JP2011169657A - 磁界検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 地磁気などの磁気ベクトルを検知する３軸のセンサを用いて、回転姿勢と角速度を計算できる磁界検知装置を提供する。
【解決手段】 磁気ベクトルを検知する３つの磁気センサからの検知出力に基づいて、磁気ベクトルの座標点を演算する。演算された座標点データのうちのＤ１，Ｄｎを基準座標点データとし、基準座標点データのＤ１とＤｎの間に得られる座標点データを中間座標点データＤ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・とする。２つの基準座標点データＤ１，Ｄｎと、１つの中間座標点データを含む仮想円Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃ，Ｈｄ，・・・を中間座標点データ毎に求める。それぞれの仮想円と中間座標点データＤ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・との距離を演算し、演算された結果が最も短いときの仮想円を座標点データが移動する軌跡円Ｈ１として特定する。
【選択図】図７

Description

直交する３方向のそれぞれに向けられた磁気センサで地磁気ベクトルなどの磁気ベクトルを検知する磁界検知装置に係り、特に磁気センサを搭載した磁気検知部に対する磁気ベクトルの運動を知ることができる磁界検知装置に関する。

互いに直交する３方向の磁界強度を検知する３軸の磁気センサを有する磁界検知装置は、地磁気を検知する方位検出装置や回転検出装置または姿勢検知装置などとして使用されている。

特許文献１に記載された磁気式ジャイロは、３軸直交座標上に配置された地磁気を検知する３軸磁気センサを有している。この磁気式ジャイロは、三次元空間内で回転させたときに、３軸の出力データを用いて異なる２時点間の差分ベクトルを求め、その差分ベクトルが予め決められたしきい値よりも小さくなるか否かを判定して、３軸のうちのどの軸を中心として回転しているのかを特定するというものである。

特許文献１に記載された磁気式ジャイロは、磁気センサの向きで決められた３軸のいずれの軸を中心として回転したときに、回転状態を検知することができるが、前記３軸以外の軸を中心として回転させたときには回転軸を認識できなくなり、どの回転平面内で回転しているのかを特定できなくなる。つまり、特許文献１に記載された１個の磁気式ジャイロだけで、三次元空間内の任意の軸を中心として回転させたときの角速度を検知できない。

特許文献２には、飛行機などに搭載される姿勢センサが開示されている。この姿勢センサは、地磁気検出装置を有しているとともに、負荷おもりとこの負荷おもりに作用する重力を検知する力検出装置が設けられている。飛行機などとともに姿勢センサが傾いたときに、力検出装置の検知出力により重力の方向に対する傾きを検出し、地磁気検出装置で得られる方位出力を、力検出装置で得られた傾き姿勢に関する情報を用いて修正するというものである。

特許文献２に記載された姿勢センサは、地磁気検出装置のみならず負荷おもりとこの負荷おもりに作用する重力を検知する力検出装置が設けられているために、装置が大きくまた重くなり、例えば携帯用の小型機器などに搭載することが難しい。

特許文献３に記載された３軸姿勢検出装置は、目的物体の姿勢を検出するものであるが、３方向の検出が可能な磁気センサと、３方向の検出が可能なジャイロセンサの双方が搭載されている。そのため、携帯用の小型機器などに搭載するのに適しておらず、また、磁気センサとジャイロセンサの双方を搭載しているため、消費電力が多くなる欠点を有している。

特開２００８−２２４６４２号公報 特開平２−２３８３３６号公報 特開平１１−２４８４５６号公報

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、直交する３軸方向に向く磁気センサで磁気ベクトルを検知し、磁気ベクトルの回転運動の軌跡を特定することができる磁界検知装置を提供することを目的としている。

本発明は、互いに直交するＸ方向とＹ方向およびＺ方向が基準方向として決められた磁気検知部と、演算部とを有し、
前記磁気検知部に、Ｘ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＸ軸センサと、Ｙ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＹ軸センサ、およびＺ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＺ軸センサが搭載され、
前記演算部は、間欠的にサンプリングした複数の前記検知出力から求められる地磁気ベクトルの向きを三次元座標上の座標点として求め、所定間隔を空けて得られた２つの基準座標点を選択して、２つの基準座標点を含む複数の仮想円を設定し、それぞれの前記仮想円と複数の前記中間座標点との距離を求め、その距離が最も短い仮想円を、座標点が移動している軌跡円とすることを特徴とするものである。

本発明は、Ｘ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサの検知出力によって特定される磁気ベクトルの情報を三次元座標上の座標点として複数個取得し、複数の座標点を用いて、座標点が移動する軌跡円を演算している。よって、磁気検知部に対する磁気ベクトルの回転運動を特定することが可能である。

例えば、本発明は、２つの基準座標点の間に得られた複数の座標点を中間座標点とし、中間座標点のそれぞれと前記２つの基準座標点とを含む円を各中間座標点毎に求めて前記仮想円とするものである。

この場合に、２つの基準座標点の間に得られる全ての中間座標点を使用して、中間座標点毎の仮想円を演算するもののみならず、２つの基準座標点の間に得られる複数の中間座標点のうちの選別したものを使用して仮想円を演算してもよい。また、それぞれの仮想円と複数の中間座標点との距離を求める際に、複数の中間座標点の全てと仮想円との距離を求めてもよいし、複数の中間座標点のうちのいずれか選択されたものと仮想円との距離を求めてもよい。

あるいは、前記中間座標点のデータを使用せずに、２つの基準座標点を含む複数の円を、予め決められた円として複数作図して複数の仮想円としてもよい。

本発明は、前記磁気検知部が動いている間または磁気ベクトルが動いている間に、前記軌跡円を少なくとも２つ仮定して、それぞれの軌跡円の中心線の交点を求め、この交点を三次元座標の原点とし、この原点を中心とする球面上での前記座標点の運動を求めることが可能である。

本発明は、仮定された前記軌跡円の中心に対する任意の座標点の開き角度と、２つの前記座標点が得られた時間とから、前記磁気検知部の回転角速度を求めることが可能である。

上記のように、磁気検知部が空間内で自由に回転したときに、または磁気ベクトルが自由に回転したときに、その運動の角速度を正確に知ることができる。さらに、本発明は、算出された角速度を前記時間で微分して角加速度を求めることも可能である。

本発明は、複数の座標点の演算値をメモリに順に記憶し、メモリから順に引き出された値を使用してその時点での前記軌跡円を求めるものである。

また、本発明は、メモリに記憶された最新の値と、最新の値から所定サンプリング数または所定時間だけ遡った過去の値とから２つの基準座標点を求め、新たな値が得られる毎に、２つの基準座標点を順次更新していくものである。

本発明は、直交する３軸方向に向けられたセンサの検知出力を用い、磁気検知部の任意の運動または磁気ベクトルの運動を高精度に検知できる。

また３軸方向に向けられた磁気センサのみで構成されるため、小型化と薄型化ができ、消費電力も少ない磁界検知装置を提供することができる。

本発明の実施の形態の磁界検知装置の回路ブロック図、 図１に示す磁界検知装置に設けられた演算部の機能を説明するブロック図、 データバッファの処理動作を示す説明図、 地磁気検知部に設けられたＸ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサの説明図、 地磁気ベクトルの検知動作の原理を示す三次元座標の説明図、 磁気検知部が任意の軸を中心として回転しているときの地磁気ベクトルの検知動作を示す三次元座標の説明図、 軌跡円の演算方法を説明する説明図、

図１に示す本発明の実施の形態の磁界検知装置１は、地磁気検知装置として使用される。

磁気検知装置１は磁気検知部２を有している。図４に示すように、磁気検知装置１では、互いに直交する基準軸であるＸ軸とＹ軸およびＺ軸が固定軸として決められている。Ｘ軸とＹ軸およびＺ軸の交点が、基準原点Ｏである。磁界検知装置１は携帯用機器などに搭載されており、磁気検知部２は、Ｘ軸とＹ軸およびＺ軸の直交関係を維持したまま、空間内で自由に移動できる。

図４に示すように、磁気検知部２には、Ｘ軸センサ３がＸ軸に沿って固定され、Ｙ軸センサ４がＹ軸に沿って固定され、Ｚ軸センサがＺ軸に沿って固定されている。Ｘ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５は、いずれもＧＭＲ素子で構成されている。ＧＭＲ素子は、Ｎｉ−Ｃｏ合金やＮｉ−Ｆｅ合金で形成された軟磁性材料で形成された固定磁性層および自由磁性層と、固定磁性層と自由磁性層との間に挟まれた銅などの非磁性導電層とを有している。固定磁性層の下に反強磁性層が積層され、反強磁性層と固定磁性層との反強結合により、固定磁性層の磁化が固定されている。

Ｘ軸センサ３は、地磁気のＸ方向に向く成分を検知するものであり、固定磁性層の磁化の向きがＸ軸に沿うＰＸ方向に固定されている。自由磁性層の磁化の向きは地磁気の向きに反応する。自由磁性層の磁化の向きがＰＸ方向と平行になるとＸ軸センサ３の抵抗値が極小になり、自由磁性層の磁化の向きがＰＸ方向と逆向きになるとＸ軸センサ３の抵抗値が極大になる。また、自由磁性層の磁化の向きがＰＸ方向と直交すると、抵抗値が前記極大値と極小値との平均値となる。

図１に示す磁場データ検知部６では、Ｘ軸センサ３と固定抵抗とが直列に接続され、Ｘ軸センサ３と固定抵抗との直列回路に電圧が与えられており、Ｘ軸センサ３と固定抵抗との間の中点電圧がＸ軸の検知出力として取り出される。Ｘ軸センサ３にＸ方向に向く磁界が与えられていないとき、またはＰＸに対して直交する磁界が与えられているときに、Ｘ軸の検知出力が原点となる。

磁気検知部２の全体を傾け、Ｘ軸センサ３の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＸを地磁気ベクトルＶと同じ向きにするとＸ軸センサ３に与えられる磁界成分が極大値となる。このときのＸ軸の検知出力は、前記原点に対してプラス側の極大値となる。逆に、Ｘ軸センサ３の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＸを地磁気ベクトルＶと反対に向けると、Ｘ軸センサ３に与えられる逆向きの磁界成分が極大値となる。このときのＸ軸の検知出力は、前記原点に対してマイナス側の極大値となる。

Ｙ軸センサ４とＺ軸センサ５も、それぞれ固定抵抗とが直列に接続され、Ｙ軸センサ４またはＺ軸センサ５と固定抵抗との直列回路に電圧が与えられており、各センサと固定抵抗との間の中点電圧がＹ軸またはＺ軸の検知出力として取り出される。

Ｙ軸センサ４の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＹを地磁気ベクトルＶと同じ向きにすると、Ｙ軸の検知出力が、原点に対してプラス側の極大値になる。Ｙ軸センサ４の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＹを地磁気ベクトルＶと反対に向けると、Ｙ軸の検知出力は、原点に対してマイナス側の極大値となる。同様に、Ｚ軸センサ５の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＺを地磁気ベクトルＶと同じ向きにすると、Ｚ軸の検知出力が、原点に対してプラス側の極大値になる。Ｚ軸センサ５の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＹを地磁気ベクトルＶと反対に向けると、Ｚ軸の検知出力は、原点に対してマイナス側の極大値となる。

地磁気ベクトルＶの大きさが一定であれば、Ｘ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５からの検知出力は、いずれもプラス側の極大値の絶対値と、マイナス側の極大値の絶対値とが同じである。

Ｘ軸センサ３としては、地磁気ベクトルの向きによってプラス側の検知出力とマイナス側の検知出力が得られ、プラス側の検知出力の極大値とマイナス側の検知出力の極大値とで絶対値が同じになれば、ＧＭＲ素子以外の磁気センサで構成することもできる。例えば、Ｘ軸に沿ってプラス側の磁界強度のみを検知できるホール素子またはＭＲ素子と、マイナス側の磁界強度のみを検知できるホール素子またはＭＲ素子を組み合わせて、Ｘ軸センサ３として使用してもよい。これは、Ｙ軸センサ４とＺ軸センサ５においても同じである。

図１に示すように、磁場データ検知部６で検知されたＸ軸とＹ軸およびＺ軸の検知出力は、演算部１０に与えられる。演算部１０は、Ａ／Ｄ変換部とＣＰＵおよびクロック回路などから構成されている。演算部１０のクロック回路の計測時間に応じて、磁場データ検知部６で検知されたＸ軸とＹ軸およびＺ軸の磁気成分の検知出力が、短いサイクルで間欠的にサンプリングされて演算部１０に読み出される。それぞれの検知出力は、演算部内に設けられた前記Ａ／Ｄ変換部によってディジタル値に変換される。

演算部１０を構成するＣＰＵにはメモリ７が接続されている。メモリ７には、演算処理のためのソフトウエアがプログラミングされて格納されている。演算部１０の演算処理は前記ソフトウエアによって実行される。

図２に示すように、演算部１０は、ソフトウエアに基づいて複数段階の演算処理を行う。ディジタルデータに変換されたＸ軸の検知出力とＹ軸の検知出力およびＺ軸の検知出力は、主演算部１５で演算処理され、図５に示すＸ−Ｙ−Ｚの三次元座標上の座標点データＤに変換されて、データバッファ（バッファメモリ）１１に格納される。

クロック回路と同期して、磁場データ検知部６からサンプリングされた検知出力から演算された前記座標点データＤは、図３に示すデータバッファ１１の格納部１１ａに与えられる。座標点データＤが格納部１１ａに与えられる毎に、座標点データＤが格納部１１ａから１１ｍまで順に送り出され、最終段の格納部１１ｍの座標点データＤが捨てられる。磁界検知装置１が動作している間は、磁場データ検知部６から最新のデータが一定時間毎にサンプリングされ続け、演算後の座標点データＤがデータバッファ１１に順番に格納されていく。

図５に示す三次元座標のＸ−Ｙ−Ｚの各軸は、磁界検知装置１に固定されており、図４に示すように、Ｘ軸センサ３はＸ軸に沿って固定され、Ｙ軸センサ４はＹ軸に沿って固定され、Ｚ軸センサ５はＺ軸に沿って固定されている。

図５に示すように、磁界検知装置１が地球上のいずれかの場所に置かれると、磁気検知部２のＸ軸センサ３から検知出力ｘｂが得られ、Ｙ軸センサ４から検知出力ｙｂが得られ、Ｚ軸センサ５から検知出力ｚｂが得られる。図２に示す演算部１０の主演算部１５において、三次元の検知出力から座標点データＤ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）が演算される。座標点データＤ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）はサンプリング周期毎に次々と得られ、データバッファ１１に順に格納されていく。

図５に示すように、座標点データＤ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）は球面Ｇ上の点として現される。ここで、球面Ｇの中心が、磁界検知装置１に設定されているＸ−Ｙ−Ｚの三次元座標の基準原点Ｏに一致していると仮定すると、座標点データＤと基準原点Ｏとを結ぶ線が地磁気ベクトルＶであり、座標点データＤと基準原点Ｏとの距離が地磁気ベクトルＶの絶対値である。地磁気ベクトルＶの絶対値は、磁場データ検知部６で得られるＸ軸方向とＹ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれの検知出力の極大値の絶対値に比例する。また、この球面Ｇの半径Ｒは、地磁気ベクトルＶの絶対値に比例する。

ここで、図５に示すように、磁界検知装置１に設定されているＺ軸が重力方向に向けられていれば、Ｘ−Ｙ座標面と地磁気ベクトルＶとの成す角度から地磁気の伏角を求めることができる。伏角は、地球上の場所に応じて変化する。

また、磁気検知部２のＺ軸を重力の方向に正確に固定したまま、磁気検知部２をＺ軸を中心として回転させると、一定時間毎にサンプリングされる検知出力から演算される座標点データＨａが、軌跡円Ｈ０に沿って移動する。球面Ｇの中心が、磁界検知装置１に設定されている三次元座標の基準原点Ｏに一致していると仮定すると、軌跡円Ｈ０は、Ｘ−Ｙ−Ｚの三次元座標の基準原点Ｏを中心とする球面Ｇの緯度線に一致する。

ただし、磁気検知部２は、周辺に存在する磁気発生源の影響を受け、Ｘ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５には感度のばらつきがあり、また磁場データ検知部６などの回路にノイズが重畳するため、実際に磁気検知部２から得られる各検知出力には、地磁気の検知出力のみならず、他の検出値やノイズが重畳している。したがって、主演算部１５で座標点データＤを得た段階では、得られた座標点データＤと、Ｘ−Ｙ−Ｚの三次元座標の基準原点Ｏとの関係が不明である。すなわち、座標点データＤが移動する球面Ｇの中心と、磁気検知部２に設定されているＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の基準原点Ｏとが必ずしも一致していない。

この場合に、磁界検知装置１が移動して複数の座標点データＤを得たときに、磁気検知部２において設定されている三次元座標上で座標点データＤがどのような軌跡で移動しているのかを正確に知ることができず、その結果、回転時の軌跡を特定できず、角速度の演算などができなくなる問題が生じる。

そこで、図２に示す演算部１０では、次のソフトウエアを実行することで、磁気検知装置１を任意の向きで運動させたときに、どの向きでどのような運動が行われているのかを演算できるようにしている。

図６には、磁界検知装置１が、Ｘ−Ｙ−Ｚ以外の任意の軸Ｓ０を中心として回転しているときに得られる座標点データＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎが示されている。複数の座標点データＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎは、球面Ｇａの表面に現れるが、この球面Ｇａの中心Ｏａが、磁界検知装置１に固定されているＸ軸とＹ軸およびＺ軸の三次元座標の基準原点Ｏと一致しているか否か不明である。また、座標点データＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎが移動している軌跡円Ｈ１も特定されていない。

主演算部１５で演算される座標点データＤのうちの最新の座標点データＤ１は、図３に示すデータバッファ１１の格納部１１ａに格納され、座標点データＤ２，Ｄ３，・・・，Ｄｎは、格納部１１ｂ，１１ｃ，・・・に順に格納されている。データの格納場所は、新たな座標点データが得られる毎に、順次移動して行き、最も古いデータが格納部１１ｍから捨てられる。

図２に示す演算部１０の回転円計算部１２では、最新の座標点データＤ１と、それよりも過去に得られた座標点データＤｎの２つを基準座標点データとして抽出する。基準座標点データＤ１と基準座標点データＤｎの間隔は予め決められている。この間隔は、磁場データ検知部６から検知出力をサンプリングするサンプリング数で決めてもよいし、所定の時間を空けて得られた２つの座標点データを基準座標点データＤ１，Ｄｎとしてもよい。

データバッファ１１に格納される複数の座標点データＤのうちの、基準座標点データＤ１と基準座標点データＤｎの間に位置する複数の座標点データを中間座標点データＤ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・と呼ぶ。回転円計算部１２では、２つの基準座標点データＤ１および基準座標点データＤｎと、中間座標点データＤ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・とから、座標点データＤが移動している軌跡円Ｈ１を求める演算が行われる。この演算では、基準座標点データＤ１と基準座標点データＤｎの間に位置する座標点データの全てを中間座標点データＤ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・として、演算に使用してもよいし、基準座標点データＤ１と基準座標点データＤｎの間に位置する複数の座標点データのうちの幾つかを抽出して中間座標点データＤ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・として、演算に使用してもよい。

図７に示すように、回転円計算部１２では、２つの基準座標点データＤ１および基準座標点データＤｎと、ひとつの中間座標点データＤ２を含む仮想円Ｈａが決められる。基準座標点データＤ１，Ｄｎと中間座標点データＤ２は、いずれもＸ−Ｙ−Ｚの三次元座標上の座標（ｘ，ｙ，ｚ）で現されるため、３つの座標点データ（ｘ，ｙ，ｚ）を含む円の方程式を求めることで仮想円Ｈａが特定される。また、基準座標点データＤ１および基準座標点データＤｎと中間座標点データＤ３を含む仮想円Ｈｂが演算され、同様に、基準座標点データＤ１および基準座標点データＤｎと中間座標点データＤ４を含む仮想円Ｈｃと、基準座標点データＤ１および基準座標点データＤｎと中間座標点データＤ５を含む仮想円Ｈｄが演算され、さらに他の仮想円も中間座標点データ毎に演算される。

次に、仮想円Ｈａの円弧と、全ての中間座標点データＤ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・との距離を求める。または仮想円Ｈａの中心点と全ての中間座標点データＤ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・との距離を求める。仮想円Ｈａは、Ｘ−Ｙ−Ｚの三次元座標上で方程式として表すことができ、それぞれの中間座標点データも、Ｘ−Ｙ−Ｚの三次元座標上の点として表されるため、前記距離は、円の方程式と中間座標点データの座標データとを用い最小二乗法で計算して求めることができる。

全ての仮想円Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃ，Ｈｄ，・・・毎に、中間座標点データＤ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・との距離が最小二乗法などにより計算される。計算された距離が最も短いとされる仮想円が、座標点が移動している軌跡円Ｈ１として特定される。図７の例では、基準座標点データＤ１および基準座標点データＤｎと中間座標点データＤ４を含む仮想円Ｈｃが軌跡円Ｈ１として特定される。

軌跡円Ｈ１を特定することで、磁界検知装置１がどのような軌跡で運動しているかを知ることができる。

図２に示す演算部１０に設けられた回転軸計算部１３では、演算された軌跡円Ｈ１の中心Ｏ１を通り、軌跡円Ｈ１を含む面に垂直な軸が、回転軸Ｓ０として演算される。さらに角速度計算部１４では、基準座標点データＤ１から基準座標点データＤｎまでのいずれかの座標点データを抽出して、その座標点データの中心Ｏ１からの開き角度が求められる。この開き角度を、２つの座標点データが得られた時間で微分することで磁界検知装置１の回転角速度が求められる。

演算部１０では、所定のサンプリング時間を経て新たな座標点データＤ１が次々に、データバッファ１１の格納部に与えられてくる。そして、新たなデータバッファ１１が得られる度に、または所定のサンプリング数毎に、得られた座標点データを新たな基準座標点データＤ１とし、この基準座標点データＤ１を基準として過去の座標点データを選んで基準座標点データＤｎとし、基準座標点データＤ１と基準座標点データＤｎの間に位置するデータを新たな中間座標点データとして、同じ演算が行われる。演算結果に基づいて求められる軌跡円Ｈ１が次々と更新されていく。あるいは、軌跡円Ｈ１が求められたら、その後の一定時間は軌跡円Ｈ１を更新せず、一定時間後に得られた座標点データとそれよりも以前に得られた座標点データとを基準座標点データとし、新たに演算を行って新たな軌跡円を求め、一定時間毎に軌跡円を更新してもよい。

更新されていく軌跡円の演算結果から、新たな回転中心Ｏ１が求められ、その時点での回転の角速度が求められる。

図６に示すように、ある軌跡円Ｈ１とその回転軸Ｓ０が演算され、次に、他の軌跡円Ｈ２とその回転軸Ｓ１とが求められたときに、２つの回転軸Ｓ０とＳ１の交点Ｏａを求めると、この交点Ｏａは、座標点データＤが移動する球面Ｇａの中心である。この交点Ｏａの座標を、磁界検知装置１に設定されているＸ−Ｙ−Ｚの三次元座標の基準原点Ｏの座標として更新することことで、座標点データが移動する球面の中心を求めるキャリブレーション動作を行うことができる。

キャリブレーション動作により、球面の中心を基準原点Ｏに一致させることができるので、その後は、座標点データの座標位置をＸ−Ｙ−Ｚ座標上のデータとして正確に把握できる。

また、磁界検知装置１に重力方向を検知する加速度センサなどを設けておき、検知された重力方向をＺ軸に一致させる補正を行うと、キャリブレーション動作で求められた球面Ｇａの向きを、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標上で特定できる。よって、地磁気ベクトルＶの方位や伏角を求めることも可能になる。

本発明の磁界検知装置は、三次元の回転運動を特定して角速度を算出できる。よって、携帯用のゲーム装置やゲーム装置の入力装置に使用することができる。またロボットの腕や関節などの姿勢の変化を検知する検知部として使用することもできる。

さらに、本発明の磁界検知装置は、地磁気以外の外部磁界の磁気ベクトルの向きや動きを検知する装置として使用可能である。例えば磁気検知装置を固定し、外部の磁気ベクトルがどの方向からどのような運動で接近してきているかの検知も可能である。

１ 磁界検知装置
２ 磁気検知部
３ Ｘ軸センサ
４ Ｙ軸センサ
５ Ｚ軸センサ
６ 磁場データ検知部
７ メモリ
１０ 演算部
１１ データバッファ
１２ 回転面計算部
１３ 回転軸計算部
１４ 角速度計算部
１５ 主演算部
Ｄ１，Ｄｎ 基準座標点データ
Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・ 中間座標点データ
Ｖ 地磁気ベクトル
Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃ，・・・ 仮想円
Ｈ１，Ｈ２ 軌跡円

Claims (6)

1. 互いに直交するＸ方向とＹ方向およびＺ方向が基準方向として決められた磁気検知部と、演算部とを有し、
   前記磁気検知部に、Ｘ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＸ軸センサと、Ｙ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＹ軸センサ、およびＺ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＺ軸センサが搭載され、
   前記演算部は、間欠的にサンプリングした複数の前記検知出力から求められる地磁気ベクトルの向きを三次元座標上の座標点として求め、所定間隔を空けて得られた２つの基準座標点を選択して、２つの基準座標点を含む複数の仮想円を設定し、それぞれの前記仮想円と複数の前記中間座標点との距離を求め、その距離が最も短い仮想円を、座標点が移動している軌跡円とすることを特徴とする磁界検知装置。
2. ２つの基準座標点の間に得られた複数の座標点を中間座標点とし、中間座標点のそれぞれと前記２つの基準座標点とを含む円を各中間座標点毎に求めて前記仮想円とする請求項１記載の磁界検知装置。
3. 前記軌跡円を少なくとも２つ仮定して、それぞれの軌跡円の中心線の交点を求め、この交点を三次元座標の原点とし、この原点を中心とする球面上での前記座標点の運動を求める請求項１または２記載の磁界検知装置。
4. 仮定された前記軌跡円の中心に対する任意の座標点の開き角度と、２つの前記座標点が得られた時間とから、前記磁気検知部の回転角速度を求める請求項１または２記載の磁界検知装置。
5. 複数の座標点の演算値をメモリに順に記憶し、メモリから順に引き出された値を使用してその時点での前記軌跡円を求める請求項１ないし４のいずれかに記載の磁界検知装置。
6. メモリに記憶された最新の値と、最新の値から所定サンプリング数または所定時間だけ遡った過去の値とから２つの基準座標点を求め、新たな値が得られる毎に、２つの基準座標点を順次更新していく請求項５記載の磁界検知装置。

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