JPH08340475A

JPH08340475A - 光学式角度検出装置

Info

Publication number: JPH08340475A
Application number: JP7144772A
Authority: JP
Inventors: Arinori Tokuhashi; 有紀徳橋; Yoichi Iba; 陽一井場; Toshiaki Okamura; 俊朗岡村; Seiichiro Tabata; 誠一郎田端
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-06-12
Filing date: 1995-06-12
Publication date: 1996-12-24
Also published as: US5838432A

Abstract

(57)【要約】【目的】ＰＳＤやＰＤを用いて、所定の座標系の１〜
３軸方向の回転角を検出する光学式角度検出装置を安価
に提供する。【構成】ＬＥＤ５〜８および各ＬＥＤに対応し互いに
偏光方向が４５゜ずつ異なる第１の偏光板９−１〜９−
４から成る光源部１と、光源部とは空間を挟んで別体で
あり、第２の偏光板１０、レンズ１１および２次元ＰＳ
Ｄ１２から成るセンサ部２と、ＬＥＤ５〜８を順番に周
期的に点灯させるタイミングコントローラ３と、２次元
ＰＳＤ１２の出力を計算処理する計算処理部４とを具備
する光学式角度検出装置は、入射光量、入射スポット座
標に応じて変化する２次元ＰＳＤ１２の出力に基づき、
光源部１によって定まる軸まわりに関する光源部１（固
定部に設置）とセンサ部２（可動部に設置）Ｈとの相対
的な角度、および光源部１の光軸に対するセンサ部２の
２軸方向の傾斜角を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所定の座標系における
１軸方向乃至３軸方向の回転角を検出する光学式角度検
出装置に関するものであり、特に、頭部装着型映像表示
装置の表示映像を変化させる制御や、ビデオカメラ等の
映像供給装置の遠隔操作制御等に使用するのに適した、
使用者の頭部の前後、左右の傾斜角や水平方向の回転角
（方位角）を検出する光学式角度検出装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】頭部装着型映像表示装置（ＨＭＤ）を装
着した使用者は、例えば表示映像としてバーチャルリア
リティ（ＶＲ）に対応した映像を表示する場合には、頭
部を前後、左右に傾けたり、頭部を水平方向の左右に回
転させたりすることにより、バーチャルリアリティ空間
において所望の表示映像を選択的に観察することができ
る。このような表示映像を使用者の頭部の動きに応じて
変化させるＨＭＤシステムを構成するためには、使用者
の頭部の動きを検出する検出装置が必要になる。また、
ＩＴＶカメラにより撮像した被制御体の映像をオペレー
タが監視しながらその被制御体を遠隔制御するシステム
において、被制御体の所望の表示映像を得るため、オペ
レータの頭部の動きに応じてＩＴＶカメラを遠隔制御す
るためには、オペレータの頭部の動きを検出する検出装
置が必要になる。このような必要性により、動きを伴う
物体（例えば使用者の頭部）を検出対象とする、種々の
検出装置（モーションセンサ）が提案されている。

【０００３】例えば、特開昭５１−４１５４４号公報に
は、光強度を０と所定値との間で切り換えるパルス光源
からの非偏光のパルス光を第１の偏光手段を経て複数
（例えば２つ）の第２の偏光手段に入射し、各々の第２
の偏光手段から出射された光を対応する光感知手段によ
り検出し、光感知手段の出力信号の振幅比より第１の偏
光手段および複数の第２の偏光手段の間の回転角を求め
るようにした検出装置が開示されている。この検出装置
は、１軸方向の回転角を検出することができる。なお、
この検出装置は、角度検出時のオフセット成分をキャン
セルするため、「割算」を用いる特殊な処理を行うよう
にしている。

【０００４】また、２軸方向の回転角を検出する検出装
置としては、例えば図２に原理的に示すものがある。こ
の検出装置は、遠方の光源（図示せず、例えば太陽）か
らのほぼ平行光を入射されるレンズ１１と、レンズ１１
を経た光束を入射される２次元位置センサ（ＰＳＤ）１
２とから成り、２次元ＰＳＤ１２はレンズ１１に対し一
体に固定されている。この検出装置は、ほぼ平行光の光
軸（例えば鉛直軸）Ｚに対しレンズ１１および２次元Ｐ
ＳＤ１２を含む系の光軸ｚが立体角θだけ傾斜した場
合、２次元ＰＳＤ１２上へのスポット光の入射位置はθ
に応じて決定されるため、入射スポットの中心座標
（ｘ，ｙ）を２次元ＰＳＤ１２の出力ｘ１，ｘ２，ｙ
１，ｙ２より求め、それらにより立体角θのｘ成分であ
るθｘおよびｙ成分であるθｙを求めることができる。

【０００５】また、３軸方向の回転角（またはそれに相
当する物理量）を検出する検出装置としては、例えばビ
デオカメラの手振れ防止等に用いられる圧電振動ジャイ
ロを用いて構成したものがある。この場合、角速度に基
づいて順次回転角を算出することから、ジャイロセンサ
のみを用いて構成すると、（１）検出誤差が積み重なり
やすい（２）ジャイロセンサのドリフトにより出力が不
安定、不連続になる等の問題がある。そこで、リファレ
ンス用のＧＰＳや超音波センサを併用して構成するのが
一般的である。しかし、ジャイロセンサとＧＰＳまたは
超音波センサとを組み合わせて構成した場合、３軸方向
の動きを検出するためには、高価なジャイロセンサと他
のセンサとを３組用いることによりコストアップおよび
装置の大型化を招くばかりでなく、上記回転角の算出の
処理に時間がかかるため追従性が劣化するという問題が
ある。

【０００６】そこで、ジャイロセンサの代わりに比較的
安価なセンサである光学式センサ（光センサ）を用いて
構成した検出装置が例えば特開昭６１−１４２０８５号
公報により提案されている。この従来例は、オペレータ
ーの頭部の上部および後部に光源としてのＬＥＤを装着
し、ＬＥＤの夫々に対向するように上方および後方に２
次元位置検出器（ＰＳＤ）を設け、オペレータの上部の
ＬＥＤ−ＰＳＤ組によって首の前後および左右の動きを
検出し、オペレータの後部のＬＥＤ−ＰＳＤ組によって
首の上下および左右の動きを検出し、両ＬＥＤ−ＰＳＤ
組より得られた情報に基づいて頭部の３次元的な動きを
検出するようにしている。ただし、この従来例は首の動
きによるＬＥＤの位置ずれを検出してはいるが、所定の
座標系における３軸方向の回転角を直接検出してはいな
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来はジャイロ自体の
応答性が早くなく、更にドリフト等不安定性補正のため
多種のセンサも加えて（併用して）信号処理をするので
追従性が悪い。

【０００８】上記特開昭５１−４１５４４号公報の検出
装置は、第１の偏光手段への入射光束としてパルス光束
を用いるようにしているため、高価なパルス発生器の使
用ならびに光学系および信号処理系の複雑化が避けられ
ず、検出装置として高価なものになってしまう。

【０００９】また、上記特開昭６１−１４２０８５号公
報の検出装置は、光学式センサの中では比較的高価な図
２に示すような２次元位置検出器を２つも使用してい
る。これは単体で見ると上記ジャイロセンサ等を用いて
構成した検出装置と比べて安価とはなるが、前述した図
２のようにこれを複数必要とすることから高価なものと
なってしまっている。

【００１０】本発明は、装置自体の応答性が早く、しか
も検出誤差が少ないので多種のセンサとの併用をしなく
とも良く、かつ追従性が高い、光学式角度検出装置を提
供するものであり、その第１の目的は、所定の座標系に
おける１軸方向の回転角を検出する光学式角度検出装置
を安価に提供することである。

【００１１】本発明の第２の目的は、高価な２次元位置
センサをできる限り安価な１次元位置センサや光検出器
等に置き換えることにより、所定の座標系における２軸
方向の回転角を検出する光学式角度検出装置を安価に提
供することである。

【００１２】本発明の第３の目的は、所定の座標系にお
ける３軸方向の回転角を検出する光学式角度検出装置を
安価に提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記第２の目的のため、
本発明の請求項１の構成は、ほぼ平行光を入射される複
数の集光光学系と、前記各集光光学系に対し一体に固定
された１次元位置センサとより成るセンサ部を備え、所
定座標系における２軸乃至３軸方向の回転角を検出する
ようにしたことを特徴とするものである。

【００１４】上記第１の目的のため、本発明の請求項２
の構成は、偏光方向が互いに異なる３つ以上の偏光光源
を含む光源手段と、前記光源手段とは空間を挟んで別体
であり、偏光手段と該偏光手段に対し一体に固定された
光センサとより成るセンサ部とを具備して成ることを特
徴とするものである。

【００１５】上記第３の目的のため、本発明の請求項３
の構成は、偏光方向が互いに異なる３つ以上の偏光光源
を含む光源手段と、前記光源部とは空間を挟んで別体で
あり、偏光手段と該偏光手段に対し一体に固定された２
次元位置センサとより成るセンサ部とを具備して成るこ
とを特徴とするものである。

【００１６】上記第１の目的のため、本発明の請求項４
の構成は、偏光光が入射する位置に互いに偏光軸が異な
るように設けられた３つ以上の偏光手段と、前記各偏光
手段に対し一体に固定された光センサとを備えるセンサ
部を具備して成ることを特徴とするものである。

【００１７】上記第１の目的のため、本発明の請求項５
の構成は、偏光光を発する光源と、前記光源の偏光方向
を所定角度変化させる液晶部材とより成る光源手段と、
前記光源手段とは空間を挟んで別体であり、偏光部材と
該偏光部材に対し一体に固定された光センサとを備える
センサ部と、前記液晶部材に時系列的に変化する所定の
電圧を印加する制御機構とを具備して成ることを特徴と
するものである。

【００１８】

【作用】本発明の請求項１の構成によれば、複数の集光
光学系の夫々は入射されたほぼ平行光を線状スポットに
集光し、この線状スポットは当該集光光学系に入射する
ほぼ平行光の入射角度に依存した位置で、当該集光光学
系に対し一体に固定された１次元位置センサ上を横切
る。例えば集光光学系が２つの場合、１つの１次元位置
センサの出力に基づいて所定座標系における１軸方向の
回転角（例えばほぼ平行光の光軸に対するセンサ部座標
系の１軸方向の傾斜角）を検出するとともに、他の１次
元位置センサの出力に基づいて上記と異なる１軸方向の
回転角（例えばほぼ平行光の光軸に対するセンサ部座標
系の他の１軸方向の傾斜角）を検出し、所定座標系にお
ける２軸方向の回転角を得る。例えば集光光学系が３つ
の場合、上述した２つの場合と同様にして、各１次元位
置センサの出力に基づいて所定座標系における１軸方向
の回転角を夫々検出し、所定座標系における３軸方向の
回転角を得る。

【００１９】本発明の請求項２の構成によれば、光源手
段に含まれる偏光方向が互いに異なる３つ以上の偏光光
源からの光束は、前記光源手段とは空間を挟んで別体の
センサ部に入射し、該センサ部では、各偏光光源の偏光
方向と偏光手段の偏光軸の方向とのなす角度に依存した
光量が偏光手段を透過あるいは反射して、該偏光手段に
対し一体に固定された光センサに入射する。その際、前
記３つ以上の偏光光源のどれから入射された光束である
かによって異なるものとなる前記光センサの出力に基づ
いて、所定座標系における１軸方向の回転角、例えば光
源手段あるいはセンサ部によって定まる軸まわりに関す
る光源手段とセンサ部との相対的な角度を検出する。

【００２０】本発明の請求項３の構成によれば、光源手
段に含まれる偏光方向が互いに異なる３つ以上の偏光光
源からの光束は、前記光源手段とは空間を挟んで別体の
センサ部に入射し、該センサ部では、各偏光光源の偏光
方向と偏光手段の偏光軸の方向とのなす角度に依存した
光量が偏光手段を透過あるいは反射して、該偏光手段に
対し一体に固定された２次元位置センサに入射する。そ
の際、前記３つ以上の偏光光源のどれから入射された光
束であるかによって異なるものとなる前記２次元位置セ
ンサの出力に基づいて、所定座標系における１軸方向の
回転角、例えば光源手段あるいはセンサ部によって定ま
る軸まわりに関する光源手段とセンサ部との相対的な角
度を検出する。また、前記３つ以上の偏光光源からの光
束の入射スポットの座標に対応する２次元位置センサ出
力の少なくとも１つに基づいて、所定座標系における２
軸方向の回転角、例えば光源手段の光軸に対するセンサ
部の２軸方向の傾斜角を検出する。

【００２１】本発明の請求項４の構成によれば、センサ
部の３つ以上の偏光手段に偏光光が入射すると、前記偏
光光の偏光方向と前記各偏光手段の偏光軸の方向とのな
す角度に依存した入射光量が、前記各偏光手段を透過ま
たは反射して、前記各偏光手段に対し一体に固定された
光センサに入射する。前記各光センサの出力に基づい
て、所定座標系における１軸方向の回転角、例えば前記
偏光光の光軸あるいはセンサ部によって定まる軸まわり
に関するセンサ部の回転角を検出する。

【００２２】本発明の請求項５の構成によれば、光源手
段の光源から発せられた偏光光は、前記光源の偏光方向
を所定角度変化させる液晶部材に制御機構から時系列的
に変化する電圧を印加することにより、該液晶部材を透
過する間に偏光方向が時系列的に所定角度変化して、前
記光源手段とは空間を挟んで別体であるセンサ部の偏光
部材に入射する。前記変化した偏光方向と前記偏光部材
の偏光軸とのなす角度に応じた光量が、前記偏光部材を
透過あるいは反射して前記偏光部材に対し一体に固定さ
れた光センサで検出されるので、時系列的に変化する光
センサの出力に基づいて、光源手段あるいはセンサ部に
よって定まる軸まわりに関する光源手段とセンサ部との
相対的な角度を検出する。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。図１（ａ）は本発明の第１実施例の光学式角
度検出装置のブロック図である。本実施例の光学式角度
検出装置は、光源部１、センサ部２、制御部３および計
算処理部４から成る。光源部１は、図５（ａ）の使用例
に例示するように天井や高いポールの先端等に固定さ
れ、センサ部２は頭部装着型映像表示装置（以下、ＨＭ
Ｄと称す）の上部に取り付けられるか、あるいは使用者
の頭部の上部に装着手段を介して固定される。ＨＭＤの
装着者は座席に座り、ＨＭＤの画面にはゲーム画像等が
表示されている。なお、センサ部２をＨＭＤの上部に取
り付ける場合、ＨＭＤシステムの構成は例えば図５
（ｂ）の外観図に示すようになる。但し、制御部３及び
計算処理部４は、ＨＭＤに設けてもよいし、ＨＭＤ外部
に設けても良い。

【００２４】光源部１は、図１（ａ）に示すように、光
源としてのＬＥＤ５〜８と、各ＬＥＤに対応する第１の
偏光板９−１〜９−４とから成る。ＬＥＤ５〜８は、制
御部としてのタイミングコントローラ３からの信号によ
り、順番に（例えばＬＥＤ５，６，７，８の順番で）周
期的に点灯される。各ＬＥＤ５〜８は光量増大のために
各々複数のＬＥＤで構成してもよい。偏光板９−１〜９
−４は、偏光軸が図１（ｂ）のように４５°ずつ回転し
た状態で設置される。ただし、各偏光板の並べ方は図１
（ｂ）に限定されるものではなく、他の並べ方としても
よい。センサ部２は、第２の偏光板１０、レンズ（集光
光学系）１１および２次元位置センサ（２次元ＰＳＤ）
１２から成り、２次元ＰＳＤ１２は、ほぼレンズ１１の
焦点位置に配置されるようにレンズ１１に対し一体に固
定されている。

【００２５】次に、本実施例の角度検出動作を図２の原
理図に基づいて説明する。図１（ａ）の光源部１のＬＥ
Ｄ５〜８を発した光束は、各々に対応した第１の偏光板
９−１〜９−４により夫々異なった方向に直線偏光さ
れ、ほぼ平行光としてセンサ部２に入射し、一部が第２
の偏光板１０を透過してレンズ１１により２次元ＰＳＤ
１２上に集光される。ここで、光源部１が十分遠くにあ
るものとすると、２次元ＰＳＤ１２上へのスポット光の
入射位置は、図２に示すように、レンズ１１への入射角
度、したがってほぼ平行光の光軸（例えば鉛直軸）Ｚに
対するレンズ１１および２次元ＰＳＤ１２を含む系の光
軸ｚの傾斜角（立体角）θに応じて決定される。

【００２６】すなわち、入射スポットの中心の座標
（ｘ，ｙ）は、ｘ方向への傾斜角（回転角）をθｘ、ｙ
方向への傾斜角（回転角）をθｙ、レンズ１１および２
次元ＰＳＤ１２間の距離をＬ₀ とすると、ｔａｎθｘ＝Ｌ₀ ／ｘ（１ａ）ｔａｎθｙ＝Ｌ₀ ／ｙ（１ｂ）となる。

【００２７】ここで検出される傾斜角θｘ，θｙ及び後
で述べる回転角φについて図５（ｃ）を用いて説明す
る。外界に固定された座標系ＸＹＺに対し、ＨＭＤ装着
者頭部に固定された回転座標系ｘｙｚを考える。外界座
標軸ｚは（前記）ほぼ平行光の光軸であり、ここでは鉛
直方向と等しくとっている。これに垂直な平面上、した
がって水平面上にＸＹ平面があり、偏光板の軸方向をＸ
とする。ｘｙｚ軸は図５（ｂ）のように、視線方向を
ｘ、上方向をｚとする。

【００２８】回転座標系ｘｙｚのＺ軸まわり（水平方
向）の回転角を（方位角）φとする。そしてＺ軸に対す
るｚ軸の傾斜角θのｘ成分、ｙ成分が上記のように検出
される傾斜角θｘ，θｙである。このことはＸＹ平面に
対するｘ軸の回転角がθｘ，ＸＹ平面に対するｙ軸の回
転角がθｙである、といいかえてもよい。したがってＨ
ＭＤ装着者が頭部を前後（ｘ方向）、左右（ｙ方向）に
傾けたとき、それに応じて変化する入射スポット座標
（ｘ，ｙ）から、外界に対する頭部の前後左右の傾斜角
θｘ，θｙを上記の計算で直接的に求めることができ
る。なお、上記においては、図５（ｃ）に示すように、
光源側（固定側）の座標系であるＸＹＺ座標系を基準に
してＨＭＤ側（可動側）の傾斜角を求めているが、ＨＭ
Ｄ側（可動側）の座標系を基準にしてＨＭＤ側（可動
側）の傾斜角を求めるようにしてもよい。

【００２９】上記スポット位置座標（ｘ，ｙ）は、２次
元ＰＳＤ１２の４つの電極から取り出される光電流ｘ
１，ｘ２，ｙ１，ｙ２により次式のように表わされる。（ｘ２−ｘ１）／（ｘ２＋ｘ１）＝２ｘ／Ｌ（２ａ）（ｙ２−ｙ１）／（ｙ２＋ｙ１）＝２ｙ／Ｌ（２ｂ）ただし、Ｌは電極間距離である。なお、上記傾斜角の計
算には、４つのＬＥＤの内のどれか１つを発光させたと
きの座標値を使用すればよいが、２つまたは４つのＬＥ
Ｄを発光させたときの座標値の平均を用いるようにする
のが望ましい。

【００３０】また、２次元ＰＳＤ１２に入射する光量の
変化を検出することにより、図５（ｃ）に示す方位角
（Ｚ軸まわり；水平方向の回転角）φを求めることがで
きる。なお、上記の代わりにＨＭＤ装着者の首の軸まわ
り（ｚ軸まわり）の方位角を求めるようにしてもよい。
いま、第２の偏光板１０の軸の向きが第１の偏光板９−
１の軸となす角をφとすると、光源５〜８は順次周期的
に発光しているので、発光周期をＴ、発光指令時刻をｔ
０、光源５〜８の発光の時刻を夫々ｔ１，ｔ２，ｔ３，
ｔ４とすれば、時刻ｔ１＝ｔ０＋ｎＴ／４，ｔ２＝ｔ０
＋（ｎ＋１）Ｔ／４，ｔ３＝ｔ０＋（ｎ＋２）Ｔ／４，
ｔ４＝ｔ０＋（ｎ＋３）Ｔ／４における２次元ＰＳＤ１
２への入射光量Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４は夫々、φに対
して図６のような値を取る（ただし、ｎは自然数）。

【００３１】これを式で表わすと、Ｉ１＝Ｉ（１＋ｃｏｓ２φ）（３ａ）Ｉ２＝Ｉ（１＋ｓｉｎ２φ）（３ｂ）Ｉ３＝Ｉ（１−ｃｏｓ２φ）（３ｃ）Ｉ４＝Ｉ（１−ｓｉｎ２φ）（３ｄ）となる（Ｉは比例係数）。よって、各光源の発光に同期
させて２次元ＰＳＤ出力Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４を取り
込むようにすれば、 φ＝（１／２）ｔａｎ^-1｛（Ｉ２−Ｉ４）／（Ｉ１−Ｉ３）｝（４）から、水平方向の回転角（方位角）φを算出することで
きる。

【００３２】次に、本実施例の信号検出および計算処理
の動作を図３の回路図を用いて説明する。ＬＥＤ５〜８
は、タイミングコントローラ３からの信号により、ＬＥ
Ｄドライバ（図１（ａ）では図示を省略した）を介して
順番に周期的に点灯される。この間、２次元ＰＳＤ１２
の４つの端子から出力される光電流ｘ１，ｘ２，ｙ１，
ｙ２は夫々、図３に示すＩ／Ｖ変換器１３によって電圧
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に変換される。サンプルホール
ドＳ／Ｈ１〜Ｓ／Ｈ４は夫々、ＬＥＤ５が点灯している
ときの電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の値を点灯と同期し
てホールドする。サンプルホールドＳ／Ｈ５〜Ｓ／Ｈ８
は夫々、ＬＥＤ７が点灯しているときの電圧Ｖ１，Ｖ
２，Ｖ３，Ｖ４の値を点灯と同期してホールドする。こ
こで、加算器Ａ１〜Ａ４でＳ／Ｈ１〜Ｓ／Ｈ４およびＳ
／Ｈ５〜Ｓ／Ｈ８の出力を加算することにより実質的な
平均化を行っている。つまり、偏光板９−１および９−
３は偏光方向が直交しているので、ＬＥＤ５の点灯時と
ＬＥＤ７の点灯時の出力変化は図６に示すように逆位相
になり、出力の和はφの値に拘わらずほぼ一定になる。
よって、スポット座標計算には、加算後の出力Ｖ１′，
Ｖ２′，Ｖ３′，Ｖ４′を用いる。

【００３３】上記加算後の出力を用いて、加算器Ａ５お
よび減算器Ｓ１でＶ２′＋Ｖ１′，Ｖ２′−Ｖ１′を演
算し、除算器Ｄ１で（Ｖ２′−Ｖ１′）／（Ｖ２′＋Ｖ
１′）を演算することにより座標ｘが求まる。同様に、
加算器Ａ６および減算器Ｓ２でＶ４′＋Ｖ３′，Ｖ４′
−Ｖ３′を演算し、除算器Ｄ２で（Ｖ４′−Ｖ３′）／
（Ｖ４′＋Ｖ３′）を演算することにより座標ｙが求ま
る。そして、変換回路１４，１５で夫々、座標ｘ，ｙの
アークタンジェントを取ることにより傾斜角θｘ，θｙ
を算出する。

【００３４】一方、加算器Ａ７では、Ｖ１〜Ｖ４の和Ｖ
０を演算する。このＶ０の変化は、２次元ＰＳＤ１２に
入射する光量の変化を示すものとなる。シフトレジスタ
１６にタイミングコントローラ３からのパルスが入力さ
れると、ＬＥＤ５〜ＬＥＤ８の点灯時のＶ０の値Ｖ０１
〜Ｖ０４が夫々、Ｓ／Ｈ９〜Ｓ／Ｈ１２により順番にホ
ールドされる。減算器Ｓ３およびＳ４で夫々、（Ｖ０１
−Ｖ０３），（Ｖ０２−Ｖ０４）を演算し、除算器Ｄ３
で（Ｖ０２−Ｖ０４）／（Ｖ０１−Ｖ０３）を演算す
る。そして、変換回路１７で除算器Ｄ３の出力のアーク
タンジェントを取ることにより、回転角（方位角）φを
算出する。なお、φの初期値（＝φ０）は、通常は装着
者が正面を向いているときの値を０とするものとする。

【００３５】上記において、計算処理部４の出力信号φ
は−π／２およびπ／２で値の飛びが生じるので、使用
レンジは−π／２〜＋π／２となる。ただし、ソフトウ
エア的または電気的に位相連結処理を行って、値の飛び
をなくすことができる。上記位相連結処理の一例を図４
（ａ）のブロック図により説明する。実際の方位角をφ
ｒとすると、計算処理部４の出力信号φは、図４（ｂ）
に示すように不連続になる。そこで、出力信号φを微分
回路１０１で微分してコンパレータ１０２に入力し、コ
ンパレータ１０２の出力パルスをカウンタ１０３でカウ
ントする。この間、コンパレータ１０２は、センサ部２
が正の方向に回転する場合に値の飛びが発生すると図４
（ｃ）の負のパルスを出力し、センサ部２が負の方向に
回転する場合に値の飛びが発生すると図４（ｄ）の正の
パルスを出力する。このパルスにより、カウンタ１０３
のカウント値が１ＵＰまたは１ＤＯＷＮされるので、そ
れに乗算器１０４でπを乗じた後、加算回路１０５でφ
に加算することにより、図４（ｅ）に示す連続した信号
φｒを得る。

【００３６】なお、点光源を使用すると、センサ位置が
光源の真下からずれた場合、その横ずれ分が傾斜角度と
して出力され、誤差の誘因となる。ここで、光源が遠方
にあれば、頭部の横ずれ程度ならば誤差は十分小さくな
る。また、φやθx,θy の初期値のずれはキャリブレー
ションを行って補正することが可能である。ただし、光
軸（Ｚ軸）とは別に外部固定軸Ｚ′を設定する形で初期
値を補正する場合（例えば鉛直方向を外界基準として、
光束が斜めに入るような場合）、光軸の傾き具合によっ
ては、検出値を外部座標系での値に変換することが望ま
しい。

【００３７】本実施例によれば、１つの光学式角度検出
装置によってＨＭＤ装着者の頭部の前後、左右の傾斜角
θｘ，θｙおよび、水平方向の方位角φを検出すること
ができる。また、本実施例の光学式角度検出装置は、高
価な２次元ＰＳＤを１個しか使用せず、安価に構成する
ことができる。また、センサ部は１つのユニットに収容
したので、ＨＭＤ本体への着脱が容易である。さらに、
光源を１つのユニットに収容したので、天井やポール等
に容易に固定することができ、設置が容易であるととも
に光源からの直接光が予想外の所へ照射されることを防
止できる。

【００３８】なお、傾斜角検出専用の光源を別に設けて
もよい。この光源は点滅させなくともよく、スポット座
標検出のためには信号取込のタイミングだけ他の光源
（ＬＥＤ）発光時とずらせばよい。また、上記におい
て、光源がなくてもよく、例えば既存の照明または太陽
光を用いてもよい。ただし、φ検出用の光源を別に設け
るか、光源を順次点灯させる代わりに例えば順次開閉す
るようなシャッターを光源部の各偏光板の前に入れても
よい。また、照明光を用いる場合には、各光線を平行光
束にする手段が必要になる。また、太陽光を用いる場合
には地球の自転、公転による位置ずれが生じるため、演
算回路にて補正するための手段を設ける。また、上記に
おいては、光源部を天井等の固定側に設置し、センサ部
を頭部等の可動側に設置しているが、光源部を可動側に
設置し、センサ部を固定側に設置してもよい。

【００３９】また、上記において、レンズ１１は偏光板
１０の前に設けてもよい。その場合、２次元ＰＳＤ１２
の表面に偏光板１０を付着させる構成とすれば、空間的
スペースが省けてコンパクト化することができる。ま
た、上記レンズ（集光光学系）１１としては、屈折系の
代わりに、屈折系と同等の作用を有する反射系を用いて
もよい。

【００４０】図７は本発明の第２実施例の光学式角度検
出装置のブロック図である。本実施例の光学式角度検出
装置は、光源部２１、第１のセンサ部２２、第２のセン
サ部２３および計算処理部２４，２５から成る。第１の
光源部２１は、第１実施例と同様に天井や高いポールの
先端等に固定され、センサ部２２，２３はＨＭＤの上部
に取り付けられるか、あるいは使用者の頭部の上部に装
着手段を介して固定される。なお、図７では光源部２１
の斜め下方に第１のセンサ部２２および第２のセンサ部
２３を表わしているが、実際には第１のセンサ部２２お
よび第２のセンサ部２３は光源部２１のほぼ直下に配置
されるようになっている。但し、計算処理２４及び２５
は、ＨＭＤに設けてもよいし、ＨＭＤ外部に設けても良
い。

【００４１】光源部２１は、図７に示すように、ＬＥＤ
２６および第１の偏光板２７から成る。第１のセンサ部
２２は方位角検出用であり、第２の偏光板２８−１〜２
８−４および各偏光板に対応するＰＤ（光センサ）２９
−１〜２９−４から成り、ＰＤ２９−１〜２９−４は夫
々、偏光板２８−１〜２８−４に対し一体に固定されて
いる。第２の偏光板２８−１〜２８−４は夫々、図７に
示すように偏光軸が４５°ずつ回転した状態でＰＤ２９
−１〜２９−４の上部に設置される。ただし、各偏光板
の並べ方は図７に限定されるものではなく、他の並べ方
としてもよい。第２のセンサ部２３は傾斜角検出用であ
り、レンズ３０と２次元ＰＳＤ３１とから成る。２次元
ＰＳＤ３１は、第１実施例と同様に、ほぼレンズ３０の
焦点位置に配置されるようにレンズ３０に対し一体に固
定されている。

【００４２】次に、本実施例の角度検出動作を図７〜図
９に基づいて説明する。図７の光源部２１のＬＥＤ２６
を発した光束は、第１の偏光板２７により直線偏光光に
なり、第１および第２のセンサ部に入射する。第１のセ
ンサ部２２に入射した光束は、第２の偏光板２８−１〜
２８−４を通る際に各偏光軸の向きに応じて一部が吸収
され、ＰＤ２９−１〜２９−４に入射する。ここで、第
２の偏光板の軸の向きが第１の偏光板の軸となす角をφ
とすると、ＰＤ２９−１〜２９−４の出力Ｉ１，Ｉ２，
Ｉ３，Ｉ４は、図９に示すようにφに応じて変化する。
このことは図６と同一なので、第１実施例と同様にし
て、ｔａｎ^-1｛（Ｉ２−Ｉ４）／（Ｉ１−Ｉ３）｝から
水平方向の回転角（方位角）φを求める。

【００４３】すなわち、図８の回路図の計算処理部２４
では、ＰＤ２９−１〜２９−４の出力を夫々、Ｉ／Ｖ変
換器３２−１〜３２−４によりＩ／Ｖ変換して電圧Ｖ１
〜Ｖ４を得た後、減算器Ｓ１，Ｓ２で夫々、Ｖ１−Ｖ
３，Ｖ２−Ｖ４を演算し、除算器Ｄ１で（Ｖ２−Ｖ４）
／（Ｖ１−Ｖ３）を演算する。そして、変換回路３３で
除算器Ｄ１の出力のアークタンジェントを取ることによ
り、回転角（方位角）φを算出する。なお、φの初期値
（＝φ０）は、通常は装着者が正面を向いているときの
値を０とするものとする。なお、第２のセンサ部２５で
は、第１実施例と同様にして、２次元ＰＳＤ３１上に集
光された光スポットの座標（ｘ，ｙ）から、頭部の前
後、左右の傾き角θｘ，θｙを求める。

【００４４】なお、第１のセンサ部２２において、各Ｐ
Ｄの前または各偏光板の前に集光用のレンズを設けるよ
うにすれば、より小型のＰＤを使用することができる。
また個別のＰＤを用いる代わりに１つの４分割ＰＤを使
用することもでき、その場合、よりコンパクトになる。

【００４５】本実施例によれば、１つの光学式角度検出
装置によってＨＭＤ装着者の頭部の前後、左右の傾斜角
θｘ，θｙおよび、水平方向の方位角φを検出すること
ができる。また、本実施例の光学式角度検出装置の方位
角φを検出するセンサ部は安価なＰＤを用いることによ
り安価に構成できる。また、センサ部は１つのユニット
に収容したので、ＨＭＤ本体への着脱が容易である。ま
た、光源部の構成が第１実施例よりも単純化される上
に、各センサを光源に同期させる必要がないため、計算
処理部が簡略化される。さらに、光源を１つのユニット
に収容したので、天井やポール等に容易に固定すること
ができ、設置が容易であるとともに光源からの直接光が
予想外の所へ照射されることを防止できる。

【００４６】なお、上記において、光源がなくてもよ
く、例えば既存の照明または太陽光を用いてもよい。た
だし、照明光を用いる場合には、各光線を平行光束にす
る手段が必要になる。また、太陽光を用いる場合には地
球の自転、公転による位置ずれが生じるため、演算回路
にて補正するための手段を設ける。また、上記において
は、光源を天井等の固定側に設置し、センサ部を頭部等
の可動側に設置しているが、光源を可動側に設置し、セ
ンサ部を固定側に設置してもよい。

【００４７】また、上記第２の偏光板２８−１〜２８−
４としては、例えばＰＢＳのような反射型の偏光手段を
用いてもよい。また、上記レンズ（集光光学系）３０と
しては、屈折系の代わりに、屈折系と同等の作用を有す
る反射系を用いてもよい。

【００４８】図１０（ａ）、（ｂ）は夫々、本発明の第
３実施例の光学式角度検出装置の要部の平面図および正
面図である。本実施例の光学式角度検出装置のセンサ部
は、上記第１実施例、第２実施例で使用した２次元ＰＳ
Ｄを含むセンサ部と同等の作用を有するものである。す
なわち、本実施例のセンサ部４１は、図１０（ａ）、
（ｂ）に示すように、ほぼ平行光を入射される集光光学
系（シリンドリカルレンズ）４２−１およびそれに対し
一体に固定された１次元ＰＳＤ４３−１（ｘ軸用）と、
ほぼ平行光を入射される集光光学系（シリンドリカルレ
ンズ）４２−２およびそれに対し一体に固定された１次
元ＰＳＤ４３−２（ｙ軸用）とより成る。上記２組のシ
リンドリカルレンズおよび１次元ＰＳＤは、１次元ＰＳ
Ｄ４３−１，４３−２の長手軸が互いに直交するように
配置されている。

【００４９】次に、本実施例の角度検出動作を図１１の
原理図に基づいて説明する。図示しない光源（ＬＥＤ、
太陽光、照明光等）から入射されるほぼ平行光は、図１
１のセンサ部４１のシリンドリカルレンズ４２−１（４
２−２）により１次元ＰＳＤ４３−１（４３−２）上に
直線状に集光され、線状スポット４４−１（４４−２）
となる。１次元ＰＳＤ４３−１（４３−２）上を横切る
線状スポット４４−１（４４−２）のｘ軸方向（ｙ軸方
向）位置に基づいて、上記第１実施例、第２実施例と同
様にして、ＨＭＤ装着者の頭部の前後、左右の傾斜角θ
ｘ，θｙを検出する。

【００５０】本実施例によれば、センサ部に高価な２次
元ＰＳＤを使用する代わりに、２次元ＰＳＤセンサに比
べて遥かに安価な１次元ＰＳＤを用いることにより、光
学式角度検出装置を安価に構成することができる。

【００５１】なお、上記のように、集光光学系としてシ
リンドリカルレンズを用いるのが好ましいが、アナモル
フィックレンズを用いても、レンズの製作を容易にする
ために、テレセントリック光学系を用いて細長いスポッ
ト光を照射するようにしてもよい。また、上記のような
夫々のレンズ系の作用を有するように構成された屈折率
分布型レンズによって構成してもよい。さらに、屈折系
の代わりに、屈折系と同等の作用を有する反射系（例え
ばシリンドリカル凹面鏡）を用いてもよい。

【００５２】図１２は本発明の第４実施例の光学式角度
検出装置のブロック図である。本実施例の光学式角度検
出装置は、光源部５１、センサ部５２、コントローラ５
３および計算処理部５４，５５から成る。光源部５１
は、第１実施例と同様に天井や高いポールの先端等に固
定され、センサ部５２はＨＭＤの上部に取り付けられる
か、あるいは使用者の頭部の上部に装着手段を介して固
定される。但し、コントローラ５３及び計算処理部５
４，５５は、ＨＭＤに設けてもよいし、ＨＭＤ外部に設
けても良い。

【００５３】光源部５１は、図１２に示すように、ＬＥ
Ｄ５６、第１の偏光板５７、π／４セル５８およびπ／
２セル５９から成り、これらは図示のようにＬＥＤ５６
の光軸上に配置される。π／４セルは液晶の一種であ
り、これに電圧を印加することにより、図１３（ａ）に
示すように透過する直線偏光光の偏光方向を即座に４５
°回転させることができる（電圧を印加しなければ偏光
方向はそのまま変化しない）。同様に、π／２セルは電
圧を印加することにより、図１３（ｂ）に示すように透
過する直線偏光光の偏光方向を即座に９０°回転させる
ことができる。センサ部５２は、第２の偏光板６０、集
光光学系（レンズ）６１および、２次元ＰＳＤ６２から
成り、２次元ＰＳＤ６２はほぼレンズ６１の焦点位置に
配置される。なお、コントローラ５３および計算処理部
５４，５５は、第１実施例のコントローラ３および計算
処理部４と同様であるため、説明を省略する。

【００５４】次に、本実施例の角度検出動作を図１２お
よび表１に基づいて説明する。光源部５１のＬＥＤ５６
を発した光束は、第１の偏光板５７により直線偏光光に
なって、π／４セル５８およびπ／２セル５９を透過す
る。このとき、表１のような組み合わせでπ／４セル５
８およびπ／２セル５９のＯＮ／ＯＦＦを周期的に制御
すると、表１の下段に示したように、偏光方向が４５°
ずつ異なった透過光が時系列で得られる。この透過光は
センサ部５２に入射して、一部が第２の偏光板６０を透
過してレンズ６１により２次元ＰＳＤ６２上に集光され
る。

【００５５】

【表１】

【００５６】上記πセルのＯＮ／ＯＦＦに同期して２次
元ＰＳＤ６２の出力を取り込む。ここで、第２の偏光板
の軸の向きが第１の偏光板の軸となす角をφとして、第
１実施例と同様にして水平方向の回転角（方位角）φを
求めることができる。すなわち、光源部５１からの偏光
光の偏光方向は一定時間Ｔ／４毎に４５°変化するの
で、時刻ｔ１＝ｔ０＋ｎＴ／４，ｔ２＝ｔ０＋（ｎ＋
１）Ｔ／４，ｔ３＝ｔ０＋（ｎ＋２）Ｔ／４，ｔ４＝ｔ
０＋（ｎ＋３）Ｔ／４における２次元ＰＳＤ６２の全出
力は夫々、φに対して図６に示すような値を取る。よっ
て、第１実施例と同様にして、各時刻における出力Ｉ
１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４より、 φ＝（１／２）ｔａｎ^-1｛（Ｉ２−Ｉ４）／（Ｉ１−Ｉ３）｝（４）から、水平方向の回転角（方位角）φを算出する。ま
た、２次元ＰＳＤ６２上の光スポットの座標から、第１
実施例と同様にしてＨＭＤ装着者の頭部の前後、左右の
傾斜角θｘ，θｙを検出する。

【００５７】本実施例によれば、１つの光学式角度検出
装置によってＨＭＤ装着者の頭部の前後、左右の傾斜角
θｘ，θｙおよび、水平方向の方位角φを検出すること
ができる。また、本実施例の光学式角度検出装置は、高
価な２次元ＰＳＤを１個しか使用しないので、安価に構
成することができる。また、光源としてのＬＥＤを１個
しか使用せず、光源側、センサ側共に偏光板を１枚しか
使用しないので、光源部およびセンサ部が小型化される
とともに組立が容易になる。また、センサ部は１つのユ
ニットに収容したので、ＨＭＤ本体への着脱が容易であ
る。さらに、光源を１つのユニットに収容したので、天
井やポール等に容易に固定することができ、設置が容易
であるとともに光源からの直接光が予想外の所へ照射さ
れることを防止できる。

【００５８】なお、上記において、光源がなくてもよ
く、例えば既存の照明または太陽光を用いてもよい。た
だし、照明光を用いる場合には、各光線を平行光束にす
る手段が必要になる。また、太陽光を用いる場合には地
球の自転、公転による位置ずれが生じるため、演算回路
にて補正するための手段を設ける。また、上記において
は、光源を天井等の固定側に設置し、センサ部を頭部等
の可動側に設置しているが、光源を可動側に設置し、セ
ンサ部を固定側に設置してもよい。

【００５９】また、上記において、レンズ６１は偏光板
６０の前に設けてもよい。その場合、２次元ＰＳＤ６２
の表面に偏光板６０を付着させる構成とすれば、空間的
スペースが省けてコンパクト化することができる。ま
た、上記レンズ（集光光学系）６１としては、屈折系の
代わりに、屈折系と同等の作用を有する反射系を用いて
もよい。

【００６０】図１４は本発明の第５実施例の光学式角度
検出装置の要部を示す図である。本実施例の光学式角度
検出装置は、上記第２実施例で用いたものと同一構成の
光源部２１、センサ部２２および計算処理部２４を３組
用いて構成したものであり、センサ部７１，７２，７３
のみを図示してある。第２実施例で用いた光源部２１と
同一構成の、ここでは図示しない光源部１，光源部２，
光源部３は、各々の偏光板の法線が互いに垂直に交わる
よう設置されており、図１４では各々の法線をＸ，Ｙ，
Ｚで示している。また、センサ部７１，７２，７３は、
１つのセンサ部の偏光板の法線が他のセンサ部の偏光板
の法線と垂直に交わるような位置関係、つまりセンサ部
７１の偏光板７４−１〜７４−４が夫々、センサ部７２
の偏光板７５−１〜７５−４およびセンサ部７３の偏光
板偏光板７６−１〜７６−４と互いに垂直になるような
位置関係で固定されており、図１４では各センサ部の法
線をｘ，ｙ，ｚで示している。

【００６１】光源部１，２，３は夫々、例えば図１５
（ａ）の正面図および図１５（ｂ）の側面図に示すよう
に、座席から伸長するアーム７７，７８，７９を用いて
装着者の上方斜め前方に２つ設置し、斜め後方に１つ設
けるように設置するとバランスがよい。

【００６２】次に、本実施例の角度検出動作を図１４に
基づいて説明する。ＨＭＤ装着者が正面を向いていると
き、各センサ部の偏光板と相対する光源部の偏光板（図
示せず）が平行になり、各センサ部の偏光板７４−１，
７５−１，７６−１の偏光軸の方向が光源の偏光方向と
平行になるようにしておく。この状態でＨＭＤ装着者が
頭部を回転、傾斜させると、各光源部の偏光方向に対す
る各センサ部の偏光板の偏光軸の方向が変化するので、
各センサ部の４つのＰＤ（図示せず）の出力から第２実
施例と同様にして、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に対するセンサ部の回
転角φｘ，φｙ，φｚを計算する。算出された各センサ
部の回転角を統合処理することにより、センサ部で構成
される回転座標系ｘ−ｙ−ｚの外界座標系Ｘ−Ｙ−Ｚに
対する向きの変化、したがって装着者頭部の向きの変化
を算出することができる。

【００６３】本実施例によれば、高価な２次元ＰＳＤを
使用する代わりに安価なＰＤを使用し、かつ同一構成の
部品より成る３組の光源部、センサ部および計算処理部
を使用しているので、光学式角度検出装置を安価に構成
することができる。また、第１〜第４実施例と異なり光
源部が横ずれした場合に傾斜角のずれが生じないため、
十分遠方に光源部を設置できない場合には有効である。

【００６４】なお、上記各実施例では、光源としてＬＥ
Ｄを用いたが、他の光源を用いてもよい。例えば、ＬＤ
（半導体レーザ）のように元々直線偏光光を発する光源
を用いれば、光源側の偏光板を省略することができる。
また、光源の後にレンズを設けて、光束の広がりを変え
るようにしてもよい。また、ＰＳＤやＰＤの波長帯域は
可視から近赤外までと広いため、特に明るい場所で使用
するとノイズ成分が大きくなる。このような場合には、
可視光カットフィルタやバンドパスフィルタをセンサの
前に挿入して、余分な外光を減らすようにするとよい。
また、より確実にするためには、光源をサンプリング周
波数よりも高い周波数で変調して同期検出したり、ある
いは、蛍光灯等の特定の周波数成分をカットするように
してもよい。

【００６５】また、第１実施例、第２実施例および第５
実施例では、偏光軸の方向の異なる４枚の偏光板を用い
ているが、この内の１枚を省略して３枚にすることも可
能である。その場合、φを算出する式を下記のように変
更する。例えば、第１実施例の４つの出力の内の任意の
うち３つ、例えばＩ１，Ｉ２，Ｉ３を用いて、 φ＝（１／２）ｔａｎ^-1｛（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ２−Ｉ３）｝（５）のようにすればよい。

【００６６】本発明は上述した例のみに限定されるもの
ではなく、種々の変形または変更を加えることができ
る。例えば、請求項１記載の光学式角度検出装置におい
て、前記ほぼ平行光を発生する手段および前記センサ部
の一方を空間内の固定部に設置し、他方を可動部に設置
することを特徴とする光学式角度検出装置としてもよい
（付記項１）。その場合、前記ほぼ平行光を発生する手
段または前記センサ部を空間的に固定することにより、
前記ほぼ平行光を発生する手段または前記センサ部によ
って定まる座標軸の少なくとも１つの角度を空間的に固
定し、該空間的に固定された座標軸に対する可動部の少
なくとも２方向の回転角（傾斜角）を検出する。

【００６７】また、請求項１または付記項１記載の光学
式角度検出装置を具備することを特徴とするＨＭＤ（He
ad Mounting Display ）システムとしてもよい（付記項
２）。その場合、前記光学式角度検出装置により、ＨＭ
ＤあるいはＨＭＤ装着者頭部の座標系の少なくとも２方
向の回転角（傾斜角）を検出する。

【００６８】また、請求項２記載の光学式角度検出装置
において、タイミング手段と、前記タイミング手段から
の信号を受けて前記３つ以上の偏光光源を順次周期的に
発光させる光源ドライバと、前記タイミング手段からの
信号を受けて前記偏光光源に同期させて前記光センサの
出力を処理する計算処理手段とを具備して成ることを特
徴とする光学式角度検出装置としてもよい（付記項
３）。その場合、タイミング手段からの信号を受けて、
光源ドライバにより偏光方向が互いに異なる３つ以上の
偏光光源が順次周期的に発光するので、３つ以上の偏光
光が順次センサ部に入射し、前記偏光光の方向とセンサ
部の偏光手段の偏光軸の方向とのなす角度に依存した入
射光量が偏光手段を透過または反射して光センサに入射
する。計算処理手段では、前記偏光光源の発光に同期し
て光センサの出力を保持した後計算処理して、前記光源
手段あるいは前記センサ部によって定まる軸まわりに関
する前記光源手段および前記センサ部の相対的な角度を
算出する。

【００６９】また、請求項２または付記項３記載の光学
式角度検出装置において、前記３つ以上の偏光光源の夫
々は光源と該光源に対応する偏光板とから成り、各偏光
板は偏光軸が互いに異なることを特徴とする光学式角度
検出装置としてもよい（付記項４）。その場合、各光源
より発せられた光は、各々対応する偏光板により偏光方
向が互いに異なる直線偏光光になる。

【００７０】また、請求項２、付記項３または付記項４
記載の光学式角度検出装置において、前記偏光光を前記
光センサに集光する集光光学系を具備することを特徴と
する光学式角度検出装置としてもよい（付記項５）。そ
の場合、タイミング手段からの信号を受けて光源ドライ
バにより偏光方向が互いに異なる３つ以上の偏光光源が
順次周期的に発光するので３つ以上の偏光光が順次セン
サ部に入射し、前記偏光光の方向とセンサ部の偏光手段
の偏光軸の方向とのなす角度に応じて入射光の一部が偏
光手段を透過し、集光光学系により光センサ上の入射光
線の角度に依存した位置に集光される。計算処理手段で
は、前記タイミング手段からの信号により前記偏光光源
の発光に同期して光センサの出力を保持した後計算処理
して、前記光源手段あるいは前記センサ部によって定ま
る軸まわりに関する前記光源手段および前記センサ部の
相対的な角度を算出する。

【００７１】また、付記項５記載の光学式角度検出装置
において、前記集光光学系が複数のシリンドリカルレン
ズであり、前記光センサが前記各シリンドリカルレンズ
と対応する１次元位置センサであることを特徴とする光
学式角度検出装置としてもよい（付記項６）。その場
合、偏光方向が互いに異なる複数の偏光光が順次センサ
部に入射し、各偏光光源の偏光方向とセンサ部の偏光手
段の偏光軸の方向とのなす角度に依存した光量が偏光手
段を透過あるいは反射して、シリンドリカルレンズによ
り直線状スポットに集光され、この線状スポットは光源
手段からシリンドリカルレンズに入射する光線の角度に
依存した位置で前記シリンドリカルレンズに対応する１
次元位置センサ上を横切る。各１次元位置センサの出力
から光源手段あるいはセンサ部によって定まる軸方向の
前記センサ部の回転角（傾斜角）を検出するとともに、
前記光源手段あるいは前記センサ部によって定まる軸ま
わりに関する前記光源手段および前記センサ部の相対的
な角度を検出する。

【００７２】また、請求項２、付記項３、４、５または
付記項６記載の光学式角度検出装置において、前記光源
手段および前記センサ部の一方を空間内の固定部に設置
し、他方を可動部に設置することを特徴とする光学式角
度検出装置としてもよい（付記項７）。その場合、前記
光源手段または前記センサ部を空間的に固定することに
より、前記光源手段または前記センサ部によって定まる
座標軸の少なくとも１つの角度を空間的に固定し、該空
間的に固定された座標軸に対する可動部の１軸乃至３軸
方向の回転角を検出する。

【００７３】また、請求項２、付記項３、４、５、６ま
たは付記項７記載の光学式角度検出装置を具備すること
を特徴とするＨＭＤシステムとしてもよい（付記項
８）。その場合、前記光学式角度検出装置により、空間
的に固定された座標軸に対するＨＭＤあるいはＨＭＤ装
着者頭部の１軸乃至３軸方向の回転角を検出する。

【００７４】また、偏光光を発する光源手段と、前記光
源手段とは空間を挟んで別体であり偏光手段と集光光学
系と２次元位置センサとを備えたセンサ部と、から成る
光学式３軸角度検出装置を具備して成ることを特徴とす
るＨＭＤシステムとしてもよい（付記項９）。その場
合、光源手段から発せられた偏光光はセンサ部に入射
し、光源手段の偏光方向とセンサ部の偏光軸の方向との
なす角度に依存して、一部が偏光手段を透過して集光光
学系により２次元位置センサ上に集光される。２次元位
置センサへの入射光量および入射スポットの位置座標か
ら、光源手段あるいはセンサ部によって定まる軸まわり
に関するＨＭＤあるいはＨＭＤ装着者頭部の３方向の回
転角（傾斜角）を検出する。

【００７５】また、偏光光を発する光源手段と、前記光
源手段とは空間を挟んで別体であり偏光手段と集光光学
系と２次元位置センサとから成るセンサ部と、前記光源
手段あるいは前記センサ部側で時間的にあるいは空間的
に偏光方向を変化させる手段とを具備して成ることを特
徴とする光学式角度検出装置としてもよい（付記項１
０）。その場合、光源手段の偏光方向とセンサ部の偏光
手段の偏光軸の方向とのなす角度が、互いに所定の大き
さだけ異なる複数の状態を時間的あるいは空間的に存在
させ、各状態での２次元位置センサへの入射光量から、
光源手段あるいはセンサ部によって定まる軸まわりに関
する前記光源手段および前記センサ部の相対的な角度を
検出するとともに、集光光学系により２次元位置センサ
上に集光される入射スポットの位置座標から、光源手段
あるいはセンサ部によって定まる軸に関する前記センサ
部の２方向の回転角（傾斜角）を検出する。

【００７６】また、互いに偏光方向の異なる複数の偏光
光を順次周期的に発する光源手段と、前記光源手段とは
空間を挟んで別体であり偏光手段と集光光学系と２次元
位置センサとから成るセンサ部と、前記偏光光を発する
タイミングと同期して前記センサ部の出力を処理する計
算手段とを具備して成ることを特徴とする光学式角度検
出装置としてもよい（付記項１１）。その場合、光源手
段から互いに所定の角度だけ偏光方向の異なる複数の偏
光光が順次発せられてセンサ部に入射し、前記偏光光の
偏光方向と前記センサ部の偏光手段の偏光軸の方向との
なす角度に応じて入射光の一部が偏光手段を透過し、集
光光学系により２次元位置センサ上の入射光線の角度に
依存した位置に集光される。計算処理手段では、前記偏
光光を発するタイミングと同期して、２次元位置センサ
の出力を保持した後計算処理して、前記光源手段あるい
は前記センサ部によって定まる軸まわりに関する前記光
源手段および前記センサ部の相対的な角度を検出すると
ともに、集光光学系により２次元位置センサ上に集光さ
れる入射スポットの位置座標を計算して、前記光源手段
あるいは前記センサ部によって定まる軸に関する前記セ
ンサ部の２方向の回転角（傾斜角）を検出する。

【００７７】また、請求項４記載の光学式角度検出装置
において、前記偏光光を発生する手段および前記センサ
部の一方を空間内の固定部に設置し、他方を可動部に設
置することを特徴とする光学式角度検出装置としてもよ
い（付記項１２）。その場合、前記偏光光を発生する手
段または前記センサ部を空間的に固定することにより、
前記偏光光を発生する手段または前記センサ部によって
定まる座標軸の少なくとも１つの角度を空間的に固定
し、該空間的に固定された座標軸に対する可動部の回転
角を検出する。

【００７８】また、請求項４または付記項１２記載の光
学式角度検出装置を具備することを特徴とするＨＭＤシ
ステムとしてもよい（付記項１３）。その場合、前記光
学式角度検出装置により、空間的に固定された座標軸に
対するＨＭＤあるいはＨＭＤ装着者頭部の回転角を検出
する。

【００７９】また、請求項４記載の光学式角度検出装置
を複数設け、前記偏光光を発生する手段および前記セン
サ部の一方を空間内の固定部に設置して他方を可動部に
設置するとともに、複数のセンサ部出力を統合して処理
する計算処理手段を設けたことを特徴とする光学式角度
検出装置としてもよい（付記項１４）。その場合、複数
の偏光光は対応するセンサ部に入射し、各偏光光の偏光
方向とセンサ部の複数の偏光手段の偏光軸の方向とのな
す角度に依存した入射量が、前記各偏光手段を透過また
は反射して前記各偏光手段に対応する光センサに入射す
る。前記各光センサの出力から、前記偏光光を発生する
手段あるいは前記センサ部によって定まる軸まわりに関
して前記偏光光を発生する手段と前記センサ部の相対的
な角度を検出する。計算処理手段では、各々の前記偏光
光を発生する手段により定まる座標軸またはこの座標軸
に対し所定角度回転した位置にある座標軸に対する、前
記センサ部の複数方向の回転角を算出する。

【００８０】また、付記項１４記載の光学式角度検出装
置を具備することを特徴とするＨＭＤシステムとしても
よい（付記項１５）。その場合、前記偏光光を発生する
手段あるいは前記センサ部によって定まる空間的に固定
された座標軸に対するＨＭＤあるいはＨＭＤ装着者頭部
の複数方向の回転角を算出する。

【００８１】また、請求項５記載の光学式角度検出装置
において、前記液晶部材はπ／４セルおよびπ／２セル
であり、前記制御機構は前記π／４セルおよびπ／２セ
ルのＯＮ／ＯＦＦを所定の組み合わせで周期的に制御す
るものであり、前記π／４セルおよびπ／２セルのＯＮ
／ＯＦＦに同期して前記光センサの出力結果を保持して
計算処理する計算処理手段を具備して成ることを特徴と
する光学式角度検出装置としてもよい（付記項１６）。
その場合、光源手段から発せられた偏光光は、前記制御
機構によりＯＮ／ＯＦＦされるπ／４セルおよびπ／２
セルを透過することにより偏光方向が周期的に所定角度
変化し、偏光部材に入射する。前記変化した偏光方向と
前記偏光部材の偏光軸の方向とのなす角度に応じた光量
が前記偏光部材を透過あるいは反射して前記光センサで
検出され、前記計算処理手段により１周期分の光センサ
の出力結果を保持して計算処理することにより、前記光
源手段あるいは前記センサ部によって定まる軸まわりに
関する前記光源手段および前記センサ部の相対的な角度
を算出する。

【００８２】また、請求項５または付記項１６記載の光
学式角度検出装置において、前記センサ部が前記偏光部
材の前もしくは後に集光光学系を備えた２次元位置セン
サであることを特徴とする光学式角度検出装置としても
よい（付記項１７）。その場合、光源手段から発せられ
た偏光光は、制御機構により時間的に変化する電圧を印
加される液晶部材を透過することにより偏光方向が経時
的に所定角度変化し、偏光部材に入射する。前記変化し
た偏光方向と偏光部材の偏光軸の方向とのなす角度に応
じた光量が偏光部材を透過あるいは反射して、集光光学
系により２次元位置センサ上に集光される。経時的に変
化する２次元位置センサの出力の大きさから、前記光源
手段あるいは２次元位置センサによって定まる軸まわり
に関する前記光源手段および２次元位置センサの相対的
な角度を算出するとともに、２次元位置センサ上に集光
される入射スポットの位置座標から前記光源手段あるい
は２次元位置センサによって定まる軸に関する２方向の
回転角（傾斜角）を算出する。

【００８３】また、請求項５または付記項１６記載の光
学式角度検出装置において、前記センサ部がシリンドリ
カルレンズを備えた１次元位置検出センサであることを
特徴とする光学式角度検出装置としてもよい（付記項１
８）。その場合、光源手段から発せられた偏光光は、制
御機構により経時的に変化する電圧を印加される液晶部
材を透過することにより偏光方向が経時的に所定角度変
化し、偏光部材に入射する。前記変化した偏光方向と偏
光部材の偏光軸の方向とのなす角度に応じた光量が偏光
部材を透過あるいは反射して、シリンドリカルレンズに
より直線状スポットに集光される。この線状スポットは
シリンドリカルレンズに入射する光線の角度に依存した
位置で前記シリンドリカルレンズに対応する１次元位置
センサ上を横切る。経時的に変化する１次元位置センサ
の出力の大きさから、前記光源手段あるいは１次元位置
センサによって定まる軸まわりに関する前記光源手段お
よび１次元位置センサの相対的な角度を算出する。

【００８４】また、請求項５、付記項１６、１７または
付記項１８記載の光学式角度検出装置において、前記光
源手段および前記センサ部の一方を空間内の固定部に設
置し、他方を可動部に設置することを特徴とする光学式
角度検出装置としてもよい（付記項１９）。その場合、
前記光源手段または前記センサ部を空間的に固定するこ
とにより、前記光源手段または前記センサ部によって定
まる座標軸の少なくとも１つの角度を空間的に固定し、
該空間的に固定された座標軸に対する可動部の回転角を
検出する。

【００８５】また、請求項５、付記項１６、１７、１８
または付記項１９記載の光学式角度検出装置を具備する
ことを特徴とするＨＭＤシステムとしてもよい（付記項
２０）。その場合、前記光学式角度検出装置により、空
間的に固定された座標軸に対するＨＭＤあるいはＨＭＤ
装着者頭部の１方向乃至３方向の回転角を検出する。

【００８６】

【発明の効果】本発明の請求項１の構成によれば、集光
光学系が２つの場合には、１つの１次元位置センサの出
力に基づいて所定座標系における１軸方向の回転角を検
出するとともに、他の１次元位置センサの出力に基づい
て上記と異なる１軸方向の回転角を検出し、所定座標系
における２軸方向の回転角を得る光学式角度検出装置を
安価に構成することができる。また、集光光学系が３つ
の場合には、各１次元位置センサの出力に基づいて所定
座標系における１軸方向の回転角を夫々検出し、所定座
標系における３軸方向の回転角を得る光学式角度検出装
置を安価に構成することができる。

【００８７】本発明の請求項２の構成によれば、前記３
つ以上の偏光光源のどれから入射された光束であるかに
よって異なるものとなる光センサの出力に基づいて、所
定座標系における１軸方向の回転角、例えば光源手段あ
るいはセンサ部によって定まる軸まわりに関する光源手
段とセンサ部との相対的な角度を検出する光学式角度検
出装置を安価に構成することができる。

【００８８】本発明の請求項３の構成によれば、前記３
つ以上の偏光光源のどれから入射された光束であるかに
よって異なるものとなる前記２次元位置センサの出力に
基づいて、所定座標系における１軸方向の回転角、例え
ば光源手段あるいはセンサ部によって定まる軸まわりに
関する光源手段とセンサ部との相対的な角度を検出する
とともに、前記３つ以上の偏光光源からの光束の入射ス
ポットの座標に対応する２次元位置センサ出力の少なく
とも１つに基づいて、所定座標系における２軸方向の回
転角、例えば光源手段の光軸に対するセンサ部の２軸方
向の傾斜角を検出する光学式角度検出装置を安価に構成
することができる。

【００８９】本発明の請求項４の構成によれば、前記各
光センサの出力に基づいて、所定座標系における１軸方
向の回転角、例えば前記偏光光の光軸あるいはセンサ部
によって定まる軸まわりに関するセンサ部の回転角を検
出する光学式角度検出装置を安価に構成することができ
る。

【００９０】本発明の請求項５の構成によれば、時系列
的に変化する光センサの出力に基づいて、光源手段ある
いはセンサ部によって定まる軸まわりに関する光源手段
とセンサ部との相対的な角度を検出する光学式角度検出
装置を安価に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１実施例の光学式角度検出
装置のブロック図であり、（ｂ）はそれに用いる偏光板
の偏光方向を例示する図である。

【図２】第１実施例の角度検出動作を説明するための原
理図である。

【図３】第１実施例の信号検出および計算処理の動作を
説明するための回路図である。

【図４】（ａ）〜（ｅ）は第１実施例の計算処理部の出
力信号の位相連結処理の一例を説明するためのブロック
図である。

【図５】（ａ）は第１実施例の光学式角度検出装置の使
用例を示す図であり、（ｂ）は第１実施例の光学式角度
検出装置の一例の外観図である。

【図６】第１実施例の２次元ＰＳＤ出力波形を例示する
図である。

【図７】本発明の第２実施例の光学式角度検出装置のブ
ロック図である。

【図８】第２実施例の信号検出および計算処理の動作を
説明するための回路図である。

【図９】第２実施例のＰＤ出力波形を例示する図であ
る。

【図１０】（ａ）、（ｂ）は夫々、本発明の第３実施例
の光学式角度検出装置の要部の平面図および正面図であ
る。

【図１１】第２実施例の角度検出動作を説明するための
原理図である。

【図１２】本発明の第３実施例の光学式角度検出装置の
ブロック図である。

【図１３】（ａ）、（ｂ）は夫々、第３実施例のπ／４
セルおよびπ／２セルの動作を説明するための図であ
る。

【図１４】本発明の第５実施例の光学式角度検出装置の
要部を示す図である。

【図１５】（ａ）、（ｂ）は夫々、第５実施例の光学式
角度検出装置の使用例を示す正面図および側面図であ
る。

【符号の説明】

１光源部２センサ部３制御部（タイミングコントローラ）４計算処理部５〜８ＬＥＤ（光源）９−１〜９−４第１の偏光板１０第２の偏光板１１レンズ（集光光学系）１２２次元位置センサ（２次元ＰＳＤ）

【手続補正書】

【提出日】平成７年１１月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】これを式で表わすと、Ｉ１＝Ｉ（１＋ｃｏｓ２φ）（３ａ）Ｉ２＝Ｉ（１＋ｓｉｎ２φ）（３ｂ）Ｉ３＝Ｉ（１−ｃｏｓ２φ）（３ｃ）Ｉ４＝Ｉ（１−ｓｉｎ２φ）（３ｄ）となる（Ｉは比例係数）。よって、各光源の発光に同期
させて２次元ＰＳＤ出力Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４を取り
込むようにすれば、 φ＝（１／２）ｔａｎ^-1｛（Ｉ２−Ｉ４）／（Ｉ１−Ｉ３）｝（４）から、水平方向の回転角（方位角）φを算出することが
できる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８５】また、請求項５、付記項１６、１７、１８
または付記項１９記載の光学式角度検出装置を具備する
ことを特徴とするＨＭＤシステムとしてもよい（付記項
２０）。その場合、前記光学式角度検出装置により、空
間的に固定された座標軸に対するＨＭＤあるいはＨＭＤ
装着者頭部の１方向乃至３方向の回転角を検出する。な
お、上記実施例（例えば第２実施例）では、レンズおよ
び２次元位置センサを用いて傾斜角θを検出する第２の
センサ部（傾斜センサ）を構成したが、代わりに、開
口、遮光板、フィルタ、レンズ系等により光源からの入
射光束を制限して通常のフォトダイオード（ＰＤ）のよ
うな受光素子に入射させるように第２のセンサ部を構成
してもよい。以下、第２のセンサ部の構成例を図１６〜
２５に示す。図１６の構成例では、開口１０１への入射
光の傾斜角θに応じて開口１０１を通過する光量が減少
するため、受光素子１０２の出力から傾斜角θを検出す
ることができる。なお、開口１０１の形状は円形に限定
されず、四角形でもよい。図１７の構成例では、図示の
ように受光素子１０２の受光面に対し開口１０１を予め
一方向に傾けて配置することにより、入射光の傾斜角が
０のとき開口１０１を通過する光量は中位の値を取り、
ある傾斜角で入射したときに最大になる。そのため、入
射光の傾斜のプラスマイナス（向き）を判断することが
できる。図１８（ａ）、（ｂ）の構成例では、入射光の
傾斜により開口１０１を通過した光束による照射領域１
０３が受光素子１０２の受光面上で移動して受光面から
はみ出すことにより、受光素子１０２の受光面積が変化
する。そのため、入射光の傾斜に応じて受光素子１０２
の出力が変化する。図１９の構成例は、開口形状を長方
形にしたことを除き図１８と同様に構成する。入射光が
長方形の長辺の方向（ｘ軸方向）に傾斜すると、開口１
０１を通過した光束による照射領域１０３の一部が受光
素子１０２の受光面から外れ、受光素子１０２の受光面
積が変化する。一方、入射光が長方形の短辺方向（ｙ軸
方向）に傾斜する場合には、傾斜角が大き過ぎなければ
受光素子１０２の受光面積は変化しない。そのため、セ
ンサ部が２方向に傾斜する場合でも、１軸方向のみの傾
斜を検出することができる。さらに、図１９に示すよう
に開口１０１を受光素子１０２の受光面に対しずらして
設置することにより、傾斜角のプラスマイナスによって
受光面積を異ならせることができるので、受光素子１０
２の出力から１軸方向の傾斜角を算出することができ
る。また、図１９のセンサ部を２つ使用し、一方を他方
に対し９０度回転させてｙ軸方向に感度を有するように
設定することにより、２軸方向の傾斜角を検出すること
ができる。また、図２０の構成例に示すように、レンズ
１０４を用いて受光素子１０２への入射光量を増加させ
ることもできる。図２０では、レンズ１０４として用い
るシリンドリカルレンズでｙ軸方向に集光し、開口１０
１で制限されたスリット状の照射領域１０３が受光素子
１０２の受光面上に形成されるようになっている。ｙ軸
方向の傾斜によって照射領域１０３が受光素子１０２の
受光面から外れない程度に集光すればよいので、受光素
子１０２の受光面をレンズ１０４の焦点位置に置く必要
はない。ｘ軸方向は図１９の構成例と同様に傾斜角度に
より受光素子１０２の受光面積が変化する。なお、レン
ズ１０４は、開口１０１の下方に位置するようにしても
よく、また、レンズ１０４の外形あるいはレンズ１０４
のマウントそのものを開口１０１と見なすこともでき
る。図２１（ａ），（ｂ）の構成例では、開口の代わり
に遮光板１０５で入射光を制限している。図２１（ａ）
では、ｙ軸方向に十分長い遮光板１０５が受光素子１０
２の受光面を半分程度覆うように受光素子１０２の上方
に配置されている。ｘ軸方向の傾斜により、遮光板１０
５の影１０６のエッジが受光素子１０２の受光面上を移
動するので、受光素子１０２の受光量の変化から傾斜角
度がわかる。また、図２１（ｂ）に示すように遮光壁１
０７を設けることにより、遮光板１０５のｘ軸方向の幅
を狭くすることができる。ところで、受光素子の受光量
の大小のみから傾斜角度を検出するように構成した場合
には、光源自体の出力変動や、上記第１実施例および第
４実施例のように傾斜角に拘わりなくセンサ部への入射
光量が変化する場合等、開口や遮光板で制限される前に
生じる光量変化に影響されやすい。この不具合を回避す
るために、一般に参照用の受光部を設けたり、複数の受
光素子の出力差を取って出力和で規格化する手法が知ら
れている。例えば、図２２（ａ）の構成例に示すよう
に、図１９の構成例のセンサ部を開口１０１のずれの方
向が互いに逆方向になるように２つ配置したり、あるい
は、図２２（ｂ）の構成例に示すように、２つの受光素
子１０２、１０２の受光面にまたがるように１つの開口
１０１を配置する。このようにすると、２つの受光素子
１０２の出力差は傾斜角の大きさおよび向きに依存し、
入射光の傾斜が０のとき０になり、負のとき（図２２
（ａ），（ｂ）中では右下がりの点線で示す）負にな
り、正のとき正になる。このような出力差を２つの受光
素子の出力和で除算することにより、光量変動の影響を
除去することができる。またｙ軸方向の傾斜により照射
領域の一部が受光面からはずれてもその影響はキャンセ
ルされる。同様にして、図２３の構成例に示すように、
図１９の構成例のセンサ部を開口１０１のずれの方向が
９０度ずつ異なるように４つ配置する。このようにする
と、２軸方向の傾斜角を検出することができる。また、
図２３の構成例の代わりに、図２４の構成例に示すよう
に、１つの開口１０１と１つの４分割受光素子１０８と
を用いるようにしてもよい。このようにすると、４分割
受光素子１０８の受光素子１０８−１および受光素子１
０８−２の出力和と受光素子１０８−３および受光素子
１０８−４の出力和との差からｘ軸方向の傾斜角が得ら
れ、４分割受光素子１０８の受光素子１０８−１および
受光素子１０８−４の出力和と受光素子１０８−２およ
び受光素子１０８−３の出力和との差からｙ軸方向の傾
斜角が得られる。また、遮光板を用いる場合も上記と同
様にｘ，ｙ軸方向の傾斜角を求めることができる。その
場合、例えば図２１（ａ），（ｂ）のセンサ部の受光素
子１０２の図示左側に近接させて第２の受光素子の受光
面を配置したり、図２１（ｃ）のように２つの受光素子
の間に遮光板を設けて、２つの受光素子の出力差を取る
ようにすればよい。また、図２５の構成例に示すよう
に、図１７の構成例のセンサ部を２つ使用して互いに逆
の特性を有するように配置する。このようにすると、２
つの受光素子の出力差を取ることにより上記と同様に
ｘ，ｙ軸方向の傾斜角を求めることができる。なお、傾
斜角検出のための既存のセンサ部とともに加速度セン
サ、ジャイロセンサ等を併用し、動きのスピードや測定
レンジに応じて各センサを適宜使い分けるようにするこ
とも可能である。また、上記第２実施例のように方位角
検出用センサと傾斜角検出用センサとが分離可能な場合
には、方位角検出のために既存の傾斜センサ（または傾
斜角センサの代わりに設けた加速度センサやジャイロセ
ンサ等）で代用することも可能である。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図５】（ａ）は第１実施例の光学式角度検出装置の使
用例を示す図であり、（ｂ）は第１実施例の光学式角度
検出装置の一例の外観図であり、（ｃ）は第１実施例の
光学式角度検出装置の座標系を説明するための図であ
る。

【図９】第２実施例のＰＤ出力波形を例示する図であ
る。

【図１６】光学式角度検出装置の第２のセンサ部の他の
構成例を示す図である。

【図１７】光学式角度検出装置の第２のセンサ部の他の
構成例を示す図である。

【図１８】（ａ），（ｂ）は光学式角度検出装置の第２
のセンサ部の他の構成例を示す図である。

【図１９】光学式角度検出装置の第２のセンサ部の他の
構成例を示す図である。

【図２０】光学式角度検出装置の第２のセンサ部の他の
構成例を示す図である。

【図２１】（ａ），（ｂ），（ｃ）は光学式角度検出装
置の第２のセンサ部の他の構成例を示す図である。

【図２２】（ａ），（ｂ）は光学式角度検出装置の第２
のセンサ部の他の構成例を示す図である。

【図２３】光学式角度検出装置の第２のセンサ部の他の
構成例を示す図である。

【図２４】光学式角度検出装置の第２のセンサ部の他の
構成例を示す図である。

【図２５】光学式角度検出装置の第２のセンサ部の他の
構成例を示す図である。

【符号の説明】１光源部２センサ部３制御部（タイミングコントローラ）４計算処理部５〜８ＬＥＤ（光源）９−１〜９−４第１の偏光板１０第２の偏光板１１レンズ（集光光学系）１２２次元位置センサ（２次元ＰＳＤ）

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１６

【補正方法】追加

【補正内容】

【図１６】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１７

【補正方法】追加

【補正内容】

【図１７】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１８

【補正方法】追加

【補正内容】

【図１８】

【手続補正８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１９

【補正方法】追加

【補正内容】

【図１９】

【手続補正９】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２０

【補正方法】追加

【補正内容】

【図２０】

【手続補正１０】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２１

【補正方法】追加

【補正内容】

【図２１】

【手続補正１１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２２

【補正方法】追加

【補正内容】

【図２２】

【手続補正１２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２３

【補正方法】追加

【補正内容】

【図２３】

【手続補正１３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２４

【補正方法】追加

【補正内容】

【図２４】

【手続補正１４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２５

【補正方法】追加

【補正内容】

【図２５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田端誠一郎東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼ平行光を入射される複数の集光光学
系と、前記各集光光学系に対し一体に固定された１次元
位置センサとより成るセンサ部を備え、所定座標系にお
ける２軸乃至３軸方向の回転角を検出するようにしたこ
とを特徴とする光学式角度検出装置。
【請求項２】偏光方向が互いに異なる３つ以上の偏光
光源を含む光源手段と、前記光源手段とは空間を挟んで
別体であり、偏光手段と該偏光手段に対し一体に固定さ
れた光センサとより成るセンサ部とを具備して成ること
を特徴とする光学式角度検出装置。
【請求項３】偏光方向が互いに異なる３つ以上の偏光
光源を含む光源手段と、前記光源部とは空間を挟んで別
体であり、偏光手段と該偏光手段に対し一体に固定され
た２次元位置センサとより成るセンサ部とを具備して成
ることを特徴とする光学式角度検出装置。
【請求項４】偏光光が入射する位置に互いに偏光軸が
異なるように設けられた３つ以上の偏光手段と、前記各
偏光手段に対し一体に固定された光センサとを備えるセ
ンサ部を具備して成ることを特徴とする光学式角度検出
装置。
【請求項５】偏光光を発する光源と、前記光源の偏光
方向を所定角度変化させる液晶部材とより成る光源手段
と、前記光源手段とは空間を挟んで別体であり、偏光部
材と該偏光部材に対し一体に固定された光センサとを備
えるセンサ部と、前記液晶部材に時系列的に変化する所
定の電圧を印加する制御機構とを具備して成ることを特
徴とする光学式角度検出装置。