JPH0634372A - 三次元方向検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置構成が簡易小型で応答性に優れた安価な
三次元方向検出装置を提供する。 【構成】 頭部５にヘルメットを被せ、このヘルメット
に方向検出センサ６を取り付ける。方向検出センサ６は
Ｘ，Ｙ，Ｚの三次元直交三軸上に角速度センサとしての
振動ジャイロをそれぞれ設けたものによって構成し、頭
部５の移動方向を三軸上の振動ジャイロの角速度に分解
して検出し、各振動ジャイロの検出信号を信号処理部３
で処理し、その結果をディスプレイ４に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検出体の三次元移動
方向を検出する三次元方向検出装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】最近、仮想現実感技術が注目を浴びてい
る。この仮想現実感技術はディスプレイの画面上にコン
ピュータグラフィックスの画像を流し、体験者が例えば
右を向くとディスプレイ上の画面がその角度分シフト
し、また、体験者が腕を動かすとディスプレイ上の人物
も同じ動作で腕を動かすという如く、体験者がディスプ
レイの画面上に作り出された仮想的な世界の中でその世
界を体験できるものであり、例えば、様々なシステムキ
ッチンのタイプをディスプレイ上に表し、仮想的に体験
して最も使い勝手のよいシステムキッチンを選択した
り、その他、宇宙開発技術、ロボット等の遠隔操作技術
等、様々な分野に活用されている。

【０００３】前記仮想現実感技術においては、体験者の
動きをグラフィック画面上の人物の動きに反映させるた
めに、体験者にグローブやヘルメットやスーツを着用さ
せ、これらの着用物に体験者の動きを検出するセンサを
取り付け、このセンサの検出信号を信号処理してディス
プレイ上のグラフィック画面上に体験者の動きを表現す
るようにしている。

【０００４】図５には体験者の頭部の動きの方向を検出
する従来の三次元方向検出装置のシステムが示されてい
る。このシステムでは、センサ部１と外部補助センシン
グ装置２によって頭部の動きの方向が検出される。通
常、体験者の頭部には被検出体としてのヘルメットが被
せられ、このヘルメットにセンサ部１が取り付けられ
る。一方、外部補助センシング装置２はセンサ部１に対
して固定された基準点となる位置に取り付けられて、そ
の基準点に対する被検出体の動きの方向を絶対量として
検出するための原点として機能する。

【０００５】センサ部１と外部補助センシング装置２の
構成として、共にＸ，Ｙ，Ｚの三軸方向にコイルを巻い
た直交コイルのものが知られている。これは、被検出体
のヘルメットに直交コイルをセンサ部１として取り付
け、原点となる固定位置に外部補助センシング装置２と
して直交コイルを固定配設し、外部補助センシング装置
２側のセンシング直交コイルの例えばＸ方向のコイルか
ら磁界を発生させてその磁界をセンサ側の直交コイルの
Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向のコイルでその磁界の大きさを検出
して３個のデータを得、次にセンシング直交コイルのＹ
方向のコイルから磁界を発生させてセンサ側の直交コイ
ルのＸ，Ｙ，Ｚのコイルでその磁界の大きさを３個のデ
ータとして検出し、さらにセンシング直交コイルのＺ方
向のコイルから同様に磁界を発生させてこれをセンサ直
交コイルのＸ，Ｙ，Ｚのコイルで磁界を検出することに
より、センシング直交コイルのＸ，Ｙ，Ｚの各コイルか
ら順に磁界を発生させることにより、センサ側の直交コ
イルから９個のデータが得られ、このデータを信号処理
することにより被検出体の動きの方向を外部補助センシ
ング装置２を基準とした絶対量として求めるものであ
る。

【０００６】また、被検出体の基準面の３点にマークを
貼り付け、外部補助センシング装置２側に取り付けられ
たセンサ部１としてのテレビカメラでこの３点のマーク
で作られる三角形の画像を捕らえ、そのテレビカメラで
取り込んだ三角形の画像の大きさや歪みから外部補助セ
ンシング装置２を基準として被検出体の絶対量の向きを
算出するものや、被検出体側に反射板を取り付け、外部
補助センシング装置２側には赤外線や超音波を照射する
装置を取り付け、外部補助センシング装置２側から照射
した赤外線や超音波の反射強度をセンサ部１で検出し、
被検出体の移動の方向を外部補助センシング２を基準と
した絶対量として求めるものも知られている。

【０００７】これらいずれの場合も、センサ部１と外部
補助センシング装置２を用いて得られたデータはコンピ
ュータ等の信号処理部３で信号処理されてディスプレイ
４の画面に作り出されている仮想の世界で体験者の頭の
動きの方向と同方向に画面がシフトしたり、画面上の人
物の頭が同じ方向に向くことで、仮想の世界を体験する
ことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
三次元方向検出装置はいずれも外部補助センシング装置
２を原点位置とし、この原点位置に対して被検出体の移
動の方向を絶対量として検出するものであるため、必ず
外部補助センシング装置２を必要とし、装置構成が複
雑、かつ、大掛かりとなり、装置コストが高価になると
いう問題があった。

【０００９】また、前記の如く、外部補助センシング装
置２を必須の構成要件とするため、外部補助センシング
装置２を設置した施設内でしか被検出体の移動方向の検
出を行うことができず、その検出の場所的制限を受ける
という不便があった。

【００１０】さらに、被検出体の検出を行うときには、
センサ部１と外部補助センシング装置２との信号の送受
を介さなければならないために、検出の応答速度が遅く
なるという欠点があった。

【００１１】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、外部補助センシング
装置を必要とすることなく、被検出体の移動方向の検出
を任意の場所で行うことができる装置構成の簡易小型で
安価、かつ、応答速度に優れた三次元方向検出装置を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、被検出体に取り付けられ、被検出体の三次元的
な移動の方向を検出する方向検出センサと、この方向検
出センサの検出信号を信号処理する信号処理回路とを有
する三次元方向検出装置において、前記方向検出センサ
は三次元方向の交差三軸上にそれぞれ設けられた角速度
センサによって構成されていることを特徴として構成さ
れている。

【００１３】

【作用】上記構成の本発明において、被検出体の三次元
方向の交差三軸上に設けられている角速度センサは被検
出体が方向を変える毎に方向変化に対応する回転角速度
信号を出力する。この三軸上の角速度センサから加えら
れる３個の検出信号を時々刻々信号処理回路で処理する
ことにより、被検出体の三次元的な移動方向が前の移動
停止位置に対する相対量として検出される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１には本発明に係る三次元方向検出装置の一実
施例のブロック構成が示されている。本実施例が従来例
と異なる特徴的なことは、従来例の外部補助センシング
装置２を省略し、角速度センサを用いて被検出体の三次
元的な移動方向を検出するように構成したことであり、
それ以外の構成は前記従来例と同様である。本実施例も
頭部の三次元的な移動方向の検出を対象にしており、頭
部５にヘルメットが被せられ、このヘルメットを被検出
体とし、該ヘルメットの所望の位置に方向検出センサ６
が取り付けられる。

【００１５】本実施例は被検出体の三次元的な移動方向
を図２に示すように直交するＸ，Ｙ，Ｚの三軸の回転方
向の角速度変化成分に分解して検出するものである。こ
の回転検出を行う角速度センサとして様々なものが知ら
れているが、この実施例では図３に示すように振動ジャ
イロ７を用いており、Ｘ，Ｙ，Ｚの直交三軸を中心軸と
して振動ジャイロ７_X ，７_Y ，７_Z を前記被検出体のヘ
ルメットに取り付けている。なお、振動ジャイロは柱体
からなる振動子の異なる２面に励振と振動検出を兼用す
る圧電素子を配設し、他の面に振動子の発振回路を構成
する帰還用圧電素子を配設し、振動子が回転方向に移動
したときの角速度の変化に対応する検出用圧電素子の出
力変化が角速度信号として取り出されるものである。

【００１６】本実施例では前記の如く、Ｘ，Ｙ，Ｚの直
交三軸上に振動ジャイロ７_X ，７_Y，７_Z を設けたこと
で、被検出体のヘルメット、つまり、頭部５の移動方向
がそれぞれ三軸上の振動ジャイロ７_X ，７_Y ，７_Z の角
速度信号に分解して検出される。そして、この各振動ジ
ャイロからの検出信号は信号処理部３で信号処理され、
従来例と同様に頭部５の移動方向に対応してディスプレ
イ４の画面上の仮想的な世界の中で画面上の人物の頭の
方向移動等が行われる。

【００１７】この実施例では、被検出体の移動方向が振
動ジャイロ７_X ，７_Y ，７_Z の回転角速度信号として得
られるので、頭部５の移動が停止すると、振動ジャイロ
からの出力信号も一定になってリセット状態となり、次
に、頭部５が方向を変えると、再びそのリセット位置か
らの相対移動方向が求められる。したがって、測定の最
初に頭部５、つまり、ヘルメットに取り付けた振動ジャ
イロ７_X ，７_Y ，７_Zの基準位置を設定するだけで、そ
れ以降の被検出体の移動方向を従来の外部センシング装
置を使用せずに検出することができる。

【００１８】このように、従来の外部センシング装置を
省略できることで、装置構成が極めて簡易小型となり、
装置コストを安価にすることができる。また、被検出体
の移動方向は、測定の開始時に、被検出体の位置を設定
すれば、それ以降の被検出体の方向は停止位置をリセッ
ト位置として順次相対的な変位量として求めることがで
きるので、検出場所に制限を受けることなく、任意の場
所でその被検出体の移動方向の検出作業を行うことがで
きることとなり、使用上非常に便利である。

【００１９】また、被検出体の移動方向の動きは外部補
助センシング装置との信号のやり取りを行うことなく、
直ちに移動方向が振動ジャイロ７_X ，７_Y ，７_Z から検
出されてその検出信号が即座に出力されるので、検出の
応答速度が非常に速いものとなり、被検出体の動きを迅
速にディスプレイ４に反映させることができる。

【００２０】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では振動ジャイロ７_X ，７_Y ，７_Z を直交三軸上
に設けたが、図４に示すようにＺ軸を斜め向きにした
Ｘ，Ｙ，Ｚ′の交差三軸上に振動ジャイロ７_X ，７_Y ，
７_Z を設けるという如く、Ｘ，Ｙ，Ｚの三軸の１個以上
の軸を斜め向きにした任意の態様の交差三軸上に振動ジ
ャイロ７_X ，７_Y ，７_Zを設けたものでもよい。このよ
うに、斜め向きの軸に振動ジャイロ７_X ，７_Y ，７_Z を
設けた場合には、信号処理に際し、その検出信号を直交
三軸の座標系に座標変換して信号処理することとなる。

【００２１】また、上記実施例では方向検出センサを振
動ジャイロによって構成したが、もちろん、振動ジャイ
ロ以外の角速度センサによって構成することができる。

【００２２】さらに、上記実施例では頭部の移動方向の
検出例について説明したが、それ以外に、掌の移動方
向、足の移動方向、あるいは機械装置の移動方向等、様
々な部分の三次元方向検出に適用されるものである。ま
た、その用途も、必ずしも仮想現実感技術に限定される
ものではなく、オートメーション装置等、様々な産業分
野の用途に適用されるものである。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、三次元方向の交差三軸上のそ
れぞれに角速度センサを設けて被検出体の三次元移動方
向を検出するように構成したものであるから、従来の装
置では必須であった外部補助センシング装置が不要とな
り、これにより、装置構成の大幅な簡易化および小型化
が図れ、装置コストを格段に安くすることができる。

【００２４】また、被検出体の移動方向を最初の位置か
らの相対移動量として検出できるので、検出測定場所に
制限を受けることなく、任意の場所で被検出体の移動検
出を行うことができることとなり、使用上、非常に便利
なものとなる。

【００２５】さらに、被検出体の移動方向の検出信号は
従来例のような外部補助センシング装置との信号の送受
を必要とすることなく、方向検出センサから即座に検出
信号が取り出せるので、検出の応答速度が速くなり、こ
れにより信号処理スピードが高められ、被検出体の動き
を迅速にディスプレイ等に反映させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る三次元方向検出装置の一実施例を
示すブロック図である。

【図２】同実施例装置の三次元方向検出の基本原理の説
明図である。

【図３】同実施例の方向検出センサの詳細説明図であ
る。

【図４】方向検出センサとして振動ジャイロを用いた他
の実施例の説明図である。

【図５】従来の三次元方向検出装置を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

３ 信号処理部 ４ ディスプレイ ５ 頭部 ６ 方向検出センサ ７，７_X ，７_Y ，７_Z 振動ジャイロ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川西 慎一 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出体に取り付けられ、被検出体の三
   次元的な移動の方向を検出する方向検出センサと、この
   方向検出センサの検出信号を信号処理する信号処理回路
   とを有する三次元方向検出装置において、前記方向検出
   センサは三次元方向の交差三軸上にそれぞれ設けられた
   角速度センサによって構成されていることを特徴とする
   三次元方向検出装置。