(57)【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、
前記磁気検知部が、Ｘ軸の磁気成分を検知するＸ軸磁気センサと、Ｙ軸の磁気成分を検知するＹ軸磁気センサと、Ｚ軸の磁気成分を検知するＺ軸磁気センサとを有し、
前記演算部で、前記Ｘ軸磁気センサと前記Ｙ軸磁気センサおよび前記Ｚ軸磁気センサの検知出力に基づいて、磁気ベクトルの向きが三次元座標上の座標点データとして求められ、複数の座標点データとの誤差が最も小さい平面が座標点データが移動している移動平面として演算され、
少なくとも１つの最新の座標点データを含む最新データ群とそのときの移動平面との誤差が、予め決められた値以下またはその値未満のときは、前記最新データ群とそれ以前に得られた複数の座標点データを含む所定数の第１の演算データ群から次の移動平面が演算され、前記最新データ群とそのときの移動平面との誤差が、予め決められた値以上またはその値を超えたときは、前記最新データ群を含み前記第１の演算データ群よりもデータ数が少ない第２の演算データ群から次の移動平面が求められることを特徴とする磁界検知装置。
【請求項２】
三次元座標上で、前記座標点データが現れる球面と、前記移動平面との交線から、座標点データの移動軌跡が求められる請求項１記載の磁界検知装置。
【請求項３】
前記移動軌跡から磁気検知部の角加速度が求められる請求項２記載の磁界検知装置。
【請求項４】
前記最新データ群は、最新の座標点データを含む複数の座標点データで構成されており、最新データ群に含まれる複数の座標点データの平均値と、そのときの移動平面との誤差が、予め決められた値と比較される請求項１ないし３のいずれかに記載の磁界検知装置。
【請求項５】
第２の演算データ群は、最新データ群のみから構成される請求項１ないし４のいずれかに記載の磁界検知装置。
【請求項６】
第２の演算データ群は、最新のデータ群と、それ以前に得られた少なくとも１つの座標点データとから構成される請求項１ないし４のいずれかに記載の磁界検知装置。
【請求項７】
三次元座標上での平面の一般式と、第１の演算データ群に含まれる複数の座標点データとの誤差が最小二乗法で演算され、その誤差が最も小さい平面が移動平面として求められる請求項１ないし６のいずれかに記載の磁界検知装置。
【請求項８】
三次元座標上での平面の一般式と、第２の演算データ群に含まれる複数の座標点データとの誤差が最小二乗法で演算され、その誤差が最も小さい平面が移動平面として求められる請求項１ないし７のいずれかに記載の磁界検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２４６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１などに記載されているように、３軸の磁気センサを有する磁気検知部を有する磁界検知装置では、磁気ベクトルを検知した検知データが一定のサンプル時間毎に取得されて、複数の検知データが次々とメモリに保持される。そして、保持された複数の検知データを使用して、磁気検知部と磁気ベクトルとの相対的な回転状態が演算される。
【０００６】
しかし、演算に使用する検知データのサンプル数が少なすぎると、外部ノイズなどによって磁気ベクトルの検知データが一時的に大幅に変化したときに、磁気検知部と磁気ベクトルとの相対的な回転が、一時的に極端に変化しているものとして認識されてしまう。その結果、磁気検知部と磁気ベクトルとの相対動作を安定して把握することが難しくなる。
【０００７】
演算に使用する検知データのサンプル数を増やすと、外部ノイズなどの一時的な大幅な変化に影響されることなく、磁気検知部と磁気ベクトルとの相対的な回転を安定して求めることができる。しかし、この場合には、磁気検知部と磁気ベクトルとの相対的な回転状態が、実際に大きく変化したときに、この変化を正確に把握することができなくなる。
【０００８】
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軸の方向に向く磁気センサで検知された複数のデータを使用し、ノイズの影響を受けにくくして回転運動を安定して検知でき、しかも、回転運動の変化への追従性を向上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】
【０００９】
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、
前記磁気検知部が、Ｘ軸の磁気成分を検知するＸ軸磁気センサと、Ｙ軸の磁気成分を検知するＹ軸磁気センサと、Ｚ軸の磁気成分を検知するＺ軸磁気センサとを有し、
前記演算部で、前記Ｘ軸磁気センサと前記Ｙ軸磁気センサおよび前記Ｚ軸磁気センサの検知出力に基づいて、磁気ベクトルの向きが三次元座標上の座標点データとして求められ、複数の座標点データとの誤差が最も小さい平面が座標点データが移動している移動平面として演算され、
少なくとも１つの最新の座標点データを含む最新データ群とそのときの移動平面との誤差が、予め決められた値以下またはその値未満のときは、前記最新データ群とそれ以前に得られた複数の座標点データを含む所定数の第１の演算データ群から次の移動平面が演算され、前記最新データ群とそのときの移動平面との誤差が、予め決められた値以上またはその値を超えたときは、前記最新データ群を含み前記第１の演算データ群よりもデータ数が少ない第２の演算データ群から次の移動平面が求められることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の磁界検知装置は、複数の座標点データを用いて、座標点データが移動している移動平面が推定されて求められる。最新の座標点データを含む最新データ群に大きな変化がないときは、多くの座標点データを含む第１の演算データ群によって移動平面を演算することで、ノイズなどによる座標点データの一時的な大幅な変化の影響を大きく受けることなく移動平面を求めることができる。最新データ群が大きく変化したときは、座標点データの数が少ない第２の演算データ群を使用して、移動平面が演算される。これにより、実際に磁気検知部と磁気ベクトルとの相対位置が大きく変化したときに、この変化に追従して移動平面を求めることができる。
【００１１】
本発明は、三次元座標上で、前記座標点データが現れる球面と、前記移動平面との交線から、座標点データの移動軌跡が求められるものであり、前記移動軌跡から磁気検知部の角加速度が求められるものである。
【００１２】
本発明では、前記最新データ群は、最新の座標点データを含む複数の座標点データで構成されており、最新データ群に含まれる複数の座標点データの平均値と、そのときの移動平面との誤差が、予め決められた値と比較されることが好ましい。
【００１３】
上記のように構成すると、最新データ群に含まれる複数の座標点データの一部がノイズなどにより大きく変動したとしても、座標点データの平均値をとることで、最新データ群とそのときの移動平面との誤差を演算するときに、ノイズなど影響を低減することが可能になる。
【００１４】
なお、本発明は、最新データ群が１つの最新データのみで構成されており、この１つの最新データとそのときの移動平面との誤差が大きいか否かによって、第１の演算データ群とするか第２の演算データ群とするかを選択してもよい。
【００１５】
本発明は、第２の演算データ群は、最新データ群のみから構成されるものであってもよい。ただし、最新データ群に含まれる座標点データが少ないときは、第２の演算データ群が、最新のデータ群と、それ以前に得られた少なくとも１つの座標点データとから構成されてもよい。
【００１６】
本発明は、三次元座標上での平面の一般式と、第１の演算データ群に含まれる複数の座標点データとの誤差が最小二乗法で演算され、その誤差が最も小さい平面が移動平面として求められる。
【００１７】
また本発明は、三次元座標上での平面の一般式と、第２の演算データ群に含まれる複数の座標点データとの誤差が最小二乗法で演算され、その誤差が最も小さい平面が移動平面として求められる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、直交する３軸方向に向けられた磁気センサの検知出力を用いて、磁気ベクトルの絶対的な運動を求めることができる。すなわち、ノイズなどによる検知出力の一時的な変動の影響を受けにくく、且つ運動の変化に追従して運動軌跡を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】座標点データが移動する移動平面を求める演算処理の説明図、
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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ている。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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ＰＺ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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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のサンプリング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。
【００３２】
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たものであり、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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、例えば、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。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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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が座標点データの移動軌跡であると認識でき、また水平緯度線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、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いない場合には、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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，・・・，Ｄｍ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，・・・，Ｄｍが移動する円の軌跡も特定できていない。
【００４０】
そこで、図２に示す演算部１０の移動平面計算部１２では、複数の座標点データが移動していると推定される移動平面Ｐｘが演算される。演算された移動平面Ｐｓと球面Ｇとの交線が、座標点データの移動軌跡として特定される。
【００４１】
移動平面Ｐｘを演算する方法の一例として、平面の一般式：ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０が使用される。前記一般式のａ，ｂ，ｃは、平面の法線ベクトルの成分｛ｎ→＝（ａ，ｂ，ｃ）｝である。複数の座標点データＤｉ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）の成分（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を平面の一般式の（ｘ，ｙ，ｚ）に代入して複数の平面の方程式を得て、最小二乗法により、それぞれの方程式との誤差が最も小さい平面を求め、その平面を移動平面Ｐｘと推測する。
【００４２】
図７に、データバッファ１１に格納されている複数の座標点データＤｉが示されている。最も古い座標点データがＤｍであり、Ｄ６，Ｄ５，Ｄ４，・・・の順に新しい座標点データとしてデータバッファ１１に格納されている。
【００４３】
データバッファ１１に格納されている座標点データＤｉのうちの所定数のデータが第１の演算データ群として使用される。図７に示す例では、ＤｍからＤ７までの複数の座標点データが第１の演算データ群Ｎ１−１として使用される。座標点データＤｍからＤ７までの（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）・・・（ｘ７，ｙ７，ｚ７）が、平面の一般式：ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０の（ｘ，ｙ，ｚ）に代入されて複数の方程式が得られる。この方程式との誤差が最小となる平面が最小二乗法により求められ、求められた平面がその時点での移動平面Ｐ１として求められる。
【００４４】
第１の演算データ群Ｎ１−１の座標点データＤｉの数をある程度多くしておくことで、外部ノイズなどによって、一時的に極端に変化した座標点データが含まれていても、その影響を小さくでき、座標点データＤｉが移動している平面に近い移動平面Ｐ１を求めることができる。
【００４５】
その後に、得られた複数の最新座標点データＤ６，Ｄ５，Ｄ４を最新データ群Ｎａ−１とする。図７では、説明を簡単にするために最新データ群Ｎａ−１に含まれる座標点データの数が「３」であるが、実際は、最新データ群Ｎａ−１に含まれる最新の座標点データＤｉの数はもっと多い。しかし、最新データ群Ｎａ−１に含まれる座標点データＤｉの数は、第１の演算データ群Ｎ１−１に含まれる座標点データＤｉの数よりも十分に少なく、例えば、最新データ群Ｎａ−１に含まれるデータ数は、第１の演算データ群Ｎ１−１に含まれるデータ数の１／５以下であり、好ましくは１／１０以下である。
【００４６】
第１の演算データ群Ｎ１−１で移動平面Ｐ１が演算された後に、最新データ群Ｎａ−１に含まれる複数の座標点データＤｉの平均値、すなわちｘの平均値とｙの平均値およびｚの平均値と、移動平面Ｐ１の方程式の（ｘ，ｙ，ｚ）との誤差が求められる。または、最新データ群Ｎａ−１に含まれる複数の座標点データのそれぞれと移動平面Ｐ１との誤差が最小二乗法で求められる。
【００４７】
最新データ群Ｎａ−１を複数の座標点データで構成し、前記のように平均値の計算や最小二乗法による計算を行うことで、その中にノイズなどの影響で極端に変化しているデータが含まれていても、最新データ群Ｎａ−１と移動平面Ｐ１とを比較するときに、極端に変化しているデータの影響を小さくすることができる。なお、最新データ群Ｎａ−１の中の極端に変化するデータを無視して、移動平面Ｐ１との比較を行ってもよい。
【００４８】
最新データ群Ｎａ−１とそのときの移動平面Ｐ１との誤差が、予め決められた値以下、あるいはその値未満のときは、移動平面計算部１２において、座標点データＤｉが移動している軌跡が大きく変化していないと判断する。
【００４９】
このとき、最新データ群Ｎａ−１とそれまでに得られた複数の座標点データＤｉとを第１の演算データ群Ｎ１−２とし、平面の一般式と、第１の演算データ群Ｎ１−２に含まれた座標点データＤｉとの誤差を最小二乗法で演算し、その誤差が最も小さい平面を次の移動平面Ｐ２とする。第１の演算データ群Ｎ１−２に含まれる座標点データＤｉの数は、前回の演算に使用された第１の演算データ群Ｎ１−１に含まれる座標点データＤｉと同数である。
【００５０】
最新データ群Ｎａ−１に含まれる座標点データＤｉと、そのときの移動平面Ｐ１との誤差が小さいとき、最新データ群Ｎａ−１を含んだ多くのデータから成る第１の演算データ群Ｎ１−２に基づいて移動平面Ｐ２が演算されるため、移動平面Ｐ１と移動平面Ｐ２との変化をきわめて小さくでき、場合によっては、移動平面Ｐ１と次の移動平面Ｐ２とが同じ方程式となることもある。すなわち、一時的なノイズに影響を受けることなく、移動平面Ｐｘを安定した平面として演算することが可能になる。
【００５１】
最新データ群Ｎａ−１とそのときの移動平面Ｐ１との誤差が、予め決められた値以上、あるいはその値を超えたときは、移動平面計算部１２において、座標点データＤｉが移動している軌跡が大きく変化したと判断する。
【００５２】
このときは、最新データ群Ｎａ−１を含む第２の演算データ群Ｎ２−１のそれぞれの座標点データＤｉの（Ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を平面の一般式に代入した複数の方程式の誤差が最小となる平面を最小二乗法で求め、その平面を次の移動平面Ｐ３とする。第２の演算データ群Ｎ２−１に含まれる座標点データのデータ数は、第１の演算データ群Ｎ１−２に含まれる座標点データのデータ数よりも十分に少ない。例えば、第２の演算データ群Ｎ２−１に含まれるデータ数は、第１の演算データ数Ｎ１−２に含まれるデータ数の１／５以下であり、好ましくは１／１０以下である。
【００５３】
なお、第２の演算データ群Ｎ２−１は、最新データ群Ｎａ−１を構成する複数の座標点データのみで構成されてもよい。
【００５４】
最新データ群Ｎａ−１に含まれる座標点データＤｉと、そのときの移動平面Ｐ１との誤差が大きくなったときは、データ数の少ない第２の演算データ群Ｎ２−１に基づいて移動平面Ｐ３が演算されるため、実際の磁界検知装置１と地磁気ベクトルＶとの相対的な運動軌跡が大きく変化したときに、これに追従して移動平面を更新することが可能になる。
【００５５】
その後に得られた座標点データＤ３，Ｄ２，Ｄ１を含む所定数の最新データ群Ｎａ−２に含まれる座標点データの平均値と、そのときの移動平面Ｐ２またはＰ３との誤差が求められ、または最新データ群Ｎａ−２に含まれる複数の座標点データとそのときの移動平面Ｐ２またはＰ３との誤差が最小二乗法で求められる。その誤差が、予め決められている値以下またはその値未満なら、最新データ群Ｎａ−２を含む第１の演算データ群Ｎ１−３から移動平面が求められる。前記誤差が、予め決められている値以上またはその値を超えると、第２の演算データ群Ｎ２−２から移動平面が求められる。
【００５６】
以上のように、移動平面計算部１２において、座標点データＤｉが大きく変化していないときは、変化の少ない移動平面Ｐｘまたはほとんど変化しない移動平面Ｐｘが安定して求められ、座標点データＤｉが大きく変化したときは、その変化に追従するように新たな移動平面Ｐｘが求められる。
【００５７】
図２に示す回転軸計算部１３では、移動平面計算部１２において演算された移動平面Ｐｘと球面Ｇとの交線が求められる。この交線が座標点データＤｉの移動軌跡である。交線である円の中心と三次元座標の原点Ｏとの結ぶ線が回転軸Ｓ０として求められる。さらに、角速度計算部１４において、移動平面Ｐｘが求められているときに、複数の座標点データＤｉの回転軸Ｓ０を中心とした開き角度を、そのデータ間のサンプリング時間で微分して、角速度が求められる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
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。
【００５９】
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】
【００６０】
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  移動平面計算部
１３  回転軸計算部
１４  角速度計算部
１５  主演算部
Ｄ１，・・・Ｄｍ  座標点データ
Ｎ１−１，Ｎ１−２  第１の演算データ群
Ｎ２−１，Ｎ２−２  第２の演算データ群
Ｎａ−１，Ｎａ−２  最新データ群
【図１】
0005341861.tif 000002
【図２】
0005341861.tif 000003
【図３】
0005341861.tif 000004
【図４】
0005341861.tif 000005
【図５】
0005341861.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005341861.tif 000008