特開 2024-46969 磁界発生装置及びこれを用いたモーションキャプチャシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024046969

(43)【公開日】2024-04-05

(54)【発明の名称】磁界発生装置及びこれを用いたモーションキャプチャシステム

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/01 20060101AFI20240329BHJP

   G06F 3/0346 20130101ALI20240329BHJP

【ＦＩ】

G06F3/01 514

G06F3/0346 421

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022152362

(22)【出願日】2022-09-26

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115738

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲頭 光宏

(74)【代理人】

【識別番号】100121681

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 和文

(72)【発明者】

【氏名】亀野 誠

【テーマコード（参考）】

5B087

5E555

【Ｆターム（参考）】

5B087AA07

5B087AB09

5B087BC06

5E555AA11

5E555BA38

5E555BB38

5E555BC04

5E555FA00

(57)【要約】

【課題】磁界が届く範囲の広い磁界発生装置を提供する。
【解決手段】磁界発生装置１００は、ソレノイドコイル１１０と、ソレノイドコイル１１０の内径領域に配置された軟磁性体１２０と、ソレノイドコイル１１０に交流信号を供給する信号発生部１３０とを備える。このように、ソレノイドコイル１１０の内径領域に軟磁性体１２０が配置されていることから、空芯コイルを用いた場合に比べて磁界が届く範囲を大幅に拡大することが可能となる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ソレノイドコイルと、
前記ソレノイドコイルの内径領域に配置された軟磁性体と、
前記ソレノイドコイルに交流信号を供給する信号発生部と、を備える磁界発生装置。

【請求項2】

前記軟磁性体は、前記ソレノイドコイルの内周壁に沿って配置された筒状形状を有する、請求項１に記載の磁界発生装置。

【請求項3】

前記交流信号は、デューティー比が３０％以上、７０％以下の矩形波である、請求項１に記載の磁界発生装置。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁界発生装置と、
前記ソレノイドコイルによって発生する磁界を検出し、互いに異なる空間位置に配置された複数の磁気センサと、を備えるモーションキャプチャシステム。

【請求項5】

前記磁界発生装置を複数備え、
前記複数の磁界発生装置に含まれる前記信号発生部は、互いに異なる周波数の交流信号を前記ソレノイドコイルに供給する、請求項４に記載のモーションキャプチャシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁界発生装置及びこれを用いたモーションキャプチャシステムに関し、特に、ソレノイドコイルを用いた磁界発生装置及びこれを用いたモーションキャプチャシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ソレノイドコイルを用いて検出対象物の位置を特定するシステムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平４－８３４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載されたシステムにおいては、ソレノイドコイルから磁界が届く範囲が狭いため、モーションキャプチャシステムなどに応用することは困難である。

【0005】

したがって、本発明は、磁界が届く範囲の広い磁界発生装置及びこれを用いたモーションキャプチャシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明による磁界発生装置は、ソレノイドコイルと、ソレノイドコイルの内径領域に配置された軟磁性体と、ソレノイドコイルに交流信号を供給する信号発生部とを備える。

【0007】

本発明によれば、ソレノイドコイルの内径領域に軟磁性体が配置されていることから、空芯コイルを用いた場合に比べて磁界が届く範囲を大幅に拡大することが可能となる。

【0008】

本発明において、軟磁性体は、ソレノイドコイルの内周壁に沿って配置された筒状形状を有するものであっても構わない。これによれば、磁界発生装置を人体の指や手首などに装着することが可能となる。

【0009】

本発明において、交流信号は、デューティー比が３０％以上、７０％以下の矩形波であっても構わない。これによれば、磁界が届く範囲をより拡大することが可能となる。

【0010】

本発明によるモーションキャプチャシステムは、上記の磁界発生装置と、ソレノイドコイルによって発生する磁界を検出し、互いに異なる空間位置に配置された複数の磁気センサとを備える。

【0011】

本発明によれば、複数の磁気センサが互いに異なる空間位置に配置されていることから、磁界発生装置が存在する位置を検出することが可能となる。

【0012】

本発明によるモーションキャプチャシステムは、磁界発生装置を複数備え、複数の磁界発生装置に含まれる信号発生部は、互いに異なる周波数の交流信号をソレノイドコイルに供給するものであっても構わない。これによれば、各磁界発生装置の位置を検出することが可能となる。

【発明の効果】

【0013】

このように、本発明によれば、磁界が届く範囲の広い磁界発生装置及びこれを用いたモーションキャプチャシステムを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の一実施形態によるモーションキャプチャシステム１０の構成を説明するための模式図である。

【図2】図２は、人体３０の指及び手首に磁界発生装置１００を装着した例を示す模式図である。

【図3】図３は、磁界発生装置１００の構造を示す略斜視図である。

【図4】図４は、ソレノイドコイル１１０に接続される信号発生部１３０のブロック図である。

【図5】図５は、磁気センサ２０に接続される信号処理回路のブロック図である。

【図6】図６は、磁界発生装置からの距離と磁場強度の関係を示すグラフである。

【図7】図７は、信号発生部１３０からソレノイドコイル１１０に供給する交流信号のデューティー比と磁場強度の関係を距離ごとに示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

【0016】

図１は、本発明の一実施形態によるモーションキャプチャシステム１０の構成を説明するための模式図である。

【0017】

図１に示すように、本実施形態によるモーションキャプチャシステム１０は、複数の磁気センサ２０と、磁気センサ２０が配置された空間内に位置する複数の磁界発生装置１００によって構成される。図１に示す例では、ＸＹ面を構成する壁面１１、ＸＺ面を構成する壁面１２及びＹＸ面を構成する壁面１３のそれぞれに複数の磁気センサ２０が配置されており、壁面１１～１３に囲まれた空間内に複数の磁界発生装置１００が配置されている。このように、複数の磁気センサ２０は、互いに異なる空間位置に配置されている。

【0018】

磁界発生装置１００は、図２に示すように、例えば人体３０の指や手首に装着可能な筒状体である。図２に示す例では、人体３０の親指に１つ、人差し指、中指、薬指及び小指にそれぞれ２つ、手首に１つの磁界発生装置１００が装着されている。本発明において複数の磁界発生装置１００を用いることは必須でないが、指などの可動部の動きを検出するためには、複数の磁界発生装置１００を用いることが好ましい。

【0019】

図３は、磁界発生装置１００の構造を示す略斜視図である。

【0020】

図３に示すように、磁界発生装置１００は、ソレノイドコイル１１０と、ソレノイドコイル１１０の内径領域に配置された軟磁性体１２０を有する。軟磁性体１２０はパーマロイなどの高透磁率材料からなり、ソレノイドコイル１１０の内周壁に沿って配置された筒状形状を有している。これにより、図２に示したように、人体３０の指などに装着することが可能となる。例えば、磁界発生装置１００を人体３０の指に装着すると、指とソレノイドコイル１１０の間に軟磁性体１２０が位置することになる。軟磁性体１２０は、ソレノイドコイル１１０によって生じる磁界の磁束密度を高めることによって、磁界が届く範囲を拡大する役割を果たす。

【0021】

図４に示すように、ソレノイドコイル１１０は信号発生部１３０に接続される。信号発生部１３０は、ソレノイドコイル１１０に交流信号を供給することにより、交流磁界を発生させる。ここで、複数の磁界発生装置１００を同時に用いる場合、信号発生部１３０は互いに異なる周波数の交流信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３・・をそれぞれ対応するソレノイドコイルに供給しても構わない。この場合、複数のソレノイドコイル１１０によって発生する交流磁界の周波数も互いに異なった周波数となる。

【0022】

図５に示すように、複数の磁気センサ２０は、Ａ／Ｄコンバータ２１、フーリエ変換部２２、解析部２３及びトラッキング部２４を含む信号処理回路に接続される。Ａ／Ｄコンバータ２１は、複数の磁気センサ２０から得られるアナログ信号をデジタル変換する役割を果たす。フーリエ変換部２２は、Ａ／Ｄコンバータ２１の出力信号を周波数解析することによって、個々の磁界発生装置１００に対応する信号に分離する役割を果たす。解析部２３は、逆問題解析によって個々の磁界発生装置１００の位置を特定する役割を果たす。トラッキング部２４は、個々の磁界発生装置１００の位置をトラッキングすることによって、３Ｄモーションキャプチャを行う。

【0023】

図６は、磁界発生装置からの距離と磁場強度の関係を示すグラフであり、符号Ａは本実施形態による磁界発生装置１００の特性を示し、符号Ｂは磁界発生装置１００から軟磁性体１２０を削除した場合の特性を示し、符号Ｃは軟磁性体１２０をソレノイドコイル１１０の内径領域ではなく外周領域に配置した場合の特性を示している。

【0024】

図６に示すように、本実施形態による磁界発生装置１００（符号Ａ）を用いれば、同じ距離であっても、軟磁性体１２０がない場合（符号Ｂ）と比べて、約３倍の磁場強度が得られることが分かる。逆に、本実施形態による磁界発生装置１００（符号Ａ）を用いた場合、同じ磁場強度が得られる距離は、軟磁性体１２０がない場合（符号Ｂ）の約１．６倍となる。一方、符号Ｃで示すように、軟磁性体１２０をソレノイドコイル１１０の外周領域に配置すると、得られる磁場強度は、軟磁性体１２０がない場合（符号Ｂ）よりもさらに低下する。

【0025】

図７は、信号発生部１３０からソレノイドコイル１１０に供給する交流信号のデューティー比と磁場強度の関係を距離ごとに示すグラフである。

【0026】

信号発生部１３０からソレノイドコイル１１０に供給する交流信号は矩形波であり、図７に示すように、デューティー比が５０％に近いほど、得られる磁場強度が高くなる。デューティー比が３０％以上、７０％以下の範囲では、得られる磁場強度に大きな変化はないが、デューティー比が３０％未満または７０％超になると、磁場強度が顕著に低減する。このため、信号発生部１３０からソレノイドコイル１１０に供給する交流信号のデューティー比は、３０％以上、７０％以下の矩形波であることが好ましい。また、信号発生部１３０からソレノイドコイル１１０に供給する交流信号については、サイン波であっても構わないが、矩形波を用いた方がより高い磁場強度を得ることが可能である。

【0027】

以上説明したように、本実施形態によるモーションキャプチャシステム１０は、複数の磁気センサ２０と、磁気センサ２０が配置された空間内に位置する磁界発生装置１００を備えており、磁界発生装置１００は、ソレノイドコイル１１０と、その内径領域に配置された軟磁性体１２０と、ソレノイドコイル１１０に交流信号を供給する信号発生部１３０とを備えていることから、空芯コイルを用いた場合と比べ、磁気センサ２０に磁界が届く範囲が広くなる。このため、本実施形態によるモーションキャプチャシステム１０は、人体の動きなどを３Ｄモーションキャプチャする用途に好適である。

【0028】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0029】

１０ モーションキャプチャシステム
１１～１３ 壁面
２０ 磁気センサ
２１ Ａ／Ｄコンバータ
２２ フーリエ変換部
２３ 解析部
２４ トラッキング部
３０ 人体
１００ 磁界発生装置
１１０ ソレノイドコイル
１２０ 軟磁性体
１３０ 信号発生部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】