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JP2014025791A - Calibration device and program - Google Patents

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JP2014025791A
JP2014025791A JP2012165826A JP2012165826A JP2014025791A JP 2014025791 A JP2014025791 A JP 2014025791A JP 2012165826 A JP2012165826 A JP 2012165826A JP 2012165826 A JP2012165826 A JP 2012165826A JP 2014025791 A JP2014025791 A JP 2014025791A
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calibration
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Fumio Hori
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Olympus Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a calibration device and a program that realize a simple configuration.SOLUTION: A CPU 40c acquires an output value of a gyro sensor and an output value of at least one of a geomagnetic sensor, an acceleration sensor and a distance sensor. The CPU 40c calculates both a first period when a housing kept in the sensors is in a first posture and a second period when the housing is in a second posture, on the basis of the output value of the gyro sensor, and calibrates at least one sensor on the basis of the output value of at least one sensor in the first and second periods.

Description

本発明は、センサのキャリブレーションを行うキャリブレーション装置に関する。また、本発明は、コンピュータにセンサのキャリブレーションを実行させるためのプログラムにも関する。   The present invention relates to a calibration device that performs sensor calibration. The present invention also relates to a program for causing a computer to execute sensor calibration.

ジャイロセンサ、加速度センサ、地磁気センサ等の複数のセンサを有し、それらのセンサのキャリブレーションを行う装置が特許文献1に開示されている。この装置では、ジャイロセンサ、加速度センサ、地磁気センサ等を組み合わせた複合センサが、モータにより回転するターンテーブルに載置されている。また、ターンテーブルの回転軸が重力方向と水平方向のどちらの方向であるのかを検出するための倒立センサが設けられている。   Patent Document 1 discloses an apparatus that has a plurality of sensors such as a gyro sensor, an acceleration sensor, and a geomagnetic sensor and calibrates these sensors. In this apparatus, a composite sensor combining a gyro sensor, an acceleration sensor, a geomagnetic sensor, and the like is placed on a turntable that is rotated by a motor. Further, an inverted sensor is provided for detecting whether the rotation axis of the turntable is in the direction of gravity or the horizontal direction.

特開2010−281598号公報JP 2010-281598 A

しかし、特許文献1に開示された装置では、センサを回転させるための機構(ターンテーブル、モータ)や、回転軸の方向を検出するための機構(倒立センサ)が必要であるため、装置の構成が複雑となる。   However, the apparatus disclosed in Patent Document 1 requires a mechanism (turn table, motor) for rotating the sensor and a mechanism (inverted sensor) for detecting the direction of the rotating shaft. Becomes complicated.

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、構成をより簡易にすることができるキャリブレーション装置およびプログラムを提供することを目的とする。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a calibration apparatus and a program that can simplify the configuration.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、ジャイロセンサと、地磁気センサ、加速度センサ、および距離センサのうち少なくとも1つのセンサと、前記ジャイロセンサおよび前記少なくとも1つのセンサが搭載され、少なくとも2つの姿勢が定義されているハウジングと、前記ジャイロセンサおよび前記少なくとも1つのセンサの出力値を取得するプロセッサと、を備え、前記プロセッサは、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第1の姿勢であるときの第1の期間、および前記ハウジングの姿勢が第2の姿勢であるときの第2の期間を算出し、前記第1の期間および前記第2の期間における前記少なくとも1つのセンサの出力値に基づいて前記少なくとも1つのセンサのキャリブレーションを行うことを特徴とするキャリブレーション装置である。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and includes a gyro sensor, at least one of a geomagnetic sensor, an acceleration sensor, and a distance sensor, the gyro sensor, and the at least one sensor. A housing in which at least two postures are defined, and a processor for obtaining an output value of the gyro sensor and the at least one sensor, the processor based on the output value of the gyro sensor Calculating a first period when the attitude is the first attitude, and a second period when the attitude of the housing is the second attitude, in the first period and the second period The at least one sensor is calibrated based on the output value of the at least one sensor. It is a calibration apparatus according to claim.

また、本発明のキャリブレーション装置において、前記プロセッサは、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が前記第1の姿勢から前記第2の姿勢に移行しているときの移行期間を算出し、前記第1の期間または前記第2の期間における前記ジャイロセンサの出力値と、前記移行期間における前記ジャイロセンサの出力値とに基づいて前記ジャイロセンサのキャリブレーションを行うことを特徴とする。   In the calibration device according to the aspect of the invention, the processor may determine a transition period when the attitude of the housing is changed from the first attitude to the second attitude based on the output value of the gyro sensor. And calculating and calibrating the gyro sensor based on the output value of the gyro sensor in the first period or the second period and the output value of the gyro sensor in the transition period. .

また、本発明のキャリブレーション装置において、前記ジャイロセンサは、X軸、Y軸、Z軸の3軸のジャイロセンサであり、前記ハウジングの4つの姿勢が定義されており、前記プロセッサは、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第1の姿勢であるときの第1の期間、前記ハウジングの姿勢が第2の姿勢であるときの第2の期間、前記ハウジングの姿勢が第3の姿勢であるときの第3の期間、前記ハウジングの姿勢が第4の姿勢であるときの第4の期間、前記ハウジングの姿勢が前記第1の姿勢から前記第2の姿勢に移行しているときの第1の移行期間、前記ハウジングの姿勢が前記第2の姿勢から前記第3の姿勢に移行しているときの第2の移行期間、および前記ハウジングの姿勢が前記第3の姿勢から前記第4の姿勢に移行しているときの第3の移行期間を算出し、前記第1の期間、前記第2の期間、前記第3の期間、および前記第4の期間のいずれかの期間における前記ジャイロセンサの出力値に基づいて前記ジャイロセンサの3軸のオフセットを算出し、前記第1の移行期間、前記第2の移行期間、および前記第3の移行期間における前記ジャイロセンサの出力値に基づいて前記ジャイロセンサの3軸の補正係数を算出することを特徴とする。   In the calibration device of the present invention, the gyro sensor is a three-axis gyro sensor of an X axis, a Y axis, and a Z axis, and four attitudes of the housing are defined, and the processor Based on the output value of the sensor, the housing posture is the first period when the housing posture is the first posture, the second time period when the housing posture is the second posture, and the housing posture is the first time. A third period when the attitude is 3, and a fourth period when the attitude of the housing is the fourth attitude, the attitude of the housing is changed from the first attitude to the second attitude. A first transition period when the housing is in position, a second transition period when the posture of the housing is transitioned from the second position to the third position, and a position of the housing from the third position. Previous A third transition period when transitioning to the fourth posture is calculated, and in any one of the first period, the second period, the third period, and the fourth period The three-axis offset of the gyro sensor is calculated based on the output value of the gyro sensor, and the output value of the gyro sensor in the first transition period, the second transition period, and the third transition period is calculated. Based on this, a triaxial correction coefficient of the gyro sensor is calculated.

また、本発明のキャリブレーション装置において、前記加速度センサは、X軸、Y軸、Z軸の3軸の加速度センサであり、前記ハウジングの3つの姿勢が定義されており、前記プロセッサは、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第1の姿勢であるときの第1の期間、前記ハウジングの姿勢が第2の姿勢であるときの第2の期間、および前記ハウジングの姿勢が第3の姿勢であるときの第3の期間を算出し、前記第1の期間、前記第2の期間、および前記第3の期間における前記加速度センサの出力値に基づいて前記加速度センサのキャリブレーションを行うことを特徴とする。   In the calibration apparatus of the present invention, the acceleration sensor is a three-axis acceleration sensor of an X axis, a Y axis, and a Z axis, and three postures of the housing are defined, and the processor includes the gyro Based on the output value of the sensor, the first period when the attitude of the housing is the first attitude, the second period when the attitude of the housing is the second attitude, and the attitude of the housing Calculating a third period for the third posture, and calibrating the acceleration sensor based on output values of the acceleration sensor in the first period, the second period, and the third period It is characterized by performing.

また、本発明のキャリブレーション装置において、前記プロセッサは、前記第1の期間および前記第2の期間の一方における前記加速度センサの出力値に基づいて前記加速度センサの3軸のうち2軸のオフセットを算出し、前記第1の期間および前記第2の期間の他方における前記加速度センサの出力値に基づいて前記加速度センサの3軸のうち残り1軸のオフセットを算出し、前記第1の期間、前記第2の期間、および前記第3の期間における前記ジャイロセンサの出力値に基づいて前記加速度センサの3軸の補正係数を算出することを特徴とする。   In the calibration device according to the aspect of the invention, the processor may calculate an offset of two axes among the three axes of the acceleration sensor based on an output value of the acceleration sensor in one of the first period and the second period. Calculating the offset of the remaining one of the three axes of the acceleration sensor based on the output value of the acceleration sensor in the other of the first period and the second period, and calculating the first period, A triaxial correction coefficient of the acceleration sensor is calculated based on the output value of the gyro sensor in the second period and the third period.

また、本発明のキャリブレーション装置において、前記地磁気センサは、X軸、Y軸、Z軸の3軸の加速度センサであり、前記ハウジングの3つの姿勢が定義されており、前記プロセッサは、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第1の姿勢であるときの第1の期間、前記ハウジングの姿勢が第2の姿勢であるときの第2の期間、および前記ハウジングの姿勢が第3の姿勢であるときの第3の期間を算出し、前記第1の期間、前記第2の期間、および前記第3の期間における前記地磁気センサの出力値に基づいて前記地磁気センサのキャリブレーションを行うことを特徴とする。   In the calibration apparatus of the present invention, the geomagnetic sensor is a three-axis acceleration sensor of X-axis, Y-axis, and Z-axis, and three attitudes of the housing are defined, and the processor Based on the output value of the sensor, the first period when the attitude of the housing is the first attitude, the second period when the attitude of the housing is the second attitude, and the attitude of the housing A third period for the third posture is calculated, and calibration of the geomagnetic sensor is performed based on output values of the geomagnetic sensor in the first period, the second period, and the third period. It is characterized by performing.

また、本発明のキャリブレーション装置において、前記プロセッサは、前記第1の期間、前記第2の期間、および前記第3の期間における前記地磁気センサの出力値に基づいて前記地磁気センサの3軸のオフセットおよび補正係数を算出することを特徴とする。   Further, in the calibration device according to the present invention, the processor is configured to offset the three axes of the geomagnetic sensor based on output values of the geomagnetic sensor in the first period, the second period, and the third period. And a correction coefficient is calculated.

また、本発明のキャリブレーション装置において、前記プロセッサは、前記第1の期間および前記第2の期間における前記距離センサの出力値に基づいて前記距離センサのキャリブレーションを行うことを特徴とする。   In the calibration apparatus of the present invention, the processor calibrates the distance sensor based on output values of the distance sensor in the first period and the second period.

また、本発明のキャリブレーション装置において、前記ハウジングの姿勢が前記第1の姿勢であるときと前記第2の姿勢であるときとで、前記ハウジングの内部の構造体と前記距離センサとの距離が異なることを特徴とする。   Further, in the calibration device of the present invention, the distance between the structure inside the housing and the distance sensor is different between when the housing is in the first posture and when in the second posture. It is characterized by being different.

また、本発明は、ジャイロセンサと、地磁気センサ、加速度センサ、および距離センサのうち少なくとも1つのセンサと、前記ジャイロセンサおよび前記少なくとも1つのセンサが搭載され、少なくとも2つの姿勢が定義されているハウジングと、前記ジャイロセンサおよび前記少なくとも1つのセンサの出力値を取得するプロセッサと、を備えたキャリブレーション装置の前記プロセッサに、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第1の姿勢であるときの第1の期間、および前記ハウジングの姿勢が第2の姿勢であるときの第2の期間を算出する第1のステップと、前記第1の期間および前記第2の期間における前記少なくとも1つのセンサの出力値に基づいて前記少なくとも1つのセンサのキャリブレーションを行う第2のステップと、を実行させるためのプログラムである。   According to another aspect of the present invention, there is provided a gyro sensor, at least one of a geomagnetic sensor, an acceleration sensor, and a distance sensor, a housing on which the gyro sensor and the at least one sensor are mounted and at least two postures are defined. And a processor that obtains an output value of the at least one sensor, and the processor has a first attitude based on the output value of the gyro sensor. And a first step of calculating a second period when the attitude of the housing is a second attitude, and at least the first period and the second period. Calibration of the at least one sensor based on the output value of one sensor A second step of performing a program for execution.

本発明によれば、ジャイロセンサの出力値に基づいて、ハウジングの複数の姿勢に対応した複数の期間を算出し、複数の期間における他のセンサの出力値に基づいて他のセンサのキャリブレーションを行うことによって、構成をより簡易にすることができる。   According to the present invention, a plurality of periods corresponding to a plurality of postures of the housing are calculated based on the output values of the gyro sensor, and the calibration of the other sensors is performed based on the output values of the other sensors in the plurality of periods. By doing so, the configuration can be simplified.

本発明の一実施形態による内視鏡システムの構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the endoscope system by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有する先端アダプタの外観図である。It is an external view of the front-end | tip adapter which the endoscope system by one Embodiment of this invention has. 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有する先端アダプタの構成を示す透過図である。It is a permeation | transmission figure which shows the structure of the front-end | tip adapter which the endoscope system by one Embodiment of this invention has. 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有する先端アダプタを内視鏡装置の内視鏡挿入部に装着する様子を示す透過図である。It is a permeation | transmission figure which shows a mode that the front-end | tip adapter which the endoscope system by one Embodiment of this invention has is mounted | worn with the endoscope insertion part of an endoscope apparatus. 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有する先端アダプタに搭載される距離センサの構成および距離測定の原理を示す参考図である。It is a reference figure showing the composition of the distance sensor carried in the tip adapter which the endoscope system by one embodiment of the present invention has, and the principle of distance measurement. 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有する先端アダプタに搭載される2枚の基板の接続を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the connection of the two board | substrates mounted in the front-end | tip adapter which the endoscope system by one Embodiment of this invention has. 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有する内視鏡装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the endoscope apparatus which the endoscope system by one Embodiment of this invention has. 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有する表示器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the indicator which the endoscope system by one Embodiment of this invention has. 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有するキャリブレーションボックスの構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the calibration box which the endoscope system by one Embodiment of this invention has. 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有するキャリブレーションボックスの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the calibration box which the endoscope system by one Embodiment of this invention has. 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有するキャリブレーションボックスの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the calibration box which the endoscope system by one Embodiment of this invention has. 本発明の一実施形態におけるセンシングソフトの画面を示す参考図である。It is a reference figure showing the screen of sensing software in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるセンシング計測ソフトによる動作の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the operation | movement by the sensing measurement software in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態におけるセンシングソフトの画面を示す参考図である。It is a reference figure showing the screen of sensing software in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるキャリブレーション作業の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the calibration operation | work in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態におけるキャリブレーション処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the calibration process in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態におけるジャイロセンサのキャリブレーション処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the calibration process of the gyro sensor in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態におけるジャイロセンサのセンサデータのグラフである。It is a graph of the sensor data of the gyro sensor in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるジャイロセンサのセンサデータのグラフである。It is a graph of the sensor data of the gyro sensor in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるジャイロセンサのセンサデータのグラフである。It is a graph of the sensor data of the gyro sensor in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における加速度センサのキャリブレーション処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the calibration process of the acceleration sensor in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における加速度センサのセンサデータのグラフである。It is a graph of the sensor data of the acceleration sensor in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における加速度センサのセンサデータのグラフである。It is a graph of the sensor data of the acceleration sensor in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における地磁気センサのキャリブレーション処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the calibration process of the geomagnetic sensor in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における地磁気センサのセンサデータのグラフである。It is a graph of the sensor data of the geomagnetic sensor in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における地磁気センサのセンサデータのグラフである。It is a graph of the sensor data of the geomagnetic sensor in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における距離センサのキャリブレーション処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the calibration process of the distance sensor in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における距離センサのセンサデータのグラフである。It is a graph of the sensor data of the distance sensor in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における距離センサのサンプル値のグラフである。It is a graph of the sample value of the distance sensor in one Embodiment of this invention.

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態による内視鏡システムの構成を示している。図1に示す内視鏡システムは、先端アダプタ1、内視鏡挿入部20を有する内視鏡装置2、および表示器3で構成されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of an endoscope system according to an embodiment of the present invention. The endoscope system shown in FIG. 1 includes a tip adapter 1, an endoscope apparatus 2 having an endoscope insertion portion 20, and a display 3.

先端アダプタ1は、内視鏡装置2を用いた被検体の観察時や計測時における内視鏡挿入部20の方向および内視鏡挿入部20の先端から被検体までの距離を取得するためのユニットである。先端アダプタ1には各種センサが搭載されている。また、先端アダプタ1は内視鏡挿入部20に対して着脱が可能である。内視鏡装置2が有する光源や撮像素子等が発生する熱が各種センサに影響を与えたり、内視鏡挿入部20の硬質な部分を構成する金属が地磁気センサに影響を与えたりするため、先端アダプタ1が有する各種センサのキャリブレーションが行われる。   The distal adapter 1 is used to acquire the direction of the endoscope insertion portion 20 and the distance from the distal end of the endoscope insertion portion 20 to the subject when observing or measuring the subject using the endoscope apparatus 2. Is a unit. Various sensors are mounted on the tip adapter 1. The tip adapter 1 can be attached to and detached from the endoscope insertion portion 20. Because the heat generated by the light source, the image sensor, etc. of the endoscope device 2 affects various sensors, or the metal constituting the hard part of the endoscope insertion portion 20 affects the geomagnetic sensor. Calibration of various sensors included in the tip adapter 1 is performed.

内視鏡装置2は、被検体の観察や計測を行うための機器である。先端アダプタ1が装着された内視鏡挿入部20が被検体に挿入された状態で、内視鏡挿入部20内の撮像素子により画像が撮像される。表示器3は、先端アダプタ1を制御するための機器である。表示器3は、通信線4により先端アダプタ1と接続されている。   The endoscope apparatus 2 is a device for observing and measuring a subject. An image is picked up by the imaging element in the endoscope insertion section 20 in a state where the endoscope insertion section 20 to which the distal adapter 1 is attached is inserted into the subject. The display 3 is a device for controlling the tip adapter 1. The display 3 is connected to the tip adapter 1 by a communication line 4.

次に、先端アダプタ1の構成を説明する。図2は先端アダプタ1の外観を示している。図2(a)は先端アダプタ1の正面図であり、図2(b)は先端アダプタ1の側面図である。先端アダプタ1はプラスチック製の外装カバー10で覆われている。後述するように、先端アダプタ1の内部には地磁気センサが搭載されているので、先端アダプタ1に金属は使用されていない。   Next, the configuration of the tip adapter 1 will be described. FIG. 2 shows the appearance of the tip adapter 1. FIG. 2A is a front view of the tip adapter 1, and FIG. 2B is a side view of the tip adapter 1. The tip adapter 1 is covered with a plastic outer cover 10. As will be described later, since the geomagnetic sensor is mounted inside the tip adapter 1, no metal is used for the tip adapter 1.

図2(a)のように先端アダプタ1を正面から見ると、外装カバー10の周囲の一部が円形形状、他の一部が直線形状となっている。これは、後述するキャリブレーションボックスの内部に、先端アダプタ1を所定の方向に向けて固定して収納させるためである。外装カバー10の正面中央部には着脱穴11が開いており、この着脱穴11に内視鏡挿入部20が挿入されて固定される。   When the tip adapter 1 is viewed from the front as shown in FIG. 2A, a part of the periphery of the outer cover 10 is circular and the other part is linear. This is because the tip adapter 1 is fixed and stored in a predetermined direction in a calibration box described later. An attachment / detachment hole 11 is opened at the front center portion of the exterior cover 10, and the endoscope insertion portion 20 is inserted into the attachment / detachment hole 11 and fixed.

外装カバー10の正面上部には、センサライン12が引かれている。センサライン12は、先端アダプタ1の内部において、後述するセンサボードが配置されている位置を示すためのものある。外装カバー10の正面左には、外装カバー10の内部に設置された、後述する距離センサ300の発光レンズ301および受光レンズ302が外から見えるようになっている。   A sensor line 12 is drawn on the front upper portion of the exterior cover 10. The sensor line 12 is for indicating a position where a sensor board, which will be described later, is arranged in the tip adapter 1. On the front left side of the exterior cover 10, a light emitting lens 301 and a light receiving lens 302 of a distance sensor 300, which will be described later, installed inside the exterior cover 10 are visible from the outside.

図2(b)のように、先端アダプタ1を側面から見ると、外装カバー10の後方から通信線4が伸びている。通信線4は、先端アダプタ1と表示器3との間で通信および電源供給を行うためのものである。   As shown in FIG. 2B, when the tip adapter 1 is viewed from the side, the communication line 4 extends from the rear of the exterior cover 10. The communication line 4 is for performing communication and power supply between the tip adapter 1 and the display 3.

図3は、先端アダプタ1の外装カバー10を透過して先端アダプタ1の内部を見た場合の先端アダプタ1の構成を示している。図3(a)は先端アダプタ1の正面図であり、図3(b)は先端アダプタ1の側面図であり、図3(c)は先端アダプタ1の斜視図である。外装カバー10の内部には、2枚の基板(メインボード13、センサボード14)が配置されている。図3(a)のように、先端アダプタ1を正面から見ると、外装カバー10の内部において、中央部にメインボード13が垂直方向に配置され、上部にセンサボード14が水平方向に配置されている。   FIG. 3 shows the configuration of the tip adapter 1 when the inside of the tip adapter 1 is viewed through the exterior cover 10 of the tip adapter 1. 3A is a front view of the tip adapter 1, FIG. 3B is a side view of the tip adapter 1, and FIG. 3C is a perspective view of the tip adapter 1. Two substrates (a main board 13 and a sensor board 14) are arranged inside the exterior cover 10. As shown in FIG. 3A, when the front end adapter 1 is viewed from the front, the main board 13 is disposed vertically in the central portion and the sensor board 14 is disposed horizontally in the upper portion inside the exterior cover 10. Yes.

メインボード13は、先端アダプタ1の全体を制御する基板であり、主にマイコン(マイクロコンピュータ)310(MC)および距離センサ300(DS)が配置されている。メインボード13の中央部にも、着脱穴11が開いている。センサボード14は、先端アダプタ1の方向を検知するためのセンサが搭載された基板であり、ジャイロセンサ・加速度センサ・地磁気センサを含むセンサ群320が配置されている。   The main board 13 is a board that controls the entire tip adapter 1 and mainly includes a microcomputer 310 (MC) and a distance sensor 300 (DS). A detachable hole 11 is also opened in the center of the main board 13. The sensor board 14 is a board on which a sensor for detecting the direction of the tip adapter 1 is mounted, and a sensor group 320 including a gyro sensor, an acceleration sensor, and a geomagnetic sensor is arranged.

メインボード13とセンサボード14とがそれぞれ離れて配置されている理由は、センサボード14上の各種センサが、ノイズや熱の影響を受けやすいからである。図3(b)のように、先端アダプタ1を側面から見ると、メインボード13の後方から通信線4が伸びている。また、メインボード13とセンサボード14は、それぞれフラットケーブル15で接続されている。図3(c)のように、先端アダプタ1を斜めに見ると、センサボード14上にジャイロセンサ321(GS)、加速度センサ322(AS)、および地磁気センサ323(MS)が搭載されている。   The reason why the main board 13 and the sensor board 14 are spaced apart from each other is that various sensors on the sensor board 14 are easily affected by noise and heat. As shown in FIG. 3B, when the tip adapter 1 is viewed from the side, the communication line 4 extends from the rear of the main board 13. The main board 13 and the sensor board 14 are connected by a flat cable 15. As shown in FIG. 3C, when the tip adapter 1 is viewed obliquely, the gyro sensor 321 (GS), the acceleration sensor 322 (AS), and the geomagnetic sensor 323 (MS) are mounted on the sensor board 14.

図4は、先端アダプタ1を内視鏡挿入部20に装着する様子を示している。図4では、先端アダプタ1は、外装カバー10を透過した状態で示されている。先端アダプタ1の装着穴11に後方から内視鏡挿入部20が差し込まれることで、先端アダプタ1が内視鏡挿入部20に装着される。先端アダプタ1が内視鏡挿入部20に装着されたときの先端アダプタ1の先端の位置と内視鏡挿入部20の先端位置とがそれぞれ一致するように、先端アダプタ1の装着位置が決められている。   FIG. 4 shows a state in which the tip adapter 1 is attached to the endoscope insertion portion 20. In FIG. 4, the tip adapter 1 is shown in a state of being transmitted through the exterior cover 10. The endoscope adapter 1 is attached to the endoscope insertion portion 20 by inserting the endoscope insertion portion 20 into the attachment hole 11 of the tip adapter 1 from behind. The mounting position of the distal adapter 1 is determined so that the position of the distal end of the distal adapter 1 and the distal position of the endoscope inserting section 20 when the distal adapter 1 is mounted on the endoscope insertion section 20 are matched. ing.

内視鏡挿入部20は、先端側から順に、硬質部200、湾曲部201で構成されている。先端アダプタ1の長さは、先端アダプタ1が内視鏡挿入部20に装着されたときに先端アダプタ1が硬質部200のみを覆うように、硬質部200の長さよりも短くなっている。これは、先端アダプタ1が湾曲部201まで覆ってしまうことにより、内視鏡の先端を湾曲させる際の障害にならないようにするためである。   The endoscope insertion unit 20 includes a hard part 200 and a bending part 201 in order from the distal end side. The length of the tip adapter 1 is shorter than the length of the hard portion 200 so that the tip adapter 1 covers only the hard portion 200 when the tip adapter 1 is attached to the endoscope insertion portion 20. This is to prevent the distal end adapter 1 from covering the bending portion 201 so as to obstruct the bending of the endoscope distal end.

次に、先端アダプタ1に搭載される各種センサについて説明する。ジャイロセンサ321は、センサ自体がもつ基準軸に対して、センサが回転したときの角速度を検知するセンサである。加速度センサ322は、センサ自体に加わる加速度を検知するセンサであり、重力加速度も検知可能である。地磁気センサ323は、センサ自体に加わる地磁気を検知するセンサであり、磁石等から発する磁気も検知可能である。距離センサ300は、センサから被検体までの距離を測定するセンサである。ジャイロセンサ321、加速度センサ322、地磁気センサ323はそれぞれ、X軸、Y軸、Z軸の3軸のセンサである。   Next, various sensors mounted on the tip adapter 1 will be described. The gyro sensor 321 is a sensor that detects an angular velocity when the sensor rotates with respect to a reference axis of the sensor itself. The acceleration sensor 322 is a sensor that detects acceleration applied to the sensor itself, and can also detect gravitational acceleration. The geomagnetic sensor 323 is a sensor that detects geomagnetism applied to the sensor itself, and can also detect magnetism emitted from a magnet or the like. The distance sensor 300 is a sensor that measures the distance from the sensor to the subject. The gyro sensor 321, the acceleration sensor 322, and the geomagnetic sensor 323 are three-axis sensors of the X axis, the Y axis, and the Z axis, respectively.

以下、距離センサ300の構成を説明する。図3(c)のように、距離センサ300の前面には、発光レンズ301と受光レンズ302とが並んで配置されている。図5は、距離センサ300の構成と、距離センサ300が距離を測定する原理とを示している。発光レンズ301の内部には、赤外線を照射するLED303が搭載され、受光レンズ302の内部には、光位置センサ304が搭載されている。光位置センサ(Position Sensitive Detector、PSD)とは、入射したスポット光の光量の重心位置を求めることのできるセンサである。   Hereinafter, the configuration of the distance sensor 300 will be described. As shown in FIG. 3C, a light emitting lens 301 and a light receiving lens 302 are arranged side by side on the front surface of the distance sensor 300. FIG. 5 shows the configuration of the distance sensor 300 and the principle that the distance sensor 300 measures the distance. An LED 303 that emits infrared rays is mounted inside the light emitting lens 301, and an optical position sensor 304 is mounted inside the light receiving lens 302. An optical position sensor (Position Sensitive Detector, PSD) is a sensor which can obtain | require the gravity center position of the light quantity of the incident spot light.

以下、距離センサ300が、センサから被検体までの距離を測定する原理を説明する。距離センサ300の内部に配置されたLED303から発光レンズ301を介して赤外線が照射され、その赤外線が被検体400に当たって反射する。その反射光が受光レンズ302に入射し、距離センサ300の内部に配置された光位置センサ304に入射する。光位置センサ304は、光位置センサ304上に反射光が入射した位置(入射位置)を検知する。発光レンズ301−受光レンズ302間の距離と、光位置センサ304上の入射位置との関係から、三角測量の原理を用いて、被検体400までの距離を検知できる。   Hereinafter, the principle that the distance sensor 300 measures the distance from the sensor to the subject will be described. Infrared rays are irradiated from the LEDs 303 arranged inside the distance sensor 300 via the light emitting lens 301, and the infrared rays hit the subject 400 and are reflected. The reflected light enters the light receiving lens 302 and enters the optical position sensor 304 arranged inside the distance sensor 300. The optical position sensor 304 detects the position (incident position) where the reflected light is incident on the optical position sensor 304. From the relationship between the distance between the light emitting lens 301 and the light receiving lens 302 and the incident position on the optical position sensor 304, the distance to the subject 400 can be detected using the principle of triangulation.

三角測量の原理から、被検体までの距離と入射位置とは、それぞれ反比例の関係にある。また、距離センサの出力(例えばアナログ電圧)と、入射位置とは比例する。そのため、距離センサ300の出力値と被検体までの距離とは、それぞれ反比例の関係にある。   From the principle of triangulation, the distance to the subject and the incident position are inversely proportional to each other. In addition, the output (for example, analog voltage) of the distance sensor is proportional to the incident position. Therefore, the output value of the distance sensor 300 and the distance to the subject are in an inversely proportional relationship.

図6は、先端アダプタ1のメインボード13とセンサボード14との接続を示している。メインボード13とセンサボード14とがフラットケーブル15によって電気的に接続され、メインボード13と表示器3とが通信線4によって電気的に接続される。   FIG. 6 shows the connection between the main board 13 and the sensor board 14 of the tip adapter 1. The main board 13 and the sensor board 14 are electrically connected by a flat cable 15, and the main board 13 and the display 3 are electrically connected by a communication line 4.

図6(a)は、先端アダプタ1の通信接続を示している。メインボード13上のマイコン310とセンサボード14上の各センサとの間で、フラットケーブル15を介して通信が行われ、マイコン310が各センサから各センサの出力値であるセンサデータを取得する。また、マイコン310は距離センサ300からもセンサデータを取得する。このときの通信方式は、シリアル通信(SPI、I2C)やAD変換で良い。マイコン310は、取得したセンサデータを、通信線4を介して表示器3に送信する。このときの通信方式は、シリアル通信(RS232C)で良い。   FIG. 6A shows the communication connection of the tip adapter 1. Communication between the microcomputer 310 on the main board 13 and each sensor on the sensor board 14 is performed via the flat cable 15, and the microcomputer 310 acquires sensor data that is an output value of each sensor from each sensor. The microcomputer 310 also acquires sensor data from the distance sensor 300. The communication method at this time may be serial communication (SPI, I2C) or AD conversion. The microcomputer 310 transmits the acquired sensor data to the display 3 via the communication line 4. The communication method at this time may be serial communication (RS232C).

図6(b)は、先端アダプタ1における電源供給を示している。表示器3にはバッテリーが内蔵され、このバッテリーから通信線4を介してメインボード13に電源が供給される。メインボード13に供給された電源は、マイコン310および距離センサ300に供給される。さらに、電源は、フラットケーブル15を介して、センサボード14上の各センサにも供給される。   FIG. 6B shows power supply in the tip adapter 1. The display 3 has a built-in battery, and power is supplied from the battery to the main board 13 via the communication line 4. The power supplied to the main board 13 is supplied to the microcomputer 310 and the distance sensor 300. Further, the power is supplied to each sensor on the sensor board 14 via the flat cable 15.

次に、内視鏡装置2の構成を説明する。図7は内視鏡装置2の構成を示している。内視鏡装置2は、内視鏡挿入部20、内視鏡装置本体21、モニタ22、およびリモコン(リモートコントローラ)23で構成されている。内視鏡挿入部20の先端には、撮像光学系30aおよび撮像素子30bが内蔵されている。また、内視鏡装置本体21には、画像信号処理装置(CCU)31、光源32、湾曲制御ユニット33、および制御用コンピュータ34が内蔵されている。   Next, the configuration of the endoscope apparatus 2 will be described. FIG. 7 shows the configuration of the endoscope apparatus 2. The endoscope apparatus 2 includes an endoscope insertion unit 20, an endoscope apparatus main body 21, a monitor 22, and a remote controller (remote controller) 23. An imaging optical system 30a and an imaging element 30b are built in the distal end of the endoscope insertion unit 20. The endoscope apparatus body 21 includes an image signal processing unit (CCU) 31, a light source 32, a bending control unit 33, and a control computer 34.

内視鏡挿入部20において、撮像光学系30aは被写体(被検体)からの光を集光し、撮像素子30bの撮像面上に被写体像を結像する。撮像素子30bは、被写体像を光電変換して撮像信号を生成する。撮像素子30bから出力された撮像信号は画像信号処理装置31に入力される。   In the endoscope insertion unit 20, the imaging optical system 30a collects light from the subject (subject) and forms a subject image on the imaging surface of the imaging element 30b. The image sensor 30b photoelectrically converts the subject image to generate an image signal. The imaging signal output from the imaging element 30 b is input to the image signal processing device 31.

内視鏡装置本体21において、画像信号処理装置31は、撮像素子30bからの撮像信号をNTSC信号等の映像信号に変換して制御用コンピュータ34に供給し、さらに必要に応じてアナログビデオ出力として、外部に出力する。   In the endoscope apparatus body 21, the image signal processing device 31 converts the image signal from the image sensor 30 b into a video signal such as an NTSC signal and supplies it to the control computer 34, and further, as an analog video output if necessary. Output to the outside.

光源32は、光ファイバ等を通じて内視鏡挿入部20の先端に接続されており、光を外部に照射することができる。湾曲制御ユニット33は内視鏡挿入部20の先端と接続されており、先端を上下左右に湾曲させることができる。光源32および湾曲制御ユニット33の制御は、制御用コンピュータ34によって行われる。   The light source 32 is connected to the distal end of the endoscope insertion portion 20 through an optical fiber or the like, and can irradiate light to the outside. The bending control unit 33 is connected to the distal end of the endoscope insertion unit 20 and can bend the distal end up and down and left and right. The light source 32 and the bending control unit 33 are controlled by the control computer 34.

制御用コンピュータ34は、RAM34a、ROM34b、CPU34c、外部インターフェースであるRS232C I/F34d、カード I/F34eで構成されている。RAM34aは、ソフトウェア動作に必要な画像情報等のデータを一時記憶するために使用される。ROM34bには、内視鏡装置2を制御するための一連のソフトウェア(プログラム)が記憶されている。CPU34cは、ROM34bに記憶されているソフトウェアの命令コードに従って、RAM34aに記憶されたデータを用いて各種制御のための演算等を実行する。   The control computer 34 includes a RAM 34a, a ROM 34b, a CPU 34c, an external interface RS232C I / F 34d, and a card I / F 34e. The RAM 34a is used for temporarily storing data such as image information necessary for software operation. A series of software (programs) for controlling the endoscope apparatus 2 is stored in the ROM 34b. The CPU 34c executes various control operations and the like using the data stored in the RAM 34a according to the software instruction code stored in the ROM 34b.

RS232C I/F34dは、リモコン23と接続するためのインターフェースであり、このリモコン23をユーザが操作することによって、内視鏡装置2の各種動作を制御することができる。カード I/F34eは、記録媒体である各種メモリカード90を自由に着脱できるようになっている。メモリカード90を装着することにより、CPU34cの制御によって、メモリカード90に記憶されている画像情報等のデータを取り込み、あるいは画像情報等のデータをメモリカード90に記録することができる。   The RS232C I / F 34d is an interface for connecting to the remote controller 23, and various operations of the endoscope apparatus 2 can be controlled by the user operating the remote controller 23. The card I / F 34e can freely attach and detach various memory cards 90 which are recording media. By mounting the memory card 90, data such as image information stored in the memory card 90 can be taken in or recorded in the memory card 90 under the control of the CPU 34c.

次に、表示器3の構成を説明する。図8は表示器3の構成を示している。表示器3は、制御用コンピュータ40、モニタ41、および電源供給部42で構成されている。制御用コンピュータ40は、RAM40a、ROM40b、CPU40c(プロセッサ)、外部インターフェースであるRS232C I/F40dで構成されている。   Next, the configuration of the display device 3 will be described. FIG. 8 shows the configuration of the display 3. The display 3 includes a control computer 40, a monitor 41, and a power supply unit 42. The control computer 40 includes a RAM 40a, a ROM 40b, a CPU 40c (processor), and an RS232C I / F 40d that is an external interface.

RAM40aは、ソフトウェア動作に必要なセンサデータ等を一時記憶するために使用される。ROM40bには、表示器3を制御するための一連のソフトウェア(プログラム)が記憶されており、後述するセンシングソフトもROM40bに記憶されている。CPU40cは、ROM40bに記憶されているソフトウェアの命令コードに従って、RAM40aに記憶されたデータを用いて各種制御のための演算等を実行する。   The RAM 40a is used to temporarily store sensor data and the like necessary for software operation. A series of software (programs) for controlling the display 3 is stored in the ROM 40b, and sensing software described later is also stored in the ROM 40b. The CPU 40c executes calculations for various controls using the data stored in the RAM 40a in accordance with the software instruction code stored in the ROM 40b.

RS232C I/F40dは、先端アダプタ1と表示器3を通信線4で接続し、先端アダプタ1と表示器3間でシリアル通信を行うためのインターフェースである。CPU40cからの指示により、RS232C I/F40dを介して、表示器3は先端アダプタ1からセンサデータを受信することができる。   The RS232C I / F 40d is an interface for connecting the tip adapter 1 and the display device 3 via the communication line 4 and performing serial communication between the tip adapter 1 and the display device 3. The display device 3 can receive sensor data from the tip adapter 1 via the RS232C I / F 40d by an instruction from the CPU 40c.

モニタ41は、CPU40cによって生成された、センシングソフトのGUI(グラフィカルユーザインターフェース)等のグラフィック画像信号(表示信号)に基づいて画像を表示する。また、モニタ41は、タッチパネルとして構成されており、ユーザがモニタ41の画面を押下することによる操作情報をCPU40cへ出力する。電源供給部42(バッテリー)は、制御用コンピュータ40およびモニタ41に電源を供給するとともに、通信線4を介して先端アダプタ1にも電源を供給する。   The monitor 41 displays an image based on a graphic image signal (display signal) such as a GUI (graphical user interface) of sensing software generated by the CPU 40c. The monitor 41 is configured as a touch panel, and outputs operation information when the user presses the screen of the monitor 41 to the CPU 40c. The power supply unit 42 (battery) supplies power to the control computer 40 and the monitor 41, and also supplies power to the tip adapter 1 via the communication line 4.

次に、先端アダプタ1内の各センサのキャリブレーションを行う際に先端アダプタ1が収納されるハウジングであるキャリブレーションボックスの構成を説明する。図9はキャリブレーションボックス5の外観を示している。キャリブレーションボックス5の形状は直方体である。後述するように、キャリブレーションボックス5は、直方体の外形を構成する面のうちどの面を下にしてキャリブレーションボックス5を設置するかに応じて、異なる姿勢をとる。後述するキャリブレーション作業において、キャリブレーションボックス5を滑らかに回転させるため、キャリブレーションボックス5の角が曲面を有するように構成されていることが望ましい。先端アダプタ1、表示器3、およびキャリブレーションボックス5は、先端アダプタ1内の各センサのキャリブレーションを行うキャリブレーション装置を構成する。   Next, a configuration of a calibration box that is a housing in which the tip adapter 1 is housed when the sensors in the tip adapter 1 are calibrated will be described. FIG. 9 shows the appearance of the calibration box 5. The shape of the calibration box 5 is a rectangular parallelepiped. As will be described later, the calibration box 5 takes different postures depending on which face of the faces constituting the outer shape of the rectangular parallelepiped is placed downward. In a calibration operation to be described later, in order to smoothly rotate the calibration box 5, it is desirable that the corner of the calibration box 5 has a curved surface. The tip adapter 1, the display 3, and the calibration box 5 constitute a calibration device that calibrates each sensor in the tip adapter 1.

キャリブレーションボックス5の側面の上部には、センサライン50が引かれている。センサライン50は、キャリブレーションボックス5の内部に先端アダプタ1を設置したときに、センサボード14が配置されている位置を示すためのものある。キャリブレーションボックス5は開閉式である。   A sensor line 50 is drawn on the upper part of the side surface of the calibration box 5. The sensor line 50 is for indicating a position where the sensor board 14 is disposed when the tip adapter 1 is installed inside the calibration box 5. The calibration box 5 is an openable type.

図10は、キャリブレーションボックス5が開かれたときのキャリブレーションボックス5の斜視図である。キャリブレーションボックス5は、蝶つがい51を軸に開閉できるようになっている。キャリブレーションボックス5の内部の後方(奥側)は、先端アダプタ1の外装カバー10と同じ形をしており、図10のように、内視鏡挿入部20に先端アダプタ1が装着された状態で先端アダプタ1を設置および固定できるようになっている。このとき、先端アダプタ1は、先端アダプタ1のセンサライン12が、キャリブレーションボックス5のセンサライン50と同じ方向(平行)になるように設置される。   FIG. 10 is a perspective view of the calibration box 5 when the calibration box 5 is opened. The calibration box 5 can be opened and closed with a hinge 51 as an axis. The rear (back side) inside the calibration box 5 has the same shape as the exterior cover 10 of the tip adapter 1, and the tip adapter 1 is attached to the endoscope insertion portion 20 as shown in FIG. The tip adapter 1 can be installed and fixed. At this time, the tip adapter 1 is installed so that the sensor line 12 of the tip adapter 1 is in the same direction (parallel) as the sensor line 50 of the calibration box 5.

キャリブレーションボックス5の内部の前方(手前側)には、直方形状の空間52があり、その後方には回転板53が設置されている。回転板53は、キャリブレーションボックス5の姿勢すなわちキャリブレーションボックス5の設置方向に応じて、軸を中心に回転するように構成されている。   There is a rectangular space 52 in the front (front side) of the calibration box 5, and a rotating plate 53 is installed behind the space 52. The rotating plate 53 is configured to rotate about an axis according to the orientation of the calibration box 5, that is, the installation direction of the calibration box 5.

図11は、先端アダプタ1が設置された状態のキャリブレーションボックス5の断面を示している。図11(a)は、キャリブレーションボックス5の最も広い面が水平、かつ回転板53の軸が上側になるように設置した場合のキャリブレーションボックス5の内部を示している。このとき、回転板53は、重力方向である下方向に回転し、先端アダプタ1から前方に距離D1だけ離れた位置に静止する。後述するキャリブレーション処理の際に、先端アダプタ1内の距離センサ300は、先端アダプタ1から回転板53までの距離D1を測定する。図11(b)は、キャリブレーションボックス5を、設置された先端アダプタ1の先端側に位置するキャリブレーションボックス5の最も狭い面が水平になるように設置した場合のキャリブレーションボックス5の内部の構成を示している。このときも、回転板53は、重力方向である下方向に回転し、回転板53の主面とキャリブレーションボックス5の内壁とが略平行な状態で静止する。後述するキャリブレーション処理の際に、先端アダプタ1内の距離センサ300は、先端アダプタ1からキャリブレーションボックス5の内壁までの距離D2(D1<D2)を測定する。   FIG. 11 shows a cross section of the calibration box 5 with the tip adapter 1 installed. FIG. 11A shows the inside of the calibration box 5 when the calibration box 5 is installed so that the widest surface is horizontal and the axis of the rotating plate 53 is on the upper side. At this time, the rotating plate 53 rotates downward, which is the direction of gravity, and stops at a position away from the tip adapter 1 by a distance D1. In a calibration process described later, the distance sensor 300 in the tip adapter 1 measures a distance D1 from the tip adapter 1 to the rotating plate 53. FIG. 11B shows the inside of the calibration box 5 when the calibration box 5 is installed so that the narrowest surface of the calibration box 5 located on the tip side of the installed tip adapter 1 is horizontal. The configuration is shown. Also at this time, the rotating plate 53 rotates downward, which is the direction of gravity, and stops in a state where the main surface of the rotating plate 53 and the inner wall of the calibration box 5 are substantially parallel. During a calibration process described later, the distance sensor 300 in the tip adapter 1 measures a distance D2 (D1 <D2) from the tip adapter 1 to the inner wall of the calibration box 5.

このとき、回転板53は、重力方向に応じて、クリック機構により、図11(a)および(b)の回転位置に一時的に固定されるが、それ以外の位置には固定されることはない。このように、キャリブレーションボックス5の設置方向に応じて、先端アダプタ1の先端から、前方に位置する物体までの距離が距離D1,D2と変化する。これを利用することで、後述するキャリブレーション時に、キャリブレーションボックス5を回転させ、キャリブレーションボックス5の設置方向(姿勢)を変化させることによって、距離センサ300のセンサデータを2種類、取得することができる。   At this time, the rotating plate 53 is temporarily fixed to the rotational positions of FIGS. 11A and 11B by the click mechanism according to the direction of gravity, but is not fixed to other positions. Absent. Thus, according to the installation direction of the calibration box 5, the distance from the tip of the tip adapter 1 to the object located in front changes to the distances D1 and D2. By using this, two types of sensor data of the distance sensor 300 are acquired by rotating the calibration box 5 and changing the installation direction (posture) of the calibration box 5 at the time of calibration described later. Can do.

ここで、図9を用いて、キャリブレーションボックス5の方向軸および回転軸を定義する。図9では、キャリブレーションボックス5の内部に、内視鏡挿入部20が装着された先端アダプタ1が設置され、キャリブレーションボックス5のセンサライン50が上側を向き、かつ内視鏡挿入部20が手前側を向き、さらにキャリブレーションボックス5が水平となるように設置された状態が示されている。このとき、キャリブレーションボックス5の右方向をX軸方向、キャリブレーションボックス5の前方向をY軸方向、キャリブレーションボックス5の上方向をZ軸方向とする。さらに、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向のそれぞれに対して、右ねじの回転方向を、それぞれX軸回転方向、Y軸回転方向、Z軸回転方向とする。   Here, the direction axis and the rotation axis of the calibration box 5 are defined with reference to FIG. In FIG. 9, the tip adapter 1 to which the endoscope insertion portion 20 is attached is installed inside the calibration box 5, the sensor line 50 of the calibration box 5 faces upward, and the endoscope insertion portion 20 is A state is shown in which the calibration box 5 is placed facing the front side and the calibration box 5 being horizontal. At this time, the right direction of the calibration box 5 is the X-axis direction, the forward direction of the calibration box 5 is the Y-axis direction, and the upward direction of the calibration box 5 is the Z-axis direction. Further, the rotation direction of the right-hand screw is set as the X-axis rotation direction, the Y-axis rotation direction, and the Z-axis rotation direction with respect to each of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.

次に、表示器3で動作するセンシングソフトの画面を説明する。図12は、センシングソフトのメインウィンドウである。図12に示すメインウィンドウ1200は、ユーザがセンシングソフトを起動した際にモニタ41に表示される。CPU40cは、センシングソフトに従って、メインウィンドウ1200内の各種GUIの操作に基づく処理を行う。メインウィンドウ1200の表示は、CPU40cによる制御に従って行われる。CPU40cは、メインウィンドウ1200を表示するためのグラフィック画像信号(表示信号)を生成し、モニタ41へ出力する。ユーザは、GUI機能を利用して、メインウィンドウ1200を操作し、各種の指示を入力する。   Next, a screen of sensing software that operates on the display 3 will be described. FIG. 12 is a main window of the sensing software. A main window 1200 shown in FIG. 12 is displayed on the monitor 41 when the user activates the sensing software. The CPU 40c performs processing based on operations of various GUIs in the main window 1200 according to the sensing software. The display of the main window 1200 is performed according to control by the CPU 40c. The CPU 40 c generates a graphic image signal (display signal) for displaying the main window 1200 and outputs it to the monitor 41. The user operates the main window 1200 using the GUI function and inputs various instructions.

また、メインウィンドウ1200上のGUIの表示状態を更新する場合、CPU40cは、更新後のメインウィンドウ1200に対応したグラフィック画像信号を生成し、上記と同様の処理を行う。メインウィンドウ1200以外のウィンドウの表示に係る処理も上記と同様である。以下、メインウィンドウ1200等を表示(更新も含む)するためにCPU40cがグラフィック画像信号を生成する処理のことを、メインウィンドウ1200等を表示するための処理と記載する。   When updating the GUI display state on the main window 1200, the CPU 40c generates a graphic image signal corresponding to the updated main window 1200, and performs the same processing as described above. Processing related to display of windows other than the main window 1200 is the same as described above. Hereinafter, the process in which the CPU 40c generates a graphic image signal to display the main window 1200 or the like (including updating) will be referred to as a process to display the main window 1200 or the like.

以下、メインウィンドウ1200上に配置された各種GUIについて説明する。メインウィンドウ1200の左上部には、[測定結果]ボックス1210が配置されている。[測定結果]ボックス1210には、測定結果データが表示される。測定結果データとは、先端アダプタ1内のセンサボード14の湾曲方向(ヨー、ロール、ピッチ)のデータ、および先端アダプタ1から被検体までの距離のデータのことである。   Hereinafter, various GUIs arranged on the main window 1200 will be described. In the upper left part of the main window 1200, a [Measurement Result] box 1210 is arranged. [Measurement result] box 1210 displays measurement result data. The measurement result data is data on the bending direction (yaw, roll, pitch) of the sensor board 14 in the tip adapter 1 and data on the distance from the tip adapter 1 to the subject.

メインウィンドウ1200の中央部には、[距離データ]インジケータ1220が配置されている。[距離データ]インジケータ1220は、バーによりサイズを表示するGUIであり、先端アダプタ1から被検体までの距離の大きさによって、バーの長さが変化する。   At the center of the main window 1200, a [Distance Data] indicator 1220 is arranged. [Distance data] indicator 1220 is a GUI for displaying the size by a bar, and the length of the bar changes depending on the distance from the tip adapter 1 to the subject.

メインウィンドウ1200の下部左側には、[ヨー方向]インジケータ1230が配置されている。[ヨー方向]インジケータ1230は、コンパスにより方向を表示するGUIであり、内視鏡挿入部20のヨー方向(上下を軸とした回転方向、方位角方向)によって、コンパスの方向が変化する。   On the lower left side of the main window 1200, a [yaw direction] indicator 1230 is arranged. [Yaw direction] indicator 1230 is a GUI for displaying a direction by a compass, and the direction of the compass changes depending on the yaw direction of the endoscope insertion unit 20 (rotation direction about the top and bottom, azimuth direction).

メインウィンドウ1200の下部中央には、[ロール方向]インジケータ1240が配置されている。[ロール方向]インジケータ1240は、コンパスにより方向を表示するGUIであり、内視鏡挿入部20のロール方向(前後を軸とした回転方向)によって、コンパスの方向が変化する。   In the lower center of the main window 1200, a [roll direction] indicator 1240 is arranged. [Roll direction] indicator 1240 is a GUI that displays a direction using a compass, and the direction of the compass changes depending on the roll direction of the endoscope insertion unit 20 (the rotation direction about the front and rear axes).

メインウィンドウ1200の下部右側には、[ピッチ方向]インジケータ1250が配置されている。[ピッチ方向]インジケータ1250は、コンパスにより方向を表示するGUIであり、内視鏡挿入部20のピッチ方向(左右を軸とした回転方向)によって、コンパスの方向が変化する。   A [Pitch direction] indicator 1250 is arranged on the lower right side of the main window 1200. [Pitch direction] indicator 1250 is a GUI for displaying a direction by a compass, and the direction of the compass changes depending on the pitch direction of the endoscope insertion unit 20 (the rotation direction about the left and right axes).

メインウィンドウ1200の右上部には、[測定開始]ボタン1260、[測定停止]ボタン1270、[キャリブレーション]ボタン1280がそれぞれ配置されている。[測定開始]ボタン1260は、各センサの測定結果である測定結果データの取得を開始するためのボタンである。[測定開始]ボタン1260が押下されると、先端アダプタ1内のセンサボード14から測定結果データが連続的に取得され、[測定結果]ボックス1210および各種インジケータに、その結果が反映される。   In the upper right part of the main window 1200, a [Measurement start] button 1260, a [Measurement stop] button 1270, and a [Calibration] button 1280 are arranged. [Measurement start] button 1260 is a button for starting acquisition of measurement result data which is a measurement result of each sensor. When the [Measurement Start] button 1260 is pressed, measurement result data is continuously acquired from the sensor board 14 in the tip adapter 1, and the result is reflected in the [Measurement Result] box 1210 and various indicators.

[測定停止]ボタン1270は、測定結果データの取得を停止するためのボタンである。[測定停止]ボタン1270が押下されると、測定状態、すなわち先端ボードから測定結果データが連続的に取得される状態が停止する。[キャリブレーション]ボタン1280は、先端アダプタ1に内蔵された各種センサのキャリブレーションを行うためのボタンである。[キャリブレーション]ボタン1280が押下されると、キャリブレーションウィンドウが表示され、ユーザはキャリブレーションウィンドウを介して、キャリブレーションを行うことができる。   [Measurement stop] button 1270 is a button for stopping acquisition of measurement result data. When the [Measurement Stop] button 1270 is pressed, the measurement state, that is, the state where measurement result data is continuously acquired from the tip board stops. [Calibration] button 1280 is a button for calibrating various sensors built in tip adapter 1. When the [Calibration] button 1280 is pressed, a calibration window is displayed, and the user can perform calibration via the calibration window.

次に、図13を用いて、センシングソフトの動作の流れを説明する。ステップS100では、ユーザが、センシングソフトを起動する指示を入力する。ステップS105では、CPU40cが、ユーザにより入力された指示を検出し、メインウィンドウ1200を表示する処理を行う。ステップS110では、ユーザが[キャリブレーション]ボタン1280を押下する。ステップS115では、CPU40cが、ユーザにより[キャリブレーション]ボタン1280が押下されたことを検出し、ユーザが行うキャリブレーション作業に従って処理を行う。キャリブレーション作業の詳細については、後述する。   Next, the operation flow of the sensing software will be described with reference to FIG. In step S100, the user inputs an instruction to start the sensing software. In step S105, the CPU 40c detects an instruction input by the user and performs a process of displaying the main window 1200. In step S110, the user presses the [Calibration] button 1280. In step S115, the CPU 40c detects that the [calibration] button 1280 has been pressed by the user, and performs processing according to the calibration work performed by the user. Details of the calibration operation will be described later.

ステップS120では、ユーザが[測定開始]ボタン1260を押下する。ステップS125では、CPU40cが、ユーザにより[測定開始]ボタン1260が押下されたことを検出し、先端アダプタ1に対して、センサデータの送信を要求する。ステップS130では、CPU40cが、先端アダプタ1から送信されたセンサデータを受信する。   In step S120, the user presses the [Measurement Start] button 1260. In step S125, the CPU 40c detects that the [Measurement start] button 1260 has been pressed by the user, and requests the tip adapter 1 to transmit sensor data. In step S130, the CPU 40c receives the sensor data transmitted from the tip adapter 1.

ステップS135では、CPU40cが、受信したセンサデータに基づいて、先端アダプタ1の湾曲方向および先端アダプタ1から被検体までの距離を算出し、算出結果である湾曲方向データおよび距離データを生成する。ステップS140では、CPU40cが、算出した湾曲方向および距離を[測定結果]ボックス1210に表示するための処理を行う。また、CPU40cは、[距離データ]インジケータ1220のバーを、距離データの大きさに応じて変化させる。ステップS125〜S140は、ユーザが[測定停止]ボタン1270を押下するまで、繰り返される。   In step S135, the CPU 40c calculates the bending direction of the tip adapter 1 and the distance from the tip adapter 1 to the subject based on the received sensor data, and generates bending direction data and distance data as calculation results. In step S140, the CPU 40c performs a process for displaying the calculated bending direction and distance in the [Measurement Result] box 1210. Further, the CPU 40c changes the bar of the [distance data] indicator 1220 according to the size of the distance data. Steps S125 to S140 are repeated until the user presses the [Measurement Stop] button 1270.

ステップS145では、ユーザが、センシングソフトを終了する指示を入力する。ステップS150では、CPU40cが、ユーザにより入力された指示を検出し、メインウィンドウ1200を非表示とし、全てのソフトウェア動作を終了する。   In step S145, the user inputs an instruction to end the sensing software. In step S150, the CPU 40c detects an instruction input by the user, hides the main window 1200, and ends all software operations.

上記の処理の流れでは、キャリブレーション、測定、ソフトウェア終了の順で処理が進んでいるが、必ずしも処理の順番はこの通りではなく、キャリブレーションを行う前に測定を行うこともできるし、測定を行う前にソフトウェアを終了することもできる。   In the above processing flow, the processing proceeds in the order of calibration, measurement, and software termination.However, the processing order is not necessarily the same, and the measurement can be performed before calibration. You can also exit the software before doing it.

図14は、ステップS110でユーザが[キャリブレーション]ボタン1280を押下した際にモニタ41に表示されるキャリブレーションウィンドウである。図14に示すキャリブレーションウィンドウ1400の表示は、CPU40cによる制御に従って行われる。CPU40cは、キャリブレーションウィンドウ1400を表示するためのグラフィック画像信号(表示信号)を生成し、モニタ41へ出力する。ユーザは、GUI機能を利用して、キャリブレーションウィンドウ1400を操作し、各種の指示を入力する。   FIG. 14 shows a calibration window displayed on the monitor 41 when the user presses the [Calibration] button 1280 in step S110. Display of the calibration window 1400 shown in FIG. 14 is performed according to control by the CPU 40c. The CPU 40 c generates a graphic image signal (display signal) for displaying the calibration window 1400 and outputs it to the monitor 41. The user operates the calibration window 1400 using the GUI function and inputs various instructions.

以下、キャリブレーションウィンドウ1400上に配置された各種GUIについて説明する。キャリブレーションウィンドウ1400の左上部には、指示メッセージ1410が表示されている。指示メッセージ1410は、先端アダプタ1のキャリブレーションをユーザが行う際に必要になる作業を指示するメッセージである。   Hereinafter, various GUIs arranged on the calibration window 1400 will be described. An instruction message 1410 is displayed in the upper left part of the calibration window 1400. The instruction message 1410 is a message for instructing an operation required when the user performs calibration of the tip adapter 1.

キャリブレーションウィンドウ1400の下部には、キャリブレーションボックス5の設置方向イラスト1420が表示されている。設置方向イラスト1420は、先端アダプタ1のキャリブレーションをユーザが行う際に必要になる作業を示したイラストである。これは、指示メッセージ1410の内容を、そのままイラスト化したものである。   An installation direction illustration 1420 of the calibration box 5 is displayed at the bottom of the calibration window 1400. The installation direction illustration 1420 is an illustration showing the work required when the user calibrates the tip adapter 1. This is an illustration of the content of the instruction message 1410 as it is.

キャリブレーションウィンドウ1400の右上部には、[開始]ボタン1430および[停止]ボタン1440が配置されている。[開始]ボタン1430および[停止]ボタン1440は、それぞれキャリブレーションを開始、停止するためのボタンである。   In the upper right part of the calibration window 1400, a [Start] button 1430 and a [Stop] button 1440 are arranged. [Start] button 1430 and [Stop] button 1440 are buttons for starting and stopping calibration, respectively.

キャリブレーションウィンドウ1400の中央部には、処理中メッセージ1450が表示されている。処理中メッセージ1450は、キャリブレーション計算中であることをユーザに通知するメッセージである。   A processing message 1450 is displayed at the center of the calibration window 1400. The processing message 1450 is a message for notifying the user that the calibration is being calculated.

次に、図15を用いて、キャリブレーション作業の流れを説明する。ステップS110でユーザが[キャリブレーション]ボタン1280を押下すると、ステップS200では、CPU40cは、キャリブレーションウィンドウ1400を表示するための処理を行う。このとき表示されるキャリブレーションウィンドウ1400はモーダルウィンドウであり、ユーザはキャリブレーションウィンドウ1400のみを操作可能な状態にある。さらに、キャリブレーションウィンドウ1400は、メインウィンドウ1200よりも常に上位(手前側)に重畳表示された状態にある。   Next, the flow of calibration work will be described with reference to FIG. When the user presses the [Calibration] button 1280 in step S110, the CPU 40c performs a process for displaying the calibration window 1400 in step S200. The calibration window 1400 displayed at this time is a modal window, and the user can operate only the calibration window 1400. Further, the calibration window 1400 is always superimposed and displayed on the upper side (near side) of the main window 1200.

ステップS205では、ユーザが[開始]ボタン1430を押下する。ステップS210では、CPU40cが、ユーザにより[開始]ボタン1430が押下されたことを検出し、各種センサデータの記録を開始する。これ以降、CPU40cは、ユーザにより[停止]ボタン1440が押下されたことを検出するまで、所定のサンプリング周期で先端アダプタ1からセンサデータを受信し、受信したセンサデータをRAM40aに追加記録し続ける。   In step S205, the user presses the [Start] button 1430. In step S210, the CPU 40c detects that the [Start] button 1430 has been pressed by the user, and starts recording various sensor data. Thereafter, the CPU 40c receives sensor data from the tip adapter 1 at a predetermined sampling period and continues to record the received sensor data in the RAM 40a until it is detected that the user presses the [Stop] button 1440.

ステップS215では、CPU40cが、図14のように、キャリブレーションに必要な作業をユーザに指示する指示メッセージ1410を表示するための処理を行う。ステップS220では、ユーザがキャリブレーションボックス5を設置方向1に設置する。設置方向1とは、図14の設置方向イラスト1420が示すように、センサライン50が上側を向き、かつ内視鏡挿入部20が手前側を向き、さらにキャリブレーションボックス5の最も広い面が水平となるような設置方向(姿勢)のことである。   In step S215, the CPU 40c performs processing for displaying an instruction message 1410 for instructing the user to perform work necessary for calibration as shown in FIG. In step S220, the user installs the calibration box 5 in the installation direction 1. As shown in the installation direction illustration 1420 in FIG. 14, the installation direction 1 is such that the sensor line 50 faces upward, the endoscope insertion portion 20 faces frontward, and the widest surface of the calibration box 5 is horizontal. It is the installation direction (posture) that becomes.

ステップS225では、ユーザがキャリブレーションボックス5を前方向に回転させ、設置方向2に設置する。設置方向2とは、図14の設置方向イラスト1420が示すように、設置方向1から、キャリブレーションボックス5を前方向に90度(deg)回転させた設置方向(姿勢)のことである。   In step S225, the user rotates the calibration box 5 in the forward direction and installs it in the installation direction 2. The installation direction 2 is an installation direction (posture) obtained by rotating the calibration box 5 forward 90 degrees (deg) from the installation direction 1 as indicated by the installation direction illustration 1420 of FIG.

ステップS230では、ユーザがキャリブレーションボックス5を右方向に回転させ、設置方向3に設置する。設置方向3とは、図14の設置方向イラスト1420が示すように、設置方向2から、キャリブレーションボックス5を右方向に90度(deg)回転させた設置方向(姿勢)のことである。   In step S230, the user rotates the calibration box 5 in the right direction and installs it in the installation direction 3. The installation direction 3 is an installation direction (posture) obtained by rotating the calibration box 5 90 degrees (deg) to the right from the installation direction 2 as indicated by the installation direction illustration 1420 of FIG.

ステップS235では、ユーザがキャリブレーションボックス5を手前方向に回転させ、設置方向4に設置する。設置方向4とは、図14の設置方向イラスト1420が示すように、設置方向3から、キャリブレーションボックス5を手前方向に90度(deg)回転させた設置方向のことである。   In step S235, the user rotates the calibration box 5 in the forward direction and installs it in the installation direction 4. The installation direction 4 is an installation direction obtained by rotating the calibration box 5 forward 90 degrees (deg) from the installation direction 3 as indicated by the installation direction illustration 1420 of FIG.

ステップS220〜S235において、ユーザは、キャリブレーションボックス5の回転・設置作業を、所定の時間をかけながら行うものとする。例えば、1secをかけてキャリブレーションボックス5の回転作業を行い、所定の設置方向にキャリブレーションボックス5を設置した後には1sec待ってから、再度回転作業を行う、などである。この理由は、CPU40cが、キャリブレーションボックス5の回転中および設置中のセンサデータを確実に用いて、後述するキャリブレーション処理を行う必要があるからである。   In steps S220 to S235, the user performs the rotation / installation work of the calibration box 5 while taking a predetermined time. For example, the calibration box 5 is rotated for 1 second, and after the calibration box 5 is installed in a predetermined installation direction, the rotation is performed again after waiting for 1 second. The reason for this is that the CPU 40c needs to perform calibration processing, which will be described later, reliably using sensor data during rotation and installation of the calibration box 5.

ステップS240では、ユーザが[停止]ボタン1440を押下する。ステップS245では、CPU40cが、ユーザにより[停止]ボタン1440が押下されたことを検出し、各種センサデータの記録を停止する。ステップS250では、CPU40cが、図14のように、キャリブレーション計算中であることをユーザに通知する処理中メッセージ1450を表示するための処理を行う。   In step S240, the user presses the [Stop] button 1440. In step S245, the CPU 40c detects that the [stop] button 1440 has been pressed by the user, and stops recording various sensor data. In step S250, the CPU 40c performs processing for displaying a processing message 1450 for notifying the user that the calibration is being calculated as shown in FIG.

ステップS255では、CPU40cが、RAM40aに記録された各種センサデータに基づいてキャリブレーション処理を行う。キャリブレーション処理の詳細については、後述する。ステップS260では、CPU40cが、キャリブレーションが終了したことをユーザに通知するメッセージを表示するための処理を行い、キャリブレーション作業を終了する。   In step S255, the CPU 40c performs a calibration process based on various sensor data recorded in the RAM 40a. Details of the calibration process will be described later. In step S260, the CPU 40c performs a process for displaying a message for notifying the user that the calibration is completed, and ends the calibration work.

次に、図16を用いて、ステップS255における、キャリブレーション処理の流れを説明する。ステップS300では、CPU40cが、ジャイロセンサ321のセンサデータに基づいてジャイロセンサ321のキャリブレーション処理を行う。ジャイロセンサ321のキャリブレーション処理の詳細については、後述する。ステップS305では、CPU40cが、加速度センサ322のセンサデータに基づいて加速度センサ322のキャリブレーション処理を行う。加速度センサ322のキャリブレーション処理の詳細については、後述する。   Next, the flow of calibration processing in step S255 will be described using FIG. In step S300, the CPU 40c performs a calibration process for the gyro sensor 321 based on the sensor data of the gyro sensor 321. Details of the calibration process of the gyro sensor 321 will be described later. In step S305, the CPU 40c performs calibration processing of the acceleration sensor 322 based on the sensor data of the acceleration sensor 322. Details of the calibration process of the acceleration sensor 322 will be described later.

ステップS310では、CPU40cが、地磁気センサ323のセンサデータに基づいて地磁気センサ323のキャリブレーション処理を行う。地磁気センサ323のキャリブレーション処理の詳細については、後述する。ステップS315では、CPU40cが、距離センサ300のセンサデータに基づいて距離センサ300のキャリブレーション処理を行い、キャリブレーション処理を終了する。距離センサ300のキャリブレーション処理の詳細については、後述する。   In step S310, the CPU 40c performs a calibration process for the geomagnetic sensor 323 based on the sensor data of the geomagnetic sensor 323. Details of the calibration process of the geomagnetic sensor 323 will be described later. In step S315, the CPU 40c performs the calibration process of the distance sensor 300 based on the sensor data of the distance sensor 300, and ends the calibration process. Details of the calibration process of the distance sensor 300 will be described later.

次に、図17を用いて、ステップS300における、ジャイロセンサ321のキャリブレーション処理の流れを説明する。ステップS400では、CPU40cが、RAM30aに記録されたジャイロセンサ321のセンサデータを読み出す。ステップS405では、CPU40cが、読み出したセンサデータに基づいて、キャリブレーションボックス5の回転・静止タイミングを算出する。キャリブレーションボックス5の回転・静止タイミングとは、ステップS220〜S235において、ユーザがキャリブレーションボックス5を回転および設置(静止)させた期間のことである。   Next, the flow of the calibration process of the gyro sensor 321 in step S300 will be described with reference to FIG. In step S400, the CPU 40c reads the sensor data of the gyro sensor 321 recorded in the RAM 30a. In step S405, the CPU 40c calculates the rotation / rest timing of the calibration box 5 based on the read sensor data. The rotation / rest timing of the calibration box 5 is a period during which the user rotates and installs (stills) the calibration box 5 in steps S220 to S235.

以下、図18〜図20を用いて、CPU40cが、ジャイロセンサ321のセンサデータに基づいて、キャリブレーションボックス5の回転・静止タイミングをどのように算出しているのかを説明する。図18(a)は、RAM40aに記録されたジャイロセンサ321のセンサデータのグラフである。横軸が時間(センサデータの取得時間)、縦軸が出力値である。ジャイロセンサ321は角速度を検出するセンサであるので、ジャイロセンサ321が静止していれば、センサデータはほとんど変化せず一定であり、ジャイロセンサ321が回転していれば、センサデータが大きく変化するはずである。   Hereinafter, how the CPU 40c calculates the rotation / stop timing of the calibration box 5 based on the sensor data of the gyro sensor 321 will be described with reference to FIGS. FIG. 18A is a graph of sensor data of the gyro sensor 321 recorded in the RAM 40a. The horizontal axis represents time (sensor data acquisition time), and the vertical axis represents the output value. Since the gyro sensor 321 is a sensor that detects angular velocity, if the gyro sensor 321 is stationary, the sensor data hardly changes and is constant, and if the gyro sensor 321 rotates, the sensor data changes greatly. It should be.

以下、図18(b)を用いながら、ジャイロセンサ321のセンサデータを時系列順(横軸方向)に説明していく。まず、最初の期間に注目する。この期間は、3軸の全てについて、センサデータが変化している。これは、ユーザが、キャリブレーションを開始してからキャリブレーションボックス5を設置方向1に設置するまでの準備期間である。   Hereinafter, the sensor data of the gyro sensor 321 will be described in chronological order (horizontal axis direction) with reference to FIG. First, focus on the first period. During this period, the sensor data changes for all three axes. This is a preparation period from when the user starts calibration until the calibration box 5 is installed in the installation direction 1.

次の期間では、3軸の全てについて、センサデータが変化せずほぼ一定である。この期間は、ユーザがキャリブレーションボックス5を設置方向1に設置している期間(キャリブレーションボックス5が所定の姿勢で静止している静止期間)である。しかし、キャリブレーションボックス5が静止しているにも関わらず、センサデータは必ずしも0ではなく、所定の大きさの出力を示している。これはジャイロセンサ321の静止時のドリフト(変動)によるものである。   In the next period, the sensor data does not change for all three axes and is almost constant. This period is a period during which the user installs the calibration box 5 in the installation direction 1 (a stationary period in which the calibration box 5 is stationary in a predetermined posture). However, even though the calibration box 5 is stationary, the sensor data is not necessarily 0, and indicates an output of a predetermined size. This is due to drift (fluctuation) when the gyro sensor 321 is stationary.

次の期間では、X軸のみのセンサデータが大きく変化している。この期間は、ユーザがキャリブレーションボックス5を、設置方向1から設置方向2へ回転させている期間(キャリブレーションボックス5の姿勢が次の姿勢へ移行している移行期間)である。キャリブレーションボックス5は前方向に回転しているので、X軸のみのセンサデータが変化することになる。   In the next period, sensor data for only the X-axis changes significantly. This period is a period during which the user rotates the calibration box 5 from the installation direction 1 to the installation direction 2 (a transition period during which the posture of the calibration box 5 is shifted to the next posture). Since the calibration box 5 rotates in the forward direction, the sensor data of only the X axis changes.

次の期間では、3軸の全てについて、センサデータが変化せずほぼ一定である。この期間は、ユーザがキャリブレーションボックス5を設置方向2に設置している期間(静止期間)である。   In the next period, the sensor data does not change for all three axes and is almost constant. This period is a period during which the user installs the calibration box 5 in the installation direction 2 (stationary period).

次の期間では、Z軸のみについて、センサデータが大きく変化している。この期間は、ユーザがキャリブレーションボックス5を設置方向2から設置方向3へ回転させている期間(移行期間)である。キャリブレーションボックス5は右方向に回転しているので、Z軸のみのセンサデータが変化することになる。   In the next period, the sensor data changes greatly only for the Z axis. This period is a period during which the user rotates the calibration box 5 from the installation direction 2 to the installation direction 3 (transition period). Since the calibration box 5 rotates in the right direction, the sensor data of only the Z axis changes.

次の期間では、3軸の全てについて、センサデータが変化せずほぼ一定である。この期間は、ユーザがキャリブレーションボックス5を設置方向3に設置している期間(静止期間)である。   In the next period, the sensor data does not change for all three axes and is almost constant. This period is a period during which the user installs the calibration box 5 in the installation direction 3 (stationary period).

次の期間では、Y軸のみについて、センサデータが大きく変化している。この期間は、ユーザがキャリブレーションボックス5を設置方向3から設置方向4へ回転させている期間(移行期間)である。キャリブレーションボックス5は手前方向に回転しているので、Y軸のみのセンサデータが変化することになる。   In the next period, the sensor data changes greatly only for the Y axis. This period is a period during which the user rotates the calibration box 5 from the installation direction 3 to the installation direction 4 (transition period). Since the calibration box 5 rotates in the front direction, the sensor data of only the Y axis changes.

最後の期間では、3軸の全てについて、センサデータが変化せずほぼ一定である。この期間は、ユーザがキャリブレーションボックス5を設置方向4に設置し、キャリブレーションを停止するまでの期間(静止期間)である。   In the last period, sensor data does not change and is almost constant for all three axes. This period is a period (stationary period) from when the user installs the calibration box 5 in the installation direction 4 to stop calibration.

このように、センサデータが、いつ、どのように変化しているのかを解析することによって、キャリブレーションボックス5がどのように回転・静止したのかを判別することができる。   Thus, by analyzing how and when the sensor data changes, it is possible to determine how the calibration box 5 is rotated and stationary.

CPU40cは、図19(a)のように、センサデータに基づいて、キャリブレーションボックス5の回転・静止タイミングを、期間Ph1〜Ph8として算出する。以下は、各期間に関する説明である。
Ph1:ユーザがキャリブレーションボックス5の設置の準備を行っている。
Ph2:キャリブレーションボックス5が設置方向1に設置され、静止している。
Ph3:キャリブレーションボックス5が前方向に回転中である。
Ph4:キャリブレーションボックス5が設置方向2に設置され、静止している。
Ph5:キャリブレーションボックス5が右方向に回転中である。
Ph6:キャリブレーションボックス5が設置方向3に設置され、静止している。
Ph7:キャリブレーションボックス5が手前方向に回転中である。
Ph8:キャリブレーションボックス5が設置方向4に設置され、静止している。
As shown in FIG. 19A, the CPU 40c calculates the rotation / rest timing of the calibration box 5 as periods Ph1 to Ph8 based on the sensor data. The following is a description regarding each period.
Ph1: The user is preparing to install the calibration box 5.
Ph2: The calibration box 5 is installed in the installation direction 1 and is stationary.
Ph3: The calibration box 5 is rotating forward.
Ph4: The calibration box 5 is installed in the installation direction 2 and is stationary.
Ph5: The calibration box 5 is rotating in the right direction.
Ph6: The calibration box 5 is installed in the installation direction 3 and is stationary.
Ph7: The calibration box 5 is rotating forward.
Ph8: The calibration box 5 is installed in the installation direction 4 and is stationary.

期間Ph1〜Ph8の情報はRAM40aに記録される。後述するように、CPU40cは、ここで得られた期間Ph1〜Ph8を、他のセンサのキャリブレーション処理においても使用することになる。各センサのセンサデータは、その取得時間に応じて、期間Ph1〜Ph8のいずれかと関連付けられる。   Information of the periods Ph1 to Ph8 is recorded in the RAM 40a. As will be described later, the CPU 40c uses the periods Ph1 to Ph8 obtained here also in the calibration processing of other sensors. The sensor data of each sensor is associated with one of the periods Ph1 to Ph8 according to the acquisition time.

続いて、ステップS410では、CPU40cが、ジャイロセンサ321の3軸のそれぞれのセンサデータのオフセット値を算出する。オフセット値とは、ジャイロセンサ321の静止時のドリフトによって、ジャイロセンサ321のセンサデータに加算されてしまう値のことである。CPU40cは、図19(b)のように、期間Ph2におけるジャイロセンサ321の3軸のセンサデータをそれぞれ時間平均することによって3軸のそれぞれのオフセット値を算出する。オフセット値は、期間Ph4または期間Ph6におけるジャイロセンサ321のセンサデータを時間平均することによって算出してもよい。   Subsequently, in step S410, the CPU 40c calculates an offset value of the sensor data of each of the three axes of the gyro sensor 321. The offset value is a value that is added to the sensor data of the gyro sensor 321 due to drift when the gyro sensor 321 is stationary. As shown in FIG. 19B, the CPU 40c calculates the respective offset values of the three axes by averaging the three axis sensor data of the gyro sensor 321 in the period Ph2. The offset value may be calculated by averaging the sensor data of the gyro sensor 321 in the period Ph4 or the period Ph6.

ステップS415では、CPU40cが、ジャイロセンサ321の3軸のそれぞれのセンサデータのオフセットを除去する。オフセットの除去は、全期間に渡って、ジャイロセンサ321のセンサデータからオフセット値を除算することによって行う。図20(a)は、オフセットの除去後のジャイロセンサ321のセンサデータである。ジャイロセンサ321が静止している期間のセンサデータがほぼ0で一定となっていることがわかる。   In step S415, the CPU 40c removes the offset of the sensor data of each of the three axes of the gyro sensor 321. The removal of the offset is performed by dividing the offset value from the sensor data of the gyro sensor 321 over the entire period. FIG. 20A shows sensor data of the gyro sensor 321 after the offset is removed. It can be seen that the sensor data during the period when the gyro sensor 321 is stationary is substantially 0 and constant.

ステップS420では、CPU40cが、ジャイロセンサ321の補正パラメータを算出する。ジャイロセンサ321の補正パラメータとは、ジャイロセンサ321のセンサデータを、ジャイロセンサ321が実際に回転した角度(以下、ジャイロセンサ回転角速度)に変換する際に使用する補正係数のことである。   In step S420, the CPU 40c calculates a correction parameter for the gyro sensor 321. The correction parameter of the gyro sensor 321 is a correction coefficient used when the sensor data of the gyro sensor 321 is converted into an angle that the gyro sensor 321 has actually rotated (hereinafter, gyro sensor rotation angular velocity).

ここで、ジャイロセンサ321のX軸の補正パラメータの算出方法について説明する。ジャイロセンサの出力値をジャイロセンサ回転角速度に変換するための変換係数であるジャイロセンサ変換係数をジャイロセンサの出力値に乗算すると、ジャイロセンサ回転角速度(deg/sec)が算出される。ジャイロセンサ変換係数は、ジャイロセンサに固有の値であり、仕様として定義されている。CPU40cは、期間Ph3におけるX軸のセンサデータを、サンプリング周期ごとに時間積分し、その積分値にジャイロセンサ変換係数を乗算することで、X軸のジャイロセンサ角速度(deg)を算出する。   Here, a method for calculating the X-axis correction parameter of the gyro sensor 321 will be described. When the output value of the gyro sensor is multiplied by the gyro sensor conversion coefficient, which is a conversion coefficient for converting the output value of the gyro sensor into the gyro sensor rotation angular speed, the gyro sensor rotation angular speed (deg / sec) is calculated. The gyro sensor conversion coefficient is a value unique to the gyro sensor and is defined as a specification. The CPU 40c calculates the X-axis gyro sensor angular velocity (deg) by time-integrating the X-axis sensor data in the period Ph3 for each sampling period and multiplying the integrated value by the gyro sensor conversion coefficient.

ここで、期間Ph3におけるX軸のジャイロセンサ回転角度は、キャリブレーションボックス5の外形状から、90degであるはずである。しかし、実際に算出される回転角度は、90degと少し異なる値になることが多い。これは、ジャイロセンサ321の回転時のドリフト等によるものである。そこで、CPU40cは、X軸のジャイロセンサ回転角度と90degとの比を計算し、この比をX軸の補正パラメータとして算出する。同様に、CPU40cは、期間Ph7におけるY軸のセンサデータを用いてY軸の補正パラメータを算出し、期間Ph5におけるZ軸のセンサデータを用いてZ軸の補正パラメータを算出する(図20(b))。   Here, the X-axis gyro sensor rotation angle in the period Ph3 should be 90 deg from the outer shape of the calibration box 5. However, the actually calculated rotation angle often has a value slightly different from 90 deg. This is due to drift during rotation of the gyro sensor 321 and the like. Therefore, the CPU 40c calculates a ratio between the X-axis gyro sensor rotation angle and 90 deg, and calculates this ratio as an X-axis correction parameter. Similarly, the CPU 40c calculates the Y-axis correction parameter using the Y-axis sensor data in the period Ph7, and calculates the Z-axis correction parameter using the Z-axis sensor data in the period Ph5 (FIG. 20B). )).

ステップS425では、CPU40cが、3軸分のオフセット値および補正パラメータを、ジャイロセンサ321のキャリブレーション結果として、RAM40aに記録し、ジャイロセンサ321のキャリブレーション処理を終了する。キャリブレーション後、CPU40cは、ジャイロセンサ321のセンサデータを用いる際、上記のように算出した、ジャイロセンサ321のキャリブレーション結果を用いて校正を行うことになる。すなわち、CPU40cは、まず全期間に渡ってジャイロセンサ321のセンサデータからオフセットを除去する。そして、ジャイロセンサ回転角度を算出する際には、ジャイロセンサ321のセンサデータにジャイロセンサ変換係数および補正パラメータを乗算する。   In step S425, the CPU 40c records the offset values and correction parameters for the three axes in the RAM 40a as the calibration result of the gyro sensor 321, and ends the calibration process of the gyro sensor 321. After the calibration, when using the sensor data of the gyro sensor 321, the CPU 40c performs calibration using the calibration result of the gyro sensor 321 calculated as described above. That is, the CPU 40c first removes the offset from the sensor data of the gyro sensor 321 over the entire period. When the gyro sensor rotation angle is calculated, the sensor data of the gyro sensor 321 is multiplied by the gyro sensor conversion coefficient and the correction parameter.

次に、図21を用いて、ステップS305における、加速度センサ322のキャリブレーション処理の流れを説明する。ステップS500では、CPU40cが、RAM40cに記録された加速度センサ322のセンサデータを読み出す。図22(a)は、RAM40aに記録された加速度センサ322のセンサデータのグラフである。横軸が時間(センサデータの取得時間)、縦軸が出力値である。   Next, the flow of the calibration process of the acceleration sensor 322 in step S305 will be described with reference to FIG. In step S500, the CPU 40c reads the sensor data of the acceleration sensor 322 recorded in the RAM 40c. FIG. 22A is a graph of sensor data of the acceleration sensor 322 recorded in the RAM 40a. The horizontal axis represents time (sensor data acquisition time), and the vertical axis represents the output value.

ステップS505では、CPU40cが、読み出したセンサデータに基づいて、加速度センサ322の3軸のそれぞれのセンサデータのオフセット値を算出する。オフセット値とは、加速度センサ322の静止時のドリフトによって、加速度センサ322のセンサデータに加算されてしまう値のことである。CPU40cは、図22(b)のように、期間Ph2,Ph4における加速度センサ322のセンサデータを時間平均することによってオフセット値を算出する。より具体的には、CPU40cは、期間Ph2の加速度センサ322のX軸およびY軸のセンサデータに基づいてX軸およびY軸のオフセット値を算出し、期間Ph4の加速度センサ322のZ軸のセンサデータに基づいてZ軸のオフセット値を算出する。   In step S505, the CPU 40c calculates an offset value of each sensor data of the three axes of the acceleration sensor 322 based on the read sensor data. The offset value is a value that is added to the sensor data of the acceleration sensor 322 due to drift when the acceleration sensor 322 is stationary. As shown in FIG. 22B, the CPU 40c calculates the offset value by averaging the sensor data of the acceleration sensor 322 in the periods Ph2 and Ph4 over time. More specifically, the CPU 40c calculates X-axis and Y-axis offset values based on the X-axis and Y-axis sensor data of the acceleration sensor 322 in the period Ph2, and the Z-axis sensor of the acceleration sensor 322 in the period Ph4. Based on the data, the Z-axis offset value is calculated.

ステップS510では、CPU40cが、加速度センサ322の3軸のそれぞれのセンサデータのオフセットを除去する。オフセットの除去は、全期間に渡って、加速度センサ322のセンサデータからオフセット値を除算することによって行う。図23(a)は、オフセットの除去後の加速度センサ322のセンサデータである。加速度センサ322の各軸について、重力方向を向いていない期間のセンサデータがほぼ0で一定となっていることがわかる。   In step S510, the CPU 40c removes the offset of the sensor data of each of the three axes of the acceleration sensor 322. The removal of the offset is performed by dividing the offset value from the sensor data of the acceleration sensor 322 over the entire period. FIG. 23A shows sensor data of the acceleration sensor 322 after the offset is removed. It can be seen that for each axis of the acceleration sensor 322, the sensor data during a period in which the acceleration sensor 322 does not face the gravitational direction is almost zero and constant.

ステップS515では、CPU40cが、加速度センサ322の補正パラメータを算出する。加速度センサ322の補正パラメータとは、加速度センサ322のセンサデータを、加速度センサ322が実際に受けた加速度(以下、加速度センサ加速度)に変換する際に使用する補正係数のことである。   In step S515, the CPU 40c calculates a correction parameter for the acceleration sensor 322. The correction parameter of the acceleration sensor 322 is a correction coefficient used when the sensor data of the acceleration sensor 322 is converted into an acceleration actually received by the acceleration sensor 322 (hereinafter referred to as acceleration sensor acceleration).

ここで、加速度センサ322のX軸の補正パラメータの算出方法について説明する。加速度センサ322の出力値を加速度センサ加速度に変換するための変換係数である加速度センサ変換係数を加速度センサ322の出力値に乗算すると、加速度センサ加速度(m/sec)が算出される。加速度センサ変換係数は、加速度センサに固有の値であり、仕様として定義されている。CPU40cは、期間Ph6におけるX軸のセンサデータの時間平均を求め、求めた時間平均に加速度センサ変換係数を乗算することで、X軸の加速度センサ加速度を算出する。 Here, a method of calculating the X-axis correction parameter of the acceleration sensor 322 will be described. When the output value of the acceleration sensor 322 is multiplied by the acceleration sensor conversion coefficient, which is a conversion coefficient for converting the output value of the acceleration sensor 322 into acceleration sensor acceleration, the acceleration sensor acceleration (m / sec 2 ) is calculated. The acceleration sensor conversion coefficient is a value unique to the acceleration sensor and is defined as a specification. The CPU 40c calculates the time average of the X-axis sensor data in the period Ph6, and calculates the X-axis acceleration sensor acceleration by multiplying the calculated time average by the acceleration sensor conversion coefficient.

ここで、期間Ph6におけるX軸の加速度センサ加速度は、重力加速度と一致するので、1Gすなわち9.8(m/sec)であるはずである。しかし、実際に算出される加速度は、1Gと少し異なる値になることが多い。これは、加速度センサ322の回転時のドリフト等によるものである。そこで、CPU40cは、X軸の加速度センサ加速度と1Gとの比を計算し、この比をX軸の補正パラメータとして算出する。同様に、CPU40cは、期間Ph4におけるY軸のセンサデータを用いてY軸の補正パラメータを算出し、期間Ph2におけるZ軸のセンサデータを用いてZ軸の補正パラメータを算出する(図23(b))。 Here, since the acceleration sensor acceleration on the X axis in the period Ph6 coincides with the gravitational acceleration, it should be 1G, that is, 9.8 (m / sec 2 ). However, the actually calculated acceleration often has a value slightly different from 1G. This is due to drift during rotation of the acceleration sensor 322 or the like. Therefore, the CPU 40c calculates a ratio between the acceleration sensor acceleration on the X axis and 1G, and calculates this ratio as an X axis correction parameter. Similarly, the CPU 40c calculates Y-axis correction parameters using the Y-axis sensor data in the period Ph4, and calculates Z-axis correction parameters using the Z-axis sensor data in the period Ph2 (FIG. 23B). )).

ステップS520では、CPU40cが、3軸分のオフセット値および補正パラメータを、加速度センサ322のキャリブレーション結果として、RAM40aに記録し、加速度センサ322のキャリブレーション処理を終了する。キャリブレーション後、CPU40cは、加速度センサ322のセンサデータを用いる際、上記のように算出した、加速度センサ322のキャリブレーション結果を用いて校正を行うことになる。すなわち、CPU40cは、まず全期間に渡って加速度センサ322のセンサデータからオフセットを除去する。そして、加速度センサ加速度を算出する際には、加速度センサ322のセンサデータに加速度センサ変換係数および補正パラメータを乗算する。   In step S520, the CPU 40c records the offset values and correction parameters for the three axes in the RAM 40a as the calibration result of the acceleration sensor 322, and the calibration process of the acceleration sensor 322 is terminated. After calibration, when using the sensor data of the acceleration sensor 322, the CPU 40c performs calibration using the calibration result of the acceleration sensor 322 calculated as described above. That is, the CPU 40c first removes the offset from the sensor data of the acceleration sensor 322 over the entire period. When calculating the acceleration of the acceleration sensor, the sensor data of the acceleration sensor 322 is multiplied by the acceleration sensor conversion coefficient and the correction parameter.

次に、図24を用いて、ステップS310における、地磁気センサ323のキャリブレーション処理の流れを説明する。ステップS600では、CPU40cが、RAM40aに記録された地磁気センサ323のセンサデータを読み出す。図25(a)は、RAM40aに記録された地磁気センサ323のセンサデータのグラフである。横軸が時間(センサデータの取得時間)、縦軸が出力値である。   Next, the flow of the calibration process of the geomagnetic sensor 323 in step S310 will be described with reference to FIG. In step S600, the CPU 40c reads the sensor data of the geomagnetic sensor 323 recorded in the RAM 40a. FIG. 25A is a graph of sensor data of the geomagnetic sensor 323 recorded in the RAM 40a. The horizontal axis represents time (sensor data acquisition time), and the vertical axis represents the output value.

ステップS605では、CPU40cが、読み出したセンサデータに基づいて、地磁気センサ323の3軸のそれぞれのセンサデータのオフセット値を算出する。オフセット値とは、地磁気センサ323の静止時のドリフトによって、地磁気センサ323のセンサデータに加算されてしまう値のことである。CPU40cは、図25(b)のように、期間Ph2,Ph4,Ph6における地磁気センサ323のセンサデータを時間平均することによってオフセット値を算出する。より具体的には、CPU40cは、期間Ph2の地磁気センサ323のZ軸のセンサデータに基づいてZ軸のオフセット値を算出し、期間Ph4の地磁気センサ323のY軸のセンサデータに基づいてY軸のオフセット値を算出し、期間Ph6の地磁気センサ323のX軸のセンサデータに基づいてX軸のオフセット値を算出する。   In step S605, the CPU 40c calculates an offset value of the sensor data of each of the three axes of the geomagnetic sensor 323 based on the read sensor data. The offset value is a value that is added to the sensor data of the geomagnetic sensor 323 due to a drift when the geomagnetic sensor 323 is stationary. As shown in FIG. 25B, the CPU 40c calculates an offset value by averaging the sensor data of the geomagnetic sensor 323 in the periods Ph2, Ph4, and Ph6 over time. More specifically, the CPU 40c calculates the Z-axis offset value based on the Z-axis sensor data of the geomagnetic sensor 323 in the period Ph2, and based on the Y-axis sensor data of the geomagnetic sensor 323 in the period Ph4. And the X-axis offset value is calculated based on the X-axis sensor data of the geomagnetic sensor 323 in the period Ph6.

ステップS600では、CPU40cが、地磁気センサ323の3軸のそれぞれのセンサデータのオフセットを除去する。オフセットの除去は、全期間に渡って、地磁気センサ323のセンサデータからオフセット値を除算することによって行う。図26(a)は、オフセットの除去後の地磁気センサ323のセンサデータである。地磁気センサ323の各軸について、重力方向を向いている期間のセンサデータがほぼ0で一定となっていることがわかる。   In step S600, the CPU 40c removes the offset of the sensor data of each of the three axes of the geomagnetic sensor 323. The removal of the offset is performed by dividing the offset value from the sensor data of the geomagnetic sensor 323 over the entire period. FIG. 26A shows sensor data of the geomagnetic sensor 323 after the offset is removed. For each axis of the geomagnetic sensor 323, it can be seen that the sensor data during the period in which the direction is the gravitational direction is almost zero and constant.

ステップS615では、CPU40cが、地磁気センサ323の補正パラメータを算出する。地磁気センサ323の補正パラメータとは、地磁気センサ323のセンサデータを、地磁気センサ323が実際に受けた地磁気(以下、地磁気センサ地磁気)に変換する際に使用する補正係数のことである。   In step S615, the CPU 40c calculates a correction parameter for the geomagnetic sensor 323. The correction parameter of the geomagnetic sensor 323 is a correction coefficient used when the sensor data of the geomagnetic sensor 323 is converted into the geomagnetism actually received by the geomagnetic sensor 323 (hereinafter referred to as geomagnetic sensor geomagnetism).

ここで、地磁気センサ323の補正パラメータの算出方法について説明する。まず、図26(b)のように、期間Ph2における地磁気センサ323のX軸のセンサデータの時間平均をMx1、Y軸のセンサデータの時間平均をMy1とする。同様に、期間Ph4における地磁気センサ323のX軸のセンサデータの時間平均をMx1、Z軸のセンサデータの時間平均をMz1とする。このとき、地磁気センサ323のX軸のセンサデータの時間平均は、期間Ph2,Ph4のいずれにおいても、同様の値Mx1である。これは、期間Ph2,Ph4でキャリブレーションボックス5のX軸方向は変化していないからである。   Here, a method for calculating the correction parameter of the geomagnetic sensor 323 will be described. First, as shown in FIG. 26B, the time average of the X-axis sensor data of the geomagnetic sensor 323 in the period Ph2 is Mx1, and the time average of the Y-axis sensor data is My1. Similarly, the time average of the X-axis sensor data of the geomagnetic sensor 323 in the period Ph4 is Mx1, and the time average of the Z-axis sensor data is Mz1. At this time, the time average of the X-axis sensor data of the geomagnetic sensor 323 is the same value Mx1 in both the periods Ph2 and Ph4. This is because the X-axis direction of the calibration box 5 does not change during the periods Ph2 and Ph4.

さらに、期間Ph6における地磁気センサ323のY軸のセンサデータの時間平均をMy2、Z軸のセンサデータの時間平均をMz1とする。このとき、地磁気センサ323のZ軸のセンサデータの時間平均は、期間Ph4,Ph6のいずれにおいても、同様の値Mz1である。これは、期間Ph4,Ph6でキャリブレーションボックス5のZ軸方向は変化していないからである。   Furthermore, the time average of the Y-axis sensor data of the geomagnetic sensor 323 in the period Ph6 is My2, and the time average of the Z-axis sensor data is Mz1. At this time, the time average of the Z-axis sensor data of the geomagnetic sensor 323 is the same value Mz1 in both the periods Ph4 and Ph6. This is because the Z-axis direction of the calibration box 5 does not change during the periods Ph4 and Ph6.

地磁気センサ323の出力値を地磁気センサ地磁気に変換するための変換係数である地磁気センサ変換係数に地磁気センサ323の出力値を乗算すると、地磁気センサ地磁気(T、テスラ)が算出される。地磁気センサ変換係数は、地磁気センサに固有の値であり、仕様として定義されている。CPU40cは、期間Ph2,Ph4,Ph6における3軸のそれぞれのセンサデータに地磁気センサ変換係数を乗算することで、3軸のそれぞれの地磁気センサ地磁気を算出する。   When the output value of the geomagnetic sensor 323 is multiplied by the output value of the geomagnetic sensor 323, the geomagnetic sensor conversion coefficient that is a conversion coefficient for converting the output value of the geomagnetic sensor 323 into the geomagnetic sensor geomagnetism, the geomagnetic sensor geomagnetism (T, Tesla) is calculated. The geomagnetic sensor conversion coefficient is a value unique to the geomagnetic sensor and is defined as a specification. The CPU 40c calculates the geomagnetic sensor geomagnetism of each of the three axes by multiplying the triaxial sensor data in the periods Ph2, Ph4, and Ph6 by the geomagnetic sensor conversion coefficient.

ここで、期間Ph2において、Mx1とMy1に地磁気センサ変換係数を乗算し、それらの乗算結果の2乗和をとると、実際の地磁気E(T)の2乗となるはずである。しかし、実際に算出される値は、地磁気Eと少し異なる値になることが多い。これは、地磁気センサ323の回転時のドリフト等によるものである。そこで、CPU40cは、地磁気センサ323のX軸のセンサデータおよびY軸のセンサデータに乗算する補正係数を算出し、これらをX軸の補正パラメータおよびY軸の補正パラメータとする。期間Ph4,Ph6においても、同様の考え方で、CPU40cは、地磁気センサ323のZ軸のセンサデータに乗算する補正係数を算出し、これをZ軸の補正パラメータとする。   Here, in the period Ph2, when Mx1 and My1 are multiplied by the geomagnetic sensor conversion coefficient and the square sum of the multiplication results is taken, it should be the square of the actual geomagnetism E (T). However, the actually calculated value is often slightly different from the geomagnetism E. This is due to drift during rotation of the geomagnetic sensor 323. Therefore, the CPU 40c calculates correction coefficients for multiplying the X-axis sensor data and the Y-axis sensor data of the geomagnetic sensor 323, and uses these as the X-axis correction parameter and the Y-axis correction parameter. Also in the periods Ph4 and Ph6, based on the same concept, the CPU 40c calculates a correction coefficient by which the Z-axis sensor data of the geomagnetic sensor 323 is multiplied, and uses this as a Z-axis correction parameter.

ここで、X軸、Y軸、Z軸のそれぞれの地磁気センサ変換係数をCx、Cy、Cz、X軸、Y軸、Z軸のそれぞれの補正パラメータをγx、γy、γzとすると、以下の関係式((1)式、(2)式、(3)式)が成り立つ。   Here, assuming that the X-axis, Y-axis, and Z-axis geomagnetic sensor conversion coefficients are Cx, Cy, Cz, X-axis, Y-axis, and Z-axis correction parameters are γx, γy, and γz, respectively, Formulas (Formula (1), Formula (2), Formula (3)) hold.

Figure 2014025791
Figure 2014025791

地磁気センサ変換係数Cx,Cy,Czおよび地磁気Eは既知であるので、上記の関係式から地磁気センサ323の補正パラメータγx,γy,γzを求めることができる。   Since the geomagnetic sensor conversion coefficients Cx, Cy, Cz and the geomagnetism E are known, the correction parameters γx, γy, γz of the geomagnetic sensor 323 can be obtained from the above relational expression.

続いて、ステップS620では、CPU40cが、3軸分のオフセット値および補正パラメータを、地磁気センサ323のキャリブレーション結果として、RAM40aに記録し、地磁気センサ323のキャリブレーション処理を終了する。キャリブレーション後、CPU40cは、地磁気センサ323のセンサデータを用いる際、上記のように算出した、地磁気センサ323のキャリブレーション結果を用いて校正を行うことになる。すなわち、CPU40cは、まず全期間に渡って地磁気センサ323のセンサデータからオフセットを除去する。そして、地磁気センサ地磁気を算出する際には、地磁気センサ323のセンサデータに地磁気センサ変換係数および補正パラメータを乗算する。   Subsequently, in step S620, the CPU 40c records the offset values and correction parameters for the three axes in the RAM 40a as the calibration result of the geomagnetic sensor 323, and ends the calibration process of the geomagnetic sensor 323. After the calibration, when using the sensor data of the geomagnetic sensor 323, the CPU 40c performs calibration using the calibration result of the geomagnetic sensor 323 calculated as described above. That is, the CPU 40c first removes the offset from the sensor data of the geomagnetic sensor 323 over the entire period. When calculating the geomagnetic sensor geomagnetism, the sensor data of the geomagnetic sensor 323 is multiplied by the geomagnetic sensor conversion coefficient and the correction parameter.

次に、図27を用いて、ステップS315における、距離センサ300のキャリブレーション処理の流れを説明する。ステップS700では、CPU40cが、RAM40aに記録された距離センサ300のセンサデータを読み出す。図28(a)は、RAM40aに記録された距離センサ300のセンサデータのグラフである。横軸が時間(センサデータの取得時間)、縦軸が出力値である。前述したように、距離センサにおいて、出力値と測定した距離とは反比例の関係にある。そのため、測定した距離が小さいほど、出力値は大きくなり、測定した距離が大きいほど、出力値は小さくなる。   Next, the flow of the calibration process of the distance sensor 300 in step S315 will be described using FIG. In step S700, the CPU 40c reads the sensor data of the distance sensor 300 recorded in the RAM 40a. FIG. 28A is a graph of sensor data of the distance sensor 300 recorded in the RAM 40a. The horizontal axis represents time (sensor data acquisition time), and the vertical axis represents the output value. As described above, in the distance sensor, the output value and the measured distance are in an inversely proportional relationship. Therefore, the smaller the measured distance, the larger the output value, and the larger the measured distance, the smaller the output value.

ステップS705では、CPU40cが距離センサ300のセンサデータのサンプル値を算出する。このとき、CPU40cは、図28(b)のように、期間Ph2,Ph4のそれぞれにおける距離センサ300のセンサデータを時間平均することによってサンプル値を算出する。期間Ph2では、図11(a)のように、回転板53が、先端アダプタ1から前方に距離D1だけ離れた位置に静止している。また、期間Ph4では、図11(b)のように、回転板53が、回転板53の主面とキャリブレーションボックス5の内壁とが略平行な状態で静止している。期間Ph2の距離センサ300のセンサデータからサンプル値1が算出され、期間Ph4の距離センサ300のセンサデータからサンプル値2が算出される。   In step S705, the CPU 40c calculates a sample value of sensor data of the distance sensor 300. At this time, the CPU 40c calculates the sample value by time-averaging the sensor data of the distance sensor 300 in each of the periods Ph2 and Ph4 as shown in FIG. In the period Ph2, as shown in FIG. 11A, the rotary plate 53 is stationary at a position away from the tip adapter 1 by a distance D1. In the period Ph4, as shown in FIG. 11B, the rotating plate 53 is stationary with the main surface of the rotating plate 53 and the inner wall of the calibration box 5 being substantially parallel. The sample value 1 is calculated from the sensor data of the distance sensor 300 in the period Ph2, and the sample value 2 is calculated from the sensor data of the distance sensor 300 in the period Ph4.

図29(a)は、算出された2つのサンプル値をプロットしたグラフである。横軸が距離、縦軸が出力値である。   FIG. 29A is a graph in which two calculated sample values are plotted. The horizontal axis is the distance, and the vertical axis is the output value.

ステップS710では、CPU40cが、算出した2つのサンプル値に基づいて、出力値と距離との関係式を算出する。図29(b)は、出力値と距離との関係をプロットしたグラフである。上記の通り、両者は反比例の関係にあるので、2つのサンプル値のみで、両者の関係式を算出できる。   In step S710, the CPU 40c calculates a relational expression between the output value and the distance based on the calculated two sample values. FIG. 29B is a graph plotting the relationship between the output value and the distance. As described above, since they are in an inversely proportional relationship, a relational expression between them can be calculated using only two sample values.

ステップS715では、CPU40cが、出力値と距離との関係式を、距離センサ300のキャリブレーション結果として、RAM40aに記録し、距離センサ300のキャリブレーション処理を終了する。キャリブレーション後、CPU40cは、距離センサ300のセンサデータを用いる際、上記のように算出した距離センサ300のキャリブレーション結果を用いて校正を行うことになる。すなわち、CPU40cは、上記の関係式を用いて、距離センサ300のセンサデータを距離データに変換する。   In step S715, the CPU 40c records the relational expression between the output value and the distance as a calibration result of the distance sensor 300 in the RAM 40a, and ends the calibration process of the distance sensor 300. After the calibration, when using the sensor data of the distance sensor 300, the CPU 40c performs calibration using the calibration result of the distance sensor 300 calculated as described above. That is, the CPU 40c converts the sensor data of the distance sensor 300 into distance data using the above relational expression.

本実施形態では、ジャイロセンサ321、加速度センサ322、地磁気センサ323、および距離センサ300が先端アダプタ1に搭載されているが、先端アダプタ1に搭載されるセンサは、ジャイロセンサ321と、加速度センサ322、地磁気センサ323、および距離センサ300のうちの1つ以上とであればよい。また、本実施形態では、センシングソフトが表示器3に搭載されているが、センシングソフトが先端アダプタ1または内視鏡装置2に搭載されていてもよい。   In this embodiment, the gyro sensor 321, the acceleration sensor 322, the geomagnetic sensor 323, and the distance sensor 300 are mounted on the tip adapter 1, but the sensors mounted on the tip adapter 1 are the gyro sensor 321 and the acceleration sensor 322. , One or more of the geomagnetic sensor 323 and the distance sensor 300 may be used. In the present embodiment, the sensing software is mounted on the display device 3, but the sensing software may be mounted on the tip adapter 1 or the endoscope device 2.

上述したように、本実施形態によれば、表示器3のCPU40cが、ジャイロセンサ321のセンサデータに基づいて、ハウジングであるキャリブレーションボックス5の複数の姿勢に対応した複数の期間を算出し、複数の期間における加速度センサ322、地磁気センサ323、および距離センサ300のセンサデータに基づいて各センサのキャリブレーションを行う。本実施形態では、ユーザがキャリブレーションボックス5を所定の手順で回転させることによって、各センサを回転させるための機構や回転軸の方向を検出するための機構が不要となるので、各センサのキャリブレーションを行うための構成をより簡易にすることができる。   As described above, according to the present embodiment, the CPU 40c of the display 3 calculates a plurality of periods corresponding to a plurality of postures of the calibration box 5 that is a housing based on the sensor data of the gyro sensor 321. Each sensor is calibrated based on sensor data of the acceleration sensor 322, the geomagnetic sensor 323, and the distance sensor 300 in a plurality of periods. In this embodiment, since the user rotates the calibration box 5 according to a predetermined procedure, a mechanism for rotating each sensor and a mechanism for detecting the direction of the rotation axis become unnecessary. Can be simplified.

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。   As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above-described embodiments, and includes design changes and the like without departing from the gist of the present invention. .

1・・・先端アダプタ、2・・・内視鏡装置、3・・・表示器、4・・・通信線、5・・・キャリブレーションボックス、10・・・外装カバー、13・・・メインボード、14・・・センサボード、15・・・フラットケーブル、20・・・内視鏡挿入部、21・・・内視鏡装置本体、22,41・・・モニタ、23・・・リモコン、30a・・・撮像光学系、30b・・・撮像素子、31・・・画像信号処理装置、32・・・光源、33・・・湾曲制御ユニット、34,40・・・制御用コンピュータ、34a,40a・・・RAM、34b,40b・・・ROM、34c,40c・・・CPU、34d,40d・・・RS232C I/F、34e・・・カード I/F、42・・・電源供給部、300・・・距離センサ、301・・・発光レンズ、302・・・受光レンズ、303・・・LED、304・・・光位置センサ、310・・・マイコン、321・・・ジャイロセンサ、322・・・加速度センサ、323・・・地磁気センサ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Tip adapter, 2 ... Endoscope apparatus, 3 ... Display, 4 ... Communication line, 5 ... Calibration box, 10 ... Exterior cover, 13 ... Main Board, 14 ... Sensor board, 15 ... Flat cable, 20 ... Endoscope insertion part, 21 ... Endoscope body, 22, 41 ... Monitor, 23 ... Remote control, 30a ... Imaging optical system, 30b ... Imaging element, 31 ... Image signal processing device, 32 ... Light source, 33 ... Bending control unit, 34, 40 ... Control computer, 34a, 40a ... RAM, 34b, 40b ... ROM, 34c, 40c ... CPU, 34d, 40d ... RS232C I / F, 34e ... Card I / F, 42 ... Power supply unit, 300 ... Distance sensor, 301 ... Light emitting lens, 302... Light receiving lens, 303... LED, 304... Optical position sensor, 310... Microcomputer, 321... Gyro sensor, 322.

Claims (10)

ジャイロセンサと、
地磁気センサ、加速度センサ、および距離センサのうち少なくとも1つのセンサと、
前記ジャイロセンサおよび前記少なくとも1つのセンサが搭載され、少なくとも2つの姿勢が定義されているハウジングと、
前記ジャイロセンサおよび前記少なくとも1つのセンサの出力値を取得するプロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第1の姿勢であるときの第1の期間、および前記ハウジングの姿勢が第2の姿勢であるときの第2の期間を算出し、前記第1の期間および前記第2の期間における前記少なくとも1つのセンサの出力値に基づいて前記少なくとも1つのセンサのキャリブレーションを行う
ことを特徴とするキャリブレーション装置。
Gyro sensor,
At least one of a geomagnetic sensor, an acceleration sensor, and a distance sensor;
A housing in which the gyro sensor and the at least one sensor are mounted and at least two postures are defined;
A processor for obtaining an output value of the gyro sensor and the at least one sensor,
The processor, based on the output value of the gyro sensor, a first period when the attitude of the housing is the first attitude, and a second period when the attitude of the housing is the second attitude And calibrating the at least one sensor based on an output value of the at least one sensor in the first period and the second period.
前記プロセッサは、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が前記第1の姿勢から前記第2の姿勢に移行しているときの移行期間を算出し、前記第1の期間または前記第2の期間における前記ジャイロセンサの出力値と、前記移行期間における前記ジャイロセンサの出力値とに基づいて前記ジャイロセンサのキャリブレーションを行うことを特徴とする請求項1に記載のキャリブレーション装置。   The processor calculates a transition period when the attitude of the housing is shifted from the first attitude to the second attitude based on the output value of the gyro sensor, and the first period or the The calibration apparatus according to claim 1, wherein the gyro sensor is calibrated based on an output value of the gyro sensor in a second period and an output value of the gyro sensor in the transition period. 前記ジャイロセンサは、X軸、Y軸、Z軸の3軸のジャイロセンサであり、
前記ハウジングの4つの姿勢が定義されており、
前記プロセッサは、
前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第1の姿勢であるときの第1の期間、前記ハウジングの姿勢が第2の姿勢であるときの第2の期間、前記ハウジングの姿勢が第3の姿勢であるときの第3の期間、前記ハウジングの姿勢が第4の姿勢であるときの第4の期間、前記ハウジングの姿勢が前記第1の姿勢から前記第2の姿勢に移行しているときの第1の移行期間、前記ハウジングの姿勢が前記第2の姿勢から前記第3の姿勢に移行しているときの第2の移行期間、および前記ハウジングの姿勢が前記第3の姿勢から前記第4の姿勢に移行しているときの第3の移行期間を算出し、
前記第1の期間、前記第2の期間、前記第3の期間、および前記第4の期間のいずれかの期間における前記ジャイロセンサの出力値に基づいて前記ジャイロセンサの3軸のオフセットを算出し、
前記第1の移行期間、前記第2の移行期間、および前記第3の移行期間における前記ジャイロセンサの出力値に基づいて前記ジャイロセンサの3軸の補正係数を算出する
ことを特徴とする請求項2に記載のキャリブレーション装置。
The gyro sensor is a three-axis gyro sensor of X axis, Y axis, and Z axis,
Four postures of the housing are defined,
The processor is
Based on the output value of the gyro sensor, the first period when the attitude of the housing is the first attitude, the second period when the attitude of the housing is the second attitude, the attitude of the housing In the third period when is the third attitude, and in the fourth period when the attitude of the housing is the fourth attitude, the attitude of the housing is changed from the first attitude to the second attitude. A first transition period when the housing is in position, a second transition period when the posture of the housing is transitioning from the second position to the third position, and a position of the housing is the third transition period. Calculating a third transition period when transitioning from the posture to the fourth posture;
The three-axis offset of the gyro sensor is calculated based on the output value of the gyro sensor in any one of the first period, the second period, the third period, and the fourth period. ,
The triaxial correction coefficient of the gyro sensor is calculated based on output values of the gyro sensor in the first transition period, the second transition period, and the third transition period. 2. The calibration apparatus according to 2.
前記加速度センサは、X軸、Y軸、Z軸の3軸の加速度センサであり、
前記ハウジングの3つの姿勢が定義されており、
前記プロセッサは、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第1の姿勢であるときの第1の期間、前記ハウジングの姿勢が第2の姿勢であるときの第2の期間、および前記ハウジングの姿勢が第3の姿勢であるときの第3の期間を算出し、前記第1の期間、前記第2の期間、および前記第3の期間における前記加速度センサの出力値に基づいて前記加速度センサのキャリブレーションを行う
ことを特徴とする請求項1に記載のキャリブレーション装置。
The acceleration sensor is an X-axis, Y-axis, Z-axis three-axis acceleration sensor,
Three orientations of the housing are defined,
The processor, based on the output value of the gyro sensor, a first period when the attitude of the housing is a first attitude, a second period when the attitude of the housing is a second attitude, And a third period when the attitude of the housing is the third attitude, and based on the output value of the acceleration sensor in the first period, the second period, and the third period The calibration apparatus according to claim 1, wherein the acceleration sensor is calibrated.
前記プロセッサは、
前記第1の期間および前記第2の期間の一方における前記加速度センサの出力値に基づいて前記加速度センサの3軸のうち2軸のオフセットを算出し、
前記第1の期間および前記第2の期間の他方における前記加速度センサの出力値に基づいて前記加速度センサの3軸のうち残り1軸のオフセットを算出し、
前記第1の期間、前記第2の期間、および前記第3の期間における前記ジャイロセンサの出力値に基づいて前記加速度センサの3軸の補正係数を算出する
ことを特徴とする請求項4に記載のキャリブレーション装置。
The processor is
Based on the output value of the acceleration sensor in one of the first period and the second period, an offset of two axes among the three axes of the acceleration sensor is calculated,
Calculating an offset of the remaining one of the three axes of the acceleration sensor based on the output value of the acceleration sensor in the other of the first period and the second period;
5. The triaxial correction coefficient of the acceleration sensor is calculated based on output values of the gyro sensor in the first period, the second period, and the third period. 6. Calibration equipment.
前記地磁気センサは、X軸、Y軸、Z軸の3軸の加速度センサであり、
前記ハウジングの3つの姿勢が定義されており、
前記プロセッサは、
前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第1の姿勢であるときの第1の期間、前記ハウジングの姿勢が第2の姿勢であるときの第2の期間、および前記ハウジングの姿勢が第3の姿勢であるときの第3の期間を算出し、
前記第1の期間、前記第2の期間、および前記第3の期間における前記地磁気センサの出力値に基づいて前記地磁気センサのキャリブレーションを行う
ことを特徴とする請求項1に記載のキャリブレーション装置。
The geomagnetic sensor is a three-axis acceleration sensor of X axis, Y axis, and Z axis,
Three orientations of the housing are defined,
The processor is
Based on the output value of the gyro sensor, a first period when the attitude of the housing is the first attitude, a second period when the attitude of the housing is the second attitude, and the housing Calculating a third period when the posture is the third posture;
The calibration apparatus according to claim 1, wherein the geomagnetic sensor is calibrated based on output values of the geomagnetic sensor in the first period, the second period, and the third period. .
前記プロセッサは、前記第1の期間、前記第2の期間、および前記第3の期間における前記地磁気センサの出力値に基づいて前記地磁気センサの3軸のオフセットおよび補正係数を算出する
ことを特徴とする請求項6に記載のキャリブレーション装置。
The processor calculates a three-axis offset and a correction coefficient of the geomagnetic sensor based on output values of the geomagnetic sensor in the first period, the second period, and the third period. The calibration device according to claim 6.
前記プロセッサは、前記第1の期間および前記第2の期間における前記距離センサの出力値に基づいて前記距離センサのキャリブレーションを行うことを特徴とする請求項1に記載のキャリブレーション装置。   The calibration device according to claim 1, wherein the processor calibrates the distance sensor based on output values of the distance sensor in the first period and the second period. 前記ハウジングの姿勢が前記第1の姿勢であるときと前記第2の姿勢であるときとで、前記ハウジングの内部の構造体と前記距離センサとの距離が異なることを特徴とする請求項8に記載のキャリブレーション装置。   The distance between the structure inside the housing and the distance sensor is different depending on whether the posture of the housing is the first posture or the second posture. The calibration device described. ジャイロセンサと、
地磁気センサ、加速度センサ、および距離センサのうち少なくとも1つのセンサと、
前記ジャイロセンサおよび前記少なくとも1つのセンサが搭載され、少なくとも2つの姿勢が定義されているハウジングと、
前記ジャイロセンサおよび前記少なくとも1つのセンサの出力値を取得するプロセッサと、を備えたキャリブレーション装置の前記プロセッサに、
前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第1の姿勢であるときの第1の期間、および前記ハウジングの姿勢が第2の姿勢であるときの第2の期間を算出する第1のステップと、
前記第1の期間および前記第2の期間における前記少なくとも1つのセンサの出力値に基づいて前記少なくとも1つのセンサのキャリブレーションを行う第2のステップと、
を実行させるためのプログラム。
Gyro sensor,
At least one of a geomagnetic sensor, an acceleration sensor, and a distance sensor;
A housing in which the gyro sensor and the at least one sensor are mounted and at least two postures are defined;
A processor for obtaining an output value of the gyro sensor and the at least one sensor, and the processor of the calibration device comprising:
Based on the output value of the gyro sensor, a first period when the attitude of the housing is the first attitude and a second period when the attitude of the housing is the second attitude are calculated. 1 step,
A second step of calibrating the at least one sensor based on an output value of the at least one sensor in the first period and the second period;
A program for running
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