JP2018049028A - 磁性物体の位置を特定するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】最も近くにある磁力計の計測値を除外することで、電力消費量を削減した磁性物体の位置特定方法及び装置を提供する。
【解決手段】装置はＮ個の３軸磁力計の配列を有する。移動する磁性物体の位置を特定するための方法は、ステップ５１で、磁性物体の磁界により飽和された磁力計を除外する。ステップ５２で、物体の位置が推定される。ステップ５４で、推定位置に最も近い磁力計が特定される。ステップ５４の最後では、距離がしきい値よりも小さい全ての磁力計が除外されている。ステップ６６で、コンピュータは物体の推定位置から最も遠い磁力計を特定する。ステップ８４で、先行するステップで除外されなかった磁力計だけを使用して、物体の磁界が計測される。
【選択図】図３

Description

本発明は、移動する磁性物体の位置を特定するための方法及び装置に関する。本発明は、更に、そのような位置特定装置を備えたスクリーンに関する。

移動する磁性物体の位置を特定するための既知の方法は、３軸磁力計の配列の計測値から磁性物体の位置又は向きを決定することを含み、この配列は、これらの磁力計のそれぞれの間の既知の距離を維持するために、自由度無しで相互に機械的に結合したＮ個の３軸磁力計を含む。ここでは、Ｎは５よりも大きい整数である。

３軸磁力計は、３つの非同一線上の計測軸における磁界の放射を計測するのに適した磁力計である。そのような磁力計は、磁界の向きを計測する。その上、一般的に、この磁力計は磁界の大きさ又はノルムを計測する。

例えば、そのような方法は、特許文献１に開示されている。磁力計の配列の使用は、磁性物体の位置をとても正確に特定することを可能にする。

中国特許出願公開第１０１３６１６６０号明細書 米国特許出願公開第２００２／１７１４２７号明細書 米国特許第６２６３２３０号明細書 米国特許出願公開第２００７／１６７７０３号明細書 米国特許第６６７５１２３号明細書 米国特許第６２６９３２４号明細書

Richard J KOZICK et Al, "Algorithm for tracking with an array of magnetic sensors", Sensor array and multichannel signal processing workshop, 2008, SAM 2008, 5th IEEE, Piscataway, NJ, USA, 21 July 2008, pages 423-427

しかしながら、多数の磁力計の同時の使用は、同時に処理すべき多数の計測値があることを意味し、それは移動物体の位置を特定するために、かなりの計算能力を必要とする。その上、この配列の各磁力計は同時に動力が供給されるので、磁力計の配列の使用はかなりの消費を意味する。

本発明は、磁性物体の位置を特定することの正確さを変更することなく、むしろ高めることにより、これらの欠点の少なくとも一つを改善することを目的とする。この目的のために、本発明は請求項１に従う、磁性物体の位置を特定するための方法を提案する。

上記方法において、磁力計の計測値のいくつかは磁性物体の位置又は向きを決定するために使用されない。したがって、処理される計測値の数は削減され、必要とされる計算能力を限定することが可能になる。その上、出願人は、最も近くにある磁力計の計測値を除外することは、位置特定の正確さを変更せず、むしろ高めることを見出した。したがって、この方法は、位置特定の正確さを維持しながら、計算能力を限定することを可能にする。

この位置特定方法の実施の形態は、従属請求項の特徴の一つ以上を含むことができる。

これらの実施の形態は、更に、次の効果を提供する。
・しきい値Ｓｂとの比較により最も近くにある磁力計を除外することは、この位置特定の正確さに何ら妥協することなく、磁性物体の位置を特定するために考慮する計測値の数を自動的に順応させることを可能にする。
・しきい値Ｓｂを磁性物体の最大寸法の２倍に設定することは、磁気双極子による磁性物体の近似が十分に正確ではない計測値を除外することにより、位置特定の正確さを高めることを可能にする。
・除外すべき最も近くにある磁力計に定数Ｎｉを使用することは、しきい値Ｓｂの使用を避けることを可能にする。
・飽和した磁力計を除外することは、磁性物体の位置特定の正確さを高めることを可能にする。
・最も遠くにある磁力計を除外することは、この位置特定の正確さを著しく変更することなく、磁性物体の位置特定を早めることを可能にする。
・除外された磁力計に動力を供給しないこと、又は、除外された磁力計によりなされる計測の頻度を削減することは、磁力計の配列の電力消費量を削減することを可能にする。

請求項１２に従う移動する磁性物体の位置を特定するための装置も、本発明の主題である。

この位置特定装置の実施の形態は、請求項１３の特徴を含むことができる。

何も限定しない例として純粋に与えられた以下の明細書を読み、図面を参照することにより、本発明は良く理解されるであろう。

これらの図面において、同じ構成要素を指し示すために、同じ参照番号が使用される。

電子装置を制御することを可能にする人／機械インターフェイスの概略図である。 図１の人／機械インターフェイスに実装された磁力計の配列の部分平面図である。 図１の人／機械インターフェイスを使用して移動する磁性物体の位置を特定するための方法のフローチャートである。 図１のものと同様の人／機械インターフェイスを組み込んだスクリーンの全体概略図である。

以下、この明細書において、当業者に良く知られた特徴及び機能は、詳細に記述されない。

図１は、電子装置４を制御することを可能にする人／機械インターフェイス２を示す。ここで、装置４はスクリーンであり、このスクリーン４上の画像の表示を制御することが可能な制御装置５に接続されている。

ここで、人／機械インターフェイス２の動作は、装置５がスクリーン４上のカーソル６の位置及び向きを制御する場合において図示される。例えば、カーソルは３次元形状を有する。図１では、カーソル６は平行６面体である。しかしながら、インターフェイス２は、この明細書の最後に記述されるように、数多くの他の応用例において使用され得る。

インターフェイス２は、磁性物体１０と、この物体１０の位置を特定するための装置１２とを有する。物体１０は、装置１２に自由度無しで固定された直交する参照フレームＸＹＺの範囲内で自由に移動され得る。ここで、方向Ｘ及びＹは水平方向であり、方向Ｚは垂直方向である。

例えば、物体１０は、外部磁場が無くても０以外の磁気モーメントを示す永久磁石である。例えば、この磁石の保磁力は、１００Ａｍ^−１又は５００Ａｍ^−１よりも大きい。例えば、それは強磁性またはフェリ磁性の物質でできている。

物体１０は楕円形状を有する。図１では、物体１０の磁気モーメントの向きは、この物体の長手方向と平行な矢印により示される。以下、この物体の最大長はＬで表される。永久磁石の強さは、典型的には０．０１Ａｍ^２又は０．１Ａｍ^２よりも大きい。

この実施の形態では、物体１０は非磁性の器具１６に自由度無しで固定される。非磁性は、何らかの計測可能な磁気特定を示さない物質からできている器具を意味すると理解されるべきである。

例えば、器具１６は木又はプラスチックでできている鉛筆である。器具１６は、物体１０の位置から位置を特定され得る。器具１６は、更に、もしも物体１０が小さいならば、物体１０の取り扱いを容易にすることを可能にする。典型的には、物体１０と器具１６とを組み合わせたものは、参照フレームＸＹＺの範囲内を人間の手によって直接、自由に移動され得る。この目的のために、この組み合せたものは１キロよりも、好ましくは２００グラムよりも重くはない。この組み合せたものの寸法は小さく、十分に、ユーザの片手で握られ、移動されることができる。

装置１２は参照フレームＸＹＺの範囲内の物体１０の位置を特定することを可能にする。位置特定は、参照フレームＸＹＺの範囲内の物体１０の位置ｘ，ｙ，ｚを決定することと、更に、参照フレームＸＹＺの軸Ｘ，Ｙ及びＺに関して、物体１０の向きを決定することとを意味すると、ここでは理解されるべきである。例えば、物体１０の向きは、参照フレームの軸Ｘ，Ｙ及びＺに関して、それぞれ、物体１０の磁気モーメントの角度Θｘ，Θｙ及びΘｚにより示される。

装置１２は、Ｎ個の３軸磁力計Ｍｉｊの配列を有する。図１では、垂直の波線は、装置１２の一部分が示されなかったことを示す。

典型的には、Ｎは５よりも大きく、好ましくは、１６又は３２よりも大きい。ここでは、Ｎは６４以上である。

この実施の形態では、磁力計Ｍｉｊは行及び列に並べられて、マトリックスを形成する。ここでは、このマトリックスは８行８列を有する。指数ｉ及びｊは磁力計Ｍｉｊが設置される交点での、このマトリックスの行及び列をそれぞれ示す。図１では、行ｉの磁力計Ｍｉ１，Ｍｉ２，Ｍｉ３，Ｍｉ４及びＭｉ８だけが見られ得る。磁力計Ｍｉｊのお互いに関する位置は、図２を参照してより詳細に記述される。

各磁力計Ｍｉｊは、他の磁力計に対して自由度無しで固定される。この目的のために、磁力計Ｍｉｊは、剛体板２０の後面２２に自由度無しで固定される。この剛体板は物体１０に向けられた前面２４を呈する。板２０は剛体の非磁性の物質でできている。例えば、板２０はガラスでできている。

各磁力計Ｍｉｊは物体１０により生成された磁界の向き及び強度を計測する。このため、各磁力計Ｍｉｊは、この磁力計の３つの計測軸上のこの磁力計Ｍｉｊの水準で物体１０により生成された磁界の正投影のノルムを計測する。ここでは、これらの３つの計測軸はお互いに直交する。例えば、磁力計Ｍｉｊのそれぞれについての計測軸は、参照フレームの軸Ｘ，Ｙ及びＺとそれぞれ平行である。磁力計Ｍｉｊの感度は、例えば、４ｘ１０^−７Ｔである。

各磁力計Ｍｉｊは、情報伝達バス２８を介して処理装置３０に接続されている。

処理装置３０は、磁力計Ｍｉｊの計測値から参照フレームＸＹＺにおける物体１０の位置及び向きを決定することができる。この目的のため、装置３０は、情報記憶媒体に記憶された指令を実行するのに適したプログラム可能な電子コンピュータ３２を有する。装置３０は、それゆえ、図３の方法のコンピュータ３２による実行のために必要な指令を含むメモリ３４を更に含む。特に、装置３０は、磁力計Ｍｉｊの各測定値と、参照フレームＸＹＺにおける物体１０の位置及び向きとを関連付ける数学的モデルを実行する。このモデルは、拡張カルマンフィルタの形式で実行される。このモデルは典型的には電磁気学の物理的な方程式から構築される。このモデルを構築するために、物体１０は磁気双極子により近似される。この近似は、もしも物体１０と磁力計Ｍｉｊとの間の距離が２Ｌよりも大きい、好ましくは３Ｌよりも大きいならば、ほとんど誤りを導かない。ここでは、Ｌは物体１０の最大寸法である。典型的には、Ｌは２０ｃｍよりも小さく、好ましくは、１０又は５ｃｍよりも小さい。

装置３０は、更に、インターフェイス３６上に物体１０の位置及び計測された向きを再現することができる。

制御装置５は、このインターフェイス３６を介して装置３０と接続されている。

図２は、装置１２の磁力計Ｍｉｊのいくつかを示す。これらの磁力計Ｍｉｊは方向Ｘに平行な行ｉに整列される。これらの磁力計は更に方向Ｙに平行な列ｊに整列され、マトリックスを形成する。行ｉ及び列ｊは、指数の昇順に整列される。

磁力計Ｍｉｊの中心は、行ｉと列ｊとの交点に位置される。磁力計の中心は、この磁力計により計測される磁界の箇所に対応する。ここでは、指数ｉ及びｊは区間［１；８］の範囲にある。

行ｉに沿って直に連続する２つの磁力計Ｍｉｊ及びＭｉ，ｊ＋１の中心は、既知の距離ｄｉ，ｊ，ｊ＋１により隔てられる。同様に、まったく同一の列ｊに沿って直に連続する２つの磁力計Ｍｉｊ及びＭｉ＋１，ｊの中心は、既知の距離ｄｊ，ｉ，ｉ＋１により隔てられる。

ここで記述される特別な場合において、行ｉがどれであっても、距離ｄｉ，ｊ，ｊ＋１は同じである。この距離はそのためにｄｊと表される。同様に、列ｊがどれであっても、２つの磁力計の間の距離ｄｊ，ｉ，ｉ＋１は同じである。この距離はそのためｄｉと表される。

ここでは、距離ｄｉ及びｄｊはどちらもｄに等しい。

・永久磁石の強さが０．５Ａｍ^２である、
・磁力計の感度が４ｘ１０^−７Ｔである、そして、
・磁力計Ｍｉｊの数が６４である
ときに、典型的には、距離ｄは１及び４ｃｍの間にある。

インターフェイス２の動作が図３の方法を参照して次に記述される。

最初に、ステップ５０では、物体１０が磁力計の配列の中心にあると仮定し、この物体１０に関する何かしらの固定された向きを取得して、拡張カルマンフィルタが初期化される。例えば、最初に、物体１０は水平であるとみなされる。

ステップ５１では、物体１０の磁界により飽和された磁力計が除外される。飽和した磁力計は、この磁力計を物体１０に近づけたときに、計測値がもはや変わらない磁力計である。磁力計が飽和したとき、飽和されていないときにも伝達されやすいものとは異なる既知の特性の計測信号を磁力計は伝達する。結果として、ステップ５１では、コンピュータ３２は、飽和した磁力計をそれらの各々により伝達される計測信号から特定する。”飽和した”として特定された磁力計は、除外されたとして印をつけられる。例えば、この目的のために、この磁力計の識別子が除外された磁力計のリストに追加される。この明細書では、除外されたとして特定された磁力計は、”除外された”と呼ばれる。

ステップ５２では、物体１０の位置が推定される。これは、物体１０の実際の位置にできるだけ近く近似する値を見つけることにある。このように、物体１０が移動する度に、その新しい位置の推定値は、実際の位置の近くに留まるように変化する。ここでは、この推定は、以前に決定された位置を取得することにある。

つきに、ステップ５４では、推定位置に最も近い磁力計Ｍｉｊが特定される。

この実施の形態において、ステップ５４では、もしも推定位置から磁力計を隔てる距離ｅｉｊが所定のしきい値Ｓｂよりも小さいならば、磁力計Ｍｉｊは推定位置に最も近い磁力計の一部であるとみなされる。しきい値Ｓｂは２Ｌ以上であり、好ましくは３Ｌ以上である。その上、装置１２に関して物体１０の位置がどうであっても、磁力計Ｍｉｊの全てが、物体１０を中心とする半径Ｓｂの球に決して含まれないように、このしきい値が十分に小さく選択される。例えば、好ましくは、配列におけるお互いに最も離れた２つの磁力計Ｍｉｊの間の距離の半分よりも小さくなるように、しきい値Ｓｂは選択される。例えば、ここでは、しきい値Ｓｂは３Ｌに等しくなるように選択される。

動作５６では、各磁力計Ｍｉｊに関して、この磁力計と推定位置との間の距離ｅｉｊが計算される。

つぎに、動作５８では、計算距離ｅｉｊがしきい値Ｓｂと比較される。もしも距離ｅｉｊがしきい値Ｓｂよりも小さいならば、つぎに、動作６０では、この磁力計Ｓｉｊは、推定位置に最も近い磁力計の一部であるとして特定される。この磁力計はつぎに除外される。

もしも距離ｅｉｊがしきい値Ｓｂよりも大きければ、磁力計Ｍｉｊは特定されず、除外もされない。

動作５６から６２は各磁力計Ｍｉｊに関して反復される。

ステップ５４の最後では、距離ｅｉｊがしきい値Ｓｂよりも小さい全ての磁力計が除外されている。

つぎに、ステップ６６では、コンピュータ３２は物体１０の推定位置から最も遠い磁力計Ｍｉｊを特定する。最も遠くにある磁力計は、既に以前に除外されておらず、推定位置に最も近いＮｐ個の磁力計のグループに属していない磁力計だけから選択された磁力計である。ここでは、ＮｐはＮよりも厳格に小さい所定の整数である。好ましくは、Ｎｐは１０又は２０よりも大きい。

このステップ６６はそれゆえ既に除外されてはいないものから推定位置に最も近い磁力計だけを選択することにある。このため、動作６８では、まだ除外されていない磁力計Ｍｉｊは、それらの距離ｅｉｊに応じて昇又は降順でランク付けされる。動作６８では、異なる磁力計に関して計算された距離ｅｉｊは、相互に比較される。

つぎに、動作７０では、コンピュータは、最も小さい距離ｅｉｊに関連付けられたＮｐ個の磁力計を選択する。これを行うことにより、コンピュータはステップ５４で除外されていないものから推定位置に最も近いＮｐ個の磁力計だけを選択する。

動作７２では、動作７０で選択されていない磁力計が除外される。

任意で、ステップ７０に並行して、又は、ステップ７０に代えて、ステップ７６では、より大きなノルムの磁界を計測するＮｎ個の磁力計のグループに属さない磁力計Ｍｉｊが除外される。ここでは、Ｎｎは１０又は２０よりも大きく、厳格にＮよりも小さい整数である。

このため、動作７８では、まだ除外されていない磁力計Ｍｉｊは、これらの磁力計により計測された磁界のノルムの昇又は降順でランク付けされる。

つぎに、動作８０では、コンピュータ３２は計測された磁界のノルムの昇順でランク付けされた磁力計のこのリストにおける最初のＮｎ個の磁力計を選択する。結果として、これを行うことにより、コンピュータ３２は、まだ除外されたおらず、最大の信号を計測するＮｎ個の磁力計を選択する。

動作８２では、動作８０で選択されなかった磁力計が除外される。

つぎに、ステップ８４では、先行するステップで除外されなかった磁力計だけを使用して、物体１０の磁界が計測される。好ましくは、ステップ８４では、エネルギーを節約するために、除外された磁力計は動力が供給されない。

ステップ８６では、コンピュータ３２は、除外されていない磁力計の計測値だけを使用して物体１０の位置及び向きを決定する。例えば、それは、除外された磁力計から生じる計測値を含む方程式を拡張カルマンフィルタから除外する。つぎに、それはこのカルマンフィルタを実行して、物体１０の新しい位置及び向きを見い出す。ステップ８６の最後では、コンピュータ３２は、インターフェイス３６上に、物体１０に関して決定された位置及び向きを再現する。もしも物体１０が移動していたならば、ステップ８６の最後に決定された位置及び向きは、ステップ５２で推定されたものよりも正確である。

ステップ８８では、ステップ８６で決定された位置及び向きに応じてスクリーン４上のカーソル６の表示を装置５が制御する。ステップ８８の最後に、本方法はステップ５１に復帰する。

ステップ８６で使用される計測値の数を限定することは、物体１０の位置を特定するために必要とされる計算能力を限定することを可能にする。計算能力をこのように限定することは、つぎに、例えば、同じ期間内でより多くの計測値を処理することにより位置特定の正確さを高めたり、計算速度を高め、それゆえ、より早く物体１０の位置を特定したりするために利用され得る。その上、計測値の数をこのように限定することは位置特定の正確さを低くはしない。なぜならば、誤りの可能性がある計測値だけ、すなわち、推定位置に最も近い磁力計の計測値又は最も弱い信号に対応する計測値が除外されるからである。

図４は、テレビの画面のようなスクリーン１００を示す。このスクリーン１００は可視光を透過する物質でできている表面板１０２を有する。例えば、表面板１０２はガラスでできている。この表面板は使用者の方に向けられた前面１０４及び後面を有する。ここでは、前面は視聴者の方に向けられた方向Ｚに垂直である。以下、この明細書では、スクリーン１００の前及び後は、この方向Ｚに関して定義される。

スクリーン１００は更に表面板１０２上に各画素を形成するための光量子生成層１０６を有する。この層１０６は表面板１０２の直後に配置される。異なる技術がこの層１０６を形成するために可能である。好ましくは、留め置かれた技術は、いかなる金属の格子も有していない層からなる。典型的には、層１０６は、略語ＯＬＥＤでよく知られた有機発光ダイオードから製造される。

最後に、スクリーン１００は人／機械インターフェイス１０８を有する。このインターフェイスは、磁性物体１０がここではどのような器具にも取り付けられていないことを除いて、インターフェイス２と同じである。物体１０はこのインターフェイス１０８を使用するときは、前面１０４の側に配置される。

その部品に関して、位置特定装置１２は層１０６の後に配置される。磁力計の配列の行ｉ及び列ｊは面１０４と並行して広がる。好ましくは、配列において最も離れた磁力計の間の対角線の長さは、プラス又はマイナス１５％又は５％の範囲内で前面１０４の対角線と等しい。

制御装置１１２は、装置１２のインターフェイス３６と接続されている。この装置１１２は、人／機械インターフェイス１０８により取得された位置及び／又は方向に応じて表示を変更するために、層１０６を制御するのに適している。例えば、装置１１２は、インターフェイス１０８により取得された位置及び向きに応じて、視られるテレビチャンネルの変更、映像の巻き戻し又は早送り又はズームを制御する。典型的には、装置１１２は、スクリーンに適用される従来の指令を実行することができるが、ここでは、これらの指令は物体１０の移動に反応して発動される。

ここで記述される場合において、スクリーンとの相互作用の領域が、方向Ｘ及びＹにおいて、前面１０４を超えて広がっていることは、特に言及されるであろう。実際に、もしも当該物体が方向Ｘ又はＹにおいてスクリーンの左又は右に配置されたとしても、物体１０の位置は計測可能である。

数多くの他の実施の形態が可能である。例えば、電子装置は、コンピュータスクリーン、移動電話又は電子タブレットであり得る。人／機械インターフェイス１２又は１０８から制御される電子装置は、更に、スクリーンとは異なり得る。例えば、電子装置は手書きのテキスト又は図を取得するための装置であり得る。この場合、物体１０は鉛筆に自由度無しで固定される。板２０に関して鉛筆の先端の位置を特定し、鉛筆が板２０と接触したときの先端の位置を記憶するためのモジュールを、制御装置５は有している。これらの状況において、装置５は、上面２４に鉛筆の先端が残した線を含むファイルを生成することを可能とする。

人／機械インターフェイスは、カーソルの単純な位置及び向き以外のスクリーン機能を制御するために使用され得る。例えば、人／機械インターフェイスは、磁性物体が板２０に近づくように移動されたときに画像を拡大し、逆に、磁性物体が板２０にから遠ざかるように移動されたときに画像を縮小するきっかけになるために使用され得る。

磁性物体は、必ずしも永久磁石ではない。変形例として、磁性物体は単に、それが入れられる磁界の線を変更することができる。例えば、磁性物体は、地球の磁界のような外界の磁界の存在下で、０以外の磁気モーメントを取得する。例えば、磁性物体は、常磁性の又は反磁性の物質でできた部品又は棒である。磁性物体は、更に、軟強磁性の物質、すなわち、保磁力が厳格に１００Ａｍ^−１よりも小さいか、フェリ磁性でできたもの、でできた部品又は棒であり得る。

もしも磁力計の配列の表面領域が十分に広ければ、装置２は複数の磁性物体１０を同時に有し得る。この場合、上記した方法が、これらの磁性物体のそれぞれのために並行して適用される。除外された磁力計のリストは、そのとき、各磁性物体に対して固有である。

平板２０は大きく異なる形状を有し得る。例えば、平板２０はユーザがチョーク又はフェルトペンで書くことができるテーブルである。

処理装置３０は、人／機械インターフェイスの内部に組み込まれる代わりに、制御装置の内部に物理的に組み込まれ得る。

変形例として、制御装置は、ステップ５２で推定された位置に応じて物体１０の位置及び／又は向きを決定するために、ステップ８６で使用されるアルゴリズムを選択する。例えば、もしも物体１０が磁力計の配列にとても近く、その磁気モーメントが垂直であるならば、磁力計の計測値と、物体１０の位置及び向きとを関連付けるモデルは変更される。この場合、変更は、例えば、軸Ｚ上での物体１０の磁気モーメントの値を設定することにある。

物体１０の位置及び／又は向きを決定するためのアルゴリズムの他の変形例が可能である。例えば、磁力計の計測値は最初に物体１０の磁気による刻印を作成するために使用される。作成された刻印は、つぎに、既知の物体の所定の磁気による刻印のデータベースと比較される。このデータベースは各既知の物体と、例えば磁気モーメントの値のようなの補足情報とを関連付ける。もしも作成された刻印が、データベースのものの一つと対応するならば、この既知の物体と関連付けられた補足情報が、ステップ８６でのこの物体の位置特定を強化又は単純化するためにつぎに使用される。

カルマンフィルタを作成するために使用される近似は、更に、４次又はより高い次元の近似であり得る。すなわち、電磁気方程式が双極子近似に対応するものよりも高い次元に近似される。

磁力計の配列の磁力計は、必ずしも行及び列に配置されていない。それらは更に他のパターンに従って配置され得る。例えば、磁力計は、図のグリッドの各３角又は６角のメッシュの各頂点に配置される。

磁力計の相互に関する配置は、更に、ランダム又は不規則であり得る。このように、配列において直に連続する２つの磁力計の間の距離は、直に連続する２つの磁力計の全ての組みに関して必ずしも同じではない。例えば、配列の所与の領域の磁力計の密度は、他の場所よりも高くなり得る。所与の領域の密度を高くすることは、その領域の計測値の正確さを高めることを可能にできる。エッジ効果を制限するために、配列の周辺により高い密度の領域を提供することも可能である。例えば、磁力計の配列は、磁力計が無い中心領域を有し得る。この場合、磁力計は、この中心領域の周辺だけで分散され、中心領域を囲い定める磁力計の細長い領域を形成する。典型的には、この細長い領域の幅は、同じ方向で計測される中心領域の幅よりも厳格に小さい。

磁力計のこの不均一な分散は、スクリーン１００の変形例を生成するために適用され得る。この変形例では、位置特定装置１２の磁力計は、光量子生成層１０６の後に完全には配置されない。例えば、磁力計Ｍｉｊは層１０６の周囲に主に配置される。この場合、これらの磁力計Ｍｉｊは、磁力計が無い、又は、磁力計の密度が低い領域を囲う磁力計の細長い領域を定義する。磁力計のこの細長い領域は、表面板１０２に直接固定され得る。

変形例として、磁力計の配列は一方向だけに広がる。磁力計はつぎにまったく同一の行に沿って、交互に配置される。

逆に、磁力計の配列は更に、空間の３つの非同一線方向に広がり得る。これらの状況では、磁力計は３次元の体積の範囲内で分散される。

磁力計の数Ｎは、更に、６４又は９０以上になり得る。

磁力計の配列の全ての磁力計は、必ずしもお互いに同じではない。変形例として、磁力計は必ずしも同じ感度を有していない。この場合、より正確ではない磁力計は、例えば、配列の中心の近傍に配置され、一方、最も正確な磁力計はこの配列の周辺に配置される。そのような実施の形態は、最も飽和しにくく、それゆえ、最も感度が低い磁力計を、磁性物体の最も近くになるような位置に配置することの利点を提供する。これはまた相互作用の領域を広げることを可能にする。

変形例として、推定位置から最も離れた磁力計を除外するための異なる方法を結合し得る。例えば、ステップ６６及び７６はともに実行され、双方が近く、最大の信号を計測する磁力計だけが維持される。他の変形例では、推定位置から最も遠くにある、又は、磁界の最も弱いノルムを計測する磁力計の除外が更に省略され得る。

推定位置に最も近い磁力計の除外は、そのことが必要でないときに、更に省略され得る。例えば、磁力計を、位置が計測されなければならない物体から隔てる距離が、例えば、機械的な構造により、双極子近似が許容できる距離よりも必ず大きくなるときは、そのことは必要ではない。この場合、最も遠くにある磁力計の除外だけが実行される。

飽和した磁力計の除外は、ふだん、実行され得る。例えば、それは、ステップ５４，６６又は７６の後に実行され得る。飽和した磁力計の除外は、更に、省略され得る。

変形例として、エネルギーを節約するために除外された磁力計に動力を供給しないことに代えて、これらの除外された磁力計による新しい計測値の取得の頻度ｆａを、除外されていない磁力計による新しい計測値の取得の頻度の値Ｖｆｎｅよりも厳格に小さい値Ｖｆｅに設定することが可能である。例えば、値Ｖｆｅは、値Ｖｆｎｅよりも２又は１０倍小さくなるように選択される。実際に、典型的に、各磁力計は、計測された磁界を示すアナログの物理量をデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換器を有している。取得の頻度ｆａは、このアナログ−デジタル変換器のサンプリング頻度に対応する。結果として、取得の頻度ｆａを限定することにより、サンプリング頻度が限定され、それは、更に、磁力計の電力消費量を限定する。除外されていない磁力計に関しては、値Ｖｆｎｅは、ステップ８６の実行の頻度の値Ｖｆｅｘｅ以下となるように選択される。このように、もしも磁性物体が移動するならば、除外されていない磁力計の新しい計測値が、この移動を考慮する。除外された磁力計に関しては、それらの計測値はステップ８６で考慮されないので、値Ｖｆｅが値Ｖｆｅｘｅよりも小さくなる必要はない。このことは、除外された磁力計が動力を供給されるのを止めることなく、除外された磁力計の電力消費量を限定するこの変形例に利用される。例えば、値Ｖｆｅは値Ｖｆｅｘｅよりも２又は１０倍大きくなるように設定される。

数多くの異なる方法が、磁性物体の位置及び向きを決定するために使用され得る。例えば、米国特許第６２６９３２４号明細書に記載された方法が使用され得る。これらの方法は、必ずしもカルマンフィルタを使用しない。例えば、米国特許出願公開第２００２／１７１４２７号明細書又は米国特許第６２６３２３０号明細書に記載された方法が可能である。他の変形例では、磁性物体の位置だけ又は向きだけが決定される。

ここで記述されたさまざまな処理動作が後処理モードで実行され得る。すなわち、最初に、全ての計測されたデータがメモリに記憶され、つぎに、記憶されたデータが処理されるときに、引き続いて、特定の磁力計の計測値の除外が実行される。

他の実施の形態では、ステップ５２での磁性物体の位置の推定は、磁力計の配列に属するものとは異なる他のセンサの計測値から取得される。この他のセンサは、好ましくは、磁界に対して反応を示さない。例えば、それは、磁力計の配列に関して物体の位置を推定するための形状認識モジュールと関連付けられたカメラである。

飽和した磁力計の除外のステップ５１は、他の磁力計の除外のステップ無しで実行され得る。

ここで記述されたスクリーン１００は、図３を参照して記述されたもの以外の、磁性物体の位置を特定するための方法で実行され得る。特に、使用される位置特定方法は、磁性物体に最も近い磁力計の特定及び除外を必ずしも実行しない。

Claims (14)

1. 移動する磁性物体の位置を特定するための方法であり、この方法は３軸磁力計の配列の計測値から磁性物体の位置又は向きを決定することを有し、この配列は、これらの磁力計のそれぞれについての間の既知の距離を維持するために、自由度無しで相互に機械的に結合されたＮ個の３軸磁力計を含み、ここでは、Ｎは５よりも大きな整数であり、
   この方法は、つぎのステップの反復を有することを特徴とする、
   ａ）先行する反復でなされた磁力計の計測値、又は、磁力計の配列の磁力計とは異なるセンサの計測値から、磁力計の配列に関して磁性物体の位置を推定すること（５２）、この推定値が、配列の磁力計を使用して新しい計測値を生成する前に取得されるようにすること、つぎに、
   ｂ）各磁力計と、磁性物体の前記推定位置との間の距離を計算すること（５６）、つぎに、
   ｃ）ステップｂ）で計算された距離を用いて、この推定位置に最も近いＮｉ個の磁力計を除外すること（６０、７２、８２）、ここでは、ＮｉはＮよりも厳格に小さい正の整数であり、つぎに、
   ｄ）除外されていない各磁力計により、磁性物体により生成され、又は、変更された磁界の、新しい計測値を生成すること（８４）、つぎに、
   ｅ）磁性物体の新しい位置を取得するために、除外されなかった磁力計の新しい計測値から、除外された磁力計によりなされた新しい計測値を考慮せずに、磁性物体の新しい位置又は新しい向きを決定すること（８６）。
2. 各磁力計に関して、最も近くにあるＮｉ個の磁力計を除外することは、
   ・計算された距離と所定のしきい値Ｓｂとを比較すること（５８）、
   ・もしも計算された距離がしきい値Ｓｂよりも小さければこの磁力計を除外すること（６０）、及び、もしもそうでなければ、この磁力計は、この比較に続いて除外されるＮｉ個の磁力計の一部を形成しないこと
   を含む請求項１記載の方法。
3. 磁性物体の新しい位置又は新しい向きを決定することは、磁気双極子で磁性物体を近似することによってなされ、
   所定のしきい値Ｓｂは、磁性物体の最大寸法よりも少なくとも２倍大きく、配列においてお互いに最も離れた２つの磁力計を隔てる最大距離よりも厳格に小さい
   請求項２記載の方法。
4. 数Ｎｉはステップｃ）の開始前に予め定められる定数である
   請求項１記載の方法。
5. ステップｃ）が、
   ｉ）推定位置に最も近いＮｉ個の磁力計を除外すること、つぎに、
   ｉｉ）ステップｉ）で除外されておらず、磁性物体の推定位置に最も近いＮｐ個の磁力計のグループに属さない磁力計を特定すること（６６）、ここでは、Ｎｐは、Ｎｉ＋ＮｐがＮよりも厳格に小さくなるような厳格に正の所定の整数であり、そして、
   ｉｉｉ）正しく特定された磁力計を除外すること（７２）
   を含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. ステップｃ）が、
   ｉ）推定位置に最も近いＮｉ個の磁力計を除外すること、つぎに、
   ｉｉ）ステップｉ）で除外されておらず、より大きいノルムの磁界を計測する、Ｎｎ個の磁力計のグループに属さない磁力計を特定すること（７６）、ここでは、Ｎｎは、Ｎｉ＋ＮｎがＮよりも厳格に小さくなるような厳格に正の所定の整数であり、そして、
   ｉｉｉ）正しく特定された磁力計を除外すること（８２）
   を含む請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 方法が、
   飽和した磁力計によってのみ伝達される特性信号から飽和した磁力計を特定し、特定された飽和した磁力計を除外するステップ（５１）
   を有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 計測ステップ（８４）では、除外された磁力計は動力が供給されない
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
9. 方法が、
   除外された磁力計により新しい計測値を取得する頻度を、除外されていない磁力計により新しい計測値を取得する頻度の値よりも厳格に小さい値に設定すること
   を含む請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. 磁性物体の新しい位置又は新しい向きを決定すること（８６）が、除外されなかった磁力計の計測値だけからなされる
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
11. 方法が、更に、
    推定位置から最も離れたＮｅ個の磁力計を除外することを含み、ここでは、Ｎｉ＋ＮｅがＮよりも厳格に小さい正の整数である
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 移動する磁性物体の位置を特定するための装置であって、この装置は、
    ・磁力計のそれぞれの間の既知の距離を維持するために、自由度無しで相互に機械的に結合されたＮ個の３軸磁力計（Ｍｉｊ）を有する磁力計の配列、ここでは、Ｎは５以上の整数であり、
    ・この配列の磁力計の計測値から磁性物体の位置又は向きを決定するのに適した電子処理装置（３０）
    を有し、電子装置（３０）はつぎのステップを反復するようにプログラムされていることに特徴を有する、
    ａ）先行する反復でなされた磁力計の計測値から、又は、磁力計の配列の磁力計とは異なるセンサの計測値から、磁力計の配列に関して磁性物体の位置を推定すること、この推定値が、配列の磁力計を使用して新しい計測値を生成する前に取得されるようにすること、
    つぎに、
    ｂ）各磁力計と、磁性物体の前記推定位置との間の距離を計算すること、つぎに、
    ｃ）ステップｂ）で計算された距離を用いて、この推定位置に最も近いＮｉ個の磁力計を除外すること、ここでは、ＮｉはＮよりも厳格に小さい正の整数であり、つぎに、
    ｄ）磁性物体により生成され、又は、変更された磁界の、各除外されていない磁力計により生成された、新しい計測値を取得すること、つぎに、
    ｅ）磁性物体の新しい位置を取得するために、除外されていない磁力計の新しい計測値から、除外された磁力計によりなされた新しい計測値を考慮せずに、磁性物体の新しい位置又は新しい向きを決定すること。
13. 数Ｎは１６以上であり、
    相互に平行な磁力計のいくつかの列を形成するために、磁力計が、まったく同一の平面に配置され、この平面で分散される
    請求項１２記載の装置。
14. 電子装置（３０）は、各磁力計に関して、最も近くにあるＮｉ個の磁力計を除外するときに、次の動作を実行するように更にプログラムされる、
    ・計算された距離と所定のしきい値Ｓｂとを比較すること（５８）、
    ・もしも計算された距離がしきい値Ｓｂよりも小さければこの磁力計を除外すること（６０）、及び、もしもそうでなければ、この磁力計は、この比較に続いて除外されるＮｉ個の磁力計の一部を形成しないこと
    請求項１２又は請求項１３記載の装置。

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