JP2006317327A - Position angle detection device and head motion tracker using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流磁界を磁気センサで検出することにより、磁気センサの検出信号に基づいて位置や角度を求める交流磁界方式の位置角度検出装置に関する。
本発明の位置角度検出装置は、例えば、ヘルメットに磁気センサを装着して頭部の位置や角度を検出して頭部の動きをモニタリングするヘッドモーショントラッカ等に利用される。
The present invention relates to an AC magnetic field type position angle detection device that obtains a position and an angle based on a detection signal of a magnetic sensor by detecting an AC magnetic field with a magnetic sensor.
The position angle detection device of the present invention is used, for example, in a head motion tracker that monitors a head movement by mounting a magnetic sensor on a helmet to detect the position and angle of the head.
ヘッドモーショントラッカは、ゲーム機のヴァーチャルリアリティ(VR)や実際の航空機で、頭部装着型表示装置使用者の頭部の位置および角度を計測する装置として利用されている。
例えば、VR技術では、頭部装着型表示装置を装着する者の頭部の動きに応じて変化する画像を視認させることで、VR空間を体験させる。この場合、装着者の頭部の位置と向き(角度)とを測定し、測定結果に対応させて頭部装着型表示装置の表示画像を変化させるようにするために、ヘッドモーショントラッカを用いている。
The head motion tracker is used as a device for measuring the position and angle of the head of a head-mounted display device user in a virtual reality (VR) of a game machine or an actual aircraft.
For example, in the VR technology, the VR space is experienced by visually recognizing an image that changes according to the movement of the head of the person wearing the head-mounted display device. In this case, the head motion tracker is used to measure the position and orientation (angle) of the wearer's head and change the display image of the head-mounted display device in accordance with the measurement result. Yes.
また、救難飛行艇による救難活動において、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により表示される照準画像と救難目標とが対応した時にロックすることにより、その後は、頭部の位置と角度とを測定し、ロックされた救難目標との位置関係を演算して、上記表示装置装着者が救難目標を見失わないように表示することが行われている。この場合、救難目標との位置関係を演算する際に、航空機の緯度、経度、高度、飛行体の姿勢に加えて、頭部装着型表示装置を装着する者の頭部の位置と角度とを測定することが必要になり、ヘッドモーショントラッカを用いている。 In addition, in order to avoid losing sight of the rescue target that was discovered in the rescue operation by the rescue flying boat, the aiming image displayed by the head-mounted display device is locked when the rescue target corresponds, and thereafter Measures the position and angle of the head, calculates the positional relationship with the locked rescue target, and displays it so that the display device wearer does not lose sight of the rescue target. In this case, when calculating the positional relationship with the rescue target, in addition to the latitude, longitude, altitude, and attitude of the aircraft, the position and angle of the head of the person wearing the head-mounted display device are calculated. It is necessary to measure, and a head motion tracker is used.
ヘッドモーショントラッカのひとつに、交流磁気方式のものがある(例えば特許文献1参照)。これは、頭部装着型表示装置等に磁気センサを固定し、予め頭部装着型表示装置等を使用する空間領域に交流磁界を発生しておき、磁気センサによって現在位置での磁気データ(磁界強度、向き)を随時測定することで、測定結果に基づいて、磁気センサの位置と角度、ひいては磁気センサを固定した頭部装着型表示装置等の位置と角度とを算出するものである。 One of the head motion trackers is an AC magnetic type (see, for example, Patent Document 1). This is because a magnetic sensor is fixed to a head-mounted display device or the like, an alternating magnetic field is generated in advance in a space area where the head-mounted display device or the like is used, and magnetic data (magnetic field at the current position) is detected by the magnetic sensor. By measuring the strength and direction as needed, the position and angle of the magnetic sensor, and thus the position and angle of the head-mounted display device or the like to which the magnetic sensor is fixed are calculated based on the measurement result.
図8は交流磁気方式の位置角度検出装置の磁気センサをヘルメットに装着したヘッドモーショントラッカの構成を模式的に示した図である。位置角度検出装置100は、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸に向けられた3軸コイルにより交流磁界を発生する磁気ソース101と、ヘッドモーショントラッカ使用者が頭部に取り付ける頭部装着型表示装置103と、頭部装着型表示装置103に固定された3軸ピックアップコイルからなる磁気センサ104と、磁気ソース101および磁気センサ104の制御を行う制御部105を備えている。制御部105について、さらに制御動作を機能ごとに分けて説明すると、磁気ソース101に搭載された3軸コイルを励磁して交流磁界を発生する制御を行うときに、3軸コイルの励磁信号となる交流基準信号を生成する基準信号発生部106と、磁気センサ104により交流磁界を検出したときの検出信号(磁界強度、磁界の向き)から磁気センサ104の現在地点での位置および角度を算出する位置角度算出部107とを備えている。位置角度算出部107による位置、角度の算出方法のひとつは、電磁気学理論に基づく理論計算(ビオサバールの法則などによる計算)により磁気センサ104の地点での位置および角度を求めるものである。また、他の算出方法は、予め、交流磁界が発生する空間での磁界分布を測定して磁気マッピングデータを記憶しておき、磁気センサ104の現地点での磁気データと記憶された磁気マッピングデータとの比較により、現地点の位置および角度を算出するようにしている。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a head motion tracker in which a magnetic sensor of an AC magnetic position angle detection device is mounted on a helmet. The position
交流磁気方式のヘッドモーショントラッカでは、予め、位置の基準となる原点および座標系を定め、さらに方向の基準となる基準方向とを定めている。具体的には、磁気ソースの位置を原点としてXYZ座標系を定め、さらに、X軸方向を基準方向として定めている。
そして磁気センサからの検出信号に基づいて、上述した算出方法により、座標原点(磁気ソース101の中心)から磁気センサ104までの位置移動量であるX、Y、Zの位置座標情報、および磁気センサの基準方向に対する角度移動量であるアジマス方向(X軸に対する回転)、エレベーション方向(Y軸に対する回転)、ロール方向(Z軸に対する回転)の角度情報を求めるようにして、これら位置角度情報から磁気センサを固定してある頭部装着型表示装置、さらには頭部の位置や角度を求めている。
Then, based on the detection signal from the magnetic sensor, by the calculation method described above, the positional coordinate information of X, Y, and Z, which is the amount of positional movement from the coordinate origin (center of the magnetic source 101) to the
交流磁気方式の位置角度検出器では、磁気ソースや磁気センサの周辺に種々の信号線が配線されている場合がある。これらの信号線にON、OFF信号等の電流信号が流れると、電流の急激な変化が発生し、それに伴って電磁ノイズが発生する。
磁気ソースと磁気センサとが存在する空間で電磁ノイズが発生すると、その影響は、交流磁界にも及ぶこととなる。例えば、交流基準信号として正弦波を生成して、磁気ソースから正弦波波形の交流磁界を発生させているときに、これに電磁ノイズが重畳すると、磁気センサは、正弦波波形にパルス的なノイズ波形が重畳された信号(図2参照)を受信することとなり、ノイズ成分を含んだ検出信号に基づいて位置や角度を算出することになる。
In an AC magnetic position angle detector, various signal lines may be provided around a magnetic source or a magnetic sensor. When current signals such as ON and OFF signals flow through these signal lines, a sudden change in current occurs, and electromagnetic noise is generated accordingly.
When electromagnetic noise is generated in a space where the magnetic source and the magnetic sensor exist, the influence also reaches an alternating magnetic field. For example, when a sine wave is generated as an AC reference signal and an AC magnetic field having a sine wave waveform is generated from a magnetic source, if electromagnetic noise is superimposed on the sine wave waveform, the magnetic sensor will generate a pulse-like noise on the sine wave waveform. A signal with a superimposed waveform (see FIG. 2) is received, and a position and an angle are calculated based on a detection signal including a noise component.
そのため、位置角度算出部が検出信号から磁気センサの現在の位置および角度を算出するときの検出信号の信号レベルがノイズ分だけ変化することになり、算出される位置、角度の精度が低下したり、出力値が不安定になったりすることがあった。
このような場合に、時系列的に検出信号を採取し、移動平均処理を行うことでノイズの影響を低減することもできるが、その場合は、本来の信号自体も平均化されてしまうので、応答性が鈍くなってしまう。
For this reason, the signal level of the detection signal when the position angle calculation unit calculates the current position and angle of the magnetic sensor from the detection signal changes by the amount of noise, and the accuracy of the calculated position and angle decreases. The output value may become unstable.
In such a case, it is possible to reduce the influence of noise by sampling the detection signal in time series and performing moving average processing, but in that case, the original signal itself is also averaged, The responsiveness becomes dull.
そこで、本発明は、電磁ノイズが重畳された信号を受信した場合であっても、ノイズの影響を除去して正確な位置・角度を得ることができる位置角度検出装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a position angle detection device capable of obtaining an accurate position and angle by removing the influence of noise even when a signal on which electromagnetic noise is superimposed is received. To do.
上記課題を解決するためになされた本発明の位置角度検出装置は、交流基準信号を生成する基準信号生成部と、交流基準信号に基づいてコイルを励磁することにより空間に交流磁界を発生する磁気ソースと、交流磁界が発生している空間内の任意の地点における交流磁界を検出する磁気センサと、磁気センサから出力される検出信号に含まれるノイズ成分を抽出するノイズ成分抽出部と、検出信号からノイズ成分を除去した訂正検出信号を生成する訂正検出信号作成部と、訂正検出信号に基づいて磁気センサの位置および角度を算出する位置角度演算部とを備え、算出した磁気センサの位置および角度から磁気センサを取り付けた物体の位置および角度を求めるようにしている。 The position angle detection device of the present invention made to solve the above problems includes a reference signal generation unit that generates an AC reference signal, and a magnet that generates an AC magnetic field in space by exciting a coil based on the AC reference signal. A source, a magnetic sensor for detecting an alternating magnetic field at an arbitrary point in a space where an alternating magnetic field is generated, a noise component extracting unit for extracting a noise component included in a detection signal output from the magnetic sensor, and a detection signal A correction detection signal generation unit that generates a correction detection signal from which noise components have been removed, and a position angle calculation unit that calculates the position and angle of the magnetic sensor based on the correction detection signal, and the calculated position and angle of the magnetic sensor From this, the position and angle of the object to which the magnetic sensor is attached are obtained.
この発明によれば、基準信号生成部により生成された交流基準信号に基づいて、磁気ソースが、周囲の空間に交流磁界を発生する。磁気センサは、交流磁界が発生している空間内の任意の地点に配置され、その地点での交流磁界を検出し、検出信号を出力する。
何らかのノイズが発生して検出信号にノイズ成分が含まれている場合に、ノイズ成分抽出部は、検出信号に含まれているノイズ成分を抽出する。そして、訂正検出信号作成部は、検出信号からノイズ成分を除去する演算を行い、訂正検出信号を生成する。そして、位置角度演算部
は、ノイズ成分が除去された訂正検出信号に基づいて位置および角度を算出する。
According to this invention, the magnetic source generates an alternating magnetic field in the surrounding space based on the alternating current reference signal generated by the reference signal generator. The magnetic sensor is disposed at an arbitrary point in the space where the alternating magnetic field is generated, detects the alternating magnetic field at that point, and outputs a detection signal.
When some noise occurs and a noise component is included in the detection signal, the noise component extraction unit extracts the noise component included in the detection signal. Then, the correction detection signal creation unit performs an operation for removing a noise component from the detection signal, and generates a correction detection signal. The position angle calculation unit calculates the position and angle based on the correction detection signal from which the noise component has been removed.
本発明によれば、磁気センサが検出する信号に電磁ノイズが含まれていても、ノイズ成分を除去した訂正検出信号で位置や角度を算出することができるので、精度よく、安定性に優れた位置、角度情報を得ることができる。 According to the present invention, even if electromagnetic noise is included in the signal detected by the magnetic sensor, the position and angle can be calculated with the corrected detection signal from which the noise component has been removed, so the accuracy and stability are excellent. Position and angle information can be obtained.
(その他の課題を解決するための手段および効果)
上記発明において、ノイズ成分抽出部は、検出信号の波形と基準信号の波形とを比較することによりノイズ成分を抽出するようにしてもよい。
磁気ソースから発生する交流磁界は、交流基準信号に基づいてコイルを励磁することにより生成されているので、交流基準信号と相似な波形を有している。また磁気センサにより検出される検出信号についても信号強度は異なるが、波形自体は交流磁界と相似な波形をしている。したがって、検出信号の波形は、本来は交流基準信号と相似な波形を有していることになり、波形が相似形状と異なる場合は、その部分にノイズ成分が重畳しているものと判断することができる。
したがって、磁気センサの検出信号の波形と交流基準信号の波形とを比較することによりノイズ成分を抽出することができる。
(Means and effects for solving other problems)
In the above invention, the noise component extraction unit may extract the noise component by comparing the waveform of the detection signal with the waveform of the reference signal.
The AC magnetic field generated from the magnetic source is generated by exciting the coil based on the AC reference signal, and thus has a waveform similar to the AC reference signal. The signal intensity of the detection signal detected by the magnetic sensor is also different, but the waveform itself has a waveform similar to an alternating magnetic field. Therefore, the waveform of the detection signal originally has a waveform similar to the AC reference signal, and if the waveform is different from the similar shape, it is determined that the noise component is superimposed on that portion. Can do.
Therefore, a noise component can be extracted by comparing the waveform of the detection signal of the magnetic sensor with the waveform of the AC reference signal.
上記発明において、ノイズ成分抽出部は、検出信号の波形に含まれる交流波形のピーク値の変動特性に基づいてノイズ成分を抽出するようにしてもよい。
磁気センサから出力される検出信号は、交流基準信号と相似な交流波形を有している。交流基準信号は、変調の有無はあるが、正弦波またはこれを基調とする規則周期性を有するものであるので、検出信号も正弦波またはこれを基調とした規則周期性を有するものである。検出信号に電磁ノイズが重畳したときは、検出信号の正弦波を基調とする交流波形の山及び谷のピーク値に比してノイズ箇所のピーク値が急激に変化するため、この交流波形のピーク値の変動特性をモニタし、「急激な変化」と判定されたときにノイズが重畳しているものとしてノイズ成分を抽出する。変動特性が「急激な変化」であるか否かのモニタ方法は種々の方法をとりうるが、ひとつは、検出信号の波形に含まれる交流波形の個々の山、谷のピーク値を抽出して、そのひとつ手前(あるいはひとつ後の)のピーク値と比較し、ピーク変動幅が予め定めた閾値変動幅(例えば前のピーク値の±10%幅)を超えた場合にノイズと判定して抽出する方法がある。また、他のモニタ方法としては、検出信号の微分値を算出することにより、微分係数値が予め定めた閾値を超えたときに、ノイズ成分と判定して抽出する方法がある。
In the above invention, the noise component extraction unit may extract the noise component based on the fluctuation characteristics of the peak value of the AC waveform included in the waveform of the detection signal.
The detection signal output from the magnetic sensor has an AC waveform similar to the AC reference signal. Although the AC reference signal is modulated or not, it has a sine wave or regular periodicity based on the sine wave. Therefore, the detection signal also has a sine wave or regular periodicity based on the sine wave. When electromagnetic noise is superimposed on the detection signal, the peak value of the noise location changes abruptly compared to the peak value of the peaks and valleys of the AC waveform based on the sine wave of the detection signal. The fluctuation characteristics of the value are monitored, and a noise component is extracted as noise is superimposed when it is determined as “abrupt change”. Various methods can be used to monitor whether the fluctuation characteristics are “rapid changes”, but one is to extract the peak values of individual peaks and valleys of the AC waveform included in the waveform of the detection signal. Compared with the peak value immediately before (or after) the peak value, if the peak fluctuation range exceeds a predetermined threshold fluctuation range (for example, ± 10% of the previous peak value), it is judged as noise and extracted. There is a way to do it. As another monitoring method, there is a method in which a differential value of a detection signal is calculated, and when a differential coefficient value exceeds a predetermined threshold, it is determined as a noise component and extracted.
また、上記発明において、訂正検出信号作成部は、検出信号におけるノイズが重畳した部分を補間データに置換することによりノイズ成分を除去した訂正検出信号を作成するようにしてもよい。
これにより、ノイズ成分が重畳していないときに検出されると推定される信号を、訂正検出信号として得ることができるので、位置、角度を正確な演算を行うことができる。
In the above invention, the correction detection signal creation unit may create a correction detection signal from which a noise component has been removed by replacing a portion of the detection signal where noise is superimposed with interpolation data.
As a result, a signal estimated to be detected when the noise component is not superimposed can be obtained as a correction detection signal, so that the position and angle can be accurately calculated.
また、別の観点からなされた本発明の一形態であるヘッドモーショントラッカは、上述した位置角度検出装置の磁気センサをヘルメットに装着し、ヘルメットの位置および角度を検出するようにしている。
この発明によれば、電磁ノイズが発生した場合でも、正確な位置、角度を算出することができるヘッドモーショントラッカとすることができる。
Further, a head motion tracker according to another aspect of the present invention, which is made from another viewpoint, is configured to detect the position and angle of the helmet by mounting the magnetic sensor of the above-described position angle detection device on the helmet.
According to the present invention, a head motion tracker capable of calculating an accurate position and angle even when electromagnetic noise occurs can be provided.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and it goes without saying that various aspects are included without departing from the spirit of the present invention.
(実施形態1)
図1は、本発明の一実施形態である位置角度検出装置10の構成を示すブロック図である。この位置角度検出装置10は、磁気ソース11と、ヘルメット13に装着された磁気センサ14と、磁気ソース11と磁気センサ14とに接続され、これらを制御する制御部20から構成される。
磁気ソース11は、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸の方向に向けられた3軸コイル12を有しており、後述する基準信号生成部21で生成された交流基準信号に基づいて3軸コイル12を、X,Y,Z軸それぞれ1軸ごと励磁する動作を繰り返すようにして、周囲の空間に、時間的に分解された3種類の交流磁界(交流磁場)を繰り返し発生する。
磁気センサ14は、磁気ソース11と同様の3軸コイル16を有しており、磁気ソース11の3軸コイル12のいずれか1軸が励磁されて発生した交流磁界を、磁気センサ14の3軸コイル16がそれぞれ検出し、さらに3軸コイル12の残り2つの軸がそれぞれ励磁されたときに発生する交流磁界についても同様に検出し、合計3×3の9個の測定データで、(一地点についての一時点の)1回測定分の磁気センサ14の検出信号として出力する。なお、これら9個の測定データは、いずれもノイズが重畳していない限り、波形形状は交流基準信号と同じであり、信号強度が異なるだけの相似形状となっている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a position
The
The
制御部20は、CPU、ROM、RAM、HDD等のハードウェア機器からなるいわゆるコンピュータシステムで構築され、さらに、その記憶領域に位置角度検出装置として必要なソフトウェアが記憶されており、装置起動の際に、これらソフトウェアをロードすることにより、位置角度検出に必要な各種の機能が実現されるようにしてある。
制御部20が磁気ソース11および磁気センサ14を用いて実行する機能を説明するために、制御部20を機能ブロック的に分けて説明すると、制御部20は、基準信号生成部21と、ノイズ抽出部22と、訂正検出信号生成部23と、位置角度算出部24とから構成される。
The
In order to explain the function executed by the
このうち、基準信号生成部21は、CPUの内蔵クロックを基にして、正弦波波形を有する交流基準信号を生成する制御を行う。
ノイズ抽出部22は、検出信号Dからノイズ成分を抽出する演算する制御を行う。本実施形態のノイズ抽出部22は、磁気センサ14からの検出信号Dを交流基準信号Eと比較する信号比較部25を有しており、図2に示すように、2つの信号波形を比較することにより、検出信号Dと交流基準信号Eとの波形が相似形状であるか否かを判定する。具体的には、一方の信号強度が、他方の信号強度と同じになるように信号レベルを拡大、縮小して差分を算出し、有意な差分が存在すれば、その差分が発生した部分にノイズが重畳していると判定する。差分がなければノイズ成分はないと判定される。
Among these, the reference
The
訂正検出信号生成部23は、検出信号からノイズ成分を除去した訂正検出信号を生成する制御を行う。図3は、検出信号のなかのノイズ成分が重畳した部分を拡大した図である。検出信号は、制御部20内で処理するためにAD変換されデジタル化されており、離散的な測定点の集合となっている。各測定点のうち、ノイズ抽出部22によりノイズ重畳部分として抽出された測定点(複数点であってもよい)を削除する。そして、削除した点に隣接する両側の測定点のデータを用いて補間することにより補間データを算出し、削除した測定点に代えて、補間データを用いた訂正検出信号を生成する。上述したように、3軸コイル12と3軸コイル16とにより、合計9個の測定データの組が(一地点についての一時点の)1回測定分の磁気センサ14の検出信号として出力されることになるが、これら9個の測定データそれぞれについて、ノイズ成分を除去し、補間したデータの組が訂正検出信号となる。
The correction detection
位置角度算出部24は、訂正検出信号生成部23により算出された訂正検出信号に基づいて、磁気センサ14が存在する地点での磁気センサ14の位置および角度を算出する制御を行う。位置および角度の算出は、訂正検出信号による実測値と、電磁気学理論に基づく理論計算(ビオサバールの法則などによる計算)で求められる理論値とを対応させることにより行われる。あるいは、他の算出方法として、予め、空間内の各所についての実測データをデータベースとして記憶しておき、これと今回の訂正検出信号データとを対応させて、位置や角度を算出する。
The position
次に、上記位置角度検出装置10による位置角度測定の処理手順について、図4のフローチャートを用いて説明する。
位置角度検出装置10を起動して、交流基準信号Eに基づいて磁気ソース11の3軸コイル12を励磁し、交流磁界を発生させる。磁気センサ14が現在存在する場所、時点での磁界データを検出し、その検出信号Dを保存する(S101)。
保存された検出信号Dを、交流基準信号Eと比較し、2つの波形が相似であるかを判定する(S102)。相似であると判定されたときはS104に進み、相似でないと判定されたときはS103に進む。
相似でないとないと判定されたときは、ノイズが重畳していることになるので、ノイズが重畳している部分について、ノイズを削除するとともに補間した訂正検出信号を作成し、S104に進む(s103)。
Next, the processing procedure of the position angle measurement by the position
The
The stored detection signal D is compared with the AC reference signal E to determine whether the two waveforms are similar (S102). When it is determined that they are similar, the process proceeds to S104, and when it is determined that they are not similar, the process proceeds to S103.
If it is determined that they are not similar, noise is superimposed, so that a corrected detection signal is created for the portion where the noise is superimposed and the noise is deleted and interpolated, and the process proceeds to S104 (s103). ).
続いて、検出信号または訂正検出信号に基づいて、磁気センサ14の位置と角度とを算出する演算を行う(S104)。
以上の演算処理を実行することにより、ノイズを削除した測定データに基づいて、位置や角度を求めることができる。
Subsequently, an operation for calculating the position and angle of the
By executing the above arithmetic processing, the position and angle can be obtained based on the measurement data from which noise is deleted.
(実施形態2)
図5は、本発明の他の一実施形態である位置角度検出装置30の構成を示すブロック図である。図5において、図1で示したものと同じ構造部分については、同符号を付すことにより、説明の一部を省略する。
この位置角度検出装置30では、ノイズ抽出部22が、図1のように信号比較部25ではなく、閾値比較部26を備えている。閾値比較部26は、検出信号に含まれる交流波形のピーク値の変動が閾値を超えるか否かに基づいて、ノイズ成分であるか否かを判定する。
すなわち、図6(a)に示すような変調されていない正弦波の場合、図6(b)に示すような変調された正弦波(窓関数による変調)の場合のいずれにおいても、予め、交流波形のピーク値の許容変動幅をひとつ前のピーク値の±10%とし(閾値が前ピーク値の±10%と設定した場合である)、これを超えた変動がある場合には、ノイズ成分であると判定する。
ノイズ成分が抽出された後の、訂正検出信号生成部23、位置角度抽出部24による処理については、実施形態1と同様である。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a position
In this position
That is, in the case of a non-modulated sine wave as shown in FIG. 6A and the case of a modulated sine wave (modulation by a window function) as shown in FIG. The allowable fluctuation range of the peak value of the waveform is set to ± 10% of the previous peak value (when the threshold is set to ± 10% of the previous peak value). It is determined that
The processing by the correction detection
次に、上記位置角度検出装置30による位置角度測定の処理手順について、図7のフローチャートを用いて説明する。
位置角度検出装置30を起動して、交流基準信号Eに基づいて磁気ソース11の3軸コイル12を励磁し、交流磁界を発生させる。磁気センサ14が存在する場所、時点での磁界データを検出し、その検出信号Dを保存する(S201)。
保存された検出信号Dに含まれる交流ピーク値を順次抽出し、ピーク値の変動がひとつ前のピーク値の±10%を超えているか否かを判定する(S202)。超えてないと判定されたときはS204に進み、超えていると判定されたときはS203に進む。
超えていると判定されたときは、ノイズが重畳していることになるので、ノイズが重畳している部分について、図3で説明した処理と同様の処理を実行することにより、ノイズを削除するとともに補間した訂正検出信号を作成し、S204に進む(s203)。
Next, the position angle measurement processing procedure by the position
The position
The AC peak values included in the stored detection signal D are sequentially extracted, and it is determined whether or not the fluctuation of the peak value exceeds ± 10% of the previous peak value (S202). When it is determined that it does not exceed, the process proceeds to S204, and when it is determined that it exceeds, the process proceeds to S203.
When it is determined that the noise is exceeded, the noise is superimposed, so that the noise is deleted by executing the same processing as the processing described in FIG. 3 for the portion where the noise is superimposed. A correction detection signal interpolated together is created, and the process proceeds to S204 (s203).
続いて、検出信号または訂正検出信号のいずれかに基づいて、磁気センサ14の位置と角度とを算出する演算を行う(S204)。
以上の演算処理を実行することにより、ノイズを削除した測定データに基づいて、位置や角度を求めることができる。
本実施形態では、ピーク変動の閾値をひとつ前のピークとの比較で定めたが、これに限られない。例えば、検出信号の微分係数は、検出信号におけるピーク位置を反映するので、検出信号の微分係数をモニタすることにより、ピークの変動特性をモニタすることができる。
Subsequently, a calculation for calculating the position and angle of the
By executing the above arithmetic processing, the position and angle can be obtained based on the measurement data from which noise is deleted.
In the present embodiment, the threshold for peak fluctuation is determined by comparison with the previous peak, but the present invention is not limited to this. For example, since the differential coefficient of the detection signal reflects the peak position in the detection signal, the peak fluctuation characteristic can be monitored by monitoring the differential coefficient of the detection signal.
実施形態1や実施形態2では、位置角度測定装置の磁気センサ11は、ヘルメットに装着したが(ヘッドモーショントラッカ)、装着場所はヘルメットに限られない。動きのある測定対象物に装着することにより、その測定対象物の動きをモニタリングすることができる。
In the first and second embodiments, the
本発明は、交流磁気方式の位置角度検出装置に利用することができ、例えば、ヘルメットに装着することにより、ヘッドモーショントラッカとして利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for an AC magnetic type position angle detection device. For example, it can be used as a head motion tracker by being mounted on a helmet.
10:位置角度検出装置
11:磁気ソース
12:3軸コイル(送信側)
13:ヘルメット
14:磁気センサ
16:3軸コイル(受信側)
20:制御部
21:基準信号生成部
22:ノイズ抽出部
23:訂正検出信号生成部
24:位置角度算出部
25:信号比較部
26:閾値比較部
10: Position angle detector 11: Magnetic source 12: Triaxial coil (transmission side)
13: Helmet 14: Magnetic sensor 16: 3-axis coil (receiving side)
20: Control unit 21: Reference signal generation unit 22: Noise extraction unit 23: Correction detection signal generation unit 24: Position angle calculation unit 25: Signal comparison unit 26: Threshold comparison unit
Claims (5)
交流基準信号に基づいてコイルを励磁することにより空間に交流磁界を発生する磁気ソースと、
交流磁界が発生している空間内の任意の地点における交流磁界を検出する磁気センサと、
磁気センサから出力される検出信号に含まれるノイズ成分を抽出するノイズ成分抽出部と、
検出信号からノイズ成分を除去した訂正検出信号を生成する訂正検出信号作成部と、
訂正検出信号に基づいて磁気センサの位置および角度を算出する位置角度演算部とを備え、
算出した磁気センサの位置および角度から磁気センサを取り付けた物体の位置および角度を求めることを特徴とする位置角度検出装置。 A reference signal generator for generating an AC reference signal;
A magnetic source that generates an alternating magnetic field in space by exciting a coil based on an alternating current reference signal;
A magnetic sensor for detecting an alternating magnetic field at any point in the space where the alternating magnetic field is generated;
A noise component extraction unit that extracts a noise component included in the detection signal output from the magnetic sensor;
A correction detection signal creating unit for generating a correction detection signal obtained by removing a noise component from the detection signal;
A position angle calculator that calculates the position and angle of the magnetic sensor based on the correction detection signal,
A position and angle detection device that obtains the position and angle of an object to which a magnetic sensor is attached from the calculated position and angle of the magnetic sensor.
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