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JP7364485B2 - Magnetic field measurement device, magnetic field measurement method, and magnetic field measurement program - Google Patents
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Magnetic field measurement device, magnetic field measurement method, and magnetic field measurement program Download PDF

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JP7364485B2 JP2020015430A JP2020015430A JP7364485B2 JP 7364485 B2 JP7364485 B2 JP 7364485B2 JP 2020015430 A JP2020015430 A JP 2020015430A JP 2020015430 A JP2020015430 A JP 2020015430A JP 7364485 B2 JP7364485 B2 JP 7364485B2
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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 measurement device is known that measures the magnetic field emitted from the head or chest of a subject using a sensor platform board in which a plurality of tunnel magneto-resistance (TMR) elements are arranged in an array ( For example, see Patent Document 1).
[Prior art documents]
[Patent document]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Publication No. 2012-152514

従来の磁場計測装置では、磁場の検出方向に一対の磁気検出素子を積層させ、外乱磁場に対しては一対の磁気検出素子間での計測結果の大きさが同じとなる一方で、計測対象磁場に対しては一対の磁気検出素子間での計測結果の大きさが異なる、との原理に基づいて外乱磁場を抑制し、計測対象磁場を計測していた。しかしながら、例えば、心臓の電気活動により生成される微弱な生体磁場(「心磁」と示す。)を計測して心臓の状態をより精密に検査する等、磁場をより高精度に計測することが望まれる。 In conventional magnetic field measuring devices, a pair of magnetic sensing elements are stacked in the magnetic field detection direction, and while the magnitude of the measurement result between the pair of magnetic sensing elements is the same in response to a disturbance magnetic field, the magnetic field to be measured is In contrast, the magnetic field to be measured was measured by suppressing the disturbance magnetic field based on the principle that the magnitude of the measurement result between a pair of magnetic detection elements is different. However, it is possible to measure magnetic fields with higher precision, for example by measuring the weak biomagnetic field (referred to as "magnetocardia") generated by the electrical activity of the heart to more precisely examine the state of the heart. desired.

上記課題を解決するために、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、少なくとも一方向に湾曲させた曲面形状を有し、各々が、磁気センサと、出力信号を出力する出力部と、出力信号に応じた大きさで、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を有する複数の磁気センサセル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され、3軸方向の入力磁場を検出可能な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、計測データ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で検出した場合に磁気センサ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信号空間分離部を備えてよい。磁場計測装置は、複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一つの磁気センサセルが有する磁場生成部から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、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 order to solve the above problems, a first aspect of the present invention provides a magnetic field measuring device. The magnetic field measurement device has a curved surface shape curved in at least one direction, and each device includes a magnetic sensor, an output section that outputs an output signal, and an input magnetic field detected by the magnetic sensor with a size corresponding to the output signal. It is configured by arranging multiple magnetic sensor cells three-dimensionally at lattice points included in a curved surface shape, and has a magnetic field generating section that generates a feedback magnetic field that reduces A magnetic sensor array may be provided. The magnetic field measurement device may include a measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by the magnetic sensor array. The magnetic field measuring device converts the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data into a vector having as each signal component a signal output by each magnetic sensor when a magnetic field with a spatial distribution of an orthonormal function is detected by a magnetic sensor array. A signal space separation unit may be provided that separates the signals using the signals as basis vectors. The magnetic field measuring device calculates the sensor error in the magnetic sensor based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field generated from the magnetic field generation unit of at least one of the plurality of magnetic sensor cells is separated into signals. It may include a calibration section that performs calibration.

出力部は、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してよい。 The output section may output an output signal according to a feedback current that the magnetic field generation section sends to generate the feedback magnetic field.

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 magnetic convergence plates arranged at both ends of the magnetoresistive element, and the magnetoresistive element may be arranged at a position sandwiched between the two magnetic convergence 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 generation unit may include a feedback coil wound along the axial direction of the magnetic field to be detected by the magnetic sensor so as to surround the magnetoresistive element and the two magnetic convergence plates.

較正部は、少なくとも一つの磁気センサセルを順次切り替えた場合におけるそれぞれの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してよい。 The calibration unit may calibrate sensor errors in the magnetic sensor based on respective separation errors when at least one magnetic sensor cell is sequentially switched.

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、較正部は、少なくとも一つの磁気センサセルを、内側の円弧を形成する複数の磁気センサセルにわたって順次切り替えた場合におけるそれぞれの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してよい。 The magnetic sensor array is configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells three-dimensionally in an arc shape when viewed in cross section, and the calibration unit sequentially switches at least one magnetic sensor cell across the plurality of magnetic sensor cells forming an inner arc. The sensor error in the magnetic sensor may be calibrated based on the respective separation error in the magnetic sensor.

少なくとも一つの磁気センサセルは、磁場生成部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。 At least one magnetic sensor cell may further include a switching unit that switches whether the magnetic field generation unit generates a feedback magnetic field or a calibration magnetic field.

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、少なくとも一つの磁気センサセルが有する磁場生成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。 When separating the spatial distribution of the calibration magnetic field into signals, the signal space separation unit may use a position where a magnetic field generation unit included in at least one magnetic sensor cell is arranged as an origin of coordinates in calculation.

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 calibration unit may calibrate sensor errors by changing basis vectors.

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 calibration unit may optimize the basis vectors to minimize the separation error.

磁場計測装置は、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。 The magnetic field measuring device may further include a synchronous detection unit that detects the calibration magnetic field, which is an alternating magnetic field, using a signal having a frequency of the alternating magnetic field.

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。 The frequency of the alternating magnetic field may be higher than the frequency band of the magnetic field to be measured.

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、少なくとも一方向に湾曲させた曲面形状を有し、各々が磁気センサと、出力信号を出力する出力部と、出力信号に応じた大きさで、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を有する複数の磁気センサセル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され、3軸方向の入力磁場を検出可能な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、計測データ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で検出した場合に磁気センサ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とを備えてよい。磁場計測方法は、複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一つの磁気センサセルが有する磁場生成部から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 a second aspect of the present invention, a magnetic field measurement method is provided. The magnetic field measurement method has a curved surface shape curved in at least one direction, each of which includes a magnetic sensor, an output section that outputs an output signal, and a magnetic field that outputs an input magnetic field detected by the magnetic sensor with a size corresponding to the output signal. It is configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells having a magnetic field generating section that generates a feedback magnetic field to reduce the magnetic field in three dimensions so as to be arranged at lattice points included in a curved surface shape, and is capable of detecting input magnetic fields in three axial directions. The method may include acquiring measurement data measured by the magnetic sensor array. The magnetic field measurement method calculates the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data using a vector whose signal components are the signals output by each magnetic sensor when a magnetic sensor array detects a magnetic field with a spatial distribution of an orthonormal function. The method may include signal separation using signals as basis vectors. The magnetic field measurement method may include generating a calibration magnetic field from a magnetic field generating section included in at least one magnetic sensor cell among the plurality of magnetic sensor cells. The magnetic field measurement method may include calibrating a sensor error in the magnetic sensor based on a separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field is separated into signals.

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、少なくとも一方向に湾曲させた曲面形状を有し、各々が磁気センサと、出力信号を出力する出力部と、出力信号に応じた大きさで、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を有する複数の磁気センサセル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され、3軸方向の入力磁場を検出可能な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、計測データ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で検出した場合に磁気センサ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、複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一つの磁気センサセルが有する磁場生成部から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、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 a 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 includes a computer having a curved surface shape curved in at least one direction, each having a magnetic sensor, an output part that outputs an output signal, and a size corresponding to the output signal detected by the magnetic sensor. It is configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells three-dimensionally so as to be arranged at lattice points included in a curved surface shape, and has a magnetic field generating section that generates a feedback magnetic field that reduces an input magnetic field, and generates an input magnetic field in three axial directions. It may function as a measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by a detectable magnetic sensor array. The magnetic field measurement program causes the computer to calculate the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data, and calculate the signals output by each magnetic sensor when the magnetic sensor array detects a magnetic field with a spatial distribution of an orthonormal function, for each signal component. It may function as a signal space separation unit that separates signals using a vector signal having as a basis vector. The magnetic field measurement program causes a computer to detect signals in a magnetic sensor based on a separation error when the spatial distribution of a calibration magnetic field generated from a magnetic field generation unit of at least one of a plurality of magnetic sensor cells is separated. It may function as a calibration section that calibrates sensor errors.

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、磁気センサと、出力信号を出力する出力部と、出力信号に応じた大きさで、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を有する複数の磁気センサセルを三次元に配列して構成され、3軸方向の入力磁場を検出可能な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、計測データ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で検出した場合に磁気センサ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信号空間分離部を備えてよい。磁場計測装置は、複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一つの磁気センサセルが有する磁場生成部から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、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 a fourth aspect of the present invention, a magnetic field measuring device is provided. Each of the magnetic field measurement devices includes a magnetic sensor, an output section that outputs an output signal, and a magnetic field generation section that generates a feedback magnetic field that reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor and has a size according to the output signal. A magnetic sensor array may be provided, which is configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells in three dimensions and is capable of detecting input magnetic fields in three axial directions. The magnetic field measurement device may include a measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by the magnetic sensor array. The magnetic field measuring device converts the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data into a vector having as each signal component a signal output by each magnetic sensor when a magnetic field with a spatial distribution of an orthonormal function is detected by a magnetic sensor array. A signal space separation unit may be provided that separates the signals using the signals as basis vectors. The magnetic field measuring device calculates the sensor error in the magnetic sensor based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field generated from the magnetic field generation unit of at least one of the plurality of magnetic sensor cells is separated into signals. It may include a calibration section that performs calibration.

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。 Note that the above summary of the invention does not list all the necessary features of the invention. Furthermore, subcombinations of these features may also constitute inventions.

本実施形態に係る磁場計測装置10の構成を示す。1 shows a configuration of a magnetic field measuring device 10 according to this embodiment. 本実施形態に係る磁気センサユニット110の構成を示す。1 shows a configuration of a magnetic sensor unit 110 according to this embodiment. 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 a magnetic sensor cell 220 in a magnetic sensor array 210 according to this 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 input/output characteristics of a magnetic sensor having a 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 a sensor unit 300 according to the present 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 input/output characteristics of the sensor section 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 a 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 this embodiment is shown. 本実施形態に係る磁気センサアレイ210における複数の磁気センサセル220の配置例を示す。An example of the arrangement of a plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 according to the present embodiment is shown. 本実施形態に係る磁気センサアレイ210における内側の磁気センサセル220が有するセンサ部300insideの構成を示す。The structure of the sensor part 300inside which the inner magnetic sensor cell 220 in the magnetic sensor array 210 based on this embodiment has is shown. 本実施形態に係る磁気センサアレイ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 a magnetic sensor array 210, a sensor data collection section 230, and a sensor data processing section 1100 according to this 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。10 shows a flow in which the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment separates signals of the spatial distribution of a magnetic field. 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。A signal space separation operation using an ideal basis vector [A B] Ideal is illustrated geometrically when the magnetic sensor array 210 is ideally made. 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。A signal space separation operation using an ideal basis vector [A B] Ideal is geometrically illustrated when the magnetic sensor array 210 is made with a sensor error. 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(i,j,1)を取得するフローを示す。10 shows a flow in which the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment acquires a sensor array signal Φ(i, j, 1) for calibration. 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。3 shows a flow in which the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment performs calibration. 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。A signal space separation operation using the calibrated basis vector [A B] Calib is geometrically illustrated when the magnetic sensor array 210 is made with a sensor error. 本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ2200の例を示す。22 illustrates an example computer 2200 in which aspects of the invention may be implemented, in whole or in part.

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 invention according to the claims. Furthermore, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the solution of 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、磁気センサアレイにおける複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一つの磁気センサセルが有する磁場生成部から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 a magnetic field measuring device 10 according to this embodiment. When measuring a target magnetic field using a magnetic sensor, the magnetic field measurement device 10 generates a calibration magnetic field from a magnetic field generation unit included in at least one of the plurality of magnetic sensor cells in the magnetic sensor array, and Calibration Errors in the magnetic sensor are calibrated based on the results of measuring the magnetic field. In this embodiment, an example will be described in which the magnetic field measuring device 10 is a magnetocardial measuring device that measures magnetocardial magnetism, which is a magnetic field generated by the electrical activity of a human heart. However, it is not limited to this. The magnetic field measuring device 10 may be used to measure the magnetocardial field of a living body other than a human, or may be used to measure a biomagnetic field other than the magnetocardial field, such as a brain magnetic field. Further, the magnetic field measuring device 10 may be used for magnetic flaw detection inspection for detecting flaws on the surface and surface of steel materials and welded parts.

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とを有する。 The magnetic field measuring device 10 includes a main body section 100 and an information processing section 150. The main body section 100 is a component for sensing the subject's magnetocardial field, and includes a magnetic sensor unit 110, a head 120, a drive section 125, a base section 130, and a pole section 140.

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。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 placed at a position facing the heart in the subject's chest during magnetocardial measurement, and senses the subject's magnetism. The head 120 supports the magnetic sensor unit 110 and makes the magnetic sensor unit 110 face the subject when measuring cardiac magnetism. 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 includes a first actuator that can rotate the magnetic sensor unit 110 360 degrees around the Z-axis in the figure, and an axis perpendicular to the Z-axis (in the state in the figure, the X-axis ), and the azimuth and zenith angle of the magnetic sensor unit 110 are changed using these actuators. As shown as a 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 moves the magnetic sensor unit 110 360 degrees around the X-axis in the figure. It 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 components, and in this embodiment serves as a platform on which a subject stands during magnetocardial measurement. The pole section 140 supports the head 120 at the level of the subject's chest. The pole section 140 may be expandable and retractable in the vertical direction to adjust the height of the magnetic sensor unit 110 to the height of the subject's chest.

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 section 150 is a component for processing data measured by the main body section 100 and outputting the data by displaying, 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 in which a plurality of computers are connected. Alternatively, the information processing unit 150 may be a dedicated computer designed for information processing of magnetic field measurements, or may be 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 this embodiment. The magnetic sensor unit 110 includes a magnetic sensor array 210 and a sensor data collection section 230. The magnetic sensor array 210 has a plurality of magnetic sensor cells 220 and can detect input magnetic fields in three axial directions. This figure shows a magnetic sensor array 210 having a plurality of magnetic sensor cells 220 in each of the X, Y, and Z directions (for example, 8 in the X direction, 8 in the Y direction, and 2 in the Z direction, 128 in total). The case is shown in which magnetic sensor cells 220) are arranged.

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 the plurality of magnetic sensor cells 220 included in the magnetic sensor array 210 (not shown), collects sensor data (detection signals) from the plurality of magnetic sensor cells 220, and collects information. It is supplied to the processing section 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 cells 220 in the magnetic sensor array 210 according to this embodiment. Each of the plurality of magnetic sensor cells 220 has at least one sensor section 300 each having a magnetoresistive element. In this figure, an example is shown in which each of the plurality of magnetic sensor cells 220 has three sensor sections 300x to 300z (collectively referred to as "sensor sections 300") and can detect input magnetic fields in three axial directions. Shown as However, each of the plurality of magnetic sensor cells 220 is not limited to having the three sensor sections 300x to 300z, and as long as at least a portion of the magnetic sensor array 210 can detect input magnetic fields in 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 each sensor section 300 in the magnetic sensor array 210 is arranged as evenly as possible at least in the azimuth angle direction and the zenith angle direction. For the same reason, the magnetically sensitive axes of each sensor in the magnetic sensor array 210 are preferably arranged as evenly as possible at least in the azimuth angle direction and the zenith angle direction. The sensor unit 300x is arranged along the X-axis direction and can detect a magnetic field in the X-axis direction. Further, the sensor unit 300y is arranged along the Y-axis direction and can detect a magnetic field in the Y-axis direction. Further, the sensor unit 300z is arranged along the Z-axis direction and can detect a magnetic field in the Z-axis direction. As shown in the enlarged view indicated by the dashed line in this figure, in this embodiment, each sensor section 300 has magnetic convergence plates arranged at both ends of the magnetoresistive element. Therefore, each sensor unit 300 samples the spatial distribution of the magnetic field using a magnetoresistive element placed in a narrow position sandwiched between magnetic convergence plates, thereby clarifying the sampling point in space in each axial direction. be able to. Details of the configuration of each sensor section 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 an integer satisfying 1≦j≦Ny). (indicates the number of magnetic sensor cells 220 arranged in the Z direction), k is an integer satisfying 1≦k≦Nz (Nz indicates the number of magnetic sensor cells 220 arranged in the Z direction). In addition, in the above description, the case where the plurality of magnetic sensor cells 220 are arranged at equal intervals along each axis 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。また、3つのセンサ部300x、300y、および300zは、各磁気センサセル220内において、磁気センサセル220を配列する三次元方向それぞれから見て互いに重ならず、かつ、3つのセンサ部300の間に設けるギャップ側に一端が設けられ、他端が当該ギャップから離れるように3軸方向の各軸方向に延伸して配置されていることが好ましい。一例として、本図において、磁気センサセル220の正面視左下の角部に空隙(ギャップ)が設けられ、センサ部300x、300y、および300zは、一端が当該空隙に接するように設けられ、他端が当該空隙から離れるようにX軸、Y軸、およびZ軸方向の各軸方向に延伸して配置されている例を示す。本図において、センサ部300x、300y、および300zが、立方体状の磁気センサセル220の一角部から互いに垂直な3辺に沿って配置され、該一角部に空隙が設けられている。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。また、磁気センサセル220の角部にギャップを設けることなく、センサ部300x、300y、および300zが設けられてもよい。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 axial directions of the magnetic fields detected by the sensor sections 300x, 300y, and 300z are the same as the three-dimensional direction in which the magnetic sensor cells 220 are arranged. This makes it easy to understand each component of the distribution of the measured magnetic field. Furthermore, the three sensor sections 300x, 300y, and 300z are provided within each magnetic sensor cell 220 so that they do not overlap with each other when viewed from each of the three-dimensional directions in which the magnetic sensor cells 220 are arranged, and are provided between the three sensor sections 300. It is preferable that one end is provided on the gap side, and the other end extends in each of the three axial directions so as to be away from the gap. As an example, in this figure, a gap is provided at the lower left corner of the magnetic sensor cell 220 when viewed from the front, and the sensor sections 300x, 300y, and 300z are provided such that one end is in contact with the gap, and the other end is in contact with the gap. An example is shown in which they are arranged to extend in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions so as to be away from the gap. In this figure, sensor sections 300x, 300y, and 300z are arranged along three mutually perpendicular sides from one corner of a cubic magnetic sensor cell 220, and a gap is provided at the one corner. However, the three axial directions 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 as the three axial directions of the magnetic field to be detected, the r-axis, θ-axis, and φ-axis of a polar coordinate system may be used. Moreover, as the three-dimensional direction in which the magnetic sensor cells 220 are arranged, the r-axis, theta-axis, and the phi-axis of a polar coordinate system may be used instead of the x-axis, y-axis, and z-axis. When the three-axis directions of the magnetic field to be detected are different from the three-dimensional direction in which the magnetic sensor cells 220 are arranged, there are no restrictions on the arrangement of the sensor section 300 within the magnetic sensor cell 220 or the arrangement direction of the magnetic sensor cells 220, and the magnetic field is The degree of freedom in designing the sensor array 210 can be increased. Furthermore, the sensor sections 300x, 300y, and 300z may be provided at the corners of the magnetic sensor cell 220 without providing gaps. In this case, the magnetic sensor cell 220 can be configured to be small, and therefore the magnetic sensor array 210 having such a plurality of magnetic sensor cells 220 can be downsized.

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 input/output characteristics of a magnetic sensor having a magnetoresistive element according to this embodiment. In this figure, the horizontal axis indicates the magnitude B of the input magnetic field input to the magnetic sensor, and the vertical axis indicates the magnitude V_xMR0 of the detection signal of the magnetic sensor. The magnetic sensor includes, for example, a giant magneto-resistance (GMR) element or a tunnel magneto-resistance (TMR) element, and detects the magnitude of a magnetic field in a predetermined uniaxial direction. .

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 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, the detection signal V_xMR0 is saturated when the absolute value of the input magnetic field B is about 1 μT, for example, 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 explained next.

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 section 300 according to this embodiment. The sensor section 300 is provided inside each of the plurality of magnetic sensor cells 220 and includes a magnetic sensor 520, a magnetic field generation section 530, and an output section 540. Note that a part of the sensor unit 300, such as the amplifier circuit 532, may be provided not on the magnetic sensor cell 220 side but on the sensor data collection unit 230 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 includes a magnetoresistive element such as a GMR element or a TMR element, similar to the magnetic sensor described in FIG. 4 . Furthermore, each of the magnetic sensors 520 includes a magnetoresistive element and two magnetic convergence plates arranged at both ends of the magnetoresistive element, and the magnetoresistive element is arranged at a position sandwiched between the two magnetic convergence plates. . When the positive direction of the magnetic sensing axis is the +X direction, the magnetic resistance element of the magnetic sensor 520 increases in resistance when a magnetic field in the +X direction is input, and decreases in resistance when a magnetic field in the -X direction is input. It may be formed to do so. That is, by observing changes in the resistance value of the magnetoresistive element included in the magnetic sensor 520, the magnitude of the magnetic field B input to the magnetic sensor 520 can be detected. For example, if the magnetic sensitivity of the magnetic sensor 520 is S, the detection result for the input magnetic field B of the magnetic sensor 520 can be calculated as S×B. Note that the magnetic sensor 520 is connected to, for example, a power source, and outputs a voltage drop corresponding 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 generating section 530 generates a feedback magnetic field that reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor 520, with a magnitude corresponding to the output signal output by the output section 540, and supplies it to the magnetic sensor 520. For example, the magnetic field generation unit 530 operates to generate a feedback magnetic field B_FB having a direction opposite to the magnetic field B input to the magnetic sensor 520 and having substantially the same absolute value as the input magnetic field, thereby canceling the input magnetic field. Magnetic field generation section 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 according to the detection result of the input magnetic field of the magnetic sensor 520 as a feedback current I_FB. When the magnetoresistive element included in the magnetic sensor 520 is configured by a bridge circuit including at least one magnetoresistive element, the output of the bridge circuit is connected to the input terminal pair of the amplifier circuit 532, respectively. Then, the amplifier circuit 532 outputs a current according 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 according to the output voltage of the magnetic sensor 520. For example, if 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 0007364485000001
Feedback coil 534 generates feedback magnetic field B_FB according to 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 convergence plates arranged at both ends of the magnetoresistive element. ing. Feedback coil 534 preferably generates a uniform feedback magnetic field B_FB across magnetic sensor 520. For example, if 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 as follows.
Figure 0007364485000001

(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 0007364485000002
When formula (1) is solved for the feedback current I_FB, the value of the feedback current I_FB in the steady state of the sensor section 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 equation (1).
Figure 0007364485000002

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 0007364485000003
The output section 540 outputs an output signal V_xMR according to the feedback current I_FB that the magnetic field generation section 530 sends to generate the feedback magnetic field B_FB. The output unit 540 includes, for example, a resistive element having a resistance value R, and outputs a voltage drop caused by the feedback current I_FB flowing through the resistive element as an output signal V_xMR. In this case, the output signal V_xMR is calculated from equation (2) as shown in the following equation.
Figure 0007364485000003

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, it substantially reduces the magnetic field input to the magnetic sensor 520. As a result, the sensor section 300 uses, for example, a magnetoresistive element as the magnetic sensor 520, which is nonlinear and has the characteristics of a narrow operating magnetic field range as shown in FIG. , it is possible to prevent the detection signal V_xMR from becoming saturated. The input/output characteristics of such a sensor section 300 will be explained next.

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 input/output characteristics of the sensor section 300 according to this embodiment. In this figure, the horizontal axis indicates the magnitude B of the input magnetic field input to the sensor section 300, and the vertical axis indicates the magnitude V_xMR of the detection signal of the sensor section 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 within a predetermined range of the input magnetic field B, for example, where 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, weak magnetic signals such as magnetocardial signals 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 this embodiment. In this figure, magnetic sensor 520 includes a magnetoresistive element 710 and magnetic convergence plates 720 and 730 arranged at both ends of magnetoresistive element 710. Magnetic convergence plates 720 and 730 are arranged at both ends of magnetoresistive element 710 so that magnetoresistive element 710 is sandwiched therebetween. In this figure, the magnetic convergence plate 720 is provided on the negative side of the magnetoresistive element 710 along the magnetically sensitive axis, and the magnetic convergent plate 730 is provided on the positive side of the magnetoresistive element 710 along the magnetically sensitive axis. There is. Note that here, the magnetically sensitive axis may be along the direction of magnetization fixed in the magnetization fixed layer forming the magnetoresistive element 710. Furthermore, when a magnetic field is input from the negative side to the positive side of the magnetically sensitive axis, the resistance of the magnetoresistive element 710 may increase or decrease. The magnetic convergence plates 720 and 730 are made of a material with 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 convergence 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 one magnetic sensor 520 includes a plurality of magnetoresistive elements 710, the magnetic sensor 520 may have a plurality of sets including a magnetoresistive element and magnetic convergence plates arranged at both ends thereof. In that case, the feedback coil 534 may be wound so that one coil surrounds a set including a magnetoresistive element and magnetic convergence plates arranged at both ends thereof.

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 magnetically sensitive axis, the magnetic convergence plates 720 and 730 formed of a material with high magnetic permeability are magnetized, so that as shown in this figure, A magnetic flux distribution as shown by the broken line occurs. Then, the magnetic flux generated by magnetizing the magnetic convergence plates 720 and 730 passes through the position of the magnetoresistive element 710 sandwiched between the two magnetic convergence plates 720 and 730. Therefore, the magnetic flux density at the location of magnetoresistive element 710 can be significantly increased by arranging magnetic convergence plates 720 and 730. Furthermore, as shown in this figure, sampling points in space can be made clear by sampling the spatial distribution of the magnetic field using a magnetoresistive element 710 placed in a narrow position sandwiched between magnetic convergence 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 a magnetic flux distribution when a feedback magnetic field is generated in the magnetic sensor 520 according to this embodiment. In FIG. 8, members having the same functions and configurations as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted except for 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, thereby generating a magnetic flux distribution as shown by the dashed line in the figure. The magnetic flux generated by this feedback magnetic field is spatially distributed so as to cancel the spatial distribution of the magnetic field input to the magnetoresistive element 710 and magnetically amplified by the magnetic convergence plates 720 and 730. Therefore, when magnetic convergence plates 720 and 730 are arranged at both ends of the magnetoresistive element 710 as shown in this figure, the magnetic sensor 520 accurately adjusts the magnetic field distribution at the position of the magnetoresistive element 710 using a feedback magnetic field. Therefore, it is possible to realize a sensor with high linearity between the input magnetic field and the output voltage.

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、磁気センサアレイ210が平面状である場合を一例として示した。しかしながら、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もよい。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。なお、これより先、磁気センサアレイ210が曲面形状を有する場合について一例として説明するが、これに限定されるものではない。磁気センサアレイ210は、本図に示されるような曲面形状を有していなくてもよく、例えば、図2および図3に示されるように、平面状であってもよい。 FIG. 9 shows an example of the arrangement of a plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 according to this embodiment. In FIGS. 2 and 3, the case where the magnetic sensor array 210 is planar is shown as an example. However, as shown in this figure, the magnetic sensor array 210 may have a curved surface shape curved in at least one direction. A plurality of magnetic sensor cells 220 may be arranged three-dimensionally at grid points included in the curved shape. As an example, the magnetic sensor array 210 may be configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells 220 three-dimensionally in an arc shape when viewed in cross section. Note that, from now on, a case where the magnetic sensor array 210 has a curved shape will be described as an example, but the present invention is not limited to this. The magnetic sensor array 210 does not have to have a curved shape as shown in this figure, and may have a planar shape, for example, as shown in FIGS. 2 and 3.

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。 The plurality of magnetic sensor cells 220 may be arranged in an arc shape in a cross-sectional view along the chest of the object to be measured, centering on the center of gravity of the object to be measured. At this time, each magnetic sensor cell 220 is arranged at a lattice point included in a curved surface shape in a three-dimensional lattice space. Note that the lattice points herein are lattice-shaped points provided at equal intervals at predetermined intervals in each of the X direction, the Y direction, and the Z direction. As an example, each magnetic sensor cell 220 is arranged along a curved surface having a convexity in a direction orthogonal to one direction when viewed from any one of the X direction, the Y direction, and the Z direction. This figure shows an example in which each magnetic sensor cell 220 is arranged along a curved surface having a convexity in the positive direction of the Z axis when viewed from the Y direction. The magnetic sensor array 210 is arranged, for example, in the negative direction of the Z-axis as much as possible within a range where each vertex of each magnetic sensor cell 220 does not exceed a predetermined curved surface having a convexity in the positive direction of the Z-axis. By arranging each magnetic sensor cell 220 at a lattice point in a three-dimensional lattice space, a curved surface shape having a convexity 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の内接円の一部を形成するように、符号915の一点鎖線で示される円弧に沿って配列される。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の外接円の一部を形成するように、符号925の二点鎖線で示される円弧に沿って配列される。 More specifically, in the cross-sectional view of this figure, a plurality of magnetic sensor cells 220 on the inside (Z-axis negative side), that is, magnetic sensor cells 220[1,j,1] to 220[8,j,1] are denoted by the reference numeral 910. They are arranged along a circular arc indicated by a dashed line 915 so as to form a part of the inscribed circle of the magnetic sensor array 210 indicated by . Further, a plurality of outer magnetic sensor cells 220 (on the Z-axis positive side), that is, magnetic sensor cells 220 [1, j, 2] to 220 [8, j, 2], are located at the circumference of the magnetic sensor array 210 indicated by reference numeral 920. They are arranged along a circular arc indicated by a chain double-dashed line 925 so as to form a part of a circle.

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。 Thereby, the magnetic sensor array 210 can have sensor sections arranged not only in one direction facing the heart but also in multiple directions, and can sense cardiac magnetism from multiple directions. Further, in the magnetic sensor array 210 according to the present embodiment, the magnetic sensor cells 220 are formed in a rectangular parallelepiped shape, for example, so that the shape of the magnetic sensor array 210 can be easily changed. That is, the magnetic sensor array 210 according to this 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 can easily form a curved shape in a three-dimensional space by arranging a plurality of magnetic sensor cells 220 at lattice points included in the curved shape in a three-dimensional space. can do. The magnetic field measuring device 10 arranges the magnetic sensor array 210 so that the chest of the object to be measured is located at the center of the curved surface, that is, the heart, which is the source of the magnetic field to be measured, is located at the center of the curved surface. to measure the magnetic field. As a result, the magnetic field measuring device 10 performs signal spatial separation (described later) using measurement data measured at a position close to the heart, which is the source of the magnetic field to be measured, to accurately separate the magnetic field to be measured from the disturbance magnetic field. can do. In this case, it is preferable that the curvature of the curved surface of the magnetic sensor array 210 be approximately equal to the curvature around the chest of the object to be measured, since this allows the magnetic field to be measured closer to the heart, which is the source of the magnetic field to be measured.

図10は、本実施形態に係る磁気センサアレイ210における内側の磁気センサセル220が有するセンサ部300insideの構成を示す。図10においては、図5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における内側の磁気センサセル220、すなわち、磁気センサアレイ210の内側の円弧915を形成する複数の磁気センサセル220[1,j,1]~220[8,j,1]が有するセンサ部300insideは、切替部1010を更に有する。 FIG. 10 shows the configuration of a sensor section 300inside included in the inner magnetic sensor cell 220 in the magnetic sensor array 210 according to this embodiment. In FIG. 10, members having the same functions and configurations as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted except for differences. As shown in this figure, inner magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210, that is, a plurality of magnetic sensor cells 220[1,j,1] to 220[8,j] forming an inner circular arc 915 of the magnetic sensor array 210. , 1] further includes a switching section 1010.

切替部1010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。すなわち、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1010を更に有する。切替部1010は、より詳細には、スイッチにより構成され、スイッチの一端がフィードバックコイル534の一端に接続されている。そして、切替部1010は、フィードバックコイル534の一端に、増幅回路532の出力を入力させるか、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入力させるかを切り替える。切替部1010が、フィードバックコイル534の一端に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入力させるように切り替えた場合、磁場生成部530は、フィードバックコイル534から、キャリブレーション磁場を発生させる。 The switching unit 1010 switches whether the magnetic field generating unit 530 generates a feedback magnetic field or a calibration magnetic field. That is, at least one magnetic sensor cell 220 among the plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 further includes a switching unit 1010 that switches whether the magnetic field generation unit 530 generates a feedback magnetic field or a calibration magnetic field. . More specifically, the switching unit 1010 is configured by a switch, and one end of the switch is connected to one end of the feedback coil 534. Then, the switching unit 1010 switches between inputting the output of the amplifier circuit 532 to one end of the feedback coil 534 and inputting an alternating current according to the frequency of a calibration clock signal to be described later. When the switching unit 1010 switches to input an alternating current according to the frequency of the calibration clock signal to one end of the feedback coil 534, the magnetic field generation unit 530 causes the feedback coil 534 to generate a calibration magnetic field. .

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。 Such a calibration magnetic field may be an alternating magnetic field. As an example, the calibration magnetic field may be a sine wave of frequency f0, or a sine wave of multiple frequencies (e.g., frequency f0, frequency f1 (>frequency f0), frequency f2 (>frequency f1), etc.). It may be the sum of waves. The magnetic field, 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 that is an alternating magnetic field, and is capable of dealing with the DC offset of the magnetic sensor and offset drift at very low frequencies (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、磁場生成部530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, generally, the higher the frequency, the smaller the environmental magnetic field is. 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 cardiac magnetism, which is one of the magnetic fields measured by the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment. level. Therefore, the magnetic field generation unit 530 preferably generates an alternating magnetic field with a frequency higher than 50 Hz (frequency f0>50 Hz) as the calibration magnetic field. That is, since most of the signal frequencies of magnetocardiography are lower than 20 Hz, the frequency of the alternating current 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、磁場生成部530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、磁場生成部530は、キャリブレーション磁場の周波数として、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、磁場生成部530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, the frequency of commercial power supply is, for example, 50 Hz or 60 Hz. Therefore, power supply noise exists when the frequency of these commercial power sources is multiplied. Therefore, it is preferable that the magnetic field generation unit 530 uses a frequency higher than the frequency of the magnetic field to be measured and that avoids multiplication of the frequency of the commercial power source as the frequency of the alternating magnetic field. As an example, the magnetic field generation unit 530 may use a frequency higher than 50 Hz and avoid integral multiples of 50 Hz or 60 Hz as the frequency of the calibration magnetic field. As a result, the environmental magnetic field can be suppressed to the order of tens of pT, so it is sufficient for the magnetic field generation unit 530 to generate a weak calibration magnetic field of about several tens of nT, for example, to the extent that environmental noise can be ignored. That is, by using such a frequency as the frequency of the alternating magnetic field, the magnetic field measuring device 10 does not need to generate a strong magnetic field as the calibration magnetic field.

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フィードバックコイル534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。また、同様にキャリブレーション磁場を測定する磁気センサアレイ210を格納する筐体も、電気伝導度の低い樹脂材料等により形成されるとよい。 Furthermore, when performing calibration using such an alternating magnetic field, it is necessary to suppress the generation of eddy currents. Therefore, the housing of the feedback coil 534 that generates the calibration magnetic field is preferably formed of a resin material or the like with low electrical conductivity. Furthermore, the casing housing the magnetic sensor array 210 that similarly measures the calibration magnetic field may also be formed of a resin material or the like with low electrical conductivity.

図11は、本実施形態に係る磁気センサアレイ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 configuration of the magnetic sensor array 210, sensor data collection section 230, and sensor data processing section 1100 according to this embodiment.

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 section 300, and the magnetic sensor array 210 as a whole can detect input magnetic fields in three axial directions. In this figure, an example is shown in which the magnetic sensor array 210 has M sensor units 300[1] to 300[M].

そして、磁気センサアレイ210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、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る。より詳細には、磁気センサアレイ210は、磁場生成部530からキャリブレーション磁場を発生させる少なくとも一つの磁気センサセル220を、内側の円弧915を形成する複数の磁気センサセル220[1,j,1]~220[8,j,1]にわたって1つずつ順次切り替え、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該当する磁気センサセル220が有するセンサ部300insideのフィードバックコイル534へ加えて、当該フィードバックコイル534からクロック信号の周波数に応じた交流磁場を順次発生させる。つまり、磁気センサアレイ210における複数のセンサ部300のうちの少なくとも一つのセンサ部300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る。 When performing calibration, the magnetic sensor array 210 receives an alternating current according to the frequency of the calibration clock signal, and selects at least one magnetic sensor cell 220 of the plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210. A calibration magnetic field is generated from a magnetic field generation unit 530 included in the calibration magnetic field. More specifically, the magnetic sensor array 210 includes at least one magnetic sensor cell 220 that generates a calibration magnetic field from the magnetic field generation unit 530, and a plurality of magnetic sensor cells 220 [1, j, 1] to 220 that form an inner circular arc 915. 220 [8, j, 1] one by one, and adds an alternating current according to the frequency of the calibration clock signal to the feedback coil 534 of the sensor unit 300inside of the corresponding magnetic sensor cell 220, and 534, an alternating current magnetic field is sequentially generated according to the frequency of the clock signal. That is, a calibration magnetic field is generated from the magnetic field generating section 530 included in at least one sensor section 300 among the plurality of sensor sections 300 in the magnetic sensor array 210.

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 includes 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 sections 300[1] to 300[M], and the analog detection signals (V_xMR in FIG. 6) output by the corresponding sensor sections 300 are provided. are 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. Each of the plurality of AD converters 232 performs AD conversion in response to a common sampling clock supplied from the clock generator 234. Therefore, all of the plurality of AD converters 232 that perform AD conversion on the outputs of the plurality of sensor sections 300[1] to 300[M] provided at different positions operate synchronously. Thereby, the plurality of AD converters 232 can simultaneously sample the detection results of the plurality of sensor sections 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 section 1100 includes a plurality of measurement data acquisition sections 1120, a plurality of synchronous detection sections 1130, and a plurality of data output sections 1140, which are provided corresponding to each of the plurality of sensor sections 300[1] to 300[M]. , a basis vector storage section 1150, a signal space separation section 1160, a calibration clock generation section 1170, an error calculation section 1180, and a calibration section 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 section 1120 is connected to each of the plurality of AD converters 232 connected to the corresponding sensor section 300, and the measurement data acquisition section 1120 is connected to each of the plurality of AD converters 232 connected to the corresponding sensor section 300. The measured data V[1] to V[M] are obtained respectively. Specifically, the measurement data acquisition unit 1120 may be configured using a flip-flop or the like that latches and acquires the digital measurement data V converted into digital data 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。同期検波部1130は、同期検波において、例えば、キャリブレーション用のクロック信号の位相と各計測データV[1]~V[M]の位相の関係から各計測データV[1]~V[M]の符号の正負を決定してよい。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(信号強度と符号を含む)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 magnetic field to be measured, the synchronous detection section 1130 supplies the measurement data V supplied from the measurement data acquisition section 1120 as is to the data output section 1140. On the other hand, when performing calibration, the synchronous detection unit 1130 detects a calibration magnetic field, which is an alternating magnetic field, using a signal of the frequency of the alternating magnetic field. As an example, the synchronous detection unit 1130 synchronously detects the calibration magnetic field in accordance with a calibration clock signal. In synchronous detection, the synchronous detection unit 1130 detects each measurement data V[1] to V[M] based on the relationship between the phase of a clock signal for calibration and the phase of each measurement data V[1] to V[M], for example. You may decide whether the sign is positive or negative. Then, the synchronous detection unit 1130 extracts a frequency component (including signal strength and sign) synchronized with the calibration magnetic field, which is an alternating magnetic field, from the measurement data V supplied from the measurement data acquisition unit 1120, and Measured data V related to frequency components is supplied to the data output section 1140. Here, such synchronous detection may be performed on software or may be performed on hardware. In addition, in the above description, an example was given in which the synchronous detection unit 1130 performs synchronous detection to extract frequency components synchronized with the calibration magnetic field. A frequency component synchronized with the calibration magnetic field may be extracted using a band-pass 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 generates a sensor array signal in which the measurement data V[1] to V[M] supplied from each of the plurality of synchronous detection units 1130 is converted into each sensor signal component Φ[1] to Φ[M]. 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 section 1150 stores basis vectors necessary for the signal space separation section 1160 to separate the sensor array signal Φ, and supplies the basis vectors to the signal space separation section 1160. Note that the basis vector storage section 1150 sequentially updates the stored basis vectors to the basis vectors changed by the calibration section 1190. This will be discussed 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 converts 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 into a spatial distribution of an orthonormal function. When the magnetic sensor array 210 detects a magnetic field having a magnetic field, the signals are separated using a vector signal having, as each signal component, a signal output by each of the plurality of magnetic sensors 520 as a base vector. At this time, the signal space separation unit 1160 acquires basis vectors necessary for signal separation from the basis vector storage unit 1150. Then, the signal space separation unit 1160 uses the basis vectors acquired from the basis vector storage unit 1150 to calculate the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data V[1] to V[M] in the measurement target magnetic field (signal source space signal) and a disturbance magnetic field (disturbance spatial signal), suppress the disturbance magnetic field, calculate the magnetic field to be measured, and output it. This will also be discussed 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およびそ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、磁気センサアレイ210および複数の同期検波部1130のそれぞれへ供給する。これに応じて、磁気センサアレイ210は、磁場生成部530からキャリブレーション磁場を発生させる少なくとも一つの磁気センサセル220を、内側の円弧915を形成する複数の磁気センサセル220[1,j,1]~220[8,j,1]にわたって1つずつ順次切り替え、該当する磁気センサセル220が有するセンサ部300insideのフィードバックコイル534からクロック信号の周波数に応じた交流磁場を順次発生させる。また、複数の同期検波部1130は、当該クロック信号に応じて、少なくとも一つの磁気センサセルが有する磁場生成部530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、センサデータ収集部230の内部に構成されていてもよい。 When performing calibration, the calibration clock generating section 1170 generates a clock signal for generating an alternating current calibration magnetic field and an alternating current according to the frequency of the clock signal. Then, the calibration clock generation section 1170 supplies the generated clock signal to each of the magnetic sensor array 210 and the plurality of synchronous detection sections 1130. Accordingly, the magnetic sensor array 210 includes at least one magnetic sensor cell 220 that generates a calibration magnetic field from the magnetic field generation unit 530, and a plurality of magnetic sensor cells 220 [1, j, 1] to 220 that form an inner circular arc 915. 220 [8, j, 1] one by one, and the feedback coil 534 of the sensor section 300inside of the corresponding magnetic sensor cell 220 sequentially generates an alternating current magnetic field according to the frequency of the clock signal. In addition, the plurality of synchronous detection units 1130 each detect an AC calibration magnetic field generated by a magnetic field generation unit 530 included in at least one magnetic sensor cell, according to the clock signal. In addition, in the above description, the case where the calibration clock generation section 1170 is provided inside the sensor data processing section 1100 is shown as an example, but the calibration clock generation section 1170 is, for example, provided in the sensor data collection section. It may be configured inside 230.

誤差算出部1180は、キャリブレーションを行う場合に、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から発生させた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。 When performing calibration, the error calculation unit 1180 allows the signal space separation unit 1160 to calculate the spatial distribution of the calibration magnetic field generated from the magnetic field generation unit 530 of at least one of the plurality of magnetic sensor cells 220. Calculate the separation error when the signals are separated. The error calculation unit 1180 then supplies the calculated separation error to the calibration unit 1190.

較正部1190は、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、磁気センサ520におけるセンサ誤差を較正する。より詳細には、較正部1190は、磁場生成部530からキャリブレーション磁場を発生させる少なくとも一つの磁気センサセル220を、内側の円弧915を形成する複数の磁気センサセル220[1,j,1]~220[8,j,1]にわたって順次切り替えた場合におけるそれぞれの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 calculates the magnetic sensor 520 based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field generated from the magnetic field generation unit 530 of at least one of the plurality of magnetic sensor cells 220 is separated into signals. Calibrate the sensor error in. More specifically, the calibration unit 1190 replaces at least one magnetic sensor cell 220 that generates a calibration magnetic field from the magnetic field generation unit 530 with a plurality of magnetic sensor cells 220 [1, j, 1] to 220 forming an inner circular arc 915. The sensor error in the magnetic sensor 520 is calibrated based on the respective separation errors when sequentially switching over [8,j,1]. At this time, the calibration unit 1190 calibrates the sensor error by changing the base vector used by the signal space separation unit 1160. The calibration unit 1190 then supplies information regarding the changed basis vectors to the basis vector storage unit 1150. In response, the basis vector storage unit 1150 updates the stored basis vectors. This will be explained 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 this embodiment separates signals of the spatial distribution of a magnetic field. In step 1210, basis vector storage section 1150 stores the basis vectors. As an example, the basis vector storage unit 1150 uses, as the initial basis vector, a signal vector that is predetermined based on a simulation result assuming that the magnetic sensor array 210 is ideally created without any errors in each sensor. You can remember it. Furthermore, as described later, when the sensor error is calibrated by the calibration unit 1190, the base vector storage unit 1150 may store a changed updated base vector.

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 obtains 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 obtains from the basis vector storage unit 1150 the signal vector that the basis vector storage unit 1150 stored as a basis vector in step 1210. Note that 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。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 calculates the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data V[1] to V[M] obtained in step 1220 by using the signal vector obtained in step 1230 as a basis vector. Expand the series. Then, the signal space separation unit 1160 separates the spatial distribution of the magnetic field into a measurement target magnetic field and a disturbance magnetic field from the vector obtained by series expansion. That is, the signal space separation unit 1160 determines the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data V[1] to V[M] when the magnetic sensor array 210 detects a magnetic field having a spatial distribution of an orthonormal function. A vector signal having signals output from each of the sensors 520 as each signal component is used as a base vector to separate the signals. Here, the orthonormal function may be a spherical harmonic function. Further, in signal separation, the signal space separation unit 1160 calculates coefficients of basis vectors by the method of least squares.

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 and calculates and outputs only the magnetic field to be measured based on the result of signal separation in step 1240, and ends the process. This will be explained 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 0007364485000004
Regarding the position where each sensor constituting the magnetic sensor array 210 is arranged, when the current i(r) = 0 at the position of the position vector r representing the position from the coordinate origin, the static magnetic field B(r) is Using the potential V(r) that satisfies the equation Δ·V(r)=0, it is determined as a spatial 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 vector differential operation.
Figure 0007364485000004

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 0007364485000005
The solution to Laplace's equation generally has a solution in the form of a series expansion using the spherical harmonic function Y l,m (θ, φ), which is an orthonormal function system, so the potential V(r) is expressed as It can be expressed as Here, |r| is the absolute value of the position vector r (distance from the coordinate origin), θ and φ are the two argument 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 numbers of series for the space in front of and behind the magnetic sensor array 210, 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; for example, when l is 2, m is -2, -1, 0, 1, and 2. Note that since there is no single magnetic pole in a magnetic field, the azimuth 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 that exists in the space in front of the magnetic sensor array 210 when viewed from the measured object. Further, the second term in (Equation 5) is a term proportional to the distance from the coordinate origin, and indicates the potential that exists in the space behind the magnetic sensor array 210 when viewed from the measured object.
Figure 0007364485000005

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 0007364485000006
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 that exists in the space in front of the magnetic sensor array 210 when viewed from the measured object, that is, for example, a magnetocardiogram (measurement target magnetic field) generated by the electrical activity of the heart. It shows. Moreover, the second term in (Equation 6) indicates the disturbance magnetic field generated by the magnetic field source existing in the space behind the magnetic sensor array 210 when viewed from the object to be measured.
Figure 0007364485000006

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 to Laplace's equation is expressed in the form of a series expansion using spherical harmonics, the general solution becomes an infinite series, but the SNR (signal to noise ratio, i.e., the disturbance magnetic field and It is sufficient to obtain the ratio of the magnetic field signal to be measured to the sensor noise, and it is said that it is actually sufficient to express it as a series of about 10 terms. Furthermore, it is said that the series for signal space separation in a magnetoencephalograph may be approximately Lin=8 and Lout=3. Therefore, in this embodiment as well, the case where Lin=8 and Lout=3 will be described as an example. However, the values of Lin and Lout are not limited to these, and may be any numerical values that are 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 0007364485000007
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] ) and 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 each designed. When the sensor array signal Φ Ideal is held at the designed position, the ideal sensor array signal Φ Ideal is expressed by the following equation.
Figure 0007364485000007

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 0007364485000008
In other words, each sensor is ideal without any sensor error (magnetic sensitivity error due to other axis sensitivity or main axis sensitivity of each sensor, position error due to deviation in placement position of each sensor during assembly of magnetic sensor array 210, etc.). The signal component Φ Ideal [m] is expressed by the following equation.
Figure 0007364485000008

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 0007364485000009
Therefore, in an ideal case where there is no sensor error in each magnetic sensor 520, the base vectors a Ideal l,m and b Ideal l,m are defined as in the following equations.
Figure 0007364485000009

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 0007364485000010
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. That is, when A Ideal is an integer from l=1 to L=Lin, and for each l an integer from m=-l to l, each vector a Ideal is arranged in a column in order, resulting in a total of Lin・(Lin+2) columns. is defined as a vector of In addition, B Ideal is a total of Lout・(Lout+2) columns in which each vector b Ideal is arranged in a column in order from l=1 to L=Lout, and each l takes an integer from m=-l to l. is defined as a vector of In addition, Xin is the total Lin・Define it as a vector with (Lin+2) rows. In addition, Xout is the total of Lout・(Lout+2 ) is defined as a vector of rows.
Figure 0007364485000010

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 0007364485000011
Then, the sensor array signal Φ Ideal of the ideal magnetic sensor array 210 can be expressed in the form of an inner product of the ideal basis vector matrix [A B] Ideal and the vertical vector X, as shown in the following equation. Here, the ideal basis vector matrix [A B] Ideal indicates a basis vector, and is acquired from the basis vector storage section 1150 by the signal space separation section 1160 in step 1230, for example. Further, the vertical vector X indicates a coefficient related to the basis vector.
Figure 0007364485000011

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 0007364485000012
In step 1240, the signal space separation unit 1160 uses the following equation to determine a vertical vector that satisfies Φ Ideal = [A B] Ideal ·X by least squares approximation, based on the model equation obtained in (Equation 11). The vector ^X Ideal (here, "^X ideal " indicates the left side in (Equation 12) and means the hat (estimated value) of X Ideal ) is determined.
Figure 0007364485000012

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 0007364485000013
Therefore, the signal space separation unit 1160 can express the sensor array signal Φ Ideal of the ideal magnetic sensor array 210 as an M-dimensional vector of the least squares solution using the following equation. This allows the signal space separation unit 1160 to solve the spatial distribution of the magnetic field in step 1240.
Figure 0007364485000013

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。つまり、信号空間分離部1160は、外乱磁場成分と計測対象磁場成分とに信号空間分離している。 Then, in step 1250, the signal space separation unit 1160 uses the vertical vector determined in step 1240 to reduce ^Xout·B Ideal and remove the disturbance magnetic field component, that is, the second term component in (Equation 6). Output the suppressed results. By outputting only ^Xin·A Ideal as a result, the signal space separation unit 1160 suppresses the disturbance magnetic field component and outputs only the magnetic field component to be measured, that is, the first term component in (Equation 6). It's okay. That is, the signal space separation unit 1160 separates the signal space into a disturbance magnetic field component and a measurement target magnetic field component.

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 ]~V[M] can be signal-separated into a measurement target magnetic field and a disturbance magnetic field. Further, the magnetic field measurement device 10 suppresses the disturbance magnetic field component and outputs only the magnetic field component to be measured, so that the magnetic field to be measured can be measured with higher precision. Furthermore, since each of the plurality of sensor sections 300 has a magnetic convergence plate, it is possible to increase the magnetic sensitivity of the sensor section 300 and to clarify the spatial sampling point, thereby further increasing compatibility with signal space separation technology. 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 illustrates a signal space separation operation using an ideal basis vector [A B] 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 } spanned by the ideal basis vector A Ideal . Reference numeral 1330 indicates a linear subspace Span{B Ideal } spanned by the ideal basis vector B Ideal . Reference numeral 1340 indicates a linear subspace spanned by an ideal basis vector [A B] 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 the least squares solution. As shown in this figure, when the magnetic sensor array 210 is ideally made, that is, made without any sensor error, the sensor array signal Φ Ideal of the ideal magnetic sensor array 210 is It exists in the linear subspace spanned by the basis vector [A B] Ideal . In other words, the 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 for the magnetic field detected by the magnetic sensor array 210. have been able to do so.

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 Uncalibb [m] from each sensor unit 300 is a magnetic sensitivity vector S Uncalibb [m] = (S Uncalibb [m], x, S Uncalib [m], y, S Uncalib [m], z). That is, the magnetic sensor array 210 assumes the 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 Uncalibi [m] = (S Uncalibib [m], x, S Uncalibib [m], y, S Uncalibib [m], z) ).

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 0007364485000014
That is, each sensor signal component Φ Uncalibb [m] having a magnetic sensitivity error is expressed by the following equation.
Figure 0007364485000014

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 0007364485000015
In this way, for the sensor array signal Φ Uncalibb measured by the magnetic sensor array 210 completed with a magnetic sensitivity error, using the assumed ideal basis vector [A B] Ideal , the following equation is calculated. Suppose we set up
Figure 0007364485000015

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 0007364485000016
In this case, even if the vertical vector ^X Uncalibb is determined by the following equation based on the model equation obtained in (Equation 15), the solution to the equation will be inaccurate.
Figure 0007364485000016

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 0007364485000017
In this case, as an M-dimensional vector of the least squares solution, the sensor array signal Φ Uncalib of the magnetic sensor array 210 having a magnetic sensitivity error is expressed by the following equation.
Figure 0007364485000017

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 an ideal basis vector [A B] Ideal in a case where the magnetic sensor array 210 is made with a sensor error. In FIG. 14, members having the same functions and configurations as those in FIG. 13 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted except for differences. Reference numeral 1410 indicates the sensor array signal Φ Uncalibb of the magnetic sensor array 210 with sensor error. Reference numeral 1450 indicates an M-dimensional vector of the least squares solution. As shown in this figure, if the magnetic sensor array 210 has a sensor error, the sensor array signal Φ Uncalibb does not exist in the linear subspace spanned by the ideal basis vector [A B] 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 0007364485000018
At this time, there is a separation error between the sensor array signal Φ Uncalibb indicated by 1410 and the least squares solution M-dimensional vector ^Φ Uncalibb indicated by 1450, that is, an error vector ε indicated by 1460. Then, an error angle γ shown at 1470 is generated. Here, the error vector ε and the error angle γ are expressed by the following equations.
Figure 0007364485000018

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, due to the sensor error of the actual magnetic sensor array 210, the error vector ε in the signal space separation calculation is generated as a finite vector (not a zero vector). Therefore, the equation (15) is not established with high precision, and the solution to the equation (16) becomes inaccurate. That is, the signal space separation unit 1160 cannot accurately perform signal space separation into a target magnetic field component and a disturbance magnetic field component for 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 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(i,j,1)を取得するフローを示す。ここで、iは、磁気センサアレイ210における磁気センサセル220のX方向の位置を示し、1≦i≦Nx(ただし、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。)を満たす整数である。また、jは、磁気センサアレイ210における磁気センサセル220のY方向の位置を示し、1≦j≦Ny(ただし、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。)を満たす整数である。また、kは、磁気センサアレイ210における磁気センサセル220のZ方向の位置を示し、本フローにおいて、zは1に固定されている。また、本フローおよび後述する図16のフローの説明においては、M個のセンサ部300のうち内側の円弧915を形成する複数の磁気センサセル220に含まれるM/2個のセンサ部300が順次キャリブレーション磁場を発生させ、磁場を発生させていない残りのM-1個のセンサ部300で計測する例を示す。しかしながら、キャリブレーション磁場を発生させるセンサ部300の個数は、この個数に限るものではなく、キャリブレーションを行うパラメータに応じて1個から実現可能である(例えば位置座標の1成分の較正など)。また、キャリブレーションパラメータと基底ベクトルの次元に応じて、磁場を計測するセンサ数も変更可能であり、基底ベクトルを形成するために必要な数個から磁場を発生させていないM-1個のセンサ数とすることができる。また、磁場を発生させていないM-1個のセンサ部300で計測を行ったとしても、センサ誤差の較正対象とするセンサ部300の個数はM-1個よりも少なくてよい。例えば、キャリブレーション磁場を発生させないM/2個のセンサ部300を対象としてセンサ誤差を較正してよい。 FIG. 15 shows a flow in which the magnetic field measuring device 10 according to this embodiment acquires the sensor array signal Φ(i, j, 1) for calibration. Here, i indicates the position of the magnetic sensor cell 220 in the X direction in the magnetic sensor array 210, and is an integer that satisfies 1≦i≦Nx (however, Nx indicates the number of magnetic sensor cells 220 arranged in the X direction). It is. Further, j indicates the position of the magnetic sensor cell 220 in the Y direction in the magnetic sensor array 210, and is an integer satisfying 1≦j≦Ny (where Ny indicates the number of magnetic sensor cells 220 arranged in the Y direction). be. Further, k indicates the position of the magnetic sensor cell 220 in the magnetic sensor array 210 in the Z direction, and in this flow, z is fixed to 1. In addition, in the explanation of this flow and the flow of FIG. 16 described later, M/2 sensor units 300 included in a plurality of magnetic sensor cells 220 forming an inner circular arc 915 among M sensor units 300 are sequentially calibrated. An example will be shown in which a magnetic field is generated and the remaining M-1 sensor sections 300 that do not generate a magnetic field perform measurements. However, the number of sensor units 300 that generate the calibration magnetic field is not limited to this number, and can be realized from one depending on the parameter to be calibrated (for example, calibration of one component of position coordinates, etc.). In addition, the number of sensors that measure the magnetic field can be changed depending on the calibration parameters and the dimension of the basis vector, ranging from the few required to form the basis vector to M-1 sensors that do not generate a magnetic field. It can be a number. Further, even if measurement is performed using M-1 sensor sections 300 that do not generate a magnetic field, the number of sensor sections 300 to be calibrated for sensor error may be less than M-1. For example, sensor errors may be calibrated for M/2 sensor units 300 that do not generate a calibration magnetic field.

ステップ1510において、磁場計測装置10は、セルアドレスを初期化する。一例として、磁場計測装置10は、iに1を代入し、jに1を代入し、kに1を代入する。すなわち、磁場計測装置10は、キャリブレーション磁場を発生させる1番目の磁気センサセル220として、磁気センサセル220[1,1,1]を指定する。 In step 1510, the magnetic field measuring device 10 initializes the cell address. As an example, the magnetic field measuring device 10 assigns 1 to i, 1 to j, and 1 to k. That is, the magnetic field measuring device 10 designates the magnetic sensor cell 220 [1, 1, 1] as the first magnetic sensor cell 220 that generates the calibration magnetic field.

ステップ1520において、磁場計測装置10は、磁気センサセル220[i,j,1]、例えば、ステップ1510の次に続くステップ1520においては磁気センサセル[1,1,1]、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る。すなわち、磁場計測装置10は、磁気センサセル220[i,j,1]のセンサ部300における切替部1010をキャリブレーションモードに切り替え、フィードバックコイル534の一端に、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入力させる。そして、磁場計測装置10は、磁気センサセル220[i,j,1]が有するフィードバックコイル534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、磁気センサセル220[i,j,1]が有するフィードバックコイル534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、磁気センサセル220[i,j,1]が有するフィードバックコイル534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、フィードバックコイル534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 1520, the magnetic field measuring device 10 generates a signal from the magnetic field generation unit 530 of the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1], for example, in the step 1520 following step 1510, the magnetic sensor cell [1, 1, 1]. Generate a calibration magnetic field. That is, the magnetic field measuring device 10 switches the switching section 1010 in the sensor section 300 of the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1] to the calibration mode, and outputs the clock signal supplied from the calibration clock generating section 1170 to one end of the feedback coil 534. An alternating current corresponding to the frequency of the calibration clock signal is input. Then, the magnetic field measurement device 10 generates an alternating current magnetic field according to the frequency of the clock signal from the feedback coil 534 included in the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1]. At this time, the calibration magnetic field generated by the feedback coil 534 included in the magnetic sensor cell 220[i,j,1] becomes close to the magnetic field generated from the magnetic dipole. The calibration magnetic field generated by the feedback coil 534 included in the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1] corresponds to the component of the first term in (Equation 6). At this time, by generating a relatively strong AC magnetic field from the feedback coil 534, it is possible to ignore the second term component in (Equation 6), that is, the influence of the disturbance magnetic field during calibration.

ステップ1530において、磁場計測装置10は、磁気センサセル220[i,j,1]が有するフィードバックコイル534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(i,j,1)を取得する。より詳細には、磁気センサセル220[i,j,1]が有するフィードバックコイル534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]、ただし、キャリブレーション磁場を発生させたセンサ部300[P](ここで、Pは1≦P≦Mである整数とする)を除く、(M-1)個のセンサ部300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、磁気センサセル220[i,j,1]が有するフィードバックコイル534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磁場を発生させたセンサ部300[P]を除く複数(すなわち、M-1個)のセンサ部300[1]~300[M]からの各センサ信号成分Φ[1]~Φ[M](Φ[P]を除く)とした、キャリブレーション用のセンサアレイ信号Φ(i,j,1)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、磁気センサセル220[i,j,1]が有するフィードバックコイル534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(i,j,1)を取得する。 In step 1530, the magnetic field measuring device 10 obtains the sensor array signal Φ(i, j, 1) when a calibration magnetic field is generated from the feedback coil 534 included in the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1]. . More specifically, when the calibration magnetic field is generated from the feedback coil 534 included in the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1], the measurement data acquisition unit 1120 generates the calibration magnetic field from the plurality of sensor units 300 [ included in the magnetic sensor array 210]. 1] to 300[M], except for the sensor unit 300[P] that generated the calibration magnetic field (here, P is an integer satisfying 1≦P≦M), (M-1) pieces. Measurement data V[1] to V[M] measured by the sensor unit 300 are respectively acquired. Then, the synchronous detection section 1130 receives the calibration clock signal supplied from the calibration clock generation section 1170, and synchronously detects the calibration magnetic field in accordance with the clock signal. Then, the synchronous detection unit 1130 extracts a frequency component synchronized with the calibration magnetic field, which is an alternating current magnetic field, from the measurement data V[1] to V[M], and measures the measurement data V[1] related to the extracted frequency component. ] to V[M] are respectively supplied to the data output section 1140. Then, the data output unit 1140 uses the measurement data V[1] to V[M] supplied from the synchronous detection unit 1130 to generate a calibration magnetic field from the feedback coil 534 included in the magnetic sensor cell 220[i,j,1]. In the case where the calibration magnetic field is generated, each sensor signal component Φ[1 ] to Φ[M] (excluding Φ[P]), the sensor array signal Φ(i, j, 1) for calibration is supplied to the signal space separation unit 1160. Thereby, the signal space separation unit 1160 generates the sensor array signal Φ(i, j, 1) for calibration when a calibration magnetic field is generated from the feedback coil 534 included in the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1]. get.

ステップ1540において、磁場計測装置10は、iがNxに等しいか否か判定する。すなわち、磁場計測装置10は、X方向に配列された全ての磁気センサセル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たか否か判定する。iがNxに等しいと判定された場合、すなわち、X方向に配列された全ての磁気センサセル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たと判定された場合、磁場計測装置10は、処理をステップ1560に進める。 In step 1540, the magnetic field measuring device 10 determines whether i is equal to Nx. That is, the magnetic field measuring device 10 determines whether a calibration magnetic field is generated from the magnetic field generating sections 530 of all the magnetic sensor cells 220 arranged in the X direction. When it is determined that i is equal to Nx, that is, when it is determined that the calibration magnetic field has been generated from the magnetic field generation units 530 of all the magnetic sensor cells 220 arranged in the X direction, the magnetic field measuring device 10 performs processing. Proceed to step 1560.

一方、ステップ1540において、iがNxに等しくないと判定された場合、すなわち、X方向に配列された全ての磁気センサセル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、iをインクリメントしてi=i+1とし、処理をステップ1520に戻して、フローを継続する。 On the other hand, if it is determined in step 1540 that i is not equal to Nx, that is, it is determined that the calibration magnetic field is not generated from the magnetic field generation units 530 of all the magnetic sensor cells 220 arranged in the X direction. In this case, the magnetic field measuring device 10 increments i to i=i+1 in step 1550, returns the process to step 1520, and continues the flow.

ステップ1560において、磁場計測装置10は、jがNyに等しいか否か判定する。すなわち、磁場計測装置10は、Y方向に配列された全ての磁気センサセル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たか否か判定する。jがNyに等しいと判定された場合、すなわち、Y方向に配列された全ての磁気センサセル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(i,j,1)を取得するフローを終了する。 In step 1560, the magnetic field measuring device 10 determines whether j is equal to Ny. That is, the magnetic field measuring device 10 determines whether a calibration magnetic field is generated from the magnetic field generation units 530 of all the magnetic sensor cells 220 arranged in the Y direction. When it is determined that j is equal to Ny, that is, when it is determined that the calibration magnetic field has been generated from the magnetic field generation units 530 of all the magnetic sensor cells 220 arranged in the Y direction, the magnetic field measuring device 10 The flow for acquiring the sensor array signal Φ(i, j, 1) for the application ends.

一方、ステップ1560において、jがNyに等しくないと判定された場合、すなわち、Y方向に配列された全ての磁気センサセル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いないと判定された場合、磁場計測装置10は、ステップ1570において、jをインクリメントしてj=j+1とし、処理をステップ1520に戻して、フローを継続する。 On the other hand, in step 1560, if it is determined that j is not equal to Ny, that is, it is determined that the calibration magnetic field is not generated from the magnetic field generation units 530 of all the magnetic sensor cells 220 arranged in the Y direction. In this case, the magnetic field measuring device 10 increments j to set j=j+1 in step 1570, returns the process to step 1520, and continues the flow.

これにより、磁場計測装置10は、i=1からi=Nxまで、および、j=1からj=Nyまで、k=1、すなわち、内側の円弧915を形成する複数の磁気センサセル220に含まれるM/2個のセンサ部300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た場合における、キャリブレーション用のアレイ信号Φ(i,j,1)をそれぞれ取得する。 Thereby, the magnetic field measurement device 10 is included in the plurality of magnetic sensor cells 220 from i=1 to i=Nx and from j=1 to j=Ny, k=1, that is, forming the inner circular arc 915. When a calibration magnetic field is generated from the magnetic field generation units 530 of M/2 sensor units 300, array signals Φ(i, j, 1) for calibration are respectively acquired.

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。本フローにおいては、キャリブレーション磁場を発生させないM/2個のセンサ部300を対象としてセンサ誤差を較正する例を示す。ステップ1610において、磁場計測装置10は、Cに1を代入する。ここで、C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 this embodiment performs calibration. In this flow, an example will be shown in which sensor errors are calibrated for M/2 sensor units 300 that do not generate a calibration magnetic field. In step 1610, the magnetic field measuring device 10 assigns 1 to C. Here, C means the number of times the calibration is executed, and is 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≦i≦Nx、および、1≦j≦Nyについて、キャリブレーション用のセンサアレイ信号Φ(i,j,1)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、磁場生成部530からキャリブレーション磁場を発生させる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(1,1,1)を信号分離するにあたって、磁気センサセル220[1,1,1]が有する磁場生成部530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(i,j,1)を信号分離するにあたって、磁気センサセル220[i,j,1]が有する磁場生成部530が配置される位置を、例えば磁場生成部530のフィードバックコイル534の中心位置を、演算における座標の原点とする。このように、n番目(nは1からM/2までの整数)の磁気センサセル220が有する磁場生成部530(n)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、磁場生成部530(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)(Φ(i,j,1)に等しい。以降n番目の磁場生成部530(n)からの磁場を計測したセンサアレイ信号ΦをΦ(n)と略記する)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、磁場生成部530(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、i=1からi=Nxまで、および、j=1からj=Nyまで、k=1、すなわち、内側の円弧915を形成する複数の磁気センサセル220に含まれるM/2個のセンサ部300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た場合について、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 a separation error. More specifically, the signal space separation unit 1160 performs signal space separation on the calibration sensor array signal Φ(i, j, 1) for 1≦i≦Nx and 1≦j≦Ny. conduct. At this time, in step 1620 following step 1610, the signal space separation unit 1160 determines the solution of the equation shown in (16) from the equation shown in (15). In this case, the signal space separation unit 1160 separates the spatial distribution of the calibration magnetic field from the signal at a position where the magnetic field generation unit 530 of at least one magnetic sensor cell 220 that generates the calibration magnetic field from the magnetic field generation unit 530 is arranged. Let be the origin of the coordinates in the calculation. That is, in signal separation of the sensor array signal Φ(1,1,1), the signal space separation unit 1160 calculates the position where the magnetic field generation unit 530 of the magnetic sensor cell 220[1,1,1] is placed. Let the origin of the coordinates be at . Similarly, when separating the sensor array signal Φ(i, j, 1), the signal space separation unit 1160 determines the position where the magnetic field generation unit 530 of the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1] is located. For example, the center position of the feedback coil 534 of the magnetic field generation unit 530 is set as the origin of coordinates in the calculation. In this way, when the calibration magnetic field is generated from the magnetic field generation unit 530(n) of the n-th (n is an integer from 1 to M/2) magnetic sensor cell 220, the signal space separation unit 1160 generates the magnetic field. When the calibration magnetic field is generated from the unit 530(n), the sensor array signal Φ(n) (equal to Φ(i, j, 1)).Then, the magnetic field from the n-th magnetic field generating unit 530(n) is measured. When performing the signal space separation calculation and the calculation of the error ε for the sensor array signal Φ (abbreviated as Φ(n)), the coordinates in the signal space separation calculation are Calculation is performed while sequentially matching the origin. Thereby, the magnetic field measuring device 10 can greatly simplify the calibration of each magnetic sensor 520 in the sensor unit 300 included in the magnetic sensor array 210, and can accelerate the convergence of calibration parameters. Then, based on (Equation 18), the error calculation unit 1180 calculates a plurality of numbers forming the inner arc 915 from i=1 to i=Nx, from j=1 to j=Ny, and k=1. When a calibration magnetic field is generated from the magnetic field generating sections 530 of M/2 sensor sections 300 included in the magnetic sensor cell 220, the separation error is an error vector ε(n) and an error angle γ(n ), respectively.

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、M/2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、i=1からi=Nxまで、および、j=1からj=Nyまで、k=1、すなわち、内側の円弧915を形成する複数の磁気センサセル220に含まれるM/2個のセンサ部300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た場合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 the separation error exceeds a predetermined threshold. For example, the magnetic field measuring device 10 determines whether the sum of squares of M/2 separation errors exceeds a predetermined threshold. That is, the magnetic field measurement device 10 has the M included in the plurality of magnetic sensor cells 220 forming the inner circular arc 915 from i=1 to i=Nx, from j=1 to j=Ny, and k=1. /at least one of the sum of squares of error vector ε(n) and the sum of squares of error angle γ(n) when a calibration magnetic field is generated from the magnetic field generation unit 530 of two sensor units 300. It is determined whether one of the two exceeds a predetermined threshold. If it is determined that the separation error does not exceed the threshold, the magnetic field measuring device 10 terminates the process, assuming that the calibration has been 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。すなわち、例えば、1番目からM/2番目までのセンサ部300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た場合に、磁場計測装置10は、当該1番目の磁気センサセル220におけるセンサ部300からのセンサ信号成分を除く、M/2個のセンサアレイ信号Φ(1)~Φ(M/2)を用いて、当該M/2個のセンサ部300を対象とし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、M/2+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(簡便のため、M次元ベクトルとして記載)。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 0007364485000019
On the other hand, if it is determined in step 1630 that the separation error exceeds the predetermined threshold, the magnetic field measuring device 10 calibrates the sensor error in step 1640. That is, for example, when a calibration magnetic field is generated from the magnetic field generating sections 530 included in the first to M/2th sensor sections 300, the magnetic field measuring device 10 Using M/2 sensor array signals Φ(1) to Φ(M/2) excluding sensor signal components from , sensor errors are calibrated for the M/2 sensor units 300. For example, the calibration unit 1190 sets M/2+1≦m≦M so that at least one of the separation error as the objective function, that is, the error vector ε(n) and the error angle γ(n), becomes zero. , optimize the magnetic sensitivity vector S Calib [m]. 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 as in the following equation (described as an M-dimensional vector for simplicity). 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 0007364485000019

ステップ1650において、磁場計測装置10は、C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 C is equal to MAX_COUNT. That is, the magnetic field measuring device 10 determines whether the number of times calibration is performed is the upper limit number of times.

C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。 If C is equal to MAX_COUNT, that is, if the number of times the calibration is executed is the upper limit number of times, the magnetic field measuring device 10 times out the execution of the calibration in step 1660 and ends the process. At this time, the magnetic field measuring device 10 may, for example, notify that the calibration has timed out.

一方、CがMAX_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、CをインクリメントしてC=C+1とし、nを初期化してn=1として、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 0007364485000020
On the other hand, if C is not equal to MAX_COUNT, in step 1670, the magnetic field measurement device 10 increments C to set C=C+1, initializes n to set n=1, returns the process to step 1620, and continues the flow. do. Note that in step 1620 following step 1670, the signal space separation unit 1160 may determine the solution to the equation using the following equation instead of (Equation 16).
Figure 0007364485000020

また、信号空間分離部1160は、次式により、最小2乗解ベクトルとして、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 0007364485000021
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 a least squares solution vector using the following equation.
Figure 0007364485000021

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 least squares solution vector Φ Calib using a method similar to (Equation 18).

このように、本実施形態に係る磁場計測装置10によれば、磁気センサアレイ210をキャリブレーションするにあたって、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る。すなわち、磁気センサアレイ210における複数のセンサ部300のうちの少なくとも1つのセンサ部300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る。したがって、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装置(コイル等)を磁気センサアレイ210の他に別途設ける必要がない。また、本実施形態に係る磁場計測装置10によれば、磁場生成部530からキャリブレーション磁場を発生させる少なくとも一つの磁気センサセル220を、内側の円弧915を形成する複数の磁気センサセル220[1,j,1]~220[8,j,1]にわたって順次切り替えた場合におけるそれぞれの分離誤差に基づいて、磁気センサアレイ210をキャリブレーションする。したがって、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コイルと、較正の対象となる磁気センサ520との間の距離を低減させることができ、磁気センサ520に入力されるキャリブレーション磁場を相対的に強くすることができる。これにより、磁場計測装置10は、キャリブレーション演算におけるSNRを改善することができる。また、磁場計測装置10は、内側の円弧915を形成する全ての複数の磁気センサセル220が有する磁場生成部530のそれぞれからキャリブレーション磁場を発生させるので、磁気センサアレイ210をキャリブレーションするために用いるキャリブレーション磁場として、磁気センサアレイ210における位置や磁場の方向に関して偏りが少ない磁気双極子磁場を発生させることができる。 As described above, according to the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment, when calibrating the magnetic sensor array 210, the magnetic field generation of at least one magnetic sensor cell 220 among the plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 is performed. A calibration magnetic field is generated from section 530. That is, a calibration magnetic field is generated from the magnetic field generating section 530 included in at least one sensor section 300 among the plurality of sensor sections 300 in the magnetic sensor array 210. Therefore, the magnetic field measuring device 10 does not need to separately provide a device (such as a coil) for generating a calibration magnetic field in addition to the magnetic sensor array 210. Further, according to the magnetic field measurement device 10 according to the present embodiment, at least one magnetic sensor cell 220 that generates a calibration magnetic field from the magnetic field generation unit 530 is replaced with a plurality of magnetic sensor cells 220 [1, j . Therefore, the magnetic field measuring device 10 can reduce the distance between the coil that generates the calibration magnetic field and the magnetic sensor 520 that is the target of calibration, and the calibration magnetic field input to the magnetic sensor 520 can be relatively can be made stronger. Thereby, the magnetic field measuring device 10 can improve the SNR in the calibration calculation. In addition, the magnetic field measurement device 10 generates a calibration magnetic field from each of the magnetic field generation units 530 included in all the plurality of magnetic sensor cells 220 forming the inner circular arc 915, so that it is used to calibrate the magnetic sensor array 210. As the calibration magnetic field, it is possible to generate a magnetic dipole magnetic field that is less biased with respect to the position in the magnetic sensor array 210 and the direction of the magnetic field.

なお、上述の説明においては、磁場計測装置10が、磁気センサアレイ210の内側の円弧915を形成する複数の磁気センサセル220に含まれるM/2個のセンサ部300が有する磁場生成部530を順次切り替えてキャリブレーション磁場を発生させ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、磁気センサアレイ210の内側に位置する磁気センサセル220に加えて、外側に位置する磁気センサセル220に含まれるM/2個のセンサ部300を順次切り替えてキャリブレーション磁場を発生させてもよい。すなわち、磁場計測装置10は、磁気センサアレイ210における全ての磁気センサセル220が有する磁場生成部530を順次切り替えてキャリブレーション磁場を発生させてもよい。なお、磁気センサアレイ210の内側に位置する磁気センサセル220が有する磁場生成部530を順次切り替えてキャリブレーション磁場を発生させる場合、上述したように、キャリブレーション時に(数6)における第2項の成分を無視することができる。一方、磁気センサアレイ210の外側の円弧925を形成する複数の磁気センサセル220を順次切り替えてキャリブレーション磁場を発生させる場合、キャリブレーション時に(数6)における第1項の成分を無視することができる。 In the above description, the magnetic field measuring device 10 sequentially generates the magnetic field generating units 530 of M/2 sensor units 300 included in the plurality of magnetic sensor cells 220 forming the inner arc 915 of the magnetic sensor array 210. Although the case where the calibration magnetic field is generated by switching is shown as an example, the present invention is not limited to this. The magnetic field measuring device 10 generates a calibration magnetic field by sequentially switching between the magnetic sensor cells 220 located inside the magnetic sensor array 210 and M/2 sensor sections 300 included in the magnetic sensor cells 220 located outside. It's okay. That is, the magnetic field measurement device 10 may generate the calibration magnetic field by sequentially switching the magnetic field generation units 530 included in all the magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210. In addition, when generating a calibration magnetic field by sequentially switching the magnetic field generation units 530 included in the magnetic sensor cell 220 located inside the magnetic sensor array 210, as described above, the component of the second term in (Equation 6) at the time of calibration can be ignored. On the other hand, when generating a calibration magnetic field by sequentially switching a plurality of magnetic sensor cells 220 forming an outer arc 925 of the magnetic sensor array 210, the component of the first term in (Equation 6) can be ignored during calibration. .

その場合、磁場計測装置10は、全ての磁気センサセル220が有する磁場生成部530を順次切り替えながら、上述のように、較正パラメータの数と基底ベクトルの次元数に応じて、キャリブレーション磁場を発生させたセンサ部300[P]を除く、(M-1)個のセンサ部300を対象としてセンサ誤差を順次較正することで、M個のセンサ部300の全てについてセンサ誤差を較正してもよい。 In that case, the magnetic field measurement device 10 generates a calibration magnetic field according to the number of calibration parameters and the number of dimensions of the basis vector, as described above, while sequentially switching the magnetic field generation units 530 included in all the magnetic sensor cells 220. The sensor error may be calibrated for all M sensor units 300 by sequentially calibrating the sensor error for (M-1) sensor units 300 excluding the sensor unit 300[P].

これに代えて、磁場計測装置10は、内側に位置するM/2個のセンサ部300を有する磁気センサセル220[1,j,1]~220[8,j,1]を順次切り替えながらキャリブレーション磁場を発生させて、外側に位置するM/2個の磁気センサセル220[1,j,2]~220[8,j,2]のセンサ部300のみを対象としてセンサ誤差を順次較正してもよい。同様に、磁場計測装置10は、外側に位置するM/2個のセンサ部300を有する磁気センサセル220[1,j,2]~220[8,j,2]を順次切り替えながらキャリブレーション磁場を発生させて、内側に位置するM/2個の磁気センサセル220[1,j,1]~220[8,j,1]のセンサ部300のみを対象としてセンサ誤差を順次較正してもよい。すなわち、内側に位置するM/2個の磁気センサセル220のセンサ部300と外側に位置するM/2個の磁気センサセル220のセンサ部300の両方すべてのセンサ誤差を分割して較正してよい。 Instead, the magnetic field measuring device 10 performs calibration while sequentially switching the magnetic sensor cells 220[1,j,1] to 220[8,j,1] having M/2 sensor units 300 located inside. Even if a magnetic field is generated and sensor errors are sequentially calibrated only for the sensor units 300 of M/2 magnetic sensor cells 220 [1, j, 2] to 220 [8, j, 2] located outside. good. Similarly, the magnetic field measuring device 10 applies a calibration magnetic field while sequentially switching the magnetic sensor cells 220[1,j,2] to 220[8,j,2] having M/2 sensor units 300 located on the outside. The sensor errors may be sequentially calibrated only for the sensor units 300 of the M/2 magnetic sensor cells 220[1,j,1] to 220[8,j,1] located inside. That is, the sensor errors of both the sensor sections 300 of the M/2 magnetic sensor cells 220 located on the inside and the sensor sections 300 of the M/2 magnetic sensor cells 220 located on the outside may be divided and calibrated.

また、上述の説明では、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、内側の磁気センサセル220群と外側の磁気センサセル220群とに分類して制御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。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の磁気センサセル220[1,j,1]~220[4,j,2]群と右側の磁気センサセル220[5,j,1]~220[8,j,2]群とに分けて、上記と同様に制御してもよい。すなわち、磁場計測装置10は、左側に位置するM/2個のセンサ部300を有する磁気センサセル220[1,j,1]~220[4,j,2]を順次切り替えながらキャリブレーション磁場を発生させて、右側に位置するM/2個の磁気センサセル220[5,j,1]~220[8,j,2]のセンサ部300のみを対象としてセンサ誤差を順次較正してもよい。同様に、磁場計測装置10は、右側に位置するM/2個のセンサ部300を有する磁気センサセル220[5,j,1]~220[8,j,2]を順次切り替えながらキャリブレーション磁場を発生させて、左側に位置するM/2個の磁気センサセル220[1,j,1]~220[4,j,2]のセンサ部300のみを対象としてセンサ誤差を順次較正してもよい。 Furthermore, in the above description, the magnetic field measuring device 10 classifies and controls the plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 into an inner magnetic sensor cell 220 group and an outer magnetic sensor cell 220 group, as an example. However, it is not limited to this. For example, the magnetic field measuring device 10 divides the plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 into a group of magnetic sensor cells 220 [1, j, 1] to 220 [4, j, 2] on the left side and a group of magnetic sensor cells 220 [4, j, 2] on the right side when viewed from the measured object. The magnetic sensor cells 220 [5, j, 1] to 220 [8, j, 2] may be divided into groups and controlled in the same manner as above. That is, the magnetic field measuring device 10 generates a calibration magnetic field while sequentially switching the magnetic sensor cells 220 [1, j, 1] to 220 [4, j, 2] having M/2 sensor units 300 located on the left side. Then, sensor errors may be successively calibrated only for the sensor units 300 of the M/2 magnetic sensor cells 220[5,j,1] to 220[8,j,2] located on the right side. Similarly, the magnetic field measuring device 10 applies the calibration magnetic field while sequentially switching the magnetic sensor cells 220 [5, j, 1] to 220 [8, j, 2] having M/2 sensor units 300 located on the right side. The sensor error may be sequentially calibrated only for the sensor units 300 of the M/2 magnetic sensor cells 220[1,j,1] to 220[4,j,2] located on the left side.

このように、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、第1の磁気センサセル220群と第2の磁気センサセル220群とに分類し、第1の磁気センサセル220群の磁気センサセル220を順次切り替えながらキャリブレーション磁場を発生させて、第2の磁気センサセル220群におけるセンサ部300を対象としてセンサ誤差を順次較正し、第2の磁気センサセル220群の磁気センサセル220を順次切り替えながらキャリブレーション磁場を発生させて、第1の磁気センサセル220群におけるセンサ部300を対象としてセンサ誤差を順次較正してもよい。 In this way, the magnetic field measuring device 10 classifies the plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 into the first magnetic sensor cell 220 group and the second magnetic sensor cell 220 group, and the first magnetic sensor cell 220 group. A calibration magnetic field is generated while sequentially switching the magnetic sensor cells 220, and sensor errors are sequentially calibrated for the sensor units 300 in the second group of magnetic sensor cells 220, and the magnetic sensor cells 220 of the second group of magnetic sensor cells 220 are sequentially switched. At the same time, a calibration magnetic field may be generated to sequentially calibrate sensor errors targeting the sensor units 300 in the first magnetic sensor cell 220 group.

なお、磁場計測装置10は、一方の磁気センサセル220群の磁気センサセル220を順次切り替えながらキャリブレーション磁場を発生させて、他方の磁気センサセル220群におけるセンサ部300を対象としてセンサ誤差を順次較正するにあたって、一方の磁気センサセル220群における全ての磁気センサセル220からキャリブレーション磁場を発生させなくてもよい。すなわち、磁場計測装置10は、第1の磁気センサセル220群における一部の磁気センサセル220を順次切り替えながらキャリブレーション磁場を発生させて、第2の磁気センサセル220群におけるセンサ部300を対象としてセンサ誤差を順次較正してよい。同様に、磁場計測装置10は、第2の磁気センサセル220群における一部の磁気センサセル220を順次切り替えながらキャリブレーション磁場を発生させて、第1の磁気センサセル220群におけるセンサ部300を対象としてセンサ誤差を順次較正してよい。 In addition, the magnetic field measurement device 10 generates a calibration magnetic field while sequentially switching the magnetic sensor cells 220 of one magnetic sensor cell 220 group, and sequentially calibrates sensor errors for the sensor units 300 of the other magnetic sensor cell 220 group. , it is not necessary to generate a calibration magnetic field from all the magnetic sensor cells 220 in one group of magnetic sensor cells 220. That is, the magnetic field measuring device 10 generates a calibration magnetic field while sequentially switching some of the magnetic sensor cells 220 in the first magnetic sensor cell 220 group, and targets the sensor section 300 in the second magnetic sensor cell 220 group to detect sensor errors. may be calibrated sequentially. Similarly, the magnetic field measuring device 10 generates a calibration magnetic field while sequentially switching some of the magnetic sensor cells 220 in the second magnetic sensor cell 220 group, and targets the sensor section 300 in the first magnetic sensor cell 220 group. Errors may be calibrated sequentially.

また、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つの群に分類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つの群に分類してもよい。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220群、被計測体から見て右側に位置する第2の磁気センサセル220群、および、第1の磁気センサセル220群と第2の磁気センサセル220群との間に位置する第3の磁気センサセル220群に分類してもよい。そして、磁場計測装置10は、第1の磁気センサセル220群の磁気センサセル220を順次切り替えながらキャリブレーション磁場を発生させて、第2の磁気センサセル220群および第3の磁気センサセル220群におけるセンサ部300を対象としてセンサ誤差を順次較正してよい。同様に、磁場計測装置10は、第2の磁気センサセル220群の磁気センサセル220を順次切り替えながらキャリブレーション磁場を発生させて、第1の磁気センサセル220群および第3の磁気センサセル220群におけるセンサ部300を対象としてセンサ誤差を順次較正してよい。すなわち、磁場計測装置10は、第3の磁気センサセル220群におけるセンサ部300を、第1の磁気センサセル220群の磁気センサセル220を順次切り替えながらキャリブレーション磁場を発生させた場合と、第2の磁気センサセル220群の磁気センサセル220を順次切り替えながら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。 Furthermore, in the above description, the case where the magnetic field measuring device 10 classifies 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. For example, the magnetic field measuring device 10 may classify the plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 into three groups. For example, the magnetic field measuring device 10 divides the plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 into a first group of magnetic sensor cells 220 located on the left side when viewed from the measured object, and a second group of magnetic sensor cells located on the right side when viewed from the measured object. and a third magnetic sensor cell 220 group located between the first magnetic sensor cell 220 group and the second magnetic sensor cell 220 group. Then, the magnetic field measuring device 10 generates a calibration magnetic field while sequentially switching the magnetic sensor cells 220 of the first magnetic sensor cell 220 group, and generates a calibration magnetic field to generate a calibration magnetic field for the sensor units 300 in the second magnetic sensor cell 220 group and the third magnetic sensor cell 220 group. The sensor error may be sequentially calibrated for . Similarly, the magnetic field measuring device 10 generates a calibration magnetic field while sequentially switching the magnetic sensor cells 220 of the second magnetic sensor cell 220 group, and generates a calibration magnetic field in the sensor units of the first magnetic sensor cell 220 group and the third magnetic sensor cell 220 group. 300 may be sequentially calibrated for sensor error. That is, the magnetic field measuring device 10 generates a calibration magnetic field while sequentially switching the sensor unit 300 in the third magnetic sensor cell 220 group to the magnetic sensor cell 220 in the first magnetic sensor cell 220 group, and In both the case where the calibration magnetic field is generated while sequentially switching the magnetic sensor cells 220 of the sensor cell 220 group, overlapping calibration targets may be used.

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布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 [A B] Calib in the case where the magnetic sensor array 210 is made with a sensor error. In FIG. 17, members having the same functions and configurations as those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted below except for differences. The magnetic field measuring device 10 updates the base vector according to the flow shown in FIG. 16 . Here, reference numeral 1720 indicates a linear subspace Span{A Calib } spanned by the basis vector A Calib after calibration. Reference numeral 1730 indicates a linear subspace Span{B Calib } spanned by the basis vector B Calib after calibration. Reference numeral 1740 indicates a linear subspace spanned by a basis vector [A B] Calib that 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 the least squares solution. As shown in this figure, the sensor array signal Φ Uncalibb of the magnetic sensor array 210 having a sensor error exists in a linear subspace spanned by the calibrated basis vector [A B] Calib . In other words, the signal space separation unit 1160 optimizes the basis vectors so as to minimize the separation error, thereby dividing the signal space distribution into the target magnetic field component and the disturbance magnetic field component for the magnetic field detected by the magnetic sensor array 210. 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 addition, in the above description, an example is given of a case where 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. It was shown as However, as described above, in addition to the magnetic sensitivity error of each sensor, the sensor error may include a position error due to a shift in the arrangement position of each sensor during assembly of the magnetic sensor array 210. Therefore, the magnetic field measurement device 10 uses the position information of the magnetic sensors 520 of the M sensor units 300 as a calibration parameter, instead of or in addition to the magnetic sensitivity vector S Calib [m], here, the signal space separation The basis vector may be changed to minimize the separation error by optimizing the position information in the calculation coordinate system, that is, the radius r, the zenith angle θ, and the azimuth angle φ. That is, the base vector may be changed using r, θ, and φ in (Equation 19) as calibration parameters. Note that the magnetic field measuring device 10 can also calibrate such position errors using the same method as the calibration of magnetic sensitivity errors. Further, the magnetic field measuring device 10 may perform calculations to simultaneously optimize the magnetic sensitivity error calibration and the position error calibration.

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、例えば、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。 Furthermore, in the above description, an example is given in which the magnetic field measuring device 10 measures the magnetic field to be measured after performing calibration. However, for example, if the frequency of the alternating magnetic field as the calibration magnetic field is higher than the frequency band of the magnetic field to be measured, the magnetic field measuring device 10 may perform calibration and measurement of the magnetic field to be measured at the same time. good. In this case, the magnetic field measuring device 10 may frequency-separate the calibration magnetic field signal and the measurement target magnetic field signal using an LPF, an HPF, or the like.

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 invention may be described with reference to flowcharts and block diagrams, where the blocks represent (1) a stage in a process at which an operation is performed, or (2) a device responsible for performing the operation. may represent a section of Certain steps and sections may be implemented by dedicated circuitry, programmable circuitry provided with computer-readable instructions stored on a computer-readable medium, and/or a processor provided with computer-readable instructions stored on a computer-readable medium. It's fine. Specialized circuits may include digital and/or analog hardware circuits, and may include integrated circuits (ICs) and/or discrete circuits. Programmable circuits include logic AND, logic OR, logic may include reconfigurable hardware circuits, including, for example.

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。 A computer-readable medium may include any tangible device capable of storing instructions for execution by a suitable device, such that the computer-readable medium having instructions stored thereon is illustrated in a flowchart or block diagram. An article of manufacture will be provided that includes instructions that can be executed to create a means for performing the operations. 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 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 Disk (DVD), Blu-ray (RTM) Disc, Memory Stick, Integrated Circuit cards etc. 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、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 configuration data, or object-oriented programming such as Smalltalk, JAVA, C++, etc. language, 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. good.

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 may be implemented on a processor or programmable circuit of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing device, either locally or over a wide area network (WAN), such as a local area network (LAN), the Internet, etc. ), computer-readable instructions may be executed to create a means for performing the operations specified in the flowchart or block diagrams. Examples of processors include computer processors, processing units, microprocessors, digital signal processors, controllers, microcontrollers, and the like.

図18は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ2200の例を示す。コンピュータ2200にインストールされたプログラムは、コンピュータ2200に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられる操作または当該装置の1または複数のセクションとして機能させることができ、または当該操作または当該1または複数のセクションを実行させることができ、および/またはコンピュータ2200に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ2200に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定の操作を実行させるべく、CPU2212によって実行されてよい。 FIG. 18 illustrates an example computer 2200 in which aspects of the invention may be implemented, in whole or in part. A program installed on computer 2200 may cause computer 2200 to function as an operation or one or more sections of an apparatus according to an embodiment of the present invention, or to perform one or more operations associated with an apparatus according to an embodiment of the present invention. Sections and/or computer 2200 may be caused to perform a process or a step of a process according to an embodiment of the invention. Such programs may be executed by CPU 2212 to cause computer 2200 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2200は、CPU2212、RAM2214、グラフィックコントローラ2216、およびディスプレイデバイス2218を含み、それらはホストコントローラ2210によって相互に接続されている。コンピュータ2200はまた、通信インターフェイス2222、ハードディスクドライブ2224、DVD-ROMドライブ2226、およびICカードドライブのような入/出力ユニットを含み、それらは入/出力コントローラ2220を介してホストコントローラ2210に接続されている。コンピュータはまた、ROM2230およびキーボード2242のようなレガシの入/出力ユニットを含み、それらは入/出力チップ2240を介して入/出力コントローラ2220に接続されている。 Computer 2200 according to this embodiment includes a CPU 2212, RAM 2214, graphics controller 2216, and display device 2218, which are interconnected by host controller 2210. Computer 2200 also includes input/output units, such as a communication interface 2222, a hard disk drive 2224, a DVD-ROM drive 2226, and an IC card drive, which are connected to the host controller 2210 via an input/output controller 2220. There is. The computer also includes legacy input/output units, such as ROM 2230 and keyboard 2242, which are connected to input/output controller 2220 via input/output chip 2240.

CPU2212は、ROM2230およびRAM2214内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ2216は、RAM2214内に提供されるフレームバッファ等またはそれ自体の中にCPU2212によって生成されたイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス2218上に表示されるようにする。 CPU 2212 operates according to programs stored in ROM 2230 and RAM 2214, thereby controlling each unit. Graphics controller 2216 obtains image data generated by CPU 2212, such as in a frame buffer provided in RAM 2214 or itself, and causes the image data to be displayed on display device 2218.

通信インターフェイス2222は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ2224は、コンピュータ2200内のCPU2212によって使用されるプログラムおよびデータを格納する。DVD-ROMドライブ2226は、プログラムまたはデータをDVD-ROM2201から読み取り、ハードディスクドライブ2224にRAM2214を介してプログラムまたはデータを提供する。ICカードドライブは、プログラムおよびデータをICカードから読み取り、および/またはプログラムおよびデータをICカードに書き込む。 Communication interface 2222 communicates with other electronic devices via a network. Hard disk drive 2224 stores programs and data used by CPU 2212 within computer 2200. DVD-ROM drive 2226 reads programs or data from DVD-ROM 2201 and provides the programs or data to hard disk drive 2224 via RAM 2214. The IC card drive reads programs and data from and/or writes programs and data to the IC card.

ROM2230はその中に、アクティブ化時にコンピュータ2200によって実行されるブートプログラム等、および/またはコンピュータ2200のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入/出力チップ2240はまた、様々な入/出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入/出力コントローラ2220に接続してよい。 ROM 2230 stores therein programs that are dependent on the computer 2200 hardware, such as a boot program that is executed by the computer 2200 upon activation. Input/output chip 2240 may also connect various input/output units to input/output controller 2220 via parallel ports, serial ports, keyboard ports, mouse ports, and the like.

プログラムが、DVD-ROM2201またはICカードのようなコンピュータ可読媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読媒体から読み取られ、コンピュータ可読媒体の例でもあるハードディスクドライブ2224、RAM2214、またはROM2230にインストールされ、CPU2212によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ2200に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ2200の使用に従い情報の操作または処理を実現することによって構成されてよい。 A program is provided by a computer readable medium such as a DVD-ROM 2201 or an IC card. The program is read from a computer readable medium, installed on hard disk drive 2224, RAM 2214, or ROM 2230, which are also examples of computer readable media, and executed by CPU 2212. The information processing described in these programs is read by the computer 2200 and provides coordination between the programs and the various types of hardware resources described above. An apparatus or method may be configured to implement the manipulation or processing of information according to the use of computer 2200.

例えば、通信がコンピュータ2200および外部デバイス間で実行される場合、CPU2212は、RAM2214にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インターフェイス2222に対し、通信処理を命令してよい。通信インターフェイス2222は、CPU2212の制御下、RAM2214、ハードディスクドライブ2224、DVD-ROM2201、またはICカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ処理領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信された受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ処理領域等に書き込む。 For example, when communication is performed between the computer 2200 and an external device, the CPU 2212 executes a communication program loaded into the RAM 2214 and sends communication processing to the communication interface 2222 based on the processing written in the communication program. You can give orders. The communication interface 2222 reads transmission data stored in a transmission buffer processing area provided in a recording medium such as a RAM 2214, a hard disk drive 2224, a DVD-ROM 2201, or an IC card under the control of the CPU 2212, and transmits the read transmission data. Data is transmitted to the network, or received data received from the network is written to a reception buffer processing area provided on the recording medium.

また、CPU2212は、ハードディスクドライブ2224、DVD-ROMドライブ2226(DVD-ROM2201)、ICカード等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がRAM2214に読み取られるようにし、RAM2214上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。CPU2212は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックする。 Further, the CPU 2212 causes the RAM 2214 to read all or a necessary part of a file or database stored in an external recording medium such as a hard disk drive 2224, a DVD-ROM drive 2226 (DVD-ROM 2201), an IC card, etc. Various types of processing may be performed on data on RAM 2214. The CPU 2212 then writes back the processed data to the 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。CPU2212は、RAM2214から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプの操作、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索/置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をRAM2214に対しライトバックする。また、CPU2212は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第2の属性の属性値に関連付けられた第1の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、CPU2212は、第1の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第2の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第1の属性に関連付けられた第2の属性の属性値を取得してよい。 Various types of information, such as various types of programs, data, tables, and databases, may be stored on a recording medium and subjected to information processing. The CPU 2212 performs various types of operations, information processing, conditional determination, conditional branching, unconditional branching, and information retrieval on the data read from the RAM 2214 as described elsewhere in this disclosure and specified by the instruction sequence of the program. Various types of processing may be performed, including /substitutions, etc., and the results are written back to RAM 2214. Further, the CPU 2212 may search for information in a file in a recording medium, a database, or the like. For example, if a plurality of entries are stored in the recording medium, each having an attribute value of a first attribute associated with an attribute value of a second attribute, the CPU 2212 search the plurality of entries for an entry that matches the condition, read the attribute value of the second attribute stored in the entry, and thereby associate it with the first attribute that satisfies the predetermined condition. The attribute value of the second attribute 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2200上またはコンピュータ2200近傍のコンピュータ可読媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはRAMのような記録媒体が、コンピュータ可読媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ2200に提供する。 The programs or software modules described above may be stored on computer readable media on or near computer 2200. Also, a recording medium such as a hard disk or RAM provided in a server system connected to a dedicated communication network or the Internet can be used as a computer-readable medium, thereby providing the program to the computer 2200 via 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 embodiments described above. It is clear from the claims that such modifications or improvements may be included within 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 each process, such as the operation, procedure, step, and stage in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, specification, and drawings, is specifically defined as "before" or "before". It should be noted that they can be implemented in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Even if the claims, specifications, and operational flows in the drawings are explained using "first," "next," etc. for convenience, this does not mean that it is essential to carry out the operations 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
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
1010 切替部
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
2200 コンピュータ
2201 DVD-ROM
2210 ホストコントローラ
2212 CPU
2214 RAM
2216 グラフィックコントローラ
2218 ディスプレイデバイス
2220 入/出力コントローラ
2222 通信インターフェイス
2224 ハードディスクドライブ
2226 DVD-ROMドライブ
2230 ROM
2240 入/出力チップ
2242 キーボード
10 Magnetic field measuring device 100 Main unit 110 Magnetic sensor unit 120 Head 125 Drive unit 130 Base unit 140 Pole unit 150 Information processing unit 210 Magnetic sensor array 220 Magnetic sensor cell 230 Sensor data collection unit 232 AD converter 234 Clock generator 300 Sensor unit 520 Magnetic sensor 530 Magnetic field generation section 532 Amplification circuit 534 Feedback coil 540 Output section 710 Magnetoresistive elements 720, 730 Magnetic convergence plate 1010 Switching section 1100 Sensor data processing section 1120 Measured data acquisition section 1130 Synchronous detection section 1140 Data output section 1150 Base vector storage Section 1160 Signal space separation section 1170 Calibration clock generation section 1180 Error calculation section 1190 Calibration section 2200 Computer 2201 DVD-ROM
2210 Host controller 2212 CPU
2214 RAM
2216 Graphic controller 2218 Display device 2220 Input/output controller 2222 Communication interface 2224 Hard disk drive 2226 DVD-ROM drive 2230 ROM
2240 Input/output chip 2242 Keyboard

Claims (15)

少なくとも一方向に湾曲させた曲面形状を有し、各々が、磁気センサと、出力信号を出力する出力部と、前記出力信号に応じた大きさで、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を有する複数の磁気センサセルを前記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、3軸方向の入力磁場を検出可能な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、
前記計測データによって示される前記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前記磁気センサアレイで検出した場合に前記磁気センサ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信号空間分離部と、
前記複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一つの磁気センサセルが有する前記磁場生成部から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、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。
Each has a curved surface shape curved in at least one direction, each of which includes a magnetic sensor, an output section that outputs an output signal, and a size that corresponds to the output signal to reduce the input magnetic field detected by the magnetic sensor. A magnetic field generator configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells having a magnetic field generating section that generates a feedback magnetic field in three dimensions so as to be arranged at lattice points included in the curved surface shape, and capable of detecting input magnetic fields in three axial directions. sensor array,
a measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by the magnetic sensor array;
A vector signal having, as each signal component, a signal output by each of the magnetic sensors when the magnetic sensor array detects a magnetic field having a spatial distribution of an orthonormal function of the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data. a signal space separation unit that separates signals using the basis vector;
A sensor error in the magnetic sensor is calibrated based on a separation error when a spatial distribution of a calibration magnetic field generated from the magnetic field generation unit of at least one of the plurality of magnetic sensor cells is separated into signals. A magnetic field measurement device comprising a calibration section and.
前記出力部は、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前記出力信号を出力する、請求項1に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measurement device according to claim 1, wherein the output section outputs the output signal according to a feedback current that the magnetic field generation section sends to generate the feedback magnetic field. 前記磁気センサのそれぞれは、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2に記載の磁場計測装置。 Each of the magnetic sensors includes a magnetic resistance element and two magnetic convergence plates arranged at both ends of the magnetic resistance element, and the magnetic resistance element is arranged at a position sandwiched between the two magnetic convergence plates. The magnetic field measuring device according to claim 2. 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3に記載の磁場計測装置。 4. The magnetic field generation 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 magnetoresistive element and the two magnetic convergence plates. The magnetic field measurement device described. 前記較正部は、前記少なくとも一つの磁気センサセルを順次切り替えた場合におけるそれぞれの前記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、請求項1から4のいずれか一項に記載の磁場計測装置。 The magnetic field according to any one of claims 1 to 4, wherein the calibration unit calibrates a sensor error in the magnetic sensor based on each of the separation errors when the at least one magnetic sensor cell is sequentially switched. Measuring device. 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、
前記較正部は、前記少なくとも一つの磁気センサセルを、内側の円弧を形成する複数の磁気センサセルにわたって順次切り替えた場合におけるそれぞれの前記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、請求項5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 an arc shape when viewed in cross section,
The calibration unit calibrates a sensor error in the magnetic sensor based on each of the separation errors when the at least one magnetic sensor cell is sequentially switched over a plurality of magnetic sensor cells forming an inner circular arc. 5. The magnetic field measuring device according to 5.
前記少なくとも一つの磁気センサセルは、前記磁場生成部が前記フィードバック磁場を発生するか、前記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する、請求項1から6のいずれか一項に記載の磁場計測装置。 The at least one magnetic sensor cell further includes a switching unit that switches whether the magnetic field generation unit generates the feedback magnetic field or the calibration magnetic field. Magnetic field measurement device. 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、前記少なくとも一つの磁気センサセルが有する前記磁場生成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。 1 . The signal space separation unit, in signal separation of the spatial distribution of the calibration magnetic field, uses a position where the magnetic field generation unit of the at least one magnetic sensor cell is arranged as an origin of coordinates in calculation. 8. The magnetic field measuring device according to any one of 7 to 7. 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1から8のいずれか一項に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measurement device according to any one of claims 1 to 8, wherein the calibration unit calibrates the sensor error by changing the base 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9に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measuring device according to claim 9, 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10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 10, further comprising a synchronous detection unit that detects the calibration magnetic field, which is an alternating magnetic field, using a signal having a frequency of the alternating magnetic field. 前記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い、請求項11に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measuring device according to claim 11, wherein the frequency of the alternating magnetic field is higher than the frequency band of the magnetic field to be measured. 少なくとも一方向に湾曲させた曲面形状を有し、各々が磁気センサと、出力信号を出力する出力部と、前記出力信号に応じた大きさで、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を有する複数の磁気センサセルを前記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、3軸方向の入力磁場を検出可能な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、
前記計測データによって示される前記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前記磁気センサアレイで検出した場合に前記磁気センサ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とと、
前記複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一つの磁気センサセルが有する前記磁場生成部から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。
Each has a curved surface shape curved in at least one direction, and each includes a magnetic sensor, an output section that outputs an output signal, and a feedback that reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor, with a size corresponding to the output signal. A magnetic sensor configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells having a magnetic field generation unit that generates a magnetic field in three dimensions so as to be arranged at lattice points included in the curved surface shape, and capable of detecting input magnetic fields in three axial directions. obtaining measurement data measured by the array;
A vector signal having, as each signal component, a signal output by each of the magnetic sensors when the magnetic sensor array detects a magnetic field having a spatial distribution of an orthonormal function of the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data. to separate the signals using as the basis vector,
Generating a calibration magnetic field from the magnetic field generation unit included in at least one magnetic sensor cell of the plurality of magnetic sensor cells;
A method for measuring a magnetic field, comprising: calibrating a sensor error in the magnetic sensor based on a separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field is separated into signals.
コンピュータにより実行されて、前記コンピュータを、
少なくとも一方向に湾曲させた曲面形状を有し、各々が磁気センサと、出力信号を出力する出力部と、前記出力信号に応じた大きさで、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を有する複数の磁気センサセルを前記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、3軸方向の入力磁場を検出可能な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、
前記計測データによって示される前記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前記磁気センサアレイで検出した場合に前記磁気センサ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信号空間分離部と、
前記複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一つの磁気センサセルが有する前記磁場生成部から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、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。
executed by a computer to cause said computer to:
Each has a curved surface shape curved in at least one direction, and each includes a magnetic sensor, an output section that outputs an output signal, and a feedback that reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor, with a size corresponding to the output signal. A magnetic sensor configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells having a magnetic field generation unit that generates a magnetic field in three dimensions so as to be arranged at lattice points included in the curved surface shape, and capable of detecting input magnetic fields in three axial directions. a measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by the array;
A vector signal having, as each signal component, a signal output by each of the magnetic sensors when the magnetic sensor array detects a magnetic field having a spatial distribution of an orthonormal function of the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data. a signal space separation unit that separates signals using the basis vector;
A sensor error in the magnetic sensor is calibrated based on a separation error when a spatial distribution of a calibration magnetic field generated from the magnetic field generation unit of at least one of the plurality of magnetic sensor cells is separated into signals. A magnetic field measurement program that functions as a calibration section.
各々が、磁気センサと、出力信号を出力する出力部と、前記出力信号に応じた大きさで、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を有する複数の磁気センサセルを三次元に配列して構成され、3軸方向の入力磁場を検出可能な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、
前記計測データによって示される前記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前記磁気センサアレイで検出した場合に前記磁気センサ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信号空間分離部と、
前記複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一つの磁気センサセルが有する前記磁場生成部から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、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 plurality of magnetic field generators each having a magnetic sensor, an output section that outputs an output signal, and a magnetic field generation section that generates a feedback magnetic field having a size according to the output signal and that reduces an input magnetic field detected by the magnetic sensor. A magnetic sensor array configured by three-dimensionally arranging magnetic sensor cells and capable of detecting input magnetic fields in three axial directions;
a measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by the magnetic sensor array;
A vector signal having, as each signal component, a signal output by each of the magnetic sensors when the magnetic sensor array detects a magnetic field having a spatial distribution of an orthonormal function of the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data. a signal space separation unit that separates signals using the basis vector;
A sensor error in the magnetic sensor is calibrated based on a separation error when a spatial distribution of a calibration magnetic field generated from the magnetic field generation unit of at least one of the plurality of magnetic sensor cells is separated into signals. A magnetic field measurement device comprising a calibration section and.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114910856B (en) * 2022-04-28 2025-09-19 国网福建省电力有限公司龙岩供电公司 Magnetic core-free sensing array precision correction device and method
CN117250575B (en) * 2023-10-24 2026-02-24 北京航空航天大学 Method for calibrating coil constant of miniature three-dimensional magnetic compensation coil in situ

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101361660A (en) 2008-05-16 2009-02-11 深圳先进技术研究院 A positioning method and positioning system for multiple magnetic targets
JP2012152515A (en) 2011-01-28 2012-08-16 Konica Minolta Holdings Inc Magnetism sensor and biomagnetism measurement apparatus using the same
CN103885002A (en) 2014-03-06 2014-06-25 中国船舶重工集团公司第七一〇研究所 Parallelism error compensation method and system in magnetic sensor array measurement
JP2017191040A (en) 2016-04-14 2017-10-19 セイコーエプソン株式会社 Magnetic field measuring apparatus and magnetic field measuring method
JP2019171019A (en) 2018-03-28 2019-10-10 旭化成エレクトロニクス株式会社 Magnetocardiograph measurement device, calibration method, and calibration program
JP2019215322A (en) 2018-06-08 2019-12-19 旭化成エレクトロニクス株式会社 Magnetic field measurement device, magnetic field measurement method, and magnetic field measurement program

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017003345A (en) * 2015-06-08 2017-01-05 シャープ株式会社 Magnetic field detector

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101361660A (en) 2008-05-16 2009-02-11 深圳先进技术研究院 A positioning method and positioning system for multiple magnetic targets
JP2012152515A (en) 2011-01-28 2012-08-16 Konica Minolta Holdings Inc Magnetism sensor and biomagnetism measurement apparatus using the same
CN103885002A (en) 2014-03-06 2014-06-25 中国船舶重工集团公司第七一〇研究所 Parallelism error compensation method and system in magnetic sensor array measurement
JP2017191040A (en) 2016-04-14 2017-10-19 セイコーエプソン株式会社 Magnetic field measuring apparatus and magnetic field measuring method
JP2019171019A (en) 2018-03-28 2019-10-10 旭化成エレクトロニクス株式会社 Magnetocardiograph measurement device, calibration method, and calibration program
JP2019215322A (en) 2018-06-08 2019-12-19 旭化成エレクトロニクス株式会社 Magnetic field measurement device, magnetic field measurement method, and magnetic field measurement program

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