JP2000131412A - 三次元位置検出追跡装置及び方法 - Google Patents

三次元位置検出追跡装置及び方法

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JP2000131412A
JP2000131412A JP11302888A JP30288899A JP2000131412A JP 2000131412 A JP2000131412 A JP 2000131412A JP 11302888 A JP11302888 A JP 11302888A JP 30288899 A JP30288899 A JP 30288899A JP 2000131412 A JP2000131412 A JP 2000131412A
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transmitters
magnetic
magnetic field
position sensor
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JP11302888A
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English (en)
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Amorai-Moriya Nettsua
アモライ−モリヤ ネッツァ
Itskovich Mordekaj
イツコヴィッチ モーディカイ
Spivak Bouazzu
スピーヴァク ボウアッズ
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Netmor Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/004—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】対象物の一部分の位置を監視するための三次元
位置検出追跡装置を提供する。 【解決手段】この装置は、三次元空間内に交流磁界を送
信する６個の送信機１０，１２，１４，１８，２０と、
検出追跡する対象物の対応する部分に固定するように配
設された位置センサ４０を含む。各位置センサ４０は、
能動軸を有し、能動軸に沿う交流磁界の成分を受信する
磁気検出器を含む。また、各位置センサは、６個の送信
機によって送信された上記交流磁界の特性を蓄積し、こ
の特性を位置センサのによって受信された磁界の特性と
比較し、対象物の対応する部分の位置特性の出力表示を
決定して供給するディジタル信号処理ユニット３０を含
む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は三次元位置検出追跡
装置に関し、特に交流電磁界を用いた三次元位置検出追
跡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】交流電磁界を用いた種々のタイプの位置
測定装置が知られている。以下の米国及びその他の国の
特許刊行物は、技術的現状を代表するものであると信じ
られる。 ラアーブ（Raab）の米国特許第4,054,881号
及び米国特許第4,314,251号、ジョーンズ（Jones）の米
国特許第4,737,794号、ブラッド（Blood）の米国特許第
4，613,866号、米国特許第4,945,305号及び米国特許第
4,849,692号、カイパース（Kuipers）の米国特許第4,01
7,858号、米国特許第4,298,874号及び米国特許第4,742,
356号、ヴォルシン（Volsin）等の米国特許第5,168,222
号、ワインスタイン（Weinstein）の米国特許第5,0170,
172号、アンダースン（Anderson）の米国特許第5,453,6
86号、ブラーデン（Bladen）の国際特許第WO 94/04938
号。
【０００３】ローデン（Rorden）の米国特許第4,710,70
8号には、唯一の磁気コイルを用いた位置測定装置が記
載されている。
【０００４】ジェネティックアルゴリズム（genetic al
gorithms）は、1989年刊、ディーゴールドバー（D. Gol
dberg）著、「調査におけるジェネティックアルゴリズ
ム：最適化と機械学習（Genetic algorithms in searc
h: optimization and machine lerning）」及び1996年
刊、メラニー ミッチェル（Melanie Mitchell）著、
「ジェネティックアルゴリズム序論（An introduction
to genetic algorithms）」に記載されている。
【０００５】ＰＬＬ技術（Phase Locked Loop technolo
gy）は、マグロー社（McGraw-HillBook Company）、ISB
N 0070060517、ローランド イー ベスト（Roland E. Be
st）著、「フェーズ ロック ループ：シミュレーション
と応用（Phase locked loop:simulation and applicati
ons）」に記載されている。
【０００６】明細書で言及する全ての刊行物とその中で
引用される刊行物に開示されている事項は、ここに参考
文献として組み込まれる。
【０００７】
【発明の要約】本発明は、対象物の位置を検出追跡をす
るための改良された装置及び方法を提供する。開示され
る位置測定装置のブロック図は、図１ｄに示されてい
る。本発明の望ましい実施の形態によれば、本発明の装
置は、Ｎ≧６のＮ個の磁気送信機と、それぞれそれ自身
の周波数で特徴づけられる少なくとも６個の電磁信号を
検出する位置センサとからなる。位置センサは、典型的
には、ディジタル信号処理ユニットに接続された１個の
磁気検出器からなる。磁気検出器のアナログ出力は、座
標ｘi，ｙi，ｚi，θi，φiにおけるＮ個の磁気送信機
の磁界の重畳値に比例する電位信号である。ここに、指
標ｉは、電磁コイルｉの位置を意味する。アンテナコイ
ルは正確に互いに直交する必要はなく、アンテナコイル
の中心が一致するように配置される必要はないというこ
とは本発明の望ましい実施の形態の格別の特徴である。
【０００８】アナログ信号はディジタル化され、集積さ
れたディジタル信号処理ユニットへ入力として導入され
る。磁気検出器からのディジタル入力は、そこでディジ
タル信号処理ユニットによって使用され、磁気検出器の
位置と方向の座標が計算される。ディジタル信号処理ユ
ニットからの出力は、次いでデータ コミュニケーショ
ン ユニットへ送られ、次いでシステム制御ユニットへ
送られる。出力データの更新率（refresh rate）は、１
秒あたり２、３回から数百回のオーダである。
【０００９】磁気検出器は、図２に示すような１軸アン
テナコイルで構成してもよいし、あるいは、ホール効果
検出器、半導体部品、例えば磁気抵抗検出器、磁気ダイ
オード（magneto-diode）あるいは磁気トランジスタの
ような、１軸磁界検出器のその他の適当なタイプのもの
で構成してもよい。ディジタル信号処理ユニットは、典
型的には、次の３構成部品から成る。すなわち、追跡及
び制御サブシステムと輪郭検出器と位置決定ユニットで
ある。追跡及び制御サブシステムは、Ａ／Ｄ変換器への
入力信号のダイナミックレンジを減少することによっ
て、位置決定の精度を高めるように作用する。
【００１０】追跡及び制御サブシステムの出力は、輪郭
検出器へ供給され、輪郭検出器は、Ｎ個のＲＦ送信機か
ら受信したＮ個の磁気信号の輪郭の振幅（大きさ及び符
号）Ｃ1，…，ＣNを定める。追跡及び制御サブシステム
は、望ましくは、線形予報コーディング（Linear Predi
ctive Coding、ＬＰＣ）モジュールで構成する。輪郭検
出器は、典型的には、並列に作動するＮ個の同一の輪郭
検出モジュール（ＥＤ）からなる。各輪郭検出モジュー
ルは、２つのサブモジュール、すなわちフェーズロック
ループ（Phase Lock Loop、以下ＰＬＬと記す。）サブ
モジュールとシステム同期ユニットとから構成してもよ
い。システム同期ユニットは、輪郭検出モジュールの実
行間に呼び出され、信号の振幅の絶対符号を定める。代
替的に、各輪郭検出モジュールは、並列に作動する３つ
のサブモジュールと、システム同期が必要なときに呼び
出されるもう１つのサブモジュールとから構成してもよ
い。３つのサブモジュールは、ＰＬＬサブモジュール
と、非コヒーレント絶対値輪郭検出器（Non-coherent a
bsolute value envelope detector）と、符号検出ユニ
ット（Sign Detection Unit）である。４番目のサブモ
ジュール、システム同期ユニットがそこで呼び出され、
信号の振幅の絶対符号を定める。
【００１１】輪郭検出器の出力は、位置決定ユニットへ
供給される。位置決定ユニットは、輪郭検出器によって
供給された符号付きの振幅値に基づいて作動し、位置セ
ンサ内の磁気検出器の位置の指示の出力を供給する。
【００１２】位置決定ユニットにおける位置に決定は、
６個の未知数を含むＮ個の解析方程式を解くことに基づ
いてなされる。
【００１３】位置方程式を解いて磁気検出器の位置と方
向とを得るために、典型的には、ジェネティックアルゴ
リズム法（genetic algorithm method）が用いられる。
【００１４】本発明の望ましい実施の形態によれば、対
象物の少なくとも一部分の位置を検出追跡するための三
次元位置検出追跡装置において、三次元空間内に交流磁
界を送信する複数の送信機と、検出追跡する対象物の少
なくとも一つの対応する部分に固定するように配設され
た少なくとも一つの位置センサであって、上記各少なく
とも一つの位置センサは、少なくとも一つの能動軸を有
し、それぞれ上記少なくとも一つの能動軸に沿う、上記
交流磁界の少なくとも一つの成分を受信する磁気検出器
と、上記複数の送信機によって送信された上記交流磁界
の少なくとも一つの特性を蓄積し、上記少なくとも一つ
の特性を、上記少なくとも一つの位置センサの対応する
少なくとも一つによって受信された磁界の少なくとも一
つの特性と比較し、これによって、上記対象物の少なく
とも一つの対応する部分の少なくとも一つの位置特性の
出力表示を決定して供給する、少なくとも一つのディジ
タル信号処理ユニットと、を含んでなる少なくとも一つ
の位置センサと、を含んでなる三次元位置検出追跡装置
が提供される。
【００１５】また本発明の望ましい実施の形態によれ
ば、上記少なくとも一つの位置センサは、その位置を検
出追跡する対象物の一箇所に固定するように配設された
一つの位置センサからなる。
【００１６】さらにまた本発明の望ましい実施の形態に
よれば、上記少なくとも一つの位置特性は、上記対象物
の空間位置の少なくとも一つの寸法からなる。望ましく
は、上記少なくとも一つの位置特性は、上記対象物の角
度方向位置の少なくとも一つの寸法を含む。
【００１７】さらに本発明の望ましい実施の形態によれ
ば、上記少なくとも一つの位置センサは、検出追跡する
上記対象物の複数の対応する部分に固定するように配設
された複数の位置センサからなる。
【００１８】さらに本発明の望ましい実施の形態によれ
ば、上記磁気検出器は、一つの（検出）能動軸を有し、
上記一つの（検出）能動軸に沿う上記交流磁界の成分を
受信する。
【００１９】望ましくは、上記複数の送信機は、上記磁
界を連続的に送信する。
【００２０】本発明の望ましい他の一つの実施の形態に
よれば、三軸を有する三次元空間における対象物の少な
くとも一部分の位置を検出追跡するための三次元位置検
出追跡装置において、それぞれ中心を有し、それぞれ三
次元空間内に交流磁界を送信する少なくとも６個の磁気
送信機と、少なくとも一つの上記磁気送信機の上記交流
磁界の少なくとも一つの成分が上記三次元空間の上記三
軸の各々の中に含まれ、上記磁気送信機の上記中心の全
部は一致しないような位置決めに、少なくとも３個の上
記磁気送信機を保持する送信機位置決め保持器と、検出
追跡する上記対象物の少なくとも一つの対応する部分に
固定するように配設された少なくとも一つの位置センサ
であって、各上記少なくとも一つの位置センサは、上記
少なくとも６個の磁気送信機からの上記交流磁界を受信
する磁気検出器からなる、少なくとも一つの位置センサ
と、上記少なくとも６個の送信機の複数の送信機によっ
て送信された上記交流磁界の少なくとも一つの特性を蓄
積し、上記少なくとも一つの特性を、上記少なくとも一
つの位置センサの対応する少なくとも一つによって受信
された磁界の少なくとも一つの特性と比較し、これによ
って対象物の少なくとも一つの部分の少なくとも一つの
位置特性を決定する、少なくとも一つのディジタル信号
処理ユニットと、を含んでなる三次元位置検出追跡装置
が提供される。
【００２１】さらに本発明の望ましい実施の形態によれ
ば、上記少なくとも一つのディジタル信号処理ユニット
は、上記少なくとも一つの位置センサの対応する一つと
一体に設けられる。
【００２２】また本発明の望ましい実施の形態によれ
ば、少なくとも３個の上記磁気送信機を、使用者が選定
する任意の箇所に配設可能とするように、上記少なくと
も３個の上記磁気送信機は、分離した物理単位（physic
al units）である。
【００２３】本発明の望ましいさらに他の一つの実施の
形態によれば、三軸を有する三次元空間における対象物
の少なくとも一部分の位置を検出追跡するための三次元
位置検出追跡装置において、それぞれ一つの能動軸方向
を有し、それぞれ三次元空間内に交流磁界を送信する少
なくとも６個の磁気送信機と、少なくとも一つの上記磁
気送信機の上記交流磁界の少なくとも一つの成分が上記
三次元空間の上記三軸の各々の中に含まれ、上記磁気送
信機の上記能動軸方向の全部は互いに直交しないような
位置決めに、少なくとも３個の上記磁気送信機を保持す
る、送信機位置決め保持器と、検出追跡する上記対象物
の少なくとも一つの対応する部分に固定するように配設
された少なくとも一つの位置センサであって、各上記少
なくとも一つの位置センサは、上記少なくとも６個の磁
気送信機からの上記交流磁界を受信する磁気検出器から
なる、少なくとも一つの位置センサと、上記少なくとも
６個の磁気送信機の複数の送信機によって送信された上
記交流磁界の少なくとも一つの特性を蓄積し、上記少な
くとも一つの特性を、上記少なくとも一つの位置センサ
の対応する少なくとも一つによって受信された磁界の少
なくとも一つの特性と比較し、これによって対象物の少
なくとも一つの部分の少なくとも一つの位置特性を決定
する、少なくとも一つのディジタル信号処理ユニット
と、を含んでなる三次元位置検出追跡装置が提供され
る。
【００２４】また本発明の望ましい実施の形態によれ
ば、上記少なくとも６個の磁気送信機のうちの少なくと
も第１と第２の上記磁気送信機は、異なる周波数で送信
する。
【００２５】望ましくは、上記少なくとも６個の磁気送
信機のうちの少なくとも第１と第２の上記磁気送信機
は、異なる位相で送信する。
【００２６】また本発明の望ましい実施の形態によれ
ば、上記少なくとも一つのディジタル信号処理ユニット
の少なくとも一つは、１以上の上記少なくとも６個の磁
気送信機から到着する磁界特性を同時に処理する。
【００２７】さらにまた本発明の望ましい実施の形態に
よれば、全ての上記磁気送信機を同時にトリガーするこ
とによって上記磁気送信機を同期させるＲＦトリガーを
更に含んでなる。さらに、または代替的に、上記ＲＦト
リガーは、上記少なくとも一つの位置センサの少なくと
も一つにタイミング信号を供給する。望ましくは、上記
少なくとも一つの位置センサは、上記タイミング信号に
基づいて、上記少なくとも６個の磁気送信機の絶対位相
を計算する。
【００２８】また本発明の望ましい一つの実施の形態に
よれば、対象物の少なくとも一部分の位置を検出追跡す
るための三次元位置検出追跡方法において、上記対象物
を含有する三次元空間内に存在する交流磁界を受信する
少なくとも一つの位置センサを、位置を検出追跡する対
象物の少なくとも一つの対応する部分に取付けるステッ
プと、送信された上記交流磁界の少なくとも一つの特性
を、上記位置センサによって受信された磁界の少なくと
も一つの特性と比較するステップと、上記比較するステ
ップの結果を、上記対象物の少なくとも一つの対応する
部分の少なくとも一つの位置特性の出力表示を決定して
供給するための、ジェネティック自然選定過程（geneti
c natural selection process）への入力として用いる
ステップと、を含んでなる三次元位置検出追跡方法が提
供される。
【００２９】また本発明の望ましい実施の形態によれ
ば、少なくとも一つの上記位置センサは、入力信号のダ
イナミックレンジを増加するように作用する線形予測コ
ーディング制御ループ（Linear Predicted Coding cont
role roop）を含んでなる。望ましくは、少なくとも一
つの上記位置センサは、半導体部品からなる。さらに、
または代替的に、少なくとも一つの上記位置センサは、
従来技術において一般的な電子部品を使用しないで信号
強度のダイナミックレンジを改良する制御ループを含ん
でなる。
【００３０】さらにまた本発明の望ましい実施の形態に
よれば、少なくとも一つの上記位置センサは、出力がそ
の入力振幅に対して相対的に不感なＰＬＬ（Phase Lock
Loop、フェーズロックループ）形態からなる。
【００３１】さらにまた本発明の望ましい実施の形態に
よれば、上記ＰＬＬ装置の少なくとも一つの動的性質
は、上記ＰＬＬ装置の上記入力振幅に実質的に依存しな
い。
【００３２】さらにまた本発明の望ましい実施の形態に
よれば、上記ＰＬＬ装置のバンド幅は、上記ＰＬＬ装置
の上記入力振幅に実質的に依存しない。
【００３３】また本発明の望ましい実施の形態によれ
ば、上記ＰＬＬ装置の緩和時定数（relaxation time co
nstant）は、上記ＰＬＬ装置の上記入力振幅に実質的に
依存しない。
【００３４】上記ＰＬＬ装置の動的性質、特にバンド幅
と緩和時定数は、上記ＰＬＬ装置の上記入力振幅に実質
的に依存しない。
【００３５】また本発明の望ましい一つの実施の形態に
よれば、対象物の少なくとも一部分の位置を検出追跡す
るための三次元位置検出追跡方法において、三次元空間
内に交流磁界を送信する複数の送信機を配設するステッ
プと、その位置を検出追跡する対象物の少なくとも一つ
の対応する部分に少なくとも一つの位置センサを取り付
けるステップであって、上記各少なくとも一つの位置セ
ンサは、少なくとも一つの能動軸を有し、それぞれ上記
少なくとも一つの能動軸に沿う、上記交流磁界の少なく
とも一つの成分を受信する磁気検出器である、位置セン
サを取り付けるステップと、上記複数の送信機によって
送信された上記交流磁界の少なくとも一つの特性を蓄積
するステップと、上記少なくとも一つの特性を、上記少
なくとも一つの位置センサの対応する少なくとも一つに
よって受信された磁界の少なくとも一つの特性と比較す
るステップと、これによって、上記対象物の少なくとも
一つの対応する部分の少なくとも一つの位置特性の出力
表示を決定して供給するステップと、を含んでなり、上
記蓄積するステップと、上記比較するステップと、上記
決定して供給するステップは、離れた場所で（remotel
y）ではなくその場所で（locally）実行されることを特
徴とする三次元位置検出追跡方法が提供される。
【００３６】また本発明の望ましいさらに他の一つの実
施の形態によれば、三軸を有する三次元空間における対
象物の少なくとも一部分の位置を検出追跡するための三
次元位置検出追跡方法において、それぞれ中心を有し、
それぞれ三次元空間内に交流磁界を送信する、少なくと
も６個の磁気送信機の配設と、少なくとも一つの上記磁
気送信機の上記交流磁界の少なくとも一つの成分が上記
三次元空間の上記三軸の各々の中に含まれ、上記磁気送
信機の上記中心の全部は一致しないように、少なくとも
３個の上記磁気送信機の保持と、その位置を検出追跡す
る上記対象物の少なくとも一つの対応する部分への、少
なくとも一つの位置センサの取付けであって、各上記少
なくとも一つの位置センサは、上記少なくとも６個の磁
気送信機からの上記交流磁界を受信する磁気検出器から
なる、位置センサの取付けと、上記少なくとも６個の磁
気送信機の複数の送信機によって送信された上記交流磁
界の少なくとも一つの特性の蓄積と、上記少なくとも一
つの特性を、上記少なくとも一つの位置センサの対応す
る少なくとも一つによって受信された磁界の少なくとも
一つの特性との比較と、これによって少なくとも一つの
対象物の部分の少なくとも一つの位置特性の決定と、を
含んでなることを特徴とする三次元位置検出追跡方法が
提供される。
【００３７】また本発明の望ましい他の一つの実施の形
態によれば、三軸を有する三次元空間における対象物の
少なくとも一部分の位置を検出追跡するための三次元位
置検出追跡方法において、それぞれ一つの能動軸方向を
有し、それぞれ三次元空間内に交流磁界を送信する少な
くとも６個の磁気送信機の配設と、少なくとも一つの上
記磁気送信機の上記交流磁界の少なくとも一つの成分が
上記三次元空間の上記三軸の各々の中に含まれ、上記磁
気送信機の上記能動軸方向の全部は互いに直交しないよ
うに位置決めする、少なくとも３個の上記磁気送信機の
保持と、少なくとも一つの位置センサの、その位置を検
出追跡する上記対象物の少なくとも一つの対応する部分
への取付けであって、各上記少なくとも一つの位置セン
サは、少なくとも６個の磁気送信機からの上記交流磁界
を受信する磁気検出器からなる、少なくとも一つの位置
センサの取付けと、上記少なくとも６個の磁気送信機の
複数の送信機によって送信された上記交流磁界の少なく
とも一つの特性の蓄積と、上記少なくとも一つの特性
の、上記少なくとも一つの位置センサの対応する少なく
とも一つによって受信された磁界の少なくとも一つの特
性との比較と、これによって少なくとも一つの対象物の
部分の少なくとも一つの位置特性の決定と、を含んでな
ることを特徴とする三次元位置検出追跡方法が提供され
る。
【００３８】
【図面と付録の簡単な説明】本発明は、以下の図面と付
録（外国語出願の明細書に添付した。）を参照して記載
する詳細な説明によって、よりよく理解され、評価され
るであろう。
【００３９】図１ａは、本発明の望ましい実施の形態に
従って構成して運用する、位置測定装置の単純化された
絵画的表示であり、図示された例における人間ユーザの
身体部分のような、対象物の全体または部分の位置を出
力する。
【００４０】図１ｂは、図１ａの位置測定装置を仮想現
実（virtual reality）に応用したものであり、シミュ
レーション装置が、図１ａに示す装置によって発生され
た位置出力を受信し、コンピュータ発生背景（computer
-generated scene）と、図１ａの位置測定装置によって
検出された図１ａの人間ユーザの身体部分運動を疑似す
る身体部分運動を有する人の外形とを含む、表示画像を
発生する。
【００４１】図１ｃは、本発明の望ましい実施の形態に
従って提供される、ＲＦ送信機と位置センサの、詳細な
図形表示である。
【００４２】図１ｄは、図１ａの位置測定装置の単純化
された機能ブロック図である。
【００４３】図２は、図１の個々の位置センサの第１の
望ましい実施の形態の単純化されたブロック図である。
【００４４】図３は、図２の位置センサに使用されるデ
ィジタル信号処理ユニットの第１の望ましい実施の形態
の単純化されたブロック図である。
【００４５】図４は、本発明の望ましい実施の形態に従
って構成し運用する、図３のディジタル信号処理ユニッ
トの追跡及び制御サブシステムの単純化されたブロック
図である。
【００４６】図５は、本発明の望ましい実施の形態に従
って構成し運用する、図３の輪郭検出器の単純化された
ブロック図である。
【００４７】図６ａは、本発明の望ましい実施の形態に
従って構成し運用する、図５の輪郭検出モジュール（Ｅ
Ｄ）の１つの単純化されたブロック図である。
【００４８】図６ｂは、図６ａ、図６ｃの装置の一部を
形成するＰＬＬサブモジュールの単純化されたブロック
図である。
【００４９】図６ｃは、輪郭検出モジュール（ＥＤ）の
代替形態の単純化されたブロック図である。
【００５０】図６ｄは、図６ｃの装置の一部を形成する
輪郭検出サブモジュールの単純化されたブロック図であ
る。
【００５１】図７ａは、対象物の最終位置と方向とを求
めるジェネティック過程（geneticprocess）に基づく、
図３の位置発見システムの望ましい運用方法の単純化さ
れたフローチャートである。
【００５２】図７ｂは、図７ａの座標可能性ステップ
（coodination possibility step）を実行するための望
ましい方法の単純化されたフローチャートである。
【００５３】図７ｃは、図７ａの新ジェネレーション創
成（new generation creation step）を実行するための
望ましい方法の単純化されたフローチャートである。
【００５４】図８は、図１ａ〜ｃの位置センサの個々の
一つの、第２の望ましい実施の形態の単純化されたブロ
ック図である。
【００５５】図９は、図８の位置センサに用いる望まし
いディジタル信号処理ユニットの単純化されたブロック
図である。
【００５６】付録は、図８のディジタル信号処理ユニッ
トを実行する望ましいソフトウエアのコンピュータ コ
ード リストである。
【００５７】
【発明の実施の形態】本特許明細書の一部には、著作権
保護の対象となる資料を含まれている。著作権者は、特
許庁の特許のファイルまたは記録に記載されているもの
に関しては、特許資料または特許開示について何人が複
製しても異議を唱えるものではないが、それ以外につい
ては全ての著作権を留保する。
【００５８】用語「空間位置」は、ここでは三次元空間
内における検知器またはその他の物体の位置に言及する
のに用いられ、例えば、デカルト座標（ｘ，ｙ，ｚ）ま
たは極座標のような任意のその他の適当な座標で表示す
ることができる。
【００５９】用語「角度方向位置」は、ここでは上記三
次元空間に対応する検知器またはその他の物体の向きに
言及するのに用いられ、例えば、（θ，φ）または極座
標のような任意の座標で表示することができる。ここ
に、φの指定は、φが位置する四分円も含まなければな
らない。勿論、例えばオイラー座標またはヨウ、ピッ
チ、ロールのようなその他の適当な座標で表示すること
ができる。
【００６０】用語「ＲＦ送信機」は、ここでは５ＫＨｚ
以上、望ましくは１０〜１００ＫＨｚの周波数で発信す
る送信機に言及するのに用いらる。本発明の１実施の形
態においては、パルス発信が用いられている。ただし、
発信はパルスよりも連続波であるほうが望ましい。
【００６１】用語「磁界」は、磁界及び電磁界を含む意
味に用いる。
【００６２】アナログ信号はディジタル化され、集積さ
れたディジタル信号処理ユニット６２へ入力として導入
される。磁気検出器５０からのディジタル入力は、そこ
でディジタル信号処理ユニット６２で使用されて、磁気
検出器５０の位置と方向の座標が計算される。ディジタ
ル信号処理ユニット６２からの出力は、次いでデータコ
ミュニケーション ユニット５１へ送られ、次いでシス
テム制御ユニット３０へ送られる。出力データの更新率
（refresh rate）は、１秒あたり２、３回から数百回の
オーダである。
【００６３】磁気検出器５０は、図２に示すように、一
軸アンテナコイル（one-axis antenna coil）で構成し
てもよいし、あるいは、ホール効果検出器（Hall-effec
t detector）、半導体部品、例えば磁気抵抗検出器（ma
gneto-resistive detector）、磁気ダイオード（magnet
o-diode）あるいは磁気トランジスタ（magneto-trangis
ter）のような、一軸磁界検出器のその他の適当なタイ
プのもので構成してもよい。ディジタル信号処理ユニッ
ト６２は、次の３構成部品から成る。すなわち、追跡及
び制御サブシステム１１０と輪郭検出器１１４と位置決
定ユニット１１６である（図３）。追跡及び制御サブシ
ステム１１０は、Ａ／Ｄ変換器への入力信号のダイナミ
ックレンジを減少することによって、位置決定の精度を
高めるように作用する。
【００６４】追跡及び制御サブシステム１１０の出力は
輪郭検出器１１４へ供給され、輪郭検出器１１４は、Ｎ
個のＲＦ送信機から受信したＮ個の磁気信号の輪郭の振
幅（大きさ及び符号）Ｃ1，…，ＣNを定める。図４の追
跡及び制御サブシステム１１０は、望ましくは、線形予
報コーディング（Linear Predictive Coding、ＬＰＣ）
モジュールで構成する。輪郭検出器１１４は、図５に概
略が図示されており、並列に作動するＮ個の同一の輪郭
検出モジュール（ＥＤ）１３０からなる。１つの輪郭検
出モジュール１３０についての２つの変形の概略を図を
用いて説明する。輪郭検出モジュールの第１の形態は図
６ａに示されており、各輪郭検出モジュールは２つのサ
ブモジュール、すなわちフェーズロックループ（Phase
Lock Loop、以下ＰＬＬと記す。）サブモジュール１３
２とシステム同期ユニット４２０とからなる。ＰＬＬサ
ブモジュール１３２については、図６ｂを参照して以下
に詳細に説明する。システム同期ユニット４２０は、輪
郭検出モジュールの実行間に呼び出され、信号の振幅の
絶対符号を定める。輪郭検出モジュールの代替形態を図
６ｃに示す。この形態においては、各輪郭検出モジュー
ル１３０は、並列に作動する３つのサブモジュールと、
システム同期が必要なときに呼び出されるもう１つのサ
ブモジュールとからなる（下記参照。）。３つのサブモ
ジュールは、ＰＬＬサブモジュール１３２と、非コヒー
レント絶対値輪郭検出器（Non-coherent absolute valu
e envelope detector）である輪郭検出サブモジュール
１３３と、符号検出ユニット（Sign Detection Unit）
４１５である。４番目のサブモジュール、システム同期
ユニット４２０がそこで呼び出され、信号の振幅の絶対
符号を定める。
【００６５】輪郭検出器１１４の出力は位置決定ユニッ
ト１１６へ供給される。位置決定ユニット１１６は、輪
郭検出器１１４によって供給された符号付きの振幅値に
基づいて作動し、位置センサ４０内の磁気検出器５０の
位置の指示の出力を供給する。
【００６６】位置決定ユニット１１６における位置に決
定は、６個の未知数を含むＮ個の解析方程式を解くこと
に基づいてなされる。
【００６７】ジェネティックアルゴリズム法（genetic
algorithm method）は、以下に図７、８を参照して詳細
に説明するように、位置方程式を解いて磁気検出器５０
の位置と方向とを得ることを意味する。
【００６８】さて、本発明の望ましい実施に形態に従っ
て構成して運用する、位置測定装置の単純化された絵画
的表示である図１ａを参照する。図１ａに示す装置は、
望ましくは、図示された例における人間ユーザの身体部
分のような、対象物の全体または部分の、空間位置と角
度方向位置の少なくとも一方を出力する。
【００６９】図１ａの位置測定装置は、Ｎ≧６であるＮ
個（少なくとも６個）のＲＦ送信機１０、１２、１４、
１６、１８及び２０からなり、各ＲＦ送信機は、互いに
非並行なアンテナコイル（mutually non-parallel ante
nna coil）からなる。各ＲＦ送信機は、活動中の軸方
向、例えばＲＦ送信機がコイルからなる場合にはコイル
の軸を定める。
【００７０】６個（図示の例において）のアンテナコイ
ルは、それぞれ異なる周波数ｆ１、…、ｆ６で発信し、
それぞれ磁界を生じる。アンテナコイルは、望ましく
は、各直交軸について、各磁界がその直交軸に略沿った
コンポーネントを有する少なくとも２つのアンテナコイ
ルが存在するように配置する。例えば、アンテナコイル
は、アンテナコイルの２つの三重項があるように互いに
配置し、各アンテナコイルの三重項は、３つの各直交軸
について、磁界がその直交軸に沿ったコンポーネントを
有する少なくとも１つのアンテナコイルを含む。
【００７１】本明細書においては、簡単化のため、アン
テナコイルの数は６と仮定するが、特に冗長性を持たせ
るために、６を越える任意の適当なアンテナコイルの数
Ｎを用いてもよい。
【００７２】アンテナコイルは正確に互いに直交する必
要はなく、アンテナコイルの中心が一致するように配置
する必要も全くないということは、本発明の望ましい実
施の形態の特徴である。これは、対象物の位置が正確且
つ迅速に定められるようにアンテナコイルが十分分布す
る際に、対象物が動くと分かっている範囲内へアンテナ
コイルを配置する際の大きな柔軟性が許容されるので有
利である。また、このことは、アンテナコイルを互いに
直交する形態で正確に位置決めする必要がないので、製
造コストを低下させる傾向がある。
【００７３】本発明の望ましい実施の形態によれば、少
なくとも６個のＲＦ送信機１０、１２、１４、１６、１
８及び２０の各々は、正弦波信号出力を供給する送信機
からなる。望ましくは、信号源からの信号出力は、１０
〜１００ＫＨｚの範囲である。
【００７４】本発明の望ましい実施の形態によれば、位
置センサ４０は、位置センサ４０に含まれた磁気検出器
５０（図２）の空間位置と角度方向位置の少なくとも一
方を検知するように設けられている。また、勿論位置セ
ンサ４０は、図２の磁気検出器５０と固定されている任
意の対象物の空間位置と角度方向位置の少なくとも一方
を検知する。対象物の空間位置と角度方向位置の少なく
とも一方は、典型的には、所定の参照座標系に関して計
算される。位置センサ４０の望ましい実施の形態につい
て以下に図２を参照して記載する。
【００７５】位置センサ４０が、一個の磁気検出器５０
（図２）を用い、該磁気検出器５０は盤上のディジタル
信号処理ユニット６２（図２）へ出力し、該ディジタル
信号処理ユニット６２はそれぞれ三次元の磁気検出器５
０の空間位置と角度方向位置の出力表示を次々に提供す
ることは、本発明の望ましい実施の形態の格別な特徴で
ある。
【００７６】磁気検出器５０は、多軸磁気検出器で構成
することができる。あるいは、図２に示すように、一軸
アンテナコイルで構成してもよいし、あるいは、ホール
効果検出器、半導体部品、例えば磁気抵抗検出器、磁気
ダイオード（magneto-diode）あるいは磁気トランジス
タのような、一軸磁界検出器のその他の適当なタイプの
もので構成してもよい。
【００７７】位置センサ４０は、運動する対象物または
人体のような個体へ取り付けられるが、ＲＦ送信機は固
定である。運動する対象物または人体のような個体が剛
体でない場合には、複数の位置センサ４０を用い、位置
センサ４０の各々を、運動する対象物または人体の複数
の箇所の対応する一つに取り付ける。これによって、こ
れらの個々の箇所の空間位置と角度方向位置のモニタが
可能になる。
【００７８】「運動する対象物」という用語は、少なく
とも一部の時間動いているか、少なくとも一部の時間動
いている少なくとも一部の部分を有する対象物に言及す
るのに用いる。あるいは、「運動する対象物」は、必ず
しもそれ自身が運動している必要はなく、運動する他の
対象物に相対的な位置についてのものでもよい。要約す
れば、「運動する対象物」は、その絶対位置または相対
位置が使用者にとって関心がある任意の対象物に言及す
るのに用いる。
【００７９】ＲＦ送信機は、例えば１ｍ以下に接近して
互いに配置してもよいが、適用によっては可能な限り離
すと有利である。
【００８０】それぞれ６個のＲＦ送信機１０、１２、１
４、１６、１８及び２０によって発生される少なくとも
６個の磁気信号の振幅Ｃ1，…，Ｃ6のダイナミックレン
ジは大抵極めて大であるという事実にもかかわらず、ロ
ーカライゼーション（localization）が達成されるとい
うことは、本発明の望ましい実施の形態の格別な特徴で
ある。一般的には、Ｎ個の振幅Ｃ1，…，ＣNがあるが、
簡単化のために、本明細書においては時としてＮ＝６の
例について述べる。
【００８１】図１ｂは、図１ａの位置測定装置の仮想現
実（virtual reality）への応用によって発生された表
示画像である。仮想現実装置は、図１ａの装置によって
発生された位置出力を受信し、コンピュータ発生背景
（computer-generated scene、図示した例においては
柵、小道及び樹木）と、図１ａの位置測定装置によって
検出された図１ａの人間ユーザの身体部分運動を疑似す
る身体部分運動を有する人体とを含む、図１ｂの表示画
像を発生する。
【００８２】図１ｃは、本発明の望ましい実施に形態に
従って提供される、ＲＦ送信機１２のような図１のＮ個
のＲＦ送信機の一つと、位置センサ４０の磁気検出器５
０の一つとの、詳細な図形表示である。図に示すよう
に、ｉ番目のＲＦ送信機（ｉ＝１，…，Ｎ）の空間位置
及び角度方向位置は（ｘi，ｙi，ｚi，θi，φi、その
四分円を含む）で表示され、各位置センサ４０の空間位
置及び角度方向位置は（ｘ，ｙ，ｚ，θ，φ、センサの
四分円を含む）で表示される。図１ｃを参照して、ソー
ス（source）ｉを表す、薄い導電環状ループをながれる
電流による、磁気検出器５０の中心における点ｇにおけ
る磁界は、文献において周知であり、ジェイ ディー ジ
ャクソン（J.D.Jackson）、「古典電気力学（Classical
Electrodynamics）」、ワイリー（Wiley）、第２版、1
975年、第５章、第178頁に記載されているように、第１
種と第２種の楕円積分で表すことができる。このような
積分による作業は厄介であるので、その代りにここに記
載するような近似表現を用いることが可能である。
【００８３】原点（origin）に対するｉ番目のソースル
ープ中心（i'th source loop center）の位置をベクト
ルを
【００８４】
【数１】
【００８５】とし、原点に対する観測点の位置をベクト
ルを
【００８６】
【数２】
【００８７】として、ｉ番目のソースループ中心と観測
点との距離
【００８８】
【数３】
【００８９】がループの半径ａiに比して大であると
き、すなわち
【００９０】
【数４】
【００９１】であるとき、厳密な積分は、べき級数
【００９２】
【数５】
【００９３】に展開可能であり、上記の項は小さいこと
が分かっている。従って磁界は、
【００９４】
【数６】 Ｂi＝Ｂi I＋Ｂi II＋… （６） 上記べき級数の第１項及び第１項と第２項の和は、それ
ぞれ数７式と数９式で与えられる。
【００９５】
【数７】
【００９６】ここに、
【００９７】
【数８】
【００９８】は、一軸アンテナコイルがＲＦ送信機とし
て用いられる場合には、ＲＦ送信機のコイル面への法線
を表す単位ベクトルでる。
【００９９】
【数９】
【０１００】ここに、
【０１０１】
【数１０】
【０１０２】
【数１１】
【０１０３】
【数１２】
【０１０４】
【数１３】
【０１０５】ここに、Ｉi（ｔ）は、ｉ番目のループ内
の電流であり、装置の中の全ての電流は調和的に時間依
存（harmonically time dependent）であると仮定さ
れ、Ａiは、ｉ番目のソースコイルの面積、Ｔiは、ｉ番
目のソースコイルの巻線の数（number of turns）、Ｉi
は、ｉ番目のソースコイルの電流であり、空気中の透磁
率（μ）は、μ＝μoμr、ここに、μrは送信機のコア
の透磁率である。
【０１０６】べき級数の第１項Ｂi Iの精度は、商
【０１０７】
【数１４】
【０１０８】の２乗のオーダであるので、
【０１０９】
【数１５】
【０１１０】が小さくなると、精度が改善される。例え
ば、上記商が0.05以上であるときには、上記の近似計算
の推定誤差は、10-4のオーダである。しかし、条件
【０１１１】
【数１６】
【０１１２】は常に満たされるとは限らず、特に装置の
性能を改善するために送信機が対象物の範囲の全容積に
分布しているときには満たされるとは限らない。この場
合には、数６式の第２項が重要になる。磁気検出器５０
がコイルからなる場合には、磁気検出器のコイルの半径
が送信機のコイルに比して極めて小であると仮定すれ
ば、座標ｒiに位置する送信機のコイルｉによって磁気
検出器５０に誘起される電磁力εiは、次式で与えられ
る。
【０１１３】
【数１７】
【０１１４】ここに、
【０１１５】
【数１８】
【０１１６】望ましくは、送信機のコイルは、調和的に
時間依存な電流（time harmonic dependent current）
によって駆動され、この場合、
【０１１７】
【数１９】 χi＝ωi・Ａd・Ｔd （１９） ここに、
【０１１８】
【数２０】 ωi＝２πｆ （２０） はソースｉの電流の円周波数、Ａdは磁気検出器のコイ
ル面積、Ｔdは磁気検出器のコイルの巻線の数（number
of turns）、及び
【０１１９】
【数２１】 Ｄ1＝sinθicosφi(ｘ−ｘi)＋sinθisinφi(ｙ−ｙi)＋cosθi(ｚ−
ｚｉ） （２１）
【０１２０】
【数２２】 Ｄ２＝sinθcosφ(ｘ−ｘi)＋sinθsinφ(ｙ−ｙi)＋cosθ(ｚ−ｚi) （２２）
【０１２１】
【数２３】 Ｄ3＝sinθicosφisinθcosφ＋sinθisinφisinθsinφ＋cosθcosθi （２３） 図２に示す位置センサにおいて、点Ｙ（ｔ）におけるｉ
番目のソースによって誘起される電圧は、次式で与えら
れる。
【０１２２】
【数２４】 Ｖi＝Ｃiλi （２４） ここに、
【０１２３】
【数２５】
【０１２４】
【数２６】
【０１２５】ここに、Ψは、コイル及びその図２または
図３における点Ｙ（ｔ）までの前端電気回路（front-en
d electric circuit）の変換関数（transfer functio
n）である。
【０１２６】直角座標系と極座標系との変換は、次の３
式の系で与えられる。
【０１２７】
【数２７】
【０１２８】位置センサの位置と方向を特定するために
は、空間のそれぞれ異なる６箇所に設けられた少なくと
も６個のソースがあって、Ｎ≧６個のソースのうちの３
個のソースの直角座標系の軸への投影が直交の組を形成
することが望ましい。６個のソースは、位置と方向の５
軸（ｘ，ｙ，ｚ，θ，ψ）の誘導を可能にし、更にセン
サコイルからの法線ベクトルの向きを正確に示す符号を
与える。
【０１２９】開示される位置測定装置のブロック図を図
１ｄに示す。磁気送信ブロック３４はＮ個の磁気送信機
からなる。ここに、Ｎ≧６である。これらの磁気送信機
は、同時にＮ個の異なる周波数を放射する。Ｎ個の各磁
気送信機の振幅と位相は、システム制御ユニット３０に
よって制御される。磁界は磁気検出器５０によって検出
される。磁気検出器５０の出力は、座標ｘi，ｙi，
ｚi，θi，φiにおけるＮ個の磁気送信機の磁界の重畳
値に比例する電位信号である。この信号は、信号調整及
びＡ／Ｄ変換ブロック６４へ導かれる。信号調整及びＡ
／Ｄ変換ブロック６４は、入力信号を増幅及び濾波し
て、装置の作動周波数の回りの適当なバンド幅にする。
次いでその信号は、Ａ／Ｄ変換器によってディジタル化
され、ディジタル信号処理ユニット（Digital Signal P
rocessor、以下ＤＳＰという。）６２への入力として転
送される。ＤＳＰユニット６２へ導入されるもう一つの
入力データは、システム制御ユニット３０から有線また
は無線で同期データを受けるデータコミュニケーション
ユニット５１からの同期信号である。同期信号は、下記
のように、磁気送信機に相対的な磁気検出器５０におけ
る信号の極性を決定する。ＤＳＰユニット６２への同期
入力は、下記のように、磁気検出器５０に比して極めて
低いレートでアップデートされる。磁気検出器５０から
のディジタル化された入力は、磁気検出器５０の位置と
方向を計算するためにＤＳＰユニット６２によって使用
される。次いで、ＤＳＰユニット６２からの出力は、デ
ータコミュニケーションユニット５１へ転送され、次い
で、システム制御ユニット３０へ転送される。出力デー
タの更新率は、毎秒数回から毎秒数百回のオーダであ
る。
【０１３０】位置情報は、位置センサ４０の位置情報を
表示するか、あるいは更に処理する有線または無線のデ
ータコミュニケーション手順を介して、システム制御ユ
ニット３０へ転送してもよい。また、システム制御ユニ
ット３０は、位置測定装置のＮ個の磁気送信機の振幅と
位相も制御する。
【０１３１】本発明の望ましい実施の形態によれば、図
１ｄのシステム制御ユニット３０は、表示されるか外部
適用ユニットによって使用される、全ての位置センサ４
０からの空間位置データを集める分離ユニットブロック
３２を含んで構成してもよい。あるいは、１つまたは全
ての位置センサからの位置情報は、外部の分離ユニット
ブロック３２に直接受けさせてもよい。
【０１３２】さて、図２を参照する。図２は、図１ａの
個々の位置センサ４０の一つの、第１の望ましい実施の
形態の単純化されたブロック図である。図に示すよう
に、磁気検出器５０（図示の例におけるコイルのよう
な）は、増幅器５２とバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５
４とを介して、プログラム可能なゲインコントロールを
有するプログラム可能差動増幅器（programmable gain
amplifier、ＰＧＡ）５６へ出力する。プログラム可能
差動増幅器５６への２つの入力はＹ（ｔ）とＨＸ
p（ｔ）であり、ＨＸp（ｔ）は、時刻ｔにおけるＹの最
良予測値である。プログラム可能差動増幅器５６は、Ｙ
d（ｔ）＝Ｙ（ｔ）−ＨＸp（ｔ）に比例するアナログ信
号を出力する。該アナログ信号は、作動周波数を越える
外乱（disturbances）やノイズを除去するローパスフィ
ルタ５８を通過する。該アナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器
６０によってディジタル化され、ディジタル信号処理ユ
ニット６２へ導入される。そのオペレーションモード
（operational mode）を以下に詳細に説明するディジタ
ル信号処理ユニット６２は、プログラム可能差動増幅器
５６へゲインコントロール出力を提供し、ディジタル−
アナログ変換器６６と、望ましくは増幅器６８とローパ
スフィルタ７０とを介して、プログラム可能差動増幅器
５６のフィードバック入力へフィードバック出力を提供
する。
【０１３３】Ｙ（ｔ）のディスクリート（discrete）な
最良予測値であるディジタル信号処理ユニット６２のフ
ィードバック出力は、ここではＨＸP jと名付ける。
【０１３４】さて、図３を参照する。図３は、図２に示
す位置センサにおけるディジタル信号処理ユニット６２
の望ましい実施の形態の単純化されたブロック図であ
る。
【０１３５】図３の装置は、他の実施の形態であるディ
ジタル信号処理ユニット６２（図９）においては省略さ
れる追跡及び制御サブシステム１１０を含む。追跡及び
制御サブシステム１１０は、図２に示した、フィードバ
ックループの構成メンバであり、該フィードバックルー
プは、制御サブシステム１１０とディジタル−アナログ
変換器６６と増幅器６８とローパスフィルタ７０とから
なる。制御サブシステム１１０、ディジタル−アナログ
変換器６６及び増幅器６８とローパスフィルタ７０は、
Ａ／Ｄ変換器６０への入力信号Ｙ（ｔ）のダイナミック
レンジを制限するように作用する。これは、Ａ／Ｄ変換
器６０を、１６ビットのＡ／Ｄ変換器のような普通の比
較的低価格のＡ／Ｄ変換器で構成することができるので
有利である。
【０１３６】代替的に、図８、９にそれぞれ示すよう
に、図３の追跡及び制御サブシステム１１０と図２のフ
ィードバックループを省略してもよい。この場合、Ａ／
Ｄ変換器６０は、典型的には、追跡及び制御サブシステ
ムとフィードバックループを有するものと同一の性能を
得るために、２０−２４ビットのＡ／Ｄ変換器のよう
な、比較的高価で高分解能のＡ／Ｄ変換器で構成する。
【０１３７】上記追跡及び制御サブシステム１１０、デ
ィジタル−アナログ変換器６６及び増幅器６８とローパ
スフィルタ７０等が、従来技術において一般に用いられ
ている追加の電子部品を要することなく、入力信号のダ
イナミックレンジを改善するということは、本発明の望
ましい実施の形態の格別な特徴である。
【０１３８】図３の装置は、追跡及び制御サブシステム
１１０を含み、追跡及び制御サブシステム１１０は、上
述の理由により、位置センサ４０の出力をサンプリング
することによって空間位置及び角度方向位置の決定の精
度を増加するように作用する。具体的には、追跡及び制
御サブシステム１１０は、Ａ／Ｄ変換器６０（図２）か
らディジタル入力を受ける。追跡及び制御サブシステム
１１０は、ディジタル−アナログ変換器６６（図２）へ
ディジタル出力を提供する。追跡及び制御サブシステム
１１０の機能は、Ａ／Ｄ変換器６０が、プログラム可能
差動増幅器５６によってそこへ供給される比較的小さな
ダイナミックレンジ上で動作するように、増幅器６８、
ローパスフィルタ７０、プログラム可能差動増幅器５
６、及びＡ／Ｄ変換器６０を含むフィードバックループ
を管理することにある。追跡及び制御サブシステム１１
０は、例えば図４に図示したフィルタのようなカルマン
フィルタ（Kalman filter）で構成することができる。
【０１３９】代替的に、最小２乗法のような適当な計量
法に基づく３乗またはそれ以上の高次の内挿のような任
意の適当な曲線当て嵌め方法用いて、Ａ／Ｄ変換器６０
によって発生された出力サンプル値に曲線を当て嵌めて
もよい。それによって、プログラム可能差動増幅器５６
への入力信号Ｙ（ｔ）は、受入れ可能な程度に近似され
る。
【０１４０】追跡及び制御サブシステム１１０の出力
は、フルダイナミックレンジ信号（full dynamic range
signal）であり、Ａ／Ｄ変換器６０を通過する信号の
ダイナミックレンジよりも３オーダ大きい規模のダイナ
ミックレンジ有するであろう。
【０１４１】追跡及び制御サブシステム１１０の出力は
輪郭検出器１１４へ供給され、輪郭検出器１１４は、そ
れぞれ６個のＲＦ送信機１０、１２、１４、１６、１８
及び２０から受けた少なくとも６個の受信磁気搬送信号
の振幅（大きさ及び符号）Ｃ1，…，Ｃ6を定めるように
作用する。
【０１４２】輪郭検出器１１４の出力は、位置決定ユニ
ット１１６へ供給される。位置決定ユニット１１６は、
輪郭検出器１１４によって供給された信号の振幅値に基
づいて、位置センサ４０内の磁気検出器５０（図１）の
空間位置と角度方向位置の少なくとも一方の出力指示を
提供するように作用する。関心のある対象物の位置と方
向とを得るためのジェネッティックプロセス（genetic
process）に基づく位置決定ユニット１１６のための望
ましい運用方法は、図７ａ〜７ｃを参照して以下に記載
する。
【０１４３】図４は、本発明の望ましい実施の形態に従
って構成し運用する、図３の追跡及び制御サブシステム
の単純化されたブロック図である。
【０１４４】図４の追跡及び制御サブシステムは、望ま
しくは、例えば、ジェイアント エヌ エス（Jayant N.
S.）著、「波形のディジタルコーディング（Digital Co
dingof Waveforms）」、イングルウッド クリフス、ニュ
ージャージイ（Englewood Cliffs, N.J.）、プレンティ
ス ホール（Prentice Hall）、1984、に記載されている
ような線形予測コーディングモジュール（linear predi
ctive Coding module、以下ＬＰＣモジュールと記
す。）で構成する。図４のＬＰＣモジュールは、典型的
には図示のように互いに接続された数個のユニットから
なり、入力信号Ｙjに対する最良予測からなる出力信号
を発生する。ここに、ｊはサンプル インデックス（sam
ple index）である。Ｋブロック１２０は、従来のカル
マン ゲインユニット（Kalman gain unit）またはより
一般的なフィルタ ゲイン ユニットで構成することがで
きる。Ｇユニット１２６は、ワンステップ遷移マトリッ
クス（one step transition matrix）を含む。Ｄユニッ
ト１２８は、入力と予測ベクトルの間の同期のための遅
延をもたらす。Ｈユニット１２４は、予測ベクトルから
予測信号を選択するための係数マトリックスを含む。
【０１４５】量Ｘpは、Ｙのための予測のベクトルであ
る。パラメータＸcは、Ｘpのための修正のベクトルであ
り、与えられたＸj pについての修正のベクトルＸj cを計
算することによって得られる。
【０１４６】
【数２８】 Ｘj c＝Ｘj p＋Ｋ（Ｙj−Ｈ・Ｘj p） （２８） 図４のＬＰＣモジュールへの入力Ｙj dは、示されている
ように、予測信号Ｘj p（与えられたＸj-1についてのＸj
の予測値）と入力信号Ｙjの差、すなわち、
【０１４７】
【数２９】 Ｙj d＝Ｙj−Ｈ・Ｘj p （２９） である。
【０１４８】図に示すように、図４の追跡及び制御サブ
システムは、ディジタル−アナログ変換器６６への出力
と、輪郭検出器１１４への出力との、２つの出力を有す
る。
【０１４９】図５は、本発明の望ましい実施の形態に従
って構成し運用する、図３の輪郭検出器１１４の単純化
されたブロック図である。図に示すように、図３の輪郭
検出器１１４は、望ましくはＮ個（例示した実施の形態
においては、Ｎ＝６）の輪郭検出モジュール１３０から
構成する。各輪郭検出モジュールは、受信されたＮ個の
磁気搬送信号の１つ（例示した実施の形態においては、
６個のＲＦ送信機１０、１２、１４、１６、１８及び２
０のコイルからの１つ）の受信輪郭振幅（大きさ及び符
号）Ｃi（ｔk）を決定する。
【０１５０】図６ａは、本発明の望ましい実施の形態に
従って構成し運用する、図５のｉ番目の輪郭検出モジュ
ール（ＥＤ）１３０の単純化されたブロック図である。
【０１５１】図６ａ〜ｃにおいて、位相は、通常のφに
代えて、ｐで表示する。これは、本明細書において２つ
の角度方向座標の１つに用いられている文字φとの混乱
を回避するためである。
【０１５２】ｉ番目の輪郭検出モジュール（ＥＤ）１３
０は、磁気検出器５０とｉ番目の送信機との間の電磁相
互作用の強さを、磁気検出器５０によって受信された電
磁信号から抜き出すように作用する。
【０１５３】ｉ番目の輪郭検出モジュール（ＥＤ）１３
０への入力は、時系列Ｙ（ｔj）である。この時系列
は、Ｎ個の正弦波の重畳であり、その各振幅は磁気検出
器５０とｉ番目の送信機との間の相対位置に応じて変調
される。入力正弦波の列は次式によって定義される。
【０１５４】
【数３０】
【０１５５】ｉ番目の輪郭検出モジュール（ＥＤ）１３
０の出力は、ｉ番目の符号付き輪郭Ｃi（ｔk）の時系列
である。輪郭検出は、全てのＮ個の送信機について類似
である。従って、１つの輪郭の検出のみ以下に記載す
る。このプロセスは、Ｎ回、すなわち送信機当り一回、
望ましくは並列に、Ｎ個の輪郭検出モジュール（ＥＤ）
１３０によって実行される。各輪郭検出モジュール（Ｅ
Ｄ）１３０は、典型的には、２つのサブモジュールから
なる。これらは、図６ｂを参照して以下に記載するフェ
ーズ ロック ループ（Phase Lock Loop、以下ＰＬＬと
記す。）サブモジュール１３２と、システム同期ユニッ
ト４２０であり、システム同期ユニット４２０は信号の
振幅の絶対符号を定めるために呼び出される。
【０１５６】さて、図６ａの装置の一部を形成するＰＬ
Ｌサブモジュール１３２の単純化されたブロック図であ
る図６ｂを参照する。
【０１５７】図６ｂのＰＬＬサブモジュールは、その入
力の位相と周波数を追跡する制御装置である。入力信号
に含まれる正弦波形の角速度ωiが与えられると、ＰＬ
Ｌサブモジュールはその位相を追跡し、小さい周波数変
動を補償する。複数の周知のＰＬＬ形態がある。図６ｂ
のＰＬＬサブモジュールの実現に使用可能なこのような
形態は、「フェーズロック及び周波数フィードバックシ
ステム：原理と技術（Phase locked and Frequency Fee
dback Systems:Principles and Techniques）」、ジェ
イ クラッパー、ジェイ ティー フランクル（J.Klapper
and J.T.Francle）著、第８章、第256頁、アカデミッ
ク プレス、ニューヨーク、1972、に記載されたタンロ
ック（Tanlock）ＰＬＬである。タンロックＰＬＬは、
図６ｂに示すように、Ｉ分岐とＱ分岐とを用いて位相ル
ープを閉じる。
【０１５８】入力信号Ｙ（ｔj）がＰＬＬサブモジュー
ルへ入ると、Ｑ分岐については
【０１５９】
【数３１】
【０１６０】によって、またＩ分岐については
【０１６１】
【数３２】
【０１６２】によって、それぞれ乗算される。ここに、
【０１６３】
【数３３】
【０１６４】は、時刻ｔjにおける周波数ωjと位相ｐj
のＰＬＬ手順における推定値である。最初は、
【０１６５】
【数３４】
【０１６６】はゼロであり、
【０１６７】
【数３５】
【０１６８】は、ｉ番目の搬送波の公称周波数にセット
される。ローパスフィルタ１５０、１９０は、それぞれ
乗算ブロック１７０、２１０による乗算結果を濾波す
る。
【０１６９】
【数３６】
【０１７０】及び適当な濾波過程の後には、輪郭、すな
わちｉ番目の入力のゆっくり変化する成分のみが残る。
【０１７１】Ｑ分岐の輪郭の２倍は、
【０１７２】
【数３７】
【０１７３】ここに、
【０１７４】
【数３８】
【０１７５】で与えられる。
【０１７６】同様に、乗算後のＩ分岐の輪郭は、
【０１７７】
【数３９】
【０１７８】で与えられる。
【０１７９】図６ｂに示すように、ＰＬＬの位相誤差ユ
ニット３１０は、次式で計算される。
【０１８０】
【数４０】
【０１８１】この位相誤差Δｐi（ｔj）は、ＰＬＬによ
ってそれ自身の周波数を更新するのに使用される。比例
積分コントローラ３２０は、ここではループフィルタ
（loopfilter）とも呼ばれ、周波数に対する修正を計算
するのに使用される。比例積分コントローラを特徴づけ
る変換関数（transfer function）Ｆ（ｓ）は、次式
【０１８２】
【数４１】Ｆ（ｓ）＝Ｋ（１＋Ｋ1／ｓ） で定義される。ここに、ｓはラプラスの演算子、ＫとＫ
1は比例積分コントローラ３２０の定数であって、クロ
ーズドループのバンド幅が１Ｈｚで、減衰係数が略0.7
〜1.0の範囲となるようにセットする。
【０１８３】ＰＬＬを入力信号の対応する成分と同調し
て発振するように導くことは、本発明の望ましい実施の
形態の顕著な特徴である。ＰＬＬが入力信号の対応する
成分と同調して発振するようになったとき、ＰＬＬはロ
ック（locked）されたという。この場合、Ｉ分岐（すな
わち、濾波された余弦乗算値）とΔｐi（ｔj）は、とも
にゼロに近づくであろう。ＰＬＬがロックされると、Ｑ
分岐におけるダウンデシメーションブロック（down dec
imation block）２００の出力は、正弦輪郭Ｃi（ｔk）
を決定する。
【０１８４】図６ｂのＰＬＬ形態は、他の従来技術にお
いて可能な実施形態に対して次のような利点を有する。
【０１８５】ａ．Ｉ分岐とＱ分岐との組み合わされたト
ラッキングにより、良好なトラッキング特性を有する。
【０１８６】ｂ．動特性、特にバンド幅、及び減衰係数
は入力振幅に依存しない。
【０１８７】図６ａに戻って、システム同期ユニット４
２０について説明する。搬送波の初期位相が分かってい
れば符号付きの振幅を取り出すことは可能である。そう
でなければ、搬送波にロックされているか、搬送波に対
して位相外れになっているかはシステムには分からな
い。このため、補助の同期機構であるシステム同期ユニ
ット４２０を設ける。図６ａの輪郭検出モジュール（Ｅ
Ｄ）１３０は、一定間隔で１とゼロとの時系列を構成す
る補助信号である同期信号ＳＹＳiを受ける。この同期
信号ＳＹＳiは、搬送波が正のときは１、そうでないと
きはゼロである。ＳＹＳiが到着すると、図６ａの乗算
ブロック２１０の出力、すなわちＰＬＬの予想正弦波
は、約１００ｍｓｅｃ時間の間、Ｙ（ｔj）と相互相関
される。Ｙ（ｔj）がＳＹＳiと反相関であれば、Ｙ（ｔ
j）に−１を乗ずる。
【０１８８】輪郭検出モジュール（ＥＤ）のもう一つの
形態を図６ｃに示す。この形態は、正弦輪郭Ｃi（ｔk）
を、ループのロックに依存しないで、次の段階へ決定で
きる能力を有するので、先の形態よりも有利である。こ
の形態は、並列に動作する３つのサブモジュールと、稀
にしか動作しないもう１つのサブモジュールとからな
る。３つのサブモジュールは、フェーズロックループ
（Phase Lock Loop、以下ＰＬＬと記す。）サブモジュ
ール１３２と、以下に図６ｄを参照して説明する非干渉
性絶対輪郭検出器である輪郭検出サブモジュール１３３
と、符号検出ユニット４１５である。４番目のサブモジ
ュールは、システム同期ユニット４２０である。
【０１８９】ＰＬＬサブモジュール１３２とシステム同
期ユニット４２０は、先の形態におけるものとそれぞれ
同一であり、上に説明した。以下に、非干渉性絶対輪郭
検出器である輪郭検出サブモジュール１３３と符号検出
ユニット４１５について説明する。
【０１９０】さて、図６ｃに示す符号検出ユニット４１
５について述べる。この代替形態においては、ＰＬＬが
ロックされていないときにも、符号検出ユニット４１５
は動作しなければならないので必要である。ｉ番目の送
信機が符号を変えたときには、その結果、搬送信号の符
号が変わる。ＰＬＬがロックされていないときには、搬
送信号の符号が変わっても、ＰＬＬによって予想される
位相
【０１９１】
【数４２】
【０１９２】の符号は変わらない。この形態において
は、ＰＬＬの２つの分岐は１８０°対称であって３６０
°対称ではない。搬送信号の位相に追随し、それを修正
するために、符号検出ユニット４１５は、３６０°対称
を有する３６０°位相検出器を使用する。
【０１９３】システム同期ユニット４２０に戻って言及
する。図６ｃに示すように、補助信号である同期信号Ｓ
ＹＳiは、輪郭検出モジュール（ＥＤ）１３０の固有の
位相を含むサブモジュール４００の出力と相互相関され
る。
【０１９４】さて、図６ｃの装置の一部を形成する非干
渉性絶対輪郭検出器である輪郭検出サブモジュール１３
３の単純化されたブロック図である図６ｄを参照する。
関連する周波数における、上に定義した生の検出信号に
よって合成された、修正電圧信号の振幅は、次式で与え
られる。
【０１９５】
【数４３】
【０１９６】ここに、数３７式で定義されるＬＰＣは、
図６ｄのローパスフィルタ１５０の出力であり、同様に
ＬＰＳは、数３９式で定義され、図６ｄのローパスフィ
ルタ１５０の出力である。
【０１９７】図６ａ〜６ｄのＬＰＣに基づく実施例の２
つの変形は、図３の輪郭検出器１１４の２つの可能な実
施例に過ぎないと理解される。代替的に、輪郭検出器１
１４は、例えばフーリエ変換に基づいてもよい。
【０１９８】さて、関心の対象物の最終位置と方向とを
求めるための繰返しジェネティック過程（iterative ge
netic process）に基づく、位置決定ユニット１１６の
適切な運用方法を図示する図７ａを参照する。
【０１９９】ジェネティックアルゴリズム（genetic al
gorithms）は、1989年、ディー ゴールドバー（D. Gold
berg）著、「調査におけるジェネティックアルゴリズ
ム：最適化と機械学習（Genetic algorithms in searc
h: optimization and machinelerning）」及び1996年、
メラニー ミッチェル（Melanie Mitchell）著、「ジェ
ネティックアルゴリズム序論（An introduction to gen
etic algorithms）」に記載されている。
【０２００】上述のように、位置決定ユニット１１６
は、磁気信号Ｙ（ｔ）の輪郭振幅値Ｃi、（ｉ＝１，
…，Ｎ、符号を含む）に基づいて動作し、位置センサ４
０内の磁気検出器５０（図１ｃ）の空間位置と角度方向
位置の少なくとも一方の出力指示を提供する。出力指示
は、典型的には空間位置と角度方向位置、例えば、典型
的には直角座標ｘ，ｙ，ｚである３位置座標と、角度方
向位置情報（４分円を含むθとφのような）とを含む。
【０２０１】図７ａの方法は、６個の未知数を有するＮ
個の解析方程式を解くことに基づく。（ステップ８３５
は、図７ｂを参照して詳細に説明する。） Ｎ＞６なら、６個の未知数について６以上の式が存在す
る。この冗長性は、望ましくは、磁界パラメタを表す、
異なる周波数における信号の測定値に平均過程を適用す
ることによって、装置の精度を増加することに使用可能
である。
【０２０２】ステップ８００においては、Ｎ個の振幅値
を輪郭検出器１１４から受ける。
【０２０３】ステップ８１０においては、磁気検出器５
０のための初期位置ボックスを定義する。初期位置ボッ
クスの定義は、典型的には、初期位置決め／リセットモ
ードとトラッキングモードの２つのモードから典型的に
選定された、位置測定装置の運用のモードに依存する。
【０２０４】初期位置決め／リセットモードは、磁気検
出器５０の前の位置に関する情報がないか信頼に足る情
報がない状態を意味する。位置測定装置がこのモードで
運用されていれば、初期位置ボックスは、単純に位置測
定装置が運用される全領域である。
【０２０５】トラッキングモードは、磁気検出器５０の
前の位置に関する情報が利用可能である状態を意味す
る。位置測定装置がトラッキングモードで運用されてい
れば、ステップ８１０は、所定時間後に磁気検出器５０
が位置するに違いない初期位置ボックスを定義するため
に、位置センサ４０が取り付けられている移動対象物ま
たは個体最大速度に関する利用可能な情報を用いる。
【０２０６】ステップ８２０においては、座標可能性の
初期集団（initial population ofcoordinate possibil
ities）、すなわち、出力の各成分の可能な値の適当な
数の組（３つの位置座標と、典型的には４分円を含むθ
とφの３つの角座標）を定義する。初期集団（initial
population）におけるメンバー（member）の適当な数Ｌ
は、例えばＬ＝１００である。初期集団が大きいほど、
解を得るために要求される繰返しは少なくなると理解さ
れる。典型的には、初期集団は、初期位置ボックス内に
可能な値のセット（sets）をランダムに選定することに
よって発生される。あるいは、初期集団は、初期位置ボ
ックス内に適当、例えば均一に分散された可能な値の所
定の数を選定することによって発生させてもよい。
【０２０７】ステップ８３５においては、以下に図７ｂ
を参照して詳細に説明するように、各個々の座標可能性
（coordinate possibility）のフィットネス（fit of e
achcoordinate possibility）が計算される。ステップ
８５０においては、フィットネス（fitness）を以下
「トレランス（Tolerance）」と呼ぶ、予め定めた閾値
と比較する。閾値は、特定の応用について要求される位
置分解能に応じて定められる。例えば、対象物を３ｍｍ
と０．５度の分解能で位置決めすることが要求される場
合には、トレランスについての閾値は、典型的には１０
-5である。典型的には、第１回目の繰返しでは、初期集
団におけるどの座標可能性も閾値をパスしない。現在の
集団のメンバーのどれも閾値をパスしない場合には、ス
テップ８７０が実行され、ステップ８３５へ戻る。現在
の集団のメンバーの少なくとも１つが閾値をパスすれ
ば、そのメンバーは最良解、すなわち位置センサ４０の
位置であると告知（ステップ８８０）される。１以上の
メンバーが閾値をパスした場合には、最小のフィットネ
ス値を有するメンバーを最良解であると告知する。
【０２０８】ステップ８７０においては、新ジェネレー
ション（a new generation）が形成される。図７ｃに詳
細に記載されているように、典型的には、新ジェネレー
ションは、現在の集団のサブセット（sub set）を発生
し、そのサブセットまたは新しい集団へミュテイション
（mutations）、クロスオーバ（crossovers）、再生
（複製）（reproductions(duplications)）を適用する
ことによって形成される。
【０２０９】現在の集団のサブセットは、典型的には、
最も低いフィットネスを有する予め定められた数の集団
メンバー（座標可能性）を含む。サブセットが大きいほ
ど、解を得るために要求される繰返しは少なくなる。
【０２１０】例えば、現在の集団が単に初期集団（すな
わち第１回目の繰返しを実行中）で、現在の集団の９０
％をフィルタアウト（filter out）することが望まれ、
初期集団が１００個のメンバーを含むなら、新しい集団
は単に最も低いフィットネスを有する初期集団の１０個
のメンバーである。
【０２１１】さて、個々の座標可能性１についてステッ
プ８３５を実行するための望ましい方法の単純化された
フローチャートである図７ｂを参照する。
【０２１２】ステップ８９０とステップ９００において
は、集団の各メンバー（４分円を含む（ｘ，ｙ，ｚ，
θ，ψ）の各セクストプレット(sextuplet、六つ組)）
は、Ｎ個の式のＬ個のシステムを発生するステップ９０
０の方程式系におけるＮ≧６個の各式へ挿入される。典
型的には、それぞれＮ個の式のＮ個の左辺はゼロに等し
くない（セクストプレットが実際に方程式の解でない限
り）。６つの式の各々へセクストプレットを挿入して得
た結果の絶対値を、そのセクストプレットについてのそ
の式の「パーシャルフィットネス（partial fitnes
s）」（以後Ｆｉｔiと記す。）と呼ぶ。
【０２１３】ステップ９１０においては、初期のＬサイ
ズの集団における各座標可能性１について計算された各
ＦｉｔiのＮ≧６個の値を組み合わせて１つの値にす
る。典型的には、初期集団における各座標可能性１につ
いて計算された各ＦｉｔiのＮ個の値の２乗の和を計算
することによってＦｉｔiを組み合わせる。ここでは、
この２乗の和を個々の座標可能性１の「フィットネス1
（Fitness1）」と呼ぶ。
【０２１４】さて、図７ａのステップ８７０を実行する
ための望ましい方法の単純化されたフローチャートであ
る図７ｃを参照する。図７ｃの方法は、問題に対する要
求される最適解へよりよく適合する「新ジェネレーショ
ン」を創成するために、現在のジェネレーションにおけ
るメンバーの予め選択されたグループに、ミュテイショ
ン、クロスオーバ、複製のようなジェネティック過程を
用いる。
【０２１５】スタート点（ステップ９５０）は、Ｌ個の
メンバー、例えば１００個のメンバー（すなわち、各点
が空間トリプレット（triplet、３つ組）ｘ，ｙ，ｚと
方向決め角度θ，φを含む複数の点）を含むジェネレー
ション番号ｍである。各ジェネレーションにおける全集
団のサイズＬは、以下に記載するような予め定めた基準
に従って使用者が（または装置によって自動的に）セッ
トできる。この場合、Ｆｉｔiは、次式によって定義さ
れる。
【０２１６】
【数４４】 Ｆｉｔi＝Ｃi−Ｆi （４４）
【０２１７】
【数４５】
【０２１８】ここに、Ｆiは数２５式の右辺のように定
義される。
【０２１９】
【数４６】
【０２２０】また、
【０２２１】
【数４７】
【０２２２】ここに、ＣiとＦiは、図７ｂにおけるステ
ップ９００においても言及したものである。
【０２２３】Ｎsysは、磁気検出器５０によって妥当な
ものとして検出される信号の最低レベルとして定義され
るシステムノイズ、すなわちVolts[Ｖ]単位での無ノイ
ズ信号（non-noise signal）である。
【０２２４】トレランス（Tolerance）は、計算の要求
精度を提供するために選定されたVoltで表される値であ
る。経験的に、要求される位置決め精度が約１０-3ｍの
場合、トレランスの値は１０-5Ｖである。
【０２２５】フィットネスについての式は、誤差を比率
に応じて配分（scale）し、所望の結果に対する誤差の
部分を平均化する。このためには、単にＣiで割算する
だけでもよいかも知れない。しかし、Ｃi、従って｜Ｃi
｜＋｜Ｆi｜がゼロに近い場合も扱う必要がある。この
項は、ＣiとＦiがともにゼロに近い場合にのみゼロに近
い。この特定の場合には項Ｔが加えられ、項Ｔは小さい
と仮定する。Ｃiが十分に大きい場合には、項Ｔの寄与
分は無視し得る。Ｃiが小さくなると、Ｔが肩代わりす
る。この場合、我々は典型的な測定誤差で誤差を配分
（scale）したい。このように、例えば、典型的なシス
テムノイズが０．０１ｍＶで、所望トレランスが１ｍＶ
の装置については、Ｔは略１ｍＶになる。Ｃiが１Ｖに
近いときにはＴの寄与分は小さく、正規化誤差（normal
ized error）は２｜Ｃi−Ｆi｜／（｜Ｃi｜＋｜Ｆi｜）
で与えられる。Ｃiが１ｍＶに比して極めて小で、Ｆiが
Ｃiに近づくと、Ｆｉｔiは次式のようになる。
【０２２６】
【数４８】 Ｆｉｔi＝２（Ｆi−Ｃi）／（｜Ｆi｜＋｜Ｃi｜＋Ｔ） ≒２（Ｆi−Ｃi）／Ｔ ＝２（Ｆi−Ｃi）／（１ｍＶ） （４８） そして、Ｆi−Ｃiは０．０２５ｍＶに近づき、０．０５
のＦｉｔiを得る。
【０２２７】要約すれば、ジェネレーションｍの全ての
メンバーについてのフィットネスがわかる。ここに、フ
ィットネスは、特定の点が、その他の全ての点と比較し
て、問題の可能な解として以下に良好であるかについて
の基準であると定義される（フィットネスは低いほどよ
い）。
【０２２８】ステップ９７０においては、最も低いフィ
ットネスを有するｖ個のメンバー（選定されたサブグル
ープ）を見い出す。
【０２２９】選定されたサブグループに基づいて、例証
の目的で上に与えられた実際のメンバーが、ジェネレー
ションｍ＋１のＬメンバーを次のように発生する。
【０２３０】複製：本方法はステップ９８０において、
第ｍ次ジェネレーションの最良メンバー（典型的には最
も低いフィットネスを有するメンバー）を複製して、第
ｍ＋１次のジェネレーションのｓパーセント、例えば１
０％、を得る。
【０２３１】ミュテイション レベルI：本方法はステッ
プ９９０において、半径r1を定義し、新しいメンバーを
ランダムに選択して、新ｍ＋１次のジェネレーションの
ｔパーセントを構成する。ここに、例えばｔ％、すなわ
ちＬ＝１００なら２０メンバーであってもよい。このス
テップで選択される新メンバーは最良（最低フィットネ
ス）のｕメンバーの近傍においてランダムに選択され
る。例えば、ｕ＝１０、すなわち選択されたサブグルー
プに１０メンバーが存在するなら、２０／１０＝２の新
メンバーが、選択されたサブグループにおけるｕメンバ
ーの各々の近傍の中で選定される。r1の望ましい定義
は、次のとおりである。
【０２３２】
【数４９】 r1＝max(delta_range_x,delta_range_y,delta_range_z)/B1 （４９） B1は、例えば１０である。Bは、現在の集団のメンバー
に起因することが望まれる信頼度の表示である。Bの値
が小さいほど、次のジェネレーションのメンバーは、現
在のジェネレーションのメンバーに接近する傾向があ
る。
【０２３３】delta_range_x,delta_range_y,delta_rang
e_zは、その位置を測定中の対象物が存在すると仮定さ
れる範囲の寸法である。例えば、対象物が、ｘ方向の寸
法が４長さ単位から９長さ単位の範囲の領域に存在する
ことが分かっている場合には、delta_range_xは５であ
る。
【０２３４】ミュテイション レベルII：ステップ１０
００においては、半径r2を定義し、ｍ＋１次のジェネレ
ーションの新しいｖパーセント、例えば２０％を、選定
されたサブグループの最良（最低フィットネス）のｗメ
ンバー、例えば１０メンバーの各々の近傍においてラン
ダムに選択する。
【０２３５】ここに、r2は、次のように定義される。
【０２３６】
【数５０】 r2＝max(delta_range_x,delta_range_y,delta_range_z)/B2 （５０） ここに、B2＜B1であり、例えばB2を２０にしてもよい。
【０２３７】代替的に、１レベルのみのミュテイション
を採用してもよい。この場合、上記の例において、ｍ次
のジェネレーションの選定されたサブグループのメンバ
ーのr1近傍内においてｍ＋１次のジェネレーションのメ
ンバーの４０％が選択されるであろう。また、２以上の
レベルのミュテイションを採用してもよい。
【０２３８】クロスオーバ：ステップ１０１０において
は、選定されたサブグループからひと組のメンバー、例
えば５メンバー（ここでは簡単化のため、Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄ及びＥと呼ぶ）を選択し、それらのｘ、ｙ及びｚ特性
とθおよびφ特性ランダムに交換（クロスオーバ）し
て、ｍ＋１次のジェネレーションのメンバーのｅパーセ
ント、例えば２０％を得る。例えば、新しいジェネレー
ションの２０％内の第１のメンバーは、Ａのｘの値、Ｃ
のｙの値、Ａのｚの値、Ｅのθの値、Ａのφの値を受け
るであろう。新しいジェネレーションの２０％内の第２
のメンバーは、Ｂのｘの値、Ｃのｙの値、Ｄのｚの値、
Ｄのθの値、Ａのφの値を受け、Ｌ＝１００と仮定し
て、次々に２０の新しいメンバーが形成されるまで続け
る。
【０２３９】ステップ１０２０においては、本方法は、
ｍ＋１次のジェネレーションのメンバーのｑパーセン
ト、例えば３０％を典型的に代表するｐ個のメンバー、
例えば３０メンバーをランダムに発生する。
【０２４０】これでｍ＋１次のジェネレーションの創成
が完了する。
【０２４１】ジェネレーション創成オプション（ランダ
ム選定、複製、高レベルミュテイション、低レベルミュ
テイション、クロスオーバ）の各々を使用して選定され
た新ジェネレーションのメンバーのパーセントは、勿論
その合計は１００％にならなければならないが、上記の
値（３０％、１０％、２０％、２０％及び２０％、）を
持つ必要はない。いくつかのパーセントの値は、いくつ
かのジェネレーション創成オプションが全く用いられな
かったことを意味するところの０％であってもよい。
【０２４２】トレランスの値は、対象物の位置を測定す
るための計測器に所望の精度を与えるように経験的に選
ぶことができる。例えば、対象物を既知の箇所に配置
し、トレランスの値を所望の精度の測定位置が得られる
まで変更することによって、ある測定期間について装置
を調整することが可能である。典型的には、トレランス
の値を１０-5Ｖにすると、１ｍｍの範囲の精度を有する
位置の測定値が得られる。
【０２４３】トレランスの値は、代替的あるいは付加的
に、測定間の実時間に調整してもよい。例えば、最高速
度または最高加速度に関する情報が利用できて、隣接す
る測定値が時間間隔と予想の速度および加速度を考慮し
てあまりにも大きく離れている場合には、トレランスの
値を小さくして精度を向上してもよい。
【０２４４】各ジェネレーションのＬのサイズは、所望
の精度と関心の対象物が存在することが分かっている範
囲の最大寸法の長さとの比の関数として、望ましくは装
置によって自動的に定められる。例えば、Ｌは次の早見
表（LUT、look up table）で決定してもよい。
【０２４５】
【表１】
【０２４６】代替的に、対象物の存在可能範囲の容積と
所望の精度との比のような、任意のその他の基準を採用
してもよい。
【０２４７】付録（Appendix A）は、図８のディジタル
信号処理ユニットのシミュレーションを実行する望まし
いソフトウエアのマットラブ(Matlab) コンピュータ コ
ードリスト（computer code listing）である。このコ
ンピュータ コード リストは、マットラブ環境で動作す
る。マットラブは、米国、マサチューセッツ01760-150
0、ナチック、プライムパークウエイ２４のマスワーク
ス、インコーポレイテッドの製品である。付録のソフト
ウエアを実行する場合には、マットラブプロンプトで
「ＧＡ」と入力する。
【０２４８】本発明は、以下の適用を含むがそれに限定
されない実質的にあらゆるタイプの移動対象物または人
体の位置をモニターするために使用できる。すなわち、
仮想現実、侵入医療処置（invasive medical procedur
e）間のオンラインフィードバック設備、車両のような
移動物体の遠隔制御、ロボティックス（robotics）、シ
ミュレータのようなマンマシンインターフェース付属品
を要するもの等へのあらゆる適用が可能である。従っ
て、図１ｂに示した仮想現実への適用は、限定を意図し
て示したものではない。
【０２４９】本願発明のソフトウエア部分は、要すれば
ＲＯＭ（read-only memory）の形に組み込んでもよい。
ソフトウエア部分は、一般的に、要すれば従来技術を用
いて、ハードウエアに組み込んでもよい。
【０２５０】付録に記載した特定の実施の形態は、本発
明の特に詳細な開示を提供することを意図したものであ
り、限定を意図して示したものではない。
【０２５１】分かりやすくするために個別の実施の形態
として記述された本発明の種々の実施の形態は、１つの
実施の形態の中へ組み込んで提供することもできる。逆
に、簡潔にするために１つの実施の形態として記述され
た本発明の種々の複数の実施の形態は、個別に、あるい
は任意の適当な副次的な組み合わせに、提供することも
可能である。
【０２５２】本発明は、当業者によって、上に示され記
載されたところのものに限定されるものではないと理解
されるべきである。本発明の範囲は、特許請求の範囲に
よってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】本発明の望ましい実施に形態に従って構成し
て運用する、位置測定装置の単純化された絵画的表示で
あり、図示された例における人間ユーザの身体部分のよ
うな、対象物の全体または部分の位置を出力する。
【図１ｂ】図１ａの位置測定装置を仮想現実に応用した
ものであり、シミュレーション装置が、図１ａに示す装
置によって発生された位置出力を受信し、コンピュータ
発生背景と、図１ａの位置測定装置によって検出された
図１ａの人間ユーザの身体部分運動を疑似する身体部分
運動を有する人の外形とを含む、表示画像を発生する。
【図１ｃ】本発明の望ましい実施の形態に従って提供さ
れる、ＲＦ送信機と位置センサの詳細な図形表示であ
る。
【図１ｄ】図１ａの位置測定装置の単純化された機能ブ
ロック図である。
【図２】図１の個々の位置センサの第１の望ましい実施
の形態の単純化されたブロック図である。
【図３】図２の位置センサに使用されるディジタル信号
処理ユニットの第１の望ましい実施の形態の単純化され
たブロック図である。
【図４】本発明の望ましい実施の形態に従って構成し運
用する、図３のディジタル信号処理ユニットの追跡及び
制御サブシステムの単純化されたブロック図である。
【図５】本発明の望ましい実施の形態に従って構成し運
用する、図３の輪郭検出器の単純化されたブロック図で
ある。
【図６ａ】本発明の望ましい実施の形態に従って構成し
運用する、図５の輪郭検出モジュール（ＥＤ）の１つの
単純化されたブロック図である。
【図６ｂ】図６ａ、図６ｃの装置の一部を形成するＰＬ
Ｌサブモジュールの単純化されたブロック図である。
【図６ｃ】輪郭検出モジュール（ＥＤ）の代替形態の単
純化されたブロック図である。
【図６ｄ】図６ｃの装置の一部を形成する輪郭検出サブ
モジュールの単純化されたブロック図である。
【図７ａ】対象物の最終位置と方向とを求めるジェネテ
ィック過程に基づく、図３の位置発見システムの望まし
い運用方法の単純化されたフローチャートである。
【図７ｂ】図７ａの座標可能性ステップを実行するため
の望ましい方法の単純化されたフローチャートである。
【図７ｃ】図７ａの新ジェネレーション創成を実行する
ための望ましい方法の単純化されたフローチャートであ
る。
【図８】図１ａ〜ｃの位置センサの個々の一つの、第２
の望ましい実施の形態の単純化されたブロック図であ
る。
【図９】図８の位置センサに用いる望ましいディジタル
信号処理ユニットの単純化されたブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ボウアッズ スピーヴァク イスラエル国 ペタク ティクヴァ 49272 グリーン ストリート 20

Claims (40)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】対象物の少なくとも一部分の位置を検出追
    跡するための三次元位置検出追跡装置において、 三次元空間内に交流磁界を送信する複数の送信機と、 検出追跡する対象物の少なくとも一つの対応する部分に
    固定するように配設された少なくとも一つの位置センサ
    であって、 上記各少なくとも一つの位置センサは、少なくとも一つ
    の能動軸を有し、それぞれ上記少なくとも一つの能動軸
    に沿う、上記交流磁界の少なくとも一つの成分を受信す
    る磁気検出器と、 上記複数の送信機によって送信された上記交流磁界の少
    なくとも一つの特性を蓄積し、上記少なくとも一つの特
    性を、上記少なくとも一つの位置センサの対応する少な
    くとも一つによって受信された磁界の少なくとも一つの
    特性と比較し、これによって、上記対象物の少なくとも
    一つの対応する部分の少なくとも一つの位置特性の出力
    表示を決定して供給する、少なくとも一つのディジタル
    信号処理ユニットと、を含んでなる、少なくとも一つの
    位置センサと、 を含んでなることを特徴とする三次元位置検出追跡装
    置。
  2. 【請求項２】上記少なくとも一つの位置センサは、その
    位置を検出追跡する対象物の一箇所に固定するように配
    設された一つの位置センサからなることを特徴とする請
    求項１に記載の三次元位置検出追跡装置。
  3. 【請求項３】上記少なくとも一つの位置特性は、上記対
    象物の空間位置の少なくとも一つの寸法からなることを
    特徴とする請求項１に記載の三次元位置検出追跡装置。
  4. 【請求項４】上記少なくとも一つの位置特性は、上記対
    象物の角度方向位置の少なくとも一つの寸法からなるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の三次元位置検出追跡装
    置。
  5. 【請求項５】三軸を有する三次元空間における対象物の
    少なくとも一部分の位置を検出追跡するための三次元位
    置検出追跡装置において、 それぞれ中心を有し、それぞれ三次元空間内に交流磁界
    を送信する少なくとも６個の磁気送信機と、 少なくとも一つの上記磁気送信機の上記交流磁界の少な
    くとも一つの成分が上記三次元空間の上記三軸の各々の
    中に含まれ、上記磁気送信機の上記中心の全部は一致し
    ないような位置決めに、少なくとも３個の上記磁気送信
    機を保持する送信機位置決め保持器と、 検出追跡する上記対象物の少なくとも一つの対応する部
    分に固定するように配設された少なくとも一つの位置セ
    ンサであって、各上記少なくとも一つの位置センサは、
    上記少なくとも６個の磁気送信機からの上記交流磁界を
    受信する磁気検出器からなる、少なくとも一つの位置セ
    ンサと、 上記少なくとも６個の送信機の複数の送信機によって送
    信された上記交流磁界の少なくとも一つの特性を蓄積
    し、上記少なくとも一つの特性を、上記少なくとも一つ
    の位置センサの対応する少なくとも一つによって受信さ
    れた磁界の少なくとも一つの特性と比較し、これによっ
    て対象物の少なくとも一つの部分の少なくとも一つの位
    置特性を決定する、少なくとも一つのディジタル信号処
    理ユニットと、 を含んでなることを特徴とする三次元位置検出追跡装
    置。
  6. 【請求項６】上記少なくとも一つのディジタル信号処理
    ユニットは、上記少なくとも一つの位置センサの対応す
    る一つと一体に設けられることを特徴とする、請求項５
    に記載の三次元位置検出追跡装置。
  7. 【請求項７】少なくとも３個の上記磁気送信機を、使用
    者が選定する任意の箇所に配設可能とするように、上記
    少なくとも３個の上記磁気送信機は、分離した物理単位
    であることを特徴とする、請求項５に記載の三次元位置
    検出追跡装置。
  8. 【請求項８】上記少なくとも一つの位置センサは、検出
    追跡する上記対象物の複数の対応する部分に固定するよ
    うに配設された複数の位置センサからなることを特徴と
    する、請求項１に記載の三次元位置検出追跡装置。
  9. 【請求項９】上記磁気検出器は、一つの（検出）能動軸
    を有し、上記一つの（検出）能動軸に沿う上記交流磁界
    の成分を受信することを特徴とする、請求項１に記載の
    三次元位置検出追跡装置。
  10. 【請求項１０】上記複数の送信機は、上記磁界を連続的
    に送信することを特徴とする、請求項１に記載の三次元
    位置検出追跡装置。
  11. 【請求項１１】三軸を有する三次元空間における対象物
    の少なくとも一部分の位置を検出追跡するための三次元
    位置検出追跡装置において、 それぞれ一つの能動軸方向を有し、それぞれ三次元空間
    内に交流磁界を送信する少なくとも６個の磁気送信機
    と、 少なくとも一つの上記磁気送信機の上記交流磁界の少な
    くとも一つの成分が上記三次元空間の上記三軸の各々の
    中に含まれ、上記磁気送信機の上記能動軸方向の全部は
    互いに直交しないような位置決めに、少なくとも３個の
    上記磁気送信機を保持する、送信機位置決め保持器と、 検出追跡する上記対象物の少なくとも一つの対応する部
    分に固定するように配設された少なくとも一つの位置セ
    ンサであって、各上記少なくとも一つの位置センサは、
    上記少なくとも６個の磁気送信機からの上記交流磁界を
    受信する磁気検出器からなる、少なくとも一つの位置セ
    ンサと、 上記少なくとも６個の磁気送信機の複数の送信機によっ
    て送信された上記交流磁界の少なくとも一つの特性を蓄
    積し、上記少なくとも一つの特性を、上記少なくとも一
    つの位置センサの対応する少なくとも一つによって受信
    された磁界の少なくとも一つの特性と比較し、これによ
    って対象物の少なくとも一つの部分の少なくとも一つの
    位置特性を決定する、少なくとも一つのディジタル信号
    処理ユニットと、 を含んでなることを特徴とする三次元位置検出追跡装
    置。
  12. 【請求項１２】上記少なくとも６個の磁気送信機のうち
    の少なくとも第１と第２の上記磁気送信機は、異なる周
    波数で送信することを特徴とする、請求項１１に記載の
    三次元位置検出追跡装置。
  13. 【請求項１３】上記少なくとも６個の磁気送信機のうち
    の少なくとも第１と第２の上記磁気送信機は、異なる位
    相で送信することを特徴とする、請求項１１に記載の三
    次元位置検出追跡装置。
  14. 【請求項１４】上記少なくとも一つのディジタル信号処
    理ユニットの少なくとも一つは、１以上の上記少なくと
    も６個の磁気送信機から到着する磁界特性を同時に処理
    することを特徴とする、請求項１１に記載の三次元位置
    検出追跡装置。
  15. 【請求項１５】全ての上記磁気送信機を同時にトリガー
    することによって上記磁気送信機を同期させるＲＦトリ
    ガーを更に含んでなることを特徴とする、請求項１１に
    記載の三次元位置検出追跡装置。
  16. 【請求項１６】上記ＲＦトリガーは、上記少なくとも一
    つの位置センサの少なくとも一つにタイミング信号を供
    給することを特徴とする、請求項１５に記載の三次元位
    置検出追跡装置。
  17. 【請求項１７】上記少なくとも一つの位置センサは、上
    記タイミング信号に基づいて、上記少なくとも６個の磁
    気送信機の絶対位相を計算することを特徴とする、請求
    項１６に記載の三次元位置検出追跡装置。
  18. 【請求項１８】対象物の少なくとも一部分の位置を検出
    追跡するための三次元位置検出追跡方法において、 上記対象物を含有する三次元空間内に存在する交流磁界
    を受信する少なくとも一つの位置センサを、位置を検出
    追跡する対象物の少なくとも一つの対応する部分に取付
    けるステップと、 送信された上記交流磁界の少なくとも一つの特性を、上
    記位置センサによって受信された磁界の少なくとも一つ
    の特性と比較するステップと、 上記比較するステップの結果を、上記対象物の少なくと
    も一つの対応する部分の少なくとも一つの位置特性の出
    力表示を決定して供給するための、ジェネティック自然
    選定過程への入力として用いるステップと、 を含んでなることを特徴とする三次元位置検出追跡方
    法。
  19. 【請求項１９】少なくとも一つの上記位置センサは、入
    力信号のダイナミックレンジを増加するように作用する
    線形予測コーディング制御ループを含んでなることを特
    徴とする、請求項１１に記載の三次元位置検出追跡装
    置。
  20. 【請求項２０】少なくとも一つの上記位置センサは、半
    導体部品からなることを特徴とする、請求項１に記載の
    三次元位置検出追跡装置。
  21. 【請求項２１】少なくとも一つの上記位置センサは、半
    導体部品からなることを特徴とする、請求項５に記載の
    三次元位置検出追跡装置。
  22. 【請求項２２】少なくとも一つの上記位置センサは、半
    導体部品からなることを特徴とする、請求項１１に記載
    の三次元位置検出追跡装置。
  23. 【請求項２３】少なくとも一つの上記位置センサは、従
    来技術において一般的な電子部品を使用しないで信号強
    度のダイナミックレンジを改良する制御ループを含んで
    なることを特徴とする、請求項１に記載の三次元位置検
    出追跡装置。
  24. 【請求項２４】少なくとも一つの上記位置センサは、従
    来技術において一般的な電子部品を使用しないで信号強
    度のダイナミックレンジを改良する制御ループを含んで
    なることを特徴とする、請求項５に記載の三次元位置検
    出追跡装置。
  25. 【請求項２５】少なくとも一つの上記位置センサは、従
    来技術において一般的な電子部品を使用しないで信号強
    度のダイナミックレンジを改良する制御ループを含んで
    なることを特徴とする、請求項１１に記載の三次元位置
    検出追跡装置。
  26. 【請求項２６】少なくとも一つの上記位置センサは、出
    力がその入力振幅に対して相対的に不感なＰＬＬ形態か
    らなることを特徴とする、請求項１に記載の三次元位置
    検出追跡装置。
  27. 【請求項２７】少なくとも一つの上記位置センサは、出
    力がその入力振幅に対して相対的に不感なＰＬＬ形態か
    らなることを特徴とする、請求項５に記載の三次元位置
    検出追跡装置。
  28. 【請求項２８】少なくとも一つの上記位置センサは、出
    力がその入力振幅に対して相対的に不感なＰＬＬ形態か
    らなることを特徴とする、請求項１１に記載の三次元位
    置検出追跡装置。
  29. 【請求項２９】上記ＰＬＬ装置の少なくとも一つの動的
    性質は、上記ＰＬＬ装置の上記入力振幅に実質的に依存
    しないことを特徴とする、請求項２６に記載の三次元位
    置検出追跡装置。
  30. 【請求項３０】上記ＰＬＬ装置の少なくとも一つの動的
    性質は、上記ＰＬＬ装置の上記入力振幅に実質的に依存
    しないことを特徴とする、請求項２７に記載の三次元位
    置検出追跡装置。
  31. 【請求項３１】上記ＰＬＬ装置の少なくとも一つの動的
    性質は、上記ＰＬＬ装置の上記入力振幅に実質的に依存
    しないことを特徴とする、請求項２８に記載の三次元位
    置検出追跡装置。
  32. 【請求項３２】上記ＰＬＬ装置のバンド幅は、上記ＰＬ
    Ｌ装置の上記入力振幅に実質的に依存しないことを特徴
    とする、請求項２６に記載の三次元位置検出追跡装置。
  33. 【請求項３３】上記ＰＬＬ装置のバンド幅は、上記ＰＬ
    Ｌ装置の上記入力振幅に実質的に依存しないことを特徴
    とする、請求項２７に記載の三次元位置検出追跡装置。
  34. 【請求項３４】上記ＰＬＬ装置のバンド幅は、上記ＰＬ
    Ｌ装置の上記入力振幅に実質的に依存しないことを特徴
    とする、請求項２８に記載の三次元位置検出追跡装置。
  35. 【請求項３５】上記ＰＬＬ装置の緩和時定数は、上記Ｐ
    ＬＬ装置の上記入力振幅に実質的に依存しないことを特
    徴とする、請求項２６に記載の三次元位置検出追跡装
    置。
  36. 【請求項３６】上記ＰＬＬ装置の緩和時定数は、上記Ｐ
    ＬＬ装置の上記入力振幅に実質的に依存しないことを特
    徴とする、請求項２７に記載の三次元位置検出追跡装
    置。
  37. 【請求項３７】上記ＰＬＬ装置の緩和時定数は、上記Ｐ
    ＬＬ装置の上記入力振幅に実質的に依存しないことを特
    徴とする、請求項２８に記載の三次元位置検出追跡装
    置。
  38. 【請求項３８】対象物の少なくとも一部分の位置を検出
    追跡するための三次元位置検出追跡方法において、 三次元空間内に交流磁界を送信する複数の送信機を配設
    するステップと、 その位置を検出追跡する対象物の少なくとも一つの対応
    する部分に少なくとも一つの位置センサを取り付けるス
    テップであって、上記各少なくとも一つの位置センサ
    は、少なくとも一つの能動軸を有し、それぞれ上記少な
    くとも一つの能動軸に沿う、上記交流磁界の少なくとも
    一つの成分を受信する磁気検出器である、位置センサを
    取り付けるステップと、 上記複数の送信機によって送信された上記交流磁界の少
    なくとも一つの特性を蓄積するステップと、上記少なく
    とも一つの特性を、上記少なくとも一つの位置センサの
    対応する少なくとも一つによって受信された磁界の少な
    くとも一つの特性と比較するステップと、これによっ
    て、上記対象物の少なくとも一つの対応する部分の少な
    くとも一つの位置特性の出力表示を決定して供給するス
    テップと、を含んでなり、 上記蓄積するステップと、上記比較するステップと、上
    記決定して供給するステップは、離れた場所でではなく
    その場所で実行されることを特徴とする三次元位置検出
    追跡方法。
  39. 【請求項３９】三軸を有する三次元空間における対象物
    の少なくとも一部分の位置を検出追跡するための三次元
    位置検出追跡方法において、 それぞれ中心を有し、それぞれ三次元空間内に交流磁界
    を送信する、少なくとも６個の磁気送信機の配設と、 少なくとも一つの上記磁気送信機の上記交流磁界の少な
    くとも一つの成分が上記三次元空間の上記三軸の各々の
    中に含まれ、上記磁気送信機の上記中心の全部は一致し
    ないように、少なくとも３個の上記磁気送信機の保持
    と、 その位置を検出追跡する上記対象物の少なくとも一つの
    対応する部分への、少なくとも一つの位置センサの取付
    けであって、各上記少なくとも一つの位置センサは、上
    記少なくとも６個の磁気送信機からの上記交流磁界を受
    信する磁気検出器からなる、位置センサの取付けと、 上記少なくとも６個の磁気送信機の複数の送信機によっ
    て送信された上記交流磁界の少なくとも一つの特性の蓄
    積と、上記少なくとも一つの特性を、上記少なくとも一
    つの位置センサの対応する少なくとも一つによって受信
    された磁界の少なくとも一つの特性との比較と、これに
    よって少なくとも一つの対象物の部分の少なくとも一つ
    の位置特性の決定と、 を含んでなることを特徴とする三次元位置検出追跡方
    法。
  40. 【請求項４０】三軸を有する三次元空間における対象物
    の少なくとも一部分の位置を検出追跡するための三次元
    位置検出追跡方法において、 それぞれ一つの能動軸方向を有し、それぞれ三次元空間
    内に交流磁界を送信する少なくとも６個の磁気送信機の
    配設と、 少なくとも一つの上記磁気送信機の上記交流磁界の少な
    くとも一つの成分が上記三次元空間の上記三軸の各々の
    中に含まれ、上記磁気送信機の上記能動軸方向の全部は
    互いに直交しないように位置決めする、少なくとも３個
    の上記磁気送信機の保持と、 少なくとも一つの位置センサの、その位置を検出追跡す
    る上記対象物の少なくとも一つの対応する部分への取付
    けであって、各上記少なくとも一つの位置センサは、少
    なくとも６個の磁気送信機からの上記交流磁界を受信す
    る磁気検出器からなる、少なくとも一つの位置センサの
    取付けと、 上記少なくとも６個の磁気送信機の複数の送信機によっ
    て送信された上記交流磁界の少なくとも一つの特性の蓄
    積と、上記少なくとも一つの特性の、上記少なくとも一
    つの位置センサの対応する少なくとも一つによって受信
    された磁界の少なくとも一つの特性との比較と、これに
    よって少なくとも一つの対象物の部分の少なくとも一つ
    の位置特性の決定と、 を含んでなることを特徴とする三次元位置検出追跡方
    法。
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