JP5004646B2 - 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 - Google Patents
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Description
また、請求項7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。
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。
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。
[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。
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)。
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)。
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。
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。
mxi=(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。
Ri-1,i=|mxi-1|/|mxi|・・・(式12)
Ri+1,i=|mxi+1|/|mxi|・・・(式13)
として、
Ri-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。
mx・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。
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。
ex=mxi/|mxi|・・・(式17)
ey=myj/|myj|・・・(式18)
ez=mxi×my/|mxi×myj|・・・(式19)
Xrg=r・・・(式20)
rg=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。
ψ=tan-1(Ry/Rx)・・・(式22)
α=tan-1(Rz/(Rx2+Ry2)1/2)・・・(式23)
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。
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。
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。
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。
BAmax=BA(cosαAcosβA,sinαAcosβA,−sinβA)・・・(式26)
BBmax=BB(cosαBcosβB,sinαBcosβB,−sinβB)・・・(式27)
と表現できる。
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。
Xp=(−ZA+ZB+XAtanσA’−XBtanσB’)/(tanσA’−tanσB’) ・・・(式30)
Zp=(−XA+XB+ZAcotσA’−ZBcotσB’)/(cotσA’−cotσB’) ・・・(式31)
MA=BAmax/|BAmax|・・・(式32)
MB=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MAMB座標系から地上座標系への変換行列Hが求められて、MAMB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)
LrH=rp・・・(式35)
HL-1rp=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。
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
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。 - 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1に記載の位置姿勢検出システム。 - 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。 - 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3に記載の位置姿勢検出システム。 - 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。 - 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5に記載の位置姿勢検出システム。 - 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。
- 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。 - 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8に記載の位置姿勢検出方法。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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