部材33Bにおける導光部33aの位置(上下方向での位置)は、前傾斜壁31bの発光部Hの位置に対応しているため、図5で示すように後側の導光部材33Aの導光部33aの位置とは上下方向において異なっていてもよい。
[導光部材の変形例]
導光部材の形状は、図5及び図6で示す例に限られない。導光部材は1つの光源Sの光を少なくとも2つの発光部Hに導くように形成されてもよい。この構造によると、光源Sの数を減らすことができる。
図7は、このような構造を有する導光部材及び基板の側面図である。図7において、被トラッキング部30は、基板32の後側に配置される導光部材133Aと、基板32の前側に配置される導光部材133Bとを有している。導光部材133A・133Bは、1つの光源Sに対向する入射面を有する基部133aを有している。また、導光部材133A・133Bは、基部133aから互いに反対方向に伸びている2つの導光部133bを有している。各導光部133bの端面(光出射面)133cが発光部Hの位置に対応している。各導光部材133A・133Bが有している導光部133bの数は2つより多くてもよい。
被トラッキング部30は、基板32の後側に、複数の導光部材133Aを有してもよい。この場合、隣り合う複数の導光部材133Aは相互に連結されてもよい。言い換えると、1つの導光部材が、複数の基部133aと、各基部133aから伸びている複数の導光部133bと、隣り合う基部133aを連結する連結部とを有してもよい。同様に、被トラッキング部30は、基板32の前側に、複数の導光部材133Bを有してもよい。この場合、隣り合う複数の導光部材133Bは相互に連結されてもよい。
[その他の例]
本開示で提案する入力デバイスは、上述した入力デバイス100に限られない。
例えば、基板32の後面32aに実装される光源Sの数は1つでもよい。そして、この光源Sからの光で複数の発光部Hを光らせてもよい。同様に、基板32の前面32bに実装される光源Sの数も1つでもよい。そして、この光源Sからの光で複数の発光部Hを光らせてもよい。
被トラッキング部30の位置は、入力デバイス100の例に限られず、例えば、本体10の左方、上方、下方、後方、又は前方に位置してもよい。また、被トラッキング部30の姿勢や形状も入力デバイス100の例に限られず、例えば、水平方向で伸びるように配置されてもよい。基板32が水平に配置される場合には、2つの導光部材33A・33Bのうち一方は基板32の上側に配置され、一方は基板32の下側に配置される。このように、被トラッキング部30についての上述の説明は、被トラッキング部30の姿勢に応じて適宜変更して解釈される。
さらに他の例では、入力デバイス100は操作ボタン13・14・15や操作スティック16など、指で操作する操作部材を有していなくてもよい。この場合でも、ユーザは、グリップ11Bを握っている状態で、入力デバイス100を動かすことによって、HMD2に表示される動画像にその動きを反映させることができてよい。また、入力デバイス100は、腕や手首に装着可能であってもよい。この場合、入力デバイス100はグリップ11Bを有していなくてもよい。
入力デバイス100の位置や姿勢をトラッキングするためのカメラは、必ずしもHMD2に設けられていなくてもよい。上述したように、例えば、入力デバイス100の位置や姿勢に基づいて生成された動画像が、外部の表示装置(例えば、テレビジョンやパーソナルコンピュータのモニター)で表示される場合、カメラはこの表示装置に取り付けられてもよい。
また、入力デバイス100の位置や姿勢をトラッキングするためのカメラの種類は、特に限定されない。カメラは、可視光を検知するイメージセンサを有してもよいし、赤外線イメージセンサでもよい。また、カメラは、画角全体のうち変化があった画素の情報のみを出力するセンサを搭載するものでもよい。
10 本体、11A 操作部、11B グリップ、11a 前面、11b 背面、11c 左側面、13 操作ボタン、14 操作ボタン、16 操作スティック、30 被トラッキング部、31A 後ハウジング、31B 前ハウジング、31a 後傾斜壁、31b 前傾斜壁、32 リジット基板、32a 後面、32b 前面、33A・33B 導光部材、33a 導光部、33b 端面、33c 連結部、33d 支持部、100 入力デバイス、133A・133B 導光部材、133a 基部、133b 導光部。

Claims (12)

  1. 複数の発光部が設けられている外面を有している被トラッキング部と、
    前記被トラッキング部の前記外面を構成するハウジングと、
    前記ハウジングの内側に配置されているリジット基板である第1基板と、
    前記第1基板の第1の面に実装されている少なくとも1つの光源と、
    前記少なくとも1つの光源の光を前記ハウジングの外面における前記複数の発光部の一部の位置に案内する第1導光部材と、
    前記第1基板の前記第1の面とは反対側の面である第2の面に実装される少なくとも1つの光源と、
    前記第1基板を挟んで前記第1導光部材とは反対側に配置され、前記第2の面に実装される前記少なくとも1つの光源の光を、前記ハウジングの外面における前記複数の発光部の別の一部に案内する第2導光部材と
    を有している
    入力デバイス。
  2. 複数の発光部が設けられている外面を有している被トラッキング部と、
    前記被トラッキング部の前記外面を構成するハウジングと、
    前記ハウジングの内側に配置されているリジット基板である第1基板と、
    前記第1基板の第1の面に実装されている少なくとも1つの光源と、
    前記少なくとも1つの光源の光を前記ハウジングの外面における前記複数の発光部の位置に案内する第1導光部材と
    を有し、
    前記複数の発光部は第1発光部と第2発光部とを含み、
    前記第1基板には第1光源と第2光源とが実装され、
    前記第1導光部材は、前記第1光源の光を前記第1発光部に案内する第1導光部と、前記第2光源の光を前記第2発光部に案内する第2導光部とを有し、
    前記第1導光部と前記第2導光部は互いに連結されている
    入力デバイス。
  3. ユーザによって操作される操作部と、前記操作部に配置されている第2基板とをさらに有し、
    前記第1基板は、前記第2基板とは別体の基板である
    請求項1又は2に記載の入力デバイス。
  4. 前記操作部と、グリップとを有している本体をさらに有し、
    前記被トラッキング部は円弧状又は環状であり、前記被トラッキング部の少なくとも中途部は前記本体から離れている
    請求項3に記載の入力デバイス。
  5. 前記第1基板は、前記被トラッキング部の外形に合わせて湾曲している
    請求項4に記載の入力デバイス。
  6. 前記複数の発光部は第1発光部と第2発光部とを含み、
    前記第1基板には第1光源と第2光源とが実装され、
    前記第1導光部材は、前記第1光源の光を前記第1発光部に案内する第1導光部と、前記第2光源の光を前記第2発光部に案内する第2導光部とを有し、
    前記第1導光部と前記第2導光部は互いに連結されている
    請求項1に記載の入力デバイス。
  7. 前記第1導光部材は前記第1基板に対応するサイズを有している
    請求項6に記載の入力デバイス。
  8. 前記第1導光部材は、前記光源の光を少なくとも2つの発光部に案内する
    請求項1に記載の入力デバイス。
  9. 前記第1基板の前記第1の面とは反対側の面である第2の面に実装される光源と、
    前記第1基板を挟んで前記第1導光部材とは反対側に配置され、前記第2の面の光源の光を前記ハウジングの外面における複数の発光部の位置に案内する第2導光部材と、をさらに有している
    請求項2に記載の入力デバイス。
  10. 前記第1基板の前記第1の面と前記第2の面のそれぞれに複数の光源が実装されている
    請求項1に記載の入力デバイス。
  11. 前記ハウジングは、前記被トラッキング部の延伸方向に伸びており前記複数の発光部の前記一部が設けられている第1壁と、前記第1壁に沿って形成され、前記複数の発光部の前記別の一部が設けられている第2壁とを有し、
    前記第1壁と前記第2壁のうち一方は他方に対して傾斜しており、
    前記第1基板は前記第1壁と前記第2壁との間に配置されている
    請求項1に記載の入力デバイス。
  12. 前記第1基板の前記第1の面は前記第1の壁の内面に対向し、
    前記第1基板の前記第2の面は前記第2の壁の内面に対向している
    請求項11に記載の入力デバイス。
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