(57)【要約】【課題】ヘッドトラッカーの地磁気センサの高精度な誤差補正を使用者が行えるようにし、よりリアルな映像が得られるようにする。【解決手段】ヘッドトラッカー１０とヘッドマウントディスプレイ３０と描画処理手段２０とよりなる全周映像表示装置において、ヘッドマウントディスプレイ３０の画面に、仮想円筒の水平面と交差する周上を一定速度で移動する注視点と、画面中心を示す指標とを表示させる調整情報描画処理部２１と、使用者が指標を注視点に一致させるように頭部を３６０度回転させた際の地磁気センサ１３の出力をモニタし、バイアス誤差に対する補正値を計算する手段１５と、補正値を記憶する手段１６と、補正値によって地磁気センサ１３のバイアス誤差を補正する手段（１４）とを設ける。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地磁気センサを備え、使用者の頭部の任意位置に取り付け可能なヘッドトラッカーと、ヘッドマウントディスプレイと、ヘッドトラッカーからの姿勢角情報をもとに使用者の頭部の動きに応じて変化する映像をヘッドマウントディスプレイに表示させる描画処理手段とによって構成される全周映像表示装置であって、
ヘッドマウントディスプレイの画面に、使用者の頭部回りの仮想円筒の水平面と交差する周上を一定速度で移動する注視点と、画面中心を示す指標とを表示させる調整情報描画処理手段と、
使用者が上記指標を上記注視点に一致させるように頭部を３６０度回転させた際の地磁気センサの出力をモニタし、その出力から地磁気センサのバイアス誤差に対する補正値を計算する手段と、
その計算した補正値を記憶する手段と、
その記憶した補正値によって地磁気センサのバイアス誤差を補正する手段とを具備することを特徴とする全周映像表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の全周映像表示装置において、
上記指標が画面中心で交差する縦、横二つの中心線で構成されていることを特徴とする全周映像表示装置。
【請求項３】
請求項１記載の全周映像表示装置において、
上記出力をモニタする際、上記調整情報描画処理手段によって上記画面に、上記指標に対する上記注視点のずれの許容範囲が表示されることを特徴とする全周映像表示装置。
【請求項４】
請求項１記載の全周映像表示装置において、
上記出力をモニタする際、上記調整情報描画処理手段によって上記画面に、頭部を動かす方向及び速さを示す情報が表示されることを特徴とする全周映像表示装置。
【請求項５】
請求項１記載の全周映像表示装置において、
上記補正値を計算する手段、記憶する手段及び補正値によって地磁気センサのバイアス誤差を補正する手段がヘッドトラッカーに内蔵されていることを特徴とする全周映像表示装置。
【請求項６】
地磁気センサを備え、使用者の頭部の任意位置に取り付け可能とされ、使用者の頭部の動きに応じて変化する映像をヘッドマウントディスプレイに表示させるために用いるヘッドトラッカーの磁気補正方法であって、
ヘッドマウントディスプレイの画面に、使用者の頭部回りの仮想円筒の水平面と交差する周上を一定速度で移動する注視点と、画面中心を示す指標とを表示させ、
使用者が上記指標を上記注視点に一致させるように頭部を３６０度回転させ、
その３６０度回転時の地磁気センサの出力をモニタして、その出力から地磁気センサのバイアス誤差に対する補正値を計算し、その補正値によって地磁気センサの誤差補正をすることを特徴とするヘッドトラッカーの磁気補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はヘッドトラッカーと、ヘッドマウントディスプレイと、ヘッドトラッカーからの姿勢角情報をもとに使用者の頭部の動きに応じて変化する映像をヘッドマウントディスプレイに表示させる描画処理手段とによって構成される全周映像表示装置に関するものであり、特にヘッドトラッカーに内蔵されている地磁気センサの使用者（ユーザ）による使用状態に即した高精度な誤差補正を可能として、方位変化に対して、よりリアルな（現実的な）映像が得られるようにした構成及びその補正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の全周映像表示装置は例えばバーチャルリアリティの分野において、コンピュータが作り出す仮想環境の中でさまざまな擬似体験をすることができるものとして使用されている。
図６は従来の全周映像表示装置の構成を示したものであり、全周映像表示装置はヘッドトラッカー１０と描画処理手段２０とヘッドマウントディスプレイ３０とによって構成されている。図６中、４０は使用者（人間）を示す。
【０００３】
使用者４０の頭部４１に取り付けられるヘッドトラッカー１０は、角速度センサ１１と加速度センサ１２と地磁気センサ１３とを具備しており、これら３つのセンサ１１〜１３によって頭部４１の動きが検出され、その検出出力が姿勢角計算手段１４に入力される。姿勢角計算手段１４はこれらセンサ１１〜１３の出力から頭部４１の姿勢角を、つまり使用者４０の目の向きを計算し、ロール角、ピッチ角及び方位角の３つの角度を姿勢角情報として出力する。
姿勢角情報は描画処理手段２０に入力され、描画処理手段２０はこの姿勢角情報をもとに使用者４０の頭部４１の動きに応じて変化する映像を演算描画処理して作成し、映像信号として出力する。
【０００４】
描画処理手段２０からの映像信号は使用者４０が装着しているヘッドマウントディスプレイ３０に入力され、これにより頭部４１の動きに応じて変化する映像がヘッドマウントディスプレイ３０に表示される。使用者４０はヘッドマウントディスプレイ３０の映像を見ることにより、映像空間の中に没入したかのような錯覚と、高い臨場感が得られるものとなる。
図７は使用者４０がヘッドトラッカー１０を頭部４１に取り付け、ヘッドマウントディスプレイ３０を装着した状態を模式的に示したものであり、図７中、３１はヘッドマウントディスプレイ３０の視覚効果によって得られる仮想画面を示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようにヘッドトラッカー１０とヘッドマウントディスプレイ３０とを組み合わせて使用する全周映像表示装置においては、ヘッドトラッカー１０はヘッドマウントディスプレイ３０と別体とされて頭部４１の任意の位置に取り付け可能とされており、また一般にヘッドトラッカー１０とヘッドマウントディスプレイ３０とは別々に製造されることから、以下のような問題が生じうるものとなっていた。
【０００６】
即ち、図８Ａに示したように、ヘッドマウントディスプレイ３０は通常、一組のスピーカ（イヤホン等）３２を備えているため、ヘッドトラッカー１０の地磁気センサ１３がこのスピーカ３２の磁気の影響を受けて磁気バイアスによる誤差が発生してしまい、正確な方位出力を得ることができないといった状況が発生しうる。
図９はこの様子を示したものであり、図９Ａに示したように頭頂部を原点としてＸ軸及びＹ軸を定義し、頭頂部にヘッドトラッカー１０を取り付けた使用者４０が水平面内で頭部４１を一回転（３６０度回転）させたとすると、磁気バイアスがかかった地磁気センサ１３の出力は例えば図９Ｂにおいて破線で示したようになり、実線で示した真の地磁気出力に対し、出力が偏り、出力中心の原点に対するオフセットが発生する。
【０００７】
このようなスピーカ３２の磁気の影響によるバイアス誤差を除去するためには、例えばヘッドトラッカー１０とヘッドマウントディスプレイ３０とを対とし、つまり組み合わせを固定して、出荷時にヘッドトラッカー１０をヘッドマウントディスプレイ３０に対して所定の位置に位置させた状態で調整する（誤差補正する）といったことが考えられるが、前述したようにヘッドトラッカー１０は任意の位置に取り付け可能とされているため、例えば出荷調整時に図８Ａの位置関係を想定して調整したとしても、使用時に図８Ｂに示したような位置にヘッドトラッカー１０が取り付けられたとすると、その調整は使用状態とは異なる条件での調整となり、よって誤差を除去できないことになる。
【０００８】
この発明の目的は上述した問題に鑑み、ヘッドトラッカーの地磁気センサの誤差補正を使用者が使用状態において簡易かつ高精度に行うことができるようにした全周映像表示装置及びその補正方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、地磁気センサを備え、使用者の頭部の任意位置に取り付け可能なヘッドトラッカーと、ヘッドマウントディスプレイと、ヘッドトラッカーからの姿勢角情報をもとに使用者の頭部の動きに応じて変化する映像を、ヘッドマウントディスプレイに表示させる描画処理手段とによって構成される全周映像表示装置は、ヘッドマウントディスプレイの画面に、使用者の頭部回りの仮想円筒の水平面と交差する周上を一定速度で移動する注視点と、画面中心を示す指標とを表示させる調整情報描画処理手段と、使用者が上記指標を上記注視点に一致させるように頭部を３６０度回転させた際の地磁気センサの出力をモニタし、その出力から地磁気センサのバイアス誤差に対する補正値を計算する手段と、その計算した補正値を記憶する手段と、その記憶した補正値によって地磁気センサのバイアス誤差を補正する手段とを具備するものとされる。
【００１０】
請求項２の発明では請求項１の発明において、上記指標が画面中心で交差する縦、横二つの中心線で構成される。
請求項３の発明では請求項１の発明において、上記出力をモニタする際、調整情報描画処理手段によって上記画面に、上記指標に対する上記注視点のずれの許容範囲が表示される。
請求項４の発明では請求項１の発明において、上記出力をモニタする際、調整情報描画処理手段によって上記画面に、頭部を動かす方向及び速さを示す情報が表示される。
【００１１】
請求項５の発明では請求項１の発明において、上記補正値を計算する手段、記憶する手段及び補正値によって地磁気センサのバイアス誤差を補正する手段がヘッドトラッカーに内蔵されているものとされる。
請求項６の発明によれば、地磁気センサを備え、使用者の頭部の任意位置に取り付け可能とされ、使用者の頭部の動きに応じて変化する映像をヘッドマウントディスプレイに表示させるために用いるヘッドトラッカーの磁気補正は、ヘッドマウントディスプレイの画面に、使用者の頭部回りの仮想円筒の水平面と交差する周上を一定速度で移動する注視点と、画面中心を示す指標とを表示させ、使用者が上記指標を上記注視点に一致させるように頭部を３６０度回転させ、その３６０度回転時の地磁気センサの出力をモニタして、その出力から地磁気センサのバイアス誤差に対する補正値を計算し、その補正値によって地磁気センサの誤差補正をすることによって行われる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１はこの発明による全周映像表示装置の一実施例を示したものであり、図６と対応する部分には同一符号を付してある。
この例ではヘッドトラッカー１０は地磁気補正値計算手段１５と地磁気補正値記憶手段１６とを具備するものとされ、さらに角速度センサ１１、加速度センサ１２及び地磁気センサ１３の検出出力から頭部４１の姿勢角を計算する姿勢角計算手段１４は地磁気補正値記憶手段１６に記憶された補正値によって地磁気センサ１３のバイアス誤差を補正する機能を有するものとされる。
【００１３】
一方、描画処理手段２０は地磁気センサ１３のバイアス誤差を補正（調整）するために使用する調整情報をヘッドトラッカー１０からの姿勢角情報をもとに演算描画処理して作成し、映像信号として出力する調整情報描画処理部（調整情報描画処理手段）２１を具備するものとされる。
この例ではこのような構成を採用したことにより、ヘッドマウントディスプレイ３０を装着し、かつヘッドトラッカー１０を頭部４１の所望の位置に取り付けた使用者４０が水平面内で厳密に頭部３１を３６０度回転することができるようにし、その際の地磁気センサ１３の出力からバイアス誤差に対する補正値を求め、その補正値によって地磁気センサ１３の誤差補正を行えるものとなっている。
【００１４】
以下、各部の機能と共に、調整（補正）方法を説明する。
調整情報描画処理部２１はヘッドマウントディスプレイ３０を装着し、ヘッドトラッカー１０を頭部４１に取り付けた使用者４０の頭部４１の回りに、図２に示したように仮想円筒５０を設定し、その仮想円筒５０の水平面と交差する周上を一定速度で移動する注視点５１をヘッドマウントディスプレイ３０の画面に表示させ、さらにその画面に画面中心を示す指標を表示させる機能を有するものとされる。使用者４０は注視点５１が常に画面中心になるように頭部４１を動かすことになる。
【００１５】
図３Ｂは注視点５１及び画面中心を示す指標が表示されたヘッドマウントディスプレイ３０の画面の一例を示したものであり、注視点５１はこの例では丸（○）と十字記号とよりなるものとされ、また画面中心を示す指標は縦、横二つの中心線５２，５３によって構成されている。
さらに、この例では調整情報描画処理部２１によって、調整時に許される姿勢及び回転速度の誤差を許容する許容範囲５４，５５が画面上に表示される。
実線で表示された中心線５２，５３に対し、調整範囲５４，５５は図３Ｂに示したように中心線５２，５３をそれぞれ挟んで一点鎖線で示されており、この許容範囲５４，５５の領域内で極力画面中心に注視点５１がくるように使用者４０は頭部４１を動かすことになる。
【００１６】
ここで、
画面横方向のずれ：回転速度誤差
画面縦方向のずれ：水平からのピッチ角度方向誤差
注視点の傾き　　：水平からのロール角度方向誤差
を示すことになる。
また、この例では使用者４０がどのように頭部４１を動かしたら良いかを示す指示情報５６が調整情報描画処理部２１によって画面に表示される。指示情報５６は図３Ｂに示したように、例えば矢印とされ、この矢印の向いている方向が頭部４１を動かす（傾ける）方向を示し、また矢印の長さ（長短）が頭部４１を動かす速さを示すものとなる。
【００１７】
このような指示情報５６を表示させることにより、使用者４０は水平面内でより安定して頭部３１を３６０度回転させることができ、つまり使用者４０が頭部の姿勢と回転速さをコントロールすることにより、誤差の少ない水平面内での３６０度の回転をヘッドトラッカー１０に与えることができる。
使用者４０が水平面内で頭部４１を３６０度（以上）回転させた際の地磁気センサ１３の出力は地磁気補正値計算手段１５によってモニタされ、地磁気補正値計算手段１５はその出力から地磁気センサ１３のバイアス誤差ΔＭｘ　，ΔＭｙ　（図９Ｂ参照）を下式により計算する。
【００１８】
ΔＭｘ＝（Ｍｘ（ＭＡＸ）−Ｍｘ（ＭＩＮ））／２
ΔＭｙ＝（Ｍｙ（ＭＡＸ）−Ｍｙ（ＭＩＮ））／２
補正値はバイアス誤差ΔＭｘ　，ΔＭｙ　を相殺する値、つまり符号が逆の値となる。
上記のようにして求められたバイアス誤差に対する補正値は地磁気補正値記憶手段１６に格納（記憶）され、この補正値によって姿勢角計算手段１４は地磁気センサ１３のバイアス誤差を補正する。
【００１９】
このように、この例によれば３６０度回転時の地磁気センサ１３の出力は、姿勢角の変動による誤差や、回転速度の変化によるサンプリング数のばらつきを抑えることができるため、ヘッドマウントディスプレイ３０及びヘッドトラッカー１０を頭部４１に取り付けた状態で、精度良くヘッドマウントディスプレイ３０のスピーカ３２等の磁気（磁性体）の影響による地磁気センサ１３のバイアス誤差を補正することができる。
なお、図１に示した構成において、地磁気補正値記憶手段１６には例えばＥ２　ＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｙ　ｅｒａｓａｂｌｅ　ＲＯＭ）等の不揮発メモリが使用され、また地磁気補正値計算手段１５と姿勢角計算手段１４とは例えば同一ＣＰＵ（中央処理装置）によって構成される。一方、描画処理手段２０には例えばパソコン（パーソナルコンピュータ）やワークステーションが用いられる。
【００２０】
図４はこの発明による全周映像表示装置の他の実施例を示したものであり、この例では地磁気補正値計算手段１５をヘッドトラッカー１０の外部に設けたものとなっており、地磁気補正値計算手段１５には描画処理手段２０と共に、例えばパソコン等を用いるものとなっている。
この図４に示したような構成は例えばヘッドトラッカー１０のＣＰＵの処理能力上、ヘッドトラッカー１０に地磁気補正値計算手段１５を内蔵させることが困難な場合等に採用される。
【００２１】
図５は全天型映像表示装置における映像空間を模式的に示したものであり、この発明はこのような全天型の映像表示装置においても同様に適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によればヘッドマウントディスプレイの画面に、使用者の頭部回りの仮想円筒の水平面と交差する周上を一定速度で移動する注視点と、画面中心を示す指標が表示されるため、使用者は指標を移動する注視点に常に一致させるように頭部を３６０度回転させることにより、誤差の少ない水平面内での３６０度の回転をヘッドトラッカーに与えることができる。
そして、この３６０度回転時のヘッドトラッカーの地磁気センサの出力がモニタされ、その出力から地磁気センサのバイアス誤差に対する補正値が求められて、地磁気センサの誤差補正が行われるものとなっており、従ってこの発明によれば使用者がヘッドトラッカー及びヘッドマウントディスプレイを装着した使用状態において、簡易かつ高精度に地磁気センサの誤差補正を行えるものとなっている。
【００２３】
これにより、地磁気センサに対するヘッドマウントディスプレイのスピーカ等の磁気（磁性体）の影響が除去され、つまり正確な方位出力が得られるため、方位変化に対して、よりリアルな映像が得られるものとなる。
なお、このように使用者が地磁気センサの誤差補正を簡単に行うことができるため、ヘッドトラッカーの任意の（所望の）位置への取り付けが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による全周映像表示装置の一実施例を示すブロック図。
【図２】調整情報描画処理部によって作成される注視点と使用者の関係を示す図。
【図３】ヘッドマウントディスプレイによって得られる仮想画面及び調整情報描画処理部によるその画面の表示例を示す図。
【図４】この発明による全周映像表示装置の他の実施例を示すブロック図。
【図５】全天型映像表示装置の映像空間を示す図。
【図６】従来の全周映像表示装置の構成を示すブロック図。
【図７】ヘッドトラッカーとヘッドマウントディスプレイの取り付け例を示す図。
【図８】ヘッドトラッカーとヘッドマウントディスプレイの取り付け状態を頭部の上から見て示した図、Ａはヘッドトラッカーを頭頂部に取り付けた例を示し、Ｂはヘッドトラッカーを側頭部（ヘッドマウントディスプレイの支え部）に取り付けた例を示す図。
【図９】ヘッドマウントディスプレイのスピーカの磁気の影響によってヘッドトラッカーの地磁気センサ出力に発生するバイアス誤差を説明するための図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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