JPWO2007099599A1

JPWO2007099599A1 - Magnetic gyro

Info

Publication number: JPWO2007099599A1
Application number: JP2008502586A
Authority: JP
Inventors: 本蔵　義信; 義信本蔵; 克彦土田; 英児加古
Original assignee: Aichi Micro Intelligent Corp
Current assignee: Aichi Micro Intelligent Corp
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2009-07-16
Also published as: WO2007099599A1

Abstract

被測定体に固定された３軸直交座標系における磁気ベクトルとして地磁気を検出する３軸磁気センサ２と、３軸直交座標系の原点を通る任意の回転軸を中心に上記被測定体が運動したとき、３軸磁気センサ２によって時系列的に検出される磁気ベクトルのデータを蓄積するメモリ３と、メモリ３に蓄積された異なる３時点以上の磁気ベクトルのデータを基に、回転軸を算出する回転軸算出手段４と、回転軸を中心とした被測定体の回転角度を磁気ベクトルのデータを基に算出する回転角度算出手段５とを有する磁気式ジャイロ１。The three-axis magnetic sensor 2 that detects geomagnetism as a magnetic vector in a three-axis orthogonal coordinate system fixed to the object to be measured, and the object to be measured moves around an arbitrary rotation axis that passes through the origin of the three-axis orthogonal coordinate system. At this time, the rotation axis is calculated based on the memory 3 that stores the magnetic vector data detected in time series by the three-axis magnetic sensor 2 and the magnetic vector data stored in the memory 3 at three or more different time points. A magnetic gyro 1 having a rotation axis calculation means 4 and a rotation angle calculation means 5 for calculating a rotation angle of a measured object around the rotation axis based on magnetic vector data.

Description

本発明は、地磁気を利用して、任意の姿勢を基準とした回転角度を測定したり、回転角速度を測定する磁気式ジャイロに関する。 The present invention relates to a magnetic gyro that uses geomagnetism to measure a rotation angle based on an arbitrary posture or to measure a rotation angular velocity.

近年、例えば携帯電話機やＰＤＡ等の携帯電子機器を傾けたり振り回したりしたときのピッチ、ヨー、ロール方向の回転角度（機器の姿勢）や、回転角速度を検出し、これらを上記携帯電子機器へのインプット信号とする技術が開発されている。
また、カメラの回転角度や回転角速度を検出して、写真（撮影画像）の手振れ防止用の補正信号とする技術も開発されている。
これらの技術において、機器の回転角度や回転角速度を検出する手段として、ジャイロが利用されている。In recent years, for example, when a portable electronic device such as a mobile phone or a PDA is tilted or swung, the rotation angle in the pitch, yaw and roll directions (device posture) and the rotation angular velocity are detected, and these are detected. A technology for input signals has been developed.
In addition, a technique has been developed in which a camera rotation angle and rotation angular velocity are detected and used as a correction signal for preventing camera shake of a photograph (photographed image).
In these techniques, a gyro is used as means for detecting the rotation angle and rotation angular velocity of the device.

上記ジャイロとしては、例えば、各種機器、車両、航空機等の姿勢や方位角（即ち回転角度）を計測するディレクショナルジャイロと、この回転角度の変化率である回転角速度を計測するレートジャイロとがある。なお、レートジャイロの出力信号を積分演算して、回転角度を求める手段もある。 Examples of the gyro include a directional gyro that measures postures and azimuth angles (that is, rotation angles) of various devices, vehicles, and aircrafts, and a rate gyro that measures a rotation angular velocity that is a change rate of the rotation angle. . There is also means for calculating the rotation angle by integrating the rate gyro output signal.

上記ディレクショナルジャイロとしては、軸を中心に回転する機械的なロータをジンバルで支持し、ロータの慣性力を利用して、被測定体の回転角度（姿勢や方位角）を測定するものが開示されている（特許文献１）。
また、上記レートジャイロとしては、振動子に働くコリオリ力に対応する信号を検出する方式の振動ジャイロが多く用いられている（特許文献２）。As the directional gyro, there is disclosed a gyro that supports a mechanical rotor that rotates about an axis and measures the rotation angle (attitude and azimuth angle) of the object to be measured using the inertia force of the rotor. (Patent Document 1).
Further, as the rate gyro, a vibration gyro of a system that detects a signal corresponding to the Coriolis force acting on the vibrator is often used (Patent Document 2).

しかし、これら従来のジャイロは、いずれも運動力学的な原理を利用したものである。そのため、測定対象とする回転運動以外の力学的な振動や衝撃等が印加されたときにもこれらに反応してしまうおそれがある。これにより、ノイズが出力信号に重畳され、精確な計測が困難となるおそれがあるという問題がある。 However, these conventional gyros all use kinematic principles. For this reason, there is a possibility that even when mechanical vibrations or impacts other than the rotational motion to be measured are applied, these may react. Accordingly, there is a problem that noise is superimposed on the output signal and accurate measurement may be difficult.

また、特許文献１に記載のディレクショナルジャイロは、複雑な機構を必要とするため、低コスト化や小型化が困難である。また、ロータを回転させるための電力を多く必要とする。そのため、航空機等の特殊な用途に限定されてしまう。
また、特許文献２に記載のレートジャイロ（振動ジャイロ）も、振動機構を必要とするために小型化が困難である。
それ故、これらのジャイロは、例えば、小型化、高密度化が進んでいる携帯電子機器等に組み込むことは困難であるという問題もある。In addition, the directional gyro described in Patent Document 1 requires a complicated mechanism, so that it is difficult to reduce cost and size. Moreover, a lot of electric power is required to rotate the rotor. Therefore, it will be limited to special uses, such as an aircraft.
Further, the rate gyro (vibration gyro) described in Patent Document 2 also requires a vibration mechanism, so that it is difficult to reduce the size.
Therefore, these gyros have a problem that it is difficult to incorporate them in, for example, portable electronic devices whose size and density are increasing.

米国特許第３１４３８９２号明細書US Pat. No. 3,143,892 特開平７−１３９９５１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-139951

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、計測精度に優れた小型化容易な磁気式ジャイロを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic gyro that is excellent in measurement accuracy and easy to miniaturize.

本発明は、被測定体に固定された３軸直交座標系における磁気ベクトルとして地磁気を検出する３軸磁気センサと、
上記３軸直交座標系の原点を通る任意の回転軸を中心に上記被測定体が運動したとき、上記３軸磁気センサによって時系列的に検出される上記磁気ベクトルのデータを蓄積するメモリと、
該メモリに蓄積された異なる３時点以上の上記磁気ベクトルのデータを基に、上記回転軸を算出する回転軸算出手段と、
上記回転軸を中心とした上記被測定体の回転角度を上記磁気ベクトルのデータを基に算出する回転角度算出手段とを有することを特徴とする磁気式ジャイロにある。The present invention includes a three-axis magnetic sensor that detects geomagnetism as a magnetic vector in a three-axis orthogonal coordinate system fixed to a measurement object;
A memory for storing data of the magnetic vector detected in time series by the three-axis magnetic sensor when the measured object moves around an arbitrary rotation axis passing through the origin of the three-axis orthogonal coordinate system;
Rotation axis calculation means for calculating the rotation axis based on the magnetic vector data at three or more different points in time stored in the memory;
There is provided a magnetic gyro comprising rotation angle calculation means for calculating a rotation angle of the measured object around the rotation axis based on data of the magnetic vector.

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記磁気式ジャイロは、上記３軸磁気センサと上記メモリと上記回転軸算出手段と上記回転角度算出手段とを有する。そして、３軸磁気センサによって検出する地磁気を基に、被測定体の姿勢変化を検知する。通常の環境においては、地磁気は地上に対して基本的に一定の方向、大きさを有している。それ故、被測定体の姿勢すなわち３軸直交座標系の姿勢が変化したとき、その姿勢変化に対応して、相対的に３軸直交座標系における磁気ベクトルが変化することとなる。この変化する磁気ベクトルを検出することによって、被測定体の姿勢の変化を精確に計測することが可能となる。Next, the effects of the present invention will be described.
The magnetic gyro has the three-axis magnetic sensor, the memory, the rotation axis calculation means, and the rotation angle calculation means. Then, based on the geomagnetism detected by the three-axis magnetic sensor, a change in posture of the measurement object is detected. In a normal environment, the geomagnetism basically has a certain direction and size with respect to the ground. Therefore, when the posture of the measurement object, that is, the posture of the three-axis orthogonal coordinate system is changed, the magnetic vector in the three-axis orthogonal coordinate system is relatively changed in accordance with the change in the posture. By detecting this changing magnetic vector, it is possible to accurately measure a change in the posture of the measured object.

そして、被測定体の姿勢の変化は、任意の回転軸の周りの任意の回転角度によって特定することができる。
そこで、上記のごとく、上記磁気式ジャイロにおいては、上記回転軸算出手段によって、上記回転軸を算出する。また、上記メモリによって、上記回転軸を算出するために必要な、異なる３時点以上における磁気ベクトルのデータを蓄積しておく。更に、上記回転角度算出手段によって、上記回転軸を中心とした被測定体の回転角度を上記磁気ベクトルのデータを基に算出する。
以上により、回転軸とその周りの回転角度を求めることができるため、被測定体の姿勢の変化を計測することができる。The change in the posture of the measurement object can be specified by an arbitrary rotation angle around an arbitrary rotation axis.
Therefore, as described above, in the magnetic gyro, the rotation axis is calculated by the rotation axis calculation means. The memory stores magnetic vector data necessary for calculating the rotation axis at three or more different points in time. Further, the rotation angle calculation means calculates the rotation angle of the measured object around the rotation axis based on the magnetic vector data.
As described above, since the rotation axis and the rotation angle around the rotation axis can be obtained, the change in the posture of the measurement object can be measured.

また、上記磁気式ジャイロは、従来の運動力学的原理を利用した機械式のジャイロとは異なり、地磁気を基に被測定体の姿勢の変化を計測することができる。それ故、測定対象とする回転運動以外の力学的な振動や衝撃等が印加されてもこれらに反応することなく、精確な計測を確保することができる。 Further, unlike the conventional mechanical gyro using the kinematic principle, the magnetic gyro can measure a change in the posture of the measurement object based on the geomagnetism. Therefore, accurate measurement can be ensured without reacting to mechanical vibrations or impacts other than the rotational motion to be measured, even when applied.

また、上記磁気式ジャイロは、３軸磁気センサを利用するものであるため、機械式のように複雑な機構を必要としたり、電力を多く必要としたりすることもない。それ故、小型化、低コスト化を容易に図ることができる。その結果、例えば、小型化、高密度化が進んでいる携帯電子機器等に組み込むことも容易となる。 In addition, since the magnetic gyro uses a three-axis magnetic sensor, it does not require a complicated mechanism or a large amount of electric power unlike a mechanical type. Therefore, downsizing and cost reduction can be easily achieved. As a result, for example, it can be easily incorporated into portable electronic devices and the like that are becoming smaller and higher in density.

以上のごとく、本発明によれば、計測精度に優れた小型化容易な磁気式ジャイロを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a magnetic gyro which is excellent in measurement accuracy and can be easily miniaturized.

実施例における、磁気式ジャイロの概念図。The conceptual diagram of the magnetic-type gyro in an Example. 実施例における、３軸直交座標系、回転軸、磁気ベクトル等の説明図。Explanatory drawing of a 3 axis orthogonal coordinate system, a rotating shaft, a magnetic vector, etc. in an Example. 実施例における、中心座標の算出方法の補助説明図。The auxiliary explanatory view of the calculation method of center coordinates in an example. 実施例における、回転角度の算出方法の補助説明図。The auxiliary explanatory view of the calculation method of the rotation angle in an example. 実施例における、３軸磁気センサの斜視図。The perspective view of the triaxial magnetic sensor in an Example. 実施例における、マグネト・インピーダンス・センサ素子の平面図。The top view of the magneto impedance sensor element in an Example. 図６のＡ−Ａ線矢視断面概念図。FIG. 7 is a conceptual cross-sectional view taken along line AA in FIG. 6.

本発明において、上記磁気式ジャイロは、例えば、携帯電話機やＰＤＡ等の携帯電子機器、カメラ、車両、ロボット、航空機、船舶等、種々の被測定体に搭載することができる。
また、上記磁気ベクトルは、上記３軸直交座標系における原点を始点とした地磁気に平行なベクトルであり、その大きさは一定である。In the present invention, the magnetic gyro can be mounted on various measured objects such as portable electronic devices such as mobile phones and PDAs, cameras, vehicles, robots, aircrafts, ships, and the like.
The magnetic vector is a vector parallel to the geomagnetism starting from the origin in the three-axis orthogonal coordinate system, and its size is constant.

また、上記磁気式ジャイロは、上記回転角度算出手段によって算出された異なる２時点間における上記被測定体の回転角度と、その２時点における上記磁気ベクトルのデータの採取時刻の差とを基に、上記回転軸を中心とする上記被測定体の回転角速度を算出する角速度算出手段を有することが好ましい。
この場合には、被測定体の回転角速度を容易に検出することができる磁気式ジャイロを得ることができる。それ故、被測定体の姿勢変化量だけでなく、姿勢変化速度も検出することができる。Further, the magnetic gyro is based on the rotation angle of the measured object between two different time points calculated by the rotation angle calculating means and the difference in the sampling time of the magnetic vector data at the two time points. It is preferable to have an angular velocity calculating means for calculating the rotational angular velocity of the object to be measured around the rotation axis.
In this case, it is possible to obtain a magnetic gyro that can easily detect the rotational angular velocity of the measurement object. Therefore, not only the posture change amount of the measured object but also the posture change speed can be detected.

また、上記磁気ベクトルのデータの採取時刻の間隔は一定であることが好ましい。
この場合には、上記回転軸算出手段や上記回転角度算出手段における演算を容易かつ精確に行うことができ、精確な姿勢変化の計測を行うことができる。Further, it is preferable that the interval of the magnetic vector data collection time is constant.
In this case, the calculation in the rotation axis calculation means and the rotation angle calculation means can be performed easily and accurately, and accurate posture change can be measured.

また、上記回転軸算出手段は、異なる３時点以上の上記磁気ベクトルのうちの２つの磁気ベクトルの差である差分ベクトルを２つ算出し、これら２つの差分ベクトルの外積をとることにより、上記回転軸と同方向の回転軸ベクトルを算出することが好ましい。
この場合には、容易かつ精確に上記回転軸を算出することができる。Further, the rotation axis calculation means calculates two difference vectors, which are differences between two magnetic vectors among the magnetic vectors at three or more different time points, and calculates the rotation by taking the outer product of these two difference vectors. It is preferable to calculate a rotation axis vector in the same direction as the axis.
In this case, the rotation axis can be calculated easily and accurately.

また、上記回転角度算出手段は、上記３軸直交座標系における異なる３時点以上の上記磁気ベクトルの座標点によって定まるデータ平面と、上記回転軸算出手段によって算出された上記回転軸との交点を算出することにより、異なる３時点以上の上記磁気ベクトルの座標点を通る軌跡円の中心座標を算出する回転中心座標算出手段と、該回転中心座標算出手段によって算出された上記中心座標と、上記磁気ベクトルの座標点との距離を算出することにより、上記軌跡円の半径を算出する半径算出手段とを有し、該半径算出手段によって算出した上記軌跡円の半径と、異なる２時点の上記磁気ベクトルの座標点とを基に、上記回転角度を算出するよう構成してあることが好ましい。
この場合には、容易かつ精確に上記回転角度を算出することができる。The rotation angle calculation means calculates an intersection of a data plane determined by the coordinate points of the magnetic vector at three or more different time points in the three-axis orthogonal coordinate system and the rotation axis calculated by the rotation axis calculation means. The rotation center coordinate calculation means for calculating the center coordinates of the trajectory circle passing through the coordinate points of the magnetic vector at three or more different time points, the center coordinates calculated by the rotation center coordinate calculation means, and the magnetic vector A radius calculating means for calculating the radius of the locus circle by calculating the distance to the coordinate point of the locus circle, and the radius of the locus circle calculated by the radius calculating means is different from that of the magnetic vector at two different time points. It is preferable that the rotation angle is calculated based on the coordinate points.
In this case, the rotation angle can be calculated easily and accurately.

また、上記回転中心座標算出手段は、上記回転軸算出手段によって算出した回転軸ベクトルと、上記磁気ベクトルとの内積をとることにより、上記軌跡円の上記中心座標を算出することが好ましい。
この場合には、容易かつ精確に上記中心座標を算出することができる。The rotation center coordinate calculation means preferably calculates the center coordinates of the locus circle by taking an inner product of the rotation axis vector calculated by the rotation axis calculation means and the magnetic vector.
In this case, the center coordinates can be calculated easily and accurately.

また、上記半径算出手段は、上記原点を始点とすると共に上記中心座標を終点とする中心座標ベクトルと、上記磁気ベクトルとの差を算出することにより、上記軌跡円の半径を算出することが好ましい。
この場合には、容易かつ精確に上記軌跡円の半径を算出することができる。The radius calculation means preferably calculates the radius of the trajectory circle by calculating a difference between a center coordinate vector having the origin as a start point and the center coordinate as an end point, and the magnetic vector. .
In this case, the radius of the locus circle can be calculated easily and accurately.

また、上記３軸磁気センサは、マグネト・インピーダンス・センサ素子によって構成してあることが好ましい。
この場合には、より高精度、高感度、高応答性、かつ小型の磁気式ジャイロを得ることができる。
即ち、マグネト・インピーダンス・センサ素子（ＭＩ素子）は、高感度であるため、微弱な地磁気を高精度にて検出することができる。更には、マグネト・インピーダンス・センサ素子は小型であるため、小型の３軸磁気センサを得ることができる。また、これにより、磁気式ジャイロをＩＣチップ内に納めることも可能となる。
なお、上記３軸磁気センサは、３個の上記マグネト・インピーダンス・センサ素子を、それぞれの感磁方向が互いに直交する３軸方向となるように配設することにより、形成することができる。The triaxial magnetic sensor is preferably composed of a magneto-impedance sensor element.
In this case, a magnetic gyro with higher accuracy, higher sensitivity, higher response, and smaller size can be obtained.
That is, since the magneto-impedance sensor element (MI element) has high sensitivity, it is possible to detect weak geomagnetism with high accuracy. Furthermore, since the magneto-impedance sensor element is small, a small three-axis magnetic sensor can be obtained. This also makes it possible to fit the magnetic gyro in the IC chip.
The three-axis magnetic sensor can be formed by disposing the three magneto-impedance sensor elements so that their magnetic sensitive directions are in the three-axis directions orthogonal to each other.

なお、３軸磁気センサは、マグネト・インピーダンス・センサ素子に限らず、例えば、ホール素子、磁気抵抗素子、フラックスゲート等、種々の磁気検出用の素子を用いて構成することもできる。 The three-axis magnetic sensor is not limited to the magneto-impedance sensor element, and may be configured using various magnetic detection elements such as a Hall element, a magnetoresistive element, and a flux gate.

本発明の実施例にかかる磁気式ジャイロにつき、図１〜図７を用いて説明する。
本例の磁気式ジャイロ１は、図１に示すごとく、３軸磁気センサ２とメモリ３と回転軸算出手段４と回転角度算出手段５と角速度算出手段６とを有する。A magnetic gyro according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the magnetic gyro 1 of this example includes a three-axis magnetic sensor 2, a memory 3, a rotation axis calculation unit 4, a rotation angle calculation unit 5, and an angular velocity calculation unit 6.

３軸磁気センサ２は、図２に示す、被測定体に固定された３軸直交座標系１０における磁気ベクトルｍ₁、ｍ₂、ｍ₃として、地磁気を検出する。
上記メモリ３は、３軸直交座標系１０の原点Ｏを通る任意の回転軸Ｋを中心に上記被測定体が図１の矢印Ｖに示すごとく運動したとき、３軸磁気センサ２によって時系列的に検出される磁気ベクトルｍ₁、ｍ₂、ｍ₃のデータを蓄積する。The triaxial magnetic sensor 2 detects geomagnetism as magnetic vectors m ₁ , m ₂ , m ₃ in the triaxial orthogonal coordinate system 10 fixed to the measured object shown in FIG.
When the object to be measured moves as indicated by an arrow V in FIG. 1 around an arbitrary rotation axis K passing through the origin O of the three-axis orthogonal coordinate system 10, the memory 3 is time-series by the three-axis magnetic sensor 2. The data of the magnetic vectors m ₁ , m ₂ , m ₃ detected in ( ₁₎ are stored.

回転軸算出手段４は、メモリ３に蓄積された異なる３時点以上の磁気ベクトルｍ₁、ｍ₂、ｍ₃のデータを基に、回転軸Ｋを算出する。
上記回転角度算出手段５は、回転軸Ｋを中心とした被測定体の回転角度を磁気ベクトルｍ₁、ｍ₂、ｍ₃のデータを基に算出する。The rotation axis calculation means 4 calculates the rotation axis K based on the data of the magnetic vectors m ₁ , m ₂ , and m ₃ at three or more different points accumulated in the memory 3.
The rotation angle calculation means 5 calculates the rotation angle of the measured object around the rotation axis K based on the data of the magnetic vectors m ₁ , m ₂ , m ₃ .

角速度算出手段６は、回転角度算出手段５によって算出された異なる２時点間における被測定体の回転角度と、その２時点における磁気ベクトルのデータの採取時刻の差とを基に、回転軸Ｋを中心とする被測定体の回転角速度を算出する。 The angular velocity calculation means 6 determines the rotation axis K based on the rotation angle of the measured object between two different time points calculated by the rotation angle calculation means 5 and the difference in the sampling time of the magnetic vector data at the two time points. The rotational angular velocity of the measured object as the center is calculated.

３軸磁気センサ２は、図５に示すごとく、マグネト・インピーダンス・センサ素子２０によって構成してある。即ち、３軸磁気センサ２は、３個のマグネト・インピーダンス・センサ素子２０を、それぞれの感磁方向が互いに直交する３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）となるように配設することにより、形成してある。なお、図５においては、マグネト・インピーダンス・センサ素子２０以外の電子部品や配線は省略してある。 The triaxial magnetic sensor 2 is configured by a magneto-impedance sensor element 20 as shown in FIG. That is, the three-axis magnetic sensor 2 causes the three magneto-impedance sensor elements 20 to be in three-axis directions (X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction) in which the respective magnetic sensing directions are orthogonal to each other. It is formed by arranging. In FIG. 5, electronic components and wiring other than the magneto-impedance sensor element 20 are omitted.

図６、図７に示すごとく、マグネト・インピーダンス・センサ素子２０は、感磁体２１と該感磁体２１に巻回した検出コイル２２とを有する。感磁体２１は、エポキシ樹脂等からなる絶縁体２３の中を貫通しており、検出コイル２２は、絶縁体２３の外周面に配設されている。感磁体２１としては、例えば、長さ１．０ｍｍ、線径２０μｍのＣｏ_68.1Ｆｅ_4.4Ｓｉ_12.5Ｂ_15.0合金からなるアモルファスワイヤを利用する。As shown in FIGS. 6 and 7, the magneto-impedance sensor element 20 includes a magnetic sensitive body 21 and a detection coil 22 wound around the magnetic sensitive body 21. The magnetic sensitive body 21 passes through the insulator 23 made of epoxy resin or the like, and the detection coil 22 is disposed on the outer peripheral surface of the insulator 23. For example, an amorphous wire made of a Co _68.1 Fe _4.4 Si _12.5 B _15.0 alloy having a length of 1.0 mm and a wire diameter of 20 μm is used as the magnetic sensitive body 21.

マグネト・インピーダンス・センサ素子２０は、感磁体２１に通電する電流の変化に伴い、素子に作用する磁界の大きさに応じた誘起電圧が検出コイル２２に生じる、いわゆるＭＩ（Ｍａｇｎｅｔｏ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）現象を利用して磁気センシングを行うものである。このＭＩ現象は、供給する電流方向に対して周回方向に電子スピン配列を有する磁性材料からなる感磁体２１について生じるものである。この感磁体２１の通電電流を急激に変化させると、周回方向の磁界が急激に変化し、その磁界変化の作用によって周辺磁界に応じて電子のスピン方向の変化が生じる。そして、その際の感磁体２１の内部磁化及びインピーダンス等の変化が生じる現象が上記のＭＩ現象である。 The magneto-impedance sensor element 20 has a so-called MI (Magneto-impedance) phenomenon in which an induced voltage corresponding to the magnitude of the magnetic field acting on the element is generated in the detection coil 22 in accordance with a change in the current passed through the magnetosensitive body 21. It uses magnetic sensing. This MI phenomenon occurs in the magnetosensitive body 21 made of a magnetic material having an electron spin arrangement in the circumferential direction with respect to the direction of current to be supplied. When the energization current of the magnetic sensitive body 21 is suddenly changed, the magnetic field in the circulation direction is suddenly changed, and the change in the spin direction of electrons is generated according to the peripheral magnetic field by the effect of the magnetic field change. A phenomenon in which changes in internal magnetization, impedance, etc. of the magnetic sensitive body 21 at that time occur is the above-described MI phenomenon.

そして、本例では、感磁体２１にパルス状の電流（パルス電流）を通電したときに検出コイル２２の両端の電極２２１と電極２２２との間に生じる誘起電圧を計測することで磁界の強度を検出する。この磁気検出方法においては、感磁体２１に通電したパルス電流の立ち下がり時に、検出コイル２２に発生する誘起電圧を計測する。 In this example, the magnetic field strength is measured by measuring the induced voltage generated between the electrodes 221 and 222 at both ends of the detection coil 22 when a pulsed current (pulse current) is applied to the magnetosensitive body 21. To detect. In this magnetic detection method, an induced voltage generated in the detection coil 22 is measured when the pulse current supplied to the magnetosensitive body 21 falls.

また、マグネト・インピーダンス・センサ素子２０は、図７に示すごとく、深さ５０〜１５０μｍの断面略矩形状を呈する溝状の凹部２４を設けた素子基板２４０上に形成してある。凹部２４の内部には絶縁体２３が充填され、該絶縁体２３の中に感磁体２１が埋設してある。
凹部２４の内周面と、凹部２４の開口部の位置に配される絶縁体２３の側面とには、導電パターンが連続的に螺旋状に形成され、この導電パターンが、感磁体２１の周りを巻回する検出コイル２２を構成している。Further, as shown in FIG. 7, the magneto-impedance sensor element 20 is formed on an element substrate 240 provided with a groove-like recess 24 having a substantially rectangular cross section with a depth of 50 to 150 μm. The recess 24 is filled with an insulator 23, and the magnetic sensitive body 21 is embedded in the insulator 23.
A conductive pattern is continuously formed in a spiral shape on the inner peripheral surface of the recess 24 and the side surface of the insulator 23 arranged at the position of the opening of the recess 24, and this conductive pattern is formed around the magnetic body 21. The detection coil 22 which winds is comprised.

なお、検出コイル２２の導電パターンを形成する方法としては、例えば以下のような方法がある。即ち、凹部２４の内周面に、導電性の金属薄膜を蒸着したのち、エッチング処理を施して導電パターンを形成する。その後、凹部２４に絶縁体２３及び感磁体２１を配設する。そして、絶縁体２３の側面に導電性の金属薄膜を蒸着した後、エッチング処理を施して導電パターンを形成する。このとき、凹部２４の内周面に形成した導電パターンと絶縁体２３の側面に形成した導電パターンとが螺旋状に連続するようにする。 In addition, as a method of forming the conductive pattern of the detection coil 22, there are the following methods, for example. That is, after depositing a conductive metal thin film on the inner peripheral surface of the recess 24, an etching process is performed to form a conductive pattern. Thereafter, the insulator 23 and the magnetic sensitive body 21 are disposed in the recess 24. Then, after depositing a conductive metal thin film on the side surface of the insulator 23, an etching process is performed to form a conductive pattern. At this time, the conductive pattern formed on the inner peripheral surface of the recess 24 and the conductive pattern formed on the side surface of the insulator 23 are spirally continued.

本例の検出コイル２２の捲線内径は、凹部２４の断面積と同一断面積を呈する円の直径である円相当内径として６６μｍを有する。そして、検出コイル２２の線幅及び線間幅は共に２５μｍとしてある。なお、図６においては、線幅及び線間幅についての考慮を省略した。 The inner diameter of the detection coil 22 of the present example has 66 μm as a circle-equivalent inner diameter that is the diameter of a circle having the same cross-sectional area as that of the recess 24. The line width and the line width of the detection coil 22 are both 25 μm. Note that in FIG. 6, consideration for the line width and the line width is omitted.

次に、本例の磁気式ジャイロ１を用いた被測定体の姿勢変化量及び姿勢変化速度の検出方法につき、具体的に説明する。
磁気式ジャイロ１は、図１に示すごとく、上記３軸磁気センサ２と、該３軸磁気センサ２によって検出した磁気ベクトルのデータを蓄積すると共にこれらを基に被測定体の姿勢変化量及び姿勢変化速度を算出する演算を行うコンピュータ１１とを有する。即ち、該コンピュータ１１には、上記メモリ３と上記回転軸算出手段４と上記回転角度算出手段５と上記角速度算出手段６とが設けてある。なお、回転角度算出手段５には、後述する回転中心座標算出手段５１及び半径算出手段５２とが含まれる。
上記メモリ３は、ハードウェアからなるものであり、上記回転軸算出手段４、上記回転角度算出手段５、及び上記角速度算出手段６は、ソフトウェア内に演算プログラムとして構築されている。Next, a method of detecting the posture change amount and posture change speed of the measurement object using the magnetic gyro 1 of this example will be specifically described.
As shown in FIG. 1, the magnetic gyro 1 accumulates the three-axis magnetic sensor 2 and the magnetic vector data detected by the three-axis magnetic sensor 2, and based on these, changes in posture and posture of the measurement object And a computer 11 that performs an operation for calculating a change speed. That is, the computer 11 is provided with the memory 3, the rotation axis calculation means 4, the rotation angle calculation means 5, and the angular velocity calculation means 6. The rotation angle calculation unit 5 includes a rotation center coordinate calculation unit 51 and a radius calculation unit 52 which will be described later.
The memory 3 is composed of hardware, and the rotation axis calculation means 4, the rotation angle calculation means 5, and the angular velocity calculation means 6 are constructed as calculation programs in software.

３軸磁気センサ２は、被測定体の一部に固定されており、一定の時間間隔Δｔごとに地磁気を磁気ベクトルｍ₁、ｍ₂、ｍ₃として検出する。磁気ベクトルｍ₁、ｍ₂、ｍ₃は、被測定体に固定された３軸直交座標系１０の原点Ｏを始点とするベクトルである。このとき、被測定体が動いて、姿勢を変化させている場合には、時系列的に検出される複数の磁気ベクトルｍ₁、ｍ₂、ｍ₃は、互いに異なる。
この時系列的に検出される磁気ベクトルｍ₁、ｍ₂、ｍ₃のデータを、コンピュータ１１内のメモリ３に送り、時系列的なデータとして記憶させる。The triaxial magnetic sensor 2 is fixed to a part of the object to be measured, and detects the geomagnetism as the magnetic vectors m ₁ , m ₂ , and m ₃ at regular time intervals Δt. The magnetic vectors m ₁ , m ₂ , and m ₃ are vectors starting from the origin O of the three-axis orthogonal coordinate system 10 fixed to the measured object. At this time, when the measured object is moving and changing its posture, the plurality of magnetic vectors m ₁ , m ₂ , and m ₃ detected in time series are different from each other.
Data of the magnetic vectors m ₁ , m ₂ , m ₃ detected in time series is sent to the memory 3 in the computer 11 and stored as time series data.

次いで、回転軸算出手段４によって、メモリ３に蓄積された異なる３時点以上の磁気ベクトルのデータを基に、被測定体の回転軸Ｋを算出する。
即ち、例えば、異なる３時点（ｔ、ｔ＋Δｔ、ｔ＋２Δｔ）の磁気ベクトルのデータを、メモリ３から読み出す。そして、時刻ｔにおける磁気ベクトルをｍ₁＝（ｍ_1x、ｍ_1y、ｍ_1z）とし、時刻ｔ＋Δｔにおける磁気ベクトルをｍ₂＝（ｍ_2x、ｍ_2y、ｍ_2z）とし、時刻ｔ＋２Δｔにおける磁気ベクトルをｍ₃＝（ｍ_3x、ｍ_3y、ｍ_3z）とする。Next, the rotation axis K of the object to be measured is calculated by the rotation axis calculation means 4 based on the magnetic vector data accumulated at three or more different points accumulated in the memory 3.
That is, for example, data of magnetic vectors at three different time points (t, t + Δt, t + 2Δt) are read from the memory 3. Then, the magnetic vector at time t is m ₁ = (m _1x , m _1y , m _1z ), the magnetic vector at time t + Δt is m ₂ = (m _2x , m _2y , m _2z ), and the magnetic vector at time t + 2Δt is _Let m ₃ = (m _3x , m _3y , m _3z ).

これらの磁気ベクトルの終点Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃は、３磁気直交座標系１０において、一つのデータ平面Ｓの上に存在し、一つの軌跡円Ｑの周上に存在することとなる。このデータ平面Ｓに直交すると共に、軌跡円Ｑの中心を通る軸が、回転軸Ｋとなる。
なお、磁気ベクトルのデータは、ここでは３個としたが、４個以上とって、これらを通る平均的な軌道円を描くこともでき、磁気ベクトルのデータは多数とるほど、精度のよい演算が可能となる。The end points M ₁ , M ₂ , and M ₃ of these magnetic vectors are present on one data plane S and on the circumference of one locus circle Q in the three-magnetic orthogonal coordinate system 10. An axis orthogonal to the data plane S and passing through the center of the locus circle Q is the rotation axis K.
Although the number of magnetic vector data is three here, it is possible to draw an average orbit circle passing through four or more of them, and the more accurate the magnetic vector data, the more accurate the calculation. It becomes possible.

そこで、まず、図４に示すごとく、磁気ベクトルｍ₁とｍ₂との差である差分ベクトルｎ₁と、磁気ベクトルｍ₃とｍ₂との差である差分ベクトルｎ₂とを算出する。そして、以下の式（１）、（２）のように、差分ベクトルｎ₁、ｎ₂のＸ、Ｙ、Ｚ成分を整理することができる。Therefore, first, as shown in FIG. 4, a difference vector n ₁ that is the difference between the magnetic vectors m ₁ and m ₂ and a difference vector n ₂ that is the difference between the magnetic vectors m ₃ and m ₂ are calculated. Then, the X, Y, and Z components of the difference vectors n ₁ and n ₂ can be arranged as in the following formulas (1) and (2).

ｎ₁＝ｍ₁−ｍ₂＝（ｍ_1x−ｍ_2x、ｍ_1y−ｍ_2y、ｍ_1z−ｍ_2z）＝（ｎ_1x、ｎ_1y、ｎ_1z）
・・・（１）
ｎ₂＝ｍ₃−ｍ₂＝（ｍ_3x−ｍ_2x、ｍ_3y−ｍ_2y、ｍ_3z−ｍ_2z）＝（ｎ_2x、ｎ_2y、ｎ_2z）
・・・（２） _{_{_{n 1 = m 1 -m 2 =}}} (m 1x -m 2x, m 1y -m 2y, m 1z -m 2z) = (n 1x, n 1y, n 1z)
... (1)
_{_{_{n 2 = m 3 -m 2 =}}} (m 3x -m 2x, m 3y -m 2y, m 3z -m 2z) = (n 2x, n 2y, n 2z)
... (2)

そして、差分ベクトルｎ₁と差分ベクトルｎ₂との外積ｎ₁×ｎ₂をとることにより、差分ベクトルｎ₁，ｎ₂に垂直なベクトル、即ち上記データ平面Ｓに垂直なベクトルとして、回転軸ベクトルｋを、下記の式（３）に示すように得ることができる。
ｋ＝ｎ₁×ｎ₂＝（ｎ_1yｎ_2z−ｎ_1zｎ_2y、ｎ_1zｎ_2x−ｎ_1xｎ_2z、ｎ_1xｎ_2y−ｎ_1yｎ_2x）
＝（ｋ₁，ｋ₂，ｋ₃）・・・（３）Then, by taking the outer product n ₁ × n ₂ of the difference vector n ₁ and the difference vector n ₂ , a rotation axis vector is obtained as a vector perpendicular to the difference vectors n ₁ and n ₂ , that is, a vector perpendicular to the data plane S. k can be obtained as shown in equation (3) below.
_{_{k = n 1 × n 2 =}} (n 1y n 2z -n 1z n 2y, n 1z n 2x -n 1x n 2z, n 1x n 2y -n 1y n 2x)
= (K ₁ , k ₂ , k ₃ ) (3)

このようにして得られた回転軸ベクトルｋに平行であり、３軸直交座標系１０の原点Ｏを通る直線が回転軸Ｋである。この回転軸Ｋとデータ平面Ｓとが交わる点が、上記軌跡円Ｑの中心座標Ｃとなる。そこで、回転角度算出手段５に含まれる回転中心座標算出手段５１においては、回転軸Ｋとデータ平面Ｓとの交点として、以下のように中心座標Ｃを求める。 A straight line that is parallel to the rotation axis vector k thus obtained and passes through the origin O of the three-axis orthogonal coordinate system 10 is the rotation axis K. The point where the rotation axis K and the data plane S intersect is the center coordinate C of the locus circle Q. Therefore, the rotation center coordinate calculation means 51 included in the rotation angle calculation means 5 obtains the center coordinate C as an intersection of the rotation axis K and the data plane S as follows.

図３に示すごとく、中心座標ベクトルＯＣの大きさは、回転軸ベクトルｋと軌跡円Ｑ上に終点Ｍ₁（或いはＭ₂又はＭ₃）を有する磁気ベクトルｍ₁（或いはｍ₂又はｍ₃）との内積によって求めることができる。また、中心座標ベクトルＯＣの向きは、回転軸ベクトルｋと同じである。そこで、中心座標ベクトルＯＣをベクトルａｋとおくと以下の等式（４）が成り立つ。ここで、ａは任意の係数である。
ｋ・ａｋ＝ｋ・ｍ₁ ・・・（４）As shown in FIG. 3, the magnitude of the center coordinate vector OC is the magnetic vector m ₁ (or m ₂ or m ₃ ) having the end point M ₁ (or M ₂ or M ₃ ) on the rotation axis vector k and the locus circle Q. It can be obtained by the inner product. The direction of the center coordinate vector OC is the same as that of the rotation axis vector k. Therefore, when the center coordinate vector OC is set as a vector ak, the following equation (4) is established. Here, a is an arbitrary coefficient.
k · ak = k · m ₁ (4)

この等式（４）から、係数ａを下記の式（５）のように求めることができる。
ａ＝（ｍ_xｋ_x＋ｍ_yｋ_y＋ｍ_zｋ_z）／（ｋ_x ²＋ｋ_y ²＋ｋ_z ²）・・・（５）
そして、データ平面Ｓにおける中心座標ベクトルＯＣがａｋに等しいことから、中心座標Ｃ（中心座標ベクトルＯＣ）は（ａｋ_x，ａｋ_y，ａｋ_z）により得られる。From this equation (4), the coefficient a can be obtained as in the following equation (5).
_{_{a = (m x k x +}} m y k y + m z k z) / (k x 2 + k y 2 + k z 2) ··· (5)
Since the center coordinate vector OC in the data plane S is equal to ak, the center coordinate C (center coordinate vector OC) is obtained by (ak _x , aky _y , ak _z ).

このようにして中心座標算出手段５１によって得られた中心座標Ｃを、半径算出手段５２に出力する。そして、軌跡円Ｑの中心である中心座標Ｃを終点とする中心座標ベクトルＯＣと、軌跡円Ｑの円周上の点Ｍ₁（或いはＭ₂又はＭ₃）を終点とする磁気ベクトルｍ₁（或いはｍ₂又はｍ₃）との差から、下記の式（６）により、軌跡円Ｑの半径Ｒを求める。
Ｒ²＝（ｍ₁−ＯＣ）²＝（ｍ₂−ＯＣ）²＝（ｍ₃−ＯＣ）² ・・・（６）The center coordinates C thus obtained by the center coordinate calculating means 51 are output to the radius calculating means 52. Then, a center coordinate vector OC whose end point is the center coordinate C, which is the center of the locus circle Q, and a magnetic vector m ₁ whose end point is a point M ₁ (or M ₂ or M ₃ ) on the circumference of the locus circle Q. Alternatively, the radius R of the locus circle Q is obtained from the difference from m ₂ or m ₃ ) by the following equation (6).
R ² = (m ₁ -OC) ² = (m ₂ -OC) ² = (m ₃ -OC) ² (6)

ここで、演算に用いる磁気ベクトルは一つだけでもよいが、上記３個のデータｍ₁、ｍ₂、ｍ₃を用いて平均をとることにより、より精度のよい演算が可能となる。また、４個以上の磁気ベクトルのデータを用いて、それらを基に演算した半径Ｒの平均を求めることにより、更に精度のよい演算が可能となる。Here, only one magnetic vector may be used for the calculation, but more accurate calculation can be performed by taking an average using the _three data m ₁ , m ₂ , and m ₃ . Further, by using the data of four or more magnetic vectors and obtaining the average of the radii R calculated based on them, more accurate calculation can be performed.

上記のようにして得られる半径Ｒを基に、回転角度算出手段５は、以下のようにして、回転角度を算出する。
例えば、図４に示すごとく、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔまでの間に磁気ベクトルがｍ₁からｍ₂に変化したとき、軌跡円Ｑにおける回転角θは、以下の式（７）によって算出される。Based on the radius R obtained as described above, the rotation angle calculation means 5 calculates the rotation angle as follows.
For example, as shown in FIG. 4, when the magnetic vector changes from m ₁ to m ₂ from time t to time t + Δt, the rotation angle θ in the locus circle Q is calculated by the following equation (7).

上記式（７）は、図４に示すごとく、軌跡円Ｑに内接すると共に磁気ベクトルｍ₁、ｍ₂の終点Ｍ₁、Ｍ₂を２つの頂点とする直角三角形Ｍ₁Ｍ₂Ｇに、正弦定理を適用することにより得ることができる。即ち、三角形Ｍ₁Ｍ₂Ｇにおいて、以下の式（８）が成り立つ。ここで、線分Ｍ₁Ｇは、軌跡円Ｑの直径２Ｒに該当する。そして、角Ｍ₁ＧＭ₂と角Ｍ₁ＣＭ₂とは円周角と中心角との関係を有するため、角Ｍ₁ＧＭ₂は、角Ｍ₁ＣＭ₂（即ち回転角θ）の半分である。As shown in FIG. 4, the above equation (7) is expressed as a sine in a right triangle M ₁ M ₂ G that is inscribed in the locus circle Q and has two vertices at the end points M ₁ and M ₂ of the magnetic vectors m ₁ and m _2. It can be obtained by applying the theorem. That is, in the triangle M ₁ M ₂ G, the following formula (8) is established. Here, the line segment M ₁ G corresponds to the diameter 2R of the locus circle Q. Since the angle M ₁ GM ₂ and the angle M ₁ CM ₂ have a relationship between a circumferential angle and a central angle, the angle M ₁ GM ₂ is half of the angle M ₁ CM ₂ (that is, the rotation angle θ). .

それ故、この式（８）から上記式（７）が導かれ、回転角θを求めることができる。この回転角θの信号を出力端子Ｐ１から出力する（図１）。
以上により、回転軸Ｋとその周りの回転角θを得ることができるため、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔまでの間における被測定体の姿勢変化量が分かることとなる。Therefore, the equation (7) is derived from the equation (8), and the rotation angle θ can be obtained. A signal of the rotation angle θ is output from the output terminal P1 (FIG. 1).
As described above, since the rotation axis K and the rotation angle θ around the rotation axis K can be obtained, the amount of change in posture of the measured object from time t to time t + Δt can be known.

また、この結果を利用して、上記角速度算出手段６においては、回転角度θを時間Δｔで除算することにより、角速度ωを得ることができる。即ち、θ’＝θ／Δｔとなる。この角速度ωの信号を出力端子Ｐ２から出力する。
以上により、回転軸Ｋとその周りの回転角速度ωを得ることができるため、被測定体の姿勢変化速度が分かることとなる。Also, using this result, the angular velocity calculation means 6 can obtain the angular velocity ω by dividing the rotation angle θ by the time Δt. That is, θ ′ = θ / Δt. A signal of this angular velocity ω is output from the output terminal P2.
As described above, since the rotation axis K and the rotation angular velocity ω around the rotation axis K can be obtained, the posture change speed of the measured object can be known.

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記磁気式ジャイロ１は、上記３軸磁気センサ２と上記メモリ３と上記回転軸算出手段４と上記回転角度算出手段５とを有する。そして、３軸磁気センサ２によって検出する地磁気を基に、被測定体の姿勢変化を検知する。通常の環境においては、地磁気は地上に対して基本的に一定の方向、大きさを有している。それ故、被測定体の姿勢すなわち３軸直交座標系１０の姿勢が変化したとき、その姿勢変化に対応して、相対的に３軸直交座標系１０における磁気ベクトルが変化することとなる。この変化する磁気ベクトルを検出することによって、被測定体の姿勢の変化を精確に計測することが可能となる。Next, the function and effect of this example will be described.
The magnetic gyro 1 includes the three-axis magnetic sensor 2, the memory 3, the rotation axis calculation unit 4, and the rotation angle calculation unit 5. Then, based on the geomagnetism detected by the three-axis magnetic sensor 2, a change in the posture of the measurement object is detected. In a normal environment, the geomagnetism basically has a certain direction and size with respect to the ground. Therefore, when the posture of the measurement object, that is, the posture of the three-axis orthogonal coordinate system 10 is changed, the magnetic vector in the three-axis orthogonal coordinate system 10 is relatively changed corresponding to the change in the posture. By detecting this changing magnetic vector, it is possible to accurately measure a change in the posture of the measured object.

そして、被測定体の姿勢の変化は、任意の回転軸Ｋの周りの任意の回転角度θによって特定することができる。
そこで、上記のごとく、上記磁気式ジャイロ１においては、上記回転軸算出手段４によって、上記回転軸Ｋを算出する。また、上記メモリ３によって、上記回転軸Ｋを算出するために必要な、異なる３時点以上における磁気ベクトルのデータを蓄積しておく。更に、上記回転角度算出手段５によって、上記回転軸Ｋを中心とした被測定体の回転角度θを上記磁気ベクトルのデータを基に算出する。
以上により、回転軸Ｋとその周りの回転角度θを求めることができるため、被測定体の姿勢の変化を計測することができる。The change in the posture of the measured object can be specified by an arbitrary rotation angle θ around an arbitrary rotation axis K.
Therefore, as described above, in the magnetic gyro 1, the rotation axis K is calculated by the rotation axis calculation means 4. Further, the memory 3 stores magnetic vector data necessary for calculating the rotation axis K at three or more different time points. Further, the rotation angle calculation means 5 calculates the rotation angle θ of the measured object around the rotation axis K based on the magnetic vector data.
As described above, since the rotation axis K and the rotation angle θ around the rotation axis K can be obtained, the change in the posture of the measured object can be measured.

また、上記磁気式ジャイロ１は、３軸磁気センサ２を利用するものであるため、機械式のように複雑な機構を必要としたり、電力を多く必要としたりすることもない。それ故、小型化、低コスト化を容易に図ることができる。その結果、例えば、小型化、高密度化が進んでいる携帯電子機器等に組み込むことも容易となる。 Further, since the magnetic gyro 1 uses the three-axis magnetic sensor 2, it does not require a complicated mechanism or a large amount of electric power unlike a mechanical type. Therefore, downsizing and cost reduction can be easily achieved. As a result, for example, it can be easily incorporated into portable electronic devices and the like that are becoming smaller and higher in density.

また、上記磁気式ジャイロ１は、角速度算出手段６を有するため、被測定体の回転角速度ωを容易に検出することができる。それ故、被測定体の姿勢変化量だけでなく、姿勢変化速度も検出することができる。
また、回転角度算出手段５は、回転中心座標算出手段５１と、半径算出手段５２とを有し、これらを上記のごとく利用して回転角度θを算出するよう構成してある。これにより、容易かつ精確に上記回転角度θを算出することができる。Further, since the magnetic gyro 1 has the angular velocity calculating means 6, the rotational angular velocity ω of the measured object can be easily detected. Therefore, not only the posture change amount of the measured object but also the posture change speed can be detected.
The rotation angle calculation unit 5 includes a rotation center coordinate calculation unit 51 and a radius calculation unit 52, and is configured to calculate the rotation angle θ using these as described above. Thereby, the rotation angle θ can be calculated easily and accurately.

また、３軸磁気センサ２は、マグネト・インピーダンス・センサ素子２０によって構成してあるため、より高精度、高感度、高応答性、かつ小型の磁気式ジャイロ１を得ることができる。即ち、マグネト・インピーダンス・センサ素子２０は、高感度であるため、微弱な地磁気を高精度にて検出することができる。更には、マグネト・インピーダンス・センサ素子２０は小型であるため、小型の３軸磁気センサ２を得ることができる。また、これにより、磁気式ジャイロ１をＩＣチップ内に納めることも可能となる。 Further, since the three-axis magnetic sensor 2 is constituted by the magneto-impedance sensor element 20, it is possible to obtain a magnetic gyro 1 with higher accuracy, higher sensitivity, higher response, and a smaller size. That is, since the magneto-impedance sensor element 20 is highly sensitive, it can detect weak geomagnetism with high accuracy. Furthermore, since the magneto-impedance sensor element 20 is small, a small three-axis magnetic sensor 2 can be obtained. This also allows the magnetic gyro 1 to be housed in the IC chip.

以上のごとく、本例によれば、計測精度に優れた小型化容易な磁気式ジャイロを提供することができる。 As described above, according to this example, it is possible to provide a magnetic gyro that is excellent in measurement accuracy and that can be easily miniaturized.

本発明の磁気式ジャイロは、上記実施例に限らず、種々の態様が考えられ、また、回転角度や回転角速度の算出方法についても、上記実施例は一例にすぎない。
即ち、例えば、上記３軸磁気センサは、例えば、ホール素子、磁気抵抗素子、フラックスゲート等、マグネト・インピーダンス・センサ素子以外によって構成することもできる。The magnetic gyro according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modes are conceivable. Also, the above-described embodiment is merely an example for the calculation method of the rotation angle and the rotation angular velocity.
That is, for example, the three-axis magnetic sensor can be configured by a device other than the magneto-impedance sensor device, such as a Hall device, a magnetoresistive device, a flux gate, or the like.

また、３軸磁気センサによる磁気ベクトルの採取時刻の間隔は、必ずしも一定である必要はない。また、演算に使用する磁気ベクトルのデータの数は、３個に限らず、４個以上であってもよい。そして、データ平面Ｓ、軌跡円Ｑ、半径Ｒ等の算出に当たっては、できるだけ多数の磁気ベクトルのデータを利用して、平均をとるなどの措置を採ることにより、極めて高精度の計測を行うことが可能となる。 Further, the interval between magnetic vector sampling times by the three-axis magnetic sensor is not necessarily constant. Also, the number of magnetic vector data used for the calculation is not limited to three, and may be four or more. In calculating the data plane S, the locus circle Q, the radius R, etc., extremely high-precision measurement can be performed by taking measures such as averaging using data of as many magnetic vectors as possible. It becomes possible.

なお、本発明の磁気式ジャイロは、例えば、携帯電話機やＰＤＡ等の携帯電子機器に搭載することにより、磁気式ジャイロによって検出された姿勢変化量や姿勢変化速度を、上記機器に対する種々の入力信号とすることなどができる。
また、例えば、上記磁気式ジャイロをカメラに搭載することにより、検出した姿勢変化量や姿勢変化速度を利用して、フレーム内における被写体の姿勢を補正したり、手振れを防止したりすることなどができる。The magnetic gyro of the present invention is mounted on a portable electronic device such as a mobile phone or a PDA, for example, so that the posture change amount and the posture change speed detected by the magnetic gyro can be converted into various input signals to the device. And so on.
Also, for example, by mounting the magnetic gyro on the camera, it is possible to correct the posture of the subject in the frame using the detected posture change amount or posture change speed, to prevent camera shake, etc. it can.

また、例えば、上記磁気式ジャイロをロボットに搭載することにより、検出した姿勢変化量や姿勢変化速度を、ロボットの姿勢制御等に利用することなどができる。
その他、上記磁気式ジャイロを、車両、ロボット、航空機、船舶等、種々の被測定体に搭載することができる。Further, for example, by installing the magnetic gyro in the robot, the detected posture change amount and posture change speed can be used for robot posture control and the like.
In addition, the magnetic gyro can be mounted on various measured objects such as vehicles, robots, airplanes, and ships.

Claims

被測定体に固定された３軸直交座標系における磁気ベクトルとして地磁気を検出する３軸磁気センサと、
上記３軸直交座標系の原点を通る任意の回転軸を中心に上記被測定体が運動したとき、上記３軸磁気センサによって時系列的に検出される上記磁気ベクトルのデータを蓄積するメモリと、
該メモリに蓄積された異なる３時点以上の上記磁気ベクトルのデータを基に、上記回転軸を算出する回転軸算出手段と、
上記回転軸を中心とした上記被測定体の回転角度を上記磁気ベクトルのデータを基に算出する回転角度算出手段とを有することを特徴とする磁気式ジャイロ。A three-axis magnetic sensor for detecting geomagnetism as a magnetic vector in a three-axis orthogonal coordinate system fixed to the measurement object;
A memory for storing data of the magnetic vector detected in time series by the three-axis magnetic sensor when the measured object moves around an arbitrary rotation axis passing through the origin of the three-axis orthogonal coordinate system;
Rotation axis calculation means for calculating the rotation axis based on the magnetic vector data at three or more different points in time stored in the memory;
And a rotation angle calculating means for calculating a rotation angle of the object to be measured around the rotation axis based on data of the magnetic vector.

請求項１において、上記回転角度算出手段によって算出された異なる２時点間における上記被測定体の回転角度と、その２時点における上記磁気ベクトルのデータの採取時刻の差とを基に、上記回転軸を中心とする上記被測定体の回転角速度を算出する角速度算出手段を有することを特徴とする磁気式ジャイロ。 The rotation axis according to claim 1, wherein the rotation axis is calculated based on a rotation angle of the measured object between two different time points calculated by the rotation angle calculating means and a difference between data sampling times of the magnetic vector at the two time points. A magnetic gyro comprising angular velocity calculating means for calculating a rotational angular velocity of the object to be measured centered on the magnetic field.

請求項２において、上記磁気ベクトルのデータの採取時刻の間隔は一定であることを特徴とする磁気式ジャイロ。 3. The magnetic gyro according to claim 2, wherein an interval between collection times of the magnetic vector data is constant.

請求項１〜３のいずれか一項において、上記回転軸算出手段は、異なる３時点以上の上記磁気ベクトルのうちの２つの磁気ベクトルの差である差分ベクトルを２つ算出し、これら２つの差分ベクトルの外積をとることにより、上記回転軸と同方向の回転軸ベクトルを算出することを特徴とする磁気式ジャイロ。 The rotation axis calculation unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the rotation axis calculation unit calculates two difference vectors that are differences between two magnetic vectors among the magnetic vectors at three or more different time points. A magnetic gyro characterized by calculating a rotation axis vector in the same direction as the rotation axis by taking an outer product of vectors.

請求項１〜４のいずれか一項において、上記回転角度算出手段は、上記３軸直交座標系における異なる３時点以上の上記磁気ベクトルの座標点によって定まるデータ平面と、上記回転軸算出手段によって算出された上記回転軸との交点を算出することにより、異なる３時点以上の上記磁気ベクトルの座標点を通る軌跡円の中心座標を算出する回転中心座標算出手段と、該回転中心座標算出手段によって算出された上記中心座標と、上記磁気ベクトルの座標点との距離を算出することにより、上記軌跡円の半径を算出する半径算出手段とを有し、該半径算出手段によって算出した上記軌跡円の半径と、異なる２時点の上記磁気ベクトルの座標点とを基に、上記回転角度を算出するよう構成してあることを特徴とする磁気式ジャイロ。 5. The rotation angle calculation means according to claim 1, wherein the rotation angle calculation means is calculated by a data plane determined by coordinate points of the magnetic vector at three or more different points in the three-axis orthogonal coordinate system and the rotation axis calculation means. The rotation center coordinate calculation means for calculating the center coordinates of the trajectory circle passing through the coordinate points of the magnetic vector at three or more different time points by calculating the intersection point with the rotation axis, and the rotation center coordinate calculation means A radius calculating means for calculating a radius of the locus circle by calculating a distance between the center coordinate and the coordinate point of the magnetic vector, and the radius of the locus circle calculated by the radius calculating means. And the rotation angle is calculated on the basis of the coordinate points of the magnetic vector at two different time points.

請求項５において、上記回転中心座標算出手段は、上記回転軸算出手段によって算出した回転軸ベクトルと、上記磁気ベクトルとの内積をとることにより、上記軌跡円の上記中心座標を算出することを特徴とする磁気式ジャイロ。 6. The rotation center coordinate calculation unit according to claim 5, wherein the rotation center coordinate calculation unit calculates the center coordinate of the locus circle by taking an inner product of the rotation axis vector calculated by the rotation axis calculation unit and the magnetic vector. Magnetic gyro.

請求項５又は６において、上記半径算出手段は、上記原点を始点とすると共に上記中心座標を終点とする中心座標ベクトルと、上記磁気ベクトルとの差を算出することにより、上記軌跡円の半径を算出することを特徴とする磁気式ジャイロ。 The radius calculation means according to claim 5 or 6, wherein the radius calculation means calculates the difference between the magnetic vector and a center coordinate vector having the origin as a start point and the center coordinate as an end point, thereby calculating the radius of the locus circle. A magnetic gyro characterized by calculating.

請求項１〜７のいずれか一項において、上記３軸磁気センサは、マグネト・インピーダンス・センサ素子によって構成してあることを特徴とする磁気式ジャイロ。 8. The magnetic gyro according to claim 1, wherein the three-axis magnetic sensor is constituted by a magneto-impedance sensor element.