JP4225131B2

JP4225131B2 - 磁界補正データ生成装置

Info

Publication number: JP4225131B2
Application number: JP2003177920A
Authority: JP
Inventors: 行信松原; 明展妹尾
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2023-06-23
Also published as: JP2005016964A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は航空機、ヘリコプタ、シミュレータ等において、頭部装着型表示装置に用いる磁気方式ヘッドモーショントラッカに関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機、ヘリコプタ等では、乗組員が装着した頭部装着型表示装置の向き及び位置を把握するためのヘッドモーショントラッカを搭載している。このようなヘッドモーショントラッカには、コクピット内に基準磁界を発生させ、頭部に装着した磁気方式センサの出力から頭部の向きと位置とを算出する磁気方式ヘッドモーショントラッカが主に用いられている。
【０００３】
前記したような磁気方式ヘッドモーショントラッカの場合、発生させた基準磁界内において、周囲の金属から発生する渦電流磁界等により磁界歪みが生じ、磁気方式センサの測定誤差が生じてしまう。そのため、事前に磁界歪み量を計測（磁気マッピング）し、その値をもとに磁界データの補正を行うことや、特許文献１のように、磁気方式センサを複数設け、それら磁気方式センサの出力の相互関係から磁界歪み量を算出し、該歪み量をもとに磁界データの補正をすることによりヘッドモーショントラッカの精度を維持しているものもある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８１９０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記磁気マッピング作業は、コクピット内に専用の計測装置を装着した状態で、コクピットを長時間占有して作業を行わなければならない。また、前記磁界歪みはコクピット内の金属製物質の位置を変更する場合にも変化するため、そのたびに使用者は前記磁気マッピング作業を行わなくてはならない。
【０００６】
一方、コクピットの磁界歪みに影響されないものとして、磁気方式センサの代わりにＣＣＤ等の光学センサを具備するヘッドモーショントラッカがあげられるが、太陽光の影響を受けたり、障害物が前記光学センサを遮るなどした場合は光学センサの正確な出力が取得できないなどといった問題がある。
【０００７】
そこで本発明の所期の目的は、磁気方式ヘッドモーショントラッカにおいて、磁気マッピングによる時間と労力を削減し、且つ、ヘッドモーショントラッカの測定精度を維持するための装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
閉空間内において基準磁界を発生させる磁気方式トランスミッタと該基準磁界内において使用者の頭部に装着される磁気方式センサとを具備し、該磁気方式センサが前記頭部の基準磁界内における方位・位置を示す磁気方式センサデータを出力するものである、磁気方式ヘッドモーショントラッカに用いるものであって、前記頭部に装着される光学センサと、予め記憶された前記閉空間に関するデータ及び前記光学センサからの出力に基づき、前記磁気方式センサの前記閉空間内における位置と方位とを算出する光学センサデータ処理部と、前記光学センサデータ処理部により得られた前記磁気方式センサの位置・方位データ及び前記磁気方式センサデータから、前記磁気方式センサデータを補正する磁界補正データを算出する磁界補正データ算出部とを具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る磁界補正データ生成方法は、磁気方式トランスミッタにより閉空間内において発生させた基準磁界内で、頭部に装着された磁気方式センサから出力される磁気方式センサデータに基づき前記基準磁界内での前記頭部の位置と方位を示す磁気方式ヘッドモーショントラッカにおいて、予め記憶された前記閉空間に関するデータ及び前記頭部に装着された光学センサからの出力に基づき前記磁気方式センサの閉空間内における位置と方位とを算出する光学センサデータ処理ステップと、前記光学センサデータ処理ステップより得られた前記磁気方式センサの位置・方位データ及び磁気方式センサデータから、磁気方式センサデータを補正する磁界補正データを算出する磁界補正データ算出ステップとを有するものである。
【００１０】
このようなものであれば、磁界歪みに影響されない光学センサからの方向・位置データに基づいて磁気方式センサデータを補正するための磁界補正データを得ることが可能となる。そうすることにより、磁気マッピングによる補正作業に係る時間と労力を要することなく、磁界歪みに関しての補正がなされたデータを得ることが可能となる。また、光学センサは前記光学センサ処理ステップのみに使用する。そのため、本発明に係る方法を適用したヘッドモーショントラッカは、前記したような太陽光の影響や障害物の存在等、光学センサの出力が正確に取得できない状況においても正確な位置・方位データを安定して得ることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
図１に頭部装着型表示装置を使用する際の実施形態例を示す。また、図２に磁界補正データを生成する際の実施形態例を示す。
【００１２】
磁気方式ヘッドモーショントラッカ１は、コクピット内において使用者が頭部装着型表示装置３を頭部に装着した状態で用いるものである。また図３に示すように、磁気方式ヘッドモーショントラッカ１は磁気方式ヘッドモーショントラッカ本体１０がＣＰＵ１ａ、主記憶装置１ｂ、補助記憶装置１ｃ、トランスミッタ・センサインターフェース１ｄ及び通信インターフェース１ｅを具備しており、該トランスミッタ・センサインターフェース１ｄを介して磁気方式トランスミッタ１１への信号送信および磁気方式センサ１２からの信号受信が可能となっている。
【００１３】
磁気方式ヘッドモーショントラッカ１において、コクピット内の所定箇所に設置された磁気方式トランスミッタ１１がコクピット内に基準磁界を生成し、磁気方式センサ１２が検出した磁界信号から磁気方式センサデータとして検出する。この磁気方式センサデータは前述した磁界歪みの影響による誤差を含むため、該磁気方式センサデータ及び磁界補正データから、磁界歪みに関する補正がなされた方位・位置補正データを算出するとともに、頭部装着型表示装置３へ送信するものである。
【００１４】
次に、この磁気方式ヘッドモーショントラッカ１の磁界補正データを生成する際の動作機能について、機能ブロック図である図６を参照して説明する。
【００１５】
磁気方式トランスミッタ１１は、上述の通り基準磁界を出力する。また、磁気方式センサ１２は、磁気方式トランスミッタ１１が生成した基準磁界内において磁界を検出し、磁気方式センサデータとして磁気方式ヘッドモーショントラッカ本体１０へ送る。
【００１６】
磁気方式ヘッドモーショントラッカ本体１０は、補助記憶装置１ｃの所定領域に記憶されたプログラムをＣＰＵ１ａに読み込ませ、逐次実行させることによって当該プログラムと補助記憶装置１ｃ等が協働し、磁気方式センサ１２が検出した磁界信号を処理し方位・位置を算出する方位・位置算出部１０１を構築する。
【００１７】
磁界補正データ生成装置２は、上述した磁気方式センサデータから、磁気方式センサデータを磁界歪みに関して補正するための磁界補正データを生成するものである。
【００１８】
また、磁界補正データ生成装置２は、図４に示すように、ＣＰＵ２ａ、主記憶装置２ｂ、補助記憶装置２ｃ、光学センサインターフェース１ｄ及び通信インターフェース２ｅを具備するとともに、光学センサインターフェース２ｄを介して光学センサ２１からのデータ受信が可能となっている。
【００１９】
光学センサ２１はＣＣＤセンサ及び光学系等から構成されるもので、コクピット内を撮影するとともに撮影した画像に関するデータをビデオ信号として磁界補正データ生成装置２に送信する機能を有する。
【００２０】
次に、この磁界補正データ生成装置２の動作機能について機能ブロック図である図５を参照して説明する。
【００２１】
磁界補正データ生成装置２は、主記憶装置２ｂ等の所定領域に記憶されたプログラムをＣＰＵ２ａに読み込ませ、逐次実行させることによって当該プログラムと補助記憶装置２ｃ等が協働し、タイミング制御部２０１、光学センサ信号受信部２０２、画像処理部２０３、レイアウトデータ記憶部２０４、光学センサデータ処理部２０５及び磁界補正データ算出部２０６を構築する。
【００２２】
まず、磁界補正データ生成装置２を使用するに先立ち、レイアウトデータ記憶部２０４によって、コクピットの空間レイアウトに関するレイアウトデータが予め記憶された状態となっている。
【００２３】
つぎに、磁界補正データ生成装置２を使用する際に機能するプログラムの各機能について以下に説明する。
【００２４】
タイミング制御部２０１は、予め決められた所定のタイミングにおいてデータを要求するためのデータ要求信号を、磁気方式ヘッドモーショントラッカ１に送信するとともに、後述する磁界補正データ算出部２０１からのデータ要求停止信号によりデータ要求信号の発信を停止する機能を有する。前記所定のタイミングとは、予めハードウェア、プログラム等で設定されたものであり、一定時間ごとに定期的に発信する等の態様が挙げられる。
【００２５】
光学センサ信号受信部２０２は、前記タイミング制御部２０１からのデータ要求信号を受け、光学センサ２１より送信されたビデオ信号をデータ要求を受けたタイミングに関するデータと関連づけて所定領域に一時保存する機能を有する。
【００２６】
画像処理部２０３は、一時保存されたビデオ信号を読み出し画像処理を行うことにより、方位・位置を算出するための光学センサデータへ変換する。
【００２７】
光学センサデータ処理部２０５は、前述した光学センサデータ及びレイアウトデータを比較し、演算処理等することによりコクピット内の光学センサ２１の方位・位置を算出する。さらに予め記憶された光学センサ２１と磁気方式センサ１２の相対的な方位・位置に関するデータをもとに、磁気方式センサ１２の位置を示す位置・方位データＢを算出する。
【００２８】
磁界補正データ算出部２０６は、光学センサデータから算出した位置・方位データＢ及び磁気方式ヘッドモーショントラッカ１の位置・方位データＡをもとに磁界補正データを算出する機能を有する。具体的には、それぞれ同タイミングに係る前記光学センサより算出した位置・方位データＢと位置・方位データＡとを比較することにより、それぞれの位置・方位の誤差を磁界の歪みに関する誤差データとして算出する。そしてコクピット内において所定の精度を確保可能な誤差データを収集した後、誤差データに関するデータテーブルを作成する。
【００２９】
次に、本実施形態において、磁気方式ヘッドモーショントラッカ１及び磁界補正データ生成装置２において磁界補正データが算出されるまでの流れをフロー図である図７に示す。
【００３０】
まず、予め決められた所定のタイミングにより、磁界補正データ生成装置２において光学センサ２１からビデオ信号が発せられると、発せられたビデオ信号を画像処理することにより生成した光学センサデータおよび予め記憶されたコクピットのレイアウトデータから、磁界歪みの影響を含まない位置・方位データＢを算出する（光学センサデータ処理ステップＳＴ１）。
【００３１】
一方、前記所定のタイミングにおいて、磁気方式ヘッドモーショントラッカ１から、磁界歪みの影響を含んでいる位置・方位データＡが生成される（磁気方式センサデータ生成ステップＳＴ２）。
【００３２】
そして、磁界補正データ生成装置２において、磁気方式ヘッドモーショントラッカ１において生成された位置・方位データＡ及び位置・方位データＢから誤差データが算出される。
【００３３】
ここまでの過程の反復により磁気方式ヘッドモーショントラッカ１の使用範囲で、磁界補正データを収集する（磁界補正データ算出ステップＳＴ３）。
【００３４】
次に、磁気方式ヘッドモーショントラッカ１を使用するに際して行う、磁界補正データ生成装置２を用いて磁界補正データを得るデータ収集作業について説明する。
【００３５】
まず、光学センサ２１が正確に動作するよう、太陽光が影響しない状態において頭部装着型表示装置３、磁気方式ヘッドモーショントラッカ１及び磁界補正データ生成装置２が動作可能な状態となると、磁気方式ヘッドモーショントラッカ１が位置・方位データＡを、磁界補正データ生成装置２が光学センサより算出した位置・方位データＢを算出する。次に、磁界補正データ生成装置２が位置・方位データＡ及び位置・方位データＢから誤差データを算出する。頭部装着型表示装置３の位置がコクピット内の所定箇所を移動すると頭部装着型表示装置３に装着された磁気方式センサ１２が移動したそれぞれの位置に係る誤差データを算出する。
【００３６】
頭部装着型表示装置３の位置がコクピット内の所定箇所を移動することにより、磁界補正データ生成装置２が一定量以上の誤差データを算出すると、磁界補正データ生成装置２において磁界補正データ算出部２０５が上記したような所定の演算処理を行うことにより、磁界補正データを生成する。そして、磁気方式ヘッドモーショントラッカ１が磁界補正データを磁界補正データテーブル１０２に記憶することにより、頭部装着型表示装置３が画像を表示する際に磁気方式ヘッドモーショントラッカ１が磁界補正データを利用できるようになる。
【００３７】
次に、生成された磁界補正データをもとに磁気方式ヘッドモーショントラッカ１が方位・位置補正データを算出し、頭部装着型表示装置３が映像を表示するまでの動作機能を機能ブロック図である図６を用いて説明する。
【００３８】
磁気方式ヘッドモーショントラッカ１は、予め磁界補正データ生成装置２により生成された磁界補正データを磁界補正データテーブル１０２が補助記憶装置１ｃの所定箇所に記憶しているとともに、頭部装着型表示装置３が映像を表示する際、磁界歪みを含む位置・方位データＡを算出する。
【００３９】
その位置・方位データＡをもとに磁界補正データテーブル１０２から磁界補正データを読み出し、磁界歪みに関する補正がなされた方位・位置補正データを算出し、該方位・位置補正データを頭部装着型表示装置３へ送信する。
【００４０】
頭部装着型表示装置３は航空機やヘリコプタ等のコクピット内において乗組員である使用者が装着するものであり、図４に示すように、ＣＰＵ３ａ、主記憶装置３ｂ、補助記憶装置３ｃ、表示装置３ｄ及び通信インターフェース３ｅを具備している。また頭部装着型表示装置３は、使用者の頭部の位置や方向の変化に合わせてシンボル・映像等を表示する。
【００４１】
次に、この頭部装着型表示装置３の動作機能について機能ブロック図である図６を参照して説明する。
【００４２】
頭部装着型表示装置３は、主記憶装置３ｂ等の所定領域に記憶されたプログラムをＣＰＵ３ａに読み込ませ、逐次実行させることによって当該プログラムと表示装置３ｄ等が協働し、信号発生・駆動部３０１、表示部３０２から構成されている。
【００４３】
信号発生・駆動部３０１は、磁気方式ヘッドモーショントラッカ１より送信された方位・位置補正データをもとに、該方位・位置補正データに係る方位・位置に該当する画像データを補助記憶装置３ｃから抽出し、主記憶装置３ｂに一時保存する機能を有する。
【００４４】
画面表示部３０２は、信号発生・駆動部３０１により送出された表示信号をもとにシンボル・映像等を表示させる機能を有する。
【００４５】
次に、上述した構成により頭部装着型表示装置３を使用者が使用している状態において、磁気方式ヘッドモーショントラッカ１が磁界補正データから磁界歪みに関する補正がなされた方位・位置補正データを生成する流れを説明する。まず、磁気方式ヘッドモーショントラッカ１において磁気方式センサデータが生成されると、方位・位置算出部１０１が磁界補正データテーブル１０２から磁界補正データを読み出し、方位・位置補正データを算出するとともに、算出した方位・位置補正データを通信インターフェース１ｄを介して頭部装着型表示装置３へ送信する。
【００４６】
頭部装着型表示装置３において、方位・位置補正データを通信インターフェース３ｅを介して受信すると信号発生・駆動部３０１が保存された画像データ及び受信した方位・位置補正データから、方位・位置補正データに該当する画像データを抽出するとともに画面表示部３０２が画像データに係る画像を表示装置３ｄに表示させる。このようにすることにより頭部装着型表示装置３は磁界歪みに関して補正された方位・位置補正データに係るシンボル・画像等、すなわち、位置・方位に関して精度の高いシンボル・画像等を表示することが可能となる。
【００４７】
本実施形態に係る磁界補正データ生成装置２は、上記したような構成であり、しかも本実施形態に係る磁界補正データ生成方法は、磁気方式トランスミッタ１１により閉空間内において発生させた基準磁界である基準磁界内で、頭部装着型表示装置３に装着された磁気方式センサ１２から出力される磁気方式センサデータに基づき前記基準磁界内での前記頭部の位置と方位を示す磁気方式ヘッドモーショントラッカ１において、予め記憶された前記閉空間に関するデータ及び前記頭部に装着された光学センサからの出力に基づき前記磁気方式センサの閉空間内における位置と方位とを算出する光学センサデータ処理ステップＳＴ１と、前記光学センサデータ処理ステップより得られた前記磁気方式センサの位置・方位データ及び磁気方式センサデータから、磁気方式センサデータを補正する磁界補正データを算出する磁界補正データ算出ステップＳＴ３とを有している。
【００４８】
そうすることにより、磁界歪みの影響を含まない光学センサ２１からの光学センサ位置・方位データに基づいて磁気方式センサ１２からの磁気センサデータを補正するための磁界補正データを得ることが可能となるので、本実施形態に係る磁界補正データ生成装置２を用いた磁気方式ヘッドモーショントラッカ１は、磁気マッピングによる補正作業に係る時間と労力を要することなく、上記したようなデータ収集作業を行うことのみにより、磁界歪みに関しての補正がなされた方位・位置補正データを得ることが可能となるため、磁界補正に要する作業時間及び作業量力を大幅に節減すること可能となる。
【００４９】
また、光学センサ２１は本発明に係る磁界補正データ生成装置２が磁界補正データを得るためのみに作動させるものであり、磁気方式ヘッドモーショントラッカ１を使用する際は作動させなくてもよい。そのため、本発明に係る磁界補正データ生成装置２を用いた磁気方式ヘッドモーショントラッカ１は、光学センサ２１の短所である太陽光の影響や障害物の存在等、光学センサ２１の出力が正確に取得できない状況においても方位・位置補正データを安定して得ることが可能となる。
【００５０】
また、光学センサ２１は、頭部装着型表示装置３にモニタ用としてＣＣＤカメラを内蔵する場合、それを用いることも可能である。
【００５１】
なお、本発明は上記した構成に限られるものではない。例えば、磁界補正データ生成装置又は磁気方式ヘッドモーショントラッカが光学センサや磁気方式センサを複数有する構成をなすものであったり、頭部装着型表示装置において表示信号を表示中に磁界補正データ生成装置を作動させ、磁界補正データを随時更新する構成としたものであっても、本発明の技術的範囲に属するものである。
【００５２】
【発明の効果】
本発明に係る磁界補正データ生成装置は、上記したような構成とすることにより磁気マッピングによる補正作業に係る時間と労力を要することなく、磁界補正データの収集が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る頭部装着型表示装置を使用する際の実施形態を示す概略図。
【図２】本発明の実施形態に係る磁界補正データを生成する際の実施形態を示す概略図。
【図３】同実施形態に係る磁気方式ヘッドモーショントラッカの構成を示す概略図。
【図４】同実施形態に係る磁界補正データ生成装置の構成を示す概略図。
【図５】同実施形態に係る頭部装着型表示装置の構成を示す概略図。
【図６】同実施形態に係る機能ブロック図。
【図７】同実施形態のデータの流れを示すフロー図。
【符号の説明】
１ …磁気方式ヘッドモーショントラッカ
１０…磁気方式ヘッドモーショントラッカ本体
１１…磁気方式トランスミッタ
１２…磁気方式センサ
２ …磁界補正データ生成装置
２１…光学センサ
２０５…光学センサデータ処理部
２０６…磁界補正データ算出部
３ …頭部装着型表示装置

Claims

閉空間内において基準磁界を発生させる磁気方式トランスミッタと該基準磁界内において使用者の頭部に装着される磁気方式センサとを具備し、該磁気方式センサの前記基準磁界内における方位・位置を示す磁気方式センサデータを算出するものである、磁気方式ヘッドモーショントラッカに用いるものであって、
前記頭部に装着される光学センサと、
前記閉空間に関するデータを予め記憶しているレイアウトデータ記憶部と、
前記閉空間に関するデータ及び前記光学センサからの出力に基づき、前記磁気方式センサの前記閉空間内における位置と方位とを算出する光学センサデータ処理部と、
前記光学センサデータ処理部により得られた前記磁気方式センサの位置・方位データ及び前記磁気方式センサデータから、前記磁気方式センサデータを補正する磁界補正データを算出する磁界補正データ算出部と
を具備することを特徴とする磁界補正データ生成装置。