JPH09318306A - ３次元デジタイザ - Google Patents
３次元デジタイザInfo
- Publication number
- JPH09318306A JPH09318306A JP13486296A JP13486296A JPH09318306A JP H09318306 A JPH09318306 A JP H09318306A JP 13486296 A JP13486296 A JP 13486296A JP 13486296 A JP13486296 A JP 13486296A JP H09318306 A JPH09318306 A JP H09318306A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- magnetic field
- transmitter
- cable
- probe
- Prior art date
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- Pending
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 プローブ側にケーブルが不要で、金属物でも
物によっては高精度に測距し得る３次元デジタイザ提供
する。 【解決手段】 プローブ１４に直流磁界を発生する永久
磁石を設け、このプローブ１４の先端を台１１上に載置
された被測定物１６に接触させ、永久磁石１３より発す
る直流磁界を、台１１に配列された磁気センサ１２-1、
１２-2、…、１２ -9で検知し、これらの検知信号をケー
ブル１７で電子回路部１５に送り、電子回路部１５で距
離演算を行う。
物によっては高精度に測距し得る３次元デジタイザ提供
する。 【解決手段】 プローブ１４に直流磁界を発生する永久
磁石を設け、このプローブ１４の先端を台１１上に載置
された被測定物１６に接触させ、永久磁石１３より発す
る直流磁界を、台１１に配列された磁気センサ１２-1、
１２-2、…、１２ -9で検知し、これらの検知信号をケー
ブル１７で電子回路部１５に送り、電子回路部１５で距
離演算を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、数＋ｃｍ立方の
範囲で、複雑な構造物の高精度（数ｍｍ以下）の測距が
可能な３次元デジタイザに関する。
範囲で、複雑な構造物の高精度（数ｍｍ以下）の測距が
可能な３次元デジタイザに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、発掘された土器やつぼの正確な
測距を行うのに、３次元デジタイザとして、交流磁界の
発信器と受信器をセットにしたものがある。この種の３
次元デジタイザは、図３に示すように、台１上に設けら
れた発信器２より交流磁界を発信し、プローブ４内に収
められたアンテナ状の３軸の受信器３で受信し、受信し
た信号をケーブル７で回路部５に送り、回路部５で磁界
信号から演算して測定点の３次元の座標を示すものがあ
る。また、この３次元デジタイザは、台１の発信器２と
回路部５がケーブル８で接続されている。その位置精度
は５０ｃｍ立方で、０．１〜１ｍｍ程度である。発信磁
界が交流ということもあり、受信器の感度がそれほど高
感度を必要とせず、構造的には簡単で比較的ノイズに強
い。
測距を行うのに、３次元デジタイザとして、交流磁界の
発信器と受信器をセットにしたものがある。この種の３
次元デジタイザは、図３に示すように、台１上に設けら
れた発信器２より交流磁界を発信し、プローブ４内に収
められたアンテナ状の３軸の受信器３で受信し、受信し
た信号をケーブル７で回路部５に送り、回路部５で磁界
信号から演算して測定点の３次元の座標を示すものがあ
る。また、この３次元デジタイザは、台１の発信器２と
回路部５がケーブル８で接続されている。その位置精度
は５０ｃｍ立方で、０．１〜１ｍｍ程度である。発信磁
界が交流ということもあり、受信器の感度がそれほど高
感度を必要とせず、構造的には簡単で比較的ノイズに強
い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の３次元
デジタイザは、上記の長所がある反面、これを手術ナビ
ゲーションシステムに応用しようとした場合、受信器に
メスを取付けるが、受信器側のケーブルが手術の邪魔に
なるし、交流磁界のため金属性の物（金属箔、メッキを
含む）に対しては、過電流磁界が発生し、精度に大きな
影響を与え、測定できないという問題がある。
デジタイザは、上記の長所がある反面、これを手術ナビ
ゲーションシステムに応用しようとした場合、受信器に
メスを取付けるが、受信器側のケーブルが手術の邪魔に
なるし、交流磁界のため金属性の物（金属箔、メッキを
含む）に対しては、過電流磁界が発生し、精度に大きな
影響を与え、測定できないという問題がある。
【０００４】この発明は上記問題点に着目してなされた
ものであって、プローブ側にケーブルが不要で、かつ磁
性体以外であれば金属性の物でも高精度に測定し得る３
次元デジタイザを提供することを目的としている。
ものであって、プローブ側にケーブルが不要で、かつ磁
性体以外であれば金属性の物でも高精度に測定し得る３
次元デジタイザを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明の３次元デジタ
イザは、直流磁界を発する発信器を有するプローブと、
この発信器からの直流磁界を受ける受信器としての複数
個の磁力センサと、これら磁気センサからの信号を受け
て距離演算を行う電子回路部とを特徴的に備えている。
イザは、直流磁界を発する発信器を有するプローブと、
この発信器からの直流磁界を受ける受信器としての複数
個の磁力センサと、これら磁気センサからの信号を受け
て距離演算を行う電子回路部とを特徴的に備えている。
【０００６】この３次元デジタイザは、発信器から直流
磁界が発せられ、被測定物の形による距離に応じた磁界
が磁気センサで検出され、電子回路部で、それぞれ距離
演算がなされる。プローブ側の発信器は永久磁石、電磁
石（電池駆動）などの直流磁界を発信するものであり、
ケーブルが不要であるから、手術ナビゲーションシステ
ムに適用しても、医師はケーブル等の邪魔がないので、
不都合なく執刀できる。また、発信される磁界は直流磁
界であるため、磁性体を除く金属性の物質の測定が可能
となる。
磁界が発せられ、被測定物の形による距離に応じた磁界
が磁気センサで検出され、電子回路部で、それぞれ距離
演算がなされる。プローブ側の発信器は永久磁石、電磁
石（電池駆動）などの直流磁界を発信するものであり、
ケーブルが不要であるから、手術ナビゲーションシステ
ムに適用しても、医師はケーブル等の邪魔がないので、
不都合なく執刀できる。また、発信される磁界は直流磁
界であるため、磁性体を除く金属性の物質の測定が可能
となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態により、この発
明をさらに詳細に説明する。図１は、この発明の一実施
形態３次元デジタイザの概略構成を示す斜視図である。
この３次元デジタイザは、被測定物１６を載置する台１
１と、発信器としての永久磁石１３を備えるプローブ１
４と、電子回路１５とから構成されている。
明をさらに詳細に説明する。図１は、この発明の一実施
形態３次元デジタイザの概略構成を示す斜視図である。
この３次元デジタイザは、被測定物１６を載置する台１
１と、発信器としての永久磁石１３を備えるプローブ１
４と、電子回路１５とから構成されている。
【０００８】台１１内には、行列状に９個の受信器とし
ての磁気センサ１２-1、１２-2、…、１２-9が配設され
ている。これら磁気センサ１２-1、１２-2、…、１２-9
は、ケーブル１７により、電子回路１５に接続されてい
る。電子回路部１５には、受信信号を増幅するアンプ
や、演算回路が内蔵されている。図２は、実施形態３次
元デジタイザの回路ブロック図である。台１１内には、
９個の磁気センサ１２-1、１２-2、…、１２-9が配置さ
れ、これら磁気センサ１２-1、１２-2、…、１２-9は、
ケーブル１７により個別的に、電子回路部１５のアンプ
１８-1、１８-2、…、１８-9に接続されている。検出信
号は、これらアンプ１８-1、１８-2、…、１８-9で増幅
され、Ａ／Ｄ変換器１９でディジタル信号に変換され
て、演算回路２０に取り込まれるようになっている。
ての磁気センサ１２-1、１２-2、…、１２-9が配設され
ている。これら磁気センサ１２-1、１２-2、…、１２-9
は、ケーブル１７により、電子回路１５に接続されてい
る。電子回路部１５には、受信信号を増幅するアンプ
や、演算回路が内蔵されている。図２は、実施形態３次
元デジタイザの回路ブロック図である。台１１内には、
９個の磁気センサ１２-1、１２-2、…、１２-9が配置さ
れ、これら磁気センサ１２-1、１２-2、…、１２-9は、
ケーブル１７により個別的に、電子回路部１５のアンプ
１８-1、１８-2、…、１８-9に接続されている。検出信
号は、これらアンプ１８-1、１８-2、…、１８-9で増幅
され、Ａ／Ｄ変換器１９でディジタル信号に変換され
て、演算回路２０に取り込まれるようになっている。
【０００９】発振器としての永久磁石１３は、磁力が強
力な程、精度は高くなるが、磁石自体のマスを大きくす
ることは、それ自体精度を悪くするので、そのかね合い
が難しい。しかし、最近のレアース（希土類）磁石など
の磁力の強さを考えると、φ１〜３ｍｍ程度で、５０ｃ
ｍ離れた地点で１ｍＧを与える磁石は十分に実現可能で
ある。
力な程、精度は高くなるが、磁石自体のマスを大きくす
ることは、それ自体精度を悪くするので、そのかね合い
が難しい。しかし、最近のレアース（希土類）磁石など
の磁力の強さを考えると、φ１〜３ｍｍ程度で、５０ｃ
ｍ離れた地点で１ｍＧを与える磁石は十分に実現可能で
ある。
【００１０】受信器としての磁気センサ１２-1、１
２-2、…、１２-9は、高感度小型の磁力計を用いる。そ
して、ノイズの関係を考慮すると、正確な値を求めるた
めにはアベレージングを行うことが望ましい。感度は
０．５ｎＴ（１ｒ＝０．０１ｍＧ）程度で十分である。
例えば、５０ｃｍで１００ｎＴの磁界信号は、距離の３
乗に比例して減衰していくので、５０．１ｃｍでは９
９．４ｎＴ、４９．９ｃｍで１００．６ｎＴである。し
たがって、０．５ｎＴの感度が得られれば、±１ｍｍの
精度が得られることになる。
２-2、…、１２-9は、高感度小型の磁力計を用いる。そ
して、ノイズの関係を考慮すると、正確な値を求めるた
めにはアベレージングを行うことが望ましい。感度は
０．５ｎＴ（１ｒ＝０．０１ｍＧ）程度で十分である。
例えば、５０ｃｍで１００ｎＴの磁界信号は、距離の３
乗に比例して減衰していくので、５０．１ｃｍでは９
９．４ｎＴ、４９．９ｃｍで１００．６ｎＴである。し
たがって、０．５ｎＴの感度が得られれば、±１ｍｍの
精度が得られることになる。
【００１１】また、プローブ１４を傾けた際も、その磁
化（モーメント）をＭとすれば、３成分分力は、 Ｍ2 ＝Ｍｘ2 ＋Ｍｙ2 ＋Ｍｚ2 である。 これに加え、ある１点の受信器（磁気センサ）の出力磁
界は、 Ｈｘ＝１／ｒ5 〔（3x2−r2）・Mx＋3xy ・My＋3xz・M
z〕 Ｈｙ＝１／ｒ5 〔3xy・Mx＋(3y2−r2）My＋3yz・Mz〕 Ｈｚ＝１／ｒ5 〔３xz・Mx＋3yz・Mz＋(3z2−r2）Mz〕 で与えられる。基本的には、３軸磁力計が２個あれば解
け、距離ｒを求めることができる。さらにもっと磁力計
の数を増加して、最小２乗法などを採用し、誤差成分を
小さくすることにより、さらに精度を上げることができ
る。各受信器について同様の演算により、距離を算出で
きる。
化（モーメント）をＭとすれば、３成分分力は、 Ｍ2 ＝Ｍｘ2 ＋Ｍｙ2 ＋Ｍｚ2 である。 これに加え、ある１点の受信器（磁気センサ）の出力磁
界は、 Ｈｘ＝１／ｒ5 〔（3x2−r2）・Mx＋3xy ・My＋3xz・M
z〕 Ｈｙ＝１／ｒ5 〔3xy・Mx＋(3y2−r2）My＋3yz・Mz〕 Ｈｚ＝１／ｒ5 〔３xz・Mx＋3yz・Mz＋(3z2−r2）Mz〕 で与えられる。基本的には、３軸磁力計が２個あれば解
け、距離ｒを求めることができる。さらにもっと磁力計
の数を増加して、最小２乗法などを採用し、誤差成分を
小さくすることにより、さらに精度を上げることができ
る。各受信器について同様の演算により、距離を算出で
きる。
【００１２】なお、永久磁石１３に代えて、電磁石を用
いてもよい。この場合、プローブ１４内に小型電池を収
納し、電池駆動を行う。また、上記実施形態は、花びん
等の複雑な構造物の測距を行う場合を例にあげたが、こ
の発明の３次元デジタイザは、手術の際、ＭＲ画像と組
合せて行う手術用ナビゲーションシステム等にも適用で
きる。
いてもよい。この場合、プローブ１４内に小型電池を収
納し、電池駆動を行う。また、上記実施形態は、花びん
等の複雑な構造物の測距を行う場合を例にあげたが、こ
の発明の３次元デジタイザは、手術の際、ＭＲ画像と組
合せて行う手術用ナビゲーションシステム等にも適用で
きる。
【００１３】また、電子回路部のケース体は、台とは別
体ではなく、一体構造としてもよい。
体ではなく、一体構造としてもよい。
【００１４】
【発明の効果】この発明によれば、プローブ側が磁石で
あり、ケーブルを必要としないため、手術等でも医師は
邪魔になるケーブルがないため、不都合なく執刀でき
る。また、直流磁界であるため、磁性体以外の金属性の
物質の測定も可能である、という効果がある。
あり、ケーブルを必要としないため、手術等でも医師は
邪魔になるケーブルがないため、不都合なく執刀でき
る。また、直流磁界であるため、磁性体以外の金属性の
物質の測定も可能である、という効果がある。
【００１５】さらに、プローブのケーブルという制約を
なくすことにより、等価的に測定エリアを拡大すれば、
広域な運動監視システムとして応用できる。例えば、ス
ポーツ・運動時の体の動きのモニタに利用すれば、被測
定者に電線などの制約を与えることなしに、その動きを
監視できる。
なくすことにより、等価的に測定エリアを拡大すれば、
広域な運動監視システムとして応用できる。例えば、ス
ポーツ・運動時の体の動きのモニタに利用すれば、被測
定者に電線などの制約を与えることなしに、その動きを
監視できる。
【図１】この発明の一実施形態３次元デジタイザを示す
概略図である。
概略図である。
【図２】同実施形態３次元デジタイザの回路構成を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図３】従来の３次元デジタイザを示す概略図である。
１１ 台 １２-1、１２-2、…、１２-9 磁気センサ、 １３ 永久磁石 １４ プローブ １５ 電子回路部 １６ 被測定物 １７ ケーブル
Claims (1)
- 【請求項１】直流磁界を発する発信器を有するプローブ
と、この発信器からの直流磁界を受ける受信器としての
複数個の磁力センサと、これら磁力センサからの信号を
受けて距離演算を行う電子回路部とを備えたことを特徴
する３次元デジタイザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13486296A JPH09318306A (ja) | 1996-05-29 | 1996-05-29 | ３次元デジタイザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13486296A JPH09318306A (ja) | 1996-05-29 | 1996-05-29 | ３次元デジタイザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09318306A true JPH09318306A (ja) | 1997-12-12 |
Family
ID=15138217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13486296A Pending JPH09318306A (ja) | 1996-05-29 | 1996-05-29 | ３次元デジタイザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09318306A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008528986A (ja) * | 2005-02-01 | 2008-07-31 | エヌシーティーエンジニアリング ゲーエムベーハー | 位置センサおよび洗濯機 |
| WO2018061423A1 (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 手術対象部位モニターシステム及び手術対象部位モニター方法 |
| JP2021079527A (ja) * | 2019-11-19 | 2021-05-27 | 財團法人資訊工業策進會 | ロボットアームの位置決め精度の測定システムおよび方法 |
-
1996
- 1996-05-29 JP JP13486296A patent/JPH09318306A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008528986A (ja) * | 2005-02-01 | 2008-07-31 | エヌシーティーエンジニアリング ゲーエムベーハー | 位置センサおよび洗濯機 |
| WO2018061423A1 (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 手術対象部位モニターシステム及び手術対象部位モニター方法 |
| JP2021079527A (ja) * | 2019-11-19 | 2021-05-27 | 財團法人資訊工業策進會 | ロボットアームの位置決め精度の測定システムおよび方法 |
| CN112894879A (zh) * | 2019-11-19 | 2021-06-04 | 财团法人资讯工业策进会 | 机械手臂的定位精度量测系统与方法 |
| US11433551B2 (en) | 2019-11-19 | 2022-09-06 | Institute For Information Industry | Measurement system and method for positioning accuracy of a robotic arm |
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