JPH0954542A - Action detector, simulator and action detection method - Google Patents

Action detector, simulator and action detection method

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Publication number
JPH0954542A
JPH0954542A JP7230809A JP23080995A JPH0954542A JP H0954542 A JPH0954542 A JP H0954542A JP 7230809 A JP7230809 A JP 7230809A JP 23080995 A JP23080995 A JP 23080995A JP H0954542 A JPH0954542 A JP H0954542A
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JP
Japan
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direction information
detection
information
motion
detection target
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP7230809A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masakazu Igari
真和 猪狩
Yasushi Matsuda
康 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Namco Ltd
Original Assignee
Namco Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Namco Ltd filed Critical Namco Ltd
Priority to JP7230809A priority Critical patent/JPH0954542A/en
Publication of JPH0954542A publication Critical patent/JPH0954542A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an action detector which is high in response speed, is small in size and is capable of making exact action detection, a simulator and a method for detecting the action. SOLUTION: A first detecting section 10 detects the angular velocity of an object for detection (for example, a player head), determines direction information based thereon and outputs the information as first direction information. A second detecting section 30 determines the direction information of the object for detection by generating a prescribed wave from either of the prescribed position (for example, wall, ceiling) in a three-dimensional space or the position (for example, on an HMD) following up the action of the object for detection and outputs this information as the second direction information. An action information calculating section 60 makes correction arithmetic processing in accordance with the first direction information and the second direction information and determines the direction information of the object for detection. The action detection with high response and high accuracy is made possible by compensating the first direction information and second direction information with each other in such a manner.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、3次元空間内で動
作する検出対象の少なくとも方向情報を検出する動作検
出装置、該動作検出装置を用いたシミュレータ装置及び
動作検出方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motion detection device for detecting at least direction information of a detection target that operates in a three-dimensional space, a simulator device using the motion detection device, and a motion detection method.

【0002】[0002]

【背景技術】近年、いわゆるヘッドマウントディスプレ
イ(以下、HMDと呼ぶ)等の頭部装着体をプレーヤが
頭着し、HMDに内蔵される液晶ディスプレイ等に視界
画像を映し出し、ゲーム、乗物シミュレーション等を楽
しむシミュレータ装置が脚光を浴びている。このシミュ
レータ装置によればいわゆるバーチャルリアリティと呼
ばれる世界を実現できる。
BACKGROUND ART In recent years, a player wears a head-mounted body such as a so-called head mounted display (hereinafter referred to as HMD), and a visual field image is displayed on a liquid crystal display or the like incorporated in the HMD to perform games, vehicle simulations, and the like. The simulator device to enjoy is in the spotlight. With this simulator device, a world called so-called virtual reality can be realized.

【0003】さて、このシミュレータ装置では、プレー
ヤ(観者)の動作等に応じてプレーヤから見える視界画
像を変化させるために、検出対象であるプレーヤの動作
情報(位置及び方向情報)を求める動作検出手法が必要
となる。そして、このような動作検出手法の1つとし
て、磁場を利用して動作情報を検出する手法が広く用い
られている。この手法では、XYZの3方向にコイルが
巻かれたソースコイルと、このソースコイルから所与の
距離内にあって、磁場のXYZ方向成分を検出するセン
サコイルとを用いる。即ちソースコイルに含まれる3つ
のコイルに電流を流すことにより磁場のXYZ方向成分
を順次発生させ、それぞれの磁場を発生させた時にセン
サコイルに含まれる3つのコイルから得られる電流を検
出する。そして、この検出電流を測定することにより検
出対象の動作情報を求めることができる。
In this simulator device, motion detection for obtaining motion information (position and direction information) of a player as a detection target in order to change the visual field image seen by the player according to the motion of the player (viewer) or the like. A method is needed. As one of such motion detection methods, a method of detecting motion information using a magnetic field is widely used. In this method, a source coil in which coils are wound in three directions of XYZ and a sensor coil which is within a given distance from the source coil and detects an XYZ direction component of a magnetic field are used. That is, the XYZ direction components of the magnetic field are sequentially generated by passing currents through the three coils included in the source coil, and the currents obtained from the three coils included in the sensor coil when the respective magnetic fields are generated are detected. Then, by measuring the detected current, it is possible to obtain the operation information of the detection target.

【0004】この磁場を用いる手法には、シミュレータ
装置が大がかりとなりコスト高を招いたり、応答速度が
悪くなる等の問題点があった。そこで本発明者は、圧電
振動ジャイロ等の角速度検出部を用いて角速度を検出
し、検出対象の動作情報を得る動作検出装置の開発を続
けている。
The technique using the magnetic field has problems that the simulator device becomes large in size, the cost is increased, and the response speed is deteriorated. Therefore, the inventor of the present invention continues to develop a motion detection device that detects angular velocity by using an angular velocity detection unit such as a piezoelectric vibration gyro and obtains motion information of a detection target.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記角速
度検出を利用する手法は、装置の小型化、応答速度の向
上等に関しては優れているが、この手法には以下に示す
課題があることが判明した。
However, although the method utilizing the angular velocity detection described above is excellent in reducing the size of the device and improving the response speed, it has been found that this method has the following problems. .

【0006】即ち角速度検出を利用する手法では、検出
対象の方向情報を求める際に、検出された角速度を積分
等して各軸の周りの回転角度を求める必要がある。従っ
て、検出される角速度にノイズ成分、温度ドリフト成分
等の誤差がのると、この誤差は積分処理等により蓄積さ
れ、この結果、得られる回転角度に大きなズレが生じ
る。このようなズレが生じると、例えばプレーヤが頭を
動かしていないのにプレーヤの見る視界画像が動く等の
事態が生じ、得られる画像の品質が半減する。
That is, in the method utilizing the angular velocity detection, it is necessary to obtain the rotation angle around each axis by integrating the detected angular velocity when obtaining the direction information of the detection target. Therefore, when the detected angular velocity has an error such as a noise component or a temperature drift component, this error is accumulated by integration processing or the like, and as a result, a large deviation occurs in the obtained rotation angle. When such a shift occurs, for example, a situation in which the player's visual field image seen by the player moves while the player's head is not moving, and the quality of the obtained image is reduced by half.

【0007】本発明は、以上述べた課題を解決するため
になされたものであり、その目的とするところは、応答
速度が速く小型で、しかも正確に動作検出できる動作検
出装置、これを用いたシミュレータ装置及び動作検出方
法を提供するところにある。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a motion detecting device which has a fast response speed, is small in size, and can accurately detect a motion. A simulator device and a motion detection method are provided.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、3次元空間内で動作する検出対象の少な
くとも方向情報を検出するための動作検出装置であっ
て、検出対象の1又は複数の軸周りにおける角速度を検
出し、検出された該角速度に基づいて検出対象の方向情
報を求め、これを第1方向情報として出力する第1検出
手段と、前記3次元空間内の所与の位置又は検出対象の
動作に追従する位置のいずれかから所与の波を発生する
ことで検出対象の少なくとも方向情報を求め、これを第
2方向情報として出力する第2検出手段と、前記第1検
出手段で求められた第1方向情報と前記第2検出手段で
求められた第2方向情報とに基づいて補正演算処理を行
い、検出対象の方向情報を求める動作情報演算手段とを
含むことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a motion detecting device for detecting at least direction information of a detection target operating in a three-dimensional space. Alternatively, a first detecting unit that detects angular velocities around a plurality of axes, obtains direction information of a detection target based on the detected angular velocities, and outputs the directional information as first direction information, and a given unit in the three-dimensional space. Second detection means for obtaining at least directional information of the detection target by generating a given wave from either the position of the position or the position following the movement of the detection target, and outputting this as the second direction information. 1 motion information calculation means for performing correction calculation processing based on the first direction information obtained by the detection means and the second direction information obtained by the second detection means to obtain direction information of the detection target. Characterized by .

【0009】本発明によれば、第1検出手段により角速
度を検出することで第1方向情報を求めると共に第2検
出手段により所与の波を発生することで第2方向情報を
求める。そしてこれらの第1、第2方向情報を互いに補
い合うことで、検出対象の方向情報が求められる。角速
度検出を利用して方向情報を得る手法では、検出角速度
に変動成分があるとこれが増幅され、方向情報に大きな
誤差が生じる可能性がある。従って、このような場合に
第2方向情報を採用することで、最終的に得られる方向
情報を高精度にできる。一方、超音波、赤外線、電磁波
等の所与の波を利用して方向情報を得る手法では、検出
範囲の問題、障害物の存在等に起因して方向情報が得ら
れなかったり、応答速度が遅くなったりする可能性があ
る。従って、このような場合に、第1方向情報を採用す
ることで、最終的に得られる方向情報の高精度化、応答
速度の高速化が可能となる。このように本発明によれ
ば、高精度で高応答の動作検出が可能となる。
According to the present invention, the first direction information is obtained by detecting the angular velocity by the first detection means, and the second direction information is obtained by generating a given wave by the second detection means. The direction information of the detection target is obtained by complementing these first and second direction information. In the method of obtaining direction information by using angular velocity detection, if there is a fluctuation component in the detected angular velocity, this may be amplified and a large error may occur in the direction information. Therefore, by adopting the second direction information in such a case, the direction information finally obtained can be highly accurate. On the other hand, in the method of obtaining direction information using given waves such as ultrasonic waves, infrared rays, and electromagnetic waves, direction information cannot be obtained due to problems with the detection range, the presence of obstacles, etc. It may be late. Therefore, in such a case, by adopting the first direction information, it is possible to improve the accuracy of the direction information finally obtained and to increase the response speed. As described above, according to the present invention, highly accurate and highly responsive motion detection can be performed.

【0010】この場合、本発明では、前記動作情報演算
手段が、前記第1、第2方向情報に対する重みづけ係数
を設定し、前記第1、第2方向情報及び前記重みづけ係
数に基づいて検出対象の方向情報を求めるようにするこ
とが望ましい。このように重みづけ係数を設定すること
で、所与の領域で、第1方向情報、第2方向情報のいず
れか一方の重みづけを大きくしたり、あるいは第1方向
情報、第2方向情報のいずれか一方のみを採用すること
等が可能となる。例えば第1検出手段の方が応答速度が
高い場合には、第1方向情報の重み付けを検出対象の動
作が速い領域で大きくする。これにより高応答の動作検
出が可能となる。一方、例えば検出対象の動作が遅い領
域で第1検出手段の検出精度が低い場合には、第2方向
情報の重み付けを検出対象の動作が遅い領域で大きくす
る。これにより高精度の動作検出が可能となる。
In this case, according to the present invention, the motion information calculating means sets a weighting coefficient for the first and second direction information, and detects based on the first and second direction information and the weighting coefficient. It is desirable to obtain the target direction information. By setting the weighting coefficient in this way, the weighting of either the first direction information or the second direction information is increased in a given area, or the first direction information or the second direction information is weighted. It is possible to adopt only one of them. For example, when the response speed of the first detection unit is higher, the weighting of the first direction information is increased in the region where the operation of the detection target is fast. This makes it possible to detect a highly responsive motion. On the other hand, for example, when the detection accuracy of the first detection means is low in a region where the detection target moves slowly, the weighting of the second direction information is increased in the region where the detection target motion is slow. This enables highly accurate motion detection.

【0011】また本発明では、前記動作情報演算手段
が、前記第1検出手段で検出された前記角速度に基づい
て前記重みづけ係数の設定を行うようにすることが望ま
しい。即ち第1検出手段による角速度検出は、例えば障
害物の存在等に影響されず安定して得ることができる。
従って角速度に基づいて重みづけ係数を設定すれば、方
向情報が不定となる事態が有効に防止され、安定した方
向情報の獲得が可能となる。
Further, in the present invention, it is preferable that the motion information calculating means sets the weighting coefficient based on the angular velocity detected by the first detecting means. That is, the angular velocity detection by the first detection means can be stably obtained without being affected by the presence of obstacles, for example.
Therefore, by setting the weighting coefficient based on the angular velocity, it is possible to effectively prevent the situation in which the directional information becomes indefinite, and to obtain the stable directional information.

【0012】また本発明では、前記第2検出手段が、指
向性を有する波を送信する送信器と該送信された波を受
信する受信器とを用いて、3次元空間内の所与の位置と
検出対象の動作に追従する位置との間の距離を求め、該
求められた距離に基づいて検出対象の少なくとも方向情
報を求めるようにすることが望ましい。このように指向
性を有する波を発生する送信器及びその受信器を用いる
ことで、雑音、温度等の周囲環境に影響されずに安定し
た方向情報の獲得が可能となる。このとき、送信器、受
信器の配置個数を多くすることで、より多次元の方向情
報を得ることが可能となる。また送信器、受信器は、3
次元空間内の所与の位置又は検出対象に追従する位置の
どちらに設けてもよいし、また両方に設けることも可能
である。
Further, in the present invention, the second detecting means uses a transmitter for transmitting a wave having directivity and a receiver for receiving the transmitted wave, to thereby provide a given position in a three-dimensional space. It is desirable that the distance between the position and the position that follows the motion of the detection target be obtained, and at least the direction information of the detection target be obtained based on the obtained distance. By using a transmitter that generates a directional wave and its receiver in this way, it is possible to obtain stable direction information without being affected by the ambient environment such as noise and temperature. At this time, it is possible to obtain more multidimensional direction information by increasing the number of transmitters and receivers arranged. In addition, the transmitter and receiver are 3
It may be provided either at a given position in the dimensional space or at a position following the detection target, or it may be provided at both.

【0013】また本発明では、前記動作情報演算手段
が、前記送信器からの波の到達範囲外に前記受信器が位
置する場合には、前記第1方向情報を検出対象の方向情
報とするようにしてもよい。波がある程度の指向性を有
する場合等においては、検出範囲が有限となる。従って
検出範囲外に受信器がはずれた場合に、第2方向情報を
無視等して第1方向情報を採用することで、安定した方
向情報の獲得が可能となる。
Further, according to the present invention, the motion information calculating means sets the first direction information as the direction information of the detection target when the receiver is located outside the arrival range of the wave from the transmitter. You may When the wave has a certain directivity, the detection range is limited. Therefore, when the receiver is out of the detection range, stable direction information can be obtained by ignoring the second direction information and adopting the first direction information.

【0014】また本発明では、前記動作情報演算手段
が、前記送信器からの波が障害物に遮られ前記受信器に
到達しなかった場合には、前記第1方向情報を検出対象
の方向情報とするようにしてもよい。障害物等により波
が遮られた時に、第1方向情報を採用することで、安定
した方向情報の獲得が可能となる。
Further, in the present invention, when the wave from the transmitter does not reach the receiver because the wave from the transmitter does not reach the receiver, the motion information calculating means determines the direction information of the detection target. May be set. By adopting the first direction information when the wave is blocked by an obstacle or the like, it is possible to obtain stable direction information.

【0015】また本発明では、前記検出対象は観者の頭
部であり、前記第2検出手段が、観者の頭部の前方付
近、左方付近、右方付近の位置を第1、第2、第3位置
とした場合に、3次元空間内の所与の位置と該第1、第
2、第3位置との間の距離を求め、前記第1検出手段
が、前記第2、第3位置を結ぶ第1軸、前記第2、第3
位置の中点と前記第1位置を結ぶ第2軸並びに該第1及
び第2軸に直交する第3軸の軸周りの角速度を求めるよ
うにすることが望ましい。観者の頭部は、通常、上記第
1、第2、第3軸周りに回転することになる。従って、
第1、第2検出手段が、これらの第1〜第3軸周りの方
向情報を求めるように演算処理を行うことで、演算処理
を簡易化でき、処理の高速化を図れる。
In the present invention, the detection target is the viewer's head, and the second detecting means sets the first, first and second positions near the front, left and right of the viewer's head. In the case of the second and third positions, the distance between a given position in the three-dimensional space and the first, second, and third positions is calculated, and the first detecting means determines the second and the third positions. First axis connecting three positions, the second and third axes
It is desirable to obtain an angular velocity around a second axis connecting the midpoint of the position and the first position and a third axis orthogonal to the first and second axes. The viewer's head will normally rotate around the first, second, and third axes. Therefore,
Since the first and second detecting means perform the arithmetic processing so as to obtain the direction information about these first to third axes, the arithmetic processing can be simplified and the processing speed can be increased.

【0016】また本発明では、前記検出対象は観者の頭
部であり、前記第2検出手段が、観者の頭部の前方付
近、後方付近の位置を第1、第2位置とした場合に、3
次元空間内の所与の位置と該第1、第2位置との間の距
離を求め、前記第1検出手段が、前記第1、第2位置を
結ぶ軸に直交する平面内にあり且つ互いに直交する第
1、第2軸の軸周りの角速度を求めるようにすることが
望ましい。上記第1、第2位置を結ぶ軸周りでの頭部の
回転については、考慮する必要がない場合が多い。従っ
て、このような場合には、上記第1、第2軸周りの方向
情報のみを求めるようにすることで、演算処理を更に簡
易化でき、処理の更なる高速化を図れる。
In the present invention, the detection target is the head of the viewer, and the second detection means sets the first and second positions near the front and rear of the head of the viewer. To three
The distance between a given position in the dimensional space and the first and second positions is determined, and the first detection means are in a plane orthogonal to the axis connecting the first and second positions and It is desirable to obtain the angular velocities around the orthogonal first and second axes. In many cases, it is not necessary to consider the rotation of the head about the axis connecting the first and second positions. Therefore, in such a case, by obtaining only the direction information about the first and second axes, the arithmetic processing can be further simplified and the processing speed can be further increased.

【0017】また本発明では、前記第2検出手段が、所
与のソースコイルにより磁場を発生し、該磁場を所与の
センサコイルにより検出することで検出対象の少なくと
も方向情報を求めるようにしてもよい。このように本発
明では、波の一つである電磁波を利用して、第2方向情
報を求めることもできる。
Further, in the present invention, the second detecting means generates a magnetic field by a given source coil, and detects the magnetic field by a given sensor coil to obtain at least directional information of a detection target. Good. As described above, in the present invention, the second direction information can be obtained by using the electromagnetic wave which is one of the waves.

【0018】また本発明では、前記第2検出手段が、検
出対象の位置情報を更に求め、前記動作情報演算手段
が、求められた位置情報を検出対象の位置情報とするよ
うにすることが望ましい。角速度を検出する第1検出手
段では、方向情報を高応答に得ることは可能だが、位置
情報を求めることは一般的にはできない。一方、第2検
出手段による検出手法によれば、方向情報のみならず位
置情報を求めることが可能である。従って、この場合に
も、第1検出手段からの結果と、第2検出手段からの結
果とをお互いに補い合うことで、より利用価値の高い動
作情報を得ることができる。
Further, in the present invention, it is preferable that the second detecting means further obtains the position information of the detection object, and the motion information calculating means makes the obtained position information the position information of the detection object. . The first detection means for detecting the angular velocity can obtain the direction information with high response, but cannot generally obtain the position information. On the other hand, according to the detection method by the second detection means, it is possible to obtain not only the direction information but also the position information. Therefore, also in this case, by compensating the result from the first detecting means and the result from the second detecting means with each other, it is possible to obtain operation information with higher utility value.

【0019】また本発明では、前記第1検出手段が、圧
電振動ジャイロを用いて前記角速度を求めるようにする
ことが望ましい。圧電振動ジャイロは小型であり高応答
である。従って例えば検出対象がプレーヤの頭部である
場合にはプレーヤの装着感を向上できる。また得られた
方向情報等に基づいて視界画像を変化させる場合には、
スムーズで高速な視界画像の形成が可能となる。
Further, in the present invention, it is preferable that the first detecting means obtains the angular velocity by using a piezoelectric vibration gyro. The piezoelectric vibrating gyro is small and has high response. Therefore, for example, when the detection target is the player's head, the player's wearing feeling can be improved. When changing the view image based on the obtained direction information, etc.,
It is possible to form a smooth and high-speed view image.

【0020】また本発明は、上記の動作検出装置と、観
者の視野を覆うように設けられる表示手段と、前記動作
検出装置から得られる検出対象の方向情報に少なくとも
基づいて視界画像を合成し前記表示手段に出力する画像
合成手段とを含むことを特徴とする。このように種々の
優位点を持つ動作検出装置を利用することで、より仮想
現実感に優れたシミュレータ装置を実現できる。
Further, according to the present invention, a visual field image is synthesized based on at least the above-mentioned motion detecting device, display means provided so as to cover the visual field of a viewer, and direction information of a detection target obtained from the motion detecting device. An image synthesizing unit for outputting to the display unit is included. By using the motion detection device having various advantages as described above, it is possible to realize a simulator device having a better virtual reality.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0022】(実施例1) 1.全体構成 図1は実施例1の全体構成を示すブロック図の一例であ
る。実施例1に係る動作検出装置は、第1検出部10、
第2検出部30、動作情報演算部60を含む。第1検出
部10は、検出対象(プレーヤの頭部、プレーヤの所持
する武器等)の例えばX軸、Y軸、Z軸周りにおける角
速度を検出し、検出された角速度に基づいて検出対象の
方向情報を求め、これを第1方向情報として動作情報演
算部60に出力するものである。第2検出部30は、3
次元空間内の所与の位置(例えば天井、壁等)又は検出
対象の動作に追従する位置(例えばHMD等)のいずれ
かから、超音波、赤外線、電磁波等の波を発生すること
で検出対象の少なくとも方向情報を求め、これを第2方
向情報として動作情報演算部60に出力するものであ
る。本実施例の第2検出部30では、指向性を有する波
の1つである超音波を用いて3次元空間内の所与の位置
と検出対象の動作に追従する位置との間の距離を求め、
これにより検出対象の方向情報及び位置情報を求めてい
る。動作情報演算部60は、第1検出部10で求められ
た第1方向情報と第2検出部30で求められた第2方向
情報とに基づいて補正演算処理を行い、検出対象の動作
情報(方向情報及び位置情報)を求めるものである。動
作情報演算部60からの動作情報は、例えば図示しない
画像合成部等に出力され、これにより動作情報が反映さ
れた視界画像を得ることが可能となる。
(Example 1) 1. Overall Configuration FIG. 1 is an example of a block diagram showing the overall configuration of the first embodiment. The motion detection device according to the first embodiment includes a first detection unit 10,
The second detection unit 30 and the motion information calculation unit 60 are included. The first detection unit 10 detects an angular velocity of a detection target (a player's head, a weapon possessed by the player, etc.) around, for example, the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis, and the direction of the detection target based on the detected angular velocity. The information is obtained and output as the first direction information to the motion information calculation unit 60. The second detection unit 30 is 3
The detection target is generated by generating waves such as ultrasonic waves, infrared rays, electromagnetic waves, etc. from either a given position in the dimensional space (eg ceiling, wall, etc.) or a position following the movement of the detection target (eg HMD, etc.) Is obtained as at least the direction information and is output to the motion information calculation unit 60 as the second direction information. In the second detection unit 30 of the present embodiment, the distance between a given position in the three-dimensional space and a position that follows the motion of the detection target is determined using ultrasonic waves that are one of the waves having directivity. Seeking,
Thereby, the direction information and the position information of the detection target are obtained. The motion information calculation unit 60 performs correction calculation processing based on the first direction information obtained by the first detection unit 10 and the second direction information obtained by the second detection unit 30, and the motion information of the detection target ( Direction information and position information). The motion information from the motion information calculation unit 60 is output to, for example, an image synthesizing unit (not shown) or the like, which makes it possible to obtain a visual field image in which the motion information is reflected.

【0023】本実施例における第1検出部10は、圧電
振動ジャイロ12〜16、フィルタ部18、アンプ部2
0、A/D変換部22、第1方向情報演算部24を含
む。角速度検出部となる圧電振動ジャイロ12〜16
は、コリオリの力を利用して検出対象の角速度を得るも
のである。圧電振動ジャイロ12〜16からは角速度に
比例したアナログ電圧が出力される。フィルタ部18
は、周囲温度の変化に起因する静止時出力変動(温度ド
リフト)の除去等を行うものであり、圧電振動ジャイロ
12〜16の出力のDC成分等をカットするものであ
る。DC成分等がカットされた信号はアンプ部20によ
り増幅されると共にA/D変換部22によりデジタル信
号に変換され、第1方向情報演算部24に出力される。
第1方向情報演算部24は、検出された角速度を積分等
し、これにより所与の軸(例えばX、Y、Z軸)周りに
おける回転角度情報、即ち検出対象の方向情報を求め
る。
The first detection unit 10 in this embodiment is a piezoelectric vibration gyro 12-16, a filter unit 18, an amplifier unit 2.
0, an A / D converter 22, and a first direction information calculator 24. Piezoelectric vibration gyro 12 to 16 serving as an angular velocity detector
Is to obtain the angular velocity of the detection target by utilizing the Coriolis force. An analog voltage proportional to the angular velocity is output from the piezoelectric vibration gyros 12 to 16. Filter section 18
Is for removing output fluctuations (temperature drift) at rest due to changes in ambient temperature, and for cutting DC components and the like of the outputs of the piezoelectric vibration gyros 12 to 16. The signal from which the DC component and the like have been cut is amplified by the amplifier section 20, converted into a digital signal by the A / D conversion section 22, and output to the first direction information calculation section 24.
The first direction information calculation unit 24 integrates the detected angular velocities and the like to obtain rotation angle information about a given axis (for example, X, Y, Z axes), that is, direction information of the detection target.

【0024】また本実施例における第2検出部30は、
超音波送信器32〜36、送信制御部38、超音波受信
器42〜46、受信制御部48、第2方向・位置情報演
算部50を含む。第2方向・位置情報演算部50から開
始信号等が出力されると、送信制御部38の制御にした
がって、超音波送信器32〜36が超音波を出力する。
出力された超音波は、超音波受信器42〜46により受
信される。受信制御部48は、上記開始信号等が出力さ
れてから超音波受信器42〜46に超音波が受信される
までに要する時間を内蔵するカウンタ49によりカウン
トし、カウント値を第2方向・位置情報演算部50に出
力する。第2方向・位置情報演算部50は、入力された
カウント値に基づいて、送信器・受信器間の距離を求
め、これにより検出対象の位置及び方向情報を求める。
Further, the second detector 30 in this embodiment is
The ultrasonic transmitters 32 to 36, the transmission controller 38, the ultrasonic receivers 42 to 46, the reception controller 48, and the second direction / positional information calculator 50 are included. When the start signal or the like is output from the second direction / position information calculation unit 50, the ultrasonic transmitters 32 to 36 output ultrasonic waves under the control of the transmission control unit 38.
The output ultrasonic waves are received by the ultrasonic wave receivers 42 to 46. The reception control unit 48 counts the time required for the ultrasonic wave to be received by the ultrasonic wave receivers 42 to 46 after the start signal is output, by the built-in counter 49, and counts the count value in the second direction / position. It is output to the information calculation unit 50. The second direction / position information calculation unit 50 calculates the distance between the transmitter and the receiver based on the input count value, and thereby calculates the position and direction information of the detection target.

【0025】図2(A)に、圧電振動ジャイロ及び超音
波送信器・受信器の配置例を示す。超音波送信器32〜
36を含む送信部70は、例えば天井、壁、シミュレー
タ装置等に取り付けられ位置が特定されている(可動と
なっていてもよい)。一方、圧電振動ジャイロ12〜1
6、超音波受信器42〜46を含む受信部72は、例え
ばプレーヤの頭部に装着されるHMD(ヘッドマウント
ディスプレイ)に取り付けられ、プレーヤの頭部の動作
に追従して動く。超音波送信器32〜36からの超音波
は、まず超音波受信器42により受信される。これによ
り、所与の位置にある超音波送信器32〜36と超音波
受信器42との距離が特定され、超音波受信器42の位
置が特定される。同様にして超音波受信器44、46の
位置も特定され、これにより受信部72を装着したプレ
ーヤの頭部の位置情報及び方向情報(第2方向情報)が
求められる。
FIG. 2A shows an arrangement example of the piezoelectric vibration gyro and the ultrasonic transmitter / receiver. Ultrasonic transmitter 32 ~
The transmitting unit 70 including 36 is attached to, for example, a ceiling, a wall, a simulator device, etc., and its position is specified (may be movable). On the other hand, the piezoelectric vibration gyro 12-1
6. The receiver 72 including the ultrasonic receivers 42 to 46 is attached to, for example, an HMD (head mount display) mounted on the head of the player, and moves following the movement of the head of the player. The ultrasonic waves from the ultrasonic transmitters 32 to 36 are first received by the ultrasonic receiver 42. Thereby, the distance between the ultrasonic transmitters 32 to 36 and the ultrasonic receiver 42 located at a given position is specified, and the position of the ultrasonic receiver 42 is specified. Similarly, the positions of the ultrasonic receivers 44 and 46 are also specified, and the positional information and the directional information (second directional information) of the head of the player wearing the receiving section 72 are obtained.

【0026】一方、圧電振動ジャイロ12〜16では、
プレーヤの頭部が動作したときの角速度を検出する。こ
の角速度によりプレーヤの所与軸周りの回転角度が求め
られ、プレーヤの頭部の方向情報(第1方向情報)が求
められる。
On the other hand, in the piezoelectric vibrating gyros 12 to 16,
The angular velocity when the player's head moves is detected. A rotation angle about a given axis of the player is obtained from this angular velocity, and direction information (first direction information) of the player's head is obtained.

【0027】第1、第2方向情報に対する重みづけ処
理、頭部の方向情報の最終決定処理等は動作情報演算部
60により行われる。
The weighting process for the first and second direction information, the final determination process of the direction information of the head, and the like are performed by the motion information calculation unit 60.

【0028】なお図2(A)の構成の受信部72を用い
ると、6自由度の情報(3次元の位置情報及び3軸の方
向情報)が得られる。これに対して、超音波受信器及び
圧電振動ジャイロを各々2つしか含まない図2(B)の
構成の受信部74を用いると、5自由度の情報のみが得
られる。即ち図2(B)の構成では超音波受信器42、
44を結ぶ軸についての方向情報(この軸周りの回転角
度情報)は得ることができない。HMD等を用いた視界
画像の合成においては、通常、プレーヤの頭部の左右及
び上下方向の動きがわかれば十分である場合が多い。従
って、この場合には、超音波受信器42、44を、各
々、プレーヤの前方部、後方部付近に位置させ、プレー
ヤの頭部の傾きについては検出しないようにする。この
ようにすることで、受信部74を小型化・軽量化でき、
プレーヤの装着感を増すことが可能となる。
By using the receiving unit 72 having the structure shown in FIG. 2A, information with 6 degrees of freedom (three-dimensional position information and three-axis direction information) can be obtained. On the other hand, if the receiving unit 74 having the configuration of FIG. 2B, which includes only two ultrasonic receivers and two piezoelectric vibrating gyros, only information with five degrees of freedom is obtained. That is, in the configuration of FIG. 2B, the ultrasonic receiver 42,
Direction information (rotation angle information about this axis) about the axis connecting 44 cannot be obtained. In the case of synthesizing a visual field image using an HMD or the like, it is usually sufficient to know the horizontal and vertical movements of the player's head. Therefore, in this case, the ultrasonic receivers 42 and 44 are respectively positioned near the front part and the rear part of the player so that the tilt of the player's head is not detected. By doing so, the receiver 74 can be made smaller and lighter,
It is possible to increase the player's wearing feeling.

【0029】また図2(A)、(B)では、共に、受信
部をプレーヤの頭部側(検出対象側)に設けているが、
これとは逆に送信部を頭部側に設けてもよい。但し頭部
側に送信部を設けると次のような問題がある。即ち、受
信部が位置する方向とは異なる方向にプレーヤの頭部が
動くと、頭部に取り付けられた送信部から出力される超
音波が他の天井、壁等で反射される事態が生じ、これは
誤検出の原因となる。従ってこのような事態が生じる可
能性がある場合には、受信部をプレーヤの頭部等に設け
る構成が望ましい。
In both FIGS. 2A and 2B, the receiver is provided on the player's head side (detection target side).
On the contrary, the transmitter may be provided on the head side. However, providing the transmitter on the head side has the following problems. That is, when the player's head moves in a direction different from the direction in which the receiver is located, ultrasonic waves output from the transmitter attached to the head may be reflected by other ceilings, walls, etc. This causes a false detection. Therefore, when such a situation may occur, it is desirable to provide the receiver on the player's head or the like.

【0030】次に、動作情報演算部60、第1、第2検
出部10、30の詳細な構成及び動作について説明す
る。なお、図1に示す第1方向情報演算部24、第2方
向・位置情報演算部50、動作情報演算部60等で行わ
れる演算処理は、本実施例においては、CPU及びこの
CPUにより制御されるメモリ等により実現されてい
る。
Next, detailed configurations and operations of the motion information calculation unit 60 and the first and second detection units 10 and 30 will be described. Note that the arithmetic processing performed by the first direction information calculation unit 24, the second direction / position information calculation unit 50, the motion information calculation unit 60, etc. shown in FIG. 1 is controlled by the CPU and this CPU in the present embodiment. It is realized by a memory etc.

【0031】2.動作情報演算部 図3(A)、(B)及び図4は、動作情報演算部60の
動作の一例を示すフローチャートである。図3(A)の
ステップS1〜S4に示すように、Y軸、X軸、Z軸周
りの回転角度が演算され、これにより画像合成部等に出
力する検出対象の方向情報が特定される。図2(B)の
ように2軸周りの回転角度のみを求める場合には、図3
(B)に示すフローを採用する。
2. Motion Information Calculation Unit FIGS. 3A, 3B and 4 are flowcharts showing an example of the operation of the motion information calculation unit 60. As shown in steps S1 to S4 of FIG. 3A, the rotation angles around the Y-axis, the X-axis, and the Z-axis are calculated, and the direction information of the detection target to be output to the image synthesis unit or the like is specified thereby. When only the rotation angle around the two axes is obtained as shown in FIG.
The flow shown in (B) is adopted.

【0032】図4は、各軸周りの回転角度を求めるとき
のフローチャートである。まず第1検出部10から第1
方向(角度)情報θ1が、第2検出部30から第2方向
(角度)情報θ2が入力される(ステップG1、G
2)。
FIG. 4 is a flowchart for obtaining a rotation angle around each axis. First, from the first detection unit 10 to the first
Direction (angle) information θ1 and second direction (angle) information θ2 are input from the second detection unit 30 (steps G1 and G).
2).

【0033】次に、超音波が受信部の検出範囲外にある
か否か及び超音波が障害物等に遮られたか否かが判断さ
れ、その後、第1検出部10で検出された角速度に基づ
き、重みづけ係数hが決定される(ステップG3〜G
5)。
Next, it is judged whether or not the ultrasonic wave is outside the detection range of the receiving section and whether or not the ultrasonic wave is blocked by an obstacle, and thereafter, the angular velocity detected by the first detecting section 10 is detected. Based on this, the weighting coefficient h is determined (steps G3 to G).
5).

【0034】次に、次式、 θ=h×θ2+(1−h)×θ1 (1) (但し0≦h≦1)によりθが演算され、検出対象の方
向情報が決定される(ステップG7、G8)。
Next, θ is calculated by the following equation, θ = h × θ2 + (1-h) × θ1 (1) (where 0 ≦ h ≦ 1), and the direction information of the detection target is determined (step G7). , G8).

【0035】図5は、重みづけ係数hの設定手法の一例
を説明するための図である。図5では、角速度が小さい
領域では、重みづけ係数hは1に近づく。一方、角速度
が大きい領域では、重みづけ係数hは0に近づき、(1
−h)が1に近づく。従って、上式(1)から明らかな
ように、角速度が小さい領域では第2検出部30から入
力される第2方向情報θ2に対して大きな重みづけが、
角速度が大きい領域では第1検出部10から入力される
第1方向情報θ1に対して大きな重みづけがなされるこ
とになる。
FIG. 5 is a diagram for explaining an example of a method of setting the weighting coefficient h. In FIG. 5, the weighting factor h approaches 1 in the region where the angular velocity is small. On the other hand, in a region where the angular velocity is large, the weighting coefficient h approaches 0, and (1
-H) approaches 1. Therefore, as is clear from the above equation (1), a large weight is given to the second direction information θ2 input from the second detection unit 30 in a region where the angular velocity is small,
In a region where the angular velocity is large, the first direction information θ1 input from the first detector 10 is heavily weighted.

【0036】シミュレータ装置(3次元ゲーム装置等)
においては、処理のリアルタイム性が要求される。従っ
て、例えばゲーム中にプレーヤが頭部を動かした場合に
は、この動きに即座に応答してHMDに映し出される視
界画像も変化させる必要がある。このため、方向情報等
の検出においては、なるべく高応答にする必要がある。
ところが、超音波、赤外線、電磁波を利用して方向情報
を得る手法は、この応答性の点で若干劣っている。これ
に対して、圧電振動ジャイロ等の角速度検出部を利用す
る手法は、この応答性の面で優れている。そこで本実施
例では、角速度が大きい領域、即ちプレーヤの頭部が大
きく変化する領域においては、第1検出部10からの第
1方向情報θ1に重きをおくようにしている。これによ
りプレーヤの頭部の動きに速やかに追従する高応答の動
作検出が可能となる。
Simulator device (three-dimensional game device, etc.)
Requires real-time processing. Therefore, for example, when the player moves his / her head during the game, it is necessary to immediately change the view image displayed on the HMD in response to this movement. Therefore, it is necessary to make the response as high as possible in the detection of the direction information and the like.
However, the method of obtaining direction information using ultrasonic waves, infrared rays, and electromagnetic waves is slightly inferior in terms of this responsiveness. On the other hand, the method of using the angular velocity detection unit such as the piezoelectric vibration gyro is excellent in this responsiveness. Therefore, in this embodiment, the first direction information θ1 from the first detector 10 is weighted in a region where the angular velocity is large, that is, in a region where the player's head changes greatly. This makes it possible to detect a highly responsive motion that quickly follows the movement of the player's head.

【0037】一方、圧電振動ジャイロ等を利用する手法
には、ノイズ、温度等の影響を受けやすい等の問題があ
る。即ちこの手法では、検出される角速度にノイズ成
分、温度ドリフト成分等の誤差がのると、この誤差は積
分処理等により蓄積される。従って、得られる方向情報
に大きなズレが生じる。この結果、例えばプレーヤが頭
部を動かしていないのに視界画像が動く等の事態が生
じ、得られる画像の品質が半減する。これに対して超音
波、赤外線、電磁波等の波を利用する手法は、ノイズ、
温度等の変化を受けにくいという点で優れている。そこ
で、本実施例では、角速度が小さい領域、即ちプレーヤ
の頭部があまり変化しない領域においては、第2検出部
30からの第2方向情報θ2に重きをおくようにしてい
る。これによりプレーヤの頭部が停止しているのに視界
画像が動く等の事態が防止され、より高精度の動作検出
が可能となる。
On the other hand, the method using the piezoelectric vibrating gyro has a problem that it is easily affected by noise, temperature and the like. That is, in this method, when an error such as a noise component or a temperature drift component is added to the detected angular velocity, this error is accumulated by integration processing or the like. Therefore, a large deviation occurs in the obtained direction information. As a result, for example, the visual field image moves even when the player does not move his / her head, and the quality of the obtained image is reduced by half. On the other hand, methods that use waves such as ultrasonic waves, infrared rays, and electromagnetic waves are
It is excellent in that it is less susceptible to changes such as temperature. Therefore, in the present embodiment, the second direction information θ2 from the second detector 30 is weighted in the region where the angular velocity is small, that is, in the region where the player's head does not change much. This prevents a situation in which the visual field image moves even when the player's head is stopped, and it is possible to detect the motion with higher accuracy.

【0038】このように本実施例によれば、第1、第2
検出部10、30で得られた方向情報同士を互いに補い
合うことで、各々の検出部のみでは得ることができない
高応答で高精度な動作検出が可能となる。
As described above, according to this embodiment, the first and second
By complementing the direction information obtained by the detection units 10 and 30 with each other, it is possible to perform a highly responsive and highly accurate motion detection that cannot be obtained only by each detection unit.

【0039】なお本実施例では、図4のステップG5に
示すように第1検出部10で得られる角速度に基づいて
重みづけ係数を決定している。この理由は第1に、角速
度は、検出対象の動作速度とほぼ等価であり、本実施例
ではこの角速度を圧電振動ジャイロにより直接得ること
ができるからである。即ち、この角速度を利用すること
で、重みづけ係数を得るための情報を演算処理等により
求める必要が無くなる。また第2に、この角速度は、障
害物が存在する場合等においても安定して得ることがで
きるからである。即ち、例えば第2検出部30からの情
報により重みづけ係数を決定等すると、障害物が存在す
る場合に重みづけ係数の決定が不能となる。従って、方
向情報が不定となる事態も生じてしまう。
In this embodiment, the weighting coefficient is determined based on the angular velocity obtained by the first detector 10 as shown in step G5 of FIG. The first reason for this is that the angular velocity is almost equivalent to the operation velocity of the detection target, and in the present embodiment, this angular velocity can be directly obtained by the piezoelectric vibration gyro. That is, by using this angular velocity, it is not necessary to obtain information for obtaining the weighting coefficient by calculation processing or the like. Secondly, this angular velocity can be stably obtained even when an obstacle is present. That is, for example, if the weighting coefficient is determined based on the information from the second detection unit 30, it becomes impossible to determine the weighting coefficient when there is an obstacle. Therefore, a situation may occur in which the direction information is indefinite.

【0040】但し、本発明においては必ずしもこの角速
度に基づいて重みづけ係数を決定する必要はなく、第2
検出部30からの情報等により重みづけ係数を決定する
ことも可能である。
However, in the present invention, it is not always necessary to determine the weighting coefficient based on this angular velocity, and the second
It is also possible to determine the weighting coefficient based on the information from the detection unit 30.

【0041】また重みづけ係数の設定手法も様々なもの
を採用できる。例えば重みづけ係数の関係は図5に示す
ものに限られるものではない。また上式(1)の1次式
とは異なり、高次式により方向情報θを求めてもよい。
またROM等で構成されるルックアップテーブルを設
け、角速度等を参照情報としてルックアップから方向情
報θを得る等の手法も可能である。
Various weighting coefficient setting methods can be adopted. For example, the relationship of the weighting coefficient is not limited to that shown in FIG. Further, unlike the linear equation of the above equation (1), the direction information θ may be obtained by a high-order equation.
It is also possible to provide a look-up table composed of a ROM or the like and obtain the direction information θ from the look-up using the angular velocity or the like as reference information.

【0042】さて本実施例では、図4のステップG3、
G4、G6に示すように、送信部からの超音波の到達範
囲外に受信部が位置する場合あるいは送信部からの超音
波が障害物に遮られ受信部に到達しなかった場合に、重
みづけ係数hがh=0とされる。即ち第2方向情報θ2
は無視され第1方向情報θ1が検出対象の方向情報とさ
れる。超音波、赤外線等は指向性を有し、検出範囲は有
限となる。従って、例えばプレーヤが検出範囲外に動い
た場合には、第2検出部30による第2方向情報θ2の
検出は不可能となる。またプレーヤが顔を下に向けた場
合等においても、第2検出部30による検出はできなく
なる。更に、プレーヤ自身あるいは友人の手等が受信器
等を覆った場合にも、超音波の受信はできなくなる。一
方、第1検出部10からの第1方向情報θ1は、このよ
うな指向性の波を用いずに得られるものである。そこで
本実施例では、上記事態が生じた場合に第1方向情報θ
1を検出対象の方向情報としており、これにより安定し
た方向情報の獲得が可能となっている。
In the present embodiment, step G3 in FIG.
As shown in G4 and G6, weighting is performed when the receiving unit is located outside the reach of the ultrasonic wave from the transmitting unit or when the ultrasonic wave from the transmitting unit is blocked by an obstacle and does not reach the receiving unit. The coefficient h is set to h = 0. That is, the second direction information θ2
Is ignored and the first direction information θ1 is used as the direction information of the detection target. Ultrasonic waves, infrared rays, etc. have directivity, and the detection range is limited. Therefore, for example, when the player moves out of the detection range, the second detection unit 30 cannot detect the second direction information θ2. In addition, even when the player faces down, the second detection unit 30 cannot detect it. Further, even when the player himself or his friend's hand covers the receiver or the like, ultrasonic waves cannot be received. On the other hand, the first direction information θ1 from the first detection unit 10 is obtained without using such a directional wave. Therefore, in the present embodiment, when the above situation occurs, the first direction information θ
1 is used as the direction information of the detection target, which enables stable acquisition of direction information.

【0043】なお超音波、赤外線が障害物に遮られた場
合等においては、第2検出部30によるカウントは不能
となり、第2検出部30の出力は異常状態を示すことに
なる(例えば第2検出部30から出力が何も来なくな
る)。従って、この異常状態を検出することで、図4の
ステップG3、G4の判断は容易に行うことができる。
When the ultrasonic waves or infrared rays are blocked by an obstacle, the second detection unit 30 cannot count and the output of the second detection unit 30 indicates an abnormal state (for example, the second state). No output comes from the detection unit 30). Therefore, by detecting this abnormal state, the determinations in steps G3 and G4 in FIG. 4 can be easily made.

【0044】3.第1検出部 圧電振動ジャイロ等の角速度検出部を利用する手法は、
磁場等を利用する手法に比べ、装置の小型化を図れ、ま
た応答速度が速い。従ってリアルタイムに処理を行う必
要があるシミュレータ装置に最適である。また超音波、
赤外線を利用する手法では、障害物等がある場合に検出
不能となるが、角速度検出を利用する手法ではこのよう
な問題が生じない。
3. The first detection unit The method using an angular velocity detection unit such as a piezoelectric vibration gyro is
Compared to the method using a magnetic field, the device can be downsized and the response speed is faster. Therefore, it is most suitable for a simulator device that requires real-time processing. Ultrasonic waves,
The method using infrared rays cannot detect an obstacle or the like, but the method using angular velocity detection does not cause such a problem.

【0045】次に図6(A)を用いて圧電振動ジャイロ
の原理について説明する。圧電振動ジャイロでは、まず
圧電素子(ピエゾ素子)82により金属柱80をV方向
に振動させておく。この状態で例えばR軸周りに角速度
ωで金属柱80が回転すると、コリオリの力によりFc
方向に振動が発生するので、この振動を検出用の圧電素
子84により検出する。この時、圧電素子84の出力電
圧は角速度ωに比例する。従ってこの出力電圧を検出す
ることで、角速度ωを求めることができる。
Next, the principle of the piezoelectric vibration gyro will be described with reference to FIG. In the piezoelectric vibrating gyro, the metal column 80 is first vibrated in the V direction by the piezoelectric element (piezo element) 82. In this state, for example, when the metal column 80 rotates about the R axis at an angular velocity ω, Fc is caused by Coriolis force.
Since vibration is generated in the direction, this vibration is detected by the piezoelectric element 84 for detection. At this time, the output voltage of the piezoelectric element 84 is proportional to the angular velocity ω. Therefore, the angular velocity ω can be obtained by detecting this output voltage.

【0046】本発明で採用する圧電振動ジャイロの構造
・形式としては種々のものを考えることができる。例え
ば図6(B)に示すように金属柱80が正三角柱のもの
を用いれば、共振特性の不一致、ズレ等の問題を解決で
きる。また図6(C)に示すように、金属柱80が円柱
のものを用いることも可能である。またいわゆる音叉型
と呼ばれる形式の圧電振動ジャイロを採用することも可
能である。
Various structures and types of the piezoelectric vibration gyro adopted in the present invention can be considered. For example, as shown in FIG. 6B, if the metal column 80 is a regular triangular column, problems such as mismatch of resonance characteristics and deviation can be solved. Further, as shown in FIG. 6C, it is also possible to use a columnar metal column 80. It is also possible to employ a piezoelectric vibration gyro of a so-called tuning fork type.

【0047】図7(A)は、圧電振動ジャイロの出力電
圧と角速度との関係を示す図である。但し図7(A)の
出力電圧は、静止時の出力を基準とし、その変化を表し
たものである。図7(A)に示すように圧電振動ジャイ
ロの出力電圧は角速度に比例する。従ってこの出力電圧
をA/D変換等することで、角速度のデジタル情報を得
ることができる。
FIG. 7A is a diagram showing the relationship between the output voltage of the piezoelectric vibrating gyro and the angular velocity. However, the output voltage in FIG. 7A represents the change with the output at rest as a reference. As shown in FIG. 7A, the output voltage of the piezoelectric vibrating gyro is proportional to the angular velocity. Therefore, digital information of the angular velocity can be obtained by A / D converting this output voltage.

【0048】一方、図7(B)は、静止時出力の温度ド
リフトを示す図である。図7(B)に示すように周囲温
度の変化に伴い圧電振動ジャイロの出力は変化する。こ
の温度ドリフトの影響はフィルタ部18によりDCカッ
トすることである程度除去できるが、少なからずその影
響は残ってしまう。また圧電振動ジャイロの感度が周囲
温度に影響を受けるという問題もある。
On the other hand, FIG. 7B is a diagram showing the temperature drift of the output at rest. As shown in FIG. 7B, the output of the piezoelectric vibrating gyro changes with the change of the ambient temperature. The influence of this temperature drift can be removed to some extent by performing DC cut by the filter unit 18, but the influence remains to a considerable extent. There is also a problem that the sensitivity of the piezoelectric vibration gyro is affected by the ambient temperature.

【0049】周囲温度あるいはノイズによる特性変化の
影響は、角速度を積分した場合に更に大きくなる。例え
ばプレーヤが頭部を動かしていないのに、周囲温度の変
化等により視界画像の視線方向が変化する等の問題が生
じ、プレーヤに不快感を与えてしまう。そこで本実施例
では、図5に示すように、角速度が小さくプレーヤの頭
部が静止に近い状態にある範囲において、h=1((h
ー1)=0)としている。これによりこの範囲では第2
検出部30からの第2方向情報が採用されることにな
り、静止時の画質低下が防止される。一方、角速度が大
きい範囲では、もともとプレーヤの頭部の動きが速いた
め、たとえ周囲温度が変化して角速度が変動しても、プ
レーヤがその変動に気付くことは少ない。従って、図5
に示すように角速度が大きい範囲で第1方向情報を採用
しても、上記のような問題が生じることはない。
The influence of the characteristic change due to the ambient temperature or noise is further increased when the angular velocity is integrated. For example, although the player does not move his / her head, a problem such as a change in the line-of-sight direction of the visual field image due to a change in ambient temperature or the like occurs, which gives the player an unpleasant feeling. In view of this, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, in the range in which the angular velocity is small and the player's head is almost stationary, h = 1 ((h
-1) = 0). Therefore, in this range, the second
Since the second direction information from the detection unit 30 is adopted, the deterioration of the image quality when stationary is prevented. On the other hand, in the range where the angular velocity is large, the movement of the player's head is originally fast, so even if the ambient temperature changes and the angular velocity fluctuates, the player rarely notices the fluctuation. Therefore, FIG.
Even if the first direction information is adopted in a range where the angular velocity is large as shown in, the above problem does not occur.

【0050】4.第2検出部 まず超音波等を利用して検出対象の動作情報(位置及び
方向情報)を求める手法の原理について説明する。図8
(A)に示すように、送信器90から送信された超音波
パルスが、受信器92で受信されるまでの遅延時間を
t、音速をvとすると、送信器90から受信器92まで
の距離lは、 l=vt (2) と表せる。従って時間tを測定することで距離lを求め
ることができる。本実施例ではこのtを図1のカウンタ
49により測定している。
4. Second Detection Unit First, the principle of a method of obtaining motion information (position and direction information) of a detection target using ultrasonic waves or the like will be described. FIG.
As shown in (A), when the delay time until the ultrasonic pulse transmitted from the transmitter 90 is received by the receiver 92 is t and the speed of sound is v, the distance from the transmitter 90 to the receiver 92. l can be expressed as l = vt (2). Therefore, the distance 1 can be obtained by measuring the time t. In this embodiment, this t is measured by the counter 49 shown in FIG.

【0051】さて、1つの送信器に対して、3次元空間
内で位置が特定されている受信器(絶対位置があらかじ
めわかっている受信器)を3つ用意すれば、送信器の3
次元空間内での位置情報を求めることできる。例えば図
8(B)において、超音波パルスが受信されるまでの遅
延時間をt1、t2、t3、受信器94〜98の位置ベク
トルをP1、P2、P3とすると、送信器100の位置ベ
クトルPは、 |P1−P| = vt1 |P2−P| = vt2 |P3−P| = vt3 (3) の3つの連立方程式を解くことによって求めることがで
きる。これとは逆に、1つの受信器に対し、位置が特定
されている送信器を3つ用意すれば、今度は、受信器の
位置情報を求めることができる。
If three receivers whose positions are specified in the three-dimensional space (receivers whose absolute positions are known in advance) are prepared for one transmitter, the number of transmitters will be three.
The position information in the dimensional space can be obtained. For example, in FIG. 8B, assuming that the delay time until the ultrasonic pulse is received is t 1 , t 2 , t 3 and the position vectors of the receivers 94 to 98 are P 1 , P 2 , P 3 , the transmission is performed. The position vector P of the container 100 can be obtained by solving three simultaneous equations | P 1 -P | = vt 1 | P 2 -P | = vt 2 | P 3 -P | = vt 3 (3) it can. On the contrary, if three transmitters whose positions are specified are prepared for one receiver, the position information of the receiver can be obtained this time.

【0052】位置が特定されている3つの受信器に対し
て複数の送信器を用意すれば、検出対象の位置情報のみ
ならず方向情報についても求めることができる。例えば
図9(A)では、2つの送信器102、104の位置情
報と、送信器同士を結んだ軸であるz軸に垂直な2軸、
即ちx軸、y軸周りに関する方向情報(回転角度)を求
めることができる。例えば、点E(x、y、z)がx軸回
りにθxだけ回転移動し、その後y軸回りにθyだけ回転
移動して点E’(x'、y'、z')に移った場合、次式
(4)が成り立つ。 (x'、y'、z')=(x、y、z)×Rx(θx)×Ry(θy) (4)
By preparing a plurality of transmitters for the three receivers whose positions are specified, not only the position information of the detection target but also the direction information can be obtained. For example, in FIG. 9A, position information of the two transmitters 102 and 104 and two axes perpendicular to the z-axis which is an axis connecting the transmitters,
That is, the direction information (rotation angle) about the x-axis and the y-axis can be obtained. For example, a point E (x, y, z) is rotationally moved around the x axis by θ x , then is rotationally moved around the y axis by θ y, and is moved to a point E ′ (x ′, y ′, z ′). In the case, the following equation (4) is established. (X ′, y ′, z ′) = (x, y, z) × R xx ) × R yy ) (4)

【0053】[0053]

【数1】 [Equation 1]

【0054】[0054]

【数2】 [Equation 2]

【0055】従って2つの送信器102、104の位置
情報から平行移動分を引いた値を式(4)に代入すれば
θx、θyを求めることができる。
Therefore, by substituting the value obtained by subtracting the parallel movement amount from the position information of the two transmitters 102 and 104 into the equation (4), θ x and θ y can be obtained.

【0056】送信器の数を1つ増やし、3つの送信器及
び3つの受信器を用意すれば、位置情報及び全ての方向
情報(3軸の回転角度)を求めることができる。例えば
図9(B)において、点F(x、y、z)がy軸、x軸、
z軸の順に回転し点F’(x'、y'、z')に移動したと
すると、次式(7)が成り立つ。 (x'、y'、z') =(x、y、z)×Rx(θx)×Ry(θy)×Rz(θz) (7)
If the number of transmitters is increased by one and three transmitters and three receivers are prepared, position information and all direction information (rotation angles of three axes) can be obtained. For example, in FIG. 9B, the point F (x, y, z) is the y-axis, the x-axis,
If it rotates in the z-axis order and moves to the point F '(x', y ', z'), the following equation (7) holds. (X ′, y ′, z ′) = (x, y, z) × R xx ) × R yy ) × R zz ) (7)

【0057】[0057]

【数3】 (Equation 3)

【0058】従って3つの送信器106〜110の位置
情報から平行移動分を引いた値を式(7)に代入すれば
θx、θy、θzを求めることができる。
Therefore, by substituting the value obtained by subtracting the parallel movement amount from the positional information of the three transmitters 106 to 110 into the equation (7), θ x , θ y and θ z can be obtained.

【0059】またこれとは逆に、位置が特定されている
3つの送信器に対し、複数の受信器を用意しても、上記
と同様に受信器の位置情報及び方向情報を求めることが
できる。
On the contrary, even if a plurality of receivers are prepared for the three transmitters whose positions are specified, the position information and the direction information of the receivers can be obtained in the same manner as described above. .

【0060】次に、図10(A)、(B)及び図11を
用いて、位置が特定されている送信器が3つあり、検出
対象に追従し位置が特定されていない受信器が3つある
場合の本実施例の動作を説明する。図10(A)、
(B)及び図11は、この場合の動作を説明するための
ブロック図、タイミングチャート、フローチャートであ
る。図10(B)に示すT1〜T10は、図11に示す
T1〜T10に各々対応している。
Next, referring to FIGS. 10 (A), 10 (B) and 11, there are three transmitters whose positions are specified, and three receivers whose positions are not specified follow the detection target. The operation of the present embodiment when there are two will be described. FIG. 10 (A),
(B) and FIG. 11 are a block diagram, a timing chart, and a flow chart for explaining the operation in this case. T1 to T10 shown in FIG. 10B correspond to T1 to T10 shown in FIG. 11, respectively.

【0061】まず第2方向・位置情報演算部50(CP
Uの一部)が送信制御部38、受信制御部48に対して
開始信号を出力する(ステップH1)。送信制御部38
は開始信号が入力されると送信ch1から超音波パルス
を送信する(ステップH4、H5)。一方、受信制御部
48は開始信号が入力されるとカウンタ49をリセット
しカウントをスタートする(ステップH10、H1
1)。そして送信ch1からの超音波を受信すると、そ
の時のカウント値をRAM等のメモリに記録する(ステ
ップH12)。この場合の受信及び記録は、受信ch1
〜ch3の全てにおいて別個に行われる。
First, the second direction / position information calculation unit 50 (CP
(A part of U) outputs a start signal to the transmission control unit 38 and the reception control unit 48 (step H1). Transmission control unit 38
When the start signal is input, transmits an ultrasonic pulse from transmission ch1 (steps H4 and H5). On the other hand, the reception control unit 48 resets the counter 49 and starts counting when the start signal is input (steps H10 and H1).
1). When the ultrasonic wave from the transmission ch1 is received, the count value at that time is recorded in the memory such as the RAM (step H12). In this case, reception and recording are performed on reception ch1.
~ Ch3 is done separately.

【0062】第2方向・位置情報演算部50は、所定時
間経過後、今度はch2の送信要求を出力する(ステッ
プH2)。送信制御部38は、送信要求が入力されると
送信ch2から超音波パルスを送信させる(ステップH
6、H7)。一方、受信制御部48は送信ch2からの
超音波を受信すると、そのカウント値を記録する(ステ
ップH13)。この場合の受信及び記録は、受信ch1
〜ch3の全てに対して別個に行われる。
The second direction / position information calculator 50 outputs a request for transmission of ch2 after a predetermined time has passed (step H2). When the transmission request is input, the transmission control unit 38 transmits an ultrasonic pulse from the transmission ch2 (step H
6, H7). On the other hand, when the reception controller 48 receives the ultrasonic wave from the transmission channel 2, it records the count value (step H13). In this case, reception and recording are performed on reception ch1.
~ Is performed separately for all of ch3.

【0063】ch3の送受信についても上記と同様に行
われる(ステップH3、H8、H9、H14)。
The transmission / reception of ch3 is performed in the same manner as above (steps H3, H8, H9, H14).

【0064】第2方向・位置情報演算部50は、全チャ
ネルの受信が終了すると、送信ch1〜3の位置情報
と、受信ch1〜3の各々についてのカウント値に基づ
いて、受信ch1〜3の各々についての位置情報を演算
する(ステップH15〜H18)。この場合の演算は上
式(3)に基づいて行われる。また第2方向・位置情報
演算部50は、受信ch1〜3の位置情報から上式
(7)に基づいて、検出対象の方向情報を演算し(ステ
ップH19)、処理を終了する。
When the reception of all the channels is completed, the second direction / positional information calculation section 50 determines the reception channels 1 to 3 based on the position information of the transmission channels 1 to 3 and the count values of the reception channels 1 to 3. The position information for each is calculated (steps H15 to H18). The calculation in this case is performed based on the above equation (3). Further, the second direction / positional information calculation unit 50 calculates the directional information of the detection target from the positional information of the reception channels 1 to 3 based on the above equation (7) (step H19), and ends the process.

【0065】検出対象に追従する送信器が3つあり、位
置が特定されている受信器が3つある場合(送信器と受
信器とが上記と逆になる場合)の動作は上記と同様であ
り、ブロック図及びタイミングチャート、フローチャー
トも図10(A)、(B)及び図11とほぼ同様にな
る。
When there are three transmitters that follow the detection target and there are three receivers whose positions are specified (when the transmitter and the receiver are the reverse of the above), the operation is the same as above. The block diagram, the timing chart, and the flowchart are almost the same as those in FIGS. 10A, 10B, and 11.

【0066】図12(A)、(B)及び図13には、位
置が特定されている送信器が3つあり、検出対象に追従
する受信器が2つある場合のブロック図、タイミングチ
ャート、フローチャートが示される。図10(A)、
(B)と図12(A)、(B)との相違は、図12
(A)、(B)では、受信制御部48が3つではなく2
つの受信チャネルを制御している点である。また図11
と図13との相違は、図13では、受信ch1〜ch3
ではなく受信ch1、2の位置のみを演算しており(ス
テップI16、I17)、また上式(7)ではなく上式
(4)に基づいて方向情報を演算している点である(ス
テップI19)。
FIGS. 12A, 12B and 13 are block diagrams, timing charts in the case where there are three transmitters whose positions are specified and two receivers follow the detection target. A flow chart is shown. FIG. 10 (A),
The difference between (B) and FIGS. 12A and 12B is that FIG.
In (A) and (B), the number of reception control units 48 is 2 instead of 3.
The point is that it controls two receiving channels. Also in FIG.
The difference between FIG. 13 and FIG. 13 is that in FIG.
Instead, only the positions of the receiving channels 1 and 2 are calculated (steps I16 and I17), and the direction information is calculated based on the above equation (4) instead of the above equation (7) (step I19). ).

【0067】図14(A)、(B)及び図15には、検
出対象に追従する送信器が2つあり、位置が特定されて
いる受信器が3つある場合のブロック図、タイミングチ
ャート、フローチャートが示される。図10(A)、
(B)と図14(A)、(B)との相違は、図14
(A)、(B)では、送信制御部38が3つではなく2
つの送信チャネルを制御している点である。また図11
と図15との相違は、図15では、受信ch1〜ch3
ではなく送信ch1、2の位置を演算しており(ステッ
プJ16、J17)、また上式(7)ではなく上式
(4)に基づいて方向情報を演算している点である(ス
テップJ19)。
14 (A), (B) and FIG. 15, there are two transmitters that follow the detection target and three receivers whose positions are specified. A flow chart is shown. FIG. 10 (A),
The difference between FIG. 14B and FIGS. 14A and 14B is that FIG.
In (A) and (B), there are two transmission control units 38 instead of three.
That is, it controls two transmission channels. Also in FIG.
The difference between FIG. 15 and FIG.
Instead, the positions of the transmission channels 1 and 2 are calculated (steps J16 and J17), and the direction information is calculated based on the above equation (4) instead of the above equation (7) (step J19). .

【0068】5.送信器及び受信器の最適配置 次に送信器及び受信器の最適配置について説明する。5. Optimal Arrangement of Transmitter and Receiver Next, the optimum arrangement of the transmitter and receiver will be described.

【0069】本実施例では図2(A)において、受信器
(又は送信器)42、44、46を、各々、プレーヤの
頭部の前方付近、左方付近、右方付近に配置している。
そして受信器44、46を結んだ軸、受信器44、46
の中点と受信器42を結んだ軸並びにこれらの2軸に直
交する軸の周りの角速度を直接測定できるように、圧電
振動ジャイロ12、14、16を配置している。このよ
うに配置することで、以下に説明するように、動作検出
に要する演算処理量を減らし、演算スピードを高めるこ
とができる。
In this embodiment, in FIG. 2A, receivers (or transmitters) 42, 44, and 46 are arranged near the front, left, and right of the player's head, respectively. .
The axis connecting the receivers 44 and 46, the receivers 44 and 46
The piezoelectric vibrating gyros 12, 14, 16 are arranged so that the angular velocity about the axis connecting the midpoint and the receiver 42 and the axis orthogonal to these two axes can be directly measured. By arranging in this way, as described below, the amount of calculation processing required for motion detection can be reduced and the calculation speed can be increased.

【0070】例えば図16に示すように、位置が特定さ
れた送信器(又は受信器)の位置情報(位置座標)をP
1(X1、Y1、Z1)、P2(X2、Y2、Z2)、
P3(X3、Y3、Z3)とし、検出対象に追従する受
信器(又は送信器)の位置情報をQ1(x1、y1、z
1)、Q2(x2、y2、z2)、Q3(x3、y3、
z3)とし、測定された距離をl1、l2、l3、m
1、m2、m3、n1、n2、n3とする。すると下式
(9)、(10)、(11)が成り立つ。 (x1−X1)2+(y1−Y1)2+(z1−Z1)2=l12 (x1−X2)2+(y1−Y2)2+(z1−Z2)2=l22 (x1−X3)2+(y1−Y3)2+(z1−Z3)2=l32 (9) (x2−X1)2+(y2−Y1)2+(z2−Z1)2=m12 (x2−X2)2+(y2−Y2)2+(z2−Z2)2=m22 (x2−X3)2+(y2−Y3)2+(z2−Z3)2=m32 (10) (x3−X1)2+(y3−Y1)2+(z3−Z1)2=n12 (x3−X2)2+(y3−Y2)2+(z3−Z2)2=n22 (x3−X3)2+(y3−Y3)2+(z3−Z3)2=n32 (11) これらの式よりQ1(x1、y1、z1)、Q2(x
2、y2、z2)、Q3(x3、y3、z3)の位置情
報を求めることができる。またQ1とQ2の中点である
Q4(x4、y4、z4)の位置情報は下式より求める
ことができる。 x4=(x1+x2)/2 y4=(y1+y2)/2 z4=(z1+z2)/2 (12) 一方、方向情報は次のようにして求める。即ち回転前の
基準位置情報を01(Ox1、Oy1、Oz1)、O2
(Ox2、Oy2、Oz2)、O3(Ox3、Oy3、
Oz3)、O4(Ox4、Oy4、Oz4)とし、回転
後の位置情報をQ1(x1、y1、z1)、Q2(x
2、y2、z2)、Q3(x3、y3、z3)、Q4
(x4、y4、z4)とする。すると、 (x3、y3、z3) =(Ox3、Oy3、Oz3)×Rx(θx)×Ry(θy) (13) (x4、y4、z4) =(Ox4、Oy4、Oz4)×Rx(θx)×Ry(θy) (14) が成り立ち、これらの式よりθx、θyを求めることがで
きる。また、 (x1、y1、z1) =(Ox1、Oy1、Oz1)×Ry(θy)×Rz(θz) (15) (x2、y2、z2) =(Ox2、Oy2、Oz2)×Ry(θy)×Rz(θz) (16) が成り立ち、これらの式よりθzを求めることができ
る。なおRx(θx)、Ry(θy)、Rz(θz)は、上式
(5)、(6)、(8)に示した回転行列である。
For example, as shown in FIG. 16, the position information (position coordinates) of the transmitter (or receiver) whose position is specified is set to P.
1 (X1, Y1, Z1), P2 (X2, Y2, Z2),
P3 (X3, Y3, Z3) and position information of the receiver (or transmitter) that follows the detection target is Q1 (x1, y1, z).
1), Q2 (x2, y2, z2), Q3 (x3, y3,
z3) and the measured distances are l1, l2, l3, m
1, m2, m3, n1, n2, n3. Then, the following expressions (9), (10), and (11) are established. (X1-X1) 2 + (y1-Y1) 2 + (z1-Z1) 2 = l1 2 (x1-X2) 2 + (y1-Y2) 2 + (z1-Z2) 2 = l2 2 (x1-X3 ) 2 + (y1-Y3) 2 + (z1-Z3) 2 = l3 2 (9) (x2-X1) 2 + (y2-Y1) 2 + (z2-Z1) 2 = m1 2 (x2-X2) 2 + (y2-Y2) 2 + (z2-Z2) 2 = m2 2 (x2-X3) 2 + (y2-Y3) 2 + (z2-Z3) 2 = m3 2 (10) (x3-X1) 2 + (Y3-Y1) 2 + (z3-Z1) 2 = n1 2 (x3-X2) 2 + (y3-Y2) 2 + (z3-Z2) 2 = n2 2 (x3-X3) 2 + (y3- Y3) 2 + (z3-Z3) 2 = n3 2 (11) From these equations, Q1 (x1, y1, z1), Q2 (x
2, y2, z2) and Q3 (x3, y3, z3) position information can be obtained. The position information of Q4 (x4, y4, z4), which is the midpoint between Q1 and Q2, can be obtained from the following equation. x4 = (x1 + x2) / 2 y4 = (y1 + y2) / 2 z4 = (z1 + z2) / 2 (12) On the other hand, the direction information is obtained as follows. That is, the reference position information before rotation is 01 (Ox1, Oy1, Oz1), O2.
(Ox2, Oy2, Oz2), O3 (Ox3, Oy3,
Oz3) and O4 (Ox4, Oy4, Oz4), and the position information after rotation is Q1 (x1, y1, z1), Q2 (x
2, y2, z2), Q3 (x3, y3, z3), Q4
(X4, y4, z4). Then, (x3, y3, z3) = (Ox3, Oy3, Oz3) × R x (θ x) × R y (θ y) (13) (x4, y4, z4) = (Ox4, Oy4, Oz4) × R xx ) × R yy ) (14) holds, and θ x and θ y can be obtained from these equations. Further, (x1, y1, z1) = (Ox1, Oy1, Oz1) × R y (θ y) × R z (θ z) (15) (x2, y2, z2) = (Ox2, Oy2, Oz2) × R yy ) × R zz ) (16) holds, and θ z can be obtained from these equations. R xx ), R yy ), and R zz ) are the rotation matrices shown in the above equations (5), (6), and (8).

【0071】上式においては、Q3とQ4(O3とO
4)を結ぶ軸をZ軸、Q1とQ2(O1とO2)を結ぶ
軸をX軸、これらのZ軸、X軸に直交する軸をY軸とし
ている。これにより、上式(13)〜(16)に示すよ
うに演算処理を簡易にでき、演算処理の高速化を図れ
る。なお、これらの軸周りでの角度を直接測定できるよ
うに圧電振動ジャイロを配置することで、演算処理の更
なる高速化が図れる。
In the above equation, Q3 and Q4 (O3 and O
The axis connecting 4) is the Z axis, the axis connecting Q1 and Q2 (O1 and O2) is the X axis, and the axes orthogonal to these Z and X axes are the Y axes. As a result, the arithmetic processing can be simplified as shown in the above equations (13) to (16), and the arithmetic processing can be speeded up. By arranging the piezoelectric vibrating gyro so that the angles around these axes can be directly measured, the calculation processing can be further speeded up.

【0072】次に本実施例の演算手法の優位性を説明す
るために、面で傾きを演算する手法について説明する。
この手法によると、受信器(又は送信器)を例えば頭部
の前方、左方、右方等に配置しなくてもθx、θy、θz
等を得ることができるが、演算処理は本実施例に比べ複
雑になる。
Next, in order to explain the superiority of the calculation method of this embodiment, a method of calculating the inclination on the surface will be described.
According to this method, θ x , θ y , θ z can be set without arranging the receiver (or transmitter) at the front, left, right, etc. of the head.
Etc. can be obtained, but the arithmetic processing becomes complicated as compared with the present embodiment.

【0073】この手法での位置情報の演算は上式(9)
〜(11)と同様になる。但し上式(12)の演算処理
は必要なくなる。
The calculation of the position information by this method is performed by the above equation (9).
(1) to (11). However, the calculation processing of the above equation (12) is not necessary.

【0074】一方、方向情報は次のように求める。即ち
回転前の基準位置情報を01(Ox1、Oy1、Oz
1)、O2(Ox2、Oy2、Oz2)、O3(Ox
3、Oy3、Oz3)とし、回転後の位置情報をQ1
(x1、y1、z1)、Q2(x2、y2、z2)、Q
3(x3、y3、z3)とする。すると、 (x1、y1、z1) =(Ox1、Oy1、Oz1)×Rx(θx)×Ry(θy)×Rz(θz)(17) (x2、y2、z2) =(Ox2、Oy2、Oz2)×Rx(θx)×Ry(θy)×Rz(θz)(18) (x3、y3、z3) =(Ox3、Oy3、Oz3)×Rx(θx)×Ry(θy)×Rz(θz)(19) が成り立ち、これらの式よりθx、θy、θzを求めれば
よい。上式(13)〜(16)と上式(17)〜(1
9)を比較すれば明らかなように、上式(17)〜(1
9)では、cosθ、sinθの3乗の項が出てくるため、演
算処理が非常に複雑で時間のかかるものとなる。
On the other hand, the direction information is obtained as follows. That is, the reference position information before rotation is 01 (Ox1, Oy1, Oz
1), O2 (Ox2, Oy2, Oz2), O3 (Ox
3, Oy3, Oz3), and the position information after rotation is Q1.
(X1, y1, z1), Q2 (x2, y2, z2), Q
3 (x3, y3, z3). Then, (x1, y1, z1) = (Ox1, Oy1, Oz1) × R xx ) × R yy ) × R zz ) (17) (x2, y2, z2) = ( Ox2, Oy2, Oz2) × R xx ) × R yy ) × R zz ) (18) (x3, y3, z3) = (Ox3, Oy3, Oz3) × R xx ) × R yy ) × R zz ) (19), and θ x , θ y , and θ z may be obtained from these expressions. Expressions (13) to (16) and Expressions (17) to (1)
As is clear by comparing 9), the above equations (17) to (1)
In 9), since the terms of the third power of cos θ and sin θ appear, the arithmetic processing becomes very complicated and time-consuming.

【0075】面で傾きを求める手法によれば、任意の3
軸での回転角度を求めることができる。しかしながら、
ゲーム等においてはプレーヤの頭部、武器等の回転軸が
あらかじめ決まっている場合が多い。そこで本実施例で
は、図16のQ1、Q2、Q3が頭部の左方、右方、前
方付近に位置するように受信器(又は送信器)を配置
し、これにより回転角度を求める回転軸をあらかじめ決
めておく(Q3とQ4を結ぶ軸、Q1とQ2を結ぶ軸及
びこれらの軸に直交する軸に決める)。このようにする
ことで、上式(17)〜(19)に示すように演算処理
を簡易化でき、処理の高速化を図ることができる。
According to the method of obtaining the inclination on the surface, an arbitrary 3
The rotation angle about the axis can be obtained. However,
In many games, the player's head, the axis of rotation of the weapon, etc. are predetermined. Therefore, in the present embodiment, the receiver (or transmitter) is arranged so that Q1, Q2, and Q3 in FIG. 16 are located near the left side, the right side, and the front side of the head. In advance (determined as an axis connecting Q3 and Q4, an axis connecting Q1 and Q2, and an axis orthogonal to these axes). By doing so, the arithmetic processing can be simplified as shown in the above equations (17) to (19), and the processing speed can be increased.

【0076】次に図2(B)の場合について説明する。
本実施例では図2(B)において、受信器(又は送信
器)42、44を、各々、プレーヤの頭部の前方、後方
付近に配置している。そして受信器42、44を結ぶ軸
に直交する平面内にあり且つ互いに直交する2軸の周り
の角速度を直接測定できるように、圧電振動ジャイロ1
2、14を配置している。この時、図17から明らかな
ように、次式が成り立つ。 (x1−X1)2+(y1−Y1)2+(z1−Z1)2=l12 (x1−X2)2+(y1−Y2)2+(z1−Z2)2=l22 (x1−X3)2+(y1−Y3)2+(z1−Z3)2=l32 (20) (x2−X1)2+(y2−Y1)2+(z2−Z1)2=m12 (x2−X2)2+(y2−Y2)2+(z2−Z2)2=m22 (x2−X3)2+(y2−Y3)2+(z2−Z3)2=m32 (21) これらの式よりQ1(x1、y1、z1)、Q2(x
2、y2、z2)の位置情報を求めることができる。
Next, the case of FIG. 2B will be described.
In this embodiment, in FIG. 2B, receivers (or transmitters) 42 and 44 are arranged near the front and rear of the player's head, respectively. The piezoelectric vibrating gyro 1 is provided so that the angular velocities around two axes that are in the plane orthogonal to the axis connecting the receivers 42 and 44 and are orthogonal to each other can be directly measured.
2 and 14 are arranged. At this time, as is clear from FIG. 17, the following equation holds. (X1-X1) 2 + (y1-Y1) 2 + (z1-Z1) 2 = l1 2 (x1-X2) 2 + (y1-Y2) 2 + (z1-Z2) 2 = l2 2 (x1-X3 ) 2 + (y1-Y3) 2 + (z1-Z3) 2 = l3 2 (20) (x2-X1) 2 + (y2-Y1) 2 + (z2-Z1) 2 = m1 2 (x2-X2) 2 + (y2-Y2) 2 + (z2-Z2) 2 = m2 2 (x2-X3) 2 + (y2-Y3) 2 + (z2-Z3) 2 = m3 2 (21) From these equations, Q1 ( x1, y1, z1), Q2 (x
The position information of (2, y2, z2) can be obtained.

【0077】一方、方向情報については、 (x1、y1、z1) =(Ox1、Oy1、Oz1)×Rx(θx)×Ry(θy) (22) (x2、y2、z2) =(Ox2、Oy2、Oz2)×Rx(θx)×Ry(θy) (23) が成り立ち、これらの式よりθx、θyを求めることがで
きる。
On the other hand, regarding the direction information, (x1, y1, z1) = (Ox1, Oy1, Oz1) × R xx ) × R yy ) (22) (x2, y2, z2) = (Ox2, Oy2, Oz2) × R xx ) × R yy ) (23) holds, and θ x and θ y can be obtained from these equations.

【0078】式(9)〜(16)と式(20)〜(2
3)を比較すれば明らかなように、図2(B)のように
配置すれば、演算処理を更に簡易化できる。ゲーム等に
おいては、プレーヤの頭部等の上下左右の回転のみを検
出すればよい場合が多い。従って、この場合には演算処
理を更に簡易化できる図2(B)の手法が最適となる。
Expressions (9) to (16) and Expressions (20) to (2)
As is clear from comparison of 3), the arithmetic processing can be further simplified by arranging as shown in FIG. In games and the like, it is often necessary to detect only the vertical and horizontal rotations of the player's head or the like. Therefore, in this case, the method of FIG. 2B, which can further simplify the arithmetic processing, is optimal.

【0079】6.送信器、受信器の個数 これまでの実施例では、送信器が3個、受信器が3個又
は2個の場合について説明したが、送信器、受信器の個
数を共に2個以下にしたり、送信器、受信器の少なくと
も一方を1個とすることも可能である。送信器、受信器
の個数を減らすことで装置の小型化が図れ、プレーヤの
装着感を増すことができる。
6. The number of transmitters and receivers In the above embodiments, the case where there are three transmitters and three or two receivers has been described, but the number of transmitters and receivers may be two or less, or It is also possible to use at least one of the transmitter and the receiver. By reducing the number of transmitters and receivers, the device can be downsized and the player can feel more comfortable to wear.

【0080】例えば位置が特定されている送信器が2
個、検出対象に追従する受信器が1個の場合について考
える。この場合、図18において、送信器の位置(ベク
トル)をP1、P2、受信器の位置(ベクトル)をP、
送信器・受信器間の距離をl1、l2とすると、 |P1−P|=l1 |P2−P|=l2 (24) が成り立ち、これを解くことで受信器の位置を求めるこ
とができる。上式(24)から明らかなように、受信器
の位置Pは図18に示す軌道130上(P1、P2から
距離l1、l2の軌道上)にあることになるが、軌道上
のどの位置にあるかは特定できない。従って、これを特
定するためには何らかの束縛条件が必要となる。
For example, if there are two transmitters whose position is specified,
Consider a case where there is one receiver that follows the detection target. In this case, in FIG. 18, the position (vector) of the transmitter is P1, P2, the position (vector) of the receiver is P,
If the distances between the transmitter and the receiver are l1 and l2, | P1-P | = l1 | P2-P | = 12 (24) holds, and the position of the receiver can be obtained by solving this. As is clear from the above equation (24), the position P of the receiver is on the trajectory 130 shown in FIG. 18 (on the trajectory of distances l1 and l2 from P1 and P2), but at any position on the trajectory It is not possible to determine if there is. Therefore, some binding condition is required to specify this.

【0081】例えばプレーヤの頭部の動作検出を行う場
合、プレーヤの体は固定され、頭部しか動けない場合が
考えられる。頭部は、プレーヤの首の付け根辺りを中心
に動く。従って例えばプレーヤの額に受信器を取り付け
れば、図19に示すように、受信器は首の付け根132
を中心とする球134上のどこかに位置することにな
る。このような束縛条件を課すことで受信器の位置を特
定できる。即ちこの場合には、受信器の位置は、軌道1
30と球134との交点の位置に特定される。この交点
は最大で2つあるが、通常、首が上下左右に90度以上
回転することはないので、問題は生じない。
For example, when detecting the motion of the player's head, the player's body may be fixed and only the head may move. The head moves around the base of the player's neck. Therefore, for example, if the receiver is attached to the player's forehead, the receiver is attached to the base of the neck 132 as shown in FIG.
Will be located somewhere on the sphere 134 centered at. By imposing such a constraint condition, the position of the receiver can be specified. That is, in this case, the position of the receiver is the orbit 1
It is specified at the position of the intersection of 30 and the sphere 134. There are a maximum of two points of intersection, but since the neck does not normally rotate 90 degrees or more vertically and horizontally, no problem occurs.

【0082】このように球134上での位置が特定され
ることで、プレーヤの頭部の2軸での方向情報(回転角
度)を求めることができる。この場合、受信器は1個し
かなく2個ないため、方向情報の測定は2軸に関しての
みとなる。
By thus specifying the position on the ball 134, it is possible to obtain the direction information (rotation angle) of the player's head on the two axes. In this case, since there is only one receiver and there are two receivers, the directional information is measured only on two axes.

【0083】一方、図20に示すように、受信器が平面
136上でのみ動くという束縛条件を課すと、例えば図
20の137に示すように、平面136上での位置情報
を特定できる。この場合、受信器の位置は、軌道130
と平面136との交点になる。このように平面を束縛条
件に用いる手法は、例えば平面上を歩くプレーヤの頭部
等のように、高さ一定のままで平面上を移動する検出対
象の位置検出に利用できる。
On the other hand, if the constraint condition that the receiver moves only on the plane 136 is imposed as shown in FIG. 20, the position information on the plane 136 can be specified as shown at 137 in FIG. 20, for example. In this case, the position of the receiver is the trajectory 130
And the plane 136. Such a method of using a plane as a constraint condition can be used for detecting the position of a detection target that moves on a plane with a constant height, such as the head of a player walking on the plane.

【0084】以上の動作検出は、位置が特定されている
受信器が2個、検出対象に追従する送信器が1個の場合
でも同様となる。
The above-described operation detection is the same when the number of receivers whose positions are specified is two and the number of transmitters following the detection target is one.

【0085】次に、位置が特定されている送信器が2
個、検出対象に追従する受信器が2個の場合について考
える。この場合、図21に示すように、受信器間の距離
が一定であれば、一方の受信器の位置が特定されれば他
方の受信器の位置も特定できる。上記した、送信器が2
個、受信器が1個の場合と同様に、受信器の位置が球1
34上に束縛される場合を考えると、受信器の位置は、
軌道130、138と球134との交点の位置に特定さ
れる。
Next, the number of transmitters whose positions are specified is 2
Consider a case where there are two receivers that follow the detection target. In this case, as shown in FIG. 21, if the distance between the receivers is constant, if the position of one receiver is specified, the position of the other receiver can also be specified. As mentioned above, 2 transmitters
The position of the receiver is the sphere 1
Considering the case constrained on 34, the position of the receiver is
The position of the intersection of the trajectories 130, 138 and the sphere 134 is specified.

【0086】一方の受信器の位置を特定することで、2
軸での方向情報を求めることができる。そしてこの場合
には、一方のみならず他方の受信器の位置も特定される
ため、結局、3軸での方向情報を求めることができる。
By specifying the position of one receiver, 2
Direction information on the axis can be obtained. In this case, the positions of not only one of the receivers but also the other receiver are specified, so that the direction information on the three axes can be finally obtained.

【0087】これに対し、図22に示すように、一方の
受信器が平面136上でのみ動くという束縛条件を課す
と、例えば図22の139に示すように、平面136上
での位置情報及び2軸に関する方向情報を求めることが
できる。これにより例えば平面上を歩くプレーヤの頭部
等を測定する場合に、平面上に位置する一方の受信器を
プレーヤの首の付け根に、他方の受信器をプレーヤの額
に取り付けることで、プレーヤの位置及び頭部の2軸で
の方向情報を求めることができる。
On the other hand, if the constraint condition that one receiver moves only on the plane 136 is imposed as shown in FIG. 22, for example, as shown at 139 in FIG. 22, the position information on the plane 136 and Direction information about two axes can be obtained. Thus, for example, when measuring the head or the like of a player walking on a plane, one receiver located on the plane is attached to the base of the player's neck, and the other receiver is attached to the player's forehead. It is possible to obtain position and head direction information in two axes.

【0088】以上の動作検出は、位置が特定されている
受信器が2個、検出対象に追従する送信器が2個の場合
でも同様となる。
The above-described operation detection is the same when the number of receivers whose positions are specified is two and the number of transmitters following the detection target is two.

【0089】(実施例2)実施例2は、実施例1で説明
した動作検出装置を含むシミュレータ装置に関する実施
例であり、図23(A)に、そのブロック図の一例を示
す。
(Embodiment 2) Embodiment 2 is an embodiment relating to a simulator device including the motion detecting device described in Embodiment 1, and FIG. 23A shows an example of its block diagram.

【0090】図23(A)において、操作部300は、
プレーヤ(観者)が操作する例えば操作レバー、ハンド
ル、操作ボタン、武器、ゲームコントローラ等を含むも
のであり、操作部300より入力された操作情報は処理
部200に入力される。記憶部302は、処理部200
を動作させるための所与の動作プログラム(ゲームプロ
グラム等)、表示モデルの画像情報、形状情報を含むモ
デル情報等を記憶すると共に、処理部200の作業エリ
アとなるものであり、ROM、RAM、記憶媒体(CD
ROM、フロッピーディスク)等から構成される。
In FIG. 23A, the operation unit 300 is
It includes, for example, an operation lever, a handle, an operation button, a weapon, a game controller, etc. operated by a player (viewer), and operation information input from the operation unit 300 is input to the processing unit 200. The storage unit 302 includes the processing unit 200.
Stores a given operation program (game program or the like) for operating the display model, image information of a display model, model information including shape information, etc., and serves as a work area of the processing unit 200, such as ROM, RAM, Storage medium (CD
ROM, floppy disk, etc.

【0091】処理部200は、装置全体の制御を行うと
共に、操作部300からの操作情報及び記憶部302に
記憶される動作プログラム等に基づいて各種のシミュレ
ーション処理を行う。走行体による競争ゲームを例にと
れば、プレーヤの操作レバー、ハンドル等の操作に応じ
て走行体(飛行機、レーシングカー等)を所与の仮想的
な3次元空間内で走行させる等のシミュレーション処理
を行う。またRPGゲームを例にとれば、プレーヤの歩
行ボタン等の操作に応じて所与の仮想的な3次元空間内
でプレーヤを歩行させると共に、武器による攻撃等によ
り場面を変化させる等のシミュレーション処理を行う。
処理部200は、画像合成部202を含んでおり、この
画像合成部202は、検出対象である例えばプレーヤの
頭部の位置及び方向情報等に基づいて視界画像を合成
し、表示部304に出力する。この時の位置及び方向情
報は動作検出部310(実施例1の動作検出装置に相当
する)から入力される。例えば走行体による競争ゲーム
では、プレーヤの頭部の動作のみを動作検出部310で
検出し、走行体の位置及び方向情報については、プレー
ヤの操作情報等に基づくシミュレーション処理により求
める。一方、RPGゲームにおいては、プレーヤの頭部
の動作のみならず、歩行するプレーヤの位置及び方向情
報についても動作検出部310により検出してもよい。
The processing unit 200 controls the entire apparatus, and also performs various simulation processes based on the operation information from the operation unit 300 and the operation program stored in the storage unit 302. Taking a competitive game of running objects as an example, a simulation process such as running a running object (airplane, racing car, etc.) in a given virtual three-dimensional space in accordance with an operation of a player's operation lever, steering wheel, or the like. I do. Also, taking an RPG game as an example, a simulation process such as causing a player to walk in a given virtual three-dimensional space in response to a player's operation of a walking button or the like and changing the scene by an attack with a weapon or the like is performed. To do.
The processing unit 200 includes an image synthesizing unit 202. The image synthesizing unit 202 synthesizes a visual field image based on the position and direction information of the detection target, such as the player's head, and outputs it to the display unit 304. To do. The position and direction information at this time is input from the motion detector 310 (corresponding to the motion detector of the first embodiment). For example, in a competition game with running bodies, only the motion of the player's head is detected by the motion detection unit 310, and the position and direction information of the running body is obtained by simulation processing based on the operation information of the player and the like. On the other hand, in the RPG game, the motion detection unit 310 may detect not only the motion of the player's head but also the position and direction information of the walking player.

【0092】なお動作検出部310の検出対象となるも
のはプレーヤの頭部以外にも、例えばプレーヤの持つ武
器、プレーヤの四肢等、種々のものを考えることができ
る。
Note that the object to be detected by the motion detecting section 310 can be various things other than the player's head, for example, the player's weapon, the player's limbs, and the like.

【0093】また図1の第1方向情報演算部24、第2
方向・位置情報演算部50、動作情報演算部60等によ
り行われる演算処理は、図23の処理部200及び記憶
部302に行わせることもできる。即ちこの場合には動
作検出部310の一部が処理部200等に含まれること
になる。
Further, the first direction information calculation unit 24 and the second direction information calculation unit 24 in FIG.
The calculation processing performed by the direction / position information calculation unit 50, the motion information calculation unit 60, and the like can be performed by the processing unit 200 and the storage unit 302 in FIG. 23. That is, in this case, a part of the motion detection unit 310 is included in the processing unit 200 and the like.

【0094】図23(B)に頭部装着体であるHMD
(ヘッドマウントディスプレイ)の一例を示す。このH
MDは、プレーヤの視野を覆うようにしてプレーヤが装
着するものである。ディスプレイ320は表示部304
に相当し、液晶ディスプレイ、小型ブラウン管等により
構成される。このディスプレイ320によりプレーヤは
視界画像を見ることができる。プレーヤ側センサ322
は動作検出部310の一部となるものであり、例えば図
2(A)、(B)に示すような構成の受信部72、74
が内蔵される。もちろん受信部ではなく送信部を内蔵さ
せたり、受信部、送信部の両方を内蔵させることも可能
である。スピーカ324は、ゲーム音等をプレーヤに伝
えるものである。またコード326は、処理部200か
らの視界画像情報をディスプレイ320に伝える、ある
いはプレーヤ側センサ322からの検出情報を処理部2
00に伝える等のために使用される。
FIG. 23B shows a head mounted HMD.
An example of (head mounted display) is shown. This H
The MD is worn by the player so as to cover the player's visual field. The display 320 is a display unit 304
It is composed of a liquid crystal display and a small cathode ray tube. The display 320 allows the player to see the visual field image. Player side sensor 322
Is a part of the motion detection unit 310, and for example, the reception units 72 and 74 configured as shown in FIGS. 2A and 2B.
Is built in. Of course, it is possible to incorporate the transmitting unit instead of the receiving unit, or to incorporate both the receiving unit and the transmitting unit. The speaker 324 conveys game sounds and the like to the player. The code 326 transmits the visual field image information from the processing unit 200 to the display 320, or the detection information from the player side sensor 322 to the processing unit 2.
It is used to tell 00 etc.

【0095】なお本発明は上記実施例1、2に限定され
るものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実
施が可能である。
The present invention is not limited to the first and second embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.

【0096】例えば第1検出部の構成は上記実施例に限
定されるものではない。圧電振動ジャイロではなく、他
の手法、例えば光ファイバジャイロ、小型のコマを利用
したジャイロあるいはジャイロ以外の素子を利用して角
速度を検出するようにしてもよい。またフィルタ部、ア
ンプ部、A/D変換部の一部又は全部を設けない構成と
することもできる。更に検出された角速度から方向情報
を求める手法も種々様々なものを採用できる。
For example, the configuration of the first detection section is not limited to the above embodiment. Instead of the piezoelectric vibration gyro, another method, for example, an optical fiber gyro, a gyro using a small coma, or an element other than the gyro may be used to detect the angular velocity. It is also possible to adopt a configuration in which some or all of the filter section, the amplifier section, and the A / D conversion section are not provided. Further, various methods can be adopted as the method for obtaining the direction information from the detected angular velocity.

【0097】また第2検出部の構成も上記実施例に限定
されるものではない。例えば超音波ではなく赤外線等の
他の波を利用して距離を測定し動作情報(方向及び位置
情報)を求めるようにしてもよい。この場合、赤外線
は、超音波と同様に指向性があり、障害物に遮られると
距離測定ができなくなるという性質を持っている。従っ
て、図4のステップG3、G4、G6に示す処理が超音
波の場合と同様に有効となる。
Further, the configuration of the second detector is not limited to the above embodiment. For example, instead of ultrasonic waves, other waves such as infrared rays may be used to measure the distance and obtain the motion information (direction and position information). In this case, infrared rays have directivity like ultrasonic waves and have a property that distance measurement cannot be performed if they are blocked by an obstacle. Therefore, the processing shown in steps G3, G4, and G6 in FIG. 4 is effective as in the case of ultrasonic waves.

【0098】また第2検出部による動作情報の検出を、
磁場を利用して行うようにしてもよい。この場合には図
24に示すように、XYZの3方向にコイルが巻かれた
ソースコイル120と、磁場のXYZ成分を検出可能な
センサコイル122とを用意する。そして例えばソース
コイル120を3次元空間内の所与の位置に設け、ソー
スコイル120の3つのコイルに電流を流すことで磁場
のXYZ方向成分を順次発生させる。また例えば検出対
象の動作に追従する位置にセンサコイル122を設け、
上記磁場を発生した時にセンサコイル122の3つのコ
イルに流れる電流を検出する。この検出電流により検出
対象の動作情報を求めることができる。このように本発
明の第2検出部は、3次元空間内の所与の位置又は検出
対象の動作に追従する位置のいずれかから所与の波を発
生することで、検出対象の少なくとも方向情報を求める
ような構成であればよい。
Further, the detection of the motion information by the second detector is
You may make it utilize a magnetic field. In this case, as shown in FIG. 24, a source coil 120 having coils wound in three XYZ directions and a sensor coil 122 capable of detecting the XYZ components of the magnetic field are prepared. Then, for example, the source coil 120 is provided at a given position in the three-dimensional space, and currents are passed through the three coils of the source coil 120 to sequentially generate the XYZ direction components of the magnetic field. Further, for example, the sensor coil 122 is provided at a position that follows the operation of the detection target,
The current flowing through the three coils of the sensor coil 122 when the magnetic field is generated is detected. The operation information of the detection target can be obtained from this detection current. In this way, the second detection unit of the present invention generates at least a given wave from either a given position in the three-dimensional space or a position following the movement of the detection target, so that at least the directional information of the detection target is obtained. It is sufficient if the configuration is such that

【0099】但し第1検出部との組み合わせを考えた場
合には、磁場を利用するよりも超音波等の指向性の波を
利用する方が好ましい。その理由は第1に、ソースコイ
ルが発生する磁場の影響で第1検出部の誤検出が生じる
可能性があるからである。例えば第1検出部に圧電振動
ジャイロを用いた場合、圧電振動ジャイロの出力電圧に
上記磁場に起因するノイズがのると誤検出の原因とな
る。第1検出部では角速度を積分等して方向情報を求め
ているため、その影響は大きい。第2に、例えば検出対
象が検出範囲外となったり、金属等の障害物があった場
合等に、超音波等を利用する手法の方が第1検出部への
切り替えを容易に行える。即ち磁場を利用する手法で
は、上記の場合、第2検出部の出力は大きく変化しない
ため、異常検出が困難となる。これに対して超音波等の
指向性のある波を利用する場合、第2検出部の出力は大
きく変化し、図4のステップG3、G4、G6に示す処
理を容易に行うことができる。第3に、磁場を利用する
手法は、応答性、装置の小型化の点で劣り、ゲーム装置
等のシミュレーション装置に不向きである。第4に、磁
場を利用する手法は検出範囲が狭く、これを広くしよう
とすると高価となり、また表示部に含まれるブラウン管
等により磁場が乱され誤検出を生じやすいという問題点
も有している。
However, when considering the combination with the first detection unit, it is preferable to use a directional wave such as an ultrasonic wave rather than using a magnetic field. The first reason is that the magnetic field generated by the source coil may cause an erroneous detection of the first detection unit. For example, when a piezoelectric vibrating gyro is used for the first detection unit, if the output voltage of the piezoelectric vibrating gyro contains noise due to the magnetic field, it may cause erroneous detection. Since the first detection unit obtains the directional information by integrating the angular velocity or the like, its influence is great. Secondly, for example, when the detection target is out of the detection range or there is an obstacle such as a metal, the method using ultrasonic waves or the like can easily switch to the first detection unit. That is, in the case of the method using the magnetic field, in the above case, the output of the second detection unit does not largely change, so that it is difficult to detect the abnormality. On the other hand, when a directional wave such as an ultrasonic wave is used, the output of the second detector changes greatly, and the processing shown in steps G3, G4, and G6 in FIG. 4 can be easily performed. Thirdly, the method using a magnetic field is inferior in responsiveness and downsizing of the device, and is not suitable for a simulation device such as a game device. Fourthly, the method using a magnetic field has a problem that the detection range is narrow, an attempt to increase the detection range is expensive, and the magnetic field is disturbed by a cathode ray tube or the like included in the display unit, so that erroneous detection is likely to occur. .

【0100】また上記実施例では、第2検出部において
方向情報及び位置情報を求めているが、方向情報のみを
求めるようにしても構わない。例えばレーシングカーゲ
ーム等においてプレーヤの頭部の位置がある程度固定さ
れている場合や、砲台に取り付けられた武器が検出対象
である場合等には、動作情報の中の方向情報のみを検出
すればよい。
Further, in the above embodiment, the direction information and the position information are obtained by the second detector, but only the direction information may be obtained. For example, when the position of the player's head is fixed to a certain extent in a racing car game or the like, or when a weapon attached to the turret is a detection target, it is sufficient to detect only the direction information in the motion information. .

【0101】一方、第2検出部を、位置情報検出可能な
構成とすれば、次のような効果が生じる。即ち角速度を
利用して方向情報を求める手法は、前述のように超音
波、磁場等を利用する手法に比べ様々な面で優れてお
り、特にリアルタイム処理を行うシミュレーション装置
に最適なものである。しかしながらこの角速度を利用す
る手法では一般的には方向情報のみしか得ることができ
ない。従って検出対象の位置についてもリアルタイムに
変化し、動作情報として位置情報が要求される場合に
は、第1検出部と、位置情報の検出が可能な第2検出部
とを組み合わせることにより、このような要求に応える
ことができる。
On the other hand, if the second detector is constructed so as to detect position information, the following effects will be produced. That is, the method of obtaining the direction information using the angular velocity is superior in various aspects to the method of using the ultrasonic wave, the magnetic field, etc., as described above, and is particularly suitable for the simulation device that performs the real-time processing. However, in general, only the direction information can be obtained by the method using the angular velocity. Therefore, when the position of the detection target also changes in real time and the position information is required as the motion information, by combining the first detection unit and the second detection unit capable of detecting the position information, Can meet various demands.

【0102】また送信器、受信器、圧電振動ジャイロ等
の配置も図2(A)、(B)に示すものに限られるもの
ではない。例えば送信器、受信器の両方を、検出対象側
あるいは3次元空間内の所与の位置に設けるようにして
もよい。
The arrangement of the transmitter, receiver, piezoelectric vibrating gyro, etc. is not limited to that shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B). For example, both the transmitter and the receiver may be provided on the detection target side or at a given position in the three-dimensional space.

【0103】また本発明は、業務用及び家庭用ゲーム装
置、複数のプレーヤが参加する大型アトラクション型の
ゲーム装置、通信回線等を用いて他プレーヤとゲームを
行う機能を有するマルチメディア端末装置、フライトシ
ミュレータ、ドライブシミュレータ等、種々のシミュレ
ーション装置に適用できる。また、武器、四肢等を検出
対象とし、HMDを利用しないシミュレーション装置に
本発明を適用することもできる。更にシュミレーション
装置、3次元CAD等における3次元ポインティングデ
バイスである3次元マウス等に本発明を適用することも
できる。
The present invention also provides an arcade game machine, a home-use game machine, a large attraction type game machine in which a plurality of players participate, a multimedia terminal device having a function of playing a game with another player using a communication line, a flight. It can be applied to various simulation devices such as simulators and drive simulators. Further, the present invention can be applied to a simulation device in which a weapon, a limb or the like is detected and a HMD is not used. Further, the present invention can be applied to a simulation device, a three-dimensional mouse, which is a three-dimensional pointing device in a three-dimensional CAD, and the like.

【0104】[0104]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1の一例を示すブロック図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a first embodiment of the present invention.

【図2】図2(A)、(B)は、圧電振動ジャイロ及び
超音波送信器・受信器の配置例を示す図である。
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing an arrangement example of a piezoelectric vibrating gyro and an ultrasonic transmitter / receiver.

【図3】図3(A)、(B)は実施例1の動作を説明す
るためのフローチャートである。
FIG. 3A and FIG. 3B are flowcharts for explaining the operation of the first embodiment.

【図4】実施例1の動作を説明するためのフローチャー
トである。
FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the first embodiment.

【図5】重みづけ係数について説明するための図であ
る。
FIG. 5 is a diagram for explaining a weighting coefficient.

【図6】図6(A)〜(C)は、圧電振動ジャイロの原
理について説明するための図である。
6A to 6C are diagrams for explaining the principle of the piezoelectric vibration gyro.

【図7】図7(A)、(B)は、圧電振動ジャイロの特
性を示す図である。
7A and 7B are diagrams showing characteristics of a piezoelectric vibrating gyro.

【図8】図8(A)、(B)は、超音波等を利用して動
作情報を求める手法の原理を説明するための図である。
8A and 8B are diagrams for explaining the principle of a method of obtaining motion information using ultrasonic waves or the like.

【図9】図9(A)、(B)は、超音波等を利用して動
作情報を求める手法の原理を説明するための図である。
9A and 9B are diagrams for explaining the principle of a method for obtaining motion information using ultrasonic waves or the like.

【図10】図10(A)、(B)は、第2検出部の動作
を説明するためのブロック図及びタイミングチャートで
ある。
10A and 10B are a block diagram and a timing chart for explaining the operation of the second detection unit.

【図11】第2検出部の動作を説明するためのフローチ
ャートである。
FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation of the second detection unit.

【図12】図12(A)、(B)は、第2検出部の動作
を説明するためのブロック図及びタイミングチャートで
ある。
12A and 12B are a block diagram and a timing chart for explaining the operation of the second detection unit.

【図13】第2検出部の動作を説明するためのフローチ
ャートである。
FIG. 13 is a flowchart for explaining the operation of the second detection unit.

【図14】図14(A)、(B)は、第2検出部の動作
を説明するためのブロック図及びタイミングチャートで
ある。
14A and 14B are a block diagram and a timing chart for explaining the operation of the second detection unit.

【図15】第2検出部の動作を説明するためのフローチ
ャートである。
FIG. 15 is a flowchart for explaining the operation of the second detection unit.

【図16】送信器、受信器の最適配置について説明する
ための図である。
FIG. 16 is a diagram for explaining optimal arrangement of transmitters and receivers.

【図17】送信器、受信器の最適配置について説明する
ための図である。
FIG. 17 is a diagram for explaining an optimal arrangement of transmitters and receivers.

【図18】送信器が2個、受信器が1個の場合に、受信
器の位置する軌道について説明するための図である。
FIG. 18 is a diagram for explaining a trajectory where a receiver is located when there are two transmitters and one receiver.

【図19】送信器が2個、受信器が1個の場合の方向情
報の特定について説明するための図である。
FIG. 19 is a diagram for describing specification of direction information when there are two transmitters and one receiver.

【図20】送信器が2個、受信器が1個の場合の位置情
報の特定について説明するための図である。
FIG. 20 is a diagram for describing specification of position information when there are two transmitters and one receiver.

【図21】送信器が2個、受信器が2個の場合の方向情
報の特定について説明するための図である。
FIG. 21 is a diagram for explaining specification of direction information when there are two transmitters and two receivers.

【図22】送信器が2個、受信器が2個の場合の位置情
報の特定について説明するための図である。
[Fig. 22] Fig. 22 is a diagram for describing specification of position information when there are two transmitters and two receivers.

【図23】図23(A)は、実施例2の一例を示すブロ
ック図であり、図23(B)は、HMDの一例を示す図
である。
23A is a block diagram illustrating an example of a second embodiment, and FIG. 23B is a diagram illustrating an example of an HMD.

【図24】磁場を利用して動作情報を求める手法を説明
するための図である。
FIG. 24 is a diagram for explaining a method of obtaining motion information using a magnetic field.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 第1検出部 12〜16 圧電振動ジャイロ 18 フィルタ部 20 アンプ部 22 A/D変換部 24 第1方向情報演算部 30 第2検出部 32〜36 超音波送信部 38 送信制御部 42〜46 超音波発振部 48 受信制御部 49 カウンタ 50 第2方向・位置情報演算部 60 動作情報演算部 70 送信部 72、74 受信部 200 処理部 202 画像合成部 300 操作部 302 記憶部 304 表示部 310 動作検出部 10 1st detection part 12-16 Piezoelectric vibration gyro 18 Filter part 20 Amplifier part 22 A / D conversion part 24 1st direction information calculation part 30 2nd detection part 32-36 Ultrasonic wave transmission part 38 Transmission control part 42-46 super Sound wave oscillator 48 Reception controller 49 Counter 50 Second direction / positional information calculator 60 Motion information calculator 70 Transmitter 72, 74 Receiver 200 Processor 202 Image synthesizer 300 Operation 302 Storage 304 Display 310 310 Motion detection Department

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // G01C 19/00 9365−5H G06F 15/72 455 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location // G01C 19/00 9365-5H G06F 15/72 455

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 3次元空間内で動作する検出対象の少な
くとも方向情報を検出するための動作検出装置であっ
て、 検出対象の1又は複数の軸周りにおける角速度を検出
し、検出された該角速度に基づいて検出対象の方向情報
を求め、これを第1方向情報として出力する第1検出手
段と、 前記3次元空間内の所与の位置又は検出対象の動作に追
従する位置のいずれかから所与の波を発生することで検
出対象の少なくとも方向情報を求め、これを第2方向情
報として出力する第2検出手段と、 前記第1検出手段で求められた第1方向情報と前記第2
検出手段で求められた第2方向情報とに基づいて補正演
算処理を行い、検出対象の方向情報を求める動作情報演
算手段とを含むことを特徴とする動作検出装置。
1. A motion detection device for detecting at least directional information of a detection target operating in a three-dimensional space, the angular velocity of one or more axes of the detection target being detected, and the detected angular velocity. Based on the first direction information of the detection target, and outputs the first direction information as the first direction information; Second detection means for obtaining at least direction information of a detection target by generating a given wave and outputting this as second direction information, first direction information obtained by the first detection means, and the second
A motion detecting device comprising: motion information calculating means for performing correction calculation processing based on the second direction information obtained by the detecting means to obtain direction information of a detection target.
【請求項2】 請求項1において、 前記動作情報演算手段が、 前記第1、第2方向情報に対する重みづけ係数を設定
し、前記第1、第2方向情報及び前記重みづけ係数に基
づいて検出対象の方向情報を求めることを特徴とする動
作検出装置。
2. The motion information calculation means according to claim 1, wherein a weighting coefficient for the first and second direction information is set, and detection is performed based on the first and second direction information and the weighting coefficient. A motion detecting apparatus characterized by obtaining direction information of an object.
【請求項3】 請求項2において、 前記動作情報演算手段が、 前記第1検出手段で検出された前記角速度に基づいて前
記重みづけ係数の設定を行うことを特徴とする動作検出
装置。
3. The motion detecting device according to claim 2, wherein the motion information calculating unit sets the weighting coefficient based on the angular velocity detected by the first detecting unit.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかにおいて、 前記第2検出手段が、 指向性を有する波を送信する送信器と該送信された波を
受信する受信器とを用いて、3次元空間内の所与の位置
と検出対象の動作に追従する位置との間の距離を求め、
該求められた距離に基づいて検出対象の少なくとも方向
情報を求めることを特徴とする動作検出装置。
4. The three-dimensional structure according to claim 1, wherein the second detecting means uses a transmitter that transmits a wave having directivity and a receiver that receives the transmitted wave. Find the distance between a given position in space and the position that follows the motion of the object to be detected,
A motion detecting apparatus, wherein at least direction information of a detection target is obtained based on the obtained distance.
【請求項5】 請求項4において、 前記動作情報演算手段が、 前記送信器からの波の到達範囲外に前記受信器が位置す
る場合には、前記第1方向情報を検出対象の方向情報と
することを特徴とする動作検出装置。
5. The operation information calculation means according to claim 4, wherein when the receiver is located outside the reach of the wave from the transmitter, the first direction information is set as the detection target direction information. A motion detection device characterized by:
【請求項6】 請求項4又は5のいずれかにおいて、 前記動作情報演算手段が、 前記送信器からの波が障害物に遮られ前記受信器に到達
しなかった場合には、前記第1方向情報を検出対象の方
向情報とすることを特徴とする動作検出装置。
6. The first direction according to claim 4 or 5, wherein the motion information calculation means is configured to, when the wave from the transmitter is blocked by an obstacle and does not reach the receiver. A motion detection device, wherein information is used as direction information of a detection target.
【請求項7】 請求項4乃至6のいずれかにおいて、 前記検出対象は観者の頭部であり、 前記第2検出手段が、 観者の頭部の前方付近、左方付近、右方付近の位置を第
1、第2、第3位置とした場合に、3次元空間内の所与
の位置と該第1、第2、第3位置との間の距離を求め、 前記第1検出手段が、 前記第2、第3位置を結ぶ第1軸、前記第2、第3位置
の中点と前記第1位置を結ぶ第2軸並びに該第1及び第
2軸に直交する第3軸の軸周りの角速度を求めることを
特徴とする動作検出装置。
7. The viewer according to claim 4, wherein the detection target is a viewer's head, and the second detection means is near the front, near the left, and near the right of the viewer's head. The first, second and third positions, the distance between a given position in the three-dimensional space and the first, second and third positions is calculated, Of the first axis connecting the second and third positions, the second axis connecting the midpoint of the second and third positions and the first position, and the third axis orthogonal to the first and second axes. A motion detection device characterized by obtaining an angular velocity about an axis.
【請求項8】 請求項4乃至6のいずれかにおいて、 前記検出対象は観者の頭部であり、 前記第2検出手段が、 観者の頭部の前方付近、後方付近の位置を第1、第2位
置とした場合に、3次元空間内の所与の位置と該第1、
第2位置との間の距離を求め、 前記第1検出手段が、 前記第1、第2位置を結ぶ軸に直交する平面内にあり且
つ互いに直交する第1、第2軸の軸周りの角速度を求め
ることを特徴とする動作検出装置。
8. The viewer according to claim 4, wherein the detection target is a viewer's head, and the second detection means sets a position near the front or rear of the viewer's head to a first position. , The second position and the given position in the three-dimensional space and the first,
An angular velocity around an axis of first and second axes that are in a plane orthogonal to the axis connecting the first and second positions and are orthogonal to each other is obtained by obtaining a distance from the second position. A motion detection device characterized by:
【請求項9】 請求項1乃至3のいずれかにおいて、 前記第2検出手段が、 所与のソースコイルにより磁場を発生し、該磁場を所与
のセンサコイルにより検出することで検出対象の少なく
とも方向情報を求めることを特徴とする動作検出装置。
9. The at least one detection target according to claim 1, wherein the second detection unit generates a magnetic field with a given source coil and detects the magnetic field with a given sensor coil. A motion detection device characterized by obtaining direction information.
【請求項10】 請求項1乃至9のいずれかにおいて、 前記第2検出手段が、検出対象の位置情報を更に求め、 前記動作情報演算手段が、求められた位置情報を検出対
象の位置情報とすることを特徴とする動作検出装置。
10. The method according to claim 1, wherein the second detecting unit further obtains position information of the detection target, and the motion information calculating unit sets the obtained position information as position information of the detection target. A motion detection device characterized by:
【請求項11】 請求項1乃至10のいずれかにおい
て、 前記第1検出手段が、圧電振動ジャイロを用いて前記角
速度を求めることを特徴とする動作検出装置。
11. The motion detecting device according to claim 1, wherein the first detecting unit obtains the angular velocity by using a piezoelectric vibration gyro.
【請求項12】 請求項1乃至11のいずれかの動作検
出装置と、 観者の視野を覆うように設けられる表示手段と、 前記動作検出装置から得られる検出対象の方向情報に少
なくとも基づいて視界画像を合成し前記表示手段に出力
する画像合成手段とを含むことを特徴とするシミュレー
タ装置。
12. The motion detection device according to claim 1, a display unit provided so as to cover a visual field of a viewer, and a visual field based on at least direction information of a detection target obtained from the motion detection device. An image synthesizing unit that synthesizes images and outputs the images to the display unit.
【請求項13】 3次元空間内で動作する検出対象の少
なくとも方向情報を検出するための動作検出方法であっ
て、 検出対象の1又は複数の軸周りにおける角速度を検出
し、検出された該角速度に基づいて検出対象の方向情報
を求め、これを第1方向情報として出力する第1検出ス
テップと、 前記3次元空間内の所与の位置又は検出対象の動作に追
従する位置のいずれかから所与の波を発生することで検
出対象の少なくとも方向情報を求め、これを第2方向情
報として出力する第2検出ステップと、 前記第1検出ステップで求められた第1方向情報と前記
第2検出ステップで求められた第2方向情報とに基づい
て補正演算処理を行い、検出対象の方向情報を求める動
作情報演算ステップとを含むことを特徴とする動作検出
方法。
13. A motion detection method for detecting at least directional information of a detection target operating in a three-dimensional space, the angular velocity of one or more axes of the detection target being detected, and the detected angular velocity. The first detection step of obtaining direction information of the detection target based on the above, and outputting this as the first direction information; A second detection step of obtaining at least direction information of the detection target by generating a given wave, and outputting this as second direction information; the first direction information obtained in the first detection step and the second detection A motion information calculation step of performing a correction calculation process based on the second direction information obtained in the step to obtain direction information of a detection target.
【請求項14】 請求項13において、 前記動作情報演算ステップが、 前記第1、第2方向情報に対する重みづけ係数を設定
し、前記第1、第2方向情報及び前記重みづけ係数に基
づいて検出対象の方向情報を求めることを特徴とする動
作検出方法。
14. The operation information calculation step according to claim 13, wherein a weighting coefficient is set for the first and second direction information, and detection is performed based on the first and second direction information and the weighting coefficient. A motion detection method characterized by obtaining direction information of a target.
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