JP2613177B2 - 人体用の立体変位センサー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人体の動く部分、たと
えば顎や手等の動きを測定する装置に関し、特に、人体
の動く部分を立体的に高精度に測定できる装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】人体の動く部分である下顎の位置を検出
する装置は開発されている（特開昭５３−８９２９６号
公報）。この装置は、下顎に光源を固定し、光源の動き
を光センサーで受光して、顎の動きを測定するようにな
っている。この装置は、下顎歯茎に、前方に向けて光を
発する光源を装着する。光源の前方には、レンズを介し
て光センサーを配設する。光センサーからの信号を増幅
してＸＹレコーダとデータレコーダに記録する。

【０００３】さらに、別の顎運動測定装置として、下顎
の動きを、顎の前方に取り付けた３個のポテンシオメー
タで検出する装置も提案されている（実開昭５４−３４
２９０号公報）。この装置は、患者の頭部にフレームを
固定し、３個のポテンシオメータでもって下顎の前後、
左右、上下の運動を検出している。

【０００４】下顎歯茎に光源を固定する装置は、光の受
光位置に無数のＣＣＤやフォトトランジスタ等の受光セ
ンサーを配設し、この受光センサーで受光位置を検出し
ている。下顎が上下左右に運動すると、光源がこれと一
緒に運動して、光の照射方向が変化する。光を受光セン
サーで受けて、顎の運動を測定している。この装置は、
下顎が運動すると光の照射方向が大幅に変化する。従っ
て、原理的に、ＣＣＤ等の受光センサーの数が著しく増
加し、または、大きなレンズを必要として高価になる欠
点がある。

【０００５】又、光を前に照射して、前方に設けられた
受光センサーで検出する装置は、顎が運動すると光の照
射位置と照射方向の両方が変わるため、受光センサーの
出力信号で顎の動きを特定する演算処理が難しく、演算
処理回路も複雑になる欠点があった。

【０００６】さらに、ポテンシオメータを使用する下顎
運動測定装置は、顎の上下、前後、左右の動きを、前方
に配設されたポテンシオメータに伝達するので、下顎と
上顎との相対運動距離に対するポテンシオメータの移動
範囲が大きく、測定範囲が広いセンサーを使用する必要
があった。

【０００７】本発明者は、これ等の欠点を除去すること
を目的に、界磁コイルからセンサーコイルに交流を誘導
して人体の動く部分の立体位置を検出する装置を開発し
た（特公平５−５１２９３号公報）。この装置は、図１
に示すように、上顎と下顎の相対位置を検出するため
に、下顎にセンサーコイル５を、上顎に界磁コイル６を
装着する。界磁コイル６はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の位置を検
出するために、図２〜図４に示すように、３組設けてい
る。互いに対向して配設される界磁コイル６は、一方を
サイン波で、他方をコサイン波で励起する。すなわち、
一対をなす界磁コイル６は９０度の位相差のある交流で
励起される。センサーコイル５がサイン波で励起される
界磁コイル６に接近すると、センサーコイル５に誘導さ
せる交流はサイン波に近くなり、コサイン波で励起され
る界磁コイル６に接近するとコサイン波に近くなる。こ
のため、センサーコイル５に誘導される交流の位相を検
出して、位置を検出できる。

【０００８】センサーコイル５のＸ、Ｙ、Ｚ位置を順番
に検出するために、３組の界磁コイル６は一定の周期で
切り換えられる。Ｘ位置を検出した後にＹ位置を検出
し、Ｙ位置を検出した後にＺ軸を検出する。一定の周期
でＸ、Ｙ、Ｚ位置を順番に検出する。このため、３組の
界磁コイル６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆは、図
５に示すように切換回路９で切り換えられる発振回路８
に接続される。切換回路９はタイマー１０に制御されて
一定の周期で切り換えられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】界磁コイルからセンサ
ーコイルに誘導される交流の位相を検出して、立体位置
を検出する装置は、光やポテンシオメーターを使用する
装置に比較すると、人体の動く部分の位置を正確に検出
できる特長がある。しかしながら、この装置は人体の動
く部分を時間遅れなくリアルタイムに高精度に検出する
ことが難しい欠点がある。Ｘ位置とＹ位置とＺ位置とを
同時に検出できないからである。Ｘ、Ｙ、Ｚ位置を検出
する１サイクルの時間を短くすると、測定の時間遅れを
少なくできるが、検出時間を短くすると、センサーコイ
ルに誘導される交流の演算時間が短くなり、高速処理で
きる高価な装置を必要とする。さらに、複数の界磁コイ
ルの切換回路と、この切換回路に同期してセンサーコイ
ル５に誘導される交流を切り換える回路も必要となっ
て、検出回路が複雑になる欠点もある。棒状をしている
三本の界磁コイルと、３組のセンサーコイルを使用し
て、顎の動きを検出する測定装置が、（実開昭６２−１
５３５０３号公報に記載される。この公報に記載される
装置は、図１１に示すように、顔の前に、３本の界磁コ
イル６をコ字状に配設している。３個のセンサーコイル
５は、下顎の前部と両側に固定される。この測定装置
は、３本の界磁コイル６を異なる周波数で励起してい
る。センサーコイル５は、３本の界磁コイル６から誘導
される交流を独立して検出するために、互いに直角に巻
かれた３組の誘導コイルを備える。３組の誘導コイルに
発生する信号強度を演算して、それぞれのセンサーコイ
ル５の位置を演算している。誘導コイルが界磁マイル６
に接近するほど、接近する界磁コイル６を励磁している
交流の発生電力は大きくなる。したがって、３組の誘導
コイルに発生する信号強度から、３本の界磁コイル６と
の距離が演算できる。各組の界磁コイル６からの距離が
わかると、センサーコイル５の位置を特定できる。この
測定装置は、３本の界磁コイル６を異なる周波数の交流
で励起する。したがって、３組の誘導コイルの発生電力
から、連続的にセンサーコイル５の位置を検出できる。
このため、リアルタイムにセンサーコイル５の位置を検
出できる特長がある。 ただ、この測定装置は、原理的
に、センサーコイルの位置を正確に検出するのが極めて
難しい。それは、センサーコイルの誘導コイルに発生す
る信号レベルが、外部の誘導ノイズ等で著しく変動する
からである。たとえば、３組の誘導コイルにノイズが誘
導されて、全ての誘導コイルの発生電力が大きくなる
と、センサーコイルがそれぞれの界磁コイルに接近した
のと同じ状態となり、センサーコイルの演算位置がずれ
てしまう。誘導コイルに誘導されるノイズは、バンドパ
スフィルターで減少できる。とくに、通過できる周波数
の帯域幅が狭く、通過帯域以外の周波数を充分に減衰で
きるバンドパスフィルターは、ノイズの除去効果が優れ
ている。ただ、いかに優れた特性のバンドパスフィルタ
ーを使用しても、界磁コイルの励起周波数と同じ周波数
成分のノイズが含まれると、フィルターでは理論的に除
去できない。ノイズには種々の周波数成分が含まれるこ
とが多い。界磁 コイルの励磁周波数に近似する周波数成
分のノイズが誘導されることも十分にある。このため、
バンドパスフィルターを使用して、センサーコイルの測
定位置の精度を高くすることは極めて難しい。 誘導コイ
ルの信号レベルからセンサーコイルの位置を演算する装
置は、ノイズ以外の要因でも、測定位置がずれる。たと
えば、界磁コイルを励起する交流のレベルが変動して
も、センサーコイルの検出位置はずれる。界磁コイルを
励起する交流レベルが規定値よりも高くなると、センサ
ーコイルは界磁コイルに接近したと間違って判定され
る。誘導コイルの出力レベルが大きくなるからである。
界磁コイルを正確に一定の電力で励起するために、特別
な出力安定化回路を必要とする。このため、界磁コイル
を励起する交流電源の設計が難しくなる。とくに、出力
レベルを高い精度で一定に制御するのは、相当に複雑な
回路となる。 本発明者が先に開発した、特公平５−５１
２９３号公報に記載される前記の装置は、センサーコイ
ルに誘導される信号レベルの変動が、検出位置を狂わせ
ることがなく、正確にセンサーコイルの位置を検出でき
る特長がある。一対をなす界磁コイルを同一周波数で、
位相の違う交流で励起し、この界磁コイルの間にセンサ
ーコイルを配設して、センサーコイルに誘導される信号
の位相から位置を演算するからである。ただ、この装置
は、前にも述べたように、３組の界磁コイルを時分割に
切り換えて、センサーコイルの位置を検出するので、た
とえば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の位置を同時にリアルタイム
に計算できなくなる欠点がある。この装置は、図１２に
示すように、順番に切り換えて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、回
転角θを検出する。このように、切り換えて、各位置を
検出する装置は、切り換えた直後に過渡現象が発生す
る。このため、切り換えた直後の不安定な波形を除き、
出力が安定になってからの出力波形の位相を検出して位
置を演算する必要がある。このため、さらに位置検出の
時間が遅くなる。すなわち、順番に切り換えることで検
出時間が遅くなり、さらに、過渡現象で検出時間が遅く
なる欠点がある。このため、一対をなす界磁コイルを、
位相の違う交流で励起する装置は、位置を正確に検出で
きる特長はあるが、迅速に正確に位置を検出できない欠
点がある。

【００１０】本発明は、さらにこの欠点を解決すること
を目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、人
体の動く部分を時間遅れなく高精度に検出できると共
に、高速処理する高価な部材を必要としない人体用の立
体変位センサーを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の人体用の立体変
位センサーは、前述の目的を達成するために下記の構成
を備える。人体用の立体変位センサーは、人体の動く部
分に固定されるセンサーコイル５と、このセンサーコイ
ル５に非接触に配設される複数組の界磁コイル６と、こ
の界磁コイル６に交流を入力する交流電源１５と、交流
で励起される界磁コイル６からセンサーコイル５に誘導
される信号を演算してセンサーコイル５の立体的な位置
を演算する演算手段７とを備える。

【００１２】さらに、本発明の人体用の立体変位センサ
ーは、下記の独特の構成を有することを特徴とする。 （ａ） 一対をなす界磁コイル６は、互いに対向する位
置に配設され、界磁コイル６の間にセンサーコイル５を
配設している。 （ｂ） 一対をなす界磁コイル６は、交流電源１５でも
って、同一周波数で、位相が異なる交流で励起される。 （ｃ） 交流電源１５が、複数組の界磁コイル６を異な
る周波数で同時に励起する発振手段を備える。 （ｄ） 演算手段７が発振手段の周波数を選別するフィ
ルター手段１６を内蔵する。 （ｅ） 複数組の界磁コイル６が異なる周波数で同時に
励起され、演算手段７がセンサーコイル５に誘導される
交流を周波数に選別し、各周波数に選別された信号の位
相を検出して複数組の界磁フイル６に対する相対位置を
演算するように構成されてなる。

【００１３】

【作用】本発明の人体用の立体変位センサーは、複数組
の界磁コイルを異なる周波数で励起する。たとえば、
Ｘ、Ｙ、Ｚの位置を検出するために３組の界磁コイル６
Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆを設ける。この装置
は、３組の界磁コイルを異なる周波数で励起する。３組
の界磁コイルは、センサーコイル５に異なる周波数の交
流を誘導する。誘導される信号はセンサーコイル５の位
置により変化する。たとえば、互いに対向して配設され
る１組の界磁コイル６Ａ、６Ｂを、９０度位相差のある
交流で励起すると、センサーコイル５に誘導される交流
は、接近する界磁コイル６の位相に接近する。したがっ
て、センサーコイル５に誘導される交流の位相から位置
を検出できる。

【００１４】本発明の装置は、複数組の界磁コイルを異
なる周波数で励起する。演算手段７は、センサーコイル
５に誘導される交流をフィルター手段１６で選別する。
したがって、複数組の界磁コイルを同時に励起して、セ
ンサーコイル５に誘導される信号を、どの界磁コイル６
の信号であるかを区別できる。したがって、本発明の人
体用の立体変位センサーは、複数組の界磁コイル６から
誘導される信号を同時に検出して、検出信号の位相から
センサーコイル６の位置をリアルタイムに高精度に検出
できる特長がある。

【００１５】センサーコイル５が、移動した位置によっ
て誘導される交流の位相が変わる状態を、図２に基づい
て説明する。この図に於て、界磁コイル６ＢをＥｃｏｓ
ω１ｔの交流で励磁し、手前の界磁コイル６ＡをＥｓｉ
ｎω１ｔの交流で励磁するとき、すなわち、両界磁コイ
ル６Ａ、６Ｂを位相差が９０度で同一周波数の交流で励
磁すると、センサーコイル５が両界磁コイル６の中央に
位置するとき、センサーコイル５には、両界磁コイル６
Ａ、６Ｂの中間の位相の交流、即ちｃｏｓ（ω１ｔ＋π
／４）の交流が誘導される。

【００１６】センサーコイル５が中央から矢印Ａの方向
に移動する程、センサーコイル５に誘導される交流の位
相は、ｓｉｎω１ｔに近付き、中央から矢印Ｂの方向に
移動する程、ｃｏｓω１ｔの交流に近付く。従って、セ
ンサーコイル５に誘導される交流の位相を検出して、セ
ンサーコイル５のＸ軸方向の位置が測定できる。但し、
センサーコイル５に誘導される交流の位相と、Ｘ軸方向
の変位量は、両界磁コイル６Ａ、６Ｂの中間全ての領域
にわたって直線的に変化するものでない。従って、検出
された位相から変位量を補正する。

【００１７】センサーコイル５のＹ軸方向の変位測定
は、図３に示すように、センサーコイル５の両側でＹ軸
方向に離して２組の界磁コイル６Ｃ、６Ｄを配設し、図
に於て右側の界磁コイル６ＣをＥｓｉｎω２ｔの交流で
励磁し、左側の界磁コイル６ＤをＥｃｏｓω２ｔの交流
で励磁する。このとき、センサーコイル５が両磁界コイ
ル６Ｃ、６Ｄの中間に位置すると、Ｘ軸方向と同様に、
センサーコイル５には両励磁コイルの中間の位相差、即
ち、ｃｏｓ（ω２ｔ＋π／４）の交流が誘導される。セ
ンサーコイル５が右に移動すると、センサーコイル５に
誘導される交流の位相はｓｉｎω２ｔに近付き、反対に
左に移動すると、ｃｏｓω２ｔに近付く。従って、この
場合も、センサーコイル５の位相を測定してＹ軸方向の
位置が測定できる。

【００１８】同様にして、図４に示すように、センサー
コイル５の上下、即ちＺ軸方向に２組の界磁コイル６
Ｅ、６Ｆを配設し、両界磁コイル６Ｅ、６Ｆに位相差９
０度の交流を加え、センサーコイル５に誘導される交流
の位相を検出して、Ｚ軸方向の位置が検出できる。

【００１９】センサーコイル５に誘導される交流の位相
を検出する演算手段７は、交流の位相を検出できる回路
を使用できる。図６はその実施例を示す。この回路は、
フィルター手段１６で、センサーコイル５に誘導される
交流から特定の周波数を選択して取り出し、フィルター
手段１６を通過した特定周波数の信号を、波形整形回路
１１で矩形波に整形し、この矩形波をエクスクルーシブ
オア回路１２に入力して、両入力信号のいずれか片方が
１のときにのみ１のパルス信号を作り、このパルス信号
のパルス幅をカウンター１３で計測している。

【００２０】この回路の演算手段７は、図７に示す波形
を整形して位相を検出する。図の（２）に示す波形の交
流がセンサーコイル５に誘導されると、この信号と界磁
コイル６の励磁電圧波形とが（３）、（４）で示される
矩形波に整形され、（３）、（４）の矩形波がエクスク
ルーシブオア回路１２で比較されて（５）のパルス信号
を得る。（５）のパルス幅ｔは、（１）、（２）の入力
信号の位相差に相当する。

【００２１】両入力信号の位相差が大きい程、エクスク
ルーシブオア回路１２の出力パルスの時間幅が広くな
る。パルス幅ｔをカウンターで計測すると、位相差が検
出できる。これがカウンターで測定される。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想
を具体化するための人体用の立体変位センサーを例示す
るものであって、本発明は人体用の立体変位センサーを
下記のものに特定しない。

【００２３】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、「作用の欄」、および
「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付
記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、
実施例の部材に特定するものでは決してない。

【００２４】以下、人体用の立体変位センサーを上下の
顎の相対位置を検出する装置に使用した具体例を示す。
ただ、本発明の立体変位センサーは、顎の変位のみでな
く、手や頭等の動きを検出することもできるのは言うま
でもない。

【００２５】顎の動きを検出する立体変位センサーは、
図１に示すように、上顎または頭蓋に基準の座標系を設
定し、下顎に剛体結合した２標点を設け、この標点の運
動と、標点間を結ぶ軸の回転を測定することによって、
上下顎の任意点の顎運動を計測している。

【００２６】図１に示す装置は、取付部材４を介して、
上顎と下顎とに別々に装着される上顎運動部材１と下顎
運動部材２と、これ等の上顎運動部材１と下顎運動部材
２の両端に設けられて変位を測定する立体変位センサー
３とからなる。

【００２７】立体変位センサーを人体に連結する上顎運
動部材１と下顎運動部材２とは、全体形状がＵ字状ない
しコ字状に折曲され、両端が下顎の運動枢軸、即ち、顎
の付根部で顔の両側に位置する。

【００２８】立体変位センサーは、４組の界磁コイル６
と、この界磁コイル６に交流を入力する交流電源１５
と、交流で励起される界磁コイル６からセンサーコイル
５に誘導される信号を演算してセンサーコイル５の立体
的な位置を演算する演算手段７とを備える。

【００２９】この立体変位センサーは、センサーコイル
５と界磁コイル６との相対位置を検出して上下の顎の変
位を検出する。センサーコイル５を下顎運動部材２に、
界磁コイル６を上顎運動部材１に連結して、上顎運動部
材１と下顎運動部材２の変位を測定している。

【００３０】センサーコイル５は、下顎運動部材２の先
端部分に、下顎運動部材２の軸と同軸に巻かれている。
センサーコイル５は巻回数が多い程、誘導させる電圧が
大きくなるが、多すぎると、重くて応答性が遅くなるの
で、通常数十〜数千回程度に決定される。

【００３１】界磁コイル６は、センサーコイル５の、
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の変位検出用、並びに回転角θ検出用
からなる。界磁コイル６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、
６Ｆ、６Ｇ、６Ｈは、図２ないし図４、及び図８に示す
ように、センサーコイル５の周囲に、センサーコイル５
が移動してもこれと接触しないように離されて配設され
ている。すなわち、一対をなす界磁コイル６Ａと６Ｂ、
６Ｃと６Ｄ、６Ｅと６Ｆ、６Ｇと６Ｈは、互いに対向す
る位置に配設され、各組の界磁コイルの間にセン サーコ
イル５を配設している。

【００３２】センサーコイル５のＸ軸方向の変位を測定
する界磁コイル６Ａ、６Ｂは、図２に示すように、セン
サーコイル５からＸ軸方向に離されて、すなわち、図に
於て前後に離されて一対を対向して配設している。一対
をなす界磁コイル６Ａ、６Ｂはセンサーコイル５と同方
向に巻かれている。

【００３３】センサーコイル５のＹ軸方向の変位を測定
する界磁コイル６Ｃ、６Ｄは、図３に示すように、セン
サーコイル５からＹ軸方向に離されて、すなわち、図に
おいて左右に離されて互いに対向して一対を配設してい
る。一対をなす界磁コイル６Ｃ、６Ｄはセンサーコイル
５と同方向に巻かれている。

【００３４】さらに、Ｚ軸変位測定用の界磁コイル６
Ｅ、６Ｆは、図４に示すように、センサーコイル５から
Ｚ軸方向に離されて、すなわち、図において上下に離さ
れて互いに対向して一対を配設している。一対をなす界
磁コイル６Ｅ、６Ｆはセンサーコイル５と同方向に巻か
れている。

【００３５】Ｙ軸まわりの回転角θを測定する界磁コイ
ル６は、図８に示すように、Ｘ軸変位測定用の界磁コイ
ル６Ａ、６Ｂを１組の界磁コイル６として使用し、セン
サーコイル５の上下に配設された界磁コイル６Ｇ、６Ｈ
を１組の界磁コイル６として使用する。

【００３６】界磁コイルは、センサーコイル５を挿入で
きる１面を開口した箱型のケース１４内に固定され、ケ
ース１４を上顎運動部材１の端に固定している。

【００３７】一対をなす界磁コイル６は交流電源１５に
接続されて、互いに位相差が９０度である交流で励起さ
れる。界磁コイル６を励起する交流電源１５は、複数組
の界磁コイル６を異なる周波数で同時に励起する発振手
段を内蔵する。図に示す立体変位センサーは、Ｘ、Ｙ、
Ｚ方向の位置を検出するために、３組、回転角θを検出
するために２組の界磁コイル６を備えている。ただ、Ｘ
方向の位置を検出する界磁コイル６を、回転角θを検出
する界磁コイル６に併用している。したがって、全体で
４組の界磁コイル６を備える。

【００３８】Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の位置を検出するために、
３組の界磁コイル６は異なる周波数で励起される。た
だ、同じ組である一対をなす界磁コイル６は、位相が異
なり、周波数を同一とする交流で励起している。一対を
なす界磁コイル６を同一周波数で異なる位相差とする立
体変位センサーは、センサーコイル５に誘導される交流
の位相差で位置を検出して、センサーコイル５の位置を
検出できる。

【００３９】交流電源１５は、Ｘ方向の位置を検出する
界磁コイル６を、角速度ω１の周波数で、Ｙ軸方向の位
置を検出する界磁コイル６を角速度ω２の周波数で、Ｚ
方向の位置を検出する界磁コイル６を角速度ω３の周波
数で励起する発振手段を内蔵する。さらに、交流電源１
５は、回転角θを検出するための２組の界磁コイル６
を、それぞれ角速度ω４の周波数で励起する発振手段も
内蔵する。Ｘ軸方向の位置を検出する界磁コイル６は、
角速度ω１と、ω４の二つの周波数で励起される。Ｘ位
置を検出する界磁コイル６を、回転角θを検出する界磁
コイル６に併用するからである。さらに、交流電源１５
は、互いに対向して配設される一対をなす界磁コイル６
を、９０度位相差のある交流で励起するために、角速度
がω１、ω２、ω３、ω４で、位相が９０度異なる、サ
イン波とコサイン波とを発生する。

【００４０】交流電源１５は、複数の発振回路で周波数
の異なる交流を発生させることもできるが、マイクロコ
ンピュータとＤ／Ａコンバータとを使用して、位相差が
９０度で、周波数が異なるサイン波とコサイン波とを作
ることもできる。この交流電源１５は、マイクロコンピ
ュータでデジタル量のサイン波とコサイン波とを作り、
これをＤ／Ａコンバータでアナログ量に変換する。

【００４１】演算手段７は、センサーコイル５に誘導さ
れる交流をフィルター手段１６で周波数別に選択し、特
定周波数の位相を検出して、センサーコイル５の位置を
演算する。図６に示す演算手段７は、界磁コイル６とセ
ンサーコイル５から入力される信号から特定周波数の交
流を選別して取り出すフィルター手段１６であるアナロ
グフィルターと、アナログフィルターから出力される交
流を矩形波に整形する波形整形回路１１と、この波形整
形回路１１の出力を比較するエクスクルーシブオア回路
１２と、このエクスクルーシブオア回路１２の出力パル
スの時間幅を測定するカウンター１３とからなる。

【００４２】アナログフィルターは、界磁コイル６を励
磁し、センサーコイル５に誘導される周波数の信号のみ
を通過させるバンドパスフィルターである。図６に示す
演算手段７は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の位置と回転角θとを
検出するために、４組のアナログフィルターを備える。
Ｘ軸方向の位置を検出するためのアナログフィルター
は、角速度ω１の周波数成分のみを通過させる。Ｙ軸方
向、Ｚ軸方向、回転角θを検出するためのアナログフィ
ルターは、角速度がω２、ω３、ω４である周波数成分
のみを通過させる。

【００４３】センサーコイル５には界磁コイル６を励磁
する周波数の信号が誘導されるので、界磁コイル６とセ
ンサーコイル５に接続される一対をなすアナログフィル
ターは、同じ周波数の信号を通過させるバンドパスフィ
ルターである。アナログフィルターは、一般的に、入力
側と出力側とで位相がずれる特性を有する。図６に示す
演算手段７は、界磁コイル６とセンサーコイル５の信号
の位相差を検出して位置を検出する。アナログフィルタ
ーを通過するときにできる信号の位相差は、位置を検出
する誤差の原因となる。位相差による誤差を解消するた
めに、界磁コイル６とセンサーコイル５とに接続される
二つのアナログフィルターは、通過する信号の位相差を
同じに調整する。両方のアナログフィルターで位相差が
発生しても、同じように位相がずれると、その界磁コイ
ル６とセンサーコイル５の信号の位相差は同じとなるか
らである。

【００４４】波形整形回路１１は、アナログフィルター
を通過した信号が入力される。波形整形回路は二つあ
り、一方には界磁コイル６を励磁するサイン波、又はコ
サイン波いずれかの交流を加え、別の波形整形回路１１
には、センサーコイル５に誘導された交流を加える（図
７（１）、（２）の入力波形）。波形整形回路１１は、
入力される信号を、図７の（３）、（４）で示す矩形波
に整形する。

【００４５】エクスクルーシブオア回路１２は、両入力
信号の位相差成分を取り、図７（５）に示すように、位
相差に相当するパルス幅ｔの信号を出力する。出力信号
のパルス幅ｔがカウンター１３で測定され、カウンター
１３の出力が位相差を表示する。

【００４６】今仮に、波形整形回路１１の一方に、サイ
ン波を入力し、この状態で、センサーコイル５がサイン
波で励磁される片方の界磁コイル６に接近すると、セン
サーコイル５に誘導される交流の位相は、図７（２）の
矢印で示す方向に位相がずれてサイン波に近付き、波形
整形回路１１の出力信号の位相差が少なくなる。従っ
て、エクスクルーシブオア回路１２の出力信号のパルス
幅ｔは短く、カウンター１３の計測値は低くなる。反対
に、センサーコイル５がサイン波で励磁される界磁コイ
ル６から離れ、コサンイ波で励磁される界磁コイル６に
近付くと、センサーコイル５に誘導される交流は、サイ
ン波から位相のずれが大きくなり、エクスクルーシブオ
ア回路１２の出力パルス幅が広く、カウンター１３の計
測値が高くなる。

【００４７】前にも述べたようにカウンターの計測値
は、図９に示すように、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸並びにθ角の変位
量に対して、直線的に変化しない。従って、図９に示す
特性曲線をコンピュータに記憶させ、これに基づいて、
検出した位相差から正確に移動位置を演算して正確に位
置を検出できる。

【００４８】以上の実施例は、界磁コイル６を位相差９
０度の交流で励磁したが、位相差は必ずしも９０度にす
る必要はなく、両界磁コイル６に流す交流に位相差が有
る限り使用できる。但し、界磁コイル６の位相差が少な
いと、測定精度が低下する。

【００４９】図６に示す演算手段７は、アナログフィル
ターで検出した信号を周波数に選別する。ただし、本発
明の立体変位センサーは、演算手段７を図６に示す回路
に特定しない。演算手段７にはマイクロコンピュータを
使用することもできる。マイクロコンピュータは、セン
サーコイル５に誘導される信号を内蔵するＡ／Ｄコンバ
ータでデジタル量に変換し、これを演算してセンサーコ
イル５のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の位置と回転角θとを計算で
きる。マイクロコンピュータは、センサーコイル５に誘
導される信号を、ＦＦＴ等の数学的な手法を用いてフー
リエ級数に展開し、フーリエ級数から角周波数成分の位
相のずれを求めてセンサーコイル５のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向
の位置と回転角θとを計算する。マイクロコンピュータ
を使用した演算手段７は、アナログフィルターのような
調整を必要とせず、安価に多量生産できる。

【００５０】図６に示す人体用の立体変位センサーは、
４組の界磁コイル６を、それぞれ異なる周波数で同時に
励起する。すなわち、界磁コイル６Ａと６Ｂを角速度ω
１の交流で、界磁コイル６Ｃと６Ｄを角速度ω２の交流
で、界磁コイル６Ｅと６Ｆを角速度ω３の交流で、界磁
コイル６Ｇと６Ｈを角速度ω４の交流で励起する。た
だ、本発明の人体用の立体変位センサーは、図１０に示
すように、界磁コイル６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、
６Ｆ、６Ｇ、６Ｈを、角速度ω１、ω２、ω３、ω４の
４つの周波数を含む交流で励起して、複数組の界磁コイ
ルを異なる周波数で同時に励起することもできる。演算
手段７のフィルター手段１６が、各界磁コイルの交流を
周波数別に選別して位置を演算できるからである。ただ
し、界磁コイル６Ａ、６Ｃ、６Ｅ、６Ｇを励起する交流
と、界磁コイル６Ｂ、６Ｄ、６Ｆ、６Ｈを励起する交流
とは位相差のある交流を使用する。このように、複数の
界磁コイルを同じ信号で励起する人体用の立体変位セン
サーは、回路を簡素化できる特長がある。

【００５１】図１に示す人体用の立体変位センサーは、
上顎と下顎の相対位置を検出するために、上顎に界磁コ
イル６を、下顎にセンサーコイル５を装着している。界
磁コイル６は、上顎でなくて、室内の壁面と天井と床に
固定することもできる。界磁コイル６を室内に固定し、
下顎と上顎の両方にセンサーコイル５を固定して、上顎
と下顎の位置を検出することもできる。この構造は人体
の可動部分に小さいセンサーコイル５を固定することが
できるので、便利に使用できる。また、室内に界磁コイ
ル６を固定し、人体の腕や頭にセンサーコイル５を固定
して、腕や頭の変位を検出することもできる。

【００５２】

【発明の効果】本発明の人体用の立体変位センサーは、
人体の動く部分を時間遅れなく高精度に検出できる特長
がある。それは、本発明の人体用の立体変位センサー
が、複数組の界磁コイルを異なる周波数の交流で同時に
し、複数組の界磁コイルで周波数が異なる信号をセンサ
ーコイルに誘導し、センサーコイルに誘導される信号か
ら各組の界磁コイルに対する位置をリアルタイムに検出
できるからである。

【００５３】さらに、本発明の人体用の立体変位センサ
ーは、複数の界磁コイルに対する位置を時間遅れなく検
出できるにもかかわらず、処理速度の速い高価な部材を
必要としない。それは、従来のように複数の界磁コイル
の位置を順番に切り替えて検出するのではなく、複数組
の界磁コイルに対する位置を並列処理して検出できるか
らである。このため、本発明の立体変位センサーは、人
体の動きを極めて精密に検出できる特長がある。とく
に、人体の速く動く部分を時間遅れなく極めて詳細に分
析して位置を検出できる特長がある。

【００５４】とくに、本発明の人体用の立体変位センサ
ーは、一対をなす界磁コイルを同一周波数で位相の異な
る交流で励起し、各組の界磁コイルを異なる周波数で励
起する。異なる周波数で励起される各組のセンサーコイ
ルは、周波数を選別して界磁コイルを特定でき、さら
に、センサーコイルに誘導される各周波数の位相を検出
して、各組の界磁コイルに対する位置を演算できる。こ
のため、本発明の人体用の立体変位センサーは、各組の
界磁コイルから誘導される信号の位相を連続的に検出
し、しかも、各組の界磁コイルから誘導される信号を周
彼数で選別し、複数組の界磁コイルに対する位置をリア
ルタイムに演算できる特長がある。このよう にしてセン
サーコイルの位置を正確に検出する本発明の装置は、従
来の装置のように、異なる位相の交流で励起する界磁コ
イルを切り換える必要がない。このため、切り換え直後
に発生した過渡現象に起因する誤差を皆無にでき、各組
の界磁コイルから誘導される交流の位相を連続的に検出
して、センサーコイルの位置をリアルタイムに、極めて
高い精度で検出できる特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】人体用の立体変位センサーの使用状態の一例を
示す斜視図

【図２】Ｘ軸方向の位置を検出する界磁コイルとセンサ
ーコイルを示す斜視図

【図３】Ｙ軸方向の位置を検出する界磁コイルとセンサ
ーコイルを示す斜視図

【図４】Ｚ軸方向の位置を検出する界磁コイルとセンサ
ーコイルを示す斜視図

【図５】複数の界磁コイルに切り替えて交流を供給する
従来の交流電源の回路図

【図６】本発明の実施例にかかる立体変位センサーの演
算手段と交流電源の回路図

【図７】図６に示す演算手段の各点の波形を示すグラフ

【図８】回転角を検出する界磁コイルとセンサーコイル
を示す斜視図

【図９】センサーコイルに誘導される信号の位相差と位
置を示すグラフ

【図１０】本発明の他の実施例にかかる立体変位センサ
ーの演算手段と交流電源の回路図

【図１１】 従来の顎の動きを検出する測定装置を示す斜
視図

【図１２】 図５で示す回路の界磁コイルの励起波形を示
すグラフ

【符号の説明】

１……上顎運動部材 ２……下顎運動部材 ３……センサー ４……取付部材 ５……センサーコイル ６……界磁コイル ７……演算手段 ８……発振回路 ９……切換回路 １０……タイマー １１……波形整形回路 １２……エクスクル
ーシブオア回路 １３……カウンター １４……ケース １５……交流電源 １６……フィルター
手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人体の動く部分に固定されるセンサーコ
   イル（５）と、このセンサーコイル（５）に非接触に配
   設される複数組の界磁コイル（６）と、この界磁コイル
   （６）に交流を入力する交流電源（１５）と、交流で励
   起される界磁コイル（６）からセンサーコイル（５）に
   誘導される信号を演算してセンサーコイル（５）の立体
   的な位置を演算する演算手段（７）とを備える人体用の
   立体変位センサーにおいて、下記の全ての構成を有する
   ことを特徴とする人体用の立体変位センサー。 （ａ） 一対をなす界磁コイル（６）は、互いに対向す
   る位置に配設され、界磁コイル（６）の間にセンサーコ
   イル（５）が配設されている。 （ｂ） 一対をなす界磁コイル（６）は、交流電源（１
   ５）でもって、同一周波数で、位相が異なる交流で励起
   される。 （ｃ） 交流電源（１５）が、複数組の界磁コイル
   （６）を異なる周波数で同時に励起する発振手段を備え
   る。 （ｄ） 演算手段（７）が発振手段の周波数を選別する
   フィルター手段（１６）を内蔵する。 （ｅ） 複数組の界磁コイル（６）が異なる周波数で同
   時に励起され、演算手段（７）がセンサーコイル（５）
   に誘導される交流を周波数に選別し、各周波数に選別さ
   れた信号の位相を検出して複数組の界磁コイル（６）に
   対する相対位置を演算するように構成されている。