JP5498208B2 - 磁界検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、直交する３方向のそれぞれに向けられた磁気センサで磁気ベクトルを検知する磁界検知装置に係り、少ないデータ数で磁気ベクトルの回転運動を知ることができる磁界検知装置に関する。

互いに直交する３方向の磁界強度を検知する３軸の磁気センサを使用する磁界検知装置は、地磁気を検知する地磁気検知装置などとして使用される。

特許文献１に記載された磁気式ジャイロは、３軸直交座標上に配置された地磁気を検知する３軸磁気センサを有している。この磁気式ジャイロは、三次元空間内で回転させたときに、３軸の出力データを用いて異なる２時点間の差分ベクトルを求め、その差分ベクトルが予め決められたしきい値よりも小さくなるか否かを判定して、３軸のうちのどの軸を中心として回転しているのかを特定するというものである。

特許文献１に記載された磁気式ジャイロは、磁気センサの向きで決められた３軸のいずれの軸を中心として回転したときに、回転状態を検知することができるが、前記３軸以外の軸を中心として回転させたときには回転軸を認識できなくなり、どの回転平面内で回転しているのかを特定できなくなる。つまり、特許文献１に記載された１個の磁気式ジャイロだけで、三次元空間内の任意の軸を中心として回転させたときの角速度を検知できない。

特許文献２には、飛行機などに搭載される姿勢センサが開示されている。この姿勢センサは、地磁気検出装置を有しているとともに、負荷おもりとこの負荷おもりに作用する重力を検知する力検出装置が設けられている。飛行機などとともに姿勢センサが傾いたときに、力検出装置の検知出力により重力の方向に対する傾きを検出し、地磁気検出装置で得られる方位出力を、力検出装置で得られた傾き姿勢に関する情報を用いて修正するというものである。

特許文献２に記載された姿勢センサは、地磁気検出装置のみならず負荷おもりとこの負荷おもりに作用する重力を検知する力検出装置が設けられているために、装置が大きくまた重くなり、例えば携帯用の小型機器などに搭載することが難しい。

特許文献３に記載された３軸姿勢検出装置は、目的物体の姿勢を検出するものであるが、３方向の検出が可能な磁気センサと、３方向の検出が可能なジャイロセンサの双方が搭載されている。そのため、携帯用の小型機器などに搭載するのに適しておらず、また、磁気センサとジャイロセンサの双方を搭載しているため、消費電力が多くなる欠点を有している。

特開２００８−２２４６４２号公報 特開平２−２３８３３６号公報 特開平１１−２４８４５６号公報

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、直交する３軸の方向に向くセンサからの検知出力から、磁気ベクトルの移動軌跡円を推定でき、しかも少ないデータ数でも移動軌跡円を推定することが可能な磁界検知装置を提供することを目的としている。

本発明は、互いに直交するＸ方向とＹ方向およびＺ方向が基準方向として決められた磁気検知部と、演算部とを有し、
前記磁気検知部に、Ｘ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＸ軸センサと、Ｙ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＹ軸センサ、およびＺ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＺ軸センサが搭載され、
前記演算部では、間欠的にサンプリングした複数の前記検知出力から求められる磁気ベクトルが、球面座標上の座標点データに換算され、複数の座標点データのうちの１つ基準座標点データを含んで前記球面座標上に位置する複数の仮想円が設定され、複数の座標点データとの誤差が最も小さい仮想円が最小二乗法に基づいて求められて、座標点データの移動軌跡円と推定されることを特徴とするものである。

本発明の磁界検知装置は、Ｘ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサの検知出力によって特定される磁気ベクトルの情報を球面座標上の座標点データとして複数個取得し、この座標点データを用いて計算することで、磁気ベクトルの移動軌跡円を求めることができる。また、磁界検知装置と磁気ベクトルとの相対的な回転角度が狭く、座標点データのサンプル数が少なくても、移動軌跡円を高い精度で推定することができる。

本発明は、前記球面座標上に、前記基準座標点データを含み前記球面座標の半径と同じ半径を有する複数の第１の仮想円が設定されて、複数の座標点データとの誤差が最も小さい第１の仮想円が最小二乗法に基づいて選択され、
次に、前記基準座標点データを含み、選択された前記第１の仮想円と開き角度を有して前記球面座標上に位置する互いに半径の相違する複数の第２の仮想円が設定されて、複数の座標点データとの誤差が最も小さい第２の仮想円が最小二乗法に基づいて求められて、座標点データの移動軌跡円と推定されるものである。

例えば、複数の前記第１の仮想円は、前記基準座標点データと前記球面座標の中心を通る基準中心線の回りに一定の角度間隔を空けて設定される。また、複数の前記第２の仮想円は、選択された前記第１の仮想円から一定の角度間隔の開き角を空けて設定される。

上記のように、球面座標上に複数の第１の仮想円と複数の第２の仮想円を設定することで、実際の座標点データの移動軌跡に近い軌跡円を推定することが可能になる。

あるいは、本発明は、前記基準座標点データを含み且つ半径が互いに相違する複数の前記仮想円が設定されるものであってもよい。

本発明は、２つの座標点データの前記移動軌跡円の中心からの開き角度と、２つの前記座標点データが得られた時間とから、その時点での前記磁気ベクトルの角速度を求めることが可能になる。

本発明は、直交する３軸方向に向けられた磁気センサの検知出力を用いて、磁気ベクトルの相対的な回転運動を推定できる。また、磁気ベクトルの相対的な回転角度が浅く、データのサンプル数が少なくとも、磁気ベクトルの運動軌跡を高い精度で推定することが可能である。

本発明の実施の形態の磁界検知装置の回路ブロック図、 図１に示す磁界検知装置に設けられた演算部の機能を説明するブロック図、 データバッファの処理動作を示す説明図、 磁気検知部に設けられたＸ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサの説明図、 地磁気ベクトルの検知動作原理を示す三次元座標の説明図、 移動軌跡円を推定する演算を示す説明図、 移動軌跡円を推定する演算を示す説明図であり、図６のＶＩＩ矢視図、 移動軌跡円を推定する演算を示す説明図であり、図６のＶＩＩＩ矢視図、 移動軌跡円を推定する演算の第２の実施の形態を示す説明図、

図１に示す本発明の実施の形態の磁界検知装置１は、地磁気検知装置として使用されるものであり、磁気検知部２を有している。図４に示すように、磁気検知部２は、互いに直交する基準軸であるＸ軸とＹ軸およびＺ軸が固定軸として決められている。磁界検知装置１は携帯用機器などに搭載されており、磁気検知部２は、Ｘ軸とＹ軸およびＺ軸の直交関係を維持したまま、空間内で自由に移動できる。

図４に示すように、磁気検知部２には、Ｘ軸センサ３がＸ軸に沿って固定され、Ｙ軸センサ４がＹ軸に沿って固定され、Ｚ軸センサがＺ軸に沿って固定されている。Ｘ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５は、いずれもＧＭＲ素子で構成されている。ＧＭＲ素子は、Ｎｉ−Ｃｏ合金やＮｉ−Ｆｅ合金などの軟磁性材料で形成された固定磁性層および自由磁性層と、固定磁性層と自由磁性層との間に挟まれた銅などの非磁性導電層とを有している。固定磁性層の下に反強磁性層が積層され、反強磁性層と固定磁性層との反強結合により、固定磁性層の磁化が固定されている。

Ｘ軸センサ３は、地磁気のＸ方向に向く成分を検知するものであり、固定磁性層の磁化の向きがＸ軸に沿うＰＸ方向に固定されている。自由磁性層の磁化の向きは地磁気の向きに反応する。自由磁性層の磁化の向きがＰＸ方向と平行になるとＸ軸センサ３の抵抗値が極小になり、自由磁性層の磁化の向きがＰＸ方向と逆向きになるとＸ軸センサ３の抵抗値が極大になる。また、自由磁性層の磁化の向きがＰＸ方向と直交すると、抵抗値が前記極大値と極小値との平均値となる。

図１に示す磁場データ検知部６では、Ｘ軸センサ３と固定抵抗とが直列に接続され、Ｘ軸センサ３と固定抵抗との直列回路に電圧が与えられており、Ｘ軸センサ３と固定抵抗との間の電圧がＸ軸の検知出力として取り出される。Ｘ軸センサ３にＸ方向に向く磁界が与えられていないとき、またはＰＸに対して直交する磁界が与えられているときに、Ｘ軸の検知出力が中点電位となる。

磁気検知部２の全体を傾け、Ｘ軸センサ３の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＸを地磁気ベクトルＶと同じ向きにするとＸ軸センサ３に与えられる磁界成分が極大値となる。このときのＸ軸の検知出力は、前記中点電位に対してプラス側の極大値となる。逆に、Ｘ軸センサ３の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＸを地磁気ベクトルＶと反対に向けると、Ｘ軸センサ３に与えられる逆向きの磁界成分が極大値となる。このときのＸ軸の検知出力は、前記中点電位に対してマイナス側の極大値となる。

Ｙ軸センサ４とＺ軸センサ５も、それぞれ固定抵抗とが直列に接続され、Ｙ軸センサ４またはＺ軸センサ５と固定抵抗との直列回路に電圧が与えられており、各センサと固定抵抗との間の電圧がＹ軸またはＺ軸の検知出力として取り出される。

Ｙ軸センサ４の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＹを地磁気ベクトルＶと同じ向きにすると、Ｙ軸の検知出力は、中点電位に対してプラス側の極大値になる。Ｙ軸センサ４の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＹを地磁気ベクトルＶと反対に向けると、Ｙ軸の検知出力は、中点電位に対してマイナス側の極大値となる。同様に、Ｚ軸センサ５の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＺを地磁気ベクトルＶと同じ向きにすると、Ｚ軸の検知出力は、中点電位に対してプラス側の極大値になる。Ｚ軸センサ５の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＺを地磁気ベクトルＶと反対に向けると、Ｚ軸の検知出力は、中点電位に対してマイナス側の極大値となる。

地磁気ベクトルＶの大きさが一定であれば、Ｘ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５からの検知出力は、いずれもプラス側の極大値の絶対値と、マイナス側の極大値の絶対値とが同じである。

Ｘ軸センサ３としては、地磁気ベクトルの向きによってプラス側の検知出力とマイナス側の検知出力が得られ、プラス側の検知出力の極大値とマイナス側の検知出力の極大値とで絶対値が同じになれば、ＧＭＲ素子以外の磁気センサで構成することもできる。例えば、Ｘ軸に沿ってプラス側の磁界強度のみを検知できるホール素子またはＭＲ素子と、マイナス側の磁界強度のみを検知できるホール素子またはＭＲ素子を組み合わせて、Ｘ軸センサ３として使用してもよい。これは、Ｙ軸センサ４とＺ軸センサ５においても同じである。

図１に示すように、磁場データ検知部６で検知されたＸ軸とＹ軸およびＺ軸の検知出力は、演算部１０に与えられる。演算部１０は、Ａ／Ｄ変換部とＣＰＵおよびクロック回路などから構成されている。演算部１０のクロック回路の計測時間に応じて、磁場データ検知部６で検知されたＸ軸とＹ軸およびＺ軸の検知出力が、短いサイクルで間欠的にサンプリングされて演算部１０に読み出される。それぞれの検知出力は、演算部内に設けられた前記Ａ／Ｄ変換部によってディジタル値に変換される。

演算部１０を構成するＣＰＵにはメモリ７が接続されている。メモリ７には、演算処理のためのソフトウエアがプログラミングされて格納されている。演算部１０の演算処理は前記ソフトウエアによって実行される。

図２に示すように、演算部１０は、ソフトウエアに基づいて複数段階の演算処理を行う。ディジタルデータに変換されたＸ軸の検知出力とＹ軸の検知出力およびＺ軸の検知出力は、主演算部１５で演算処理され、図５に示すＸ−Ｙ−Ｚの三次元座標上の座標点データＤに変換されて、データバッファ（バッファメモリ）１１に格納される。クロック回路と同期して短いサイクルでサンプリングされて演算された前記座標点データＤは、図３に示すデータバッファ１１の格納部１１ａに与えられる。座標点データＤが格納部１１ａに与えられる毎に、座標点データＤが格納部１１ａから１１ｍまで順に送り出され、最終段の格納部１１ｍに格納されていた最も古い座標点データＤが捨てられる。磁界検知装置１が動作している間は、磁場データ検知部６から最新のデータが一定時間毎に読み出され続け、演算後の座標点データＤがデータバッファ１１に順番に格納されていく。

図５に示すように、磁気検知部２が地球上のいずれかの場所に置かれると、磁気検知部２のＸ軸センサ３から検知出力ｘｂが得られ、Ｙ軸センサ４から検知出力ｙｂが得られ、Ｚ軸センサ５から検知出力ｚｂが得られる。図２に示す演算部１０の主演算部１５において、三次元の検知出力から座標点データＤ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）が演算される。座標点データＤ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）はサンプリング周期毎に次々と得られ、データバッファ１１に順に格納されていく。

この磁界検知装置１は、電源が投入された直後にキャリブレーションを行う必要がある。このキャリブレーションは、磁界検知装置１を搭載した携帯機器などを任意の方向へ数回だけ回転させることで行われる。主演算部１５では、キャリブレーションにおいて次々に得られる座標点データＤのいくつかをサンプリングする。少なくとも３個の座標点データＤを得ることで、その時点での座標点データＤの回転軌跡に一致する円を特定できる。この円が複数個求められ、それぞれの円の中心を通る中心線が求められて、これらの中心線の交点が演算される。主演算部１５では、ソフトウエア上で図５に示すＸ−Ｙ−Ｚの三次元座標が設定され、キャリブレーションの結果として得られた前記交点が、三次元座標の基準原点Ｏとなるように補正される。

キャリブレーションにより三次元座標の基準原点Ｏが補正されると、その後の検知出力から演算される座標点データＤ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）は、三次元座標上の基準原点Ｏを中心とする球面座標Ｇ上の点として現れる。この球面座標Ｇの半径Ｒは、Ｘ軸センサ３、Ｙ軸センサ４、Ｚ軸センサ５から得られる検知出力の極大値の絶対値に比例する。球面座標Ｇの半径Ｒは、そのときの測定場所によって相違し、検知される地磁気ベクトルＶの絶対値の大小に応じて球面座標Ｇの半径Ｒも変化する。

図５は、磁界検知装置１に設定されているＺ軸が重力方向に向けられた状態を示している。検知出力から得られる座標点データＤ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）と、三次元座標の基準原点Ｏを結ぶ線が地磁気ベクトルＶである。磁界検知装置１をＺ軸を中心として（重力方向に向く軸を中心として）回転させると、次々とサンプリングされていく座標点データＤ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）が、Ｚ軸を中心とし且つＸ−Ｙ軸と平行な水平緯度線Ｈａに沿って移動する。仮に、演算部１０において、基準軸Ｚの方向が重力方向に向けられていることを認識していれば、水平緯度線ＨａとＺ軸との交点を中心とする複数の座標点データＤの開き角度と、サンプリング時間とから角速度を求めることが可能である。

しかし、実際に磁界検知装置１を搭載した携帯機器などを、三次元空間内で任意の向きに回転させたときに、座標点データＤからのみでは、回転軌跡の軸がどの向きであるのか、回転軌跡の中心の座標がどこにあるかを認識することができない。その結果、角速度も演算できない。

そこで、図２に示す演算部１０では、次のソフトウエアを実行することで、磁界検知装置１を任意の向きの軸を中心として回転させたときに、どの向きでどのような軌跡の回転が行われているのかを演算できるようにしている。

図６に示すように、磁界検知装置１が、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸以外の任意の軸を中心として回転すると、球面座標Ｇ上に座標点データＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ−１，Ｄｎが現われる。座標点データＤ１が最新のデータであり、Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・Ｄｎ−１，Ｄｎの順に遡って古いデータとなる。最新の座標点データＤ１は、図３に示すデータバッファ１１の格納部１１ａに格納され、座標点データＤ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・が、格納部１１ｂ，１１ｃ，・・・に順に格納される。

図２に示す演算部１０の回転平面計算部１２では、データバッファ１１に格納されている複数の座標点データＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ−１，Ｄｎのいずれかを選択して基準座標点データとする。例えば、最新の座標点データＤ１を基準座標点データとする。そして、図６に示すように、基準座標点データＤ１と球面座標Ｇの基準原点Ｏを通る基準中心線Ｌ０を求める。基準座標点データＤ１は、（ｘ，ｙ，ｚ）の三次元座標上でその位置が特定され、キャリブレーションにより基準原点Ｏが球面座標Ｇの０点に位置しているため、基準中心線Ｌ０を、三次元座標上の直線方程式として容易に求めることができる。

図７は、基準中心線Ｌ０の延長上から球面座標Ｇ上の基準座標点データＤ１を見ている。基準中心線Ｌ０が算出された後に、基準座標点データＤ１を含み、球面座標Ｇの半径Ｒと同じ半径を有する複数の第１の仮想円Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１２，・・・Ｃ１６を算出する。

その演算では、三次元座標の基準原点Ｏを中心とし且つ基準座標点データＤ１が含まれる半径Ｒの円の方程式が求められる。この円の方程式は無数存在しているため、図７に示すように、基準中心線Ｌ０を中心とし基準中心線Ｌ０の回りに任意の角度αを空けて存在する複数の円を特定し、この複数の円を第１の仮想円Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１２，・・・Ｃ１６とする。図７の例では、α＝３０で、第１の仮想円の方程式が６個求められている。

次に、全ての第１の仮想円Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１２，・・・Ｃ１６のそれぞれと、座標点データＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ−１，Ｄｎとの誤差を計算し、その誤差が最も小さい第１の仮想円を選択する。これは、第１の仮想円Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１２，・・・Ｃ１６のそれぞれの方程式と、複数の座標点データＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ−１，Ｄｎの座標点を用い、その誤差が最も小さい円を最小二乗法により計算することで求められる。図７では、誤差が最も小さい第１の仮想円としてＣ１１が選択されている。

最小二乗法では、それぞれの座標点データと計算すべき仮想円の円弧との距離をｄｎ（ｎ＝１，２，３，・・・）とし、各座標点データと計算すべき仮想円の円弧との距離の平均値をｄａとし、誤差＝Σ（ｄｎ−ｄａ）²を求める。この誤差が最も小さい仮想円が選択される。

または、前記各座標点データと、仮想円を含む平面との距離をｄｎ（ｎ＝１，２，３，・・・）とし、その距離の平均値をｄａとして最小二乗法で誤差を計算してもよい。また、図６の場合は、それぞれの座標点データと、仮想円を含む平面とのＺ軸座標上の距離（Ｚ軸と平行な方向での距離）をｄｎ（ｎ＝１，２，３，・・・）とし、その距離の平均をｄａとして、最小二乗法で誤差を計算してもよい。

なお、それぞれの第１の仮想円との距離を求めるための座標点データは、基準座標点データＤ１から所定サンプル数まで遡る全てのデータを使用してもよいし、最新のデータＤ１から所定サンプル数まで遡るデータのうち選択された複数個を使用してもよい。

図８は、選択された第１の仮想円Ｃ１１と同じ面の延長上から球面座標Ｇを見ており、図６におけるＶＩＩＩ矢視図である。

図８に示すように、第１の仮想円Ｃ１１を選択したら、基準座標点データＤ１を含んで、第１の仮想円Ｃ１１に対して開き角度を有する複数の第２の仮想円Ｃ２１、Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４，Ｃ２５，Ｃ２６を設定する。この第２の仮想円Ｃ２１、Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４，Ｃ２５，Ｃ２６は、選択された第１の仮想円Ｃ１１を基準として一定の角度βの差を有して開く複数の円を設定してもよいし、例えば、半径が（３／４）Ｒ，（１／２）Ｒ，（１／４）Ｒとなるように半径を整数で分割した複数の円を設定してもよい。図８では、選択された第１の仮想円Ｃ１１を含む平面から一定の角度βを空けて、６個の第２の仮想円Ｃ２１、Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４，Ｃ２５，Ｃ２６が設定されている。

そして、全ての第２の仮想円Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４，Ｃ２５，Ｃ２６のそれぞれと、座標点データＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ−１，Ｄｎとの誤差を求め、その誤差が最も小さい第２の仮想円を求める。これは第２の仮想円Ｃ２１、Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４，Ｃ２５，Ｃ２６のそれぞれの方程式と、座標点データＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ−１，Ｄｎとを用いて、誤差が最も小さい円を最小二乗法で計算することで求められる。図８では、誤差が最も小さい第２の仮想円としてＣ２５が選択されている。

このときの最小二乗法の計算は、各座標点データと第１の仮想円との誤差を求めたのと同じ計算手法で行うことができる。

この場合も、第２の仮想円との距離を求めるための座標点データとして、基準座標点データＤ１から所定サンプル数まで遡る間に得られた全てのデータを使用してもよいし、最新のデータＤ１から所定サンプル数まで遡る間のデータのうち選択された複数個を使用してもよい。

以上の演算で選択された第２の仮想円Ｃ２５が、座標点データＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ−１，Ｄｎが移動する移動軌跡円であると推定する。演算部１０に設けられた回転平面計算部１３では、選択された第２の仮想円Ｃ２５の中心Ｏｓを通り、第２の可動円Ｃ２５を含む面と垂直な軸を求めることで、現在の磁界検知装置１と地磁気ベクトルＶとの相対的な回転軸を算出することができる。さらに演算部１０の角速度計算部１４で、座標点データＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ−１，Ｄｎのいずれか２つを選択し、第２の仮想円Ｃ２５の中心Ｏｓからの２つの座標点データの開き角度を求め、この開き角度を、２つの座標点データが得られた時間で微分することで、角速度を求めることが可能である。

演算部１０では、所定のサンプリング時間を経て新たな座標点データＤ１が次々に、データバッファ１１の格納部に与えられてくる。したがって所定のサンプリング数毎に、最新の座標点データを抽出して基準座標点データとし、この基準座標点データを用いて前記演算を行うことで、推定される移動軌跡円を更新することができ、常に正確性の高い角速度を算出することができる。

図９は本発明の第２の実施の形態の演算方法を示している。
図９は、基準中心線Ｌ０の延長線上から、球面座標Ｇ上の基準座標点データＤ１を見たものである。

第２の実施の形態では、球面座標Ｇ上に、基準座標点データＤ１を含み且つ半径が互いに相違する複数の仮想円をそれぞれの向きに設定する。図９の例では、球面座標Ｇと同じ半径Ｒを有して基準座標点データＤ１を含む２つの仮想円Ｃａ，Ｃｂが互いに９０度の角度差を持って設定される。さらに基準座標点データＤ１を含んで一方の仮想円Ｃａから開き角度を有する仮想円Ｃｃ，Ｃｃ，Ｃｄ，Ｃｄが設定され、基準座標点データＤ１を含んで他方の仮想円Ｃｂから開き角度を有する仮想円Ｃｅ，Ｃｅ，Ｃｆ，Ｃｆが設定される。

仮想円Ｃｃ，Ｃｃ，Ｃｄ，Ｃｄと、仮想円Ｃｅ，Ｃｅ，Ｃｆ，Ｃｆは、等角度の開き角度を有するように設定されてもよいし、または半径が段階的に変化するように設定されてもよい。

図９では、基準中心線Ｌ０の回りで９０度の角度を空けて２つの仮想円Ｃａ，Ｃｂが設定され、それぞれの仮想円Ｃａ，Ｃｂから開き角度を有する仮想円Ｃｃ，Ｃｃ，Ｃｄ，Ｃｄと仮想円Ｃｅ，Ｃｅ，Ｃｆ，Ｃｆが設定されているが、半径Ｒで基準座標点データＤ１を含む仮想円が３つまたはそれ以上設定され、それぞれの仮想円を基準として開き角を有する仮想円が設定されてもよい。

図９のように設定された複数の仮想円のうちの、座標点データＤ１，Ｄ２，Ｄ３，・・・Ｄｎ−１，Ｄｎとの距離が最も短いもの、または座標点データＤ１，Ｄ２，Ｄ３，・・・Ｄｎ−１，Ｄｎとの誤差が最も少ない仮想円を選択して、その仮想円を移動軌跡円と推定する。

本発明の磁界検知装置は、３軸の磁気センサからの座標点データを使用して回転運動を特定し角速度を算出することができる。よって、携帯用のゲーム装置やゲーム装置の入力装置に使用することができる。またロボットの腕や関節などの姿勢の変化を検知する検知部として使用することもできる。

さらに、本発明の磁界検知装置は、地磁気以外の外部磁界の磁気ベクトルの動きを検知する装置として使用可能である。例えば磁気検知装置を固定し、外部の磁気ベクトルがどの方向でどのような運動をしているかの検知も可能である。

１ 磁界検知装置
２ 磁気検知部
３ Ｘ軸センサ
４ Ｙ軸センサ
５ Ｚ軸センサ
６ 磁場データ検知部
７ メモリ
１０ 演算部
１１ データバッファ
１２ 回転平面計算部
１３ 回転軸計算部
１４ 角速度計算部
１５ 主演算部
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・，Ｄｎ 座標点データ
Ｄ１ 基準座標点データ
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６ 第１の仮想円
Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４，Ｃ２５，Ｃ２６ 第２の仮想円
Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄ，Ｃｅ，Ｃｆ 仮想円
Ｖ 地磁気ベクトル

Claims (6)

1. 互いに直交するＸ方向とＹ方向およびＺ方向が基準方向として決められた磁気検知部と、演算部とを有し、
   前記磁気検知部に、Ｘ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＸ軸センサと、Ｙ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＹ軸センサ、およびＺ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＺ軸センサが搭載され、
   前記演算部では、間欠的にサンプリングした複数の前記検知出力から求められる磁気ベクトルが、球面座標上の座標点データに換算され、複数の座標点データのうちの１つ基準座標点データを含んで前記球面座標上に位置する複数の仮想円が設定され、複数の座標点データとの誤差が最も小さい仮想円が最小二乗法に基づいて求められて、座標点データの移動軌跡円と推定されることを特徴とする磁界検知装置。
2. 前記球面座標上に、前記基準座標点データを含み前記球面座標の半径と同じ半径を有する複数の第１の仮想円が設定されて、複数の座標点データとの誤差が最も小さい第１の仮想円が最小二乗法に基づいて選択され、
   次に、前記基準座標点データを含み、選択された前記第１の仮想円と開き角度を有して前記球面座標上に位置する互いに半径の相違する複数の第２の仮想円が設定されて、複数の座標点データとの誤差が最も小さい第２の仮想円が最小二乗法に基づいて求められて、座標点データの移動軌跡円と推定される請求項１記載の磁界検知装置。
3. 複数の前記第１の仮想円は、前記基準座標点データと前記球面座標の中心を通る基準中心線の回りに一定の角度間隔を空けて設定される請求項２記載の磁界検知措置。
4. 複数の前記第２の仮想円は、選択された前記第１の仮想円から一定の角度間隔の開き角を空けて設定される請求項２または３記載の磁界検知装置。
5. 前記基準座標点データを含み且つ半径が互いに相違する複数の前記仮想円が設定される請求項１記載の磁界検知装置。
6. ２つの座標点データの前記移動軌跡円の中心からの開き角度と、２つの前記座標点データが得られた時間とから、その時点での前記磁気ベクトルの角速度が求められる請求項１ないし５のいずれかに記載の磁界検知装置。

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