(57)【要約】  双方向ゲームボードシステムが、ゲームボードと、ゲームボードに埋め込まれた複数の静電容量センサと、静電容量センサ用の入力チャネルを有するマイクロプロセッサと、コンピュータメモリ手段と、双方向ゲームに指示するためのソフトウェア命令およびデータと、導電性部分を有する1つまたは複数のプレイングピースと、電源手段とを含む。双方向ゲームボードシステムが、交互嵌合型センサを含む。双方向ゲームボードシステムが、動的検知モードで動作する静電容量センサを含む。双方向ゲームボードシステムが、個々のゲームピースを識別するための手段を含む。
2013538077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレイング領域面を含むゲームボードと、
前記ゲームボードの選択された位置に埋め込まれた複数の静電容量センサと、
1つまたは複数のプレイングピースであって、それぞれのプレイングピースが、前記静電容量センサの少なくとも1つに容量的に結合するための導電性部分を含む、プレイングピースと
を備える、双方向ゲームボードシステム。
【請求項２】
前記静電容量センサに結合するための前記複数の静電容量センサに対応する入力チャネルを含む1つまたは複数のマイクロプロセッサと、
前記1つまたは複数のマイクロプロセッサと電子通信し、双方向ゲームに指示するためのソフトウェア命令およびデータを含む、コンピュータメモリ手段と、
少なくとも、前記複数の静電容量センサ、前記1つまたは複数のマイクロプロセッサ、および前記コンピュータメモリ手段に電力を供給するための電源手段と
をさらに備える、請求項１に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項３】
前記静電容量センサの少なくとも1つが、交互嵌合型静電容量センサをさらに備える、請求項２に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項４】
前記静電容量センサの少なくとも1つが、フローティングセンサパッドおよびグランドパッドを含む2パッドセンサをさらに備える、請求項２に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項５】
前記2パッドセンサが動的モードで動作する、請求項４に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項６】
前記静電容量センサの少なくとも1つが、2パッドセンサをさらに備え、前記2パッドセンサが互いに極めて近接する第1の導体と、第2の導体とを含み、前記第1の導体がさらに前記マイクロプロセッサ上の入力チャネルと電気通信し、前記第2の導体がさらに少なくともシステムのグランドと電気通信する、請求項２に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項７】
前記第1の導体および前記第2の導体が、並列配置された対称の半円形状を含む、請求項６に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項８】
前記第1の導体および前記第2の導体が、並列配置された対称の長方形形状を含む、請求項６に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項９】
前記第1の導体が円形パッドを含み、前記第2の導体が前記第1の導体を囲み、前記第1の導体と同心の円形パッドを含む、請求項６に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項１０】
前記プレイングピースが、識別手段をさらに備える、請求項１に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項１１】
前記識別手段が、前記プレイングピースのベースに結合された、選択された厚さの1つまたは複数のスペーサをさらに備える、請求項１０に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項１２】
前記識別手段が、前記プレイングピースの面積を選択的に変える導電性ベースをさらに備える、請求項１０に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項１３】
前記識別手段が、前記プレイングピースのベースに結合された、実質的に均一な厚さのスペーサをさらに備え、個々のスペーサが選択的に変わる誘電率を有する、請求項１０に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項１４】
前記ゲームボードが、ゲームボードセンサ層と、ゲームボードスペーサ層と、ゲームボード導電性接地板と、ゲームボード背面とをさらに備える、請求項１に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項１５】
プレイング表面および実質的に埋め込まれた複数の静電容量センサを設けるステップと、
1つまたは複数のゲームピースを設けるステップであって、それぞれのゲームピースが導電性部分を含む、ステップと、
少なくとも1つの静電容量センサによって、1つまたは複数のゲームピースの有無を検出するステップと、
前記ゲームピースの検出に基づいてゲームプレイの指示を判断するステップと、
前記判断に基づいて指示のフィードバックを1つまたは複数のゲームプレイヤに提供するステップと
を含む、双方向ゲーミング方法。
【請求項１６】
前記静電容量センサに対応し、前記静電容量センサと電子通信している複数の入力チャネルを含むマイクロプロセッサを設けるステップ
をさらに含む、請求項１５に記載の双方向ゲーミング方法。
【請求項１７】
双方向ゲームシステムを動作するためのソフトウェア命令を含み、少なくとも前記マイクロプロセッサと電子通信しているコンピュータメモリ手段を設けるステップ
をさらに含む、請求項１６に記載の双方向ゲーミング方法。
【請求項１８】
前記静電容量センサの少なくとも1つが、2パッドセンサをさらに備え、前記2パッドセンサが互いに極めて近接する第1の導体と第2の導体とを含み、前記第1の導体がさらに前記マイクロプロセッサ上の入力チャネルと電気通信し、前記第2の導体がさらに少なくともシステムグランドと電気通信している、請求項１７に記載の双方向ゲーミング方法。
【請求項１９】
前記第1の導体および前記第2の導体が、並列配置された実質的に対称な半円パッド、並列配置された実質的に対称な長方形パッド、同心配置された実質的に円形のパッド、またはその組合せをさらに備える、請求項１８に記載の双方向ゲーミング方法。
【請求項２０】
前記静電容量センサの少なくとも1つによって検出される各ゲームピースの一意の識別情報を測定するステップ
をさらに含む、請求項１５に記載の双方向ゲーミング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双方向ボードゲームシステムに関する。より詳細には、本発明は、ゲームボードおよびゲームピース用のインテリジェントな静電容量検出方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、安価なコンピュータプロセッサが急増し、ゲームおよび玩具に影響を及ぼした。コンピュータおよびセンサを使用してボードゲームの要素との人の相互作用を検出するゲームシステムが構築された。一部の種類の玩具およびゲームは、プレイヤによる相互作用のレベルを増大させるために制御論理と併せて埋め込みセンサを使用する。
【０００３】
従来の多くの独立型コンピュータゲームは、ピクセルで構成されたフラットパネルディスプレイなどの電子ディスプレイシステムを通してゲーム活動の画像表示を提供する。このようなディスプレイには3次元の特性がなく、典型的なボード型ゲームに固有の特性である、プレイヤと触知できるプレイングピースとの間の物理的相互作用が不要になる。従来のボードゲームの1つの一般的な特徴は、ゲームのアクションに不可欠な1つまたは複数の移動可能なプレイングピースを使用することである。
【０００４】
ゲームボードおよびゲームピースとの物理的相互作用は、特に子供のゲームに望ましい。ボードおよびゲームピースとの相互作用は体験を高め、より効果的に子供たちをゲームに引き込む。一部のゲームは、制御要素としてプレイヤの応答または反応時間を使用する。このようなゲームの一例は、2人以上のプレイヤが競って問題に答えるクイズゲームであり、問題が出された後に応答した最初のプレイヤは、問題に正確に答えて、ポイントを獲得し、スコアランキングが上がるための最初の機会を取得する。さらに別の例は、例えばプレイヤがプレイヤのゲームピースを動かすスペースの数を決定するなど、ゲームの流れの中の決定点を制御するのにさいころ投げを使用するゲームである。
【０００５】
静電容量センサが知られている。一般にこのようなセンサは、互いに近接して配置された導電性プレートを使用し、なんらかの他のオブジェクトに近づくと、互いまでのおよびグランドまでのプレートの容量結合が変化する。しかしながら、静電容量センサの形状、および使用モードは共に、特定の用途の利用を決定する際に重要である。最適形状および動作のモードは動作の理論からはわからず、ゲームボード用の信頼できる低コストの多機能静電容量センサシステムの開発は、大量の実験および試行錯誤を要した。
【０００６】
典型的な静電容量タッチセンサは、人体の全体の大きさ、ゆえに人体とグランドとの間の大静電容量に依存するが、ボードゲームピースにはこれが足りない。人の身体とシステムのグランドとの間には、単に身体の表面面積という理由だけで、かなりの静電容量がある。ゲームピースは、非常に小さい表面面積を有し、試験中に単一の導電パッドを使用するタッチセンサは、ゲームピースを検出するのに効果的ではないことがわかった。
【０００７】
静電容量検知を使用してゲームピースを検出するためには、ゲームピースをゲームボード上のセンサの上に配置することによって、センサとグランドとの間の静電容量は大幅に増加しなければならない。これが生じるためには、ゲームピースがゲームボード上のセンサの位置の1つに置かれるとき、センサおよびゲームピースは、センサパッドとゲームピースとの間、およびゲームピースとグランドとの間に良好な容量結合を提供するように設計されなければならない。図1を参照すると、静電容量センサを使用して、導電性オブジェクト、すなわちゲームピースまたはプレイヤのタッチを検出するための単純な回路モデルが示されている。センサは、CSGというグランドまでの静電容量を有する。導電性オブジェクトがセンサ近くに置かれ、人がこのオブジェクトに触れるとき、センサから人への静電容量COSをオブジェクトからグランドのCOGと直列に整合させるために、センサからグランドまでの静電容量CSGは増大する。一般的なタッチセンサの利用では、ユーザとグランドとの間の静電容量を提供するために、特別な設備(provision)は必要ではなく、人体という大きいサイズにより、グランドへの適切な容量結合がもたらされる。しかしながら、ボードゲームピースのような、より小さいアイテムを確実に検出するためには、検出システムは、効果的なオブジェクトからセンサの容量結合センサCOSおよびオブジェクトからグランドの容量結合センサCOGを保証して、適切な場合には、検出および識別のためにセンサからグランドの静電容量に十分に大きな変化をドライブするようにしなければならない。図2を参照すると、変更された回路が示されている。
【０００８】
したがって、(1)ゲームボードの位置に置かれるときゲームピースを確実に検出する、(2)ゲームボード上のプレイヤのタッチを確実に検出する、(3)ゲームピース上のプレイヤのタッチを確実に検出する、(4)個々のゲームピースを確実に識別する、静電容量式ゲームピースおよびタッチセンサを使用する双方向ゲームシステムの必要性がある。
【０００９】
現在知られている技術は、この問題に対処しようと試みているが、この問題を完全には解決していない。以下は、知られている関連技術のリストを表している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第5,853,327号
【特許文献２】米国特許第5,082,286号
【特許文献３】米国特許第5,129,654号
【特許文献４】米国特許第5,188,368号
【特許文献５】米国特許第6,168,158号
【特許文献６】米国特許第6,955,603号
【００１１】
単独で、または組み合わせて取り上げられる上記の発明および特許文献はいずれも、本発明を説明するとみなされるものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
米国特許第5,853,327号「Computerized game board」は、ゲームボードに対するトイフィギュア(toy figure)の位置を自動的に検知し、それによってコンピュータ化されたゲームシステムへの入力を供給するシステムについて記載する。このシステムは、検知される各ゲームピースがトランスポンダを組み込む必要があり、トランスポンダが信号生成器から励起可能な電磁信号を受信して応答信号を作り出し、この応答信号がゲームボードに埋め込まれた1つまたは複数のセンサによって検出される。このようなシステムの複雑さおよびコストは、低価格のゲームおよび玩具には実用的でないものにしている。また発光体/センサシステムは、プレイヤ、埃、および他のオブジェクトによって干渉されやすく、特に乱雑になりがちな非常に若いプレイヤでは思い通りにならない可能性がある。
【００１３】
米国特許第5,082,286号「Sensory games」、第5,129,654号「Electronic game apparatus」、第5,188,368号「Electronic game apparatus」、および第6,168,158号「Device for detecting playing pieces on a board」はすべて、ゲームピースの位置および/または識別情報(identity)を測定するために共振周波数検知を使用するシステムについて記載している。これらのシステムのそれぞれは、各一意のゲームピースのある特定の機能(feature)と結合された共振器回路を必要とし、これによりシステムの複雑さおよびコストが増大する一方で、使用上の柔軟性が低下する。
【００１４】
プレイヤの相互作用を検知する別の手法は、米国特許第6,955,603号「Interactive gaming device capable of perceiving user movement」に記載されており、これは一連の発光体および光検出器を使用して、プレイヤの手または他の身体部分から反射される光の強さを測定する。このようなシステムは、高価な発光体および光検出器を必要とし、これらの数および間隔が検出の空間感度を決定する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
コンピュータ制御ゲームシステムが、接地面および埋め込んだ1つもしくは複数の静電容量センサを備えたゲームボードを有し、このような各センサは、マイクロプロセッサの入力ピンに接続され、それによってマイクロプロセッサがソフトウェアまたはハードウェア制御下で、センサと接地面との間の静電容量の変化を測定し、静電容量の変化の性質をセンサにより外部オブジェクトの識別情報および/または近接性と関連付け、それによって外部オブジェクトの識別情報および/または近接性に応じてゲームプレイのパターンおよび流れを制御することができる。
【００１６】
本発明の1つの実施形態では、検知される外部オブジェクトは、そのベースを導電性材料で構成された、または導電性材料を組み込んだゲームピースであり、このゲームピースを静電容量センサの近くに置くと、センサパッドとグランドパッドとの間の測定される静電容量が変わり、それによってマイクロプロセッサがゲームピースの存在を検出して、それに応じてゲームプレイのパターンおよび流れを変更できるようにする。
【００１７】
本発明の別の実施形態では、複数の静電容量センサがゲームボード上に配置されて、ゲームピースが複数のセンサのうちの1つの近くに置かれるとき、マイクロプロセッサはセンサの静電容量の変化を測定し、測定した静電容量の変化をセンサの場所と関連付け、ゲームピースの位置を測定し、それに応じてゲームプレイのパターンおよび流れを変更することができる。
【００１８】
本発明の別の実施形態では、検知される外部オブジェクトは、導電性物質で構成された、または導電性物質でコーティングされたゲームピースであって、このゲームピースが静電容量センサの近くに置かれるとき、プレイヤの手または他の身体部分でゲームピースに触れると、センサと接地面との間の測定される静電容量を変更し、それによってゲームピースがいつプレイヤによって触れられたかをマイクロプロセッサが判断し、それに応じてゲームプレイのパターンおよび流れを変更できるようになる。
【００１９】
本発明の別の実施形態では、検知されるいくつかのゲームピースのそれぞれが、異なるサイズの導電性ベースを組み込み、いくつかのゲームピースのそれぞれが、静電容量センサの近くに置かれるとき、センサと接地面との間の測定される静電容量の異なる変更をもたらし、それによってマイクロプロセッサが、いくつかのゲームピースのどれがセンサの近くにあるかを判断し、それに応じてゲームプレイのパターンおよび流れを変更できるようになる。
【００２０】
本発明の別の実施形態では、ゲームピースの識別は、導電性ベースの底部に取り付けられる非導電性スペーサの厚さを選択的に変えることによってセンサパッドからゲームピースの導電性ベースまでの距離を変更し、それによってセンサからグランドの静電容量に対応する予測可能な変化を作り出して行われる。
【００２１】
本発明の別の実施形態では、動的検知モードを備えた静電容量センサを組み込んだボードゲームが提供され、少なくとも1つのデュアルパッドの静電容量センサが、マイクロプロセッサの設定可能なI/Oに電気的に接続されたパッドを含み、センサがゲームピースまたはタッチ検出器として使用されるよう意図されるとき、設定可能なI/Oはゲームソフトウェアによって接地するように構成され、センサが近接センサとして使用されるよう意図されるとき、設定可能なI/Oはゲームソフトウェアによって入力するように構成される。
【００２２】
本発明の別の実施形態では、検知される外部オブジェクトは、プレイヤの指または他の身体部分であり、静電容量センサは、ソリッドパッドを使用する2パッドの静電容量センサを含み、リード線のうちの1つが設置面に電気的に接続されて、接地されたリード線と接地されてないリード線との間の静電容量が測定され、静電容量の変化はセンサに密接した指または他の身体部分の表面積によって決まり、したがって、指または他の身体部分をセンサの領域にあるゲームボードの表面に押しつける圧力によって決まり、それによってマイクロプロセッサが、指または他の身体部分をゲームボードに押しつける圧力を検出して、それに応じてゲームプレイのパターンおよび流れを変更できるようにする。本発明を使用するゲームシステムの別の実施形態では、ゲームは、1つのリード線を接地した2パッドのセンサを組み込んだ音楽ゲームであることが可能である。マイクロプロセッサは、プレイヤがゲームボードの表面を押したかどうか、またどのくらい強く押したかによって変化するセンサの静電容量を継続的に監視することができる。マイクロプロセッサは、静電容量が変化するのに従って変化することができる可聴出力、ボリューム、トーン、および/または音色を生成することができる。
【００２３】
本発明の別の実施形態では、検知される外部オブジェクトは、多面のダイスであり、ダイスの各面が固有の量の導電性材料を含み、ダイスの任意の1つの面が静電容量センサと密接に接触するとき、センサと接地面との間の測定される静電容量によってマイクロプロセッサはダイスのどの面が静電容量センサと接触しているかを判断し、それに応じてゲームプレイのパターンおよび流れを変更することができる。
【００２４】
本発明を使用するゲームシステムの別の実施形態では、ゲームは、プレイヤがプレイヤのゲームピースをいつ移動したかを判断するために使用した。センサの1つの静電容量の変化を検知すると、マイクロプロセッサは、プレイヤにあるアクションを行うように命令する音声および/または視覚出力を生成することができる。
【００２５】
本発明を使用するゲームシステムの別の実施形態では、ゲームは、子供のゲーム「Simon Says」の変形物であり得、多数のゲームピースを含むことができ、ゲームピースのそれぞれがゲームボード上の多数の点のうちの1つの上に配置される。各点の下に配置されたセンサが使用されて、ゲームピースが点の上にあるとき、およびプレイヤが点の上にあるピースに触れるときの両方を判断する。マイクロプロセッサは、特定の点の上の特定のピースの操作を要求するプレイヤへの音声または視覚命令を生成し、その後、プレイヤが誤ったピースに触れる、または正しいピースを誤った点に動かす場合、音声または視覚フィードバックを提供する。
【００２６】
本発明を使用するゲームシステムの別の実施形態では、ゲームは進行式ゲーム(progressive game)であり、一連のゲームピースを使用し、そのそれぞれが、ベースに異なるサイズの導体を含んで、静電容量に固有の変化を作り出すようにし、これによりマイクロプロセッサはゲームピースを区別できるようになる。どのピースが所与のセンサ上に位置しているかを検知することによって、マイクロプロセッサは、各プレイヤが成し遂げた進歩を判断することができ、それによってプレイヤが進行の特定の点に到達したことだけでなく、それがどのプレイヤであるかを判断して、結果としての適切な聴覚または視覚フィードバックを作り出す。
【００２７】
本発明を使用するゲームシステムの別の実施形態では、ゲームボードは、動的検知モードで機能する複数のデュアルパッドセンサを組み込み、各パッドがマイクロプロセッサのI/Oチャネルに電気的に接続される。第1のモードでは、ゲームソフトウェアは、マイクロプロセッサに入力として両方のパッドにI/Oチャネルを構成させ、静電容量センサが近接センサとして機能するようにする。第2のモードでは、ゲームソフトウェアはマイクロプロセッサに、入力用に1つまたは複数のセンサの一方のパッドのI/Oチャネル、および接地としてこれらのセンサの他方のパッドのI/Oチャネルを構成させ、静電容量センサがゲームピース用のセンサパッドおよび接地パッド、または単一タッチセンシングで構成されるようにする。
【００２８】
本発明のさらなる利点について、一部は次の説明の中で示し、一部はこの説明から明らかになる、または本発明の実践によってわかる可能性もある。本発明の利点は、特に添付の特許請求の範囲で指摘する機器および組合せを用いて理解され、獲得され得る。本発明の実施形態のさらなる利益および利点は、本発明の好ましい実施形態を指定して示す添付の図面を参照して行われる次の詳細な説明を考察することから明らかになるであろう。
【００２９】
添付の図面は、本明細書に組み込まれてその一部を構成するが、これらは本発明の1つまたは複数の諸実施形態を例示し、詳細な説明と併せて、本発明の原理および実行を説明するのに役立つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来の単一パッドの静電容量センサの動作を示す図である。
【図２】デュアルパッドの静電容量センサの動作を示す図である。
【図３】本発明の第1の実施形態を示す図である。
【図４】従来の静電容量センサの構成を示す図である。
【図５】交互嵌合型静電容量センサの一実施形態を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態を示す図である。
【図７】本発明の方法のフローチャートを示す図である。
【図８ａ】本発明のデュアルパッドの配置の一実施形態を示す図である。
【図８ｂ】本発明のデュアルパッドの配置の一実施形態を示す図である。
【図８ｃ】本発明のデュアルパッドの配置の一実施形態を示す図である。
【図８ｄ】本発明のデュアルパッドの配置の一実施形態を示す図である。
【図９】接地された面を組み込んだ本発明の一実施形態を示す図である。
【図１０】接地された面を組み込んだ本発明の一実施形態を示す図である。
【図１１】3次元の応用で接地された面を組み込んだ本発明の一実施形態を示す図である。
【図１１ａ】3次元の応用で接地された面を組み込んだ本発明の一実施形態を示す図である。
【図１２】ゲームピースの識別に関連する本発明の一実施形態を示す図である。
【図１３】ゲームピースの識別に関連する本発明の一実施形態を示す図である。
【図１４】ゲームピースの識別に関連する本発明の一実施形態を示す図である。
【図１５】ゲームピースの識別に関連する本発明の一実施形態を示す図である。
【図１６】交互嵌合型静電容量センサの概略図を示す本発明の一実施形態を示す図である。
【図１７】交互嵌合型静電容量センサを使用する本発明の一実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の詳細な説明を始める前に、以下の記述は順を追っている。適切な場合には、同じ関連材料および文字を使用して、異なる図面において同一の構成要素、対応する構成要素、または同様の構成要素を示す。本開示と関連する図面は、一般的に縮尺通りに正確な寸法で描かれておらず、すなわちこのような図面は、寸法の正確さ以外の表示および理解を明瞭にすることに重点を置いて描かれている。
【００３２】
明瞭にするために、本明細書に記載する実施の定常的な特徴のすべてを示して説明するわけではない。かかる実際の実施の開発では、例えばアプリケーション関連のおよびビジネス関連の制約に従うことなど、開発者の特定の目標を達成するために、実施によって異なる多数の実施時特有の決定をしなければならないこと、ならびにこうした特定の目標が、実施によっておよび開発者によって変化することは、当然理解される。さらに、このような開発努力は複雑で時間のかかるものであるが、それでもやはりこの開示の恩恵を受ける当業者には工学技術の定常的な取り組みであるということが理解される。
【００３３】
本明細書を通して、発明者が意味を指定した、従来通りではない可能性がある一定の用語に言及する。
【００３４】
「パッド」は、静電容量センサの一部として平面パターンに配置された感知導体を指し、またパッドは、領域を覆うソリッドパッド、直線状導体、複数の枝を有する複雑な形状、または円、半円、正方形など他の開いたもしくは閉じた多角形など、いかなる形状であることも可能である。
【００３５】
「ソリッドパッド」は、連続領域を覆う導電性材料を備えたパッドを指す。「ソリッドバッド」は、表面に適用される導電性材料(金属箔または導電性インクなど)、または導電性材料のプレート(金属円盤など)であることが可能である。
【００３６】
「シングルパッドのセンサ」は、マイクロプロセッサの入力/出力チャネルと電気通信している単一導体を含む静電容量センサを指す。
【００３７】
「2パッドセンサ」は、2つの別個の導体、すなわちマイクロプロセッサの入力/出力チャネルと電気通信しているセンサパッドと、システムのグランドと電気通信しているグランドパッドとを含む静電容量センサを指す。
【００３８】
「センサパッド」は、マイクロプロセッサの入力/出力チャネルと電気通信している静電容量センサのパッドを指す。
【００３９】
「グランドパッド」は、システムのグランドと電気通信している静電容量センサのパッドを指す。
【００４０】
「接地板」は、接地板の面積が複数のセンサパッドを覆うように、センサパッドと比べて大きい面積を有するゲームボードに組み込まれた導電面である。
【００４１】
本明細書では、「I/O」は、マイクロプロセッサの入力/出力チャネルを指す。
【００４２】
ゲームピースの検出は、2パッド設計およびシングルエンドの信号調整(single-ended signal conditioning)を使用して実現することができ、静電容量センサの一方のパッドが、マイクロプロセッサの入力チャネル(センサパッド)に接続され、静電容量センサの他方のパッドがマイクロプロセッサのグランド(グランドパッド)に接続されるようにする。この設計は、導電性金属ベースプレートを備えたゲームピースのような、フローティング(接地されていない)導電性物体を検出するには最適である。ゲームピース検出のためのセンサ設計の基本的な目標は、ゲームピースの導電性ベースが、センサパッドおよびグランドパッドに均一に重なることである。ゲームピースが確実に特定の点に限定される場合(特に子供のゲームではありそうにないシナリオ)、センサ設計は、2つの長方形のプレートを使用して、各プレートがゲームピースのベースプレートの半分に重なるようにすることができる。しかしながら、これは、各センサ領域の上にゲームピースを置く正確な位置を制御できないゲームボード設計には理想的ではない。
【００４３】
ゲームピース検出のための単一チャネルの調整では、近接センサとして確実に機能するための検出範囲および感度がなく、例えば、タッチパッドボタンの真上で静止しているプレイヤの手があることを検出するための検出範囲および感度がない。センサパッドをマイクロプロセッサのI/Oチャネルに接続したまま、第2のパッド(グランドパッド)をマイクロプロセッサ上のパラレルI/Oチャネルに接続することによって、単一チャネルのタッチセンサを、より長い検出範囲を有する近接センサに変えることができる。このようなハイブリッドセンサ設計により、ゲーム中のその時々において、静電容量センサをゲームピース/タッチセンサとしてまたは近接センサとして使用することが可能になる。
【００４４】
グランドとI/Oとの間でマイクロプロセッサのパラレルI/Oチャネルを切り換えることは、マイクロプロセッサの動作を制御するソフトウェア命令を介して行うことができる。このように、動的センサモードが提供される。動的センサモードは、ゲームプレイ中の任意の所与の時における基本的なタッチセンシング、圧力センシング、または近接センシングを含むことができる。また動的センサモードは、同じ静電容量センサを使用して、本明細書の他の場所に記載する方法および装置を使用する個々のゲームピースを識別する能力を提供する。
【００４５】
基本的なタッチセンシングは、メカニカルボタンと同様の方法で使用することができる。ゲームソフトウェアは、センサの入力を単純なオンまたはオフ状態として処理する。トリガは、タッチセンサが触れられるとき、タッチセンサが解放されるときとすることができ、または持続したタッチに基づくことができる。基本的なタッチセンシングモードは、例えば、すばやくセンサをたたいて、ゲームプレイヤ/キャラクタ間の競争をシミュレートするなど、複数のタッピング能力(tapping ability)も同様に含む。
【００４６】
圧力センシングモードは、例えばプレイヤの指先など、タッチの接触面積に基づいて反応する。プレイヤがプレイヤの指先で、指先が外側に「つぶれる(squishes)」ように、より強く押し下げると、静電容量センサの面積に重なるプレイヤの指先の接触面積は増大する。プレイヤの指先をより強く押すことにより増大した重なり面積は、比例して増加する容量結合、およびそれに応じて増加する静電容量出力信号を作り出し、これを質的制御、例えば音量を上げるまたは音声出力のピッチを変更するなどに利用することができる。
【００４７】
近接検出は、ゲームピースまたはプレイヤの手がセンサに近いことに反応する。マイクロプロセッサ上のパラレルI/Oチャネルに接続された静電容量センサの両方の導体を用いて、センサはより高感度になり、検出範囲がより大きくなって、様々なゲームモードが可能となる。例えば、ゲームの中のある点においてプレイヤらは、プレイヤの両手をゲームボード上の「ブザー」の真上に保持するよう指示される場合があり、その「ブザー」を最初に押したプレイヤは、(おそらく問題に対して解答をするための)アドバンテージを得る。「ブサー」は、近接センサとして電気的に再構成されたタッチセンサであって、ゲームソフトウェアは、プレイヤの手がそれらの「ブザー」すべての真上で静止していることを検出するまでゲームを進めない。ゲームが進むとき、センサは基本的なタッチセンサに戻って、第1のプレイヤのタッチを検出する。
【００４８】
交互嵌合型静電容量センサ
静電容量センサは、単一パッドセンサであろうと、デュアルパッドセンサであろうと、センサパッドからグランドまで、およびオブジェクトからグランドまで、ならびにオブジェクトからセンサパッドまでの容量結合を必要とする。したがってオブジェクトは、センサパッドとグランドパッドの両方に重ならなければならず、または単一パッドセンサの場合、オブジェクトはセンサパッドとグランドに重ならなければならない。適切な重なりを確認するために、オブジェクト、すなわちこの場合はゲームピースまたは指の適切な配置を確認する際に問題が発生する。
【００４９】
交互嵌合型静電容量センサを使用して、配置の問題に対処する。「交互嵌合型」とは、この場合、櫛のような形状の導体が、同じく櫛のような形状のグランドパッドと交互配置された(interleaved)センサパッドを意味する。交互配置設計は、センサのどの部分にオブジェクトを配置しても、オブジェクトからセンサパッドとオブジェクトからグランドパッドの重なりがほぼ等しい面積となって、したがってより均一な応答を提供することを保証する。交互配置型グランドパッドおよびセンサパッドはまた、センサパッド上の所与の点においてグランドパッドがセンサパッドに極めて近いことにより、より遠くのオブジェクトに対する望ましくない感度を低減する。センサの均質な形状は、センサ領域内のどこでもタッチまたはゲームピースに対する均一な応答をもたらす。図17は、交互嵌合型静電容量センサの例示的概略図を示す。
【００５０】
接地された1つの導体との交互嵌合型センサは、センサ領域でより均一な応答を提供するが、この設計は、同時に感度を下げる。静電容量は、センサ導体の面積とほぼ比例するが、交互嵌合型センサ設計は、図5でわかるように、同じ寸法のプレートよりもセンサ導体全体の面積がより小さくなる。交互嵌合型センサ導体の面積は、所与のセンサパッドの面積がセンサ導体の「歯」とグランド導体の「歯」との間隔を調整するために小さくなる。また交互嵌合型センサは、センサ導体とグランド導体の重なり面積がより大きくなるために、2プレートシステムと比べて基本的なセンサからグランドの静電容量CSGがより大きくなる。実際には基準静電容量(baseline capacitance)は、オブジェクトがあることまたはセンサに触れることによって起こる静電容量の変化に比べて非常に大きい。人がセンサに触れることによって起こるセンサからグランドの静電容量の予測される変化は、約10%となり、一方で、導電性ゲームピースがあることによって、同様またはわずかに小さい変化が起こる。これは、長いサンプリング時間を有する一般的なタッチセンサの利用では問題ではない。しかしながら、ゲームピースの検出では、すなわちすばやいタッチの利用では、総静電容量(CSGおよびCOS)が大きくなるにつれて、大きくなった静電容量の時定数が増大するため、センサが所与の分解能を達成するために必要とされるサンプリング時間が増大する。増大した時定数は、マイクロコントローラの入力チャネルでどのタイプのトリガが使用されるかを判断する際に明らかにされなければならない。
【００５１】
交互嵌合型センサ設計はまた、動的モードで使用することができ、グランドパッドはグランドとマイクロプロセッサ上のパラレルI/Oチャネルとの間で電気的に切り換えられる。
【００５２】
2パッド静電容量センサシステム
ゲームピースの配置の問題に対処する別のソリューションは、並列パッド配置の2パッド静電容量センサを使用し、このゲームピースの導電性ベースは、位置合わせ不良に適応するために、センサパッドとグランドパッドの面積に比べて大きいサイズになっている。グランドパッドは、グランドとパラレルI/Oチャネルとを電気的に切り換えて、動的モード機能を提供することができる。
【００５３】
いくつかの代替的2パッド並列センサの設計が有用である可能性がある。第1の設計では、静電容量センサは、並んだ2つの半円パッドを含む。第2は、並列長方形パッドを含む。第3は、同心パッドを使用し、中央のパッドは一般にセンサチャネルに接続され、外側の環は接地される。センサパッドはゲームピース領域の真ん中にあるので、同心設計は、特にタッチセンシングの応用に適している。
【００５４】
ゲームピースがセンサからずれることを考慮するために、ゲームピースの導電性ベースは、結合されたセンサパッドおよびグランドパッドの面積よりも大きくすべきである。ゲームピースの導電性ベースが両パッドに完全に重なる限り、センサの応答はゲームピースの位置にかかわらず非常に安定している。
【００５５】
センサパッドおよび接地板システム
ゲームピース検出のための代替的システムは、ゲームボードの表面にセンサパッド、および表面に取り付けられたセンサパッドに極めて近接したゲームボード内の接地板を備えたゲームボードを含む。ゲームピースと接地板との容量結合は、ゲームボードの上面に専用のグランドパッドを使用することなく、十分なゲームピースからグランドの静電容量を提供することができる。図9は、このように構成されたゲームボードを示している。
【００５６】
ゲームピースとシールドとの十分な容量結合を実現するために、ゲームピースの導電性ベースは、センサパッドよりも大きく作製されなければならず、ゲームピースの導電性ベースがセンサパッドの境界を越えて広がって、接地板に重なるようにする。センサがゲームピースのベースと同じサイズまたはゲームピースのベースよりも大きい場合、センサはゲームピースを遮って接地板と十分に結合しないようにする。
【００５７】
ゲームボードの裏側のゲームピースのベースとグランドシールドとの容量結合は、ゲームボードの上面のゲームピースとグランドパッドとの容量結合よりも小さくなる。所与のセンササイズおよびゲームピースサイズについては、この結果、ゲームピースがセンサに置かれたときセンサからグランドまでの静電容量の増加がより小さくなる。ゲームピースの導電性ベースの面積をより大きくする、センサの面積をより大きくする、または両方を大きくすることによって、これを補うことが必要である可能性がある。ゲームボードにより薄い材料を使用すると、シールドをゲームピース近くに移動させることによって、ゲームピースとグランドシールドとの結合は増加する。しかしながら、ボードの厚みを小さくすると、基準レベルのセンサからグランドまでの静電容量が増えるため、ボードの厚みは、こうした2つの因子間の妥協点となる。感度が減少することの欠点は、1つには接地板のシールド効果による部分的なずれであり、これは付近の非ゲーム導電性オブジェクトの効果を低下させる。
【００５８】
ゲームピースの識別
ゲームピースの識別のための3つの関連する方法は、ゲームボードにおいて動的モードの静電容量センサを使用する。
【００５９】
面積の変化
第1の方法は、底面に導電性材料の領域を含むベースをゲームピースに設ける。導電性材料の面積を変えて、ゲームピースの導電性材料とセンサパッドおよびグランドパッドによる重なりの面積を対応的に変えると、特定のゲームピースを識別するための手段が提供される。この方法は、センサパッドおよびグランドパッド導体の密度が均一であるために交互嵌合型センサで有効に機能し、したがって結合面積、ゆえにセンサの応答は、ゲームピースのベースの面積にほぼ比例する。しかしながら、ゲームピースに可変面積の導体を使用すると、1パッドまたは2パッドプレートセンサで使用されるとき、静電容量を確実に変えることができない。さらに、可変面積の導体は、例えばゲームピースが複雑なベース形状を有する場合など、いくつかの場合に、製造により費用がかかる可能性がある。
【００６０】
距離の変化
あるいは、ゲームピースの導電性ベースに取り付けられるスペーサの厚みを選択的に変えることによって、ゲームピースの識別を実現することができる。容量結合は、オブジェクトとセンサパッド、およびオブジェクトとグランドパッドの分離距離に反比例する。金属のベースと静電容量センサの分離は、個々のゲームピースを識別するための予測可能な変化のセンサ応答を作り出すために、ゲームピース間で変えることが可能である。可変の厚みは、各ゲームピースの底部のプラスチック層を使用して容易に実現することができ、各ゲームピースは、センサと金属ベースとの分離距離を設定するために様々な厚みのプラスチックを使用する。最も薄いプラスチック層を有するゲームピースは、センサパッドに置かれるとき、最も高い容量結合を作り出す。反対に、より厚いプラスチック層を有するゲームピースは、より低い容量結合を行う。スペーサは、ゲームピースの導電性ベースに比べて高い誘電率を有する良質な絶縁体である材料から作製すべきである。
【００６１】
複数のゲームピースは、このように識別することができる。発明者は、テスト中に最大4つのゲームピースを探知することができた。例示的実施形態は、それぞれ5ミル、20ミル、および50ミルのプラスチックをゲームピースの金属ベースの上に積層した3つのゲームピースを使用する。
【００６２】
誘電体の変化
ゲームピースを識別するために提供される第3の技術は、センサパッドおよびグランドバッドを導電性ゲームピースベースから分離しているスペーサ材料の誘電率を変える。容量結合は、一定のスペーサの厚みに対してはスペーサ材料の誘電率に比例する。スペーサ材料の誘電率が高くなるにつれて、ゲームピースがセンサ上に置かれるとき静電容量の変化が大きくなる。
【００６３】
図3は、本発明の特徴を利用するコンピュータ制御ゲームシステム100の構成要素部分を示している。ゲームボード110は、1つまたは複数の静電容量センサ120を組み込み、静電容量センサ120の構成、数、および位置が、ゲームシステムの検知能力を決定する。ゲームボード110は、剛性、半剛性、または可撓性とすることが可能であり、静電容量センサは、好ましくは、マイラーまたは他の可撓性プラスチックシート上に重ね合わせられた適切なパターンの導電性被膜またはペイントで構成される。プラスチックシートは、上面140と併せてゲームボードを構成する層の1つである。またゲームボード110は、静電容量センサと同じ層上にあることが可能である、または別の層にあることが可能である導電性被膜またはペイントで構成される1つまたは複数の接地面130を組み込む。ゲームボードの上面140は、好ましくは、ゲームの目標および目的に関連する画像、パターン、またはデザインを組み込む。
【００６４】
静電容量センサ120および接地面130は、マイクロプロセッサ150に電気的に接続される。相互接続は、マイクロプロセッサのピンに直接とすることができる、あるいはマルチプレクサ、インタフェース、または1つもしくは複数のセンサをマイクロプロセッサの1つもしくは複数のピンに選択的に接続することができる他の中間回路を介することができる。好ましくは各静電容量センサ120は、直接マイクロプロセッサの汎用入力出力(GPIO)ピンに、またプルアップ抵抗を介して正電源電圧に接続される。好ましくは、各接地面130は、中性または共通電源の接地点に接続される。
【００６５】
GPIOピンは、好ましくは、閾値表示レベルまで抵抗を越えた静電容量の比較的遅い蓄積に適合するように、シュミットトリガの入力(Schmitt triggered inputs)を有する。GPIOは、非常に多くの電流を引き込む可能性があり、入力はある中間電圧で動かなくなって、閾値表示レベルまで蓄積せず、したがってシステムはゲームピース/タッチを登録しない。シュミットトリガは、変化のこのより遅い速度に適合することができるが、GPIOにシュミットトリガがなくても、多くの場合十分である可能性がある。充電時間および達成する実際の静電容量レベルは、(1)距離、(2)結合面積、および(3)介在材料(すなわち、ピースの底部の空気、プラスチック、ボール紙、フェルトパッドなど)の誘電率によって影響される。
【００６６】
マイクロプロセッサ150は、内部および/または外部プログラムメモリ160およびデータメモリ170を使用し、そのいずれか、またはその両方は取り外し可能とすることができる。マイクロプロセッサ150はさらに、オーディオサブシステム180およびディスプレイサブシステム190に接続し、その両方は、ゲームシステムのユーザに指示および/またはフィードバックを提供するために使用される。
【００６７】
コンピュータ制御ゲームシステムの要素は様々な手段で分類される、または組み合わされること、ならびにゲームシステムの一部の構成要素、特にオーディオサブシステム180またはディスプレイサブシステム190は削除できることを、当業者は理解するであろう。
【００６８】
コンピュータ制御ゲームシステム100を使用中に、プレイングピース、指、手、または他の身体部分のようなオブジェクトが、静電容量センサ120の近くに運ばれるまたは置かれる場合がある。マイクロプロセッサ150が、プログラムメモリ160から読み取られるコンピュータ命令を実行し、このコンピュータ命令の一部は、静電容量センサ120から容量値を読み取るルーチンを含んでいる。マイクロプロセッサ150が静電容量センサ120から、例えばプレイングピース、指、手、または他の身体部分を静電容量センサ120の上または近くに置くことによって作り出されるような容量値の変化を検出すると、マイクロプロセッサはシステムの状態を変更し、またオーディオサブシステム180からのサウンドの生成を行うまたは変更することができ、またディスプレイサブシステム190からのディスプレイ効果を変更または生成することができる。
【００６９】
好ましくは、静電容量センサは、信号調節に弛張発振器を使用して、電荷を徐々に蓄積し、急速に放電するが、他の信号調整法を使用することもできる。
【００７０】
図4は、比較のために従来の静電容量センサ200を示している。従来の静電容量センサ200は、非導電性物質220で覆われた導電性領域210で構成されている。導電性領域210は、グランド基準面230の電圧とは異なる電圧まで荷電される。図2では、グランド基準面230は導電性領域210の下にあり、非導電性物質240がこれらを隔てている。導電性領域210をグランド基準面230から隔てている非導電性物質は、導電性領域210を覆う非導電性物質220と同じものであることが可能である、または異なることも可能である。
【００７１】
図5、15、および16を参照すると、交互嵌合型静電容量センサを組み込んだゲームボードの一実施形態が提供されている。図5は、交互嵌合型センサ300の表面図を示しており、交互嵌合型センサ300は、合わせて電気的に接続され(「リード線1」)、同じく合わせて電気的に接続された(「リード線2」)、ただしセンサフィンガ310には接続されていない第2の一連のセンサフィンガ320の間に組み入れられた第1の一連のセンサフィンガ310を備える。1つの好ましい実施形態では、リード線1は、マイクロプロセッサ上のGPIOピンに接続され、リード線2は、共通基準点に接続される。この構成では、交互嵌合型センサ300の領域内に置かれた導電性オブジェクト330が、センサフィンガの広い面積に重なって、センサフィンガ310とグランドフィンガ320が共に荷電される可能性がある。特に、導電性オブジェクト330のサイズが、センサ300の交互嵌合したフィンガ310および320の幅よりも大きいが、センサの総サイズよりも小さい場合、導電性オブジェクトの影響による静電容量の測定される変化は、センサ領域内の導電性オブジェクトの厳密な位置に比較的鈍感となる。実際には、交互嵌合型センサアセンブリは、2つの導電性領域間で直接電気的に接触する可能性を避けるために、フィンガの上下に非導電性層を含む。交互嵌合型センサ設計は、組み合わせたフィンガが広い面積で重なることにより、比較的一定の重なり密度(overlap density)をもたらし、したがってセンサの全領域にわたって、すなわちセンサの端部近くでも、比較的一定の感度をもたらすため、センサ領域内のゲームピースの位置に比較的鈍感である。交互嵌合型センサは、並列パッド設計よりも感度が下がり、交互嵌合は付近のオブジェクトへの感度を下げ、センサの面全体の検出プロファイルを平坦なものにするが、目標は予測可能性であって、必ずしも感度というわけではない。
【００７２】
図16および17を参照すると、交互嵌合型センサの概略図およびブロック図が示されている。静電容量センサ300が、マイクロプロセッサ350に電気的に接続されている。静電容量センサ300は、プルアップ抵抗410を介して正電源VCCに、および直列抵抗420を介してマイクロプロセッサ350のGPIOピンに接続されている。交互嵌合型センサの場合、2つのリード線、すなわちパッド310および320のそれぞれが、プルアップ抵抗410を介してVCCに、直列抵抗420を介して別個のGPIOピン380および390に接続されている。接地面340は、共通基準グランド400に接続されている。直列抵抗420は、マイクロプロセッサをESDから保護するために好まれるが、センサが機能するのに必要ではない。グランドからの十分な絶縁を保証するなど、他の保護方法が知られている。マイクロプロセッサ350は、ゲームのパターンおよび流れを指示するためにコンピュータメモリに格納されたソフトウェア命令への入力として1つまたは複数のセンサ300を監視することができる。
【００７３】
ゲームシステムの動作およびデータを制御するソフトウェア命令は、メモリ手段360および370に格納される。ソフトウェア命令を含むプログラムメモリ360、およびデータアレイを含むデータメモリ370が、概略図では別個のブロックとして示されているが、マイクロプロセッサ350上に物理的に同一の広がりを有する、または別個のコンピュータメモリ手段とすることも可能である。GPIO390は、入力チャネル390とグランド400とを内部で切り換えて、動的検知モード機能を提供することができる。切り換えは、ゲームプレイの流れに基づいてソフトウェア命令によって電気的に行われる。
【００７４】
図6は、静電容量センサ600をマイクロプロセッサ650に相互接続する方法を示している。各静電容量センサ600は、プルアップ抵抗710を介して正電源VCCに、および直列抵抗720を介してマイクロプロセッサ650のGPIOピンに接続されている。交互嵌合型センサの場合、2つのリード線、すなわちパッドのそれぞれが、プルアップ抵抗を介してVCCに、直列抵抗を介して別個のGPIOピン680、690、および695に接続されている。接地面640は、共通基準点に接続される。直列抵抗720は、静電放電(ESD)からマイクロプロセッサを保護するために好まれるが、センサが機能するのに必要ではない。グランドからの十分な絶縁を確保するなど、他の保護方法が知られている。
【００７５】
マイクロプロセッサ650は、ゲームのパターンおよび流れを指示するためにコンピュータメモリに格納されたソフトウェア命令への入力として1つまたは複数のセンサ600を監視することができる。
【００７６】
図7は、静電容量検知システムの動作のフローチャート800を示している。ステップ802において、静電容量センサのリード線と電気的に接続している2つのGPIOピンは、出力用に構成され、ローに設定される。ステップ804において、マイクロプロセッサは、静電容量センサのリード線の電荷が放散されるまで待機する。ステップ806においてマイクロプロセッサは、どの静電容量検知モードが使用されるかを決定する。ステップ808において、マイクロプロセッサは、静電容量検知モードに基づいて分岐する。
【００７７】
第1の可算モード(summation mode)で、ステップ810において両方のGPIOピンが入力用に構成され、フロートすることを許可される。設定812において、タイマが開始される。タイマは、マイクロプロセッサに不可欠なハードウェアタイマであることが可能であり、または、以下に記載するステップ814〜824でプログラム命令の反復ループを含むソフトウェアタイマであることが可能であり、その反復の数は、経過時間の目安として使用される。ステップ814では、マイクロプロセッサは、第1のGPIOピンが入力状態を変更したかどうかをテストする。変更した場合、ステップ816においてマイクロプロセッサは、第1のセンサのリード線のタイミング表示を記録する。ステップ818では、マイクロプロセッサは、第2のGPIOピンが入力状態を変更したかどうかをテストする。変更した場合、ステップ820においてマイクロプロセッサは、第2のセンサのリード線のタイミング表示を記録する。ステップ822において、マイクロプロセッサは、両方のピンが状態を変更したかどうかを判断する。変更した場合、マイクロプロセッサは、格納された第1および第2のタイマの値から静電容量の合計を計算し、その後開始ステップ802に戻る。変更していない場合、マイクロプロセッサはステップ826において必要に応じて他のアクションを行った後、ステップ814のテストに戻る。
【００７８】
第2の差動モードでは、ステップ830において一方のGPIOピンが入力用に構成されて、フロートすることを許可され、他方のGPIOピンはグランドに維持される。ステップ832において、タイマが開始される。ステップ834において、マイクロプロセッサは、GPIOピンが状態を変更したかどうかを判断する。変更した場合、ステップ836においてマイクロプロセッサは、センサのリード線のタイミング表示を記録する。さらなるステップ838において、マイクロプロセッサは、格納された第1の値から静電容量値を計算し、その後開始ステップ802に戻る。変更していない場合、マイクロプロセッサはステップ840において必要に応じて他のアクションを行った後、ステップ834のテストに戻る。
【００７９】
フローチャート800の動作は、依然として同じ結果を実現しながら、他の順序で行うことができる。同様に、静電容量検知システムは、ディスクリート回路に、フィールドプログラマブルゲートアレイに、または特殊用途の集積回路に統合して、同じステップを実現することができることを理解すべきである。
【００８０】
図8a〜dを参照すると、2パッドの静電容量センサの構成のさらなる実施形態が示されている。図8aを参照すると、静電容量センサ900が、マイクロプロセッサ910上のGPIOチャネルと電気通信しているセンサパッド920を含んでいる。グランドパッド930は、システムのグランド940と電気通信している。センサパッド920およびグランドパッド930は、半円形のソリッドパッドである。図8bを参照すると、静電容量センサ1000が、マイクロプロセッサ1010上のGPIOチャネルと電気通信しているセンサパッド1020を含んでいる。グランドパッド1030は、システムのグランド1040と電気通信している。グランドパッド1030は、センサパッド1020の周りに同心円状に配置されている。図8cを参照すると、静電容量センサ1100が、マイクロプロセッサ1110上のGPIOチャネルと電気通信しているセンサパッド1120を含んでいる。グランドパッド1130は、システムのグランド1140と電気通信している。センサパッド1120およびグランドパッド1130は、長方形のソリッドパッドである。図8dを参照すると、ゲームピース950の導電性ベースは、例えば、ゲームピース950が静電容量センサ900上の中央に置かれていない場合でも、等しい重なりを保証するために、センサパッド920およびグランドパッド930の結合された面積よりも大きくされる。グランド940、1040、および1140は、独立して接続され得る、または、グランドと入力とを電子的に切り換えて、動的モードの検知機能を提供することができる、それぞれマイクロプロセッサ910、1010、および1110上のGPIOチャネルを介して提供され得る。
【００８１】
図9、10、11、および11aを参照すると、接地板1260を組み込んだ、双方向ゲームボード1200の別の実施形態が示されている。ゲームボード1200は、ゲームボード1200のプレイング領域全体に重なる接地板1260を含んでいる。複数のセンサパッド1220、1230、1240、および1250は、それぞれゲームピース1320、1330、1340、および1350のゲームピース検出を行う。センサパッド1220、1230、1240、および1250のそれぞれは、マイクロコントローラ1210上のGPIOチャネル1270、1280、1290、および1300にそれぞれ電気的に接続される。GPIOチャネル1270、1280、1290、および1300のそれぞれは、入力チャネルとして構成され、接地されない。接地板1260は、システムのグランド1310に電気的に接続されて、静電容量検知のためにセンサからグランドの結合およびオブジェクトからグランドの結合を提供する。ゲームピース1220、1230、1240、および1250は、オブジェクトからグランドの結合のために接地板1260と十分に重なることを保証するために、センサパッドの面積よりも大きい導電性ベースで作製される。
【００８２】
図10を参照すると、接地板1260を備えた双方向ゲームボード1200を構成する方法が示されている。静電容量センサ1220、1230、1240、および1250が、厚さ2ミルのポリエステルフィルムのセンサ層1420にプリントされる。センサ層1420の上に、最上層1370が積層される。センサ層1420と接地された背面(grounded back plane)1260との間に中間層1360が挟まれて、適切な分離を提供する。好ましくは、中間層1360は、少なくとも3ミルの厚さであって、ボール紙のような比較的非導電性の材料で作製される。接地された背面1260は、好ましくは、アルミホイルまたは導電性材料の塗布フィルム(applied film)のような、導電性材料の薄箔で作製される。保護および装飾のためにゲームボードのバックラップ(back wrap)1380が、接地板1260の裏側に積層される。
【００８３】
図11および11aを参照すると、静電容量センサシステムを組み込んでいるゲームボードに関連して説明した原理のすべては、3次元のプレイセットに等しく適用できることがわかる。プレイセット1200は、プリントされた床紙(printed floor paper)1370、壁紙1372、およびサイドボード1374を含んで、ゲーム環境を提供する。静電容量センサが、厚さ2ミルのポリエステルフィルムのセンサ層1420にプリントされる。センサ層1420と接地された背面1260との間に中間層1360が挟まれて、適切な分離を提供する。プリントされた外側の壁の装飾1380が、保護および装飾を提供する。層は、合わせて積層されて、プレイセット構造1430の壁および床を生成する。プレイセット1430の垂直壁に埋め込まれた静電容量センサに結合するために、ゲームピースの上部1335および1345もまた、導電性材料で作製することができる。キャラクタゲームピースに加えて、この実施形態では、家具、車、ペットなどのセンサ識別可能オブジェクトを含むことができる。
【００８４】
図12、13、14、および15を参照すると、ゲームピースの識別のための実施形態および方法が示されている。図12を参照すると、導電性ベース2000を有するゲームピースが示されている。好ましくはゲームピースの導電性ベースは、アルミニウムなど、導電性金属箔または型押しされた円板(stamped disk)で作製される。導電性ベース2000の底部にスペーサ2060が積層されている。デュアルパッドの静電容量センサ2010は、マイクロプロセッサ(図示せず)のGPIO入力チャネルに電気的に接続されたセンサパッド2020と、システムのグランド(図示せず)に電気的に接続されたグランドパッド2030とを含んでいる。センサ2010は、センサオーバレイ2040にプリントされる。好ましくはセンサ2010は、導電性インクまたはペイントなどの、塗布される導電性材料であるが、導電性箔またはその他容易に操作されるおよび塗布される材料など、その用途に適切ないかなる導電性材料とすることもできる。センサオーバレイ2040が、ゲームボード2050に積層され、これにより構造上の強度および保護を提供する。スペーサ2060は、選択された厚さに作製され、導電性ベース2000とセンサ2010との間に作られる距離は、センサ2010の真上にある導電性ベース2000から測定される静電容量の予測可能な変化を作る。スペーサ2060は、好ましくは非導電性であって、プラスチックのような容易に加工される材料である。各ゲームピースは、異なる厚さのスペーサ2060を設けられ、様々な静電容量に基づいてゲームシステムに識別可能であるようにされる。好ましくはスペーサ2060は、15ミル単位の厚さで提供される。プラスチックスペーサを使用して、5ミル、20ミル、および50ミルというスペーサの厚さが、ゲームピースを確実に識別できるようにした。
【００８５】
図13および14を参照すると、導電性ベース2100を有するゲームピース2105が、デュアルパッドの静電容量センサ2110の上に置かれて示されている。センサ2110は、基板2140上にプリントされたセンサパッド2120と、グランドパッド2130とを含んでいる。導電性ベース2100の底部にスペーサ2160が積層されている。スペーサ2160は、選択された誘電率を有する標準的な厚さの非導電性材料の薄片を含む。スペーサ2160間の一定の厚さを維持しながら、各スペーサの誘電率を変えることによって、各ゲームピース2105の容量結合を予測可能な大きさによって変えることが可能であり、ゲームシステムは個々のゲームピースを識別することが可能である。スペーサ2160の誘電率は、各スペーサ2160に代替材料を選択することによって、または製造中にスペーサ材料に不純物を注入する(doping)ことによって、変えることができる。スペーサ2160に一定の厚さを維持すると、自動化された製造工程に有利である可能性がある。
【００８６】
図15を参照すると、導電性ベース2200a、b、およびcをそれぞれ有する第1、第2、および第3のゲームピースが、交互嵌合型静電容量センサ2210の上に置かれて示されている。交互嵌合型センサ2210は、センサパッド2220とグランドパッド2230とを含んでいる。それぞれの導電性ベース2200の容量結合は、センサパッド2220およびグランドパッド2230の導電性ベース2200a、b、cが重なった面積に比例する。重なりの面積が大きくなればなるほど、静電容量は大きくなる。様々な大きさの静電容量は、個々のゲームピースを識別するために使用される。交互嵌合型センサ2210は、交互配置パターン全体にわたってセンサパッド2220およびグランドパッド2230が均一に重なることにより、ゲームピースの配置の軽微な変化に比較的影響を受けない。
【００８７】
特許請求の範囲に記載する本発明の範囲を逸脱することなく、好ましい実施形態に数多くの変更および修正を行うことができるということを当業者は理解するであろう。当然ながら、本発明の、その様々な態様における変更は、当業者には明らかであり、一部は研究の後にのみ明らかとなり、他のものは日常の機械的、化学的、および電子的設計の問題であることが理解される。好ましい実施形態のいずれの特徴、機能、または特性も必須ではない。他の実施形態が可能であり、その特定の設計は、特定の用途によって決まる。したがって、本発明の範囲は、本明細書に記載する特定の実施形態によって限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ定められるべきである。
【符号の説明】
【００８８】
100  コンピュータ制御ゲームシステム
110  ゲームボード
120  静電容量センサ
130  接地面
140  上面
150  マイクロプロセッサ
160  プログラムメモリ
170  データメモリ
180  オーディオサブシステム
190  ディスプレイサブシステム
【図１】
2013538077.tif 000003
【図２】
2013538077.tif 000004
【図３】
2013538077.tif 000005
【図４】
2013538077.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１１ａ】
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【図１２】
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【図１５】
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【図１７】
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【図５】
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【図９】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年4月4日(2013.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレイング領域面を含むゲームボードと、
前記ゲームボードに埋め込まれた1対の隣接する導電パッドを備えた静電容量センサと、
前記1対の導電パッドの1つにそれぞれ電気的に結合された1対の入力/出力チャネルを含み、システムのグランドに電気的に結合されたプロセッサと
を備え、
前記プロセッサが、加算モードおよび非加算モードのうちの1つで前記静電容量センサの静電容量を測定するように構成され、前記加算モードで静電容量を測定するように構成された前記プロセッサが、入力フロート用に構成された前記1対の入力/出力チャネルの両方を備えて構成され、前記非加算モードで静電容量を測定するように構成された前記プロセッサが、前記システムのグランドに電気的に結合された前記1対の入力/出力チャネルのうちの少なくとも1つを備えて構成される、
双方向ゲームボードシステム。
【請求項２】
前記ゲームボードに埋め込まれ、前記システムのグランドと電気的に結合されたグランドプレーン
をさらに備える、請求項１に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項３】
前記静電容量センサが、交互嵌合型静電容量センサをさらに備える、請求項１に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項４】
前記プロセッサが、
前記1対の入力/出力チャネルをシステムのグランドへの出力用および設定用に構成するステップと、
前記入力/出力チャネルから電荷が放散されるまで待機するステップと、
前記1対の入力/出力チャネルを入力用に構成するステップと、
前記1対の入力/出力チャネルのそれぞれの充電時間を調節するステップと、
前記1対の入力/出力チャネルのそれぞれのチャネルの前記充電時間に基づいて、前記1対の導電パッドのそれぞれの前記静電容量を計算するステップと、
前記1対の導電パッドのそれぞれの前記静電容量を加算することによって、前記静電容量センサの前記静電容量を計算するステップと
を行うことによって、前記加算モードで前記静電容量センサの静電容量を測定するように構成されている、請求項１に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項５】
前記プロセッサが、
前記1対の入力/出力チャネルをシステムのグランドへの出力用および設定用に構成するステップと、
前記入力/出力チャネルから電荷が放散されるまで待機するステップと、
前記1対の入力/出力チャネルのうちの1つを入力用に構成するステップと、
入力用に構成された前記1対の入力/出力チャネルのうちの前記1つの充電時間を調節するステップと、
入力用に構成された前記1対の入力/出力チャネルのうちの前記1つの前記充電時間に基づいて前記静電容量センサの前記静電容量を計算するステップと
を行うことによって、前記非加算モードで前記静電容量センサの静電容量を測定するように構成されている、請求項４に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項６】
前記導電パッドが、並列配置された対称の半円形状を有する、請求項１に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項７】
前記導電パッドが、並列配置された対称の長方形形状を有する、請求項１に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項８】
前記導電パッドが、円いパッドと、前記円いパッドを囲み、前記円いパッドと同心の円形パッドとを含む、請求項１に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項９】
複数のプレイングピースをさらに備え、前記複数のプレイングピースのそれぞれが導電性部分を含み、
前記プロセッサは、複数のプレイングピースの1つが前記静電容量センサにセットされるとき、測定した静電容量に基づいて前記複数のプレイングピースの1つを識別するように構成されている、
請求項１に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項１０】
前記複数のプレイングピースのそれぞれが、前記プレイングピースの前記導電性部分の底部に結合された複数のスペーサの1つを有し、
前記複数のスペーサのそれぞれが、異なる厚さである、
請求項９に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項１１】
前記複数のプレイングピースのそれぞれの前記導電性部分が、異なる面積を有する、請求項９に記載の双方向ゲームボードシステム。
【請求項１２】
前記複数のプレイングピースのそれぞれが、前記プレイングピースの前記導電性部分の底部に結合された複数のスペーサの1つを有し、
前記複数のスペーサのそれぞれが、実質的に同様の厚さおよび異なる誘電率を有する、
請求項９に記載の双方向ゲームボードシステム。
【国際調査報告】
2013538077.tif 000024
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