モーショントラッカ装置
【課題】 頭部装着型表示装置付ヘルメット等の対象物に取り付けられた３個以上のＬＥＤ等の光学マーカーのそれぞれの現在位置を識別する際に、各光学マーカーを確実に識別することができるモーショントラッカ装置を提供する。
【解決手段】 ３個以上の同一の光学マーカー７と、カメラ装置２と、光学マーカー位置情報算出部２４と、カメラ装置２に対する対象物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とを備えるモーショントラッカ装置１であって、対象物１０に作用する対象物角速度を検出する対象物角速度検出センサ４と、対象物角速度に基づいて、対象物１０の角度移動量を算出する角度移動量算出部２３と、光学マーカー位置情報及び角度移動量に基づいて、光学マーカー７の予想移動位置を推定する光学マーカー推定部２６とを備え、光学マーカー位置情報算出部２４は、光学マーカー７の予想移動位置に基づいて、３個以上の光学マーカー７をそれぞれ識別することを特徴とする。
【解決手段】 ３個以上の同一の光学マーカー７と、カメラ装置２と、光学マーカー位置情報算出部２４と、カメラ装置２に対する対象物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とを備えるモーショントラッカ装置１であって、対象物１０に作用する対象物角速度を検出する対象物角速度検出センサ４と、対象物角速度に基づいて、対象物１０の角度移動量を算出する角度移動量算出部２３と、光学マーカー位置情報及び角度移動量に基づいて、光学マーカー７の予想移動位置を推定する光学マーカー推定部２６とを備え、光学マーカー位置情報算出部２４は、光学マーカー７の予想移動位置に基づいて、３個以上の光学マーカー７をそれぞれ識別す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、光学方式のモーショントラッカ装置（以下、ＭＴ装置ともいう）に関し、さらに詳細には、光学マーカーの現在位置及び現在角度を検出する機能を備える光学方式のＭＴ装置に関する。本発明は、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（すなわち、現在の頭部位置及び頭部角度）を検出するヘッドモーショントラッカ装置（以下、ＨＭＴ装置ともいう）等に利用される。
ここで、光学方式のＨＭＴ装置とは、反射板や発光体等の光学マーカーを取り付けたヘルメット等を頭部に装着して、光学マーカーの位置を立体視が可能なカメラ装置で測定することにより、頭部の動きを追跡する装置等のことをいう。
【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、救難飛行艇による救難活動では、発見した救難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により表示される照準画像と救難目標とが対応した時にロックすることにより、ロックされた救難目標の位置を演算することが行われている。このとき、その救難目標の位置を演算するために、飛行体の緯度、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角度及び頭部位置を測定している。このときに、ＨＭＴ装置が利用されている。
【０００４】
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）。例えば、複数の反射板を頭部装着型表示装置付ヘルメットに取り付けるとともに光源から光を照射したときの反射光をカメラ装置でモニタする光学方式のＨＭＴ装置が開示されている。また、発光体を互いに離隔するようにして複数箇所に取り付けた光学方式のＨＭＴ装置もある（例えば、特許文献２参照）。具体的には、頭部装着型表示装置付ヘルメットの外周面上に、光学マーカー群として、発光体であるＬＥＤ（発光ダイオード）を互いに離隔するようにして３箇所に取り付け、これら３個のＬＥＤの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３個のＬＥＤを、ステレオ視が可能でかつ設置場所が固定された２台のカメラで同時に立体視で撮影することで、所謂、三角測量の原理により、現在の３個のＬＥＤの相対的な位置関係を測定している。頭部装着型表示装置付ヘルメットに固定された３点の位置（３個のＬＥＤの位置）が特定できれば、頭部装着型表示装置付ヘルメットの位置や角度が特定できるので、これにより、２台のカメラに対する頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動位置や移動角度を算出している。
【特許文献１】特表平９−５０６１９４号公報
【特許文献２】特願２００５−１０６４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような光学方式のＨＭＴ装置で、３個の光学マーカーの相対的な位置関係を測定するためには、３個の光学マーカーをそれぞれ識別する必要がある。よって、頭部装着型表示装置付ヘルメットには、それぞれが識別可能な３個の光学マーカーが取り付けられている。例えば、頭部装着型表示装置付ヘルメットの外周面上に、３個の光学マーカーとして、互いに異なる波長の赤外光を発光するＬＥＤを互いに離隔するようにして取り付け、これら３個のＬＥＤのそれぞれの位置をＨＭＴ装置に予め記憶させておく。そして、これら３個のＬＥＤを波長差によりそれぞれ識別しながら、３個のＬＥＤのそれぞれの現在位置を測定していた。
【０００６】
しかしながら、それぞれが識別可能な３個の光学マーカーを取り付けた場合、１個の光学マーカーが故障等したときに、故障した１個の光学マーカーを新品の１個の光学マーカーと交換するとともに、新品の１個の光学マーカーの識別情報（例えば、波長情報）を改めてＨＭＴ装置に記憶させる必要があった。よって、新品の光学マーカーと交換するたびに、新品の光学マーカーの識別情報をＨＭＴ装置に記憶させる手間がかかった。
また、識別情報を有さない３個の光学マーカーを、１個１個順番に点灯させることにより、識別することも考えられるが、１個１個順番に点灯させなければならないので、時々刻々と変化する頭部装着型表示装置付ヘルメットの動きをモニタリングすることには困難である。
【０００７】
そこで、本出願人は、対象物とする頭部装着型表示装置付ヘルメット５０等に取り付けられた３個のＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃのそれぞれの現在位置を識別する際に、ＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃに識別情報を持たせたり、１個１個順番に点灯させたりすることもなく、ＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃのそれぞれの現在位置を識別することができる方法を見出した。例えば、時間がｔ１、ｔ２と順に流れたとすると、図１０に示すように、時間ｔ１に、ＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃのそれぞれの位置を記憶するとともに、記憶されたそれぞれのＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃの位置を中心とする一定の大きさの球状である予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を設定することにより、時間ｔ２に、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に存在するＬＥＤを、時間ｔ１に設定された予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に対応するＬＥＤと同一のものであると識別した。
【０００８】
しかしながら、図１１に示すように、頭部装着型表示装置付ヘルメット５０の移動速度が速い場合（特に頭部装着型表示装置付ヘルメットが回転移動する場合）に、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）にＬＥＤが存在しなくなることがあった。また、設定する予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）の大きさを大きくすると、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に２個のＬＥＤが同時に存在することがあった。つまり、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に存在するＬＥＤを、その予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に対応するＬＥＤと同一のものであると識別することができなくなることがあった。
【０００９】
そこで、本発明は、頭部装着型表示装置付ヘルメット等の対象物に取り付けられた３個以上のＬＥＤ等の光学マーカーのそれぞれの現在位置を識別する際に、光学マーカーに識別情報を持たせたり、１個１個順番に点灯させたりすることなく、各光学マーカーを確実に識別することができる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】
【００１０】
上記課題を解決するためになされた本発明のモーショントラッカ装置は、対象物に位置決めされて取り付けられた３個以上の同一の光学マーカーと、前記光学マーカーからの光線を立体視で検出するカメラ装置と、検出された光線に基づいて、前記３個以上の光学マーカーのそれぞれの現在位置を含む光学マーカー位置情報を算出する光学マーカー位置情報算出部と、前記光学マーカー位置情報を記憶する光学マーカー記憶部と、前記光学マーカー位置情報に基づいて、前記カメラ装置に対する対象物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モーショントラッカ装置であって、前記対象物に位置決めされて取り付けられ、前記対象物に作用する対象物角速度を、前記カメラ装置での光線の検出間隔時間より短時間で検出する対象物角速度検出センサと、前記対象物角速度に基づいて、前記対象物の角度移動量を算出する角度移動量算出部と、前記光学マーカー記憶部に記憶された光学マーカー位置情報及び角度移動量に基づいて、前記光学マーカーの予想移動位置を推定する光学マーカー推定部とを備え、前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカーの予想移動位置に基づいて、前記３個以上の光学マーカーをそれぞれ識別するようにしている。
【００１１】
ここで、「対象物角速度検出センサ」とは、センサ自体に３軸が定義されて、この３軸を基準とする角速度を短時間（例えば、４ｍｓｅｃ）で検出できるもののことをいい、具体的には、ジャイロセンサ等が用いられる。
また、「カメラ装置での光線の検出間隔時間」とは、例えば、カメラ装置による撮影と撮影との間隔時間（例えば、１６ｍｓｅｃ）等のこという。
本発明のモーショントラッカ装置によれば、例えば、時間がｔ１、ｔ２’（ｔ２の直前）、ｔ２と順に流れたとすると、時間ｔ１に記憶された３個以上の光学マーカーのそれぞれの位置と、時間ｔ１から時間ｔ２’で対象物に作用する対象物角速度とにより、対象物の角度移動量を算出することで、時間ｔ２’での光学マーカーの予想移動位置を推定する。次に、例えば、推定された各光学マーカーの予想移動位置を中心とする球状である予想移動範囲を設定することにより、時間ｔ２に予想移動範囲に存在する光学マーカーを、時間ｔ２’に設定された予想移動範囲に対応する光学マーカーと同一のものであると識別する。
【発明の効果】
【００１２】
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、例えば、時間ｔ１に記憶された光学マーカーの位置を中心とする予想移動範囲を設定するのではなく、対象物角速度により推定された光学マーカーの位置を中心とする予想移動範囲を設定するので、対象物の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲に光学マーカーが存在しなくなることを防ぐことができる。
【００１３】
（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、前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカーの予想移動位置に基づいて、前記光学マーカーの予想移動範囲を設定することで、前記３個以上の光学マーカーをそれぞれ識別するようにしてもよい。
また、上記の発明において、前記光学マーカーの予想移動範囲は、各光学マーカーの予想移動位置を中心とする球状であるようにしてもよい。
【００１４】
そして、上記の発明において、前記角度移動量に基づいて、前記光学マーカーの移動距離量を算出することで、前記光学マーカーの予想移動範囲の大きさを決定する予想移動範囲決定部を備えるようにしてもよい。
本発明によれば、例えば、時間ｔ１から時間ｔ２’で対象物に作用する対象物角速度により、対象物の角度移動量を算出することで、時間ｔ１から時間ｔ２’までの光学マーカーの移動距離量を算出する。これにより、１個の光学マーカーの予想移動位置を中心とする予想移動範囲の大きさを、例えば、光学マーカーの移動距離量が長い場合には大きくし、一方、光学マーカーの移動距離量が短い場合には小さくすることができる。よって、対象物の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲に光学マーカーが存在しなくなることをより防ぐとともに、対象物の移動速度が遅い場合に、予想移動範囲に２個以上の光学マーカーが同時に存在することをより防ぐことができる。
【００１５】
さらに、上記の発明において、前記対象物は、搭乗者の頭部に装着されるヘルメットであり、かつ、前記カメラ装置は、前記搭乗者が搭乗する移動体に取り付けられ、さらに、前記移動体に取り付けられ、前記移動体に作用する移動体角速度を、前記対象物角速度検出センサと同時間に検出する移動体角速度検出センサを備え、前記角度移動量算出部は、前記対象物角速度と移動体角速度とに基づいて、前記カメラ装置に対する対象物の角度移動量を算出するようにしてもよい。
ここで、「移動体角速度検出センサ」とは、対象物角速度検出センサと同様に、センサ自体に３軸が定義されて、この３軸を基準とする角速度を短時間（例えば、４ｍｓｅｃ）で検出できるもののことをいい、具体的には、ジャイロセンサ等が用いられる。
本発明によれば、対象物角速度検出センサで、移動体中では搭乗者の頭部の動きと移動体の動きとが合成された動きの情報が検出されるが、移動体角速度検出センサで移動体の動きのみの情報が検出されるため、対象物角速度と移動体角速度とを用いて、移動体の動きを除外した搭乗者の頭部の動きのみの情報を算出することができる。これにより、例えば、搭乗者が移動体に搭乗していても、推定された光学マーカーの予想移動位置を中心とする予想移動範囲を設定することができるので、対象物の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲に光学マーカーが存在しなくなることを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
（実施形態１）
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平面図である。本実施形態は、ゲーム機で遊戯者が着用す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算出するものである。つまり、ＨＭＴ装置１は、ゲーム機３０に設定された相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する、遊戯者３の頭部位置及び頭部角度を含む相対情報を算出するものである。なお、相対座標系（ＸＹＺ座標系）は、後述するカメラ装置２（２ａ、２ｂ）を基準とするものであり、相対座標記憶部４３に記憶されている。
【００１８】
ＨＭＴ装置１は、遊戯者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１０と、ゲーム機３０の天井に取り付けられたカメラ装置２（２ａ、２ｂ）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。
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、遊戯者３の目に導くコンバイナ８と、位置や角度（すなわち、頭部位置や頭部角度）を測定する際の指標となる光学マーカーとして機能するＬＥＤ群７と、３軸ジャイロセンサ（対象物角速度検出センサ）４とを有する。なお、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０を装着した遊戯者３は、表示器による表示映像とコンバイナ８の前方実在物とを視認することが可能となっている。
【００１９】
ここで、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０自体にも、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）が定められているが、３軸ジャイロセンサ４はヘルメット座標系と正確に軸合わせされ、かつ、ヘルメット座標系に位置決めされて取り付けられているとともに、ヘルメット座標系は遊戯者３によって相対座標系（ＸＹＺ座標系）と軸合わせ（軸のズレの調整）される。頭部装着型表示装置付ヘルメット１０自体のヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）と相対座標系（ＸＹＺ座標系）との軸合わせの方法については、広く用いられている一般的な方法（例えば、頭部装着型表示装置付ヘルメットを装着した遊戯者に特定方向を向くように指示することにより軸合わせを行う方法）等により行われる。
【００２０】
ＬＥＤ群７は、図２に示すように、同じ波長の赤外光を発光する３個（あるいは３個以上の数）のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃがお互い一定の距離（ｄ２）を隔てるようにして、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）に位置決めされて取り付けられたものである。つまり、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃは、同じ波長の赤外光を発光するものなので、各ＬＥＤを識別することはできないことになる。
３軸ジャイロセンサ４は、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に作用する角速度を短時間（例えば、４ｍｓｅｃ）で検出するものである。なお、３軸ジャイロセンサ４は、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）に軸を合わせられている。よって、ロール方向（Ｘ’軸に対する回転）、エレベーション方向（Ｙ’軸に対する回転）、アジマス方向（Ｚ’軸に対する回転）における対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）が検出される。また、３軸ジャイロセンサ４は、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の原点に取り付けられているが、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の原点以外の位置に取り付けられた場合には、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の原点の位置での角速度を求めるために、原点位置と取付位置とのオフセット分を調整するためのオフセット行列Ｍ０を乗算したりする一般的な計算方法等で、対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）を変換することになる。
【００２１】
ゲーム機３０は、遊戯者３が着席する座席３０ａを備える。
カメラ装置２（２ａ、２ｂ）は、２台のカメラ２ａ、２ｂからなり、撮影方向が頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に向けられているとともに、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（ｄ１）を隔てるように、ゲーム機３０の天井に固定軸を介して設置されている。
よって、図３に示すように、ＬＥＤ７ａのカメラ装置２（２ａ、２ｂ）に対する位置は、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）に撮影された画像中に映し出されているＬＥＤ７ａの位置を抽出し、さらにカメラ２ａからの方向角度（α）とカメラ２ｂからの方向角度（β）とを抽出し、カメラ２ａとカメラ２ｂとの間の距離（ｄ１）を用いることにより、三角測量の手法で算出することができるようにしてある。他の光学マーカーであるＬＥＤ７ｂ、７ｃのカメラ装置２（２ａ、２ｂ）に対する位置についても、同様に算出されるようにしてある。
【００２２】
このときの各ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃ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（２ａ、２ｂ）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。相対座標系（ＸＹＺ座標系）によりＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの位置座標は、（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）として表現できる。これにより、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）に対する３つのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの位置座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）がそれぞれどのＬＥＤか識別されて特定されれば、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃ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（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び角度（Θ、Φ、Ψ）は、相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する位置及び角度を用いて表現できるようになる。なお、角度（Θ）は、ロール方向（Ｘ軸に対する回転）の角度であり、角度（Φ）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（Ψ）は、アジマス方向（Ｚ軸に対する回転）の角度である。
【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、モーショントラッカ駆動部２８と、角度移動量算出部２３と、相対情報算出部２２と、光学マーカー位置情報算出部２４と、光学マーカー推定部２６と、映像表示部２５とを有する。なお、図４は、制御部２０が実行する流れを説明するタイムチャートである。
【００２４】
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記憶部４３と、時間記憶部４２と、３個のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）でのそれぞれの位置（Ｘ’ＤＩＳ、Ｙ’ＤＩＳ、Ｚ’ ＤＩＳ）や、３個のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの時間ｔｎのそれぞれの位置（ＸＬＥＤ、ＹＬＥＤ、ＺＬＥＤ）を含む光学マーカー位置情報を順次記憶する光学マーカー記憶部４４と、ｄ２を直径とする球状とする予想移動範囲の大きさを記憶する予想移動範囲記憶部４５とを有する。
ここで、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３に示すように、カメラ２ｂからカメラ２ａへの方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向に垂直かつ天井に垂直で下向き方向をＺ軸方向とし、Ｘ軸方向に垂直かつ天井に水平で右向き方向をＹ軸方向とするように定義し、原点をカメラ２ａ、カメラ２ｂの中点として定義するように相対座標記憶部４３に設定されている。
また、時間記憶部４４は、カメラ装置２でＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが検出される毎に更新される時間（ｔ）と、３軸ジャイロセンサ４で対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）が検出される毎に更新される時間（ｓ）とを記憶する。ただし、ここでの時間は、実時間を単位とする代わりに、後述するモーショントラッカ駆動部２８や角度移動量算出部２３が、画像データ、角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出するプログラム（図４、図８、図９参照）を実行する際の処理回数カウンタｔ、ｓの値を、「時間」として扱うものであり、例えば、ｓ０はｓ＝０（すなわちカウンタ値ｓが０）に対応し、ｔ１はｔ＝１（すなわちカウンタ値が１）に対応する。
【００２５】
モーショントラッカ駆動部２８は、ＬＥＤ群７を点灯させる指令信号を出力するとともに、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）でＬＥＤ群７から出射される光線の画像データを時間（ｔ）毎に検出させる制御を行うものである。しかし、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃは、同じ波長の赤外光を発光するものなので、各ＬＥＤを識別することはできない。そこで、後述する光学マーカー位置情報算出部２４から光学マーカー位置情報を得ることで、各ＬＥＤが識別される。よって、画像データと光学マーカー位置情報とが光学マーカー記憶部４４に記憶されて、蓄積されていくことになる。
【００２６】
角度移動量算出部２３は、３軸ジャイロセンサ４で検出された時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）を積分演算することにより、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出する制御を行うものである。
例えば、まず、３軸ジィイロセンサ４で検出された時間ｓ０の対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）を積分演算することにより、時間ｔｎに記憶された頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角度（Θ、Φ、Ψ）からの角度移動量（ＲＬｓ０、ＥＬｓ０、ＡＺｓ０）を算出する。次に、３軸ジィイロセンサ４で検出された時間ｓ１の対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）を積分演算することにより、時間ｔｎ＋ｓ０に記憶された頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角度（Θ、Φ、Ψ）からの移動角度量（ＲＬｓ1、ＥＬｓ1、ＡＺｓ1）を算出する。このように角度移動量を算出していき、時間ｓ０〜ｓ２に算出された移動角度量を合計して、時間ｔから時間ｔｎ＋ｓ２までの頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出する。
【００２７】
光学マーカー推定部２６は、時間ｔｎの光学マーカー位置情報、時間ｔｎの画像データ、及び、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）に基づいて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを推定する制御を行うものである。
例えば、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を用いて下記式（１）により、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に位置決めして取り付けられたＬＥＤ７ａの時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの移動距離量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）を算出する。そして、下記式（２）により、時間ｔｎのＬＥＤ７ａの位置（ＸＬＥＤ、ＹＬＥＤ、ＺＬＥＤ）に移動距離量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）を加算することで、時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ａの予想移動位置１７ａ（ＸＤＥＰ、ＹＤＥＰ、ＺＤＥＰ）を推定する（図５参照）。また、ＬＥＤ７ｂ、７ｃについても、同様に移動距離量を算出して、時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ｂ、１７ｃを推定する。
【００２８】
【数１】
【００２９】
【数２】
【００３０】
光学マーカー位置情報算出部２４は、時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを用いて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を設定することにより、時間ｔｎ＋１の画像データを用いて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報を算出する制御を行うものである。
まず、図６に示すように、光学マーカー推定部２６により推定された時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを中心としｄ２を直径とする球状である予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）をＸＹＺ座標系に設定する。これにより、時間ｔｎ＋１に、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に存在するＬＥＤを、時間ｔｎ＋ｓ２に設定された予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に対応するＬＥＤと同一のものであると識別する。例えば、図７に示すように、時間ｔｎ＋１に、予想移動範囲（Ｄａ）に存在するＬＥＤ７ａを、時間ｔｎ＋ｓ２に設定された予想移動範囲（Ｄａ）に対応するＬＥＤ７ａと同一のものであると識別する。同様に、予想移動範囲（Ｄｂ）に存在するＬＥＤ７ｂを、ＬＥＤ７ｂと同一のものであるとし、予想移動範囲（Ｄｃ）に存在するＬＥＤ７ｃを、ＬＥＤ７ｃと同一のものであると識別する。このようにして、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報が算出される。
【００３１】
相対情報算出部２２は、時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報に基づいて、カメラ２ａ及びカメラ２ｂ（ＸＹＺ座標系）に対する遊戯者３の頭部位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び頭部角度（Θ、Φ、Ψ）を含む相対情報を算出する制御を行うものである。
つまり、光学マーカーであるＬＥＤ群７から発光される赤外光を検出することにより３個のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在の位置座標である時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報を得ることで、カメラ装置２ａ、２ｂに対する３個の現在位置が特定されるので、ＸＹＺ座標系に対するＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが固定されている頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の現在位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）や現在角度（Θ、Φ、Ψ）が算出される。
映像表示部２５は、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、遊戯者３は、表示器による表示映像を視認することができるようになる。
【００３２】
次に、ＨＭＴ装置１により、相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する遊戯者３の頭部位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び頭部角度（Θ、Φ、Ψ）を測定する測定動作について説明する。図８及び図９は、ＨＭＴ装置１による測定動作について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ１０１の処理において、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０を装着した遊戯者３に特定方向（初期位置）を向くように指示する。
次に、ステップＳ１０２の処理において、時間（ｔ）にｔｎ＝ｔ０と時間記憶部４２に記憶させる。
【００３３】
次に、ステップＳ１０３の処理において、モーショントラッカ駆動部２８は、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）でＬＥＤ群７の画像データを検出させる。なお、予め、光学マーカー記憶部４４には、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）でのＬＥＤ群７の座標位置（Ｘ’ＤＩＳ、Ｙ’ＤＩＳ、Ｚ’ ＤＩＳ）を初期画像データとして記憶させているものとし、時間ｔ０の光学マーカー位置情報は、初期画像データを用いてＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃがそれぞれ識別されて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む時間ｔ０の光学マーカー位置情報が光学マーカー記憶部４４に記憶される。
次に、ステップＳ１０４の処理において、時間（ｓ）にｓｎ＝ｓ０と時間記憶部４２に記憶させる。
次に、ステップＳ１０５の処理において、３軸ジャイロセンサ４が、対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）を検出する。
【００３４】
次に、ステップＳ１０６の処理において、時間（ｓ）がｓｎ＞ｓ１を満たすか否かを判定する。ｓｎ＞ｓ１を満たさないときには、ステップＳ１０７の処理において、時間（ｓ）に＋１と更新するように、ｓｎ＝ｓｎ＋１と時間記憶部４４に記憶させて、ステップＳ１０５の処理に戻る。つまり、ｓｎ＞ｓ１を満たすと判定されるときまで、ステップＳ１０５〜ステップＳ１０７の処理は繰り返される。
一方、ｓｎ＞ｓ１を満たすと判定されたときには、ステップＳ１０８の処理において、角度移動量算出部２３は、３軸ジャイロセンサ４で検出された時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）を積分演算することにより、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出する。
【００３５】
次に、ステップＳ１０９の処理において、光学マーカー推定部２６は、時間ｔｎの光学マーカー位置情報、時間ｔｎの画像データ、及び、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）に基づいて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを推定する。
次に、ステップＳ１１０の処理において、光学マーカー位置情報算出部２４は、時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを用いて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を相対座標系（ＸＹＺ座標系）に設定する。
【００３６】
次に、ステップＳ１１１の処理において、光学マーカー位置情報算出部２４は、時間ｔｎ＋１の画像データを用いて、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に存在するＬＥＤを、時間ｔｎ＋ｓ２に設定された予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に対応するＬＥＤと同一のものであると識別することにより、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報を算出する。このとき、光学マーカー記憶部４４に時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報を記憶させる。
次に、ステップＳ１１２の処理において、相対頭部情報算出部２２は、時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報に基づいて、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）（相対座標系）に対する遊戯者３の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び角度（Θ、Φ、Ψ）を算出する。
【００３７】
次に、ステップＳ１１３の処理において、映像表示光を出射することを終了させるか否かを判定する。映像表示光を出射することを終了させるときには、本フローチャートを終了させる。一方、映像表示光を出射することを終了させないと判定されたときには、ステップＳ１１４の処理において、時間（ｔ）に＋１と更新するように、ｔｎ＝ｔｎ＋１と時間記憶部４４に記憶させて、ステップＳ１０３の処理に戻る。つまり、映像表示光を出射することを終了させると判定されるときまで、ステップＳ１０３〜ステップＳ１１４の処理は繰り返される。
【００３８】
以上のように、ＨＭＴ装置１によれば、時間がｔｎ、ｔｎ＋ｓ２（ｔｎ＋１の直前）、ｔｎ＋１と順に流れたとすると、時間ｔｎに記憶された３個のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの位置と、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２で頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に作用する対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）とにより、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出することで、時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを推定する。次に、推定された予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを中心とする球状である予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を設定することにより、時間ｔｎ＋１に予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に存在するＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃを、時間ｔｎ＋ｓ２に設定された予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に対応するＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃと同一のものであると識別する。
したがって、時間ｔｎに記憶されたＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの位置を中心とする予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を設定するのではなく、対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）により推定されたＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの位置を中心とする予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を設定するので、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）にＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが存在しなくなることを防ぐことができる。
【００３９】
（実施形態２）
図１２は、本発明の他の一実施形態であるＨＭＴ装置の概略構成を示す図である。本実施形態は、飛行機（移動体）でパイロットが着用す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算出するものである。つまり、ＨＭＴ装置６１は、飛行機６２に設定された相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する、パイロット６３の頭部位置及び頭部角度を含む相対情報を算出するものである。なお、上述した実施形態１と同様のものについては、同じ符号を付して、説明を省略することとする。
【００４０】
ＨＭＴ装置６１は、パイロット６３の頭部に装着される頭部装着型表示装置付ヘルメット１０と、飛行体６２の天井に取り付けられたカメラ装置２（２ａ、２ｂ）と、飛行体６２に取り付けられた３軸ジャイロセンサ（移動体角速度検出センサ）６４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。
３軸ジャイロセンサ（対象物角速度検出センサ）４は、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０と飛行体６２とに作用する角速度を短時間（例えば、４ｍｓｅｃ）で検出するものである。つまり、パイロット６３は飛行体６２に乗っており、飛行体６２も動いているので、対象物角速度は、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角速度だけでなく、飛行機６２の角速度も含んだものとなる。
一方、３軸ジャイロセンサ６４は、飛行体６２のみに作用する角速度を、３軸ジャイロセンサ４と同時間で検出するものである。なお、３軸ジャイロセンサ６４は、相対座標系（ＸＹＺ座標系）に軸を合わせられている。よって、ロール方向（Ｘ軸に対する回転）、エレベーション方向（Ｙ軸に対する回転）、アジマス方向（Ｚ軸に対する回転）における移動体角速度が検出される。
【００４１】
制御部２０は、図１２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、モーショントラッカ駆動部２８と、対象物角速度と移動体角速度とに基づいてカメラ装置２に対する頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出する角度移動量算出部６５と、相対情報算出部２２と、光学マーカー位置情報算出部２４と、光学マーカー推定部２６と、映像表示部２５と、予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃ及び光学マーカー位置情報に基づいてＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの移動距離量を算出することで予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）の大きさを決定する予想移動範囲決定部６６とを有する。
また、予想移動範囲記憶部４５には、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの移動距離量と、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）の大きさとを対応させたテーブルが記憶されている。
【００４２】
角度移動量算出部６５は、３軸ジャイロセンサ４で検出された時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの対象物角速度と、３軸ジャイロセンサ６４で検出された時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの対象物角速度との差分を積分演算することにより、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対するヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出する制御を行うものである。
【００４３】
予想移動範囲決定部６６は、予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃ及び時間ｔｎの光学マーカー位置情報に基づいてＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの移動距離量を算出することで予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）の大きさを決定する制御を行うものである。
例えば、ＬＥＤ７ａの予想移動位置１７ａを中心とする予想移動範囲（Ｄａ）の大きさを、ＬＥＤ７ａの移動距離量が長い場合には大きくし、一方、ＬＥＤ７ａの移動距離量が短い場合には小さくする。
【００４４】
光学マーカー位置情報算出部２４は、時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、及び、予想移動範囲決定部６６で決定された予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）の大きさを用いて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を設定することにより、時間ｔｎ＋１の画像データを用いて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報を算出する制御を行うものである。
【００４５】
以上のように、ＨＭＴ装置６１によれば、３軸ジャイロセンサ４で、飛行体６２中ではパイロット６３の頭部の動きと飛行体６２の動きとが合成された動きの情報が検出されるが、３軸ジャイロセンサ６４で飛行体６２の動きのみの情報が検出されるため、対象物角速度と移動体角速度とを用いて、飛行体６２の動きを除外したパイロット６３の頭部の動きのみの情報を算出することができる。これにより、パイロット６３が飛行体６２に搭乗していても、推定されたＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを中心とする予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を設定することができるので、パイロット６３の頭部の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に光ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが存在しなくなることを防ぐことができる。
また、予想移動範囲決定部６６は、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２で頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角度移動量を算出することで、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの移動距離量を算出する。これにより、ＬＥＤ７ａの予想移動位置ＬＥＤ１７ａを中心とする予想移動範囲（Ｄａ）の大きさを、ＬＥＤ７ａの移動距離量が長い場合には大きくし、一方、ＬＥＤ７ａの移動距離量が短い場合には小さくする。よって、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）にＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが存在しなくなることをより防ぐとともに、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の移動速度が遅い場合に、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に２個以上のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが同時に存在することをより防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
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】
【００４７】
【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平面図である。
【図３】相対座標系の設定を説明するための図である。
【図４】制御部が実行する流れを説明するためのタイムチャートである。
【図５】頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。
【図６】頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。
【図７】頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。
【図８】ＨＭＴ装置による測定動作について説明するためのフローチャートである。
【図９】ＨＭＴ装置による測定動作について説明するためのフローチャートである。
【図１０】従来の頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。
【図１１】従来の頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。
【図１２】本発明の他の一実施形態であるＨＭＴ装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ ヘッドモーショントラッカ装置
２ カメラ装置
３ 遊戯者
４ ３軸ジャイロセンサ（対象物角速度検出センサ）
７ ＬＥＤ群（光学マーカー）
１０ 頭部装着型表示装置付ヘルメット（対象物）
２２ 相対情報算出部
２３ 角度移動量算出部
２４ 光学マーカー位置情報算出部
２６ 光学マーカー推定部
４４ 光学マーカー記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学方式のモーショントラッカ装置（以下、ＭＴ装置ともいう）に関し、さらに詳細には、光学マーカーの現在位置及び現在角度を検出する機能を備える光学方式のＭＴ装置に関する。本発明は、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（すなわち、現在の頭部位置及び頭部角度）を検出するヘッドモーショントラッカ装置（以下、ＨＭＴ装置ともいう）等に利用される。
ここで、光学方式のＨＭＴ装置とは、反射板や発光体等の光学マーカーを取り付けたヘルメット等を頭部に装着して、光学マーカーの位置を立体視が可能なカメラ装置で測定することにより、頭部の動きを追跡する装置等のことをいう。
【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、救難飛行艇による救難活動では、発見した救難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により表示される照準画像と救難目標とが対応した時にロックすることにより、ロックされた救難目標の位置を演算することが行われている。このとき、その救難目標の位置を演算するために、飛行体の緯度、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角度及び頭部位置を測定している。このときに、ＨＭＴ装置が利用されている。
【０００４】
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）。例えば、複数の反射板を頭部装着型表示装置付ヘルメットに取り付けるとともに光源から光を照射したときの反射光をカメラ装置でモニタする光学方式のＨＭＴ装置が開示されている。また、発光体を互いに離隔するようにして複数箇所に取り付けた光学方式のＨＭＴ装置もある（例えば、特許文献２参照）。具体的には、頭部装着型表示装置付ヘルメットの外周面上に、光学マーカー群として、発光体であるＬＥＤ（発光ダイオード）を互いに離隔するようにして３箇所に取り付け、これら３個のＬＥＤの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３個のＬＥＤを、ステレオ視が可能でかつ設置場所が固定された２台のカメラで同時に立体視で撮影することで、所謂、三角測量の原理により、現在の３個のＬＥＤの相対的な位置関係を測定している。頭部装着型表示装置付ヘルメットに固定された３点の位置（３個のＬＥＤの位置）が特定できれば、頭部装着型表示装置付ヘルメットの位置や角度が特定できるので、これにより、２台のカメラに対する頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動位置や移動角度を算出している。
【特許文献１】特表平９−５０６１９４号公報
【特許文献２】特願２００５−１０６４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような光学方式のＨＭＴ装置で、３個の光学マーカーの相対的な位置関係を測定するためには、３個の光学マーカーをそれぞれ識別する必要がある。よって、頭部装着型表示装置付ヘルメットには、それぞれが識別可能な３個の光学マーカーが取り付けられている。例えば、頭部装着型表示装置付ヘルメットの外周面上に、３個の光学マーカーとして、互いに異なる波長の赤外光を発光するＬＥＤを互いに離隔するようにして取り付け、これら３個のＬＥＤのそれぞれの位置をＨＭＴ装置に予め記憶させておく。そして、これら３個のＬＥＤを波長差によりそれぞれ識別しながら、３個のＬＥＤのそれぞれの現在位置を測定していた。
【０００６】
しかしながら、それぞれが識別可能な３個の光学マーカーを取り付けた場合、１個の光学マーカーが故障等したときに、故障した１個の光学マーカーを新品の１個の光学マーカーと交換するとともに、新品の１個の光学マーカーの識別情報（例えば、波長情報）を改めてＨＭＴ装置に記憶させる必要があった。よって、新品の光学マーカーと交換するたびに、新品の光学マーカーの識別情報をＨＭＴ装置に記憶させる手間がかかった。
また、識別情報を有さない３個の光学マーカーを、１個１個順番に点灯させることにより、識別することも考えられるが、１個１個順番に点灯させなければならないので、時々刻々と変化する頭部装着型表示装置付ヘルメットの動きをモニタリングすることには困難である。
【０００７】
そこで、本出願人は、対象物とする頭部装着型表示装置付ヘルメット５０等に取り付けられた３個のＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃのそれぞれの現在位置を識別する際に、ＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃに識別情報を持たせたり、１個１個順番に点灯させたりすることもなく、ＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃのそれぞれの現在位置を識別することができる方法を見出した。例えば、時間がｔ１、ｔ２と順に流れたとすると、図１０に示すように、時間ｔ１に、ＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃのそれぞれの位置を記憶するとともに、記憶されたそれぞれのＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃの位置を中心とする一定の大きさの球状である予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を設定することにより、時間ｔ２に、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に存在するＬＥＤを、時間ｔ１に設定された予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に対応するＬＥＤと同一のものであると識別した。
【０００８】
しかしながら、図１１に示すように、頭部装着型表示装置付ヘルメット５０の移動速度が速い場合（特に頭部装着型表示装置付ヘルメットが回転移動する場合）に、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）にＬＥＤが存在しなくなることがあった。また、設定する予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）の大きさを大きくすると、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に２個のＬＥＤが同時に存在することがあった。つまり、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に存在するＬＥＤを、その予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に対応するＬＥＤと同一のものであると識別することができなくなることがあった。
【０００９】
そこで、本発明は、頭部装着型表示装置付ヘルメット等の対象物に取り付けられた３個以上のＬＥＤ等の光学マーカーのそれぞれの現在位置を識別する際に、光学マーカーに識別情報を持たせたり、１個１個順番に点灯させたりすることなく、各光学マーカーを確実に識別することができる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】
【００１０】
上記課題を解決するためになされた本発明のモーショントラッカ装置は、対象物に位置決めされて取り付けられた３個以上の同一の光学マーカーと、前記光学マーカーからの光線を立体視で検出するカメラ装置と、検出された光線に基づいて、前記３個以上の光学マーカーのそれぞれの現在位置を含む光学マーカー位置情報を算出する光学マーカー位置情報算出部と、前記光学マーカー位置情報を記憶する光学マーカー記憶部と、前記光学マーカー位置情報に基づいて、前記カメラ装置に対する対象物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モーショントラッカ装置であって、前記対象物に位置決めされて取り付けられ、前記対象物に作用する対象物角速度を、前記カメラ装置での光線の検出間隔時間より短時間で検出する対象物角速度検出センサと、前記対象物角速度に基づいて、前記対象物の角度移動量を算出する角度移動量算出部と、前記光学マーカー記憶部に記憶された光学マーカー位置情報及び角度移動量に基づいて、前記光学マーカーの予想移動位置を推定する光学マーカー推定部とを備え、前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカーの予想移動位置に基づいて、前記３個以上の光学マーカーをそれぞれ識別するようにしている。
【００１１】
ここで、「対象物角速度検出センサ」とは、センサ自体に３軸が定義されて、この３軸を基準とする角速度を短時間（例えば、４ｍｓｅｃ）で検出できるもののことをいい、具体的には、ジャイロセンサ等が用いられる。
また、「カメラ装置での光線の検出間隔時間」とは、例えば、カメラ装置による撮影と撮影との間隔時間（例えば、１６ｍｓｅｃ）等のこという。
本発明のモーショントラッカ装置によれば、例えば、時間がｔ１、ｔ２’（ｔ２の直前）、ｔ２と順に流れたとすると、時間ｔ１に記憶された３個以上の光学マーカーのそれぞれの位置と、時間ｔ１から時間ｔ２’で対象物に作用する対象物角速度とにより、対象物の角度移動量を算出することで、時間ｔ２’での光学マーカーの予想移動位置を推定する。次に、例えば、推定された各光学マーカーの予想移動位置を中心とする球状である予想移動範囲を設定することにより、時間ｔ２に予想移動範囲に存在する光学マーカーを、時間ｔ２’に設定された予想移動範囲に対応する光学マーカーと同一のものであると識別する。
【発明の効果】
【００１２】
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、例えば、時間ｔ１に記憶された光学マーカーの位置を中心とする予想移動範囲を設定するのではなく、対象物角速度により推定された光学マーカーの位置を中心とする予想移動範囲を設定するので、対象物の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲に光学マーカーが存在しなくなることを防ぐことができる。
【００１３】
（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、前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカーの予想移動位置に基づいて、前記光学マーカーの予想移動範囲を設定することで、前記３個以上の光学マーカーをそれぞれ識別するようにしてもよい。
また、上記の発明において、前記光学マーカーの予想移動範囲は、各光学マーカーの予想移動位置を中心とする球状であるようにしてもよい。
【００１４】
そして、上記の発明において、前記角度移動量に基づいて、前記光学マーカーの移動距離量を算出することで、前記光学マーカーの予想移動範囲の大きさを決定する予想移動範囲決定部を備えるようにしてもよい。
本発明によれば、例えば、時間ｔ１から時間ｔ２’で対象物に作用する対象物角速度により、対象物の角度移動量を算出することで、時間ｔ１から時間ｔ２’までの光学マーカーの移動距離量を算出する。これにより、１個の光学マーカーの予想移動位置を中心とする予想移動範囲の大きさを、例えば、光学マーカーの移動距離量が長い場合には大きくし、一方、光学マーカーの移動距離量が短い場合には小さくすることができる。よって、対象物の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲に光学マーカーが存在しなくなることをより防ぐとともに、対象物の移動速度が遅い場合に、予想移動範囲に２個以上の光学マーカーが同時に存在することをより防ぐことができる。
【００１５】
さらに、上記の発明において、前記対象物は、搭乗者の頭部に装着されるヘルメットであり、かつ、前記カメラ装置は、前記搭乗者が搭乗する移動体に取り付けられ、さらに、前記移動体に取り付けられ、前記移動体に作用する移動体角速度を、前記対象物角速度検出センサと同時間に検出する移動体角速度検出センサを備え、前記角度移動量算出部は、前記対象物角速度と移動体角速度とに基づいて、前記カメラ装置に対する対象物の角度移動量を算出するようにしてもよい。
ここで、「移動体角速度検出センサ」とは、対象物角速度検出センサと同様に、センサ自体に３軸が定義されて、この３軸を基準とする角速度を短時間（例えば、４ｍｓｅｃ）で検出できるもののことをいい、具体的には、ジャイロセンサ等が用いられる。
本発明によれば、対象物角速度検出センサで、移動体中では搭乗者の頭部の動きと移動体の動きとが合成された動きの情報が検出されるが、移動体角速度検出センサで移動体の動きのみの情報が検出されるため、対象物角速度と移動体角速度とを用いて、移動体の動きを除外した搭乗者の頭部の動きのみの情報を算出することができる。これにより、例えば、搭乗者が移動体に搭乗していても、推定された光学マーカーの予想移動位置を中心とする予想移動範囲を設定することができるので、対象物の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲に光学マーカーが存在しなくなることを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
（実施形態１）
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平面図である。本実施形態は、ゲーム機で遊戯者が着用す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算出するものである。つまり、ＨＭＴ装置１は、ゲーム機３０に設定された相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する、遊戯者３の頭部位置及び頭部角度を含む相対情報を算出するものである。なお、相対座標系（ＸＹＺ座標系）は、後述するカメラ装置２（２ａ、２ｂ）を基準とするものであり、相対座標記憶部４３に記憶されている。
【００１８】
ＨＭＴ装置１は、遊戯者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１０と、ゲーム機３０の天井に取り付けられたカメラ装置２（２ａ、２ｂ）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。
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、遊戯者３の目に導くコンバイナ８と、位置や角度（すなわち、頭部位置や頭部角度）を測定する際の指標となる光学マーカーとして機能するＬＥＤ群７と、３軸ジャイロセンサ（対象物角速度検出センサ）４とを有する。なお、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０を装着した遊戯者３は、表示器による表示映像とコンバイナ８の前方実在物とを視認することが可能となっている。
【００１９】
ここで、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０自体にも、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）が定められているが、３軸ジャイロセンサ４はヘルメット座標系と正確に軸合わせされ、かつ、ヘルメット座標系に位置決めされて取り付けられているとともに、ヘルメット座標系は遊戯者３によって相対座標系（ＸＹＺ座標系）と軸合わせ（軸のズレの調整）される。頭部装着型表示装置付ヘルメット１０自体のヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）と相対座標系（ＸＹＺ座標系）との軸合わせの方法については、広く用いられている一般的な方法（例えば、頭部装着型表示装置付ヘルメットを装着した遊戯者に特定方向を向くように指示することにより軸合わせを行う方法）等により行われる。
【００２０】
ＬＥＤ群７は、図２に示すように、同じ波長の赤外光を発光する３個（あるいは３個以上の数）のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃがお互い一定の距離（ｄ２）を隔てるようにして、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）に位置決めされて取り付けられたものである。つまり、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃは、同じ波長の赤外光を発光するものなので、各ＬＥＤを識別することはできないことになる。
３軸ジャイロセンサ４は、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に作用する角速度を短時間（例えば、４ｍｓｅｃ）で検出するものである。なお、３軸ジャイロセンサ４は、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）に軸を合わせられている。よって、ロール方向（Ｘ’軸に対する回転）、エレベーション方向（Ｙ’軸に対する回転）、アジマス方向（Ｚ’軸に対する回転）における対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）が検出される。また、３軸ジャイロセンサ４は、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の原点に取り付けられているが、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の原点以外の位置に取り付けられた場合には、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の原点の位置での角速度を求めるために、原点位置と取付位置とのオフセット分を調整するためのオフセット行列Ｍ０を乗算したりする一般的な計算方法等で、対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）を変換することになる。
【００２１】
ゲーム機３０は、遊戯者３が着席する座席３０ａを備える。
カメラ装置２（２ａ、２ｂ）は、２台のカメラ２ａ、２ｂからなり、撮影方向が頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に向けられているとともに、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（ｄ１）を隔てるように、ゲーム機３０の天井に固定軸を介して設置されている。
よって、図３に示すように、ＬＥＤ７ａのカメラ装置２（２ａ、２ｂ）に対する位置は、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）に撮影された画像中に映し出されているＬＥＤ７ａの位置を抽出し、さらにカメラ２ａからの方向角度（α）とカメラ２ｂからの方向角度（β）とを抽出し、カメラ２ａとカメラ２ｂとの間の距離（ｄ１）を用いることにより、三角測量の手法で算出することができるようにしてある。他の光学マーカーであるＬＥＤ７ｂ、７ｃのカメラ装置２（２ａ、２ｂ）に対する位置についても、同様に算出されるようにしてある。
【００２２】
このときの各ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃ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（２ａ、２ｂ）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。相対座標系（ＸＹＺ座標系）によりＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの位置座標は、（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）として表現できる。これにより、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）に対する３つのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの位置座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）がそれぞれどのＬＥＤか識別されて特定されれば、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃ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（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び角度（Θ、Φ、Ψ）は、相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する位置及び角度を用いて表現できるようになる。なお、角度（Θ）は、ロール方向（Ｘ軸に対する回転）の角度であり、角度（Φ）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（Ψ）は、アジマス方向（Ｚ軸に対する回転）の角度である。
【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、モーショントラッカ駆動部２８と、角度移動量算出部２３と、相対情報算出部２２と、光学マーカー位置情報算出部２４と、光学マーカー推定部２６と、映像表示部２５とを有する。なお、図４は、制御部２０が実行する流れを説明するタイムチャートである。
【００２４】
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記憶部４３と、時間記憶部４２と、３個のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）でのそれぞれの位置（Ｘ’ＤＩＳ、Ｙ’ＤＩＳ、Ｚ’ ＤＩＳ）や、３個のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの時間ｔｎのそれぞれの位置（ＸＬＥＤ、ＹＬＥＤ、ＺＬＥＤ）を含む光学マーカー位置情報を順次記憶する光学マーカー記憶部４４と、ｄ２を直径とする球状とする予想移動範囲の大きさを記憶する予想移動範囲記憶部４５とを有する。
ここで、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３に示すように、カメラ２ｂからカメラ２ａへの方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向に垂直かつ天井に垂直で下向き方向をＺ軸方向とし、Ｘ軸方向に垂直かつ天井に水平で右向き方向をＹ軸方向とするように定義し、原点をカメラ２ａ、カメラ２ｂの中点として定義するように相対座標記憶部４３に設定されている。
また、時間記憶部４４は、カメラ装置２でＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが検出される毎に更新される時間（ｔ）と、３軸ジャイロセンサ４で対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）が検出される毎に更新される時間（ｓ）とを記憶する。ただし、ここでの時間は、実時間を単位とする代わりに、後述するモーショントラッカ駆動部２８や角度移動量算出部２３が、画像データ、角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出するプログラム（図４、図８、図９参照）を実行する際の処理回数カウンタｔ、ｓの値を、「時間」として扱うものであり、例えば、ｓ０はｓ＝０（すなわちカウンタ値ｓが０）に対応し、ｔ１はｔ＝１（すなわちカウンタ値が１）に対応する。
【００２５】
モーショントラッカ駆動部２８は、ＬＥＤ群７を点灯させる指令信号を出力するとともに、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）でＬＥＤ群７から出射される光線の画像データを時間（ｔ）毎に検出させる制御を行うものである。しかし、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃは、同じ波長の赤外光を発光するものなので、各ＬＥＤを識別することはできない。そこで、後述する光学マーカー位置情報算出部２４から光学マーカー位置情報を得ることで、各ＬＥＤが識別される。よって、画像データと光学マーカー位置情報とが光学マーカー記憶部４４に記憶されて、蓄積されていくことになる。
【００２６】
角度移動量算出部２３は、３軸ジャイロセンサ４で検出された時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）を積分演算することにより、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出する制御を行うものである。
例えば、まず、３軸ジィイロセンサ４で検出された時間ｓ０の対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）を積分演算することにより、時間ｔｎに記憶された頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角度（Θ、Φ、Ψ）からの角度移動量（ＲＬｓ０、ＥＬｓ０、ＡＺｓ０）を算出する。次に、３軸ジィイロセンサ４で検出された時間ｓ１の対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）を積分演算することにより、時間ｔｎ＋ｓ０に記憶された頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角度（Θ、Φ、Ψ）からの移動角度量（ＲＬｓ1、ＥＬｓ1、ＡＺｓ1）を算出する。このように角度移動量を算出していき、時間ｓ０〜ｓ２に算出された移動角度量を合計して、時間ｔから時間ｔｎ＋ｓ２までの頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出する。
【００２７】
光学マーカー推定部２６は、時間ｔｎの光学マーカー位置情報、時間ｔｎの画像データ、及び、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）に基づいて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを推定する制御を行うものである。
例えば、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を用いて下記式（１）により、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に位置決めして取り付けられたＬＥＤ７ａの時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの移動距離量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）を算出する。そして、下記式（２）により、時間ｔｎのＬＥＤ７ａの位置（ＸＬＥＤ、ＹＬＥＤ、ＺＬＥＤ）に移動距離量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）を加算することで、時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ａの予想移動位置１７ａ（ＸＤＥＰ、ＹＤＥＰ、ＺＤＥＰ）を推定する（図５参照）。また、ＬＥＤ７ｂ、７ｃについても、同様に移動距離量を算出して、時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ｂ、１７ｃを推定する。
【００２８】
【数１】
【００２９】
【数２】
【００３０】
光学マーカー位置情報算出部２４は、時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを用いて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を設定することにより、時間ｔｎ＋１の画像データを用いて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報を算出する制御を行うものである。
まず、図６に示すように、光学マーカー推定部２６により推定された時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを中心としｄ２を直径とする球状である予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）をＸＹＺ座標系に設定する。これにより、時間ｔｎ＋１に、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に存在するＬＥＤを、時間ｔｎ＋ｓ２に設定された予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に対応するＬＥＤと同一のものであると識別する。例えば、図７に示すように、時間ｔｎ＋１に、予想移動範囲（Ｄａ）に存在するＬＥＤ７ａを、時間ｔｎ＋ｓ２に設定された予想移動範囲（Ｄａ）に対応するＬＥＤ７ａと同一のものであると識別する。同様に、予想移動範囲（Ｄｂ）に存在するＬＥＤ７ｂを、ＬＥＤ７ｂと同一のものであるとし、予想移動範囲（Ｄｃ）に存在するＬＥＤ７ｃを、ＬＥＤ７ｃと同一のものであると識別する。このようにして、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報が算出される。
【００３１】
相対情報算出部２２は、時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報に基づいて、カメラ２ａ及びカメラ２ｂ（ＸＹＺ座標系）に対する遊戯者３の頭部位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び頭部角度（Θ、Φ、Ψ）を含む相対情報を算出する制御を行うものである。
つまり、光学マーカーであるＬＥＤ群７から発光される赤外光を検出することにより３個のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在の位置座標である時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報を得ることで、カメラ装置２ａ、２ｂに対する３個の現在位置が特定されるので、ＸＹＺ座標系に対するＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが固定されている頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の現在位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）や現在角度（Θ、Φ、Ψ）が算出される。
映像表示部２５は、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、遊戯者３は、表示器による表示映像を視認することができるようになる。
【００３２】
次に、ＨＭＴ装置１により、相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する遊戯者３の頭部位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び頭部角度（Θ、Φ、Ψ）を測定する測定動作について説明する。図８及び図９は、ＨＭＴ装置１による測定動作について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ１０１の処理において、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０を装着した遊戯者３に特定方向（初期位置）を向くように指示する。
次に、ステップＳ１０２の処理において、時間（ｔ）にｔｎ＝ｔ０と時間記憶部４２に記憶させる。
【００３３】
次に、ステップＳ１０３の処理において、モーショントラッカ駆動部２８は、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）でＬＥＤ群７の画像データを検出させる。なお、予め、光学マーカー記憶部４４には、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）でのＬＥＤ群７の座標位置（Ｘ’ＤＩＳ、Ｙ’ＤＩＳ、Ｚ’ ＤＩＳ）を初期画像データとして記憶させているものとし、時間ｔ０の光学マーカー位置情報は、初期画像データを用いてＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃがそれぞれ識別されて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む時間ｔ０の光学マーカー位置情報が光学マーカー記憶部４４に記憶される。
次に、ステップＳ１０４の処理において、時間（ｓ）にｓｎ＝ｓ０と時間記憶部４２に記憶させる。
次に、ステップＳ１０５の処理において、３軸ジャイロセンサ４が、対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）を検出する。
【００３４】
次に、ステップＳ１０６の処理において、時間（ｓ）がｓｎ＞ｓ１を満たすか否かを判定する。ｓｎ＞ｓ１を満たさないときには、ステップＳ１０７の処理において、時間（ｓ）に＋１と更新するように、ｓｎ＝ｓｎ＋１と時間記憶部４４に記憶させて、ステップＳ１０５の処理に戻る。つまり、ｓｎ＞ｓ１を満たすと判定されるときまで、ステップＳ１０５〜ステップＳ１０７の処理は繰り返される。
一方、ｓｎ＞ｓ１を満たすと判定されたときには、ステップＳ１０８の処理において、角度移動量算出部２３は、３軸ジャイロセンサ４で検出された時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）を積分演算することにより、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出する。
【００３５】
次に、ステップＳ１０９の処理において、光学マーカー推定部２６は、時間ｔｎの光学マーカー位置情報、時間ｔｎの画像データ、及び、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）に基づいて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを推定する。
次に、ステップＳ１１０の処理において、光学マーカー位置情報算出部２４は、時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを用いて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を相対座標系（ＸＹＺ座標系）に設定する。
【００３６】
次に、ステップＳ１１１の処理において、光学マーカー位置情報算出部２４は、時間ｔｎ＋１の画像データを用いて、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に存在するＬＥＤを、時間ｔｎ＋ｓ２に設定された予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に対応するＬＥＤと同一のものであると識別することにより、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報を算出する。このとき、光学マーカー記憶部４４に時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報を記憶させる。
次に、ステップＳ１１２の処理において、相対頭部情報算出部２２は、時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報に基づいて、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）（相対座標系）に対する遊戯者３の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び角度（Θ、Φ、Ψ）を算出する。
【００３７】
次に、ステップＳ１１３の処理において、映像表示光を出射することを終了させるか否かを判定する。映像表示光を出射することを終了させるときには、本フローチャートを終了させる。一方、映像表示光を出射することを終了させないと判定されたときには、ステップＳ１１４の処理において、時間（ｔ）に＋１と更新するように、ｔｎ＝ｔｎ＋１と時間記憶部４４に記憶させて、ステップＳ１０３の処理に戻る。つまり、映像表示光を出射することを終了させると判定されるときまで、ステップＳ１０３〜ステップＳ１１４の処理は繰り返される。
【００３８】
以上のように、ＨＭＴ装置１によれば、時間がｔｎ、ｔｎ＋ｓ２（ｔｎ＋１の直前）、ｔｎ＋１と順に流れたとすると、時間ｔｎに記憶された３個のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの位置と、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２で頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に作用する対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）とにより、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出することで、時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを推定する。次に、推定された予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを中心とする球状である予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を設定することにより、時間ｔｎ＋１に予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に存在するＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃを、時間ｔｎ＋ｓ２に設定された予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に対応するＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃと同一のものであると識別する。
したがって、時間ｔｎに記憶されたＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの位置を中心とする予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を設定するのではなく、対象物角速度（ＶＲＬ、ＶＥＬ、ＶＡＺ）により推定されたＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの位置を中心とする予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を設定するので、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）にＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが存在しなくなることを防ぐことができる。
【００３９】
（実施形態２）
図１２は、本発明の他の一実施形態であるＨＭＴ装置の概略構成を示す図である。本実施形態は、飛行機（移動体）でパイロットが着用す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算出するものである。つまり、ＨＭＴ装置６１は、飛行機６２に設定された相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する、パイロット６３の頭部位置及び頭部角度を含む相対情報を算出するものである。なお、上述した実施形態１と同様のものについては、同じ符号を付して、説明を省略することとする。
【００４０】
ＨＭＴ装置６１は、パイロット６３の頭部に装着される頭部装着型表示装置付ヘルメット１０と、飛行体６２の天井に取り付けられたカメラ装置２（２ａ、２ｂ）と、飛行体６２に取り付けられた３軸ジャイロセンサ（移動体角速度検出センサ）６４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。
３軸ジャイロセンサ（対象物角速度検出センサ）４は、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０と飛行体６２とに作用する角速度を短時間（例えば、４ｍｓｅｃ）で検出するものである。つまり、パイロット６３は飛行体６２に乗っており、飛行体６２も動いているので、対象物角速度は、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角速度だけでなく、飛行機６２の角速度も含んだものとなる。
一方、３軸ジャイロセンサ６４は、飛行体６２のみに作用する角速度を、３軸ジャイロセンサ４と同時間で検出するものである。なお、３軸ジャイロセンサ６４は、相対座標系（ＸＹＺ座標系）に軸を合わせられている。よって、ロール方向（Ｘ軸に対する回転）、エレベーション方向（Ｙ軸に対する回転）、アジマス方向（Ｚ軸に対する回転）における移動体角速度が検出される。
【００４１】
制御部２０は、図１２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、モーショントラッカ駆動部２８と、対象物角速度と移動体角速度とに基づいてカメラ装置２に対する頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出する角度移動量算出部６５と、相対情報算出部２２と、光学マーカー位置情報算出部２４と、光学マーカー推定部２６と、映像表示部２５と、予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃ及び光学マーカー位置情報に基づいてＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの移動距離量を算出することで予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）の大きさを決定する予想移動範囲決定部６６とを有する。
また、予想移動範囲記憶部４５には、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの移動距離量と、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）の大きさとを対応させたテーブルが記憶されている。
【００４２】
角度移動量算出部６５は、３軸ジャイロセンサ４で検出された時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの対象物角速度と、３軸ジャイロセンサ６４で検出された時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの対象物角速度との差分を積分演算することにより、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までの相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対するヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の角度移動量（ＲＬＤＥＰ、ＥＬＤＥＰ、ＡＺＤＥＰ）を算出する制御を行うものである。
【００４３】
予想移動範囲決定部６６は、予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃ及び時間ｔｎの光学マーカー位置情報に基づいてＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの移動距離量を算出することで予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）の大きさを決定する制御を行うものである。
例えば、ＬＥＤ７ａの予想移動位置１７ａを中心とする予想移動範囲（Ｄａ）の大きさを、ＬＥＤ７ａの移動距離量が長い場合には大きくし、一方、ＬＥＤ７ａの移動距離量が短い場合には小さくする。
【００４４】
光学マーカー位置情報算出部２４は、時間ｔｎ＋ｓ２でのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、及び、予想移動範囲決定部６６で決定された予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）の大きさを用いて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を設定することにより、時間ｔｎ＋１の画像データを用いて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む時間ｔｎ＋１の光学マーカー位置情報を算出する制御を行うものである。
【００４５】
以上のように、ＨＭＴ装置６１によれば、３軸ジャイロセンサ４で、飛行体６２中ではパイロット６３の頭部の動きと飛行体６２の動きとが合成された動きの情報が検出されるが、３軸ジャイロセンサ６４で飛行体６２の動きのみの情報が検出されるため、対象物角速度と移動体角速度とを用いて、飛行体６２の動きを除外したパイロット６３の頭部の動きのみの情報を算出することができる。これにより、パイロット６３が飛行体６２に搭乗していても、推定されたＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを中心とする予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を設定することができるので、パイロット６３の頭部の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に光ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが存在しなくなることを防ぐことができる。
また、予想移動範囲決定部６６は、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２で頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角度移動量を算出することで、時間ｔｎから時間ｔｎ＋ｓ２までのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの移動距離量を算出する。これにより、ＬＥＤ７ａの予想移動位置ＬＥＤ１７ａを中心とする予想移動範囲（Ｄａ）の大きさを、ＬＥＤ７ａの移動距離量が長い場合には大きくし、一方、ＬＥＤ７ａの移動距離量が短い場合には小さくする。よって、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）にＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが存在しなくなることをより防ぐとともに、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の移動速度が遅い場合に、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に２個以上のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが同時に存在することをより防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
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】
【００４７】
【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平面図である。
【図３】相対座標系の設定を説明するための図である。
【図４】制御部が実行する流れを説明するためのタイムチャートである。
【図５】頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。
【図６】頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。
【図７】頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。
【図８】ＨＭＴ装置による測定動作について説明するためのフローチャートである。
【図９】ＨＭＴ装置による測定動作について説明するためのフローチャートである。
【図１０】従来の頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。
【図１１】従来の頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。
【図１２】本発明の他の一実施形態であるＨＭＴ装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ ヘッドモーショントラッカ装置
２ カメラ装置
３ 遊戯者
４ ３軸ジャイロセンサ（対象物角速度検出センサ）
７ ＬＥＤ群（光学マーカー）
１０ 頭部装着型表示装置付ヘルメット（対象物）
２２ 相対情報算出部
２３ 角度移動量算出部
２４ 光学マーカー位置情報算出部
２６ 光学マーカー推定部
４４ 光学マーカー記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に位置決めされて取り付けられた３個以上の同一の光学マーカーと、
前記光学マーカーからの光線を立体視で検出するカメラ装置と、
検出された光線に基づいて、前記３個以上の光学マーカーのそれぞれの現在位置を含む光学マーカー位置情報を算出する光学マーカー位置情報算出部と、
前記光学マーカー位置情報を記憶する光学マーカー記憶部と、
前記光学マーカー位置情報に基づいて、前記カメラ装置に対する対象物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モーショントラッカ装置であって、
前記対象物に位置決めされて取り付けられ、前記対象物に作用する対象物角速度を、前記カメラ装置での光線の検出間隔時間より短時間で検出する対象物角速度検出センサと、
前記対象物角速度に基づいて、前記対象物の角度移動量を算出する角度移動量算出部と、
前記光学マーカー記憶部に記憶された光学マーカー位置情報及び角度移動量に基づいて、前記光学マーカーの予想移動位置を推定する光学マーカー推定部とを備え、
前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカーの予想移動位置に基づいて、前記３個以上の光学マーカーをそれぞれ識別することを特徴とするモーショントラッカ装置。
【請求項２】
前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカーの予想移動位置に基づいて、前記光学マーカーの予想移動範囲を設定することで、前記３個以上の光学マーカーをそれぞれ識別することを特徴とする請求項１に記載のモーショントラッカ装置。
【請求項３】
前記光学マーカーの予想移動範囲は、各光学マーカーの予想移動位置を中心とする球状であることを特徴とする請求項２に記載のモーショントラッカ装置。
【請求項４】
前記角度移動量に基づいて、前記光学マーカーの移動距離量を算出することで、前記光学マーカーの予想移動範囲の大きさを決定する予想移動範囲決定部を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載のモーショントラッカ装置。
【請求項５】
前記対象物は、搭乗者の頭部に装着されるヘルメットであり、かつ、
前記カメラ装置は、前記搭乗者が搭乗する移動体に取り付けられ、
さらに、前記移動体に取り付けられ、前記移動体に作用する移動体角速度を、前記対象物角速度検出センサと同時間に検出する移動体角速度検出センサを備え、
前記角度移動量算出部は、前記対象物角速度と移動体角速度とに基づいて、前記カメラ装置に対する対象物の角度移動量を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のモーショントラッカ装置。
【請求項１】
対象物に位置決めされて取り付けられた３個以上の同一の光学マーカーと、
前記光学マーカーからの光線を立体視で検出するカメラ装置と、
検出された光線に基づいて、前記３個以上の光学マーカーのそれぞれの現在位置を含む光学マーカー位置情報を算出する光学マーカー位置情報算出部と、
前記光学マーカー位置情報を記憶する光学マーカー記憶部と、
前記光学マーカー位置情報に基づいて、前記カメラ装置に対する対象物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モーショントラッカ装置であって、
前記対象物に位置決めされて取り付けられ、前記対象物に作用する対象物角速度を、前記カメラ装置での光線の検出間隔時間より短時間で検出する対象物角速度検出センサと、
前記対象物角速度に基づいて、前記対象物の角度移動量を算出する角度移動量算出部と、
前記光学マーカー記憶部に記憶された光学マーカー位置情報及び角度移動量に基づいて、前記光学マーカーの予想移動位置を推定する光学マーカー推定部とを備え、
前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカーの予想移動位置に基づいて、前記３個以上の光学マーカーをそれぞれ識別することを特徴とするモーショントラッカ装置。
【請求項２】
前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカーの予想移動位置に基づいて、前記光学マーカーの予想移動範囲を設定することで、前記３個以上の光学マーカーをそれぞれ識別することを特徴とする請求項１に記載のモーショントラッカ装置。
【請求項３】
前記光学マーカーの予想移動範囲は、各光学マーカーの予想移動位置を中心とする球状であることを特徴とする請求項２に記載のモーショントラッカ装置。
【請求項４】
前記角度移動量に基づいて、前記光学マーカーの移動距離量を算出することで、前記光学マーカーの予想移動範囲の大きさを決定する予想移動範囲決定部を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載のモーショントラッカ装置。
【請求項５】
前記対象物は、搭乗者の頭部に装着されるヘルメットであり、かつ、
前記カメラ装置は、前記搭乗者が搭乗する移動体に取り付けられ、
さらに、前記移動体に取り付けられ、前記移動体に作用する移動体角速度を、前記対象物角速度検出センサと同時間に検出する移動体角速度検出センサを備え、
前記角度移動量算出部は、前記対象物角速度と移動体角速度とに基づいて、前記カメラ装置に対する対象物の角度移動量を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の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８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２８９６４５（Ｐ２００８−２８９６４５Ａ）
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３７８０４（Ｐ２００７−１３７８０４）
【出願日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【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２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【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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