ヘッドモーショントラッカ装置
【課題】 パイロット等の観察者があらゆる方向に向いても、観察者の頭部の動きを測定することができるヘッドモーショントラッカ装置を提供する。
【解決手段】 顔前部部材１１と、頭部装着体１２と、光学マーカー７、１５とを有する頭部装着装置１０と、少なくとも３個の光学マーカー７、１５から出射された光線を立体視で検出するカメラ装置２と、カメラ装置２に対する光学マーカー７、１５のそれぞれの現在位置であるマーカー位置情報を算出するマーカー位置情報算出部２４と、カメラ装置２に対する頭部装着装置１０の現在位置及び現在角度を含む相対情報を算出する相対情報算出部２２とを備えるヘッドモーショントラッカ装置１であって、複数の光学マーカー７、１５は、顔前部部材１１に位置決めされて配置されている複数の顔前部部材発光部７と、頭部装着体１２に位置決めされて配置されている複数の頭部装着体発光部１５とからなることを特徴とする。
【解決手段】 顔前部部材１１と、頭部装着体１２と、光学マーカー７、１５とを有する頭部装着装置１０と、少なくとも３個の光学マーカー７、１５から出射された光線を立体視で検出するカメラ装置２と、カメラ装置２に対する光学マーカー７、１５のそれぞれの現在位置であるマーカー位置情報を算出するマーカー位置情報算出部２４と、カメラ装置２に対する頭部装着装置１０の現在位置及び現在角度を含む相対情報を算出する相対情報算出部２２とを備えるヘッドモーショントラッカ装置１であって、複数の光学マーカー７、１５は、顔前部部材１１に位置決めされて配置されている複数の顔前部部材発光部７と、頭部装着体１２に位置決めされて配置されている複数の頭部装着体発光部１５とからなることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学方式のヘッドモーショントラッカ装置（以下、ＨＭＴ装置ともいう）に関し、例えば、ゲーム機や乗物等で用いられる頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置及び現在角度（すなわち、現在の頭部位置及び頭部角度）を測定するＨＭＴ装置等に利用される。
【背景技術】
【０００２】
時々刻々と変動する物体の現在位置や現在角度を正確に測定する技術は、様々な分野で利用されている。例えば、ゲーム機では、バーチャルリアリティ（ＶＲ）を実現するために、頭部装着型表示装置付ヘルメットを用いることにより、映像を表示することがなされている。このとき、頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置や現在角度に合わせて、映像を変化させる必要がある。よって、頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置や現在角度を測定するために、ＨＭＴ装置が利用されている。
【０００３】
また、航空機において、発見した目標を見失うことがないようにするため、頭部装着型表示装置付ヘルメットのバイザーに表示される照準と、バイザーを通して視認される目標とが対応した時にロックすることにより、ロックされた目標の位置を演算することが行われている。このとき、その目標の位置を演算するために、飛行体（航空機）の緯度、経度、高度、姿勢に加えて、飛行体に設定された相対座標系に対するパイロットの頭部位置及び頭部角度を測定している。このときに、ＨＭＴ装置が利用されている。
【０００４】
このような頭部装着型表示装置付ヘルメットに利用されるＨＭＴ装置としては、光学的に頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置や現在角度を測定するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。図６は、従来の頭部装着型表示装置付ヘルメットの側面図である。頭部装着型表示装置付ヘルメット５０は、表示器（図示せず）と、表示器から出射される画像表示光を反射することにより、パイロット３の目に導くバイザー（顔前部部材）１１と、ヘルメット（頭部装着体）１２と、頭部装着体発光部（光学マーカー）１５ａ〜１５ｆとを有する。このような頭部装着型表示装置付ヘルメット５０のヘルメット１２の外周面上に、頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｆを互いに離隔するようにして複数箇所に取り付け、これらの頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｆの頭部装着型表示装置付ヘルメット５０上における相対的な位置関係をＨＭＴ装置に予め記憶させておく。そして、これらの頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｆを、設置場所が固定された２台のカメラで同時に撮影することで、所謂、三角測量の原理により、現在の少なくとも３個の頭部装着体発光部の相対的な位置関係を測定している。これにより、頭部装着型表示装置付ヘルメット５０上に固定された３点の位置（３個の頭部装着体発光部の位置）を特定することで、頭部装着型表示装置付ヘルメット５０の現在位置や現在角度を算出している。
【特許文献１】特表平９−５０６１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、設置場所が固定されたカメラ装置により、ヘルメット１２に取り付けられた複数個の頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｆを検出するときに、ヘルメット１２の外周面全面に頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｆを取り付けても、カメラ装置で頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｆのうち３個未満の頭部装着体発光部しか検出することができないことがあった。例えば、図７に示すように、飛行体３０に固定されたカメラ装置２では、頭部装着型表示装置付ヘルメット５０を装着したパイロット３が天井を見たときに、３個未満の頭部装着体発光部しか検出することができなかった。つまり、頭部装着型表示装置付ヘルメット５０の現在位置や現在角度を算出することができなくなることがあった。
そこで、本発明は、パイロット等の観察者があらゆる方向に向いても、観察者の頭部の動きを測定することができるヘッドモーショントラッカ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた本発明のヘッドモーショントラッカ装置は、観察者の顔面を覆うように配置される透明な顔前部部材と、当該顔前部部材を保持するとともに、前記観察者の頭部に装着される頭部装着体と、光線を出射する複数の光学マーカーとを有する頭部装着装置と、少なくとも３個の光学マーカーから出射された光線を立体視で検出するカメラ装置と、前記カメラ装置で検出された光線に基づいて、前記カメラ装置に対する光学マーカーのそれぞれの現在位置であるマーカー位置情報を算出するマーカー位置情報算出部と、前記マーカー位置情報に基づいて、前記カメラ装置に対する頭部装着装置の現在位置及び現在角度を含む相対情報を算出する相対情報算出部とを備えるヘッドモーショントラッカ装置であって、前記複数の光学マーカーは、前記顔前部部材に位置決めされて配置されている複数の顔前部部材発光部と、前記頭部装着体に位置決めされて配置されている複数の頭部装着体発光部とからなるようにしている。
【０００７】
ここで、「頭部装着体」としては、例えば、ヘルメット、ヘッドセット、ベルト等が挙げられる。
また、「顔前部部材」としては、顔正面を覆うように配置されるものが挙げられ、例えば、バイザー、コンバイナー、メガネ等が挙げられる。
さらに、「光学マーカー」としては、自発光するマーカーであればよく、お互いに異なる波長の赤外光を発光するＬＥＤ（発光ダイオード）を有するものでもよく、互いに同じ波長の赤外光を発光するＬＥＤを有するものでもよい。
【０００８】
本発明のモーショントラッカ装置によれば、頭部装着装置の顔前部部材に、顔前部部材発光部を互いに離隔するようにして複数箇所に取り付けるとともに、頭部装着装置の頭部装着体の外周面上に、頭部装着体発光部を互いに離隔するようにして複数箇所に取り付ける。さらに、これらの発光部の頭部装着装置上における相対的な位置関係を予め記憶させておく。そして、これらの複数の発光部の内の少なくとも３個の発光部をカメラ装置で撮影することで、所謂、三角測量の原理により、現在の発光部の相対的な位置関係を測定する。例えば、飛行体に設置されたカメラ装置で、頭部装着装置を装着した観察者が正面を見ているときには、頭部装着体発光部を検出し、一方、頭部装着装置を装着した観察者が天井を見ているときには、顔前部部材発光部を検出する。これにより、頭部装着装置上に固定された少なくとも３点の位置（３個の発光部の位置）を特定することで、頭部装着装置の現在位置や現在角度を算出する。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明のモーショントラッカ装置によれば、観察者があらゆる方向に向いても、観察者の頭部の現在位置や現在角度を算出することができる。
【００１０】
（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記の発明において、前記顔前部部材発光部は、前記光線を発光する表示素子を有するようにしてもよい。
【００１１】
また、上記の発明において、前記顔前部部材発光部は、さらに光を透過しない遮光部材を有するようにしてもよい。
本発明によれば、遠方の目標を視認する場合に、その光が表示素子を透過することを防止し、視認性が低下せずに視認できる。
また、上記の発明において、前記顔前部部材発光部は、前記表示素子に電気を供給する透明電極を備え、前記透明電極は、電磁結合による非接触給電方式で電気が供給されるものであるようにしてもよい。
本発明によれば、観察者は重量による大きな負荷を受けることをより防止することができる。
また、上記の発明において、 前記表示素子は、赤外光を発光する発光ダイオードであるようにしてもよい。
【００１２】
そして、上記の発明において、さらに、前記光学マーカーを点灯する点灯制御信号を出力するマーカー制御部を備え、前記マーカー制御部は、前記光学マーカーに点灯制御信号を無線方式で送信するようにしてもよい。
さらに、上記の発明において、前記頭部装着体は、前記観察者の頭部に装着されるヘルメットであり、かつ、前記顔前部部材は、前記観察者の顔面を覆うように配置されるバイザーであるようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態であるＨＭＴ装置の概略構成を示す図であり、図２は、図１に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットの側面図であり、図３は、図２に示すＡを拡大した断面図であり、図４は、図３に示すＢ−Ｂ線の断面図である。本実施形態は、搭乗体３０でパイロット３が着用する頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の現在位置及び現在角度を算出するものである。つまり、搭乗体３０に設定された相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する、パイロット３が着用する頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に設定されたヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を算出する。なお、相対座標系（ＸＹＺ座標系）は、後述するカメラ装置２を基準として設定されたものであり、メモリ４１の相対座標系記憶部４３に記憶され、一方、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）は、後述する顔前部部材発光部群７及び頭部装着体発光部群１５を基準として設定されたものであり、メモリ４１のヘルメット座標系記憶部４４に記憶されている。また、角度（ＲＬ）は、ロール方向（Ｘ軸に対する回転）の角度であり、角度（ＥＬ）は、エレベーション方向（Ｙ軸に対する回転）の角度であり、角度（ＡＺ）は、アジマス方向（Ｚ軸に対する回転）の角度である。
【００１５】
ＨＭＴ装置１は、パイロット３の頭部に装着される頭部装着型表示装置付ヘルメット（頭部装着装置）１０と、搭乗体３０に取り付けられたカメラ装置２と、コンピュータにより構成される制御部２０とから構成される。
搭乗体３０は、パイロット３が搭乗する飛行体のコックピットであり、パイロット３が着席する座席３０ａを備える。
【００１６】
頭部装着型表示装置付ヘルメット１０は、表示器（図示せず）と、表示器から出射される画像表示光を反射することにより、パイロット３の目に導くバイザー（顔前部部材）１１と、ヘルメット（頭部装着体）１２と、顔前部部材発光部群７（７ａ〜７ｆ）と、頭部装着体発光部群１５（１５ａ〜１５ｈ）と、送受信部１６と、ヘルメット制御部１７とを有する。なお、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０を装着したパイロット３は、表示器による表示映像とバイザー１１の前方実在物とを視認することが可能となっている。
【００１７】
ヘルメット制御部１７は、後述する点灯制御信号に基づいて、顔前部部材発光部群７と頭部装着体発光部群１５とを点灯させるものである。
送受信部１６は、ヘルメット１２の左部に取り付けられており、後述するマーカー制御部２８から点灯制御信号を無線方式で受信するものである。また、送受信部１６には、電磁結合による非接触給電方式（図示せず）で電気が供給される。
【００１８】
頭部装着体発光部群１５は、図２に示すように、互いに異なる波長の赤外光を発光する複数個の頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈが一定の距離を隔てるようにしてヘルメット１２に取り付けられたものである。
１個の頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈは、赤外光を広げるように出射するマイクロレンズ（図示せず）と、赤外光を発光するＬＥＤ（図示せず）と、ＬＥＤに電気を供給する電極（図示せず）とを、この順にパイロット３と反対側から有するように構成される。
【００１９】
顔前部部材発光部群７は、図２〜図４に示すように、パイロット３の顔面の全面を覆うバイザー１１内に、互いに異なる波長の赤外光を発光する複数個の顔前部部材発光部７ａ〜７ｆが一定の距離を隔てるようにして埋め込まれている。
１個の顔前部部材発光部７ａ〜７ｆは、赤外光を広げるように出射するマイクロレンズ１３ｄと、赤外光を発光するＬＥＤ（表示素子）１３ｃと、ＬＥＤ１３ｃに電気を供給する透明電極１３ｂと、光を透過しない遮光部材１３ａとを、この順にパイロット３と反対側から有するように構成される。
遮光部材１３ａは、例えば、数十μｍ程度のマイクロレンズ部分の領域を覆う円板形状をしている。
透明電極１３ｂは、ＬＥＤ１３ｃに電気を供給するものである。
【００２０】
マイクロレンズ１３ｄは、曲面形状と平面形状とを有するものであり、曲面形状をパイロット３と反対側に、平面形状をパイロット３側にして配置されている。これにより、マイクロレンズ１３ｄは、各ＬＥＤから発光されたそれぞれの赤外光をパイロット３と反対側に広げるように、出射させる。
また、マイクロレンズ１３ｄは、パイロット３側から見ると、例えば、直径数十μｍの円形状をしている。そして、マイクロレンズ１３ｄは、遮光部材１３ａと位置合わせされて配置されている。これにより、バイザー１１の前方からの光がマイクロレンズ１３ｄを透過し、視認性が低下することを防止する。
【００２１】
ここで、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）は、原点及び各座標軸の方向を任意に定めることができるが、本実施形態では図２に示すように、原点を頭部装着体発光部１５ａの位置とし、前方方向をＸ’軸方向とし、前方方向に垂直方向をＹ’軸方向とし、Ｘ’軸方向及びＹ’軸方向に垂直方向をＺ’軸方向とするように定義するように、後述するヘルメット座標系記憶部４４に設定されている。また、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）上での複数個の頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈと複数個の顔前部部材発光部７ａ〜７ｆとの位置関係（初期データ）も、ヘルメット座標系記憶部４４に記憶されている。これにより、後述する三角測量の手法で、現時点における少なくとも３個の発光部の位置を算出し、初期データを参照することで、頭部装着型表示装置ヘルメット１０の現在位置及び現在角度が、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）を用いて表現されるようになっている。
【００２２】
カメラ装置２は、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとからなり、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の立体視が可能な一定の距離（ｄ）を隔てるとともに、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂと結ぶ軸が床面と平行となるように、搭乗体３０に設置されている。これにより、第一カメラ２ａで撮影された第一画像が作成されるとともに、第二カメラ２ｂで撮影された第二画像が作成されることになる。
これにより、第一画像及び第二画像中に映し出されている頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び／又は顔前部部材発光部７ａ〜７ｆの位置により、第一カメラ２ａからの方向角度（α）と第二カメラ２ｂからの方向角度（β）とを算出し、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとの間の距離（ｄ）を用いることにより、所謂、三角測量の手法で、第一画像及び第二画像中に映し出されている頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び／又は顔前部部材発光部７ａ〜７ｆのカメラ装置２（２ａ、２ｂ）に対する位置を算出できるようにしてある（図５参照）。
このとき、頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び顔前部部材発光部７ａ〜７ｆの位置を、空間座標で表現することができるようにするために、カメラ装置２に固定され、カメラ装置２とともに移動する座標系である相対座標系（ＸＹＺ座標系）を用いる。なお、相対座標系（ＸＹＺ座標系）の具体的な原点位置やＸＹＺ軸方向の説明については後述する。
これにより、相対座標系（ＸＹＺ座標系）において、頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び顔前部部材発光部７ａ〜７ｆの内の少なくとも３個の発光部の位置座標が表現できれば、カメラ装置２に対する３個の発光部の位置座標が特定されるので、３個の発光部が位置決めされて取り付けられている頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）は、相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の位置及び角度を用いて表現できるようになる。なお、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）は、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の原点である頭部装着体発光部１５ａの現在の位置座標で表現することとする。
【００２３】
制御部２０は、図１に示すように、ＣＰＵ２１、メモリ４１等からなるコンピュータにより構成され、各種の制御や演算処理を行うものである。ＣＰＵ２１が実行する処理を、機能ブロックごとに分けて説明すると、マーカー制御部２８と、相対情報算出部２２と、マーカー位置情報算出部２４と、映像表示部２５とを有する。
また、メモリ４１には、制御部２０が処理を実行するために必要な種々のデータを蓄積する領域が形成してあり、相対座標系（ＸＹＺ座標系）を記憶する相対座標系記憶部４３と、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）を記憶するヘルメット座標系記憶部４４とを有する。
【００２４】
なお、相対座標系（ＸＹＺ座標系）は、原点及び各座標軸の方向を任意に定めることができるが、本実施形態では、図５に示すように、第二カメラ２ａから第一カメラ２ｂへの方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸方向に垂直かつ前方方向をＸ軸方向とし、Ｙ軸方向に垂直かつ天井に垂直で下向き方向をＺ軸方向とするように定義し、原点を第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとの中点として定義するように相対座標系記憶部４３に設定されている。
また、ヘルメット座標系記憶部４４には、予め、初期のマーカー位置情報として、頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び顔前部部材発光部７ａ〜７ｆのヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）上におけるそれぞれの相対的な位置関係が記憶されている。
【００２５】
マーカー制御部２８は、頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び顔前部部材発光部７ａ〜７ｆを点灯させる点灯制御信号を送受信部１６に出力するとともに、カメラ装置２で赤外光を検出させる制御を行うものである。
マーカー位置情報算出部２４は、カメラ装置２に対する、頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び顔前部部材発光部７ａ〜７ｆのそれぞれの現在位置であるマーカー位置情報を算出する制御を行うものである。
具体的には、カメラ装置２に発光部が撮影されれば、発光部のカメラ装置２に対する位置は、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとに撮影された第一画像と第二画像中に映し出されている発光部の位置を抽出し、さらに第一カメラ２ａからの方向角度（α）と第二カメラ２ｂからの方向角度（β）とを抽出し、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとの間の距離（ｄ）を用いることにより、三角測量の手法で算出する。このように、カメラ装置２に撮影されている少なくとも３個の発光部のカメラ装置２に対する位置について算出する。このとき、第一画像及び第二画像に少なくとも３個の発光部が撮影されればよく、３個の発光部の位置が特定できれば、予め、初期データとして頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び顔前部部材発光部７ａ〜７ｆの相対的な位置関係が記憶されているので、他の発光部の現在位置も算出することができる。
【００２６】
相対情報算出部２２は、マーカー位置情報に基づいて、カメラ装置２（ＸＹＺ座標系）に対するパイロット３の頭部位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び頭部角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を含む相対情報を算出する制御を行うものである。
具体的には、カメラ装置２に対する少なくとも３個の発光部の位置座標であるマーカー位置情報と、ヘルメット座標系記憶部４４に記憶されている初期データとを比較することにより、頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び顔前部部材発光部７ａ〜７ｆが位置決めされて取り付けられているヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を算出する。
【００２７】
映像表示部２５は、パイロット３の頭部位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び頭部角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を含む相対情報に基づいて、表示器から映像表示光を出射する制御を行うものである。これにより、パイロット３は、表示器による表示映像を視認することになる。
【００２８】
以上のように、ＨＭＴ装置１によれば、例えば、飛行体の天井に設置されたカメラ装置２で、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０を装着したパイロット３が正面を見ているときには、３個の頭部装着体発光部１５ａ、１５ｂ、１５ｅを検出し、一方、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０を装着したパイロット３が天井を見ているときには、１個の頭部装着体発光部１５ａと２個の顔前部部材発光部７ａ、７ｄを検出する。したがって、パイロット３があらゆる方向に向いても、パイロット３の頭部位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び頭部角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を算出することができる。
また、顔前部部材発光部７ａ〜７ｆには透明電極１３ｂが用いられているため、パイロット３の視界を狭めたり妨げたりすることはなく、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０を装着したパイロット３の広範囲の視界を確保することができる。
【００２９】
（他の実施形態）
上述したＨＭＴ装置１では、カメラ装置２は、搭乗体３０の前方に設置されている構成としたが、カメラ装置２は、搭乗体３０の天井に下向きとなるように設置されているような構成としてもよい。つまり、本発明によれば、パイロットがあらゆる方向に向いても、パイロットの頭部位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び頭部角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を算出することができ、これにより、カメラ装置の設置場所の自由度が高くなる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のＨＭＴ装置は、例えば、ゲーム機や乗物等で用いられる頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置及び現在角度を検出するものとして、利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態であるＨＭＴ装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットの側面図である。
【図３】図２に示すＡを拡大した断面図である。
【図４】図３に示すＢ−Ｂ線の断面図である。
【図５】相対座標系の設定を説明するための図である。
【図６】従来の頭部装着型表示装置付ヘルメットの側面図である。
【図７】従来のＨＭＴ装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１ ヘッドモーショントラッカ装置（ＨＭＴ装置）
２ カメラ装置
３ パイロット（観察者）
７ 顔前部部材発光部（光学マーカー）
１０ 頭部装着型表示装置付ヘルメット（頭部装着装置）
１１ バイザー（顔前部部材）
１２ ヘルメット（頭部装着体）
１５ 頭部装着体発光部（光学マーカー）
２２ 相対情報算出部
２４ マーカー位置情報算出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学方式のヘッドモーショントラッカ装置（以下、ＨＭＴ装置ともいう）に関し、例えば、ゲーム機や乗物等で用いられる頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置及び現在角度（すなわち、現在の頭部位置及び頭部角度）を測定するＨＭＴ装置等に利用される。
【背景技術】
【０００２】
時々刻々と変動する物体の現在位置や現在角度を正確に測定する技術は、様々な分野で利用されている。例えば、ゲーム機では、バーチャルリアリティ（ＶＲ）を実現するために、頭部装着型表示装置付ヘルメットを用いることにより、映像を表示することがなされている。このとき、頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置や現在角度に合わせて、映像を変化させる必要がある。よって、頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置や現在角度を測定するために、ＨＭＴ装置が利用されている。
【０００３】
また、航空機において、発見した目標を見失うことがないようにするため、頭部装着型表示装置付ヘルメットのバイザーに表示される照準と、バイザーを通して視認される目標とが対応した時にロックすることにより、ロックされた目標の位置を演算することが行われている。このとき、その目標の位置を演算するために、飛行体（航空機）の緯度、経度、高度、姿勢に加えて、飛行体に設定された相対座標系に対するパイロットの頭部位置及び頭部角度を測定している。このときに、ＨＭＴ装置が利用されている。
【０００４】
このような頭部装着型表示装置付ヘルメットに利用されるＨＭＴ装置としては、光学的に頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置や現在角度を測定するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。図６は、従来の頭部装着型表示装置付ヘルメットの側面図である。頭部装着型表示装置付ヘルメット５０は、表示器（図示せず）と、表示器から出射される画像表示光を反射することにより、パイロット３の目に導くバイザー（顔前部部材）１１と、ヘルメット（頭部装着体）１２と、頭部装着体発光部（光学マーカー）１５ａ〜１５ｆとを有する。このような頭部装着型表示装置付ヘルメット５０のヘルメット１２の外周面上に、頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｆを互いに離隔するようにして複数箇所に取り付け、これらの頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｆの頭部装着型表示装置付ヘルメット５０上における相対的な位置関係をＨＭＴ装置に予め記憶させておく。そして、これらの頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｆを、設置場所が固定された２台のカメラで同時に撮影することで、所謂、三角測量の原理により、現在の少なくとも３個の頭部装着体発光部の相対的な位置関係を測定している。これにより、頭部装着型表示装置付ヘルメット５０上に固定された３点の位置（３個の頭部装着体発光部の位置）を特定することで、頭部装着型表示装置付ヘルメット５０の現在位置や現在角度を算出している。
【特許文献１】特表平９−５０６１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、設置場所が固定されたカメラ装置により、ヘルメット１２に取り付けられた複数個の頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｆを検出するときに、ヘルメット１２の外周面全面に頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｆを取り付けても、カメラ装置で頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｆのうち３個未満の頭部装着体発光部しか検出することができないことがあった。例えば、図７に示すように、飛行体３０に固定されたカメラ装置２では、頭部装着型表示装置付ヘルメット５０を装着したパイロット３が天井を見たときに、３個未満の頭部装着体発光部しか検出することができなかった。つまり、頭部装着型表示装置付ヘルメット５０の現在位置や現在角度を算出することができなくなることがあった。
そこで、本発明は、パイロット等の観察者があらゆる方向に向いても、観察者の頭部の動きを測定することができるヘッドモーショントラッカ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた本発明のヘッドモーショントラッカ装置は、観察者の顔面を覆うように配置される透明な顔前部部材と、当該顔前部部材を保持するとともに、前記観察者の頭部に装着される頭部装着体と、光線を出射する複数の光学マーカーとを有する頭部装着装置と、少なくとも３個の光学マーカーから出射された光線を立体視で検出するカメラ装置と、前記カメラ装置で検出された光線に基づいて、前記カメラ装置に対する光学マーカーのそれぞれの現在位置であるマーカー位置情報を算出するマーカー位置情報算出部と、前記マーカー位置情報に基づいて、前記カメラ装置に対する頭部装着装置の現在位置及び現在角度を含む相対情報を算出する相対情報算出部とを備えるヘッドモーショントラッカ装置であって、前記複数の光学マーカーは、前記顔前部部材に位置決めされて配置されている複数の顔前部部材発光部と、前記頭部装着体に位置決めされて配置されている複数の頭部装着体発光部とからなるようにしている。
【０００７】
ここで、「頭部装着体」としては、例えば、ヘルメット、ヘッドセット、ベルト等が挙げられる。
また、「顔前部部材」としては、顔正面を覆うように配置されるものが挙げられ、例えば、バイザー、コンバイナー、メガネ等が挙げられる。
さらに、「光学マーカー」としては、自発光するマーカーであればよく、お互いに異なる波長の赤外光を発光するＬＥＤ（発光ダイオード）を有するものでもよく、互いに同じ波長の赤外光を発光するＬＥＤを有するものでもよい。
【０００８】
本発明のモーショントラッカ装置によれば、頭部装着装置の顔前部部材に、顔前部部材発光部を互いに離隔するようにして複数箇所に取り付けるとともに、頭部装着装置の頭部装着体の外周面上に、頭部装着体発光部を互いに離隔するようにして複数箇所に取り付ける。さらに、これらの発光部の頭部装着装置上における相対的な位置関係を予め記憶させておく。そして、これらの複数の発光部の内の少なくとも３個の発光部をカメラ装置で撮影することで、所謂、三角測量の原理により、現在の発光部の相対的な位置関係を測定する。例えば、飛行体に設置されたカメラ装置で、頭部装着装置を装着した観察者が正面を見ているときには、頭部装着体発光部を検出し、一方、頭部装着装置を装着した観察者が天井を見ているときには、顔前部部材発光部を検出する。これにより、頭部装着装置上に固定された少なくとも３点の位置（３個の発光部の位置）を特定することで、頭部装着装置の現在位置や現在角度を算出する。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明のモーショントラッカ装置によれば、観察者があらゆる方向に向いても、観察者の頭部の現在位置や現在角度を算出することができる。
【００１０】
（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記の発明において、前記顔前部部材発光部は、前記光線を発光する表示素子を有するようにしてもよい。
【００１１】
また、上記の発明において、前記顔前部部材発光部は、さらに光を透過しない遮光部材を有するようにしてもよい。
本発明によれば、遠方の目標を視認する場合に、その光が表示素子を透過することを防止し、視認性が低下せずに視認できる。
また、上記の発明において、前記顔前部部材発光部は、前記表示素子に電気を供給する透明電極を備え、前記透明電極は、電磁結合による非接触給電方式で電気が供給されるものであるようにしてもよい。
本発明によれば、観察者は重量による大きな負荷を受けることをより防止することができる。
また、上記の発明において、 前記表示素子は、赤外光を発光する発光ダイオードであるようにしてもよい。
【００１２】
そして、上記の発明において、さらに、前記光学マーカーを点灯する点灯制御信号を出力するマーカー制御部を備え、前記マーカー制御部は、前記光学マーカーに点灯制御信号を無線方式で送信するようにしてもよい。
さらに、上記の発明において、前記頭部装着体は、前記観察者の頭部に装着されるヘルメットであり、かつ、前記顔前部部材は、前記観察者の顔面を覆うように配置されるバイザーであるようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態であるＨＭＴ装置の概略構成を示す図であり、図２は、図１に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットの側面図であり、図３は、図２に示すＡを拡大した断面図であり、図４は、図３に示すＢ−Ｂ線の断面図である。本実施形態は、搭乗体３０でパイロット３が着用する頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の現在位置及び現在角度を算出するものである。つまり、搭乗体３０に設定された相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する、パイロット３が着用する頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に設定されたヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を算出する。なお、相対座標系（ＸＹＺ座標系）は、後述するカメラ装置２を基準として設定されたものであり、メモリ４１の相対座標系記憶部４３に記憶され、一方、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）は、後述する顔前部部材発光部群７及び頭部装着体発光部群１５を基準として設定されたものであり、メモリ４１のヘルメット座標系記憶部４４に記憶されている。また、角度（ＲＬ）は、ロール方向（Ｘ軸に対する回転）の角度であり、角度（ＥＬ）は、エレベーション方向（Ｙ軸に対する回転）の角度であり、角度（ＡＺ）は、アジマス方向（Ｚ軸に対する回転）の角度である。
【００１５】
ＨＭＴ装置１は、パイロット３の頭部に装着される頭部装着型表示装置付ヘルメット（頭部装着装置）１０と、搭乗体３０に取り付けられたカメラ装置２と、コンピュータにより構成される制御部２０とから構成される。
搭乗体３０は、パイロット３が搭乗する飛行体のコックピットであり、パイロット３が着席する座席３０ａを備える。
【００１６】
頭部装着型表示装置付ヘルメット１０は、表示器（図示せず）と、表示器から出射される画像表示光を反射することにより、パイロット３の目に導くバイザー（顔前部部材）１１と、ヘルメット（頭部装着体）１２と、顔前部部材発光部群７（７ａ〜７ｆ）と、頭部装着体発光部群１５（１５ａ〜１５ｈ）と、送受信部１６と、ヘルメット制御部１７とを有する。なお、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０を装着したパイロット３は、表示器による表示映像とバイザー１１の前方実在物とを視認することが可能となっている。
【００１７】
ヘルメット制御部１７は、後述する点灯制御信号に基づいて、顔前部部材発光部群７と頭部装着体発光部群１５とを点灯させるものである。
送受信部１６は、ヘルメット１２の左部に取り付けられており、後述するマーカー制御部２８から点灯制御信号を無線方式で受信するものである。また、送受信部１６には、電磁結合による非接触給電方式（図示せず）で電気が供給される。
【００１８】
頭部装着体発光部群１５は、図２に示すように、互いに異なる波長の赤外光を発光する複数個の頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈが一定の距離を隔てるようにしてヘルメット１２に取り付けられたものである。
１個の頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈは、赤外光を広げるように出射するマイクロレンズ（図示せず）と、赤外光を発光するＬＥＤ（図示せず）と、ＬＥＤに電気を供給する電極（図示せず）とを、この順にパイロット３と反対側から有するように構成される。
【００１９】
顔前部部材発光部群７は、図２〜図４に示すように、パイロット３の顔面の全面を覆うバイザー１１内に、互いに異なる波長の赤外光を発光する複数個の顔前部部材発光部７ａ〜７ｆが一定の距離を隔てるようにして埋め込まれている。
１個の顔前部部材発光部７ａ〜７ｆは、赤外光を広げるように出射するマイクロレンズ１３ｄと、赤外光を発光するＬＥＤ（表示素子）１３ｃと、ＬＥＤ１３ｃに電気を供給する透明電極１３ｂと、光を透過しない遮光部材１３ａとを、この順にパイロット３と反対側から有するように構成される。
遮光部材１３ａは、例えば、数十μｍ程度のマイクロレンズ部分の領域を覆う円板形状をしている。
透明電極１３ｂは、ＬＥＤ１３ｃに電気を供給するものである。
【００２０】
マイクロレンズ１３ｄは、曲面形状と平面形状とを有するものであり、曲面形状をパイロット３と反対側に、平面形状をパイロット３側にして配置されている。これにより、マイクロレンズ１３ｄは、各ＬＥＤから発光されたそれぞれの赤外光をパイロット３と反対側に広げるように、出射させる。
また、マイクロレンズ１３ｄは、パイロット３側から見ると、例えば、直径数十μｍの円形状をしている。そして、マイクロレンズ１３ｄは、遮光部材１３ａと位置合わせされて配置されている。これにより、バイザー１１の前方からの光がマイクロレンズ１３ｄを透過し、視認性が低下することを防止する。
【００２１】
ここで、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）は、原点及び各座標軸の方向を任意に定めることができるが、本実施形態では図２に示すように、原点を頭部装着体発光部１５ａの位置とし、前方方向をＸ’軸方向とし、前方方向に垂直方向をＹ’軸方向とし、Ｘ’軸方向及びＹ’軸方向に垂直方向をＺ’軸方向とするように定義するように、後述するヘルメット座標系記憶部４４に設定されている。また、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）上での複数個の頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈと複数個の顔前部部材発光部７ａ〜７ｆとの位置関係（初期データ）も、ヘルメット座標系記憶部４４に記憶されている。これにより、後述する三角測量の手法で、現時点における少なくとも３個の発光部の位置を算出し、初期データを参照することで、頭部装着型表示装置ヘルメット１０の現在位置及び現在角度が、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）を用いて表現されるようになっている。
【００２２】
カメラ装置２は、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとからなり、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の立体視が可能な一定の距離（ｄ）を隔てるとともに、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂと結ぶ軸が床面と平行となるように、搭乗体３０に設置されている。これにより、第一カメラ２ａで撮影された第一画像が作成されるとともに、第二カメラ２ｂで撮影された第二画像が作成されることになる。
これにより、第一画像及び第二画像中に映し出されている頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び／又は顔前部部材発光部７ａ〜７ｆの位置により、第一カメラ２ａからの方向角度（α）と第二カメラ２ｂからの方向角度（β）とを算出し、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとの間の距離（ｄ）を用いることにより、所謂、三角測量の手法で、第一画像及び第二画像中に映し出されている頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び／又は顔前部部材発光部７ａ〜７ｆのカメラ装置２（２ａ、２ｂ）に対する位置を算出できるようにしてある（図５参照）。
このとき、頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び顔前部部材発光部７ａ〜７ｆの位置を、空間座標で表現することができるようにするために、カメラ装置２に固定され、カメラ装置２とともに移動する座標系である相対座標系（ＸＹＺ座標系）を用いる。なお、相対座標系（ＸＹＺ座標系）の具体的な原点位置やＸＹＺ軸方向の説明については後述する。
これにより、相対座標系（ＸＹＺ座標系）において、頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び顔前部部材発光部７ａ〜７ｆの内の少なくとも３個の発光部の位置座標が表現できれば、カメラ装置２に対する３個の発光部の位置座標が特定されるので、３個の発光部が位置決めされて取り付けられている頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）は、相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の位置及び角度を用いて表現できるようになる。なお、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）は、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の原点である頭部装着体発光部１５ａの現在の位置座標で表現することとする。
【００２３】
制御部２０は、図１に示すように、ＣＰＵ２１、メモリ４１等からなるコンピュータにより構成され、各種の制御や演算処理を行うものである。ＣＰＵ２１が実行する処理を、機能ブロックごとに分けて説明すると、マーカー制御部２８と、相対情報算出部２２と、マーカー位置情報算出部２４と、映像表示部２５とを有する。
また、メモリ４１には、制御部２０が処理を実行するために必要な種々のデータを蓄積する領域が形成してあり、相対座標系（ＸＹＺ座標系）を記憶する相対座標系記憶部４３と、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）を記憶するヘルメット座標系記憶部４４とを有する。
【００２４】
なお、相対座標系（ＸＹＺ座標系）は、原点及び各座標軸の方向を任意に定めることができるが、本実施形態では、図５に示すように、第二カメラ２ａから第一カメラ２ｂへの方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸方向に垂直かつ前方方向をＸ軸方向とし、Ｙ軸方向に垂直かつ天井に垂直で下向き方向をＺ軸方向とするように定義し、原点を第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとの中点として定義するように相対座標系記憶部４３に設定されている。
また、ヘルメット座標系記憶部４４には、予め、初期のマーカー位置情報として、頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び顔前部部材発光部７ａ〜７ｆのヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）上におけるそれぞれの相対的な位置関係が記憶されている。
【００２５】
マーカー制御部２８は、頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び顔前部部材発光部７ａ〜７ｆを点灯させる点灯制御信号を送受信部１６に出力するとともに、カメラ装置２で赤外光を検出させる制御を行うものである。
マーカー位置情報算出部２４は、カメラ装置２に対する、頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び顔前部部材発光部７ａ〜７ｆのそれぞれの現在位置であるマーカー位置情報を算出する制御を行うものである。
具体的には、カメラ装置２に発光部が撮影されれば、発光部のカメラ装置２に対する位置は、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとに撮影された第一画像と第二画像中に映し出されている発光部の位置を抽出し、さらに第一カメラ２ａからの方向角度（α）と第二カメラ２ｂからの方向角度（β）とを抽出し、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとの間の距離（ｄ）を用いることにより、三角測量の手法で算出する。このように、カメラ装置２に撮影されている少なくとも３個の発光部のカメラ装置２に対する位置について算出する。このとき、第一画像及び第二画像に少なくとも３個の発光部が撮影されればよく、３個の発光部の位置が特定できれば、予め、初期データとして頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び顔前部部材発光部７ａ〜７ｆの相対的な位置関係が記憶されているので、他の発光部の現在位置も算出することができる。
【００２６】
相対情報算出部２２は、マーカー位置情報に基づいて、カメラ装置２（ＸＹＺ座標系）に対するパイロット３の頭部位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び頭部角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を含む相対情報を算出する制御を行うものである。
具体的には、カメラ装置２に対する少なくとも３個の発光部の位置座標であるマーカー位置情報と、ヘルメット座標系記憶部４４に記憶されている初期データとを比較することにより、頭部装着体発光部１５ａ〜１５ｈ及び顔前部部材発光部７ａ〜７ｆが位置決めされて取り付けられているヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を算出する。
【００２７】
映像表示部２５は、パイロット３の頭部位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び頭部角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を含む相対情報に基づいて、表示器から映像表示光を出射する制御を行うものである。これにより、パイロット３は、表示器による表示映像を視認することになる。
【００２８】
以上のように、ＨＭＴ装置１によれば、例えば、飛行体の天井に設置されたカメラ装置２で、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０を装着したパイロット３が正面を見ているときには、３個の頭部装着体発光部１５ａ、１５ｂ、１５ｅを検出し、一方、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０を装着したパイロット３が天井を見ているときには、１個の頭部装着体発光部１５ａと２個の顔前部部材発光部７ａ、７ｄを検出する。したがって、パイロット３があらゆる方向に向いても、パイロット３の頭部位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び頭部角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を算出することができる。
また、顔前部部材発光部７ａ〜７ｆには透明電極１３ｂが用いられているため、パイロット３の視界を狭めたり妨げたりすることはなく、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０を装着したパイロット３の広範囲の視界を確保することができる。
【００２９】
（他の実施形態）
上述したＨＭＴ装置１では、カメラ装置２は、搭乗体３０の前方に設置されている構成としたが、カメラ装置２は、搭乗体３０の天井に下向きとなるように設置されているような構成としてもよい。つまり、本発明によれば、パイロットがあらゆる方向に向いても、パイロットの頭部位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び頭部角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を算出することができ、これにより、カメラ装置の設置場所の自由度が高くなる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のＨＭＴ装置は、例えば、ゲーム機や乗物等で用いられる頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置及び現在角度を検出するものとして、利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態であるＨＭＴ装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットの側面図である。
【図３】図２に示すＡを拡大した断面図である。
【図４】図３に示すＢ−Ｂ線の断面図である。
【図５】相対座標系の設定を説明するための図である。
【図６】従来の頭部装着型表示装置付ヘルメットの側面図である。
【図７】従来のＨＭＴ装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１ ヘッドモーショントラッカ装置（ＨＭＴ装置）
２ カメラ装置
３ パイロット（観察者）
７ 顔前部部材発光部（光学マーカー）
１０ 頭部装着型表示装置付ヘルメット（頭部装着装置）
１１ バイザー（顔前部部材）
１２ ヘルメット（頭部装着体）
１５ 頭部装着体発光部（光学マーカー）
２２ 相対情報算出部
２４ マーカー位置情報算出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者の顔面を覆うように配置される透明な顔前部部材と、当該顔前部部材を保持するとともに、前記観察者の頭部に装着される頭部装着体と、光線を出射する複数の光学マーカーとを有する頭部装着装置と、
少なくとも３個の光学マーカーから出射された光線を立体視で検出するカメラ装置と、
前記カメラ装置で検出された光線に基づいて、前記カメラ装置に対する光学マーカーのそれぞれの現在位置であるマーカー位置情報を算出するマーカー位置情報算出部と、
前記マーカー位置情報に基づいて、前記カメラ装置に対する頭部装着装置の現在位置及び現在角度を含む相対情報を算出する相対情報算出部とを備えるヘッドモーショントラッカ装置であって、
前記複数の光学マーカーは、前記顔前部部材に位置決めされて配置されている複数の顔前部部材発光部と、前記頭部装着体に位置決めされて配置されている複数の頭部装着体発光部とからなることを特徴とするヘッドモーショントラッカ装置。
【請求項２】
前記顔前部部材発光部は、前記光線を発光する表示素子を有することを特徴とする請求項１に記載のヘッドモーショントラッカ装置。
【請求項３】
前記顔前部部材発光部は、さらに光を透過しない遮光部材を有することを特徴とする請求項２に記載のヘッドモーショントラッカ装置。
【請求項４】
前記顔前部部材発光部は、前記表示素子に電気を供給する透明電極を備え、
前記透明電極は、電磁結合による非接触給電方式で電気が供給されるものであることを特徴とする請求項２又は３に記載のヘッドモーショントラッカ装置。
【請求項５】
前記表示素子は、赤外光を発光する発光ダイオードであることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のヘッドモーショントラッカ装置。
【請求項６】
さらに、前記光学マーカーを点灯する点灯制御信号を出力するマーカー制御部を備え、
前記マーカー制御部は、前記光学マーカーに点灯制御信号を無線方式で送信することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のヘッドモーショントラッカ装置。
【請求項７】
前記頭部装着体は、前記観察者の頭部に装着されるヘルメットであり、かつ、
前記顔前部部材は、前記観察者の顔面を覆うように配置されるバイザーであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のヘッドモーショントラッカ装置。
【請求項１】
観察者の顔面を覆うように配置される透明な顔前部部材と、当該顔前部部材を保持するとともに、前記観察者の頭部に装着される頭部装着体と、光線を出射する複数の光学マーカーとを有する頭部装着装置と、
少なくとも３個の光学マーカーから出射された光線を立体視で検出するカメラ装置と、
前記カメラ装置で検出された光線に基づいて、前記カメラ装置に対する光学マーカーのそれぞれの現在位置であるマーカー位置情報を算出するマーカー位置情報算出部と、
前記マーカー位置情報に基づいて、前記カメラ装置に対する頭部装着装置の現在位置及び現在角度を含む相対情報を算出する相対情報算出部とを備えるヘッドモーショントラッカ装置であって、
前記複数の光学マーカーは、前記顔前部部材に位置決めされて配置されている複数の顔前部部材発光部と、前記頭部装着体に位置決めされて配置されている複数の頭部装着体発光部とからなることを特徴とするヘッドモーショントラッカ装置。
【請求項２】
前記顔前部部材発光部は、前記光線を発光する表示素子を有することを特徴とする請求項１に記載のヘッドモーショントラッカ装置。
【請求項３】
前記顔前部部材発光部は、さらに光を透過しない遮光部材を有することを特徴とする請求項２に記載のヘッドモーショントラッカ装置。
【請求項４】
前記顔前部部材発光部は、前記表示素子に電気を供給する透明電極を備え、
前記透明電極は、電磁結合による非接触給電方式で電気が供給されるものであることを特徴とする請求項２又は３に記載のヘッドモーショントラッカ装置。
【請求項５】
前記表示素子は、赤外光を発光する発光ダイオードであることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のヘッドモーショントラッカ装置。
【請求項６】
さらに、前記光学マーカーを点灯する点灯制御信号を出力するマーカー制御部を備え、
前記マーカー制御部は、前記光学マーカーに点灯制御信号を無線方式で送信することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のヘッドモーショントラッカ装置。
【請求項７】
前記頭部装着体は、前記観察者の頭部に装着されるヘルメットであり、かつ、
前記顔前部部材は、前記観察者の顔面を覆うように配置されるバイザーであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のヘッドモーショントラッカ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１０９３１９（Ｐ２００９−１０９３１９Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８１４９５（Ｐ２００７−２８１４９５）
【出願日】平成１９年１０月３０日（２００７．１０．３０）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月３０日（２００７．１０．３０）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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