检测体位置检测系统以及检测体的位置检测方法

专利名称：检测体位置检测系统以及检测体的位置检测方法
技术领域：
本发明涉及一种检测体位置检测系统以及检测体的位置 才全测方法。
背景技术：
近年来，作为磁场检测型的位置检测装置，提出了一种如
下装置通过对配置在检测体内的LC谐振电路提供磁场来制作 出谐振状态，由多个磁场传感器获取通过谐振新产生的磁场， 根据所获取的信息来检测检测体的位置、朝向(例如，参照专利 文献l和非专利文献l。)。
在上述专利文献l所记载的技术的情况下，在由传感器检 测出的磁场强度中包含向LC谐振电路产生的磁场、即无意图地 到达传感器的f兹场(环境磁场)的磁场强度、和L C谐振电路所产 生的磁场、即按照期望到达传感器的磁场(谐振磁场)的磁场强 度的两者。
为了除去这样无意图地到达传感器的环境磁场的磁场强 度，在测量检测体的位置之前，在从能够检测出检测体的位置 的检测空间除去LC谐振电路的状态下，测量(校准(年亇y 7、'k 一、》3 y))环境》兹场的》兹场强度。之后，在将LC谐振电路导入 到4全测空间内的状态下，测量环境^兹场和谐振 一磁场的》兹场强度， 取得与之前校准时测量到的环境磁场的磁场强度之间的差，由
此除去环境》兹场的^兹场强度，从而求出谐振》兹场的^兹场强度。 通过这样，能够仅提取LC谐振电路所产生的谐振磁场，并
能够正确地算出检测体的位置。
专利文献l:日本特开2006-26391号公报非专利文献l:徳永、栌、薮上、河野、豊田、小澤、岡崎、 新井著「LC共振型磁気^一力^用V、t高精度位置検出、乂7亍 厶」日本応用磁気学会誌、2005年、Vol.29、 No.2、 p.153-15
发明内容
然而，在上述的位置检测方法中，存在如下问题在进行 了校准之后，无法以将4企测体导入到;险测空间内的状态再次进 行校准。
也就是说，有时在最初校准时测量到的环境磁场的磁场强 度与检测检测体的位置时使用的环境磁场的磁场强度之间产生 差，从而使所算出的检测体的位置中产生误差，有时为了消除 该误差而再次进行校准。在这种情况下，在上述的位置检测方 法中，存在如下问题无法进行以仍旧将检测体导入到检测空 间内的状态仅4企测环境磁场的强度的校准。
作为如上所述那样需要再次进行校准的情况，列举出在将 检测体导入到检测空间内之后环境磁场意外地发生变化的情 况。具体地说，列举出由位置检测装置的温度漂移所引起的环 境^f兹场的随时间的变化、由位置^r测装置自身^L构上的偏差所 引起的环境磁场的变化等。
即使在从测空间回收4企测体而能够再次进行校准的情 况下，在导入、回收检测体时使用由位置检测装置算出的位置 信息的情况较多。这样，由于根据包含再次进行校准之前的误 差的位置信息回收检测体，因此有可能在回收检测体时发生问 题。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一 种在将检测体导入到4企测空间内之后无需除去检测体就能够进 行校准的检测体位置检测系统以及检测体的位置检测方法。为了达到上述目的，本发明提供以下方案。
本发明的第 一 方式提供 一 种检测体位置检测系统，其设置
有磁场产生部，其具有生成规定频率的交变信号的位置检测 用信号产生部、以及根据上述交变信号产生位置检测用磁场的 位置检测用磁场产生部；检测体，其具有形成谐振电路的线圈 和电容器、以及根据来自外部的信号来连接或断开上述谐振电 路的路径的外部信号型开关，由受到上述位置检测用磁场的上 述谐振电路中流过的电流引起谐振，从而产生谐振磁场；开关 控制部，其具有生成用于对上述外部信号型开关的连接或断开 进行控制的切换信号的切换信号生成部、以及将所生成的切换 信号变换为物理能量而发送到上述外部信号型开关的切换信号 发送部；位置检测用磁场检测部，其对上述位置检测用磁场和 谐振磁场的磁场强度进行检测；位置算出部，其根据该位置检 测用磁场检测部的检测信号，算出上述检测体的位置和朝向； 存储器，其存储上述位置检测用磁场检测部的检测信号；以及 位置检测控制部，其将上述位置检测用》兹场检测部的检测信号 分为仅检测出上述位置检测用磁场的检测信号和检测出上述位 置检测用磁场和上述谐振磁场的检测信号，并存储到上述存储 器中。
根据本发明的第 一 方式，通过控制谐振电路中的夕卜部信号 型开关的连接或断开，在对谐振电路施加位置检测用磁场的状 态下控制谐振磁场的产生。也就是说，通过控制在谐振电路中 感应出的谐振电流，控制来自谐振电路的谐振磁场的产生。
外部信号型开关利用从检测体外部的开关控制部发送的 物理能量来连接或断开谐振电路的路径。因此，从外部控制来 自谐振电路的谐振磁场的产生。并且，根据连接或断开谐振电 路的切换#:作前由位置枱r观'J用i兹场抬，观'J部荻取的^兹场强度与切换操作后获取的磁场强度之间的差，仅算出上述谐振磁场的磁 场强度。
例如，在存储器中存储在切换操作前获取的仅与位置检观'J 用磁场的磁场强度有关的检测信号，在求出与切换操作后获取 的位置#全测用》兹场和谐振》兹场的f兹场强度之间的差时，从存储 器读出在与切换操作前获取的磁场强度有关的检测信号，仅算 出上述谐振磁场的磁场强度。在切换操作前获取的磁场强度不 包含上述谐振磁场的磁场强度的情况下，将切换操作前获取的 磁场强度存储到存储器的校准区域中。另一方面，在切换操作 前获取的磁场强度还包含上述谐振磁场的磁场强度的情况下， 将切换操作前获取的磁场强度存储到存储器的测量值区域中。
但是，不需要消除过去的校准数据(存储在校准区域中的磁 场强度)，可以作为记录而保留在存储器中。
位置检测控制部根据从切换信号生成部输出的切换信号 判断在由位置检测用磁场检测部获取的磁场强度中是否包含上 述谐振磁场的磁场强度。位置检测控制部将最新的检测信号覆 盖在校准区域的过去的检测信号上来进行保存使得与存储在校 准区域中的磁场强度有关的检测信号始终为最新的数据。
在上述发明中，最好是上述外部信号型开关接收被变换为 磁场的切换信号，连接或断开上述谐振电路的路径。
根据本发明，外部信号型开关利用从检测体外部的开关控 制部发送的磁场来连接或断开谐振电路的路径。与利用磁场以 外的物理能量、例如光、声音来控制外部信号型开关的连接或 断开的方法相比，可靠地控制外部信号型开关。
本发明的第二方式提供 一 种检测体位置检测系统，其设置
有磁场产生部，其具有生成规定频率的交变信号的位置检测 用信号产生部、以及根据上述交变信号产生位置检测用磁场的位置检测用磁场产生部；检测体，其具有形成谐振电路的线圏 和电容器、以及根据内部信号来连接或断开上述谐振电路的路 径的内部信号型开关，由受到上述位置检测用磁场的上述谐振 电路中流过的电流引起谐振，从而产生谐振磁场；开关控制部， 其被设置在该检测体内部，具有切换信号生成部，该切换信号 生成部生成用于对上述内部信号型开关的连接或断开进行控制 的切换信号；位置检测用磁场检测部，其对上述位置检测用磁 场的磁场强度进行检测；位置算出部，其根据该位置检测用磁 场检测部的检测信号，算出上述检测体的位置和朝向；切换信 号提取部，其检测上述检测信号的电平变化，提取上述切换信 号；位置算出部，其根据上述位置检测用磁场检测部的检测信 号，算出上述检测体的位置和朝向；存储器，其存储上述位置 检测用》兹场;险测部的^r测信号；以及位置一全测控制部，其将上 述位置检测用万兹场;险测部的4企测信号分为仅纟企测出上述位置检 测用磁场的检测信号和检测出上述位置检测用磁场和上述谐振 磁场的检测信号，并存储到上述存储器中。
根据本发明的第二方式，通过控制谐振电路中的内部信号 型开关的连接或断开，对谐振电路施加位置检测用磁场的状态 下控制谐振磁场的产生。也就是说，通过控制在谐振电路中感 应出的谐振电流，控制来自谐振电路的谐振磁场的产生。
内部信号型开关根据从检测体内部的开关控制部输出的 切换信号来连接或断开谐振电路的路径。因此，在检测体的内 部自主地控制来自谐振电路的谐振磁场的产生。并且，根据连 接或断开谐振电路的切换操作前由位置#全测用》兹场检领'J部获取 的磁场强度与切换操作后获取的磁场强度之间的差，仅算出上 述谐振》兹场的石兹场强度。
位置检测控制部根据由切换信号提取部提取出的切换信号判断在由位置检测用磁场检测部获取的磁场强度中是否包含 上述谐振磁场的》兹场强度。也就是说，由于位置4企测用磁场检 测部的输出电平根据谐振电路的断开而发生变化，因此由切换 信号提取部检测出谐振电路的断开。
这样，在构成为在检测体内部具有切换的主导权、并且在
检测体外部取得同步的情况下，检观'J体位置#r测系统也成立。
在上述发明的第一方式或第二方式中，最好是由上述位置 检测控制部控制上述位置检测用信号产生部。
通过这样，由位置检测控制部控制从位置检观'J用磁场产生 部产生的位置检测用磁场的磁场强度、频率等。因此，与不控 制位置检测用磁场的磁场强度等的情况相比，能够从检测体的 谐振电路可靠地产生能够由位置检测用》兹场#r测部检测的谐振 磁场。
根据本发明的检测体位置检测系统以及检测体的位置检 测方法，起到如下效果通过控制谐振电路中的外部信号型开 关的连接或断开，对谐振电路施加位置检测用磁场的状态下控 制谐振磁场的产生，因此在将检测体导入到检测空间内之后， 无需除去检测体，就能够进行校准。


图l是说明本发明的第一实施方式所涉及的位置检测装置
的概要的示意图。
图2是说明图l的检测体的结构概要的图。 图3是说明图l的切换信号发送部的结构概要的图。 图4是表示来自图l的位置检测用磁场检测部的检测信号的
变化的示意图。
图5是说明本发明的第二实施方式所涉及的位置检测装置的概要的示意图。
图6是说明图5的检测体的结构概要的图。
图7是说明由图5的切换信号提取部提取出的切换信号的图。
图8是说明图5的位置检测控制部的另 一 实施例所涉及的结 构的图。
图9是说明图8的PLL部分的结构的图。 图IO是说明与图9的结构不同的结构的图。 图ll是说明本发明的第三实施方式的位置检测系统的概要 的框图。
图12是说明图11的位置检测系统的变形例的概要的框图。 附图标记说明
1、 101、 201、 301:位置检测系统(4全测体位置#全测系统)； 3:磁场产生部(检测用磁场产生部)；5、 105、 205、 305:检测 体；7:开关控制部；9:位置检测用磁场检测部；11:位置算 出部；13:存储器；15、 115、 215:位置检测控制部；17:位 置检测用信号产生部；19:位置检测用磁场产生部；21、 121: 谐振电路；23:线圈；27:外部信号型开关；29、 229:切换信 号生成部；31:切换信号发送部；112:切换信号提取部；127: 内部信号型开关；129:切换信号生成部(开关控制部)。
具体实施例方式
(第一实施方式)
下面，参照图1至图4说明本发明的位置检测系统所涉及的 第一实施方式。
图1是说明本实施方式所涉及的位置检测装置的概要的示意图。如图l所示，位置检测系统(检测体位置检测系统)l具备 磁场产生部0险测用磁场产生部)3，其产生用于对检测体5的位 置进行4企测的交变,兹场；检测体5，其受到位置一企测用磁场而产 生谐振磁场；开关控制部7，其对来自检测体5的谐振磁场的产 生进行控制；位置检测用磁场检测部9,其检测位置检测用磁场、 或位置检测用磁场和谐振磁场的磁场强度；位置算出部ll，其 根据位置检观'j用磁场检领'J部9的检测信号算出检测体5的位置和 朝向；存储器13,其存储检测信号；以及位置检测控制部15， 其控制后述的位置检测用信号产生部17、位置算出部ll、存储 器13等。
在磁场产生部3中设置有位置检测用信号产生部17和位置 ;险测用》兹场产生部19，其中，上述位置4全测用信号产生部17生 成交变信号，上述位置检测用磁场产生部19根据交变信号产生 位置检测用磁场。
由位置检测用信号产生部17生成的交变信号例如最好是交 流电流，其频率最好是与后述的检测体5的谐振电路21的谐振频 率大致 一 致的频率。将控制信号从位置检测控制部输入到位置 检测用信号产生部，例如控制交变信号的频率、振幅值等。
位置检测用磁场产生部19根据被提供的交变信号产生作 为交变》兹场的位置斥企测用》兹场，例如能够例示由线圏构成的位 置检测用磁场产生部。位置检测用,兹场产生部19被配置成遍及 才企测体5的才全测空间S的整个区域形成位置4企测用》兹场。在本实 施方式中，应用于配置了 一个位置^r测用^t场产生部19的例子 进行说明，但是也可以在检测空间S的周围配置多个位置检测 用磁场产生部19,并不特别地进行限定。
图2是说明图l的检测体的结构概要的图。
作为检测体5能够例示投入到被检查者等的体内进行医疗行为的胶嚢医疗装置等。
如图2所示，对检测体5提供受到位置检测用磁场而产生谐 振磁场的谐振电路21,在谐振电路21上设置有构成串联谐振电 路的线圏23和电容器25 、以及连接和断开谐振电^各21的路径的 外部信号型开关27。
谐振电路21受到具有与由线圈23和电容器25决定的谐振频 率大致一致的频率的位置检测用磁场而产生谐振磁场。
外部信号型开关2 7根据由后述的切换信号发送部31形成 的切换磁场来连接(ON)或断开(OFF)谐振电路21,例如例示有 磁簧开关。将外部信号型开关2 7构成为在切换磁场的磁场强度 超过按每个开关规定的值的情况下断开。
如图l所示，开关控制部7中设置有切换信号生成部29和切 换信号发送部31，其中，上述切换信号生成部29生成对外部信 号型开关27(参照图2。)的连接或断开进行控制的切换信号，上 述切换信号发送部31根据切换信号产生切换磁场。
由切换信号生成部2 9生成的切换信号是高电平(H i g h)和低 电平(Low)的两种信号。在切换信号为高电平时外部信号型开关 27被断开，在低电平时外部信号型开关27被连接。切换信号如 上所述那样被输出到切换信号发送部31,并且还被输出到位置 检测控制部15来还用于算出检测体5的位置等。
图3是说明图l的切换信号发送部的结构概要的图。
切换信号发送部31根据切换信号产生切换磁场，如图3所 示，具备由发送线圏33和放大器35构成的闭合电路。构成为根 据切换信号使电流从放大器35流过发送线圏33 。切换信号发送 部31被配置成遍及检测空间S的整个区域形成切换磁场。在本 实施方式中，应用于配置了 一个切换信号发送部31的例子进行 说明，但是也可以在检测空间S的周围配置多个切换信号发送部31,并不特别地进行限定。
如图l所示，位置冲企测用f兹场才全测部9由多个才企测线圏37构 成，各检测线圏37与位置4全测控制部15电连接。才企测线圈37分 别仅受到位置检测用磁场(校准时)的磁场强度、或者分别受到 位置检测用磁场及谐振磁场(位置测量时)的磁场强度，输出与 磁场强度相应的检测信号。
位置算出部ll根据校准时的位置检测用磁场检测部9的检 测信号、和位置测量时的位置#r测用石兹场;险测部9的#r测信号， 算出检测体5的位置和朝向。
将校准时的位置 一企测用磁场检测部9的检测信号以及位置 测量时的位置检测用磁场检测部9的检测信号通过位置检测控 制部15输入到位置算出部11 。
在存储器13中形成校准区域(未图示)和测量值区域(未图 示)，其中，上述校准区域存储校准时的位置检测用磁场检测部 9的检测信号，上述测量值区域存储位置测量时的位置检测用磁 场检测部9的检测信号。
按照位置检测控制部15的指示将校准时的位置检测用磁场 检测部9的检测信号以及位置测量时的位置检测用磁场检测部9 的检测信号存储到校准区域或测量值区域中。
位置检测控制部15生成对由位置检测用信号产生部所生 成的交变信号的频率、振幅值进行控制的控制信号。根据由切 换信号生成部2 9生成的切换信号判断位置检观'J用磁场检测部9 的检测信号是校准时的检测信号还是位置测量时的检测信号。
接着，说明由上述结构构成的位置检测系统l的校准方法 以及<立置纟企测方法。
首先，如图1所示，在将检测体5导入到位置检测系统l的 检测空间S的内部之前进行校准。具体地说，将交变信号从位置检测用信号产生部1 7输入到
位置检测用磁场产生部19,从位置检测用；兹场产生部19产生位 置检测用磁场。由位置检测用磁场检测部9检测所产生的位置检 测用磁场，输出与位置检测用磁场的磁场强度相应的检测信号。 将检测信号通过位置检测控制部15存储到存储器13的校准区域 中。
之后，将检测体5导入到检测空间S，进行检测体5的位置 检测。
在检i 'J检测体5的位置时，低电平的切换信号从切换信号生 成部2 9被输入到切换信号发送部31 。在切换信号为低电平时， 不从切换信号发送部31产生切换磁场。
同时，切换信号也^:输入到位置^r测控制部15。由此，由 位置检测控制部15识别出正在进行一全测体5的位置检测。
在该切换信号为低电平时，包括切换信号发送部31的电路 不^皮断开。
通常，如图3所示，切换信号发送部31由发送线圈33和放大 器35构成，通过放大器35的较低的输出阻抗形成闭合电路。如 果位置4企测用的各磁场通过发送线圈3 3 ，则产生抵消位置检测 用的各磁场的成分。例如，如果根据切换信号形成上述闭合电 路、或者没有形成闭合电路，则导致位置4企测用磁场的环境发 生变化。
然而，由于由发送线圈33和放大器35构成的电路没有被断 开，因此位置检测用磁场的环境不发生变化。
如图2所示，检测体5的谐振电路21由于与外部信号型开关 27相连接，因此受到位置检测用磁场而产生谐振磁场。也就是 说，受到具有从磁场产生部3产生的与谐振电路21的谐振频率大 致相同的频率的交变》兹场，在谐振电路21中产生谐振电流。通过该谐振电流，从谐振电路21的线圏23产生谐振》兹场。
从磁场产生部3产生的位置检测用磁场以及从谐振电路21 产生的谐振磁场通过位置检测用磁场检测部9的检测线圏3 7,由 此进行检测。检测线圈3 7将与所通过的磁场的磁场强度相应的 检测信号输出到位置检测控制部15 。
位置检测控制部15将在该位置测量时检观'J出的检测信号输 出到位置算出部11,并且也将校准时检测出的检测信号从存储 器13输出到位置算出部11。
位置算出部11根据被输入的两个检测信号提取仅与谐振磁 场的磁场强度有关的检测信号。所提取的检测信号用于算出检 测体5的位置和朝向。
在此，说明作为本实施方式的特征的、将4企测体导入到动 作范围之后的校准方法。
在检测检测体5的位置时需要再次进行校准的情况下，如图 l所示，从开关控制部7的切换信号生成部29输出高电平的切换 信号。高电平的切换信号同时也被输出到位置检观'j控制部15 ， 由位置检测控制部15识别出再次进行校准。
如图3所示，在被输入切换信号的切换信号发送部31中， 从放大器35对发送线圏33提供电流，从发送线圏33产生切换磁 场。
受到切换磁场的外部信号型开关被断开，谐振电路21也被 断开。由于在被断开的谐振电路21中不流动谐振电流，因此即 使施加位置#全测用》兹场，也不会乂人谐振电^各21产生谐振^兹场。
图4是表示来自图l的位置检测用磁场检测部的检测信号 的变化的示意图。图4中的纵轴表示电压变化，横轴表示时间的 经过。
在位置检测用磁场检测部9的检测线圈3 7中，仅通过从磁场产生部3产生的位置检测用磁场，输出与位置检测用磁场的磁场 强度有关的检测信号。图4示出了校准时(FC)的检测信号和位置 检测时(FD)的检测信号。也就是说，示出了如下情形在位置 检测时(FD),位置4企测用磁场与谐振磁场千扰，从而使作为枱， 测信号的电压的振幅变小，在校准时(FC),没有上述干扰，作 为检测信号的电压的振幅变大。
将检测线圈37的检测信号通过位置检测控制部15存储到 存储器13的校准区域中。此时，将此次获取的检测信号覆盖在 通过前一次的校准获取的检测信号上来进行存储。在以后计算 检测体5的位置和朝向时使用覆盖存储的检测信号。
之后，将低电平的切换信号再次从切换信号生成部2 9输入 到切换信号发送部31,进行检测体5的位置检测。
根据上述结构，通过控制谐振电路21中的外部信号型开关 2 7的连接或断开，在对谐振电路21施加了位置检测用磁场的状 态下控制谐振磁场的产生。也就是说，通过控制在谐振电路21 中感应出的谐振电流来控制来自谐振电路21的谐振磁场的产 生。因此，在将检测体5导入到检测空间S的内部之后无需除去 检测体5就能够进行校准。
外部信号型开关2 7根据由检测体5外部的开关控制部7产 生的切换磁场来连接或断开谐振电路21的路径。因此，能够从 检测体5的外部控制来自谐振电路21的谐振磁场的产生。因此， 根据连接或断开谐振电路21的切换操作前由位置检观'J用磁场检 测部9获取的磁场强度、与切换操作后获取的磁场强度之间的 差，能够仅算出上述谐振磁场的磁场强度，能够算出检测体5 的位置和朝向。
位置检测控制部15能够根据从切换信号生成部2 9输出的 切换信号判断在由位置检观'J用磁场检测部9获取的磁场强度中是否包含上述谐振磁场的磁场强度。因此，能够仅算出上述谐振磁场的磁场强度，能够算出检测体5的位置和朝向。
由切换信号生成部29生成外部信号型开关27的切换定时，因此容易获知何时切换为哪个状态。因此，在切换信号是高电平(被施加切换磁场)时，将检测信号判断为校准电压，在低电平时，将检测信号作为测量电压，如果取得两个信号的差，则能够仅获取谐振电路21所产生的磁场。因此，即使在导入检测体5之后也能够进行校准。
由于通过位置检测控制部15控制从位置检测用磁场产生部19产生的位置检测用磁场的磁场强度、频率等，因此与不控制位置检测用磁场的磁场强度等的情况相比，能够从检测体5的谐振电路21可靠地产生能够由位置检测用磁场检观'J部9进行检测的谐振磁场。
在上述的实施方式中，将外部信号型开关27应用为直接响应于切换磁场所具有的能量的开关进行了说明，但是也可以响应于其它的能量。例如，也可以是响应于光、声音等所具有的能量的开关，并不特别地进行限定。
实际上，在检测空间S的内部也有可能存在形成线圈的铜、构成检测体5的磁性体，无法测量出完整的环境磁场，但是由于捕获使用了谐振现象的磁场辐射，因此磁场强度较高，充分保持了实用上的S/N。因此，无需从检测空间S除去检测体5就能够进行校准。
此外，在上述的实施方式中，将本发明应用于仅检测检测体的位置和朝向的位置一全测系统进行了说明，^旦是还能够应用于通过磁场进行检测体的姿势控制的位置检测引导系统。
例如，如专利文献l所记载的那样，也可以在检测体的内部装载永久磁铁等，通过从外部施加磁场，控制检测体的姿势。在设为这种结构的情况下，作为控制谐振电路的连接或断开的切换磁场，最好使用频率比控制检测体姿势的磁场的频率高的磁场。通过使用这种磁场，防止由于姿势控制用的》兹场而错误地连接或断开谐振电路。由于检测体不会追随如切换磁场那样频率较高的磁场的变化，因此检测体的姿势不会由于切换i兹场而被j尤乱。
具体地说，只要追加对频率较高的切换信号进行检测的电路并通过该电路的输出来驱动外部信号型开关即可。除此之外
也可以附加如下电if各决定切换》兹场的发生才莫式(pattern),不响应于除此以外的》兹场。(第二实施方式)
接着，参照图5至图10说明本发明的第二实施方式。
本实施方式的位置4全测系统的基本结构与第 一 实施方式相
同，但是谐振磁场的控制方法与第一实施方式不同。因此，在
本实施方式中，使用图5至图IO仅说明谐振磁场的控制方法，省
略其它结构要素等的说明。
图5是说明本实施方式所涉及的位置检测装置的概要的示意图。
如图5所示，位置检测系统(检测体位置检观'J系统)101具备磁场产生部3，其产生用于对检测体105的位置进行检测的交变磁场；检测体105,其受到位置检测用磁场而产生谐振磁场；位置检测用石兹场;险测部9，其检测位置4企测用i兹场、或位置#企测用磁场和谐振磁场的磁场强度；位置算出部ll,其根据位置检测用磁场检测部9的检测信号，算出检测体105的位置和朝向；切换信号提取部112，其检测检测信号的电平变化，从检测信号中提取切换信号；存储器13,其存储检测信号；以及位置检测控制部115,其控制位置算出部ll、存储器13等。图6是说明图5的检测体的结构概要的图。
作为检测体105，能够例示投入到被检查者等的体内来进行
医疗行为的胶嚢医疗装置等。
如图6所示，对检测体105提供受到位置检测用磁场而产生 谐振f兹场的谐振电路121 ，在谐振电路121中设置有构成串联谐 振电路的线圏23和电容器25、连接和断开谐振电路121的路径的 内部信号型开关127、以及切换内部信号型开关127的切换信号 生成部(开关控制部)129。
谐振电路121受到具有与由线圈23和电容器25决定的谐振 频率大致一致的频率的位置检测用磁场而产生谐振》兹场。
切换信号生成部129以独自的定时交替地输出高电平和低 电平的切换信号，内部信号型开关12 7根据切换信号而被连接或 断开。
图7是说明由图5的切换信号提取部提取的切换信号的图。 如图7所示，切换信号提取部112根据从位置检测用磁场检 测部9输出的检测信号的振幅的变化(电平的变化)，提取从切换 信号生成部129输出的切换信号。也就是说，切换信号提取部112 提取位置检测用磁场检测部9的检测信号的振幅较大的部分和 振幅较小的部分，位置检测控制部115判断为在振幅较大的部分 正在进行校准而在振幅较小的部分正在进行;险测体105的位置 检测。
接着，说明作为本实施方式的位置检测系统101的特征的、 将检测体导入到动作范围之后的校准方法。此外，由于本实施 方式的校准方法以及位置4全测方法与第一实施方式相同，因此 省略其说明。
如图6所示，当检测体105被起动时，从切换信号生成部129 以规定的定时交替地输出高电平的切换信号和低电平的切换信号。这些切换信号被输入到内部信号型开关127，连接或断开谐 振电路121 。即使施加位置检测用磁场也不会从被断开的谐振电 路产生谐振磁场。
在位置冲企测用》兹场才全测部9的片全测线圏37中交替地重复仅 通过从磁场产生部3产生的位置检测用磁场的状态、以及通过位 置检测用磁场和谐振磁场的状态。根据此时通过的磁场的状态， 从检测线圈37交替地输出两个不同的检测信号(参照图4。)。
两个检i 'J信号被输入到切换信号提取部112和位置检观'J控 制部115。如图7所示，切换信号才是耳又部112/人一皮输入的々企测信号 的振幅的变化中提取切换信号，将所提取的切换信号输出J 'J位 置检测控制部115。
位置检观'j控制部115根据切换信号判断被输入的检观1信号 是在校准时检测出的检测信号、还是在位置检测时检测出的检 测信号。并且，将在校准时检测出的检测信号存储到存储器13 的校准区域中，将在位置检测时检测出的检测信号存储到测量 值区域中。
此时，将此次获取的检测信号覆盖在通过前一次的校准获 取的检测信号上来进行存储。在以后算出检测体105的位置和朝 向时使用覆盖存储的检观'H言号。
根据上述结构，通过控制谐振电路121中的内部信号型开 关127的连接或断开，在对谐振电路121施加位置检测用磁场的 状态下控制谐振磁场的产生。也就是说，通过控制在谐振电路 121中感应出的谐振电流，控制来自谐振电路121的谐振磁场的 产生。因此，在将4全测体105导入到检测空间S的内部之后无需 除去检测体105也能够进行校准。
内部信号型开关127根据从检测体105的内部的切换信号 生成部129输出的切换信号，连接或断开谐振电路121的路径。因此，能够在才金测体105的内部自主地控制来自谐振电路121的 谐振磁场的产生。并且，根据连接或断开谐振电路121的切换操 作前由位置检领'j用磁场检测部9获取的磁场强度与切换操作后 获取的磁场强度之间的差，能够仅算出上述谐振磁场的磁场强 度，能够算出检测体105的位置和朝向。
位置检测控制部115根据由切换信号提取部112提取的切换 信号判断在由位置检测用磁场检测部9获取的磁场强度中是否 包含上述谐振,兹场的》兹场强度。也就是说，由于位置检测用磁 场检测部9的检测信号的振幅根据谐振电路121的断开而发生变 化，因此由切换信号提取部112检测出谐振电路121的断开。
这样，在构成为在检测体105的内部具有切换的主导权、并 且在检测体10 5的外部取得同步的情况下，检测体10 5的位置检 测系统也成立。
此外，如果由位置检测用磁场检测部9检测出的谐振磁场 的检测信号的输出(振幅等)较大，则可以是始终检测内部信号 型开关127的切换定时的结构，如果由于输出是非常小的电平 (振幅较小等)而通过连续的控制无法完全取得同步(切换定时 的追随)，则也可以是仅最初一次、或间歇性地取得同步的结构。 例如，例示如下方法在将^:测体105导入到4全测空间S时，建 立同步。
图8是说明图5的位置检测控制部的另 一实施例所涉及的 结构的图。
或者，也可以在位置检测控制部中设置以与切换信号生成 部129相同的时间间隔振荡的电路， 一次或在任意的时刻形成如 图8所示的PIX(Phase Locked Loop:锁相环)140。此夕卜，作为PIX 140,能够使用普通的电路，并不特别地进行限定。
PLL 140具备定时提取部141、分频部142、相位比较部143、电荷泵(charge pump)部144、 LPF(Low Pass Filter: 4氐通滤波 器)145、电压保持部146、 VCO(电压控制振荡器)147以及锁定 才全测部149。
在PLL140中，通过设为暂时保持LPF 145的输出、或者切 换为具有相同电压的电压源的结构，能够应用于本实施方式。
图9是说明图8的PLL部分的结构的图。图IO是说明与图9 的结构不同的结构的图。
PLL 140的内部振荡器是VCO 147，通过对该输出与定时提 取部141的信号进行相位比较，使VCO 147同步，但是如图9和 图10所示， 一旦进行了锁定之后，在LPF 145与VCO 147之间就 断开，由此能够保持锁定时的电压。
此外，在检测体10 5具有与外部之间的通信功能的情况下， 如果将切换信号叠加在该通信信号中而发送，则也能够直接获 知切换定时。
(第三实施方式)
接着，参照图11和图12说明本发明的第三实施方式。 本实施方式的位置^r测系统的基本结构与第二实施方式相 同，与第二实施方式不同之处在于校准与位置测量之间的判断 方法。因此，在本实施方式中，使用图ll和图12仅说明校准与 位置测量之间的判断方法，省略其它结构要素等的说明。 图ll是说明本实施方式的位置检测系统的概要的框图。 此外，对与第二实施方式相同的结构要素附加相同的附图 标记，省略其i兌明。
如图ll所示，位置4企测系统(4企测体位置检测系统)201具 备检测体205,其是胶嚢内窥镜；体外装置206,其对由检测 体205拍摄的图像进行处理；以及位置检测装置208,其算出检 测体205的位置。在检测体205中具备摄像部210,其拍摄检测体205的外 部的影像；照明部214，其照明摄像区域；检测体侧信号处理部 216,其对所拍摄的摄像数据进行变换处理；发送部218和检测 体侧天线220，该发送部218和检测体侧天线220将变换处理得到 的摄像数据作为无线信号发送到体外装置20 6;切换信号生成部 (开关控制部)229,其以与摄像数据的垂直同步信号相当的定时 生成切换信号；谐振电路121;以及摄像控制部222，其控制摄 像部210、照明部214、 4全测体侧信号处理部216、发送部218以 及切换信号生成部229。
在体外装置206中具备体外装置侧天线224和接收部226, 该体外装置侧天线224和接收部226接收从检测体205发送的无 线信号，并且进行解调处理；体外装置侧信号处理部228,其从 解调得到的信号中提取摄像数据；以及同步处理部230,其从解 码得到的信号中提取同步信号。
在位置检测装置208中具备切换信号提取部212,其从体 外装置被输入同步信号；位置检测用磁场检测部9，其检测位置 检测磁场、或位置检测磁场及谐振磁场；存储器13,其存储检 测信号；位置算出部ll,其算出检测体的位置和朝向；位置检 测控制部215,其控制位置检测用信号产生部17、位置算出部11、 存储器13等；位置检测用信号产生部17,其生成交变信号；以 及位置检测用磁场产生部19，其根据交变信号产生位置检测用 磁场。
接着，说明作为本实施方式的位置检测系统201的特征的、 将检测体导入到动作范围之后的校准方法。此外，由于本实施 方式的校准方法和位置#全测方法与第 一 实施方式相同，因此省 略其说明。
如图11所示，当^r测体205被起动时，按照由摄像控制部222制作的定时，由照明部214照明揭j象区域，由摄像部210拍摄 影像。拍摄得至'J的摄像数据在检测体侧信号处理部216中被变换 为能够从发送部218发送的数据形式。例如，进行数据压缩、纠 错码附加、调制等变换处理。
另 一 方面，切换信号生成部229按照由摄像控制部222制作 的定时，生成切换信号，使谐振电路121连接或断开。
在此，作为摄像控制部所制作的定时，能够例示影像的垂 直同步信号的定时。
由体外装置侧天线224接收从发送部218发送的无线信号， 由接收部226进行解调处理。解调得到的信号被输入到同步处理 部230和体外装置侧信号处理部228。在同步处理部230中，从解 调得到的信号中提取同步信号(在本实施方式中是影像的垂直 同步信号)，将同步信号输入到体外装置侧信号处理部228和切 换信号提取部212。在体外装置侧信号处理部228中，根据同步 信号，从解码得到的信号中提取摄像数据。
在切换信号提取部212中，从被输入的同步信号中提取切 换信号，将切换信号输入到位置检测控制部215。在位置检测控 制部215中，根据被输入的切换信号，检测校准与检查体205的 位置检测之间的切换。
根据切换前后的位置检测用磁场检测部9的检测信号的 差，判断位置检测控制部215的校准与检测体205的位置检测之 间的差别。也就是说，如图4所示，在才全测体205的位置才企测时 的位置检测用磁场检测部9的检测信号的振幅值小于校准时的 检测信号的振幅值的情况下，检测体2 0 5的位置检测时的差值为 负值，校准时的差值为正值。根据该差异，能够区分校准与检 测体205的位置#全测。
由于摄像数据的调制解调所引起的时间偏差，在与检测体的位置检测之间产生时间差。因此，最好加入该时间差作为规
定值，从而取得同步。
图12是说明图ll的位置检测系统的变形例的概要的框图。 此外，如上述的实施方式那样，可以根据摄像数据的垂直
同步信号来检测校准与检测体205的检测之间的切换，如图12
加在摄像数据中而发送，根据该切换信号检测切换，并不是特 别地进行限定。
下面，参照图12说明将切换信号叠加在摄像数据中而发送 的变形例。
此外，对与第三实施方式相同的结构要素附加相同的附图 标记，省略其"i兌明。
如图12所示，位置才全测系统(检测体位置4企测系统)301具 备检测体305，其是胶嚢内窥镜；体外装置306，其对由检测 体305拍摄的图像进行处理；以及位置检测装置308，其算出检 测体305的位置。
在检测体305中具备摄像部210;照明部214;检测体侧 信号处理部216;数据合成部317,其使变换处理后的摄像数据 与切换信号叠加；发送部218和#全测体侧天线220，该发送部218 和检测体侧天线220将叠加后的信号作为无线信号发送到体外 装置306;切换信号生成部229;谐振电路121;以及摄像控制部 222,其控制摄像部210、照明部214、检测体侧信号处理部216、 发送部218以及切换信号生成部229。
在体外装置306中具备体外装置侧天线224和接收部226， 该体外装置侧天线224和接收部226接收从检测体发送的无线信 号，并且进行解调处理；体外装置侧信号处理部228，其从解调 得到的信号中提取摄像数据；以及同步处理部330，其从解码得到的信号中提取切换信号。
在位置检测装置3 0 8中具备位置检测用磁场检测部9 、存储 器13、位置算出部ll、对位置检测用信号产生部17、位置算出 部ll、存储器13等进行控制的位置检测控制部315、位置检测用 信号产生部17、以及位置纟全测用磁场产生部19。
接着，说明作为本实施方式的位置检测系统3 01的特征的、 将检测体导入到动作范围之后的校准方法。此外，由于本实施 方式的校准方法和位置检测方法与第一实施方式相同，因此省 略其说明。
当检测体305被起动时，与第二实施方式同样地，由摄像 部进行摄像，将摄像数据变换为能够发送的数据形式。
另 一 方面，切换信号生成部229按照由摄像控制部222所制 作的定时生成切换信号，使谐振电路121连接或断开，并且将切 换信号输入到数据合成部317 。
数据合成部317生成将切换信号叠加在变换后的摄像数据 中而得到的信号，所生成的信号作为无线信号从发送部218发 送。合成方法中作为数据格式，规定信号的排列方式。
由体外装置侧天线224接收从发送部218发送的无线信号， 由接收部226进行解调处理。解调得到的信号被输入到同步处理 部330和体外装置侧信号处理部228。在同步处理部330中，从解 调得到的信号中提取切换信号，将切换信号输入到体外装置侧 信号处理部228。在体外装置侧信号处理部228中，根据切换信 号，从解码得到的信号中提取摄像数据。从体外装置侧信号处 理部228将切换信号输入到位置检测控制部315 。
在位置检测控制部315中，根据被输入的切换信号，检测 校准与检测体3 0 5的位置检测之间的切换。
在本变形例中，与第三实施方式不同地，根据切换信号来区分校准与检测体3 0 5的位置检测，因此不进行基于切换前后的 位置检测用磁场检测部9的检测信号的差的判断。
在本变形例中，与第三实施方式同样地，由于摄像数据的 调制解调所引起的时间偏差，在与检测体的位置检测之间产生 时间差。因此，最好加入该时间差作为规定值，从而取得同步。
权利要求
1.一种检测体位置检测系统，其设置有磁场产生部，其具有生成规定频率的交变信号的位置检测用信号产生部、以及根据上述交变信号产生位置检测用磁场的位置检测用磁场产生部；检测体，其具有形成谐振电路的线圈和电容器、以及根据来自外部的信号来连接或断开上述谐振电路的路径的外部信号型开关，由受到上述位置检测用磁场的上述谐振电路中流过的电流引起谐振，从而产生谐振磁场；开关控制部，其具有生成用于对上述外部信号型开关的连接或断开进行控制的切换信号的切换信号生成部、以及将所生成的切换信号变换为物理能量而发送到上述外部信号型开关的切换信号发送部；位置检测用磁场检测部，其对上述位置检测用磁场和谐振磁场的磁场强度进行检测；位置算出部，其根据该位置检测用磁场检测部的检测信号，算出上述检测体的位置和朝向；存储器，其存储上述位置检测用磁场检测部的检测信号；以及位置检测控制部，其将上述位置检测用磁场检测部的检测信号分为仅检测出上述位置检测用磁场的检测信号和检测出上述位置检测用磁场和上述谐振磁场的检测信号，并存储到上述存储器中。
2. 根据权利要求l所述的检测体位置检测系统，其特征在于，上述外部信号型开关接收被变换为磁场的切换信号，连接或断开上述谐振电路的路径。
3. —种检测体位置检测系统，其设置有磁场产生部，其具有生成规定频率的交变信号的位置检测 用信号产生部、以及根据上述交变信号产生位置检测用磁场的位置检测用》兹场产生部；检测体，其具有形成谐振电路的线圏和电容器、以及根据 内部信号来连接或断开上述谐振电路的路径的内部信号型开 关，由受到上述位置检测用磁场的上述谐振电路中流过的电流 引起谐振，从而产生谐振^t场；开关控制部，其被设置在该检测体内部，具有切换信号生接或断开进行控制的切换信号；位置检测用磁场检测部，其对上述位置检测用磁场的磁场 强度进行检测；位置算出部，其根据该位置检测用磁场检测部的检测信号， 算出上述检测体的位置和朝向；切换信号提取部，其检测上述检测信号的电平变化，提取 上述切换信号；位置算出部，其根据上述位置检测用磁场检测部的检测信 号，算出上述检测体的位置和朝向；存储器，其存储上述位置检测用磁场检观'j部的检观'H言号；以及位置纟企测控制部，其将上述位置测用》兹场;险测部的#r测 信号分为仅检测出上述位置检测用磁场的检测信号和检测出上 述位置4企测用^兹场和上述谐振磁场的4企测信号，并存储到上述 存储器中。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的检测体位置检测系 统，其特征在于，上述位置检测控制部控制上述位置检测用信号产生部。
5. 根据权利要求1至3中的任一项所述的检测体位置检测系 统，其特征在于，在前 一 次由上述位置检测用磁场#全测部获取并存储在上述 存储器中的检测信号上覆盖此次由上述位置检测用磁场检测部 获取的检测信号。
6. 根据权利要求l所述的检测体位置检测系统，其特征在于，在上述检测体内部具备永久磁铁，通过从外部施加姿势控 制用的磁场，控制上述检测体的姿势。
7. 根据权利要求2所述的检测体位置检测系统，其特征在于，在上述才企测体内部具备永久磁铁，通过从外部施加姿势控 制用的磁场，控制上述检测体的姿势。
8. 根据权利要求3所述的检测体位置检测系统，其特征在于，在上述检测体内部具备永久磁铁，通过从外部施加姿势控 制用的磁场，控制上述检测体的姿势。
9. 根据权利要求7所述的检测体位置检测系统，其特征在于，上述被变换为磁场的切换信号的频率比上述姿势控制用的 》兹场的频率高。
10. 根据权利要求3所述的检测体位置检测系统，其特征在于，上述切换信号生成部由相位同步环构成。
11. 根据权利要求l所述的检测体位置检测系统，其特征在于，上述检测体是被导入到体内的胶嚢内窥镜，在该胶嚢内窥镜中设置有将由摄像部获取的上述体内的图像无线发送到体外装置的发送部。
12. 根据权利要求3所述的检测体位置检测系统，其特征在于，上述检测体是被导入到体内的胶嚢内窺镜，在该胶嚢内窺镜中设置有将由摄像部获取的上述体内的图像无线发送到体外装置的发送部。
13. 根据权利要求12所述的检测体位置检测系统，其特征在于，按照上述图像的获取定时生成上述切换信号，将上述图像作为无线信号发送到上述体外装置，上述切换信号提取部从发送到上述体外装置的上述无线信号中提取上述切换信号。
14. 根据权利要求12所述的检测体位置检测系统，其特征在于，上述胶嚢内窥镜将上述切换信号叠加在由上述摄像获取的图像信号中并作为无线信号发送到上述体外装置，上述体外装置从上述无线信号中提取上述切换信号并输出到上述位置检测控制部。
15. —种检测体的位置检测方法，对检测体的位置进行检测，其中，上述检测体具有形成谐振电路的线圏和电容器、以及根据切换信号来连接或断开上述谐振电路的路径的外部信号型开关，由受到上述位置检测用磁场的上述谐振电路中流过的电流引起谐振，乂人而产生谐振i兹场，该;险测体的位置4全测方法包括以下步骤由设置在上述检测体外部的开关控制部中的切换信号生成部生成用于对上述外部信号型开关的连接或断开进行控制的上述切换信号，在切换信号发送部中将上述切换信号变换为物理能量而发送到上述外部信号型开关，并且由磁场产生部中的位置检测用信号产生部生成规定频率的交变信号，由位置检测用磁场产生部根据该交变信号产生位置才全测用》兹场，由位置检测用磁场检测部对上述位置检测用磁场和上述谐振磁场的磁场强度进行检测，在位置算出部中，根据由该位置检测用》兹场检测部检测出的检测信号，算出上述检测体的位置和朝向，将由上述位置检测用磁场检测部检测出的检测信号分为仅检测出上述位置检测用磁场的检测信号和检测出上述位置检测用磁场和上述谐振磁场的检测信号，并存储到存储器中。
16. —种#企测体的位置检测方法，对纟企测体的位置进行检测，其中，上述检测体具有形成谐振电路的线圈和电容器、以及根据切换信号来连接或断开上述谐振电路的路径的内部信号型开关，由受到上述位置检测用磁场的上述谐振电路中流过的电流引起谐振，从而产生谐振磁场，该4企测体的位置检测方法包括以下步骤由设置在上述检测体内部的开关控制部的切换信号生成部生成用于对上述内部信号型开关的连接或断开进行控制的上述切换信号，并且由磁场产生部中的位置检测用信号产生部生成规定频率的交变信号，由位置检测用磁场产生部根据该交变信号产生位置才全测用f兹场，由位置检测用磁场检测部检测上述位置检测用磁场的磁场强度，根据由上述位置#全测用磁场4企测部;险测出的检测信号，由位置算出部算出上述检测体的位置和朝向， 述切换信号，在位置算出部中，根据由上述位置检测用磁场检测部检测 出的检测信号，算出上述检测体的位置和朝向，将由上述位置4全测用磁场检测部检测出的才企测信号分为仅 检测出上述位置检测用磁场的检测信号和检测出上述位置检测 用磁场和上述谐振磁场的检测信号，并存储到存储器中。
17.根据权利要求16所述的检测体的位置检测方法，其特 征在于，将上述切换信号叠加在由设置于上述检测体中的摄像部获 取的图像信号中并作为无线信号发送到体外装置，在上述体外装置中，从上述无线信号提取上述切换信号并 输出到上述位置检测控制部。
全文摘要
提供一种在将检测体导入到检测空间内之后无需除去检测体就能够进行校准的检测体位置检测系统和检测体的位置检测方法。其特征在于，设置有以下部分磁场产生部(3)，其产生位置检测用磁场；检测体(5)，其具有产生谐振磁场的谐振电路(21)以及连接或断开谐振电路(21)的路径的外部信号型开关；开关控制部(7)，其对外部信号型开关的连接或断开进行控制；位置检测用磁场检测部(9)，其对位置检测用磁场和谐振磁场中的至少一个磁场的磁场强度进行检测；以及位置算出部(11)，其根据位置检测用磁场检测部(9)的检测信号，算出检测体(5)的位置和朝向。
文档编号A61B5/06GK101516251SQ20078003592
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月28日 优先权日2006年9月28日
发明者佐藤良次, 内山昭夫, 千叶淳, 木村敦志 申请人:奥林巴斯医疗株式会社