JPH11211481A - 姿勢角度検出装置 - Google Patents
姿勢角度検出装置Info
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- JPH11211481A JPH11211481A JP10026604A JP2660498A JPH11211481A JP H11211481 A JPH11211481 A JP H11211481A JP 10026604 A JP10026604 A JP 10026604A JP 2660498 A JP2660498 A JP 2660498A JP H11211481 A JPH11211481 A JP H11211481A
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- H05K1/189—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components characterised by the use of a flexible or folded printed circuit
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Abstract
ノイズを低減し高精度に検出するジャイロスコープ、加
速度センサおよび磁気センサを有する姿勢角度検出装置
を提供する。 【解決手段】 平面の状態に3個の振動子21、22、
23を実装したフレキシブル基板10を折り曲げて、処
理回路基板に装着し、3個の振動子21、22、23が
互いに垂直になるように配置した。フレキシブル基板1
0には、各振動子21、22、23の間に、スリット1
4、15を形成して、振動の伝搬を遮断もしくは低減
し、各振動子の固有共振周波数相互の差分が、被測定周
波数帯域よりも高くなるように設定し、あるいは、ロー
パスフィルタによって被測定周波数帯域以上の周波数を
除去して、ノイズを防止した姿勢角度検出装置を得た。
Description
ウントディスプレイ等の姿勢を検出する姿勢角度検出装
置に関する。
動きを検出する方法として、ヘッドマウントディスプレ
イ(以下、HMDという)が使われる。従来のHMDの
一つの方式は、交流磁場発生源による微弱交流磁場を、
センサ部で検出し、制御演算部で頭の動きを演算して検
出する方式である。また、超音波を利用するHMDもあ
り、超音波発生源からの超音波信号をセンサ部で検出
し、制御演算部で同様に処理する方式である。
は、信号発生源が微弱交流磁場のため、ノイズを除去す
るために多くのフィルタの使用が必然であった。このた
め、応答性が低下し、頭の動きに比べて、HMDの映像
の動きが遅くなり、気分を悪くしたり酔いを発生した。
々な超音波信号の影響を受け、それを原因とする誤動作
があった。また、超音波を利用した方式では、信号発生
源とセンサとの間の遮蔽物により信号を検出できなくな
る可能性があり、センサの前に腕や髪の毛があるだけで
受信不能になり誤動作してしまうなどの問題があった。
よび加速度センサ等を用い、バーチャルリアリティー
や、移動体の姿勢角度を検出する方式が検討されてい
る。ジャイロスコープ、磁気センサ、加速度センサ等に
よって、それぞれ角速度、方位、傾斜を検出し、その情
報を演算処理して姿勢角度が検出される。
比較して、ジャイロスコープ等を用いて姿勢角度を検出
する方式は、信頼性、応答性等において長所がある。
ープ、磁気センサ、加速度センサ等を用いた姿勢角度検
出装置の場合、検出対象の姿勢角度が三次元的であれ
ば、一般には、それぞれ3個のセンサを必要とする。こ
れらのセンサを、当然に、3次元的に実装する必要があ
り、小型の姿勢角度検出装置の製作が困難となる。
姿勢角度検出装置の場合には、小型化を実現するために
各振動子を相互に近接して実装すると、各振動子の振動
が相互に干渉し、ノイズを発生する原因ともなってい
た。
を用いても、構成が単純にして小型、製作が容易で、か
つノイズを低減し高精度に検出する姿勢角度検出装置を
提供することにある。
る3軸の回りの角速度を検出する3個のジャイロスコー
プを有する移動角検出手段と、互いに直交する少なくと
も2軸の、加速度および方位をそれぞれ検出する加速度
センサおよび磁気センサを有する静止角検出手段、およ
び移動角検出手段と前記静止角検出手段の各出力から姿
勢角度を演算する姿勢角度演算装置を備えた姿勢角度検
出装置において、3個のジャイロスコープの振動子は、
同一のフレキシブル基板に実装され、各振動子が相互に
垂直になるように、フレキシブル基板は折り曲げられて
回路基板に取り付けられている姿勢角度検出装置であ
る。
コープの振動子は、圧電セラミック材料、圧電単結晶、
およびシリコンのいずれかからなることを特徴とする。
振動子の間にスリットを形成することによって、ノイズ
を低減した姿勢角度検出装置が得られる。
各振動子の相互の固有共振周波数の差分が、各ジャイロ
スコープによって測定される被測定周波数帯域よりも高
く設定されていることを特徴とする。
姿勢角度検出装置は、各ジャイロスコープの出力から、
各振動子によって測定される被測定周波数帯域以上の周
波数を除去するように、ローパスフィルタを具備してい
ることを特徴とする。
いて、図面を参照して説明する。
スコープを用いた姿勢角度検出装置の製作過程の一部を
示す図である。図1(a)は、3個のジャイロスコープ
の振動子が平板状のフレキシブル基板に実装された状態
を示す図である。図1(b)は、各振動子が相互に垂直
になるように、フレキシブル基板は折り曲げられて回路
基板に装着される状態を示す図である。
態のフレキシブル基板10に、3個の振動子21、2
2、23が実装される。つぎに、これらの振動子21、
22、23は、3次元の角速度を検出できるように、図
1(b)に示すように、フレキシブル基板10を折り曲
げて処理回路基板(図示せず)に装着した状態で、互い
に垂直になるように配置される。フレキシブル基板10
は、回路が印刷された可撓性がある基板である。
3が、互いに近接した状態でも、容易に実装することが
できる。そして、3個の振動子21、22、23が実装
されたフレキシブル基板10を処理回路基板に装着する
際にも、何らの困難は伴わない。本実施の形態は、製作
が容易で、かつ構成が単純にして小型の姿勢角度検出装
置を可能にした。
0には、各振動子21、22、23の間に、厚さ方向に
貫通したスリット14、15が形成されている。スリッ
ト14、15の存在によって、3個の振動子21、2
2、23を同一のフレキシブル基板10上に近接して実
装しても、振動の伝搬を遮断もしくは低減し、相互の干
渉によるノイズ発生が抑制される。
ット14、15は、振動の伝搬方向に垂直に、フレキシ
ブル基板10の厚さ方向に貫通して形成されている。し
かし、振動の伝搬を遮断もしくは低減する限りは、スリ
ットの数、スリットが形成される方向、スリットがフレ
キシブル基板を貫通しているか否か等、フレキシブル基
板10に形成されるスリットの形態は問わない。本実施
の形態によって、製作が容易で、構成が単純にして小
型、なおかつノイズを低減し高精度に検出する姿勢角度
検出装置が可能となった。
して、圧電セラミック材料PZT[たとえば、(株)ト
ーキン製ネペック(商品名)]を用いた。本発明では、
その他に、タンタル酸リチウムからなる圧電単結晶、お
よびシリコンを振動子とするジャイロスコープをそれぞ
れ用いた姿勢角度検出装置を同様に作製した。これらの
材料からなる振動子を、スリットを形成したそれぞれの
フレキシブル基板に実装し、相互に垂直になるようにフ
レキシブル基板は折り曲げて処理回路基板に装着する、
姿勢角度検出装置の作製において、何ら不都合な問題は
見出されなかった。PZT、タンタル酸リチウム、シリ
コンからなる振動子は、いずれも、磁界中で磁化されな
い、いわゆる非磁性ゆえ、磁気センサを備える姿勢角度
検出装置には好適である。
による被測定周波数は、約50Hz以下である。本実施
の形態においては、図1のフレキシブル基板10に実装
された3個のジャイロスコープの振動子21、22、2
3の固有共振周波数を、それぞれ20kHz、21kH
z、22kHzに設定した。ここで、それぞれの振動が
相互に干渉し、各固有共振周波数の差分(1kHz、2
kHz)の振動が発生したとしても、その周波数の差分
は、前述の約50Hz以下の被測定周波数よりも著しく
高く設定してある。このため、各共振周波数の差分の振
動と被測定周波数の振動が、相互に干渉することはな
く、高精度な姿勢角度検出が確保される。
勢角度検出装置の構成を示す図である。図2において、
姿勢角度検出装置は、移動角検出手段20、静止角検出
手段40、および姿勢角度演算手段50から構成されて
いる。
スコープ27、28、29によって互いに直交する3軸
の回りの角速度をそれぞれ検出し、移動角演算装置30
によって演算される。静止角検出手段40では、3個の
加速度センサ41、42、43、および3個の磁気セン
サ44、45、46によって、互いに直交する3軸方向
の加速度および方位を検出し、静止角を演算する。姿勢
角度は、移動角検出手段20、および静止角検出手段4
0の出力をもって演算した結果出力される。
パスフィルタ31、32、33を接続したことを特徴と
する。すなわち、3個のジャイロスコープ27、28、
29の振動子21、22、23の出力は、それぞれ処理
回路24、25、26で演算され、ローパスフィルタ3
1、32、33をとおって移動角演算装置30に入力さ
れる。
1、32、33のカットオフ周波数を、100Hzに設
定し、被測定周波数帯域以上の周波数の出力を除去し
た。その結果、ノイズ成分となる各振動子の固有共振周
波数の差分(1〜2kHz)の振動が発生したとして
も、ローパスフィルタ31、32、33によって除去さ
れ、ノイズの発生を回避し、高精度な姿勢角度検出が確
保される。
出装置とするために、上記実施の形態2および実施の形
態3を同時に採り入れてもよい。また、本発明は、平面
内での姿勢角度検出にも適用でき、ジャイロスコープが
3個の場合に限定することなく、2個以上のジャイロス
コープを用いた姿勢角度検出装置に有効である。加速度
センサ、磁気センサについても、3個の場合に限定され
ない。
ば、複数のジャイロスコープを用いても、構成が単純に
して小型、製作が容易で、なおかつ、ノイズを低減し高
精度に検出する姿勢角度検出装置を得ることができる。
装置の製作過程の一部を示す図。図1(a)は3個の振
動子が平板状のフレキシブル基板に実装された状態を示
す図。図1(b)はフレキシブル基板が、その後、各振
動子が相互に垂直になるように、フレキシブル基板を折
り曲げて処理回路基板に装着される状態を示す図。
図。
Claims (5)
- 【請求項1】 互いに直交する3軸の回りの角速度を検
出する3個のジャイロスコープを有する移動角検出手段
と、互いに直交する少なくとも2軸の、加速度および方
位をそれぞれ検出する加速度センサおよび磁気センサを
有する静止角検出手段、および前記移動角検出手段と前
記静止角検出手段の各出力から姿勢角度を演算する姿勢
角度演算手段を備えた姿勢角度検出装置であって、前記
3個のジャイロスコープの振動子は、同一のフレキシブ
ル基板に実装され、前記各振動子が相互に垂直になるよ
うに、前記フレキシブル基板は折り曲げて回路基板に取
り付けられていることを特徴とする姿勢角度検出装置。 - 【請求項2】 前記ジャイロスコープの振動子は、圧電
セラミック材料、圧電単結晶、およびシリコンのいずれ
かからなることを特徴とする請求項1記載の姿勢角度検
出装置。 - 【請求項3】 前記フレキシブル基板は、前記各振動子
相互の間に、スリットが形成されていることを特徴とす
る請求項1または請求項2記載の姿勢角度検出装置。 - 【請求項4】 前記3個のジャイロスコープの各振動子
の固有共振周波数相互の差分は、前記各ジャイロスコー
プによって測定される被測定周波数帯域よりも高く設定
されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3の
いずれか記載の姿勢角度検出装置。 - 【請求項5】 前記各ジャイロスコープの出力から、前
記各振動子によって測定される被測定周波数帯域以上の
周波数を除去するように、ローパスフィルタを具備して
いることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれ
か記載の姿勢角度検出装置。
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