CN102421349B - 位置检测系统以及位置检测方法 - Google Patents
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Abstract
在构成对被导入到被检体内的被检体内导入装置的位置进行检测的位置检测系统时,通过设置以下部分来即使在被检体内导入装置的位置、朝向等发生变更的情况下也能够正确地进行位置检测,所设置的部分为:驱动磁场形成部,其在收容被导入被检体内导入装置的被检体的检测空间内形成驱动磁场,该被检体内导入装置通过驱动磁场感应而产生谐振磁场;磁传感器,其对形成在检测空间内的磁场进行检测;位置检测部,其根据由磁传感器检测出的磁场来检测被检体内导入装置的位置和朝向;引导部,其将被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个引导为作为目标的位置和朝向中的至少一个;预测部,其使用由位置检测部检测出的位置和朝向来预测被检体内导入装置在某一时刻的位置和朝向;以及控制部,其根据由预测部预测出的某一时刻的位置和朝向来控制驱动磁场形成部和位置检测部。
Description
技术领域
本发明涉及一种位置检测系统以及位置检测方法,特别是涉及一种使用磁场对被导入到被检体内的胶囊型被检体内导入装置的位置进行检测的位置检测系统以及位置检测方法。
背景技术
近年来,开发出一种被导入到人、动物等被检体内而获取被检体内的图像等各种信息或者对被检体内实施某些处置的胶囊内窥镜等被检体内导入装置(例如参照以下示出的专利文献1~4)。例如具备摄像元件的被检体内导入装置经过口腔被导入到被检体内而拍摄被检体内,将拍摄得到的图像(以下,称为被检体内图像)以无线方式发送到配置在被检体外的外部装置。操作员通过目视来确认由外部装置接收到的被检体内图像,由此能够诊断被检体的症状等。
在使用如上所述的被检体内导入装置的系统中,以被检体内的拍摄或者处置部位的确定、被检体内导入装置的位置引导等为目的,期望正确地掌握被检体内导入装置的位置、朝向等。因此,在专利文献1中公开了如下位置检测系统:将由线圈(L)和电容器(C)构成的谐振电路(以下,将该谐振电路称为LC谐振电路)设置在被检体内导入装置内,利用设置在外部装置中的检测线圈对该LC谐振电路通过从外部提供的交变磁场(以下,将该交变磁场称为驱动磁场)而产生的谐振磁场进行检测,由此检测被检体内导入装置的位置、朝向。
专利文献1:日本特开2007-175317号公报
专利文献2:日本特开2005-245963号公报
专利文献3:日本特开2008-132047号公报
专利文献4:日本特开2005-198789号公报
发明内容
发明要解决的问题
在此,通常,使用以从不同的方向夹持收容被导入被检体内导入装置的被检体的检测空间的方式配置的多对驱动线圈中的任一对来形成驱动磁场。另外,被检体内导入装置内的LC谐振电路所产生的谐振磁场的强度依赖于输入到该LC谐振电路的驱动磁场的朝向。因此,为了进行稳定且正确的位置检测,需要与被检体内导入装置(特别是LC谐振电路)的朝向相应地选择并驱动产生适当朝向的驱动磁场的驱动线圈。
在以往技术中,关于驱动线圈的选择,根据紧挨在之前检测出的被检体内导入装置的位置、朝向来进行选择。然而,在被检体内导入装置进行移动或者姿势变更的情况下,根据紧挨在之前检测出的被检体内导入装置的位置、朝向来选择的驱动线圈不一定对在下一个检测定时之前移动后的被检体内导入装置产生适当的驱动磁场。因此,在以往的位置检测系统中,存在不一定使用适当的驱动线圈进行正确的位置检测这种问题。
因此,本发明是鉴于上述问题而完成的,其目的在于提供一种即使在被检体内导入装置的位置、朝向等发生变更的情况下也能够进行正确的位置检测的位置检测系统以及位置检测方法。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的,本发明的位置检测系统的特征在于,具备:被检体内导入装置,其被特定频率的驱动磁场感应而产生谐振磁场;驱动磁场形成部,其在收容被导入上述被检体内导入装置的被检体的检测空间内形成上述特定频率的驱动磁场;磁传感器,其对形成在上述检测空间内的磁场进行检测;位置检测部,其根据由上述磁传感器检测出的磁场来检测上述被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个;引导部,其将上述被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个引导为作为目标的位置和朝向中的至少一个;预测部,其使用由上述位置检测部检测出的上述位置和朝向中的至少一个以及在上述引导部将上述被检体内导入装置引导到作为上述目标的位置和朝向中的至少一个时的引导信息,预测上述被检体内导入装置在某一时刻的位置和朝向中的至少一个;以及控制部,其根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述驱动磁场形成部和上述位置检测部。
上述本发明的位置检测系统的特征在于,上述引导信息是作为上述目标的位置和朝向中的至少一个的信息、为了将上述被检体内导入装置引导到作为上述目标的位置和朝向中的至少一个而使该被检体内导入装置产生的速度或者角速度的信息、或者为了将上述被检体内导入装置引导到作为上述目标的位置和朝向中的至少一个而使该被检体内导入装置产生的加速度或者角加速度的信息。
上述本发明的位置检测系统的特征在于,上述驱动磁场形成部包括:多个驱动线圈,该多个驱动线圈产生上述驱动磁场;驱动信号生成部,其生成上述特定频率的驱动信号;以及切换部,其将要被输入由上述驱动信号生成部生成的上述驱动信号的驱动线圈切换为上述多个驱动线圈中的某一个,其中,上述控制部根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述切换部,由此将要被输入上述驱动信号的驱动线圈切换为上述多个驱动线圈中的某一个。
上述本发明的位置检测系统的特征在于,上述驱动磁场形成部包括:驱动线圈,其产生上述驱动磁场;以及驱动信号生成部,其生成输入到上述驱动线圈的上述特定频率的驱动信号,其中,上述控制部根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述驱动信号生成部生成的上述驱动信号。
上述本发明的位置检测系统的特征在于,上述位置检测部将包含在上述磁场中的上述谐振磁场的磁场分布设为真值,在假设上述被检体内导入装置处于由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个的情况下通过使用将该被检体内导入装置所形成的谐振磁场的磁场分布设为估计值的初始值的最小二乘法的收敛计算来检测上述位置和朝向中的至少一个。
上述本发明的位置检测系统的特征在于,上述位置检测部包括干扰校正部,该干扰校正部从上述磁场中去除配置在上述检测空间附近的线圈通过上述谐振磁场感应而产生的干扰磁场的成分,由此校正上述磁场,上述干扰校正部根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个,从上述磁场中去除包含在上述磁场中的除上述谐振磁场以外的磁场成分。
上述本发明的位置检测系统的特征在于,配置在上述检测空间附近的线圈是产生上述驱动磁场的驱动线圈。
上述本发明的位置检测系统的特征在于,上述被检体内导入装置包括磁体,该磁体被固定在该被检体内导入装置的壳体上,上述引导部包括向导线圈,该向导线圈产生作用于上述磁体的向导磁场,配置在上述检测空间附近的线圈是上述向导线圈。
上述本发明的位置检测系统的特征在于,具备:多个上述磁传感器;选择部,其从多个上述磁传感器中至少选择一个作为上述磁场的读出对象的磁传感器;以及选择控制部,其根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述选择部。
本发明的其它位置检测系统的特征在于,具备:被检体内导入装置,其通过特定频率的驱动磁场感应而产生谐振磁场;驱动磁场形成部,其在收容被导入上述被检体内导入装置的被检体的检测空间内形成上述特定频率的驱动磁场;磁传感器,其对形成在上述检测空间内的磁场进行检测;位置检测部,其根据由上述磁传感器检测出的磁场来检测上述被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个;预测部,其根据由上述位置检测部检测出的不同时刻的上述位置和朝向中的至少一个,预测上述被检体内导入装置在某一时刻的位置和朝向中的至少一个;以及控制部,其根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述驱动磁场形成部和上述位置检测部。
上述本发明的其它位置检测系统的特征在于,上述驱动磁场形成部包括:多个驱动线圈,其产生上述驱动磁场;驱动信号生成部,其生成上述特定频率的驱动信号;以及切换部,其将要被输入由该驱动信号生成部生成的上述驱动信号的驱动线圈切换为上述多个驱动线圈中的某一个,其中,上述控制部根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述切换部,由此将要被输入上述驱动信号的驱动线圈切换为上述多个驱动线圈中的某一个。
上述本发明的其它位置检测系统的特征在于,上述驱动磁场形成部包括:驱动线圈,其产生上述驱动磁场;以及驱动信号生成部,其生成输入到上述驱动线圈的上述特定频率的驱动信号,其中,上述控制部根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述驱动信号生成部生成的上述驱动信号。
上述本发明的其它位置检测系统的特征在于,上述位置检测部通过进行使用最小二乘法的如下的收敛计算来检测上述位置和朝向中的至少一个:将包含在上述磁场中的上述谐振磁场的磁场分布设为真值,在假设上述被检体内导入装置处于由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个的情况下该被检体内导入装置所形成的谐振磁场的磁场分布设为估计值的初始值。
上述本发明的其它位置检测系统的特征在于,上述位置检测部包括干扰校正部,该干扰校正部从上述磁场中去除配置在上述检测空间附近的线圈通过上述谐振磁场感应而产生的干扰磁场的成分,由此校正上述磁场,上述干扰校正部根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个,从上述磁场中去除包含在上述磁场中的除上述谐振磁场以外的磁场成分。
上述本发明的其它位置检测系统的特征在于,配置在上述检测空间附近的线圈是产生上述驱动磁场的驱动线圈。
上述本发明的其它位置检测系统的特征在于,具备:多个上述磁传感器;选择部,其从多个上述磁传感器中选择至少一个作为上述磁场的读出对象的磁传感器;以及选择控制部,其根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述选择部。
另外,本发明的位置检测方法利用具备引导部的位置检测系统来检测被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个,其中,上述引导部将通过特定频率的驱动磁场感应而产生谐振磁场的上述被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个引导为作为目标的位置和朝向中的至少一个,该位置检测方法的特征在于,包括以下步骤:驱动磁场形成步骤,在收容被导入上述被检体内导入装置的被检体的检测空间内形成上述特定频率的驱动磁场;谐振磁场产生步骤,利用上述特定频率的驱动磁场从上述被检体内导入装置产生上述谐振磁场;磁场检测步骤,对形成在上述检测空间内的磁场进行检测;位置检测步骤,根据通过上述磁场检测步骤检测出的磁场来导出上述被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个;预测步骤,使用通过上述位置检测步骤导出的上述位置和朝向中的至少一个以及在上述引导部将上述被检体内导入装置引导到作为上述目标的位置和朝向中的至少一个时的引导信息,预测上述被检体内导入装置在某一时刻的位置和朝向中的至少一个;以及控制步骤,根据通过上述预测步骤预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述驱动磁场。
上述本发明的位置检测方法的特征在于,上述驱动磁场形成步骤包括以下步骤:驱动信号生成步骤,生成要输入到产生上述驱动磁场的多个驱动线圈的上述特定频率的驱动信号;驱动线圈选择步骤,从上述多个驱动线圈的任一个中选择要被输入通过该驱动信号生成步骤生成的上述驱动信号的驱动线圈;以及驱动信号输入步骤,将上述驱动信号输入到上述驱动线圈,其中,在上述控制步骤中,根据通过上述预测步骤预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制通过上述驱动线圈选择步骤选择出的驱动线圈。
本发明的其它位置检测方法利用位置检测系统来检测被特定频率的驱动磁场感应而产生谐振磁场的被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个,该位置检测方法的特征在于,包括以下步骤:驱动磁场形成步骤,在收容被导入上述被检体内导入装置的被检体的检测空间内形成上述特定频率的驱动磁场;谐振磁场产生步骤,通过上述特定频率的驱动磁场从上述被检体内导入装置产生上述谐振磁场;磁场检测步骤,对形成在上述检测空间内的磁场进行检测;位置检测步骤,根据通过上述磁场检测步骤检测出的磁场来检测上述被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个;预测步骤,根据通过上述位置检测步骤检测出的不同时刻的上述位置和朝向中的至少一个来预测上述被检体内导入装置在某一时刻的位置和朝向中的至少一个;以及控制步骤,根据通过上述预测步骤预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述驱动磁场。
上述本发明的其它位置检测方法的特征在于,上述驱动磁场形成步骤包括以下步骤:驱动信号生成步骤,生成要输入到产生上述驱动磁场的多个驱动线圈的上述特定频率的驱动信号;驱动线圈选择步骤,从上述多个驱动线圈的任一个中选择要被输入通过该驱动信号生成步骤生成的上述驱动信号的驱动线圈;以及驱动信号输入步骤,将上述驱动信号输入到上述驱动线圈,其中,在上述控制步骤中,根据通过上述预测步骤预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制通过上述驱动线圈选择步骤选择的驱动线圈。
发明的效果
根据本发明,控制部根据使用由位置检测部检测出的位置和朝向中的至少一个来预测出的某一时刻的被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个,来控制驱动磁场形成部使其产生使被检体内导入装置产生谐振磁场的驱动磁场,因此即使在被检体内导入装置的位置、朝向等发生变更的情况下也能够根据预测出的位置来产生适当的驱动磁场,其结果,能够实现能够进行正确的位置检测的位置检测系统以及位置检测方法。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的位置检测磁性引导系统的概要结构的示意图。
图2是表示本发明的实施方式1或者2的LC标记器的概要结构例的框图。
图3是表示本发明的实施方式1或者2的LC标记器的概要结构例的外观图。
图4是表示本发明的实施方式1或者2中的驱动磁场、合成磁场与谐振磁场之间的关系的图。
图5是用于说明根据紧挨在之前导出的位置检测结果在检测空间内形成驱动磁场的情况的图。
图6是用于说明根据预测位置和朝向在检测空间内形成驱动磁场的情况的图。
图7是表示本发明的实施方式1或者2的位置检测处理的概要的流程图。
图8是表示本发明的实施方式2的位置检测系统的概要结构的示意图。
具体实施方式
下面,根据附图详细说明用于实施本发明的方式。此外,在以下说明中,各图仅是以能够理解本发明的内容的程度概要地表示形状、大小以及位置关系,因而,本发明并不局限于在各图中例示的形状、大小以及位置关系。另外,在各图中,为了使结构清楚,省略了截面中的阴影的一部分。并且,在后面的说明中例示的数值只不过是本发明的优选例子,因而,本发明并不限定于所例示的数值。
<实施方式1>
下面,根据附图来详细说明本发明的实施方式1的位置检测磁性引导系统1的结构和动作。
(位置检测结构)
图1是表示本实施方式的位置检测系统1的概要结构的示意图。如图1所示,位置检测系统1具备:检测空间K,其收容被导入作为被检体内导入装置的LC标记器(LCマ一カ)10的被检体;以及外部装置200,其对LC标记器10在检测空间K内的位置和朝向(还称为姿势或者方向)进行检测。
·LC标记器
如图1所示,LC标记器10具有产生位置检测用谐振磁场的谐振磁场产生部11(参照图1)。谐振磁场产生部11包括由并联连接的电容器(C)和电感器(L)构成的LC谐振电路,通过特定频率的位置检测用磁场、例如频率与谐振频率F0大致相同的位置检测用磁场(以下,称为驱动磁场)来激励LC谐振电路,由此产生频率与驱动磁场的频率相同的谐振磁场。此外,谐振频率F0是由并联连接的电容器(C)和电感器(L)决定的LC谐振电路的谐振频率。
另外,LC标记器10例如也可以具有作为胶囊型医疗装置的功能。在这种情况下,如图2所示,LC标记器10例如包括:LC谐振电路111;LC标记器控制部13,其控制LC标记器10内的各部;存储器部12,其存储由LC标记器控制部13执行的各种程序、被检体内信息获取部14所获取到的被检体内信息等;被检体内信息获取部14,其获取被检体内的各种信息;将被检体内信息获取部14所获取到的被检体内信息作为无线信号发送到LC标记器10外部的无线发送部15和发送用天线15a;接收从外部装置200作为无线信号发送过来的各种操作指示等的无线接收部16和接收用天线16a;以及内部电源17,其将电力提供给LC标记器10内的各部。此外,图2是表示本实施方式的LC标记器10的概要结构例的框图。
在上述结构中,被检体内信息获取部14具有:摄像部142,其例如获取作为被检体内信息的被检体内图像;照明部141,其在通过摄像部142拍摄被检体内时照明被检体内部;以及信号处理部143,其对由摄像部142获取到的被检体内图像执行规定的信号处理。
例如图3所示,摄像部142具有:摄像元件142a,其将所入射的光转换为电信号来形成图像;物镜142c,其配置在摄像元件142a的受光面侧;以及未图示的摄像元件驱动电路,其驱动摄像元件142a。此外,图3是表示本实施方式的LC标记器10的概要结构例的外观图。
如图3所示,在摄像元件142a中例如能够使用CCD(ChargeCoupled Device:电荷耦合器件)摄像机、CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor:互补金属氧化物半导体)摄像机等。摄像元件驱动电路在来自LC标记器控制部13的控制下驱动摄像元件142a来获取模拟信号的被检体内图像。另外,摄像元件驱动电路将从摄像元件142a读出的模拟信号的被检体内图像输出到信号处理部143。
另外,如图3所示,照明部141具有多个光源141A以及驱动各光源141A的未图示的光源驱动电路。在各光源141A中例如能够使用LED(Light Emitting Diode:发光二极管)等。光源驱动电路在来自LC标记器控制部13的控制下与摄像部142的驱动相配合地驱动光源141A,由此照明被检体内部。
LC标记器10具备永磁体M。永磁体M被固定于LC标记器10的壳体18。因而,以根据移动目标的位置、朝向来引导LC标记器10本身的位置、朝向为目的而形成于检测空间K内的磁场(以下,称为向导磁场)作用于LC标记器10的永磁体M,由此能够从外部对LC标记器10的位置、朝向进行控制。
此外,上述各部(11、12、13、14、15、15a、16、16a、17以及M)例如收纳在胶囊型壳体18内。例如图3所示,壳体18由容器18a和盖子18b构成,该容器18a其一端呈半球状的圆顶形状,另一端形成开口,呈大致圆筒形状或者半椭圆球状的形状,该盖子18b具有半球形状,通过与容器18a的开口嵌合来密封壳体18内部。该壳体18例如具有被检体可吞服的程度的大小。另外,在本实施方式中,至少盖子18b由透明材料形成。上述光源141A被安装在搭载上述光源驱动电路(未图示)的电路基板141B上。同样地,摄像元件142a和物镜142c被安装在搭载摄像元件驱动电路(未图示)的电路基板(未图示)上。安装光源141A的电路基板141B以及安装摄像元件142a的电路基板被配置在壳体18内的透明的盖子18b侧。此时,各电路基板上的元件搭载面朝向盖子18b侧。因而,如图3所示,摄像元件142a和光源141A的摄像/照明方向通过透明的盖子18b朝向LC标记器10外侧。
·检测空间
返回到图1来进行说明。在检测空间K内配置以下部分:在检测空间K内分别形成不同方向的大致均匀的驱动磁场的驱动线圈D_x、D_y以及D_z(以下,将任意的驱动线圈的附图标记设为D);在检测空间K内分别形成不同方向的向导磁场的向导线圈G_x、G_y以及G_z(以下,将任意的向导线圈的附图标记设为G);以及对LC标记器10的LC谐振电路111所产生的谐振磁场进行检测的多个检测线圈S_1、S_2、…(以下,将任意的检测线圈的附图标记设为S)。
各驱动线圈D_x、D_y以及D_z分别与隔着检测空间K相对置的未图示的驱动线圈成对,分别在检测空间K内形成大致均匀的驱动磁场。例如,驱动线圈D_x以及与该驱动线圈D_x成对的驱动线圈在检测空间K内形成x轴方向的大致均匀的磁力线的驱动磁场。同样地,驱动线圈D_y以及与该驱动线圈D_y成对的驱动线圈在检测空间K内形成y轴方向的大致均匀的磁力线的驱动磁场,驱动线圈D_z以及与该驱动线圈D_z成对的驱动线圈在检测空间K内形成z轴方向的大致均匀的磁力线的驱动磁场。但是,并不限定于此,还可以设置形成不与x轴、y轴以及z轴平行的磁力线的驱动磁场的驱动线圈。另外,下面,为了简化说明,仅关注图示的驱动线圈D。
如上所述,通过设置能够形成不同方向的驱动磁场的多个驱动线圈D,能够根据LC标记器10的位置、朝向来选择形成最佳的驱动磁场的驱动线圈D并进行驱动。其结果,LC标记器10的LC谐振电路111(特别是电感器(L))在检测空间K内朝向任意方向,都能够使LC谐振电路111产生强度稳定的谐振磁场,由此,能够改善LC标记器10的位置检测精度。
另外,各向导线圈G_x、G_y以及G_z分别与隔着检测空间K相对置的未图示的向导线圈成对,分别在检测空间K内形成向导磁场,该向导磁场用于根据LC标记器10(特别是永磁体M)的位置、朝向将LC标记器10引导到作为目标的位置、朝向。此外,下面,为了简化说明,仅关注图示的向导线圈G。
另外,各检测线圈S是例如由能够对y轴方向的磁场强度和方向进行检测的线圈构成的磁传感器。但是,并不限定于此,例如还可以使用由磁敏电阻元件、磁阻抗元件(MI元件)等构成的磁传感器来构成各检测线圈S。另外,各检测线圈S还能够由对x轴、y轴以及z轴中至少2轴方向的磁场强度进行检测的2轴/3轴磁传感器等构成。
此外,检测线圈S例如被安装在配置于检测空间K内或者其附近的未图示的电路基板上。该电路基板被配置在不容易受到驱动线圈D和向导线圈G中的至少一方所产生的磁场的影响且容易输入LC谐振电路111所产生的谐振磁场的位置上。由此,不需要的磁场的影响减小,因此能够导出LC标记器10的精确位置和朝向。例如,电路基板被固定于载置被导入LC标记器10的被检体的载置台(未图示)的下侧(参照图1)、或检测空间K上方的顶部。
·外部装置
另外,外部装置200具备:驱动线圈驱动部220,其输出使用于驱动线圈D的驱动的信号(以下,称为驱动信号);向导线圈驱动部230,其输出使用于向导线圈G的驱动的信号(以下,称为向导信号);位置检测部210,其根据从检测线圈S读出的电压变化(以下,将该电压变化称为检测信号)导出LC标记器10的位置和朝向的信息(以下,简单称为位置和朝向);控制部201,其控制外部装置200内的各部;存储器部202,其存储由控制部201控制各部时执行的各种程序和参数等;操作输入部203,其用于由操作员输入对于LC标记器10的各种操作指示、作为LC标记器10的引导目标的位置、朝向;显示部204,其以图像(包括影像)、声音的方式显示由位置检测部210导出的LC标记器10的位置、朝向以及从LC标记器10获取到的被检体内信息;无线接收部205,其接收从LC标记器10作为无线信号发送过来的被检体内信息等;以及无线发送部206,其将摄像指示等各种操作指示作为无线信号发送到LC标记器10。
并且,外部装置200具备作为预测部的位置和方向预测部215,该位置和方向预测部215根据由位置检测部210导出的LC标记器10的位置和朝向以及向导线圈驱动部230使用向导线圈G来引导LC标记器10的引导信息(相当于后述的向导信息),来预测LC标记器10在某一时刻(还称为定时(timing))的位置和朝向。
控制部201例如由CPU、MPU等构成,按照从存储器部202读出的程序和参数来控制外部装置200内的各部。另外,存储器部202例如由RAM、ROM等构成,保存控制部201控制各部时执行的程序和参数。在该存储器部202中适当地保存有从LC标记器10接收到的被检体内信息以及位置检测部210所导出的LC标记器10的位置、朝向等信息。
另外,在存储器部202中适当地保存有后述的驱动信息、校正量、校准信息以及向导信息。在存储器部202中例如与位置和朝向对应地管理驱动信息。在存储器部202中例如与位置和朝向对应地管理校正量。在存储器部202中例如与驱动信息对应地管理校准信息。在存储器部202中例如与位置和朝向对应地管理向导信息。
并且,在存储器部202中,也可以与后述的谐振磁场的信息对应地管理LC标记器10的位置和朝向。由此,能够根据通过后述的校准处理提取的谐振磁场的信息来容易且迅速地导出LC标记器10的位置和朝向。但是,本发明并不限定于此,还可以构成为根据提取出的谐振磁场的信息逐次导出LC标记器10的位置和朝向。
操作输入部203例如由键盘、鼠标、数字键(ten key)以及操纵杆等构成,构成为用于操作员输入摄像指示(包括其它被检体内信息获取指示)等对于LC标记器10的各种操作指示、作为LC标记器10的引导目标的位置、朝向以及对显示在显示部204中的画面进行切换的画面切换指示等的结构。此外,显示在显示部204中的画面的切换功能在LC标记10具备多个摄像部142的情况下有效。
显示部204例如由液晶显示器、等离子体显示器、LED阵列等显示装置构成,显示LC标记器10的位置和朝向等信息、从LC标记器10发送过来的被检体内图像等被检体内信息。另外,在显示部204中也可以搭载使用了扬声器等的声音再现功能。显示部204使用该声音再现功能将关于各种操作向导、LC标记器10的电池余量等的信息(包括警告等)以声音方式通知给操作员。
无线接收部205与接近检测空间K而配置的由偶极天线(dipole antenna)等构成的未图示的接收用天线相连接。该接收用天线例如被配置在检测空间K附近。无线接收部205通过接收用天线接收从LC标记器10作为无线信号发送的被检体内图像等,在对接收到的信号执行滤波、下变频、解调以及解码等各种处理之后将其输出到控制部201。
无线发送部206与接近检测空间K而配置的由偶极天线等构成的未图示的发送用天线相连接。该发送用天线例如被配置在检测空间K附近。无线发送部206在对从控制部201输入的对于LC标记器10的各种操作指示等信号执行向发送用基准频率信号的叠加、调制、上变频等各种处理之后,将其作为电波信号从发送用天线发送给LC标记器10。
另外,图1中的驱动线圈驱动部220与驱动线圈D作为在检测空间K内形成位置检测用驱动磁场的驱动磁场形成部而发挥功能。其中,驱动线圈驱动部220例如包括:生成驱动信号的驱动信号生成部221;以及将驱动信号的输入目的地驱动线圈D切换为任一驱动线圈D的作为切换部的驱动线圈切换部222。
驱动信号生成部221例如按照从控制部201输入的控制信号,算出频率与LC标记器10中的LC谐振电路111的谐振频率F0大致相同的信号波形,使用该信号波形来生成频率与谐振频率F0大致相同的驱动信号。另外,驱动信号生成部221在对所生成的驱动信号进行电流放大之后,将放大后的驱动信号输出到驱动线圈切换部222。
驱动线圈切换部222在来自控制部201的控制下将驱动信号的输入目的地切换为多个驱动线圈D中形成任一对的驱动线圈D。通过对这样选择的驱动线圈D输入从驱动信号生成部221输出的驱动信号,在检测空间K内形成使LC谐振电路111激励的最佳的驱动磁场。
此外,控制部201根据由后述的位置和方向预测部215预测出的LC标记器10的位置和朝向(以下,称为预测位置和朝向)对驱动线圈切换部222进行驱动控制。换言之,控制部201根据预测位置和朝向来切换用于对驱动线圈切换部222进行驱动控制的信息(相当于后述的驱动信息),按照该驱动信息对驱动线圈驱动部220进行驱动控制。由此,选择能够形成LC标记器10处于预测位置和朝向的情况下最佳的驱动磁场的驱动线圈D,对该驱动线圈D输入驱动信号,因此在检测空间K内能够形成最佳的驱动磁场。此外,驱动信息是在产生驱动磁场时驱动的驱动线圈D的识别信息、输入到该驱动线圈D的驱动信号的振幅值和相位等信息。
另外,图1中的检测线圈S和位置检测部210使用与由驱动线圈D和驱动线圈驱动部220构成的驱动磁场形成部所形成的驱动磁场相应地LC标记器10所产生的谐振磁场,来导出LC标记器10的位置、朝向。其中,位置检测部210例如包括信号检测部211、对用于读出磁场的磁传感器进行选择的作为选择部的检测线圈选择部212、干扰校正部213以及位置信息运算部214。
检测线圈选择部212例如在来自控制部201的控制下从多个检测线圈S中选择由信号检测部211作为检测信号的读出对象的检测线圈S。控制部201还具有对检测线圈选择部212进行控制的作为选择控制部的功能。此外,控制部201例如控制检测线圈选择部212使得从二维排列的多个检测线圈S中作为读出对象的一个以上的检测线圈S读出检测信号。
信号检测部211定期或者不定期地读出检测线圈S中产生的电压变化来作为检测信号,对读出的检测信号适当地执行放大、频带限制、A/D转换以及高速傅立叶变换(FFT)等处理,由此生成表示输入到选择中的检测线圈S的磁场的信息的数据(以下,将该数据称为FFT数据或者检测值)。此外,从各检测线圈S读出的检测信号是以电压的变化来表示配置有各检测线圈S的位置处的磁场强度、相位等磁场信息的信号。另外,FFT数据是将包含在从检测线圈S读出的检测信号中的磁场信息变换为由强度和相位的成分构成的信息而得到的数据。这样生成的FFT数据例如通过检测线圈选择部212被输入到干扰校正部213。
干扰校正部213从通过检测线圈选择部212输入的FFT数据中去除包含在该FFT数据中的除谐振磁场以外的磁场成分、即干扰磁场等不需要的磁场成分(还称为信息)。
在此,在包含在FFT数据中的不需要的磁场中包含被配置在检测空间K附近的线圈(驱动线圈D、向导线圈G等)被来自LC谐振电路111的谐振磁场干扰而产生的、相对于谐振磁场大致具有180°的相位差的磁场(干扰磁场)。因此,在本实施方式中,使用与紧挨在之前从位置信息运算部214输入到控制部201的预测位置和朝向相应的校正量,来从FFT数据中去除不需要的磁场成分。下面,将该处理称为校正处理。
上述的校正量能够通过如下方式获取:例如设置对分别流过驱动线圈D和向导线圈G的电流进行检测的电流检测部,根据由该电流检测部检测出的电流值对各驱动线圈D和向导线圈G分别产生的干扰磁场的信息(该信息也是FFT数据)进行仿真、或通过实测来预先求出上述校正量。另外,获取到的校正量与位置、朝向对应地被登记到LUT(lookup table,查找表)等,例如保存到存储器部202。
另外,在位置检测时的校正处理中,控制部201使用紧挨在之前从位置信息运算部214输入的位置和朝向(即,前一次的位置和朝向)来参照存储器部202内的LUT,由此获取与前一次从位置信息运算部214输入的位置和朝向对应的校正量,将该校正量输入到干扰校正部213。干扰校正部213使用通过检测线圈选择部212输入的FFT数据以及从控制部201输入的校正量来执行校正处理,由此从FFT数据中去除干扰磁场的成分。
但是,并不限定于此,还可以具有以下结构:预先将与位置、朝向相应的校正用参数登记在LUT中,适当地使用校正用参数根据FFT数据导出位置和朝向,该校正用参数是使用预测位置和朝向来参照LUT而获取到的。
如上所述校正后的FFT数据被输入到位置信息运算部214。位置信息运算部214对所输入的校正后的FFT数据执行规定的运算处理,由此根据校正后的FFT数据导出LC标记器10的位置和朝向。下面,将该处理称为位置导出处理。
但是,在校正后的FFT数据中除了包含LC谐振电路111所产生的谐振磁场以外还包含驱动磁场。在此,如图4所示,LC标记器10所产生的谐振磁场(以下,将在表示强度和相位的平面空间内展开的谐振磁场的向量称为F_reso)相对于驱动磁场(以下,将在表示强度和相位的平面空间内展开的驱动磁场的向量称为F_driv)具有90°的相位差。因而,为了从包含在校正后的FFT数据中的磁场(以下,将该磁场称为合成磁场,将在表示强度和相位的平面空间内展开的合成磁场的向量称为F_dtct)去除驱动磁场F_driv来取出谐振磁场F_reso,需要从合成磁场F_dtct提取相对于驱动磁场F_driv具有90°相位差的向量成分。此外,图4是表示本实施方式中的驱动磁场、合成磁场与谐振磁场之间的关系的图。
因此,在本实施方式中,在检测空间K内没有导入LC标记器10(即LC谐振电路111)的状态下对驱动线圈D进行驱动来在检测空间K内形成驱动磁场,预先导出在该状态下实际通过检测线圈S、配置在检测空间K内的未图示的磁传感器检测出的驱动磁场F_driv的相位成分(以下,将该相位成分称为校准信息)。另外,将导出的校准信息例如与驱动信息对应地保存到LUT(lookup table)等中。在位置检测时的处理(相当于后述的位置检测处理)中,控制部201将对驱动线圈驱动部220进行驱动时的驱动信息输入到位置信息运算部214,位置信息运算部214使用从控制部201输入的驱动信息来参照LUT,从而获取要从合成磁场F_dtct去除的驱动磁场F_driv的相位,根据该相位从校正后的FFT数据提取谐振磁场F_reso。下面,将从校正后的FFT数据、即合成磁场F_dtct去除驱动磁场F_driv的处理称为校准处理。之后,控制部201驱动位置信息运算部214来执行位置导出处理,由此根据提取出的谐振磁场F_reso导出LC标记器10的位置。
经过上述那样的校正处理、校准处理以及位置导出处理来导出的位置和朝向分别被输入到后述的向导线圈驱动部230、位置和方向预测部215以及控制部201。
另外,图1中的向导线圈驱动部230和向导线圈G在检测空间K内形成用于将LC标记器10引导到作为目标的位置和朝向(以下,简单称为目标位置和朝向)的向导磁场,作为将LC标记器10引导到作为目标的位置和朝向的引导部而发挥功能。
向导线圈驱动部230例如根据在位置信息运算部214中导出的LC标记器10的位置和朝向以及从控制部201输入的目标位置和朝向,来获取用于将LC标记器10引导到目标位置和朝向的信息(以下,将该信息称为向导信息),根据该向导信息生成一个以上与谐振频率F0不同频率的信号波形,使用该信号波形适当地生成要输入到一个以上的向导线圈G的向导信号。另外,向导线圈驱动部230将所生成的向导信号适当地进行电流放大之后,将放大后的向导信号输出到对应的向导线圈G。由此,用于将LC标记器10引导到目标位置和朝向的向导磁场形成于检测空间K内。并且,向导线圈驱动部230将所获取到的向导信息输入到位置和方向预测部215。
此外,关于LC标记器10的作为目标的位置和朝向,例如操作员使用操作输入部203输入到外部装置200。另外,操作员还能够使用操作输入部203将被检体内信息的获取指示等输入到LC标记器10。
另外,在向导信息中能够使用作为目标的位置和朝向(目标位置和朝向)、作为目标的LC标记器10的速度和角速度(目标速度和角速度)、作为目标的LC标记器10的加速度和角加速度(目标加速度和角加速度)等各种信息。下面,举例说明使用目标位置和朝向的情况、使用目标速度和角速度的情况以及使用目标加速度和角加速度的情况这三个事例。
并且,将向导信息例如与所输入的LC标记器10的位置和朝向以及目标位置和朝向对应地预先登记在LUT等。但是,并不限定于此,例如还可以利用向量来表示根据所输入的LC标记器10的位置和朝向以及目标位置和朝向求出的、对LC标记器10要求的移动量和姿势的变化量,并将其与向导信息对应地预先登记在LUT等中。
位置和方向预测部215使用从位置信息运算部214输入的LC标记器10的位置和朝向以及从向导线圈驱动部230输入的向导信息,来预测时间轴上的一个以上的定时的LC标记器10的位置和朝向。下面,将该处理称为位置和方向预测处理。在此,时间轴上的一个以上的定时是指相对于现在的过去、现在或者未来的时刻。即,位置和方向预测部215能够使用所输入的LC标记器10的位置和朝向以及向导信息,来预测任意的定时的LC标记器10的位置和朝向。此外,在本实施方式中,由位置和方向预测部215预测LC标记器10的位置和朝向的期间例如是根据向导信息来引导LC标记器10的期间,但是本发明并不限定于此,还能够构成为以下结构:例如根据过去的位置和朝向以及向导信息,通过计算、仿真或者经验来预测任意的定时的LC标记器10的位置和朝向。
例如在使用目标位置和朝向作为向导信息的情况下,由位置信息运算部214导出的最新的位置检测结果(最新的位置和朝向(X0,Y0,Z0,θ0,φ0))与进行位置检测的时刻(将该时刻称为位置检测时刻T0)一起被输入到位置和方向预测部215。另外,在位置和方向预测部215中,通过控制部201还被输入从操作员输入的目标位置和朝向(将其称为目标位置和朝向(X,Y,Z,θ,φ))。位置和方向预测部215根据最新的位置和朝向(X0,Y0,Z0,θ0,φ0)、位置检测时刻T0以及目标位置和朝向(X,Y,Z,θ,φ),导出LC标记器10到达目标位置和朝向(X,Y,Z,θ,φ)的时刻(将该时刻称为到达时刻T)。能够根据从最新的位置和朝向(X0,Y0,Z0,θ0,φ0)至目标位置和朝向(X,Y,Z,θ,φ)的距离、角度以及导出最新的位置和朝向(X0,Y0,Z0,θ0,φ0)的位置检测时刻T0,通过经验或者仿真等导出该到达时刻T。
另外,位置和方向预测部215使用最新的位置和朝向(X0,Y0,Z0,θ0,φ0)和位置检测时刻T0以及目标位置和朝向(X,Y,Z,θ,φ)和到达时刻T,来导出位置检测时刻T0与到达时刻T之间的某一时刻(以下,将该某一时刻称为预测时刻T1)的LC标记器10的位置和朝向(以下,将其称为预测位置和朝向(X1,Y1,Z1,θ1,φ1))。具体地说,能够使用以下式1~式5来导出预测时刻T1的LC标记器10的预测位置和朝向(X1,Y1,Z1,θ1,φ1)。此外,设预测时刻T1相当于将位置检测时刻T0设为计时开始时刻时的经过时间。
[式1]
最新的位置和朝向:(X0,Y0,Z0,θ0,φ0)
目标位置和朝向:(X,Y,Z,θ,φ)
预测位置和朝向:(X1,Y1,Z1,θ1,φ1)
另外,例如在使用目标速度和角速度作为向导信息的情况下,位置和方向预测部215除了被输入最新的位置和朝向(X0,Y0,Z0,θ0,φ0)和位置检测时刻T0以外,还被输入向导线圈驱动部230中根据最新的位置和朝向(X0,Y0,Z0,θ0,φ0)和目标位置和朝向(X,Y,Z,θ,φ)来导出的作为目标的LC标记器10的速度和角速度(目标速度和角速度(VX,V Y,VZ,ωθ,ωφ))。位置和方向预测部215根据最新的位置和朝向(X0,Y0,Z0,θ0,φ0)和目标速度和角速度(VX,VY,VZ,ωθ,ωφ),来导出预测时刻T1的LC标记器10的预测位置和朝向(X1,Y1,Z1,θ1,φ1)。具体地说,能够使用以下式6~式10来导出预测时刻T1的LC标记器10的预测位置和朝向(X1,Y1,Z1,θ1,φ1)。此外,还可以由操作员从操作输入部203直接输入目标速度和角速度(VX,VY,VZ,ωθ,ωφ)。
[式2]
最新的位置和朝向:(X0,Y0,Z0,θ0,φ0)
目标速度和角速度:(VX,VY,VZ,ωθ,ωφ)
预测位置和朝向:(X1,Y1,Z1,θ1,φ1)
另外,例如在使用目标加速度和角加速度作为向导信息的情况下,位置和方向预测部215除了被输入最新的位置和朝向(X0,Y0,Z0,θ0,φ0)和位置检测时刻T0以外,还被输入向导线圈驱动部230中根据最新的位置和朝向(X0,Y0,Z0,θ0,φ0)和目标位置和朝向(X,Y,Z,θ,φ)来导出的作为目标的LC标记器10的加速度和角加速度(目标加速度和角加速度(AX,AY,AZ,Aθ,Aφ))。位置和方向预测部215根据最新的位置和朝向(X0,Y0,Z0,θ0,φ0)和目标加速度和角加速度(AX,AY,AZ,Aθ,Aφ),来导出预测时刻T1的LC标记器10的预测位置和朝向(X1,Y1,Z1,θ1,φ1)。具体地说,能够使用以下式11~式15来导出预测时刻T1的LC标记器10的预测位置和朝向(X1,Y1,Z1,θ1,φ1)。此外,还可以由操作员从操作输入部203直接输入目标加速度和角加速度(AX,AY,AZ,Aθ,Aφ)。
[式3]
最新的位置和朝向:(X0,Y0,Z0,θ0,φ0)
目标加速度和角加速度(AX,AY,AZ,Aθ,Aφ)
预测位置和朝向:(X1,Y1,Z1,θ1,φ1)
上述那样导出的预测位置和朝向被输入到控制部201。控制部201根据所输入的预测位置和朝向对驱动线圈驱动部220进行驱动控制,由此在检测空间K内形成对于LC标记器10的预测位置和朝向最佳的驱动磁场。在此,使用图5以及图6来详细说明根据预测位置和朝向在检测空间K内形成驱动磁场的情况以及根据紧挨在之前导出的位置检测结果(即,前一个定时的位置和朝向)在检测空间K内形成驱动磁场的情况。此外,图5是用于说明根据紧挨在之前导出的位置检测结果(即,前一个定时的位置和朝向)在检测空间K内形成驱动磁场的情况的图。另外,图6是用于说明根据预测位置和朝向在检测空间K内形成驱动磁场的情况的图。
首先,在根据紧挨在之前导出的位置检测结果在检测空间K内形成驱动磁场的情况下,如图5的(a)所示,在定时t100,通过紧挨在之前的位置检测处理得到的位置和朝向(即,最新的位置和朝向)为P0,LC标记器10的实际位置和朝向为RP1,此时,设根据最新的位置和朝向P0选择的产生最佳的驱动磁场的驱动线圈D以及根据LC标记器10的实际位置和朝向RP1应选择的产生最佳的驱动磁场的驱动线圈D都是驱动线圈D1。在这种情况下,对于LC标记器10的实际位置和朝向RP1最佳的驱动线圈D与实际选择的驱动线圈D相同。因此,在该定时t100通过位置检测处理导出的位置和朝向P100成为与实际的LC标记器10的位置和朝向RP1大致相同的位置和朝向(P100≒RP1)。
另外,如图5的(b)所示,在下一个定时t200,如果从定时t100至定时t200的期间LC标记器10的移动方向以及姿势变更没有大幅变化,则基本上与定时t100同样地,根据最新的位置和朝向P100选择的最佳的驱动线圈D以及根据LC标记器10的实际位置和朝向RP2应选择的最佳的驱动线圈D都是驱动线圈D1。因此,对于LC标记器10的实际位置和朝向RP2最佳的驱动线圈D和实际选择的驱动线圈D相同,其结果,导出的位置和朝向P200成为与实际的LC标记器10的位置和朝向RP2大致相同的位置和朝向(P200≒RP2)。
然而,如图5的(c)所示,在下一个定时t300,由于从定时t200至定时t300的期间LC标记器10的移动方向以及姿势变更有大幅变化,导致根据最新的位置和朝向P200选择的最佳的驱动线圈(驱动线圈D1)与根据LC标记器10的实际位置和朝向RP3应选择的最佳的驱动线圈(驱动线圈D2)不同。因此,存在如下情况:在定时t300通过位置检测处理导出的位置和朝向P300与实际的LC标记器10的位置和朝向RP3大不相同(P300≠RP3)。
另一方面,如本实施方式那样,在根据预测位置和朝向在检测空间K内形成驱动磁场的情况下,如图6的(a)所示,在定时t1,通过紧挨在之前的位置检测处理得到的最新的位置和朝向为P0,根据最新的位置和朝向P0预测的LC标记器10的预测位置和朝向为PP0,LC标记器10的实际位置和朝向为RP1,此时,设根据从最新的位置和朝向P0按照向导信息预测出的预测位置和朝向PP0来选择的产生最佳的驱动磁场的驱动线圈D以及根据LC标记器10的实际位置和朝向RP1应选择的产生最佳的驱动磁场的驱动线圈D都是驱动线圈D1。在这种情况下,对于LC标记器10的实际位置和朝向RP1最佳的驱动线圈D与实际选择的驱动线圈D相同。因此,在该定时t1通过位置检测处理导出的位置和朝向P1成为与实际的LC标记器10的位置和朝向RP1大致相同的位置和朝向(P1≒RP1)。
另外,如图6的(b)所示,在下一个定时t2,如果从定时t1至定时t2的期间LC标记器10的移动方向以及姿势变更没有大幅变化,则基本上与定时t1同样地,根据从最新的位置和朝向P1按照向导信息预测出的LC标记器10的预测位置和朝向PP1选择的最佳的驱动线圈D以及根据LC标记器10的实际位置和朝向RP2应选择的最佳的驱动线圈D都是驱动线圈D1。因此,对于LC标记器10的实际位置和朝向RP2最佳的驱动线圈D和实际选择的驱动线圈D相同,其结果,导出的位置和朝向P2成为与实际的LC标记器10的位置和朝向RP2大致相同的位置和朝向(P2≒RP2)。
并且,如图6的(c)所示,在下一个定时t3,从定时t2至定时t3的期间LC标记器10的移动方向以及姿势变更有大幅变化,但是由于使用位置和方向预测部215来预测定时t3的LC标记器10的位置和朝向,因此能够使根据从最新的位置和朝向P2按照向导信息预测出的LC标记器10的预测位置和朝向PP2来选择的最佳的驱动线圈D以及根据LC标记器10的实际位置和朝向RP3应选择的最佳的驱动线圈D都为驱动线圈D2。由此,对于LC标记器10的实际位置和朝向RP3最佳的驱动线圈D和实际选择的驱动线圈D相同,其结果,导出的位置和朝向P3成为与实际的LC标记器10的位置和朝向RP3大致相同的位置和朝向(P3≒RP3)。
这样,在本实施方式中,使用位置和方向预测部215来预测一个以上定时的LC标记器10的位置和朝向使得跟踪使用向导磁场引导的LC标记器10的移动以及姿势变更,由控制部201根据预测出的该位置和朝向来选择在检测空间K内形成最佳的驱动磁场的驱动线圈D并进行驱动,由此能够使LC标记器10稳定地产生良好的谐振磁场。其结果,能够提高位置检测系统1的位置检测精度。
(动作)
接着,使用附图详细说明本实施方式的位置检测系统1所执行的位置检测处理。图7是表示本实施方式的位置检测处理的概要的流程图。此外,下面,关注对外部装置200内的各部进行驱动控制的控制部201的动作来进行说明。
如图7所示,在本实施方式的位置检测处理中,首先,控制部201根据初始设定对驱动线圈驱动部220进行驱动,由此在检测空间K内形成驱动磁场(步骤S101:驱动磁场产生步骤)。在形成驱动磁场时,依次进行如下步骤:驱动信号生成步骤,由驱动信号生成部221生成要输入到驱动线圈D的特定频率的驱动信号;驱动线圈选择步骤,由驱动线圈切换部222从多个驱动线圈D中的任一个中选择要输入通过驱动信号生成步骤生成的驱动信号的驱动线圈D;以及驱动信号输入步骤,将驱动信号输入到驱动线圈D。随着形成驱动磁场,从LC标记器10产生谐振磁场(谐振磁场产生步骤)。
接着,控制部201对检测线圈选择部212进行驱动来选择检测线圈S_1、S_2、…,由此使信号检测部211读出所选择的检测线圈S的检测信号(磁场检测步骤),将信号检测部211根据从各检测线圈S读出的检测信号生成的FFT数据输入到干扰校正部213(步骤S102)。在此,信号检测部211例如定期地从各检测线圈S读出检测信号,对该检测信号执行规定的信号处理,由此生成FFT数据。另外,在步骤S102中,控制部201使检测线圈选择部212选择的检测线圈S不需要是所有检测线圈S,也可以仅是一部分检测线圈S。
接着,控制部201通过驱动干扰校正部213,对从信号检测部211输出的FFT数据进行校正(步骤S103:校正处理)。具体地说,控制部201使用紧挨在之前从位置信息运算部214输入的位置和朝向(即前一次的位置和朝向)参照存储器部202,由此获取与位置和朝向相应的校正量,使用该校正量来校正FFT数据。由此,去除包含在FFT数据中的干扰磁场。此外,校正后的FFT数据被输入到位置信息运算部214。
接着,控制部201通过对位置信息运算部214进行驱动,根据校正后的FFT数据导出LC标记器10的位置和朝向(步骤S104(位置检测步骤):校准处理以及位置导出处理)。具体地说,通过上述校准处理来去除包含在FFT数据中的驱动磁场的成分,从而提取谐振磁场的成分,接着,使用通过位置导出处理提取出的谐振磁场的成分来导出LC标记器10的位置和朝向。此外,导出的位置和朝向被输入到向导线圈驱动部230和位置和方向预测部215。本实施方式的向导线圈驱动部230根据从位置信息运算部214输入的最新的位置和朝向以及从控制部201输入的目标位置和朝向在检测空间K内形成向导磁场,由此将LC标记器10向目标位置和朝向进行引导。
另外,接着,控制部201通过对位置和方向预测部215进行驱动,来预测例如下一次执行步骤S102的定时的LC标记器10的位置和朝向(步骤S105(预测步骤):位置和朝向预测处理)。此外,从向导线圈驱动部230适当或者定期地向位置和朝向预测部215输入向导信息。因而,位置和方向预测部215根据通过步骤S104的结果从位置信息运算部214输入的最新的位置和朝向以及适当或者定期地从向导线圈驱动部230输入的向导信息,来预测下一次执行步骤S102的定时的LC标记器10的位置和朝向。另外,预测位置和朝向被输入到控制部201。
接着,控制部201根据通过步骤S105输入的预测位置和朝向对驱动线圈驱动部220进行驱动,由此在检测空间K内形成LC标记器10处于预测位置和朝向的情况下最佳的驱动磁场(步骤S106:控制步骤)。具体地说,控制部201使用所输入的预测位置和朝向参照存储器部202,来获取与预测位置和朝向对应的驱动信息。接着,按照获取到的驱动信息对驱动线圈切换部222进行驱动,选择能够对处于预测位置和朝向的LC标记器10产生最佳的驱动磁场的驱动线圈D,对该驱动线圈D输入从驱动信号生成部221输出的驱动信号。由此,在检测空间K内形成LC标记器10处于预测位置和朝向的情况下最佳的驱动磁场。
之后,控制部201判断是否从操作员例如通过操作输入部203输入了结束指示(步骤S107),在没有输入的情况下(步骤S107:“否”),返回到步骤S102,之后执行与上述相同的动作。另一方面,在输入了结束指示的情况下(步骤S107:“是”),控制部201结束处理。
通过具有上述结构以及如上述那样进行动作,在本实施方式中,能够使处于实际位置和朝向的LC标记器10产生稳定的强度较强的谐振磁场。其结果,能够提高位置检测结果的精度。例如,形成于检测空间K内的驱动磁场的方向以及强度的空间分布依赖于所使用的驱动线圈D而发生变化。因此,在本实施方式中,以在预测位置和朝向上形成较强的强度以及适当方向的驱动磁场的方式选择驱动线圈D,由此能够对处于接近预测位置和朝向的实际位置和朝向的LC标记器10输入较强的强度以及适当方向的驱动磁场,结果是,产生较强的强度的谐振磁场来能够高精度地进行位置检测。
另外,在使用对于处于紧挨在之前导出的位置和方向的LC标记器10来说适当的驱动线圈D的方法中,有时所使用的驱动线圈D未必是对下一次位置检测时的LC标记器10来说适当的驱动线圈D。与此相对,在本实施方式中,预测出LC标记器10将来的移动以及姿势变化,根据预测出的位置和朝向来选择要使用的驱动线圈D,因此能够始终选择适当的驱动线圈D,结果是,能够稳定地执行高精度的位置检测。
(变形例1)
另外,在本实施方式中,还能够具有以下结构:除了所使用的驱动线圈D以外,输入到该驱动线圈D的驱动信号也根据预测位置和朝向而变更。下面,作为变形例1来说明这种情况。
在本变形例1中,根据位置和方向预测部215所导出的预测位置和朝向对驱动线圈切换部222和驱动信号生成部221这两者进行驱动。换言之,控制部201根据预测位置和朝向来切换用于对驱动线圈切换部222和驱动信号生成部221进行驱动控制的信息(相当于后述的驱动信息),按照该驱动信息对驱动线圈切换部222和驱动信号生成部221进行驱动控制。
具体地说,在图7示出的步骤S105中,控制部201通过使用所输入的预测位置和朝向参照存储器部202,获取与预测位置和朝向对应的驱动信息。接着,按照获取到的驱动信息对驱动线圈切换部222进行驱动,从而选择能够对处于预测位置和朝向的LC标记器10产生最佳的驱动磁场的驱动线圈D,并且按照同样地获取到的驱动信息对驱动信号生成部221进行驱动,由此生成用于产生最佳的驱动磁场的驱动信号,使用驱动线圈切换部222将该驱动信号输入到所选择的驱动线圈D。由此,在检测空间K内形成LC标记器10处于预测位置和朝向的情况下最佳的驱动磁场。
通过具有上述结构以及如上述那样进行动作,在本变形例1中,对能够形成LC标记器10处于预测位置和朝向的情况下最佳的驱动磁场的驱动线圈D输入用于同样地产生最佳的驱动磁场的驱动信号,因此能够更稳定地执行更高精度的位置检测。即,能够根据预测位置和朝向来准确地形成较强的强度以及适当方向的驱动磁场,因此能够对处于接近预测位置和朝向的实际位置和朝向的LC标记器10输入更强强度以及适合方向的驱动磁场,结果是,产生强度更强的谐振磁场来能够进行更高精度的位置检测。
(变形例2)
另外,在本实施方式中,如上所述,由检测线圈选择部212选择的检测线圈S并不需要是所有检测线圈S,还可以仅是一部分检测线圈S。下面,作为变形例2来说明这种情况下的一例。
在此,由检测线圈S检测出的谐振磁场的分布根据作为谐振磁场的产生源的LC标记器10的位置和朝向而发生变化。因此,对于进行高精度的位置检测来说有效的检测线圈S依赖于LC标记器10的位置和朝向而发生变化。即,被输入较强的强度的谐振磁场的检测线圈S、不饱和(saturation)而能够检测谐振磁场的检测线圈S依赖于LC标记器10的位置和朝向而发生变化。
因此,在本变形例2中,控制部201根据从位置和方向预测部215输入的预测位置和朝向来选择一个以上作为读出对象的检测线圈S,据此驱动检测线圈选择部212。由此,能够仅将根据从对于进行高精度的位置检测来说有效的一个以上的检测线圈S读出的检测信号生成的FFT数据设为干扰校正部213以及此后的各部的处理对象,因此能够高效率地执行正确的位置检测。
此外,例如能够预先通过仿真或者实测来获取位置及朝向与作为读出对象的检测线圈S之间的对应信息。另外,例如在存储器部202中管理获取到的对应信息。在读出时的动作(例如参照图7的步骤S102)中,控制部201使用预测位置和朝向从存储器部202获取作为读出对象的检测线圈S的识别信息,按照该识别信息来驱动检测线圈选择部212,由此仅将根据从对进行高精度的位置检测来说有效的一个以上的检测线圈S读出的检测信号生成的FFT数据输入到干扰校正部213。
(变形例3)
另外,在使用校正处理、校准处理以及位置导出处理来导出位置和朝向时,例如能够应用使用了最小二乘法的收敛计算。下面,作为变形例3来说明这种情况。
在变形例3的收敛计算中,位置信息运算部214将包含在从检测线圈读出的检测信号中的谐振磁场的磁场分布(即,校准处理后的FFT数据所表示的谐振磁场的磁场分布)设为真值,将在假设LC标记器10(或者与该LC标记器10等效的磁矩)处于由位置和方向预测部215预测出的预测位置和朝向的情况下LC标记器10(或者与该LC标记器10等效的磁矩)所形成的谐振磁场的磁场分布设为估计值的初始值。
在此,在如上所述的利用最小二乘法进行的收敛计算中,估计值的初始值越接近真值,则能够以越少的反复次数来使值收敛。其结果,能够缩短处理时间或者减少处理量。
因此,在本变形例3中,在估计值的初始值中使用能够从与LC标记器10的实际位置和朝向接近的预测位置和朝向逆运算得到的谐振磁场的磁场分布。由此,能够使估计值(从预测位置和朝向逆运算得到的磁场分布)与真值(校准处理后的FFT数据所表示的谐振磁场的磁场分布)成为接近的值,因此能够迅速且正确地导出LC标记器10的位置和朝向。
(变形例4)
另外,在本实施方式中,还能够具有以下结构:干扰校正部213使用与由位置和方向预测部215导出的预测位置和朝向对应的校正量来校正FFT数据。下面,作为变形例4说明这种情况。
在本变形例4的位置检测时的校正处理(参照图7的步骤S103)中,控制部201使用由位置和方向预测部215导出的预测位置和朝向参照存储器部202内的LUT,由此获取与预测位置和朝向对应的校正量,将该校正量输入到干扰校正部213。干扰校正部213使用通过检测线圈选择部212输入的FFT数据以及从控制部201输入的校正量来执行校正处理,由此根据预测位置和朝向从FFT数据中去除干扰磁场的成分。
通过具有以上结构以及如上述那样进行动作,在本变形例4中,使用针对与LC标记器10的实际位置和朝向接近的预测位置和朝向的校正量来校正FFT数据,因此能够提高通过位置检测处理得到的位置检测结果的精度。
另外,在如上述变形例3那样使用收敛计算进行位置检测的情况下,作为真值的校正后的FFT数据成为更正确的值,因此能够进一步减小真值与估计值之间的差。由此,能够减少直到收敛为止的反复次数,因此能够更迅速地导出更正确的位置和朝向。
(变形例5)
另外,根据LC标记器10的移动路径,有时频繁地发生通过驱动线圈切换部222进行的驱动线圈D的切换。因此,下面作为变形例5来说明能够抑制发生驱动线圈D的频繁切换的方式。
在本实施方式中,如上所述,位置和方向预测部215能够预测时间轴上的一个以上的定时的LC标记器10的位置和朝向。因此,在本变形例5中,在位置和方向预测部215中预测将来的多个定时的位置和朝向,控制部201根据这些预测出的多个位置和朝向来判断是否会发生驱动线圈D的频繁切换。该判断例如在图7的步骤S107中执行。另外,例如能够根据在各定时判断为最佳的驱动线圈D在时间序列上是否交替切换,来进行该判断。此外,在时间序列上交替切换例如是指如驱动线圈D1→驱动线圈D2→驱动线圈D1这样的切换、如驱动线圈D1→驱动线圈D2→驱动线圈D3这样的切换沿排列在时间轴上的定时而发生的情况。
在此,通过上述判断的结果,在判断为会发生驱动线圈D的频繁切换的情况下,控制部201例如确定预测为在预测范围内使用最多的驱动线圈D,在判断为与该驱动线圈D不同的驱动线圈D为最佳的情况下,选择在前一定时的位置和朝向上判断为最佳的驱动线圈D。例如,在发生如上述例子那样的如驱动线圈D1→驱动线圈D2→驱动线圈D1这样的切换、如驱动线圈D1→驱动线圈D2→驱动线圈D3这样的切换的情况下,如驱动线圈D1→驱动线圈D1→驱动线圈D1这样切换,或者如驱动线圈D1→驱动线圈D3→驱动线圈D3这样切换。
通过如上述那样进行动作,在本变形例5中,能够抑制驱动线圈D的频繁切换,结果是,能够顺利且正确地执行位置检测以及磁性引导。
<实施方式2>
接着,使用附图详细说明本发明的实施方式2的位置检测系统2的结构以及动作。此外,在以下说明中,对与上述实施方式1相同的结构附加相同的附图标记,省略其详细说明。
图8是表示本实施方式的位置检测系统2的概要结构的示意图。将图8与图1进行比较可知,位置检测系统2在与上述实施方式1的位置检测系统1相同的结构中将位置和方向预测部215替换为位置和方向预测部215A。此外,在图8中省略了向导驱动部230和向导线圈G、即对LC标记器10进行引导的结构(引导部),但是本发明并不限定于此。
在本实施方式中,在位置信息运算部214中导出的位置和朝向被输入到位置和方向预测部215A,并且被输入到存储器部202而进行保存。另外,位置和方向预测部215A能够适当地参照存储器部202。
位置和方向预测部215A当从位置信息运算部214被输入最新的位置和朝向时,参照存储器部202来获取前一次的位置和朝向。另外,位置和方向预测部215A根据获取到的最新的位置和朝向以及前一次的位置和朝向,例如使用以下式16~式20来算出LC标记器10的速度和角速度。此外,在以下式16~式20中,将最新的位置和朝向称为“时刻T11的位置和朝向”,将前一次的位置和朝向称为“时刻T10的位置和朝向”,将时刻T11的时刻的LC标记器10的速度和角速度设为“时刻T11的速度和角速度”。
[式4]
时刻T11的位置和朝向:(X11,Y11,Z11,θ11,φ11)
时刻T10的位置和朝向:(X10,Y10,Z10,θ10,φ10)
时刻T11的速度和角速度:(VX11,VY11,VZ11,ωθ11,ωφ11)
另外,如上所述,当求出了时刻T11的LC标记器10的速度和角速度时,接着,与在上述实施方式1中的向导信息为速度和角速度的情况(参照式6~式10)同样地,位置和方向预测部215A使用以下式21~式25导出任意定时(时刻T12)的LC标记器10的位置和朝向。此外,在以下式21~式25中,将任意的时刻T12的LC标记器10的位置和朝向设为“时刻T12的预测位置和朝向”。
[式5]
时刻T12的预测位置和朝向:(X12,Y12,Z12,θ12,φ12)
X12=VX11×(T12-T11)+X11 …(式21)
Y12=VY11×(T12-T11)+Y11 …(式22)
Z12=VZ11×(T12-T11)+Z11 …(式23)
θ12=ωθ11×(T12-T11)+θ11 …(式24)
φ12=ωφ11×(T12-T11)+φ11 …(式25)
这样,在本实施方式中,即使不使用向导信息也能够预测LC标记器10的任意定时的位置和朝向。其结果,在本实施方式中,与上述实施方式1同样地,能够使处于实际位置和朝向的LC标记器10产生稳定的较强的强度的谐振磁场。其结果,能够提高位置检测结果的精度。另外,在本实施方式中,与上述实施方式1同样地,预测LC标记器10的将来的移动以及姿势变化,根据预测出的位置和朝向来选择要使用的驱动线圈D,因此能够始终选择适当的驱动线圈D,结果是,能够稳定地执行高精度的位置检测。
其它结构以及动作与上述实施方式1或者其变形例相同,因此,在此省略详细说明。
此外,在上述实施方式1、2中,例示了关于位置和朝向这两者引导LC标记器10的情况,但是并不限定于此,还可以将位置和朝向中的任一个作为对象来引导LC标记器10。另外,上述实施方式只不过是用于实施本发明的例子,本发明并不限定于此,根据标准等来进行的各种变形属于本发明的范围内,并且从上述记载明显可知,能够在本发明的范围内能够实施其它各种实施方式。
此外,上述实施方式的位置检测方法的特征在于,配置于上述检测空间附近的线圈是产生驱动磁场的驱动线圈。
另外,上述实施方式的位置检测方法的特征在于,上述位置检测系统具备引导部,该引导部将上述被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个引导为作为目标的位置和朝向中的至少一个,上述被检体内导入装置包括磁体,该磁体被固定在该被检体内导入装置的壳体上,上述引导部包括向导线圈,该向导线圈产生作用于上述磁体的向导磁场,配置在上述检测空间附近的线圈是上述向导线圈。
附图标记说明
1、2:位置检测系统;10:LC标记器;11:谐振磁场产生部;200:外部装置;201:控制部;202:存储器部;203:操作输入部;204:显示部;205:无线接收部;206:无线发送部;210:位置检测部;211:信号检测部;212:检测线圈选择部;213:干扰校正部;214:位置信息运算部;215、215A:位置和方向预测部;220:驱动线圈驱动部;221:驱动信号生成部;222:驱动线圈切换部;230:向导线圈驱动部;M:永磁体;K:检测空间;D_x、D_y、D_z:驱动线圈;G_x、G_y、D_z:向导线圈;S_1、S_2、…:检测线圈。
Claims (30)
1.一种位置检测系统,其特征在于,具备:
被检测体,其具有产生磁场的磁场产生部以及磁体;
至少一个磁传感器,其对上述磁场产生部所产生的磁场进行检测;
位置检测部,其根据上述磁传感器的检测值来计算上述被检测体的位置和朝向中的至少一个;
向导磁场产生部,其产生作用于上述磁体的向导磁场;
向导磁场控制部,其根据引导信息,对由上述向导磁场产生部产生的向导磁场进行控制,该引导信息是关于上述被检测体的目标位置和/或目标朝向的信息、目标速度和/或目标角速度的信息、或者目标加速度和/或目标角加速度的信息;
存储器部,其存储上述位置检测部的计算结果;
移动量计算部,其根据上述引导信息以及存储在上述存储器部中的第一时刻的上述位置检测部的计算结果,计算被预测为上述被检测体在该第一时刻与从该第一时刻起规定时间后的第二时刻之间的期间内移动的移动量和/或姿势的变化量,该第一时刻为上述位置检测部算出上述被检测体的位置和朝向中的至少一个的时刻;
预测部,其根据存储在上述存储器部中的上述第一时刻的上述位置检测部的计算结果以及上述移动量计算部的计算结果,预测上述被检测体在上述第二时刻的位置和朝向中的至少一个;以及
控制部,其根据由上述预测部预测出的上述被检测体在上述第二时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述位置检测部,
其中,上述位置检测部包括收敛运算部,该收敛运算部通过进行使用最小二乘法的如下的收敛计算来检测上述被检测体的位置和朝向中的至少一个:将上述磁传感器的检测值中的谐振磁场的磁场分布设为真值,将在假设上述被检测体处于估计位置和朝向中的至少一个时上述被检测体所形成的谐振磁场的磁场分布设为估计值的初始值。
2.根据权利要求1所述的位置检测系统,其特征在于,
具有多个上述磁传感器,
上述位置检测部包括磁传感器选择部,该磁传感器选择部从多个上述磁传感器中至少选择一个作为读出上述检测值的对象的磁传感器,
上述控制部对上述磁传感器选择部进行控制。
3.根据权利要求1或2所述的位置检测系统,其特征在于,
上述磁场产生部具备谐振电路,该谐振电路通过特定频率的驱动磁场感应而产生谐振磁场,
上述位置检测系统还具备形成上述驱动磁场的驱动磁场形成部,
上述控制部对上述驱动磁场形成部进行控制。
4.根据权利要求3所述的位置检测系统,其特征在于,
上述驱动磁场形成部包括:驱动线圈,其产生上述驱动磁场;以及驱动信号生成部,其生成频率与上述特定频率相同的驱动信号并将上述驱动信号输入到上述驱动线圈,
其中,上述控制部控制上述驱动信号生成部生成上述驱动信号。
5.根据权利要求3所述的位置检测系统,其特征在于,
上述驱动磁场形成部包括:多个驱动线圈,该多个驱动线圈产生上述驱动磁场;驱动信号生成部,其生成上述特定频率的驱动信号;以及切换部,其从上述多个驱动线圈中切换要输入由上述驱动信号生成部生成的上述驱动信号的驱动线圈,
其中,上述控制部控制上述切换部切换上述驱动线圈。
6.一种位置检测系统,其特征在于,具备:
被检测体,其具有产生磁场的磁场产生部;
至少一个磁传感器,其对上述磁场产生部所产生的磁场进行检测;
位置检测部,其根据上述磁传感器的检测值来计算上述被检测体的位置和朝向中的至少一个;
存储器部,其存储上述位置检测部的计算结果;
移动量计算部,其根据存储在上述存储器部中的第一时刻的上述位置检测部的计算结果以及不同于该第一时刻的另一时刻的上述位置检测部的计算结果,计算被预测为上述被检测体在该第一时刻与从该第一时刻起规定时间后的第二时刻之间的期间内移动的移动量和/或姿势的变化量,该第一时刻和该另一时刻为上述位置检测部算出上述被检测体的位置和朝向中的至少一个的时刻;
预测部,其根据存储在上述存储器部中的上述第一时刻的上述位置检测部的计算结果以及上述移动量计算部的计算结果,预测上述被检测体在上述第二时刻的位置和朝向中的至少一个;以及
控制部,其根据由上述预测部预测出的上述被检测体在上述第二时刻的位置和朝向中的至少一个,来控制上述位置检测部,
其中,上述位置检测部包括收敛运算部,该收敛运算部通过进行使用最小二乘法的如下的收敛计算来检测上述被检测体的位置和朝向中的至少一个:将上述磁传感器的检测值中的谐振磁场的磁场分布设为真值,将在假设上述被检测体处于估计位置和朝向中的至少一个时上述被检测体所形成的谐振磁场的磁场分布设为估计值的初始值。
7.根据权利要求6所述的位置检测系统,其特征在于,
具有多个上述磁传感器,
上述位置检测部还包括磁传感器选择部,该磁传感器选择部从上述多个磁传感器中至少选择一个作为读出上述检测值的对象的磁传感器,
上述控制部对上述磁传感器选择部进行控制。
8.根据权利要求6或7所述的位置检测系统,其特征在于,
上述磁场产生部具备谐振电路,该谐振电路通过特定频率的驱动磁场感应而产生谐振磁场,
上述位置检测系统还具备形成上述驱动磁场的驱动磁场形成部,
上述控制部对上述驱动磁场形成部进行控制。
9.根据权利要求8所述的位置检测系统,其特征在于,
上述驱动磁场形成部包括:驱动线圈,其产生上述驱动磁场;以及驱动信号生成部,其生成频率与上述特定频率相同的驱动信号并将上述驱动信号输入到上述驱动线圈,
其中,上述控制部控制上述驱动信号生成部生成上述驱动信号。
10.根据权利要求8所述的位置检测系统,其特征在于,
上述驱动磁场形成部包括:多个驱动线圈,该多个驱动线圈产生上述驱动磁场;驱动信号生成部,其生成上述特定频率的驱动信号;以及切换部,其从上述多个驱动线圈中切换要输入由上述驱动信号生成部生成的上述驱动信号的驱动线圈,
其中,上述控制部控制上述切换部切换上述驱动线圈。
11.一种位置检测系统,其特征在于,具备:
被检测体,其具有产生磁场的磁场产生部;
至少一个磁传感器,其对上述磁场产生部所产生的磁场进行检测;
位置检测部,其根据上述磁传感器的检测值来计算上述被检测体的位置和朝向中的至少一个;
存储器部,其存储上述位置检测部的计算结果;
移动量计算部,其根据存储在上述存储器部中的第一时刻的上述位置检测部的计算结果以及不同于该第一时刻的另一时刻的上述位置检测部的计算结果,计算被预测为上述被检测体在该第一时刻与从该第一时刻起规定时间后的第二时刻之间的期间内移动的移动量和/或姿势的变化量,该第一时刻和该另一时刻为上述位置检测部算出上述被检测体的位置和朝向中的至少一个的时刻;
预测部,其根据存储在上述存储器部中的上述第一时刻的上述位置检测部的计算结果以及上述移动量计算部的计算结果,预测上述被检测体在上述第二时刻的位置和朝向中的至少一个;以及
控制部,其根据由上述预测部预测出的上述被检测体在上述第二时刻的位置和朝向中的至少一个,来控制上述位置检测部,
其中,上述位置检测部包括干扰校正部,该干扰校正部从上述检测值中去除配置在上述磁场产生部附近的线圈通过上述磁场感应而产生的干扰磁场的成分,由此校正该检测值,
上述控制部变更要由上述干扰校正部去除的干扰磁场的成分。
12.根据权利要求11所述的位置检测系统,其特征在于,
上述磁场产生部具备谐振电路,该谐振电路通过特定频率的驱动磁场感应而产生谐振磁场,
上述位置检测系统还具备形成上述驱动磁场的驱动磁场形成部,
上述控制部对上述驱动磁场形成部进行控制。
13.根据权利要求12所述的位置检测系统,其特征在于,
上述驱动磁场形成部包括:驱动线圈,其产生上述驱动磁场;以及驱动信号生成部,其生成频率与上述特定频率相同的驱动信号并将上述驱动信号输入到上述驱动线圈,
其中,上述控制部控制上述驱动信号生成部生成上述驱动信号。
14.根据权利要求12所述的位置检测系统,其特征在于,
上述驱动磁场形成部包括:多个驱动线圈,该多个驱动线圈产生上述驱动磁场;驱动信号生成部,其生成上述特定频率的驱动信号;以及切换部,其从上述多个驱动线圈中切换要输入由上述驱动信号生成部生成的上述驱动信号的驱动线圈,
其中,上述控制部控制上述切换部切换上述驱动线圈。
15.一种位置检测系统的动作方法,该位置检测系统具备:被检测体,其具有产生磁场的磁场产生部;至少一个磁传感器,其对上述磁场产生部所产生的磁场进行检测;位置检测部,其根据上述磁传感器的检测值来计算上述被检测体的位置和朝向中的至少一个;移动量计算部,其计算上述被检测体的移动量和/或姿势的变化量;预测部,其根据上述位置检测部的计算结果以及上述移动量计算部的计算结果,预测上述被检测体的位置和朝向中的至少一个;以及控制部,其根据由上述预测部预测出的上述被检测体的位置和朝向中的至少一个来控制上述位置检测部,
其中,该位置检测系统的动作方法包括:
通过上述至少一个磁传感器对上述磁场产生部所产生的磁场进行检测;
通过上述位置检测部进行使用最小二乘法的如下收敛运算来计算上述被检测体的位置和朝向中的至少一个:将检测到上述磁场的磁传感器的检测值中的谐振磁场的磁场分布设为真值,将在假设上述被检测体处于估计位置和朝向中的至少一个时上述被检测体所形成的谐振磁场的磁场分布设为估计值的初始值;
通过上述移动量计算部根据第一时刻的上述位置检测部的计算结果以及不同于该第一时刻的另一时刻的上述位置检测部的计算结果,计算被预测为上述被检测体在该第一时刻与从该第一时刻起规定时间后的第二时刻之间的期间内移动的移动量和/或姿势的变化量,该第一时刻和该另一时刻为算出上述被检测体的位置和朝向中的至少一个的时刻;
通过上述预测部根据在上述第一时刻进行的计算的结果以及上述移动量的计算结果,预测上述被检测体在上述第二时刻的位置和朝向中的至少一个。
16.一种位置检测系统的动作方法,该位置检测系统具备:被检测体,其具有产生磁场的磁场产生部;至少一个磁传感器,其对上述磁场产生部所产生的磁场进行检测;位置检测部,其根据上述磁传感器的检测值来计算上述被检测体的位置和朝向中的至少一个;移动量计算部,其计算上述被检测体的移动量和/或姿势的变化量;预测部,其根据上述位置检测部的计算结果以及上述移动量计算部的计算结果,预测上述被检测体的位置和朝向中的至少一个;以及控制部,其根据由上述预测部预测出的上述被检测体的位置和朝向中的至少一个来控制上述位置检测部,
其中,该位置检测系统的动作方法包括:
通过上述至少一个磁传感器对上述磁场产生部所产生的磁场进行检测;
通过上述位置检测部从检测到上述磁场的磁传感器的检测值中去除配置在上述磁场产生部附近的线圈通过上述磁场感应而产生的干扰磁场的成分,由此校正该检测值,根据校正后的检测值来计算上述被检测体的位置和朝向中的至少一个;
通过上述移动量计算部根据第一时刻的上述位置检测部的计算结果以及不同于该第一时刻的另一时刻的上述位置检测部的计算结果,计算被预测为上述被检测体在该第一时刻与从该第一时刻起规定时间后的第二时刻之间的期间内移动的移动量和/或姿势的变化量,该第一时刻和该另一时刻为算出上述被检测体的位置和朝向中的至少一个的时刻;
通过上述预测部根据在上述第一时刻进行的计算的结果以及上述移动量的计算结果,预测上述被检测体在上述第二时刻的位置和朝向中的至少一个;
上述控制部根据预测出的上述被检测体在上述第二时刻的位置和朝向中的至少一个,变更要从上述磁传感器的检测值去除的上述干扰磁场的成分。
17.一种位置检测系统的动作方法,该位置检测系统具备:被检测体,其具有产生磁场的磁场产生部以及磁体;至少一个磁传感器,其对上述磁场产生部所产生的磁场进行检测;位置检测部,其根据上述磁传感器的检测值来计算上述被检测体的位置和朝向中的至少一个;向导磁场产生部,其产生作用于上述磁体的向导磁场;引导部,其将上述被检测体的位置和朝向中的至少一个引导为作为目标的位置和朝向中的至少一个;移动量计算部,其计算上述被检测体的移动量和/或姿势的变化量;预测部,其根据上述位置检测部的计算结果以及上述移动量计算部的计算结果,预测上述被检测体的位置和朝向中的至少一个;以及控制部,其根据由上述预测部预测出的上述被检测体的位置和朝向中的至少一个来控制上述位置检测部,
其中,该位置检测系统的动作方法包括:
通过上述至少一个磁传感器对上述磁场产生部所产生的磁场进行检测;
通过上述位置检测部进行使用最小二乘法的如下收敛运算来计算上述被检测体的位置和朝向中的至少一个:将检测到上述磁场的磁传感器的检测值中的谐振磁场的磁场分布设为真值,将在假设上述被检测体处于估计位置和朝向中的至少一个时上述被检测体所形成的谐振磁场的磁场分布设为估计值的初始值;
通过上述向导磁场产生部根据引导信息,产生作用于上述磁体的向导磁场,该引导信息是关于上述被检测体的目标位置和/或目标朝向的信息、目标速度和/或目标角速度的信息、或者目标加速度和/或目标角加速度的信息;
通过上述引导部利用由上述向导磁场产生部产生的向导磁场将上述被检测体的位置和朝向中的至少一个引导为作为目标的位置和朝向中的至少一个;
通过上述移动量计算部根据该引导信息以及第一时刻的上述位置检测部的计算结果计算被预测为上述被检测体在该第一时刻与从该第一时刻起规定时间后的第二时刻之间的期间内移动的移动量和/或姿势的变化量,该第一时刻为算出上述被检测体的位置和朝向中的至少一个的时刻;
通过上述预测部根据在上述第一时刻进行的计算的结果以及上述移动量的计算结果,预测上述被检测体在上述第二时刻的位置和朝向中的至少一个。
18.一种位置检测系统的动作方法,该位置检测系统具备:被检测体,其具有产生磁场的磁场产生部以及磁体;多个磁传感器,该多个磁传感器对上述磁场产生部所产生的磁场进行检测;位置检测部,其根据上述磁传感器的检测值来计算上述被检测体的位置和朝向中的至少一个;向导磁场产生部,其产生作用于上述磁体的向导磁场;引导部,其将上述被检测体的位置和朝向中的至少一个引导为作为目标的位置和朝向中的至少一个;移动量计算部,其计算上述被检测体的移动量和/或姿势的变化量;预测部,其根据上述位置检测部的计算结果以及上述移动量计算部的计算结果,预测上述被检测体的位置和朝向中的至少一个;以及控制部,其根据由上述预测部预测出的上述被检测体的位置和朝向中的至少一个来控制上述位置检测部,
其中,该位置检测系统的动作方法包括:
通过上述多个磁传感器中的至少一个磁传感器对上述磁场产生部所产生的磁场进行检测;
通过上述位置检测部根据检测到上述磁场的磁传感器的检测值来计算上述被检测体的位置和朝向中的至少一个;
通过上述向导磁场产生部根据引导信息,产生作用于上述磁体的向导磁场,该引导信息是关于上述被检测体的目标位置和/或目标朝向的信息、目标速度和/或目标角速度的信息、或者目标加速度和/或目标角加速度的信息;
通过上述引导部利用由上述向导磁场产生部产生的向导磁场将上述被检测体的位置和朝向中的至少一个引导为作为目标的位置和朝向中的至少一个;
通过上述移动量计算部根据该引导信息以及第一时刻的上述位置检测部的计算结果计算被预测为上述被检测体在该第一时刻与从该第一时刻起规定时间后的第二时刻之间的期间内移动的移动量和/或姿势的变化量,该第一时刻为算出上述被检测体的位置和朝向中的至少一个的时刻;
通过上述预测部根据在上述第一时刻进行的计算的结果以及上述移动量的计算结果,预测上述被检测体在上述第二时刻的位置和朝向中的至少一个;
上述控制部根据预测出的上述被检测体在上述第二时刻的位置和朝向中的至少一个,从上述多个磁传感器中选择作为读出上述检测值的对象的磁传感器,
其中,上述位置检测部包括收敛运算部,该收敛运算部通过进行使用最小二乘法的如下的收敛计算来检测上述被检测体的位置和朝向中的至少一个:将上述磁传感器的检测值中的谐振磁场的磁场分布设为真值,将在假设上述被检测体处于估计位置和朝向中的至少一个时上述被检测体所形成的谐振磁场的磁场分布设为估计值的初始值。
19.一种位置检测系统的动作方法,该位置检测系统具备:被检测体,其具有产生磁场的磁场产生部以及磁体;至少一个磁传感器,其对上述磁场产生部所产生的磁场进行检测;位置检测部,其根据上述磁传感器的检测值来计算上述被检测体的位置和朝向中的至少一个;向导磁场产生部,其产生作用于上述磁体的向导磁场;引导部,其将上述被检测体的位置和朝向中的至少一个引导为作为目标的位置和朝向中的至少一个;移动量计算部,其计算上述被检测体的移动量和/或姿势的变化量;预测部,其根据上述位置检测部的计算结果以及上述移动量计算部的计算结果,预测上述被检测体的位置和朝向中的至少一个;以及控制部,其根据由上述预测部预测出的上述被检测体的位置和朝向中的至少一个来控制上述位置检测部,
其中,该位置检测系统的动作方法包括:
通过上述至少一个磁传感器对上述磁场产生部所产生的磁场进行检测;
通过上述位置检测部从检测到上述磁场的磁传感器的检测值中去除配置在上述磁场产生部附近的线圈通过上述磁场感应而产生的干扰磁场的成分,由此校正该检测值,根据校正后的检测值来计算上述被检测体的位置和朝向中的至少一个;
通过上述向导磁场产生部根据引导信息,产生作用于上述磁体的向导磁场,该引导信息是关于上述被检测体的目标位置和/或目标朝向的信息、目标速度和/或目标角速度的信息、或者目标加速度和/或目标角加速度的信息;
通过上述引导部利用由上述向导磁场产生部产生的向导磁场将上述被检测体的位置和朝向中的至少一个引导为作为目标的位置和朝向中的至少一个;
通过上述移动量计算部根据该引导信息以及第一时刻的上述位置检测部的计算结果计算被预测为上述被检测体在该第一时刻与从该第一时刻起规定时间后的第二时刻之间的期间内移动的移动量和/或姿势的变化量,该第一时刻为算出上述被检测体的位置和朝向中的至少一个的时刻;
通过上述预测部根据在上述第一时刻进行的计算的结果以及上述移动量的计算结果,预测上述被检测体在上述第二时刻的位置和朝向中的至少一个;
上述控制部根据预测出的上述被检测体在上述第二时刻的位置和朝向中的至少一个,变更要从上述磁传感器的检测值去除的上述干扰磁场的成分。
20.一种位置检测系统,其特征在于,具备:
被检体内导入装置,其通过特定频率的驱动磁场感应而产生谐振磁场;
驱动磁场形成部,其在收容被导入上述被检体内导入装置的被检体的检测空间内形成上述特定频率的驱动磁场;
磁传感器,其对形成在上述检测空间内的磁场进行检测;
位置检测部,其根据由上述磁传感器检测出的磁场来检测上述被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个;
引导部,其将上述被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个引导为作为目标的位置和朝向中的至少一个;
预测部,其使用由上述位置检测部检测出的上述位置和朝向中的至少一个以及在上述引导部将上述被检体内导入装置引导到作为上述目标的位置和朝向中的至少一个时的引导信息,预测上述被检体内导入装置在某一时刻的位置和朝向中的至少一个;以及
控制部,其根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述驱动磁场形成部和上述位置检测部。
21.根据权利要求20所述的位置检测系统,其特征在于,
上述引导信息是作为上述目标的位置和朝向中的至少一个的信息、为了将上述被检体内导入装置引导到作为上述目标的位置和朝向中的至少一个而使该被检体内导入装置产生的速度或者角速度的信息、或者为了将上述被检体内导入装置引导到作为上述目标的位置和朝向中的至少一个而使该被检体内导入装置产生的加速度或者角加速度的信息。
22.根据权利要求20所述的位置检测系统,其特征在于,
上述驱动磁场形成部包括:多个驱动线圈,该多个驱动线圈产生上述驱动磁场;驱动信号生成部,其生成上述特定频率的驱动信号;以及切换部,其将要被输入由该驱动信号生成部生成的上述驱动信号的驱动线圈切换为上述多个驱动线圈中的某一个,
其中,上述控制部根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述切换部,由此将要被输入上述驱动信号的驱动线圈切换为上述多个驱动线圈中的某一个。
23.根据权利要求20所述的位置检测系统,其特征在于,
上述驱动磁场形成部包括:驱动线圈,其产生上述驱动磁场;以及驱动信号生成部,其生成输入到上述驱动线圈的上述特定频率的驱动信号,
其中,上述控制部根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述驱动信号生成部生成上述驱动信号。
24.根据权利要求20~23中的任一项所述的位置检测系统,其特征在于,具备:
多个上述磁传感器;
选择部,其从多个上述磁传感器中至少选择一个作为上述磁场的读出对象的磁传感器;以及
选择控制部,其根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述选择部。
25.一种位置检测系统,其特征在于,具备:
被检体内导入装置,其通过特定频率的驱动磁场感应而产生谐振磁场;
驱动磁场形成部,其在收容被导入上述被检体内导入装置的被检体的检测空间内形成上述特定频率的驱动磁场;
磁传感器,其对形成在上述检测空间内的磁场进行检测;
位置检测部,其根据由上述磁传感器检测出的磁场来检测上述被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个;
预测部,其根据由上述位置检测部检测出的不同时刻的上述位置和朝向中的至少一个,预测上述被检体内导入装置在某一时刻的位置和朝向中的至少一个;以及
控制部,其根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述驱动磁场形成部和上述位置检测部,
其中,上述位置检测部通过进行使用最小二乘法的如下的收敛计算来检测上述位置和朝向中的至少一个:将包含在上述磁场中的上述谐振磁场的磁场分布设为真值,在假设上述被检体内导入装置处于由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个的情况下该被检体内导入装置所形成的谐振磁场的磁场分布设为估计值的初始值。
26.一种位置检测系统,其特征在于,具备:
被检体内导入装置,其通过特定频率的驱动磁场感应而产生谐振磁场;
驱动磁场形成部,其在收容被导入上述被检体内导入装置的被检体的检测空间内形成上述特定频率的驱动磁场;
磁传感器,其对形成在上述检测空间内的磁场进行检测;
位置检测部,其根据由上述磁传感器检测出的磁场来检测上述被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个;
预测部,其根据由上述位置检测部检测出的不同时刻的上述位置和朝向中的至少一个,预测上述被检体内导入装置在某一时刻的位置和朝向中的至少一个;以及
控制部,其根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述驱动磁场形成部和上述位置检测部,
其中,上述位置检测部包括干扰校正部,该干扰校正部从上述磁场中去除配置在上述检测空间附近的线圈通过上述谐振磁场感应而产生的干扰磁场的成分,由此校正上述磁场,
上述干扰校正部根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个,从上述磁场中去除包含在上述磁场中的除上述谐振磁场以外的磁场成分。
27.根据权利要求26所述的位置检测系统,其特征在于,
上述被检体内导入装置包括磁体,该磁体被固定在该被检体内导入装置的壳体上,
上述位置检测系统还包括引导部,上述引导部包括向导线圈,该向导线圈产生作用于上述磁体的向导磁场,
配置在上述检测空间附近的线圈是上述向导线圈。
28.根据权利要求26或27所述的位置检测系统,其特征在于,具备:
多个上述磁传感器;
选择部,其从多个上述磁传感器中选择至少一个作为上述磁场的读出对象的磁传感器;以及
选择控制部,其根据由上述预测部预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述选择部。
29.一种位置检测方法,利用具备引导部的位置检测系统来检测被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个,其中,上述引导部将通过特定频率的驱动磁场感应而产生谐振磁场的上述被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个引导为作为目标的位置和朝向中的至少一个,该位置检测方法的特征在于,包括以下步骤:
驱动磁场形成步骤,通过驱动磁场形成部在收容被导入上述被检体内导入装置的被检体的检测空间内形成上述特定频率的驱动磁场;
谐振磁场产生步骤,通过磁场产生部利用上述特定频率的驱动磁场产生上述谐振磁场;
磁场检测步骤,通过磁传感器对形成在上述检测空间内的磁场进行检测;
位置检测步骤,通过位置检测部根据通过上述磁场检测步骤检测出的磁场来计算上述被检体内导入装置的位置和朝向中的至少一个;
预测步骤,使用通过上述位置检测步骤计算出的上述位置和朝向中的至少一个以及在上述引导部将上述被检体内导入装置引导到作为上述目标的位置和朝向中的至少一个时的引导信息,预测上述被检体内导入装置在某一时刻的位置和朝向中的至少一个;以及
控制步骤,根据通过上述预测步骤预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述驱动磁场形成部和上述位置检测部。
30.根据权利要求29所述的位置检测方法,其特征在于,
上述驱动磁场形成步骤包括以下步骤:驱动信号生成步骤,生成要输入到产生上述驱动磁场的多个驱动线圈的上述特定频率的驱动信号;驱动线圈选择步骤,从上述多个驱动线圈的任一个中选择要被输入通过该驱动信号生成步骤生成的上述驱动信号的驱动线圈;以及驱动信号输入步骤,将上述驱动信号输入到上述驱动线圈,
其中,在上述控制步骤中,根据通过上述预测步骤预测出的上述某一时刻的位置和朝向中的至少一个来控制上述驱动线圈选择步骤选择驱动线圈。
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