(57)【要約】【課題】作成が容易であり、複数の座標を安定して検出するのに拡張が可能で、スクリーンの裏側からプロジェクタで画像を投影する構成に適し、近距離における検出精度が高く、処理負荷が低く、３次元座標を比較的精度よく検出することのできる座標入力装置を提供する。【解決手段】発光部が設けられた操作体と、上記発光部から放射された光線が拡散され投影されるスクリーンと、上記スクリーンの背面から上記スクリーン上の拡散光を撮像する光学センサと、上記光学センサにより撮像された上記拡散光の位置および広がり幅情報から上記操作体の３次元座標を算出する制御部とを備える。【選択図】図１
2007172585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部が設けられた操作体と、
上記発光部から放射された光線が拡散され投影されるスクリーンと、
上記スクリーンの背面から上記スクリーン上の拡散光を撮像する光学センサと、
上記光学センサにより撮像された上記拡散光の位置および広がり幅情報から上記操作体の３次元座標を算出する制御部とを備えたことを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の座標入力装置において、
上記操作体は複数であり、それぞれの上記発光部を時分割的に発光させ、各発光期間における上記拡散光から３次元座標を算出することで、上記操作体毎の３次元座標を取得することを特徴とする座標入力装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の座標入力装置において、
加速度センサを備え、
上記制御部は上記加速度センサの検出信号から上記スクリーンへの上記操作体の接触を判断することを特徴とする座標入力装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の座標入力装置において、
接触スイッチを備え、
上記制御部は上記接触スイッチの検出信号から上記スクリーンへの上記操作体の接触を判断することを特徴とする座標入力装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の座標入力装置において、
上記発光部は赤外線光を発光するＬＥＤから構成されることを特徴とする座標入力装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の座標入力装置において、
上記発光部は複数のＬＥＤを略半球面の内面状に配置して構成されることを特徴とする座標入力装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の座標入力装置において、
上記光学センサは、上記スクリーン上の映像を結像させるレンズと、
上記結像位置に露光面を配置したイメージセンサから構成されることを特徴とする座標入力装置。
【請求項８】
発光部が設けられた操作体と、
上記発光部から放射された光線が拡散され投影されるスクリーンと、
上記スクリーンの背面から上記スクリーン上にゲーム画像を投影するプロジェクタと、
上記スクリーンの背面から上記スクリーン上の上記発光部による拡散光を撮像する光学センサと、
上記光学センサにより撮像された上記拡散光の位置および広がり幅情報から上記操作体の３次元座標を算出し、ゲーム画像との座標比較によりゲーム進行を制御する制御部とを備えたことを特徴とするゲーム装置。
【請求項９】
請求項８に記載のゲーム装置において、
上記操作体に加速度センサを備え、
上記制御部は上記加速度センサの検出信号から上記スクリーンへの上記操作体の接触を判断するとともに、上記操作体の動きを検出することを特徴とするゲーム装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のゲーム装置において、
上記制御部は、上記操作体が上記スクリーンに非接触の状態で動きの検出がされた場合にエネルギー蓄積量を示すパラメータにエネルギー値を貯め、上記操作体が上記スクリーンへ接触した場合、エネルギー蓄積量を示すパラメータにエネルギー値が一定以上貯まっていることを条件に、通常よりゲーム上の効果が及ぶ範囲または効果の大きさの少なくともいずれかを変化させることを特徴とするゲーム装置。
【請求項１１】
請求項８に記載のゲーム装置において、
上記制御部は、上記操作体の上記スクリーンへの接触座標にゲーム上のユニットが存在する場合、上記操作体を上記スクリーンから離すまで上記ユニットをキャッチし、上記操作体の移動に応じて上記ユニットを移動することを特徴とするゲーム装置。
【請求項１２】
請求項８に記載のゲーム装置において、
上記制御部は、複数のプレイヤにより操作される複数の上記操作体により、それぞれのプレイヤ用に分割されたゲーム画面内において異なる役割のゲーム進行を行わせることを特徴とするゲーム装置。
【請求項１３】
請求項８に記載のゲーム装置において、
上記制御部は、上記操作体の操作に基づく各種項目のデータを取得し、ゲームステージが成功した場合は最も順位の高い項目のみを表示し、ゲームステージが失敗した場合は最も順位の低い項目のみを表示することを特徴とするゲーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーンに投影された画像にスティック等の操作体でタッチすることでゲーム進行を行うゲーム装置等に適用可能な座標入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
「モグラ叩き」ゲーム装置のような、出現するマトにハンマー、スティック等の操作体をタッチすることで勝敗を競うタイプのゲーム装置が存在し、根強い人気を有している。
【０００３】
ところで、機械的に構成されたこの種のゲーム装置では、マト自体やマトの出現可能な位置が固定的であるため、ゲーム進行に応じてゲーム内容を多彩に変更したり、他のテーマのゲーム装置に改造したりすることが困難であり、ソフトウェア（コンピュータプログラム）的な処理により自由度の高いゲーム展開が可能なゲーム装置が要望されている。
【０００４】
このようなゲーム装置の構成手法の一つとして、スクリーン上にマト等の画像を表示し、スクリーン上に設けられたマトリックス方式のタッチパネルによりプレイヤによるタッチ位置を検出することが考えられる。
【０００５】
一方、特許文献１には、銃型コントローラから発せられる光線をモニタ画面の四隅に設けられたセンサで検出することで、銃型コントローラの３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を取得する技術が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、剣型の実操作物をモニタの両脇に設けられた２台のカメラで撮影し、画像処理することで、実操作物の３次元座標を取得する技術が開示されている。
【０００７】
特許文献３には、スクリーンの前に立つユーザの背後から赤外光を照射し、ユーザの手の影をスクリーンの裏面側で撮像して画像処理することで、スクリーン上のユーザの手の影の２次元座標を取得する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１８５７４０号公報
【特許文献２】特開２００２−２９２１２３号公報
【特許文献３】特開２００４−３２６１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したタッチパネルを用いる手法にあっては、次のような問題があった。
（１）ゲーム装置は比較的大きなスクリーンを用いるため、その全面を覆うような大きなサイズのタッチパネルを作成することが困難である。
（２）マトリックス方式のタッチパネルでは同時に１点しかタッチ位置を検出することができず、複数のプレイヤの操作を検出することができない。
（３）スクリーンの裏側からプロジェクタでゲーム画像を投影する構成をとる場合、ＣＲＴモニタ等に比べてタッチパネルの存在が見た目に邪魔になる。
【０００９】
一方、特許文献１に示されるような銃型コントローラから発せられる光線をモニタ画面の四隅に設けられたセンサで検出する方式では、シューティングゲーム等には適しているものの、銃型コントローラがモニタ画面の近距離にある場合の検出精度が低く、スクリーンに投影された画像にタッチするようなタイプのゲーム装置には適していなかった。これは、銃型コントローラから発せられる光線が近距離ではほぼ直角方向にあるセンサに十分に届かないことと、モニタ画面および周囲のフレームの反射による誤作動によるものである。また、この特許文献１に示される手法では、銃型コントローラといずれかのセンサの間にプレイヤの体などが入ってしまうと、多点測量であるが故に位置検出を行うことができなくなり、特に複数のプレイヤが同時にプレイする場合にはかかる状況が頻発することが想定され、安定した位置検出が行えないという問題があった。
【００１０】
特許文献２に示されるようなモニタの両脇に設けられた２台のカメラで撮影して画像処理する方式では、画像処理の負荷が高く、高性能なコンピュータを要することからコストアップを招くという問題があった。また、特許文献１の場合と同様に、剣型の実操作物といずれかのカメラの間にプレイヤの体などが入ってしまうと位置検出を行うことができなくなり、特に複数のプレイヤが同時にプレイする場合にはかかる状況が頻発することが想定され、安定した位置検出が行えないという問題があった。
【００１１】
特許文献３に示されるようなユーザの手の影をスクリーンの裏面側で撮像して画像処理する方式では、奥行き方向（ｚ方向）の座標が検出できないとともに、ユーザの手の影が頭・胴体の影と重なってしまった場合には座標が検出できないという問題があった。
【００１２】
また、特許文献１〜３では、モニタ画面・スクリーン等へのタッチを積極的に検出する機構については開示されていない。
【００１３】
本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、作成が容易であり、複数の座標を安定して検出するのに拡張が可能で、スクリーンの裏側からプロジェクタで画像を投影する構成に適し、近距離における検出精度が高く、処理負荷が低く、３次元座標を比較的精度よく検出することのできる座標入力装置を提供することにある。
【００１４】
なお、本発明の座標入力装置は、ゲーム装置に限らず、広範な用途に用いることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するため、本発明にあっては、請求項１に記載されるように、発光部が設けられた操作体と、上記発光部から放射された光線が拡散され投影されるスクリーンと、上記スクリーンの背面から上記スクリーン上の拡散光を撮像する光学センサと、上記光学センサにより撮像された上記拡散光の位置および広がり幅情報から上記操作体の３次元座標を算出する制御部とを備える座標入力装置を要旨としている。
【００１６】
また、請求項２に記載されるように、請求項１に記載の座標入力装置において、上記操作体は複数であり、それぞれの上記発光部を時分割的に発光させ、各発光期間における上記拡散光から３次元座標を算出することで、上記操作体毎の３次元座標を取得するようにすることができる。
【００１７】
また、請求項３に記載されるように、請求項１または２に記載の座標入力装置において、加速度センサを備え、上記制御部は上記加速度センサの検出信号から上記スクリーンへの上記操作体の接触を判断するようにすることができる。
【００１８】
また、請求項４に記載されるように、請求項１または２に記載の座標入力装置において、接触スイッチを備え、上記制御部は上記接触スイッチの検出信号から上記スクリーンへの上記操作体の接触を判断するようにすることができる。
【００１９】
また、請求項５に記載されるように、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の座標入力装置において、上記発光部は赤外線光を発光するＬＥＤから構成されるようにすることができる。
【００２０】
また、請求項６に記載されるように、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の座標入力装置において、上記発光部は複数のＬＥＤを略半球面の内面状に配置して構成されるようにすることができる。
【００２１】
また、請求項７に記載されるように、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の座標入力装置において、上記光学センサは、上記スクリーン上の映像を結像させるレンズと、上記結像位置に露光面を配置したイメージセンサから構成されるようにすることができる。
【００２２】
また、請求項８に記載されるように、発光部が設けられた操作体と、上記発光部から放射された光線が拡散され投影されるスクリーンと、上記スクリーンの背面から上記スクリーン上にゲーム画像を投影するプロジェクタと、上記スクリーンの背面から上記スクリーン上の上記発光部による拡散光を撮像する光学センサと、上記光学センサにより撮像された上記拡散光の位置および広がり幅情報から上記操作体の３次元座標を算出し、ゲーム画像との座標比較によりゲーム進行を制御する制御部とを備えるゲーム装置として構成することができる。
【００２３】
また、請求項９に記載されるように、請求項８に記載のゲーム装置において、上記操作体に加速度センサを備え、上記制御部は上記加速度センサの検出信号から上記スクリーンへの上記操作体の接触を判断するとともに、上記操作体の動きを検出するようにすることができる。
【００２４】
また、請求項１０に記載されるように、請求項９に記載のゲーム装置において、上記制御部は、上記操作体が上記スクリーンに非接触の状態で動きの検出がされた場合にエネルギー蓄積量を示すパラメータにエネルギー値を貯め、上記操作体が上記スクリーンへ接触した場合、エネルギー蓄積量を示すパラメータにエネルギー値が一定以上貯まっていることを条件に、通常よりゲーム上の効果が及ぶ範囲または効果の大きさの少なくともいずれかを変化させるようにすることができる。
【００２５】
また、請求項１１に記載されるように、請求項８に記載のゲーム装置において、上記制御部は、上記操作体の上記スクリーンへの接触座標にゲーム上のユニットが存在する場合、上記操作体を上記スクリーンから離すまで上記ユニットをキャッチし、上記操作体の移動に応じて上記ユニットを移動するようにすることができる。
【００２６】
また、請求項１２に記載されるように、請求項８に記載のゲーム装置において、上記制御部は、複数のプレイヤにより操作される複数の上記操作体により、それぞれのプレイヤ用に分割されたゲーム画面内において異なる役割のゲーム進行を行わせるようにすることができる。
【００２７】
また、請求項１３に記載されるように、請求項８に記載のゲーム装置において、上記制御部は、上記操作体の操作に基づく各種項目のデータを取得し、ゲームステージが成功した場合は最も順位の高い項目のみを表示し、ゲームステージが失敗した場合は最も順位の低い項目のみを表示するようにすることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の座標入力装置にあっては、作成が容易であり、複数の座標を安定して検出するのに拡張が可能で、スクリーンの裏側からプロジェクタで画像を投影する構成に適し、近距離における検出精度が高く、処理負荷が低く、３次元座標を比較的精度よく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の好適な実施形態につき図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は本発明の座標入力装置を適用したゲーム装置の一実施形態を示す外観斜視図であり、図２はゲーム装置の左側面方向から見たスクリーン周辺の構成と電気的結線を示す図である。また、図３はゲーム画像が表示された状態のゲーム装置の外観斜視図である。
【００３１】
図１〜図３において、ゲーム装置１は、コンピュータ装置から構成される制御部２（ゲーム進行を制御するゲーム制御部２１、ゲーム画像を生成する画像生成部２２、後述する各種センサの制御を行うセンサ制御部２３を備える）と、制御部２の画像生成部２２から与えられるゲーム画像を投影するプロジェクタ３と、プロジェクタ３の投影光を反射するミラー４と、プロジェクタ３からの投影光をミラー４を介して映像再現するスクリーン５とを備えている。なお、スクリーン５は、後述するスティック６から発せられる光線（例えば赤外線光）を拡散する性質も備えている。これは、スクリーン５の素材として、赤外線光等を散乱する微小物質を混入させたものを使用することで実現することができる。
【００３２】
一方、ゲーム装置１は、制御部２のセンサ制御部２３にケーブル等で接続されていて所定のタイミングで光線を発するとともにスクリーン５へのタッチを検出する機能を有し、プレイヤＰによって操作（スクリーン５上のマト画像５ａを叩く等）されるスティック６を２人分備えている。なお、制御部２とスティック６との接続は有線による場合を示したが、無線による接続としてもよい。ただし、アミューズメント施設等の不特定多数の者が出入り可能な環境では、スティック６の盗難等が考えられるため、丈夫なケーブルによる有線によるものが好ましい。
【００３３】
また、ゲーム装置１は、スティック６から発せられる光線のスクリーン５による拡散光をミラー４を介して撮像する光学センサ７を備え、光学センサ７の検出信号は制御部２のセンサ制御部２３に与えられるようになっている。
【００３４】
図４はスティック６の構成例を示す図であり、先端部に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等から構成される発光部６１と、スティック６に加えられる加速度を検出する加速度センサ６２とが設けられ、これらは結線部６３を介してケーブル６４と接続されている。なお、先端部のフード６５は発光部６１の光線を拡散することなく透過させる性質を有している。発光部６１が赤外線光を発光する場合にあっては、フード６５に通常のプラスティック素材を用いることで、赤外線光を透過させるようにすることができる。
【００３５】
図５はスティック６の発光部６１の構成例を示す図であり、右側に示すようにＬＥＤを略半球面の内面状（お椀状）に配置することで、十分な発光強度が得られるとともに、発光の指向性が略半球状のものとなり、左側に示すように、スクリーン５上の拡散光が一つの光源として認識されるようになる。図６はスティック６の発光部６１の他の構成例を示す図であり、（ａ）の右側に示すように、発光部６１の配置を若干変えてある。また、（ｂ）はスティック６の先端部側から発光部６１部分を見た図である。
【００３６】
図７はスティック６の発光部６１によるスクリーン５上の拡散光の強度分布を示す図であり、（ａ）は図５もしくは図６に示したＬＥＤを略半球面の内面状に配置した発光部６１の場合を示し、（ｂ）は比較のためにＬＥＤを放射状に配置した場合を示している。（ｂ）に示すようにＬＥＤを放射状に配置した場合は強度分布が波打って一体となった拡散光が得られないが、（ａ）に示すようにＬＥＤを略半球面の内面状に配置した場合は対称形の一体となった拡散光を得ることができる。また、図８はスティック６の発光部６１の角度によるスクリーン５上の拡散光の強度分布を示す図であり、ＬＥＤを略半球面の内面状に配置したことにより、スクリーン５との角度が変わっても強度分布に変化が生じないようにすることができる。
【００３７】
図９は発光部６１におけるＬＥＤの配列による半球状の指向性を得る手法を示す図である。（ａ）は単一のＬＥＤによる指向性を示しており、正面（０°）が最も強度が強く、強度が半分になる角度（この例では２０°）は半値角と呼ばれる。このようなＬＥＤを例えば５個配列したのが（ｂ）であり、それぞれのＬＥＤの半値角となる位置を隣接するＬＥＤの半値角となる位置と重ね合わせることで、相互に強度を補完しあうこととなり、前方に対して強度が均一の半球状の指向性を得ることができる。
【００３８】
図１０はスティック６の加速度センサ６２に代えてスイッチ６６を使用した例を示す図であり、スティック６の先端部に設けられた接触子６７の基部にスイッチ６６を設けることで、接触子６７がスクリーン５にタッチした際にスイッチ６６をＯＮさせるようになっている。また、スティック６の加速度センサ６２に代えて、マイクを用いることもできる。この場合、スティック６がスクリーン５にタッチした際の衝撃音からタッチを検出することができる。
【００３９】
図１１はスティックの他の構成例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。図１１において、スティック６は、下端にケーブル６４が引き出されプレイヤが手に持つ握り部６０１と、この握り部６０１の上端にあって前方に傾斜した屈曲部６０２と、この屈曲部６０２の先端にあってスクリーン５（図１等）に当接可能な先端部６０３とから構成されている。先端部６０３は発砲ウレタン、ウレタンゴム、発砲スチロール等の柔らかい素材で構成されており、表面は水着素材やストッキング素材で覆われている。また、先端部６０３の開口部６０３ａの奥には発光部６１および加速度センサ６２が設けられている。この構成例では、スティック６の先端部６０３がスクリーン５と対面した状態で接触し、ほぼ同じ角度を保つことができるため、発光部６１の投光角度による指向性を考慮する必要はない。更に、屈曲部６０２の上端内部には可視光ＬＥＤ等からなるランプ６０４が設けられており、後述する貯め叩きにおけるエネルギーの蓄積状態を表示（第１のレベルまで蓄積されるとイエロー、第２のレベルまで蓄積されるとレッドに発光）するようになっている。
【００４０】
図１２は光学センサ７の構成例を示す図であり、基板７１上に設けられたＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子７２と、撮像素子７２の周囲を覆うマウンタ７３と、マウンタ７３の上端部に設けられ撮像素子７２に入射光を結像させるレンズ７４とを備えている。なお、撮像素子７２としては、プロファイルセンサと呼ばれる受光強度分布（プロファイル）を瞬時に出力することができる素子（イメージセンサ）を用いることが、後の信号処理を簡素化し高速処理を達成する上で好ましい。図１３はプロファイルセンサの原理を示す図であり、縦（ｙ）横（ｘ）に配置されたＣＣＤセルの縦１列分の合算値をｘ方向プロファイルとして出力し、横１列分の合算値をｙ方向プロファイルとして出力するものである。図示のようなスポット光が結像した場合、ｘ方向プロファイルおよびｙ方向プロファイルにはスポット光の中心位置にピークが現れることとなり、スポット光の中心位置を即座に求めることができる。また、ピーク周辺の分布から、スポット光の幅も即座に求めることができる。
【００４１】
図１４はセンサ制御部２３の構成例を示す図であり、スティック６の発光部６１を制御する発光制御部２３１と、スティック６の加速度センサ６２を制御する加速度センサ制御部２３２と、光学センサ７を制御する光学センサ制御部２３３と、全体的な制御処理を行いゲーム制御部２１とデータ通信を行うＣＰＵ２３４と、プログラムの作業領域となるＲＡＭ２３５と、固定的なデータ・プログラムを格納するＲＯＭ２３６とを備えている。
【００４２】
図１５はスクリーン５とスティック６との距離によるスクリーン５上の拡散光の大きさの変化の例を示す図である。（ａ）に示すようにスクリーン５とスティック６の距離が長い場合、スクリーン５上の拡散光は大きくなり、光学センサ７から得たプロファイルの幅は大きくなる。これが、（ｂ）（ｃ）に示すようにスクリーン５とスティック６の距離が短くなると、拡散光は小さくなり、光学センサ７から得たプロファイルの幅は小さくなる。従って、光学センサ７から得たプロファイルの幅をセンサ制御部２３において測定することにより、スクリーン５とスティック６の距離（ｚ座標）を取得することができる。また、ｘ方向、ｙ方向のプロファイルの中心位置より、スクリーン５上の位置（ｘ座標、ｙ座標）を取得することができる。
【００４３】
図１６はスティック６とスクリーン５の距離を受光強度（輝度値）によらず正確に測定する手法を示す図である。（ａ）の左側に示すようにスティック６がスクリーン５に近い場合は最大値の大きい鋭いプロファイルとなり、右側に示すようにスティック６がスクリーン５から遠い場合は最大値の小さい緩やかなプロファイルとなる。また、スティック６の発光部６１のバラツキにより受光強度の最大値は変化する。そのため、（ｂ）に示すように、プロファイルの最大値と最小値とが一定の値ｐｍになるようにプロファイルデータを拡大もしくは縮小する。そして、（ｃ）に示すように、プロファイルの中心位置から一定の位置ｘ０、ｘ１におけるプロファイル値ｐ０、ｐ１から傾き（ｐ１−ｐ０）／（ｘ１−ｘ０）を求め、これに所定の線形変換を施したものを距離ｚとする。また、（ｄ）に示すように、所定の閾値ｐｗと交差する部分の幅ｗを求め、これに所定の線形変換を施したものを距離ｚとすることもできる。このようにすることで、スティック６とスクリーン５の距離を受光強度によらず正確に測定することができ、発光部６１のバラツキに影響されないようにすることができる。
【００４４】
図１７はスティック６の動きによる加速度センサ６２の検出信号の変化の例を示す図である。（ａ）に示すようにスティック６を上下に振った場合の加速度センサ６２の検出信号は比較的緩やかな変化となるが、（ｂ）（ｃ）に示すようにスティック６をスクリーン５にタッチ（（ｂ）は単発、（ｃ）は複数回）した場合には、そのタッチの瞬間に波高の高いパルス状の波形が現れる。従って、スティック６の加速度センサ６２からの検出信号が所定のレベルを超えるか否かをセンサ制御部２３において監視することで、スティック６がスクリーン５にタッチしたことを検出することができる。なお、スティック６のｚ方向の座標からスティック６がスクリーン５に極めて近接した状態にあることが判断できるが、実際にタッチしたか否かを確実に検出するために加速度センサ６２が用いられている。図１０に示したスイッチ６６も同様である。
【００４５】
図１８は第１プレイヤのスティックと第２プレイヤのスティックとを判別する手法を示す図である。第１プレイヤのスティック６（＃１）を検出する場合は、（ａ）に示すようにスティック６（＃１）の発光部６１（＃１）のみを発光させ、第２プレイヤのスティック６（＃２）の発光部６１（＃２）は発光させない。また、第２プレイヤのスティック６（＃２）を検出する場合は、（ｂ）に示すようにスティック６（＃２）の発光部６１（＃２）のみを発光させ、第１プレイヤのスティック６（＃１）の発光部６１（＃１）は発光させない。このように、第１プレイヤのスティック６（＃１）と第２プレイヤのスティック６（＃２）から時分割的に発光させ、その発光期間におけるスクリーン５上の拡散光を光学センサ７で撮像することで、第１プレイヤのスティック６（＃１）と第２プレイヤのスティック６（＃２）とを判別することができる。
【００４６】
なお、これまで説明した実施形態ではスクリーン５を平面的なものとしていたが、図１９に示すように平面でない半球状のスクリーン５とすることもできる。また、スクリーン５の形状としては、光学センサ７側からスクリーン５上の各点が直接に見渡せるものであれば、図示の形状に限られない。
【００４７】
以下、上記の実施形態の動作について説明する。
【００４８】
図２０はゲーム進行の処理例を示すフローチャートである。図２０において、ゲームが開始されると、制御部２のゲーム制御部２１の制御のもと、画像生成部２２においてマト画像５ａを含むゲーム画像を生成し、プロジェクタ３からミラー４を介してスクリーン５の位置ｘ１、ｙ１にマト画像５ａを出現させる（ステップＳ１０１）。
【００４９】
これに対し、プレイヤＰがスティック６でスクリーン５上のマト画像５ａを叩くと（ステップＳ１０２）、ゲーム制御部２１はセンサ制御部２３から得た座標およびタッチ有無からスクリーン５上を叩いたか否か判断する（ステップＳ１０３）。スクリーン５上を叩いていないと判断した場合（例えば、スティック６でゲーム装置１の筐体部分を叩いたり、スティック６をプレイヤＰ自身の体にぶつけた場合等）は、プレイヤＰがスクリーン５上のマト画像５ａを叩く（ステップＳ１０２）のを再び待機する状態に戻る。
【００５０】
また、スクリーン５上を叩いたと判断した場合、ゲーム制御部２１はマト画像５ａを出現させた位置ｘ１、ｙ１にスティック６の先端があるか否か判断し（ステップＳ１０４）、位置ｘ１、ｙ１にスティック６の先端がないと判断した場合は、叩いた位置にハズレを意味する「×」マークを出現させ（ステップＳ１０５）、プレイヤＰがスクリーン５上のマト画像５ａを叩く（ステップＳ１０２）のを再び待機する状態に戻る。なお、所定の時間が経過した場合は再度スクリーン５上のマト画像５ａを叩くことができないようにすることもできる。また、マトを外した場合に「×」マークを表示しないようにしてもよい。
【００５１】
位置ｘ１、ｙ１にスティック６の先端があると判断した場合は、マトが破壊される画像を出現させ（ステップＳ１０６）、新たなマト画像５ａの出現（ステップＳ１０１）に移行して同様の処理を繰り返す。
【００５２】
図２１はマトを叩いた場合の画面例を示す図であり、（ａ）はゴーストのマトをスティック６で叩いた状態を示し、（ｂ）は飛んでくるアイテムのマトをスティック６で叩いた状態を示している。
【００５３】
図２２はスティック６によるスクリーン５上のタッチおよびタッチ位置の判定にかかる処理例を示すフローチャートである。図２２において、ゲーム演算が開始されると、センサ制御部２３は、スティック６の加速度センサ６２の情報を取得するとともに（ステップＳ２０１）、光学センサ７から情報を取得し（ステップＳ２０２）、スティック６先端部のｘ、ｙ、ｚ座標を算出する（ステップＳ２０３）。そして、センサ制御部２３はゲーム制御部２１に加速度センサ６２の情報および座標算出結果のデータを転送する（ステップＳ２０４）。
【００５４】
そして、ゲーム制御部２１は、加速度センサ６２の情報からスティック６が何かにタッチしたか否か判断し（ステップＳ２０５）、タッチしたと判断した場合は、続いて、スティック６先端部の座標（ｘ２、ｙ２）がスクリーン５上であるか否かを判断し（ステップＳ２０６）、スクリーン５上である場合は、スクリーン５の位置ｘ２、ｙ２にスティック６がタッチしたと判断し（ステップＳ２０７）、処理を終了する。
【００５５】
また、スティック６がタッチしていないと判断した場合やスティック６先端部の座標がスクリーン５上でない場合は処理を終了する。
【００５６】
図２３は貯め叩きの処理例を示すフローチャートであり、スティック６の加速度センサ６２を利用し、スティック６の動き（グルグル回すような動き）を検出して、攻撃時のエネルギーを貯めることができるようにしたものである。
【００５７】
図２３において、処理を開始すると（ステップＳ２１１）、加速度センサ６２にエネルギー貯めの操作と認識されるべき所定レベル以上の反応があるか否か判断し（ステップＳ２１２）、反応がある場合はエネルギー蓄積量を示すパラメータにエネルギー値を貯める（ステップＳ２１３）。所定レベル以上の反応がない場合は特に何もしない。エネルギーの蓄積状態はスティック６のランプ６０４（図１１）により表示され、貯め叩きには十分ではないがある程度のレベル（第１のレベル）まで貯まった場合はイエロー、貯め叩きが可能なレベル（第２のレベル）まで貯まった場合はレッドに発光する。
【００５８】
次いで、スクリーン上を叩いたか否か判断し（ステップＳ２１４）、叩いていない場合は処理を終了してメインルーチンに戻る（ステップＳ２２３）。
【００５９】
スクリーン上を叩いたと判断した場合、エネルギー蓄積量を示すパラメータにエネルギー値が一定以上貯まっているか否か判断し（ステップＳ２１５）、貯まっている場合は貯め叩きとして画面オブジェクト（エネミキャラクタ）との当り判定の有効範囲を定めるパラメータもしくは攻撃力を定めるパラメータにより広範囲もしくは高ダメージに設定し（ステップＳ２１６）、貯まっていない場合は通常の叩きとして同パラメータを通常範囲および通常ダメージに設定する（ステップＳ２１７）。
【００６０】
次いで、設定した範囲内にマトがあるか否か判断し（ステップＳ２１８）、マトがある場合はマトにダメージを与え（ステップＳ２１９）、マトを倒したか判断して（ステップＳ２２０）、倒した場合は得点加算を行う（ステップＳ２２１）。
【００６１】
得点加算を行った後と、マトを倒していない場合と、設定した範囲内にマトがない場合は、パラメータに貯めたエネルギー値をリセットし（ステップＳ２２２）、処理を終了してメインルーチンに戻る（ステップＳ２２３）。
【００６２】
図２４は貯め叩きの画面例を示す図であり、スティック６をグルグルと回してエネルギーを貯めた上でマトを叩くことで、広範囲もしくは高ダメージで敵を攻撃することができる。
【００６３】
図２５は擦り入力の処理例を示すフローチャートであり、スクリーン５にスティック６をタッチした状態で移動することで、ユニット（画面上の敵キャラクターや物体）をキャッチして移動させることができるようにしたものである。
【００６４】
図２５において、処理を開始すると（ステップＳ２３１）、スティック６とスクリーン５の距離を取得し（ステップＳ２３２）、スティック６がスクリーン５に接触しているか否か判断する（ステップＳ２３３）。
【００６５】
接触していない場合、ユニットをキャッチしていれば開放し（ステップＳ２３４）、距離取得（ステップＳ２３２）に戻る。
【００６６】
接触している場合は、スティック６の接触座標が変化したか否か判断し（ステップＳ２３５）、変化していなければ距離取得（ステップＳ２３２）に戻る。
【００６７】
接触座標が変化していれば擦り状態とし（ステップＳ２３６）、スティック６の接触座標にユニットが存在するか否か判断する（ステップＳ２３７）。
【００６８】
ユニットが存在する場合は、ユニットをキャッチし（ステップＳ２３８）、距離取得（ステップＳ２３２）に戻る。ユニットをキャッチした後はキャッチが開放（ステップＳ２３４）されるまでスティック６の移動に応じてユニットが動く。なお、ユニットの擦り移動中、そのユニットないしスティック６の接触位置から所定距離範囲内に別のユニットが存在する場合、その別のユニットもキャッチされているユニットに吸い寄せられるように移動し、キャッチされているユニットともども擦り移動するようにしてもよい。
【００６９】
スティック６の接触座標にユニットが存在しない場合は距離取得（ステップＳ２３２）に戻る。
【００７０】
図２６は擦り入力の画面例を示す図であり、（ａ）はスティック６で画面上のゴーストをキャッチして左側の炎の上まで引きずっていく場合の例であり、（ｂ）はスティック６でハンドルの一部を掴んで回すことで左側のゴーストの檻の扉を上げてゆく場合の例である。
【００７１】
図２７は第１プレイヤのスティック６の発光制御およびデータ取得の処理例を示すフローチャートである。図２７において、処理が開始され、ゲーム制御部２１から第１プレイヤ（１ＣＨ：Channel）のデータが要求されると（ステップＳ３０１）、センサ制御部２３は、第１プレイヤのスティック６の発光部６１を点灯し（ステップＳ３０２）、光学センサ７による画像撮影を行い（ステップＳ３０３）、発光部６１を消灯する（ステップＳ３０４）。
【００７２】
そして、センサ制御部２３は光学センサ７から撮影データを読み込み（ステップＳ３０５）、データ補正および変換処理を行う（ステップＳ３０６）。すなわち、光学センサ７の撮像データから拡散光のプロファイルを取得し、その中心位置および広がり幅から３次元座標を示す値に変換する。
【００７３】
上記の処理と並行して、センサ制御部２３は、スティック６の加速度センサ６２からデータを取得し（ステップＳ３０７）、タッチ判定を行う（ステップＳ３０８）。
【００７４】
そして、ゲーム制御部２１に対してデータ転送を行い（ステップＳ３０９）、続行するか否か判断し（ステップＳ３１０）、続行する場合には上述した処理を繰り返し、続行しない場合は処理を終了する。
【００７５】
図２８は第１・第２プレイヤのスティック６の発光制御およびデータ取得の処理例を示すフローチャートである。図２８において、処理が開始されると、ゲーム制御部２１からのデータ要求が第１プレイヤ（１ＣＨ）のものか第２プレイヤ（２ＣＨ）のものかを判断する（ステップＳ４０１）。
【００７６】
第１プレイヤ（１ＣＨ）のデータが要求されている場合は、第１プレイヤ（１ＣＨ）につき、図２７に示したのと同様の処理を行う（ステップＳ４０２〜Ｓ４０８）。第２プレイヤ（２ＣＨ）のデータが要求されている場合は、第２プレイヤ（２ＣＨ）につき、図２７に示したのと同様の処理を行う（ステップＳ４０９〜Ｓ４１５）。
【００７７】
そして、ゲーム制御部２１に対してデータ転送を行い（ステップＳ４１６）、続行するか否か判断し（ステップＳ４１７）、続行する場合には上述した処理を繰り返し、続行しない場合は処理を終了する。
【００７８】
図２９および図３０は２Ｐモードにおけるゲーム画面例を示す図である。
【００７９】
図２９は同じゲーム画面を第１プレイヤと第２プレイヤが共有してゲームを進めるものであり、マトとして出現するゴーストを撃破することによるポイントを競うものである。
【００８０】
図３０はゲーム画面を第１プレイヤ用のエリア１Ｐと第２プレイヤ用のエリア２Ｐに分け、異なる役割を持たせたものである。すなわち、（ａ）では右側の第２プレイヤがハンドルを回して左側のゴーストを閉じ込めた檻を開く役割を担い、左側の第１プレイヤは檻が開いて自由となったゴーストを叩いて撃破する役割を担う。そして、ゲームの途中で画面がスライドして（ｂ）のように役割が交代する。
【００８１】
図３１はスクリーン５への文字入力に適用した処理例を示すフローチャートである。図３１において、プレイヤがスティック６でスクリーン５に触れると（ステップＳ５０１）、触れた座標に点を表示する（ステップＳ５０２）。なお、スティック６がスクリーン５に完全に触れなくても、スティック６とスクリーン５の距離ｚが所定の距離よりも小さくなった場合は触れたと判断して点を表示するようにしてもよい。また、この場合、表示する点の大きさはスティック６とスクリーン５の距離ｚに応じて変更（近いほど大）することができる。点の色や形を距離ｚに応じて変更するようにしてもよい。
【００８２】
次いで、スティック６とスクリーン５の距離ｚが一定以上離れたか否かを判断し（ステップＳ５０３）、離れたと判断された場合は一文字書いたとみなし（ステップＳ５０４）、処理を終了する。
【００８３】
また、スティック６とスクリーン５の距離が一定以上離れていないと判断された場合は、スティック６のｘ座標とｙ座標に変化があるか否か判断し（ステップＳ５０５）、変化がない場合はスティック６とスクリーン５の距離判断（ステップＳ５０３）に戻る。
【００８４】
スティック６のｘ座標とｙ座標に変化があると判断された場合は、スティック６の変化前のｘ座標・ｙ座標から変化後のｘ座標・ｙ座標にかけて線を引く（ステップＳ５０６）。この際、スティック６とスクリーン５の距離ｚに応じて線の太さを変更（近いほど大）することができ、「ハネ」「ハライ」等の表現が可能である。線の色を距離ｚに応じて変更するようにしてもよい。
【００８５】
そして、スティック６とスクリーン５の距離判断（ステップＳ５０３）に戻る。
【００８６】
図３２は文字入力操作の例を示す図であり、（ａ）はスティック６でスクリーン５をなぞった場合、（ｂ）はスティック６でスクリーン５を切った場合、（ｃ）はスティック６でスクリーン５にハライを書いた場合、（ｄ）はスティック６でスクリーン５にハネを書いた場合を示している。
【００８７】
図３３はステージクリア時の結果および最高／最低項目の表示の処理例を示すフローチャートである。すなわち、スティック６を用いた入力操作とすることで通常のゲーム装置と比較して多くの項目のデータが取得できるものであるが、その全てを表示してしまうと特に初心者には理解しずらいものとなるため、ゲームステージが成功した場合は最も順位の高い項目のみを、また失敗した場合は最も順位の低い項目のみを表示することで、次回のゲーム操作の参考とするものである。
【００８８】
図３３において、ゲームステージ（ミニゲーム）を開始すると（ステップＳ６０１）、各項目のデータを取得する（ステップＳ６０２）。取得する項目としては、天国に送ったゴーストの重さ、ノルマクリアタイム、やられた回数、ヒット率、カラ振り数、画面をやたらに叩いた数、ハンドルを回した量、ふってためたパワー、擦り（ドラッグ）の距離・速さ・時間、叩いた強さ、離す強さ等がある。
【００８９】
ゲームステージが終了すると（ステップＳ６０３）、各項目のデータを集計し（ステップＳ６０４）、項目ごとにランキングを算出する（ステップＳ６０５）。
【００９０】
次いで、ゲームステージの成功・失敗、撃破した敵の数等の最小限の項目についての結果表示を行う（ステップＳ６０６）。図３４（ａ）は結果表示の画面例を示している。
【００９１】
図３３に戻り、ゲームステージが成功か否か判断し（ステップＳ６０７）、成功である場合は最も上位にランクした項目とその順位を表示し（ステップＳ６０８）、成功でない場合は最も下位にランクした項目とその順位を表示する（ステップＳ６０９）。図３４（ｂ）は成功した場合の最高項目の表示例を示している。
【００９２】
図３３に戻り、今回の項目の中で今までの全プレイヤの成績の中から上位／下位でα（例えば「１０」）位内の項目があるか否か判断し（ステップＳ６１０）、ある場合はその項目についての全プレイヤのランキングテーブルを再計算（更新）し（ステップＳ６１１）、ない場合は特に何もせずに、次のステージへ進む（ステップＳ６１２）。上位／下位α位内の項目についてのみランキングテーブルを再計算するのは、取得するデータ量が多くその全てを保存するのは望ましくないためである。従って、上位／下位α位内に入らない項目については線形近似により順位を算出する。
【００９３】
以上説明したことから明らかなように、本発明の座標入力装置にあっては、次のような利点がある。
（１）構成要素としては、スクリーン５とスティック６とプロジェクタ３と光学センサ７と制御部２のみであるため、大型のスクリーン５であっても作成が容易である。
（２）スティック６を複数とし、時分割的に検出することにより、複数の座標を検出するのに拡張が可能である。この際、スクリーン５とスティック６の位置関係だけで検出が行えるため、プレイヤの位置関係よって検出が妨げられることもない。
（３）スクリーン５は外観上通常と変わりはないものであり、見た目の違和感はなく、スクリーンの裏側からプロジェクタで画像を投影する構成に適している。
（４）スクリーン５上の拡散光により３次元座標を検出しているため、近距離における検出精度が高い。
（５）スクリーン５上の拡散光の中心位置および広がりを検出するだけであるため、処理負荷が低い。
（６）総じて、簡易な構成にして、３次元座標を比較的精度よく検出することができる。
【００９４】
以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の座標入力装置を適用したゲーム装置の一実施形態を示す外観斜視図である。
【図２】ゲーム装置の左側面方向から見たスクリーン周辺の構成と電気的結線を示す図である。
【図３】ゲーム画像が表示された状態のゲーム装置の外観斜視図である。
【図４】スティックの構成例を示す図である。
【図５】スティックの発光部の構成例を示す図である。
【図６】スティックの発光部の他の構成例を示す図である。
【図７】スティックの発光部によるスクリーン上の拡散光の強度分布を示す図である。
【図８】スティックの発光部の角度によるスクリーン上の拡散光の強度分布を示す図である。
【図９】ＬＥＤの配列による半球状の指向性を得る手法を示す図である。
【図１０】スティックの加速度センサに代えてスイッチを使用した例を示す図である。
【図１１】スティックの他の構成例を示す図である。
【図１２】光学センサの構成例を示す図である。
【図１３】プロファイルセンサの原理を示す図である。
【図１４】センサ制御部の構成例を示す図である。
【図１５】スクリーンとスティックとの距離によるスクリーン上の拡散光の大きさの変化の例を示す図である。
【図１６】スティックとスクリーンの距離を受光強度によらず正確に測定する手法を示す図である。
【図１７】スティックの動きによる加速度センサの検出信号の変化の例を示す図である。
【図１８】第１プレイヤのスティックと第２プレイヤのスティックとを判別する手法を示す図である。
【図１９】平面でないスクリーンに応用した例を示す図である。
【図２０】ゲーム進行の処理例を示すフローチャートである。
【図２１】マトを叩いた場合の画面例を示す図である。
【図２２】スティックによるスクリーン上のタッチおよびタッチ位置の判定にかかる処理例を示すフローチャートである。
【図２３】貯め叩きの処理例を示すフローチャートである。
【図２４】貯め叩きの画面例を示す図である。
【図２５】擦り入力の処理例を示すフローチャートである。
【図２６】擦り入力の画面例を示す図である。
【図２７】第１プレイヤのスティックの発光制御およびデータ取得の処理例を示すフローチャートである。
【図２８】第１・第２プレイヤのスティックの発光制御およびデータ取得の処理例を示すフローチャートである。
【図２９】２Ｐモードにおけるゲーム画面例を示す図（その１）である。
【図３０】２Ｐモードにおけるゲーム画面例を示す図（その２）である。
【図３１】スクリーンへの文字入力に適用した処理例を示すフローチャートである。
【図３２】文字入力操作の例を示す図である。
【図３３】ステージクリア時の結果および最高／最低項目の表示の処理例を示すフローチャートである。
【図３４】ステージ結果および最高／最低項目の表示例を示す図である。
【符号の説明】
【００９６】
１          ゲーム装置
２          制御部
２１        ゲーム制御部
２２        画像生成部
２３        センサ制御部
２３１      発光制御部
２３２      加速度センサ制御部
２３３      光学センサ制御部
２３４      ＣＰＵ
２３５      ＲＡＭ
２３６      ＲＯＭ
３          プロジェクタ
４          ミラー
５          スクリーン
５ａ        マト画像
６          スティック
６１        発光部
６２        加速度センサ
６３        結線部
６４        ケーブル
６５        フード
６６        スイッチ
６７        接触子
６０１      握り部
６０２      屈曲部
６０３      先端部
６０３ａ    開口部
６０４      ランプ
７          光学センサ
７１        基板
７２        撮像素子
７３        マウンタ
７４        レンズ
Ｐ          プレイヤ
【図１】
2007172585.tif 000003
【図２】
2007172585.tif 000004
【図４】
2007172585.tif 000005
【図５】
2007172585.tif 000006
【図６】
2007172585.tif 000007
【図７】
2007172585.tif 000008
【図８】
2007172585.tif 000009
【図９】
2007172585.tif 000010
【図１０】
2007172585.tif 000011
【図１１】
2007172585.tif 000012
【図１２】
2007172585.tif 000013
【図１３】
2007172585.tif 000014
【図１４】
2007172585.tif 000015
【図１５】
2007172585.tif 000016
【図１６】
2007172585.tif 000017
【図１７】
2007172585.tif 000018
【図１８】
2007172585.tif 000019
【図１９】
2007172585.tif 000020
【図２０】
2007172585.tif 000021
【図２２】
2007172585.tif 000022
【図２３】
2007172585.tif 000023
【図２５】
2007172585.tif 000024
【図２７】
2007172585.tif 000025
【図２８】
2007172585.tif 000026
【図３１】
2007172585.tif 000027
【図３２】
2007172585.tif 000028
【図３３】
2007172585.tif 000029
【図３】
2007172585.tif 000030
【図２１】
2007172585.tif 000031
【図２４】
2007172585.tif 000032
【図２６】
2007172585.tif 000033
【図２９】
2007172585.tif 000034
【図３０】
2007172585.tif 000035
【図３４】
2007172585.tif 000036