JP4288443B2

JP4288443B2 - ヘッドモーショントラッカとその測定値補正方法

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Publication number: JP4288443B2
Application number: JP2000271085A
Authority: JP
Inventors: 明展妹尾
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2020-09-07
Also published as: JP2002081904A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば救難飛行艇の搭乗員やＶＲ（ヴァーチャルリアリティー）空間の体験者等の頭部の向きと位置を測定するためのヘッドモーショントラッカとその測定値補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば救難飛行艇による救難活動において、発見した救難目標を見失うことがないように、搭乗員に装着される頭部装着型表示装置により表示される照準画像と救難目標とが対応した時、救難目標の位置を演算することが行われている。その救難目標の位置を演算するには、飛行体の緯度、経度、高度、飛行体の姿勢に加えて、飛行体に対する搭乗員の頭部の向きと位置とを測定することが必要になる。また、頭部装着型表示装置の装着者に、その頭部の動きに応じて変化する画像を視認させることでＶＲ空間を体験させる場合、その頭部の向きと位置とを測定することが必要になる。
【０００３】
そのような頭部の向きと位置を３次元測定空間において測定するためのヘッドモーショントラッカとして、交流磁界を発生させるソースと、その交流磁界内において頭部に装着される磁気センサと、その磁気センサに接続される信号処理装置とを有するものが用いられている。その磁気センサからの電磁結合作用による出力に基づき、予め定めた基準方向と測定原点とに対する頭部の６自由度の動きに対応するアジマス方向、エレベーション方向、ロール方向における移動量である角度の測定値と、磁気センサ５の３次元方向すなわちＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向における移動量である測定原点に対する位置の測定値とを求めるものが用いられている。
【０００４】
そのような交流磁界を発生させるヘッドモーショントラッカを金属等の導電性物質に近い空間において使用すると、その導電性物質内に発生する渦電流により誘起された磁界により、ソースにより発生させた交流磁界内に磁気歪みが生じ、測定誤差を生じてしまう。
【０００５】
その測定誤差は磁気センサの位置の関数になる。そこで、その測定誤差を取り除くため、実際の測定を行う前に磁気マッピングが行われている。すなわち、ヘッドモーショントラッカの使用環境と同一環境内において、磁気センサを３次元的に移動させる移動装置を用い、ＸＹＺの各軸方向において磁気センサを一定間隔毎に位置決めし、各位置決め位置での誤差データを予め収集している。各誤差データは、アジマス方向、エレベーション方向、ロール方向の三次元方向における角度誤差と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向お三次元方向における位置誤差とから構成される。
【０００６】
実際の測定に際しては、その誤差データの収集位置に磁気センサが位置する時は、その誤差データにより測定値を補正している。また、その誤差データの収集位置の間に磁気センサが位置する時は、その収集した誤差データから磁気センサの位置における誤差を近似的に求め、その近似的に求めた誤差を用いて測定値を補正している。
【０００７】
その収集した誤差データから磁気センサの位置における誤差を近似的に求める場合、その誤差データは三次元方向における角度誤差と三次元方向における位置誤差とから構成されるベクトル量であるため、その近似計算を行うコンピュータの負荷を軽くするため従来は３次元的な線形近似が行われていた。
【０００８】
すなわち、図７の（１）に示すように、磁気センサの位置をＰｓとして、その磁気センサを囲む一つの仮想立方格子を考える。その仮想立方格子の辺はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿うものとする。その仮想立方格子の各頂点位置Ｐ１〜Ｐ８それぞれにおいて、誤差データが収集されているとする。まず、ＹＺ平面に平行で磁気センサの位置Ｐｓを通る仮想平面が、その仮想立方格子と交差する位置をＰ９〜Ｐ１２とする。その位置Ｐ９における近似誤差を、Ｘ軸方向において位置Ｐ９を挟む位置Ｐ１とＰ２における誤差データから線形近似により求める。例えば、位置Ｐ９から位置Ｐ１までの距離と位置Ｐ２までの距離との比が１：１であれば、位置Ｐ１でのアジマス方向の角度誤差と位置Ｐ２でのアジマス方向の角度誤差の相加平均値を位置Ｐ９でのアジマス方向の角度誤差の近似値とし、同様にして残りの方向の角度誤差と３軸方向での位置誤差の近似値を求める。同様にして、位置Ｐ１０では位置Ｐ３とＰ４の誤差データから、位置Ｐ１１では位置Ｐ５とＰ６の誤差データから、位置Ｐ１２では位置Ｐ７とＰ８の誤差データから、それぞれ線形近似により近似誤差を求める。次に、図７の（２）に示すように、Ｚ軸に平行で磁気センサの位置Ｐｓを通る直線が、Ｐ９とＰ１０とを結ぶ線分と交差する位置をＰ１３、Ｐ１１とＰ１２とを結ぶ線分と交差する位置をＰ１４とする。その位置Ｐ１３における近似誤差を、Ｙ軸方向において位置Ｐ１３を挟む位置Ｐ９とＰ１０における誤差データから線形近似により求め、同様にして、位置Ｐ１４では位置Ｐ１１とＰ１２の誤差データから線形近似により近似誤差を求める。しかる後に、図７の（３）に示すように、位置Ｐｓにおける近似誤差を、位置Ｐ１３とＰ１４における誤差データから線形近似により求めている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の磁気マッピングでは、実際の測定を行う前に、移動装置を用いて磁気センサを３次元空間内においてＸＹＺの各軸方向において一定間隔毎に位置決めして誤差データを収集する必要がある。そのような移動装置を用いたセッティングや誤差データの収集には長時間を要するという問題がある。また、磁気マッピングが行われた後に、測定環境における導電性物質の配置が変更された場合、再度磁気マッピングを行う必要がある。
【００１０】
また、例えば図８における実線αは、位置ＰｈとＰｋとの間における磁気センサの位置とアジマス方向における角度誤差との実際の誤差曲線を示す。ここで、位置Ｐｈ、Ｐｉ、Ｐｊ、Ｐｋにおいて誤差データが収集され、位置Ｐｉと位置Ｐｊとの間で誤差変動が大きいものとされている。この場合、図において位置Ｐｓ′に示すように誤差変動の小さい位置Ｐｈと位置Ｐｉとの間に磁気センサが位置する場合、位置ＰｈとＰｉにおける誤差データから線形近似により求められる近似誤差は、図において破線βで示すように近似直線と実際の誤差曲線とのずれが小さいため、実際の誤差との差は比較的小さい。しかし、図において位置Ｐｓに示すように誤差変動の大きい位置Ｐｉと位置Ｐｊとの間に磁気センサが位置する場合、位置Ｐｉと位置Ｐｊにおける誤差データから線形近似により求められる近似誤差は、図において破線γで示すように近似直線と実際の誤差曲線からのずれが大きいため、実際の誤差との差が大きい。よって、その近似誤差を用いて磁気センサの測定値を補正すると、測定精度が低下する。
【００１１】
その精度低下を防止するため誤差データの収集間隔を小さくすると、磁気センサが取り付けられる頭部が動く範囲（ヘッドモーションボックス）をカバーするには、膨大な数の誤差データを収集する必要がある。具体例として、その収集間隔を１インチ、ヘッドモーションボックスを一辺２０インチの立方体とすると、２１³ ＝９２６１点の誤差データを収集する必要があり、１点あたり２秒で収集できたとしても５時間以上必要で大変な労力を要する。
【００１２】
本発明は、近年のコンピュータの演算処理能力の増大に着目して上記問題を解決することのできるヘッドモーショントラッカとその測定値補正方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、交流磁界を発生させるソースと、その交流磁界内において頭部に装着される磁気センサと、その磁気センサからの出力に基づき、予め定めた基準方向と測定原点とに対する頭部の動きに対応する角度と位置の測定値を求める信号処理装置とを有するヘッドモーショントラッカに適用される。
【００１４】
本発明のヘッドモーショントラッカは、その交流磁界内において磁気センサと一定の間隔をおいて同行して動く補助磁気センサと、その磁気センサと補助磁気センサとの間の角度偏差と位置偏差とを記憶する手段と、その磁気センサの出力と補助磁気センサの出力との差に対応する角度偏差と位置偏差とを求め、その求めた角度偏差と前記記憶した角度偏差との偏差を角度誤差変化分として求め、その求めた位置偏差と前記記憶した位置偏差との偏差を位置誤差変化分として求める手段と、その磁気センサが測定原点に位置する時、この時点で補助磁気センサが配置されている位置に対応付けて、この時点で求めた角度誤差変化分を角度誤差として記憶し、この時点で求めた位置誤差変化分を位置誤差として記憶する手段と、角度誤差と位置誤差とに対応付けられた補助磁気センサの位置に磁気センサが変位した時、この時点で補助磁気センサが配置されている位置に対応付けて、この時点で磁気センサが配置されている位置に対応付けて記憶された角度誤差にこの時点で求めた角度誤差変化分を累積した値を角度誤差として記憶し、この時点で磁気センサが配置されている位置に対応付けて記憶された位置誤差にこの時点で求めた位置誤差変化分を累積した値を位置誤差として記憶する手段とが設けられていることを特徴とする。
上記構成によれば、磁気センサにより頭部の動きに対応する角度と位置とを実測すると同時に、補助磁気センサを備えることで磁気歪みに起因する角度誤差と位置誤差とから構成される誤差データを任意の位置で収集することができる。
【００１５】
本発明によるヘッドモーショントラッカの測定値補正方法は、その交流磁界内における複数位置それぞれに対応付けて、それぞれの位置に磁気センサが配置される時に求められる前記角度の誤差と前記位置の誤差とを誤差データとして収集すると共に記憶し、その誤差データの収集位置の間に磁気センサが位置する時に、その磁気センサの周囲において収集された誤差データから、その磁気センサの位置における各誤差を近似的に求め、その近似的に求めた各誤差を用いて前記求めた角度と位置とを補正するに際して、その誤差データの収集位置の間に磁気センサが位置する時に、少なくとも４位置において収集された誤差データを選択し、その選択した誤差データの収集位置における各誤差に対応する点を通る誤差と位置との関係曲線を、各誤差毎に求め、各関係曲線から磁気センサの位置に対応する各誤差の近似値を求めることを特徴とする。
上記構成によれば、測定値を補正するための近似誤差を曲線近似により求めることで、線形近似により求める場合に比べて近似精度を向上でき、あるいは近似精度が同等であれば誤差データ収集間隔を大きくしてヘッドモーションボックスをカバーするのに必要な誤差データの数を少なくできるアルゴリズムを提供できる。また、その近似誤差を少なくとも４つの異なる位置で収集された誤差データから求めることで、実際の誤差曲線に変曲点が存在する場合でも近似精度を向上できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に示すヘッドモーショントラッカ１は、交流磁界を発生させるソース２と、その交流磁界内において装着者３の頭部にヘルメット４を介して装着される磁気センサ５と、その磁気センサ５に接続されるコンピュータにより構成される信号処理装置６とを有する。その交流磁界内において上記磁気センサ５と一定の間隔をおいて同行して３次元方向に動く補助磁気センサ７が、そのヘルメット４に設けられている。その補助磁気センサ７は上記信号処理装置６に接続されている。その装着者３は、そのヘルメット４により保持される表示器８と、その表示器８から出射される画像表示光を反射して装着者３の目に導くコンバイナ９とを有する頭部装着型表示装置１０を装着し、その表示器８による表示画像とコンバイナ９の前方実在物を視認することが可能とされている。なお、その磁気センサ５と補助磁気センサ７の頭部への装着はヘルメット４を介するものに限らず、例えばヘアバンド等を介して装着してもよい。
【００１７】
その信号処理装置６は、ソース２に交流磁界を発生させる指令信号を出力し、磁気センサ５からの電磁結合作用による出力に基づき、予め定めた基準方向と測定原点とに対する頭部の動きに対応する３次元方向すなわちアジマス方向、エレベーション方向、ロール方向における移動量である角度と、３次元方向すなわちＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向における移動量である測定原点に対する位置の測定値を求める。
【００１８】
まず、その基準方向を決定するためにボアサイトが行われる。すなわち、ヘッドアップディスプレイやボアサイトレティクル等の表示器１１と、装着者３が装着する頭部装着型表示装置１０に、信号処理装置６から画像信号を出力して、例えば十字形等の基準方向特定用シンボル画像を表示し、その表示器１１により表示されるシンボル画像と頭部装着型表示装置１０により表示されるシンボル画像とが一致するようの装着者３は頭部を動かす。両シンボル画像が一致した時点で、例えば装着者３が図外スイッチを操作して信号処理装置６に信号を入力することで、磁気センサ５からの出力に基づきアジマス方向、エレベーション方向、ロール方向における角度が求められ、その求められた角度を零とする。このボアサイトにより、磁気センサ５が３次元測定空間において何れの方向を向いていても、ボアサイトを行った時点での磁気センサ５からの出力に基づき求められるアジマス方向、エレベーション方向、ロール方向における角度の測定誤差を零にできる。図２における破線はボアサイト前の測定誤差と磁気センサ５の位置との関係を示す誤差曲線であり、実線はボアサイト後の誤差曲線を示す。図２においてＰｂは磁気センサ５のボアサイト位置を示す。
【００１９】
次に、そのボアサイト位置が磁気センサ５のＸ、Ｙ、Ｚ方向における位置の測定原点として求められる。その測定原点の３次元測定空間における位置を確定するため、予め定められた一定位置に測距センサ１５が設けられる。その測距センサ１５による磁気センサ５までの距離の測定信号が信号処理装置６に出力され、その測定信号と測距センサ１５の位置とに基づき、信号処理装置６は測定原点の位置を演算する。
【００２０】
その磁気センサ５と補助磁気センサ７との間の角度偏差と位置偏差とが信号処理装置６により記憶される。その磁気センサ５と補助磁気センサ７との間の角度偏差は、磁気センサ５の角度が零の時の補助磁気センサ７のアジマス方向、エレベーション方向、ロール方向における角度であり、磁気センサ５と補助磁気センサ７とは一定間隔をおいて同行して動くことから既知の値である。その磁気センサ５と補助磁気センサ７との間の位置偏差は、磁気センサ５が測定原点に位置する時の補助磁気センサ７のＸ、Ｙ、Ｚ方向における位置であり、磁気センサ５と補助磁気センサ７とは一定間隔をおいて同行して動くことから既知の値である。
【００２１】
その基準方向と測定原点とが決定したならば、その信号処理装置６は、磁気センサ５の出力と補助磁気センサ７の出力との差に対応する角度偏差と位置偏差とを求める。もし磁気センサ５の位置の相違に基づく測定誤差がなければ、その求めた角度偏差と位置偏差は、上記記憶した磁気センサ５と補助磁気センサ７との間の角度偏差と位置偏差とに等しくなる。よって、その求めた角度偏差と記憶した角度偏差との偏差は、磁気センサ５の位置の変化に基づく角度誤差変化分であり、その求めた位置偏差と記憶した位置偏差との偏差は磁気センサ５の位置の変化に基づく位置誤差変化分である。信号処理装置６は、その角度誤差変化分と位置誤差変化分とを求める。例えば、図３における実線は磁気センサ５の位置とアジマス方向における角度誤差との関係曲線を示し、磁気センサ５が測定原点すなわちボアサイト位置Ｐｂに位置する時の補助磁気センサ７の位置をＰ１とした場合、信号処理装置６はアジマス方向における角度誤差変化分ΔＥ１を求める。同様にして、エレベーション方向、ロール方向における角度誤差変化分とＸ、Ｙ、Ｚ方向における位置誤差変化分を求める。なお、磁気センサ５が測定原点に位置する時点で補助磁気センサ７が配置されることになる位置Ｐ１は単一ではなく、磁気センサ５が測定原点に位置する状態でアジマス方向、エレベーション方向、ロール方向において角度が変化することで、複数の位置に補助磁気センサ７が配置されることになる。よって、補助磁気センサ７が配置される複数の位置それぞれにおいて、三次元方向の角度誤差変化分と三次元方向の位置誤差変化分とが求められる。
【００２２】
その磁気センサ５が測定原点に位置する時は、信号処理装置６により求められる角度誤差変化分が、その磁気センサ５が補助磁気センサ７の位置に変位した時の角度誤差となる。例えば図３において、その磁気センサ５が測定原点すなわちボアサイト位置Ｐｂに位置する時、信号処理装置６により求められる角度誤差変化分ΔＥ１が、その磁気センサ５が位置Ｐ１に位置した時の角度誤差Ｅ１となる。エレベーション方向、ロール方向における角度誤差とＸ、Ｙ、Ｚ方向における位置誤差についても同様である。よって、信号処理装置６は、その磁気センサ５が測定原点に位置する時、この時点で補助磁気センサ７が配置されている位置に対応付けて、この時点で求めたアジマス方向、エレベーション方向、ロール方向における角度誤差変化分を角度誤差として記憶し、また、この時点で求めたＸ、Ｙ、Ｚ方向における位置誤差変化分を位置誤差として記憶する。
【００２３】
角度誤差と位置誤差とに対応付けられた補助磁気センサ７の位置に磁気センサ５が変位した時、この時点で磁気センサ５が配置されている位置に対応付けて記憶された角度誤差に、この時点で求めた角度誤差変化分を加えた値が、この時点で補助磁気センサ７が配置されている位置に磁気センサ５が変位した時の角度誤差となる。例えば図３において、角度誤差と位置誤差とに対応付けられた補助磁気センサ７の位置Ｐ１に磁気センサ５が変位した時、この時点で磁気センサ５が配置されている位置Ｐ１に対応付けて記憶された角度誤差Ｅ１に、この時点で求めた角度誤差変化分ΔＥ２を加えた値Ｅ１＋ΔＥ２が、この時点で補助磁気センサ７が配置されている位置Ｐ２に磁気センサ５が変位した時の角度誤差Ｅ２となる。エレベーション方向、ロール方向における角度誤差とＸ、Ｙ、Ｚ方向における位置誤差についても同様である。よって、信号処理装置６は、角度誤差と位置誤差とに対応付けられた補助磁気センサ７の位置に磁気センサ５が変位した時、この時点で補助磁気センサ７が配置されている位置に対応付けて、この時点で磁気センサ５が配置されている位置に対応付けて記憶された角度誤差にこの時点で求めた角度誤差変化分を累積した値を角度誤差として記憶し、この時点で磁気センサ５が配置されている位置に対応付けて記憶された位置誤差にこの時点で求めた位置誤差変化分を累積した値を位置誤差として記憶する。なお、磁気センサ５が角度誤差と位置誤差とに対応付けられた補助磁気センサ７の位置Ｐ１に変位した時点で、補助磁気センサ７が配置されることになる位置Ｐ２は単一ではなく、磁気センサ５が位置Ｐ１に位置する状態でアジマス方向、エレベーション方向、ロール方向において角度が変化することで、複数の位置に補助磁気センサ７が配置される。よって、補助磁気センサ７が配置される複数の位置それぞれにおいて、三次元方向の角度誤差変化分と三次元方向の位置誤差変化分とが求められる。同様の処理を繰り返すことで、任意の位置における任意の数の角度誤差と位置誤差を記憶することができる。その記憶された角度誤差と位置誤差とが、磁気センサ５による角度と位置の実測値を補正するための誤差データベースを構成する。その角度誤差と位置誤差とを求める３次元測定空間における位置の数と相対位置は予め設定する。これにより、交流磁界内における複数位置それぞれに対応付けて、それぞれの位置に磁気センサ５が配置される時に求められる角度の誤差と位置の誤差とを誤差データとして収集すると共に記憶できる。
【００２４】
上記ヘッドモーショントラッカ１の構成によれば、磁気センサ５により頭部の動きに対応する角度と位置とを実測すると同時に、補助磁気センサ７を備えることで磁気歪みに起因する角度誤差と位置誤差とから構成される誤差データを任意の位置で収集することができる。
【００２５】
その誤差データの収集位置に磁気センサ５が位置する時は、その誤差データにより実測された角度と位置とを補正している。その収集位置の間に磁気センサ５が位置する時は、その磁気センサ５の周囲において収集された誤差データから磁気センサ５の位置における各誤差を近似的に求め、その近似的に求めた各誤差を用いて実測された角度と位置とを補正している。
【００２６】
各誤差を近似的に求める際に曲線近似が行われる。そのため、誤差データの収集位置の間に磁気センサ５が位置する時に、少なくとも４位置において収集された誤差データを選択し、選択した誤差データの収集位置における各誤差に対応する点を通る誤差と位置との関係曲線を、各誤差毎に求め、各関係曲線から磁気センサの位置に対応する各誤差の近似値を求めている。本実施形態では、図４の（１）に示すように、磁気センサ５の位置をＰｓとして、その磁気センサ５を囲む２７個の仮想立方格子を考える。各仮想立方格子の辺はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿うものとし、相隣接する仮想立方格子は辺を共有し、全体で一つの立方体形状を呈するものとする。各仮想立方格子の頂点位置Ｐ１〜Ｐ６４それぞれにおいて誤差データが収集されているとする。まず、ＹＺ平面に平行で磁気センサ５の位置Ｐｓを通る仮想平面が、その仮想立方格子と交差する位置をＰ６５〜Ｐ８０とする。その位置Ｐ６５における近似誤差を、Ｘ軸方向において位置Ｐ６５を挟む位置Ｐ２、Ｐ３と、その位置Ｐ２、Ｐ３を挟む位置Ｐ１、Ｐ４における誤差データから曲線近似により求める。例えば図５における実線Σは、位置Ｐ１〜Ｐ４の間におけるＸ軸方向位置とアジマス方向における角度誤差との実際の誤差曲線を示す。ここで、位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４における角度誤差に対応する点を通る図中破線Ωで示す３次の近似曲線を、例えば最小２乗法、ラグランジュの補間法、ネヴィルの補間法等の数学的手法により求める。その近似曲線Ω上における位置Ｐ６５に対応する点の誤差をアジマス方向における角度誤差の近似値として求め、同様にして残りの方向の角度誤差と３軸方向での位置誤差の近似値を求める。同様にして、位置Ｐ６６では位置Ｐ５〜Ｐ８の誤差データから、位置Ｐ６７では位置Ｐ９〜Ｐ１２の誤差データから、位置Ｐ６８では位置Ｐ１３〜Ｐ１６の誤差データから、位置Ｐ６９では位置Ｐ１７〜Ｐ２０の誤差データから、位置Ｐ７０では位置Ｐ２１〜Ｐ２４の誤差データから、位置Ｐ７１では位置Ｐ２５〜Ｐ２８の誤差データから、位置Ｐ７２では位置Ｐ２９〜Ｐ３２の誤差データから、位置Ｐ７３では位置Ｐ３３〜Ｐ３６の誤差データから、位置Ｐ７４では位置Ｐ３７〜Ｐ４０の誤差データから、位置Ｐ７５では位置Ｐ４１〜Ｐ４４の誤差データから、位置Ｐ７６では位置Ｐ４５〜Ｐ４８の誤差データから、位置Ｐ７７では位置Ｐ４９〜Ｐ５２の誤差データから、位置Ｐ７８では位置Ｐ５３〜Ｐ５６の誤差データから、位置Ｐ７９では位置Ｐ５７〜Ｐ６０の誤差データから、位置Ｐ８０では位置Ｐ６１〜Ｐ６４の誤差データから、それぞれ曲線近似により近似誤差を求める。次に、図４の（２）に示すように、Ｚ軸に平行で磁気センサ５の位置Ｐｓを通る直線が、Ｐ６５とＰ６８とを結ぶ線分と交差する位置をＰ８１、Ｐ６９とＰ７２とを結ぶ線分と交差する位置をＰ８２、Ｐ７３とＰ７６とを結ぶ線分と交差する位置をＰ８３、Ｐ７７とＰ８０とを結ぶ線分と交差する位置をＰ８４とする。その位置Ｐ８１における近似誤差を、Ｙ軸方向において位置Ｐ８１を挟む位置Ｐ６６、Ｐ６７と、その位置Ｐ６６、Ｐ６７を挟む位置Ｐ６５、Ｐ６８における誤差データから曲線近似により求め、同様にして、位置Ｐ８２では位置Ｐ６９〜Ｐ７２の誤差データから、位置Ｐ８３では位置Ｐ７３〜Ｐ７６の誤差データから、位置Ｐ８４では位置Ｐ７７〜Ｐ８０の誤差データから、曲線近似により近似誤差を求める。しかる後に、図４の（３）に示すように、位置Ｐｓにおける近似誤差を、Ｚ軸方向において位置Ｐｓを挟む位置Ｐ８２、Ｐ８３と、その位置Ｐ８２、Ｐ８３を挟む位置Ｐ８１、Ｐ８４における誤差データから曲線近似により求める。近年のコンピュータの演算処理能力の目覚ましい増大により、その曲線近似による近似誤差を頭部が動いた時に略リアルタイムに求めることができる。
【００２７】
上記構成によれば、測定値を補正するための近似誤差を曲線近似により求めることで、線形近似により求める場合に比べて近似精度を向上でき、あるいは近似精度が同等であれば誤差データ収集間隔を大きくしてヘッドモーションボックスをカバーするのに必要な誤差データの数を少なくできるアルゴリズムを提供できる。これにより、測定環境における渦電流の大きさにも左右されるが、例えば誤差データの収集間隔を２倍にしても同等な精度を得ると共に誤差データの収集時間を１／８にできる。
【００２８】
また、その近似誤差を少なくも４つの異なる位置で収集された誤差データから求めることで、その近似精度を向上できる。例えば、図６における実線は、３位置Ｐｕ〜Ｐｗの間における磁気センサの位置とアジマス方向における角度誤差との実際の誤差曲線δを示し、位置Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗにおいて角度誤差が測定されており、その誤差曲線δは位置Ｐｕ、Ｐｖの間において変曲点を有する。この場合、その３位置Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗにおける角度誤差に対応する点を通る図中破線ηで示す２次の近似曲線を求め、その近似曲線η上における磁気センサの位置に対応する点の誤差を、磁気センサ５の位置Ｐｓでのアジマス方向における角度誤差の近似値とすると、その変曲点の存在により近似精度は低くなってしまう。これに対して、その近似誤差を少なくとも４位置で収集された誤差データから求めることで、そのような変曲点が存在しても近似精度を向上できる。
【００２９】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では４位置で収集された誤差データに基づく近似曲線から近似誤差を求めたが、５位置以上で収集された誤差データから、その誤差データの数をｎとしてｎ‐１次の曲線を数学的手法を用いて求め、その曲線から近似誤差を求めてもよい。また、誤差データの収集位置は立方格子の頂点位置に限定されず、本発明による近似曲線を求めることができれば収集位置は限定されない。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、実際の測定を行いつつ磁気マッピングと測定値の補正を行うことで、実際の測定前の磁気マッピングや、測定環境における導電性物質の配置変更に伴う磁気マッピングを不要とし、自身で磁気マッピングが可能なセルフマッピング方式のヘッドモーショントラッカを提供できる。
また、ヘッドモーショントラッカの測定値を補正するための誤差データの収集間隔を大きくしても、測定精度が低下することはなく、誤差データの収集に要する時間を大幅に短縮可能な測定値補正方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のヘッドモーショントラッカの構成説明図
【図２】本発明の実施形態のヘッドモーショントラッカにおけるボアサイト前後の測定誤差と磁気センサの位置との関係を示す図
【図３】本発明の実施形態のヘッドモーショントラッカにおける磁気センサの位置とアジマス方向における角度誤差との関係曲線を示す図
【図４】（１）〜（３）は本発明の実施形態のヘッドモーショントラッカにおける誤差データの補正方法の説明図
【図５】本発明の実施形態のヘッドモーショントラッカの測定空間における実際の誤差曲線と近似曲線とを示す図
【図６】比較例のヘッドモーショントラッカの測定空間における実際の誤差曲線と近似曲線とを示す図
【図７】（１）〜（３）は従来のヘッドモーショントラッカにおける誤差データの補正方法の説明図
【図８】従来例のヘッドモーショントラッカの測定空間における実際の誤差曲線と近似直線とを示す図
【符号の説明】
１ヘッドモーショントラッカ
２ソース
５磁気センサ
６信号処理装置
７補助磁気センサ

Claims

交流磁界を発生させるソースと、
その交流磁界内において頭部に装着される磁気センサと、
その磁気センサからの出力に基づき、予め定めた基準方向と測定原点とに対する頭部の動きに対応する角度と位置の測定値を求める信号処理装置とを有するヘッドモーショントラッカにおいて、
その交流磁界内において磁気センサと一定の間隔をおいて同行して動く補助磁気センサと、
その磁気センサと補助磁気センサとの間の角度偏差と位置偏差とを記憶する手段と、
その磁気センサの出力と補助磁気センサの出力との差に対応する角度偏差と位置偏差とを求め、その求めた角度偏差と前記記憶した角度偏差との偏差を角度誤差変化分として求め、その求めた位置偏差と前記記憶した位置偏差との偏差を位置誤差変化分として求める手段と、
その磁気センサが測定原点に位置する時、この時点で補助磁気センサが配置されている位置に対応付けて、この時点で求めた角度誤差変化分を角度誤差として記憶し、この時点で求めた位置誤差変化分を位置誤差として記憶する手段と、
角度誤差と位置誤差とに対応付けられた補助磁気センサの位置に磁気センサが変位した時、この時点で補助磁気センサが配置されている位置に対応付けて、この時点で磁気センサが配置されている位置に対応付けて記憶された角度誤差にこの時点で求めた角度誤差変化分を累積した値を角度誤差として記憶し、この時点で磁気センサが配置されている位置に対応付けて記憶された位置誤差にこの時点で求めた位置誤差変化分を累積した値を位置誤差として記憶する手段とが設けられているヘッドモーショントラッカ。
交流磁界を発生させるソースと、
その交流磁界内において頭部に装着される磁気センサと、
その磁気センサからの出力に基づき、予め定めた基準方向と測定原点とに対する頭部の動きに対応する角度と位置の測定値を求める信号処理装置とを有するヘッドモーショントラッカにおいて、
その交流磁界内における複数位置それぞれに対応付けて、それぞれの位置に磁気センサが配置される時に求められる前記角度の誤差と前記位置の誤差とを誤差データとして収集すると共に記憶し、
その誤差データの収集位置の間に磁気センサが位置する時に、その磁気センサの周囲において収集された誤差データから、その磁気センサの位置における各誤差を近似的に求め、
その近似的に求めた各誤差を用いて前記求めた角度と位置とを補正するに際して、
その誤差データの収集位置の間に磁気センサが位置する時に、少なくとも４位置において収集された誤差データを選択し、
その選択した誤差データの収集位置における各誤差に対応する点を通る誤差と位置との関係曲線を、各誤差毎に求め、
各関係曲線から磁気センサの位置に対応する各誤差の近似値を求めるヘッドモーショントラッカの測定値補正方法。
請求項１に記載のヘッドモーショントラッカを用いて誤差データを収集する請求項２に記載のヘッドモーショントラッカの測定値補正方法。