JP3933635B2 - 相対位置・姿勢計測システム - Google Patents

Description

本発明は、互いに直交配置される複数の送信コイルを含み、各送信コイルから磁気信号を送信する磁界発生装置と、各送信コイルで発生した磁界を送信コイル毎の磁界検出値として受信する磁界検出装置と、この磁界検出装置で受信された各送信コイルの磁界検出値に基づいて、前記磁界発生装置及び前記磁界検出装置間の距離及び相互の姿勢を算出する演算処理装置とを備えた相対位置・姿勢計測システムに関する。

従来、被測定物の空間位置やその際の姿勢を計測するシステムとして、磁気センサを用いたポヒマスセンサと呼ばれるものが知られている。
このポヒマスセンサは、互いに直交する３つの送信コイルを含む磁界発生装置を測定空間の原点位置に配置し、各送信コイルに応じて互いに直交する３つの受信コイルを含む磁界検出装置を被測定物に設け、送信コイルに駆動電流を与えて発生した磁界を、受信コイルで検出し、検出された磁界を演算処理装置で処理することにより、被測定物の空間位置、及びオイラー角で定義される姿勢を把握するシステムである。
具体的には、３つの送信コイルに時分割で駆動電流を与え、各送信コイルを順番に駆動させ、それぞれの送信コイルの駆動時に各受信コイルで受信された３つの磁界を検出し、計９つの信号値に基づいて、連立方程式を設定し、被測定物のＸ、Ｙ、Ｚ位置、及び、被測定物のピッチ、ヨー、ロール角を算出する（例えば、特許文献１参照）。

このようなポヒマスセンサによれば、被測定物の三次元空間位置のみならず、その際の被測定物の姿勢も把握することができるため、例えば、コンピュータに接続されるヘッドマウントディスプレイにこのポヒマスセンサを取り付けておき、操作者がこのヘッドマウントディスプレイを装着し、振り返ったり、移動したりすると、ヘッドマウントディスプレイに表示させる画面を、操作者の動作に応じて変化させることができ、バーチャルリアリティにおける位置計測システムとしての利用が期待されている。

米国特許第４０１７８５８号明細書（第１０欄〜第１２欄、図１０、図１１）

しかしながら、前記特許文献１に開示されるポヒマスセンサには次のような問題がある。
すなわち、各送信コイルによる磁界発生を時分割で行っているため、被測定物の位置、姿勢を検出するのに時間がかかり、レート動作が遅くなってしまうという問題がある。
また、搬送波（キャリア）をそのまま使った通信方式を採用しているため、ノイズに弱く、近距離での位置検出しかできず、バーチャルリアリティにおける位置計測システムとしては実用的でないという問題がある。特に、より正確な被測定物の状態を算出するために、多チャンネル化した場合、ノイズの影響が大きく現れてしまう。

本発明の目的は、ノイズにも強く、かつレート動作も速く、バーチャルリアリティでの位置・姿勢計測においても十分に実用化できる相対位置・姿勢計測システムを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の相対位置・姿勢計測システムは、このような磁界強度を用いて２つの物体間の相対位置・姿勢を計測するに際し、Ｍ系列変調方式を採用することにより、ノイズの影響を受けにくく、かつ応答速度の速いシステムを提供したものである。
具体的には、本発明の相対位置・姿勢計測システムは、互いに直交配置される複数の送信コイルを含み、各送信コイルで磁界を発生させる磁界発生装置と、各送信コイルで発生した磁界を送信コイル毎の磁界検出値として受信する磁界検出装置と、この磁界検出装置で受信された各送信コイルの磁界検出値に基づいて、前記磁界発生装置及び前記磁界検出装置間の距離及び相互の姿勢を算出する演算処理装置とを備えた相対位置・姿勢計測システムであって、前記磁界発生装置は、５０％デューティサイクルのクロック信号を生成するクロック発生器と、このクロック発生器から与えられるクロック信号からそれぞれが異なる符号系列を生成する複数のＭ系列符号発生器と、各Ｍ系列符号発生器で生成された符号系列、及び前記クロック発生器のクロック信号の排他的論理和を取って、各符号系列を拡散符号とする複数の拡散符号発生器と、各拡散符号発生器で生成された拡散符号のそれぞれを積分した波形を生成する複数の積分器と、各積分器で生成されたそれぞれの波形を電圧波形として、電圧／電流変換により各送信コイルに駆動電流を与える電圧／電流変換器とを備え、前記演算処理装置は、検出された各送信コイルの磁界検出値に応じた拡散符号により逆拡散を行って、得られた磁界検出値の強度に基づいて、前記磁界発生装置及び前記磁界検出装置間の距離及び相互の姿勢を算出することを特徴とする。

ここで、Ｍ系列符号発生器で生成された符号系列と、クロック発生器の５０％デューティサイクルのクロック信号との排他的論理和を取ることにより、生成された符号系列が０，０，０…や、１，１，１，…という同じものが連続した符号系列であっても、クロック信号により０，１…を組み合わせた符号系列に変換されるため、この符号系列の積分値が発散して膨大な大きさとなることがなく、積分器により送信コイルに対して適切な波形の電流を与えることが可能となる。
また、本発明において、積分器を設けているのは、送信コイルから発生した磁界を磁界検出装置で検出する場合、電磁誘導による磁束密度の単位時間当たりの変化として検出されるため、入力を予め積分しておけば、磁界検出装置で検出された磁界検出値がこれを時間微分した値となり、磁界発生装置の積分前の入力と直接対比することができる。

この発明によれば、Ｍ系列符号発生器により生成された異なる符号系列を拡散符号とし、これを積分した電圧波形に基づいて、各送信コイルの駆動電流を生成することにより、
磁界発生装置及び磁界検出装置の間に位置又は姿勢の変化が生じたとき、磁界検出装置では、磁界検出値を磁束密度の変化として検出することができる。従って、これを演算処理装置で逆拡散することにより、積分器により積分する前の状態として検出することができ、両者の相対位置又は姿勢を算出することができる。

また、変調方式としてＭ系列変調方式を採用することにより、磁界検出装置側では、各送信コイルから発生した磁界のそれぞれを識別、分離することができるため、時分割方式で各送信コイルから出力する必要もなく、応答性に優れ、広帯域拡散が行われるので、ノイズにも強く、磁界発生装置及び磁界検出装置の距離が離れていても、両者間の相対位置・姿勢を計測することができる。
さらに、Ｍ系列変調方式の採用により、磁界検出装置側で磁界発生装置側とは独立して拡散符号を生成し、同期をとることにより、磁界発生装置で生成した拡散符号を通信等で磁界検出装置に伝送する必要がなくなるので、無線化することも可能である。

本発明では、前述の磁界検出装置は、複数の送信コイルに応じた複数の受信コイルを備え、演算処理装置は、各受信コイルで受信された磁界検出値に拡散符号による逆拡散を行い、受信コイルの数に送信コイルの数を女王自他数の磁界強度値を得、これらの磁界強度値から連立方程式を生成して、磁界発生装置及び磁界検出装置間の距離及び相互の姿勢を算出するのが好ましい。

ここで、例えば、演算処理装置は、送信コイルが２つ、受信コイルが２つの場合、各受信コイルが２つの送信コイルからの出力を受信することとなるから、４つの連立方程式を生成することができる。
また、送信コイルが３つ、受信コイルが３つの場合、各受信コイルが３つの送信コイルからの出力を受信することとなるから、９つの連立方程式を演算処理装置で生成することができる。

演算処理装置が４つの連立方程式を生成し、これを解析した場合、Ｘ、Ｙの二次元平面における両者の相対位置座標情報を求めることができる。
一方、演算処理装置が９つの連立方程式を生成し、これを解析した場合、Ｘ、Ｙ、Ｚの三次元空間における両者の相対位置座標情報の他、オイラー角で定義される相対姿勢情報を求めることができる。
この発明によれば、本発明を前記のポヒマスセンサにそのまま利用して、本発明の利点をそのまま享受することができる。

本発明では、送信コイル及び受信コイルは少なくとも３個以上設けられ、各受信コイルが各送信コイルによる少なくとも３つの磁界検出値を検出し、演算処理装置は、少なくとも９つ以上の磁界検出値に基づく９つ以上の連立方程式を生成し、磁界発生装置及び磁界検出装置の３次元空間上の相対位置座標情報と、オイラー角で定義される両者の相対姿勢情報とを算出するのが好ましい。

この発明によれば、少なくとも３つの送信コイル及び受信コイルから９つ以上の連立方程式を生成することができ、前述したように、相対位置座標情報及び相対姿勢情報を求めることができ、バーチャルリアリティゲームに用いられるコントローラや、ヘッドマウントディスプレイに好適に用いることができる。
また、送信コイル及び受信コイルを３個よりも多くすることにより、より多くの磁界検出値を得ることができるため、その分解析対象となる連立方程式の数が増加し、算出される相対位置座標情報及び相対姿勢情報の精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の実施形態に係る相対位置・姿勢計測システムが示されており、この相対位置・姿勢計測システムは、磁界発生装置としての送信側ユニット１と、磁界検出装置を含んで構成される受信側センサユニット２とを備えて構成される。
送信側ユニット１は、三次元空間内でＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と互いに直交配置される３つの送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺと、各送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺに駆動電流を与えるユニット本体１１とを備えている。

送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺは、電磁誘導を利用して磁界を発生させるものであり、所定の径で所定回数コイル状に巻かれた電線等から構成され、例えば、径９０mmφ、巻数１００回のものを使用することができる。各送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺは、磁界発生方向が互いにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に向くように直交配置される。
ユニット本体１１は、クロック信号を生成するクロック発生器１２と、各送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺへの駆動電流を生成するための回路１３Ｘ、１３Ｙ、１３Ｚを備えている。

クロック発生器１２は、５０％デューティサイクルのクロック信号ＣＬＫを生成する部分であり、生成したクロック信号ＣＬＫに基づいて、ユニット本体１１は、送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺに駆動電流が供給される。
各回路１３Ｘ、１３Ｙ、１３Ｚは、それぞれがＭ系列符号発生器１４、拡散符号発生器１５、積分器１６、及び電圧／電流変換器１７を備え、この順番でクロック発生器１２と各送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺの間に配列される。

Ｍ系列符号発生器１４は、クロック発生器１２から与えられるクロック信号ＣＬＫから所定の符号系列を生成する部分であり、Ｎ段のシフトレジスタと、そのＮ段の状態の論理結合をシフトレジスタの入力にフィードバックする論理回路とを含んで構成され、このＮ段での最長周期は、Ｌ＝２^Ｎ−１ビットとなる。
ここで、回路１３Ｘ、１３Ｙ、１３Ｚを構成するＭ系列符号発生器１４のそれぞれは、互いに異なる符号系列を生成するようになっていて、これにより、各送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺに異なる波形の駆動電流が供給されるようになる。ここで用いる符号系列は自己相関値と相互相関値の比（抑圧比）が大きいものが望ましい。

拡散符号発生器１５は、Ｍ系列符号発生器１４で生成された符号系列と、クロック発生器１２のクロック信号ＣＬＫの排他的論理和を拡散符号ＸＯＲとして生成する部分である。
具体的には、図２に示されるように、Ｍ系列符号発生器１４で生成された符号系列に対して、デューティサイクル５０％のクロック信号ＣＬＫの排他的論理和を取ると、符号系列の値が１の時、クロックが１だと排他的論理和は０となり、クロックが０だと排他的論理和は１となる。同様にして、符号系列の値が０の時、クロックＣＬＫが０だと排他的論理和は０であり、クロックＣＬＫが１だと排他的論理和は１となる。
このようにして拡散符号発生器１５が両者の排他的論理和を取ると、その出力は、図２に示されるように、最大でもクロックＣＬＫの周期で値が変化するような拡散符号ＸＯＲとなる。つまり、図２の符号系列の後段のように、符号系列の値が１のように連続するような場合であっても、所定の間隔で値が変化するような拡散符号ＸＯＲが生成される。尚、各回路１３Ｘ、１３Ｙ、１３Ｚで変換される拡散符号（１）〜（３）は、その前段のＭ系列符号発生器１４で生成される互いに異なる符号系列を同じ手法で変換したものであるから、各拡散符号（１）〜（３）も当然に異なったものとなる。

積分器１６は、拡散符号発生器１５で生成された拡散符号を積分するものであり、オペアンプ等で構成されている。
この積分器１６では、図２に示される矩形波からなる拡散符号ＸＯＲを入力として積分しているため、図２に示される三角形状の波形が出力される。尚、図２の符号系列あるいは拡散符号ＸＯＲのような矩形波に相似な波形の電流は送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺに流すものとして不適当である。

電圧／電流変換器１７は、積分器１６で出力された波形を入力電圧として電圧／電流変換を行って、送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺに駆動電流を出力するものである。
この電圧／電流変換器１７から出力された駆動電流は、各送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺを流れ、各送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺ内を流れる電流によって電磁誘導によって磁界が発生する。

前記受信側センサユニット２は、前述の送信側ユニット１で発生した磁界を検出し、検出された磁界検出値から、送信側ユニット１及び受信側センサユニット２間の距離、及び両者の相対的な姿勢を算出する部分であり、算出結果は、パーソナルコンピュータや、ゲーム装置等の電子機器に出力される。
この受信側センサユニット２は、三次元空間内でＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と互いに直交配置される３つの受信コイルＲＸ、ＲＹ、ＲＺと、演算処理装置２０と、各受信コイルＲＸ、ＲＹ、ＲＺ及び演算処理装置２０との間に配置される増幅器２１とを備えて構成され、受信コイルＲＸ、ＲＹ、ＲＺ及び増幅器２１が本発明にいう磁界検出装置に相当する。

受信コイルＲＸ、ＲＹ、ＲＺは、送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺと同様に所定回数巻き線された電線等から構成され、送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺから発生する磁界を検出するセンサ本体として機能している。尚、この受信コイルＲＸ、ＲＹ、ＲＺは、送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺよりも巻数の大きなものが使用され、例えば、径８０mmφ、巻数２００回のものが使用される。
そして、送信側ユニット１及び受信側センサユニット２の相対的な位置及び／又は姿勢に変化が生じると、各受信コイルＲＸ、ＲＹ、ＲＺ内を通る磁束密度が変化する。
増幅器２１は、各受信コイルＲＸ、ＲＹ、ＲＺで生じた検出電流を増幅変換して演算処理装置２０に出力する部分である。

演算処理装置２０は、増幅器２１で増幅された磁界検出値を表す検出電流値に基づいて、送信側ユニット１及び受信側センサユニット２間の距離、及び、相互の姿勢を算出する部分であり、逆拡散処理器２２、ローパスフィルタ２３、Ａ／Ｄ変換器２４、及び算出部２５を備えて構成される。

逆拡散処理器２２は、各受信コイルＲＸ、ＲＹ、ＲＺで受信した磁界検出値に送信側ユニット１の拡散符号発生器１５で生成した拡散符号ＸＯＲをかけあわせて、元の信号に復元する部分である。送信側ユニット１によって拡散された磁界検出値は、各拡散符号発生器１５で生成された拡散符号によってしか逆拡散することはできない。つまり、送信側コイルユニット１の回路１３Ｘで生成された拡散符号ＸＯＲをこの逆拡散処理器２２で使用した場合、送信コイルＴＸで発生した磁界だけを受信コイルＲＸ、ＲＹ、ＲＺで受信された磁界検出値から逆拡散することができ、送信コイルＴＹ、ＴＺで発生した磁界は、拡散符号が異なるため、そのままの相関のない、拡散された状態が維持される。
このようにＭ系列符号発生器１４で異なる符号系列を生成し、これを入力することにより、必要な信号を選択的に識別し、かつ他の信号から分離して磁界検出値を取得することができる。

ここで、送信側ユニット１と同じ拡散符号ＸＯＲを受信側センサユニット２で使用する場合、送信側ユニット１から有線で受信側センサユニット２に送信するように構成してもよいが、送信側ユニット１と同様に、受信側センサユニット２に、クロック発生器、Ｍ系列符号発生器、及び拡散符号発生器を設けておき、送信側ユニット１及び受信側センサユニット２のクロックを同期させ、Ｍ系列符号発生器による符号系列の初期値を同じにしておけば、送信側ユニット１から送信することなく、受信側センサユニット２で勝手に生成することができる。
このような構成とすることにより、送信側ユニット１及び受信側センサユニット２をケーブル等で接続する必要がなくなり、無線でこのシステムを利用することができるという利点がある。

前述した逆拡散処理器２２で処理された磁界検出値は、ローパスフィルタ２３によって高周波ノイズ成分が除去され、さらに、Ａ／Ｄ変換器２４によってデジタル変換された後、算出部２４に入力される。
算出部２４は、入力された磁界検出値に基づいて、連立方程式を生成し、これに基づいて、送信側ユニット１及び受信側センサユニット２の間の距離と、相互の姿勢を算出することが可能となる。
本実施形態では、前述したように、送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺ及び受信コイルＲＸ、ＲＹ、ＲＺがそれぞれ３つずつあるので、算出部２４は、Ｘ座標ｘ、Ｙ座標ｙ、Ｚ座標ｚ、ピッチｕ、ヨーｖ、ロールｗを変数として以下のような９つの方程式を生成する。尚、方程式中のＢijは送信コイルiが発生した磁界を受信コイルjで受信したときの磁界検出値を意味する。

（数１）
ｆ_１（ｘ，ｙ，ｚ，ｕ，ｖ，ｗ）＝Ｂxx
ｆ_２（ｘ，ｙ，ｚ，ｕ，ｖ，ｗ）＝Ｂxy
…
ｆ_９（ｘ，ｙ，ｚ，ｕ，ｖ，ｗ）＝Ｂzz

次に、算出部２４は、生成した９つの連立方程式に基づいて、各式を満足するｘ，ｙ，ｚ，ｕ，ｖ，ｗを算出する。尚、方程式を生成する際の関数の設定は、前記特許文献１に示されるものを使用し、設定された関数から各値を算出する方法については、公知の方法によって算出することができる。
そして、得られたｘ，ｙ，ｚ，ｕ，ｖ，ｗの値は、パーソナルコンピュータやゲーム装置等の電子機器に出力され、電子機器は、送信側ユニット１及び受信側センサユニット２間の距離と相互の姿勢状態を把握する。

このような相対位置・姿勢計測システムは、特に、ゲーム装置で利用することが考えられ、例えば、次のような場面での使用方法が想定できる。
(a)操作者に装着されるヘッドマウントディスプレイと、ゲーム装置との間でヘッドマウントディスプレイの位置及び姿勢をゲーム装置側で把握し、把握したヘッドマウントディスプレイの位置及び姿勢に基づいて、ゲーム装置側で表示する画面を変化させることができる。この場合、送信側ユニット１をヘッドマウントディスプレイ側に設けておき、受信側センサユニット２をゲーム装置に接続し、定位置に配置するのが演算処理装置２０の出力をゲーム装置に入力させる点で好ましい。

(b)ゲーム装置を操作する操作端末としてのコントローラに送信側ユニット１を内蔵しておき、受信側センサユニット２をゲーム装置に接続しておくと、コントローラのボタン、レバー等を操作するだけでなく、コントローラの姿勢を変化するだけでゲーム装置側でその姿勢に応じて画面を表示させることが可能となり、ゲームにおける臨場感が一層向上する。特に、ガンコントローラ（銃型のコントローラ）のような場合、照準合わせに際して前述したシステムにより、ガンコントローラの位置及び姿勢からどこに照準を合わせているのか把握することができる。
(c)表示画面を備えた携帯型ゲーム装置に、送信側ユニット１又は受信側センサユニット２を着脱可能に取り付け又は内蔵させ、他方の受信側センサユニット２又は送信側ユニット１を携帯型ゲーム装置にケーブルなどを介して接続して床や机に設置し、携帯型ゲーム装置の位置及び姿勢に基づいてゲーム画面を変化させることも考えられる。

前述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
(1)Ｍ系列符号発生器１４により生成された異なる符号系列を拡散符号ＸＯＲとし、これを積分器１６により積分した電圧波形に基づいて、各送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺの駆動電流を生成することにより、送信側ユニット１及び受信側センサユニット２の間に位置又は姿勢の変化が生じたとき、受信側センサユニット２では、磁界検出値を磁束密度の変化として現れる電流値として検出することができる。従って、これを演算処理装置２０で逆拡散処理器２２により逆拡散することにより、各送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺが生成する磁界強度値を個別に検出することができ、両者の相対位置又は姿勢を算出することができる。

(2)変調方式としてＭ系列変調方式を採用することにより、受信側センサユニット２では、各送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺから発生した磁界のそれぞれを識別、分離することができるため、時分割方式で各送信コイルから出力する必要もなく、応答性に優れ、広帯域拡散が行われるので、ノイズにも強く、送信側ユニット１及び受信側センサユニット２の距離が離れていても、両者間の相対位置・姿勢を計測することができる。
(3)Ｍ系列変調方式の採用により、受信側センサユニット２で送信側ユニット１とは独立して拡散符号ＸＯＲを生成し、同期をとることにより、送信側ユニット１で生成した拡散符号ＸＯＲを通信等で受信側センサユニット２に出力する必要がなくなるので、無線化することも可能である。

(4)送信側ユニットの送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺ、及び、受信側センサユニット２の受信コイルＲＸ、ＲＹ、ＲＺをそれぞれ３個の構成としたので、演算処理装置２０は、Ｘ、Ｙ、Ｚで与えられる距離だけでなく、ピッチ、ヨー、ローで与えられる相互の姿勢まで求め、送信側ユニット１及び受信側センサユニット２の位置・姿勢を正確に計測することができる。従って、本実施形態に係る計測システムをゲームのヘッドマウントディスプレイや、コントローラ等に適用することにより、臨場感にあふれたゲーム進行を実現することができる。

尚、本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲で種々の変形を採用することができる。
前記実施形態では、送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺ及び受信コイルＲＸ、ＲＹ、ＲＺがそれぞれ３個で計測システムを構成していたが、本発明はこれに限られない。すなわち、送信側コイル及び受信側コイルをそれぞれ３個以上としてもよく、両コイルの数を一致させる必要は必ずしもない。
加えて、本発明は、送信コイル及び受信コイルがそれぞれ２個の場合も含むものであり、例えば、液晶ディスプレイを有する携帯型ゲーム装置において、ゲーム装置を、液晶ディスプレイと平行に前後左右に移動させることにより、液晶ディスプレイ上でゲームの表示位置をＸＹ二次元方向に移動させる場合に、本発明を利用することができる。

また、前記実施形態では受信側センサユニット２は、３つの受信コイルＲＸ、ＲＹ、ＲＺを含んで構成されていたが、本発明はこれに限られず、送信コイルＴＸ、ＴＹ、ＴＺで発生した磁界を各コイル毎に検出できる構成であれば他の検出方法を利用したセンサユニットを採用してもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。

本発明の実施形態に係る相対位置・姿勢計測システムの構造を表すブロック図。 前記実施形態におけるＭ系列符号発生器で生成した符号系列から拡散符号を生成する原理を説明するための模式図。

符号の説明

１…送信側ユニット（磁界発生装置）、２…受信側センサユニット、２０…演算処理装置、１２…クロック発生器、１４…Ｍ系列符号発生器、１５…拡散符号発生器、１６…積分器、１７…電圧／電流変換器、ＴＸ、ＴＹ、ＴＺ…送信コイル、ＲＸ、ＲＹ、ＲＺ…受信コイル

Claims (3)

1. 互いに直交配置される複数の送信コイルを含み、各送信コイルで磁界を発生させる磁界発生装置と、
   各送信コイルで発生した磁界を送信コイル毎の磁界検出値として受信する磁界検出装置と、
   この磁界検出装置で受信された各送信コイルの磁界検出値に基づいて、前記磁界発生装置及び前記磁界検出装置間の距離及び相互の姿勢を算出する演算処理装置とを備えた相対位置・姿勢計測システムであって、
   前記磁界発生装置は、
   ５０％デューティサイクルのクロック信号を生成するクロック発生器と、
   このクロック発生器から与えられるクロック信号からそれぞれが異なる符号系列を生成する複数のＭ系列符号発生器と、
   各Ｍ系列符号発生器で生成された符号系列、及び、前記クロック発生器のクロック信号の排他的論理和を取って、各符号系列を拡散符号とする複数の拡散符号発生器と、
   各拡散符号発生器で生成された拡散符号のそれぞれを積分した波形を生成する複数の積分器と、
   各積分器で生成されたそれぞれの波形を電圧波形として、電圧／電流変換により各送信コイルに駆動電流を与える電圧／電流変換器とを備え、
   前記演算処理装置は、検出された各送信コイルの磁界検出値に応じた拡散符号により逆拡散を行って、得られた磁界検出値の強度に基づいて、前記磁界発生装置及び前記磁界検出装置間の距離及び相互の姿勢を算出することを特徴とする相対位置・姿勢計測システム。
2. 請求項１に記載の相対位置・姿勢計測システムにおいて、
   前記磁界検出装置は、前記複数の送信コイルに応じた複数の受信コイルを備え、
   前記演算処理装置は、各受信コイルで受信された各送信コイルの磁界検出値に前記拡散符号による逆拡散を行い、受信コイルの数に送信コイルの数を乗じた数の磁界強度値を得、これらの磁界強度値から連立方程式を生成して、前記磁界発生装置及び前記磁界検出装置間の距離及び相互の姿勢を算出することを特徴とする相対位置・姿勢計測システム。
3. 請求項２に記載の相対位置・姿勢計測システムにおいて、
   前記送信コイル及び前記受信コイルは、少なくとも３個以上設けられ、
   各受信コイルは、各送信コイルによる少なくとも３つの磁界検出値を検出し、
   前記演算処理装置は、少なくとも９つ以上の磁界検出値に基づく９つ以上の連立方程式を生成し、前記磁界発生装置及び前記磁界検出装置の３次元空間上の相対位置座標情報と、オイラー角で定義される両者の相対姿勢情報とを算出することを特徴とする相対位置・姿勢計測システム。
   

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