説明

赤外線LEDおよび単点光センサを使用したカーソル相対位置検出方法および装置

【課題】ガンコントローラに撮像装置を内蔵させることなく、ホトダイオードなどの受光素子を設けることにより、ガンコントローラなどで照準を合わせたLCD画面上の座標(カーソル)位置を検出するカーソル相対位置検出方法およびその装置を提供する。
【解決手段】LCD画面の4隅にそれぞれ発光周波数の異なる赤外線LED(A)1,(B)2,(C)3および(D)4が配置されている。LCD画面から所定の距離のホトダイオード5で同時に発光した赤外線LEDの合成出力を得る。この合成出力をフーリエ変換して各赤外線LED毎に出力を得、FPGAの論理機能を用いてLCD画面の座標位置(カーソル位置)を算出する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、赤外線LEDを画面四隅に配置し、それぞれ固有の周波数で発信させ、ホトダイオードなどを使用して画面位置を検出する赤外線LEDおよび単点光センサを使用したカーソル相対位置検出方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【0002】
CRTモニタでは画像表示のため走査線を繰り返し走査しており、この走査線を光センサで読み取り、左上からの相対時間よりCRT上の位置を算出していた。
しかしながらLCDモニタは走査線方式で画像を表示していないので、上述のような方法ではLCDモニタ上の位置を検出することはできない。
【0003】
特許文献1に表示装置に表示される所定画像の位置を検出する位置検出装置および位置検出方法が開示されている。
これは表示部の4隅に識別子を設け、コントローラ型撮像装置を表示部に向けて表示部を撮影し、この撮影した画像を予め撮影してある画像と比較することにより、今回撮像した識別子の動きを検出することにより表示部の位置を求めるものである。
この方式は例えばガンに撮像装置を内蔵させるものであり、多数のガンを用いるものではそれぞれのガンに撮像装置を備えなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2002−81909号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、ガンコントローラに撮像装置を内蔵させることなく、ホトダイオードなどの受光素子を設けることにより、ガンコントローラなどで照準を合わせたLCD画面上の座標(カーソル)位置を検出するカーソル相対位置検出方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記目的を達成するために本発明の請求項1は、液晶画面側に発光素子を配置し、該発光素子からの光を受光することにより受光素子が向いた液晶画面上の座標を検出する方法であって、前記受光素子は所定の受光指向分布特性を備えるとともに前記液晶画面の4隅にそれぞれ赤外線LEDを配置し、前記4隅の赤外線LEDを相互に異なる周波数または位相で発光させ、前記受光素子で前記4隅の赤外線LEDからの赤外線を受光し、前記受光素子が受光した合成赤外線の出力を解析して各赤外線LED対応の出力を得、4つの赤外線LED対応の出力を論理計算することにより前記受光素子が向けられた前記液晶画面の座標位置を算出することを特徴とする。
本発明の請求項2は請求項1記載の発明において各赤外線LED対応の出力は、合成赤外線の出力をフーリエ変換して求めることを特徴とする。
本発明の請求項3は請求項2記載の発明において前記液晶画面の座標位置の算出は、Field Programmable Gate Arrayを用い、前記フーリエ変換して求めた4つの赤外線LED出力を入力し、設定した所定の論理機能により前記液晶画面の座標位置を算出することを特徴とする。
本発明の請求項4は液晶画面側に発光素子を配置し、該発光素子からの光を受光することにより受光素子が向いた液晶画面上の座標を検出する方法であって、前記受光素子は所定の受光指向分布特性を備えるとともに前記液晶画面の4隅にそれぞれ赤外線LEDを配置し、前記4隅の赤外線LEDを時分割で発光させて前記受光素子で受光することにより、前記4隅の赤外線LED対応の出力をそれぞれ得、4つの赤外線LED対応の出力を論理計算することにより前記受光素子が向けられた前記液晶画面の座標位置を算出することを特徴とする。
本発明の請求項5は液晶画面側に発光素子を配置し、該発光素子からの光を受光することにより受光素子が向いた液晶画面上の座標を検出するカーソル相対位置検出装置であって、前記受光素子は所定の受光指向分布特性を備えるとともに前記液晶画面の4隅にそれぞれ赤外線LEDを配置し、前記4隅の赤外線LEDを相互に異なる周波数または位相で発光させる発光手段と、前記4隅の赤外線LEDから受光した合成赤外線之出力を解析して各赤外線LED対応の出力を得るフーリエ演算手段と、4つの赤外線LED対応の出力を論理計算することにより前記受光素子が向けられた前記液晶画面の座標位置を算出する論理演算手段とを備えたことを特徴とする。
すなわち本発明は赤外線LEDを四隅に配置し、異なる周波数もしくは位相で発光させるか、または時分割で発光させ、これでホトダイオードで受け、LEDに付属されるレンズの指向性分布を周波数ごとに監視し光の割合を座標に変換するもので、LEDの指向性分布の割合を座標変化としてとらえることを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
以上の構成によれば、赤外線LED4つおよびホトダイオード、その他基板のみにより画面上の座標を算出できるので、検出装置を低コストで製造することができる。また、各赤外線LEDの発光周波数または位相を相違させて発光させているので、他の光源の影響を受けづらく検出の信頼性が高く強固の装置を構築することができる。時分割で各赤外線LEDで発光させて処理する場合も、同様に他の光源の影響を受けづらく装置の信頼性が増す。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明によるカーソル相対位置検出方法の赤外線LEDおよび単点光センサの配置状態を説明するための図である。
【図2】本発明によるカーソル相対位置検出装置の回路の構成を示すブロック図である。
【図3】LEDの発光特性およびホトダイオードの受光特性の一例を説明するための図である。
【図4】4つのLEDの発光出力特性およびホトダイオードの受光出力の一例を示す図である。
【図5A】LCD画面の4隅にそれぞれ向いたときのホトダイオードの各赤外線LED対応の出力例を説明するための図である。
【図5B】ホトダイオードの各赤外線LED対応の出力を分離して差を得て予め記憶することを説明するための図である。
【図6】LEDの受光から画面の座標算出までの処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図7】本発明によるカーソル相対位置検出装置を適用したガンゲーム機の外観を示す斜視図である。
【図8】ガンゲーム機の回路の実施の形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図1は本発明によるカーソル相対位置検出方法の赤外線LEDおよび単点光センサの配置状態を説明するための図である。
LCD画面の4隅に赤外線LED(A)1,(B)2,(C)3および(D)4が配置され、各赤外線LEDは前方に発光している。LCD画面の前方には各赤外線LEDからの赤外線を受光するホトダイオード5が配置されている。本発明はホトダイオード5を内蔵する例えばガンコントローラ(図示していない)が向いているLCD画面の座標位置を求めることができる。座標位置を求めることができれば、照準が当たったLCD画面の座標位置にカーソルを表示しプレイヤに示すことができる。
【0010】
図2は本発明によるカーソル相対位置検出装置の回路の構成を示すブロック図である。
4隅の赤外線LED(A)1,(B)2,(C)3および(D)4ならびにホトダイオード5はセンサ処理基板6に接続され、センサ処理基板6より発光のためのそれぞれ異なる周波数の電源信号を受ける。ホトダイオード5は4つの赤外線LEDから受光した合成赤外線出力をセンサ処理基板6に送る。センサ処理基板6にはCPU61,IC(FPGA)62およびRAM63が搭載されている。CPU61は赤外線LEDにそれぞれ異なる周波数の電源信号を供給制御し、ホトダイオード5で受信した合成赤外線出力を受けて各赤外線LEDの出力を算出する。IC(FPGA)はフィールドプログラマブルゲートアレイで、各赤外線LEDの出力レベルに対応させてLCD画面の各画素に対応する交点をオンオフするように予め論理機能が組み込まれており、4つの赤外線LEDのそれぞれの出力に対応する論理演算によって、LCD画面の相対的座標位置を算出する。この座標位置は座標データ11としてゲーム機回路10に供給される。
【0011】
図3はLEDの発光特性およびホトダイオードの受光特性の一例を説明するための図である。
図3(a)は赤外線LEDの発光指向の例を示すもので、発光点104に対し、103に示すような視野角の発光指向特性を示す。その発光出力波形は102に示すようにサイン波形に類似する特性となり、発光点104が配置される面(この面を0°とする)に対し、直角方向(90度)が最も発光出力が大きくなり、角度が小さくなるほどサイン波形に類似した特性で発光出力が小さくなる。
図3(b)は赤外線LED(A)1と(B)2の発光指向特性101,201が接するように設定され、これに対しホトダイオード5の受光特性501の中心は赤外線LED(A)1に向いた状態となっている。この特性図は受光の原理を判り易くするために赤外線LED(A)1と(B)2のみの発光指向特性に対しホトダイオード5の受光の状態を示したものである。
【0012】
ホトダイオード5と赤外線LED(A)1を結ぶ角度をθ0 =0とすると、(θ1 +θ2 )の角度範囲でホトダイオード5は周波数f1 の電源で発光する赤外線LED(A)1からの発光出力を受光する。また、(θ3 +θ4 )の角度範囲でホトダイオード5は周波数f2 の電源で発光する赤外線LED(B)2からの発光出力を受光する。ホトダイオード5はこれら赤外線LED(A)1と赤外線LED(B)2からの発光出力を合成した出力を得る。
【0013】
図4は4つの赤外線LEDの発光出力特性およびホトダイオードの受光出力の一例を示す図である。
赤外線LED(A)1に対し周波数fで発光させた場合、赤外線(B)2,(C)3および(D)4に対し異なる周波数で発光させた場合の波形図であり、ホトダイオードはこれらを合成した出力を示す。ホトダイオードの出力を周波数毎に分解して各赤外線LEDの受信感度を算出し、各赤外線LED受信感度の割合から座標変換してLCD画面の座標を得ることができる。上記の異なる周波数は図4のf1 ,f2 ,f3 ,f4 に対応するもので、それぞれ整数倍して重なり合わない周波数である。ただし、×1は良い。
【0014】
図5A,図5Bはホトダイオード出力からはLCD画面の座標位置を求める原理を説明するための図であり、図5AはLCD画面の4隅にそれぞれ向いたときのホトダイオードの各赤外線LED対応の出力例を示す図、図5Bはホトダイオードの各赤外線LED対応の出力を分離して差を得て予め記憶することを示している。
図5A(a),(b),(c)および(d)はホトダイオードがそれぞれ赤外線LED(A),(B),(C)および(D)の位置(左上,右上,左下,右下)に向いた状態であり、そのときのホトダイオードが受光する各赤外線LED(A),(B),(C)および(D)による輝度レベルを示している。
例えば、図5A(a)の位置であれば、赤外線LED(A)による輝度レベルが最大で、赤外線LED(B),(C)による輝度レベルが中間程度,赤外線LED(D)による輝度レベルが最低となる。ホトダイオードが向いたLCD画面位置に対応して各赤外線LEDによる輝度レベルが異なることが判る。
【0015】
つぎに図5Bについて説明する。
LCD画面の横方向(X軸)の計算例を考えると、ホトダイオードがLCD画面の左上に向いた場合、得られる各赤外線LEDによる輝度レベルを図5B(a)に示すように赤外線LED(A)による輝度レベルおよび赤外線LED(B)による輝度レベルと、赤外線LED(C)による輝度レベルおよび赤外線LED(D)による輝度レベルに分離する。
ここで赤外線LED(A)と赤外線LED(B)に注目し、図5B(b)に示すようにホトダイオードがLCD画面の左上に向いた場合の赤外線LED(A)による輝度レベルと赤外線LED(B)による輝度レベルの差(α=B−A)・・・(1)を求める。さらにホトダイオードがLCD画面の右上に向いた場合の赤外線LED(A)による輝度レベルと赤外線LED(B)による輝度レベルの差(β=B−A)・・・(2)を求める。そして求めたαとβとを記憶する。
【0016】
ついでホトダイオードがLCD画面の赤外線LED(A)と赤外線LED(B)の中間より左寄りに向いた場合、各赤外線LED(A)〜(D)による輝度レベルは図5B(c)に示すようになって赤外線LED(A)による輝度レベルおよび赤外線LED(B)による輝度レベルと、赤外線LED(C)による輝度レベルおよび赤外線LED(D)による輝度レベルに分離する。
ここで、赤外線LED(A)による輝度レベルと赤外線LED(B)による輝度レベルの差(γ=B−A)を求め、
POS=(γ−α)/(β−α)・・・(3)
を演算することによりLCD画面の横方向の座標位置(POS)を求めることができる。
【0017】
表1にLCD画面の横方向を10分割した場合の座標位置(座標範囲)例を示す。
〔表1〕


左上にホトダイオードが向いたときの赤外線LED(A)による輝度レベルを「120」,赤外線LED(B)による輝度レベルを「40」とすると、αは(1)式より「−80」である。また、右上にホトダイオードが向いたときの赤外線LED(A)による輝度レベルを「30」,赤外線LED(B)による輝度レベルを「100」とすると、αは(2)式より「70」である。これらを基準値とする。
赤外線LED(A)および赤外線LED(B)による輝度レベルが「30」「100」,「39」「94」・・・「111」「46」,「120」「40」である場合、αは「70」「55」・・・「−65」「−80」となり、αのステップ幅は「15」となり、それぞれを「1」「0.9」・・・「0.1」「0」の10分割としている。「1」は赤外線LED(B)に最も近い1/10の範囲であり、「0.9」は2番目に近い1/10の範囲であり、同様にして「0」は赤外線LED(A)に最も近い10番目の1/10の範囲に含まれる座標である。
【0018】
上記の例は赤外線LED(A)および(B)による輝度を用いた場合の横方向の座標位置を求める一例を説明したが、赤外線LED(C)および(D)による輝度を用いて同じような演算処理をすれば、さらに横方向の座標位置の精度を高めることができる。
さらに縦方向(Y軸)の座標位置も横方向の座標位置を求める場合に用いた演算処理をすれば同様に縦方向の座標位置を求めることができる。
【0019】
図6はLEDの受光から画面の座標算出までの処理の流れを説明するためのフローチャートである。
赤外線LED(A)1,(B)2,(C)3および(D)4のそれぞれ異なる電源の周波数をf1 〜f4 とすると、これら各周波数で点滅を開始する(ステップ(以下「S」という)01)。
赤外線受光ダイオードであるホトダイオード5は同時にこれらは赤外線LED(A)1,(B)2,(C)3および(D)4の発光出力を受光する(S02)。
つぎにフーリエ関数の演算によりこれら4つの合成出力の解析を行い、直交変換により周波数分解しそれぞれ赤外線LED(A)1,(B)2,(C)3および(D)4による輝度出力である振幅値を得る(S03)。すなわち、各赤外線LEDから受光する輝度出力の割合を得る。
さらに得られる4つの輝度レベルの振幅値を用い、図5B,表1で説明したような演算処理を行うため、FPGA(Field Programmble Gate Array)を表1(横方向の赤外線LED(A)と(B)によるもの)になるように論理演算を行うように設定することにより、FPGAの出力より各赤外線LEDによる輝度レベルの割合に応じたLCD画面の座標を得る(S04)。
【0020】
図7は本発明によるカーソル相対位置検出装置を適用したガンゲーム機の外観を示す斜視図である。
正面にモニタ23を配置し、その上の左右にスピーカ22,22が設けられている。モニタ23の4隅に赤外線LED41,42,43および44が配置されている。各赤外線LEDの発光指向特性は同じであり、発光する周波数はそれぞれ異なっている。
モニタ23から一定の距離をおいてサブモニタ24,コイン投入部27,方向ボタン29および決定ボタン28を備えたパネルが配置され、その左右に1Pガンコントローラ25および2Pガンコントローラ26が設置されている。1Pガンコントローラ25および2Pガンコントローラ26にはそれぞれ赤外線LEDからの発光を受信するためのホトトランジスタが内蔵されている。ガンコントローラ25,26の動きは左右上下の動きの要素を取り入れず(ガンコントローラのモニタ画面に対する上下左右の位置は殆ど変わらないとする)、ガンコントーラ25,26のモニタ画面23に対する向きでモニタ画面上の画像位置を求めるものである。
【0021】
図8はガンゲーム機の回路の実施の形態を示すブロック図である。
コイン投入部27からコインが投入されるとコインが検出され、その情報はコイン関連装置33,入出力制御部35を介してCPU36に伝達される。コイン投入の状態、すなわちコイン数・プレイ数などの設定値はバックアップメモリ34に格納される。
操作部31の決定(スタート)ボタンが押されると、ゲーム開始の情報が入出力制御部35を介してCPU36に送られる。
カーソル相対位置検出装置52は4隅の赤外線LED41〜44,ホトダイオード並びにIC(FPGA),CPUおよびRAMを搭載するセンサ処理基板を含む部分で構成されている。
CPU36はプレイ開始の情報を受けると、ガン位置座標取得制御部36cに制御を渡す。ガン位置座標取得制御部36cはガン制御部51を介してカーソル相対位置検出装置52に対し、指示を出しモニタ23の4隅に配置されている赤外線LEDをそれぞれの周波数で発光させる。また、ホトダイオードを起動させて各赤外線LEDからの発光を受光させ、カーソル相対位置検出装置内のCPUおよびICで演算することにより求めたモニタ画面の座標位置情報を受け取る。
【0022】
ガンゲーム実行部36bは求めた画像位置にカーソルを表示させ、ガンコントローラで狙ったモニタの座標位置を照準器として表示させる。
1Pおよび2Pガンコントローラ25,26から図示しないトリガスイッチ(操作部31に設置)オン信号入力があると、該入力信号は入出力制御部35を介してCPU36に送られる。
ガンゲーム実行部36bはこのオン信号により、上述したモニタの座標位置に射撃が命中した処理を施す。
【0023】
ROM38はガンゲーム機筐体全体を制御する制御プログラム,ガンゲームを実行するガンゲームプログラムおよびカーソル相対位置検出装置を制御するガン位置座標取得プログラムおよび該ガンゲーム機に必要なデータが格納されている。
RAM37はゲーム制御部36aなどで行う演算,処理の作業エリアとして用いられるとともに処理によって発生する情報を一時的に記憶する。
CPU36はROM38から制御プログラム,ガンゲームプログラムおよびガン位置座標取得プログラムを読み込むことにより、ゲーム制御部36a,ガンゲーム実行部36bおよびガン位置座標取得制御部36cの各機能を実現する。
【0024】
ゲーム制御部36aはゲーム開始前の待ち受け状態でのコイン投入などの監視や図示しない電飾などの点灯,点滅などの制御やゲーム終了後の制御などを行う。また、ガンゲーム実行部36bは、コイン投入の後、ゲーム制御部36aから制御が渡され、カーソル相対位置検出装置を制御しながら画像位置情報を取得してカーソルを含めてガンゲーム画面を表示制御しゲームを進行させる。
【0025】
以上の実施の形態は各赤外線LEDを識別する方法としてそれぞれ異なる周波数の電源信号で動作させているが、この他に各赤外線LEDが発光する電源信号の位相を異ならせることにより、各赤外線LEDの発光出力で識別することも可能である。
また、各赤外線LEDを時分割で発光させ、受光素子の受光タイミングによりいずれからの赤外線LED発光による出力であるかを識別する構成にすることもできる。かかる構成では、すべての赤外線LED発光による出力が合成されないため、フーリエ変換して各赤外線LEDの合成出力を分離する演算は不用となる。
【産業上の利用可能性】
【0026】
ガンゲーム機などに搭載されるモニタ画面の座標位置検出装置である。
【符号の説明】
【0027】
1 LED(A)
2 LED(B)
3 LED(C)
4 LED(D)
5 ホトダイオード
6 センサ処理基板
10 ゲーム機回路
11 座標
21 ガンゲーム機
22 スピーカ
23 モニタ
24 サブモニタ
25 1Pガンコントローラ
26 2Pガンコントローラ
27 コイン投入部
28 決定ボタン
29 方向ボタン
33 コイン関連装置
34 バックアップメモリ
35 入出力制御部
36,61 CPU
37 RAM
38 ROM
39 画像処理部
51 ガン制御部
52 カーソル相対位置検出装置
62 IC(FPGA)
63 RAM
101,201 発光指向特性
102 発光出力波形
501 受光特性

【特許請求の範囲】
【請求項1】
液晶画面側に発光素子を配置し、該発光素子からの光を受光することにより受光素子が向いた液晶画面上の座標を検出する方法であって、
前記受光素子は所定の受光指向分布特性を備えるとともに前記液晶画面の4隅にそれぞれ赤外線LEDを配置し、
前記4隅の赤外線LEDを相互に異なる周波数または位相で発光させ、
前記受光素子で前記4隅の赤外線LEDからの赤外線を受光し、
前記受光素子が受光した合成赤外線の出力を解析して各赤外線LED対応の出力を得、
4つの赤外線LED対応の出力を論理計算することにより前記受光素子が向けられた前記液晶画面の座標位置を算出することを特徴とする赤外線LEDおよび単点光センサを使用したカーソル相対位置検出方法。
【請求項2】
各赤外線LED対応の出力は、合成赤外線の出力をフーリエ変換して求めることを特徴とする請求項1記載の赤外線LEDおよび単点光センサを使用したカーソル相対位置検出方法。
【請求項3】
前記液晶画面の座標位置の算出は、Field Programmable Gate Arrayを用い、前記フーリエ変換して求めた4つの赤外線LED出力を入力し、設定した所定の論理機能により前記液晶画面の座標位置を算出することを特徴とする請求項2記載の赤外線LEDおよび単点光センサを使用したカーソル相対位置検出方法。
【請求項4】
液晶画面側に発光素子を配置し、該発光素子からの光を受光することにより受光素子が向いた液晶画面上の座標を検出する方法であって、
前記受光素子は所定の受光指向分布特性を備えるとともに前記液晶画面の4隅にそれぞれ赤外線LEDを配置し、
前記4隅の赤外線LEDを時分割で発光させて前記受光素子で受光することにより、前記4隅の赤外線LED対応の出力を得、
4つの赤外線LED対応の出力を論理計算することにより前記受光素子が向けられた前記液晶画面の座標位置を算出することを特徴とする赤外線LEDおよび単点光センサを使用したカーソル相対位置検出方法。
【請求項5】
液晶画面側に発光素子を配置し、該発光素子からの光を受光することにより受光素子が向いた液晶画面上の座標を検出するカーソル相対位置検出装置であって、
前記受光素子は所定の受光指向分布特性を備えるとともに前記液晶画面の4隅にそれぞれ赤外線LEDを配置し、
前記4隅の赤外線LEDを相互に異なる周波数または位相で発光させる発光手段と、
前記4隅の赤外線LEDから受光した合成赤外線之出力を解析して各赤外線LED対応の出力を得るフーリエ演算手段と、
4つの赤外線LED対応の出力を論理計算することにより前記受光素子が向けられた前記液晶画面の座標位置を算出する論理演算手段と、
を備えたことを特徴とする赤外線LEDおよび単点光センサを使用したカーソル相対位置検出装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5A】
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【図5B】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2011−41698(P2011−41698A)
【公開日】平成23年3月3日(2011.3.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−192193(P2009−192193)
【出願日】平成21年8月21日(2009.8.21)
【出願人】(310009993)株式会社タイトー (207)
【Fターム(参考)】