JP2021113801A - Magnetic field measurement device, magnetic field measurement method, and magnetic field measurement program - Google Patents
Magnetic field measurement device, magnetic field measurement method, and magnetic field measurement program Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021113801A JP2021113801A JP2020198312A JP2020198312A JP2021113801A JP 2021113801 A JP2021113801 A JP 2021113801A JP 2020198312 A JP2020198312 A JP 2020198312A JP 2020198312 A JP2020198312 A JP 2020198312A JP 2021113801 A JP2021113801 A JP 2021113801A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- magnetic
- magnetic sensor
- calibration
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、磁場計測装置、磁場計測方法、および、磁場計測プログラムに関する。 The present invention relates to a magnetic field measuring device, a magnetic field measuring method, and a magnetic field measuring program.
従来、複数のトンネル磁気抵抗(TMR:Tunnel Magneto−Resistance)素子をアレイ状に配列したセンサプラットフォームボードを用いて被験者の頭部または胸部から発せられる磁場を計測する磁場計測装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 特開2012−152514号公報
Conventionally, a magnetic field measuring device for measuring a magnetic field emitted from a subject's head or chest using a sensor platform board in which a plurality of tunnel magneto-resistance (TMR) elements are arranged in an array is known ( For example, see Patent Document 1).
[Prior art literature]
[Patent Document]
[Patent Document 1] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-152514
本発明の第1の態様においては、磁場計測装置を提供する。磁場計測装置は、各々が磁気抵抗素子と磁気収束板とを含む磁気センサを有する複数の磁気センサセルを、計測対象物の少なくとも一部を覆う面を形成するように配列して構成される磁気センサアレイを備えてよい。磁場計測装置は、磁気センサアレイによって計測された計測データを取得する計測データ取得部を備えてよい。磁場計測装置は、各磁気センサの位置および磁気感度に基づき、計測データによって示される磁場の空間分布を信号分離する信号空間分離部を備えてよい。磁場計測装置は、断面視において複数の磁気センサセルを全て含む最小の凸多角形により構成される閉空間のうち複数の磁気センサセルが配列されていない測定空間の外側において、測定空間から複数の磁気センサセルを介することなく引くことが可能な直線上の位置で、キャリブレーション磁場を発生させるキャリブレーション磁場発生部を備えてよい。磁場計測装置は、キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、磁気センサにおけるセンサ誤差を較正する較正部を備えてよい。 In the first aspect of the present invention, a magnetic field measuring device is provided. The magnetic field measuring device is a magnetic sensor configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells each having a magnetic sensor including a magnetoresistive element and a magnetic focusing plate so as to form a surface covering at least a part of a measurement object. It may have an array. The magnetic field measuring device may include a measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by the magnetic sensor array. The magnetic field measuring device may include a signal space separating unit that signals and separates the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data based on the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor. The magnetic field measuring device is a plurality of magnetic sensor cells from the measurement space outside the measurement space in which the plurality of magnetic sensor cells are not arranged in the closed space composed of the smallest convex polygons including all the plurality of magnetic sensor cells in the cross-sectional view. A calibration magnetic field generating unit that generates a calibration magnetic field may be provided at a position on a straight line that can be pulled without passing through. The magnetic field measuring device may include a calibration unit that calibrates the sensor error in the magnetic sensor based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field is signal-separated.
磁気センサアレイは、複数の磁気センサセルを断面視円弧状に三次元に配列して構成され、円弧の両端点を結ぶ弦によって構成される平面の中心と、キャリブレーション磁場発生部の中心とを結ぶ直線、および、平面の中心と同一断面上における円弧と弦の接点と、キャリブレーション磁場発生部の中心とを結ぶ直線の成す角度が6度よりも大きくてよい。 The magnetic sensor array is configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells in a three-dimensional shape in a circular arc in cross section, and connects the center of a plane composed of strings connecting both end points of the arc with the center of a calibration magnetic field generator. The angle formed by the straight line and the straight line connecting the contact point between the arc and the chord on the same cross section as the center of the plane and the center of the calibration magnetic field generation portion may be larger than 6 degrees.
複数の磁気センサセルのそれぞれは、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させる磁場生成部と、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フィードバック電流に応じた出力信号を出力する出力部とを更に有してよい。 Each of the plurality of magnetic sensor cells outputs a magnetic field generator that generates a feedback magnetic field that reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor, and an output signal that corresponds to the feedback current that the magnetic field generator flows to generate the feedback magnetic field. It may further have an output unit.
磁気センサのそれぞれは、磁気抵抗素子と磁気抵抗素子の両端に配置された二つの磁気収束板とを含み、磁気抵抗素子は、二つの磁気収束板に挟まれた位置に配置されてよい。 Each of the magnetic sensors includes a magnetoresistive element and two magnetoresistive plates arranged at both ends of the magnetoresistive element, and the magnetoresistive element may be arranged at a position sandwiched between the two magnetoresistive plates.
磁場生成部は、磁気抵抗素子および二つの磁気収束板を取り囲むように、磁気センサが検出対象とする磁場の軸方向に沿って巻かれているフィードバックコイルを含んでよい。 The magnetic field generator may include a magnetoresistive element and a feedback coil wound along the axial direction of the magnetic field to be detected by the magnetic sensor so as to surround the two magnetic focusing plates.
キャリブレーション磁場発生部は、各々が異なる軸方向にキャリブレーション磁場を発生させる少なくとも3つ以上のキャリブレーションコイルを有してよい。 The calibration magnetic field generator may have at least three or more calibration coils, each of which generates a calibration magnetic field in different axial directions.
異なる軸方向は、互いに直交した軸方向であってよい。 The different axial directions may be axial directions that are orthogonal to each other.
信号空間分離部は、キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離するにあたって、キャリブレーション磁場発生部が配置される位置を、演算における座標の原点としてよい。 In separating the spatial distribution of the calibration magnetic field, the signal space separation unit may use the position where the calibration magnetic field generation unit is arranged as the origin of the coordinates in the calculation.
信号空間分離部は、正規直交関数と各磁気センサの位置および磁気感度から計算された基底ベクトルとに基づき、磁場の空間分布を信号分離してよい。 The signal space separation unit may signal-separate the spatial distribution of the magnetic field based on the orthonormal function and the basis vector calculated from the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor.
較正部は、基底ベクトルを変更することによってセンサ誤差を較正してよい。 The calibrator may calibrate the sensor error by changing the basis vector.
較正部は、分離誤差を最小化するように基底ベクトルを最適化してよい。 The calibrator may optimize the basis vector to minimize separation error.
交流磁場であるキャリブレーション磁場を、交流磁場の周波数の信号を用いて検波する同期検波部を更に備えてよい。 A synchronous detection unit that detects a calibration magnetic field, which is an AC magnetic field, using a signal having a frequency of the AC magnetic field may be further provided.
交流磁場の周波数は、80Hzよりも高く、磁気収束板による磁場の減衰特性のカットオフ周波数以下であってよい。 The frequency of the AC magnetic field may be higher than 80 Hz and lower than the cutoff frequency of the attenuation characteristic of the magnetic field by the magnetic focusing plate.
本発明の第2の態様においては、磁場計測方法を提供する。磁場計測方法は、各々が磁気抵抗素子と磁気収束板とを含む磁気センサを有する複数の磁気センサセルを、計測対象物の少なくとも一部を覆う面を形成するように配列して構成される磁気センサアレイによって計測された計測データを取得することを備えてよい。磁場計測方法は、各磁気センサの位置および磁気感度に基づき、計測データによって示される磁場の空間分布を信号分離することを備えてよい。磁場計測方法は、断面視において複数の磁気センサセルを全て含む最小の凸多角形により構成される閉空間のうち複数の磁気センサセルが配列されていない測定空間の外側において、測定空間から複数の磁気センサセルを介することなく引くことが可能な直線上の位置で、キャリブレーション磁場を発生させることを備えてよい。磁場計測方法は、キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、磁気センサにおけるセンサ誤差を較正することを備えてよい。 In the second aspect of the present invention, a magnetic field measurement method is provided. The magnetic field measurement method is a magnetic sensor configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells each having a magnetic sensor including a magnetoresistive element and a magnetic focusing plate so as to form a surface covering at least a part of a measurement object. It may be provided to acquire the measurement data measured by the array. The magnetic field measurement method may include signal separation of the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data based on the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor. The magnetic field measurement method is a method of measuring a plurality of magnetic sensor cells from the measurement space outside the measurement space in which a plurality of magnetic sensor cells are not arranged in a closed space composed of the smallest convex polygons including all the plurality of magnetic sensor cells in a cross-sectional view. It may be provided to generate a calibration magnetic field at a position on a straight line that can be pulled without going through. The magnetic field measurement method may include calibrating the sensor error in the magnetic sensor based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field is signal separated.
本発明の第3の態様においては、磁場計測プログラムを提供する。磁場計測プログラムは、コンピュータにより実行されてよい。磁場計測プログラムは、コンピュータを、各々が磁気抵抗素子と磁気収束板とを含む磁気センサを有する複数の磁気センサセルを、計測対象物の少なくとも一部を覆う面を形成するように配列して構成される磁気センサアレイによって計測された計測データを取得する計測データ取得部として機能させてよい。磁場計測プログラムは、コンピュータを、各磁気センサの位置および磁気感度に基づき、計測データによって示される磁場の空間分布を信号分離する信号空間分離部として機能させてよい。磁場計測プログラムは、コンピュータを、断面視において複数の磁気センサセルを全て含む最小の凸多角形により構成される閉空間のうち複数の磁気センサセルが配列されていない測定空間の外側において、測定空間から複数の磁気センサセルを介することなく引くことが可能な直線上の位置で、キャリブレーション磁場を発生させるキャリブレーション磁場発生部として機能させてよい。磁場計測プログラムは、コンピュータを、キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、磁気センサにおけるセンサ誤差を較正する較正部として機能させてよい。 In the third aspect of the present invention, a magnetic field measurement program is provided. The magnetic field measurement program may be executed by a computer. The magnetic field measurement program is configured by arranging a computer by arranging a plurality of magnetic sensor cells each having a magnetic sensor including a magnetoresistive element and a magnetic focusing plate so as to form a surface covering at least a part of a measurement object. It may function as a measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by a magnetic sensor array. The magnetic field measurement program may allow the computer to function as a signal space separator that signals the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data based on the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor. The magnetic field measurement program allows the computer to be mounted on a computer from the measurement space outside the measurement space in which a plurality of magnetic sensor cells are not arranged in a closed space composed of the smallest convex polygons including all the multiple magnetic sensor cells in a cross-sectional view. It may function as a calibration magnetic field generator that generates a calibration magnetic field at a position on a straight line that can be pulled without going through the magnetic sensor cell of the above. The magnetic field measurement program may allow the computer to function as a calibrator that calibrates the sensor error in the magnetic sensor based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field is signal separated.
本発明の第4の態様においては、磁場計測装置を提供する。磁場計測装置は、各々が磁気抵抗素子と磁気収束板とを含む磁気センサを有する複数の磁気センサセルを、計測対象物の少なくとも一部を覆う面を形成するように配列して構成される磁気センサアレイを備えてよい。磁場計測装置は、磁気センサアレイにおける前記複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一部である磁気センサセル群によって計測された計測データを取得する計測データ取得部を備えてよい。磁場計測装置は、磁気センサセル群の各磁気センサの位置および磁気感度に基づき、計測データによって示される磁場の空間分布を信号分離する信号空間分離部を備えてよい。磁場計測装置は、異なる複数の位置でキャリブレーション磁場を発生させるキャリブレーション磁場発生部を備えてよい。磁場計測装置は、第1の位置で発生させたキャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、複数の磁気センサセルのうちの第1の磁気センサセル群の磁気センサにおけるセンサ誤差を較正し、第2の位置で発生させたキャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、複数の磁気センサセルのうちの第2の磁気センサセル群の磁気センサにおけるセンサ誤差を較正する較正部を備えてよい。 In the fourth aspect of the present invention, a magnetic field measuring device is provided. The magnetic field measuring device is a magnetic sensor configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells each having a magnetic sensor including a magnetoresistive element and a magnetic focusing plate so as to form a surface covering at least a part of a measurement object. It may have an array. The magnetic field measuring device may include a measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by a group of magnetic sensor cells that is at least a part of the plurality of magnetic sensor cells in the magnetic sensor array. The magnetic field measuring device may include a signal space separating unit that signals and separates the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data based on the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor in the magnetic sensor cell group. The magnetic field measuring device may include a calibration magnetic field generating unit that generates a calibration magnetic field at a plurality of different positions. The magnetic field measuring device is based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field generated at the first position is signal-separated, and the sensor error in the magnetic sensor of the first magnetic sensor cell group among the plurality of magnetic sensor cells. Based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field generated at the second position is signal-separated, the sensor error in the magnetic sensor of the second magnetic sensor cell group among the plurality of magnetic sensor cells is calculated. It may be provided with a calibration unit for calibration.
本発明の第5の態様においては、磁場計測方法を提供する。磁場計測方法は、各々が磁気抵抗素子と磁気収束板とを含む磁気センサを有する複数の磁気センサセルを、計測対象物の少なくとも一部を覆う面を形成するように配列して構成される磁気センサアレイにおける前記複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一部である磁気センサセル群によって計測された計測データを取得することを備えてよい。磁場計測方法は、磁気センサセル群の各磁気センサの位置および磁気感度に基づき、計測データによって示される磁場の空間分布を信号分離することを備えてよい。磁場計測方法は、異なる複数の位置でキャリブレーション磁場を発生させることを備えてよい。磁場計測方法は、第1の位置で発生させたキャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、複数の磁気センサセルのうちの第1の磁気センサセル群の磁気センサにおけるセンサ誤差を較正し、第2の位置で発生させたキャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、複数の磁気センサセルのうちの第2の磁気センサセル群の磁気センサにおけるセンサ誤差を較正することを備えてよい。 A fifth aspect of the present invention provides a magnetic field measurement method. The magnetic field measurement method is a magnetic sensor configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells each having a magnetic sensor including a magnetic resistance element and a magnetic focusing plate so as to form a surface covering at least a part of a measurement object. It may be provided to acquire the measurement data measured by the magnetic sensor cell group which is at least a part of the plurality of magnetic sensor cells in the array. The magnetic field measurement method may include signal separation of the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data based on the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor in the magnetic sensor cell group. The magnetic field measurement method may include generating a calibration magnetic field at a plurality of different positions. The magnetic field measurement method is based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field generated at the first position is signal-separated, and the sensor error in the magnetic sensor of the first magnetic sensor cell group among the plurality of magnetic sensor cells. Based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field generated at the second position is signal-separated, the sensor error in the magnetic sensor of the second magnetic sensor cell group among the plurality of magnetic sensor cells is calculated. May be prepared to calibrate.
本発明の第6の態様においては、磁場計測プログラムを提供する。磁場計測プログラムは、コンピュータにより実行されてよい。磁場計測プログラムは、コンピュータを、各々が磁気抵抗素子と磁気収束板とを含む磁気センサを有する複数の磁気センサセルを、計測対象物の少なくとも一部を覆う面を形成するように配列して構成される磁気センサアレイにおける前記複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一部である磁気センサセル群によって計測された計測データを取得する計測データ取得部として機能させてよい。磁場計測プログラムは、コンピュータを、磁気センサセル群の各磁気センサの位置および磁気感度に基づき、計測データによって示される磁場の空間分布を信号分離する信号空間分離部として機能させてよい。磁場計測プログラムは、コンピュータを、異なる複数の位置でキャリブレーション磁場を発生させるキャリブレーション磁場発生部として機能させてよい。磁場計測プログラムは、コンピュータを、第1の位置で発生させたキャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、複数の磁気センサセルのうちの第1の磁気センサセル群の磁気センサにおけるセンサ誤差を較正し、第2の位置で発生させたキャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、複数の磁気センサセルのうちの第2の磁気センサセル群の磁気センサにおけるセンサ誤差を較正する較正部として機能させてよい。 In the sixth aspect of the present invention, a magnetic field measurement program is provided. The magnetic field measurement program may be executed by a computer. The magnetic field measurement program is composed of a computer in which a plurality of magnetic sensor cells each having a magnetic sensor including a magnetoresistive element and a magnetic focusing plate are arranged so as to form a surface covering at least a part of a measurement object. It may function as a measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by a group of magnetic sensor cells that is at least a part of the plurality of magnetic sensor cells in the magnetic sensor array. The magnetic field measurement program may allow the computer to function as a signal space separator that signals the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data based on the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor in the magnetic sensor cell group. The magnetic field measurement program may allow the computer to function as a calibration magnetic field generator that generates a calibration magnetic field at a plurality of different positions. The magnetic field measurement program is a magnetic sensor of the first magnetic sensor cell group among a plurality of magnetic sensor cells based on the separation error when the computer signals the spatial distribution of the calibration magnetic field generated at the first position. In the magnetic sensor of the second magnetic sensor cell group among the plurality of magnetic sensor cells, based on the separation error in the case where the sensor error in the above is calibrated and the spatial distribution of the calibration magnetic field generated at the second position is signal-separated. It may function as a calibration unit for calibrating the sensor error.
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。 The outline of the above invention does not list all the necessary features of the present invention. Sub-combinations of these feature groups can also be inventions.
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。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the inventions that fall within the scope of the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.
図1は、本実施形態に係る磁場計測装置10の構成を示す。磁場計測装置10は、磁気センサを用いて対象とする磁場を計測するにあたって、キャリブレーション磁場を発生させ、当該キャリブレーション磁場を計測した結果に基づいて磁気センサにおける誤差を較正(キャリブレーション)する。本実施形態においては、磁場計測装置10が、人間の心臓の電気活動により生成される磁場である心磁を計測する心磁計測装置である場合を一例として説明する。しかしながら、これに限定されるものではない。磁場計測装置10は、人間以外の生体の心磁を計測するために用いられてもよいし、脳磁場等の心磁以外の生体磁場を計測するために用いられてもよい。また、磁場計測装置10は、鉄鋼材料や溶接部の表面および表面化の傷等を検出するための磁気探傷検査のために用いられてもよい。
FIG. 1 shows the configuration of the magnetic
磁場計測装置10は、本体部100と、情報処理部150とを備える。本体部100は、被験者の心磁をセンシングするためのコンポーネントであり、磁気センサユニット110と、ヘッド120と、駆動部125と、ベース部130と、ポール部140と、支持部142と、キャリブレーション磁場発生部144とを有する。
The magnetic
磁気センサユニット110は、心磁計測時に被験者の胸部における心臓に向かう位置に配置され、被験者の心磁をセンシングする。ヘッド120は、磁気センサユニット110を支持し、心磁を計測する場合に磁気センサユニット110を被験者に対向させる。また、ヘッド120は、Z軸方向に伸縮可能であってよく、キャリブレーションを行う場合に伸長して磁気センサユニット110をキャリブレーション磁場発生部144に対向させる。駆動部125は、磁気センサユニット110およびヘッド120の間に設けられ、キャリブレーションを行う場合にヘッド120に対する磁気センサユニット110の向きを変更する。本実施形態に係る駆動部125は、図中のZ軸を中心に磁気センサユニット110を360度回転させることができる第1アクチュエータと、Z軸と垂直な軸(図中の状態においてはX軸)を中心に磁気センサユニット110を回転させる第2アクチュエータとを含み、これらを用いて磁気センサユニット110の方位角および天頂角を変更する。図中の駆動部125として示したように、駆動部125は図中のY軸方向から見るとY字形状を有し、第2アクチュエータは、磁気センサユニット110を図中X軸中心に360度回転させることができる。
The
ベース部130は、他の部品を支える基台であり、本実施形態においては心磁計測時に被験者が乗る台となっている。ポール部140は、ヘッド120を被験者の胸部の高さに支持する。ポール部140は、磁気センサユニット110の高さを被験者の胸部の高さに調整するべく上下方向に伸縮可能であってよい。
The
支持部142は、キャリブレーション磁場発生部144を、キャリブレーション時における磁気センサユニット110と同じ高さとなるように支持する。なお、上述の説明では、キャリブレーションを行う場合にヘッド120を伸長させて磁気センサユニット110をキャリブレーション磁場発生部144に対向させる場合について一例として示した。しかしながら、これに限定されるものではない。支持部142は、キャリブレーション磁場発生部144を、磁気センサユニット110に対向させるキャリブレーション位置と、キャリブレーション位置から退避させた退避位置との間で移動可能となるように、Z軸方向に移動可能であってもよい。
The
キャリブレーション磁場発生部144は、キャリブレーション時にキャリブレーション磁場を発生させる。このようなキャリブレーション磁場は、交流磁場であってよい。一例として、キャリブレーション磁場は、周波数f0の正弦波であってもよいし、複数の周波数(例えば、周波数f0、周波数f1(>周波数f0)、および、周波数f2(>周波数f1)等)の正弦波の和であってもよい。磁場計測装置10が計測対象とする磁場の一つである心磁は、DC成分がない。したがって、磁場計測装置10は、交流磁場であるキャリブレーション磁場を用いて磁気センサのキャリブレーションを行うのみで、磁気センサのDCオフセットおよび非常に低周波数(例えば、0.1Hz以下)のオフセットドリフトに対する磁気センサのキャリブレーションを実施する必要がない。
The calibration
ここで、一般に、環境磁場は、周波数の高いところほど小さい。例えば、環境磁場は、50Hzよりも高い帯域においては、数十pTオーダーであり、これは、本実施形態に係る磁場計測装置10が計測対象とする磁場の一つである心磁のピークと同レベルである。したがって、キャリブレーション磁場発生部144は、キャリブレーション磁場として、50Hzよりも高い周波数(周波数f0>50Hz)の交流磁場を発生させるとよい。すなわち、心磁の信号周波数は、ほとんどが20Hzより低いので、キャリブレーション磁場としての交流磁場の周波数は、計測対象とする磁場の周波数帯域よりも高くてよい。
Here, in general, the environmental magnetic field is smaller at higher frequencies. For example, the environmental magnetic field is on the order of several tens of pT in a band higher than 50 Hz, which is the same as the peak of magnetocardiography, which is one of the magnetic fields to be measured by the magnetic
また、一般に、商用電源の周波数としては、例えば、50Hzや60Hzが用いられている。よって、これら商用電源の周波数の逓倍に電源ノイズが存在する。したがって、キャリブレーション磁場発生部144は、交流磁場の周波数として、計測対象とする磁場の周波数よりも高い周波数であって、商用電源の周波数の逓倍を避けた周波数を用いるとよい。一例として、キャリブレーション磁場発生部144は、50Hzよりも高い周波数であって、50Hzや60Hzの整数倍を避けた周波数を用いるとよい。これにより、環境磁場を数十pTオーダーに抑えることができるので、キャリブレーション磁場発生部144は、環境ノイズが無視できる程度、例えば、数十nT程度の弱いキャリブレーション磁場を発生するだけで十分である。すなわち、交流磁場の周波数としてこのような周波数を用いることによって、磁場計測装置10は、キャリブレーション磁場として強い磁場を発生させる必要がない。
Further, in general, as the frequency of the commercial power supply, for example, 50 Hz or 60 Hz is used. Therefore, power supply noise exists in the multiplication of the frequencies of these commercial power supplies. Therefore, the calibration
キャリブレーション磁場発生部144は、各々がキャリブレーション磁場を発生させる複数のキャリブレーションコイルを有してよい。そして、キャリブレーション磁場発生部144は、後述するキャリブレーション用のクロック信号の周波数に応じた交流電流を受け取り、複数のキャリブレーションコイルのそれぞれに当該クロック信号の周波数に応じた交流電流を加えて、複数のキャリブレーションコイルのそれぞれからクロック信号の周波数に応じた交流磁場を発生させてよい。例えば、キャリブレーション磁場発生部144は、各々が異なる軸方向にキャリブレーション磁場を発生させる少なくとも3つ以上のキャリブレーションコイルを有してよい。そして、これら異なる軸方向は、互いに直交した軸方向であってよい。一例として、キャリブレーション磁場発生部144は、各々が直交する3軸方向(例えば、X軸方向、Y軸方向、および、Z軸方向)にキャリブレーション磁場を発生させる3軸のキャリブレーションコイルを複数有していてよい。これにより、磁場計測装置10は、それぞれが一次独立した3軸の磁場を異なる位置から発生させた複数のキャリブレーション磁場を用いて磁気センサをキャリブレーションするので、キャリブレーションの精度をより向上させることができる。
The calibration
また、このような交流磁場を用いてキャリブレーションを行う場合、渦電流の発生を抑える必要がある。そのため、キャリブレーション磁場を発生させるキャリブレーションコイルの筐体は、電気伝導度の低い樹脂材料等により形成されるとよい。 Further, when calibration is performed using such an alternating magnetic field, it is necessary to suppress the generation of eddy current. Therefore, the housing of the calibration coil that generates the calibration magnetic field is preferably formed of a resin material having low electrical conductivity or the like.
情報処理部150は、本体部100により計測したデータを処理して表示・印刷等により出力するためのコンポーネントである。情報処理部150は、PC(パーソナルコンピュータ)、タブレット型コンピュータ、スマートフォン、ワークステーション、サーバコンピュータ、または汎用コンピュータ等のコンピュータであってよく、複数のコンピュータが接続されたコンピュータシステムであってもよい。これに代えて、情報処理部150は、磁場計測の情報処理用に設計された専用コンピュータであってもよく、専用回路によって実現された専用ハードウェアであってもよい。
The
図2は、本実施形態に係る磁気センサユニット110の構成を示す。磁気センサユニット110は、磁気センサアレイ210およびセンサデータ収集部230を有する。磁気センサアレイ210は、複数の磁気センサセル220を有し、3軸方向の入力磁場を検出可能である。本図は、磁気センサアレイ210において、X方向、Y方向およびZ方向のそれぞれに複数の磁気センサセル220(例えば、X方向に8個、Y方向に8個、およびZ方向に2個の計128個の磁気センサセル220)が配置されている場合を示している。
FIG. 2 shows the configuration of the
センサデータ収集部230は、磁気センサアレイ210に含まれる複数の磁気センサセル220に電気的に接続され(図示せず。)、複数の磁気センサセル220からのセンサデータ(検出信号)を収集して情報処理部150へと供給する。
The sensor
図3は、本実施形態に係る磁気センサアレイ210における磁気センサセル220の構成を示す。複数の磁気センサセル220のそれぞれは、各々が磁気抵抗素子を有する少なくとも1つのセンサ部300を有する。本図においては、複数の磁気センサセル220のそれぞれが、3つのセンサ部300x〜z(「センサ部300」と総称する。)を有し、入力磁場を3軸方向で検出可能である場合を一例として示す。しかしながら、複数の磁気センサセル220のいずれもが、3つのセンサ部300x〜zを有することには限定されず、磁気センサアレイ210の少なくとも一部で、3軸方向の入力磁場を検出可能であればよい。この際、後述するように、磁気センサアレイ210によって各球面調和関数を空間サンプリングする場合、磁場における角運動量に関連した空間周波数への依存性を検出する必要がある。そのため、磁気センサアレイ210における各センサ部300の配置位置は、少なくとも、方位角方向および天頂角方向において、可能な限り偏りなく配置されているとよい。同様の理由により、磁気センサアレイ210における各センサの感磁軸についても、少なくとも、方位角方向および天頂角方向において可能な限り偏りなく配置されているとよい。センサ部300xはX軸方向に沿って配置されX軸方向の磁場を検出可能である。また、センサ部300yはY軸方向に沿って配置されY軸方向の磁場を検出可能である。また、センサ部300zはZ軸方向に沿って配置されZ軸方向の磁場を検出可能である。本図において一点鎖線で示される拡大図によって示されるように、本実施形態において、各センサ部300は、それぞれ、磁気抵抗素子の両端に磁気収束板が配置されている。したがって、各センサ部300は、磁気収束板に挟まれた狭い位置に配置された磁気抵抗素子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、各軸方向において、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。各センサ部300の構成の詳細については後述する。
FIG. 3 shows the configuration of the
複数の磁気センサセル220は、X軸方向に沿ってΔx、Y軸方向に沿ってΔy、Z軸方向に沿ってΔzの間隔でそれぞれ等間隔に配列されている。磁気センサアレイ210における各磁気センサセル220の位置は、X方向の位置i、Y方向の位置j、およびZ方向の位置kの組[i,j,k]により表される。ここで、iは1≦i≦Nxを満たす整数であり(NxはX方向に配列された磁気センサセル220の個数を示す)、jは1≦j≦Nyを満たす整数であり(NyはY方向に配列された磁気センサセル220の個数を示す)、kは1≦k≦Nzを満たす整数である(NzはZ方向に配列された磁気センサセル220の個数を示す)。なお、上述の説明では、複数の磁気センサセル220が、各軸方向に沿って等間隔に配列されている場合を一例として示した。しかしながら、これに限定されるものではない。複数の磁気センサセル220は、例えば、X軸方向、Y軸方向、および、Z軸方向の少なくともいずれか一つの軸方向において、それぞれ異なる間隔に配列されていてもよい。
The plurality of
本図において、センサ部300x、300y、および300zにより検出する磁場の3軸方向と、磁気センサセル220を配列する三次元の方向とが同一方向である。これにより、測定磁場の分布の各成分の把握が容易となる。しかしながら、検出する磁場の3軸方向と磁気センサセル220を配列する三次元の方向とは異なっていてもよい。例えば、検出する磁場の3軸方向としてX軸、Y軸、およびZ軸に代えて、極座標系のr軸、θ軸、およびφ軸を用いてもよい。また、磁気センサセル220を配列する三次元の方向として、X軸、Y軸およびZ軸に代えて、極座標系のr軸、θ軸、およびφ軸を用いてもよい。検出する磁場の3軸方向と磁気センサセル220を配列する三次元の方向とが異なる場合、磁気センサセル220内におけるセンサ部300の配置や、磁気センサセル220の配列方向に制約を受けることがなく、磁気センサアレイ210の設計の自由度を増すことができる。この場合、磁気センサセル220を小さく構成することができ、このため、このような複数の磁気センサセル220を有する磁気センサアレイ210を小型化することが可能となる。
In this figure, the three-axis directions of the magnetic fields detected by the
図4は、本実施形態に係る磁気抵抗素子を有する磁気センサの入出力特性の一例を示す。本図は、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)素子またはトンネル磁気抵抗(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。 FIG. 4 shows an example of the input / output characteristics of the magnetic sensor having the magnetoresistive element according to the present embodiment. In this figure, the horizontal axis shows the magnitude B of the input magnetic field input to the magnetic sensor, and the vertical axis shows the magnitude V_xMR0 of the detection signal of the magnetic sensor. The magnetic sensor has, for example, a giant magneto-resistance (GMR) element or a tunnel magneto-resistance (TMR) element, and detects the magnitude of a predetermined uniaxial magnetic field. ..
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。 Such a magnetic sensor has a high magnetic sensitivity, which is the slope of the detection signal V_xMR0 with respect to the input magnetic field B, and can detect a minute magnetic field of about 10 pT. On the other hand, in the magnetic sensor, for example, when the absolute value of the input magnetic field B is about 1 μT, the detection signal V_xMR0 is saturated, and the range in which the linearity of the input / output characteristics is good is narrow. Therefore, by adding a closed loop that generates a feedback magnetic field to such a magnetic sensor, the linearity of the magnetic sensor can be improved. Such a magnetic sensor will be described below.
図5は、本実施形態に係るセンサ部300の構成例を示す。センサ部300は、複数の磁気センサセル220のそれぞれの内部に設けられ、磁気センサ520と、磁場生成部530と、出力部540と、を含む。なお、センサ部300の一部、例えば増幅回路532等は、磁気センサセル220側ではなくセンサデータ収集部230側に設けられてもよい。
FIG. 5 shows a configuration example of the
磁気センサ520は、図4で説明した磁気センサと同様に、GMR素子またはTMR素子等の磁気抵抗素子を有する。また、磁気センサ520のそれぞれは、磁気抵抗素子と磁気抵抗素子の両端に配置された二つの磁気収束板とを含み、磁気抵抗素子は、二つの磁気収束板に挟まれた位置に配置される。磁気センサ520が有する磁気抵抗素子は、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520が有する磁気抵抗素子の抵抗値の変化を観測することにより、当該磁気センサ520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520の磁気感度をSとすると、磁気センサ520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520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。磁気センサ520の構成の詳細については後述する。
The
磁場生成部530は、出力部540が出力する出力信号に応じた大きさで、磁気センサ520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させ、磁気センサ520に与える。磁場生成部530は、例えば、磁気センサ520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。磁場生成部530は、増幅回路532と、フィードバックコイル534とを含む。
The magnetic
増幅回路532は、磁気センサ520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。磁気センサ520が有する磁気抵抗素子が、少なくとも1つの磁気抵抗素子を含むブリッジ回路により構成される場合、増幅回路532の入力端子対には、ブリッジ回路の出力がそれぞれ接続される。そして、増幅回路532は、ブリッジ回路の出力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532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520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532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。
The
フィードバックコイル534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。フィードバックコイル534は、磁気センサ520が有する磁気抵抗素子および磁気抵抗素子の両端に配置された二つの磁気収束板を取り囲むように、磁気センサ520が検出対象とする磁場の軸方向に沿って巻かれている。フィードバックコイル534は、磁気センサ520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、フィードバックコイル534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520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について解くと、センサ部300の定常状態におけるフィードバック電流I_FBの値を算出することができる。磁気センサ520の磁気感度Sおよび増幅回路532の電圧・電流変換係数Gが十分に大きいとすると、(数1)式から次式が算出される。
出力部540は、磁場生成部530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540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300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520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300は、例えば、磁気センサ520として図4に示した非線形性であり、動作磁場範囲が狭い特性を有する磁気抵抗素子を用い、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300の入出力特性を次に説明する。
As described above, since the
図6は、本実施形態に係るセンサ部300の入出力特性の一例を示す。本図は、横軸がセンサ部300に入力する入力磁場の大きさBを示し、縦軸がセンサ部300の検出信号の大きさV_xMRを示す。センサ部300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300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の良好な線形性を保つことができる。
FIG. 6 shows an example of the input / output characteristics of the
即ち、本実施形態に係るセンサ部300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300を用いることにより、心磁信号のように微弱な磁気的信号を簡便に検出することができる。
That is, in the
図7は、本実施形態に係る磁気センサ520の構成例を示す。本図において、磁気センサ520は、磁気抵抗素子710と、磁気抵抗素子710の両端に配置された磁気収束板720および730とを有する。磁気収束板720および730は、磁気抵抗素子710を間に挟むように、磁気抵抗素子710の両端に配置されている。本図において、磁気収束板720は、感磁軸に沿って磁気抵抗素子710の負側に設けられ、磁気収束板730は、感磁軸に沿って磁気抵抗素子710の正側に設けられている。なお、ここで、感磁軸は、磁気抵抗素子710を形成する磁化固定層において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、磁気抵抗素子710の抵抗は増加または減少してよい。磁気収束板720および730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520が本図に示すように構成される場合、フィードバックコイル534は、磁気抵抗素子710と、磁気抵抗素子710の両端に配置された磁気収束板720および730との断面を取り囲むように、磁気センサ520が検出対象とする磁場の軸方向に沿って巻かれている。また、磁気センサ520は、1つの磁気センサ520内に複数の磁気抵抗素子710を有する場合、磁気抵抗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フィードバックコイル534が巻かれてもよい。
FIG. 7 shows a configuration example of the
このような磁気センサ520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720および730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720および730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720および730の間に挟まれた磁気抵抗素子710の位置を通過することとなる。このため、磁気抵抗素子710の位置における磁束密度は、磁気収束板720および730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、本図のように、磁気収束板720および730に挟まれた狭い位置に配置された磁気抵抗素子710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。
In such a
図8は、本実施形態に係る磁気センサ520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8においては、図7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。本実施形態に係る磁気センサ520において、フィードバックコイル534にフィードバック電流が供給されると、フィードバックコイル534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、磁気抵抗素子710に入力され磁気収束板720および730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520は、本図に示すように磁気抵抗素子710の両端に磁気収束板720および730が配置されている場合には、磁気抵抗素子710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。
FIG. 8 shows the magnetic flux distribution when a feedback magnetic field is generated in the
図9は、本実施形態に係る磁気センサアレイ210における複数の磁気センサセル220の配置例を示す。図2および図3においては、説明の便宜上、磁気センサアレイ210が平面状であるように示した。しかしながら、実際には、磁気センサアレイ210は、本図に示すように、少なくとも一方向に湾曲させた曲面形状を有してよい。そして、複数の磁気センサセル220を当該曲面形状に含まれる格子点に配置されるように三次元に配列して構成されてよい。一例として、磁気センサアレイ210は、複数の磁気センサセル220を断面視円弧状に三次元に配列して構成されてよい。
FIG. 9 shows an arrangement example of a plurality of
すなわち、複数の磁気センサセル220は、被計測体の重心を中心として、被計測体の胸部に沿うように断面視円弧状に配列されてよい。この際、各磁気センサセル220は、三次元格子空間における曲面形状に含まれる格子点にそれぞれ配置されている。なお、ここで、格子点とは、X方向、Y方向およびZ方向にそれぞれ予め定められた間隔で等間隔に設けられた格子状の点である。一例として、各磁気センサセル220は、X方向、Y方向およびZ方向のいずれか一の方向から見たときに、一の方向に直交する方向に凸を有する曲面に沿うように配置されている。本図においては、各磁気センサセル220が、Y方向から見たときに、Z軸のプラス方向に凸を有する曲面に沿うように配置されている例を示す。そして、磁気センサアレイ210は、例えば、各磁気センサセル220の各頂点が、Z軸のプラス方向に凸を有する予め定められた曲面を超えない範囲で、できる限りZ軸のマイナス方向に配置されるように、各磁気センサセル220を三次元格子空間における格子点にそれぞれ配置することで、Z軸のプラス方向に凸を有する曲面形状を形成してよい。
That is, the plurality of
より詳細には、本図断面視において、内側(Z軸マイナス側)の複数の磁気センサセル220、すなわち、磁気センサセル220[1,j,1]〜220[8,j,1]が、符号910で示される磁気センサアレイ210の内接円の外部に配置されるように、符号915の一点鎖線で示される円弧の外部に配列される。また、外側(Z軸プラス側)の複数の磁気センサセル220、すなわち、磁気センサセル220[1,j,2]〜220[8,j,2]が、符号920で示される磁気センサアレイ210の外接円の内部に配置されるように、符号925の二点鎖線で示される円弧の内部に配列される。これら内接円、外接円の中心は共通であり、後述の信号分離計算における座標原点と一致する。
More specifically, in the cross-sectional view of this figure, a plurality of inner (Z-axis minus side)
これにより、磁気センサアレイ210は、心臓に対向する一方向だけでなく多方向にセンサ部を配置させることができ、心磁を多方向からセンシングすることができる。また、本実施形態に係る磁気センサアレイ210は、一例として磁気センサセル220を直方体状に形成しているため、磁気センサアレイ210の形状を容易に変更することができる。すなわち、本実施形態に係る磁気センサアレイ210は、磁気センサセル220を格子点に配置して構成可能な様々な形状を採ることができ、設計の自由度が高い。したがって、磁気センサアレイ210は、本図に示すように、複数の磁気センサセル220を三次元の空間において曲面形状に含まれる格子点に配置することで、三次元の空間において曲面形状を容易に形成することができる。そして、磁場計測装置10は、被計測体の胸部が曲面の中心側に位置するように、すなわち、計測対象磁場源である心臓が曲面の中心側に位置するように磁気センサアレイ210を配置して磁場を計測する。これにより、磁場計測装置10は、計測対象磁場源である心臓に近い位置で計測した計測データを用いて信号空間分離する(後述する)ことで、高精度に計測対象磁場と外乱磁場とを分離することができる。なお、この際、磁気センサアレイ210は、曲面の曲率が被計測体の胸部周りの曲率と略同等であると、計測対象磁場源である心臓により近い位置で磁場を計測できるため、好ましい。
As a result, the
図10は、キャリブレーション時におけるキャリブレーション磁場発生部144の好ましい配置位置を示す。磁場計測装置10は、前述のとおり、キャリブレーションを行う場合に磁気センサユニット110をキャリブレーション磁場発生部144に対向させる。この際、キャリブレーション磁場発生部144は、磁気センサアレイ210からみて被計測体に対向する側に配置される。すなわち、キャリブレーション磁場発生部144は、磁気センサアレイ210の内側(Z軸マイナス側)の複数の磁気センサセル220[1,j,1]〜220[8,j,1]よりもZ軸マイナス側に配置される。
FIG. 10 shows a preferable arrangement position of the calibration magnetic
ここで、符号920で示される磁気センサアレイ210に外接する円の外側が外乱磁場源空間となる。また、符号920で示される磁気センサアレイ210に外接する円の内側であって、符号910で示される磁気センサアレイ210に内接する円の外側がセンサ空間となる。また、符号910で示される磁気センサアレイ210に内接する円の内側が信号源空間となる。
Here, the outside of the circle circumscribing the
磁場計測装置10は、キャリブレーションを行う場合に、キャリブレーション磁場発生部144を信号源空間に配置するとよい。特に、キャリブレーション磁場発生部144は、円弧915と円弧915の両端点を結ぶ弦917とによって囲まれる領域の内側に配置されてよい。このように、キャリブレーション磁場発生部144は、本図においてドットで示される領域に配置されてよい。また、この際、キャリブレーション磁場発生部144は、円弧915を形成する内側の複数の磁気センサセル220[1,j,1]〜220[8,j,1]に隣接して配置されてもよい。このような位置にキャリブレーション磁場発生部144を配置することによって、磁場計測装置10は、キャリブレーションを行う場合に、信号源空間から比較的強度の強いキャリブレーション磁場を磁気センサ520に与えることができるので、環境磁場中においても外乱磁場による影響を無視して磁気センサ520を較正することができる。
The magnetic
図11は、本実施形態に係るキャリブレーション磁場発生部144、磁気センサアレイ210、センサデータ収集部230、および、センサデータ処理部1100の構成を示す。
FIG. 11 shows the configurations of the calibration magnetic
キャリブレーション磁場発生部144は、キャリブレーションを行う場合に、磁気センサアレイ210からみて被計測体に対向する側、好ましくは、図10においてドットで示される位置に配置される。キャリブレーション磁場発生部144は、上述のとおり、各々がキャリブレーション磁場を発生させる複数のキャリブレーションコイルを有してよい。そして、キャリブレーション磁場発生部144は、キャリブレーション用のクロック信号の周波数に応じた交流電流を受け取り、複数のキャリブレーションコイルのそれぞれに当該クロック信号の周波数に応じた交流電流を加えて、複数のキャリブレーションコイルのそれぞれからクロック信号の周波数に応じた交流磁場を発生させる。
The calibration magnetic
磁気センサアレイ210は、各々が少なくとも1つのセンサ部300を有する複数の磁気センサセル220により構成され、磁気センサアレイ210全体として、3軸方向の入力磁場を検出可能である。本図においては、磁気センサアレイ210が、M個のセンサ部300[1]〜300[M]を有する場合を一例として示している。
The
センサデータ収集部230は、複数のAD変換器232およびクロック発生器234を有する。複数のAD変換器232は、複数のセンサ部300[1]〜300[M]のそれぞれに対応して設けられており、対応するセンサ部300が出力するアナログの検出信号(図6のV_xMR)をデジタルの計測データV[1]〜V[M]にそれぞれ変換する。
The sensor
クロック発生器234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複数のAD変換器232のそれぞれへ供給する。そして、複数のAD変換器232のそれぞれは、クロック発生器234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、異なる位置に設けられた複数のセンサ部300[1]〜300[M]の出力をそれぞれAD変換する複数のAD変換器232の全てが同期動作をする。これにより、複数のAD変換器232は、異なる空間に設けられた複数のセンサ部300[1]〜300[M]の検出結果を同時にサンプリングすることができる。
The
センサデータ処理部1100は、複数のセンサ部300[1]〜300[M]のそれぞれに対応して設けられた複数の計測データ取得部1120、複数の同期検波部1130、複数のデータ出力部1140、ならびに、基底ベクトル記憶部1150、信号空間分離部1160、キャリブレーション用クロック発生部1170、誤差算出部1180、および、較正部1190を有する。
The sensor
計測データ取得部1120は、対応するセンサ部300に接続された複数のAD変換器232のそれぞれに接続され、磁気センサアレイ210が有する複数のセンサ部300[1]〜300[M]によって計測された計測データV[1]〜V[M]をそれぞれ取得する。具体的に、計測データ取得部1120は、AD変換器232によってデジタルに変換されたデジタルの計測データVを所定のタイミングTでラッチして取得するフリップフロップ等を用いて構成されてよい。計測データ取得部1120は、取得した計測データVを同期検波部1130へ供給する。
The measurement
同期検波部1130は、計測対象磁場を計測する場合に、計測データ取得部1120から供給された計測データVをそのままデータ出力部1140へ供給する。一方、同期検波部1130は、キャリブレーションを行う場合に、交流磁場であるキャリブレーション磁場を、交流磁場の周波数の信号を用いて検波する。一例として、同期検波部1130は、キャリブレーション用のクロック信号に応じて、キャリブレーション磁場を同期検波する。そして、同期検波部1130は、計測データ取得部1120から供給された計測データVの中から、交流磁場であるキャリブレーション磁場に同期した周波数成分を取り出し、当該取り出した周波数成分に係る計測データVをデータ出力部1140へ供給する。ここで、このような同期検波は、ソフトウェア上で行われるものであってもよいし、ハードウェア上で行われるものであってもよい。また、上述の説明では、同期検波部1130が、同期検波を行ってキャリブレーション磁場に同期した周波数成分を取り出す場合について一例として示したが、FFTによる周波数分離(キャリブレーション磁場に同期した周波数成分を取り出すバンドパスフィルタ)等により、キャリブレーション磁場に同期した周波数成分を取り出してもよい。
When measuring the measurement target magnetic field, the
データ出力部1140は、複数の同期検波部1130のそれぞれから供給された計測データV[1]〜V[M]を、各センサ信号成分Φ[1]〜Φ[M]とした、センサアレイ信号Φを信号空間分離部1160に供給する。
The
基底ベクトル記憶部1150は、信号空間分離部1160がセンサアレイ信号Φを信号分離するために必要な基底ベクトルを記憶し、これを信号空間分離部1160へ供給する。なお、基底ベクトル記憶部1150は、記憶する基底ベクトルを、較正部1190によって変更された基底ベクトルに順次更新する。これについては、後述する。
The basis
信号空間分離部1160は、データ出力部1140からセンサアレイ信号Φの各成分として供給された計測データV[1]〜V[M]によって示される入力磁場の空間分布を、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を磁気センサアレイ210で検出した場合に複数の磁気センサ520のそれぞれが出力する信号を各信号成分として有するベクトル信号を基底ベクトルとして信号分離する。この際、信号空間分離部1160は、信号分離に必要な基底ベクトルを、基底ベクトル記憶部1150から取得する。そして、信号空間分離部1160は、基底ベクトル記憶部1150から取得した基底ベクトルを用いて、計測データV[1]〜V[M]によって示される磁場の空間分布を、計測対象磁場(信号源空間信号)と外乱磁場(外乱空間信号)とに信号分離し、外乱磁場を抑制して計測対象磁場を算出し、これを出力する。これについても、後述する。
The signal
キャリブレーション用クロック発生部1170は、キャリブレーションを行う場合に、交流のキャリブレーション磁場を発生させるためのクロック信号及び当該クロック信号の周波数に応じた交流電流を発生させる。そして、キャリブレーション用クロック発生部1170は、発生させたクロック信号を、複数の同期検波部1130へ供給するとともに、キャリブレーション磁場発生部144へ当該クロック信号の周波数に応じた交流電流を供給する。これに応じて、キャリブレーション磁場発生部144は、複数のキャリブレーションコイルのそれぞれに当該クロック信号の周波数に応じた交流電流を加えて、複数のキャリブレーションコイルのそれぞれからクロック信号の周波数に応じた交流磁場を発生させる。また、複数の同期検波部1130は、当該クロック信号に応じて、キャリブレーション磁場発生部144が発生させる交流のキャリブレーション磁場をそれぞれ検波する。なお、上述の説明では、キャリブレーション用クロック発生部1170がセンサデータ処理部1100の内部に設けられている場合を一例と示したが、キャリブレーション用クロック発生部1170は、例えば、キャリブレーション磁場発生部144の内部に構成されていてもよい。
When performing calibration, the calibration
誤差算出部1180は、キャリブレーションを行う場合に、キャリブレーション磁場の空間分布を信号空間分離部1160が信号分離した場合における分離誤差を算出する。そして、誤差算出部1180は、算出した分離誤差を較正部1190へ供給する。
The
較正部1190は、キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、磁気センサ520におけるセンサ誤差を較正する。この際、較正部1190は、信号空間分離部1160が用いる基底ベクトルを変更することによってセンサ誤差を較正する。そして、較正部1190は、変更した基底ベクトルに関する情報を基底ベクトル記憶部1150へ供給する。これに応じて、基底ベクトル記憶部1150は、記憶する基底ベクトルを更新する。これについて、数式を用いて詳細に説明する。
The
図12は、本実施形態に係る磁場計測装置10が磁場の空間分布を信号分離するフローを示す。ステップ1210において、基底ベクトル記憶部1150は、基底ベクトルを記憶する。一例として、基底ベクトル記憶部1150は、磁気センサアレイ210が各センサの誤差が無く理想的に作られたものと仮定してシミュレーションした結果により予め決められている信号ベクトルを、初期の基底ベクトルとして記憶してよい。また、基底ベクトル記憶部1150は、後述するように、較正部1190によってセンサ誤差が較正された場合、変更された更新後の基底ベクトルを記憶してよい。
FIG. 12 shows a flow in which the magnetic
次に、ステップ1220において、信号空間分離部1160は、磁気センサアレイ210によって計測されたセンサアレイ信号Φ、すなわち、計測データV[1]〜V[M]を、データ出力部1140から取得する。
Next, in step 1220, the signal
また、ステップ1230において、信号空間分離部1160は、ステップ1210において基底ベクトル記憶部1150が基底ベクトルとして記憶した信号ベクトルを、基底ベクトル記憶部1150から取得する。なお、本フローにおいて、ステップ1220とステップ1230とはどちらが先に行われてもよい。
Further, in
ステップ1240において、信号空間分離部1160は、ステップ1220において取得した計測データV[1]〜V[M]によって示される磁場の空間分布を、ステップ1230において取得した信号ベクトルを基底ベクトルとして利用して級数展開する。そして、信号空間分離部1160は、級数展開によって得られたベクトルから、磁場の空間分布を計測対象磁場と外乱磁場とに信号分離する。すなわち、信号空間分離部1160は、計測データV[1]〜V[M]によって示される入力磁場の空間分布を、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を磁気センサアレイ210で検出した場合に磁気センサ520のそれぞれが出力する信号を各信号成分として有するベクトル信号を基底ベクトルとして信号分離する。つまり、各磁気センサ520の位置および磁気感度に基づき、特に、正規直交関数と各磁気センサ520の位置および磁気感度から基底ベクトルを算出し、計測データによって示される磁場の空間分布を信号分離する。ここで、正規直交関数は球面調和関数であってよい。また、信号空間分離部1160は、信号分離するにあたって、基底ベクトルの係数を最小2乗法により計算する。
In step 1240, the signal
そして、ステップ1250において、信号空間分離部1160は、ステップ1240において信号分離した結果に基づいて、外乱磁場を抑制して計測対象磁場だけを算出して出力し、処理を終了する。以下、これについて詳細に説明する。
Then, in
磁気センサアレイ210を構成する各センサが配置される位置に関して、座標原点からの位置を表す位置ベクトルrの位置において、電流i(r)=0であるとき、静磁場B(r)は、ラプラス方程式Δ・V(r)=0を満たすポテンシャルV(r)を用いて、次式のように、ポテンシャルV(r)の空間勾配(gradient)として求められる。ここで、Δはラプラシアンであり、μは透磁率であり、∇はベクトル微分演算を表す演算子である。
そして、ラプラス方程式の解は、一般に、正規直交関数系である球面調和関数Yl,m(θ,φ)を使った級数展開の形での解を持つため、ポテンシャルV(r)は次式で表すことができる。ここで、|r|は位置ベクトルrの絶対値(座標原点からの距離)であり、θおよびφは球座標における2つの偏角であり、lは方位量子数であり、mは磁気量子数であり、αおよびβは多極モーメントであり、LinおよびLoutはそれぞれ被計測体から見て磁気センサアレイ210の手前の空間と奥の空間のそれぞれについての級数の数である。方位量子数lは正の整数をとり、磁気量子数mは−lから+lまでの整数をとる。すなわち、例えばlが1のとき、mは−1、0、および1であり、例えばlが2のとき、mは−2、−1、0、1、および2である。なお、磁場においては単磁極が存在しないことから、(数5)において方位量子数lは、0からではなく1から始まっている。(数5)における第1項は、座標原点からの距離に反比例する項であり、被計測体から見て磁気センサアレイ210の手前の空間に存在するポテンシャルを示している。また、(数5)における第2項は、座標原点からの距離に比例する項であり、被計測体から見て磁気センサアレイ210の奥の空間に存在するポテンシャルを示している。
したがって、(数4)および(数5)によれば、静磁場B(r)は、次式で表すことができる。ここで、(数6)における第1項は、被計測体から見て磁気センサアレイ210の手前の空間に存在する磁場源、すなわち、例えば、心臓の電気活動が作る心磁(計測対象磁場)を示している。また、(数6)における第2項は、被計測体から見て磁気センサアレイ210の奥の空間に存在する磁場源が作る外乱磁場を示している。
球面調和関数を使った級数展開の形でラプラス方程式の解を表した場合、その一般解は無限級数となるが、生体磁場を計測するのに十分なSNR(信号ノイズ比、すなわち、外乱磁場及びセンサノイズに対する測定対象磁場信号の比)が得られればよく、実際には10項程度の級数で表せば十分であると言われている。また、脳磁計における信号空間分離の級数については、Lin=8、Lout=3程度でよいと言われている。したがって、本実施形態においても、Lin=8、Lout=3の場合を一例として説明する。しかしながら、LinおよびLoutの値は、これに限定されるものではなく、外乱磁場を十分抑制し測定対象磁場だけを算出するのに十分な、いかなる数値であってもよい。 When the solution of the Laplace equation is expressed in the form of a series expansion using spherical harmonics, the general solution is an infinite series, but the SNR (signal-to-noise ratio, that is, the disturbance magnetic field and It suffices if the ratio of the magnetic field signal to be measured to the sensor noise) can be obtained, and it is said that it is actually sufficient to express it in a series of about 10 terms. Further, it is said that the series of signal space separation in the magnetoencephalograph may be about Lin = 8 and Lout = 3. Therefore, also in this embodiment, the case of Lin = 8 and Lout = 3 will be described as an example. However, the values of Lin and Lout are not limited to this, and may be any numerical value sufficient to sufficiently suppress the disturbance magnetic field and calculate only the magnetic field to be measured.
ここで、センサアレイ信号Φは、M次元のベクトルからなり、ベクトルの各信号成分は、各センサ部300の磁気センサ520が配置された位置ベクトルr[m]における磁場ベクトルB(r[m])と、各磁気センサ520の磁気感度ベクトルS[m]の内積となる。したがって、各磁気センサ520について、それぞれが設計されたとおりの磁気感度ベクトルSIdeal[m]=(SIdeal[m],x、 SIdeal[m],y、 SIdeal[m],z)を持ち、設計されたとおりの位置に配置された場合、理想的なセンサアレイ信号ΦIdealは、次式で表される。
すなわち、センサ誤差(各センサの他軸感度や主軸感度に起因する磁気感度誤差、および、磁気センサアレイ210の組立時における各センサの配置位置のずれによる位置誤差等)の無い理想的な各センサ信号成分ΦIdeal[m]は、次式で表される。
したがって、各磁気センサ520においてセンサ誤差の無い理想的な場合において、基底ベクトルaIdeal l,mおよびbIdeal l,mは、次式のように定義される。
ここで、各磁気センサ520においてセンサ誤差の無い理想的な場合において、AIdeal、BIdeal、Xin、およびXoutをそれぞれ次のように定義する。すなわち、AIdealを、l=1からl=Linまで、各lにおいてm=−lからlまでの整数をとった時の各ベクトルaIdealを順に列に並べた、計Lin・(Lin+2)列のベクトルと定義する。また、BIdealを、l=1からl=Loutまで、各lにおいてm=−lからlまでの整数をとった時の各ベクトルbIdealを順に列に並べた、計Lout・(Lout+2)列のベクトルと定義する。また、Xinを、l=1からl=Linまで、各lにおいてm=−lからlまでの整数をとった時の各多極モーメントαを順に列に並べたベクトルを転置した、計Lin・(Lin+2)行のベクトルと定義する。また、Xoutを、l=1からl=Loutまで、各lにおいてm=−lからlまでの整数をとった時の各多極モーメントβを順に並べたベクトルを転置した、計Lout・(Lout+2)行のベクトルと定義する。
そうすると、理想的な磁気センサアレイ210のセンサアレイ信号ΦIdealは、次式に示すように、理想的な基底ベクトル行列[A B]Idealと縦ベクトルXの内積の形で表すことができる。ここで、理想的な基底ベクトル行列[A B]Idealは、基底ベクトルを示し、例えば、ステップ1230において、信号空間分離部1160が基底ベクトル記憶部1150から取得したものである。また、縦ベクトルXは、基底ベクトルに係る係数を示す。
信号空間分離部1160は、ステップ1240において、この(数11)で得られたモデル式に基づいて、次式を用いて、ΦIdeal=[A B]Ideal・Xを最小2乗近似で満たす縦ベクトル^XIdeal(ここで、「^Xideal」は、(数12)における左辺を示し、XIdealのハット(推定値)を意味するものとする。)を決定する。
したがって、信号空間分離部1160は、最小2乗解のM次元ベクトルとして、理想的な磁気センサアレイ210のセンサアレイ信号のハット^ΦIdealを、次式により表すことができる。これにより、信号空間分離部1160は、ステップ1240において、磁場の空間分布を解くことができる。
そして、ステップ1250において、信号空間分離部1160は、ステップ1240において決定した縦ベクトルを用いて、^Xout・BIdealを減少させて外乱磁場成分、すなわち、(数6)における第2項の成分を抑制した結果を出力する。信号空間分離部1160は、^Xin・AIdealだけを結果として出力することで、外乱磁場成分を抑制して、計測対象磁場成分、すなわち、(数6)における第1項の成分だけを出力してもよい。
Then, in
これにより、本実施形態に係る磁場計測装置10によれば、複数の磁気センサセル220を有し、3軸方向の入力磁場を検出可能な磁気センサアレイ210を用いて計測された計測データV[1]〜V[M]によって示される磁場の空間分布を、計測対象磁場と外乱磁場とに信号分離することができる。また、磁場計測装置10は、外乱磁場成分を抑制して計測対象磁場成分だけを出力するので、計測対象磁場をより高精度に計測することができる。また、複数のセンサ部300がそれぞれ磁気収束板を有するので、センサ部300の磁気感度を高めるとともに、空間サンプリング点を明確化することができ、信号空間分離技術との親和性をより高めることができる。
As a result, according to the magnetic
図13は、磁気センサアレイ210が理想的に作られている場合において、理想的な基底ベクトル[A B]Idealを使用した信号空間分離演算を幾何学的に示す。符号1310は、理想的な磁気センサアレイ210のセンサアレイ信号ΦIdealを示す。符号1320は、理想的な基底ベクトルAIdealによって張られる線形部分空間Span{AIdeal}を示す。符号1330は、理想的な基底ベクトルBIdealによって張られる線形部分空間Span{BIdeal}を示す。符号1340は、線形部分空間Span{AIdeal}と線形部分空間Span{BIdeal}の線形和となる理想的な基底ベクトル[A B]Idealによって張られる線形部分空間を示す。符号1350は、最小2乗解のM次元ベクトルを示す。本図に示すように、磁気センサアレイ210が理想的に作られている、すなわち、センサ誤差無しに作られている場合、理想的な磁気センサアレイ210のセンサアレイ信号ΦIdealは、理想的な基底ベクトル[A B]Idealによって張られる線形部分空間の中に存在している。つまり、(数11)の方程式が高精度に成立しており、信号空間分離部1160は、磁気センサアレイ210が検出した磁場に対して、対象磁場成分と外乱磁場成分とに信号空間分離を正確に行うことができている。
FIG. 13 geometrically shows a signal space separation operation using the ideal basis vector [AB ] Ideal when the
しかしながら、実際の各センサ部300からのセンサ信号成分ΦUncalib[m]は、各磁気センサ520の磁気感度誤差を含んだ磁気感度ベクトルSUncalib[m]=(SUncalib[m],x、SUncalib[m],y、SUncalib[m],z)を用いて表される。つまり、磁気センサアレイ210は、各磁気センサ520について、磁気感度ベクトルSIdeal[m]=(SIdeal[m],x、 SIdeal[m],y、 SIdeal[m],z)を想定して作られているが、実際にはそこからずれた未知の磁気感度ベクトルSUncalib[m]=(SUncalib[m],x、SUncalib[m],y、SUncalib[m],z)を持ったものとして出来上がってしまう。
However, the actual sensor signal component Φ Uncalib [m] from each sensor unit 300 is a magnetic sensitivity vector S Uncalib [m] = (S Uncalib [m], x, S) including the magnetic sensitivity error of each
すなわち、磁気感度誤差を持った各センサ信号成分ΦUncalib[m]は、次式で表されることとなる。
こうして、磁気感度誤差を持って出来上がった磁気センサアレイ210によって計測されたセンサアレイ信号ΦUncalibに対して、想定していた理想的な基底ベクトル[A B]Idealを使用して、次式の方程式を立てるとする。
そうすると、(数15)で得られたモデル式に基づいて、縦ベクトル^XUncalibを次式により決定したとしても、不正確な方程式の解となってしまう。
この場合、最小2乗解のM次元ベクトルとして、磁気感度誤差を持った磁気センサアレイ210のセンサアレイ信号のハット^ΦUncalibは、次式により示されるものとなる。
図14は、磁気センサアレイ210がセンサ誤差を持って作られている場合において、理想的な基底ベクトル[A B]Idealを使用した信号空間分離演算を幾何学的に示す。図14においては、図13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。符号1410は、センサ誤差を持つ磁気センサアレイ210のセンサアレイ信号ΦUncalibを示す。符号1450は、最小2乗解のM次元ベクトルを示す。本図に示すように、磁気センサアレイ210がセンサ誤差を持つ場合、センサアレイ信号ΦUncalibは、理想的な基底ベクトル[A B]Idealによって張られる線形部分空間の中には存在しないものとなる。
FIG. 14 geometrically shows a signal space separation operation using the ideal basis vector [AB ] Ideal when the
このとき、符号1410で示されるセンサアレイ信号ΦUncalibと符号1450で示される最小2乗解のM次元ベクトル^ΦUncalibとの間には、分離誤差、すなわち、符号1460で示される誤差ベクトルε、および、符号1470で示される誤差角度γが生じる。ここで、誤差ベクトルε、および、誤差角度γは、次式で示される。
このように、実際の磁気センサアレイ210が持つセンサ誤差に起因して、信号空間分離演算における誤差ベクトルεが有限なベクトル(零ベクトルでない)として発生している。したがって、(数15)の方程式が高精度に成立しておらず、(数16)に示す方程式の解が不正確となる。すなわち、信号空間分離部1160は、磁気センサアレイ210が検出した磁場に対して、対象磁場成分と外乱磁場成分とに信号空間分離を正確に行うことができない。
As described above, the error vector ε in the signal space separation calculation is generated as a finite vector (not a zero vector) due to the sensor error of the actual
そこで、本実施形態に係る磁場計測装置10は、このような信号空間分離演算を行った場合における分離誤差を低減するように、磁気センサ520におけるセンサ誤差を較正(キャリブレーション)する。
Therefore, the magnetic
図15は、本実施形態に係る磁場計測装置10がキャリブレーション用のセンサアレイ信号Φ(n)を取得するフローを示す。ステップ1510において、磁場計測装置10は、キャリブレーション磁場発生部144を、磁気センサアレイ210からみて被計測体に対向する側、好ましくは、図10においてドットで示される位置に配置する。
FIG. 15 shows a flow in which the magnetic
ステップ1520において、磁場計測装置10は、nに1を代入する。ここで、nは、キャリブレーション磁場発生部144が有するキャリブレーションコイルを識別する番号であり、1からキャリブレーション磁場発生部144が有するキャリブレーションコイルの数Nまでの整数を示す。
In step 1520, the magnetic
ステップ1530において、磁場計測装置10は、キャリブレーションコイル(n)を駆動し、センサアレイ信号Φ(n)を取得する。一例として、キャリブレーション磁場発生部144は、キャリブレーション用クロック発生部1170から供給されたキャリブレーション用のクロック信号の周波数に応じた交流電流を受け取り、キャリブレーションコイル(n)に当該クロック信号の周波数に応じた交流電流を加えて、キャリブレーションコイル(n)からクロック信号の周波数に応じた交流磁場を発生させる。このとき、キャリブレーションコイル(n)が発生するキャリブレーション磁場は、磁気双極子から生成される磁場に近いものとなる。そして、キャリブレーションコイル(n)が発生するキャリブレーション磁場は、(数6)における第1項の成分に対応する。この際、キャリブレーションコイル(n)から比較的強度が強い交流磁場を発生させることにより、キャリブレーション時に(数6)における第2項の成分、すなわち、外乱磁場による影響を無視することができる。
In
そして、磁場計測装置10は、キャリブレーションコイル(n)からキャリブレーション磁場を発生させた場合における、センサアレイ信号Φ(n)を取得する。より詳細には、キャリブレーションコイル(n)からキャリブレーション磁場を発生させた場合において、計測データ取得部1120が、磁気センサアレイ210が有する複数のセンサ部300[1]〜300[M]によって計測された計測データV[1]〜V[M]をそれぞれ取得する。そして、同期検波部1130が、キャリブレーション用クロック発生部1170から供給されたキャリブレーション用のクロック信号を受け取り、当該クロック信号に応じて、キャリブレーション磁場を同期検波する。そして、同期検波部1130が、計測データV[1]〜V[M]の中から、交流磁場であるキャリブレーション磁場に同期した周波数成分を取り出し、当該取り出した周波数成分に係る計測データV[1]〜V[M]をそれぞれデータ出力部1140へ供給する。そして、データ出力部1140が、同期検波部1130から供給された計測データV[1]〜V[M]を、キャリブレーションコイル(n)からキャリブレーション磁場を発生させた場合における、複数のセンサ部300[1]〜300[M]からの各センサ信号成分Φ(n)[1]〜Φ(n)[M]とした、キャリブレーション用のセンサアレイ信号Φ(n)を信号空間分離部1160へ供給する。これにより、信号空間分離部1160は、キャリブレーションコイル(n)からキャリブレーション磁場を発生させた場合におけるキャリブレーション用のセンサアレイ信号Φ(n)を取得する。
Then, the magnetic
ステップ1540において、磁場計測装置10は、nがNに等しいか否か判定する。すなわち、磁場計測装置10は、キャリブレーション磁場発生部144が有する全てのキャリブレーションコイルを駆動したか否か判定する。nがNに等しいと判定された場合、すなわち、全てのキャリブレーションコイルを駆動したと判定された場合、磁場計測装置10は、キャリブレーション用のセンサアレイ信号Φ(n)を取得するフローを終了する。
In step 1540, the magnetic
一方、ステップ1540において、nがNに等しくないと判定された場合、すなわち、全てのキャリブレーションコイルを駆動していないと判定された場合、磁場計測装置10は、ステップ1550において、nをインクリメントしてn=n+1とし、処理をステップ1530に戻して、フローを継続する。
On the other hand, if it is determined in step 1540 that n is not equal to N, that is, if it is determined that all the calibration coils are not being driven, the magnetic
これにより、磁場計測装置10は、n=1からn=Nまで、N個のキャリブレーションコイルを駆動してキャリブレーション磁場を発生させた場合における、キャリブレーション用のセンサアレイ信号Φ(n)をそれぞれ取得する。
As a result, the magnetic
図16は、本実施形態に係る磁場計測装置10がキャリブレーションを行うフローを示す。ステップ1610において、磁場計測装置10は、iに1を代入する。ここで、iは、キャリブレーションの実行回数を意味し、1からキャリブレーションの実行回数の上限であるMAX_COUNTまでの整数を示す。
FIG. 16 shows a flow in which the magnetic
ステップ1620において、磁場計測装置10は、分離誤差を算出する。より詳細には、信号空間分離部1160は、1≦n≦Nについて、キャリブレーション用のセンサアレイ信号Φ(n)に対して信号空間分離をそれぞれ行う。この際、ステップ1610に続くステップ1620においては、信号空間分離部1160は、(数15)に示す方程式から(数16)に示す方程式の解を決定する。この際、信号空間分離部1160は、キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離するにあたって、キャリブレーション磁場発生部144が配置される位置を、演算における座標の原点とする。すなわち、信号空間分離部1160は、センサアレイ信号Φ(1)を信号分離するにあたって、キャリブレーションコイル(1)が配置される位置を、演算における座標の原点とする。同様に、信号空間分離部1160は、センサアレイ信号Φ(n)を信号分離するにあたって、キャリブレーションコイル(n)が配置される位置を、演算における座標の原点とする。このように、キャリブレーション磁場発生部144がN個のキャリブレーションコイルを有し、N個のキャリブレーションコイルのそれぞれからキャリブレーション磁場を発生させる場合において、信号空間分離部1160は、キャリブレーションコイル(n)からキャリブレーション磁場を発生させたときのセンサアレイ信号Φ(n)に対して信号空間分離演算および誤差εの算出を行うにあたって、キャリブレーションコイル(n)が配置される位置に、信号空間分離演算における座標原点を順次一致させながら計算を行う。これにより、磁場計測装置10は、磁気センサアレイ210が有するM個のセンサ部300における各磁気センサ520のキャリブレーションを大幅に簡略化し、キャリブレーションのパラメータの収束を早めることができる。そして、誤差算出部1180は、(数18)に基づいて、1≦n≦Nについて、分離誤差として、誤差ベクトルε(n)、および、誤差角度γ(n)の少なくともいずれか一方をそれぞれ算出する。
In
ステップ1630において、磁場計測装置10は、分離誤差が予め定められたしきい値を超えるか否か判定する。例えば、磁場計測装置10は、N個の分離誤差の2乗和が予め定められたしきい値を超えるか否か判定する。すなわち、磁場計測装置10は、1≦n≦Nについての誤差ベクトルε(n)の2乗和、および、誤差角度γ(n)の2乗和の少なくともいずれか一方が、予め定められたしきい値を超えるか否か判定する。分離誤差がしきい値を超えていないと判定された場合、磁場計測装置10は、キャリブレーションが完了したものとして処理を終了する。
In
一方、ステップ1630において、分離誤差が予め定められたしきい値を超えていると判定された場合、磁場計測装置10は、ステップ1640において、センサ誤差を較正する。例えば、較正部1190は、目的関数としての分離誤差、すなわち、誤差ベクトルε(n)、および、誤差角度γ(n)の少なくとも何れか一方をゼロにするように、1≦m≦Mについて、磁気感度ベクトルSCalib[m]を最適化する。この際、較正部1190は、例えば、Stochastic annealing等の計算機科学の手法を用いてよい。ここで、キャリブレーション後における基底ベクトルは、次式のように表される。このように、較正部1190は、磁気感度ベクトルSCalib[m]を最適化することによって、分離誤差を最小化するように基底ベクトルを変更する。
ステップ1650において、磁場計測装置10は、iがMAX_COUNTに等しいか否か判定する。すなわち、磁場計測装置10は、キャリブレーションの実行回数が上限回数であるか否か判定する。
In
iがMAX_COUNTに等しい場合、すなわち、キャリブレーションの実行回数が上限回数であった場合、磁場計測装置10は、ステップ1660においてキャリブレーションの実行をタイムアウトして処理を終了する。この際、磁場計測装置10は、例えば、キャリブレーションがタイムアウトした旨を報知してもよい。
When i is equal to MAX_COUNT, that is, when the number of calibration executions is the upper limit, the magnetic
一方、iがMAC_COUNTに等しくない場合、磁場計測装置10は、ステップ1670において、iをインクリメントしてi=i+1とし、処理をステップ1620に戻してフローを継続する。なお、ステップ1670に続くステップ1620においては、信号空間分離部1160は、(数16)に代えて、次式により方程式の解を決定すればよい。
また、信号空間分離部1160は、次式により、最小2乗解のM次元ベクトルとして、センサ誤差を持った磁気センサアレイ210のセンサアレイ信号のハット^ΦCalibを決定すればよい。
そして、信号空間分離部1160は、(数18)と同様の手法により、センサアレイ信号ΦCalibと最小2乗解のM次元ベクトル^ΦCalibとの間の分離誤差を算出すればよい。
Then, the signal
図17は、磁気センサアレイ210がセンサ誤差を持って作られている場合において、較正後の基底ベクトル[A B]Calibを使用した信号空間分離演算を幾何学的に示す。図17において、図14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。図16のフローにより、磁場計測装置10は、基底ベクトルを更新する。ここで、符号1720は、較正後の基底ベクトルACalibによって張られる線形部分空間Span{ACalib}を示す。符号1730は、較正後の基底ベクトルBCalibによって張られる線形部分空間Span{BCalib}を示す。符号1740は、線形部分空間Span{ACalib}と線形部分空間Span{BCalib}の線形和となる基底ベクトル[A B]Calibによって張られる線形部分空間を示す。符号1750は、最小2乗解のM次元ベクトルを示す。本図に示すように、センサ誤差を持つ磁気センサアレイ210のセンサアレイ信号ΦUncalibは、較正後の基底ベクトル[A B]Calibによって張られる線形部分空間の中に存在している。つまり、信号空間分離部1160は、分離誤差を最小化するように基底ベクトルを最適化することによって、磁気センサアレイ210が検出した磁場に対して、対象磁場成分と外乱磁場成分とに信号空間分離を正確に行うことができる。
FIG. 17 geometrically shows a signal space separation operation using the calibrated basis vector [AB ] Calib when the
なお、上述の説明においては、磁場計測装置10が、キャリブレーションパラメータとして、磁気感度ベクトルSCalib[m]を最適化することによって、分離誤差を最小化するように基底ベクトルを変更する場合について一例として示した。しかしながら、上述のとおり、センサ誤差としては、各センサの磁気感度誤差に加えて、磁気センサアレイ210の組立時における各センサの配置位置のずれによる位置誤差が生じ得る。したがって、磁場計測装置10は、キャリブレーションパラメータとして、磁気感度ベクトルSCalib[m]に代えて、または、加えて、M個のセンサ部300の磁気センサ520における位置情報、ここでは、信号空間分離の計算座標系における位置情報、すなわち、動径r、天頂角θ、および、方位角φをそれぞれ最適化することによって、分離誤差を最小化するように基底ベクトルを変更してもよい。すなわち、(数19)における、r、θ、および、φをキャリブレーションパラメータとして、基底ベクトルを変更してもよい。なお、磁場計測装置10は、このような位置誤差の較正についても、磁気感度誤差の較正と同様の手法により実現することができる。また、磁場計測装置10は、磁気感度誤差の較正と位置誤差の較正とを同時に最適化するよう演算を行ってもよい。
In the above description, an example is obtained in which the magnetic
また、上述の説明においては、磁場計測装置10が、キャリブレーションを実行した後に、計測対象磁場を計測する場合について一例として示した。しかしながら、計測対象磁場の計測に邪魔にならない位置に配置される場合であって、かつ、キャリブレーション磁場としての交流磁場の周波数が計測対象とする磁場の周波数帯域よりも高い場合には、磁場計測装置10は、キャリブレーションと計測対象磁場の計測とを同時に実行してもよい。この場合、磁場計測装置10は、キャリブレーション磁場信号と計測対象磁場信号をLPFやHPF等を用いて周波数分離するとよい。
Further, in the above description, the case where the magnetic
図18は、キャリブレーション時におけるキャリブレーション磁場発生部144の好ましい配置位置の他の例を示す。図18において、図10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。本図に示すように、磁気センサアレイ210は、複数の磁気センサセル220を曲面形状に含まれる格子点に配置されるように三次元に配列して構成するにあたって、複数の磁気センサセル220を断面視U字状に配列して構成されてもよい。
FIG. 18 shows another example of a preferable arrangement position of the calibration magnetic
より詳細には、一部の磁気センサセル220[1,j,3]〜220[8,j,3]および220[1,j,4]〜220[8,j,4]が、内接円910の外部、かつ、外接円920の内部に直線状に配置されてよい。そして、残りの磁気センサセル220[1,j,1]〜[1,j,2]および220[8,j,1]〜220[8,j,2]が、当該直線状の一端に位置する磁気センサセル220[1,j,3]および220[8,j,3]のそれぞれから、Z軸マイナス方向に延伸して配置されてよい。このような構成においても、内接円および外接円の中心は共通であり、信号分離計算における座標原点と一致する。そして、キャリブレーション磁場発生部144は、円弧915と円弧915の両端点を結ぶ弦917とによって囲まれる領域の内側に配置されてよい。すなわち、キャリブレーション磁場発生部144は、本図においてドットで示される領域に配置されてよい。
More specifically, some magnetic sensor cells 220 [1, j, 3] to 220 [8, j, 3] and 220 [1, j, 4] to 220 [8, j, 4] are inscribed circles. It may be linearly arranged outside the 910 and inside the circumscribed
なお、上述の説明においては、キャリブレーション磁場発生部144を、磁気センサアレイ210に内接する円910の円弧915と、当該円弧915の両端点を結ぶ弦917とによって囲まれる領域の内側に配置する場合を一例として示した。しかしながら、これに限定されるものではない。キャリブレーション磁場の発生源を磁気センサアレイ210の近傍に配置することで、各磁気センサ520に与えるキャリブレーション磁場を環境磁場に対して相対的に強くすることができる。一方で、各磁気センサ520が磁気収束板720および730を含む場合に、キャリブレーション磁場の発生源を磁気センサアレイ210の近傍に配置すると、磁気収束板720および730による磁場の歪みが生じ得る。すなわち、キャリブレーション磁場の発生源からの距離に依存した磁場の勾配が無視できず、磁気収束板720および730の一端と多端とで磁束分布の強弱が生じる。また、このような磁場の勾配が磁気センサ520の各軸方向に与える影響は、各磁気センサ520から見たキャリブレーション磁場の発生源の向きに依存する。このような理由により、キャリブレーション磁場の発生源の位置に応じて各磁気センサ520の感度が変動し得る。したがって、このような場合には、キャリブレーション磁場の発生源を磁気センサアレイ210からある程度離してもよい。これについて図面を用いて詳細に説明する。
In the above description, the calibration
図19は、キャリブレーション時におけるキャリブレーション磁場発生部144の他の配置例を示す。上述のとおり、磁場計測装置10は、各々が磁気抵抗素子710と磁気収束板720および730とを含む磁気センサ520を有する複数の磁気センサセル220を、計測対象物(例えば、心臓)の少なくとも一部を覆う面を形成するように配列して構成される磁気センサアレイ210を備える。そして、複数の磁気センサセル220のそれぞれは、磁気センサ520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させる磁場生成部530と、磁場生成部530がフィードバック磁場を発生するために流すフィードバック電流に応じた出力信号を出力する出力部540とを更に有する。そして、磁場計測装置10は、このような磁気センサアレイ210によって計測された計測データを取得する計測データ取得部1120と、各磁気センサ520の位置および磁気感度に基づき、特に、正規直交関数と各磁気センサ520の位置および磁気感度から計算された基底ベクトルとに基づき、計測データによって示される磁場の空間分布を信号分離する信号空間分離部1160と、キャリブレーション磁場を発生させるキャリブレーション磁場発生部144と、キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、磁気センサ520におけるセンサ誤差を較正する較正部1190を備える。なお、正規直交関数は球面調和関数であってよい。
FIG. 19 shows another arrangement example of the calibration magnetic
このような磁場計測装置10において、磁気収束板720および730による磁場の歪みを抑制するために、キャリブレーション磁場発生部144を本図に示すような位置に配置してもよい。すなわち、キャリブレーション磁場発生部144は、断面視において複数の磁気センサセル220を全て含む最小の凸多角形1910により構成される(本図において太線で囲まれた)閉空間のうち複数の磁気センサセル220が配列されていない(本図において斜線が引かれた)測定空間1920の外側において、当該測定空間1920から複数の磁気センサセル220を介することなく引くことが可能な直線上の位置で、キャリブレーション磁場を発生させてよい。本図に示すように、磁場計測装置10は、例えば、キャリブレーション磁場発生部144を、磁気センサアレイ210よりもZ軸のマイナス側に配置してよい。このように、磁場計測装置10は、キャリブレーション磁場の発生源を、各磁気センサ520から一定程度離れた位置、かつ、各磁気センサ520から見た向きが一定程度揃う位置で、キャリブレーション磁場を発生させる。これにより、磁場計測装置10によれば、磁場の勾配による影響が無視できる程度に均一なキャリブレーション磁場を各磁気センサ520に与えることができるので、磁気収束板720および730による磁場の歪みを抑制することができる。
In such a magnetic
しかしながら、キャリブレーション磁場の発生源を磁気センサアレイ210から離せば磁気収束板720および730による磁場の歪みを抑制できる一方で、磁気センサ520に与えるキャリブレーション磁場が環境磁場に対して相対的に弱くなってしまうというトレードオフが存在する。また、それに加えて、基底ベクトルで磁場の空間分布を表す精度が劣化する。したがって、磁気センサアレイ210とキャリブレーション磁場発生部144との相対的な位置関係をある程度制限するとよい。
However, if the source of the calibration magnetic field is separated from the
図20は、磁気センサアレイ210とキャリブレーション磁場発生部144との相対的な位置関係を示す。本図に示されるように、磁気センサアレイ210は、複数の磁気センサセルを断面視円弧状に三次元に配列して構成されてよい。ここで、円弧2010の両端点2020を結ぶ弦2030によって構成される平面の中心2040と、キャリブレーション磁場発生部114の中心2050とを結ぶ直線2060、および、平面の中心2040と同一断面上における円弧2010と弦2030の接点2020と、キャリブレーション磁場発生部114の中心とを結ぶ直線2070の成す角度を角度Wと定義することとする。ここで、弦2030は、磁気センサセル220[1,j,1]および[8,j,1]の磁気センサ520におけるZ軸方向の下限位置によって定義され、当該位置をZ軸座標の原点とすることとする。また、磁気センサアレイ210からキャリブレーション磁場発生部144までの距離は、弦2030によって構成される平面の中心2040からキャリブレーション磁場発生部144の中心2050までの距離と定義することとする。
FIG. 20 shows the relative positional relationship between the
図21は、キャリブレーション磁場発生部144を磁気センサアレイ210から離した場合におけるセンサ誤差のシミュレーション結果を示す。ここで、本シミュレーションを実施するにあたって、磁気センサアレイ210のセンサ領域サイズを、幅約40cm、奥行き約20cm、および、高さ約30cmとした。また、弦2030によって構成される平面の中心2040と、キャリブレーション磁場発生部144の中心2050とのX軸座標およびY軸座標が同一となるように、磁気センサアレイ210およびキャリブレーション磁場発生部144を配置した。本図において横軸は、弦2030の位置を0とした場合における、キャリブレーション磁場発生部144の中心2050のZ座標を[m]単位で示している。すなわち、本図における横軸の値の絶対値が、磁気センサアレイ210からキャリブレーション磁場発生部144までの距離を示している。また、本図の下には、当該距離から算出した角度Wの値が示されている。また、本図において縦軸左は位置誤差を[mm]単位で示し、縦軸右は磁気感度誤差を[%]単位で示している。
FIG. 21 shows a simulation result of the sensor error when the calibration magnetic
本図に示すように、磁気センサアレイ210からキャリブレーション磁場発生部144までの距離が1.916mを上回る、すなわち、角度Wが5.955°を下回るあたりから磁気センサ520の位置誤差および磁気感度誤差が上昇し始めていることが分かる。これは、磁気センサアレイ210が有する各磁気センサ520の位置及び磁気感度とに基づき算出される基底ベクトルの、計算原点となるキャリブレーション磁場発生部144が離れすぎているため、磁気センサアレイ210が基底ベクトルで表現される磁場の空間分布の一部にとどまり、磁場の空間分布を表す精度が劣化することに起因すると考えられる。したがって、キャリブレーション磁場発生部144を磁気センサアレイ210から離すにあたって、円弧2010の両端点2020を結ぶ弦2030によって構成される平面の中心2040と、キャリブレーション磁場発生部144の中心2050とを結ぶ直線2060、および、平面の中心2040と同一断面上における円弧2010と弦2030の接点2020と、キャリブレーション磁場発生部144の中心2050とを結ぶ直線2070の成す角度Wが6度よりも大きくなるように、キャリブレーション磁場発生部144を配置するとよい。
As shown in this figure, the position error and magnetic sensitivity of the
一方、本図に示すように、磁気センサアレイ210からキャリブレーション磁場発生部144までの距離が0.416mを下回る、すなわち、角度Wが25.668°を上回るあたりから磁気センサ520の位置誤差および磁気感度誤差が上昇し始めていることが分かる。これは、磁気収束板720および730による磁場の歪みに起因するものと考えられる。したがって、好ましくは、角度Wが26度よりも小さくなるように、キャリブレーション磁場発生部144を配置するとよい。
On the other hand, as shown in this figure, the position error of the
なお、上述の説明では、キャリブレーション磁場発生部144を磁気センサアレイ210から離して配置することによって、磁気収束板720および730による磁場の歪みを抑制する場合について一例として示した。しかしながら、これに限定されるものではない。磁場計測装置10は、磁気センサアレイ210全体を一括して較正することに代えて、分割して較正することによって、磁気収束板720および730による磁場の歪みを抑制してもよい。
In the above description, a case where the calibration magnetic
図22は、第1の磁気センサセル群2210を対象とした分割キャリブレーションの一例を示す。分割キャリブレーションにあたって、計測データ取得部1120は、磁気センサアレイ210における複数の磁気センサセル220のうちの少なくとも一部である磁気センサセル群によって計測された計測データを取得してよい。また、信号空間分離部1160は、磁気センサセル群の各磁気センサ520の位置および磁気感度に基づき、計測データによって示される磁場の空間分布を信号分離してよい。そして、キャリブレーション磁場発生部144は、異なる複数の位置でキャリブレーション磁場を発生させてよい。一例として、キャリブレーション磁場発生部144は、上述のとおり、各々が直交する3軸方向(例えば、X軸方向、Y軸方向、および、Z軸方向)にキャリブレーション磁場を発生させる3軸のキャリブレーションコイルを複数有していてよい。そして、磁場計測装置10は、第1の位置に配置された1または複数の第1のキャリブレーションコイル2220からキャリブレーション磁場を発生させて、磁気センサアレイ210を構成する複数の磁気センサセル220のうちの第1の磁気センサセル群2210の磁気センサ520を較正する。本図においては、第1の位置に配置された複数の第1のキャリブレーションコイル2220a、2220b、および、2220c(「第1のキャリブレーションコイル2220」と総称する。)からキャリブレーション磁場を発生させて、磁気センサセル220[5,j,1]〜220[8,j,2]の磁気センサ520のみを対象としてセンサ誤差を較正する場合を一例として示している。この場合、磁場計測装置10は、第1のキャリブレーションコイル2220の位置を演算における座標の原点として、第1の磁気センサセル群2210の磁気センサ520の位置および磁気感度に基づき、特に、正規直交関数と磁気センサ520の位置および磁気感度から計算された基底ベクトルとに基づき、第1の位置で発生させたキャリブレーション磁場を、第1の磁気センサセル群2210で計測する。そして、較正部1190は、第1の位置で発生させたキャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、複数の磁気センサセル220のうちの第1の磁気センサセル群2210の磁気センサ520におけるセンサ誤差を較正する。なお、分割キャリブレーションにおけるセンサ誤差の較正については、較正対象となる磁気センサ520が限定されている点を除いて、磁気センサアレイ210全体を一括して較正する場合の手順と同様であるので、ここでは説明を省略する。
FIG. 22 shows an example of division calibration for the first magnetic
図23は、第2の磁気センサセル群2310を対象とした分割キャリブレーションの一例を示す。磁場計測装置10は、第2の位置に配置された1または複数の第2のキャリブレーションコイル2320からキャリブレーション磁場を発生させて、磁気センサアレイ210を構成する複数の磁気センサセル220のうちの第2の磁気センサセル群2310の磁気センサ520を較正する。本図においては、第2の位置に配置された複数の第2のキャリブレーションコイル2320a、2320b、および、2320c(「第2のキャリブレーションコイル2320」と総称する。)からキャリブレーション磁場を発生させて、磁気センサセル220[1,j,1]〜220[4,j,2]の磁気センサ520のみを対象としてセンサ誤差を較正する場合を一例として示している。この場合、磁場計測装置10は、第2のキャリブレーションコイル2320の位置を演算における座標の原点として、第2の磁気センサセル群2310の磁気センサ520の位置および磁気感度に基づき、特に、正規直交関数と磁気センサ520の位置および磁気感度から計算された基底ベクトルとに基づき、第2の位置で発生させたキャリブレーション磁場を、第2の磁気センサセル群2310で計測する。そして、較正部1190は、第2の位置で発生させたキャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、複数の磁気センサセル220のうちの第2の磁気センサセル群2310の磁気センサ520におけるセンサ誤差を較正する。
FIG. 23 shows an example of division calibration for the second magnetic
このように、磁場計測装置10は、分割キャリブレーションを順次繰り返すことによって、磁気センサアレイ210全体を較正してもよい。これにより、磁場計測装置10によれば、同時に較正する対象となる磁気センサ520を限定することで、較正対象となる各磁気センサ520からみてキャリブレーション磁場をある程度均一な磁場とすることができるので、磁気収束板720および730による磁場の歪みを抑制することができる。また、磁場計測装置10によれば、較正に係る演算を分割して実行することができるため、演算を高速に実行することができる。
In this way, the magnetic
なお、上述の説明では、磁場計測装置10が磁気センサアレイ210における複数の磁気センサセル220を2つの群に分割する場合を一例として示したが、これに限定されるものではない。磁場計測装置10は、例えば、磁気センサアレイ210における複数の磁気センサセル220を3つ以上の群に分割してもよい。例えば、磁場計測装置10は、磁気センサアレイ210における複数の磁気センサセル220を、被計測体から見て左側に位置する第1の磁気センサセル群、被計測体からみて右側に位置する第2の磁気センサセル群、および、第1の磁気センサセル群と第2の磁気センサセル群との間に位置する第3の磁気センサセル群に分割してもよい。そして、較正部1190は、第1の位置で発生させたキャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて第1の磁気センサセル群の磁気センサ520におけるセンサ誤差を較正し、第2の位置で発生させたキャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて第2の磁気センサセル群の磁気センサ520におけるセンサ誤差を較正し、第3の位置で発生させたキャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて第3の磁気センサセル群の磁気センサ520におけるセンサ誤差を較正してよい。
In the above description, the case where the magnetic
これに代えて、較正部1190は、第1の位置で発生させたキャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて第1の磁気センサセル群および第3の磁気センサセル群の磁気センサ520におけるセンサ誤差を較正し、第2の位置で発生させたキャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて第2の磁気センサセル群および第3の磁気センサセル群の磁気センサ520におけるセンサ誤差を較正してもよい。すなわち、磁場計測装置10は、第3の磁気センサセル群の磁気センサ520を、第1の位置でキャリブレーション磁場を発生させた場合と、第2の位置でキャリブレーション磁場を発生させた場合との両者において、重複する較正対象としてもよい。
Instead, the
また、上述の説明では、磁場計測装置10が、キャリブレーション磁場を発生させるためにキャリブレーション磁場発生部144を別途備える場合を一例として示した。しかしながら、これに限定されるものではない。磁場計測装置10は、キャリブレーション磁場発生部144の機能を、磁気センサアレイ210の一部で代用してもよい。すなわち、磁場計測装置10は、磁気センサアレイ210における複数の磁気センサセル220のうちの少なくとも一つの磁気センサセル220が有する磁場生成部530からキャリブレーション磁場を発生させてもよい。この場合、少なくとも一つの磁気センサセル220は、磁場生成部530がフィードバック磁場を発生するか、キャリブレーション磁場を発生するかを切り替える切替部を更に有してよい。
Further, in the above description, the case where the magnetic
換言すれば、磁場計測装置10は、磁気センサ520と、磁場生成部530とをそれぞれ有する複数の磁気センサセル220が配列して構成され、複数の磁気センサセル220が磁場に応じた信号を出力する磁気センサアレイ210を備えてよい。また、磁場計測装置10は、複数の磁気センサセル220が出力する信号、および、磁気センサ520の情報を示す磁気センサ情報に基づいて、空間の磁場分布を演算可能な演算部(例えば、信号空間分離部1160)を備えてよい。また、磁場計測装置10は、磁気センサ情報を較正する較正部1190を備えてよい。そして、磁場生成部530は、計測対象物が発生する磁場を検出する場合に磁気センサ520が検出した磁場を低減させるフィードバック磁場を発生し、磁気センサセル220を較正する場合にキャリブレーション磁場を発生するように構成されてよい。また、較正部1190は、複数の磁気センサセル220のうちの第1の磁気センサセル220が有する磁場生成部530が発生させたキャリブレーション磁場に応じて、第1の磁気センサセル220とは異なる第2の磁気センサセル220の磁気センサ情報を較正してよい。これにより、磁場計測装置10は、キャリブレーション磁場を発生させるためのキャリブレーション磁場発生部144を別途設ける必要がなく、装置の小型化を図ることができる。
In other words, the magnetic
また、上述の説明では、キャリブレーション磁場発生部144が発生するキャリブレーション磁場は、50Hzよりも高い周波数(周波数f0>50Hz)の交流磁場であると好ましい旨説明したが、各磁気センサ520が磁気収束板720および730を含む場合には、当該交流磁場の周波数をさらに限定するとよい。
Further, in the above description, it has been explained that the calibration magnetic field generated by the calibration
図24は、磁気収束板720および730を含む磁気センサ520に渦電流2410が発生する様子を示す。一般に、導体を磁場内で動かした場合や磁束密度を変化させた場合に、電磁誘導により導体内に渦状の誘導電流が生じる。すなわち、キャリブレーション磁場として交流の入力磁場が与えられると、磁場の時間変化に起因して、電磁誘導より磁気収束板720および730に渦電流2410が発生する。そして、渦電流2410によって入力磁場とは逆方向の磁場2420が発生する。これにより、入力磁場の周波数が高くなるにつれて、渦電流2410による磁場2420によって利得が減衰する。すなわち、磁気収束板720および730は、磁場に対してローパスフィルタとして作用する。
FIG. 24 shows how an
図25は、渦電流2410に起因する磁場の利得特性を示す。本特性を取得するにあたって、磁気収束板720および730の材料はニッケル・鉄合金(Ni−Fe)とし、サイズは1mm×1mm×25mmとした。本図に示すように、周波数が1kHzあたりまでは利得がフラットであるが、1kHzを超えたあたりから利得が減衰していき、10kHz手前にカットオフ周波数Fcが存在することが分かる。したがって、磁気センサ520が磁気収束板720および730を含む場合には、キャリブレーション磁場発生部144がキャリブレーション磁場として発生させる交流磁場の周波数は、磁気収束板720および730による磁場の減衰特性のカットオフ周波数以下、例えば、利得がフラットな領域である1kHz以下とするとよい。
FIG. 25 shows the gain characteristics of the magnetic field due to the
また、商用電源(50Hzまたは60Hz)以外にも、例えば、換気扇ノイズが環境磁場として存在する。このような換気扇ノイズは、周波数が20Hzであり、概ね4次の高調波まで外乱として影響を与え得る。したがって、キャリブレーション磁場として発生させる交流磁場の周波数は、80Hzよりも高く、磁気収束板720および730による磁場の減衰特性のカットオフ周波数以下とするとよく、より好ましくは、さらに、50Hzまたは60Hzの逓倍、および、20Hzの逓倍を避けた周波数とするとよい。これにより、磁場計測装置10によれば、環境磁場を数十pTオーダーに抑えつつも、磁気収束板720および730による利得の減衰の影響が少ない領域をキャリブレーション磁場として用いることができる。
In addition to the commercial power supply (50 Hz or 60 Hz), for example, ventilation fan noise exists as an environmental magnetic field. Such ventilation fan noise has a frequency of 20 Hz and can affect up to approximately the fourth harmonic as a disturbance. Therefore, the frequency of the AC magnetic field generated as the calibration magnetic field is preferably higher than 80 Hz and less than or equal to the cutoff frequency of the magnetic field attenuation characteristics by the magnetic focusing
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。 Various embodiments of the present invention may be described with reference to flowcharts and block diagrams, wherein the block is (1) a stage of the process in which the operation is performed or (2) a device responsible for performing the operation. May represent a section of. Specific stages and sections are implemented by dedicated circuits, programmable circuits supplied with computer-readable instructions stored on a computer-readable medium, and / or processors supplied with computer-readable instructions stored on a computer-readable medium. You can. Dedicated circuits may include digital and / or analog hardware circuits, and may include integrated circuits (ICs) and / or discrete circuits. Programmable circuits are memory elements such as logical AND, logical OR, logical XOR, logical NAND, logical NOR, and other logical operations, flip-flops, registers, field programmable gate arrays (FPGA), programmable logic arrays (PLA), etc. May include reconfigurable hardware circuits, including, etc.
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。 The computer readable medium may include any tangible device capable of storing instructions executed by the appropriate device, so that the computer readable medium having the instructions stored therein is specified in a flowchart or block diagram. It will be equipped with a product that contains instructions that can be executed to create means for performing the operation. Examples of computer-readable media may include electronic storage media, magnetic storage media, optical storage media, electromagnetic storage media, semiconductor storage media, and the like. More specific examples of computer-readable media include floppy (registered trademark) disks, diskettes, hard disks, random access memory (RAM), read-only memory (ROM), erasable programmable read-only memory (EPROM or flash memory), Electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), static random access memory (SRAM), compact disc read-only memory (CD-ROM), digital versatile disc (DVD), Blu-ray (RTM) disc, memory stick, integrated A circuit card or the like may be included.
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(登録商標)、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。 Computer-readable instructions include assembler instructions, instruction set architecture (ISA) instructions, machine instructions, machine-dependent instructions, microcode, firmware instructions, state setting data, or Smalltalk®, JAVA®, C ++, etc. Object-oriented programming languages, and either source code or object code written in any combination of one or more programming languages, including traditional procedural programming languages such as the "C" programming language or similar programming languages. May include.
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。 Computer-readable instructions are applied to a general-purpose computer, a special purpose computer, or the processor or programmable circuit of another programmable data processing device, either locally or in a wide area network (WAN) such as the local area network (LAN), the Internet, etc. ) May be executed to create a means for performing the operation specified in the flowchart or block diagram. Examples of processors include computer processors, processing units, microprocessors, digital signal processors, controllers, microcontrollers and the like.
図26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9900の例を示す。コンピュータ9900にインストールされたプログラムは、コンピュータ9900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9900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9900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、CPU9912によって実行されてよい。
FIG. 26 shows an example of a
本実施形態によるコンピュータ9900は、CPU9912、RAM9914、グラフィックコントローラ9916、およびディスプレイデバイス9918を含み、それらはホストコントローラ9910によって相互に接続されている。コンピュータ9900はまた、通信インターフェイス9922、ハードディスクドライブ9924、DVD−ROMドライブ9926、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9920を介してホストコントローラ9910に接続されている。コンピュータはまた、ROM9930およびキーボード9942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9940を介して入/出力コントローラ9920に接続されている。
The
CPU9912は、ROM9930およびRAM9914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9916は、RAM9914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CPU9912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9918上に表示されるようにする。
The
通信インターフェイス9922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9924は、コンピュータ9900内のCPU9912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9926は、プログラムまたはデータをDVD−ROM9901から読み取り、ハードディスクドライブ9924にRAM9914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。
ROM9930はその中に、アクティブ化時にコンピュータ9900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9900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9940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9920に接続してよい。
The
プログラムが、DVD−ROM9901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9924、RAM9914、またはROM9930にインストールされ、CPU9912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9900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9900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。
The program is provided by a computer-readable medium such as a DVD-ROM9901 or an IC card. The program is read from a computer-readable medium, installed on a
例えば、通信がコンピュータ9900および外部デバイス間で実行される場合、CPU9912は、RAM9914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9922に対し、通信処理を命令してよい。通信インターフェイス9922は、CPU9912の制御下、RAM9914、ハードディスクドライブ9924、DVD−ROM9901、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。
For example, when communication is executed between the
また、CPU9912は、ハードディスクドライブ9924、DVD−ROMドライブ9926(DVD−ROM9901)、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RAM9914に読み取られるようにし、RAM9914上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。CPU9912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。
Further, the
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。CPU9912は、RAM9914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RAM9914に対しライトバックする。また、CPU9912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、CPU9912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。
Various types of information, such as various types of programs, data, tables, and databases, may be stored on the recording medium and processed. The
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9900上またはコンピュータ9900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9900に提供する。
The program or software module described above may be stored on or near a
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。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the claims that such modified or improved forms may also be included in the technical scope of the present invention.
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。 The order of execution of operations, procedures, steps, steps, etc. in the devices, systems, programs, and methods shown in the claims, specification, and drawings is particularly "before" and "prior to". It should be noted that it can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Even if the scope of claims, the specification, and the operation flow in the drawings are explained using "first", "next", etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It's not a thing.
10 磁場計測装置
100 本体部
110 磁気センサユニット
120 ヘッド
125 駆動部
130 ベース部
140 ポール部
142 支持部
144 キャリブレーション磁場発生部
150 情報処理部
210 磁気センサアレイ
220 磁気センサセル
230 センサデータ収集部
232 AD変換器
234 クロック発生器
300 センサ部
520 磁気センサ
530 磁場生成部
532 増幅回路
534 フィードバックコイル
540 出力部
710 磁気抵抗素子
720、730 磁気収束板
1100 センサデータ処理部
1120 計測データ取得部
1130 同期検波部
1140 データ出力部
1150 基底ベクトル記憶部
1160 信号空間分離部
1170 キャリブレーション用クロック発生部
1180 誤差算出部
1190 較正部
2210 第1の磁気センサセル群
2220 第1のキャリブレーションコイル
2310 第2の磁気センサセル群
2320 第2のキャリブレーションコイル
9900 コンピュータ
9901 DVD−ROM
9910 ホストコントローラ
9912 CPU
9914 RAM
9916 グラフィックコントローラ
9918 ディスプレイデバイス
9920 入/出力コントローラ
9922 通信インターフェイス
9924 ハードディスクドライブ
9926 DVD−ROMドライブ
9930 ROM
9940 入/出力チップ
9942 キーボード
10 Magnetic
9910
9914 RAM
9916
9940 Input /
Claims (18)
前記磁気センサアレイによって計測された計測データを取得する計測データ取得部と、
各磁気センサの位置および磁気感度に基づき、前記計測データによって示される磁場の空間分布を信号分離する信号空間分離部と、
断面視において前記複数の磁気センサセルを全て含む最小の凸多角形により構成される閉空間のうち前記複数の磁気センサセルが配列されていない測定空間の外側において、前記測定空間から前記複数の磁気センサセルを介することなく引くことが可能な直線上の位置で、キャリブレーション磁場を発生させるキャリブレーション磁場発生部と、
前記キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、前記磁気センサにおけるセンサ誤差を較正する較正部と
を備える、磁場計測装置。 A magnetic sensor array configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells each having a magnetic sensor including a magnetoresistive element and a magnetic focusing plate so as to form a surface covering at least a part of an object to be measured.
A measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by the magnetic sensor array,
A signal space separator that separates the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data based on the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor.
In a closed space composed of the smallest convex polygons including all of the plurality of magnetic sensor cells in a cross-sectional view, the plurality of magnetic sensor cells are squeezed from the measurement space outside the measurement space in which the plurality of magnetic sensor cells are not arranged. A calibration magnetic field generator that generates a calibration magnetic field at a position on a straight line that can be pulled without intervention.
A magnetic field measuring device including a calibration unit that calibrates a sensor error in the magnetic sensor based on a separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field is signal-separated.
円弧の両端点を結ぶ弦によって構成される平面の中心と、前記キャリブレーション磁場発生部の中心とを結ぶ直線、および、前記平面の中心と同一断面上における前記円弧と前記弦の接点と、前記キャリブレーション磁場発生部の中心とを結ぶ直線の成す角度が6度よりも大きい、請求項1に記載の磁場計測装置。 The magnetic sensor array is configured by arranging the plurality of magnetic sensor cells three-dimensionally in a cross-sectional view arc shape.
A straight line connecting the center of a plane formed by a chord connecting both end points of an arc and the center of the calibration magnetic field generating portion, a contact point between the arc and the chord on the same cross section as the center of the plane, and the above. The magnetic field measuring device according to claim 1, wherein the angle formed by a straight line connecting the center of the calibration magnetic field generating portion is larger than 6 degrees.
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発生させる磁場生成部と、
前記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フィードバック電流に応じた出力信号を出力する出力部とを更に有する、請求項1または2に記載の磁場計測装置。 Each of the plurality of magnetic sensor cells
A magnetic field generator that generates a feedback magnetic field that reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor,
The magnetic field measuring device according to claim 1 or 2, further comprising an output unit that outputs an output signal corresponding to a feedback current that the magnetic field generating unit flows to generate the feedback magnetic field.
各磁気センサの位置および磁気感度に基づき、前記計測データによって示される磁場の空間分布を信号分離することと、
断面視において前記複数の磁気センサセルを全て含む最小の凸多角形により構成される閉空間のうち前記複数の磁気センサセルが配列されていない測定空間の外側において、前記測定空間から前記複数の磁気センサセルを介することなく引くことが可能な直線上の位置で、キャリブレーション磁場を発生させることと、
前記キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、前記磁気センサにおけるセンサ誤差を較正することと
を備える、磁場計測方法。 It was measured by a magnetic sensor array composed of a plurality of magnetic sensor cells each having a magnetic sensor including a magnetoresistive element and a magnetic focusing plate arranged so as to form a surface covering at least a part of a measurement object. Acquiring measurement data and
Signal separation of the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data based on the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor.
In a closed space composed of the smallest convex polygons including all of the plurality of magnetic sensor cells in a cross-sectional view, the plurality of magnetic sensor cells are squeezed from the measurement space outside the measurement space in which the plurality of magnetic sensor cells are not arranged. To generate a calibration magnetic field at a position on a straight line that can be pulled without intervention,
A magnetic field measurement method comprising calibrating a sensor error in the magnetic sensor based on a separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field is signal-separated.
各々が磁気抵抗素子と磁気収束板とを含む磁気センサを有する複数の磁気センサセルを、計測対象物の少なくとも一部を覆う面を形成するように配列して構成される磁気センサアレイによって計測された計測データを取得する計測データ取得部と、
各磁気センサの位置および磁気感度に基づき、前記計測データによって示される磁場の空間分布を信号分離する信号空間分離部と、
断面視において前記複数の磁気センサセルを全て含む最小の凸多角形により構成される閉空間のうち前記複数の磁気センサセルが配列されていない測定空間の外側において、前記測定空間から前記複数の磁気センサセルを介することなく引くことが可能な直線上の位置で、キャリブレーション磁場を発生させるキャリブレーション磁場発生部と、
前記キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、前記磁気センサにおけるセンサ誤差を較正する較正部と
して機能させる、磁場計測プログラム。 Performed by a computer, said computer,
The measurement was performed by a magnetic sensor array composed of a plurality of magnetic sensor cells each having a magnetic sensor including a magnetoresistive element and a magnetic focusing plate arranged so as to form a surface covering at least a part of an object to be measured. The measurement data acquisition unit that acquires measurement data,
A signal space separator that separates the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data based on the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor.
In a closed space composed of the smallest convex polygons including all of the plurality of magnetic sensor cells in a cross-sectional view, the plurality of magnetic sensor cells are squeezed from the measurement space outside the measurement space in which the plurality of magnetic sensor cells are not arranged. A calibration magnetic field generator that generates a calibration magnetic field at a position on a straight line that can be pulled without intervention.
A magnetic field measurement program that functions as a calibration unit that calibrates the sensor error in the magnetic sensor based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field is signal-separated.
前記磁気センサアレイにおける前記複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一部である磁気センサセル群によって計測された計測データを取得する計測データ取得部と、
前記磁気センサセル群の各磁気センサの位置および磁気感度に基づき、前記計測データによって示される磁場の空間分布を信号分離する信号空間分離部と、
異なる複数の位置でキャリブレーション磁場を発生させるキャリブレーション磁場発生部と、
第1の位置で発生させた前記キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、前記複数の磁気センサセルのうちの第1の磁気センサセル群の前記磁気センサにおけるセンサ誤差を較正し、第2の位置で発生させた前記キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、前記複数の磁気センサセルのうちの第2の磁気センサセル群の前記磁気センサにおけるセンサ誤差を較正する較正部と
を備える、磁場計測装置。 A magnetic sensor array configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells each having a magnetic sensor including a magnetoresistive element and a magnetic focusing plate so as to form a surface covering at least a part of an object to be measured.
A measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by a group of magnetic sensor cells that is at least a part of the plurality of magnetic sensor cells in the magnetic sensor array.
A signal space separation unit that separates signals from the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data based on the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor in the magnetic sensor cell group.
A calibration magnetic field generator that generates a calibration magnetic field at multiple different positions,
Based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field generated at the first position is signal-separated, the sensor error in the magnetic sensor of the first magnetic sensor cell group among the plurality of magnetic sensor cells is calibrated. Then, based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field generated at the second position is signal-separated, the sensor error in the magnetic sensor of the second magnetic sensor cell group among the plurality of magnetic sensor cells. A magnetic field measuring device equipped with a calibration unit for calibrating.
前記磁気センサセル群の各磁気センサの位置および磁気感度に基づき、前記計測データによって示される磁場の空間分布を信号分離することと、
異なる複数の位置でキャリブレーション磁場を発生させることと、
第1の位置で発生させた前記キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、前記複数の磁気センサセルのうちの第1の磁気センサセル群の前記磁気センサにおけるセンサ誤差を較正し、第2の位置で発生させた前記キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、前記複数の磁気センサセルのうちの第2の磁気センサセル群の前記磁気センサにおけるセンサ誤差を較正することと
を備える、磁場計測方法。 The plurality of magnetic sensor cells in a magnetic sensor array configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells each having a magnetic sensor including a magnetoresistive element and a magnetic focusing plate so as to form a surface covering at least a part of an object to be measured. Acquiring measurement data measured by a group of magnetic sensor cells, which is at least a part of the magnetic sensor cells,
Signal separation of the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data based on the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor in the magnetic sensor cell group.
To generate a calibration magnetic field at multiple different positions,
Based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field generated at the first position is signal-separated, the sensor error in the magnetic sensor of the first magnetic sensor cell group among the plurality of magnetic sensor cells is calibrated. Then, based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field generated at the second position is signal-separated, the sensor error in the magnetic sensor of the second magnetic sensor cell group among the plurality of magnetic sensor cells. A magnetic field measurement method that includes calibrating.
各々が磁気抵抗素子と磁気収束板とを含む磁気センサを有する複数の磁気センサセルを、計測対象物の少なくとも一部を覆う面を形成するように配列して構成される磁気センサアレイにおける前記複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一部である磁気センサセル群によって計測された計測データを取得する計測データ取得部と、
前記磁気センサセル群の各磁気センサの位置および磁気感度に基づき、前記計測データによって示される磁場の空間分布を信号分離する信号空間分離部と、
異なる複数の位置でキャリブレーション磁場を発生させるキャリブレーション磁場発生部と、
第1の位置で発生させた前記キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、前記複数の磁気センサセルのうちの第1の磁気センサセル群の前記磁気センサにおけるセンサ誤差を較正し、第2の位置で発生させた前記キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、前記複数の磁気センサセルのうちの第2の磁気センサセル群の前記磁気センサにおけるセンサ誤差を較正する較正部と
して機能させる、磁場計測プログラム。 Performed by a computer, said computer,
The plurality of magnetic sensor cells in a magnetic sensor array configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells each having a magnetic sensor including a magnetoresistive element and a magnetic focusing plate so as to form a surface covering at least a part of an object to be measured. A measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by a group of magnetic sensor cells, which is at least a part of the magnetic sensor cells,
A signal space separation unit that separates signals from the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data based on the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor in the magnetic sensor cell group.
A calibration magnetic field generator that generates a calibration magnetic field at multiple different positions,
Based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field generated at the first position is signal-separated, the sensor error in the magnetic sensor of the first magnetic sensor cell group among the plurality of magnetic sensor cells is calibrated. Then, based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field generated at the second position is signal-separated, the sensor error in the magnetic sensor of the second magnetic sensor cell group among the plurality of magnetic sensor cells. A magnetic field measurement program that functions as a calibration unit for calibrating.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US17/152,700 US11454679B2 (en) | 2020-01-20 | 2021-01-19 | Magnetic field measuring apparatus, magnetic field measuring method and recording medium with magnetic field measuring program recorded thereon |
US17/952,297 US11774518B2 (en) | 2020-01-20 | 2022-09-25 | Magnetic field measuring apparatus, magnetic field measuring method and recording medium with magnetic field measuring program recorded thereon |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020007166 | 2020-01-20 | ||
JP2020007166 | 2020-01-20 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021113801A true JP2021113801A (en) | 2021-08-05 |
Family
ID=77077102
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020198312A Pending JP2021113801A (en) | 2020-01-20 | 2020-11-30 | Magnetic field measurement device, magnetic field measurement method, and magnetic field measurement program |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2021113801A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7329783B1 (en) | 2022-11-05 | 2023-08-21 | マグネデザイン株式会社 | magnetic microscope |
-
2020
- 2020-11-30 JP JP2020198312A patent/JP2021113801A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7329783B1 (en) | 2022-11-05 | 2023-08-21 | マグネデザイン株式会社 | magnetic microscope |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6761138B2 (en) | Magnetic field measuring device, magnetic field measuring method, magnetic field measuring program | |
JP6936405B2 (en) | Magnetic field measuring device | |
US11774518B2 (en) | Magnetic field measuring apparatus, magnetic field measuring method and recording medium with magnetic field measuring program recorded thereon | |
US20230324476A1 (en) | Magnetic field measurement apparatus, magnetic field measurement method, and storage medium with magnetic field measurement program stored thereon | |
JP7222814B2 (en) | Measuring device and method | |
US20200281490A1 (en) | Magnetic field measurement apparatus | |
WO2020241465A1 (en) | Measuring device, measuring method, and program | |
JP7027353B2 (en) | Magnetocardiography instrument, calibration method, and calibration program | |
JP7186652B2 (en) | magnetocardiograph | |
CN113156355B (en) | Magnetic interference compensation method of superconducting full tensor magnetic gradient measuring device | |
JP2021177159A (en) | Magnetic field measuring device, magnetic field measuring method, and magnetic field measuring program | |
JP7365915B2 (en) | measuring device | |
JP2021113801A (en) | Magnetic field measurement device, magnetic field measurement method, and magnetic field measurement program | |
JP7330014B2 (en) | Magnetocardiography device, magnetocardiography method, and magnetocardiography program | |
JP2023147067A (en) | Magnetic field measurement device, magnetic field measurement method, and magnetic field measurement program | |
JP7364485B2 (en) | Magnetic field measurement device, magnetic field measurement method, and magnetic field measurement program | |
US11668772B2 (en) | Magnetic field measurement device, magnetic field measurement method, and recording medium having recorded thereon magnetic field measurement program | |
JP2020139840A (en) | Measurement device, signal processing device, signal processing method, and signal processing program | |
JP2021120619A (en) | Magnetic field measuring device, magnetic field measuring method, and magnetic field measuring program | |
JP2023134200A (en) | Magnetic field measurement device, method for measuring magnetic field, and magnetic field measurement program | |
JP2022153083A (en) | Measurement device, method for measurement, and program | |
JP2022153186A (en) | Measurement device, method for measurement, and program |