JP4692250B2

JP4692250B2 - ヘッドモーショントラッカ

Info

Publication number: JP4692250B2
Application number: JP2005347394A
Authority: JP
Inventors: 一穂多和田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-12-01
Also published as: JP2007155370A

Description

本発明は、例えば、救難飛行艇等の航空機の搭乗員やバーチャルリアリティ空間の体験者等が頭部に装着して使用するヘルメット型の頭部装着型表示装置（ヘルメットマウントディスプレイ）の位置や角度を検出するための光学式ヘッドモーショントラッカ（ＨＭＴ）に関するものである。

従来、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のないように、搭乗員の頭部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とき、救難目標の位置を演算することが行われている。この演算を行うには、飛行艇の経度、緯度、高度、姿勢に加えて、飛行艇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となる。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バーチャルリアリティ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となる。

こ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、磁気方式のものと光学式のものがある。磁気方式のヘッドモーショントラッカとしては、磁気ソースを用いて周囲の空間に磁界を発生させておき、頭部装着型表示装置に固定した磁気センサにより磁気を測定し、測定された磁気データから磁気センサの現在位置や現在角度、ひいては頭部装着装置の現在位置や現在角度を検出する磁気測定方式のものが開示されている（特許文献１参照）。
磁気方式は、磁気センサが移動する空間に磁界が発生している限り特に制限なく使用することができるものの、磁気センサが移動する空間の磁気情報を予め測定し、磁気マッピングしておく必要がある。また、この空間内に金属等の磁気歪を生じる物体が存在すると、その影響で測定誤差を生じてしまうので、その補正を行う必要がある。

これに対し、光学式のものとして、例えば、頭部装着型表示装置に多数の紫外光反射板からなるマーカを取り付けてカメラでマーカを撮影し、その映像データを利用してマーカの位置や角度を測定するような光学測定によるものが開示されている（特許文献２参照）。
光学式のヘッドモーショントラッカは、磁気マッピングの必要がなく、また、金属等による影響を受けることはないので、磁気歪の影響を受けやすい環境や場所では光学式が使いやすい。
特開２００２−８１９０４号公報特表平９−５０６１９４号公報

しかし、上記した光学式ヘッドモーショントラッカは、太陽光やその反射光等の外乱光（ノイズ）の多い環境において使用すると、カメラ画像に写るマーカに対し外乱光の影響によりマーカ光量の低下やマーカ画像の変形等が発生し、マーカの誤認識、追従異常、検出精度の低下、ひいては検出不能等が生じることになる。従って、太陽光がある屋外や外乱光の多い場所では光学式のヘッドモーショントラッカは使用することが困難であった。

そこで本発明は、上記の従来課題を解消し、太陽光がある屋外や外乱光の多い場所でも悪影響を受けることなく使用することのできるヘッドモーショントラッカを提供することを主たる目的とするものである。

上記目的を達成するため本発明では次のような技術的手段を講じた。即ち、本発明にかかるヘッドモーショントラッカは、頭部装着型表示装置に配置したＬＥＤマーカをカメラで認識してその位置や角度を測定することにより、頭部装着型表示装置の現在位置や現在角度を検出する光学式ヘッドモーショントラッカであって、ＬＥＤマーカには発光ピーク波長が９３０ｎｍ〜９６０ｎｍであるものを使用し、ＬＥＤマーカの発光波長の透過を許容し、かつ、太陽光の８００ｎｍまでの波長帯域の光の透過光量が２０％〜５０％になるように減衰させる光学フィルムを当該ヘッドモーショントラッカが使用される空間を覆うように構成した。
これによれば、光学フィルムにＬＥＤマーカの発光波長の透過を許容し、かつ、カメラに入射する太陽光の波長帯域の少なくとも一部を光学フィルムで減衰するようにする。これにより、カメラへの入射光のうちＬＥＤマーカの発光光の光量比を増大する。

太陽光は、８００ｎｍ以上の波長では放射強度（発光強度）が弱くなっているので、発光波長が９３０ｎｍ〜９６０ｎｍであるＬＥＤマーカを用いることにより、太陽光の発光強度が大きい８００ｎｍ以下の太陽光を光学フィルムで減衰させることで、外乱光（太陽光）を効果的に減衰させることができる。

また、光学式ヘッドモーショントラッカを使用する空間に入射する太陽光を、光学フィルムで覆うようにし、光学フィルムによる透過光量が２０％〜５０％になるように減衰するようにした。

これによれば、太陽光スペクトルの波長帯域３８０〜７８０ｎｍの可視光線の一部も透過して、使用空間内の暗室化を阻止することができる。

以下において、本発明の詳細を図に示した実施例に基づき説明する。図１は光学フィルタを用いた本発明にかかるヘッドモーショントラッカの参考例を示す概略的な側面図であり、図２はその要部を示す拡大側面図であり、図３は光学フィルムを透過した太陽光とＬＥＤマーカの合成波長を説明するための図を示すものである。

図１並びに図２では、光学式ヘッドモーショントラッカを航空機のコクピットＡに装着した参考例を示すものであり、この光学式ヘッドモーショントラッカは搭乗員の頭部装着型表示装置１の表面に配置された発光ピーク波長が９３０ｎｍ〜９６０ｎｍである複数のＬＥＤマーカ２と、このＬＥＤマーカ２を認識するためにコクピットＡ内の空間上部に設けられたカメラ３とを含み、このカメラ３により、頭部装着型表示装置１に配置したＬＥＤマーカ２を認識してその位置や角度を測定することにより、頭部装着型表示装置１の現在位置や現在角度を検出するようになっている。
光学式ヘッドモーショントラッカによる現在位置や現在角度を検出するための手順については、従来より公知であるから、詳細な説明は省略する（例えば上述した特許文献２参照）。

本参考例では、カメラ３のレンズ前方に太陽光の波長帯域の一部を遮断（カット）する光学フィルタが設けられている。図３の（ａ）は太陽光の発光スペクトルの波長分布を示し、図３の（ｂ）はＬＥＤマーカの発光波長を示すものであって、太陽光の放射強度の高い約８００ｎｍまでの波長帯域を、図３の（ｃ）で示すような光学フィルタ４で遮断するようにした。

その結果、図３（ｄ）に示すように、カメラ２に入力される光は、放射強度の低い波長８００ｎｍ以上の著しく減衰された太陽光と、波長帯域９３０〜９６０ｎｍの放射強度の高いＬＥＤマーカの合成光となり、これにより、使用空間内での外乱光の発生をなくすることができてＬＥＤマーカ２をカメラ３で確実に検出することが可能となった。

図４は光学フィルムを使用した本発明の実施例を示すヘッドモーショントラッカの概略的な側面図であり、図５は光学フィルムを透過した太陽光とＬＥＤマーカの合成波長を説明するための図である。
上記参考例における光学フィルタに代えて、光学式ヘッドモーショントラッカを使用する空間、即ち、コクピットＡ内の空間に入射する太陽光の波長帯域の一部を遮断（カット）する光学フィルム５が、コクピットＡを覆う透明なコクピットカバー６の表面に積層されている。
この光学フィルム５は図５の（ｃ）に示すように太陽光の約８００ｎｍまでの波長光を減衰し、透過光量が約２０〜５０％になるまで減衰するように構成されており、その結果、図５の（ｄ）に示すように、カメラ２に入力される光は、光学フィルム５を透過して著しく減衰された太陽光と、波長帯域９３０〜９６０ｎｍの放射強度の高いＬＥＤマーカの合成光となり、これにより、ヘッドモーショントラッカの使用空間であるコクピット内での外乱光をおさえることができ、ＬＥＤマーカ２をカメラ３で確実に検出することができる。

また、この実施例では、太陽光の約８００ｎｍまでの波長光の透過光量が約２０％〜５０％になるので、波長帯域３８０〜７８０ｎｍの可視光線の一部の透過も許容し、これによりコクピット内の暗室化を阻止することができる。

図６は更に別の実施例を示す概略的な側面図である。本実施形態では図４で示した実施例において、更に、第１実施例で示した光学フィルタ４を、図６に示すようにカメラ２のレンズ前方に配置するようにしている。これにより、図５の（ｄ）における約８００ｎｍまでの波長の光が除去されて図５の（ｅ）に示すようなＬＥＤマーカの波長光のみをカメラ２に入力させることができ、外乱光による悪影響をより効果的になくすることができる。

上記実施例において、光学フィルタ４並びに光学フィルム５による太陽光の遮断波長帯域は約８００ｎｍとしたが、必ずしもその数値に特定されない。即ち、波長帯域９３０〜９６０ｎｍのＬＥＤマーカ２をカメラ３で確実に認識できる程度に太陽光を減衰できるのであればよい。
また、ＬＥＤマーカ２の発光波長が９３０ｎｍ〜９６０ｎｍ以外の波長帯域であるときは、その発光波長帯域については透過し、その他の波長帯域で太陽光を減衰することができる光学フィルタ、光学フィルムを用いるようにすればよい。

本発明におけるフィルタには、例えば朝日分光社製の長波長カットフィルタＳＩＸ９６０と短波長カットフィルタＬＩＸ９３０とを使用することができる。
また光学フィルムは、例えば住友大阪セメント社製のＣＬＥＡＲＡＳＮＩＲ−ＮＴを使用することができる。
またＬＥＤマーカ用のＬＥＤには、浜松ホトニクス社製の赤外ＬＥＤＬ９３３８を使用することができる。

本発明は、光学式のヘッドモーショントラッカ全般に利用することができる。

本発明にかかるヘッドモーショントラッカの参考例を示す概略的な側面図。上記参考例の要部を示す拡大側面図。上記参考例の光学フィルタを透過した太陽光とＬＥＤマーカの合成波長を説明するための図。本発明にかかるヘッドモーショントラッカの実施例を示す概略的な側面図。実施例の光学フィルムを透過した太陽光とＬＥＤマーカの合成波長を説明するための図。更に別の実施例を示す概略的な側面図。

Ａコクピット
１頭部装着型表示装置
２ＬＥＤマーカ
３カメラ
４光学フィルタ
５光学フィルム
６コクピットカバー

Claims

頭部装着型表示装置に配置したＬＥＤマーカをカメラで認識してその位置や角度を測定することにより頭部装着型表示装置の現在位置や現在角度を検出する光学式ヘッドモーショントラッカであって、
前記ＬＥＤマーカは発光ピーク波長が９３０ｎｍ〜９６０ｎｍであるものを使用し、
前記ＬＥＤマーカの発光波長透過を許容し、かつ、太陽光の８００ｎｍまでの波長帯域の光の透過光量が２０％〜５０％になるように減衰させる光学フィルムを当該ヘッドモーショントラッカが使用される空間を覆うように構成することを特徴とする光学式ヘッドモーショントラッカ。