(57)【要約】【課題】交流磁場を利用して連続的に測定ができ、かつ周波数の設定の自由度が大きく、しかも構成が簡単な位置姿勢検出システムを提供すること。【解決手段】Ｘｇ軸コイル電源群１ａとＸｇ軸コイル群１ｂとからなるＸｇ軸方向磁場発生部１は、指向性を有する交流磁場を少なくとも１つ発生する。Ｙｇ軸コイル電源群２ａとＹｇ軸コイル群２ｂとからなるＹｇ軸方向磁場発生部２は、Ｘｇ軸方向磁場発生部１とは異なる指向性で、かつＸｇ軸方向磁場発生部１が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも１つ発生する。磁場検出部１１は、Ｘｇ軸方向磁場発生部１とＹｇ軸方向磁場発生部２から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサ１０ａ,１０ｂ,１０ｃを有する。演算部４は、Ｘｇ軸方向磁場発生部１とＹｇ軸方向磁場発生部２と磁場検出部１１の方向関係を特定することで磁場検出部１１の位置情報と姿勢情報を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性を有する交流磁場を少なくとも１つ発生する第１の磁場発生部と、
該第１の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第１の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも１つ発生する第２の磁場発生部と、
前記第１及び第２の磁場発生部から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部と、
該磁場検出部により検出された磁場から、前記第１及び第２の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算部と
を備えたことを特徴とする位置姿勢検出システム。
【請求項２】
前記交流磁場は、異なる複数の周波数成分の位相関係が既知である磁場であることを特徴とする請求項１に記載の位置姿勢検出システム。
【請求項３】
前記第１の磁場発生部は、第１の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなり、前記第２の磁場発生部は、第２の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなり、
前記演算部は、前記第１及び第２の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置姿勢検出システム。
【請求項４】
前記演算部は、
前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、
該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、
該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記第１及び第２の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部と
を備えたことを特徴とする請求項３に記載の位置姿勢検出システム。
【請求項５】
前記第１の磁場発生部は、第１の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなり、前記第２の磁場発生部は、第２の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなり、
前記演算部は、前記第１及び第２の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値かを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置姿勢検出システム。
【請求項６】
前記演算部は、
前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、
該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、
該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記第１及び第２の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値かを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部と
を備えたことを特徴とする請求項５に記載の位置姿勢検出システム。
【請求項７】
前記第１及び第２の磁場発生部は、それぞれ磁場の発生方向を独立して変更できる磁場発生コイルからなり、
前記演算部は、前記各磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置姿勢検出システム。
【請求項８】
前記演算部は、
前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、
該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、
該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記各磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部と
を備えたことを特徴とする請求項７に記載の位置姿勢検出システム。
【請求項９】
指向性を有する交流磁場を少なくとも１つ発生する第１の磁場発生部による第１の磁場発生ステップと、
該第１の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第１の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも１つ発生する第２の磁場発生部による第２の磁場発生ステップと、
前記第１及び第２の磁場発生部から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部による磁場検出ステップと、
該磁場検出ステップにより検出された磁場から、前記第１及び第２の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算ステップと
を有することを特徴とする位置姿勢検出方法。
【請求項１０】
前記交流磁場は、異なる複数の周波数成分の位相関係が既知である磁場であることを特徴とする請求項９に記載の位置姿勢検出方法。
【請求項１１】
前記演算ステップは、
第１の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなる前記第１の磁場発生部及び、第２の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなる前記第２の磁場発生部における、前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする請求項９又は１０に記載の位置姿勢検出方法。
【請求項１２】
前記演算ステップは、
前記磁場検出ステップによる各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換ステップと、
該フーリエ変換ステップからの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生ステップから発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出ステップと、
該磁場ベクトル算出ステップからの出力信号に基づいて、前記第１及び第２の磁場発生ステップにおいて前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応するコイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出ステップと
を有することを特徴とする請求項１１に記載の位置姿勢検出方法。
【請求項１３】
前記演算ステップは、
第１の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなる前記第１の磁場発生部及び、第２の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなる前記第２の磁場発生部における、前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする請求項９又は１０に記載の位置姿勢検出方法。
【請求項１４】
前記演算ステップは、
前記磁場検出ステップによる各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換ステップと、
該フーリエ変換ステップからの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生ステップから発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出ステップと、
該磁場ベクトル算出ステップからの出力信号に基づいて、前記第１及び第２の磁場発生ステップにおいて前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値であるかを特定し、対応するコイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出ステップと
を有することを特徴とする請求項１３に記載の位置姿勢検出方法。
【請求項１５】
前記演算ステップは、
それぞれ磁場の発生方向を独立して変更できる磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする請求項９又は１０に記載の位置姿勢検出方法。
【請求項１６】
前記演算ステップは、
前記磁場検出ステップによる各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換ステップと、
該フーリエ変換ステップからの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生ステップから発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出ステップと、
該磁場ベクトル算出ステップからの出力信号に基づいて、前記各磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出ステップと
を有することを特徴とする請求項１５に記載の位置姿勢検出方法。
【請求項１７】
指向性を有する交流磁場を少なくとも１つ発生する第１の磁場発生部と、該第１の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第１の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも１つ発生する第２の磁場発生部とから発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部と、
該磁場検出部により検出された磁場から、前記第１及び第２の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算部と
を備えたことを特徴とする位置姿勢検出装置。
【請求項１８】
前記交流磁場は、異なる複数の周波数成分の位相関係が既知である磁場であることを特徴とする請求項１７に記載の位置姿勢検出装置。
【請求項１９】
前記演算部は、
第１の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなる前記第１の磁場発生部及び、第２の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなる前記第２の磁場発生部における、前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の位置姿勢検出装置。
【請求項２０】
前記演算部は、
前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、
該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、
該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記第１及び第２の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応するコイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部と
を備えたことを特徴とする請求項１９に記載の位置姿勢検出装置。
【請求項２１】
前記演算部は、
第１の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなる前記第１の磁場発生部及び、第２の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなる前記第２の磁場発生部における、前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の位置姿勢検出装置。
【請求項２２】
前記演算部は、
前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、
該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、
該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記第１及び第２の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値であるかを特定し、対応するコイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部と
を備えたことを特徴とする請求項２１に記載の位置姿勢検出装置。
【請求項２３】
前記演算部は、
それぞれ磁場の発生方向を独立して変更できる磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の位置姿勢検出装置。
【請求項２４】
前記演算部は、
前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、
該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、
該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記各磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部と
を備えたことを特徴とする請求項２３に記載の位置姿勢検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置姿勢検出システム及びその検出方法並びに位置姿勢検出装置に関し、より詳細には、交流磁場を利用して連続的に測定ができ、かつ周波数の設定の自由度が大きく、しかも構成が簡単な位置姿勢検出システム及びその検出方法並びに位置姿勢検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報端末の位置と姿勢を検出する位置姿勢検出システムのニーズが高まってきている。例えば、モーションキャプチャにおけるヘッドマウントディスプレイのような可動体の位置・姿勢を検出するための位置姿勢検出システムや、医療機器の分野において、挿入型の内視鏡やカプセル内視鏡のように目視できない場所にある情報端末の位置・姿勢を計測する位置姿勢検出システムなどが挙げられる。
【０００３】
これら情報端末の位置と姿勢を検出する方法として、交流磁場を利用する方法がある。そのとき、交流磁場の発生する向きと測定に利用される磁気センサの向きが問題となる。例えば、磁気センサに磁場が入射してくると出力信号が増大する方向（以下、磁気センサの正方向という）が、交流磁場の正方向と同方向である場合に測定する交流信号と、磁気センサの正方向が交流磁場の正方向と反対の向きである場合に測定する交流信号は、見かけ上は区別ができない。
【０００４】
図１２（ａ），（ｂ）は、磁気センサの正方向が正弦波状の交流磁場の入射方向に対して同方向の場合（図１２ａ））と反対方向の場合（図１２（ｂ））に測定された出力信号の様子を示す図である。図１２（ａ），（ｂ）共に、出力信号は正弦波となり、半波長分ずれた状態であるだけで、信号を適当な瞬間から連続的に取得している場合には交流磁場がどちらの方向から入射してきたか区別できない。従って、信号強度（振幅）だけを検出しても磁気センサの向きを判断し、振幅について正負の符号を持たせることはできない（符号とは、図１２（ａ）のように磁気センサの正方向が交流磁場の入射方向と同じであれば正の符号（＋）、図１２（ｂ）のように磁気センサの正方向が交流磁場の入射方向と反対であれば負の符号（−）と定義する）。すなわち、振幅の符号を手がかりに、磁気センサの向きを判断できない。
【０００５】
このような問題を解決するため、例えば、特許文献１では、発生コイルから正弦波Ａと正弦波Ｂを重ね合わせた磁場を発生させ、受信コイルで磁場を計測し、正弦波Ａと正弦波Ｂを周波数帯域ごとに分離し、それぞれの振幅を比較することで発生コイルが磁場を出力した方向と受信コイルの向きとを判断していた。
【０００６】
また、カプセル内視鏡の開発では、例えば、非特許文献１のように、発生コイルでの交流磁場を発生に同期させて、受信コイルで磁場を検出し、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；高速フーリエ変換）演算を施すことによって各周波数の信号強度（振幅）を検出し、また、信号検出時からＦＦＴ演算を施すまでのデータから位相を算出し、同じ時間を基準とすると磁気センサの向きと磁場の向きが同方向と反対方向の場合で位相がπずれていることから、検出した交流磁場の振幅の符号を決定していた。
【０００７】
また、特願２００７−３０８０３号においては、同期信号を必要としないように、コイルから位相関係が既知の複数の磁場を重ね合わせて発生させて、磁気センサが測定した信号をＦＦＴ演算することで、測定された複数の交流磁場の位相を求め、位相関係に応じて検出した交流磁場の振幅の符号を決定していた。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２１４９７９号公報
【非特許文献１】生体医工学  ４１−４，２３９／２４９（２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された方法では、正弦波Ａが正出力を行っている場合に同期して正弦波Ｂを発生させる間欠駆動という複雑な構成が必要である。また、受信コイルごとにそれぞれの周波数を分離するための帯域の決まったフィルタが必要であり、さらに正弦波Ａと正弦波Ｂに利用する周波数が１０倍以上異なっている必要もあり、周波数の設定の自由度が低いという問題があった。また、システム構成として、発生コイルが動く構成となっており、磁場を発生させるための電源を情報端末へ搭載せねばならず、最近の情報端末に必須な小型化と省電力を図りにくいという問題があった。
【００１０】
また、上述した非特許文献１に記載された方法では、同じ時間からの位相を検出するために、交流磁場（あるいは電流）の発生と同期して信号を測定しなければならず、そのためのトリガ（同期信号）又は参照信号を、発生する磁場毎に常に必要とし、構成が容易でなく、連続的な測定を行うことが難しいという問題があった。
【００１１】
また、特願２００７−３０８０３号に記載されたシステムだけでは、情報端末の方向の検出はできても、位置の検出まではできなかった。
【００１２】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、交流磁場を利用して連続的に測定ができ、かつ周波数の設定の自由度が大きく、しかも構成が簡単な位置姿勢検出システム及びその検出方法並びに位置姿勢検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、位置姿勢検出システムであって、指向性を有する交流磁場を少なくとも１つ発生する第１の磁場発生部と、該第１の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第１の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも１つ発生する第２の磁場発生部と、前記第１及び第２の磁場発生部から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部と、該磁場検出部により検出された磁場から、前記第１及び第２の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算部とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記交流磁場は、異なる複数の周波数成分の位相関係が既知である磁場であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１の磁場発生部は、第１の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなり、前記第２の磁場発生部は、第２の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなり、前記演算部は、前記第１及び第２の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記演算部は、前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記第１及び第２の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１の磁場発生部は、第１の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなり、前記第２の磁場発生部は、第２の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなり、前記演算部は、前記第１及び第２の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値かを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記演算部は、前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記第１及び第２の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値かを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１及び第２の磁場発生部は、それぞれ磁場の発生方向を独立して変更できる磁場発生コイルからなり、前記演算部は、前記各磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記演算部は、前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記各磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項９に記載の発明は、位置姿勢検出方法であって、指向性を有する交流磁場を少なくとも１つ発生する第１の磁場発生部による第１の磁場発生ステップと、該第１の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第１の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも１つ発生する第２の磁場発生部による第２の磁場発生ステップと、前記第１及び第２の磁場発生部から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部による磁場検出ステップと、該磁場検出ステップにより検出された磁場から、前記第１及び第２の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算ステップとを有することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記交流磁場は、異なる複数の周波数成分の位相関係が既知である磁場であることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の発明において、前記演算ステップは、第１の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなる前記第１の磁場発生部及び、第２の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなる前記第２の磁場発生部における、前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記演算ステップは、前記磁場検出ステップによる各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換ステップと、該フーリエ変換ステップからの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生ステップから発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出ステップと、該磁場ベクトル算出ステップからの出力信号に基づいて、前記第１及び第２の磁場発生ステップにおいて前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応するコイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出ステップとを有することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の発明において、前記演算ステップは、第１の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなる前記第１の磁場発生部及び、第２の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなる前記第２の磁場発生部における、前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、前記演算ステップは、前記磁場検出ステップによる各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換ステップと、該フーリエ変換ステップからの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生ステップから発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出ステップと、該磁場ベクトル算出ステップからの出力信号に基づいて、前記第１及び第２の磁場発生ステップにおいて前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値であるかを特定し、対応するコイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出ステップとを有することを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の発明において、前記演算ステップは、それぞれ磁場の発生方向を独立して変更できる磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の発明において、前記演算ステップは、前記磁場検出ステップによる各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換ステップと、該フーリエ変換ステップからの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生ステップからの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生ステップから発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出ステップと、該磁場ベクトル算出ステップからの出力信号に基づいて、前記各磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出ステップとを有することを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１７に記載の発明は、位置姿勢検出装置であって、指向性を有する交流磁場を少なくとも１つ発生する第１の磁場発生部と、該第１の磁場発生部とは異なる指向性で、かつ前記第１の磁場発生部が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも１つ発生する第２の磁場発生部とから発生する磁場を検出する多軸の磁気センサを有する磁場検出部と、該磁場検出部により検出された磁場から、前記第１及び第２の磁場発生部と前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する演算部とを備えたことを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の発明において、前記交流磁場は、異なる複数の周波数成分の位相関係が既知である磁場であることを特徴とする。
【００３１】
また、請求項１９に記載の発明は、請求項１７又は１８に記載の発明において、前記演算部は、第１の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなる前記第１の磁場発生部及び、第２の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなる前記第２の磁場発生部における、前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。
【００３２】
また、請求項２０に記載の発明は、請求項１９に記載の発明において、前記演算部は、前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記第１及び第２の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場の強度が最大であるかを特定し、対応するコイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部とを備えたことを特徴とする。
【００３３】
また、請求項２１に記載の発明は、請求項１７又は１８に記載の発明において、前記演算部は、第１の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなる前記第１の磁場発生部及び、第２の方向に指向性を有するように配置され、互いに異なる周波数の交流磁場を発生する複数の磁場発生コイルからなる前記第２の磁場発生部における、前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値であるかを特定し、対応する磁場発生コイルと前記磁場検出部との方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。
【００３４】
また、請求項２２に記載の発明は、請求項２１に記載の発明において、前記演算部は、前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記第１及び第２の磁場発生部において前記複数の磁場発生コイルのいずれから発生した磁場同士の角度が所定値であるかを特定し、対応するコイルと前記磁場検出部の方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部とを備えたことを特徴とする。
【００３５】
また、請求項２３に記載の発明は、請求項１７又は１８に記載の発明において、前記演算部は、それぞれ磁場の発生方向を独立して変更できる磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出することを特徴とする。
【００３６】
また、請求項２４に記載の発明は、請求項２３に記載の発明において、前記演算部は、前記磁場検出部の各軸の出力信号に基づいて、前記各軸における前記複数の周波数成分における位相と振幅を算出するフーリエ変換部と、該フーリエ変換部からの出力信号に基づいて、前記各軸の前記複数の周波数成分の位相関係から、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅について符号を算出するとともに、前記第１及び第２の磁場発生部からの磁場に基づく前記各軸の振幅と前記符号とから、前記第１及び第２の磁場発生部から発生された磁場に基づく向きと大きさを表す第１及び第２の磁場ベクトルを算出する磁場ベクトル算出部と、該磁場ベクトル算出部からの出力信号に基づいて、前記各磁場発生コイルから発生する磁場の強度が最大となるように前記磁場発生コイルの向きを変更させて、前記磁場検出部と前記磁場発生コイルの方向関係を特定することで、前記磁場検出部の位置情報と姿勢情報を算出する位置姿勢算出部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、異なる複数の周波数を持ち特定の方向に強い磁場を発生する指向性を有する磁場発生部を複数構成することで、情報端末に搭載された複数の磁気センサを有する磁場検出部によって検出された信号から、演算部において磁場検出部と複数の磁場発生部との方向関係を算出し、情報端末の位置と姿勢を検出することが可能となった。
【００３８】
また、交流磁場を利用して連続的に測定ができ、かつ、周波数の設定の自由度が大きく、しかも、構成が簡単な位置姿勢検出システムを提供することができる。また、同様に、その位置姿勢検出方法及び位置姿勢検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。  
［実施例１］
図１は、本発明の位置姿勢検出システムの実施例１を示す全体構成図で、図中符号１はＸｇ軸方向磁場発生部、１ａはＸｇ軸コイル電源群、１ｂはＸｇ軸コイル群、２はＹｇ軸方向磁場発生部、２ａはＹｇ軸コイル電源群、２ｂはＹｇ軸コイル群、３は磁場検出部１１を有する情報端末、４は演算部、５はデータ表示部を示している。なお、符号１０は方位角センサを示している。
【００４０】
右手系のＸｇＹｇＺｇ座標系が定義された空間があり、Ｘｇ軸方向磁場発生部１は、Ｘｇ軸方向へ、Ｙｇ軸方向磁場発生部２は、Ｙｇ軸方向へ磁場を発生する。Ｘｇ軸方向磁場発生部１は、Ｘｇ軸コイル電源群１ａとＸｇ軸コイル群１ｂとから構成されている。同様にＹｇ軸方向磁場発生部２は、Ｙｇ軸コイル電源群２ａとＹｇ軸コイル群２ｂとから構成されている。
【００４１】
Ｘｇ軸コイル群１ｂは、ＹｇＺｇ平面に平行な面上で、Ｘｇ軸方向に磁場を発生するよう等間隔に並べられた複数のコイルの集まりであり、Ｙｇ軸方向にｌ個並べられた列が、Ｚｇ軸方向にｎ列並べられている。Ｙｇ軸コイル群２ｂは、ＸｇＺｇ平面に平行な面上で、Ｙｇ軸方向に磁場を発生するよう等間隔に並べられた複数のコイルの集まりであり、Ｘｇ軸方向にｍ個並べられた列が、Ｚｇ軸方向にｎ列並べられている。なお、ｌ、ｍ、ｎは１以上の整数である。
【００４２】
Ｘｇ軸コイル群１ｂのＺｇ軸方向に並べられたｎ列の各列と、Ｙｇ軸コイル群２ｂのＺｇ軸方向に並べられたｎ列の各列は、ＸｇＹｇ平面に対して並行な同一平面上にある。また、Ｘｇ軸コイル群１ｂとＹｇ軸コイル群２ｂはともに、一方のコイル群が磁場を発生する空間に重ならないように配置されている。また、各コイルは、その磁場発生面の中心軸上において最も強い磁場を発生する。例えば、スパイラルコイルを利用するものとする。したがって、Ｘｇ軸コイル群１ｂはＸｇ軸の方向に、Ｙｇ軸コイル群２ｂはＹｇ軸の方向に強い磁場を発生する。
【００４３】
本発明の位置姿勢検出システムは、Ｘｇ軸方向磁場発生部１とＹｇ軸方向磁場発生部２と磁場検出部１１を有する情報端末３と演算部４とデータ表示部５とから構成されている。
【００４４】
Ｘｇ軸コイル電源群１ａとＸｇ軸コイル群１ｂとからなるＸｇ軸方向磁場発生部（第１の磁場発生部）１は、指向性を有する交流磁場を少なくとも１つ発生するものである。また、Ｙｇ軸コイル電源群２ａとＹｇ軸コイル群２ｂとからなるＹｇ軸方向磁場発生部（第２の磁場発生部）２は、Ｘｇ軸方向磁場発生部１とは異なる指向性で、かつＸｇ軸方向磁場発生部１が発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも１つ発生するものである。
【００４５】
また、情報端末３内の磁場検出部１１は、Ｘｇ軸方向磁場発生部１とＹｇ軸方向磁場発生部２から発生する磁場を検出する多軸の磁気センサ１０ａ,１０ｂ,１０ｃを有するものである。また、演算部４は、検出された磁場から、Ｘｇ軸方向磁場発生部１とＹｇ軸方向磁場発生部２と磁場検出部１１の方向関係を特定することで磁場検出部１１の位置情報と姿勢情報を算出するものである。
【００４６】
図２は、あるＺｇ座標（Ｚｇ＝Ｚkとする平面）におけるＸｇ軸コイル群１ｂ、Ｙｇ軸コイル群２ｂの配置と情報端末３の配置の説明図である。
【００４７】
Ｘｇ軸コイル群１ｂは、コイルＸ1からコイルＸlまでｌ個のコイルがＹｇ軸に平行に等間隔にＸｇ軸の方向に磁場を発生するよう並んでいる。同様に、Ｙｇ軸コイル群２ｂもコイルＹ1からコイルＹmまでのｍ個がＸｇ軸に平行に等間隔にＹｇ軸の方向に磁場を発生するように並んでいる。
【００４８】
このような配置により、各軸コイル群の各コイルの中心軸同士の交差する点でＺｇ＝ＺkにおけるＸｇＹｇ座標を形成している。そして、これらのコイルと同じ配置を持った平面がＺｇ軸方向にｎ面形成されることで、ｌ×ｍ×ｎ個の座標を持つＸｇＹｇＺｇ座標空間が形成されている。
【００４９】
図２において、情報端末３は、コイルＸiとコイルＹjの中心軸上の交差点に配置されている。この場合、位置座標は（Ｘi，Ｙj，Ｚk）である。以下の本実施例の説明については、Ｚｇ＝Ｚkの平面に情報端末３があるとして説明を行う。
【００５０】
Ｘｇ軸コイル電源群１ａは、それらのコイルの一つ一つに異なる２つの周波数をもつ交流電流を供給できる複数の電源の集まりである。Ｙｇ軸コイル電源群２ａも同様である。各電源からの交流電流（又は電圧）は、第１と第２の周波数の角周波数が、ある偶奇が異なる正の整数Ｍ、Ｎを用いて、それぞれＭω、Ｎωと表されるものとする（最小の整数比として周波数比がＭ：Ｎである）。例えばＭ＝１、Ｎ＝２である。
【００５１】
そして、これら２つの周波数は、電源毎にすべて異なっている。そして、各コイルに上述のように異なる２つの周波数の交流電流を各電源から供給することで磁場を発生でき、各コイルから発生した磁場は、各電源から供給された交流電流の周波数成分を持ち、その周波数成分はそれぞれ異なっている。
【００５２】
そして、Ｘｇ軸コイル群１ｂの各コイルから発生する磁場の大きさは、コイルから測定する位置までの距離が同じであればすべて等しい。Ｙｇ軸コイル群２ｂの各コイルから発生する磁場についても同様である。各コイルからの磁場の各周波数成分の位相関係は既知であり、例えば、第１と第２の周波数成分の位相Θ，Φは次のように表されるものとする。  
Θ＝Ｍωｔ＋Ωθ  ・・・（１）
Φ＝Ｎωｔ＋Ωφ  ・・・（２）
（第１の周波数成分、第２の周波数成分ともに時間ｔ＝０においてそれぞれΩθ、Ωφであるとする）。
【００５３】
情報端末３は、磁場検出部（方位角センサ１０とデータ送信部１６；後述する図４参照）１１を有し、Ｘｇ軸方向磁場発生部１とＹｇ軸方向磁場発生部２からの磁場を検出できる空間内に配置されている。
【００５４】
情報端末３の内部には、上記の各コイルから発生された磁場を検出する磁場検出部１１が搭載されており、この方位角センサ１０には、互いに直交した面を向いた３軸の磁気センサであるｘ軸磁気センサ１０ａとｙ軸磁気センサ１０ｂとｚ軸磁気センサ１０ｃが搭載されている。
【００５５】
この磁気センサ１０ａ〜１０ｃは、ホール素子，ＭＲ素子，ＧＭＲ素子，ＭＩ素子などの半導体型の磁気センサである。また、データ送信部１６は、方位角センサ１０内の３軸の磁気センサ１０ａ〜１０ｃが検出した磁場をデジタル信号へと変換した磁気データを、情報端末３の外部の演算部４内のデータ受信部１７へと送信することができる。なお、図１では、情報端末３のデータ送信部１６から磁気データを無線で演算部４へと送信する様子が描かれている（鉤型の点線矢印が無線で送信される磁気データを表している）。
【００５６】
用途によっては、必ずしも無線である必要はなく、情報端末３と演算部４を有線で接続し、データの送受信を行っても良い。また、演算部４も情報端末３の外部に描かれているが、演算部４を情報端末３の内部に搭載して、演算部４のデータを情報端末３の外部のデータ表示部５とやり取りしても良い。この際、用途に応じて無線でも有線でも構わない。なお、情報端末３とは、利用者が何らかの情報を得ることのできる部分や部位を意味し、例えば、携帯電話，ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ；パーソナルデジタルアシスタント），カプセル内視鏡，内視鏡，ゲーム機など多様なものを意味している。また、演算部４は、例えば、携帯電話、ＰＤＡ、ゲーム機向け、あるいはカプセル内視鏡、内視鏡向けの計測器またはＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ；パーソナルコンピューター）内のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ；中央演算処理装置）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；デジタルシグナルプロセッサ）、マイクロコンピューターなどに、メモリやハードディスクのような記憶装置や、外部との通信機能などを利用して構成する。また、データ表示部５は、演算部４からの出力信号を利用者へ表示する機能を有する部分で、例えば、上述した携帯電話、ＰＤＡ、ゲーム機、計測器、ＰＣ用のディスプレイを利用して構成する。
【００５７】
図３は、情報端末３の座標系についての説明図である。情報端末３の長手方向をｘ軸、短手方向をｙ軸とし、ｘ軸とｙ軸に垂直なｚ軸で、右手系の座標系ｘｙｚ座標系（端末座標系と呼ぶ）を定義する。また、情報端末３に搭載された方位角センサ１０が有する互いに直交な３軸の磁気センサ１０ａ〜１０ｃの方向は、それぞれｘｙｚ座標系を構成する各軸の方向と一致しているものとする。すなわち、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸の磁気センサ１０ａ〜１０ｃがあり、それぞれの出力の増大方向（正方向）がｘｙｚ座標系の各軸の正方向の向きである。
【００５８】
図４は、本発明の位置姿勢検出システムにおける実施例１の位置姿勢検出装置の具体的な構成ブロック図である。この位置姿勢検出装置は、磁場検出部１１と演算部４とから構成され、この演算部４は、データ受信部１７とフーリエ変換部１８と磁場ベクトル算出部１９と位置姿勢算出部２０を備えている。磁場検出部１１は、上述したように方位角センサ１０とデータ送信部１６とから構成されている。
【００５９】
この方位角センサ１０は、ｘ軸磁気センサ１０ａとｙ軸磁気センサ１０ｂとｚ軸磁気センサ１０ｃとの３軸の磁気センサと、この３軸の磁気センサを選択して選択された軸の磁気センサからの出力信号を取得するマルチプレクサ部１２と、このマルチプレクサ部１２を介して磁気センサを駆動する磁気センサ駆動部１３と、マルチプレクサ部１２からの出力信号を増幅する信号増幅部１４と、この信号増幅部１４からの増幅信号をＡ／Ｄ変換しデータ送信部１６へ出力するＡ／Ｄ変換部１５とから構成されている。データ送信部１６は、Ａ／Ｄ変換部１５で変換された信号を演算部４に送信する。
【００６０】
このような構成により、磁気センサ駆動部１３は、マルチプレクサ部１２を介して磁気センサ１０ａ〜１０ｃを駆動する。マルチプレクサ部１２は、測定する軸の磁気センサを選択する。選択された軸の磁気センサの信号は、信号増幅部１４において適切な大きさに増幅され、Ａ／Ｄ変換部１５においてアナログ信号からデジタル信号へと変換される。デジタル化された信号は、データ送信部１６から磁気データとして演算部４へと送信される。
【００６１】
演算部４において、データ受信部１７は、磁場検出部１１のデータ送信部１６からの磁気データを受信し、フーリエ変換部１８へと送る。フーリエ変換部１８は、データ受信部１７から所望量（例えば、１２８Ｈｚのサンプリング周波数で測定を行う場合、１Ｈｚの周波数分解能が必要であれば１２８個のデータ量となる）の３軸の磁気センサからの磁気データを取得した後に、それらに対しＦＦＴ演算を実行し、各コイルから発生する交流磁場の各周波数成分（それぞれ角周波数成分が、ＭωとＮω）における、各軸の磁気センサが測定した信号強度（振幅）と位相を算出し、磁場ベクトル算出部１９へと送る。
【００６２】
磁場ベクトル算出部１９は、フーリエ変換部１８からの各軸の磁気センサが測定した各周波数成分における振幅と位相から、特願２００７−３０８０３号に記載の方法によって、各コイルからの磁場ベクトルを算出する。ここで、磁場ベクトル算出部１９において磁場ベクトルを算出する過程について簡単に説明を行う。ここではコイルＸiからの磁場ベクトルｍxiの算出だけについて説明する。
【００６３】
上述した（式１）、（式２）のように、コイルＸiからの発生磁場Ｂxiは、位相がΘ，Φと表せるような第１と第２の周波数成分、ＭωとＮωをもっているとする。ｘ軸の磁気センサから測定された所望量の磁気データがＦＦＴ演算され、それらの周波数成分における振幅と位相を、Ａ＿ｘ（Ｍω）、θ＿ｘ（Ｍω）、φ＿ｘ（Ｎω）（ここで、振幅は第１の周波数成分だけでよい）とすると、振幅の符号（ｘ軸センサの正方向とＢxiの正方向との関係を表す）が以下のようにして決定できる。
【００６４】
まず、振幅の符号を判定するための数値η＿ｘ（符号判定値）が次式で定義される。
η＿ｘ＝Ｍ×φ＿ｘ（Ｎω）−Ｎ×θ＿ｘ（Ｍω）（但し、０≦η＿ｘ＜２π）・・・（式３）
磁気センサの正方向と、発生磁場の正方向が一致している場合、
θ＿ｘ（Ｍω）＝Ｍωｔ＋Ωθ−２πｐ・・・（式４）
φ＿ｘ（Ｎω）＝Ｎωｔ＋Ωφ−２πｑ・・・（式５）
（但し、ｐ、ｑは０≦θ＿ｘ（Ｍω），φ＿ｘ（Ｎω）＜２πにするための整数）となり、（式３）から
η＿ｘ＝（ＭΩθ−ＮΩφ）＋２π（Ｎｐ−Ｍｑ）−２πν・・・（式６）
となる（但し、νは０≦η＿ｘ＜２πにするための整数）。
【００６５】
一方、磁気センサの正方向と、発生磁場の正方向が一致していない場合、
θ＿ｘ（Ｍω）＝Ｍωｔ＋Ωθ＋π−２πｐ’  ・・・（式７）
φ＿ｘ（Ｎω）＝Ｎωｔ＋Ωφ＋π−２πｑ’  ・・・（式８）
（但し、ｐ’、ｑ’は０≦θ＿ｘ（Ｍω），φ＿ｘ（Ｎω）＜２πにするための整数）となるので、
η＿ｘ＝（ＭΩθ−ＮΩφ）＋π（Ｍ−Ｎ）＋２π（Ｎｐ’−Ｍｑ’）−２πν’・・・（式９）
となる（但し、ν’は０≦η＿ｘ＜２πにするための整数）。（式６）と（式９）の振幅符号判定値は、π（Ｍ−Ｎ）分異なっている。このことから、磁気センサの正方向と発生磁場の正方向の関係が判断できる。
【００６６】
ここで、ＭΩθ−ＮΩφ＝π／２とし、Ｍ、Ｎが互いに偶奇の異なる正の整数であれば、ｘ軸の磁気センサが測定したＢxiの振幅Ａ＿ｘ（Ｍω）は、正負の符号がついた振幅、
Ａ＿ｘ’（Ｍω）＝Ａ＿ｘ（Ｍω）×Ｓｉｇｎ（Ｓｉｎ（η＿ｘ））・・・（式１０）
として算出される（但し、Ｓｉｇｎ（ｋ）はｋの符号を表し、−１又は＋１となる）。なお、η＿ｘによって適切な符号が算出できるようにＳｉｇｎ関数を決めておけば、ＭΩθ−ＮΩφ＝π／２でなくても良い。
【００６７】
同様な方法で、磁場Ｂxiを、ｙ軸、ｚ軸の磁気センサが検出する符号付き振幅を求め、それらをＡ＿ｙ’（Ｍω）、Ａ＿ｚ’（Ｍω）とすると、３軸の磁気センサを有する方位角センサ１０が測定した位置におけるＢxiの大きさと向きを表す磁場ベクトルｍxiとして求めることができる。すなわち、
ｍxi＝（Ａ＿ｘ’（Ｍω），Ａ＿ｙ’（Ｍω），Ａ＿ｚ’（Ｍω））T・・・（式１１）
（ＡTはＡの転置を表す）。同様に、その他の各コイルからの磁場についても磁場ベクトルを算出することができる。
【００６８】
コイルＸ1〜コイルＸlらの磁場ベクトルをｍx1、ｍx2、…ｍxlコイルＹ1〜コイルＹmらの磁場ベクトルをｍy1、ｍy2、…ｍymする。そして、これらの磁場ベクトルは位置姿勢算出部２０へと出力される。これらの磁場ベクトルは端末座標系でのベクトルとして表現したものとなっている。
【００６９】
位置姿勢算出部２０では、以下のようにして磁場ベクトル算出部１９からの磁場ベクトルから位置と姿勢を表す位置データ（位置情報）と姿勢データ（姿勢情報）を算出する。
【００７０】
情報端末３がＸｇ軸座標Ｘiにある場合、測定されるＸｇ軸コイル群１ｂからの磁場ベクトルでは、ｍxi-1、ｍxiとｍxi+1がその他のコイルからの磁場ベクトルの大きさよりも大きく、ｍxiが最大の大きさを持つ。｜ｍxi｜（｜ｘ｜はｘの絶対値を表す）が最大のとき、
Ｒi-1,i＝｜ｍxi-1｜／｜ｍxi｜・・・（式１２）
Ｒi+1,i＝｜ｍxi+1｜／｜ｍxi｜・・・（式１３）
として、
Ｒi-1,i＝Ｒi+1,i・・・（式１４）
ならば、コイルＸiの中心軸上であるＸｇ座標Ｘiと判定できる。また、Ｒi-1,i＜Ｒi+1,iであれば、コイルＸiからコイルＸi+1の間である。Ｒi-1,i＞Ｒi+1,iであれば、コイルＸi-1からコイルＸiの間である。或いは、（式１４）の関係からずれている場合、ある閾値Ｒthを決めて、
１−Ｒth＜Ｒi-1,i／Ｒi+1,i＜１＋Ｒth・・・（式１５）
の関係に収まっている場合に、Ｘｇ座標をＸiと判断しても良い。つまり、各コイル群から大きさが最大となる磁場ベクトルｍxiを検出し、その大きさと一つ隣のコイルからの磁場の大きさとの比を利用して、Ｘｇ軸コイル群１ｂに対しての情報端末３の位置座標を検出できる。また、その最大の大きさの磁場ベクトルｍxiを発生しているコイルＸiは、Ｘｇ軸コイル群１ｂのうち情報端末３から最短の距離の方向にあるものである。同様な方法で、Ｙｇ軸コイル群２ｂに対して大きさが最大となる磁場ベクトルｍyjを検出し、Ｙｇ座標Ｙjを検出できる。なお、Ｚｇ軸座標については、Ｘｇ軸コイル群１ｂからの磁場ベクトルで位置座標を決定する際に、どの列のコイルであることがわかるので、Ｚｇ座標Ｚk検出はできている。このようにして、情報端末３の位置データ（Ｘi，Ｙj，Ｚk）を算出できる。すなわち、大きさが最大の磁場ベクトルを特定することで、現在の情報端末３の位置から各磁場発生部の最短距離のコイルを特定し、対応するコイルと情報端末３の方向関係を特定することで、位置情報を算出したことになる。
【００７１】
また、磁場ベクトル同士の内積を利用しても良い。各コイルの中心軸上の磁場ベクトル同士では内積は０である。すなわち、Ｘｇ軸コイル群１ｂ、Ｙｇ軸コイル群２ｂからの磁場ベクトルのいずれかをそれぞれｍx、ｍyとすると、
ｍx・ｍy＝０・・・（式１６）
となる磁場ベクトルの組み合わせｍxi、ｍyjを検出し、位置データを算出するのでも良い。すなわち、磁場同士の角度が所定値（９０度）であるような磁場を発生する各磁場発生部のコイルを、磁場ベクトル同士の所望の内積（式１６）から特定し、対応するコイルと情報端末３の方向関係を特定することで、位置情報を算出したことになる。
【００７２】
そして、情報端末３の姿勢データは次のように算出できる。  
検出された端末座標系の磁場ベクトルｍxi、ｍyjから絶対座標系を表す正規直交基底ベクトルｅx、ｅy、ｅzが次のように表現できる。  
ｅx＝ｍxi／｜ｍxi｜・・・（式１７）
ｅy＝ｍyj／｜ｍyj｜・・・（式１８）
ｅz＝ｍxi×ｍy／｜ｍxi×ｍyj｜・・・（式１９）
【００７３】
ここで、×はベクトル同士の外積演算を表す演算子である。そして、Ｘ＝（ｅxｅyｅz）で３行３列行列を表現すると、任意の絶対座標系の任意のベクトルｒgは、次のような変換で端末座標系のベクトルｒとして表現されることになる。  
Ｘｒg＝ｒ・・・（式２０）
【００７４】
すなわち、端末座標系のベクトルｒから、
ｒg＝Ｘ-1ｒ＝ＸTｒ・・・（式２１）
として、絶対座標系でのベクトルｒgへと変換することができる。
【００７５】
情報端末３の長手方向（端末座標系のｘ軸方向）はｒx＝（１，０，０）Tと表されるが、このベクトルをＸTによって絶対座標系で表したベクトルｒxg＝（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）Tへと変換されるとすると、この長手方向が、Ｘｇ軸となす角ψ、ＸｇＹｇ平面となす角αを以下の式で算出することができる。  
ψ＝ｔａｎ-1（Ｒｙ／Ｒｘ）・・・（式２２）
α＝ｔａｎ-1（Ｒｚ／（Ｒｘ2＋Ｒｙ2）1/2）・・・（式２３）
【００７６】
これらは、情報端末３の長手方向の姿勢を表している姿勢データである。同様に短手方向や端末座標系のｚ軸方向の姿勢も表現できる。
【００７７】
図５は、本発明の位置姿勢検出システムの実施例１の動作を説明するためのフローチャートを示す図である。まず、Ｘｇ軸、Ｙｇ軸の方向を向いた各軸コイル群１ａ,２ａの各コイルから、異なる２つの周波数をもつ磁場を発生する（ステップＳ１）。次に、各コイルから発生中の磁場を、３軸の磁気センサを有する方位角センサ１０で測定し、デジタル信号として各軸の磁気データを取得する（ステップＳ２）。
【００７８】
次に、ＦＦＴ演算に必要な所望量の磁気データを取得したかどうか判断する（ステップＳ３）。ＦＦＴ演算に必要な所望量の磁気データを取得していれば次のステップＳ４へ進み、ＦＦＴ演算に必要な所望量の磁気データを取得していなければステップＳ２へ戻る。
【００７９】
次に、取得された所望量の各軸の磁気データに対しＦＦＴ演算を行い、各磁場の周波数成分における各軸の振幅と位相を算出する（ステップＳ４）。そして、各磁場の周波数成分における各軸の振幅と位相から、各磁場の大きさと向きを表す、位置姿勢検出に必要な各コイルからの磁場ベクトルを算出する（ステップＳ５）。
【００８０】
次に、算出した各コイルからの磁場ベクトルから、コイル群ごとに大きさが最大の磁場ベクトルを算出する（ステップＳ６）。そして、検出された大きさが最大の磁場ベクトルとその１つ隣のコイルからの磁場ベクトルの大きさを比較して情報端末３の位置データを算出する（ステップＳ７）。そして、大きさが最大の磁場ベクトルから情報端末３の姿勢データを算出する（ステップＳ８）。
【００８１】
図６は、図５に示した本発明の位置姿勢検出システムの実施例１の動作を説明するためのフローチャートにおいて、ステップＳ６〜ステップＳ８を、内積を利用したものと置き換えた場合の手順をフローチャートに示す図である。
【００８２】
すなわち、図５のステップＳ５の後、算出した各コイルからの磁場ベクトルから、内積が算出されていない２つの磁場ベクトルの組を各軸コイル群から選ぶ（ステップＳ６ａ）。そして、選んだ磁場ベクトルの組から算出した内積が所望の内積（実施例ではＸｇ軸とＹｇ軸は直交しているので０）と一致するかどうか判断する（ステップＳ７ａ）。
【００８３】
一致してない場合には、ステップＳ６ａへ戻る。一致していた場合にはステップＳ８ａへ進む。そして、所望の内積と一致した磁場ベクトルの組み合わせから現在の情報端末３の位置データを算出する（ステップＳ８ａ）。そして、その磁場ベクトルの組み合わせから情報端末３の姿勢データを算出する（ステップＳ９ａ）
【００８４】
以上のようにして、大きさが最大となる磁場ベクトルを検出し、発生している各磁場発生部のコイルを、または内積によって磁場同士がなす角度が所定値（９０度）となる磁場を発生する各磁場発生部のコイルを特定し、各コイルと磁場検出部１１（方位角センサ１０）の方向関係を特定することで、位置データと姿勢データを算出することができた。算出されたデータはデータ表示部５へと送られ、情報端末３の位置と姿勢を利用者に表示する。
【００８５】
なお、２つの磁場発生部がなす角が必ずしも９０度でなくても、同様な手順によって本発明を利用することができる。  
また、実施例１は、２次元平面の位置姿勢検出にも適用できる。その場合、２軸の磁気センサを有する方位角センサでも良い。
【００８６】
［実施例２］
図７は、本発明の位置姿勢検出システムの実施例２を示す全体構成図である。この位置姿勢検出システムは、磁場発生部３０ａと磁場発生部３０ｂと磁場検出部１１を有する情報端末３と演算部４とデータ表示部５とから構成されている。
【００８７】
磁場発生部（第１の磁場発生部）３０ａは、コイル用電源３１ａとコイル磁場発生方向変更部３２ａとコイル３３ａから構成され、また同様に、磁場発生部（第２の磁場発生部）３０ｂは、コイル用電源３１ｂとコイル磁場発生方向変更部３２ｂとコイル３３ｂから構成されている。磁場発生部３０ａは、指向性を有する交流磁場を少なくとも１つ発生するものである。また、磁場発生部３０ｂは、磁場発生部３０ａとは異なる指向性で、かつ磁場発生部３０ａが発生する磁場の周波数とは異なる周波数を有する交流磁場を少なくとも１つ発生するものである。また、各磁場発生部は磁場の発生方向を独立して変更できる磁場発生コイルからなっている。
【００８８】
図８は、本発明の位置姿勢検出システムにおける実施例２の位置姿勢検出装置の具体的な構成ブロック図である。この位置姿勢検出装置は、磁場検出部１１と演算部４と磁場発生部３０ａ,３０ｂとから構成されている。磁場発生部３０ａ,３０ｂについては、図７に示した通りである。
【００８９】
磁場検出部１１は、方位角センサ１０とデータ送信部１６とから構成されている。演算部４は、データ受信部１７とフーリエ変換部１８と磁場ベクトル算出部１９と位置姿勢算出部２０とを備えている。  図９は、各コイル（コイル３３ａ,３３ｂ）からの磁場ＢA、ＢBの向きと、情報端末３の配置を示した図である。右手系の座標系ＸｇＹｇＺｇ座標系（絶対座標系と呼び、Ｘｇ軸、Ｙｇ軸、Ｚｇ軸はそれぞれ互いに直交している）が定義され、コイル３３ａは位置座標（０，０，０）に、コイル３３ｂは位置座標（Ｘb，Ｙb，０）に配置されている。この図９において各コイルからの磁場ＢA、ＢBは、情報端末３が存在する方向位置座標（Ｘp，Ｙp，Ｚp）を向いている。また、情報端末３には実施例１と同様に端末座標系が定義され、情報端末３は任意の姿勢にある。
【００９０】
コイル３３ａは、コイル磁場発生方向変更部３２ａの出力から磁場の発生する方向を変更できる。例えば、機械的な可動部を備え、コイルの姿勢を変更して磁場の発生方向を変更する。そして変更した方向に、コイル用電源３１ａから供給された電流によって磁場を発生できる。同様に、コイル３３ｂもコイル磁場発生方向変更部３２ｂの出力から磁場の発生する方向を変更できる。そして変更した方向にコイル用電源３１ｂから供給された電流によって磁場を発生できる。また、コイル３３ａ,３３ｂは、その磁場発生面の中心軸上において最も強い指向性を有する磁場を発生する。例えば、スパイラルコイルなどである。
【００９１】
コイル用電源３１ａ,３１ｂは、それぞれコイル３３ａ,３３ｂに、周波数が異なる２つの交流電流（又は電圧）を重ね合わせて供給する。コイル用電源３１ａからの交流電流（又は電圧）は、第１と第２の周波数の角周波数が、偶奇が異なる正の整数ＭA、ＮAを用いて、それぞれＭAωA、ＮAωAである（最小の整数比として周波数比がＭA：ＮAである）。同様に、コイル用電源３１ｂからはＭBωB、ＮBωBの角周波数を持つ交流電流（又は電圧）をコイル３３ｂに供給する。これらの各角周波数はそれぞれ互いに異なるものであるとする。
【００９２】
そして、各コイルに各電源からの電流を供給することで磁場を発生でき、コイル３３ａからの磁場ＢA、コイル３３ｂからの磁場ＢBは、それぞれ、ＭAωAとＮAωA、ＭBωBとＮBωBの組み合わせの角周波数を持つ。
【００９３】
これらＢA、ＢBの各周波数成分の位相関係は、例えば、ＢAの第１と第２の周波数成分の位相ΘA，ΦAは次のように表されるものとする。  
ΘA＝ＭAωAｔ＋ΩθA  ・・・（２４）
ΦA＝ＮAωAｔ＋ΩφA  ・・・（２５）
（第１の周波数成分、第２の周波数成分ともに時間ｔ＝０においてそれぞれΩθA、ΩφAであるとする）。ＢBについても同様な形式で表現できるものとする。
【００９４】
コイル磁場発生方向変更部３２ａは、演算部４の位置姿勢算出部２０の出力から、コイル３３ａが磁場を発生する方向を変更する。コイル磁場発生方向変更部３２ｂは、演算部４の位置姿勢算出部２０の出力から、コイル３３ｂが磁場を発生する方向を変更する。
【００９５】
データ表示部５は、演算部４の出力から情報端末３の位置と姿勢を利用者に表示する。磁場検出部１１の構成及び動作は実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００９６】
演算部４において、データ受信部１７は、磁場検出部１１のデータ送信部１６からの磁気データを受信し、フーリエ変換部１８へと送る。フーリエ変換部１８は、データ受信部１７からの所望量（例えば、１２８Ｈｚのサンプリング周波数で測定を行う場合、１Ｈｚの周波数分解能が必要であれば１２８個のデータ量となる）の３軸の磁気センサからの磁気データを取得した後に、それらに対しＦＦＴ演算を実行し、各コイルから発生する交流磁場、ＢA、ＢBの各周波数成分（それぞれ角周波数成分が、ＭAωAとＮAωA、ＭBωBとＮBωB）における、各軸の磁気センサが測定した信号強度（振幅）と位相を算出し、磁場ベクトル算出部１９へと送る。
【００９７】
磁場ベクトル算出部１９は、フーリエ変換部１８からの各軸の磁気センサが測定した各周波数成分における振幅と位相から、特願２００７−３０８０３号（又は実施例１）に記載の方法によって、角周波数がＭAωA、ＭBωBの周波数成分の磁場ベクトル、それぞれｍa、ｍbを算出する。これらは、方位角センサ１０が測定した位置における、ＢA、ＢBの角周波数がＭAωA、ＭBωBの成分の磁場の大きさと向きを端末座標系でのベクトルとして表現したものとなっている。
【００９８】
そして、位置姿勢算出部２０は、磁場ベクトル算出部１９で算出された磁場ベクトルｍa、ｍbから、（絶対座標系の）情報端末３の姿勢データ（位置情報）と位置データ（姿勢情報）を算出し、データ表示部５へと送る。
【００９９】
ここで、位置姿勢算出部２０が、情報端末３の姿勢データと位置データを算出する手順の一例について説明する。まず、情報端末３の位置データを求める。  
最初の各コイル（コイル３３ａ,３３ｂ）の磁場発生方向において、磁場ベクトル算出部１９で算出された端末座標系の磁場ベクトルｍa、ｍbをまず保持し、次に各コイルの磁場発生方向を変更した後、もう一度測定を行い磁場ベクトルｍa’、ｍb’を算出する。この操作を繰り返し、いくつかの磁場発生方向に対するいくつかの磁場ベクトルが得られると、その中で絶対値（ベクトルの大きさ）が極大を示す磁場ベクトルｍamax、ｍbmaxが存在する。すると、その極大値を示す磁場ベクトルの方向が、各コイルと情報端末３の最短距離となる方向であり、各コイルから発生する磁場の方向が情報端末３のある方向に一致する。すなわち、各磁場発生部のコイル（コイル３３ａ,３３ｂ）と磁場検出部１１（方位角センサ１０）の方向関係が特定されたことになる。
【０１００】
極大値を示す磁場ＢAmax、ＢBmaxをＸｇＹｇ平面へ射影したベクトルがＸｇ軸となす角をαi，ＸｇＹｇ軸となす角を−βi（ｉは磁場を発生するコイル３３ａ,３３ｂをＡ，Ｂとして区別する添え字）とすると、
ＢAmax＝ＢA（ｃｏｓαAｃｏｓβA，ｓｉｎαAｃｏｓβA，−ｓｉｎβA）・・・（式２６）
ＢBmax＝ＢB（ｃｏｓαBｃｏｓβB，ｓｉｎαBｃｏｓβB，−ｓｉｎβB）・・・（式２７）
と表現できる。
【０１０１】
これらのベクトルがなすコイル３３ａ,３３ｂ、情報端末３を結ぶ三角形をＸｇＺｇ平面、ＹｇＺｇ平面に射影すると、それぞれの面でなす三角形の各角度が算出でき、各コイルの位置座標がわかっていることから、情報端末３の位置を割り出すことができる。
【０１０２】
図１０は、各コイルからの磁場ＢAmax、ＢBmaxをＸｇＺｇ平面へ射影した場合になす三角形の説明図である。ＸｇＺｇ平面では、コイル３３ａ,３３ｂ、情報端末３の位置がＡ’点（０，０）、Ｂ’点（ＸB，０）、Ｐ’点（Ｘp，Ｚp）へと射影されて三角形をなしている。ＢAmax、ＢBmaxをＸｇＹｇ面へ射影したベクトルＢA’、ＢB’は、線分Ａ’Ｐ、Ｂ’Ｐ上にある。Ｚｇ軸方向から、ＢA’、ＢB’へ時計回りに見た角度をそれぞれσA’とσB’とすると、三角形の内角∠Ｐ’Ａ’Ｂ’と∠Ｐ’Ｂ’Ａ’が（式２６）、（式２７）のｘ成分とｚ成分から求められるので、
σA’＝∠Ｐ’Ａ’Ｂ’−３π／２・・・（式２８）
σB’＝π／２−∠Ｐ’Ｂ’Ａ’・・・（式２９）
となって、以下のようにＰ’点のＸp，Ｚpを算出できる。  
Ｘp＝（−ＺA＋ＺB＋ＸAｔａｎσA’−ＸBｔａｎσB’）／（ｔａｎσA’−ｔａｎσB’）  ・・・（式３０）
Ｚp＝（−ＸA＋ＸB＋ＺAｃｏｔσA’−ＺBｃｏｔσB’）／（ｃｏｔσA’−ｃｏｔσB’）  ・・・（式３１）
【０１０３】
ここで、ＸAとＺAはＡ’点のＸｇ、Ｚｇ座標値で０、ＺBはＢ’点のＺｇ座標で０である。同様にＹpもＹＺ平面への射影された三角形から同様の手順で算出できる。これで情報端末３の位置を表す位置データ（Ｘp，Ｙp，Ｚp）を算出できた。
【０１０４】
次に、情報端末３の姿勢データを求める。  
ＭA＝ＢAmax／｜ＢAmax｜・・・（式３２）
ＭB＝ＢBmax／｜ＢBmax｜・・・（式３３）
とすると、これらは磁場の発生方向を示すベクトルであり、１次独立な正規直交基底を形成する。その正規直交基底で表現されるＭAＭB座標系から地上座標系への変換行列Ｈが求められて、ＭAＭB座標系のベクトルｒHは、任意の絶対座標系のベクトルｒgへと変換される。  
ＨｒH＝ｒg・・・（式３４）
【０１０５】
そして、端末座標系で測定された磁場ベクトルｍamax、ｍbmaxも、同様に正規直交基底を形成でき、ＭAＭB座標系から端末座標系への変換行列Ｌが求められて、ベクトルｒHは、端末座標系のベクトルｒpへと変換される。  
ＬｒH＝ｒp・・・（式３５）
【０１０６】
行列Ｌは逆行列を持ち、
ＨＬ-1ｒp＝ｒg・・・（式３６）
として、端末座標系から地上座標系へと変換できる。したがって、情報端末３の姿勢データを実施例１と同様に算出することができる。
【０１０７】
以上のようにして、位置データと姿勢データを算出することができた。算出されたデータはデータ表示部５へと送られ、情報端末３の位置を利用者に表示する。
【０１０８】
図１１は、本発明の位置姿勢検出システムの実施例２の動作を説明するためのフローチャートを示す図である。すなわち、各コイルの初期の磁場発生方向を決定する（ステップＳ１）。各コイルから異なる２つの周波数をもつ磁場を発生する（ステップＳ２）。次に、各コイルから発生中の磁場を、３軸の磁気センサを有する方位角センサ１０で測定し、デジタル信号として各軸の磁気データを取得する（ステップＳ３）。
【０１０９】
次に、ＦＦＴ演算に必要な所望量の磁気データを取得したかどうか判断する（ステップＳ４）。ＦＦＴ演算に必要な所望量の磁気データを取得していれば次のステップＳ５へ進み、ＦＦＴ演算に必要な所望量の磁気データを取得していなければステップＳ３へ戻る。
【０１１０】
次に、取得された所望量の各軸の磁気データに対しＦＦＴ演算を行い、各磁場の周波数成分における各軸の振幅と位相を算出する（ステップＳ５）。そして、各磁場の周波数成分における各軸の振幅と位相から、各磁場の大きさと向きを表す、磁場ベクトルを算出する（ステップＳ６）。そして、各コイルの初期設定の磁場発生方向から現在の設定の方向の間に、各コイルからの磁場ベクトルの大きさが極大となる方向がすべてのコイルに存在するかどうか判断する（ステップＳ７）。
【０１１１】
すべてのコイルに極大方向が存在していなければ、極大方向が存在していないコイルに対し次の磁場発生方向へ変更し（ステップＳ８）、（ステップＳ３）へ戻る。すべてのコイルに極大方向が存在している場合はステップＳ９へ進む。そして、各磁場ベクトルの大きさが極大となった各コイルの磁場発生方向から情報端末３の位置データを算出する（ステップＳ９）。各磁場ベクトルと各コイルの磁場発生方向から情報端末３の姿勢データを算出する（ステップＳ１０）。
【０１１２】
以上のような手順によって、２つの磁場発生部３０ａ,３０ｂからの磁場発生方向が指向性を有することで、各磁場発生部（３０ａ,３０ｂ）のコイルの方向を特定し、各コイルと磁場検出部１１（方位角センサ１０）の方向関係を特定することで、情報端末３が存在する位置と情報端末３の姿勢を求めることができた。また、実施例２は、２次元平面の位置姿勢検出にも適用できる。その場合、２軸の磁気センサを有する方位角センサでも良い。本発明において、指向性を有する磁場とは、特定の方向に強度が大きい磁場のことを言う。
【０１１３】
以上、本発明よって、異なる複数の周波数を持ち指向性を有する磁場発生部を複数構成することで、情報端末に搭載された複数の磁気センサを有する磁場検出部によって検出された信号から、演算部において磁場検出部と複数の磁場発生部との方向関係を算出し、情報端末の位置と姿勢を検出することが可能となった。
【０１１４】
また、検出したい磁場が特定の周波数であることがわかっているので、その他の周波数成分には影響されず、その他の周波数の交流磁場やノイズ磁場がある磁場環境でも識別が可能である。さらに、発生させる磁場は、最小の整数で表される周波数比が偶数対奇数であって、位相が既知である周波数成分を含むだけなので、磁場発生の構成が簡単であり、測定した信号を周波数帯域毎に分離するフィルタを利用する必要がないので、周波数選択の自由度が高い。また、システムを構成後に自由に周波数を選択できる。
【０１１５】
また、磁場検出部で測定軸ごとに周波数帯域を分離するフィルタが必要でないことは、回路規模も小さく済み、小型かつ安価な磁気センサとして実現可能である。また、磁場の発生と測定を同期して行わなくてよいので、構成が容易で、一度磁場を発生すると、任意のタイミングで測定を開始でき、その後連続的な測定が可能である。
【０１１６】
本発明は、以上の実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の位置姿勢検出システムの実施例１を示す全体構成図である。
【図２】あるＺｇ座標（Ｚｇ＝Ｚkとする平面）におけるＸｇ軸コイル群、Ｙｇ軸コイル群の配置と情報端末の配置の説明図である。
【図３】情報端末の座標系についての説明図である。
【図４】本発明の位置姿勢検出システムにおける実施例１の位置姿勢検出装置の具体的な構成ブロック図である。
【図５】本発明の位置姿勢検出システムの実施例１の動作を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図６】図５に示した本発明の位置姿勢検出システムの実施例１の動作を説明するためのフローチャートにおいて、ステップＳ６〜ステップＳ８を、内積を利用したものと置き換えた場合の手順をフローチャートに示す図である。
【図７】本発明の位置姿勢検出システムの実施例２を示す全体構成図である。
【図８】本発明の位置姿勢検出システムにおける実施例２の位置姿勢検出装置の具体的な構成ブロック図である。
【図９】各コイルからの磁場ＢA、ＢBの向きと、情報端末の配置を示した図である。
【図１０】各コイルからの磁場ＢAmax、ＢBmaxをＸｇＺｇ平面へ射影した場合になす三角形の説明図である。
【図１１】本発明の位置姿勢検出システムの実施例２の動作を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図１２】磁気センサの正方向が正弦波状の交流磁場の入射方向に対して同方向の場合（ａ）と反対方向の場合（ｂ）に測定された出力信号の様子を示す図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１  Ｘｇ軸方向磁場発生部
１ａ  Ｘｇ軸コイル電源群
１ｂ  Ｘｇ軸コイル群
２  Ｙｇ軸方向磁場発生部
２ａ  Ｙｇ軸コイル電源群
２ｂ  Ｙｇ軸コイル群
３  情報端末
４  演算部
５  データ表示部
１０  方位角センサ
１０ａ  ｘ軸磁気センサ
１０ｂ  ｙ軸磁気センサ
１０ｃ  ｚ軸磁気センサ
１１  磁場検出部
１２  マルチプレクサ部
１３  磁気センサ駆動部
１４  信号増幅部
１５  Ａ／Ｄ変換部
１６  データ送信部
１７  データ受信部
１８  フーリエ変換部
１９  磁場ベクトル算出部
２０  位置姿勢算出部
３０ａ,３０ｂ  磁場発生部
３１ａ,３１ｂ  コイル用電源
３２ａ,３２ｂ  コイル磁場発生方向変更部
３３ａ,３３ｂ  コイル
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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