(57)【要約】【課題】物体の６自由度運動を測定可能とする磁気発生器並びに３次元運動測定装置及びその方法を提供する。【解決手段】永久磁石等の磁気マーカ１６ａ〜１６ｄを接着剤等により固定部材１３の上面に距離ｄで固定して、磁気発生器１５（１５ａ、１５ｂ）を構成する。次いで、固定部材１３の側面を被測定者の所定位置に接着剤等で取り付ける。固定部材１３により距離ｄが固定されているので、磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの磁界を磁界センサで検出することにより、前記被測定者の上顎及び下顎の相対的運動（６自由度運動）を測定することができる。【選択図】図４
2005091203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の運動を計測する際に、前記物体に取り付けられる磁気発生器であって、
２つの磁気マーカを所定距離だけ離した位置で、磁界発生源である前記各磁気マーカの相対的な磁界発生方向が既知となるように固定する固定部材を備える
ことを特徴とする磁気発生器。
【請求項２】
請求項１記載の磁気発生器において、
前記固定部材は、前記物体の取付表面に対応する形状とされる
ことを特徴とする磁気発生器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の磁気発生器において、
前記磁気マーカは、コイルを用いた磁気発生手段又は永久磁石である
ことを特徴とする磁気発生器。
【請求項４】
物体の運動を計測する際に、前記物体に取り付けられ、２つの磁気マーカを所定距離だけ離した位置で、磁界発生源である前記各磁気マーカの相対的な磁界発生方向が既知となるように固定する固定部材を備えている磁気発生器と、
前記磁気マーカから発生する磁界を前記物体の６自由度運動計測用として非接触で検出する少なくとも６つの磁界センサと、
前記各磁界センサにより検出した磁界から前記磁気マーカの位置及び方向に関する６自由度情報を求め、求めた６自由度情報と前記物体の形状とに基づき、前記物体の運動を算出する信号処理手段と、
を備えていることを特徴とする３次元運動測定装置。
【請求項５】
第１及び第２の物体の相対的な運動を計測するために、２つの磁気マーカを所定距離だけ離した位置で、磁界発生源である前記各磁気マーカの相対的な磁界発生方向が既知となるように固定する固定部材を備え、且つ、前記第１及び第２の物体に取り付けられる第１及び第２の磁気発生器と、
前記第１の磁気発生器の前記磁気マーカから発生する磁界を、前記第１の物体の６自由度運動計測用として非接触で検出する少なくとも６つの第１の磁界センサと、
前記第２の磁気発生器の前記磁気マーカから発生する磁界を、前記第２の物体の６自由度運動計測用として非接触で検出する少なくとも６つの第２の磁界センサと、
前記第１の磁界センサにより検出した磁界から、前記磁気マーカの位置及び方向に関する第１の６自由度情報をそれぞれ求め、前記第２の磁界センサにより検出した磁界から、前記磁気マーカの位置及び方向に関する第２の６自由度情報をそれぞれ求め、求めた第１及び第２の６自由度情報と前記第１及び第２の物体の形状とに基づいて、前記第１及び第２の物体の相対的な運動を算出する信号処理手段と、
を備えていることを特徴とする３次元運動測定装置。
【請求項６】
請求項５記載の３次元運動測定装置において、
前記第１の磁気発生器が取り付けられる前記第１の物体は、頭蓋のうち、上顎と一体的に運動する部分であり、
前記第２の磁気発生器が取り付けられる前記第２の物体は、前記頭蓋のうち、下顎と一体的に運動する部分である
ことを特徴とする３次元運動測定装置。
【請求項７】
請求項６記載の３次元運動測定装置において、
前記上顎と一体的に運動する部分のうち、額に前記第１の磁気発生器が取り付けられ、
前記下顎と一体的に運動する部分のうち、下顎歯に前記第２の磁気発生器が取り付けられる
ことを特徴とする３次元運動測定装置。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の３次元運動測定装置において、
前記第１及び第２の磁界センサは、個々の磁界センサが一体的にされた磁界センサアレイとして構成されている
ことを特徴とする３次元運動測定装置。
【請求項９】
２つの磁気マーカを所定距離だけ離した位置で、磁界発生源である前記各磁気マーカの相対的な磁界発生方向が既知となるように固定する固定部材を備えた磁気発生器を、運動する物体に対して取り付ける取付過程と、
前記磁気マーカの磁界を前記物体の６自由度運動計測用として少なくとも６つの磁界センサにより非接触で検出する検出過程と、
前記各磁界センサにより検出した磁界から前記磁気マーカの位置及び方向に関する６自由度情報を求め、求めた６自由度情報と前記物体の形状とに基づき、前記物体の運動を算出する信号処理過程と、
を備えることを特徴とする３次元運動測定方法。
【請求項１０】
２つの磁気マーカを所定距離だけ離した位置で、磁界発生源である前記各磁気マーカの相対的な磁界発生方向が既知となるように固定する固定部材を備える第１及び第２の磁気発生器を、相対的に運動する第１及び第２の物体に対してそれぞれ取り付ける取付過程と、
前記第１の磁気発生器の前記磁気マーカから発生する磁界を、前記第１の物体の６自由度運動計測用として、少なくとも６つの第１の磁界センサにより非接触で検出し、且つ、前記第２の磁気発生器の前記磁気マーカから発生する磁界を、前記第２の物体の６自由度運動計測用として、少なくとも６つの第２の磁界センサにより非接触で検出する検出過程と、
前記第１の磁界センサにより検出した磁界から、前記磁気マーカの位置及び方向に関する第１の６自由度情報をそれぞれ求め、前記第２の磁界センサにより検出した磁界から、前記磁気マーカの位置及び方向に関する第２の６自由度情報をそれぞれ求め、求めた第１及び第２の６自由度情報と前記第１及び第２の物体の形状とに基づいて、前記第１及び第２の物体の相対的な運動を算出する信号処理過程と、
を有する
ことを特徴とする３次元運動測定方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の３次元運動測定方法において、
前記相対的に運動する第１及び第２の物体は、頭蓋のうち、上顎と一体的に運動する部分と、下顎と一体的に運動する部分とである
ことを特徴とする３次元運動測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気マーカを有し、物体の３次元運動を測定するために前記物体に取り付けられる磁気発生器に関する。
【０００２】
また、本発明は、磁気マーカの位置を磁界センサにより検出することで、物体の３次元運動を測定する３次元運動測定装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来から、物体の３次元運動を測定しようとする装置が市場に提供されている。例えば、人体の頭部と一体的に構成されている上顎に対する下顎の相対的な６自由度運動を測定するために、磁気式の３次元運動測定装置が用いられている（特許文献１参照）。
【０００４】
この測定装置においては、被測定者の上顎に界磁コイルが取り付けられ、下顎に取着部材を介してセンターコイルが取り付けられている。この場合、前記界磁コイルに交流電流を流して交流磁界を発生させた状態で、被測定者が顎運動を行うと、下顎の動きが前記取着部材を介して前記センターコイルに伝えられる。この下顎の動きによって、前記センターコイルに誘導信号が出力される。この測定装置では、この誘導信号を用いて上顎と下顎との相対位置を検出している。
【０００５】
しかしながら、上述した測定装置では、磁気マーカである界磁コイルに対して、リード線を介して交流電流を流すようにしているので、このリード線の存在によって被測定者の不快感が増大し、自然な状態での顎運動の計測を行うことが困難である。
【０００６】
他の３次元運動測定装置には、図１４及び図１５に示す３次元運動測定装置１００がある（引用文献２参照）。この３次元運動測定装置１００は、被測定者１４の上顎２２と一体であると考えられる額３２に磁気マーカ１６ａを取り付けると共に、下顎２４の代表点として下顎歯列のうち、切歯に磁気マーカ１６ｂを取り付ける。磁気マーカ１６ａ、１６ｂは、その着磁方向Ｊ（磁気ダイポールモーメントの方向）が、それぞれ顔面の正面を向くように取り付けられている。磁気マーカ１６ａ、１６ｂの磁界を検出する複数の磁界センサ２０ｉ（磁気マーカの数×５個以上）を各磁気マーカ１６ａ、１６ｂに対向して配置する。顎運動に伴う磁気マーカ１６ａ、１６ｂの磁界の変化を磁界センサ２０ｉにより検出し、固定座標（絶対座標系Ｘ０Ｙ０Ｚ０）からの磁気マーカ１６ａ、１６ｂの位置を検出し、顎形状に基づき、顎運動をディスプレイ２１４上に表示している。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１９３４０９号公報
【特許文献２】特開２００２−３５５２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の３次元運動測定装置１００では、絶対座標系Ｘ０Ｙ０Ｚ０のｙ座標Ｙ０と、上顎座標系ＸｕＹｕＺｕのｙ座標Ｙｕと、下顎座標系ＸｂＹｂＺｂのｙ座標Ｙｂとを、Ｙｕ／／Ｙｂ／／Ｙ０と仮定し、磁気マーカ１６ａ、１６ｂの着磁方向Ｊとｘ座標Ｘ０、Ｘｕ、Ｘｂとを、Ｊ／／Ｘ０／／Ｘｕ／／Ｘｂとした場合にのみ、６自由度運動を測定することができる。すなわち、この３次元運動測定装置１００は、基本的には、５自由度運動（ｘ、ｙ、ｚ、θ、φの５つの座標で表される運動）の運動測定装置である。
【０００９】
ところで、上顎２２と下顎２４との相対的な運動が行われる際に、下顎２４は顎関節部において、ｘ座標Ｘ０、Ｘｕ、Ｘｂ（着磁方向Ｊ）を中心軸とするΨ方向に対して、回転運動を含む６自由度運動を行う。
【００１０】
上述した３次元運動測定装置１００は、Ｙｕ／／Ｙｂ／／Ｙ０の条件でなければ６自由度運動の測定を行うことができないので、この３次元運動測定装置１００は前記Ψ方向の回転運動を測定することはできない。
【００１１】
そこで、例えば、磁気マーカ１６ａ、１６ｂの個数を増やして、測定されるパラメータ（自由度）の数を増加することにより、６自由度以上の運動を測定するということも考えられる。しかしながら、この方法では、パラメータの数が多くなるので、磁界センサ２０ｉで検出した磁界から相対的な運動を信号処理手段で算出する際に、前記信号処理手段における計算時間が増大し、測定精度及び方向精度が低下するおそれがある。
【００１２】
このように、３次元運動測定装置１００では、上述した下顎２４の回転運動を含む６自由度運動（Ψ方向の運動も含む運動）を測定することが困難である。
【００１３】
また、従来の３次元運動測定装置１００においては、額３２に取り付けられた磁気マーカ１６ａ及び下顎切歯に取り付けられた磁気マーカ１６ｂの磁界を、磁界センサアレイ１８ａ、１８ｂで検出している。この場合、磁界センサアレイ１８ａ、１８ｂは被測定者１４の正面を取り囲むように配置されているので、個々の磁界センサ２０ｉで検出される磁界は、磁気マーカ１６ａ、１６ｂの各磁界が重なり合った磁界である。そのため、前記磁界には、磁気マーカ１６ａ、１６ｂの各磁界の干渉や磁気マーカ１６ａ、１６ｂと磁界センサ２０ｉとの間の距離の相違が誤差となって含まれ、これにより、３次元運動測定装置１００の測定精度が低下する。
【００１４】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、２つの磁気マーカを非磁性体の固定部材に固定した磁気発生器を提供することを目的とする。
【００１５】
また、本発明は、前記磁気発生器を運動する物体に取り付けることにより、前記物体の６自由度運動を測定することができる３次元運動測定装置及びその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る磁気発生器は、物体の運動を計測する際に、前記物体に取り付けられる磁気発生器であって、２つの磁気マーカを所定距離だけ離した位置で、磁界発生源である前記各磁気マーカの相対的な磁界発生方向が既知となるように固定する固定部材を備えていることを特徴としている（請求項１）。
【００１７】
また、本発明に係る３次元運動測定装置は、物体の運動を計測する際に、前記物体に取り付けられ、２つの磁気マーカを所定距離だけ離した位置で、磁界発生源である前記各磁気マーカの相対的な磁界発生方向が既知となるように固定する固定部材を備えている磁気発生器と、前記磁気マーカから発生する磁界を前記物体の６自由度運動計測用として非接触で検出する少なくとも６つの磁界センサと、前記各磁界センサにより検出した磁界から前記磁気マーカの位置及び方向に関する６自由度情報を求め、求めた６自由度情報と前記物体の形状とに基づき、前記物体の運動を算出する信号処理手段と、を備えていることを特徴としている（請求項４）。
【００１８】
上述した磁気発生器では、２つの磁気マーカを接着剤等を用いて固定部材に固定することにより、前記各磁気マーカ間の距離及び相対的方向を固定するようにしている。ここで、２つの磁気マーカの磁界の方向が既知であれば、２つの磁気マーカを固定部材で固定することにより、一方の磁気マーカ自体の磁界発生方向に対する、他方の磁気マーカ自体の磁界発生方向（各磁気マーカの相対的な磁界発生方向）も既知となる。
【００１９】
２つの磁気マーカの相対的な磁界発生方向とは、磁気発生源である２つの磁気マーカについて、２つの磁気発生源自体の磁界発生方向に関する相対的な方向である。具体的には、磁気マーカが磁性体である場合には、２つの磁性体の磁化の方向（着磁方向）に関する相対的な方向をいう。また、磁気マーカがコイルである場合には、２つのコイルの磁界発生方向に関する相対的な方向をいう。
【００２０】
このようにして構成された磁気発生器を物体に取り付けた状態で前記物体が６自由度運動を行うと、前記各磁気マーカ間の前記距離は変化しないが、絶対座標（例えば、前記６つの磁界センサの中の１つのセンサを基準とする座標）に対する前記磁気マーカの座標位置は変化するので、周辺の磁界も変化する。
【００２１】
その際、前記磁気マーカから発生する磁界を少なくとも６つの磁界センサで検出することにより、前記６つの磁界センサで検出される磁界は前記６つの座標で記述されると共に、前記磁気マーカの座標位置も６つの座標（ｘ、ｙ、ｚ、θ、φ、Ψ）で記述される。つまり、前記磁気マーカ間の距離及び相対的方向を前記固定部材を用いて固定するだけで、前記物体の６自由度運動を３次元運動測定装置で測定することができる。
【００２２】
また、前記固定部材を非磁性体から構成すれば、前記磁界センサで検出される磁界は、前記磁気マーカから発生する磁界のみとなる。これにより、前記磁界センサの測定精度を向上させることができる。
【００２３】
また、本発明に係る３次元運動測定装置は、第１及び第２の物体の相対的な運動を計測する際に、２つの磁気マーカを所定距離だけ離した位置で、磁界発生源である前記各磁気マーカの相対的な磁界発生方向が既知となるように固定する固定部材を備え、且つ、前記第１及び第２の物体に取り付けられる第１及び第２の磁気発生器と、前記第１の磁気発生器の前記磁気マーカから発生する磁界を、前記第１の物体の６自由度運動計測用として非接触で検出する少なくとも６つの第１の磁界センサと、前記第２の磁気発生器の前記磁気マーカから発生する磁界を、前記第２の物体の６自由度運動計測用として非接触で検出する少なくとも６つの第２の磁界センサと、前記第１の磁界センサにより検出した磁界から、前記磁気マーカの位置及び方向に関する第１の６自由度情報をそれぞれ求め、前記第２の磁界センサにより検出した磁界から、前記磁気マーカの位置及び方向に関する第２の６自由度情報をそれぞれ求め、求めた第１及び第２の６自由度情報と前記第１及び第２の物体の形状とに基づき、前記第１及び第２の物体の相対的な運動を算出する信号処理手段と、を備えていることを特徴としている（請求項５）。
【００２４】
この３次元運動測定装置は、相対的な運動を行う第１及び第２の物体の６自由度運動を測定する装置である。この場合、前記第１の磁気発生器に第１の磁界センサを対向して配置し、前記第２の磁気発生器に前記第２の磁界センサを対向して配置している。
【００２５】
すなわち、前記第１の磁気発生器の磁気マーカから発生する磁界は前記第１の磁界センサで検出され、前記第２の磁気発生器の磁気マーカから発生する磁界は前記第２の磁界センサで検出される。これにより、前記第１及び第２の磁気発生器から発生する磁界同士の干渉は抑制され、前記第１及び第２の磁界センサで検出される磁界の測定精度が向上する。このように、前記第１及び第２の磁気発生器についても、発生磁界の小さな磁気マーカを使用することによって、前記測定精度を向上させることができる。すなわち、前記第１及び第２の磁場発生器の小型化を図ることができる。
【００２６】
また、前記固定部材を非磁性体から構成すれば、前記磁界センサで検出される磁界は、前記磁気マーカから発生する磁界のみとなる。これにより、前記磁界センサの測定精度をさらに向上させることができる。
【００２７】
また、前記第１及び第２の磁界センサ同士を離して配置しているので、前記磁気マーカに対する前記第１及び第２の磁界センサの配置領域を拡張することができる。
【００２８】
さらに、この３次元運動測定装置では、２つの磁気マーカが固定部材に固定された第１及び第２の磁気発生器を第１及び第２の物体にそれぞれ取り付けた状態で、前記第１及び第２の物体の相対的な運動（６自由度運動）を行わせる。
【００２９】
この場合、前記各磁気マーカ間の距離及び相対的方向は変化しないが、絶対座標に対する前記各磁気マーカの座標位置は変化し、周辺の磁界も変化する。また、少なくとも６つの第１及び第２の磁界センサによって、前記磁気マーカから発生する磁界が検出される。これにより、前記第１及び第２の磁界センサで検出される磁界は６つの位置及び方向から構成される６自由度情報で記述されると共に、前記磁気マーカの座標位置も６つの位置及び方向から構成される６自由度情報で記述される。つまり、前記磁気マーカ間の距離及び相対的方向を前記固定部材を固定するだけで、前記第１及び第２の物体の６自由度運動を３次元運動測定装置で測定することができる。
【００３０】
そして、上述した磁気発生器では、前記固定部材は、前記物体の取付表面に対応する形状とすることが好ましい（請求項２）。これにより、前記磁気マーカと前記物体の表面との距離がより近づくので、前記物体の６自由度運動の測定精度を向上させることができる。この他にも、前記被測定者の違和感が小さいという効果も得られる。
【００３１】
また、前記磁気マーカ間の距離が短い程、配置の制約は小さいが、位置精度は悪化するおそれがある。また、前記磁気マーカ間の距離が大きい程、位置精度は向上するが、配置の制約は大きくなる。予備実験の結果より、磁界センサと磁気発生器との距離が５〜５０［ｍｍ］程度である場合、磁気マーカ間の距離は５〜５０［ｍｍ］程度が望ましいことが確認されている。５０［ｍｍ］よりも大きいと、測定精度が低下すると共に、前記磁気発生器が大型化して、被測定者の不快感が増大する。
【００３２】
そして、前記磁気マーカは、コイルを用いた磁気発生手段又は永久磁石であることが好ましい（請求項３）。前記磁気マーカが永久磁石であれば、前記永久磁石から磁界を発生することができるので、被測定者の口腔内へのリード線等の挿入が不要となり、特に、小児や高齢者に対する負担が軽減される。この場合、２つの永久磁石における相対的な磁界発生方向とは、一方の永久磁石の着磁方向に対する、他方の永久磁石の着磁方向をいう。
【００３３】
一方、前記磁気マーカをコイルを用いた磁気発生手段とする場合には、前記磁気発生手段を、回路基板に電源（例えば、ボタン型の電池）と電源供給部と前記コイルとを実装した小型の磁気発生回路とすることにより、被測定者への負担をできる限り軽減することが好ましい。この場合、２つのコイルにおける相対的な磁界発生方向とは、一方のコイルの磁界発生方向に対する、他方のコイルの磁界発生方向をいう。
【００３４】
また、前記第１の磁気発生器が取り付けられる前記第１の物体は、頭蓋のうち、上顎と一体的に運動する部分であり、前記第２の磁気発生器が取り付けられる前記第２の物体は、前記頭蓋のうち、下顎と一体的に運動する部分である（請求項６）。また、前記上顎と一体的に運動する部分のうち、額に前記第１の磁気発生器が取り付けられ、前記下顎と一体的に運動する部分のうち、下顎歯に前記第２の磁気発生器が取り付けられる（請求項７）。
【００３５】
また、前記磁界センサを、個々の磁界センサが一体的にされた磁界センサアレイとして構成してもよい（請求項８）。
【００３６】
また、本発明に係る３次元運動測定方法は、２つの磁気マーカを所定距離だけ離した位置で、磁界発生源である前記各磁気マーカの相対的な磁界発生方向が既知となるように固定する固定部材を備えた磁気発生器を、運動する物体に対して取り付ける取付過程と、前記磁気マーカの磁界を前記物体の６自由度運動計測用として少なくとも６つの磁界センサにより非接触で検出する検出過程と、前記各磁界センサにより検出した磁界から前記磁気マーカの位置及び方向に関する６自由度情報を求め、求めた６自由度情報と前記物体の形状とに基づき、前記物体の運動を算出する信号処理過程と、を備えることを特徴としている（請求項９）。
【００３７】
この測定方法では、前記２つの磁気マーカ間の距離を前記固定部材で固定することで前記磁気発生器を構成し、この磁気発生器を物体に取り付けた状態で前記物体の６自由度運動を行わせる。この場合、前記磁気マーカ間の距離及び相対的方向は前記固定部材により変化しないが、絶対座標に対する前記各磁気マーカの座標位置は変化する。
【００３８】
その際、少なくとも６つの磁界センサにより、前記磁気マーカから発生する磁界を検出しているので、前記６つの磁界センサで検出される磁界は、それぞれ６つの位置及び方向（６自由度情報）で記述されると共に、前記磁気マーカの座標位置も６つの位置及び方向（６自由度情報）で記述される。従って、前記磁気マーカ間の距離及び相対的方向を前記固定部材で固定するだけで、前記物体の６自由度運動を容易に測定することができる。
【００３９】
なお、この測定方向においても、２つの磁気マーカの磁界の方向が既知であれば、２つの磁気マーカを固定部材で固定することにより、一方の磁気マーカの磁界の方向に対する、他方の磁気マーカの磁界の方向（相対的な磁界発生方向）も既知となる。
【００４０】
また、前記固定部材を非磁性体から構成すれば、前記磁界センサで検出される磁界は、前記磁気マーカから発生する磁界のみとなる。これにより、前記磁界センサの測定精度をさらに向上させることができる。
【００４１】
また、本発明に係る３次元運動測定方法は、２つの磁気マーカを所定距離だけ離した位置で、磁界発生源である前記各磁気マーカの相対的な磁界発生方向が既知となるように固定する固定部材を備える第１及び第２の磁気発生器を、相対的に運動する第１及び第２の物体に対してそれぞれ取り付ける取付過程と、前記第１の磁気発生器の前記磁気マーカから発生する磁界を、前記第１の物体の６自由度運動計測用として、少なくとも６つの第１の磁界センサにより非接触で検出し、且つ、前記第２の磁気発生器の前記磁気マーカから発生する磁界を、前記第２の物体の６自由度運動計測用として、少なくとも６つの第２の磁界センサにより非接触で検出する検出過程と、前記第１の磁界センサにより検出した磁界から、前記磁気マーカの位置及び方向に関する第１の６自由度情報をそれぞれ求め、前記第２の磁界センサにより検出した磁界から、前記磁気マーカの位置及び方向に関する第２の６自由度情報をそれぞれ求め、求めた第１及び第２の６自由度情報と前記第１及び第２の物体の形状とに基づき、前記第１及び第２の物体の相対的な運動を算出する信号処理過程と、を有することを特徴としている（請求項１０）。
【００４２】
この３次元運動測定方法は、相対的な運動を行う第１及び第２の物体の６自由度運動の測定方法である。この場合、前記第１の磁気発生器に第１の磁界センサを対向して配置し、前記第２の磁気発生器に前記第２の磁界センサを対向して配置した状態で、前記磁気マーカから発生する磁界を測定するようにしている。すなわち、前記第１の磁気発生器の磁気マーカから発生する磁界は前記第１の磁界センサで検出され、前記第２の磁気発生器の磁気マーカから発生する磁界は前記第２の磁界センサで検出される。これにより、前記第１及び第２の磁気発生器から発生する磁界同士の干渉は抑制され、前記第１及び第２の磁界センサで検出される磁界の測定精度が向上する。このように、前記第１及び第２の磁気発生器についても、発生磁界の小さな磁気マーカを使用することによって、前記測定精度を向上させることができる。すなわち、前記第１及び第２の磁場発生器の小型化を図ることができる。
【００４３】
また、前記第１及び第２の磁界センサ同士を離して配置しているので、前記磁気マーカに対する前記第１及び第２の磁界センサの配置領域を拡張することができる。
【００４４】
また、前記固定部材を非磁性体から構成すれば、前記第１及び第２の磁界センサで検出される磁界は、前記磁気マーカから発生する磁界のみとなる。これにより、前記第１及び第２の磁界センサの測定精度をさらに向上させることができる。
【００４５】
また、この測定方法においても、前記磁気マーカの距離及び相対的方向は前記固定部材により変化しないが、絶対座標に対する前記各磁気マーカの座標位置は変化する。この場合、前記磁気マーカから発生する磁界を少なくとも６つの第１及び第２の磁界センサで検出するようにしているので、前記６つの磁界センサで検出される磁界は６つの位置及び方向（６自由度情報）で記述されると共に、前記磁気マーカの座標位置も６つの位置及び方向（６自由度情報）で記述される。これにより、前記磁気マーカの距離及び相対的方向を前記固定部材で固定するだけで、前記第１及び第２の物体の相対的な運動（６自由度運動）を容易に測定することができる。
【００４６】
なお、この測定方向においても、２つの磁気マーカの磁界の方向が既知であれば、２つの磁気マーカを固定部材で固定することにより、一方の磁気マーカの磁界の方向に対する、他方の磁気マーカの磁界の方向（相対的な磁界発生方向）も既知となる。
【００４７】
この場合、前記相対的に運動する少なくとも２つの物体は、頭蓋のうち、上顎と一体的に運動する部分と、下顎と一体的に運動する部分とである（請求項１１）。
【発明の効果】
【００４８】
本発明に係る磁気発生器並びに３次元運動測定装置及びその方法では、２つの磁気マーカを固定部材に固定して磁気発生器を構成し、前記磁気発生器を運動する物体に取り付けるので、前記物体の６自由度運動を容易に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、この発明の一実施の形態について図１〜図１３の図面を参照しながら説明する。なお、図面が煩雑となるのを回避するため、図面中、被測定者１４の外観、顎形状、歯形状等をデフォルメして描いている。また、図１４及び図１５で示した従来の３次元運動測定装置１００の構成要素と同じ構成要素については、同じ参照符号を付けて説明する。
【００５０】
図１は、この発明の一実施の形態が適用された３次元顎運動測定装置及び３次元位置検出装置を含む３次元顎運動測定システム１０の全体構成を示している。
【００５１】
図２は、図１の３次元顎運動測定システム１０の一部が、被測定者１４に対して近づけられた状態での拡大構成を模式的に示している。
【００５２】
図３は、図１の３次元顎運動測定システム１０の電気回路ブロック図を示している。
【００５３】
図４は、３次元顎運動測定システム１０に用いられる磁気発生器１５の拡大構成を示している。
【００５４】
図１〜図３に示すように、３次元顎運動測定システム１０は、基本的には、永久磁石等の磁気マーカ１６ａ〜１６ｄを固定部材１３に固定して、この固定部材１３を被測定者１４の所定位置に接着剤等で取り付けた磁気発生器１５（１５ａ、１５ｂ）（図４参照）と、各磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの磁界をそれぞれ６自由度運動測定用として非接触で検出する磁界センサである磁界センサアレイ（単に、磁界センサともいう。）１８ａ（ａ＝１〜４）、１８ｂ（ｂ＝１〜６）と、磁界センサアレイ１８（１８ａ、１８ｂ）を構成する各磁界センサ２０ｉ（図２及び図３に示すように、この実施の形態では、磁界センサ２０ｉ（ｉ＝１〜６２）、磁界センサ２０1〜２０20と磁界センサ２０21〜２０62との合計６２個の磁界センサ）で検出した磁界から、各磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの位置及び方向を求め、求めた各磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの位置及び方向と、剛体である上顎２２及び下顎（下顎骨）２４の形状に基づき、前記上顎２２及び下顎２４の６自由度運動をリアルタイムに算出する信号処理手段としてのパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２６とを有する。
【００５５】
なお、磁界センサアレイ１８ａ、１８ｂは、個々の磁界センサ２０ｉが一体化された磁界センサ組立体として構成されているので、個々の磁界センサ２０ｉ間の相対位置は、既知の位置としてパーソナルコンピュータ２６に記憶しておくことができる。また、図１及び図２に示すように、４つの磁界センサアレイ１８ａは、それぞれ５つの磁界センサ２０ｉを収容し、６つの磁界センサアレイ１８ｂは、それぞれ７つの磁界センサ２０ｉを収容している。
【００５６】
図１及び図３に示すように、パーソナルコンピュータ２６は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等を有する信号処理手段としての本体部５０と、この本体部５０に接続されるＣＲＴディスプレイ等のモニタディスプレイ５２と、本体部５０に接続される入力手段等として機能するキーボード５４とマウス５６とを有し、キャスター４５により固定・移動自由なラック４６の上段の棚上に収容されている。
【００５７】
ラック４６には、パーソナルコンピュータ２６以外にプリンタ６０、ＡＤ変換器６２、及び電源部６４が収容されている。
【００５８】
このパーソナルコンピュータ２６等が配されているラック４６は、被測定者１４に取り付けられている磁気発生器１５の磁気マーカ１６ａ〜１６ｄと、磁界センサアレイ１８及び後述する外部磁界検出センサ４４が配されている測定用スタンド３８とに対して、磁気的な相互作用を及ぼさない程度に離れた位置となるよう配線６６を介して配置されている。配線６６は、電磁シールド被覆がなされた多心電線を用いている。
【００５９】
図３に示すように、電源部６４は、電源コード８０を介して、図示していないＡＣ１００Ｖ等の交流電源に接続されており、電源部６４により生成された直流電源がＡＤ変換器６２に供給されると共に、配線６６ｂを介して磁界センサアレイ１８ａ、１８ｂ及び外部磁界検出センサ４４に供給される。
【００６０】
図１に示すように、ラック４６の下側棚板上には、ポインタホルダ７４が固定され、このポインタホルダ７４には、測定者（不図示）等が手に持って任意に移動させることの自由な、内部に磁気マーカ７２を有するポインタ７０が、抜き差し自由な状態で挿入されている。
【００６１】
このポインタ７０は、図２、図３に示すように、磁石である磁気マーカ７２が内蔵されると共に、略円錐状の尖った先端部７６を有する鉛筆状の棒体である。ポインタ７０に内蔵される磁気マーカ７２以外の部分の材質は、樹脂等の非磁性体とされている。この場合、ポインタ７０の略円錐状の先端部７６の位置と磁気マーカ７２（の中心）間の距離は既知であり、本体部５０のハードディスク内に記憶され格納されている。また、磁気マーカ７２の磁化方向が、ポインタ７０の軸心方向に一致するように磁気マーカ７２が取り付けられている。測定誤差を最小限とするため、内蔵される磁気マーカ７２は、なるべく先端部７６に近い位置に配置固定することが好ましい。もちろん先端部７６に配置することもできる。
【００６２】
図４Ａにおいて、磁気発生器１５は、剛体である固定部材１３の上面に接着剤等で２つの磁気マーカ１６を貼り付けることによって構成される。これにより、２つの磁気マーカ１６間の距離ｄは、固定部材１３によって固定された既知の距離となる。
【００６３】
また、２つの磁気マーカ１６の磁界の方向が予め既知であれば、２つの磁気マーカ１６を固定部材１３で固定することにより、一方の磁気マーカ１６の磁界の方向に対する、他方の磁気マーカ１６の磁界の方向（以下、相対的な磁界発生方向という）も既知となる。
【００６４】
なお、２つの磁気マーカ１６の相対的な磁界発生方向とは、磁気発生源である２つの磁気マーカ１６について、２つの磁気発生源自体の磁界発生方向に関する相対的な方向である。具体的には、磁気マーカ１６が磁性体である場合には、２つの磁性体の磁化の方向（着磁方向）Ｊに関する相対的な方向をいう。また、磁気マーカ１６がコイルである場合には、２つのコイルの磁界発生方向に関する相対的な方向をいう。
【００６５】
ここで、固定部材１３は、非磁性体、例えばアクリル樹脂から形成されていることが好ましい。また、２つの磁気マーカ１６の距離ｄについては、短い程、配置の制約は小さいが、位置精度は悪化するおそれがある。また、距離ｄが大きい程、位置精度は向上するが、配置の制約は大きくなる。予備実験の結果より、磁界センサ２０ｉと磁気発生器１５ａ、１５ｂとの距離が５〜５０［ｍｍ］程度である場合、ｄ＝５〜５０［ｍｍ］程度とすることが望ましいことが確認されている。距離ｄが５［ｍｍ］よりも小さいと磁気マーカ１６ａ〜１６ｄ同士で磁界の干渉が発生する。一方、距離ｄが５０［ｍｍ］よりも大きいと、磁界センサ２０ｉの測定精度が低下すると共に、磁気発生器１５が大型化して、被測定者１４の不快感が増大する。
【００６６】
また、固定部材１３を非磁性体から構成すれば、磁界センサ２０ｉで検出される磁界は、磁気マーカ１６ａ〜１６ｄから発生する磁界のみとなる。これにより、磁界センサ２０ｉの測定精度をさらに向上させることができる。
【００６７】
また、図１〜図４において、磁気発生器１５は、椅子３０に腰掛けている被測定者１４の額３２と下顎歯（下顎歯列）３４のうち、下顎切歯の歯冠部に、容易に取り外し可能な接着剤等を介してそれぞれ取り付けられる。
【００６８】
その際、図４Ｂに示すように、固定部材１３の形状を、物体（被測定者１４）の取付表面である額３２及び前記歯冠部に沿った（対応する）形状としてもよい。これにより、磁気マーカ１６ａ〜１６ｄと額３２及び前記歯冠部との距離がより近づくので、上顎２２及び下顎２４の６自由度運動の測定精度を向上させることができる。この他にも、例えば、被測定者１４の前記歯冠部に磁気発生器１５ｂを取り付けると、被測定者１４の違和感が小さいという効果も得られる。この場合、距離ｄは、磁気マーカ１６ａ（１６ｃ）の中心部分と磁気マーカ１６ｂ（１６ｄ）の中心部分とを結ぶ直線距離とすればよい。
【００６９】
この実施の形態において、磁気マーカ１６及び磁気マーカ７２は、大きさが、１［ｍｍ］×１［ｍｍ］×０．５［ｍｍ］（厚み）程度、飽和磁束密度が１［Ｔ（テスラ）］程度の最大エネルギ積の大きいＮｄＦｅＢ（ネオジウム鉄ボロン）材質の焼結磁石の永久磁石を用いている。このような磁気マーカ１６、７２を用いることで、磁界センサ２０ｉでは、０．１［ｍＧ（ミリガウス）］〜１００［ｍＧ］程度の磁界を検出することができる。また、図３では、磁気マーカ１６の磁化の方向（着磁方向）Ｊは、被測定者１４から外向きの方向に向けられ、磁界センサ２０ｉの磁界検出方向が、この磁化方向Ｊに一致するように設定されている。この場合、２つの磁気マーカ１６間の相対的な磁界発生方向は、一方の磁気マーカ１６の着磁方向Ｊに対する、他方の磁気マーカの着磁方向Ｊである。
【００７０】
なお、磁気マーカ１６及び磁気マーカ７２は、コイルを含む磁気発生手段で構成してもよい。この場合には、被測定者１４への負担をできる限り軽減するために、電源（例えば、ボタン型の電池）と、前記電源から前記コイルに電力を供給する電源供給部と、前記コイルとを回路基板に実装して構成された小型の磁気発生回路とすることが望ましい。この場合、２つのコイル間の相対的な磁界発生方向は、一方のコイルの磁界発生方向に対する、他方のコイルの磁界発生方向である。
【００７１】
また、後述するように、この３次元顎運動測定システム１０では、磁気マーカ１６の磁化方向Ｊと磁界センサ２０ｉの磁界検出方向とを一致させなくても、３次元顎運動を測定することができる。また、磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの着磁方向Ｊはお互いに一致していなくてもよい。
【００７２】
磁界センサ２０ｉ及び外部磁界検出センサ４４としては、ホール素子を利用したもの、磁気抵抗効果素子を利用したもの、高周波キャリア型薄膜磁界センサ（Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）を利用したもの、あるいは高周波励磁コイルを有するフラックスゲートセンサ等の１軸、２軸あるいは３軸の周知の磁界センサを用いることができる。
【００７３】
特に、高周波キャリア型薄膜磁界センサを用いた場合には、ヘッドの寸法が、１［ｍｍ］以下となり、この１［ｍｍ］以下の高周波キャリア薄膜磁界センサの検出感度は、ヘッドの寸法が１０［ｍｍ］程度のフラックスゲートセンサと略同等以上の感度を有する。
【００７４】
顎運動の測定に関し、高周波キャリア型薄膜磁界センサを用いる場合には、ヘッド寸法を点として考えることが可能であり、フラックスゲートセンサを用いる場合には、必要に応じて、ヘッド寸法を有限と考えて処理を行う。
【００７５】
すなわち、磁界センサ２０ｉは、できるだけヘッド寸法の小さいものを採用することが好ましい。ヘッド寸法が小さいほど磁気マーカ１６の周辺の磁界を正確に測定でき、複数の磁気マーカ１６の検出位置精度が向上するからである。
【００７６】
図１に示すように、被測定者１４が腰掛ける椅子３０の背もたれ部には、被測定者１４の頭部を支えるヘッドレスト２９が取り付けられている。ヘッドレスト２９は、個々の被測定者１４の顎部に磁界センサ２０ｉの位置をできるだけ近づけるためと被測定者１４の頭部の位置に対応するように、上下、左右、前後方向に移動させることが可能な構成になっている。
【００７７】
図２に示すように、磁界センサ２０ｉを被測定者１４に近接させ対向配置した測定時において、磁界センサ２０ｉは、各磁気マーカ１６ａ〜１６ｄを顔面の正面から取り囲むようにそれぞれ配置され、磁界センサ２０ｉから構成される磁界センサ組立体としての磁界センサアレイ１８ａ、１８ｂは、センサホルダ３６に取り付けられている。磁界センサアレイ１８ａは、額３２を取り囲むように上下方向で９０°以上の円弧状に形成され、磁界センサアレイ１８ｂは、下顎２４を取り囲むように横方向で略円弧状に形成されている。
【００７８】
この磁界センサアレイ１８ａ、１８ｂが取り付けられたセンサホルダ３６が、図１に示すように、固定用ねじ４１により上下方向（垂直方向）の自由な位置に調節可能な測定用スタンド３８の支柱４０間に取り付けられている。各支柱４０は、被測定者１４の脚部を避けるために略Ｕ字状のベース４２の両端に垂直方向に取り付けられ、このような構成の測定用スタンド３８は、ベース４２の床側に取り付けられている４個のキャスタ４３により被測定者１４の方向に対して移動及び固定自由である。
【００７９】
支柱４０間には、さらに、地磁気等の外部磁界（外部不要磁界）を検出する３次元磁界センサである外部磁界検出センサ４４が取付孔３９（３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ）及びコ字状の枠３７を介して配置固定されている。外部磁界検出センサ４４は、ねじ３５により、取付部３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄのいずれかの位置に配置固定することが可能である。
【００８０】
この外部磁界検出センサ４４の最適な配置位置は、磁気マーカ１６から作用する磁界が無視できるほど小さくなる位置（基本的には、磁気マーカ１６から比較的に離れた位置）であって、且つ各磁界センサ２０ｉに作用する磁気マーカ１６以外の地磁気を含む外部磁界と同等の磁界を３軸成分で検出できる位置とされる。
【００８１】
外部磁界検出センサ４４は、各磁界センサ２０ｉの同相成分を相殺するために配置される。地磁気を含む外部磁界成分（直流磁界成分＋変動磁界成分）中の変動（ふらつき）磁界成分をも相殺するために、磁気マーカ１６からの磁界が磁界センサ２０ｉのノイズレベル（この場合は０．１［ｍＧ：ミリガウス］）以下となる位置が好ましい。
【００８２】
なお、この実施の形態においては、図１に示すように、外部磁界検出センサ４４を、枠３７を介して磁界センサ２０ｉを有する磁界センサアレイ１８と一体的に形成されているセンサホルダ３６のパイプ部に一体的に固定するようにしている。このため、磁界センサアレイ１８の位置が個々の被測定者１４に対応するように支柱４０を上下させてセンサホルダ３６を上下させても、磁界センサ２０ｉと外部磁界検出センサ４４との空間上の位置関係が変化しない。この構成のため、各取付部３９ａ〜３９ｄにおいて、一旦、各磁界センサ２０ｉの出力と、外部磁界検出センサ４４の出力との相殺関係を調整して決定し、パーソナルコンピュータ２６のハードディスク等に記憶格納しておけば、この相殺関係の再調整が不要となるという利点を有する。
【００８３】
図１に示す測定用スタンド３８全体の材質は、磁気マーカ１６からの磁界あるいは外部磁界を乱さないように、例えばプラスチック樹脂、木、アルミニウムあるいはステンレス等の非磁性体を用いることが好ましい。センサホルダ３６及び枠３７、ねじ３５の材質も同様に非磁性体を用いることが好ましい。
【００８４】
図１及び図３に示すように、各磁界センサ２０ｉ及び外部磁界検出センサ４４で検出された磁界は、アナログ信号として、配線６６を介してＡＤ変換器（アナログデジタル変換器）６２に供給され、該ＡＤ変換器６２によりデジタルデータとしての磁界強度の値に変換され、パーソナルコンピュータ２６を構成する本体部５０中のＲＡＭ及びハードディスクの所定領域に記憶される。
【００８５】
パーソナルコンピュータ２６の本体部５０は、上述したように、信号処理手段として機能し、この信号処理手段は、予め記録されているアプリケーションプログラムに基づき、後述するように、最尤度法等の繰り返し計算を利用し、ＡＤ変換器６２を介して供給された磁界強度のデジタルデータから磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの位置をリアルタイムに算出すると共に、外部磁界検出センサ４４の出力に基づき外部磁界の大きさと方向を算出し、さらには、必要なときに、内部に磁気マーカ７２を有する移動自由なポインタ７０の先端の接触部位の位置を算出する。また、信号処理手段は、ポインタ７０の先端の接触部位の位置を、磁気マーカ１６を基準とする相対位置として記憶し登録し、必要なときに読み出す処理を行う。
【００８６】
このようにして、磁気マーカ１６ａ〜１６ｄ等の３次元位置が測定される。本体部５０は、測定した磁気マーカ１６ａ〜１６ｄ等の位置をＲＡＭ及びハードディスクに記憶すると共に、これらの位置に基づき、モニタディスプレイ５２上に、被測定者１４に対応する人物の顎運動画像を動画としてリアルタイムに表示する。
【００８７】
この実施の形態に係る３次元顎運動測定システム１０は、基本的には以上のように構成され、且つ動作するものであり、次に、図５に示す動作フローチャートを参照しながらその動作をさらに詳細に説明する。
【００８８】
まず、ステップＳ１では、各磁界センサ２０ｉの出力値を、外部磁界検出センサ４４の出力値で校正、いわゆるキャリブレーションしておく。この校正は、当該３次元顎運動測定システム１０の製造業者（メーカー）の工場内の磁気シールドされた特定設備内等で行われる。
【００８９】
すなわち、平等磁界（地磁気程度の磁界）を外部磁界検出センサ４４と各磁界センサ２０ｉに、同時に、例えば、直交３軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の順に順次作用させてゆき、各軸毎に、外部磁界検出センサ４４と各磁界センサ２０ｉの出力値との関係（例えば、外部磁界検出センサ４４と各磁界センサ２０ｉの出力の差）を、各磁界センサ２０ｉの出力値が、０値あるいは無視できるほど小さい値となるような補正係数を決めておき、ルックアップテーブル（外部不要磁界相殺（校正）用ルックアップテーブル（表）という。）等を作成しておく。このルックアップテーブルは、パーソナルコンピュータ２６の本体部５０中の記憶媒体であるハードディスクに記憶しておく。なお、ルックアップテーブルに代替して計算式（外部不要磁界相殺（校正）用計算式）として、格納しておくこともできる。
【００９０】
すなわち、ルックアップテーブル（校正表あるいはキャリブレーションテーブル）又は計算式（校正用計算式）は、各平等磁界の外部磁界検出センサ４４による検出磁界（ベクトル）をＢｒｅとし、各平等磁界の各磁界センサ２０ｉ（ｉはｉ番目の意味）による検出磁界（ベクトル）をＢｍｅｉとするとき、次の（１）式の値が０値あるいは最小となる値となるような補正係数ｋを、検出磁界Ｂｒｅを変数とする関数として決定しておく。
Ｂｍｅｉ−ｋＢｒｅ          …（１）
【００９１】
このメーカ等でのキャリブレーションの後、３次元顎運動測定システム１０は、例えば病院や診療所あるいは健康センター等の測定場所に納入される。
【００９２】
次に、ステップＳ２では、図１に示すような測定場所において、３次元顎運動測定システム１０に電源が投入されると、該測定場所で磁界センサ２０の出力が、外部磁界検出センサ４４の出力で自動的に校正される。すなわち、測定場所において、外部磁界検出センサ４４で検出される地磁気等外部磁界の減算割合である上記の補正係数ｋが、その測定場所での外部磁界（ベクトル）Ｂｒに基づいて、上記の校正表あるいは校正用計算式から自動的に算出される。
【００９３】
このように、実際の測定場所で磁界センサ２０の出力を外部磁界検出センサ４４の出力により補正するのは、地磁気等の外部磁界が時間の経過あるいは場所によって一定ではなく変化するからである。
【００９４】
従って、外部磁界検出センサ４４を有する３次元顎運動測定システム１０によれば、測定中に、たとえ、地磁気等の外部磁界が変化しても、そのような変動性のノイズ成分が自動的に除去される。
【００９５】
なお、測定場所において、電源が投入された時点では、磁気発生器１５ａ、１５ｂは、被測定者１４に取り付けられていない。また、磁気発生器１５ａ、１５ｂは、磁界センサアレイ１８及び外部磁界検出センサ４４に影響を及ぼさないような十分離れた位置あるいは磁気シールド箱（不図示）内に置いてある。
【００９６】
次に、ステップＳ３では、椅子３０に腰掛けている被測定者１４に対して測定用スタンド３８を対向配置することで磁界センサ２０ｉを配置する。
【００９７】
この場合、測定用スタンド３８を、図１の位置から被測定者１４に向けて近づけ、磁界センサアレイ１８のセンサホルダ３６が所定位置、例えば、図６に示すように、横から見て、センサホルダ３６の被測定者１４側の先端が、被測定者１４の顔の前面と略一致する位置として、測定用スタンド３８のキャスタ４３を固定する。
【００９８】
このステップＳ３では、さらに、被測定者１４に対して磁界センサアレイ１８を所定高さに配置調整する。具体的には、例えば、被測定者１４の下顎（下顎骨）２４中の下顎歯のうち、２本の中切歯Ｔｉの位置（後に磁気発生器１５ｂを取り付ける位置）と下側の磁界センサアレイ１８ｂの高さが一致するようにセンサホルダ３６を上下させ、一致した状態で固定用ねじ４１によりセンサホルダ３６を支柱４０に固定する。
【００９９】
図７は、被測定者１４に対して測定用スタンド３８、換言すれば磁界センサ２０ｉが配置された状態を示している。測定用スタンド３８の幅Ｌ２（図１参照）は、被測定者１４の最大幅である両上腕間の間隔を超える間隔に設定している椅子３０の横幅Ｌ３よりも広くしてあるので、磁界センサ２０ｉを有するセンサホルダ３６を被測定者１４に対し所望の位置に配置することができる。
【０１００】
この場合、外部磁界検出センサ４４の高さ方向の位置は、被測定者１４の太股に載せた腕の上側となるように設定しているので、被測定者１４に接触することがない。
【０１０１】
さらに、被測定者１４の後頭部には、ヘッドレスト２９を配置しているので、被測定者１４は、自己の頭部をこのヘッドレスト２９により圧迫なく自然に支えることができると共に、ヘッドレスト２９が上下、左右、前後方向に移動できるようになっているので、磁気マーカ１６の取付位置をできるだけ磁界センサアレイ１８に近づけることができる。
【０１０２】
このように、測定中において、被測定者１４は、後述するように、きわめて小さい磁気発生器１５だけが取り付けられただけの状態、換言すれば、身体的に直接圧迫のないきわめて自由な状態で、顎運動測定あるいは診査を受けることが可能である。図６及び図７に示すように、この測定中には、被測定者１４の視界も測定装置によりほとんど制限されることがない。
【０１０３】
従って、この実施の形態による３次元顎運動測定システム１０を用いることで、ベルト固定磁界センサ組立体あるいは光源装置等により被測定者の頭部を固定するという不自由さが一掃される。そのため、従来装置では困難であった小児や高齢者に対しても適用が可能になる。
【０１０４】
次に、ステップＳ４においては、図７に示すように被測定者１４の顔面に対し、磁界センサアレイ１８が対向配置された状態において、ねじ３５を取り外して外部磁界検出センサ４４が取り付けられた枠３７を上下することで、上記（１）式の値が最小値となるように、当該測定位置における外部磁界検出センサ４４の最適な高さを決定し、決定した高さ位置に最も近い位置にある取付孔３９に、ねじ３５により枠３７、すなわち外部磁界検出センサ４４を取付固定する。
【０１０５】
３次元顎運動測定システム１０による測定中に、外部磁界検出センサ４４に関連してパーソナルコンピュータ２６の本体部５０で行われる演算は、各磁界センサ２０ｉ（ｉはｉ番目の意味）の校正前の出力値（測定磁界：ベクトル）をＢｍｉ０、外部磁界検出センサ４４による検出磁界（ベクトル）をＢｒとし、上記補正表あるいは補正式に基づく定数をｋとし、補正後の各磁界センサ２０ｉの測定磁界をＢｍｉとすれば、測定磁界（ベクトル）Ｂｍｉは、次の（２）式で表すことができる。
Ｂｍｉ＝Ｂｍｉ０−ｋＢｒ        …（２）
【０１０６】
この（２）式により、外部磁界の時間変動性のノイズを除くことができることが分かる。
【０１０７】
この測定中には、被測定者１４に取り付けられる磁気発生器１５ａ、１５ｂの１個に対して、少なくとも６個の成分（６軸成分）を有する磁界センサ２０ｉが配置されるようにする。すなわち、磁気発生器１５ａを構成する磁気マーカ１６ａ、１６ｂに対しては、磁界センサアレイ１８ａ内に磁界センサ２０1〜２０6を配置し、磁気発生器１５ｂを構成する磁気マーカ１６ｃ、１６ｄに対しては、磁界センサアレイ１８ｂに磁界センサ２０21〜２０27を配置する。このようにすれば、６自由度（ｘ，ｙ，ｚ，θ，φ，Ψ）の顎運動を観察することができる。
【０１０８】
ただし、角度φと角度θとは、図８に示すように、原点Ｏからの座標（ｘ，ｙ，ｚ）で定まるベクトルＰのｚ軸からの傾き（方向角）φ、及びベクトルＰをｘｙ平面へ射影したときのｘ軸からの傾き（方向角）θを表す。また、角度Ψとは、図９に示すように、磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの着磁方向Ｊを中心軸とする回転角Ψを示す。
【０１０９】
次に、ステップＳ５では、磁気発生器１５ａ、１５ｂの配置と上下顎の特徴点のマーキング処理を行う。なお、図１に示す測定場所において、ステップＳ２〜Ｓ４の処理過程では、実際には、磁気発生器１５ａ、１５ｂは、被測定者１４に取り付けられていない状態にある。
【０１１０】
ここで、上下顎の特徴点のマーキング処理とは、上顎２２あるいは下顎２４の表面上の任意点、例えば下顎２４でいえば下顎左右第一大臼歯中心窩の点や左右下顎頭近傍の点等の特徴点を、磁気発生器１５ｂに対する相対座標として設定する処理である。
【０１１１】
さらに詳しく説明すると、上下顎の特徴点のマーキング処理とは、被測定者１４の顎に取り付けられる磁気発生器１５ａ、１５ｂにおける磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの位置に対する、上下顎上の任意点の相対位置（相対的３次元位置）を認識させ、登録（記憶）する処理である。
【０１１２】
そのため、まず、ステップＳ５ａでは、下顎２４の正面の１箇所、この場合、図６に示すように、被測定者１４の下顎（下顎骨）２４中の下顎歯のうち、２本の中切歯Ｔｉに跨って、それらの歯冠の中央に、上述した磁気シールド箱等から取り出した磁気発生器１５ｂを取り付ける。歯に取り付けるのは、歯は硬組織であり、下顎骨と略一体であると考えられるので、下唇等の軟組織に付けた場合に比較して、歯に取り付けることで下顎２４の運動を正確に再現することができるからである。
【０１１３】
次に、ステップＳ５ｂでは、下顎の任意点（所望点、特徴点、あるいは代表点）を設定するために、測定者等は、ラック４６のポインタホルダ７４からポインタ７０を取り外し、ポインタ７０の先端部７６を、下顎歯列中の所定位置、例えば第２大臼歯Ｔｍ（図６参照）の咬合面中心窩に接触させ、取り付けられた磁気発生器１５ｂの位置を基準とした第２大臼歯Ｔｍの咬合面中心窩に対する３次元座標位置を、磁界センサアレイ１８ｂの磁界センサ２０ｉの出力により後述する最尤度法等により求める。
【０１１４】
実際上、ポインタ７０の先端部７６を、被測定者１４の第２大臼歯Ｔｍの咬合面中心窩に接触させているとき、入力装置であるマウス５６により、モニタディスプレイ５２上の表示に従い、所定の箇所、例えば、画面中の「磁気マーカ付きポインタの接触中」と表示されている箇所をクリックすることで、そのときの磁界センサ２０ｉの磁界からポインタ内部の磁気マーカ７２の位置を求め、ポインタ７０の先端部７６の位置を求める。先端部７６の位置が、第２大臼歯Ｔｍの咬合面中心窩の位置である。
【０１１５】
このようにして、中切歯Ｔｉに跨って取り付けられた磁気発生器１５ｂに対する下顎歯列中、左右の両第２大臼歯Ｔｍの咬合面中心窩の相対位置を求め、パーソナルコンピュータ２６の本体部５０内のハードディスクに記憶して登録しておく。同様な手順で、下顎２４のその他の特徴点、例えば下顎左右第一大臼歯中心窩の点や左右下顎頭近傍の点等の数点をマーキングし、磁気発生器１５ｂの位置に対する相対位置を記憶して登録しておくことにより、磁気発生器１５ｂの運動と同時にマーキングした数点の運動も測定することができる。
【０１１６】
なお、被測定者１４が、下顎２４の任意点（特徴点、例えば下顎左右第一大臼歯中心窩の点や左右下顎頭近傍の点）のマーキング中に、頭部や顎部を動かさなければ、磁気マーカ１６ｃ、１６ｄは必要とせずに、ポインタ７０のみで下顎２４の任意点のマーキングを行うことができるが、磁気発生器１５ｂが取り付けられている場合には、ポインタ７０の先端部７６を被測定者１４に接触させたときに頭部や顎部が動いてしまった場合においても、取り付けられている磁気発生器１５ｂの磁気マーカ１６ｃ、１６ｄに対する相対的位置として記憶できるため、下顎２４の任意点に対して正確にマーキングを行うことが可能である。
【０１１７】
また、ポインタ７０による下顎任意点のマーキング（相対位置把握）では、ポインタ７０の先端部７６を所望点に接触させることによりその任意点を所望点として座標位置を記憶して登録するため、被測定者１４の表面に出ている点のみしか座標位置を登録することができない。
【０１１８】
しかし、実際には、被測定者１４の内部の点の運動を計測する必要もあり、そのような場合には、その位置をパーソナルコンピュータ２６により算出した上で登録することも可能である。例えば、左右下顎頭の近傍の点（耳珠のやや前方）を皮膚の上からポインタ７０で指し示し、ポインタ７０で指示し記憶した左右の点を結んだ直線に対し、内側へそれぞれ、例えば２０［ｍｍ］動かした点をパーソナルコンピュータ２６により算出することで、その点（左右顆頭点に対応する。）を登録することが可能である。
【０１１９】
ステップＳ５ｂにおける下顎形状の特徴点の相対位置（磁気発生器１５ｂの位置を基準とする位置）の登録処理が終了したとき、ステップＳ５ｃでは、ポインタ７０をポインタホルダ７４に返却しておく。
【０１２０】
次に、ステップＳ５ｄでは、図２、図６等に示しているように、上顎２２の側に磁気発生器１５ａを接着剤で取り付ける。
【０１２１】
磁気発生器１５ａは、例えば、顔の中心線上で、且つ図６に示すように、額３２中、磁界センサアレイ１８ａに取り囲まれるような高さの水平線上に取り付ける。なお、後述するように、上顎２２の側に磁気発生器１５ａを取り付ける理由は、測定中に上顎２２が動いてしまった場合においても、下顎２４の運動から上顎２２の運動を差し引きすることにより、下顎２４のみの純粋な運動を検出して測定することを可能とするためである。
【０１２２】
このようにして、額３２側の磁気発生器１５ａの正面に磁界センサアレイ１８ａが対向配置され、下顎２４側の磁気発生器１５ｂの正面に磁界センサアレイ１８ｂが対向配置されることになる。
【０１２３】
なお、磁気発生器１５ａの取付箇所として、硬組織である上顎歯等を選定しないで、額３２を選定したのは、前記額３２が、上顎と一体的に形成されている前頭骨の前頭鱗上の軟組織（皮膚組織）であり厳密には剛体とはいえないが、下顎歯列に取り付けた磁気発生器１５ｂとの距離が、例えば上顎２２を構成する上顎歯に取り付けられた場合に比較して、５倍以上の距離となり、磁気マーカ１６ａ〜１６ｄ同士の磁界の相互作用が軽減され、磁界センサアレイ１８ａ、１８ｂで磁気マーカ１６ａ〜１６ｄ個々の磁界をより正確に検出できるからである。なお、磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの磁化の方向（着磁方向Ｊ）は、図３、図６に示すように、被測定者１４の正面を向くようにしているが、後述するように、正面を向かなくてもよい。また、磁気マーカ１６ａ〜１６ｄのそれぞれの着磁方向Ｊは、異なる方向に向いていても構わない。ここで、図６中、磁化の方向Ｊ及びこの磁界の方向Ｊを示す矢印を囲む長方形は、模式的なものであり、実際に存在するものではない。
【０１２４】
次に、ステップＳ５ｅでは、上顎２２の任意点（所望点、特徴点、あるいは代表点）を設定するために、測定者等は、ラック４６のポインタホルダ７４からポインタ７０を再度取り外し、ポインタ７０の先端部７６を、上顎歯列中の所定位置、例えば第１大臼歯近心頬側咬頭頂に接触させ、取り付けられた磁気発生器１５ａの位置を基準とした３次元座標位置を、磁界センサアレイ１８ａの磁界センサ２０ｉの出力により後述する最尤度法等により求める。
【０１２５】
ここで、ポインタ７０の先端部７６を、被測定者１４の上顎２２の任意位置に接触させているとき、入力装置であるマウス５６により、モニタディスプレイ５２上の表示に従い、所定の箇所、例えば、画面中の「磁気マーカ付きポインタの接触中」と表示されている箇所をクリックすることで、そのときの磁界センサ２０ｉの磁界からポインタ内部の磁気マーカ７２の位置を求め、ポインタ７０の先端部７６の位置を求める。
【０１２６】
このようにして、額３２に取り付けられた磁気発生器１５ａに対する上顎左右第１大臼歯近心頬側咬頭頂の相対位置を求め、パーソナルコンピュータ２６の本体部５０内のハードディスクに記憶して登録しておく。同様な手順で、上顎２２のその他の特徴点、例えば上顎左右犬歯尖頭や上顎左右中切歯の中点等の数点をマーキングし、磁気発生器１５ａの位置に対する相対位置を記憶して登録しておくことにより、磁気発生器１５ａの運動と同時にマーキングした数点の運動も測定することができる。
【０１２７】
なお、被測定者１４が、上顎２２の任意点（特徴点、例えば上顎左右犬歯尖頭や上顎左右中切歯の中点）のマーキング中に、頭部を動かさなければ、磁気マーカ１６ａ、１６ｂは必要とせずに、ポインタ７０のみで上顎２２の任意点のマーキングを行うことができるが、磁気発生器１５ａが取り付けられている場合には、ポインタ７０の先端部７６を被測定者１４に接触させたときに頭部が動いてしまった場合においても、取り付けられている磁気発生器１５ａの磁気マーカ１６ａ、１６ｂに対する相対的位置として記憶できるため、上顎２２の任意点に対して正確にマーキングを行うことが可能である。
【０１２８】
次いで、ステップＳ５ｅにおける上顎形状の特徴点の相対位置（磁気発生器１５ａの位置を基準とする位置）の登録処理が終了したとき、ステップＳ５ｆでは、ポインタ７０をポインタホルダ７４に再び返却しておく。
【０１２９】
次に、ステップＳ６では、磁界センサアレイ１８ａ内の磁界センサ２０ｉの出力により、２個の双極子磁場（磁気マーカ１６ａ、１６ｂによるダイポール磁界）の分布から上顎に取り付けられた磁気マーカ１６ａ、１６ｂの位置・方向を求めると共に、磁界センサアレイ１８ｂ内の磁界センサ２０ｉの出力により、２個の双極子磁場（磁気マーカ１６ｃ、１６ｄによるダイポール磁界）の分布から上顎に取り付けられた磁気マーカ１６ｃ、１６ｄの位置・方向を求める。ここでは、磁気マーカ１６ｃ、１６ｄの位置・方向を求める方法について説明するが、磁気マーカ１６ａ、１６ｂの位置・方向についても、以下で説明する記号の添字を変更するだけで求めることができる。
【０１３０】
まず、図９に示すように、固定点である絶対座標系Ｘ０Ｙ０Ｚ０の原点位置から、磁気マーカ１６ｃの位置を示す下顎座標系ＸｂＹｂＺｂの原点位置までの位置ベクトルｐ１と磁気マーカ１６ｄの位置ベクトルｐ２を求める。
【０１３１】
この場合、下顎座標系ＸｂＹｂＺｂの原点は、上顎２２あるいは下顎２４中のどの位置でもよいが、ここでは、簡単のために、磁気マーカ１６ｃの中心位置に一致しているものとする。また、絶対座標系Ｘ０Ｙ０Ｚ０の原点位置は、例えば、磁界センサアレイ１８ｂを構成する左右の磁界センサ２０21と２０27を結んだ中点とする。
【０１３２】
この仮定のもとで磁気マーカ１６ａの原点座標、換言すれば、下顎座標系ＸｂＹｂＺｂの原点座標を、位置及び方向角（姿勢角、回転角）のパラメータ（６自由度情報）で表して、Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ，θ，φ，Ψ）とする。
【０１３３】
この場合、磁界センサアレイ１８ｂの各磁界センサ２０ｉで検出される測定磁界Ｂｍｉと、それぞれ磁気モーメントが既知である各磁気マーカ１６ｃ、１６ｄの各双極子磁界（ダイポールフィールド）の各磁界センサ２０ｉの位置での計算値である計算磁界をＢｃｉとするとき、測定磁界Ｂｍｉと計算磁界Ｂｃｉとから、次の（３）式により最尤度法等により、前記ベクトルＰ（ｘ，ｙ，ｚ，θ，φ，Ψ）の各パラメータを求める。図２の磁界センサ２０ｉの配置例の場合、（３）式中、Σの範囲は、ｉ＝２１〜６２である。
Σ（Ｂｍｉ−Ｂｃｉ）2＝０又は極小値      …（３）
【０１３４】
この場合、マーカ数及び磁気モーメントが既知であるので、最尤度法のパラメータが減少し、且つ収束性及び精度を向上させることができる。
【０１３５】
この（３）式の最小自乗法による最尤度法で、複数のダイポールの位置及び方向を求める計算を詳しく説明する。
【０１３６】
まず、上記（３）式を、以下の（３−１）式の評価関数Ｓ（ｐ）と置く。
Ｓ（ｐ）＝Ｓ（ｐ１、ｐ２）＝Σ（Ｂｍｉ−Ｂｃｉ）2＝０
又は最小値                                            …（３−１）
【０１３７】
ただし、（３−１）式において、各値は以下の通りである。
Ｂｃｉ＝（１／４πμ）×
［｛（−Ｍ1／ｐ13）＋（３（Ｍ1・ｐ1）ｐ1／ｐ15）｝
＋｛（−Ｍ2／ｐ23）＋（３（Ｍ2・ｐ2）ｐ2／ｐ25）｝］  …（３−２）
（Ｍ1・ｒ1）と（Ｍ2・ｒ2）における「・」はベクトルの内積
ベクトルｐ1＝（ｘｉ−ｘ，ｙｉ−ｙ，ｚｉ−ｚ）
ベクトルｐ2＝（ｘｉ−ｘ，ｙｉ−ｙ，ｚｉ−ｚ）−ｄ（−ｓｉｎθｃｏｓΨ，ｃｏｓφｃｏｓθｃｏｓΨ−ｓｉｎφｓｉｎΨ，ｓｉｎφｃｏｓθｃｏｓΨ＋ｃｏｓφｓｉｎΨ）
ベクトルｐ1：磁気マーカ１６ｃの位置ベクトル、方向
ベクトルｐ2：磁気マーカ１６ｄの位置ベクトル、方向
（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）：ｉ番目の磁界センサ２０ｉの位置ベクトル
ｎ：磁界センサ２０ｉの成分数
ベクトルＭ1、Ｍ2：それぞれ磁気マーカ１６ｃ、１６ｄの磁気モーメント（既知）
【０１３８】
上記のように定義される（３）式において、評価関数Ｓ（ｐ）が、ベクトルｐ＝ｑにおいて極小値をとれば、ｍを後述するパラメータの数として下記（３−３）式が成立する。
【０１３９】
（∂Ｓ（ｐ）／∂ｐj）｜p=q＝０（ｊ＝１，２…ｍ）    …（３−３）
上記（３−１）式を、この（３−３）式に代入して展開すれば、Σの範囲をｋ＝１〜ｍとして、次の（３−４）式が得られる。
【０１４０】
Σ（∂2Ｓ／∂ｐj∂ｐk）Δｐk＝−（∂2Ｓ／∂ｐj），（ｊ＝１，２，…ｍ）                                                        …（３−４）
この（３−４）式は、ｍ行ｍ列の行列式による連立方程式であり、これを解いてベクトルΔｐkを求め、ベクトルｐ(i+1)＝ベクトルｐi＋ベクトルΔｐkから最適解であるベクトルｑを求めることができる。
【０１４１】
なお、磁界Ｂｍｉ、Ｂｃｉの距離による一階微分値を求め、この一階微分値と測定磁界Ｂｍｉのみに対して最尤度法を適用することで、磁界が距離の３乗に比例することを考慮すると、精度を向上させることができる。
【０１４２】
全ての磁界センサ２０ｉの測定磁界Ｂｍｉを用いることで、精度を向上させることができる。なお、所定以上の磁界強度の得られる磁界センサ２０ｉの測定磁界Ｂｍｉを用いることで、精度の悪化を小さく保持しながら、計測時間を大幅に短縮することができる。
【０１４３】
上記の（３）式のように、磁気モーメントを用いて計算する場合に、磁気マーカ１６ｃ、１６ｄの相互作用が小さい場合には、そのまま用いてよいが、相互作用が無視できない場合には、実効的な磁気モーメントを算出する必要がある。
【０１４４】
さらに、磁界を検出するサンプリング間隔を、顎の動きが１０〜２０［ｍｍ］以内となる時間に設定することで、収束性が向上し、顎の動きを円滑に追跡することができる。
【０１４５】
このようにしても、（３）式の演算が収束しなかった場合、あるいは収束した場合においても、パラメータの解が前後の軌跡から不自然な場合には、その点における解を除いて、その前の時刻の解を初期値として演算を繰り返せばよい。
【０１４６】
上述したステップＳ６において、磁気マーカ１６ｃ、１６ｄの着磁方向Ｊが、図１０に示すように、異なる着磁方向Ｊｃ（磁気マーカ１６ｃの着磁方向）、Ｊｄ（磁気マーカ１６ｄの着磁方向）である場合の収束計算について説明する。この場合、着磁方向Ｊｃに対して、着磁方向Ｊｄが角度φｄ、角度θｄだけ傾いている。すなわち、着磁方向Ｊｃに対する着磁方向Ｊｄの相対的な磁界発生方向は、角度φｄ、角度θｄで示される方向である。
【０１４７】
このような相対的な磁界発生方向が存在する場合には、（３−２）式に示すθを（θ＋θｄ）に置き換え、φを（φ＋φｄ）を置き換えた上で収束計算を行う。これにより、磁気マーカ１６ｃ、１６ｄの着磁方向Ｊｃ、Ｊｄが被測定者１４の正面を向いていなくても、磁気マーカ１６ｃ、１６ｄの位置・方向を求めることができる。
【０１４８】
また、上述したステップＳ６の説明は、磁気マーカ１６ｃ、１６ｄの位置・方向を求める方法であったが、磁気マーカ１６ａ、１６ｂの位置・方向を求める場合には、座標系ＸｂＹｂＺｂを図１１に示す上顎座標系ＸｕＹｕＺｕに置き換え、さらに、磁界センサ２０ｉ（図２、図３等参照）のｉを、ｉ＝１〜２０に設定することにより、磁気マーカ１６ａ、１６ｂの位置・方向を求めることができる。
【０１４９】
なお、この計算は、顎関節を介する顎運動で説明しているが、顎運動に限らず、磁気マーカ１６ａ〜１６ｄが取り付けられる運動する物体として、人体中、手指、上肢、下肢等、各関節を介して運動する物体に対しても同様に適用することができる。
【０１５０】
次に、ステップＳ７では、磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの位置・方向から上顎２２及び下顎２４の物体のパラメータ（６つの位置及び相対的方向から構成される６自由度情報）を求める。具体的には、ステップＳ５のマーキング処理によってパーソナルコンピュータに記憶された上顎２２及び下顎２４の特徴点間の相対的な位置関係と、ステップＳ６から得られた磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの位置・方向を用いて、上顎２２及び下顎２４の相対的運動を算出する。
【０１５１】
この相対的運動を、ステップＳ８では、下顎２４の動きとしてモニタディスプレイ５２上の画像に変換して表示させることができる。すなわち、額３２の磁気発生器１５ａ及び磁気マーカ１６ａ、１６ｂに移動が発生していても、それが画面上では固定点となるように処理し、且つ顎運動に伴う磁気マーカ１６ｃ、１６ｄの位置の移動と共に、ステップＳ５ｂで登録してある複数の特徴点の位置を読み出して同時に移動させて表示させることができる。
【０１５２】
この下顎２４の動きは、ハードディスクあるいはデジタルビデオディスク等に記録することが可能であるので、何回でも再生することが可能となり、また、スロー再生、スチル再生、高速再生も可能となることから、さまざまな視点から顎運動を診断することが可能となる。
【０１５３】
また、本実施の形態に係る３次元顎運動測定システム１０は、上述した上顎２２に対する下顎２４の相対的な運動の計測に加え、絶対座標系Ｘ０Ｙ０Ｚ０（図９参照）に対する上顎２２の運動及び下顎２４の運動をそれぞれ算出して、これらの運動をモニタディスプレイ５２上の画像に変換し、一括して表示させることも可能である。
【０１５４】
この場合には、ステップＳ７、Ｓ８の代わりに、ステップＳ６の後のステップ９において、磁気マーカ１６ａ、１６ｂの位置・方向から上顎２２の物体のパラメータ（６自由度情報）を求め、磁気マーカ１６ｃ、１６ｄの位置・方向から下顎２４の物体のパラメータを求める。
【０１５５】
具体的には、ステップＳ５のマーキング処理によってパーソナルコンピュータに記憶された上顎２２及び下顎２４の特徴点間の相対的な位置関係と、ステップＳ６から得られた磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの位置及び方向とを用いて、上顎２２及び下顎２４の特徴点（代表点）の位置座標をそれぞれ求める。この場合、ステップＳ５において、磁気発生器１５ａ、１５ｂの配置と上下顎の特徴点とが、それぞれマーキング処理されているので、前記代表点の位置座標を容易に求めることができる。これにより、上顎２２の運動と下顎２４の運動とをそれぞれ算出することができる。
【０１５６】
次いで、ステップＳ１０において、算出された上顎２２及び下顎２４のそれぞれの運動を、絶対座標系Ｘ０Ｙ０Ｚ０の原点Ｏを基準とする上顎２２及び下顎２４の動きとしてモニタディスプレイ５２上の画像に変換して一括して表示させる。この場合も、上顎２２の運動及び下顎２４の運動に伴う磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの位置の移動と共に、ステップＳ５で登録してある複数の特徴点の位置を読み出して同時に移動させて表示させることができる。
【０１５７】
なお、上述した絶対座標系Ｘ０Ｙ０Ｚ０の原点位置は、図９に示すように、例えば、磁界センサアレイ１８ｂを構成する左右の磁界センサ２０21と２０27を結んだ中点としてもよいし、あるいは、磁界センサアレイ１８ａを構成する上下の磁界センサ２０1と２０5を結んだ中点としてもよい。本実施の形態に係る３次元顎運動測定システム１０は、いずれの中点を選択して、上顎２２及び下顎２４のそれぞれの運動を計測しても、絶対座標系Ｘ０Ｙ０Ｚ０に対する上顎２２の運動及び下顎２４の運動を一括してモニタディスプレイ５２上に表示させることができる。
【０１５８】
上顎２２及び下顎２４のそれぞれの動きは、ハードディスクあるいはデジタルビデオディスク等に記録することが可能であるので、何回でも再生することが可能となり、また、スロー再生、スチル再生、高速再生も可能となることから、さまざまな視点から顎運動を診断することが可能となる。
【０１５９】
ここで、１つの実験結果を図１２に示す。この実験結果は、３次元顎運動測定システム１０を用いて、上顎２２に対する下顎２４の相対的運動を測定した結果である。なお、図１２では、絶対座標ｘｙｚの原点Ｏを、図１３に示すように、右下顎頭の近傍の点（耳珠のやや前方）に設定しているが、この絶対座標ｘｙｚの原点Ｏは、前記右下顎頭の近傍の点に限定されることはなく、下顎２４の左右中切歯（磁気発生器１５ｂの貼付位置）のような硬組織上に設定することもできる。
【０１６０】
この場合、ｙ＝０［ｍｍ］においてｚ＝−２［ｍｍ］程度であり、ｙの増加に伴ってｚは減少し、ｙ＝５５［ｍｍ］（被測定者１４の正面の中央部分）においてｚ＝−４０［ｍｍ］となる。つまり、図１２において座標ｚの変化は、被測定者１４の口腔（図１３参照）が開いていることを示している。
【０１６１】
図１２に示すように、ｙ＝０〜５５［ｍｍ］の変化に対して、座標ｘはｘ＝１０〜１５［ｍｍ］の範囲で変化する。
【０１６２】
一方、ｙ＝０〜５５［ｍｍ］の範囲で変化すると、角度θは５°程度変化し、角度φは４０°程度変化し、角度Ψは５°程度変化している。これらの結果より、３次元顎運動測定システム１０を用いれば、上顎２２に対して下顎２４が６自由度の相対的運動を行っていることを容易に理解することができる。なお、角度Ψの変化は下顎２４の顎関節部での運動によって発生する。
【０１６３】
このように上述した実施の形態によれば、運動する２つの物体である上顎２２と下顎２４に対して、それぞれ少なくとも２つの磁気マーカ１６ａ〜１６ｄを有する磁気発生器１５ａ、１５ｂを取り付けて、各磁気マーカ１６ａ〜１６ｄから発生する磁界を、これらに対向して配置した磁界センサアレイ１８ａ、１８ｂを構成する磁界センサ２０ｉにより非接触で検出している。
【０１６４】
そして、磁界センサ２０ｉにより検出した磁界から、各磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの位置及び方向を求め、求めた各磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの位置及び方向と、上顎２２及び下顎２４の位置情報とに基づき、上顎２２に対する下顎２４の相対的運動が行われているときの、上顎２２及び下顎２４の任意の位置及び方向の６自由度情報を算出するようにしている。
【０１６５】
この場合、非磁性体からなる固定部材１３の上面に２つの磁気マーカ１６ａ〜１６ｄを接着剤等で固定されることにより磁気発生器１５ａ、１５ｂが構成される。そして、磁気発生器１５ａ、１５ｂの側面を接着剤等で上顎２２と下顎２４とに取り付けるようにしている。これにより、２つの磁気マーカ１６ａ、１６ｂ間及び２つの磁気マーカ１６ｃ、１６ｄ間の相対距離である距離ｄが固定部材１３によって固定されることになる。
【０１６６】
下顎２４が上顎２２に対して相対的な運動を行った場合に、磁気マーカ１６ａ〜１６ｄにより発生した磁界には、磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの着磁方向Ｊを軸とする角度Ψの成分が含まれてくる。そのため、磁界センサ２０ｉで前記磁界を検出し、前記磁界の検出結果から磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの位置及び方向を求めると、前記位置及び方向には前記角度Ψが含まれてくる。すなわち、磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの位置及び方向は、角度Ψを含む６つの位置及び方向（６自由度情報）（ｘ、ｙ、ｚ、θ、φ、Ψ）で記述される。従って、上顎２２に対する下顎２４のような相対的な運動（６自由度運動）の測定を容易に行うことができる。
【０１６７】
また、磁気マーカ１６ａ〜１６ｄの磁界の方向が予め既知であれば、２つの磁気マーカ１６ａ、１６ｂを固定部材１３で固定して磁気発生器１５ａを構成し、２つの磁気マーカ１６ｃ、１６ｄを別の固定部材１３で固定して磁気発生器１５ｂを構成することにより、一方の磁気マーカ１６ａ、１６ｃの磁界の方向に対する、他方の磁気マーカ１６ｂ、１６ｄの磁界の方向（相対的な磁界発生方向）も既知となる。これにより、例えば、磁気マーカ１６ｃ、１６ｄが異なる着磁方向Ｊｃ、Ｊｄを有し、磁気マーカ１６ｃ、１６ｄ間に相対的な磁界発生方向が存在する場合であっても、角度φｄ、角度θｄを考慮することにより、被測定者１４の上顎２２及び下顎２４に関する６自由度運動の計測を容易に行うことができる。
【０１６８】
また、上顎２２に取り付けられた磁気発生器１５ａの磁気マーカ１６ａ、１６ｂで発生する磁界を、磁界センサアレイ１８ａの磁界センサ２０ｉで検出し、下顎２４に取り付けられた磁気発生器１５ｂの磁気マーカ１６ｃ、１６ｄで発生する磁界を、磁界センサアレイ１８ｂの磁界センサ２０ｉで検出している。すなわち、磁気マーカ１６ａ、１６ｂの磁界と、磁気マーカ１６ｃ、１６ｄの磁界とを、異なる磁界センサ２０ｉで独立して検出することができる。
【０１６９】
そのため、従来の３次元運動測定装置１００のように、発生する磁界が干渉し合って、磁界センサ２０ｉの測定精度が低下するという問題を回避することができる。これにより、磁界センサ２０ｉの測定精度が向上し、小さな磁界しか発生できないような小型の磁気マーカ１６ａ〜１６ｄを磁気発生器１５ａ、１５ｂに用いることができる。従って、磁気発生器１５ａ、１５ｂ及び３次元顎運動測定システム１０の小型化を図ることができる。
【０１７０】
また、磁気マーカ１６ａ、１６ｂの磁界と、磁気マーカ１６ｃ、１６ｄの磁界とを、異なる磁界センサ２０ｉで独立して検出しているので、上顎２２の運動と下顎２４の運動とを別々に調べることも可能である。このように、３次元顎運動測定システム１０は、上顎２２及び下顎２４の相対的運動の測定に限定されることはなく、それぞれの物体の運動を測定することも可能である。
【０１７１】
また、固定部材１３を上顎２２及び下顎２４に沿った形状に形成してから、磁気発生器１５ａ、１５ｂを被測定者１４に対して取り付ければ、磁界センサ２０ｉで検出される磁界の検出精度がさらに向上して、３次元顎運動測定システム１０の測定精度をより一層向上させることができる。また、被測定者１４の負担を軽減することも可能である。
【０１７２】
また、磁気発生器１５ａ、１５ｂ、特に磁気マーカ１６ａ〜１６ｄは、比較的小さく軽く、且つ配線の必要がなく、さらには口腔内など遮蔽された空間でも使用が可能なため、被測定者１４、特に小児や高齢者に対しては、ほとんど不自由なく、より自然な状態での運動を測定することが可能である。
【０１７３】
また、磁界センサ２０ｉは、ＣＣＤカメラに比較して廉価であるので、大幅に廉価な３次元運動測定装置を提供することができる。さらに、図２に示すように、被測定者１４の視界をできるだけ妨げないように設計されているため、被測定者１４に圧迫感を感じさせず、その点においても被測定者１４に優しい測定装置であるということができる。
【０１７４】
また、上述した実施の形態によれば、顎運動を測定中において、磁界センサ２０ｉによる測定領域（磁界検出領域）内の磁気マーカ１６の数は２個としている。一般に、磁界検出領域内の磁界の数が少ないほど位置検出精度が高まるので、２個のみの磁気マーカ１６ａ、１６ｂ（１６ｃ、１６ｄ）を測定するようにした上述の実施の形態によれば、きわめて高精度に磁気マーカ１６ａ、１６ｂ（１６ｃ、１６ｄ）の位置を検出することができる。なお、額３２に取り付けられている磁気発生器１５ａの磁気マーカ１６ａ、１６ｂは、上顎２２に対する下顎２４（磁気マーカ１６ｃ、１６ｄ）の相対的運動を測定するために（下顎２４の純粋な運動を抽出するために）用いている。従って、顎運動中に、上顎２２が少々移動しても、その移動を除去することができる。
【０１７５】
なお、本発明に係る磁気発生器並びに３次元運動測定装置及びその方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１７６】
【図１】この発明の一実施の形態が適用された３次元運動測定システムの模式的な構成図である。
【図２】額及び下顎中切歯に配された磁気マーカと磁界センサとの位置関係の斜視説明図である。
【図３】図１の３次元運動測定システムの電気回路ブロック図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは図１の３次元運動測定システムにおける磁気発生器の斜視図である。
【図５】図１例の３次元運動測定システムの動作説明に供されるフローチャートである。
【図６】額及び下顎中切歯に配された磁気マーカと磁界センサとの位置関係の側面視説明図である。
【図７】被測定者に対して測定用スタンドを配置した状態を示す斜視説明図である。
【図８】磁気マーカの位置と方向角の関係説明図である。
【図９】磁気発生器の位置と方向角の関係説明図である。
【図１０】磁気発生器の各磁気マーカの着磁方向を示す関係説明図である。
【図１１】絶対座標と上下顎座標の関係説明図である。
【図１２】６自由度運動の測定結果を示す図である。
【図１３】図１２の絶対座標の説明図である。
【図１４】従来の３次元運動測定システムの模式的な構成図である。
【図１５】図１４の３次元運動測定システムにおける絶対座標と上下顎座標の関係説明図である。
【符号の説明】
【０１７７】
１０…３次元顎運動測定システム    １３…固定部材
１４…被測定者                    １５、１５ａ、１５ｂ…磁気発生器
１６、１６ａ〜１６ｄ…磁気マーカ  １８、１８ａ、１８ｂ…磁界センサアレイ
２０、２０1〜２０62、２０ｉ…磁界センサ
２２…上顎                        ２４…下顎
２６…パーソナルコンピュータ
【図１】
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【図２】
2005091203.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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