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技術 モーション検知システム、モーション検知可能な携帯型装置、及びモーション検知システムの動作方法

出願人 シウィーグループリミテッド
発明者 葉舟劉順男呂英閣謝清霖
出願日 2010年7月26日 (8年5ヶ月経過) 出願番号 2010-166953
公開日 2011年12月8日 (7年1ヶ月経過) 公開番号 2011-247866
状態 拒絶査定
技術分野 ジャイロスコープ 電子ゲーム機 表示による位置入力
主要キーワード スピン動作 検知加速度 検知角 受信器装置 飛来方向 軸ジャイロスコープ 回転データ 軸角速度
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年12月8日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

ハードウェア費用を増大させることなく、3つの軸のいずれの軸についてもその軸の周りの回転を決定することができるモーション検知システム等を提供する。

解決手段

モーション検知システムは携帯型装置及び受信器装置を有する。携帯型装置はマイクロコントローラGセンサ(1つの3軸加速度計)、ただ1つの2軸ジャイロスコープ、及び無線送信器を有する。受信器装置は、望ましくはドングルであり、マイクロコントローラ及び無線受信器を有する。2軸ジャイロスコープの第1の軸は携帯型装置のZ軸と平行であり、2軸ジャイロスコープの第2の軸は携帯型装置のX軸と鋭角αを形成する。鋭角αは、受信器装置のマイクロコントローラが、携帯型装置の3つの軸の夫々の周りの回転データを計算することを可能にする。

概要

背景

モーション検知可能な指示装置をユーザが手に取り、モニタに向けられている場合に、回転軸は、グランドを向いているZ軸として予め決められており、Y軸は、指示装置からモニタへ向いた方向であり、X軸は、Z軸及びY軸の両軸に対して垂直である。従来の指示装置を用いるシステムでは、表示画面のX’Y’面でカーソルを動かすために、X軸及びZ軸の周り回転出力しか必要とされない。従って、従来の指示装置が指示のみに使用される場合は、ただ2つの回転出力しか必要とされない。

かかるシステムは、Liberty等の米国特許第7,239,301(B2)号明細書(特許文献1)に開示されている。特許文献1は、その全文を参照により本願に援用される。特許文献1には、装置にかかる加速度を測定する加速度計と、X軸及びZ軸の周りの回転を決定する2つの回転センサとを有する従来の指示装置が開示されている。回転出力は、加速度計によって決定される加速度に基づいて変更される。開示されている従来の指示装置は、X軸及びZ軸の周りの回転出力しか提供せず、第3の軸、すなわちY軸の周りの回転の決定については特定されていない。

概要

ハードウェア費用を増大させることなく、3つの軸のいずれの軸についてもその軸の周りの回転を決定することができるモーション検知システム等を提供する。モーション検知システムは携帯型装置及び受信器装置を有する。携帯型装置はマイクロコントローラGセンサ(1つの3軸加速度計)、ただ1つの2軸ジャイロスコープ、及び無線送信器を有する。受信器装置は、望ましくはドングルであり、マイクロコントローラ及び無線受信器を有する。2軸ジャイロスコープの第1の軸は携帯型装置のZ軸と平行であり、2軸ジャイロスコープの第2の軸は携帯型装置のX軸と鋭角αを形成する。鋭角αは、受信器装置のマイクロコントローラが、携帯型装置の3つの軸の夫々の周りの回転データを計算することを可能にする。

目的

従って、ハードウェア費用を増大させることなく、3つの軸のいずれの軸についてもその軸の周りの回転を決定することができるモーション検知システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

3つの直交する軸と、該3つの直交する軸の中の第1の軸に沿った指示方向と、ただ2つの回転センサとを有し、該2つの回転センサは、前記3つの直交する軸の中の第2の軸と当該2つの回転センサの中の第1の回転センサの軸との間にではない鋭角を形成するよう配置される、モーション検知装置と、前記零ではない鋭角に基づいて前記3つの直交する軸に係る回転データを生成する受信器装置とを有するモーション検知システム

請求項2

前記モーション検知装置は、更に、前記3つの直交する軸と整列する軸を有する3軸加速度計を有する、請求項1に記載のモーション検知システム。

請求項3

前記モーション検知装置は、更に、前記3軸加速度計からの出力及び前記2つの回転センサからの出力を受け取るよう結合される第1のマイクロプロセッサを有する、請求項2に記載のモーション検知システム。

請求項4

前記モーション検知装置は、更に、前記第1のマイクロプロセッサの出力を受け取るよう結合される送信器を有する、請求項3に記載のモーション検知システム。

請求項5

前記受信器装置は、第2のマイクロプロセッサへの出力に結合される受信器を有する、請求項4に記載のモーション検知システム。

請求項6

前記受信器装置は、ユニバーサルシリアルバスドングルである、請求項5に記載のモーション検知システム。

請求項7

前記送信器は無線送信器であり、前記受信器は無線受信器である、請求項5に記載のモーション検知システム。

請求項8

前記2つの回転センサの中の第2の回転センサの軸は、前記3つの直交する軸の中の第3の軸と略平行である、請求項1に記載のモーション検知システム。

請求項9

モーション検知可能な携帯型装置であって、前記携帯型装置の3つの直交する軸を形成する軸を有する3軸加速度計と、ただ2つの回転センサと、前記3軸加速度計からの出力及び前記2つの回転センサからの出力を受け取るよう結合されるマイクロプロセッサと、前記マイクロプロセッサの出力を受け取るよう結合される無線送信器とを有し、前記2つの回転センサは、当該2つの回転センサの中の第1の回転センサの軸と前記3つの直交する軸の中の第1の軸との間で零ではない鋭角を形成するよう配置される、モーション検知可能な携帯型装置。

請求項10

前記3つの直交する軸の中の第2の軸は、前記モーション検知可能な携帯型装置の指示方向である、請求項9に記載のモーション検知可能な携帯型装置。

請求項11

前記3軸加速度計が指示する第3の軸は、前記2つの回転センサの中の第2の回転センサの軸と略平行である、請求項10に記載のモーション検知可能な携帯型装置。

請求項12

前記3軸加速度計の第1の軸は、前記モーション検知可能な携帯型装置の指示方向である、請求項9に記載のモーション検知可能な携帯型装置。

請求項13

前記3軸加速度計が指示する第2の軸は、前記2つの回転センサの中の第2の回転センサの軸と略平行である、請求項12に記載のモーション検知可能な携帯型装置。

請求項14

モーション検知システムの動作方法であって、前記モーション検知システムは携帯型装置及び受信器装置を有し、前記携帯型装置は無線送信器、第1のマイクロプロセッサ、3軸加速度計、及びただ2つの回転センサを有し、前記2つの回転センサの中の第1の回転センサの軸は、前記3軸加速度計の少なくとも1つの軸と鋭角を形成し、前記受信器装置は無線受信器及び第2のマイクロプロセッサを有する、方法において、前記第1のマイクロプロセッサが、前記3軸加速度計からの検知加速度データ及び前記2つの回転センサからの回転データを受け取り、これらのデータを前記無線送信器へ出力する段階と、前記無線送信器が、前記検知加速度データ及び前記回転データを前記無線受信器へ送信する段階と、前記無線受信器が、前記検知加速度データ及び前記回転データを前記第2のマイクロプロセッサへ送信する段階と、前記第2のマイクロプロセッサが、前記鋭角に従って前記携帯型装置の3つの軸の周りの回転データを生成する段階とを有する方法。

請求項15

前記第2のマイクロプロセッサが前記携帯型装置のチルト角θを計算する段階を更に有する、請求項14に記載の方法。

請求項16

A・B=|A|×|B|×cosθcosθ=A・B/(|A|×|B|)に従って前記チルト角θを計算する段階を更に有し、前記Aは前記検知加速度データであり、前記Bはグランド面に対する法線ベクトル単位ベクトルである、請求項15に記載の方法。

請求項17

前記第2のマイクロプロセッサが前記携帯型装置の3軸角速度を計算する段階を更に有する、請求項16に記載の方法。

請求項18

Z_rotation=Wz×cosθ+(Wxy/sinα)×sinθX_rotation=−Wz×sinθ+(Wxy/sinα)×cosθY_rotation=Wxy/sin(90°−α)に従って前記携帯型装置の3軸角速度を計算する段階を更に有し、前記Wは角速度であり、αは前記鋭角であり、θは前記チルト角θである、請求項17に記載の方法。

請求項19

前記3軸角速度に基づいてゲーム制御信号を出力する段階を更に有する、請求項17に記載の方法。

技術分野

0001

本願は、モーション検知システムに関し、より具体的には、ただ2つの回転センサを有するモーション検知可能な携帯型装置と、携帯型装置の出力に基づいて3つの軸の周り回転データを生成することができる対応する受信器装置とから成るシステムに関する。

背景技術

0002

モーション検知可能な指示装置をユーザが手に取り、モニタに向けられている場合に、回転軸は、グランドを向いているZ軸として予め決められており、Y軸は、指示装置からモニタへ向いた方向であり、X軸は、Z軸及びY軸の両軸に対して垂直である。従来の指示装置を用いるシステムでは、表示画面のX’Y’面でカーソルを動かすために、X軸及びZ軸の周りの回転出力しか必要とされない。従って、従来の指示装置が指示のみに使用される場合は、ただ2つの回転出力しか必要とされない。

0003

かかるシステムは、Liberty等の米国特許第7,239,301(B2)号明細書(特許文献1)に開示されている。特許文献1は、その全文を参照により本願に援用される。特許文献1には、装置にかかる加速度を測定する加速度計と、X軸及びZ軸の周りの回転を決定する2つの回転センサとを有する従来の指示装置が開示されている。回転出力は、加速度計によって決定される加速度に基づいて変更される。開示されている従来の指示装置は、X軸及びZ軸の周りの回転出力しか提供せず、第3の軸、すなわちY軸の周りの回転の決定については特定されていない。

先行技術

0004

米国特許第7,239,301(B2)号明細書

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、指示装置がゲームシステムに組み込まれる場合に、ゲームシステムは、例えばテニス又はゴルフのゲームをプレイするために、3つの軸(X、Y、Z)のうちのいずれか1つの軸の周りの回転出力を必要としうるが、従来の指示装置は第3の回転出力を提供しない。従って、ハードウェア費用を増大させることなく、3つの軸のいずれの軸についてもその軸の周りの回転を決定することができるモーション検知システムを提供する必要がある。

課題を解決するための手段

0006

モーション検知システムは、携帯型装置及び受信器装置を有する。携帯型装置はマイクロコントローラGセンサ(1つの3軸加速度計)、ただ1つの2軸ジャイロスコープ、及び無線送信器を有する。受信器装置は、望ましくはドングル(dongle)であり、マイクロコントローラ及び無線受信器を有する。2軸ジャイロスコープの第1の軸は携帯型装置のZ軸と平行であり、2軸ジャイロスコープの第2の軸は携帯型装置のX軸と鋭角αを形成する。鋭角αは、受信器装置のマイクロコントローラが、携帯型装置の3つの軸の夫々の周りの回転データを計算することを可能にする。

0007

無線送信器モーション検知システムの動作方法は、携帯型装置のマイクロプロセッサが、3軸加速度計からの検知加速度データ及び2つの回転センサからの回転データを受け取り、これらのデータを無線送信器へ出力する段階を有する。データは、受信器装置の無線受信器へ送信され、第2のマイクロプロセッサへ出力される。第2のマイクロプロセッサは、受け取ったデータに従って携帯型装置の3つの軸の夫々の周りの回転データと、携帯型装置の1つの軸と2つの回転センサの中の1つの回転センサの軸との間に形成される鋭角とを計算する。

0008

当然、本発明のこれらの及び他の目的は、添付の図面に表されている好ましい実施形態に係る以下の詳細な説明を読むことで、当業者に明らかになるであろう。

発明の効果

0009

本願発明の実施形態に従って、ハードウェア費用を増大させることなく、3つの軸のいずれの軸についてもその軸の周りの回転を決定することができるモーション検知システムを提供することが可能となる。

図面の簡単な説明

0010

本願発明の実施形態に係るモーション検知システムのブロック図である。
携帯型モーション検知装置のX軸及びZ軸の周りの回転を表す。
2軸ジャイロスコープの軸と携帯型モーション検知装置の指示方向との間に形成される鋭角を表す。
ホームポジションにおける携帯型モーション検知装置の一実施形態を表す。
2軸ジャイロスコープにおける軸の夫々の方向性を示す図4の携帯型モーション検知装置の側面図である。
図4の携帯型モーション検知装置の可能な応用を表す。
図4の携帯型モーション検知装置の他の可能な応用を表す。

実施例

0011

図1を参照する。モーション検知システム1は、携帯型装置10(例えば、無線式ゲームコントローラ)と、受信器装置20とを有する。携帯型装置10は、マイクロコントローラ(MCU_1)13と、Gセンサ(1つの3軸加速度計)18と、ただ1つの2軸ジャイロスコープ16と、無線送信器(RF_1)11とを有してよい。受信器装置20(望ましくは、ドングル)は、マイクロコントローラ(MCU_2)14と、無線受信器(RF_2)12と、コンピュータ(例えば、デスクトップ又はノートブック型のコンピュータ)に接続可能な接続ポート(望ましくは、ユニバーサルシリアルバス(USB))(図示せず。)とを有してよい。

0012

携帯型装置10から始めて、Gセンサ18は、自身の3軸加速度計により3つの軸の各軸についてその軸に沿った加速度を検知し、アナログ又はデジタルの検知加速度データを出力することができる。2軸ジャイロスコープ16(Gyro)は、X、Y及びZの3つの軸の夫々について角速度を検知し、アナログ又はデジタル検知角速度データを出力することができる。マイクロコントローラ(MCU_1)13は、Gセンサ18及び2軸ジャイロスコープ16の両方からデータを受け取り、必要ならば、受け取ったデータをデジタルデータに変換し、そのデジタルデータを較正して無線送信器(RF_1)11へ出力する。較正されたデジタルデータは、無線送信器(RF_1)11から受信器装置20へ送信され得る。

0013

受信器装置20の無線受信器(RF_2)12は、無線送信器(RF_1)11によって送信されたデジタルデータを受け取り、受け取ったデジタルデータをマイクロコントローラ(MCU_2)14へ出力することができる。次いで、マイクロコントローラ(MCU_2)14は、受け取ったデジタルデータに従って、携帯型装置10に加えられるジェスチャ又は動作を決定することができ、接続ポートを介して、場合によりコンピュータへ、対応する制御信号を出力してよい。

0014

理解を容易にするとともに、モーション検知システム1の限定的な実施形態を考えられないよう、携帯型装置10の法線方向は、本願では、グランド面に略直交するZ軸と、携帯型装置10の指示方向に沿ったY軸とを有するものとして論じられる。携帯型装置10のX軸は、図2に示されるように、Y軸及びZ軸の両方に垂直であるよう決められる。

0015

図3は、本願発明を更に記載するものであるが限定するものではない一実施形態の例となるアーキテクチャを示す。ここで、2軸ジャイロスコープの2つの軸のうちの第1の軸は、(通常、グランドに対して直交する)携帯型装置10のZ軸と平行であってよく、2軸ジャイロスコープの第2の軸は、携帯型装置10のXY面にあるが、X軸とではない鋭角αをなしている。このアーキテクチャを用いると、角速度は、Gセンサ18からの検知加速度データ及び2軸ジャイロスコープ16からの検知角速度データにより、携帯型装置10の図2に示されている直交するX、Y又はZの各軸の周りで計算され得る。

0016

このような携帯型装置40の一例が、ホームポジションにおいて図4に表されている。ホームポジションにおいて、マイクロプロセッサ43はGセンサ46(1つの3軸加速度計)及び無線送信器42と電子的に結合されており、無線送信器42、マイクロプロセッサ43及びGセンサ46は全て、第1の面41、場合により印刷回路基板(PCB)に実装されてよい。望ましくは、3軸加速度計46の3つの軸は、携帯型装置40の3つの軸を形成する。望ましくは、第1の面41の平面は携帯型装置40のXY平面と略平行であり、このとき、Z軸はグランドと直交し、Y軸は携帯型装置40の指示方向(点線矢印49により示されている方向)である。

0017

(2つの回転センサを備える)単一の2軸ジャイロスコープ47は、第2の面45、やはり場合によりPCBに実装されてよく、マイクロプロセッサ43と電気的に結合されている。2軸ジャイロスコープ47の第1の軸は、携帯型装置40のZ軸と平行であり、2軸ジャイロスコープ47の第2の軸は、携帯型装置40のX軸と鋭角αを形成する。このようにして、2軸ジャイロスコープ47の第2の軸も、Gセンサ46のX軸と鋭角αを形成する。

0018

図5は、2軸ジャイロスコープにおける軸の夫々の方向性を示す図4の携帯型モーション検知装置の側面図である。2軸ジャイロスコープの第1の回転センサの軸は、第1の面41(及びグランド)と直交しており、2軸ジャイロスコープの第2の回転センサの軸は、携帯型装置40の指示方向と鋭角を形成する。

0019

ユーザがホームポジションから離れて携帯型装置40を回転させる場合に、マイクロプロセッサ43はGセンサ46及び2軸ジャイロスコープ47からアナログデータを受け取り、必要ならば、受け取ったデータをデジタルデータに変換し、このデジタルデータを較正して無線送信器42へ出力する。較正されたデジタルデータは、無線送信器42から受信器装置20へ送信され得る。受信器装置20の無線受信器(RF_2)12は、無線送信器42によって送信されたデジタルデータを受け取り、受け取ったデジタルデータをマイクロコントローラ(MCU_2)14へ出力することができる。次いで、マイクロコントローラ(MCU_2)14は、受け取った較正されたデジタルデータ及び鋭角αに従って、携帯型装置40に加えられているジェスチャ又は動作を決定することができる。

0020

マイクロコントローラ(MCU_2)14は、例えば、下記の式:
A・B=|A|×|B|×cosθ
cosθ=A・B/(|A|×|B|)
を用いて、ホームポジションに対する携帯型装置40のチルト角θの計算によりジェスチャ又は動作を決定することができる。チルト角θを有する場合に、携帯型装置40のZ軸は、もはや、グランド面に対して直交しない。なお、Aは、Gセンサ46によって測定される加速度であり、Bは、グランド面に対する法線ベクトル単位ベクトルである。

0021

チルト角θが分かると、次いで、マイクロコントローラ(MCU_2)14は携帯型装置40の角速度を計算することができる。携帯型装置40がZ、X又はY軸の周りを回転する場合に、Z、X又はY軸の周りの角速度は以下の通りである:
Z_rotation=Wz×cosθ+(Wxy/sinα)×sinθ
X_rotation=−Wz×sinθ+(Wxy/sinα)×cosθ
Y_rotation=Wxy/sin(90°−α)。
なお、Wは、角速度であり、αは、2軸ジャイロスコープ47の第2の軸と携帯型装置40のX軸との間に形成される鋭角であり、θは、上記のように計算されるチルト角θである。

0022

Y軸の周りの回転の付加は、様々な応用において制御又は現実性を高めるために使用され得る。例えば、テニスのゲームをプレイする場合に、携帯型装置40は、テニスラケットのように動かされ得、携帯型装置40のY軸の周りの回転は、図6に示されるように、ボールに伝わるようプレイヤーが意図したスピン動作を検出するために計算され得る。この場合に、テニスゲームソフトウェアプログラムは、携帯型装置40の打球方向トップスピン又はアンダースピン)及び/又はスピン速度に基づいて、バウンドしたテニスボールのバウンドした距離及び/又はヒットされたテニスボールの速度/方向を変更することができる。図6には、1つの可能な動作の概念支援するよう、テニスラケットを縦方向に回転させるよう手首をねじっているプレイヤーが図示されている。実際には、テニスラケットは携帯型装置40に置き換えられるが、ラケットと同じように回転される。携帯型装置40の回転は携帯型装置40の指示方向の周囲であるから、その回転はY軸の周りの回転に対応する。プレイヤーがPCテニスゲームをプレイしている図示されるコンピュータのディスプレイには、対戦相手側のテニスコート部分及びボールの経路を示す曲線が示されている。この場合に、携帯型装置40の回転がない場合は、ボールの経路は、ネットを越えてコートに落ち跳ね返るようなアーチを描く実線として示され、続いて、基本的にはプレイヤーから直線に、点線で示されるような自然な軌道をとる。しかし、プレイヤーはY軸の周りで携帯型装置40を回転させているので、ボールにスピンがかかり、これにより、ボールは、跳ねるときに、スピンに起因して方向を変化させ、図示されるように、跳ね返った場所から伸びて対戦相手のコートを横切る実線に従う。スピンの量及び方向は、携帯型装置40の回転の速度及び方向に従って調整されてよい。

0023

他の例が図7に示されている。ゴルフのゲームをプレイしている場合に、携帯型装置40はゴルフクラブ役割を果たし、Y軸の周りの回転は、スイング中のプレイヤーの回転を検出するために計算され得る。先と同じく、図7で、ゴルフクラブは、概念の補助として示されているが、実際には、携帯型装置40である。プレイヤーはY軸の周りで携帯型装置40を回転させることができ、この回転は変換され、場合により、実際にゴルフボールを打つ場合にプレイヤーが行う身体の回転として、近くのコンピュータにおけるゴルフゲームによって示されてよい。ゴルフゲームソフトウェアプログラムは、携帯型装置40の回転の速度及び方向に基づいて、打たれたゴルフボールの飛来方向及び飛距離を変更することができる。

0024

以上、最良動作形態について記載してきたが、携帯型装置40の適切な変更が可能であり、本願の適用範囲内にあるよう意図される。例えば、マイクロプロセッサ43、無線送信器42、Gセンサ46及び2軸ジャイロスコープ47の配置は、設計配慮により変更されてよい。幾つかの実施形態で、2軸ジャイロスコープ47は第1の面41に直接位置付けられてよく、第2の面47は無視されてよい。加えて、携帯型装置のZ軸との2軸ジャイロスコープの第1の軸の整列は計算を簡単にするが、変形後の携帯型装置が意図されたよう動作するためには必要ではない。他の実施形態は、X軸に代えて、Gセンサ46のY軸と鋭角αを形成し、このとき、対応する変更が、チルト角及び角速度を計算するために上記の式に対してなされる。しかし、全ての実施形態は、単一の2軸ジャイロスコープ47の軸のうち少なくとも1つの軸と、望ましくは、携帯型装置40の通常の指示方向と整列する軸である、軸との間に鋭角αを有する。鋭角は、携帯型装置40のX、Y及びZの3つの軸の夫々の周りの回転データの計算を可能にする。

0025

要約すると、2つの回転センサしか用いない従来の装置(例えば、2軸ジャイロスコープ)は、2つの軸の周りの回転しか計算することができない。第3の軸の周りの回転を含めるには、第3の回転センサに係る追加の費用が必要とされる。しかし、単一の2軸ジャイロスコープの軸のうちの少なくとも1つの軸が携帯型モーション検知装置の指示方向(Y軸)と鋭角を形成するような、携帯型モーション検知装置内の単一の2軸ジャイロスコープの本願発明に係る再配列は、携帯型モーション検知装置のX、Y及びZの3つの軸の夫々の周りの回転データの計算を可能にしながら、ハードウェア費用を節約する。

0026

当業者には当然のことながら、装置及び方法の多数の変更及び代替が、本発明の教示を持ち続けながら行われ得る。

0027

1モーション検知システム
10,40携帯型モーション検知装置
11無線送信器
12無線受信器
13,14マイクロコントローラ
16,47 2軸ジャイロスコープ
18,46Gセンサ
20受信器装置
41,45 面
42 無線送信器
43マイクロプロセッサ
49指示方向
α鋭角
θ チルト角

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