空間信息檢測系統及其檢測方法以及空間信息檢測裝置的製作方法

2023-12-10 00:32:26

專利名稱：空間信息檢測系統及其檢測方法以及空間信息檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種空間信息檢測系統及其檢測方法以及空間信息檢測裝置，更詳細地說，涉及一種能夠利用交流磁場連續地進行測量、並且頻率的設定自由度較大且結構簡單的空間信息檢測系統及其檢測方法以及空間信息檢測裝置。

背景技術：
近年來，對檢測信息終端的位置、姿勢的空間信息檢測系統的需求不斷提高。例如，可以舉出如動作捕捉中的頭戴顯示器(Head Mount Display)那樣用於檢測可移動物體的朝向的空間信息檢測系統、醫療設備領域中對如插入型內窺鏡和膠囊內窺鏡那樣位於無法目視的位置的信息終端的方向進行計測的空間信息檢測系統等。
作為檢測這些信息終端的位置、姿勢的空間信息檢測方法，存在利用交流磁場的方法。此時，產生交流磁場的朝向和利用於測量的磁傳感器的朝向成為問題。例如，在磁場入射到磁傳感器時輸出信號增大的方向(以下，稱為磁傳感器的正方向)與交流磁場的正方向為相同方向的情況下測量的交流信號，和在磁傳感器的正方向與交流磁場的正方向為相反方向的情況下測量的交流信號看起來無法區別。
圖31A以及圖31B是表示在磁傳感器的正方向相對於正弦波狀的交流磁場的入射方向為相同方向的情況下(圖31A)和相反方向的情況下(圖31B)所測量到的輸出信號的樣子的圖。圖31A以及圖31B的輸出信號都是正弦波，是僅偏離半個波長的狀態，在從適當的瞬間起連續地獲取信號的情況下無法區分交流磁場是從哪個方向入射過來的。因而，即使充分檢測信號強度(振幅)也無法判斷磁傳感器的朝向，無法使振幅具有正負的符號(所謂符號，如果如圖31A那樣磁傳感器的正方向與交流磁場的入射方向相同，則定義為正的符號(+)，如果如圖31B那樣磁傳感器的正方向與交流磁場的入射方向相反，則定義為負的符號(-))。即，無法以振幅的符號為線索來判斷磁傳感器的方向。
為了解決這種問題，例如，在專利文獻1中，從產生線圈產生疊加了正弦波A和正弦波B的磁場，由接收線圈來計測磁場，按照每個頻帶來分離正弦波A和正弦波B，使各信號同步地進行比較，由此判斷產生線圈輸出磁場的方向和接收線圈的朝向。
另外，在膠囊內窺鏡的開發中，例如，如非專利文獻1那樣，與產生線圈中交流磁場的產生同步地由接收線圈來檢測磁場，並實施FFT(Fast Fourier Transform高速傅立葉變換)運算，由此檢測各頻率的信號強度(振幅)，並且根據從信號檢測時起到實施FFT運算為止的數據來算出相位，當以相同的時間為基準時在磁傳感器的朝向與磁場的朝向為相同方向和相反方向的情況下相位偏離π，因此確定出所檢測到的交流磁場的振幅的符號。
然而，在上述的專利文獻1所記載的方法中，需要在正弦波A進行正輸出的情況下同步間歇地疊加正弦波B的複雜的結構。另外，存在以下問題需要用於按照每個線圈分離各自的頻率的頻帶確定的濾波器，並且利用於正弦波A和正弦波B的頻率需要為具有十倍以上不同的頻率，從而頻率設定的自由度較低。另外，存在以下問題作為系統結構，為產生線圈動作的結構，必須將用於產生磁場的電源搭載到信息終端，難以實現最近的信息終端所需的小型化和節能化。
另外，在上述的專利文獻1所記載的方法中，存在以下問題為了檢測從相同時間開始的相位，必須與交流磁場的產生同步地測量信號，需要為此的觸發信號(同步信號)，因而難以進行連續的測量。
關於其它的利用了交流信號的空間信息檢測裝置，例如還能夠看到如下的技術如專利文獻2那樣的檢測聲波的方向的技術，如專利文獻3那樣的接收來自被隔開固定間隔的線圈的交流磁場來檢測車輛的寬度方向的位置的技術。在該專利文獻2中，根據位於不同位置的兩個元件所接收的波形的相位差來檢測方向，在專利文獻3中，根據位於不同位置的兩個元件所接收的波形的振幅來檢測寬度方向的位置，但是兩者的檢測方向的範圍都被限制，不適合於最近的信息終端所要求的檢測360度方向。
本發明是鑑於這種情況完成的，其目的在於提供一種能夠利用交流磁場連續地進行測量、頻率設定自由度較大且結構簡單的空間信息檢測系統及其檢測方法以及空間信息檢測裝置。
專利文獻1日本特開2006-214979號公報 專利文獻2日本特開2004-184341號公報 專利文獻3日本特開平11-73600號公報 專利文獻4日本特開2003-65791號公報 專利文獻5日本特開平8-278137號公報 專利文獻6WO2004/003476 非專利文獻1生體醫工學41-4，239/249(2003)

發明內容
本發明是為了達到這種目的而完成的，本發明的空間信息檢測系統的特徵在於，具備磁場產生部(1)，其產生不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流磁場；磁場檢測部(20、111)，其具有檢測從該磁場產生部產生的磁場的多軸的磁傳感器；傅立葉變換部(32、118)，其根據該磁場檢測部的各軸的輸出信號來算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅；以及磁場矢量算出部(33、119)，其基於來自該傅立葉變換部的輸出信號，根據上述各軸的上述多個頻率成分的相位關係來算出上述各軸的振幅的符號，根據該符號和上述振幅來算出表示上述交流磁場的朝向和大小的磁場矢量(全部實施方式)。
另外，其特徵在於具備姿勢檢測部(140)，其檢測上述磁場檢測部的姿勢；以及位置/姿勢算出部(120)，其根據該姿勢檢測部的輸出信號和上述磁場矢量算出部的輸出信號來算出上述磁場檢測部的姿勢信息和位置信息(實施方式8、9、10)。
另外，其特徵在於，上述磁場檢測部具有除了檢測上述交流磁場以外還檢測直流磁場的多軸磁傳感器，上述傅立葉變換部除了算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅以外還算出上述各軸上的直流成分的振幅，上述磁場矢量算出部除了算出基於上述交流磁場的磁場矢量以外還根據上述直流成分的振幅來算出表示上述直流磁場的朝向和大小的直流磁場矢量，上述位置/姿勢算出部根據來自上述姿勢檢測部的輸出信號和上述直流磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和基於來自上述磁場產生部的交流磁場的磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息(實施方式9)。
另外，其特徵在於，上述直流磁場是地磁場(實施方式9)。
另外，其特徵在於，上述磁場產生部至少產生一個不同的多個頻率成分的相位關係已知並且根據位置不同而磁場的朝向或者大小不同的交流的不均勻磁場(全部實施方式)。
另外，其特徵在於，上述不均勻磁場是不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的梯度磁場(實施方式6至10)。
另外，其特徵在於，上述磁場產生部產生不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的均勻磁場和不同的多個頻率成分的相位關係已知並且根據位置不同而磁場的朝向或者大小不同的交流的不均勻磁場，上述磁場檢測部檢測上述均勻磁場和上述不均勻磁場，上述磁場矢量算出部基於來自上述傅立葉變換部的輸出信號，根據上述各軸的上述多個頻率成分的相位關係，對上述均勻磁場和上述不均勻磁場算出上述各軸的振幅的符號，並且根據上述各軸的振幅和上述符號來算出表示上述均勻磁場和不均勻磁場的朝向和大小的均勻磁場矢量和不均勻磁場矢量，上述位置/姿勢算出部根據從上述磁場矢量算出部輸出的上述均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出部輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息(實施方式4至7以及10)。
另外，其特徵在於，具備姿勢檢測部，該姿勢檢測部檢測上述磁場檢測部的姿勢，上述位置/姿勢算出部根據來自上述姿勢檢測部的輸出和從上述磁場矢量算出部輸出的上述均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出部輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息(實施方式10)。
另外，其特徵在於，上述磁場檢測部具有除了檢測上述均勻磁場和上述不均勻磁場以外還檢測直流磁場的多軸磁傳感器，上述傅立葉變換部除了算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅以外還算出上述各軸上的直流成分的振幅，上述磁場矢量算出部除了算出上述均勻磁場矢量和上述不均勻磁場矢量以外還根據上述直流成分的振幅來算出表示上述直流磁場的朝向和大小的直流磁場矢量，上述位置/姿勢算出部根據從上述磁場矢量算出部輸出的上述均勻磁場矢量和上述直流磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出部輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息(實施方式7)。
另外，其特徵在於，上述直流磁場是地磁場(實施方式7)。
另外，其特徵在於，上述不均勻磁場是不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的梯度磁場(實施方式6、7、10)。
另外，其特徵在於，上述磁場產生部具有疊加產生上述均勻磁場和上述不均勻磁場的線圈(實施方式5至7以及10)。
另外，其特徵在於，上述多個頻率成分的整數比是偶數對奇數(全部實施方式)。
另外，其特徵在於，上述整數比是2比1(全部實施方式)。
另外，本發明的空間信息檢測方法的特徵在於，具有以下步驟磁場檢測步驟，使用具有多軸的磁傳感器的磁場檢測部來檢測不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流磁場；傅立葉變換步驟，根據來自該磁場檢測步驟的各軸的輸出信號來算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅；以及磁場矢量算出步驟，基於來自該傅立葉變換步驟的輸出信號，根據上述各軸的上述多個頻率成分的相位關係算出上述各軸的振幅的符號，根據該符號和上述振幅來算出表示上述交流磁場的朝向和大小的磁場矢量。
另外，其特徵在於，具有以下步驟姿勢檢測步驟，檢測上述磁場檢測部的姿勢；以及位置/姿勢算出步驟，根據上述姿勢檢測步驟的輸出信號和上述磁場矢量算出步驟的輸出信號來算出上述磁場檢測部的姿勢信息和位置信息。
另外，其特徵在於，在上述磁場檢測步驟中，除了檢測上述交流磁場以外還檢測直流磁場，在上述傅立葉變換步驟中，除了算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅以外還算出上述各軸上的直流成分的振幅，在上述磁場矢量算出步驟中除了算出基於上述交流磁場的磁場矢量以外還根據上述直流成分的振幅來算出表示上述直流磁場的朝向和大小的直流磁場矢量，在上述位置/姿勢算出步驟中，根據來自上述姿勢檢測步驟的輸出信號和上述直流磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和基於上述交流磁場的磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
另外，其特徵在於，在上述磁場檢測步驟中，檢測不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的均勻磁場和不同的多個頻率成分的相位關係已知並且根據位置不同而磁場的朝向或者大小不同的交流的不均勻磁場，在上述磁場矢量算出步驟中，基於來自上述傅立葉變換步驟的輸出信號，根據上述各軸的上述多個頻率成分的相位關係除了對上述均勻磁場以外還對上述不均勻磁場算出上述各軸的振幅的符號，根據上述各軸的振幅和上述符號來算出表示上述均勻磁場和不均勻磁場的朝向和大小的均勻磁場矢量和不均勻磁場矢量，在上述位置/姿勢算出步驟中，根據從上述磁場矢量算出步驟輸出的上述均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出步驟輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
另外，其特徵在於，具有姿勢檢測步驟，檢測上述磁場檢測部的姿勢，在上述位置/姿勢算出步驟中，根據來自上述姿勢檢測步驟的輸出和從上述磁場矢量算出部輸出的上述均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出步驟輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
另外，其特徵在於，在上述磁場檢測步驟中除了檢測上述均勻磁場和上述不均勻磁場以外還檢測直流磁場，在上述傅立葉變換步驟中，除了算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅以外還算出上述各軸上的直流成分的振幅，在上述磁場矢量算出步驟中，除了算出上述均勻磁場矢量和上述不均勻磁場矢量以外，還根據上述直流成分的振幅來算出表示上述直流磁場的朝向和大小的直流磁場矢量，在上述位置/姿勢算出步驟中，根據從上述磁場矢量算出步驟輸出的上述均勻磁場矢量和上述直流磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出部輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
另外，本發明的空間信息檢測裝置的特徵在於，具備磁場檢測部(20、111)，其具有對從產生不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流磁場的磁場產生部(1)產生的磁場進行檢測的多軸的磁傳感器；傅立葉變換部(32、118)，其根據該磁場檢測部的各軸的輸出信號來算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅；以及磁場矢量算出部(33、119)，其基於來自該傅立葉變換部的輸出信號，根據上述各軸的上述多個頻率成分的相位關係來算出上述各軸的振幅的符號，根據上述符號與上述振幅來算出表示上述交流磁場的朝向和大小的磁場矢量。
另外，其特徵在於，具備姿勢檢測部，其檢測上述磁場檢測部的姿勢；以及位置/姿勢算出部，其根據上述姿勢檢測部的輸出信號和上述磁場矢量算出部的輸出信號來算出上述磁場檢測部的姿勢信息和位置信息。
另外，其特徵在於，上述磁場檢測部具有除了檢測上述交流磁場以外還檢測直流磁場的多軸磁傳感器，上述傅立葉變換部除了算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅以外還算出上述各軸上的直流成分的振幅，上述磁場矢量算出部除了算出基於上述交流磁場的磁場矢量以外，還根據上述直流成分的振幅來算出表示上述直流磁場的朝向和大小的直流磁場矢量，上述位置/姿勢算出部根據來自上述姿勢檢測部的輸出信號和上述直流磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和基於上述交流磁場的磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
另外，其特徵在於，上述磁場檢測部檢測從磁場產生部產生的磁場，其中，上述磁場產生部產生不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的均勻磁場和不同的多個頻率成分的相位關係已知並且根據位置不同而磁場的方向或者大小不同的交流的不均勻磁場，上述磁場矢量算出部基於來自上述傅立葉變換部的輸出信號，根據上述各軸的上述多個頻率成分的相位關係，除了對上述均勻磁場以外還對上述不均勻磁場算出上述各軸的振幅的符號，並且根據上述各軸的振幅和上述符號來來算出表示上述均勻磁場和不均勻磁場的朝向和大小的均勻磁場矢量和不均勻磁場矢量，上述位置/姿勢算出部根據從上述磁場矢量算出部輸出的上述均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出部輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
另外，其特徵在於，具備姿勢檢測部，該姿勢檢測部檢測上述磁場檢測部的姿勢，上述位置/姿勢算出部根據來自上述姿勢檢測部的輸出和從上述磁場矢量算出部輸出的上述均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出部輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
另外，其特徵在於，上述磁場檢測部具有除了檢測上述均勻磁場和上述不均勻磁場以外還檢測直流磁場的多軸磁傳感器，上述傅立葉變換部除了算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅以外還算出上述各軸上的直流成分的振幅，上述磁場矢量算出部除了算出上述均勻磁場矢量和上述不均勻磁場矢量以外還根據上述直流成分的振幅來算出表示上述直流磁場的朝向和大小的直流磁場矢量，上述位置/姿勢算出部根據從上述磁場矢量算出部輸出的上述均勻磁場矢量和上述直流磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出部輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
根據本發明，具備磁場產生部，其產生不同的多個頻率成分的相位關係已知的磁場；磁場檢測部，其具有檢測從該磁場產生部產生的磁場的多軸的磁傳感器；傅立葉變換部，其根據該磁場檢測部的各軸的輸出信號來算出各軸上的多個頻率成分的相位和振幅；以及磁場矢量算出部，其基於來自該傅立葉變換部的輸出信號，根據各軸的多個頻率成分的相位關係算出上述各軸的振幅的符號，根據該符號與振幅來算出表示磁場的朝向和大小的磁場矢量，因此能夠提供一種能夠利用交流磁場連續地進行測量、並且頻率的設定自由度較大且結構簡單的空間信息檢測系統。另外，同樣地，能夠提供該空間信息檢測系統的空間信息檢測方法以及空間信息檢測裝置。



圖1是表示本發明的空間信息檢測系統的實施方式1的整體結構圖。
圖2A是表示本發明的空間信息檢測系統中的信息終端和磁場產生部的線圈坐標系的圖，是表示信息終端的坐標系的圖。
圖2B是表示本發明的空間信息檢測系統中的信息終端和磁場產生部的線圈坐標系的圖，是表示磁場產生部的線圈的坐標系的圖。
圖3是表示本發明的空間信息檢測系統中的信息終端的方向與坐標系之間的關係的圖。
圖4是本發明的空間信息檢測系統中的實施方式1的空間信息檢測裝置的具體的結構框圖。
圖5是表示磁傳感器的朝向與所產生的交流磁場的朝向的關係和第一頻率成分與第二頻率成分的相位關係的圖。
圖6是表示磁傳感器的朝向與所產生的交流磁場的朝向的關係和第一頻率成分與第二頻率成分的相位關係的另一圖。
圖7A是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式1的動作的流程的圖。
圖7B是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式1的動作的流程的圖。
圖8是表示假設將方位角傳感器與磁場水平地每次轉動30度來測量疊加1Hz和2Hz的正弦波磁場而得到的磁場的模擬結果的圖。
圖9A是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式2的動作的流程的圖。
圖9B是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式2的動作的流程的圖。
圖10是表示假設將方位角傳感器與磁場水平地每次轉動30度來測量疊加3Hz和8Hz的正弦波磁場而得到的磁場的模擬結果的圖。
圖11是本發明的空間信息檢測系統中的實施方式3的空間信息檢測裝置的具體的結構框圖。
圖12A是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式3的動作的流程的圖。
圖12B是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式3的動作的流程的圖。
圖13是表示本發明的空間信息檢測系統的實施方式4的整體結構圖。
圖14是關於信息終端的坐標系的說明圖。
圖15是本發明的空間信息檢測系統中的實施方式4的空間信息檢測裝置的具體的結構框圖。
圖16是示意性地表示位置檢測用磁場Bp所形成的磁場的朝向的圖。
圖17是表示從Zg軸上方觀測來自位置檢測磁場產生線圈的位置檢測用磁場Bp的樣子的圖。
圖18是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式4的動作的流程的圖。
圖19是表示本發明的空間信息檢測系統的實施方式5的整體結構圖。
圖20是表示本發明的空間信息檢測系統的實施方式6的整體結構圖。
圖21A是關於梯度磁場產生機構的說明圖。
圖21B是關於梯度磁場產生機構的說明圖。
圖22是用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式6的動作的流程的圖。
圖23是表示本發明的空間信息檢測系統的實施方式7的整體結構圖。
圖24是用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式7的動作的流程的圖。
圖25是表示本發明的空間信息檢測系統的實施方式8的整體結構圖。
圖26是本發明的空間信息檢測系統中的實施方式8的空間信息檢測裝置的具體的結構框圖。
圖27是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式8的動作的流程的圖。
圖28是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式9的動作的流程的圖。
圖29是表示本發明的空間信息檢測系統的實施方式10的整體結構圖。
圖30是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式10的動作的流程的圖。
圖31A是表示在磁傳感器的正方向相對於正弦波狀的交流磁場的入射方向為相同方向的情況下測量得到的輸出信號的樣子的圖。
圖31B是表示在磁傳感器的正方向相對於正弦波狀的交流磁場的入射方向為相反方向的情況下測量得到的輸出信號的樣子的圖。

具體實施例方式 下面，參照

本發明的實施方式。
在本發明中，空間信息意味著姿勢或者位置的信息。姿勢有時是保留有自由度的一部分的姿勢，也有時是沒有保留自由度的任意姿勢。
首先，在下面對作為一部分姿勢的方向的檢測進行說明。
關於該方向的檢測，存在產生磁場的頻率比1∶2、使用三軸磁傳感器的情況(實施方式1)，產生磁場的頻率比M∶N、使用三軸磁傳感器的情況(實施方式2)，產生磁場的頻率比M∶N、使用兩軸磁傳感器的情況(實施方式3)。下面對這些各實施方式進行說明。在實施方式1至3中，以產生磁場是從一個線圈產生的磁場進行說明。從一個線圈產生的磁場以線圈中心軸對稱地擴散，但是在實施方式1至3中對在能夠視作向一個方向產生的磁場的範圍內檢測信息終端的方向的方法進行說明。也就是說，成為如下狀態下的實施方式信息終端位於可以作為均勻磁場來進行處理的區域中或者線圈中心軸上或者固定的位置上，其中，上述均勻磁場是磁場的朝向和大小可以視為固定的磁場。
[實施方式1] 圖1是表示本發明的空間信息檢測系統中的實施方式1的整體結構圖，圖中附圖標記1表示磁場產生部，1a表示電源，1b表示線圈，2表示信息終端，20表示磁場檢測部，21表示磁傳感器，3表示運算部。在該實施方式1中，具備頻率比1∶2的一個磁場產生部，磁場檢測部20具備三軸磁傳感器21。
本發明的空間信息檢測系統由磁場產生部1、磁場檢測部20以及運算部3構成，其中，上述運算部3具有傅立葉變換部(後述的圖4的附圖標記32)、磁場矢量算出部(後述的圖4的附圖標記33)、方向算出部(後述的圖4的附圖標記34)。磁場檢測部20安裝在要檢測方向的信息終端2上。
此外，信息終端2意味著利用者能夠得到某些信息的部分、部位，意味著手機、PDA(Personal Digital Assistant個人數字助理)、膠囊內窺鏡、內窺鏡、遊戲機等多種裝置。另外，運算部3構成為例如在面向手機、PDA、遊戲機或面向膠囊內窺鏡、內窺鏡的計測器或者PC(Personal Computer個人計算機)內的CPU(Central Processing Unit中央運算處理裝置)、DSP(DigitalSignal Processor數字信息處理器)、微型計算機等中利用如存儲器或硬碟那樣的存儲裝置、與外部之間的通信功能等。
構成本發明的空間信息檢測系統的磁場產生部1產生不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流磁場。如圖1所示，該磁場產生部1由電源1a和線圈1b構成，電源1a能夠疊加地產生頻率不同的兩個交流電流(或者電壓)，其第一和第二頻率的角頻率分別為ω、2ω(作為最小整數比，頻率比為1∶2)。並且，通過對線圈1b施加來自電源1a的產生電流能夠產生磁場。設為所產生的交流磁場的相位在時間t＝0時第一頻率成分、第二頻率成分的相位都為-π/2。即，當設為第一頻率成分的磁場相位為Θ、第二頻率成分的磁場相位為Φ，能夠表示成如下。
Θ＝ωt-π/2....(式1) Φ＝2ωt-π/2…(式2) 關於磁場檢測部20，在圖4中示出其具體結構，包括搭載了檢測從磁場產生部1產生的磁場的三軸磁傳感器21(圖4的X軸磁傳感器21a、Y軸磁傳感器21b、Z軸磁傳感器21c)的方位角傳感器20a，在該方位角傳感器20a上搭載有朝向相互正交的面的三軸的磁傳感器21a、21b、21c。該磁傳感器例如是霍爾元件、MR元件、GMR元件、MI元件等半導體型磁傳感器。
關於運算部3，在圖4中示出其具體結構，包括傅立葉變換部32、磁場矢量算出部33、方向算出部34，根據用途可以搭載在信息終端2上也可以不搭載在信息終端2上。此外，在圖1中在信息終端2與運算部3之間描繪有信號線，但是也可以為無線。
關於傅立葉變換部32，根據圖4在後面進行說明，其根據磁場檢測部20的各軸的輸出信號來算出各軸上的多個頻率成分的相位和振幅。關於磁場矢量算出部33，根據圖4在後面進行說明，其基於來自傅立葉變換部32的輸出信號，根據各軸的多個頻率成分的相位關係來對各軸的振幅算出符號並且根據各軸的符號和多個頻率成分中的至少一個頻率成分的振幅來算出表示磁場的朝向和大小的磁場矢量。方向算出部34根據來自磁場矢量算出部33的輸出來算出信息終端2的朝向方向。
圖2A和圖2B是表示本發明的空間信息檢測系統中的信息終端和磁場產生部的線圈的坐標系的圖，圖2A是表示信息終端的坐標系的圖，圖2B是表示磁場產生部的線圈的坐標系的圖。
如圖2A所示，設信息終端2的長度方向為x軸、寬度方向為y軸，用垂直於x軸和y軸的z軸來定義右手系的坐標系xyz坐標系(終端坐標系)。另外，設為信息終端2的方位角傳感器20a所具有的相互正交的三軸磁傳感器21a、21b、21c的方向與構成xyz坐標系的各軸的方向一致。即，存在x軸、y軸、z軸的磁傳感器，各自的輸出增大方向(正方向)為xyz坐標系的各軸的正方向朝向。
另外，如圖2B所示，線圈1b被設置為與水平面垂直，由Xg軸、Zg軸和Yg軸構成右手系的坐標系XgYgZg坐標系(絕對坐標系)，其中，上述Xg軸與從該線圈1b產生的正的磁場的方向一致，上述Zg軸朝向與水平面(地平面)鉛垂的上方，上述Yg軸與Xg軸構成與水平面平行的面。
圖3是表示本發明的空間信息檢測系統中的信息終端的方向與坐標系之間的關係的圖。在圖3中，朝向某個方向的信息終端2的xyz坐標系與XgYgZg坐標系除了原點以外都不一致。當將信息終端2的x軸、y軸坐標變換到XgYg面上時的矢量分別設為x』軸、y』軸時，利用實施方式1的空間信息檢測系統檢測出的作為信息終端2的空間信息的方向數據Ψ由x』軸與作為正的磁場的產生方向的Xg軸之間形成的角來表示。(首先，進行繞x軸的轉動而將y軸變換到y』軸，接著，進行繞y』軸的轉動而將x軸變換到x』軸。)此外，也將如該圖3中那樣的方向數據Ψ稱為方位角。此外，根據用途，利用本發明的實施方式1的空間信息檢測系統所檢測出的方向數據Ψ不限於方位角，有時也設為信息終端2所檢測出的表示磁場的朝向的磁場矢量。
圖4是本發明的空間信息檢測系統中的實施方式1的空間信息檢測裝置的具體的結構框圖。該空間信息檢測裝置由磁場檢測部20和運算部3構成，該運算部3具備數據接收部31、傅立葉變換部32、磁場矢量算出部33以及方向算出部34。磁場檢測部20具備方位角傳感器20a和數據發送部26。
該方位角傳感器20a由以下部分構成三軸磁傳感器21，其具有x軸磁傳感器21a、y軸磁傳感器21b和z軸磁傳感器21c；多路轉接器(multiplexer)部22，其選擇該三軸磁傳感器21並獲取來自所選擇的軸的磁傳感器的輸出信號；磁傳感器驅動部23，其經由該多路轉接器部22來驅動磁傳感器21；信號放大部24，其放大來自多路轉接器部22的輸出信號；以及A/D轉換部25，其對來自該信號放大部24的放大信號進行A/D轉換。數據發送部26將由A/D轉換部25進行轉換後的信號發送到運算部3。
根據這種結構，磁傳感器驅動部23經由多路轉接器部22來驅動磁傳感器21。多路轉接器部22選擇要測量的軸的磁傳感器。所選擇的軸的磁傳感器的信號在信號放大部24中被放大成適當的大小，在A/D轉換部25中被從模擬信號轉換為數位訊號。對來自各軸的磁傳感器的信號進行該向數位訊號的轉換。被數位化的信號作為磁數據從數據發送部26發送到運算部3。
如上所述，運算部3由接收來自磁場檢測部20的數據發送部26的磁數據的數據接收部31、傅立葉變換部32、磁場矢量算出部33以及方向算出部34構成。
傅立葉變換部32根據來自數據接收部31的輸出信號來算出各軸上的多個頻率成分的相位和振幅。另外，磁場矢量算出部33基於來自傅立葉變換部32的輸出信號，根據各軸的多個頻率成分的相位關係對各軸的振幅算出符號，根據符號和振幅算出表示磁場的朝向和大小的磁場矢量。另外，方向算出部34根據來自磁場矢量算出部33的輸出信號來算出信息終端2的方向。
根據這種結構，數據接收部31接收從磁場檢測部20的數據發送部26發送過來的磁數據並發送到傅立葉變換部32。該傅立葉變換部32在獲取了期望量的來自三軸的磁傳感器21的磁數據之後，對這些磁數據執行FFT運算(高速傅立葉變換)。作為期望量而獲取的數據量是例如疊加的交流磁場的波形的整數周期的數據量。例如，在疊加產生1Hz和2Hz的交流磁場、利用方位角傳感器20a以128Hz的採樣頻率來獲取磁數據的情況下，1Hz和2Hz的周期為整數倍的數據量是128個，將其設為要獲取的數據量。FFT運算的執行可以為分開對x軸的期望量的磁數據、y軸的期望量的磁數據、z軸的期望量的磁數據進行FFT運算，或者分開為對任意兩軸的期望量的磁數據同時進行複數FFT運算來得到FFT數據、對剩餘一軸的期望量的磁數據進行FFT運算。然後，根據通過執行FFT運算而算出的各軸的FFT數據來算出第一頻率成分的各軸的振幅、第一和第二頻率成分的相位，發送到磁場矢量算出部33。
在此，將在傅立葉變換部32中根據各軸的FFT數據而算出的振幅在x軸、y軸、z軸上分別表示為Ax、Ay、Az，同樣地將所算出的第一頻率成分的相位的各軸成分表示為θx、θy、θz，將第二頻率成分的相位的各軸成分表示為

(0≤θx，θy，θz，


)。
這些算出的相位被發送到磁場矢量算出部33，利用所測量的軸的磁傳感器的正方向相對於磁場的正方向朝向哪個方向或者接下來根據相位關系所求出的振幅符號判斷值來判斷振幅的符號。下面說明x軸的成分。
將振幅符號判斷值ηx定義成

…(式3)。
其中，0≤ηx＜2π。
在磁傳感器21的正方向與產生磁場的正方向一致的情況下，當設所算出的第一頻率成分和第二頻率成分的相位為θx+、

時，測量為 θx+＝ωt-π/2-2πpx+ …(式4)

…(式5) (其中，px+、qx+是用於使0≤θx+，

的整數)。並且，根據式(3)，此時的振幅符號判斷值ηx+變成 ηx+＝π/2+2π(2px+-qx+)-2πvx+…(式6)， 是固定值(其中，vx+是用於使0≤ηx+＜2π的整數)。另一方面，在磁傳感器21的正方向與產生磁場的正方向相反的情況下，當設所算出的第一頻率成分和第二頻率成分的相位為θx-、

時，測量為 θx-＝ωt-π/2+π-2πpx-…(式7)

…(式8) (相位偏離π。另外px-、qx-是用於使0≤θx-，

的整數)，因此根據(式3)，這種情況下的振幅符號判斷值ηx-變成 ηx-＝3π/2+2π(2px--qx-)-2πvx-…(式9) (其中，vx-是用於使0≤ηx-＜2π的整數)，這個也是固定值。
因而，根據(式3)算出的振幅符號判斷值ηx作為(式6)的ηx+和(式9)的ηx-其值不同，由此能夠判別產生磁場的方向與磁傳感器21的朝向之間的關係是相同方向還是相反方向。並且，能夠判斷振幅的符號。
例如，x軸的振幅的符號Sign(Ax)(其中，Sign(k)表示k的符號，為-1或者+1)，使用式(3)的ηx能夠表示為如下。
Sign(Ax)＝Sign(Sin(ηx))…(式10) 圖5和圖6是表示磁傳感器的朝向與所產生的交流磁場的朝向的關係和第一頻率成分與第二頻率成分的相位關係的圖。在最上段圖示了正的磁場方向和磁傳感器21的正方向的關係，在第二段圖示了由磁傳感器21測量的、每個頻率成分從t＝0到t＝3π/ω為止的交流磁場的變動，在第三段中分別利用實線、虛線、一點劃線圖示了第二段的交流磁場的第一頻率成分的相位θx、第二頻率成分的相位

並且2θx的從t＝0到t＝3π/ω為止的時間變化，在最下段中圖示了從t＝0到t＝3π/ω為止的

的時間變化。
圖5示出磁場的正方向與磁傳感器的正方向為相同方向的情況，圖6示出相反方向的情況。在圖5中ηx固定為π/2(與(式6)的ηx+對應)，在圖6中ηx固定3π/2(與(式9)的ηx-對應)。在圖中以磁傳感器21的感磁面(檢測磁場的面)與磁場垂直的情況進行表示，但是在不垂直的情況下僅是被測量的磁場的振幅減小，直到感磁面與磁場平行並朝向相反方向側為止(式6)和(式9)的ηx+、ηx-不發生變化。因而，能夠判斷磁傳感器21的輸出的正負。並且，如以上所看到的那樣，(式6)和(式9)的ηx+、ηx-取不依賴於時間的值，在振幅的符號決定上不需要根據與磁場同步的數據算出相位，因此也能夠自由地選擇進行測量的定時，並且能夠進行連續的測量。並且，具有可以不利用如上述專利文獻1那樣間歇地疊加信號的結構這種優點。
與x軸同樣地，根據y軸、z軸的振幅符號判斷值ηy、ηz求出y軸、z軸的振幅的符號，算出接下來的帶符號的振幅。當設x軸、y軸、z軸的帶符號的振幅為Ax』、Ay』、Az』時，算出以下式。
Ax』＝Sign(Sin(ηx))×Ax…(式11) Ay』＝Sign(Sin(ηy))×Ay…(式12) Az』＝Sign(Sin(ηz))×Az…(式13) 由此，能夠得到表示所測量的交流磁場的第一頻率成分的強度和朝向的磁場矢量(Ax』，Ay』，Az』)T(其中，XT表示X的轉置，該矢量表示列矢量)。此外，根據需要也可以對該磁場矢量進行歸一化來使用。即，也可以用以A』x、磁場矢量(Ax』，Ay』，Az』)T的大小為基準的比來重新表現磁矢量數據。並且，將所得到的該磁場矢量發送到方向算出部34。
在該方向算出部34中，根據磁場矢量求出作為姿勢信息的方向數據Ψ並輸出。在將方向數據Ψ設為如圖3那樣的方位角來進行算出的情況下，檢測信息終端2的姿勢，配合信息終端2的姿勢來校正磁場矢量，能夠根據校正後的磁場矢量的水平成分算出方向數據Ψ。例如，能夠利用如在專利文獻4、5等中記載的那樣的方法來求出方向數據Ψ。
當設校正後的磁場矢量的水平成分為Ax」、Ay」時，方向數據Ψ為 Ψ＝tan-1(Ay」/Ax」) …(式14) 能夠求出360度的方向。
當然，在xy平面與XgYg平面處於相同平面上的情況下，能夠根據(式11)、(式12)直接用以下(式15)求出。
Ψ＝tan-1(Ay』/Ax』) …(式15) 此外，在不是將方向數據Ψ設為方位角而是想單純地表示磁場的存在方向的情況下，直接利用磁場矢量作為方向數據Ψ。
圖7A和圖7B是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式1的動作的流程的圖。首先，由磁場產生部1疊加產生頻率比1∶2的不同的兩個交流磁場(步驟S1)。接著，利用磁場檢測部20的具有三軸磁傳感器21的方位角傳感器20a來測量由磁場產生部1產生的磁場，獲取作為數位訊號的各軸的磁數據(步驟S2)。接著，傅立葉變換部32判斷是否獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據(步驟S3)。如果獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據，則進入下一個步驟S4，如果沒有獲取到FFT運算所需的期望量的磁數據，則返回步驟S2。
接著，在傅立葉變換部32中對獲取到的期望量的x軸的磁數據進行FFT運算(步驟S4)。接著，同樣地對y軸的磁數據進行FFT運算(步驟S5)。接著，同樣地對z軸的磁數據進行FFT運算(步驟S6)。
接著，根據x軸的FFT數據來算出第一頻率成分的振幅Ax(步驟S7)。接著，同樣地根據y軸的FFT數據來算出第一頻率成分的振幅Ay(步驟S8)。接著，同樣地根據z軸的FFT數據來算出第一頻率成分的振幅Az(步驟S9)。
接著，根據x軸的FFT數據來算出第一頻率成分和第二頻率成分的相位θx、

(步驟S10)。接著，同樣地根據y軸的FFT數據來算出第一頻率成分和第二頻率成分的相位θy、

(步驟S11)。接著，同樣地根據z軸的FFT數據來算出第一頻率成分和第二頻率成分的相位θz、

(步驟S12)。
接著，在磁場矢量算出部33中，利用(式3)，根據所算出的θx、θy、θz、

來算出各軸的振幅符號判斷值ηx、ηy、ηz(步驟S13)，根據所算出的振幅符號判斷值ηx、ηy、ηz來判斷各軸的振幅的符號，算出帶符號的振幅、即磁場矢量(步驟S14)。在方向算出部34中根據該磁場矢量來算出方向數據Ψ(步驟S15)。
此外，如果是由傅立葉變換部32進行FFT運算之後，則之後的步驟S13以前的運算順序能夠互換。例如，也可以考慮以下順序如以步驟S4之後為步驟S7、步驟S10的順序那樣一同進行x軸的磁數據的運算。另外，也可以按照各軸數據的每個數據進行步驟S13、步驟S14的運算。例如，根據x軸的ηx來判斷符號，判斷x軸的振幅的符號，算出帶符號的振幅Ax』。之後，也可以根據y軸、z軸的ηy、ηz以同樣的步驟依次算出Ay』、Az』。
另外，在以上的步驟中，對三軸的磁數據分開地進行了三次FFT運算(步驟S4～步驟S6)，但是也能夠使用複數FFT運算執行兩次FFT運算而完成對三軸磁數據的FFT。例如，也存在這種方法對於x軸和y軸的磁數據，將x軸的磁數據代入實數部、將y軸的磁數據代入虛數部來執行複數FFT運算，對於剩餘的z軸的磁數據，進行對虛數部進行了零填充的複數FFT運算。此外，對於除此以外的FFT運算算法，只要能夠得到三軸的磁數據的FFT數據，本發明的空間信息檢測方法就有效是顯而易見的。
另外，在以上步驟中，將算出振幅的頻率成分設為第一頻率成分，但是也能夠根據算出後的FFT數據來求出第二頻率成分的振幅作為磁傳感器所測量出的信號的強度，由於具有與第一頻率成分的振幅相同的符號，因此可知如果在方向數據算出上能夠得到足夠的強度，則在運算中也可以不利用第一頻率成分的振幅而利用第二頻率成分的振幅。在這種情況下，所算出的磁場矢量表示第二頻率成分。
另外，以上，將一個頻率成分的交流磁場的波形假設為理想的正弦波進行了說明，但是在本發明中也包括以下情況不是理想的正弦波的情況，在能夠分離要獲取的頻率成分和不是要獲取的頻率成分的信號的情況下利用其它的非正弦波的波形的情況。
圖8是表示假設將方位角傳感器與磁場水平地每次轉動30度來對疊加1Hz和2Hz的正弦波磁場而得到的磁場進行測量的模擬結果的圖。假設採樣頻率為100Hz，FFT運算時的數據量為100個。設定方位角與算出角度一致。
[實施方式2] 本發明的實施方式2中的空間信息檢測系統的結構與圖1相同，但是由圖1的磁場產生部1產生的交流磁場的第一頻率成分和第二頻率成分的角頻率使用奇偶相互不同的正整數M、N，分別是Mω、Nω(作為最小整數比，頻率比為M∶N)。此外，奇偶相互不同是指在其中的任一個為偶數的情況下，另一個為奇數。也就是說，M∶N是偶數對奇數或者奇數對偶數。並且，通過對線圈1b施加來自電源1a的產生電流能夠產生磁場。所產生的交流磁場的相位在時間t＝0時，第一頻率成分、第二頻率成分分別為Ωθ、

即，當設第一頻率成分的磁場相位為Θ、第二頻率成分的磁場相位為Φ時，能夠表示成如下。
Θ＝Mωt+Ωθ…(式16)

…(式17) 另外，圖2、圖3、圖4的表示線圈和信息終端的坐標系的圖、表示信息終端的方向與坐標系的關係的圖以及空間信息檢測裝置的結構框圖與發明的實施方式1相同。
疊加地產生以上述的(式16)、(式17)的形式表示的交流磁場，與發明的實施方式1同樣地，利用方位角傳感器20a測量三軸的磁數據，在利用傅立葉變換部32獲取期望量的來自三軸磁傳感器21的磁數據之後，對它們執行FFT運算。
在此，與發明的實施方式1同樣地，根據各軸的FFT數據，將振幅在x軸、y軸、z軸上分別表示為Ax、Ay、Az，同樣地將第一頻率成分的相位的各軸成分表示為θx、θy、θz，將第二頻率成分的相位的各軸成分表示為

(0≤θx，θy，θz，


)。
在磁場矢量算出部33中，利用所測量的軸的磁傳感器的正方向相對於磁場的正方向朝向哪個方向或者利用根據相位關係求出的振幅符號判斷值來判斷振幅的符號。下面，對x軸的成分進行說明。將振幅符號判斷值ηx定義為

…(式18)。
其中，0≤ηx＜2π。
在磁傳感器的正方向與產生磁場的正方向一致的情況下，當設所算出的第一頻率成分和第二頻率成分的相位為θx+、

時，測量出 θx+＝Mωt+Ωθ-2πpx+…(式19)

…(式20) (其中，px+、qx+是用於使0≤θx+，

的整數)。並且，根據式(18)，此時的振幅符號判斷值ηx+為

…(式21) (其中，vx+是用於使0≤ηx+＜2π的整數)。另一方面，在磁傳感器的正方向與產生磁場的正方向相反的情況下，當設所算出的第一頻率成分和第二頻率成分的相位為θx-、

時，測量出 θx-＝Mωt+Ωθ+π-2πpx-…(式22)

…(式23) (相位偏離π。另外px-、qx-是用於使0≤θx-，

的整數)，因此根據(式18)，這種情況下的振幅符號判斷值ηx-為

(式24) (其中，νx-是用於使0≤ηx-＜2π的整數)。與發明的實施方式1同樣地，為了能夠判斷產生磁場的方向與磁傳感器的朝向的關係，需要選擇M、N使得(式21)的ηx+和(式24)的ηx-不同， M-N≠2j(其中，j是整數)…(式25) 並且， Npx+-Mqx+、Npx--Mqx- 總是整數。即，M和N是奇偶相互不同的整數。也就是說，如果M-N不是偶數則能夠區分(式21)的ηx+和(式24)的ηx-。只要M、N中的一個為偶數、另一個為奇數即可。
這樣，根據(式18)算出的振幅符號判斷值ηx能夠區分為(式21)的ηx+和(式24)的ηx-，因此也能夠區分產生磁場的方向與磁傳感器的朝向的關係。關於Sign(Ax)，只要預先設定函數使得能夠根據(式21)的ηx+和(式24)的ηx-與產生磁場的方向與磁傳感器的朝向的關係相應地算出正負的符號即可。
在

…(式26) 的情況下，能夠表現為 Sign(Ax)＝Sign(Sin(ηx))…(式27) 同樣地根據y軸、z軸的振幅符號判斷值ηy、ηz來求出y軸、z軸的振幅的符號，接著求出帶符號的振幅。當設x軸、y軸、z軸的帶符號的振幅為Ax』、Ay』、Az』時，算出以下式。
Ax』＝Sign(Ax)×Ax…(式28) Ay』＝Sign(Ay)×Ay…(式29) Az』＝Sign(Az)×Az…(式30) 如上所述，得到了磁場矢量，因此與發明的實施方式1同樣地將該得到的該磁場矢量發送到方向算出部34(根據需要，在要將磁場矢量歸一化的情況下進行歸一化)。在該方向算出部34中，與發明的實施方式1同樣地算出方向數據Ψ。
如上所述，將疊加的交流磁場的頻率比從發明的實施方式1的1∶2擴展到M∶N，能夠擴大所利用的頻率的選擇幅度。通常，發明的實施方式1的1∶2當然包括在本發明的實施方式2的M∶N中。並且，如果在產生磁場時相位Ωθ、

確定，則能夠利用上述的方式進行方向檢測，因此第一頻率和第二頻率的相位不一定為一致也可以不同。另外，與發明的實施方式1同樣地，在振幅的符號決定上不需要根據與磁場同步的數據算出相位，因此也能夠自由地選擇測量的定時，並且能夠進行連續的測量。並且，可以不利用如上述的專利文獻1那樣間歇地疊加信號的複雜結構。
圖9A以及圖9B是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式2的動作的流程的圖。首先，由磁場產生部1疊加產生頻率比M∶N的不同的兩個交流磁場(步驟S1)。接著，利用具有三軸磁傳感器21的方位角傳感器20a對由磁場產生部1產生的磁場進行測量，獲取作為數位訊號的各軸的磁數據(步驟S2)。接著，傅立葉變換部32判斷是否獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據(步驟S3)。如果獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據，則進入下一個步驟S4，如果沒有獲取到FFT運算所需的期望量的磁數據，則返回步驟S2。
接著，在傅立葉變換部32中對所獲取的期望量的x軸的磁數據進行FFT運算(步驟S4)。接著，同樣地對y軸的磁數據進行FFT運算(步驟S5)。接著，同樣地對z軸的磁數據進行FFT運算(步驟S6)。
接著，根據x軸的FFT數據算出第一頻率成分的振幅Ax(步驟S7)。接著，同樣地根據y軸的FFT數據算出第一頻率成分的振幅Ay(步驟S8)。接著，同樣地根據z軸的FFT數據算出第一頻率成分的振幅Az(步驟S9)。
接著，根據x軸的FFT數據算出第一頻率成分和第二頻率成分的相位θx、

(步驟S10)。接著，同樣地根據y軸的FFT數據算出第一頻率成分和第二頻率成分的相位θy、

(步驟S11)。接著，同樣地根據z軸的FFT數據算出第一頻率成分和第二頻率成分的相位θz、

(步驟S12)。
接著，在磁場矢量算出部33中，根據所算出的θx、θy、θz、

利用(式18)來算出各軸的振幅符號判斷值ηx、ηy、ηz(步驟S13)。根據所算出的振幅符號判斷值ηx、ηy、ηz來判斷各軸的振幅的符號，算出帶符號的振幅、即磁場矢量(步驟S14)。接著，在方向算出部34中根據磁矢量數據算出方向數據Ψ(步驟S15)。
如果在由傅立葉變換部32進行了FFT運算之後，則之後的步驟S13之前的運算順序能夠互換。例如，也可以考慮以下順序以在步驟S4之後為步驟S7、步驟S10這種順序來一起進行對x軸的磁數據的運算。另外，也可以按照各軸數據的每個數據來進行步驟S13、步驟S14的運算。例如，根據x軸的ηx來判斷符號，判斷x軸的振幅的符號，算出帶符號的振幅Ax』。之後，也可以根據y軸、z軸的ηy、ηz按照相同的步驟依次算出Ay』、Az』。
另外，在以上步驟中，對三軸的磁數據分開進行了三次FFT運算(步驟S4～步驟S6)，但是也能夠使用複數FFT運算，執行兩次FFT運算來完成三軸的磁數據的FFT。例如，也存在以下方法對於x軸和y軸的磁數據，將x軸的磁數據代入實數部中、將y軸的磁數據代入虛數部中來執行複數FFT運算，對於剩餘的z軸的磁數據，進行對虛數部進行了零填充的複數FFT運算。此外，對於除此以外的FFT運算算法，如果能夠得到三軸的磁數據的FFT數據，則本發明的空間信息檢測方法有效是顯而易見的。
另外，在以上步驟中，將算出振幅的頻率成分設為第一頻率成分，但是與實施方式1同樣地，作為磁傳感器所測量出的信號的強度也可以利用第二頻率成分的振幅是顯而易見的。
另外，與實施方式1同樣地，在本發明中也包括以下的情況一個頻率成分的交流磁場的波形不是理想的正弦波的情況，在能夠分離要獲取的頻率成分和不是要獲取的頻率成分的信號的情況下利用其它的非正弦波的波形的情況。
圖10是表示假設為將方位角傳感器與磁場水平地每次轉動30度來測量疊加3Hz和8Hz的正弦波磁場而得到的磁場的模擬結果的圖。設為採樣頻率為100Hz，FFT運算時的數據量為100個。可知設定方位角與算出角度一致。
[實施方式3] 本發明的實施方式3示出具有頻率比M∶N的一個磁場產生單元和兩軸磁傳感器21的情況。在信息終端2被固定在水平面上來使用的情況下，方位角傳感器20a僅具有x軸和y軸兩軸磁傳感器(21a、21b)，因此能夠按照與發明的實施方式1或者發明的實施方式2相同的步驟來檢測磁場的方向。
圖11是本發明的空間信息檢測系統中的實施方式3的空間信息檢測裝置的具體的結構框圖，是利用兩軸磁傳感器21的情況下的本發明所涉及的空間信息檢測裝置的結構框圖。圖11與上述的實施方式1的圖4不同的是磁傳感器21的數量，僅為x軸、y軸兩軸。其它結構以及動作與圖4相同。
圖12A以及圖12B是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式3的動作的流程的圖，是表示磁傳感器為兩軸的情況下的方向檢測方法的步驟的流程圖。首先，由磁場產生部1疊加產生頻率比M∶N的不同的兩個交流磁場(步驟S1)。接著，利用具有兩軸磁傳感器21的方位角傳感器20a來測量由磁場產生部1產生的磁場，獲取作為數位訊號的各軸的磁數據(步驟S2)。接著，傅立葉變換部32判斷是否獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據(步驟S3)。如果獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據，則進入下一個步驟S4，如果沒有獲取到FFT運算所需的期望量的磁數據，則返回步驟S2。
接著，在傅立葉變換部32中，對所獲取的期望量的x軸的磁數據進行FFT運算(步驟S4)。接著，同樣地對y軸的磁數據進行FFT運算(步驟S5)。接著，根據x軸的FFT數據來算出第一頻率成分的振幅Ax(步驟S6)。接著，同樣地根據y軸的FFT數據來算出第一頻率成分的振幅Ay(步驟S7)。
接著，根據x軸的FFT數據來算出第一頻率成分和第二頻率成分的相位θx、

(步驟S8)。接著，同樣地根據y軸的FFT數據來算出第一頻率成分和第二頻率成分的相位θy、

(步驟S9)。接著，在磁場矢量算出部33中，根據所算出的θx、θy、


利用(式18)來算出各軸的振幅符號判斷值ηx、ηy(步驟S10)，根據所算出的振幅符號判斷值ηx、ηy來判斷各軸的振幅的符號，算出帶符號的振幅、即磁矢量數據(步驟S11)。接著，在方向算出部34中根據磁場矢量算出方向數據Ψ(步驟S12)。
通過以上步驟，能夠算出作為空間信息的方向數據Ψ。要接著算出方向數據Ψ，返回步驟2即可。
在以上的實施方式1至3中，設產生磁場的線圈為一個線圈進行了說明，但是也可以以隔著信息終端的方式配置亥姆霍茲(Helmholtz)線圈，從該亥姆霍茲線圈產生實施方式1至3中說明的磁場。
此外，通過利用多個與以上實施方式相同的產生交流磁場的線圈、利用相同方法，能夠檢測信息終端2的任意的姿勢。在實施方式1至3中，保留有以一個交流磁場的產生方向為軸的運動的自由度，但是通過產生另一個交流磁場能夠減少其自由度，能夠規定任意的姿勢。因而，利用如實施方式中那樣的方位角傳感器20a能夠檢測任意的姿勢。該任意的姿勢的檢測利用在以後的實施方式中說明的方法。
接著，在下面對使用了均勻磁場和不均勻磁場的位置和姿勢的檢測進行說明。
關於該使用了均勻磁場和不均勻磁場的位置和姿勢的檢測，存在利用不同的線圈產生Zg軸用磁場和位置檢測用磁場的情況(實施方式4)和利用一個線圈產生Zg軸用磁場和位置檢測用磁場的情況(實施方式5)。下面，說明這些實施方式。
[實施方式4] 圖13是表示本發明的空間信息檢測系統的實施方式4的整體結構圖。該空間信息檢測系統具備不均勻磁場產生部(位置檢測磁場產生線圈103和位置檢測磁場產生用電源106)，其作為磁場產生部產生不同的多個頻率成分的相位關係已知並且根據位置不同而磁場的朝向或者大小不同的交流的不均勻磁場；兩個均勻磁場產生部(Xg軸亥姆霍茲線圈101和Xg軸亥姆霍茲線圈用電源104以及Zg軸亥姆霍茲線圈102和Zg軸亥姆霍茲線圈用電源105)，其產生不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的均勻磁場；磁場檢測部111，其具有對由該不均勻磁場產生部產生的交流磁場和由均勻磁場產生部產生的交流磁場進行檢測的多軸磁傳感器；以及運算部108，其根據基於由兩個均勻磁場產生部產生的交流的均勻磁場的磁場檢測部111的輸出信號來算出該磁場檢測部111的姿勢信息，根據該姿勢信息和基於由不均勻磁場產生部產生的交流的不均勻磁場的磁場檢測部111的輸出信號來算出磁場檢測部111的位置信息。
也就是說，空間信息檢測系統由Xg軸亥姆霍茲線圈101、Zg軸亥姆霍茲線圈102、位置檢測磁場產生線圈103、Xg軸亥姆霍茲線圈用電源104、Zg軸亥姆霍茲線圈用電源105、位置檢測磁場產生用電源106、具有磁場檢測部111的信息終端107、運算部108、以及數據顯示部109構成。信息終端107、運算部108以及數據顯示部109構成空間信息檢測裝置。
定義了右手系的坐標系XgYgZg坐標系(是絕對坐標系，Xg軸、Yg軸、Zg軸分別相互正交)，由兩個線圈一組地構成的一對亥姆霍茲線圈即Xg軸亥姆霍茲線圈101和Zg軸亥姆霍茲線圈102各自的線圈中心軸構成為沿著Xg軸和Zg軸。
設Yg軸為從Zg軸向Xg軸的方向右旋而處於螺旋前進的方向(設為從圖13的紙面眼前側朝向裡側)。Xg軸亥姆霍茲線圈101能夠在其線圈間中心附近產生與Xg軸的朝向相同的交流的均勻磁場Bx(Xg軸方向磁場)。Zg軸亥姆霍茲線圈102也同樣地能夠在其線圈間中心附近產生與Zg軸的朝向相同的交流的均勻磁場Bz(Zg軸方向磁場)。將Xg軸亥姆霍茲線圈101和Zg軸亥姆霍茲線圈102都能夠產生均勻磁場的空間稱為均勻空間。圖13的虛線內表示該均勻空間。
並且，配置一個沿著Zg軸具有中心軸的位置檢測磁場產生線圈103。從該位置檢測磁場產生線圈103產生交流的不均勻磁場Bp(位置檢測用磁場)，該不均勻磁場B p在各亥姆霍茲線圈所形成的均勻空間內的任意的位置上磁場的朝向或者大小不同。
Xg軸亥姆霍茲線圈用電源104、Zg軸用亥姆霍茲線圈用電源105、位置檢測磁場產生用電源106分別對上述各線圈即Xg軸亥姆霍茲線圈101、Zg軸亥姆霍茲線圈102、位置檢測磁場產生線圈103疊加提供頻率不同的兩個交流電流(或者電壓)。
來自Xg軸亥姆霍茲線圈用電源104的交流電流(或者電壓)的第一和第二頻率的角頻率使用奇偶不同的正的整數Mx、Nx而分別為Mxωx、Nxωx(作為最小整數比，頻率比為Mx∶Nx)。例如可以設為Mx＝1、Nx＝2。同樣地，從Zg軸亥姆霍茲線圈用電源105產生具有Mzωz、Nzωz的角頻率的交流電流(或者電壓)，從位置檢測磁場產生用電源106產生具有Mpωp、Npωp的角頻率的交流電流(或者電壓)。假設這些各角頻率分別互不相同。
並且，通過對各線圈提供來自各電源的電流能夠產生磁場，從各線圈產生的磁場Xg軸方向磁場Bx、Zg軸方向磁場Bz、位置檢測用磁場Bp分別具有Mxωx和Nxωx、Mzωz和Nzωz、Mpωp和Npωp的組合的角頻率。
並且，能夠與實施方式2同樣地表示這些Bx、Bz、Bp的各頻率成分的相位關係，例如如下這樣表示Bx的第一和第二頻率成分的相位Θx、Φx。
Θx＝Mxωxt+Ωθx…(式31)

…(式32) (設在時間t＝0時的第一頻率成分、第二頻率成分分別為Ωθx、

)。設為也能夠以同樣的形式來表現Bz、Bp。
在均勻空間內配置有信息終端107。在該信息終端107內部搭載有檢測從上述的各線圈產生的磁場的磁場檢測部(方位角傳感器111a和數據發送部116、參照後述的圖15)111，在該方位角傳感器111a上搭載有朝向相互正交的面的作為三軸磁傳感器110的x軸磁傳感器110a、y軸磁傳感器110b以及z軸磁傳感器110c。
該磁傳感器110a～110c例如是霍爾元件、MR元件、GMR元件、MI元件等半導體型的磁傳感器。另外，數據發送部116能夠將磁數據發送到信息終端107的外部的運算部108內的數據接收部117，其中，上述磁數據是將方位角傳感器111a內的三軸的磁傳感器110所檢測出的磁場轉換成數位訊號而得到的數據。此外，在圖13中描繪了用無線來從信息終端107的數據發送部116向運算部108傳送磁數據的樣子(鉤型的虛線箭頭表示用無線來傳送的磁數據)。
根據用途，不一定需要無線，也可以用有線連接信息終端107和運算部108來進行數據的發送接收。另外，雖然運算部108也被描繪在信息終端107的外部，但是也可以將運算部108搭載在信息終端107的內部，與信息終端107外部的數據顯示部109交換運算部108的數據。此時，根據用途，可以是無線也可以是有線。
此外，信息終端107與實施方式1的記載同樣地意味著各種信息終端。另外，運算部108也與實施方式1同樣地意味著各種運算部。另外，數據顯示部109是具有向利用者顯示來自運算部108的輸出信號的功能的部分，該數據顯示部109例如利用手機、PDA、遊戲機、計測器、PC用顯示器等而構成。
圖14是關於信息終端107的坐標系的說明圖。將信息終端107的長度方向設為x軸，將寬度方向設為y軸，用與x軸和y軸垂直的z軸來定義右手系的坐標系xyz坐標系(稱為終端坐標系)。另外，設搭載在信息終端107上的方位角傳感器111a所具有的相互正交的三軸磁傳感器110的方向分別與構成xyz坐標系的各軸的方向一致。即，存在x軸、y軸、z軸的磁傳感器(110a～110c)，各自的輸出的增大方向(正方向)是xyz坐標系的各軸的正方向朝向。
並且，在運算部108中根據所接收的磁數據來算出表示信息終端107相對於絕對坐標系的位置和姿勢的位置信息和姿勢信息並發送到數據顯示部109，能夠在該數據顯示部109中獲知信息終端107的位置和姿勢。
圖15是本發明的空間信息檢測系統中的實施方式4的空間信息檢測裝置的具體的結構框圖。該空間信息檢測測裝置由磁場檢測部111和運算部108構成，該運算部108具備數據接收部117、傅立葉變換部118、磁場矢量算出部119以及位置/姿勢算出部120。磁場檢測部111如上所述地由方位角傳感器111a和數據發送部116構成。
該方位角傳感器111a由以下部分構成三軸磁傳感器110，其具有x軸磁傳感器110a、y軸磁傳感器110b、z軸磁傳感器110c；多路轉接器部112，其選擇該三軸磁傳感器110並獲取來自所選擇的軸的磁傳感器的輸出信號；磁傳感器驅動部113，其經由該多路轉接器部112來驅動磁傳感器110；信號放大部114，其對來自多路轉接器部112的輸出信號進行放大；以及A/D轉換部115，其對來自該信號放大部114的放大信號進行A/D轉換後輸出到數據發送部116。數據發送部116將由A/D轉換部115進行轉換後的信號發送到運算部108。
根據這種結構，磁傳感器驅動部113經由多路轉接器部112來驅動磁傳感器(110a～110c)。多路轉接器部112選擇要測量的軸的磁傳感器。被選擇的軸的磁傳感器的信號在信號放大部114中被放大成適當的大小，在A/D轉換部115中被從模擬信號轉換成數位訊號。對來自各軸的磁傳感器110的信號進行該向數位訊號的轉換。被數位化的信號作為磁數據從數據發送部116發送到運算部108。
如上所述，運算部108由數據接收部117、傅立葉變換部118、磁場矢量算出部119以及位置/姿勢算出部120構成。
根據這種結構，數據接收部117接收來自磁場檢測部111的數據發送部116的磁數據，並發送到傅立葉變換部118。該傅立葉變換部118從數據接收部117獲取期望量(例如，在以128Hz的採樣頻率進行測量的情況下，如果需要1Hz的頻率解析度則為128個數據量)的來自三軸磁傳感器110的磁數據之後，對它們執行FFT運算。然後，根據各軸的FFT運算結果來算出各軸上從各線圈產生的交流磁場Bx、Bz、Bp的各頻率成分(角頻率成分分別為Mxωx和Nxωx、Mzωz和Nzωz、Mpωp和Npωp的多個頻率成分)的信號強度(振幅)和相位(在此，設為算出各軸的Mxωx、Mzωz、Mpωp的頻率成分的振幅，算出Mxωx和Nxωx、Mzωz和Nzωz、Mpωp和Npωp的頻率成分的相位)，並發送到磁場矢量算出部119。
磁場矢量算出部119根據來自傅立葉變換部118的各軸的多個頻率成分的振幅和相位，通過發明的實施方式2所記載的方法，對於各磁場，利用各軸的多個頻率成分的相位關係來對各軸的振幅算出符號，由此分別算出角頻率為Mxωx、Mzωz、Mpωp的頻率成分的磁場矢量即mx、mz、mp。即，通過發明的實施方式2所記載的方法，根據Mxωx的頻率成分的振幅和Mxωx與Nxωx的頻率成分的相位關係來算出mx。同樣地，根據Mzωz的頻率成分的振幅和Mzωz與Nzωz的頻率成分的相位關係來算出mz，根據Mpωp的頻率成分的振幅和Mpωp與Npωp的頻率成分的相位關係來算出mp。它們將Bx、Bz、Bp的角頻率為Mxωx、Mzωz、Mpωp的成分的磁場的朝向和大小表現為在終端坐標系中的矢量。即，mx、mz是表示均勻磁場的朝向和大小的均勻磁場矢量，被利用為姿勢檢測用磁場矢量，mp是表示不均勻磁場的朝向和大小的不均勻磁場矢量，被利用為位置檢測用磁場矢量。
此外，能夠根據由x軸、y軸、z軸的磁傳感器110檢測的帶符號的振幅Ax』、Ay』、Az』來求出磁場矢量。例如，當設對於Xg軸方向磁場Bx的帶符號的振幅為A_x』(Mxωx)、A_y』(Mxωx)、A_z』(Mxωx)時，磁場矢量mx為 mx＝(A_x』(Mxωx)，A_y』(Mxωx)，A_z』(Mxωx))T…(式33) (其中，XT表示X的轉置，該矢量表示列矢量)。同樣地，能夠根據各軸上的Bz、Bp的各自的頻率成分的振幅和相位來算出mz、mp。
並且，位置/姿勢算出部120根據由磁場矢量算出部119算出的磁場矢量mx、mz、mp來算出信息終端107的姿勢信息和位置信息，並發送到數據顯示部109。
在此，對於位置/姿勢算出部120算出信息終端107的姿勢信息和位置信息的步驟的一例進行說明。
圖16是示意性地表示位置檢測用磁場Bp所形成的磁場的朝向的圖。從位置檢測磁場產生線圈103產生的磁場的朝向以線圈的中心軸(Zg軸)對稱地放射狀地擴散。該不均勻磁場Bp根據位置不同而朝向或者大小不同，因此通過計測該Bp能夠確定信息終端107的位置。
例如，圖17是表示從Zg軸上方觀察來自位置檢測磁場產生線圈103的位置檢測用磁場Bp的樣子的圖。XgYg平面以位置檢測磁場產生線圈103的中心為原點而擴散。Bp從位置檢測磁場產生線圈103的中心放射狀地擴撒，因此在與XgYg面平行的面上等強度的位置位於圓周上。
在圖17中，在該等強度的圓周上的不同位置上描繪有姿勢a、b、c，該姿勢a、b、c為信息終端107與XgYg平面平行(終端坐標系的x軸y軸與XgYg平面平行)並且終端坐標系的x軸朝向與圓的切線垂直的外側的姿勢。雖然姿勢a、b、c相對於絕對坐標系的XgYg坐標的姿勢和位置不同，但是在終端坐標系中測量到的磁場矢量mp相同。因而，通過求出區分是哪個姿勢a、b、c的姿勢信息，可知絕對坐標系與終端坐標系的關係，能夠利用絕對坐標系來表示終端坐標系的磁場矢量mp，能夠判斷測量了等強度圓周上的哪個位置的Bp，因此能夠確定信息終端107所存在的位置。例如，信息終端107還具備利用了靜電電容型或者壓電電阻型元件的加速度傳感器，由磁場檢測部111進一步檢測地磁場，如果利用該地磁場和加速度預先檢測信息終端107的姿勢，則也能夠如上所述地利用不均勻磁場來確定位置。另外，也可以信息終端107具備利用了壓電元件的振動陀螺傳感器和加速度傳感器，具備檢測信息終端107(磁場檢測部111)的任意的姿勢的功能，算出姿勢信息，利用該姿勢信息和上述不均勻磁場來確定位置(這些參照後述的實施方式8)。
因此，首先求出信息終端107的姿勢信息。
在此，下面對利用均勻交流磁場來算出姿勢信息的方法進行說明。
根據由磁場矢量算出部119算出的終端坐標系的均勻磁場矢量mx、mz，表示絕對坐標系的標準正交基(orthonormal basis)矢量ex、ey、ez可以表現為如下。
ex＝mx/|mx|…(式34) ey＝mz×mx/|mz×mx|…(式35) ez＝mz/|mz| …(式36) 在此，|x|表示x的絕對值，×為表示矢量之間的外積運算的運算符。並且，當以x＝(exeyez)來表現三行三列矩陣時，通過如下的變換，任意的絕對坐標系的任意的矢量rg被表現為終端坐標系的矢量r。
Xrg＝r…(式37) 即，根據終端坐標系的矢量r，作為 rg＝X-1r＝XTr…(式38) 能夠變換為絕對坐標系的矢量rg。
XT是從絕對坐標系看的由終端坐標系的標準正交基構成的矩陣，也是表示信息終端107的姿勢的姿勢信息。例如，信息終端107的長度方向(終端坐標系的x軸方向)被表示成rx＝(1，0，0)T，當通過XT將該矢量變換為利用絕對坐標系表示的矢量rxg＝(Rx，Ry，Rz)T時，該矢量的各成分為XT的第一列的成分。並且，能夠用以下式來算出該長度方向與Xg軸所形成的角Ψ、與XgYg平面所形成的角α。
Ψ＝tan-1(Ry/Rx)…(式39) α＝tan-1(Rz/(Ry2+Rx2)1/2) …(式40) 這些表示信息終端107的長度方向的姿勢。同樣地，能夠分別利用XT的第二列、XT的第三列的成分來表現寬度方向ry＝(0，1，0)T以及終端坐標系的z軸方向rz＝(0，0，1)T的姿勢。由此，能夠求出表示信息終端107的任意的姿勢的姿勢信息。此外，不限於上述方法，為了進行從終端坐標系向絕對坐標系的變換，作為姿勢信息也可以通過歐拉角(Euler angle)(偏航角(yawangle)/螺旋上升角(pitch angle)/橫搖角(roll angle)等)等來表現姿勢。
並且，由於能夠進行從終端坐標系向絕對坐標系的坐標轉換，因此求出將不均勻磁場矢量mp變換到絕對坐標系的矢量Jp。
Jp＝XTmp…(式41) 並且，當設來自位置檢測磁場產生線圈103的位置檢測用磁場Bp在絕對坐標系的某個任意的坐標點rp＝(X，Y，Z)上為Bp＝(Bpx，Bpy，Bpz)T時，能夠根據下式 Bp＝Jp…(式42) 求出rp作為位置信息。
例如，在根據畢奧一薩瓦特定律(Biot-Savart Law)能夠求出本發明中的位置檢測磁場產生線圈103所產生的磁場為來自磁偶極子(magnetic dipole)(將其定義為mcoil)的磁場的情況下，當以r0來表示位置檢測磁場產生線圈103在絕對坐標系中的位置時，能夠以下式唯一地求出rp上的位置檢測用磁場Bp。
Bp＝1/4π×(-mcoil/|rp-r0|3+3(mcoil·(rp-r0))(rp-r0)/|rp-r0|5)…(式43) 能夠通過將該式應用於(式42)來簡單地求出位置信息rp。
當然，也可以不利用如(式43)那樣的代數式而利用以下方法求出位置信息rp通過如有限元法(finite element method)等那樣的模擬來算出來自位置檢測磁場產生線圈103的位置檢測用磁場Bp的方法，或者存儲預先計測出的位置檢測用磁場Bp，通過表參照用(式42)來與作為測量值而求出的Jp進行比較。
圖18是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式4的動作的流程的圖。首先，從各線圈101、102、103產生Xg軸方向磁場Bx、Zg軸方向磁場Bz、位置檢測用磁場Bp的各磁場(步驟S1)。接著，利用具有三軸磁傳感器110的方位角傳感器111a對正在從各線圈101、102、103產生的磁場進行測量，獲取作為數位訊號的各軸的磁數據(步驟S2)。
接著，在傅立葉變換部118中判斷是否獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據(步驟S3)。如果獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據，則進入下一個步驟S4，如果沒有獲取到FFT運算所需的期望量的磁數據，則返回步驟S2。
接著，對所獲取的期望量的各軸的磁數據進行FFT運算，如上所述地算出各軸上的多個頻率成分的振幅和相位。即，在各軸上算出各磁場的各頻率成分的振幅和相位(步驟S4)。然後，在磁場矢量算出部119中，根據各軸的各磁場的頻率成分的振幅和相位，對於各磁場，利用各軸的多個頻率成分的相位關係對各軸的振幅求出符號，算出表示各磁場的朝向和大小的位置姿勢檢測所需的磁場矢量mx、mz、mp(步驟S5)。
然後，在位置姿勢算出部120中，根據姿勢檢測用的磁場矢量mx、mz來算出表示信息終端107的姿勢的姿勢信息(步驟S6)。然後，根據信息終端107的姿勢信息能夠進行從終端坐標系向絕對坐標系的坐標變換，因此能夠求出將位置檢測用磁場矢量mp變換到絕對坐標系的矢量Jp，根據(式20)來算出信息終端107的位置信息(步驟S7)。
通過如上所述的步驟，在均勻空間內，能夠根據交流的均勻磁場Bx、Bz求出信息終端107的姿勢信息，然後根據信息終端107的姿勢信息和交流的不均勻磁場Bp來求出信息終端107的位置信息。即，能夠檢測出信息終端107的姿勢和位置。然後，在繼續進行位置和姿勢的檢測的情況下，返回步驟S2即可。
在本發明的空間信息檢測系統的實施方式4的結構中，位置檢測磁場產生線圈103的中心軸也可以不一定與Zg軸一致。如果能夠與如(式42)那樣測量位置檢測用磁場Bp而求出的Jp進行比較來求出位置信息，則能夠配置在任意的位置上。
另外，在實施方式4的結構中，作為均勻磁場產生部由Xg軸亥姆霍茲線圈101和Zg軸亥姆霍茲線圈102兩對亥姆霍茲線圈構成，但是在信息終端107具備加速度傳感器、能夠在Zg軸方向上檢測重力加速度的情況下，能夠僅利用一對Xg軸亥姆霍茲線圈101，利用磁場矢量mx和由加速度傳感器所檢測的加速度矢量來檢測信息終端107的任意姿勢，還能夠根據不均勻交流磁場Bp來求出信息終端107的位置信息。這種結構也包括在本發明中。
[實施方式5] 圖19是表示本發明的空間信息檢測系統的實施方式5的整體結構圖。對與發明的實施方式4的圖13不同的結構進行說明。在圖19中，沒有發明的實施方式4的位置檢測磁場產生線圈103和位置檢測磁場產生用電源106，代替Zg軸亥姆霍茲線圈用電源105而具備由電源125a和電源125b構成的Zg軸亥姆霍茲線圈用電源部125。另外，Zg軸亥姆霍茲線圈122被區分為線圈122a和線圈122b，並分別與電源125a和電源125b相連接。該結構構成為從線圈122a不僅產生Zg軸方向磁場Bz，還疊加產生位置檢測用磁場Bp的成分。即，構成為從Zg軸亥姆霍茲線圈122疊加輸出均勻磁場和不均勻磁場。
從電源125a對線圈122a提供角頻率為Mzωz、Nzωz以及Mpωp、Npωp的交流電流，從電源125b對線圈122b提供角頻率為Mzωz和Nzωz的交流電流。
並且，從Zg軸亥姆霍茲線圈122的線圈122a和線圈122b疊加產生角頻率Mzωz和Nzωz的不同頻率的交流磁場，還從線圈122a疊加產生角頻率為Mpωp和Npωp的交流磁場。此時，設為通過電源125a和電源125b來調整從線圈122a和線圈122b產生的角頻率Mzωz和Nzωz的交流磁場的成分，使其大小和相位一致。
通過使構成Zg軸亥姆霍茲線圈122的線圈122a和線圈122b同時產生角頻率Mzωz和Nzωz成分的交流磁場而在線圈間中心附近形成均勻的Zg軸方向磁場Bz，來自線圈122a的角頻率Mpωp和Npωp成分能夠形成不均勻的位置檢測用磁場Bp。
此時，頻率的整數比Mz∶Nz以及Mp∶Np如在發明的實施方式4中說明的那樣，是奇偶相互不同的整數比。例如，Mz∶Nz為1∶2，Mp∶Np為3∶8等。因此，能夠對這些頻率成分應用發明的實施方式2的(式18)至(式24)的運算。
通過設為這種疊加產生不均勻磁場和均勻磁場的線圈的結構，不需要位置檢測磁場產生線圈103，空間信息檢測系統的結構被進一步簡略化。另外，在本發明的實施方式中，作為Zg軸亥姆霍茲用電源部125也可以利用如下的交流電源能夠用一臺來進行與電源125a和電源125b同等輸出的、雙系統輸出的交流電源。
在該實施方式中，能夠以與實施方式4相同的步驟進行信息終端107的位置和姿勢的檢測。即，空間信息檢測方法和空間信息檢測裝置與實施方式4相同。
在實施方式中，均勻磁場是指可視作在某個被定義的空間內的任意點上實際上磁場的方向固定並且大小也固定的磁場。另外，在實施方式中，不均勻磁場是指可視作在某個被定義的空間內根據位置不同而實際上磁場的朝向或者大小不同的磁場。
以上，根據本發明，在實施方式4至5中，通過構成均勻磁場，能夠利用簡單計算進行姿勢檢測，另外，通過在由這種均勻磁場構成的均勻空間內的任意的坐標上產生不均勻磁場，除了進行姿勢的檢測以外還能夠進行位置的檢測，並且也能夠通過簡單的計算來算出。
接著，在下面對作為不均勻磁場而使用了梯度磁場的位置和姿勢的檢測進行說明。
關於使用了該梯度磁場的位置和姿勢的檢測存在以下情況利用均勻磁場+均勻/梯度合成磁場來檢測位置和姿勢的情況(實施方式6)、利用地磁場+均勻/梯度合成磁場來檢測位置和姿勢的情況(實施方式7)、利用加速度傳感器+陀螺傳感器+梯度磁場來檢測位置和姿勢的情況(實施方式8)、利用加速度傳感器+地磁場+梯度磁場來檢測位置和姿勢的情況(實施方式9)、以及使用均勻/梯度合成磁場+加速度傳感器的情況(實施方式10)。在實施方式8至10中，本發明的空間信息系統以及裝置重新具備姿勢檢測部。在實施方式8中，姿勢檢測部所檢測的姿勢為任意姿勢，僅根據姿勢檢測部的輸出信號就能夠表現磁場檢測部的所有姿勢。另一方面，在實施方式9以及10中，姿勢檢測部所檢測的姿勢是對於坐標系的某一個軸保留了自由度的姿勢，根據姿勢檢測部的輸出信號能夠表現一部分姿勢。在任一個實施方式中，最終檢測的姿勢都是能夠不保留自由度地確定的實施方式4至5所述那樣的任意姿勢。下面對這些實施方式進行說明。
[實施方式6] 圖20是表示本發明的空間信息檢測系統的實施方式6的整體結構圖。下面，以與實施方式5的不同點為中心進行說明。
在實施方式6和實施方式5中位置檢測用磁場Bp不同。在實施方式5中，作為不同的多個頻率成分的相位關係已知並且根據位置不同而磁場的朝向或者大小不同的交流的不均勻磁場，使用與從磁偶極子產生的磁場近似的、從一個線圈產生的磁場，與此相對，在發明的實施方式6中，使用不同的多個頻率成分的相位關係已知的、在各軸方向上為線性的交流梯度磁場。該線性的交流梯度磁場在位於線圈間中心附近的均勻空間內在XgYgZg軸的各軸方向上具有線性梯度。另外，在本發明中，線性梯度磁場是指強度沿著各軸方向線性變化的磁場，將該變化比率稱為梯度。
接著，使用圖21A以及圖21B來說明梯度磁場的產生機構。在圖21A中，存在右手系的XgYgZg坐標系，原點與一對亥姆霍茲線圈的線圈間中心一致，並且Zg軸與亥姆霍茲線圈的中心軸一致。
電流Ia流向亥姆霍茲線圈的一個線圈122a，電流Ib流向另一個線圈122b。電流Ia在線圈122a中的流動方向為以Zg軸為軸朝向Zg軸的正方向順時針旋轉的方向。另一方面，電流Ib在線圈122b中的流動方向為朝向Zg軸的正方向逆時針轉動的方向。此時，由從線圈122a產生的磁場(圖中的原點附近的實線箭頭)和從線圈122b產生的磁場(圖中的原點附近的虛線箭頭)合成的磁場為如下的梯度磁場Bp(Xg成分、Yg成分、Zg成分分別為Bpx、Bpy、Bpz)Xg、Yg軸成分朝向離開原點的方向，Zg軸成分朝向面向原點的方向，在原點附近Xg、Yg、Zg軸的各軸成分的強度如下這樣地在各軸的方向上線性變化。
Bp＝(Bpx，Bpy，Bpz)T＝(kX，kY，-2kZ)T …(式44) 在此，X、Y、Z表示XgYgZg坐標系的坐標。另外，k是由線圈形狀、電流決定的比例常數。圖21B是表示Bpx沿著Xg軸的坐標磁場強度線性變化的樣子。關於Bpy、Bpz也同樣地，沿著各軸的坐標磁場強度線性變化(其中，Bpz的斜率為負)。因而，如果能夠測量某個位置坐標(X，Y，Z)處的磁場的各軸成分的強度，則根據比例常數k能夠確定該位置。
在各電流為交流電流的情況下，通過使各電流的相位偏離180度能夠使電流的流動方向相互反向地流動。另外，由於所產生的磁場是交流磁場，因此用該頻率的振幅來表示磁場的各軸成分的強度。並且，該振幅在各軸方向上線性變化。關于振幅的正負，在下面考慮為在線圈122a的交流電流正輸出時磁場的方向與座標軸的正方向一致的位置為正、不一致的位置為負。
並且，在利用交流電流Ia、Ib作為不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流電流時，所產生的磁場為不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流梯度磁場。此外，如果使電流的流動方向為相互相同方向(使相位一致)，則在原點附近所產生的磁場變成均勻磁場。即，是由公知的亥姆霍茲線圈產生的均勻磁場。此外，Zg軸亥姆霍茲線圈122為能夠疊加產生梯度磁場和Zg軸方向磁場Bz的結構。
另外，在發明的實施方式6中，Zg軸亥姆霍茲用電源部125具備用於控制電流的電流控制部124這一點與發明的實施方式5不同。在此，電流控制部124主要對提供給Zg軸亥姆霍茲線圈122的電流的產生周期、電流量進行控制。具體而言，對在圖20中記載的向Zg軸亥姆霍茲線圈122的一個(線圈122a)提供電流的電源125a和向另一個(線圈122b)提供電源的電源125b所提供給亥姆霍茲線圈的電流進行控制。其它結構以及坐標系與發明的實施方式5相同。
在此，電源125a產生具有Mzωz、Nzωz、Mpωp、Npωp的角頻率(設各角頻率分別相互不同，頻率的整數比Mz∶Nz以及Mp∶Np與發明的實施方式4同樣地分別是奇偶相互不同的整數比)的交流電流(或者電壓)。提供給電源125a的電流Ia表示為如下。
Ia＝Iz*(sin(Mzωzt)+sin(Nzωzt))+Ip*(sin(Mpωpt)+sin(Npωpt))...(式45) 在此，Iz、Ip表示電流振幅。
電源125b也同樣地產生具有Mzωz、Nzωz、Mpωp、Npωp的角頻率的交流電流。提供給電源125b的電流Ib表示為如下。
Ib＝Iz*(sin(Mzωzt)+sin(Nzωzt))-Ip*(sin(Mpωpt)+sin(Npωpt))…(式46) 在此，表示在Ia和Ib的電流中Mzωz、Nzωz的頻率成分的相位一致、Mpωp、Npωp的頻率成分的相位偏離180度。
電流控制部124對該電流Ia和Ib的產生周期、電流振幅(電流量)進行控制。並且，如上所述，通過對各線圈提供來自各電源的電流，能夠從Zg軸亥姆霍茲線圈122產生作為交流的均勻磁場的Zg軸方向磁場Bz以及作為不均勻磁場的交流梯度磁場Bp。另外，用與發明的實施方式4、5相同的方法，能夠從Xg軸亥姆霍茲線圈101產生作為交流的均勻磁場的Xg軸方向磁場Bx。Bx、Bz、Bp分別具有Mxωx和Nxωx、Mzωz和Nzωz、Mpωp和Npωp的組合的角頻率。
並且，使用在發明的實施方式4中所記載的方法，根據各軸上的從各線圈產生的交流磁場Bx、Bz、Bp的各頻率成分的(各自的角頻率成分為Mxωx和Nxωx、Mzωz和Nzωz、Mpωp和Npωp的多個頻率成分的)信號強度(振幅)和相位(與實施方式4同樣地根據Mxωx、Mzωz、Mpωp的頻率成分的振幅、Mxωx和Nxωx、Mzωz和Nzωz、Mpωp和Npωp的頻率成分的相位)，能夠算出磁場矢量mx、mz、mp。mx、mz是表示均勻磁場的朝向和大小的均勻磁場矢量，用於姿勢檢測。mp是表示位置檢測用的不均勻磁場的朝向和大小的不均勻磁場矢量，用於位置檢測。與實施方式4同樣地，當根據姿勢檢測用的磁場矢量mx、mz求出標準正交基矢量ex、ey、ez並用X＝(exeyez)來表現三行三列矩陣時，能夠求出將位置檢測用的磁場矢量mp變換到絕對坐標系的矢量Fp。
Fp＝XTmp…(式47) 在此，當設Bp的Mpωp的頻率成分在絕對坐標系的某個任意的坐標點rp＝(X，Y，Z)上被信息終端107測量為Fp＝(Fpx，Fpy，Fpz)T並將比例常數為k時，根據(式44)，從Zg軸亥姆霍茲線圈122產生的梯度磁場Bp的梯度與Fp之間的關係成為 Bp＝(kX，kY，-2kZ)T＝Fp＝(Fpx，Fpy，Fpz)T…(式48) 因此，通過求出比例常數k能夠求出rp作為位置信息。
並且，在實施方式的結構中，從相同的亥姆霍茲線圈產生均勻磁場和梯度磁場，因此通過調整Iz和Ip的關係，當測量均勻磁場的大小時能夠簡單地求出梯度磁場的比例常數k。例如，將Zg軸亥姆霍茲線圈122設為半徑R的圓形線圈，以R的距離間隔離開線圈122a和線圈122b而構成，在設為通過Iz、Ip而產生的來自線圈122a和線圈122b的磁場的絕對值相等時，能夠利用下式、根據Bz的Mzωz的頻率成分的絕對值|mz|來求出梯度磁場的比例常數k。
2k＝6|mz|/(5R) …(式49) 即，當測量交流的均勻磁場的大小|mz|時，利用(式49)、根據已知的R能夠求出梯度磁場的比例常數k，從而也可以不預先測量比例常數。由於在均勻空間內|mz|是固定的，因此不管先測量均勻空間內的哪個位置都能夠立即求出比例常數k從而求出位置信息。
圖22是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式6的動作的流程的圖。首先，從各線圈疊加產生不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的均勻磁場Xg軸方向磁場Bx、Zg軸方向磁場Bz這兩個磁場和不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的梯度磁場Bp各磁場(步驟S1)。接著，利用具有三軸磁傳感器110的方位角傳感器111a來測量正在從各線圈產生的磁場，獲取作為數位訊號的各軸的磁數據(步驟S2)。
接著，在傅立葉變換部118中判斷是否獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據(步驟S3)。如果獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據，則進入下一個步驟S4，如果沒有獲取到FFT運算所需的期望量的磁數據，則返回步驟S2。
接著，對所獲取到的期望量的各軸的磁數據進行FFT運算，算出各軸上的各磁場的各頻率成分的振幅和相位(步驟S4)。然後，在磁場矢量算出部119中根據各軸上的各磁場的各頻率成分的振幅和相位來算出位置姿勢檢測所需的、表示兩個均勻磁場和梯度磁場的磁場矢量mx、mz、mp(步驟S5)。
然後，在位置姿勢算出部120中根據表示兩個均勻磁場的磁場矢量mx、mz算出表示信息終端107的姿勢的姿勢信息(步驟S6)。並且，根據信息終端107的姿勢信息能夠進行從終端坐標系向絕對坐標系的坐標變換，因此能夠根據表示梯度磁場的磁場矢量mp求出變換到絕對坐標系的矢量Fp，利用(式48)算出表示信息終端107的位置的位置信息(步驟S7)。
通過如上的步驟，在均勻空間內，能夠根據交流的均勻磁場Bx、Bz求出信息終端的姿勢信息，然後根據信息終端的姿勢信息和交流的梯度磁場Bp求出信息終端的位置信息。即，能夠檢測信息終端的姿勢和位置。並且，在繼續進行位置和姿勢的檢測的情況下，返回步驟S2即可。
[實施方式7] 圖23是表示本發明的空間信息檢測系統的實施方式7的整體結構圖。對與發明的實施方式6的圖20不同的結構進行說明。在圖23中沒有圖20中的Xg軸亥姆霍茲線圈，代替它在Xg軸方向上存在地磁場作為Bx。即，代替一個均勻磁場產生部而利用地磁場。均勻空間是地磁場Bx和不同的多個頻率的相位關係已知的交流的均勻磁場Bz都均勻的空間。其它結構與發明的實施方式6相同。
信息終端內的磁場檢測部111同時測量地磁場Bx、來自Zg軸亥姆霍茲線圈122的不同的多個頻率的相位關係已知的交流的均勻磁場Bz和交流的梯度磁場Bp。然後，用無線將磁數據從磁場檢測部111的數據發送部116發送到運算部108，在該運算部108中由數據接收部117接收來自數據發送部116的磁數據，並發送到傅立葉變換部118。
在傅立葉變換部118中，與發明的實施方式6同樣地執行FFT運算，算出各軸上的多個頻率成分的振幅和相位。另外，算出各軸的直流成分(0Hz的頻率成分)的振幅。在磁場矢量算出部119中，在與實施方式6同樣地算出磁場矢量mz以及mp的同時，算出各軸的直流成分的振幅作為矢量mx。該直流成分矢量mx包括表示地磁場Bx的磁場矢量。例如，當設用8bit的編碼(0～255)來表示磁數據、x軸磁傳感器110a與Bx平行、Bx的大小為30LSB、OuT的磁場為128LSB時，mx被求出為mx＝(158、128、128)T。因而，在這種情況下，通過去除表示成為地磁場信號的中心的OuT的偏移部分128LSB，能夠作為表示地磁場Bx的直流磁場矢量。因而，算出去除了偏移部分的表示地磁場Bx的直流磁場矢量mx』。此外，求出偏移部分的方法只要是求出由地磁場的信號所描繪的圓或者球面的中心的方法即可，例如，利用以下方法來求出根據將信息終端107在水平方向上旋轉一周而得到的軌跡的X坐標和Y坐標的最大值以及最小值來求出的方法；如申請人在專利文獻6中所提出的那樣，利用統計方法，根據將信息終端107向三維方向任意運動時的地磁場信息來求出球的中心的方法等。以後，能夠通過與發明的實施方式6相同的運算來檢測姿勢和位置。
如果將表示地磁場Bx的直流磁場矢量mx』替換到(式34)和(式35)的mx，則能夠根據地磁場Bx和交流的均勻磁場Bz來求出信息終端107的姿勢信息。並且，與發明的實施方式6同樣地，根據mp能夠求出變換到絕對坐標系的矢量Fp，利用(式48)求出信息終端107的位置信息。此外，也能夠利用(式49)，通過mz的測量來求出(式48)的梯度磁場的比例常數k。
圖24是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式7的動作的流程的圖。首先，在地磁場Bx存在的位置上，從Zg軸線圈疊加產生不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的均勻磁場即Zg軸方向磁場Bz和不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的線性梯度磁場Bp各磁場(步驟S1)。接著，利用具有三軸磁傳感器110的方位角傳感器111a來測量正在產生的磁場，獲取作為數位訊號的各軸的磁數據(步驟S2)。
接著，在傅立葉變換部118中判斷是否獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據(步驟S3)。如果獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據，則進入下一個步驟S4，如果沒有獲取到FFT運算所需的期望量的磁數據，則返回步驟S2。
接著，對所獲取的期望量的各軸的磁數據進行FFT運算，算出各軸上的各磁場的各頻率成分的振幅和相位。即，算出各軸上的Bz、Bp的各頻率成分的振幅和相位以及表示Bx的直流成分(0Hz)的振幅(步驟S4)。然後，在磁場矢量算出部119中，根據各軸上的各磁場的各頻率成分的振幅和相位，算出表示方位角傳感器111a正在測量的各磁場的朝向和大小的表示位置姿勢檢測所需的地磁場Bx、均勻磁場Bz以及梯度磁場Bp的磁場矢量mx』、mz、mp(步驟S5)。
並且，在位置姿勢算出部120中，根據表示一個均勻磁場Bz和地磁場的磁場矢量mz、mx』來算出表示信息終端107的姿勢的姿勢信息(步驟S6)。並且，根據信息終端107的姿勢信息能夠進行從終端坐標系向絕對坐標系的坐標變換，因此根據表示梯度磁場Bp的磁場矢量mp求出變換到絕對坐標系的矢量Fp，利用(式48)來算出信息終端107的位置信息(步驟S7)。
通過如上的步驟，在均勻空間內，能夠根據地磁場Bx和交流的均勻磁場Bz求出信息終端的姿勢信息，然後根據信息終端的姿勢信息和交流梯度磁場Bp求出信息終端的位置信息。即，能夠檢測出信息終端的姿勢和位置。並且，在繼續進行位置和姿勢的檢測的情況下，返回步驟S2即可。
此外，在實施方式7中，在Zg軸上配置了產生交流的均勻磁場和梯度磁場的亥姆霍茲線圈，但是在配置在Yg軸上的情況下，僅將(式34)～(式36)和(式48)的運算式配合坐標系適當進行變換也能夠通過同樣的步驟來檢測信息終端的姿勢和位置。
[實施方式8] 圖25是表示本發明的空間信息檢測系統的實施方式8的整體結構圖。對與發明的實施方式7的圖23的不同點進行說明。在本發明的實施方式中，信息終端107新具備姿勢檢測部140。該姿勢檢測部140例如使用利用了壓電元件的振動陀螺傳感器和利用了靜電電容型或者壓電電阻型元件的加速度傳感器，具備檢測信息終端107(磁場檢測部111)的任意的姿勢的功能。從該姿勢檢測部140向運算部108輸出作為輸出信號的姿勢數據。與發明的實施方式7同樣地，向該運算部108的數據發送可以是有線也可以是無線。另外，由於不利用均勻磁場，因此沒有出現均勻空間。
該空間信息檢測系統具備不均勻磁場產生部(Zg軸亥姆霍茲線圈122和Zg軸亥姆霍茲線圈用電源部125)，其作為磁場產生部，產生不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的線性梯度磁場；磁場檢測部111，其具有檢測由該不均勻磁場產生部產生的磁場的多軸磁傳感器110a、110b、110c；姿勢檢測部140，其檢測該磁場檢測部111的姿勢；以及運算部108，其根據來自姿勢檢測部140的輸出信號和基於由磁場產生部產生的交流的梯度磁場的磁場檢測部111的輸出信號來算出磁場檢測部111的姿勢信息和位置信息。
也就是說，該空間信息檢測系統由Zg軸亥姆霍茲線圈122、Zg軸亥姆霍茲線圈用電源部125、具有磁場檢測部111和姿勢檢測部140的信息終端107、運算部108以及數據顯示部109構成，信息終端107、運算部108以及數據顯示部109構成空間信息檢測裝置。
在該位置檢測系統中，設為右手系的坐標系XgYgZg坐標係為如下沿著Zg軸亥姆霍茲線圈122的中心軸配置Zg軸，Xg軸、Yg軸被配置成相互垂直並且垂直於Zg軸。
圖26是本發明的空間信息檢測系統中的實施方式8的空間信息檢測裝置的具體的結構框圖。該空間信息檢測裝置由磁場檢測部111、姿勢檢測部140以及運算部108構成，該運算部108具備數據接收部117、傅立葉變換部118、磁場矢量算出部119以及位置/姿勢算出部120。與發明的實施方式6同樣地，磁場檢測部111由方位角傳感器111a和數據發送部116構成。在該運算部108中，與磁數據同樣地，由數據接收部117接收來自姿勢檢測部140的作為輸出信號的姿勢數據，姿勢數據被發送到位置/姿勢算出部120，磁數據與發明的實施方式6、7同樣地進行處理，發送到傅立葉變換部118。
Zg軸亥姆霍茲線圈用電源部內的電源125a與發明的實施方式6、7不同，產生具有Mpωp、Npωp的角頻率(各角頻率分別相互不同，最小整數比的奇偶不同)的交流電流(或者電壓)。此時所提供的Ia』表示成如下。
Ia』＝Ip*(sin(Mpωpt)+sin(Npωpt)) …(式50) 在此，Ip表示電流振幅。
另外，電源125b同樣地產生具有Mpωp、Npωp的角頻率的交流電流，此時所提供的Ib』表示成如下。
Ib』＝-Ip*(sin(Mpωpt)+sin(Npωpt)) …(式51) 通過這些交流電流，從Zg軸亥姆霍茲線圈122產生具有Mpωp、Npωp的角頻率的、不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的線性梯度磁場Bp。
磁場檢測部111的結構以及動作與發明的實施方式6、7相同，因此省略說明。
在運算部108中，數據接收部117接收來自磁場檢測部111的數據發送部116的磁數據和來自姿勢檢測部140的姿勢數據。姿勢數據被發送到位置/姿勢算出部120，磁數據被發送到傅立葉變換部118。該傅立葉變換部118在從數據接收部117獲取到期望量的來自三軸磁傳感器110的磁數據之後，對它們執行FFT運算，算出各軸上從Zg軸亥姆霍茲線圈122產生的交流梯度磁場Bp的多個頻率成分(角頻率成分Mpωp、Npωp)中的信號強度(振幅)和相位，發送到磁場矢量算出部119。通過與發明的實施方式6相同的步驟，磁場矢量算出部119算出角頻率為Mpωp的頻率成分的不均勻磁場矢量mp。
然後，位置/姿勢算出部120根據來自姿勢檢測部140的姿勢數據來算出姿勢信息。例如，如實施方式4那樣地算出從絕對坐標系看的由終端坐標系的標準正交基構成的矩陣，然後，以(式39)～(式40)、歐拉角等期望的形式算出姿勢信息。然後，根據姿勢信息能夠進行從終端坐標系向絕對坐標系的坐標變換，因此將不均勻磁場矢量mp從終端坐標系變換到絕對坐標系的矢量Fp，利用(式48)來算出信息終端107的位置信息，並發送到數據顯示部109。
圖27是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式8的動作的流程的圖。首先，從Zg軸亥姆霍茲線圈122產生不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的線性梯度磁場Bp(步驟S1)。接著，利用具有三軸磁傳感器110的方位角傳感器111a測量正在從Zg軸亥姆霍茲線圈122產生的磁場，獲取作為數位訊號的各軸的磁數據(步驟S2)。
接著，在傅立葉變換部118中判斷是否獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據(步驟S3)。如果獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據，則進入下一個步驟S4，如果沒有獲取到FFT運算所需的期望量的磁數據，則返回步驟S2。
接著，對所獲取的期望量的各軸的磁數據進行FFT運算，算出各軸上的交流梯度磁場Bp的兩個頻率成分的振幅和相位(步驟S4)。然後，在磁場矢量算出部119中，根據各軸上的交流梯度磁場Bp的兩個頻率成分的振幅和相位來算出表示方位角傳感器111a正在測量的交流梯度磁場Bp的朝向和大小的位置檢測所需的磁場矢量mp(步驟S5)。
然後，從姿勢檢測部140獲取表示信息終端107的姿勢的姿勢數據，在位置姿勢信息算出部120中根據所獲取的姿勢數據來算出期望形式的信息終端107的姿勢信息(步驟S6)。然後，由於能夠進行從終端坐標系向絕對坐標系的坐標變換，因此求出將位置檢測用的磁場矢量mp變換到絕對坐標系的矢量Fp，利用(式48)來算出信息終端107的位置信息(步驟S7)。
通過如上的步驟，能夠由姿勢檢測部140獲取信息終端107的姿勢數據並算出期望形式的姿勢信息，根據交流梯度磁場Bp來求出信息終端107的位置信息。即，能夠檢測出信息終端107的姿勢和位置。
[實施方式9] 在發明的實施方式8中，也可以考慮以下情況具備加速度傳感器作為姿勢檢測部140，通過由磁場檢測部111同時檢測在發明的實施方式7中說明的地磁場來算出信息終端107的姿勢信息。
本實施方式9的空間信息檢測系統的結構與發明的實施方式8相同，作為姿勢檢測部140而利用加速度傳感器。另外，將地磁場Bx設為Xg軸，將Zg軸設在重力加速度的反方向上。
根據來自姿勢檢測部140的加速度數據能夠表現一部分姿勢，但是保留有以Zg軸為軸的運動的自由度，因此無法如實施方式8那樣地表現信息終端107所有的任意姿勢。因此，進一步利用地磁場來檢測信息終端107的任意姿勢。從地磁場的檢測到表示地磁場的直流磁場矢量的算出與實施方式7相同。
圖28是表示用於說明本發明的空間信息檢測系統的實施方式9的動作的流程的圖。在存在地磁場Bx的位置上，從Zg軸亥姆霍茲線圈122產生不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的線性梯度磁場Bp(步驟S1)。接著，利用具有三軸磁傳感器110的方位角傳感器111a測量正在從Zg軸亥姆霍茲線圈122產生的磁場，獲取作為數位訊號的各軸的磁數據(步驟S2)。
接著，在傅立葉變換部118中判斷是否獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據(步驟S3)。如果獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據，則進入下一個步驟S4，如果沒有獲取到FFT運算所需的期望量的磁數據，則返回步驟S2。
然後，對所獲取到的期望量的各軸的磁數據進行FFT運算，算出各軸上的各磁場的各頻率成分的振幅和相位。即，算出各軸上的Bp的兩個頻率成分的振幅和相位以及表示Bx的直流成分(0Hz)的振幅(步驟S4)。然後，在磁場矢量算出部119中，根據各軸上的各磁場的各頻率成分的振幅和相位，算出表示方位角傳感器111a正在測量的各磁場的朝向和大小的、表示位置姿勢檢測所需的地磁場Bx和梯度磁場Bp的磁場矢量mx』、mp(步驟S5)。然後，在位置姿勢算出部120中，根據由姿勢檢測部140檢測出的作為姿勢數據的加速度數據a和表示地磁場的磁場矢量mx』(直流磁場矢量)來重新算出信息終端107的姿勢信息(步驟S6)。此時，加速度數據a示出表示Zg軸的方向的從終端坐標系看的矢量，因此通過替換到(式35)～(式36)的mz能夠算出姿勢信息。
並且，根據所算出的信息終端107的姿勢信息能夠進行從終端坐標系向絕對坐標系的坐標變換，因此根據表示梯度磁場的磁場矢量mp求出變換到絕對坐標系的矢量Fp，利用(式48)來算出信息終端107的位置信息(步驟S7)。
通過如上的步驟，能夠根據地磁場Bx和利用了重力加速度的加速度數據來求出信息終端107的姿勢信息，然後根據信息終端107的姿勢信息和交流梯度磁場Bp來求出信息終端107的位置信息。即，能夠檢測信息終端107的姿勢和位置。並且，在繼續進行位置和姿勢的檢測的情況下，返回步驟S2即可。
[實施方式10] 圖29是表示本發明的空間信息檢測系統的實施方式10的整體結構圖。與發明的實施方式7的圖23不同，亥姆霍茲線圈不是配置在Zg軸上，而是被配置為Xg軸亥姆霍茲線圈101。另外，代替Zg軸亥姆霍茲線圈用電源部而存在具有同樣的功能和結構的Xg軸亥姆霍茲線圈用電源部135，Xg軸亥姆霍茲線圈101被分為線圈101a和線圈101b，分別與Xg軸亥姆霍茲線圈用電源部135內的電源135a和電源135b相連接。另外，電源135a和電源135b連接在電流控制部134上，被控制產生周期、電流量。關於從電源135a和電源135b提供的交流電流Ia以及Ib，將(式45)以及(式46)的產生均勻磁場Bz的部分替換為均勻磁場Bx用，梯度磁場的部分與實施方式6或者7相同。並且，從Xg軸亥姆霍茲線圈101同時產生不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的均勻磁場Bx和交流的梯度磁場Bp。均勻空間是均勻磁場Bx所產生的空間。
另外，空間信息檢測裝置與實施方式9相同。即，與圖26的結構相同，因此省略說明。
本實施方式10的信息終端107的位置和姿勢檢測的步驟相當於以下情況將實施方式9中的地磁場替換為來自Xg軸亥姆霍茲線圈的不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的均勻磁場Bx，並變更了梯度磁場Bp的產生方向。在這種情況下，根據來自姿勢檢測部140的加速度數據也能夠表現一部分姿勢。但是，保留有以Zg軸為軸的運動的自由度，因此無法如實施方式8那樣地表現信息終端107的所有的任意姿勢。因此，進一步利用均勻磁場Bx來檢測信息終端107的任意姿勢。另外，變更了梯度磁場Bp的產生方向，因此利用配合坐標系變換(式44)所得到的下式來算出位置信息。
Bp＝(-2kX、kY、kZ)T…(式52) 圖30是表示用於說明本發明的實施方式10的動作的流程的圖。即，疊加產生不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的均勻磁場即Xg軸方向磁場Bx和不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的線性梯度磁場Bp各磁場(步驟S1)。接著，利用具有三軸的磁傳感器110的方位角傳感器111a來測量正在從Xg軸亥姆霍茲線圈101產生的磁場，獲取作為數位訊號的各軸的磁數據(步驟S2)。
接著，在傅立葉變換部118中判斷是否獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據(步驟S3)。如果獲取到了FFT運算所需的期望量的磁數據，則進入下一個步驟S4，如果沒有獲取到FFT運算所需的期望量的磁數據，則返回步驟S2。
接著，對所獲取到的期望量的各軸的磁數據進行FFT運算，算出各軸上的各磁場的各頻率成分的振幅和相位(步驟S4)。然後，在磁場矢量算出部119中，根據各軸上的各磁場的各頻率成分的振幅和相位，算出表示方位角傳感器111a正在測量的各磁場的朝向和大小的、表示位置姿勢檢測所需的均勻磁場Bx和梯度磁場Bp的磁場矢量mx、mp(步驟S5)。然後，在位置姿勢算出部120中，根據由姿勢檢測部140檢測到的作為姿勢數據的加速度數據a和表示均勻磁場的磁場矢量mx來算出信息終端107的姿勢信息(步驟S6)。此時，加速度數據a示出表示Zg軸的方向的從終端坐標系觀察的矢量，因此通過替換到(式35)～(式36)的mz能夠算出姿勢信息。
並且，根據信息終端107的姿勢信息能夠進行從終端坐標系向絕對坐標系的坐標變換，因此根據表示所測量到的梯度磁場的磁場矢量mp求出變換到絕對坐標系的矢量Fp，通過用(式52)表示(式48)的運算式中的梯度磁場Bp並進行利用來算出信息終端107的位置信息(步驟S7)。
通過如上的步驟，能夠根據交流的均勻磁場Bx和利用了重力加速度的加速度數據求出信息終端107的姿勢信息，然後根據信息終端107的姿勢信息和交流梯度磁場Bp求出信息終端107的位置信息。即，能夠檢測信息終端107的姿勢和位置。並且，在繼續進行位置和姿勢的檢測的情況下，返回步驟S2即可。
如上所述，根據本發明，在實施方式7至10中，通過產生相位關係已知的多個不同頻率的交流線性梯度磁場，能夠根據信息終端的姿勢信息、通過簡單的結構和計算來算出信息終端的位置。
此外，在實施方式7至10中，將不均勻磁場設為線性梯度磁場，但是，也可以代替梯度磁場而利用在實施方式4至5中示出的不均勻磁場。例如，在實施方式7以及10中，即使將不均勻磁場產生部變更為實施方式5的不均勻磁場產生部，利用相同的空間信息檢測裝置、通過同樣的步驟也能夠進行信息終端的位置姿勢檢測。另外，在實施方式8以及9中，將不均勻磁場產生部替換為發明的實施方式4的從一個線圈產生的磁場，利用相同的空間信息檢測裝置、通過同樣的步驟能夠進行信息終端的位置姿勢檢測。其中，在這些情況下，將算出位置信息的(式48)變更為(式42)，配合適當的坐標系進行利用。
另外，在實施方式7至10中算出位置信息的情況下，並不一定利用如(式48)那樣的代數式來算出，也可以是預先測量要檢測的位置的磁場、以在使用時進行參照的形式來確定位置的方式。另外，(式44)、(式52)所示的磁場的梯度可以通過預先測量來求出，也可以通過模擬來求出。另外，磁場的梯度在實施方式7至9中為由(式44)示出的形式，在實施方式10中為由(式52)示出的形式，但是即使是用這些式以外的式表示的梯度磁場也能夠利用本發明簡單地檢測姿勢和位置是顯而易見的(例如，存在(式44)、(式52)中的常數k在各軸上不同的情況等)。即使在不是利用如(式44)、(式52)那樣的式來表示的情況下，也可以不利用上述那樣的代數式來進行計算，而是通過預先進行測量來求出或通過模擬來求出。
另外，在實施方式7以及9中示出了利用地磁場的例子，但是也能夠將地磁場替換為從線圈產生的直流磁場(靜磁場)。例如在實施方式6中，通過使Xg軸亥姆霍茲線圈產生直流的均勻磁場，利用與實施方式7相同的步驟能夠求出信息終端的姿勢和位置。此外，在實施方式7以及9中，通過利用地磁場能夠減少產生磁場的線圈，能夠使系統結構變得簡單。另外，在實施方式10中，也可以代替交流的均勻磁場Bx而將直流的磁場疊加到梯度磁場Bp上，在這種情況下也能夠通過與實施方式9相同的步驟求出姿勢和位置。因此，不利用地磁場而利用直流磁場的情況也包括在本發明中。
另外，在以上所有實施方式1至10中說明的傅立葉變換部也可以不利用FFT而利用DFT(Discrete Fourier Transform離散傅立葉變換)是顯而易見的。並且，也能夠替換為如下的運算處理構成數字濾波器使得僅取出要利用的頻率，通過進行希爾伯特變換(Hilbert transform)來算出相位那樣的只要是熟悉數位訊號處理的人就能夠容易地進行的算出振幅和相位的運算處理。這種情況也被包括在本發明中。
如上所述，根據本發明，能夠利用簡單的結構和簡單的計算來進行各種方式的空間信息檢測。
在本發明中，傅立葉變換部根據來自磁場檢測部的各軸的信號來算出各軸上的多個頻率成分的相位和振幅。並且，還算出直流成分的振幅。下面，按照每個實施方式來分情況說明其意義。
(1)實施方式1至實施方式3、實施方式8以及實施方式9 在實施方式1至實施方式3、實施方式8以及實施方式9中，利用包括兩個頻率成分的一個交流磁場。傅立葉變換部算出各軸上的兩個頻率成分的相位和至少一個頻率成分的振幅作為各軸上的多個頻率成分的相位和振幅。
(2)實施方式4至實施方式7、以及實施方式10 在實施方式4至實施方式7以及實施方式10中，利用多個包括兩個頻率成分的交流磁場(利用均勻、不均勻、梯度等多種磁場)。傅立葉變換部算出各軸上的各磁場所具有的兩個頻率成分的相位、算出兩個頻率成分之中至少一個頻率成分的振幅作為各軸上的多個頻率成分的相位和振幅。
(3)實施方式7以及實施方式9 在利用直流磁場的實施方式7以及實施方式9中，傅立葉變換部除了算出上述(1)或者(2)的相位和振幅以外還算出各軸上的直流成分(0Hz的頻率成分)的振幅。
在本發明中，已知要檢測的磁場為特定的頻率，因此即使在存在其它頻率的交流磁場、噪聲磁場的磁場環境下也能夠進行識別。並且，所產生的磁場的以最小整數表示的頻率比為偶數對奇數，僅包括相位已知的頻率成分，不需要利用將所測量的信號按每個頻帶進行分離的濾波器，因此結構簡單，並且頻率選擇的自由度較高。另外，在構成系統之後能夠自由地選擇頻率。
另外，在磁場檢測部中不需要按每個測量軸分離頻帶的濾波器這一點能夠實現電路規模小也可以完成、小型且便宜的磁傳感器。另外，可以不用同步地進行磁場的產生和測量，因此不需要參照信號、結構簡單，只要產生一次磁場就能夠進行任意定時下的測量和連續的測量。
另外，通過構成不同的多個頻率的相位關係已知的交流的均勻磁場，能夠通過簡單的計算來進行任意的姿勢檢測，並且通過在由這種均勻磁場構成的均勻空間內的任意的坐標上產生不均勻磁場，除了能夠檢測姿勢以外還能夠檢測位置，並且能夠通過簡單的計算來算出，這一點在如上所說明的實施方式中是顯而易見的。另外，如在幾個方式中所說明的那樣，也能夠僅利用磁傳感器來檢測信息終端的位置和姿勢。
並且，能夠從相同的線圈產生不同的多個頻率的相位關係已知的交流的均勻磁場和不均勻磁場，從而使系統結構變得簡單，在不均勻磁場為梯度磁場的情況下，能夠在測量均勻磁場的強度的同時求出梯度磁場的梯度。即，也可以不預先測量用於位置檢測的梯度磁場的梯度。
另外，通過傅立葉變換部，即使不使用濾波器也能夠同時分離直流成分和交流成分，因此也能夠同時檢測如地磁場那樣的直流成分並利用於姿勢信息算出等。
本發明並不限於以上的實施方式，在不脫離本發明的宗旨的範圍內所進行的設計變更也包括在本發明中。
產業上的可利用性 本發明涉及一種空間信息檢測系統及其檢測方法以及空間信息檢測裝置，能夠提供一種能夠利用交流磁場連續地進行測量、並且頻率的設定自由度較大且結構簡單的空間信息檢測系統。另外，同樣能夠提供該空間信息檢測系統的空間信息檢測方法以及空間信息檢測裝置。
權利要求
1.一種空間信息檢測系統，其特徵在於，具備
磁場產生部，其產生不同的多個頻率成分的相位關係為已知的交流磁場；
磁場檢測部，其具有檢測從該磁場產生部產生的磁場的多軸磁傳感器；
傅立葉變換部，其根據該磁場檢測部的各軸的輸出信號來算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅；以及
磁場矢量算出部，其基於來自該傅立葉變換部的輸出信號，根據上述各軸的上述多個頻率成分的相位關係來算出上述各軸的振幅的符號，根據該符號和上述振幅來算出表示上述交流磁場的朝向和大小的磁場矢量。
2.根據權利要求1所述的空間信息檢測系統，其特徵在於，具備
姿勢檢測部，其檢測上述磁場檢測部的姿勢；以及
位置/姿勢算出部，其根據該姿勢檢測部的輸出信號和上述磁場矢量算出部的輸出信號來算出上述磁場檢測部的姿勢信息和位置信息。
3.根據權利要求2所述的空間信息檢測系統，其特徵在於，
上述磁場檢測部具有除了檢測上述交流磁場以外還檢測直流磁場的多軸磁傳感器，
上述傅立葉變換部除了算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅以外，還算出上述各軸上的直流成分的振幅，
上述磁場矢量算出部除了算出基於上述交流磁場的磁場矢量以外，還根據上述直流成分的振幅來算出表示上述直流磁場的朝向和大小的直流磁場矢量，
上述位置/姿勢算出部根據來自上述姿勢檢測部的輸出信號和上述直流磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和基於來自上述磁場產生部的交流磁場的磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
4.根據權利要求3所述的空間信息檢測系統，其特徵在於，
上述直流磁場是地磁場。
5.根據權利要求1至4中的任一項所述的空間信息檢測系統，其特徵在於，
上述磁場產生部至少產生一個不均勻磁場，該不均勻磁場是不同的多個頻率成分的相位關係為已知且根據位置不同而磁場的朝向或者大小不同的交流的磁場。
6.根據權利要求5所述的空間信息檢測系統，其特徵在於，
上述不均勻磁場是不同的多個頻率成分的相位關係為已知的交流的梯度磁場。
7.根據權利要求1所述的空間信息檢測系統，其特徵在於，
上述磁場產生部產生不同的多個頻率成分的相位關係為已知的交流的均勻磁場和不同的多個頻率成分的相位關係為已知且根據位置不同而磁場的朝向或者大小不同的交流的不均勻磁場，
上述磁場檢測部檢測上述均勻磁場和上述不均勻磁場，
上述磁場矢量算出部基於來自上述傅立葉變換部的輸出信號，根據上述各軸的上述多個頻率成分的相位關係，對上述均勻磁場和上述不均勻磁場算出上述各軸的振幅的符號，並且根據上述各軸的振幅和上述符號來算出表示上述均勻磁場和不均勻磁場的朝向和大小的均勻磁場矢量和不均勻磁場矢量，
上述位置/姿勢算出部根據從上述磁場矢量算出部輸出的上述均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出部輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
8.根據權利要求7所述的空間信息檢測系統，其特徵在於，
具備姿勢檢測部，該姿勢檢測部檢測上述磁場檢測部的姿勢，
上述位置/姿勢算出部根據來自上述姿勢檢測部的輸出和從上述磁場矢量算出部輸出的上述均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出部輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
9.根據權利要求7所述的空間信息檢測系統，其特徵在於，
上述磁場檢測部具有除了檢測上述均勻磁場和上述不均勻磁場以外還檢測直流磁場的多軸磁傳感器，
上述傅立葉變換部除了算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅以外，還算出上述各軸上的直流成分的振幅，
上述磁場矢量算出部除了算出上述均勻磁場矢量和上述不均勻磁場矢量以外，還根據上述直流成分的振幅來算出表示上述直流磁場的朝向和大小的直流磁場矢量，
上述位置/姿勢算出部根據從上述磁場矢量算出部輸出的上述均勻磁場矢量和上述直流磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出部輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
10.根據權利要求9所述的空間信息檢測系統，其特徵在於，
上述直流磁場是地磁場。
11.根據權利要求7至10中的任一項所述的空間信息檢測系統，其特徵在於，
上述不均勻磁場是不同的多個頻率成分的相位關係已知的交流的梯度磁場。
12.根據權利要求7至11中的任一項所述的空間信息檢測系統，其特徵在於，
上述磁場產生部具有疊加產生上述均勻磁場和上述不均勻磁場的線圈。
13.根據權利要求1至12中的任一項所述的空間信息檢測系統，其特徵在於，
上述多個頻率成分的整數比是偶數比奇數。
14.根據權利要求13所述的空間信息檢測系統，其特徵在於，
上述整數比是2比1。
15.一種空間信息檢測方法，其特徵在於，具有以下步驟
磁場檢測步驟，使用具有多軸磁傳感器的磁場檢測部來檢測不同的多個頻率成分的相位關係為已知的交流磁場；
傅立葉變換步驟，根據來自該磁場檢測步驟的各軸的輸出信號來算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅；以及
磁場矢量算出步驟，基於來自該傅立葉變換步驟的輸出信號，根據上述各軸的上述多個頻率成分的相位關係來算出上述各軸的振幅的符號，根據該符號和上述振幅來算出表示上述交流磁場的朝向和大小的磁場矢量。
16.根據權利要求15所述的空間信息檢測方法，其特徵在於，具有以下步驟
姿勢檢測步驟，檢測上述磁場檢測部的姿勢；以及
位置/姿勢算出步驟，根據上述姿勢檢測步驟的輸出信號和上述磁場矢量算出步驟的輸出信號來算出上述磁場檢測部的姿勢信息和位置信息。
17.根據權利要求16所述的空間信息檢測方法，其特徵在於，
在上述磁場檢測步驟中，除了檢測上述交流磁場以外還檢測直流磁場，
在上述傅立葉變換步驟中，除了算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅以外，還算出上述各軸上的直流成分的振幅，
在上述磁場矢量算出步驟中，除了算出基於上述交流磁場的磁場矢量以外，還根據上述直流成分的振幅來算出表示上述直流磁場的朝向和大小的直流磁場矢量，
在上述位置/姿勢算出步驟中，根據來自上述姿勢檢測步驟的輸出信號和上述直流磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和基於上述交流磁場的磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
18.根據權利要求15所述的空間信息檢測方法，其特徵在於，
在上述磁場檢測步驟中，檢測不同的多個頻率成分的相位關係為已知的交流的均勻磁場和不同的多個頻率成分的相位關係為已知且根據位置不同而磁場的朝向或者大小不同的交流的不均勻磁場，
在上述磁場矢量算出步驟中，基於來自上述傅立葉變換步驟的輸出信號，根據上述各軸的上述多個頻率成分的相位關係，除了上述均勻磁場以外還對上述不均勻磁場算出上述各軸的振幅的符號，根據上述各軸的振幅和上述符號來算出表示上述均勻磁場和不均勻磁場的朝向和大小的均勻磁場矢量和不均勻磁場矢量，
在上述位置/姿勢算出步驟中，根據從上述磁場矢量算出步驟輸出的上述均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出步驟輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
19.根據權利要求18所述的空間信息檢測方法，其特徵在於，
具有姿勢檢測步驟，在該姿勢檢測步驟中檢測上述磁場檢測部的姿勢，
在上述位置/姿勢算出步驟中，根據來自上述姿勢檢測步驟的輸出和從上述磁場矢量算出部輸出的上述均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出步驟輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
20.根據權利要求18所述的空間信息檢測方法，其特徵在於，
在上述磁場檢測步驟中，除了檢測上述均勻磁場和上述不均勻磁場以外，還檢測直流磁場，
在上述傅立葉變換步驟中，除了算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅以外，還算出上述各軸上的直流成分的振幅，
在上述磁場矢量算出步驟中，除了算出上述均勻磁場矢量和上述不均勻磁場矢量以外，還根據上述直流成分的振幅來算出表示上述直流磁場的朝向和大小的直流磁場矢量，
在上述位置/姿勢算出步驟中，根據從上述磁場矢量算出步驟輸出的上述均勻磁場矢量和上述直流磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出部輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
21.一種空間信息檢測裝置，其特徵在於，具備
磁場檢測部，其具有對從產生不同的多個頻率成分的相位關係為已知的交流磁場的磁場產生部產生的磁場進行檢測的多軸磁傳感器；
傅立葉變換部，其根據該磁場檢測部的各軸的輸出信號來算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅；以及
磁場矢量算出部，其基於來自該傅立葉變換部的輸出信號，根據上述各軸的上述多個頻率成分的相位關係來算出上述各軸的振幅的符號，根據上述符號和上述振幅來算出表示上述交流磁場的朝向和大小的磁場矢量。
22.根據權利要求21所述的空間信息檢測裝置，其特徵在於，具備
姿勢檢測部，其檢測上述磁場檢測部的姿勢；以及
位置/姿勢算出部，其根據上述姿勢檢測部的輸出信號和上述磁場矢量算出部的輸出信號來算出上述磁場檢測部的姿勢信息和位置信息。
23.根據權利要求22所述的空間信息檢測裝置，其特徵在於，
上述磁場檢測部具有除了檢測上述交流磁場以外還檢測直流磁場的多軸磁傳感器，
上述傅立葉變換部除了算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅以外，還算出上述各軸上的直流成分的振幅，
上述磁場矢量算出部除了算出基於上述交流磁場的磁場矢量以外，還根據上述直流成分的振幅來算出表示上述直流磁場的朝向和大小的直流磁場矢量，
上述位置/姿勢算出部根據來自上述姿勢檢測部的輸出信號和上述直流磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和基於上述交流磁場的磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
24.根據權利要求21所述的空間信息檢測裝置，其特徵在於，
上述磁場檢測部檢測從磁場產生部產生的磁場，其中，上述磁場產生部產生不同的多個頻率成分的相位關係為已知的交流的均勻磁場和不同的多個頻率成分的相位關係為已知並且根據位置不同而磁場的朝向或者大小不同的交流的不均勻磁場，
上述磁場矢量算出部基於來自上述傅立葉變換部的輸出信號，根據上述各軸的上述多個頻率成分的相位關係，除了對上述均勻磁場以外還對上述不均勻磁場算出上述各軸的振幅的符號，並且根據上述各軸的振幅和上述符號來算出表示上述均勻磁場和不均勻磁場的朝向和大小的均勻磁場矢量和不均勻磁場矢量，
上述位置/姿勢算出部根據從上述磁場矢量算出部輸出的上述均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出部輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
25.根據權利要求24所述的空間信息檢測裝置，其特徵在於，
具備姿勢檢測部，該姿勢檢測部檢測上述磁場檢測部的姿勢，
上述位置/姿勢算出部根據來自上述姿勢檢測部的輸出和從上述磁場矢量算出部輸出的上述均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出部輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
26.根據權利要求24所述的空間信息檢測裝置，其特徵在於，
上述磁場檢測部具有除了檢測上述均勻磁場和上述不均勻磁場以外還檢測直流磁場的多軸磁傳感器，
上述傅立葉變換部除了算出上述各軸上的上述多個頻率成分的相位和振幅以外，還算出上述各軸上的直流成分的振幅，
上述磁場矢量算出部除了算出上述均勻磁場矢量和上述不均勻磁場矢量以外，還根據上述直流成分的振幅來算出表示上述直流磁場的朝向和大小的直流磁場矢量，
上述位置/姿勢算出部根據從上述磁場矢量算出部輸出的上述均勻磁場矢量和上述直流磁場矢量來算出上述磁場檢測部的姿勢信息，根據該姿勢信息和從上述磁場矢量算出部輸出的上述不均勻磁場矢量來算出上述磁場檢測部的位置信息。
全文摘要
本發明涉及一種能夠利用交流磁場連續地進行測量、並且頻率的設定自由度較大且結構簡單的空間信息檢測系統。磁傳感器驅動部(23)經由多路轉接器部(22)來驅動磁傳感器(21)。磁傳感器的信號被從模擬信號轉換為數位訊號，從數據發送部(26)作為磁數據發送到運算部(3)。傅立葉變換部(32)根據來自磁數據接收部(31)的輸出信號來算出各軸的多個頻率成分的振幅和相位。磁場矢量算出部(33)基於來自傅立葉變換部(32)的輸出信號，根據各軸的多個頻率成分的相位關係來算出各軸的振幅的符號，根據符號與振幅來算出表示磁場朝向和大小的磁場矢量。方向算出部(34)算出信息終端(2)的方向。
文檔編號G01B7/30GK101606037SQ20088000452
公開日2009年12月16日 申請日期2008年2月8日 優先權日2007年2月9日
發明者中村威信, 山下昌哉 申請人:旭化成微電子株式會社