(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する測定対象物に取り付けられ、光を出射する３個以上の光学マーカーと、
基準対象物に取り付けられ、かつ、前記光学マーカーを撮影する第一カメラと、前記第一カメラが撮影すると同時に第一カメラと異なる方向から光学マーカーを撮影する第二カメラとを有するカメラ装置と、
前記カメラ装置に対する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す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、前記基準対象物に対する測定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、
前記基準対象物に取り付けられ、かつ、前記光を反射する反射板とを備え、
前記第一カメラ及び前記第二カメラは、前記光学マーカーの実像と、前記反射板で反射した反射像とを撮影可能であり、
前記光学マーカー位置情報算出部は、前記第一カメラ及び前記第二カメラによって得られた光学マーカーの実像又は反射像に基づいて、前記光学マーカー位置情報を算出することを特徴とするモーショントラッカ装置。
【請求項２】
前記光学マーカーが直接撮影されたか、或いは、反射板を介して撮影されたかのいずれであるかを判定した判定結果情報を作成する判定結果情報作成部を備え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】
前記判定結果情報作成部は、各光学マーカー像の光強度に基づいて、直接撮影した光学マーカー像であるか、或いは、反射板を介して撮影した光学マーカー像であるかを判定することにより、前記判定結果情報を作成することを特徴とする請求項２に記載のモーショントラッカ装置。
【請求項４】
前記判定結果情報作成部は、それぞれの画像中における各光学マーカー像の位置関係に基づいて、直接撮影した光学マーカー像群であるか、或いは、反射板を介して撮影した光学マーカー像群であるかを判定することにより、前記判定結果情報を作成することを特徴とする請求項２に記載のモーショントラッカ装置。
【請求項５】
前記判定結果情報作成部は、それぞれの画像中に座標系を作成して、第一の光学マーカー像から第二の光学マーカー像へのベクトルと、第一の光学マーカー像から第三の光学マーカー像へのベクトルとの外積における符号を算出することにより、直接撮影した光学マーカー像群であるか、或いは、反射板を介して撮影した光学マーカー像群であるかを判定することを特徴とする請求項４に記載のモーショントラッカ装置。
【請求項６】
各光学マーカーは、互いに同種類の波長の光を出射し、
前記判定結果情報作成部は、各光学マーカー像の光強度に基づいて、直接撮影した光学マーカー像であるか、或いは、反射板を介して撮影した光学マーカー像であるかを判定することにより、前記判定結果情報を作成して、
前記光学マーカー位置情報算出部は、前記判定結果情報に基づいて、前記第一カメラで撮影された各光学マーカー像のエピポーララインを第二画像中に作成することにより、前記光学マーカー位置情報を算出することを特徴とする請求項２に記載のモーショントラッカ装置。
【請求項７】
前記複数個の光学マーカーのうちから選択した少なくとも３個の光学マーカーを点灯させる光学マーカー点灯制御部を備え、
各光学マーカーは、少なくとも３種類の波長の光のうちから予め設定された１種類の波長の光を出射し、
前記光学マーカー点灯制御部は、同時に点灯させる光学マーカーが互いに異なる種類の波長の光を出射するように制御することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のモーショントラッカ装置。
【請求項８】
前記基準対象物は、装着者が搭乗する移動体であり、かつ、前記測定対象物は、当該装着者の頭部に装着される半球状のヘルメットであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のモーショントラッカ装置。
【請求項９】
前記光学マーカーは、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１〜請求項８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、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、ゲーム機や乗物等における装着者の頭部の現在位置及び現在角度）を測定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。
【背景技術】
【０００２】
時々刻々と変動する物体（測定対象物）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（測定対象物）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。
また、救難飛行艇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のバイザーに表示される照準画像と、バイザーを通して視認される救難目標とが対応した時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、飛行体（救難飛行艇）の緯度、経度、高度、姿勢に加えて、飛行体に対するパイロットの頭部の現在位置や現在角度を測定している。
【０００３】
このような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。図２は、頭部装着型表示装置付ヘルメットの一例の斜視図であり、図８は、図２に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットとカメラ装置との位置関係を示す斜視図である。
具体的には、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の外周面上に、光学マーカー群７として発光体であるＬＥＤ（発光ダイオード）７ａ〜７ｋを互いに離隔するようにして複数箇所に取り付け、これらのＬＥＤ７ａ〜７ｋの頭部装着型表示装置付ヘルメット（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）上における位置をＨＭＴ装置に予め記憶させておく。そして、これらのＬＥＤ７ａ〜７ｋを、飛行体（基準対象物）の座席３０ａの上部に固定されたカメラ装置２（第一カメラ２ａ、第二カメラ２ｂ）で同時に撮影することで、所謂、三角測量の原理により、現在の少なくとも３個のＬＥＤとカメラ装置２との位置関係を測定している。これにより、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０上に固定された３点の位置（３個のＬＥＤの位置）を特定することで、飛行体に対する頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の現在位置や現在角度を算出している。
ところで、上述したような光学方式のＨＭＴ装置で、３個のＬＥＤとカメラ装置２との位置関係を測定するためには、３個のＬＥＤをそれぞれ識別する必要がある。そこで、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０には、それぞれが識別可能なＬＥＤ７ａ〜７ｋが取り付けられている。例えば、図２に示すように、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の外周面上に、互いに異なる波長Ａ、Ｂ、Ｃの赤外光を出射するＬＥＤが取り付けられている。
【０００４】
また、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をそれぞれ識別する際に、ＬＥＤに識別情報を持たせたり、１個１個順番に点灯させたりしなくても、ＬＥＤをそれぞれ識別することができるものを開示した（例えば、特許文献１参照）。
具体的には、まず、第一カメラ２ａの撮影方向と第二カメラ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、第一カメラ２ａで撮影された第一画像と、第二カメラ２ｂで撮影された第二画像との間での共通のＬＥＤ像の組を認識した。
そして、第一画像中に映し出された複数個のＬＥＤ像と、第二画像中に映し出された複数個のＬＥＤ像とのそれぞれの組の対応付けを行った後には、第一画像中に映し出されているＬＥＤ像の位置により、第一カメラ２ａからの方向角度αを算出するとともに、第二画像中に映し出されているＬＥＤ像の位置により、第二カメラ２ｂからの方向角度βとを算出し、さらに第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとの間の距離ｄを用いることで、所謂、三角測量の手法でカメラ装置２（ＸＹＺ座標系）に対するＬＥＤの位置を算出する（図４参照）。なお、このとき算出されたＬＥＤが、頭部装着型表示装置付ヘルメットに取り付けられたＬＥＤのいずれに対応するかはまだ認識できない。
そこで、時間ｔ１（直前）に各ＬＥＤの位置を記憶するとともに、記憶された各ＬＥＤの位置を中心とする一定の大きさの球状である各予想移動範囲を設定することにより、時間ｔ２（現在）に予想移動範囲に存在するＬＥＤを、時間ｔ１に設定された予想移動範囲に対応するＬＥＤと同一のものであると識別した。
これにより、カメラ装置２（ＸＹＺ座標系）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算出している。
【特許文献１】特開２００６−２８４４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したようなＨＭＴ装置で、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１０の現在位置や現在角度を特定するためには、三角測量の原理を用いるため、第一カメラ２ａにより撮影される撮影領域と第二カメラ２ｂにより撮影される撮影領域とが重なった撮影領域に、少なくとも同一の３個のＬＥＤが存在していなければならなかった（図８参照）。そこで、図２に示すように、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の外周面全面にＬＥＤ７ａ〜７ｋが取り付けられている。
【０００６】
しかしながら、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の外周面全面にＬＥＤ７ａ〜７ｋが取り付けられていても、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとで、同一の３個のＬＥＤを撮影することができないことがあった。例えば、図９に示すように、第二カメラ２ｂでは、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が右側に体を寄せながら右側を見たときには、３個未満のＬＥＤしか撮影することができなかった。すなわち、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１０の現在位置や現在角度を算出することができなかった。
そこで、本発明は、飛行体等の基準対象物に対して、頭部装着型表示装置付ヘルメット等の測定対象物があらゆる方向に向いても、基準対象物に対する測定対象物の動きを測定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】
【０００７】
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、移動する測定対象物に取り付けられ、光を出射する３個以上の光学マーカーと、基準対象物に取り付けられ、かつ、前記光学マーカーを撮影する第一カメラと、前記第一カメラが撮影すると同時に第一カメラと異なる方向から光学マーカーを撮影する第二カメラとを有するカメラ装置と、前記カメラ装置に対する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す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、前記基準対象物に対する測定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、前記基準対象物に取り付けられ、かつ、前記光を反射する反射板とを備え、前記第一カメラ及び前記第二カメラは、前記光学マーカーの実像と、前記反射板で反射した反射像とを撮影可能であり、前記光学マーカー位置情報算出部は、前記第一カメラ及び前記第二カメラによって得られた光学マーカーの実像又は反射像に基づいて、前記光学マーカー位置情報を算出するようにしている。
【０００８】
ここで、「光学マーカーが出射する光」としては、赤外光や紫外光や可視光が挙げられる。
本発明のモーショントラッカ装置によれば、測定対象物に複数個の光学マーカーを互いに離隔するようにして取り付けるとともに、測定対象物における複数個の光学マーカーの位置を予め記憶させておく。また、基準対象物にカメラ装置と反射板とを取り付けるとともに、基準対象物におけるカメラ装置と反射板との相対的な位置関係を予め記憶させておく。
そして、カメラ装置がこれらの複数個の光学マーカーのうち少なくとも３個の光学マーカーを撮影することで、所謂、三角測量の原理により、少なくとも３個の光学マーカーとカメラ装置との位置関係を測定する。このとき、例えば、飛行体（基準対象物）の座席の上部に設置されたカメラ装置において、ヘルメット（測定対象物）を装着した装着者が正面を見ている際には、第一カメラと第二カメラとで３個の光学マーカーを直接撮影する。一方、ヘルメットを装着した装着者が右側に体を寄せながら右側を見ている際には、第一カメラでは３個の光学マーカーを直接撮影し、第二カメラでは３個の光学マーカーを直接撮影することができないが、３個の光学マーカーを反射板を介して撮影する。
なお、第一画像及び第二画像において光学マーカーを直接撮影したか、或いは、反射板を介して撮影したかのいずれであるかを判定する必要があるが、本発明のモーショントラッカ装置では、判定結果情報作成部が、例えば、第一画像及び第二画像中における各光学マーカー像の光強度や、各光学マーカー像の位置関係等に基づいて判定する。
これにより、光学マーカー位置情報算出部は、判定結果情報と第一画像及び第二画像とに基づいて、測定対象物に取り付けられた３点の位置（３個の光学マーカーの位置）を特定することで、基準対象物に対する測定対象物の現在位置や現在角度を算出する。
【発明の効果】
【０００９】
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、飛行体等の基準対象物に対して、頭部装着型表示装置付ヘルメット等の測定対象物があらゆる方向に向いても、基準対象物に対する測定対象物の動きを測定することができる。
【００１０】
（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記の発明において、前記光学マーカーが直接撮影されたか、或いは、反射板を介して撮影されたかのいずれであるかを判定した判定結果情報を作成する判定結果情報作成部を備えるようにしてもよい。
また、上記の発明において、前記複数個の光学マーカーのうちから選択した少なくとも３個の光学マーカーを点灯させる光学マーカー点灯制御部を備え、各光学マーカーは、少なくとも３種類の波長の光のうちから予め設定された１種類の波長の光を出射し、前記光学マーカー点灯制御部は、同時に点灯させる光学マーカーが互いに異なる種類の波長の光を出射するように制御するようにしてもよい。
本発明によれば、３個の光学マーカーを波長差によりそれぞれ識別することができる。
【００１１】
また、上記の発明において、前記判定結果情報作成部は、前記第一画像及び第二画像中における各光学マーカー像の光強度に基づいて、直接撮影した光学マーカー像であるか、或いは、反射板を介して撮影した光学マーカー像であるかを判定することにより、前記判定結果情報を作成するようにしてもよい。
また、上記の発明において、前記判定結果情報作成部は、前記第一画像及び第二画像のそれぞれの画像中における各光学マーカー像の位置関係に基づいて、直接撮影した光学マーカー像群であるか、或いは、反射板を介して撮影した光学マーカー像群であるかを判定することにより、前記判定結果情報を作成するようにしてもよい。
また、上記の発明において、前記判定結果情報作成部は、前記第一画像及び第二画像のそれぞれの画像中に座標系を作成して、第一の光学マーカー像から第二の光学マーカー像へのベクトルと、第一の光学マーカー像から第三の光学マーカー像へのベクトルとの外積における符号を算出することにより、直接撮影した光学マーカー像群であるか、或いは、反射板を介して撮影した光学マーカー像群であるかを判定するようにしてもよい。
【００１２】
また、上記の発明において、各光学マーカーは、互いに同種類の波長の光を出射し、前記判定結果情報作成部は、前記第一画像及び第二画像中における各光学マーカー像の光強度に基づいて、直接撮影した光学マーカー像であるか、或いは、反射板を介して撮影した光学マーカー像であるかを判定することにより、前記判定結果情報を作成して、前記光学マーカー位置情報算出部は、前記判定結果情報に基づいて、前記第一カメラで撮影された各光学マーカー像のエピポーララインを第二画像中に作成することにより、前記光学マーカー位置情報を算出するようにしてもよい。
本発明によれば、各光学マーカーに識別情報を持たせたり、１個１個順番に点灯させたりしなくても、各光学マーカーをそれぞれ識別することができる。
【００１３】
そして、上記の発明において、前記基準対象物は、装着者が搭乗する移動体であり、かつ、前記測定対象物は、当該装着者の頭部に装着される半球状のヘルメットであるようにしてもよい。
さらに、上記の発明において、前記光学マーカーは、発光ダイオードであるようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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ことはいうまでもない。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態であるＨＭＴ装置の概略構成の一例を示す図であり、図２は、図１に示す頭部装着型表示装置付ヘルメット（測定対象物）の一例の斜視図である。また、図３及び図５は、図２に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットとカメラ装置との位置関係を示す斜視図であり、図４及び図６は、図２に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットとカメラ装置との位置関係を示す平面図である。
本実施形態は、搭乗体（基準対象物）３０に搭乗するパイロット３の頭部の搭乗体３０に対する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、搭乗体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が装着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）の現在位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び現在角度（Θ、Φ、Ψ）を含む相対情報を算出するものである。なお、相対座標系（ＸＹＺ座標系）は、後述するカメラ装置２を基準として制御部２０に予め記憶されており、一方、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）は、後述するＬＥＤ群７を基準として制御部２０に予め記憶されている。また、角度（Θ）は、ロール方向（Ｘ軸に対する回転）の角度であり、角度（Φ）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（Ψ）は、アジマス方向（Ｚ軸に対する回転）の角度である。
【００１６】
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、搭乗体３０の座席３０ａの上部に取り付けられたカメラ装置２（２ａ、２ｂ）と、搭乗体３０の前面に取り付けられた赤外光を反射する反射板５（５ａ、５ｂ）と、コンピュータにより構成される制御部２０とから構成される。
搭乗体３０は、パイロット３が搭乗する飛行体の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。
【００１７】
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の目に導くバイザー８と、半球状のヘルメット９と、頭部の現在位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）や現在角度（Θ、Φ、Ψ）を測定する際の指標として機能するＬＥＤ群（光学マーカー群）７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、表示器による表示映像とバイザー８の前方実在物とを視認することが可能となっている。
ＬＥＤ群７は、図２に示すように、複数個のＬＥＤ７ａ〜７ｋがヘルメット９の外周面全面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）について説明する。ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）における原点位置Ｏ’及びＸ’Ｙ’Ｚ’軸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Ｏ’を定義し、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領域４２に予め記憶させている。また、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）上での複数個のＬＥＤ７ａ〜７ｋの位置（ｘ’、ｙ’、ｚ’）も、ヘルメット座標系記憶領域４２に予め記憶させている。
また、ＬＥＤ７ａ、７ｄ、７ｇ、７ｊは、波長Ａの赤外光を出射し、ＬＥＤ７ｂ、７ｅ、７ｈ、７ｋは、波長Ｂの赤外光を出射し、ＬＥＤ７ｃ、７ｆ，７ｉは、波長Ｃの赤外光を出射する。つまり、各ＬＥＤは、３種類の波長Ａ、Ｂ、Ｃの赤外光のうちから予め設定された１種類の波長の赤外光を出射する。これにより、後述する光学マーカー点灯制御部３１が、複数個のＬＥＤ７ａ〜７ｋのうちから選択した３個のＬＥＤを点灯させる際に、同時に点灯させる３個のＬＥＤが互いに異なる種類の波長Ａ、Ｂ、Ｃの赤外光を出射するように制御することができるようになっている。
【００１８】
カメラ装置２は、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとからなり、撮影方向が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、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の立体視が可能な一定の距離ｄを隔てるように、搭乗体３０の座席３０ａの上部に設置されている。そして、第一カメラ２ａで第一画像１５が作成されるとともに、第二カメラ２ｂで第二画像１６が作成される。
これにより、図４に示すように、第一カメラ２ａでＬＥＤ７ｃが直接撮影されたときには、第一画像１５中に映し出されているＬＥＤ像の位置により、第一カメラ２ａからの方向角度αを算出し、第二カメラ２ｂでＬＥＤ７ｃが直接撮影されているときには、第二画像１６中に映し出されているＬＥＤ像の位置により、第二カメラ２ｂからの方向角度βを算出し、第一カメラ２ａと第二カメラ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ＬＥＤ７ｃの位置を算出できるようになっている。
このとき、ＬＥＤ７ｃの位置を空間座標で表現するために、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）を用いる。
ここで、相対座標系（ＸＹＺ座標系）について説明する。相対座標系（ＸＹＺ座標系）における原点位置Ｏ及びＸＹＺ軸方向を任意に定めることができるが、本実施形態では図４及び図６に示すように、第一カメラ２ａから第二カメラ２ｂへの方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸方向に垂直かつ天井に垂直で上向き方向をＺ軸方向とし、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に垂直かつ前方方向をＸ軸方向とするように定義し、原点Ｏを第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとの中点として定義するように相対座標系記憶領域４１に予め記憶させている。
よって、本実施形態では、このような相対座標系（ＸＹＺ座標系）がカメラ装置２に予め設定されているので、ＬＥＤ７ｃの現在位置は、相対座標系（ＸＹＺ座標系）上での位置（ｘ、ｙ、ｚ）で表現される。そして、このようにして３個のＬＥＤの現在位置（ｘ、ｙ、ｚ）が特定されるので、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）上での複数個のＬＥＤ７ａ〜７ｋの位置（ｘ’、ｙ’、ｚ’）である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（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び現在角度（Θ、Φ、Ψ）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）の現在位置及び現在角度を用いて表現されるようになっている。
【００１９】
反射板５は、平板形状の第一反射板５ａと、平板形状の第二反射板５ｂとからなり、ＬＥＤ群７から出射された赤外光を反射する。なお、上記反射板としては、例えば、赤外光を反射するとともに、可視光を透過する性質の誘電体多層膜等で形成されたものが挙げられる。
第一反射板５ａは、その反射面が第一カメラ２ａに向けられているとともに、第一カメラ２ａに撮影されるように、搭乗体３０の前面に設置されている。第二反射板５ｂは、その反射面が第二カメラ２ｂに向けられているとともに、第二カメラ２ｂに撮影されるように、搭乗体３０の前面に設置されている。
そして、ＬＥＤ群７から出射された赤外光の光強度（輝度）は、カメラ装置２に直接導かれたときと比較して、カメラ装置２に反射板５を介して導かれたときには、弱くなるようになっている。これにより、後述する判定結果情報作成部３４が、第一画像１５及び第二画像１６中に映し出されているＬＥＤ像の光強度により、ＬＥＤを直接撮影したか、或いは、反射板５を介して撮影したかのいずれであるかを判定することができるようになっている。また、ＬＥＤを直接撮影したか、或いは、反射板５を介して撮影したかのいずれであるかを判定しているので、図５及び図６に示すように、第一カメラ２ａでＬＥＤ７ａが直接撮影されたと判定したときには、第一画像１５中に映し出されているＬＥＤ像の位置により、第一カメラ２ａからの方向角度αを算出し、第二カメラ２ｂでＬＥＤ７ａが第二反射板５ｂを介して撮影されたと判定したときには、第二画像１６中に映し出されているＬＥＤ像の位置により、第二カメラ２ｂからの方向角度γと第二反射板５ｂからの方向角度δとを算出し、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとの間の距離ｄを用いることにより、カメラ装置２に対するＬＥＤ７ａの位置を算出できるようになっている。すなわち、相対座標系（ＸＹＺ座標系）上でのＬＥＤ７ａの位置（ｘ、ｙ、ｚ）を算出できるようになっている。
【００２０】
制御部２０は、ＣＰＵ２１、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、ＬＥＤ７ａ〜７ｋを点灯させる光学マーカー点灯制御部３１と、光学マーカー位置情報算出部３２と、相対情報算出部３３と、判定結果情報作成部３４と、映像表示部３５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、相対座標系（ＸＹＺ座標系）と反射板５の位置（ｘ、ｙ、ｚ）を記憶する相対座標系記憶領域４１と、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）とＬＥＤ７ａ〜７ｋの位置（ｘ’、ｙ’、ｚ’）とを記憶するヘルメット座標系記憶領域４２とを有する。
【００２１】
光学マーカー点灯制御部３１は、複数個のＬＥＤ７ａ〜７ｋのうちから選択した３個のＬＥＤを点灯させる制御を行う。なお、複数個のＬＥＤ７ａ〜７ｋのうちから選択した３個のＬＥＤを点灯させる際には、同時に点灯させる３個のＬＥＤが互いに異なる種類の波長Ａ、Ｂ、Ｃの赤外光を出射するように制御する。例えば、図２に示すように、ＬＥＤ７ｃから波長Ａの赤外光を出射させ、ＬＥＤ７ｄから波長Ｂの赤外光を出射させ、ＬＥＤ７ｅから波長Ｃの赤外光を出射させる。これにより、第一画像１５及び第二画像１６中に映し出されているＬＥＤ像が、どのＬＥＤの画像であるかを識別することができるようになっている。
【００２２】
判定結果情報作成部３４は、第一画像１５及び第二画像１６中における各ＬＥＤ像の光強度に基づいて、直接撮影したＬＥＤ像であるか、或いは、反射板５を介して撮影したＬＥＤ像であるかを判定することにより、第一画像１５及び第二画像１６においてＬＥＤが直接撮影されたか、或いは、反射板５を介して撮影されたかのいずれであるかを判定した判定結果情報を作成する制御を行う。
具体的には、直接撮影したＬＥＤ像であるか、或いは、反射板５を介して撮影したＬＥＤ像であるかを判定するための光強度（輝度）の閾値Ａｔｈを予め記憶させておき、第一画像１５中における１個のＬＥＤ像の光強度（輝度）Ａが、光強度の閾値Ａｔｈ以上であるときには、直接撮影したＬＥＤ像であると判定し、一方、ＬＥＤ像の光強度Ａが、光強度の閾値Ａｔｈ未満であるときには、第一反射板５ａを介して撮影したＬＥＤ像であると判定する。同様に、第一画像１５中における他のＬＥＤ像の光強度Ａや、第二画像１６中におけるＬＥＤ像の光強度Ａについても判定していく。
【００２３】
光学マーカー位置情報算出部３２は、判定結果情報と第一画像１５及び第二画像１６とに基づいて、相対座標系（ＸＹＺ座標系）上でのＬＥＤの現在位置（ｘ、ｙ、ｚ）である光学マーカー位置情報を算出する制御を行う。
例えば、図４に示すように、第一カメラ２ａでＬＥＤ７ｃが直接撮影されたと判定されたときには、第一画像１５中に映し出されている波長ＣのＬＥＤ像の位置により、第一カメラ２ａからの方向角度αを算出し、第二カメラ２ｂでＬＥＤ７ｃが直接撮影されたと判定されたときには、第二画像１６中に映し出されている波長ＣのＬＥＤ像の位置により、第二カメラ２ｂからの方向角度βを算出し、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとの間の距離ｄを用いることで、相対座標系（ＸＹＺ座標系）上でのＬＥＤ７ｃの現在位置（ｘ、ｙ、ｚ）を算出する。
また、図６に示すように、第一カメラ２ａでＬＥＤ７ａが直接撮影されたと判定されたときには、第一画像１５中に映し出されている波長ＡのＬＥＤ像の位置により、第一カメラ２ａからの方向角度αを算出し、第二カメラ２ｂでＬＥＤ７ａが第二反射板５ｂを介して撮影されたと判定されたときには、第二画像１６中に映し出されている波長ＡのＬＥＤ像の位置により、第二カメラ２ｂからの方向角度γと第二反射板５ｂからの方向角度δとを算出し、第一カメラ２ａと第二カメラ２ｂとの間の距離ｄを用いることで、相対座標系（ＸＹＺ座標系）上でのＬＥＤ７ａの現在位置（ｘ、ｙ、ｚ）を算出する。
このようにして３個のＬＥＤの現在位置（ｘ、ｙ、ｚ）を算出して、光学マーカー位置情報を算出する。
【００２４】
相対情報算出部３３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）に対する頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の現在位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び現在角度（Θ、Φ、Ψ）を含む相対情報を算出する制御を行う。
具体的には、３個のＬＥＤの現在位置（ｘ、ｙ、ｚ）が特定されるので、ヘルメット座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）上での複数個のＬＥＤ７ａ〜７ｋの位置（ｘ’、ｙ’、ｚ’）である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（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び現在角度（Θ、Φ、Ψ）を算出する。
映像表示部３５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。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。
【００２５】
次に、ＨＭＴ装置１により、搭乗体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が装着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）の現在位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び現在角度（Θ、Φ、Ψ）を測定する測定動作について説明する。図７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、光学マーカー点灯制御部３１は、複数個のＬＥＤ７ａ〜７ｋのうちから選択した３個のＬＥＤを点灯させる。
次に、ステップＳ１０２の処理において、第一カメラ２ａ及び第二カメラ２ｂは、ＬＥＤを同時に撮影して、第一画像１５及び第二画像１６を作成する。
【００２６】
次に、ステップＳ１０３の処理において、第一画像１５及び第二画像１６中における各ＬＥＤ像の光強度に基づいて、直接撮影したＬＥＤ像であるか、或いは、反射板５を介して撮影したＬＥＤ像であるかを判定することにより、判定結果情報を作成する。
次に、ステップＳ１０４の処理において、光学マーカー位置情報算出部３２は、判定結果情報と第一画像１５及び第二画像１６とに基づいて、相対座標系（ＸＹＺ座標系）上でのＬＥＤの現在位置（ｘ、ｙ、ｚ）である光学マーカー位置情報を算出する。
次に、ステップＳ１０５の処理において、相対情報算出部３３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）に対する頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の現在位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び現在角度（Θ、Φ、Ψ）を含む相対情報を算出する。
【００２７】
次に、ステップＳ１０６の処理において、映像表示部３５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。
次に、ステップＳ１０７の処理において、測定を終了するか否かを判定する。測定を終了しないと判定されたときには、ステップＳ１０１の処理に戻る。つまり、測定を終了すると判定されるときまで、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６の処理は繰り返される。
そして、測定を終了すると判定されたときには、本フローチャートを終了させる。
【００２８】
以上のように、ＨＭＴ装置１によれば、搭乗体３０に対して、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０があらゆる方向に向いても、搭乗体３０に対する頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の動きを測定することができる。
【００２９】
（他の実施形態）
（１）上述したＨＭＴ装置１では、判定結果情報作成部３４は、第一画像１５及び第二画像１６中における各ＬＥＤ像の光強度に基づいて、直接撮影したＬＥＤ像であるか、或いは、反射板５を介して撮影したＬＥＤ像であるかを判定する構成としたが、第一画像及び第二画像のそれぞれの画像中に座標系を作成して、第一のＬＥＤ像から第二のＬＥＤ像へのベクトルと、第一のＬＥＤ像から第三のＬＥＤ像へのベクトルとの外積における符号を算出することにより、直接撮影したＬＥＤ像群であるか、或いは、反射板を介して撮影したＬＥＤ像群であるかを判定するような構成としてもよい。このとき、直接撮影したＬＥＤ像群であるときの外積における符号と、反射板を介して撮影したＬＥＤ像群であるときの外積における符号とを予め記憶させておき、記憶させた符号と比較することにより、直接撮影したＬＥＤ像群であるか、或いは、反射板を介して撮影したＬＥＤ像群であるかを判定するようにすればよい。
（２）上述したＨＭＴ装置１では、各ＬＥＤは、３種類の波長Ａ、Ｂ、Ｃの赤外光のうちから予め設定された１種類の波長の赤外光を出射する構成としたが、各ＬＥＤは、同一種類の赤外光を出射するような構成としてもよい。このときには、光学マーカー位置情報算出部は、判定結果情報に基づいて、第一カメラで撮影された各ＬＥＤ像のエピポーララインを第二画像中に作成することにより、光学マーカー位置情報を算出するようにすればよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
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測定するものとして、利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態であるＨＭＴ装置の概略構成の一例を示す図である。
【図２】頭部装着型表示装置付ヘルメットの一例の斜視図である。
【図３】図２に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットとカメラ装置との位置関係を示す斜視図である。
【図４】図２に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットとカメラ装置との位置関係を示す平面図である。
【図５】図２に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットとカメラ装置との位置関係を示す斜視図である。
【図６】図２に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットとカメラ装置との位置関係を示す平面図である。
【図７】ＨＭＴ装置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。
【図８】図２に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットとカメラ装置との位置関係を示す斜視図である。
【図９】図２に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットとカメラ装置との位置関係を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  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
５  光源
７  ＬＥＤ（光学マーカー）
１０  頭部装着型表示装置付ヘルメット（測定対象物）
１５  第一画像
１６  第二画像
３０  搭乗体（基準対象物）
３２  光学マーカー位置情報算出部
３３  相対情報算出部
３４  判定結果情報作成部
【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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