JP3380263B2 - 移動体の位置および方向の検出装置 - Google Patents
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- H01F7/20—Electromagnets; Actuators including electromagnets without armatures
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- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
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- G—PHYSICS
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- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
- G01D5/204—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
- G01D5/2086—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by movement of two or more coils with respect to two or more other coils
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、移動体の位置と方向を
決定する磁場発生器およびセンサーに関する。
決定する磁場発生器およびセンサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】電磁位置検出の原理は、通常固体である
移動体の位置と方向を基準マークで決定することにおい
て知られている。この原理の適用例の一つに、歩兵、軍
人、戦車の運転員あるいは航空機のパイロットが兵器、
ミサイルあるいはナビゲーションカメラ等をコントロー
ルするために、頭部に装着するヘルメット型ファインダ
ーの視界の方向を決定することが挙げられる。
移動体の位置と方向を基準マークで決定することにおい
て知られている。この原理の適用例の一つに、歩兵、軍
人、戦車の運転員あるいは航空機のパイロットが兵器、
ミサイルあるいはナビゲーションカメラ等をコントロー
ルするために、頭部に装着するヘルメット型ファインダ
ーの視界の方向を決定することが挙げられる。
【０００３】上記検出の原理においては、測定を行う対
称マークまたは対称フレームと関連づけられた磁場送信
器または磁場発生器、位置と方向が決定される移動体に
取り付けられた磁場受信器またはセンサー、アナログア
ンプ有する電子処理回路、コンピューター、プロセシン
グアルゴリズムが用いられる。
称マークまたは対称フレームと関連づけられた磁場送信
器または磁場発生器、位置と方向が決定される移動体に
取り付けられた磁場受信器またはセンサー、アナログア
ンプ有する電子処理回路、コンピューター、プロセシン
グアルゴリズムが用いられる。
【０００４】この場合、磁場発生器は、双極子理論の状
態を満足するものでなければならない。すなわち、放射
の数学的説明のための座標系が双極子に集中する球であ
るとともに、自由空間のグリーン関数（Green Functio
n）が放射座標にのみ依存するものでなければならな
い。
態を満足するものでなければならない。すなわち、放射
の数学的説明のための座標系が双極子に集中する球であ
るとともに、自由空間のグリーン関数（Green Functio
n）が放射座標にのみ依存するものでなければならな
い。
【０００５】一方、磁場センサーは、可能な限り精密で
なければならない。磁場送信器が２つあるいは３つの直
交する軸に沿って連続的あるいは多重に磁場を放射する
と、磁場センサーは、３つあるいは２つの直交する軸に
沿うその磁場の成分と、３つの軸に沿う通常なされる送
信と受信とを連続的に検出するようになっている。この
ように、磁場センサーは、送信軸の経由によって３つの
測定要素を与えるものである。つまり、磁場発生器に関
して磁場センサーの位置と方向を供給するプロセシング
アルゴリズムを用いると、３行３列に編成され、総計９
となる
なければならない。磁場送信器が２つあるいは３つの直
交する軸に沿って連続的あるいは多重に磁場を放射する
と、磁場センサーは、３つあるいは２つの直交する軸に
沿うその磁場の成分と、３つの軸に沿う通常なされる送
信と受信とを連続的に検出するようになっている。この
ように、磁場センサーは、送信軸の経由によって３つの
測定要素を与えるものである。つまり、磁場発生器に関
して磁場センサーの位置と方向を供給するプロセシング
アルゴリズムを用いると、３行３列に編成され、総計９
となる
【０００６】周知のように、磁場センサーの位置と方向
の決定は、６つの変数（３つのカルテシアン座標、相対
方位、仰角、回転）の決定することを伴い、そのために
は少なくとも６つの計測が必要となる。送信が２つ軸に
沿ってのみなされるとすると、受信は結果として３つの
軸に沿ってなされなければならない。
の決定は、６つの変数（３つのカルテシアン座標、相対
方位、仰角、回転）の決定することを伴い、そのために
は少なくとも６つの計測が必要となる。送信が２つ軸に
沿ってのみなされるとすると、受信は結果として３つの
軸に沿ってなされなければならない。
【０００７】仏国追加特許公開第 458 838/7914441号公
報においては、本発明を成す過程で重要な電磁位置検出
の原理を実施するためのシステムが開示されている。そ
の概要を述べると、磁場発生器およびセンサーは、それ
ぞれ３つの直交する軸に沿って各々配された、同一電流
でコントロールされる同一のコイル群を有している。そ
して、これらコイルの寸法は、前記磁場発生器とセンサ
ーとが共に双極子の状態に適合するように、可能な限り
小さくされている。そのために、前記各コイルとして
は、同一の電流が流れる３つの半装荷コイル（half coi
l）が用いられている。この磁場発生器およびセンサー
は、３つの直交するコイルに取り囲まれた磁性材料から
なる球である。
報においては、本発明を成す過程で重要な電磁位置検出
の原理を実施するためのシステムが開示されている。そ
の概要を述べると、磁場発生器およびセンサーは、それ
ぞれ３つの直交する軸に沿って各々配された、同一電流
でコントロールされる同一のコイル群を有している。そ
して、これらコイルの寸法は、前記磁場発生器とセンサ
ーとが共に双極子の状態に適合するように、可能な限り
小さくされている。そのために、前記各コイルとして
は、同一の電流が流れる３つの半装荷コイル（half coi
l）が用いられている。この磁場発生器およびセンサー
は、３つの直交するコイルに取り囲まれた磁性材料から
なる球である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前述の電磁
位置検出のために提供されたシステムにおいては、磁場
送信器およびセンサーが双極子理論の状態を満足するに
は不十分であった。
位置検出のために提供されたシステムにおいては、磁場
送信器およびセンサーが双極子理論の状態を満足するに
は不十分であった。
【０００９】そこで、本発明の主たる目的は、磁場送信
器およびセンサーを双極子理論により近づけることにあ
る。
器およびセンサーを双極子理論により近づけることにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題に対して、移動
体の位置と方向を決定するための、２つの直交する送信
軸に沿って各々配された少なくとも２組のコイルを有
し、前記各組のコイル（２，５，８）はヘルムホルツコ
イルである磁場発生器が提供される。
体の位置と方向を決定するための、２つの直交する送信
軸に沿って各々配された少なくとも２組のコイルを有
し、前記各組のコイル（２，５，８）はヘルムホルツコ
イルである磁場発生器が提供される。
【００１１】また、移動体の位置と方向を決定するため
の、２つの直交する受信軸に沿って各々配された少なく
とも２組のコイルを有し、前記各コイル（２’，５’，
８’）がヘルムホルツコイルであることを特徴とするセ
ンサーも提供される。
の、２つの直交する受信軸に沿って各々配された少なく
とも２組のコイルを有し、前記各コイル（２’，５’，
８’）がヘルムホルツコイルであることを特徴とするセ
ンサーも提供される。
【００１２】
【作用】〔センサー〕
予め決定された対称フレームにおける与えられた点の電
磁場は で表し、センサーの感度の軸をベクトル と表すと、センサーによってもたらされる測定結果は、
スカラ積 に対応する行列Ｍの形で配列することできる。 ただし、Ｈは磁場の行列であり、ＣT はセンサーの感度
の軸の行列Ｃの転置行列である。上記基準わくにおい
て、センサーは移行あるいは回転のいづれかに規定され
る。この場合、後者を回転Ｒの行列として考えると、セ
ンサーの感度の軸の行列は、ＲＣおよび測度の行列ＭR
となる。 ＭR ＝ＣT ＲT Ｈ ３つのセンサー軸が正規直交する場合には、 となり、その結果、 ＭR ＝ＲT Ｈ となる。ただし、Ｈはセンサーの位置に依存し、ＭR は
センサーの位置および方向に依存する。たとえば飛行機
の金属質量によって引き起こされる磁気摂動があった場
合には、プロセシングアルゴリズムは、地図作成上の方
位に基づく。したがって、予め地図作成を成すために
は、摂動測度の行列に関連する空間の多数の点において
磁場をセンサーによって測定する必要がある。摂動測度
の行列の一つをＭC として、センサーが回転Ｒに規定さ
れる場合、測度行列は次式となる。 ＭR ＝ＲT ＭC ＭR T ＝ＭC T Ｒ ＭR T ＭR ＝ＭC T ＲＲT ＭC ＝ＭC T ＭC このように、行列積ＭR T ＭR は回転−不変性（rotati
on-invariant）であり、検討している点を表している。
地図作成は、ＭC とＭC T ＭC に対応する関数ｆを決定
することを意味する。次の測定の間、行列積ＭR T ＭR
は行列ＭR に対応する。ＭR T ＭR ＝ＭC T ＭC ，ＭC
が関数ｆによって導き出されるので、その結果、センサ
ーの位置も導き出されることになる。回転Ｒの行列つま
りセンサー軸の方向を決定するためには、ＭR とＭC を
ＭR ＝ＲT ＭC の方程式を用いて計算する。すなわち、 Ｒ＝ＭC ＭR -1 上記のように展開されたアルゴリズムは、ＭT Ｍの回転
−不変性に基づく。実際に、この不変性は完全に精密な
センサーのみ確かめられる。
磁場は で表し、センサーの感度の軸をベクトル と表すと、センサーによってもたらされる測定結果は、
スカラ積 に対応する行列Ｍの形で配列することできる。 ただし、Ｈは磁場の行列であり、ＣT はセンサーの感度
の軸の行列Ｃの転置行列である。上記基準わくにおい
て、センサーは移行あるいは回転のいづれかに規定され
る。この場合、後者を回転Ｒの行列として考えると、セ
ンサーの感度の軸の行列は、ＲＣおよび測度の行列ＭR
となる。 ＭR ＝ＣT ＲT Ｈ ３つのセンサー軸が正規直交する場合には、 となり、その結果、 ＭR ＝ＲT Ｈ となる。ただし、Ｈはセンサーの位置に依存し、ＭR は
センサーの位置および方向に依存する。たとえば飛行機
の金属質量によって引き起こされる磁気摂動があった場
合には、プロセシングアルゴリズムは、地図作成上の方
位に基づく。したがって、予め地図作成を成すために
は、摂動測度の行列に関連する空間の多数の点において
磁場をセンサーによって測定する必要がある。摂動測度
の行列の一つをＭC として、センサーが回転Ｒに規定さ
れる場合、測度行列は次式となる。 ＭR ＝ＲT ＭC ＭR T ＝ＭC T Ｒ ＭR T ＭR ＝ＭC T ＲＲT ＭC ＝ＭC T ＭC このように、行列積ＭR T ＭR は回転−不変性（rotati
on-invariant）であり、検討している点を表している。
地図作成は、ＭC とＭC T ＭC に対応する関数ｆを決定
することを意味する。次の測定の間、行列積ＭR T ＭR
は行列ＭR に対応する。ＭR T ＭR ＝ＭC T ＭC ，ＭC
が関数ｆによって導き出されるので、その結果、センサ
ーの位置も導き出されることになる。回転Ｒの行列つま
りセンサー軸の方向を決定するためには、ＭR とＭC を
ＭR ＝ＲT ＭC の方程式を用いて計算する。すなわち、 Ｒ＝ＭC ＭR -1 上記のように展開されたアルゴリズムは、ＭT Ｍの回転
−不変性に基づく。実際に、この不変性は完全に精密な
センサーのみ確かめられる。
【００１３】本出願は、全く驚くべき方法で、双極子理
論の状態を満足するセンサーを発明した。すなわち、２
つの直交する受信軸に沿って各々配された少なくとも２
組のコイルを有し、移動体の位置と方向を決定する磁場
発生器であって、前記各コイルがヘルムホルツコイルで
あることを特徴とするセンサーである。前記ヘルムホル
ツコイルは、２つのコイルで、同一の平均半径で巻回さ
れたものであり、それぞれコイルの巻きの半径と同一の
距離をもって離間した２つの平行な面において延び、各
コイルの巻き数はその直径に比較して薄い厚みを与える
ものである。このように、本発明は、ヘルムホルツコイ
ルの予想外の適用にある。
論の状態を満足するセンサーを発明した。すなわち、２
つの直交する受信軸に沿って各々配された少なくとも２
組のコイルを有し、移動体の位置と方向を決定する磁場
発生器であって、前記各コイルがヘルムホルツコイルで
あることを特徴とするセンサーである。前記ヘルムホル
ツコイルは、２つのコイルで、同一の平均半径で巻回さ
れたものであり、それぞれコイルの巻きの半径と同一の
距離をもって離間した２つの平行な面において延び、各
コイルの巻き数はその直径に比較して薄い厚みを与える
ものである。このように、本発明は、ヘルムホルツコイ
ルの予想外の適用にある。
【００１４】送信と受信との間のアンテナに関しての等
価原理について、本出願人は本発明の重要性を満足する
２つの実験を行った。
価原理について、本出願人は本発明の重要性を満足する
２つの実験を行った。
【００１５】すなわち、それぞれ１つの巻きを有する複
数の同一コイル対に関して、２つの固定された平行な面
および異なる直径φを有するコイル対において、本発明
者は、予め決められた距離において送信のために用いら
れるこれらの巻き組によって生じる磁場 と、これらのコイルと同じ位置における双極子によって
同じ位置において生じる理論的磁場 を計算し、通常の方法で０度から９０度まで変化させる
相当方位の関数として計算した。
数の同一コイル対に関して、２つの固定された平行な面
および異なる直径φを有するコイル対において、本発明
者は、予め決められた距離において送信のために用いら
れるこれらの巻き組によって生じる磁場 と、これらのコイルと同じ位置における双極子によって
同じ位置において生じる理論的磁場 を計算し、通常の方法で０度から９０度まで変化させる
相当方位の関数として計算した。
【００１６】この第１は磁場モジュラスエラーに関し、
として表され、さらに図１に示すように、巻きの組の曲
線の束が、その全曲線の束が交差する点（εm ＝０、α
＝４５度）より右側で縦座標上で直径が増大を示すよう
になる。束の曲線の一つはゼロ縦座標線εm ＝０に実質
的に一致し、ヘルムホルツコイルに相当する。
線の束が、その全曲線の束が交差する点（εm ＝０、α
＝４５度）より右側で縦座標上で直径が増大を示すよう
になる。束の曲線の一つはゼロ縦座標線εm ＝０に実質
的に一致し、ヘルムホルツコイルに相当する。
【００１７】第２は磁場の方位の角度エラーδに関し、
図２に示すように、巻きの組の曲線の束が、縦座標に関
して直径の増大をもたらすことに関し、その全曲線が
（δ＝０、α＝０度）および（δ＝０、α＝９０度）の
間で延びている。ヘルムホルツ状態に相当する曲線はま
た直線δ＝０に一致している。
図２に示すように、巻きの組の曲線の束が、縦座標に関
して直径の増大をもたらすことに関し、その全曲線が
（δ＝０、α＝０度）および（δ＝０、α＝９０度）の
間で延びている。ヘルムホルツ状態に相当する曲線はま
た直線δ＝０に一致している。
【００１８】本発明におけるセンサーの各コイルは、好
適には複数の巻きおよび各組のコイルの中心の巻きがヘ
ルムホルツ状態を満足するものであることである。この
場合、一組の巻きコイルの巻きの直径は、各コイルが隣
接しかつ単に一つのコイルを形成するように、良好なか
つ充分大きい感度を維持するために、少数および多数の
巻きである。
適には複数の巻きおよび各組のコイルの中心の巻きがヘ
ルムホルツ状態を満足するものであることである。この
場合、一組の巻きコイルの巻きの直径は、各コイルが隣
接しかつ単に一つのコイルを形成するように、良好なか
つ充分大きい感度を維持するために、少数および多数の
巻きである。
【００１９】〔発生器〕
磁場発生器において生起する特殊の問題は、度々必要と
なる交換性の問題である。発生器を変えることは新しい
地図製作上の方位を使用することを意味する。地図製作
は数日要する長い操作となる。
なる交換性の問題である。発生器を変えることは新しい
地図製作上の方位を使用することを意味する。地図製作
は数日要する長い操作となる。
【００２０】本発明者は、この問題を克服し、かつ新し
い地図製作を要することなく当該発生器を他のものに置
換するために鋭意研究した。
い地図製作を要することなく当該発生器を他のものに置
換するために鋭意研究した。
【００２１】当該発生器を他のものに維持することは、
２つの発生器が独立した磁場を発生させかつしたがって
送信器が可能な限り点のようである（point-like） こ
とである。
２つの発生器が独立した磁場を発生させかつしたがって
送信器が可能な限り点のようである（point-like） こ
とである。
【００２２】本発明者は、それぞれが少なくとも２つの
直交する軸に配置され２つのコイル対を有し、各組のコ
イルがヘルムホルツコイルである移動体の位置および方
向を決定するための磁場発生器によって解決した。
直交する軸に配置され２つのコイル対を有し、各組のコ
イルがヘルムホルツコイルである移動体の位置および方
向を決定するための磁場発生器によって解決した。
【００２３】実際、点的な発生器を考えると、２つの交
換性のある発生器により生じる磁場における方向の差
は、新しい発生器の軸に沿った送信を混合させることに
よって容易の修正でき、発生器が３つの直交する送信軸
を有する場合には最適状態となる。発生器の軸に沿った
送信の混合は、その３軸における送信が交互に生じるた
めに、なんらの困難性も生じさせない。
換性のある発生器により生じる磁場における方向の差
は、新しい発生器の軸に沿った送信を混合させることに
よって容易の修正でき、発生器が３つの直交する送信軸
を有する場合には最適状態となる。発生器の軸に沿った
送信の混合は、その３軸における送信が交互に生じるた
めに、なんらの困難性も生じさせない。
【００２４】かくして、センサーおよび発生器の主要な
特徴は同一であり、これは上述した特徴のある観点から
生じるものである。
特徴は同一であり、これは上述した特徴のある観点から
生じるものである。
【００２５】もちろん、本発明のセンサーに関する前述
の試験は、本発明の発生器にも適用されるものである。
の試験は、本発明の発生器にも適用されるものである。
【００２６】巻きの直径および巻き数に関してまでも、
本発明の発生器のコイルは本発明のセンサーのコイルの
特徴と同一である。
本発明の発生器のコイルは本発明のセンサーのコイルの
特徴と同一である。
【００２７】本発明は、添付図面を参照しながらの本発
明の発生器およびセンサーに関する説明により、より明
確になるであろう。
明の発生器およびセンサーに関する説明により、より明
確になるであろう。
【００２８】図１は、異なる直径を有する巻きの組から
所定距離位置において、ある極によって生じる磁場の関
係で、相当方位の関数としての磁場のモジュラスのエラ
ーを、曲線の束で示したものである。
所定距離位置において、ある極によって生じる磁場の関
係で、相当方位の関数としての磁場のモジュラスのエラ
ーを、曲線の束で示したものである。
【００２９】図２は、異なる直径を有する巻きの組から
所定距離位置において、ある極によって生じる磁場の関
係で、相当方位の関数としての磁場の方位のエラーを、
曲線の束で示したものである。
所定距離位置において、ある極によって生じる磁場の関
係で、相当方位の関数としての磁場の方位のエラーを、
曲線の束で示したものである。
【００３０】図３は、本発明の発生器の好適な具体例を
示した斜視図である。
示した斜視図である。
【００３１】図４は、図３の発生器の半断面図である。
【００３２】図５は、ある極によって生じる磁場の関係
で、図３の発生器のＯｘ軸に沿ったそのＯｘ軸を有する
第１のコイル組により生じた、相当方位の関数としての
３つの異なる位置における磁場モジュラスの相当エラー
の曲線を示したものである。
で、図３の発生器のＯｘ軸に沿ったそのＯｘ軸を有する
第１のコイル組により生じた、相当方位の関数としての
３つの異なる位置における磁場モジュラスの相当エラー
の曲線を示したものである。
【００３３】図６は、ある極によって生じる磁場の関係
で、図３の発生器のＯｙ軸に沿ったそのＯｘ軸を有する
第１のコイル組により生じた、相当方位の関数としての
３つの異なる位置における磁場モジュラスの相当エラー
の曲線を示したものである。
で、図３の発生器のＯｙ軸に沿ったそのＯｘ軸を有する
第１のコイル組により生じた、相当方位の関数としての
３つの異なる位置における磁場モジュラスの相当エラー
の曲線を示したものである。
【００３４】図７は、ある極によって生じる磁場の関係
で、図３の発生器のＯｙ軸に沿ったそのＯｙ軸を有する
第１のコイル組により生じた、相当方位の関数としての
３つの異なる位置における磁場モジュラスの相当エラー
の曲線を示したものである。
で、図３の発生器のＯｙ軸に沿ったそのＯｙ軸を有する
第１のコイル組により生じた、相当方位の関数としての
３つの異なる位置における磁場モジュラスの相当エラー
の曲線を示したものである。
【００３５】図８は、ある極によって生じる磁場の関係
で、図３の発生器のＯｘ軸に沿ったそのＯｙ軸を有する
第１のコイル組により生じた、相当方位の関数としての
３つの異なる位置における磁場モジュラスの相当エラー
の曲線を示したものである。
で、図３の発生器のＯｘ軸に沿ったそのＯｙ軸を有する
第１のコイル組により生じた、相当方位の関数としての
３つの異なる位置における磁場モジュラスの相当エラー
の曲線を示したものである。
【００３６】図９は、ある極によって生じる磁場の関係
で、図３の発生器のＯｚ軸に沿ったそのＯｚ軸を有する
第１のコイル組により生じた、相当方位の関数としての
３つの異なる位置における磁場モジュラスの相当エラー
の曲線を示したものである。
で、図３の発生器のＯｚ軸に沿ったそのＯｚ軸を有する
第１のコイル組により生じた、相当方位の関数としての
３つの異なる位置における磁場モジュラスの相当エラー
の曲線を示したものである。
【００３７】図１０は、ある極によって生じる磁場の関
係で、図３の発生器のＯｘ軸に沿ったそのＯｚ軸を有す
る第１のコイル組により生じた、相当方位の関数として
の３つの異なる位置における磁場モジュラスの相当エラ
ーの曲線を示したものである。
係で、図３の発生器のＯｘ軸に沿ったそのＯｚ軸を有す
る第１のコイル組により生じた、相当方位の関数として
の３つの異なる位置における磁場モジュラスの相当エラ
ーの曲線を示したものである。
【００３８】図１１は、ある極によって生じる磁場の関
係で、本発明の発生器のＯｘ軸およびＯｙ軸に沿ったそ
のＯｘ軸を有する第１のコイル組により生じた、相当方
位の関数としての３つの異なる位置における磁場モジュ
ラスの相当エラーの曲線を示したものである。
係で、本発明の発生器のＯｘ軸およびＯｙ軸に沿ったそ
のＯｘ軸を有する第１のコイル組により生じた、相当方
位の関数としての３つの異なる位置における磁場モジュ
ラスの相当エラーの曲線を示したものである。
【００３９】図１２は、ある極によって生じる磁場の関
係で、本発明の発生器のＯｙ軸およびＯｘ軸に沿ったそ
のＯｙ軸を有する第１のコイル組により生じた、相当方
位の関数としての３つの異なる位置における磁場モジュ
ラスの相当エラーの曲線を示したものである。
係で、本発明の発生器のＯｙ軸およびＯｘ軸に沿ったそ
のＯｙ軸を有する第１のコイル組により生じた、相当方
位の関数としての３つの異なる位置における磁場モジュ
ラスの相当エラーの曲線を示したものである。
【００４０】図１３は、ある極によって生じる磁場の関
係で、本発明の発生器のＯｚ軸およびＯｘ軸に沿ったそ
のＯｚ軸を有する第１のコイル組により生じた、相当方
位の関数としての３つの異なる位置における磁場モジュ
ラスの相当エラーの曲線を示したものである。
係で、本発明の発生器のＯｚ軸およびＯｘ軸に沿ったそ
のＯｚ軸を有する第１のコイル組により生じた、相当方
位の関数としての３つの異なる位置における磁場モジュ
ラスの相当エラーの曲線を示したものである。
【００４１】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例によりさら
に具体的に説明する。
に具体的に説明する。
【００４２】図４の磁場発生器は、平行６面体のサポー
ト上に３組のヘルムホルツコイル群を有しており、この
場合における立方体のサポート１は、非磁性体であり、
かつ非導電体である。前記３組のコイル群は重なり合っ
ており、それぞれのコイルは異なる直径を有している。
ト上に３組のヘルムホルツコイル群を有しており、この
場合における立方体のサポート１は、非磁性体であり、
かつ非導電体である。前記３組のコイル群は重なり合っ
ており、それぞれのコイルは異なる直径を有している。
【００４３】この場合、立方体は、単純な理由で用いら
れているが、決定的な要素は対称である３つの直交軸を
有することを特徴としている。
れているが、決定的な要素は対称である３つの直交軸を
有することを特徴としている。
【００４４】前記３組のコイル群は、２つ一組になって
平行してかつ立方体１の３つの平面内に対称的に平行し
て配された３組の溝に巻かれている。また、これらの溝
は、それぞれ異なる深さを有している。この場合、溝群
はそれらの軸に平行な横断面を有している。
平行してかつ立方体１の３つの平面内に対称的に平行し
て配された３組の溝に巻かれている。また、これらの溝
は、それぞれ異なる深さを有している。この場合、溝群
はそれらの軸に平行な横断面を有している。
【００４５】立方体１は、第１軸３に沿って離間した第
１組の溝２を有し、この第１軸３は、立方体の面４に対
して、溝２の中央の面に対して、さらに立方体の中央線
に対して直角である。溝２は立方体の対称面１２に対し
て対称である。立方体１は、第２軸６に沿って離間した
第２組の溝５を有し、この軸６は、軸３に対して、溝５
を通る中央の面に対して、立方体の面７に対して直角で
あり、立方体の中央を通る。この溝５は溝２より深さが
深い。溝５は面７に平行な立方体の面に関して対称であ
る。
１組の溝２を有し、この第１軸３は、立方体の面４に対
して、溝２の中央の面に対して、さらに立方体の中央線
に対して直角である。溝２は立方体の対称面１２に対し
て対称である。立方体１は、第２軸６に沿って離間した
第２組の溝５を有し、この軸６は、軸３に対して、溝５
を通る中央の面に対して、立方体の面７に対して直角で
あり、立方体の中央を通る。この溝５は溝２より深さが
深い。溝５は面７に平行な立方体の面に関して対称であ
る。
【００４６】立方体１は第３軸９に沿って離間した第３
組の溝８を有する。この第３軸９は、軸３、６に対し
て、溝８の中央面に対して、さらに立方体の面１０に対
して直角であり、立方体の中央を通る。溝８は立方体の
対称面１１に関して対称である。明瞭化のために、図３
には溝５、８が図示されていない。軸９に対して直角な
立方体の対称面１１の一方からの半断面としての図４
は、溝５の一つを通り、かつ軸６に直交する面に沿った
ものである。軸３に対して直交する立方体の対称面１２
は図４に示されている。
組の溝８を有する。この第３軸９は、軸３、６に対し
て、溝８の中央面に対して、さらに立方体の面１０に対
して直角であり、立方体の中央を通る。溝８は立方体の
対称面１１に関して対称である。明瞭化のために、図３
には溝５、８が図示されていない。軸９に対して直角な
立方体の対称面１１の一方からの半断面としての図４
は、溝５の一つを通り、かつ軸６に直交する面に沿った
ものである。軸３に対して直交する立方体の対称面１２
は図４に示されている。
【００４７】コイルの組群は、このように形成された溝
の組内に巻回されている。第１番に対して、溝５の基面
を越えない溝８に対してコイル１４が装着される。次い
で、溝２の基面を越えない溝５に対して、明瞭化のため
に図示しないコイルが装着される。最後に溝２内にコイ
ル１３が巻回される。
の組内に巻回されている。第１番に対して、溝５の基面
を越えない溝８に対してコイル１４が装着される。次い
で、溝２の基面を越えない溝５に対して、明瞭化のため
に図示しないコイルが装着される。最後に溝２内にコイ
ル１３が巻回される。
【００４８】関連付けられた溝群の各溝において、平均
巻き半径は、いま対象としている２つの溝の中央の面の
間の距離に等しい。
巻き半径は、いま対象としている２つの溝の中央の面の
間の距離に等しい。
【００４９】同様の方式で立方体に代わって球を用いる
ことは可能であることに留意されたい。
ことは可能であることに留意されたい。
【００５０】（発生器の具体例）
上記表は、３０mmの稜を有する立方体の軸３、６、９を
有する凹部溝内に巻回したものである。この場合、各巻
きは、各軸に直交する直角断面を有する溝にあることに
留意されたい。この場合における最小径φは、最小巻き
数の直径であり、最大径φは最大の直径である。距離
は、２つの溝の離間距離である。幅は溝幅である。関連
付けられた巻きの平均半径は、実質的に、離間距離と２
つの溝の半幅に等しい。この場合において、これらの巻
きは、そのインダクタンスが同一で1010ｍＨを示す多く
の巻き数を有する。図５〜図１０のエラー曲線は、コイ
ルの軸に沿う半径が0.2 ｍ、0.4 ｍおよび0.6 ｍの発生
器の中心からの離間距離に関してプロットしたものであ
る。距離0.4 ｍおよび0.6 ｍでは磁場モジュラスのエラ
ーはきわめて小さいことが判る。本発明のセンサーは、
一つの例外をもって、発生器のそれと極近似した態様で
形成される。軸９に相当する軸のコイル、したがって最
小コイルは、小さくかつ単一の溝内において相互に近接
しているので、単独のコイルを形成する。この実際上の
コイルに対して、ヘルムホルツ状態にも係わらず、組と
なったコイルの２つの中間巻きのレベルに相当するよう
になる。
有する凹部溝内に巻回したものである。この場合、各巻
きは、各軸に直交する直角断面を有する溝にあることに
留意されたい。この場合における最小径φは、最小巻き
数の直径であり、最大径φは最大の直径である。距離
は、２つの溝の離間距離である。幅は溝幅である。関連
付けられた巻きの平均半径は、実質的に、離間距離と２
つの溝の半幅に等しい。この場合において、これらの巻
きは、そのインダクタンスが同一で1010ｍＨを示す多く
の巻き数を有する。図５〜図１０のエラー曲線は、コイ
ルの軸に沿う半径が0.2 ｍ、0.4 ｍおよび0.6 ｍの発生
器の中心からの離間距離に関してプロットしたものであ
る。距離0.4 ｍおよび0.6 ｍでは磁場モジュラスのエラ
ーはきわめて小さいことが判る。本発明のセンサーは、
一つの例外をもって、発生器のそれと極近似した態様で
形成される。軸９に相当する軸のコイル、したがって最
小コイルは、小さくかつ単一の溝内において相互に近接
しているので、単独のコイルを形成する。この実際上の
コイルに対して、ヘルムホルツ状態にも係わらず、組と
なったコイルの２つの中間巻きのレベルに相当するよう
になる。
【００５１】（センサーの具体例）
発生器に関しての符号はセンサーについても同様の意味
で用いられてきた。したがって、センサーは、それぞれ
直交する軸９’、６’、３’をもった溝８’および２つ
の溝５’、２’の組が形成された立方体１’を用いて構
成される。 図１１〜図１３は、それぞれ軸Ｏｘ，Ｏｙ（Ｘ，Ｙ）、
Ｏｙ，Ｏｘ（Ｙ，Ｘ）およびＯｚ，Ｏｘ（Ｚ，Ｘ）に沿
った0.2 mmのセンサーの中心からの離間距離に関してプ
ロットしたものである。
で用いられてきた。したがって、センサーは、それぞれ
直交する軸９’、６’、３’をもった溝８’および２つ
の溝５’、２’の組が形成された立方体１’を用いて構
成される。 図１１〜図１３は、それぞれ軸Ｏｘ，Ｏｙ（Ｘ，Ｙ）、
Ｏｙ，Ｏｘ（Ｙ，Ｘ）およびＯｚ，Ｏｘ（Ｚ，Ｘ）に沿
った0.2 mmのセンサーの中心からの離間距離に関してプ
ロットしたものである。
【００５２】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、磁場送信
器およびセンサーが双極子理論により近づいたものとし
て得られる。
器およびセンサーが双極子理論により近づいたものとし
て得られる。
【図１】実験結果を示したグラフである。
【図２】実験結果を示したグラフである。
【図３】本発明の磁場発生器の好適な実施例の斜視図で
ある。
ある。
【図４】図３の磁場発生器の半断面図である。
【図５】実験結果を示したグラフである。
【図６】実験結果を示したグラフである。
【図７】実験結果を示したグラフである。
【図８】実験結果を示したグラフである。
【図９】実験結果を示したグラフである。
【図１０】実験結果を示したグラフである。
【図１１】実験結果を示したグラフである。
【図１２】実験結果を示したグラフである。
【図１３】実験結果を示したグラフである。
１，１’…立方体、２，５，８…溝、３，６，９…軸。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01C 17/30
G01C 17/38
G05D 3/12
Claims (13)
- 【請求項１】移動体の位置と方向を決定する磁場発生器
であって、２つの直交する送信軸に沿って各々配された
少なくとも２組のコイルを有し、前記各組のコイル
（２，５，８）はヘルムホルツコイルであり、 前記ヘルムホルツコイルは、２つのコイルで、同一の平
均半径で巻回されたものであり、それぞれコイルの巻き
の半径と同一の距離をもって離間した２つの平行な面に
おいて延び、各コイルの巻き数はその直径に比較して薄
い厚みを与えるものである ことを特徴とする磁場発生
器。 - 【請求項２】３つの直交する送信軸（３，６，９）を備
えた請求項１記載の磁場発生器。 - 【請求項３】各軸（３，６，９）における送信が交互に
なされる請求項２記載の磁場発生器。 - 【請求項４】前記各コイルは相互に直交する軸（３，
６，９）をもつ溝（２，５，８）の組内に巻かれている
請求項１記載の磁場発生器。 - 【請求項５】前記各溝（２，５，８）が各々異なる深さ
である請求項４記載の磁場発生器。 - 【請求項６】前記各溝（２，５，８）が立方体１の凹所
として形成されている請求項４記載の磁場発生器。 - 【請求項７】移動体の位置と方向を決定するセンサーで
あって、２つの直交する受信軸に沿って各々配された少
なくとも２組のコイルを有し、前記各コイル（２’，
５’，８’）がヘルムホルツコイルであり、 前記ヘルムホルツコイルは、２つのコイルで、同一の平
均半径で巻回されたものであり、それぞれコイルの巻き
の半径と同一の距離をもって離間した２つの平行な面に
おいて延び、各コイルの巻き数はその直径に比較して薄
い厚みを与えるものである ことを特徴とするセンサー。 - 【請求項８】３つの直交する受信軸（３’，６’，
９’）を備えた請求項７記載のセンサー。 - 【請求項９】直交する軸（３’，６’，９’）を有する
溝（２’，５’，８’）組内に前記コイル群が巻かれて
いる請求項７記載のセンサー。 - 【請求項１０】前記各溝（２’，５’，８’）が各々異
なる深さである請求項９記載のセンサー。 - 【請求項１１】溝群の一組を構成する２つの溝が、２つ
の溝が単一の溝（８’）を形成している請求項９記載の
センサー。 - 【請求項１２】前記各溝（２’，５’，８’）は立方体
１の凹所（１’）に形成されている請求項９記載のセン
サー。 - 【請求項１３】移動体の位置と方向を決定するための請
求項１記載の磁場発生器および請求項７記載のセンサー
において、発生器（１）の送信軸（３，６，９）数とセ
ンサーの受信軸（３’，６’，９’）数との積が少なく
とも６に等しい磁場発生器およびセンサー。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9009955A FR2665530B1 (fr) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | Radiateur et capteur magnetiques pour la determination de la position et de l'orientation d'un mobile. |
| FR9009955 | 1990-08-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0749231A JPH0749231A (ja) | 1995-02-21 |
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Family
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|---|---|---|---|
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Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP0469967B1 (ja) |
| JP (1) | JP3380263B2 (ja) |
| DE (1) | DE69108813T2 (ja) |
| FR (1) | FR2665530B1 (ja) |
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