JP5004646B2 - Position / orientation detection system, detection method thereof, and position / orientation detection apparatus - Google Patents

Position / orientation detection system, detection method thereof, and position / orientation detection apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP5004646B2
JP5004646B2 JP2007117670A JP2007117670A JP5004646B2 JP 5004646 B2 JP5004646 B2 JP 5004646B2 JP 2007117670 A JP2007117670 A JP 2007117670A JP 2007117670 A JP2007117670 A JP 2007117670A JP 5004646 B2 JP5004646 B2 JP 5004646B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic field
unit
axis
detection unit
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2007117670A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008275395A (en
Inventor
威信 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei EMD Corp
Original Assignee
Asahi Kasei EMD Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Kasei EMD Corp filed Critical Asahi Kasei EMD Corp
Priority to JP2007117670A priority Critical patent/JP5004646B2/en
Publication of JP2008275395A publication Critical patent/JP2008275395A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5004646B2 publication Critical patent/JP5004646B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

本発明は、位置姿勢検出システム及びその検出方法並びに位置姿勢検出装置に関し、より詳細には、交流磁場を利用して連続的に測定ができ、かつ周波数の設定の自由度が大きく、しかも構成が簡単な位置姿勢検出システム及びその検出方法並びに位置姿勢検出装置に関する。   The present invention relates to a position / orientation detection system, a detection method therefor, and a position / orientation detection apparatus. The present invention relates to a simple position and orientation detection system, a detection method thereof, and a position and orientation detection apparatus.

近年、情報端末の位置と姿勢を検出する位置姿勢検出システムのニーズが高まってきている。例えば、モーションキャプチャにおけるヘッドマウントディスプレイのような可動体の位置・姿勢を検出するための位置姿勢検出システムや、医療機器の分野において、挿入型の内視鏡やカプセル内視鏡のように目視できない場所にある情報端末の位置・姿勢を計測する位置姿勢検出システムなどが挙げられる。   In recent years, there is an increasing need for a position and orientation detection system that detects the position and orientation of an information terminal. For example, a position / orientation detection system for detecting the position / orientation of a movable body such as a head-mounted display in motion capture, or in the field of medical equipment, such as an insertion-type endoscope or a capsule endoscope cannot be viewed. A position / orientation detection system that measures the position / orientation of an information terminal at a location can be used.

これら情報端末の位置と姿勢を検出する方法として、交流磁場を利用する方法がある。そのとき、交流磁場の発生する向きと測定に利用される磁気センサの向きが問題となる。例えば、磁気センサに磁場が入射してくると出力信号が増大する方向(以下、磁気センサの正方向という)が、交流磁場の正方向と同方向である場合に測定する交流信号と、磁気センサの正方向が交流磁場の正方向と反対の向きである場合に測定する交流信号は、見かけ上は区別ができない。   As a method for detecting the position and orientation of these information terminals, there is a method using an alternating magnetic field. At that time, the direction in which the alternating magnetic field is generated and the direction of the magnetic sensor used for measurement become a problem. For example, an AC signal that is measured when the direction in which the output signal increases when a magnetic field enters the magnetic sensor (hereinafter referred to as the positive direction of the magnetic sensor) is the same as the positive direction of the AC magnetic field, and the magnetic sensor The AC signal measured when the positive direction is opposite to the positive direction of the AC magnetic field is apparently indistinguishable.

図12(a),(b)は、磁気センサの正方向が正弦波状の交流磁場の入射方向に対して同方向の場合(図12a))と反対方向の場合(図12(b))に測定された出力信号の様子を示す図である。図12(a),(b)共に、出力信号は正弦波となり、半波長分ずれた状態であるだけで、信号を適当な瞬間から連続的に取得している場合には交流磁場がどちらの方向から入射してきたか区別できない。従って、信号強度(振幅)だけを検出しても磁気センサの向きを判断し、振幅について正負の符号を持たせることはできない(符号とは、図12(a)のように磁気センサの正方向が交流磁場の入射方向と同じであれば正の符号(+)、図12(b)のように磁気センサの正方向が交流磁場の入射方向と反対であれば負の符号(−)と定義する)。すなわち、振幅の符号を手がかりに、磁気センサの向きを判断できない。   12A and 12B show the case where the positive direction of the magnetic sensor is the same direction as the incident direction of the sinusoidal alternating magnetic field (FIG. 12A)) and the opposite direction (FIG. 12B). It is a figure which shows the mode of the measured output signal. 12 (a) and 12 (b), the output signal is a sine wave and is only in a state shifted by a half wavelength, and when the signal is continuously acquired from an appropriate moment, which of the alternating magnetic fields is It is impossible to distinguish whether it is incident from the direction. Therefore, even if only the signal intensity (amplitude) is detected, the direction of the magnetic sensor cannot be determined, and the amplitude cannot have a positive or negative sign (the sign is the positive direction of the magnetic sensor as shown in FIG. 12A). Is defined as a positive sign (+) if the same direction as the incident direction of the alternating magnetic field, and as a negative sign (-) if the positive direction of the magnetic sensor is opposite to the incident direction of the alternating magnetic field as shown in FIG. To do). That is, the direction of the magnetic sensor cannot be determined based on the sign of the amplitude.

このような問題を解決するため、例えば、特許文献1では、発生コイルから正弦波Aと正弦波Bを重ね合わせた磁場を発生させ、受信コイルで磁場を計測し、正弦波Aと正弦波Bを周波数帯域ごとに分離し、それぞれの振幅を比較することで発生コイルが磁場を出力した方向と受信コイルの向きとを判断していた。   In order to solve such a problem, for example, in Patent Document 1, a magnetic field in which a sine wave A and a sine wave B are superimposed is generated from a generating coil, the magnetic field is measured by a receiving coil, and the sine wave A and sine wave B are measured. Are separated for each frequency band, and the amplitude of each is compared to determine the direction in which the generating coil outputs the magnetic field and the direction of the receiving coil.

また、カプセル内視鏡の開発では、例えば、非特許文献1のように、発生コイルでの交流磁場を発生に同期させて、受信コイルで磁場を検出し、FFT(Fast fourier Transform;高速フーリエ変換)演算を施すことによって各周波数の信号強度(振幅)を検出し、また、信号検出時からFFT演算を施すまでのデータから位相を算出し、同じ時間を基準とすると磁気センサの向きと磁場の向きが同方向と反対方向の場合で位相がπずれていることから、検出した交流磁場の振幅の符号を決定していた。   In the development of a capsule endoscope, for example, as in Non-Patent Document 1, an AC magnetic field in a generating coil is synchronized with the generation, a magnetic field is detected by a receiving coil, and an FFT (Fast Fourier Transform; Fast Fourier Transform) ) The signal intensity (amplitude) of each frequency is detected by performing an operation, and the phase is calculated from the data from the time of signal detection until the FFT operation is performed. If the same time is used as a reference, the orientation of the magnetic sensor and the magnetic field Since the phase is shifted by π when the direction is the same direction and the opposite direction, the sign of the amplitude of the detected AC magnetic field has been determined.

また、特願2007−30803号においては、同期信号を必要としないように、コイルから位相関係が既知の複数の磁場を重ね合わせて発生させて、磁気センサが測定した信号をFFT演算することで、測定された複数の交流磁場の位相を求め、位相関係に応じて検出した交流磁場の振幅の符号を決定していた。   In Japanese Patent Application No. 2007-30803, a plurality of magnetic fields having a known phase relationship are superimposed on each other so as not to require a synchronization signal, and a signal measured by the magnetic sensor is subjected to an FFT operation. The phase of the plurality of alternating magnetic fields measured is obtained, and the sign of the amplitude of the detected alternating magnetic field is determined according to the phase relationship.

特開2006−214979号公報JP 2006-214979 A 生体医工学 41−4,239/249(2003)Biomedical engineering 41-4, 239/249 (2003)

しかしながら、上述した特許文献1に記載された方法では、正弦波Aが正出力を行っている場合に同期して正弦波Bを発生させる間欠駆動という複雑な構成が必要である。また、受信コイルごとにそれぞれの周波数を分離するための帯域の決まったフィルタが必要であり、さらに正弦波Aと正弦波Bに利用する周波数が10倍以上異なっている必要もあり、周波数の設定の自由度が低いという問題があった。また、システム構成として、発生コイルが動く構成となっており、磁場を発生させるための電源を情報端末へ搭載せねばならず、最近の情報端末に必須な小型化と省電力を図りにくいという問題があった。   However, the method described in Patent Document 1 described above requires a complicated configuration of intermittent drive that generates the sine wave B in synchronization with the sine wave A performing positive output. Further, a filter having a predetermined band for separating each frequency is required for each reception coil, and the frequency used for the sine wave A and the sine wave B must be different by 10 times or more. There was a problem that the degree of freedom was low. In addition, the system configuration is such that the generating coil moves, and a power source for generating a magnetic field must be installed in the information terminal, making it difficult to achieve the downsizing and power saving required for recent information terminals. was there.

また、上述した非特許文献1に記載された方法では、同じ時間からの位相を検出するために、交流磁場(あるいは電流)の発生と同期して信号を測定しなければならず、そのためのトリガ(同期信号)又は参照信号を、発生する磁場毎に常に必要とし、構成が容易でなく、連続的な測定を行うことが難しいという問題があった。   Further, in the method described in Non-Patent Document 1 described above, in order to detect a phase from the same time, a signal must be measured in synchronization with the generation of an alternating magnetic field (or current), and a trigger for that purpose. (Synchronization signal) or reference signal is always required for each generated magnetic field, and the configuration is not easy, and it is difficult to perform continuous measurement.

また、特願2007−30803号に記載されたシステムだけでは、情報端末の方向の検出はできても、位置の検出まではできなかった。   In addition, only the system described in Japanese Patent Application No. 2007-30803 can detect the direction of the information terminal, but cannot detect the position.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、交流磁場を利用して連続的に測定ができ、かつ周波数の設定の自由度が大きく、しかも構成が簡単な位置姿勢検出システム及びその検出方法並びに位置姿勢検出装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to enable continuous measurement using an alternating magnetic field, a large degree of freedom in setting a frequency, and a simple configuration. A position and orientation detection system, a detection method therefor, and a position and orientation detection apparatus are provided.

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、位置姿勢検出システムであって、指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部と、該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部と、前記第1及び第2の磁場発生部から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部と、該磁場検出部により検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算部とを備え、前記第1の磁場発生部は、第1の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなり、前記第2の磁場発生部は、第2の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなり、前記演算部は、前記第1及び第2の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。 The present invention has been made to achieve such an object, and the invention according to claim 1 is a position and orientation detection system, wherein a first AC magnetic field having at least one directivity is generated. A second magnetic field generating unit and a second magnetic field generating at least one alternating magnetic field having a directivity different from that of the first magnetic field generating unit and having a frequency different from the frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generating unit. From the magnetic field generation unit, the magnetic field detection unit having a multi-axis magnetic sensor for detecting the magnetic field generated from the first and second magnetic field generation units, and the magnetic field detected by the magnetic field detection unit, the first and first A magnetic field generation unit and a calculation unit that calculates position information and posture information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between the magnetic field generation unit and the magnetic field detection unit , wherein the first magnetic field generation unit includes: Arranged to have directivity in the direction, At least one magnetic field generating coil that generates alternating magnetic fields having different frequencies, and the second magnetic field generating unit is arranged to have directivity in the second direction and generates alternating magnetic fields having different frequencies. The calculation unit includes at least one magnetic field generation coil, and the calculation unit specifies and corresponds to which of the plurality of magnetic field generation coils has the maximum intensity in the first and second magnetic field generation units. By specifying the directional relationship between the magnetic field generating coil and the magnetic field detector, position information and posture information of the magnetic field detector are calculated .

また、請求項に記載の発明は、請求項に記載の発明において、前記演算部は、前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記第1及び第2の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部とを備えたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the arithmetic unit is configured to determine the phase of the plurality of frequency components in each axis based on an output signal of each axis of the magnetic field detection unit. And the Fourier transform unit for calculating the amplitude, and based on the output signal from the Fourier transform unit, the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis is changed to the magnetic field from the first and second magnetic field generation units. And calculating a sign for the amplitude of each axis based on the first and second magnetic field generators based on the amplitude and the sign of each axis based on the magnetic fields from the first and second magnetic field generators. A magnetic field vector calculation unit that calculates first and second magnetic field vectors representing the direction and magnitude based on the generated magnetic field, and the first and second magnetic fields based on an output signal from the magnetic field vector calculation unit Odor in generation part By specifying which of the plurality of magnetic field generating coils has the maximum intensity of the magnetic field and specifying the directional relationship between the corresponding magnetic field generating coil and the magnetic field detecting unit, the position information of the magnetic field detecting unit and A position / orientation calculation unit for calculating attitude information is provided.

また、請求項に記載の発明は、位置姿勢検出システムであって、指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部と、該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部と、前記第1及び第2の磁場発生部から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部と、該磁場検出部により検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算部とを備え、前記第1の磁場発生部は、第1の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなり、前記第2の磁場発生部は、第2の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなり、前記演算部は、前記第1及び第2の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値かを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。 The invention according to claim 3 is a position and orientation detection system, wherein the first magnetic field generator generates at least one alternating magnetic field having directivity, and the directivity different from the first magnetic field generator. A second magnetic field generator that generates at least one alternating magnetic field having a frequency different from the frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generator, and the first and second magnetic field generators. A magnetic field detection unit having a multi-axis magnetic sensor for detecting a generated magnetic field, and a directional relationship between the first and second magnetic field generation units and the magnetic field detection unit is specified from the magnetic field detected by the magnetic field detection unit. Thus, the first magnetic field generator is arranged so as to have directivity in the first direction, and alternating currents having different frequencies are provided. At least one of generating a magnetic field Made from the magnetic field generating coil, the second magnetic field generating unit is disposed so as to have directivity in a second direction, comprising at least one magnetic field generating coil for generating an alternating magnetic field with different frequencies from each other, the arithmetic unit Specifies whether the angle between the magnetic fields generated from the plurality of magnetic field generation coils in the first and second magnetic field generation units is a predetermined value, and the directional relationship between the corresponding magnetic field generation coil and the magnetic field detection unit The position information and orientation information of the magnetic field detection unit are calculated by specifying

また、請求項に記載の発明は、請求項に記載の発明において、前記演算部は、前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記第1及び第2の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値かを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部とを備えたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the calculation unit is configured to output the phase of the plurality of frequency components on the axes based on the output signals of the axes of the magnetic field detection unit. And the Fourier transform unit for calculating the amplitude, and based on the output signal from the Fourier transform unit, the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis is changed to the magnetic field from the first and second magnetic field generation units. And calculating a sign for the amplitude of each axis based on the first and second magnetic field generators based on the amplitude and the sign of each axis based on the magnetic fields from the first and second magnetic field generators. A magnetic field vector calculation unit that calculates first and second magnetic field vectors representing the direction and magnitude based on the generated magnetic field, and the first and second magnetic fields based on an output signal from the magnetic field vector calculation unit Odor in generation part By specifying whether the angle between the magnetic fields generated from any of the plurality of magnetic field generating coils is a predetermined value, and specifying the directional relationship between the corresponding magnetic field generating coil and the magnetic field detecting unit, the position information of the magnetic field detecting unit and A position / orientation calculation unit for calculating attitude information is provided.

また、請求項に記載の発明は、位置姿勢検出システムであって、指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部と、該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部と、前記第1及び第2の磁場発生部から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部と、該磁場検出部により検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算部とを備え、前記第1及び第2の磁場発生部は、それぞれ磁場の発生方向を独立して変更できる磁場発生コイルからなり、前記演算部は、前記各磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。 The invention according to claim 5 is a position / orientation detection system, wherein the first magnetic field generator generates at least one alternating magnetic field having directivity, and the directivity different from the first magnetic field generator. A second magnetic field generator that generates at least one alternating magnetic field having a frequency different from the frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generator, and the first and second magnetic field generators. A magnetic field detection unit having a multi-axis magnetic sensor for detecting a generated magnetic field, and a directional relationship between the first and second magnetic field generation units and the magnetic field detection unit is specified from the magnetic field detected by the magnetic field detection unit. Thus, the first and second magnetic field generation units each include a magnetic field generation coil that can independently change the direction of generation of the magnetic field. , The computing unit is By changing the direction of the magnetic field generation coil so that the intensity of the magnetic field generated from the field generation coil is maximized, and specifying the directional relationship between the magnetic field detection unit and the magnetic field generation coil, the position of the magnetic field detection unit Information and posture information are calculated.

また、請求項に記載の発明は、請求項に記載の発明において、前記演算部は、前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記各磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部とを備えたことを特徴とする。
また、請求項に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれかに記載の発明において、前記交流磁場は、異なる複数の周波数成分の位相関係が既知である磁場であることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the calculation unit is configured to determine phases of the plurality of frequency components in the respective axes based on output signals of the respective axes of the magnetic field detection unit. And the Fourier transform unit for calculating the amplitude, and based on the output signal from the Fourier transform unit, the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis is changed to the magnetic field from the first and second magnetic field generation units. And calculating a sign for the amplitude of each axis based on the first and second magnetic field generators based on the amplitude and the sign of each axis based on the magnetic fields from the first and second magnetic field generators. A magnetic field vector calculation unit that calculates first and second magnetic field vectors representing the direction and magnitude based on the generated magnetic field, and generated from each magnetic field generation coil based on an output signal from the magnetic field vector calculation unit Magnetism By changing the direction of the magnetic field generating coil so as to maximize the intensity of the magnetic field and specifying the directional relationship between the magnetic field detecting unit and the magnetic field generating coil, the position information and the posture information of the magnetic field detecting unit are calculated. And a position / orientation calculation unit.
The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6 , wherein the alternating magnetic field is a magnetic field in which the phase relationship of a plurality of different frequency components is known. .

また、請求項に記載の発明は、位置姿勢検出方法であって、指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部による第1の磁場発生ステップと、該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部による第2の磁場発生ステップと、前記第1及び第2の磁場発生部から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部による磁場検出ステップと、該磁場検出ステップにより検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算ステップとを有し、前記演算ステップは、第1の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなる前記第1の磁場発生部及び、第2の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなる前記第2の磁場発生部における、前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。 The invention according to claim 8 is a position and orientation detection method, wherein the first magnetic field generation step by the first magnetic field generation unit that generates at least one alternating-current magnetic field having directivity, Second magnetic field generation by a second magnetic field generator that generates at least one alternating magnetic field having a directivity different from that of the magnetic field generator and a frequency different from the frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generator. From the step, a magnetic field detection step by a magnetic field detection unit having a multi-axis magnetic sensor for detecting a magnetic field generated from the first and second magnetic field generation units, and the magnetic field detected by the magnetic field detection step, the first and by a second magnetic field generating unit to identify the direction relationship of the magnetic field detecting portion, possess a calculating step of calculating position information and attitude information of the magnetic field detecting unit, wherein the calculating step includes a first direction In The first magnetic field generation unit including at least one magnetic field generation coil that is arranged so as to have directivity, and generates alternating magnetic fields having different frequencies, and is arranged so as to have directivity in a second direction. Identify and respond to which of the plurality of magnetic field generating coils has the maximum intensity in the second magnetic field generating unit including at least one magnetic field generating coil that generates alternating magnetic fields of different frequencies By specifying the directional relationship between the magnetic field generating coil and the magnetic field detector, position information and posture information of the magnetic field detector are calculated .

また、請求項に記載の発明は、請求項に記載の発明において、前記演算ステップは、前記磁場検出ステップによる各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換ステップと、該フーリエ変換ステップからの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生ステップから発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出ステップと、該磁場ベクトル算出ステップからの出力信号に基づいて、前記第1及び第2の磁場発生ステップにおいて前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応するコイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出ステップとを有することを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the invention according to claim 8 , wherein the calculating step is based on an output signal of each axis by the magnetic field detecting step, and the phases of the plurality of frequency components in each axis. And the Fourier transform step for calculating the amplitude, and the magnetic field from the first and second magnetic field generation steps based on the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis based on the output signal from the Fourier transform step. And calculating the sign for the amplitude of each axis based on the first and second magnetic field generation steps from the amplitude and the sign of each axis based on the magnetic field from the first and second magnetic field generation steps. A magnetic field vector calculating step for calculating first and second magnetic field vectors representing the direction and magnitude based on the generated magnetic field, and the magnetic field vector calculating step. Based on the output signal of the first and second magnetic field generating steps, it is specified which of the plurality of magnetic field generating coils has the maximum magnetic field intensity, and the corresponding coil and the magnetic field detecting unit A position / orientation calculation step of calculating position information and attitude information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship is characterized.

また、請求項10に記載の発明は、位置姿勢検出方法であって、指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部による第1の磁場発生ステップと、該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部による第2の磁場発生ステップと、前記第1及び第2の磁場発生部から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部による磁場検出ステップと、該磁場検出ステップにより検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算ステップとを有し、前記演算ステップは、第1の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなる前記第1の磁場発生部及び、第2の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなる前記第2の磁場発生部における、前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。 The invention according to claim 10 is a position and orientation detection method, wherein a first magnetic field generation step by a first magnetic field generation unit that generates at least one alternating magnetic field having directivity, Second magnetic field generation by a second magnetic field generator that generates at least one alternating magnetic field having a directivity different from that of the magnetic field generator and a frequency different from the frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generator. From the step, a magnetic field detection step by a magnetic field detection unit having a multi-axis magnetic sensor for detecting a magnetic field generated from the first and second magnetic field generation units, and the magnetic field detected by the magnetic field detection step, the first and by a second magnetic field generating unit to identify the direction relationship of the magnetic field detecting unit, and a calculation step of calculating the position information and attitude information of the magnetic field detecting unit, wherein the calculating step includes a first direction Are arranged so as to have directivity, are arranged to have different said comprising an alternating magnetic field frequency from the at least one magnetic field generating coil for generating a first magnetic field generator and the directivity in the second direction to each other, each other In the second magnetic field generation unit consisting of at least one magnetic field generation coil that generates alternating magnetic fields of different frequencies, specify which of the plurality of magnetic field generation coils the angle between the magnetic fields generated is a predetermined value, The positional information and orientation information of the magnetic field detection unit are calculated by specifying the directional relationship between the corresponding magnetic field generating coil and the magnetic field detection unit.

また、請求項11に記載の発明は、請求項10に記載の発明において、前記演算ステップは、前記磁場検出ステップによる各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換ステップと、該フーリエ変換ステップからの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生ステップから発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出ステップと、該磁場ベクトル算出ステップからの出力信号に基づいて、前記第1及び第2の磁場発生ステップにおいて前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値であるかを特定し、対応するコイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出ステップとを有することを特徴とする。 The invention according to claim 11 is the invention according to claim 10 , wherein the calculating step is based on an output signal of each axis by the magnetic field detecting step, and the phases in the plurality of frequency components in each axis. And the Fourier transform step for calculating the amplitude, and the magnetic field from the first and second magnetic field generation steps based on the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis based on the output signal from the Fourier transform step. And calculating the sign for the amplitude of each axis based on the first and second magnetic field generation steps from the amplitude and the sign of each axis based on the magnetic field from the first and second magnetic field generation steps. A magnetic field vector calculating step for calculating first and second magnetic field vectors representing the direction and magnitude based on the generated magnetic field; and the magnetic field vector calculating step. Based on the output signal from the first and second magnetic field generation steps, it is specified which angle of the magnetic fields generated from the plurality of magnetic field generation coils is a predetermined value in the first and second magnetic field generation steps, and the corresponding coil and the magnetic field A position / orientation calculation step of calculating position information and attitude information of the magnetic field detection unit by specifying a direction relation of the detection unit is provided.

また、請求項12に記載の発明は、位置姿勢検出方法であって、指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部による第1の磁場発生ステップと、該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部による第2の磁場発生ステップと、前記第1及び第2の磁場発生部から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部による磁場検出ステップと、該磁場検出ステップにより検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算ステップとを有し、前記演算ステップは、それぞれ磁場の発生方向を独立して変更できる磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。 The invention according to claim 12 is a position and orientation detection method, wherein the first magnetic field generation step by the first magnetic field generation unit that generates at least one alternating magnetic field having directivity, Second magnetic field generation by a second magnetic field generator that generates at least one alternating magnetic field having a directivity different from that of the magnetic field generator and a frequency different from the frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generator. From the step, a magnetic field detection step by a magnetic field detection unit having a multi-axis magnetic sensor for detecting a magnetic field generated from the first and second magnetic field generation units, and the magnetic field detected by the magnetic field detection step, the first and by a second magnetic field generating unit to identify the direction relationship of the magnetic field detecting unit, and a calculation step of calculating the position information and attitude information of the magnetic field detecting unit, wherein the computing step are respectively magnetized The direction of the magnetic field generation coil is changed so as to maximize the intensity of the magnetic field generated from the magnetic field generation coil that can independently change the generation direction of the magnetic field, and the directional relationship between the magnetic field detection unit and the magnetic field generation coil is specified Thus, position information and posture information of the magnetic field detection unit are calculated.

また、請求項13に記載の発明は、請求項12に記載の発明において、前記演算ステップは、前記磁場検出ステップによる各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換ステップと、該フーリエ変換ステップからの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生ステップから発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出ステップと、該磁場ベクトル算出ステップからの出力信号に基づいて、前記各磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出ステップとを有することを特徴とする。
また、請求項14に記載の発明は、請求項8乃至13のいずれかに記載の発明において、前記交流磁場は、異なる複数の周波数成分の位相関係が既知である磁場であることを特徴とする。
Further, in the invention described in claim 13 , in the invention described in claim 12 , the calculating step is based on an output signal of each axis by the magnetic field detecting step, and the phases in the plurality of frequency components in each axis. And the Fourier transform step for calculating the amplitude, and the magnetic field from the first and second magnetic field generation steps based on the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis based on the output signal from the Fourier transform step. And calculating the sign for the amplitude of each axis based on the first and second magnetic field generation steps from the amplitude and the sign of each axis based on the magnetic field from the first and second magnetic field generation steps. A magnetic field vector calculating step for calculating first and second magnetic field vectors representing the direction and magnitude based on the generated magnetic field; and the magnetic field vector calculating step. The direction of the magnetic field generating coil is changed so that the intensity of the magnetic field generated from each magnetic field generating coil is maximized based on the output signal from the magnetic field generating coil, and the directional relationship between the magnetic field detector and the magnetic field generating coil is specified By doing so, it has a position and orientation calculation step of calculating the position information and orientation information of the magnetic field detection unit.
The invention according to claim 14 is the invention according to any one of claims 8 to 13 , wherein the alternating magnetic field is a magnetic field in which the phase relationship of different frequency components is known. .

また、請求項15に記載の発明は、位置姿勢検出装置であって、指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部と、該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部とから発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部と、該磁場検出部により検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算部とを備え、前記演算部は、第1の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなる前記第1の磁場発生部及び、第2の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなる前記第2の磁場発生部における、前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。 The invention according to claim 15 is a position / orientation detection apparatus, wherein a first magnetic field generating unit that generates at least one alternating magnetic field having directivity, and a directivity different from the first magnetic field generating unit. And a multi-axis magnetic sensor for detecting a magnetic field generated from a second magnetic field generating unit that generates at least one alternating magnetic field having a frequency different from the frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generating unit And the positional information of the magnetic field detection unit by specifying the directional relationship between the first and second magnetic field generation units and the magnetic field detection unit from the magnetic field detected by the magnetic field detection unit. A calculation unit that calculates posture information, and the calculation unit is arranged to have directivity in a first direction, and includes at least one magnetic field generation coil that generates alternating magnetic fields having different frequencies. Magnetic field generation And any one of the plurality of magnetic field generating coils in the second magnetic field generating unit that is arranged so as to have directivity in the second direction and includes at least one magnetic field generating coil that generates alternating magnetic fields having different frequencies. The position information and the posture information of the magnetic field detection unit are calculated by specifying whether the intensity of the magnetic field generated from the maximum is specified and specifying the directional relationship between the corresponding magnetic field generation coil and the magnetic field detection unit. Features.

また、請求項16に記載の発明は、請求項15に記載の発明において、前記演算部は、前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記第1及び第2の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応するコイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部とを備えたことを特徴とする。 According to a sixteenth aspect of the present invention, in the invention according to the fifteenth aspect , the calculation unit is configured to detect phases of the plurality of frequency components in the respective axes based on output signals of the respective axes of the magnetic field detection unit. And the Fourier transform unit for calculating the amplitude, and based on the output signal from the Fourier transform unit, the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis is changed to the magnetic field from the first and second magnetic field generation units. And calculating a sign for the amplitude of each axis based on the first and second magnetic field generators based on the amplitude and the sign of each axis based on the magnetic fields from the first and second magnetic field generators. A magnetic field vector calculation unit that calculates first and second magnetic field vectors representing the direction and magnitude based on the generated magnetic field, and the first and second magnetic fields based on an output signal from the magnetic field vector calculation unit In the generation part The position information and orientation of the magnetic field detection unit are determined by specifying which of the plurality of magnetic field generation coils has the maximum intensity of the magnetic field and specifying the directional relationship between the corresponding coil and the magnetic field detection unit. And a position / orientation calculation unit that calculates information.

また、請求項17に記載の発明は、位置姿勢検出装置であって、指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部と、該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部とから発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部と、該磁場検出部により検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算部とを備え、前記演算部は、第1の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなる前記第1の磁場発生部及び、第2の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなる前記第2の磁場発生部における、前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。 The invention according to claim 17 is a position / orientation detection device, wherein the first magnetic field generator generates at least one alternating magnetic field having directivity, and the directivity different from the first magnetic field generator. And a multi-axis magnetic sensor for detecting a magnetic field generated from a second magnetic field generating unit that generates at least one alternating magnetic field having a frequency different from the frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generating unit And the positional information of the magnetic field detection unit by specifying the directional relationship between the first and second magnetic field generation units and the magnetic field detection unit from the magnetic field detected by the magnetic field detection unit. A calculation unit that calculates posture information, and the calculation unit is arranged to have directivity in a first direction, and includes at least one magnetic field generation coil that generates alternating magnetic fields having different frequencies. Magnetic field generation And are arranged so as to have directivity in a second direction, in the second magnetic field generating portion comprising at least one magnetic field generating coil for generating an alternating magnetic field of different frequencies, one of said plurality of magnetic field generating coils The position information and the posture information of the magnetic field detection unit are calculated by specifying whether the angle between the magnetic fields generated from is a predetermined value and specifying the directional relationship between the corresponding magnetic field generation coil and the magnetic field detection unit It is characterized by that.

また、請求項18に記載の発明は、請求項17に記載の発明において、前記演算部は、前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記第1及び第2の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値であるかを特定し、対応するコイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部とを備えたことを特徴とする。 According to an eighteenth aspect of the present invention, in the invention according to the seventeenth aspect , the arithmetic unit is configured to detect phases of the plurality of frequency components in the respective axes based on output signals of the respective axes of the magnetic field detecting unit. And the Fourier transform unit for calculating the amplitude, and based on the output signal from the Fourier transform unit, the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis is changed to the magnetic field from the first and second magnetic field generation units. And calculating a sign for the amplitude of each axis based on the first and second magnetic field generators based on the amplitude and the sign of each axis based on the magnetic fields from the first and second magnetic field generators. A magnetic field vector calculation unit that calculates first and second magnetic field vectors representing the direction and magnitude based on the generated magnetic field, and the first and second magnetic fields based on an output signal from the magnetic field vector calculation unit In the generation part The position information of the magnetic field detection unit is determined by specifying which of the plurality of magnetic field generation coils the angle between the magnetic fields generated is a predetermined value and specifying the directional relationship between the corresponding coil and the magnetic field detection unit. And a position / orientation calculation unit for calculating attitude information.

また、請求項19に記載の発明は、位置姿勢検出装置であって、指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部と、該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部とから発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部と、該磁場検出部により検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算部とを備え、前記演算部は、それぞれ磁場の発生方向を独立して変更できる磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。 The invention according to claim 19 is a position and orientation detection device, wherein the first magnetic field generator generates at least one alternating magnetic field having directivity, and the directivity different from that of the first magnetic field generator. And a multi-axis magnetic sensor for detecting a magnetic field generated from a second magnetic field generating unit that generates at least one alternating magnetic field having a frequency different from the frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generating unit And the positional information of the magnetic field detection unit by specifying the directional relationship between the first and second magnetic field generation units and the magnetic field detection unit from the magnetic field detected by the magnetic field detection unit. A calculation unit that calculates posture information, and the calculation unit changes the direction of the magnetic field generation coil so that the intensity of the magnetic field generated from the magnetic field generation coil that can change the generation direction of the magnetic field independently is maximized. Let By identifying the magnetic field detecting unit directional relationship of the magnetic field generating coil, and calculates the position information and attitude information of the magnetic field detecting unit.

また、請求項20に記載の発明は、請求項19に記載の発明において、前記演算部は、前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記各磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部とを備えたことを特徴とする。
また、請求項21に記載の発明は、請求項15乃至20のいずれかに記載の発明において、前記交流磁場は、異なる複数の周波数成分の位相関係が既知である磁場であることを特徴とする。
According to a twentieth aspect of the present invention, in the invention according to the nineteenth aspect , the calculation unit is configured to determine phases of the plurality of frequency components in the respective axes based on output signals of the respective axes of the magnetic field detection unit. And the Fourier transform unit for calculating the amplitude, and based on the output signal from the Fourier transform unit, the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis is changed to the magnetic field from the first and second magnetic field generation units. And calculating a sign for the amplitude of each axis based on the first and second magnetic field generators based on the amplitude and the sign of each axis based on the magnetic fields from the first and second magnetic field generators. A magnetic field vector calculation unit that calculates first and second magnetic field vectors representing the direction and magnitude based on the generated magnetic field, and generated from each of the magnetic field generation coils based on an output signal from the magnetic field vector calculation unit By changing the direction of the magnetic field generating coil so that the intensity of the magnetic field is maximized and specifying the directional relationship between the magnetic field detecting unit and the magnetic field generating coil, the position information and orientation information of the magnetic field detecting unit are calculated. And a position / orientation calculation unit.
The invention according to claim 21 is the invention according to any one of claims 15 to 20 , wherein the alternating magnetic field is a magnetic field in which the phase relationship of a plurality of different frequency components is known. .

本発明によれば、異なる複数の周波数を持ち特定の方向に強い磁場を発生する指向性を有する磁場発生部を複数構成することで、情報端末に搭載された複数の磁気センサを有する磁場検出部によって検出された信号から、演算部において磁場検出部と複数の磁場発生部との方向関係を算出し、情報端末の位置と姿勢を検出することが可能となった。   According to the present invention, a magnetic field detection unit having a plurality of magnetic sensors mounted on an information terminal by configuring a plurality of magnetic field generation units having a plurality of different frequencies and having directivity for generating a strong magnetic field in a specific direction. It is possible to calculate the directional relationship between the magnetic field detection unit and the plurality of magnetic field generation units in the calculation unit from the signal detected by the above, and to detect the position and orientation of the information terminal.

また、交流磁場を利用して連続的に測定ができ、かつ、周波数の設定の自由度が大きく、しかも、構成が簡単な位置姿勢検出システムを提供することができる。また、同様に、その位置姿勢検出方法及び位置姿勢検出装置を提供することができる。   In addition, it is possible to provide a position and orientation detection system that can continuously measure using an alternating magnetic field, has a high degree of freedom in setting a frequency, and has a simple configuration. Similarly, the position and orientation detection method and the position and orientation detection apparatus can be provided.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
[実施例1]
図1は、本発明の位置姿勢検出システムの実施例1を示す全体構成図で、図中符号1はXg軸方向磁場発生部、1aはXg軸コイル電源群、1bはXg軸コイル群、2はYg軸方向磁場発生部、2aはYg軸コイル電源群、2bはYg軸コイル群、3は磁場検出部11を有する情報端末、4は演算部、5はデータ表示部を示している。なお、符号10は方位角センサを示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Example 1]
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a first embodiment of a position / orientation detection system of the present invention. In FIG. Denotes a Yg-axis direction magnetic field generation unit, 2a denotes a Yg-axis coil power supply group, 2b denotes a Yg-axis coil group, 3 denotes an information terminal having a magnetic field detection unit 11, 4 denotes a calculation unit, and 5 denotes a data display unit. Reference numeral 10 denotes an azimuth angle sensor.

右手系のXgYgZg座標系が定義された空間があり、Xg軸方向磁場発生部1は、Xg軸方向へ、Yg軸方向磁場発生部2は、Yg軸方向へ磁場を発生する。Xg軸方向磁場発生部1は、Xg軸コイル電源群1aとXg軸コイル群1bとから構成されている。同様にYg軸方向磁場発生部2は、Yg軸コイル電源群2aとYg軸コイル群2bとから構成されている。   There is a space in which a right-handed XgYgZg coordinate system is defined. The Xg-axis direction magnetic field generation unit 1 generates a magnetic field in the Xg-axis direction, and the Yg-axis direction magnetic field generation unit 2 generates a magnetic field in the Yg-axis direction. The Xg-axis direction magnetic field generator 1 includes an Xg-axis coil power supply group 1a and an Xg-axis coil group 1b. Similarly, the Yg-axis direction magnetic field generator 2 includes a Yg-axis coil power supply group 2a and a Yg-axis coil group 2b.

Xg軸コイル群1bは、YgZg平面に平行な面上で、Xg軸方向に磁場を発生するよう等間隔に並べられた複数のコイルの集まりであり、Yg軸方向にl個並べられた列が、Zg軸方向にn列並べられている。Yg軸コイル群2bは、XgZg平面に平行な面上で、Yg軸方向に磁場を発生するよう等間隔に並べられた複数のコイルの集まりであり、Xg軸方向にm個並べられた列が、Zg軸方向にn列並べられている。なお、l、m、nは1以上の整数である。   The Xg-axis coil group 1b is a group of a plurality of coils arranged at equal intervals so as to generate a magnetic field in the Xg-axis direction on a plane parallel to the YgZg plane, and one row arranged in the Yg-axis direction. , N rows are arranged in the Zg axis direction. The Yg-axis coil group 2b is a group of a plurality of coils arranged at equal intervals so as to generate a magnetic field in the Yg axis direction on a plane parallel to the XgZg plane, and m rows arranged in the Xg axis direction. , N rows are arranged in the Zg axis direction. Note that l, m, and n are integers of 1 or more.

Xg軸コイル群1bのZg軸方向に並べられたn列の各列と、Yg軸コイル群2bのZg軸方向に並べられたn列の各列は、XgYg平面に対して並行な同一平面上にある。また、Xg軸コイル群1bとYg軸コイル群2bはともに、一方のコイル群が磁場を発生する空間に重ならないように配置されている。また、各コイルは、その磁場発生面の中心軸上において最も強い磁場を発生する。例えば、スパイラルコイルを利用するものとする。したがって、Xg軸コイル群1bはXg軸の方向に、Yg軸コイル群2bはYg軸の方向に強い磁場を発生する。   Each row of n rows arranged in the Zg-axis direction of the Xg-axis coil group 1b and each row of n rows arranged in the Zg-axis direction of the Yg-axis coil group 2b are on the same plane parallel to the XgYg plane. It is in. Further, both the Xg-axis coil group 1b and the Yg-axis coil group 2b are arranged so that one coil group does not overlap a space for generating a magnetic field. Each coil generates the strongest magnetic field on the central axis of the magnetic field generation surface. For example, a spiral coil is used. Therefore, the Xg-axis coil group 1b generates a strong magnetic field in the Xg-axis direction, and the Yg-axis coil group 2b generates a strong magnetic field in the Yg-axis direction.

本発明の位置姿勢検出システムは、Xg軸方向磁場発生部1とYg軸方向磁場発生部2と磁場検出部11を有する情報端末3と演算部4とデータ表示部5とから構成されている。   The position / orientation detection system of the present invention includes an information terminal 3 having an Xg-axis direction magnetic field generation unit 1, a Yg-axis direction magnetic field generation unit 2, and a magnetic field detection unit 11, a calculation unit 4, and a data display unit 5.

Xg軸コイル電源群1aとXg軸コイル群1bとからなるXg軸方向磁場発生部(第1の磁場発生部)1は、指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生するものである。また、Yg軸コイル電源群2aとYg軸コイル群2bとからなるYg軸方向磁場発生部(第2の磁場発生部)2は、Xg軸方向磁場発生部1とは異なる指向性で、かつXg軸方向磁場発生部1が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生するものである。   The Xg-axis direction magnetic field generator (first magnetic field generator) 1 including the Xg-axis coil power supply group 1a and the Xg-axis coil group 1b generates at least one alternating-current magnetic field having directivity. The Yg-axis direction magnetic field generation unit (second magnetic field generation unit) 2 including the Yg-axis coil power supply group 2a and the Yg-axis coil group 2b has directivity different from that of the Xg-axis direction magnetic field generation unit 1 and Xg At least one alternating magnetic field having a frequency different from the frequency of the magnetic field generated by the axial magnetic field generator 1 is generated.

また、情報端末3内の磁場検出部11は、Xg軸方向磁場発生部1とYg軸方向磁場発生部2から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサ10a,10b,10cを有するものである。また、演算部4は、検出された磁場から、Xg軸方向磁場発生部1とYg軸方向磁場発生部2と磁場検出部11の方向関係を特定することで磁場検出部11の位置情報と姿勢情報を算出するものである。   The magnetic field detection unit 11 in the information terminal 3 includes multi-axis magnetic sensors 10a, 10b, and 10c that detect magnetic fields generated from the Xg-axis direction magnetic field generation unit 1 and the Yg-axis direction magnetic field generation unit 2. . Further, the calculation unit 4 specifies the positional relationship and orientation of the magnetic field detection unit 11 by identifying the directional relationship among the Xg axis direction magnetic field generation unit 1, the Yg axis direction magnetic field generation unit 2, and the magnetic field detection unit 11 from the detected magnetic field. Information is calculated.

図2は、あるZg座標(Zg=Zkとする平面)におけるXg軸コイル群1b、Yg軸コイル群2bの配置と情報端末3の配置の説明図である。 FIG. 2 is an explanatory diagram of the arrangement of the Xg-axis coil group 1b and the Yg-axis coil group 2b and the arrangement of the information terminal 3 at a certain Zg coordinate (plane where Zg = Zk).

Xg軸コイル群1bは、コイルX1からコイルXlまでl個のコイルがYg軸に平行に等間隔にXg軸の方向に磁場を発生するよう並んでいる。同様に、Yg軸コイル群2bもコイルY1からコイルYmまでのm個がXg軸に平行に等間隔にYg軸の方向に磁場を発生するように並んでいる。 Xg-axis coil group 1b are arranged so that the l-number of coils from the coil X 1 to coil X l generates a magnetic field in the direction of the Xg-axis at equal intervals parallel to the Yg axis. Similarly, it is arranged as the m from the coil Y 1 also Yg axis coil group 2b to coil Y m generates a magnetic field in the direction of the Yg axis at equal intervals parallel to the Xg-axis.

このような配置により、各軸コイル群の各コイルの中心軸同士の交差する点でZg=ZkにおけるXgYg座標を形成している。そして、これらのコイルと同じ配置を持った平面がZg軸方向にn面形成されることで、l×m×n個の座標を持つXgYgZg座標空間が形成されている。 Such an arrangement forms a XgYg coordinates in Zg = Z k in the point of intersection of the center axes of the coils of each axis coil groups. Then, planes having the same arrangement as those of these coils are formed by n planes in the Zg axis direction, thereby forming an XgYgZg coordinate space having l × m × n coordinates.

図2において、情報端末3は、コイルXiとコイルYjの中心軸上の交差点に配置されている。この場合、位置座標は(Xi,Yj,Zk)である。以下の本実施例の説明については、Zg=Zkの平面に情報端末3があるとして説明を行う。 2, the information terminal 3 is disposed at the intersection on the central axis of the coil X i and the coil Y j. In this case, the position coordinates are (X i , Y j , Z k ). For the following description of this embodiment will be described as being the information terminal 3 to the plane of Zg = Z k.

Xg軸コイル電源群1aは、それらのコイルの一つ一つに異なる2つの周波数をもつ交流電流を供給できる複数の電源の集まりである。Yg軸コイル電源群2aも同様である。各電源からの交流電流(又は電圧)は、第1と第2の周波数の角周波数が、ある偶奇が異なる正の整数M、Nを用いて、それぞれMω、Nωと表されるものとする(最小の整数比として周波数比がM:Nである)。例えばM=1、N=2である。   The Xg-axis coil power supply group 1a is a group of a plurality of power supplies that can supply alternating currents having two different frequencies to each of the coils. The same applies to the Yg-axis coil power supply group 2a. The alternating current (or voltage) from each power source is expressed as Mω and Nω, respectively, by using positive integers M and N having different even and odd angular frequencies of the first and second frequencies ( The frequency ratio is M: N as the smallest integer ratio). For example, M = 1 and N = 2.

そして、これら2つの周波数は、電源毎にすべて異なっている。そして、各コイルに上述のように異なる2つの周波数の交流電流を各電源から供給することで磁場を発生でき、各コイルから発生した磁場は、各電源から供給された交流電流の周波数成分を持ち、その周波数成分はそれぞれ異なっている。   These two frequencies are all different for each power source. A magnetic field can be generated by supplying alternating currents of two different frequencies from each power source to each coil as described above, and the magnetic field generated from each coil has a frequency component of the alternating current supplied from each power source. The frequency components are different from each other.

そして、Xg軸コイル群1bの各コイルから発生する磁場の大きさは、コイルから測定する位置までの距離が同じであればすべて等しい。Yg軸コイル群2bの各コイルから発生する磁場についても同様である。各コイルからの磁場の各周波数成分の位相関係は既知であり、例えば、第1と第2の周波数成分の位相Θ,Φは次のように表されるものとする。
Θ=Mωt+Ωθ ・・・(1)
Φ=Nωt+Ωφ ・・・(2)
(第1の周波数成分、第2の周波数成分ともに時間t=0においてそれぞれΩθ、Ωφであるとする)。
And the magnitude | size of the magnetic field which generate | occur | produces from each coil of Xg axis coil group 1b will be all equal if the distance from a coil to the position to measure is the same. The same applies to the magnetic field generated from each coil of the Yg-axis coil group 2b. The phase relationship of each frequency component of the magnetic field from each coil is known. For example, the phases Θ and Φ of the first and second frequency components are expressed as follows.
Θ = Mωt + Ω θ (1)
Φ = Nωt + Ω φ (2)
(It is assumed that the first frequency component and the second frequency component are respectively Ω θ and Ω φ at time t = 0).

情報端末3は、磁場検出部(方位角センサ10とデータ送信部16;後述する図4参照)11を有し、Xg軸方向磁場発生部1とYg軸方向磁場発生部2からの磁場を検出できる空間内に配置されている。   The information terminal 3 includes a magnetic field detection unit (azimuth angle sensor 10 and data transmission unit 16; see FIG. 4 described later) 11 and detects magnetic fields from the Xg-axis direction magnetic field generation unit 1 and the Yg-axis direction magnetic field generation unit 2. It is arranged in a space that can.

情報端末3の内部には、上記の各コイルから発生された磁場を検出する磁場検出部11が搭載されており、この方位角センサ10には、互いに直交した面を向いた3軸の磁気センサであるx軸磁気センサ10aとy軸磁気センサ10bとz軸磁気センサ10cが搭載されている。   Inside the information terminal 3, a magnetic field detector 11 for detecting the magnetic field generated from each of the coils is mounted. The azimuth sensor 10 has a triaxial magnetic sensor facing surfaces orthogonal to each other. The x-axis magnetic sensor 10a, the y-axis magnetic sensor 10b, and the z-axis magnetic sensor 10c are mounted.

この磁気センサ10a〜10cは、ホール素子,MR素子,GMR素子,MI素子などの半導体型の磁気センサである。また、データ送信部16は、方位角センサ10内の3軸の磁気センサ10a〜10cが検出した磁場をデジタル信号へと変換した磁気データを、情報端末3の外部の演算部4内のデータ受信部17へと送信することができる。なお、図1では、情報端末3のデータ送信部16から磁気データを無線で演算部4へと送信する様子が描かれている(鉤型の点線矢印が無線で送信される磁気データを表している)。   The magnetic sensors 10a to 10c are semiconductor type magnetic sensors such as a Hall element, an MR element, a GMR element, and an MI element. Further, the data transmission unit 16 receives magnetic data obtained by converting the magnetic field detected by the three-axis magnetic sensors 10 a to 10 c in the azimuth sensor 10 into a digital signal, and receives the data in the calculation unit 4 outside the information terminal 3. It can be transmitted to the unit 17. In FIG. 1, a state in which magnetic data is wirelessly transmitted from the data transmission unit 16 of the information terminal 3 to the calculation unit 4 is illustrated (a dotted dotted arrow represents magnetic data transmitted wirelessly). )

用途によっては、必ずしも無線である必要はなく、情報端末3と演算部4を有線で接続し、データの送受信を行っても良い。また、演算部4も情報端末3の外部に描かれているが、演算部4を情報端末3の内部に搭載して、演算部4のデータを情報端末3の外部のデータ表示部5とやり取りしても良い。この際、用途に応じて無線でも有線でも構わない。なお、情報端末3とは、利用者が何らかの情報を得ることのできる部分や部位を意味し、例えば、携帯電話,PDA(Personal Digital Assistant;パーソナルデジタルアシスタント),カプセル内視鏡,内視鏡,ゲーム機など多様なものを意味している。また、演算部4は、例えば、携帯電話、PDA、ゲーム機向け、あるいはカプセル内視鏡、内視鏡向けの計測器またはPC(Personal Computer;パーソナルコンピューター)内のCPU(Central Processing Unit;中央演算処理装置)、DSP(Digital Signal Processor;デジタルシグナルプロセッサ)、マイクロコンピューターなどに、メモリやハードディスクのような記憶装置や、外部との通信機能などを利用して構成する。また、データ表示部5は、演算部4からの出力信号を利用者へ表示する機能を有する部分で、例えば、上述した携帯電話、PDA、ゲーム機、計測器、PC用のディスプレイを利用して構成する。   Depending on the application, it is not always necessary to be wireless, and the information terminal 3 and the arithmetic unit 4 may be connected by wire to transmit and receive data. Further, although the calculation unit 4 is also drawn outside the information terminal 3, the calculation unit 4 is mounted inside the information terminal 3, and the data of the calculation unit 4 is exchanged with the data display unit 5 outside the information terminal 3. You may do it. At this time, it may be wireless or wired depending on the application. The information terminal 3 means a part or part from which a user can obtain some information. For example, a mobile phone, a PDA (Personal Digital Assistant), a capsule endoscope, an endoscope, It means various things such as game machines. The calculation unit 4 is, for example, a mobile phone, a PDA, a game machine, a capsule endoscope, a measuring instrument for an endoscope, or a CPU (Central Processing Unit) in a PC (Central Processing Unit). A processing device), a DSP (Digital Signal Processor), a microcomputer, and the like are configured using a storage device such as a memory and a hard disk, a communication function with the outside, and the like. The data display unit 5 has a function of displaying the output signal from the calculation unit 4 to the user. For example, the data display unit 5 uses a display for the above-described mobile phone, PDA, game machine, measuring instrument, and PC. Constitute.

図3は、情報端末3の座標系についての説明図である。情報端末3の長手方向をx軸、短手方向をy軸とし、x軸とy軸に垂直なz軸で、右手系の座標系xyz座標系(端末座標系と呼ぶ)を定義する。また、情報端末3に搭載された方位角センサ10が有する互いに直交な3軸の磁気センサ10a〜10cの方向は、それぞれxyz座標系を構成する各軸の方向と一致しているものとする。すなわち、x軸,y軸,z軸の磁気センサ10a〜10cがあり、それぞれの出力の増大方向(正方向)がxyz座標系の各軸の正方向の向きである。   FIG. 3 is an explanatory diagram of the coordinate system of the information terminal 3. A right-handed coordinate system xyz coordinate system (referred to as a terminal coordinate system) is defined by a z-axis perpendicular to the x-axis and the y-axis, where the longitudinal direction of the information terminal 3 is the x-axis and the short-side direction is the y-axis. In addition, it is assumed that the directions of the three-axis magnetic sensors 10a to 10c orthogonal to each other included in the azimuth angle sensor 10 mounted on the information terminal 3 coincide with the directions of the respective axes constituting the xyz coordinate system. That is, there are the x-axis, y-axis, and z-axis magnetic sensors 10a to 10c, and the increasing direction (positive direction) of each output is the positive direction of each axis of the xyz coordinate system.

図4は、本発明の位置姿勢検出システムにおける実施例1の位置姿勢検出装置の具体的な構成ブロック図である。この位置姿勢検出装置は、磁場検出部11と演算部4とから構成され、この演算部4は、データ受信部17とフーリエ変換部18と磁場ベクトル算出部19と位置姿勢算出部20を備えている。磁場検出部11は、上述したように方位角センサ10とデータ送信部16とから構成されている。   FIG. 4 is a block diagram showing a specific configuration of the position / orientation detection apparatus according to the first embodiment of the position / orientation detection system of the present invention. The position / orientation detection apparatus includes a magnetic field detection unit 11 and a calculation unit 4, and the calculation unit 4 includes a data reception unit 17, a Fourier transform unit 18, a magnetic field vector calculation unit 19, and a position / orientation calculation unit 20. Yes. The magnetic field detection unit 11 includes the azimuth angle sensor 10 and the data transmission unit 16 as described above.

この方位角センサ10は、x軸磁気センサ10aとy軸磁気センサ10bとz軸磁気センサ10cとの3軸の磁気センサと、この3軸の磁気センサを選択して選択された軸の磁気センサからの出力信号を取得するマルチプレクサ部12と、このマルチプレクサ部12を介して磁気センサを駆動する磁気センサ駆動部13と、マルチプレクサ部12からの出力信号を増幅する信号増幅部14と、この信号増幅部14からの増幅信号をA/D変換しデータ送信部16へ出力するA/D変換部15とから構成されている。データ送信部16は、A/D変換部15で変換された信号を演算部4に送信する。   The azimuth sensor 10 includes a three-axis magnetic sensor including an x-axis magnetic sensor 10a, a y-axis magnetic sensor 10b, and a z-axis magnetic sensor 10c, and a magnetic sensor with a selected axis selected by selecting the three-axis magnetic sensor. A multiplexer unit 12 for acquiring an output signal from the magnetic sensor, a magnetic sensor driving unit 13 for driving the magnetic sensor via the multiplexer unit 12, a signal amplifying unit 14 for amplifying the output signal from the multiplexer unit 12, and the signal amplification The A / D converter 15 is configured to A / D convert the amplified signal from the unit 14 and output it to the data transmitter 16. The data transmission unit 16 transmits the signal converted by the A / D conversion unit 15 to the calculation unit 4.

このような構成により、磁気センサ駆動部13は、マルチプレクサ部12を介して磁気センサ10a〜10cを駆動する。マルチプレクサ部12は、測定する軸の磁気センサを選択する。選択された軸の磁気センサの信号は、信号増幅部14において適切な大きさに増幅され、A/D変換部15においてアナログ信号からデジタル信号へと変換される。デジタル化された信号は、データ送信部16から磁気データとして演算部4へと送信される。   With such a configuration, the magnetic sensor driving unit 13 drives the magnetic sensors 10 a to 10 c via the multiplexer unit 12. The multiplexer unit 12 selects the magnetic sensor of the axis to be measured. The signal of the magnetic sensor on the selected axis is amplified to an appropriate magnitude by the signal amplifier 14 and converted from an analog signal to a digital signal by the A / D converter 15. The digitized signal is transmitted from the data transmission unit 16 to the calculation unit 4 as magnetic data.

演算部4において、データ受信部17は、磁場検出部11のデータ送信部16からの磁気データを受信し、フーリエ変換部18へと送る。フーリエ変換部18は、データ受信部17から所望量(例えば、128Hzのサンプリング周波数で測定を行う場合、1Hzの周波数分解能が必要であれば128個のデータ量となる)の3軸の磁気センサからの磁気データを取得した後に、それらに対しFFT演算を実行し、各コイルから発生する交流磁場の各周波数成分(それぞれ角周波数成分が、MωとNω)における、各軸の磁気センサが測定した信号強度(振幅)と位相を算出し、磁場ベクトル算出部19へと送る。   In the calculation unit 4, the data reception unit 17 receives magnetic data from the data transmission unit 16 of the magnetic field detection unit 11 and sends it to the Fourier transform unit 18. The Fourier transform unit 18 receives a desired amount from the data reception unit 17 (for example, when measurement is performed at a sampling frequency of 128 Hz, if the frequency resolution of 1 Hz is necessary, 128 data amounts are obtained). After obtaining the magnetic data, the FFT operation is performed on them, and the signal measured by the magnetic sensor of each axis in each frequency component of the alternating magnetic field generated from each coil (the angular frequency components are Mω and Nω, respectively) The intensity (amplitude) and phase are calculated and sent to the magnetic field vector calculation unit 19.

磁場ベクトル算出部19は、フーリエ変換部18からの各軸の磁気センサが測定した各周波数成分における振幅と位相から、特願2007−30803号に記載の方法によって、各コイルからの磁場ベクトルを算出する。ここで、磁場ベクトル算出部19において磁場ベクトルを算出する過程について簡単に説明を行う。ここではコイルXiからの磁場ベクトルmxiの算出だけについて説明する。 The magnetic field vector calculation unit 19 calculates the magnetic field vector from each coil by the method described in Japanese Patent Application No. 2007-30803 from the amplitude and phase of each frequency component measured by the magnetic sensor of each axis from the Fourier transform unit 18. To do. Here, the process of calculating the magnetic field vector in the magnetic field vector calculation unit 19 will be briefly described. Here, only the calculation of the magnetic field vector m xi from the coil X i will be described.

上述した(式1)、(式2)のように、コイルXiからの発生磁場Bxiは、位相がΘ,Φと表せるような第1と第2の周波数成分、MωとNωをもっているとする。x軸の磁気センサから測定された所望量の磁気データがFFT演算され、それらの周波数成分における振幅と位相を、A_x(Mω)、θ_x(Mω)、φ_x(Nω)(ここで、振幅は第1の周波数成分だけでよい)とすると、振幅の符号(x軸センサの正方向とBxiの正方向との関係を表す)が以下のようにして決定できる。 As shown in (Expression 1) and (Expression 2) described above, the generated magnetic field B xi from the coil X i has first and second frequency components Mω and Nω whose phases can be expressed as Θ and Φ. To do. The desired amount of magnetic data measured from the x-axis magnetic sensor is subjected to an FFT operation, and the amplitude and phase of these frequency components are represented by A_x (Mω), θ_x (Mω), φ_x (Nω) (where the amplitude is the first 1), the sign of the amplitude (representing the relationship between the positive direction of the x-axis sensor and the positive direction of Bxi ) can be determined as follows.

まず、振幅の符号を判定するための数値η_x(符号判定値)が次式で定義される。
η_x=M×φ_x(Nω)−N×θ_x(Mω)(但し、0≦η_x<2π)・・・(式3)
磁気センサの正方向と、発生磁場の正方向が一致している場合、
θ_x(Mω)=Mωt+Ωθ−2πp・・・(式4)
φ_x(Nω)=Nωt+Ωφ−2πq・・・(式5)
(但し、p、qは0≦θ_x(Mω),φ_x(Nω)<2πにするための整数)となり、(式3)から
η_x=(MΩθ−NΩφ)+2π(Np−Mq)−2πν・・・(式6)
となる(但し、νは0≦η_x<2πにするための整数)。
First, a numerical value η_x (sign determination value) for determining the sign of the amplitude is defined by the following equation.
η_x = M × φ_x (Nω) −N × θ_x (Mω) (where 0 ≦ η_x <2π) (Equation 3)
If the positive direction of the magnetic sensor and the positive direction of the generated magnetic field match,
θ_x (Mω) = Mωt + Ω θ− 2πp (Expression 4)
φ_x (Nω) = Nωt + Ω φ− 2πq (Expression 5)
(Where p and q are integers for setting 0 ≦ θ_x (Mω), φ_x (Nω) <2π), and from Equation (3), η_x = (MΩ θ−φ ) + 2π (Np−Mq) −2πν ... (Formula 6)
(Where ν is an integer for making 0 ≦ η_x <2π).

一方、磁気センサの正方向と、発生磁場の正方向が一致していない場合、
θ_x(Mω)=Mωt+Ωθ+π−2πp’ ・・・(式7)
φ_x(Nω)=Nωt+Ωφ+π−2πq’ ・・・(式8)
(但し、p’、q’は0≦θ_x(Mω),φ_x(Nω)<2πにするための整数)となるので、
η_x=(MΩθ−NΩφ)+π(M−N)+2π(Np’−Mq’)−2πν’・・・(式9)
となる(但し、ν’は0≦η_x<2πにするための整数)。(式6)と(式9)の振幅符号判定値は、π(M−N)分異なっている。このことから、磁気センサの正方向と発生磁場の正方向の関係が判断できる。
On the other hand, if the positive direction of the magnetic sensor does not match the positive direction of the generated magnetic field,
θ_x (Mω) = Mωt + Ω θ + π-2πp ′ (Expression 7)
φ_x (Nω) = Nωt + Ω φ + π−2πq ′ (Expression 8)
(Where p ′ and q ′ are integers for setting 0 ≦ θ_x (Mω), φ_x (Nω) <2π),
η_x = (MΩ θ−φ ) + π (MN) + 2π (Np′−Mq ′) − 2πν ′ (Equation 9)
Where ν ′ is an integer for making 0 ≦ η_x <2π. The amplitude sign determination values of (Expression 6) and (Expression 9) are different by π (MN). From this, the relationship between the positive direction of the magnetic sensor and the positive direction of the generated magnetic field can be determined.

ここで、MΩθ−NΩφ=π/2とし、M、Nが互いに偶奇の異なる正の整数であれば、x軸の磁気センサが測定したBxiの振幅A_x(Mω)は、正負の符号がついた振幅、
A_x’(Mω)=A_x(Mω)×Sign(Sin(η_x))・・・(式10)
として算出される(但し、Sign(k)はkの符号を表し、−1又は+1となる)。なお、η_xによって適切な符号が算出できるようにSign関数を決めておけば、MΩθ−NΩφ=π/2でなくても良い。
Here, if MΩ θ −NΩ φ = π / 2, and M and N are positive integers that are even and different from each other, the amplitude A_x (Mω) of B xi measured by the x-axis magnetic sensor is a positive or negative sign. Amplitude with
A_x ′ (Mω) = A_x (Mω) × Sign (Sin (η_x)) (Equation 10)
(Where Sign (k) represents the sign of k and is -1 or +1). It should be noted that MΩ θ −NΩ φ = π / 2 is not necessary if the Sign function is determined so that an appropriate code can be calculated by η_x.

同様な方法で、磁場Bxiを、y軸、z軸の磁気センサが検出する符号付き振幅を求め、それらをA_y’(Mω)、A_z’(Mω)とすると、3軸の磁気センサを有する方位角センサ10が測定した位置におけるBxiの大きさと向きを表す磁場ベクトルmxiとして求めることができる。すなわち、
xi=(A_x’(Mω),A_y’(Mω),A_z’(Mω))T・・・(式11)
(ATはAの転置を表す)。同様に、その他の各コイルからの磁場についても磁場ベクトルを算出することができる。
In the same way, the signed amplitude detected by the magnetic sensors of the y-axis and z-axis is obtained from the magnetic field B xi , and these are A_y ′ (Mω) and A_z ′ (Mω). It can be obtained as a magnetic field vector m xi representing the magnitude and direction of B xi at the position measured by the azimuth sensor 10. That is,
m xi = (A_x ′ (Mω), A_y ′ (Mω), A_z ′ (Mω)) T (Expression 11)
(A T represents transposition of A). Similarly, magnetic field vectors can be calculated for the magnetic fields from other coils.

コイルX1〜コイルXlらの磁場ベクトルをmx1、mx2、…mxlコイルY1〜コイルYmらの磁場ベクトルをmy1、my2、…mymする。そして、これらの磁場ベクトルは位置姿勢算出部20へと出力される。これらの磁場ベクトルは端末座標系でのベクトルとして表現したものとなっている。 Coils X 1 ~ coils X l et of the magnetic field vector m x1, m x2, ... m xl coils Y 1 ~ coils Y m et a magnetic field vector m y1, m y2, ... m to ym. These magnetic field vectors are output to the position / orientation calculation unit 20. These magnetic field vectors are expressed as vectors in the terminal coordinate system.

位置姿勢算出部20では、以下のようにして磁場ベクトル算出部19からの磁場ベクトルから位置と姿勢を表す位置データ(位置情報)と姿勢データ(姿勢情報)を算出する。   The position / orientation calculation unit 20 calculates position data (position information) and attitude data (attitude information) representing the position and orientation from the magnetic field vector from the magnetic field vector calculation unit 19 as follows.

情報端末3がXg軸座標Xiにある場合、測定されるXg軸コイル群1bからの磁場ベクトルでは、mxi-1、mxiとmxi+1がその他のコイルからの磁場ベクトルの大きさよりも大きく、mxiが最大の大きさを持つ。|mxi|(|x|はxの絶対値を表す)が最大のとき、
i-1,i=|mxi-1|/|mxi|・・・(式12)
i+1,i=|mxi+1|/|mxi|・・・(式13)
として、
i-1,i=Ri+1,i・・・(式14)
ならば、コイルXiの中心軸上であるXg座標Xiと判定できる。また、Ri-1,i<Ri+1,iであれば、コイルXiからコイルXi+1の間である。Ri-1,i>Ri+1,iであれば、コイルXi-1からコイルXiの間である。或いは、(式14)の関係からずれている場合、ある閾値Rthを決めて、
1−Rth<Ri-1,i/Ri+1,i<1+Rth・・・(式15)
の関係に収まっている場合に、Xg座標をXiと判断しても良い。つまり、各コイル群から大きさが最大となる磁場ベクトルmxiを検出し、その大きさと一つ隣のコイルからの磁場の大きさとの比を利用して、Xg軸コイル群1bに対しての情報端末3の位置座標を検出できる。また、その最大の大きさの磁場ベクトルmxiを発生しているコイルXiは、Xg軸コイル群1bのうち情報端末3から最短の距離の方向にあるものである。同様な方法で、Yg軸コイル群2bに対して大きさが最大となる磁場ベクトルmyjを検出し、Yg座標Yjを検出できる。なお、Zg軸座標については、Xg軸コイル群1bからの磁場ベクトルで位置座標を決定する際に、どの列のコイルであることがわかるので、Zg座標Zk検出はできている。このようにして、情報端末3の位置データ(Xi,Yj,Zk)を算出できる。すなわち、大きさが最大の磁場ベクトルを特定することで、現在の情報端末3の位置から各磁場発生部の最短距離のコイルを特定し、対応するコイルと情報端末3の方向関係を特定することで、位置情報を算出したことになる。
When the information terminal 3 is at the Xg axis coordinate X i , in the measured magnetic field vector from the Xg axis coil group 1b, m xi-1 , m xi and m xi + 1 are larger than the magnitude of the magnetic field vector from the other coils. And m xi has the largest size. When | m xi | (| x | represents the absolute value of x) is maximum,
R i-1, i = | m xi-1 | / | m xi | (Formula 12)
R i + 1, i = | m xi + 1 | / | m xi | (Formula 13)
As
R i-1, i = R i + 1, i (Formula 14)
Then, it can be determined as the Xg coordinate X i on the central axis of the coil X i . Further, if R i−1, i <R i + 1, i , the coil is between coil X i and coil X i + 1 . If R i-1, i > R i + 1, i , the coil is between coil X i-1 and coil X i . Alternatively, if it deviates from the relationship of (Equation 14), a certain threshold R th is determined
1−R th <R i−1, i / R i + 1, i <1 + R th (Formula 15)
Xg coordinates may be determined as X i when the relationship is satisfied. That is, the magnetic field vector m xi having the maximum magnitude is detected from each coil group, and the ratio between the magnitude and the magnitude of the magnetic field from the next adjacent coil is used to determine the Xg axis coil group 1b. The position coordinates of the information terminal 3 can be detected. Further, the coil X i generating the maximum magnetic field vector m xi is in the direction of the shortest distance from the information terminal 3 in the Xg axis coil group 1b. In a similar manner, to detect the magnetic field vector m yj the size relative Yg axis coil group 2b is maximized, can detect Yg coordinate Y j. Note that the Zg axis coordinates, to determine the position coordinates in a magnetic field vector from Xg-axis coil group 1b, since it is understood that a coil of which column, Zg coordinate Z k detection is made. In this way, the position data (X i , Y j , Z k ) of the information terminal 3 can be calculated. That is, by specifying the magnetic field vector having the maximum magnitude, the coil of the shortest distance of each magnetic field generation unit from the current position of the information terminal 3 is specified, and the directional relationship between the corresponding coil and the information terminal 3 is specified. Thus, the position information is calculated.

また、磁場ベクトル同士の内積を利用しても良い。各コイルの中心軸上の磁場ベクトル同士では内積は0である。すなわち、Xg軸コイル群1b、Yg軸コイル群2bからの磁場ベクトルのいずれかをそれぞれmx、myとすると、
x・my=0・・・(式16)
となる磁場ベクトルの組み合わせmxi、myjを検出し、位置データを算出するのでも良い。すなわち、磁場同士の角度が所定値(90度)であるような磁場を発生する各磁場発生部のコイルを、磁場ベクトル同士の所望の内積(式16)から特定し、対応するコイルと情報端末3の方向関係を特定することで、位置情報を算出したことになる。
Further, an inner product between magnetic field vectors may be used. The inner product is zero between the magnetic field vectors on the central axis of each coil. That, Xg-axis coil group 1b, respectively m x or the magnetic field vector from the Yg axis coil group 2b, when the m y,
m x · m y = 0 ··· ( Equation 16)
The position data may be calculated by detecting the combination m xi and my yj of the magnetic field vectors. That is, the coil of each magnetic field generation unit that generates a magnetic field in which the angle between the magnetic fields is a predetermined value (90 degrees) is specified from the desired inner product (Formula 16) of the magnetic field vectors, and the corresponding coil and information terminal By specifying the directional relationship 3, the position information is calculated.

そして、情報端末3の姿勢データは次のように算出できる。
検出された端末座標系の磁場ベクトルmxi、myjから絶対座標系を表す正規直交基底ベクトルex、ey、ezが次のように表現できる。
x=mxi/|mxi|・・・(式17)
y=myj/|myj|・・・(式18)
z=mxi×my/|mxi×myj|・・・(式19)
And the attitude | position data of the information terminal 3 are computable as follows.
The detected magnetic field vector m xi terminal coordinate system, orthonormal basis vectors e x representing the absolute coordinate system from m yj, e y, e z can be expressed as follows.
e x = m xi / | m xi | (Expression 17)
e y = m yj / | m yj | (Expression 18)
e z = m xi × m y / | m xi × m yj | ··· ( 19)

ここで、×はベクトル同士の外積演算を表す演算子である。そして、X=(exyz)で3行3列行列を表現すると、任意の絶対座標系の任意のベクトルrgは、次のような変換で端末座標系のベクトルrとして表現されることになる。
Xrg=r・・・(式20)
Here, x is an operator representing an outer product operation between vectors. When representing the X = (e x e y e z) in 3 3 matrix, an arbitrary vector r g of any of the absolute coordinate system is represented as a vector r of the terminal coordinate system by the following conversion Will be.
Xr g = r (Expression 20)

すなわち、端末座標系のベクトルrから、
g=X-1r=XTr・・・(式21)
として、絶対座標系でのベクトルrgへと変換することができる。
That is, from the terminal coordinate system vector r,
r g = X −1 r = X T r (Equation 21)
As it can be converted into vector r g in the absolute coordinate system.

情報端末3の長手方向(端末座標系のx軸方向)はrx=(1,0,0)Tと表されるが、このベクトルをXTによって絶対座標系で表したベクトルrxg=(Rx,Ry,Rz)Tへと変換されるとすると、この長手方向が、Xg軸となす角ψ、XgYg平面となす角αを以下の式で算出することができる。
ψ=tan-1(Ry/Rx)・・・(式22)
α=tan-1(Rz/(Rx2+Ry21/2)・・・(式23)
While the longitudinal direction of the information terminal 3 (x-axis direction of the terminal coordinate system) is expressed as r x = (1, 0, 0) T, a vector r xg representing this vector by X T the absolute coordinate system = ( Rx, Ry, Rz) If converted into T , the angle ψ formed by this longitudinal direction with the Xg axis and the angle α formed with the XgYg plane can be calculated by the following equations.
ψ = tan −1 (Ry / Rx) (Equation 22)
α = tan −1 (Rz / (Rx 2 + Ry 2 ) 1/2 ) (Equation 23)

これらは、情報端末3の長手方向の姿勢を表している姿勢データである。同様に短手方向や端末座標系のz軸方向の姿勢も表現できる。   These are attitude data representing the attitude of the information terminal 3 in the longitudinal direction. Similarly, the posture in the short direction or the z-axis direction of the terminal coordinate system can also be expressed.

図5は、本発明の位置姿勢検出システムの実施例1の動作を説明するためのフローチャートを示す図である。まず、Xg軸、Yg軸の方向を向いた各軸コイル群1a,2aの各コイルから、異なる2つの周波数をもつ磁場を発生する(ステップS1)。次に、各コイルから発生中の磁場を、3軸の磁気センサを有する方位角センサ10で測定し、デジタル信号として各軸の磁気データを取得する(ステップS2)。   FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the position / orientation detection system according to the first embodiment of the present invention. First, a magnetic field having two different frequencies is generated from each coil of each of the axial coil groups 1a and 2a facing the Xg axis and the Yg axis (step S1). Next, the magnetic field generated from each coil is measured by the azimuth angle sensor 10 having a three-axis magnetic sensor, and magnetic data for each axis is acquired as a digital signal (step S2).

次に、FFT演算に必要な所望量の磁気データを取得したかどうか判断する(ステップS3)。FFT演算に必要な所望量の磁気データを取得していれば次のステップS4へ進み、FFT演算に必要な所望量の磁気データを取得していなければステップS2へ戻る。   Next, it is determined whether a desired amount of magnetic data necessary for the FFT operation has been acquired (step S3). If the desired amount of magnetic data required for the FFT calculation has been acquired, the process proceeds to the next step S4, and if the desired amount of magnetic data required for the FFT calculation has not been acquired, the process returns to step S2.

次に、取得された所望量の各軸の磁気データに対しFFT演算を行い、各磁場の周波数成分における各軸の振幅と位相を算出する(ステップS4)。そして、各磁場の周波数成分における各軸の振幅と位相から、各磁場の大きさと向きを表す、位置姿勢検出に必要な各コイルからの磁場ベクトルを算出する(ステップS5)。   Next, an FFT operation is performed on the desired amount of magnetic data of each axis obtained to calculate the amplitude and phase of each axis in the frequency component of each magnetic field (step S4). Then, a magnetic field vector from each coil necessary for position and orientation detection representing the magnitude and direction of each magnetic field is calculated from the amplitude and phase of each axis in the frequency component of each magnetic field (step S5).

次に、算出した各コイルからの磁場ベクトルから、コイル群ごとに大きさが最大の磁場ベクトルを算出する(ステップS6)。そして、検出された大きさが最大の磁場ベクトルとその1つ隣のコイルからの磁場ベクトルの大きさを比較して情報端末3の位置データを算出する(ステップS7)。そして、大きさが最大の磁場ベクトルから情報端末3の姿勢データを算出する(ステップS8)。   Next, the magnetic field vector having the maximum magnitude for each coil group is calculated from the calculated magnetic field vector from each coil (step S6). Then, the position data of the information terminal 3 is calculated by comparing the magnitude of the detected magnetic field vector with the magnitude of the magnetic field vector from the next adjacent coil (step S7). Then, the attitude data of the information terminal 3 is calculated from the magnetic field vector having the maximum magnitude (step S8).

図6は、図5に示した本発明の位置姿勢検出システムの実施例1の動作を説明するためのフローチャートにおいて、ステップS6〜ステップS8を、内積を利用したものと置き換えた場合の手順をフローチャートに示す図である。   FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the position / orientation detection system according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 5, in which steps S6 to S8 are replaced with those using inner products. FIG.

すなわち、図5のステップS5の後、算出した各コイルからの磁場ベクトルから、内積が算出されていない2つの磁場ベクトルの組を各軸コイル群から選ぶ(ステップS6a)。そして、選んだ磁場ベクトルの組から算出した内積が所望の内積(実施例ではXg軸とYg軸は直交しているので0)と一致するかどうか判断する(ステップS7a)。   That is, after step S5 in FIG. 5, a set of two magnetic field vectors for which the inner product is not calculated is selected from each axial coil group from the calculated magnetic field vectors from the respective coils (step S6a). Then, it is determined whether or not the inner product calculated from the selected set of magnetic field vectors matches a desired inner product (0 in the embodiment because the Xg axis and Yg axis are orthogonal) (step S7a).

一致してない場合には、ステップS6aへ戻る。一致していた場合にはステップS8aへ進む。そして、所望の内積と一致した磁場ベクトルの組み合わせから現在の情報端末3の位置データを算出する(ステップS8a)。そして、その磁場ベクトルの組み合わせから情報端末3の姿勢データを算出する(ステップS9a)   If they do not match, the process returns to step S6a. If they match, the process proceeds to step S8a. Then, the current position data of the information terminal 3 is calculated from the combination of magnetic field vectors matching the desired inner product (step S8a). Then, the attitude data of the information terminal 3 is calculated from the combination of the magnetic field vectors (step S9a).

以上のようにして、大きさが最大となる磁場ベクトルを検出し、発生している各磁場発生部のコイルを、または内積によって磁場同士がなす角度が所定値(90度)となる磁場を発生する各磁場発生部のコイルを特定し、各コイルと磁場検出部11(方位角センサ10)の方向関係を特定することで、位置データと姿勢データを算出することができた。算出されたデータはデータ表示部5へと送られ、情報端末3の位置と姿勢を利用者に表示する。   As described above, the magnetic field vector having the maximum magnitude is detected, and the generated magnetic field coil is generated, or the magnetic field having the predetermined angle (90 degrees) between the magnetic fields is generated by the inner product. The position data and orientation data could be calculated by specifying the coil of each magnetic field generation unit to be identified and specifying the directional relationship between each coil and the magnetic field detection unit 11 (azimuth angle sensor 10). The calculated data is sent to the data display unit 5, and the position and orientation of the information terminal 3 are displayed to the user.

なお、2つの磁場発生部がなす角が必ずしも90度でなくても、同様な手順によって本発明を利用することができる。
また、実施例1は、2次元平面の位置姿勢検出にも適用できる。その場合、2軸の磁気センサを有する方位角センサでも良い。
In addition, even if the angle formed by the two magnetic field generation units is not necessarily 90 degrees, the present invention can be used by a similar procedure.
The first embodiment can also be applied to position and orientation detection on a two-dimensional plane. In that case, an azimuth angle sensor having a biaxial magnetic sensor may be used.

[実施例2]
図7は、本発明の位置姿勢検出システムの実施例2を示す全体構成図である。この位置姿勢検出システムは、磁場発生部30aと磁場発生部30bと磁場検出部11を有する情報端末3と演算部4とデータ表示部5とから構成されている。
[Example 2]
FIG. 7 is an overall configuration diagram showing Embodiment 2 of the position / orientation detection system of the present invention. This position and orientation detection system includes a magnetic field generator 30 a, a magnetic field generator 30 b, an information terminal 3 having a magnetic field detector 11, an arithmetic unit 4, and a data display unit 5.

磁場発生部(第1の磁場発生部)30aは、コイル用電源31aとコイル磁場発生方向変更部32aとコイル33aから構成され、また同様に、磁場発生部(第2の磁場発生部)30bは、コイル用電源31bとコイル磁場発生方向変更部32bとコイル33bから構成されている。磁場発生部30aは、指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生するものである。また、磁場発生部30bは、磁場発生部30aとは異なる指向性で、かつ磁場発生部30aが発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生するものである。また、各磁場発生部は磁場の発生方向を独立して変更できる磁場発生コイルからなっている。   The magnetic field generation unit (first magnetic field generation unit) 30a includes a coil power supply 31a, a coil magnetic field generation direction change unit 32a, and a coil 33a. Similarly, the magnetic field generation unit (second magnetic field generation unit) 30b includes The coil power supply 31b, the coil magnetic field generation direction changing unit 32b, and the coil 33b are included. The magnetic field generator 30a generates at least one alternating magnetic field having directivity. The magnetic field generator 30b generates at least one AC magnetic field having a directivity different from that of the magnetic field generator 30a and a frequency different from the frequency of the magnetic field generated by the magnetic field generator 30a. Each magnetic field generator is composed of a magnetic field generating coil that can independently change the magnetic field generation direction.

図8は、本発明の位置姿勢検出システムにおける実施例2の位置姿勢検出装置の具体的な構成ブロック図である。この位置姿勢検出装置は、磁場検出部11と演算部4と磁場発生部30a,30bとから構成されている。磁場発生部30a,30bについては、図7に示した通りである。   FIG. 8 is a block diagram showing a specific configuration of the position / orientation detection apparatus according to the second embodiment of the position / orientation detection system of the present invention. This position / orientation detection apparatus includes a magnetic field detection unit 11, a calculation unit 4, and magnetic field generation units 30a and 30b. The magnetic field generators 30a and 30b are as shown in FIG.

磁場検出部11は、方位角センサ10とデータ送信部16とから構成されている。演算部4は、データ受信部17とフーリエ変換部18と磁場ベクトル算出部19と位置姿勢算出部20とを備えている。 図9は、各コイル(コイル33a,33b)からの磁場BA、BBの向きと、情報端末3の配置を示した図である。右手系の座標系XgYgZg座標系(絶対座標系と呼び、Xg軸、Yg軸、Zg軸はそれぞれ互いに直交している)が定義され、コイル33aは位置座標(0,0,0)に、コイル33bは位置座標(Xb,Yb,0)に配置されている。この図9において各コイルからの磁場BA、BBは、情報端末3が存在する方向位置座標(Xp,Yp,Zp)を向いている。また、情報端末3には実施例1と同様に端末座標系が定義され、情報端末3は任意の姿勢にある。 The magnetic field detection unit 11 includes an azimuth angle sensor 10 and a data transmission unit 16. The calculation unit 4 includes a data reception unit 17, a Fourier transform unit 18, a magnetic field vector calculation unit 19, and a position / orientation calculation unit 20. FIG. 9 is a diagram showing the directions of the magnetic fields B A and B B from the coils (coils 33a and 33b) and the arrangement of the information terminal 3. A right-handed coordinate system XgYgZg coordinate system (referred to as an absolute coordinate system, where the Xg axis, the Yg axis, and the Zg axis are orthogonal to each other) is defined, and the coil 33a is positioned at the position coordinate (0, 0, 0). 33b is disposed on the position coordinates (X b, Y b, 0 ). In FIG. 9, the magnetic fields B A and B B from the respective coils are directed to the direction position coordinates (X p , Y p , Z p ) where the information terminal 3 exists. Further, a terminal coordinate system is defined for the information terminal 3 as in the first embodiment, and the information terminal 3 is in an arbitrary posture.

コイル33aは、コイル磁場発生方向変更部32aの出力から磁場の発生する方向を変更できる。例えば、機械的な可動部を備え、コイルの姿勢を変更して磁場の発生方向を変更する。そして変更した方向に、コイル用電源31aから供給された電流によって磁場を発生できる。同様に、コイル33bもコイル磁場発生方向変更部32bの出力から磁場の発生する方向を変更できる。そして変更した方向にコイル用電源31bから供給された電流によって磁場を発生できる。また、コイル33a,33bは、その磁場発生面の中心軸上において最も強い指向性を有する磁場を発生する。例えば、スパイラルコイルなどである。   The coil 33a can change the direction in which the magnetic field is generated from the output of the coil magnetic field generation direction changing unit 32a. For example, a mechanical movable part is provided, and the orientation of the coil is changed to change the magnetic field generation direction. A magnetic field can be generated by the current supplied from the coil power supply 31a in the changed direction. Similarly, the direction in which the magnetic field is generated can be changed from the output of the coil magnetic field generation direction changing unit 32b. A magnetic field can be generated by the current supplied from the coil power supply 31b in the changed direction. The coils 33a and 33b generate a magnetic field having the strongest directivity on the central axis of the magnetic field generation surface. For example, a spiral coil.

コイル用電源31a,31bは、それぞれコイル33a,33bに、周波数が異なる2つの交流電流(又は電圧)を重ね合わせて供給する。コイル用電源31aからの交流電流(又は電圧)は、第1と第2の周波数の角周波数が、偶奇が異なる正の整数MA、NAを用いて、それぞれMAωA、NAωAである(最小の整数比として周波数比がMA:NAである)。同様に、コイル用電源31bからはMBωB、NBωBの角周波数を持つ交流電流(又は電圧)をコイル33bに供給する。これらの各角周波数はそれぞれ互いに異なるものであるとする。 The coil power supplies 31a and 31b supply two alternating currents (or voltages) having different frequencies to the coils 33a and 33b in a superimposed manner. The alternating current (or voltage) from the coil power supply 31a is obtained by using M A ω A and N A ω, which are positive integers M A and N A with different angular frequencies of the first and second frequencies. it is a (frequency ratio M a as a minimum integer ratio: is N a). Similarly, an alternating current (or voltage) having angular frequencies of M B ω B and N B ω B is supplied from the coil power supply 31b to the coil 33b. These angular frequencies are different from each other.

そして、各コイルに各電源からの電流を供給することで磁場を発生でき、コイル33aからの磁場BA、コイル33bからの磁場BBは、それぞれ、MAωAとNAωA、MBωBとNBωBの組み合わせの角周波数を持つ。 Then, each coil can generate a magnetic field by supplying a current from the power supply, the magnetic field B A of the coil 33a, the magnetic field B B from the coils 33b, respectively, M A omega A and N A ω A, M It has an angular frequency of a combination of B ω B and N B ω B.

これらBA、BBの各周波数成分の位相関係は、例えば、BAの第1と第2の周波数成分の位相ΘA,ΦAは次のように表されるものとする。
ΘA=MAωAt+ΩθA ・・・(24)
ΦA=NAωAt+ΩφA ・・・(25)
(第1の周波数成分、第2の周波数成分ともに時間t=0においてそれぞれΩθA、ΩφAであるとする)。BBについても同様な形式で表現できるものとする。
As for the phase relationship between the frequency components B A and B B , for example, the phases Θ A and Φ A of the first and second frequency components of B A are expressed as follows.
Θ A = M A ω A t + Ω θA (24)
Φ A = N A ω A t + Ω φA ··· (25)
(It is assumed that the first frequency component and the second frequency component are respectively Ω θA and Ω φA at time t = 0). It shall be expressed in the same format applies to B B.

コイル磁場発生方向変更部32aは、演算部4の位置姿勢算出部20の出力から、コイル33aが磁場を発生する方向を変更する。コイル磁場発生方向変更部32bは、演算部4の位置姿勢算出部20の出力から、コイル33bが磁場を発生する方向を変更する。   The coil magnetic field generation direction changing unit 32 a changes the direction in which the coil 33 a generates a magnetic field from the output of the position and orientation calculation unit 20 of the calculation unit 4. The coil magnetic field generation direction changing unit 32 b changes the direction in which the coil 33 b generates a magnetic field from the output of the position and orientation calculation unit 20 of the calculation unit 4.

データ表示部5は、演算部4の出力から情報端末3の位置と姿勢を利用者に表示する。磁場検出部11の構成及び動作は実施例1と同様であるので説明を省略する。   The data display unit 5 displays the position and orientation of the information terminal 3 to the user from the output of the calculation unit 4. Since the configuration and operation of the magnetic field detector 11 are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

演算部4において、データ受信部17は、磁場検出部11のデータ送信部16からの磁気データを受信し、フーリエ変換部18へと送る。フーリエ変換部18は、データ受信部17からの所望量(例えば、128Hzのサンプリング周波数で測定を行う場合、1Hzの周波数分解能が必要であれば128個のデータ量となる)の3軸の磁気センサからの磁気データを取得した後に、それらに対しFFT演算を実行し、各コイルから発生する交流磁場、BA、BBの各周波数成分(それぞれ角周波数成分が、MAωAとNAωA、MBωBとNBωB)における、各軸の磁気センサが測定した信号強度(振幅)と位相を算出し、磁場ベクトル算出部19へと送る。 In the calculation unit 4, the data reception unit 17 receives magnetic data from the data transmission unit 16 of the magnetic field detection unit 11 and sends it to the Fourier transform unit 18. The Fourier transform unit 18 is a three-axis magnetic sensor of a desired amount from the data reception unit 17 (for example, when measurement is performed at a sampling frequency of 128 Hz, if the frequency resolution of 1 Hz is required, the data amount is 128). After the magnetic data is acquired, the FFT operation is performed on them, and the AC magnetic field generated from each coil, the frequency components of B A and B B (the angular frequency components are M A ω A and N A ω, respectively). The signal intensity (amplitude) and phase measured by the magnetic sensor of each axis in A , M B ω B and N B ω B ) are calculated and sent to the magnetic field vector calculation unit 19.

磁場ベクトル算出部19は、フーリエ変換部18からの各軸の磁気センサが測定した各周波数成分における振幅と位相から、特願2007−30803号(又は実施例1)に記載の方法によって、角周波数がMAωA、MBωBの周波数成分の磁場ベクトル、それぞれma、mbを算出する。これらは、方位角センサ10が測定した位置における、BA、BBの角周波数がMAωA、MBωBの成分の磁場の大きさと向きを端末座標系でのベクトルとして表現したものとなっている。 The magnetic field vector calculation unit 19 calculates the angular frequency from the amplitude and phase of each frequency component measured by the magnetic sensor of each axis from the Fourier transform unit 18 according to the method described in Japanese Patent Application No. 2007-30803 (or Example 1). Calculates magnetic field vectors of frequency components M A ω A and M B ω B , m a and m b , respectively. These are at the position where the azimuth sensor 10 is measured, B A, that the angular frequency of B B is representing the magnitude and direction of the magnetic field component of the M A ω A, M B ω B as a vector of the terminal coordinate system It has become.

そして、位置姿勢算出部20は、磁場ベクトル算出部19で算出された磁場ベクトルma、mbから、(絶対座標系の)情報端末3の姿勢データ(位置情報)と位置データ(姿勢情報)を算出し、データ表示部5へと送る。 Then, the position / orientation calculation unit 20 calculates the attitude data (position information) and position data (attitude information) of the information terminal 3 (in the absolute coordinate system) from the magnetic field vectors m a and m b calculated by the magnetic field vector calculation unit 19. Is calculated and sent to the data display unit 5.

ここで、位置姿勢算出部20が、情報端末3の姿勢データと位置データを算出する手順の一例について説明する。まず、情報端末3の位置データを求める。
最初の各コイル(コイル33a,33b)の磁場発生方向において、磁場ベクトル算出部19で算出された端末座標系の磁場ベクトルma、mbをまず保持し、次に各コイルの磁場発生方向を変更した後、もう一度測定を行い磁場ベクトルma’、mb’を算出する。この操作を繰り返し、いくつかの磁場発生方向に対するいくつかの磁場ベクトルが得られると、その中で絶対値(ベクトルの大きさ)が極大を示す磁場ベクトルmamax、mbmaxが存在する。すると、その極大値を示す磁場ベクトルの方向が、各コイルと情報端末3の最短距離となる方向であり、各コイルから発生する磁場の方向が情報端末3のある方向に一致する。すなわち、各磁場発生部のコイル(コイル33a,33b)と磁場検出部11(方位角センサ10)の方向関係が特定されたことになる。
Here, an example of a procedure in which the position / orientation calculation unit 20 calculates the attitude data and position data of the information terminal 3 will be described. First, position data of the information terminal 3 is obtained.
In the first magnetic field generation direction of each coil (coils 33a, 33b), the magnetic field vectors m a and m b of the terminal coordinate system calculated by the magnetic field vector calculation unit 19 are first held, and then the magnetic field generation direction of each coil is determined. After the change, the measurement is performed again to calculate the magnetic field vectors m a ′ and m b ′. When this operation is repeated and several magnetic field vectors for several magnetic field generation directions are obtained, there are magnetic field vectors m max and m bmax in which the absolute value (the magnitude of the vector) has a maximum. Then, the direction of the magnetic field vector indicating the maximum value is the direction that is the shortest distance between each coil and the information terminal 3, and the direction of the magnetic field generated from each coil coincides with the direction in which the information terminal 3 is present. That is, the directional relationship between the coils (coils 33a and 33b) and the magnetic field detector 11 (azimuth angle sensor 10) of each magnetic field generator is specified.

極大値を示す磁場BAmax、BBmaxをXgYg平面へ射影したベクトルがXg軸となす角をαi,XgYg軸となす角を−βi(iは磁場を発生するコイル33a,33bをA,Bとして区別する添え字)とすると、
Amax=BA(cosαAcosβA,sinαAcosβA,−sinβA)・・・(式26)
Bmax=BB(cosαBcosβB,sinαBcosβB,−sinβB)・・・(式27)
と表現できる。
The angle obtained by projecting the magnetic fields B Amax and B Bmax showing the maximum values onto the XgYg plane is α i and the angle between the Xg Yg axis and −β i Subscript to distinguish it as B)
B Amax = B A (cos α A cos β A , sin α A cos β A , −sin β A ) (Equation 26)
B Bmax = B B (cos α B cos β B , sin α B cos β B , -sin β B ) (Equation 27)
Can be expressed.

これらのベクトルがなすコイル33a,33b、情報端末3を結ぶ三角形をXgZg平面、YgZg平面に射影すると、それぞれの面でなす三角形の各角度が算出でき、各コイルの位置座標がわかっていることから、情報端末3の位置を割り出すことができる。   When the triangles connecting the coils 33a and 33b formed by these vectors and the information terminal 3 are projected onto the XgZg plane and the YgZg plane, each angle of the triangle formed by each plane can be calculated, and the position coordinates of each coil are known. The position of the information terminal 3 can be determined.

図10は、各コイルからの磁場BAmax、BBmaxをXgZg平面へ射影した場合になす三角形の説明図である。XgZg平面では、コイル33a,33b、情報端末3の位置がA’点(0,0)、B’点(XB,0)、P’点(Xp,Zp)へと射影されて三角形をなしている。BAmax、BBmaxをXgYg面へ射影したベクトルBA’、BB’は、線分A’P、B’P上にある。Zg軸方向から、BA’、BB’へ時計回りに見た角度をそれぞれσA’とσB’とすると、三角形の内角∠P’A’B’と∠P’B’A’が(式26)、(式27)のx成分とz成分から求められるので、
σA’=∠P’A’B’−3π/2・・・(式28)
σB’=π/2−∠P’B’A’・・・(式29)
となって、以下のようにP’点のXp,Zpを算出できる。
p=(−ZA+ZB+XAtanσA’−XBtanσB’)/(tanσA’−tanσB’) ・・・(式30)
p=(−XA+XB+ZAcotσA’−ZBcotσB’)/(cotσA’−cotσB’) ・・・(式31)
FIG. 10 is an explanatory diagram of triangles formed when the magnetic fields B Amax and B Bmax from each coil are projected onto the XgZg plane. On the XgZg plane, the positions of the coils 33a and 33b and the information terminal 3 are projected onto the A ′ point (0, 0), the B ′ point (X B , 0), and the P ′ point (X p , Z p ) to form a triangle. I am doing. The vectors B A ′ and B B ′ obtained by projecting B Amax and B Bmax onto the XgYg plane are on the line segments A′P and B′P. Assuming that the angles viewed clockwise from the Zg axis to B A ′ and B B ′ are σ A ′ and σ B ′, respectively, the triangle interior angles ∠P′A′B ′ and ∠P′B′A ′ are Since it is obtained from the x component and the z component of (Equation 26) and (Equation 27),
σ A '= ∠P'A'B'-3π / 2 (Formula 28)
σ B '= π / 2−∠P′B′A ′ (Expression 29)
Thus, X p and Z p at the point P ′ can be calculated as follows.
X p = (− Z A + Z B + X A tan σ A ′ −X B tan σ B ′) / (tan σ A ′ −tan σ B ′) (Equation 30)
Z p = (− X A + X B + Z A cot σ A ′ −Z B cot σ B ′) / (cot σ A ′ −cot σ B ′) (Equation 31)

ここで、XAとZAはA’点のXg、Zg座標値で0、ZBはB’点のZg座標で0である。同様にYpもYZ平面への射影された三角形から同様の手順で算出できる。これで情報端末3の位置を表す位置データ(Xp,Yp,Zp)を算出できた。 Here, X A and Z A are 0 as the Xg and Zg coordinate values of the A ′ point, and Z B is 0 as the Zg coordinate of the B ′ point. Similarly, Y p can be calculated in the same procedure from the triangle projected onto the YZ plane. Thus, the position data (X p , Y p , Z p ) representing the position of the information terminal 3 can be calculated.

次に、情報端末3の姿勢データを求める。
A=BAmax/|BAmax|・・・(式32)
B=BBmax/|BBmax|・・・(式33)
とすると、これらは磁場の発生方向を示すベクトルであり、1次独立な正規直交基底を形成する。その正規直交基底で表現されるMAB座標系から地上座標系への変換行列Hが求められて、MAB座標系のベクトルrHは、任意の絶対座標系のベクトルrgへと変換される。
HrH=rg・・・(式34)
Next, attitude data of the information terminal 3 is obtained.
M A = B Amax / | B Amax | (Expression 32)
M B = B Bmax / | B Bmax | (Expression 33)
Then, these are vectors indicating the generation direction of the magnetic field, and form a first-order independent orthonormal basis. A transformation matrix H from the M A M B coordinate system represented by the orthonormal basis to the ground coordinate system is obtained, and the vector r H of the M A M B coordinate system is changed to a vector r g of an arbitrary absolute coordinate system. Is converted.
Hr H = r g (Formula 34)

そして、端末座標系で測定された磁場ベクトルmamax、mbmaxも、同様に正規直交基底を形成でき、MAB座標系から端末座標系への変換行列Lが求められて、ベクトルrHは、端末座標系のベクトルrpへと変換される。
LrH=rp・・・(式35)
The terminal coordinate system measured magnetic field vector m amax, m bmax likewise can form an orthonormal basis, it is demanded transformation matrix L from M A M B coordinate system to the terminal coordinate system, the vector r H Is converted to a vector r p in the terminal coordinate system.
Lr H = r p (Formula 35)

行列Lは逆行列を持ち、
HL-1p=rg・・・(式36)
として、端末座標系から地上座標系へと変換できる。したがって、情報端末3の姿勢データを実施例1と同様に算出することができる。
The matrix L has an inverse matrix,
HL −1 r p = r g (Formula 36)
Can be converted from the terminal coordinate system to the ground coordinate system. Therefore, the attitude data of the information terminal 3 can be calculated in the same manner as in the first embodiment.

以上のようにして、位置データと姿勢データを算出することができた。算出されたデータはデータ表示部5へと送られ、情報端末3の位置を利用者に表示する。   As described above, position data and posture data could be calculated. The calculated data is sent to the data display unit 5 to display the position of the information terminal 3 to the user.

図11は、本発明の位置姿勢検出システムの実施例2の動作を説明するためのフローチャートを示す図である。すなわち、各コイルの初期の磁場発生方向を決定する(ステップS1)。各コイルから異なる2つの周波数をもつ磁場を発生する(ステップS2)。次に、各コイルから発生中の磁場を、3軸の磁気センサを有する方位角センサ10で測定し、デジタル信号として各軸の磁気データを取得する(ステップS3)。   FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation of the position / orientation detection system according to the second embodiment of the present invention. That is, the initial magnetic field generation direction of each coil is determined (step S1). A magnetic field having two different frequencies is generated from each coil (step S2). Next, the magnetic field generated from each coil is measured by the azimuth sensor 10 having a triaxial magnetic sensor, and magnetic data for each axis is acquired as a digital signal (step S3).

次に、FFT演算に必要な所望量の磁気データを取得したかどうか判断する(ステップS4)。FFT演算に必要な所望量の磁気データを取得していれば次のステップS5へ進み、FFT演算に必要な所望量の磁気データを取得していなければステップS3へ戻る。   Next, it is determined whether a desired amount of magnetic data necessary for the FFT operation has been acquired (step S4). If the desired amount of magnetic data required for the FFT calculation has been acquired, the process proceeds to the next step S5, and if the desired amount of magnetic data required for the FFT calculation has not been acquired, the process returns to step S3.

次に、取得された所望量の各軸の磁気データに対しFFT演算を行い、各磁場の周波数成分における各軸の振幅と位相を算出する(ステップS5)。そして、各磁場の周波数成分における各軸の振幅と位相から、各磁場の大きさと向きを表す、磁場ベクトルを算出する(ステップS6)。そして、各コイルの初期設定の磁場発生方向から現在の設定の方向の間に、各コイルからの磁場ベクトルの大きさが極大となる方向がすべてのコイルに存在するかどうか判断する(ステップS7)。   Next, an FFT operation is performed on the acquired desired amount of magnetic data of each axis, and the amplitude and phase of each axis in the frequency component of each magnetic field are calculated (step S5). Then, a magnetic field vector representing the magnitude and direction of each magnetic field is calculated from the amplitude and phase of each axis in the frequency component of each magnetic field (step S6). Then, it is determined whether a direction in which the magnitude of the magnetic field vector from each coil is maximized exists in all the coils between the initial magnetic field generation direction of each coil and the current setting direction (step S7). .

すべてのコイルに極大方向が存在していなければ、極大方向が存在していないコイルに対し次の磁場発生方向へ変更し(ステップS8)、(ステップS3)へ戻る。すべてのコイルに極大方向が存在している場合はステップS9へ進む。そして、各磁場ベクトルの大きさが極大となった各コイルの磁場発生方向から情報端末3の位置データを算出する(ステップS9)。各磁場ベクトルと各コイルの磁場発生方向から情報端末3の姿勢データを算出する(ステップS10)。   If the maximum direction does not exist in all the coils, the next magnetic field generation direction is changed to the coil in which the maximum direction does not exist (step S8), and the process returns to (step S3). When the maximum direction exists in all the coils, the process proceeds to step S9. Then, the position data of the information terminal 3 is calculated from the magnetic field generation direction of each coil in which the magnitude of each magnetic field vector is maximized (step S9). Attitude data of the information terminal 3 is calculated from each magnetic field vector and the magnetic field generation direction of each coil (step S10).

以上のような手順によって、2つの磁場発生部30a,30bからの磁場発生方向が指向性を有することで、各磁場発生部(30a,30b)のコイルの方向を特定し、各コイルと磁場検出部11(方位角センサ10)の方向関係を特定することで、情報端末3が存在する位置と情報端末3の姿勢を求めることができた。また、実施例2は、2次元平面の位置姿勢検出にも適用できる。その場合、2軸の磁気センサを有する方位角センサでも良い。本発明において、指向性を有する磁場とは、特定の方向に強度が大きい磁場のことを言う。   According to the procedure as described above, the direction of the magnetic field generation from the two magnetic field generation units 30a and 30b has directivity, so that the direction of the coil of each magnetic field generation unit (30a and 30b) is specified, and each coil and the magnetic field detection are detected. By specifying the directional relationship of the unit 11 (azimuth angle sensor 10), the position where the information terminal 3 exists and the attitude of the information terminal 3 could be obtained. The second embodiment can also be applied to position and orientation detection on a two-dimensional plane. In that case, an azimuth angle sensor having a biaxial magnetic sensor may be used. In the present invention, a magnetic field having directivity refers to a magnetic field having a high intensity in a specific direction.

以上、本発明よって、異なる複数の周波数を持ち指向性を有する磁場発生部を複数構成することで、情報端末に搭載された複数の磁気センサを有する磁場検出部によって検出された信号から、演算部において磁場検出部と複数の磁場発生部との方向関係を算出し、情報端末の位置と姿勢を検出することが可能となった。   As described above, according to the present invention, by calculating a plurality of magnetic field generators having different frequencies and having directivity, an arithmetic unit is obtained from a signal detected by a magnetic field detector having a plurality of magnetic sensors mounted on an information terminal. , It is possible to calculate the directional relationship between the magnetic field detector and the plurality of magnetic field generators and detect the position and orientation of the information terminal.

また、検出したい磁場が特定の周波数であることがわかっているので、その他の周波数成分には影響されず、その他の周波数の交流磁場やノイズ磁場がある磁場環境でも識別が可能である。さらに、発生させる磁場は、最小の整数で表される周波数比が偶数対奇数であって、位相が既知である周波数成分を含むだけなので、磁場発生の構成が簡単であり、測定した信号を周波数帯域毎に分離するフィルタを利用する必要がないので、周波数選択の自由度が高い。また、システムを構成後に自由に周波数を選択できる。   Further, since it is known that the magnetic field to be detected has a specific frequency, it is not affected by other frequency components, and can be identified even in a magnetic field environment having an AC magnetic field or a noise magnetic field of other frequencies. Furthermore, since the magnetic field to be generated includes only frequency components whose frequency ratio represented by the smallest integer is even to odd and the phase is known, the configuration of magnetic field generation is simple, and the measured signal is frequency-converted. Since it is not necessary to use a filter that separates each band, the degree of freedom in frequency selection is high. In addition, the frequency can be freely selected after the system is configured.

また、磁場検出部で測定軸ごとに周波数帯域を分離するフィルタが必要でないことは、回路規模も小さく済み、小型かつ安価な磁気センサとして実現可能である。また、磁場の発生と測定を同期して行わなくてよいので、構成が容易で、一度磁場を発生すると、任意のタイミングで測定を開始でき、その後連続的な測定が可能である。   Further, the fact that the filter for separating the frequency band for each measurement axis in the magnetic field detection unit is not necessary can be realized as a small and inexpensive magnetic sensor with a small circuit scale. Moreover, since it is not necessary to synchronize the generation and measurement of the magnetic field, the configuration is easy. Once the magnetic field is generated, measurement can be started at an arbitrary timing, and then continuous measurement is possible.

本発明は、以上の実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and design changes within a range not departing from the gist of the present invention are included in the present invention.

本発明の位置姿勢検出システムの実施例1を示す全体構成図である。It is a whole lineblock diagram showing Example 1 of a position and orientation detection system of the present invention. あるZg座標(Zg=Zkとする平面)におけるXg軸コイル群、Yg軸コイル群の配置と情報端末の配置の説明図である。Xg-axis coil group in a certain Zg coordinates (Zg = Z k and planes), is an explanatory view of an arrangement of a Yg axis coil group arrangement and the information terminal. 情報端末の座標系についての説明図である。It is explanatory drawing about the coordinate system of an information terminal. 本発明の位置姿勢検出システムにおける実施例1の位置姿勢検出装置の具体的な構成ブロック図である。1 is a block diagram illustrating a specific configuration of a position / orientation detection apparatus according to a first embodiment of the position / orientation detection system of the present invention. FIG. 本発明の位置姿勢検出システムの実施例1の動作を説明するためのフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart for demonstrating operation | movement of Example 1 of the position and orientation detection system of this invention. 図5に示した本発明の位置姿勢検出システムの実施例1の動作を説明するためのフローチャートにおいて、ステップS6〜ステップS8を、内積を利用したものと置き換えた場合の手順をフローチャートに示す図である。In the flowchart for demonstrating operation | movement of Example 1 of the position and orientation detection system of this invention shown in FIG. 5, it is a figure which shows a procedure at the time of replacing step S6-step S8 with the thing using an inner product in a flowchart. is there. 本発明の位置姿勢検出システムの実施例2を示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows Example 2 of the position and orientation detection system of this invention. 本発明の位置姿勢検出システムにおける実施例2の位置姿勢検出装置の具体的な構成ブロック図である。It is a concrete block diagram of the position and orientation detection apparatus of the second embodiment in the position and orientation detection system of the present invention. 各コイルからの磁場BA、BBの向きと、情報端末の配置を示した図である。The direction of the magnetic field B A, B B from each coil is a diagram showing the arrangement of an information terminal. 各コイルからの磁場BAmax、BBmaxをXgZg平面へ射影した場合になす三角形の説明図である。It is explanatory drawing of the triangle formed when the magnetic fields B Amax and B Bmax from each coil are projected onto the XgZg plane. 本発明の位置姿勢検出システムの実施例2の動作を説明するためのフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart for demonstrating operation | movement of Example 2 of the position and orientation detection system of this invention. 磁気センサの正方向が正弦波状の交流磁場の入射方向に対して同方向の場合(a)と反対方向の場合(b)に測定された出力信号の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the output signal measured when the positive direction of a magnetic sensor is the same direction (b) with respect to the incident direction of a sinusoidal alternating magnetic field.

符号の説明Explanation of symbols

1 Xg軸方向磁場発生部
1a Xg軸コイル電源群
1b Xg軸コイル群
2 Yg軸方向磁場発生部
2a Yg軸コイル電源群
2b Yg軸コイル群
3 情報端末
4 演算部
5 データ表示部
10 方位角センサ
10a x軸磁気センサ
10b y軸磁気センサ
10c z軸磁気センサ
11 磁場検出部
12 マルチプレクサ部
13 磁気センサ駆動部
14 信号増幅部
15 A/D変換部
16 データ送信部
17 データ受信部
18 フーリエ変換部
19 磁場ベクトル算出部
20 位置姿勢算出部
30a,30b 磁場発生部
31a,31b コイル用電源
32a,32b コイル磁場発生方向変更部
33a,33b コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Xg axis direction magnetic field generation part 1a Xg axis coil power supply group 1b Xg axis coil group 2 Yg axis direction magnetic field generation part 2a Yg axis coil power supply group 2b Yg axis coil group 3 Information terminal 4 Calculation part 5 Data display part 10 Azimuth angle sensor 10a x-axis magnetic sensor 10b y-axis magnetic sensor 10c z-axis magnetic sensor 11 magnetic field detection unit 12 multiplexer unit 13 magnetic sensor drive unit 14 signal amplification unit 15 A / D conversion unit 16 data transmission unit 17 data reception unit 18 Fourier transform unit 19 Magnetic field vector calculation unit 20 Position / orientation calculation unit 30a, 30b Magnetic field generation unit 31a, 31b Coil power supply 32a, 32b Coil magnetic field generation direction change unit 33a, 33b Coil

Claims (21)

指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部と、
該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部と、
前記第1及び第2の磁場発生部から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部と、
該磁場検出部により検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算部とを備え
前記第1の磁場発生部は、第1の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなり、前記第2の磁場発生部は、第2の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなり、
前記演算部は、前記第1及び第2の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする位置姿勢検出システム。
A first magnetic field generator for generating at least one alternating magnetic field having directivity;
A second magnetic field generator for generating at least one alternating magnetic field having a directivity different from that of the first magnetic field generator and having a frequency different from the frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generator;
A magnetic field detection unit having a multi-axis magnetic sensor for detecting a magnetic field generated from the first and second magnetic field generation units;
A calculation unit that calculates position information and posture information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between the first and second magnetic field generation units and the magnetic field detection unit from the magnetic field detected by the magnetic field detection unit. It equipped with a door,
The first magnetic field generation unit is arranged to have directivity in a first direction, and includes at least one magnetic field generation coil that generates alternating magnetic fields having different frequencies, and the second magnetic field generation unit includes: It is arranged so as to have directivity in the second direction, and includes at least one magnetic field generating coil that generates alternating magnetic fields having different frequencies.
The calculation unit specifies which of the plurality of magnetic field generation coils has the maximum intensity in the first and second magnetic field generation units, and the corresponding magnetic field generation coil, the magnetic field detection unit, A position and orientation detection system that calculates position information and orientation information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between
前記演算部は、
前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、
該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、
該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記第1及び第2の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部と
を備えたことを特徴とする請求項に記載の位置姿勢検出システム。
The computing unit is
Based on the output signal of each axis of the magnetic field detection unit, a Fourier transform unit that calculates phases and amplitudes in the plurality of frequency components in each axis;
Based on an output signal from the Fourier transform unit, a sign is calculated for the amplitude of each axis based on the magnetic field from the first and second magnetic field generation units from the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis. And the direction and magnitude based on the magnetic field generated from the first and second magnetic field generators from the amplitude and the sign of each axis based on the magnetic fields from the first and second magnetic field generators. A magnetic field vector calculation unit for calculating first and second magnetic field vectors representing
Based on the output signal from the magnetic field vector calculation unit, the first and second magnetic field generation units specify which of the plurality of magnetic field generation coils has the maximum intensity, and the corresponding magnetic field by identifying the generating coil the direction relationship of the magnetic field detecting unit, the position and orientation of claim 1, characterized in that a position and orientation calculation unit for calculating position information and attitude information of the magnetic field detecting unit Detection system.
指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部と、
該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部と、
前記第1及び第2の磁場発生部から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部と、
該磁場検出部により検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算部とを備え、
前記第1の磁場発生部は、第1の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなり、前記第2の磁場発生部は、第2の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなり、
前記演算部は、前記第1及び第2の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値かを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする位置姿勢検出システム。
A first magnetic field generator for generating at least one alternating magnetic field having directivity;
A second magnetic field generator for generating at least one alternating magnetic field having a directivity different from that of the first magnetic field generator and having a frequency different from the frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generator;
A magnetic field detection unit having a multi-axis magnetic sensor for detecting a magnetic field generated from the first and second magnetic field generation units;
A calculation unit that calculates position information and posture information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between the first and second magnetic field generation units and the magnetic field detection unit from the magnetic field detected by the magnetic field detection unit. And
The first magnetic field generation unit is arranged to have directivity in a first direction, and includes at least one magnetic field generation coil that generates alternating magnetic fields having different frequencies, and the second magnetic field generation unit includes: It is arranged so as to have directivity in the second direction, and includes at least one magnetic field generating coil that generates alternating magnetic fields having different frequencies.
The calculation unit identifies whether the angle between the magnetic fields generated from the plurality of magnetic field generation coils in the first and second magnetic field generation units is a predetermined value, and the corresponding magnetic field generation coil, the magnetic field detection unit, of by identifying directional relationship, position postures detection system that and calculates the position information and attitude information of the magnetic field detecting unit.
前記演算部は、
前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、
該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、
該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記第1及び第2の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値かを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部と
を備えたことを特徴とする請求項に記載の位置姿勢検出システム。
The computing unit is
Based on the output signal of each axis of the magnetic field detection unit, a Fourier transform unit that calculates phases and amplitudes in the plurality of frequency components in each axis;
Based on an output signal from the Fourier transform unit, a sign is calculated for the amplitude of each axis based on the magnetic field from the first and second magnetic field generation units from the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis. And the direction and magnitude based on the magnetic field generated from the first and second magnetic field generators from the amplitude and the sign of each axis based on the magnetic fields from the first and second magnetic field generators. A magnetic field vector calculation unit for calculating first and second magnetic field vectors representing
Based on the output signal from the magnetic field vector calculation unit, the first and second magnetic field generation units specify whether the angle between the magnetic fields generated from the plurality of magnetic field generation coils is a predetermined value, and the corresponding magnetic field The position / orientation according to claim 3 , further comprising: a position / orientation calculation unit that calculates position information and attitude information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between the generating coil and the magnetic field detection unit. Detection system.
指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部と、
該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部と、
前記第1及び第2の磁場発生部から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部と、
該磁場検出部により検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算部とを備え、
前記第1及び第2の磁場発生部は、それぞれ磁場の発生方向を独立して変更できる磁場発生コイルからなり、
前記演算部は、前記各磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする位置姿勢検出システム。
A first magnetic field generator for generating at least one alternating magnetic field having directivity;
A second magnetic field generator for generating at least one alternating magnetic field having a directivity different from that of the first magnetic field generator and having a frequency different from the frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generator;
A magnetic field detection unit having a multi-axis magnetic sensor for detecting a magnetic field generated from the first and second magnetic field generation units;
A calculation unit that calculates position information and posture information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between the first and second magnetic field generation units and the magnetic field detection unit from the magnetic field detected by the magnetic field detection unit. And
Each of the first and second magnetic field generation units includes a magnetic field generation coil capable of independently changing the generation direction of the magnetic field,
The calculation unit changes the direction of the magnetic field generation coil so that the intensity of the magnetic field generated from each magnetic field generation coil is maximized, and specifies the directional relationship between the magnetic field detection unit and the magnetic field generation coil. , position postures detection system that and calculates the position information and attitude information of the magnetic field detecting unit.
前記演算部は、
前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、
該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、
該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記各磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部と
を備えたことを特徴とする請求項に記載の位置姿勢検出システム。
The computing unit is
Based on the output signal of each axis of the magnetic field detection unit, a Fourier transform unit that calculates phases and amplitudes in the plurality of frequency components in each axis;
Based on an output signal from the Fourier transform unit, a sign is calculated for the amplitude of each axis based on the magnetic field from the first and second magnetic field generation units from the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis. And the direction and magnitude based on the magnetic field generated from the first and second magnetic field generators from the amplitude and the sign of each axis based on the magnetic fields from the first and second magnetic field generators. A magnetic field vector calculation unit for calculating first and second magnetic field vectors representing
Based on the output signal from the magnetic field vector calculation unit, the direction of the magnetic field generation coil is changed so that the intensity of the magnetic field generated from each magnetic field generation coil becomes maximum, and the magnetic field detection unit and the magnetic field generation coil The position / orientation detection system according to claim 5 , further comprising: a position / orientation calculation unit that calculates position information and orientation information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between
前記交流磁場は、異なる複数の周波数成分の位相関係が既知である磁場であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の位置姿勢検出システム。 The alternating magnetic field, the position and orientation detection system according to any one of claims 1 to 6 phase relationship different frequency components are characterized by a magnetic field are known. 指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部による第1の磁場発生ステップと、
該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部による第2の磁場発生ステップと、
前記第1及び第2の磁場発生部から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部による磁場検出ステップと、
該磁場検出ステップにより検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算ステップとを有し、
前記演算ステップは、
第1の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなる前記第1の磁場発生部及び、第2の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなる前記第2の磁場発生部における、前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする位置姿勢検出方法。
A first magnetic field generation step by a first magnetic field generation unit that generates at least one alternating magnetic field having directivity;
A second magnetic field generator that generates at least one alternating magnetic field having a directivity different from that of the first magnetic field generator and a frequency different from the frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generator. Two magnetic field generation steps;
A magnetic field detection step by a magnetic field detection unit having a multi-axis magnetic sensor for detecting a magnetic field generated from the first and second magnetic field generation units;
A calculation step for calculating position information and posture information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between the first and second magnetic field generation units and the magnetic field detection unit from the magnetic field detected by the magnetic field detection step. It has a door,
The calculation step includes:
The first magnetic field generation unit including at least one magnetic field generating coil that is arranged to have directivity in the first direction and generates alternating magnetic fields having different frequencies, and has directivity in the second direction. In the second magnetic field generating unit, which is arranged in the second magnetic field generating unit and includes at least one magnetic field generating coil that generates alternating magnetic fields having different frequencies, it is determined which of the plurality of magnetic field generating coils has the maximum intensity. A position and orientation detection method characterized in that the position information and orientation information of the magnetic field detection unit are calculated by specifying and specifying the directional relationship between the corresponding magnetic field generating coil and the magnetic field detection unit .
前記演算ステップは、
前記磁場検出ステップによる各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換ステップと、
該フーリエ変換ステップからの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生ステップから発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出ステップと、
該磁場ベクトル算出ステップからの出力信号に基づいて、前記第1及び第2の磁場発生ステップにおいて前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応するコイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出ステップと
を有することを特徴とする請求項に記載の位置姿勢検出方法。
The calculation step includes:
Based on the output signal of each axis by the magnetic field detection step, a Fourier transform step to calculate the phase and amplitude in the plurality of frequency components in each axis,
Based on the output signal from the Fourier transform step, a sign is calculated for the amplitude of each axis based on the magnetic field from the first and second magnetic field generation steps from the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis. And the direction and magnitude based on the magnetic field generated from the first and second magnetic field generation steps based on the amplitude and sign of each axis based on the magnetic field from the first and second magnetic field generation steps. A magnetic field vector calculating step for calculating first and second magnetic field vectors representing
Based on the output signal from the magnetic field vector calculating step, it is specified which of the plurality of magnetic field generating coils has the maximum intensity in the first and second magnetic field generating steps, and the corresponding coil The position / orientation detection method according to claim 8 , further comprising: a position / orientation calculation step of calculating position information and attitude information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between the magnetic field detection unit and the magnetic field detection unit.
指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部による第1の磁場発生ステップと、
該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部による第2の磁場発生ステップと、
前記第1及び第2の磁場発生部から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部による磁場検出ステップと、
該磁場検出ステップにより検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算ステップとを有し、
前記演算ステップは、
第1の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなる前記第1の磁場発生部及び、第2の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなる前記第2の磁場発生部における、前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする位置姿勢検出方法。
A first magnetic field generation step by a first magnetic field generation unit that generates at least one alternating magnetic field having directivity;
A second magnetic field generator that generates at least one alternating magnetic field having a directivity different from that of the first magnetic field generator and a frequency different from the frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generator. Two magnetic field generation steps;
A magnetic field detection step by a magnetic field detection unit having a multi-axis magnetic sensor for detecting a magnetic field generated from the first and second magnetic field generation units;
A calculation step for calculating position information and posture information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between the first and second magnetic field generation units and the magnetic field detection unit from the magnetic field detected by the magnetic field detection step. And
The calculation step includes:
The first magnetic field generation unit including at least one magnetic field generating coil that is arranged to have directivity in the first direction and generates alternating magnetic fields having different frequencies, and has directivity in the second direction. The angle between the magnetic fields generated from any one of the plurality of magnetic field generating coils in the second magnetic field generating unit that includes at least one magnetic field generating coil that generates alternating magnetic fields having different frequencies from each other is a predetermined value. and determine whether the corresponding by identifying a direction relationship between the magnetic field generating coil and the magnetic field detecting unit, position postures detected how to and calculates the position information and attitude information of the magnetic field detecting unit.
前記演算ステップは、
前記磁場検出ステップによる各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換ステップと、
該フーリエ変換ステップからの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生ステップから発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出ステップと、
該磁場ベクトル算出ステップからの出力信号に基づいて、前記第1及び第2の磁場発生ステップにおいて前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値であるかを特定し、対応するコイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出ステップと
を有することを特徴とする請求項10に記載の位置姿勢検出方法。
The calculation step includes:
Based on the output signal of each axis by the magnetic field detection step, a Fourier transform step to calculate the phase and amplitude in the plurality of frequency components in each axis,
Based on the output signal from the Fourier transform step, a sign is calculated for the amplitude of each axis based on the magnetic field from the first and second magnetic field generation steps from the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis. And the direction and magnitude based on the magnetic field generated from the first and second magnetic field generation steps based on the amplitude and sign of each axis based on the magnetic field from the first and second magnetic field generation steps. A magnetic field vector calculating step for calculating first and second magnetic field vectors representing
Based on the output signal from the magnetic field vector calculation step, it is specified whether the angle between the magnetic fields generated from the plurality of magnetic field generation coils in the first and second magnetic field generation steps is a predetermined value. The position / orientation detection according to claim 10 , further comprising: a position / orientation calculation step of calculating position information and attitude information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between the coil to perform and the magnetic field detection unit. Method.
指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部による第1の磁場発生ステップと、
該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部による第2の磁場発生ステップと、
前記第1及び第2の磁場発生部から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部による磁場検出ステップと、
該磁場検出ステップにより検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算ステップとを有し、
前記演算ステップは、
それぞれ磁場の発生方向を独立して変更できる磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする位置姿勢検出方法。
A first magnetic field generation step by a first magnetic field generation unit that generates at least one alternating magnetic field having directivity;
A second magnetic field generator that generates at least one alternating magnetic field having a directivity different from that of the first magnetic field generator and a frequency different from the frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generator. Two magnetic field generation steps;
A magnetic field detection step by a magnetic field detection unit having a multi-axis magnetic sensor for detecting a magnetic field generated from the first and second magnetic field generation units;
A calculation step for calculating position information and posture information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between the first and second magnetic field generation units and the magnetic field detection unit from the magnetic field detected by the magnetic field detection step. And
The calculation step includes:
The direction of the magnetic field generating coil is changed so that the intensity of the magnetic field generated from the magnetic field generating coil that can independently change the direction of generation of the magnetic field is maximized, and the directional relationship between the magnetic field detector and the magnetic field generating coil is changed. by identifying, you and calculates the position information and attitude information of the magnetic field detecting unit position postures detection method.
前記演算ステップは、
前記磁場検出ステップによる各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換ステップと、
該フーリエ変換ステップからの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生ステップから発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出ステップと、
該磁場ベクトル算出ステップからの出力信号に基づいて、前記各磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出ステップと
を有することを特徴とする請求項12に記載の位置姿勢検出方法。
The calculation step includes:
Based on the output signal of each axis by the magnetic field detection step, a Fourier transform step to calculate the phase and amplitude in the plurality of frequency components in each axis,
Based on the output signal from the Fourier transform step, a sign is calculated for the amplitude of each axis based on the magnetic field from the first and second magnetic field generation steps from the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis. And the direction and magnitude based on the magnetic field generated from the first and second magnetic field generation steps based on the amplitude and sign of each axis based on the magnetic field from the first and second magnetic field generation steps. A magnetic field vector calculating step for calculating first and second magnetic field vectors representing
Based on the output signal from the magnetic field vector calculation step, the magnetic field generating coil and the magnetic field generating coil are changed by changing the direction of the magnetic field generating coil so that the intensity of the magnetic field generated from each magnetic field generating coil is maximized. The position / orientation detection method according to claim 12 , further comprising: a position / orientation calculation step of calculating position information and attitude information of the magnetic field detection unit by specifying the directional relationship.
前記交流磁場は、異なる複数の周波数成分の位相関係が既知である磁場であることを特徴とする請求項8乃至13のいずれかに記載の位置姿勢検出方法。 14. The position / orientation detection method according to claim 8 , wherein the alternating magnetic field is a magnetic field in which a phase relationship among different frequency components is known. 指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部と、該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部とから発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部と、
該磁場検出部により検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算部とを備え
前記演算部は、
第1の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなる前記第1の磁場発生部及び、第2の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなる前記第2の磁場発生部における、前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする位置姿勢検出装置。
A first magnetic field generation unit that generates at least one alternating magnetic field having directivity, and a frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generation unit that is different from the first magnetic field generation unit. A magnetic field detector having a multi-axis magnetic sensor for detecting a magnetic field generated from a second magnetic field generator that generates at least one alternating magnetic field having a different frequency;
A calculation unit that calculates position information and posture information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between the first and second magnetic field generation units and the magnetic field detection unit from the magnetic field detected by the magnetic field detection unit. It equipped with a door,
The computing unit is
The first magnetic field generation unit including at least one magnetic field generating coil that is arranged to have directivity in the first direction and generates alternating magnetic fields having different frequencies, and has directivity in the second direction. In the second magnetic field generating unit, which is arranged in the second magnetic field generating unit and includes at least one magnetic field generating coil that generates alternating magnetic fields having different frequencies, it is determined which of the plurality of magnetic field generating coils has the maximum intensity. A position / orientation detection apparatus characterized in that the position information and the attitude information of the magnetic field detection unit are calculated by specifying and specifying a directional relationship between the corresponding magnetic field generating coil and the magnetic field detection unit .
前記演算部は、
前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、
該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、
該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記第1及び第2の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応するコイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部と
を備えたことを特徴とする請求項15に記載の位置姿勢検出装置。
The computing unit is
Based on the output signal of each axis of the magnetic field detection unit, a Fourier transform unit that calculates phases and amplitudes in the plurality of frequency components in each axis;
Based on an output signal from the Fourier transform unit, a sign is calculated for the amplitude of each axis based on the magnetic field from the first and second magnetic field generation units from the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis. And the direction and magnitude based on the magnetic field generated from the first and second magnetic field generators from the amplitude and the sign of each axis based on the magnetic fields from the first and second magnetic field generators. A magnetic field vector calculation unit for calculating first and second magnetic field vectors representing
Based on an output signal from the magnetic field vector calculation unit, the first and second magnetic field generation units specify which of the plurality of magnetic field generation coils has the maximum intensity, and the corresponding coil The position and orientation detection apparatus according to claim 15 , further comprising: a position and orientation calculation unit that calculates position information and orientation information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between the magnetic field detection unit and the magnetic field detection unit. .
指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部と、該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部とから発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部と、
該磁場検出部により検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算部とを備え、
前記演算部は、
第1の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなる前記第1の磁場発生部及び、第2の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する少なくとも1つの磁場発生コイルからなる前記第2の磁場発生部における、前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする位置姿勢検出装置。
A first magnetic field generation unit that generates at least one alternating magnetic field having directivity, and a frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generation unit that is different from the first magnetic field generation unit. A magnetic field detector having a multi-axis magnetic sensor for detecting a magnetic field generated from a second magnetic field generator that generates at least one alternating magnetic field having a different frequency;
A calculation unit that calculates position information and posture information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between the first and second magnetic field generation units and the magnetic field detection unit from the magnetic field detected by the magnetic field detection unit. And
The computing unit is
The first magnetic field generation unit including at least one magnetic field generating coil that is arranged to have directivity in the first direction and generates alternating magnetic fields having different frequencies, and has directivity in the second direction. The angle between the magnetic fields generated from any one of the plurality of magnetic field generating coils in the second magnetic field generating unit that includes at least one magnetic field generating coil that generates alternating magnetic fields having different frequencies from each other is a predetermined value. and determine whether the corresponding by identifying a direction relationship between the magnetic field generating coil and the magnetic field detecting unit, wherein the magnetic field detecting portion of the position information and the position postures detector you and calculates the attitude information.
前記演算部は、
前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、
該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、
該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記第1及び第2の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値であるかを特定し、対応するコイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部と
を備えたことを特徴とする請求項17に記載の位置姿勢検出装置。
The computing unit is
Based on the output signal of each axis of the magnetic field detection unit, a Fourier transform unit that calculates phases and amplitudes in the plurality of frequency components in each axis;
Based on an output signal from the Fourier transform unit, a sign is calculated for the amplitude of each axis based on the magnetic field from the first and second magnetic field generation units from the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis. And the direction and magnitude based on the magnetic field generated from the first and second magnetic field generators from the amplitude and the sign of each axis based on the magnetic fields from the first and second magnetic field generators. A magnetic field vector calculation unit for calculating first and second magnetic field vectors representing
Based on the output signal from the magnetic field vector calculation unit, the first and second magnetic field generation units specify which angle of the magnetic fields generated from the plurality of magnetic field generation coils is a predetermined value, and The position / orientation according to claim 17 , further comprising: a position / orientation calculation unit that calculates position information and attitude information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between the coil to be operated and the magnetic field detection unit. Detection device.
指向性を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第1の磁場発生部と、該第1の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第1の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも1つ発生する第2の磁場発生部とから発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部と、
該磁場検出部により検出された磁場から、前記第1及び第2の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算部とを備え、
前記演算部は、
それぞれ磁場の発生方向を独立して変更できる磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする位置姿勢検出装置。
A first magnetic field generation unit that generates at least one alternating magnetic field having directivity, and a frequency of the magnetic field generated by the first magnetic field generation unit that is different from the first magnetic field generation unit. A magnetic field detector having a multi-axis magnetic sensor for detecting a magnetic field generated from a second magnetic field generator that generates at least one alternating magnetic field having a different frequency;
A calculation unit that calculates position information and posture information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between the first and second magnetic field generation units and the magnetic field detection unit from the magnetic field detected by the magnetic field detection unit. And
The computing unit is
The direction of the magnetic field generating coil is changed so that the intensity of the magnetic field generated from the magnetic field generating coil that can independently change the direction of generation of the magnetic field is maximized, and the directional relationship between the magnetic field detecting unit and the magnetic field generating coil is changed. by identifying, you and calculates the position information and attitude information of the magnetic field detecting unit position postures detector.
前記演算部は、
前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、
該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第1及び第2の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第1及び第2の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第1及び第2の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、
該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記各磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部と
を備えたことを特徴とする請求項19に記載の位置姿勢検出装置。
The computing unit is
Based on the output signal of each axis of the magnetic field detection unit, a Fourier transform unit that calculates phases and amplitudes in the plurality of frequency components in each axis;
Based on an output signal from the Fourier transform unit, a sign is calculated for the amplitude of each axis based on the magnetic field from the first and second magnetic field generation units from the phase relationship of the plurality of frequency components of each axis. And the direction and magnitude based on the magnetic field generated from the first and second magnetic field generators from the amplitude and the sign of each axis based on the magnetic fields from the first and second magnetic field generators. A magnetic field vector calculation unit for calculating first and second magnetic field vectors representing
Based on the output signal from the magnetic field vector calculation unit, the direction of the magnetic field generation coil is changed so that the intensity of the magnetic field generated from each magnetic field generation coil becomes maximum, and the magnetic field detection unit and the magnetic field generation coil The position / orientation detection apparatus according to claim 19 , further comprising: a position / orientation calculation unit that calculates position information and attitude information of the magnetic field detection unit by specifying a directional relationship between
前記交流磁場は、異なる複数の周波数成分の位相関係が既知である磁場であることを特徴とする請求項15乃至20のいずれかに記載の位置姿勢検出装置。 21. The position / orientation detection apparatus according to claim 15 , wherein the alternating magnetic field is a magnetic field in which a phase relationship between a plurality of different frequency components is known.
JP2007117670A 2007-04-26 2007-04-26 Position / orientation detection system, detection method thereof, and position / orientation detection apparatus Active JP5004646B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007117670A JP5004646B2 (en) 2007-04-26 2007-04-26 Position / orientation detection system, detection method thereof, and position / orientation detection apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007117670A JP5004646B2 (en) 2007-04-26 2007-04-26 Position / orientation detection system, detection method thereof, and position / orientation detection apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008275395A JP2008275395A (en) 2008-11-13
JP5004646B2 true JP5004646B2 (en) 2012-08-22

Family

ID=40053528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007117670A Active JP5004646B2 (en) 2007-04-26 2007-04-26 Position / orientation detection system, detection method thereof, and position / orientation detection apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5004646B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5001402B2 (en) * 2010-05-07 2012-08-15 アルプス電気株式会社 Magnetic field detection device for ball game apparatus and ball game apparatus using the same
JP5498467B2 (en) * 2011-11-02 2014-05-21 アルプス電気株式会社 Magnetic field detection device for ball game apparatus and ball game apparatus using the same
CN105407783B (en) * 2013-12-10 2017-09-05 奥林巴斯株式会社 Position detecting system
CN106983487B (en) * 2017-03-14 2019-11-15 宜宾学院 The positioning system and its localization method of Wireless capsule endoscope three-dimensional position and 3 d pose
JP6862322B2 (en) * 2017-09-15 2021-04-21 株式会社東芝 Positioning systems and equipment
CN108042094B (en) * 2017-12-22 2024-02-13 宜宾学院 Positioning system and positioning method for freedom degree of wireless capsule endoscope 5

Family Cites Families (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3868565A (en) * 1973-07-30 1975-02-25 Jack Kuipers Object tracking and orientation determination means, system and process
US4054881A (en) * 1976-04-26 1977-10-18 The Austin Company Remote object position locater
JPS5811030B2 (en) * 1977-05-01 1983-03-01 日本電信電話株式会社 How to detect horizontal position of shield machine
US4287809A (en) * 1979-08-20 1981-09-08 Honeywell Inc. Helmet-mounted sighting system
JPS5690210A (en) * 1979-12-22 1981-07-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Measurement device for position and posture angle of underground boring machine
US4346384A (en) * 1980-06-30 1982-08-24 The Austin Company Remote object position and orientation locator
JPS60221820A (en) * 1983-08-05 1985-11-06 Wacom Co Ltd Position detecting device
JPS625121A (en) * 1985-07-01 1987-01-12 Hitachi Constr Mach Co Ltd Position detector of excavating machine
FR2586302B1 (en) * 1985-08-13 1988-02-12 Commissariat Energie Atomique METHOD FOR LOCATING AN OBJECT AND DETERMINING ITS ORIENTATION IN SPACE AND DEVICE FOR IMPLEMENTING IT
JPS63171996A (en) * 1986-07-22 1988-07-15 日立建機株式会社 Attitude detector for excavator
JPH021241A (en) * 1988-11-02 1990-01-05 Eiichi Bando Apparatus for measuring jaw motion
JPH03162693A (en) * 1989-11-20 1991-07-12 Sumitomo Metal Ind Ltd Method and device for position detection
JP2608618B2 (en) * 1990-05-09 1997-05-07 株式会社フジクラ Metal long object buried position measuring device
JPH04264201A (en) * 1991-02-19 1992-09-21 Sumitomo Metal Ind Ltd Method and apparatus for detecting position
JPH04336196A (en) * 1991-05-10 1992-11-24 Furukawa Electric Co Ltd:The Propulsion of underground pusher
JP3119321B2 (en) * 1992-09-30 2000-12-18 東京瓦斯株式会社 Detection method of target points in buried pipes
DE4407785A1 (en) * 1994-03-09 1995-09-14 Philips Patentverwaltung Arrangement for determining the spatial position of a scanning element displaceable relative to a reference element
JPH07295736A (en) * 1994-04-25 1995-11-10 Sony Corp Three-dimensional position detector
US5818733A (en) * 1994-07-01 1998-10-06 Hyuga; Makoto Communication method and system for same
JP3352550B2 (en) * 1994-11-28 2002-12-03 積水化学工業株式会社 Position detection method
JPH09166404A (en) * 1995-12-15 1997-06-24 Osaka Gas Co Ltd Method and device for specifying position of object
JPH09325003A (en) * 1996-06-04 1997-12-16 Sekisui Chem Co Ltd Detection of position
JP3748985B2 (en) * 1997-05-29 2006-02-22 オリンパス株式会社 Coil position measuring device, endoscope insertion shape detecting device, and coil position measuring method
JP2835603B2 (en) * 1996-10-08 1998-12-14 永一 坂東 Displacement sensor for human body
JP3063027B2 (en) * 1996-11-15 2000-07-12 株式会社関電工 Position detection method
JP2866078B2 (en) * 1997-03-27 1999-03-08 日本電信電話株式会社 Excavation propulsion position detecting device and position detecting method
JPH11153674A (en) * 1997-11-18 1999-06-08 Yotsugi Kk Buried object detector
JP3571675B2 (en) * 1998-03-18 2004-09-29 オリンパス株式会社 Coil position measuring device and coil position measuring method
JP4291454B2 (en) * 1999-04-01 2009-07-08 独立行政法人科学技術振興機構 Posture position measuring apparatus and measuring method
US6172499B1 (en) * 1999-10-29 2001-01-09 Ascension Technology Corporation Eddy current error-reduced AC magnetic position measurement system
FR2806158B1 (en) * 2000-03-07 2002-05-17 Commissariat Energie Atomique METHOD FOR DETERMINING THE POSITION OR ORIENTATION OF AN OBJECT USING A MAGNETIC FIELD AND CORRESPONDING DEVICE
US6553326B1 (en) * 2000-04-07 2003-04-22 Northern Digital Inc. Errors in systems using magnetic fields to locate objects
JP2003004409A (en) * 2001-06-26 2003-01-08 Reideikku:Kk Position-measuring method and position-measuring apparatus
JP2002365005A (en) * 2001-06-08 2002-12-18 San Shield Kk Position detecting method and position detecting system for shield machine
US6625563B2 (en) * 2001-06-26 2003-09-23 Northern Digital Inc. Gain factor and position determination system
JP3964167B2 (en) * 2001-08-01 2007-08-22 独立行政法人科学技術振興機構 Position / attitude detection device and computer information input device using the same
JP4480305B2 (en) * 2001-09-17 2010-06-16 株式会社リコー Magnetic field vector sensor and sensor system
JP2003114101A (en) * 2001-10-03 2003-04-18 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Magnetic three-dimensional position detector and detection method
JP2003121151A (en) * 2001-10-16 2003-04-23 Hitachi Metals Ltd Method and apparatus for prospecting position in excavation body
WO2003067181A2 (en) * 2002-02-05 2003-08-14 Sensopad Technologies Limited Sensing apparatus and method
US7307595B2 (en) * 2004-12-21 2007-12-11 Q-Track Corporation Near field location system and method
JP4324386B2 (en) * 2003-01-30 2009-09-02 永一 坂東 Jaw movement measuring device
JP2004295443A (en) * 2003-03-27 2004-10-21 Japan Science & Technology Agency Object tracking apparatus
JP2006214979A (en) * 2005-02-07 2006-08-17 Nec Tokin Corp Magnetic position detector
KR100990287B1 (en) * 2005-10-06 2010-10-26 올림푸스 가부시키가이샤 Position detection system
EP2110639A4 (en) * 2007-02-09 2015-12-02 Asahi Kasei Emd Corp Spatial information detecting system, its detecting method, and spatial information detecting device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008275395A (en) 2008-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20100277163A1 (en) Spatial Information Detecting System, its Detecting Method, and Spatial Information Detecting Device
JP5004646B2 (en) Position / orientation detection system, detection method thereof, and position / orientation detection apparatus
EP3588011B1 (en) Position sensor system and method, robust against disturbance field
EP3644018B1 (en) Magnetic orientation and position measurement device
JPH08512125A (en) Method and apparatus for measuring the position and orientation of an object in the presence of interfering metals
JP4890660B2 (en) Geomagnetic detector
JP2011033609A (en) Indoor position detector
JP2005061969A (en) Azimuthal angle measuring instrument and azimuthal angle measuring method
CN103364180A (en) Systems and methods of identifying types of faults
JP2011059091A (en) Apparatus for detecting indoor position
Paperno et al. Three-dimensional magnetic tracking of biaxial sensors
JP2016002445A (en) Surgical instrument position attitude measuring apparatus
WO2017175313A1 (en) Magnetic field sensor system and flexible device provided with same
US12031850B2 (en) Magnetic localization using a DC magnetometer
Lin et al. Mathematical models of 3D magnetic field and 3D positioning system by magnetic field
RU2542793C1 (en) Device to determine position of object in space
CN116625363A (en) Multichannel six-degree-of-freedom electromagnetic positioning tracking method
JP2011185862A (en) Magnetic field detector
JP5341861B2 (en) Magnetic field detector
JP4648423B2 (en) Rotation angle measurement device and rotation angle measurement method
CN105651316B (en) Apparatus for detecting magnetic position
JPH07198407A (en) Magnetism measuring instrument
JP6619179B2 (en) Position / attitude detection device
CN117784259B (en) Single-component magnetic field positioning method and positioning system
JP2006214979A (en) Magnetic position detector

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100330

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110915

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110922

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111027

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120518

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120522

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150601

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5004646

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350