JPH0954542A

JPH0954542A - 動作検出装置、シミュレータ装置及び動作検出方法

Info

Publication number: JPH0954542A
Application number: JP7230809A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Igari; 真和猪狩; Yasushi Matsuda; 康松田
Original assignee: Namco Ltd
Current assignee: Namco Ltd
Priority date: 1995-08-16
Filing date: 1995-08-16
Publication date: 1997-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】応答速度が速く小型で正確に動作検出できる
動作検出装置、シミュレータ装置及び動作検出方法を提
供すること。【解決手段】第１検出部１０は、検出対象（例えばプ
レーヤの頭）の角速度を検出し、これに基づいて方向情
報を求め、これを第１方向情報として出力する。第２検
出部３０は、３次元空間内の所与の位置（例えば壁、天
井）又は検出対象の動作に追従する位置（例えばＨＭＤ
上）のいずれかから所与の波を発生することで検出対象
の方向情報を求め、これを第２方向情報として出力す
る。動作情報演算部６０は、第１方向情報と第２方向情
報とに基づいて補正演算処理を行い、検出対象の方向情
報を求める。このように第１、第２方向情報をお互いに
補い合うことで、高応答、高精度の動作検出が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元空間内で動
作する検出対象の少なくとも方向情報を検出する動作検
出装置、該動作検出装置を用いたシミュレータ装置及び
動作検出方法に関する。

【０００２】

【背景技術】近年、いわゆるヘッドマウントディスプレ
イ（以下、ＨＭＤと呼ぶ）等の頭部装着体をプレーヤが
頭着し、ＨＭＤに内蔵される液晶ディスプレイ等に視界
画像を映し出し、ゲーム、乗物シミュレーション等を楽
しむシミュレータ装置が脚光を浴びている。このシミュ
レータ装置によればいわゆるバーチャルリアリティと呼
ばれる世界を実現できる。

【０００３】さて、このシミュレータ装置では、プレー
ヤ（観者）の動作等に応じてプレーヤから見える視界画
像を変化させるために、検出対象であるプレーヤの動作
情報（位置及び方向情報）を求める動作検出手法が必要
となる。そして、このような動作検出手法の１つとし
て、磁場を利用して動作情報を検出する手法が広く用い
られている。この手法では、ＸＹＺの３方向にコイルが
巻かれたソースコイルと、このソースコイルから所与の
距離内にあって、磁場のＸＹＺ方向成分を検出するセン
サコイルとを用いる。即ちソースコイルに含まれる３つ
のコイルに電流を流すことにより磁場のＸＹＺ方向成分
を順次発生させ、それぞれの磁場を発生させた時にセン
サコイルに含まれる３つのコイルから得られる電流を検
出する。そして、この検出電流を測定することにより検
出対象の動作情報を求めることができる。

【０００４】この磁場を用いる手法には、シミュレータ
装置が大がかりとなりコスト高を招いたり、応答速度が
悪くなる等の問題点があった。そこで本発明者は、圧電
振動ジャイロ等の角速度検出部を用いて角速度を検出
し、検出対象の動作情報を得る動作検出装置の開発を続
けている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記角速
度検出を利用する手法は、装置の小型化、応答速度の向
上等に関しては優れているが、この手法には以下に示す
課題があることが判明した。

【０００６】即ち角速度検出を利用する手法では、検出
対象の方向情報を求める際に、検出された角速度を積分
等して各軸の周りの回転角度を求める必要がある。従っ
て、検出される角速度にノイズ成分、温度ドリフト成分
等の誤差がのると、この誤差は積分処理等により蓄積さ
れ、この結果、得られる回転角度に大きなズレが生じ
る。このようなズレが生じると、例えばプレーヤが頭を
動かしていないのにプレーヤの見る視界画像が動く等の
事態が生じ、得られる画像の品質が半減する。

【０００７】本発明は、以上述べた課題を解決するため
になされたものであり、その目的とするところは、応答
速度が速く小型で、しかも正確に動作検出できる動作検
出装置、これを用いたシミュレータ装置及び動作検出方
法を提供するところにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、３次元空間内で動作する検出対象の少な
くとも方向情報を検出するための動作検出装置であっ
て、検出対象の１又は複数の軸周りにおける角速度を検
出し、検出された該角速度に基づいて検出対象の方向情
報を求め、これを第１方向情報として出力する第１検出
手段と、前記３次元空間内の所与の位置又は検出対象の
動作に追従する位置のいずれかから所与の波を発生する
ことで検出対象の少なくとも方向情報を求め、これを第
２方向情報として出力する第２検出手段と、前記第１検
出手段で求められた第１方向情報と前記第２検出手段で
求められた第２方向情報とに基づいて補正演算処理を行
い、検出対象の方向情報を求める動作情報演算手段とを
含むことを特徴とする。

【０００９】本発明によれば、第１検出手段により角速
度を検出することで第１方向情報を求めると共に第２検
出手段により所与の波を発生することで第２方向情報を
求める。そしてこれらの第１、第２方向情報を互いに補
い合うことで、検出対象の方向情報が求められる。角速
度検出を利用して方向情報を得る手法では、検出角速度
に変動成分があるとこれが増幅され、方向情報に大きな
誤差が生じる可能性がある。従って、このような場合に
第２方向情報を採用することで、最終的に得られる方向
情報を高精度にできる。一方、超音波、赤外線、電磁波
等の所与の波を利用して方向情報を得る手法では、検出
範囲の問題、障害物の存在等に起因して方向情報が得ら
れなかったり、応答速度が遅くなったりする可能性があ
る。従って、このような場合に、第１方向情報を採用す
ることで、最終的に得られる方向情報の高精度化、応答
速度の高速化が可能となる。このように本発明によれ
ば、高精度で高応答の動作検出が可能となる。

【００１０】この場合、本発明では、前記動作情報演算
手段が、前記第１、第２方向情報に対する重みづけ係数
を設定し、前記第１、第２方向情報及び前記重みづけ係
数に基づいて検出対象の方向情報を求めるようにするこ
とが望ましい。このように重みづけ係数を設定すること
で、所与の領域で、第１方向情報、第２方向情報のいず
れか一方の重みづけを大きくしたり、あるいは第１方向
情報、第２方向情報のいずれか一方のみを採用すること
等が可能となる。例えば第１検出手段の方が応答速度が
高い場合には、第１方向情報の重み付けを検出対象の動
作が速い領域で大きくする。これにより高応答の動作検
出が可能となる。一方、例えば検出対象の動作が遅い領
域で第１検出手段の検出精度が低い場合には、第２方向
情報の重み付けを検出対象の動作が遅い領域で大きくす
る。これにより高精度の動作検出が可能となる。

【００１１】また本発明では、前記動作情報演算手段
が、前記第１検出手段で検出された前記角速度に基づい
て前記重みづけ係数の設定を行うようにすることが望ま
しい。即ち第１検出手段による角速度検出は、例えば障
害物の存在等に影響されず安定して得ることができる。
従って角速度に基づいて重みづけ係数を設定すれば、方
向情報が不定となる事態が有効に防止され、安定した方
向情報の獲得が可能となる。

【００１２】また本発明では、前記第２検出手段が、指
向性を有する波を送信する送信器と該送信された波を受
信する受信器とを用いて、３次元空間内の所与の位置と
検出対象の動作に追従する位置との間の距離を求め、該
求められた距離に基づいて検出対象の少なくとも方向情
報を求めるようにすることが望ましい。このように指向
性を有する波を発生する送信器及びその受信器を用いる
ことで、雑音、温度等の周囲環境に影響されずに安定し
た方向情報の獲得が可能となる。このとき、送信器、受
信器の配置個数を多くすることで、より多次元の方向情
報を得ることが可能となる。また送信器、受信器は、３
次元空間内の所与の位置又は検出対象に追従する位置の
どちらに設けてもよいし、また両方に設けることも可能
である。

【００１３】また本発明では、前記動作情報演算手段
が、前記送信器からの波の到達範囲外に前記受信器が位
置する場合には、前記第１方向情報を検出対象の方向情
報とするようにしてもよい。波がある程度の指向性を有
する場合等においては、検出範囲が有限となる。従って
検出範囲外に受信器がはずれた場合に、第２方向情報を
無視等して第１方向情報を採用することで、安定した方
向情報の獲得が可能となる。

【００１４】また本発明では、前記動作情報演算手段
が、前記送信器からの波が障害物に遮られ前記受信器に
到達しなかった場合には、前記第１方向情報を検出対象
の方向情報とするようにしてもよい。障害物等により波
が遮られた時に、第１方向情報を採用することで、安定
した方向情報の獲得が可能となる。

【００１５】また本発明では、前記検出対象は観者の頭
部であり、前記第２検出手段が、観者の頭部の前方付
近、左方付近、右方付近の位置を第１、第２、第３位置
とした場合に、３次元空間内の所与の位置と該第１、第
２、第３位置との間の距離を求め、前記第１検出手段
が、前記第２、第３位置を結ぶ第１軸、前記第２、第３
位置の中点と前記第１位置を結ぶ第２軸並びに該第１及
び第２軸に直交する第３軸の軸周りの角速度を求めるよ
うにすることが望ましい。観者の頭部は、通常、上記第
１、第２、第３軸周りに回転することになる。従って、
第１、第２検出手段が、これらの第１〜第３軸周りの方
向情報を求めるように演算処理を行うことで、演算処理
を簡易化でき、処理の高速化を図れる。

【００１６】また本発明では、前記検出対象は観者の頭
部であり、前記第２検出手段が、観者の頭部の前方付
近、後方付近の位置を第１、第２位置とした場合に、３
次元空間内の所与の位置と該第１、第２位置との間の距
離を求め、前記第１検出手段が、前記第１、第２位置を
結ぶ軸に直交する平面内にあり且つ互いに直交する第
１、第２軸の軸周りの角速度を求めるようにすることが
望ましい。上記第１、第２位置を結ぶ軸周りでの頭部の
回転については、考慮する必要がない場合が多い。従っ
て、このような場合には、上記第１、第２軸周りの方向
情報のみを求めるようにすることで、演算処理を更に簡
易化でき、処理の更なる高速化を図れる。

【００１７】また本発明では、前記第２検出手段が、所
与のソースコイルにより磁場を発生し、該磁場を所与の
センサコイルにより検出することで検出対象の少なくと
も方向情報を求めるようにしてもよい。このように本発
明では、波の一つである電磁波を利用して、第２方向情
報を求めることもできる。

【００１８】また本発明では、前記第２検出手段が、検
出対象の位置情報を更に求め、前記動作情報演算手段
が、求められた位置情報を検出対象の位置情報とするよ
うにすることが望ましい。角速度を検出する第１検出手
段では、方向情報を高応答に得ることは可能だが、位置
情報を求めることは一般的にはできない。一方、第２検
出手段による検出手法によれば、方向情報のみならず位
置情報を求めることが可能である。従って、この場合に
も、第１検出手段からの結果と、第２検出手段からの結
果とをお互いに補い合うことで、より利用価値の高い動
作情報を得ることができる。

【００１９】また本発明では、前記第１検出手段が、圧
電振動ジャイロを用いて前記角速度を求めるようにする
ことが望ましい。圧電振動ジャイロは小型であり高応答
である。従って例えば検出対象がプレーヤの頭部である
場合にはプレーヤの装着感を向上できる。また得られた
方向情報等に基づいて視界画像を変化させる場合には、
スムーズで高速な視界画像の形成が可能となる。

【００２０】また本発明は、上記の動作検出装置と、観
者の視野を覆うように設けられる表示手段と、前記動作
検出装置から得られる検出対象の方向情報に少なくとも
基づいて視界画像を合成し前記表示手段に出力する画像
合成手段とを含むことを特徴とする。このように種々の
優位点を持つ動作検出装置を利用することで、より仮想
現実感に優れたシミュレータ装置を実現できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて詳細に説明する。

【００２２】（実施例１）１．全体構成図１は実施例１の全体構成を示すブロック図の一例であ
る。実施例１に係る動作検出装置は、第１検出部１０、
第２検出部３０、動作情報演算部６０を含む。第１検出
部１０は、検出対象（プレーヤの頭部、プレーヤの所持
する武器等）の例えばＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りにおける角
速度を検出し、検出された角速度に基づいて検出対象の
方向情報を求め、これを第１方向情報として動作情報演
算部６０に出力するものである。第２検出部３０は、３
次元空間内の所与の位置（例えば天井、壁等）又は検出
対象の動作に追従する位置（例えばＨＭＤ等）のいずれ
かから、超音波、赤外線、電磁波等の波を発生すること
で検出対象の少なくとも方向情報を求め、これを第２方
向情報として動作情報演算部６０に出力するものであ
る。本実施例の第２検出部３０では、指向性を有する波
の１つである超音波を用いて３次元空間内の所与の位置
と検出対象の動作に追従する位置との間の距離を求め、
これにより検出対象の方向情報及び位置情報を求めてい
る。動作情報演算部６０は、第１検出部１０で求められ
た第１方向情報と第２検出部３０で求められた第２方向
情報とに基づいて補正演算処理を行い、検出対象の動作
情報（方向情報及び位置情報）を求めるものである。動
作情報演算部６０からの動作情報は、例えば図示しない
画像合成部等に出力され、これにより動作情報が反映さ
れた視界画像を得ることが可能となる。

【００２３】本実施例における第１検出部１０は、圧電
振動ジャイロ１２〜１６、フィルタ部１８、アンプ部２
０、Ａ／Ｄ変換部２２、第１方向情報演算部２４を含
む。角速度検出部となる圧電振動ジャイロ１２〜１６
は、コリオリの力を利用して検出対象の角速度を得るも
のである。圧電振動ジャイロ１２〜１６からは角速度に
比例したアナログ電圧が出力される。フィルタ部１８
は、周囲温度の変化に起因する静止時出力変動（温度ド
リフト）の除去等を行うものであり、圧電振動ジャイロ
１２〜１６の出力のＤＣ成分等をカットするものであ
る。ＤＣ成分等がカットされた信号はアンプ部２０によ
り増幅されると共にＡ／Ｄ変換部２２によりデジタル信
号に変換され、第１方向情報演算部２４に出力される。
第１方向情報演算部２４は、検出された角速度を積分等
し、これにより所与の軸（例えばＸ、Ｙ、Ｚ軸）周りに
おける回転角度情報、即ち検出対象の方向情報を求め
る。

【００２４】また本実施例における第２検出部３０は、
超音波送信器３２〜３６、送信制御部３８、超音波受信
器４２〜４６、受信制御部４８、第２方向・位置情報演
算部５０を含む。第２方向・位置情報演算部５０から開
始信号等が出力されると、送信制御部３８の制御にした
がって、超音波送信器３２〜３６が超音波を出力する。
出力された超音波は、超音波受信器４２〜４６により受
信される。受信制御部４８は、上記開始信号等が出力さ
れてから超音波受信器４２〜４６に超音波が受信される
までに要する時間を内蔵するカウンタ４９によりカウン
トし、カウント値を第２方向・位置情報演算部５０に出
力する。第２方向・位置情報演算部５０は、入力された
カウント値に基づいて、送信器・受信器間の距離を求
め、これにより検出対象の位置及び方向情報を求める。

【００２５】図２（Ａ）に、圧電振動ジャイロ及び超音
波送信器・受信器の配置例を示す。超音波送信器３２〜
３６を含む送信部７０は、例えば天井、壁、シミュレー
タ装置等に取り付けられ位置が特定されている（可動と
なっていてもよい）。一方、圧電振動ジャイロ１２〜１
６、超音波受信器４２〜４６を含む受信部７２は、例え
ばプレーヤの頭部に装着されるＨＭＤ（ヘッドマウント
ディスプレイ）に取り付けられ、プレーヤの頭部の動作
に追従して動く。超音波送信器３２〜３６からの超音波
は、まず超音波受信器４２により受信される。これによ
り、所与の位置にある超音波送信器３２〜３６と超音波
受信器４２との距離が特定され、超音波受信器４２の位
置が特定される。同様にして超音波受信器４４、４６の
位置も特定され、これにより受信部７２を装着したプレ
ーヤの頭部の位置情報及び方向情報（第２方向情報）が
求められる。

【００２６】一方、圧電振動ジャイロ１２〜１６では、
プレーヤの頭部が動作したときの角速度を検出する。こ
の角速度によりプレーヤの所与軸周りの回転角度が求め
られ、プレーヤの頭部の方向情報（第１方向情報）が求
められる。

【００２７】第１、第２方向情報に対する重みづけ処
理、頭部の方向情報の最終決定処理等は動作情報演算部
６０により行われる。

【００２８】なお図２（Ａ）の構成の受信部７２を用い
ると、６自由度の情報（３次元の位置情報及び３軸の方
向情報）が得られる。これに対して、超音波受信器及び
圧電振動ジャイロを各々２つしか含まない図２（Ｂ）の
構成の受信部７４を用いると、５自由度の情報のみが得
られる。即ち図２（Ｂ）の構成では超音波受信器４２、
４４を結ぶ軸についての方向情報（この軸周りの回転角
度情報）は得ることができない。ＨＭＤ等を用いた視界
画像の合成においては、通常、プレーヤの頭部の左右及
び上下方向の動きがわかれば十分である場合が多い。従
って、この場合には、超音波受信器４２、４４を、各
々、プレーヤの前方部、後方部付近に位置させ、プレー
ヤの頭部の傾きについては検出しないようにする。この
ようにすることで、受信部７４を小型化・軽量化でき、
プレーヤの装着感を増すことが可能となる。

【００２９】また図２（Ａ）、（Ｂ）では、共に、受信
部をプレーヤの頭部側（検出対象側）に設けているが、
これとは逆に送信部を頭部側に設けてもよい。但し頭部
側に送信部を設けると次のような問題がある。即ち、受
信部が位置する方向とは異なる方向にプレーヤの頭部が
動くと、頭部に取り付けられた送信部から出力される超
音波が他の天井、壁等で反射される事態が生じ、これは
誤検出の原因となる。従ってこのような事態が生じる可
能性がある場合には、受信部をプレーヤの頭部等に設け
る構成が望ましい。

【００３０】次に、動作情報演算部６０、第１、第２検
出部１０、３０の詳細な構成及び動作について説明す
る。なお、図１に示す第１方向情報演算部２４、第２方
向・位置情報演算部５０、動作情報演算部６０等で行わ
れる演算処理は、本実施例においては、ＣＰＵ及びこの
ＣＰＵにより制御されるメモリ等により実現されてい
る。

【００３１】２．動作情報演算部図３（Ａ）、（Ｂ）及び図４は、動作情報演算部６０の
動作の一例を示すフローチャートである。図３（Ａ）の
ステップＳ１〜Ｓ４に示すように、Ｙ軸、Ｘ軸、Ｚ軸周
りの回転角度が演算され、これにより画像合成部等に出
力する検出対象の方向情報が特定される。図２（Ｂ）の
ように２軸周りの回転角度のみを求める場合には、図３
（Ｂ）に示すフローを採用する。

【００３２】図４は、各軸周りの回転角度を求めるとき
のフローチャートである。まず第１検出部１０から第１
方向（角度）情報θ1が、第２検出部３０から第２方向
（角度）情報θ2が入力される（ステップＧ１、Ｇ
２）。

【００３３】次に、超音波が受信部の検出範囲外にある
か否か及び超音波が障害物等に遮られたか否かが判断さ
れ、その後、第１検出部１０で検出された角速度に基づ
き、重みづけ係数ｈが決定される（ステップＧ３〜Ｇ
５）。

【００３４】次に、次式、 θ＝ｈ×θ2＋（１−ｈ）×θ1 （１）（但し０≦ｈ≦１）によりθが演算され、検出対象の方
向情報が決定される（ステップＧ７、Ｇ８）。

【００３５】図５は、重みづけ係数ｈの設定手法の一例
を説明するための図である。図５では、角速度が小さい
領域では、重みづけ係数ｈは１に近づく。一方、角速度
が大きい領域では、重みづけ係数ｈは０に近づき、（１
−ｈ）が１に近づく。従って、上式（１）から明らかな
ように、角速度が小さい領域では第２検出部３０から入
力される第２方向情報θ2に対して大きな重みづけが、
角速度が大きい領域では第１検出部１０から入力される
第１方向情報θ1に対して大きな重みづけがなされるこ
とになる。

【００３６】シミュレータ装置（３次元ゲーム装置等）
においては、処理のリアルタイム性が要求される。従っ
て、例えばゲーム中にプレーヤが頭部を動かした場合に
は、この動きに即座に応答してＨＭＤに映し出される視
界画像も変化させる必要がある。このため、方向情報等
の検出においては、なるべく高応答にする必要がある。
ところが、超音波、赤外線、電磁波を利用して方向情報
を得る手法は、この応答性の点で若干劣っている。これ
に対して、圧電振動ジャイロ等の角速度検出部を利用す
る手法は、この応答性の面で優れている。そこで本実施
例では、角速度が大きい領域、即ちプレーヤの頭部が大
きく変化する領域においては、第１検出部１０からの第
１方向情報θ1に重きをおくようにしている。これによ
りプレーヤの頭部の動きに速やかに追従する高応答の動
作検出が可能となる。

【００３７】一方、圧電振動ジャイロ等を利用する手法
には、ノイズ、温度等の影響を受けやすい等の問題があ
る。即ちこの手法では、検出される角速度にノイズ成
分、温度ドリフト成分等の誤差がのると、この誤差は積
分処理等により蓄積される。従って、得られる方向情報
に大きなズレが生じる。この結果、例えばプレーヤが頭
部を動かしていないのに視界画像が動く等の事態が生
じ、得られる画像の品質が半減する。これに対して超音
波、赤外線、電磁波等の波を利用する手法は、ノイズ、
温度等の変化を受けにくいという点で優れている。そこ
で、本実施例では、角速度が小さい領域、即ちプレーヤ
の頭部があまり変化しない領域においては、第２検出部
３０からの第２方向情報θ2に重きをおくようにしてい
る。これによりプレーヤの頭部が停止しているのに視界
画像が動く等の事態が防止され、より高精度の動作検出
が可能となる。

【００３８】このように本実施例によれば、第１、第２
検出部１０、３０で得られた方向情報同士を互いに補い
合うことで、各々の検出部のみでは得ることができない
高応答で高精度な動作検出が可能となる。

【００３９】なお本実施例では、図４のステップＧ５に
示すように第１検出部１０で得られる角速度に基づいて
重みづけ係数を決定している。この理由は第１に、角速
度は、検出対象の動作速度とほぼ等価であり、本実施例
ではこの角速度を圧電振動ジャイロにより直接得ること
ができるからである。即ち、この角速度を利用すること
で、重みづけ係数を得るための情報を演算処理等により
求める必要が無くなる。また第２に、この角速度は、障
害物が存在する場合等においても安定して得ることがで
きるからである。即ち、例えば第２検出部３０からの情
報により重みづけ係数を決定等すると、障害物が存在す
る場合に重みづけ係数の決定が不能となる。従って、方
向情報が不定となる事態も生じてしまう。

【００４０】但し、本発明においては必ずしもこの角速
度に基づいて重みづけ係数を決定する必要はなく、第２
検出部３０からの情報等により重みづけ係数を決定する
ことも可能である。

【００４１】また重みづけ係数の設定手法も様々なもの
を採用できる。例えば重みづけ係数の関係は図５に示す
ものに限られるものではない。また上式（１）の１次式
とは異なり、高次式により方向情報θを求めてもよい。
またＲＯＭ等で構成されるルックアップテーブルを設
け、角速度等を参照情報としてルックアップから方向情
報θを得る等の手法も可能である。

【００４２】さて本実施例では、図４のステップＧ３、
Ｇ４、Ｇ６に示すように、送信部からの超音波の到達範
囲外に受信部が位置する場合あるいは送信部からの超音
波が障害物に遮られ受信部に到達しなかった場合に、重
みづけ係数ｈがｈ＝０とされる。即ち第２方向情報θ2
は無視され第１方向情報θ1が検出対象の方向情報とさ
れる。超音波、赤外線等は指向性を有し、検出範囲は有
限となる。従って、例えばプレーヤが検出範囲外に動い
た場合には、第２検出部３０による第２方向情報θ2の
検出は不可能となる。またプレーヤが顔を下に向けた場
合等においても、第２検出部３０による検出はできなく
なる。更に、プレーヤ自身あるいは友人の手等が受信器
等を覆った場合にも、超音波の受信はできなくなる。一
方、第１検出部１０からの第１方向情報θ1は、このよ
うな指向性の波を用いずに得られるものである。そこで
本実施例では、上記事態が生じた場合に第１方向情報θ
1を検出対象の方向情報としており、これにより安定し
た方向情報の獲得が可能となっている。

【００４３】なお超音波、赤外線が障害物に遮られた場
合等においては、第２検出部３０によるカウントは不能
となり、第２検出部３０の出力は異常状態を示すことに
なる（例えば第２検出部３０から出力が何も来なくな
る）。従って、この異常状態を検出することで、図４の
ステップＧ３、Ｇ４の判断は容易に行うことができる。

【００４４】３．第１検出部圧電振動ジャイロ等の角速度検出部を利用する手法は、
磁場等を利用する手法に比べ、装置の小型化を図れ、ま
た応答速度が速い。従ってリアルタイムに処理を行う必
要があるシミュレータ装置に最適である。また超音波、
赤外線を利用する手法では、障害物等がある場合に検出
不能となるが、角速度検出を利用する手法ではこのよう
な問題が生じない。

【００４５】次に図６（Ａ）を用いて圧電振動ジャイロ
の原理について説明する。圧電振動ジャイロでは、まず
圧電素子（ピエゾ素子）８２により金属柱８０をＶ方向
に振動させておく。この状態で例えばＲ軸周りに角速度
ωで金属柱８０が回転すると、コリオリの力によりＦｃ
方向に振動が発生するので、この振動を検出用の圧電素
子８４により検出する。この時、圧電素子８４の出力電
圧は角速度ωに比例する。従ってこの出力電圧を検出す
ることで、角速度ωを求めることができる。

【００４６】本発明で採用する圧電振動ジャイロの構造
・形式としては種々のものを考えることができる。例え
ば図６（Ｂ）に示すように金属柱８０が正三角柱のもの
を用いれば、共振特性の不一致、ズレ等の問題を解決で
きる。また図６（Ｃ）に示すように、金属柱８０が円柱
のものを用いることも可能である。またいわゆる音叉型
と呼ばれる形式の圧電振動ジャイロを採用することも可
能である。

【００４７】図７（Ａ）は、圧電振動ジャイロの出力電
圧と角速度との関係を示す図である。但し図７（Ａ）の
出力電圧は、静止時の出力を基準とし、その変化を表し
たものである。図７（Ａ）に示すように圧電振動ジャイ
ロの出力電圧は角速度に比例する。従ってこの出力電圧
をＡ／Ｄ変換等することで、角速度のデジタル情報を得
ることができる。

【００４８】一方、図７（Ｂ）は、静止時出力の温度ド
リフトを示す図である。図７（Ｂ）に示すように周囲温
度の変化に伴い圧電振動ジャイロの出力は変化する。こ
の温度ドリフトの影響はフィルタ部１８によりＤＣカッ
トすることである程度除去できるが、少なからずその影
響は残ってしまう。また圧電振動ジャイロの感度が周囲
温度に影響を受けるという問題もある。

【００４９】周囲温度あるいはノイズによる特性変化の
影響は、角速度を積分した場合に更に大きくなる。例え
ばプレーヤが頭部を動かしていないのに、周囲温度の変
化等により視界画像の視線方向が変化する等の問題が生
じ、プレーヤに不快感を与えてしまう。そこで本実施例
では、図５に示すように、角速度が小さくプレーヤの頭
部が静止に近い状態にある範囲において、ｈ＝１（（ｈ
ー１）＝０）としている。これによりこの範囲では第２
検出部３０からの第２方向情報が採用されることにな
り、静止時の画質低下が防止される。一方、角速度が大
きい範囲では、もともとプレーヤの頭部の動きが速いた
め、たとえ周囲温度が変化して角速度が変動しても、プ
レーヤがその変動に気付くことは少ない。従って、図５
に示すように角速度が大きい範囲で第１方向情報を採用
しても、上記のような問題が生じることはない。

【００５０】４．第２検出部まず超音波等を利用して検出対象の動作情報（位置及び
方向情報）を求める手法の原理について説明する。図８
（Ａ）に示すように、送信器９０から送信された超音波
パルスが、受信器９２で受信されるまでの遅延時間を
ｔ、音速をｖとすると、送信器９０から受信器９２まで
の距離ｌは、ｌ＝ｖｔ（２）と表せる。従って時間ｔを測定することで距離ｌを求め
ることができる。本実施例ではこのｔを図１のカウンタ
４９により測定している。

【００５１】さて、１つの送信器に対して、３次元空間
内で位置が特定されている受信器（絶対位置があらかじ
めわかっている受信器）を３つ用意すれば、送信器の３
次元空間内での位置情報を求めることできる。例えば図
８（Ｂ）において、超音波パルスが受信されるまでの遅
延時間をｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、受信器９４〜９８の位置ベク
トルをＰ₁、Ｐ₂、Ｐ₃とすると、送信器１００の位置ベ
クトルＰは、｜Ｐ₁−Ｐ｜＝ｖｔ₁ ｜Ｐ₂−Ｐ｜＝ｖｔ₂ ｜Ｐ₃−Ｐ｜＝ｖｔ₃ （３）の３つの連立方程式を解くことによって求めることがで
きる。これとは逆に、１つの受信器に対し、位置が特定
されている送信器を３つ用意すれば、今度は、受信器の
位置情報を求めることができる。

【００５２】位置が特定されている３つの受信器に対し
て複数の送信器を用意すれば、検出対象の位置情報のみ
ならず方向情報についても求めることができる。例えば
図９（Ａ）では、２つの送信器１０２、１０４の位置情
報と、送信器同士を結んだ軸であるｚ軸に垂直な２軸、
即ちｘ軸、ｙ軸周りに関する方向情報（回転角度）を求
めることができる。例えば、点Ｅ（ｘ、ｙ、ｚ）がｘ軸回
りにθ_xだけ回転移動し、その後ｙ軸回りにθ_yだけ回転
移動して点Ｅ’（ｘ'、ｙ'、ｚ'）に移った場合、次式
（４）が成り立つ。（ｘ'、ｙ'、ｚ'）＝（ｘ、ｙ、ｚ）×Ｒ_x（θ_x）×Ｒ_y（θ_y）（４）

【００５３】

【数１】

【００５４】

【数２】

【００５５】従って２つの送信器１０２、１０４の位置
情報から平行移動分を引いた値を式（４）に代入すれば
θ_x、θ_yを求めることができる。

【００５６】送信器の数を１つ増やし、３つの送信器及
び３つの受信器を用意すれば、位置情報及び全ての方向
情報（３軸の回転角度）を求めることができる。例えば
図９（Ｂ）において、点Ｆ（ｘ、ｙ、ｚ）がｙ軸、ｘ軸、
ｚ軸の順に回転し点Ｆ’（ｘ'、ｙ'、ｚ'）に移動したと
すると、次式（７）が成り立つ。（ｘ'、ｙ'、ｚ'）＝（ｘ、ｙ、ｚ）×Ｒ_x（θ_x）×Ｒ_y（θ_y）×Ｒ_z（θ_z）（７）

【００５７】

【数３】

【００５８】従って３つの送信器１０６〜１１０の位置
情報から平行移動分を引いた値を式（７）に代入すれば
θ_x、θ_y、θ_zを求めることができる。

【００５９】またこれとは逆に、位置が特定されている
３つの送信器に対し、複数の受信器を用意しても、上記
と同様に受信器の位置情報及び方向情報を求めることが
できる。

【００６０】次に、図１０（Ａ）、（Ｂ）及び図１１を
用いて、位置が特定されている送信器が３つあり、検出
対象に追従し位置が特定されていない受信器が３つある
場合の本実施例の動作を説明する。図１０（Ａ）、
（Ｂ）及び図１１は、この場合の動作を説明するための
ブロック図、タイミングチャート、フローチャートであ
る。図１０（Ｂ）に示すＴ１〜Ｔ１０は、図１１に示す
Ｔ１〜Ｔ１０に各々対応している。

【００６１】まず第２方向・位置情報演算部５０（ＣＰ
Ｕの一部）が送信制御部３８、受信制御部４８に対して
開始信号を出力する（ステップＨ１）。送信制御部３８
は開始信号が入力されると送信ｃｈ１から超音波パルス
を送信する（ステップＨ４、Ｈ５）。一方、受信制御部
４８は開始信号が入力されるとカウンタ４９をリセット
しカウントをスタートする（ステップＨ１０、Ｈ１
１）。そして送信ｃｈ１からの超音波を受信すると、そ
の時のカウント値をＲＡＭ等のメモリに記録する（ステ
ップＨ１２）。この場合の受信及び記録は、受信ｃｈ１
〜ｃｈ３の全てにおいて別個に行われる。

【００６２】第２方向・位置情報演算部５０は、所定時
間経過後、今度はｃｈ２の送信要求を出力する（ステッ
プＨ２）。送信制御部３８は、送信要求が入力されると
送信ｃｈ２から超音波パルスを送信させる（ステップＨ
６、Ｈ７）。一方、受信制御部４８は送信ｃｈ２からの
超音波を受信すると、そのカウント値を記録する（ステ
ップＨ１３）。この場合の受信及び記録は、受信ｃｈ１
〜ｃｈ３の全てに対して別個に行われる。

【００６３】ｃｈ３の送受信についても上記と同様に行
われる（ステップＨ３、Ｈ８、Ｈ９、Ｈ１４）。

【００６４】第２方向・位置情報演算部５０は、全チャ
ネルの受信が終了すると、送信ｃｈ１〜３の位置情報
と、受信ｃｈ１〜３の各々についてのカウント値に基づ
いて、受信ｃｈ１〜３の各々についての位置情報を演算
する（ステップＨ１５〜Ｈ１８）。この場合の演算は上
式（３）に基づいて行われる。また第２方向・位置情報
演算部５０は、受信ｃｈ１〜３の位置情報から上式
（７）に基づいて、検出対象の方向情報を演算し（ステ
ップＨ１９）、処理を終了する。

【００６５】検出対象に追従する送信器が３つあり、位
置が特定されている受信器が３つある場合（送信器と受
信器とが上記と逆になる場合）の動作は上記と同様であ
り、ブロック図及びタイミングチャート、フローチャー
トも図１０（Ａ）、（Ｂ）及び図１１とほぼ同様にな
る。

【００６６】図１２（Ａ）、（Ｂ）及び図１３には、位
置が特定されている送信器が３つあり、検出対象に追従
する受信器が２つある場合のブロック図、タイミングチ
ャート、フローチャートが示される。図１０（Ａ）、
（Ｂ）と図１２（Ａ）、（Ｂ）との相違は、図１２
（Ａ）、（Ｂ）では、受信制御部４８が３つではなく２
つの受信チャネルを制御している点である。また図１１
と図１３との相違は、図１３では、受信ｃｈ１〜ｃｈ３
ではなく受信ｃｈ１、２の位置のみを演算しており（ス
テップＩ１６、Ｉ１７）、また上式（７）ではなく上式
（４）に基づいて方向情報を演算している点である（ス
テップＩ１９）。

【００６７】図１４（Ａ）、（Ｂ）及び図１５には、検
出対象に追従する送信器が２つあり、位置が特定されて
いる受信器が３つある場合のブロック図、タイミングチ
ャート、フローチャートが示される。図１０（Ａ）、
（Ｂ）と図１４（Ａ）、（Ｂ）との相違は、図１４
（Ａ）、（Ｂ）では、送信制御部３８が３つではなく２
つの送信チャネルを制御している点である。また図１１
と図１５との相違は、図１５では、受信ｃｈ１〜ｃｈ３
ではなく送信ｃｈ１、２の位置を演算しており（ステッ
プＪ１６、Ｊ１７）、また上式（７）ではなく上式
（４）に基づいて方向情報を演算している点である（ス
テップＪ１９）。

【００６８】５．送信器及び受信器の最適配置次に送信器及び受信器の最適配置について説明する。

【００６９】本実施例では図２（Ａ）において、受信器
（又は送信器）４２、４４、４６を、各々、プレーヤの
頭部の前方付近、左方付近、右方付近に配置している。
そして受信器４４、４６を結んだ軸、受信器４４、４６
の中点と受信器４２を結んだ軸並びにこれらの２軸に直
交する軸の周りの角速度を直接測定できるように、圧電
振動ジャイロ１２、１４、１６を配置している。このよ
うに配置することで、以下に説明するように、動作検出
に要する演算処理量を減らし、演算スピードを高めるこ
とができる。

【００７０】例えば図１６に示すように、位置が特定さ
れた送信器（又は受信器）の位置情報（位置座標）をＰ
１（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、Ｐ２（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、
Ｐ３（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）とし、検出対象に追従する受
信器（又は送信器）の位置情報をＱ１（ｘ１、ｙ１、ｚ
１）、Ｑ２（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、Ｑ３（ｘ３、ｙ３、
ｚ３）とし、測定された距離をｌ１、ｌ２、ｌ３、ｍ
１、ｍ２、ｍ３、ｎ１、ｎ２、ｎ３とする。すると下式
（９）、（１０）、（１１）が成り立つ。（ｘ１−Ｘ１）²＋（ｙ１−Ｙ１）²＋（ｚ１−Ｚ１）²＝ｌ１² （ｘ１−Ｘ２）²＋（ｙ１−Ｙ２）²＋（ｚ１−Ｚ２）²＝ｌ２² （ｘ１−Ｘ３）²＋（ｙ１−Ｙ３）²＋（ｚ１−Ｚ３）²＝ｌ３² （９）（ｘ２−Ｘ１）²＋（ｙ２−Ｙ１）²＋（ｚ２−Ｚ１）²＝ｍ１² （ｘ２−Ｘ２）²＋（ｙ２−Ｙ２）²＋（ｚ２−Ｚ２）²＝ｍ２² （ｘ２−Ｘ３）²＋（ｙ２−Ｙ３）²＋（ｚ２−Ｚ３）²＝ｍ３² （１０）（ｘ３−Ｘ１）²＋（ｙ３−Ｙ１）²＋（ｚ３−Ｚ１）²＝ｎ１² （ｘ３−Ｘ２）²＋（ｙ３−Ｙ２）²＋（ｚ３−Ｚ２）²＝ｎ２² （ｘ３−Ｘ３）²＋（ｙ３−Ｙ３）²＋（ｚ３−Ｚ３）²＝ｎ３² （１１）これらの式よりＱ１（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、Ｑ２（ｘ
２、ｙ２、ｚ２）、Ｑ３（ｘ３、ｙ３、ｚ３）の位置情
報を求めることができる。またＱ１とＱ２の中点である
Ｑ４（ｘ４、ｙ４、ｚ４）の位置情報は下式より求める
ことができる。ｘ４＝（ｘ１＋ｘ２）／２ｙ４＝（ｙ１＋ｙ２）／２ｚ４＝（ｚ１＋ｚ２）／２（１２）一方、方向情報は次のようにして求める。即ち回転前の
基準位置情報を０１（Ｏｘ１、Ｏｙ１、Ｏｚ１）、Ｏ２
（Ｏｘ２、Ｏｙ２、Ｏｚ２）、Ｏ３（Ｏｘ３、Ｏｙ３、
Ｏｚ３）、Ｏ４（Ｏｘ４、Ｏｙ４、Ｏｚ４）とし、回転
後の位置情報をＱ１（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、Ｑ２（ｘ
２、ｙ２、ｚ２）、Ｑ３（ｘ３、ｙ３、ｚ３）、Ｑ４
（ｘ４、ｙ４、ｚ４）とする。すると、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）＝（Ｏｘ３、Ｏｙ３、Ｏｚ３）×Ｒ_x（θ_x）×Ｒ_y（θ_y）（１３）（ｘ４、ｙ４、ｚ４）＝（Ｏｘ４、Ｏｙ４、Ｏｚ４）×Ｒ_x（θ_x）×Ｒ_y（θ_y）（１４）が成り立ち、これらの式よりθ_x、θ_yを求めることがで
きる。また、（ｘ１、ｙ１、ｚ１）＝（Ｏｘ１、Ｏｙ１、Ｏｚ１）×Ｒ_y（θ_y）×Ｒ_z（θ_z）（１５）（ｘ２、ｙ２、ｚ２）＝（Ｏｘ２、Ｏｙ２、Ｏｚ２）×Ｒ_y（θ_y）×Ｒ_z（θ_z）（１６）が成り立ち、これらの式よりθ_zを求めることができ
る。なおＲ_x（θ_x）、Ｒ_y（θ_y）、Ｒ_z（θ_z）は、上式
（５）、（６）、（８）に示した回転行列である。

【００７１】上式においては、Ｑ３とＱ４（Ｏ３とＯ
４）を結ぶ軸をＺ軸、Ｑ１とＱ２（Ｏ１とＯ２）を結ぶ
軸をＸ軸、これらのＺ軸、Ｘ軸に直交する軸をＹ軸とし
ている。これにより、上式（１３）〜（１６）に示すよ
うに演算処理を簡易にでき、演算処理の高速化を図れ
る。なお、これらの軸周りでの角度を直接測定できるよ
うに圧電振動ジャイロを配置することで、演算処理の更
なる高速化が図れる。

【００７２】次に本実施例の演算手法の優位性を説明す
るために、面で傾きを演算する手法について説明する。
この手法によると、受信器（又は送信器）を例えば頭部
の前方、左方、右方等に配置しなくてもθ_x、θ_y、θ_z
等を得ることができるが、演算処理は本実施例に比べ複
雑になる。

【００７３】この手法での位置情報の演算は上式（９）
〜（１１）と同様になる。但し上式（１２）の演算処理
は必要なくなる。

【００７４】一方、方向情報は次のように求める。即ち
回転前の基準位置情報を０１（Ｏｘ１、Ｏｙ１、Ｏｚ
１）、Ｏ２（Ｏｘ２、Ｏｙ２、Ｏｚ２）、Ｏ３（Ｏｘ
３、Ｏｙ３、Ｏｚ３）とし、回転後の位置情報をＱ１
（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、Ｑ２（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、Ｑ
３（ｘ３、ｙ３、ｚ３）とする。すると、（ｘ１、ｙ１、ｚ１）＝（Ｏｘ１、Ｏｙ１、Ｏｚ１）×Ｒ_x（θ_x）×Ｒ_y（θ_y）×Ｒ_z（θ_z）（１７）（ｘ２、ｙ２、ｚ２）＝（Ｏｘ２、Ｏｙ２、Ｏｚ２）×Ｒ_x（θ_x）×Ｒ_y（θ_y）×Ｒ_z（θ_z）（１８）（ｘ３、ｙ３、ｚ３）＝（Ｏｘ３、Ｏｙ３、Ｏｚ３）×Ｒ_x（θ_x）×Ｒ_y（θ_y）×Ｒ_z（θ_z）（１９）が成り立ち、これらの式よりθ_x、θ_y、θ_zを求めれば
よい。上式（１３）〜（１６）と上式（１７）〜（１
９）を比較すれば明らかなように、上式（１７）〜（１
９）では、cosθ、sinθの３乗の項が出てくるため、演
算処理が非常に複雑で時間のかかるものとなる。

【００７５】面で傾きを求める手法によれば、任意の３
軸での回転角度を求めることができる。しかしながら、
ゲーム等においてはプレーヤの頭部、武器等の回転軸が
あらかじめ決まっている場合が多い。そこで本実施例で
は、図１６のＱ１、Ｑ２、Ｑ３が頭部の左方、右方、前
方付近に位置するように受信器（又は送信器）を配置
し、これにより回転角度を求める回転軸をあらかじめ決
めておく（Ｑ３とＱ４を結ぶ軸、Ｑ１とＱ２を結ぶ軸及
びこれらの軸に直交する軸に決める）。このようにする
ことで、上式（１７）〜（１９）に示すように演算処理
を簡易化でき、処理の高速化を図ることができる。

【００７６】次に図２（Ｂ）の場合について説明する。
本実施例では図２（Ｂ）において、受信器（又は送信
器）４２、４４を、各々、プレーヤの頭部の前方、後方
付近に配置している。そして受信器４２、４４を結ぶ軸
に直交する平面内にあり且つ互いに直交する２軸の周り
の角速度を直接測定できるように、圧電振動ジャイロ１
２、１４を配置している。この時、図１７から明らかな
ように、次式が成り立つ。（ｘ１−Ｘ１）²＋（ｙ１−Ｙ１）²＋（ｚ１−Ｚ１）²＝ｌ１² （ｘ１−Ｘ２）²＋（ｙ１−Ｙ２）²＋（ｚ１−Ｚ２）²＝ｌ２² （ｘ１−Ｘ３）²＋（ｙ１−Ｙ３）²＋（ｚ１−Ｚ３）²＝ｌ３² （２０）（ｘ２−Ｘ１）²＋（ｙ２−Ｙ１）²＋（ｚ２−Ｚ１）²＝ｍ１² （ｘ２−Ｘ２）²＋（ｙ２−Ｙ２）²＋（ｚ２−Ｚ２）²＝ｍ２² （ｘ２−Ｘ３）²＋（ｙ２−Ｙ３）²＋（ｚ２−Ｚ３）²＝ｍ３² （２１）これらの式よりＱ１（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、Ｑ２（ｘ
２、ｙ２、ｚ２）の位置情報を求めることができる。

【００７７】一方、方向情報については、（ｘ１、ｙ１、ｚ１）＝（Ｏｘ１、Ｏｙ１、Ｏｚ１）×Ｒ_x（θ_x）×Ｒ_y（θ_y）（２２）（ｘ２、ｙ２、ｚ２）＝（Ｏｘ２、Ｏｙ２、Ｏｚ２）×Ｒ_x（θ_x）×Ｒ_y（θ_y）（２３）が成り立ち、これらの式よりθ_x、θ_yを求めることがで
きる。

【００７８】式（９）〜（１６）と式（２０）〜（２
３）を比較すれば明らかなように、図２（Ｂ）のように
配置すれば、演算処理を更に簡易化できる。ゲーム等に
おいては、プレーヤの頭部等の上下左右の回転のみを検
出すればよい場合が多い。従って、この場合には演算処
理を更に簡易化できる図２（Ｂ）の手法が最適となる。

【００７９】６．送信器、受信器の個数これまでの実施例では、送信器が３個、受信器が３個又
は２個の場合について説明したが、送信器、受信器の個
数を共に２個以下にしたり、送信器、受信器の少なくと
も一方を１個とすることも可能である。送信器、受信器
の個数を減らすことで装置の小型化が図れ、プレーヤの
装着感を増すことができる。

【００８０】例えば位置が特定されている送信器が２
個、検出対象に追従する受信器が１個の場合について考
える。この場合、図１８において、送信器の位置（ベク
トル）をＰ１、Ｐ２、受信器の位置（ベクトル）をＰ、
送信器・受信器間の距離をｌ１、ｌ２とすると、｜Ｐ１−Ｐ｜＝ｌ１｜Ｐ２−Ｐ｜＝ｌ２（２４）が成り立ち、これを解くことで受信器の位置を求めるこ
とができる。上式（２４）から明らかなように、受信器
の位置Ｐは図１８に示す軌道１３０上（Ｐ１、Ｐ２から
距離ｌ１、ｌ２の軌道上）にあることになるが、軌道上
のどの位置にあるかは特定できない。従って、これを特
定するためには何らかの束縛条件が必要となる。

【００８１】例えばプレーヤの頭部の動作検出を行う場
合、プレーヤの体は固定され、頭部しか動けない場合が
考えられる。頭部は、プレーヤの首の付け根辺りを中心
に動く。従って例えばプレーヤの額に受信器を取り付け
れば、図１９に示すように、受信器は首の付け根１３２
を中心とする球１３４上のどこかに位置することにな
る。このような束縛条件を課すことで受信器の位置を特
定できる。即ちこの場合には、受信器の位置は、軌道１
３０と球１３４との交点の位置に特定される。この交点
は最大で２つあるが、通常、首が上下左右に９０度以上
回転することはないので、問題は生じない。

【００８２】このように球１３４上での位置が特定され
ることで、プレーヤの頭部の２軸での方向情報（回転角
度）を求めることができる。この場合、受信器は１個し
かなく２個ないため、方向情報の測定は２軸に関しての
みとなる。

【００８３】一方、図２０に示すように、受信器が平面
１３６上でのみ動くという束縛条件を課すと、例えば図
２０の１３７に示すように、平面１３６上での位置情報
を特定できる。この場合、受信器の位置は、軌道１３０
と平面１３６との交点になる。このように平面を束縛条
件に用いる手法は、例えば平面上を歩くプレーヤの頭部
等のように、高さ一定のままで平面上を移動する検出対
象の位置検出に利用できる。

【００８４】以上の動作検出は、位置が特定されている
受信器が２個、検出対象に追従する送信器が１個の場合
でも同様となる。

【００８５】次に、位置が特定されている送信器が２
個、検出対象に追従する受信器が２個の場合について考
える。この場合、図２１に示すように、受信器間の距離
が一定であれば、一方の受信器の位置が特定されれば他
方の受信器の位置も特定できる。上記した、送信器が２
個、受信器が１個の場合と同様に、受信器の位置が球１
３４上に束縛される場合を考えると、受信器の位置は、
軌道１３０、１３８と球１３４との交点の位置に特定さ
れる。

【００８６】一方の受信器の位置を特定することで、２
軸での方向情報を求めることができる。そしてこの場合
には、一方のみならず他方の受信器の位置も特定される
ため、結局、３軸での方向情報を求めることができる。

【００８７】これに対し、図２２に示すように、一方の
受信器が平面１３６上でのみ動くという束縛条件を課す
と、例えば図２２の１３９に示すように、平面１３６上
での位置情報及び２軸に関する方向情報を求めることが
できる。これにより例えば平面上を歩くプレーヤの頭部
等を測定する場合に、平面上に位置する一方の受信器を
プレーヤの首の付け根に、他方の受信器をプレーヤの額
に取り付けることで、プレーヤの位置及び頭部の２軸で
の方向情報を求めることができる。

【００８８】以上の動作検出は、位置が特定されている
受信器が２個、検出対象に追従する送信器が２個の場合
でも同様となる。

【００８９】（実施例２）実施例２は、実施例１で説明
した動作検出装置を含むシミュレータ装置に関する実施
例であり、図２３（Ａ）に、そのブロック図の一例を示
す。

【００９０】図２３（Ａ）において、操作部３００は、
プレーヤ（観者）が操作する例えば操作レバー、ハンド
ル、操作ボタン、武器、ゲームコントローラ等を含むも
のであり、操作部３００より入力された操作情報は処理
部２００に入力される。記憶部３０２は、処理部２００
を動作させるための所与の動作プログラム（ゲームプロ
グラム等）、表示モデルの画像情報、形状情報を含むモ
デル情報等を記憶すると共に、処理部２００の作業エリ
アとなるものであり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶媒体（ＣＤ
ＲＯＭ、フロッピーディスク）等から構成される。

【００９１】処理部２００は、装置全体の制御を行うと
共に、操作部３００からの操作情報及び記憶部３０２に
記憶される動作プログラム等に基づいて各種のシミュレ
ーション処理を行う。走行体による競争ゲームを例にと
れば、プレーヤの操作レバー、ハンドル等の操作に応じ
て走行体（飛行機、レーシングカー等）を所与の仮想的
な３次元空間内で走行させる等のシミュレーション処理
を行う。またＲＰＧゲームを例にとれば、プレーヤの歩
行ボタン等の操作に応じて所与の仮想的な３次元空間内
でプレーヤを歩行させると共に、武器による攻撃等によ
り場面を変化させる等のシミュレーション処理を行う。
処理部２００は、画像合成部２０２を含んでおり、この
画像合成部２０２は、検出対象である例えばプレーヤの
頭部の位置及び方向情報等に基づいて視界画像を合成
し、表示部３０４に出力する。この時の位置及び方向情
報は動作検出部３１０（実施例１の動作検出装置に相当
する）から入力される。例えば走行体による競争ゲーム
では、プレーヤの頭部の動作のみを動作検出部３１０で
検出し、走行体の位置及び方向情報については、プレー
ヤの操作情報等に基づくシミュレーション処理により求
める。一方、ＲＰＧゲームにおいては、プレーヤの頭部
の動作のみならず、歩行するプレーヤの位置及び方向情
報についても動作検出部３１０により検出してもよい。

【００９２】なお動作検出部３１０の検出対象となるも
のはプレーヤの頭部以外にも、例えばプレーヤの持つ武
器、プレーヤの四肢等、種々のものを考えることができ
る。

【００９３】また図１の第１方向情報演算部２４、第２
方向・位置情報演算部５０、動作情報演算部６０等によ
り行われる演算処理は、図２３の処理部２００及び記憶
部３０２に行わせることもできる。即ちこの場合には動
作検出部３１０の一部が処理部２００等に含まれること
になる。

【００９４】図２３（Ｂ）に頭部装着体であるＨＭＤ
（ヘッドマウントディスプレイ）の一例を示す。このＨ
ＭＤは、プレーヤの視野を覆うようにしてプレーヤが装
着するものである。ディスプレイ３２０は表示部３０４
に相当し、液晶ディスプレイ、小型ブラウン管等により
構成される。このディスプレイ３２０によりプレーヤは
視界画像を見ることができる。プレーヤ側センサ３２２
は動作検出部３１０の一部となるものであり、例えば図
２（Ａ）、（Ｂ）に示すような構成の受信部７２、７４
が内蔵される。もちろん受信部ではなく送信部を内蔵さ
せたり、受信部、送信部の両方を内蔵させることも可能
である。スピーカ３２４は、ゲーム音等をプレーヤに伝
えるものである。またコード３２６は、処理部２００か
らの視界画像情報をディスプレイ３２０に伝える、ある
いはプレーヤ側センサ３２２からの検出情報を処理部２
００に伝える等のために使用される。

【００９５】なお本発明は上記実施例１、２に限定され
るものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実
施が可能である。

【００９６】例えば第１検出部の構成は上記実施例に限
定されるものではない。圧電振動ジャイロではなく、他
の手法、例えば光ファイバジャイロ、小型のコマを利用
したジャイロあるいはジャイロ以外の素子を利用して角
速度を検出するようにしてもよい。またフィルタ部、ア
ンプ部、Ａ／Ｄ変換部の一部又は全部を設けない構成と
することもできる。更に検出された角速度から方向情報
を求める手法も種々様々なものを採用できる。

【００９７】また第２検出部の構成も上記実施例に限定
されるものではない。例えば超音波ではなく赤外線等の
他の波を利用して距離を測定し動作情報（方向及び位置
情報）を求めるようにしてもよい。この場合、赤外線
は、超音波と同様に指向性があり、障害物に遮られると
距離測定ができなくなるという性質を持っている。従っ
て、図４のステップＧ３、Ｇ４、Ｇ６に示す処理が超音
波の場合と同様に有効となる。

【００９８】また第２検出部による動作情報の検出を、
磁場を利用して行うようにしてもよい。この場合には図
２４に示すように、ＸＹＺの３方向にコイルが巻かれた
ソースコイル１２０と、磁場のＸＹＺ成分を検出可能な
センサコイル１２２とを用意する。そして例えばソース
コイル１２０を３次元空間内の所与の位置に設け、ソー
スコイル１２０の３つのコイルに電流を流すことで磁場
のＸＹＺ方向成分を順次発生させる。また例えば検出対
象の動作に追従する位置にセンサコイル１２２を設け、
上記磁場を発生した時にセンサコイル１２２の３つのコ
イルに流れる電流を検出する。この検出電流により検出
対象の動作情報を求めることができる。このように本発
明の第２検出部は、３次元空間内の所与の位置又は検出
対象の動作に追従する位置のいずれかから所与の波を発
生することで、検出対象の少なくとも方向情報を求める
ような構成であればよい。

【００９９】但し第１検出部との組み合わせを考えた場
合には、磁場を利用するよりも超音波等の指向性の波を
利用する方が好ましい。その理由は第１に、ソースコイ
ルが発生する磁場の影響で第１検出部の誤検出が生じる
可能性があるからである。例えば第１検出部に圧電振動
ジャイロを用いた場合、圧電振動ジャイロの出力電圧に
上記磁場に起因するノイズがのると誤検出の原因とな
る。第１検出部では角速度を積分等して方向情報を求め
ているため、その影響は大きい。第２に、例えば検出対
象が検出範囲外となったり、金属等の障害物があった場
合等に、超音波等を利用する手法の方が第１検出部への
切り替えを容易に行える。即ち磁場を利用する手法で
は、上記の場合、第２検出部の出力は大きく変化しない
ため、異常検出が困難となる。これに対して超音波等の
指向性のある波を利用する場合、第２検出部の出力は大
きく変化し、図４のステップＧ３、Ｇ４、Ｇ６に示す処
理を容易に行うことができる。第３に、磁場を利用する
手法は、応答性、装置の小型化の点で劣り、ゲーム装置
等のシミュレーション装置に不向きである。第４に、磁
場を利用する手法は検出範囲が狭く、これを広くしよう
とすると高価となり、また表示部に含まれるブラウン管
等により磁場が乱され誤検出を生じやすいという問題点
も有している。

【０１００】また上記実施例では、第２検出部において
方向情報及び位置情報を求めているが、方向情報のみを
求めるようにしても構わない。例えばレーシングカーゲ
ーム等においてプレーヤの頭部の位置がある程度固定さ
れている場合や、砲台に取り付けられた武器が検出対象
である場合等には、動作情報の中の方向情報のみを検出
すればよい。

【０１０１】一方、第２検出部を、位置情報検出可能な
構成とすれば、次のような効果が生じる。即ち角速度を
利用して方向情報を求める手法は、前述のように超音
波、磁場等を利用する手法に比べ様々な面で優れてお
り、特にリアルタイム処理を行うシミュレーション装置
に最適なものである。しかしながらこの角速度を利用す
る手法では一般的には方向情報のみしか得ることができ
ない。従って検出対象の位置についてもリアルタイムに
変化し、動作情報として位置情報が要求される場合に
は、第１検出部と、位置情報の検出が可能な第２検出部
とを組み合わせることにより、このような要求に応える
ことができる。

【０１０２】また送信器、受信器、圧電振動ジャイロ等
の配置も図２（Ａ）、（Ｂ）に示すものに限られるもの
ではない。例えば送信器、受信器の両方を、検出対象側
あるいは３次元空間内の所与の位置に設けるようにして
もよい。

【０１０３】また本発明は、業務用及び家庭用ゲーム装
置、複数のプレーヤが参加する大型アトラクション型の
ゲーム装置、通信回線等を用いて他プレーヤとゲームを
行う機能を有するマルチメディア端末装置、フライトシ
ミュレータ、ドライブシミュレータ等、種々のシミュレ
ーション装置に適用できる。また、武器、四肢等を検出
対象とし、ＨＭＤを利用しないシミュレーション装置に
本発明を適用することもできる。更にシュミレーション
装置、３次元ＣＡＤ等における３次元ポインティングデ
バイスである３次元マウス等に本発明を適用することも
できる。

【０１０４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の一例を示すブロック図であ
る。

【図２】図２（Ａ）、（Ｂ）は、圧電振動ジャイロ及び
超音波送信器・受信器の配置例を示す図である。

【図３】図３（Ａ）、（Ｂ）は実施例１の動作を説明す
るためのフローチャートである。

【図４】実施例１の動作を説明するためのフローチャー
トである。

【図５】重みづけ係数について説明するための図であ
る。

【図６】図６（Ａ）〜（Ｃ）は、圧電振動ジャイロの原
理について説明するための図である。

【図７】図７（Ａ）、（Ｂ）は、圧電振動ジャイロの特
性を示す図である。

【図８】図８（Ａ）、（Ｂ）は、超音波等を利用して動
作情報を求める手法の原理を説明するための図である。

【図９】図９（Ａ）、（Ｂ）は、超音波等を利用して動
作情報を求める手法の原理を説明するための図である。

【図１０】図１０（Ａ）、（Ｂ）は、第２検出部の動作
を説明するためのブロック図及びタイミングチャートで
ある。

【図１１】第２検出部の動作を説明するためのフローチ
ャートである。

【図１２】図１２（Ａ）、（Ｂ）は、第２検出部の動作
を説明するためのブロック図及びタイミングチャートで
ある。

【図１３】第２検出部の動作を説明するためのフローチ
ャートである。

【図１４】図１４（Ａ）、（Ｂ）は、第２検出部の動作
を説明するためのブロック図及びタイミングチャートで
ある。

【図１５】第２検出部の動作を説明するためのフローチ
ャートである。

【図１６】送信器、受信器の最適配置について説明する
ための図である。

【図１７】送信器、受信器の最適配置について説明する
ための図である。

【図１８】送信器が２個、受信器が１個の場合に、受信
器の位置する軌道について説明するための図である。

【図１９】送信器が２個、受信器が１個の場合の方向情
報の特定について説明するための図である。

【図２０】送信器が２個、受信器が１個の場合の位置情
報の特定について説明するための図である。

【図２１】送信器が２個、受信器が２個の場合の方向情
報の特定について説明するための図である。

【図２２】送信器が２個、受信器が２個の場合の位置情
報の特定について説明するための図である。

【図２３】図２３（Ａ）は、実施例２の一例を示すブロ
ック図であり、図２３（Ｂ）は、ＨＭＤの一例を示す図
である。

【図２４】磁場を利用して動作情報を求める手法を説明
するための図である。

【符号の説明】

１０第１検出部１２〜１６圧電振動ジャイロ１８フィルタ部２０アンプ部２２Ａ／Ｄ変換部２４第１方向情報演算部３０第２検出部３２〜３６超音波送信部３８送信制御部４２〜４６超音波発振部４８受信制御部４９カウンタ５０第２方向・位置情報演算部６０動作情報演算部７０送信部７２、７４受信部２００処理部２０２画像合成部３００操作部３０２記憶部３０４表示部３１０動作検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｇ０１Ｃ 19/00 9365−5ＨＧ０６Ｆ 15/72 ４５５

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元空間内で動作する検出対象の少な
くとも方向情報を検出するための動作検出装置であっ
て、検出対象の１又は複数の軸周りにおける角速度を検出
し、検出された該角速度に基づいて検出対象の方向情報
を求め、これを第１方向情報として出力する第１検出手
段と、前記３次元空間内の所与の位置又は検出対象の動作に追
従する位置のいずれかから所与の波を発生することで検
出対象の少なくとも方向情報を求め、これを第２方向情
報として出力する第２検出手段と、前記第１検出手段で求められた第１方向情報と前記第２
検出手段で求められた第２方向情報とに基づいて補正演
算処理を行い、検出対象の方向情報を求める動作情報演
算手段とを含むことを特徴とする動作検出装置。
【請求項２】請求項１において、前記動作情報演算手段が、前記第１、第２方向情報に対する重みづけ係数を設定
し、前記第１、第２方向情報及び前記重みづけ係数に基
づいて検出対象の方向情報を求めることを特徴とする動
作検出装置。
【請求項３】請求項２において、前記動作情報演算手段が、前記第１検出手段で検出された前記角速度に基づいて前
記重みづけ係数の設定を行うことを特徴とする動作検出
装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記第２検出手段が、指向性を有する波を送信する送信器と該送信された波を
受信する受信器とを用いて、３次元空間内の所与の位置
と検出対象の動作に追従する位置との間の距離を求め、
該求められた距離に基づいて検出対象の少なくとも方向
情報を求めることを特徴とする動作検出装置。
【請求項５】請求項４において、前記動作情報演算手段が、前記送信器からの波の到達範囲外に前記受信器が位置す
る場合には、前記第１方向情報を検出対象の方向情報と
することを特徴とする動作検出装置。
【請求項６】請求項４又は５のいずれかにおいて、前記動作情報演算手段が、前記送信器からの波が障害物に遮られ前記受信器に到達
しなかった場合には、前記第１方向情報を検出対象の方
向情報とすることを特徴とする動作検出装置。
【請求項７】請求項４乃至６のいずれかにおいて、前記検出対象は観者の頭部であり、前記第２検出手段が、観者の頭部の前方付近、左方付近、右方付近の位置を第
１、第２、第３位置とした場合に、３次元空間内の所与
の位置と該第１、第２、第３位置との間の距離を求め、前記第１検出手段が、前記第２、第３位置を結ぶ第１軸、前記第２、第３位置
の中点と前記第１位置を結ぶ第２軸並びに該第１及び第
２軸に直交する第３軸の軸周りの角速度を求めることを
特徴とする動作検出装置。
【請求項８】請求項４乃至６のいずれかにおいて、前記検出対象は観者の頭部であり、前記第２検出手段が、観者の頭部の前方付近、後方付近の位置を第１、第２位
置とした場合に、３次元空間内の所与の位置と該第１、
第２位置との間の距離を求め、前記第１検出手段が、前記第１、第２位置を結ぶ軸に直交する平面内にあり且
つ互いに直交する第１、第２軸の軸周りの角速度を求め
ることを特徴とする動作検出装置。
【請求項９】請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記第２検出手段が、所与のソースコイルにより磁場を発生し、該磁場を所与
のセンサコイルにより検出することで検出対象の少なく
とも方向情報を求めることを特徴とする動作検出装置。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれかにおいて、前記第２検出手段が、検出対象の位置情報を更に求め、前記動作情報演算手段が、求められた位置情報を検出対
象の位置情報とすることを特徴とする動作検出装置。
【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれかにおい
て、前記第１検出手段が、圧電振動ジャイロを用いて前記角
速度を求めることを特徴とする動作検出装置。
【請求項１２】請求項１乃至１１のいずれかの動作検
出装置と、観者の視野を覆うように設けられる表示手段と、前記動作検出装置から得られる検出対象の方向情報に少
なくとも基づいて視界画像を合成し前記表示手段に出力
する画像合成手段とを含むことを特徴とするシミュレー
タ装置。
【請求項１３】３次元空間内で動作する検出対象の少
なくとも方向情報を検出するための動作検出方法であっ
て、検出対象の１又は複数の軸周りにおける角速度を検出
し、検出された該角速度に基づいて検出対象の方向情報
を求め、これを第１方向情報として出力する第１検出ス
テップと、前記３次元空間内の所与の位置又は検出対象の動作に追
従する位置のいずれかから所与の波を発生することで検
出対象の少なくとも方向情報を求め、これを第２方向情
報として出力する第２検出ステップと、前記第１検出ステップで求められた第１方向情報と前記
第２検出ステップで求められた第２方向情報とに基づい
て補正演算処理を行い、検出対象の方向情報を求める動
作情報演算ステップとを含むことを特徴とする動作検出
方法。
【請求項１４】請求項１３において、前記動作情報演算ステップが、前記第１、第２方向情報に対する重みづけ係数を設定
し、前記第１、第２方向情報及び前記重みづけ係数に基
づいて検出対象の方向情報を求めることを特徴とする動
作検出方法。