(57)【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、第一光線を出射する３個以上の光学マーカーと、
前記３個以上の光学マーカーの内から検出領域に存在する少なくとも３個の光学マーカーからの第一光線を立体視で検出するカメラ装置と、
検出された第一光線に基づいて、前記カメラ装置に対する３個以上の光学マーカーの現在位置である光学マーカー位置情報を算出して、当該光学マーカー位置情報を光学マーカー位置情報記憶部に記憶させ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３個以上の光学マーカーは、少なくとも３個の光学マーカーが１組の光学マーカー群となるように対象物に取り付けられ、
１組の光学マーカー群においては、それぞれの光学マーカーが識別可能に形成され、
前記カメラ装置に取り付けられ、前記光学マーカーからの第一光線を検出する受光素子と、
各組の光学マーカー群の内の１個の代表光学マーカーを順番に点灯させることにより、検出された第一光線の強度に基づいて、２個以上の代表光学マーカーの内から受光素子の最も近傍にある１個の代表光学マーカーを選択する発光素子近傍情報を算出して、当該発光素子近傍情報を発光素子位置情報記憶部に記憶させる発光素子位置情報算出部とを備え、
前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカー位置情報を算出する際に、前記発光素子近傍情報を用いて、前記２組以上の光学マーカー群の内から検出領域に存在する１組の光学マーカー群を決定して、決定した光学マーカー群の内の光学マーカーと、検出された第一光線とをそれぞれ対応付けることを特徴とするモーショントラッカ装置。
【請求項２】
前記カメラ装置は、２台のＣＣＤカメラであり、
前記受光素子は、２台のＣＣＤカメラに１個ずつ取り付けられるフォトダイオードであ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ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモーショントラッカ装置。
【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、頭部の現在位置及び現在角度）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、光学マーカーの現在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（対象物）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。そこで、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（移動体）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とき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、救難飛行艇の緯度、経度、高度、姿勢に加えて、救難飛行艇に設定された相対座標系に対するパイロットの頭部の現在角度及び現在位置を測定している。ここでも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）。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、頭部装着型表示装置付ヘルメットにおける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、立体視が可能でかつ設置場所が固定された第一ＣＣＤカメラと第二ＣＣＤカメラ（カメラ装置）で同時に撮影することで、所謂、三角測量の原理により、カメラ装置に対する３個のＬＥＤの相対的な現在の位置関係を測定している。これにより、カメラ装置に対する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特定している。
【０００５】
ここで、上述したような光学方式のＨＭＴ装置における第一ＣＣＤカメラにより撮影される撮影領域と、第二ＣＣＤカメラにより撮影される撮影領域とについて、図４を用いて説明する。図４は、第一ＣＣＤカメラにより撮影される撮影領域と第二ＣＣＤカメラにより撮影される撮影領域とについて説明するための図である。
カメラ装置２は、第一ＣＣＤカメラ２ａと第二ＣＣＤカメラ２ｂとからなり、立体視が可能となるように飛行体（移動体）３０の天井に固定されている。
第一ＣＣＤカメラ２ａには、使用されている低歪レンズや広角レンズ等により撮影できる撮影領域の大きさと形状とが定められる。例えば、第一ＣＣＤカメラ２ａの撮影領域の形状は、第一ＣＣＤカメラ２ａを頂点とする円錐となっている。また、第二ＣＣＤカメラ２ｂにも、第一ＣＣＤカメラ２ａと同様に、使用されている低歪レンズや広角レンズ等により撮影できる撮影領域の大きさと形状とが定められる。そして、第二ＣＣＤカメラ２ｂの撮影領域の形状も、第二ＣＣＤカメラ２ｂを頂点とする円錐となっている。
そして、カメラ装置２に対するＬＥＤ４７の位置を算出するためには、三角測量の原理を用いるので、第一ＣＣＤカメラ２ａにより撮影される撮影領域と、第二ＣＣＤカメラ２ｂにより撮影される撮影領域とが重なった検出領域Ｓに、ＬＥＤ４７が存在していなければならないことになる。
【０００６】
そこで、飛行体３０中で動くことになる頭部装着型表示装置付ヘルメット５０の現在位置や現在角度を特定し続けるために、第一ＣＣＤカメラ２ａ及び第二ＣＣＤカメラ２ｂの検出領域Ｓに常に少なくとも３個のＬＥＤ４７が存在するように、頭部装着型表示装置付ヘルメット５０の外周面の全面に複数個（図４中では５個）のＬＥＤ４７が取り付けられている。
さらに、第一ＣＣＤカメラ２ａ及び第二ＣＣＤカメラ２ｂで検出される光線が、複数個のＬＥＤ４７の内のどのＬＥＤ４７から出射されたものであるかを識別する必要があるので、頭部装着型表示装置付ヘルメット５０には、それぞれが識別可能な光線を出射するＬＥＤ４７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５０の外周面上に、互いに異なる波長の発光光を出射するＬＥＤ４７を互いに離隔するようにして取り付けている。これにより、発光光の波長を区別することによって、検出された各発光光と、その発光光を出射したＬＥＤ４７とをそれぞれ対応付けて、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５０の現在位置や現在角度を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特願２００６−２８４４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、それぞれが識別可能な複数個のＬＥＤ４７を取り付けた場合、１個のＬＥＤ４７に故障等が発生したときに、故障した１個のＬＥＤ４７を新品の１個のＬＥＤ４７と交換することになるが、取り付けられている他のＬＥＤ４７の識別情報（例えば、波長情報）と区別できるように、新品の１個のＬＥＤ４７の詳細な識別情報を改めてＨＭＴ装置に記憶させる必要があった。よって、新品のＬＥＤ４７と交換するたびに、新品のＬＥＤ４７の識別情報をＨＭＴ装置に記憶させる手間がかかっていた。
一方、識別情報を有さない複数個のＬＥＤ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のに用いるには適切ではない。
【０００９】
そこで、本出願人は、頭部装着型表示装置付ヘルメットに取り付けられた複数個のＬＥＤのそれぞれの現在位置を算出する際に、ＬＥＤに識別情報を持たせたり、１個１個順番にＬＥＤを点灯させたりすることもなく、同じ波長の発光光を出射するＬＥＤを識別する識別方法を見出している。図５は、頭部装着型表示装置付ヘルメットにおけるＬＥＤを識別する識別方法を説明するための図である。なお、図中、黒丸はＬＥＤを示す。
まず、第一ＣＣＤカメラと第二ＣＣＤカメラとが飛行体に固定されているときには、第一ＣＣＤカメラの撮影方向と第二ＣＣＤカメラの撮影方向とが定まった状態にあるので、エピポーラ幾何学に基づく予測により、第一ＣＣＤカメラによる第一画像に撮影された発光光と、第二ＣＣＤカメラによる第二画像に撮影された発光光との間で、同一のＬＥＤから出射された発光光の組をそれぞれ対応付ける。
【００１０】
次に、第一画像と第二画像との間での発光光の組を対応付けることができれば、カメラ装置に対する各発光光が出射された位置を算出して、さらに図５に示すように、時間ｔ１（カメラ装置の１回目の撮影時間）のＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃのそれぞれの位置を記憶するとともに、記憶された各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）をそれぞれ設定することにより、時間ｔ２（カメラ装置の２回目の撮影時間）に、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に存在する発光光が出射された位置に、時間ｔ１に設定された予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に対応するＬＥＤが移動したと認識する。
このようにすることで、ＬＥＤに識別情報を持たせたり、１個１個順番にＬＥＤを点灯させたりすることもなく、同じ波長の発光光を出射するＬＥＤを識別することができる。
【００１１】
しかし、上述した識別方法では、カメラ装置による撮影時間の間隔において、各ＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃの移動距離が予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）内となる場合には問題なかったが、図６に示すように、頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動速度が速い（各ＬＥＤの移動距離が予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を超える）場合に、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に対応するＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃと異なるＬＥＤ５７ｄ、５７ｅ、５７ｆが存在することがあった。つまり、ＬＥＤ５７ａ〜５７ｆは識別情報を有さないため、ＬＥＤ５７ｄ、５７ｅ、５７ｆをＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃとして認識してしまっていた。つまり、ＬＥＤ５７ａ〜５７ｆのそれぞれの現在位置を正確に算出できないことがあった。
【００１２】
また、上述した識別方法以外にも、９個のＬＥＤが互いに異なる距離で離隔するようにして、頭部装着型表示装置付ヘルメットの外周面上に取り付けられたものを用いることにより、同じ波長の発光光を出射するＬＥＤを識別する識別方法も見出している。図７は、頭部装着型表示装置付ヘルメットにおけるＬＥＤを識別する識別方法を説明するための図である。
図７に示すように、同じ波長の発光光を出射する９個のＬＥＤ６７ａ〜６７ｉが互いに異なる距離ｌ１〜ｌ９で離隔するようにして、頭部装着型表示装置付ヘルメットの外周面上に取り付けられている。
【００１３】
まず、上述した識別方法と同様に、エピポーラ幾何学に基づく予測により、第一ＣＣＤカメラによる第一画像に撮影された発光光と、第二ＣＣＤカメラによる第二画像に撮影された発光光との間で、同一のＬＥＤから出射された発光光の組をそれぞれ対応付ける。
次に、第一画像と第二画像との間での発光光の組を対応付けることができれば、カメラ装置に対する各発光光が出射された位置を算出するとともに、各発光光が出射された位置の間の距離を算出することにより、算出された距離と、ＬＥＤ６７ａ〜６７ｉ間の距離とを比較することで、各発光光が出射された位置と、それぞれのＬＥＤ６７ａ〜６７ｉとを対応付ける。
このようにすることで、ＬＥＤに識別情報を持たせたり、１個１個順番にＬＥＤを点灯させたりすることもなく、同じ波長の発光光を出射するＬＥＤを識別することができる。
しかし、このような識別方法では、算出された距離と、全てのＬＥＤ６７ａ〜６７ｉ間の距離とを比較することになるので、各発光光が出射された位置と、それぞれのＬＥＤ６７ａ〜６７ｉとを対応付けるのに時間がかかるという問題点があった。
【００１４】
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算出する際に、光学マーカーのそれぞれの現在位置を精度よく効率的に算出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】
【００１５】
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、第一光線を出射する３個以上の光学マーカーと、前記３個以上の光学マーカーの内から検出領域に存在する少なくとも３個の光学マーカーからの第一光線を立体視で検出するカメラ装置と、検出された第一光線に基づいて、前記カメラ装置に対する３個以上の光学マーカーの現在位置である光学マーカー位置情報を算出して、当該光学マーカー位置情報を光学マーカー位置情報記憶部に記憶させ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３個以上の光学マーカーは、少なくとも３個の光学マーカーが１組の光学マーカー群となるように対象物に取り付けられ、１組の光学マーカー群においては、それぞれの光学マーカーが識別可能に形成され、前記カメラ装置に取り付けられ、前記光学マーカーからの第一光線を検出する受光素子と、各組の光学マーカー群の内の１個の代表光学マーカーを順番に点灯させることにより、検出された第一光線の強度に基づいて、２個以上の代表光学マーカーの内から受光素子の最も近傍にある１個の代表光学マーカーを選択する発光素子近傍情報を算出して、当該発光素子近傍情報を発光素子位置情報記憶部に記憶させる発光素子位置情報算出部とを備え、前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカー位置情報を算出する際に、前記発光素子近傍情報を用いて、前記２組以上の光学マーカー群の内から検出領域に存在する１組の光学マーカー群を決定して、決定した光学マーカー群の内の光学マーカーと、検出された第一光線とをそれぞれ対応付けるようにしている。
【００１６】
本発明のモーショントラッカ装置によれば、まず、受光素子で検出された第一光線の強度に基づいて、２組以上の光学マーカー群の内から検出領域に存在する１組の光学マーカー群を決定する。次に、光学マーカー位置情報算出部は、１組の光学マーカー群においては、光学マーカーがそれぞれ識別可能に形成されているので、決定した光学マーカー群の内の光学マーカーと、検出された第一光線とをそれぞれ対応付けることができる。
【発明の効果】
【００１７】
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、１組の光学マーカー群において、光学マーカーがそれぞれ識別可能に形成されればよいので、例えば、３個の光学マーカーが１組の光学マーカー群となるようにしたときには、３種類の識別情報を有する光学マーカーのみを使用すればよく、全ての光学マーカーにそれぞれ異なる詳細な識別情報を持たせる必要がなくなるので、おおまかな識別情報を記憶させておけばよく、識別情報を改めて記憶させる必要がなくなる。また、光学マーカー間の距離を互いに異なるように形成したときには、全ての光学マーカー間の距離と対応させる必要もなく、１組の光学マーカー群のみの光学マーカー間の距離と対応させればよくなるので、光学マーカーのそれぞれの現在位置を効率的に算出することができる。
【００１８】
（他の課題を解決するための手段及び効果）
また、上記の発明において、前記カメラ装置は、２台のＣＣＤカメラであり、前記受光素子は、２台のＣＣＤカメラに１個ずつ取り付けられるフォトダイオードであるようにしてもよい。
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るようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態１のＨＭＴ装置の概略構成を示す図。
【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。
【図３】相対座標系（ＸＹＺ座標系）の設定を説明する図。
【図４】第一ＣＣＤカメラと第二ＣＣＤカメラにより撮影される撮影領域の説明図。
【図５】従来の頭部装着型表示装置付ヘルメットにおけるＬＥＤ識別方法の説明図。
【図６】従来の頭部装着型表示装置付ヘルメットにおけるＬＥＤ識別方法の説明図。
【図７】従来の頭部装着型表示装置付ヘルメットにおけるＬＥＤ識別方法の説明図。
【図８】ＨＭＴ装置１による測定動作を説明するフローチャート。
【図９】本発明の実施形態２のＨＭＴ装置の概略構成を示す図。
【図１０】図９に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットの平面図。
【図１１】ＨＭＴ装置１０１による測定動作を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１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。また、図３は、相対座標系（ＸＹＺ座標系）の設定を説明するための図である。
本実施形態は、飛行体（移動体）３０に搭乗するパイロット３が着用する頭部装着型表示装置付ヘルメット（対象物）１０の現在位置及び現在角度を算出するものである。つまり、ＨＭＴ装置１は、飛行体３０に設定された相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する、パイロット３が着用する頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に設定されたヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を算出する。
なお、相対座標系（ＸＹＺ座標系）は、後述するカメラ装置２を基準とするものであり、相対座標系記憶部４３に記憶され、一方、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）は、後述するＬＥＤ群７を基準として設定されたものであり、ヘルメット座標系記憶部４４に記憶されている。また、角度（ＲＬｈ）は、ロール方向（Ｘ軸に対する回転）の角度であり、角度（ＥＬｈ）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（ＡＺｈ）は、アジマス方向（Ｚ軸に対する回転）の角度である。
【００２２】
ＨＭＴ装置１は、パイロット３の頭部に装着される頭部装着型表示装置付ヘルメット１０と、飛行体３０の天井に取り付けられたカメラ装置２と、カメラ装置２に取り付けられたフォトダイオード（受光素子）群４と、コンピュータにより構成される制御部２０とを備える。
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、パイロット３の目に導くコンバイナ８と、ＬＥＤ（光学マーカー）群７と、ＬＥＤ（発光素子）群５とを有する。なお、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０を装着したパイロット３は、表示器による表示画像とコンバイナ８の前方実在物とを視認することが可能となっている。
【００２３】
ＬＥＤ群７は、図２に示すように、同じ波長の発光光（第一光線）を出射する９個のＬＥＤ７ａ〜７ｉが互いに異なる距離で離隔するようにして、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の外周面上に取り付けられたものである。また、９個のＬＥＤ７ａ〜７ｉにおいては、３個のＬＥＤ７ａ〜７ｃが１組のＬＥＤ群（光学マーカー群）となり、３個のＬＥＤ７ｄ〜７ｆが１組のＬＥＤ群（光学マーカー群）となり、３個のＬＥＤ７ｇ〜７ｉが１組のＬＥＤ群（光学マーカー群）となるように取り付けられている。
ここで、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）は、原点及び各座標軸の方向を任意に定めることができるが、本実施形態では図２に示すように、原点をＬＥＤ７ａの位置とし、前方方向をＸ’軸方向とし、前方方向に垂直方向をＹ’軸方向とし、Ｘ’軸方向及びＹ’軸方向に垂直方向をＺ’軸方向とするように定義するように、後述するヘルメット座標系記憶部４４に設定されている。また、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）上での９個のＬＥＤ７ａ〜７ｉの位置関係（初期データ）も、ヘルメット座標系記憶部４４に記憶されている。
これにより、後述する三角測量の手法で、現時点における９個のＬＥＤ７ａ〜７ｉの内の少なくとも３個のＬＥＤの位置を算出し、初期データを参照することで、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の現在位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び現在角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）が、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）を用いて表現されるようになっている。
【００２４】
ＬＥＤ群（発光素子群）５は、図２に示すように、同じ波長の発光光（第二光線）を出射する３個のＬＥＤ５ａ〜５ｃが頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の外周面上に取り付けられたものである。また、ＬＥＤ５ａの発光時間とＬＥＤ５ｂの発光時間とＬＥＤ５ｃの発光時間とがこの順に繰り返されるように設定されている。
このとき、３個のＬＥＤ５ａ〜５ｃは、９個のＬＥＤ７ａ〜７ｉとの位置関係が決められて取り付けられている。例えば、図２に示すように、３個のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃで形成される三角形の重心にＬＥＤ５ａが配置され、３個のＬＥＤ７ｄ、７ｅ、７ｆで形成される三角形の重心にＬＥＤ５ｂが配置され、３個のＬＥＤ７ｇ、７ｈ、７ｉで形成される三角形の重心にＬＥＤ５ｃが配置されている。これにより、ＬＥＤ５ａの近傍には、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが存在し、ＬＥＤ７ｄ〜７ｉは存在しなくなる。また、ＬＥＤ５ｂの近傍には、ＬＥＤ７ｄ、７ｅ、７ｆが存在し、ＬＥＤ７ａ〜７ｃ、７ｇ〜７ｉは存在しなくなる。さらに、ＬＥＤ５ｃの近傍には、ＬＥＤ７ｇ、７ｈ、７ｉが存在し、ＬＥＤ７ａ〜７ｆは存在しなくなる。
【００２５】
飛行体３０は、パイロット３が搭乗するコックピットであり、パイロット３が着席する座席３０ａを備える。
カメラ装置２は、第一ＣＣＤカメラ２ａと第二ＣＣＤカメラ２ｂとからなる。第一ＣＣＤカメラ２ａと第二ＣＣＤカメラ２ｂとは、撮影方向が異なりかつ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、立体視が可能な一定の距離（ｄ）を隔てるように、飛行体３０の天井に取り付けられている。そして、第一ＣＣＤカメラ２ａで撮影された第一画像が作成されるとともに、第二ＣＣＤカメラ２ｂで撮影された第二画像が作成される。
ここで、図３に示すように、第一ＣＣＤカメラ２ａと第二ＣＣＤカメラ２ｂとに撮影された第一画像と第二画像中に映し出されているＬＥＤ７ａから出射された発光光（第一光線）の位置を抽出し、さらに第一ＣＣＤカメラ２ａからの方向角度（α）と第二ＣＣＤカメラ２ｂからの方向角度（β）とを算出し、第一ＣＣＤカメラ２ａと第二ＣＣＤカメラ２ｂとの間の距離（ｄ）を用いることにより、所謂、三角測量の手法で、カメラ装置２に対するＬＥＤ７ａの位置が算出される。
【００２６】
なお、ＬＥＤ群７は互いに同じ波長の発光光を出射するので、第一ＣＣＤカメラ２ａによる第一画像に撮影された複数の発光光と、第二ＣＣＤカメラ２ｂによる第二画像に撮影された複数の発光光とを単純に対応付けることができないが、第一ＣＣＤカメラ２ａと第二ＣＣＤカメラ２ｂとは飛行体３０に固定されているので、エピポーラ幾何学に基づく予測によって、第一ＣＣＤカメラ２ａによる第一画像に撮影された複数の発光光と、第二ＣＣＤカメラ２ｂによる第二画像に撮影された複数の発光光との間で、同一のＬＥＤから出射された発光光の組をそれぞれ対応付けることになる。
さらに、ＬＥＤ群７は互いに同じ波長の発光光を出射するので、対応付けられた発光光の組と、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に取り付けられたＬＥＤ群７とを対応付けることはできないが、光学マーカー位置情報算出部３１（後述する）によって、本発明では精度よく効率的に対応付けることになるので、ここでは説明を省略する。
【００２７】
また、対応付けたＬＥＤの位置を、空間座標で表現することができるようにするために、カメラ装置２に固定された座標系である相対座標系（ＸＹＺ座標系）を設定して用いる。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、第二ＣＣＤカメラ２ｂの位置から第一ＣＣＤカメラ２ａの位置への方向を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、原点を第一ＣＣＤカメラ２ａの位置と第二ＣＣＤカメラ２ｂの位置との中点として定義するように相対座標系記憶部４３に設定されている。
これにより、上述したように三角測量の手法で算出することで、相対座標系（ＸＹＺ座標系）において、対応付けた発光光の組を出射した位置座標を表現するとともに、位置座標と、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に取り付けられたＬＥＤとを対応付けることにより、ＬＥＤ群７が位置決めされて取り付けられている頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）は、相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の位置及び角度を用いて表現できる。なお、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）は、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の原点であるＬＥＤ７ａの現在の位置座標で表現することとする。
【００２８】
フォトダイオード群（受光素子群）４は、フォトダイオード４ａとフォトダイオード４ｂとからなる。フォトダイオード４ａが第一ＣＣＤカメラ２ａに取り付けられるとともに、フォトダイオード４ｂが第二ＣＣＤカメラ２ｂに取り付けられている。
また、フォトダイオード群４は、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に取り付けられたＬＥＤ群（発光素子群）５からの発光光（第二光線）の強度を検出する。そして、検出された発光光の強度を検出信号としてコンピュータ２０の発光素子位置情報算出部３３（後述する）に出力する。なお、発光素子位置情報算出部３３では、発光光の強度により、ＬＥＤ群（発光素子群）５の内からどのＬＥＤがフォトダイオード群（受光素子群）４の一番近傍にあるかが算出されるようになっている。
【００２９】
制御部２０は、図１に示すように、ＣＰＵ２１やメモリ４０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、光学マーカー位置情報算出部３１と、発光素子位置情報算出部３３と、相対情報算出部３２と、映像表示部２５とを有する。
また、メモリ４０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、光学マーカー位置情報を順次記憶するための光学マーカー位置情報記憶部４１と、発光素子近傍情報を記憶するための発光素子位置情報記憶部４２と、相対座標系（ＸＹＺ座標系）を記憶する相対座標系記憶部４３と、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）を記憶するヘルメット座標系記憶部４４とを有する。
なお、ヘルメット座標系記憶部４４は、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）を記憶し、さらにＸ’Ｙ’Ｚ’座標系上での９個のＬＥＤ７ａ〜７ｉと３個のＬＥＤ５ａ〜５ｃとの位置関係（初期データ）も記憶している。
【００３０】
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でＬＥＤ群７を撮影し、第一画像と第二画像とを取得する制御を行うものである。
このとき、第一ＣＣＤカメラ２ａと第二ＣＣＤカメラ２ｂとは飛行体３０に固定されていることにより、第一ＣＣＤカメラ２ａの撮影方向と第二ＣＣＤカメラ２ｂの撮影方向とが定まった状態であるので、エピポーラ幾何学に基づく予測により、第一ＣＣＤカメラ２ａで撮影された第一画像と第二ＣＣＤカメラ２ｂで撮影された第二画像との間での発光光の組を認識することができるが、ＬＥＤ７ａ〜７ｉは同じ波長の発光光を出射するものなので、まだ各発光光の組と各ＬＥＤ７ａ〜７ｉとを対応付けることはできない。
【００３１】
発光素子位置情報算出部３３は、ＬＥＤ５ａ〜５ｃを順番に１個ずつ点灯させる指令信号を出力するとともに、フォトダイオード４ａ、４ｂで発光光の強度を検出することにより、検出された発光光の強度に基づいて、３個のＬＥＤ５ａ〜５ｃの内からフォトダイオード４ａ、４ｂの最も近傍にある１個のＬＥＤを選択する発光素子近傍情報を算出して、発光素子近傍情報を発光素子位置情報記憶部４２に記憶させる制御を行うものである。
具体的には、まず、ＬＥＤ５ａに点灯させる指令信号を出力することにより、フォトダイオード４ａ、４ｂで発光光の強度を検出することにより、検出された発光光の強度に基づいて、ＬＥＤ５ａから各フォトダイオード４ａ、４ｂまでのそれぞれの距離を算出する。次に、ＬＥＤ５ｂに点灯させる指令信号を出力することにより、フォトダイオード４ａ、４ｂで発光光の強度を検出することにより、検出された発光光の強度に基づいて、ＬＥＤ５ｂから各フォトダイオード４ａ、４ｂまでのそれぞれの距離を算出する。次に、ＬＥＤ５ｃに点灯させる指令信号を出力することにより、フォトダイオード４ａ、４ｂで発光光の強度を検出することにより、検出された発光光の強度に基づいて、ＬＥＤ５ｃから各フォトダイオード４ａ、４ｂまでのそれぞれの距離を算出する。そして、ＬＥＤ５ａ〜５ｃから各フォトダイオード４ａ、４ｂまでのそれぞれの距離を用いて、３個のＬＥＤ５ａ〜５ｃの内からフォトダイオード群４の最も近傍にある１個のＬＥＤを選択する発光素子近傍情報を算出する。最後に、発光素子近傍情報を発光素子位置情報記憶部４２に記憶させる。
なお、ＬＥＤ５ａ〜５ｃとして、発光光を出射する出射領域が狭いものを用いた場合には、発光光の強度が０にならなかったものを、フォトダイオード群４の最も近傍にある１個のＬＥＤとして選択する。
【００３２】
光学マーカー位置情報算出部３１は、発光素子位置情報記憶部４２に記憶された発光素子近傍情報と、カメラ装置２で検出された発光光とに基づいて、９個のＬＥＤ７ａ〜７ｉの内からカメラ装置２の検出領域に存在する３個のＬＥＤ（１組のＬＥＤ群）７を決定し、さらに決定した３個のＬＥＤ７と、検出された発光光とをそれぞれ対応付け、カメラ装置２に対するＬＥＤ７の現在位置である光学マーカー位置情報を算出して、光学マーカー位置情報を光学マーカー位置情報記憶部４１に記憶させる制御を行うものである。
具体的には、まず、発光素子近傍情報により、フォトダイオード群４の最も近傍にある１個のＬＥＤ５が選択されるので、カメラ装置２の最も近傍にある１個のＬＥＤ５がわかる。さらに、カメラ装置２の最も近傍にある１個のＬＥＤ５がわかるので、１個のＬＥＤ５の近傍にある３個のＬＥＤ７を算出することにより、カメラ装置２の最も近傍にある３個のＬＥＤ７を決定する。つまり、カメラ装置２の検出領域に存在する３個のＬＥＤ７を決定する。例えば、ＬＥＤ５ａが選択されているときには、３個のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃがカメラ装置２の検出領域に存在すると決定する。
【００３３】
次に、エピポーラ幾何学に基づく予測により、第一ＣＣＤカメラ２ａによる第一画像に撮影された発光光と、第二ＣＣＤカメラ２ｂによる第二画像に撮影された発光光との間で、同一のＬＥＤ７から出射された発光光の組をそれぞれ対応付ける。
次に、第一画像と第二画像との間での発光光の組を対応付けることができれば、カメラ装置２に対する各発光光が出射された位置を算出するとともに、各発光光が出射された位置の間の距離を算出することにより、算出された距離と、決定された３個のＬＥＤ７間の距離とを比較することで、各発光光が出射された位置と、それぞれのＬＥＤ７とを対応付ける。このとき、全てのＬＥＤ７ａ〜７ｉ間の距離と対応させる必要もなく、３個のＬＥＤ７間の距離と対応させればよいので、３個のＬＥＤ７のそれぞれの現在位置を効率的に算出することができる。
最後に、ＬＥＤ７ａ〜７ｉは相対的な位置関係を決められて取り付けられているので、相対座標系（ＸＹＺ座標系）上のＬＥＤ７ａ〜７ｉの位置を算出して、相対座標系（ＸＹＺ座標系）上のＬＥＤ７ａ〜７ｉの位置である光学マーカー位置情報を光学マーカー位置情報記憶部４１に記憶させる。
【００３４】
相対情報算出部３２は、光学マーカー位置情報に基づいて、相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する、パイロット３の頭部の現在位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び現在角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を含む相対情報を算出する制御を行うものである。
具体的には、カメラ装置２に対する３個のＬＥＤ７の現在位置が相対座標系（ＸＹＺ座標系）上で特定されるので、ＬＥＤ群７が固定されているヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の現在位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び現在角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を、相対座標系（ＸＹＺ座標系）上で特定する。そして、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の現在位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び現在角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を、パイロット３の頭部の現在位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び現在角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を含む相対情報として算出する。
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、パイロット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。
【００３５】
（ＨＭＴ装置１の動作）
次に、ＨＭＴ装置１により相対情報を測定する測定動作について説明する。図８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、時間ｔｎを時間ｔ０と更新する。
次に、ステップＳ１０２の処理において、発光素子番号ｓｎを発光素子番号ｓ０と更新する。
【００３６】
次に、ステップＳ１０３の処理において、発光素子位置情報算出部３３は、ＬＥＤ群５の内の発光素子番号ｓｎの１個のＬＥＤを点灯させる指令信号を出力する。
次に、ステップＳ１０４の処理において、発光素子位置情報算出部３３は、フォトダイオード群４（４ａ、４ｂ）で発光光の強度を検出する。
次に、ステップＳ１０５の処理において、発光素子位置情報算出部３３は、発光素子番号ｓｎ＝ｓｍａｘ（取り付けた発光素子の個数）であるか否かを判定する。発光素子番号ｓｎ＝ｓｍａｘでないと判定したときには、ステップＳ１０６の処理において、発光素子番号ｓｎを発光素子番号ｓｎ＋１と更新して、ステップＳ１０３の処理に戻る。
【００３７】
一方、発光素子番号ｓｎ＝ｓｍａｘであると判定したときには、ステップＳ１０７の処理において、発光素子位置情報算出部３３は、検出された発光光の強度に基づいて、３個のＬＥＤ５ａ〜５ｃの内からフォトダイオード４ａ、４ｂの最も近傍にある１個のＬＥＤを選択する発光素子近傍情報を算出して、発光素子近傍情報を発光素子位置情報記憶部４２に記憶させる。
次に、ステップＳ１０８の処理において、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。
次に、ステップＳ１０９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でＬＥＤ群７を撮影し、第一画像と第二画像とを取得する。
【００３８】
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３１は、発光素子位置情報記憶部４１に記憶された発光素子近傍情報と、カメラ装置２で検出された発光光とに基づいて、９個のＬＥＤ７ａ〜７ｉの内からカメラ装置２の検出領域に存在する３個のＬＥＤ（１組のＬＥＤ群）７を決定し、さらに、決定した３個のＬＥＤ７と、検出された発光光とをそれぞれ対応付け、カメラ装置２に対するＬＥＤ７の現在位置である光学マーカー位置情報を算出して、光学マーカー位置情報を光学マーカー位置情報記憶部４１に記憶させる。
次に、ステップＳ１１１の処理において、相対情報算出部３２は、光学マーカー位置情報に基づいて、相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する、パイロット３の頭部の現在位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び現在角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を含む相対情報を算出する。
【００３９】
次に、ステップＳ１１２の処理において、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の現在位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び現在角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）の算出を終了するか否かを判定する。例えば、使用者がスイッチ等を押圧したときには、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の現在位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び現在角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）の算出を終了すると判定し、本フローチャートを終了させる。
一方、例えば、使用者がスイッチ等を押圧しなかったときには、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の現在位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び現在角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）の算出を終了しないと判定し、ステップＳ１１３の処理において、時間ｔｎを時間ｔｎ＋１と更新して、ステップＳ１０２の処理に戻る。つまり、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の現在位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び現在角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）の算出を終了すると判定するまで、ステップＳ１０２〜Ｓ１１０の処理は繰り返される。
【００４０】
以上のように、ＨＭＴ装置１によれば、フォトダイオード群４で検出された第二光線の強度から、まずカメラ装置２の検出領域に存在する３個のＬＥＤ７を特定することができるので、ＬＥＤ群７のそれぞれの現在位置を精度よく効率的に算出することができる。
【００４１】
＜実施形態２＞
図９は、本発明の実施形態２であるＨＭＴ装置の概略構成を示す図であり、図１０は、図９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。なお、上述したＨＭＴ装置１と同様のものについては、同じ符号を付している。
ＨＭＴ装置１０１は、パイロット３の頭部に装着される頭部装着型表示装置付ヘルメット１１０と、飛行体３０の天井に取り付けられたカメラ装置２と、カメラ装置２に取り付けられたフォトダイオード（受光素子）群４と、コンピュータにより構成される制御部１２０とを備える。
頭部装着型表示装置付ヘルメット１１０は、表示器（図示せず）と、表示器から出射される画像表示光を反射することにより、パイロット３の目に導くコンバイナ８と、ＬＥＤ（光学マーカー）群１０７とを有する。
【００４２】
ＬＥＤ群１０７は、図１０に示すように、同じ波長の発光光（第一光線）を出射する９個のＬＥＤ１０７ａ〜１０７ｉが互いに異なる距離で離隔するようにして、頭部装着型表示装置付ヘルメット１１０の外周面上に取り付けられたものである。また、９個のＬＥＤ１０７ａ〜１０７ｉにおいては、３個のＬＥＤ１０７ａ〜１０７ｃが１組のＬＥＤ群（光学マーカー群）となるとともにＬＥＤ１０７ａが代表ＬＥＤ（ｓ０の発光素子）として設定され、３個のＬＥＤ１０７ｄ〜１０７ｆが１組のＬＥＤ群（光学マーカー群）となるとともにＬＥＤ１０７ｄが代表ＬＥＤ（ｓ１の発光素子）として設定され、３個のＬＥＤ１０７ｇ〜１０７ｉが１組のＬＥＤ群（光学マーカー群）となるとともにＬＥＤ１０７ｇが代表ＬＥＤ（ｓ２の発光素子）として設定されて取り付けられている。さらに、代表ＬＥＤ１０７ａの発光時間と代表ＬＥＤ１０７ｄの発光時間と代表ＬＥＤ１０７ｇの発光時間とがこの順に繰り返されるように設定されている。
【００４３】
フォトダイオード群４は、頭部装着型表示装置付ヘルメット１１０に取り付けられた代表ＬＥＤ群７からの発光光（第一光線）の強度を検出する。そして、検出された発光光の強度を検出信号としてコンピュータ１２０の発光素子位置情報算出部１３３（後述する）に出力する。なお、発光素子位置情報算出部１３３では、発光光の強度により、代表ＬＥＤ群７の内からどの代表ＬＥＤがフォトダイオード群４の一番近傍にあるかが算出されるようになっている。
【００４４】
制御部１２０は、図９に示すように、ＣＰＵ１２１やメモリ４０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。ＣＰＵ１２１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、光学マーカー位置情報算出部３１と、発光素子位置情報算出部１３３と、相対情報算出部３２と、映像表示部２５とを有する。
また、メモリ４０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、光学マーカー位置情報を順次記憶するための光学マーカー位置情報記憶部４１と、発光素子近傍情報を記憶するための発光素子位置情報記憶部４２と、相対座標系（ＸＹＺ座標系）を記憶する相対座標系記憶部４３と、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）を記憶するヘルメット座標系記憶部４４とを有する。
【００４５】
発光素子位置情報算出部１３３は、代表ＬＥＤ群１０７ａ、１０７ｄ、１０７ｇを順番に１個ずつ点灯させる指令信号を出力するとともに、フォトダイオード４ａ、４ｂで発光光の強度を検出することにより、検出された発光光の強度に基づいて、３個の代表ＬＥＤ１０７ａ、１０７ｄ、１０７ｇの内からフォトダイオード４ａ、４ｂの最も近傍にある１個の代表ＬＥＤ１０７を選択する発光素子近傍情報を算出して、発光素子近傍情報を発光素子位置情報記憶部４２に記憶させる制御を行うものである。
具体的には、まず、代表ＬＥＤ１０７ａに点灯させる指令信号を出力することにより、フォトダイオード４ａ、４ｂで発光光の強度を検出することにより、検出された発光光の強度に基づいて、代表ＬＥＤ１０７ａから各フォトダイオード４ａ、４ｂまでのそれぞれの距離を算出する。次に、代表ＬＥＤ１０７ｄに点灯させる指令信号を出力することにより、フォトダイオード４ａ、４ｂで発光光の強度を検出することにより、検出された発光光の強度に基づいて、代表ＬＥＤ１０７ｄから各フォトダイオード４ａ、４ｂまでのそれぞれの距離を算出する。次に、代表ＬＥＤ１０７ｇに点灯させる指令信号を出力することにより、フォトダイオード４ａ、４ｂで発光光の強度を検出することにより、検出された発光光の強度に基づいて、代表ＬＥＤ１０７ｇから各フォトダイオード４ａ、４ｂまでのそれぞれの距離を算出する。そして、代表ＬＥＤ１０７ａ、１０７ｄ、１０７ｇから各フォトダイオード４ａ、４ｂまでのそれぞれの距離を用いて、３個の代表ＬＥＤ１０７ａ、１０７ｄ、１０７ｇの内からフォトダイオード群４の最も近傍にある１個のＬＥＤ１０７を選択する発光素子近傍情報を算出する。最後に、発光素子近傍情報を発光素子位置情報記憶部４２に記憶させる。
【００４６】
（ＨＭＴ装置１０１の動作）
次に、ＨＭＴ装置１０１により相対情報を測定する測定動作について説明する。図１１は、ＨＭＴ装置１０１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Ｓ２０１の処理において、時間ｔｎを時間ｔ０と更新する。
次に、ステップＳ２０２の処理において、発光素子番号ｓｎを発光素子番号ｓ０と更新する。
【００４７】
次に、ステップＳ２０３の処理において、発光素子位置情報算出部１３３は、代表ＬＥＤ群１０７ａ、１０７ｄ、１０７ｇの内の発光素子番号ｓｎの１個の代表ＬＥＤを点灯させる指令信号を出力する。
次に、ステップＳ２０４の処理において、発光素子位置情報算出部１３３は、フォトダイオード群４（４ａ、４ｂ）で発光光の強度を検出する。
次に、ステップＳ２０５の処理において、発光素子位置情報算出部１３３は、発光素子番号ｓｎ＝ｓｍａｘ（取り付けた発光素子の個数）であるか否かを判定する。発光素子番号ｓｎ＝ｓｍａｘでないと判定したときには、ステップＳ２０６の処理において、発光素子番号ｓｎを発光素子番号ｓｎ＋１と更新して、ステップＳ２０３の処理に戻る。
【００４８】
一方、発光素子番号ｓｎ＝ｓｍａｘであると判定したときには、ステップＳ２０７の処理において、発光素子位置情報算出部１３３は、検出された発光光の強度に基づいて、３個の代表ＬＥＤ群１０７（１０７ａ、１０７ｄ、１０７ｇ）の内からフォトダイオード４ａ、４ｂの最も近傍にある１個の代表ＬＥＤを選択する発光素子近傍情報を算出して、発光素子近傍情報を発光素子位置情報記憶部４２に記憶させる。
次に、ステップＳ２０８の処理において、モーショントラッカ駆動部２８は、９個のＬＥＤ（ＬＥＤ群）１０７ａ〜１０７ｉを点灯させる指令信号を出力する。
次に、ステップＳ２０９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でＬＥＤ群１０７を撮影し、第一画像と第二画像とを取得する。
【００４９】
次に、ステップＳ２１０の処理において、光学マーカー位置情報算出部３１は、発光素子位置情報記憶部４２に記憶された発光素子近傍情報と、カメラ装置２で検出された発光光とに基づいて、９個のＬＥＤ１０７ａ〜１０７ｉの内からカメラ装置２の検出領域に存在する３個のＬＥＤ（１組のＬＥＤ群）１０７を決定し、さらに、決定した３個のＬＥＤ１０７と、検出された発光光とをそれぞれ対応付け、カメラ装置２に対するＬＥＤ１０７の現在位置である光学マーカー位置情報を算出して、光学マーカー位置情報を光学マーカー位置情報記憶部４１に記憶させる。
次に、ステップＳ２１１の処理において、相対情報算出部３２は、光学マーカー位置情報に基づいて、相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する、パイロット３の頭部の現在位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び現在角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）を含む相対情報を算出する。
【００５０】
次に、ステップＳ２１２の処理において、頭部装着型表示装置付ヘルメット１１０の現在位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び現在角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）の算出を終了するか否かを判定する。例えば、使用者がスイッチ等を押圧したときには、頭部装着型表示装置付ヘルメット１１０の現在位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び現在角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）の算出を終了すると判定し、本フローチャートを終了させる。
一方、例えば、使用者がスイッチ等を押圧しなかったときには、頭部装着型表示装置付ヘルメット１１０の現在位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び現在角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）の算出を終了しないと判定し、ステップＳ２１３の処理において、時間ｔｎを時間ｔｎ＋１と更新して、ステップＳ２０２の処理に戻る。つまり、頭部装着型表示装置付ヘルメット１１０の現在位置（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）及び現在角度（ＲＬｈ、ＥＬｈ、ＡＺｈ）の算出を終了すると判定するまで、ステップＳ２０２〜Ｓ２１０の処理は繰り返される。
【００５１】
以上のように、ＨＭＴ装置１０１によれば、フォトダイオード群４で検出された第二光線の強度から、まずカメラ装置２の検出領域に存在する３個のＬＥＤ１０７を特定することができるので、ＬＥＤ群１０７のそれぞれの現在位置を精度よく効率的に算出することができる。
【００５２】
＜他の実施形態＞
（１）上述したＨＭＴ装置１では、ＬＥＤ５ａの発光時間とＬＥＤ５ｂの発光時間とＬＥＤ５ｃの発光時間とが順番に繰り返されるように設定されているものを示したが、ＬＥＤ５ａの発光時間とＬＥＤ５ｂの発光時間とＬＥＤ５ｃの発光時間とは同時となるように設定されるとともに、ＬＥＤ５ａとＬＥＤ５ｂとＬＥＤ５ｃとは異なる波長の発光光（第二光線）を出射するような構成とすることにより、フォトダイオード群４はＬＥＤ５ａ〜５ｃからの発光光の強度をそれぞれ個別に検出するような構成としてもよい。
（２）上述したＨＭＴ装置１では、モーショントラッカ駆動部２８は、９個のＬＥＤ（ＬＥＤ群）７ａ〜７ｉを点灯させる指令信号を出力するものを示したが、発光素子近傍情報に基づいて、フォトダイオード４ａ、４ｂの最も近傍にあるとされる３個のＬＥＤ７を点灯させる指令信号を出力するような構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
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。
【符号の説明】
【００５４】
１、１０１  ヘッドモーショントラッカ装置
２  カメラ装置
３  パイロット
４  フォトダイオード群（受光素子群）
５  ＬＥＤ群（発光素子群）
７、１０７  ＬＥＤ群（光学マーカー群）
１０、１１０  頭部装着型表示装置付ヘルメット（対象物）
３１  光学マーカー位置情報算出部
３２  相対情報算出部
３３、１３３  発光素子位置情報算出部
４１  光学マーカー位置情報記憶部
４２  発光素子位置情報記憶部
【図１】
0005505363.tif 000002
【図２】
0005505363.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005505363.tif 000007
【図７】
0005505363.tif 000008
【図８】
0005505363.tif 000009
【図９】
0005505363.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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