JP2002365010A - Magnetic position measurement system provided with magnetic field closure means - Google Patents

Magnetic position measurement system provided with magnetic field closure means

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JP2002365010A
JP2002365010A JP2001169204A JP2001169204A JP2002365010A JP 2002365010 A JP2002365010 A JP 2002365010A JP 2001169204 A JP2001169204 A JP 2001169204A JP 2001169204 A JP2001169204 A JP 2001169204A JP 2002365010 A JP2002365010 A JP 2002365010A
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JP
Japan
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attenuator
magnetic field
transmitter
metal
magnetic
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Japanese (ja)
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Westley S Ashe
エス.アッシュ ウエストリー
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Ascension Technology Corp
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Ascension Technology Corp
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a distortion effect by a permeable material in a magnetic position measurement system. SOLUTION: A metal body is to practically include a magnetic field from one or more transmission elements so as to reduce the magnetic field in outside region of an operation space in the region generally existing, to enclose it and to change the direction. A thin barrier produced from ferrite or Mumetal for example, which are of high permeability and practically non-conductive materials, is put on a conductive plate 15. On the top of the permeable barrier 13, a three-axis rhombic transmitter 11 is put. The permeable barrier may be a flat and plane structure. On the contrary, it may be produced similarly to a pancake having a flat center region which has a lifted peripheral edge in cross section. In other way, it may be a flat structure having the peripheral edge with a outside taper from the top surface to the bottom surface.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁界閉じ込め手段
を備えた磁気的位置測定システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic position measuring system having magnetic field confinement means.

【0002】[0002]

【従来の技術】関心のあるポイントにセンサーアセンブ
リを取り付け、固定された送信機に対するこのポイント
の位置を決定する、生物機械工学および医学的診断技術
において、電磁気結合をする送受信部品を使う概念は周
知である。この情報は、当該ポイントの相対的運動を正
確に示すよう、計算システムによって使用され、これに
より医学的な意味において人体に関し、かつ互いに人体
内に機器を正確に位置決めすることが可能となる。更に
これにより、手術および診断の進歩した新しい方法を実
行することが可能となる。
BACKGROUND OF THE INVENTION In biomechanical engineering and medical diagnostic technology, the concept of using transmitting and receiving components with electromagnetic coupling to mount a sensor assembly at a point of interest and determine the position of this point relative to a fixed transmitter is well known. It is. This information is used by the computing system to accurately indicate the relative movement of the points, which allows the equipment to be accurately positioned with respect to the human body in a medical sense and within one another. In addition, this makes it possible to carry out advanced new methods of surgery and diagnosis.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】導電性材料が存在して
いる(手術台の上、下方、またはその近くに設けられて
いるケースが多い)場合、これら導電性材料は渦電流磁
界を発生させ、この渦電流磁界は受信される磁界の波形
を歪ませる。システムが歪低減または補償技術を使用し
ていない場合、この磁界波形はシステムの出力を歪ませ
る。透磁性材料が存在している場合、これら透磁性材料
は導電性材料と同様な効果により、磁界を曲げたり、ま
たは歪ませたりする。手術室では導電性材料および透磁
性材料がかなりの量存在している。これら材料は、機
器、例えばカートなどを囲む多くの手術台の主要な部品
となっており、手術領域を照明するのに使用される可動
スポットライト内に存在している。多くの手術台は外科
医に対し手術領域を最適に位置決めできるよう、多くの
位置の自由度および角度の自由度を有し、重い人体を支
持しながら極めて安定で、かつ頑丈となるように設計さ
れている。これら条件の結果、手術台は前方、後方、上
方、下方、側方、ローリングおよび傾斜運動を可能にす
る多数の機構を含む。これら機構は物理的に頑丈であ
り、一般にスチールから製造されているので、これら機
構はかなりの磁界歪特性を有する。存在する部品として
は、ネジ、ラックアンドピニオンギアまたはシザータイ
プのアクチュエータを挙げることができる。手術台表面
は一体でもよいし、またいくつかの部分に分割されてい
てもよく、各部分が他の部分に対して運動でき、特定の
手術または診断手順に対して種々の応力および相対的な
解剖学的位置が最適となるように、身体を屈曲できるよ
うにしている。手術台の設置ベースは構造が極めて多様
であり、手術台は何十年もの間使用されることが多いの
で、販売業者が多数あり、各販売業者は多数の異なる構
造の手術台を提供している。これによって重要な手術環
境で使用される磁気的位置トラッキングシステムに重要
な問題が生じている。すなわち、トラッカーのための作
動空間は一般に手術台の上部に載っている身体内にあ
る。このことは、トラッキングシステムは手術台の上
部、下方およびそのまわりにある金属構造体に極めて接
近した状態で作動することを意味する。これら金属構造
体によって磁界が歪み、この結果、レポートされる磁気
センサ位置に大きな誤差が生じる。手術台の構造が極め
て多様であることにより、所定の手術台で生じる歪の深
刻さを予測することが困難となっている。このようなこ
とは、手術環境では受け入れられない条件である。異な
る有効度でこれら悪影響を補償する試みがこれまでなさ
れてきた。
When conductive materials are present (often located above, below, or near the operating table), these materials generate an eddy current magnetic field. This eddy current magnetic field distorts the waveform of the received magnetic field. If the system does not use distortion reduction or compensation techniques, this magnetic field waveform will distort the output of the system. When magnetically permeable materials are present, these magnetically permeable materials bend or distort the magnetic field with the same effect as conductive materials. In the operating room, there are significant amounts of conductive and magnetically permeable materials. These materials are a key component of many operating tables surrounding equipment, such as carts, and are present in movable spotlights used to illuminate the surgical area. Many operating tables have many positional and angular degrees of freedom to allow the surgeon to optimally position the surgical area, and are designed to be extremely stable and robust while supporting heavy human bodies. ing. As a result of these conditions, the operating table includes a number of mechanisms that allow for anterior, posterior, upper, lower, lateral, rolling and tilting movements. Because these mechanisms are physically rugged and are generally made of steel, they have significant magnetic field distortion characteristics. The components present may include screws, rack and pinion gears or scissor type actuators. The operating table surface may be integral or divided into several parts, each part being able to move relative to other parts, and having various stresses and relative stresses for a particular surgical or diagnostic procedure. The body is flexed so that the anatomical position is optimal. The operating table installation base is very diverse in structure, and operating tables are often used for decades, so there are many distributors, and each distributor offers many different types of operating tables. I have. This creates significant problems for magnetic position tracking systems used in critical surgical environments. That is, the working space for the tracker is generally in the body resting on top of the operating table. This means that the tracking system operates in close proximity to the metal structures above, below and around the operating table. These metal structures distort the magnetic field, resulting in large errors in the reported magnetic sensor positions. The extreme variety of operating table structures makes it difficult to predict the severity of the distortion that will occur in a given operating table. This is an unacceptable condition in a surgical environment. Attempts have been made to compensate for these adverse effects with different degrees of effectiveness.

【0004】これまで使用されている1つの方法は、シ
ステムを使用するたびに作動空間全体をマッピングする
ことである。この方法は歪が深刻であり、作動空間が大
きい場合、潜在的に何千ものポイントを正確に測定しな
ければならないので、極めて時間がかかり、かつコスト
のかかる方法である。また、手術もしくは診断手順中に
手術台の形状は変化することが多く、これによってトラ
ッキングシステムに対する手術台の金属構造体の関係が
変化し、誤差を許容できない場合には新しいマップが必
要となるので、信頼性もない。トラッキングシステムの
近くには医療機器および診断装置が導入されたり、また
は取り除かれたりするので、マップは無効となる。ま
た、システムは2つの異なる物理的センサーの空間ポイ
ントでセンサが同じ位置にあると判断することがあるの
で、歪が深刻な場合、マップは全体に無効となることが
ある。この場合、出力データの使用は最少となる。
One method used so far is to map the entire working space each time the system is used. This method is extremely time consuming and costly, as the distortion is severe and if the working space is large, potentially thousands of points must be accurately measured. Also, the shape of the operating table often changes during a surgical or diagnostic procedure, which changes the relationship of the operating table metal structure to the tracking system and requires a new map if errors cannot be tolerated. Not reliable. The map becomes invalid as medical and diagnostic equipment is introduced or removed near the tracking system. Also, if the distortion is severe, the map may be totally invalid because the system may determine that the sensors are at the same location at the spatial point of two different physical sensors. In this case, the use of output data is minimal.

【0005】従来技術として一般に記載されている公知
の別の方法は、導電性アース平面に対してAC磁界を使
用する方法である。このアース平面はアース平面の下方
の磁界をほぼゼロまで減衰する。この方法には、アース
平面より下方の金属物体によってシステムが影響されな
いようにできるという利点がある。双極子送信機の場
合、平面に対する理論的磁界ベクトルを計算するのに、
「イメージ方法」が使用され、この磁界ベクトルはセン
サー位置を発生するのに使用される。この方法には複数
の欠点がある。1つの欠点はアース平面の近くで磁界強
度がほぼゼロとなり、ベクトル交差角度が小さくなり、
これによってシステムの精度およびノイズに対する性能
が深刻に低下することである。真の結果として、センサ
ーをアース平面よりも数センチ(数インチ)上方に維持
しなければならない。また、信号ロスおよび作動空間内
の低下したベクトル交差角度を小さくするために、双極
子をアース平面から所定距離に位置決めしなければなら
ない。約0.02832m3(1立方フィート)の容積
の場合、送信機の底部は、性能が受け入れられるように
するにはアース平面よりも約5.08cm(約2イン
チ)上方に位置していなければならない。患者が送信機
の上にいる場合に、患者を上昇させる高さを計算するた
めに、この5.08cm(2インチ)の数字に送信機の
厚みを加えなければならない。送信機のサイズは作動空
間内での必要な信号レベルによって決定される。最小侵
襲的手術用のセンサーコイルのサイズは横断面が約1m
m×5mmであり、この寸法は極めて小さい。作動空間
のエッジにおける精密で、低ノイズの手術をするための
条件によって、小さいコイル内に充分な強度の信号を誘
導するために、比較的大きい磁界の振幅を発生しなけれ
ばならない。送信機のサイズは送信機がどれだけの磁界
を出力しなければならないかによって大きく左右され
る。送信機は一般に立方体であるので、小さい受信コイ
ルと共に約0.02832m3(1立方フィート)の容
積内で充分な信号を得るには、実用的な送信機の寸法は
辺ごとに5.08cm(2インチ)の大きさとなる。ア
ース平面を含む従来技術における有効な送信機アセンブ
リは10.16cm(4インチ)の厚みであることが判
っている。手術環境では、外科医が見る場合に不快とな
るような高さまで患者を持ち上げなければならない。更
に、患者を手術台に平らに横たえなければならない場
合、余分なパッドが必要となることがある。手術台には
送信機とパッドの双方を固定しなければならない。端的
に言って、この構成はかさばり、患者を最適な態様に位
置決めできないことがある。
Another known method, commonly described in the prior art, is to use an AC magnetic field against a conductive ground plane. This ground plane attenuates the magnetic field below the ground plane to approximately zero. This method has the advantage that the system can be unaffected by metal objects below the ground plane. For a dipole transmitter, to calculate the theoretical magnetic field vector for a plane,
An "image method" is used and this magnetic field vector is used to generate the sensor position. This method has several disadvantages. One disadvantage is that the magnetic field strength near the ground plane is almost zero, the vector intersection angle is small,
This severely reduces the accuracy and noise performance of the system. The net result is that the sensor must be kept several centimeters (several inches) above the ground plane. Also, the dipole must be positioned at a predetermined distance from the ground plane to reduce signal loss and reduced vector intersection angle in the working space. For volume of about 0.02832m 3 (1 cubic foot), the bottom of the transmitter, to ensure that performance is acceptable if located approximately 5.08 cm (about 2 inches) above the ground plane No. The transmitter thickness must be added to this 5.08 cm (2 inch) number to calculate the height to raise the patient when the patient is on the transmitter. The size of the transmitter is determined by the required signal level in the working space. The size of the sensor coil for minimally invasive surgery is about 1m in cross section
m × 5 mm, which is extremely small. The conditions for precise, low-noise surgery at the edges of the working space require that relatively large magnetic field amplitudes be generated in order to induce a sufficiently strong signal in a small coil. The size of the transmitter depends greatly on how much magnetic field the transmitter must output. Since the transmitter is generally cubic, a practical transmitter size of 5.08 cm per side (for each side) to obtain sufficient signal within a volume of about 0.02832 m 3 (1 cubic foot) with a small receive coil 2 inches). An effective transmitter assembly in the prior art, including a ground plane, has been found to be 4 inches thick. In a surgical environment, the patient must be raised to such a height that it is uncomfortable for the surgeon to see. Further, if the patient has to lie flat on the operating table, extra pads may be required. The operating table must have both the transmitter and the pad secured. In short, this configuration is bulky and may not position the patient in an optimal manner.

【0006】送信機を作動空間よりも上に設置すること
は、潜在的に手術領域を妨害するので、このことは望ま
しくない。更に送信機はアース平面から離間して設置さ
れているので、アース平面の寸法を1つの辺の上に約4
5.7cm(約18インチ)の立方体に固定した場合、
アース平面は作動空間近くの金属物体の作用を低減する
上で有効ではなくなる。手術照明機器の金属ハウジング
は送信機および受信機の双方に接近しているので、作動
空間の上方部分では歪効果はより大きい。手術台を含
む、手術中に使用される機器は、潜在的に生命に危険を
与えるような歪を生じさせるので、このことは受け入れ
できない条件となる。
This is undesirable, as placing the transmitter above the working space potentially interferes with the surgical area. Further, since the transmitter is installed at a distance from the ground plane, the size of the ground plane should be approximately 4
When fixed to a 5.7 cm (about 18 inch) cube,
The ground plane is no longer effective in reducing the effect of metal objects near the working space. Since the metal housing of the surgical lighting device is close to both the transmitter and the receiver, the distortion effect is greater in the upper part of the working space. This is an unacceptable condition because instruments used during surgery, including the operating table, create potentially life-threatening distortions.

【0007】位置測定はx、yおよびzコイルからの相
対的ベクトルの大きさに依存する。この方法でも、マッ
ピングのような方法を使って歪効果を除くことができ
る。x、yおよびzコイルから送信された磁気ベクトル
の大きさがより類似となるにつれ、測定における所定の
誤差の大きさの結果、位置出力の誤差が大きくなる。ま
た、限定したケースを検討する場合、大きさが等しくな
ると位置測定が不可能となる。このような送信ベクトル
の小さい交差角度と、送信ベクトルの大きさの小さい差
との組み合わせ作用は、当業者にはベクトル希釈効果と
して知られている。送信機の下で導電性アース平面を使
用することにより、ベクトル希釈効果が生じる。送信機
がアース平面に接近するにつれ、ベクトル希釈の深刻さ
も大きくなり、受信機が送信機から離間した場合でも深
刻さが増加する。このベクトル希釈効果は一般に磁気ト
ラッキングシステムの送信機を導電性アース平面にどれ
だけ接近できるかの実用上の限界を定める。0.028
32m3(1立方フィート)の運動ボックスに対し、送
信機が無限延長導電性アース平面から5.08cm(2
インチ)よりも接近した場合、ベクトル希釈は許容でき
ないレベルに近づく。非双極子送信機構造でも、このベ
クトル希釈効果が存在し、その効果も同様である。
[0007] Position measurement depends on the magnitude of the relative vectors from the x, y and z coils. Even in this method, the distortion effect can be eliminated by using a method such as mapping. As the magnitudes of the magnetic vectors transmitted from the x, y and z coils become more similar, the magnitude of the predetermined error in the measurement results in a greater error in the position output. When considering a limited case, if the sizes are equal, position measurement becomes impossible. Such a combined effect of the small crossing angle of the transmission vector and the small difference in the magnitude of the transmission vector is known to those skilled in the art as a vector dilution effect. The use of a conductive ground plane under the transmitter creates a vector dilution effect. As the transmitter approaches the ground plane, the magnitude of vector dilution increases, even as the receiver moves away from the transmitter. This vector dilution effect generally sets a practical limit on how close a transmitter of a magnetic tracking system can be to a conductive ground plane. 0.028
For a cubic foot motion box of 32 m 3 (2 cubic feet), the transmitter is 5.08 cm (2.
If closer, the vector dilution approaches an unacceptable level. Even in non-dipole transmitter structures, this vector dilution effect exists, and so does its effect.

【0008】出願人は次の従来技術を認識している。ブ
ラッドに付与された米国特許第4,849,692号は、ステン
レススチール製の手術台の表面のような導電性物体およ
び表面積の広い他の物体によって発生される渦電流歪効
果を除く方法を開示している。透磁性金属の歪効果の問
題は、このシステムでは解決されない。このことは、シ
ステムの手術領域内、そのまわり、およびその下方にあ
る金属構造体は、受信した磁界を歪ませ、システムの性
能を低下させることを意味している。更に、アルミニウ
ムのような導電性金属製の広く厚いシートの渦電流減衰
時間は、200ミリ秒を越え得る。システムが3つの時
分割多重送信軸および好ましい実施例に記載されている
ように、地磁気を補償するためにすべての軸線がずれた
期間を使用する場合、最新レートは1/4*(200m
S)=1.25Hzとなることを意味する。このような
値は多くの用途で受け入れできないほど低速である。
The applicant has recognized the following prior art. U.S. Pat. No. 4,849,692 to Brad discloses a method for eliminating eddy current distortion effects caused by conductive objects and other objects having a large surface area, such as the surface of a stainless steel operating table. The problem of the distortion effect of permeable metals is not solved by this system. This means that metal structures in, around, and below the surgical area of the system will distort the received magnetic field and reduce the performance of the system. Further, the eddy current decay time of a wide, thick sheet of conductive metal such as aluminum can exceed 200 milliseconds. If the system uses three time division multiplexed axes and all off-axis periods to compensate for terrestrial magnetism as described in the preferred embodiment, the latest rate is 1/4 * (200 m
S) = 1.25 Hz. Such values are unacceptably slow for many applications.

【0009】ハンセン外に付与された米国特許第5,767,
669号は、地磁気の効果を補償する必要なく、渦電流の磁
界を補償する方法を開示している。このシステムは、近
接透磁性金属の効果を減少するための手段を有していな
いし、また高導電性金属製の、広く厚いシートの近くで
作動する間、最新レートを低速にしなければならないと
いう欠点を解決していない。
US Patent No. 5,767, issued to Hansen et al.
No. 669 discloses a method of compensating for eddy current magnetic fields without having to compensate for geomagnetic effects. This system has no means to reduce the effect of proximity permeable metal, and the disadvantage of having to slow down the latest rates while operating near wide and thick sheets of highly conductive metal. Have not solved.

【0010】ブラッド外に付与された米国特許第5,600,
330号は、非双極子ループ送信機をベースとする磁気ト
ラッキングシステムを開示している。このシステムは、
より小さい物体からの磁界が1/r3(ここでrは物体
からの受信距離である)のように低下し、一方、より大
きい送信ループからの磁界が1/r2のように低下し、
小さい金属物体からの作用が小さくなる場合の、作動空
間内の小さい金属物体に対する低感度を示す。しかしな
がら、金属製の広いシートは磁気送信機のループよりも
広い有効ループ面積を有し、これによって磁界低下速度
の利点を低下しており、このことは、システムを大きい
金属製物体に対してシステムが全く不感となるという一
般的な効果を有する、磁界低下速度の利点を小さくして
いる。更に、金属ループに平行かつこれに近い金属製物
体は極めて大きい渦電流を発生し、この渦電流は作動空
間内の信号レベルを低下させる。このシステム内の送信
機の近くの金属製物体の効果を減少するにはワイヤール
ープがループの平面に平行な導電性アース平面に接近し
た時に生じる、信号ロスを減少するよう、送信コイルを
アース平面からある距離だけ離間させなければならな
い。このシステムにおいて、送信機の構造が平面状であ
る場合、送信コイルから所定距離だけ下方に平面状アー
ス平面を設置できる。距離がゼロの場合、作動空間内の
磁界の減少はほぼ全体的であるので、送信コイルと、ア
ース平面と、これらの間の間隔の厚みの合計として定め
られる有効送信機の厚みと信号ロスとの間で妥協点を見
いださなければならない。更に、単一の送信コイル面積
に対してアース平面の渦電流のループ面積が広いという
技術に起因し、センサが送信機から離間する際に、更に
別の劣化作用がある。どのような送信コイルが作動して
いるかに係わらず、アース平面の電流分布は類似であ
る。このことは、アース平面の渦電流の磁界ベースも同
様であることを意味する。作動空間内の任意のポイント
における磁界は、送信コイルの磁界からアース平面渦電
流磁界を引いた値と送信コイルの半径よりも大きいアー
ス平面磁界有効半径とのベクトル合計であるので、送信
機の平面から離間すればするほど、アース平面電流によ
り、より大きい磁界が測定される。この真の効果は、3
つの送信コイルからのベクトルはあまり異なっておら
ず、これによってシステムが位置を決定するためにベク
トルの大きさおよび方向の差を使用する場合、システム
はノイズと金属歪の影響を受け易くなることである。こ
れら差が小さくなるにつれ、ベクトルのうちの1つの小
さい変化の結果、受信位置の見かけ変化は大きくなり得
る。
US Patent No. 5,600, issued to Brad et al.
No. 330 discloses a magnetic tracking system based on a non-dipole loop transmitter. This system is
The magnetic field from the smaller object drops as 1 / r 3 (where r is the receiving distance from the object), while the magnetic field from the larger transmit loop drops as 1 / r 2 ,
5 shows low sensitivity to small metal objects in the working space when the effect from small metal objects is reduced. However, a wide sheet of metal has a larger effective loop area than the loop of the magnetic transmitter, thereby reducing the benefit of the rate of magnetic field reduction, which makes the system less susceptible to large metal objects. Has the general effect of being totally insensitive, reducing the advantage of the magnetic field reduction rate. Furthermore, metal objects parallel to and close to the metal loop generate very large eddy currents, which reduce the signal level in the working space. To reduce the effect of metal objects near the transmitter in this system, the transmission coil should be grounded to reduce the signal loss that occurs when the wire loop approaches a conductive ground plane parallel to the plane of the loop. Must be separated by a certain distance. In this system, when the structure of the transmitter is planar, a planar ground plane can be installed a predetermined distance below the transmitting coil. At zero distance, the reduction of the magnetic field in the working space is almost total, so the effective transmitter thickness and signal loss, defined as the sum of the thickness of the transmitting coil, the ground plane, and the spacing between them, We have to find a compromise between. Further, due to the technique of having a large eddy current loop area on the ground plane with respect to a single transmitting coil area, there is still another degrading effect when the sensor moves away from the transmitter. Regardless of which transmitting coil is active, the current distribution in the ground plane is similar. This means that the magnetic field base of the eddy current in the ground plane is similar. The magnetic field at any point in the working space is the vector sum of the magnetic field of the transmitting coil minus the ground plane eddy current field and the effective radius of the ground plane magnetic field larger than the radius of the transmitting coil, so the plane of the transmitter The further away from, the greater the magnetic field is measured by the ground plane current. This true effect is 3
The vectors from the two transmit coils are not very different, which makes the system more susceptible to noise and metal distortion if the system uses differences in vector magnitude and direction to determine position. is there. As these differences become smaller, the apparent change in the receiving position can be larger as a result of the smaller change in one of the vectors.

【0011】エッカー外に付与された米国特許第5,752,
513号は、ブラッドの米国特許第5,600,330号に記載され
ているシステムのサブセットであるシステムを示してお
り、多くの点でその作動は非双極子送信機の特性および
金属に関する感度は同じである。
US Patent No. 5,752, issued to Ecker et al.
No. 513 shows a system that is a subset of the system described in US Pat. No. 5,600,330 to Brad, whose operation is in many respects the same in non-dipole transmitter characteristics and metal sensitivity.

【0012】フクダ外に付与された米国特許第5,550,09
1号は、作動空間内に制御された磁界を発生するため
の、いわゆる「ヘルムホルツ」装置を使用したシステム
を示している。このシステムの欠点は、かさばることで
あり、作動空間をヘルムホルツコイルアセンブリで囲ま
なければならないことである。このシステムの第2の欠
点は、システムを金属製物体、例えばスチール製手術台
に載せた時に、送信コイルからの磁界が作動空間内で歪
むことである。
US Pat. No. 5,550,09 issued to Fukuda et al.
No. 1 shows a system using a so-called "Helmholtz" device for generating a controlled magnetic field in the working space. The disadvantage of this system is that it is bulky and requires that the working space be enclosed by a Helmholtz coil assembly. A second disadvantage of this system is that when the system is mounted on a metal object, for example a steel operating table, the magnetic field from the transmitting coil is distorted in the working space.

【0013】アンダーソンに付与された米国特許第5,64
0,170号は、アース平面上に双極子を特別な構造の、ス
パイラルに位置決めする方法を開示している。このシス
テムにおける双極子送信機は、スパイラルアース平面ア
センブリの中心に位置決めしなければならず、これによ
って臨床セットにおいて患者を位置決めすることがより
困難となる。この位置決めは所定の手術中に手術領域を
妨害することがあるからである。この方法の利点は、ア
ース平面に送信機を接近させることが可能であり、位置
を分解するために「イメージ方法」を使用しなくてもよ
いことである。しかしながら、スパイラル/アース平面
アセンブリに送信機を設置する欠点は、アース平面だけ
のケースに極めて類似している。
US Pat. No. 5,64 to Anderson
No. 0,170 discloses a method for positioning a dipole in a special structure, spiral, on the ground plane. The dipole transmitter in this system must be centered on the spiral ground plane assembly, which makes it more difficult to position the patient in a clinical set. This positioning may interfere with the operative area during a given operation. The advantage of this method is that it is possible to bring the transmitter closer to the ground plane, without having to use an "image method" to resolve the position. However, the disadvantage of placing the transmitter in a spiral / ground plane assembly is very similar to the case with a ground plane only.

【0014】ケレンに付与された米国特許第5,198,768
号は、NMR用に使用するための表面コイルアレイを示
している。このシステムは、位置を測定せず、近接金属
物体の作用を低減するための方法は使用していない。
US Pat. No. 5,198,768 to Keren
Numbers indicate surface coil arrays for use for NMR. This system does not measure position and does not use any methods to reduce the effects of nearby metal objects.

【0015】本発明は、信号劣化の欠点を示すことな
く、送信機アセンブリの下方およびこれに隣接する金属
物体に不感となる条件を満たす限り、かかる送受信位置
および配向装置に関連する従来技術とは根本的に異なる
ものである。
The present invention is directed to the prior art associated with such transmitting / receiving position and orienting devices, as long as they meet the conditions of being insensitive to metal objects below and adjacent to the transmitter assembly without exhibiting the disadvantages of signal degradation. It is fundamentally different.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明は、金属製物体が
一般に存在する領域内の作動空間の外側の領域におい
て、磁界を減衰するように、1つ以上の送信要素からの
磁界を実質的に含み、これを閉じ込め、向きを向け直す
ための手段を有する、磁界位置および配向測定システム
の実施例に関する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention substantially reduces the magnetic field from one or more transmitting elements so as to attenuate the magnetic field in a region outside the working space within a region where metallic objects are generally present. And an embodiment of a magnetic field position and orientation measurement system having means for confining and redirecting the same.

【0017】本発明は、磁界を利用して送信アンテナに
対する受信アンテナの位置を測定するためのデバイスに
関する。特に、かかるデバイスは6つの自由度の位置、
すなわち3つの座標方向内の運動(位置)、すなわち並
進運動と、3つの座標軸上での回転運動(配向)とを測
定するためのものであるが、これだけに限定されるもの
ではない。位置は3つの互いに垂直な方向と称される
X、YおよびZの線形座標によって一般に定義され、配
向は3つの相互に垂直な方向に通常一致する3つの相互
に垂直な軸線におけるピッチ、ロールおよびアジマス回
転角座標によって一般に記述される。
The present invention relates to a device for measuring the position of a receiving antenna with respect to a transmitting antenna using a magnetic field. In particular, such devices have six degrees of freedom positions,
In other words, the purpose is to measure movement (position) in three coordinate directions, that is, translational movement and rotational movement (orientation) on three coordinate axes, but the present invention is not limited to this. Position is generally defined by the X, Y, and Z linear coordinates, referred to as three mutually perpendicular directions, and the orientation is pitch, roll, and roll in three mutually perpendicular axes that usually coincide with the three mutually perpendicular directions. Generally described by azimuth rotation angle coordinates.

【0018】本発明は、次の相互に関連する目的、様相
および特徴を含む。 (1)好ましい実施例ではセンサ作動空間の内部で磁束
ベクトルが大きくされ、送信機平面の下方およびこれに
隣接して磁束ベクトルが低減され、これによって送信機
の下方およびその近くにある金属によるシステムへの影
響を小さくするように、磁束ベクトルの向きを向けなお
すのに磁束閉じ込め手段が使用される。送信機からの磁
束ベクトルは安定かつ繰り返し可能に磁束閉じ込め手段
によって歪まされるので、歪の生じた磁界の特性を正確
かつ繰り返し可能に決定することが可能である。送信ア
センブリからの正確なベクトル分布が既知となると、受
信手段からの位置および配向を解くことは、磁気的位置
をトラッキングする技術に精通するものにとって、簡単
な作業である。このようなベクトルの特性を定める1つ
の信頼できる方法は、送信機からの磁界ベクトルを計算
するために有限要素解析方法を使用することである。別
の信頼できる方法は、当業者に周知の方法である、いわ
ゆるいくつかのマッピング技術のうちの1つを使用する
ことである。
The present invention includes the following interrelated objects, aspects and features. (1) In a preferred embodiment, the magnetic flux vector is increased inside the sensor working space, and the magnetic flux vector is reduced below and adjacent to the transmitter plane, so that a metal system below and near the transmitter is used. Flux confinement means is used to redirect the direction of the magnetic flux vector so as to reduce the effect on the magnetic flux vector. Since the magnetic flux vector from the transmitter is distorted by the magnetic flux confinement means in a stable and repeatable manner, the characteristics of the distorted magnetic field can be determined accurately and repeatably. Once the exact vector distribution from the transmitting assembly is known, solving for the position and orientation from the receiving means is a straightforward task for those familiar with magnetic position tracking techniques. One reliable way to characterize such a vector is to use a finite element analysis method to calculate the magnetic field vector from the transmitter. Another reliable method is to use one of several so-called mapping techniques, which are well known to those skilled in the art.

【0019】(2)本発明の好ましい実施例は、システ
ムの作動空間の下方、かつこれに隣接する金属製物体か
らの影響を小さくした代表的な磁気送信アセンブリを形
成するための方法を教示するものである。この好ましい
実施例は、更に導電性アース平面のベクトル希釈効果を
問題とならないレベルまで更に低下するものである。こ
のようなベクトル希釈効果の低下によって、送信機の下
方にある金属製物体に対する不感性および作動空間に隣
接する物体に対する低感度を維持しながら、作動空間内
の金属製物体によって生じる歪に実質的に影響を受けな
いシステムが得られる。送信手段は容積内の受信機の位
置を決定するための適当な形状および位置に配置された
ワイヤーループ、ソレノイドまたは永久磁石を含むこと
ができる。
(2) The preferred embodiment of the present invention teaches a method for forming a typical magnetic transmission assembly with reduced effects from metal objects below and adjacent to the working space of the system. Things. This preferred embodiment further reduces the vector dilution effect of the conductive ground plane to a level that is not problematic. This reduction in vector dilution effect substantially reduces distortion caused by metal objects in the working space while maintaining insensitivity to metal objects below the transmitter and low sensitivity to objects adjacent to the working space. A system which is not affected by the above is obtained. The transmitting means may include a wire loop, solenoid or permanent magnet arranged in a suitable shape and position to determine the position of the receiver within the volume.

【0020】(3)本発明は所望する作動空間内に位置
するセンサからの位置の読み取りの精度を劣化すること
なく、任意の幅および構成の表面に設置できるシステム
に対する条件を満たすものである。本発明は従来のアー
ス平面に基づく補償方法を使った場合、全く不可能であ
ったACおよびDC送信機の励磁のためのこの目標を達
成するものである。更に本発明は、従来のアース平面に
基づく補償方法を使った場合不可能であった、作動空間
内の磁界強度を大幅に増加しながら、この目標を達成す
るものである。更に本発明は、送信機の近くに導電性ア
ース平面を設置した時に生じるベクトル希釈効果の問題
も解消するものである。
(3) The present invention satisfies the requirements for a system that can be installed on a surface of any width and configuration without deteriorating the accuracy of reading a position from a sensor located in a desired working space. The present invention achieves this goal for exciting AC and DC transmitters, which was not possible at all using conventional ground plane based compensation methods. Further, the present invention achieves this goal while significantly increasing the magnetic field strength in the working space, which was not possible using conventional ground plane based compensation methods. The present invention also eliminates the problem of the vector dilution effect that occurs when placing a conductive ground plane near the transmitter.

【0021】(4)本発明の好ましい実施例では、高透
磁性であるが、実質的に非導電性の材料、例えばフェラ
イトまたはミューメタルから製造された透磁性バリアを
導電性プレートの上部に載せる。好ましい実施例では、
フェライトから製造した場合の透磁性層の厚みは1.2
7mm〜6.35mm(0.05インチ〜0.25イン
チ)の範囲であるが、ミューメタルを使用すると、厚み
を0.254mm(0.01インチ)よりも薄くすること
ができる。好ましくはアルミニウム合金から製造した導
電性プレートは約4.76mm〜6.35mm(3/16
インチ〜1/4インチ)の厚みとすることができる。透
磁性層内でミューメタルを使用する場合に、機械的支持
をするために厚みを決めることが重要ではないので、導
電性プレートの厚みを薄くできる。フェライトまたはミ
ューメタルバリアの頂部に平面状の3軸ロンビック送信
機を載せるが、この詳細については米国特許第5,600,33
0号に記載されている。好ましい実施例では、送信機は
プリント回路基板から成り、このプリント回路基板の上
部に送信機がエッチングされている。厚みが約0.79
4mm〜3.175mm(0.03125〜0.125イ
ンチ)までのプリント回路基板を使用することができ
る。
(4) In a preferred embodiment of the present invention, a magnetically permeable barrier made of a highly permeable but substantially non-conductive material, such as ferrite or mu metal, is placed on top of the conductive plate. . In a preferred embodiment,
The thickness of the magnetically permeable layer when manufactured from ferrite is 1.2.
It is in the range of 7 mm to 6.35 mm (0.05 inch to 0.25 inch), but the thickness can be made smaller than 0.254 mm (0.01 inch) if mu metal is used. The conductive plate, preferably made of an aluminum alloy, is about 4.76 mm to 6.35 mm (3/16
Inches to 1/4 inch). When the mu metal is used in the magnetically permeable layer, it is not important to determine the thickness for mechanical support, so that the thickness of the conductive plate can be reduced. A planar 3-axis rhombic transmitter is mounted on top of a ferrite or mu metal barrier, which is described in detail in US Pat. No. 5,600,33.
No. 0. In a preferred embodiment, the transmitter comprises a printed circuit board on which the transmitter is etched. About 0.79 in thickness
Printed circuit boards from 4 mm to 3.175 mm (0.0125 to 0.125 inches) can be used.

【0022】(5)所望する場合、透磁性バリアは平ら
で平面状の構造でもよい。また、これとは異なり、横断
面が、高い位置にある周辺エッジを有する平らな中心領
域を有するパンケーキに類似するように製造しても良
い。更にこれとは異なり、透磁性バリアは頂部表面から
底部表面まで外側にテーパの付いた周辺エッジを有する
ほぼ平らな構造でもよく、テーパは底部表面と、好まし
くは30〜85度の範囲の角度をなしてもよい。
(5) If desired, the magnetically permeable barrier may have a flat, planar structure. Alternatively, the cross-section may be made to resemble a pancake having a flat central region with elevated peripheral edges. Further alternatively, the magnetically permeable barrier may be a substantially flat structure having a peripheral edge that tapers outwardly from the top surface to the bottom surface, wherein the taper forms an angle with the bottom surface, preferably in the range of 30-85 degrees. You may do it.

【0023】(6)送信機に隣接するか、またはこの下
方の領域内にある導電性物体がAC磁界を受ける場合、
この物体内に渦電流が誘導される。こうして誘導された
渦電流は磁界成分を発生し、この磁界成分はベクトルを
加えることによって物体の近くの、通常金属がない場合
の磁界と結合し、これを歪ませる。このような寄生渦電
流磁界の大きさは導電性物体の近くのAC磁界の大きさ
に比例する。
(6) If a conductive object adjacent to or in the area below the transmitter receives an AC magnetic field,
Eddy currents are induced in this object. The eddy currents thus induced generate a magnetic field component which, by adding a vector, combines with and distorts the magnetic field near the object, usually without metal. The magnitude of such a parasitic eddy current magnetic field is proportional to the magnitude of the AC magnetic field near the conductive object.

【0024】(7)従って、送信機アセンブリに隣接す
る領域およびこの下方の領域内の磁界の大きさが減少す
る一方、送信機アセンブリの上方の作動空間内の磁界ベ
クトルの大きさおよび方向が一定のままである場合、こ
の領域内の金属製物体による、送信機アセンブリの上方
の作動空間内の磁界に対する歪効果は比例的に減少する
ことが理解できよう。送信機アセンブリに隣接する領域
およびこの下方の領域内の磁界の大きさが一定のままで
ある一方、送信機アセンブリの上方の作動空間内の磁界
の大きさが増加した場合の歪減少効果も同様である。従
って、送信機アセンブリに隣接する領域およびこの下方
における磁界の大きさに対する送信機アセンブリの上方
の作動領域内の磁界の大きさの比を使って、金属製物体
による影響を予測することができる。送信機アセンブリ
に隣接する領域およびその下方の領域内に歪物体がある
場合、強磁性歪効果についても同様なことが当てはま
る。
(7) Thus, while the magnitude of the magnetic field in the area adjacent to and below the transmitter assembly is reduced, the magnitude and direction of the magnetic field vector in the working space above the transmitter assembly is constant. If it does, it can be seen that the effects of metal objects in this area on the magnetic field in the working space above the transmitter assembly are proportionally reduced. While the magnitude of the magnetic field in the area adjacent to and below the transmitter assembly remains constant, the effect of reducing distortion when the magnitude of the magnetic field in the working space above the transmitter assembly increases is similar. It is. Thus, the ratio of the magnitude of the magnetic field in the working area above the transmitter assembly to the magnitude of the magnetic field below and below the area adjacent to the transmitter assembly can be used to predict the effect of the metallic object. The same holds true for the ferromagnetic distortion effect when there is a distorted object in the area adjacent to and below the transmitter assembly.

【0025】(8)図13に示されているような構造の
単一の送信コイルの相対的磁気歪感度の値を通常値とし
て設定できれば、作動空間に隣接する物体に対する相対
的歪感度の示性数Maを定めることができる。ここで、
Maは(送信機アセンブリよりも上方の領域内にある、
図2に示されたシステムの磁界)を(送信機アセンブリ
よりも上方の領域内にある、図5に示されたシステムの
磁界)で割り、(送信機アセンブリに隣接する領域内
の、図2に示されたシステムの磁界)で割り、(送信機
アセンブリに隣接する領域内の、図5の構造のシステム
の磁界)で割った値に等しい。図1に示されたシステム
は、図11を基準システムとして選択するように、1の
感度示性数を有する。
(8) If the value of the relative magnetostriction sensitivity of a single transmission coil having a structure as shown in FIG. 13 can be set as a normal value, the relative distortion sensitivity of an object adjacent to the working space is indicated. The sex number Ma can be determined. here,
Ma is in the area above the transmitter assembly,
Dividing (the magnetic field of the system shown in FIG. 2) (in the area above the transmitter assembly, the magnetic field of the system shown in FIG. 5) and (in the area adjacent to the transmitter assembly, FIG. 5) and (magnetic field of the system of FIG. 5 in the area adjacent to the transmitter assembly). The system shown in FIG. 1 has a sensitivity index of 1 so as to select FIG. 11 as the reference system.

【0026】(9)同様に、送信機アセンブリの下方の
物体を比較するために、用語Mbを定義できる。このM
bは(送信機アセンブリよりも上方の領域内にある、図
2のシステムの磁界)を(送信機アセンブリよりも上方
の領域内にある、図5に示されたシステムの磁界)で割
り、(送信機アセンブリの下方の、図2のシステムの磁
界)で割り、(送信機アセンブリの下方の領域内の、図
5のシステムの磁界)で割った値に等しい。これら示性
数MaおよびMbを使用すると、送信機アセンブリに隣
接する領域および下方の領域内の金属製物体に対する相
対的感度を決定するために、いくつかの異なる構造を評
価できる。
(9) Similarly, the term Mb can be defined to compare objects below the transmitter assembly. This M
b is divided by (the magnetic field of the system of FIG. 2 in the area above the transmitter assembly, the magnetic field of the system shown in FIG. 5 in the area above the transmitter assembly), Divided by (the magnetic field of the system of FIG. 2 below the transmitter assembly) and divided by (the magnetic field of the system of FIG. 5 in the area below the transmitter assembly). Using these exponential numbers Ma and Mb, several different structures can be evaluated to determine their relative sensitivity to metal objects in the area adjacent to and below the transmitter assembly.

【0027】従って、本発明の第1の目的は、磁界閉じ
込め手段を備えた、磁気的位置測定システムを提供する
ことにある。
Accordingly, it is a first object of the present invention to provide a magnetic position measurement system having a magnetic field confinement means.

【0028】本発明の別の目的は、薄い導電性プレート
の上方に薄い透磁性バリアが取り付けられたかかるシス
テムを提供することにある。本発明の更に別の目的は、
実質的に透磁率が高く、実質的に非導電性バリアが上に
曲がった周辺エッジを有するかかるシステムを提供する
ことにある。
It is another object of the present invention to provide such a system wherein a thin magnetically permeable barrier is mounted above a thin conductive plate. Yet another object of the present invention is to provide
It is to provide such a system having a substantially high magnetic permeability and a substantially non-conductive barrier having an upwardly curved peripheral edge.

【0029】本発明の更に別の目的は、透磁率が実質的
に高く、実質的に非導電性のバリアが周辺エッジを有
し、このエッジが頂部表面から底部表面に向かって下方
に向いたテーパが付けられているかかるシステムを提供
することにある。本発明の更に別の目的は、透磁性バリ
アの上方に薄いロンビック送信機が取り付けられている
かかるシステムを提供することにある。
It is yet another object of the present invention that the substantially magnetically permeable, substantially non-conductive barrier has a peripheral edge, which edge points downward from the top surface to the bottom surface. It is to provide such a system that is tapered. It is yet another object of the present invention to provide such a system in which a thin rhombic transmitter is mounted above a magnetically permeable barrier.

【0030】本発明の更に別の目的は、送信機の直下に
ある金属製物体の影響を受けるという欠点を有すること
なく、送信アンテナに対する受信アンテナの位置を定量
的に測定するためのシステムを提供することにある。本
発明の更に別の目的は、送信機の平面にあるか、または
下方にあり、できるだけ水平に延びている金属製物体の
影響を受けないシステムを提供することにある。
Yet another object of the present invention is to provide a system for quantitatively measuring the position of a receiving antenna with respect to a transmitting antenna without having the disadvantage of being affected by a metal object directly below the transmitter. Is to do. It is yet another object of the present invention to provide a system that is insensitive to metal objects that lie in the plane of or below the transmitter and extend as horizontally as possible.

【0031】本発明の更に別の目的は、意図する作動空
間内で送信磁界強度の損失を解消するかかるシステムを
提供することにある。本発明の更に別の目的は、ベクト
ル希釈効果により性能が大幅に劣化しないかかるシステ
ムを提供することにある。本発明の更に別の目的は、D
CまたはAC送信機励磁技術を使用でき、送信機構造の
下方に設置された磁気物体の影響を受けないかかるシス
テムを提供することにある。
It is yet another object of the present invention to provide such a system that eliminates transmission field strength losses in the intended working space. It is yet another object of the present invention to provide such a system in which the performance is not significantly degraded by the vector dilution effect. Still another object of the present invention is to provide D
It is an object of the present invention to provide such a system that can use C or AC transmitter excitation techniques and is not affected by magnetic objects located below the transmitter structure.

【0032】添付図面と共に下記の説明を読めば、好ま
しい実施例の次の詳細な説明から本発明の上記およびそ
れ以外の目的、様相および特徴について良好に理解でき
よう。
The foregoing and other objects, aspects and features of the present invention will become better understood from the following detailed description of the preferred embodiment, read in conjunction with the accompanying drawings.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】まず図1を参照すると、全体が番
号1で示されたシステムは、従来の3軸双極子送信機を
含むように示されており、送信機は全体が番号2で示さ
れており、導電性プレート3の上に浮遊されている。送
信機2のXコイルとYコイルとによって導電性プレート
3内に誘導される渦電流は、大きさ、方向および導電性
プレート3上の分布に関してほぼ互いに同一である。こ
のような類似性によって、作動空間4の内部でのポイン
トにおける渦電流磁界ベクトルは大きさおよび方向の双
方で全く同様となっている。送信機2が導電性プレート
3に接近するにつれ、作動空間4の内部の任意の点にお
ける送信された磁界に対する渦電流磁界の大きさは、増
加する。導電性プレート3からの渦電流磁界は同一であ
るので、これによってXコイルおよびYコイルからの総
磁界ベクトルはより同様となり、これによってこれら2
つのベクトルの交差によって形成される角度が減少す
る。磁気双極子システムは3つの直交する送信機コイル
から誘導配置までの3つの異なるベクトルの交差の角度
を利用している。渦電流磁界が存在することにより、こ
れら角度が歪む場合、システムは歪んだ配向値を出力す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring first to FIG. 1, a system, generally designated by the numeral 1, is shown to include a conventional three-axis dipole transmitter, which is generally designated by the numeral 2. Shown and suspended above the conductive plate 3. The eddy currents induced in the conductive plate 3 by the X and Y coils of the transmitter 2 are substantially identical to each other with respect to magnitude, direction and distribution on the conductive plate 3. Due to such similarities, the eddy current magnetic field vectors at points inside the working space 4 are exactly the same in both magnitude and direction. As the transmitter 2 approaches the conductive plate 3, the magnitude of the eddy current field relative to the transmitted magnetic field at any point inside the working space 4 increases. Since the eddy current field from the conductive plate 3 is the same, this results in a more similar total field vector from the X and Y coils, which
The angle formed by the intersection of the two vectors decreases. Magnetic dipole systems utilize the angle of intersection of three different vectors from three orthogonal transmitter coils to an inductive configuration. If these angles are distorted due to the presence of eddy current fields, the system will output distorted orientation values.

【0034】かかる歪を除くため、従来技術では当業者
に周知の磁界マッピングプロセスを使ってかかる誤差を
除いていた。しかしながら、かかる磁界マッピングプロ
セスは、図1に示されるようなシステムに適用した場
合、深刻な欠点を有する。これら3つの交差角度を決定
する際の所定量の誤差に対し、システムは配向出力にお
ける誤差を出力する。この誤差がノイズソースに起因す
るものである場合、配向出力にはノイズが含まれる。
X、YおよびZコイルから送信されるベクトルの交差角
度が減少するにつれ、受信機の配向測定はノイズまたは
その他の誤差の影響をより受けやすくなる。これらコイ
ルがほぼ同一であり、交差角度がほぼ0であるような極
端なケースでは、誤差およびノイズの影響の受けやすさ
が無限に近似するにつれ、配向の測定は不可能となる。
In order to eliminate such distortions, the prior art used a magnetic field mapping process well known to those skilled in the art to eliminate such errors. However, such a magnetic field mapping process has serious disadvantages when applied to a system as shown in FIG. For a given amount of error in determining these three intersection angles, the system outputs an error in the orientation output. If this error is due to a noise source, the orientation output contains noise.
As the crossing angles of the vectors transmitted from the X, Y and Z coils decrease, the orientation measurement of the receiver becomes more susceptible to noise or other errors. In the extreme case, where the coils are nearly identical and the crossing angle is nearly zero, orientation measurements are not possible as the susceptibility to errors and noise approaches infinity.

【0035】所定の金属環境における予想される磁界歪
レベルを比較する方法は、異なるシステムを評価する際
に有効である。かかる1つの方法は、磁界強度比を利用
しており、かかる比は、測定を行うべき領域における磁
界強度を、該領域の外側の領域における磁界の強度で割
った値として定義される。後者の容積は一般に従来の容
積に直接隣接する容積として選択される。このような分
析を更に容易とするために、それぞれの容積内の全磁界
を示すための単一ポイントを選択する。この方法の理論
的基礎は次のとおりである。
The method of comparing expected magnetic field distortion levels in a given metal environment is useful in evaluating different systems. One such method utilizes a magnetic field strength ratio, which is defined as the magnetic field strength in the region to be measured divided by the magnetic field strength in a region outside the region. The latter volume is generally chosen as the volume immediately adjacent to the conventional volume. To further facilitate such analysis, a single point is selected to represent the total magnetic field in each volume. The theoretical basis of this method is as follows.

【0036】送信機に隣接するか、または送信機の下方
の領域にある導電性物体がAC磁界を受けると、物体内
に渦電流が誘導される。誘導されたこの渦電流は磁界成
分を発生し、この磁界成分はベクトルを加算することに
よって物体近くの通常の金属のない磁界と結合し、これ
を歪ませる。このような寄生渦電流磁界の大きさは、導
電性物体の近くにあるAC磁界の大きさに比例する。
When a conductive object adjacent or in the area below the transmitter receives an AC magnetic field, eddy currents are induced in the object. The induced eddy currents generate a magnetic field component that combines and distorts the normal metal-free magnetic field near the object by adding the vectors. The magnitude of such a parasitic eddy current magnetic field is proportional to the magnitude of the AC magnetic field near the conductive object.

【0037】従って、送信機アセンブリの上方の作動空
間内の磁界ベクトルの大きさおよび方向が一定のままで
あり、一方、送信機アセンブリに隣接し、この下方にあ
る領域内の磁界の大きさが減少した場合、その領域内の
金属製物体は送信機アセンブリの上方の作動空間内の磁
界に対する歪効果は比例的に減少することが理解できよ
う。送信機アセンブリに隣接する領域およびこの下方の
領域内の磁界の大きさは一定のままの状態の場合に、送
信機アセンブリの上方にある作動空間内の磁界の大きさ
が増加した場合、歪減少効果も同様となる。従って、送
信機アセンブリに隣接し、かつこの下方にある領域の磁
界の振幅に対する、送信機アセンブリの上方の作動空間
内の磁界の大きさの比を使って、金属物体への感度(金
属物体による影響)を予測できる。送信機アセンブリに
隣接し、かつその下方にある領域内に歪を生じさせる物
体が位置している場合、強磁性歪効果についても同じこ
とが当てはまる。
Thus, the magnitude and direction of the magnetic field vector in the working space above the transmitter assembly remains constant, while the magnitude of the magnetic field in the area adjacent to and below the transmitter assembly is reduced. It can be seen that if reduced, the metallic objects in that area will have a proportionally reduced distortion effect on the magnetic field in the working space above the transmitter assembly. Distortion decreases when the magnitude of the magnetic field in the working space above the transmitter assembly increases, while the magnitude of the magnetic field in the area adjacent to and below the transmitter assembly remains constant. The effect is the same. Thus, the sensitivity to metal objects (by metal objects) is determined by using the ratio of the magnitude of the magnetic field in the working space above the transmitter assembly to the amplitude of the magnetic field in the area adjacent to and below the transmitter assembly. Impact) can be predicted. The same is true for the ferromagnetic distortion effect if the strain-causing object is located in an area adjacent to and below the transmitter assembly.

【0038】図13に示されているような構造の単一送
信コイルの相対的磁気歪感度の値を通常値として設定で
きれば、Maと表示された相対的歪感度の示性数は、
(送信機アセンブリの上方の領域内の、図2に示された
システムの磁界)を(送信機アセンブリの磁界の領域内
の図5に示されたシステムの磁界)で割り、更に、(送
信機アセンブリに隣接する領域内の図2に示されたシス
テムの磁界)で割り、(更に送信機アセンブリに隣接す
る領域内の図5の構造におけるシステムの磁界)で割っ
た値に等しくなる点に到達できる。図11に示されてい
るシステムは、例えば図1を基準システムとして選択す
る、1の感度の示性数の感度を有する。
If the value of the relative magnetostriction sensitivity of the single transmission coil having the structure shown in FIG. 13 can be set as a normal value, the relative distortion sensitivity indicated by Ma becomes:
(The magnetic field of the system shown in FIG. 2 in the area above the transmitter assembly) is divided by (the magnetic field of the system shown in FIG. 5 in the area of the magnetic field of the transmitter assembly), and A point is reached that is equal to the value divided by (the magnetic field of the system shown in FIG. 2 in the area adjacent to the assembly) and divided by (the magnetic field of the system in the structure of FIG. 5 in the area adjacent to the transmitter assembly). it can. The system shown in FIG. 11 has a sensitivity of a sensitivity of 1 which selects, for example, FIG. 1 as the reference system.

【0039】同様に、送信機アセンブリの下方にある金
属物体に対する歪の感度を比較するために、(送信機ア
センブリの上方の領域内の、図2のシステムの磁界)を
(送信機アセンブリの上方の領域内の、図5に示された
システムの磁界)で割り、(送信機アセンブリの下方の
図2のシステムの磁界)で割り、(送信機アセンブリの
下方の領域内の、図5のシステムの磁界)で割った値に
等しい、項Mbを定義できる。この示性数MaおよびM
bを使うことにより送信機アセンブリに隣接し、かつこ
の下方の領域内の金属物体に対する相対的感度を決定す
るように、いくつかの異なる構造を評価できる。
Similarly, to compare the sensitivity of the strain to metal objects below the transmitter assembly, the (magnetic field of the system of FIG. 2 in the area above the transmitter assembly) is compared to (the magnetic field above the transmitter assembly). 5), divided by (the magnetic field of the system of FIG. 2 below the transmitter assembly), and divided by (the magnetic field of the system of FIG. 2 below the transmitter assembly). The term Mb can be defined equal to the value divided by The exponential numbers Ma and M
By using b, several different structures can be evaluated to determine the relative sensitivity to metal objects in the area adjacent to and below the transmitter assembly.

【0040】図13を参照すると、ここには直径が1
9.05cm(7.5インチ)の単一巻送信コイル6が
20KHzの周波数で、かつ1アンペアrmsの電流で
作動する更に別の従来技術のシステムが示されている。
多数の方法を使って磁界ベクトルを計算できるが、この
うちの1つの方法はいわゆる有限要素方法として知られ
ているものである。この計算の基本的ツールは、境界条
件および磁界特性としてマックスウェルの方程式を使用
するソフトウェアプログラムである。コンピュータ化さ
れたドラフティングプログラムを使って分析すべきモデ
ルを作成する。このモデルはシステムの幾何学的形状お
よび材料の性質の双方だけでなく、任意の励磁特性から
も構成されている。このモデルは、モデル内およびその
まわりの電磁界の挙動をシミュレートする数値有限要素
ソルバーによって演算される。この結果、モデルのすべ
ての点における磁界に対する正確な定量値が得られる。
当業者によれば容易に達成されるモデルの巧妙な作成に
より、材料と幾何学的形状の種々の組み合わせを分析す
ることが可能となる。更に、モデル上の正確な空間的位
置を選択し、この位置における磁界ベクトルの大きさお
よび方向に対する正確な数値を得ることができる。これ
ら同じ位置を選択し、モデルパラメータを変えることに
より、特定の空間的位置における磁界に対する材料の性
質および幾何学的形状の影響を見ることができる。それ
ぞれの容積内の磁界の挙動を示すように、作動空間7、
隣接する空間8および送信コイルの下方の領域9の各々
内で1つのポイントが選択される。送信ループ5の中心
に0、0、0の幾何学的原点を選択する。(0、0、
6)のポイントによって作動空間7が表示され、(0、
12、0)のポイントによって隣接する空間8が表示さ
れ、(0、0、6)によって領域9が表示される。この
方法を使用することによって、作動空間7に対する磁界
ベクトルの大きさは(9.12e−17テスラ)とな
り、隣接する空間8は(7.2e−17テスラ)とな
り、送信コイル6の下方の領域9は(6.4e−15テ
スラ)となる。このような構成が基準構成として選択さ
れ、従って、MaおよびMbは1に等しくなる。
Referring to FIG. 13, the diameter is 1
Yet another prior art system is shown in which a 7.5 inch single turn transmit coil 6 operates at a frequency of 20 KHz and a current of 1 amp rms.
The magnetic field vector can be calculated using a number of methods, one of which is known as the so-called finite element method. The basic tool for this calculation is a software program that uses Maxwell's equations as boundary conditions and magnetic field properties. Create a model to be analyzed using a computerized drafting program. This model consists of both the geometry of the system and the properties of the material, as well as any excitation characteristics. This model is computed by a numerical finite element solver that simulates the behavior of electromagnetic fields in and around the model. This results in accurate quantitative values for the magnetic field at all points in the model.
The skillful creation of models, which is easily achieved by those skilled in the art, allows for the analysis of various combinations of materials and geometries. Furthermore, it is possible to select an exact spatial position on the model, and obtain an accurate numerical value for the magnitude and direction of the magnetic field vector at this position. By selecting these same locations and changing the model parameters, one can see the effect of material properties and geometry on the magnetic field at a particular spatial location. In order to show the behavior of the magnetic field in each volume, the working space 7,
One point is selected in each of the adjacent space 8 and the area 9 below the transmitting coil. Select the geometric origin of 0,0,0 at the center of the transmission loop 5. (0,0,
The working space 7 is displayed by the point of (6), and (0,
The adjacent space 8 is displayed by the point (12, 0), and the area 9 is displayed by (0, 0, 6). By using this method, the magnitude of the magnetic field vector for the working space 7 is (9.12e-17 Tesla), the adjacent space 8 is (7.2e-17 Tesla), and the area below the transmitting coil 6 9 becomes (6.4e-15 Tesla). Such a configuration is selected as the reference configuration, so that Ma and Mb are equal to one.

【0041】次に図5を参照すると、ここには、導電性
プレート3の上に7.62mm(0.3)インチにわたっ
て平らな送信機5が浮遊している、従来の別のシステム
が示されている。このような従来の技術では、導電性プ
レート3は厚みが約6.35mm(約0.25インチ)で
あり、アルミから製造されている。従って、導電性プレ
ート3の頂部表面から送信機5の頂部までの全高は約1
3.97mm(0.55インチ)である。
Referring now to FIG. 5, there is shown another conventional system in which a flat transmitter 5 floats over a conductive plate 3 over a length of 0.3 inches. Have been. In such a conventional technique, the conductive plate 3 has a thickness of about 6.35 mm (about 0.25 inch) and is made of aluminum. Therefore, the total height from the top surface of the conductive plate 3 to the top of the transmitter 5 is about 1
3.97 mm (0.55 inch).

【0042】図5の構造と図13の構造とを比較する際
に、図13の構造の磁界レベルと比較した図5の構造を
検討すると、作動空間の磁界7は27%に減少してお
り、隣接する空間8は40%まで減少しており、導電性
プレート3の下方の領域9は0.14%まで減少してい
る。このようなデータから、Maは0.68に等しく、
Mbは193に等しいと結論できる。Maの値が0.6
8に等しいことは、このシステムが領域8内に金属製物
体が存在することにより、より大きい歪を受け易いこと
を示している。Mbの値は、このシステムが領域9内の
導電性プレート3の下方に位置する金属製物体に全く影
響されないことを意味している。図5の構造の深刻な欠
点は磁界作動空間7がこの元の値の27%まで減少して
いることである。このことは、トラッキングシステムお
よびその環境内の所定のノイズレベルに対し、必ず位置
出力が低下することを意味する。送信電流を3.6倍増
加すると、このような損失を補償できるが、この結果、
駆動システムはより力を要することになり、かつコスト
高となる。更に、送信ループ5が超導電体でない場合、
このループは所定の送信ループ構造においてI2Rすなわ
ち12.9倍に等しい電力を散逸する。このため、送信
ループ5の導線から熱を除くために、より大きい導線の
寸法および/または設備が必要となり得る。これら両者
は別個の欠点を生じさせる。図5に記載されたシステム
も3つの送信ループのいずれかを附勢した際に、導電性
プレート3からの同様な渦電流磁界に起因する実質的な
ベクトル希釈効果の問題を有する。かくして、導電性プ
レート3は作動空間磁界7の金属物体に対して敏感にな
る。
When comparing the structure of FIG. 5 with the structure of FIG. 13, when the structure of FIG. 5 is compared with the magnetic field level of the structure of FIG. 13, the magnetic field 7 in the working space is reduced to 27%. The adjacent space 8 has been reduced to 40% and the area 9 below the conductive plate 3 has been reduced to 0.14%. From such data, Ma is equal to 0.68,
It can be concluded that Mb is equal to 193. The value of Ma is 0.6
Equal to 8 indicates that the system is susceptible to greater distortion due to the presence of metal objects in region 8. The value of Mb means that the system is completely unaffected by metal objects located below the conductive plate 3 in the area 9. A serious disadvantage of the structure of FIG. 5 is that the magnetic field working space 7 has been reduced to 27% of its original value. This means that for a given noise level in the tracking system and its environment, the position output always drops. Increasing the transmission current by a factor of 3.6 can compensate for such losses, but
The drive system will be more demanding and costly. Further, when the transmission loop 5 is not a superconductor,
This loop dissipates power equal to I 2 R, or 12.9 times, for a given transmit loop structure. Thus, larger wire dimensions and / or equipment may be required to remove heat from the wires of the transmission loop 5. Both of these create distinct disadvantages. The system described in FIG. 5 also has the problem of a substantial vector dilution effect when energizing any of the three transmission loops, due to a similar eddy current field from the conductive plate 3. Thus, the conductive plate 3 is sensitive to metallic objects in the working space magnetic field 7.

【0043】次に図2、3および4を参照すると、本発
明の好ましい実施例は番号10によって全体が表示され
ており、この実施例は導電性プレート15の頂部に取り
付けられ透磁性バリア13の上方に設けられた平面状の
ロンビック送信機11を含むように示されている。
Referring now to FIGS. 2, 3 and 4, a preferred embodiment of the present invention is generally designated by the numeral 10 and is mounted on top of a conductive plate 15 and has a magnetically permeable barrier 13 thereon. It is shown to include a planar rhombic transmitter 11 provided above.

【0044】好ましい実施例では、送信機11はその表
面にエッチングされた3軸送信機を有するプリント回路
基板を含む。この好ましい実施例では、プリント回路基
板の厚みは約1.59mm(0.0625インチ)である
が、0.794〜3.175mm(0.03125インチ
〜0.125インチ)の厚みのプリント回路基板を適当
に使用することができる。
In the preferred embodiment, transmitter 11 includes a printed circuit board having a three-axis transmitter etched on its surface. In the preferred embodiment, the thickness of the printed circuit board is about 1.625 mm (0.0625 inch), but the thickness of the printed circuit board is between 0.794 and 3.175 mm (0.003125 inch and 0.125 inch). Can be used appropriately.

【0045】正しく動作するために、透磁性バリアは主
な渦電流磁界源であってはならない。バルク抵抗率pを
有する所定の材料に対し、周波数が低下するにつれ、入
射磁界の歪が小さくなるようなポイントまで材料内の渦
電流が減少するようなポイントに達する。直流送信機の
極端なケースでは、透磁性バリアの導電率は重要でない
ことが理解できよう。送信機の作動周波数を決定する
際、更に透磁性バリアの必要なバルク抵抗率を選択する
際に使用される周波数と材料の抵抗率との間には所定の
関係があることが明らかである。この関係は、オームメ
ータを単位とする材料のバルク抵抗率pを送信機の作動
周波数fで割った値で記載できる。すなわちRfc=p
/fと記載できる。鋼鉄に対して、Rfcが約2e−1
0よりも大であると、透磁性バリアからの寄生渦電流磁
界は充分低くなるので、アルミニウムまたは銅製のアー
ス平面に対し、スチール製のバリアを使用すると有利で
ある。冷間圧延スチールに対しては、このことは約50
0Hzの送信周波数で生じ得る。Rfcが2e−9より
も大であると、必ずしも完全に送信磁界特性を最適にす
る必要がなければ、フェライトに対しスチールまたはス
テンレススチールを使用することが一般に有利である。
冷間圧延スチールに対しては、このことは約50Hzの
送信周波数で生じる。Rfcが1e−8よりも大である
場合、材料がスチールまたはステンレススチールの際に
基本的には純粋な透磁性バリアとして働く。冷間圧延ス
チールに対し、送信周波数は10Hzとなる。この場
合、安価でかつ強力なスチールを高価で壊れやすいフェ
ライトに置換しても、性能上の改善はない。
For proper operation, the magnetically permeable barrier must not be the primary eddy current magnetic field source. For a given material having a bulk resistivity p, as the frequency decreases, a point is reached where the eddy currents in the material decrease to the point where the distortion of the incident magnetic field decreases. It can be seen that in the extreme case of a DC transmitter, the conductivity of the magnetically permeable barrier is not important. It is clear that there is a predetermined relationship between the frequency used in determining the operating frequency of the transmitter and the material used in selecting the required bulk resistivity of the magnetically permeable barrier. This relationship can be described by the value obtained by dividing the bulk resistivity p of the material in units of ohmmeter by the operating frequency f of the transmitter. That is, Rfc = p
/ F. Rfc is about 2e-1 with respect to steel
If it is greater than zero, the parasitic eddy current field from the magnetically permeable barrier is sufficiently low that it is advantageous to use a steel barrier against an aluminum or copper ground plane. For cold rolled steel this is about 50
It can occur at a transmission frequency of 0 Hz. If Rfc is greater than 2e-9, it is generally advantageous to use steel or stainless steel for the ferrite, unless it is necessary to completely optimize the transmission field characteristics.
For cold rolled steel, this occurs at a transmission frequency of about 50 Hz. If Rfc is greater than 1e-8, the material will behave essentially as a pure magnetically permeable barrier when steel or stainless steel. The transmission frequency is 10 Hz for cold-rolled steel. In this case, there is no improvement in performance even if cheap and strong steel is replaced by expensive and fragile ferrite.

【0046】透磁性材料13は厚みが1.27〜6.35
mm(0.05〜0.25インチ)でよいが、3.81〜
6.35mm(0.15〜0.25インチ)までの厚みの
範囲が好ましい。透磁性バリア13は高い透磁性材料か
ら製造できるが、ほぼ非導電性材料からも製造できる。
かかる材料としてはフェライトがある。この材料は、空
気の透磁率と比較して50〜25000の範囲の相対的
透磁率を有する。この材料は使用される商業的な組成に
応じ、0.1オーム/m〜108オーム/mの大きさの代
表的な抵抗率を有する。好ましい実施例の特定の実現例
では、適当な材料としては、25℃で104オーム/m
の抵抗率と、25℃で2500の相対的透磁率を有する
フェライトタイプのMN67を挙げることができる。こ
の材料は厚みが5.08mm(0.2インチ)であり、直
径が45.72cm(18インチ)であり、3つのロン
ビック送信ループ14、16および18によって形成さ
れた送信機11を中心として同軸状である。図2から判
るように、送信機11には導線23を介し、送信ドライ
バー21が接続されている。このドライバー21は20
KHzの周波数で1アンペアr.m.s.で送信機11の
ループの各々を逐次附勢する。透磁性バリアに対して使
用すべき別の材料はミューメタルである。この材料はニ
ッケル鉄合金であり、別の少量の金属を含む。この材料
は75000〜300000の相対的透磁率Urを生じ
るように特別な組成とされ、アニールされるが、導電性
である。フェライトよりも大きい透磁率によってこのよ
うな特徴を補償でき、ミューメタルは極めて有効な透磁
性バリアであることが判った。代表的な商業用製品はA
D−MU−80ミューメタルと称されており、アドバン
スマグネティックス社によって製造されている。実験で
は、フェライトバリア13としてこの材料の厚いシート
を使用し、送信機の磁界に対する影響を分析した。直流
から3KHzの送信周波数において、AD−MU−80
ミューメタルは5.08mm(0.2インチ)の厚みのM
N−67フェライト材料の性能にほぼ等しい性能を生じ
ることが判った。3KHz〜19KHzまでの周波数で
は、AD−MU−80ミューメタルは隣接する磁界強度
および下方の磁界強度がMN67フェライトと同じパー
セントだけ低下するが、作動領域において磁界強度の増
加量は少ない。19KHzよりも高い周波数では、AD
−MU−80ミューメタルは下方および隣接領域におい
てMN−67フェライトと同じ磁界の低下を示したが、
作動領域では磁界強度は低下した。直流および5MHz
を含むテストしたすべての周波数において、AD−MU
−80ミューメタルは導電性アース平面よりも作動領域
において大幅に低いベクトル希釈効果を示し、より大き
い送信磁界強度を示した。
The magnetically permeable material 13 has a thickness of 1.27 to 6.35.
mm (0.05 to 0.25 inch), but 3.81 to
A thickness range of up to 6.35 mm (0.15 to 0.25 inch) is preferred. The magnetically permeable barrier 13 can be made from a highly magnetically permeable material, but can also be made from a substantially non-conductive material.
One such material is ferrite. This material has a relative permeability in the range of 50-25000 compared to the permeability of air. This material has a typical resistivity in the range of 0.1 ohm / m to 10 < 8 > ohm / m, depending on the commercial composition used. In a specific implementation of the preferred embodiment, suitable materials include 10 4 ohm / m at 25 ° C.
And a ferrite-type MN67 having a relative magnetic permeability of 2500 at 25 ° C. This material is 5.08 mm (0.2 inch) thick, 45.72 cm (18 inch) in diameter, and is coaxial about the transmitter 11 formed by the three rhombic transmission loops 14, 16 and 18. It is. As can be seen from FIG. 2, a transmission driver 21 is connected to the transmitter 11 via a conductor 23. This driver 21 is 20
Each of the loops of the transmitter 11 is sequentially energized at a frequency of 1 KHz at 1 Amps rms. Another material to be used for the permeable barrier is mu metal. This material is a nickel iron alloy and contains another small amount of metal. This material is specially formulated and annealed to produce a relative magnetic permeability Ur of 75,000 to 300,000, but is conductive. Such characteristics can be compensated for by a magnetic permeability higher than that of ferrite, and mumetal has been found to be an extremely effective magnetic permeability barrier. A typical commercial product is A
It is called D-MU-80 Mu Metal and is manufactured by Advance Magnetics. In an experiment, a thick sheet of this material was used as the ferrite barrier 13, and the effect on the magnetic field of the transmitter was analyzed. At a transmission frequency of 3 KHz from DC, AD-MU-80
Mu Metal is 5.08mm (0.2 inch) thick M
It has been found that this produces a performance approximately equal to that of the N-67 ferrite material. At frequencies from 3 KHz to 19 KHz, the AD-MU-80 mu metal reduces adjacent and lower magnetic field strength by the same percentage as MN67 ferrite, but has a small increase in magnetic field strength in the operating region. At frequencies higher than 19 kHz, AD
-MU-80 mumetal showed the same magnetic field reduction as MN-67 ferrite in the lower and adjacent regions,
In the operating region, the magnetic field strength decreased. DC and 5MHz
AD-MU at all tested frequencies, including
The -80 mu metal exhibited a much lower vector dilution effect in the operating region than the conductive ground plane, and exhibited a higher transmit field strength.

【0047】ミューメタルはフェライトと比較して極め
て有効な機械的な性質を有する。このミューメタルは数
KHzよりも低い周波数で一般にフェライトの透磁率の
30倍の透磁率を有するので、透磁性バリアとして同じ
ように働かせながら、フェライトよりも薄く製造でき
る。フェライトとは異なり、ミューメタルはこわれ易い
セラミックではなく、しなやかな金属である。これによ
ってミューメタルはフェライトと同じような応力が加え
られても破壊されないので、フェライトに必要な硬質支
持パッキングを比較的薄くすることができる。透磁率バ
リア13をより薄く製造できるので、明らかな利点と共
にフェライトよりも重量を節約できる。また、ミューメ
タルはフェライトよりも安価であり、透磁率バリア13
を形成するよう適当な形状となるように成形、形成、機
械加工および溶接が容易である。これら別の利点の結果
として、経済的および機械的な理由が性能の差を相殺す
るような、より性能の利得が低い場合でも、透磁率バリ
ア13としてフェライトの代わりに有効に使用できる。
Mumetal has extremely effective mechanical properties as compared with ferrite. Since this mu metal has a magnetic permeability generally 30 times that of ferrite at a frequency lower than several KHz, it can be manufactured thinner than ferrite while acting similarly as a magnetically permeable barrier. Unlike ferrite, mumetal is not a fragile ceramic but a flexible metal. As a result, the mu metal is not destroyed even when stress similar to that of the ferrite is applied, so that the hard support packing required for the ferrite can be made relatively thin. Because the permeability barrier 13 can be made thinner, it saves weight over ferrite with obvious advantages. Further, mu metal is cheaper than ferrite, and has a permeability barrier 13.
Is easy to mold, form, machine and weld into a suitable shape to form As a result of these other advantages, the permeability barrier 13 can be effectively used in place of ferrite, even in lower performance gains where economic and mechanical reasons offset the performance difference.

【0048】透磁率バリア13の直接下方であって、実
質的に接触した状態に導電性プレート15が設けられ
る。好ましい実施例では導電性プレート15はアルミニ
ウム合金6061 T−6から製造され、約4.76〜
6.35mm(約0.1875〜0.25インチ)の厚み
を有する。
The conductive plate 15 is provided directly below and substantially in contact with the magnetic permeability barrier 13. In a preferred embodiment, the conductive plate 15 is manufactured from an aluminum alloy 6061 T-6 and has a thickness of about 4.76-
It has a thickness of about 0.1875 to 0.25 inches.

【0049】従って、送信機11と、透磁性バリア13
と、導電性プレート15との組み合わせによって、組み
合わせ厚みは約7.62〜15.9mm(約0.3〜0.6
25)インチとなり、極めてコンパクトなアセンブリが
得られる。このような送信機11と、透磁性バリア13
と、導電性プレート16の組み合わせを、一般に送信機
アセンブリ25と称すことができる。
Therefore, the transmitter 11 and the permeable barrier 13
And the conductive plate 15, the combined thickness is about 7.62 to 15.9 mm (about 0.3 to 0.6 mm).
25) inches, resulting in an extremely compact assembly. Such a transmitter 11 and a magnetically permeable barrier 13
And the conductive plate 16 can be generally referred to as a transmitter assembly 25.

【0050】図4は送信機アセンブリ25に患者30が
載せられている状態の手術台27に取り付けられた送信
機アセンブリ25を示す。患者30の体内には受信機3
1が挿入されており、この受信機は送信機アセンブリ2
5からの信号を受信し、受信機31の位置および配向を
正確に決定できるよう、導線33を介して信号をコンピ
ュータ(図示せず)へ伝えるようになっている。
FIG. 4 shows the transmitter assembly 25 mounted on the operating table 27 with the patient 30 resting on the transmitter assembly 25. The receiver 3 is provided inside the patient 30.
1 has been inserted and the receiver has a transmitter assembly 2
5 and transmit the signal to a computer (not shown) via lead 33 so that the position and orientation of the receiver 31 can be accurately determined.

【0051】図16はx軸ライン36の上下で磁界が延
びている状態の場合に、ポイント0、0から生じる磁界
の等ポテンシャル輪郭の横断面37のグラフを示す。対
照とするために図17を参照し、ライン39の上に透磁
性バリア25を載せると、ライン39よりも下方で磁界
37の、実質的にいずれもが延長しないように、磁界等
ポテンシャル輪郭の横断面37の形状が変化する。図1
8は透磁性バリア25の下方で導電性プレート41を加
えた場合のライン39よりも下方の磁界の等ポテンシャ
ル輪郭の横断面37の更なる減衰を示す。この効果は図
2、3および4に示された好ましい実施例が作動するこ
とにより生じるものである。
FIG. 16 shows a graph of a cross section 37 of the equipotential contour of the magnetic field resulting from points 0, 0 when the magnetic field extends above and below the x-axis line 36. Referring to FIG. 17 for comparison, placing the magnetically permeable barrier 25 above the line 39 will result in a magnetic field equipotential profile such that substantially none of the magnetic field 37 will extend below the line 39. The shape of the cross section 37 changes. FIG.
8 shows the further attenuation of the cross section 37 of the equipotential contour of the magnetic field below the line 39 with the addition of the conductive plate 41 below the magnetically permeable barrier 25. This effect results from the operation of the preferred embodiment shown in FIGS.

【0052】図6を参照すると、ここには送信機アセン
ブリ25の実施例が示されており、この実施例では5.
08mm(0.2インチ)の厚みのMN67フェライト
材料から製造されたフェライト層13の上部に直接送信
機11が設けられており、フェライト層13は6.35
mm(0.25インチ)の厚みのアルミニウムの導電性
プレート15の上部に直接載っている。上記のように、
図13を参照して示されあ磁界レベルと比較すると、作
動空間7は図13の作動空間の159%であり、隣接す
るスペース8は図13の作動空間の60%であり、送信
機アセンブリ25の下方の領域9は図13の作動空間の
0.11%となっている。このような結果から、Maは
2.65に等しく、Mbは1445に等しいことが明ら
かである。従って、図6の構造は領域8および9内の金
属製物体に対する予想される感度に関し、図13および
5のシステムよりも良好に働くと理解すべきである。作
動空間7内では、図13と比較して信号レベルも151
%だけ増加する。
Referring to FIG. 6, there is shown an embodiment of the transmitter assembly 25, which in this embodiment includes 5.x.
A transmitter 11 is provided directly on top of a ferrite layer 13 made of MN67 ferrite material having a thickness of 0.8 mm (0.2 inch), and the ferrite layer 13 has a thickness of 6.35 mm.
It rests directly on top of a conductive plate 15 of 0.25 mm (0.25 inch) thick aluminum. As described above,
13, the working space 7 is 159% of the working space of FIG. 13 and the adjacent space 8 is 60% of the working space of FIG. The area 9 below is 0.11% of the working space in FIG. From these results, it is clear that Ma is equal to 2.65 and Mb is equal to 1445. Thus, it should be understood that the structure of FIG. 6 performs better than the systems of FIGS. 13 and 5 with respect to the expected sensitivity to metallic objects in regions 8 and 9. In the working space 7, the signal level is also 151 in comparison with FIG.
Increase by%.

【0053】図7はフェライトプレートが5.08mm
(0.2インチ)の厚みであり、MN67タイプのフェ
ライトから構成されている場合のフェライトプレート1
3の上部に直接設けられた送信機11を示す。図7の送
信機アセンブリの全厚みは5.08mm(0.2インチ)
である。図13の磁界レベルと比較し、作動空間の磁界
17は191%であり、隣接空間8の磁界は81%であ
り、手術台9の内部および下方の領域の磁界は4.3%
である。これらデータからMaは2.35に等しく、M
bは44.4に等しいことになる。これらデータから、
このシステムは図13と比較して領域8内の金属製物体
による影響をより大幅に受けにくくなり、領域9内の金
属製物体の影響をより受けにくくなることが予測され
る。更に、作動空間7内の磁界は元の磁界よりも191
%増加しており、この結果、信号対ノイズ性能が改善さ
れる。ベクトル希釈効果は無視できるものである。作動
空間内の信号レベルは図7の信号レベルのわずか83%
であるが、手術台の内部および下方の領域から領域9が
構成されているような応用例に対し、図6のシステムは
より良好に適す。その理由は、領域9の構造が変化する
場合、システムは領域7内の大幅の磁界の歪を受けない
からである。ベクトル希釈効果は無視できるので、作動
空間7内の金属物体に対する感度は図13に対して減少
しない。
FIG. 7 shows that the ferrite plate is 5.08 mm.
(0.2 inch) thick ferrite plate 1 made of MN67 type ferrite
3 shows a transmitter 11 provided directly on top of 3. The total thickness of the transmitter assembly of FIG. 7 is 5.08 mm (0.2 inch)
It is. Compared to the magnetic field levels in FIG. 13, the magnetic field 17 in the working space is 191%, the magnetic field in the adjacent space 8 is 81%, and the magnetic field inside and below the operating table 9 is 4.3%.
It is. From these data Ma is equal to 2.35 and M
b will be equal to 44.4. From these data,
It is expected that this system will be much less susceptible to metal objects in region 8 and less susceptible to metal objects in region 9 as compared to FIG. Further, the magnetic field in the working space 7 is 191 more than the original magnetic field.
%, Which results in improved signal to noise performance. The vector dilution effect is negligible. The signal level in the working space is only 83% of the signal level in FIG.
However, the system of FIG. 6 is better suited for applications where the area 9 is constructed from the area inside and below the operating table. The reason for this is that if the structure of the region 9 changes, the system will not experience significant magnetic field distortion in the region 7. Since the vector dilution effect is negligible, the sensitivity to metal objects in the working space 7 does not decrease with respect to FIG.

【0054】[0054]

【表1】表1:4つの代表的な平面状非双極子磁気送信
機に対するMa、Mbおよび作動空間の磁界強度の比較 システム Ma Mb 図13の磁界を基準にした作動 容積の磁界 図13 1 1 1 図5 0.68 193 0.27 図6 2.65 1445 1.59 図7 2.35 44.4 1.91
Table 1: Comparison of Ma, Mb and working space magnetic field strengths for four representative planar non-dipole magnetic transmitters System Ma Mb Working volume magnetic field based on the magnetic field of FIG. 1 1 FIG. 5 0.68 193 0.27 FIG. 6 2.65 1445 1.59 FIG. 7 2.35 44.4 1.91

【0055】導電性プレート15の別の利点は、この導
電性プレート15が一般にかなり壊れやすいフェライト
層13に対する物理的な機械的支持体となることであ
る。当然ながら、更に導電性プレート15からの渦電流
効果の好ましくない信号損失効果を実質的に解消でき
る。理想は、導電性プレート15は送信機の構造体25
の底部で最大の磁界減衰を生じるよう、作動周波数で数
スキン深さの厚みに選択することである。スキン深さが
極めて大きくなる直流励磁を含む、極めて低い周波数の
励磁の場合、導電性プレート15の目的は純粋に送信機
を機械的に支持することである。
Another advantage of the conductive plate 15 is that it provides a physical mechanical support for the generally brittle ferrite layer 13. Of course, the undesirable signal loss effect of the eddy current effect from the conductive plate 15 can be substantially eliminated. Ideally, the conductive plate 15 is the structure 25 of the transmitter.
Is to select a thickness of a few skin depths at the operating frequency so as to produce the maximum magnetic field attenuation at the bottom. For very low frequency excitations, including DC excitations where the skin depth is very large, the purpose of the conductive plate 15 is purely to mechanically support the transmitter.

【0056】出願人は、本発明の作動により非双極子シ
ステムの性能を向上できることを発見した。性能の高め
れた非双極子は付随的に出力ノイズを減少しながら作動
空間内で高い磁界強度を示した。現実的には、例えば番
号9で示される領域内の送信機の下方に位置する金属製
物体には総合的に不感である。かかるシステムは、作動
空間に隣接する金属製物体に対する低い感度を示し、ア
ース平面に基づくシールド方法と比較してベクトル希釈
効果を低減し、従って、本来的には作動空間内の金属製
物体による影響を受けにくく、ノイズの影響をも受けに
くい。
Applicants have discovered that the operation of the present invention can improve the performance of non-dipole systems. The enhanced non-dipole exhibited high field strength in the working space with concomitantly reduced output noise. Realistically, it is totally insensitive to metal objects located below the transmitter, for example, in the area indicated by number 9. Such a system exhibits low sensitivity to metal objects adjacent to the working space and reduces the vector dilution effect compared to the shielding method based on the ground plane, and is therefore inherently affected by metal objects in the working space. Hardly affected by noise.

【0057】図8は、交差ライン55で合流する2つの
部分51および53から成る、横断面が浅いV字形状
の、構造が非平面状である別の透磁性バリア50を示
す。これら部分51と53とは水平線に対して15度の
角度をなし、中心の上部ターミナルから下方に角度をな
している。図8に示されるように、これらより上方にて
送信機57が浮遊している。
FIG. 8 shows another non-planar magnetically permeable barrier 50 having a shallow cross-section, consisting of two parts 51 and 53 meeting at an intersection line 55. These portions 51 and 53 are at an angle of 15 degrees to the horizontal and are angled downward from the central upper terminal. As shown in FIG. 8, the transmitter 57 is floating above them.

【0058】図9は番号60で示される本発明の別の実
施例を示し、この実施例では透磁性バリア61は送信機
63の周辺エッジ65、67が透磁性バリア61の周辺
エッジ62および64に重なった状態でバリアの上に送
信機63が浮遊している。
FIG. 9 shows another embodiment of the present invention, designated by the numeral 60, in which the magnetically permeable barrier 61 has peripheral edges 65, 67 of the transmitter 63 and the peripheral edges 62 and 64 of the magnetically permeable barrier 61. The transmitter 63 is floating on the barrier in a state where the transmitter 63 is overlapped.

【0059】図10は、当磁性バリア71の上方で浮遊
している送信機70を示し、更にこの構造に対する磁束
パターンを示している。図11はバリア81の横断面が
パンケーキに類似するように上に曲がった周辺エッジ8
3を備えた透磁性バリア86を有するシステム80を示
している。この送信機は、周辺エッジ83によって形成
された容積内で浮遊されている。番号81で示されてい
るような透磁性バリアを使用すると、磁界はその上方エ
ッジを中心として集中し、透磁性シート、例えばプレー
トスチールにこの構造を載せた時に所定の利点が得られ
ることを見いだした。薄い送信機の利点は、このケース
では多少妥協が図られ、強度分布と同じように、盛り上
がった周辺エッジ83のまわりの磁界形状も変化する。
FIG. 10 shows the transmitter 70 floating above the magnetic barrier 71, and further shows the magnetic flux pattern for this structure. FIG. 11 shows the peripheral edge 8 bent upward so that the cross section of the barrier 81 resembles a pancake.
3 shows a system 80 having a magnetically permeable barrier 86 with a 3. This transmitter is suspended in the volume formed by the peripheral edge 83. With the use of a magnetically permeable barrier as indicated at 81, it has been found that the magnetic field is concentrated around its upper edge and that certain advantages are obtained when this structure is mounted on a permeable sheet, for example plate steel. Was. The advantage of a thin transmitter is somewhat compromised in this case, as is the magnetic field shape around the raised peripheral edge 83, as well as the intensity distribution.

【0060】別の変形例では、フェライト透磁性バリア
90を示す図15を参照する。このバリア90は主要本
体91と周辺エッジ93とを有し、これらはバリア91
の頂部表面94から底部表面95まで外側にテーパが付
けられている。周辺エッジ93は好ましくは30〜85
度の範囲の角度をなす。この角度が小さくなるにつれ、
性能の結果も改善されるが、2つの理由から、この角度
が減少する際に、減少するリターンポイントに達する。
すなわち第1の理由は、より浅い角度の付いた周辺エッ
ジ93を有するバリア91を製造することが次第に困難
となるからである。更に、周辺エッジの角度を一般に9
0度から45度まで減少すると、約99%増加できる
が、このことは達成可能である。かかる角度の付いた周
辺エッジを使用することにより、エッジにおけるフリン
ジ効果の大きさが小さくなる。角度の付いた周辺エッジ
93のベベルは歪を透磁性バリア91のエッジに接近さ
せ、例えば本発明のシステムの近くの手術台内部まで更
に下方に移動させる。
In another variation, reference is made to FIG. 15, which shows a ferrite permeable barrier 90. The barrier 90 has a main body 91 and a peripheral edge 93, which are
Is tapered outwardly from a top surface 94 to a bottom surface 95. The peripheral edge 93 is preferably between 30 and 85
Make an angle in the range of degrees. As this angle gets smaller,
Performance results are also improved, but a decreasing return point is reached as this angle decreases for two reasons.
The first reason is that it becomes increasingly difficult to manufacture a barrier 91 having a shallower peripheral edge 93. Further, the angle of the peripheral edge is generally 9
Decreasing from 0 degrees to 45 degrees can increase about 99%, but this is achievable. The use of such angled peripheral edges reduces the magnitude of the fringe effect at the edges. The bevel of the angled peripheral edge 93 moves the strain closer to the edge of the permeable barrier 91 and further down into the operating table, for example, near the system of the present invention.

【0061】図12は、透磁性バリア13の上方におい
て、送信コイル11が浮遊している、図2〜4に示され
たアセンブリの別の変形例を示す。図14は、透磁性バ
リア13を使用することにより、送信機2から発生され
る磁界に対し、低リラクタンス磁束路を設けることによ
り、アース平面のベクトル希釈効果が低減されるという
ことを示している。このことにより、導電性プレート1
5に隣接する磁界はあまり大きくないレベルまで効果的
に減衰され、この結果、送信機の下方における金属製物
体に対する不感性を維持しながら、ベクトル希釈効果を
大幅に低減できる。透磁性バリア13はX、YおよびZ
コイルから送信される磁界を歪ませるが、この歪は深刻
ではなく、磁界マッピング技術によって容易に除去でき
る。
FIG. 12 shows another variant of the assembly shown in FIGS. 2 to 4 in which the transmitting coil 11 is floating above the magnetically permeable barrier 13. FIG. 14 shows that the use of the magnetically permeable barrier 13 reduces the vector dilution effect of the ground plane by providing a low reluctance flux path for the magnetic field generated by the transmitter 2. . As a result, the conductive plate 1
The magnetic field adjacent to 5 is effectively attenuated to a modest level, so that the vector dilution effect can be greatly reduced while maintaining insensitivity to metal objects below the transmitter. X, Y and Z
The magnetic field transmitted from the coil is distorted, but this distortion is not severe and can be easily removed by magnetic field mapping techniques.

【0062】極端に低リラクタンスのフェライトバリア
を使用することにより、磁界はフェライト材料の下方
の、フェライト材料の有効シールド物体によって得られ
る低リラクタンス路を主に通過させられることを発見し
た。透磁性バリアのためにミューメタルを使用する利点
については既に詳細に説明した。
It has been discovered that by using an extremely low reluctance ferrite barrier, the magnetic field can be primarily passed through the low reluctance path below the ferrite material, provided by an effective shielded body of ferrite material. The advantages of using mu metal for magnetic permeability barriers have been described in detail above.

【0063】導電性プレートに対しアルミニウムを使用
すると有利である。その理由は、アルミニウムは壊れや
すいフェライト製の透磁性バリアに対する支持体となる
外に磁界を減衰させるからである。フェライト製または
ミューメタル透磁性バリアは本明細書に開示した変形例
および変更例により、本発明の利点の95%を提供し、
透磁性バリアの周辺の形状およびアルミニウム導電性プ
レートの使用を可能にする利点の別の5%を提供でき
る。
It is advantageous to use aluminum for the conductive plate. The reason for this is that aluminum acts as a support for the fragile ferrite permeable barrier and attenuates the magnetic field. Ferrite or mu-metal permeable barriers provide 95% of the benefits of the present invention with the variations and modifications disclosed herein,
An additional 5% of the perimeter of the magnetically permeable barrier and the benefits of allowing the use of aluminum conductive plates can be provided.

【0064】本発明の意図する代表的な用途は、手術台
の上部である。手術台の内部には多数のスチールがあ
り、手術台は重量の大きい、片持ち式となっている。本
発明は手術台の上方の作動領域において磁界を増幅し、
送信機に隣接し、手術台の頂部よりも下方にある磁界を
減少するものである。
A typical intended use of the present invention is on an operating table. There is a lot of steel inside the operating table, and the operating table is heavy and cantilevered. The invention amplifies the magnetic field in the working area above the operating table,
It reduces the magnetic field adjacent to the transmitter and below the top of the operating table.

【0065】所望すれば、送信機11、透磁性バリア1
3およびアルミニウム製導電性プレート15を、シリコ
ンまたはエポキシ接着剤のような材料と共にラミネート
してもよい。上記のように仕上げられたラミネートされ
たアセンブリは、約15.88mm(5/8インチ)未
満の厚みを有することができ、よって手術室をより便利
なものにできる。
If desired, the transmitter 11 and the magnetically permeable barrier 1
3 and the aluminum conductive plate 15 may be laminated with a material such as silicone or epoxy adhesive. A laminated assembly finished as described above may have a thickness of less than about 5/8 inch, thus making the operating room more convenient.

【0066】以上で、上記のような発明の目的の各々を
満たす好ましい実施例に関し、本発明について開示し、
本発明は、より新規で、かつ有用性のある磁界閉じ込め
手段を備えた、新規で、かつ有効な磁気的位置測定シス
テムを提供するものである。
The present invention has been disclosed above with respect to the preferred embodiments satisfying each of the objects of the invention as described above.
The present invention provides a new and effective magnetic position measurement system with more novel and useful magnetic confinement means.

【0067】当然ながら、当業者であれば、本発明の要
旨から逸脱することなく、本発明の要旨の範囲内で種々
の変形、変更、変形を行うことができよう。このよう
に、本発明は特許請求の範囲の用語によってしか限定さ
れないものである。
Of course, those skilled in the art will be able to make various modifications, alterations, and modifications within the scope of the present invention without departing from the scope of the present invention. Thus, the present invention is limited only by the terms of the appended claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来のシステムの略図を示す。FIG. 1 shows a schematic diagram of a conventional system.

【図2】ロンビック送信機が略図で示された、本発明の
好ましい実施例の斜視図を示す。
FIG. 2 shows a perspective view of a preferred embodiment of the present invention, in which the Rhombic transmitter is shown schematically.

【図3】図2に示された好ましい実施例の側面図を示
す。
FIG. 3 shows a side view of the preferred embodiment shown in FIG.

【図4】手術台上の好ましい実施例よりも上方に支持さ
れた患者も示す、図2、3の好ましい実施例の斜視側面
図を示す。
FIG. 4 shows a perspective side view of the preferred embodiment of FIGS. 2 and 3, also showing the patient supported above the preferred embodiment on an operating table.

【図5】導電性アース平面に載った従来の非双極子送信
機の金属に対する感度を予測するように選択された領域
を示す。
FIG. 5 shows an area selected to predict the sensitivity of a conventional non-dipole transmitter on a conductive ground plane to metal.

【図6】図2〜4に示された本発明の金属に対する感度
を予測するように選択された領域を示す。
FIG. 6 shows regions selected to predict the sensitivity to the metals of the invention shown in FIGS.

【図7】透磁性バリアの下方に導電性材料のプレートが
ない状態の、図3で予測されるような送信機の金属に対
する感度を予測するように選択された領域を示す。
FIG. 7 shows a region selected to predict the sensitivity of the transmitter to metal as predicted in FIG. 3 without a plate of conductive material below the magnetically permeable barrier.

【図8】非平面状の、透磁性バリアを使用した、本発明
の変形例を示す。
FIG. 8 shows a variant of the invention using a non-planar, magnetically permeable barrier.

【図9】透磁性バリアの周辺を越えて送信機が延びてい
る別の変形例を示す。
FIG. 9 shows another variation in which the transmitter extends beyond the periphery of the magnetically permeable barrier.

【図10】送信機が双極子送信機となっている磁束パタ
ーンを示す。
FIG. 10 shows a magnetic flux pattern in which the transmitter is a dipole transmitter.

【図11】周辺が盛り上がったエッジを有する、透磁性
バリアの変形例における金属感度を予測するように選択
された領域を示す。
FIG. 11 shows a region having raised edges on the periphery and selected to predict metal sensitivity in a variant of a magnetically permeable barrier.

【図12】送信機が透磁性バリアよりも高い位置にある
別の変形例を示す。
FIG. 12 illustrates another variation where the transmitter is higher than the permeable barrier.

【図13】自由スペース内に設けられた従来の非双極子
送信機ループに対する金属感度を予測するように選択さ
れた領域を示す。
FIG. 13 shows a region selected to predict metal sensitivity for a conventional non-dipole transmitter loop located in free space.

【図14】双極子磁気送信機が透磁性バリアよりも上方
に位置するシステムを示す。
FIG. 14 shows a system in which a dipole magnetic transmitter is located above a magnetically permeable barrier.

【図15】頂部表面から底部表面まで外側にテーパの付
いた周辺エッジを有する透磁性バリアの変形例を示す。
FIG. 15 illustrates a variation of a permeable barrier having a peripheral edge that tapers outward from a top surface to a bottom surface.

【図16】ポイント0、0で発生した基準ラインよりも
上方および下方に延びる磁界の等ポテンシャル輪郭の横
断面を示す。
FIG. 16 shows a cross section of an equipotential profile of a magnetic field extending above and below a reference line generated at points 0,0.

【図17】透磁性バリアを使用することにより、基準ラ
インよりも下方を切頭した、図16に示された同じ磁界
の等ポテンシャル輪郭の横断面のグラフを示す。
17 shows a graph of a cross section of the same magnetic field equipotential profile shown in FIG. 16 truncated below the reference line by using a magnetically permeable barrier.

【図18】導電性プレートを加えることにより更に切頭
された、図17に示された同じ磁界の等ポテンシャル輪
郭の横断面のグラフを示す。
FIG. 18 shows a graph of a cross section of the equipotential contour of the same magnetic field shown in FIG. 17, further truncated by adding a conductive plate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 システム 2 送信機 3 導電性プレート 4 作動空間 5 送信ループ 6 送信コイル 7 作動空間 8 隣接空間 9 領域 11 ロンビック送信機 13 透磁性バリア DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 System 2 Transmitter 3 Conductive plate 4 Working space 5 Transmission loop 6 Transmission coil 7 Working space 8 Adjacent space 9 Area 11 Rhombic transmitter 13 Magnetic permeability barrier

Claims (26)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁気的位置測定システムにおいて、物体
の位置の測定を行うのに使用される磁界を含む手段を備
え、前記磁界を含む手段が、磁界による物体の位置を測
定する領域に隣接する透磁性減衰器を含み、前記減衰器
が前記領域と反対の前記減衰器の側で前記磁界を減衰す
るようになっているシステム。
1. A magnetic position measurement system, comprising: means for including a magnetic field used to make a measurement of the position of an object, said means including a magnetic field being adjacent to an area for measuring the position of the object by the magnetic field. A system including a magnetically permeable attenuator, wherein the attenuator is adapted to attenuate the magnetic field on a side of the attenuator opposite the region.
【請求項2】 前記減衰器が平らである、請求項1記載
のシステム。
2. The system according to claim 1, wherein said attenuator is flat.
【請求項3】 前記減衰器が0.25〜6.35mm
(0.01〜0.25インチ)の均一な厚みを有する、請
求項2記載のシステム。
3. The attenuator according to claim 1, wherein said attenuator is 0.25 to 6.35 mm.
3. The system of claim 2, wherein the system has a uniform thickness (0.01 to 0.25 inches).
【請求項4】 前記減衰器がフェライトおよびミューメ
タルから成る群から選択された材料から製造されてい
る、請求項3記載のシステム。
4. The system of claim 3, wherein said attenuator is manufactured from a material selected from the group consisting of ferrite and mu metal.
【請求項5】 前記減衰器が高い位置にある周辺エッジ
を有する、請求項4記載のシステム。
5. The system of claim 4, wherein said attenuator has a raised peripheral edge.
【請求項6】 前記減衰器が高い位置にある周辺エッジ
を有する、請求項2記載のシステム。
6. The system of claim 2, wherein said attenuator has a raised peripheral edge.
【請求項7】 前記減衰器がこの減衰器の頂部表面から
底部表面まで外側にテーパの付いた周辺エッジを有す
る、請求項2記載のシステム。
7. The system of claim 2, wherein the attenuator has a peripheral edge that tapers outward from a top surface to a bottom surface of the attenuator.
【請求項8】 前記減衰器がこの減衰器の頂部表面から
底部表面まで外側にテーパの付いた周辺エッジを有す
る、請求項4記載のシステム。
8. The system of claim 4, wherein the attenuator has a peripheral edge that tapers outwardly from a top surface to a bottom surface of the attenuator.
【請求項9】 前記減衰器がV字形の横断面を有する、
請求項1記載のシステム。
9. The attenuator has a V-shaped cross section.
The system according to claim 1.
【請求項10】 前記減衰器が0.25〜6.35mm
(0.01〜0.25インチ)の均一な厚みを有する、請
求項9記載のシステム。
10. The attenuator according to claim 1, wherein said attenuator is 0.25 to 6.35 mm
10. The system of claim 9, having a uniform thickness (0.01-0.25 inches).
【請求項11】 前記減衰器がフェライトから製造され
ている、請求項10記載のシステム。
11. The system of claim 10, wherein said attenuator is manufactured from ferrite.
【請求項12】 前記減衰器がミューメタルから製造さ
れている、請求項10記載のシステム。
12. The system of claim 10, wherein said attenuator is manufactured from mu metal.
【請求項13】 前記減衰器の下方に取り付けられた導
電性プレートを更に含む、請求項1記載のシステム。
13. The system of claim 1, further comprising a conductive plate mounted below said attenuator.
【請求項14】 前記プレートが4.76mm〜6.35
mm(0.1875〜0.25インチ)の厚みを有する、
請求項13記載のシステム。
14. The plate according to claim 11, wherein said plate has a size of 4.76 mm to 6.35.
mm (0.1875 to 0.25 inch) thickness,
The system according to claim 13.
【請求項15】 前記プレートが非鉄金属から製造され
ている、請求項14記載のシステム。
15. The system of claim 14, wherein said plate is manufactured from a non-ferrous metal.
【請求項16】 前記プレートが導電性金属から製造さ
れている、請求項14記載のシステム。
16. The system of claim 14, wherein said plate is made from a conductive metal.
【請求項17】 前記導電性金属が非鉄金属である、請
求項16記載のシステム。
17. The system of claim 16, wherein said conductive metal is a non-ferrous metal.
【請求項18】 前記減衰器の頂部に取り付けられた3
軸送信機を更に含む、請求項1記載のシステム。
18. The three attenuator mounted on top of the attenuator
The system of claim 1, further comprising an axis transmitter.
【請求項19】 前記送信機が、上部にエッチングされ
た送信機手段を備えたプリント回路基板を含む、請求項
13記載のシステム。
19. The system of claim 13, wherein said transmitter comprises a printed circuit board with transmitter means etched on top.
【請求項20】 前記プリント回路基板が約0.794
〜3.175mm(0.03125〜0.125インチ)
の厚みである、請求項19記載のシステム。
20. The printed circuit board as set forth in claim
~ 3.175mm (0.0325-0.125 inch)
20. The system of claim 19, wherein the thickness is:
【請求項21】 前記磁界がパルス状の直流電源によっ
て発生される、請求項3記載のシステム。
21. The system of claim 3, wherein said magnetic field is generated by a pulsed DC power supply.
【請求項22】a)薄い透磁性減衰器と、 b)前記減衰器の下方に設けられた薄い導電性プレート
と、 c)前記減衰器の上方に設けられた薄い送信機とを備
え、 d)前記送信機と、減衰器と、プレートとが一体にラミ
ネートされている、磁気的位置測定システム。
22. A thin magnetically permeable attenuator; b) a thin conductive plate provided below said attenuator; c) a thin transmitter provided above said attenuator; d. A) a magnetic position measuring system, wherein the transmitter, the attenuator and the plate are integrally laminated;
【請求項23】 前記送信機と、減衰器と、プレートと
が約7.62〜15.9mm(0.3〜0.625イン
チ)の組み合わせ厚みを有する、請求項22記載のシス
テム。
23. The system of claim 22, wherein said transmitter, attenuator, and plate have a combined thickness of about 0.36 to 1625 mm (0.3 to 0.625 inches).
【請求項24】 前記送信機が上部に送信手段のエッチ
ングされたプリント回路基板を含む、請求項22記載の
システム。
24. The system of claim 22, wherein said transmitter comprises an etched printed circuit board of transmitting means on top.
【請求項25】 前記減衰器がフェライトとミューメタ
ルから成る群から選択された材料から製造されている、
請求項22記載のシステム。
25. The attenuator is made of a material selected from the group consisting of ferrite and mu metal.
23. The system according to claim 22.
【請求項26】 前記プレートがアルミニウムから製造
されている、請求項22記載のシステム。
26. The system of claim 22, wherein said plate is manufactured from aluminum.
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