JP2006322898A - 姿勢検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検物の任意の姿勢を検出できると共に簡易な構造で安価な姿勢検出装置を提供する。
【解決手段】 球状の空間２１を有し、姿勢を変化させ得る筐体１１と、空間に内蔵され、球状の表面を有すると共に表面が不均一な光学特性を有し、筐体の姿勢変化に拘わらず重力方向に対して一定の姿勢を保つ球体１２と、球体の表面を照明する照明手段１４,２Ａと、筐体に対して特定された位置に配設され、表面からの光を検知する検知手段３Ａ,４Ａ,５Ａ,１５と、検知手段による検知結果に基づいて、筐体の姿勢に関わる情報を生成する生成手段１６とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被検物の姿勢を検出する姿勢検出装置に関する。

簡易な構造で安価な姿勢検出装置として、被検物側に固定されるケース内部での球体の移動を利用した構成が知られている（例えば特許文献１を参照）。球体の移動空間は複数の平面で囲まれ、被検物と共にケースの姿勢が変化すると、各平面の位置が変化する。そして、球体は、重力にしたがって最も下方の平面に移動する。このため、球体が移動した最も下方の平面を特定することにより、ケースの姿勢（つまり被検物の姿勢）を検出することができる。
特許２９３３４４８号

しかし、上記の姿勢検出装置では、球体の移動空間を取り囲む平面の数や隣り合う平面の成す角度に応じて予め定められた数種類の姿勢（正立,左傾,右傾など）しか検出することができない。
本発明の目的は、被検物の任意の姿勢を検出できると共に簡易な構造で安価な姿勢検出装置を提供することにある。

本発明の姿勢検出装置は、球状の空間を有し、姿勢を変化させ得る筐体と、前記空間に内蔵され、球状の表面を有すると共に前記表面が不均一な光学特性を有し、前記筐体の姿勢変化に拘わらず重力方向に対して一定の姿勢を保つ球体と、前記球体の前記表面を照明する照明手段と、前記筐体に対して特定された位置に配設され、前記表面からの光を検知する検知手段と、前記検知手段による検知結果に基づいて、前記筐体の姿勢に関わる情報を生成する生成手段とを備えたものである。

また、前記筐体と前記球体との間に流体を充填することが好ましい。
さらに、前記球体の前記表面には、前記筐体の姿勢に関わる情報が前記光学特性として形成されていることが好ましい。

本発明の姿勢検出装置によれば、被検物の任意の姿勢を検出できると共に簡易な構造で安価に構成できる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態の姿勢検出装置１０は、図１(ａ)に示す通り、筐体１１と、球体１２と、液体１３と、発光素子１４と、撮像素子１５と、制御回路１６とで構成される。この姿勢検出装置１０は、基板１７に実装された状態で被検物(不図示)側に固定される。基板１７には、発光素子１４と撮像素子１５が載置されている。

筐体１１は、２つの透明部材１Ａ,１Ｂをダボ１Ｃの嵌め合いによって一体化したものであり、固定ネジ１８,１９によって基板１７に固定される。このため、筐体１１は、被検物と共に姿勢を変化させ得る部材となる。透明部材１Ａ,１Ｂは、例えばアクリル製である。
筐体１１の一方の透明部材１Ａには、球状の空間２１と、プリズム面２Ａを有する凹部２２と、レンズ面３Ａを有する凹部２３とが設けられる。他方の透明部材１Ｂには、レンズ面４Ａを有する凹部２４と、レンズ面５Ａを有する凹部２５と、プリズム面１Ｄとが設けられる。そして、透明部材１Ａ,１Ｂを一体化させると、レンズ面３Ａ,４Ａの光軸が合致するようになっている。

また、筐体１１を基板１７に固定したとき、プリズム面２Ａを有する凹部２２には発光素子１４が配置され、レンズ面５Ａを有する凹部２５には撮像素子１５が配置される。このとき、プリズム面２Ａは発光素子１４の近傍に位置し、レンズ面５Ａは撮像素子１５の近傍に位置する。
さらに、透明部材１Ａ,１Ｂの間には遮光部材２６が配置され、発光素子１４と撮像素子１５とを分離している。遮光部材２６は上記のダボ１Ｃによって貫通され、透明部材１Ａ,１Ｂを一体化させると同時に位置合わせが行われる。遮光部材２６を設けたことにより、透明部材１Ａの内部での乱反射などに起因する迷光が透明部材１Ｂの方へ入射する事態を回避でき、コントラストの高い撮像を行える。

上記の筐体１１に対し、球体１２は、透明部材１Ａの空間２１に内蔵され、筐体１１の姿勢変化に拘わらず重力方向に対して一定の姿勢を保つようになっている。そのため、球体１２の内部には、中心２Ｃから外れた位置に錘２Ｄが配置される。錘２Ｄを偏心配置したことにより、球体１２の重心も偏心状態となる。そして、球体１２は、錘２Ｄの力によって姿勢が制限され、常に、中心２Ｃと重心とを結ぶ軸２Ｅが重力方向に一致する。

図２(ａ)〜(ｄ)に筐体１１の姿勢変化の一例を示す。この図からも分かるように、球体１２の姿勢は重力方向に対して常に一定である。図２(ａ)〜(ｄ)における筐体１１の姿勢変化は、重力方向に垂直な軸（ここでは紙面に垂直な軸）を中心とした回転に相当する。例えば図２(ａ)の姿勢から図２(ｂ)の姿勢への変化は、紙面に垂直な軸を中心とした９０度回転である。

また、筐体１１の姿勢が変化するときに、その空間２１の内部で球体１２が円滑に相対回転できるように、筐体１１と球体１２との間隙には液体１３（図１(ａ)）が充填される。液体１３には、粘性が少なく潤滑性のある液体（水やオイルなど）を用いることが好ましい。特に、低温環境での使用が想定される場合には、低温でも粘性の増加が少ない低温用オイルを用いることが好ましい。

液体１３の充填は、上記した球体１２の相対回転の円滑化に加えて、空間２１の内部における球体１２の振動防止にも効果を発揮する。姿勢検出装置１０を例えばカメラや車などに搭載した場合、シャッターレリーズや路面の凹凸などに起因して瞬間的な衝撃が発生しやすい。この場合でも、液体１３を充填しておくことによって、球体１２の振動（横揺れ）を確実に軽減することができる。

さらに、球体１２の振動をより軽減するためには、筐体１１と球体１２との間隙の平均的な片側厚さｔ（図１(ｂ)）を、球体１２の直径ｄ（例えば５ｍｍ程度）に対して十分に小さくすることが好ましい。具体的には、間隙の片側厚さｔを直径ｄの例えば５％以下とすることが考えられる。この場合、球体１２の振動をより軽減することができ、外乱時にも、空間２１に対する球体１２の同心状態を維持することができる。

球体１２は、例えば不透明な物質からなり、その球状の表面全体には、図３(ａ)に示すような多数のドット状の濃度パターン３１が規則的に形成されている。濃度パターン３１は、光吸収性を有し、周囲と比較して反射率が低い。このように、球体１２の表面では、濃度パターン３１の有無に応じて反射率の異なる部分（パターン）が分布して、不均一な光学特性を構成している。姿勢検出は、このパターンを指標に行われる。

筐体１１の空間２１に内蔵された球体１２の表面を照明するため、筐体１１の透明部材１Ａにはプリズム面２Ａが形成され、その近傍に発光素子１４が配置される。発光素子１４は制御回路１６からの制御信号に応じて点灯する。発光素子１４からの光は、プリズム面２Ａに斜め方向から入射して屈折し、透明部材１Ａの内部に導かれる。そして透明部材１Ａを通過した後、液体１３を介して球体１２の表面に入射する。このとき、球体１２の表面は、上記のレンズ面３Ａ,４Ａの光軸と交差する部分を含む所定領域で照明される。照明方向はレンズ面３Ａ,４Ａの光軸に対して斜めとなる。

球体１２の表面（所定領域）で反射した光は、液体１３を介して透明部材１Ａに入射し、レンズ面３Ａ,４Ａによりコリメートされて透明部材１Ｂに入射する。そして、プリズム面１Ｄで全反射した後、レンズ面５Ａにより集光されて撮像素子１５に入射する。このとき、撮像素子１５の撮像面には、レンズ面３Ａ,４Ａ,５Ａの作用によって球体１２の表面の像が形成される。

撮像素子１５は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳなどの二次元撮像素子であり、制御回路１６からの制御信号に応じて、その撮像面に形成された球体１２の表面の像を撮像する。撮像素子１５による撮像信号は、制御回路１６に出力される。制御回路１６では、撮像信号に基づいて球体１２の表面の画像を生成する。この画像には球体１２の表面の濃度パターン３１（つまり不均一な光学特性）に応じて濃淡が現れる。

本実施形態の姿勢検出装置１０では、球体１２の表面からの光を検知する手段（レンズ面３Ａ,４Ａ,５Ａと撮像素子１５）が筐体１１に対して特定された位置に配設されるため、筐体１１の姿勢変化に応じて球体１２が相対回転すると、その視野内で球体１２の表面の濃度パターン３１が移動することになる。したがって、制御回路１６にて生成された画像でも、濃度パターン３１に対応する光像が移動する。

制御回路１６は、例えばカメラや車などの被検物側から姿勢検出の開始指令を受け取ると、上記の発光素子１４を点灯し、撮像素子１５から順に撮像信号を取り込む。そして、各々の撮像信号に基づいて画像を生成し、複数の画像を比較することで、濃度パターン３１に対応する光像の移動方向と移動量を逐次検出する。そして、筐体１１の姿勢に関わる情報を生成し、被検物側の機器本体へ送信する。

本実施形態の姿勢検出装置１０によれば、筐体１１の球状の空間２１に球体１２を内蔵し、筐体１１の姿勢変化に拘わらず球体１２の姿勢を重力方向に対して一定に保ち、球体１２の表面の不均一な光学特性（例えば濃度パターン３１）を指標とするため、筐体１１に固定された被検物の任意の姿勢を検出することができ、かつ、簡易な構造で安価に構成することもできる。簡易な構造のため小型化・軽量化も可能であり、小型の携帯機器への搭載も十分可能である。

また、ユーザーによるリセット操作に応じて姿勢検出の基準面（例えば重力方向に垂直な水平面）を設定することにより、ユーザーが指定した基準面に対する任意の姿勢を検出することができる。
なお、姿勢検出装置１０から被検物側へ出力される“筐体１１の姿勢に関わる情報”とは、筐体１１の姿勢変化または姿勢そのものに関わる情報であり、重力方向に垂直な任意の軸を中心とする回転角の情報と、回転軸（つまり回転方向）の情報とを含む。

さらに、本実施形態の姿勢検出装置１０によれば、筐体１１と球体１２との間隙に液体１３を充填するため、球体１２の相対回転を円滑化することができ、球体１２の振動を確実に軽減することができる。したがって、撮像素子１５からの撮像信号に基づいて生成された画像の中で、濃度パターン３１に対応する光像が、筐体１１の姿勢変化以外の要因で移動することは殆ど無いと考えられ、姿勢検出の精度が向上する。

このため、被検物としてカメラを想定し、撮影画面の水平を出す場合など、高精度な姿勢検出が要求される用途にも使用することが可能となる。
また、制御回路１６における信号処理の際に、画像のブレ補正のような複雑な信号処理を行う必要がなく、高精度な姿勢検出を素早く行うことができる。
（第１実施形態の変形例）
なお、上記した第１実施形態では、球体１２の表面に規則的な濃度パターン３１（図３(ａ)）を形成したが、これに加えて図３(ｂ)に示すような水平パターン３２,垂直パターン３３,交点パターン３４などを形成してもよい。この場合、球体１２の中心２Ｃと重心とを結ぶ軸２Ｅ（図１）により規定される水平垂直方向にしたがって、水平パターン３２,垂直パターン３３を形成し、その交点の種別を交点マーク３４によって示すことが好ましい。水平パターン３２,垂直パターン３３は、筐体１１の姿勢に関わる情報を表す。

そして、制御回路１６では、ユーザーによるリセット操作が行われなくても、画像内に現れた水平パターン３２または垂直パターン３３を基準とし、例えば水平面に対する任意の姿勢を検出することができる。また、姿勢検出の前に、水平パターン３２または垂直パターン３３を検出することにより、自動的にリセット操作を行い、筐体１１の水平面などを設定することもできる。

さらに、図３(ｃ)に示す通り、規則的な濃度パターン３１に加えて、直角マーク３５，直下マーク３６,直上マーク３７などを形成してもよい。直角マーク３５は、球体１２の中心２Ｃと重心とを結ぶ軸２Ｅ（図１）により規定される水平方向の円周に沿って９０度ごとに形成される。直下マーク３６,直上マーク３７は、上記の軸２Ｅが球体１２の表面と交差する位置に形成される。直角マーク３５，直下マーク３６,直上マーク３７は、筐体１１の姿勢に関わる情報を表す。

この場合にも同様に、制御回路１６では、ユーザーによるリセット操作が行われなくても、画像内に現れた直角マーク３５,直下マーク３６,直上マーク３７を基準とし、例えば水平面に対する任意の姿勢を検出することができる。また、姿勢検出の前に、直角マーク３５,直下マーク３６,直上マーク３７を検出することによって、自動的にリセット操作を行い、筐体１１の水平面などを設定することもできる。

さらに、上記した第１実施形態では、球体１２の表面に規則的な濃度パターン３１（図３(ａ)〜(ｃ)）を形成したが、これに代えてランダムな濃度パターンを形成してもよい。例えば、ドット状の濃度パターンをランダムな間隔で配置してもよいし、濃度パターンの各々の大きさを表面上での位置に応じて変えてもよいし、濃度パターンの形状や密度を変えてもよい。

また、球体１２の表面にアノトパターン（アノト社製）を形成してもよい。アノトパターンは多数のドットマークを含み、各ドットマークの微細な位置ズレを利用して、表面上の各位置ごとに固有な部分パターンを構成する。また、各々の部分パターンの位置関係は既知であり、所定のリセット操作によって各々の部分パターンと筐体１１の姿勢との対応関係も予め設定することができる。この場合、制御回路１６では、姿勢検出を開始した後、１枚の画像を生成するだけで、視野内に含まれる部分パターンの絶対位置を特定することができ、筐体１１の姿勢を検出することができる。アノトパターンは、筐体１１の姿勢に関わる情報を表す。

さらに、上記した第１実施形態では、球体１２の表面に低反射率の濃度パターン３１や水平パターン３２などを設けたが、本発明はこれに限定されない。その逆に、周囲と比較して反射率が高い反射パターンを設けても同様の効果を得ることができる。
また、上記した第１実施形態では、発光素子１４から球体１２までの照明光路上にプリズム面２Ａを設けたが、本発明はこれに限定されない。プリズム面２Ａに代えて、レンズ面や拡散面を設けてもよいし、それらを複合した形態でもよい。

さらに、上記した第１実施形態では、球体１２が不透明な物質からなる場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。光拡散性を有する半透明の物質（例えば乳白色のアクリル材料）で球体１２を構成してもよい。この場合、球体１２に入射した光の一部（表面で反射しなかった光）は、球体１２の内部を透過して反対側に到達し得る。このため、球体１２自体が照明構造の一部として作用することになり、均一な照明状態を得ることができる。さらに、斜め照明に限らず、透過照明とすることもでき、照明の自由度が向上する。

また、上記した第１実施形態では、筐体１１を透明部材１Ａ,１Ｂにより構成したが、本発明はこれに限定されない。少なくとも照明光路と撮像光路の部分が透明であれば、その周囲は不透明な物質で構成してもよい。さらに、照明光路と撮像光路の一部を空気中とし、そこに必要な光学素子（レンズなど）を配置してもよい。
（第２実施形態）
第２実施形態の姿勢検出装置４０は、図４に示す通り、球体４１の表面に複数の反射面４２を設けたものである。図４の例では、反射面４２の数が１２枚で、各々の反射面４２が集光性を有する形態（例えば凹面鏡）となっている。各々の反射面４２の向きが異なるため、球体４１の表面の光学特性は不均一である。この場合にも筐体１１と球体４１との間には液体１３が充填される。

発光素子１４からの照明光は、球体４１の反射面４２で反射して撮像素子１５の撮像面に集光される。制御回路１６では、撮像素子１５から出力される撮像信号に基づいて球体４１の表面の画像を生成する。この画像には球体４１の表面の反射面４２（つまり不均一な光学特性）に応じて光点が現れる。
図４では筐体１１の外部に発光素子１４と撮像素子１５を配置しているが、筐体１１と発光素子１４と撮像素子１５との位置関係は固定である。このため、筐体１１の姿勢が変化すると、発光素子１４と撮像素子１５の姿勢も同じように変化する。そして、筐体１１の姿勢変化に応じて球体４１が相対回転すると、制御回路１６にて生成された画像では、光点が移動する。

制御回路１６は、例えばカメラや車などの被検物側から姿勢検出の開始指令を受け取ると、上記の発光素子１４を点灯し、撮像素子１５から順に撮像信号を取り込む。そして、各々の撮像信号に基づいて画像を生成し、複数の画像を比較することで、反射面４２による光点の移動方向と移動量を逐次検出する。そして、筐体１１の姿勢に関わる情報を生成し、被検物側の機器本体へ送信する。

本実施形態の姿勢検出装置４０によれば、筐体１１の球状の空間２１に球体４１を内蔵し、筐体１１の姿勢変化に拘わらず球体４１の姿勢を重力方向に対して一定に保ち、球体４１の表面の不均一な光学特性（複数の反射面４２）を指標とするため、筐体１１に固定された被検物の任意の姿勢を検出することができ、かつ、簡易な構造で安価に構成することもできる。

さらに、本実施形態の姿勢検出装置４０では、姿勢検出の動作中は発光素子１４を点灯し続けることになるが、球体４１の表面を反射面４２とするので、発光素子１４の照明輝度を下げても、撮像素子１５の撮像面に形成される光点の輝度として姿勢検出に必要な値を確保することができる。したがって、発光素子１４の消費電力を削減でき、小型の携帯機器に搭載する場合に好適である。

また、本実施形態の姿勢検出装置４０では、球体４１の反射面４２に集光性を持たせたので、筐体１１の外部の撮像光路上にレンズなどの集光素子を設ける必要がなく、さらに簡易な構造とすることができる。
（第３実施形態）
第３実施形態の姿勢検出装置５０は、図５(ａ)に示す通り、球体５１の表面に複数の反射面５２を設け、筐体１１の周囲に遮光性の被覆部材５３を設けたものである。図５(ａ)の例では、上記した図４の例と比較して反射面５２の数が多くなっている。各々の反射面５２は、集光性を有する形態（例えば凹面鏡）を成し、互いに向きが異なっている。このため球体５１の表面の光学特性は不均一である。筐体１１と球体５１との間には液体１３が充填されている。

また、球体５１の表面付近を拡大した図５(ｂ)に示す通り、球体５１は、その本体５７の表面に反射膜５６が形成され、その外部に透明体５５を被覆した構成となっている。反射膜５６に集光性などの光学特性を持たせるため、本体５７の表面には凹凸がある。これを透明体５５で被覆することにより球体５１の表面の凹凸をなくし、液体１３との摩擦を軽減している。その結果、球体５１の相対回転の円滑化が図られる。

また、球体５１の本体５７には錘２Ｄが固定され、本体５７の内側は空洞５８となっている。球体５１の内部に空洞５８を設けることによって、より大きく重量バランスを崩すことができる。このため、液体１３の粘性による回転抵抗が増大しても、球体５１を重力方向へ迅速に相対回転しやすく出来る。
そして、発光素子１４からの照明光は、プリズム面５Ｂを介して球体５１の反射面５２に入射し、そこで反射した後、プリズム面５Ｃを介して撮像素子１５の撮像面に集光される。制御回路１６では、撮像素子１５からの撮像信号に基づいて球体５１の表面の画像を生成する。この画像には球体５１の表面の反射面５２（つまり不均一な光学特性）に応じて光点が現れる。この光点は、筐体１１の姿勢変化に応じて球体５１が相対回転すると、それに合わせて移動する。

制御回路１６は、例えばカメラや車などの被検物側から姿勢検出の開始指令を受け取ると、上記の発光素子１４を点灯し、撮像素子１５から順に撮像信号を取り込む。そして、各々の撮像信号に基づいて画像を生成し、複数の画像を比較することで、反射面５２による光点の移動方向と移動量を逐次検出する。そして、筐体１１の姿勢に関わる情報を生成し、被検物側の機器本体へ送信する。

本実施形態の姿勢検出装置５０によれば、筐体１１の球状の空間２１に球体５１を内蔵し、筐体１１の姿勢変化に拘わらず球体５１の姿勢を重力方向に対して一定に保ち、球体５１の表面の不均一な光学特性（複数の反射面４２）を指標とするため、筐体１１に固定された被検物の任意の姿勢を検出することができ、かつ、簡易な構造で安価に構成することもできる。

また、本実施形態の姿勢検出装置５０では、筐体１１を遮光性の被覆部材５３によって全体的に覆うため、外光によるコントラスト低下などの影響を防止できる。被覆部材５３としては遮光性の塗装膜を用いることが考えられる。また、金属缶など遮光性のあるものならば被覆部材５３として使用可能である。
（第２実施形態と第３実施形態の変形例）
なお、上記した第２実施形態と第３実施形態では、説明を分かりやすくするために、反射面４２,５２を大きく示したが、実際には、検出可能なパターンをより多く生じさせるために、反射面４２,５２を微細な光学構造とすることが好ましい。

また、上記した第２実施形態と第３実施形態では、反射面４２,５２が集光性を有する例で説明したが、平面としてもよい。この場合には、撮像光路上に図１のレンズ面３Ａ,４Ａ,５Ａと同様の構造を設け、球体４１,５１からの反射光を集光することが好ましい。
さらに、上記した第２実施形態と第３実施形態では、複数の反射面４２,５２の外形が略同じである例を説明したが、球体４１,５１の表面上の各位置ごとに変えてもよい。
（第４実施形態）
ここでは、第１実施形態の姿勢検出装置１０が搭載されたカメラ６０（図６(ａ)）について説明する。カメラ６０の本体６１の内部には、撮影レンズ６２による被写体像を撮像するための撮像素子６３が配置され、撮像素子６３は基板６４に実装されている。基板６４は、カメラ６０の本体６１に固定されている。そして、姿勢検出装置１０は、撮像素子６３と同一の基板６４に実装されている。

近年の高密度実装技術により、基板６４に実装される電子部品（撮像素子６３など）の位置精度を非常に高くすることができる。本実施形態では、カメラ６０の撮像素子６３と同じ基板６４に姿勢検出装置１０を実装することにより、特別な調整作業なしに、撮像素子６３と姿勢検出装置１０との位置調整（水平合わせ）を行うことができる。
カメラ６０に搭載された姿勢検出装置１０は、その筐体１１の姿勢に関わる情報を生成すると、これをカメラ６０の制御部(不図示)に出力する。カメラ６０の制御部では、姿勢検出装置１０による検出結果を利用して、例えば撮影画面の水平出し（図６(ｂ),(ｃ)）を行う。

図６(ｂ)は、水平位置を示すインジケータ６５を用いた例である。カメラ６０が水平に対して傾いている場合、画面内の画像６６は図６(ｂ)のように傾いてしまう。カメラ６０の制御部は、姿勢検出装置１０による検出結果に基づいてカメラ６０の傾きをインジケータ６５に表示する。このため、インジケータ６５で０位置を合わせれば、カメラ６０の水平を出すことができる。

図６(ｃ)は、水平のとれた画像６７を生成する例である。カメラ６０の制御部は、姿勢検出装置１０による検出結果に基づいてカメラ６０の傾き量を把握して、傾いた画像６６から水平のとれた画像６７を自動的に切り出す。この場合、撮影画像の一部分を破棄するため画質の面ではやや不利であるが、図６(ｂ)のようにインジケータ６５を見ながら水平を出す必要がなく、処理の自動化を図ることができる。

なお、上記の第４実施形態では、静止画を想定しているが、もちろん動画への適用も可能である。動画は静止画よりも修正に労力を要する上、傾いた画像を長時間見続けるのは苦痛を伴うので、図６(ｃ)のように自動的に水平の取れた画像を自動生成する方法が特に有効である。
（第５実施形態）
ここでは、第１実施形態の姿勢検出装置１０が搭載されたヘッドマウントディスプレイ７０（図７）について説明する。ヘッドマウントディスプレイ７０は、画像表示素子７１からの光をレンズ７２によって使用者７３の眼に導き、仮想空間７４の中に画像を表示する装置である。姿勢検出装置１０は、例えば、ヘッドマウントディスプレイ７０の後方に配置される。

ヘッドマウントディスプレイ７０に搭載された姿勢検出装置１０は、その筐体１１の姿勢に関わる情報を生成すると、これをヘッドマウントディスプレイ７０の制御部(不図示)に出力する。ヘッドマウントディスプレイ７０の制御部では、姿勢検出装置１０による検出結果を利用して、水平に対する視軸７５の傾き角θを検出し、使用者７３の頭部の上下方向や左右方向の傾きを検出する。そして、検出された傾き角θに応じて画像の表示領域７６を切り出し、仮想空間７４の中に表示する。

ヘッドマウントディスプレイ７０では、姿勢検出装置１０の他の検出器（例えば地磁気センサなど）を併用して、使用者７３の頭部の水平回転を検出できるようにすれば、頭部のあらゆる動きに対して表示画像を追従させることができる。
（第４実施形態と第５実施形態の変形例）
なお、上記した第４実施形態と第５実施形態では、第１実施形態の姿勢検出装置１０をカメラ６０やヘッドマウントディスプレイ７０に適用する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。第２実施形態の姿勢検出装置４０や第３実施形態の姿勢検出装置５０を同じようにカメラ６０やヘッドマウントディスプレイ７０に適用してもよい。

また、姿勢検出装置１０,４０,５０は、カメラ６０やヘッドマウントディスプレイ７０の他、自動車や自律歩行ロボットの姿勢制御、身振りで入力するコミュニケーションツールの入力動作検出など、姿勢変化の検出を必要とする用途一般に適用可能である。
（全体の変形例）
なお、上記した実施形態では、姿勢検出装置１０,４０,５０の球体１２,４１,５１の表面を不均一な光学特性とするために、周囲とは反射率の異なる濃度パターン３１などを設けたり、向きの異なる複数の反射面４１などを設ける例で説明したが、本発明はこれに限定されない。このような反射特性の代わりに、波長特性を不均一にする場合でも、同様の効果を得ることができる。

また、上記した実施形態では、筐体１１と球体１２,１４,１５との間に液体１３を充填する例で説明したが、本発明はこれに限定されない。液体１３の代わりに気体を充填しても、同様の効果を得ることができる。すなわち、筐体１１と球体１２,１４,１５との間に流体（液体または気体）を充填することで、球体１２,１４,１５の相対回転を円滑化することができ、球体１２,１４,１５の振動を確実に軽減することができる。

さらに、筐体１１と球体１２,１４,１５との間に流体を充填する場合に限らず、流体を省略する場合にも、本発明を適用できる。ただし、筐体１１の表面や球体１２,１４,１５の表面に潤滑性を持たせることが好ましい。
また、上記した実施形態では、球体１２,１４,１５の表面を１つの撮像素子１５で撮像する例を説明したが、撮像素子を２つ以上設けてもよい。同様に、発光素子１４も２つ以上設けてもよい。

さらに、上記した実施形態では、姿勢検出装置１０,４０,５０の筐体１１をカメラ６０などの機器本体に固定する例を説明したが、カメラ６０などの筐体そのものに球状の空間を設け、そこに球体を内蔵することにより、姿勢検出装置を構成してもよい。

姿勢検出装置１０の全体構成を示す図である。 筐体１１の姿勢変化を説明する図である。 球体１２の表面の不均一な光学特性を説明する図である。 姿勢検出装置４０の全体構成を示す図である。 姿勢検出装置５０の全体構成を示す図である。 カメラ６０への搭載例を説明する図である。 ヘットマウンドディスプレイ７０への搭載例を説明する図である。

符号の説明

１０，４０，５０ 姿勢検出装置
１１ 筐体
１２，４１ 球体
１３ 液体
１４ 発光素子
２Ａ プリズム面
１５ 撮像素子
３Ａ，４Ａ，５Ａ レンズ面
１６ 制御回路
２１ 球状の空間
３１ 濃度パターン
４２，５２ 反射面

Claims (3)

1. 球状の空間を有し、姿勢を変化させ得る筐体と、
   前記空間に内蔵され、球状の表面を有すると共に前記表面が不均一な光学特性を有し、前記筐体の姿勢変化に拘わらず重力方向に対して一定の姿勢を保つ球体と、
   前記球体の前記表面を照明する照明手段と、
   前記筐体に対して特定された位置に配設され、前記表面からの光を検知する検知手段と、
   前記検知手段による検知結果に基づいて、前記筐体の姿勢に関わる情報を生成する生成手段とを備えた
   ことを特徴とする姿勢検出装置。
2. 請求項１に記載の姿勢検出装置において、
   前記筐体と前記球体との間に流体を充填した
   ことを特徴とする姿勢検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の姿勢検出装置において、
   前記球体の前記表面には、前記筐体の姿勢に関わる情報が前記光学特性として形成されている
   ことを特徴とする姿勢検出装置。

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