专利名称：空间信息检测系统及其检测方法以及空间信息检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空间信息检测系统及其检测方法以及空间信息检测装置，更详细地说，涉及一种能够利用交流磁场连续地进行测量、并且频率的设定自由度较大且结构简单的空间信息检测系统及其检测方法以及空间信息检测装置。
背景技术：
近年来，对检测信息终端的位置、姿势的空间信息检测系统的需求不断提高。例如，可以举出如动作捕捉中的头戴显示器(Head Mount Display)那样用于检测可移动物体的朝向的空间信息检测系统、医疗设备领域中对如插入型内窥镜和胶囊内窥镜那样位于无法目视的位置的信息终端的方向进行计测的空间信息检测系统等。
作为检测这些信息终端的位置、姿势的空间信息检测方法，存在利用交流磁场的方法。此时，产生交流磁场的朝向和利用于测量的磁传感器的朝向成为问题。例如，在磁场入射到磁传感器时输出信号增大的方向(以下，称为磁传感器的正方向)与交流磁场的正方向为相同方向的情况下测量的交流信号，和在磁传感器的正方向与交流磁场的正方向为相反方向的情况下测量的交流信号看起来无法区别。
图31A以及图31B是表示在磁传感器的正方向相对于正弦波状的交流磁场的入射方向为相同方向的情况下(图31A)和相反方向的情况下(图31B)所测量到的输出信号的样子的图。图31A以及图31B的输出信号都是正弦波，是仅偏离半个波长的状态，在从适当的瞬间起连续地获取信号的情况下无法区分交流磁场是从哪个方向入射过来的。因而，即使充分检测信号强度(振幅)也无法判断磁传感器的朝向，无法使振幅具有正负的符号(所谓符号，如果如图31A那样磁传感器的正方向与交流磁场的入射方向相同，则定义为正的符号(+)，如果如图31B那样磁传感器的正方向与交流磁场的入射方向相反，则定义为负的符号(-))。即，无法以振幅的符号为线索来判断磁传感器的方向。
为了解决这种问题，例如，在专利文献1中，从产生线圈产生叠加了正弦波A和正弦波B的磁场，由接收线圈来计测磁场，按照每个频带来分离正弦波A和正弦波B，使各信号同步地进行比较，由此判断产生线圈输出磁场的方向和接收线圈的朝向。
另外，在胶囊内窥镜的开发中，例如，如非专利文献1那样，与产生线圈中交流磁场的产生同步地由接收线圈来检测磁场，并实施FFT(Fast Fourier Transform高速傅立叶变换)运算，由此检测各频率的信号强度(振幅)，并且根据从信号检测时起到实施FFT运算为止的数据来算出相位，当以相同的时间为基准时在磁传感器的朝向与磁场的朝向为相同方向和相反方向的情况下相位偏离π，因此确定出所检测到的交流磁场的振幅的符号。
然而，在上述的专利文献1所记载的方法中，需要在正弦波A进行正输出的情况下同步间歇地叠加正弦波B的复杂的结构。另外，存在以下问题需要用于按照每个线圈分离各自的频率的频带确定的滤波器，并且利用于正弦波A和正弦波B的频率需要为具有十倍以上不同的频率，从而频率设定的自由度较低。另外，存在以下问题作为系统结构，为产生线圈动作的结构，必须将用于产生磁场的电源搭载到信息终端，难以实现最近的信息终端所需的小型化和节能化。
另外，在上述的专利文献1所记载的方法中，存在以下问题为了检测从相同时间开始的相位，必须与交流磁场的产生同步地测量信号，需要为此的触发信号(同步信号)，因而难以进行连续的测量。
关于其它的利用了交流信号的空间信息检测装置，例如还能够看到如下的技术如专利文献2那样的检测声波的方向的技术，如专利文献3那样的接收来自被隔开固定间隔的线圈的交流磁场来检测车辆的宽度方向的位置的技术。在该专利文献2中，根据位于不同位置的两个元件所接收的波形的相位差来检测方向，在专利文献3中，根据位于不同位置的两个元件所接收的波形的振幅来检测宽度方向的位置，但是两者的检测方向的范围都被限制，不适合于最近的信息终端所要求的检测360度方向。
本发明是鉴于这种情况完成的，其目的在于提供一种能够利用交流磁场连续地进行测量、频率设定自由度较大且结构简单的空间信息检测系统及其检测方法以及空间信息检测装置。
专利文献1日本特开2006-214979号公报 专利文献2日本特开2004-184341号公报 专利文献3日本特开平11-73600号公报 专利文献4日本特开2003-65791号公报 专利文献5日本特开平8-278137号公报 专利文献6WO2004/003476 非专利文献1生体医工学41-4，239/249(2003)
发明内容
本发明是为了达到这种目的而完成的，本发明的空间信息检测系统的特征在于，具备磁场产生部(1)，其产生不同的多个频率成分的相位关系已知的交流磁场；磁场检测部(20、111)，其具有检测从该磁场产生部产生的磁场的多轴的磁传感器；傅立叶变换部(32、118)，其根据该磁场检测部的各轴的输出信号来算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅；以及磁场矢量算出部(33、119)，其基于来自该傅立叶变换部的输出信号，根据上述各轴的上述多个频率成分的相位关系来算出上述各轴的振幅的符号，根据该符号和上述振幅来算出表示上述交流磁场的朝向和大小的磁场矢量(全部实施方式)。
另外，其特征在于具备姿势检测部(140)，其检测上述磁场检测部的姿势；以及位置/姿势算出部(120)，其根据该姿势检测部的输出信号和上述磁场矢量算出部的输出信号来算出上述磁场检测部的姿势信息和位置信息(实施方式8、9、10)。
另外，其特征在于，上述磁场检测部具有除了检测上述交流磁场以外还检测直流磁场的多轴磁传感器，上述傅立叶变换部除了算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅以外还算出上述各轴上的直流成分的振幅，上述磁场矢量算出部除了算出基于上述交流磁场的磁场矢量以外还根据上述直流成分的振幅来算出表示上述直流磁场的朝向和大小的直流磁场矢量，上述位置/姿势算出部根据来自上述姿势检测部的输出信号和上述直流磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和基于来自上述磁场产生部的交流磁场的磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息(实施方式9)。
另外，其特征在于，上述直流磁场是地磁场(实施方式9)。
另外，其特征在于，上述磁场产生部至少产生一个不同的多个频率成分的相位关系已知并且根据位置不同而磁场的朝向或者大小不同的交流的不均匀磁场(全部实施方式)。
另外，其特征在于，上述不均匀磁场是不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的梯度磁场(实施方式6至10)。
另外，其特征在于，上述磁场产生部产生不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的均匀磁场和不同的多个频率成分的相位关系已知并且根据位置不同而磁场的朝向或者大小不同的交流的不均匀磁场，上述磁场检测部检测上述均匀磁场和上述不均匀磁场，上述磁场矢量算出部基于来自上述傅立叶变换部的输出信号，根据上述各轴的上述多个频率成分的相位关系，对上述均匀磁场和上述不均匀磁场算出上述各轴的振幅的符号，并且根据上述各轴的振幅和上述符号来算出表示上述均匀磁场和不均匀磁场的朝向和大小的均匀磁场矢量和不均匀磁场矢量，上述位置/姿势算出部根据从上述磁场矢量算出部输出的上述均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出部输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息(实施方式4至7以及10)。
另外，其特征在于，具备姿势检测部，该姿势检测部检测上述磁场检测部的姿势，上述位置/姿势算出部根据来自上述姿势检测部的输出和从上述磁场矢量算出部输出的上述均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出部输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息(实施方式10)。
另外，其特征在于，上述磁场检测部具有除了检测上述均匀磁场和上述不均匀磁场以外还检测直流磁场的多轴磁传感器，上述傅立叶变换部除了算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅以外还算出上述各轴上的直流成分的振幅，上述磁场矢量算出部除了算出上述均匀磁场矢量和上述不均匀磁场矢量以外还根据上述直流成分的振幅来算出表示上述直流磁场的朝向和大小的直流磁场矢量，上述位置/姿势算出部根据从上述磁场矢量算出部输出的上述均匀磁场矢量和上述直流磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出部输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息(实施方式7)。
另外，其特征在于，上述直流磁场是地磁场(实施方式7)。
另外，其特征在于，上述不均匀磁场是不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的梯度磁场(实施方式6、7、10)。
另外，其特征在于，上述磁场产生部具有叠加产生上述均匀磁场和上述不均匀磁场的线圈(实施方式5至7以及10)。
另外，其特征在于，上述多个频率成分的整数比是偶数对奇数(全部实施方式)。
另外，其特征在于，上述整数比是2比1(全部实施方式)。
另外，本发明的空间信息检测方法的特征在于，具有以下步骤磁场检测步骤，使用具有多轴的磁传感器的磁场检测部来检测不同的多个频率成分的相位关系已知的交流磁场；傅立叶变换步骤，根据来自该磁场检测步骤的各轴的输出信号来算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅；以及磁场矢量算出步骤，基于来自该傅立叶变换步骤的输出信号，根据上述各轴的上述多个频率成分的相位关系算出上述各轴的振幅的符号，根据该符号和上述振幅来算出表示上述交流磁场的朝向和大小的磁场矢量。
另外，其特征在于，具有以下步骤姿势检测步骤，检测上述磁场检测部的姿势；以及位置/姿势算出步骤，根据上述姿势检测步骤的输出信号和上述磁场矢量算出步骤的输出信号来算出上述磁场检测部的姿势信息和位置信息。
另外，其特征在于，在上述磁场检测步骤中，除了检测上述交流磁场以外还检测直流磁场，在上述傅立叶变换步骤中，除了算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅以外还算出上述各轴上的直流成分的振幅，在上述磁场矢量算出步骤中除了算出基于上述交流磁场的磁场矢量以外还根据上述直流成分的振幅来算出表示上述直流磁场的朝向和大小的直流磁场矢量，在上述位置/姿势算出步骤中，根据来自上述姿势检测步骤的输出信号和上述直流磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和基于上述交流磁场的磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
另外，其特征在于，在上述磁场检测步骤中，检测不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的均匀磁场和不同的多个频率成分的相位关系已知并且根据位置不同而磁场的朝向或者大小不同的交流的不均匀磁场，在上述磁场矢量算出步骤中，基于来自上述傅立叶变换步骤的输出信号，根据上述各轴的上述多个频率成分的相位关系除了对上述均匀磁场以外还对上述不均匀磁场算出上述各轴的振幅的符号，根据上述各轴的振幅和上述符号来算出表示上述均匀磁场和不均匀磁场的朝向和大小的均匀磁场矢量和不均匀磁场矢量，在上述位置/姿势算出步骤中，根据从上述磁场矢量算出步骤输出的上述均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出步骤输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
另外，其特征在于，具有姿势检测步骤，检测上述磁场检测部的姿势，在上述位置/姿势算出步骤中，根据来自上述姿势检测步骤的输出和从上述磁场矢量算出部输出的上述均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出步骤输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
另外，其特征在于，在上述磁场检测步骤中除了检测上述均匀磁场和上述不均匀磁场以外还检测直流磁场，在上述傅立叶变换步骤中，除了算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅以外还算出上述各轴上的直流成分的振幅，在上述磁场矢量算出步骤中，除了算出上述均匀磁场矢量和上述不均匀磁场矢量以外，还根据上述直流成分的振幅来算出表示上述直流磁场的朝向和大小的直流磁场矢量，在上述位置/姿势算出步骤中，根据从上述磁场矢量算出步骤输出的上述均匀磁场矢量和上述直流磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出部输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
另外，本发明的空间信息检测装置的特征在于，具备磁场检测部(20、111)，其具有对从产生不同的多个频率成分的相位关系已知的交流磁场的磁场产生部(1)产生的磁场进行检测的多轴的磁传感器；傅立叶变换部(32、118)，其根据该磁场检测部的各轴的输出信号来算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅；以及磁场矢量算出部(33、119)，其基于来自该傅立叶变换部的输出信号，根据上述各轴的上述多个频率成分的相位关系来算出上述各轴的振幅的符号，根据上述符号与上述振幅来算出表示上述交流磁场的朝向和大小的磁场矢量。
另外，其特征在于，具备姿势检测部，其检测上述磁场检测部的姿势；以及位置/姿势算出部，其根据上述姿势检测部的输出信号和上述磁场矢量算出部的输出信号来算出上述磁场检测部的姿势信息和位置信息。
另外，其特征在于，上述磁场检测部具有除了检测上述交流磁场以外还检测直流磁场的多轴磁传感器，上述傅立叶变换部除了算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅以外还算出上述各轴上的直流成分的振幅，上述磁场矢量算出部除了算出基于上述交流磁场的磁场矢量以外，还根据上述直流成分的振幅来算出表示上述直流磁场的朝向和大小的直流磁场矢量，上述位置/姿势算出部根据来自上述姿势检测部的输出信号和上述直流磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和基于上述交流磁场的磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
另外，其特征在于，上述磁场检测部检测从磁场产生部产生的磁场，其中，上述磁场产生部产生不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的均匀磁场和不同的多个频率成分的相位关系已知并且根据位置不同而磁场的方向或者大小不同的交流的不均匀磁场，上述磁场矢量算出部基于来自上述傅立叶变换部的输出信号，根据上述各轴的上述多个频率成分的相位关系，除了对上述均匀磁场以外还对上述不均匀磁场算出上述各轴的振幅的符号，并且根据上述各轴的振幅和上述符号来来算出表示上述均匀磁场和不均匀磁场的朝向和大小的均匀磁场矢量和不均匀磁场矢量，上述位置/姿势算出部根据从上述磁场矢量算出部输出的上述均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出部输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
另外，其特征在于，具备姿势检测部，该姿势检测部检测上述磁场检测部的姿势，上述位置/姿势算出部根据来自上述姿势检测部的输出和从上述磁场矢量算出部输出的上述均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出部输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
另外，其特征在于，上述磁场检测部具有除了检测上述均匀磁场和上述不均匀磁场以外还检测直流磁场的多轴磁传感器，上述傅立叶变换部除了算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅以外还算出上述各轴上的直流成分的振幅，上述磁场矢量算出部除了算出上述均匀磁场矢量和上述不均匀磁场矢量以外还根据上述直流成分的振幅来算出表示上述直流磁场的朝向和大小的直流磁场矢量，上述位置/姿势算出部根据从上述磁场矢量算出部输出的上述均匀磁场矢量和上述直流磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出部输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
根据本发明，具备磁场产生部，其产生不同的多个频率成分的相位关系已知的磁场；磁场检测部，其具有检测从该磁场产生部产生的磁场的多轴的磁传感器；傅立叶变换部，其根据该磁场检测部的各轴的输出信号来算出各轴上的多个频率成分的相位和振幅；以及磁场矢量算出部，其基于来自该傅立叶变换部的输出信号，根据各轴的多个频率成分的相位关系算出上述各轴的振幅的符号，根据该符号与振幅来算出表示磁场的朝向和大小的磁场矢量，因此能够提供一种能够利用交流磁场连续地进行测量、并且频率的设定自由度较大且结构简单的空间信息检测系统。另外，同样地，能够提供该空间信息检测系统的空间信息检测方法以及空间信息检测装置。
图1是表示本发明的空间信息检测系统的实施方式1的整体结构图。
图2A是表示本发明的空间信息检测系统中的信息终端和磁场产生部的线圈坐标系的图，是表示信息终端的坐标系的图。
图2B是表示本发明的空间信息检测系统中的信息终端和磁场产生部的线圈坐标系的图，是表示磁场产生部的线圈的坐标系的图。
图3是表示本发明的空间信息检测系统中的信息终端的方向与坐标系之间的关系的图。
图4是本发明的空间信息检测系统中的实施方式1的空间信息检测装置的具体的结构框图。
图5是表示磁传感器的朝向与所产生的交流磁场的朝向的关系和第一频率成分与第二频率成分的相位关系的图。
图6是表示磁传感器的朝向与所产生的交流磁场的朝向的关系和第一频率成分与第二频率成分的相位关系的另一图。
图7A是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式1的动作的流程的图。
图7B是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式1的动作的流程的图。
图8是表示假设将方位角传感器与磁场水平地每次转动30度来测量叠加1Hz和2Hz的正弦波磁场而得到的磁场的模拟结果的图。
图9A是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式2的动作的流程的图。
图9B是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式2的动作的流程的图。
图10是表示假设将方位角传感器与磁场水平地每次转动30度来测量叠加3Hz和8Hz的正弦波磁场而得到的磁场的模拟结果的图。
图11是本发明的空间信息检测系统中的实施方式3的空间信息检测装置的具体的结构框图。
图12A是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式3的动作的流程的图。
图12B是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式3的动作的流程的图。
图13是表示本发明的空间信息检测系统的实施方式4的整体结构图。
图14是关于信息终端的坐标系的说明图。
图15是本发明的空间信息检测系统中的实施方式4的空间信息检测装置的具体的结构框图。
图16是示意性地表示位置检测用磁场Bp所形成的磁场的朝向的图。
图17是表示从Zg轴上方观测来自位置检测磁场产生线圈的位置检测用磁场Bp的样子的图。
图18是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式4的动作的流程的图。
图19是表示本发明的空间信息检测系统的实施方式5的整体结构图。
图20是表示本发明的空间信息检测系统的实施方式6的整体结构图。
图21A是关于梯度磁场产生机构的说明图。
图21B是关于梯度磁场产生机构的说明图。
图22是用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式6的动作的流程的图。
图23是表示本发明的空间信息检测系统的实施方式7的整体结构图。
图24是用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式7的动作的流程的图。
图25是表示本发明的空间信息检测系统的实施方式8的整体结构图。
图26是本发明的空间信息检测系统中的实施方式8的空间信息检测装置的具体的结构框图。
图27是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式8的动作的流程的图。
图28是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式9的动作的流程的图。
图29是表示本发明的空间信息检测系统的实施方式10的整体结构图。
图30是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式10的动作的流程的图。
图31A是表示在磁传感器的正方向相对于正弦波状的交流磁场的入射方向为相同方向的情况下测量得到的输出信号的样子的图。
图31B是表示在磁传感器的正方向相对于正弦波状的交流磁场的入射方向为相反方向的情况下测量得到的输出信号的样子的图。
具体实施例方式 下面，参照
本发明的实施方式。
在本发明中，空间信息意味着姿势或者位置的信息。姿势有时是保留有自由度的一部分的姿势，也有时是没有保留自由度的任意姿势。
首先，在下面对作为一部分姿势的方向的检测进行说明。
关于该方向的检测，存在产生磁场的频率比1∶2、使用三轴磁传感器的情况(实施方式1)，产生磁场的频率比M∶N、使用三轴磁传感器的情况(实施方式2)，产生磁场的频率比M∶N、使用两轴磁传感器的情况(实施方式3)。下面对这些各实施方式进行说明。在实施方式1至3中，以产生磁场是从一个线圈产生的磁场进行说明。从一个线圈产生的磁场以线圈中心轴对称地扩散，但是在实施方式1至3中对在能够视作向一个方向产生的磁场的范围内检测信息终端的方向的方法进行说明。也就是说，成为如下状态下的实施方式信息终端位于可以作为均匀磁场来进行处理的区域中或者线圈中心轴上或者固定的位置上，其中，上述均匀磁场是磁场的朝向和大小可以视为固定的磁场。
[实施方式1] <产生磁场的频率比1∶2、使用三轴磁传感器的情况> 图1是表示本发明的空间信息检测系统中的实施方式1的整体结构图，图中附图标记1表示磁场产生部，1a表示电源，1b表示线圈，2表示信息终端，20表示磁场检测部，21表示磁传感器，3表示运算部。在该实施方式1中，具备频率比1∶2的一个磁场产生部，磁场检测部20具备三轴磁传感器21。
本发明的空间信息检测系统由磁场产生部1、磁场检测部20以及运算部3构成，其中，上述运算部3具有傅立叶变换部(后述的图4的附图标记32)、磁场矢量算出部(后述的图4的附图标记33)、方向算出部(后述的图4的附图标记34)。磁场检测部20安装在要检测方向的信息终端2上。
此外，信息终端2意味着利用者能够得到某些信息的部分、部位，意味着手机、PDA(Personal Digital Assistant个人数字助理)、胶囊内窥镜、内窥镜、游戏机等多种装置。另外，运算部3构成为例如在面向手机、PDA、游戏机或面向胶囊内窥镜、内窥镜的计测器或者PC(Personal Computer个人计算机)内的CPU(Central Processing Unit中央运算处理装置)、DSP(DigitalSignal Processor数字信息处理器)、微型计算机等中利用如存储器或硬盘那样的存储装置、与外部之间的通信功能等。
构成本发明的空间信息检测系统的磁场产生部1产生不同的多个频率成分的相位关系已知的交流磁场。如图1所示，该磁场产生部1由电源1a和线圈1b构成，电源1a能够叠加地产生频率不同的两个交流电流(或者电压)，其第一和第二频率的角频率分别为ω、2ω(作为最小整数比，频率比为1∶2)。并且，通过对线圈1b施加来自电源1a的产生电流能够产生磁场。设为所产生的交流磁场的相位在时间t＝0时第一频率成分、第二频率成分的相位都为-π/2。即，当设为第一频率成分的磁场相位为Θ、第二频率成分的磁场相位为Φ，能够表示成如下。
Θ＝ωt-π/2....(式1) Φ＝2ωt-π/2…(式2) 关于磁场检测部20，在图4中示出其具体结构，包括搭载了检测从磁场产生部1产生的磁场的三轴磁传感器21(图4的X轴磁传感器21a、Y轴磁传感器21b、Z轴磁传感器21c)的方位角传感器20a，在该方位角传感器20a上搭载有朝向相互正交的面的三轴的磁传感器21a、21b、21c。该磁传感器例如是霍尔元件、MR元件、GMR元件、MI元件等半导体型磁传感器。
关于运算部3，在图4中示出其具体结构，包括傅立叶变换部32、磁场矢量算出部33、方向算出部34，根据用途可以搭载在信息终端2上也可以不搭载在信息终端2上。此外，在图1中在信息终端2与运算部3之间描绘有信号线，但是也可以为无线。
关于傅立叶变换部32，根据图4在后面进行说明，其根据磁场检测部20的各轴的输出信号来算出各轴上的多个频率成分的相位和振幅。关于磁场矢量算出部33，根据图4在后面进行说明，其基于来自傅立叶变换部32的输出信号，根据各轴的多个频率成分的相位关系来对各轴的振幅算出符号并且根据各轴的符号和多个频率成分中的至少一个频率成分的振幅来算出表示磁场的朝向和大小的磁场矢量。方向算出部34根据来自磁场矢量算出部33的输出来算出信息终端2的朝向方向。
图2A和图2B是表示本发明的空间信息检测系统中的信息终端和磁场产生部的线圈的坐标系的图，图2A是表示信息终端的坐标系的图，图2B是表示磁场产生部的线圈的坐标系的图。
如图2A所示，设信息终端2的长度方向为x轴、宽度方向为y轴，用垂直于x轴和y轴的z轴来定义右手系的坐标系xyz坐标系(终端坐标系)。另外，设为信息终端2的方位角传感器20a所具有的相互正交的三轴磁传感器21a、21b、21c的方向与构成xyz坐标系的各轴的方向一致。即，存在x轴、y轴、z轴的磁传感器，各自的输出增大方向(正方向)为xyz坐标系的各轴的正方向朝向。
另外，如图2B所示，线圈1b被设置为与水平面垂直，由Xg轴、Zg轴和Yg轴构成右手系的坐标系XgYgZg坐标系(绝对坐标系)，其中，上述Xg轴与从该线圈1b产生的正的磁场的方向一致，上述Zg轴朝向与水平面(地平面)铅垂的上方，上述Yg轴与Xg轴构成与水平面平行的面。
图3是表示本发明的空间信息检测系统中的信息终端的方向与坐标系之间的关系的图。在图3中，朝向某个方向的信息终端2的xyz坐标系与XgYgZg坐标系除了原点以外都不一致。当将信息终端2的x轴、y轴坐标变换到XgYg面上时的矢量分别设为x’轴、y’轴时，利用实施方式1的空间信息检测系统检测出的作为信息终端2的空间信息的方向数据Ψ由x’轴与作为正的磁场的产生方向的Xg轴之间形成的角来表示。(首先，进行绕x轴的转动而将y轴变换到y’轴，接着，进行绕y’轴的转动而将x轴变换到x’轴。)此外，也将如该图3中那样的方向数据Ψ称为方位角。此外，根据用途，利用本发明的实施方式1的空间信息检测系统所检测出的方向数据Ψ不限于方位角，有时也设为信息终端2所检测出的表示磁场的朝向的磁场矢量。
图4是本发明的空间信息检测系统中的实施方式1的空间信息检测装置的具体的结构框图。该空间信息检测装置由磁场检测部20和运算部3构成，该运算部3具备数据接收部31、傅立叶变换部32、磁场矢量算出部33以及方向算出部34。磁场检测部20具备方位角传感器20a和数据发送部26。
该方位角传感器20a由以下部分构成三轴磁传感器21，其具有x轴磁传感器21a、y轴磁传感器21b和z轴磁传感器21c；多路转接器(multiplexer)部22，其选择该三轴磁传感器21并获取来自所选择的轴的磁传感器的输出信号；磁传感器驱动部23，其经由该多路转接器部22来驱动磁传感器21；信号放大部24，其放大来自多路转接器部22的输出信号；以及A/D转换部25，其对来自该信号放大部24的放大信号进行A/D转换。数据发送部26将由A/D转换部25进行转换后的信号发送到运算部3。
根据这种结构，磁传感器驱动部23经由多路转接器部22来驱动磁传感器21。多路转接器部22选择要测量的轴的磁传感器。所选择的轴的磁传感器的信号在信号放大部24中被放大成适当的大小，在A/D转换部25中被从模拟信号转换为数字信号。对来自各轴的磁传感器的信号进行该向数字信号的转换。被数字化的信号作为磁数据从数据发送部26发送到运算部3。
如上所述，运算部3由接收来自磁场检测部20的数据发送部26的磁数据的数据接收部31、傅立叶变换部32、磁场矢量算出部33以及方向算出部34构成。
傅立叶变换部32根据来自数据接收部31的输出信号来算出各轴上的多个频率成分的相位和振幅。另外，磁场矢量算出部33基于来自傅立叶变换部32的输出信号，根据各轴的多个频率成分的相位关系对各轴的振幅算出符号，根据符号和振幅算出表示磁场的朝向和大小的磁场矢量。另外，方向算出部34根据来自磁场矢量算出部33的输出信号来算出信息终端2的方向。
根据这种结构，数据接收部31接收从磁场检测部20的数据发送部26发送过来的磁数据并发送到傅立叶变换部32。该傅立叶变换部32在获取了期望量的来自三轴的磁传感器21的磁数据之后，对这些磁数据执行FFT运算(高速傅立叶变换)。作为期望量而获取的数据量是例如叠加的交流磁场的波形的整数周期的数据量。例如，在叠加产生1Hz和2Hz的交流磁场、利用方位角传感器20a以128Hz的采样频率来获取磁数据的情况下，1Hz和2Hz的周期为整数倍的数据量是128个，将其设为要获取的数据量。FFT运算的执行可以为分开对x轴的期望量的磁数据、y轴的期望量的磁数据、z轴的期望量的磁数据进行FFT运算，或者分开为对任意两轴的期望量的磁数据同时进行复数FFT运算来得到FFT数据、对剩余一轴的期望量的磁数据进行FFT运算。然后，根据通过执行FFT运算而算出的各轴的FFT数据来算出第一频率成分的各轴的振幅、第一和第二频率成分的相位，发送到磁场矢量算出部33。
在此，将在傅立叶变换部32中根据各轴的FFT数据而算出的振幅在x轴、y轴、z轴上分别表示为Ax、Ay、Az，同样地将所算出的第一频率成分的相位的各轴成分表示为θx、θy、θz，将第二频率成分的相位的各轴成分表示为
(0≤θx，θy，θz，
)。
这些算出的相位被发送到磁场矢量算出部33，利用所测量的轴的磁传感器的正方向相对于磁场的正方向朝向哪个方向或者接下来根据相位关系所求出的振幅符号判断值来判断振幅的符号。下面说明x轴的成分。
将振幅符号判断值ηx定义成
…(式3)。
其中，0≤ηx＜2π。
在磁传感器21的正方向与产生磁场的正方向一致的情况下，当设所算出的第一频率成分和第二频率成分的相位为θx+、
时，测量为 θx+＝ωt-π/2-2πpx+ …(式4)
…(式5) (其中，px+、qx+是用于使0≤θx+，
的整数)。并且，根据式(3)，此时的振幅符号判断值ηx+变成 ηx+＝π/2+2π(2px+-qx+)-2πvx+…(式6)， 是固定值(其中，vx+是用于使0≤ηx+＜2π的整数)。另一方面，在磁传感器21的正方向与产生磁场的正方向相反的情况下，当设所算出的第一频率成分和第二频率成分的相位为θx-、
时，测量为 θx-＝ωt-π/2+π-2πpx-…(式7)
…(式8) (相位偏离π。另外px-、qx-是用于使0≤θx-，
的整数)，因此根据(式3)，这种情况下的振幅符号判断值ηx-变成 ηx-＝3π/2+2π(2px--qx-)-2πvx-…(式9) (其中，vx-是用于使0≤ηx-＜2π的整数)，这个也是固定值。
因而，根据(式3)算出的振幅符号判断值ηx作为(式6)的ηx+和(式9)的ηx-其值不同，由此能够判别产生磁场的方向与磁传感器21的朝向之间的关系是相同方向还是相反方向。并且，能够判断振幅的符号。
例如，x轴的振幅的符号Sign(Ax)(其中，Sign(k)表示k的符号，为-1或者+1)，使用式(3)的ηx能够表示为如下。
Sign(Ax)＝Sign(Sin(ηx))…(式10) 图5和图6是表示磁传感器的朝向与所产生的交流磁场的朝向的关系和第一频率成分与第二频率成分的相位关系的图。在最上段图示了正的磁场方向和磁传感器21的正方向的关系，在第二段图示了由磁传感器21测量的、每个频率成分从t＝0到t＝3π/ω为止的交流磁场的变动，在第三段中分别利用实线、虚线、一点划线图示了第二段的交流磁场的第一频率成分的相位θx、第二频率成分的相位
并且2θx的从t＝0到t＝3π/ω为止的时间变化，在最下段中图示了从t＝0到t＝3π/ω为止的
的时间变化。
图5示出磁场的正方向与磁传感器的正方向为相同方向的情况，图6示出相反方向的情况。在图5中ηx固定为π/2(与(式6)的ηx+对应)，在图6中ηx固定3π/2(与(式9)的ηx-对应)。在图中以磁传感器21的感磁面(检测磁场的面)与磁场垂直的情况进行表示，但是在不垂直的情况下仅是被测量的磁场的振幅减小，直到感磁面与磁场平行并朝向相反方向侧为止(式6)和(式9)的ηx+、ηx-不发生变化。因而，能够判断磁传感器21的输出的正负。并且，如以上所看到的那样，(式6)和(式9)的ηx+、ηx-取不依赖于时间的值，在振幅的符号决定上不需要根据与磁场同步的数据算出相位，因此也能够自由地选择进行测量的定时，并且能够进行连续的测量。并且，具有可以不利用如上述专利文献1那样间歇地叠加信号的结构这种优点。
与x轴同样地，根据y轴、z轴的振幅符号判断值ηy、ηz求出y轴、z轴的振幅的符号，算出接下来的带符号的振幅。当设x轴、y轴、z轴的带符号的振幅为Ax’、Ay’、Az’时，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，能够得到表示所测量的交流磁场的第一频率成分的强度和朝向的磁场矢量(Ax’，Ay’，Az’)T(其中，XT表示X的转置，该矢量表示列矢量)。此外，根据需要也可以对该磁场矢量进行归一化来使用。即，也可以用以A’x、磁场矢量(Ax’，Ay’，Az’)T的大小为基准的比来重新表现磁矢量数据。并且，将所得到的该磁场矢量发送到方向算出部34。
在该方向算出部34中，根据磁场矢量求出作为姿势信息的方向数据Ψ并输出。在将方向数据Ψ设为如图3那样的方位角来进行算出的情况下，检测信息终端2的姿势，配合信息终端2的姿势来校正磁场矢量，能够根据校正后的磁场矢量的水平成分算出方向数据Ψ。例如，能够利用如在专利文献4、5等中记载的那样的方法来求出方向数据Ψ。
当设校正后的磁场矢量的水平成分为Ax”、Ay”时，方向数据Ψ为 Ψ＝tan-1(Ay”/Ax”) …(式14) 能够求出360度的方向。
当然，在xy平面与XgYg平面处于相同平面上的情况下，能够根据(式11)、(式12)直接用以下(式15)求出。
Ψ＝tan-1(Ay’/Ax’) …(式15) 此外，在不是将方向数据Ψ设为方位角而是想单纯地表示磁场的存在方向的情况下，直接利用磁场矢量作为方向数据Ψ。
图7A和图7B是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式1的动作的流程的图。首先，由磁场产生部1叠加产生频率比1∶2的不同的两个交流磁场(步骤S1)。接着，利用磁场检测部20的具有三轴磁传感器21的方位角传感器20a来测量由磁场产生部1产生的磁场，获取作为数字信号的各轴的磁数据(步骤S2)。接着，傅立叶变换部32判断是否获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据(步骤S3)。如果获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据，则进入下一个步骤S4，如果没有获取到FFT运算所需的期望量的磁数据，则返回步骤S2。
接着，在傅立叶变换部32中对获取到的期望量的x轴的磁数据进行FFT运算(步骤S4)。接着，同样地对y轴的磁数据进行FFT运算(步骤S5)。接着，同样地对z轴的磁数据进行FFT运算(步骤S6)。
接着，根据x轴的FFT数据来算出第一频率成分的振幅Ax(步骤S7)。接着，同样地根据y轴的FFT数据来算出第一频率成分的振幅Ay(步骤S8)。接着，同样地根据z轴的FFT数据来算出第一频率成分的振幅Az(步骤S9)。
接着，根据x轴的FFT数据来算出第一频率成分和第二频率成分的相位θx、
(步骤S10)。接着，同样地根据y轴的FFT数据来算出第一频率成分和第二频率成分的相位θy、
(步骤S11)。接着，同样地根据z轴的FFT数据来算出第一频率成分和第二频率成分的相位θz、
(步骤S12)。
接着，在磁场矢量算出部33中，利用(式3)，根据所算出的θx、θy、θz、
来算出各轴的振幅符号判断值ηx、ηy、ηz(步骤S13)，根据所算出的振幅符号判断值ηx、ηy、ηz来判断各轴的振幅的符号，算出带符号的振幅、即磁场矢量(步骤S14)。在方向算出部34中根据该磁场矢量来算出方向数据Ψ(步骤S15)。
此外，如果是由傅立叶变换部32进行FFT运算之后，则之后的步骤S13以前的运算顺序能够互换。例如，也可以考虑以下顺序如以步骤S4之后为步骤S7、步骤S10的顺序那样一同进行x轴的磁数据的运算。另外，也可以按照各轴数据的每个数据进行步骤S13、步骤S14的运算。例如，根据x轴的ηx来判断符号，判断x轴的振幅的符号，算出带符号的振幅Ax’。之后，也可以根据y轴、z轴的ηy、ηz以同样的步骤依次算出Ay’、Az’。
另外，在以上的步骤中，对三轴的磁数据分开地进行了三次FFT运算(步骤S4～步骤S6)，但是也能够使用复数FFT运算执行两次FFT运算而完成对三轴磁数据的FFT。例如，也存在这种方法对于x轴和y轴的磁数据，将x轴的磁数据代入实数部、将y轴的磁数据代入虚数部来执行复数FFT运算，对于剩余的z轴的磁数据，进行对虚数部进行了零填充的复数FFT运算。此外，对于除此以外的FFT运算算法，只要能够得到三轴的磁数据的FFT数据，本发明的空间信息检测方法就有效是显而易见的。
另外，在以上步骤中，将算出振幅的频率成分设为第一频率成分，但是也能够根据算出后的FFT数据来求出第二频率成分的振幅作为磁传感器所测量出的信号的强度，由于具有与第一频率成分的振幅相同的符号，因此可知如果在方向数据算出上能够得到足够的强度，则在运算中也可以不利用第一频率成分的振幅而利用第二频率成分的振幅。在这种情况下，所算出的磁场矢量表示第二频率成分。
另外，以上，将一个频率成分的交流磁场的波形假设为理想的正弦波进行了说明，但是在本发明中也包括以下情况不是理想的正弦波的情况，在能够分离要获取的频率成分和不是要获取的频率成分的信号的情况下利用其它的非正弦波的波形的情况。
图8是表示假设将方位角传感器与磁场水平地每次转动30度来对叠加1Hz和2Hz的正弦波磁场而得到的磁场进行测量的模拟结果的图。假设采样频率为100Hz，FFT运算时的数据量为100个。设定方位角与算出角度一致。
[实施方式2] <产生磁场的频率比M∶N、使用三轴磁传感器的情况> 本发明的实施方式2中的空间信息检测系统的结构与图1相同，但是由图1的磁场产生部1产生的交流磁场的第一频率成分和第二频率成分的角频率使用奇偶相互不同的正整数M、N，分别是Mω、Nω(作为最小整数比，频率比为M∶N)。此外，奇偶相互不同是指在其中的任一个为偶数的情况下，另一个为奇数。也就是说，M∶N是偶数对奇数或者奇数对偶数。并且，通过对线圈1b施加来自电源1a的产生电流能够产生磁场。所产生的交流磁场的相位在时间t＝0时，第一频率成分、第二频率成分分别为Ωθ、
即，当设第一频率成分的磁场相位为Θ、第二频率成分的磁场相位为Φ时，能够表示成如下。
Θ＝Mωt+Ωθ…(式16)
…(式17) 另外，图2、图3、图4的表示线圈和信息终端的坐标系的图、表示信息终端的方向与坐标系的关系的图以及空间信息检测装置的结构框图与发明的实施方式1相同。
叠加地产生以上述的(式16)、(式17)的形式表示的交流磁场，与发明的实施方式1同样地，利用方位角传感器20a测量三轴的磁数据，在利用傅立叶变换部32获取期望量的来自三轴磁传感器21的磁数据之后，对它们执行FFT运算。
在此，与发明的实施方式1同样地，根据各轴的FFT数据，将振幅在x轴、y轴、z轴上分别表示为Ax、Ay、Az，同样地将第一频率成分的相位的各轴成分表示为θx、θy、θz，将第二频率成分的相位的各轴成分表示为
(0≤θx，θy，θz，
)。
在磁场矢量算出部33中，利用所测量的轴的磁传感器的正方向相对于磁场的正方向朝向哪个方向或者利用根据相位关系求出的振幅符号判断值来判断振幅的符号。下面，对x轴的成分进行说明。将振幅符号判断值ηx定义为
…(式18)。
其中，0≤ηx＜2π。
在磁传感器的正方向与产生磁场的正方向一致的情况下，当设所算出的第一频率成分和第二频率成分的相位为θx+、
时，测量出 θx+＝Mωt+Ωθ-2πpx+…(式19)
…(式20) (其中，px+、qx+是用于使0≤θx+，
的整数)。并且，根据式(18)，此时的振幅符号判断值ηx+为
…(式21) (其中，vx+是用于使0≤ηx+＜2π的整数)。另一方面，在磁传感器的正方向与产生磁场的正方向相反的情况下，当设所算出的第一频率成分和第二频率成分的相位为θx-、
时，测量出 θx-＝Mωt+Ωθ+π-2πpx-…(式22)
…(式23) (相位偏离π。另外px-、qx-是用于使0≤θx-，
的整数)，因此根据(式18)，这种情况下的振幅符号判断值ηx-为
(式24) (其中，νx-是用于使0≤ηx-＜2π的整数)。与发明的实施方式1同样地，为了能够判断产生磁场的方向与磁传感器的朝向的关系，需要选择M、N使得(式21)的ηx+和(式24)的ηx-不同， M-N≠2j(其中，j是整数)…(式25) 并且， Npx+-Mqx+、Npx--Mqx- 总是整数。即，M和N是奇偶相互不同的整数。也就是说，如果M-N不是偶数则能够区分(式21)的ηx+和(式24)的ηx-。只要M、N中的一个为偶数、另一个为奇数即可。
这样，根据(式18)算出的振幅符号判断值ηx能够区分为(式21)的ηx+和(式24)的ηx-，因此也能够区分产生磁场的方向与磁传感器的朝向的关系。关于Sign(Ax)，只要预先设定函数使得能够根据(式21)的ηx+和(式24)的ηx-与产生磁场的方向与磁传感器的朝向的关系相应地算出正负的符号即可。
在
…(式26) 的情况下，能够表现为 Sign(Ax)＝Sign(Sin(ηx))…(式27) 同样地根据y轴、z轴的振幅符号判断值ηy、ηz来求出y轴、z轴的振幅的符号，接着求出带符号的振幅。当设x轴、y轴、z轴的带符号的振幅为Ax’、Ay’、Az’时，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，得到了磁场矢量，因此与发明的实施方式1同样地将该得到的该磁场矢量发送到方向算出部34(根据需要，在要将磁场矢量归一化的情况下进行归一化)。在该方向算出部34中，与发明的实施方式1同样地算出方向数据Ψ。
如上所述，将叠加的交流磁场的频率比从发明的实施方式1的1∶2扩展到M∶N，能够扩大所利用的频率的选择幅度。通常，发明的实施方式1的1∶2当然包括在本发明的实施方式2的M∶N中。并且，如果在产生磁场时相位Ωθ、
确定，则能够利用上述的方式进行方向检测，因此第一频率和第二频率的相位不一定为一致也可以不同。另外，与发明的实施方式1同样地，在振幅的符号决定上不需要根据与磁场同步的数据算出相位，因此也能够自由地选择测量的定时，并且能够进行连续的测量。并且，可以不利用如上述的专利文献1那样间歇地叠加信号的复杂结构。
图9A以及图9B是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式2的动作的流程的图。首先，由磁场产生部1叠加产生频率比M∶N的不同的两个交流磁场(步骤S1)。接着，利用具有三轴磁传感器21的方位角传感器20a对由磁场产生部1产生的磁场进行测量，获取作为数字信号的各轴的磁数据(步骤S2)。接着，傅立叶变换部32判断是否获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据(步骤S3)。如果获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据，则进入下一个步骤S4，如果没有获取到FFT运算所需的期望量的磁数据，则返回步骤S2。
接着，在傅立叶变换部32中对所获取的期望量的x轴的磁数据进行FFT运算(步骤S4)。接着，同样地对y轴的磁数据进行FFT运算(步骤S5)。接着，同样地对z轴的磁数据进行FFT运算(步骤S6)。
接着，根据x轴的FFT数据算出第一频率成分的振幅Ax(步骤S7)。接着，同样地根据y轴的FFT数据算出第一频率成分的振幅Ay(步骤S8)。接着，同样地根据z轴的FFT数据算出第一频率成分的振幅Az(步骤S9)。
接着，根据x轴的FFT数据算出第一频率成分和第二频率成分的相位θx、
(步骤S10)。接着，同样地根据y轴的FFT数据算出第一频率成分和第二频率成分的相位θy、
(步骤S11)。接着，同样地根据z轴的FFT数据算出第一频率成分和第二频率成分的相位θz、
(步骤S12)。
接着，在磁场矢量算出部33中，根据所算出的θx、θy、θz、
利用(式18)来算出各轴的振幅符号判断值ηx、ηy、ηz(步骤S13)。根据所算出的振幅符号判断值ηx、ηy、ηz来判断各轴的振幅的符号，算出带符号的振幅、即磁场矢量(步骤S14)。接着，在方向算出部34中根据磁矢量数据算出方向数据Ψ(步骤S15)。
如果在由傅立叶变换部32进行了FFT运算之后，则之后的步骤S13之前的运算顺序能够互换。例如，也可以考虑以下顺序以在步骤S4之后为步骤S7、步骤S10这种顺序来一起进行对x轴的磁数据的运算。另外，也可以按照各轴数据的每个数据来进行步骤S13、步骤S14的运算。例如，根据x轴的ηx来判断符号，判断x轴的振幅的符号，算出带符号的振幅Ax’。之后，也可以根据y轴、z轴的ηy、ηz按照相同的步骤依次算出Ay’、Az’。
另外，在以上步骤中，对三轴的磁数据分开进行了三次FFT运算(步骤S4～步骤S6)，但是也能够使用复数FFT运算，执行两次FFT运算来完成三轴的磁数据的FFT。例如，也存在以下方法对于x轴和y轴的磁数据，将x轴的磁数据代入实数部中、将y轴的磁数据代入虚数部中来执行复数FFT运算，对于剩余的z轴的磁数据，进行对虚数部进行了零填充的复数FFT运算。此外，对于除此以外的FFT运算算法，如果能够得到三轴的磁数据的FFT数据，则本发明的空间信息检测方法有效是显而易见的。
另外，在以上步骤中，将算出振幅的频率成分设为第一频率成分，但是与实施方式1同样地，作为磁传感器所测量出的信号的强度也可以利用第二频率成分的振幅是显而易见的。
另外，与实施方式1同样地，在本发明中也包括以下的情况一个频率成分的交流磁场的波形不是理想的正弦波的情况，在能够分离要获取的频率成分和不是要获取的频率成分的信号的情况下利用其它的非正弦波的波形的情况。
图10是表示假设为将方位角传感器与磁场水平地每次转动30度来测量叠加3Hz和8Hz的正弦波磁场而得到的磁场的模拟结果的图。设为采样频率为100Hz，FFT运算时的数据量为100个。可知设定方位角与算出角度一致。
[实施方式3] <产生磁场的频率比M∶N、使用两轴磁传感器的情况> 本发明的实施方式3示出具有频率比M∶N的一个磁场产生单元和两轴磁传感器21的情况。在信息终端2被固定在水平面上来使用的情况下，方位角传感器20a仅具有x轴和y轴两轴磁传感器(21a、21b)，因此能够按照与发明的实施方式1或者发明的实施方式2相同的步骤来检测磁场的方向。
图11是本发明的空间信息检测系统中的实施方式3的空间信息检测装置的具体的结构框图，是利用两轴磁传感器21的情况下的本发明所涉及的空间信息检测装置的结构框图。图11与上述的实施方式1的图4不同的是磁传感器21的数量，仅为x轴、y轴两轴。其它结构以及动作与图4相同。
图12A以及图12B是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式3的动作的流程的图，是表示磁传感器为两轴的情况下的方向检测方法的步骤的流程图。首先，由磁场产生部1叠加产生频率比M∶N的不同的两个交流磁场(步骤S1)。接着，利用具有两轴磁传感器21的方位角传感器20a来测量由磁场产生部1产生的磁场，获取作为数字信号的各轴的磁数据(步骤S2)。接着，傅立叶变换部32判断是否获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据(步骤S3)。如果获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据，则进入下一个步骤S4，如果没有获取到FFT运算所需的期望量的磁数据，则返回步骤S2。
接着，在傅立叶变换部32中，对所获取的期望量的x轴的磁数据进行FFT运算(步骤S4)。接着，同样地对y轴的磁数据进行FFT运算(步骤S5)。接着，根据x轴的FFT数据来算出第一频率成分的振幅Ax(步骤S6)。接着，同样地根据y轴的FFT数据来算出第一频率成分的振幅Ay(步骤S7)。
接着，根据x轴的FFT数据来算出第一频率成分和第二频率成分的相位θx、
(步骤S8)。接着，同样地根据y轴的FFT数据来算出第一频率成分和第二频率成分的相位θy、
(步骤S9)。接着，在磁场矢量算出部33中，根据所算出的θx、θy、
利用(式18)来算出各轴的振幅符号判断值ηx、ηy(步骤S10)，根据所算出的振幅符号判断值ηx、ηy来判断各轴的振幅的符号，算出带符号的振幅、即磁矢量数据(步骤S11)。接着，在方向算出部34中根据磁场矢量算出方向数据Ψ(步骤S12)。
通过以上步骤，能够算出作为空间信息的方向数据Ψ。要接着算出方向数据Ψ，返回步骤2即可。
在以上的实施方式1至3中，设产生磁场的线圈为一个线圈进行了说明，但是也可以以隔着信息终端的方式配置亥姆霍兹(Helmholtz)线圈，从该亥姆霍兹线圈产生实施方式1至3中说明的磁场。
此外，通过利用多个与以上实施方式相同的产生交流磁场的线圈、利用相同方法，能够检测信息终端2的任意的姿势。在实施方式1至3中，保留有以一个交流磁场的产生方向为轴的运动的自由度，但是通过产生另一个交流磁场能够减少其自由度，能够规定任意的姿势。因而，利用如实施方式中那样的方位角传感器20a能够检测任意的姿势。该任意的姿势的检测利用在以后的实施方式中说明的方法。
接着，在下面对使用了均匀磁场和不均匀磁场的位置和姿势的检测进行说明。
关于该使用了均匀磁场和不均匀磁场的位置和姿势的检测，存在利用不同的线圈产生Zg轴用磁场和位置检测用磁场的情况(实施方式4)和利用一个线圈产生Zg轴用磁场和位置检测用磁场的情况(实施方式5)。下面，说明这些实施方式。
[实施方式4] <利用不同的线圈产生Zg轴用磁场和位置检测用磁场的情况> 图13是表示本发明的空间信息检测系统的实施方式4的整体结构图。该空间信息检测系统具备不均匀磁场产生部(位置检测磁场产生线圈103和位置检测磁场产生用电源106)，其作为磁场产生部产生不同的多个频率成分的相位关系已知并且根据位置不同而磁场的朝向或者大小不同的交流的不均匀磁场；两个均匀磁场产生部(Xg轴亥姆霍兹线圈101和Xg轴亥姆霍兹线圈用电源104以及Zg轴亥姆霍兹线圈102和Zg轴亥姆霍兹线圈用电源105)，其产生不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的均匀磁场；磁场检测部111，其具有对由该不均匀磁场产生部产生的交流磁场和由均匀磁场产生部产生的交流磁场进行检测的多轴磁传感器；以及运算部108，其根据基于由两个均匀磁场产生部产生的交流的均匀磁场的磁场检测部111的输出信号来算出该磁场检测部111的姿势信息，根据该姿势信息和基于由不均匀磁场产生部产生的交流的不均匀磁场的磁场检测部111的输出信号来算出磁场检测部111的位置信息。
也就是说，空间信息检测系统由Xg轴亥姆霍兹线圈101、Zg轴亥姆霍兹线圈102、位置检测磁场产生线圈103、Xg轴亥姆霍兹线圈用电源104、Zg轴亥姆霍兹线圈用电源105、位置检测磁场产生用电源106、具有磁场检测部111的信息终端107、运算部108、以及数据显示部109构成。信息终端107、运算部108以及数据显示部109构成空间信息检测装置。
定义了右手系的坐标系XgYgZg坐标系(是绝对坐标系，Xg轴、Yg轴、Zg轴分别相互正交)，由两个线圈一组地构成的一对亥姆霍兹线圈即Xg轴亥姆霍兹线圈101和Zg轴亥姆霍兹线圈102各自的线圈中心轴构成为沿着Xg轴和Zg轴。
设Yg轴为从Zg轴向Xg轴的方向右旋而处于螺旋前进的方向(设为从图13的纸面眼前侧朝向里侧)。Xg轴亥姆霍兹线圈101能够在其线圈间中心附近产生与Xg轴的朝向相同的交流的均匀磁场Bx(Xg轴方向磁场)。Zg轴亥姆霍兹线圈102也同样地能够在其线圈间中心附近产生与Zg轴的朝向相同的交流的均匀磁场Bz(Zg轴方向磁场)。将Xg轴亥姆霍兹线圈101和Zg轴亥姆霍兹线圈102都能够产生均匀磁场的空间称为均匀空间。图13的虚线内表示该均匀空间。
并且，配置一个沿着Zg轴具有中心轴的位置检测磁场产生线圈103。从该位置检测磁场产生线圈103产生交流的不均匀磁场Bp(位置检测用磁场)，该不均匀磁场B p在各亥姆霍兹线圈所形成的均匀空间内的任意的位置上磁场的朝向或者大小不同。
Xg轴亥姆霍兹线圈用电源104、Zg轴用亥姆霍兹线圈用电源105、位置检测磁场产生用电源106分别对上述各线圈即Xg轴亥姆霍兹线圈101、Zg轴亥姆霍兹线圈102、位置检测磁场产生线圈103叠加提供频率不同的两个交流电流(或者电压)。
来自Xg轴亥姆霍兹线圈用电源104的交流电流(或者电压)的第一和第二频率的角频率使用奇偶不同的正的整数Mx、Nx而分别为Mxωx、Nxωx(作为最小整数比，频率比为Mx∶Nx)。例如可以设为Mx＝1、Nx＝2。同样地，从Zg轴亥姆霍兹线圈用电源105产生具有Mzωz、Nzωz的角频率的交流电流(或者电压)，从位置检测磁场产生用电源106产生具有Mpωp、Npωp的角频率的交流电流(或者电压)。假设这些各角频率分别互不相同。
并且，通过对各线圈提供来自各电源的电流能够产生磁场，从各线圈产生的磁场Xg轴方向磁场Bx、Zg轴方向磁场Bz、位置检测用磁场Bp分别具有Mxωx和Nxωx、Mzωz和Nzωz、Mpωp和Npωp的组合的角频率。
并且，能够与实施方式2同样地表示这些Bx、Bz、Bp的各频率成分的相位关系，例如如下这样表示Bx的第一和第二频率成分的相位Θx、Φx。
Θx＝Mxωxt+Ωθx…(式31)
…(式32) (设在时间t＝0时的第一频率成分、第二频率成分分别为Ωθx、
)。设为也能够以同样的形式来表现Bz、Bp。
在均匀空间内配置有信息终端107。在该信息终端107内部搭载有检测从上述的各线圈产生的磁场的磁场检测部(方位角传感器111a和数据发送部116、参照后述的图15)111，在该方位角传感器111a上搭载有朝向相互正交的面的作为三轴磁传感器110的x轴磁传感器110a、y轴磁传感器110b以及z轴磁传感器110c。
该磁传感器110a～110c例如是霍尔元件、MR元件、GMR元件、MI元件等半导体型的磁传感器。另外，数据发送部116能够将磁数据发送到信息终端107的外部的运算部108内的数据接收部117，其中，上述磁数据是将方位角传感器111a内的三轴的磁传感器110所检测出的磁场转换成数字信号而得到的数据。此外，在图13中描绘了用无线来从信息终端107的数据发送部116向运算部108传送磁数据的样子(钩型的虚线箭头表示用无线来传送的磁数据)。
根据用途，不一定需要无线，也可以用有线连接信息终端107和运算部108来进行数据的发送接收。另外，虽然运算部108也被描绘在信息终端107的外部，但是也可以将运算部108搭载在信息终端107的内部，与信息终端107外部的数据显示部109交换运算部108的数据。此时，根据用途，可以是无线也可以是有线。
此外，信息终端107与实施方式1的记载同样地意味着各种信息终端。另外，运算部108也与实施方式1同样地意味着各种运算部。另外，数据显示部109是具有向利用者显示来自运算部108的输出信号的功能的部分，该数据显示部109例如利用手机、PDA、游戏机、计测器、PC用显示器等而构成。
图14是关于信息终端107的坐标系的说明图。将信息终端107的长度方向设为x轴，将宽度方向设为y轴，用与x轴和y轴垂直的z轴来定义右手系的坐标系xyz坐标系(称为终端坐标系)。另外，设搭载在信息终端107上的方位角传感器111a所具有的相互正交的三轴磁传感器110的方向分别与构成xyz坐标系的各轴的方向一致。即，存在x轴、y轴、z轴的磁传感器(110a～110c)，各自的输出的增大方向(正方向)是xyz坐标系的各轴的正方向朝向。
并且，在运算部108中根据所接收的磁数据来算出表示信息终端107相对于绝对坐标系的位置和姿势的位置信息和姿势信息并发送到数据显示部109，能够在该数据显示部109中获知信息终端107的位置和姿势。
图15是本发明的空间信息检测系统中的实施方式4的空间信息检测装置的具体的结构框图。该空间信息检测测装置由磁场检测部111和运算部108构成，该运算部108具备数据接收部117、傅立叶变换部118、磁场矢量算出部119以及位置/姿势算出部120。磁场检测部111如上所述地由方位角传感器111a和数据发送部116构成。
该方位角传感器111a由以下部分构成三轴磁传感器110，其具有x轴磁传感器110a、y轴磁传感器110b、z轴磁传感器110c；多路转接器部112，其选择该三轴磁传感器110并获取来自所选择的轴的磁传感器的输出信号；磁传感器驱动部113，其经由该多路转接器部112来驱动磁传感器110；信号放大部114，其对来自多路转接器部112的输出信号进行放大；以及A/D转换部115，其对来自该信号放大部114的放大信号进行A/D转换后输出到数据发送部116。数据发送部116将由A/D转换部115进行转换后的信号发送到运算部108。
根据这种结构，磁传感器驱动部113经由多路转接器部112来驱动磁传感器(110a～110c)。多路转接器部112选择要测量的轴的磁传感器。被选择的轴的磁传感器的信号在信号放大部114中被放大成适当的大小，在A/D转换部115中被从模拟信号转换成数字信号。对来自各轴的磁传感器110的信号进行该向数字信号的转换。被数字化的信号作为磁数据从数据发送部116发送到运算部108。
如上所述，运算部108由数据接收部117、傅立叶变换部118、磁场矢量算出部119以及位置/姿势算出部120构成。
根据这种结构，数据接收部117接收来自磁场检测部111的数据发送部116的磁数据，并发送到傅立叶变换部118。该傅立叶变换部118从数据接收部117获取期望量(例如，在以128Hz的采样频率进行测量的情况下，如果需要1Hz的频率分辨率则为128个数据量)的来自三轴磁传感器110的磁数据之后，对它们执行FFT运算。然后，根据各轴的FFT运算结果来算出各轴上从各线圈产生的交流磁场Bx、Bz、Bp的各频率成分(角频率成分分别为Mxωx和Nxωx、Mzωz和Nzωz、Mpωp和Npωp的多个频率成分)的信号强度(振幅)和相位(在此，设为算出各轴的Mxωx、Mzωz、Mpωp的频率成分的振幅，算出Mxωx和Nxωx、Mzωz和Nzωz、Mpωp和Npωp的频率成分的相位)，并发送到磁场矢量算出部119。
磁场矢量算出部119根据来自傅立叶变换部118的各轴的多个频率成分的振幅和相位，通过发明的实施方式2所记载的方法，对于各磁场，利用各轴的多个频率成分的相位关系来对各轴的振幅算出符号，由此分别算出角频率为Mxωx、Mzωz、Mpωp的频率成分的磁场矢量即mx、mz、mp。即，通过发明的实施方式2所记载的方法，根据Mxωx的频率成分的振幅和Mxωx与Nxωx的频率成分的相位关系来算出mx。同样地，根据Mzωz的频率成分的振幅和Mzωz与Nzωz的频率成分的相位关系来算出mz，根据Mpωp的频率成分的振幅和Mpωp与Npωp的频率成分的相位关系来算出mp。它们将Bx、Bz、Bp的角频率为Mxωx、Mzωz、Mpωp的成分的磁场的朝向和大小表现为在终端坐标系中的矢量。即，mx、mz是表示均匀磁场的朝向和大小的均匀磁场矢量，被利用为姿势检测用磁场矢量，mp是表示不均匀磁场的朝向和大小的不均匀磁场矢量，被利用为位置检测用磁场矢量。
此外，能够根据由x轴、y轴、z轴的磁传感器110检测的带符号的振幅Ax’、Ay’、Az’来求出磁场矢量。例如，当设对于Xg轴方向磁场Bx的带符号的振幅为A_x’(Mxωx)、A_y’(Mxωx)、A_z’(Mxωx)时，磁场矢量mx为 mx＝(A_x’(Mxωx)，A_y’(Mxωx)，A_z’(Mxωx))T…(式33) (其中，XT表示X的转置，该矢量表示列矢量)。同样地，能够根据各轴上的Bz、Bp的各自的频率成分的振幅和相位来算出mz、mp。
并且，位置/姿势算出部120根据由磁场矢量算出部119算出的磁场矢量mx、mz、mp来算出信息终端107的姿势信息和位置信息，并发送到数据显示部109。
在此，对于位置/姿势算出部120算出信息终端107的姿势信息和位置信息的步骤的一例进行说明。
图16是示意性地表示位置检测用磁场Bp所形成的磁场的朝向的图。从位置检测磁场产生线圈103产生的磁场的朝向以线圈的中心轴(Zg轴)对称地放射状地扩散。该不均匀磁场Bp根据位置不同而朝向或者大小不同，因此通过计测该Bp能够确定信息终端107的位置。
例如，图17是表示从Zg轴上方观察来自位置检测磁场产生线圈103的位置检测用磁场Bp的样子的图。XgYg平面以位置检测磁场产生线圈103的中心为原点而扩散。Bp从位置检测磁场产生线圈103的中心放射状地扩撒，因此在与XgYg面平行的面上等强度的位置位于圆周上。
在图17中，在该等强度的圆周上的不同位置上描绘有姿势a、b、c，该姿势a、b、c为信息终端107与XgYg平面平行(终端坐标系的x轴y轴与XgYg平面平行)并且终端坐标系的x轴朝向与圆的切线垂直的外侧的姿势。虽然姿势a、b、c相对于绝对坐标系的XgYg坐标的姿势和位置不同，但是在终端坐标系中测量到的磁场矢量mp相同。因而，通过求出区分是哪个姿势a、b、c的姿势信息，可知绝对坐标系与终端坐标系的关系，能够利用绝对坐标系来表示终端坐标系的磁场矢量mp，能够判断测量了等强度圆周上的哪个位置的Bp，因此能够确定信息终端107所存在的位置。例如，信息终端107还具备利用了静电电容型或者压电电阻型元件的加速度传感器，由磁场检测部111进一步检测地磁场，如果利用该地磁场和加速度预先检测信息终端107的姿势，则也能够如上所述地利用不均匀磁场来确定位置。另外，也可以信息终端107具备利用了压电元件的振动陀螺传感器和加速度传感器，具备检测信息终端107(磁场检测部111)的任意的姿势的功能，算出姿势信息，利用该姿势信息和上述不均匀磁场来确定位置(这些参照后述的实施方式8)。
因此，首先求出信息终端107的姿势信息。
在此，下面对利用均匀交流磁场来算出姿势信息的方法进行说明。
根据由磁场矢量算出部119算出的终端坐标系的均匀磁场矢量mx、mz，表示绝对坐标系的标准正交基(orthonormal basis)矢量ex、ey、ez可以表现为如下。
ex＝mx/|mx|…(式34) ey＝mz×mx/|mz×mx|…(式35) ez＝mz/|mz| …(式36) 在此，|x|表示x的绝对值，×为表示矢量之间的外积运算的运算符。并且，当以x＝(exeyez)来表现三行三列矩阵时，通过如下的变换，任意的绝对坐标系的任意的矢量rg被表现为终端坐标系的矢量r。
Xrg＝r…(式37) 即，根据终端坐标系的矢量r，作为 rg＝X-1r＝XTr…(式38) 能够变换为绝对坐标系的矢量rg。
XT是从绝对坐标系看的由终端坐标系的标准正交基构成的矩阵，也是表示信息终端107的姿势的姿势信息。例如，信息终端107的长度方向(终端坐标系的x轴方向)被表示成rx＝(1，0，0)T，当通过XT将该矢量变换为利用绝对坐标系表示的矢量rxg＝(Rx，Ry，Rz)T时，该矢量的各成分为XT的第一列的成分。并且，能够用以下式来算出该长度方向与Xg轴所形成的角Ψ、与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) 这些表示信息终端107的长度方向的姿势。同样地，能够分别利用XT的第二列、XT的第三列的成分来表现宽度方向ry＝(0，1，0)T以及终端坐标系的z轴方向rz＝(0，0，1)T的姿势。由此，能够求出表示信息终端107的任意的姿势的姿势信息。此外，不限于上述方法，为了进行从终端坐标系向绝对坐标系的变换，作为姿势信息也可以通过欧拉角(Euler angle)(偏航角(yawangle)/螺旋上升角(pitch angle)/横摇角(roll angle)等)等来表现姿势。
并且，由于能够进行从终端坐标系向绝对坐标系的坐标转换，因此求出将不均匀磁场矢量mp变换到绝对坐标系的矢量Jp。
Jp＝XTmp…(式41) 并且，当设来自位置检测磁场产生线圈103的位置检测用磁场Bp在绝对坐标系的某个任意的坐标点rp＝(X，Y，Z)上为Bp＝(Bpx，Bpy，Bpz)T时，能够根据下式 Bp＝Jp…(式42) 求出rp作为位置信息。
例如，在根据毕奥一萨瓦特定律(Biot-Savart Law)能够求出本发明中的位置检测磁场产生线圈103所产生的磁场为来自磁偶极子(magnetic dipole)(将其定义为mcoil)的磁场的情况下，当以r0来表示位置检测磁场产生线圈103在绝对坐标系中的位置时，能够以下式唯一地求出rp上的位置检测用磁场Bp。
Bp＝1/4π×(-mcoil/|rp-r0|3+3(mcoil·(rp-r0))(rp-r0)/|rp-r0|5)…(式43) 能够通过将该式应用于(式42)来简单地求出位置信息rp。
当然，也可以不利用如(式43)那样的代数式而利用以下方法求出位置信息rp通过如有限元法(finite element method)等那样的模拟来算出来自位置检测磁场产生线圈103的位置检测用磁场Bp的方法，或者存储预先计测出的位置检测用磁场Bp，通过表参照用(式42)来与作为测量值而求出的Jp进行比较。
图18是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式4的动作的流程的图。首先，从各线圈101、102、103产生Xg轴方向磁场Bx、Zg轴方向磁场Bz、位置检测用磁场Bp的各磁场(步骤S1)。接着，利用具有三轴磁传感器110的方位角传感器111a对正在从各线圈101、102、103产生的磁场进行测量，获取作为数字信号的各轴的磁数据(步骤S2)。
接着，在傅立叶变换部118中判断是否获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据(步骤S3)。如果获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据，则进入下一个步骤S4，如果没有获取到FFT运算所需的期望量的磁数据，则返回步骤S2。
接着，对所获取的期望量的各轴的磁数据进行FFT运算，如上所述地算出各轴上的多个频率成分的振幅和相位。即，在各轴上算出各磁场的各频率成分的振幅和相位(步骤S4)。然后，在磁场矢量算出部119中，根据各轴的各磁场的频率成分的振幅和相位，对于各磁场，利用各轴的多个频率成分的相位关系对各轴的振幅求出符号，算出表示各磁场的朝向和大小的位置姿势检测所需的磁场矢量mx、mz、mp(步骤S5)。
然后，在位置姿势算出部120中，根据姿势检测用的磁场矢量mx、mz来算出表示信息终端107的姿势的姿势信息(步骤S6)。然后，根据信息终端107的姿势信息能够进行从终端坐标系向绝对坐标系的坐标变换，因此能够求出将位置检测用磁场矢量mp变换到绝对坐标系的矢量Jp，根据(式20)来算出信息终端107的位置信息(步骤S7)。
通过如上所述的步骤，在均匀空间内，能够根据交流的均匀磁场Bx、Bz求出信息终端107的姿势信息，然后根据信息终端107的姿势信息和交流的不均匀磁场Bp来求出信息终端107的位置信息。即，能够检测出信息终端107的姿势和位置。然后，在继续进行位置和姿势的检测的情况下，返回步骤S2即可。
在本发明的空间信息检测系统的实施方式4的结构中，位置检测磁场产生线圈103的中心轴也可以不一定与Zg轴一致。如果能够与如(式42)那样测量位置检测用磁场Bp而求出的Jp进行比较来求出位置信息，则能够配置在任意的位置上。
另外，在实施方式4的结构中，作为均匀磁场产生部由Xg轴亥姆霍兹线圈101和Zg轴亥姆霍兹线圈102两对亥姆霍兹线圈构成，但是在信息终端107具备加速度传感器、能够在Zg轴方向上检测重力加速度的情况下，能够仅利用一对Xg轴亥姆霍兹线圈101，利用磁场矢量mx和由加速度传感器所检测的加速度矢量来检测信息终端107的任意姿势，还能够根据不均匀交流磁场Bp来求出信息终端107的位置信息。这种结构也包括在本发明中。
[实施方式5] <利用一个线圈产生Zg轴用磁场和位置检测用磁场的情况> 图19是表示本发明的空间信息检测系统的实施方式5的整体结构图。对与发明的实施方式4的图13不同的结构进行说明。在图19中，没有发明的实施方式4的位置检测磁场产生线圈103和位置检测磁场产生用电源106，代替Zg轴亥姆霍兹线圈用电源105而具备由电源125a和电源125b构成的Zg轴亥姆霍兹线圈用电源部125。另外，Zg轴亥姆霍兹线圈122被区分为线圈122a和线圈122b，并分别与电源125a和电源125b相连接。该结构构成为从线圈122a不仅产生Zg轴方向磁场Bz，还叠加产生位置检测用磁场Bp的成分。即，构成为从Zg轴亥姆霍兹线圈122叠加输出均匀磁场和不均匀磁场。
从电源125a对线圈122a提供角频率为Mzωz、Nzωz以及Mpωp、Npωp的交流电流，从电源125b对线圈122b提供角频率为Mzωz和Nzωz的交流电流。
并且，从Zg轴亥姆霍兹线圈122的线圈122a和线圈122b叠加产生角频率Mzωz和Nzωz的不同频率的交流磁场，还从线圈122a叠加产生角频率为Mpωp和Npωp的交流磁场。此时，设为通过电源125a和电源125b来调整从线圈122a和线圈122b产生的角频率Mzωz和Nzωz的交流磁场的成分，使其大小和相位一致。
通过使构成Zg轴亥姆霍兹线圈122的线圈122a和线圈122b同时产生角频率Mzωz和Nzωz成分的交流磁场而在线圈间中心附近形成均匀的Zg轴方向磁场Bz，来自线圈122a的角频率Mpωp和Npωp成分能够形成不均匀的位置检测用磁场Bp。
此时，频率的整数比Mz∶Nz以及Mp∶Np如在发明的实施方式4中说明的那样，是奇偶相互不同的整数比。例如，Mz∶Nz为1∶2，Mp∶Np为3∶8等。因此，能够对这些频率成分应用发明的实施方式2的(式18)至(式24)的运算。
通过设为这种叠加产生不均匀磁场和均匀磁场的线圈的结构，不需要位置检测磁场产生线圈103，空间信息检测系统的结构被进一步简略化。另外，在本发明的实施方式中，作为Zg轴亥姆霍兹用电源部125也可以利用如下的交流电源能够用一台来进行与电源125a和电源125b同等输出的、双系统输出的交流电源。
在该实施方式中，能够以与实施方式4相同的步骤进行信息终端107的位置和姿势的检测。即，空间信息检测方法和空间信息检测装置与实施方式4相同。
在实施方式中，均匀磁场是指可视作在某个被定义的空间内的任意点上实际上磁场的方向固定并且大小也固定的磁场。另外，在实施方式中，不均匀磁场是指可视作在某个被定义的空间内根据位置不同而实际上磁场的朝向或者大小不同的磁场。
以上，根据本发明，在实施方式4至5中，通过构成均匀磁场，能够利用简单计算进行姿势检测，另外，通过在由这种均匀磁场构成的均匀空间内的任意的坐标上产生不均匀磁场，除了进行姿势的检测以外还能够进行位置的检测，并且也能够通过简单的计算来算出。
接着，在下面对作为不均匀磁场而使用了梯度磁场的位置和姿势的检测进行说明。
关于使用了该梯度磁场的位置和姿势的检测存在以下情况利用均匀磁场+均匀/梯度合成磁场来检测位置和姿势的情况(实施方式6)、利用地磁场+均匀/梯度合成磁场来检测位置和姿势的情况(实施方式7)、利用加速度传感器+陀螺传感器+梯度磁场来检测位置和姿势的情况(实施方式8)、利用加速度传感器+地磁场+梯度磁场来检测位置和姿势的情况(实施方式9)、以及使用均匀/梯度合成磁场+加速度传感器的情况(实施方式10)。在实施方式8至10中，本发明的空间信息系统以及装置重新具备姿势检测部。在实施方式8中，姿势检测部所检测的姿势为任意姿势，仅根据姿势检测部的输出信号就能够表现磁场检测部的所有姿势。另一方面，在实施方式9以及10中，姿势检测部所检测的姿势是对于坐标系的某一个轴保留了自由度的姿势，根据姿势检测部的输出信号能够表现一部分姿势。在任一个实施方式中，最终检测的姿势都是能够不保留自由度地确定的实施方式4至5所述那样的任意姿势。下面对这些实施方式进行说明。
[实施方式6] <利用均匀磁场+均匀/梯度合成磁场来检测位置和姿势的情况> 图20是表示本发明的空间信息检测系统的实施方式6的整体结构图。下面，以与实施方式5的不同点为中心进行说明。
在实施方式6和实施方式5中位置检测用磁场Bp不同。在实施方式5中，作为不同的多个频率成分的相位关系已知并且根据位置不同而磁场的朝向或者大小不同的交流的不均匀磁场，使用与从磁偶极子产生的磁场近似的、从一个线圈产生的磁场，与此相对，在发明的实施方式6中，使用不同的多个频率成分的相位关系已知的、在各轴方向上为线性的交流梯度磁场。该线性的交流梯度磁场在位于线圈间中心附近的均匀空间内在XgYgZg轴的各轴方向上具有线性梯度。另外，在本发明中，线性梯度磁场是指强度沿着各轴方向线性变化的磁场，将该变化比率称为梯度。
接着，使用图21A以及图21B来说明梯度磁场的产生机构。在图21A中，存在右手系的XgYgZg坐标系，原点与一对亥姆霍兹线圈的线圈间中心一致，并且Zg轴与亥姆霍兹线圈的中心轴一致。
电流Ia流向亥姆霍兹线圈的一个线圈122a，电流Ib流向另一个线圈122b。电流Ia在线圈122a中的流动方向为以Zg轴为轴朝向Zg轴的正方向顺时针旋转的方向。另一方面，电流Ib在线圈122b中的流动方向为朝向Zg轴的正方向逆时针转动的方向。此时，由从线圈122a产生的磁场(图中的原点附近的实线箭头)和从线圈122b产生的磁场(图中的原点附近的虚线箭头)合成的磁场为如下的梯度磁场Bp(Xg成分、Yg成分、Zg成分分别为Bpx、Bpy、Bpz)Xg、Yg轴成分朝向离开原点的方向，Zg轴成分朝向面向原点的方向，在原点附近Xg、Yg、Zg轴的各轴成分的强度如下这样地在各轴的方向上线性变化。
Bp＝(Bpx，Bpy，Bpz)T＝(kX，kY，-2kZ)T …(式44) 在此，X、Y、Z表示XgYgZg坐标系的坐标。另外，k是由线圈形状、电流决定的比例常数。图21B是表示Bpx沿着Xg轴的坐标磁场强度线性变化的样子。关于Bpy、Bpz也同样地，沿着各轴的坐标磁场强度线性变化(其中，Bpz的斜率为负)。因而，如果能够测量某个位置坐标(X，Y，Z)处的磁场的各轴成分的强度，则根据比例常数k能够确定该位置。
在各电流为交流电流的情况下，通过使各电流的相位偏离180度能够使电流的流动方向相互反向地流动。另外，由于所产生的磁场是交流磁场，因此用该频率的振幅来表示磁场的各轴成分的强度。并且，该振幅在各轴方向上线性变化。关于振幅的正负，在下面考虑为在线圈122a的交流电流正输出时磁场的方向与座标轴的正方向一致的位置为正、不一致的位置为负。
并且，在利用交流电流Ia、Ib作为不同的多个频率成分的相位关系已知的交流电流时，所产生的磁场为不同的多个频率成分的相位关系已知的交流梯度磁场。此外，如果使电流的流动方向为相互相同方向(使相位一致)，则在原点附近所产生的磁场变成均匀磁场。即，是由公知的亥姆霍兹线圈产生的均匀磁场。此外，Zg轴亥姆霍兹线圈122为能够叠加产生梯度磁场和Zg轴方向磁场Bz的结构。
另外，在发明的实施方式6中，Zg轴亥姆霍兹用电源部125具备用于控制电流的电流控制部124这一点与发明的实施方式5不同。在此，电流控制部124主要对提供给Zg轴亥姆霍兹线圈122的电流的产生周期、电流量进行控制。具体而言，对在图20中记载的向Zg轴亥姆霍兹线圈122的一个(线圈122a)提供电流的电源125a和向另一个(线圈122b)提供电源的电源125b所提供给亥姆霍兹线圈的电流进行控制。其它结构以及坐标系与发明的实施方式5相同。
在此，电源125a产生具有Mzωz、Nzωz、Mpωp、Npωp的角频率(设各角频率分别相互不同，频率的整数比Mz∶Nz以及Mp∶Np与发明的实施方式4同样地分别是奇偶相互不同的整数比)的交流电流(或者电压)。提供给电源125a的电流Ia表示为如下。
Ia＝Iz*(sin(Mzωzt)+sin(Nzωzt))+Ip*(sin(Mpωpt)+sin(Npωpt))...(式45) 在此，Iz、Ip表示电流振幅。
电源125b也同样地产生具有Mzωz、Nzωz、Mpωp、Npωp的角频率的交流电流。提供给电源125b的电流Ib表示为如下。
Ib＝Iz*(sin(Mzωzt)+sin(Nzωzt))-Ip*(sin(Mpωpt)+sin(Npωpt))…(式46) 在此，表示在Ia和Ib的电流中Mzωz、Nzωz的频率成分的相位一致、Mpωp、Npωp的频率成分的相位偏离180度。
电流控制部124对该电流Ia和Ib的产生周期、电流振幅(电流量)进行控制。并且，如上所述，通过对各线圈提供来自各电源的电流，能够从Zg轴亥姆霍兹线圈122产生作为交流的均匀磁场的Zg轴方向磁场Bz以及作为不均匀磁场的交流梯度磁场Bp。另外，用与发明的实施方式4、5相同的方法，能够从Xg轴亥姆霍兹线圈101产生作为交流的均匀磁场的Xg轴方向磁场Bx。Bx、Bz、Bp分别具有Mxωx和Nxωx、Mzωz和Nzωz、Mpωp和Npωp的组合的角频率。
并且，使用在发明的实施方式4中所记载的方法，根据各轴上的从各线圈产生的交流磁场Bx、Bz、Bp的各频率成分的(各自的角频率成分为Mxωx和Nxωx、Mzωz和Nzωz、Mpωp和Npωp的多个频率成分的)信号强度(振幅)和相位(与实施方式4同样地根据Mxωx、Mzωz、Mpωp的频率成分的振幅、Mxωx和Nxωx、Mzωz和Nzωz、Mpωp和Npωp的频率成分的相位)，能够算出磁场矢量mx、mz、mp。mx、mz是表示均匀磁场的朝向和大小的均匀磁场矢量，用于姿势检测。mp是表示位置检测用的不均匀磁场的朝向和大小的不均匀磁场矢量，用于位置检测。与实施方式4同样地，当根据姿势检测用的磁场矢量mx、mz求出标准正交基矢量ex、ey、ez并用X＝(exeyez)来表现三行三列矩阵时，能够求出将位置检测用的磁场矢量mp变换到绝对坐标系的矢量Fp。
Fp＝XTmp…(式47) 在此，当设Bp的Mpωp的频率成分在绝对坐标系的某个任意的坐标点rp＝(X，Y，Z)上被信息终端107测量为Fp＝(Fpx，Fpy，Fpz)T并将比例常数为k时，根据(式44)，从Zg轴亥姆霍兹线圈122产生的梯度磁场Bp的梯度与Fp之间的关系成为 Bp＝(kX，kY，-2kZ)T＝Fp＝(Fpx，Fpy，Fpz)T…(式48) 因此，通过求出比例常数k能够求出rp作为位置信息。
并且，在实施方式的结构中，从相同的亥姆霍兹线圈产生均匀磁场和梯度磁场，因此通过调整Iz和Ip的关系，当测量均匀磁场的大小时能够简单地求出梯度磁场的比例常数k。例如，将Zg轴亥姆霍兹线圈122设为半径R的圆形线圈，以R的距离间隔离开线圈122a和线圈122b而构成，在设为通过Iz、Ip而产生的来自线圈122a和线圈122b的磁场的绝对值相等时，能够利用下式、根据Bz的Mzωz的频率成分的绝对值|mz|来求出梯度磁场的比例常数k。
2k＝6|mz|/(5R) …(式49) 即，当测量交流的均匀磁场的大小|mz|时，利用(式49)、根据已知的R能够求出梯度磁场的比例常数k，从而也可以不预先测量比例常数。由于在均匀空间内|mz|是固定的，因此不管先测量均匀空间内的哪个位置都能够立即求出比例常数k从而求出位置信息。
图22是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式6的动作的流程的图。首先，从各线圈叠加产生不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的均匀磁场Xg轴方向磁场Bx、Zg轴方向磁场Bz这两个磁场和不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的梯度磁场Bp各磁场(步骤S1)。接着，利用具有三轴磁传感器110的方位角传感器111a来测量正在从各线圈产生的磁场，获取作为数字信号的各轴的磁数据(步骤S2)。
接着，在傅立叶变换部118中判断是否获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据(步骤S3)。如果获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据，则进入下一个步骤S4，如果没有获取到FFT运算所需的期望量的磁数据，则返回步骤S2。
接着，对所获取到的期望量的各轴的磁数据进行FFT运算，算出各轴上的各磁场的各频率成分的振幅和相位(步骤S4)。然后，在磁场矢量算出部119中根据各轴上的各磁场的各频率成分的振幅和相位来算出位置姿势检测所需的、表示两个均匀磁场和梯度磁场的磁场矢量mx、mz、mp(步骤S5)。
然后，在位置姿势算出部120中根据表示两个均匀磁场的磁场矢量mx、mz算出表示信息终端107的姿势的姿势信息(步骤S6)。并且，根据信息终端107的姿势信息能够进行从终端坐标系向绝对坐标系的坐标变换，因此能够根据表示梯度磁场的磁场矢量mp求出变换到绝对坐标系的矢量Fp，利用(式48)算出表示信息终端107的位置的位置信息(步骤S7)。
通过如上的步骤，在均匀空间内，能够根据交流的均匀磁场Bx、Bz求出信息终端的姿势信息，然后根据信息终端的姿势信息和交流的梯度磁场Bp求出信息终端的位置信息。即，能够检测信息终端的姿势和位置。并且，在继续进行位置和姿势的检测的情况下，返回步骤S2即可。
[实施方式7] <利用地磁场+均匀/梯度合成磁场来检测位置和姿势的情况> 图23是表示本发明的空间信息检测系统的实施方式7的整体结构图。对与发明的实施方式6的图20不同的结构进行说明。在图23中没有图20中的Xg轴亥姆霍兹线圈，代替它在Xg轴方向上存在地磁场作为Bx。即，代替一个均匀磁场产生部而利用地磁场。均匀空间是地磁场Bx和不同的多个频率的相位关系已知的交流的均匀磁场Bz都均匀的空间。其它结构与发明的实施方式6相同。
信息终端内的磁场检测部111同时测量地磁场Bx、来自Zg轴亥姆霍兹线圈122的不同的多个频率的相位关系已知的交流的均匀磁场Bz和交流的梯度磁场Bp。然后，用无线将磁数据从磁场检测部111的数据发送部116发送到运算部108，在该运算部108中由数据接收部117接收来自数据发送部116的磁数据，并发送到傅立叶变换部118。
在傅立叶变换部118中，与发明的实施方式6同样地执行FFT运算，算出各轴上的多个频率成分的振幅和相位。另外，算出各轴的直流成分(0Hz的频率成分)的振幅。在磁场矢量算出部119中，在与实施方式6同样地算出磁场矢量mz以及mp的同时，算出各轴的直流成分的振幅作为矢量mx。该直流成分矢量mx包括表示地磁场Bx的磁场矢量。例如，当设用8bit的编码(0～255)来表示磁数据、x轴磁传感器110a与Bx平行、Bx的大小为30LSB、OuT的磁场为128LSB时，mx被求出为mx＝(158、128、128)T。因而，在这种情况下，通过去除表示成为地磁场信号的中心的OuT的偏移部分128LSB，能够作为表示地磁场Bx的直流磁场矢量。因而，算出去除了偏移部分的表示地磁场Bx的直流磁场矢量mx’。此外，求出偏移部分的方法只要是求出由地磁场的信号所描绘的圆或者球面的中心的方法即可，例如，利用以下方法来求出根据将信息终端107在水平方向上旋转一周而得到的轨迹的X坐标和Y坐标的最大值以及最小值来求出的方法；如申请人在专利文献6中所提出的那样，利用统计方法，根据将信息终端107向三维方向任意运动时的地磁场信息来求出球的中心的方法等。以后，能够通过与发明的实施方式6相同的运算来检测姿势和位置。
如果将表示地磁场Bx的直流磁场矢量mx’替换到(式34)和(式35)的mx，则能够根据地磁场Bx和交流的均匀磁场Bz来求出信息终端107的姿势信息。并且，与发明的实施方式6同样地，根据mp能够求出变换到绝对坐标系的矢量Fp，利用(式48)求出信息终端107的位置信息。此外，也能够利用(式49)，通过mz的测量来求出(式48)的梯度磁场的比例常数k。
图24是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式7的动作的流程的图。首先，在地磁场Bx存在的位置上，从Zg轴线圈叠加产生不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的均匀磁场即Zg轴方向磁场Bz和不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的线性梯度磁场Bp各磁场(步骤S1)。接着，利用具有三轴磁传感器110的方位角传感器111a来测量正在产生的磁场，获取作为数字信号的各轴的磁数据(步骤S2)。
接着，在傅立叶变换部118中判断是否获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据(步骤S3)。如果获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据，则进入下一个步骤S4，如果没有获取到FFT运算所需的期望量的磁数据，则返回步骤S2。
接着，对所获取的期望量的各轴的磁数据进行FFT运算，算出各轴上的各磁场的各频率成分的振幅和相位。即，算出各轴上的Bz、Bp的各频率成分的振幅和相位以及表示Bx的直流成分(0Hz)的振幅(步骤S4)。然后，在磁场矢量算出部119中，根据各轴上的各磁场的各频率成分的振幅和相位，算出表示方位角传感器111a正在测量的各磁场的朝向和大小的表示位置姿势检测所需的地磁场Bx、均匀磁场Bz以及梯度磁场Bp的磁场矢量mx’、mz、mp(步骤S5)。
并且，在位置姿势算出部120中，根据表示一个均匀磁场Bz和地磁场的磁场矢量mz、mx’来算出表示信息终端107的姿势的姿势信息(步骤S6)。并且，根据信息终端107的姿势信息能够进行从终端坐标系向绝对坐标系的坐标变换，因此根据表示梯度磁场Bp的磁场矢量mp求出变换到绝对坐标系的矢量Fp，利用(式48)来算出信息终端107的位置信息(步骤S7)。
通过如上的步骤，在均匀空间内，能够根据地磁场Bx和交流的均匀磁场Bz求出信息终端的姿势信息，然后根据信息终端的姿势信息和交流梯度磁场Bp求出信息终端的位置信息。即，能够检测出信息终端的姿势和位置。并且，在继续进行位置和姿势的检测的情况下，返回步骤S2即可。
此外，在实施方式7中，在Zg轴上配置了产生交流的均匀磁场和梯度磁场的亥姆霍兹线圈，但是在配置在Yg轴上的情况下，仅将(式34)～(式36)和(式48)的运算式配合坐标系适当进行变换也能够通过同样的步骤来检测信息终端的姿势和位置。
[实施方式8] <利用加速度传感器+陀螺传感器+梯度磁场来检测位置和姿势的情况> 图25是表示本发明的空间信息检测系统的实施方式8的整体结构图。对与发明的实施方式7的图23的不同点进行说明。在本发明的实施方式中，信息终端107新具备姿势检测部140。该姿势检测部140例如使用利用了压电元件的振动陀螺传感器和利用了静电电容型或者压电电阻型元件的加速度传感器，具备检测信息终端107(磁场检测部111)的任意的姿势的功能。从该姿势检测部140向运算部108输出作为输出信号的姿势数据。与发明的实施方式7同样地，向该运算部108的数据发送可以是有线也可以是无线。另外，由于不利用均匀磁场，因此没有出现均匀空间。
该空间信息检测系统具备不均匀磁场产生部(Zg轴亥姆霍兹线圈122和Zg轴亥姆霍兹线圈用电源部125)，其作为磁场产生部，产生不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的线性梯度磁场；磁场检测部111，其具有检测由该不均匀磁场产生部产生的磁场的多轴磁传感器110a、110b、110c；姿势检测部140，其检测该磁场检测部111的姿势；以及运算部108，其根据来自姿势检测部140的输出信号和基于由磁场产生部产生的交流的梯度磁场的磁场检测部111的输出信号来算出磁场检测部111的姿势信息和位置信息。
也就是说，该空间信息检测系统由Zg轴亥姆霍兹线圈122、Zg轴亥姆霍兹线圈用电源部125、具有磁场检测部111和姿势检测部140的信息终端107、运算部108以及数据显示部109构成，信息终端107、运算部108以及数据显示部109构成空间信息检测装置。
在该位置检测系统中，设为右手系的坐标系XgYgZg坐标系为如下沿着Zg轴亥姆霍兹线圈122的中心轴配置Zg轴，Xg轴、Yg轴被配置成相互垂直并且垂直于Zg轴。
图26是本发明的空间信息检测系统中的实施方式8的空间信息检测装置的具体的结构框图。该空间信息检测装置由磁场检测部111、姿势检测部140以及运算部108构成，该运算部108具备数据接收部117、傅立叶变换部118、磁场矢量算出部119以及位置/姿势算出部120。与发明的实施方式6同样地，磁场检测部111由方位角传感器111a和数据发送部116构成。在该运算部108中，与磁数据同样地，由数据接收部117接收来自姿势检测部140的作为输出信号的姿势数据，姿势数据被发送到位置/姿势算出部120，磁数据与发明的实施方式6、7同样地进行处理，发送到傅立叶变换部118。
Zg轴亥姆霍兹线圈用电源部内的电源125a与发明的实施方式6、7不同，产生具有Mpωp、Npωp的角频率(各角频率分别相互不同，最小整数比的奇偶不同)的交流电流(或者电压)。此时所提供的Ia’表示成如下。
Ia’＝Ip*(sin(Mpωpt)+sin(Npωpt)) …(式50) 在此，Ip表示电流振幅。
另外，电源125b同样地产生具有Mpωp、Npωp的角频率的交流电流，此时所提供的Ib’表示成如下。
Ib’＝-Ip*(sin(Mpωpt)+sin(Npωpt)) …(式51) 通过这些交流电流，从Zg轴亥姆霍兹线圈122产生具有Mpωp、Npωp的角频率的、不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的线性梯度磁场Bp。
磁场检测部111的结构以及动作与发明的实施方式6、7相同，因此省略说明。
在运算部108中，数据接收部117接收来自磁场检测部111的数据发送部116的磁数据和来自姿势检测部140的姿势数据。姿势数据被发送到位置/姿势算出部120，磁数据被发送到傅立叶变换部118。该傅立叶变换部118在从数据接收部117获取到期望量的来自三轴磁传感器110的磁数据之后，对它们执行FFT运算，算出各轴上从Zg轴亥姆霍兹线圈122产生的交流梯度磁场Bp的多个频率成分(角频率成分Mpωp、Npωp)中的信号强度(振幅)和相位，发送到磁场矢量算出部119。通过与发明的实施方式6相同的步骤，磁场矢量算出部119算出角频率为Mpωp的频率成分的不均匀磁场矢量mp。
然后，位置/姿势算出部120根据来自姿势检测部140的姿势数据来算出姿势信息。例如，如实施方式4那样地算出从绝对坐标系看的由终端坐标系的标准正交基构成的矩阵，然后，以(式39)～(式40)、欧拉角等期望的形式算出姿势信息。然后，根据姿势信息能够进行从终端坐标系向绝对坐标系的坐标变换，因此将不均匀磁场矢量mp从终端坐标系变换到绝对坐标系的矢量Fp，利用(式48)来算出信息终端107的位置信息，并发送到数据显示部109。
图27是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式8的动作的流程的图。首先，从Zg轴亥姆霍兹线圈122产生不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的线性梯度磁场Bp(步骤S1)。接着，利用具有三轴磁传感器110的方位角传感器111a测量正在从Zg轴亥姆霍兹线圈122产生的磁场，获取作为数字信号的各轴的磁数据(步骤S2)。
接着，在傅立叶变换部118中判断是否获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据(步骤S3)。如果获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据，则进入下一个步骤S4，如果没有获取到FFT运算所需的期望量的磁数据，则返回步骤S2。
接着，对所获取的期望量的各轴的磁数据进行FFT运算，算出各轴上的交流梯度磁场Bp的两个频率成分的振幅和相位(步骤S4)。然后，在磁场矢量算出部119中，根据各轴上的交流梯度磁场Bp的两个频率成分的振幅和相位来算出表示方位角传感器111a正在测量的交流梯度磁场Bp的朝向和大小的位置检测所需的磁场矢量mp(步骤S5)。
然后，从姿势检测部140获取表示信息终端107的姿势的姿势数据，在位置姿势信息算出部120中根据所获取的姿势数据来算出期望形式的信息终端107的姿势信息(步骤S6)。然后，由于能够进行从终端坐标系向绝对坐标系的坐标变换，因此求出将位置检测用的磁场矢量mp变换到绝对坐标系的矢量Fp，利用(式48)来算出信息终端107的位置信息(步骤S7)。
通过如上的步骤，能够由姿势检测部140获取信息终端107的姿势数据并算出期望形式的姿势信息，根据交流梯度磁场Bp来求出信息终端107的位置信息。即，能够检测出信息终端107的姿势和位置。
[实施方式9] <利用加速度传感器+地磁场+梯度磁场来检测位置和姿势的情况> 在发明的实施方式8中，也可以考虑以下情况具备加速度传感器作为姿势检测部140，通过由磁场检测部111同时检测在发明的实施方式7中说明的地磁场来算出信息终端107的姿势信息。
本实施方式9的空间信息检测系统的结构与发明的实施方式8相同，作为姿势检测部140而利用加速度传感器。另外，将地磁场Bx设为Xg轴，将Zg轴设在重力加速度的反方向上。
根据来自姿势检测部140的加速度数据能够表现一部分姿势，但是保留有以Zg轴为轴的运动的自由度，因此无法如实施方式8那样地表现信息终端107所有的任意姿势。因此，进一步利用地磁场来检测信息终端107的任意姿势。从地磁场的检测到表示地磁场的直流磁场矢量的算出与实施方式7相同。
图28是表示用于说明本发明的空间信息检测系统的实施方式9的动作的流程的图。在存在地磁场Bx的位置上，从Zg轴亥姆霍兹线圈122产生不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的线性梯度磁场Bp(步骤S1)。接着，利用具有三轴磁传感器110的方位角传感器111a测量正在从Zg轴亥姆霍兹线圈122产生的磁场，获取作为数字信号的各轴的磁数据(步骤S2)。
接着，在傅立叶变换部118中判断是否获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据(步骤S3)。如果获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据，则进入下一个步骤S4，如果没有获取到FFT运算所需的期望量的磁数据，则返回步骤S2。
然后，对所获取到的期望量的各轴的磁数据进行FFT运算，算出各轴上的各磁场的各频率成分的振幅和相位。即，算出各轴上的Bp的两个频率成分的振幅和相位以及表示Bx的直流成分(0Hz)的振幅(步骤S4)。然后，在磁场矢量算出部119中，根据各轴上的各磁场的各频率成分的振幅和相位，算出表示方位角传感器111a正在测量的各磁场的朝向和大小的、表示位置姿势检测所需的地磁场Bx和梯度磁场Bp的磁场矢量mx’、mp(步骤S5)。然后，在位置姿势算出部120中，根据由姿势检测部140检测出的作为姿势数据的加速度数据a和表示地磁场的磁场矢量mx’(直流磁场矢量)来重新算出信息终端107的姿势信息(步骤S6)。此时，加速度数据a示出表示Zg轴的方向的从终端坐标系看的矢量，因此通过替换到(式35)～(式36)的mz能够算出姿势信息。
并且，根据所算出的信息终端107的姿势信息能够进行从终端坐标系向绝对坐标系的坐标变换，因此根据表示梯度磁场的磁场矢量mp求出变换到绝对坐标系的矢量Fp，利用(式48)来算出信息终端107的位置信息(步骤S7)。
通过如上的步骤，能够根据地磁场Bx和利用了重力加速度的加速度数据来求出信息终端107的姿势信息，然后根据信息终端107的姿势信息和交流梯度磁场Bp来求出信息终端107的位置信息。即，能够检测信息终端107的姿势和位置。并且，在继续进行位置和姿势的检测的情况下，返回步骤S2即可。
[实施方式10] <使用均匀/梯度合成磁场+加速度传感器的情况> 图29是表示本发明的空间信息检测系统的实施方式10的整体结构图。与发明的实施方式7的图23不同，亥姆霍兹线圈不是配置在Zg轴上，而是被配置为Xg轴亥姆霍兹线圈101。另外，代替Zg轴亥姆霍兹线圈用电源部而存在具有同样的功能和结构的Xg轴亥姆霍兹线圈用电源部135，Xg轴亥姆霍兹线圈101被分为线圈101a和线圈101b，分别与Xg轴亥姆霍兹线圈用电源部135内的电源135a和电源135b相连接。另外，电源135a和电源135b连接在电流控制部134上，被控制产生周期、电流量。关于从电源135a和电源135b提供的交流电流Ia以及Ib，将(式45)以及(式46)的产生均匀磁场Bz的部分替换为均匀磁场Bx用，梯度磁场的部分与实施方式6或者7相同。并且，从Xg轴亥姆霍兹线圈101同时产生不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的均匀磁场Bx和交流的梯度磁场Bp。均匀空间是均匀磁场Bx所产生的空间。
另外，空间信息检测装置与实施方式9相同。即，与图26的结构相同，因此省略说明。
本实施方式10的信息终端107的位置和姿势检测的步骤相当于以下情况将实施方式9中的地磁场替换为来自Xg轴亥姆霍兹线圈的不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的均匀磁场Bx，并变更了梯度磁场Bp的产生方向。在这种情况下，根据来自姿势检测部140的加速度数据也能够表现一部分姿势。但是，保留有以Zg轴为轴的运动的自由度，因此无法如实施方式8那样地表现信息终端107的所有的任意姿势。因此，进一步利用均匀磁场Bx来检测信息终端107的任意姿势。另外，变更了梯度磁场Bp的产生方向，因此利用配合坐标系变换(式44)所得到的下式来算出位置信息。
Bp＝(-2kX、kY、kZ)T…(式52) 图30是表示用于说明本发明的实施方式10的动作的流程的图。即，叠加产生不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的均匀磁场即Xg轴方向磁场Bx和不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的线性梯度磁场Bp各磁场(步骤S1)。接着，利用具有三轴的磁传感器110的方位角传感器111a来测量正在从Xg轴亥姆霍兹线圈101产生的磁场，获取作为数字信号的各轴的磁数据(步骤S2)。
接着，在傅立叶变换部118中判断是否获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据(步骤S3)。如果获取到了FFT运算所需的期望量的磁数据，则进入下一个步骤S4，如果没有获取到FFT运算所需的期望量的磁数据，则返回步骤S2。
接着，对所获取到的期望量的各轴的磁数据进行FFT运算，算出各轴上的各磁场的各频率成分的振幅和相位(步骤S4)。然后，在磁场矢量算出部119中，根据各轴上的各磁场的各频率成分的振幅和相位，算出表示方位角传感器111a正在测量的各磁场的朝向和大小的、表示位置姿势检测所需的均匀磁场Bx和梯度磁场Bp的磁场矢量mx、mp(步骤S5)。然后，在位置姿势算出部120中，根据由姿势检测部140检测到的作为姿势数据的加速度数据a和表示均匀磁场的磁场矢量mx来算出信息终端107的姿势信息(步骤S6)。此时，加速度数据a示出表示Zg轴的方向的从终端坐标系观察的矢量，因此通过替换到(式35)～(式36)的mz能够算出姿势信息。
并且，根据信息终端107的姿势信息能够进行从终端坐标系向绝对坐标系的坐标变换，因此根据表示所测量到的梯度磁场的磁场矢量mp求出变换到绝对坐标系的矢量Fp，通过用(式52)表示(式48)的运算式中的梯度磁场Bp并进行利用来算出信息终端107的位置信息(步骤S7)。
通过如上的步骤，能够根据交流的均匀磁场Bx和利用了重力加速度的加速度数据求出信息终端107的姿势信息，然后根据信息终端107的姿势信息和交流梯度磁场Bp求出信息终端107的位置信息。即，能够检测信息终端107的姿势和位置。并且，在继续进行位置和姿势的检测的情况下，返回步骤S2即可。
如上所述，根据本发明，在实施方式7至10中，通过产生相位关系已知的多个不同频率的交流线性梯度磁场，能够根据信息终端的姿势信息、通过简单的结构和计算来算出信息终端的位置。
此外，在实施方式7至10中，将不均匀磁场设为线性梯度磁场，但是，也可以代替梯度磁场而利用在实施方式4至5中示出的不均匀磁场。例如，在实施方式7以及10中，即使将不均匀磁场产生部变更为实施方式5的不均匀磁场产生部，利用相同的空间信息检测装置、通过同样的步骤也能够进行信息终端的位置姿势检测。另外，在实施方式8以及9中，将不均匀磁场产生部替换为发明的实施方式4的从一个线圈产生的磁场，利用相同的空间信息检测装置、通过同样的步骤能够进行信息终端的位置姿势检测。其中，在这些情况下，将算出位置信息的(式48)变更为(式42)，配合适当的坐标系进行利用。
另外，在实施方式7至10中算出位置信息的情况下，并不一定利用如(式48)那样的代数式来算出，也可以是预先测量要检测的位置的磁场、以在使用时进行参照的形式来确定位置的方式。另外，(式44)、(式52)所示的磁场的梯度可以通过预先测量来求出，也可以通过模拟来求出。另外，磁场的梯度在实施方式7至9中为由(式44)示出的形式，在实施方式10中为由(式52)示出的形式，但是即使是用这些式以外的式表示的梯度磁场也能够利用本发明简单地检测姿势和位置是显而易见的(例如，存在(式44)、(式52)中的常数k在各轴上不同的情况等)。即使在不是利用如(式44)、(式52)那样的式来表示的情况下，也可以不利用上述那样的代数式来进行计算，而是通过预先进行测量来求出或通过模拟来求出。
另外，在实施方式7以及9中示出了利用地磁场的例子，但是也能够将地磁场替换为从线圈产生的直流磁场(静磁场)。例如在实施方式6中，通过使Xg轴亥姆霍兹线圈产生直流的均匀磁场，利用与实施方式7相同的步骤能够求出信息终端的姿势和位置。此外，在实施方式7以及9中，通过利用地磁场能够减少产生磁场的线圈，能够使系统结构变得简单。另外，在实施方式10中，也可以代替交流的均匀磁场Bx而将直流的磁场叠加到梯度磁场Bp上，在这种情况下也能够通过与实施方式9相同的步骤求出姿势和位置。因此，不利用地磁场而利用直流磁场的情况也包括在本发明中。
另外，在以上所有实施方式1至10中说明的傅立叶变换部也可以不利用FFT而利用DFT(Discrete Fourier Transform离散傅立叶变换)是显而易见的。并且，也能够替换为如下的运算处理构成数字滤波器使得仅取出要利用的频率，通过进行希尔伯特变换(Hilbert transform)来算出相位那样的只要是熟悉数字信号处理的人就能够容易地进行的算出振幅和相位的运算处理。这种情况也被包括在本发明中。
如上所述，根据本发明，能够利用简单的结构和简单的计算来进行各种方式的空间信息检测。
在本发明中，傅立叶变换部根据来自磁场检测部的各轴的信号来算出各轴上的多个频率成分的相位和振幅。并且，还算出直流成分的振幅。下面，按照每个实施方式来分情况说明其意义。
(1)实施方式1至实施方式3、实施方式8以及实施方式9 在实施方式1至实施方式3、实施方式8以及实施方式9中，利用包括两个频率成分的一个交流磁场。傅立叶变换部算出各轴上的两个频率成分的相位和至少一个频率成分的振幅作为各轴上的多个频率成分的相位和振幅。
(2)实施方式4至实施方式7、以及实施方式10 在实施方式4至实施方式7以及实施方式10中，利用多个包括两个频率成分的交流磁场(利用均匀、不均匀、梯度等多种磁场)。傅立叶变换部算出各轴上的各磁场所具有的两个频率成分的相位、算出两个频率成分之中至少一个频率成分的振幅作为各轴上的多个频率成分的相位和振幅。
(3)实施方式7以及实施方式9 在利用直流磁场的实施方式7以及实施方式9中，傅立叶变换部除了算出上述(1)或者(2)的相位和振幅以外还算出各轴上的直流成分(0Hz的频率成分)的振幅。
在本发明中，已知要检测的磁场为特定的频率，因此即使在存在其它频率的交流磁场、噪声磁场的磁场环境下也能够进行识别。并且，所产生的磁场的以最小整数表示的频率比为偶数对奇数，仅包括相位已知的频率成分，不需要利用将所测量的信号按每个频带进行分离的滤波器，因此结构简单，并且频率选择的自由度较高。另外，在构成系统之后能够自由地选择频率。
另外，在磁场检测部中不需要按每个测量轴分离频带的滤波器这一点能够实现电路规模小也可以完成、小型且便宜的磁传感器。另外，可以不用同步地进行磁场的产生和测量，因此不需要参照信号、结构简单，只要产生一次磁场就能够进行任意定时下的测量和连续的测量。
另外，通过构成不同的多个频率的相位关系已知的交流的均匀磁场，能够通过简单的计算来进行任意的姿势检测，并且通过在由这种均匀磁场构成的均匀空间内的任意的坐标上产生不均匀磁场，除了能够检测姿势以外还能够检测位置，并且能够通过简单的计算来算出，这一点在如上所说明的实施方式中是显而易见的。另外，如在几个方式中所说明的那样，也能够仅利用磁传感器来检测信息终端的位置和姿势。
并且，能够从相同的线圈产生不同的多个频率的相位关系已知的交流的均匀磁场和不均匀磁场，从而使系统结构变得简单，在不均匀磁场为梯度磁场的情况下，能够在测量均匀磁场的强度的同时求出梯度磁场的梯度。即，也可以不预先测量用于位置检测的梯度磁场的梯度。
另外，通过傅立叶变换部，即使不使用滤波器也能够同时分离直流成分和交流成分，因此也能够同时检测如地磁场那样的直流成分并利用于姿势信息算出等。
本发明并不限于以上的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内所进行的设计变更也包括在本发明中。
产业上的可利用性 本发明涉及一种空间信息检测系统及其检测方法以及空间信息检测装置，能够提供一种能够利用交流磁场连续地进行测量、并且频率的设定自由度较大且结构简单的空间信息检测系统。另外，同样能够提供该空间信息检测系统的空间信息检测方法以及空间信息检测装置。
权利要求
1.一种空间信息检测系统，其特征在于，具备
磁场产生部，其产生不同的多个频率成分的相位关系为已知的交流磁场；
磁场检测部，其具有检测从该磁场产生部产生的磁场的多轴磁传感器；
傅立叶变换部，其根据该磁场检测部的各轴的输出信号来算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅；以及
磁场矢量算出部，其基于来自该傅立叶变换部的输出信号，根据上述各轴的上述多个频率成分的相位关系来算出上述各轴的振幅的符号，根据该符号和上述振幅来算出表示上述交流磁场的朝向和大小的磁场矢量。
2.根据权利要求1所述的空间信息检测系统，其特征在于，具备
姿势检测部，其检测上述磁场检测部的姿势；以及
位置/姿势算出部，其根据该姿势检测部的输出信号和上述磁场矢量算出部的输出信号来算出上述磁场检测部的姿势信息和位置信息。
3.根据权利要求2所述的空间信息检测系统，其特征在于，
上述磁场检测部具有除了检测上述交流磁场以外还检测直流磁场的多轴磁传感器，
上述傅立叶变换部除了算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅以外，还算出上述各轴上的直流成分的振幅，
上述磁场矢量算出部除了算出基于上述交流磁场的磁场矢量以外，还根据上述直流成分的振幅来算出表示上述直流磁场的朝向和大小的直流磁场矢量，
上述位置/姿势算出部根据来自上述姿势检测部的输出信号和上述直流磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和基于来自上述磁场产生部的交流磁场的磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
4.根据权利要求3所述的空间信息检测系统，其特征在于，
上述直流磁场是地磁场。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的空间信息检测系统，其特征在于，
上述磁场产生部至少产生一个不均匀磁场，该不均匀磁场是不同的多个频率成分的相位关系为已知且根据位置不同而磁场的朝向或者大小不同的交流的磁场。
6.根据权利要求5所述的空间信息检测系统，其特征在于，
上述不均匀磁场是不同的多个频率成分的相位关系为已知的交流的梯度磁场。
7.根据权利要求1所述的空间信息检测系统，其特征在于，
上述磁场产生部产生不同的多个频率成分的相位关系为已知的交流的均匀磁场和不同的多个频率成分的相位关系为已知且根据位置不同而磁场的朝向或者大小不同的交流的不均匀磁场，
上述磁场检测部检测上述均匀磁场和上述不均匀磁场，
上述磁场矢量算出部基于来自上述傅立叶变换部的输出信号，根据上述各轴的上述多个频率成分的相位关系，对上述均匀磁场和上述不均匀磁场算出上述各轴的振幅的符号，并且根据上述各轴的振幅和上述符号来算出表示上述均匀磁场和不均匀磁场的朝向和大小的均匀磁场矢量和不均匀磁场矢量，
上述位置/姿势算出部根据从上述磁场矢量算出部输出的上述均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出部输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
8.根据权利要求7所述的空间信息检测系统，其特征在于，
具备姿势检测部，该姿势检测部检测上述磁场检测部的姿势，
上述位置/姿势算出部根据来自上述姿势检测部的输出和从上述磁场矢量算出部输出的上述均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出部输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
9.根据权利要求7所述的空间信息检测系统，其特征在于，
上述磁场检测部具有除了检测上述均匀磁场和上述不均匀磁场以外还检测直流磁场的多轴磁传感器，
上述傅立叶变换部除了算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅以外，还算出上述各轴上的直流成分的振幅，
上述磁场矢量算出部除了算出上述均匀磁场矢量和上述不均匀磁场矢量以外，还根据上述直流成分的振幅来算出表示上述直流磁场的朝向和大小的直流磁场矢量，
上述位置/姿势算出部根据从上述磁场矢量算出部输出的上述均匀磁场矢量和上述直流磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出部输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
10.根据权利要求9所述的空间信息检测系统，其特征在于，
上述直流磁场是地磁场。
11.根据权利要求7至10中的任一项所述的空间信息检测系统，其特征在于，
上述不均匀磁场是不同的多个频率成分的相位关系已知的交流的梯度磁场。
12.根据权利要求7至11中的任一项所述的空间信息检测系统，其特征在于，
上述磁场产生部具有叠加产生上述均匀磁场和上述不均匀磁场的线圈。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的空间信息检测系统，其特征在于，
上述多个频率成分的整数比是偶数比奇数。
14.根据权利要求13所述的空间信息检测系统，其特征在于，
上述整数比是2比1。
15.一种空间信息检测方法，其特征在于，具有以下步骤
磁场检测步骤，使用具有多轴磁传感器的磁场检测部来检测不同的多个频率成分的相位关系为已知的交流磁场；
傅立叶变换步骤，根据来自该磁场检测步骤的各轴的输出信号来算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅；以及
磁场矢量算出步骤，基于来自该傅立叶变换步骤的输出信号，根据上述各轴的上述多个频率成分的相位关系来算出上述各轴的振幅的符号，根据该符号和上述振幅来算出表示上述交流磁场的朝向和大小的磁场矢量。
16.根据权利要求15所述的空间信息检测方法，其特征在于，具有以下步骤
姿势检测步骤，检测上述磁场检测部的姿势；以及
位置/姿势算出步骤，根据上述姿势检测步骤的输出信号和上述磁场矢量算出步骤的输出信号来算出上述磁场检测部的姿势信息和位置信息。
17.根据权利要求16所述的空间信息检测方法，其特征在于，
在上述磁场检测步骤中，除了检测上述交流磁场以外还检测直流磁场，
在上述傅立叶变换步骤中，除了算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅以外，还算出上述各轴上的直流成分的振幅，
在上述磁场矢量算出步骤中，除了算出基于上述交流磁场的磁场矢量以外，还根据上述直流成分的振幅来算出表示上述直流磁场的朝向和大小的直流磁场矢量，
在上述位置/姿势算出步骤中，根据来自上述姿势检测步骤的输出信号和上述直流磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和基于上述交流磁场的磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
18.根据权利要求15所述的空间信息检测方法，其特征在于，
在上述磁场检测步骤中，检测不同的多个频率成分的相位关系为已知的交流的均匀磁场和不同的多个频率成分的相位关系为已知且根据位置不同而磁场的朝向或者大小不同的交流的不均匀磁场，
在上述磁场矢量算出步骤中，基于来自上述傅立叶变换步骤的输出信号，根据上述各轴的上述多个频率成分的相位关系，除了上述均匀磁场以外还对上述不均匀磁场算出上述各轴的振幅的符号，根据上述各轴的振幅和上述符号来算出表示上述均匀磁场和不均匀磁场的朝向和大小的均匀磁场矢量和不均匀磁场矢量，
在上述位置/姿势算出步骤中，根据从上述磁场矢量算出步骤输出的上述均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出步骤输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
19.根据权利要求18所述的空间信息检测方法，其特征在于，
具有姿势检测步骤，在该姿势检测步骤中检测上述磁场检测部的姿势，
在上述位置/姿势算出步骤中，根据来自上述姿势检测步骤的输出和从上述磁场矢量算出部输出的上述均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出步骤输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
20.根据权利要求18所述的空间信息检测方法，其特征在于，
在上述磁场检测步骤中，除了检测上述均匀磁场和上述不均匀磁场以外，还检测直流磁场，
在上述傅立叶变换步骤中，除了算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅以外，还算出上述各轴上的直流成分的振幅，
在上述磁场矢量算出步骤中，除了算出上述均匀磁场矢量和上述不均匀磁场矢量以外，还根据上述直流成分的振幅来算出表示上述直流磁场的朝向和大小的直流磁场矢量，
在上述位置/姿势算出步骤中，根据从上述磁场矢量算出步骤输出的上述均匀磁场矢量和上述直流磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出部输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
21.一种空间信息检测装置，其特征在于，具备
磁场检测部，其具有对从产生不同的多个频率成分的相位关系为已知的交流磁场的磁场产生部产生的磁场进行检测的多轴磁传感器；
傅立叶变换部，其根据该磁场检测部的各轴的输出信号来算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅；以及
磁场矢量算出部，其基于来自该傅立叶变换部的输出信号，根据上述各轴的上述多个频率成分的相位关系来算出上述各轴的振幅的符号，根据上述符号和上述振幅来算出表示上述交流磁场的朝向和大小的磁场矢量。
22.根据权利要求21所述的空间信息检测装置，其特征在于，具备
姿势检测部，其检测上述磁场检测部的姿势；以及
位置/姿势算出部，其根据上述姿势检测部的输出信号和上述磁场矢量算出部的输出信号来算出上述磁场检测部的姿势信息和位置信息。
23.根据权利要求22所述的空间信息检测装置，其特征在于，
上述磁场检测部具有除了检测上述交流磁场以外还检测直流磁场的多轴磁传感器，
上述傅立叶变换部除了算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅以外，还算出上述各轴上的直流成分的振幅，
上述磁场矢量算出部除了算出基于上述交流磁场的磁场矢量以外，还根据上述直流成分的振幅来算出表示上述直流磁场的朝向和大小的直流磁场矢量，
上述位置/姿势算出部根据来自上述姿势检测部的输出信号和上述直流磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和基于上述交流磁场的磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
24.根据权利要求21所述的空间信息检测装置，其特征在于，
上述磁场检测部检测从磁场产生部产生的磁场，其中，上述磁场产生部产生不同的多个频率成分的相位关系为已知的交流的均匀磁场和不同的多个频率成分的相位关系为已知并且根据位置不同而磁场的朝向或者大小不同的交流的不均匀磁场，
上述磁场矢量算出部基于来自上述傅立叶变换部的输出信号，根据上述各轴的上述多个频率成分的相位关系，除了对上述均匀磁场以外还对上述不均匀磁场算出上述各轴的振幅的符号，并且根据上述各轴的振幅和上述符号来算出表示上述均匀磁场和不均匀磁场的朝向和大小的均匀磁场矢量和不均匀磁场矢量，
上述位置/姿势算出部根据从上述磁场矢量算出部输出的上述均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出部输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
25.根据权利要求24所述的空间信息检测装置，其特征在于，
具备姿势检测部，该姿势检测部检测上述磁场检测部的姿势，
上述位置/姿势算出部根据来自上述姿势检测部的输出和从上述磁场矢量算出部输出的上述均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出部输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
26.根据权利要求24所述的空间信息检测装置，其特征在于，
上述磁场检测部具有除了检测上述均匀磁场和上述不均匀磁场以外还检测直流磁场的多轴磁传感器，
上述傅立叶变换部除了算出上述各轴上的上述多个频率成分的相位和振幅以外，还算出上述各轴上的直流成分的振幅，
上述磁场矢量算出部除了算出上述均匀磁场矢量和上述不均匀磁场矢量以外，还根据上述直流成分的振幅来算出表示上述直流磁场的朝向和大小的直流磁场矢量，
上述位置/姿势算出部根据从上述磁场矢量算出部输出的上述均匀磁场矢量和上述直流磁场矢量来算出上述磁场检测部的姿势信息，根据该姿势信息和从上述磁场矢量算出部输出的上述不均匀磁场矢量来算出上述磁场检测部的位置信息。
全文摘要
本发明涉及一种能够利用交流磁场连续地进行测量、并且频率的设定自由度较大且结构简单的空间信息检测系统。磁传感器驱动部(23)经由多路转接器部(22)来驱动磁传感器(21)。磁传感器的信号被从模拟信号转换为数字信号，从数据发送部(26)作为磁数据发送到运算部(3)。傅立叶变换部(32)根据来自磁数据接收部(31)的输出信号来算出各轴的多个频率成分的振幅和相位。磁场矢量算出部(33)基于来自傅立叶变换部(32)的输出信号，根据各轴的多个频率成分的相位关系来算出各轴的振幅的符号，根据符号与振幅来算出表示磁场朝向和大小的磁场矢量。方向算出部(34)算出信息终端(2)的方向。
文档编号G01B7/30GK101606037SQ20088000452
公开日2009年12月16日 申请日期2008年2月8日 优先权日2007年2月9日
发明者中村威信, 山下昌哉 申请人:旭化成微电子株式会社