(57)【要約】  磁場センサシステム（１０）は、磁場を発生する１軸コイル（１２）と、磁場を検出する複数の３軸コイル（１４-１、１４-２）と、磁場の検出結果から前記１軸コイルの空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算するコントロール及び信号処理部（２２）と、を具備する。前記複数の３軸コイルは、略直線上に配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場を発生又は検出する１軸磁場発生又は検出器と、
磁場を検出又は発生する複数の磁場検出又は発生器と、
磁場の検出結果から前記１軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する計算部と、
を具備し、
前記複数の磁場検出又は発生器は、略直線上に配置されている、ことを特徴とする磁場センサシステム。
【請求項２】
各軸について磁場を発生又は検出する２軸磁場発生又は検出器と、
磁場を検出又は発生する複数の磁場検出又は発生器と、
磁場の検出結果から前記２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する計算部と、
を具備し、
前記複数の磁場検出又は発生器は、略直線上に配置されている、ことを特徴とする磁場センサシステム。
【請求項３】
前記複数の磁場検出又は発生器は、それぞれ、各軸について磁場を検出又は発生する３軸磁場検出又は発生器であり、
前記複数の３軸磁場検出又は発生器は、略直線上に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の磁場センサシステム。
【請求項４】
前記複数の磁場検出又は発生器は、各軸について磁場を検出又は発生する３軸磁場検出又は発生器を複数含み、
前記複数の３軸磁場検出又は発生器を含めた全ての磁場検出又は発生器は、略直線上に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の磁場センサシステム。
【請求項５】
前記複数の磁場検出又は発生器は、それぞれ、各軸について磁場を検出又は発生する３軸磁場検出又は発生器であり、
前記複数の３軸磁場検出又は発生器は、略直線上に配置されている、ことを特徴とする請求項２に記載の磁場センサシステム。
【請求項６】
前記複数の磁場検出又は発生器は、各軸について磁場を検出又は発生する３軸磁場検出又は発生器を複数含み、
前記複数の３軸磁場検出又は発生器を含めた全ての磁場検出又は発生器は、略直線上に配置されている、ことを特徴とする請求項２に記載の磁場センサシステム。
【請求項７】
前記複数の３軸磁場検出又は発生器は、３個以上である、ことを特徴とする請求項３乃至６の何れか一項に記載の磁場センサシステム。
【請求項８】
前記複数の３軸磁場検出又は発生器は、前記複数の３軸磁場検出又は発生器の全ての軸の磁場検出又は発生素子の重心が、前記直線上に配置されている直線軸方向の磁場検出又は発生素子の分布の最長の距離に対して、それと垂直方向に、前記最長の距離の１／５となる位置に配置されている、ことを特徴とする請求項３乃至７の何れか一項に記載の磁場センサシステム。
【請求項９】
前記複数の３軸磁場検出又は発生器は、前記複数の３軸磁場検出又は発生器の全ての軸の磁場検出又は発生素子の重心が、前記直線上に配置されている直線軸方向の磁場検出又は発生素子の分布の最長の距離に対して、それと垂直方向に、前記最長の距離の１／１０となる位置に配置されている、ことを特徴とする請求項３乃至７の何れか一項に記載の磁場センサシステム。
【請求項１０】
前記複数の３軸磁場検出又は発生器は、略重力方向に配置されている、ことを特徴とする請求項３乃至７の何れか一項に記載の磁場センサシステム。
【請求項１１】
前記複数の３軸磁場検出又は発生器は、重力方向に対して略垂直方向に配置されている、ことを特徴とする請求項３乃至７の何れか一項に記載の磁場センサシステム。
【請求項１２】
前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器は、１軸又は２軸磁場発生器であり、
前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器は、３個以上の３軸磁場検出器であり、
前記計算部は、２個以上の３軸磁場検出器で測定した磁場の値に関する、予め設定した、判定基準に基づいて、前記３個以上の３軸磁場検出器の中から２個以上の３軸磁場検出器を選択して、その選択した２個以上の３軸磁場検出器の検出結果により前記１軸又は２軸磁場発生器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する、ことを特徴とする請求項７に記載の磁場センサシステム。
【請求項１３】
前記予め設定した判定基準は、前記２個以上の３軸磁場検出器で測定した磁場の値に関する、予め設定した、磁場の対称性の判定基準である、ことを特徴とする請求項１２に記載の磁場センサシステム。
【請求項１４】
前記予め設定した判定基準は、前記２個以上の３軸磁場検出器で測定した磁場の値に関する、予め設定した、磁場の値から推定された候補位置に関する判定基準である、ことを特徴とする請求項１２に記載の磁場センサシステム。
【請求項１５】
前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器は、１軸又は２軸磁場検出器であり、
前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器は、３個以上の３軸磁場発生器であり、
前記計算部は、２個以上の３軸磁場発生器で軸ごとに個別に発生させ、１軸の磁場検出器で測定した、磁場の値に関する予め設定した判定基準に基づいて、前記３個以上の３軸磁場発生器の中から２個以上の３軸磁場発生器を選択して、それら選択した２個以上の３軸磁場発生器により軸ごとに個別に発生させた磁場に対する前記１軸又は２軸磁場検出器の検出結果から、前記１軸又は２軸磁場検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する、ことを特徴とする請求項７に記載の磁場センサシステム。
【請求項１６】
前記予め設定した判定基準は、前記２個以上の３軸磁場発生器で軸ごとに個別に発生させ、１軸の磁場検出器で測定した、磁場の値に対して、予め設定した、磁場の対称性に関する判定基準である、ことを特徴とする請求項１５に記載の磁場センサシステム。
【請求項１７】
前記予め設定した判定基準は、前記２個以上の３軸磁場発生器で軸ごとに個別に発生させ、１軸の磁場検出器で測定した、磁場の値に対して、予め設定した、磁場の値から推定された候補位置に関する判定基準である、ことを特徴とする請求項１５に記載の磁場センサシステム。
【請求項１８】
前記選択した２個の３軸磁場検出又は発生器を用いて検出した磁場が対称性を持つ場合に、前記３軸磁場検出又は発生器の他の組み合わせを選択して、前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を検出する、ことを特徴とする請求項１３又は１６に記載の磁場センサシステム。
【請求項１９】
前記計算部は、前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器が、前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器のうち、一方端の前記３軸磁場検出又は発生器に近い場合はその近くの２個以上の前記３軸磁場検出又は発生器を用いた検出結果により、また、他方端の前記３軸磁場検出又は発生器に近い場合はその近くの２個以上の前記３軸磁場検出又は発生器を用いた検出結果により、前記１軸又は２軸磁場検出又は発生器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する、ことを特徴とする請求項７に記載の磁場センサシステム。
【請求項２０】
前記計算部は、前記複数の３軸磁場検出又は発生器を用いて検出した磁場が対称性を持つ場合は、１回前に計算した前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を、今回の位置及び方向の少なくとも一方として使用する、ことを特徴とする請求項３乃至６の何れか一項に記載の磁場センサシステム。
【請求項２１】
前記計算部は、前記複数の３軸磁場検出又は発生器を用いて検出した磁場が対称性を持つ場合は、前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方の候補を複数計算する、ことを特徴とする請求項３乃至６の何れか一項に記載の磁場センサシステム。
【請求項２２】
前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器の内の２つである第１及び第２の３軸磁場検出又は発生器以外の３軸磁場検出又は発生器は、それぞれの磁場検出／発生領域が、前記第１の３軸磁場検出又は発生器の磁場検出／発生領域と前記第２の３軸磁場検出又は発生器の磁場検出／発生領域とを結ぶ線分に交わるように、配置されている、ことを特徴とする請求項７に記載の磁場センサシステム。
【請求項２３】
前記複数の磁場検出又は発生器の内の２つである第１及び第２の磁場検出又は発生器以外の磁場検出又は発生器は、それぞれの磁場検出／発生領域が、前記第１の磁場検出又は発生器の磁場検出／発生領域と前記第２の磁場検出又は発生器の磁場検出／発生領域とを結ぶ線分に交わるように、配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の磁場センサシステム。
【請求項２４】
前記複数の３軸磁場検出又は発生器の内の、第１の３軸磁場検出又は発生器の内の１軸の磁場検出又は発生素子及び第２の３軸磁場検出又は発生器の内の１軸の磁場検出又は発生素子以外の各軸の磁場検出又は発生素子は、それぞれの磁場検出／発生領域が、前記第１の３軸磁場検出又は発生器の前記１軸の磁場検出又は発生素子の磁場検出／発生領域と前記第２の３軸磁場検出又は発生器の前記１軸の磁場検出又は発生素子の磁場検出／発生領域とを結ぶ線分に交わるように、配置されている、ことを特徴とする請求項３乃至７の何れか一項に記載の磁場センサシステム。
【請求項２５】
前記計算部は、前記直線上に配置されている直線軸について特定の回転角を含む領域で前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算可能であり、
前記複数の磁場検出又は発生器は共通の外被内に収納され、
前記外被は、前記特定の回転角方向を識別するための識別部を備える、ことを特徴とする請求項１乃至７及び２２乃至２４の何れか一項に記載の磁場センサシステム。
【請求項２６】
前記複数の磁場検出又は発生器と前記外被を、前記直線軸を回転軸として回転可能に保持する保持部を更に具備する、ことを特徴とする請求項２５に記載の磁場センサシステム。
【請求項２７】
前記計算部は、
前記直線上に配置されている直線軸について全回転角を含む領域を対象として前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置を計算可能であり、
前記全回転角を含む領域を対象として前記位置が計算されたならば、その位置を含む特定の回転角を含む領域を対象として、以降の位置計算を行う、ことを特徴とする請求項１乃至７及び２２乃至２４の何れか一項に記載の磁場センサシステム。
【請求項２８】
請求項３乃至７の何れか一項に記載の磁場センサシステムと、軟性部材と、を備える軟性装置であって、
前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器は、磁場発生器であり、
前記軟性部材には、前記磁場発生器が複数個配置され、
前記複数の３軸磁場検出又は発生器は、複数の３軸磁場検出器であり、
前記複数の磁場発生器のそれぞれから、互いに異なる時間に磁場を発生させ、前記複数の３軸磁場検出器に時系列的に磁場を検出させる制御部を更に具備し、
前記計算部は、前記複数の３軸磁場検出器での時系列的な検出結果に基づいて、前記複数の磁場発生器のそれぞれの位置及び方向の少なくとも一方を計算する、ことを特徴とする軟性装置。
【請求項２９】
請求項３乃至７の何れか一項に記載の磁場センサシステムと、軟性部材と、を備える軟性装置であって、
前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器は、磁場検出器であり、
前記軟性部材には、前記磁場検出器が複数個配置され、
前記複数の３軸磁場検出又は発生器は、複数の３軸磁場発生器であり、
前記複数の３軸磁場発生器のそれぞれから、互いに異なる時間に磁場を発生させ、前記複数個の磁場検出器に時系列的に軸方向磁場成分を検出させる制御部を更に具備し、
前記計算部は、前記複数個の磁場検出器での時系列的な軸方向磁場成分の検出結果に基づいて、前記複数個の磁場発生器のそれぞれの位置及び方向の少なくとも一方を計算する、ことを特徴とする軟性装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場を発生する磁場発生器又は磁場を検出する磁場検出器の位置及び方向の少なくとも一方を決定する磁場センサシステム及びそのような磁場センサシステムを備える軟性装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第９４／０４９３８号公報（以下、特許文献１と記します。）は、磁場を検出する磁場検出器である１個の磁場センサの３次元位置を決定する手法を開示している。すなわち、複数の磁場発生素子を具備する複数の磁場発生器によって磁場を発生し、それらの磁場を１個の磁場センサで測定して、これらの測定データからその１個の磁場センサの位置を決定する。上記特許文献１では、第１の手法として、互いに直交した３軸磁場発生素子を持つ、３個の３軸磁場発生器により発生した磁場を、１軸磁場検出素子を持つ１個の１軸磁場センサで測定することで、１軸磁場センサの位置を決定する手法を開示している。【０００３】
また、上記特許文献１は、第２の手法として、３軸磁場発生素子を持つ１個の３軸磁場発生器により発生した磁場を、３軸磁場検出素子を持つ１個の１軸磁場センサで測定することで、１軸磁場センサの位置を決定する手法についても開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第９４／０４９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示されているような磁場センサシステムは、大腸内視鏡のように、長い腸管に軟性部材である挿入部を挿入して腸管内部を観察するような用途で、外部から目視確認できない挿入部の形状を把握して、腸管への挿入状況を確認するために有用である。たとえば、挿入部を挿入していく過程で挿入部の一部がループ状になった場合、外部から挿入部を単に押し込むだけでは、挿入部の先端部をそれ以上奥に進めることが難しくなる。上記特許文献１では、内視鏡挿入部の外部に、平面上に配置した、３個の３軸磁場発生器によって、１個の１軸磁場センサの位置を決定する例が挙げられている。この場合、ベッドサイドに平面形状の面が患者の方を向くように３軸磁場発生器を配置した、平面形状アンテナが必要になる。しかしながら、内視鏡による検査時は、患者のベッドサイドでは医師、補助者、内視鏡装置が有り、そのような平面形状アンテナは、内視鏡挿入部の挿入作業のじゃまになる。【０００６】
さらに、内視鏡挿入部は径が細いため、その挿入部の被検出部には、細径化のため、３軸磁気検出器では無く、１軸または２軸の１個の磁場検出器を配置することが望まれる。また、挿入部外部の磁場発生器を配置したアンテナは、医師らの作業のじゃまにならないよう、平面状（２次元状）ではなく棒状（１次元状）にすることが望まれる。しかし、上記特許文献１では、複数の磁場発生器を配置する場合、２次元配置されており、内視鏡への適用には問題がある。【０００７】
また、上記特許文献１に開示された上記第２の手法では、１個の３軸磁場発生器を用いることでアンテナを平面状にしなくても良いが、内視鏡挿入部の被検出部に１個の３軸磁気検出器を配置する必要がある。しかしながら、そのような３軸磁気検出器は、径が細い内視鏡挿入部に搭載するのは難しい。【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、内視鏡挿入部のような細径の軟性部材における被検出部の位置検出が可能で、軟性部材外部の作業者の動きを極力妨げない磁場センサシステム、及び、そのような磁場センサシステムを備える、内視鏡のような軟性装置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】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、磁場を発生又は検出する１軸磁場発生又は検出器と、磁場を検出又は発生する複数の磁場検出又は発生器と、磁場の検出結果から前記１軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する計算部と、を具備し、前記複数の磁場検出又は発生器は、略直線上に配置されている、ことを特徴とする磁場センサシステムが提供される。  
本発明の第２の態様によれば、各軸について磁場を発生又は検出する２軸磁場発生又は検出器と、磁場を検出又は発生する複数の磁場検出又は発生器と、磁場の検出結果から前記２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する計算部と、を具備し、前記複数の磁場検出又は発生器は、略直線上に配置されている、ことを特徴とする磁場センサシステムが提供される。  
本発明の第３の態様によれば、本発明の第１又は第２の態様による磁場センサシステムにおいて、前記複数の磁場検出又は発生器は、それぞれ、各軸について磁場を検出又は発生する３軸磁場検出又は発生器であり、前記複数の３軸磁場検出又は発生器は、略直線上に配置されている、ことを特徴とする磁場センサシステムが提供される。  
本発明の第４の態様によれば、本発明の第１又は第２の態様による磁場センサシステムにおいて、前記複数の磁場検出又は発生器は、各軸について磁場を検出又は発生する３軸磁場検出又は発生器を複数含み、前記複数の３軸磁場検出又は発生器を含めた全ての磁場検出又は発生器は、略直線上に配置されている、ことを特徴とする磁場センサシステムが提供される。  
本発明の第５の態様によれば、本発明の第３又は第４の態様による磁場センサシステムにおいて、前記複数の３軸磁場検出又は発生器は、３個以上である、ことを特徴とする磁場センサシステムが提供される。  
本発明の第６の態様によれば、本発明の第３又は第４の態様による磁場センサシステムと、軟性部材と、を備える軟性装置であって、前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器は、磁場発生器であり、前記軟性部材には、前記磁場発生器が複数個配置され、前記複数の３軸磁場検出又は発生器は、複数の３軸磁場検出器であり、前記複数の磁場発生器のそれぞれから、互いに異なる時間に磁場を発生させ、前記複数の３軸磁場検出器に時系列的に磁場を検出させる制御部を更に具備し、前記計算部は、前記複数の３軸磁場検出器での時系列的な検出結果に基づいて、前記複数の磁場発生器のそれぞれの位置及び方向の少なくとも一方を計算する、ことを特徴とする軟性装置が提供される。  
本発明の第７の態様によれば、本発明の第３乃至５の何れか一つによる磁場センサシステムと、軟性部材と、を備える軟性装置であって、前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器は、磁場検出器であり、前記軟性部材には、前記磁場検出器が複数個配置され、前記複数の３軸磁場検出又は発生器は、複数の３軸磁場発生器であり、前記複数の３軸磁場発生器のそれぞれから、互いに異なる時間に磁場を発生させ、前記複数個の磁場検出器に時系列的に軸方向磁場成分を検出させる制御部を更に具備し、前記計算部は、前記複数個の磁場検出器での時系列的な軸方向磁場成分の検出結果に基づいて、前記複数個の磁場発生器のそれぞれの位置及び方向の少なくとも一方を計算する、ことを特徴とする軟性装置が提供される。  
なお、本発明の第１の態様において、磁場を発生又は検出する１軸磁場発生又は検出器が１軸磁場発生器である場合は、磁場を検出又は発生する複数の磁場検出又は発生器は、複数の磁場検出器となる。また、磁場を発生又は検出する１軸磁場発生又は検出器が１軸磁場検出器である場合は、磁場を検出又は発生する複数の磁場検出又は発生器は、複数の磁場発生器となる。本発明の第２の態様から第５の態様における、磁場を発生又は検出する１軸磁場発生又は検出器あるいは２軸磁場発生又は検出器と磁場を検出又は発生する複数の磁場検出又は発生器との関係についても、同様の対応関係となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、細径の軟性部材における被検出部の位置検出が可能で、軟性部材外部の作業者の動きを極力妨げない磁場センサシステム及び軟性装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る磁場センサシステムの構成例を説明するための模式図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１実施形態に係る磁場センサシステムの別の構成例を説明するための模式図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る磁場センサシステムにおいて検出される磁場を説明するための図である。
【図３】図３は、３軸コイルの各１軸コイルの配置を説明するための図である。
【図４】図４は、磁場検出／発生領域を説明するための図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る磁場センサシステムの更に別の構成例におけるアンテナの構成を説明するための図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る磁場センサシステムの別の構成例を説明するための図である。
【図７Ａ】図７Ａは、１軸コイルで発生される磁場を説明するための図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａを座標系に当てはめた図である。
【図８】図８は、磁場が対称性を持つ場合を説明するための図である。
【図９】図９は、磁場が対称性を持つ場合の第１実施形態に係る磁場センサシステムの動作の一例を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図１０】図１０は、磁場が対称性を持つ場合の第１実施形態に係る磁場センサシステムの動作の別の例を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２実施形態に係る磁場センサシステムの構成例を説明するための模式図である。
【図１２】図１２は、磁場が対称性を持つ場合の第２実施形態に係る磁場センサシステムの動作の一例を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図１３】図１３は、第２実施形態に係る磁場センサシステムの動作の別の例を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、第３の３軸コイルの配置を説明するための図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１４Ａにおける各３軸コイルを構成する各１軸コイルの配置を説明するための図である。
【図１５】図１５は、本発明の第３実施形態に係る磁場センサシステムの構成例を説明するための模式図である。
【図１６】図１６は、第３実施形態に係る磁場センサシステムの動作の一例を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図１７】図１７は、第３実施形態に係る磁場センサシステムの別の構成例における動作の一例を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図１８】図１８は、従来の磁場センサシステムを備える軟性装置の使用状況を示す図である。
【図１９】図１９は、第３実施形態に係る磁場センサシステムの使用状況の一例を示す図である。
【図２０】図２０は、第３実施形態に係る磁場センサシステムの使用状況の別の例を示す図である。
【図２１】図２１は、第３実施形態におけるアンテナの寸法を説明するための図である。
【図２２】図２２は、アンテナによって位置検出可能な領域を説明するための図である。
【図２３】図２３は、位置検出可能な領域を識別するための識別部の幾つかの例を示す図である。
【図２４】図２４は、アンテナを回転可能に保持する保持部の一例を説明するための斜視図である。
【図２５】図２５は、アンテナを回転可能に保持する保持部の別の例を説明するための斜視図である。
【図２６】図２６は、識別部の別の例を示す図である。
【図２７】図２７は、図２６の識別部を備えるアンテナを使用する場合の磁場センサシステムの動作の一例を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図２８】図２８は、テスト用１軸コイルの設置状態を示す図である。
【図２９】図２９は、テスト用１軸コイルを使用する場合の磁場センサシステムの動作の一例を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図３０Ａ】図３０Ａは、変形例に係る磁場センサシステムの構成例におけるアンテナの構成を説明するための図である。
【図３０Ｂ】図３０Ｂは、図３０Ａにおける各１軸コイルの好ましい配置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
［第１実施形態］  
図１Ａに示すように、本発明の第１実施形態に係る磁場センサシステム１０は、１軸コイル１２と、第１及び第２の３軸コイル１４−１、１４−２と、送信ユニット１６と、スイッチ部１８と、受信ユニット２０と、コントロール及び信号処理部２２と、を備える。ここで、図１Ａでは簡略化のために配線を一部省略して示しているが、１軸コイル１２は送信ユニット１６と接続され、第１及び第２の３軸コイル１４−１、１４−２はスイッチ部１８と接続されている。
【００１４】
送信ユニット１６は、コントロール及び信号処理部２２と接続され、コントロール及び信号処理部２２からの制御信号に従って、１軸コイル１２の１軸磁場発生素子であるコイル２４に電流を流すことで、１軸コイル１２を、磁場を発生する１軸磁場発生器として機能させる。この１軸磁場発生器としての１軸コイル１２は、図示しない軟性部材の被検出部に配置される。
【００１５】
第１及び第２の３軸コイル１４−１、１４−２は、それぞれ、３個の互いに一次独立な方向の磁場成分が検出できる１軸磁場検出素子であるコイル２６を備えている。スイッチ部１８は、受信ユニット２０とコントロール及び信号処理部２２とに接続されている。スイッチ部１８は、コントロール及び信号処理部２２からの制御信号に従って、第１及び第２の３軸コイル１４−１、１４−２がそれぞれ備える３個のコイル２６の内の１つを、選択的に受信ユニット２０に接続する。
【００１６】
受信ユニット２０は、更に、コントロール及び信号処理部２２に接続されており、コントロール及び信号処理部２２からの制御信号に従って、上記スイッチ部１８から入力されるコイル２６の検出信号を、コントロール及び信号処理部２２に出力する。従って、第１及び第２の３軸コイル１４−１、１４−２は、それぞれ、磁場を検出する３軸磁場検出器として機能する。
【００１７】
なお、第１及び第２の３軸コイル１４−１、１４−２は、略直線上に配置され、共通の棒状の外装内に収納されて、アンテナ２８を構成している。ここで、略直線上とは、第１の３軸コイル１４−１の重心と第２の３軸コイル１４−２の重心とが直線上に整列しなくても、それぞれの一部が直線上に存在していることを意味している。さらには、検出結果に大きな誤差を与えない範囲であれば、一部分も直線上に存在しないことも含み得る。
【００１８】
図１Ａの磁場センサシステム１０では、１軸コイル１２が磁場の送信部、３軸コイル１４−１、１４−２が磁場の受信部になっている。この役割を反転させて、図１Ｂに示すように、３軸コイル１４−１、１４−２を送信部、１軸コイル１２を受信部としても良い。これは、１軸コイル１２側に磁気ダイポールの送信部を設置して３軸コイル１４−１、１４−２側の特定の１軸方向成分の磁場強度を測定したときの強度と、３軸コイル１４−１、１４−２側のその１軸に磁気ダイポールの送信部を設置して、１軸コイル１２側で１軸方向成分の磁場強度を測定したときの強度とは、一致するからである。
【００１９】
以下では、１軸コイル１２を１軸磁場発生器つまり磁気ダイポールの送信部とした例について説明する。
【００２０】
磁気ダイポールの送信部は、ＤＣのダイポールの発生（たとえばコイル２４にＤＣ電流を流す）でも、ＡＣのダイポールの発生（たとえばコイル２４にＡＣ電流を流す）でも良い。受信部の各軸は、ＡＣダイポールに対しては、たとえばその軸成分に感度があるコイル２６などが利用される。
【００２１】
なお、本実施形態では、コイル２４、２６を利用しているが、必ずしもコイルを使用しなくても良い。たとえば、ＤＣのダイポールの発生は、永久磁石を利用することも可能である。また、受信部の各軸についても、ＤＣダイポールに対しては、たとえばその軸成分に感度があるホール素子などを利用することが可能である。
【００２２】
３軸磁場検出器である３軸コイル１４−１、１４−２は、３個の互いに一次独立な方向の成分が測定できるコイル群である。図１Ａ及び図１Ｂでは、同心の３軸コイル１４−１、１４−２を例示している。たとえばＤＣの場合に使われるホール素子は完全に同心にはならないが、３個の互いに一次独立な方向の成分が測定できる群になっていれば良い。
【００２３】
ここで、図２を参照して、本第１実施形態に係る磁場センサシステム１０の動作を説明する。なお、図面では、ベクトルを太字の斜体文字で示しているが、本明細書中では、表記の都合上、ベクトルを下線付き文字で表すこともある。
【００２４】
１軸コイル１２つまり１軸磁場発生器ｘから磁気ダイポールを発生させると、図２では、２個の３軸コイル１４−１、１４−２つまり２個の３軸磁場検出器ｘ１、ｘ２で、それぞれの位置及び方向成分の６個の磁場信号Ｂ１＝（Ｂ１ｘ，Ｂ１ｙ，Ｂ１ｚ）、Ｂ２＝（Ｂ２ｘ，Ｂ２ｙ，Ｂ２ｚ）が得られる。一方、１軸磁場発生器の座標と方向（ｘ，ｙ，ｚ，θ，φ）の５個の未知数は、検出された磁場信号Ｂ１、Ｂ２と以下の磁気双極子の関係式で結ばれる。
【００２５】
すなわち、磁場信号Ｂ１についての関係式は、以下の通りである。
【００２６】
【数１】
2017175313.tif 000003
【００２７】
但し、
【００２８】
【数２】
2017175313.tif 000004
【００２９】
ここで、×は外積、・は内積である。ｕは１軸磁場発生器である１軸コイル１２のコイル２４の向き、Ｒ１は１軸コイル１２から３軸磁場検出器ｘ１へのベクトルで、
ｕ＝（ｓｉｎθｃｏｓφ，ｓｉｎθｓｉｎφ，ｃｏｓθ）
Ｒ１＝（（ｘ１−ｘ），（ｙ１−ｙ），（ｚ１−ｚ））
と表される。
【００３０】
磁場信号Ｂ２についても同様の式が成り立つ。
【００３１】
従って、合計６式に対して変数は５個（ｘ，ｙ，ｚ，θ，φ）であるので、これらの変数を決めることができる。
【００３２】
そこで、コントロール及び信号処理部２２は、たとえば、Ｇａｕｓｓ−Ｎｅｗｔｏｎ法などにより、位置の推定を行う。すなわち、検出された磁場信号Ｂ１＝（Ｂ１ｘ，Ｂ１ｙ，Ｂ１ｚ）及び磁場信号Ｂ２＝（Ｂ２ｘ，Ｂ２ｙ，Ｂ２ｚ）と、設定した位置と方向に対して、上式で計算した磁場信号Ｂ’１、Ｂ’２の差の二乗和Ｓ＝（Ｂ１−Ｂ’１）２+（Ｂ２−Ｂ’２）２を最小化させて、位置と方向を推定する。Ｇａｕｓｓ−Ｎｅｗｔｏｎ法では、変数の適当な初期値から出発して、Ｓがより小さい点を次々に求めていくことにより、Ｓを最小化させる。（参考文献：最小二乗法による実験データ解析  東京大学出版会  ｐ．９７）
【００３３】
３軸磁場検出器が同心でない場合には、一次独立な各成分で座標が異なるので、上式のＲ１が成分ごとに異なることになる。しかし、定数であるｘ１，ｙ１，ｚ１が各成分で異なるが、変数ｘ，ｙ，ｚは共通なので、トータルの変数の数は変わらない。すなわち、同心でない場合は、個々の磁場検出素子（ｉ＝１〜ｎ）は磁場の１個の成分（ｕｉ方向の磁場）をそれぞれ別の場所Ｒｉで測定することになるので、１つの磁場検出素子ｉでは、下記のような関係式の左辺Ｂ（Ｒｉ）・ｕｉが磁場信号として検出されることとなる。変数（ｘ，ｙ，ｚ，θ，φ）と検出された磁場信号は、下記のような関係式がある。
【００３４】
【数３】
2017175313.tif 000005
【００３５】
但し、
【００３６】
【数４】
2017175313.tif 000006
【００３７】
ここで、ｕは１軸コイル１２のコイル２４の向き、Ｒｉ０は１軸コイル１２から磁場検出素子ｘｉへのベクトルで、
ｕ＝（ｓｉｎθｃｏｓφ，ｓｉｎθｓｉｎφ，ｃｏｓθ）
Ｒｉ０＝（（ｘｉ−ｘ），（ｙｉ−ｙ），（ｚｉ−ｚ））
と表される。
【００３８】
同心でない３軸磁場検出器が２個ある場合は、ｎ＝６であるので、５個の変数に対して６個の関係式がある。よって、コントロール及び信号処理部２２は、たとえば上述のような方法で位置及び方向を推定することができる。
【００３９】
このように、コントロール及び信号処理部２２は、１軸磁場発生器である１軸コイル１２の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する計算部として機能する。
【００４０】
なお、方向を決めることが不要である応用もある。その場合は、コントロール及び信号処理部２２は、位置だけを所望の機器に出力する、たとえば図示しない表示装置に表示すれば良い。
【００４１】
以上説明したような本第１実施形態に係る磁場センサシステム１０の構成によれば、たとえば内視鏡挿入部などの軟性部材の内部に配置する送信部は、１軸磁場発生器である１軸コイル１２のみで済むため、送信部は小型、細径化が可能である。また、軟性部材の外部に配置する受信部は、それぞれ３軸磁場検出器である複数の３軸コイル１４−１、１４−２を１次元に配置したものであるため、アンテナ２８を棒状に構成でき、アンテナ２８が作業者のじゃまになることがない。
【００４２】
これは、図１Ｂに示したように送信部と受信部とを逆にした場合も同様である。すなわち、たとえば内視鏡挿入部などの軟性部材の内部に配置する受信部は、１軸磁場検出器である１軸コイル１２のみで済むため、受信部は小型、細径化が可能である。また、軟性部材の外部に配置する送信部は、それぞれ３軸磁場検出器である複数の３軸コイル１４−１、１４−２を１次元に配置したものであるため、アンテナ２８を棒状に構成でき、アンテナ２８が作業者のじゃまになることがない。
【００４３】
なお、２個の３軸コイル１４−１、１４−２は、下記のような配置になっていることがより好ましい。
【００４４】
図３に示すように、第１の３軸コイル１４−１の内の一つの１軸磁場検出又は発生素子であるコイル（第１のコイル２６−１）と第２の３軸コイル１４−２の内の一つのコイル（第２のコイル２６−２）とを選ぶことができ、それらの磁場検出／発生領域である第１の磁場検出／発生領域と第２の磁場検出／発生領域とを結ぶ、それぞれのコイルに対する或る線分ＬＳが有る。ここで、「磁場検出／発生領域」とは、たとえばコイルにおいては、コイルとそれが包む空間が磁場を検出または発生する領域であるため、図４に示すように、導線を同軸に巻いたいわゆるコイルと、それが包む空間を含む領域３０のことを指す。上記第１及び第２のコイル２６−１、２６−２以外のコイルは、その磁場検出／発生領域がこの線分ＬＳと交わるように、つまり交わり部分ＣＰを持つように、配置される。
【００４５】
あるいは、上記第１及び第２のコイル２６−１、２６−２以外のコイルの全てに対して共通な、第１のコイル２６−１と第２のコイル２６−２の磁場検出／発生領域を結ぶ或る線分ＬＳが有って、上記第１及び第２のコイル２６−１、２６−２以外のコイルの全ての磁場検出／発生領域がこの線分ＬＳと交わるように、上記第１及び第２のコイル２６−１、２６−２以外のコイルが配置されていても良い。
【００４６】
いずれの方法でも、２個の３軸コイル１４−１、１４−２がスリムな配置になるので、アンテナ２８は細径の棒状に形成でき、アンテナ２８が作業者のじゃまになることがない。
【００４７】
また、図５に示すように、追加的なコイル３２が配置される場合においても、上記の第１及び第２のコイル２６−１、２６−２以外のコイルと同様、第１のコイル２６−１と第２のコイル２６−２の磁場検出／発生領域を結ぶ、それぞれのコイルに対する或る線分ＬＳが有って、追加的なコイル３２は、その追加的なコイル３２の磁場検出／発生領域がこの線分ＬＳと交わるように、つまり交わり部分ＣＰを持つように、配置される。あるいは、上記第１及び第２のコイル２６−１、２６−２以外のコイルの全てに対して共通な、第１のコイル２６−１と第２のコイル２６−２を結ぶ或る線分が有って、上記第１及び第２のコイル２６−１、２６−２以外のコイルの全てとともに追加的なコイル３２も、その磁場検出／発生領域がこの線分ＬＳと交わるように配置される。このような配置を採ることで、２個の３軸コイル１４−１、１４−２と追加的なコイル３２がスリムな配置になるので、アンテナ２８は細径の棒状に形成でき、アンテナ２８が作業者のじゃまになることがない。なお、追加的なコイル３２が配置されることのメリットは、第２実施形態で説明する。
【００４８】
コイル以外のほかの磁場検出素子、たとえばホール素子では、磁場の影響でホール電圧が生じる半導体の体積が、上記コイルの磁場検出／発生領域に対応する磁場の検出領域であり、上記の議論はそのままホール素子の場合にも成り立つ。その他の磁場検出又は発生素子においても、磁場の検出／発生には検出／発生のための体積が必要であり、これを磁場検出／発生領域と呼ぶことができる。そうすると、上の議論は、他の磁場検出又は発生素子の場合にも、そのまま成り立つ。
【００４９】
軟性部材の被検出部に配置される送信部又は受信部は、径が細い部材に収納するために１軸磁場発生又は検出器であることが好ましい。しかしながら、図６に示すように、たとえば２軸コイル３４のような２軸磁場発生又は検出器としても、３軸磁場発生又は検出器に比較して細径化が可能である。
【００５０】
なお、３軸磁場検出器である３軸コイル１４−１、１４−２を１次元の配置で２個配置した場合は、１軸磁場発生器である１軸コイル１２の位置及び方向によっては、２個の磁場信号Ｂ１、Ｂ２によって１軸磁場発生器である１軸コイル１２の位置及び方向を決められない場合がある。
【００５１】
たとえば、図７Ａに示すように、１軸磁場発生器が２個の３軸磁場検出器の垂直２等分面上に有り、１軸の向きも垂直２等分面内にある場合を考える。このとき、磁場信号Ｂ１、Ｂ２は、この垂直２等分面に対して対称であるので、この磁場信号Ｂ１、Ｂ２は、この垂直２等分面と直交し且つ３軸磁場検出器ｘ１、ｘ２を含む一つの面内に含まれる。この面をＸＹ面とする。さらに１軸磁場発生器の位置をＺ軸に有るように座標系をとると、図７Ａは、図７Ｂのように描くことができる。すると、図８に示すように、対称性より、上記の１軸磁場発生器の位置とＸＹ面に対して対称で、方向もこの面に対して対称である、別の１軸磁場発生器ｘ’も同じ磁場信号Ｂ１、Ｂ２を発生させる。
【００５２】
よって、一方の３軸磁場検出器である３軸コイル１４−１で検出した磁場信号Ｂ１と他方の３軸磁場検出器である３軸コイル１４−２で検出した磁場信号Ｂ２とが、概ねこのような対称性を持つ場合は、計算部であるコントロール及び信号処理部２２は、１軸磁場発生器である１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向として、２つの解を得ることになる。
【００５３】
そこで、本第１実施形態に係る磁場センサシステム１０では、図９に示すように、コントロール及び信号処理部２２は、まず、磁場の送受信を行う（ステップＳ１０）。すなわち、コントロール及び信号処理部２２は、１軸磁場発生器である１軸コイル１２に磁場を発生させ、２個の３軸磁場検出器である２個の３軸コイル１４−１、１４−２に磁場を検出させる。そして、コントロール及び信号処理部２２は、２個の３軸コイル１４−１、１４−２で検出した２個の磁場信号Ｂ１、Ｂ２より、１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向を計算する（ステップＳ１２）。
【００５４】
その後、コントロール及び信号処理部２２は、１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向として２つの解を得たかどうか、つまり、検出した２個の磁場信号Ｂ１とＢ２とが対称性を持つかどうかを判別する（ステップＳ１４）。ここで、コントロール及び信号処理部２２は、検出した２個の磁場信号Ｂ１、Ｂ２が対称性を持たないと判別した場合には、計算した１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向を外部に出力、例えば図示しない表示装置に表示する（ステップＳ１６）。これに対して、コントロール及び信号処理部２２は、検出した２個の磁場信号Ｂ１、Ｂ２が対称性を持つと判別した場合には、位置及び／又は方向の候補として、計算して得られた２個の位置及び／又は方向を外部に出力、例えば図示しない表示装置に表示する（ステップＳ１８）。
【００５５】
このように、検出した磁場信号Ｂ１とＢ２とが概ね対称性を持つ場合は、２個の位置及び／又は方向を候補として提示する。
【００５６】
あるいは、図１０に示すように、コントロール及び信号処理部２２は、検出した２個の磁場信号Ｂ１、Ｂ２が対称性を持たないと判別した場合には、計算した１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向を、図示しない内部メモリなどに保存する（ステップＳ２０）。また、コントロール及び信号処理部２２は、検出した２個の磁場信号Ｂ１、Ｂ２が対称性を持つと判別した場合には、さらに、図示しない内部メモリなどに前回の計算結果である前回位置及び／又は方向が保存されているかどうか確認する（ステップＳ２２）。そして、コントロール及び信号処理部２２は、前回位置及び／方向が保存されていなければ、上記ステップＳ１８の動作に進むが、前回位置及び／方向が保存されていると判別した場合には、その保存されている前回位置／又は方向を、今回計算した位置及び／又は方向として外部に出力、例えば図示しない表示装置に表示する（ステップＳ２４）。
【００５７】
このように、時間的に連続して位置及び／又は方向検出を行っている場合、検出した磁場信号Ｂ１とＢ２とが概ね対称性を持つときには、一つ前の検出時の計算結果を提示するようにしても良い。
【００５８】
以上のような本第１実施形態に係る磁場センサシステムは、磁場を発生又は検出する１軸磁場発生又は検出器である１軸コイル１２と、磁場を検出又は発生する複数の磁場検出又は発生器である３軸コイル１４−１、１４−２（及び１軸コイル３２）と、磁場の検出結果から上記１軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する計算部であるコントロール及び信号処理部２２と、を具備し、上記複数の磁場検出又は発生器は、略直線上に配置されている。  
あるいは、本第１実施形態に係る磁場センサシステムは、各軸について磁場を発生又は検出する２軸磁場発生又は検出器である２軸コイル３４と、磁場を検出又は発生する複数の磁場検出又は発生器である３軸コイル１４−１、１４−２（及び１軸コイル３２）と、磁場の検出結果から上記２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する計算部であるコントロール及び信号処理部２２と、を具備し、上記複数の磁場検出又は発生器は、略直線上に配置されている。  
このように、複数の磁場検出又は発生器が平面上ではなくて略直線上に配置されることで、軟性部材外部の作業者の動きを極力妨げずに、細径の軟性部材における被検出部の位置検出が可能となる。
【００５９】
なお、上記複数の磁場検出又は発生器は、それぞれ、各軸について磁場を検出又は発生する３軸磁場検出又は発生器である３軸コイル１４−１、１４−２であり、上記複数の３軸磁場検出又は発生器は、略直線上に配置されている。  
あるいは、上記複数の磁場検出又は発生器は、各軸について磁場を検出又は発生する３軸磁場検出又は発生器を複数含み、上記複数の３軸磁場検出又は発生器である３軸コイルを含めた全ての磁場検出又は発生器である３軸コイル１４−１、１４−２及び１軸コイル３２は、略直線上に配置されている。
【００６０】
このような構成とすることで、３軸コイル１４−１、１４−２がスリムな配置になるので、アンテナ２８は細径の棒状に形成でき、アンテナ２８が作業者のじゃまになることがない。
【００６１】
また、上記計算部は、上記複数の３軸磁場検出又は発生器を用いて検出した磁場が対称性を持つ場合は、１回前に計算した上記１軸又は２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を、今回の位置及び方向の少なくとも一方として使用する。  
このように、時間的に連続して位置及び／又は方向検出を行っている場合、検出した磁場信号が概ね対称性を持つときには、一つ前の検出時の計算結果を使用することで、誤った測定結果を作業者に提示するおそれを低減できる。
【００６２】
あるいは、上記計算部は、上記複数の３軸磁場検出又は発生器を用いて検出した磁場が対称性を持つ場合は、上記１軸又は２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方の候補を複数計算するようにしても良い。  
このように、検出した磁場信号が概ね対称性を持つ場合は、２個の位置及び／又は方向を候補として得ることで、測定結果を２つ作業者に提示し、作業者に判断させることが可能となる。
【００６３】
［第２実施形態］  
次に、本発明の第２実施形態に係る磁場センサシステム１０を説明する。
【００６４】
図１１に示すように、本第２実施形態に係る磁場センサシステム１０では、アンテナ２８の外装内に、それぞれ３軸磁場検出器である２個の第１及び第２の３軸コイル１４−１、１４−２に加えて、同様の３軸磁場検出器である第３の３軸コイル１４−３を収納している。これら第１乃至第３の３軸コイル１４−１、１４−２、１４−３は、略直線上に配置されている。そして、スイッチ部１８は、コントロール及び信号処理部２２からの制御信号に従って、第１乃至第３の３軸コイル１４−１、１４−２、１４−３がそれぞれ備える３個の１軸磁場検出素子であるコイル２６の内の１つを、選択的に受信ユニット２０に接続する。
【００６５】
上記第１実施形態で説明したように、第１の３軸コイル１４−１で検出した磁場信号と第２の３軸コイル１４−２で検出した磁場信号とが概ね対称性を持つ場合、１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向として、２つの解が得られてしまう。そこで、本第２実施形態では、アンテナ２８を１次元の棒状とする磁場検出器の配置のままで、３軸磁場検出器を１個以上増やすことによって、この問題を解決する。すなわち、第１の３軸コイル１４−１で検出した磁場信号と第２の３軸コイル１４−２で検出した磁場信号とが対称性を持っていた場合でも、たとえば第１の３軸コイル１４−１と第３の３軸コイル１４−３の組はその対称性を持っていない。よって、コントロール及び信号処理部２２は、第１の３軸コイル１４−１で検出した磁場信号と第３の３軸コイル１４−３で検出した磁場信号とにより、１軸コイル１２の位置及び／又は方向を一意的に計算することができる。
【００６６】
従って、本第２実施形態に係る磁場センサシステム１０は、図１２に示すように動作する。すなわち、上記第１実施形態と同様に、コントロール及び信号処理部２２は、１軸コイル１２と第１及び第２の３軸コイル１４−１、１４−２とを用いて、磁場の送受信を行う（ステップＳ１０）。そして、コントロール及び信号処理部２２は、２個の３軸コイル１４−１、１４−２で検出した２個の磁場信号より、１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向を計算する（ステップＳ１２）。その後、コントロール及び信号処理部２２は、検出した２個の磁場信号が対称性を持つかどうかを判別し（ステップＳ１４）、２個の磁場信号が対称性を持たないと判別した場合には、計算した１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向を外部に出力、例えば図示しない表示装置に表示する（ステップＳ１６）。
【００６７】
これに対して、コントロール及び信号処理部２２は、検出した２個の磁場信号が対称性を持つと判別した場合には、使用する一方の３軸磁場検出器を第２の３軸コイル１４−２から第３の３軸コイル１４−３に変更して、磁場の送受信を行う（ステップＳ３０）。その後、コントロール及び信号処理部２２は、２個の３軸コイル１４−１、１４−３で検出した２個の磁場信号より、１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向を計算する（ステップＳ３２）。そして、得られた１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向を外部に出力、例えば図示しない表示装置に表示する（ステップＳ１６）。
【００６８】
また、このように３個以上の３軸磁場検出器を２個ずつ利用するのではなく、３個以上の３軸磁場検出器の３個以上を使って検出することで、磁場の検出点数を増やし、位置及び／又は方向の計算の精度を向上させるようにしても良い。このような磁場の検出点数を増やして位置及び／又は方向計算の精度を向上させる目的のためには、必ずしも３軸磁場検出器を増やす必要はなく、図５に示したような、１軸磁場検出器である追加的なコイル３２を１個以上追加しても良い。
【００６９】
あるいは、以下のようにしても良い。すなわち、１軸磁場発生器である１軸コイル１２が、アンテナ２８の一方の端に配置される第１の３軸コイル１４−１に近い場合は、その近くの２個以上の３軸コイルを用いて２個以上の磁場信号を検出して、１軸コイル１２の位置及び／又は方向を計算する。また、１軸磁場発生器である１軸コイル１２が、それと反対側であるアンテナ２８の他方の端に配置される第２の３軸コイル１４−２に近い場合は、その近くの２個以上の３軸コイルを用いて２個以上の磁場信号を検出して、１軸コイル１２の位置及び／又は方向を計算する。このような３個以上の３軸コイルの使い方によれば、誤差の少ない位置及び／又は方向の計算が可能になる。
【００７０】
このような３軸コイルの使い方をする場合、本第２実施形態に係る磁場センサシステム１０は、図１３に示すように動作する。
【００７１】
すなわち、それぞれ３軸磁場検出器である３個以上の３軸コイル、たとえば３個の３軸コイル１４−１、１４−２、１４−３の全てを用いて磁場の送受信を行う（ステップＳ４０）。そして、コントロール及び信号処理部２２は、それぞれの磁場信号より、１軸磁場発生器である１軸コイル１２が、アンテナ２８の一方の端に配置される３軸コイル、たとえば第１の３軸コイル１４−１に近いか否かを判別する（ステップＳ４２）。
【００７２】
コントロール及び信号処理部２２は、このステップＳ４２において１軸コイル１２が第１の３軸コイル１４−１に近いと判別した場合には、以下のような動作を行う。すなわち、コントロール及び信号処理部２２は、アンテナ２８のその一方の端に近い２個以上の３軸コイル、たとえば２個の３軸コイル１４−１、１４−２で検出した２個の磁場信号より、１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向を計算する（ステップＳ４４）。そして、得られた１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向を外部に出力、例えば図示しない表示装置に表示する（ステップＳ１６）。
【００７３】
これに対して、コントロール及び信号処理部２２は、上記ステップＳ４２において１軸コイル１２が第１の３軸コイル１４−１に近くないと判別した場合には、以下のような動作を行う。すなわち、コントロール及び信号処理部２２は、上記ステップＳ４０により得られたそれぞれの磁場信号より、１軸磁場発生器である１軸コイル１２が、アンテナ２８の他方の端に配置される３軸コイル、たとえば第３の３軸コイル１４−３に近いか否かを判別する（ステップＳ４６）。
【００７４】
コントロール及び信号処理部２２は、このステップＳ４６において１軸コイル１２が第３の３軸コイル１４−３に近いと判別した場合には、以下のような動作を行う。すなわち、コントロール及び信号処理部２２は、アンテナ２８のその他方の端に近い２個以上の３軸コイル、たとえば２個の３軸コイル１４−２、１４−３で検出した２個の磁場信号より、１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向を計算する（ステップＳ４８）。そして、得られた１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向を外部に出力、例えば図示しない表示装置に表示する（ステップＳ１６）。
【００７５】
また、コントロール及び信号処理部２２は、上記ステップＳ４６において１軸コイル１２が第３の３軸コイル１４−３に近くないと判別した場合には、以下のような動作を行う。すなわち、コントロール及び信号処理部２２は、上記ステップＳ４０により得られた全ての磁場信号より、１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向を計算する（ステップＳ５０）。そして、得られた１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向を外部に出力、例えば図示しない表示装置に表示する（ステップＳ１６）。
【００７６】
なお、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様用に、１軸コイル１２と３軸コイル１４−１、１４−２、１４−３の役割を反転させて、１軸コイル１２を磁場検出器、３軸コイル１４−１、１４−２、１４−３を磁場発生器としても良いことは勿論である。
【００７７】
さらに、１軸コイル１２に代えて２軸コイル３４を用いても良いことについても、上記第１実施形態と同様である。
【００７８】
また、追加された第３の３軸コイル１４−３は、図１４Ａに示すように、第１の３軸コイル１４−１の磁場検出／発生領域と第２の３軸コイル１４−２の磁場検出／発生領域とを結ぶ線分ＬＳと、当該第３の３軸コイル１４−３の磁場検出／発生領域とが交わるように、つまり交わり部分ＣＰを持つように、配置される。この条件で配置することにより、第３の３軸コイル１４−３が追加されたにもかかわらず、アンテナ２８の外装は、第１実施形態のそれの外形に比べて大きく変わることはなく、医師等の作業者の作業の妨げにならないスリムな外形が維持される。
【００７９】
また、図１４Ｂに示すように、第３の３軸コイル１４−３の各々の１軸磁場検出／発生素子であるコイルに対して、それぞれ第１の３軸コイル１４−１と第２の３軸コイル１４−２の対応するコイルの磁場検出／発生領域を結ぶ線分ＬＳが存在する。たとえば、第１の３軸コイル１４−１の或るコイル２６−１の磁場検出／発生領域と第３の３軸コイル１４−２の対応するコイル２６−２の磁場発生／検出領域とを結ぶ線分ＬＳが存在する。この線分ＬＳと第３の３軸コイル１４−３の対応するコイル２６−３の磁場検出／発生領域とが、互いに交わるというように、各３軸コイル１４−１〜１４−３の各々のコイルを配置すると、なお良い。
【００８０】
以上のように、本第２実施形態に係る磁場センサシステムは、複数の３軸磁場検出又は発生器として、３個以上の３軸コイル１４−１、１４−２、１４−３を備える。  
これにより、２個の３軸磁場検出又は発生器では磁場が対称性を持つ場合に２つの解が出てきてしまうという問題を解消することができる。
【００８１】
すなわち、上記１軸又は２軸磁場発生又は検出器は、１軸又は２軸磁場発生器であり、上記３個以上の３軸磁場検出又は発生器は、３個以上の３軸磁場検出器であり、上記計算部は、２個以上の３軸磁場検出器で測定した磁場の値に関する、予め設定した、判定基準に基づいて、上記３個以上の３軸磁場検出器の中から２個以上の３軸磁場検出器を選択して、その選択した２個以上の３軸磁場検出器の検出結果により上記１軸又は２軸磁場発生器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する。  
あるいは、上記１軸又は２軸磁場発生又は検出器は、１軸又は２軸磁場検出器であり、上記３個以上の３軸磁場検出又は発生器は、３個以上の３軸磁場発生器であり、上記計算部は、２個以上の３軸磁場発生器で軸ごとに個別に発生させ、１軸の磁場検出器で測定した、磁場の値に関する予め設定した判定基準に基づいて、上記３個以上の３軸磁場発生器の中から２個以上の３軸磁場発生器を選択して、それら選択した２個以上の３軸磁場発生器により軸ごとに個別に発生させた磁場に対する上記１軸又は２軸磁場検出器の検出結果から、上記１軸又は２軸磁場検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する。  
このように、３個以上の３軸磁場検出器又は発生器の中から、判定基準に基づいて位置及び／又は方向の計算に使用する２個の３軸磁場検出器又は発生器を選択することで、１軸又は２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算することができる。
【００８２】
なお、上記予め設定した判定基準は、上記２個以上の３軸磁場検出器で測定した磁場の値に関する、予め設定した、磁場の対称性の判定基準である。
あるいは、上記予め設定した判定基準は、上記２個以上の３軸磁場発生器で軸ごとに個別に発生させ、１軸の磁場検出器で測定した、磁場の値に対して、予め設定した、磁場の対称性に関する判定基準である。
【００８３】
また、上記予め設定した判定基準は、上記２個以上の３軸磁場検出器で測定した磁場の値に関する、予め設定した、磁場の値から推定された候補位置に関する判定基準であっても良い。  
あるいは、上記予め設定した判定基準は、上記２個以上の３軸磁場発生器で軸ごとに個別に発生させ、１軸の磁場検出器で測定した、磁場の値に対して、予め設定した、磁場の値から推定された候補位置に関する判定基準であっても良い。  
判定基準は、コントロール及び信号処理部２２の図示しない内部メモリなどに保存される。
【００８４】
なお、上記選択した２個の３軸磁場検出又は発生器を用いて検出した磁場が対称性を持つ場合には、上記３軸磁場検出又は発生器の他の組み合わせを選択して、上記１軸又は２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を検出する。  
このように、３個以上の３軸磁場検出又は発生器を２個ずつ利用することで、誤測定を低減することができる。
【００８５】
あるいは、上記計算部は、上記１軸又は２軸磁場発生又は検出器が、上記３個以上の３軸磁場検出又は発生器のうち、一方端の前記３軸磁場検出又は発生器に近い場合はその近くの２個以上の前記３軸磁場検出又は発生器を用いた検出結果により、また、他方端の上記３軸磁場検出又は発生器に近い場合はその近くの２個以上の上記３軸磁場検出又は発生器を用いた検出結果により、上記１軸又は２軸磁場検出又は発生器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算するようにしても良い。  
このような３個以上の３軸磁場検出又は発生器の使い方によれば、誤差の少ない位置及び／又は方向の計算が可能になる。
【００８６】
また、上記３個以上の３軸磁場検出又は発生器の内の２つである第１及び第２の３軸磁場検出又は発生器以外の３軸磁場検出又は発生器は、それぞれの磁場検出／発生領域が、上記第１の３軸磁場検出又は発生器の磁場検出／発生領域と上記第２の３軸磁場検出又は発生器の磁場検出／発生領域とを結ぶ線分に交わるように、配置されることが望ましい。  
あるいは、上記複数の磁場検出又は発生器の内の２つである第１及び第２の磁場検出又は発生器以外の磁場検出又は発生器は、それぞれの磁場検出／発生領域が、上記第１の磁場検出又は発生器の磁場検出／発生領域と上記第２の磁場検出又は発生器の磁場検出／発生領域とを結ぶ線分に交わるように、配置されることが望ましい。  
また、上記複数の３軸磁場検出又は発生器の内の、第１の３軸磁場検出又は発生器の内の１軸の磁場検出又は発生素子及び第２の３軸磁場検出又は発生器の内の１軸の磁場検出又は発生素子以外の各軸の磁場検出又は発生素子は、それぞれの磁場検出／発生領域が、上記第１の３軸磁場検出又は発生器の上記１軸の磁場検出又は発生素子の磁場検出／発生領域と上記第２の３軸磁場検出又は発生器の上記１軸の磁場検出又は発生素子の磁場検出／発生領域とを結ぶ線分に交わるように、配置されることがさらに望ましい。
【００８７】
このような構成とすることにより、第１及び第２の３軸磁場検出又は発生器以外の３軸磁場検出又は発生器が追加されたにもかかわらず、アンテナ２８の外装は、第１実施形態のそれの外形に比べて大きく変わることはなく、医師等の作業者の作業の妨げにならないスリムな外形が維持される。
【００８８】
［第３実施形態］  
次に、本発明の第３実施形態に係る磁場センサシステム１０を説明する。
【００８９】
本実施形態は、軟性装置としての内視鏡３６に適用した例である。ここで、内視鏡３６は、図１５に示すように、軟性部材の一例で或る挿入部３８と操作部４０とケーブル４２とを備えている。挿入部３８は、腸管のような管状の被検出物体の内部に挿入される軟性部材である。操作部４０は、挿入部３８の基端部側に連結され、医師などの作業者によって把持される。ケーブル４２は、この操作部４０と光源装置や画像処理装置を搭載した図示しない本体部とを接続する。なお、特に図示はしていないが、本体部の画像処理装置によって処理された内視鏡画像は、図示しない表示装置に表示される。
【００９０】
本実施形態に係る磁場センサシステム１０は、ｎ個の１軸コイル１２−１、１２−２、１２−３、…、１２−ｎを有しており、それらが細径の軟性部材である挿入部３８の長手方向に並べて設定される被検出部に対応して、挿入部３８内に設置されている。これらｎ個の１軸コイル１２−１、１２−２、１２−３、…、１２−ｎは、送信ユニット１６に接続され、それぞれ１軸磁場発生器として機能する。
【００９１】
なお、送信ユニット１６、スイッチ部１８、受信ユニット２０、コントロール及び信号処理部２２は、内視鏡３６の本体部に内蔵するように構成しても良いし、本体とは別の筐体内に配置しても構わない。
【００９２】
このような構成の磁場センサシステム１０は、図１６のフローチャートに示すように動作する。すなわち、コントロール及び信号処理部２２は、まず、その内部に構成した変数カウンタＮを１に初期化する（ステップＳ６０）。
【００９３】
その後、コントロール及び信号処理部２２は、内視鏡３６の挿入部３８内に配置されたｎ個の１軸コイル１２−１〜１２−ｎのうち、Ｎ番目の１軸コイルより磁場を発生させる、つまり磁場を送信させる（ステップＳ６２）。また、コントロール及び信号処理部２２は、アンテナ２８内の２個の３軸コイル１４−１、１４−２にそれぞれ磁場を検出させる、つまり磁場を受信させる（ステップＳ６４）。そして、コントロール及び信号処理部２２は、２個の３軸コイル１４−１、１４−２で検出した２個の磁場信号Ｂ１、Ｂ２より、Ｎ番目の１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向を計算し、図示しない内部メモリなどに、その計算結果を保存する（ステップＳ６６）。
【００９４】
次に、コントロール及び信号処理部２２は、変数カウンタＮの値がｎになっているか否かを判別する（ステップＳ６８）。ここで、まだｎになっていないと判別したならば、コントロール及び信号処理部２２は、変数カウンタＮの値を＋１して（ステップＳ７０）、上記ステップＳ６２からの処理を繰り返す。なお、この例では変数カウンタＮの値を１からｎまで１ずつ増加させていって、ｎ個の１軸コイル１２−１〜１２−ｎの全てについて処理するものとしているが、逆に、変数カウンタＮの初期値をｎとし、ｎから１まで１ずつ減少させていっても良いことは勿論である。
【００９５】
このようにして、ｎ個の１軸コイル１２−１〜１２−ｎのそれぞれを用いた磁場の送受信を実施し、それらｎ個の１軸コイル１２−１〜１２−ｎそれぞれの空間上の位置及び／又は方向を計算する。
【００９６】
そして、上記ステップＳ６８において変数カウンタＮの値がｎになっていると判別したならば、コントロール及び信号処理部２２は、内部メモリに保存したｎ個の１軸コイル１２−１〜１２−ｎの空間上の位置及び／又は方向をつなぎ合わせて、挿入部３８の形状情報を作成する（ステップＳ７２）。この挿入部３８の形状情報は、内視鏡画像を表示する表示装置あるいは別の表示装置に表示されることとなる（ステップＳ７４）。
【００９７】
このように、内視鏡３６の挿入部３８に１軸コイル１２を複数個設置し、コントロール及び信号処理部２２は、各１軸コイル１２から時系列的に順に磁場を送信させ、アンテナ２８の３軸コイル１４−１、１４−２で時系列的に磁場を受信させる。つまり、コントロール及び信号処理部２２は、複数の磁場発生器のそれぞれから互いに異なる時間に磁場を発生させ、複数の３軸磁場検出器に時系列的に磁場を検出させる制御部として機能する。そして、アンテナ２８の３軸コイル１４−１、１４−２で受信された磁場は、計算部としてのコントロール及び信号処理部２２によって各時刻で計算処理されて、各１軸コイル１２の空間上の位置及び／又は方向が決定される。磁場を送信する１軸コイル１２の切り替えを早くすることで、ほぼリアルタイムで内視鏡３６の挿入部３８の各部分の位置及び／又は方向が判別でき、この位置及び／又は方向をつなぎ合わせることで、挿入部３８の形状を再現することができる。
【００９８】
また、本実施形態においても、送信側と受信側の役割を交換することができる。この場合の磁場センサシステム１０の動作は、図１７のフローチャートに示すようになる。
【００９９】
すなわち、コントロール及び信号処理部２２は、まず、その内部に構成した変数カウンタＮ、変数カウンタＭ、及び変数カウンタＯを、それぞれ１に初期化する（ステップＳ８０）。
【０１００】
その後、コントロール及び信号処理部２２は、アンテナ２８内の２個の３軸コイル１４−１、１４−２のうち、Ｍ番目の３軸コイルのＯ番目軸つまりＯ番目の１軸磁場発生素子であるコイル２６より磁場を発生させる、つまり磁場を送信させ（ステップＳ８２）、また、コントロール及び信号処理部２２は、内視鏡３６の挿入部３８内のｎ個の１軸コイル１２−１〜１２−ｎのそれぞれに磁場を検出させる、つまり磁場を受信させて、それぞれの検出結果を図示しない内部メモリなどに保存する（ステップＳ８４）。そして、コントロール及び信号処理部２２は、変数カウンタＯの値が３になっているか否かを判別する（ステップＳ８６）。ここで、まだ３になっていないと判別したならば、コントロール及び信号処理部２２は、変数カウンタＯの値を＋１して（ステップＳ８８）、上記ステップＳ８２からの処理を繰り返す。
【０１０１】
そして、上記ステップＳ８６において変数カウンタＯの値が３になっていると判別したならば、コントロール及び信号処理部２２は、変数カウンタＭの値が２になっているか否かを判別する（ステップＳ９０）。ここで、まだ２になっていないと判別したならば、コントロール及び信号処理部２２は、変数カウンタＭの値を＋１し、または変数カウンタＯの値を１に設定して（ステップＳ９２）、上記ステップＳ８２からの処理を繰り返す。
【０１０２】
このように、コントロール及び信号処理部２２は、複数の３軸磁場発生器のそれぞれから、互いに異なる時間に磁場を発生させ、複数個の磁場検出器に時系列的に軸方向磁場成分を検出させる制御部として機能する。
【０１０３】
そして、上記ステップＳ９０において変数カウンタＭの値が２になっていると判別したならば、計算部としてのコントロール及び信号処理部２２は、内部メモリに保存した磁場の検出結果より、ｎ個の１軸コイル１２−１〜１２−ｎのそれぞれの空間上の位置及び／又は方向を計算する（ステップＳ９４）。その後、コントロール及び信号処理部２２は、これら計算したｎ個の１軸コイル１２−１〜１２−ｎの空間上の位置及び／又は方向をつなぎ合わせて、挿入部３８の形状を示す軟性部材形状情報を作成する（ステップＳ７２）。この軟性部材形状情報は、内視鏡画像を表示する表示装置あるいは別の表示装置に表示されることとなる（ステップＳ７４）。
【０１０４】
このように、特定の３軸コイルの特定の軸から、時系列的に順に磁場を送信すると、それら特定の時刻の磁場（の１軸方向成分）は、ｎ個の１軸コイルそれぞれで同時に取得される。したがって、時系列的に取得された特定の１軸コイルでの３軸コイル側の各軸による磁場（の１軸方向成分）の情報から、特定の１軸コイルの位置及び／又は方向を得ることができる。
【０１０５】
この場合、磁場送信の切り替えをできるだけ早くすることで、全信号の取得中の内視鏡３６の動きをほぼ０とみなすことができ、高い精度で位置及び／又は方向の計算が可能になる。そして、この位置及び／又は方向をつなぎ合わせることで、内視鏡３６の形状を再現することができる。
【０１０６】
なお、上記第１実施形態で説明したように、１軸コイル１２−１〜１２−ｎに代えて２軸コイル３４を用いても良いことは勿論である。
【０１０７】
また、以上の説明は、２個の３軸コイル１４−１、１４−２を内蔵したアンテナ２８の場合であるが、第２実施形態のようにアンテナ２８に３個以上の３軸コイルを内蔵させても良いことは勿論である。
【０１０８】
内視鏡３６の実際の使用状況においては、図１８に示すように、挿入部３８が挿入される管状の被検出物体である腸管を持つ患者４４がベッド４６に乗せられ、医師などの作業者４８が内視鏡３６を操作することとなる。内視鏡３６の操作部４０はケーブル４２を介して本体部５０に接続される。このとき、３軸コイルを内蔵するアンテナは、作業者４８の作業を出来るだけ妨げない位置に配置されるが、磁場の検出可能範囲は限られるため、ベッド４６から余り離すことは出来ない。
【０１０９】
このとき、上記特許文献１に開示されているように、平面上に３個の３軸コイルを配置したのでは、平面アンテナ５２とならざるを得ず、周辺の作業者４８の作業を制限する要因になる。
【０１１０】
これに対して、第１及び第２実施形態で説明したように、２個又は３個以上の３軸コイルが略直線状に配置したアンテナ２８は、棒状のアンテナとして構成することができる。従って、２個又は３個以上の３軸コイルが略鉛直方向つまり重力方向に配置されたアンテナ構成とすることで、図１９に示すように、アンテナ２８をベッド４６の平面に対して垂直且つベッド４６の近傍に配置したとしても、医師等の作業者４８が動ける範囲が広がり、作業者４８の行動の制限が最小限で済む。また、この配置はアンテナ２８をベッド４６から離すことができるので、ＡＣ磁場を利用した場合の、金属による磁場のゆがみの影響（たとえば、ベッド４６の金属フレーム等による）を最小限にすることができる。
【０１１１】
また、２個又は３個以上の３軸コイルが略水平方向つまり重力方向に対して垂直方向に配置されたアンテナ構成とすることで、図２０に示すように、アンテナ２８をベッド４６に近接して置くこと、例えばベッド４６の平面に横たえることができ、医師等の作業者４８の行動の制限が最小限で済む。この構成は、ベッド４６が非金属で構成されている場合に有用である。
【０１１２】
なお、図１９及び図２０のような配置にしたとき、３軸コイルを組み合わせた棒状のアンテナ２８は、図２１に示すように、Ｌ／Ｄが５以上であれば、医師等の作業者４８の行動を制限しないために効果的である。ここで、Ｌは、直線上に配置されている直線軸方向の３軸コイルの分布の最長の距離であり、Ｄは、それと垂直方向の距離である。簡易的には、Ｌはアンテナ２８の長手方向の寸法であり、Ｄはアンテナ２８の長手方向に直交する方向の幅、この例ではアンテナ２８の直径、と見なすことができる。Ｌ／Ｄを１０以上にすると、さらに効果的である。
【０１１３】
ところで、アンテナ２８は棒状、たとえば円柱状であるため、その円周方向に対して設置の仕方の自由度がある。位置検出アルゴリズムとして、たとえばＧａｕｓｓ−Ｎｅｗｔｏｎ法等を利用すると、初期値（ベクトル）の取り方により、位置検出可能な領域が存在する。一般に、位置検出アルゴリズムは位置検出可能な領域がある。従って、アンテナ２８は、棒状の形状であるが故に、図２２に示すように、２個又は３個以上の３軸コイルが配置された直線（線分）５４を回転軸として回転方向に対して自由に設置できるが、位置検出可能な特定の回転角αを含む方向を挿入部３８の被検出部に向ける必要がある。
【０１１４】
そこで、図２３に示すように、その位置検出可能な領域を識別するための識別部を、アンテナ２８に設けることが望ましい。たとえば、識別部は、パイロットランプ５６、方向を示す線５８のような印、形状の特徴（凸形状や角部６０の形成等）、ピン６２、文字６４、等、位置検出可能な領域を被検出部に向けるべき方向が判別できれば、どのようにものであっても構わない。
【０１１５】
このように、位置検出可能な領域の中央、または位置検出可能な領域に対応する角度方向を識別表示することにより、棒状のアンテナ２８を被検出部に対して最適な方向に設置することができる。
【０１１６】
ここで、このように位置検出可能な領域を所望の方向に容易に向けられるように、図２４に示すように、棒状のアンテナ２８を回転可能に略鉛直方向に保持する保持部６６に、アンテナ２８を保持させるようにしても良い。このような構成とすることで、３軸コイルが配置された直線（線分）５４を軸に、アンテナ２８を剛体的に（すなわち、全体が同じ角度で）回転可能にすることができ、アンテナ２８をスムーズに最適な位置に設置することが可能となる。
【０１１７】
あるいは、図２５に示すように、棒状のアンテナ２８を回転可能に略水平方向に保持する保持部６８に、アンテナ２８を保持させる構成としても良い。
【０１１８】
また、識別部としては、アンテナ２８に、図２６に示すように、角度を示す表記及び目盛７０を設けたり、角度毎に独特なマークを設けたりすることも可能である。この場合は、アンテナ２８を回転させて位置検出可能な領域を被検出部に向けるのではなく、アンテナ２８自体は動かさずに位置検出のアルゴリズムを変更することで、位置検出できるようにする。
【０１１９】
すなわち、図２７に示すように、作業者４８が、被検出部の存在する方向の角度を示す表記及び目盛７０やマークを読み取り（ステップＳ１００）、それを図示しない入力部によってコントロール及び信号処理部２２に入力する（ステップＳ１０２）。その後、上記第１乃至第３実施形態で説明したような本測定を行う（ステップＳ１０４）。この本測定においては、たとえばＧａｕｓｓ−Ｎｅｗｔｏｎ法等を利用する場合には初期値の取り方を指定された方向に最適化することにより、被検出部の存在する領域で、１軸コイル１２の位置及び／又は方向を計算可能にすることができる。
【０１２０】
また、このように作業者４８がアンテナ２８を回転させたり角度を示す表記及び目盛７０やマークを入力させたりする代わりに、テスト用１軸コイルを用いた自動化も可能である。これは、図２８に示すように、実際の測定の前に、被検出部が配置されることが想定される測定領域に、１個または複数のテスト用１軸コイル７２を設置する。コントロール及び信号処理部２２は、そこからの磁場信号（またはそこへの磁場信号）により、全領域を対象とした位置検出アルゴリズムを使って位置検出を行い、その検出結果の情報から測定領域を判断して、その測定領域に適した位置検出アルゴリズムを選択する。
【０１２１】
この場合は、図２９のフローチャートに示すように、作業者４８が１個または複数のテスト用１軸コイル７２を設置して、図示しない入力部よりコントロール及び信号処理部２２に所定の開始指示を入力する（ステップＳ１１０）。これに応じて、コントロール及び信号処理部２２は、全周対象位置検出アルゴリズムにより位置検出を行う（ステップＳ１１２）。この全周対象位置検出アルゴリズムは、たとえばＧａｕｓｓ−Ｎｅｗｔｏｎ法では、測定された信号に対して複数の初期値に対してＳの最小値を探索する繰り返し計算を行い、それぞれの初期値に対して推定値を出した後、それぞれの位置及び方向でのＳを比較して、その中で最小のＳを持つ位置及び方向を最終的な推定値として決定する。そして、コントロール及び信号処理部２２は、この決定した位置及び方向により測定領域を推定して適切な位置検出アルゴリズムを選択する（ステップＳ１１４）。この後、作業者４８は、上記１個または複数のテスト用１軸コイル７２を撤去して、上記第１乃至第３実施形態で説明したような本測定を行う（ステップＳ１１６）。
【０１２２】
全領域を対象とした位置検出アルゴリズムは上記のようにより多くの計算時間を要するため毎回行うのは実際的ではない。そこで、実際の測定の前に、テスト用１軸磁場発生又は検出器であるテスト用１軸コイル７２による測定を行って、適当な測定領域に対応する位置検出アルゴリズムを設定することにより、より少ない計算時間で実際の測定が可能になる。なお、テスト用１軸コイル７２としては、本測定に使われる１軸コイル１２を利用しても良いことは勿論である。
【０１２３】
以上のように、本第３実施形態に係る磁場センサシステムは、内視鏡などの軟性装置に提供することができる。
【０１２４】
すなわち、軟性装置は、第１又は第２実施形態で説明したような磁場センサシステムと、内視鏡３６の挿入部３８のような軟性部材と、を備える軟性装置であって、上記１軸又は２軸磁場発生又は検出器は、磁場発生器であり、上記軟性部材には、上記磁場発生器が複数個配置され、上記複数の３軸磁場検出又は発生器は、複数の３軸磁場検出器であり、上記複数の磁場発生器のそれぞれから互いに異なる時間に磁場を発生させ、上複数の３軸磁場検出器に時系列的に磁場を検出させる制御部であるコントロール及び信号処理部２２を更に具備し、上記計算部は、上記複数の３軸磁場検出器での時系列的な検出結果に基づいて、上記複数の磁場発生器のそれぞれの位置及び方向の少なくとも一方を計算する。  
あるいは、軟性装置は、第１又は第２実施形態で説明したような磁場センサシステムと、内視鏡３６の挿入部３８のような軟性部材と、を備える軟性装置であって、上記１軸又は２軸磁場発生又は検出器は、磁場検出器であり、上記軟性部材には、上記磁場検出器が複数個配置され、上記複数の３軸磁場検出又は発生器は、複数の３軸磁場発生器であり、上記複数の３軸磁場発生器のそれぞれから、互いに異なる時間に磁場を発生させ、上記複数個の磁場検出器に時系列的に軸方向磁場成分を検出させる制御部であるコントロール及び信号処理部２２を更に具備し、上記計算部は、上記複数個の磁場検出器での時系列的な軸方向磁場成分の検出結果に基づいて、上記複数個の磁場発生器のそれぞれの位置及び方向の少なくとも一方を計算する。
【０１２５】
なお、上記複数の３軸磁場検出又は発生器は、上記複数の３軸磁場検出又は発生器の全ての軸の磁場検出又は発生素子の重心が、上記直線上に配置されている直線軸方向の磁場検出又は発生素子の分布の最長の距離に対して、それと垂直方向に、上記最長の距離の１／５、より好ましくは１／１０となる位置に配置されている。  
このような構成とすることで、医師等の作業者４８の行動を制限しないために効果的である。
【０１２６】
また、上記複数の３軸磁場検出又は発生器は、略重力方向に配置することができる。  
このような構成とすることで、アンテナ２８をベッド４６の近傍に配置したとしても、医師等の作業者４８が動ける範囲が広がり、作業者４８の行動の制限が最小限で済む。なお、略重力方向に配置する場合、例えば、複数の３軸磁場検出又は発生器のうち、最も上に位置する３軸磁場検出又は発生器重力を基準として、重力方向から２０度以内の領域に他の全ての３軸磁場検出又は発生器が位置するように配置する。
【０１２７】
あるいは、上記複数の３軸磁場検出又は発生器は、重力方向に対して略垂直方向に配置するようにしても良い。  
このような構成とすれば、アンテナ２８をベッド４６に近接して置くことができ、医師等の作業者４８の行動の制限が最小限で済む。なお、重力方向に対して略垂直方向に配置する場合、例えば、複数の３軸磁場検出又は発生器のうち、最も端に位置する３軸磁場検出又は発生器重力を基準として、重力方向に垂直な方向から２０度以内の領域に他の全ての３軸磁場検出又は発生器が位置するように配置する。
【０１２８】
なお、上記計算部は、上記直線上に配置されている直線軸について特定の回転角を含む領域で上記１軸又は２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算可能であり、上記複数の磁場検出又は発生器は共通の外被内に収納され、上記外被は、上記特定の回転角方向を識別するための識別部を備えるようにしても良い。ここで、識別部は、パイロットランプ５６、方向を示す線５８のような印、形状の特徴（凸形状や角部６０の形成等）、ピン６２、文字６４、等を含む。  
このように、位置検出可能な領域の中央、または位置検出可能な領域に対応する角度方向を識別表示することにより、棒状のアンテナ２８を被検出部に対して最適な方向に設置することができる。
【０１２９】
この場合、上記複数の磁場検出又は発生器と上記外被を、上記直線軸を回転軸として回転可能に保持する保持部６６又は６８を更に具備するようにしても良い。  
これにより、容易に棒状のアンテナ２８を被検出部に対して最適な方向に設置することができるようになる。
【０１３０】
また、上記計算部は、上記直線上に配置されている直線軸について全回転角を含む領域を対象として上記１軸又は２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置を計算可能であり、上記全回転角を含む領域を対象として上記位置が計算されたならば、その位置を含む特定の回転角を含む領域を対象として、以降の位置計算を行うようにしても良い。  
このような構成とすることにより、アンテナ２８を回転させて位置検出可能な領域を被検出部に向けるのではなく、アンテナ２８自体は動かさずに位置検出のアルゴリズムを変更することで、位置検出できるようにすることができる。
【０１３１】
［変形例］  
以上説明した第１乃至第３実施形態は、図３０Ａに示すように、アンテナ２８の外装内に、１軸磁場検出器である１軸コイル７４が複数個、略一直線上に並んでいても成立する。すなわち、本構成によれば、たとえば内視鏡３６の挿入部３８の内部に配置する磁場発生器は１軸コイル１２のみで済むため、小型化及び細径化が可能であり、内視鏡３６外部の磁場検出器についても１次元の棒状の配置であるため、作業者４８のじゃまになることがない。
【０１３２】
上述の位置の計算方法から、１軸磁場検出器である１軸コイル７４は６個以上であることが必要である。また、この６個以上の１軸コイル７４の方向ベクトルは互いに一次独立な３個の方向ベクトルを含むようにすると、より位置計算の精度を向上させることができる。
【０１３３】
複数個の１軸磁場検出器である１軸コイル７４は、図３０Ｂに示すような配置になっていると、なお良い。すなわち、第１の１軸コイル７４−１と第２の１軸コイル７４−２とを選ぶことができ、且つ、第１の１軸コイル７４−１の磁場検出／発生領域と第２の１軸コイル７４-２の磁場検出／発生領域とを結ぶ、それぞれの１軸コイルに対するある線分ＬＳが存在する。他の１軸コイル７４−３〜７４−６は、それらの磁場検出／発生領域が、この線分ＬＳと交わるように、つまり交わり部分ＣＰを持つように、配置される。
【０１３４】
これにより、アンテナ２８は、より作業者４８のじゃまにならない形状になる。
【０１３５】
以上の内容は、送信側と検出側を逆転しても良いことは、これまでと同様である。
【０１３６】
さらに、１軸コイル１２に代えて２軸コイル３４を用いても良いことについても、これまでと同様である。
【０１３７】
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【図１Ａ】
2017175313.tif 000007
【図１Ｂ】
2017175313.tif 000008
【図２】
2017175313.tif 000009
【図３】
2017175313.tif 000010
【図４】
2017175313.tif 000011
【図５】
2017175313.tif 000012
【図６】
2017175313.tif 000013
【図７Ａ】
2017175313.tif 000014
【図７Ｂ】
2017175313.tif 000015
【図８】
2017175313.tif 000016
【図９】
2017175313.tif 000017
【図１０】
2017175313.tif 000018
【図１１】
2017175313.tif 000019
【図１２】
2017175313.tif 000020
【図１３】
2017175313.tif 000021
【図１４Ａ】
2017175313.tif 000022
【図１４Ｂ】
2017175313.tif 000023
【図１５】
2017175313.tif 000024
【図１６】
2017175313.tif 000025
【図１７】
2017175313.tif 000026
【図１８】
2017175313.tif 000027
【図１９】
2017175313.tif 000028
【図２０】
2017175313.tif 000029
【図２１】
2017175313.tif 000030
【図２２】
2017175313.tif 000031
【図２３】
2017175313.tif 000032
【図２４】
2017175313.tif 000033
【図２５】
2017175313.tif 000034
【図２６】
2017175313.tif 000035
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
2017175313.tif 000038
【図３０Ａ】
2017175313.tif 000039
【図３０Ｂ】
2017175313.tif 000040
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月3日(2018.10.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場を発生又は検出する１軸磁場発生又は検出器と、
略直線上に配置され、各軸について磁場を検出又は発生する３個以上の３軸磁場検出又は発生器と、
前記磁場の検出結果から前記１軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する計算部と、
を具備し、
前記計算部は、
予め設定された磁場の対称性の判定基準に基づき、３個以上の前記３軸磁場検出又は発生器の中から磁場の対称性を生まない２個以上の３軸磁場検出又は発生器を選択し、
選択された２個以上の前記３軸磁場検出又は発生器と前記１軸磁場発生又は検出器との間の前記磁場の検出結果に基づき、前記１軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する、磁場センサシステム。
【請求項２】
磁場を発生又は検出する２軸磁場発生又は検出器と、
略直線上に配置され、各軸について磁場を検出又は発生する３個以上の３軸磁場検出又は発生器と、
前記磁場の検出結果から前記２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する計算部と、
を具備し、
前記計算部は、
予め設定された磁場の対称性の判定基準に基づき、３個以上の前記３軸磁場検出又は発生器の中から磁場の対称性を生まない２個以上の３軸磁場検出又は発生器を選択し、
選択された２個以上の前記３軸磁場検出又は発生器と前記２軸磁場発生又は検出器との間の前記磁場の検出結果に基づき、前記２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する、磁場センサシステム。
【請求項３】
前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器は、前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器の全ての軸の磁場検出又は発生素子の重心が、前記直線上に配置されている直線軸方向の磁場検出又は発生素子の分布の最長の距離に対して、それと垂直方向に、前記最長の距離の１／５となる位置に配置されている、請求項１又は２に記載の磁場センサシステム。
【請求項４】
前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器は、前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器の全ての軸の磁場検出又は発生素子の重心が、前記直線上に配置されている直線軸方向の磁場検出又は発生素子の分布の最長の距離に対して、それと垂直方向に、前記最長の距離の１／１０となる位置に配置されている、請求項１又は２に記載の磁場センサシステム。
【請求項５】
前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器は、略重力方向に配置されている、請求項１又は２に記載の磁場センサシステム。
【請求項６】
前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器は、重力方向に対して略垂直方向に配置されている、請求項１又は２に記載の磁場センサシステム。
【請求項７】
前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器は、１軸又は２軸磁場発生器であり、
前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器は、３個以上の３軸磁場検出器であり、
前記計算部は、２個以上の３軸磁場検出器で測定した磁場の値に関する、前記予め設定した、前記磁場の対称性の判定基準に基づいて、前記３個以上の３軸磁場検出器の中から前記磁場の対称性を生まない前記２個以上の３軸磁場検出器を選択して、その選択した２個以上の３軸磁場検出器の検出結果により前記１軸又は２軸磁場発生器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する、請求項１又は２に記載の磁場センサシステム。
【請求項８】
前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器は、１軸又は２軸磁場検出器であり、
前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器は、３個以上の３軸磁場発生器であり、
前記計算部は、２個以上の３軸磁場発生器で軸ごとに個別に発生させ、１軸の磁場検出器で測定した、前記予め設定した磁場の対称性の判定基準に基づいて、前記３個以上の３軸磁場発生器の中から前記磁場の対称性を生まない前記２個以上の３軸磁場発生器を選択して、それら選択した２個以上の３軸磁場発生器により軸ごとに個別に発生させた磁場に対する前記１軸又は２軸磁場検出器の検出結果から、前記１軸又は２軸磁場検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する、請求項１又は２に記載の磁場センサシステム。
【請求項９】
前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器の内の２つである第１及び第２の３軸磁場検出又は発生器以外の３軸磁場検出又は発生器は、それぞれの磁場検出／発生領域が、前記第１の３軸磁場検出又は発生器の磁場検出／発生領域と前記第２の３軸磁場検出又は発生器の磁場検出／発生領域とを結ぶ線分に交わるように、配置されている、請求項１又は２に記載の磁場センサシステム。
【請求項１０】
前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器の内の、第１の３軸磁場検出又は発生器の内の１軸の磁場検出又は発生素子及び第２の３軸磁場検出又は発生器の内の１軸の磁場検出又は発生素子以外の各軸の磁場検出又は発生素子は、それぞれの磁場検出／発生領域が、前記第１の３軸磁場検出又は発生器の前記１軸の磁場検出又は発生素子の磁場検出／発生領域と前記第２の３軸磁場検出又は発生器の前記１軸の磁場検出又は発生素子の磁場検出／発生領域とを結ぶ線分に交わるように、配置されている、請求項１又は２に記載の磁場センサシステム。
【請求項１１】
前記計算部は、前記直線上に配置されている直線軸について特定の回転角を含む領域で前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算可能であり、
前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器は共通の外被内に収納され、
前記外被は、前記特定の回転角方向を識別するための識別部を備える、請求項１又は２に記載の磁場センサシステム。
【請求項１２】
前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器と前記外被を、前記直線軸を回転軸として回転可能に保持する保持部を更に具備する、請求項１１に記載の磁場センサシステム。
【請求項１３】
前記計算部は、
前記直線上に配置されている直線軸について全回転角を含む領域を対象として前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置を計算可能であり、
前記全回転角を含む領域を対象として前記位置が計算されたならば、その位置を含む特定の回転角を含む領域を対象として、以降の位置計算を行う、請求項１又は２に記載の磁場センサシステム。
【請求項１４】
請求項１又は２に記載の磁場センサシステムと、軟性部材と、を備える軟性装置であって、
前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器は、磁場発生器であり、
前記軟性部材には、前記磁場発生器が複数個配置され、
前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器は、３個以上の３軸磁場検出器であり、
前記複数個の磁場発生器のそれぞれから、互いに異なる時間に磁場を発生させ、前記３個以上の３軸磁場検出器に時系列的に磁場を検出させる制御部を更に具備し、
前記計算部は、前記３個以上の３軸磁場検出器での時系列的な検出結果に基づいて、前記複数個の磁場発生器のそれぞれの位置及び方向の少なくとも一方を計算する、軟性装置。
【請求項１５】
請求項１又は２に記載の磁場センサシステムと、軟性部材と、を備える軟性装置であって、
前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器は、磁場検出器であり、
前記軟性部材には、前記磁場検出器が複数個配置され、
前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器は、３個以上の３軸磁場発生器であり、
前記３個以上の３軸磁場発生器のそれぞれから、互いに異なる時間に磁場を発生させ、前記複数個の磁場検出器に時系列的に軸方向磁場成分を検出させる制御部を更に具備し、
前記計算部は、前記複数個の磁場検出器での時系列的な軸方向磁場成分の検出結果に基づいて、前記複数個の磁場検出器のそれぞれの位置及び方向の少なくとも一方を計算する、軟性装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、磁場を発生又は検出する１軸磁場発生又は検出器と、略直線上に配置され、各軸について磁場を検出又は発生する３個以上の３軸磁場検出又は発生器と、前記磁場の検出結果から前記１軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する計算部と、を具備し、前記計算部は、予め設定された磁場の対称性の判定基準に基づき、３個以上の前記３軸磁場検出又は発生器の中から磁場の対称性を生まない２個以上の３軸磁場検出又は発生器を選択し、選択された２個以上の前記３軸磁場検出又は発生器と前記１軸磁場発生又は検出器との間の前記磁場の検出結果に基づき、前記１軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する、磁場センサシステムが提供される。
本発明の第２の態様によれば、磁場を発生又は検出する２軸磁場発生又は検出器と、略直線上に配置され、各軸について磁場を検出又は発生する３個以上の３軸磁場検出又は発生器と、前記磁場の検出結果から前記２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する計算部と、を具備し、前記計算部は、予め設定された磁場の対称性の判定基準に基づき、３個以上の前記３軸磁場検出又は発生器の中から磁場の対称性を生まない２個以上の３軸磁場検出又は発生器を選択し、選択された２個以上の前記３軸磁場検出又は発生器と前記２軸磁場発生又は検出器との間の前記磁場の検出結果に基づき、前記２軸磁場発生又は検出器の空間上の位置及び方向の少なくとも一方を計算する、磁場センサシステムが提供される。
本発明の第３の態様によれば、本発明の第１又は第２の態様による磁場センサシステムと、軟性部材と、を備える軟性装置であって、前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器は、磁場発生器であり、前記軟性部材には、前記磁場発生器が複数個配置され、前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器は、３個以上の３軸磁場検出器であり、前記複数個の磁場発生器のそれぞれから、互いに異なる時間に磁場を発生させ、前記３個以上の３軸磁場検出器に時系列的に磁場を検出させる制御部を更に具備し、前記計算部は、前記３個以上の３軸磁場検出器での時系列的な検出結果に基づいて、前記複数個の磁場発生器のそれぞれの位置及び方向の少なくとも一方を計算する、軟性装置が提供される。
本発明の第４の態様によれば、本発明の第１又は第２の態様による磁場センサシステムと、軟性部材と、を備える軟性装置であって、前記１軸又は２軸磁場発生又は検出器は、磁場検出器であり、前記軟性部材には、前記磁場検出器が複数個配置され、前記３個以上の３軸磁場検出又は発生器は、３個以上の３軸磁場発生器であり、前記３個以上の３軸磁場発生器のそれぞれから、互いに異なる時間に磁場を発生させ、前記複数個の磁場検出器に時系列的に軸方向磁場成分を検出させる制御部を更に具備し、前記計算部は、前記複数個の磁場検出器での時系列的な軸方向磁場成分の検出結果に基づいて、前記複数個の磁場検出器のそれぞれの位置及び方向の少なくとも一方を計算する、軟性装置が提供される。
なお、本発明の第１の態様において、磁場を発生又は検出する１軸磁場発生又は検出器が１軸磁場発生器である場合は、磁場を検出又は発生する３個以上の３軸磁場検出又は発生器は、３個以上の３軸磁場検出器となる。また、磁場を発生又は検出する１軸磁場発生又は検出器が１軸磁場検出器である場合は、磁場を検出又は発生する３個以上の３軸磁場検出又は発生器は、３個以上の３軸磁場発生器となる。本発明の第２の態様における、磁場を発生又は検出する２軸磁場発生又は検出器と磁場を検出又は発生する３個以上の３軸磁場検出又は発生器との関係についても、同様の対応関係となる。
【国際調査報告】
2017175313.tif 000041
2017175313.tif 000042
2017175313.tif 000043
2017175313.tif 000044