JP2989600B1

JP2989600B1 - 位置検出装置

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Publication number: JP2989600B1
Application number: JP10377165A
Authority: JP
Inventors: 永一坂東; 哲也藤村; 登誉子薩摩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1998-12-29
Publication date: 1999-12-13
Anticipated expiration: 2018-12-29
Also published as: JP2000193409A

Abstract

【要約】【課題】位置検出の感度の大きい部位にセンサーを配
設し、変位を正確に検出する。【解決手段】位置検出装置は、少なくとも一対の界磁
コイルと、界磁コイルに位相差のある交流電流を流す交
流電源８と、界磁コイル間に配設されるセンサーコイル
を備え、センサーコイルに誘導される交流の位相でセン
サーコイルの位置を検出する。さらに、一対の界磁コイ
ルに流す電流比を調整する電流比調整回路１３を交流電
源８に設けており、界磁コイルに流す電流比を、センサ
ーコイルが最も正確に位置を検出できるように設定す
る。また位置検出装置は、３組の界磁コイルを互いに直
交する面内に配設している。あるいは、センサーコイル
を人体の動く部分に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動する部分、た
とえば、顎や手の動きといった人体の動く部分を非接触
状態で測定できる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明者は、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、取付部材４を介して下顎にセンサー
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、一対をなす各組の界
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に誘導される交流はサ
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。

【０００３】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、あるいは、３組の界磁コイル６を異なる周波
数で励起する。一定の周期で切り換える装置は、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位置を検出する。このようにして、一定の周期でＸ、
Ｙ、Ｚ位置を順番に検出する。３組の界磁コイル６を異
なる周波数で励起する装置は、センサーコイル５に誘導
される信号をバンドパスフィルターで選別して、Ｘ、
Ｙ、Ｚ位置を検出できる。

【０００４】さらに、本発明者は、図６に示すように、
３組の界磁コイル６を、非磁性体の球面シェル１の表面
に、互いに直交する姿勢に配設する位置検出装置を開発
した（特開平１０−１０８８５３号公報）。この位置検
出装置は、球面シェル１の内部に、センサーコイル５を
配設する。界磁コイル６を交流で励起し、この界磁コイ
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の位置または姿勢を検出する。

【０００５】この構造の界磁コイル６は、円形に巻かれ
たコイルを、球面シェル１の表面に沿って移動させて、
正確な位置に配設できる。３組の界磁コイル６となる６
個のコイルは、同じ形状のものを製作し、これを球面シ
ェル１の表面に沿って移動させて、正確な位置に配設で
きる。このため、界磁コイル６を簡単に製作できると共
に、正確な位置に容易に配設できる。

【０００６】センサーコイル５が、一対の界磁コイル６
に対する位置を検出する一つの動作原理は下記の通りで
ある。図５において、界磁コイル６ＢをＥｃｏｓωｔの
交流で励磁し、手前の界磁コイル６ＡをＥｓｉｎωｔの
交流で励磁するとき、すなわち、両界磁コイル６Ａ、６
Ｂ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６Ａ、６
Ｂの中間の位相の交流、すなわちｃｏｓ（ωｔ＋π／
４）の交流が誘導される。

【０００７】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、ｓｉｎωｔに近付き、中央から矢印Ｂの方向に移
動する程、ｃｏｓωｔの交流に近付く。したがって、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Ａ−Ｂ方向の位置が測定できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、センサ
ーコイルは、誘導される交流の位相で位置を検出できる
が、位置の変位に対する位相差は、直線的に変化しな
い。図７は、センサーコイルに誘導される交流の位相
が、一対の界磁コイルの位置に対して変化する状態を示
している。この図は、一対の界磁コイルを、位相差を１
７０度とする同じ周波数の交流を流して、その中間にセ
ンサーコイルを配設したときの、センサーコイルに誘導
される交流の位相を示している。

【０００９】この図は、センサーコイルが一対の界磁コ
イルの中央部分に位置するときは、位置の変化に対し
て、センサーコイルに誘導される交流の位相が直線的に
変化する状態を示している。さらに、センサーコイルが
界磁コイルの中央に位置するときは、センサーコイルの
変位に対して位相の変化が大きくなることを示してい
る。

【００１０】この図に示すように、センサーコイルが、
一対の界磁コイルの中央部分に配設されるときに、セン
サーコイルは位相で位置を正確に検出できる。しかしな
がら、センサーコイルが片方の界磁コイルに接近するに
したがって、変位量に対する位相の変化が小さくなる。
図７において、センサーコイルが、界磁コイルの中央部
分で、±１０ｍｍ変位するときに、位相の変化は最大に
なる。しかしながら、センサーコイルが、この領域から
ずれると、位置の変位に比較して位相の変化が急激に少
なくなる。このため、一対の界磁コイルの間にセンサー
コイルを配設して、位置を検出する装置は、センサーコ
イルを界磁コイルのほぼ中央に配設する必要があり、こ
の位置からずれると、正確に高い精度で位置を検出でき
なくなる欠点があった。

【００１１】実際の使用状態において、センサーコイル
は常に一対の界磁コイルの中央に位置しない。用途によ
っては、センサーコイルは、中央部分から片方の界磁コ
イルに接近する位置で変位する。位置検出装置は、セン
サーコイルが中央部分からずれるにしたがって、測定精
度が低下する。センサーコイルの装着位置を変更して、
一対をなす界磁コイルの中央位置に配設させると、測定
精度を向上できる。しかしながら、常にセンサーコイル
を一対の界磁コイルの中央に配設するためには、センサ
ーコイルの取り付け位置を正確に調整する必要があっ
て、装着に手間がかかって面倒である。また、使用状態
によっては、センサーコイルを一対の界磁コイルの中央
に配設できないこともある。

【００１２】本発明は、さらにこのような欠点を解決す
ることを目的に開発されたものである。本発明の重要な
目的は、センサーコイルが一対の界磁コイルの中央から
ずれても、変位を正確に検出できる位置検出装置を提供
することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の位置検出装置
は、少なくとも一対の界磁コイルと、一対の界磁コイル
に位相差のある交流電流を流す交流電源８と、一対の界
磁コイルの間に配設されるセンサーコイルとを備える。
この装置は、センサーコイルに誘導される交流の位相で
センサーコイルの位置を検出する。

【００１４】さらに、本発明の請求項１の位置検出装置
は、一対の界磁コイルに流す電流比を調整する電流比調
整回路１３を交流電源８に設けている。電流比調整回路
１３は、一対の界磁コイルに流す電流比を、センサーコ
イルが最も正確に位置を検出できるように設定する。

【００１５】本発明の請求項２の位置検出装置は、３組
の界磁コイルを、互いに直交する面内に配設している。
この位置検出装置は、３組の界磁コイルで、センサーコ
イルの位置を立体的に検出できる。

【００１６】本発明の請求項４の位置検出装置は、セン
サーコイルを人体の動く部分に固定する。人体に固定さ
れるセンサーコイルは、たとえば、人体の顎の動き等を
正確に検出する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態
は、本発明の技術思想を具体化するための位置検出装置
を例示するものであって、本発明は位置検出装置を下記
のものに特定しない。

【００１８】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、実施の形態に示される部材に対応す
る番号を、「特許請求の範囲の欄」、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、実施の形
態の部材に特定するものでは決してない。

【００１９】以下、位置検出装置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
の位置検出装置は、顎等の人体の変位のみでなく、全て
の物の変位を検出することもできるのは言うまでもな
い。

【００２０】顎の動きを検出する位置検出装置は、上顎
に対する下顎の動きを検出する。図６に示す位置検出装
置は、下顎に連結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３組の界磁コイル６
とを備えている。この界磁コイル６は、図８に示すよう
に、交流で励起する交流電源８に接続される。界磁コイ
ル６からセンサーコイル５に誘導される信号は、演算手
段７に入力される。演算手段７は、センサーコイルに誘
導される交流を演算して、センサーコイル５の位置また
は姿勢を演算する。

【００２１】３組の界磁コイル６は、円形に巻かれたコ
イルを互いに対向する位置に配設している。３組の界磁
コイル６は、非磁性体の球面シェル１の表面に、互いに
直交する姿勢で配設されている。球面シェル１の内部に
は、センサーコイル５を配設している。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の位置と姿勢を検出する。

【００２２】図６に示す界磁コイルは、頭蓋を球面シェ
ル１に配設して、この球面シェルに固定している。球面
シェル１は、頭蓋を定位置に連結するために、頭蓋を入
れて定位置に連結するためのキャップ２を固定してい
る。球面シェル１には、界磁コイル６を固定しているの
で、頭蓋を球面シェル１に連結すると、上顎が界磁コイ
ル６の定位置に連結される。

【００２３】センサーコイル５は、下顎に剛体結合した
取付部材４に連結される。取付部材４は、両端と先端の
互いに離れた３標点にセンサーコイル５を連結してい
る。センサーコイル５で、取付部材４の３標点の位置と
姿勢が演算されると、下顎の上顎に対する相対位置は立
体的に計算できる。この図に示す界磁コイルを使用する
位置検出装置は、球面シェル１に対する３個のセンサー
コイル５の位置を検出して、上顎に対する下顎の動き、
すなわち、顎運動を計測する。

【００２４】図の装置は、上顎を球面シェル１の特定の
位置に連結しているが、上顎は必ずしも球面シェル１に
連結する必要はない。図示しないが、上顎と下顎の両方
に複数のセンサーコイルを連結し、上顎および下顎の界
磁コイルに対する相対位置を検出して、下顎の上顎に対
する相対的な動きを検出することもできる。

【００２５】センサーコイル５は、種々の用途に市販さ
れているコアー入りの小形チョークコイルが使用でき
る。センサーコイル５は、好ましくは、３組のチョーク
コイルを、互いに直角に連結したものを使用する。それ
ぞれのチョークコイルは、その中心線を、各組の界磁コ
イル６と平行とする姿勢に配設する。界磁コイル６と平
行に配設されるチョークコイルは、界磁コイル６から効
率よく信号が誘導される。下顎が動くと、チョークコイ
ルは、界磁コイル６に対して傾斜する。チョークコイル
が界磁コイル６に対して傾斜すると、チョークコイルに
誘導される交流の振幅は小さくなる。このため、チョー
クコイルに誘導される交流の振幅を検出して、界磁コイ
ル６に対する傾斜角を検出することもできる。

【００２６】界磁コイル６は、センサーコイル５の、
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の変位を検出するために３組設けられ
る。界磁コイル６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ
は、図６に示すように、球面シェル１の表面に配設され
ている。球面シェル１は、界磁コイル６を定位置に配設
するための芯材である。球面シェル１は、界磁コイル６
が発生する磁界を乱さないように、プラスチック等の非
磁性体で成形される。

【００２７】球面シェル１は、界磁コイル６を配設する
ためのものであるから、界磁コイル６の無い部分は除去
できる。図６の球面シェル１は、下方を開口している。
球面シェル１の下方から内部に人体を挿入して、下顎の
動きを検出している。図示しないが、球面シェルの前方
を開口して、球面シェルに挿入した人体の状態を確認す
ることもできる。さらに、図示しないが、球面シェル
は、人体全体が入ることのできる大きさとすることもで
きる。人体全体が入ることのできる球面シェルは、上顎
と下顎にそれぞれ複数のセンサーコイルを固定して、人
体を球面シェルに固定せず、また、人体が球面シェルの
内部で移動できるようにして、下顎の上顎に対する動き
を検出できる。

【００２８】球面シェル１の表面に固定される一対の界
磁コイル６Ａと６Ｂ、６Ｃと６Ｄ、６Ｅと６Ｆは、互い
に対向する位置に配設されている。界磁コイル６は円形
に巻かれたコイルで、球面シェル１の外側、あるいは内
側に固定される。界磁コイル６は、好ましくは、ヘルム
ホルツ・コイルと同じ構造に設計される。すなわち、一
対の界磁コイル６は、各々の円形コイルの半径を、両コ
イル間の間隔に等しくする。球面シェル１の外表面の半
径をｒとするとき、界磁コイル６を円形に巻く半径は
０．８９４ｒとする。この半径に巻いた円形コイルは、
球面シェル１の外側に沿わせると、ヘルムホルツ・コイ
ルと同じように、半径に等しい間隔に配設される。球面
シェル１の定位置に配設される界磁コイル６は、接続剤
で固定され、あるいは、非磁性体の連結具で球面シェル
１に固定される。

【００２９】ヘルムホルツ・コイルと同じ構造の界磁コ
イル６は、一対の界磁コイル６の間隔が広すぎず、ま
た、狭すぎることもなく、その内部に配設されるセンサ
ーコイル５の位置を正確に演算できる特長がある。一対
の界磁コイル６の間隔が広すぎると、界磁コイル６の間
の磁界が弱くなり、反対に間隔が接近しすぎるとセンサ
ーコイルの位置を正確に検出できなくなる。また、界磁
コイル６の間に人体の一部を入れるのも難しくなる。

【００３０】界磁コイル６は、球面シェル１の外側でな
く、内側に沿わせて固定することもできる。球面シェル
１の内側に界磁コイル６を配設する装置は、球面シェル
１の内径をｒとして、界磁コイル６の巻き径を０．８９
４ｒとする。この界磁コイル６も、球面シェル１の内面
に沿わせて定位置に配設した状態で、接続し、あるいは
非磁性体の連結具で定位置に固定する。

【００３１】一対をなす界磁コイル６は、図８に示すよ
うに交流電源８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８は、３組の界磁コイル６を異なる周波数で同時に励
起する発振回路１４を内蔵する。図に示す位置検出装置
は、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を備えている。

【００３２】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される。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位置
検出装置は、３組のセンサーコイル５に誘導される交流
の位相差で位置を検出できる。

【００３３】交流電源８は、図９に示すようにＸ方向の
位置を検出する界磁コイル６Ａ、Ｂ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６Ｃ、Ｄ
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６Ｅ、Ｆを角速度ω3の周波数で励起する発振回
路１４を備えている。

【００３４】さらに、交流電源８は、発振回路１４から
出力される交流の位相を変化させる位相シフト回路１５
と、一対の界磁コイルに流す電流比を調整する電流比調
整回路１３とを内蔵している。位相シフト回路１５は、
発振回路１４から出力される交流の位相を、たとえば、
９０度または１８０度変化させる。発振回路１４と位相
シフト回路１５から出力される交流は、角速度をω1、
ω2、ω3として、位相を９０度、または１８０度シフト
したサイン波である。

【００３５】交流電源８は、図に示すように、複数の発
振回路１４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度または１８０度で、周波数が
異なるサイン波を発生させることもできる。この交流電
源８は、マイクロコンピュータでデジタル量のサイン波
を作り、これをＤ／Ａコンバータでアナログ量に変換す
る。

【００３６】図９に示す電流比調整回路１３は、連動す
る２連の可変抵抗器１６である。２連の可変抵抗器１６
は、発振回路１４と位相シフト回路１５の出力側に接続
されている。可変抵抗器１６は、図の矢印で示すよう
に、互いに逆方向に摺動子を移動させる。一方の電流を
大きくして、他方の電流を小さくするためである。電流
比調整回路１３に可変抵抗器１６を使用する位置検出装
置は、交流電源を安価に製作できる。ただ、電流比調整
回路には、必ずしも可変抵抗器を使用する必要はない。
電流比調整回路は、図示しないがトランジスターやＦＥ
Ｔ等の半導体素子を使用して、電気的に一対の界磁コイ
ルの電流比を調整することもできる。

【００３７】電流比調整回路１３は、センサーコイルの
移動距離に対して、位相の変化が大きくなるように調整
する。図５に示すように一対の界磁コイルを配設して、
その間に配設されたセンサーコイルに誘導される交流の
位相を示すグラフを、図１０に示す。ただし、この図
は、界磁コイルの半径を１００ｍｍ、一対の界磁コイル
の間隔を２００ｍｍとし、一対の界磁コイルを位相差を
１７０度として、界磁コイル６Ａ：６Ｂに、１：１〜
１：３の電流比で交流を流したときに、センサーコイル
に誘導される交流の位相を示している。

【００３８】この図に示すように、界磁コイルの電流比
で、センサーコイルに誘導される交流の位相が変化す
る。センサーコイルに誘導される交流は、大電流の界磁
コイルから離れて、小電流の界磁コイルに接近する位置
で、位相の変化が最大となる。図１１は、界磁コイル間
の各位置におけるセンサーコイルの交流位相の変化率を
示している。界磁コイル６Ａに対して、界磁コイル６Ｂ
の電流を大きくするほど、位相の変化率が最大になる部
分は、界磁コイル６Ａに接近する。センサーコイルは、
変位に対して位相の変化が最大になる位置で、もっとも
高感度に変位を検出できる。

【００３９】したがって、センサーコイルが界磁コイル
６Ａに接近して配設されるほど、界磁コイル６Ａに対す
る界磁コイル６Ｂの電流を大きく調整して、変位に対す
る位相の変化が最大になるように調整する。すなわち、
センサーコイルが一対の界磁コイルの中心からずれるに
したがって、センサーコイルが離れる界磁コイルの電流
を大きく、センサーコイルが接近する界磁コイルの電流
を小さくなるように、電流比調整回路１３で一対の界磁
コイルの電流比を調整して、変位に対する位相の変化が
最大になるようにする。

【００４０】演算手段７は、３組のセンサーコイル５に
誘導される交流をフィルター手段９で周波数別に選択
し、特定周波数の位相と振幅を検出して、センサーコイ
ル５の位置を演算する。図８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９
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１０
と、この波形整形回路１０の出力を比較するエクスクル
ーシブオア回路１１と、このエクスクルーシブオア回路
１１の出力パルスの時間幅を測定して位相差を検出する
カウンター１２を備える。

【００４１】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８に示す
演算手段７は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の位置を検出するため
に、３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軸方向を
検出するためのアナログフィルターは、角速度がω2、
ω3である周波数成分のみを通過させる。

【００４２】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８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。

【００４３】波形整形回路１０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１０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、他方の波形整形回路
１０には、センサーコイル５に誘導された交流を加える
（図１２の（１）、（２）の入力波形）。波形整形回路
１０は、入力される信号を、図１２の（３）、（４）で
示す矩形波に整形する。

【００４４】エクスクルーシブオア回路１１は、両入力
信号の位相差成分を取り、図１２の（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１２で測定され、カウ
ンター１２の出力が位相差を表示する。

【００４５】いま仮に、波形整形回路１０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
ン波で励磁される一方の界磁コイル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１２の
（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１０の出力信号の位相差が少なくな
る。したがって、エクスクルーシブオア回路１１の出力
信号のパルス幅ｔは短く、カウンター１２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、コサイン波で励磁される界
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１１の出力パルス幅が広く、カウン
ター１２の計測値が高くなる。

【００４６】カウンターの計測値は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の変
位量に対して、直線的に変化しない。したがって、図１
０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移動位置を演算して、正確
に位置を検出できる。

【００４７】以上の実施の形態は、界磁コイル６を位相
差９０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
がある限り使用できる。ただし、界磁コイル６の位相差
が少ないと、測定精度が低下する。

【００４８】図８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別に選別している。ただ
し、本発明の位置検出装置は、演算手段７を図８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軸の位置を計算できる。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。

【００４９】図８に示す人体用の位置検出装置は、３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ω1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の交流で励起する。
ただ、本発明の人体用の位置検出装置は、図１３に示す
ように、界磁コイル６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６
Ｆを、角速度ω1、ω2、ω3の３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
９が、各界磁コイル６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、６
Ｃ、６Ｅを励起する交流と、界磁コイル６Ｂ、６Ｄ、６
Ｆ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
体用の位置検出装置は、回路を簡素化できる特長があ
る。

【００５０】

【発明の効果】本発明の位置検出装置は、センサーコイ
ルを必ずしも一対の界磁コイルの中央に配設することな
く、その変位を正確に検出できる特長がある。それは、
本発明の位置検出装置が、一対の界磁コイルを位相差の
ある交流で励起して、その間に配設されたセンサーコイ
ルに誘導される交流の位相で位置を検出し、さらに、一
対の界磁コイルに流す電流比を電流比調整回路で調整し
て、センサーコイルの変位に対する位相の変化を大きく
調整できるからである。

【００５１】センサーコイルの変位に対する位相の変化
は、センサーコイルの両端に位置する界磁コイルの電流
比を調整することで、容易に変更することができる。つ
まり、センサーコイルの位置の変動に対する位相変位を
最大にするよう、調整することができる。したがって、
界磁コイル間のセンサーコイルの位置に応じて、最良の
測定結果が得られるよう設定できるので、極めて感度の
高い位置検出が実現される。

【００５２】このため、本発明の位置検出装置は、従来
のように位置変位に対する感度の最も高い位置に、あら
かじめセンサーコイルを正確に配置する必要がなく、極
めて便利に使用できる特長が実現される。また本発明の
位置検出装置は、このような正確な位置決めを行う手間
を省くことができることに加え、構造上センサーコイル
を界磁コイルの中央に配置することができない場合にお
いても、最適な測定結果が得られる状態に変更して使用
することができる。このように、本発明の位置検出装置
は、極めて自由度の高い位置検出を、簡単な構造によっ
て実現できる特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の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】図１に示す立体変位センサーの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】図１に示す立体変位センサーの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】図１に示す立体変位センサーの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】立体変位センサーがセンサーコイルの位置を検
出する動作原理を示す斜視図

【図６】球面シェルを使用した位置検出装置を示す概略
斜視図

【図７】電流の等しい界磁コイル間の各位置におけるセ
ンサーコイルに誘導される交流の位相変化を示すグラフ

【図８】本発明の実施例にかかる位置検出装置の演算手
段と交流電源の回路図

【図９】図８の交流電源を示す回路図

【図１０】電流比の異なる界磁コイル間の各位置におけ
るセンサーコイルに誘導される交流位相を示すグラフ

【図１１】電流比の異なる界磁コイル間の各位置におけ
るセンサーコイルに誘導される交流位相の変化率を示す
グラフ

【図１２】図８に示す演算手段の各点の波形を示すグラ
フ

【図１３】本発明の他の実施例にかかる位置検出装置の
演算手段と交流電源の回路図

【符号の説明】

１…球面シェル２…キャップ４…取付部材５…センサーコイル６…界磁コイル６Ａ…界磁コイル６Ｂ…界磁コイ
ル６Ｃ…界磁コイル６Ｄ…界磁コイ
ル６Ｅ…界磁コイル６Ｆ…界磁コイ
ル７…演算手段８…交流電源９…フィルター手段１０…波形整形回路１１…エクスクルーシブオア回路１２…カウンター１３…電流比調整回路１４…発振回路１５…位相シフト回路１６…可変抵抗器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34 102 G01D 5/00 - 5/252 G01B 5/39 - 5/62 A61B 5/06 - 5/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一対の界磁コイル(6)と、一
対の界磁コイル(6)に位相差のある交流電流を流す交流
電源(8)と、一対の界磁コイル(6)の間に配設されるセン
サーコイル(5)とを備え、センサーコイル(5)に誘導され
る交流の位相でセンサーコイル(5)の位置を検出する位
置検出装置において、交流電源(8)が、一対の界磁コイル(6)に流す電流比を調
整する電流比調整回路(13)を備えることを特徴とする位
置検出装置。
【請求項２】３組の界磁コイル(6)が互いに直交する
面内に配設されてなる請求項１に記載される位置検出装
置。
【請求項３】センサーコイル(5)が人体の動く部分に
固定される請求項１に記載される位置検出装置。