CN1256454A - 姿态检测装置和方法、姿态检测传感器及姿态指示装置 - Google Patents

Abstract

一种姿态检测装置,能够以绝对值来检测姿态指示装置在三维空间中的姿态。将具有构成不同谐振频率的谐振电路、线圈面面向相互不同方向的多个姿态指示线圈的姿态指示装置101,配设在具有呈放射状配设、与上述姿态指示线圈电磁耦合的多个姿态检测线圈L、M、L′、M′的姿态检测传感器102的中心位置,通过在上述姿态指示线圈和姿态检测线圈L、M、L′、M′之间发送接收信号,以绝对值来检测姿态指示装置101在三维空间中的姿态。

Description

姿态检测装置和方法、 姿态检测传感器及姿态指示装置

本发明涉及使用电磁耦合部件来检测三维姿态的姿态检测装置、姿态检测方法、姿态检测传感器及姿态指示装置。

以往，作为检测对象在三维空间内的角度的装置，使用跟踪球等。在所述跟踪球中，使用能够检测X轴及Y轴两轴的旋转的编码器，通过检测球的旋转量，来检测跟踪球沿X轴方向及Y轴方向的旋转量。

在上述以往的跟踪球中存在的问题是，不能检测X轴方向、Y轴方向及Z轴方向三轴的旋转，并且由于是检测轴旋转的变化量，所以只能以相对值来检测旋转，不能以绝对值来检测旋转。

本发明的目的是使得能够以绝对值来检测三维空间内的姿态。

本发明的姿态检测装置的特征在于包括：姿态指示部件，具有线圈面面向相互不同方向的多个姿态指示线圈；姿态检测部件，具有从中心位置呈放射状配设、与上述姿态指示线圈电磁耦合的多个姿态检测线圈；选择部件，切换选择上述姿态检测线圈；信号产生部件，通过上述电磁耦合，在上述姿态指示线圈和选择出的上述姿态检测线圈之间发送接收多个频率的信号；信号检测部件，检测用上述姿态检测线圈或姿态指示线圈接收到的信号；计算部件，由上述姿态检测部件检测出的信号来计算上述姿态指示部件的姿态，用于检测配置在上述中心位置上的上述姿态指示部件的姿态。

选择部件切换选择姿态检测线圈。信号产生部件产生通过电磁耦合在姿态指示线圈和选择出的姿态检测线圈之间发送接收的多个频率的信号。信号检测部件检测由上述姿态检测线圈或姿态指示线圈接收到的信号。计算部件由上述检测部件检测出的信号来计算上述姿态指示部件的姿态。

本发明的姿态检测方法包括：将具有线圈面面向相互不同方向的多个姿态指示线圈的姿态指示部件，配设在具有从中心位置呈放射状配设、与上述姿态指示线圈电磁耦合的多个姿态检测线圈的姿态检测部件的上述中心位置；在由选择部件切换选择出的上述姿态检测线圈和上述姿态指示线圈之间通过上述电磁耦合来发送接收信号；由信号检测部件检测用上述选择出的姿态检测线圈或姿态指示线圈接收到的信号；根据上述姿态检测部件检测出的信号，由计算部件来计算上述姿态指示部件的姿态，从而检测上述姿态指示部件在三维空间中的姿态；其特征在于，检测上述姿态指示部件的多个线圈的方位角φ和倾斜角θ或方位向量，由这些检测值检测上述姿态指示部件在三维空间中的姿态。

在选择部件选择出的姿态检测线圈和姿态指示线圈之间通过电磁耦合来发送接收信号，由信号检测部件检测上述选择出的姿态检测线圈或姿态指示线圈接收到的信号。根据上述检测部件检测出的信号，由计算部件计算上述姿态指示部件的姿态，由此检测上述姿态指示部件在三维空间中的姿态。此时，检测上述姿态指示部件的多个线圈的方位角φ和倾斜角θ或方位向量，由这些检测值检测上述姿态指示部件在三维空间中的姿态。

本发明的姿态检测传感器装置设置在姿态指示装置上，与各线圈面面向不同方向的多个姿态检测线圈电磁耦合，其特征在于，由从中心位置呈放射状配设的多个姿态检测线圈构成。

本发明的姿态指示装置具有与多个姿态检测线圈构成的姿态检测传感器电磁耦合的多个姿态指示线圈，其特征在于，上述多个姿态指示线圈被配设为其线圈面面向各个不同的方向。

附图的简单说明

图1是原理性地示出本发明实施例的概略结构图。

图2是图1所示实施例的正面图。

图3是本发明实施例的扇形线圈整体配置的平面图。

图4是本发明实施例的扇形线圈的详细示意图。

图5是本发明实施例的圆形线圈的详细平面图。

图6是本发明实施例的环状线圈的详细平面图。

图7是本发明实施例的姿态指示装置的示意图。

图8是本发明实施例的姿态检测部的方框图。

图9是说明本发明实施例的操作的时序图。

图10是本发明实施例的CPU的主处理的流程图。

图11是本发明实施例的CPU的主处理的流程图。

图12是本发明实施例的CPU的处理的流程图。

图13是本发明实施例的CPU的处理的流程图。图14是本发明实施例的CPU的处理的流程图。图15是本发明实施例的CPU的处理的流程图。图16是本发明实施例的CPU的处理的流程图。图17是本发明实施例的CPU的处理的流程图。图18是本发明实施例的CPU的处理的流程图。图19是本发明实施例的CPU的处理的流程图。图20是本发明实施例的CPU的处理的流程图。图21是本发明实施例的CPU的处理的流程图。图22是使用图7所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图23是使用图7所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图24是使用图7所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图25是使用图7所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图26是使用图7所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图27是使用图7所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图28是图7所示的姿态指示装置的姿态检测方法的说明图。图29是使用图7所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图30是本发明的姿态指示装置的第2实施例的示意图。图31是使用图30所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图32是使用图30所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图33是使用图30所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图34是使用图30所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图35是使用图30所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图36是本发明的姿态指示装置的第3实施例的示意图。图37是使用图36所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图38是使用图36所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图39是使用图36所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图40是本发明的姿态指示装置的第4实施例的示意图。图41是使用图40所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图42是使用图40所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图43是使用图40所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图44是本发明的姿态指示装置的第5实施例的示意图。图45是使用图44所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图46是使用图44所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图47是使用图44所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图48是使用图44所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图49是使用图44所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图50是本发明的姿态指示装置的第6实施例的示意图。图51是使用图50所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图52是使用图50所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图53是使用图50所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图54是本发明的姿态指示装置的第7实施例的示意图。图55是使用图54所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图56是使用图54所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图57是使用图54所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图58是使用图54所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图59是使用图54所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图60是本发明的姿态指示装置的第8实施例的示意图。图61是使用图60所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图62是使用图60所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图63是使用图60所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图64是使用图60所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图65是使用图60所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图66是本发明的姿态指示装置的第9实施例的示意图。图67是使用图66所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图68是使用图66所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图69是使用图66所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图70是使用图66所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图71是使用图66所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图72本发明的姿态指示装置的第10实施例的示意图。图73是使用图72所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图74是使用图72所示的姿态指示装置的情况下的特性图。图75是使用图72所示的姿态指示装置的情况下的特性图。

图76是使用图72所示的姿态指示装置的情况下的特性图。

图77是使用图72所示的姿态指示装置的情况下的特性图。

图78是本发明的姿态指示装置的第11实施例的示意图。

图79是本发明的姿态指示装置的第12实施例的示意图。

图80本发明实施例的扇形线圈的详细结构示意图。

图81是本发明的扇形线圈的第2实施例的示意图。

图82是本发明实施例的姿态检测传感器的详细示意图。

图83是本发明的姿态检测传感器的第2实施例的示意图。

图84是本发明的姿态检测传感器的第3实施例的示意图。

下面，使用附图来说明本发明的实施例。在各图中，对同一部分赋予同一标号。

图1是原理性地示出本发明实施例的概略结构的透视图，而图2是图1的正面图。

本实施例的姿态检测装置由姿态指示装置101、构成姿态检测传感器装置的姿态检测传感器102及姿态检测部(未图示)构成。

姿态指示装置101具有球体103，在球体103内，沿设有相互正交的X轴方向、Y轴方向、Z轴方向环绕的3个姿态指示线圈，在图1及图2中，示出1个姿态指示线圈104。各姿态指示线圈上连接有电容器(未图示)，分别构成不同谐振频率的谐振电路。在姿态指示装置101进行姿态检测时，在作为姿态检测部件的姿态检测传感器102的中心位置O上设置的托盘(凹部(未图示))上配置姿态指示装置101。

姿态检测传感器102中的姿态检测线圈的结构及配置的细节将后述，姿态检测线圈由多个大小扇形线圈为一组的多组扇形线圈、圆形线圈、环状线圈构成，它们从中心位置呈放射状配设，在图1及图2中分别示出两个在离中心位置O较远的位置上配设的大扇形线圈L、L′、以及两个在中心位置O附近配设的小扇形线圈M、M′。为了能够将上述各线圈与姿态指示线圈明确区别开，在适当时，将其称为传感器线圈。

这里，扇形线圈L和M、扇形线圈L′和M′分别构成一组，呈平面状、并且从中心位置O呈放射状配设，此外，扇形线圈L、M和扇形线圈L′、M′位于以中心位置O为中心、在水平面内的角度(方位角φ)旋转180度的位置，即以中心位置O为中心呈点对称的位置。各大小扇形线圈在中心位置O的周围以30度间隔配置12个。此外，各扇形线圈被连接到未图示的电路。

各姿态检测线圈从中心位置O呈点对称配置，使得与姿态指示线圈104的铅直方向所成的角(倾斜角θ)不管为什么样的角度，也可以实现信号强度关于水平面内的方位角φ方向旋转的高度对称性。

各扇形线圈被扭曲配设。此外，在基板的5mm下放置由42Ni热处理板构成的电磁屏蔽板，以防止由外部干扰的影响而产生检测误差。

图3是上述扇形线圈的整体配置的平面图。扇形线圈包括：大形扇形线圈即L线圈0～L线圈11，配设在离中心位置O较远的位置上；以及小形的扇形线圈、即M线圈0～M线圈11，配设在中心位置附近。L线圈0～L线圈11分别与对应的M线圈0～M线圈11构成一组，从中心位置呈放射状配设，并且沿方位角φ方向以30度间隔各配设12个。

图4示出各扇形线圈的细节，L线圈0～L线圈11分别构成同一形状，并且M线圈0～M线圈11分别构成同一形状，在图4中代表性地示出L线圈0和M线圈0的组。L线圈0以中心位置O为中心，在方位角φ方向上形成112.5度的角度宽度，并且在半径方向上具有34.9mm～73.0mm的宽度。此外，M线圈0以中心位置O为中心，在方位角φ方向上形成97.5度的角度宽度，并且在半径方向上具有26.4mm～56.0mm的宽度。

各扇形线圈如实线所示扭曲配置，使其跨越以中心位置O为中心的圆弧，这是为了在基板上用印刷图案形成扇形线圈的情况下，能够在以中心位置O为中心的圆周方向上形成多个扇形线圈。各扇形线圈如后所述，通过在多层基板的多层中环绕多次来形成一个扇形线圈，其平均具有以中心位置O为中心的圆弧，成为线对称的理想的扇形。

图5是构成姿态检测传感器102的圆形线圈的平面图。各圆形线圈C0、C1、C2呈以中心位置O为中心的同心圆状，以与上述各扇形线圈绝缘的状态重叠配置。圆形线圈C0、C1、C2与扇形线圈一起使用。此外，虽然未图示，各圆形线圈C0、C1、C2被连接到未图示的电路。

图6是构成姿态检测传感器102的环状线圈的平面图。形成环状的环状线圈即环状传感器线圈1、2以中心位置O为中心呈同心圆状，以与上述各扇形线圈、圆形线圈绝缘的状态重叠配设。各环状传感器线圈1、2与上述扇形线圈一起，或者与上述扇形线圈及圆形线圈一起使用。此外，虽然未图示，各环状传感器线圈1、2被连接到未图示的电路。

下面使用图1～图6进一步详述扇形线圈的结构及配置。多个扇形线圈重叠配置，以便尽可能地使接收信号电平更大。此外，在使扇形线圈L、M沿方位角φ方向旋转的情况下，邻接的扇形线圈L、M和圆弧部分重叠，结果对扇形线圈L、M的配设构成障碍。因此，如果使扇形线圈L、M稍微扭曲后进行旋转，则如图3所示，能够并列设置，并且圆弧部分不会重叠。使扇形线圈M被与该扇形线圈M构成一组的扇形线圈L包围，使得扇形线圈M和扇形线圈L的信号峰值一致。此外，重叠配置扇形线圈，使得姿态指示装置101的姿态指示线圈面的中心同时包括在3组扇形线圈内，从而使得从扇形线圈得到的信号的包络线具有二次方特性。

如果并列设置多个扇形线圈M和扇形线圈L，则如图3所示。这里，决定顶角，使得半径部分不会重叠。由此，如后所述，可以使用多层基板，并列设置多个扇形线圈M及扇形线圈L。也可以在扇形线圈M和扇形线圈L的圆弧部分间的间隙中配置多个圆形线圈C、或环状传感器线圈D。

图7是作为本发明实施例姿态指示部件的姿态指示装置101的示意图，图7(a)是其透视图，(b)是沿X轴线圈(XCoil)的剖面图，(c)是沿Z轴线圈(ZCoil)的剖面图。姿态指示装置101包括：球体103；以及通过球体103的中心并沿相互正交的X轴方向、Y轴方向及Z轴方向形成各线圈面的3个姿态指示线圈，即X轴线圈(XCoil)、Y轴线圈(YCoil)及Z轴线圈(ZCoil)。各线圈分别被连接到未图示的电容器，构成不同谐振频率的谐振电路。此外，各线圈由未图示的球壳(ball)覆盖。

图8是本发明实施例的姿态检测部的方框图，包括：发送部801，作为信号产生部件，依次、周期性地发送姿态指示装置101的3种类的谐振频率的信号；线圈切换部802，作为选择部件，切换选择由上述扇形线圈、圆形线圈及环状线圈构成的传感器线圈群803，选择性地向线圈依次提供来自发送部801的信号，同时将上述选择出的线圈接收到的来自姿态指示装置101的信号输出到接收部804；信号检测部805，作为信号检测部件，检测来自接收部804的信号；姿态计算部806，作为计算部件，根据来自信号检测部805的信号，计算姿态指示装置101的姿态；以及控制部807，控制作为信号产生部件的发送部801、线圈切换部802、接收部804、信号检测部805、姿态计算部806。

姿态计算部806及控制部807由构成控制部件的中央处理单元(CPU)构成。此外，在姿态计算部806中内置有作为存储部件的存储装置(未图示)，在上述存储装置中，预先作为表存储有扇形线圈、圆形线圈、环状线圈从姿态指示装置101接收到的信号电平的各种特性数据(这些特性数据将后述)。

图9是说明本发明实施例的操作的时序图。图8所示的姿态检测部为了检测姿态指示装置101的姿态，从发送部801经线圈切换部802选择出的传感器线圈群803中的线圈发送与X轴、Y轴、Z轴各轴的姿态指示线圈的谐振频率对应的频率的信号，将该选择出的线圈接收到的信号的接收电平数据贮存到缓冲存储器中。通过处理上述接收电平数据，来检测姿态指示线圈的姿态，检测姿态指示装置101的姿态。该操作对12个扇形线圈L、12个扇形线圈M、4个圆形线圈、4个环状线圈D进行，并且对与X轴、Y轴、Z轴的姿态指示线圈的谐振频率对应的3个频率信号进行。如后所述，在检测姿态指示装置101的有无的情况下，通过进行姿态检测传感器102的整个区域的扫描(全局扫描)、例如上述所有线圈的扫描，或者每隔规定间隔对线圈进行抽取扫描来进行姿态检测传感器102全区的扫描，在检测姿态指示装置101的详细姿态的情况下，只对得到规定电平以上的接收信号的线圈分别进行多次扫描(局部扫描)。

在图9中示出扫描3个哑线圈，但是上述哑线圈是预备的，不一定需要进行扫描。此外，在图9中示出可以检测X轴及Y轴的姿态指示线圈(接收电平大)、不能检测Z轴的姿态指示线圈的情况(接收电平小)。

图10～图21是说明构成姿态计算部806及控制部807的CPU的操作的流程图。

另一方面，图22～图25是图1所示的扇形线圈L、M、L′、M′接收到的信号的特性图，而图26是图5所示的圆形线圈接收到的信号的特性图。此外，图27～图29是平滑地、不产生阶梯差地进行姿态指示装置101的检测的说明图。

这里，图22～图26是扇形线圈M、L接收到的信号电平对φ的依赖性的特性图，示出姿态指示线圈104的直径为47mm、发送接收信号的频率为375kHz、倾斜角为60度、球体103的直径为70mm、球体底部位置位于姿态检测传感器102面上方5mm的情况下的特性。

下面，使用图1～图29，来说明本发明实施例的操作。

首先说明姿态检测操作的概要。姿态指示装置101放置在其中心与姿态检测传感器102的中心位置O一致的球面状的托盘上。此时，如前所述，球体103的最下部的位置位于姿态检测传感器102面上方5mm。

在此状态下，将姿态指示装置101的1个谐振频率的信号从发送部801发送到线圈切换部802选择出的扇形线圈，由上述选择出的扇形线圈接收与上述信号谐振的来自姿态指示线圈的交变磁通，将其接收信号电平存储到缓冲存储器(未图示)中。

然后，依次选择扇形线圈，进行同样的操作，存储接收信号。其次，对于剩余的2个频率的信号，也进行上述同样的操作，存储接收信号。

此时，如图22所示，在大扇形线圈L、小扇形线圈M的接收信号中出现2个峰值L、L′、M、M′，对两个峰值，均用抛物线近似来求方位角φ、和其顶点的信号的值。示出大的峰值时的方位角φ成为1个姿态指示线圈的方位角φ。

另一方面，如图24所示，设小扇形线圈的信号为M、大扇形线圈为L、方位角φ差180度的扇形线圈M′、L′的信号分别为M′、L′，则(M/L-M′/L′)在倾斜角θ的宽范围(40度＜θ＜140度的范围)内大致线性变化。在从姿态指示装置101的3个姿态指示线圈提供给扇形线圈的信号中，选择大的2个，则它们必定包括在40度＜θ＜140度的范围内，所以通过与预先存储在姿态计算部806内的存储装置中的数据进行比较，能够检测2个姿态指示线圈的倾斜角θ。同样，也可以对2个姿态指示线圈进行上述方位角φ的检测。

第3姿态指示线圈的方位可以用如前所述求出的2个姿态指示线圈的方位向量的向量积来求。

然而，由于不能判别φ和(φ+180度)、或者θ和(180度-θ)的表里，所以强制性地将最初接通电源的时刻、或者最初将姿态指示装置101放置到托盘上的时刻的Z轴线圈的方向设定为北半球(0≤θ≤90度)，将X轴线圈的方向设定为东半球(-90度≤φ≤90度)。

从下面起，检测方位角φ，继续采用接近前面的值的φ。由此，平滑地变化姿态指示线圈的检测角度。如果将扇形线圈配置在接近原点的位置上，则能够检测整个范围(0≤θ≤180度)的θ，只需2个姿态指示线圈，即可检测姿态指示装置的姿态。

如上所述，姿态指示装置101的三维空间内的姿态、即3个姿态指示线圈的方位向量是以绝对值来求的，所以可以控制计算机、CAD装置等的显示装置上的对象的绝对姿态。此外，能够检测姿态指示装置101的3个轴的绝对旋转角度，输入姿态。再者，能够进行全方位的绝对角的检测，能够以绝对角度来输入显示装置上的对象。

如果除了上述扇形线圈之外，还以中心位置O为中心来配置圆形线圈，则哪个姿态指示线圈都能够在0≤θ≤180度的范围内进行检测，可以提高精度。只需2个姿态指示线圈，即可检测姿态指示装置101的姿态。

此外，如果在上述扇形线圈、或者上述扇形线圈及圆形线圈之外，以中心位置O为中心来配置环状线圈，则上述环状线圈起到与上述圆形线圈同样的功能，所以哪个姿态指示线圈也能够在0≤θ≤180度的范围内进行检测，能够提高精度。此外，只需2个姿态指示线圈，即可检测姿态指示装置的姿态。

其次，说明检测方位角φ及倾斜角θ的情况下的基本操作。首先，说明方位角θ的检测方法。

在姿态指示装置101中设置的姿态指示线圈如图7所示、对通过球体103的中心的面不偏心的情况下，扇形线圈L、M接收的信号对φ的依赖性如图22所示变化(例示横轴φ：满刻度360度、θ＝60度的情况)。检测扇形线圈L、M的接收电平的最大值，根据邻接的两侧的大小扇形线圈的接收电平用2次曲线近似的情况下的顶点的位置成为水平面内旋转角度即方位角φ。

此时，姿态指示装置101的姿态指示线圈正面的扇形线圈L、M的接收信号L、M，以及以中心位置O为中心与它们点对称的位置(里侧)的扇形线圈L′、M′的接收信号L′、M′依赖于铅直方向旋转角度即倾斜角θ，其大小被替换。为了从与姿态指示线圈面对的扇形线圈得到最大的信号，如图22所示，与扇形线圈L的信号的大的峰的顶点对应的方位角φ作为姿态指示装置101的方位角而得到。

其次，说明检测姿态指示装置101的倾斜角θ的情况下的操作。

扇形传感器L、M的接收信号L、M对θ的依赖特性如图23所示变化(例示横轴θ：0～180度、φ＝0度和180度的情况)。扇形线圈L、M的接收信号电平依赖于从姿态指示装置101的姿态指示线圈的铅直线旋转的角度θ而变化。

如图23所示，随着方位角φ从0度到180度变化，信号的顶点依次变化到扇形线圈L、扇形线圈M、扇形线圈M′、扇形线圈L′。

此外，在扇形线圈和姿态指示线圈所成的倾斜角θ变化的情况下，扇形线圈M和扇形线圈L的接收电平比M/L、扇形线圈M′和扇形线圈L′的接收电平比M′/L′分别如图24所示变化(例示φ＝0度的情况)。

两者的差(M/L-M′/L′)如图24所示，对倾斜角θ大致线性变化，所以在包含于姿态计算部806内的存储装置中预先存储它们的特性数据，通过比较(参照表)测定得到的数据值和上述存储的数据值，计算姿态指示装置101的倾斜角θ。

如图25所示，下式

((M+2L′)-(M′+2L))/((M+2L′)+(M′+2L))的线性更好，所以如果使用上式，能够以更好的精度来检测倾斜角θ。

另一方面，圆形线圈C的接收信号对倾斜角θ的依赖特性如图26所示变化(例示横轴θ：0～180度、φ＝0度的情况)。这里，倾斜角θ在0度附近、和180度附近时，难以检测倾斜角θ和方位角φ。因此，如果对姿态指示装置101的3个姿态指示线圈，选择2个接收信号小的圆形传感器C，则倾斜角θ能够必定包括在40～140度的范围内。即，能够通过检测圆形线圈C的接收信号电平，来选择姿态指示装置101的2个姿态指示线圈，根据图22及图24或图25，通过参照存储在上述存储装置中的存储数据和表，由上述2个姿态指示线圈的接收电平来计算该2个姿态指示线圈的倾斜角θ及方位角φ。

然而，如果仅仅这样，则倾斜角θ及方位角φ都取2个值，所以不能判断姿态指示装置面向表里中的哪一个。因此，有必要判别姿态指示线圈的表里。在此情况下，比较刚才算出的倾斜角θ及方位角φ，采用近的一个。

如果能够检测2个姿态指示线圈的倾斜角θ和方位角φ，则计算它们的方位向量，第3姿态指示线圈的方位向量能够由上述2个已知的方位向量的向量积来求。

然而，初始设定在接通电源时、或者在将姿态指示装置放置到中心位置时检测出的最初的方位角φ及倾斜角θ的方位向量，使得Z轴的姿态指示线圈面向北半球(0≤θ≤90度)，使得X轴的姿态指示线圈面向东半球(-90度≤φ≤90度)。如上所述，可以检测姿态指示装置在三维空间中的姿态。

虽然可以如上所述检测姿态指示装置101在三维空间中的姿态，但是在检测2个姿态指示线圈、根据它们来计算第3姿态指示线圈、从而求姿态指示装置101的向量的情况下，可能产生检测误差。

从产生上述误差的状态、检测姿态指示装置101新旋转后的姿态时，利用与上次检测出的2个姿态指示线圈不同的姿态指示线圈来计算第3姿态指示线圈的方位的情况下，算出的姿态指示装置101的向量有大的不同，尽管只是稍微旋转姿态指示装置101，但是算出的向量也可能产生大的变化。

即，在正交的3个姿态指示线圈中，在选择用圆传感器C能得到更小信号的2个姿态指示线圈的情况下，此时，由于正交的3个姿态指示线圈相互的几何制约，在向上的45度＜θ＜54度的范围、或者向下的126度＜θ＜135度的范围中，产生选择的姿态指示线圈的交替。

在选择的姿态指示线圈交替时，由各姿态检测线圈直接检测出的倾斜角θ、方位角φ(以下称为直接检测θ、直接检测φ)、以及从另2个姿态指示线圈的向量积算出的倾斜角θ、方位角φ(以下称为间接检测θ、间接检测φ)之间，产生若干偏差。为了不产生上述偏差，进行以下处理。

即，首先，固定姿态指示线圈的交替角度，一旦大致检测出倾斜角θ，则查表参照预先存储在上述存储装置中的加权系数α、β来求。

其次，对于进入30度＜θ＜150度的所有姿态指示线圈，在直接检测出倾斜角θ及方位角φ(直接检测θ、φ)后，如果3个姿态指示线圈都完成直接检测，则也从另2个姿态指示线圈的方位单位向量的向量积来检测该线圈的倾斜角θ、方位角φ(间接检测θ、φ)。

此外，用下式，通过加权，平滑地得到角度θ、φ。

θ＝(直接检测θ)×(直接检测的加权系数α)+(间接检测θ)×(间接检测的加权系数β)

上述直接检测的加权系数α和间接检测的加权系数β的和为1。

使用图27～图29对其进行说明。在最初的倾斜角θ的大致检测中，使用图27所示的C/(M+M′+C)。这里，C是圆形传感器的接收信号电平，M、M′是扇形线圈M、M′的接收信号电平。

其次，如图28所示，在35度≤θ≤55度、125度≤θ≤145度时，加权采用线性变化的梯形的加权系数。这里，各倾斜角θ的直接检测的加权系数和间接检测的加权系数的和为1。

使用上述加权系数，通过上式算出倾斜角θ、方位角φ。如上所述得到倾斜角θ的例子如图29所示。从图29可知，通过加权平均得到的倾斜角(加权平均θ)是与直接检测θ极其接近的值，即使产生姿态指示线圈的交替，也可以平滑地进行切换。

由于环形线圈D与圆形线圈C具有同样的功能，所以也可以取代圆形线圈、或者与圆形线圈同时使用环形线圈D，来进行上述操作。

在此情况下，可以包括圆形线圈C和环形线圈D中的至少一个。

其次，使用图10～图21来详细说明构成姿态计算部806及控制部807的CPU的操作。

图10及图11是上述CPU的主处理的流程图。首先，在图10中，对CPU、外围装置及姿态计算部806内的缓冲存储器进行初始化(步骤S1)。

其次，通过构成姿态检测传感器102的线圈的粗扫描，来检测姿态指示装置101是否存在于托盘中(全局扫描)。即，首先参照装置检测标志，在检测出姿态指示装置101的情况下，转移到后述的局部扫描操作，而在未检测出姿态指示装置101的情况下，进行全局扫描操作的初始化处理(步骤S2、S3)。

如图9所示，为了检测姿态指示装置101的姿态，从姿态检测装置101的传感器线圈依次选择性地发送与X轴、Y轴、Z轴各轴的姿态指示线圈104对应的各频率的信号，将发送过信号的传感器线圈接收到的来自姿态指示线圈104的接收信号电平数据贮存到缓冲存储器中(步骤S4、S5)。该操作对与各轴的姿态指示线圈104的谐振频率对应的3个频率信号来进行。

其次，修正各传感器线圈的接收电平数据，进行排序处理(步骤S6)。

其次，使用圆形线圈的接收信号，判定接收电平数据是否超越阈值，如果超越，则建立装置检测标志(步骤S7)。其次，根据装置检测标志来判断是否检测出姿态指示装置101，如果检测出，则进行局部扫描的初始化和转移准备(步骤S8、S9)，重复此操作。

其次，转移到以下的局部扫描操作。所谓局部扫描，是指为了检测姿态指示装置101的姿态，根据上述全局扫描得到的接收信号，对接收信号的峰值近旁等的必要部分进行的详细扫描(例如，对必要部分进行的多次扫描)。

在局部扫描中，在各传感器线圈和姿态指示线圈之间进行信号的发送接收，等待凑齐所有接收电平数据(步骤S10)，如果凑齐所有上述接收电平数据，则修正上述接收电平数据，进行排序处理(步骤11)。其次，使用圆形传感器线圈的接收信号，判定接收电平数据是否超越阈值，如果超越，则建立装置检测标志(标志S12)。

其次，根据装置检测标志，判断是否已检测出姿态指示装置101，在判断不能检测出的情况下，则建立第一扫描标志，进至全局扫描操作，返回到步骤S2(图11的步骤S13、S17)。其次，由与X轴、Y轴、Z轴各轴的姿态指示线圈对应的频率的圆形传感器线圈的接收电平数据、和扇形传感器M的接收电平的合计值，来概算各轴的倾斜角θ，作为θ′(参照图27)。在该θ′处于从铅直旋转角度30度到150度的范围内的情况下，建立该轴的检测轴标志(步骤S14)。

其次，根据检测轴标志，判断是否能够检测2个轴以上，在不能检测的情况下，则建立第一扫描标志，进至全局扫描操作，返回到步骤S2(步骤S15、S17)。

其次，在能够检测2个轴以上的情况下，根据该检测轴的接收电平数据，进行计算处理，求各轴的2个方向的峰值电平对应的方位角、即正面及里侧的方位角φ1及φ2(步骤S16)。

其次，离开全局扫描操作，根据第一扫描标志来确认是否是最初的局部扫描操作(步骤S18)，在不是第一扫描的情况下，进至后述的步骤20。在第一扫描的情况下，将缺省值代入用于决定正面方向的、上次扫描时的方位角φ数据。以后，追踪该方位角φ的方向，判定姿态指示装置的轴的表里(步骤S19)。

其次，求从方位角φ1、φ2的2个方向看到的各轴的正面及里侧的倾斜角θ1、θ2(步骤S20)。

其次，由能够检测的各轴的方位角φ1、φ2、和倾斜角θ1、θ2，求各轴的方位向量1、2。此外，对于不能检测的轴，使用另外能够检测的2个轴的方位向量，通过外积来求方位向量1、2(步骤S21)。由此，必定能算出3个轴的方位向量。

其次，对于各轴，由另外2个轴的方位向量，通过外积来求外积方位向量1、2(步骤S22)。

其次，由各轴的外积方位向量1、2，分别逆算来求间接φ1″、φ2″，同样由外积方位向量1、2来求θ1″、θ2″(步骤S23)。

其次，进行由各轴的接收电平数据检测出的检测θ1、θ2、以及由外积方位向量1、2算出的间接θ1″、θ2″的加权平均处理(参照上式)，分别求θ1n、θ2n(步骤S24)。

其次，与上述同样，进行由各轴的接收电平数据检测出的检测φ1、φ2、以及由外积方位向量1、2算出的间接φ1″、φ2″的加权平均处理(参照上式)，分别求φ1n、φ2n(步骤S25)。

其次，使用如上所述求出的φ1n、φ2n、θ1n、θ2n来求真方位向量1、2。此时，将真方位向量1、2与上次扫描检测出的方位向量进行比较，采用更近的一方作为姿态指示装置101的方位向量。将该方位向量作为上次扫描方位向量保存到缓冲器中，以便能够在下次扫描中进行比较(步骤S26)。

然后，清除第一扫描标志(步骤S27)，返回到步骤S10。

图12是检测方位角φi的流程图，示出图11的步骤S16中处理的细节。

在图12中，首先，参照检测轴标志，判断是否能够检测位置指示装置101的X轴线圈，在不能检测的情况下，进至步骤S166(步骤S161)。

在能够检测X轴线圈的情况下，在大扇形传感器线圈L及小扇形传感器线圈M的接收电平数据的2个峰值中，将接收电平高的一方作为主峰值L，来计算方位角φ1(步骤S162)。

其次，将到达上述主峰值L的里侧的接收电平数据的峰值作为副峰值L′，来计算方位角φ2(步骤S163)。

其次，在将扇形传感器线圈L和扇形传感器线圈M的最大峰值电平作为主峰值的情况下，有时扇形传感器线圈L的主峰值L和扇形传感器线圈M的主峰值M的方位反转180度。因此，为了将相同方位的扇形传感器线圈M、扇形传感器线圈L作为一对，判断扇形传感器线圈M的主峰值M和扇形传感器线圈L的主峰值L是否反转180度(步骤S164)。在反转的情况下，替换扇形传感器线圈M的主峰值M的电平数据和扇形传感器线圈M′的副峰值M′的电平数据(步骤S165)。

以下，对Y轴进行同样的处理(步骤S166～S170)，此外，对Z轴也进行同样的处理(步骤S171～S175)。通过以上的处理来求方位角φi。

图13是检测倾斜角θi的流程图，示出图11的步骤S20中处理的细节。

在图13中，首先，参照检测轴标志，判断是否能够检测位置指示装置101的X轴线圈，在不能检测的情况下，进至步骤S206。

在能够检测X轴线圈的情况下，对于水平旋转角度φ1，使用主峰值、副峰值各自的峰值电平数据的电平比，来计算索引(index)(步骤S202)，由上述索引参照表来求倾斜角θ1(步骤S203)。

其次，对于倾斜角θ2，使用主峰值、副峰值各自的峰值电平数据的电平比，来进行与上述同样的处理(步骤S204)，由索引通过查表来求倾斜角θ2(步骤S205)。

以下，对Y轴也进行同样的处理(步骤S206～S211)，此外，对Z轴也进行同样的处理(步骤S212～S216)。通过以上的处理来求倾斜角θi。

图14及图15是计算检测方位向量的流程图，示出图11的步骤S21中处理的细节。

在图14及图15中，参照检测轴标志，判断是否能够检测X轴线圈，在不能检测的情况下，进至步骤S2105(步骤S2101)。

在能够检测X轴线圈的情况下，由X轴的φ1、θ1来计算X轴方位向量1，同时由X轴的φ2、θ2来计算X轴方位向量2(步骤S2102)。其次，将X轴方位向量1、2变换为单位向量(步骤S2103)，作为X轴检测方位向量1、2保存到缓冲器中(步骤S2104)。

对Y轴也进行同样的处理(步骤S2105～S2108)，此外，对Z轴也进行同样的处理(步骤S2109～S2112)。

其次，如图15所示，参照检测轴标志，判断是否能够检测X轴线圈，在能够检测的情况下，省略以下的处理，进至步骤S2117(步骤S2113)。

在不能检测X轴线圈的情况下，由Y轴及Z轴的数据通过外积计算来计算X轴方位向量1、2(步骤S2114)。其次，将上述X轴方位向量变换为单位向量(步骤S2115)，作为X轴检测方位向量1、2保存到缓冲器中(步骤S2116)。

对Y轴也进行同样的处理(步骤S2117～S2120)，此外，对Z轴也进行同样的处理(步骤S2121～S2124)。

图16是计算外积方位向量的流程图，示出图11的步骤S22中处理的细节。在图16中，由Y轴及Z轴的方位向量通过外积来计算X轴方位向量(步骤S2201)。其次，将X轴方位向量变换为X轴单位向量1、2(步骤S2202)，作为X轴外积方位向量1、2保存到缓冲器中(步骤S2203)。以下，对Y轴也进行同样的处理(步骤S2204～S2206)，此外，对Z轴也进行同样的处理(步骤S2207～S2209)。

图17是计算间接检测φ″、θ″的流程图，示出图11的步骤S23中处理的细节。在图17中，由X轴外积方位向量1、2通过逆算来求间接检测φ1″、φ2″(步骤S2301)。其次，由X轴外积方位向量1、2通过逆算来求间接检测θ1″、θ2″(步骤S2302)。以下，对Y轴也进行同样的处理(步骤S2303、S2304)，此外，对Z轴也进行同样的处理(步骤S2305、S2306)。

图18是通过加权平均来计算倾斜角θ的流程图，示出图11的步骤S24中处理的细节。在图18中，以X轴的直接检测θ1、θ2为基准来求系数α(步骤S2401)。其次，以X轴的直接检测(180度-θ1)、(180度-θ2)为基准来求系数β(步骤S2402)。其次，由X轴的直接检测θ1、θ2和间接检测θ1″、θ2″通过使用系数α及系数β的上式来求θ1n、θ2n。对Y轴及Z轴也进行同样的处理。

图19是通过加权平均来计算方位角φ的流程图，示出图11的步骤S25中处理的细节。在图19中，由X轴的直接检测φ1、φ2和间接检测φ1″、φ2″，通过使用图18中θ的加权平均处理所求出的系数α及系数β的上式来求φ1n、φ2n(步骤S2501)。

图20是进行θ′的概算处理的流程图，示出图11的步骤S14中处理的细节。

在图20中，对于X轴线圈，求圆形线圈C和小扇形线圈M的接收信号电平比(步骤S1401)，判定上述电平比的数据是否小于阈值(即，θ′是否位于从30度到150度的范围内)(步骤S1402)，在超过上述阈值的情况下，进至步骤S1404。

在上述电平比的数据小于阈值的情况下(即，θ′位于从30度到150度的范围内的情况下)，将X轴能够检测标志置位(步骤S1403)。

以下，对Y轴也进行同样的处理(步骤S1404～S1406)，此外，对Y轴也进行同样的处理(步骤S1407～S1409)。

图21是计算真方位向量的流程图，示出图11的步骤S26中处理的细节。在图21中，由X轴的方位角φ1n、方位角φ2n和倾斜角θ1n、倾斜角θ2n来求方位向量1、2(步骤S2601)。

其次，求此次得到的方位角φ1n和上次扫描时的方位角φ之间的差分Δ1(步骤S2602)。其次，求此次得到的方位角φ2n和上次扫描时的方位角φ之间的差分Δ2(步骤S2603)。

其次，采用差分Δ1、Δ2中更小一方的方位角φin算出的方位向量作为真方位向量(步骤S2604～S2606)。为了在下次扫描时进行判定，将此次选择出的方位向量的计算使用的方位角φin作为上次扫描时的方位角φ保存到缓冲器中(步骤S2607)。对Y轴及Z轴也进行同样的处理。

图30是本发明的姿态指示装置101的第二实施例的示意图，在本例中，设在该球体103上的3个姿态指示线圈104(Xcoil、Ycoil、ZCoil)分别正交配设，同时偏离通过球体中心的面来配设。各线圈104与图7的情况同样，由未图示的球壳(ball)覆盖。

在此情况下，扇形传感器M、L、M′、L′、圆形传感器C的接收信号特性如图31～图35所示。在图31～图35中，示出下述情况下的特性，即，姿态指示线圈104的直径为44mm，各姿态指示线圈104偏离中心轴的距离为5mm，发送接收信号的频率为375kHz，倾斜角θ为60度，球体103的直径为70mm，球体的最下部的位置位于姿态检测传感器102的面上方5mm。

倾斜角θ及方位角φ的检测可以与第1实施例说明的无偏心的情况大致同样来进行，而姿态指示装置101的表里的判定则可以如图33所示，利用下述情况来进行，即，大扇形线圈L的接收信号电平L、与扇形线圈L的方位角相差180度的大扇形线圈L′的接收信号电平L′、与扇形线圈L构成一组的小扇形线圈M的接收信号电平、与扇形线圈L′构成一组的小扇形线圈M′的接收信号电平M′的关系式(M/L+M′/L′)对倾斜角θ的依赖特性图对θ＝90度不对称。

即，可以通过(M/L+M′/L′)的值比θ＝90度处的值大还是小来判定表里。

因此，能够检测姿态指示装置101的表里，能够完全绝对地进行姿态检测，所以在接通电源时无需初始设定方位，并且无需为了防止反转而与紧前面的方位角φ进行比较等。

与第1实施例同样，如图34所示，下式

((M+2L′)-(M′+2L))/((M+2L′)+(M′+2L))的直线性更好，所以如果使用此式，能够精度更好地检测倾斜角θ。

图36是姿态指示装置的第3实施例的示意图。在本实施例中，在球体103内，配置正14面体105，在上述正14面体105的面上配设姿态指示线圈104。在图37～图39中，示出使用图36所示的姿态指示装置101的情况下得到的扇形线圈M、L、M′、L′、圆形线圈C的接收电平特性。

这里，示出下述情况下的特性，即，姿态指示线圈104的直径为26mm，偏心为28mm，发送接收信号的频率为687.5kHz，倾斜角θ为60度，球体103的直径为70mm，球体103的底的位置位于姿态检测传感器102的面上方5mm。在方位角φ的特性中出现1个峰值。尽管在本实施例中使用了正14面体105的例子，但是可以使用各种多角形。

图40是姿态指示装置101的第4实施例的示意图。在本实施例中，在球体103内，沿半径方向配设由铁氧体线圈(Ferrite Coil)构成的姿态检测线圈104。

在图41～图43中，示出使用图40所示的姿态指示装置101的情况下得到的扇形线圈M、L、M′、L′、圆形线圈C的输出特性。这里，示出下述情况下的特性，即，铁氧体线圈的直径为4mm，长度为17.5mm，偏心为28mm，发送接收信号的频率为687.5kHz，倾斜角θ为60度，球体103的直径为70mm，球体103的底的位置位于姿态检测传感器102的面上方5mm。在方位角φ的特性中出现1个峰值。

图44是姿态指示装置101的第5实施例的示意图。在本实施例中，在球体103的中心，配置非晶态(amorphous)磁性合金粉末构成的球体107，在其周围，配设正交的3个圆形姿态指示线圈104，在图44中示出1个姿态指示线圈104。

此外，在图45～图49中，示出使用图44所示的姿态指示装置101的情况下得到的扇形线圈M、L、M′、L′、圆形线圈C的接收信号特性。这里，示出下述情况下的特性，即，球体107的直径为45mm，姿态指示线圈104的直径为49mm，无偏心，发送接收信号的频率为687.5kHz，倾斜角θ为60度，球体103的直径为70mm，球体103的底的位置位于姿态检测传感器102的面上方5mm。

图50是姿态指示装置101的第6实施例的示意图。在本实施例中，在球体103内配设由关于其中心对称的8字形的线圈(8字形线圈沿纵方向竖立的状态)构成的姿态指示线圈104，在图50中示出1个姿态指示线圈104。

此外，在图51～图53中，示出使用图50所示的姿态指示装置101的情况下得到的扇形线圈M、L、M′、L′、圆形线圈C的接收信号特性。这里，示出下述情况下的特性，即，构成8字形线圈的2个圆的直径为26mm，无偏心，发送接收信号的频率为687.5kHz，倾斜角θ为60度，球体103的直径为70mm，球体103的底的位置位于姿态检测传感器102的面上方5mm。

图54是姿态指示装置101的第7实施例的示意图。在本实施例中，将相互正交的3个姿态指示线圈104(XCoil、YCoil、ZCoil)配置在球体103内，同时将各姿态指示线圈014分割为关于通过球体103的中心的面对称配置的2个线圈。构成各姿态指示线圈的2个线圈并联或者串联，并且无偏心，使得电流沿相同方向流动。

在图55～图59中，示出使用图50所示的姿态指示装置101的情况下得到的扇形传感器M、L、M′、L′、圆形线圈C的接收信号特性。这里，构成1个姿态指示线圈的2个线圈分别由直径为49mm、15匝的线圈构成，相互间隔10mm设置。此外，示出下述情况下的特性，即，发送接收信号的频率为687.5kHz，倾斜角θ为60度，球体103的直径为70mm，球体103的底的位置位于姿态检测传感器102的面上方5mm。比图7所示的姿态指示装置101的灵敏度提高了，这是因为磁特性是非线性的。

图60是姿态指示装置101的第8实施例的示意图。在本实施例中，将相互正交的3个姿态指示线圈104(XCoil、YCoil、ZCoil)配置在球体103内，将各姿态指示线圈104连接成环状，使得配置在球体103中心的附近的小圆线圈、和在远处配置的大圆线圈的2个线圈差动操作。

此外，在图61～图65中，示出使用图60所示的姿态指示装置101的情况下得到的姿态检测线圈的输出特性。这里，示出下述情况下的特性，即，内侧的小圆线圈的直径为40mm，外侧的大圆线圈的直径为65mm，无偏心，发送接收信号的频率为687.5kHz，倾斜角θ为60度，球体103的直径为70mm，球体103的底的位置位于姿态检测传感器102的面上方5mm。

图66是姿态指示装置101的第9实施例的示意图。在本实施例中，将互相正交的3个姿态指示线圈104(XCoil、YCoil、ZCoil)配置在球体103内，将各线圈配置成环状，同相串联连接配置在球体103中心的附近的小圆线圈、和配置在远处的大圆线圈的2个线圈。

此外，在图67～图71中，示出使用图66所示的姿态指示装置101的情况下得到的姿态检测线圈的输出特性。这里，输出下述情况下的特性，即，内侧的小圆线圈的直径为40mm，外侧的大圆线圈的直径为65mm，无偏心，发送接收信号的频率为687.5kHz，倾斜角θ为60度，球体103的直径为70mm，球体103的底的位置位于姿态检测传感器102的面上方5mm。

图72是姿态指示装置101的第10实施例的示意图。在本实施例中，将相互正交的3个姿态指示线圈104(XCoil、YCoil、ZCoil)配置在球体103内，同时将各姿态指示线圈104在球面上以缠头布状缠绕，串联连接，整体为无偏心结构，使其不破坏关于轴的对称性。

在图73～图77中，示出使用图72所示的姿态指示装置101的情况下得到的姿态检测线圈的输出特性。这里，示出下述情况下的特性，即，无偏心，发送接收信号的频率为687.5kHz，倾斜角θ为60度，球体103的直径为70mm，球体103的底的位置位于姿态检测传感器102的面上方5mm。灵敏度比使用平均直径相同、匝数相同的圆线圈的姿态指示线圈提高了，这是因为磁特性为非线性。

图78是姿态指示装置101的第11实施例的示意图。在本实施例中，将相互正交的3个姿态指示线圈104(XCoil、YCoil、ZCoil)配置在球体103内，同时沿与其底面对向的2个圆锥体106的表面以螺旋状缠绕圆形线圈来构成各姿态指示线圈104。

图79是姿态指示装置101的第12实施例的示意图。在本实施例中，将相互正交的3个姿态指示线圈104(XCoil、YCoil、ZCoil)配置在球体103内，同时由4叶的苜蓿叶形的线圈构成各姿态指示线圈104。

图80是图3及图4所示的扇形线圈的详细结构示意图。将4个扇形要素线圈重叠4层形成于多层基板上，将其整体平均化，构成1个理想形状的扇形线圈。即，各扇形要素线圈分别形成于多层基板的不同层L1、L2、L3、L4上，按箭头所示的连接关系构成一个扇形线圈。

在图4中，用实线示出最上部的扇形要素线圈，扭曲配置4个扇形要素线圈，使其与以中心位置O为中心的圆弧(图4的虚线所示的部分)交叉，由此使邻接的姿态检测线圈容易配置，同时等价的扇形线圈以沿圆弧的形状配置，对称性提高。

图81是扇形线圈的第2实施例的示意图，由大形的扇形要素线圈763和小形的扇形要素线圈762这2个线圈构成，使得扇形要素线圈的长直线部分764和扇形要素线圈的短直线部分765面对，由此使用2层基板，形成整体等价的扇形线圈761。

图82是姿态检测传感器102的详细示意图，在中心位置O处，形成用于配置姿态指示装置101的凹部形的托盘106。在此情况下，姿态指示装置101的最下部比姿态检测传感器102更靠下方，但是也可以使上述托盘106位于姿态检测传感器102上方，使姿态指示装置101的最下部位于比姿态检测传感器102的面更高的位置。

图83是姿态检测传感器102的第2实施例的示意图，各扇形线圈0～2以中心位置O为中心呈放射状配置，同时沿方位角φ方向不重叠而配置多个。圆形线圈及环状线圈省略地描绘。

图84是姿态检测传感器的第3实施例的示意图，作为传感器线圈的大小扇形线圈、圆形线圈及环状线圈中的至少一个被配置在配置姿态指示装置101的球面或多面体的凹部状托盘106上，使形成球形的姿态指示装置101的中心与配设在上述托盘106中的各线圈之间的距离相等。

在图84中示出下述例子，即，在中心位置O形成用于配置姿态指示装置101的凹部形的托盘106，在托盘106上形成大小扇形线圈L、L′、M、M′。在此情况下，圆形线圈C及环形线圈D也可以配设在托盘106上。此外，也可以将扇形线圈、圆形线圈、环状线圈D中的至少一个形成于托盘106上。

在上述实施例中，用姿态指示装置接收姿态检测装置的传感器线圈产生的信号，从姿态指示装置向姿态检测装置反发信号，用与向姿态指示装置发送信号的传感器线圈相同的传感器线圈接收来自姿态指示装置的信号，在姿态检测装置端检测姿态指示装置的姿态，但是也可以用不同的传感器线圈进行信号的发送、接收。

此外，也可以是下述方式，即，姿态指示装置的姿态指示线圈及姿态检测装置的传感器线圈构成振荡电路，在姿态指示装置存在时，姿态检测装置自振荡。

再者，也可以在姿态指示装置内设置电源或从他处接受电源供给的电源电路，同时设置信号产生电路，用于产生与姿态检测装置之间发送接收的信号。

此外，也可以在姿态指示装置端内置电源或从他处接受电源供给的电源电路、产生发送接收的信号的信号产生电路、上述信号的发送接收电路、姿态计算部、以及将姿态计算结果以红外线或电波等无线方式发送的发送电路，另一方面，在载置姿态指示装置的支持台端，平面或曲面地配设构成谐振电路的多个线圈，在支持台端接收和反发从姿态指示装置端接收到的信号，用姿态指示装置的发送接收电路接收该信号，由上述姿态计算部计算姿态，用上述发送电路将该计算结果发送到上级装置等其他装置。

此外，也可以在姿态指示装置端内置电源或从他处接受电源供给的电源电路、产生发送接收的信号的信号产生电路、上述信号的发送接收电路、将接收信号处理成规定发送格式的信号处理部、以及将上述信号处理结果以红外线或电波等无线方式发送的发送电路，另一方面，在载置姿态指示装置的支持台端，平面或曲面地配设构成谐振电路的多个姿态检测线圈，同时配设接受来自上述发送电路的信号并计算姿态指示装置的姿态的计算部。

此外，也可以在姿态指示装置端内置电源或从他处接受电源供给的电源电路、信号的接收部、将接收信号处理成规定发送格式的信号处理部、以及将上述信号处理结果以红外线或电波等无线方式发送的发送电路，另一方面，在载置姿态指示装置的支持台端，设置构成谐振电路的多个姿态检测线圈、切换选择上述姿态检测线圈的选择电路、产生用于发送接收的信号的信号产生电路、接受来自上述发送电路的信号并计算姿态指示装置的姿态的计算部。

此外，也可以在姿态指示装置端内置电源或从他处接受电源供给的电源电路、信号的接收部、姿态计算部、以及将姿态计算结果以红外线或电波等无线方式发送的发送电路，另一方面，在载置姿态指示装置的支持台端，配设构成谐振电路的多个姿态检测线圈及信号产生电路，切换选择上述姿态检测线圈并将来自上述信号产生电路的信号发送到上述姿态指示装置，在上述姿态指示装置端计算姿态，无线发送到上级装置等其他装置。

在姿态指示装置101端设置振荡电路等情况下，也可以使姿态指示线圈不形成谐振电路。

此外，在姿态检测传感器102端设置振荡电路等情况下，也可以使姿态检测线圈不形成谐振电路。

此外，在姿态指示线圈和姿态检测传感器102构成谐振电路的情况下，不必使发送接收的信号与上述谐振电路的谐振频率完全一致，只要是其差别不影响得到实质的接收信号的范围内的信号、即与上述谐振频率关联的信号即可。

在以上说明过的各实施例中，姿态检测装置具有以下特征。

即，其特征在于，包括：姿态指示装置101，具有线圈面面向不同方向的多个(例如3个)姿态指示线圈104；姿态检测传感器102，具有从中心位置O呈放射状配设、与姿态指示线圈104电磁耦合的多个姿态检测线圈；线圈切换部802，切换选择上述姿态检测线圈；发送部801，通过上述电磁耦合，在姿态指示线圈104和选择出的上述姿态检测线圈之间发送接收多个(例如3个)频率的信号；信号检测部805，用上述姿态检测线圈或姿态指示线圈104检测接收到的信号；姿态计算部806，由信号检测部805检测出的信号来计算姿态指示装置101的姿态，检测配置在中心位置O上的姿态指示装置101的姿态。

其特征在于，上述多个(例如3个)姿态指示线圈104分别构成不同谐振频率的谐振电路，发送部801产生与上述谐振频率关联的多个(与姿态指示线圈相同)的频率的信号。

其特征在于，上述姿态检测线圈包括扇形线圈。

其特征在于，在上述姿态检测线圈中，沿圆周方向配设多个配设在中心位置O附近的扇形线圈M、M′和配置在离开中心位置O的位置上的扇形线圈L、L′构成的组。

其特征在于，具有以上述中心位置O为中心配设的圆形线圈。

其特征在于，具有以上述中心位置O为中心配设的环状线圈。

其特征在于，上述姿态指示装置101由球体103构成，多个姿态指示线圈104分别被配设得关于球体103的中心不偏心。

其特征在于，上述姿态指示装置101由球体103构成，多个姿态指示线圈104分别被配设得关于球体103的中心偏心。

其特征在于，线圈切换部802、发送部、信号检测部806及姿态计算部806与传感器线圈102一体配设。

其特征在于，用同一上述姿态检测线圈进行与上述姿态指示线圈104之间的信号的发送接收。

其特征在于，用不同的上述姿态检测线圈进行与上述姿态指示线圈104之间的信号的发送接收。

其特征在于，将上述发送部801、上述信号检测部805、上述姿态计算部806及电源部件配设在上述姿态指示装置101内，同时将发送上述姿态计算部806算出结果的发送部件内置在上述姿态指示装置内。

其特征在于，将上述发送部801设置在上述姿态指示装置101内，根据用上述姿态检测线圈接收到的信号，检测上述姿态指示装置101的姿态。

其特征在于，设来自更远离上述中心位置而配设的多个第1扇形传感器L、以及与上述多个第1扇形传感器L对应而配设在上述中心位置附近的多个第2扇形传感器M中的上述姿态指示部件的接收信号为L、M，设来自与上述多个第1、第2扇形传感器的方位角相差180度、更远离上述中心位置O而配设的多个第3扇形传感器L′、以及与上述第3扇形传感器对应而配设在上述中心位置附近的多个第4扇形传感器M′中的上述姿态指示部件的接收信号为L′、M′，则上述计算部件根据上述接收信号L、M、L′、M′来计算上述姿态指示部件的姿态。

其特征在于，上述计算部件利用由上述接收信号L、M、L′、M′构成的关系式是非对称的性质，来决定上述姿态指示部件的表里。

其特征在于，上述姿态计算部806通过规定的加权来修正直接检测出的姿态指示线圈104的姿态、和间接检测出的该姿态指示线圈104的姿态，计算上述姿态指示部件的姿态。

本实施例的姿态检测方法具有以下特征。

即，将具有线圈面面向相互不同方向的多个姿态指示线圈104的姿态指示装置101配设在从中心位置O呈放射状配设、具有与上述姿态指示线圈104电磁耦合的多个姿态检测线圈的姿态检测传感器102的上述中心位置O，在由线圈切换部802选择出的上述姿态检测线圈和上述姿态指示线圈104之间通过上述电磁耦合来发送接收信号，由信号检测部805检测用上述选择出的姿态检测线圈或姿态指示线圈104接收到的信号，根据信号检测部805检测出的信号，由姿态计算部806计算姿态指示装置101的姿态，由此检测姿态指示装置101在三维空间中的姿态，该姿态检测方法的特征在于，检测多个上述姿态指示线圈104的方位角φ和倾斜角θ或方位向量，由这些检测值来检测上述姿态指示装置101在三维空间中的姿态。

其特征在于，在上述姿态检测方法中，上述多个姿态指示线圈104分别构成不同谐振频率的谐振电路。

其特征在于，在上述姿态检测方法中，对于姿态指示装置101的各姿态指示线圈104的方位角φ和倾斜角θ，使用姿态检测线圈或上述各姿态指示线圈104接收到的多个信号电平，根据规定的关系式，导出各姿态指示线圈104的方位角φ和倾斜角θ或方位向量，根据该导出的值，求上述姿态指示装置101在三维空间中的姿态信息。

其特征在于，在上述姿态检测方法中，姿态指示装置101具有3个姿态指示线圈104，对于上述3个姿态指示线圈104中、能更正确地计算方位角φ和倾斜角θ的2个姿态指示线圈104，使用姿态检测线圈或上述各姿态指示线圈104接收到的多个信号电平，根据规定的关系式，导出评价值，由该评价值来选择2个姿态指示线圈104，由该选择出的2个姿态指示线圈104的方位角φ和倾斜角θ，计算另一方的方位角φ和倾斜角θ或方位向量，由此得到上述姿态指示装置在三维空间中的姿态信息。

其特征在于，在上述姿态检测方法中，姿态指示装置101具有3个姿态指示线圈104，一次计算上述3个姿态指示线圈104的方位角φ和倾斜角θ，分别由2组姿态指示线圈104的方位角φ和倾斜角θ，再计算另一方的姿态指示线圈104的方位角φ和倾斜角θ，将一次算出的方位角φ和倾斜角θ与再算出的方位角φ和倾斜角θ根据它们的值取规定的加权平均，将其作为新的方位角φ和倾斜角θ，计算姿态指示装置101的姿态，由此得到上述姿态指示装置101在三维空间中的姿态信息。

其特征在于，在上述姿态检测方法中，上述3个姿态指示线圈104相互正交配置，由2个上述姿态指示线圈104的方位角φ和倾斜角θ来计算另一方的方位角φ和倾斜角θ，即，将2个姿态指示线圈104的方位角φ和倾斜角θ的值变换为方位向量，由这些方位向量积来计算另一方的方位向量值，并且将该求出的另一方的方位向量值变换为方位角φ和倾斜角θ。

本实施例的姿态检测传感器具有以下特征。

即，设置在姿态指示装置101上、与各线圈面面向不同方向的多个姿态检测线圈104电磁耦合的姿态检测传感器由从中心位置O呈放射状配设的多个姿态检测线圈构成。

其特征在于，上述姿态检测线圈由以上述中心位置O为中心点对称地并设在方位角方向上的扇形线圈构成。

其特征在于，上述扇形线圈由从上述中心位置沿半径方向配设的大小多个扇形线圈构成。

其特征在于，上述扇形线圈由大小各1个扇形线圈构成一组。

其特征在于，上述扇形线圈在方位角方向及半径方向的至少一方重叠配置。

其特征在于，以上述中心位置O为中心的圆形线圈。

其特征在于，以上述中心位置O为中心的环状线圈。

其特征在于，在上述中心位置O，具有用于配置上述姿态指示装置101的凹部托盘106。

其特征在于，上述各线圈被配置成平面状。

其特征在于，上述各线圈的至少一个被配置在配置姿态指示装置101的球面或多面体的凹部托盘106上，形成为球形的上述姿态指示装置101的中心、与配设在上述凹部托盘106上的各线圈距离相等。

本实施例的姿态指示装置101具有以下特征。

即，其特征在于，在具有与多个姿态检测线圈构成的姿态检测传感器102电磁耦合的多个姿态指示线圈104的姿态指示装置101中，上述多个姿态指示线圈104被配设为其线圈面面向各个不同的方向。

其特征在于，上述多个姿态指示线圈104构成分别不同的谐振频率的谐振电路。

其特征在于，由球体103形成，将上述各姿态指示线圈104关于上述球体103的中心不偏心配设。

其特征在于，由球体103形成，将上述各姿态指示线圈104关于上述球体103的中心偏心配设。

其特征在于，具有收容在球体103内的多面体105，在上述多面体105的表面设置上述各姿态指示线圈104。

其特征在于，上述各姿态指示线圈104通过在球状的软铁氧体107上缠绕线圈104而构成。

其特征在于，上述姿态指示线圈104缠绕成8字形。

其特征在于，上述姿态指示线圈104缠绕成4叶的苜蓿叶形。

其特征在于，上述姿态指示线圈104由铁氧体线圈构成。

如上所述，根据本实施例，能够以绝对值来检测姿态指示装置在三维空间中的姿态。

如上所述，根据本发明，能够以绝对值来检测姿态指示部件在三维空间中的姿态。

Claims (40)

1、一种姿态检测装置，其特征在于，包括：

姿态指示部件，具有线圈面面向相互不同方向的多个姿态指示线圈；

姿态检测部件，具有从中心位置呈放射状配设、与上述姿态指示线圈电磁耦合的多个姿态检测线圈；

选择部件，切换选择上述姿态检测线圈；

信号产生部件，通过上述电磁耦合，在上述姿态指示线圈和选择出的上述姿态检测线圈之间发送接收多个频率的信号；

信号检测部件，检测用上述姿态检测线圈或姿态指示线圈接收到的信号；

计算部件，由上述姿态检测部件检测出的信号来计算上述姿态指示部件的姿态，

用于检测配置在上述中心位置上的上述姿态指示部件的姿态。

2、如权利要求1所述的姿态检测装置，其特征在于，上述多个姿态指示线圈构成分别不同谐振频率的谐振电路，上述信号产生部件产生与上述谐振频率关联的多个频率的信号。

3、如权利要求2所述的姿态检测线圈，其特征在于，上述姿态检测线圈包括扇形线圈来构成。

4、如权利要求3所述的姿态检测装置，其特征在于，在圆周方向上配设多个配设在上述中心位置附近的扇形线圈、和配设在离开上述中心位置的位置上的扇形线圈构成的组，来构成上述姿态检测线圈。

5、如权利要求3所述的姿态检测装置，其特征在于，具有以上述中心位置为中心配设的圆形线圈。

6、如权利要求4或5所述的姿态检测装置，其特征在于，具有以上述中心位置为中心配设的环状线圈。

7、如权利要求1、2、3、4、5或6所述的姿态检测装置，其特征在于，上述姿态指示部件由球体构成，上述多个姿态指示线圈分别关于上述球体的中心不偏心来配设。

8、如权利要求1、2、3、4、5或6所述的姿态检测装置，其特征在于，上述姿态指示部件由球体构成，上述多个姿态指示线圈分别关于上述球体的中心偏心来配设。

9、如权利要求1所述的姿态检测装置，其特征在于，上述选择部件、信号产生部件、信号检测部件及计算部件与上述姿态检测部件一体配设。

10、如权利要求9所述的姿态检测装置，其特征在于，用同一上述姿态检测线圈进行与上述姿态指示线圈之间的信号的发送接收。

11、如权利要求9所述的姿态检测装置，其特征在于，用不同的上述姿态检测线圈进行与上述姿态指示线圈之间的信号的发送接收。

12、如权利要求1所述的姿态检测装置，其特征在于，将上述信号产生部件、上述信号检测部件、上述计算部件及电源部件配设在上述姿态指示部件内，同时将发送上述计算部件算出结果的发送部件内置在上述姿态指示部件中。

13、如权利要求1所述的姿态检测装置，其特征在于，将上述信号产生部件设置在上述姿态指示部件内，根据上述姿态检测线圈接收到的信号，检测上述姿态指示部件的姿态。

14、如权利要求1、2、3、4、5或6所述的姿态检测装置，其特征在于，设来自更远离上述中心位置而配设的多个第1扇形传感器、以及与上述多个第1扇形传感器对应而配设在上述中心位置附近的多个第2扇形传感器中的上述姿态指示部件的接收信号为L、M，设来自与上述多个第1、第2扇形传感器的方位角相差180度、更远离上述中心位置而配设的多个第3扇形传感器、以及与上述第3扇形传感器对应而配设在上述中心位置附近的多个第4扇形传感器中的上述姿态指示部件的接收信号为L′、M′，则上述计算部件根据上述接收信号L、M、L′、M′来计算上述姿态指示部件的姿态。

15、如权利要求14所述的姿态检测装置，其特征在于，上述计算部件利用由上述接收信号L、M、L′、M′构成的关系式是非对称的特性，来决定上述姿态指示部件的表里。

16、如权利要求14或15所述的姿态检测装置，其特征在于，上述计算部件通过对直接检测出的姿态指示线圈的姿态、和间接检测出的该姿态指示线圈的姿态进行规定的加权来修正，以计算上述姿态指示部件的姿态。

17、一种姿态检测方法，包括：

将具有线圈面面向相互不同方向的多个姿态指示线圈的姿态指示部件，配设在具有从中心位置呈放射状配设、与上述姿态指示线圈电磁耦合的多个姿态检测线圈的姿态检测部件的上述中心位置；

在由选择部件选择出的上述姿态检测线圈和上述姿态指示线圈之间通过上述电磁耦合来发送接收信号；

由信号检测部件检测用上述选择出的姿态检测线圈或姿态指示线圈接收到的信号；

根据上述姿态检测部件检测出的信号，由计算部件来计算上述姿态指示部件的姿态，从而检测上述姿态指示部件在三维空间中的姿态；

其特征在于，检测多个上述姿态指示线圈的方位角φ和倾斜角θ或方位向量，由这些检测值检测上述姿态指示部件在三维空间中的姿态。

18、如权利要求17所述的姿态检测方法，其特征在于，上述多个姿态指示线圈构成分别不同的谐振频率的谐振电路。

19、如权利要求18所述的姿态检测方法，其特征在于，对于上述姿态指示装置的各姿态指示线圈的方位角φ和倾斜角θ，使用上述姿态检测线圈或上述各姿态指示线圈接收到的多个信号电平，根据规定的关系式，导出各姿态指示线圈的方位角φ和倾斜角θ或方位向量，根据该导出的值，求上述姿态指示装置在三维空间中的姿态信息。

20、如权利要求17所述的姿态检测方法，其特征在于，上述姿态指示装置具有3个姿态指示线圈，对于上述3个姿态指示线圈中、能更正确地计算方位角φ和倾斜角θ的2个姿态指示线圈，使用姿态检测线圈或上述各姿态指示线圈接收到的多个信号电平，根据规定的关系式，导出评价值，由该评价值来选择2个姿态指示线圈，由该选择出的2个姿态指示线圈的方位角φ和倾斜角θ，计算另一方的方位角φ和倾斜角θ或方位向量，由此得到上述姿态指示装置在三维空间中的姿态信息。

21、如权利要求17所述的姿态检测方法，其特征在于，上述姿态指示装置具有3个姿态指示线圈，一次计算上述3个姿态指示线圈的方位角φ和倾斜角θ，分别由2组姿态指示线圈的方位角φ和倾斜角θ，再计算另一方的姿态指示线圈的方位角φ和倾斜角θ，将一次算出的方位角φ和倾斜角θ与再算出的方位角φ和倾斜角θ根据它们的值取规定的加权平均，将其作为新的方位角φ和倾斜角θ，计算姿态指示装置的姿态，由此得到上述姿态指示装置在三维空间中的姿态信息。

22、如权利要求20或21所述的姿态检测方法，其特征在于，上述3个姿态指示线圈相互正交配置，由2个上述姿态指示线圈的方位角φ和倾斜角θ来计算另一方的方位角φ和倾斜角θ，即，将2个姿态指示线圈的方位角φ和倾斜角θ的值变换为方位向量值，由这些方位向量积来计算另一方的方位向量值，并且将该求出的另一方的方位向量值变换为方位角φ和倾斜角θ。

23、一种姿态检测传感器装置，设置在姿态指示装置上，与各线圈面面向不同方向的多个姿态检测线圈电磁耦合，其特征在于，由从中心位置呈放射状配设的多个姿态检测线圈构成。

24、如权利要求23所述的姿态检测传感器装置，其特征在于，上述姿态检测线圈由以上述中心位置为中心点对称地并设在方位角方向上的扇形线圈构成。

25、如权利要求24所述的姿态检测传感器装置，其特征在于，上述扇形线圈由从上述中心位置沿半径方向配设的大小多个扇形线圈构成。

26、如权利要求24所述的姿态检测传感器装置，其特征在于，上述扇形线圈在方位角方向及半径方向的至少一方重叠配置。

27、如权利要求26所述的姿态检测传感器装置，其特征在于，具有以上述中心位置为中心的圆形线圈。

28、如权利要求26或27所述的姿态检测传感器装置，其特征在于，具有以上述中心位置为中心的环状线圈。

29、如权利要求23、24、25、26、27或28所述的姿态检测传感器装置，其特征在于，在上述中心位置，具有用于配置上述姿态指示装置的凹部。

30、如权利要求23、24、25、26、27、28或29所述的姿态检测传感器装置，其特征在于，上述各线圈被配置成平面状。

31、如权利要求23、24、25、26、27、28或29所述的姿态检测传感器装置，上述各线圈的至少一个被配置在配置姿态指示装置的球面或多面体的凹部上，形成为球形的上述姿态指示装置的中心、与配设在上述凹部上的各线圈距离相等。

32、一种姿态指示装置，具有与多个姿态检测线圈构成的姿态检测传感器电磁耦合的多个姿态指示线圈，

其特征在于，上述多个姿态指示线圈被配设为其线圈面面向各个不同的方向。

33、如权利要求32所述的姿态指示装置，其特征在于，上述多个姿态指示线圈构成分别不同的谐振频率的谐振电路。

34、如权利要求32或33所述的姿态指示装置，其特征在于，由球体形成，将上述各姿态指示线圈关于上述球体103的中心不偏心配设。

35、如权利要求32或33所述的姿态指示装置，其特征在于，由球体形成，将上述各姿态指示线圈关于上述球体的中心偏心配设。

36、如权利要求32或33所述的姿态指示装置，其特征在于，具有收容在球体内的多面体，在上述多面体的表面设置上述各姿态指示线圈。

37、如权利要求32或33所述的姿态指示装置，其特征在于，上述各姿态指示线圈通过在球状的软铁氧体上缠绕线圈而构成。

38、如权利要求32或33所述的姿态指示装置，其特征在于，上述姿态指示线圈缠绕成8字形。

39、如权利要求32或33所述的姿态指示装置，其特征在于，上述姿态指示线圈缠绕成4叶的苜蓿叶形。

40、如权利要求32或33所述的姿态指示装置，其特征在于，上述姿态指示线圈由铁氧体线圈构成。

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