JPH07260410A - センサ素子の空間位置決定装置 - Google Patents

センサ素子の空間位置決定装置

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JPH07260410A
JPH07260410A JP7045370A JP4537095A JPH07260410A JP H07260410 A JPH07260410 A JP H07260410A JP 7045370 A JP7045370 A JP 7045370A JP 4537095 A JP4537095 A JP 4537095A JP H07260410 A JPH07260410 A JP H07260410A
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JP
Japan
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sensor element
coil
spatial position
determining device
position determining
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JP7045370A
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English (en)
Inventor
Manfred Heinrich Dr Fuchs
ハイリッヒ フッチス マンフレッド
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
Philips Electronics NV
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • 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)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超伝導測定コイルを用いずに正確で低雑音の
結果データが得られるようにする。 【構成】 基準素子１に対し空間的に変位しうるセンサ
素子３の空間的な位置を決定する装置において、センサ
素子３内に配置され、少なくとも１つのワイヤ巻回より
成り、共通中心７を中心として巻かれている３つのスペ
ースコイル４，５，６と、空間的に離れた位置で基準素
子１内に配置され、少なくとも１つのワイヤ巻回より成
る少なくとも３つの基準コイル２と、プリセット可能な
励磁用交流電流によりスペースコイル４，５，６又は基
準コイル２を励磁する電流発生器11と、基準コイル２又
はスペースコイル４，５，６における誘起電圧に基づい
て、基準素子１と関連する座標系におけるスペースコイ
ル４，５，６の中心７の距離座標ｘm , ｙm 及びｚm を
計算する演算回路を有する誘起電圧用処理回路15と、誘
起電圧の振幅に応じて励磁用交流電流を制御する帰還回
路13とを具える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基準素子に対し空間的
に変位しうるセンサ素子の空間的な位置を決定する装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】多チャネルＭＥＧ磁力計と検査すべき頭
部との相対位置及び向きを決定するための上述した種類
の装置は文献 "Advances in Biomagnetism １９８９，
New York "に記載されており既知である。共通中心を囲
んで互いに直角に向けられている複数の送信コイルが頭
部上に配置され、別々に附勢される。形成される磁界は
７チャネルの磁力計により測定される。頭部上に配置さ
れたコイルの組の位置ベクトルは非線型最小二乗法によ
り決定される。関連の磁力計測定値に対応する磁界分布
は磁力計測定値に基づいて可能な磁界分布の中から求め
られる。個々の送信コイルに対し見い出された磁界分布
には数学的に明確な座標値ｘm ，ｙm 及びｚm を割当て
うる。明確なスペース座標ｘm ，ｙm 及びｚm を得るた
めには、３つの異なる位置のみで送信コイルの磁界を測
定すれば充分であるということを理論的に証明しうる。
その精度は他の位置で測定した追加の磁界値を評価する
ことにより高めることができる。
【０００３】直角なコイルの組の角度上のスペース位置
をも決定する必要がある場合には、磁界値を少なくとも
５つの異なる位置で決定する必要がある。得られる測定
値を余分にするこの冗長構成によっても計算した座標の
精度を高める。既知の装置は超伝導性の測定コイルを有
するＳＱＵＩＤ磁力計を用いている為に座標決定を比較
的正確に且つ低雑音で達成しうる。ドイツ連邦共和国特
許公開第ＤＥ−Ａ３８３８６０５号明細書には、コンピ
ュータに対するいわゆるマウスの空間位置を決定するた
めに、マウスから放出され距離測定のための基準システ
ムの３点で検出される音波を利用する装置が開示されて
いる。国際公開パンフレットＷＯ９０／０７７６２に
は、音波の代わりに光波を用いるのが好ましい同様な装
置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、磁界
分布の測定原理に基づいており、超伝導性の測定コイル
がなくても充分に正確で低雑音の結果データを生じる前
述した種類のセンサ素子の空間位置決定装置を提供せん
とするにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、基準素子に対
し空間的に変位しうるセンサ素子の空間的な位置を決定
するセンサ素子の空間位置決定装置において、 − 前記のセンサ素子内に配置され、少なくとも１つの
ワイヤ巻回より成り、共通中心を中心として巻かれてい
る３つのスペースコイルと、 − 前記の基準素子内で互いに空間的に離れた位置に配
置され、少なくとも１つのワイヤ巻回より成る少なくと
も３つの基準コイルと、 − プリセット可能な励磁用交流電流により前記のスペ
ースコイル又は前記の基準コイルを励磁する電流発生器
と、 − 前記の基準コイル又は前記のスペースコイルにおけ
る誘起電圧に基づいて、前記の基準素子と関連する座標
系におけるスペースコイルの中心の距離座標ｘm, ｙm
及びｚm を計算する演算回路を有する誘起電圧用処理回
路と、 − 前記の誘起電圧の振幅に応じて前記の励磁用交流電
流を制御する帰還回路とを具えていることを特徴とす
る。
【０００６】上述した種類の装置は特に、 − マウス、特にＣＡＤプログラムの場合の三次元カー
ソルに対するマウスの空間位置の決定、 − コンピュータにおけるオブジェクトの三次元書込
み、 − 一般的な座標原点、特に医療測定分野における座標
原点に対するオブジェクトの位置決め、に用いることが
できる。
【０００７】本発明は、前記の文献“Advances in Biom
agnetism" に記載されている測定原理を用いる。本発明
の場合、スペースコイルを測定コイルとして用いること
によりこの既知の原理を逆にすることもでき、この場合
基準システムの個々のコイルにより発生される磁界が検
出される。スペースコイルの基準素子からの距離が増大
した場合に、これらスペースコイルがより大きな励磁電
流を受けるようにする帰還回路により精度を可成り高め
ることができる。このようにすることにより、誘起電圧
に対する増幅器を最適に駆動しうる。増幅器のダイナミ
ック測定レンジを約１０００倍に増大しうる。
【０００８】本発明の好適例では、スペースコイルの巻
回軸線が互いに直角な方向に延在するようにする。この
ようにすると、条件式が簡単となり、計算が簡単とな
る。電流発生器に結合された、周波数感応性及び位相感
応性の双方又はいずれか一方の増幅器を介して誘起電圧
を処理回路に供給することにより測定精度や信号対雑音
比を一層高めることができる。センサ素子又は基準素子
の個々の各コイルから別々に生ぜしめられる磁界分布を
測定する必要がある。このことは、時間的に順次に個々
のコイルに供給される同一周波数の励磁電流により、特
にマルチプレクサにより達成しうる。しかし、関連のあ
る異なる周波数の電流で各励磁コイルを動作させること
もできる。この場合、これらの電流を同時に供給するこ
とができる。その理由は、対応して誘起される測定電圧
を明確に選択しうる為である。この後者の方法は特に迅
速であり、迅速な測定値検出及びローカリゼイションア
ルゴリズムと関連して、１秒よりも短い測定及び計算時
間でのオンラインローカリゼイションを可能にする。
【０００９】
【実施例】本発明装置の実施例の原理図を示す図１にお
いて、１は基準素子として作用する受信コイル担持体を
示し、この受信コイル担持体は数巻回よりなる１２個の
基準コイル２を収容しており、これら基準コイルは本例
では、測定すべき交流電圧を誘起する測定コイルとして
作用する。受信コイル担持体は、センサ素子３により覆
われる測定スペースの下側境界面を形成するようにする
のが好ましい。測定コイル２は互いにできるだけ離して
配置し、且つ測定スペースの境界面の外側縁部に至るま
で延在させる必要がある。しかし、測定コイルは必ずし
も１つの共通平面内に配置する必要はない。
【００１０】スペースコイル４，５および６は測定スペ
ース中に磁界分布を生ぜしめる送信コイルとして作用す
る。これら送信コイルは共通中心７を通って延在する互
いに垂直な平面内で巻回されている。図１に示す装置
は、受信コイル担持体１に対し規定した座標系において
共通中心７の座標ｘm ，ｙm 及びｚm を決定しうる。セ
ンサ素子３のプローブ先端８の位置を正確に知る必要が
ある場合には、座標ｘm ，ｙm 及びｚm の計算に続い
て、共通中心７を通って延在する２つの直角平面内の２
つの角度座標を追加的に決定しうる。測定した磁界の二
乗の和を評価することにより、３つの測定コイルのみか
ら生ぜしめられるデータから座標ｘm ，ｙm 及びｚm を
明確に決定しうる。この場合、角度座標に対する関数従
属性が排除される。三次元座標が決定されると、所望に
応じ適切な算術的アルゴリズムにより角度座標の追加の
決定を行いうる。その理由は、この場合、測定値を少な
くとも５つの異なる測定位置から得る必要のある条件が
満足される為である。本例の場合のように１２個の測定
コイルが設けられていると、冗長構成のために精度が可
成り高くなる。
【００１１】測定コイル２で誘起された電圧は導体束９
を経て周波数感応及び位相感応増幅器（ロックイン増幅
器）１０に供給される。増幅器１０の位相及び周波数選
択範囲は電流発生器１１の周波数及び位相位置により予
め決定されている。この電流発生器１１はマルチプレク
サ１２を介して送信コイル４，５及び６を時間的に順次
に好ましくは同じアンペア回数で励磁する。増幅器１０
のダイナミックレンジは帰還回路１３によって完全に使
用しうるようになる。センサ素子３と受信コイル担持体
１との間の距離が増大すると、コイル２で誘起される電
圧の最大値により増幅器１０が正確に全出力に駆動され
る程度に、導体束１４を経て送信コイル４，５及び６に
供給される電流を高めるように電流発生器１１が駆動さ
れる。
【００１２】処理回路１５は誘起され増幅されたコイル
２の電圧に関する情報と、送信コイル４，５及び６に電
流を供給する瞬時に関する情報と、励磁電流の強度に関
する情報とを受ける。処理回路１５に組込まれた算術的
アルゴリズムがこれらのデータに基づいて、出力ユニッ
ト１６に供給する座標ｘm ，ｙm 及びｚm や所望に応じ
２つの角度座標を決定することによりセンサ素子の空間
的位置を計算する。計算及び出力処理が終了されたこと
を表わす情報を制御ユニット１７が受けると直ちに、マ
ルチプレクサ１２が、励磁電流を次の送信コイルに切換
える制御命令を受ける。
【００１３】図２は本発明の医療技術分野への可能な一
適用例を示す。各々が３つのスペースコイルより成る３
つのセンサ素子３１，３２及び３３が患者の頭部１８上
の異なる位置に取付けられている。これらセンサ素子３
１，３２及び３３の位置は、基準コイルが装着されてい
る受信コイル担持体１により別々に決定しうる。この装
置をＭＥＧ磁力計と組合せることによりこのＭＥＧ磁力
計の位置及び向きを自動的に決定しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の原理を示す線図的説明図であ
る。
【図２】本発明の装置を医療技術分野に適用した一例を
示す線図である。
【符号の説明】
１ 受信コイル担持体 ２ 基準コイル（測定コイル） ３，３１，３２，３３ センサ素子 ４，５，６ スペースコイル（送信コイル） ７ 共通中心 ８ ３のプローブ先端 ９，１４ 導体束 １０ 増幅器 １１ 電流発生器 １２ マルチプレクサ １３ 帰還回路 １５ 処理回路 １６ 出力ユニット １７ 制御ユニット １８ 頭部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基準素子（１）に対し空間的に変位しう
    るセンサ素子（３）の空間的な位置を決定するセンサ素
    子の空間位置決定装置において、 − 前記のセンサ素子（３）内に配置され、少なくとも
    １つのワイヤ巻回より成り、共通中心（７）を中心とし
    て巻かれている３つのスペースコイル（４，５，６）
    と、 − 前記の基準素子（１）内で互いに空間的に離れた位
    置に配置され、少なくとも１つのワイヤ巻回より成る少
    なくとも３つの基準コイル（２）と、 − プリセット可能な励磁用交流電流により前記のスペ
    ースコイル（４，５，６）又は前記の基準コイル（２）
    を励磁する電流発生器（１１）と、 − 前記の基準コイル（２）又は前記のスペースコイル
    （４，５，６）における誘起電圧に基づいて、前記の基
    準素子（１）と関連する座標系におけるスペースコイル
    （４，５，６）の中心（７）の距離座標ｘm , ｙm 及び
    ｚm を計算する演算回路を有する誘起電圧用処理回路
    （１５）と、 − 前記の誘起電圧の振幅に応じて前記の励磁用交流電
    流を制御する帰還回路（１３）とを具えていることを特
    徴とするセンサ素子の空間位置決定装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のセンサ素子の空間位置
    決定装置において、前記のスペースコイル（４，５，
    ６）の巻回軸線が互いに直角な方向に延在していること
    を特徴とするセンサ素子の空間位置決定装置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のセンサ素子の空
    間位置決定装置において、前記の誘起電圧が、前記の電
    流発生器（１１）に結合された周波数感応性及び位相感
    応性の双方又はいずれか一方の増幅器（１０）を経て前
    記の処理回路（１５）に供給されるようになっているこ
    とを特徴とするセンサ素子の空間位置決定装置。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか一項に記載のセ
    ンサ素子の空間位置決定装置において、前記の電流発生
    器（１１）がマルチプレクサ（１２）を経て、励磁コイ
    ルとして作用するスペーコイル（４，５，６）に接続さ
    れ、前記の励磁コイルを同じ周波数の電流により時間的
    に順次に励磁しうるようになっていることを特徴とする
    センサ素子の空間位置決定装置。
  5. 【請求項５】 請求項１〜３のいずれか一項に記載のセ
    ンサ素子の空間位置決定装置において、前記の励磁コイ
    ルが前記の電流発生器（１１）からの互いに異なる周波
    数の励磁電流により同時に駆動しうるようになっている
    ことを特徴とするセンサ素子の空間位置決定装置。
  6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか一項に記載のセ
    ンサ素子の空間位置決定装置において、前記の基準素子
    （１）内に少なくとも５つの基準コイル（２）が配置さ
    れ、前記の処理回路（１５）は前記のセンサ素子（３）
    の角度位置も計算しうるようにプログラミングされてい
    ることを特徴とするセンサ素子の空間位置決定装置。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載のセンサ素子の空間位置
    決定装置において、前記の処理回路（１５）は、最初に
    座標ｘm ，ｙm 及びｚm が計算され、次に前記のスペー
    スコイル（４，５，６）の中心（７）を通って延在する
    互いに直角な平面内で２つの角度座標が計算されるよう
    にプログラミングされていることを特徴とするセンサ素
    子の空間位置決定装置。
JP7045370A 1994-03-09 1995-03-06 センサ素子の空間位置決定装置 Pending JPH07260410A (ja)

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DE4407785A DE4407785A1 (de) 1994-03-09 1994-03-09 Anordnung zur Bestimmung der räumlichen Position eines gegenüber einem Bezugselement verschiebbaren Abtastelements
DE4407785:8 1994-03-09

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EP (1) EP0672887A1 (ja)
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