【手続補正書】
【提出日】平成18年6月7日(2006.6.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】        明細書
【発明の名称】    加速度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】  −部屋を有する非導電性の非磁性ハウジング、
−前記部屋内にあるインダクタンス影響部材、及び前記インダクタンス影響部材へ誘導的に結合されている第１コイルを具え、それにより前記インダクタンス影響部材が該インダクタンス影響部材に及ぼされる力に依存して前記部屋内のある位置をとるよう前記部屋と共働する構成とした加速度センサにおいて、
前記第１コイルが前記部屋の外側に配置した第１中央巻回平面を有することを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】  請求項１記載の加速度センサにおいて、前記部屋および前記インダクタンス影響部材は、それぞれ、前記インダクタンス影響部材と前記部屋との間の共働を実現するために、前記第１中央巻回平面に直交する平面内でほぼ円形の断面を有する形状にした加速度センサ。
【請求項３】  請求項２記載の加速度センサにおいて、前記部屋の円形断面の直径と、前記インダクタンス影響部材の円形断面の直径との間の差が、前記部材の円形断面の直径の１／１０より小さく、且つ前記第１コイルは、前記インダクタンス影響部材の円形断面の直径の１／３より小さい外径を有するものとした加速度センサ。
【請求項４】  請求項２記載の加速度センサにおいて、前記部屋の外側で且つ前記第１中央巻回平面とほぼ平行に位置する第２中央巻回平面を有する第２コイルを設け、前記第１中央巻回平面および前記第２中央巻回平面とは、前記部屋の円形断面の中心に対して対称に配置した加速度センサ。
【請求項５】  立方体構成で６個のそれぞれ中央巻回平面を有する６個のコイルを具えている請求項１記載の加速度センサにおいて、
−前記部屋が球面形状の内面を有し、
−前記インダクタンス影響部材が球形形状を有し、且つ
−前記中央巻回平面を前記部屋の中心に対して対称的に配置した
加速度センサ。
【請求項６】  請求項１記載の加速度センサにおいて、前記インダクタンス影響部材を、非磁性であり導電性の材料により構成した加速度センサ。
【請求項７】  請求項１記載の加速度センサにおいて、前記インダクタンス影響部材を、非導電性であり軟磁性の材料により構成した加速度センサ。
【請求項８】  請求項１記載の加速度センサにおいて、前記部屋に、前記インダクタンス影響部材と前記部屋の内側との間に、前記インダクタンス影響部材の動きを緩衝する液体を収容した加速度センサ。
【請求項９】  少なくとも１方向における向きを検出するためのトラッキング装置であって、該装置が、
−請求項１〜８のいずれか１項記載の加速度センサ、及び
−前記コイルのうち少なくとも１個の実際の自己誘導に基づいて、前記インダクタンス影響部材に加わる力の方向に対する該装置の向きを表す第１信号を発生する第１信号手段
を具えたことを特徴とするトラッキング装置。
【請求項１０】  請求項９記載のトラッキング装置において、前記加速度センサが、前記部屋の中心に対して対称に位置決めされた立方体構成で６個のそれぞれの中央巻回平面を有する６個のコイルを具え、且つ前記加速度センサの前記インダクタンス影響部材が永久磁石を具えたものとし、該トラッキング装置が更に、
−前記コイルの実際の自己誘導に基づいて前記部屋の中心に対する前記インダクタンス影響部材の実際の位置を検出する位置検出手段、及び
−前記部屋の中心に向かって前記インダクタンス影響部材を押圧変位するよう、それぞれのコイルへ電流を、実際の位置に基づいて加えるため制御手段、
を具え、
前記第１信号手段は加えられる電流に基づいて、前記第１信号を発生する構成としたトラッキング装置。
【請求項１１】  請求項９又は１０記載のトラッキング装置において、
−地球磁場のうち少なくとも一成分を決定する磁気センサ、
−前記少なくとも一成分に基づいて地球磁場に対する該装置の向きを表す第２信号を発生する第２信号手段、及び
−該装置の向きを表す結合信号を生ずるよう前記第１信号および前記第２信号を結合する結合手段、
を具えたトラッキング装置。
【請求項１２】  請求項９〜１１のいずれか１項に記載したトラッキング装置を設けたことを特徴とするヘッドマウント表示装置。
【請求項１３】  請求項９〜１１のいずれか１項に記載したトラッキング装置を設けたことを特徴とするマウス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、部屋を有する非導電性の非磁性ハウジング、その部屋内にあるインダクタンス影響部材、及びそのインダクタンス影響部材へ誘導的に結合されている第１コイルを具え、それにより前記インダクタンス影響部材がそのインダクタンス影響部材に及ぼされる力に依存してその部屋内のある位置をとるようその部屋と共働する構成とした加速度センサに関するものである。
【０００２】
本発明は更にそのようなセンサを有するトラッキング装置にも関する。
【０００３】
本発明は更にそのようなトラッキング装置を有するヘッドマウント表示装置にも関する。
【０００４】
本発明は更にそのようなトラッキング装置を有するマウスにも関する。上述の種類の加速度センサは番号第９３００１５２号のもとで発行された、オランダ国特許出願に記載されている。この既知の加速センサは、軟磁性材料のボールを収容する球面形状の部屋を有している。コイルがその部屋の回りに巻かれて、各々が所定の範囲にわたりそのボールを囲んでいる。この加速度センサの一定の向きにおいて、その囲まれたボールと一緒にそのコイルが所定の自己誘導を有している。その向きが変わる場合に、そのボールは重力場の影響下にその部屋の内側で動き、且つその自己誘導が変化する。この変化が検出され且つ警報システムにおけるトリガーとして用いられる。このようにして、製品は、このような加速度センサを製品に固定することにより、窃盗に対して保護できる。この既知の加速度センサは変化の量を限定することなく向きの変化が行われたかどうかのみを検出し、且つ変化の方向を決定することは不可能である。
【０００５】
本発明の目的は、向きの測定をも可能にする改善した上述の種類の加速度センサを得るにある。この目的は、第１コイルが部屋の外側に置かれた第１中央巻回平面を有することを特徴としている本発明加速度センサによって達成される。加わる力に依存してとることになる実際の位置は、インダクタンス影響部材とコイルとの間の特定の距離に対応する。そのコイルにおける自己誘導の実際の値を測定することにより、そのインダクタンス影響部材とコイルとの間のこの距離が決定することができ、且つ力の方向を計算できる。したがって、加速度は、重力場に対するセンサの向きを測定する傾斜センサとして有利に利用できる。この加速度センサは向きの変化が生じたかどうかを検出できるのみならず、向きの変化の方向および量を検出することもできる。重力場の既知の向きを与えられると、この加速度センサはそのセンサの絶対的な向きを決定できる。
【０００６】
本発明による加速度センサの一実施例を請求項２で定義する。円形断面によって、インダクタンス影響部材に加わる力は、このインダクタンス影響部材を部屋内の所定位置に引っ張る。例えば重力の力の場合には、インダクタンス影響部材はその部屋の最深部に向けて引き付けられる。
【０００７】
本発明による加速度センサの一実施例を請求項３にで定義する。直径の差はそれら自身の直径と比較して非常に小さいので、部屋内でのインダクタンス影響部材の回転運動はコイルの中央巻回平面に直交する方向への転位とみなせる。このように、この平面と平行な方向にインダクタンス影響部材が動くという事実は、重力場に対してインダクタンス影響部材が上下動するため、無視できる。更にその上、そのような小さい差は、コイルの自己誘導とコイル及びインダクタンス影響部材間の距離との間に線形的関係が存在するような限定距離にわたって、インダクタンス影響部材の移動が行われるようにする。この線形的関係は、インダクタンス影響部材がカバーする距離範囲にわたり加速度センサを較正することを不要にする。これは、すなわち、線形的関係における所定点がこの線形的関係を完全に限定するからである。自己誘導と、インダクタンス影響部材及びコイル間の距離との間の関係を記載する、測定又は複雑な関数の表を必要としない。その距離は測定された自己誘導から簡単に計算され得る。
【０００８】
本発明による加速度センサの一実施例を請求項４で定義する。この装置における２個のコイルは、部屋の中心に対するインダクタンス影響部材の位置の差分測定を実行するために用いられる。そのような差分測定は、単一コイル測定より一層安定性がある。単一コイルの誘導の測定は、温度の変化のような、種々の現象により影響される。２個のコイルでは、そのような現象の影響は、それらのコイルが反転した状態で測定回路に接続するので、差分測定においては互いに打ち消し合う。
【０００９】
本発明による加速度センサの一実施例を請求項５で定義する。この加速度センサは３方向における向きを測定することができ、各方向において差分測定はそれぞれの平面内にある２個のコイルにより実行される。この加速度センサの構造は、そのハウジングが６面の各々へ固定されたコイルを有し、且つ中空の、球面形状の部屋を有するプラスチック立方体とすることができるので、比較的構造が簡単である。
【００１０】
本発明による加速度センサの一実施例を請求項８で定義する。その部屋内に充填する液体がその部屋内のインダクタンス影響部材の動きを緩衝するのに有利に使用できる。その部屋およびインダクタンス影響部材の所定の形状に関して、インダクタンス影響部材がオーバーシュートし得るほどの向きの変化を生ずる場合に、液体は、インダクタンス影響部材の移動を減衰し且つそのオーバーシュートを回避するのに用いられる。
【００１１】
本発明の他の目的は、少なくとも一方向において向きを検出するためのトラッキング装置を得るにある。この目的は、少なくとも一方向において向きを検出する本発明トラッキング装置により達成され、その装置は、
−請求項１〜８のいずれか１項による加速度センサ、及び
−コイルのうち少なくとも１個の実際の自己誘導に基づいて、インダクタンス影響部材に加わる力の方向に対してその装置の向きを表す第１信号を発生する第１信号手段
を具えたことを特徴とする。本発明によるセンサは、重力場に対するこの装置の向きを表す信号を得るのに、容易に使用できる。
【００１２】
本発明によるトラッキング装置の一実施例を請求項１０で定義する。この装置上に働く力の方向を決定することに加えて、この装置はその力の強さを決定する。このことがこの装置を加速度計にも用いられ得るもっと用途の広い装置にする。コイルの自己誘導に基づいて、部屋の中心に対するインダクタンス影響部材の位置が決定され、且つ電流が各コイルに加わり、インダクタンス影響部材に加わる力に抗して中心に向かってそのインダクタンス影響部材を引っ張る。安定状態においては、そのコイルを流れる電流は力の方向および強さを表す。このことがそのセンサの傾斜と同時にそのセンサの加速度を測定することを可能にする。その測定された力は、重力場の力とそのセンサの動きから生じた力との組み合せである。重力場の力を減算し、合成力を積分することが、センサの並進運動の計算およびセンサの位置探知を可能にする。この実施例のもう一つの利点は、センサを、球形内面のように、特別形状の内面にする必要がないので、そのセンサは製造するのが一層簡単になることである。インダクタンス影響部材は部屋の内側で回転せず、且つそのセンサの向きが中空の部屋内におけるインダクタンス影響部材の相対位置によって検出されず、インダクタンス影響部材を持ち上げ且つこのインダクタンス影響部材をその中心に維持するために必要なそれぞれのコイル内の電流によって検出される。
【００１３】
本発明によるトラッキング装置の一実施例を請求項１１で定義する。そのようなトラッキング装置は、重力場又は地球磁場の向きに関係無く、基準の向きに対するあらゆる向き変化を決定することができる。単一センサ、すなわち磁気センサもしくは加速度センサの動作は、所定方向における向きの変化が低下するのに対し、相互に補い合う２タイプのセンサがあるトラツキング装置はそのような向き変化の低下を受けない。磁気センサは地球磁場方向の回りの向き変化に対して適さず、且つ加速度センサは重力場方向の回りの向き変化に対して適さない。これらの二つの方向は異なり且つ一致しないので、組み合されたセンサの読み取りがそのトラッキング装置の向きの正しい測定へ導く。
【００１４】
ヘッドマウント表示装置に本発明によるトラッキング装置を有利に装備できる。このトラッキング装置はヘッドマウント表示装置の向きを決定し、且つ表示される画像は実際の向きに適合する。
【００１５】
マウスに本発明によるトラッキング装置を有利に装備できる。そのようなマウスはマウスの移動探知を維持するための表面を必要とせず、且つこのマウスの使用者はマウスを操作するように手の中に持つことができる。このトラッキング装置は、マウスがそれと共働するシステムにおける表示装置上のカーソル制御のために、座標又は座標変化に変換されるマウスの向きを決定する。そのようなマウスはそのシステムに対して物理的に接続する必要は無く、赤外線リンクやラジオグラフィック（Ｘ線）リンクその他を介して、コンピュータへそれのデータを送り得る。
【００１６】
本発明の別の好都合な実施例を従属請求項に列挙する。
【００１７】
本発明とそれに付随する利点とを、典型的な実施例と添付の図式的な図面とを用いて更に説明する。
【００１８】
種々の図面において対応している特徴部分を同一参照符号で示す。
【００１９】
図１は本発明による加速度センサを示す。この加速度センサ１００は中空の部屋１０４を設けたプラスチックハウジング１０２を有する。部屋１０４はこの図面の平面で円形断面を有する。この部屋には、この図面の平面に断面を示す球体である自由に移動可能な可動部材１０６を収容する。重力場１０８の影響のもとで、その可動部材はその部屋内の最深位置へ引っ張られる。そのハウジングの外側に、この図面の平面に直交する平面内にコイルの巻回を配置し、かつコイルの対称軸線がこの図面の平面内に位置するコイル１１０を設ける。この可動部材（インダクタンス影響部材）１０６の構成は、それがそのコイル１１０の自己誘導に影響するようになっている。この影響は可動部材とコイルとの間の距離１１２の関数として変化し、且つ可動部材がコイルにより近い場合により強くなる。そのコイルの自己誘導は、この距離の指標として使用することができる。このセンサの好適な実施例においては、可動部材を真鍮で形成する。そのコイルに加える交流電流は、これに応答して可動部材内にいわゆる渦電流を生じさせる。この結果、そのコイルの自己誘導は、可動部材の存在によって小さくなるように見える。その距離１１２が減少した場合には自己誘導は減少し、且つその距離１１２が増大した場合には自己誘導は増大する。可動部材は、銅又はアルミニウムのような他の導電性の、非磁性材料で形成してもよく、且つ中実である必要はない。もう一つの適切な可動部材としては、真鍮の薄層でカバーしたガラス球体がある。このセンサのもう一つの実施例においては、可動部材をフェライトで形成する。このとき、可動部材はコイルのコアとして働き、それによりコイルの自己誘導が増大する。可動部材がコイルに最も近い場合に、このコイル近接作用および自己誘導は最大となり、可動部材がコイルから離れる方向に移動する場合には、コイル近接作用およびコイルの自己誘導は減少する。
【００２０】
中空の部屋１０４および可動部材１０６は、図面の平面内の回転により可動部材が新しい、最深位置をとるよう構成する。このことにより、コイルの自己誘導を測定することにより測定できる特定距離１１２となる。したがって、コイルの自己誘導の実際値は、この図面の平面内におけるセンサの向きを表す。このセンサは、このセンサの向きと自己誘導の値との間の量的な関係を得るために較正する。この場合、自己誘導の順次の測定を、そのセンサの実際の向きに直接変換することができる。
【００２１】
図１に示すセンサは、図面の平面におけるセンサの向きを、従って図面の平面に直交する軸線の周りにおける回転を決定できる。三次元空間にまで範囲を広げる場合における３個の軸線のうちいずれかの軸線の周りにおける回転を決定するセンサは、３個のコイルを設け、各個のコイルは他の２個コイルに対して直交する平面に配置し、且つその部屋の中心から相互に同じ距離に配置する。このセンサの可動部材は球体とする。これはすなわち、可動部材は、３個の各コイルに対して直交する断面が円形断面を構成するからである。その部屋の内部は同じ理由のために球面形状にする。３個の測定した自己誘導値は、その部屋の中心に対する、その可動部材の位置に向かうベクトルを規定するので、３個のコイルを有するこのセンサは較正する必要はない。更に、このベクトルがその可動部材に働く力の向きを直接的に示す。このセンサを傾斜センサとして使用する場合には、そのベクトルが重力場に対するそのセンサの向きを直接的に示す。
【００２２】
中空の部屋は、センサの回転後に新しい位置をとる際に、可動部材のオーバーシュートを回避するために液体で満たしてもよい。オーバーシュートの危険があるか無いかは、部屋および可動部材の寸法および材料に依存する。好適な実施例においては、直径１０ｍｍの部屋内に直径９．５ｍｍの真鍮ボールを使用すると、オーバーシュートせず、且つ部屋内に液体を必要としない。その実施例におけるボールは、そのボールと部屋との間の摩擦基づいて、臨界減衰する。
【００２３】
図２は２個のコイルを有する本発明による加速度センサを示している。この加速度センサ２００の構造は、加速度センサ１００の構造と同じであるが、追加のコイル２０２を含んでいる。コイル２０２は図面の平面に対して直交する平面内に配置したコイルの巻回を有し、コイルの対称軸は図面の平面上に位置する。このコイル２０２はコイル１１０の反対側に位置する。これらのコイル１１０および２０２は部屋１０４の円形断面の中心に対して対称的に配置する。これら２個のコイル１１０および２０２によれば、可動部材の位置の差分測定を行うことができる。このような差分測定は単独測定よりも一層安定性があり、且つもっと感度がよい。単独コイルの自己誘導の測定に影響する作用は、他方の側のコイルに影響する同じ作用により相殺される。この点における作用の一例としては、自己誘導の測定に対する温度の影響がある。
【００２４】
図３は差分測定用の回路を図式的に示す。この回路３００は、ブリッジの左部分を形成する、コイル１１０に並列接続したコンデンサ３０２と、コイル１１０に直列接続した抵抗３０４とを具えている。この回路３００は更に、コイル２０２に並列接続したコンデンサ３０６と、コイル２０２に直列接続した抵抗３０８とを具えている。抵抗３０４及びコイル１１０とコンデンサ３０２との並列回路がブリッジ回路の左側を形成している。抵抗３０８及びコイル２０２とコンデンサ３０６との並列回路がそのブリッジ回路の右側を形成している。周波数発生器３１０がこのブリッジに約１ＭＨｚの周波数を供給し、この周波数は、ＬＣ回路１１０、３０２及び２０２、３０６の周波数と同じであり、且つそのブリッジの出力が接続点３１２と３１４との間で測定される。好適な実施例においては、コイル１１０および２０２の自己誘導を１５ｍＨとし、コンデンサ３０２および３０６のキャパシタンスを２．８ｎＦとし、且つ抵抗３０４および３０８の抵抗を１．５ｋＯｈｍとする。このセンサの部屋内の可動部材１０６が２個のコイル１１０と２０２との間の中央にある場合に、このブリッジは平衡している。この位置においては、可動部材は同じ程度にコイルの各々に影響し、且つそれらのコイルは同じ自己誘導を有する。センサの向きが変わり且つ可動部材１０６がコイル１１０及び２０２に対して異なる位置を呈する場合に、可動部材は一方のコイルに他方のコイルと異なる影響を及ぼす。それでそれらのコイルはもはや同じ自己誘導は有さず、且つそのブリッジは自己誘導のこの差に関連した出力を生ずる。この出力はこのブリッジの入力信号と同じ周波数の信号である。このブリッジの出力は、増幅器３１６を介して出力信号が同期検出器３１８へ供給され、その同期検出器の出力信号は、点３１２におけるブリッジの左側と、点３１４におけるブリッジの右側との間の移相差を直接示す値を有している。
【００２５】
図４は本発明による差分測定回路の出力を示している。水平軸線４０２はコイル１１０と２０２との間の中央位置に対する、可動部材１０６の位置を示す。垂直軸線４０４は測定回路３００の出力を示す。線４０６は可動部材１０６の種々の位置に対する出力を表す。その出力は増幅器３１６により所望の範囲へ容易に増幅され得るので、実際の値は単なる例示でしかない。好適な実施例においては、その出力は−２Ｖと＋２Ｖとの間の範囲にある。
【００２６】
図５は３方向で向きを測定するための加速度センサを示す。このセンサ５００は中空の、球面形状の部屋１０４を設けたハウジング１０２を有している。その部屋の内側には、自由に動き得る球状の可動部材１０６を配置する。このセンサは、方向５１２における可動部材１０６の動きを測定するための一対のコイル５０２、５０４と、方向５１４における可動部材１０６の動きを測定するための一対のコイル５０６、５０８とを具えている。このセンサはまた、この図面の平面に直交する方向における可動部材１０６の動きを測定するための一対のコイルをも有しているが、その対の前側コイル５１０のみを示す。そのハウジングの外側形状は立方体であり、その立方体の各側面は、それぞれの中心で１個のコイルを支持する。３方向の各々において、可動部材の位置が上述のような差分測定により決められ得る。好適な実施例においては、立方体ハウジングの稜は１０ｍｍの長さを有し、そのハウジングの壁の厚さはそれの中心において０．１ｍｍとし。可動部材１０６の直径は９．５ｍｍとする。そのハウジングはプラスチックで形成し、且つ真鍮製のボールとする。コイルの各々は８０個の巻回、３ｍｍの外径、１ｍｍの内径及び０．３５ｍｍの厚さとする。
【００２７】
図６は本発明による他の実施例としての加速度センサを示す。センサ６００は、中空の部屋６０４を設けたハウジング６０２を有する。中空の部屋は、永久磁石６０７を有する球状の可動部材６０６を収容する。その中空の部屋は球状である必要はない。可動部材は更に導電性の、非磁性材料、この場合にはアルミニウムで形成する。そのセンサは、方向６１２における部材６０６の動きを測定するための一対のコイル６０８、６１０と、方向６１８における部材６０６の動きを測定するための一対のコイル６１４、６１６とを具えている。このセンサはまた、この図面の平面に直交する方向における部材６０６の動きを測定するための一対のコイルをも有するが、このコイル対はこの図には示さない。ハウジングの中心に対する可動部材の位置は上述のように決めることができる。これらのコイルは、図５に示した実施例のコイルよりも長く、且つ比較的強い磁界を生ずるように構成する。この磁界は、重力の力に逆らってその部屋の中心に向かって、可動部材に組み込んだ永久磁石により、可動部材６０６を持ち上げる程度に充分強い。
【００２８】
図７は本発明によるトラッキング装置を示す。このトラッキング装置７００は、３方向での向きの変化を探知するよう構成し、且つこの目的のために、図５に示すような３方向での向きを決める構成の加速度センサを具える。しかしながら、２方向だけの変化又は単に１方向だけの変化を探知するためのトラッキング装置を使用してもよい。このようなトラッキング装置に対しては、加速度センサは３方向全部での向きを決めることができる必要はない。このトラッキング装置７００は、第１の方向における向きを決めるために、第１対のコイル７０２を具えている。向きを測定することは、図３に示され且つ上述されたように、増幅器７０４と同期検出器７０６とによって実行される。同様に、第２の方向のためにこのトラッキング装置は、コイル７０２に直交する１対のコイル７０８、増幅器７１０及び同期検出器７１２を具えている。同様に、第３の方向のためにこのトラッキング装置は、前記のコイル７０２および７０８に直交する１対のコイル７１４、増幅器７１６及び同期検出器７１８を具えている。コネクタ７２０を介して、このトラッキング装置は、この後の処理に利用できる、三つのそれぞれの方向における向きを表す３個の信号を生成する。
【００２９】
図８は本発明による他のトラッキング装置を示す。このトラッキング装置８００は図６に示したような加速度センサを具える。３方向の各々に対して、このトラッキング装置は、部屋の中心に対する可動部材６０６の位置を示す信号を発生するために、１対のコイル、増幅器及び同期検出器を具えている。この位置は位置感知ユニット８０２において決定され、且つ制御ユニット８０４へ加えられる。可動部材６０６の位置を基礎として、その制御ユニットが、部屋の中心に向かってその部材を持ち上げるためにどんな電流がそれらのコイルの各々へ加えられねばならないかを決め、且つ関連するコイルへこれらの電流を加える。可動部材の位置を決めるためにコイルを通る感知電流は、高周波数交流電流であるのに対して、制御ユニット８０４により加えられる制御電流は直流電流である。これにより、制御ユニットからの制御電流は感知電流と干渉しない。安定状態、すなわち制御電流により発生された磁界が可動部材上に働く重力の力を無効にする状態においては、それぞれのコイルを通る制御電流の値は、３方向における可動部材に加わる重力の力の強さを示している。その重力の力の値と方向とが、かくして制御電流から計算され得る。ユニット８０６が制御電流から３方向におけるこのトラッキング装置の向きを計算し、且つさらなる処理のためにコネクタ８０８へそれを加える。
【００３０】
図９は加速度センサと磁気センサとを含んでいるトラッキング装置を示している。３方向の各々に対して、このトラッキング装置９００は、上述のような加速度センサを形成するよう図７に示したような、１対のコイル、検出器及び増幅器を具えている。このトラッキング装置はまた、第１の方向における地球磁場を測定するために、磁気センサ９０２と測定ユニット９０３とを含んでいる。好適な１実施例においては、この磁気センサが、フィリップスにより販売されているＭＲセンサＫＭＺ５１を具えている。このトラッキング装置９００はまた、第２の方向における地球磁場を測定するための磁気センサ９０４と測定ユニット９０５、及び第３の方向におけるこの磁界を測定するための磁気センサ９０６と測定ユニット９０７とを具えている。これら３個の磁気センサは、これら３個の測定方向が相互に対して垂直であり、且つ電子コンパスを一緒に形成するような方法で配置されている。それぞれの磁気センサからの３個の信号が、地球磁場に対するこのトラッキング装置の向きを示し、且つこのトラッキング装置の向きの変化を探り出すために用いられる。
【００３１】
この加速度センサはこのトラッキング装置の向きのあらゆる変化を探り出すことはできない。重力の場の方向と平行な軸線の回りのローテーション、すなわち垂直平面におけるローテーションは検出され得ない。この加速度センサの可動部材はその時部屋に対して同じ位置のままであり、且つ変化は検出されない。同様の事態は３個の磁気センサに対しても起こる。地球の磁場の方向と平行な軸線の回りのローテーションは検出され得ない。３個の磁気センサの各々におけるそれそれぞれの成分は同じままであり、且つ変化は検出されない。一般的に言えば、重力場の方向は地球磁場の方向と一致しない。それ故に、２タイプのセンサのうち一方がその向きを探知し得ない場合には、他方が向きを探知し得るだろう。したがって、２タイプのセンサを含みそれらの出力を結合するトラッキング装置は、向きを完全に探知し得る。この目的のために、このトラッキング装置は、重力場に対するトラッキング装置の向きを示している加速度センサの信号、及び地球磁場に対するトラッキング装置の向きを示している磁気センサの信号を結合するための結合ユニット９０８を含んでいる。これらの信号から、その結合ユニットが、３方向においてこのトラッキング装置の向きを示すことにおいて、もっと安定で且つもっと信頼できる信号を引き出す。この加速度センサの出力が第１ベクトルを表し、且つ磁気センサの出力が第２ベクトルを表す。重力場および地球磁場のそれぞれの向きによって、第１及び第２ベクトルは互いに直交しない。後続の処理のために、それらのベクトルの長さを、信号増幅を調整すること、又は正規化ステップを行うことのいずれかによって等しくする。それらのベクトルは、第３ベクトルを得るように減算され、且つ第４ベクトルを得るように加算される。第３及び第４ベクトルは相互に直交し、且つほぼ正規化されている。正規化されたベクトルの集合はそのトラッキング装置の向きを完全に表す。
【００３２】
図１０は、本発明によるヘッドマウントデバイスを示す。このヘッドマウントデバイス１０００は、それぞれ使用者の左及び右の眼の前に位置決めした、２個の表示装置１００２，１００４を有する。これらの表示装置はその眼と表示装置との間の光学素子により拡大され、且つかくしてその使用者に対する現実的な環境をシミュレートできる。動作中には、それらの表示装置は、本体１００８を通して使用者の頭１００６に固定されるように取り付け、且つ眼に対するそれらの表示装置１００２と１００４との相対位置を不変とする。それ故に、使用者の頭の向き変化、例えば頚部の回りの回転又は頭の傾きが、現実環境の幻影を維持するために、表示画像を変えることを必要にする。このヘッドマウント表示装置は、使用者の頭の向き探知を維持するトラッキング装置１０１０を有している。このヘッドマウント表示装置は、表示すべき画像を生成するシステムに接続する。この接続はケーブル、赤外線、高周波又は他の種類のリンクを介して実現でき、且つボックス１０１２で象徴的に示す。このリンクは、ヘッドマウント表示装置から関連するシステムまでその頭のトラッキングに関するデータを送るため、及びそのシステムからヘッドマウント表示装置まで画像を送るために使用する。好適な実施例においては、トラッキング装置１０１０を図９に示したトラッキング装置とする。
【００３３】
図１１は本発明によるマウスを図式的に示している。このマウス１１００は、このマウスの向き探知を維持するトラッキング装置１１０２を有する。このマウスはまた、このマウスからの入力に応答するシステムへデータを送るためのデータリンク１１０４をも有している。このマウスはそのシステムのスクリーン上のカーソル又は他の識別印の移動を制御するために用いられる。マウスの向きの変化はカーソルの位置の変化に帰着する。例えば右へのローテーションはカーソルを右へ動かさせ、且つ上向きローテーションはカーソルをスクリーンの上に向かって動かさせる。本発明によるマウスは動作するための表面を必要とせずに、手の中に保持され得る。これは情報がデータベースから検索される情報検索応用のような、種々のメニューからの選択を伴うシステムにおける応用に対して特に好都合である。このマウスには、命令を入力するため、又はこのシステムにおける動作を確認するための押しボタン１１０６及び１１０８をも設ける。そのようなボタンを押すことが、またそのデータリンク１１０４を介してシステムへ知らされる。このトラッキング装置１１０２は、上述のトラッキング装置の一つとして実現することができる。
【００３４】
本発明による加速度センサおよびトラッキング装置の応用は、ヘッドマウント表示装置又はマウスに限られない。他の用途としては、カーヘッドライトの水平整列、自動車電話又は髭剃りの定位、携帯表示装置の定位、例えば建設作業のための電子的水準器、人工的水平の生成、仮想現実における他の身体部分探知、エアバッグ用の衝撃感知、及び自動車及びモータ警報用のローテーション感知がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による加速度センサを示す説明図である。
【図２】  ２個のコイルを有する本発明による加速度センサを示す説明図である。
【図３】  差分測定用回路の図式的に示す説明図である。
【図４】  本発明による差分測定回路の出力を示すグラフである。
【図５】  三方向における向きを測定するための加速度センサを示す説明図である。
【図６】  本発明による他の加速度センサを示す説明図である。
【図７】  本発明によるトラッキング装置を示す説明図である。
【図８】  本発明による他のトラッキング装置を示す説明図である。
【図９】  加速度センサおよび磁気センサを含んでいるトラッキング装置を示す説明図である。
【図１０】  本発明によるヘッドマウントデバイスを示す説明図である。
【図１１】  本発明によるマウスを図式的に示す説明図である。