(57)【要約】  本発明は、共通基準座標系内で静止した少なくとも３つの三軸磁気発生器のセットによって生成された磁場中を移動する三軸磁気センサと一体化された物体を位置特定する方法に関し、当該方法は、（ａ）各発生器について、センサによって取得された該発生器に関連した磁場測定結果の関数として、共通基準座標系内でのセンサの位置を決定するステップと、（ｂ）各発生器について、該発生器についてのセンサの決定された位置の誤差を表すパラメータを計算するステップと、（ｃ）発生器の各々について推定されたパラメータの関数として発生器のセットのうちのサブセットを選択するステップであり、発生器のセットのうちの選択されるサブセットは、その発生器について推定されたパラメータが少なくとも１つの基準閾値よりも小さいものである各発生器を含む、ステップと、（ｄ）サブセット内の選択された各発生器についてのセンサの決定された位置を統合することによって、物体の位置を推定するステップと、を含むことを特徴とする。
2020527234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通基準座標系内で静止した少なくとも３つの三軸磁気発生器のセットによって生成された磁場中を移動する三軸磁気センサと一体化された物体を位置特定する方法であって、
（ａ）各発生器について、前記センサによって取得された該発生器に関連した磁場測定結果の関数として、前記共通基準座標系内での前記センサの位置を決定するステップと、
（ｂ）各発生器について、該発生器についての前記センサの前記決定された位置の誤差を表すパラメータを計算するステップと、
（ｃ）前記発生器の各々について推定された前記パラメータの関数として前記発生器のセットのうちのサブセットを選択するステップであり、前記発生器のセットのうちの選択される前記サブセットは、その発生器について推定された前記パラメータが少なくとも１つの基準閾値よりも小さいものである各発生器を含む、ステップと、
（ｄ）前記サブセット内の選択された各発生器についての前記センサの前記決定された位置を統合することによって、前記物体の位置を推定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記センサ及び前記発生器は各々、三軸編成された３つのコイルで構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（ｂ）は、各発生器について、前記センサによって取得された該発生器に関連した前記磁場測定結果の関数として、２つの数学的不変量の値を推定することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記センサの前記決定された位置の誤差を表す前記パラメータは、ステップ（ｂ）で各発生器について、該発生器についての前記２つの数学的不変量の前記推定された値と、前記２つの数学的不変量の理論値との関数として計算される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記センサの前記決定された位置の誤差を表す前記パラメータは、前記センサの前記決定された位置の前記誤差の推定値である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記サブセットが所定の最小数よりも少ない発生器を含む場合、ステップ（ｃ）で選択される前記発生器のセットのうちの前記サブセットは更に、その発生器について推定された前記パラメータが、前記基準閾値よりも大きくされた少なくとも１つの劣化閾値よりも小さいものである各発生器を含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記統合することによって得られる前記位置は、前記サブセット内の選択された各発生器についての前記センサの前記決定された位置の平均位置である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記統合することによって得られる前記位置は、前記サブセット内の選択された各発生器についての前記センサの前記決定された位置の平均位置であり、
ステップ（ｃ）で選択される前記発生器のセットのうちの前記サブセットが、その発生器について推定された前記パラメータが前記基準閾値よりも大きい少なくとも１つの発生器を含む場合、前記統合することによって得られる前記位置は、前記サブセットの発生器のうち、その発生器について推定された前記パラメータが前記基準閾値よりも小さいままである最大のサブセットの各発生器についての、前記センサの前記決定された位置の平均位置である、
請求項６に記載の方法。
【請求項９】
ステップ（ａ）−（ｄ）において、前記位置に加えて姿勢が考慮される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
三軸磁気センサと、共通基準座標系内で静止した少なくとも３つの三軸磁気発生器のセットとを含み、前記センサと一体化され且つ前記発生器によって生成された磁場中を移動する物体の、位置特定のためのシステムであって、
各発生器について、前記センサによって取得された該発生器に関連した磁場測定結果の関数として、前記共通基準座標系内での前記センサの位置を決定するモジュールと、
各発生器について、該発生器についての前記センサの前記決定された位置の誤差を表すパラメータを計算するモジュールと、
前記発生器の各々について推定された前記パラメータの関数として前記発生器のセットのうちのサブセットを選択するモジュールと、
前記サブセット内の選択された各発生器についての前記センサの前記決定された位置を統合することによって、前記物体の位置を推定するモジュールと、
を実装するように構成されたデータ処理手段を含むことを特徴とするシステム。
【請求項１１】
コンピュータ上で実行されるときに、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の、共通基準座標系内で静止した少なくとも３つの三軸磁気発生器のセットによって生成された磁場中を移動する三軸磁気センサと一体化された物体を位置特定する方法、を実行するコード命令を含んだコンピュータプログラム。
【請求項１２】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の、共通基準座標系内で静止した少なくとも３つの三軸磁気発生器のセットによって生成された磁場中を移動する三軸磁気センサと一体化された物体を位置特定する方法、の実行のためのコード命令を含むコンピュータプログラムを有した、コンピュータ装置によって読み取り可能な記憶手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳを用いないナビゲーションの分野に関する。より具体的には、本発明は、人工的な磁場中を移動する物体を位置特定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気位置特定は、少なくとも１つのソースによって生成される人工的な磁場中で、少なくとも１つの磁場センサを備えた物体が位置特定される技術を指す。磁気位置特定は、高い精度（サブミリメートルの誤差を有し、１度未満）を可能にする。用途は主に、例えば手術ナビゲーションのためといった、医療分野に見出される。
【０００３】
ソースすなわち磁場発生器は典型的に、例えば異なる周波数を持つＡＣ磁場といった、区別可能な磁場を放射する３つの垂直コイルを含む。センサも、３つの軸に沿った磁場を測定する。その後、軸に沿ったセンサの信号が、放射コイルの周波数に関して復調される。このプロセスから得られるデータセットと、磁場の制御（モデリング及び較正）とで、センサ（又はその上にセンサが固定されたツール）の位置及び向きをリアルタイムで計算することを可能にする。
【０００４】
ソースによって放射される磁場を磁気センサで測定することによって物体の位置及び向きを推定する技術は、１９７０年代以来よく知られており、例えば、ＵＳ３８６８５６５号（特許文献１）、ＵＳ４７３７７９４号（特許文献２）、又はＵＳ４９４５３０５号（特許文献３）を参照されたい。
【０００５】
センサによって受信された信号の処理は、ソースのコイルの各々から誘導された成分への当該信号の分解を含む。この分解は、（１）ソースの３つのコイルが順に信号を送信するようにパルス化されたＤＣ磁場（例えば、ＵＳ４９４５３０５号（特許文献３）を参照）、（２）異なる周波数をソースの３つのコイルに対して持つＡＣ磁場であり、復調によってそれらを区別することを可能にする（例えば、ＵＳ３８６８５６５号（特許文献１）を参照）を用いて実行され得る。センサからの三軸コイルによって受信された信号の、送信元の三軸コイルに対する分解は、３×３＝９個の係数の行列を提供し、それに基づいて、ソースに対するセンサの位置及び姿勢（すなわち、合計で６自由度）が計算され得る（ＵＳ４７３７７９４号（特許文献２）参照）。
【０００６】
このようなソース−センサシステムにおいては主に２つの困難に遭遇する。
【０００７】
先ず、磁場は、ソース−センサ間距離の３乗で磁場が減衰するので、信号が急に弱くなり、市販のシステムでは典型的に約１メートルの距離でノイズレベルに達する。従って、距離の関数として性能の低下が存在する。ソース付近の限られた領域でしか良好な精度を達成することができない。１つのソリューションは、コイルのサイズを大きくすること、又は電流を大きくすることであるが、これは実際にはすぐに限界となる。
【０００８】
次に、ソースによって放射される磁場は、それがパルス化されたＤＣであろうと、ＡＣであろうと、（１）導電性の材料（フーコー電流の誘導による）及び（２）透過性の材料によって乱されるが、これら２つの材料は応用において遭遇し得るものである。このような乱れは、測定を誤らせ、性能を低下させる。
【０００９】
動きのない乱れについて、１つの可能なソリューションは、空間の３Ｄネットワークに従って磁場のマップを作成することである。このソリューションは、専門家による較正を行うことを必要とし、例えばツールなどの乱す物体が通常的に動かされ、それにより、いつまでも再較正を必要とすることになるあらゆる状況で、全くもって実用的でない。
【００１０】
他のものとして、ＵＳ６６３６７５７号（特許文献４）において、乱す金属物体に起因する磁場の歪みを制限する分離素子として作用する“シールド”上に最大３つの三軸ソースを取り付けることが提案されている。関連する較正方法が提供される。理解されることには、そのようなソリューションは、恐らく効果的であるが、実際には非常に煩雑である。
【００１１】
ＵＳ６４００１３９号（特許文献５）において、単一のソースと、２つのセンサ、すなわち、“制御”センサ、及び、二次ＡＣ磁場源として考えられる、その位置が探索されるセンサ（“プローブ”）と、を使用することが提案されている。換言すれば、提案されたアーキテクチャは、２つのソースと１つのセンサを用いるアーキテクチャに相当するが、センサの位置は知られていて、ソースの位置が探索される。信号センサの位相の調査が、導電性材料による乱れを分離することを可能にするが、透過性材料の乱れについてはそうでない。
【００１２】
他の文献（ＵＳ２０１１２２４５３７号（特許文献６）又はＵＳ２０１１００４４３０号（特許文献７）を参照）では、乱れを単に検出するのみであり、乱れの影響を補正することは試みられていない。
【００１３】
言い得ることには、一般的な状況において一度に同時に適用可能であり且つ性能又は時間分解能の損失のないソリューションの探索は、未解決の問題のままである。
【００１４】
故に、依然として効率的であるがいかなる性質の乱れに対しても更に十分にロバストである磁気位置特定方法を利用可能とすることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第３８６８５６５号明細書
【特許文献２】米国特許第４７３７７９４号明細書
【特許文献３】米国特許第４９４５３０５号明細書
【特許文献４】米国特許第６６３６７５７号明細書
【特許文献５】米国特許第６４００１３９号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１１／０２２４５３７号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１１／０００４４３０号明細書
【特許文献８】米国特許第５３０７０７２号明細書
【発明の概要】
【００１６】
よって、第１の態様によれば、本発明は、共通基準座標系内で静止した少なくとも３つの三軸磁気発生器のセットによって生成された磁場中を移動する三軸磁気センサと一体化された物体を位置特定する方法に関し、当該方法は、
（ａ）各発生器について、前記センサによって取得された該発生器に関連した磁場測定結果の関数として、前記共通基準座標系内での前記センサの位置を決定するステップと、
（ｂ）各発生器について、該発生器についての前記センサの前記決定された位置の誤差を表すパラメータを計算するステップと、
（ｃ）前記発生器の各々について推定された前記パラメータの関数として前記発生器のセットのうちのサブセットを選択するステップと、
（ｄ）前記サブセット内の選択された各発生器についての前記センサの前記決定された位置を統合することによって、前記物体の位置を推定するステップと、
を含むことを特徴とする。
【００１７】
他の有利で非限定的な特徴によれば：
・  前記センサ及び前記発生器は各々、三軸編成された３つのコイルで構成される；
・  ステップ（ｂ）は、各発生器について、前記センサによって取得された該発生器に関連した前記磁場測定結果の関数として、２つの数学的不変量の値を推定することを含む；
・  前記センサの前記決定された位置の誤差を表す前記パラメータは、ステップ（ｂ）で各発生器について、該発生器についての前記２つの数学的不変量の前記推定された値と、前記２つの数学的不変量の理論値との関数として計算される；
・  前記センサの前記決定された位置の誤差を表す前記パラメータは、前記センサの前記決定された位置の前記誤差の推定値である；
・  ステップ（ｃ）で選択される前記発生器のセットのうちの前記サブセットは、その発生器について推定された前記パラメータが少なくとも１つの基準閾値よりも小さいものである各発生器を含む；
・  前記サブセットが所定の最小数よりも少ない発生器を含む場合、ステップ（ｃ）で選択される前記発生器のセットのうちの前記サブセットは更に、その発生器について推定された前記パラメータが、前記基準閾値よりも大きくされた少なくとも１つの劣化閾値よりも小さいものである各発生器を含む；
・  前記統合することによって得られる前記位置は、前記サブセット内の選択された各発生器についての前記センサの前記決定された位置の平均位置である；
・  ステップ（ｃ）で選択される前記発生器のセットのうちの前記サブセットが、その発生器について推定された前記パラメータが前記基準閾値よりも大きい少なくとも１つの発生器を含む場合、前記統合することによって得られる前記位置は、前記サブセットの発生器のうち、その発生器について推定された前記パラメータが前記基準閾値よりも小さいままである最大のサブセットの各発生器についての、前記センサの前記決定された位置の平均位置である；
・  ステップ（ａ）−（ｄ）において、前記位置に加えて姿勢が考慮される。
【００１８】
第２の態様によれば、本発明は、三軸磁気センサと、共通基準座標系内で静止した少なくとも３つの三軸磁気発生器のセットとを含み、前記センサと一体化され且つ前記発生器によって生成された磁場中を移動する物体の、位置特定のためのシステムに関し、当該システムは、
各発生器について、前記センサによって取得された該発生器に関連した磁場測定結果の関数として、前記共通基準座標系内での前記センサの位置を決定するモジュールと、
各発生器について、該発生器についての前記センサの前記決定された位置の誤差を表すパラメータを計算するモジュールと、
前記発生器の各々について推定された前記パラメータの関数として前記発生器のセットのうちのサブセットを選択するモジュールと、
前記サブセット内の選択された各発生器についての前記センサの前記決定された位置を統合することによって、前記物体の位置を推定するモジュールと、
を実装するように構成されたデータ処理手段を含むことを特徴とする。
【００１９】
第３及び第４の態様によれば、本発明は、本発明の第１の態様に従った、共通基準座標系内で静止した少なくとも３つの三軸磁気発生器のセットによって生成された磁場中を移動する三軸磁気センサと一体化された物体を位置特定する方法、の実行のためのコード命令を含んだコンピュータプログラム；及び、本発明の第１の態様に従った、共通基準座標系内で静止した少なくとも３つの三軸磁気発生器のセットによって生成された磁場中を移動する三軸磁気センサと一体化された物体を位置特定する方法、の実行のためのコード命令を含むコンピュータプログラムを有した、コンピュータ装置によって読み取り可能な記憶手段に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明の他の特徴及び利点が、以下に続く好適実施形態の説明を読むことによって明らかになる。この説明は、以下の図を含む添付の図面を参照して与えられる。
【図１】本発明に従った方法の実装のためのシステムの図である。
【図２】本発明に従った方法の例示的実施形態を更に詳細に示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
アーキテクチャ
図１を参照するに、本方法は、少なくとも３つの三軸磁気発生器３のセットによって生成された磁場（ベクトルＢで表記する）の中を移動する三軸磁気センサ２と一体化された物体１の位置特定を可能にする（本説明の残りの部分において、ｎは、図１の例ではｎ＝４である、ｎ≧３とした発生器３の個数を指定する。異なる発生器の寄与を区別することを過度に困難にすることなく、非常に良好な品質の結果のために、８個又は１０個まで発生器３を増やし得る。以下参照）。
【００２２】
三軸磁気発生器３は、好ましくは正規直交の、典型的には地球基準座標系である共通基準座標系内で静止している。これが意味することは、それらが固定されており、従って、互いに対して所定の位置を有するということである。三軸は有利には、計算を容易にするために、全てが共通直交基準点に従った向きにされ、すなわち、各発生器３の３つの軸が、共通基準点の３つの軸に一致する。
【００２３】
それらは典型的に、三軸編成された３つのアキシャルコイルで構成される（すなわち、各々が３つの軸のうち１つに沿って延在する）。好ましくは、これら発生器（そして更にはそれらのコイルの各々）が、異なる区別可能な周波数（それらに供給する交流の周波数）に関連付けられるが、理解されることには、導入部で説明したように、異なる発生器における磁場が、例えば順にパルス化されることもできる。
【００２４】
理解されることには、発生器３によって生成されるこの“人工的な”磁場は、一般に、発生器３によって生成されるものではない共通基準座標系内で実質的に静止した（天然起源の）周囲磁場（典型的には、地球の磁場）の中にあるが、理解されることには、この周囲磁場は、発生器によって生成される磁場と比較して無視できるものであり、それ故に、後者だけを単独で考慮し得る。
【００２５】
すでに説明したように、磁場は３次元空間内のベクトル場であり、すなわち、その中で物体が移動可能な３次元の点の各々に３次元のベクトルが関連付けられる。
【００２６】
この物体１は、例えば、車輪付き車両、ドローン、工具、器具などといった、その位置の知識が望まれる任意の移動可能物体とし得るが、人物又はその身体の一部（その手など）であってもよい。
【００２７】
物体１は、三軸に構成された３つのアキシャルコイル（そして一般的に言えば、磁力計）で構成されるのが一般的な三軸磁気センサ２、すなわち、磁気測定手段を備える。
より正確には、センサ２は物体１と一体であり、すなわち、地球基準座標系内で実質的に相等しい動きを持つ。好ましくは、物体１の基準座標系は、座標が（ｘ１，ｘ２，ｘ３）と表記される正規直交デカルト基準点を備え、従って、センサ２は、この基準点において所定の固定された位置を持つ。
【００２８】
好ましくは、物体１に関連付けられる正規直交基準点は、慣例により（また、本説明の残りの部分の便宜により）、計算を容易にするために、センサ２の三軸が有利に、物体１に関連付けられた正規直交基準点に従った向きにされるように、すなわち、センサ２の３つの軸が物体１の基準点の３つの軸に一致するように選定される。
【００２９】
しかし、当業者は、あらゆる場合において、発生器３及びセンサ２の任意の空間配置に合わせてそれをどのように移すかを知ることになる。
【００３０】
システムは、本方法の処理動作の直接的なリアルタイムでの実行のための処理手段２１（典型的にはプロセッサ）を含んでいてもよく、あるいは代わりに、測定結果が通信手段を介して例えば遠隔サーバなどの外部装置に送信されてもよく、あるいは代わりに、測定結果が可能性ある後の処理の可能性のためにローカルなデータ記憶手段２２（例えば、フラッシュ型メモリ）に記録されてもよい。
【００３１】
図１の例では、処理手段２１を備えたテーブル上にセンサ２及び発生器３が配置され、有線接続を介してセンサ２及び発生器３が処理手段２１に接続される。
【００３２】
“インテリジェンス”をホストする遠隔装置（例えばサーバなど）である場合、それは、説明されることになる本方法の処理動作を実装するための例えばプロセッサなどの専用の処理手段を含む。
【００３３】
本説明の残りの部分において、理解されることには、ローカルなデータ処理手段であろうと遠隔装置であろうと、差別なく用途に従って本方法のステップの全て又は一部を実行する。
【００３４】
モノソース位置決定
第１のステップ（ａ）にて、方法は、各発生器３について、センサ２によって取得された該発生器３に関連した磁場測定結果の関数として、共通基準座標系内でのセンサ２の位置を決定することを含む。ステップ（ａ）はまた、有利には、各発生器３について、共通基準座標系内でのセンサ２の姿勢（すなわち、向き）を決定することを含む。
【００３５】
換言すれば、ｎ個の位置／姿勢が独立に決定される。これらの位置／姿勢の決定の各々は、有利なことに、３つの直交コイルで構成される発生器と、やはり３つの三軸コイルのセンサとを有するものである“モノソース”従来技術に準拠する。換言すれば、各位置／姿勢が、関連する発生器３があたかも単独であるかのように計算される。
【００３６】
従って、各“サブシステム”発生器（本マルチソースシステムのセンサ）は典型的に、例えばＵＳ４７３７７９４号（特許文献２）に記載されているようなモノソースシステムと同等である。これは、例えば特許ＵＳ４７３７７９４号（特許文献２）及びＵＳ５３０７０７２号（特許文献８）に開示されている方法を用いて、ソースの周囲の限られた領域内での位置特定を可能にする。
【００３７】
思い出されることには、これら様々な発生器３の寄与は、それらの異なる周波数のおかげで好ましく識別される。
【００３８】
発生器３の３つのコイルに関してセンサ２の３つのコイルによって受信された信号の復調から導出される行列（前述の文献では“信号行列”と呼ばれている）の９つの係数から、物体１の位置及び姿勢における６自由度が、位置特定のために好ましく抽出される。
【００３９】
理解されるように、本マルチソースシステムは、“統一された”位置／向きを得るために、各モノソースサブシステムによる位置特定結果を、巧妙なやり方で“統合”しようとするものである。
【００４０】
なお、この方法は好ましくは、全てのソースに関する位置特定を共通基準座標系内で表すことができるように、発生器３の前もっての協調を含む。実際、共通基準座標系は、複数のモノソース結果の相互適合性を検証し、それらを知的なやり方で統合するために不可欠である。
【００４１】
協調は、較正において実行される。全てのソースの位置及び姿勢が、用途に従って選定され得るものである絶対的な基準点に対して決定される。
【００４２】
本明細書の残りの部分では物体１の位置のみに言及するが、理解されることには、本方法は有利には姿勢も考慮に入れ、当業者は、それをどのように移すかを結果として知ることになる。
【００４３】
モノソース整合性
ステップ（ｂ）にて、各発生器３について、該発生器３について決定されたセンサ２の位置（及び、必要性がある場合に、姿勢）の誤差を表すパラメータが、データ処理手段２１によって推定される。換言すれば、ｎ個の発生器３の各々に誤差パラメータが関連付けられる。このパラメータは、誤差レベルとして見ることができ、位置誤差（距離として表される）及び／又は姿勢誤差（角度として表される）の直接的な推定とし得る。
【００４４】
このパラメータは、その整合性が損なわれている発生器（例えば、発生器３の近くの金属妨害の存在による異常に高い誤差）を、整合性が確認されているもの（許容可能な公差レベル内の誤差）から区別することを可能にする。
【００４５】
実際、出願人は、モノソースシステムにおいては、局所的な乱さによる誤差が乱れの中心に関して非対称であり、ソースと乱れとの間の側でよりも、ソースから更に離れた側で大きい、という物理的事実に注目している。換言すれば、ソースとセンサとの間に置かれた局所的な乱れは、測定に強い影響を与えるが、センサを越えて置かれた局所的な乱れは、このソースに関連する測定には実質的な影響を持たない。
【００４６】
従って、本方法は、従来技術においてそうであったように乱れを検出したり更にはそれを補正したりしようとせずに、単に、発生器３の冗長性を享受して、位置特定をずっと、信頼できる測定結果だけに基づかせる、すなわち、“乱されたソース”を除外することを提案する。
【００４７】
乱れの典型的な場所に適した発生器の配置（例えば、物体１が変位されることが意図されるゾーンを取り囲むことによる）となった瞬間から、このようなソリューションは非常にロバストであり（発生器３の潜在的な欠点を含め、いかなるタイプの乱れに対しても）、且つ実装するのが非常に容易である。さらに、後に理解されるように、これは、（所望の用途に従った）所望の精度レベルの関数として調節可能である。
【００４８】
経験的に、１／２と１／５との間での誤差の抑制が観察される。
【００４９】
そのするために、上述のように、モノソース計算が、発生器３の３つのコイルに関してセンサの３つのコイルによって受信された信号の復調から導出される行列の９つの係数から、位置及び姿勢における６自由度を位置特定のために抽出する。しかし、冗長な自由度（３つ）の中に、２つの数学的不変量、すなわち、理論的に一定値を持つ量が存在する。測定データを用いたこれらの不変量の推定は、（パーフェクトなモデルであれば持つはずの理論値との比較により）測定結果の整合性を試験し、それによって誤差の見積もりを提供することを可能にする。
【００５０】
Ｍｉｊは、ｉ，ｊ＝１，２，３として、２つの基準点の軸ｘ、ｙ、ｚに対して、発生器３のコイルｊから生じてセンサ２のコイルｉによって測定される磁場の振幅を指定する。ｎ個の発生器３のうちの１つに各々が関連付けられるｎ個の行列Ｍｋが存在するとし得る。
【００５１】
各発生器３が完全に双極性の磁場を放射する３つの完全に直交したコイルを有し、且つ三軸センサもパーフェクトであると仮定すると、各行列Ｍが：
【数１】
2020527234.tif 000003
なる形態を有する（例えば、ＵＳ４７３７７９４号（特許文献２）を参照）。
【００５２】
ここで、Ａは、ソースの基準点に対するセンサの姿勢に関する直交行列を表す。パラメータｋは、双極子モーメントに、μ／４πとｒ＝√（ｘ２＋ｙ２＋ｚ２）を乗じたものであり、ソースとセンサの間の距離であり、後者はソースの基準点における（ｘ，ｙ，ｚ）に見出される。
【００５３】
行列Ｍの特異値への分解が、
【数２】
2020527234.tif 000004
を与え、ここで、Ｐ、Ｑは直交行列であり、特異値はｓ１＝２ｋ／ｒ３、ｓ２＝ｓ３＝ｋ／ｒ３に等しい。従って、比ｓ１／ｓ２＝２及びｓ１／ｓ３＝２は、予め定められた値を持ち、磁場に関する双極子モデルにおいて固有の数学的不変量である。理解されることには、当業者は、例えば、ｓ２／ｓ１＝０．５及びｓ２／ｓ３＝１、ｓ１−２ｓ２＝０及びｓ１−２ｓ３＝０などといった、他の値の数学的不変量を見出すことができる。一般的に言えば、測定された磁場データの行列の特異値から得られる任意の数学的不変量が用いられ得る。
【００５４】
不変量のそれらの理論値に対する逸脱は、モデルが妥当でないことを指し示し、それは、磁場における乱れ（又は発生器３に結び付けられる何らかの他の問題）に起因し得る。
【００５５】
この逸脱を定量化するために、例えば、第１及び第２の不変量の推定値（ｅｓｔ）及び理論値（ｔｈ）をｃ１ｅｓｔ、ｃ１ｔｈ、ｃ２ｅｓｔ、ｃ２ｔｈと書くと、我々の好適な例において、関数：
【数３】
2020527234.tif 000005
又は同様の関数を導入することが可能であり、それが、数学的不変量ｓ１／ｓ２及びｓ１／ｓ３の逸脱を推定することを可能にする。より具体的には、パーフェクトな場合（すなわち、ｓ１／ｓ２＝ｓ１／ｓ３＝２）にｆ（Ｍ）＝０であり、それ以外の場合にｆ（Ｍ）＞０であって、（測定値からの）不変量の推定値とそれらの理論値（この場合は２）との間の逸脱が増加するときにｆが増加するような任意の関数が選択され得る。
【００５６】
例えば、関数ｆ（Ｍ）＝｜ｃ１ｔｈ−ｃ１ｅｓｔ｜＋｜ｃ２ｔｈ−ｃ２ｅｓｔ｜が代わりに用いられてもよい。
【００５７】
関数ｆ（Ｍ）又は任意の同様の関数は、位置／姿勢誤差を表すパラメータの好適な例である。
【００５８】
関数ｆ（Ｍ）は更に、位置の誤差Δｘと姿勢の誤差Δφ：
Δｘ≒Ｃ１ｒｆ（Ｍ）；
Δφ≒Ｃ２ｆ（Ｍ）
の推定を可能にする。
【００５９】
係数Ｃ１及びＣ２は、シミュレーション又は実験によって決定されることができ、所望の信頼レベルに適応され得る。
【００６０】
従って、ステップ（ｂ）は有利には、｛ｆ（Ｍｋ）｝ｋ∈［１；ｎ］の計算、又は更には｛Δｘｋ｝ｋ∈［１；ｎ］及び／又は｛Δφｋ｝ｋ∈［１；ｎ］の計算を含む。
【００６１】
現実的な状況では、磁場は完全な双極子に相当しない。反対に、双極子場における逸脱が較正時にモデル化されて補正され、補正された行列Ｍについて整合性基準が計算されることになる。この場合、関数ｆ（Ｍ）はまた、モデルの逸脱を定量化し、故に、誤差の推定を可能にする。
【００６２】
なお、物理的な理由から、モノソース法は、半空間の曖昧さでの位置特定を可能にするのみである。何故なら、磁場は、（共通基準点における）位置（ｘ，ｙ，ｚ）と（−ｘ，−ｙ，−ｚ）とを区別することを可能にせず、この制約は、双極子場に関して物理的に不可避であるからである。
【００６３】
本マルチソースシステムは、この曖昧さに悩まされない。何故なら、１つ以上の発生器３に関する悪い半空間は、メートルのオーダーの逸脱を伴うモノソース位置特定の不適合さにつながるのに対し、良い半空間では、その適合性が典型的に、サブミリメートルオーダーまで、又は（局所的な）乱れの場合で少なくともセンチメートルオーダーまで検証されるからである。
【００６４】
マルチソース選択及び統合
誤差のモノソース推定を用いて、マルチソース計算で考慮されることになるソースを予め選択し得る。
【００６５】
ステップ（ｃ）にて、発生器３の各々について推定されたパラメータの関数として、発生器３のセットのうちのサブセットが選択される。この考えは、必要性がある場合に、その整合性が損なわれている可能性があるソースを却下するというものである。
【００６６】
選択された全ての発生器３に対するセンサの位置特定に関する結果が共通基準点において利用可能になると、それらが、誤差の推定を含むことができる最終結果に統合される。それにより、ステップ（ｄ）は、サブセット内の選択された各発生器３について決定されたセンサ２の位置を統合することによる、物体１の位置の推定を含む。より正確には、センサ２の統一された位置が決定され、それから物体１の位置が（単純なオフセットによって）推測される。理解する必要があることには、統合とは、特に三軸である複数の発生器３について計算された幾つかの“完全なる”位置測定結果の組み合わせを意味するように用いられている。この構成は、従来技術に見られるような単一の位置を計算するための複数の単軸の磁気発生器に対する磁気測定結果の組み合わせ（これは、幾つかの位置の統合を構成するものではなく、単一の位置の単純な再構成である）と混同されてはならない。
【００６７】
ステップ（ｃ）で選択される発生器３のセットのうちのサブセットは、好ましくは、その発生器について推定されたパラメータが、例えば１ｍｍの位置及び／又は１°の姿勢といった、指定された“精度目標”である少なくとも１つの基準閾値よりも小さいものである各発生器３を含む。
【００６８】
サブセットが、例えば、Ｎ＝２（特にｎ＝３の場合）又はＮ＝３（特にｎ＞３の場合）といった、少なくとも１つの所定の最小数Ｎの発生器３を含むことが望ましいとし得る。
【００６９】
選択されたサブセットでこれが当てはまる場合、全てが良好であり、ステップ（ｄ）に進むことができる。図２の例において、ソース１−３の位置の結果は、１ｍｍという基準閾値に関して適合している。ソース４は、恐らくはセンサとこのソースとの間の金属物体によるその磁場の乱れに起因して、適合していない。この乱れは、ソース４でのみ位置特定に数ミリメートルの誤差を与えるものであり、マルチソース測定には影響を有しない。
【００７０】
これが当てはまらない（サブセットが所定の最小数Ｎよりも少ない発生器３を含む）場合には、たとえ他の発生器３がより低い精度を伴っているとしても、より多くの発生器を追加することが望ましい。
【００７１】
従って、サブセットが所定の最小数よりも少ない発生器３を含む場合、ステップ（ｃ）で選択される発生器３のセットのうちのサブセットは更に、その発生器３について推定されたパラメータが、例えば１．５ｍｍの位置及び／又は１．５°の姿勢といった、指定された“下げられた目標”である、基準閾値よりも大きくされた少なくとも１つの劣化閾値、よりも小さいものである各発生器を含む。
【００７２】
幾つかの劣化閾値が存在してもよく、それらの閾値（最低から最高まで）が、所定の最小数Ｎの発生器に達するまで順次に検討されてもよい。
【００７３】
換言すれば、ステップ（ｃ）で選択される発生器３のセットのうちのサブセットは、その発生器３について推定されたパラメータが、複数の所定の閾値のうちの、少なくとも１つの所定の最小数の発生器３を当該サブセットが含むような最も低い閾値よりも小さいものである各発生器３を含む。
【００７４】
理解されることには、例えば、関連する位置誤差の値に従って発生器３を並べ替えて、最も低い誤差を持つものから例えばＮ個を採るなどといった、他の計算モードが当業者によって考慮され得る。
【００７５】
ステップ（ｄ）の統合に関して、簡単に進める一手法は、サブセット内の選択された各発生器３について決定されたセンサ２の位置の平均位置をとる（そして、必要性がある場合に、決定された姿勢の平均姿勢をとる）ものである。
【００７６】
これは、サブセットが、その発生器３についての位置誤差が基準閾値よりも小さいものである発生器３だけを含む場合にのみ有効である。
【００７７】
一方、ステップ（ｃ）で選択された発生器３のセットのうちのサブセットが、その発生器３について推定されたパラメータが基準閾値よりも大きい（すなわち、劣化閾値よりは小さい）ものである少なくとも１つの発生器３を含む場合には、統合された値を、最も大きい適合サブセットの平均（すなわち、又は、２つ以上のサブセット間で等しい場合には、最小の（共）分散を持つ方のサブセットの平均）とすると決定し得る。
【００７８】
理解されることには、例えば、統一位置の計算において、決定された位置を、関連する発生器３が基準閾値を上回る位置誤差を有するのか、それとも下回る位置誤差を有するのかに従って重み付けるなどといった、他の計算モードが当業者によって考慮され得る。さらには、例えば、決定された位置を誤差の逆数で重み付けることを考えることも可能である。
【００７９】
特に好適な一手法において、アルゴリズムは、それによって、各測定サンプルについて以下のポイントを追跡する：
１．  例えば１ｍｍ／１°といった基準閾値の選択。
２．  発生器３の予備選択。誤差の推定が基準閾値に適合する発生器のみが、残りの部分で受け入れられる。予備選択された発生器３の数が所定の最小数（例えば、３）よりも少ない場合、このアルゴリズムは、例えば１．５ｍｍ／１．５°といった劣化閾値として、ポイント１に戻る。
３．  予備選択された発生器３の結果が所定の閾値に対して適合するかをテストする。
【００８０】
ａ．  ｙｅｓの場合、結果は、基準閾値によって与えられる誤差の推定を有する予備選択された発生器３に関連する位置の平均となる。
【００８１】
ｂ．  そうでない場合、予備選択された発生器３のうちの、所定数Ｎ以下である数Ｎ’（例えば、Ｎ’＝２）のサブセットが、基準閾値に対して適合するかをテストする。
【００８２】
ｉ．  ｙｅｓの場合、結果は、最も大きい適合サブセットの発生器３に関連する位置の平均、又は、２つ以上のサブセット間で等しい場合には最小の（共）分散を持つ方のサブセットの発生器３に関連する位置の平均となる。推定された誤差が精度目標となる。
【００８３】
ｉｉ．  そうでない場合、このアルゴリズムは、劣化閾値として、ポイント１に戻ることになる。
【００８４】
このアルゴリズムは、（適合性テストに入る）信頼性のレベル、所定の最小数Ｎ、及び閾値に関して変更可能である。
【００８５】
アルゴリズムが、複数の（劣化）閾値のうちの最悪なものと適合する位置を見つけることもしない場合、誤差よりも小さい閾値のみが供給され得る。期待される誤差又は許容される誤差のスケールに閾値を適応させることによって、このケースは回避され得るか、又は欠陥を示さない。例えば、１ｍｍよりも良い精度がアプリケーションの動作の唯一の制約である場合、１ｍｍから目標を試験し、乱れのためにその目標に到達できない場合には測定を拒否することで十分である。
【００８６】
装置及びシステム
第２の態様によれば、本発明は、特に、方法の実施形態の一方又は他方の実装のためのシステムに関する。
【００８７】
先述のように、システムは、センサ２と一体化され且つ発生器３によって生成された磁場中を移動する物体１の位置特定のために、三軸磁気センサ２と、共通基準座標系内で静止した少なくとも３つの三軸磁気発生器３のセットとを含む。
【００８８】
システムは、場合により遠隔にて、方法のステップの実装用に構成されたデータ処理手段２１を含み、また、必要性がある場合に、データ記憶手段２２及び／又は結果のエクスポートのための通信手段を含む。
【００８９】
システムのデータ処理手段２１は：
−  各発生器３について、センサ２によって取得された該発生器３に関連した磁場測定結果の関数として、共通基準座標系内でのセンサ２の位置を決定するモジュールと、
−  各発生器３について、該発生器３についてのセンサ２の決定された位置の誤差を表すパラメータを計算するモジュールと、
−  発生器３の各々について推定されたパラメータの関数として発生器３のセットのうちのサブセットを選択するモジュールと、
−  サブセット内の選択された各発生器３についてのセンサ２の決定された位置を統合することによって、物体１の位置を推定するモジュールと、
を実装するように構成される。
【００９０】
コンピュータプログラムプロダクト
第３及び第４の態様によれば、本発明は、本発明の第１の態様に従った、共通基準座標系内で静止した少なくとも３つの三軸磁気発生器３のセットによって生成された磁場中を移動する三軸磁気センサ２と一体化された物体１を位置特定する方法、の（処理手段２１上での）実行のためのコード命令を含んだコンピュータプログラムプロダクトと、このコンピュータプログラムプロダクトが見出される、コンピュータ装置によって読み取り可能な記憶手段（例えば、データ記憶手段２２）とに関する。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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