JP2013160513A - モーショントラッカ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暗視装置に影響を与えないモーショントラッカ装置を提供する。
【解決手段】第一座標系が設定された対象物３０と、第一座標系に位置決めされて対象物３０に取り付けられた３個以上の光学マーカーと、第二座標系が設定され、光学マーカーからの光線を立体視で検出するカメラ装置１２と、検出された光線に基づいて、第二座標系における３個以上の光学マーカーのそれぞれの現在位置を含む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４１ｂと、光学マーカー位置情報に基づいて、第二座標系における対象物３０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４１ｃとを備えるモーショントラッカ装置１であって、光学マーカーは、レーザ光を発振する半導体レーザと、半導体レーザの前方に配置されレーザ光を発散させる光学素子とを有する。
【選択図】図１

Description

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及び現在角度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、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、現在の頭部位置及び頭部角度）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、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等のことをいう。

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。よって、頭部装着型表示装置付ヘルメット（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（移動体）による救難活動では、発見した救難目標を見失わ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って、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（搭乗者）の頭部角度及び頭部位置を測定している。このときにＨＭＴ装置が利用されている。

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カメラと第二カメラ（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。

また、救難飛行艇等では、パイロットが夜間等の環境下でも外界（救難目標）を視認できるように暗視装置を装着することがある。このような暗視装置は、境界波長（例えば、６１０ｎｍや６３５ｎｍ等）よりも長波長の光を増幅するものである。よって、境界波長より長波長の光の総量が規定値を超えないようにしなければならない。

特願２００６−２８４４４２号公報

ところで、上述したような光学方式のＨＭＴ装置では、頭部装着型表示装置付ヘルメットの外周面上にＬＥＤが取り付けられている。ここで、図６は、ＬＥＤの発光スペクトル強度特性を示す図である。ＬＥＤの発光分布は、その材料や製造方法に依存するが、ピークを有するものの、その波長分布は広い波長領域に渡っている。すなわち、ＬＥＤは、発光中心波長が境界波長より短波長であっても、暗視装置に影響を与えてしまう。

本件発明者らは、上記課題を解決するために、暗視装置に影響を与えない光学方式のＨＭＴ装置について鋭意検討を行った。まず、頭部装着型表示装置付ヘルメットの外周面上に、広い波長領域に渡るＬＥＤに代えて、狭い波長領域となる半導体レーザ（ＬＤ）を取り付けた。図７は、ＬＤの発光スペクトル強度特性を示す図である。ＬＤの発光分布は、単一波長と表現してよい程、極めて狭い波長領域となる。

しかし、ＬＤの指向性能はＬＥＤの指向性能と比較して直進性が強く、第一カメラと第二カメラとで同時に撮影できる領域が狭くなる。その結果、救難飛行艇に搭乗するパイロットの頭部の動きを充分に追跡することができなくなるという問題点が発生した。そこで、レーザ光を発散させるボールレンズ等の光学素子をＬＤの前方に配置することにした。これにより、ＬＤでも幅広い指向性能を達成することができた。すなわち、光学マーカーとして、レーザ光を発振（出射）する半導体レーザとレーザ光を発散させる光学素子とを組み合わせて用いることを見出した。

すなわち、本発明のモーショントラッカ装置は、第一座標系が設定された対象物と、前記第一座標系に位置決めされて対象物に取り付けられた３個以上の光学マーカーと、第二座標系が設定され、前記光学マーカーからの光線を立体視で検出するカメラ装置と、検出された光線に基づいて、前記第二座標系における３個以上の光学マーカーのそれぞれの現在位置を含む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、前記第二座標系におけ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、前記光学マーカーは、レーザ光を発振する半導体レーザと、当該半導体レーザの前方に配置され、レーザ光を発散させる光学素子とを有するようにしている。

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、狭い波長領域となるレーザ光を発振する半導体レーザを用いているので、レーザ光の発光中心波長が暗視装置の感度帯域を外れていれば、暗視装置に影響を与えない。また、レーザ光を光学素子を用いて点光源化することができ、その結果、カメラ装置での光学マーカーの位置の検出精度を向上させることができる。

（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、前記光学素子は、ボールレンズであるようにしてもよい。
また、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、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ているようにしてもよい。

そして、上記の発明において、前記搭乗者は、境界波長よりも長波長の光を増幅する暗視装置を装着しており、前記半導体レーザは、前記境界波長以下のレーザ光を発振するようにしてもよい。
ここで、「境界波長」とは、暗視装置で増幅したい光の波長を決定するためのものであり、暗視装置の設計者等によって任意に決められることになる。

さらに、上記の発明において、前記移動体には、複数の搭乗者が搭乗することが可能となっているようにしてもよい。

本発明の一実施形態である救難飛行艇の概略構成を示す図。 頭部装着型表示装置付ヘルメットの平面図。 光学マーカーの断面図。 第一カメラ装置と頭部装着型表示装置付ヘルメットとの位置関係を示す図。 光学マーカーを識別する方法を説明する図。 ＬＥＤの発光スペクトル強度特性を示す図。 ＬＤの発光スペクトル強度特性を示す図。 光学マーカーの断面図。 頭部装着型表示装置付ヘルメットの平面図。 頭部装着型表示装置付ヘルメットの他の一例の平面図。

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。

図１は、本発明の一実施形態である救難飛行艇の概略構成を示す図である。
救難飛行艇１は、第一パイロットＰ_１が搭乗するための第一運転席１１と、第一運転席１１の上方に取り付けられた第一カメラ装置１２と、第二パイロットＰ_２が搭乗するための第二運転席２１と、第二運転席２１の上方に取り付けられた第二カメラ装置２２と、第一パイロットＰ_１や第二パイロットＰ_２の頭部に装着される頭部装着型表示装置付ヘルメット３０と、コンピュータにより構成される制御部４０とを備える。

第一ＨＭＴ装置は、第一カメラ装置１２と１個の頭部装着型表示装置付ヘルメット３０と制御部４０とで構成されており、第一カメラ装置１２に設定される第二座標系（ＸＹＺ座標系）に対する第一パイロットＰ_１の頭部位置（Ｘ_ｈ１、Ｙ_ｈ１、Ｚ_ｈ１）及び頭部角度（ＲＬ_ｈ１、ＥＬ_ｈ１、ＡＺ_ｈ１）を含む相対情報を算出するものである。つまり、ＸＹＺ座標系における第一パイロットＰ_１が着用する頭部装着型表示装置付ヘルメット３０に設定された第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の位置及び角度を算出する。

また、第二ＨＭＴ装置は、第二カメラ装置２２と１個の頭部装着型表示装置付ヘルメット３０と制御部４０とで構成されており、第二カメラ装置２２に設定される第二座標系（ＸＹＺ座標系）に対する第二パイロットＰ_２の頭部位置（Ｘ_ｈ２、Ｙ_ｈ２、Ｚ_ｈ２）及び頭部角度（ＲＬ_ｈ２、ＥＬ_ｈ２、ＡＺ_ｈ２）を含む相対情報を算出するものである。つまり、ＸＹＺ座標系における第二パイロットＰ_２が着用する頭部装着型表示装置付ヘルメット３０に設定された第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の位置及び角度を算出する。
なお、角度ＲＬ_ｈは、ロール方向（Ｘ軸に対する回転）の角度であり、角度ＥＬ_ｈ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ＡＺ_ｈは、アジマス方向（Ｚ軸に対する回転）の角度である。また、第二ＨＭＴ装置は、第一ＨＭＴ装置と同様の構造であるので、説明を省略するものとする。

図２は、頭部装着型表示装置付ヘルメット３０の平面図であり、図３は、光学マーカーの断面図である。また、図４は、第一カメラ装置と頭部装着型表示装置付ヘルメットとの位置関係を示す図である。
頭部装着型表示装置付ヘルメット３０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、第一パイロットＰ_１の目に導くコンバイナ３１と、光学マーカーとして機能する光学マーカー群３２とを有する。なお、頭部装着型表示装置付ヘルメット３０を装着した第一パイロットＰ_１は、表示器による表示映像とコンバイナ３１の前方実在物とを視認することが可能となっている。
また、頭部装着型表示装置付ヘルメット３０は、夜間等の環境下では第一パイロットＰ_１が外界（前方実在物）も視認できるように、コンバイナ３１の前方に暗視装置３３を取り付けたり、昼間等の環境下では暗視装置３３が邪魔にならないようにコンバイナ３１の前方から暗視装置３３を取り外したりすることが可能になっている。

暗視装置３３は、取り込んだ赤外光（例えば、６１０ｎｍ（境界波長）以上の波長）の光量を増幅することにより、暗視機能を備えるものである。そして、頭部装着型表示装置付ヘルメット３０のコンバイナ３１の前方に取り付けることが可能な双眼鏡のような形状となっている。これにより、夜間等の環境下でも第一パイロットＰ_１は頭部装着型表示装置付ヘルメット３０を装着しながら、外界の赤外光を発したり反射したりする被写体を視認できるようになる。
上記暗視装置としては、例えば、被写体から光を取り込む撮像レンズと、取り込む光量を調整する光量調整部と、撮像レンズから取り込まれた光を受けるとともに当該光を光学像に変換するマイクロチャンネルプレート型イメージインテンシファイア（以下、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ．ともいう）と、カップリング機構と、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ．から出力された光学像が結像されるとともに、当該光学像を画像信号に変換する撮像素子とから構成されるもの等が挙げられる。

光学マーカー群３２は、ヘルメットの外周面に取り付けられた３個（あるいは３個以上の数）の光学マーカー３２ａ〜３２ｃである。各光学マーカー３２ａ〜３２ｃは、図７に示すような波長（例えば、４８０ｎｍ）のレーザ光を発振して出射するＬＤ（半導体レーザ）３４と、ＬＤ３４の前方に配置されレーザ光を発散させるボールレンズ（光学素子）３５とを有する。よって、各光学マーカー３２ａ〜３２ｃは、境界波長（例えば、６１０ｎｍ）より短波長の光を発振することになる。

ところで、頭部装着型表示装置付ヘルメット３０自体には、第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）が予め定められている。光学マーカー群３２は、３個の光学マーカー３２ａ〜３２ｃがお互い一定の距離ｄ_２を隔てるようにして、第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）に位置決めされて取り付けられている。つまり、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系における各光学マーカー３２ａ、３２ｂ、３２ｃの座標位置は、（Ｘ’_ＤＩＳａ、Ｙ’_ＤＩＳａ、Ｚ’_ＤＩＳａ）、（Ｘ’_ＤＩＳｂ、Ｙ’_ＤＩＳｂ、Ｚ’_ＤＩＳｂ）、（Ｘ’_ＤＩＳｃ、Ｙ’_ＤＩＳｃ、Ｚ’_ＤＩＳｃ）と表現できる。
なお、各光学マーカー３２ａ〜３２ｃは、同じ波長（４８０ｎｍ）のレーザ光を発振するものなので、後述する第一カメラ装置１２のみでは、撮影した各光学マーカーが、頭部装着型表示装置付ヘルメット３０に取り付けられた光学マーカーのいずれにそれぞれ対応するかは認識することができない。

第一カメラ装置１２は、第一カメラ１２ａと第二カメラ１２ｂとからなる。第一カメラ１２ａと第二カメラ１２ｂとは、撮影方向が異なりかつ立体視が可能な一定の距離ｄ_１を隔てるように、第一運転席１１の上方の天井に固定されている。
よって、第一カメラ装置１２に対する光学マーカー３２ａの位置は、第一カメラ１２ａと第二カメラ１２ｂとでそれぞれ撮影された画像中に映し出されている光学マーカー３２ａ像の位置を抽出し、さらに第一カメラ１２ａからの方向角度αと第二カメラ１２ｂからの方向角度βとを抽出し、第一カメラ１２ａと第二カメラ１２ｂとの間の距離ｄ_１を用いることにより、三角測量の手法で算出することができる。他の光学マーカー３２ｂ、３２ｃの第一カメラ装置１２に対する位置についても同様に算出される。

このとき、各光学マーカー３２ａ〜３２ｃの位置を、空間座標で表現できるようにするために、第一カメラ装置１２に固定され、第一カメラ装置１２とともに移動する座標系である第二座標系（ＸＹＺ座標系）を用いる。
ＸＹＺ座標系により光学マーカー３２ａ〜３２ｃの座標位置は、（Ｘ_ＬＤ１、Ｙ_ＬＤ１、Ｚ_ＬＤ１）、（Ｘ_ＬＤ２、Ｙ_ＬＤ２、Ｚ_ＬＤ２）、（Ｘ_ＬＤ３、Ｙ_ＬＤ３、Ｚ_ＬＤ３）と表現できる。これにより、第一カメラ装置１２に対する３個の光学マーカー３２ａ〜３２ｃの座標位置（Ｘ_ＬＤ１、Ｙ_ＬＤ１、Ｚ_ＬＤ１）、（Ｘ_ＬＤ２、Ｙ_ＬＤ２、Ｚ_ＬＤ２）、（Ｘ_ＬＤ３、Ｙ_ＬＤ３、Ｚ_ＬＤ３）がそれぞれどの光学マーカーか識別されて特定されれば、光学マーカー３２ａ〜３２ｃ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３０の位置（Ｘ_ｈ１、Ｙ_ｈ１、Ｚ_ｈ１）及び角度（ＲＬ_ｈ１、ＥＬ_ｈ１、ＡＺ_ｈ１）は、ＸＹＺ座標系における第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）の位置及び角度を用いて表現することができる。

制御部４０は、ＣＰＵ４１やメモリ４２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。ＣＰＵ４１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４１ａと、光学マーカー位置情報算出部４１ｂと、相対情報算出部４１ｃと、映像表示部４１ｄとを有する。
また、メモリ４２には、制御部４０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、第二座標系（ＸＹＺ座標系）を初期データとして記憶する第二座標系記憶領域４２ａと、第一座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系）を初期データとして記憶するとともにＸ’Ｙ’Ｚ’座標系における３個の光学マーカー３２ａ〜３２ｃのそれぞれの位置（Ｘ’_ＤＩＳ、Ｙ’_ＤＩＳ、Ｚ’_ＤＩＳ）を初期データとして記憶する第一座標系記憶領域４２ｂと、ＸＹＺ座標系における３個の光学マーカー３２ａ〜３２ｃの時間ｔ_ｎでのそれぞれの位置（Ｘ_ＬＥＤ、Ｙ_ＬＥＤ、Ｚ_ＬＥＤ）を含む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記憶領域４２ｃとを有する。

モーショントラッカ駆動部４１ａは、光学マーカー３２ａ〜３２ｃを点灯させる指令信号を出力するとともに、第一カメラ装置１２で光学マーカー３２ａ〜３２ｃから出射される光線の画像データを時間ｔ_ｎごとに検出させる制御を行う。しかし、光学マーカー３２ａ〜３２ｃは、同じ波長のレーザ光を発振するものなので、エピポーラ幾何学に基づく予測により、第一カメラ１２ａで撮影された第一画像と、第二カメラ１２ｂで撮影された第二画像との間での共通の光学マーカー像の組を認識することができるが、頭部装着型表示装置付ヘルメット３０に取り付けられた光学マーカーのいずれにそれぞれ対応するかを決定することはできない。そこで、後述する光学マーカー位置情報算出部４１ｂ等によって、各光学マーカーが識別されるようになっている。

光学マーカー位置情報算出部４１ｂは、時間ｔ_ｎの光学マーカー位置情報に基づいて光学マーカー３２ａ〜３２ｃのそれぞれの予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃを設定することにより、時間ｔ_ｎ＋１の画像データを用いて光学マーカー３２ａ〜３２ｃのそれぞれの現在位置を含む時間ｔ_ｎ＋１の光学マーカー位置情報を算出する制御を行う。
まず、図５に示すように、時間ｔ_ｎの光学マーカー位置情報における光学マーカー３２ａ（ｔ_ｎ）〜３２ｃ（ｔ_ｎ）のそれぞれの位置を中心とした直径ｄ_２の球状である予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃを第二座標系（ＸＹＺ座標系）に設定する。これにより、時間ｔ_ｎ＋１に予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃに存在する光学マーカーを、予想移動範囲Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃに対応する光学マーカーと同一のものであると識別する。具体的には、時間ｔ_ｎ＋１に予想移動範囲Ｄａに存在する光学マーカー３２ａを、予想移動範囲Ｄａの中心に対応する光学マーカー３２ａ（ｔ_ｎ）と同一のものであると識別する。同様に、予想移動範囲Ｄｂに存在する光学マーカー３２ｂを、予想移動範囲Ｄｂの中心に対応する光学マーカー３２ｂ（ｔ_ｎ）と同一のものであるとし、予想移動範囲Ｄｃに存在する光学マーカー３２ｃを、予想移動範囲Ｄｃの中心に対応する光学マーカー３２ｃ（ｔ_ｎ）と同一のものであると識別する。このようにして、各光学マーカー３２ａ〜３２ｃのそれぞれの現在位置を含む時間ｔ_ｎ＋１の光学マーカー位置情報を算出する。

相対情報算出部４１ｃは、時間ｔ_ｎ＋１の光学マーカー位置情報に基づいて、第二座標系（ＸＹＺ座標系）における第一パイロットＰ_１の頭部位置（Ｘ_ｈ１、Ｙ_ｈ１、Ｚ_ｈ１）及び頭部角度（ＲＬ_ｈ１、ＥＬ_ｈ１、ＡＺ_ｈ１）を含む相対情報を算出する制御を行う。
具体的には、ＸＹＺ座標系における３個の光学マーカー３２ａ〜３２ｃのそれぞれの現在の座標位置である時間ｔ_ｎ＋１の光学マーカー位置情報を得ることで、光学マーカー３２ａ〜３２ｃが固定されている頭部装着型表示装置付ヘルメット３０の現在位置（Ｘ_ｈ１、Ｙ_ｈ１、Ｚ_ｈ１）や現在角度（ＲＬ_ｈ１、ＥＬ_ｈ１、ＡＺ_ｈ１）を算出する。
映像表示部４１ｄ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、第一パイロットＰ_１は表示器による表示映像を視認することができる。

以上のように、光学マーカー３２ａ〜３２ｃとしてＬＤ３４とボールレンズ３５とを用いても、救難飛行艇１に搭乗する第一パイロットＰ_１の頭部の動きを充分に追跡することができる。さらに、レーザ光をボールレンズ３５を用いて点光源化することができ、その結果、第一カメラ装置１２での光学マーカー３２ａ〜３２ｃの位置の検出精度を向上させることができる。

そして、このような救難飛行艇１では、暗視装置３３を取り付けた頭部装着型表示装置付ヘルメット３０を装着した第一パイロットＰ_１が第一運転席１１に搭乗するとともに、暗視装置３３を取り付けた頭部装着型表示装置付ヘルメット３０を装着した第二パイロットＰ_２が第二運転席２１に搭乗したときでも、図７に示すような波長（例えば、４８０ｎｍ）のレーザ光を発振するＬＤ３４を用いているので、第二パイロットＰ_２の視界に第一パイロットＰ_１が装着した頭部装着型表示装置付ヘルメット３０の光学マーカー３２ａ〜３２ｃが入っても、第二パイロットＰ_２の暗視装置３３はハレーションを起こすことがない。

＜他の実施形態＞
（１）上述した救難飛行艇１において、同じ波長のレーザ光を発振する３個のＬＤ３４を用いる構成としたが、異なる波長のレーザ光を発振する３個のＬＤを用いるような構成としてもよい。
（２）上述した救難飛行艇１において、光学マーカー３２ａ〜３２ｃは、ＬＤ（半導体レーザ）３４と、ＬＤ３４の前方に配置されレーザ光を発散させるボールレンズ（光学素子）３５とを有する構成としたが、ＬＤ（半導体レーザ）から発振された光を光ファイバ等を介してボールレンズ（光学素子）に導き、その誘導された光をボールレンズで発散させるような構成としてもよい。
図８は、光学マーカー１３２の断面図であり、図９は、頭部装着型表示装置付ヘルメット１３０の一例の平面図である。各光学マーカー１３２は、ヘルメットの後部に取り付けられ図７に示すような波長（例えば、４８０ｎｍ）のレーザ光を発振して出射するＬＤ（半導体レーザ）３４と、ヘルメットの外周面に取り付けられレーザ光を発散させるボールレンズ（光学素子）３５と、ヘルメット内に埋め込まれＬＤ（半導体レーザ）３４とボールレンズ（光学素子）３５との間に配置される光ファイバ１３６とを有する。
図１０は、頭部装着型表示装置付ヘルメット２３０の他の一例の平面図である。各光学マーカー１３２は、救難飛行艇１に配置され図７に示すような波長（例えば、４８０ｎｍ）のレーザ光を発振して出射するＬＤ（半導体レーザ）３４を有する光源装置と、ヘルメットの外周面に取り付けられレーザ光を発散させるボールレンズ（光学素子）３５と、ＬＤ（半導体レーザ）３４とボールレンズ（光学素子）３５との間に配置される光ファイバ１３６とを有する。
なお、図９と図１０とでは、１個ボールレンズと１個のＬＤとを１本の光ファイバで接続するような構成としたが、複数個ボールレンズと１個のＬＤとを光ファイバで接続するような構成としてもよく、この場合、途中までは１本の光ファイバとなるが、途中で光ファイバが分岐するようにすればよい。

本発明のＭＴ装置は、例えば、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等として利用される。

１ 救難飛行艇（モーショントラッカ装置）
１２ 第一カメラ装置
３０ 頭部装着型表示装置付ヘルメット（対象物）
３２ 光学マーカー
３４ ＬＤ（半導体レーザ）
３５ ボールレンズ（光学素子）
４１ｂ 光学マーカー位置情報算出部
４１ｃ 相対情報算出部

Claims (5)

1. 第一座標系が設定された対象物と、
   前記第一座標系に位置決めされて対象物に取り付けられた３個以上の光学マーカーと、
   第二座標系が設定され、前記光学マーカーからの光線を立体視で検出するカメラ装置と、
   検出された光線に基づいて、前記第二座標系における３個以上の光学マーカーのそれぞれの現在位置を含む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、前記第二座標系におけ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、
   前記光学マーカーは、レーザ光を発振する半導体レーザと、当該半導体レーザの前方に配置され、レーザ光を発散させる光学素子とを有することを特徴とするモーショントラッカ装置。
2. 前記光学素子は、ボールレンズ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。
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、
   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てい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。
4. 前記搭乗者は、境界波長よりも長波長の光を増幅する暗視装置を装着しており、
   前記半導体レーザは、前記境界波長以下のレーザ光を発振することを特徴とする請求項３に記載のモーショントラッカ装置。
5. 前記移動体には、複数の搭乗者が搭乗することが可能となっていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のモーショントラッカ装置。

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