(57)【要約】【課題】３つの検出信号のオフセットが変化したら、オフセット変化後の仮想の球体の中心座標を速やかに推定できるようにする。【解決手段】磁気センサシステム３は、磁気センサ装置４と信号処理回路５を備えている。磁気センサ装置４は、磁気センサ装置４に対する相対的な位置が変化可能な磁界発生器が発生する磁界の３つの方向の成分に対応する第１ないし第３の検出信号を生成する。信号処理回路５は、直交座標系において、あるタイミングにおける第１ないし第３の検出信号の値の組を表す座標を測定点としたときに、複数のタイミングにおける複数の測定点の中から、それらを結ぶ線分の長さが最大となる第１点と第２点を抽出する最大線分抽出部７１と、第１点と第２点を結ぶ線分の中点の座標を求める中点座標演算部７２を含んでいる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準位置における磁界の互いに異なる３つの方向の成分と対応関係を有する第１の検出信号、第２の検出信号および第３の検出信号を生成する磁気センサ装置から出力される前記第１ないし第３の検出信号を処理する信号処理回路であって、
前記第１ないし第３の検出信号の値を表すための３つの軸によって定義された直交座標系において、あるタイミングにおける前記第１ないし第３の検出信号の値の組を表す座標を測定点としたときに、複数のタイミングにおける複数の測定点の中から、それらを結ぶ線分の長さが最大となる第１点と第２点を抽出する第１の処理と、
前記第１の処理によって抽出された前記第１点と第２点を結ぶ線分の中点の座標を求める第２の処理とを行うことを特徴とする信号処理回路。
【請求項２】
前記第２の処理は、更に、前記第１点と第２点を結ぶ線分の長さの１／２を求め、これを磁界強度データとし、前記中点の座標と前記磁界強度データを保持することを特徴とする請求項１記載の信号処理回路。
【請求項３】
更に、前記第２の処理によって保持されている前記中点の座標および磁界強度データを用いて、前記第１ないし第３の検出信号のオフセットの変化を検出するオフセット変化検出処理を行うことを特徴とする請求項２記載の信号処理回路。
【請求項４】
更に、前記第１ないし第３の検出信号を用いた計算によって、球体情報を生成する球体情報生成処理を行い、前記球体情報は、複数のタイミングにおける複数の測定点の分布を近似した球面を有する仮想の球体の中心座標および半径のデータを含むことを特徴とする請求項１記載の信号処理回路。
【請求項５】
更に、オフセット補正処理を行い、
前記オフセット補正処理は、前記球体情報生成処理によって生成された前記球体情報のうちの前記中心座標のデータを用いて、前記第１ないし第３の検出信号のオフセットを補正して、第１ないし第３の補正後信号を生成することを特徴とする請求項４記載の信号処理回路。
【請求項６】
更に、前記第１ないし第３の検出信号のオフセットの変化を検出するオフセット変化検出処理を行い、
前記オフセット変化検出処理は、オフセットの変化を検出したら前記球体情報生成処理を開始させることを特徴とする請求項４または５記載の信号処理回路。
【請求項７】
前記第２の処理は、更に、前記第１点と第２点を結ぶ線分の長さの１／２を求め、これを磁界強度データとし、前記中点の座標と前記磁界強度データを保持し、
前記オフセット変化検出処理は、前記第２の処理によって保持されている前記中点の座標および磁界強度データの組と、前記球体情報生成処理によって生成された前記球体情報のうちの一方を用いて行われることを特徴とする請求項６記載の信号処理回路。
【請求項８】
前記オフセット変化検出処理は、前記球体情報生成処理を開始させてから所定時間以内に新しい球体情報が得られたときには、この新しい球体情報を用いて行われ、前記球体情報生成処理を開始させてから前記所定時間以内に新しい球体情報が得られなかったときには、前記中点の座標および磁界強度データの組を用いて行われることを特徴とする請求項７記載の信号処理回路。
【請求項９】
所定の磁界を発生する磁界発生器と、
磁気センサ装置と、
請求項１ないし８のいずれかに記載の信号処理回路とを備えた位置検出装置であって、
前記磁界発生器は、前記磁気センサ装置に対する相対的な位置が所定の球面に沿って変化可能であり、
前記磁気センサ装置は、前記第１ないし第３の検出信号を生成することを特徴とする位置検出装置。
【請求項１０】
磁気センサ装置と、請求項１ないし８のいずれかに記載の信号処理回路とを備え、
前記磁気センサ装置は、前記第１の検出信号を生成する第１の磁気センサと、前記第２の検出信号を生成する第２の磁気センサと、前記第３の検出信号を生成する第３の磁気センサとを含むことを特徴とする磁気センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサ装置から出力され、磁気センサ装置に印加される磁界の互いに異なる３つの方向の成分と対応関係を有する３つの検出信号を処理する信号処理回路、ならびにこの信号処理回路を含む位置検出装置および磁気センサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、種々の用途で、印加される磁界の複数の方向の成分を検出する磁気センサ装置が用いられている。この磁気センサ装置の用途の１つとしては、特許文献１、２に記載されているような、３次元的に移動可能な磁石の位置を検出する磁気式の位置検出装置がある。
【０００３】
磁気式の位置検出装置は、例えば、磁気センサ装置と、この磁気センサ装置を中心とする所定の球面に沿って移動可能な磁石と、信号処理回路とを備えている。磁気センサ装置は、磁石によって発生されて磁気センサ装置に印加される磁界の互いに直交する３つの方向の３成分を検出し、この３成分に対応する３つの検出信号を生成する。信号処理回路は、３つの検出信号に基づいて磁石の位置を表す位置情報を生成する。
【０００４】
このような磁気式の位置検出装置では、磁石が発生する磁界以外の外乱磁界が磁気センサ装置に印加されたり、磁気センサ装置と磁石との位置関係が所望の位置関係からずれたりすると、３つの検出信号にオフセットが生じ、その結果、位置情報が不正確になる場合がある。
【０００５】
３つの検出信号に生じたオフセットを補正する方法は、従来から知られている。その一般的な方法では、三次元の直交座標系において、あるタイミングにおける３つの検出信号の値の組を表す座標を測定点としたときに、複数のタイミングにおける複数の測定点の分布を近似した球面を有する仮想の球体を求め、この仮想の球体の中心座標を用いてオフセットを補正する。
【０００６】
特許文献３には、以下のように、オフセットが変化したときに新たな仮想の球体の中心座標を求める技術が記載されている。特許文献３には、Ｘ軸センサ、Ｙ軸センサおよびＺ軸センサを含む磁気検知部と、演算部とを有する磁界検知装置が記載されている。演算部は、Ｘ軸センサ、Ｙ軸センサおよびＺ軸センサの検知出力に基づいて、磁気ベクトルを、三次元座標上に中心点を有する球面座標上の座標点として求め、先に設定された球面座標から外れたシフト座標点が所定数以上検出されたら、複数のシフト座標点を用いて新たな球面座標の中心点を求める。球面座標の中心点は、磁気ベクトルを球面座標上の座標点として表す際の基準原点である。特許文献３における球面座標は、前述の仮想の球体に対応する。特許文献３における球面座標の中心点は、前述の仮想の球体の中心座標に対応する。
【０００７】
特許文献３には、新たな球面座標の中心点を求める方法として、以下の第１の方法と第２の方法が記載されている。第１の方法では、初期の球面座標の半径をＲとして、１つのシフト座標点を中心とする半径Ｒの仮想球と、他の１つのシフト座標点を中心とする半径Ｒの仮想球を求め、更に、この２つの仮想球の交叉円を求め、この交叉円上で、先に設定された球面座標の中心点に最も近い点を、新たな球面座標の中心点とする。第２の方法では、２つのシフト座標点を結ぶ線の中点を通り前記線と直交する平面と、先に設定された球面座標の中心点から前記平面に降ろした垂線と前記平面との交点を求め、前記交点と前記中点とを結ぶ線上で、前記中点から半径Ｒだけ離れた点を、新たな球面座標の中心点とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２４５４２１号公報
【特許文献２】特開２０１８−１８９５１２号公報
【特許文献３】特開２０１１−１８５８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
磁気センサ装置と磁石と信号処理回路とを備えた前述の磁気式の位置検出装置では、環境の変化等によって、３つの検出信号のオフセットが変化し、その結果、上記の仮想の球体の中心座標が変化し得る。中心座標が変化したときに、オフセットを補正する処理で用いる中心座標を更新しないと、補正が不正確になる。そのため、位置検出装置では、オフセットが変化したら、速やかに、そのことを認識できることが望まれ、そのためには、オフセット変化後の仮想の球体の中心座標を速やかに推定できることが望まれる。
【００１０】
特許文献３に記載されている新たな球面座標の中心点は、上記のオフセット変化後の仮想の球体の中心座標に対応する。前述の通り、特許文献３には、新たな球面座標の中心点を求めるための第１の方法と第２の方法が記載されている。第１の方法では、２つの仮想球を求める必要がある。第２の方法では、平面の方程式を求める必要がある。第１の方法と第２の方法のいずれも、比較的複雑な演算が必要であり、ある程度時間を要する。そのため、特許文献３に記載された第１および第２の方法では、オフセット変化後の仮想の球体の中心座標を速やかに推定することが難しいという問題点がある。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁気センサ装置が検出する磁界の互いに異なる３つの方向の成分と対応関係を有する３つの検出信号のオフセットが変化したら、オフセット変化後の仮想の球体の中心座標を速やかに推定できるようにした信号処理回路、位置検出装置および磁気センサシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の信号処理回路は、基準位置における磁界の互いに異なる３つの方向の成分と対応関係を有する第１の検出信号、第２の検出信号および第３の検出信号を生成する磁気センサ装置から出力される第１ないし第３の検出信号を処理する回路である。
【００１３】
本発明の信号処理回路は、第１の処理と第２の処理とを行う。第１の処理は、第１ないし第３の検出信号の値を表すための３つの軸によって定義された直交座標系において、あるタイミングにおける第１ないし第３の検出信号の値の組を表す座標を測定点としたときに、複数のタイミングにおける複数の測定点の中から、それらを結ぶ線分の長さが最大となる第１点と第２点を抽出する。第２の処理は、第１の処理によって抽出された第１点と第２点を結ぶ線分の中点の座標を求める。
【００１４】
第２の処理は、更に、第１点と第２点を結ぶ線分の長さの１／２を求め、これを磁界強度データとし、中点の座標と磁界強度データを保持してもよい。この場合、信号処理回路は、更に、第２の処理によって保持されている中点の座標および磁界強度データを用いて、第１ないし第３の検出信号のオフセットの変化を検出するオフセット変化検出処理を行ってもよい。
【００１５】
本発明の信号処理回路は、更に、第１ないし第３の検出信号を用いた計算によって、球体情報を生成する球体情報生成処理を行ってもよい。球体情報は、複数のタイミングにおける複数の測定点の分布を近似した球面を有する仮想の球体の中心座標および半径のデータを含んでいてもよい。
【００１６】
本発明の信号処理回路は、更に、オフセット補正処理を行ってもよい。オフセット補正処理は、球体情報生成処理によって生成された球体情報のうちの中心座標のデータを用いて、第１ないし第３の検出信号のオフセットを補正して、第１ないし第３の補正後信号を生成してもよい。
【００１７】
本発明の信号処理回路は、更に、第１ないし第３の検出信号のオフセットの変化を検出するオフセット変化検出処理を行ってもよい。オフセット変化検出処理は、オフセットの変化を検出したら球体情報生成処理を開始させてもよい。この場合、第２の処理は、更に、第１点と第２点を結ぶ線分の長さの１／２を求め、これを磁界強度データとし、中点の座標と磁界強度データを保持してもよい。また、オフセット変化検出処理は、第２の処理によって保持されている中点の座標および磁界強度データの組と、球体情報生成処理によって生成された球体情報のうちの一方を用いて行われてもよい。
【００１８】
また、オフセット変化検出処理は、球体情報生成処理を開始させてから所定時間以内に新しい球体情報が得られたときには、この新しい球体情報を用いて行われてもよく、球体情報生成処理を開始させてから所定時間以内に新しい球体情報が得られなかったときには、中点の座標および磁界強度データの組を用いて行われてもよい。
【００１９】
本発明の位置検出装置は、所定の磁界を発生する磁界発生器と、磁気センサ装置と、本発明の信号処理回路とを備えている。磁界発生器は、磁気センサ装置に対する相対的な位置が所定の球面に沿って変化可能である。磁気センサ装置は、第１ないし第３の検出信号を生成する。
【００２０】
本発明の磁気センサシステムは、磁気センサ装置と、本発明の信号処理回路とを備えている。磁気センサ装置は、第１の検出信号を生成する第１の磁気センサと、第２の検出信号を生成する第２の磁気センサと、第３の検出信号を生成する第３の磁気センサとを含んでいる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の信号処理回路、位置検出装置および磁気センサシステムでは、比較的簡単な第１および第２の処理によって、第１点と第２点を結ぶ線分の中点の座標が求められる。この中点の座標は、仮想の球体の中心座標を推定した座標に相当する。これにより、本発明によれば、第１ないし第３の検出信号のオフセットが変化したら、オフセット変化後の仮想の球体の中心座標を速やかに推定することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置を含む関節機構の概略の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した関節機構の概略の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置における基準座標系を説明するため説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサシステムの構成を示す機能ブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における磁気センサ組立体を示す斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における磁気センサ装置を示す平面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における磁気センサ装置の構成を示す説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における磁気センサ装置の回路構成の一例を示す回路図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における磁気抵抗効果素子を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における１つの抵抗部の一部を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における磁界変換部と第３の磁気センサの構成を示す説明図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における第１ないし第３の磁気センサと軟磁性構造体のそれぞれの一部を示す断面図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態における第１点と第２点を抽出する第１の方法を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第１の実施の形態における第１点と第２点を抽出する第１の方法を説明するための説明図である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態における第１点と第２点を抽出する第２の方法を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第１の実施の形態における第１点と第２点を抽出する第２の方法を説明するための説明図である。
【図１７】本発明の第１の実施の形態における第１点と第２点を抽出する第２の方法を説明するための説明図である。
【図１８】本発明の第１の実施の形態における第１点と第２点を抽出する第２の方法を説明するための説明図である。
【図１９】本発明の第１の実施の形態における第１点と第２点を抽出する第３の方法を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の第１の実施の形態における第１のプロセッサの動作を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の第１の実施の形態における第２のプロセッサの動作を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサシステムの構成を示す機能ブロック図である。
【図２３】本発明の第２の実施の形態における第１のプロセッサの動作を示すフローチャートである。
【図２４】本発明の第２の実施の形態における第２のプロセッサの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置１が適用された関節機構３００について説明する。関節機構３００は、関節を含む機構である。図１は、関節機構３００の概略の構成を示す斜視図である。図２は、関節機構３００の概略の構成を示す断面図である。図３は、位置検出装置１における基準座標系を説明するための説明図である。図４は、本実施の形態に係る磁気センサシステムの構成を示す機能ブロック図である。
【００２４】
図１および図２に示したように、関節機構３００は、第１の部材３１０と、第２の部材３２０と、位置検出装置１を含んでいる。
【００２５】
第１の部材３１０は、軸部３１１と、この軸部３１１の長手方向の一端に連結された球状部３１２とを含んでいる。球状部３１２は、凸面３１２ａを有している。凸面３１２ａは、第１の球面の一部によって構成されている。第１の球面のうち、凸面３１２ａに含まれない部分は、軸部３１１と球状部３１２の境界部分である。
【００２６】
第２の部材３２０は、軸部３２１と、この軸部３２１の長手方向の一端に連結された受け部３２２とを含んでいる。受け部３２２は、凹面３２２ａを有している。凹面３２２ａは、第２の球面の一部によって構成されている。凹面３２２ａは、第２の球面のうちの半分または半分に近い部分によって構成されていてもよい。
【００２７】
第１の部材３１０と第２の部材３２０は、球状部３１２が受け部３２２に嵌り込んだ姿勢で、互いの位置関係が変化可能に連結されている。第２の球面の半径は、第１の球面の半径と等しいか、それよりもわずかに大きい。凸面３１２ａと凹面３２２ａは、接触していてもよいし、潤滑剤を介して対向していてもよい。第２の球面の中心は、第１の球面の中心と一致しているか、ほぼ一致している。第１の部材３１０と第２の部材３２０の連結部分が関節である。本実施の形態では特に、この関節は球関節である。
【００２８】
位置検出装置１は、磁界発生器２と磁気センサ装置４とを備えている。位置検出装置１は、更に、図４に示した、本実施の形態に係る信号処理回路５を備えている。図４に示したように、磁気センサ装置４と信号処理回路５は、本実施の形態に係る磁気センサシステム３を構成している。従って、位置検出装置１は、磁界発生器２と磁気センサシステム３とを備えていると言える。
【００２９】
磁界発生器２は、磁気センサ装置４に対する相対的な位置が所定の球面に沿って変化可能である。位置検出装置１は、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置を検出するための装置である。
【００３０】
磁界発生器２は、所定の磁界を発生する。磁界発生器２は、例えば磁石である。磁気センサ装置４は、基準位置における磁界の互いに異なる３つの方向の成分と対応関係を有する第１の検出信号、第２の検出信号および第３の検出信号を生成する。基準位置については、後で詳しく説明する。
【００３１】
信号処理回路５は、第１ないし第３の検出信号を処理して、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置を表す位置情報を生成する。
【００３２】
図１および図２に示したように、磁界発生器２は、凹面３２２ａから突出しないように受け部３２２に埋め込まれている。磁気センサ装置４は、球状部３１２の内部に配置されている。以下、第１の球面の中心の位置を基準位置と言う。磁気センサ装置４は、基準位置における磁界を検出するように構成されている。
【００３３】
以下、磁界発生器２によって発生された磁界のうちの基準位置における磁界を対象磁界と言う。対象磁界の方向は、例えば、基準位置と磁界発生器２とを通過する仮想の直線に平行である。図２に示した例では、磁界発生器２は、上記の仮想の直線に沿って並ぶＮ極とＳ極を有する磁石である。Ｓ極は、Ｎ極よりも基準位置により近い。図２に示した矢印付きの複数の破線は、磁界発生器２が発生する磁界に対応する磁力線を表している。
【００３４】
図１および図２に示した関節機構３００では、球状部３１２が受け部３２２に嵌り込んだ姿勢で、第１の部材３１０に対する第２の部材３２０の相対的位置が変化可能である。これにより、磁界発生器２は、磁気センサ装置４に対する相対的な位置が、前述の所定の球面に沿って変化可能である。本実施の形態では、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置を、磁界発生器２のうちの基準位置に最も近い点の位置とする。所定の球面の中心は、第１の球面の中心と一致しているか、ほぼ一致している。所定の球面の半径は、第１の球面の半径以上である。所定の球面の半径は、第１の球面の半径または第２の球面の半径と一致していてもよい。
【００３５】
ここで、図３を参照して、本実施の形態における基準座標系について説明する。基準座標系は、磁気センサ装置４を基準とした座標系であって、第１ないし第３の検出信号の値を表すための３つの軸によって定義された直交座標系である。基準座標系では、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が定義されている。図３に示したように、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、互いに直交する。また、Ｘ方向とは反対の方向を−Ｘ方向とし、Ｙ方向とは反対の方向を−Ｙ方向とし、Ｚ方向とは反対の方向を−Ｚ方向とする。
【００３６】
前述の通り、磁気センサ装置４は、基準位置における磁界の互いに異なる３つの方向の成分と対応関係を有する第１の検出信号、第２の検出信号および第３の検出信号を生成する。本実施の形態では特に、上記の互いに異なる３つの方向は、Ｘ方向に平行な方向と、Ｙ方向に平行な方向と、Ｚ方向に平行な方向である。基準座標系を定義する３つの軸は、Ｘ方向に平行な軸と、Ｙ方向に平行な軸と、Ｚ方向に平行な軸である。
【００３７】
基準座標系における磁気センサ装置４の位置は変化しない。磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置が変化すると、基準座標系における磁界発生器２の位置は、前述の所定の球面に沿って変化する。図３において、符号９は、所定の球面を示している。基準座標系における磁界発生器２の位置は、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置を表している。以下、基準座標系における磁界発生器２の位置を、単に磁界発生器２の位置と言う。また、基準位置を含むＸＹ平面を基準平面と言う。
【００３８】
位置検出装置１を含む関節機構３００では、位置検出装置１によって、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置を検出することによって、第１の部材３１０に対する第２の部材３２０の相対的位置を検出することができる。関節機構３００は、ロボット、産業機器、医療機器、アミューズメント機器等に利用される。
【００３９】
位置検出装置１は、関節機構３００の他に、ジョイスティックや、トラックボールにも適用することができる。
【００４０】
ジョイスティックは、例えば、レバーと、このレバーを揺動可能に支持する支持部とを含んでいる。位置検出装置１を、ジョイスティックに適用する場合には、例えば、レバーの揺動に伴って、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置が所定の球面に沿って変化するように、支持部の内部に磁界発生器２を設け、レバーの内部に磁気センサ装置４を設ける。
【００４１】
トラックボールは、例えば、ボールと、このボールを回転可能に支持する支持部とを含んでいる。位置検出装置１を、トラックボールに適用する場合には、例えば、ボールの回転に伴って、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置が所定の球面に沿って変化するように、支持部の内部に磁界発生器２を設け、ボールの内部に磁気センサ装置４を設ける。
【００４２】
次に、図４を参照して、磁気センサ装置４と信号処理回路５の構成について説明する。磁気センサ装置４は、対象磁界の互いに異なる３つの方向の成分と対応関係を有する第１の検出信号Ｓｘ、第２の検出信号Ｓｙおよび第３の検出信号Ｓｚを生成する。本実施の形態では、第１の検出信号Ｓｘは、対象磁界の、第１の感磁方向の成分である第１の成分と対応関係を有する。第２の検出信号Ｓｙは、対象磁界の、第２の感磁方向の成分である第２の成分と対応関係を有する。第３の検出信号Ｓｚは、対象磁界の、第３の感磁方向の成分である第３の成分と対応関係を有する。
【００４３】
本実施の形態では、磁気センサ装置４は、第１の検出信号Ｓｘを生成する第１の磁気センサ１０と、第２の検出信号Ｓｙを生成する第２の磁気センサ２０と、第３の検出信号Ｓｚを生成する第３の磁気センサ３０とを備えている。第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の各々は、少なくとも１つの磁気検出素子を含んでいる。
【００４４】
信号処理回路５は、第１のプロセッサ７と第２のプロセッサ８とを備えている。本実施の形態では、第１のプロセッサ７を構成するハードウェアは、第２のプロセッサ８を構成するハードウェアとは異なっている。第１のプロセッサ７は、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によって構成されている。第２のプロセッサ８は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。
【００４５】
次に、磁気センサ装置４と第１のプロセッサ７の構成について説明する。本実施の形態では、磁気センサ装置４は、第１のチップの形態を有している。また、第１のプロセッサ７は、第１のチップとは異なる第２のチップの形態を有している。第１のプロセッサ７は、磁気センサ装置４と一体化されていてもよい。第２のプロセッサ８は、磁気センサ装置４および第１のプロセッサ７とは別体であってもよい。本実施の形態では、一体化された磁気センサ装置４および第１のプロセッサ７を、磁気センサ組立体２００と言う。
【００４６】
図５は、磁気センサ組立体２００を示す斜視図である。図５に示したように、磁気センサ装置４および第１のプロセッサ７は、いずれも直方体形状を有している。また、磁気センサ装置４および第１のプロセッサ７は、いずれも外面を有している。
【００４７】
磁気センサ装置４の外面は、互いに反対側に位置する上面４ａおよび下面４ｂと、上面４ａと下面４ｂを接続する４つの側面を含んでいる。第１のプロセッサ７の外面は、互いに反対側に位置する上面７ａおよび下面７ｂと、上面７ａと下面７ｂを接続する４つの側面を含んでいる。磁気センサ装置４は、下面４ｂが第１のプロセッサ７の上面７ａに対向する姿勢で、上面７ａ上に実装されている。
【００４８】
磁気センサ装置４は、上面４ａに設けられた端子群を備えている。第１のプロセッサ７は、上面７ａに設けられた端子群を備えている。磁気センサ装置４の端子群は、例えば複数のボンディングワイヤによって、第１のプロセッサ７の端子群に接続されている。
【００４９】
次に、図６を参照して、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の配置について説明する。図６は、磁気センサ装置４を示す平面図である。図６に示したように、磁気センサ装置４は、前述の第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０と、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０を支持する基板５１と、端子群とを備えている。基板５１は、上面５１ａと下面５１ｂを有している。なお、下面５１ｂは、後で説明する図１２に示されている。
【００５０】
ここで、図６を参照して、基準座標系および基準平面と磁気センサ装置４の構成要素との関係について説明する。前述のように、基準座標系では、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、−Ｘ方向、−Ｙ方向、−Ｚ方向が定義されている。Ｘ方向とＹ方向は基板５１の上面５１ａに平行な方向である。Ｚ方向は、基板５１の上面５１ａに垂直な方向であって、基板５１の下面５１ｂから上面５１ａに向かう方向である。以下、基準の位置に対してＺ方向の先にある位置を「上方」と言い、基準の位置に対して「上方」とは反対側にある位置を「下方」と言う。また、磁気センサ装置４の構成要素に関して、Ｚ方向の端に位置する面を「上面」と言い、−Ｚ方向の端に位置する面を「下面」と言う。
【００５１】
本実施の形態では、基板５１の上面５１ａが基準平面である。以下、基準平面を記号ＲＰで表す。基準平面ＲＰは、互いに異なる第１の領域Ａ１０と第２の領域Ａ２０と第３の領域Ａ３０を含んでいる。第１の領域Ａ１０は、基準平面ＲＰに第１の磁気センサ１０を垂直投影してできる領域である。第２の領域Ａ２０は、基準平面ＲＰに第２の磁気センサ２０を垂直投影してできる領域である。第３の領域Ａ３０は、基準平面ＲＰに第３の磁気センサ３０を垂直投影してできる領域である。
【００５２】
ここで、基準平面ＲＰ内に位置して、第３の領域Ａ３０の重心Ｃ３０を通り、Ｚ方向に垂直で且つ互いに直交する２つの直線を第１の直線Ｌ１と第２の直線Ｌ２とする。本実施の形態では特に、第１の直線Ｌ１はＸ方向に平行であり、第２の直線Ｌ２はＹ方向に平行である。
【００５３】
本実施の形態では、第１の磁気センサ１０は、Ｘ方向の互いに異なる位置に配置された第１の部分１１と第２の部分１２を含んでいる。第１の領域Ａ１０は、基準平面ＲＰに第１の磁気センサ１０の第１の部分１１を垂直投影してできる第１の部分領域Ａ１１と、基準平面ＲＰに第１の磁気センサ１０の第２の部分１２を垂直投影してできる第２の部分領域Ａ１２を含んでいる。第１および第２の部分領域Ａ１１，Ａ１２は、第１の直線Ｌ１に平行な方向における第３の領域Ａ３０の両側に位置している。
【００５４】
また、第２の磁気センサ２０は、Ｙ方向の互いに異なる位置に配置された第１の部分２１と第２の部分２２を含んでいる。第２の領域Ａ２０は、基準平面ＲＰに第２の磁気センサ２０の第１の部分２１を垂直投影してできる第３の部分領域Ａ２１と、基準平面ＲＰに第２の磁気センサ２０の第２の部分２２を垂直投影してできる第４の部分領域Ａ２２を含んでいる。第３および第４の部分領域Ａ２１，Ａ２２は、第２の直線Ｌ２に平行な方向における第３の領域Ａ３０の両側に位置している。
【００５５】
本実施の形態では、第１および第２の部分領域Ａ１１，Ａ１２は、いずれも第１の直線Ｌ１と交差する位置にある。また、第３および第４の部分領域Ａ２１，Ａ２２は、いずれも第２の直線Ｌ２と交差する位置にある。
【００５６】
第１の領域Ａ１０のいかなる部分も第２の直線Ｌ２とは交差しないことが好ましい。同様に、第２の領域Ａ２０のいかなる部分も第１の直線Ｌ１とは交差しないことが好ましい。
【００５７】
本実施の形態では特に、第１の領域Ａ１０と第２の領域Ａ２０は、上方から見て、第３の領域Ａ３０の重心Ｃ３０を中心として第１の領域Ａ１０を９０°回転すると第２の領域Ａ２０に重なる位置関係である。図６において、重心Ｃ３０を中心として反時計回り方向に第１および第２の部分領域Ａ１１，Ａ１２を９０°回転すると、第１および第２の部分領域Ａ１１，Ａ１２はそれぞれ第３および第４の部分領域Ａ２１，Ａ２２に重なる。
【００５８】
次に、図７および図８を参照して、磁気センサ装置４の構成の一例について説明する。図７は、磁気センサ装置４の構成を示す説明図である。図８は、磁気センサ装置４の回路構成の一例を示す回路図である。
【００５９】
前述のように、第１の磁気センサ１０は、対象磁界の、第１の感磁方向の成分である第１の成分と対応関係を有する第１の検出信号Ｓｘを生成する。第２の磁気センサ２０は、対象磁界の、第２の感磁方向の成分である第２の成分と対応関係を有する第２の検出信号Ｓｙを生成する。第３の磁気センサ３０は、対象磁界の、第３の感磁方向の成分である第３の成分と対応関係を有する第３の検出信号Ｓｚを生成する。
【００６０】
本実施の形態では特に、第１の感磁方向は、Ｘ方向に平行な方向である。第１の感磁方向は、Ｘ方向と−Ｘ方向とを含む。第２の感磁方向は、Ｙ方向に平行な方向である。第２の感磁方向は、Ｙ方向と−Ｙ方向とを含む。第３の感磁方向は、Ｚ方向に平行な方向である。第３の感磁方向は、Ｚ方向と−Ｚ方向とを含む。
【００６１】
また、図７に示したように、磁気センサ装置４の端子群は、第１の磁気センサ１０に対応する電源端子Ｖｘおよび出力端子Ｖｘ＋，Ｖｘ−と、第２の磁気センサ２０に対応する電源端子Ｖｙおよび出力端子Ｖｙ＋，Ｖｙ−と、第３の磁気センサ３０に対応する電源端子Ｖｚおよび出力端子Ｖｚ＋，Ｖｚ−と、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０で共通に使用されるグランド端子Ｇとを含んでいる。
【００６２】
図８に示した例では、第１の磁気センサ１０は、ホイートストンブリッジ回路を構成する４つの抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４を含んでいる。抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４の各々は、対象磁界の第１の成分に応じて変化する抵抗値を有する。抵抗部Ｒｘ１は、電源端子Ｖｘと出力端子Ｖｘ＋との間に設けられている。抵抗部Ｒｘ２は、出力端子Ｖｘ＋とグランド端子Ｇとの間に設けられている。抵抗部Ｒｘ３は、電源端子Ｖｘと出力端子Ｖｘ−との間に設けられている。抵抗部Ｒｘ４は、出力端子Ｖｘ−とグランド端子Ｇとの間に設けられている。
【００６３】
第２の磁気センサ２０は、ホイートストンブリッジ回路を構成する４つの抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４を含んでいる。抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４の各々は、対象磁界の第２の成分に応じて変化する抵抗値を有する。抵抗部Ｒｙ１は、電源端子Ｖｙと出力端子Ｖｙ＋との間に設けられている。抵抗部Ｒｙ２は、出力端子Ｖｙ＋とグランド端子Ｇとの間に設けられている。抵抗部Ｒｙ３は、電源端子Ｖｙと出力端子Ｖｙ−との間に設けられている。抵抗部Ｒｙ４は、出力端子Ｖｙ−とグランド端子Ｇとの間に設けられている。
【００６４】
第３の磁気センサ３０は、ホイートストンブリッジ回路を構成する４つの抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４を含んでいる。抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の各々は、後述する磁界変換部から出力される出力磁界成分に応じて変化する抵抗値を有する。抵抗部Ｒｚ１は、電源端子Ｖｚと出力端子Ｖｚ＋との間に設けられている。抵抗部Ｒｚ２は、出力端子Ｖｚ＋とグランド端子Ｇとの間に設けられている。抵抗部Ｒｚ３は、電源端子Ｖｚと出力端子Ｖｚ−との間に設けられている。抵抗部Ｒｚ４は、出力端子Ｖｚ−とグランド端子Ｇとの間に設けられている。
【００６５】
以下、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４，Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４，Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４のうちの任意の１つを抵抗部Ｒと言う。抵抗部Ｒは、少なくとも１つの磁気検出素子を含んでいる。本実施の形態では特に、少なくとも１つの磁気検出素子は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子である。以下、磁気抵抗効果素子をＭＲ素子と記す。
【００６６】
本実施の形態では特に、ＭＲ素子は、スピンバルブ型のＭＲ素子である。このスピンバルブ型のＭＲ素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、印加磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置されたギャップ層とを有している。スピンバルブ型のＭＲ素子は、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子でもよいし、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子でもよい。ＴＭＲ素子では、ギャップ層はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、ギャップ層は非磁性導電層である。スピンバルブ型のＭＲ素子では、自由層の磁化の方向が磁化固定層の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が０°のときに抵抗値は最小値となり、角度が１８０°のときに抵抗値は最大値となる。各ＭＲ素子において、自由層は、磁化容易軸方向が、磁化固定層の磁化の方向に直交する方向となる形状異方性を有している。
【００６７】
図８において、塗りつぶした矢印は、ＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向を表している。図８に示した例では、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ４の各々におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向は、Ｘ方向である。抵抗部Ｒｘ２，Ｒｘ３の各々におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向は、−Ｘ方向である。
【００６８】
また、抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ４の各々におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向は、Ｙ方向である。抵抗部Ｒｙ２，Ｒｙ３の各々におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向は、−Ｙ方向である。抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の各々におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向については、後で説明する。
【００６９】
出力端子Ｖｘ＋と出力端子Ｖｘ−との間の電位差は、対象磁界の第１の成分と対応関係を有する。第１の磁気センサ１０は、出力端子Ｖｘ＋と出力端子Ｖｘ−との間の電位差に対応する第１の検出信号Ｓｘを生成する。第１の検出信号Ｓｘは、出力端子Ｖｘ＋と出力端子Ｖｘ−との間の電位差に対して振幅やオフセットの調整を施したものであってもよい。
【００７０】
出力端子Ｖｙ＋と出力端子Ｖｙ−との間の電位差は、対象磁界の第２の成分と対応関係を有する。第２の磁気センサ２０は、出力端子Ｖｙ＋と出力端子Ｖｙ−との間の電位差に対応する第２の検出信号Ｓｙを生成する。第２の検出信号Ｓｙは、出力端子Ｖｙ＋と出力端子Ｖｙ−との間の電位差に対して振幅やオフセットの調整を施したものであってもよい。
【００７１】
出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差は、対象磁界の第３の成分と対応関係を有する。第３の磁気センサ３０は、出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差に対応する第３の検出信号Ｓｚを生成する。第３の検出信号Ｓｚは、出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差に対して振幅やオフセットの調整を施したものであってもよい。
【００７２】
ここで、図７を参照して、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４，Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４の配置の一例について説明する。この例では、第１の磁気センサ１０の第１の部分１１は抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ４を含み、第１の磁気センサ１０の第２の部分１２は抵抗部Ｒｘ２，Ｒｘ３を含んでいる。また、第２の磁気センサ２０の第１の部分２１は抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ４を含み、第２の磁気センサ２０の第２の部分２２は抵抗部Ｒｙ２，Ｒｙ３を含んでいる。
【００７３】
図７において、塗りつぶした矢印は、ＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向を表している。図７に示した例では、第１の磁気センサ１０の第１の部分１１と、第１の磁気センサ１０の第２の部分１２と、第２の磁気センサ２０の第１の部分２１と、第２の磁気センサ２０の第２の部分２２の各々において、そこに含まれる複数のＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向が同じ方向になる。そのため、この例によれば、複数のＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向の設定が容易になる。
【００７４】
次に、図９を参照して、ＭＲ素子の構成の一例について説明する。図９に示したＭＲ素子１００は、基板５１側から順に積層された反強磁性層１０１、磁化固定層１０２、ギャップ層１０３および自由層１０４を含んでいる。反強磁性層１０１は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層１０２との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層１０２の磁化の方向を固定する。
【００７５】
なお、ＭＲ素子１００における層１０１〜１０４の配置は、図９に示した配置とは上下が反対でもよい。また、磁化固定層１０２は、単一の強磁性層ではなく、２つの強磁性層とこの２つの強磁性層の間に配置された非磁性金属層とを含む人工反強磁性構造であってもよい。また、ＭＲ素子１００は、反強磁性層１０１を含まない構成であってもよい。また、磁気検出素子は、ホール素子、磁気インピーダンス素子等、ＭＲ素子以外の磁界を検出する素子であってもよい。
【００７６】
次に、図１０を参照して、抵抗部Ｒの構成の一例について説明する。この例では、抵抗部Ｒは、直列に接続された複数のＭＲ素子１００を含んでいる。抵抗部Ｒは、更に、複数のＭＲ素子１００が直列に接続されるように、回路構成上隣接する２つのＭＲ素子１００を電気的に接続する１つ以上の接続層を含んでいる。図１０に示した例では、抵抗部Ｒは、１つ以上の接続層として、１つ以上の下部接続層１１１と、１つ以上の上部接続層１１２とを含んでいる。下部接続層１１１は、回路構成上隣接する２つのＭＲ素子１００の下面に接し、この２つのＭＲ素子１００を電気的に接続する。上部接続層１１２は、回路構成上隣接する２つのＭＲ素子１００の上面に接し、この２つのＭＲ素子１００を電気的に接続する。
【００７７】
次に、図１１を参照して、第３の磁気センサ３０の構成の一例について説明する。第３の磁気センサ３０は、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の他に、軟磁性材料よりなる軟磁性構造体４０を含んでいる。軟磁性構造体４０は、磁界変換部４２と、少なくとも１つの軟磁性層を含んでいる。磁界変換部４２は、対象磁界の第３の成分を受けて第３の感磁方向に垂直な方向の出力磁界成分を出力する。出力磁界成分の強度は、対象磁界の第３の成分の強度と対応関係を有する。第３の磁気センサ３０は、出力磁界成分の強度を検出することによって、対象磁界の第３の成分の強度を検出する。
【００７８】
図１１に示した例では、磁界変換部４２は、抵抗部Ｒｚ１に対応する下部ヨーク４２Ｂ１および上部ヨーク４２Ｔ１と、抵抗部Ｒｚ２に対応する下部ヨーク４２Ｂ２および上部ヨーク４２Ｔ２と、抵抗部Ｒｚ３に対応する下部ヨーク４２Ｂ３および上部ヨーク４２Ｔ３と、抵抗部Ｒｚ４に対応する下部ヨーク４２Ｂ４および上部ヨーク４２Ｔ４とを含んでいる。
【００７９】
下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４および上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４の各々は、Ｚ方向に垂直な方向に長い直方体形状を有している。
【００８０】
下部ヨーク４２Ｂ１および上部ヨーク４２Ｔ１は、抵抗部Ｒｚ１の近傍に配置されている。下部ヨーク４２Ｂ１は、抵抗部Ｒｚ１よりも、基板５１の上面５１ａにより近い位置に配置されている。上部ヨーク４２Ｔ１は、抵抗部Ｒｚ１よりも、基板５１の上面５１ａからより遠い位置に配置されている。上方から見たときに、抵抗部Ｒｚ１は、下部ヨーク４２Ｂ１と上部ヨーク４２Ｔ１の間に位置している。
【００８１】
下部ヨーク４２Ｂ２および上部ヨーク４２Ｔ２は、抵抗部Ｒｚ２の近傍に配置されている。下部ヨーク４２Ｂ２は、抵抗部Ｒｚ２よりも、基板５１の上面５１ａにより近い位置に配置されている。上部ヨーク４２Ｔ２は、抵抗部Ｒｚ２よりも、基板５１の上面５１ａからより遠い位置に配置されている。上方から見たときに、抵抗部Ｒｚ２は、下部ヨーク４２Ｂ２と上部ヨーク４２Ｔ２の間に位置している。
【００８２】
下部ヨーク４２Ｂ３および上部ヨーク４２Ｔ３は、抵抗部Ｒｚ３の近傍に配置されている。下部ヨーク４２Ｂ３は、抵抗部Ｒｚ３よりも、基板５１の上面５１ａにより近い位置に配置されている。上部ヨーク４２Ｔ３は、抵抗部Ｒｚ３よりも、基板５１の上面５１ａからより遠い位置に配置されている。上方から見たときに、抵抗部Ｒｚ３は、下部ヨーク４２Ｂ３と上部ヨーク４２Ｔ３の間に位置している。
【００８３】
下部ヨーク４２Ｂ４および上部ヨーク４２Ｔ４は、抵抗部Ｒｚ４の近傍に配置されている。下部ヨーク４２Ｂ４は、抵抗部Ｒｚ４よりも、基板５１の上面５１ａにより近い位置に配置されている。上部ヨーク４２Ｔ４は、抵抗部Ｒｚ４よりも、基板５１の上面５１ａからより遠い位置に配置されている。上方から見たときに、抵抗部Ｒｚ４は、下部ヨーク４２Ｂ４と上部ヨーク４２Ｔ４の間に位置している。
【００８４】
磁界変換部４２が出力する出力磁界成分は、下部ヨーク４２Ｂ１および上部ヨーク４２Ｔ１によって生成されて抵抗部Ｒｚ１に印加される磁界成分と、下部ヨーク４２Ｂ２および上部ヨーク４２Ｔ２によって生成されて抵抗部Ｒｚ２に印加される磁界成分と、下部ヨーク４２Ｂ３および上部ヨーク４２Ｔ３によって生成されて抵抗部Ｒｚ３に印加される磁界成分と、下部ヨーク４２Ｂ４および上部ヨーク４２Ｔ４によって生成されて抵抗部Ｒｚ４に印加される磁界成分を含んでいる。
【００８５】
図１１において、４つの白抜きの矢印は、それぞれ、対象磁界の第３の成分の方向がＺ方向であるときに、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４に印加される磁界成分の方向を表している。また、図１１において、４つの塗りつぶした矢印は、それぞれ、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４のＭＲ素子１００の磁化固定層１０２の磁化の方向を表している。抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４のＭＲ素子１００の磁化固定層１０２の磁化の方向は、それぞれ、対象磁界の第３の成分の方向がＺ方向であるときに抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４に印加される磁界成分の方向と同じ方向である。抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３のＭＲ素子１００の磁化固定層１０２の磁化の方向は、それぞれ、対象磁界の第３の成分の方向がＺ方向であるときに抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３に印加される磁界成分の方向とは反対方向である。
【００８６】
ここで、第３の磁気センサ３０の作用について説明する。対象磁界の第３の成分が存在しない状態では、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４のＭＲ素子１００の自由層１０４の磁化の方向は、磁化固定層１０２の磁化の方向に対して垂直である。
【００８７】
対象磁界の第３の成分の方向がＺ方向であるときには、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４のＭＲ素子１００では、自由層１０４の磁化の方向は、磁化固定層１０２の磁化の方向に対して垂直な方向から、磁化固定層１０２の磁化の方向に向かって傾く。このとき、抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３のＭＲ素子１００では、自由層１０４の磁化の方向は、磁化固定層１０２の磁化の方向に対して垂直な方向から、磁化固定層１０２の磁化の方向とは反対方向に向かって傾く。その結果、対象磁界の第３の成分が存在しない状態と比べて、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４の抵抗値は減少し、抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３の抵抗値は増加する。
【００８８】
対象磁界の第３の成分の方向が−Ｚ方向の場合は、上述の場合とは逆に、対象磁界の第３の成分が存在しない状態と比べて、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４の抵抗値は増加し、抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３の抵抗値は減少する。
【００８９】
抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の抵抗値の変化量は、第３の成分の強度に依存する。
【００９０】
対象磁界の第３の成分の方向と強度が変化すると、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４のそれぞれの抵抗値は、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４の抵抗値が増加すると共に抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３の抵抗値が減少するか、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４の抵抗値が減少すると共に抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３の抵抗値が増加するように変化する。これにより、出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差が変化する。従って、この電位差に基づいて、対象磁界の第３の成分を検出することができる。第３の磁気センサ３０は、出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差に対応する第３の検出信号Ｓｚを生成する。第３の検出信号Ｓｚは、出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差に対して振幅やオフセットの調整を施したものであってもよい。
【００９１】
次に、図１２を参照して、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の構造の一例について説明する。図１２は、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０のそれぞれの一部を示している。この例では、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０は、基板５１の上に配置されている。基板５１は、上面５１ａと下面５１ｂを有している。
【００９２】
第１の磁気センサ１０は、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４の他に、それぞれ絶縁材料よりなる絶縁層６６Ａ，６７Ａ，６８Ａを含んでいる。絶縁層６６Ａは、基板５１の上面５１ａの上に配置されている。抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、絶縁層６６Ａの上に配置されている。図１２には、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４に含まれる複数のＭＲ素子１００のうちの１つと、それに接続された下部接続層１１１および上部接続層１１２を示している。絶縁層６７Ａは、絶縁層６６Ａの上面の上において抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４の周囲に配置されている。絶縁層６８Ａは、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４および絶縁層６７Ａを覆っている。
【００９３】
第２の磁気センサ２０の構造は、第１の磁気センサ１０と同様である。すなわち、第２の磁気センサ２０は、抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４の他に、それぞれ絶縁材料よりなる絶縁層６６Ｂ，６７Ｂ，６８Ｂを含んでいる。絶縁層６６Ｂは、基板５１の上面５１ａの上に配置されている。抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、絶縁層６６Ｂの上に配置されている。図１２には、抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４に含まれる複数のＭＲ素子１００のうちの１つと、それに接続された下部接続層１１１および上部接続層１１２を示している。絶縁層６７Ｂは、絶縁層６６Ｂの上面の上において抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４の周囲に配置されている。絶縁層６８Ｂは、抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４および絶縁層６７Ｂを覆っている。
【００９４】
第３の磁気センサ３０は、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４および軟磁性構造体４０の他に、それぞれ絶縁材料よりなる絶縁層６１，６２，６３，６４を含んでいる。図１２に示した例では、軟磁性構造体４０は、磁界変換部４２と、２つの軟磁性層４１，４３を含んでいる。
【００９５】
磁界変換部４２は、図１１に示した下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４および上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４を含んでいる。図１２では、下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４のうちの１つを符号４２Ｂで示し、それに対応する上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４のうちの１つを符号４２Ｔで示している。
【００９６】
軟磁性層４１は、基板５１の上面５１ａの上に配置されている。下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４は、軟磁性層４１の上に配置されている。絶縁層６１は、軟磁性層４１の上において下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４の周囲に配置されている。
【００９７】
抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、絶縁層６１の上に配置されている。図１２には、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４に含まれる複数のＭＲ素子１００のうちの１つと、それに接続された下部接続層１１１および上部接続層１１２を示している。絶縁層６２は、下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４および絶縁層６１の上において抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の周囲に配置されている。
【００９８】
上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４は、絶縁層６２の上に配置されている。絶縁層６３は、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４および絶縁層６２の上において上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４の周囲に配置されている。
【００９９】
軟磁性層４３は、上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４および絶縁層６３の上に配置されている。絶縁層６４は、軟磁性層４３を覆っている。
【０１００】
上方から見たときに、軟磁性層４１，４３は、第３の磁気センサ３０の全域またはほぼ全域にわたって存在する。言い換えると、基準平面ＲＰに軟磁性層４１を垂直投影してできる領域と、基準平面ＲＰに軟磁性層４３を垂直投影してできる領域は、いずれも、第３の領域Ａ３０と一致するかほぼ一致する。
【０１０１】
図１２に示した例では、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０に含まれる全ての磁気検出素子すなわちＭＲ素子１００は、基板５１の上面５１ａすなわち基準平面ＲＰから等しい距離の位置に配置されている。
【０１０２】
なお、磁界変換部４２は、下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４と、上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４の一方のみを含んでいてもよい。また、軟磁性構造体４０は、軟磁性層４１，４３の一方のみを含んでいてもよい。
【０１０３】
次に、図４を参照して、信号処理回路５が行う処理の内容と信号処理回路５の構成について説明する。信号処理回路５は、第１の処理と、第２の処理と、オフセット変化検出処理と、球体情報生成処理と、オフセット補正処理と、位置情報生成処理とを行う。前述の通り、信号処理回路５は第１のプロセッサ７と第２のプロセッサ８とを備えている。第１のプロセッサ７は、アナログ−デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と記す。）７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃと、第１の処理を行う最大線分抽出部７１と、第２の処理を行う中点座標演算部７２と、オフセット変化検出処理を行うオフセット変化検出部７３とを含んでいる。第２のプロセッサ８は、オフセット補正処理を行うオフセット補正部８１と、球体情報生成処理を行う球体情報生成部８２と、位置情報生成処理を行う位置情報生成部８４とを含んでいる。
【０１０４】
最大線分抽出部７１、中点座標演算部７２、オフセット変化検出部７３、オフセット補正部８１、球体情報生成部８２および位置情報生成部８４は、それぞれ上述の処理を行う機能ブロックである。
【０１０５】
Ａ／Ｄ変換器７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃは、それぞれ、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚをデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚは、最大線分抽出部７１、オフセット変化検出部７３、オフセット補正部８１および球体情報生成部８２に入力される。
【０１０６】
第１の処理、第２の処理、オフセット変化検出処理、球体情報生成処理、オフセット補正処理および位置情報生成処理は、それぞれ、位置検出装置１の使用時に、繰り返し実行される。
【０１０７】
ここで、前述の基準座標系において、あるタイミングにおける第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの値の組を表す座標（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）を測定点とする。前述のように、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置が変化すると、基準座標系における磁界発生器２の位置は、所定の球面に沿って変化する。従って、複数のタイミングにおける複数の測定点を取得し、複数の測定点を基準座標系にプロットすると、複数の測定点の分布は、球面で近似することができる。本実施の形態では、この複数の測定点の分布を近似した球面を近似球面と言う。複数の測定点は、近似球面上または近似球面の近傍に分布する。
【０１０８】
最大線分抽出部７１による第１の処理は、複数のタイミングにおける複数の測定点の中から、それらを結ぶ線分の長さが最大となる第１点と第２点を抽出し、第１点と第２点を中点座標演算部７２に対して出力する。
【０１０９】
中点座標演算部７２による第２の処理は、第１の処理が実行された後に、第１の処理によって抽出された第１点と第２点を結ぶ線分の中点の座標と、第１点と第２点を結ぶ線分の長さの１／２を求める。以下、第１点と第２点を結ぶ線分の長さの１／２を、磁界強度データＭと言う。中点座標演算部７２による第２の処理は、更に、中点の座標と磁界強度データＭを保持する。中点の座標は、近似球面を有する仮想の球体の中心座標を推定した座標に相当する。磁界強度データＭは、上記仮想の球体の半径を推定したデータに相当する。以下の説明では、中点の座標と磁界強度データＭの組を、推定球体情報と言う。
【０１１０】
以下、第１点の座標を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）と表し、第２点の座標を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）と表し、第１点と第２点を結ぶ線分の中点の座標を（ｍｘ，ｍｙ，ｍｚ）と表す。ｍｘ，ｍｙ，ｍｚは、それぞれ下記の式（１）〜（３）で表される。
【０１１１】
ｍｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２    …（１）
ｍｙ＝（ｙ１＋ｙ２）／２    …（２）
ｍｚ＝（ｚ１＋ｚ２）／２    …（３）
【０１１２】
また、磁界強度データＭは、下記の式（４）で表される。
【０１１３】
Ｍ＝√（（ｘ１−ｘ２）2＋（ｙ１−ｙ２）2＋（ｚ１−ｚ２）2）／２    …（４）
【０１１４】
第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚには、対象磁界すなわち磁界発生器２によって発生された磁界以外の要因に起因してオフセットが生じる。オフセット変化検出部７３によるオフセット変化検出処理は、第２の処理によって保持されている推定球体情報を用いて、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのオフセットの変化を検出する。
【０１１５】
オフセット変化検出部７３は、オフセットの変化を検出したときに、そのことを示す通知信号Ｓｎを出力すると共に、オフセット変化検出処理を停止する。本実施の形態では、最大線分抽出部７１は、通知信号Ｓｎを受信することができるように構成されていると共に、通知信号Ｓｎを受信したら第１の処理を開始するように構成されている。言い換えると、オフセット変化検出部７３は、オフセットの変化を検出したら、通知信号Ｓｎを最大線分抽出部７１に対して出力して、第１の処理を開始させる。中点座標演算部７２による第２の処理は、第１の処理によって第１点と第２点が抽出されたら、第１点と第２点を結ぶ線分の中点の座標と磁界強度データＭを求め、保持している推定球体情報を更新する。オフセット変化検出部７３は、通知信号Ｓｎの出力後に、中点座標演算部７２において推定球体情報が更新されたら、オフセット変化検出処理を再開する。
【０１１６】
なお、第１のプロセッサ７では、位置検出装置１の使用開始後における最初のオフセット変化検出処理が実行される前に、以下のような初期処理を実行してもよい。この初期処理では、まず、最大線分抽出部７１が、第１の処理を実行して、第１点と第２点を抽出する。次に、中点座標演算部７２が、第２の処理を実行して、第１点と第２点を結ぶ線分の中点の座標と磁界強度データＭを求め、これらを推定球体情報として保持する。次に、オフセット変化検出部７３が、オフセット変化検出処理を開始する。
【０１１７】
あるいは、上記の初期処理を実行する代わりに、中点座標演算部７２が、初期推定球体情報を保持していてもよい。初期推定球体情報は、中点の座標の初期値および磁界強度データＭの初期値を含んでいる。中点の座標の初期値および磁界強度データＭの初期値は、例えば、位置検出装置１が適用される関節機構３００の構成に基づいて、関節機構３００を含む機器の出荷前に決定される。位置検出装置１の使用開始後における最初のオフセット変化検出処理では、オフセット変化検出部７３は、中点の座標および磁界強度データＭの代わりに、中点の座標の初期値および磁界強度データＭの初期値を用いてオフセットの変化を検出する。
【０１１８】
球体情報生成部８２による球体情報生成処理は、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚを用いた計算によって球体情報Ｓｓを生成する。球体情報Ｓｓは、近似球面を有する仮想の球体の中心座標および半径のデータを含む。仮想の球体の中心座標および半径は、例えば、４つの測定点と球面の方程式を用いて、４つの測定点を含む近似球面を決定することによって求めてもよい。あるいは、仮想の球体の中心座標および半径は、５つ以上の測定点と球面の方程式と最小二乗法とを用いて、５つ以上の測定点に最も近い近似球面を決定することによって求めてもよい。
【０１１９】
本実施の形態では、球体情報生成部８２は、通知信号Ｓｎを受信することができるように構成されていると共に、通知信号Ｓｎを受信したら球体情報生成処理を開始するように構成されている。言い換えると、オフセット変化検出部７３によるオフセット変化検出処理は、オフセットの変化を検出したら、通知信号Ｓｎを球体情報生成部８２に対して出力して、球体情報生成処理を開始させる。
【０１２０】
オフセット補正部８１によるオフセット補正処理は、球体情報生成処理が実行された後に、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚと、球体情報生成処理によって生成された球体情報Ｓｓのうちの中心座標のデータとを用いて、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのオフセットを補正して、第１ないし第３の補正後信号を生成し、位置情報生成部８４に対して出力する。
【０１２１】
なお、球体情報生成部８２は、位置検出装置１の使用開始後における最初のオフセット変化検出処理が実行される前に、球体情報生成処理を実行してもよい。あるいは、球体情報生成部８２は、初期球体情報を保持していてもよい。初期球体情報は、前記の仮想の球体の中心座標の初期値および半径の初期値のデータを含んでいる。中心座標の初期値および半径の初期値のデータは、例えば、位置検出装置１が適用される関節機構３００の構成に基づいて、関節機構３００を含む機器の出荷前に決定される。位置検出装置１の使用開始後における最初の球体情報生成処理が実行される前においては、オフセット補正部８１は、中心座標のデータの代わりに中心座標の初期値のデータを用いてオフセット補正処理を行ってもよい。
【０１２２】
なお、前述の中点の座標の初期値は、中心座標の初期値と同じ値であってもよい。同様に、前述の磁界強度データＭの初期値は、半径の初期値と同じ値であってもよい。
【０１２３】
位置情報生成部８４における位置情報生成処理は、第１ないし第３の補正後信号に基づいて、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置を表す位置情報を生成する。
【０１２４】
次に、最大線分抽出部７１による第１の処理について具体的に説明する。第１の処理では、複数のタイミングにおける複数の測定点を取得し、この複数の測定点の中から第１点と第２点を抽出する。以下、第１点と第２点を抽出する方法の例として、第１の方法、第２の方法および第３の方法について説明する。第１ないし第３の方法では、最大線分抽出部７１は、複数のタイミングにおける複数の測定点を時系列データとして取得する。
【０１２５】
始めに、図１３および図１４を参照して、第１の方法について説明する。図１３は、第１の方法を示すフローチャートである。図１４は、第１の方法を説明するための説明図である。なお、前述のように、複数の測定点は、近似球面上または近似球面の近傍に分布する。図１４では、便宜上、近似球面を、記号Ｓを付した円で表している。
【０１２６】
第１の方法では、まず、最初の測定点を第１点Ｐ１とし、次の測定点を第２点Ｐ２とする（ステップＳ１１）。次に、第１点Ｐ１と第２点Ｐ２の間の距離を算出し、この距離を最大距離ＭＤとする（ステップＳ１２）。次に、最新の測定点Ｐを取得する（ステップＳ１３）。次に、第１点Ｐ１と最新の測定点Ｐの間の距離を算出し、この距離を比較用距離Ｄとする（ステップＳ１４）。
【０１２７】
次に、比較用距離Ｄが最大距離ＭＤよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１５）。図１４は、比較用距離Ｄが最大距離ＭＤよりも大きい場合を示している。図１４に示したように、比較用距離Ｄが最大距離ＭＤよりも大きい場合（ＹＥＳ）には、最新の測定点Ｐを第２点Ｐ２とし（ステップＳ１６）、ステップＳ１２に戻る。
【０１２８】
比較用距離Ｄが最大距離ＭＤ以下の場合（ステップＳ１５におけるＮＯ）には、次に、最大距離ＭＤの最後の更新から所定時間以上経過しているか否かを判断する（ステップＳ１７）。最大距離ＭＤの最後の更新から所定時間以上経過している場合（ステップＳ１７におけるＹＥＳ）には、第１点Ｐ１と第２点Ｐ２を確定する（ステップＳ１８）。最大距離ＭＤの最後の更新から所定時間以上経過していない場合（ステップＳ１７におけるＮＯ）には、ステップＳ１３に戻る。
【０１２９】
ステップＳ１７においてＹＥＳの場合には、最大距離ＭＤが所定値以上であるか否かを判断するようにしてもよい。そして、最大距離ＭＤが所定値以上である場合にはステップＳ１８に進み、最大距離ＭＤが所定値未満の場合には、第１点Ｐ１と第２点Ｐ２を確定せずに、エラーである旨の通知を出力して、処理を終了してもよい。
【０１３０】
また、図１３に示した方法では、最大線分抽出部７１は、測定点Ｐを取得するたびに、測定点Ｐを第２点Ｐ２とするか否かを判断しているが、最大線分抽出部７１は、最初に所定の数の測定点Ｐを取得してから、取得した全ての測定点Ｐについて、順次、第２点Ｐ２とするか否かを判断してもよい。
【０１３１】
次に、図１５ないし図１８を参照して、第２の方法について説明する。図１５は、第２の方法を示すフローチャートである。図１６ないし図１８は、第２の方法を説明するための説明図である。なお、図１６ないし図１８では、図１４と同様に、便宜上、近似球面を、記号Ｓを付した円で表している。
【０１３２】
第２の方法では、まず、最初の測定点を第１点Ｐ１とし、次の測定点を第２点Ｐ２とする（ステップＳ２１）。次に、第１点Ｐ１と第２点Ｐ２の間の距離を算出し、この距離を最大距離ＭＤとする（ステップＳ２２）。次に、最新の測定点Ｐを取得する（ステップＳ２３）。次に、第１点Ｐ１と最新の測定点Ｐの間の距離を算出し、この距離を第１の比較用距離Ｄ１とすると共に、第２点Ｐ２と最新の測定点Ｐの間の距離を算出し、この距離を第２の比較用距離Ｄ２とする（ステップＳ２４）。
【０１３３】
次に、第１の比較用距離Ｄ１と第２の比較用距離Ｄ２の少なくとも一方が最大距離ＭＤよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２５）。図１６は、第１および第２の比較用距離Ｄ１，Ｄ２が、いずれも最大距離ＭＤよりも小さい場合を示している。図１７は、第１の比較用距離Ｄ１が最大距離ＭＤおよび第２の比較用距離Ｄ２よりも大きい場合を示している。図１８は、第２の比較用距離Ｄ２が最大距離ＭＤおよび第１の比較用距離Ｄ１よりも大きい場合を示している。
【０１３４】
図１７および図１８に示したように、第１の比較用距離Ｄ１と第２の比較用距離Ｄ２の少なくとも一方が最大距離ＭＤよりも大きい場合（ステップＳ２５におけるＹＥＳ）には、次に、第２の比較用距離Ｄ２が第１の比較用距離Ｄ１よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２６）。図１８に示したように、第２の比較用距離Ｄ２が第１の比較用距離Ｄ１よりも大きい場合（ステップＳ２６におけるＹＥＳ）には、最新の測定点Ｐを第１点Ｐ１とし（ステップＳ２７）、ステップＳ２２に戻る。図１７に示したように、第２の比較用距離Ｄ２が第１の比較用距離Ｄ１以下の場合（ステップＳ２６におけるＮＯ）には、最新の測定点Ｐを第２点Ｐ２とし（ステップＳ２８）、ステップＳ２２に戻る。
【０１３５】
図１６に示したように、第１および第２の比較用距離Ｄ１，Ｄ２が、いずれも最大距離ＭＤ以下の場合（ステップＳ２５におけるＮＯ）には、次に、最大距離ＭＤの最後の更新から所定時間以上経過しているか否かを判断する（ステップＳ２９）。最大距離ＭＤの最後の更新から所定時間以上経過している場合（ステップＳ２９におけるＹＥＳ）には、第１点Ｐ１と第２点Ｐ２を確定する（ステップＳ３０）。最大距離ＭＤの最後の更新から所定時間以上経過していない場合（ステップＳ２９におけるＮＯ）には、ステップＳ２３に戻る。
【０１３６】
ステップＳ２９においてＹＥＳの場合には、最大距離ＭＤが所定値以上であるか否かを判断するようにしてもよい。そして、最大距離ＭＤが所定値以上である場合にはステップＳ３０に進み、最大距離ＭＤが所定値未満の場合には、第１点Ｐ１と第２点Ｐ２を確定せずに、エラーである旨の通知を出力して、処理を終了してもよい。
【０１３７】
また、図１５に示した方法では、最大線分抽出部７１は、測定点Ｐを取得するたびに、測定点Ｐを第１点Ｐ１または第２点Ｐ２とするか否かを判断しているが、最大線分抽出部７１は、最初に所定の数の測定点Ｐを取得してから、取得した全ての測定点Ｐについて、順次、第１点Ｐ１または第２点Ｐ２とするか否かを判断してもよい。
【０１３８】
次に、第３の方法について説明する。第３の方法では、予め、仮想の球体の直径の候補を３つ以上決めておき、３つ以上の仮想の球体の直径の候補のいずれかに最も近く且つ最も長い線分を形成する２つの測定点を、第１点および第２点とする。以下、第１点および第２点が確定する前の最新の時点で、各直径の候補に最も近く且つ最も長い線分を形成する２つの測定点の各々を候補点と言い、２つの候補点を合わせて候補点対と言う。
【０１３９】
以下、仮想の球体の直径の候補を第１軸ないし第９軸とした例について説明する。第１軸ないし第９軸は、複数の測定点がプロットされる基準座標系を用いて以下のように定義される。以下の説明において、αは任意の実数である。第１軸は、直線上の点の座標が（α，０，０）と表される直線に平行な軸である。第２軸は、直線上の点の座標が（０，α，０）と表される直線に平行な軸である。第３軸は、直線上の点の座標が（０，０，α）と表される直線に平行な軸である。第４軸は、直線上の点の座標が（α，α，０）と表される直線に平行な軸である。第５軸は、直線上の点の座標が（α，−α，０）と表される直線に平行な軸である。第６軸は、直線上の点の座標が（０，α，α）と表される直線に平行な軸である。第７軸は、直線上の点の座標が（０，α，−α）と表される直線に平行な軸である。第８軸は、直線上の点の座標が（α，０，α）と表される直線に平行な軸である。第９軸は、直線上の点の座標が（−α，０，α）と表される直線に平行な軸である。
【０１４０】
以下、第１点および第２点が確定する前の最新の時点で、第１軸に最も近く且つ最も長い線分を形成する２つの候補点を候補点Ｐ１１，Ｐ１２と言い、候補点Ｐ１１，Ｐ１２を合わせて第１の候補点対と言う。候補点Ｐ１１は、複数の測定点のうち、第１の検出信号Ｓｘの値が最大となる測定点である。候補点Ｐ１２は、複数の測定点のうち、第１の検出信号Ｓｘの値が最小となる測定点である。
【０１４１】
また、第１点および第２点が確定する前の最新の時点で、第２軸に最も近く且つ最も長い線分を形成する２つの候補点を候補点Ｐ２１，Ｐ２２と言い、候補点Ｐ２１，Ｐ２２を合わせて第２の候補点対と言う。候補点Ｐ２１は、複数の測定点のうち、第２の検出信号Ｓｙの値が最大となる測定点である。候補点Ｐ２２は、複数の測定点のうち、第２の検出信号Ｓｙの値が最小となる測定点である。
【０１４２】
また、第１点および第２点が確定する前の最新の時点で、第３軸に最も近く且つ最も長い線分を形成する２つの候補点を候補点Ｐ３１，Ｐ３２と言い、候補点Ｐ３１，Ｐ３２を合わせて第３の候補点対と言う。候補点Ｐ３１は、複数の測定点のうち、第３の検出信号Ｓｚの値が最大となる測定点である。候補点Ｐ３２は、複数の測定点のうち、第３の検出信号Ｓｚの値が最小となる測定点である。
【０１４３】
また、第１点および第２点が確定する前の最新の時点で、第４軸に最も近く且つ最も長い線分を形成する２つの候補点を候補点Ｐ４１，Ｐ４２と言い、候補点Ｐ４１，Ｐ４２を合わせて第４の候補点対と言う。候補点Ｐ４１は、複数の測定点のうち、Ｓｘ＋Ｓｙの値が最大となる測定点である。候補点Ｐ４２は、複数の測定点のうち、Ｓｘ＋Ｓｙの値が最小となる測定点である。
【０１４４】
また、第１点および第２点が確定する前の最新の時点で、第５軸に最も近く且つ最も長い線分を形成する２つの候補点を候補点Ｐ５１，Ｐ５２と言い、候補点Ｐ５１，Ｐ５２を合わせて第５の候補点対と言う。候補点Ｐ５１は、複数の測定点のうち、Ｓｘ−Ｓｙの値が最大となる測定点である。候補点Ｐ５２は、複数の測定点のうち、Ｓｘ−Ｓｙの値が最小となる測定点である。
【０１４５】
また、第１点および第２点が確定する前の最新の時点で、第６軸に最も近く且つ最も長い線分を形成する２つの候補点を候補点Ｐ６１，Ｐ６２と言い、候補点Ｐ６１，Ｐ６２を合わせて第６の候補点対と言う。候補点Ｐ６１は、複数の測定点のうち、Ｓｙ＋Ｓｚの値が最大となる測定点である。候補点Ｐ６２は、複数の測定点のうち、Ｓｙ＋Ｓｚの値が最小となる測定点である。
【０１４６】
また、第１点および第２点が確定する前の最新の時点で、第７軸に最も近く且つ最も長い線分を形成する２つの候補点を候補点Ｐ７１，Ｐ７２と言い、候補点Ｐ７１，Ｐ７２を合わせて第７の候補点対と言う。候補点Ｐ７１は、複数の測定点のうち、Ｓｙ−Ｓｚの値が最大となる測定点である。候補点Ｐ７２は、複数の測定点のうち、Ｓｙ−Ｓｚの値が最小となる測定点である。
【０１４７】
また、第１点および第２点が確定する前の最新の時点で、第８軸に最も近く且つ最も長い線分を形成する２つの候補点を候補点Ｐ８１，Ｐ８２と言い、候補点Ｐ８１，Ｐ８２を合わせて第８の候補点対と言う。候補点Ｐ８１は、複数の測定点のうち、Ｓｚ＋Ｓｘの値が最大となる測定点である。候補点Ｐ８２は、複数の測定点のうち、Ｓｚ＋Ｓｘの値が最小となる測定点である。
【０１４８】
また、第１点および第２点が確定する前の最新の時点で、第９軸に最も近く且つ最も長い線分を形成する２つの候補点を候補点Ｐ９１，Ｐ９２と言い、候補点Ｐ９１，Ｐ９２を合わせて第９の候補点対と言う。候補点Ｐ９１は、複数の測定点のうち、Ｓｚ−Ｓｘの値が最大となる測定点である。候補点Ｐ９２は、複数の測定点のうち、Ｓｚ−Ｓｘの値が最小となる測定点である。
【０１４９】
次に、図１９を参照して、上述のように仮想の球体の直径の候補を第１軸ないし第９軸とした場合を例にとって、第３の方法について具体的に説明する。図１９は、第３の方法を示すフローチャートである。
【０１５０】
第３の方法では、まず、最初の測定点を１８個の候補点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ４１，Ｐ４２，Ｐ５１，Ｐ５２，Ｐ６１，Ｐ６２，Ｐ７１，Ｐ７２，Ｐ８１，Ｐ８２，Ｐ９１，Ｐ９２とする（ステップＳ３１）。次に、第１ないし第９の候補点対毎に、２つの候補点間の距離である２点間距離を求める（ステップＳ３２）。ステップＳ３２の実行時点では、第１ないし第９の候補点対の２点間距離は全て０である。１８個の候補点と第１ないし第９の候補点対毎の２点間距離は、更新されるまで、最大線分抽出部７１によって保持される。
【０１５１】
次に、最新の測定点を取得する（ステップＳ３３）。次に、最新の測定点と１８個の候補点とを比較して、最新の測定点が１つ以上の候補点に該当するか否かを判断する（ステップＳ３４）。この判断は、最新の測定点を、保持されている１８個の候補点と比較することによって行われる。最新の測定点が１つ以上の候補点に該当する場合（ＹＥＳ）には、該当する候補点を最新の測定点によって更新する（ステップＳ３５）。次に、更新された候補点を含む候補点対の２点間距離を更新し（ステップＳ３６）、ステップＳ３３に戻る。
【０１５２】
最新の測定点が１つ以上の候補点に該当しない場合（ステップＳ３４におけるＮＯ）には、次に、候補点の最後の更新から所定時間以上経過しているか否かを判断する（ステップＳ３７）。候補点の最後の更新から所定時間以上経過している場合（ステップＳ３７におけるＹＥＳ）には、最大の２点間距離を有する候補点対の２つの候補点を第１点Ｐ１と第２点Ｐ２とする（ステップＳ３８）。候補点の最後の更新から所定時間以上経過していない場合（ステップＳ３７におけるＮＯ）には、ステップＳ３３に戻る。
【０１５３】
ステップＳ３７においてＹＥＳの場合には、最大の２点間距離が所定値以上であるか否かを判断するようにしてもよい。そして、最大の２点間距離が所定値以上である場合にはステップＳ３８に進み、最大の２点間距離が所定値未満の場合には、第１点Ｐ１と第２点Ｐ２を確定せずに、エラーである旨の通知を出力して、処理を終了してもよい。
【０１５４】
また、図１９に示した方法では、最大線分抽出部７１は、測定点を取得するたびに、測定点が１つ以上の候補点に該当するか否かを判断しているが、最大線分抽出部７１は、最初に所定の数の測定点を取得してから、所定の数の測定点の中から１８個の候補点を抽出し、更に、最大の２点間距離を有する候補点対の２つの候補点を第１点Ｐ１と第２点Ｐ２としてもよい。
【０１５５】
次に、オフセット変化検出部７３によるオフセット変化検出処理について具体的に説明する。オフセット変化検出処理では、例えば、以下のようにしてオフセットが変化したと判断する。まず、あるタイミングにおける第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの値の組を取得することによって、前述の測定点（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）を得る。また、中点座標演算部７２によって保持されている中点の座標（ｍｘ，ｍｙ，ｍｚ）および磁界強度データＭを取得する。次に、判定値Ｄを求める。本実施の形態における判定値Ｄは、測定点（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）と中点の座標（ｍｘ，ｍｙ，ｍｚ）との間の距離と磁界強度データＭとの差である。判定値Ｄは、下記の式（５）で表される。
【０１５６】
Ｄ＝√（（Ｓｘ−ｍｘ）2＋（Ｓｙ−ｍｙ）2＋（Ｓｚ−ｍｚ）2）−Ｍ    …（５）
【０１５７】
次に、判定値Ｄの絶対値と、所定の閾値とを比較する。所定の閾値は、オフセットの変化を検出するための閾値である。オフセット変化検出処理では、判定値Ｄの絶対値が所定の閾値以上の場合に、オフセットが変化したと判断して、通知信号Ｓｎを出力する。
【０１５８】
オフセット変化検出部７３が第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの値の組を取得するタイミングは、第１のプロセッサ７のサンプリング周期と同期する。オフセット変化検出部７３は、オフセット変化検出部７３が第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの値の組を取得するたびに、オフセット変化検出処理を行ってもよい。この場合、第１のプロセッサ７のサンプリング周期を短くすると、オフセット変化検出処理の実行間隔も短くなる。
【０１５９】
次に、オフセット補正部８１によるオフセット補正処理と位置情報生成部８４による位置情報生成処理について具体的に説明する。以下の説明では、第１の補正後信号を記号ＣＳｘで表し、第２の補正後信号を記号ＣＳｙで表し、第３の補正後信号を記号ＣＳｚで表し、仮想の球体の中心座標を（ｃｘ，ｃｙ，ｃｚ）と表す。
【０１６０】
前述のように、基準座標系における磁界発生器２の位置は、所定の球面に沿って変化し、複数の測定点は、近似球面上または近似球面の近傍に分布する。また、所定の球面の中心は、第１の球面の中心すなわち基準位置と一致しているか、ほぼ一致している。従って、オフセットが生じていなければ、近似球面を有する仮想の球体の中心座標（ｃｘ，ｃｙ，ｃｚ）は、基準位置と一致するか、ほぼ一致する。しかし、オフセットが生じると、仮想の球体の中心座標（ｃｘ，ｃｙ，ｃｚ）は、基準位置からずれてしまう。
【０１６１】
基準座標系の原点は、基準位置であってもよい。この場合、オフセット補正処理は、例えば、球体情報生成処理において算出した仮想の球体の中心座標（ｃｘ，ｃｙ，ｃｚ）が基準座標系の原点（０，０，０）になるように、測定点（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）を点（Ｓｘ−ｃｘ，Ｓｙ−ｃｙ，Ｓｚ−ｃｚ）に変換する処理であってもよい。この場合、第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚは、それぞれ下記の式（６）〜（８）で表される。
【０１６２】
ＣＳｘ＝Ｓｘ−ｃｘ    …（６）
ＣＳｙ＝Ｓｙ−ｃｙ    …（７）
ＣＳｚ＝Ｓｚ−ｃｚ    …（８）
【０１６３】
基準座標系における点（ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚ）は、基準座標系における磁界発生器２の座標と対応関係を有している。位置情報生成処理は、例えば、点（ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚ）の各成分すなわち第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚを補正して、基準座標系における磁界発生器２の座標を求める処理であってもよい。第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚの補正は、例えば、基準座標系における原点から点（ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚ）までの距離が、磁気センサ装置４から磁界発生器２までの実際の距離と等しくなるように、第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚの各々に所定の補正係数を乗算することによって行われる。
【０１６４】
次に、図２０を参照して、第１の処理、第２の処理およびオフセット変化検出処理に関する第１のプロセッサ７の動作について説明する。図２０は、第１のプロセッサ７の動作を示すフローチャートである。図２０に示した動作では、まず、オフセット変化検出部７３が、前述のように、中点座標演算部７２によって保持されている推定球体情報を用いて、判定値Ｄを求める（ステップＳ４１）。
【０１６５】
オフセット変化検出部７３は、次に、判定値Ｄの絶対値が所定の閾値以上か否かを判断する（ステップＳ４２）。ステップＳ４２において判定値Ｄが所定の閾値以上ではない場合（ＮＯ）には、第１のプロセッサ７は、図２０に示した動作を終了するか否かを判断する（ステップＳ４３）。ステップＳ４３において終了すると判断された場合（ＹＥＳ）には、図２０に示した動作を終了する。図２０に示した動作は、例えば、終了を指示する信号が第１のプロセッサ７に入力されることによって終了する。ステップＳ４３において終了しないと判断された場合（ＮＯ）には、ステップＳ４１に戻る。ステップＳ４２において判定値Ｄが所定の閾値以上の場合（ＹＥＳ）には、オフセット変化検出部７３は、通知信号Ｓｎを出力すると共に、オフセット変化検出処理を停止する（ステップＳ４４）。
【０１６６】
図２０に示した動作では、次に、最大線分抽出部７１が、第１の処理を実行して、第１点と第２点を抽出する（ステップＳ４５）。次に、中点座標演算部７２が、第２の処理を実行して、第１点と第２点を結ぶ線分の中点の座標と磁界強度データＭを求めると共に、これらを推定球体情報として保持する（ステップＳ４６）。次に、オフセット変化検出部７３が、オフセット変化検出処理を再開し（ステップＳ４７）、ステップＳ４１に戻る。
【０１６７】
次に、図２１を参照して、球体情報Ｓｓの生成に関連する第２のプロセッサ８の動作について説明する。図２１は、球体情報Ｓｓの生成と送信に関連する第２のプロセッサ８の動作を示すフローチャートである。図２１に示した動作では、まず、球体情報生成部８２が、通知信号Ｓｎを受信したか否かを確認する（ステップＳ５１）。ステップＳ５１において通知信号Ｓｎを受信していない場合（ＮＯ）には、第２のプロセッサ８は、図２１に示した動作を終了するか否かを判断する（ステップＳ５２）。ステップＳ５２において終了すると判断された場合（ＹＥＳ）には、図２１に示した動作を終了する。図２１に示した動作は、例えば、終了を指示する信号が第２のプロセッサ８に入力されることによって終了する。ステップＳ５２において終了しないと判断された場合（ＮＯ）には、所定の時間経過後、再度、ステップＳ５１を実行する。
【０１６８】
ステップＳ５１において通知信号Ｓｎを受信した場合（ＹＥＳ）には、球体情報生成部８２は、球体情報Ｓｓを生成する（ステップＳ５３）。図２１に示した動作では、ステップＳ５３を実行したら、ステップＳ５１に戻る。
【０１６９】
以上説明したように、本実施の形態に係る信号処理回路５、位置検出装置１および磁気センサシステム３では、複数のタイミングにおける複数の測定点の中から、それらを結ぶ線分の長さが最大となる第１点と第２点を抽出する第１の処理と、第１の処理によって抽出された第１点と第２点を結ぶ線分の中点の座標を求める第２の処理が行われる。第１点と第２点を結ぶ線分の中点の座標は、仮想の球体の中心座標を推定した座標に相当する。
【０１７０】
ところで、仮想の球体の中心座標の算出方法としては、球体情報生成処理によって球体情報Ｓｓを生成する方法がある。前述のように、球体情報Ｓｓすなわち仮想の球体の中心座標および半径を求めるためには、例えば、球面の方程式を用いて近似球面を決定することが必要である。そのため、球体情報Ｓｓを生成する処理は、比較的複雑な演算が必要であり、ある程度時間を要する。
【０１７１】
これに対し、第１点と第２点を抽出する第１の処理と、第１点と第２点を結ぶ線分の中点の座標を求める第２の処理は、球体情報Ｓｓを生成する処理よりも簡単な演算を用いて実行することができる。従って、本実施の形態によれば、オフセット変化検出処理によって第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのオフセットの変化が検出された後に、比較的簡単な第１の処理と第２の処理を実行することにより、オフセット変化後の仮想の球体の中心座標を速やかに推定することができる。
【０１７２】
また、本実施の形態では、第２の処理は、更に、磁界強度データＭを求め、中点の座標と磁界強度データＭを推定球体情報として保持する。オフセット変化検出処理は、第２の処理によって保持されている推定球体情報を用いて行われる。従って、本実施の形態によれば、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのオフセットの変化が検出された後にオフセット変化検出処理を停止した場合に、比較的簡単な第１の処理と第２の処理を実行することにより、オフセット変化検出処理を速やかに再開することができる。
【０１７３】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。始めに、図２２を参照して、本実施の形態に係る信号処理回路５が第１の実施の形態と異なる点について説明する。図２２は、本実施の形態に係る磁気センサシステム３の構成を示す機能ブロック図である。
【０１７４】
本実施の形態に係る信号処理回路５は、第１の実施の形態で説明した第１の処理、第２の処理、オフセット変化検出処理、球体情報生成処理、オフセット補正処理および位置情報生成処理に加えて、球体情報受信・保持処理と、球体情報送信処理とを行う。信号処理回路５の第１のプロセッサ７は、第１の実施の形態で説明した最大線分抽出部７１、中点座標演算部７２およびオフセット変化検出部７３に加えて、球体情報受信・保持処理を行う球体情報受信・保持部７４を含んでいる。信号処理回路５の第２のプロセッサ８は、第１の実施の形態で説明したオフセット補正部８１、球体情報生成部８２および位置情報生成部８４に加えて、球体情報送信処理を行う球体情報送信部８３を含んでいる。
【０１７５】
球体情報受信・保持部７４および球体情報送信部８３は、それぞれ上述の処理を行う機能ブロックである。また、球体情報受信・保持処理と球体情報送信処理は、それぞれ、位置検出装置１の使用時に、繰り返し実行される。
【０１７６】
球体情報送信部８３による球体情報送信処理は、球体情報生成部８２による球体情報生成処理が実行された後に、球体情報生成処理によって生成された球体情報Ｓｓを球体情報受信・保持部７４に送信する。球体情報受信・保持部７４による球体情報受信・保持処理は、球体情報送信部８３から送信される球体情報Ｓｓを受信すると共に保持する。
【０１７７】
本実施の形態では、オフセット変化検出部７３によるオフセット変化検出処理は、中点座標演算部７２による第２の処理によって保持されている中点の座標および磁界強度データＭの組すなわち推定球体情報と、球体情報受信・保持部７４による球体情報受信・保持処理によって保持されている球体情報Ｓｓ、すなわち球体情報生成処理によって生成された球体情報Ｓｓのうちの一方を用いて行われる。
【０１７８】
第１の実施の形態で説明したように、球体情報生成部８２は、通知信号Ｓｎを受信することができるように構成されていると共に、通知信号Ｓｎを受信したら球体情報生成処理を開始するように構成されている。オフセット変化検出部７３によるオフセット変化検出処理は、オフセットの変化を検出したら、通知信号Ｓｎを球体情報生成部８２に対して出力して、球体情報生成処理を開始させる。球体情報生成部８２による球体情報生成処理は、通知信号Ｓｎを受信したら、最新の球体情報Ｓｓの生成を開始する。球体情報受信・保持部７４による球体情報受信・保持処理は、新しい球体情報Ｓｓを受信したら、保持している球体情報Ｓｓを更新する。
【０１７９】
なお、球体情報生成部８２が、第１の実施の形態で説明した初期球体情報を保持している場合、第１のプロセッサ７と第２のプロセッサ８では、位置検出装置１の使用開始後における最初の球体情報生成処理が実行される前に、以下のような初期処理を実行してもよい。この初期処理では、球体情報送信部８３は、初期球体情報を球体情報受信・保持部７４に送信する。球体情報受信・保持部７４は、初期球体情報を受信すると共に保持する。最初の球体情報生成処理が実行される前においては、オフセット変化検出部７３は、推定球体情報を用いてオフセットの変化を検出してもよいし、第１の実施の形態で説明した初期推定球体情報を用いてオフセットの変化を検出してもよいし、初期球体情報を用いてオフセットの変化を検出してもよい。
【０１８０】
以下、オフセット変化検出部７３によるオフセット変化検出処理について具体的に説明する。オフセット変化検出処理では、推定球体情報を用いる第１の場合と、球体情報Ｓｓを用いる第２の場合のいずれにおいても、第１の実施の形態におけるオフセット変化検出処理と同様に、判定値Ｄを求め、判定値Ｄの絶対値と、所定の閾値とを比較し、判定値Ｄの絶対値が所定の閾値以上の場合に、オフセットが変化したと判断して、通知信号Ｓｎを出力する。第１の場合における判定値Ｄの算出方法は、第１の実施の形態と同じである。すなわち、第１の場合における判定値Ｄは、前出の式（５）で表される。
【０１８１】
第２の場合における判定値Ｄは、以下のようにして求められる。まず、あるタイミングにおける第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの値の組を取得することによって、前述の測定点（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）を得る。また、球体情報受信・保持部７４によって保持されている球体情報Ｓｓを取得する。次に、測定点（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）と球体情報Ｓｓによる仮想の球体の中心座標（ｃｘ，ｃｙ，ｃｚ）との間の距離と、この距離と球体情報Ｓｓによる仮想の球体の半径ｒとの差を求める。この差が、第２の場合における判定値Ｄである。第２の場合における判定値Ｄは、下記の式（９）で表される。
【０１８２】
Ｄ＝√（（Ｓｘ−ｃｘ）2＋（Ｓｙ−ｃｙ）2＋（Ｓｚ−ｃｚ）2）−ｒ    …（９）
【０１８３】
次に、図２３を参照して、第１の処理、第２の処理、オフセット変化検出処理および球体情報受信・保持処理に関する第１のプロセッサ７の動作について説明する。図２３は、第１のプロセッサ７の動作を示すフローチャートである。
【０１８４】
図２３に示した動作では、まず、オフセット変化検出部７３が、球体情報受信・保持部７４が保持する球体情報Ｓｓの方が、中点座標演算部７２が保持する推定球体情報よりも新しいか否かを確認する（ステップＳ６１）。球体情報Ｓｓの方が新しい場合（ＹＥＳ）には、オフセット変化検出部７３は、球体情報Ｓｓを用いて、式（９）によって、判定値Ｄを求める（ステップＳ６２）。球体情報Ｓｓの方が新しくない場合（ＮＯ）には、オフセット変化検出部７３は、推定球体情報を用いて、式（５）によって、判定値Ｄを求める（ステップＳ６３）。
【０１８５】
なお、最初の球体情報生成処理が実行される前においては、球体情報受信・保持部７４は、球体情報Ｓｓを保持していないため、ステップＳ６３が実行される。中点座標演算部７２が初期推定球体情報を保持している場合、最初の球体情報生成処理が実行される前においては、ステップＳ６３の代わりに、オフセット変化検出部７３が初期推定球体情報を用いて判定値Ｄを求める処理が実行されてもよい。この場合、判定値Ｄは、式（５）における中点の座標および磁界強度データＭをそれぞれ中点の座標の初期値および磁界強度データＭの初期値に置き換えることによって求めることができる。あるいは、球体情報受信・保持部７４が初期球体情報を保持している場合、最初の球体情報生成処理が実行される前においては、ステップＳ６３の代わりに、オフセット変化検出部７３が初期球体情報を用いて判定値Ｄを求める処理が実行されてもよい。この場合、判定値Ｄは、式（９）における仮想の球体の中心座標および半径ｒをそれぞれ仮想の球体の中心座標の初期値および半径ｒの初期値に置き換えることによって求めることができる。
【０１８６】
図２３に示した動作では、ステップＳ６２の実行後またはステップＳ６３の実行後に、オフセット変化検出部７３が、判定値Ｄの絶対値が所定の閾値以上か否かを判断する（ステップＳ６４）。ステップＳ６４において判定値Ｄが所定の閾値以上ではない場合（ＮＯ）には、第１のプロセッサ７は、図２３に示した動作を終了するか否かを判断する（ステップＳ６５）。ステップＳ６５において終了すると判断された場合（ＹＥＳ）には、図２３に示した動作を終了する。図２３に示した動作は、例えば、終了を指示する信号が第１のプロセッサ７に入力されることによって終了する。ステップＳ６５において終了しないと判断された場合（ＮＯ）には、ステップＳ６１に戻る。ステップＳ６４において判定値Ｄが所定の閾値以上の場合（ＹＥＳ）には、オフセット変化検出部７３は、通知信号Ｓｎを出力すると共に、オフセット変化検出処理を停止する（ステップＳ６６）。
【０１８７】
図２３に示した動作では、次に、最大線分抽出部７１が、第１の処理を実行して、第１点と第２点を抽出する（ステップＳ６７）。次に、中点座標演算部７２が、第２の処理を実行して、第１点と第２点を結ぶ線分の中点の座標と磁界強度データＭを求めると共に、これらを推定球体情報として保持する（ステップＳ６８）。次に、オフセット変化検出部７３が、オフセット変化検出処理を再開し（ステップＳ６９）、ステップＳ６１に戻る。
【０１８８】
次に、図２４を参照して、球体情報Ｓｓの生成と送信に関連する第２のプロセッサ８の動作について説明する。図２４は、球体情報Ｓｓの生成と送信に関連する第２のプロセッサ８の動作を示すフローチャートである。図２４に示した動作では、まず、球体情報生成部８２が、通知信号Ｓｎを受信したか否かを確認する（ステップＳ７１）。ステップＳ７１において通知信号Ｓｎを受信していない場合（ＮＯ）には、第２のプロセッサ８は、図２４に示した動作を終了するか否かを判断する（ステップＳ７２）。ステップＳ７２において終了すると判断された場合（ＹＥＳ）には、図２４に示した動作を終了する。図２４に示した動作は、例えば、終了を指示する信号が第２のプロセッサ８に入力されることによって終了する。ステップＳ７２において終了しないと判断された場合（ＮＯ）には、所定の時間経過後、再度、ステップＳ７１を実行する。
【０１８９】
ステップＳ７１において通知信号Ｓｎを受信した場合（ＹＥＳ）には、球体情報生成部８２は、球体情報Ｓｓを生成する（ステップＳ７３）。次に、球体情報送信部８３が、球体情報Ｓｓを球体情報受信・保持部７４に送信する（ステップＳ７４）。図２４に示した動作では、ステップＳ７４を実行したら、ステップＳ７１に戻る。
【０１９０】
以上説明したように、本実施の形態では、オフセット変化検出処理は、第２の処理によって保持されている中点の座標および磁界強度データＭの組すなわち推定球体情報と、球体情報生成処理によって生成された球体情報Ｓｓのうちの一方を用いて行われる。中点の座標は、仮想の球体の中心座標を推定した座標に相当し、磁界強度データＭは、仮想の球体の半径を推定したデータに相当する。推定球体情報を用いる場合には、第１の実施の形態と同様に、オフセット変化検出処理を速やかに再開することができる。
【０１９１】
一方、球体情報生成処理によって生成された球体情報Ｓｓは、中点の座標および磁界強度データＭのような仮想の球体の中心座標および半径の推定値ではなく、仮想の球体の中心座標および半径そのものである。従って、本実施の形態によれば、球体情報生成処理によって生成された球体情報Ｓｓを用いてオフセット変化検出処理を行うことにより、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのオフセットの変化を精度よく検出することができる。
【０１９２】
また、本実施の形態では、オフセット変化検出処理は、球体情報生成処理を開始させてから所定時間以内に新しい球体情報Ｓｓが得られたときには、この新しい球体情報Ｓｓを用いて行われ、球体情報生成処理を開始させてから所定時間以内に新しい球体情報Ｓｓが得られなかったときには、推定球体情報を用いて行われる。これにより、本実施の形態によれば、オフセット変化検出処理を速やかに再開することができる。また、本実施の形態によれば、球体情報受信・保持部７４が、球体情報送信部８３から送信された球体情報Ｓｓを受信できなかった場合であっても、オフセット変化検出処理を再開することができる。
【０１９３】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１９４】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、最大線分抽出部７１、中点座標演算部７２、オフセット変化検出部７３および球体情報受信・保持部７４は、第２のプロセッサ８に設けられていてもよい。
【０１９５】
また、本発明の信号処理回路および磁気センサシステムは、磁気センサ装置に対する磁界発生器の相対的な位置を検出する場合に限らず、所定の磁界の中で回転可能に構成された磁気センサ装置の姿勢を検出する場合にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１９６】
１…位置検出装置、２…磁界発生器、３…磁気センサシステム、４…磁気センサ装置、５…信号処理回路、７…第１のプロセッサ、８…第２のプロセッサ、１０…第１の磁気センサ、２０…第２の磁気センサ、３０…第３の磁気センサ、７１…最大線分抽出部、７２…中点座標演算部、８１…オフセット補正部、８２…球体情報生成部、８４…位置情報生成部、２００…磁気センサ組立体、３００…関節機構。
【図１】
2020153664.tif 000003
【図２】
2020153664.tif 000004
【図３】
2020153664.tif 000005
【図４】
2020153664.tif 000006
【図５】
2020153664.tif 000007
【図６】
2020153664.tif 000008
【図７】
2020153664.tif 000009
【図８】
2020153664.tif 000010
【図９】
2020153664.tif 000011
【図１０】
2020153664.tif 000012
【図１１】
2020153664.tif 000013
【図１２】
2020153664.tif 000014
【図１３】
2020153664.tif 000015
【図１４】
2020153664.tif 000016
【図１５】
2020153664.tif 000017
【図１６】
2020153664.tif 000018
【図１７】
2020153664.tif 000019
【図１８】
2020153664.tif 000020
【図１９】
2020153664.tif 000021
【図２０】
2020153664.tif 000022
【図２１】
2020153664.tif 000023
【図２２】
2020153664.tif 000024
【図２３】
2020153664.tif 000025
【図２４】
2020153664.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月22日(2020.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置を含む関節機構の概略の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した関節機構の概略の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置における基準座標系を説明するための説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサシステムの構成を示す機能ブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における磁気センサ組立体を示す斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における磁気センサ装置を示す平面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における磁気センサ装置の構成を示す説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における磁気センサ装置の回路構成の一例を示す回路図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における磁気抵抗効果素子を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における１つの抵抗部の一部を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における磁界変換部と第３の磁気センサの構成を示す説明図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における第１ないし第３の磁気センサと軟磁性構造体のそれぞれの一部を示す断面図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態における第１点と第２点を抽出する第１の方法を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第１の実施の形態における第１点と第２点を抽出する第１の方法を説明するための説明図である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態における第１点と第２点を抽出する第２の方法を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第１の実施の形態における第１点と第２点を抽出する第２の方法を説明するための説明図である。
【図１７】本発明の第１の実施の形態における第１点と第２点を抽出する第２の方法を説明するための説明図である。
【図１８】本発明の第１の実施の形態における第１点と第２点を抽出する第２の方法を説明するための説明図である。
【図１９】本発明の第１の実施の形態における第１点と第２点を抽出する第３の方法を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の第１の実施の形態における第１のプロセッサの動作を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の第１の実施の形態における第２のプロセッサの動作を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサシステムの構成を示す機能ブロック図である。
【図２３】本発明の第２の実施の形態における第１のプロセッサの動作を示すフローチャートである。
【図２４】本発明の第２の実施の形態における第２のプロセッサの動作を示すフローチャートである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６７】
次に、図２１を参照して、球体情報Ｓｓの生成に関連する第２のプロセッサ８の動作について説明する。図２１は、球体情報Ｓｓの生成に関連する第２のプロセッサ８の動作を示すフローチャートである。図２１に示した動作では、まず、球体情報生成部８２が、通知信号Ｓｎを受信したか否かを確認する（ステップＳ５１）。ステップＳ５１において通知信号Ｓｎを受信していない場合（ＮＯ）には、第２のプロセッサ８は、図２１に示した動作を終了するか否かを判断する（ステップＳ５２）。ステップＳ５２において終了すると判断された場合（ＹＥＳ）には、図２１に示した動作を終了する。図２１に示した動作は、例えば、終了を指示する信号が第２のプロセッサ８に入力されることによって終了する。ステップＳ５２において終了しないと判断された場合（ＮＯ）には、所定の時間経過後、再度、ステップＳ５１を実行する。