JP5428261B2 - Control device, head mounted display device, program, and control method - Google Patents

Control device, head mounted display device, program, and control method Download PDF

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Description

本発明は、制御装置、ヘッドマウントディスプレイ装置、プログラム及び制御方法に関する。   The present invention relates to a control device, a head mounted display device, a program, and a control method.

従来、ジャイロセンサや磁気センサ等を有し、ユーザの頭部に装着させるヘッドマウントディスプレイ装置(HMD)やヘッドフォン等が開発され、それに伴ってユーザの頭の動きに合わせて、HMDのディスプレイに表示される画像や映像等の画面操作の操作性や、音場を動かすことでより臨場感を向上させるための様々な技術が開発されている。   Conventionally, a head-mounted display device (HMD), headphones, etc., which have a gyro sensor, a magnetic sensor, etc. and are mounted on the user's head have been developed, and displayed on the HMD display according to the movement of the user's head. Various techniques have been developed for improving the operability of screen operations such as images and videos and moving the sound field.

例えば、特許文献1では、ジャイロセンサによる互いに直交する3軸方向毎の回転角と磁気センサによる同じ3軸各々の方位角とのデータを用い、ジャイロセンサによって検出された回転角データに含まれるドリフト成分を、磁気センサによる方位角データで補正して検出誤差を少なくする技術が開示されている。   For example, in Patent Document 1, drift data included in rotation angle data detected by a gyro sensor using data of rotation angles in three axial directions orthogonal to each other by a gyro sensor and azimuth angles of the same three axes by a magnetic sensor. A technique is disclosed in which a component is corrected with azimuth angle data from a magnetic sensor to reduce detection errors.

また、特許文献2では、ユーザの視点の姿勢におけるジャイロセンサの出力値に基づいて仮想画面を生成するとともに、所定の姿勢情報に基づいた仮想画面の両方をユーザに示し、ユーザが両仮想画面ともに一致していると判断した場合には、ジャイロセンサの出力値に基づいて補正情報を算出する技術が開示されている。
特開平11−248456号公報 特開2003−203252号公報
In Patent Document 2, a virtual screen is generated based on the output value of the gyro sensor in the posture of the user's viewpoint, and both of the virtual screens based on predetermined posture information are shown to the user. A technique for calculating correction information based on an output value of a gyro sensor when it is determined that they match is disclosed.
JP 11-248456 A JP 2003-203252 A

しかしながら、特許文献1では、ジャイロセンサと磁気センサとの両方を用いて、姿勢を補正するために、回路規模が大きくなるとともに、コストがかかるという問題がある。   However, in Patent Document 1, there is a problem that the circuit scale is increased and the cost is increased because the posture is corrected using both the gyro sensor and the magnetic sensor.

一方、特許文献2では、仮想画面を生成するための高い処理計算能力を有する演算装置が必要であるとともに、一連の補正作業に手間がかかってしまう。   On the other hand, in Patent Document 2, an arithmetic device having high processing calculation capability for generating a virtual screen is required, and a series of correction work is troublesome.

上記従来技術の有する問題に鑑み、本発明の目的は、回路規模を大きくすることなく姿勢情報の補正を高速に処理することができる技術を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-described problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a technique capable of processing posture information correction at high speed without increasing the circuit scale.

発明を例示する制御装置の一態様は、ユーザに装着される装着部と、装着部に備えられ、ユーザの動きのうち相互に交差する3軸の少なくとも2つの軸における角速度を検出する検出部と、少なくとも2つの軸のうちの1つの軸周りの回転運動をユーザに対して指示し、検出部によって検出された少なくとも2つの軸における角速度から回転運動による角速度ベクトルを算出し、回転運動による角速度ベクトルを1つの軸のみの角速度ベクトルへと変換する変換値を算出し、変換値を装着部がユーザに装着されるべき所定の位置からのズレ量を補正するための補正値し、補正値に基づいて検出部からの出力を補正する制御部とを備える。 One aspect of a control device illustrating the present invention includes a mounting unit that is mounted on a user, and a detection unit that is provided in the mounting unit and detects angular velocities in at least two axes of three axes that intersect each other among user movements. And instructing the user to rotate about one of the at least two axes , calculate an angular velocity vector based on the rotational motion from the angular velocities on the at least two axes detected by the detector, and calculate the angular velocity based on the rotational motion. calculating a conversion value converted into the angular velocity vector of only one axis vector, the conversion value mounting portion is a correction value for correcting the amount of deviation from a predetermined position to be attached to the user, the correction value And a control unit that corrects the output from the detection unit.

発明を例示する制御装置の別態様は、ユーザに装着される装着部と、装着部に備えられ、ユーザの動きのうち相互に交差する3軸の少なくとも2つの軸における角速度を検出する検出部と、少なくとも2つの軸のうちの1つの軸周りの回転運動をユーザに対して指示し、検出部によって検出された少なくとも2つの軸における角速度から回転運動による角速度ベクトルを算出し、回転運動による角速度ベクトルを1つの軸のみの角速度ベクトルへと変換する変換値を算出し、変換値を装着部がユーザに装着されるべき所定の位置からのズレ量を補正するための補正値し、補正値が所定値より大きい場合には、ユーザに対して所定の位置に装着されていないことを伝える制御部とを備える。 Another aspect of the control device exemplifying the present invention is a mounting unit that is mounted on a user, and a detection unit that is provided in the mounting unit and detects angular velocities in at least two axes of three axes that intersect each other among user's movements. And instructing the user to rotate about one of the at least two axes , calculate an angular velocity vector based on the rotational motion from the angular velocities on the at least two axes detected by the detector, and calculate the angular velocity based on the rotational motion. calculating a conversion value converted into the angular velocity vector of only one axis vector, the conversion value mounting portion is a correction value for correcting the amount of deviation from a predetermined position to be attached to the user, the correction value And a control unit for notifying the user that the device is not mounted at a predetermined position.

また制御部は、ユーザに対して、3軸の少なくとも2つの軸における回転運動を指示してもよいFurther , the control unit may instruct the user to perform a rotational motion on at least two of the three axes.

また制御部は、所定の動きをユーザに対して随時指示し、検出部が検出した所定の動きに基づいて、補正値を更新してもよいFurther , the control unit may instruct the user of a predetermined movement as needed, and may update the correction value based on the predetermined movement detected by the detection unit.

発明を例示するヘッドマウントディスプレイ装置の一態様は、本発明の制御装置と、画像を表示する表示部と、表示部を保持する支持部とを備える。 One aspect of the head mounted display device to illustrate the present invention comprises a control device of the present invention, a display unit for displaying an image, and a support portion for holding the display unit.

発明を例示するプログラムの一態様は、ユーザに装着される装着部を有する装置を装着したユーザの動きのうち相互に交差する3軸の少なくとも2つの軸における角速度を検出し、少なくとも2つの軸のうちの1つの軸周りの回転運動をユーザに対して指示し、検出された少なくとも2つの軸における角速度から回転運動による角速度ベクトルを算出し、回転運動による角速度ベクトルを1つの軸のみの角速度ベクトルへと変換する変換値を算出し、変換値を装着部がユーザに装着されるべき所定の位置からのズレ量を補正するための補正値とし、補正値に基づいて検出される角速度を補正する処理をコンピュータに実行させる。 One aspect of a program exemplifying the present invention is to detect angular velocities in at least two axes of three axes intersecting each other among movements of a user wearing a device having a mounting unit to be worn by the user, and at least two axes The rotational velocity around one axis is instructed to the user, the angular velocity vector due to the rotational motion is calculated from the detected angular velocities in at least two axes, and the angular velocity vector due to the rotational motion is the angular velocity vector of only one axis. A conversion value to be converted into the calculation value is calculated, and the conversion value is used as a correction value for correcting a deviation amount from a predetermined position where the mounting unit should be mounted on the user, and the angular velocity detected based on the correction value is corrected. Have the computer execute the process .

発明を例示するプログラムの別態様は、ユーザに装着される装着部を有する装置を装着したユーザの動きのうち相互に交差する3軸の少なくとも2つの軸における角速度を検出し、少なくとも2つの軸のうちの1つの軸周りの回転運動をユーザに対して指示し、検出された少なくとも2つの軸における角速度から回転運動による角速度ベクトルを算出し、回転運動による角速度ベクトルを1つの軸のみの角速度ベクトルへと変換する変換値を算出し、変換値を装着部がユーザに装着されるべき所定の位置からのズレ量を補正するための補正値とし、補正値が所定値より大きい場合には、ユーザに対して所定の位置に装着されていないことを伝える処理をコンピュータに実行させる。 Another aspect of the program exemplifying the present invention is to detect angular velocities in at least two axes of three axes intersecting each other among movements of a user wearing a device having a mounting unit to be worn by the user, and at least two axes The rotational velocity around one axis is instructed to the user, the angular velocity vector due to the rotational motion is calculated from the detected angular velocities in at least two axes, and the angular velocity vector due to the rotational motion is the angular velocity vector of only one axis. When the conversion value is larger than the predetermined value, the conversion value to be converted into the correction value is calculated as a correction value for correcting the deviation amount from the predetermined position where the mounting portion should be mounted on the user. The computer is caused to execute a process of notifying that the camera is not mounted at a predetermined position .

発明を例示する制御方法の一態様は、ユーザに装着される装着部を有する装置を装着したユーザの動きのうち、相互に交差する3軸の少なくとも2つの軸における角速度を検出する検出ステップと、少なくとも2つの軸のうちの1つの軸周りの回転運動をユーザに対して指示し、検出された少なくとも2つの軸における角速度から回転運動による角速度ベクトルを算出し、回転運動による角速度ベクトルを1つの軸のみの角速度ベクトルへと変換する変換値を算出する演算ステップと、変換値を装着部がユーザに装着されるべき所定の位置からのズレ量を補正するための補正値とし、補正値に基づいて検出される角速度を補正する補正ステップとを備える。 One aspect of the control method illustrating the present invention is a detection step of detecting angular velocities in at least two axes of three axes intersecting each other among movements of a user wearing a device having a wearing unit worn by the user; , instructs the user to rotational movement about the axis of one of at least two axes, calculating the angular velocity vector with the rotational motion from an angular velocity in at least two axes are detected, the angular velocity vector by the rotational motion 1 A calculation step for calculating a conversion value to be converted into an angular velocity vector of only one axis, and the conversion value as a correction value for correcting a deviation amount from a predetermined position where the mounting unit should be mounted on the user. And a correction step of correcting the angular velocity detected based on the correction.

発明を例示する制御方法の別態様は、ユーザに装着される装着部を有する装置を装着したユーザの動きのうち、相互に交差する3軸の少なくとも2つの軸における角速度を検出する検出ステップと、少なくとも2つの軸のうちの1つの軸周りの回転運動をユーザに対して指示し、検出された少なくとも2つの軸における角速度から回転運動による角速度ベクトルを算出し、回転運動による角速度ベクトルを1つの軸のみの角速度ベクトルへと変換する変換値を算出する演算ステップと、変換値を装着部がユーザに装着されるべき所定の位置からのズレ量を補正するための補正値とし、補正値が所定値より大きい場合には、ユーザに対して所定の位置に装着されていないことを伝える警告ステップとを備える。
本発明を例示する制御装置の別態様は、ユーザに装着される装着部と、装着部に備えられ、ユーザの動きのうち相互に交差する3軸の少なくとも2つの軸における角速度を検出する検出部と、少なくとも2つの軸のうちの1つの軸周りの回転運動をユーザに対して指示し、検出部によって検出された少なくとも2つの軸における角速度から回転運動による角速度ベクトルを算出し、回転運動による角速度ベクトルを1つの軸のみの角速度ベクトルへと変換する変換値を算出し、変換値に基づいて検出部からの出力を補正する制御部とを備える。
本発明を例示するプログラムの別態様は、ユーザに装着される装着部を有する装置を装着したユーザの動きのうち相互に交差する3軸の少なくとも2つの軸における角速度を検出し、少なくとも2つの軸のうちの1つの軸周りの回転運動をユーザに対して指示し、検出された少なくとも2つの軸における角速度から回転運動による角速度ベクトルを算出し、回転運動による角速度ベクトルを1つの軸のみの角速度ベクトルへと変換する変換値を算出し、変換値に基づいて検出される角速度を補正する処理をコンピュータに実行させる。
Another aspect of the control method exemplifying the present invention is a detection step of detecting angular velocities in at least two axes of three axes intersecting each other among movements of a user wearing a device having a wearing unit worn by the user; , instructs the user to rotational movement about the axis of one of at least two axes, calculating the angular velocity vector with the rotational motion from an angular velocity in at least two axes are detected, the angular velocity vector by the rotational motion 1 A calculation step for calculating a conversion value to be converted into an angular velocity vector of only one axis , a conversion value as a correction value for correcting a deviation amount from a predetermined position where the mounting unit should be mounted on the user, and the correction value is And a warning step that informs the user that the device is not mounted at a predetermined position when it is larger than the predetermined value.
Another aspect of the control device exemplifying the present invention is a mounting unit that is mounted on a user, and a detection unit that is provided in the mounting unit and detects angular velocities in at least two axes of three axes that intersect each other among user's movements. And instructing the user to rotate about one of the at least two axes, calculate an angular velocity vector based on the rotational motion from the angular velocities on the at least two axes detected by the detector, and calculate the angular velocity based on the rotational motion. A control unit that calculates a conversion value for converting the vector into an angular velocity vector of only one axis, and corrects an output from the detection unit based on the conversion value.
Another aspect of the program exemplifying the present invention is to detect angular velocities in at least two axes of three axes intersecting each other among movements of a user wearing a device having a mounting unit to be worn by the user, and at least two axes The rotational velocity around one axis is instructed to the user, the angular velocity vector due to the rotational motion is calculated from the detected angular velocities in at least two axes, and the angular velocity vector due to the rotational motion is the angular velocity vector of only one axis. A conversion value to be converted into is calculated, and the computer is caused to execute processing for correcting the angular velocity detected based on the conversion value.

本発明によれば、回路規模を大きくすることなく姿勢情報の補正を高速に処理することができる。   According to the present invention, correction of posture information can be processed at high speed without increasing the circuit scale.

≪一の実施形態の説明≫
図1は、本発明の一の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ装置(HMD)100の外観図である。また、図2は、HMD100の構成の概略図を示す。
<< Description of One Embodiment >>
FIG. 1 is an external view of a head mounted display device (HMD) 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a schematic diagram of the configuration of the HMD 100.

図1に示すように、HMD100は、ヘッドバンド10、左右のヘッドホン11L及びヘッドホン11R、左のヘッドホン11Lに設置されている連結部(不図示)を介して連結されたサイドアーム12、サイドアーム12の先端に設置されたディスプレイユニット13、ヘッドホン11Rに設けられた十字釦14から構成される。そして、図1に示すように、HMD100のヘッドバンド10が、その弾性力によって左右のヘッドホン11L及びヘッドホン11Rを介して、ユーザの左右の耳を押圧することによって、HMD100の全体がユーザの頭部に固定される。なお、本実施形態では、ディスプレイユニット13は、ユーザの左目の視野の位置に来るように設置される。また、本来はユーザの頭の動きに応じて図2の表示部21の画面表示に対する画面操作を行うが、十字釦14を用いて、ヘッドホン11L及びヘッドホンRの音量調節を行ったり、表示部21の画面表示に対する画面操作を行うために用いられても良い。   As shown in FIG. 1, the HMD 100 includes a headband 10, left and right headphones 11 </ b> L and headphones 11 </ b> R, a side arm 12 and a side arm 12 connected via a connecting portion (not shown) installed on the left headphone 11 </ b> L. The display unit 13 is installed at the tip of the head, and the cross button 14 is provided on the headphones 11R. As shown in FIG. 1, the headband 10 of the HMD 100 presses the left and right ears of the user via the left and right headphones 11L and the headphones 11R by the elastic force, so that the entire HMD 100 becomes the user's head. Fixed to. In the present embodiment, the display unit 13 is installed so as to come to the position of the visual field of the user's left eye. In addition, the screen operation for the screen display of the display unit 21 of FIG. 2 is originally performed according to the movement of the user's head, but the volume of the headphones 11L and headphones R is adjusted using the cross button 14, or the display unit 21 is operated. It may be used to perform a screen operation on the screen display.

HMD100は、図2に示すように、ディスプレイユニット13には表示部21を有し、左右のヘッドホン11L及びヘッドホン11RのそれぞれにはスピーカL22LとスピーカR22Rとを有する。さらに、HMD100は、十字釦14である操作部材23、画像出力インターフェス(画像出力I/F)24、音声出力インターフェス(音声出力I/F)25、CPU26、A/D変換部27〜29、記憶部30、ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33から構成される。本実施形態においては、画像出力I/F24、音声出力I/F25、CPU26、A/D変換部27〜29、記憶部30、ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33は、ヘッドバンド10、ヘッドホン11L又はヘッドホン11Rのいずれかに適宜設置される。また、A/D変換部27〜29、ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33は、ユーザの動きのうちXYZの各軸方向の回転運動による角速度ωx、ωy及びωzをそれぞれ検出する検出部として動作する。なお、本実施形態では、ユーザの頭の前後方向の動きの回転軸をX軸(又はピッチ軸)、ユーザの頭の左右方向の動きの回転軸をZ軸(ヨー軸)、及びユーザの頭の傾きの動きの回転軸をY軸(ロール軸)とする。   As shown in FIG. 2, the HMD 100 includes a display unit 21 in the display unit 13, and a speaker L22L and a speaker R22R in each of the left and right headphones 11L and the headphones 11R. Further, the HMD 100 includes an operation member 23 that is a cross button 14, an image output interface (image output I / F) 24, an audio output interface (audio output I / F) 25, a CPU 26, and A / D conversion units 27 to 29. , A storage unit 30, a gyro X31, a gyro Y32, and a gyro Z33. In the present embodiment, the image output I / F 24, the audio output I / F 25, the CPU 26, the A / D conversion units 27 to 29, the storage unit 30, the gyro X31, the gyro Y32, and the gyro Z33 are the headband 10, the headphones 11L, or Installed as appropriate in any of the headphones 11R. In addition, the A / D conversion units 27 to 29, the gyro X31, the gyro Y32, and the gyro Z33 operate as detection units that respectively detect angular velocities ωx, ωy, and ωz due to the rotational motions in the XYZ axial directions among the user motions. . In this embodiment, the rotation axis of the movement of the user's head in the front-rear direction is the X axis (or pitch axis), the rotation axis of the movement of the user's head in the horizontal direction is the Z axis (yaw axis), and the user's head The rotation axis of the tilt movement is defined as the Y axis (roll axis).

表示部21は、ディスプレイユニット13に、ユーザの左目に対向する側で左目の視野に入る位置に設置され、CPU26から転送されてくる画像や映像、或いは設定画面等を、画像出力I/F24によって、表示部21に表示するために変換された信号を用いて表示する。表示部21には、液晶パネル(LCD)等を適宜選択して用いることができる。   The display unit 21 is installed in the display unit 13 at a position that enters the left eye field on the side facing the user's left eye, and displays an image, a video, a setting screen, or the like transferred from the CPU 26 by the image output I / F 24. The signal converted for display on the display unit 21 is used for display. A liquid crystal panel (LCD) or the like can be appropriately selected and used for the display unit 21.

スピーカL22L及びスピーカR22Rは、ヘッドホン11L及びヘッドホン11Rそれぞれに設置され、CPU26から転送されてくる映像等に付加された音声や音楽等の音声信号を、音声出力I/F25によってデジタルからアナログの信号に変換された信号で出力する。スピーカL22L及びスピーカR22Rには、一般的なスピーカ等を用いることができる。   The speaker L22L and the speaker R22R are installed in the headphone 11L and the headphone 11R, respectively, and audio signals such as audio and music added to the video transferred from the CPU 26 are converted from digital to analog signals by the audio output I / F 25. Outputs the converted signal. As the speaker L22L and the speaker R22R, a general speaker or the like can be used.

操作部材23は、ヘッドホン11L及びヘッドホン11RのスピーカL22L及びスピーカR22Rの音量調節とともに、表示部21の画面表示に対する画面操作を行うことにも用いることができる。操作部材23は、音楽等のメニューの選択や音量の調節等を行う操作信号をCPU26に発する。本実施形態では、操作部材23は、図1に示す十字釦14を用いて、ヘッドホン11Rの側面に設置される。なお、操作部材23には、十字釦14だけでなく、上下左右及び決定釦がそれぞれ独立した釦、上下左右の方向及び決定が指示できるスティック型のスイッチ又は静電容量型センサ等のようなタッチセンサ等を適宜選択して用いることができる。   The operation member 23 can be used for performing screen operations on the screen display of the display unit 21 as well as adjusting the volume of the speakers L22L and R22R of the headphones 11L and 11R. The operation member 23 issues an operation signal to the CPU 26 for selecting a menu such as music or adjusting the volume. In the present embodiment, the operation member 23 is installed on the side surface of the headphone 11R using the cross button 14 shown in FIG. In addition to the cross button 14, the operation member 23 is a button such as a button that is independent of the up / down / left / right and determination buttons, a stick-type switch that can instruct up / down / left / right directions and determination, or a capacitive sensor. A sensor or the like can be appropriately selected and used.

CPU26は、ユーザによって電源釦(不図示)は押圧されると、HMD100の電源が入り、記憶部30に記憶されている制御プログラムを読み込み、HMD100を初期化する。CPU26は、ユーザの指示や動作を介して、操作部材23やジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33の出力に基づいてHMD100を制御する。例えば、CPU26は、表示部21の画面表示に対する画面操作によって画像や映像の再生等の操作や、ヘッドホン11L及びヘッドホン11RのスピーカL22L及びスピーカR22Rに映像に付加された音声や音楽の音声信号の出力等を行う。CPU26には、一般的なコンピュータのCPUを使用することができる。   When the user presses a power button (not shown), the CPU 26 turns on the power of the HMD 100, reads the control program stored in the storage unit 30, and initializes the HMD 100. The CPU 26 controls the HMD 100 based on outputs from the operation member 23, the gyro X 31, the gyro Y 32, and the gyro Z 33 through user instructions and operations. For example, the CPU 26 performs an operation such as reproduction of an image or a video by a screen operation on the screen display of the display unit 21, and outputs a voice signal or a music voice signal added to the video to the speakers L22L and R22R of the headphones 11L and 11R. Etc. A CPU of a general computer can be used as the CPU 26.

A/D変換部27〜29は、ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33の各々が検出する、ユーザの各XYZ軸方向の回転運動による角速度ωx、ωy及びωzの信号を、アナログからデジタルに変換する。   The A / D conversion units 27 to 29 convert the signals of the angular velocities ωx, ωy, and ωz detected by the gyro X31, the gyro Y32, and the gyro Z33, respectively, according to the rotational motions of the user in the XYZ axis directions from analog to digital. .

記憶部30は、CPU26がHMD100を制御するための制御プログラム、画像や映画、又は音楽等のデータとともに、ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33の検出する角速度ωx’、ωy’及びωz’を補正する補正値を保持する。記憶部30に保持されるプログラムやデータは、CPU26から適宜参照することができる。記憶部30には、一般的なハードディスク装置、光磁気ディスク装置又は脱着可能なメモリカード等の記憶装置を選択して用いることができる。   The storage unit 30 corrects angular velocities ωx ′, ωy ′, and ωz ′ detected by the gyro X31, the gyro Y32, and the gyro Z33, along with a control program for the CPU 26 to control the HMD 100, data such as images, movies, and music. Holds the correction value. Programs and data stored in the storage unit 30 can be referred to as appropriate from the CPU 26. A storage device such as a general hard disk device, a magneto-optical disk device, or a removable memory card can be selected and used for the storage unit 30.

ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33は、ユーザの各XYZ軸方向の回転運動による角速度ωx、ωy及びωzをそれぞれ検出するジャイロセンサである。本実施形態では、A/D変換部27〜29とともに、ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33は、ヘッドホン11L又はヘッドホン11Rに設置される。   The gyro X31, the gyro Y32, and the gyro Z33 are gyro sensors that respectively detect angular velocities ωx, ωy, and ωz due to the rotational motion of the user in the XYZ axis directions. In the present embodiment, the gyro X31, the gyro Y32, and the gyro Z33 together with the A / D conversion units 27 to 29 are installed in the headphone 11L or the headphone 11R.

上述した構成を有する、本実施形態のHMD100がユーザの頭部に装着されると、基本的にユーザが頭を動かせば、表示部21の表示画面に対する画面操作を行うことができる。しかしながら、HMD100のユーザの頭部への装着の仕方又はユーザの癖による首の動かし方等によって誤差が生じ、必ずしもユーザが意図する操作を行えない場合がある。   When the HMD 100 of the present embodiment having the above-described configuration is mounted on the user's head, the screen operation on the display screen of the display unit 21 can be performed basically when the user moves the head. However, an error may occur depending on how the HMD 100 is worn on the user's head or how the user moves his / her neck, and the user's intended operation may not always be performed.

そこで、本実施形態では、ユーザ自身の頭部の動きに従って表示部21の画面表示に対する画面操作を正確に行えるようにするために、HMD100のユーザの頭部への装着の仕方又はユーザの癖による首の動かし方等によって生じる誤差を補正する処理について、図3のフローチャートに従って説明する。なお、以下の説明において、ユーザの座標系をXYZとし、ジャイロセンサの座標系をX’Y’Z’とする。   Therefore, in the present embodiment, in order to accurately perform the screen operation for the screen display of the display unit 21 according to the movement of the user's own head, depending on how the HMD 100 is mounted on the user's head or the user's heel. Processing for correcting an error caused by how the neck is moved will be described with reference to the flowchart of FIG. In the following description, the coordinate system of the user is XYZ, and the coordinate system of the gyro sensor is X′Y′Z ′.

ユーザが、HMD100の電源釦(不図示)を押圧すると、HMD100の電源が入り、CPU26は、記憶部30に記憶されている制御プログラムを読み込み、HMD100を初期化する。CPU26は、ユーザの頭部の動きに従って表示部21の画面表示に対する画面操作を正確に行うために、ステップS101からステップS104の補正処理を行う。なお、本実施形態では、記憶部30には画像や動画、又は音楽等のデータが予め記憶されているものとする。   When the user presses a power button (not shown) of the HMD 100, the power of the HMD 100 is turned on, and the CPU 26 reads the control program stored in the storage unit 30 and initializes the HMD 100. CPU26 performs the correction process of step S101 to step S104 in order to perform screen operation with respect to the screen display of the display part 21 correctly according to a user's head movement. In the present embodiment, it is assumed that data such as an image, a moving image, or music is stored in the storage unit 30 in advance.

ステップS101:CPU26は、ユーザに対してX軸周りに首を前後に1回動かす回転運動の指示を、表示部21に表示する。CPU26は、各ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33に、その指示に従ってユーザが行うX軸周りの首の回転運動による角速度ωx’、ωy’及びωz’を、所定のサンプリング周波数で検出させ、A/D変換部27〜29を介して記憶部30に記憶する。同様に、CPU26は、Y軸周りに首を傾ける回転動作及びZ軸周りに首を左右に振る回転動作を各1回ずつ行わせる指示を表示部21に表示し、ユーザに行わせる。CPU26は、各ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33によって検出された、角速度ωx’、ωy’及びωz’のデータを記憶部30にそれぞれ記憶する。   Step S101: The CPU 26 displays, on the display unit 21, an instruction for a rotational motion that moves the neck once back and forth around the X axis to the user. The CPU 26 causes each gyro X31, gyro Y32, and gyro Z33 to detect angular velocities ωx ′, ωy ′, and ωz ′ due to the rotational motion of the neck around the X axis performed by the user according to the instructions at a predetermined sampling frequency. The data is stored in the storage unit 30 via the D conversion units 27 to 29. Similarly, the CPU 26 displays on the display unit 21 instructions for causing the user to perform a rotation operation of tilting the neck around the Y axis and a rotation operation of swinging the neck left and right around the Z axis. The CPU 26 stores the data of the angular velocities ωx ′, ωy ′, and ωz ′ detected by the respective gyros X31, gyros Y32, and gyros Z33 in the storage unit 30, respectively.

ここで、図4は、上記のユーザによる首の回転運動のうち、X軸周りの回転運動における各ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33によって検出した角速度データの時間変化の一例を示す。もし、HMD100が、ユーザの座標系(X、Y、Z)とジャイロセンサの座標系(X’、Y’、Z’)とが互いに完全に一致するように、ユーザの頭部に装着され首をX軸周りに前後に動かすことができたならば、ジャイロX31による角速度ωx’のみの成分しか検出されないはずである(この状態を、本実施形態では、HMD100が正しく装着されたと判断する)。しかしながら、実際には、HMD100が正しくユーザに装着されていないか、又はユーザの癖による首の動かし方等のために、ジャイロY32及びジャイロZ33によって角速度ωy’及びωz’も検出されている。このことは、HMD100の装着位置が正しくない又はユーザ自身の癖による動かし方等によって、図5に示すように、ユーザの座標系(X、Y、Z)とジャイロセンサの座標系(X’、Y’、Z’)とが互いにズレて傾いてしまっていることを意味する。このズレ(誤差)が、ユーザが首を動かして、ディスプレイユニット13の表示部21の画面表示に対する画面操作を行っても、ユーザが意図する操作を行えなくする。   Here, FIG. 4 shows an example of temporal change of angular velocity data detected by each gyro X31, gyro Y32, and gyro Z33 in the rotational motion around the X axis among the rotational motion of the neck by the user. If the HMD 100 is mounted on the user's head so that the user's coordinate system (X, Y, Z) and the gyro sensor coordinate system (X ′, Y ′, Z ′) completely match each other, If it can be moved back and forth around the X axis, only the component of the angular velocity ωx ′ by the gyro X31 should be detected (this state is determined that the HMD 100 is correctly mounted in this embodiment). However, actually, the angular velocities ωy ′ and ωz ′ are also detected by the gyro Y32 and the gyro Z33 because the HMD 100 is not correctly worn by the user or the neck is moved by the user's heel. This is because, as shown in FIG. 5, depending on whether the mounting position of the HMD 100 is incorrect or the user's own heel moves, the user coordinate system (X, Y, Z) and the gyro sensor coordinate system (X ′, Y ′, Z ′) and are inclined with respect to each other. This deviation (error) prevents the user's intended operation from being performed even if the user moves his neck and performs a screen operation on the screen display of the display unit 21 of the display unit 13.

そこで、HMD100が正しく装着されていなくても、又はユーザの癖による首の動かし方を行っても、ユーザが頭を動かせば、表示部21の画面表示に対する画面操作において、ユーザが意図する操作を確実に行えるようにするためには、ジャイロセンサのジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33の各々によって検出された角速度ベクトルω’=(ωx’、ωy’、ωz’)を、ユーザの座標系の角速度ベクトルω=(ωx、ωy、ωz)に変換する補正を行う必要がある。   Therefore, even if the HMD 100 is not properly worn or the user moves his / her neck with the heel of the user, if the user moves his / her head, the operation intended by the user in the screen operation on the screen display of the display unit 21 is performed. In order to ensure that the angular velocity vector ω ′ = (ωx ′, ωy ′, ωz ′) detected by each of the gyro X31, the gyro Y32, and the gyro Z33 of the gyro sensor is used, It is necessary to perform correction to convert the vector to ω = (ωx, ωy, ωz).

図5に示すように、ユーザの座標系とジャイロセンサの座標系とが、各XYZ軸において(θ、φ、ψ)の角度がズレているとした場合、次式(1)に示すような各XYZ軸における回転行列を用いて、角速度ベクトルωと角速度ベクトルω’とは次式(2)のように関係付けることができる。   As shown in FIG. 5, when the angle of (θ, φ, ψ) is shifted between the user's coordinate system and the coordinate system of the gyro sensor in each XYZ axis, the following equation (1) Using the rotation matrix in each XYZ axis, the angular velocity vector ω and the angular velocity vector ω ′ can be related as in the following equation (2).

Figure 0005428261
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Figure 0005428261
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そこで、以下のステップにおいて、ステップS101での各XYZ軸における首の回転運動によって、ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33が検出した角速度データを、式(1)と式(2)に適用して、補正値である角度(θ、φ、ψ)を求める。   Therefore, in the following steps, the angular velocity data detected by the gyro X31, the gyro Y32, and the gyro Z33 by the rotational motion of the neck in each XYZ axis in step S101 is applied to the equations (1) and (2), Angles (θ, φ, ψ) that are correction values are obtained.

ステップS102:CPU26は、ステップS101での各XYZ軸における首の回転運動によって、ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33が検出した各々の角速度データのうち、各軸における首の回転運動での角速度が最大になった時の角速度ωx’、ωy’及びωz’を抽出する。具体的には、CPU26は、図4のX軸周りの首の回転運動の場合、検出された角速度ωx’、ωy’及びωz’のうち、ωx’の絶対値が最大となる時の角速度ωx1、ωy1及びωz1を抽出して、X軸周りの首の回転運動時のジャイロセンサの座標系における角速度ベクトルω’とする。同様にして、Y軸及びZ軸周りの首の回転運動によるそれぞれの角速度データから、角速度ベクトルω’を抽出する。   Step S102: The CPU 26 has the highest angular velocity in the rotational motion of the neck in each axis among the angular velocity data detected by the gyro X31, the gyro Y32, and the gyro Z33 by the rotational motion of the neck in each XYZ axis in Step S101. The angular velocities ωx ′, ωy ′, and ωz ′ when Specifically, in the case of the rotational motion of the neck around the X axis in FIG. 4, the CPU 26 determines the angular velocity ωx1 when the absolute value of ωx ′ is the maximum among the detected angular velocities ωx ′, ωy ′, and ωz ′. , Ωy1 and ωz1 are extracted as an angular velocity vector ω ′ in the coordinate system of the gyro sensor during the rotational movement of the neck around the X axis. Similarly, an angular velocity vector ω ′ is extracted from each angular velocity data obtained by rotational movement of the neck around the Y axis and the Z axis.

ステップS103:CPU26は、ステップS102で抽出した各X’Y’Z’軸における角速度ベクトルω’をそれぞれ正規化する。その理由は、例えば、X軸周りの首の回転運動の場合、ユーザの座標系XYZの角速度ベクトルωはX成分以外はないので、例えば、(1、0、0)にならなければならない。他のY軸及びZ軸周りの首の回転運動における角速度ベクトルωについても同様である。そこで、それに合わせるために抽出した3つの角速度ベクトルω’をそれぞれ正規化する。   Step S103: The CPU 26 normalizes the angular velocity vector ω ′ on each X′Y′Z ′ axis extracted in Step S102. This is because, for example, in the case of a rotational motion of the neck around the X axis, the angular velocity vector ω of the user's coordinate system XYZ must be (1, 0, 0), for example. The same applies to the angular velocity vector ω in the rotational movement of the neck around the other Y and Z axes. Therefore, the three extracted angular velocity vectors ω ′ are normalized to match it.

ステップS104:CPU26は、ステップS103で正規化した各X’Y’Z’軸における角速度ベクトルω’と、ユーザの座標系のXYZにおける角速度ベクトルωとを式(2)にそれぞれ代入して、例えば、最小自乗法を用いて角度(θ、φ、ψ)を求める。CPU26は、求めた角度(θ、φ、ψ)を補正値として記憶部30に記録し、処理を終了する。   Step S104: The CPU 26 substitutes the angular velocity vector ω ′ in each X′Y′Z ′ axis normalized in Step S103 and the angular velocity vector ω in XYZ of the user's coordinate system into Equation (2), for example, Then, the angles (θ, φ, ψ) are obtained using the least square method. The CPU 26 records the obtained angles (θ, φ, ψ) as correction values in the storage unit 30 and ends the process.

これにより、求めた角度(θ、φ、ψ)を、式(1)及び(2)とともに用いることで、ユーザの頭の動きに伴う、ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33が検出する角速度ωx’、ωy’及びωz’を、ユーザの座標系の角速度ベクトルωに変換補正することによって、たとえHMD100が正しく装着されていなくても、又はユーザの癖による首の動かし方を行っても、ユーザが頭を動かせば、ディスプレイユニット13の表示部21の画面表示に対する画面操作を正確に行うことができる。これにより、ユーザは、HMD100の装着状態や自身の癖を気にすることなく、表示部21に表示される画像、映像或いは音楽等を視聴したり、HMD100の各種設定を行うことが可能となる。   Thereby, the angular velocities ωx ′ detected by the gyro X31, the gyro Y32, and the gyro Z33 according to the movement of the user's head by using the obtained angles (θ, φ, ψ) together with the expressions (1) and (2). , Ωy ′ and ωz ′ are converted and corrected to the angular velocity vector ω of the user's coordinate system, so that even if the HMD 100 is not properly worn or the neck is moved by the user's heel, the user can If the head is moved, the screen operation for the screen display of the display unit 21 of the display unit 13 can be accurately performed. Accordingly, the user can view images, videos, music, and the like displayed on the display unit 21 and make various settings of the HMD 100 without worrying about the wearing state of the HMD 100 or his / her own habit. .

このように本実施形態は、予めCPU26が、ユーザに対して、XYZの各軸方向軸の首の回転運動を行わせることによって、補正値を求める処理を行うことにより、たとえ、HMD100のユーザの頭部への装着の仕方が不正確であったり、ユーザの癖による首の動かし方等を行っても、ユーザが頭を動かせば、表示部21の画面表示に対する画面操作を正確に行うことができる。   As described above, in the present embodiment, the CPU 26 causes the user to perform the rotational motion of the neck of each of the XYZ axial axes in advance to perform the process of obtaining the correction value. Even if the method of wearing on the head is inaccurate or the user moves his / her neck with the heel of the user, if the user moves his / her head, the screen operation on the screen display of the display unit 21 can be performed accurately. it can.

また、本実施形態の補正処理は、3軸方向の角速度を計測できるジャイロセンサのみを用い、式(1)及び式(2)という簡単な演算だけで行えるので、高速処理が可能となるとともに、回路規模を大きくすることなくコストの削減を図ることができる。
≪他の実施形態≫
本発明の他の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ装置は、基本的に図1の一の実施形態に係るHMD100と同じであり、各構成要素の動作に関する説明は省略する。本実施形態のHMD100が一の実施形態と異なる点は、求めた角度(θ、φ、ψ)を用いて、ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33による検出される角速度を補正する代わりに、角度(θ、φ、ψ)のいずれかの値が閾値以上の場合には、CPU26が、スピーカL22L及びスピーカR22Rにビープ音等の警告音を発して、ユーザにHMD100の装着をやり直させる点にある。
In addition, the correction processing of the present embodiment can be performed only by a simple calculation of Expression (1) and Expression (2) using only a gyro sensor capable of measuring angular velocities in the three-axis directions, so that high-speed processing is possible. Cost reduction can be achieved without increasing the circuit scale.
<< Other Embodiments >>
A head-mounted display device according to another embodiment of the present invention is basically the same as the HMD 100 according to one embodiment of FIG. 1, and a description regarding the operation of each component is omitted. The HMD 100 of this embodiment is different from that of the first embodiment in that instead of correcting the angular velocities detected by the gyro X31, the gyro Y32, and the gyro Z33 using the obtained angles (θ, φ, ψ), the angle ( When any value of [theta], [phi], [psi] is equal to or greater than the threshold value, the CPU 26 emits a warning sound such as a beep sound to the speaker L22L and the speaker R22R, and causes the user to remount the HMD 100.

図6は、本実施形態に係るHMD100における処理のフローチャートである。   FIG. 6 is a flowchart of processing in the HMD 100 according to the present embodiment.

一の実施形態と同様に、ユーザが、HMD100の電源釦(不図示)を押圧すると、HMD100の電源が入り、CPU26は、記憶部30に記憶されている制御プログラムを読み込み、HMD100を初期化する。CPU26は、ユーザの頭部の動きに従って表示部21の画面表示に対する画面操作を正確に行うために、ステップS201からステップS206の補正処理を行う。なお、本実施形態では、記憶部30には画像や動画、又は音楽等のデータが予め記憶されているものとする。また、求めた角度(θ、φ、ψ)が閾値以上であるか否かを判定するための閾値(例えば、5度や10度等)と、求めた角度(θ、φ、ψ)が閾値以上であった場合のビープ音等の警告音のデータとが記憶部30に予め記憶されているものとする。   Similarly to one embodiment, when a user presses a power button (not shown) of the HMD 100, the HMD 100 is turned on, and the CPU 26 reads a control program stored in the storage unit 30 and initializes the HMD 100. . CPU26 performs the correction process of step S201 to step S206 in order to perform screen operation correctly with respect to the screen display of the display part 21 according to a user's head movement. In the present embodiment, it is assumed that data such as an image, a moving image, or music is stored in the storage unit 30 in advance. Further, a threshold value (for example, 5 degrees or 10 degrees) for determining whether or not the obtained angle (θ, φ, ψ) is equal to or larger than the threshold value, and the obtained angle (θ, φ, ψ) are the threshold values. It is assumed that warning sound data such as a beep sound is stored in the storage unit 30 in advance.

ステップS201:CPU26は、ユーザに対してX軸周りに首を前後に1回動かす回転運動の指示を、表示部21に表示する。CPU26は、各ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33に、その指示に従ってユーザが行うX軸周りの首の回転運動による角速度ωx’、ωy’及びωz’を所定のサンプリング周波数で検出させ、A/D変換部27〜29を介して記憶部30に記憶する。同様に、CPU26は、Y軸周りに首を傾ける回転動作及びZ軸周りに首を左右に振る回転動作を各1回ずつ行わせる指示を表示部21に表示し、ユーザに行わせる。CPU26は、各ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33によって検出された、角速度ωx’、ωy’及びωz’のデータを記憶部30にそれぞれ記憶する。   Step S201: The CPU 26 displays, on the display unit 21, an instruction for a rotational motion that moves the neck once back and forth around the X axis to the user. The CPU 26 causes the respective gyros X31, gyros Y32, and gyros Z33 to detect angular velocities ωx ′, ωy ′, and ωz ′ caused by the rotational motion of the neck around the X axis according to the instructions at a predetermined sampling frequency. The data is stored in the storage unit 30 via the conversion units 27 to 29. Similarly, the CPU 26 displays on the display unit 21 instructions for causing the user to perform a rotation operation of tilting the neck around the Y axis and a rotation operation of swinging the neck left and right around the Z axis. The CPU 26 stores the data of the angular velocities ωx ′, ωy ′, and ωz ′ detected by the respective gyros X31, gyros Y32, and gyros Z33 in the storage unit 30, respectively.

ステップS202:CPU26は、一の実施形態のステップS102と同様の手順で、ステップS201での各XYZ軸における首の回転運動によって、ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33が検出した各々の角速度データのうち、各軸における首の回転運動での角速度が最大になった時の角速度ωx’、ωy’及びωz’を抽出する。   Step S202: The CPU 26, in the same procedure as Step S102 of one embodiment, out of the angular velocity data detected by the gyro X31, the gyro Y32, and the gyro Z33 by the rotational movement of the neck on each XYZ axis in Step S201. Then, the angular velocities ωx ′, ωy ′, and ωz ′ when the angular velocities in the rotational movement of the neck in each axis become maximum are extracted.

ステップS203:CPU26は、ステップS202で抽出した各X’Y’Z’軸における角速度ベクトルω’をそれぞれ正規化する。   Step S203: The CPU 26 normalizes the angular velocity vector ω ′ on each X′Y′Z ′ axis extracted in Step S202.

ステップS204:CPU26は、ステップS203で正規化した各X’Y’Z’軸における角速度ベクトルω’と、ユーザの座標系の各XYZにおける角速度ベクトルωとを式(2)にそれぞれ代入して、例えば、最小自乗法を用いて角度(θ、φ、ψ)を求める。   Step S204: The CPU 26 substitutes the angular velocity vector ω ′ in each X′Y′Z ′ axis normalized in Step S203 and the angular velocity vector ω in each XYZ of the user's coordinate system into Equation (2), respectively. For example, the angles (θ, φ, ψ) are obtained using the method of least squares.

ステップS205:CPU26は、求めた角度(θ、φ、ψ)のうちのいずれかが、記憶部30に記憶している閾値以上であるか否かを判定する。CPU26は、求めた角度(θ、φ、ψ)のいずれかの値が閾値以上の場合には、HMD100が正しく装着されていないと判断してステップS206(YES側)へ移行する。一方、CPU26は、求めた角度(θ、φ、ψ)の値が閾値より小さいの場合には、HMD100が正しく装着されていると判断して作業を終了する(NO側)。   Step S205: The CPU 26 determines whether any of the obtained angles (θ, φ, ψ) is equal to or greater than a threshold value stored in the storage unit 30. If any value of the obtained angles (θ, φ, ψ) is equal to or greater than the threshold value, the CPU 26 determines that the HMD 100 is not correctly attached and proceeds to step S206 (YES side). On the other hand, when the calculated values of angles (θ, φ, ψ) are smaller than the threshold value, the CPU 26 determines that the HMD 100 is correctly attached and ends the operation (NO side).

ステップS206:CPU26は、ヘッドホン11L及びヘッドホン11RのスピーカL22L及びスピーカR22Rにビープ音等の警告音を発して、ユーザにHMD100が正しく装着されていないことを知らせる。同時に、CPU26は、表示部21に閾値以上になった軸方向と角度の値とを表示して、ユーザに正しい位置にHMD100を装着し直すように促す。CPU26は、一連の作業を終了する。   Step S206: The CPU 26 emits a warning sound such as a beep sound to the headphones 11L and the speakers L22L and R22R of the headphones 11R to inform the user that the HMD 100 is not properly attached. At the same time, the CPU 26 displays the axial direction and the angle value that are equal to or greater than the threshold value on the display unit 21 and prompts the user to remount the HMD 100 at the correct position. The CPU 26 ends a series of work.

これにより、求めた角度(θ、φ、ψ)を閾値と比較することで、ユーザに正しい位置にHMD100を装着させることができ、ユーザが頭を動かせば、ディスプレイユニット13の表示部21の画面表示に対する画面操作を正確に行うことができる。これにより、ユーザは、HMD100の装着状態や自身の癖を気にすることなく、表示部21に表示される画像、映像或いは音楽等を視聴したり、HMD100の各種設定を行うことが可能となる。   Thus, by comparing the obtained angles (θ, φ, ψ) with the threshold value, the user can wear the HMD 100 at the correct position. If the user moves his / her head, the screen of the display unit 21 of the display unit 13 is displayed. The screen operation for the display can be performed accurately. Accordingly, the user can view images, videos, music, and the like displayed on the display unit 21 and make various settings of the HMD 100 without worrying about the wearing state of the HMD 100 or his / her own habit. .

このように本実施形態は、予めCPU26が、ユーザに対して、XYZの各軸方向軸の首の回転運動を行わせることにより、角度(θ、φ、ψ)を求める作業を行うことにより、たとえ、HMD100のユーザの頭部への装着の仕方が不正確であっても、ユーザに装着し直させることにより、ユーザの癖による首の動かし方等を行っても、ユーザが頭を動かせば、表示部21の画面表示に対する画面操作を正確に行うことができる。   As described above, in the present embodiment, the CPU 26 performs the operation of obtaining the angles (θ, φ, ψ) by causing the user to perform the rotational motion of the necks of the XYZ axial axes in advance. Even if the method of mounting the HMD 100 on the user's head is inaccurate, even if the user moves his / her head by re-mounting the user, The screen operation for the screen display of the display unit 21 can be accurately performed.

また、本実施形態の補正処理は、3軸方向の角速度を計測できるジャイロセンサのみを用い、式(1)及び式(2)という簡単な演算だけで行えるので、高速処理が可能となるとともに、回路規模を大きくすることなくコストの削減を図ることができる。
≪実施形態の補足事項≫
一の実施形態及び他の実施形態では、HMD100はユーザに装着された時点で、ジャイロセンサの座標系とユーザの座標系とのズレを補正するための角度(θ、φ、ψ)を求めるために、ユーザに対して各XYZ軸周りに首を回転させる運動を1回ずつさせたが、本発明はこれに限定されない。例えば、複数回行わせても良い。これにより、各X’Y’Z’軸におけるより多くの角速度ベクトルω’を求めることができ、最小自乗法によって求まる角度(θ、φ、ψ)がより正確になる。
In addition, the correction processing of the present embodiment can be performed only by a simple calculation of Expression (1) and Expression (2) using only a gyro sensor capable of measuring angular velocities in the three-axis directions, so that high-speed processing is possible. Cost reduction can be achieved without increasing the circuit scale.
≪Supplementary items of embodiment≫
In one embodiment and another embodiment, when the HMD 100 is attached to a user, the HMD 100 obtains angles (θ, φ, ψ) for correcting a shift between the gyro sensor coordinate system and the user coordinate system. In addition, although the user is caused to perform the motion of rotating the neck around each XYZ axis once, the present invention is not limited to this. For example, it may be performed a plurality of times. As a result, more angular velocity vectors ω ′ on each X′Y′Z ′ axis can be obtained, and the angles (θ, φ, ψ) obtained by the method of least squares are more accurate.

また、例えば、角度(θ、φ、ψ)を求めた後においても、ディスプレイユニット13の表示部21に表示される「はい」、「いいえ」等の画面応答時における、ユーザの首の動きを、ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33の各々で角速度ωx’、ωy’及びωz’を検出し、装着時に求めた3つの角速度ベクトルω’と合わせることにより、角度(θ、φ、ψ)の値の精度高め更新しても良い。   Further, for example, even after obtaining the angles (θ, φ, ψ), the movement of the user's neck at the time of screen response such as “Yes”, “No”, etc. displayed on the display unit 21 of the display unit 13. The angular velocities ωx ′, ωy ′, and ωz ′ are detected by the gyro X31, the gyro Y32, and the gyro Z33, respectively, and combined with the three angular velocity vectors ω ′ obtained at the time of wearing, thereby obtaining the values of the angles (θ, φ, ψ). It may be updated with higher accuracy.

また、条件によっては、装着時におけるユーザによる各XYZ軸周りにおける回転運動に基づいた補正処理を省略して、HMD100の使用中における表示部21に表示される「はい」(X軸周りの回転運動)、「いいえ」(Z軸周りの回転運動)等の画面応答時における、ユーザの首の動きによるジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33の各々で検出した角速度だけを用いて、角度(θ、φ、ψ)を求めたり更新しても良い。   Further, depending on the conditions, the correction processing based on the rotational motion around each XYZ axis by the user at the time of wearing is omitted, and “Yes” (rotational motion around the X axis) displayed on the display unit 21 during use of the HMD 100 is omitted. ), “No” (rotational motion around the Z axis), etc., and using only the angular velocities detected by each of the gyro X31, gyro Y32, and gyro Z33 due to the movement of the user's neck, the angles (θ, φ) , Ψ) may be obtained or updated.

なお、一の実施形態及び他の実施形態では、角度(θ、φ、ψ)を求めるために、ステップS102又はステップS202において、ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33が検出した角速度のデータから、各XYZ軸における首の回転運動での角速度が最大になった時の角速度ωx’、ωy’及びωz’を抽出したが、本発明ではこれに限定されない。実際には、各ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33で検出される角速度の値における相互の値の比は、時間tによらずほぼ一定である。このことから、任意の時間tにおける各X’Y’Z’軸の角速度ωx’、ωy’及びωz’を用いて、ジャイロセンサの座標系における角速度ベクトルω’としても良い。   In one embodiment and other embodiments, in order to obtain the angles (θ, φ, ψ), each of the angular velocity data detected by the gyro X31, the gyro Y32, and the gyro Z33 in step S102 or step S202 is used. The angular velocities ωx ′, ωy ′, and ωz ′ when the angular velocities in the rotational movement of the neck on the XYZ axes are maximized are extracted, but the present invention is not limited to this. Actually, the ratio between the values of the angular velocities detected by the respective gyros X31, gyros Y32 and gyros Z33 is substantially constant regardless of the time t. Therefore, the angular velocity vector ω ′ in the coordinate system of the gyro sensor may be obtained by using the angular velocities ωx ′, ωy ′, and ωz ′ of the X′Y′Z ′ axes at an arbitrary time t.

なお、一の実施形態及び他の実施形態では、ユーザに各XYZ軸周りに回転運動をさせたが、本発明はこれに限定されず、XYZ軸のうち少なくとも2軸の角速度データがあれば、角度(θ、φ、ψ)を求めることができる。   In one embodiment and other embodiments, the user is caused to rotate around each XYZ axis, but the present invention is not limited to this, and if there is at least two-axis angular velocity data among the XYZ axes, The angles (θ, φ, ψ) can be obtained.

また、HMD100において、例えば、ジャイロセンサの3つのジャイロのうち、1軸がない場合であっても、本発明は適用可能である。   Further, in the HMD 100, for example, the present invention is applicable even when there is no one axis among the three gyros of the gyro sensor.

なお、一の実施形態及び他の実施形態では、各XYZ軸における回転行列として式(2)のものを用いたが、角度(θ、φ、ψ)の値が小さい場合には、例えば、cosθは1に、sinθはθに近似して計算を行っても良い。なお、この場合の角度の単位はラジアンである。角度φ及びψについても、角度θの場合と同様の近似が可能である。   In one embodiment and the other embodiments, the rotation matrix in each XYZ axis is the one in equation (2). However, when the value of the angle (θ, φ, ψ) is small, for example, cos θ May be calculated by approximating 1 and sin θ approximating θ. In this case, the unit of the angle is radians. For the angles φ and ψ, the same approximation as in the case of the angle θ is possible.

なお、一の実施形態及び他の実施形態では、ディスプレイユニット13はユーザの左目の視野に入るように設置したが、本発明はこれに限定されない。ディスプレイユニット13をユーザの右目の視野に入るように設置されるHMDでも良いし、眼鏡タイプのように両目の視野に入るHMDでも良い。   In one embodiment and other embodiments, the display unit 13 is installed so as to be in the field of view of the user's left eye, but the present invention is not limited to this. The display unit 13 may be an HMD installed so as to be in the field of view of the right eye of the user, or may be an HMD that is in the field of vision of both eyes, such as a glasses type.

なお、一の実施形態では、求めた角度(θ、φ、ψ)を単に記憶部30に記憶させたが、本発明はこれに限定されず、ユーザ毎に補正値である角度(θ、φ、ψ)を記憶部30に記憶しても良い。これにより、ユーザがHMD100を装着した時に、表示部21の画面表示に対する画面操作において、使用するユーザの角度(θ、φ、ψ)を読み込むことによって、装着時の補正処理を省略することができる。   In one embodiment, the obtained angles (θ, φ, ψ) are simply stored in the storage unit 30. However, the present invention is not limited to this, and the angles (θ, φ, which are correction values for each user). , Ψ) may be stored in the storage unit 30. Thereby, when the user wears the HMD 100, the correction process at the time of wearing can be omitted by reading the angle (θ, φ, ψ) of the user to be used in the screen operation for the screen display of the display unit 21. .

なお、本発明は、HMD100だけでなく、サラウンドヘッドホン等に対しても適用可能であり、ユーザの動きに応じて、左右のヘッドホン11L及びヘッドホン11Rからの音を、臨場感が出るように制御することに対しても適用できる。   Note that the present invention can be applied not only to the HMD 100 but also to surround headphones or the like, and controls the sound from the left and right headphones 11L and 11R so as to give a sense of realism according to the movement of the user. It can also be applied.

なお、本発明に係る制御方法における各ステップを実現するためのプログラムを備え、制御装置としてコンピュータを機能させることに対しても適用可能である。   It should be noted that the present invention is also applicable to having a program for realizing each step in the control method according to the present invention and causing a computer to function as a control device.

なお、本発明に係る制御方法における各ステップを実現するためのコンピュータプログラムを記憶する記録媒体に対しても適用可能である。   Note that the present invention is also applicable to a recording medium that stores a computer program for realizing each step in the control method according to the present invention.

なお、本発明は、その精神又はその主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈されてはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内である。   It should be noted that the present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. For this reason, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be construed in a limited manner. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.

本発明の一の実施形態に係るHMD100の外観図External view of HMD100 which concerns on one Embodiment of this invention 一の実施形態のHMD100の構成の概略図Schematic of the configuration of the HMD 100 of one embodiment 一の実施形態に係るHMD100における処理のフローチャートFlowchart of processing in HMD 100 according to one embodiment ユーザによるX軸周りの首の前後運動における各ジャイロX31、ジャイロY32及びジャイロZ33によって取得されたの角速度データの時間変化を示す一例An example showing temporal changes in angular velocity data acquired by each gyro X31, gyro Y32, and gyro Z33 in the longitudinal movement of the neck around the X axis by the user ユーザの座標系XYZとジャイロセンサの座標系X’Y’Z’との関係を示す図The figure which shows the relationship between the coordinate system XYZ of a user, and the coordinate system X'Y'Z 'of a gyro sensor. 他の実施形態に係るHMD100における処理のフローチャートFlowchart of processing in HMD 100 according to another embodiment

符号の説明Explanation of symbols

10 ヘッドバンド、11L、11R ヘッドホン、12 サイドアーム、13 ディスプレイユニット、14 十字釦、21 表示部、22L スピーカL、22R スピーカR、23 操作部材、24 画像出力I/F、25 音声出力I/F、26 CPU、27〜29 A/D変換部、30 記憶部、31 ジャイロX、32 ジャイロY、33 ジャイロZ、100 HMD
10 Headband, 11L, 11R Headphone, 12 Side arm, 13 Display unit, 14 Cross button, 21 Display unit, 22L Speaker L, 22R Speaker R, 23 Operation member, 24 Image output I / F, 25 Audio output I / F , 26 CPU, 27 to 29 A / D conversion unit, 30 storage unit, 31 gyro X, 32 gyro Y, 33 gyro Z, 100 HMD

Claims (11)

ユーザに装着される装着部と、
前記装着部に備えられ、前記ユーザの動きのうち相互に交差する3軸の少なくとも2つの軸における角速度を検出する検出部と、
前記少なくとも2つの軸のうちの1つの軸周りの回転運動を前記ユーザに対して指示し、前記検出部によって検出された前記少なくとも2つの軸における角速度から前記回転運動による角速度ベクトルを算出し、前記回転運動による角速度ベクトルを前記1つの軸のみの角速度ベクトルへと変換する変換値を算出し、前記変換値を前記装着部が前記ユーザに装着されるべき所定の位置からのズレ量を補正するための補正値し、前記補正値に基づいて前記検出部からの出力を補正する制御部と
を備えることを特徴とする制御装置。
A mounting part to be mounted on the user;
A detection unit that is provided in the mounting unit and detects angular velocities in at least two axes of three axes intersecting each other among the movements of the user;
Instructing the user to rotate around one of the at least two axes , calculating an angular velocity vector due to the rotational movement from the angular velocities in the at least two axes detected by the detector , In order to calculate a conversion value for converting an angular velocity vector due to rotational motion into an angular velocity vector of only one axis, and to correct the amount of deviation from a predetermined position at which the mounting portion should be mounted on the user controller of the correction value, characterized in that it comprises a control unit for correcting the output from the detecting unit based on the correction value.
ユーザに装着される装着部と、
前記装着部に備えられ、前記ユーザの動きのうち相互に交差する3軸の少なくとも2つの軸における角速度を検出する検出部と、
前記少なくとも2つの軸のうちの1つの軸周りの回転運動を前記ユーザに対して指示し、前記検出部によって検出された前記少なくとも2つの軸における角速度から前記回転運動による角速度ベクトルを算出し、前記回転運動による角速度ベクトルを前記1つの軸のみの角速度ベクトルへと変換する変換値を算出し、前記変換値を前記装着部が前記ユーザに装着されるべき所定の位置からのズレ量を補正するための補正値し、前記補正値が所定値より大きい場合には、前記ユーザに対して前記所定の位置に装着されていないことを伝える制御部と
を備えることを特徴とする制御装置。
A mounting part to be mounted on the user;
A detection unit that is provided in the mounting unit and detects angular velocities in at least two axes of three axes intersecting each other among the movements of the user;
Instructing the user to rotate around one of the at least two axes , calculating an angular velocity vector due to the rotational movement from the angular velocities in the at least two axes detected by the detector , In order to calculate a conversion value for converting an angular velocity vector due to rotational motion into an angular velocity vector of only one axis, and to correct the amount of deviation from a predetermined position at which the mounting portion should be mounted on the user of the correction value, wherein when the correction value is larger than the predetermined value, the control apparatus characterized by comprising a control unit for transmitting that it is not attached to the predetermined position with respect to the user.
請求項1又は請求項2に記載の制御装置において、
前記制御部は、前記ユーザに対して、前記3軸の前記少なくとも2つの軸における前記回転運動を指示する
ことを特徴とする制御装置。
In the control device according to claim 1 or 2,
The control unit, to the user, the control apparatus characterized by instructing the rotational motion in at least two axes of the three axes.
請求項3に記載の制御装置において、
前記制御部は、所定の動きを前記ユーザに対して随時指示し、前記検出部が検出した前記所定の動きに基づいて、前記補正値を更新する
ことを特徴とする制御装置。
The control device according to claim 3,
The control unit is configured to instruct a predetermined movement to the user as needed, and update the correction value based on the predetermined movement detected by the detection unit.
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の制御装置と、
画像を表示する表示部と、
前記表示部を保持する支持部と
を備えることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。
A control device according to any one of claims 1 to 4,
A display for displaying an image;
A head-mounted display device comprising: a support portion that holds the display portion.
ユーザに装着される装着部を有する装置を装着した前記ユーザの動きのうち相互に交差する3軸の少なくとも2つの軸における角速度を検出し、
前記少なくとも2つの軸のうちの1つの軸周りの回転運動を前記ユーザに対して指示し、検出された前記少なくとも2つの軸における角速度から前記回転運動による角速度ベクトルを算出し、前記回転運動による角速度ベクトルを前記1つの軸のみの角速度ベクトルへと変換する変換値を算出し、
前記変換値を前記装着部が前記ユーザに装着されるべき所定の位置からのズレ量を補正するための補正値とし、前記補正値に基づいて検出される角速度を補正する
処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
Detecting angular velocities in at least two axes of three axes intersecting each other among the movements of the user wearing a device having a wearing unit worn by the user;
The rotational motion about one of the at least two axes is instructed to the user, the angular velocity vector due to the rotational motion is calculated from the detected angular velocities in the at least two axes, and the angular velocity due to the rotational motion is calculated. Calculating a conversion value for converting the vector into an angular velocity vector of only one axis;
The converted value is used as a correction value for correcting a deviation amount from a predetermined position where the mounting portion should be mounted on the user, and an angular velocity detected based on the correction value is corrected.
A program that causes a computer to execute processing .
ユーザに装着される装着部を有する装置を装着した前記ユーザの動きのうち相互に交差する3軸の少なくとも2つの軸における角速度を検出し、
前記少なくとも2つの軸のうちの1つの軸周りの回転運動を前記ユーザに対して指示し、検出された前記少なくとも2つの軸における角速度から前記回転運動による角速度ベクトルを算出し、前記回転運動による角速度ベクトルを前記1つの軸のみの角速度ベクトルへと変換する変換値を算出し、
前記変換値を前記装着部が前記ユーザに装着されるべき所定の位置からのズレ量を補正するための補正値とし、前記補正値が所定値より大きい場合には、前記ユーザに対して前記所定の位置に装着されていないことを伝える
処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
Detecting angular velocities in at least two axes of three axes intersecting each other among the movements of the user wearing a device having a wearing unit worn by the user;
The rotational motion about one of the at least two axes is instructed to the user, the angular velocity vector due to the rotational motion is calculated from the detected angular velocities in the at least two axes, and the angular velocity due to the rotational motion is calculated. Calculating a conversion value for converting the vector into an angular velocity vector of only one axis;
The conversion value is used as a correction value for correcting a deviation amount from a predetermined position where the mounting portion should be mounted on the user. When the correction value is larger than a predetermined value, the predetermined value is given to the user. Tells you that it is not in position
A program that causes a computer to execute processing .
ユーザに装着される装着部を有する装置を装着した前記ユーザの動きのうち、相互に交差する3軸の少なくとも2つの軸における角速度を検出する検出ステップと、
前記少なくとも2つの軸のうちの1つの軸周りの回転運動を前記ユーザに対して指示し、検出された前記少なくとも2つの軸における角速度から前記回転運動による角速度ベクトルを算出し、前記回転運動による角速度ベクトルを前記1つの軸のみの角速度ベクトルへと変換する変換値を算出する演算ステップと、
前記変換値を前記装着部が前記ユーザに装着されるべき所定の位置からのズレ量を補正するための補正値とし、前記補正値に基づいて検出される角速度を補正する補正ステップと
を備えることを特徴とする制御方法。
A detection step of detecting angular velocities in at least two axes of three axes intersecting each other among the movements of the user wearing the apparatus having a wearing unit to be worn by the user;
The rotational movement about the axis of one of at least two axes indicated to the user, and calculates the angular velocity vector by the rotational motion from an angular velocity in the detected at least two axes, by the rotational motion A calculation step of calculating a conversion value for converting the angular velocity vector into the angular velocity vector of only one axis ;
A correction step for correcting the angular velocity detected based on the correction value, using the converted value as a correction value for correcting a deviation amount from a predetermined position where the mounting portion should be mounted on the user. A control method characterized by the above.
ユーザに装着される装着部を有する装置を装着した前記ユーザの動きのうち、相互に交差する3軸の少なくとも2つの軸における角速度を検出する検出ステップと、
前記少なくとも2つ軸のうちの1つの軸周りの回転運動を前記ユーザに対して指示し、検出された前記少なくとも2つの軸における角速度から前記回転運動による角速度ベクトルを算出し、前記回転運動による角速度ベクトルを前記1つの軸のみの角速度ベクトルへと変換する変換値を算出する演算ステップと、
前記変換値を前記装着部が前記ユーザに装着されるべき所定の位置からのズレ量を補正するための補正値とし、前記補正値が所定値より大きい場合には、前記ユーザに対して前記所定の位置に装着されていないことを伝える警告ステップと
を備えることを特徴とする制御方法。
A detection step of detecting angular velocities in at least two axes of three axes intersecting each other among the movements of the user wearing the apparatus having a wearing unit to be worn by the user;
The rotational movement about the axis of one of at least two axes indicated to the user, and calculates the angular velocity vector by the rotational motion from an angular velocity in the detected at least two axes, by the rotational motion A calculation step of calculating a conversion value for converting the angular velocity vector into the angular velocity vector of only one axis ;
The conversion value is used as a correction value for correcting a deviation amount from a predetermined position where the mounting portion should be mounted on the user . When the correction value is larger than a predetermined value, the predetermined value is given to the user. And a warning step for notifying that it is not mounted at the position.
ユーザに装着される装着部と、A mounting part to be mounted on the user;
前記装着部に備えられ、前記ユーザの動きのうち相互に交差する3軸の少なくとも2つの軸における角速度を検出する検出部と、A detection unit that is provided in the mounting unit and detects angular velocities in at least two axes of three axes intersecting each other among the movements of the user;
前記少なくとも2つの軸のうちの1つの軸周りの回転運動を前記ユーザに対して指示し、前記検出部によって検出された前記少なくとも2つの軸における角速度から前記回転運動による角速度ベクトルを算出し、前記回転運動による角速度ベクトルを前記1つの軸のみの角速度ベクトルへと変換する変換値を算出し、前記変換値に基づいて前記検出部からの出力を補正する制御部とInstructing the user to rotate around one of the at least two axes, calculating an angular velocity vector due to the rotational movement from the angular velocities in the at least two axes detected by the detector, A control unit that calculates a conversion value for converting an angular velocity vector due to rotational motion into an angular velocity vector of only one axis, and corrects an output from the detection unit based on the conversion value;
を備えることを特徴とする制御装置。A control device comprising:
ユーザに装着される装着部を有する装置を装着した前記ユーザの動きのうち相互に交差する3軸の少なくとも2つの軸における角速度を検出し、Detecting angular velocities in at least two axes of three axes intersecting each other among the movements of the user wearing a device having a wearing unit worn by the user;
前記少なくとも2つの軸のうちの1つの軸周りの回転運動を前記ユーザに対して指示し、検出された前記少なくとも2つの軸における角速度から前記回転運動による角速度ベクトルを算出し、前記回転運動による角速度ベクトルを前記1つの軸のみの角速度ベクトルへと変換する変換値を算出し、The rotational motion about one of the at least two axes is instructed to the user, the angular velocity vector due to the rotational motion is calculated from the detected angular velocities in the at least two axes, and the angular velocity due to the rotational motion is calculated. Calculating a conversion value for converting the vector into an angular velocity vector of only one axis;
前記変換値に基づいて検出される角速度を補正するThe angular velocity detected based on the converted value is corrected.
処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。A program that causes a computer to execute processing.
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