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 PDF

Info

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
Application number
JP2020198312A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
茂樹 岡武
Shigeki Okatake
茂樹 岡武
誠 片岡
Makoto Kataoka
誠 片岡
威信 中村
Takenobu Nakamura
威信 中村
静一 加藤
Seiichi Kato
静一 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Original Assignee
Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Kasei Electronics Co Ltd filed Critical Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority to US17/152,700 priority Critical patent/US11454679B2/en
Publication of JP2021113801A publication Critical patent/JP2021113801A/en
Priority to US17/952,297 priority patent/US11774518B2/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

To provide a magnetic field measurement device including a calibration magnetic field generating device.SOLUTION: Measurement data measured by a magnetic sensor array formed by arranging plurality of magnetic sensor cells each including a magnetic sensor having a magnetoresistive element and a magnetic convergence plate so as to form a plane covering at least part of a measurement object is obtained. On the basis of the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor, spatial distribution of a magnetic field indicated by the measurement data is signal-separated. Calibration magnetic field is generated in a cross-sectional view, outside a measurement space where the plurality of magnetic sensor cells are not arranged, of a closed space composed of the smallest convex polygon including all of the plurality of magnetic sensor cells, in a position above a straight line drawable from the measurement space without via the plurality of magnetic sensor cells. Sensor error of the magnetic sensor is calibrated based on separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field is signal-separated.SELECTED DRAWING: Figure 1

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.

本実施形態に係る磁場計測装置10の構成を示す。The configuration of the magnetic field measuring device 10 according to this embodiment is shown. 本実施形態に係る磁気センサユニット110の構成を示す。The configuration of the magnetic sensor unit 110 according to this embodiment is shown. 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。The configuration of the magnetic sensor cell 220 in the magnetic sensor array 210 according to the present embodiment is shown. 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。An example of the input / output characteristics of the magnetic sensor having the magnetoresistive element according to the present embodiment is shown. 本実施形態に係るセンサ部300の構成例を示す。A configuration example of the sensor unit 300 according to this embodiment is shown. 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。An example of the input / output characteristics of the sensor unit 300 according to the present embodiment is shown. 本実施形態に係る磁気センサ520の構成例を示す。A configuration example of the magnetic sensor 520 according to this embodiment is shown. 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。The magnetic flux distribution when a feedback magnetic field is generated in the magnetic sensor 520 according to the present embodiment is shown. 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。An arrangement example of a plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 according to the present embodiment is shown. 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。The preferable arrangement position of the calibration magnetic field generation part 144 at the time of calibration is shown. 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。The configuration of the calibration magnetic field generation unit 144, the magnetic sensor array 210, the sensor data collection unit 230, and the sensor data processing unit 1100 according to the present embodiment is shown. 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。The flow in which the magnetic field measuring device 10 according to this embodiment signals separates the spatial distribution of the magnetic field is shown. 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。When the magnetic sensor array 210 is ideally constructed, the signal space separation operation using the ideal basis vector [AB] Ideal is geometrically shown. 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。When the magnetic sensor array 210 is made with sensor error, the signal space separation operation using the ideal basis vector [AB] Ideal is geometrically shown. 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。The flow in which the magnetic field measuring apparatus 10 according to this embodiment acquires the sensor array signal Φ (n) for calibration is shown. 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。The flow in which the magnetic field measuring apparatus 10 according to this embodiment calibrates is shown. 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。When the magnetic sensor array 210 is made with sensor error, the signal space separation operation using the calibrated basis vector [AB] Calib is geometrically shown. 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。Another example of a preferable arrangement position of the calibration magnetic field generating unit 144 at the time of calibration is shown. 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。Another arrangement example of the calibration magnetic field generation part 144 at the time of calibration is shown. 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。The relative positional relationship between the magnetic sensor array 210 and the calibration magnetic field generator 144 is shown. 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。The simulation result of the sensor error when the calibration magnetic field generation part 144 is separated from the magnetic sensor array 210 is shown. 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。An example of the division calibration for the first magnetic sensor cell group 2210 is shown. 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。An example of the division calibration for the second magnetic sensor cell group 2310 is shown. 磁気収束板720および730を含む磁気センサ520に渦電流が発生する様子を示す。It shows how an eddy current is generated in the magnetic sensor 520 including the magnetic focusing plates 720 and 730. 渦電流2410に起因する磁場の利得特性を示す。The gain characteristics of the magnetic field due to the eddy current 2410 are shown. 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。An example of a computer 9900 in which a plurality of aspects of the present invention may be embodied in whole or in part is shown.

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 field measuring device 10 according to the present embodiment. The magnetic field measuring device 10 generates a calibration magnetic field when measuring a target magnetic field using a magnetic sensor, and calibrates an error in the magnetic sensor based on the measurement result of the calibration magnetic field. In the present embodiment, a case where the magnetic field measuring device 10 is a magnetocardiographic measuring device that measures a magnetocardiogram, which is a magnetic field generated by the electrical activity of the human heart, will be described as an example. However, it is not limited to this. The magnetic field measuring device 10 may be used for measuring the magnetocardiography of a living body other than a human being, or may be used for measuring a biomagnetic field other than the magnetocardiography such as a cerebral magnetic field. Further, the magnetic field measuring device 10 may be used for a magnetic particle inspection for detecting scratches on the surface and surface of a steel material or a welded portion.

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 field measuring device 10 includes a main body unit 100 and an information processing unit 150. The main body 100 is a component for sensing the magnetic field of the subject, and calibrates the magnetic sensor unit 110, the head 120, the drive unit 125, the base unit 130, the pole unit 140, the support unit 142, and the like. It has a magnetic field generating unit 144.

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 magnetic sensor unit 110 is arranged at a position toward the heart in the chest of the subject at the time of magnetocardiography measurement, and senses the magnetocardiography of the subject. The head 120 supports the magnetic sensor unit 110 and makes the magnetic sensor unit 110 face the subject when measuring the magnetocardiography. Further, the head 120 may be expandable and contractible in the Z-axis direction, and extends to make the magnetic sensor unit 110 face the calibration magnetic field generating unit 144 when performing calibration. The drive unit 125 is provided between the magnetic sensor unit 110 and the head 120, and changes the orientation of the magnetic sensor unit 110 with respect to the head 120 when performing calibration. The drive unit 125 according to the present embodiment has a first actuator capable of rotating the magnetic sensor unit 110 360 degrees around the Z axis in the drawing, and an axis perpendicular to the Z axis (X axis in the state in the drawing). ) Is included, and the second actuator that rotates the magnetic sensor unit 110 is included, and the azimuth angle and the zenith angle of the magnetic sensor unit 110 are changed by using these. As shown as the drive unit 125 in the figure, the drive unit 125 has a Y-shape when viewed from the Y-axis direction in the figure, and the second actuator has the magnetic sensor unit 110 360 degrees around the X-axis center in the figure. Can be rotated.

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 base portion 130 is a base that supports other parts, and in the present embodiment, is a base on which the subject rides during magnetocardiography measurement. The pole portion 140 supports the head 120 at the height of the subject's chest. The pole portion 140 may be stretchable in the vertical direction so as to adjust the height of the magnetic sensor unit 110 to the height of the chest of the subject.

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 support unit 142 supports the calibration magnetic field generation unit 144 so as to have the same height as the magnetic sensor unit 110 at the time of calibration. In the above description, a case where the head 120 is extended to face the magnetic sensor unit 110 with the calibration magnetic field generating unit 144 when performing calibration is shown as an example. However, it is not limited to this. The support unit 142 moves in the Z-axis direction so that the calibration magnetic field generating unit 144 can move between the calibration position facing the magnetic sensor unit 110 and the retracted position retracted from the calibration position. It may be possible.

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 magnetic field generator 144 generates a calibration magnetic field at the time of calibration. Such a calibration magnetic field may be an AC magnetic field. As an example, the calibration magnetic field may be a sine wave of frequency f0, or a sine wave of multiple frequencies (eg, frequency f0, frequency f1 (> frequency f0), frequency f2 (> frequency f1), etc.). It may be the sum of waves. Magnetocardiography, which is one of the magnetic fields to be measured by the magnetic field measuring device 10, has no DC component. Therefore, the magnetic field measuring device 10 only calibrates the magnetic sensor using a calibration magnetic field which is an AC magnetic field, and is subject to DC offset of the magnetic sensor and offset drift of a very low frequency (for example, 0.1 Hz or less). There is no need to calibrate the magnetic sensor.

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 field measuring device 10 according to the present embodiment. It is a level. Therefore, the calibration magnetic field generator 144 may generate an AC magnetic field having a frequency higher than 50 Hz (frequency f0> 50 Hz) as the calibration magnetic field. That is, since the signal frequency of the core magnetism is mostly lower than 20 Hz, the frequency of the AC magnetic field as the calibration magnetic field may be higher than the frequency band of the magnetic field to be measured.

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 magnetic field generator 144 may use a frequency higher than the frequency of the magnetic field to be measured and avoiding multiplication of the frequency of the commercial power supply as the frequency of the AC magnetic field. As an example, the calibration magnetic field generator 144 may use a frequency higher than 50 Hz and avoiding an integral multiple of 50 Hz or 60 Hz. As a result, the environmental magnetic field can be suppressed to the order of several tens of pT. Therefore, it is sufficient for the calibration magnetic field generator 144 to generate a weak calibration magnetic field of about several tens of nT, for example, to the extent that environmental noise can be ignored. be. That is, by using such a frequency as the frequency of the AC magnetic field, the magnetic field measuring device 10 does not need to generate a strong magnetic field as the calibration magnetic field.

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 magnetic field generator 144 may each have a plurality of calibration coils that generate a calibration magnetic field. Then, the calibration magnetic field generator 144 receives an alternating current corresponding to the frequency of the clock signal for calibration, which will be described later, and adds an alternating current corresponding to the frequency of the clock signal to each of the plurality of calibration coils. An AC magnetic field corresponding to the frequency of the clock signal may be generated from each of the plurality of calibration coils. For example, the calibration magnetic field generator 144 may have at least three or more calibration coils, each of which generates a calibration magnetic field in different axial directions. Then, these different axial directions may be axial directions orthogonal to each other. As an example, the calibration magnetic field generator 144 has a plurality of three-axis calibration coils that generate a calibration magnetic field in the three-axis directions (for example, the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction) that are orthogonal to each other. You may have. As a result, the magnetic field measuring device 10 calibrates the magnetic sensor using a plurality of calibration magnetic fields in which magnetic fields of three axes, each of which is primary and independent, are generated from different positions, so that the accuracy of calibration can be further improved. Can be done.

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 information processing unit 150 is a component for processing the data measured by the main body 100 and outputting it by display, printing, or the like. The information processing unit 150 may be a computer such as a PC (personal computer), a tablet computer, a smartphone, a workstation, a server computer, or a general-purpose computer, or may be a computer system to which a plurality of computers are connected. Instead, the information processing unit 150 may be a dedicated computer designed for information processing of magnetic field measurement, or dedicated hardware realized by a dedicated circuit.

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 magnetic sensor unit 110 according to the present embodiment. The magnetic sensor unit 110 includes a magnetic sensor array 210 and a sensor data collection unit 230. The magnetic sensor array 210 has a plurality of magnetic sensor cells 220 and can detect an input magnetic field in three axial directions. In this figure, in the magnetic sensor array 210, a plurality of magnetic sensor cells 220 (for example, 8 in the X direction, 8 in the Y direction, and 2 in the Z direction) in each of the X direction, the Y direction, and the Z direction, for a total of 128 The case where the magnetic sensor cells 220) are arranged is shown.

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 data collection unit 230 is electrically connected to a plurality of magnetic sensor cells 220 included in the magnetic sensor array 210 (not shown), and collects sensor data (detection signals) from the plurality of magnetic sensor cells 220 to provide information. It is supplied to the processing unit 150.

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 magnetic sensor cell 220 in the magnetic sensor array 210 according to the present embodiment. Each of the plurality of magnetic sensor cells 220 has at least one sensor unit 300, each of which has a magnetoresistive element. In this figure, an example is a case where each of the plurality of magnetic sensor cells 220 has three sensor units 300x to z (collectively referred to as “sensor unit 300”), and the input magnetic field can be detected in the three axial directions. Shown as. However, none of the plurality of magnetic sensor cells 220 is limited to having three sensor units 300x to z, and if at least a part of the magnetic sensor array 210 can detect an input magnetic field in the three axial directions. good. At this time, as will be described later, when each spherical harmonic is spatially sampled by the magnetic sensor array 210, it is necessary to detect the dependence on the spatial frequency related to the angular momentum in the magnetic field. Therefore, it is preferable that the positions of the sensor units 300 in the magnetic sensor array 210 are arranged as evenly as possible at least in the azimuth angle direction and the zenith angle direction. For the same reason, it is preferable that the magnetic sensing axes of the sensors in the magnetic sensor array 210 are arranged at least as evenly as possible in the azimuth direction and the zenith angle direction. The sensor unit 300x is arranged along the X-axis direction and can detect the magnetic field in the X-axis direction. Further, the sensor unit 300y is arranged along the Y-axis direction and can detect the magnetic field in the Y-axis direction. Further, the sensor unit 300z is arranged along the Z-axis direction and can detect the magnetic field in the Z-axis direction. As shown by the enlarged view shown by the alternate long and short dash line in this figure, in the present embodiment, each sensor unit 300 has magnetic convergence plates arranged at both ends of the magnetoresistive element. Therefore, each sensor unit 300 clarifies the sampling points in space in each axial direction by sampling the spatial distribution of the magnetic field using the magnetoresistive element arranged at a narrow position sandwiched between the magnetic focusing plates. be able to. Details of the configuration of each sensor unit 300 will be described later.

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 magnetic sensor cells 220 are arranged at equal intervals of Δx along the X-axis direction, Δy along the Y-axis direction, and Δz along the Z-axis direction. The position of each magnetic sensor cell 220 in the magnetic sensor array 210 is represented by a set [i, j, k] of a position i in the X direction, a position j in the Y direction, and a position k in the Z direction. Here, i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ Nx (Nx indicates the number of magnetic sensor cells 220 arranged in the X direction), and j is an integer satisfying 1 ≦ j ≦ Ny (Ny is the Y direction). (Indicates the number of magnetic sensor cells 220 arranged in), k is an integer satisfying 1 ≦ k ≦ Nz (Nz indicates the number of magnetic sensor cells 220 arranged in the Z direction). In the above description, a case where a plurality of magnetic sensor cells 220 are arranged at equal intervals along each axial direction is shown as an example. However, it is not limited to this. The plurality of magnetic sensor cells 220 may be arranged at different intervals in at least one of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, for example.

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 sensor units 300x, 300y, and 300z and the three-dimensional directions in which the magnetic sensor cells 220 are arranged are the same directions. This makes it easy to grasp each component of the distribution of the measured magnetic field. However, the three-axis direction of the magnetic field to be detected and the three-dimensional direction in which the magnetic sensor cells 220 are arranged may be different. For example, instead of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, the r-axis, θ-axis, and φ-axis of the polar coordinate system may be used as the three-axis directions of the magnetic field to be detected. Further, as the three-dimensional direction in which the magnetic sensor cells 220 are arranged, the r-axis, θ-axis, and φ-axis of the polar coordinate system may be used instead of the X-axis, Y-axis, and Z-axis. When the three-axis direction of the magnetic field to be detected and the three-dimensional direction in which the magnetic sensor cells 220 are arranged are different, the magnetism is not restricted by the arrangement of the sensor unit 300 in the magnetic sensor cell 220 or the arrangement direction of the magnetic sensor cells 220. The degree of freedom in designing the sensor array 210 can be increased. In this case, the magnetic sensor cell 220 can be made smaller, and therefore, the magnetic sensor array 210 having such a plurality of magnetic sensor cells 220 can be made smaller.

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 sensor unit 300 according to the present embodiment. The sensor unit 300 is provided inside each of the plurality of magnetic sensor cells 220, and includes a magnetic sensor 520, a magnetic field generation unit 530, and an output unit 540. A part of the sensor unit 300, for example, an amplifier circuit 532 or the like may be provided on the sensor data collection unit 230 side instead of the magnetic sensor cell 220 side.

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 magnetic sensor 520 has a magnetoresistive element such as a GMR element or a TMR element, similar to the magnetic sensor described with reference to FIG. Further, each of the magnetic sensors 520 includes a magnetoresistive element and two magnetoresistive plates arranged at both ends of the magnetoresistive element, and the magnetoresistive element is arranged at a position sandwiched between the two magnetoresistive plates. .. The magnetic resistance element of the magnetic sensor 520 increases the resistance value when a magnetic field in the + X direction is input, and decreases when a magnetic field in the -X direction is input, when the positive direction of the magnetic sensing axis is the + X direction. It may be formed to do so. That is, by observing the change in the resistance value of the magnetoresistive element possessed by the magnetic sensor 520, the magnitude of the magnetic field B input to the magnetic sensor 520 can be detected. For example, assuming that the magnetic sensitivity of the magnetic sensor 520 is S, the detection result of the magnetic sensor 520 with respect to the input magnetic field B can be calculated as S × B. As an example, the magnetic sensor 520 is connected to a power source or the like, and outputs a voltage drop according to a change in resistance value as a detection result of an input magnetic field. Details of the configuration of the magnetic sensor 520 will be described later.

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 field generation unit 530 generates a feedback magnetic field having a size corresponding to the output signal output by the output unit 540 and reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor 520, and gives the feedback magnetic field to the magnetic sensor 520. The magnetic field generation unit 530, for example, generates a feedback magnetic field B_FB whose absolute value is substantially the same as the input magnetic field in the direction opposite to the magnetic field B input to the magnetic sensor 520, and operates so as to cancel the input magnetic field. The magnetic field generation unit 530 includes an amplifier circuit 532 and a feedback coil 534.

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 amplifier circuit 532 outputs a current corresponding to the detection result of the input magnetic field of the magnetic sensor 520 as the feedback current I_FB. When the magnetoresistive element included in the magnetic sensor 520 is composed of a bridge circuit including at least one magnetoresistive element, the output of the bridge circuit is connected to each input terminal pair of the amplifier circuit 532. Then, the amplifier circuit 532 outputs a current corresponding to the output of the bridge circuit as a feedback current I_FB. The amplifier circuit 532 includes, for example, a transconductance amplifier, and outputs a feedback current I_FB corresponding to the output voltage of the magnetic sensor 520. For example, assuming that the voltage / current conversion coefficient of the amplifier circuit 532 is G, the feedback current I_FB can be calculated as G × S × B.

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。

Figure 2021113801
The feedback coil 534 generates a feedback magnetic field B_FB corresponding to the feedback current I_FB. The feedback coil 534 is wound along the axial direction of the magnetic field to be detected by the magnetic sensor 520 so as to surround the magnetoresistive element of the magnetic sensor 520 and the two magnetic focusing plates arranged at both ends of the magnetoresistive element. ing. It is desirable that the feedback coil 534 generate a uniform feedback magnetic field B_FB throughout the magnetic sensor 520. For example, assuming that the coil coefficient of the feedback coil 534 is β, the feedback magnetic field B_FB can be calculated as β × I_FB. Here, since the feedback magnetic field B_FB is generated in a direction that cancels the input magnetic field B, the magnetic field input to the magnetic sensor 520 is reduced to BB_FB. Therefore, the feedback current I_FB is expressed by the following equation.
Figure 2021113801

(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。

Figure 2021113801
When the equation (Equation 1) is solved for the feedback current I_FB, the value of the feedback current I_FB in the steady state of the sensor unit 300 can be calculated. Assuming that the magnetic sensitivity S of the magnetic sensor 520 and the voltage / current conversion coefficient G of the amplifier circuit 532 are sufficiently large, the following equation is calculated from the equation (Equation 1).
Figure 2021113801

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。

Figure 2021113801
The output unit 540 outputs an output signal V_xMR corresponding to the feedback current I_FB that the magnetic field generation unit 530 flows to generate the feedback magnetic field B_FB. The output unit 540 has, for example, a resistance element having a resistance value R, and outputs a voltage drop caused by a feedback current I_FB flowing through the resistance element as an output signal V_xMR. In this case, the output signal V_xMR is calculated from the equation (Equation 2) as follows.
Figure 2021113801

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 sensor unit 300 generates a feedback magnetic field that reduces the magnetic field input from the outside, the magnetic field that is substantially input to the magnetic sensor 520 is reduced. As a result, the sensor unit 300 uses, for example, a magnetoresistive element having the non-linearity shown in FIG. 4 as the magnetic sensor 520 and having a narrow operating magnetic field range, even if the absolute value of the input magnetic field B exceeds 1 μT. , It is possible to prevent the detection signal V_xMR from being saturated. The input / output characteristics of such a sensor unit 300 will be described below.

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 sensor unit 300 according to the present embodiment. In this figure, the horizontal axis represents the magnitude B of the input magnetic field input to the sensor unit 300, and the vertical axis represents the magnitude V_xMR of the detection signal of the sensor unit 300. The sensor unit 300 has high magnetic sensitivity and can detect a minute magnetic field of about 10 pT. Further, the sensor unit 300 can maintain good linearity of the detection signal V_xMR even if the absolute value of the input magnetic field B exceeds 100 μT, for example.

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 sensor unit 300 according to the present embodiment, the detection result for the input magnetic field B has linearity in a predetermined range of the input magnetic field B, for example, the absolute value of the input magnetic field B is several hundred μT or less. It is configured as follows. By using such a sensor unit 300, a weak magnetic signal such as a magnetocardiographic signal can be easily detected.

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 magnetic sensor 520 according to the present embodiment. In this figure, the magnetic sensor 520 has a magnetoresistive element 710 and magnetic focusing plates 720 and 730 arranged at both ends of the magnetoresistive element 710. The magnetic focusing plates 720 and 730 are arranged at both ends of the magnetoresistive element 710 so as to sandwich the magnetoresistive element 710. In this figure, the magnetic convergence plate 720 is provided on the negative side of the magnetoresistive element 710 along the magnetic sensing axis, and the magnetic convergence plate 730 is provided on the positive side of the magnetoresistive element 710 along the magnetic sensing axis. There is. Here, the magnetically sensitive axis may be along the direction of magnetization fixed in the magnetization fixing layer forming the magnetoresistive element 710. Further, when a magnetic field is input from the negative side to the positive side of the magnetic sensing shaft, the resistance of the magnetoresistive element 710 may increase or decrease. The magnetic focusing plates 720 and 730 are formed of a material having a high magnetic permeability such as permalloy. When the magnetic sensor 520 is configured as shown in this figure, the feedback coil 534 surrounds the cross section of the magnetoresistive element 710 and the magnetic focusing plates 720 and 730 arranged at both ends of the magnetoresistive element 710. The magnetic sensor 520 is wound along the axial direction of the magnetic field to be detected. Further, when the magnetic sensor 520 has a plurality of magnetoresistive elements 710 in one magnetic sensor 520, the magnetic sensor 520 may have a plurality of sets including the magnetoresistive element and the magnetic focusing plates arranged at both ends thereof. In that case, the feedback coil 534 may be wound so as to surround the set including the magnetoresistive element and the magnetic focusing plates arranged at both ends thereof with one coil.

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 magnetic sensor 520, when a magnetic field is input from the negative side to the positive side of the magnetic sensing axis, the magnetic focusing plates 720 and 730 made of a material having high magnetic permeability are magnetized, so that in this figure, A magnetic flux distribution as shown by the broken line occurs. Then, the magnetic flux generated by magnetizing the magnetic focusing plates 720 and 730 passes through the position of the magnetoresistive element 710 sandwiched between the two magnetic focusing plates 720 and 730. Therefore, the magnetic flux density at the position of the magnetoresistive element 710 can be significantly increased by arranging the magnetic focusing plates 720 and 730. Further, as shown in this figure, the sampling points in space are clarified by sampling the spatial distribution of the magnetic field using the magnetoresistive element 710 arranged at a narrow position sandwiched between the magnetic focusing plates 720 and 730. Can be done.

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 magnetic sensor 520 according to the present embodiment. In FIG. 8, the members having the same functions and configurations as those in FIG. 7 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted except for the following differences. In the magnetic sensor 520 according to the present embodiment, when a feedback current is supplied to the feedback coil 534, the feedback coil 534 generates a feedback magnetic field, so that a magnetic flux distribution as shown by a single point chain line in this figure is generated. The magnetic flux generated by this feedback magnetic field is spatially distributed so as to cancel the spatial distribution of the magnetic field that is input to the magnetic resistance element 710 and magnetically amplified by the magnetic focusing plates 720 and 730. Therefore, when the magnetic focusing plates 720 and 730 are arranged at both ends of the magnetic resistance element 710, the magnetic sensor 520 accurately determines the magnetic field distribution at the position of the magnetic resistance element 710 by the feedback magnetic field. Since it can be canceled, a sensor with high linearity between the input magnetic field and the output voltage can be realized.

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 magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 according to the present embodiment. In FIGS. 2 and 3, for convenience of explanation, the magnetic sensor array 210 is shown to be flat. However, in practice, the magnetic sensor array 210 may have a curved surface shape that is curved in at least one direction, as shown in this figure. Then, a plurality of magnetic sensor cells 220 may be arranged three-dimensionally so as to be arranged at lattice points included in the curved surface shape. As an example, the magnetic sensor array 210 may be configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells 220 three-dimensionally in a cross-sectional view arc shape.

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 magnetic sensor cells 220 may be arranged in an arc shape in a cross-sectional view so as to be centered on the center of gravity of the body to be measured and along the chest of the body to be measured. At this time, each magnetic sensor cell 220 is arranged at each lattice point included in the curved surface shape in the three-dimensional lattice space. Here, the grid points are grid-like points provided at equal intervals in the X direction, the Y direction, and the Z direction at predetermined intervals. As an example, each magnetic sensor cell 220 is arranged along a curved surface having a protrusion in a direction orthogonal to one direction when viewed from any one of the X direction, the Y direction, and the Z direction. In this figure, an example is shown in which each magnetic sensor cell 220 is arranged along a curved surface having a protrusion in the positive direction of the Z axis when viewed from the Y direction. Then, for example, the magnetic sensor array 210 is arranged in the negative direction of the Z axis as much as possible within a range in which each apex of each magnetic sensor cell 220 does not exceed a predetermined curved surface having a convex in the positive direction of the Z axis. As described above, by arranging each magnetic sensor cell 220 at each lattice point in the three-dimensional lattice space, a curved surface shape having a convex shape in the positive direction of the Z axis may be formed.

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) magnetic sensor cells 220, that is, magnetic sensor cells 220 [1, j, 1] to 220 [8, j, 1] are designated by reference numeral 910. It is arranged outside the arc indicated by the alternate long and short dash line of reference numeral 915 so as to be arranged outside the inscribed circle of the magnetic sensor array 210 shown by. Further, a plurality of magnetic sensor cells 220 on the outside (Z-axis plus side), that is, magnetic sensor cells 220 [1, j, 2] to 220 [8, j, 2] are circumscribed of the magnetic sensor array 210 indicated by reference numeral 920. It is arranged inside the arc indicated by the alternate long and short dash line of reference numeral 925 so as to be arranged inside the circle. The centers of these inscribed circles and circumscribed circles are common and coincide with the coordinate origins in the signal separation calculation described later.

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 magnetic sensor array 210 can arrange the sensor unit not only in one direction facing the heart but also in multiple directions, and can sense the magnetism from multiple directions. Further, in the magnetic sensor array 210 according to the present embodiment, since the magnetic sensor cell 220 is formed in a rectangular parallelepiped shape as an example, the shape of the magnetic sensor array 210 can be easily changed. That is, the magnetic sensor array 210 according to the present embodiment can take various shapes that can be configured by arranging the magnetic sensor cells 220 at lattice points, and has a high degree of freedom in design. Therefore, as shown in this figure, the magnetic sensor array 210 easily forms a curved surface shape in a three-dimensional space by arranging a plurality of magnetic sensor cells 220 at lattice points included in the curved surface shape in the three-dimensional space. can do. Then, the magnetic field measuring device 10 arranges the magnetic sensor array 210 so that the chest of the object to be measured is located on the center side of the curved surface, that is, the heart, which is the magnetic field source to be measured, is located on the center side of the curved surface. And measure the magnetic field. As a result, the magnetic field measuring device 10 separates the measurement target magnetic field and the disturbance magnetic field with high accuracy by separating the signal space using the measurement data measured at a position close to the heart, which is the measurement target magnetic field source (described later). can do. At this time, it is preferable that the curvature of the curved surface of the magnetic sensor array 210 is substantially equal to the curvature around the chest of the object to be measured because the magnetic field can be measured at a position closer to the heart, which is the magnetic field source to be measured.

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 field generating unit 144 at the time of calibration. As described above, the magnetic field measuring device 10 makes the magnetic sensor unit 110 face the calibration magnetic field generating unit 144 when performing calibration. At this time, the calibration magnetic field generating unit 144 is arranged on the side facing the object to be measured when viewed from the magnetic sensor array 210. That is, the calibration magnetic field generator 144 is located on the Z-axis minus side of the plurality of magnetic sensor cells 220 [1, j, 1] to 220 [8, j, 1] inside the magnetic sensor array 210 (Z-axis minus side). Is placed in.

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 magnetic sensor array 210 represented by reference numeral 920 is the disturbance magnetic field source space. Further, the sensor space is inside the circle circumscribing the magnetic sensor array 210 indicated by reference numeral 920 and outside the circle inscribed in the magnetic sensor array 210 indicated by reference numeral 910. Further, the inside of the circle inscribed in the magnetic sensor array 210 indicated by reference numeral 910 is the signal source space.

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 field measuring device 10 may arrange the calibration magnetic field generating unit 144 in the signal source space when performing calibration. In particular, the calibration magnetic field generating unit 144 may be arranged inside the region surrounded by the arc 915 and the string 917 connecting both end points of the arc 915. As described above, the calibration magnetic field generating unit 144 may be arranged in the region indicated by the dots in this figure. Further, at this time, the calibration magnetic field generating unit 144 may be arranged adjacent to the plurality of inner magnetic sensor cells 220 [1, j, 1] to 220 [8, j, 1] forming the arc 915. .. By arranging the calibration magnetic field generator 144 at such a position, the magnetic field measuring device 10 can apply a relatively strong calibration magnetic field from the signal source space to the magnetic sensor 520 when performing calibration. Therefore, the magnetic sensor 520 can be calibrated even in an environmental magnetic field, ignoring the influence of the disturbance magnetic field.

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 field generation unit 144, the magnetic sensor array 210, the sensor data collection unit 230, and the sensor data processing unit 1100 according to the present embodiment.

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 field generating unit 144 is arranged on the side facing the object to be measured as viewed from the magnetic sensor array 210, preferably at a position indicated by a dot in FIG. 10 when performing calibration. As described above, the calibration magnetic field generating unit 144 may have a plurality of calibration coils, each of which generates a calibration magnetic field. Then, the calibration magnetic field generator 144 receives an alternating current corresponding to the frequency of the clock signal for calibration, and adds an alternating current corresponding to the frequency of the clock signal to each of the plurality of calibration coils to obtain a plurality of alternating currents. An AC magnetic field corresponding to the frequency of the clock signal is generated from each of the calibration coils.

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 magnetic sensor array 210 is composed of a plurality of magnetic sensor cells 220 each having at least one sensor unit 300, and the magnetic sensor array 210 as a whole can detect an input magnetic field in three axial directions. In this figure, the case where the magnetic sensor array 210 has M sensor units 300 [1] to 300 [M] is shown as an example.

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 data collection unit 230 has a plurality of AD converters 232 and a clock generator 234. The plurality of AD converters 232 are provided corresponding to each of the plurality of sensor units 300 [1] to 300 [M], and the analog detection signal output by the corresponding sensor unit 300 (V_xMR in FIG. 6). Is converted into digital measurement data V [1] to V [M], respectively.

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 clock generator 234 generates a sampling clock and supplies a common sampling clock to each of the plurality of AD converters 232. Then, each of the plurality of AD converters 232 performs AD conversion according to the common sampling clock supplied from the clock generator 234. Therefore, all of the plurality of AD converters 232 for AD-converting the outputs of the plurality of sensor units 300 [1] to 300 [M] provided at different positions perform synchronous operation. As a result, the plurality of AD converters 232 can simultaneously sample the detection results of the plurality of sensor units 300 [1] to 300 [M] provided in different spaces.

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 data processing unit 1100 includes a plurality of measurement data acquisition units 1120, a plurality of synchronous detection units 1130, and a plurality of data output units 1140 provided corresponding to each of the plurality of sensor units 300 [1] to 300 [M]. It also has a base vector storage unit 1150, a signal space separation unit 1160, a calibration clock generation unit 1170, an error calculation unit 1180, and a calibration unit 1190.

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 data acquisition unit 1120 is connected to each of the plurality of AD converters 232 connected to the corresponding sensor unit 300, and is measured by the plurality of sensor units 300 [1] to 300 [M] included in the magnetic sensor array 210. The measured measurement data V [1] to V [M] are acquired respectively. Specifically, the measurement data acquisition unit 1120 may be configured by using a flip-flop or the like that latches and acquires the digital measurement data V converted to digital by the AD converter 232 at a predetermined timing T. The measurement data acquisition unit 1120 supplies the acquired measurement data V to the synchronous detection unit 1130.

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 synchronous detection unit 1130 supplies the measurement data V supplied from the measurement data acquisition unit 1120 to the data output unit 1140 as it is. On the other hand, when performing calibration, the synchronous detection unit 1130 detects the calibration magnetic field, which is an AC magnetic field, using a signal having a frequency of the AC magnetic field. As an example, the synchronous detection unit 1130 synchronously detects the calibration magnetic field according to the clock signal for calibration. Then, the synchronous detection unit 1130 extracts a frequency component synchronized with the calibration magnetic field, which is an AC magnetic field, from the measurement data V supplied from the measurement data acquisition unit 1120, and obtains the measurement data V related to the extracted frequency component. It is supplied to the data output unit 1140. Here, such synchronous detection may be performed on software or hardware. Further, in the above description, the case where the synchronous detection unit 1130 performs synchronous detection and extracts the frequency component synchronized with the calibration magnetic field is shown as an example, but the frequency separation by FFT (the frequency component synchronized with the calibration magnetic field is used as an example. A frequency component synchronized with the calibration magnetic field may be extracted by a band path filter) or the like.

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 data output unit 1140 sets the measurement data V [1] to V [M] supplied from each of the plurality of synchronous detection units 1130 as the sensor signal components Φ [1] to Φ [M], and sets the sensor array signal. Φ is supplied to the signal space separation unit 1160.

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 vector storage unit 1150 stores the basis vector required for the signal space separation unit 1160 to signal-separate the sensor array signal Φ, and supplies this to the signal space separation unit 1160. The basis vector storage unit 1150 sequentially updates the stored basis vector to the basis vector changed by the calibration unit 1190. This will be described later.

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 space separation unit 1160 sets the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data V [1] to V [M] supplied as each component of the sensor array signal Φ from the data output unit 1140 to the spatial distribution of the normal orthogonal function. When a magnetic field having a magnetic field is detected by the magnetic sensor array 210, a vector signal having a signal output from each of the plurality of magnetic sensors 520 as each signal component is used as a base vector for signal separation. At this time, the signal space separation unit 1160 acquires the basis vector required for signal separation from the basis vector storage unit 1150. Then, the signal space separation unit 1160 uses the base vector acquired from the base vector storage unit 1150 to obtain the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data V [1] to V [M], and obtains the measurement target magnetic field (signal source space). The signal is separated into a disturbance magnetic field (disturbance space signal), the disturbance magnetic field is suppressed, the measurement target magnetic field is calculated, and this is output. This will also be described later.

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 clock generation unit 1170 generates a clock signal for generating an AC calibration magnetic field and an AC current corresponding to the frequency of the clock signal. Then, the calibration clock generation unit 1170 supplies the generated clock signal to the plurality of synchronous detection units 1130, and also supplies the calibration magnetic field generation unit 144 with an alternating current corresponding to the frequency of the clock signal. In response to this, the calibration magnetic field generator 144 applies an alternating current corresponding to the frequency of the clock signal to each of the plurality of calibration coils, and responds to the frequency of the clock signal from each of the plurality of calibration coils. Generates an alternating magnetic field. Further, the plurality of synchronous detection units 1130 each detect the AC calibration magnetic field generated by the calibration magnetic field generation unit 144 according to the clock signal. In the above description, the case where the calibration clock generation unit 1170 is provided inside the sensor data processing unit 1100 is shown as an example, but the calibration clock generation unit 1170 generates, for example, the calibration magnetic field. It may be configured inside the portion 144.

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 error calculation unit 1180 calculates the separation error when the signal space separation unit 1160 separates the spatial distribution of the calibration magnetic field when performing calibration. Then, the error calculation unit 1180 supplies the calculated separation error to the calibration unit 1190.

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 calibration unit 1190 calibrates the sensor error in the magnetic sensor 520 based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field is signal-separated. At this time, the calibration unit 1190 calibrates the sensor error by changing the basis vector used by the signal space separation unit 1160. Then, the calibration unit 1190 supplies the information regarding the changed basis vector to the basis vector storage unit 1150. In response to this, the basis vector storage unit 1150 updates the basal vector to be stored. This will be described in detail using mathematical formulas.

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 field measuring device 10 according to the present embodiment signals separates the spatial distribution of the magnetic field. In step 1210, the basis vector storage unit 1150 stores the basis vector. As an example, the basis vector storage unit 1150 uses a signal vector predetermined by the result of simulation assuming that the magnetic sensor array 210 is ideally created without any error of each sensor as an initial basis vector. You may remember. Further, the basis vector storage unit 1150 may store the changed and updated basis vector when the sensor error is calibrated by the calibration unit 1190, as will be described later.

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 space separation unit 1160 acquires the sensor array signal Φ measured by the magnetic sensor array 210, that is, the measurement data V [1] to V [M] from the data output unit 1140.

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 step 1230, the signal space separation unit 1160 acquires the signal vector stored as the basis vector by the basis vector storage unit 1150 in step 1210 from the basis vector storage unit 1150. In this flow, either step 1220 or step 1230 may be performed first.

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 space separation unit 1160 uses the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data V [1] to V [M] acquired in step 1220 as the basis vector using the signal vector acquired in step 1230. Expand the series. Then, the signal space separation unit 1160 separates the spatial distribution of the magnetic field into the measurement target magnetic field and the disturbance magnetic field from the vector obtained by the series expansion. That is, the signal space separation unit 1160 is magnetic when the magnetic field having the spatial distribution of the normal orthogonal function is detected by the magnetic sensor array 210 for the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data V [1] to V [M]. A vector signal having a signal output by each of the sensors 520 as each signal component is used as a base vector for signal separation. That is, based on the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor 520, in particular, the basis vector is calculated from the orthonormal function and the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor 520, and the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data is signal-separated. Here, the orthonormal function may be a spherical harmonic. Further, the signal space separation unit 1160 calculates the coefficient of the basis vector by the method of least squares when separating signals.

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 step 1250, the signal space separation unit 1160 suppresses the disturbance magnetic field, calculates and outputs only the measurement target magnetic field based on the result of signal separation in step 1240, and ends the process. This will be described in detail below.

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。

Figure 2021113801
When the current i (r) = 0 at the position of the position vector r representing the position from the coordinate origin with respect to the position where each sensor constituting the magnetic sensor array 210 is arranged, the static magnetic field B (r) is Laplace. Using the potential V (r) that satisfies the equation Δ · V (r) = 0, it is obtained as the spatial gradient (gradient) of the potential V (r) as shown in the following equation. Here, Δ is the Laplacian, μ is the magnetic permeability, and ∇ is an operator representing a vector differential operation.
Figure 2021113801

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。

Figure 2021113801
Since the solution of Laplace's equation generally has a solution in the form of series expansion using spherical harmonics Y l, m (θ, φ), which is a normal orthogonal function system, the potential V (r) is given by the following equation. Can be represented by. Here, | r | is the absolute value of the position vector r (distance from the coordinate origin), θ and φ are two deviation angles in spherical coordinates, l is the azimuthal quantum number, and m is the magnetic quantum number. Α and β are multipolar moments, and Lin and Lout are the number of coordinates for the space in front of the magnetic sensor array 210 and the space in the back, respectively, when viewed from the object to be measured. The azimuthal quantum number l takes a positive integer, and the magnetic quantum number m takes an integer from −l to + l. That is, for example, when l is 1, m is -1, 0, and 1, and when l is 2, for example, m is -2, -1, 0, 1, and 2. Since there is no monopole in the magnetic field, the azimuthal quantum number l starts from 1 instead of 0 in (Equation 5). The first term in (Equation 5) is a term that is inversely proportional to the distance from the coordinate origin, and indicates the potential existing in the space in front of the magnetic sensor array 210 when viewed from the object to be measured. The second term in (Equation 5) is a term proportional to the distance from the coordinate origin, and indicates the potential existing in the space behind the magnetic sensor array 210 when viewed from the object to be measured.
Figure 2021113801

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。

Figure 2021113801
Therefore, according to (Equation 4) and (Equation 5), the static magnetic field B (r) can be expressed by the following equation. Here, the first term in (Equation 6) is a magnetic field source existing in the space in front of the magnetic sensor array 210 when viewed from the object to be measured, that is, for example, a magnetocardiography created by the electrical activity of the heart (magnetic field to be measured). Is shown. Further, the second term in (Equation 6) indicates a disturbance magnetic field created by a magnetic field source existing in the space behind the magnetic sensor array 210 when viewed from the object to be measured.
Figure 2021113801

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。

Figure 2021113801
Here, the sensor array signal Φ is composed of an M-dimensional vector, and each signal component of the vector is a magnetic field vector B (r [m]) in the position vector r [m] in which the magnetic sensor 520 of each sensor unit 300 is arranged. ) And the inner product of the magnetic sensitivity vector S [m] of each magnetic sensor 520. Therefore, for each magnetic sensor 520, the magnetic sensitivity vector S Ideal [m] = (S Ideal [m], x, S Ideal [m], y, S Ideal [m], z) as designed for each magnetic sensor 520. When held and placed in the designed position, the ideal sensor array signal Φ Ideal is expressed by:
Figure 2021113801

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。

Figure 2021113801
That is, each ideal sensor has no sensor error (magnetic sensitivity error due to other axis sensitivity or spindle sensitivity of each sensor, position error due to displacement of each sensor during assembly of the magnetic sensor array 210, etc.). The signal component Φ Ideal [m] is expressed by the following equation.
Figure 2021113801

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。

Figure 2021113801
Therefore, in the ideal case where there is no sensor error in each magnetic sensor 520, the basis vectors a Ideal l, m and b Ideal l, m are defined by the following equations.
Figure 2021113801

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。

Figure 2021113801
Here, in an ideal case where there is no sensor error in each magnetic sensor 520, A Ideal , B Ideal , Xin, and Xout are defined as follows, respectively. That is, the A Ideal, from l = 1 to l = Lin, each vector a Ideal when taking integer from m = -l to l in each l were sequentially arranged in columns, a total of Lin · (Lin + 2) column Defined as a vector of. Further, the B Ideal, from l = 1 to l = Lout, each vector b Ideal when taking integer from m = -l to l in each l were sequentially arranged in columns, a total of Lout · (Lout + 2) column Defined as a vector of. Further, Xin is transposed from a vector in which each multipolar moment α when an integer from m = −l to l is taken in each l from l = 1 to l = Lin is transposed. It is defined as a vector of (Lin + 2) rows. Further, Xout is transposed from a vector in which each multipolar moment β when an integer from m = −l to l is taken in each l from l = 1 to l = Lout is transposed, for a total of Lout · (Lout + 2). ) Defined as a row vector.
Figure 2021113801

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。

Figure 2021113801
Then, the sensor array signal Φ Ideal of the ideal magnetic sensor array 210 can be expressed in the form of the inner product of the ideal basis vector matrix [ AB] Ideal and the vertical vector X as shown in the following equation. Here, the ideal basis vector matrix [ AB ] Ideal indicates a basis vector, for example, which is acquired by the signal space separation unit 1160 from the basis vector storage unit 1150 in step 1230. Further, the vertical vector X indicates a coefficient related to the basis vector.
Figure 2021113801

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。

Figure 2021113801
In step 1240, the signal space separation unit 1160 satisfies Φ Ideal = [ AB] Ideal X with a minimum square approximation using the following equation based on the model equation obtained in this (Equation 11). Determine the vector ^ X Ideal (where "^ X ideal " indicates the left side of (Equation 12) and means the hat (estimated value) of X Ideal).
Figure 2021113801

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。

Figure 2021113801
Therefore, the signal space separation unit 1160 can express the hat ^ Φ Ideal of the sensor array signal of the ideal magnetic sensor array 210 as an M-dimensional vector of the minimum squared solution by the following equation. As a result, the signal space separation unit 1160 can solve the spatial distribution of the magnetic field in step 1240.
Figure 2021113801

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 step 1250, the signal space separation unit 1160 reduces the ^ Xout · B Ideal by using the vertical vector determined in step 1240 to reduce the disturbance magnetic field component, that is, the component of the second term in (Equation 6). Output the suppressed result. The signal space separation unit 1160 suppresses the disturbance magnetic field component by outputting only ^ Xin · A Ideal as a result, and outputs only the measurement target magnetic field component, that is, the component of the first term in (Equation 6). You may.

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 field measuring device 10 according to the present embodiment, the measurement data V [1] measured using the magnetic sensor array 210 having a plurality of magnetic sensor cells 220 and capable of detecting the input magnetic field in the three axial directions. ] ~ V [M], the spatial distribution of the magnetic field can be signal-separated into the measurement target magnetic field and the disturbance magnetic field. Further, since the magnetic field measuring device 10 suppresses the disturbance magnetic field component and outputs only the measurement target magnetic field component, the measurement target magnetic field can be measured with higher accuracy. Further, since each of the plurality of sensor units 300 has a magnetic focusing plate, the magnetic sensitivity of the sensor unit 300 can be enhanced, the spatial sampling point can be clarified, and the affinity with the signal space separation technology can be further enhanced. can.

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 magnetic sensor array 210 is ideally made. Reference numeral 1310 indicates the sensor array signal Φ Ideal of the ideal magnetic sensor array 210. Reference numeral 1320 indicates a linear subspace Span {A Ideal } stretched by the ideal basis vector A Ideal. Reference numeral 1330 indicates a linear subspace Span {B Ideal } stretched by the ideal basis vector B Ideal. Reference numeral 1340 indicates a linear subspace stretched by an ideal basis vector [AB ] ideal that is a linear sum of the linear subspace Span {A Ideal } and the linear subspace Span {B Ideal}. Reference numeral 1350 indicates an M-dimensional vector of a minimum squared solution. As shown in this figure, if the magnetic sensor array 210 is ideally made, i.e. without sensor error, the sensor array signal Φ Ideal of the ideal magnetic sensor array 210 is ideal. It exists in a linear subspace stretched by the base vector [ AB] Ideal. That is, the equation (Equation 11) is established with high accuracy, and the signal space separation unit 1160 accurately separates the signal space into the target magnetic field component and the disturbance magnetic field component with respect to the magnetic field detected by the magnetic sensor array 210. Can be done.

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 magnetic sensor 520. It is expressed using Uncalib [m], y, S Uncalib [m], z). That is, the magnetic sensor array 210 assumes a magnetic sensitivity vector S Ideal [m] = (S Ideal [m], x, S Ideal [m], y, S Ideal [m], z) for each magnetic sensor 520. However, in reality, the unknown magnetic sensitivity vector S Uncalib [m] = (S Uncalib [m], x, S Uncalib [m], y, S Uncalib [m], z. ) Is completed.

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。

Figure 2021113801
That is, each sensor signal component Φ Uncalib [m] having a magnetic sensitivity error is expressed by the following equation.
Figure 2021113801

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。

Figure 2021113801
In this way, for the sensor array signal Φ Uncalib measured by the magnetic sensor array 210 created with the magnetic sensitivity error, the equation of the following equation is used using the assumed ideal basis vector [ AB] Ideal. Suppose you want to set up.
Figure 2021113801

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。

Figure 2021113801
Then, even if the vertical vector ^ X Uncalib is determined by the following equation based on the model equation obtained in (Equation 15), the solution of the equation is inaccurate.
Figure 2021113801

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。

Figure 2021113801
In this case, as the M-dimensional vector of the least squares solution, the hat ^ Φ Uncalib of the sensor array signal of the magnetic sensor array 210 having the magnetic sensitivity error is expressed by the following equation.
Figure 2021113801

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 magnetic sensor array 210 is made with sensor error. In FIG. 14, members having the same functions and configurations as those in FIG. 13 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted except for the following differences. Reference numeral 1410 indicates a sensor array signal Φ Uncalib of the magnetic sensor array 210 having a sensor error. Reference numeral 1450 indicates an M-dimensional vector of a minimum squared solution. As shown in this figure, when the magnetic sensor array 210 has a sensor error, the sensor array signal Φ Uncalib does not exist in the linear subspace stretched by the ideal basis vector [ AB] Ideal. ..

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。

Figure 2021113801
At this time, a separation error, that is, an error vector ε represented by the reference numeral 1460, is formed between the sensor array signal Φ Uncalib indicated by the reference numeral 1410 and the M-dimensional vector ^ Φ Uncalib of the minimum squared solution indicated by the reference numeral 1450. And the error angle γ indicated by reference numeral 1470 occurs. Here, the error vector ε and the error angle γ are expressed by the following equations.
Figure 2021113801

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 magnetic sensor array 210. Therefore, the equation of (Equation 15) is not established with high accuracy, and the solution of the equation shown in (Equation 16) is inaccurate. That is, the signal space separation unit 1160 cannot accurately perform signal space separation between the target magnetic field component and the disturbance magnetic field component with respect to the magnetic field detected by the magnetic sensor array 210.

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 field measuring device 10 according to the present embodiment calibrates the sensor error in the magnetic sensor 520 so as to reduce the separation error when such a signal space separation calculation is performed.

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 field measuring device 10 according to the present embodiment acquires a sensor array signal Φ (n) for calibration. In step 1510, the magnetic field measuring device 10 arranges the calibration magnetic field generating unit 144 on the side facing the object to be measured as viewed from the magnetic sensor array 210, preferably at a position indicated by a dot in FIG.

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 field measuring device 10 substitutes 1 for n. Here, n is a number for identifying the calibration coil included in the calibration magnetic field generating unit 144, and indicates an integer from 1 to the number N of the calibration coils included in the calibration magnetic field generating unit 144.

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 step 1530, the magnetic field measuring device 10 drives the calibration coil (n) and acquires the sensor array signal Φ (n). As an example, the calibration magnetic field generator 144 receives an alternating current corresponding to the frequency of the calibration clock signal supplied from the calibration clock generator 1170, and the calibration coil (n) receives the frequency of the clock signal. An alternating current corresponding to the frequency of the clock signal is applied to generate an alternating current according to the frequency of the clock signal from the calibration coil (n). At this time, the calibration magnetic field generated by the calibration coil (n) is close to the magnetic field generated from the magnetic dipole. The calibration magnetic field generated by the calibration coil (n) corresponds to the component of the first term in (Equation 6). At this time, by generating an AC magnetic field having a relatively strong strength from the calibration coil (n), the influence of the second term component in (Equation 6), that is, the disturbance magnetic field can be ignored at the time of calibration.

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 field measuring device 10 acquires the sensor array signal Φ (n) when the calibration magnetic field is generated from the calibration coil (n). More specifically, when a calibration magnetic field is generated from the calibration coil (n), the measurement data acquisition unit 1120 measures by a plurality of sensor units 300 [1] to 300 [M] included in the magnetic sensor array 210. The measured measurement data V [1] to V [M] are acquired respectively. Then, the synchronous detection unit 1130 receives the calibration clock signal supplied from the calibration clock generation unit 1170, and synchronously detects the calibration magnetic field according to the clock signal. Then, the synchronous detection unit 1130 extracts a frequency component synchronized with the calibration magnetic field, which is an AC magnetic field, from the measurement data V [1] to V [M], and measures data V [1] related to the extracted frequency component. ] To V [M] are supplied to the data output unit 1140, respectively. Then, when the data output unit 1140 generates a calibration magnetic field from the calibration coil (n) for the measurement data V [1] to V [M] supplied from the synchronous detection unit 1130, a plurality of sensor units. The sensor array signal Φ (n) for calibration, which has each sensor signal component Φ (n) [1] to Φ (n) [M] from 300 [1] to 300 [M], is the signal space separator 1160. Supply to. As a result, the signal space separation unit 1160 acquires the sensor array signal Φ (n) for calibration when the calibration magnetic field is generated from the calibration coil (n).

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 field measuring device 10 determines whether n is equal to N. That is, the magnetic field measuring device 10 determines whether or not all the calibration coils included in the calibration magnetic field generating unit 144 have been driven. When it is determined that n is equal to N, that is, when it is determined that all the calibration coils have been driven, the magnetic field measuring device 10 ends the flow of acquiring the sensor array signal Φ (n) for calibration. do.

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 field measuring device 10 increments n in step 1550. Then n = n + 1, the process is returned to step 1530, and the flow is continued.

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 field measuring device 10 generates a calibration sensor array signal Φ (n) when N calibration coils are driven to generate a calibration magnetic field from n = 1 to n = N. Get each.

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 field measuring device 10 according to the present embodiment calibrates. In step 1610, the magnetic field measuring device 10 substitutes 1 for i. Here, i means the number of times the calibration is executed, and indicates an integer from 1 to MAX_COUNT, which is the upper limit of the number of times the calibration is executed.

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 step 1620, the magnetic field measuring device 10 calculates the separation error. More specifically, the signal space separation unit 1160 performs signal space separation for the sensor array signal Φ (n) for calibration for 1 ≦ n ≦ N, respectively. At this time, in step 1620 following step 1610, the signal space separation unit 1160 determines the solution of the equation shown in (Equation 16) from the equation shown in (Equation 15). At this time, the signal space separation unit 1160 sets the position where the calibration magnetic field generation unit 144 is arranged as the origin of the coordinates in the calculation when the spatial distribution of the calibration magnetic field is signal-separated. That is, the signal space separation unit 1160 sets the position where the calibration coil (1) is arranged as the origin of the coordinates in the calculation when the sensor array signal Φ (1) is separated. Similarly, the signal space separation unit 1160 sets the position where the calibration coil (n) is arranged as the origin of the coordinates in the calculation when the sensor array signal Φ (n) is signal-separated. In this way, when the calibration magnetic field generation unit 144 has N calibration coils and the calibration magnetic field is generated from each of the N calibration coils, the signal space separation unit 1160 is a calibration coil ( In performing signal space separation calculation and calculation of error ε for the sensor array signal Φ (n) when the calibration magnetic field is generated from n), the signal space is located at the position where the calibration coil (n) is arranged. The calculation is performed while sequentially matching the coordinate origins in the separation operation. As a result, the magnetic field measuring device 10 can greatly simplify the calibration of each magnetic sensor 520 in the M sensor units 300 included in the magnetic sensor array 210, and accelerate the convergence of the calibration parameters. Then, the error calculation unit 1180 calculates at least one of the error vector ε (n) and the error angle γ (n) as the separation error for 1 ≦ n ≦ N based on (Equation 18). do.

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 step 1630, the magnetic field measuring device 10 determines whether or not the separation error exceeds a predetermined threshold value. For example, the magnetic field measuring device 10 determines whether or not the sum of squares of N separation errors exceeds a predetermined threshold value. That is, in the magnetic field measuring device 10, at least one of the sum of squares of the error vector ε (n) for 1 ≦ n ≦ N and the sum of squares of the error angle γ (n) is predetermined. Determine if it exceeds the threshold. If it is determined that the separation error does not exceed the threshold value, the magnetic field measuring device 10 terminates the process assuming that the calibration is completed.

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。

Figure 2021113801
On the other hand, if it is determined in step 1630 that the separation error exceeds a predetermined threshold value, the magnetic field measuring device 10 calibrates the sensor error in step 1640. For example, the calibration unit 1190 has a separation error as an objective function, that is, for 1 ≦ m ≦ M so that at least one of the error vector ε (n) and the error angle γ (n) is set to zero. The magnetic sensitivity vector S Calib [m] is optimized. At this time, the calibration unit 1190 may use, for example, a computer science method such as stochastic annealing. Here, the basis vector after calibration is expressed by the following equation. In this way, the calibration unit 1190 changes the basis vector so as to minimize the separation error by optimizing the magnetic sensitivity vector S Calib [m].
Figure 2021113801

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 step 1650, the magnetic field measuring device 10 determines whether i is equal to MAX_COUNT. That is, the magnetic field measuring device 10 determines whether or not the number of times the calibration is executed is the upper limit number of times.

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 field measuring device 10 times out the calibration execution in step 1660 and ends the process. At this time, the magnetic field measuring device 10 may notify, for example, that the calibration has timed out.

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。

Figure 2021113801
On the other hand, when i is not equal to MAC_COUNT, the magnetic field measuring device 10 increments i to make i = i + 1 in step 1670, returns the process to step 1620, and continues the flow. In step 1620 following step 1670, the signal space separation unit 1160 may determine the solution of the equation by the following equation instead of (Equation 16).
Figure 2021113801

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。

Figure 2021113801
Further, the signal space separation unit 1160 may determine the hat ^ Φ Calib of the sensor array signal of the magnetic sensor array 210 having a sensor error as the M-dimensional vector of the minimum squared solution by the following equation.
Figure 2021113801

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 space separation unit 1160 may calculate the separation error between the sensor array signal Φ Calib and the M-dimensional vector ^ Φ Calib of the least squares solution by the same method as in (Equation 18).

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 magnetic sensor array 210 is made with sensor error. In FIG. 17, members having the same functions and configurations as those in FIG. 14 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted except for the following differences. According to the flow of FIG. 16, the magnetic field measuring device 10 updates the basis vector. Here, reference numeral 1720 indicates a linear subspace Span {A Calib } stretched by the calibrated basis vector A Calib. Reference numeral 1730 indicates a linear subspace Span {B Calib } stretched by the calibrated basis vector B Calib. Reference numeral 1740 indicates a linear subspace stretched by a basis vector [AB] Calib which is a linear sum of the linear subspace Span {A Calib} and the linear subspace Span {B Calib}. Reference numeral 1750 indicates an M-dimensional vector of a minimum squared solution. As shown in this figure, the sensor array signal Φ Uncalib of the magnetic sensor array 210 with sensor error exists in a linear subspace stretched by the calibrated basis vector [ AB] Calib. That is, the signal space separation unit 1160 separates the signal space into the target magnetic field component and the disturbance magnetic field component with respect to the magnetic field detected by the magnetic sensor array 210 by optimizing the basis vector so as to minimize the separation error. Can be done accurately.

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 field measuring device 10 changes the basis vector so as to minimize the separation error by optimizing the magnetic sensitivity vector S Calib [m] as a calibration parameter. Shown as. However, as described above, as the sensor error, in addition to the magnetic sensitivity error of each sensor, a position error due to a deviation of the arrangement position of each sensor at the time of assembling the magnetic sensor array 210 may occur. Therefore, the magnetic field measuring device 10 replaces or in addition to the magnetic sensitivity vector S Calib [m] as a calibration parameter, and position information in the magnetic sensor 520 of the M sensor units 300, in this case, signal space separation. The base vector may be changed so as to minimize the separation error by optimizing the position information in the calculated coordinate system of, that is, the radius r, the zenith angle θ, and the azimuth angle φ, respectively. That is, the basis vector may be changed with r, θ, and φ in (Equation 19) as calibration parameters. The magnetic field measuring device 10 can also realize such calibration of the position error by the same method as the calibration of the magnetic sensitivity error. Further, the magnetic field measuring device 10 may perform an operation so as to optimize the calibration of the magnetic sensitivity error and the calibration of the position error at the same time.

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 field measuring device 10 measures the magnetic field to be measured after performing the calibration is shown as an example. However, if it is placed at a position that does not interfere with the measurement of the magnetic field to be measured, and the frequency of the AC magnetic field as the calibration magnetic field is higher than the frequency band of the magnetic field to be measured, the magnetic field is measured. The device 10 may simultaneously perform the calibration and the measurement of the magnetic field to be measured. In this case, the magnetic field measuring device 10 may frequency-separate the calibration magnetic field signal and the measurement target magnetic field signal by using LPF, HPF, or the like.

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 field generating unit 144 at the time of calibration. In FIG. 18, members having the same functions and configurations as those in FIG. 10 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted except for the following differences. As shown in this figure, in the magnetic sensor array 210, when a plurality of magnetic sensor cells 220 are arranged three-dimensionally so as to be arranged at lattice points included in a curved surface shape, the plurality of magnetic sensor cells 220 are viewed in cross section. It may be arranged in a U shape.

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 circle 920. The remaining magnetic sensor cells 220 [1, j, 1] to [1, j, 2] and 220 [8, j, 1] to 220 [8, j, 2] are located at one end of the linear shape. The magnetic sensor cells 220 [1, j, 3] and 220 [8, j, 3] may be arranged so as to extend in the minus direction of the Z axis. Even in such a configuration, the centers of the inscribed circle and the circumscribed circle are common and coincide with the coordinate origin in the signal separation calculation. Then, the calibration magnetic field generating unit 144 may be arranged inside the region surrounded by the arc 915 and the string 917 connecting both end points of the arc 915. That is, the calibration magnetic field generating unit 144 may be arranged in the region indicated by the dots in this figure.

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 magnetic field generator 144 is arranged inside the region surrounded by the arc 915 of the circle 910 inscribed in the magnetic sensor array 210 and the chord 917 connecting both end points of the arc 915. The case is shown as an example. However, it is not limited to this. By arranging the source of the calibration magnetic field in the vicinity of the magnetic sensor array 210, the calibration magnetic field applied to each magnetic sensor 520 can be made relatively strong with respect to the environmental magnetic field. On the other hand, when each magnetic sensor 520 includes the magnetic focusing plates 720 and 730, if the source of the calibration magnetic field is arranged in the vicinity of the magnetic sensor array 210, distortion of the magnetic field due to the magnetic focusing plates 720 and 730 may occur. That is, the gradient of the magnetic field depending on the distance from the source of the calibration magnetic field cannot be ignored, and the strength of the magnetic flux distribution occurs at one end and the multiple ends of the magnetic focusing plates 720 and 730. Further, the influence of such a magnetic field gradient on each axial direction of the magnetic sensor 520 depends on the direction of the source of the calibration magnetic field as seen from each magnetic sensor 520. For this reason, the sensitivity of each magnetic sensor 520 may vary depending on the position of the source of the calibration magnetic field. Therefore, in such a case, the source of the calibration magnetic field may be separated from the magnetic sensor array 210 to some extent. This will be described in detail with reference to the drawings.

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 field generating unit 144 at the time of calibration. As described above, the magnetic field measuring device 10 has a plurality of magnetic sensor cells 220 each having a magnetic sensor 520 including a magnetoresistive element 710 and a magnetic focusing plate 720 and 730, at least a part of a measurement object (for example, a heart). A magnetic sensor array 210 is provided which is arranged so as to form a surface covering the above. Each of the plurality of magnetic sensor cells 220 responds to a magnetic field generation unit 530 that generates a feedback magnetic field that reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor 520 and a feedback current that the magnetic field generation unit 530 flows to generate the feedback magnetic field. It also has an output unit 540 that outputs the output signal. Then, the magnetic field measuring device 10 is based on the measurement data acquisition unit 1120 that acquires the measurement data measured by the magnetic sensor array 210 and the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor 520, and in particular, the normal orthogonal function and each. The signal space separation unit 1160 that separates the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data based on the position of the magnetic sensor 520 and the base vector calculated from the magnetic sensitivity, and the calibration magnetic field generation unit 144 that generates the calibration magnetic field. And the calibration unit 1190 that calibrates the sensor error in the magnetic sensor 520 based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field is signal-separated. The orthonormal function may be a spherical harmonic function.

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 field measuring device 10, in order to suppress the distortion of the magnetic field due to the magnetic focusing plates 720 and 730, the calibration magnetic field generating unit 144 may be arranged at a position as shown in this figure. That is, the calibration magnetic field generating unit 144 is composed of the smallest convex polygon 1910 including all the plurality of magnetic sensor cells 220 in the cross-sectional view, and the plurality of magnetic sensor cells 220 in the closed space (enclosed by the thick line in this figure). Is not arranged (hatched in this figure), outside the measurement space 1920, at a position on a straight line that can be drawn from the measurement space 1920 without passing through a plurality of magnetic sensor cells 220, the calibration magnetic field. May be generated. As shown in this figure, in the magnetic field measuring device 10, for example, the calibration magnetic field generating unit 144 may be arranged on the negative side of the Z axis with respect to the magnetic sensor array 210. In this way, the magnetic field measuring device 10 applies the calibration magnetic field at a position where the source of the calibration magnetic field is located at a certain distance from each magnetic sensor 520 and at a position where the directions viewed from the magnetic sensors 520 are aligned at a certain degree. generate. As a result, according to the magnetic field measuring device 10, it is possible to apply a uniform calibration magnetic field to each magnetic sensor 520 so that the influence of the gradient of the magnetic field can be ignored, so that the distortion of the magnetic field due to the magnetic focusing plates 720 and 730 is suppressed. can do.

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 magnetic sensor array 210, the distortion of the magnetic field due to the magnetic focusing plates 720 and 730 can be suppressed, while the calibration magnetic field applied to the magnetic sensor 520 is relatively weak with respect to the environmental magnetic field. There is a trade-off that it becomes. In addition, the accuracy of expressing the spatial distribution of the magnetic field with the basis vector deteriorates. Therefore, it is preferable to limit the relative positional relationship between the magnetic sensor array 210 and the calibration magnetic field generating unit 144 to some extent.

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 magnetic sensor array 210 and the calibration magnetic field generator 144. As shown in this figure, the magnetic sensor array 210 may be configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells three-dimensionally in a cross-sectional view arc shape. Here, the straight line 2060 connecting the center 2040 of the plane formed by the strings 2030 connecting the two end points 2020 of the arc 2010 and the center 2050 of the calibration magnetic field generating unit 114, and the arc on the same cross section as the center 2040 of the plane. The angle formed by the straight line 2070 connecting the contact point 2020 of 2010 and the string 2030 with the center of the calibration magnetic field generating unit 114 is defined as the angle W. Here, the string 2030 is defined by the lower limit position in the Z-axis direction in the magnetic sensor 520 of the magnetic sensor cells 220 [1, j, 1] and [8, j, 1], and the position is set as the origin of the Z-axis coordinates. I will do it. Further, the distance from the magnetic sensor array 210 to the calibration magnetic field generation unit 144 is defined as the distance from the center 2040 of the plane formed by the strings 2030 to the center 2050 of the calibration magnetic field generation unit 144.

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 field generating unit 144 is separated from the magnetic sensor array 210. Here, in carrying out this simulation, the sensor area size of the magnetic sensor array 210 was set to a width of about 40 cm, a depth of about 20 cm, and a height of about 30 cm. Further, the magnetic sensor array 210 and the calibration magnetic field generator 144 are provided so that the X-axis coordinates and the Y-axis coordinates of the center 2040 of the plane formed by the strings 2030 and the center 2050 of the calibration magnetic field generator 144 are the same. Was placed. In this figure, the horizontal axis indicates the Z coordinate of the center 2050 of the calibration magnetic field generating unit 144 when the position of the string 2030 is 0, in units of [m]. That is, the absolute value of the value on the horizontal axis in this figure indicates the distance from the magnetic sensor array 210 to the calibration magnetic field generating unit 144. Further, below this figure, the value of the angle W calculated from the distance is shown. Further, in this figure, the left side of the vertical axis shows the position error in [mm] units, and the right side of the vertical axis shows the magnetic sensitivity error in [%] units.

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 magnetic sensor 520 from the point where the distance from the magnetic sensor array 210 to the calibration magnetic field generator 144 exceeds 1.916 m, that is, the angle W falls below 5.955 °. It can be seen that the error is starting to rise. This is because the calibration magnetic field generator 144, which is the calculation origin of the base vector calculated based on the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor 520 of the magnetic sensor array 210, is too far away from the magnetic sensor array 210. It is considered that it is limited to a part of the spatial distribution of the magnetic field expressed by the ground vector, and the accuracy of expressing the spatial distribution of the magnetic field deteriorates. Therefore, when the calibration magnetic field generating unit 144 is separated from the magnetic sensor array 210, a straight line connecting the center 2040 of the plane formed by the strings 2030 connecting both end points 2020 of the arc 2010 and the center 2050 of the calibration magnetic field generating unit 144. The angle W formed by the straight line 2070 connecting the contact point 2020 of the arc 2010 and the chord 2030 on the same cross section as the center 2040 of the plane and the center 2040 of the plane and the center 2050 of the calibration magnetic field generator 144 is made larger than 6 degrees. , The calibration magnetic field generator 144 may be arranged.

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 magnetic sensor 520 and the position error of the magnetic sensor 520 from the point where the distance from the magnetic sensor array 210 to the calibration magnetic field generating unit 144 is less than 0.416 m, that is, the angle W exceeds 25.668 ° It can be seen that the magnetic sensitivity error has begun to increase. It is considered that this is due to the distortion of the magnetic field due to the magnetic focusing plates 720 and 730. Therefore, it is preferable to arrange the calibration magnetic field generating unit 144 so that the angle W is smaller than 26 degrees.

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 field generating unit 144 is arranged away from the magnetic sensor array 210 to suppress the distortion of the magnetic field due to the magnetic focusing plates 720 and 730 is shown as an example. However, it is not limited to this. The magnetic field measuring device 10 may suppress the distortion of the magnetic field due to the magnetic focusing plates 720 and 730 by dividing and calibrating the entire magnetic sensor array 210 instead of calibrating the entire magnetic sensor array 210 at once.

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 sensor cell group 2210. In the division calibration, the measurement data acquisition unit 1120 may acquire the measurement data measured by the magnetic sensor cell group which is at least a part of the plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210. Further, the signal space separation unit 1160 may signal-separate the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data based on the position and magnetic sensitivity of each magnetic sensor 520 in the magnetic sensor cell group. Then, the calibration magnetic field generation unit 144 may generate the calibration magnetic field at a plurality of different positions. As an example, as described above, the calibration magnetic field generator 144 generates a calibration magnetic field in the three-axis directions (for example, the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction) that are orthogonal to each other. It may have a plurality of shock coils. Then, the magnetic field measuring device 10 generates a calibration magnetic field from one or a plurality of first calibration coils 2220 arranged at the first position, and among the plurality of magnetic sensor cells 220 constituting the magnetic sensor array 210. The magnetic sensor 520 of the first magnetic sensor cell group 2210 of the above is calibrated. In this figure, a calibration magnetic field is generated from a plurality of first calibration coils 2220a, 2220b, and 2220c (collectively referred to as "first calibration coil 2220") arranged at the first position. The case where the sensor error is calibrated only for the magnetic sensor 520 of the magnetic sensor cells 220 [5, j, 1] to 220 [8, j, 2] is shown as an example. In this case, the magnetic field measuring device 10 uses the position of the first calibration coil 2220 as the origin of the coordinates in the calculation, and is based on the position and magnetic sensitivity of the magnetic sensor 520 of the first magnetic sensor cell group 2210, and in particular, a normal orthogonal function. The calibration magnetic field generated at the first position is measured by the first magnetic sensor cell group 2210 based on the position of the magnetic sensor 520 and the base vector calculated from the magnetic sensitivity. Then, the calibration unit 1190 determines the magnetism of the first magnetic sensor cell group 2210 among the plurality of magnetic sensor cells 220 based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field generated at the first position is signal-separated. Calibrate the sensor error in the sensor 520. The sensor error calibration in the division calibration is the same as the procedure for calibrating the entire magnetic sensor array 210 at once, except that the magnetic sensor 520 to be calibrated is limited. The description is omitted here.

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 sensor cell group 2310. The magnetic field measuring device 10 generates a calibration magnetic field from one or a plurality of second calibration coils 2320 arranged at a second position, and generates a calibration magnetic field to form a magnetic sensor array 210, which is the first of a plurality of magnetic sensor cells 220. The magnetic sensor 520 of the magnetic sensor cell group 2310 of 2 is calibrated. In this figure, a calibration magnetic field is generated from a plurality of second calibration coils 2320a, 2320b, and 2320c (collectively referred to as "second calibration coil 2320") arranged at the second position. As an example, a case where the sensor error is calibrated for only the magnetic sensors 520 of the magnetic sensor cells 220 [1, j, 1] to 220 [4, j, 2] is shown. In this case, the magnetic field measuring device 10 uses the position of the second calibration coil 2320 as the origin of the coordinates in the calculation, and is based on the position and magnetic sensitivity of the magnetic sensor 520 of the second magnetic sensor cell group 2310, and in particular, a normal orthogonal function. The calibration magnetic field generated at the second position is measured by the second magnetic sensor cell group 2310 based on the position of the magnetic sensor 520 and the base vector calculated from the magnetic sensitivity. Then, the calibration unit 1190 determines the magnetism of the second magnetic sensor cell group 2310 among the plurality of magnetic sensor cells 220 based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field generated at the second position is signal-separated. Calibrate the sensor error in the sensor 520.

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 field measuring device 10 may calibrate the entire magnetic sensor array 210 by sequentially repeating the division calibration. As a result, according to the magnetic field measuring device 10, by limiting the magnetic sensors 520 to be calibrated at the same time, the calibrated magnetic field can be made a certain uniform magnetic field from the viewpoint of each magnetic sensor 520 to be calibrated. , The distortion of the magnetic field due to the magnetic focusing plates 720 and 730 can be suppressed. Further, according to the magnetic field measuring device 10, since the calculation related to the calibration can be divided and executed, the calculation can be executed at high speed.

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 field measuring device 10 divides the plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 into two groups is shown as an example, but the present invention is not limited to this. The magnetic field measuring device 10 may divide, for example, a plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 into three or more groups. For example, the magnetic field measuring device 10 places the plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 on the first magnetic sensor cell group located on the left side when viewed from the measured object and the second magnetism located on the right side when viewed from the measured object. It may be divided into a sensor cell group and a third magnetic sensor cell group located between the first magnetic sensor cell group and the second magnetic sensor cell group. Then, the calibration unit 1190 calibrates the sensor error in the magnetic sensor 520 of the first magnetic sensor cell group based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field generated at the first position is signal-separated. Calibration generated at position 2 The sensor error in the magnetic sensor 520 of the second magnetic sensor cell group is calibrated based on the separation error when the spatial distribution of the magnetic field is signal-separated, and the calibration generated at position 3 is performed. The sensor error in the magnetic sensor 520 of the third magnetic sensor cell group may be calibrated based on the separation error when the spatial distribution of the ion magnetic field is signal-separated.

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 calibration unit 1190 uses the magnetism of the first magnetic sensor cell group and the third magnetic sensor cell group based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field generated at the first position is signal-separated. The magnetic sensors of the second magnetic sensor cell group and the third magnetic sensor cell group based on the separation error when the sensor error in the sensor 520 is calibrated and the spatial distribution of the calibration magnetic field generated at the second position is signal-separated. The sensor error at 520 may be calibrated. That is, the magnetic field measuring device 10 has a case where the magnetic sensor 520 of the third magnetic sensor cell group generates a calibration magnetic field at the first position and a case where the calibration magnetic field is generated at the second position. Both may be subject to overlapping calibration targets.

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 field measuring device 10 separately includes the calibration magnetic field generating unit 144 in order to generate the calibration magnetic field is shown as an example. However, it is not limited to this. The magnetic field measuring device 10 may substitute the function of the calibration magnetic field generating unit 144 with a part of the magnetic sensor array 210. That is, the magnetic field measuring device 10 may generate a calibration magnetic field from the magnetic field generation unit 530 of at least one of the plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210. In this case, at least one magnetic sensor cell 220 may further have a switching unit for switching whether the magnetic field generation unit 530 generates a feedback magnetic field or a calibration magnetic field.

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 field measuring device 10 is configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells 220 each having a magnetic sensor 520 and a magnetic field generating unit 530, and the plurality of magnetic sensor cells 220 are magnetic to output a signal corresponding to the magnetic field. A sensor array 210 may be provided. Further, the magnetic field measuring device 10 is a calculation unit (for example, signal space separation) capable of calculating the magnetic field distribution in space based on the signals output by the plurality of magnetic sensor cells 220 and the magnetic sensor information indicating the information of the magnetic sensor 520. A unit 1160) may be provided. Further, the magnetic field measuring device 10 may include a calibration unit 1190 for calibrating magnetic sensor information. Then, the magnetic field generation unit 530 generates a feedback magnetic field that reduces the magnetic field detected by the magnetic sensor 520 when detecting the magnetic field generated by the object to be measured, and generates a calibration magnetic field when calibrating the magnetic sensor cell 220. It may be configured as follows. Further, the calibration unit 1190 is different from the first magnetic sensor cell 220 in accordance with the calibration magnetic field generated by the magnetic field generation unit 530 of the first magnetic sensor cell 220 among the plurality of magnetic sensor cells 220. The magnetic sensor information of the magnetic sensor cell 220 may be calibrated. As a result, the magnetic field measuring device 10 does not need to separately provide the calibration magnetic field generating unit 144 for generating the calibration magnetic field, and the device can be miniaturized.

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 magnetic field generator 144 is preferably an AC magnetic field having a frequency higher than 50 Hz (frequency f0> 50 Hz), but each magnetic sensor 520 is magnetic. When the converging plates 720 and 730 are included, the frequency of the AC magnetic field may be further limited.

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 eddy current 2410 is generated in the magnetic sensor 520 including the magnetic focusing plates 720 and 730. Generally, when a conductor is moved in a magnetic field or when the magnetic flux density is changed, an vortex-shaped induced current is generated in the conductor by electromagnetic induction. That is, when an alternating current input magnetic field is given as the calibration magnetic field, eddy currents 2410 are generated in the magnetic focusing plates 720 and 730 by electromagnetic induction due to the time change of the magnetic field. Then, the eddy current 2410 generates a magnetic field 2420 in the direction opposite to the input magnetic field. As a result, as the frequency of the input magnetic field increases, the gain is attenuated by the magnetic field 2420 due to the eddy current 2410. That is, the magnetic focusing plates 720 and 730 act as a low-pass filter with respect to the magnetic field.

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 eddy current 2410. In order to acquire this characteristic, the materials of the magnetic focusing plates 720 and 730 were nickel-iron alloy (Ni—Fe), and the size was 1 mm × 1 mm × 25 mm. As shown in this figure, the gain is flat up to around 1 kHz, but the gain is attenuated from around 1 kHz, and it can be seen that the cutoff frequency Fc exists 10 kHz before. Therefore, when the magnetic sensor 520 includes the magnetic convergence plates 720 and 730, the frequency of the AC magnetic field generated by the calibration magnetic field generator 144 as the calibration magnetic field is such that the magnetic field attenuation characteristics of the magnetic convergence plates 720 and 730 are cut. It is preferable that the frequency is below the off frequency, for example, 1 kHz or less, which is a region where the gain is flat.

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 plates 720 and 730, more preferably further multiplied by 50 Hz or 60 Hz. , And a frequency that avoids multiplication by 20 Hz is preferable. As a result, according to the magnetic field measuring device 10, it is possible to use the region where the influence of the gain attenuation by the magnetic focusing plates 720 and 730 is small as the calibration magnetic field while suppressing the environmental magnetic field to the order of several tens of pT.

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 computer 9900 in which a plurality of aspects of the present invention may be embodied in whole or in part. A program installed on the computer 9900 can cause the computer 9900 to function as an operation or one or more sections of the device according to an embodiment of the invention, or the operation or the one or more. Sections can be run and / or computer 9900 can be run a process according to an embodiment of the invention or a stage of such process. Such a program may be run by the CPU 9912 to cause the computer 9900 to perform certain operations associated with some or all of the blocks in the flowcharts and block diagrams described herein.

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 computer 9900 according to this embodiment includes a CPU 9912, a RAM 9914, a graphics controller 9916, and a display device 9918, which are interconnected by a host controller 9910. Computer 9900 also includes input / output units such as communication interface 9922, hard disk drive 9924, DVD-ROM drive 9926, and IC card drive, which are connected to host controller 9910 via input / output controller 9920. There is. The computer also includes legacy input / output units such as the ROM 9930 and keyboard 9942, which are connected to the input / output controller 9920 via an input / output chip 9940.

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 CPU 9912 operates according to the programs stored in the ROM 9930 and the RAM 9914, thereby controlling each unit. The graphic controller 9916 acquires the image data generated by the CPU 9912 in a frame buffer or the like provided in the RAM 9914 or itself so that the image data is displayed on the display device 9918.

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。 Communication interface 9922 communicates with other electronic devices via a network. Hard disk drive 9924 stores programs and data used by CPU 9912 in computer 9900. The DVD-ROM drive 9926 reads the program or data from the DVD-ROM9901 and provides the program or data to the hard disk drive 9924 via the RAM 9914. The IC card drive reads programs and data from the IC card and / or writes programs and data to the IC card.

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 ROM 9930 stores in it a boot program or the like that is executed by the computer 9900 at the time of activation, and / or a program that depends on the hardware of the computer 9900. The input / output chip 9940 may also connect various input / output units to the input / output controller 9920 via a parallel port, serial port, keyboard port, mouse port, and the like.

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 hard disk drive 9924, RAM 9914, or ROM 9930, which is also an example of a computer-readable medium, and executed by the CPU 9912. The information processing described in these programs is read by the computer 9900 and provides a link between the program and the various types of hardware resources described above. The device or method may be configured to perform manipulation or processing of information in accordance with the use of computer 9900.

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 computer 9900 and an external device, the CPU 9912 executes a communication program loaded in the RAM 9914, and performs communication processing on the communication interface 9922 based on the processing described in the communication program. You may order. Under the control of the CPU 9912, the communication interface 9922 reads and reads the transmission data stored in the transmission buffer processing area provided in the recording medium such as the RAM 9914, the hard disk drive 9924, the DVD-ROM9901, or the IC card. The data is transmitted to the network, or the received data received from the network is written to the reception buffer processing area or the like provided on the recording medium.

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 CPU 9912 makes the RAM 9914 read all or necessary parts of a file or a database stored in an external recording medium such as a hard disk drive 9924, a DVD-ROM drive 9926 (DVD-ROM9901), or an IC card. Various types of processing may be performed on the data on the RAM 9914. The CPU 9912 then writes back the processed data to an external recording medium.

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 CPU 9912 describes various types of operations, information processing, conditional judgment, conditional branching, unconditional branching, and information retrieval described in various parts of the present disclosure with respect to the data read from the RAM 9914. Various types of processing may be performed, including / replacement, etc., and the results are written back to RAM 9914. Further, the CPU 9912 may search for information in a file, a database, or the like in the recording medium. For example, when a plurality of entries each having an attribute value of the first attribute associated with the attribute value of the second attribute are stored in the recording medium, the CPU 9912 specifies the attribute value of the first attribute. Search for an entry that matches the condition from the plurality of entries, read the attribute value of the second attribute stored in the entry, and associate it with the first attribute that satisfies the predetermined condition. The attribute value of the second attribute obtained may be acquired.

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 computer 9900 on a computer-readable medium. Also, a recording medium such as a hard disk or RAM provided in a dedicated communication network or a server system connected to the Internet can be used as a computer-readable medium, thereby providing the program to the computer 9900 over the network. do.

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 field measuring device 100 Main body 110 Magnetic sensor unit 120 Head 125 Drive unit 130 Base unit 140 Pole unit 142 Support unit 144 Calibration Magnetic field generator 150 Information processing unit 210 Magnetic sensor array 220 Magnetic sensor cell 230 Sensor data collection unit 232 AD conversion Instrument 234 Clock generator 300 Sensor unit 520 Magnetic sensor 530 Magnetic field generator 532 Amplification circuit 534 Feedback coil 540 Output unit 710 Magnetic resistance element 720, 730 Magnetic convergence plate 1100 Sensor data processing unit 1120 Measurement data acquisition unit 1130 Synchronous detection unit 1140 data Output unit 1150 Base vector storage unit 1160 Signal space separation unit 1170 Calibration clock generation unit 1180 Error calculation unit 1190 Calibration unit 2210 First magnetic sensor cell group 2220 First calibration coil 2310 Second magnetic sensor cell group 2320 Second Calibration coil 9900 Computer 9901 DVD-ROM
9910 Host controller 9912 CPU
9914 RAM
9916 Graphic controller 9918 Display device 9920 I / O controller 9922 Communication interface 9924 Hard disk drive 9926 DVD-ROM drive 9930 ROM
9940 Input / Output Chip 9942 Keyboard

Claims (18)

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と、
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.
前記磁気センサアレイは、前記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、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.
前記複数の磁気センサセルのそれぞれは、
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.
前記磁気センサのそれぞれは、前記磁気抵抗素子と前記磁気抵抗素子の両端に配置された二つの前記磁気収束板とを含み、前記磁気抵抗素子は、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3に記載の磁場計測装置。 Each of the magnetic sensors includes the magnetoresistive element and two magnetoconverging plates arranged at both ends of the magnetoresistive element, and the magnetoresistive element is located at a position sandwiched between the two magnetic converging plates. The magnetic field measuring device according to claim 3, which is arranged. 前記磁場生成部は、前記磁気抵抗素子および二つの前記磁気収束板を取り囲むように、前記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む、請求項4に記載の磁場計測装置。 4. The magnetic field generating unit includes a feedback coil wound along the axial direction of the magnetic field to be detected by the magnetic sensor so as to surround the magnetic resistance element and the two magnetic focusing plates. The magnetic field measuring device described. 前記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前記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する、請求項1から5のいずれか一項に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the calibration magnetic field generating unit has at least three or more calibration coils that generate the calibration magnetic field in different axial directions. 前記異なる軸方向は、互いに直交した軸方向である、請求項6に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measuring device according to claim 6, wherein the different axial directions are axial directions orthogonal to each other. 前記信号空間分離部は、前記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、前記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する、請求項1から7のいずれか一項に記載の磁場計測装置。 The signal space separation unit is any one of claims 1 to 7, wherein the position where the calibration magnetic field generation unit is arranged is the origin of the coordinates in the calculation when the spatial distribution of the calibration magnetic field is signal-separated. The magnetic field measuring device according to the section. 前記信号空間分離部は、正規直交関数と前記各磁気センサの位置および前記磁気感度から計算された基底ベクトルとに基づき、前記磁場の空間分布を信号分離する、請求項1から8のいずれか一項に記載の磁場計測装置。 The signal space separation unit signals the spatial distribution of the magnetic field based on the normal orthogonal function, the position of each magnetic sensor, and the basis vector calculated from the magnetic sensitivity, any one of claims 1 to 8. The magnetic field measuring device according to the section. 前記較正部は、前記基底ベクトルを変更することによって前記センサ誤差を較正する、請求項9に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measuring device according to claim 9, wherein the calibration unit calibrates the sensor error by changing the basis vector. 前記較正部は、前記分離誤差を最小化するように前記基底ベクトルを最適化する、請求項10に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measuring device according to claim 10, wherein the calibration unit optimizes the basis vector so as to minimize the separation error. 交流磁場である前記キャリブレーション磁場を、前記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る、請求項1から11のいずれか一項に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measuring device according to any one of claims 1 to 11, further comprising a synchronous detection unit that detects the calibration magnetic field, which is an AC magnetic field, using a signal having a frequency of the AC magnetic field. 前記交流磁場の周波数は、80Hzよりも高く、前記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る、請求項12に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measuring device according to claim 12, wherein the frequency of the AC magnetic field is higher than 80 Hz and equal to or lower than the cutoff frequency of the magnetic field attenuation characteristic by the magnetic focusing plate. 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.
コンピュータにより実行されて、前記コンピュータを、
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、
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.
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と、
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.
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.
コンピュータにより実行されて、前記コンピュータを、
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、
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.
JP2020198312A 2020-01-20 2020-11-30 Magnetic field measurement device, magnetic field measurement method, and magnetic field measurement program Pending JP2021113801A (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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