(57)【要約】【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。【選択図】図１
2011247866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【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｜×ｃｏｓθ
ｃｏｓθ＝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の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）×ｓｉｎθ
Ｘ＿ｒｏｔａｔｉｏｎ＝−Ｗｚ×ｓｉｎθ＋（Ｗｘｙ／ｓｉｎα）×ｃｏｓθ
Ｙ＿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。
【発明の詳細な説明】
【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つの軸の周りの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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，２３９，３０１（Ｂ２）号明細書
【発明の概要】
【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】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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６】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７】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。
【発明を実施するための形態】
【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、無線式の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軸と零ではない鋭角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の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を支援するよう、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て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はゴルフクラブの役割を果たし、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、最良の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。
【符号の説明】
【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
１８，４６  Ｇ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
【図１】
2011247866.tif 000003
【図２】
2011247866.tif 000004
【図３】
2011247866.tif 000005
【図４】
2011247866.tif 000006
【図５】
2011247866.tif 000007
【図６】
2011247866.tif 000008
【図７】
2011247866.tif 000009