(57)【要約】【課題】  被測定者の視覚を遮断した状態でも、被測定者が知覚した回転方向及び回転量を簡便に且つ高精度に測定することができる回転感覚測定装置を提供する。【解決手段】  制御装置９は、操作部１０を振動させて測定の開始を被測定者に通知した後、被測定者用回転台２を回転させる。回転終了後、被測定者は、知覚した回転方向及び回転角に応じて操作棒１１を回転させ、制御装置９は、回転された操作棒１１の回転方向及び回転角を取得して測定値記憶装置１９に記憶させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定者が知覚した回転方向及び回転量を測定する回転感覚測定装置であって、
回転可能に支持された回転部材と、
被測定者が知覚した回転方向及び回転量に応じて被測定者の操作により回転された前記回転部材の回転方向及び回転量を検出する検出手段とを備えることを特徴とする回転感覚測定装置。
【請求項２】
前記回転部材は、棒状体からなり、
前記検出手段は、前記棒状体の中心位置に固定された回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持する支持部材と、前記回転軸の回転方向及び回転量を検出する回転検出手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の回転感覚測定装置。
【請求項３】
前記棒状体が初期位置にあるとき、前記棒状体の一端部と係合して前記棒状体を係止する係止部材をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の回転感覚測定装置。
【請求項４】
被測定者が前記回転部材の回転操作を終了したことを通知するための通知手段と、
前記通知手段により前記回転部材の回転操作を終了したことが通知されたときに前記検出手段に検出されている回転方向及び回転量を記憶する記憶手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転感覚測定装置。
【請求項５】
回転感覚測定の手順に関するタイミングを振動により被測定者に通知する振動部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の回転感覚測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定者が知覚した回転方向及び回転量を測定する回転感覚測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ユーザが擬似的な回転感覚等を体験する回転感覚呈示装置としては、例えば、操作訓練のための乗物シミュレータや遊園地に設置される擬似体験型の乗物娯楽装置がある。これらの装置は、移動する物体から観測される映像を表示するスクリーンと、被測定者が搭乗する擬似的な乗物であるシミュレータとを備え、シミュレータは、ヨウ方向、ピッチ方向及びロー方向のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸についての回転機構と、前後及び上下の並進機構とを備える。シミュレータの搭乗者は、表示される映像に合わせたシミュレータの回転運動及び前進又は後退運動により、例えば、シミュレータが実際に道路上を移動しているかのように錯覚する。
【０００３】
また、他の回転感覚呈示装置として、ユーザが着座する座席と、互いに一致しない複数の軸を中心に座席をそれぞれ回転させる複数の回転装置とから構成されるシミュレータを備え、仮想の乗物の操縦席から見える映像をユーザに呈示する加速度シミュレータ装置がある（例えば、特許文献１参照）。この加速度シミュレータ装置では、より現実的な加速度をユーザに感覚させることができる。
【０００４】
上記のような回転感覚呈示装置を作成する場合、どの程度の回転をユーザに与えれば、どの程度の回転をユーザが知覚するのかを測定する必要があり、従来は、分度器やメジャーを用いて人手により被測定者の回転方向及び回転角が測定されていた。
【特許文献１】特開２００４−１６３７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の分度器やメジャーを用いた方法では、測定値である回転方向及び回転角をコンピュータ等に入力する場合は、人手により行う必要があり、測定値の読み込みや記録に手間がかかり、測定誤差も大きくなる。
【０００６】
また、回転画像の呈示等による擬似的な回転を与えて回転方向及び回転量を測定する場合、被測定者が周りの状態を視認できる状態では、周りの物体等を基準に回転方向及び回転量を判断することができるため、与えられた擬似的な回転に対して被測定者が真に知覚した回転方向及び回転量を正確に測定することはできない。
【０００７】
本発明の目的は、被測定者の視覚を遮断した状態でも、被測定者が知覚した回転方向及び回転量を簡便に且つ高精度に測定することができる回転感覚測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る回転感覚測定装置は、被測定者が知覚した回転方向及び回転量を測定する回転感覚測定装置であって、回転可能に支持された回転部材と、被測定者の操作により回転された回転部材の回転方向及び回転量を検出する検出手段とを備えるものである。
【０００９】
本発明に係る回転感覚測定装置では、回転部材が回転可能に支持され、被測定者が知覚した回転方向及び回転量に応じて被測定者の操作により回転された回転部材の回転方向及び回転量が検出されるので、被測定者が知覚した回転方向及び回転量を自動的に測定することができる。また、被測定者は、知覚した回転方向及び回転量を回転部材の回転操作により表すことができるので、回転方向及び回転量という感覚的な測定値を高精度に測定することができる。この結果、被測定者の視覚を遮断した状態でも、被測定者が知覚した回転方向及び回転量を簡便に且つ高精度に測定することができる。
【００１０】
回転部材は、棒状体と、棒状体の中心位置に固定された回転軸と、回転軸を回転可能に支持する支持部材とを備え、検出手段は、回転軸の回転方向及び回転量を検出する回転検出手段とを備えることが好ましい。
【００１１】
この場合、回転部材を棒状体という簡略な構成で作成することができるとともに、回転軸の回転方向及び回転量を検出するという簡便な方法で被測定者が知覚した回転方向及び回転量を高精度に測定することができる。
【００１２】
棒状体が初期位置にあるとき、棒状体の一端部と係合して棒状体を係止する係止部材をさらに備えることが好ましい。
【００１３】
この場合、被測定者の視覚を遮断した状態でも、被測定者の触覚を用いて棒状体を初期位置に戻すことができ、回転方向及び回転量を高精度に測定することができる。
【００１４】
上記回転感覚測定装置は、被測定者が回転部材の回転操作を終了したことを通知するための通知手段と、通知手段により回転部材の回転操作を終了したことが通知されたときに検出手段に検出されている回転方向及び回転量を記憶する記憶手段とをさらに備えることが好ましい。
【００１５】
この場合、被測定者により回転部材の回転操作を終了したことが通知されたときに検出手段に検出されている回転方向及び回転量を記憶することができるので、被測定者が知覚した回転方向及び回転量を正確に測定して自動的に記憶することができる。
【００１６】
回転感覚測定の手順に関するタイミングを振動により被測定者に通知する振動部材をさらに備えることが好ましい。
【００１７】
この場合、回転感覚測定の手順に関するタイミングを振動により被測定者に通知することができるので、被測定者の視覚を遮断した状態でも、被測定者に対する回転の始動及び終了等の回転感覚測定の手順に関するタイミングを被測定者に通知することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、回転部材が回転可能に支持され、被測定者が知覚した回転方向及び回転量に応じて被測定者の操作により回転された回転部材の回転方向及び回転量が検出されるので、被測定者が知覚した回転方向及び回転量を自動的に測定することができるとともに、被測定者は知覚した回転方向及び回転量を回転部材の回転操作により表すことができるので、回転方向及び回転量という感覚的な測定値を高精度に測定することができ、被測定者の視覚を遮断した状態でも、被測定者が知覚した回転方向及び回転量を簡便に且つ高精度に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態による回転感覚測定装置について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態による回転感覚測定装置の外観を示す斜視図であり、図２は、図１に示す回転感覚測定装置の構成を示すブロック図である。
【００２０】
図１及び図２に示す回転感覚測定装置は、ヘッドマウントディスプレイ１、被測定者用回転台２、被測定者用駆動装置３、回転枠４、回転枠用駆動装置５、画像記憶装置６、撮像カメラ７、カメラ用駆動装置８、制御装置９、操作部１０、入力部１７、表示部１８、測定値記憶装置１９及び本体部２０を備える。操作部１０は、操作棒１１、ポテンショメータ１２、検出回路１３、スイッチ１４、バイブレータ１５及び駆動回路１６を備える。
【００２１】
ヘッドマウントディスプレイ１は、被測定者の頭部に装着され、制御装置９から出力される画像を被測定者に表示する。したがって、被測定者は、現実の世界すなわち被測定者が実際に回転しているときの状況を見るのではなく、ヘッドマウントディスプレイ１により提示される仮想映像のみを視認することができる。なお、被測定者に画像を提示する装置は、この例に特に限定されず、被測定者の周りをスクリーンで３６０度覆い、このスクリーンに仮想映像を投影する投影器等を用いてもよい。
【００２２】
被測定者用回転台２は、椅子２ａ及び被測定者用回転板２ｂ等から構成され、被測定者用回転板２ｂは本体部２０に回転可能に支持され、椅子２ａは被測定者用回転板２ｂに固定されている。被測定者用駆動装置３は、モータ等から構成され、ギア又は駆動ベルト等を用いて被測定者用回転板２ｂを回転させ、椅子２ａに着座している被測定者を回転させる。
【００２３】
回転枠４は、円形状の手摺部４ａ及び回転枠用回転板４ｂ等から構成され、回転枠用回転板４ｂは本体部２０に回転可能に支持され、手摺部４ａは支柱を介して回転枠用回転板４ｂに固定されている。回転枠用駆動装置５は、モータ等から構成され、ギア又は駆動ベルト等を用いて回転枠用回転板４ｂを回転させ、手摺部４ａを回転させる。
【００２４】
画像記憶装置６は、ハードディスクドライブ等の記憶装置から構成され、予め記憶している画像を制御装置９へ出力する。なお、後述する撮像カメラ７により撮影された画像を被測定者に提示する場合は、画像記憶装置６を省略してもよい。
【００２５】
撮像カメラ７は、被測定者の両眼に対応する２台のカメラから構成され、回転可能な状態でカメラ用駆動装置８に固定される。撮像カメラ７及びカメラ用駆動装置８は、被測定者の頭部の上方に配置され、カメラ用駆動装置８は、撮像カメラ７を回転させ、撮像カメラ７は、回転しながら外界を撮影し、撮影した回転画像を制御装置９へ出力する。
【００２６】
操作部１０は、直方体形状を有し、被測定者が片手で操作し易い高さで被測定者用回転板２ｂに支柱を介して固定され、被測定者用回転板２ｂとともに回転される。操作部１０の上部には、操作棒１１が回転可能な状態で取り付けられ、操作部１０内には、ポテンショメータ１２、検出回路１３、スイッチ１４、バイブレータ１５及び駆動回路１６が収納されている。
【００２７】
操作棒１１は、プラスチック等からなる、長さ約１０ｃｍ×高さ約１ｃｍ×幅約１ｃｍの棒状体から構成され、その中心部がポテンショメータ１２の回転軸に固定され、操作部１０に対して回転可能に支持される。被測定者は、被測定者用回転板２ｂの回転により回転させられた後、知覚した回転方向及び回転角（回転量）に応じて操作棒１１を回転させる。
【００２８】
ポテンショメータ１２は、被測定者の回転操作により回転された操作棒１１の回転角の変化に応じて内部の抵抗値を変化させ、回転方向及び回転角に応じた測定電圧を検出回路１３へ出力する。例えば、ポテンショメータ１２は、回転角０ｄｅｇの場合に５Ｖの測定電圧を出力し、右方向に３６０ｄｅｇ回転された場合に１０Ｖの測定電圧を出力し、左方向へ３６０ｄｅｇ回転された場合に０Ｖの測定電圧を出力し、回転角に応じてリニアに変化する測定電圧を出力する。
【００２９】
検出回路１３は、ポテンショメータ１２の測定電圧から回転方向及び回転角を検出して制御装置９へ出力する。なお、操作棒の回転方向及び回転角の検出は、上記のポテンショメータを用いる例に特に限定されず、種々の回転検出センサを用いることができる。
【００３０】
スイッチ１４は、プッシュスイッチ等から構成され、被測定者が操作棒１１の回転操作を終了したと判断したときに押下され、被測定者が操作棒１１の回転操作を終了したことを通知するための操作終了信号を制御装置９へ出力する。なお、被測定者がスイッチ１４を押下するタイミングは、上記の例に特に限定されず、被測定者が回転してもよいと判断したときに押下する等の種々のタイミングで押下することにより当該タイミングを制御装置９へ通知するようにしてもよい。また、操作終了信号の通知手段は、上記のプッシュスイッチに特に限定されず、他のスイッチを用いたり、被測定者が発した音声を取得して音声認識により被測定者の操作終了タイミングを検出したりする等の種々の変更が可能である。
【００３１】
制御装置９、入力部１７、表示部１８及び測定値記憶装置１９は、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、外部記憶装置、入力装置、表示装置等を備えるパーソナルコンピュータ等から構成される。
【００３２】
入力部１７は、マウス、キーボード等の入力装置から構成され、測定者が回転開始指令等の種々の操作指令を入力するために用いられる。表示部１８は、液晶表示装置等から構成され、測定結果等を表示する。測定値記憶装置１９は、ハードディスクドライブ等の外部記憶装置から構成され、測定結果等を記憶する。
【００３３】
制御装置９は、ＣＰＵ等が回転感覚測定プログラムを実行することにより、ヘッドマウントディスプレイ１、被測定者用駆動装置３、回転枠用駆動装置５、画像記憶装置６、撮像カメラ７、カメラ用駆動装置８、検出回路１３、スイッチ１４、駆動回路１６、入力部１７、表示部１８及び測定値記憶装置１９を制御する。
【００３４】
回転感覚測定時において、まず、制御装置９は、入力部１７から測定者による回転開始指令を受け、バイブレータ１５が所定期間だけ振動するように駆動回路１６を制御する。次に、制御装置９は、画像記憶装置６又は撮像カメラ７から出力される画像をヘッドマウントディスプレイ１へ出力させ、ヘッドマウントディスプレイ１により表示される画像の回転状態を制御したり、被測定者用駆動装置３を駆動して被測定者用回転台２の回転状態を制御したりすることにより、被測定者に回転感覚を与える。
【００３５】
上記の回転感覚の呈示が終了した後、制御装置９は、スイッチ１４から被測定者による操作終了信号を受け、この時点で検出回路１３により検出されている回転方向及び回転角すなわち被測定者が知覚した回転方向及び回転角を取得し、測定された回転方向及び回転角を測定値記憶装置１９に記憶させる。このとき、制御装置９は、測定者の操作に応じて、測定値記憶装置１９に記憶されている回転方向及び回転角を測定結果として表示部１８に一覧表示させたり、所定形式でグラフ表示させたりしてもよい。
【００３６】
次に、図１及び図２に示す操作部１０の構成についてさらに詳細に説明する。図３は、図１及び図２に示す操作部１０の構成を示す一部断面模式図である。
【００３７】
図３に示すように、ポテンショメータ１２は、軸受２１、回転軸２２及び検出部２３から構成される。バイブレータ１５は、ＤＣモータ２４、回転軸２５、円板状のホイール２６及び偏心用重り２７から構成される。回路部２８は、検出回路１３及び駆動回路１６等から構成され、操作部１０の筐体３０の底面に固定されている。
【００３８】
操作部１０の筐体３０の上面には、回転軸２２が回転可能な状態でポテンショメータ１２の軸受２１が固定されている。操作棒１１は、その中心部が回転軸２２に固定され、ポテンショメータ１２は、操作棒１１の回転角に対応する測定電圧を回路部２８（検出回路１３）へ出力する。なお、操作棒１１とポテンショメータ１２との接続方法は、上記の例に特に限定されず、所定のジョイント部材を介して操作棒１１とポテンショメータ１２の回転軸とを接続する等の種々の変更が可能である。
【００３９】
また、操作部１０の筐体３０の上面には、ＤＣモータ２４が固定され、ＤＣモータ２４の回転軸２５にホイール２６が固定され、ホイール２６の外周側の一点に偏心用重り２７が固定される。回路部２８（駆動回路１６）によりＤＣモータ２４の回転軸２５が回転されると、偏心用重り２７により振動が発生し、操作部１０が振動する。なお、バイブレータの構成は、上記の例に特に限定されず、圧電体を用いる等の種々の変更が可能である。
【００４０】
さらに、操作部１０の筐体３０の上面には、被測定者が押下可能なようにスイッチ１４が固定され、また、操作棒１１が初期位置（回転角０ｄｅｇの位置）にあるとき、操作棒１１の一端部と係合して操作棒１１を係止可能なように係止部２９が固定されている。
【００４１】
図４は、図１及び図２に示す操作部１０の上面図である。操作棒１１の一端側には凸部１１ａが形成され、係止部２９には凹部２９ａが形成されており、操作棒１１が初期位置にあるとき、図４の（ａ）に示すように、凸部１１ａの先端部と凹部２９ａの最凹部とが係合して操作棒１１が係止部２９に係止される。被測定者が知覚した回転方向及び回転角を表すため、操作棒１１を回転させると、図４の（ｂ）に示すように、凸部１１ａが凹部２９ａから離間され、操作棒１１の回転角θがその回転方向（本例では右回転）とともにポテンショメータ１２及び検出回路１３により検出される。なお、係止部の構成は、上記の例に特に限定されず、種々の変更が可能である。
【００４２】
本実施の形態では、操作棒１１が回転部材及び棒状体の一例に相当し、ポテンショメータ１２及び検出回路１３が検出手段の一例に相当し、測定値記憶装置１９が記憶手段の一例に相当する。また、回転軸２２が回転軸の一例に相当し、軸受２１が支持部材の一例に相当し、検出部２３が回転検出手段の一例に相当し、係止部２９が係止部材の一例に相当し、スイッチ１４が通知手段の一例に相当し、バイブレータ１５及び駆動回路１６が振動部材の一例に相当する。
【００４３】
次に、上記のように構成された回転感覚測定装置を用いて被測定者が知覚した回転方向及び回転角を測定する方法の一例について説明する。
【００４４】
まず、測定者が、入力部１７を用いて、被測定者用回転台２の回転方向、角加速度及び回転角等の測定条件を設定するとともに、回転開始指令を入力すると、制御装置９は、駆動回路１６を駆動してバイブレータ１５を振動させることにより操作部１０を振動させる。このとき、被測定者は、アイマスク等を装着して視覚を遮断した状態にあるが、片手を操作部１０の上に置いており、操作部１０の振動を感じて回転が開始されることを了知することができる。
【００４５】
その後、制御装置９は、被測定者用駆動装置３を駆動して被測定者用回転台２を所定の角加速度で所定の回転角だけ回転させる。回転終了後、被測定者は、知覚した回転方向及び回転角に応じて操作棒１１を回転させる。例えば、被測定者が左方向に１２０ｄｅｇの回転を感じた場合、操作棒１１を左回りに１２０ｄｅｇ回転させる。なお、回転終了後、バイブレータ１５を振動させることにより操作部１０を振動させて回転が終了したことを被測定者に伝えるようにしてもよい。
【００４６】
上記の回転操作が終了した後、被測定者は、操作棒１１の回転操作を終了したことを通知するためにスイッチ１４を１回押下する。このとき、スイッチ１４は、操作終了信号を制御装置９へ出力し、制御装置９は、この時点で検出回路１３により検出されている回転方向及び回転角を取得し、この回転方向及び回転角を測定結果として測定値記憶装置１９に記憶させるとともに、測定条件として測定者が入力した回転方向、角加速度及び回転角等の回転条件を対応付けて記憶させる。
【００４７】
スイッチ１４を押下した後、被測定者は、操作棒１１の凸部１１ａと係止部２９の凹部２９ａとが係合するまで操作棒１１を回転させ、操作棒１１を初期位置に復帰させる。上記の操作により、１回の測定が終了し、繰り返し測定を行う場合は、上記の操作を繰り返し、測定条件ごとに測定結果が測定値記憶装置１９に記憶される。このとき、測定者が入力部７を用いて測定結果表示指令を入力すると、制御装置９は、測定値記憶装置１９に記憶されている測定条件及び測定結果を表示部１８に一覧表示させる。
【００４８】
上記のように、本実施の形態では、被測定者が知覚した回転方向及び回転角に応じて被測定者の操作により回転された操作棒１１の回転方向及び回転角が検出され、検出された回転方向及び回転角が測定値記憶装置１９に記憶されるので、被測定者が知覚した回転方向及び回転角を自動的に測定して記録することができる。また、被測定者は、知覚した回転方向及び回転角を操作棒１１の回転操作により表すことができるので、回転方向及び回転角という感覚的な測定値を高精度に測定することができる。この結果、被測定者の視覚を遮断した状態でも、被測定者が知覚した回転方向及び回転角を簡便に且つ高精度に測定することができる。
【００４９】
次に、図１及び図２に示す回転感覚測定装置を用いて物理的な回転角に対して知覚された回転感覚を測定した結果について説明する。図５は、カメラ画像の角加速度と被測定者が知覚した回転角との関係を測定した結果を示す図である。図５の縦軸は被測定者が知覚した回転角（ｄｅｇ）（右回転が正、左回転が負）を示し、横軸はヘッドマウントディスプレイ１に表示されるカメラ画像の角加速度（ｄｅｇ／ｓ２）を示し、図中の黒四角は測定値、破線は理論値をそれぞれ示している。
【００５０】
本測定では、カメラ画像として水平回転運動する撮像カメラ７により撮影された室内風景画像を用いた。この場合、周囲の物体位置は既知であり、被測定者は入力として与えられる撮影カメラ７の水平回転運動と物体の位置情報とを含む画像を手がかりとして、実際の回転運動を正しく知覚することが推測される。したがって、入力として与えられる回転運動と被測定者の知覚量として得られる出力とがほぼ一致すれば、本回転感覚測定装置は正しく動作していると考えることができる。
【００５１】
また、カメラ画像の角加速度として０．０２、０．４０、０．８０、１．２０、１．６０、２．００（ｄｅｇ／ｓ２）の６通り、回転方向として右回転及び左回転の２通りの１２通りのパターンに対し、各々６試行、計７２試行の測定を行った。
【００５２】
上記の測定結果、図５に示すように、カメラ画像の回転量は角加速度の増加に伴い、破線で示すように線形に増加するのに対し、被測定者が知覚した測定値である回転角もほぼ線形増加し、左右の偏りも少なかった。この結果、被測定者の知覚量は実際の回転運動とほぼ一致しているということができ、本回転感覚測定装置は正確に被測定者の回転方向及び回転角を測定できることがわかった。
【００５３】
なお、上記の説明では、本回転感覚測定装置を用いて被測定者に回転画像を呈示したり、被測定者を回転させる例を説明したが、この例に特に限定されず、本回転感覚測定装置は、被測定者が知覚した回転方向及び回転角の測定のみを行い、他の装置又は手法により被測定者に回転画像を呈示したり、被測定者を回転させたりしてもよい。また、本発明は、回転感覚を測定することができるので、回転感覚に関する脳疾患等の診断、高齢者等のバランス感覚の測定等の種々の分野に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施の形態による回転感覚測定装置の外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示す回転感覚測定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図１及び図２に示す操作部の構成を示す一部断面模式図である。
【図４】図１及び図２に示す操作部の上面図である。
【図５】カメラ画像の角加速度と被測定者が知覚した回転角との関係を測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  ヘッドマウントディスプレイ
２  被測定者用回転台
３  被測定者用駆動装置
４  回転枠
５  回転枠用駆動装置
６  画像記憶装置
７  撮像カメラ
８  カメラ用駆動装置
９  制御装置
１０  操作部
１１  操作棒
１２  ポテンショメータ
１３  検出回路
１４  スイッチ
１５  バイブレータ
１６  駆動回路
１７  入力部
１８  表示部
１９  測定値記憶装置
２０  本体部
【図１】
2006276229.tif 000003
【図２】
2006276229.tif 000004
【図３】
2006276229.tif 000005
【図４】
2006276229.tif 000006
【図５】
2006276229.tif 000007