JP2000356520A - 姿勢角検出装置 - Google Patents
姿勢角検出装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 使用する場所や環境の制限を緩和し、幅広く
使用できる姿勢角検出装置の提供。 【解決手段】 互いに直交する３軸の回りの角速度を検
出する３個のジャイロ１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、角速
度に応じた出力に基づいて、ヨー角、ピッチ角、及びロ
ール角を演算する運動角演算装置１８と、２軸の加速度
センサ２３ａ，２３ｂ、及び地磁気センサ２２ａ，２２
ｂの出力に基づき、ロール角、ピッチ角、及びヨー角を
演算する静止角演算装置２４と、静止角演算装置２４に
よる演算結果を判定する判別装置３２と、判別装置３２
の演算結果に応じて、運動角演算装置１８及び静止角演
算装置２４の演算結果から出力する姿勢角を演算する姿
勢角演算装置４２から構成された姿勢角検出装置。
使用できる姿勢角検出装置の提供。 【解決手段】 互いに直交する３軸の回りの角速度を検
出する３個のジャイロ１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、角速
度に応じた出力に基づいて、ヨー角、ピッチ角、及びロ
ール角を演算する運動角演算装置１８と、２軸の加速度
センサ２３ａ，２３ｂ、及び地磁気センサ２２ａ，２２
ｂの出力に基づき、ロール角、ピッチ角、及びヨー角を
演算する静止角演算装置２４と、静止角演算装置２４に
よる演算結果を判定する判別装置３２と、判別装置３２
の演算結果に応じて、運動角演算装置１８及び静止角演
算装置２４の演算結果から出力する姿勢角を演算する姿
勢角演算装置４２から構成された姿勢角検出装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に、移動体の姿
勢検出や姿勢制御、バーチャルリアリティ等に使用され
るヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤという）
のうち頭の姿勢角を検出するトラッカー、３Ｄゲームパ
ッド等、３次元空間中で対象物の姿勢角（３軸の回転
角）の検出に用いるのに適した姿勢角検出装置に関す
る。
勢検出や姿勢制御、バーチャルリアリティ等に使用され
るヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤという）
のうち頭の姿勢角を検出するトラッカー、３Ｄゲームパ
ッド等、３次元空間中で対象物の姿勢角（３軸の回転
角）の検出に用いるのに適した姿勢角検出装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、バーチャルリアリティーに使用さ
れ、頭の動きを検出する方法として、外部に設置された
交流磁場発生源から微弱交流磁場を発生し、ＨＭＤに配
置したセンサ部で検知し、制御演算部で頭の動きを検出
する交流磁場を利用する方法や、外部に設置された超音
波発生源からの超音波信号をＨＭＤに配置したセンサ部
で検知し、制御演算部で頭の動きを検出する超音波を利
用する方法がある。
れ、頭の動きを検出する方法として、外部に設置された
交流磁場発生源から微弱交流磁場を発生し、ＨＭＤに配
置したセンサ部で検知し、制御演算部で頭の動きを検出
する交流磁場を利用する方法や、外部に設置された超音
波発生源からの超音波信号をＨＭＤに配置したセンサ部
で検知し、制御演算部で頭の動きを検出する超音波を利
用する方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
交流磁場を利用した方法では、信号発生源が微弱交流磁
場のため、ノイズをキャンセルするためにフィルタを多
用することにより応答性が低下し、頭の動きに比べて、
ＨＭＤの映像の動きが遅くなり、気分を悪くしたり、酔
いを発生する場合があった。
交流磁場を利用した方法では、信号発生源が微弱交流磁
場のため、ノイズをキャンセルするためにフィルタを多
用することにより応答性が低下し、頭の動きに比べて、
ＨＭＤの映像の動きが遅くなり、気分を悪くしたり、酔
いを発生する場合があった。
【０００４】また、後者の超音波を利用した方法では、
他の様々な超音波信号の影響を受けての誤動作や、信号
発生源とセンサとの間の遮蔽物により信号を検出できな
くなる可能性があり、センサの前に腕や髪の毛があるだ
けで受信不能になり、誤動作してしまうなどの問題があ
った。
他の様々な超音波信号の影響を受けての誤動作や、信号
発生源とセンサとの間の遮蔽物により信号を検出できな
くなる可能性があり、センサの前に腕や髪の毛があるだ
けで受信不能になり、誤動作してしまうなどの問題があ
った。
【０００５】従って、本発明は、上記問題点を解消し、
使用する場所や環境の制限を緩和し、幅広く使用できる
姿勢角検出装置を提供するものである。
使用する場所や環境の制限を緩和し、幅広く使用できる
姿勢角検出装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、水平面で直交
するＸ軸、Ｙ軸及び該Ｘ軸、Ｙ軸のそれぞれに直交する
Ｚ軸回りの角速度を検出する３個のジャイロと、該ジャ
イロの角速度に応じた出力に基づいて、Ｚ−Ｙ−Ｘオイ
ラー角表記のヨー角、ピッチ角及びロール角を演算する
運動角演算装置と、少なくともＸ−Ｙ平面で互いに直交
する２軸の加速度を検出するように配置され、ロ−ル
角、ピッチ角を検出するための加速度センサと、少なく
とも前記２軸の地磁気を検出するよう配置される地磁気
センサと、該加速度センサ及び地磁気センサの出力に基
づいて、ロール角、ピッチ角及びヨー角を演算する静止
角演算装置と、この静止角演算装置による演算結果の真
偽を判定演算する判別装置と、該判別装置の演算結果に
応じて、前記運動角演算装置及び静止角演算装置の演算
結果から出力する姿勢角を演算する姿勢角演算装置とか
ら構成される姿勢角検出装置であって、前記判別装置に
より、２軸の加速度センサおよび、２軸の地磁気センサ
からなる静止角検出手段から求められる仮のヨー角Φ・
仮のピッチ角Ｐ・仮のロール角Ｒの検出結果が、正しい
かどうかの判別手段として、加速度センサの現在の出力
Ａｘ（ｎ）から演算して得られた仮のロール角をＲ
（ｎ）、演算する単位時間で１単位時間過去の出力Ａｘ
（ｎ−１）から得られた仮のロール角演算結果をＲ（ｎ
−１）とし、同様に加速度センサの現在の出力Ａｙ
（ｎ）から演算して得られた仮のピッチ角をＰ（ｎ）、
演算する単位時間で１単位時間過去の出力Ａｙ（ｎ−
１）から得られた仮のピッチ角をＰ（ｎ−１）、地磁気
センサの出力Ｍｘ（ｎ）、Ｍｙ（ｎ）、Ｍｚ（ｎ）から
演算して得られた仮のヨー角をΦ（ｎ）、１単位時間過
去の仮のヨー角をΦ（ｎ−１）とし、前記ジャイロの出
力Ｇｘ（ｎ）、Ｇｙ（ｎ）、Ｇｚ（ｎ）から演算して得
られた仮のロール角をＸ（ｎ）、仮のピッチ角をＹ
（ｎ）、仮のヨー角をＺ（ｎ）、任意の自然数をＣとす
ると、数７乃至数１２によって定義される移動平均値の
差［Ｒavr（ｎ）−Ｘavr（ｎ）］、［Ｐavr（ｎ）−Ｙa
vr（ｎ）］、［Φavr（ｎ）−Ｚavr（ｎ）］のいずれか
がほぼ０の時、それに対応する仮の姿勢角Ｒ・Ｐ・Φは
正しいと判別することを特徴とする姿勢角検出装置であ
る。
するＸ軸、Ｙ軸及び該Ｘ軸、Ｙ軸のそれぞれに直交する
Ｚ軸回りの角速度を検出する３個のジャイロと、該ジャ
イロの角速度に応じた出力に基づいて、Ｚ−Ｙ−Ｘオイ
ラー角表記のヨー角、ピッチ角及びロール角を演算する
運動角演算装置と、少なくともＸ−Ｙ平面で互いに直交
する２軸の加速度を検出するように配置され、ロ−ル
角、ピッチ角を検出するための加速度センサと、少なく
とも前記２軸の地磁気を検出するよう配置される地磁気
センサと、該加速度センサ及び地磁気センサの出力に基
づいて、ロール角、ピッチ角及びヨー角を演算する静止
角演算装置と、この静止角演算装置による演算結果の真
偽を判定演算する判別装置と、該判別装置の演算結果に
応じて、前記運動角演算装置及び静止角演算装置の演算
結果から出力する姿勢角を演算する姿勢角演算装置とか
ら構成される姿勢角検出装置であって、前記判別装置に
より、２軸の加速度センサおよび、２軸の地磁気センサ
からなる静止角検出手段から求められる仮のヨー角Φ・
仮のピッチ角Ｐ・仮のロール角Ｒの検出結果が、正しい
かどうかの判別手段として、加速度センサの現在の出力
Ａｘ（ｎ）から演算して得られた仮のロール角をＲ
（ｎ）、演算する単位時間で１単位時間過去の出力Ａｘ
（ｎ−１）から得られた仮のロール角演算結果をＲ（ｎ
−１）とし、同様に加速度センサの現在の出力Ａｙ
（ｎ）から演算して得られた仮のピッチ角をＰ（ｎ）、
演算する単位時間で１単位時間過去の出力Ａｙ（ｎ−
１）から得られた仮のピッチ角をＰ（ｎ−１）、地磁気
センサの出力Ｍｘ（ｎ）、Ｍｙ（ｎ）、Ｍｚ（ｎ）から
演算して得られた仮のヨー角をΦ（ｎ）、１単位時間過
去の仮のヨー角をΦ（ｎ−１）とし、前記ジャイロの出
力Ｇｘ（ｎ）、Ｇｙ（ｎ）、Ｇｚ（ｎ）から演算して得
られた仮のロール角をＸ（ｎ）、仮のピッチ角をＹ
（ｎ）、仮のヨー角をＺ（ｎ）、任意の自然数をＣとす
ると、数７乃至数１２によって定義される移動平均値の
差［Ｒavr（ｎ）−Ｘavr（ｎ）］、［Ｐavr（ｎ）−Ｙa
vr（ｎ）］、［Φavr（ｎ）−Ｚavr（ｎ）］のいずれか
がほぼ０の時、それに対応する仮の姿勢角Ｒ・Ｐ・Φは
正しいと判別することを特徴とする姿勢角検出装置であ
る。
【数７】
【数８】
【数９】
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、図面によって本発明の実施
の形態について説明する。
の形態について説明する。
【０００８】図１は、姿勢角検出装置を適用したＨＭＤ
の一例を示し、このＨＭＤは、目前にあるディスプレイ
に表示された映像が使用者の頭の動きに連動して変化
し、仮想空間を体験できるように設けられているもの
で、このＨＭＤを装着したまま右を向くと、姿勢角検出
装置で計測した頭の姿勢角を映像発生装置に送信し、映
像発生装置は、その姿勢角にあった映像をＨＭＤに送信
するので、右に展開する映像が映し出され、頭の動きに
よって全空間の３６０度の映像を実感できるように設け
られているものである。
の一例を示し、このＨＭＤは、目前にあるディスプレイ
に表示された映像が使用者の頭の動きに連動して変化
し、仮想空間を体験できるように設けられているもの
で、このＨＭＤを装着したまま右を向くと、姿勢角検出
装置で計測した頭の姿勢角を映像発生装置に送信し、映
像発生装置は、その姿勢角にあった映像をＨＭＤに送信
するので、右に展開する映像が映し出され、頭の動きに
よって全空間の３６０度の映像を実感できるように設け
られているものである。
【０００９】図１に示すように、符号１は、ＨＭＤ本体
を示し、このＨＭＤ本体１には、本発明である姿勢角検
出装置２が配置され、信号ケーブル４で映像発生装置７
に接続されている。
を示し、このＨＭＤ本体１には、本発明である姿勢角検
出装置２が配置され、信号ケーブル４で映像発生装置７
に接続されている。
【００１０】図２は、本発明における姿勢角検出装置の
全体構成を示すブロック図である。図２に示すように、
３個のジャイロ１２ａ、１２ｂ、１２ｃの出力から仮の
姿勢角を演算して求める運動角演算装置１８を備えた運
動角検出手段１１と、２個の地磁気センサ２２ａ，２２
ｂと２個の加速度センサ２３ａ，２３ｂから静止角を求
める静止角演算装置２４を備えた静止角検出手段２１
と、この静止角検出手段２１で求めた姿勢角に誤差が含
まれるかどうか（例えば、直線的な加速度が加わって、
傾斜計としての加速度センサに傾斜以外の信号が含まれ
る場合）を判別する判別装置３２と、運動角演算装置１
８、静止角演算装置２４及び判別装置３２からの信号を
処理する姿勢角演算装置４２とで構成されている。
全体構成を示すブロック図である。図２に示すように、
３個のジャイロ１２ａ、１２ｂ、１２ｃの出力から仮の
姿勢角を演算して求める運動角演算装置１８を備えた運
動角検出手段１１と、２個の地磁気センサ２２ａ，２２
ｂと２個の加速度センサ２３ａ，２３ｂから静止角を求
める静止角演算装置２４を備えた静止角検出手段２１
と、この静止角検出手段２１で求めた姿勢角に誤差が含
まれるかどうか（例えば、直線的な加速度が加わって、
傾斜計としての加速度センサに傾斜以外の信号が含まれ
る場合）を判別する判別装置３２と、運動角演算装置１
８、静止角演算装置２４及び判別装置３２からの信号を
処理する姿勢角演算装置４２とで構成されている。
【００１１】図３は、本発明の姿勢角検出装置における
ジャイロ、加速度センサ、地磁気センサの配置を示す説
明図である。
ジャイロ、加速度センサ、地磁気センサの配置を示す説
明図である。
【００１２】図３に示すように、互いに直交する３軸
（水平面で直交する軸をＸ軸、Ｙ軸、そのＸ軸、Ｙ軸そ
れぞれに直交する軸をＺ軸、Ｚ軸回りの回転角をヨー
角、Ｚ軸の回りにヨー角だけ座標軸を回した後の新しい
Ｙ軸回りの回転角をピッチ角及びＺ軸の回りにヨー角だ
け回し、新しいＹ軸の回りにピッチ角だけ回した後のさ
らに新しいＸ軸回りの回転角をロール角と記す。）の回
りの角速度を検出するための第１のジャイロ１２ａ、第
２のジャイロ１２ｂ及び第３のジャイロ１２ｃは、セン
サ座標Ｘ、Ｙ、Ｚ軸各軸に平行に、即ち互いに直交して
配置されている。
（水平面で直交する軸をＸ軸、Ｙ軸、そのＸ軸、Ｙ軸そ
れぞれに直交する軸をＺ軸、Ｚ軸回りの回転角をヨー
角、Ｚ軸の回りにヨー角だけ座標軸を回した後の新しい
Ｙ軸回りの回転角をピッチ角及びＺ軸の回りにヨー角だ
け回し、新しいＹ軸の回りにピッチ角だけ回した後のさ
らに新しいＸ軸回りの回転角をロール角と記す。）の回
りの角速度を検出するための第１のジャイロ１２ａ、第
２のジャイロ１２ｂ及び第３のジャイロ１２ｃは、セン
サ座標Ｘ、Ｙ、Ｚ軸各軸に平行に、即ち互いに直交して
配置されている。
【００１３】ヨー角を検出する第１の地磁気センサ２２
ａ及び第２の地磁気センサ２２ｂは、水平面で互いに直
交する２軸（ここでは、センサ座標Ｘ軸及びＹ軸）とで
構成されている。同様に、第１の加速度センサ２３ａ及
び第２の加速度センサ２３ｂは、水平面で互いに直交す
る２軸（ここでは、センサ座標Ｘ軸及びＹ軸）に配置さ
れている。ジャイロは、圧電セラミック、圧電単結晶、
あるいは、シリコン等の非磁性材料からなる振動子を用
いることができる。なお、本実施の形態では、（株）ト
ーキン製の圧電振動セラミックジャイロを用いた。
ａ及び第２の地磁気センサ２２ｂは、水平面で互いに直
交する２軸（ここでは、センサ座標Ｘ軸及びＹ軸）とで
構成されている。同様に、第１の加速度センサ２３ａ及
び第２の加速度センサ２３ｂは、水平面で互いに直交す
る２軸（ここでは、センサ座標Ｘ軸及びＹ軸）に配置さ
れている。ジャイロは、圧電セラミック、圧電単結晶、
あるいは、シリコン等の非磁性材料からなる振動子を用
いることができる。なお、本実施の形態では、（株）ト
ーキン製の圧電振動セラミックジャイロを用いた。
【００１４】最初に、本発明の姿勢角検出装置のうち、
判別装置について示す。２軸の加速度センサと２軸の地
磁気センサからなる静止角検出手段から求められる仮の
姿勢角が正しいかどうかを判断する判別装置は、次のと
おりである。
判別装置について示す。２軸の加速度センサと２軸の地
磁気センサからなる静止角検出手段から求められる仮の
姿勢角が正しいかどうかを判断する判別装置は、次のと
おりである。
【００１５】即ち、２軸の加速度センサ２３ａ，２３ｂ
の出力から得られるＸ軸方向の加速度Ａｘ（ｎ）及びＹ
軸方向の加速度Ａｙ（ｎ）より、ロール角Ｒ（ｎ）及び
ピッチ角Ｐ（ｎ）を数１３、数１４より求める。
の出力から得られるＸ軸方向の加速度Ａｘ（ｎ）及びＹ
軸方向の加速度Ａｙ（ｎ）より、ロール角Ｒ（ｎ）及び
ピッチ角Ｐ（ｎ）を数１３、数１４より求める。
【００１６】
【数１３】
【００１７】
【数１４】
【００１８】ここで、Ａｘ（ｎ）、Ａｙ（ｎ）は、重力
加速度のＸ、Ｙ軸方向傾斜角成分と運動加速度の合成ベ
クトルなので、運動加速度がある場合には正しいロール
角、ピッチ角にならない。地磁気センサより求めたヨー
角についても途中の計算にロール角、ピッチ角を使用し
ているので同様に正しくない場合がある。
加速度のＸ、Ｙ軸方向傾斜角成分と運動加速度の合成ベ
クトルなので、運動加速度がある場合には正しいロール
角、ピッチ角にならない。地磁気センサより求めたヨー
角についても途中の計算にロール角、ピッチ角を使用し
ているので同様に正しくない場合がある。
【００１９】そこで、運動角検出手段で求められたＸ
（ｎ）、Ｙ（ｎ）及びＺ（ｎ）を用いて、数７乃至数１
２によって定義される移動平均値の差［Ｒavr（ｎ）−
Ｘavr（ｎ）］、［Ｐavr（ｎ）−Ｙavr（ｎ）］がほぼ
０であるならば、その軸に対しては運動加速度がない、
即ちＲ（ｎ）、あるいはＰ（ｎ）が正しいと判断する。
（ｎ）、Ｙ（ｎ）及びＺ（ｎ）を用いて、数７乃至数１
２によって定義される移動平均値の差［Ｒavr（ｎ）−
Ｘavr（ｎ）］、［Ｐavr（ｎ）−Ｙavr（ｎ）］がほぼ
０であるならば、その軸に対しては運動加速度がない、
即ちＲ（ｎ）、あるいはＰ（ｎ）が正しいと判断する。
【００２０】そうでない場合は、運動加速度があると判
断する。同様に、［Φavr（ｎ）−Ｚavr（ｎ）］につい
ても比較をする。ここでＣは任意の自然数であるが、今
回は１０回とした。
断する。同様に、［Φavr（ｎ）−Ｚavr（ｎ）］につい
ても比較をする。ここでＣは任意の自然数であるが、今
回は１０回とした。
【００２１】本発明の判別方法を用いることにより、数
１５乃至数１７のように前回のデータからの差分を比較
する方法や、数１８乃至数２０のように通常の移動平均
により比較する方法に比べて、応答速度を下げることな
くより平滑化されたデータを得ることができる。
１５乃至数１７のように前回のデータからの差分を比較
する方法や、数１８乃至数２０のように通常の移動平均
により比較する方法に比べて、応答速度を下げることな
くより平滑化されたデータを得ることができる。
【００２２】
【数１５】
【００２３】
【数１６】
【００２４】
【数１７】
【００２５】
【数１８】
【００２６】
【数１９】
【００２７】
【数２０】
【００２８】上記の判定結果をもとに、運動角検出手段
及び静止角検出手段から求められる運動角及び静止角か
ら、姿勢角演算装置により、本発明による姿勢角検出装
置が求めるべき姿勢角を演算する。この処理により、静
止時及び運動時ともに静止角が正しいかどうか判別する
ことができ、常に静止角によって運動角の誤差を補正す
ることができる。さらに、移動平均を用いることにより
ノイズの影響を軽減することができ、補正頻度の向上が
実現できる。
及び静止角検出手段から求められる運動角及び静止角か
ら、姿勢角演算装置により、本発明による姿勢角検出装
置が求めるべき姿勢角を演算する。この処理により、静
止時及び運動時ともに静止角が正しいかどうか判別する
ことができ、常に静止角によって運動角の誤差を補正す
ることができる。さらに、移動平均を用いることにより
ノイズの影響を軽減することができ、補正頻度の向上が
実現できる。
【００２９】次に、本発明の姿勢角検出装置のうち、姿
勢角演算装置について示す。本発明の姿勢角検出装置の
求めるべき出力をα（ｎ）、β（ｎ）、γ（ｎ）、動的
な運動角検出手段から得られる仮の姿勢角をＸ（ｎ）、
Ｙ（ｎ）、Ｚ（ｎ）、静的な静止角検出手段から求めら
れる静止角をＲ（ｎ）、Ｐ（ｎ）、Φ（ｎ）とすると、
静止角検出手段からの姿勢角情報は正しいと判断する場
合、 α(ｎ)＝α（ｎ−１）＋ΔＸ(ｎ)−Ｃ１、 β(ｎ)＝β（ｎ−１）＋ΔＹ(ｎ)−Ｃ２、 γ(ｎ)＝γ（ｎ−１）＋ΔＺ(ｎ)−Ｃ３、 により、姿勢角を演算する。ここで、Ｃ１＝ｋ［α（ｎ
−１）＋ΔＸ(ｎ)−Ｒ(ｎ)］、Ｃ２＝ｋ［β（ｎ−１）
＋ΔＹ(ｎ)−Ｐ(ｎ)］、Ｃ３＝ｋ［γ（ｎ−１）＋ΔＺ
(ｎ)−Φ(ｎ)］、ｋは任意に選択させる１以下の比例定
数であるが、今回は０．１とした。
勢角演算装置について示す。本発明の姿勢角検出装置の
求めるべき出力をα（ｎ）、β（ｎ）、γ（ｎ）、動的
な運動角検出手段から得られる仮の姿勢角をＸ（ｎ）、
Ｙ（ｎ）、Ｚ（ｎ）、静的な静止角検出手段から求めら
れる静止角をＲ（ｎ）、Ｐ（ｎ）、Φ（ｎ）とすると、
静止角検出手段からの姿勢角情報は正しいと判断する場
合、 α(ｎ)＝α（ｎ−１）＋ΔＸ(ｎ)−Ｃ１、 β(ｎ)＝β（ｎ−１）＋ΔＹ(ｎ)−Ｃ２、 γ(ｎ)＝γ（ｎ−１）＋ΔＺ(ｎ)−Ｃ３、 により、姿勢角を演算する。ここで、Ｃ１＝ｋ［α（ｎ
−１）＋ΔＸ(ｎ)−Ｒ(ｎ)］、Ｃ２＝ｋ［β（ｎ−１）
＋ΔＹ(ｎ)−Ｐ(ｎ)］、Ｃ３＝ｋ［γ（ｎ−１）＋ΔＺ
(ｎ)−Φ(ｎ)］、ｋは任意に選択させる１以下の比例定
数であるが、今回は０．１とした。
【００３０】また、静止角検出手段からの姿勢角情報が
誤と判断する場合、 α（ｎ）＝α（ｎ−１）＋ΔＸ（ｎ）、 β（ｎ）＝β（ｎ−１）＋ΔＹ（ｎ）、 γ（ｎ）＝γ（ｎ−１）＋ΔＺ（ｎ）、 により、姿勢角を演算し、求める。この処理により運動
角の応答性、静止角の絶対性といった互いの長所を生か
し、運動角の累積誤差、静止角の時間遅れといった互い
の短所を補間する事ができる。
誤と判断する場合、 α（ｎ）＝α（ｎ−１）＋ΔＸ（ｎ）、 β（ｎ）＝β（ｎ−１）＋ΔＹ（ｎ）、 γ（ｎ）＝γ（ｎ−１）＋ΔＺ（ｎ）、 により、姿勢角を演算し、求める。この処理により運動
角の応答性、静止角の絶対性といった互いの長所を生か
し、運動角の累積誤差、静止角の時間遅れといった互い
の短所を補間する事ができる。
【００３１】従って、本実施の形態のように、本発明の
姿勢角検出装置をＨＭＤに適用した場合、外部信号を用
いることなく、高速応答で累積誤差のない角度情報を得
ることができ、高性能である。
姿勢角検出装置をＨＭＤに適用した場合、外部信号を用
いることなく、高速応答で累積誤差のない角度情報を得
ることができ、高性能である。
【００３２】なお、本発明による姿勢角検出装置におい
て、ジャイロを素子で搭載しているので、小型軽量化が
可能であり、セラミック振動子を使用しているので、磁
気ノイズは受けず、磁気センサと近接させても、機能を
損なうことがない。
て、ジャイロを素子で搭載しているので、小型軽量化が
可能であり、セラミック振動子を使用しているので、磁
気ノイズは受けず、磁気センサと近接させても、機能を
損なうことがない。
【００３３】また、本実施の形態では、地磁気センサ、
加速度センサが、それぞれ２個の例を示したが、少なく
とも、どちらか一方が３個でもよい。小型化という点で
は、本実施の形態が最も好ましい。
加速度センサが、それぞれ２個の例を示したが、少なく
とも、どちらか一方が３個でもよい。小型化という点で
は、本実施の形態が最も好ましい。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、使用する場所や環境の
制限を緩和し、幅広く使用できる姿勢角検出装置を提供
することができた。
制限を緩和し、幅広く使用できる姿勢角検出装置を提供
することができた。
【図１】本発明のＨＭＤにおける姿勢角検出装置の使用
状況の説明図。
状況の説明図。
【図２】本発明の姿勢角変換装置の全体構成を示すブロ
ック図。
ック図。
【図３】本発明の姿勢角検出装置におけるジャイロ、加
速度センサ、地磁気センサの配置を示す説明図。
速度センサ、地磁気センサの配置を示す説明図。
１ ＨＭＤ本体 ２ 姿勢角検出装置 ４ 信号ケーブル ７ 映像発生装置 １１ 運動角検出手段 １２ａ 第１のジャイロ １２ｂ 第２のジャイロ １２ｃ 第３のジャイロ １３ａ （第１の）Ａ／Ｄコンバータ １３ｂ （第２の）Ａ／Ｄコンバータ １３ｃ （第３の）Ａ／Ｄコンバータ １４ ハイパスフィルタ １８ 運動角演算装置 ２１ 静止角検出手段 ２２ａ 第１の地磁気センサ ２２ｂ 第２の地磁気センサ ２３ａ 第１の加速度センサ ２３ｂ 第２の加速度センサ ２４ 静止角演算装置 ３２ 判別装置 ４２ 姿勢角演算装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｒ 33/02 Ｇ０１Ｒ 33/02 Ｌ
Claims (1)
- 【請求項１】 水平面で直交するＸ軸、Ｙ軸及び該Ｘ
軸、Ｙ軸のそれぞれに直交するＺ軸回りの角速度を検出
する３個のジャイロと、該ジャイロの角速度に応じた出
力に基づいて、Ｚ−Ｙ−Ｘオイラー角表記のヨー角、ピ
ッチ角及びロール角を演算する運動角演算装置と、少な
くともＸ−Ｙ平面で互いに直交する２軸の加速度を検出
するように配置され、ロ−ル角、ピッチ角を検出するた
めの加速度センサと、少なくとも前記２軸の地磁気を検
出するよう配置される地磁気センサと、該加速度センサ
及び地磁気センサの出力に基づいて、ロール角、ピッチ
角及びヨー角を演算する静止角演算装置と、該静止角演
算装置による演算結果の真偽を判定演算する判別装置
と、該判別装置の演算結果に応じて、前記運動角演算装
置及び静止角演算装置の演算結果から出力する姿勢角を
演算する姿勢角演算装置とから構成される姿勢角検出装
置であって、前記判別装置により、２軸の加速度センサ
および、２軸の地磁気センサからなる静止角検出手段か
ら求められる仮のヨー角Φ・仮のピッチ角Ｐ・仮のロー
ル角Ｒの検出結果が、正しいかどうかの判別手段とし
て、加速度センサの現在の出力Ａｘ（ｎ）から演算して
得られた仮のロール角をＲ（ｎ）、演算する単位時間で
１単位時間過去の出力Ａｘ（ｎ−１）から得られた仮の
ロール角演算結果をＲ（ｎ−１）とし、同様に加速度セ
ンサの現在の出力Ａｙ（ｎ）から演算して得られた仮の
ピッチ角をＰ（ｎ）、演算する単位時間で１単位時間過
去の出力Ａｙ（ｎ−１）から得られた仮のピッチ角をＰ
（ｎ−１）、地磁気センサの出力Ｍｘ（ｎ）、Ｍｙ
（ｎ）、Ｍｚ（ｎ）から演算して得られた仮のヨー角を
Φ（ｎ）、１単位時間過去の仮のヨー角をΦ（ｎ−１）
とし、前記ジャイロの出力Ｇｘ（ｎ）、Ｇｙ（ｎ）、Ｇ
ｚ（ｎ）から演算して得られた仮のロール角をＸ
（ｎ）、仮のピッチ角をＹ（ｎ）、仮のヨー角をＺ
（ｎ）、任意の自然数をＣとすると、数１乃至数６によ
って定義される移動平均値の差［Ｒavr（ｎ）−Ｘavr
（ｎ）］、［Ｐavr（ｎ）−Ｙavr（ｎ）］、［Φavr
（ｎ）−Ｚavr（ｎ）］のいずれかがほぼ０の時、それ
に対応する仮の姿勢角Ｒ・Ｐ・Φは正しいと判別するこ
とを特徴とする姿勢角検出装置。 【数１】 【数２】 【数３】 【数４】 【数５】 【数６】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11165254A JP2000356520A (ja) | 1999-06-11 | 1999-06-11 | 姿勢角検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11165254A JP2000356520A (ja) | 1999-06-11 | 1999-06-11 | 姿勢角検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000356520A true JP2000356520A (ja) | 2000-12-26 |
Family
ID=15808832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11165254A Pending JP2000356520A (ja) | 1999-06-11 | 1999-06-11 | 姿勢角検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000356520A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1999
- 1999-06-11 JP JP11165254A patent/JP2000356520A/ja active Pending
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