JP3537303B2 - Position detecting device and virtual reality providing device - Google Patents

Position detecting device and virtual reality providing device

Info

Publication number
JP3537303B2
JP3537303B2 JP35339197A JP35339197A JP3537303B2 JP 3537303 B2 JP3537303 B2 JP 3537303B2 JP 35339197 A JP35339197 A JP 35339197A JP 35339197 A JP35339197 A JP 35339197A JP 3537303 B2 JP3537303 B2 JP 3537303B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
unit
light source
axis
light receiving
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP35339197A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH11183120A (en
Inventor
博 高木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Precision Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Precision Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Precision Co Ltd filed Critical Mitsubishi Precision Co Ltd
Priority to JP35339197A priority Critical patent/JP3537303B2/en
Publication of JPH11183120A publication Critical patent/JPH11183120A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3537303B2 publication Critical patent/JP3537303B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

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】本発明は、取り付けられた物
体の所定範囲内での位置を検出する位置検出装置及びそ
れを使用して検出した使用者の位置に応じて提供する画
像を変化させる仮想現実感提供装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position detecting device for detecting the position of an attached object within a predetermined range, and a virtual for changing an image to be provided according to the position of a user detected using the position detecting device. The present invention relates to a reality providing device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、両眼に視差に相当する分だけずれ
た画像を与えることにより、あたかも3次元空間にいる
が如き感覚を与える仮想現実感(バーチャルリアリテ
ィ)提供装置が実用化されてゲーム等に応用されてお
り、より広い分野への応用が期待されている。視差分ず
れた画像を両眼に提供する方法は各種提案されている
が、現状でもっとも一般的なのが、頭部に装着されるヘ
ッドマウントディスプレイとよばれる、それぞれの眼の
直前に液晶等の表示装置とレンズの組を配置し、それぞ
れの眼に独立に画像を提供するものである。使用者は、
頭部にヘッドマウントディスプレイを装着し、それぞれ
の眼に提供される視差分異なった画像を見ることによ
り、あたかも3次元空間にいるが如き感覚を呈する。
2. Description of the Related Art In recent years, a virtual reality providing device that gives a feeling as if in a three-dimensional space by giving an image shifted by an amount corresponding to parallax to both eyes has been put into practical use. It is expected to be applied to a wider range of fields. Various methods have been proposed for providing images that are shifted by the amount of parallax to both eyes. Currently, the most common method is called a head-mounted display mounted on the head. A pair of a display device and a lens is arranged, and an image is provided independently to each eye. The user
Wearing a head-mounted display on the head and viewing different images for the amount of parallax provided to each eye, it feels as if it were in a three-dimensional space.

【0003】ゲーム装置では、遊戯者が提供される3次
元空間に応じてボタンやキー等を操作してプレーを行
う。遊戯者は頭部にヘッドマウントディスプレイを装着
した状態でプレーを行うが、良好な仮想現実感を提供す
るためには、位置や向いている方向を変えた場合、その
変化に応じて提供する画像を変化させる必要がある。位
置と方向の両方を検出して、それぞれの変化に応じて画
像を変化させることが望ましい。方向の変化を検出する
には、ジャイロセンサを使用するのが一般的であるが、
位置についてはよい検出方法がなく、位置の変化を検出
してそれに応じて画像を変化させることはあまり行われ
ていなかった。本発明は、位置の変化、いいかえればヘ
ッドマウントディスプレイを装着した人の位置を検出す
ることを対象とする。
In a game device, a player plays by operating buttons and keys in accordance with a three-dimensional space provided. The player plays with the head mounted display on the head, but in order to provide good virtual reality, if the position or direction is changed, the image provided according to the change Need to change. It is desirable to detect both the position and direction and change the image according to each change. To detect changes in direction, it is common to use a gyro sensor,
There is no good detection method for the position, and it has not been often done to detect a change in position and change the image accordingly. The present invention is directed to detecting a change in position, in other words, the position of a person wearing a head mounted display.

【0004】図9は、ヘッドマウントディスプレイの位
置を検出する従来の構成例を示す図である。図9におい
て、参照番号100はゴーグル104が設けられたヘッ
ドマウントディスプレイ102を装着する使用者であ
り、ゴーグル104には両眼に映像を提供する装置が設
けられている。ヘッドマウントディスプレイ102の上
部には超音波源105が設けられており、周期的に超音
波を出力する。使用者が移動する範囲の上部には、超音
波を集音するマイク106から108が設けられてお
り、各マイクで超音波を捕らえるタイミングを検出する
ことにより超音波源105から各マイクまでの距離を検
出し、3角法により超音波源105、すなわち、ヘッド
マウントディスプレイ102の位置を検出している。図
示したものの他に向きを検出するためのジャイロセンサ
等が設けられているが、ここでは省略してある。
FIG. 9 is a diagram showing a conventional configuration example for detecting the position of the head mounted display. In FIG. 9, reference numeral 100 is a user who wears the head mounted display 102 provided with goggles 104, and the goggles 104 are provided with a device for providing an image to both eyes. An ultrasonic source 105 is provided above the head mounted display 102 and periodically outputs ultrasonic waves. Microphones 106 to 108 that collect ultrasonic waves are provided above the range in which the user moves, and the distance from the ultrasonic source 105 to each microphone is detected by detecting the timing at which the ultrasonic waves are captured by each microphone. And the position of the ultrasonic source 105, that is, the head mounted display 102, is detected by the triangle method. In addition to what is shown, a gyro sensor for detecting the orientation is provided, but is omitted here.

【0005】本発明は、仮想現実感提供装置におけるヘ
ッドマウントディスプレイの位置変化を検出するための
位置検出装置を実現するためになされたが、発明された
位置検出装置は、仮想現実感提供装置以外のものにも適
用可能であり、これに限られるものではない。
The present invention has been made to realize a position detecting device for detecting a position change of a head mounted display in a virtual reality providing device. However, the invented position detecting device is other than the virtual reality providing device. The present invention can also be applied to, and is not limited to this.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図9に示したヘッドマ
ウントディスプレイの位置検出装置は、装置が複雑でコ
ストが高いという問題があった。そのため、より簡単で
低コストの位置検出装置が要望されていた。本発明は、
このような問題点を解決するものであり、簡単な構造で
低コストの位置検出装置の実現を目的とする。
The position detecting device for the head mounted display shown in FIG. 9 has a problem that the device is complicated and expensive. Therefore, a simpler and lower cost position detection device has been demanded. The present invention
An object of the present invention is to solve such problems and to realize a low-cost position detection device with a simple structure.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の位置検出装置
は、取り付けられたユニットの所定範囲内での位置を検
出する位置検出装置であって、所定範囲の上部に設けら
れた点光源と、点光源の像を結像するように配置された
レンズと受光面が点光源の像が結像される位置にレンズ
の光軸に垂直であるように配置された光像位置検出セン
サとを有して光像位置検出センサの受光面上での点光源
の像の位置を示す信号を出力する受光ユニットと、鉛直
方向を回転軸とするユニットの回転である方位を検出す
る方位検出手段と、水平面内の互いに垂直な所定の2軸
を回転軸とするユニットの回転であるX傾斜とY傾斜を
検出するX軸及びY軸傾斜検出手段と、方位検出手段
と、X軸及びY軸傾斜検出手段の検出したユニットの方
位とX傾斜とY傾斜に基づいて補正した受光ユニットの
出力する点光源の像の位置と、点光源とレンズと光像位
置検出センサの位置関係とからユニットの位置を算出す
る位置算出部とを備えることを特徴とする。
The position detection apparatus of the present invention is a position detection apparatus for detecting the position of an attached unit within a predetermined range, a point light source provided above the predetermined range, A lens arranged to form an image of the point light source and an optical image position detection sensor arranged so that the light receiving surface is perpendicular to the optical axis of the lens at the position where the image of the point light source is formed. A light receiving unit that outputs a signal indicating the position of the image of the point light source on the light receiving surface of the optical image position detecting sensor, and an azimuth detecting means for detecting an azimuth that is a rotation of the unit with the vertical direction as a rotation axis, X-axis and Y-axis tilt detecting means for detecting the X tilt and Y tilt, which are rotations of a unit having two predetermined axes perpendicular to each other in the horizontal plane, an azimuth detecting means, and an X-axis and Y-axis tilt detection. The direction of the unit detected by the means, the X tilt and the Y tilt The position of the output image of the light source point of the light-receiving unit obtained by correcting Zui, characterized in that it comprises a position calculating unit for calculating the position of the unit and a positional relationship of the point light source and the lens and the optical image position detecting sensor.

【0008】また、本発明の仮想現実感提供装置は、使
用者の頭部に装着され、使用者の両眼にそれぞれ画像を
提供する画像表示手段を有するヘッドマウントディスプ
レイと、ヘッドマウントディスプレイの画像表示手段に
表示する画像を生成する制御部とを備え、使用者の両眼
に提供する画像を視差分異ならせることにより使用者に
3次元画像を提供する仮想現実感提供装置において、上
記の位置検出装置を、使用者の上部に、光が下方に向か
って放射されるように点光源を配置し、受光ユニット
と、方位検出手段と、X軸及びY軸傾斜検出手段とをヘ
ッドマウントディスプレイの上に配置するように設け、
制御部は、位置検出装置の検出したヘッドマウントディ
スプレイの位置に応じて、画像表示手段に表示する画像
を変化させることを特徴とする。
Also, the virtual reality providing apparatus of the present invention is a head-mounted display having an image display means mounted on the user's head and providing images to both eyes of the user, and an image of the head-mounted display. A virtual reality providing apparatus that includes a control unit that generates an image to be displayed on a display unit, and provides a three-dimensional image to a user by differentiating an image provided to both eyes of the user by a parallax. A point light source is arranged on the upper part of the user so that light is emitted downward, and the light receiving unit, the direction detecting means, and the X-axis and Y-axis tilt detecting means are arranged on the head mounted display. Provided to be placed on top,
The control unit is characterized in that the image displayed on the image display means is changed according to the position of the head mounted display detected by the position detection device.

【0009】本発明の位置検出装置では、ヘッドマウン
トディスプレイ、すなわち、受光ユニットが移動する
と、移動量に応じて光像位置検出センサの受光面上での
点光源の像の位置が変化することを利用して、像の位置
を検出することにより受光ユニットが位置を検出する。
これであれば、構造が簡単で低コストで実現できる。光
像位置検出センサの受光面上での点光源の像の位置は、
受光ユニットの向きが変化すると変化する。向きの変化
は、方位とX傾斜とY傾斜の成分に分けられる。従っ
て、向きの変化を検出して補正を行う必要がある。
In the position detecting apparatus of the present invention, when the head mounted display, that is, the light receiving unit moves, the position of the image of the point light source on the light receiving surface of the optical image position detecting sensor changes according to the amount of movement. Utilizing this, the light receiving unit detects the position by detecting the position of the image.
In this case, the structure is simple and can be realized at low cost. The position of the image of the point light source on the light receiving surface of the optical image position detection sensor is
It changes when the direction of the light receiving unit changes. The change in direction is divided into components of azimuth, X inclination, and Y inclination. Therefore, it is necessary to detect and correct the change in direction.

【0010】前述のように、ヘッドマウントディスプレ
イでは、ヘッドマウントディスプレイの向きを検出する
ためにジャイロセンサが設けられているので、方位検出
手段とX軸及びY軸傾斜検出手段として、すでに設けら
れているジャイロセンサを使用すればコストが増加する
こともない。また、このような位置検出装置を使用する
ことにより、位置の変化に応じて提供する画像を変化さ
せて、より現実感のある間隔を提供できる仮想現実感提
供装置が低コストで実現できる。
As described above, since the head mounted display is provided with the gyro sensor for detecting the orientation of the head mounted display, it is already provided as the azimuth detecting means and the X axis and Y axis inclination detecting means. If a gyro sensor is used, the cost will not increase. Further, by using such a position detection device, it is possible to realize a virtual reality providing device that can provide a more realistic interval by changing an image to be provided in accordance with a change in position.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例の仮想現
実感提供装置の全体構成を示す図である。この仮想現実
感提供装置は、リハビリテーションを必要とする患者に
屋外を移動する等の仮想現実感を与え、それに応じて患
者に器具を操作させて、リハビリテーションの効果を増
進させようとするものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a virtual reality providing apparatus according to an embodiment of the present invention. This virtual reality providing device gives a patient who needs rehabilitation virtual reality such as moving outdoors, and causes the patient to operate the instrument accordingly, thereby increasing the rehabilitation effect. .

【0012】図1において、参照番号100はリハビリ
テーションを受ける患者を、101はリハビリテーショ
ン用の器具を、102は患者100の頭部に取り付けら
れるヘッドマウントディスプレイを、103はヘッドマ
ウントディスプレイ102に取り付けられた受光ユニッ
トを、111と112は柱を、113は点光源部を、1
14は点光源部113の光源を駆動する光源ドライバ
を、70は装置全体を制御する制御部を、62は初期角
度及び位置を設定するためのボタンスイッチを示す。
In FIG. 1, reference numeral 100 is a patient undergoing rehabilitation, 101 is a rehabilitation device, 102 is a head-mounted display attached to the head of the patient 100, and 103 is attached to the head-mounted display 102. The light receiving unit, 111 and 112 are columns, 113 is a point light source unit, 1
Reference numeral 14 denotes a light source driver that drives the light source of the point light source unit 113, 70 denotes a control unit that controls the entire apparatus, and 62 denotes a button switch for setting an initial angle and position.

【0013】ヘッドマウントディスプレイ102は、両
眼にそれぞれ独立した画像を提供する液晶表示装置等の
表示手段と投影レンズを有する。制御部70は、視差分
異なる画像が両眼にそれぞれ提供されるように、この表
示手段に画像信号を供給する。患者100は、両眼で視
差分異なる画像を見ることにより、屋外にいるような感
覚になる。患者100は提供される画像を見ながら、制
御部70から音声信号等で提供される指示に従ってリハ
ビリテーション用器具101を操作する。制御部70
は、操作状態を検出して、提供する画像を変化させ、患
者の操作に応じて屋外を移動する等の感覚を与える。
The head mounted display 102 has display means such as a liquid crystal display device for providing independent images to both eyes and a projection lens. The control unit 70 supplies an image signal to the display means so that images different in parallax are provided to both eyes. The patient 100 feels like being outdoors by viewing images that differ in parallax with both eyes. The patient 100 operates the rehabilitation instrument 101 according to an instruction provided by an audio signal or the like from the control unit 70 while viewing the provided image. Control unit 70
Detects an operation state, changes a provided image, and gives a feeling of moving outdoors in accordance with a patient's operation.

【0014】患者100はリハビリテーション用器具1
01の操作時に顔の向きを変化させる。良好な仮想現実
感を提供するためには、患者100の位置や顔の向きの
変化に応じて提供する画像を変化させる必要がある。点
光源部113は、柱111、112により、患者100
がリハビリテーション用器具101を操作する位置の上
部に配置される。受光ユニット103は、ヘッドマウン
トディスプレイ102の上部に、点光源部113からの
光を受けるように配置されている。光源ドライバ114
は、制御部70からの制御信号に従って、点光源部11
3の光源の点灯を制御する。制御部70は、受光ユニッ
ト103及び後述する方位計とX方向及びY方向傾斜計
で検出したヘッドマウントディスプレイ102の位置と
向きにに従って、提供する画像を変化させる。
Patient 100 is a rehabilitation instrument 1
The face orientation is changed during the 01 operation. In order to provide good virtual reality, it is necessary to change the provided image according to changes in the position of the patient 100 and the orientation of the face. The point light source unit 113 is connected to the patient 100 by the pillars 111 and 112.
Is disposed above the position where the rehabilitation instrument 101 is operated. The light receiving unit 103 is disposed above the head mounted display 102 so as to receive light from the point light source unit 113. Light source driver 114
In accordance with a control signal from the control unit 70.
The lighting of the light source 3 is controlled. The control unit 70 changes the image to be provided according to the position and orientation of the head mounted display 102 detected by the light receiving unit 103 and an azimuth meter, which will be described later, and the X direction and Y direction inclinometers.

【0015】図2は、点光源部113と、ヘッドマウン
トディスプレイ102の上部に設けられた受光ユニット
103と、傾斜・方位計のユニット20を示す図であ
る。後述するように、傾斜・方位計のユニット20には
X方向傾斜計と、Y方向傾斜計と、方位計が設けられて
いる。図2に示すように、点光源部113は十分に小さ
な光源であり、その下側の所定の範囲に光を放射する。
後述するように受光ユニット103に所定の波長のみを
透過させるフィルタを設けて外乱光の影響を低減するた
め、所定の波長の光のみを放射することが望ましい。こ
のためには、LED等の単波長の光を出力する光源を使
用するか、所定の波長の光のみを透過するフィルタを設
ける。
FIG. 2 is a diagram showing a point light source unit 113, a light receiving unit 103 provided on the top of the head mounted display 102, and a tilt / azimuth unit 20. As shown in FIG. As will be described later, the tilt / azimuth unit 20 is provided with an X-direction inclinometer, a Y-direction inclinometer, and an orientation meter. As shown in FIG. 2, the point light source unit 113 is a sufficiently small light source, and emits light in a predetermined range below it.
As will be described later, in order to reduce the influence of disturbance light by providing a filter that transmits only a predetermined wavelength in the light receiving unit 103, it is desirable to emit only light of a predetermined wavelength. For this purpose, a light source that outputs light of a single wavelength, such as an LED, is used, or a filter that transmits only light of a predetermined wavelength is provided.

【0016】受光ユニット103には、患者が水平方向
を見ている時に光軸が鉛直方向になるレンズ11と、レ
ンズ11により点光源部113の像が形成される結像面
に受光面が設けられた光像位置検出センサ12と、点光
源部113の放射する所定の波長の光のみがレンズ11
へ入射するようにするフィルタ13とを有する。光像位
置検出センサ12は、光半導体で作られた受光面を有
し、受光面上で正方形の4つの頂点に相当する位置に4
つの個別電極を、正方形の中心に相当する位置に共通電
極を設け、光が受光面上に点状に照射されると各個別電
極と共通電極の間の抵抗が変化するので、各個別電極と
共通電極の間に電圧を印加して各個別電極に流れる電流
を検出することにより点像の照射位置を検出するもの
で、通常ポジションセンサと呼ばれて広く使用されてい
るものである。ここでもポジションセンサという名称を
使用する。
The light receiving unit 103 is provided with a lens 11 whose optical axis is vertical when the patient is looking in the horizontal direction, and a light receiving surface on an image forming surface on which the image of the point light source 113 is formed by the lens 11. Only the light having a predetermined wavelength emitted from the light image position detection sensor 12 and the point light source unit 113 is the lens 11.
And a filter 13 that makes the light incident on the filter. The optical image position detection sensor 12 has a light receiving surface made of an optical semiconductor, and is positioned at positions corresponding to four vertices of a square on the light receiving surface.
When a common electrode is provided at a position corresponding to the center of a square and light is irradiated in a dot shape on the light receiving surface, the resistance between each individual electrode and the common electrode changes. A point image irradiation position is detected by applying a voltage between the common electrodes and detecting a current flowing through each individual electrode, and is generally called a position sensor. Again, the name position sensor is used.

【0017】図2に示すように、受光ユニット103を
点光源部113の真下に配置し、レンズ11の光軸上に
点光源部113が位置するような状態で、レンズ11に
より形成される点光源部113の像がポジションセンサ
12の共通電極の位置になるようにレンズ11とポジシ
ョンセンサ12を位置決めする。すなわち、ポジション
センサ12の共通電極がレンズ11の光軸上に配置され
るようにする。共通電極の位置を座標系の原点とする。
図2に示すように、受光ユニット103を移動させる
と、レンズ11の光軸に対する点光源部113の位置が
変化し、ポジションセンサ12の受光面上の光像の位置
も変化する。受光ユニット103の移動量とポジション
センサ12の受光面上の光像の移動量の間には所定の関
係があるので、ポジションセンサ12の受光面上の光像
の位置を検出して受光ユニット103の移動量を算出す
る。
As shown in FIG. 2, a point formed by the lens 11 in a state where the light receiving unit 103 is disposed directly below the point light source unit 113 and the point light source unit 113 is positioned on the optical axis of the lens 11. The lens 11 and the position sensor 12 are positioned so that the image of the light source unit 113 is at the position of the common electrode of the position sensor 12. That is, the common electrode of the position sensor 12 is arranged on the optical axis of the lens 11. The position of the common electrode is the origin of the coordinate system.
As shown in FIG. 2, when the light receiving unit 103 is moved, the position of the point light source unit 113 with respect to the optical axis of the lens 11 changes, and the position of the optical image on the light receiving surface of the position sensor 12 also changes. Since there is a predetermined relationship between the amount of movement of the light receiving unit 103 and the amount of movement of the light image on the light receiving surface of the position sensor 12, the position of the light image on the light receiving surface of the position sensor 12 is detected to detect the light receiving unit 103. Is calculated.

【0018】図3は、本実施例において、受光ユニット
103の位置を算出する処理を行う部分の構成を示す図
である。この部分は制御部70内に設けられる。制御部
70は患者100の両眼に提供する映像の生成等のため
にコンピュータが設けられており、受光ユニット103
の位置を算出する処理もこのコンピュータで行われる。
図3において、参照番号31はCPUであり、32はR
OMであり、33はRAMであり、これらが通常のコン
ピュータを構成する。実際には、映像情報を記憶するた
めの外部記憶装置等が設けられているが、発明に直接関
係しないので、ここでは示しておらず、説明も省略す
る。コンピュータは、入力ポート34を介して、ポジシ
ョンセンサ12、X方向傾斜計21、Y方向傾斜計2
2、方位計23の出力を読み取れるように構成されてい
る。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a portion for performing processing for calculating the position of the light receiving unit 103 in this embodiment. This part is provided in the control unit 70. The control unit 70 is provided with a computer for generating images to be provided to both eyes of the patient 100, and the light receiving unit 103.
The computer also calculates the position of.
In FIG. 3, reference numeral 31 is a CPU, and 32 is R.
OM and 33 are RAMs, which constitute a normal computer. Actually, an external storage device or the like for storing video information is provided. However, since it is not directly related to the invention, it is not shown here, and a description thereof is omitted. The computer receives the position sensor 12, the X-direction inclinometer 21, and the Y-direction inclinometer 2 via the input port 34.
2. It is configured so that the output of the azimuth meter 23 can be read.

【0019】X方向傾斜計21、Y方向傾斜計22、方
位計23は、ヘッドマウントディスプレイ102の各座
標軸を中心とする回転成分を検出するものである。方位
計23は鉛直方向の軸であるZ軸を中心とする回転を検
出するもので、患者100の向いている方向を出力す
る。X方向傾斜計21は、Y軸を中心とする回転を検出
するもので、XZ軸平面内での傾きを出力する。また、
Y方向傾斜計21は、X軸を中心とする回転を検出する
もので、YZ軸平面内での傾きを出力する。ここで、患
者100は、リハビリテーション中に頭部をあまり大き
く傾けることはないものとする。
The X-direction inclinometer 21, Y-direction inclinometer 22, and azimuth meter 23 detect rotational components around the respective coordinate axes of the head mounted display 102. The compass 23 detects rotation about the Z axis, which is a vertical axis, and outputs the direction in which the patient 100 is facing. The X-direction inclinometer 21 detects rotation about the Y axis, and outputs an inclination in the XZ axis plane. Also,
The Y-direction inclinometer 21 detects rotation about the X axis, and outputs a tilt in the YZ axis plane. Here, it is assumed that the patient 100 does not tilt his / her head too much during rehabilitation.

【0020】X方向傾斜計21、Y方向傾斜計22、方
位計23は、角加速度計と、検出した角加速度から回転
角速度及び回転角度を算出する処理回路とを有する公知
の回転角度検出器であり、例えば、図4に示すような構
成を有するものである。図4に示したものは、ファース
バランス形とよばれるもので、ピボット53で支持され
た片持ち梁51を角速度を検出する方向59に垂直にな
るように配置する。加速度がかかり片持ち梁51のもう
一方の端が変位するが、それをピックオフ54で電気信
号として検出してサーボ増幅器55に入力する。サーボ
増幅器55はこの信号に応じた電流をプルーフマス52
と補助線輪56の電磁石の部分にフィードバックする。
これにより片持ち梁51には逆方向に加速度がかかり安
定する。この時のフィードバック電流は加速度に比例し
ており、フィードバック電流を検出することにより加速
度を検出する。加速度を時間積分すれば速度が、速度を
時間積分すれば回転角度が検出できるので、このような
処理を信号処理部58で行い、回転角度が出力される。
The X-direction inclinometer 21, Y-direction inclinometer 22, and azimuth meter 23 are known rotational angle detectors having an angular accelerometer and a processing circuit for calculating a rotational angular velocity and a rotational angle from the detected angular acceleration. For example, it has a structure as shown in FIG. The one shown in FIG. 4 is called the first balance type, and the cantilever 51 supported by the pivot 53 is arranged so as to be perpendicular to the direction 59 in which the angular velocity is detected. Acceleration is applied and the other end of the cantilever 51 is displaced, but this is detected as an electrical signal by the pick-off 54 and input to the servo amplifier 55. The servo amplifier 55 supplies a current corresponding to this signal to the proof mass 52.
And feeding back to the electromagnet portion of the auxiliary wire ring 56.
As a result, the cantilever 51 is accelerated in the opposite direction and stabilized. The feedback current at this time is proportional to the acceleration, and the acceleration is detected by detecting the feedback current. Since the speed can be detected by integrating the acceleration over time, and the rotation angle can be detected by integrating the speed over time, such processing is performed by the signal processing unit 58, and the rotation angle is output.

【0021】次に、受光ユニット103で検出されるポ
ジションセンサ12の受光面上の光像の位置から光ユニ
ット10の位置を算出する処理について説明する。図5
は、レンズ11の光軸が鉛直方向で方位も変化しない状
態で受光ユニット103が移動した場合の処理を説明す
る図である。XYZ座標系は患者が移動する空間の座標
系を、xyz座標系はポジションセンサ12の座標系を
示す。
Next, processing for calculating the position of the optical unit 10 from the position of the optical image on the light receiving surface of the position sensor 12 detected by the light receiving unit 103 will be described. FIG.
These are figures explaining the process when the light receiving unit 103 moves in a state where the optical axis of the lens 11 is vertical and the azimuth is not changed. An XYZ coordinate system indicates a coordinate system of a space in which the patient moves, and an xyz coordinate system indicates a coordinate system of the position sensor 12.

【0022】レンズ11がXY平面上を移動すると、図
5の(1)に示すように、光像のxy平面上の位置が変
化する。図5の(2)は(1)の状態をXZ平面に投影
した状態を示す。図示のように、レンズ11の中心から
受光面までの距離をWとし、点像のx座標をx0とする
と、角度θは次の式(1)で表される。 θ=Tan-1x0/W …(1) 点光源部113からレンズ11の中心からまでの距離を
Hとすると、レンズ11の中心のX座標X0は次の式
(2)で表される。
When the lens 11 moves on the XY plane, the position of the optical image on the xy plane changes as shown in (1) of FIG. (2) in FIG. 5 shows a state in which the state (1) is projected onto the XZ plane. As shown in the figure, when the distance from the center of the lens 11 to the light receiving surface is W and the x coordinate of the point image is x0, the angle θ is expressed by the following equation (1). θ = Tan −1 x0 / W (1) When the distance from the point light source unit 113 to the center of the lens 11 is H, the X coordinate X0 of the center of the lens 11 is expressed by the following equation (2).

【0023】 X0=H×Tanθ =H×Tan(Tan-1x0/W) …(2) これらの式は、YZ平面に投影した成分についても成立
するので、レンズ11の中心位置が算出できる。図6
は、レンズ11の光軸がZ軸と一致しない場合、すなわ
ち、X方向傾斜計21とY方向傾斜計22の出力がゼロ
でなく、受光ユニット103が傾いた場合の処理を説明
する図である。
X0 = H × Tanθ = H × Tan (Tan −1 x0 / W) (2) Since these equations hold true for components projected on the YZ plane, the center position of the lens 11 can be calculated. FIG.
These are figures explaining processing when the optical axis of the lens 11 does not coincide with the Z axis, that is, when the outputs of the X-direction inclinometer 21 and the Y-direction inclinometer 22 are not zero and the light receiving unit 103 is tilted. .

【0024】この場合も、図6の(1)の状態をXZ平
面及びYZ平面に投影してX成分とY成分を別々に算出
することが可能である。図6の(2)はXZ平面に投影
した状態を示す。図6の(2)において、レンズ11の
光軸が鉛直方向に対してφ傾いたとすると、角度θは次
の式(3)で表される。
Also in this case, it is possible to calculate the X component and the Y component separately by projecting the state of (1) in FIG. 6 onto the XZ plane and the YZ plane. (2) of FIG. 6 shows the state projected on the XZ plane. In FIG. 6B, if the optical axis of the lens 11 is tilted by φ with respect to the vertical direction, the angle θ is expressed by the following equation (3).

【0025】θ=Tan-1x0/W+φ …(1) 従って、レンズ11の中心のX座標X1は次の式(4)
で表される。 X1=H×Tanθ =H×Tan(Tan-1x0/W+φ) …(4) これらの式は、YZ平面に投影した成分についても同様
に成立する。
Θ = Tan −1 x0 / W + φ (1) Accordingly, the X coordinate X1 of the center of the lens 11 is expressed by the following equation (4).
It is represented by X1 = H × Tanθ = H × Tan (Tan −1 x0 / W + φ) (4) These equations are similarly established for components projected on the YZ plane.

【0026】図7は、レンズ11の光軸がZ軸を中心と
してψ回転した場合の処理を説明する図である。この場
合は、xy座標をx’y’座標に座標変換する。xy座
標とx’y’座標の変換式は次の式(5)で表される。 x’=xCosψ−ySinψ y’=cSinψ+yCosψ x2 +y2 =x’2 +y’2 …(5) 以上のようにして、ヘッドマウントディスプレイ102
が傾いたり回転した場合にも、位置が検出できる。
FIG. 7 is a diagram for explaining the processing when the optical axis of the lens 11 is rotated by ψ about the Z axis. In this case, the xy coordinates are converted into x′y ′ coordinates. A conversion formula between the xy coordinates and the x′y ′ coordinates is expressed by the following formula (5). x ′ = xCosψ−ySinψ y ′ = cSinψ + yCosψx 2 + y 2 = x ′ 2 + y ′ 2 (5) As described above, the head mounted display 102
The position can be detected even when the camera tilts or rotates.

【0027】図8は、本実施例における位置検出の処理
動作を示すフローチャートである。ステップ201で
は、制御部70が患者100に対して、指示された方向
に向いて初期角度設定用ボタンスイッチ62を押すよう
に指示する。ステップ202では、ボタンスイッチ62
が押されたことを確認し、押された場合にはステップ2
03に進む。
FIG. 8 is a flowchart showing the position detection processing operation in this embodiment. In step 201, the control unit 70 instructs the patient 100 to press the initial angle setting button switch 62 in the instructed direction. In step 202, the button switch 62
Confirm that is pressed, and if it is pressed, step 2
Proceed to 03.

【0028】ステップ203では、X方向傾斜計21
と、Y方向傾斜計22と、方位計23の示す角度をリセ
ットし、ゼロを示すようにする。ステップ204では、
ポジションセンサ12の出力を読み取り、その時点のポ
ジションセンサ12の出力をオフセット値として記憶す
る。上記のように、ポジションセンサ12は、図2に示
すように、受光ユニット103を点光源部113の真下
に配置し、レンズ11の光軸上に点光源部113が位置
するような状態で、レンズ11により形成される点光源
部113の像がポジションセンサ12の共通電極の位置
になるように位置決めされているが、実際には誤差があ
るので、このような補正を行う。以下の説明では、ポジ
ションセンサ12の出力はこの分が補正された信号とす
る。
In step 203, the X-direction inclinometer 21
Then, the angles indicated by the Y-direction inclinometer 22 and the compass 23 are reset to indicate zero. In step 204,
The output of the position sensor 12 is read, and the output of the position sensor 12 at that time is stored as an offset value. As described above, the position sensor 12 has the light receiving unit 103 disposed immediately below the point light source unit 113 and the point light source unit 113 is positioned on the optical axis of the lens 11 as shown in FIG. Although the image of the point light source unit 113 formed by the lens 11 is positioned so as to be at the position of the common electrode of the position sensor 12, there is actually an error, so such correction is performed. In the following description, the output of the position sensor 12 is a signal in which this amount is corrected.

【0029】ステップ205では、リバビリテーション
が開始されることを患者100に知らせる。ステップ2
06では、X方向傾斜計21と、Y方向傾斜計22と、
方位計23の出力を読み取り、X方向の傾斜とY方向の
傾斜と方位を算出する。ステップ207ではポジション
センサ12の出力を読み取り、ポジションセンサ12の
受光面上での点光源部113の位置を読み取る。そし
て、ステップ208で、ステップ206で検出したX方
向の傾斜とY方向の傾斜と方位に基づいて上記の補正
と、レンズ11の中心位置の算出する。ステップ209
では、算出したレンズ11の中心位置をヘッドマウント
ディスプレイ102の位置として出力した後、ステップ
206に戻り、終了するまでステップ206から209
の処理を繰り返す。
In step 205, the patient 100 is informed that rehabilitation is started. Step 2
In 06, an X-direction inclinometer 21, a Y-direction inclinometer 22,
The output of the direction meter 23 is read, and the inclination in the X direction, the inclination in the Y direction, and the direction are calculated. In step 207, the output of the position sensor 12 is read, and the position of the point light source unit 113 on the light receiving surface of the position sensor 12 is read. In step 208, the correction and the center position of the lens 11 are calculated based on the X-direction tilt, the Y-direction tilt and the azimuth detected in step 206. Step 209
Then, after outputting the calculated center position of the lens 11 as the position of the head mounted display 102, the process returns to step 206, and from step 206 to step 209 until the end.
Repeat the process.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、傾いた
り回転してもヘッドマウントディスプレイ102の位置
が容易に検出可能であり、しかもヘッドマウントディス
プレイ102の傾きや回転の影響の除去は他の目的で設
けられている検出器の検出結果を利用して行えるため、
コストを増加させることもない。
As described above, according to the present invention, the position of the head mounted display 102 can be easily detected even if the head mounted display 102 is tilted or rotated, and the influence of the tilt or rotation of the head mounted display 102 can be eliminated. Because it can be done using the detection results of detectors provided for other purposes,
There is no increase in cost.

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

【図1】実施例の全体構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an embodiment.

【図2】実施例における光源部と、受光ユニットと、傾
斜・方位計の配置及び、受光ユニットの構成を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram illustrating an arrangement of a light source unit, a light receiving unit, a tilt / azimuth meter, and a configuration of the light receiving unit in the embodiment.

【図3】実施例における信号処理部の構成を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a signal processing unit in the embodiment.

【図4】傾斜・方位計を構成する回転角度検出器の構成
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a rotation angle detector that constitutes an inclinometer / azimuth meter.

【図5】レンズの光軸が鉛直方向で方位も変化しない状
態で受光ユニットが移動した場合に位置を算出する処理
を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a process of calculating a position when the light receiving unit is moved in a state where the optical axis of the lens is vertical and the azimuth is not changed.

【図6】レンズの光軸がZ軸と一致しない状態で受光ユ
ニットが移動した場合に位置を算出する処理を説明する
図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a process of calculating a position when the light receiving unit moves in a state where the optical axis of the lens does not coincide with the Z axis.

【図7】レンズの光軸がZ軸を中心として回転した状態
で受光ユニットが移動した場合に位置を算出する処理を
説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a process of calculating a position when the light receiving unit moves in a state where the optical axis of the lens rotates around the Z axis.

【図8】実施例における処理動作を示すフローチャート
である。
FIG. 8 is a flowchart showing a processing operation in the embodiment.

【図9】ヘッドマウントディスプレイの位置を検出する
従来の構成例を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a conventional configuration example for detecting the position of a head-mounted display.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…レンズ 12…光像位置検出センサ(ポジションセンサ) 13…フィルタ 20…傾斜・方位計ユニット 21…X方向傾斜計 22…Y方向傾斜計 23…方位計 70…制御部 100…患者 102…ヘッドマウントディスプレイ 103…受光ユニット 11 ... Lens 12. Optical image position detection sensor (position sensor) 13 ... Filter 20 ... Inclination and compass unit 21 ... X-direction inclinometer 22 ... Y-direction inclinometer 23 ... compass 70: Control unit 100 ... patient 102: Head mounted display 103. Light receiving unit

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 A63B 23/00 G09B 9/02 A63F 13/00 Continued from front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 A63B 23/00 G09B 9/02 A63F 13/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 取り付けられたユニットの所定範囲内で
の位置を検出する位置検出装置であって、 前記所定範囲の上部に設けられた点光源(113)と、 前記点光源(113)の像を結像するように配置された
レンズ(11)と、受光面が前記点光源(113)の像
が結像される位置に前記レンズ(11)の光軸に垂直で
あるように配置された光像位置検出センサ(12)とを
有し、前記光像位置検出センサ(12)の前記受光面上
での前記点光源(113)の像の位置を示す信号を出力
する受光ユニット(103)と、 鉛直方向を回転軸とする前記ユニットの回転である方位
を検出する方位検出手段(23)と、 水平面内の互いに垂直な所定の2軸を回転軸とする前記
ユニットの回転であるX傾斜とY傾斜を検出するX軸及
びY軸傾斜検出手段(21、22)と、 前記方位検出手段(23)と前記X軸及びY軸傾斜検出
手段(21、22)の検出した前記ユニットの方位とX
傾斜とY傾斜に基づいて前記受光ユニット(103)の
出力する前記点光源(113)の像の位置を補正し、補
正した像の位置と、前記点光源(113)と前記レンズ
(11)と前記光像位置検出センサ(12)の位置関係
とから前記ユニットの位置を算出する位置算出部とを備
えることを特徴とする位置検出装置。
1. A position detection device for detecting a position of an attached unit within a predetermined range, a point light source (113) provided above the predetermined range, and an image of the point light source (113) And a lens (11) arranged so as to form an image of the light source, and a light receiving surface arranged so as to be perpendicular to the optical axis of the lens (11) at a position where an image of the point light source (113) is formed. A light receiving unit (103) that outputs a signal indicating the position of the image of the point light source (113) on the light receiving surface of the light image position detecting sensor (12). And an azimuth detecting means (23) for detecting an azimuth that is a rotation of the unit with a vertical direction as a rotation axis, and an X inclination that is a rotation of the unit with a predetermined two axes perpendicular to each other in a horizontal plane as a rotation axis X-axis and Y-axis tilt detection Means a (21, 22), orientation and X of the detected said unit of said azimuth detection means (23) and said X-axis and Y-axis inclination detecting means (21, 22)
Based on the inclination and the Y inclination, the position of the image of the point light source (113) output from the light receiving unit (103) is corrected, the position of the corrected image, the point light source (113) and the lens (11) A position detection apparatus comprising: a position calculation unit that calculates the position of the unit from the positional relationship of the optical image position detection sensor (12).
【請求項2】 使用者(100)の頭部に装着され、当
該使用者(100)の両眼にそれぞれ画像を提供する画
像表示手段を有するヘッドマウントディスプレイ(10
2)と、 該ヘッドマウントディスプレイ(102)の前記画像表
示手段に表示する画像を生成する制御部(70)とを備
え、前記使用者(100)の両眼に提供する画像を視差
分異ならせることにより使用者に3次元画像を提供する
仮想現実感提供装置において、 請求項1に記載の位置検出装置を、 前記使用者(100)の上部に、光が下方に向かって放
射されるように前記点光源(113)を配置し、 前記受光ユニット(103)と、前記方位検出手段(2
3)と、前記X軸及びY軸傾斜検出手段(21、22)
とを前記ヘッドマウントディスプレイ(102)の上に
配置するように備え、 前記制御部(70)は、前記位置検出装置の検出した前
記ヘッドマウントディスプレイ(102)の位置に応じ
て、前記画像表示手段に表示する画像を変化させること
を特徴とする仮想現実感提供装置。
2. A head mounted display (10) having image display means mounted on the head of a user (100) and providing images to both eyes of the user (100).
2) and a control unit (70) for generating an image to be displayed on the image display means of the head mounted display (102), and the image to be provided to both eyes of the user (100) is differentiated by the amount of parallax. In the virtual reality providing device that provides a user with a three-dimensional image, the position detection device according to claim 1 is configured so that light is emitted downward on the user (100). The point light source (113) is arranged, the light receiving unit (103), and the azimuth detecting means (2
3) and the X-axis and Y-axis tilt detecting means (21, 22)
Is arranged on the head mounted display (102), and the control unit (70) is configured to display the image display unit according to the position of the head mounted display (102) detected by the position detecting device. A virtual reality providing apparatus characterized by changing an image displayed on the screen.
JP35339197A 1997-12-22 1997-12-22 Position detecting device and virtual reality providing device Expired - Fee Related JP3537303B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP35339197A JP3537303B2 (en) 1997-12-22 1997-12-22 Position detecting device and virtual reality providing device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP35339197A JP3537303B2 (en) 1997-12-22 1997-12-22 Position detecting device and virtual reality providing device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11183120A JPH11183120A (en) 1999-07-09
JP3537303B2 true JP3537303B2 (en) 2004-06-14

Family

ID=18430529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP35339197A Expired - Fee Related JP3537303B2 (en) 1997-12-22 1997-12-22 Position detecting device and virtual reality providing device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3537303B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101179952B1 (en) 2010-06-18 2012-09-10 한국표준과학연구원 3-demensional measureing system using a noncontact type probe simultaneously
JP2018143369A (en) * 2017-03-02 2018-09-20 株式会社フジ医療器 Massage system
CN106875787A (en) * 2017-03-13 2017-06-20 衡阳师范学院 A kind of suspended slider for Experiments of Machanics and the experimental provision comprising the sliding block
CN109883442A (en) * 2019-01-03 2019-06-14 重庆爱奇艺智能科技有限公司 Method and apparatus for detecting VR device inclined degree
CN109883360B (en) * 2019-03-28 2020-11-13 歌尔光学科技有限公司 Angle measuring method and device applied to optical system

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11183120A (en) 1999-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11416084B2 (en) Multi-sensor device with an accelerometer for enabling user interaction through sound or image
CN108431583B (en) System and method for feedback control in a scanning projector
JP3805231B2 (en) Image display apparatus and method, and storage medium
US20050156817A1 (en) Head-mounted display system and method for processing images
WO2017077918A1 (en) Information processing apparatus, information processing system, and information processing method
CN107111340A (en) Method and system for carrying out user mutual in virtual or augmented reality scene using head mounted display
JP2001061121A (en) Projector
WO2004021699A1 (en) Head mount image display system device and image processing method thereof
JP3537303B2 (en) Position detecting device and virtual reality providing device
JP2000065576A (en) Graphic display device
JP2536827B2 (en) Electronic tree height measuring device
CN112689133B (en) Image correction system and method
JPH06167687A (en) Projector
JP4004165B2 (en) Attitude angle detector
JP2003203252A (en) Image display device and its method and storage medium
JP2001175411A (en) Image controller
JPH09319505A (en) Relative angle detector and virtual reality provider
TWI418846B (en) Virtual tourist telescope
JPH07199278A (en) Photographing device
JPH03288923A (en) Position input device
JPH09311028A (en) Relative angle detector and virtual reality providing device

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040105

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040217

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040316

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090326

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090326

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100326

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110326

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees