JP3665963B2 - トラッカー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トラッカーに関し、特に、操作者に装着して装着部の動きの内の方位を検出出力するトラッカーの検出誤差を小さくするトラッカーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例を図７を参照して説明する。
図７において、１はジャイロの如き角速度センサ、２は第１の減算器、３は積分器、４は第２の減算器、５は補正ゲイン部、６は磁気センサである。
角速度センサ１は入力される角速度を検出し、得られた角速度信号を第１の減算器２の＋端子に入力する。第１の減算器２は入力される角速度信号に減算処理を施し、減算結果を積分器３に入力する。積分器３は第１の減算器２から入力される角速度信号に積分処理を施し、角度信号を方位信号として出力する。一方において、磁気センサ６は地磁気成分を検出し、絶対方位信号として出力する。磁気センサ６により得られる絶対方位信号はこれを第２の減算器４の−端子に入力すると共に、積分器３の出力する先の方位信号はこれを第２の減算器４の＋端子に入力する。第２の減算器４は＋端子に入力される方位信号から−端子に入力される絶対方位信号を減算し、減算結果を方位差信号として出力する。第２の減算器４から出力される方位差信号は補正ゲイン部５を介して適正にゲインを補正して第１の減算器２の−端子に帰還される。第１の減算器２は、角速度センサ１により得られた先の角速度信号から適正にゲイン補正された方位差信号を減算して補正された角速度信号を出力する。補正された角速度信号は、積分器３に入力され、積分処理を施されて補正された方位信号として出力される。
【０００３】
上述した通り、トラッカー１０の従来例は、ジャイロの如き角速度センサ１および絶対方位を示す地磁気成分を検出出力する磁気センサ６より成る。ここで、操作者のトラッカー１０装着部の動きを示す方位は、単に、ジャイロの角速度信号出力を積分することにより得られるが、実際は角速度センサ１の角速度信号出力は温度その他の外的要因によりドリフトするところから、出力誤差、即ち、方位誤差が発生する。この方位誤差は、磁気センサ６により検出した地磁気成分を基準方位として、これにより角速度センサ１の角速度信号出力を積分した値を補正することにより補正している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のトラッカー１０出力誤差補正方法は、磁気センサ６により検出した地磁気成分を基準方位としているところから、この基準方位は、特に、屋内環境において鉄その他の着磁磁性体の生成する磁界、電子機器が発生する磁界の如き磁気外乱の影響を蒙ることにより変化することとなる。この変化は時間的に発生すると共に、トラッカー１０の存在する場所如何によっても発生する。結果として、方位の出力誤差が発生する。操作者は方位の出力誤差が発生、蓄積する度び毎にトラッカー１０に内蔵され、或いは別に設置されるリセットスイッチを操作して積分器をリセットし、この誤差を補正している。
【０００５】
この発明は、外乱を受けず、リセットスイッチを操作する煩わしさの無い、安定した出力誤差低減効果を有する上述の問題を解消したトラッカーを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１：角速度センサ１を具備し、角速度センサ１の検出出力を積分して方位信号を求める積分器３を具備し、角速度センサ１と一体構造でＴＶモニタ９の表示器から放射される光信号を受光する光検出装置７１を具備し、光検出装置７１で受光した光信号に基づいて同期信号を検出する同期信号検出回路８１を具備し、同期信号検出回路８１の検出した同期信号に基づいて積分器３の出力をリセットするリセット信号を出力する積分器リセット回路８２を具備して角速度センサ１のドリフトをリセットするトラッカーを構成した。
【０００７】
そして、請求項２：請求項１に記載されるトラッカーにおいて、同期信号検出回路８１は帯域通過フィルタ８１１、検波回路８１２、低域通過フィルタ８１３を具備してＴＶ同期信号の強度に比例した出力を発生し、積分器リセット回路８２は、同期信号検出回路８１から供給される検出出力と設定値生成回路８２１の出力する設定値とを比較し、検出出力が設定値を超えると出力を発生する比較回路８２２、比較回路８２２の出力を単位時間遅延させる遅延回路８２３、比較回路８２２の出力と遅延回路８２３の出力を入力する排他的論理和回路８２４、比較回路８２２の出力と排他的論理和回路８２４の出力を入力とする論理積回路８２５、論理積回路８２５の出力を入力とし、この入力に対応してＯＮ／ＯＦＦするスイッチ８２６より成り、スイッチ８２６は積分器３に接続しているトラッカーを構成した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明のトラッカーは、ＴＶモニタの表示器の画面の輝度変化を検出する光検出装置、光検出装置で検出した光信号からＴＶ同期信号を検出する同期信号検出回路、同期信号検出回路の出力がある時に角速度センサの出力を積分する積分器をリセットする積分器リセット回路を具備することを特徴としている。以下、この発明の実施の形態を図１の実施例を参照して説明する。
光検出装置７１は、操作者前方で発生しているＴＶモニタ９の光を輝度に比例した電気信号に変換する。操作者が前面を向いてＴＶモニタ９に対向している時は、ＴＶモニタ９の画面の光が光検出装置７１に入射する。ＴＶモニタ９の画面はＴＶ同期信号に従って更新される。即ち、ＮＴＳＣ方式の場合は映像信号における垂直同期周波数：６０Ｈｚで更新される。従って、光検出装置７１の光検出出力も、同期信号と同一周波数およびその高調波周波数で変動する。
【０００９】
一方、操作者がＴＶモニタ９の正面以外を向いている場合も、光検出装置７１には照明器具その他の光源から光が入射するが、これらの光は時間的に強度の変化しない定常的な光、或いはＴＶ同期信号とは異なる周波数の光強度変動をする光である。
図２をも参照して更に詳細に説明するに、光検出装置７１の出力信号は同期信号検出回路８１に入力する。同期信号検出回路８１は帯域通過フィルタ８１１、検波回路８１２、低域通過フィルタ８１３により構成され、ＴＶ同期信号の強度に比例した出力を発生する。従って、操作者がＴＶモニタ９の正面に向いて対向している場合は、同期信号検出回路８１に出力が発生するが、操作者がＴＶモニタ９の正面以外を向いている場合は出力を発生しない。
【００１０】
同期信号検出回路８１の出力は積分器リセット回路８２に供給される。積分器リセット回路８２は、同期信号検出回路８１から供給される検出出力と設定値生成回路８２１の出力する設定値とを比較し、検出出力が設定値を超えると出力を発生する比較回路８２２、比較回路８２２の出力を単位時間遅延させる遅延回路８２３、比較回路８２２の出力と遅延回路８２３の出力を入力する排他的論理和回路８２４、比較回路８２２の出力と排他的論理和回路８２４の出力を入力とする論理積回路８２５、論理積回路８２５の出力を入力とし、この入力に対応してＯＮ／ＯＦＦするスイッチ８２６より成る。スイッチ８２６は角速度信号に積分処理を施す積分器３に接続しており、ＯＮ状態において積分器３をゼロリセットする。
【００１１】
操作者がＴＶモニタ９の正面に向いて対向すると、同期信号検出回路８１は光検出信号を発生出力する。比較回路８２２はこの同期信号検出回路８１の光検出信号出力のレベルが設定値生成回路８２１の出力する設定値を超えると、出力を発生する。排他的論理和回路８２４には、比較回路８２２の出力とこれより単位時間遅延した遅延回路８２３の出力の出力が入力されるので、比較回路８２２の出力の立ち上がり或いは立ち下がり時に単位時間だけ出力を発生する。論理積回路８２５には排他的論理和回路８２４の出力と比較回路６２２の出力が入力し、比較回路８２２の出力の立ち上がり時に単位時間だけ出力を発生する。従って、操作者がＴＶモニタ９の表示器の画面を向いて同期信号検出回路８１に出力が発生した瞬間に単位時間だけスイッチ８２６がＯＮ状態になり、積分器３がリセットされる。即ち、角速度センサ１のドリフトによる誤差が発生してもこの積分器３のリセットによりＴＶモニタ９の方向を基準方位として自動的に補正されることになる。ＴＶモニタ９の表示器の画面の方向を基準方位とすることができることを図３を参照して説明する。ＴＶモニタ９を１７型とした場合、これを３ｍ離隔したところから視た場合、見かけの角度は図３（ｃ）の場合６. ６゜となり、図３（ｄ）の如くにＴＶモニタ９がα＝３０゜傾斜している場合は２. ８゜となる。これは、ドリフト補正しなければ数１０゜の誤差角が発生して、トラッカーで発生した視野が全く別の視野となることと比較すると、充分に基準方位として取り扱って差し支えない。
【００１２】
以上の通り、この発明は、単なる光強度をみているのではなく、ＴＶ同期信号によるＴＶモニタ９の画面の輝度変化を検出しているので、それ以外の光の外乱に影響されることはなく、そして、誤差を補正するにリセットスイッチを手動により操作する煩わしさから操作者を解放する。
図３を参照するに、これは操作者が頭部にトラッカー１０を装着してＴＶモニタ９のに対応しているところを示している。操作者が前面であるＴＶモニタ９の正面に向いて対向している図３（ａ）の場合、ＴＶモニタ９の画面の光は光検出装置７１に入力する。光検出装置７１としては、一般に、フォトダイオード、フォトトランジスタを使用する。ここで、図４をも参照するに、これは光検出装置７１の出力波形を示す図である。ＴＶモニタ９の画面はＴＶ同期信号に従って垂直同期周波数：６０Ｈｚで更新されるので、光検出装置７１の出力も同期信号と同一の周波数およびその高調波周波数で変動する。一方において、操作者がＴＶモニタ９の画面に対向せず画面から逸れた方向を向いている図３（ｂ）の場合、光検出装置７１にＴＶモニタ９の画面の光は入射しないが、照明光その他の外光は入射する。これら外光はドリフトのない定常的な光であり、或いはＴＶ同期信号とは異なる周波数のドリフトをする光である。以上の光が光検出装置７１に入射した場合の信号処理を、再び、図２をも参照して説明する。
【００１３】
操作者が前面であるＴＶモニタ９の正面に向いて対向している図３（ａ）の場合の光検出装置７１の出力信号は、図４に示される高レベルの信号として同期信号検出回路８１に入力する。同期信号検出回路８１は帯域通過フィルタ８１１、検波回路８１２、低域通過フィルタ８１３より構成されており、ＴＶ同期信号の強度に比例した出力を発生する。即ち、光検出装置７１の出力信号の内の帯域通過フィルタ８１１の通過帯域に対応する信号は、図５（ａ）に示される如く帯域通過フィルタ８１１を通過して出力される。帯域通過フィルタ８１１を通過した信号は検波回路８１２において全波整流され、検波回路８１２の全波整流出力は低域通過フィルタ８１３において平滑化されて高レベルの信号がここから出力される。従って、操作者がＴＶモニタ９の画面に向いている場合は同期信号検出回路８１は出力を発生する。一方、操作者がＴＶモニタ９の画面に対向せず画面から逸れた方向を向いている図３（ｂ）の場合も、光検出装置７１の出力信号は同期信号検出回路８１に入力するが、これは図４に示される低レベルの信号として同期信号検出回路８１に入力する。従って、帯域通過フィルタ８１１、検波回路８１２を経由して低域通過フィルタ８１３から出力される信号は極く低レベルの信号であるに過ぎず、操作者がＴＶモニタ９の正面以外を向いている場合は出力は発生しないに等しい。
【００１４】
次いで、図６をも参照するに、同期信号検出回路８１の出力は積分器リセット回路８２に入力する。操作者がＴＶモニタ９の正面に対向すると同期信号検出回路８１は出力を発生するが、この出力が設定値生成回路８２１の出力する設定値を超えると比較回路８２２は出力を発生する。設定値としては、同期信号検出回路８１の最大出力の５０％に固定する。
排他的論理和回路８２４には比較回路８２２の出力と、これより単位時間遅延した遅延回路８２３の出力が入力されるので、比較回路８２２の出力の立ち上がり或いは立ち下がり時に単位時間だけ出力を発生する。単位時間としては、スイッチ８２６が動作して積分器３がリセットされる時間だけあればよく、１０ｍｓ程度とする。
【００１５】
論理積回路８２５には排他的論理和回路８２４の出力と比較回路８２２の出力が入力し、比較回路８２２出力の立ち上がり時に単位時間だけ出力を発生する。従って、操作者がＴＶモニタ９の正面に向いて同期信号検出回路８１の出力が発生した瞬間に単位時間だけスイッチ８２６がＯＮ状態になり、積分器３がリセットされることになる。角速度センサ１にドリフトによる誤差が発生してもこの誤差は操作者がＴＶモニタ９の正面を向く度び毎にＴＶモニタ９の方向を基準方位として補正されることになる。即ち、このトラッカー１０は頭部に装着して操作者がＴＶモニタ９の表示器に対向した方位を基準方位とするものであり、対向した瞬間に発生した同期信号検出回路８１の出力が単位時間だけスイッチ８２６をＯＮ状態にして積分器３をリセットする。
【００１６】
【発明の効果】
以上の通りであって、この発明によるトラッカーの出力誤差の補正は、ＴＶモニタの表示器の輝度変化を検出する光検出装置、光検出装置で受光した光信号に基づいてＴＶ同期信号を検出する同期信号検出回路、同期信号検出回路の出力がある時に角速度センサの出力を積分する積分器をリセットする積分器リセット回路を有しており、ＴＶモニタから発生する同期信号を基準にしてトラッカーの出力誤差を補正するので、従来の磁気センサによる出力誤差補正の欠点である外乱の影響は無く、そして、出力誤差補正を操作者がＴＶモニタの正面を向く度び毎に自動的に実施してリセットスイッチ操作する煩わしさから操作者を解放する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例を説明する図。
【図２】 図１の一部の詳細を説明する図。
【図３】 トラッカーとＴＶモニタの位置関係を説明する図。
【図４】 光検出装置の出力波形を示す図。
【図５】 同期信号検出回路の出力を説明する図。
【図６】 積分器リセット回路を説明する図。
【図７】 従来例を説明する図。
【符号の説明】
１ 角速度センサ
１０ トラッカー
２ 第１の減算器
３ 積分器
４ 第２の減算器
５ 補正ゲイン部
６ 磁気センサ
７１ 光検出装置
８１ 同期信号検出回路
８１１ 帯域通過フィルタ
８１２ 検波回路
８１３ 低域通過フィルタ
８２ 積分器リセット回路
８２１ 設定値生成回路
８２２ 比較回路
８２３ 遅延回路
８２４ 排他的論理和回路
８２５ 論理積回路
８２６ スイッチ
９ ＴＶモニタ

Claims (2)

1. 角速度センサを具備し、
   角速度センサの検出出力を積分して方位信号を求める積分器を具備し、
   角速度センサと一体構造でＴＶモニタの表示器から放射される光信号を受光する光検出装置を具備し、
   光検出装置で受光した光信号に基づいて同期信号を検出する同期信号検出回路を具備し、
   同期信号検出回路の検出した同期信号に基づいて積分器の出力をリセットするリセット信号を出力する積分器リセット回路を具備して角速度センサのドリフトをリセットすることを特徴とするトラッカー。
2. 請求項１に記載されるトラッカーにおいて、
   同期信号検出回路は帯域通過フィルタ、検波回路、低域通過フィルタを具備して同期信号の強度に比例した出力を発生し、
   積分器リセット回路は、同期信号検出回路から供給される検出出力と設定値生成回路の出力する設定値とを比較し、検出出力が設定値を超えると出力を発生する比較回路、比較回路の出力を単位時間遅延させる遅延回路、比較回路の出力と遅延回路の出力を入力する排他的論理和回路、比較回路の出力と排他的論理和回路の出力を入力とする論理積回路、論理積回路の出力を入力とし、この入力に対応してＯＮ／ＯＦＦするスイッチより成り、スイッチは積分器に接続していることを特徴とするトラッカー。

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