JP2019045496A - 測定装置および測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微弱な磁場を精度よく検出する装置を、低コストで簡便に構成する。【解決手段】測定対象を測定する測定位置に設けられ、入力磁場を互いに異なる検出軸方向で検出する複数の測定用センサ部と、複数の測定用センサ部の出力を、各座標軸方向の磁場成分を示す複数の測定用磁場信号に変換する第１変換部と、測定位置から離間した参照位置に設けられ、入力磁場を互いに異なる検出軸方向で検出する複数の参照用センサ部と、複数の参照用センサ部の出力を、各座標軸方向の磁場成分を示す複数の参照用磁場信号に変換する第２変換部と、複数の測定用磁場信号および複数の参照用磁場信号の各座標軸方向の差分を示す複数の差分信号を算出する差分算出部とを備える、測定装置を提供する。【選択図】図７

Description

本発明は、測定装置および測定方法に関する。

従来、１０ｐＴ程度の微弱な磁場を検出するセンサが知られており、心臓等の臓器の電気的な分極に起因する心磁信号を測定する心磁計等に用いられていた（例えば、特許文献１〜４参照）。また、磁気抵抗効果素子を用いた電流センサにおいて、フィードバックコイルを用いて環境磁場の影響をキャンセルすることも知られていた（例えば、特許文献５参照）。
特許文献１ 特開２０００−２１７７９８号公報
特許文献２ 特開２０１２−１５２５１５号公報
特許文献３ 米国特許第５６４２０４５号明細書
特許文献４ 特開２０００−２８４０３２号公報
特許文献５ 米国特許出願公開第２０１５／０２５３４１２号明細書

例えば、ジョセフソン効果を利用したＳＱＵＩＤセンサは、微弱な磁場を検出できるが、高価な液体ヘリウムと、大規模な磁気シールドルーム等が必要になってしまい、当該センサを備える装置を設置することは容易ではなかった。また、磁気抵抗効果素子を用いた電流センサは、小型で磁気感度が高いが、入出力特性の直線性が悪く、また、他軸感度を有するので、微弱な磁場を精度よく検出することが困難であった。

本発明の第１の態様においては、測定対象を測定する測定位置に設けられ、入力磁場を互いに異なる検出軸方向で検出する複数の測定用センサ部と、複数の測定用センサ部の出力を、各座標軸方向の磁場成分を示す複数の測定用磁場信号に変換する第１変換部と、測定位置から離間した参照位置に設けられ、入力磁場を互いに異なる検出軸方向で検出する複数の参照用センサ部と、複数の参照用センサ部の出力を、各座標軸方向の磁場成分を示す複数の参照用磁場信号に変換する第２変換部と、複数の測定用磁場信号および複数の参照用磁場信号の各座標軸方向の差分を示す複数の差分信号を算出する差分算出部とを備え、複数の測定用センサ部のそれぞれおよび複数の参照用センサ部のそれぞれは、磁気センサと、磁気センサが検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を磁気センサに与える第１磁場生成部と、第１磁場生成部がフィードバック磁場を発生するために流す電流に応じた出力信号を出力する出力部とを有する、測定装置および測定方法を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る磁気抵抗効果素子を有する磁気センサの入出力特性の一例を示す。 本実施形態に係るセンサ部１０の構成例を示す。 本実施形態に係るセンサ部１０の入出力特性の一例を示す。 本実施形態に係る被測定信号の一例である心磁信号の概略波形を示す。 本実施形態に係る被測定信号の一例である心磁信号の周波数特性の一例を示す。 本実施形態に係る測定用センサ部１００および参照用センサ部２００の構成例を示す。 本実施形態に係る測定装置１０００の構成例を示す。 本実施形態に係る測定用センサ部１００および参照用センサ部２００に予め定められた磁場を印加する例を示す。 本実施形態に係る測定装置１０００の変形例を示す。 本実施形態に係るセンサ部１０の変形例を示す。 本実施形態に係る磁気センサ２０の具体例を示す。 本具体例に係る磁気センサ２０にフィードバック磁場を発生させた時の磁束分布を示す。 本具体例に係る磁気センサ２０の構成の一例を示す。 本具体例に係る磁気センサ２０において、磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣを変えた場合の磁気増幅率のシミュレーション結果を示す。 本具体例に係る磁気センサ２０において、磁気収束板長さＬ＿ＦＣを変えた場合の磁気増幅率のシミュレーション結果を示す。 本具体例に係る磁気センサ２０において、磁気収束板厚さＴ＿ＦＣを変えた場合の磁気増幅率のシミュレーション結果を示す。 本具体例に係る磁気センサ２０において、磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣを一定として、磁気収束板長さＬ＿ＦＣ／磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣを変えた場合の、磁気増幅率のシミュレーション結果を示す。 本具体例に係る磁気センサ２０において、磁気収束板長さＬ＿ＦＣを一定として、磁気収束板長さＬ＿ＦＣ／磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣを変えた場合の、磁気増幅率のシミュレーション結果を示す。 本具体例に係る磁気センサ２０を測定用センサ部１００および参照用センサ部２００に適用した例を示す。 本具体例に係る磁気センサ２０を適用した測定用センサ部１００と３つの参照用センサ部２００ａ〜ｃとを配置した例を示す。 本具体例に係る磁気センサ２０を適用した複数のセンサ部をＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向のそれぞれに配列したセンサアレイ２１００を示す。 本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ２２００の例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子を有する磁気センサの入出力特性の一例を示す。図１は、横軸が磁気センサに入力する入力磁場の大きさＢを示し、縦軸が磁気センサの検出信号の大きさＶ＿ｘＭＲ０を示す。磁気センサは、例えば、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子およびトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子等を有し、予め定められた一軸方向の磁場の大きさを検出する。

このような磁気センサは、入力磁場Ｂに対する検出信号Ｖ＿ｘＭＲ０の傾きである磁気感度が高く、１０ｐＴ程度の微小な磁場を検出することができる。その一方で、磁気センサは、例えば、入力磁場Ｂの絶対値が１μＴ程度で検出信号Ｖ＿ｘＭＲ０が飽和してしまい、入出力特性の直線性が良好な範囲が狭い。そこで、このような磁気センサにフィードバック磁場を発生させる閉ループを加えると、磁気センサの直線性を改善することができる。このような磁気センサについて次に説明する。

図２は、本実施形態に係るセンサ部１０の構成例を示す。センサ部１０は、磁気センサ２０と、第１磁場生成部３０と、出力部４０とを有する。

磁気センサ２０は、図１で説明した磁気センサと同様に、ＧＭＲ素子およびＴＭＲ素子等の磁気抵抗効果素子を有する。磁気センサ２０は、感磁軸の正の方向を＋Ｘ方向とした場合に、＋Ｘ方向の磁場が入力すると抵抗値が増加し、−Ｘ方向の磁場が入力すると抵抗値が減少するように形成されてよい。即ち、磁気センサ２０の抵抗値の変化を観測することにより、当該磁気センサ２０に入力する磁場Ｂの大きさを検出することができる。例えば、磁気センサ２０の磁気感度をＳとすると、磁気センサ２０の入力磁場Ｂに対する検出結果は、Ｓ×Ｂと算出できる。なお、磁気センサ２０は、一例として、電源等が接続され、抵抗値の変化に応じた電圧降下を、入力磁場の検出結果として出力する。

第１磁場生成部３０は、磁気センサ２０が検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を磁気センサ２０に与える。第１磁場生成部３０は、例えば、磁気センサ２０に入力する磁場Ｂとは逆向きで、絶対値が当該入力磁場と略同一のフィードバック磁場Ｂ＿ＦＢを発生させ、入力磁場を打ち消すように動作する。第１磁場生成部３０は、増幅回路３２と、コイル３４とを含む。

増幅回路３２は、磁気センサ２０の入力磁場の検出結果に応じた電流をフィードバック電流Ｉ＿ＦＢとして出力する。増幅回路３２は、例えば、トランスコンダクタンスアンプを含み、磁気センサ２０の出力電圧に応じたフィードバック電流Ｉ＿ＦＢを出力する。例えば、増幅回路３２の電圧・電流変換係数をＧとすると、フィードバック電流Ｉ＿ＦＢは、Ｇ×Ｓ×Ｂと算出できる。

コイル３４は、フィードバック電流Ｉ＿ＦＢに応じたフィードバック磁場Ｂ＿ＦＢを発生させる。コイル３４は、磁気センサ２０の全体にわたって均一のフィードバック磁場Ｂ＿ＦＢを発生させることが望ましい。例えば、コイル３４のコイル係数をβとすると、フィードバック磁場Ｂ＿ＦＢは、β×Ｉ＿ＦＢと算出できる。ここで、フィードバック磁場Ｂ＿ＦＢは、入力磁場Ｂを打ち消す向きに発生するので、磁気センサ２０に入力する磁場は、Ｂ−Ｂ＿ＦＢに低減されることになる。したがって、フィードバック電流Ｉ＿ＦＢは、次式のように示される。

（数１）式をフィードバック電流Ｉ＿ＦＢについて解き、磁気センサ２０の磁気感度Ｓおよび増幅回路３２の電圧・電流変換係数Ｇが十分に大きいとして、次式が算出される。

出力部４０は、第１磁場生成部３０がフィードバック磁場Ｂ＿ＦＢを発生するために流すフィードバック電流Ｉ＿ＦＢに応じた出力信号Ｖ＿ｘＭＲを出力する。出力部４０は、例えば、抵抗値Ｒの抵抗性素子を有し、当該抵抗性素子にフィードバック電流Ｉ＿ＦＢが流れることによって生じる電圧降下を出力信号Ｖ＿ｘＭＲとして出力する。この場合、出力信号Ｖ＿ｘＭＲは、（数２）式より次式のように算出される。

以上のように、センサ部１０は、外部から入力する磁場を低減させるフィードバック磁場を発生するので、磁気センサ２０に実質的に入力する磁場を低減させる。これにより、センサ部１０は、例えば、磁気センサ２０として図１の特性を有する磁気抵抗効果素子を用い、入力磁場Ｂの絶対値が１μＴを超えても、検出信号Ｖ＿ｘＭＲが飽和することを防止できる。このようなセンサ部１０の入出力特性を次に説明する。

図３は、本実施形態に係るセンサ部１０の入出力特性の一例を示す。図３は、横軸がセンサ部１０に入力する入力磁場の大きさＢを示し、縦軸がセンサ部１０の検出信号の大きさＶ＿ｘＭＲを示す。センサ部１０は、磁気感度が高く、１０ｐＴ程度の微小な磁場を検出することができる。また、センサ部１０は、例えば、入力磁場Ｂの絶対値が１００μＴを超えても、検出信号Ｖ＿ｘＭＲの良好な直線性を保つことができる。

即ち、本実施形態に係るセンサ部１０は、例えば、入力磁場Ｂの絶対値が数百μＴ以下といった、予め定められた入力磁場Ｂの範囲において、当該入力磁場Ｂに対する検出結果が線形性を有するように構成される。このようなセンサ部１０を用いることにより、例えば、心磁信号といった微弱な磁気的信号を簡便に検出することができる。そこで、まず、心磁信号について次に説明する。

図４は、本実施形態に係る被測定信号の一例である心磁信号の概略波形を示す。図４は、横軸が時間を示し、縦軸がセンサ部１０等によって検出される磁場の強度の例を示す。図４は、心磁信号をＢ＿ｓｉｇとして示す。心磁信号Ｂ＿ｓｉｇは、心臓において、電流の発生とみなすことができる電気的な分極に起因して発生する磁気的な信号である。

なお、心臓の活動を電気的に測定する心電図が知られている。心電図は、測定対象である心臓の近傍に取り付けた電極から電位信号を取得するものであり、体組織の電気伝導度の不均一性等による影響を受けやすい。これに対して、心磁信号は、磁気的な信号を直接検出するので、心電図と比較してより詳細な診断情報が取得できるものとして知られている。このような心磁信号は、「Ｒ波」と呼ばれる１０ｐＴ程度のピーク信号レベルを有する波形となるので、図２および図３で説明したセンサ部１０を用いることで、検出できる。

しかしながら、センサ部１０が単に心臓に近い位置で磁場を検出しても、心磁信号Ｂ＿ｓｉｇに、環境磁場信号Ｂ＿Ｅｎｖが重畳した信号を検出することになる。環境磁場信号Ｂ＿Ｅｎｖは、比較的周波数が低い地磁気成分Ｂ＿Ｅｎｖ＿ＬＦと、比較的周波数が高いランダム成分Ｂ＿Ｅｎｖ＿ＨＦとを含む。

図５は、本実施形態に係る被測定信号の一例である心磁信号の周波数特性の一例を示す。図５は、横軸が周波数を示し、縦軸がセンサ部１０等によって検出される磁場の強度の例を示す。図５は、心磁信号をＢ＿ｓｉｇとして示し、環境磁場信号をＢ＿Ｅｎｖとして示す。環境磁場信号Ｂ＿Ｅｎｖは、心磁信号Ｂ＿ｓｉｇよりも低い周波数の地磁気成分Ｂ＿Ｅｎｖ＿ＬＦと、地磁気成分Ｂ＿Ｅｎｖ＿ＬＦよりも比較的周波数が高いランダム成分Ｂ＿Ｅｎｖ＿ＨＦとを含む。したがって、センサ部１０が単に心臓近辺の磁場を検出すると、心磁信号Ｂ＿ｓｉｇに、地磁気成分Ｂ＿Ｅｎｖ＿ＬＦおよびランダム成分Ｂ＿Ｅｎｖ＿ＨＦが重畳した信号を検出することになる。

環境磁場信号Ｂ＿Ｅｎｖは、心磁信号Ｂ＿ｓｉｇのピーク信号レベルよりも大きい信号レベルなので、センサ部１０の検出結果から心磁信号Ｂ＿ｓｉｇを取得することは困難である。そこで、本実施形態における測定装置は、複数のセンサ部１０を備え、環境磁場信号Ｂ＿Ｅｎｖを打ち消して心磁信号Ｂ＿ｓｉｇを取得する。このような測定装置のセンサ部について説明する。

図６は、本実施形態に係る測定用センサ部１００および参照用センサ部２００の構成例を示す。なお、本実施形態において、測定対象５０が動物の心臓である例を示す。測定用センサ部１００および参照用センサ部２００は、測定すべき軸の数に対応して、それぞれ複数設けられてよい。図６は、測定用センサ部１００および参照用センサ部２００が、ＸＹＺ軸の３軸の磁場を検出する目的で、それぞれ３つ設けられた例を示す。

複数の測定用センサ部１００は、測定対象５０を測定する測定位置に設けられ、入力磁場Ｂを互いに異なる検出軸方向で検出する。測定用センサ部１００は、図２および図３で説明したセンサ部１０と略同一の構成を有してよい。図６は、Ｘ軸方向の入力磁場Ｂｘを検出する測定用センサ部１００をセンサ部Ｓ０Ｘ、Ｙ軸方向の入力磁場Ｂｙを検出する測定用センサ部１００をセンサ部Ｓ０Ｙ、Ｚ軸方向の入力磁場Ｂｚを検出する測定用センサ部１００をセンサ部Ｓ０Ｚとし、３つのセンサ部を座標（０，０，０）に配置した例を示す。座標（０，０，０）は、各検出軸方向における心磁信号Ｂ＿ｓｉｇのピーク信号レベルが略１０ｐＴで検出できる程度に、測定対象５０に近接した測定位置Ｐ０とする。

複数の参照用センサ部２００は、測定位置から離間した参照位置に設けられ、入力磁場Ｂを互いに異なる検出軸方向で検出する。参照用センサ部２００は、図２および図３で説明したセンサ部１０と略同一の構成を有してよい。図６は、Ｘ軸方向の入力磁場Ｂｘを検出する参照用センサ部２００をセンサ部Ｓ１Ｘ、Ｙ軸方向の入力磁場Ｂｙを検出する参照用センサ部２００をセンサ部Ｓ１Ｙ、Ｚ軸方向の入力磁場Ｂｚを検出する参照用センサ部２００をセンサ部Ｓ１Ｚとし、３つのセンサ部を座標（Ｌ，Ｌ，Ｌ）に配置した例を示す。

座標（Ｌ，Ｌ，Ｌ）は、例えば、各検出軸方向における心磁信号Ｂ＿ｓｉｇのピーク信号レベルが十分に小さくなる（例えば、１／１０以下または１／１００以下）程度に、測定対象５０の測定位置から離間した参照位置Ｐ１とする。ここで、距離Ｌは、一例として略５ｃｍである。このように、複数の参照用センサ部２００は、心磁信号Ｂ＿ｓｉｇが十分に小さくなる参照位置における磁場を検出するので、各検出軸方向における環境磁場信号Ｂ＿Ｅｎｖを検出することになる。以上の測定用センサ部１００および参照用センサ部２００を用いた測定装置について次に説明する。

図７は、本実施形態に係る測定装置１０００の構成例を示す。測定装置１０００は、測定用センサ部１００および参照用センサ部２００を用いて、測定対象５０である動物の心臓の心磁信号Ｂ＿ｓｉｇを測定する。また、測定装置１０００は、測定用センサ部１００および参照用センサ部２００のそれぞれが有する他軸感度を補正しつつ、心磁信号Ｂ＿ｓｉｇを測定する。測定装置１０００は、複数の測定用センサ部１００、複数の参照用センサ部２００、第１ＡＤ変換部１０２、第２ＡＤ変換部１０４、クロック発生器１０６、第１変換部１１０、第２変換部１２０、記憶部１３０、差分算出部１４０、インターフェイス部１５０、および信号処理部１６０を備える。

複数の測定用センサ部１００のそれぞれおよび複数の参照用センサ部２００それぞれは、既に図２および図６で説明したように、予め定められた入力磁場の範囲において、当該入力磁場に対する検出結果が線形性を有する。図７は、測定装置１０００が３つの測定用センサ部１００を備え、３軸磁気センサとして動作させる例を示す。同様に、図７は、測定装置１０００が３つの参照用センサ部２００を備え、３軸磁気センサとして動作させる例を示す。

第１ＡＤ変換部１０２は、複数の測定用センサ部１００の出力をそれぞれデジタル信号に変換する。第１ＡＤ変換部１０２は、測定用センサ部１００の数に応じた数のＡＤ変換器を有してよい。第１ＡＤ変換部１０２が複数のＡＤ変換器を有する場合、当該複数のＡＤ変換器は、同期動作することが望ましい。第１ＡＤ変換部１０２は、例えば、センサ部Ｓ０Ｘ、センサ部Ｓ０Ｙ、およびセンサ部Ｓ０Ｚの検出結果をそれぞれＡＤ変換して、デジタル信号Ｖ０ｘ、Ｖ０ｙ、およびＶ０ｚを出力する。第１ＡＤ変換部１０２は、変換したデジタル信号を第１変換部１１０に供給する。

第２ＡＤ変換部１０４は、複数の参照用センサ部２００の出力をそれぞれデジタル信号に変換する。第２ＡＤ変換部１０４は、参照用センサ部２００の数に応じた数のＡＤ変換器を有してよい。第２ＡＤ変換部１０４が複数のＡＤ変換器を有する場合、当該複数のＡＤ変換器は、同期動作することが望ましい。また、第１ＡＤ変換部１０２および第２ＡＤ変換部１０４が有する全てのＡＤ変換器は、同期動作することがより望ましい。第２ＡＤ変換部１０４は、例えば、センサ部Ｓ１Ｘ、センサ部Ｓ１Ｙ、およびセンサ部Ｓ１Ｚの検出結果をそれぞれＡＤ変換して、デジタル信号Ｖ１ｘ、Ｖ１ｙ、およびＶ１ｚを出力する。第２ＡＤ変換部１０４は、変換したデジタル信号を第２変換部１２０に供給する。

クロック発生器１０６は、サンプリングクロックを発生させ、共通のサンプリングクロックを、第１ＡＤ変換部１０２および第２ＡＤ変換部１０４が有する全てのＡＤ変換部へ供給する。そして、第１ＡＤ変換部１０２および第２ＡＤ変換部１０４は、クロック発生器１０６から供給された共通のサンプリングクロックに応じてＡＤ変換を行う。したがって、測定位置Ｐ０に設けられた３軸磁気センサの出力をそれぞれＡＤ変換する第１ＡＤ変換部、および、測定位置Ｐ１に設けられた３軸磁気センサの出力をそれぞれＡＤ変換する第２ＡＤ変換部の全てが同期動作をする。これにより、第１ＡＤ変換部１０２および第２ＡＤ変換部１０４は、異なる空間に設けられた３軸磁気センサの検出結果を同時にサンプリングすることができる。

第１変換部１１０は、複数の測定用センサ部１００の出力を、各座標軸方向の磁場成分を示す複数の測定用磁場信号に変換する。第１変換部１１０は、予め定められた係数を用いて対応するセンサ部の検出信号を測定用磁場信号に変換する。

ここで、例えば、測定位置Ｐ０における入力磁場をＢ０（Ｂ０ｘ，Ｂ０ｙ，Ｂ０ｚ）とし、センサ部Ｓ０Ｘ、センサ部Ｓ０Ｙ、およびセンサ部Ｓ０Ｚによる３軸磁気センサの検出結果をＶ０（Ｖ０ｘ，Ｖ０ｙ，Ｖ０ｚ）とする。この場合、３軸磁気センサの磁気センサ特性を行列Ｓ０とすると、次式のように示すことができる。

ここで、Ｓ０，ｘｘ、Ｓ０，ｙｙ、Ｓ０，ｚｚは、それぞれセンサ部Ｓ０Ｘ、Ｓ０Ｙ、Ｓ０Ｚの主軸方向の感度を表し、Ｓ０，ｘｙ、Ｓ０，ｘｚ、Ｓ０，ｙｘ、Ｓ０，ｙｚ、Ｓ０，ｚｘ、Ｓ０，ｚｙは他軸方向の感度を表している。

測定用センサ部１００のそれぞれが、検出すべき入力磁場の範囲において、当該入力磁場に対する検出結果が線形性を有するので、行列Ｓ０の各要素は、入力磁場Ｂ０の大きさとは無関係な略一定の係数となる。また、測定用センサ部１００が他軸感度を有していても、当該測定用センサ部１００の検出結果が線形性を有していれば、行列Ｓ０の各要素は、入力磁場Ｂ０の大きさとは無関係な略一定の係数となる。

したがって、第１変換部１１０は、行列Ｓ０の逆行列を用いることで、次式のように、検出信号Ｖ０（Ｖ０ｘ，Ｖ０ｙ，Ｖ０ｚ）を磁場信号Ｂ０（Ｂ０ｘ，Ｂ０ｙ，Ｂ０ｚ）に変換することができる。第１変換部１１０は、算出した磁場信号Ｂ０を、測定用磁場信号として差分算出部１４０に供給する。ここで、行列Ｓ０の逆行列に等しい行列Ｒ０を、測定用センサ部１００の補正行列とする。

同様に、第２変換部１２０は、複数の参照用センサ部２００の出力を、各座標軸方向の磁場成分を示す複数の参照用磁場信号に変換する。第２変換部１２０は、予め定められた係数を用いて対応するセンサ部の検出信号を参照用磁場信号に変換する。

ここで、例えば、参照位置Ｐ１における入力磁場をＢ１（Ｂ１ｘ，Ｂ１ｙ，Ｂ１ｚ）とし、センサ部Ｓ１Ｘ、センサ部Ｓ１Ｙ、およびセンサ部Ｓ１Ｚによる３軸磁気センサの検出結果をＶ１（Ｖ１ｘ，Ｖ１ｙ，Ｖ１ｚ）とする。この場合、３軸磁気センサの磁気センサ特性を行列Ｓ１とすると、次式のように示すことができる。

参照用センサ部２００のそれぞれが、検出すべき入力磁場の範囲において、当該入力磁場に対する検出結果が線形性を有するので、行列Ｓ１の各要素は、入力磁場Ｂ１の大きさとは無関係な略一定の係数となる。また、参照用センサ部２００が他軸感度を有していても、当該参照用センサ部２００の検出結果が線形性を有していれば、行列Ｓ１の各要素は、入力磁場Ｂ１の大きさとは無関係な略一定の係数となる。

したがって、第２変換部１２０は、行列Ｓ１の逆行列を用いることで、次式のように、検出信号Ｖ１（Ｖ１ｘ，Ｖ１ｙ，Ｖ１ｚ）を磁場信号Ｂ１（Ｂ１ｘ，Ｂ１ｙ，Ｂ１ｚ）に変換することができる。第２変換部１２０は、算出した磁場信号Ｂ１を、参照用磁場信号として差分算出部１４０に供給する。ここで、行列Ｓ１の逆行列に等しい行列Ｒ１を、参照用センサ部２００の補正行列とする。

以上のように、測定用センサ部１００および参照用センサ部２００のそれぞれが線形性を有するので、第１変換部１１０および第２変換部１２０は、略一定の係数を用いて磁場信号にそれぞれ変換することができる。即ち、第１変換部１１０および第２変換部１２０が用いる略一定の係数は、予め定めることができる。また、予め定められた係数は、対応する磁気センサのそれぞれの他軸感度を補正する係数を含めることもできる。

記憶部１３０は、第１変換部１１０および第２変換部１２０が用いる予め定められた係数を記憶する。これにより、第１変換部１１０および第２変換部１２０は、記憶部１３０から用いるべき係数を読み出して、入力磁場に応じた磁場信号をそれぞれ変換できる。

差分算出部１４０は、複数の測定用磁場信号および複数の参照用磁場信号の各座標軸方向の差分を示す複数の差分信号を算出する。差分算出部１４０は、例えば、複数の測定用磁場信号Ｂ０（Ｂ０ｘ，Ｂ０ｙ，Ｂ０ｚ）および複数の参照用磁場信号Ｂ１（Ｂ１ｘ，Ｂ１ｙ，Ｂ１ｚ）の各座標軸方向の差分を次式のように算出する。

差分算出部１４０は、算出結果を差分信号Ｂｇｒａｄ（Ｂｇｒａｄｘ，Ｂｇｒａｄｙ，Ｂｇｒａｄｚ）として出力する。ここで、参照用磁場信号Ｂ１（Ｂ１ｘ，Ｂ１ｙ，Ｂ１ｚ）は、図４から図６で説明したように、環境磁場信号Ｂ＿Ｅｎｖに相当する。また、測定用磁場信号Ｂ０（Ｂ０ｘ，Ｂ０ｙ，Ｂ０ｚ）は、心磁信号Ｂ＿ｓｉｇに環境磁場信号Ｂ＿Ｅｎｖが重畳した信号に相当する。したがって、差分信号Ｂｇｒａｄの各要素は、各軸方向の心磁信号Ｂ＿ｓｉｇに対応する信号成分となる。

インターフェイス部１５０は、差分信号Ｂｇｒａｄを信号処理部１６０に供給する。以上の測定装置１０００は、入力磁場の測定を時系列に順次実行してよい。この場合、測定装置１０００は、略一定の時間間隔で測定を実行してよい。インターフェイス部１５０は、時系列に測定した差分信号Ｂｇｒａｄを順次信号処理部１６０に供給してよい。

信号処理部１６０は、差分算出部１４０が算出する差分信号Ｂｇｒａｄに基づき、動物の心臓の心磁信号を算出する。信号処理部１６０は、時系列に測定した差分信号Ｂｇｒａｄに基づき、心磁信号の時間波形を算出してよい。信号処理部１６０は、例えば、差分信号Ｂｇｒａｄの大きさ（各要素の二乗和の平方根）を心磁信号の大きさとする。

また、信号処理部１６０は、数値処理を施してから心磁信号を算出してよい。信号処理部１６０は、例えば、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、バンドエリミネーションフィルタ、および各フィルタの組み合わせ等のフィルタリング処理を実行して、雑音成分を低減させてから心磁信号を算出してよい。また、信号処理部１６０は、周波数変換を実行して、予め定められた帯域の信号を取得してから、心磁信号を算出してもよい。

以上のように、本実施形態に係る測定装置１０００は、磁気抵抗効果素子を用いて微弱な磁場を検出するので、ＳＱＵＩＤセンサ等のように装置が大規模になることなく、簡易な構成で測定装置を実現できる。また、測定装置１０００は、磁気センサに閉ループの構成を加えることで、入力磁場の範囲で線形な特性を保つので、磁場変換および他軸感度補正を予め定められた係数を用いて簡便に実行することができる。

なお、磁気抵抗効果素子等は、磁力線を局所的に曲げる磁気収束板等を用いることがあるが、このような磁気収束板によって他軸感度も増加する傾向にある。しかしながら、磁気抵抗効果素子および磁気収束板の配置が固定していれば、入出力特性は線形な特性を保つので、磁気収束板等を用いた場合であっても、磁場変換および他軸感度補正を予め定められた係数を用いて簡便に実行することができる。したがって、測定装置１０００は、低コストで簡易な構成で、微弱な磁場を精度よく検出することができる。

また、測定装置１０００の少なくとも一部は、一の素子に集積化することができる。この場合、インターフェイス部１５０は、当該素子のインターフェイスとして機能してもよい。そして、信号処理部１６０は、当該素子の外部に設けられ、他の処理機能等を有してもよい。これに代えて、信号処理部１６０も一の素子に集積化される場合、インターフェイス部１５０はなくてもよい。

このような測定装置１０００は、磁場変換および他軸感度補正に用いる予め定められた係数を、磁場の大きさによらず略一定の値にすることができるので、当該係数の決定および校正等も容易に実行することができる。例えば、測定装置１０００は、予め定められた方向および大きさの磁場が印加されることにより、予め定められた係数を決定する。

図８は、本実施形態に係る測定用センサ部１００および参照用センサ部２００に予め定められた磁場を印加する例を示す。図８に示す測定用センサ部１００および参照用センサ部２００は、図６で説明した測定用センサ部１００および参照用センサ部２００の配置と略同一に配置された例を示す。

測定用センサ部１００および参照用センサ部２００は、図８に示すように、Ｘ軸方向のテスト入力磁場Ｂｔｘ（１，０，０）、Ｙ軸方向のテスト入力磁場Ｂｔｙ（０，１，０）、およびＺ軸方向のテスト入力磁場Ｂｔｚ（０，０，１）がそれぞれ入力する。そして、測定装置１０００は、各テスト入力磁場の検出信号に応じて、予め定められた係数を決定する。

例えば、テスト入力磁場Ｂｔｘ（１，０，０）の入力に応じて、測定用センサ部１００からの検出信号がＶ０（Ｖ０ｘ，Ｖ０ｙ，Ｖ０ｚ）となった場合、当該検出信号Ｖ０は、測定用センサ部１００の磁気センサ特性Ｓ０を用いて次式のように示すことができる。

即ち、検出信号Ｖ０は、磁気センサ特性Ｓ０の第１列の各要素と略一致する。なお、ここで、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の検出結果であるＶ０ｙおよびＶ０ｚの値が、当該磁気センサの他軸感度に対応する値を示す。

同様に、テスト入力磁場Ｂｔｙ（０，１，０）の入力に応じて検出される検出信号Ｖ０（Ｖ０ｘ，Ｖ０ｙ，Ｖ０ｚ）は、磁気センサ特性Ｓ０の第２列の各要素と略一致する。また、テスト入力磁場Ｂｔｚ（０，０，１）の入力に応じて検出される検出信号Ｖ０（Ｖ０ｘ，Ｖ０ｙ，Ｖ０ｚ）は、磁気センサ特性Ｓ０の第３列の各要素と略一致する。このように、測定装置１０００は、異なる３方向の入力磁場に応じて、測定用センサ部１００および参照用センサ部２００の磁気センサ特性Ｓ０および磁気センサ特性Ｓ１を取得することができる。したがって、取得した磁気センサ特性Ｓ０および磁気センサ特性Ｓ１の逆行列を算出することにより、予め定められた係数、即ち、補正行列Ｒ０およびＲ１を決定することができる。

以上のように、予め定められた複数の方向の磁場を測定用センサ部１００および参照用センサ部２００に入力することで、予め定められた係数を決定することができる。この場合、予め定められた複数の方向の磁場として、ＸＹ平面と略平行に回転する回転磁場、ＸＺ平面と略平行に回転する回転磁場、およびＹＺ平面と略平行に回転する回転磁場等を用いてもよい。また、測定装置１０００は、このようなテスト入力磁場の入力に応じて、自動で予め定められた係数を決定および更新してもよい。このような測定装置１０００について、次に説明する。

図９は、本実施形態に係る測定装置１０００の変形例を示す。本変形例の測定装置１０００において、図７に示された本実施形態に係る測定装置１０００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。本変形例の測定装置１０００は、調節部１７０と、更新部１８０とを更に備える。

調節部１７０および更新部１８０は、複数の測定用センサ部１００および複数の参照用センサ部２００が測定対象５０から離間して、予め定められた一様な磁場中に配置された場合に動作してよい。ここで、予め定められた一様な磁場は、環境磁場でよく、また、これに代えて、環境磁場よりも大きい一定強度の磁場でもよい。例えば、図８で説明したような、テスト入力磁場でよい。

調節部１７０は、差分算出部１４０が算出する差分信号が予め定められた信号範囲となるように、予め定められた係数を調節してよい。ここで、測定用センサ部１００および参照用センサ部２００には一様な磁場が入力するので、差分算出部１４０が算出する差分信号は略０となることが望ましい。しかしながら、測定用センサ部１００および参照用センサ部２００は、強磁性体材料等を含むので、製品出荷後に、外部から強磁場が印加された場合、磁気特性が変化することがある。即ち、測定装置１０００の出荷段階において、差分信号を略０と校正しても、出荷後に、差分信号の値にずれが生じてしまうことがある。

そこで、調節部１７０は、測定用センサ部１００および参照用センサ部２００に一様な磁場が入力した場合に、差分算出部１４０が算出する差分信号が略０となるように予め定められた係数を調節する。即ち、調節部１７０は、（数８）式で示されるベクトルがゼロベクトルとなるように、係数を調節してよい。調節部１７０は、例えば、次式に示す２乗誤差ε^２を最小にする、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムを実行する。ここで、Ｒ１，ｘｘ、Ｒ１，ｘｙ、Ｒ１，ｘｚ、Ｒ１，ｙｘ、Ｒ１，ｙｙ、Ｒ１，ｙｚ、Ｒ１，ｚｘ、Ｒ１，ｚｙ、およびＲ１，ｚｚは、参照用センサ部２００の補正行列Ｒ１の行列要素である。

この場合、調節部１７０は、一例として、εｘ^２、εｙ^２、およびεｚ^２のそれぞれを最小にする。εｘ^２、εｙ^２、およびεｚ^２のそれぞれは、デジタル信号Ｖ１ｘ、Ｖ１ｙ、およびＶ１ｚの線形代数となっているので、補正行列Ｒ１の行列要素を、漸化式を用いて更新することができる。一例として、εｘ^２を最小にする目的で、補正行列Ｒ１の第１列目の係数Ｒ１，ｘｘ、Ｒ１，ｘｙ、およびＲ１，ｘｚを更新する漸化式を次に示す。

補正行列Ｒ１の第２列目および第３列目の係数をそれぞれ更新する漸化式も、同様に導出することができ、調節部１７０は、このようなアルゴリズムを用いてよい。なお、（数１１）式で示すようなアルゴリズムは、最急降下法として既知のアルゴリズムである。ここで、μは、アルゴリズムの時定数を決めるパラメータである。

調節部１７０は、一様な磁場が印加されている測定用センサ部１００および参照用センサ部２００から、検出信号Ｖ０（Ｖ０ｘ，Ｖ０ｙ，Ｖ０ｚ）および検出信号Ｖ１（Ｖ１ｘ，Ｖ１ｙ，Ｖ１ｚ）が出力される毎に、補正行列Ｒ１の係数をそれぞれ更新してよい。調節部１７０は、差分算出部１４０が算出する差分信号が予め定められた閾値未満となるまで、補正行列Ｒ１の係数をそれぞれ更新してよい。

更新部１８０は、調節部１７０による調整が終了すると、記憶部１３０に記憶された予め定められた係数を、調節部１７０の調節結果に更新する。測定装置１０００は、更新部１８０が更新した係数を記憶部１３０から読み出して用いることにより、製品出荷後に磁気特性が変化したセンサ部を用いても、測定精度の劣化を防止することができる。

以上の本実施形態に係る測定用センサ部１００および参照用センサ部２００は、それぞれ閉ループの構成を有する第１磁場生成部３０が、フィードバック磁場を発生させることを説明した。これに加えて、測定用センサ部１００および参照用センサ部２００のそれぞれは、略一定のオフセット磁場を更に発生させてもよい。このようなセンサ部１０について次に説明する。

図１０は、本実施形態に係るセンサ部１０の変形例を示す。本変形例のセンサ部１０において、図２に示された本実施形態に係るセンサ部１０の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。本変形例のセンサ部１０は、第２磁場生成部６０を更に有する。

第２磁場生成部６０は、環境磁場Ｂ＿Ｅｎｖを減衰させるためのオフセット磁場を磁気センサ２０に与える。図４および図５で説明したように、環境磁場Ｂ＿Ｅｎｖは、測定装置１０００が測定すべき心磁信号Ｂ＿ｓｉｇよりも１桁以上大きい強度を有する。即ち、センサ部１０は、線形動作範囲のほとんどを略一定の強度の環境磁場Ｂ＿Ｅｎｖが占め、残りの一部の範囲で心磁信号Ｂ＿ｓｉｇを測定することになる。したがって、センサ部１０は、ダイナミックレンジのほとんどを一定磁場の検出に用い、例えば、ダイナミックレンジの１／１０以下の領域で心磁信号Ｂ＿ｓｉｇを測定することになり、分解能等を悪化させてしまうことがある。

そこで、本変形例のセンサ部１０は、環境磁場Ｂ＿Ｅｎｖを低減させるように第２磁場生成部６０がオフセット磁場を発生させることで、心磁信号Ｂ＿ｓｉｇの大きさとダイナミックレンジとのバランスを適正に調節することができる。これにより、センサ部１０は、分解能等を悪化させずに、心磁信号Ｂ＿ｓｉｇを精度よく測定することができる。

第２磁場生成部６０は、コイルを有してよく、当該コイルに電流Ｉ＿Ｃｏｍｐが流れることによって環境磁場Ｂ＿Ｅｎｖとは反対方向の磁場を発生させる。当該コイルは、磁気センサ２０の全体にわたって均一のフィードバック磁場を発生させることが望ましい。第２磁場生成部６０のコイルに流すキャンセル電流Ｉ＿Ｃｏｍｐは、予め定められた電流値を流す電源等から供給されてよい。また、キャンセル電流Ｉ＿Ｃｏｍｐは、参照用センサ部２００が検出する環境磁場Ｂ＿Ｅｎｖに応じた電流を生成する回路等によって供給されてもよい。測定装置１０００は、測定用センサ部１００および参照用センサ部２００としてこのようなセンサ部１０を採用することによって、より精度よく心磁信号Ｂ＿ｓｉｇを測定することができる。

図１１は、本実施形態に係る磁気センサ２０の具体例を示す。本具体例において、磁気センサ２０は、磁気抵抗効果素子１１１０と、磁気抵抗効果素子１１１０の両端に配置された磁気収束板１１２０および１１３０とを有する。磁気収束板１１２０および１１３０は、磁気抵抗効果素子１１１０を間に挟むように、磁気抵抗効果素子１１１０の両端に配置されている。本図において、磁気収束板１１２０は、感磁軸に沿って磁気抵抗効果素子１１１０の負側に設けられ、磁気収束板１１３０は、感磁軸に沿って磁気抵抗効果素子１１１０の正側に設けられている。なお、ここで、感磁軸は、磁気抵抗効果素子１１１０を形成する磁化固定層で固定された磁化の方向に沿っていてよい。また、感磁軸の負側から正側に向かって磁場が入力されると、磁気抵抗効果素子１１１０の抵抗は増加または減少してよい。磁気収束板１１２０および１１３０は、例えばパーマロイ等の透磁率の高い材料により形成される。そして、磁気センサ２０が本具体例に示すように構成される場合、コイル３４は、磁気抵抗効果素子１１１０と、磁気抵抗効果素子１１１０の両端に配置された磁気収束板１１２０および１１３０との断面を取り囲むように巻かれている。また、磁気センサ２０は、１つの磁気センサ２０内に複数の磁気抵抗効果素子１１１０を有する場合、磁気抵抗効果素子およびその両端に配置された磁気収束板を含む組を複数有してもよい。その場合、磁気抵抗効果素子およびその両端に配置された磁気収束板を含む組を１つのコイルで取り囲むようにコイル３４が巻かれてもよい。

このような磁気センサ２０において、感磁軸の負側から正側に磁場が入力されると、透磁率の高い材料で形成された磁気収束板１１２０および１１３０が磁化されることにより、本図において破線で示すような磁束の分布が発生する。すると、磁気収束板１１２０および１１３０が磁化されることにより発生する磁束は、二つの磁気収束板１１２０および１１３０の間に挟まれた磁気抵抗効果素子１１１０の位置を通過することとなる。このため、磁気抵抗効果素子１１１０の位置における磁束密度は、磁気収束板１１２０および１１３０を配置することによって大幅に増加させることができる。また、本具体例のように、磁気収束板１１２０および１１３０に挟まれた狭い位置に配置された磁気抵抗効果素子１１１０を用いて磁場の空間分布をサンプリングすることにより、空間におけるサンプリング点を明確にすることができる。

図１２は、本具体例に係る磁気センサ２０にフィードバック磁場を発生させた時の磁束分布を示す。図１２においては、図１１と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本具体例に係る磁気センサ２０おいて、コイル３４にフィードバック電流が供給されると、コイル３４がフィードバック磁場を発生させることにより、本図において一点鎖線で示すような磁束の分布が発生する。このフィードバック磁場により発生する磁束は、磁気抵抗効果素子１１１０に入力され磁気収束板１１２０および１１３０によって磁気増幅された磁場の空間分布をキャンセルするように空間分布する。このため、磁気センサ２０は、本具体例に示すように磁気抵抗効果素子１１１０の両端に磁気収束板１１２０および１１３０が配置されている場合には、磁気抵抗効果素子１１１０の位置における磁場分布をフィードバック磁場によって正確にキャンセルすることができるため、入力磁場と出力電圧との間の線形性が高いセンサを実現することができる。

図１３は、本具体例に係る磁気センサ２０の構成の一例を示す。図１３においては、図１１と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本図において、磁気抵抗効果素子１１１０は、磁化自由層１３１０および磁化固定層１３２０を有する。一般に、磁気抵抗効果素子１１１０は、絶縁体の薄膜層を二つの強磁性体層で挟み込んだ構造である。磁化自由層１３１０は、二つの強磁性体層のうち、磁化方向が外部磁界に応じて変化する層である。また、磁化固定層１３２０は、二つの強磁性体層のうち、磁化方向が外部磁界に対して変化しない層である。

本具体例において、磁気抵抗効果素子１１１０は、磁化自由層１３１０が下部に配置され、磁化自由層１３１０の上部に絶縁体の薄膜層（図示せず）を介して磁化固定層１３２０が配置される、いわゆるボトムフリー構造の磁気抵抗効果素子である。ボトムフリー構造の磁気抵抗効果素子は、磁化自由層１３１０を比較的広い面積で形成することができるため、高い磁気感度を得ることができる。

また、本具体例において、磁気センサ２０は、磁気抵抗効果素子１１１０の上部に絶縁層（図示せず）を介して磁気収束板１１２０および１１３０が、磁気抵抗効果素子１１１０を中央に挟むようにその両端に配置されている。これにより、磁気抵抗効果素子１１１０は、磁気収束板１１２０および１１３０に挟まれた狭い空間に配置される。

ここで、本図において、磁化自由層１３１０における感磁軸方向に沿った長さを磁化自由層長さＬ＿Ｆｒｅｅと定義する。また、磁化自由層１３１０における上面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った長さを磁化自由層幅Ｗ＿Ｆｒｅｅと定義する。また、磁化固定層１３２０における感磁軸方向に沿った長さを磁化固定層長さＬ＿Ｐｉｎと定義する。また、磁化固定層１３２０における上面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った長さを磁化固定層幅Ｗ＿Ｐｉｎと定義する。また、磁気収束板の外側の一端から磁化自由層の外側の一端までの感磁軸方向に沿った長さ（本図において、磁気収束板１１２０の左端から右端までの感磁軸方向に沿った長さ、および、磁気収束板１１３０の右端から左端までの感磁軸方向に沿った長さ）を磁気収束板長さＬ＿ＦＣと定義する。また、磁気収束板における上面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った長さを磁気収束板幅Ｗ＿ＦＣと定義する。また、磁気収束板における側面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った長さを磁気収束板厚さＴ＿ＦＣと定義する。また、二つの磁気収束板１１２０および１１３０の感磁軸方向に沿った間隔（本図において、磁気収束板１１２０の右端から磁気収束板１１３０の左端までの感磁軸方向に沿った長さ）を磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣと定義する。また、磁化自由層１３１０の厚み方向の中心から磁気収束板の底面までの、側面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った間隔を磁気収束板高さＨ＿ＦＣと定義する。

図１４は、本具体例に係る磁気センサ２０において、磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣを変えた場合の磁気増幅率のシミュレーション結果を示す。本図において、横軸は磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣをμｍ単位で示し、縦軸は磁気増幅率を示す。ここで、本シミュレーションにおいて、磁化自由層長さＬ＿Ｆｒｅｅは１００μｍ、磁化自由層幅Ｗ＿Ｆｒｅｅは１４０μｍ、磁化固定層長さＬ＿Ｐｉｎは４０μｍ、磁化固定層幅Ｗ＿Ｐｉｎは２０μｍ、磁気収束板幅Ｗ＿ＦＣは３００μｍ、磁気収束板高さＨ＿ＦＣは０．６μｍとした。これらのパラメータについては以下に示すシミュレーションにおいても全て共通の値とした。本シミュレーションにおいては、さらに、磁気収束板長さＬ＿ＦＣは１０ｍｍとし、磁気収束板厚さＴ＿ＦＣは１０μｍ、３０μｍ、５０μｍ、および１００μｍとしてシミュレーションを行った。

本図に示されるように、磁気センサ２０は、磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣを狭めるほど磁気増幅率が高くなっている。ここで、磁化自由層長さＬ＿Ｆｒｅｅが１００μｍであるので、磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣが１００μｍである場合、側面視において、磁気収束板の側面と磁化自由層１３１０の側面が揃う（すなわち、図１３において、磁気収束板１１２０の右端と磁化自由層１３１０の左端、および、磁気収束板１１３０の左端と磁化自由層１３１０の右端が側面視で揃う）こととなる。本シミュレーション結果によれば、磁気センサ２０は、磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣが１００μｍよりも小さい場合に、磁気増幅率がさらに高くなっている。したがって、磁気センサ２０は、磁気抵抗効果素子１１１０の両端に配置される磁気収束板１１２０および１１３０の感磁軸方向の間隔（磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣ）が、磁気抵抗効果素子１１１０の磁化自由層１３１０の感磁軸方向の長さ（磁化自由層長さＬ＿Ｆｒｅｅ）よりも小さいと、より高い磁気増幅率を得られるので好ましい。また、磁気センサ２０は、磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣを磁化固定層長さＬ＿Ｐｉｎ（４０μｍ）よりも小さくしてもよい。すなわち、磁気センサ２０は、磁気収束板が上面視で磁化固定層の一部と重複するように磁気収束板を配置してもよい。

図１５は、本具体例に係る磁気センサ２０において、磁気収束板長さＬ＿ＦＣを変えた場合の磁気増幅率のシミュレーション結果を示す。本図において、横軸は磁気収束板長さＬ＿ＦＣをｍｍ単位で示し、縦軸は磁気増幅率を示す。本シミュレーションにおいては、磁気収束板厚さＴ＿ＦＣは１０μｍ、磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣは２０μｍとしてシミュレーションを行った。

本図に示されるように、磁気センサ２０は、磁気収束板長さＬ＿ＦＣを長くするほど磁気増幅率が高くなっている。これは、透磁率の高い材料で形成された磁気収束板を長くするほど、発生する磁束が増えるためであるといえる。したがって、磁気センサ２０は、磁気抵抗効果素子１１１０の両端に磁気収束板を設けるにあたって、設計上可能な限り磁気収束板の感磁軸方向の長さ（磁気収束板長さＬ＿ＦＣ）を大きくすると、より高い磁気増幅率を得られるので好ましい。具体的に、磁気収束板の感磁軸方向の長さ（磁気収束板長さＬ＿ＦＣ）は１ｍｍ以上であると、高い磁気増幅効果が得られるので好ましい。特に、本図に示されるように、磁気センサ２０は、磁気収束板長さＬ＿ＦＣが１０ｍｍより小さい範囲では磁気増幅率の増加効果が高い。また、磁気収束板長さＬ＿ＦＣが１０ｍｍ以上であれば、１００倍以上の磁気増幅率が得られる。したがって、例えば心磁計などの生体磁場計測において、より微弱な磁場をより正確に検出するために、磁気収束板の感磁軸方向の長さ（磁気収束板長さＬ＿ＦＣ）は１０ｍｍ以上であるとより好ましい。

図１６は、本具体例に係る磁気センサ２０において、磁気収束板厚さＴ＿ＦＣを変えた場合の磁気増幅率のシミュレーション結果を示す。本図において、横軸は磁気収束板厚さＴ＿ＦＣをμｍ単位で示し、縦軸は磁気増幅率を示す。本シミュレーションにおいては、磁気収束板長さＬ＿ＦＣは１０ｍｍ、磁気収束板厚さＴ＿ＦＣは１０μｍ、磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣは２０μｍとしてシミュレーションを行った。

本図に示されるように、磁気センサ２０は、磁気収束板厚さＴ＿ＦＣを厚くしていくと、ある点まで磁気増幅率は増加していき、その後、磁気増幅率が減少していく傾向にある。これは、ある点までは透磁率の高い材料で形成された磁気収束板を厚くするほど、発生する磁束が増えるため磁気増幅率が増加し、ある点を過ぎると、その磁気増幅効果よりも磁気収束板の厚み方向の中心が磁気抵抗効果素子１１１０から遠ざかり、磁気収束板により収束させた磁束が磁気抵抗効果素子１１１０を通過しにくくなる影響が強くなるためといえる。したがって、磁気収束板の厚さ（磁気収束板厚さＴ＿ＦＣ）は、概ね１００μｍ以内であると、より高い磁気増幅効果が得られるので好ましい。

図１７は、本具体例に係る磁気センサ２０において、磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣを一定として、磁気収束板長さＬ＿ＦＣ／磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣを変えた場合の、磁気増幅率のシミュレーション結果を示す。本図において、横軸は磁気収束板長さＬ＿ＦＣを磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣで割った値を示し、縦軸は磁気増幅率を示す。本シミュレーションにおいては、磁気収束板厚さＴ＿ＦＣは１０μｍ、磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣは２０μｍとしてシミュレーションを行った。

図１７に示されるように、磁気センサ２０は、磁気収束板長さＬ＿ＦＣ／磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣが大きくなるほど磁気増幅率が高くなっている。これは、図１４において磁気収束間隔Ｇ＿ＦＣが小さくなるほど磁気増幅率が高くなること、および、図１５において磁気収束板長さＬ＿ＦＣが長くなるほど磁気増幅率が高くなることを反映しているといえる。本図に示されるように、磁気センサ２０は、磁気収束板の感磁軸方向の長さ（磁気収束板長さＬ＿ＦＣ）が、磁気抵抗効果素子１１１０の両端に配置される磁気収束板１１２０および１１３０の感磁軸方向の間隔（磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣ）の１０倍より大きいと、高い磁気増幅効果が得られるので好ましい。特に、磁気センサ２０は、磁気抵抗効果素子１１１０の両端に配置される磁気収束板１１２０および１１３０の感磁軸方向の間隔（磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣ）が、磁気抵抗効果素子１１１０の磁化自由層１３１０の感磁軸方向の長さ（磁化自由層長さＬ＿Ｆｒｅｅ）よりも小さく、磁気収束板の感磁軸方向の長さ（磁気収束板長さＬ＿ＦＣ）が、磁気抵抗効果素子１１１０の磁化自由層１３１０の感磁軸方向の長さの１０倍より大きいと、より高い磁気増幅効果が得られるのでより好ましい。さらに、磁気センサ２０は、図１４のシミュレーション結果から磁化自由層長さが１００μｍである場合、磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣが１００μｍより小さいことがより好ましく、図１５のシミュレーション結果から１０ｍｍ以上であることがより好ましいことが示されており、これらを踏まえて、磁気収束板の感磁軸方向の長さ（磁気収束板長さＬ＿ＦＣ）が、磁気抵抗効果素子１１１０の両端に配置される磁気収束板１１２０および１１３０の感磁軸方向の間隔（磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣ）の１００倍以上であると、より高い磁気増幅率を得られるのでより好ましい。このように、磁気センサ２０は、磁気収束板長さＬ＿ＦＣと磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣとを適切に設計することにより、高い磁気増幅率を実現することができる。

図１８は、本具体例に係る磁気センサ２０において、磁気収束板長さＬ＿ＦＣを一定として、磁気収束板長さＬ＿ＦＣ／磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣを変えた場合の、磁気増幅率のシミュレーション結果を示す。本図において、横軸は磁気収束板長さＬ＿ＦＣを磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣで割った値を示し、縦軸は磁気増幅率を示す。本シミュレーションにおいては、磁気収束板長さＬ＿ＦＣは１０ｍｍとし、磁気収束板厚さＴ＿ＦＣは１０μｍ、３０μｍ、５０μｍ、および１００μｍとしてシミュレーションを行った。

図１９は、本具体例に係る磁気センサ２０を測定用センサ部１００および参照用センサ部２００に適用した例を示す。図１９においては、図６と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本図において、測定用センサ部１００は、３つのセンサ部Ｓ０Ｘ、Ｓ０Ｙ、およびＳ０Ｚにおける磁気センサ２０として図１１に示す具体例に係る磁気センサ２０を用いる。また、参照用センサ部２００は、３つのセンサ部Ｓ１Ｘ、Ｓ１Ｙ、およびＳ１Ｚにおける磁気センサ２０として図１１に示す具体例に係る磁気センサ２０を用いる。測定用センサ部１００および参照用センサ部２００は、それぞれのセンサ部に磁気抵抗効果素子１１１０の両端に磁気収束板１１２０および１１３０が配置された磁気センサ２０を用いることにより、上述したような磁気増幅効果を得るとともに、空間におけるサンプリング点を明確にすることができる。

また、測定装置１０００は、測定用センサ部１００および参照用センサ部２００のそれぞれのセンサ部における磁気センサ２０として、磁気収束板長さＬ＿ＦＣと磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣとが最適化された磁気センサ２０を用いることにより、例えば１００倍を超える磁気増幅率を実現することができ、心磁計等の生体磁場計測において、より微弱な磁場をより正確に検出することが可能となる。

さらに、本図に示すように、測定用センサ部１００における３軸の磁気センサであるセンサ部Ｓ０Ｘ、Ｓ０Ｙ、およびＳ０Ｚは、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の三次元方向それぞれから見て、互いに重ならず、かつ、３軸の磁気センサの間に設けるギャップに一端が設けられ、他端が当該ギャップから離れるように３軸方向の各軸方向に延伸して配置されている。一例として、本図において、測定用センサ部１００の正面視左下の角部に空隙（ギャップ）が設けられ、センサ部Ｓ０Ｘ、Ｓ０Ｙ、およびＳ０Ｚは、一端が当該空隙に接するように設けられ、他端が当該空隙から離れるように、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向の各軸方向に延伸して配置されている例を示す。また、センサ部Ｓ０Ｘ、Ｓ０Ｙ、およびＳ０Ｚが有するコイルまたは磁性体が、互いに重ならないように配置されていることが好ましい。これにより、サンプリング点をさらに明確にでき、磁場の各成分の把握がさらに容易となる。また、センサ部Ｓ０Ｘ、Ｓ０Ｙ、およびＳ０Ｚが有する他軸感度を互いに等価なものとみなすことができ、線形代数の較正演算が容易となる。なお、この他軸感度は、センサ部Ｓ０Ｘ、Ｓ０Ｙ、およびＳ０Ｚが有するコイル、または磁性体による相互干渉によって発生するものである。参照用センサ部２００についても測定用センサ部１００と同様の較正を有する。測定用センサ部１００および参照用センサ部２００のそれぞれのセンサ部をこのような較正とすることにより、測定装置１０００は、例えば心磁計等の生体磁場計測において、より微弱な磁場をより正確に検出することが可能となる。

図２０は、本具体例に係る磁気センサ２０を適用した測定用センサ部１００と３つの参照用センサ部２００ａ〜ｃとを配置した例を示す。本図において、測定用センサ部１００と、３つの参照用センサ部２００ａ〜ｃとが配置されている。測定用センサ部１００は座標（０，０，０）に、参照用センサ部２００ａは座標（Ｌ，０，０）に、参照用センサ部２００ｂは座標（０，Ｌ，０）に、参照用センサ部２００ｃは座標（０，０，Ｌ）に、それぞれ配置されている。測定用センサ部１００および３つの参照用センサ部２００ａ〜ｃは、互いに最近接させる形で配置されている。例えば、心磁計においては、心磁場の空間分布を計測することによって心臓における電気活動を検出するため、隣接するセンサ部は、互いに近接して配置されていることが望ましく、例えば、虚血性心不全の診断などで用いられる場合には、必要な空間分解能を得るために、感磁軸方向に隣接するセンサ部の間隔（本図におけるＬ）を３ｃｍ以下とすることが望ましい。

このような限られた間隔の中でも高い磁気感度を得るために、測定用センサ部１００および３つの参照用センサ部２００ａ〜ｃは、磁気収束板の感磁軸方向の長さＬ＿ＦＣをできるだけ大きくすることが望ましい。より詳細には、二つの磁気収束板の感磁軸方向の長さと、二つの磁気収束板の感磁軸方向の間隔の和が、感磁軸方向に隣接するセンサ部の間隔の半分より大きくなるように（すなわち、２×磁気収束板長さＬ＿ＦＣ＋磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣ＞０．５×Ｌを満たすように）、各センサ部における磁気センサ２０を設計すると、限られた間隔の中でも高い磁気感度を得ることができるため、好ましい。

一般に、このように各センサ部を接近して配置すると、各３軸センサの間での相互の磁気干渉が無視できなくなるが、本実施形態に係る測定装置１０００によれば、上述したように（数６）および（数７）の数式に従って、各３軸センサ自身の磁気感度誤差（Ｘ、Ｙ、およびＺ軸での主軸感度のミスマッチ、および、多軸感度）だけでなく、隣接するセンサ部からの磁気干渉無含めて補正することが可能である。

また、本図に示すように測定用センサ部１００および３つの参照用センサ部２００ａ〜ｃを配置することで、測定装置１０００は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向のそれぞれの磁場の勾配を取得することができる。

すなわち、測定装置１０００は、測定用センサ部１００および参照用センサ部２００ａによって計測されたそれぞれの磁場を用いて、次式により、Ｘ軸方向の磁場勾配を得る。ここで、Ｂａｘは参照用センサ部２００ａにおいて計測されたＸ軸方向の磁場を示し、Ｂａｙは参照用センサ部２００ａにおいて計測されたＹ軸方向の磁場を示し、Ｂａｚは参照用センサ部２００ａにおいて計測されたＺ軸方向の磁場を示す。そして、測定装置１０００は、測定用センサ部１００において計測されたＸ軸方向の磁場Ｂ０ｘから磁場Ｂａｙを減算することで、Ｘ軸方向の磁場に対するＸ軸方向の磁場勾配としてＢｇｒａｄ０１ｘを得る。また、測定装置１０００は、測定用センサ部１００において計測されたＹ軸方向の磁場Ｂ０ｙから磁場Ｂａｙを減算することで、Ｙ軸方向の磁場に対するＸ軸方向の磁場勾配としてＢｇｒａｄ０１ｙを得る。また、測定装置１０００は、測定用センサ部１００において計測されたＺ軸方向の磁場Ｂ０ｚから磁場Ｂａｚを減算することで、Ｚ軸方向の磁場に対するＸ軸方向の磁場勾配としてＢｇｒａｄ０１ｚを得る。

また、測定装置１０００は、測定用センサ部１００および参照用センサ部２００ｂによて計測されたそれぞれの磁場を用いて、次式により、Ｙ軸方向の磁場勾配を得る。ここで、Ｂｂｘは参照用センサ部２００ｂにおいて計測されたＸ軸方向の磁場を示し、Ｂｂｙは参照用センサ部２００ｂにおいて計測されたＹ軸方向の磁場を示し、Ｂｂｚは参照用センサ部２００ｂにおいて計測されたＺ軸方向の磁場を示す。そして、測定装置１０００は、Ｘ軸方向の磁場勾配と同様の手法により、Ｘ軸方向の磁場、Ｙ軸方向の磁場、およびＺ軸方向の磁場のそれぞれに対するＹ軸方向の磁場勾配を得る。

さらに、測定装置１０００は、測定用センサ部１００および参照用センサ部２００ｃによって計測されたそれぞれの磁場を用いて、次式により、Ｚ軸方向の勾配磁場を得る。ここで、Ｂｃｘは参照用センサ部２００ｃにおいて計測されたＸ軸方向の磁場を示し、Ｂｃｙは参照用センサ部２００ｃにおいて計測されたＹ軸方向の磁場を示し、Ｂｃｚは参照用センサ部２００ｃにおいて計測されたＺ軸方向の磁場を示す。そして、測定装置１０００は、Ｘ軸方向の磁場勾配と同様の手法により、Ｘ軸方向の磁場、Ｙ軸方向の磁場、およびＺ軸方向の磁場のそれぞれに対するＺ軸方向の磁場勾配を得る。

このように、測定装置１０００は、測定用センサ部１００および参照用センサ部２００を配置することによって、３軸方向の磁場それぞれに対する３軸方向の磁場勾配を取得することができ、より詳細な磁場の空間分布を取得することができる。

図２１は、本具体例に係る磁気センサ２０を適用した複数のセンサ部をＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向のそれぞれに配列したセンサアレイ２１００を示す。本図においては、一例として、Ｘ軸方向に四つ、Ｙ軸方向に四つ、およびＺ軸方向に二つのセンサ部がアレイ状に配置されている。そして、測定装置１０００は、センサアレイ２１００を用いて、各座標に配置された一つのセンサ部を測定用センサ部１００とし、そのセンサ部に各軸方向に隣接する３つのセンサ部を参照用センサ部２００ａ〜ｃとすることで、各座標における３軸方向の磁場それぞれに対する３軸方向の磁場勾配を取得することができる。

以上の本実施形態に係る測定装置１０００は、測定用磁場信号および参照用磁場信号の差分信号を算出することにより、心磁信号Ｂ＿ｓｉｇを測定することを説明した。これに加えて、測定装置１０００は、予め雑音成分等を除去する処理を実行してから測定用磁場信号および参照用磁場信号の差分信号を算出してもよい。例えば、測定装置１０００は、磁気センサ２０の検出信号の高周波成分を通過させるフィルタを更に備えてよい。フィルタは、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで構成されてよい。また、フィルタは、ハイパスフィルタでよい。

フィルタは、測定用センサ部１００および第１ＡＤ変換部１０２の間と、参照用センサ部２００および第２ＡＤ変換部１０４の間に設けられてよい。これに代えて、またはこれに加えて、フィルタは、第１ＡＤ変換部１０２の後段と、第２ＡＤ変換部１０４の後段に設けられてよい。なお、ハイパスフィルタは雑音成分を除去するフィルタの一例であり、測定装置１０００は、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、バンドエリミネーションフィルタ、および各フィルタの組み合わせ等を用いてもよい。

以上の本実施形態に係る測定装置１０００は、図６に示すように、予め定められた距離だけ離間した測定用センサ部１００による３軸センサおよび参照用センサ部２００による３軸センサを用いる例を説明したが、これに限定されることはない。測定装置１０００は、更に多くの測定用センサ部１００および参照用センサ部２００を備えてもよい。

例えば、複数の測定用センサ部１００は、測定対象５０の複数の測定位置のそれぞれに設けられてよい。この場合、複数の測定用センサ部１００は、心磁信号を検出可能な異なる複数の測定位置に、それぞれ多軸センサとして動作するように複数ずつ設けられてよい。複数の測定用センサ部１００は、測定位置毎に、３軸センサとして構成されるように、複数ずつ設けられることが望ましい。一例として、複数の測定用センサ部１００は、心臓近辺の体表面において格子状または同心円状に、３つずつ配置される。

この場合、第１ＡＤ変換部１０２および第１変換部１１０は、測定対象５０の測定位置毎に、複数の測定用センサ部１００の出力を複数の測定用磁場信号に変換してよい。なお、第１変換部１１０は、複数設けられてもよい。

同様に、複数の参照用センサ部２００は、複数の測定位置に対応して、複数の測定位置から離間した複数の参照位置のそれぞれに設けられてよい。この場合、複数の参照用センサ部２００は、心磁信号が十分低減して環境磁場だけを検出可能な異なる複数の参照位置に、それぞれ多軸センサとして動作するように複数ずつ設けられてよい。複数の参照用センサ部２００は、参照位置毎に、３軸センサとして構成されるように、複数ずつ設けられることが望ましい。一例として、複数の参照用センサ部２００は、心臓近辺の体表面から離間した面において格子状または同心円状に、３つずつ配置される。

この場合、第２ＡＤ変換部１０４および第２変換部１２０は、参照位置毎に、複数の参照用センサ部２００の出力を複数の参照用磁場信号に変換してよい。なお、第２変換部１２０は、複数設けられてもよい。

そして、差分算出部１４０は、測定対象５０の測定位置毎に、対応する複数の測定用磁場信号および複数の参照用磁場信号の各座標軸方向の差分を示す複数の差分信号を算出してよい。なお、差分算出部１４０は、複数設けられてもよい。以上の測定装置１０００によれば、複数の測定位置における心磁信号をそれぞれ測定することができ、より詳細な情報を取得することができる。

なお、測定装置１０００が、複数の測定用センサ部１００による複数の３軸センサと、複数の参照用センサ部２００による複数の３軸センサとを備える例を説明したが、これに限定されることはない。例えば、参照用センサ部２００による３軸センサの数は、測定用センサ部１００による３軸センサの数よりも少なくてよい。この場合、差分算出部１４０は、測定用センサ部１００による複数の３軸センサの測定用磁場信号から、参照用センサ部２００による一の３軸センサの参照用磁場信号をそれぞれ差し引いて、差分信号を算出してよい。

例えば、複数の参照用センサ部２００は、複数の測定位置から離間した一の参照位置に設けられる。複数の参照用センサ部２００は、一の３軸センサとして動作してよい。そして、第２ＡＤ変換部１０４および第２変換部１２０は、一の参照位置における複数の参照用センサ部２００の出力を複数の参照用磁場信号に変換してよい。これにより、差分算出部１４０は、複数の測定位置に対応する複数の測定用磁場信号と、一の参照位置における複数の参照用磁場信号との各座標軸方向の差分を示す複数の差分信号を算出する。したがって、測定装置１０００は、より少ない数の参照用センサ部２００で、詳細な情報を取得することができる。

以上の本実施形態における測定装置１０００は、測定対象５０の例を動物の心臓として、心磁信号を測定する例を説明したが、これに限定されることはない。測定対象５０は、磁気信号を出力するものであればよく、動物の他の臓器であってよい。例えば、測定対象５０は脳でよく、この場合、測定装置１０００は脳波を測定する。また、測定対象５０は、コンクリート内部の鉄骨等でよく、この場合、測定装置１０００は、当該鉄骨等の強磁性材料の表面近傍の傷や腐食の発生を測定する。また、測定対象５０は、生体試料および環境試料等でよく、測定装置１０００は、磁気ビーズの分布やカウンタなどの測定装置であってもよい。

本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、（１）操作が実行されるプロセスの段階または（２）操作を実行する役割を持つ装置のセクションを表わしてよい。特定の段階およびセクションが、専用回路、コンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、および／またはコンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタルおよび／またはアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路（ＩＣ）および／またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、論理ＡＮＤ、論理ＯＲ、論理ＸＯＲ、論理ＮＡＮＤ、論理ＮＯＲ、および他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）等のようなメモリ要素等を含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。

コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ-ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ（ＲＴＭ）ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。

コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはＳｍａｌｌｔａｌｋ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、１または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。

コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して提供され、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。

図２２は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ２２００の例を示す。コンピュータ２２００にインストールされたプログラムは、コンピュータ２２００に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられる操作または当該装置の１または複数のセクションとして機能させることができ、または当該操作または当該１または複数のセクションを実行させることができ、および／またはコンピュータ２２００に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ２２００に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定の操作を実行させるべく、ＣＰＵ２２１２によって実行されてよい。

本実施形態によるコンピュータ２２００は、ＣＰＵ２２１２、ＲＡＭ２２１４、グラフィックコントローラ２２１６、およびディスプレイデバイス２２１８を含み、それらはホストコントローラ２２１０によって相互に接続されている。コンピュータ２２００はまた、通信インターフェイス２２２２、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ２２２６、およびＩＣカードドライブのような入／出力ユニットを含み、それらは入／出力コントローラ２２２０を介してホストコントローラ２２１０に接続されている。コンピュータはまた、ＲＯＭ２２３０およびキーボード２２４２のようなレガシの入／出力ユニットを含み、それらは入／出力チップ２２４０を介して入／出力コントローラ２２２０に接続されている。

ＣＰＵ２２１２は、ＲＯＭ２２３０およびＲＡＭ２２１４内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ２２１６は、ＲＡＭ２２１４内に提供されるフレームバッファ等またはそれ自体の中にＣＰＵ２２１２によって生成されたイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス２２１８上に表示されるようにする。

通信インターフェイス２２２２は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ２２２４は、コンピュータ２２００内のＣＰＵ２２１２によって使用されるプログラムおよびデータを格納する。ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ２２２６は、プログラムまたはデータをＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１から読み取り、ハードディスクドライブ２２２４にＲＡＭ２２１４を介してプログラムまたはデータを提供する。ＩＣカードドライブは、プログラムおよびデータをＩＣカードから読み取り、および／またはプログラムおよびデータをＩＣカードに書き込む。

ＲＯＭ２２３０はその中に、アクティブ化時にコンピュータ２２００によって実行されるブートプログラム等、および／またはコンピュータ２２００のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入／出力チップ２２４０はまた、様々な入／出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入／出力コントローラ２２２０に接続してよい。

プログラムが、ＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１またはＩＣカードのようなコンピュータ可読媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読媒体から読み取られ、コンピュータ可読媒体の例でもあるハードディスクドライブ２２２４、ＲＡＭ２２１４、またはＲＯＭ２２３０にインストールされ、ＣＰＵ２２１２によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ２２００に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ２２００の使用に従い情報の操作または処理を実現することによって構成されてよい。

例えば、通信がコンピュータ２２００および外部デバイス間で実行される場合、ＣＰＵ２２１２は、ＲＡＭ２２１４にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インターフェイス２２２２に対し、通信処理を命令してよい。通信インターフェイス２２２２は、ＣＰＵ２２１２の制御下、ＲＡＭ２２１４、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１、またはＩＣカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ処理領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信された受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ処理領域等に書き込む。

また、ＣＰＵ２２１２は、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ２２２６（ＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１）、ＩＣカード等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がＲＡＭ２２１４に読み取られるようにし、ＲＡＭ２２１４上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。ＣＰＵ２２１２は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックする。

様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、およびデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。ＣＰＵ２２１２は、ＲＡＭ２２１４から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプの操作、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索／置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をＲＡＭ２２１４に対しライトバックする。また、ＣＰＵ２２１２は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第２の属性の属性値に関連付けられた第１の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、ＣＰＵ２２１２は、第１の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第２の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第１の属性に関連付けられた第２の属性の属性値を取得してよい。

上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ２２００上またはコンピュータ２２００近傍のコンピュータ可読媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはＲＡＭのような記録媒体が、コンピュータ可読媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ２２００に提供する。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ センサ部、２０ 磁気センサ、３０ 第１磁場生成部、３２ 増幅回路、３４ コイル、４０ 出力部、５０ 測定対象、６０ 第２磁場生成部、１００ 測定用センサ部、１０２ 第１ＡＤ変換部、１０４ 第２ＡＤ変換部、１０６ クロック発生器、１１０ 第１変換部、１２０ 第２変換部、１３０ 記憶部、１４０ 差分算出部、１５０ インターフェイス部、１６０ 信号処理部、１７０ 調節部、１８０ 更新部、２００ 参照用センサ部、１０００ 測定装置、１１１０ 磁気抵抗効果素子、１１２０ 磁気収束板、１１３０ 磁気収束板、１３１０ 磁化自由層、１３２０ 磁化固定層、２２００ コンピュータ、２２０１ ＤＶＤ−ＲＯＭ、２２１０ ホストコントローラ、２２１２ ＣＰＵ、２２１４ ＲＡＭ、２２１６ グラフィックコントローラ、２２１８ ディスプレイデバイス、２２２０ 入／出力コントローラ、２２２２ 通信インターフェイス、２２２４ ハードディスクドライブ、２２２６ ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ、２２３０ ＲＯＭ、２２４０ 入／出力チップ、２２４２ キーボード

Claims (23)

1. 測定対象を測定する測定位置に設けられ、入力磁場を互いに異なる検出軸方向で検出する複数の測定用センサ部と、
   前記複数の測定用センサ部の出力を、各座標軸方向の磁場成分を示す複数の測定用磁場信号に変換する第１変換部と、
   前記測定位置から離間した参照位置に設けられ、入力磁場を互いに異なる検出軸方向で検出する複数の参照用センサ部と、
   前記複数の参照用センサ部の出力を、各座標軸方向の磁場成分を示す複数の参照用磁場信号に変換する第２変換部と、
   前記複数の測定用磁場信号および前記複数の参照用磁場信号の各座標軸方向の差分を示す複数の差分信号を算出する差分算出部と
   を備え、
   前記複数の測定用センサ部のそれぞれおよび前記複数の参照用センサ部のそれぞれは、
   磁気センサと、
   前記磁気センサが検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を前記磁気センサに与える第１磁場生成部と、
   前記第１磁場生成部が前記フィードバック磁場を発生するために流す電流に応じた出力信号を出力する出力部と
   を有する、測定装置。
2. 前記複数の測定用センサ部のそれぞれおよび前記複数の参照用センサ部のそれぞれは、予め定められた入力磁場の範囲において、当該入力磁場に対する検出結果が線形性を有する、請求項１に記載の測定装置。
3. 前記第１変換部および前記第２変換部は、予め定められた係数を用いて対応するセンサ部の検出信号を磁場信号に変換する、請求項１または２に記載の測定装置。
4. 前記予め定められた係数は、前記磁気センサのそれぞれの他軸感度を補正する係数を含む、請求項３に記載の測定装置。
5. 前記予め定められた係数を記憶する記憶部を備える、請求項３または４に記載の測定装置。
6. 前記複数の測定用センサ部および前記複数の参照用センサ部が前記測定対象から離間して、予め定められた一様な磁場中に配置された場合に、
   前記差分算出部が算出する差分信号が予め定められた信号範囲となるように、前記予め定められた係数を調節する調節部と、
   前記記憶部に記憶された前記予め定められた係数を、前記調節部の調節結果に更新する更新部と、
   を更に備える、請求項５に記載の測定装置。
7. 前記予め定められた一様な磁場は、環境磁場よりも大きい強度の磁場である、請求項６に記載の測定装置。
8. 前記複数の測定用センサ部のそれぞれおよび前記複数の参照用センサ部のそれぞれは、環境磁場を減衰させるためのオフセット磁場を前記磁気センサに与える第２磁場生成部を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の測定装置。
9. 前記磁気センサは、磁気抵抗効果素子を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の測定装置。
10. 前記磁気センサの検出信号の高周波成分を通過させるフィルタを更に備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の測定装置。
11. 前記複数の測定用センサ部は、前記測定対象の複数の測定位置のそれぞれに設けられ、
    前記第１変換部は、前記測定対象の測定位置毎に、前記複数の測定用センサ部の出力を複数の測定用磁場信号に変換し、
    前記複数の参照用センサ部は、前記複数の測定位置に対応し、前記複数の測定位置から離間した複数の参照位置のそれぞれに設けられ、
    前記第２変換部は、前記参照位置毎に、前記複数の参照用センサ部の出力を複数の参照用磁場信号に変換し、
    前記差分算出部は、前記測定対象の測定位置毎に、対応する前記複数の測定用磁場信号および前記複数の参照用磁場信号の各座標軸方向の差分を示す複数の差分信号を算出する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の測定装置。
12. 前記複数の測定用センサ部は、前記測定対象の複数の測定位置のそれぞれに設けられ、
    前記第１変換部は、前記測定対象の測定位置毎に、前記複数の測定用センサ部の出力を複数の測定用磁場信号に変換し、
    前記複数の参照用センサ部は、前記複数の測定位置から離間した一の参照位置に設けられ、
    前記第２変換部は、前記一の参照位置における前記複数の参照用センサ部の出力を複数の参照用磁場信号に変換し、
    前記差分算出部は、前記複数の測定位置に対応する前記複数の測定用磁場信号と、前記一の参照位置における前記複数の参照用磁場信号との各座標軸方向の差分を示す複数の差分信号を算出する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の測定装置。
13. 前記測定対象は、動物の心臓であり、
    前記差分算出部が算出する差分信号に基づき、前記動物の心臓の心磁信号を算出する信号処理部を更に備える、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の測定装置。
14. 前記複数の測定用センサ部および前記複数の参照用センサ部は、それぞれ、磁気収束板をさらに有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の測定装置。
15. 前記複数の測定用センサ部および前記複数の参照用センサ部は、それぞれ、磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の両端に配置された二つの前記磁気収束板とをさらに有し、前記磁気抵抗効果素子は、二つの前記磁気収束板に挟まれた位置に配置される、請求項１４に記載の測定装置。
16. 二つの前記磁気収束板の間隔は、前記磁気抵抗効果素子の磁化自由層の感磁軸方向の長さよりも小さい、請求項１５に記載の測定装置。
17. 二つの前記磁気収束板の感磁軸方向の長さは、二つの前記磁気収束板の間隔の１０倍より大きい、請求項１５または１６に記載の測定装置。
18. 二つの前記磁気収束板の感磁軸方向の長さと、二つの前記磁気収束板の間隔の和が、感磁軸方向に隣接するセンサ部の間隔の半分より大きい、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の測定装置。
19. 前記フィードバック磁場を発生させるためのコイルが、前記磁気抵抗効果素子および二つの前記磁気収束板を取り囲むように巻かれている、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の測定装置。
20. 前記複数の測定用センサ部および前記複数の参照用センサ部は、それぞれ３軸の前記磁気センサを有する、
    請求項１から１９のいずれか一項に記載の測定装置。
21. 前記３軸の前記磁気センサは、三次元方向それぞれから見て互いに重ならず、かつ、前記３軸の前記磁気センサの間に設けるギャップに一端が設けられ、他端が前記ギャップから離れるように前記３軸方向の各軸方向に延伸して配置されている、
    請求項２０に記載の測定装置。
22. 前記複数の測定用センサ部の出力をアナログからデジタルに変換して前記第１変換部に供給する第１ＡＤ変換部と、
    前記複数の参照用センサ部の出力をアナログからデジタルに変換して前記第２変換部に供給する第２ＡＤ変換部と、をさらに備え、
    前記第１ＡＤ変換部および前記第２ＡＤ変換部は、共通のサンプリングクロックに応じてＡＤ変換を行う、
    請求項１から２１のいずれか一項に記載の測定装置。
23. 測定対象を測定する測定位置において、複数の測定用センサ部を用いて入力磁場を互いに異なる検出軸方向で検出することと、
    前記複数の測定用センサ部の出力を、各座標軸方向の磁場成分を示す複数の測定用磁場信号に変換することと、
    前記測定位置から離間した参照位置において、複数の参照用センサ部を用いて入力磁場を互いに異なる検出軸方向で検出することと、
    前記複数の参照用センサ部の出力を、各座標軸方向の磁場成分を示す複数の参照用磁場信号に変換することと、
    前記複数の測定用磁場信号および前記複数の参照用磁場信号の各座標軸方向の差分を示す複数の差分信号を算出することと
    を備え、
    前記複数の測定用センサ部のそれぞれおよび前記複数の参照用センサ部のそれぞれは、磁気センサが検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生するために流す電流に応じた出力信号を出力する、測定方法。