(57)【要約】【課題】  地磁気などの磁気を検知する３軸のセンサを用い、磁気ベクトルの正確な回転動作と角速度を計算できる磁界検知装置を提供する。【解決手段】  磁気ベクトルを検知する３つの磁気センサからの検知出力に基づいて、磁気ベクトルの座標点を演算する。演算された座標点データのうちのＤ１，Ｄｎを基準座標点データとし、基準座標点データＤ１とＤｎを結ぶ直線を基準直線Ｌ１とする。基準座標点データのＤ１とＤｎとの間に得られた座標点データＤ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・から基準直線Ｌ１に垂線を下ろし、その垂線を算出用ベクトルＶ２，Ｖ３，Ｖ４，・・・とする。この算出用ベクトルの平均値を求め、求められた平均値ベクトルと２つの基準座標点データＤ１，Ｄｎを含む平面に座標点が移動する円弧軌跡の緯度線Ｈ１が存在すると推定する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交するＸ方向とＹ方向およびＺ方向が基準方向として決められた磁気検知部と、演算部とを有し、
前記磁気検知部に、Ｘ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＸ軸センサと、Ｙ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＹ軸センサ、およびＺ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＺ軸センサが搭載され、
前記演算部は、三次元座標上に前記極大値を半径とする球面を設定し、間欠的にサンプリングした複数の前記検知出力から求められる磁気ベクトルの向きを前記球面上の座標点として求め、所定の間隔を空けて得られた２つの基準座標点を結ぶ線を基準直線とし、２つの基準座標点の間に得られた複数の座標点のそれぞれを前記基準直線に垂直に降ろした算出用ベクトルを求め、複数の前記算出用ベクトルから代表ベクトルを求め、前記代表ベクトルと前記２つの基準座標点を含む平面を求めて、前記平面と前記球面との交線を座標点の移動軌跡とすることを特徴とする磁界検知装置。
【請求項２】
前記算出用ベクトルの全てまたは一部を平均した平均値ベクトルを求め、前記平均値ベクトルと前記２つの基準座標点を含む平面を求める請求項１記載の磁界検知装置。
【請求項３】
前記算出用ベクトルのうちの最大値ベクトルを求め、前記最大値ベクトルと前記２つの基準座標点を含む平面を求める請求項１記載の磁界検知装置。
【請求項４】
前記平面と前記球面との交線で描かれる円の中心と、前記球面の中心とを通る線を演算し、この線をその時点での磁気ベクトルの回転軸として求める請求項１ないし３のいずれかに記載の磁界検知装置。
【請求項５】
２つの座標点の前記回転軸を中心とする開き角度と、２つの前記座標点が得られる時間とから、その時点での前記磁気ベクトルの角速度を求める請求項４記載の磁界検知装置。
【請求項６】
複数の座標点の演算値をメモリに順に記憶し、メモリから順に引き出された値を使用してその時点での前記交線を求める請求項１ないし５のいずれかに記載の磁界検知装置。
【請求項７】
メモリに記憶された最新の値と、最新の値から所定サンプリング数または所定時間だけ遡った過去の値とから２つの基準座標点を求め、新たな値が得られる度に、２つの基準座標点を順次更新していく請求項６記載の磁界検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
直交する３方向のそれぞれに向けられた磁気センサで地磁気ベクトルなどの磁気ベクトルを検知する磁界検知装置に係り、特に磁気検知部に対して磁気ベクトルが三次元空間内で回動したときに、その回転軌跡を判別して、磁気ベクトルの回転運動を正確に知ることができる磁界検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに直交する３方向の磁界強度を検知する３軸の磁気センサを使用する磁界検知装置は、地磁気を検知する地磁気検知装置などとして使用される。
【０００３】
特許文献１に記載された磁気式ジャイロは、３軸直交座標上に配置された地磁気を検知する３軸磁気センサを有している。この磁気式ジャイロは、三次元空間内で回転させたときに、３軸の出力データを用いて異なる２時点間の差分ベクトルを求め、その差分ベクトルが予め決められたしきい値よりも小さくなるか否かを判定して、３軸のうちのどの軸を中心として回転しているのかを特定するというものである。
【０００４】
特許文献１に記載された磁気式ジャイロは、磁気センサの向きで決められた３軸のいずれの軸を中心として回転したときに、回転状態を検知することができるが、前記３軸以外の軸を中心として回転させたときには回転軸を認識できなくなり、どの回転平面内で回転しているのかを特定できなくなる。つまり、特許文献１に記載された１個の磁気式ジャイロだけで、三次元空間内の任意の軸を中心として回転させたときの角速度を検知できない。
【０００５】
特許文献２には、飛行機などに搭載される姿勢センサが開示されている。この姿勢センサは、地磁気検出装置を有しているとともに、負荷おもりとこの負荷おもりに作用する重力を検知する力検出装置が設けられている。飛行機などとともに姿勢センサが傾いたときに、力検出装置の検知出力により重力の方向に対する傾きを検出し、地磁気検出装置で得られる方位出力を、力検出装置で得られた傾き姿勢に関する情報を用いて修正するというものである。
【０００６】
特許文献２に記載された姿勢センサは、地磁気検出装置のみならず負荷おもりとこの負荷おもりに作用する重力を検知する力検出装置が設けられているために、装置が大きくまた重くなり、例えば携帯用の小型機器などに搭載することが難しい。
【０００７】
特許文献３に記載された３軸姿勢検出装置は、目的物体の姿勢を検出するものであるが、３方向の検出が可能な磁気センサと、３方向の検出が可能なジャイロセンサの双方が搭載されている。そのため、携帯用の小型機器などに搭載するのに適しておらず、また、磁気センサとジャイロセンサの双方を搭載しているため、消費電力が多くなる欠点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２２４６４２号公報
【特許文献２】特開平２−２３８３３６号公報
【特許文献３】特開平１１−２４８４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、直交する３軸の方向に向くセンサで地磁気ベクトルなどの磁気ベクトルを検知するものであり、磁気検知部に対して磁気ベクトルが傾いたときに、その回転運動などを高精度に検知することができる磁界検知装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、互いに直交するＸ方向とＹ方向およびＺ方向が基準方向として決められた磁気検知部と、演算部とを有し、
前記磁気検知部に、Ｘ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＸ軸センサと、Ｙ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＹ軸センサ、およびＺ方向が磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が極大値となるＺ軸センサが搭載され、
前記演算部は、三次元座標上に前記極大値を半径とする球面を設定し、間欠的にサンプリングした複数の前記検知出力から求められる磁気ベクトルの向きを前記球面上の座標点として求め、所定の間隔を空けて得られた２つの基準座標点を結ぶ線を基準直線とし、２つの基準座標点の間に得られた複数の座標点のそれぞれを前記基準直線に垂直に降ろした算出用ベクトルを求め、複数の前記算出用ベクトルから代表ベクトルを求め、前記代表ベクトルと前記２つの基準座標点を含む平面を求めて、前記平面と前記球面との交線を座標点の移動軌跡とすることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明は、Ｘ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサの検知出力によって特定される磁気ベクトルの情報を球面上の座標点として複数個取得し、座標点のベクトルを用いて計算することで、絶対空間内での磁気ベクトルの移動軌跡などを演算することができる。例えば、磁気検知部のＸ方向とＹ方向およびＺ方向が、空間内で傾いていても、絶対的な回転運動の検出が可能である。
【００１２】
本発明は、例えば、前記算出用ベクトルの全てまたは一部を平均した平均値ベクトルを求め、前記平均値ベクトルと前記２つの基準座標点を含む平面を求める。あるいは、前記算出用ベクトルのうちの最大値ベクトルを求め、前記最大値ベクトルと前記２つの基準座標点を含む平面を求める。
【００１３】
本発明は、前記平面と前記球面との交線で描かれる円の中心と、前記球面の中心とを通る線を演算し、この線をその時点での磁気ベクトルの回転軸として求めることができる。
【００１４】
さらに本発明は、２つの座標点の前記回転軸を中心とする開き角度と、２つの前記座標点が得られる時間とから、その時点での磁気ベクトルの角速度を求めることができる。
【００１５】
例えば、磁気検知部のＸ方向とＹ方向およびＺ方向が、空間内で傾いていても、空間内での磁気ベクトルの運動の角速度を正確に知ることができる。さらに、本発明は、算出された角速度を前記時間で微分して角加速度を求めることも可能である。
【００１６】
本発明は、複数の座標点の演算値をメモリに順に記憶し、メモリから順に引き出された値を使用してその時点での前記交線を求めるものである。
【００１７】
また本発明は、メモリに記憶された最新の値と、最新の値から所定サンプリング数または所定時間だけ遡った過去の値とから２つの基準座標点を求め、新たな値が得られる度に、２つの基準座標点を順次更新していくものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、直交する３軸方向に向けられたセンサの検知出力を用いて、磁気ベクトルの絶対的な方位や運動の角速度などを高精度に検知できる。
【００１９】
また３軸方向に向けられた磁気のセンサのみで構成されるため、小型化と薄型化ができ、消費電力も少ない磁界検知装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態の磁界検知装置の回路ブロック図、
【図２】図１に示す磁界検知装置に設けられた演算部の機能を説明するブロック図、
【図３】データバッファの処理動作を示す説明図、
【図４】地磁気検知部に設けられたＸ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサの説明図、
【図５】Ｚ軸が重力方向に向けられた状態での地磁気ベクトルの検知状態を示す三次元座標の説明図、
【図６】磁気検知部が任意の軸を中心として回転しているときの地磁気ベクトルの検知動作を示す三次元座標の説明図、
【図７】地磁気ベクトルの演算方法を説明する説明図、
【図８】地磁気ベクトルの演算方法を説明する説明図、
【図９】地磁気ベクトルの演算方法を説明する説明図、
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１に示す本発明の実施の形態の磁界検知装置１は、地磁気検知装置として使用されるものであり、磁気検知部２を有している。図４に示すように、磁気検知部２は、互いに直交する基準軸であるＸ軸とＹ軸およびＺ軸が固定軸として決められている。Ｘ軸とＹ軸およびＺ軸の交点が、基準原点Ｏである。磁界検知装置１は携帯用機器などに搭載されており、磁気検知部２は、Ｘ軸とＹ軸およびＺ軸の直交関係を維持したまま、空間内で自由に移動できる。
【００２２】
図４に示すように、磁気検知部２には、Ｘ軸センサ３がＸ軸に沿って固定され、Ｙ軸センサ４がＹ軸に沿って固定され、Ｚ軸センサがＺ軸に沿って固定されている。Ｘ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５は、いずれもＧＭＲ素子で構成されている。ＧＭＲ素子は、Ｎｉ−Ｃｏ合金やＮｉ−Ｆｅ合金で形成された軟磁性材料で形成された固定磁性層および自由磁性層と、固定磁性層と自由磁性層との間に挟まれた銅などの非磁性導電層とを有している。固定磁性層の下に反強磁性層が積層され、反強磁性層と固定磁性層との反強結合により、固定磁性層の磁化が固定されている。
【００２３】
Ｘ軸センサ３は、地磁気のＸ方向に向く成分を検知するものであり、固定磁性層の磁化の向きがＸ軸に沿うＰＸ方向に固定されている。自由磁性層の磁化の向きは地磁気の向きに反応する。自由磁性層の磁化の向きがＰＸ方向と平行になるとＸ軸センサ３の抵抗値が極小になり、自由磁性層の磁化の向きがＰＸ方向と逆向きになるとＸ軸センサ３の抵抗値が極大になる。また、自由磁性層の磁化の向きがＰＸ方向と直交すると、抵抗値が前記極大値と極小値との平均値となる。
【００２４】
図１に示す磁場データ検知部６では、Ｘ軸センサ３と固定抵抗とが直列に接続され、Ｘ軸センサ３と固定抵抗との直列回路に電圧が与えられており、Ｘ軸センサ３と固定抵抗との間の中点電圧がＸ軸の検知出力として取り出される。Ｘ軸センサ３にＸ方向に向く磁界が与えられていないとき、またはＰＸに対して直交する磁界が与えられているときに、Ｘ軸の検知出力が原点となる。
【００２５】
磁気検知部２の全体を傾け、Ｘ軸センサ３の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＸを地磁気ベクトルＶと同じ向きにするとＸ軸センサ３に与えられる磁界成分が極大値となる。このときのＸ軸の検知出力は、前記原点に対してプラス側の極大値となる。逆に、Ｘ軸センサ３の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＸを地磁気ベクトルＶと反対に向けると、Ｘ軸センサ３に与えられる逆向きの磁界成分が極大値となる。このときのＸ軸の検知出力は、前記原点に対してマイナス側の極大値となる。
【００２６】
Ｙ軸センサ４とＺ軸センサ５も、それぞれ固定抵抗とが直列に接続され、Ｙ軸センサ４またはＺ軸センサ５と固定抵抗との直列回路に電圧が与えられており、各センサと固定抵抗との間の中点電圧がＹ軸またはＺ軸の検知出力として取り出される。
【００２７】
Ｙ軸センサ４の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＹを地磁気ベクトルＶと同じ向きにすると、Ｙ軸の検知出力は、原点に対してプラス側の極大値になる。Ｙ軸センサ４の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＹを地磁気ベクトルＶと反対に向けると、Ｙ軸の検知出力は、原点に対してマイナス側の極大値となる。同様に、Ｚ軸センサ５の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＺを地磁気ベクトルＶと同じ向きにすると、Ｚ軸の検知出力は、原点に対してプラス側の極大値になる。Ｚ軸センサ５の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＹを地磁気ベクトルＶと反対に向けると、Ｚ軸の検知出力は、原点に対してマイナス側の極大値となる。
【００２８】
地磁気ベクトルＶの大きさが一定であれば、Ｘ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５からの検知出力は、いずれもプラス側の極大値の絶対値と、マイナス側の極大値の絶対値とが同じである。
【００２９】
Ｘ軸センサ３としては、地磁気ベクトルの向きによってプラス側の検知出力とマイナス側の検知出力が得られ、プラス側の検知出力の極大値とマイナス側の検知出力の極大値とで絶対値が同じになれば、ＧＭＲ素子以外の磁気センサで構成することもできる。例えば、Ｘ軸に沿ってプラス側の磁界強度のみを検知できるホール素子またはＭＲ素子と、マイナス側の磁界強度のみを検知できるホール素子またはＭＲ素子を組み合わせて、Ｘ軸センサ３として使用してもよい。これは、Ｙ軸センサ４とＺ軸センサ５においても同じである。
【００３０】
図１に示すように、磁場データ検知部６で検知されたＸ軸とＹ軸およびＺ軸の検知出力は、演算部１０に与えられる。演算部１０は、Ａ／Ｄ変換部とＣＰＵおよびクロック回路などから構成されている。演算部１０のクロック回路の計測時間に応じて、磁場データ検知部６で検知されたＸ軸とＹ軸およびＺ軸の検知出力が、短いサイクルで間欠的にサンプリングされて演算部１０に読み出される。それぞれの検知出力は、演算部内に設けられた前記Ａ／Ｄ変換部によってディジタル値に変換される。
【００３１】
演算部１０を構成するＣＰＵにはメモリ７が接続されている。メモリ７には、演算処理のためのソフトウエアがプログラミングされて格納されている。演算部１０の演算処理は前記ソフトウエアによって実行される。
【００３２】
図２に示すように、演算部１０は、ソフトウエアに基づいて複数段階の演算処理を行う。ディジタルデータに変換されたＸ軸の検知出力とＹ軸の検知出力およびＺ軸の検知出力は、主演算部１５で演算処理され、図５に示すＸ−Ｙ−Ｚの三次元座標上の座標点データＤに変換されて、データバッファ（バッファメモリ）１１に格納される。クロック回路と同期して短いサイクルでサンプリングされて演算された前記座標点データＤは、図３に示すデータバッファ１１の格納部１１ａに与えられる。座標点データＤが格納部１１ａに与えられる毎に、座標点データＤが格納部１１ａから１１ｍまで順に送り出され、最終段の格納部１１ｍの座標点データＤが捨てられる。磁界検知装置１が動作している間は、磁場データ検知部６から最新のデータが一定時間毎に読み出され続け、演算後の座標点データＤがデータバッファ１１に順番に格納されていく。
【００３３】
図５に示す三次元座標のＸ−Ｙ−Ｚの各軸は、磁界検知装置１に固定されて設定されており、図４に示すように、Ｘ軸センサ３はＸ軸に沿って固定され、Ｙ軸センサ４はＹ軸に沿って固定され、Ｚ軸センサ５はＺ軸に沿って固定されている。
【００３４】
図５に示すように、磁気検知部２が地球上のいずれかの場所に置かれると、磁気検知部２のＸ軸センサ３から検知出力ｘｂが得られ、Ｙ軸センサ４から検知出力ｙｂが得られ、Ｚ軸センサ５から検知出力ｚｂが得られる。図２に示す演算部１０の主演算部１５において、三次元の検知出力から座標点データＤ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）が演算される。座標点データＤ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）はサンプリング周期毎に次々と得られ、データバッファ１１に順に格納されていく。
【００３５】
この磁界検知装置１は、電源が投入された直後にキャリブレーションを行う必要がある。このキャリブレーションは、磁界検知装置１を搭載した携帯機器などを任意の方向へ数回だけ回転させることで行われる。主演算部１５では、キャリブレーションにおいて次々に得られる座標点データＤのいくつかをサンプリングする。少なくとも３個の座標点データＤを得ることで、その時点での座標点データＤの回転軌跡に一致する円を特定できる。この円が複数個求められ、それぞれの円の中心を通る中心線が求められ、さらに中心線の交点が演算される。主演算部１０では、キャリブレーションの結果として得られた前記交点が、Ｘ−Ｙ−Ｚの三次元座標の基準原点Ｏとなるように補正される。
【００３６】
キャリブレーションにより三次元座標の基準原点Ｏが得られると、その後の検知出力から演算される座標点データＤ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）は、三次元座標上の基準原点Ｏを中心とする球面Ｇ上の点として把握される。この球面Ｇの半径Ｒは、Ｘ軸センサ３、Ｙ軸センサ４、Ｚ軸センサ５の検知出力の極大値の絶対値に相当する。球面Ｇの半径Ｒは、そのときの測定場所によって相違し、検知される地磁気ベクトルＶの絶対値の大小に応じて球面Ｇの半径Ｒも変化する。
【００３７】
図５は、磁界検知装置１に設定されているＺ軸が重力方向に向けられている状態を示している。この場合、検知出力から得られる座標点データＤ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）と、三次元座標の基準原点Ｏを結ぶ線が地磁気ベクトルＶである。この状態で、磁界検知装置１をＺ軸を中心として（重力方向に向く軸を中心として）回転させると、次々とサンプリングされていく座標点データＤ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）が、Ｚ軸を中心とし且つＸ−Ｙ軸と平行な水平緯度線Ｈａに沿って移動する。
【００３８】
ここで、演算部１０において基準軸Ｚの方向が重力方向に向けられていることを認識していれば、水平緯度線ＨａとＺ軸との交点を中心とする複数の座標点データＤの開き角度と、サンプリング時間とから角速度を求めることが可能である。しかし、実際には、この磁界検知装置１およびこの磁界検知装置１を搭載している携帯用機器に、自らの姿勢を検知する検知装置が搭載されておらず、磁気検知装置１の装置内の基準座標であるＸ−Ｙ−Ｚの三次元座標がどの方向に向けられているのか認識できない。
【００３９】
そこで、図２に示す演算部１０では、次のソフトウエアを実行することで、磁気検知装置１を任意の軸を中心として回転させたときに、どの向きでどのような回転が行われているのかを演算できるようにしている。
【００４０】
図６には、磁界検知装置１が、Ｘ−Ｙ−Ｚ以外の任意の軸Ｓ０を中心として回転しているときに得られた座標点データＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎが示されている。この座標点データが得られている時点では、軸Ｓ０がどの向きであるか特定されておらず、座標点データＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎが移動する円の軌跡も特定できていない。
【００４１】
最新の座標点データＤ１は、図３に示すデータバッファ１１の格納部１１ａに格納され、座標点データＤ２，Ｄ３，・・・，Ｄｎは、格納部１１ｂ，１１ｃ，・・・に順に格納されている。
【００４２】
図２に示す演算部１０の回転平面計算部１２では、その時点での最新の座標点データＤ１と、それよりも過去に得られた座標点データＤｎを基準座標点データとして抽出し、基準座標点データＤ１と基準座標点データＤ２とを結ぶ基準直線Ｌ１を設定する。基準座標点データＤ１と基準座標点データＤｎの間隔は予め決められている。この間隔は、三次元座標上での基準直線Ｌ１の長さで規定されていてもよいし、所定のサンプリング数の前後の座標点データを基準座標点データとしてもよい。または、所定の時間で得られた２つの座標点データを基準座標点データとしてもよい。
【００４３】
基準座標点データＤ１と基準座標点データＤｎの間には複数の座標点データＤ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・が存在している。磁界検知装置１が軸Ｓ０を中心として回転していれば、基準座標点データは、軸Ｓ０を中心とする円弧軌跡である緯度線Ｈ１上に現れるはずであるが、実際には、磁界検知装置１を軸Ｓ０がぶれずに回転させることは困難であり、またＸ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５にノイズが重畳するため、座標点データＤ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・が必ずしも緯度線Ｈ１上を移動しない。
【００４４】
そこで、回転平面計算部１２では、基準座標点データＤ１と基準座標点データＤｎとの間に得られた複数の座標点データＤ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・のそれぞれから基準直線Ｌ１に延びる垂線を求め、この垂線と基準直線Ｌ１との交点から、それぞれの座標点データＤ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・に延びる算出用ベクトルＶ２，Ｖ３，Ｖ４，・・・を求める。
【００４５】
図９には、基準座標点データＤ１と基準座標点データＤｎとを結ぶ基準直線Ｌ１と、座標点データＤ４から基準直線Ｌ１に下ろした垂線Ｌｍと、基準直線Ｌ１と垂線Ｌｍとの交点Ｋが示されている。基準座標点データＤ１はＸ−Ｙ−Ｚの三次元座標において（ｘ１，ｙ１，ｚ１）で表され、基準座標点データＤｎは、（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）で表される。また座標点データＤ４は、（ｘ４，ｙ４，ｚ４）で表される。
【００４６】
基準直線Ｌ１の式、すなわち基準直線Ｌ１上の任意の点の座標（ｘｌ，ｙｌ，ｚｌ）は、Ｔを変数として、以下で表される。
【００４７】
ｘｌ＝ｘ１＋Ｔ×（ｘ１−ｘｎ）
ｙｌ＝ｙ１＋Ｔ×（ｙ１−ｙｎ）
ｚｌ＝ｚ１＋Ｔ×（ｚ１−ｚｎ）
【００４８】
基準直線Ｌ１上に位置する前記交点Ｋでの前記Ｔを固定値Ｔｋとすると、前記交点Ｋの座標（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）は、以下で表される。
【００４９】
ｘｋ＝ｘ１＋Ｔｋ×（ｘ１−ｘｎ）
ｙｋ＝ｙ１＋Ｔｋ×（ｙ１−ｙｎ）
ｚｋ＝ｚ１＋Ｔｋ×（ｚ１−ｚｎ）
【００５０】
次に、垂線Ｌｍの式、すなわち垂線Ｌｍ上の任意の点の座標（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）は、以下で表される。
【００５１】
ｘｍ＝｛ｘ１＋Ｔｋ×（ｘ１−ｘｎ）｝−ｘ４
ｙｍ＝｛ｙ１＋Ｔｋ×（ｙ１−ｙｎ）｝−ｙ４
ｚｍ＝｛ｚ１＋Ｔｋ×（ｚ１−ｚｎ）｝−ｚ４
【００５２】
基準直線Ｌ１と垂線Ｌｍが直交するための条件は、基準直線Ｌ１と垂線Ｌｍの内積演算がゼロとなることである。
【００５３】
〔｛ｘ１＋Ｔｋ×（ｘ１−ｘｎ）｝−ｘ４〕×（ｘ１−ｘｎ）＋〔｛ｙ１＋Ｔｋ×（ｙ１−ｙｎ）｝−ｙ４〕×（ｙ１−ｙｎ）＋〔｛ｚ１＋Ｔｋ×（ｚ１−ｚｎ）｝−ｚ４〕×（ｚ１−ｚｎ）＝０
【００５４】
上記内積演算でｔｋを演算することで、交点Ｋの座標（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）を求めることができ、算出用ベクトルＶ４を特定できる。同様にして他の算出用ベクトルＶ２，Ｖ３，Ｖ４，・・・を求めることができる。
【００５５】
図８は、基準直線Ｌ１の延長線上から、基準直線Ｌ１に沿ってそれぞれの算出用ベクトルＶ２，Ｖ３，Ｖ４，・・・を見たＶＩＩＩ矢視図である。図８に示すように、それぞれの算出用ベクトルＶ２，Ｖ３，Ｖ４，・・・には、ばらつきが生じている。そこで、回転平面計算部１２で、基準座標点データＤ１と基準座標点データＤｎとの間に得られる全ての算出用ベクトルＶ２，Ｖ３，Ｖ４，・・・の平均値を演算し、平均値ベクトルを代表ベクトルとする。図８では、平均値として演算された平均値ベクトルをＶａで示している。
【００５６】
２つの基準座標点データＤ１，Ｄ２と代表ベクトルである平均値ベクトルＶａとを含む平面と、三次元座標上の球面Ｇとの交線を求めると、その時点で地磁気ベクトルの座標点が移動している軌跡となる緯度線Ｈ１を推定することができる。そして、演算部１０に設けられた回転軸計算部１３で軸Ｓ０を推定することができる。例えば、推定された緯度線Ｈ１上の任意の２つの点を結ぶ円弧に垂直で且つ前記平面に含まれる垂線を求め、さらに緯度線Ｈ１上の他の任意の２つの点に関して同様にして垂線を求め、２つの垂線の交点を回転中心Ｏ１として推定する。推定された回転中心Ｏ１と、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標の基準原点Ｏとを結ぶ線が軸Ｓ０として推定される。
【００５７】
上記演算により、磁界検知装置１が任意の軸を中心として回転したときに、その軸Ｓ０を推定でき、現時点で磁界検知装置１がどのような運動をしているかを知ることができる。例えば、過去に得られた任意の座標点データ（例えばＤ３とＤ５）を使用し、この座標点データＤ３，Ｄ５の回転中心Ｏ１からの開き角度を求めることができる。さらに演算部１０の角速度計算部１４では、前記開き角度を、２つの座標点データＤ３，Ｄ５のサンプリング時間で微分することで、角速度を求めることが可能である。
【００５８】
演算部１０では、所定のサンプリング時間を経て新たな座標点データＤ１が次々に、データバッファ１１の格納部に与えられてくる。したがって、新たなデータバッファ１１が得られる度に、または所定のサンプリング数毎に、得られた座標点データを新たな基準座標点データＤ１とし、この基準座標点データＤ１を基準として過去の座標点データを選んで基準座標点データＤｎとし、同じ演算を行う。これにより、推定される緯度線Ｈ１と推定される軸Ｓ０とが順次更新されて行く。この更新を繰り返すことで、磁界検知装置１の回転運動を正確に把握でき、また常に正確な角速度を演算できるようになる。
【００５９】
なお、回転平面計算部１２で緯度線Ｈ１を推定する際に、２つの基準座標点データＤ１，Ｄｎの間に位置する全ての座標点データＤ２，Ｄ３，Ｄ４・・・から算出用ベクトルＶ２，Ｖ３，Ｖ４，・・・を演算するのではなく、座標点データＤ２，Ｄ３，Ｄ４・・・のうちのいずれかの数個を選択して、算出用ベクトルを算出してもよい。
【００６０】
また、代表ベクトルの決め方としては、２つの基準座標点データＤ１，Ｄｎの間に位置する全ての算出用ベクトルＶ２，Ｖ３，Ｖ４，・・・から平均値ベクトルを演算してこれを代表ベクトルとしてもよいし、２つの基準座標点データＤ１，Ｄｎの間に位置する全ての算出用ベクトルＶ２，Ｖ３，Ｖ４，・・・のいずれか数個を選択し、選択された演算用ベクトルの平均値を代表ベクトルとしてもよい。
【００６１】
この場合に、Ｖ２やＶ６のように絶対値の小さい算出用ベクトルを無視し、Ｖ４，Ｖ５のように絶対値が所定値以上の算出用ベクトルを抽出して平均ベクトルを求め、これを代表ベクトルとすると、代表ベクトルと２つの基準座標点データＤ１，Ｄｎとから実際の回転平面に近い平面を算出する確率を高くできる。
【００６２】
あるいは、全ての算出用ベクトルＶ２，Ｖ３，Ｖ４，・・・のうちの絶対値が最大である１つの算出用ベクトルを、代表ベクトルとして決めてもよい。この場合、平均値ベクトルを求める手法に比べて、推定された平面と実際の回転平面との間に誤差が生じる可能性があるが、角速度を演算するための中心軸を求める場合に、角速度の誤差をある程度の範囲に収めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の磁界検知装置は、重力加速度などの姿勢検知手段を設けなくても、３軸の磁気センサのみで、三次元の回転運動を特定して角速度を算出できる。よって、携帯用のゲーム装置やゲーム装置の入力装置に使用することができる。またロボットの腕や関節などの姿勢の変化を検知する検知部として使用することもできる。
【００６４】
さらに、本発明の磁界検知装置は、地磁気以外の外部磁界の磁気ベクトルの向きや動きを検知する装置として使用可能である。例えば磁気検知装置を固定し、外部の磁気ベクトルがどの方向からどのような運動で接近してきているかの検知も可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１  磁界検知装置
２  磁気検知部
３  Ｘ軸センサ
４  Ｙ軸センサ
５  Ｚ軸センサ
６  磁場データ検知部
７  メモリ
１０  演算部
１１  データバッファ
１２  回転平面計算部
１３  回転軸計算部
１４  角速度計算部
１５  主演算部
Ｄ１，Ｄｎ  基準座標点データ
Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・  座標点データ
Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，・・・  算出用ベクトル
Ｖａ  平均値ベクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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