JPH09311028A - 相対角度検出装置及び仮想現実感提供装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な低コストの構成で検出速度の速い相対
角度検出装置の実現。 【解決手段】 ユニットの所定平面内での所定の初期方
向に対する回転角度を検出する相対角度検出装置であっ
て、所定平面に略垂直な方向に、所定の周期で変化する
偏光した光を放射するユニットと別に設けられた光源部
210 と、ユニットと一体に設けられ、光源部210 から放
射される光を受ける偏光フィルタ223 と、偏光フィルタ
を通過した光を受ける受光素子224 とを備える受光ユニ
ット221 と、受光ユニット221 の出力信号から直流成分
を除去し、ゼロレベルを中心として変化する信号に変換
する交流変換器260 と、交流変換器260 の出力信号のゼ
ロレベル通過を検出するゼロクロス検出回路261 と、出
力信号のゼロレベル通過時点の光源部210 の偏光方向か
ら、ユニットの相対角度を算出する演算手段250 とを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、取り付けられた物
体の所定平面内での回転角度を検出する相対角度検出装
置及びそれを使用して検出した使用者の向いている方向
に応じて提供する画像を変化させる仮想現実感提供装置
に関し、特に偏光を利用した相対角度検出装置及びそれ
を使用した仮想現実感提供装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、両眼に視差に相当する分だけずれ
た画像を与えることにより、あたかも３次元空間にいる
が如き感覚を与える仮想現実感（バーチャルリアリテ
ィ）提供装置が実用化されてゲーム等に応用されてお
り、より広い分野への応用が期待されている。視差分ず
れた画像を両眼に提供する方法は各種提案されている
が、現状でもっとも一般的なのが、頭部に装着されるヘ
ッドマウントディスプレイとよばれる、それぞれの眼の
直前に液晶等の表示装置とレンズの組を配置し、それぞ
れの眼に独立に画像を提供するものである。使用者は、
頭部にヘッドマウントディスプレイを装着し、それぞれ
の眼に提供される視差分異なった画像を見ることによ
り、あたかも３次元空間にいるが如き感覚を呈する。

【０００３】ゲーム装置では、遊戯者が提供される３次
元空間に応じてボタンやキー等を操作してプレーを行
う。遊戯者は頭部にヘッドマウントディスプレイを装着
した状態でプレーを行うが、良好な仮想現実感を提供す
るためには、位置や向いている方向を変えた場合、その
変化に応じて提供する画像を変化させる必要がある。位
置と方向の両方を検出して、それぞれの変化に応じて画
像を変化させることが望ましい。

【０００４】従来の仮想現実感提供装置においては、ヘ
ッドマウントディスプレイにジャイロセンサを取り付
け、回転の角速度を検出した上でヘッドマウントディス
プレイの方向を検出していた。しかし、検出精度の高い
ジャイロセンサは大型で高コストであり、頭部に装着す
るヘッドマウントディスプレイに使用することができな
かった。そこで低コストで軽量のジャイロセンサが使用
されていたが、時間経過に伴うドリフト等が大きく、検
出精度の要求を満たすのが難しかった。また、ヘッドマ
ウントディスプレイを装着したら直ぐに使用できる必要
があるが、ジャイロセンサは起動してから安定状態にな
るまでの時間が長く、この点でも問題があった。そのた
め、ヘッドマウントディスプレイの向きを高精度で検出
できる軽量で低コストの相対角度検出装置が要望されて
いた。

【０００５】本発明は、仮想現実感提供装置におけるヘ
ッドマウントディスプレイの方向変化を検出するための
相対角度検出装置を実現するためになされたが、発明さ
れた相対角度検出装置は、仮想現実感提供装置以外のも
のにも適用可能であり、これに限られるものではない。
回転する物体に取り付けられる部分が軽量で小型の相対
角度検出装置としては、偏光を利用したものが知られて
いる。図６は、偏光を利用した相対角度検出方法を説明
する図である。

【０００６】図６の（１）において、参照番号３１１は
光源であり、３１２は偏光フィルタであり、３２１は偏
光フィルタであり、３３１は受光素子である。偏光フィ
ルタ３２１と受光素子３３１は受光ユニット３２０に一
体に取り付けられており、受光ユニット３２０を回転角
度を検出しようとする物体に取り付ける。光源３１１と
偏光フィルタ３１２は固定されており、矢印の方向に偏
光した光を放射する。従って、放射される光の偏光方向
は固定であり、その偏光方向は放射方向に垂直な平面内
のいずれかの角度にある。この角度が基準方向になる。
偏光フィルタ３２１と受光素子３３１は、この偏光した
光を受けるように配置される。偏光フィルタ３２１を通
過する光は、偏光フィルタ３１２と３２１の偏光方向が
一致した時にもっとも大きくなり、９０°異なる時にも
っとも小さくなり受光素子３３１にはほとんど光が入射
しなくなる。従って、偏光フィルタ３２１を回転する
と、受光素子３３１の出力は、図６の（２）のように変
化する。すなわち、受光素子３３１の出力は、偏光フィ
ルタ３２１の偏光方向の偏光フィルタ３１２の偏光方向
に対する角度をθとすると、関数Ｉｍａｘ（１＋ｃｏｓ
θ）／２に従って変化する。従って、光源３１１の出力
する光強度が一定であれば、θが０°及び１８０°等の
時の受光素子３３１の出力の最大強度Ｉｍａｘは一定で
あり、検出した信号強度がＩであれば、その時の角度θ
は、 θ＝ａｒｃｃｏｓ（２Ｉ／Ｉｍａｘ−１） … （１） で表され、受光素子３３１の出力信号の強度から角度θ
が算出できる。

【０００７】しかし、図６に示した従来の相対角度検出
方法では、誤差が大きい、検出範囲が狭いという等の各
種の問題があった。特願平７−３２１８９９号には、こ
のような問題を解決できる相対角度検出装置及びそれを
利用した仮想現実感提供装置が開示されている。特願平
７−３２１８９９号には複数の態様の相対角度検出装置
が開示されているが、その中に、光源が出力する光の偏
光方向を周期的に変化させ、頭部に装着されるユニット
に設けた偏光板を通過する光強度の変化を検出して相対
角度を検出する装置がある。図７は、このような従来例
の構成を示す図であり、図８はこの従来例における検出
信号を示す図である。

【０００８】図７に示す相対角度検出装置は、受光ユニ
ット２２１が取り付けられるユニットの所定平面内での
所定の初期方向に対する回転角度を検出する相対角度検
出装置であって、ユニットと別に設けられた光源部２１
０が、所定平面に略垂直な方向に、偏光方向が所定の周
期で変化する偏光した光を放射する。受光ユニット２２
１は、光源部２１０から放射される光を受ける偏光フィ
ルタ２２２と、この偏光フィルタを通過した光源部２１
０から放射された光を受ける受光素子２２４とを有す
る。受光ユニット２２１からの信号は、Ａ／Ｄ変換器２
４２でディジタル信号に変換された後、ＣＰＵ２５１、
ＲＯＭ２５２、ＲＡＭ２５３、Ｉ／Ｏポート２５４等で
構成されるコンピュータで処理され、受光素子２２４の
出力する信号が所定値になる時点の光源部２１０の放射
する光の偏光方向から、所定の初期方向に対するユニッ
トの相対角度が算出される。

【０００９】光源部２１０から放射される偏光した光の
偏光方向は所定の周期で変化するから、ユニットの方向
が一定であっても、図８に示すように、受光素子２２４
の出力信号はこの所定の周期で変化する。例えば、光源
部２１０から放射される光の偏光方向と偏光フィルタ２
２２の偏光方向が一致した時に、すなわち、方向の差が
０°には周期的に変化する値の最大値になり、方向の差
が９０°の時には最小値になり、方向の差が４５°の時
には最大値と最小値の中間値になる。従って、受光素子
２２４の出力信号が最大値、最小値又は最大値と最小値
の中間値等の所定の値になる時点の光源部２１０から放
射される光の偏光方向を検出すれば、偏光フィルタ２２
２の偏光方向が判明する。

【００１０】放射光の偏光方向の変化に伴う検出信号の
強度変化は、出力信号が最大値及び最小値になる付近で
は緩やかに変化するため、最大値及び最小値を高精度で
検出するのは難しい。検出信号の強度変化は、最大値と
最小値の中間値になる付近で最大であり、この中間値を
検出するのが検出精度の点からは有利である。そこで、
上記の特願平７−３２１８９９号で、図９に示すよう
に、出力信号が最大値と最小値の中間値になる時点を検
出する装置を更に開示している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】特願平７−３２１８９
９号に開示された装置では、上記のように、受光素子２
２４の出力をディジタル信号に変換して、コンピュータ
で演算処理することにより、検出信号が最大値Ｉｍａｘ
と最小値Ｉｍｉｎの中間値（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）／２
になる時点を検出している。このための演算処理は、Ａ
／Ｄ変換器２４２の出力をサンプリング周期に従って読
み取り、比較処理を行って最大値と最小値を算出して中
間値を算出した上で、検出信号が中間値になる時点を監
視する処理であり、かなりの演算量を必要とする。その
ため、十分なサンプリング周期で検出するためには高速
の処理速度の速いコンピュータを使用する必要があり、
コストが高くなるという問題がある。また、関係するデ
ータ量が多いため、演算に使用するメモリ容量も大きく
なるという問題がある。

【００１２】また、直近の最大値Ｉｍａｘと最小値Ｉｍ
ｉｎに基づいて中間値（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）／２を算
出するため、対応する最大値Ｉｍａｘと最小値Ｉｍｉｎ
のいずれかを検出してから、信号の３／４周期経過した
後で中間値を越えて変化したことを検出することにな
り、検出の時間遅れになる。本発明は、このような問題
点を解決するためのものであり、光源が出力する光の偏
光方向を周期的に変化させ、頭部に装着されるユニット
に設けた偏光板を通過する光強度の変化を検出して相対
角度を検出する装置において、簡単な低コストの構成
で、最大値と最小値の中間値であることを瞬時に検出で
きるようにすることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の相対角度検出装置では、受光素子の出力を
一旦交流増幅した上でアナログ信号処理回路で最大値と
最小値の中間値であるゼロクロス点を検出できるように
する。すなわち、本発明の相対角度検出装置は、取り付
けられたユニットの所定平面内での所定の初期方向に対
する回転角度を検出する相対角度検出装置であって、所
定平面に略垂直な方向に、偏光方向が所定の周期で変化
する偏光した光を放射する光源部をユニットと別に設
け、光源部から放射される光を受ける偏光フィルタと、
偏光フィルタを通過した光源部から放射された光を受け
る受光素子とを備える受光ユニットをユニットと一体に
設け、受光ユニットの出力信号から直流成分を除去し、
ゼロレベルを中心として変化する信号に変換する交流変
換器と、交流変換器の出力信号がゼロレベルを越えて変
化する時点を検出するゼロクロス検出回路と、ゼロクロ
ス検出回路が交流変換器の出力信号がゼロレベルを越え
て変化する時点を検出した時点の光源部の放射する光の
偏光方向から、所定の初期方向に対するユニットの相対
角度を算出する演算手段とを備えることを特徴とする特
願平７−３２１８９９号に記載されているように、出力
信号が最大値と最小値の中間値になる時点を検出するの
が、検出精度の点で有利である。本発明の相対角度検出
装置では、交流増幅器とゼロクロス検出回路を使用し
て、アナログ処理により出力信号が最大値と最小値の中
間値になる時点を検出しているため、検出は瞬時に行わ
れる。しかも、交流増幅器とゼロクロス検出回路は簡単
な低コストの回路で実現できる。

【００１４】光源部の放射する光の偏光方向と受光ユニ
ットの偏光フィルタの偏光方向が一致する時を０°とす
れば、交流変換器の出力信号がゼロレベルを越えて変化
する時点の角度は、偏光フィルタの偏光方向は放射され
る光の偏光方向の±４５°である。受光ユニットの方向
変化が、光源部の放射する光の偏光方向の変化に比べて
十分に緩やかで、直前に検出した角度からあまり大きく
変化することがない場合には、光源部の放射する光の偏
光方向の回転に同期して出力信号がゼロレベルを越えて
変化する時点を検出し、直前に検出した角度と比較する
ことにより、±４５°以上の変化についても検出するこ
とができる。

【００１５】放射光の偏光方向を変化させるには、例え
ば、偏光フィルタを回転させる回転手段を設ける。外乱
光が受光ユニットに入射するのを低減するため、遮光手
段を設けることが有効である。本発明の第２の態様は、
使用者の頭部に装着され、使用者の両眼にそれぞれ画像
を提供する画像表示手段を有するヘッドマウントディス
プレイを使用して、使用者の両眼に提供する画像を視差
分異ならせることにより使用者に３次元画像を提供する
仮想現実感提供装置であり、ヘッドマウントディスプレ
イの方向を検出するために上記の相対角度検出装置を使
用し、検出したヘッドマウントディスプレイの方向に応
じて提供する画像を変化させることを特徴とする。

【００１６】検出できる角度範囲を更に広げるため、上
記の初期角度設定手段を設ける場合には、初期角度設定
手段としてボタンスイッチを設け、使用者は、所定方向
に向いてこのボタンスイッチを操作することにより、所
定の初期方向であることを指示するようにする。光源部
からの偏光された光以外の光が受光ユニットに入射する
のを低減するために遮光手段を設けることが望ましく、
遮光手段としては、例えば、遮光カーテンを使用する。

【００１７】本発明の相対角度検出装置は、方向を検出
する物体に取り付けられる受光ユニットの部分は小型で
軽量であり、ヘッドマウントディスプレイに容易に取り
付け可能で操作性を損なうことはない。また、初期角度
設定手段と、角度レジスタを設けて、直前に検出した相
対角度に基づいて検出角度を確定する動作を繰り返すも
のにすれば、より広い検出範囲を必要とする用途にも適
用可能である。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例の仮想現
実感提供装置の全体構成を示す図である。この仮想現実
感提供装置は、リハビリテーションを必要とする患者に
屋外を移動する等の仮想現実感を与え、それに応じて患
者に器具を操作させて、リハビリテーションの効果を増
進させようとするものである。

【００１９】図１において、参照番号１００はリハビリ
テーションを受ける患者を、１０１はリハビリテーショ
ン用の器具を、１０２は患者１００の頭部に取り付けら
れるヘッドマウントディスプレイを、１０３はヘッドマ
ウントディスプレイ１０２に取り付けられた相対角度検
出装置の受光ユニットを、１１１と１１２は柱を、１１
３は相対角度検出装置の光源部を、１１４は光源部１１
３の光源を駆動する光源ドライバを、１１５は遮光カー
テンを、７０は装置全体を制御する制御部を、６２は初
期角度を設定するためのボタンスイッチを示す。

【００２０】ヘッドマウントディスプレイ１０２は、両
眼にそれぞれ独立した画像を提供する液晶表示装置等の
表示手段と投影レンズを有する。制御部７０は、視差分
異なる画像が両眼にそれぞれ提供されるように、この表
示手段に画像信号を供給する。患者１００は、両眼で視
差分異なる画像を見ることにより、屋外にいるような感
覚になる。患者１００は提供される画像を見ながら、制
御部７０から音声信号等で提供される指示に従ってリハ
ビリテーション用器具１０１を操作する。制御部７０
は、操作状態を検出して、提供する画像を変化させ、患
者の操作に応じて屋外を移動する等の感覚を与える。

【００２１】患者１００はリハビリテーション用器具１
０１の操作時に顔の向きを変化させる。良好な仮想現実
感を提供するためには、顔の向きの変化に応じて提供す
る画像を変化させる必要がある。望ましくは、３軸方向
のすべての顔の向きの変化を検出してそれに応じて画像
を変化させることが望ましいが、このような装置におい
ては特に問題になるのが水平面内での向きの変化であ
り、ここでは説明を簡単にするために水平面内での向き
の変化だけを検出して画像を変化させるものとする。

【００２２】光源部１１３は、柱１１１、１１２によ
り、患者１００がリハビリテーション用器具１０１を操
作する位置の上部に配置される。受光ユニット１０３
は、ヘッドマウントディスプレイ１０２の上部に、光源
部１０からの光を受けるように配置されている。光源ド
ライバ１１４は、制御部７０からの制御信号に従って、
光源部１１３の光源の点灯を制御する。制御部７０は、
受光ユニット１０３で検出した水平面内での回転角度に
従って、提供する画像を変化させる。

【００２３】相対角度検出装置を除く、仮想現実感提供
装置やリハビリテーション器具の部分は従来技術であ
り、本発明には直接関係しないので、ここではこれ以上
の説明は省略する。図２は、本実施例の検出部の構成を
示す図である。光源部２１０では、光源２１３が出力光
量の大きな電球を１個使用し、反射鏡２１４により広い
範囲で一様な光を下方に向かって放射するようにしてあ
り、検出範囲を覆うような大きな偏光フィルタ２１５を
使用する。偏光フィルタ２１５はモータ２１９と回転機
構２１７と２１８により所定の周期で回転する。また、
色フィルタ２１６が設けられており、光源部２１０から
放射される光は狭い透過波長範囲の光である。なお、光
源２１３として電球の代りに目に見えない光を放射する
赤外ＬＥＤを使用することにより、ヘッドマウントディ
スプレイ１０２と患者１００の顔とのすきまから入る光
が減り、光に敏感な患者のリハビリテーションの効果を
高めることが望ましい。

【００２４】受光ユニット２２１では、偏光フィルタ２
２２と、受光素子２２４と、色フィルタ２２５が設けら
れている。色フィルタ２２５は光源部２１０の色フィル
タ２１６に対応する透過波長範囲を有しており、光源部
２１０からの光以外はほとんど除去されるので、外乱光
の影響を除くことができる。受光素子２２４の出力信号
は、増幅器２４１を介して、交流増幅器２６０に入力さ
れる。交流増幅器２６０は、容量素子Ｃと、抵抗Ｒ１、
Ｒ２、オペアンプ２６１で構成され、受光素子２２４の
出力信号をゼロレベルを中心としてほぼ対称に変化する
信号に変換する。ゼロクロス検出回路２７０では、交流
増幅器２６０の出力信号がゼロレベルを通過して変化す
る時が検出される。ゼロクロス検出回路２７０は、例え
ば、コンパレータとモノステーブルマルチバイブレータ
を組み合わせることにより実現できる。

【００２５】ゼロクロス検出回路２７０は、コンピュー
タ２５０に割り込み信号として入力される。コンピュー
タ２５０は、ゼロクロス検出回路２７０から割り込み信
号を受けると、回転機構２１８の部分に設けられた回転
角度センサが出力する回転角度を読み取る。コンピュー
タ２５０は、読み取った回転角度に基づいて、受光ユニ
ット２２１、すなわちヘッドマウントディスプレイの回
転方向を検出する。実際には、コンピュータ２５０とし
ては図１の制御部７０を構成するコンピュータが使用さ
れ、その機能の一部を方向検出の処理に使用する。

【００２６】図３は、実施例における偏光フィルタの設
定方向と出力信号の関係を示す図である。図３の（１）
に示すように、光源部の偏光フィルタ２１５の回転角度
は−１８０°から＋１８０°まで変化し、＋１８０°で
は再び−１８０°に戻るものとする。初期設定方向を０
°とし、使用者がヘッドマウントディスプレイ１０２を
装着して初期設定方向に向いた場合、頭部に配置される
ユニット１０３に設けられた受光ユニット２２１の偏光
フィルタ２２２の偏光方向が、図示のように、初期設定
方向に対して＋４５°をなすようにする。光源部の偏光
フィルタ２１５が、図示のように回転するものとする
と、出力信号は、図３の（２）に実線で示すように、正
弦波状に変化し、−１３５°と＋４５°で最大値にな
り、−４５°と＋１３５°で最小値になり、−１８０
°、−９０°、０°、９０°、１８０°（−１８０°）
でゼロレベルを横切る。ヘッドマウントディスプレイ１
０２を装着した患者が初期設定方向を向いた場合の誤差
を、±１０°程度、実際には±５°程度に抑えることは
十分に可能であるので、初期設定時にゼロレベルを横切
る回転位置を検出すれば、ヘッドマウントディスプレイ
１０２の受光ユニット２２１の向いている方向を検出す
ることができる。検出信号がゼロレベルを横切った時に
は、ゼロクロス検出回路２７０から、図示のようなゼロ
クロス信号が出力される。

【００２７】図３の（１）に示すように患者がΦだけ方
向を変えた場合、出力信号は図３の（２）の破線のよう
に変化する。この時の検出信号がゼロレベルを通過する
時の光源部の偏光フィルタの回転角度をθ１、θ２、θ
３、θ４とすると、θ１、θ２−９０°、θ３＋１８０
°、θ４＋９０°を算出すればΦになる。但し、図示し
たのは、Φがプラス方向の回転の場合で、Φがプラス方
向の回転の場合にはθ３はプラスになるため、θ３＋１
８０°はθ３−１８０°とする必要がある。

【００２８】図４は、実施例におけるコンピュータ２５
０の処理動作を示すフローチャートである。この実施例
では、最初の初期設定動作を行った後は、コンピュータ
２５０はヘッドマウントディスプレイ１０２での画像の
表示等の処理を行い、受光ユニット２２１の方向検出
は、ゼロクロス信号の割り込み処理により行う。ステッ
プ９０１では、制御部７０が患者１００に対して、指示
された方向に向いて初期角度設定用ボタンスイッチ６２
を押すように指示する。ステップ９０２では、ボタンス
イッチ６２が押されたことを確認し、押された場合には
ステップ９０３に進む。

【００２９】ステップ９０３では、初期設定中であるこ
とを表示し、方向を変えないように指示する。ステップ
９０４では光源を点灯し、ステップ９０５ではフィルタ
２１５の回転が開始される。ステップ９０６では、回転
角度が−４５°から＋４５°の範囲で、検出信号がゼロ
レベルを横切るタイミング、すなわち、ゼロクロス信号
が出力される時を検出し、その時の角度をθＲとする。
これが、患者１００が最初に向いている角度である。ス
テップ９０７では、θＲをレジスタＡに記憶する。ステ
ップ９０８では、レジスタＮにｎとして１を設定する。

【００３０】ステップ９０９では初期設定が終了したこ
とを表示しリハビリテーションの開始を表示する。その
後は他の処理を行い、角度検出は割り込み処理を受けて
行う。図５は、ゼロクロス信号の割り込みに応じて行う
ゼロクロス割り込み処理を示すフローチャートである。

【００３１】割り込みを受けると、ステップ９５１で、
その時点のフィルタ２１５の回転角度θを読み取り、ス
テップ９５２でレジスタＡからθＲを読み出し、ステッ
プ９５３でレジスタＮからｎを読み出す。ステップ９５
４では、θＸ＝θ−９０×ｎを算出する。ステップ９５
４では、θＸ−θＲが±１８０°の範囲内であるかを判
定する。−１８０°より小さければ、ステップ９５６に
進んで、θＸに３６０°を加えて新たなθＸとし、＋１
８０°より大きければ、ステップ９５７に進んで、θＸ
から３６０°を減じて新たなθＸとする。

【００３２】ステップ９５８では、θＸを出力すると共
に、レジスタＡに記憶する。ステップ９５８では、ｎを
１増加させ、ステップ９６０でｎが３より大きいかを判
定する。３より大きければ、ステップ９６１でｎを−１
にする。ステップ９６２では、ｎをレジスタＮに記憶す
る。これでゼロクロス割り込み処理が終了する。以上説
明したように、本発明によれば、検出信号が最大値と最
小値の中間値、すなわち、ゼロレベルを通過する時点は
アナログ回路により自動的に検出されるので、割り込み
処理により方向に検出を行うことができる。そのため、
コンピュータが常時出力信号を検出する必要がなく、割
り込みが発生する間コンピュータは他の処理を行うこと
ができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光源が出力する光の偏光方向を周期的に変化させ、別の
ユニットに設けた偏光板を通過する光強度の変化を検出
してユニットの相対角度を検出する相対角度検出装置に
おいて、簡単な低コストの構成で、最大値と最小値の中
間値であることを瞬時に検出できる。またこの相対角度
検出装置を仮想現実感提供装置に使用することにより、
使用者の動きにあったより現実感のある画像を容易に提
供できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の全体構成を示す図である。

【図２】実施例の検出部の構成を示す図である。

【図３】実施例におけるフィルタの設定方向と各部の信
号を示す図である。

【図４】実施例における処理動作を示すフローチャート
である。

【図５】実施例における割り込み時の処理動作を示すフ
ローチャートである。

【図６】偏光を利用した従来の角度検出方法を示す図で
ある。

【図７】従来の相対角度検出装置の構成を示す図であ
る。

【図８】図８の従来の相対角度検出装置における信号処
理を説明する図である。

【図９】従来の相対角度検出装置における別の信号処理
を説明する図である。

【符号の説明】

６２…初期角度設定ボタン ７０…制御部 １００…使用者（患者） １０２…ヘッドマウントディスプレイ ２１０…光源部 ２１５…偏光フィルタ ２２１…受光ユニット ２２２…偏光フィルタ ２２４…受光素子 ２５０…コンピュータ ２６０…交流増幅器 ２７０…ゼロクロス検出回路

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 取り付けられたユニットの所定平面内で
   の所定の初期方向に対する回転角度を検出する相対角度
   検出装置であって、 前記所定平面に略垂直な方向に、偏光方向が所定の周期
   で変化する偏光した光を放射する、前記ユニットと別に
   設けられた光源部（２１０）と、 前記ユニットと一体に設けられ、前記光源部（２１０）
   から放射される光を受ける偏光フィルタ（２２２）と、
   該偏光フィルタを通過した前記光源部から放射された光
   を受ける受光素子（２２４）とを備える受光ユニット
   （２２１）と、 前記受光ユニット（２２１）の出力信号から直流成分を
   除去し、ゼロレベルを中心として変化する信号に変換す
   る交流変換器（２６０）と、 前記交流変換器（２６０）の出力信号が、前記ゼロレベ
   ルを越えて変化する時点を検出するゼロクロス検出回路
   （２６１）と、 前記ゼロクロス検出回路（２６１）が、前記交流変換器
   （２６０）の出力信号が前記ゼロレベルを越えて変化す
   る時点を検出した時点の前記光源部（２１０）の放射す
   る光の偏光方向から、前記所定の初期方向に対する前記
   ユニットの相対角度を算出する演算手段（２５０）とを
   備えることを特徴とする相対角度検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の相対角度検出装置であ
   って、 前記光源部（２１０）は、 光源（２１３）と、 該光源（２１３）の光が透過する偏光フィルタ（２１
   ５）と、 該偏光フィルタ（２１５）を回転させる回転手段（２１
   ８、２１９）とを備える相対角度検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の相対角度検出装
   置であって、 前記ユニットが前記光源部（２１０）の放射する光の偏
   光方向に対して所定の初期角度範囲内にあることを指示
   する初期角度設定手段と、 直前に検出した相対角度を記憶する角度レジスタを有す
   る演算手段（２５０）とを備え、 前記演算手段（２５０）は、前記ユニットが前記所定の
   初期方向にあることを指示された時に、前記ユニットの
   相対角度を算出し、算出した相対角度で前記所定の初期
   方向に近い相対角度を前記角度レジスタに記憶し、相対
   角度検出動作時には、算出した相対角度の内、前記角度
   レジスタに記憶された相対角度にもっとも近い相対角度
   を検出角度として出力すると共に、該検出角度を前記角
   度レジスタに記憶して更新する相対角度検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれか１項に記載の
   相対角度検出装置であって、 前記光源部（２１０）からの偏光された光以外の光が前
   記受光ユニット（２２１）に入射するのを低減する遮光
   手段を備える相対角度検出装置。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれか１項に記載の
   相対角度検出装置であって、光源（２１３）として赤外
   ＬＥＤを用いることを特徴とする相対角度検出装置。
6. 【請求項６】 使用者（１００）の頭部に装着され、当
   該使用者（１００）の両眼にそれぞれ画像を提供する画
   像表示手段を有するヘッドマウントディスプレイ（１０
   ２）と、 該ヘッドマウントディスプレイ（１０２）の前記画像表
   示手段に表示する画像を生成する制御部（７０）とを備
   え、前記使用者（１００）の両眼に提供する画像を視差
   分異ならせることにより使用者に３次元画像を提供する
   仮想現実感提供装置において、 請求項１又は２のいずれか１項に記載の相対角度検出装
   置を、 前記使用者（１００）の上部に、光が下方に向かって放
   射されるように前記光源部（２１０）を配置し、 前記受光ユニット（２２１）を前記ヘッドマウントディ
   スプレイ（１０２）の上に配置するように備え、 前記制御部（７０）は、前記相対角度検出装置の検出し
   た前記ヘッドマウントディスプレイ（１０２）の鉛直方
   向に垂直な平面内での相対角度に応じて、前記画像表示
   手段に表示する画像を変化させることを特徴とする仮想
   現実感提供装置。
7. 【請求項７】 使用者（１００）の頭部の装着され、当
   該使用者（１００）の両眼にそれぞれ画像を提供する画
   像表示手段を有するヘッドマウントディスプレイ（１０
   ２）と、 該ヘッドマウントディスプレイ（１０２）の前記画像表
   示手段に表示する画像を生成する制御部（７０）とを備
   え、前記使用者（１００）の両眼に提供する画像を視差
   分異ならせることにより使用者に３次元画像を提供する
   仮想現実感提供装置において、 請求項３に記載の相対角度検出装置を、 前記使用者（１００）の上部に、光が下方に向かって放
   射されるように前記光源部（２１０）を配置し、 前記受光ユニット（２２１）を前記ヘッドマウントディ
   スプレイ（１０２）の上に配置するように備え、 前記制御部（７０）は、前記相対角度検出装置の検出し
   た前記ヘッドマウントディスプレイ（１０２）の鉛直方
   向に垂直な平面内での相対角度に応じて、前記画像表示
   手段に表示する画像を変化させることを特徴とする仮想
   現実感提供装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の仮想現実感提供装置で
   あって、 前記初期角度設定手段はボタンスイッチ（６２）であ
   り、使用者（１００）は、所定方向に向いて前記ボタン
   スイッチ（６２）を操作することにより、前記所定の初
   期方向であることを指示する仮想現実感提供装置。
9. 【請求項９】 請求項７又は８に記載の仮想現実感提供
   装置であって、 前記光源部（２１０）からの偏光された光以外の光が前
   記受光ユニット（２２１）に入射するのを低減する遮光
   手段を備える仮想現実感提供装置。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の仮想現実感提供装置
    であって、 前記遮光手段は、前記使用者の移動範囲を囲むように前
    記光源部（２１０）からつり下げられた遮光カーテン
    （１１５）である仮想現実感提供装置。