JP2003106840A - Rotary angle detector, voice reproducer and head- mounted display device - Google Patents

Rotary angle detector, voice reproducer and head- mounted display device

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JP2003106840A
JP2003106840A JP2001305527A JP2001305527A JP2003106840A JP 2003106840 A JP2003106840 A JP 2003106840A JP 2001305527 A JP2001305527 A JP 2001305527A JP 2001305527 A JP2001305527 A JP 2001305527A JP 2003106840 A JP2003106840 A JP 2003106840A
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angular velocity
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裕司 山田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect a rotary angle from the output of an angular velocity sensor. SOLUTION: A low-pass filter 22 takes out the necessary component of a band from the output of the angular velocity sensor 10. The output signal Do of the filter 22 is supplied to a low-pass filter 31, which detects a low-frequency component and supplies its output to a rotary deciding unit 32, which decides whether an element 1 to be detected is rotated or not. When the element 1 is stopped, the low-frequency component of the output of the filter 31 is written as an offset value in a ring buffer 34. When the element 1 is rotated, the writing of the low-frequency component of the output of the filter 31 in the buffer 34 is stopped, and the offset values of a plurality of samples written in the buffer 34 are read. The mean value of the offset values of the plurality of the samples is calculated, its calculated result Ds is subtracted from the signal Do, and the subtracted result Dv is integrated by an integrating circuit 51.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、被検出体の回転
角速度を検出する角速度センサを用いた回転角検出装
置、および回転角検出装置を備える音声再生装置や頭部
装着型ディスプレイ装置などの電子機器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotation angle detecting device using an angular velocity sensor for detecting a rotation angular velocity of a detection object, and an electronic device such as a voice reproducing device or a head mounted display device having the rotation angle detecting device. Regarding equipment.

【0002】[0002]

【従来の技術】角速度センサの出力の角速度検出信号を
積分して、被検出体の回転角(回転角度)を検出するこ
とは、様々な分野で行われ、考えられている。
2. Description of the Related Art Integrating an angular velocity detection signal output from an angular velocity sensor to detect a rotation angle (rotation angle) of an object to be detected has been performed and considered in various fields.

【0003】例えば、ヘッドホンに角速度センサを取り
付けて、ヘッドホンを装着したリスナ頭部の回転を検出
し、その検出結果に応じて音声信号を処理することによ
って、リスナが左右の方向に向いても、音声信号の音像
をリスナ頭外の任意の固定した位置に定位させて、その
位置にスピーカが配置されている場合と同等の音場が得
られるようにすることが考えられている。
For example, by attaching an angular velocity sensor to the headphones, detecting the rotation of the listener's head wearing the headphones, and processing the audio signal according to the detection result, even if the listener faces left and right, It is considered that the sound image of the audio signal is localized at an arbitrary fixed position outside the listener's head so that a sound field equivalent to that when a speaker is arranged at that position can be obtained.

【0004】また、カーナビゲーションシステムでは、
車の進行方向の変化を検出することによって正しい進行
方向を算出し、これと車速センサの出力とによって、あ
るいは衛星を利用して位置を知るGPS(Global
PositioningSystem)とを併用し
て、現在位置を算出している。
In the car navigation system,
The correct traveling direction is calculated by detecting a change in the traveling direction of the vehicle, and the GPS (Global) is used to know the position by using this and the output of the vehicle speed sensor.
(Positioning System) is used together to calculate the current position.

【0005】しかし、角速度センサの出力の角速度検出
信号中には、オフセット成分として、直流に近い非常に
低い周波数の成分が含まれており、しかも、そのオフセ
ット成分のレベルは、角速度センサごとにばらつき、温
度などの環境の変化によって変動する。
However, the angular velocity detection signal output from the angular velocity sensor includes a component having a very low frequency close to DC as an offset component, and the level of the offset component varies from one angular velocity sensor to another. Fluctuates due to changes in environment such as temperature.

【0006】そのため、角速度センサの出力の角速度検
出信号を、そのまま積分して回転角を検出すると、被検
出体が静止しているときでも、回転しているものとして
検出されてしまうとともに、被検出体が回転していると
きにおいても、その回転角を正確に検出することができ
ない。そのため、角速度センサの出力の角速度検出信号
から、このオフセット成分を除去する必要がある。
Therefore, if the angular velocity detection signal output from the angular velocity sensor is integrated as it is to detect the rotation angle, it will be detected as being rotating even when the object to be detected is stationary, and the object to be detected will be detected. Even when the body is rotating, its rotation angle cannot be accurately detected. Therefore, it is necessary to remove this offset component from the angular velocity detection signal output from the angular velocity sensor.

【0007】図6は、このオフセット成分を除去する従
来の回転角検出装置を示す。この回転角検出装置では、
角速度センサ10の出力信号が、A/Dコンバータ21
でデジタルデータに変換されて、ローパスフィルタ22
を通じて取り出される。ローパスフィルタ22は、角速
度センサ10の出力信号から必要な帯域の成分を取り出
すもので、そのカットオフ周波数は、例えば100Hz
とされる。
FIG. 6 shows a conventional rotation angle detecting device for removing this offset component. With this rotation angle detection device,
The output signal of the angular velocity sensor 10 is the A / D converter 21.
Is converted into digital data by the low-pass filter 22.
Taken out through. The low-pass filter 22 extracts a component in a required band from the output signal of the angular velocity sensor 10, and its cutoff frequency is, for example, 100 Hz.
It is said that

【0008】このローパスフィルタ22から取り出され
た角速度検出信号Doが、ハイパスフィルタ101に供
給されて、オフセット成分である低周波成分が除去され
る。ハイパスフィルタ101のカットオフ周波数は、例
えば0.01Hzとされる。
The angular velocity detection signal Do extracted from the low-pass filter 22 is supplied to the high-pass filter 101, and the low frequency component which is the offset component is removed. The cutoff frequency of the high pass filter 101 is, for example, 0.01 Hz.

【0009】しかし、オフセット成分を除去するため
に、角速度検出信号Doをハイパスフィルタ101を通
じて取り出すと、図7に示すように、ハイパスフィルタ
101の出力の角速度検出信号DpにバックラッシュB
を生じ、これが積分回路103で積分されると、大きな
誤差となる。
However, when the angular velocity detection signal Do is taken out through the high-pass filter 101 in order to remove the offset component, the backlash B is added to the angular velocity detection signal Dp output from the high-pass filter 101 as shown in FIG.
Occurs, and when this is integrated by the integrating circuit 103, a large error occurs.

【0010】そのため、ハイパスフィルタ101の出力
の角速度検出信号Dpは、低レベル除去回路102に供
給されて、角速度検出信号Dp中の、図7においてレベ
ル範囲Lで示す低レベル信号が除去され、その除去後の
角速度検出信号Dqが、積分回路103で積分される。
Therefore, the angular velocity detection signal Dp output from the high-pass filter 101 is supplied to the low level removing circuit 102, and the low level signal indicated by the level range L in FIG. 7 in the angular velocity detection signal Dp is removed. The angular velocity detection signal Dq after removal is integrated by the integration circuit 103.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6の
従来の回転角検出装置では、ハイパスフィルタ101に
よって、もとの角速度検出信号Doからオフセット成分
を除去するため、オフセット成分除去後の角速度検出信
号DpにバックラッシュBを生じ、このバックラッシュ
Bを除去するために、低レベル除去回路102によっ
て、オフセット成分除去後の角速度検出信号Dp中の低
レベル信号を除去するため、オフセット成分ではない角
速度検出成分も一部、失われてしまって、回転角を高精
度で検出することができない。
However, in the conventional rotation angle detection device of FIG. 6, since the high-pass filter 101 removes the offset component from the original angular velocity detection signal Do, the angular velocity detection signal after the offset component is removed. A backlash B is generated in Dp, and in order to remove the backlash B, the low-level removal circuit 102 removes the low-level signal in the angular velocity detection signal Dp after the offset component is removed, so that the angular velocity detection which is not the offset component is performed. Some components are also lost, and the rotation angle cannot be detected with high accuracy.

【0012】ハイパスフィルタ101の時定数を大きく
してバックラッシュBを抑え、低レベル除去回路102
で低レベル信号を除去することなく、ハイパスフィルタ
101の出力の角速度検出信号Dpを、そのまま積分回
路103で積分することも考えられる。しかし、そうす
ると、ハイパスフィルタ101が定常状態に達するのに
時間がかかり、その間は、オフセット成分を除去するこ
とができなくなり、回転角を検出することができなくな
る。
The time constant of the high pass filter 101 is increased to suppress the backlash B, and the low level removing circuit 102
It is also possible to integrate the angular velocity detection signal Dp of the output of the high-pass filter 101 as it is in the integrating circuit 103 without removing the low level signal. However, in that case, it takes time for the high-pass filter 101 to reach a steady state, and during that time, the offset component cannot be removed and the rotation angle cannot be detected.

【0013】そこで、この発明は、角速度センサを用い
た回転角検出装置において、回転角を高精度で検出する
ことができるようにしたものである。
Therefore, the present invention is directed to a rotation angle detecting device using an angular velocity sensor, which is capable of detecting the rotation angle with high accuracy.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】この発明の回転角検出装
置は、被検出体の回転角速度を検出する角速度センサの
出力信号から、低周波成分を検出するローパスフィルタ
と、その検出された低周波成分が、オフセット値とし
て、複数サンプル分、書き込まれる記憶部と、前記角速
度センサの出力信号から、前記被検出体が回転している
か否かを判定する回転判定部と、この回転判定部によっ
て前記被検出体が回転していないと判定されたときに
は、前記ローパスフィルタによって検出された低周波成
分を、オフセット値として前記記憶部に書き込み、前記
回転判定部によって前記被検出体が回転していると判定
されたときには、前記記憶部への低周波成分の書き込み
を停止し、前記記憶部から複数サンプル分のオフセット
値を読み出す制御部と、前記記憶部から読み出された複
数サンプル分のオフセット値の平均値を算出し、その算
出結果を前記角速度センサの出力信号から減算し、その
減算結果を積分する演算部と、を備えるものとする。
A rotation angle detecting device of the present invention is a low-pass filter for detecting a low frequency component from an output signal of an angular velocity sensor for detecting a rotation angular velocity of an object to be detected, and the detected low frequency filter. The component is a storage unit in which a plurality of samples are written as an offset value, a rotation determination unit that determines whether the detected object is rotating from the output signal of the angular velocity sensor, and the rotation determination unit When it is determined that the detected object is not rotating, the low-frequency component detected by the low-pass filter is written in the storage unit as an offset value, and the detected object is rotating by the rotation determination unit. When it is determined, the control unit that stops the writing of the low frequency component to the storage unit and reads the offset values for a plurality of samples from the storage unit. An arithmetic unit that calculates an average value of offset values for a plurality of samples read from the storage unit, subtracts the calculation result from the output signal of the angular velocity sensor, and integrates the subtraction result. .

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】〔回転角検出装置の実施形態…図
1および図2〕図1は、この発明の回転角検出装置の一
実施形態を示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [Embodiment of Rotation Angle Detection Device ... FIGS. 1 and 2] FIG. 1 shows an embodiment of a rotation angle detection device of the present invention.

【0016】被検出体1には、その回転角速度を検出す
る、圧電振動ジャイロなどの角速度センサ10を取り付
ける。角速度センサ10の出力の角速度検出信号中に
は、オフセット成分として、直流に近い非常に低い周波
数の成分が含まれており、しかも、そのオフセット成分
のレベルは、角速度センサごとにばらつき、温度などの
環境の変化によって変動する。
An angular velocity sensor 10 such as a piezoelectric vibrating gyro that detects the angular velocity of rotation is attached to the object to be detected 1. The angular velocity detection signal output from the angular velocity sensor 10 includes a component having a very low frequency close to direct current as an offset component, and the level of the offset component varies from one angular velocity sensor to another, the temperature, etc. It fluctuates due to changes in the environment.

【0017】この角速度センサ10の出力信号は、A/
Dコンバータ21でデジタルデータに変換して、ローパ
スフィルタ22を通じて取り出す。ローパスフィルタ2
2は、角速度センサ10の出力信号から必要な帯域の成
分を取り出すもので、そのカットオフ周波数は、例えば
100Hzとする。
The output signal of the angular velocity sensor 10 is A /
It is converted into digital data by the D converter 21 and taken out through the low pass filter 22. Low pass filter 2
Reference numeral 2 is for extracting a component in a required band from the output signal of the angular velocity sensor 10, and its cutoff frequency is, for example, 100 Hz.

【0018】このローパスフィルタ22から取り出され
た角速度検出信号Doは、オフセット検出部30内のロ
ーパスフィルタ31に供給して、低周波成分を検出す
る。ローパスフィルタ31のカットオフ周波数は、例え
ば、0.125Hz〜0.002Hzの範囲内で選定す
る。
The angular velocity detection signal Do extracted from the low pass filter 22 is supplied to the low pass filter 31 in the offset detecting section 30 to detect a low frequency component. The cutoff frequency of the low-pass filter 31 is selected within the range of 0.125 Hz to 0.002 Hz, for example.

【0019】同時に、ローパスフィルタ22から取り出
された角速度検出信号Doを、オフセット検出部30内
の回転判定部32に供給して、回転判定部32によっ
て、角速度検出信号Doの変化の程度から、被検出体1
が回転しているか否かを判定する。
At the same time, the angular velocity detection signal Do extracted from the low-pass filter 22 is supplied to the rotation determination unit 32 in the offset detection unit 30, and the rotation determination unit 32 determines the degree of change in the angular velocity detection signal Do from the detected value. Detecting body 1
It is determined whether or not is rotating.

【0020】具体的に、回転判定部32では、デジタル
データである角速度検出信号Doの1サンプルごとに、
そのサンプル値を直前のサンプル値と比較して、両者の
間の変化が所定の閾値以内であるときには、被検出体1
が静止していると判定し、両者の間の変化が所定の閾値
を超えるときには、被検出体1が回転していると判定す
るように、回転判定部32を構成する。
Specifically, in the rotation determination section 32, for each sample of the angular velocity detection signal Do which is digital data,
The sample value is compared with the immediately preceding sample value, and when the change between the two is within a predetermined threshold value, the detected object 1
The rotation determination unit 32 is configured to determine that the detection target 1 is rotating when it is determined that the detection target 1 is stationary and the change between the two exceeds a predetermined threshold value.

【0021】この回転判定部32の判定結果は、バッフ
ァ制御部33に供給し、バッファ制御部33では、回転
判定部32によって被検出体1が静止していると判定さ
れたときには、そのときローパスフィルタ31によって
検出された低周波成分を、オフセット値としてリングバ
ッファ34に書き込む。
The determination result of the rotation determination unit 32 is supplied to the buffer control unit 33, and when the rotation determination unit 32 determines that the object to be detected 1 is stationary, the buffer control unit 33 low-passes at that time. The low frequency component detected by the filter 31 is written in the ring buffer 34 as an offset value.

【0022】リングバッファ34は、例えば、図2に示
すように、最大16サンプル分のオフセット値を書き込
むことができ、16サンプル分が書き込まれたときに
は、古いものから順に消去されて、新しいものが書き込
まれるように構成する。
For example, as shown in FIG. 2, the ring buffer 34 can write a maximum of 16 samples of offset values. When 16 samples are written, the oldest ones are erased and the newest ones are erased. Configure to be written.

【0023】バッファ制御部33では、回転判定部32
によって被検出体1が回転していると判定されたときに
は、そのときローパスフィルタ31によって検出された
低周波成分のリングバッファ34への書き込みを停止
し、リングバッファ34から、これに書き込まれている
最大16サンプル分のオフセット値を読み出す。
In the buffer control unit 33, the rotation determination unit 32
When it is determined that the detected object 1 is rotating, the writing of the low-frequency component detected by the low-pass filter 31 to the ring buffer 34 at that time is stopped, and the low-frequency component is written to the ring buffer 34. The offset value for a maximum of 16 samples is read.

【0024】そして、平均化処理部35で、このリング
バッファ34から読み出された最大16サンプル分のオ
フセット値の平均値を算出し、加算回路40で、この平
均化処理部35の算出結果の信号Dsを、信号検出部2
0のローパスフィルタ22からの角速度検出信号Do中
のオフセット成分として、角速度検出信号Doから減算
し、その減算結果の信号Dvを、オフセット成分除去後
の角速度検出信号として、積分回路51で積分する。
Then, the averaging processing unit 35 calculates the average value of the offset values of up to 16 samples read from the ring buffer 34, and the adding circuit 40 calculates the calculation result of the averaging processing unit 35. The signal Ds is transferred to the signal detector 2
An offset component in the angular velocity detection signal Do from the low pass filter 22 of 0 is subtracted from the angular velocity detection signal Do, and the subtraction result signal Dv is integrated by the integration circuit 51 as the angular velocity detection signal after the offset component is removed.

【0025】被検出体1が静止しているときの、ローパ
スフィルタ31によって検出された低周波成分は、角速
度センサごとのばらつきや、温度などの環境の変化にか
かわらず、角速度センサ10の出力の角速度検出信号D
o中のオフセット成分に等しいのに対して、被検出体1
が回転しているときの、ローパスフィルタ31によって
検出された低周波成分は、角速度検出成分を含み、オフ
セット成分と一致しない。
The low-frequency component detected by the low-pass filter 31 when the object to be detected 1 is stationary is the output of the angular velocity sensor 10 regardless of variations among the angular velocity sensors and changes in environment such as temperature. Angular velocity detection signal D
While it is equal to the offset component in o, the detected object 1
The low-frequency component detected by the low-pass filter 31 when is rotating includes the angular velocity detection component and does not match the offset component.

【0026】上述した回転角検出装置では、この被検出
体1が静止しているときの、オフセット成分に等しい低
周波成分のみを、リングバッファ34に書き込み、被検
出体1が回転しているときには、直前の被検出体1が静
止していたときの低周波成分を、リングバッファ34か
ら読み出して、その平均値を、角速度センサ10の出力
の角速度検出信号Doから減算するので、オフセット成
分を確実かつ正確に除去することができ、回転角を高精
度で検出することができる。
In the above-described rotation angle detecting device, only the low frequency component equal to the offset component when the detected body 1 is stationary is written in the ring buffer 34, and when the detected body 1 is rotating. , The low-frequency component when the detected object 1 immediately before is stationary is read from the ring buffer 34, and the average value thereof is subtracted from the angular velocity detection signal Do output from the angular velocity sensor 10, so that the offset component is ensured. And it can be removed accurately and the rotation angle can be detected with high accuracy.

【0027】ローパスフィルタ31の時定数は、制御信
号Scによって変更できるようにし、被検出体1を備
え、当該の回転角検出装置が設けられる電子機器の、電
源投入時などの動作開始時には、時定数を小さくし、そ
の後、次第に時定数を大きくする。
The time constant of the low-pass filter 31 can be changed by the control signal Sc, and the time constant is set at the time of starting the operation of the electronic equipment including the detected object 1 and provided with the rotation angle detecting device, such as when the power is turned on. Decrease the constant and then gradually increase the time constant.

【0028】これによって、電子機器の動作開始時、短
時間でローパスフィルタ31を安定状態に収束させるこ
とができ、短時間で回転角の高精度の検出を開始するこ
とができる。
Thus, when the operation of the electronic device is started, the low-pass filter 31 can be converged to a stable state in a short time, and highly accurate detection of the rotation angle can be started in a short time.

【0029】出力処理部50では、必要に応じて、積分
回路51の出力の回転角検出信号を、方位変換部52に
供給して、被検出体1の基準方位に対する回転方向およ
び回転角を、被検出体1の方位として検出する。
In the output processing section 50, the rotation angle detection signal output from the integration circuit 51 is supplied to the azimuth conversion section 52 as necessary to determine the rotation direction and the rotation angle of the detected object 1 with respect to the reference azimuth. The direction of the detected object 1 is detected.

【0030】〔音声再生装置の実施形態…図3および図
4〕この発明の回転角検出装置は、例えば、ヘッドホン
によって音声を聴取し、かつリスナ頭外の任意の固定し
た位置に音像を定位させる音声再生装置に用いることが
できる。
[Embodiment of Audio Reproducing Device ... FIGS. 3 and 4] The rotation angle detecting device of the present invention, for example, listens to audio by headphones and localizes a sound image at an arbitrary fixed position outside the listener's head. It can be used for an audio reproducing device.

【0031】図3は、その原理を示し、リスナ3がヘッ
ドホン5を装着して、その左右の音響変換器5Lおよび
5Rによって音声を聴取し、リスナ3が左右の方向に向
いても、音声信号の音像を、例えば、リスナ前方の正中
面上の音源7で示す位置に定位させて、その位置にスピ
ーカが配置されている場合と同等の音場を得るものであ
る。この場合、音源7からリスナ3の左耳3Lおよび右
耳3Rに至る伝達関数をHLおよびHRとする。
FIG. 3 shows the principle thereof, in which the listener 3 wears the headphones 5 and listens to the sound with the left and right acoustic transducers 5L and 5R. Is localized at a position indicated by the sound source 7 on the median surface in front of the listener, and a sound field equivalent to that when a speaker is arranged at that position is obtained. In this case, the transfer functions from the sound source 7 to the left ear 3L and the right ear 3R of the listener 3 are HL and HR.

【0032】図4は、この場合の、この発明の音声再生
装置の一実施形態を示し、ヘッドホン5には角速度セン
サ10を取り付け、この角速度センサ10の出力信号
を、図1に示した構成の回転角検出装置60に供給し
て、ヘッドホン5を装着したリスナ頭部の回転を検出す
る。
FIG. 4 shows an embodiment of the audio reproducing apparatus of the present invention in this case. An angular velocity sensor 10 is attached to the headphones 5, and the output signal of the angular velocity sensor 10 has the configuration shown in FIG. The rotation angle detection device 60 is supplied to detect the rotation of the listener's head wearing the headphones 5.

【0033】この場合、回転角検出装置60の出力処理
部50からは、そのときのリスナ頭部の方位(向き)θ
の、図3の音源7の方位θ0からの回転方向および回転
角が検出されるようにする。
In this case, from the output processing unit 50 of the rotation angle detection device 60, the azimuth (direction) θ of the listener's head at that time is given.
The rotation direction and rotation angle of the sound source 7 from the azimuth θ0 in FIG. 3 are detected.

【0034】この実施形態では、それぞれリスナ頭部の
方位θがθ0,θ1,θ2,‥‥θnのときの、図3の
音源7からリスナ3の左耳3Lに至る伝達関数HL(θ
0),HL(θ1),HL(θ2),‥‥HL(θn)
および音源7からリスナ3の右耳3Rに至る伝達関数H
R(θ0),HR(θ1),HR(θ2),‥‥HR
(θn)に相当するインパルス応答を畳み込むデジタル
フィルタ71−0,71−1,71−2,‥‥71−n
および72−0,72−1,72−2,‥‥72−nを
設け、入力デジタル音声信号Diを、デジタルフィルタ
71−0,71−1,71−2,‥‥71−nおよび7
2−0,72−1,72−2,‥‥72−nに供給す
る。θ1,θ2,‥‥θnは、θ0の方位から右回り方
向および左回り方向に等角間隔で設定する。
In this embodiment, the transfer function HL (θ from the sound source 7 of FIG. 3 to the left ear 3L of the listener 3 when the heading θ of the listener is θ0, θ1, θ2, ...
0), HL (θ1), HL (θ2), ... HL (θn)
And a transfer function H from the sound source 7 to the right ear 3R of the listener 3.
R (θ0), HR (θ1), HR (θ2), ... HR
Digital filters 71-0, 71-1, 71-2, ... 71-n for convolving the impulse response corresponding to (θn)
, 72-0, 72-1, 72-2, ... 72-n, and the input digital audio signal Di is fed to the digital filters 71-0, 71-1, 71-2 ,.
2-0, 72-1, 72-2, ... 72-n. θ1, θ2, ... θn are set at equal angular intervals in the clockwise direction and the counterclockwise direction from the azimuth of θ0.

【0035】そして、セレクタ73Lによって、デジタ
ルフィルタ71−0,71−1,71−2,‥‥71−
nのうちの、回転角検出装置60からの検出信号によっ
て示される、そのときのリスナ頭部の方位θに最も近い
方位に対応するフィルタの出力信号を、ヘッドホン5の
左側の音響変換器5Lに供給されるべき音声信号として
取り出し、セレクタ73Rによって、デジタルフィルタ
72−0,72−1,72−2,‥‥72−nのうち
の、回転角検出装置60からの検出信号によって示され
る、そのときのリスナ頭部の方位θに最も近い方位に対
応するフィルタの出力信号を、ヘッドホン5の右側の音
響変換器5Rに供給されるべき音声信号として取り出
す。
Then, by the selector 73L, the digital filters 71-0, 71-1, 71-2, ... 71-
Of the n, the output signal of the filter corresponding to the azimuth closest to the azimuth θ of the listener's head at that time, which is indicated by the detection signal from the rotation angle detection device 60, is output to the acoustic transducer 5L on the left side of the headphones 5. It is taken out as an audio signal to be supplied, and selected by the selector 73R among the digital filters 72-0, 72-1, 72-2, ... 72-n, which is indicated by the detection signal from the rotation angle detection device 60. The output signal of the filter corresponding to the azimuth closest to the azimuth θ of the listener's head at this time is extracted as an audio signal to be supplied to the acoustic transducer 5R on the right side of the headphones 5.

【0036】セレクタ73Lおよび73Rの出力のデジ
タル音声信号は、D/Aコンバータ74Lおよび74R
でアナログ音声信号に変換し、その2系統のアナログ音
声信号を、音声増幅回路75Lおよび75Rで増幅し
て、ヘッドホン5の左右の音響変換器5Lおよび5Rに
供給する。
The digital audio signals output from the selectors 73L and 73R are D / A converters 74L and 74R.
Is converted into an analog audio signal by, and the two systems of analog audio signals are amplified by the audio amplifier circuits 75L and 75R and supplied to the left and right acoustic transducers 5L and 5R of the headphone 5.

【0037】この場合、音声再生装置の電源投入時など
の動作開始時、回転角検出装置60の図1に示したロー
パスフィルタ31によって低周波成分が検出されるまで
の間は、回転角検出装置60から正確な検出信号が得ら
れず、音声信号Diの音像が所期の位置に定位されなく
なる。
In this case, at the time of starting the operation of the sound reproducing device such as when the power is turned on, until the low frequency component is detected by the low pass filter 31 shown in FIG. An accurate detection signal cannot be obtained from 60, and the sound image of the audio signal Di cannot be localized at a desired position.

【0038】そこで、制御信号Scによって音声増幅回
路75Lおよび75Rを制御して、音声再生装置の動作
開始時、回転角検出装置60の図1に示したローパスフ
ィルタ31によって低周波成分が検出されるまでの間
は、音声出力を無音状態とする。
Therefore, the control signal Sc controls the audio amplifying circuits 75L and 75R so that the low frequency component is detected by the low-pass filter 31 shown in FIG. 1 of the rotation angle detecting device 60 when the operation of the audio reproducing device is started. Until that time, the audio output is silenced.

【0039】〔頭部装着型ディスプレイ装置の実施形態
…図5〕この発明の回転角検出装置は、例えば、頭部装
着型ディスプレイ装置、いわゆるHMD(Head M
ounted Display)に用いることができ
る。
[Embodiment of Head-Mounted Display Device ... FIG. 5] A rotation angle detection device of the present invention is, for example, a head-mounted display device, so-called HMD (Head M).
It can be used for the mounted display).

【0040】図5は、この発明の頭部装着型ディスプレ
イ装置の一実施形態を示す。頭部装着型ディスプレイ装
置の頭部装着部81は、使用者9の眼前に位置する本体
部82と、これを使用者9の耳にかけるアーム部83L
および83Rとからなり、本体部82に液晶パネルなど
の映像表示部85Lおよび85Rが設けられる。
FIG. 5 shows an embodiment of the head-mounted display device of the present invention. The head-mounted part 81 of the head-mounted display device includes a body part 82 located in front of the eyes of the user 9 and an arm part 83L for putting the body part 82 on the ears of the user 9.
And 83R, the main body 82 is provided with image display portions 85L and 85R such as a liquid crystal panel.

【0041】この頭部装着部81に角速度センサ10を
取り付けて、図1に示した構成の回転角検出装置60を
設け、頭部装着部81を装着した使用者頭部の回転を検
出する。
The angular velocity sensor 10 is attached to the head mounting portion 81, the rotation angle detecting device 60 having the configuration shown in FIG. 1 is provided, and the rotation of the head of the user wearing the head mounting portion 81 is detected.

【0042】この場合、回転角検出装置60の出力処理
部50からは、そのときの使用者頭部の方位(向き)
の、図5において使用者9の正面の方位からの回転方向
および回転角が検出されるようにする。
In this case, from the output processing unit 50 of the rotation angle detecting device 60, the azimuth (orientation) of the user's head at that time.
In FIG. 5, the rotation direction and the rotation angle from the azimuth in front of the user 9 are detected.

【0043】一方、入力端子91Lおよび91Rに得ら
れるデジタル映像信号SLおよびSRを、映像処理部9
2Lおよび92Rに供給する。
On the other hand, the digital video signals SL and SR obtained at the input terminals 91L and 91R are transferred to the video processing unit 9
Supply to 2L and 92R.

【0044】映像処理部92Lおよび92Rは、画像メ
モリを備え、回転角検出装置60からの検出信号によっ
て、映像信号SLおよびSRの画像メモリへの書き込
み、および画像メモリからの読み出しを制御することに
よって、後述のように、頭部装着部81の映像表示部8
5Lおよび85Rに表示される映像を、それぞれの表示
画面86Lおよび86R上で左右方向に移動させること
ができるように構成する。
The video processing units 92L and 92R are provided with an image memory, and control the writing of the video signals SL and SR to the image memory and the reading from the image memory by the detection signal from the rotation angle detecting device 60. As described later, the image display unit 8 of the head mounting unit 81.
The images displayed on 5L and 85R can be moved in the left-right direction on the respective display screens 86L and 86R.

【0045】映像処理部92Lおよび92Rからの映像
信号は、D/Aコンバータ93Lおよび93Rでアナロ
グ映像信号に変換し、そのアナログ映像信号を、表示駆
動部94Lおよび94Rに供給し、表示駆動部94Lお
よび94Rによって、映像表示部85Lおよび85Rを
駆動する。
The video signals from the video processing units 92L and 92R are converted into analog video signals by the D / A converters 93L and 93R, and the analog video signals are supplied to the display drive units 94L and 94R, and the display drive unit 94L. And 94R drive the image display portions 85L and 85R.

【0046】使用者9が図5のように正面を向いた状態
から、左方向に向いたときには、映像処理部92Lおよ
び92Rでの処理によって、映像表示部85Lおよび8
5Rの表示画面86Lおよび86R上の、使用者頭部の
回転角に応じて右側に移動した位置に、それぞれ映像が
表示されるようにし、逆に、使用者9が図5のように正
面を向いた状態から、右方向に向いたときには、映像処
理部92Lおよび92Rでの処理によって、映像表示部
85Lおよび85Rの表示画面86Lおよび86R上
の、使用者頭部の回転角に応じて左側に移動した位置
に、それぞれ映像が表示されるようにする。
When the user 9 turns to the left from the state of facing the front as shown in FIG. 5, the image display sections 85L and 85L are processed by the image processing sections 92L and 92R.
On the display screens 86L and 86R of the 5R, the images are displayed at the positions moved to the right in accordance with the rotation angle of the user's head, and conversely, the user 9 turns the front as shown in FIG. When facing the right direction from the facing state, by the processing in the image processing units 92L and 92R, the image is moved to the left side according to the rotation angle of the user's head on the display screens 86L and 86R of the image display units 85L and 85R. Images should be displayed at the moved positions.

【0047】これによって、使用者9は、映像表示部8
5Lおよび85Rが設けられた頭部装着部81を装着し
た状態で、左右の方向に向いても、正面の固定された位
置に映像が表示されているように映像を見ることができ
る。
As a result, the user 9 has the image display unit 8
With the head mounting portion 81 provided with 5L and 85R mounted, even when facing the left and right directions, the image can be viewed as if the image is displayed at a fixed position on the front.

【0048】この場合、頭部装着型ディスプレイ装置の
電源投入時などの動作開始時、回転角検出装置60の図
1に示したローパスフィルタ31によって低周波成分が
検出されるまでの間は、回転角検出装置60から正確な
検出信号が得られず、仮想的な映像表示位置が所期の位
置に定まらなくなる。
In this case, when the head-mounted display device starts operating, such as when the power is turned on, until the low-frequency component is detected by the low-pass filter 31 shown in FIG. An accurate detection signal cannot be obtained from the angle detection device 60, and the virtual image display position cannot be set at the desired position.

【0049】そこで、制御信号Scによって映像処理部
92Lおよび92Rを制御して、頭部装着型ディスプレ
イ装置の動作開始時、回転角検出装置60の図1に示し
たローパスフィルタ31によって低周波成分が検出され
るまでの間は、表示画面86Lおよび86R上で映像表
示位置を移動させずに静止させ、または表示画面86L
および86R上に動作開始時の不安定な状態にある旨の
警告を表示する。
Therefore, by controlling the image processing units 92L and 92R by the control signal Sc, when the head mounted display device starts to operate, the low frequency component of the rotation angle detection device 60 shown in FIG. Until it is detected, the display screens 86L and 86R are made to stand still without moving the video display position or the display screen 86L.
And a warning is displayed on 86R indicating that the operation is in an unstable state.

【0050】この実施形態の頭部装着型ディスプレイ装
置と、図4に示した実施形態の音声再生装置とを組み合
わせれば、視聴者が左右の方向に向いても、常に、視聴
環境の一定位置に映像が表示されているように映像を見
ることができ、視聴環境の一定位置に音像が定位する映
像音声再生システムを構築することができる。
By combining the head-mounted display device according to this embodiment with the audio reproducing device according to the embodiment shown in FIG. 4, even if the viewer turns to the left and right, a constant position of the viewing environment is always maintained. It is possible to construct a video / audio reproduction system in which a video can be viewed as if it is being displayed on the screen, and a sound image is localized at a fixed position in the viewing environment.

【0051】[0051]

【発明の効果】上述したように、この発明によれば、角
速度センサを用いた回転角検出装置において、回転角を
高精度で検出することができる。
As described above, according to the present invention, the rotation angle detecting device using the angular velocity sensor can detect the rotation angle with high accuracy.

【0052】また、低周波成分の検出用のローパスフィ
ルタの時定数を、装置の動作開始時には相対的に小さく
し、その後、相対的に大きくすることによって、装置の
動作開始時、短時間でローパスフィルタを安定状態に収
束させることができ、短時間で回転角の高精度の検出を
開始することができる。
Further, the time constant of the low-pass filter for detecting the low frequency component is made relatively small at the start of the operation of the device, and then made relatively large, so that the low-pass filter can be made in a short time at the start of the operation of the device. The filter can be converged to a stable state, and highly accurate detection of the rotation angle can be started in a short time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の回転角検出装置の一実施形態を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a rotation angle detection device of the present invention.

【図2】図1の回転角検出装置の一部を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a part of the rotation angle detection device of FIG.

【図3】リスナ頭外の位置に音像を定位させる場合の説
明に供する図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a case where a sound image is localized at a position outside the listener's head.

【図4】この発明の音声再生装置の一実施形態を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a sound reproducing device of the present invention.

【図5】この発明の頭部装着型ディスプレイ装置の一実
施形態を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of a head-mounted display device of the present invention.

【図6】従来の回転角検出装置を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a conventional rotation angle detection device.

【図7】図6の回転角検出装置の説明に供する図であ
る。
FIG. 7 is a diagram for explaining the rotation angle detection device of FIG.

【符号の説明】 主要部については図中に全て記述したので、ここでは省
略する。
[Explanation of reference numerals] Since all the main parts are described in the figure, they are omitted here.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被検出体の回転角速度を検出する角速度セ
ンサの出力信号から、低周波成分を検出するローパスフ
ィルタと、 その検出された低周波成分が、オフセット値として、複
数サンプル分、書き込まれる記憶部と、 前記角速度センサの出力信号から、前記被検出体が回転
しているか否かを判定する回転判定部と、 この回転判定部によって前記被検出体が回転していない
と判定されたときには、前記ローパスフィルタによって
検出された低周波成分を、オフセット値として前記記憶
部に書き込み、前記回転判定部によって前記被検出体が
回転していると判定されたときには、前記記憶部への低
周波成分の書き込みを停止し、前記記憶部から複数サン
プル分のオフセット値を読み出す制御部と、 前記記憶部から読み出された複数サンプル分のオフセッ
ト値の平均値を算出し、その算出結果を前記角速度セン
サの出力信号から減算し、その減算結果を積分する演算
部と、 を備える回転角検出装置。
1. A low-pass filter for detecting a low-frequency component from an output signal of an angular velocity sensor for detecting a rotational angular velocity of an object to be detected, and the detected low-frequency component is written as an offset value for a plurality of samples. A storage unit, a rotation determination unit that determines whether or not the detected object is rotating from the output signal of the angular velocity sensor, and when the rotation determination unit determines that the detected object is not rotating. The low-frequency component detected by the low-pass filter is written in the storage unit as an offset value, and when the rotation determination unit determines that the detected object is rotating, the low-frequency component to the storage unit is low. Of the plurality of samples read from the storage unit, and a controller that reads the offset values of the plurality of samples from the storage unit. A rotation angle detection device comprising: an average value of the offset values of the above, a calculation unit that subtracts the calculation result from the output signal of the angular velocity sensor, and integrates the subtraction result.
【請求項2】請求項1の回転角検出装置において、 前記ローパスフィルタの時定数が、装置の動作開始時に
は相対的に小さくされ、その後、相対的に大きくされる
回転角検出装置。
2. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the time constant of the low-pass filter is relatively reduced at the start of operation of the device and then relatively increased.
【請求項3】請求項1または2の回転角検出装置を備え
る音声再生装置であって、前記角速度センサがヘッドホ
ンに取り付けられ、前記回転角検出装置の出力信号によ
って音声信号が制御される音声再生装置。
3. A voice reproducing device comprising the rotation angle detecting device according to claim 1, wherein the angular velocity sensor is attached to headphones, and the voice signal is controlled by an output signal of the rotation angle detecting device. apparatus.
【請求項4】請求項3の音声再生装置において、 装置の動作開始時、前記回転角検出装置の前記ローパス
フィルタによって低周波成分が検出されるまでの間は、
音声出力が無音状態とされる音声再生装置。
4. The audio reproducing device according to claim 3, wherein at the time of starting the operation of the device, until a low frequency component is detected by the low pass filter of the rotation angle detecting device,
An audio reproduction device in which the audio output is silent.
【請求項5】請求項1または2の回転角検出装置を備え
る頭部装着型ディスプレイ装置であって、その頭部装着
部に前記角速度センサが取り付けられ、前記回転角検出
装置の出力信号によって、前記頭部装着部に設けられた
映像表示部上での映像表示が制御される頭部装着型ディ
スプレイ装置。
5. A head-mounted display device comprising the rotation angle detecting device according to claim 1, wherein the angular velocity sensor is attached to the head mounting portion, and an output signal of the rotation angle detecting device is provided. A head-mounted display device in which video display is controlled on a video display section provided in the head-mounted section.
【請求項6】請求項5の頭部装着型ディスプレイ装置に
おいて、 装置の動作開始時、前記回転角検出装置の前記ローパス
フィルタによって低周波成分が検出されるまでの間は、
前記映像表示部上で映像表示位置が静止され、または前
記映像表示部上に警告が表示される頭部装着型ディスプ
レイ装置。
6. The head-mounted display device according to claim 5, wherein at the time of starting the operation of the device, until a low-frequency component is detected by the low-pass filter of the rotation angle detection device,
A head-mounted display device in which a video display position is stationary on the video display unit or a warning is displayed on the video display unit.
【請求項7】請求項1または2の回転角検出装置を備え
る電子機器。
7. An electronic device comprising the rotation angle detecting device according to claim 1.
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