JP2021124288A - Magnetic field measurement device, magnetic field measurement method, and magnetic field measurement program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁場計測装置、磁場計測方法、および、磁場計測プログラムに関する。 The present invention relates to a magnetic field measuring device, a magnetic field measuring method, and a magnetic field measuring program.
従来、複数のトンネル磁気抵抗(TMR:Tunnel Magneto−Resistance)素子をアレイ状に配列したセンサプラットフォームボードを用いて被験者の頭部または胸部から発せられる磁場を計測する磁場計測装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 特開2012−152514号公報
Conventionally, a magnetic field measuring device for measuring a magnetic field emitted from a subject's head or chest using a sensor platform board in which a plurality of tunnel magneto-resistance (TMR) elements are arranged in an array is known ( For example, see Patent Document 1).
[Prior art literature]
[Patent Document]
[Patent Document 1] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-152514
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 the conventional magnetic field measuring device, a pair of magnetic detection elements are laminated in the magnetic field detection direction, and the magnitude of the measurement result between the pair of magnetic detection elements is the same for the disturbance magnetic field, while the measurement target magnetic field. On the other hand, the disturbance magnetic field was suppressed and the measurement target magnetic field was measured based on the principle that the magnitudes of the measurement results differed between the pair of magnetic detector elements. However, it is possible to measure the magnetic field with higher accuracy, for example, by measuring a weak biomagnetic field (referred to as "magnetocardiography") generated by the electrical activity of the heart to examine the state of the heart more precisely. 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, in the first aspect of the present invention, a magnetic field measuring device is provided. The magnetic field measuring device has a curved surface shape curved in at least one direction, and each has a magnetic sensor, an output unit that outputs an output signal, and an input magnetic field detected by the magnetic sensor with a size corresponding to the output signal. A plurality of magnetic sensor cells having a magnetic field generator for generating a feedback magnetic field are arranged three-dimensionally so as to be arranged at lattice points included in a curved surface shape, and an input magnetic field in three axial directions can be detected. Magnetic sensor array may be provided. The magnetic field measuring device may include a measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by the magnetic sensor array. The magnetic field measuring device is a vector having signals output by each of the magnetic sensors as signal components when the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data is detected by the magnetic sensor array when the magnetic field having the spatial distribution of the normal orthogonal function is detected. A signal space separation unit that separates signals using the signal as a base vector may be provided. The magnetic field measuring device determines 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 generator of at least one magnetic sensor cell among the plurality of magnetic sensor cells is signal-separated. It may be provided with a calibrator to calibrate.
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 unit may output an output signal corresponding to the feedback current that the magnetic field generation unit flows 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 magnetoresistive plates arranged at both ends of the magnetoresistive element, and the magnetoresistive element may be arranged at a position sandwiched between the two magnetoresistive plates.
磁場生成部は、磁気抵抗素子および二つの磁気収束板を取り囲むように、磁気センサが検出対象とする磁場の軸方向に沿って巻かれているフィードバックコイルを含んでよい。 The magnetic field generator may include a magnetoresistive element and a feedback coil wound along the axial direction of the magnetic field to be detected by the magnetic sensor so as to surround the two magnetic focusing plates.
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 calibrator may calibrate the sensor error in the magnetic sensor based on the 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 a cross-sectional view arc shape, and the calibration unit sequentially switches at least one magnetic sensor cell over a plurality of magnetic sensor cells forming an inner arc. The sensor error in the magnetic sensor may be calibrated based on each separation error in.
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。 The at least one magnetic sensor cell may further have a switching unit for switching 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。 The signal space separation unit may use the position where the magnetic field generation unit of at least one magnetic sensor cell is arranged as the origin of the coordinates in the calculation when the spatial distribution of the calibration magnetic field is signal-separated.
較正部は、基底ベクトルを変更することによってセンサ誤差を較正してよい。 The calibrator may calibrate the sensor error by changing the basis vector.
較正部は、分離誤差を最小化するように基底ベクトルを最適化してよい。 The calibrator may optimize the basis vector to minimize separation error.
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 a calibration magnetic field, which is an AC magnetic field, using a signal having a frequency of the AC 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 AC 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 the second aspect of the present invention, a magnetic field measurement method is provided. The magnetic field measurement method has a curved surface shape that is curved in at least one direction, and each has a magnetic sensor, an output unit that outputs an output signal, and an input magnetic field detected by the magnetic sensor with a size corresponding to the output signal. A plurality of magnetic sensor cells having a magnetic field generator for generating a feedback magnetic field to be reduced are arranged three-dimensionally so as to be arranged at lattice points included in a curved surface shape, and an input magnetic field in three axial directions can be detected. It may be provided to acquire the measurement data measured by the magnetic sensor array. The magnetic field measurement method is a vector having signals output by each of the magnetic sensors as signal components when the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data is detected by the magnetic sensor array when the magnetic field having the spatial distribution of the normal orthogonal function is detected. It may be provided to separate the signal with the signal as the base vector. The magnetic field measurement method may include generating a calibration magnetic field from a magnetic field generation unit included in at least one magnetic sensor cell among the plurality of magnetic sensor cells. The magnetic field measurement method may include calibrating the sensor error in the magnetic sensor based on the separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field is signal separated.
本発明の第3の態様においては、磁場計測プログラムを提供する。磁場計測プログラムは、コンピュータにより実行されてよい。磁場計測プログラムは、コンピュータを、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 the third aspect of the present invention, a magnetic field measurement program is provided. The magnetic field measurement program may be executed by a computer. The magnetic field measurement program has a curved surface shape in which the computer is curved in at least one direction, and each of them detects a magnetic sensor, an output unit that outputs an output signal, and a size corresponding to the output signal. A plurality of magnetic sensor cells having a magnetic field generator that generates a feedback magnetic field that reduces the input magnetic field are arranged three-dimensionally so as to be arranged at lattice points included in the curved shape, and the input magnetic field in the three axial directions is generated. 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 outputs each signal component of the magnetic sensor when the computer detects the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data and the magnetic field having the spatial distribution of the normal orthogonal function with the magnetic sensor array. It may function as a signal space separation unit that separates the vector signal having as a base vector as a base vector. The magnetic field measurement program is based on the separation error when the computer signals the spatial distribution of the calibration magnetic field generated from the magnetic field generator of at least one magnetic sensor cell among the plurality of magnetic sensor cells. It may function as a calibrator to calibrate the sensor error.
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 the fourth aspect of the present invention, a magnetic field measuring device is provided. Each magnetic field measuring device has a magnetic sensor, an output unit that outputs an output signal, and a magnetic field generator that generates a feedback magnetic field that reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor with a size corresponding to the output signal. A magnetic sensor array that is configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells having a plurality of magnetic sensor cells in a three-dimensional manner and capable of detecting an input magnetic field in three axial directions may be provided. The magnetic field measuring device may include a measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by the magnetic sensor array. The magnetic field measuring device is a vector having signals output by each of the magnetic sensors as signal components when the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data is detected by the magnetic sensor array when the magnetic field having the spatial distribution of the normal orthogonal function is detected. A signal space separation unit that separates signals using the signal as a base vector may be provided. The magnetic field measuring device determines 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 generator of at least one magnetic sensor cell among the plurality of magnetic sensor cells is signal-separated. It may be provided with a calibrator to calibrate.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The outline of the above invention does not list all the necessary features of the present invention. Sub-combinations of these feature groups can also be inventions.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the inventions that fall within the scope of the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.
図1は、本実施形態に係る磁場計測装置10の構成を示す。磁場計測装置10は、磁気センサを用いて対象とする磁場を計測するにあたって、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 the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment. When measuring a target magnetic field using a magnetic sensor, the magnetic field measuring device 10 generates a calibration magnetic field from a magnetic field generating unit of at least one of a plurality of magnetic sensor cells in the magnetic sensor array, and the magnetic field measuring device 10 generates a calibration magnetic field. Calibration The error in the magnetic sensor is calibrated (calibrated) based on the measurement result of the magnetic field. In the present embodiment, a case where the magnetic field measuring device 10 is a magnetocardiographic measuring device for measuring a magnetocardiogram, which is a magnetic field generated by the electrical activity of the human heart, will be described as an example. However, it is not limited to this. The magnetic field measuring device 10 may be used for measuring the magnetocardiography of a living body other than a human being, or may be used for measuring a biomagnetic field other than the magnetocardiography such as a cerebral magnetic field. Further, the magnetic field measuring device 10 may be used for a magnetic particle inspection for detecting scratches on the surface and surface of a steel material or a welded portion.
磁場計測装置10は、本体部100と、情報処理部150とを備える。本体部100は、被験者の心磁をセンシングするためのコンポーネントであり、磁気センサユニット110と、ヘッド120と、駆動部125と、ベース部130と、ポール部140とを有する。 The magnetic field measuring device 10 includes a main body 100 and an information processing unit 150. The main body 100 is a component for sensing the magnetocardiography of the subject, and has a magnetic sensor unit 110, a head 120, a drive unit 125, a base unit 130, and a pole unit 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 arranged at a position toward the heart in the chest of the subject at the time of magnetocardiography measurement, and senses the magnetocardiography of the subject. The head 120 supports the magnetic sensor unit 110 and makes the magnetic sensor unit 110 face the subject when measuring the magnetocardiography. The drive unit 125 is provided between the magnetic sensor unit 110 and the head 120, and changes the orientation of the magnetic sensor unit 110 with respect to the head 120 when performing calibration. The drive unit 125 according to the present embodiment has a first actuator capable of rotating the magnetic sensor unit 110 360 degrees around the Z axis in the drawing, and an axis perpendicular to the Z axis (X axis in the state in the drawing). ) Is included, and the second actuator that rotates the magnetic sensor unit 110 is included, and the azimuth angle and the zenith angle of the magnetic sensor unit 110 are changed by using these. As shown as the drive unit 125 in the figure, the drive unit 125 has a Y-shape when viewed from the Y-axis direction in the figure, and the second actuator has the magnetic sensor unit 110 360 degrees centered on the X-axis in the figure. Can be rotated.
ベース部130は、他の部品を支える基台であり、本実施形態においては心磁計測時に被験者が乗る台となっている。ポール部140は、ヘッド120を被験者の胸部の高さに支持する。ポール部140は、磁気センサユニット110の高さを被験者の胸部の高さに調整するべく上下方向に伸縮可能であってよい。 The base portion 130 is a base that supports other parts, and in the present embodiment, is a base on which the subject rides during magnetocardiography measurement. The pole portion 140 supports the head 120 at the height of the subject's chest. The pole portion 140 may be stretchable in the vertical direction so as to adjust the height of the magnetic sensor unit 110 to the height of the chest of the subject.
情報処理部150は、本体部100により計測したデータを処理して表示・印刷等により出力するためのコンポーネントである。情報処理部150は、PC(パーソナルコンピュータ)、タブレット型コンピュータ、スマートフォン、ワークステーション、サーバコンピュータ、または汎用コンピュータ等のコンピュータであってよく、複数のコンピュータが接続されたコンピュータシステムであってもよい。これに代えて、情報処理部150は、磁場計測の情報処理用に設計された専用コンピュータであってもよく、専用回路によって実現された専用ハードウェアであってもよい。 The information processing unit 150 is a component for processing the data measured by the main body 100 and outputting it by display, printing, or the like. The information processing unit 150 may be a computer such as a PC (personal computer), a tablet computer, a smartphone, a workstation, a server computer, or a general-purpose computer, or may be a computer system to which a plurality of computers are connected. Instead, the information processing unit 150 may be a dedicated computer designed for information processing of magnetic field measurement, or dedicated hardware realized by a dedicated circuit.
図2は、本実施形態に係る磁気センサユニット110の構成を示す。磁気センサユニット110は、磁気センサアレイ210およびセンサデータ収集部230を有する。磁気センサアレイ210は、複数の磁気センサセル220を有し、3軸方向の入力磁場を検出可能である。本図は、磁気センサアレイ210において、X方向、Y方向およびZ方向のそれぞれに複数の磁気センサセル220(例えば、X方向に8個、Y方向に8個、およびZ方向に2個の計128個の磁気センサセル220)が配置されている場合を示している。 FIG. 2 shows the configuration of the magnetic sensor unit 110 according to the present embodiment. The magnetic sensor unit 110 includes a magnetic sensor array 210 and a sensor data acquisition unit 230. The magnetic sensor array 210 has a plurality of magnetic sensor cells 220 and can detect an input magnetic field in three axial directions. In this figure, in the magnetic sensor array 210, a plurality of magnetic sensor cells 220 (for example, 8 in the X direction, 8 in the Y direction, and 2 in the Z direction) in each of the X direction, the Y direction, and the Z direction, for a total of 128 The case where the magnetic sensor cells 220) are arranged is shown.
センサデータ収集部230は、磁気センサアレイ210に含まれる複数の磁気センサセル220に電気的に接続され(図示せず。)、複数の磁気センサセル220からのセンサデータ(検出信号)を収集して情報処理部150へと供給する。 The sensor data collection unit 230 is electrically connected to a plurality of magnetic sensor cells 220 included in the magnetic sensor array 210 (not shown), and collects sensor data (detection signals) from the plurality of magnetic sensor cells 220 to provide information. It is supplied to the processing unit 150.
図3は、本実施形態に係る磁気センサアレイ210における磁気センサセル220の構成を示す。複数の磁気センサセル220のそれぞれは、各々が磁気抵抗素子を有する少なくとも1つのセンサ部300を有する。本図においては、複数の磁気センサセル220のそれぞれが、3つのセンサ部300x〜z(「センサ部300」と総称する。)を有し、入力磁場を3軸方向で検出可能である場合を一例として示す。しかしながら、複数の磁気センサセル220のいずれもが、3つのセンサ部300x〜zを有することには限定されず、磁気センサアレイ210の少なくとも一部で、3軸方向の入力磁場を検出可能であればよい。この際、後述するように、磁気センサアレイ210によって各球面調和関数を空間サンプリングする場合、磁場における角運動量に関連した空間周波数への依存性を検出する必要がある。そのため、磁気センサアレイ210における各センサ部300の配置位置は、少なくとも、方位角方向および天頂角方向において、可能な限り偏りなく配置されているとよい。同様の理由により、磁気センサアレイ210における各センサの感磁軸についても、少なくとも、方位角方向および天頂角方向において可能な限り偏りなく配置されているとよい。センサ部300xはX軸方向に沿って配置されX軸方向の磁場を検出可能である。また、センサ部300yはY軸方向に沿って配置されY軸方向の磁場を検出可能である。また、センサ部300zはZ軸方向に沿って配置されZ軸方向の磁場を検出可能である。本図において一点鎖線で示される拡大図によって示されるように、本実施形態において、各センサ部300は、それぞれ、磁気抵抗素子の両端に磁気収束板が配置されている。したがって、各センサ部300は、磁気収束板に挟まれた狭い位置に配置された磁気抵抗素子を用いて磁場の空間分布をサンプリングすることにより、各軸方向において、空間におけるサンプリング点を明確にすることができる。各センサ部300の構成の詳細については後述する。 FIG. 3 shows the configuration of the magnetic sensor cell 220 in the magnetic sensor array 210 according to the present embodiment. Each of the plurality of magnetic sensor cells 220 has at least one sensor unit 300, each of which has a magnetoresistive element. In this figure, an example is a case where each of the plurality of magnetic sensor cells 220 has three sensor units 300x to z (collectively referred to as “sensor unit 300”) and the input magnetic field can be detected in the three axial directions. Shown as. However, none of the plurality of magnetic sensor cells 220 is limited to having three sensor units 300x to z, and if at least a part of the magnetic sensor array 210 can detect an input magnetic field in the three axial directions. good. At this time, as will be described later, when each spherical harmonic is spatially sampled by the magnetic sensor array 210, it is necessary to detect the dependence on the spatial frequency related to the angular momentum in the magnetic field. Therefore, it is preferable that the positions of the sensor units 300 in the magnetic sensor array 210 are arranged as evenly as possible at least in the azimuth angle direction and the zenith angle direction. For the same reason, it is preferable that the magnetic sensing axes of the sensors in the magnetic sensor array 210 are arranged at least as evenly as possible in the azimuth direction and the zenith angle direction. The sensor unit 300x is arranged along the X-axis direction and can detect the magnetic field in the X-axis direction. Further, the sensor unit 300y is arranged along the Y-axis direction and can detect the magnetic field in the Y-axis direction. Further, the sensor unit 300z is arranged along the Z-axis direction and can detect the magnetic field in the Z-axis direction. As shown by the enlarged view shown by the alternate long and short dash line in this figure, in the present embodiment, each sensor unit 300 has magnetic convergence plates arranged at both ends of the magnetoresistive element. Therefore, each sensor unit 300 clarifies the sampling points in space in each axial direction by sampling the spatial distribution of the magnetic field using the magnetoresistive element arranged at a narrow position sandwiched between the magnetic focusing plates. be able to. Details of the configuration of each sensor unit 300 will be described later.
複数の磁気センサセル220は、X軸方向に沿ってΔx、Y軸方向に沿ってΔy、Z軸方向に沿ってΔzの間隔でそれぞれ等間隔に配列されている。磁気センサアレイ210における各磁気センサセル220の位置は、X方向の位置i、Y方向の位置j、およびZ方向の位置kの組[i,j,k]により表される。ここで、iは1≦i≦Nxを満たす整数であり(NxはX方向に配列された磁気センサセル220の個数を示す)、jは1≦j≦Nyを満たす整数であり(NyはY方向に配列された磁気センサセル220の個数を示す)、kは1≦k≦Nzを満たす整数である(NzはZ方向に配列された磁気センサセル220の個数を示す)。なお、上述の説明では、複数の磁気センサセル220が、各軸方向に沿って等間隔に配列されている場合を一例として示した。しかしながら、これに限定されるものではない。複数の磁気センサセル220は、例えば、X軸方向、Y軸方向、および、Z軸方向の少なくともいずれか一つの軸方向において、それぞれ異なる間隔に配列されていてもよい。 The plurality of magnetic sensor cells 220 are arranged at equal intervals of Δx along the X-axis direction, Δy along the Y-axis direction, and Δz along the Z-axis direction. The position of each magnetic sensor cell 220 in the magnetic sensor array 210 is represented by a set [i, j, k] of a position i in the X direction, a position j in the Y direction, and a position k in the Z direction. Here, i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ Nx (Nx indicates the number of magnetic sensor cells 220 arranged in the X direction), and j is an integer satisfying 1 ≦ j ≦ Ny (Ny is the Y direction). (Indicates the number of magnetic sensor cells 220 arranged in), k is an integer satisfying 1 ≦ k ≦ Nz (Nz indicates the number of magnetic sensor cells 220 arranged in the Z direction). In the above description, a case where a plurality of magnetic sensor cells 220 are arranged at equal intervals along each axial direction is shown as an example. However, it is not limited to this. The plurality of magnetic sensor cells 220 may be arranged at different intervals in at least one of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, for example.
本図において、センサ部300x、300y、および300zにより検出する磁場の3軸方向と、磁気センサセル220を配列する三次元の方向とが同一方向である。これにより、測定磁場の分布の各成分の把握が容易となる。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-axis directions of the magnetic fields detected by the sensor units 300x, 300y, and 300z and the three-dimensional directions in which the magnetic sensor cells 220 are arranged are the same directions. This makes it easy to grasp each component of the distribution of the measured magnetic field. Further, the three sensor units 300x, 300y, and 300z do not overlap each other when viewed from each of the three-dimensional directions in which the magnetic sensor cells 220 are arranged in each magnetic sensor cell 220, and are provided between the three sensor units 300. It is preferable that one end is provided on the gap side and the other end is extended in each of the three axial directions so as to be separated from the gap. As an example, in this figure, a gap is provided in the lower left corner of the magnetic sensor cell 220 when viewed from the front, and the sensor portions 300x, 300y, and 300z are provided so 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 the components are stretched in each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions so as to be separated from the gap. In this figure, the sensor portions 300x, 300y, and 300z are arranged along three sides perpendicular to each other from one corner of the cubic magnetic sensor cell 220, and a gap is provided in the corner. However, the three-axis direction of the magnetic field to be detected and the three-dimensional direction in which the magnetic sensor cells 220 are arranged may be different. For example, instead of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, the r-axis, θ-axis, and φ-axis of the polar coordinate system may be used as the three-axis directions of the magnetic field to be detected. Further, as the three-dimensional direction in which the magnetic sensor cells 220 are arranged, the r-axis, θ-axis, and φ-axis of the polar coordinate system may be used instead of the X-axis, Y-axis, and Z-axis. When the three-axis direction of the magnetic field to be detected and the three-dimensional direction in which the magnetic sensor cells 220 are arranged are different, the magnetism is not restricted by the arrangement of the sensor unit 300 in the magnetic sensor cell 220 or the arrangement direction of the magnetic sensor cells 220. The degree of freedom in designing the sensor array 210 can be increased. Further, the sensor units 300x, 300y, and 300z may be provided without providing a gap at the corner portion of the magnetic sensor cell 220. In this case, the magnetic sensor cell 220 can be made smaller, and therefore, the magnetic sensor array 210 having such a plurality of magnetic sensor cells 220 can be made smaller.
図4は、本実施形態に係る磁気抵抗素子を有する磁気センサの入出力特性の一例を示す。本図は、横軸が磁気センサに入力する入力磁場の大きさBを示し、縦軸が磁気センサの検出信号の大きさV_xMR0を示す。磁気センサは、例えば、巨大磁気抵抗(GMR:Giant Magneto−Resistance)素子またはトンネル磁気抵抗(TMR:Tunnel Magneto−Resistance)素子等を有し、予め定められた一軸方向の磁場の大きさを検出する。 FIG. 4 shows an example of the input / output characteristics of the magnetic sensor having the magnetoresistive element according to the present embodiment. In this figure, the horizontal axis shows the magnitude B of the input magnetic field input to the magnetic sensor, and the vertical axis shows the magnitude V_xMR0 of the detection signal of the magnetic sensor. The magnetic sensor has, for example, a giant magneto-resistance (GMR) element or a tunnel magneto-resistance (TMR) element, and detects the magnitude of a predetermined uniaxial magnetic field. ..
このような磁気センサは、入力磁場Bに対する検出信号V_xMR0の傾きである磁気感度が高く、10pT程度の微小な磁場を検出することができる。その一方で、磁気センサは、例えば、入力磁場Bの絶対値が1μT程度で検出信号V_xMR0が飽和してしまい、入出力特性の直線性が良好な範囲が狭い。そこで、このような磁気センサにフィードバック磁場を発生させる閉ループを加えると、磁気センサの直線性を改善することができる。このような磁気センサについて次に説明する。 Such a magnetic sensor has high magnetic sensitivity, which is the gradient of the detection signal V_xMR0 with respect to the input magnetic field B, and can detect a minute magnetic field of about 10 pT. On the other hand, in the magnetic sensor, for example, when the absolute value of the input magnetic field B is about 1 μT, the detection signal V_xMR0 is saturated, and the range in which the linearity of the input / output characteristics is good is narrow. Therefore, by adding a closed loop that generates a feedback magnetic field to such a magnetic sensor, the linearity of the magnetic sensor can be improved. Such a magnetic sensor will be described below.
図5は、本実施形態に係るセンサ部300の構成例を示す。センサ部300は、複数の磁気センサセル220のそれぞれの内部に設けられ、磁気センサ520と、磁場生成部530と、出力部540と、を含む。なお、センサ部300の一部、例えば増幅回路532等は、磁気センサセル220側ではなくセンサデータ収集部230側に設けられてもよい。 FIG. 5 shows a configuration example of the sensor unit 300 according to the present embodiment. The sensor unit 300 is provided inside each of the plurality of magnetic sensor cells 220, and includes a magnetic sensor 520, a magnetic field generation unit 530, and an output unit 540. A part of the sensor unit 300, for example, an amplifier circuit 532 or the like may be provided on the sensor data collection unit 230 side instead of the magnetic sensor cell 220 side.
磁気センサ520は、図4で説明した磁気センサと同様に、GMR素子またはTMR素子等の磁気抵抗素子を有する。また、磁気センサ520のそれぞれは、磁気抵抗素子と磁気抵抗素子の両端に配置された二つの磁気収束板とを含み、磁気抵抗素子は、二つの磁気収束板に挟まれた位置に配置される。磁気センサ520が有する磁気抵抗素子は、感磁軸の正の方向を+X方向とした場合に、+X方向の磁場が入力すると抵抗値が増加し、−X方向の磁場が入力すると抵抗値が減少するように形成されてよい。即ち、磁気センサ520が有する磁気抵抗素子の抵抗値の変化を観測することにより、当該磁気センサ520に入力する磁場Bの大きさを検出することができる。例えば、磁気センサ520の磁気感度をSとすると、磁気センサ520の入力磁場Bに対する検出結果は、S×Bと算出できる。なお、磁気センサ520は、一例として、電源等が接続され、抵抗値の変化に応じた電圧降下を、入力磁場の検出結果として出力する。磁気センサ520の構成の詳細については後述する。 The magnetic sensor 520 has a magnetoresistive element such as a GMR element or a TMR element, similar to the magnetic sensor described with reference to FIG. Further, each of the magnetic sensors 520 includes a magnetoresistive element and two magnetoresistive plates arranged at both ends of the magnetoresistive element, and the magnetoresistive element is arranged at a position sandwiched between the two magnetoresistive plates. .. The magnetoresistive element of the magnetic sensor 520 increases the resistance value when a magnetic field in the + X direction is input, and decreases when a magnetic field in the -X direction is input, when the positive direction of the magnetic sensing axis is the + X direction. It may be formed to do so. That is, by observing the change in the resistance value of the magnetoresistive element possessed by the magnetic sensor 520, the magnitude of the magnetic field B input to the magnetic sensor 520 can be detected. For example, assuming that the magnetic sensitivity of the magnetic sensor 520 is S, the detection result of the magnetic sensor 520 with respect to the input magnetic field B can be calculated as S × B. As an example, the magnetic sensor 520 is connected to a power source or the like, and outputs a voltage drop according to a change in resistance value as a detection result of an input magnetic field. Details of the configuration of the magnetic sensor 520 will be described later.
磁場生成部530は、出力部540が出力する出力信号に応じた大きさで、磁気センサ520が検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させ、磁気センサ520に与える。磁場生成部530は、例えば、磁気センサ520に入力する磁場Bとは逆向きで、絶対値が当該入力磁場と略同一のフィードバック磁場B_FBを発生させ、入力磁場を打ち消すように動作する。磁場生成部530は、増幅回路532と、フィードバックコイル534とを含む。 The magnetic field generation unit 530 generates a feedback magnetic field having a size corresponding to the output signal output by the output unit 540 and reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor 520, and gives the feedback magnetic field to the magnetic sensor 520. For example, the magnetic field generation unit 530 generates a feedback magnetic field B_FB whose absolute value is substantially the same as the input magnetic field in the direction opposite to the magnetic field B input to the magnetic sensor 520, and operates so as to cancel the input magnetic field. The magnetic field generation unit 530 includes an amplifier circuit 532 and a feedback coil 534.
増幅回路532は、磁気センサ520の入力磁場の検出結果に応じた電流をフィードバック電流I_FBとして出力する。磁気センサ520が有する磁気抵抗素子が、少なくとも1つの磁気抵抗素子を含むブリッジ回路により構成される場合、増幅回路532の入力端子対には、ブリッジ回路の出力がそれぞれ接続される。そして、増幅回路532は、ブリッジ回路の出力に応じた電流をフィードバック電流I_FBとして出力する。増幅回路532は、例えば、トランスコンダクタンスアンプを含み、磁気センサ520の出力電圧に応じたフィードバック電流I_FBを出力する。例えば、増幅回路532の電圧・電流変換係数をGとすると、フィードバック電流I_FBは、G×S×Bと算出できる。 The amplifier circuit 532 outputs a current corresponding to the detection result of the input magnetic field of the magnetic sensor 520 as the feedback current I_FB. When the magnetoresistive element included in the magnetic sensor 520 is composed of a bridge circuit including at least one magnetoresistive element, the output of the bridge circuit is connected to the input terminal pair of the amplifier circuit 532, respectively. Then, the amplifier circuit 532 outputs a current corresponding to the output of the bridge circuit as a feedback current I_FB. The amplifier circuit 532 includes, for example, a transconductance amplifier, and outputs a feedback current I_FB corresponding to the output voltage of the magnetic sensor 520. For example, assuming that the voltage / current conversion coefficient of the amplifier circuit 532 is G, the feedback current I_FB can be calculated as G × S × B.
フィードバックコイル534は、フィードバック電流I_FBに応じたフィードバック磁場B_FBを発生させる。フィードバックコイル534は、磁気センサ520が有する磁気抵抗素子および磁気抵抗素子の両端に配置された二つの磁気収束板を取り囲むように、磁気センサ520が検出対象とする磁場の軸方向に沿って巻かれている。フィードバックコイル534は、磁気センサ520の全体にわたって均一のフィードバック磁場B_FBを発生させることが望ましい。例えば、フィードバックコイル534のコイル係数をβとすると、フィードバック磁場B_FBは、β×I_FBと算出できる。ここで、フィードバック磁場B_FBは、入力磁場Bを打ち消す向きに発生するので、磁気センサ520に入力する磁場は、B−B_FBに低減されることになる。したがって、フィードバック電流I_FBは、次式のように示される。
(数1)式をフィードバック電流I_FBについて解くと、センサ部300の定常状態におけるフィードバック電流I_FBの値を算出することができる。磁気センサ520の磁気感度Sおよび増幅回路532の電圧・電流変換係数Gが十分に大きいとすると、(数1)式から次式が算出される。
出力部540は、磁場生成部530がフィードバック磁場B_FBを発生するために流すフィードバック電流I_FBに応じた出力信号V_xMRを出力する。出力部540は、例えば、抵抗値Rの抵抗性素子を有し、当該抵抗性素子にフィードバック電流I_FBが流れることによって生じる電圧降下を出力信号V_xMRとして出力する。この場合、出力信号V_xMRは、(数2)式より次式のように算出される。
以上のように、センサ部300は、外部から入力する磁場を低減させるフィードバック磁場を発生するので、磁気センサ520に実質的に入力する磁場を低減させる。これにより、センサ部300は、例えば、磁気センサ520として図4に示した非線形性であり、動作磁場範囲が狭い特性を有する磁気抵抗素子を用い、入力磁場Bの絶対値が1μTを超えても、検出信号V_xMRが飽和することを防止できる。このようなセンサ部300の入出力特性を次に説明する。 As described above, since the sensor unit 300 generates a feedback magnetic field that reduces the magnetic field input from the outside, the magnetic field that is substantially input to the magnetic sensor 520 is reduced. As a result, the sensor unit 300 uses, for example, a magnetoresistive element having the non-linearity shown in FIG. 4 as the magnetic sensor 520 and having a narrow operating magnetic field range, even if the absolute value of the input magnetic field B exceeds 1 μT. , It is possible to prevent the detection signal V_xMR from being saturated. The input / output characteristics of such a sensor unit 300 will be described below.
図6は、本実施形態に係るセンサ部300の入出力特性の一例を示す。本図は、横軸がセンサ部300に入力する入力磁場の大きさBを示し、縦軸がセンサ部300の検出信号の大きさV_xMRを示す。センサ部300は、磁気感度が高く、10pT程度の微小な磁場を検出することができる。また、センサ部300は、例えば、入力磁場Bの絶対値が100μTを超えても、検出信号V_xMRの良好な線形性を保つことができる。 FIG. 6 shows an example of the input / output characteristics of the sensor unit 300 according to the present embodiment. In this figure, the horizontal axis shows the magnitude B of the input magnetic field input to the sensor unit 300, and the vertical axis shows the magnitude V_xMR of the detection signal of the sensor unit 300. The sensor unit 300 has high magnetic sensitivity and can detect a minute magnetic field of about 10 pT. Further, the sensor unit 300 can maintain good linearity of the detection signal V_xMR even if the absolute value of the input magnetic field B exceeds 100 μT, for example.
即ち、本実施形態に係るセンサ部300は、例えば、入力磁場Bの絶対値が数百μT以下といった、予め定められた入力磁場Bの範囲において、当該入力磁場Bに対する検出結果が線形性を有するように構成される。このようなセンサ部300を用いることにより、心磁信号のように微弱な磁気的信号を簡便に検出することができる。 That is, in the sensor unit 300 according to the present embodiment, the detection result for the input magnetic field B has linearity in a predetermined range of the input magnetic field B, for example, the absolute value of the input magnetic field B is several hundred μT or less. It is configured as follows. By using such a sensor unit 300, a weak magnetic signal such as a magnetocardiographic signal can be easily detected.
図7は、本実施形態に係る磁気センサ520の構成例を示す。本図において、磁気センサ520は、磁気抵抗素子710と、磁気抵抗素子710の両端に配置された磁気収束板720および730とを有する。磁気収束板720および730は、磁気抵抗素子710を間に挟むように、磁気抵抗素子710の両端に配置されている。本図において、磁気収束板720は、感磁軸に沿って磁気抵抗素子710の負側に設けられ、磁気収束板730は、感磁軸に沿って磁気抵抗素子710の正側に設けられている。なお、ここで、感磁軸は、磁気抵抗素子710を形成する磁化固定層において固定された磁化の方向に沿っていてよい。また、感磁軸の負側から正側に向かって磁場が入力されると、磁気抵抗素子710の抵抗は増加または減少してよい。磁気収束板720および730は、例えばパーマロイ等の透磁率の高い材料により形成される。そして、磁気センサ520が本図に示すように構成される場合、フィードバックコイル534は、磁気抵抗素子710と、磁気抵抗素子710の両端に配置された磁気収束板720および730との断面を取り囲むように、磁気センサ520が検出対象とする磁場の軸方向に沿って巻かれている。また、磁気センサ520は、1つの磁気センサ520内に複数の磁気抵抗素子710を有する場合、磁気抵抗素子およびその両端に配置された磁気収束板を含む組を複数有してもよい。その場合、磁気抵抗素子およびその両端に配置された磁気収束板を含む組を1つのコイルで取り囲むようにフィードバックコイル534が巻かれてもよい。 FIG. 7 shows a configuration example of the magnetic sensor 520 according to the present embodiment. In this figure, the magnetic sensor 520 has a magnetoresistive element 710 and magnetic focusing plates 720 and 730 arranged at both ends of the magnetoresistive element 710. The magnetic focusing plates 720 and 730 are arranged at both ends of the magnetoresistive element 710 so as to sandwich the magnetoresistive element 710. In this figure, the magnetic convergence plate 720 is provided on the negative side of the magnetoresistive element 710 along the magnetic sensing axis, and the magnetic convergence plate 730 is provided on the positive side of the magnetoresistive element 710 along the magnetic sensing axis. There is. Here, the magnetically sensitive axis may be along the direction of magnetization fixed in the magnetization fixing layer forming the magnetoresistive element 710. Further, when a magnetic field is input from the negative side to the positive side of the magnetic sensing shaft, the resistance of the magnetoresistive element 710 may increase or decrease. The magnetic focusing plates 720 and 730 are formed of a material having a high magnetic permeability such as permalloy. When the magnetic sensor 520 is configured as shown in this figure, the feedback coil 534 surrounds the cross section of the magnetoresistive element 710 and the magnetic focusing plates 720 and 730 arranged at both ends of the magnetoresistive element 710. The magnetic sensor 520 is wound along the axial direction of the magnetic field to be detected. Further, when the magnetic sensor 520 has a plurality of magnetoresistive elements 710 in one magnetic sensor 520, the magnetic sensor 520 may have a plurality of sets including the magnetoresistive element and the magnetic focusing plates arranged at both ends thereof. In that case, the feedback coil 534 may be wound so as to surround the set including the magnetoresistive element and the magnetic focusing plates arranged at both ends thereof with one coil.
このような磁気センサ520において、感磁軸の負側から正側に磁場が入力されると、透磁率の高い材料で形成された磁気収束板720および730が磁化されることにより、本図において破線で示すような磁束の分布が発生する。すると、磁気収束板720および730が磁化されることにより発生する磁束は、二つの磁気収束板720および730の間に挟まれた磁気抵抗素子710の位置を通過することとなる。このため、磁気抵抗素子710の位置における磁束密度は、磁気収束板720および730を配置することによって大幅に増加させることができる。また、本図のように、磁気収束板720および730に挟まれた狭い位置に配置された磁気抵抗素子710を用いて磁場の空間分布をサンプリングすることにより、空間におけるサンプリング点を明確にすることができる。 In such a magnetic sensor 520, when a magnetic field is input from the negative side to the positive side of the magnetic field axis, the magnetic focusing plates 720 and 730 made of a material having high magnetic permeability are magnetized, so that in this figure, A magnetic flux distribution as shown by the broken line occurs. Then, the magnetic flux generated by magnetizing the magnetic focusing plates 720 and 730 passes through the position of the magnetoresistive element 710 sandwiched between the two magnetic focusing plates 720 and 730. Therefore, the magnetic flux density at the position of the magnetoresistive element 710 can be significantly increased by arranging the magnetic focusing plates 720 and 730. Further, as shown in this figure, the sampling points in space are clarified by sampling the spatial distribution of the magnetic field using the magnetoresistive element 710 arranged at a narrow position sandwiched between the magnetic focusing plates 720 and 730. Can be done.
図8は、本実施形態に係る磁気センサ520にフィードバック磁場を発生させた時の磁束分布を示す。図8においては、図7と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本実施形態に係る磁気センサ520において、フィードバックコイル534にフィードバック電流が供給されると、フィードバックコイル534がフィードバック磁場を発生させることにより、本図において一点鎖線で示すような磁束の分布が発生する。このフィードバック磁場により発生する磁束は、磁気抵抗素子710に入力され磁気収束板720および730によって磁気増幅された磁場の空間分布をキャンセルするように空間分布する。このため、磁気センサ520は、本図に示すように磁気抵抗素子710の両端に磁気収束板720および730が配置されている場合には、磁気抵抗素子710の位置における磁場分布をフィードバック磁場によって正確にキャンセルすることができるため、入力磁場と出力電圧との間の線形性が高いセンサを実現することができる。 FIG. 8 shows the magnetic flux distribution when a feedback magnetic field is generated in the magnetic sensor 520 according to the present embodiment. In FIG. 8, members having the same functions and configurations as those in FIG. 7 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted except for the following differences. In the magnetic sensor 520 according to the present embodiment, when a feedback current is supplied to the feedback coil 534, the feedback coil 534 generates a feedback magnetic field, so that a magnetic flux distribution as shown by a single point chain line in this figure is generated. The magnetic flux generated by this feedback magnetic field is spatially distributed so as to cancel the spatial distribution of the magnetic field that is input to the magnetoresistive element 710 and magnetically amplified by the magnetic focusing plates 720 and 730. Therefore, when the magnetic focusing plates 720 and 730 are arranged at both ends of the magnetoresistive element 710 as shown in this figure, the magnetic sensor 520 accurately determines the magnetic field distribution at the position of the magnetoresistive element 710 by the feedback magnetic field. Since it can be canceled, a sensor with high linearity between the input magnetic field and the output voltage can be realized.
図9は、本実施形態に係る磁気センサアレイ210における複数の磁気センサセル220の配置例を示す。図2および図3においては、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 arrangement example of a plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 according to the present embodiment. In FIGS. 2 and 3, a 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 that is curved in at least one direction. Then, a plurality of magnetic sensor cells 220 may be arranged three-dimensionally so as to be arranged at lattice points included in the curved surface shape. As an example, the magnetic sensor array 210 may be configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells 220 three-dimensionally in a cross-sectional view arc shape. The case where the magnetic sensor array 210 has a curved surface 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 surface shape as shown in this figure, and may be, for example, a planar shape 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 so as to be centered on the center of gravity of the body to be measured and along the chest of the body to be measured. At this time, each magnetic sensor cell 220 is arranged at each lattice point included in the curved surface shape in the three-dimensional lattice space. Here, the grid points are grid-like points provided at equal intervals in the X direction, the Y direction, and the Z direction at predetermined intervals. As an example, each magnetic sensor cell 220 is arranged along a curved surface having a protrusion in a direction orthogonal to one direction when viewed from any one of the X direction, the Y direction, and the Z direction. In this figure, an example is shown in which each magnetic sensor cell 220 is arranged along a curved surface having a protrusion in the positive direction of the Z axis when viewed from the Y direction. Then, for example, the magnetic sensor array 210 is arranged in the negative direction of the Z axis as much as possible within a range in which each apex of each magnetic sensor cell 220 does not exceed a predetermined curved surface having a convex in the positive direction of the Z axis. As described above, by arranging each magnetic sensor cell 220 at each lattice point in the three-dimensional lattice space, a curved surface shape having a convex shape in the positive direction of the Z axis may be formed.
より詳細には、本図断面視において、内側(Z軸マイナス側)の複数の磁気センサセル220、すなわち、磁気センサセル220[1,j,1]〜220[8,j,1]が、符号910で示される磁気センサアレイ210の内接円の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 inner (Z-axis minus side) magnetic sensor cells 220, that is, magnetic sensor cells 220 [1, j, 1] to 220 [8, j, 1] are designated by reference numeral 910. They are arranged along the arc indicated by the alternate long and short dash line of reference numeral 915 so as to form a part of the inscribed circle of the magnetic sensor array 210 indicated by. Further, a plurality of magnetic sensor cells 220 on the outside (Z-axis plus side), that is, magnetic sensor cells 220 [1, j, 2] to 220 [8, j, 2] are circumscribed of the magnetic sensor array 210 indicated by reference numeral 920. They are arranged along the arc indicated by the alternate long and short dash line of reference numeral 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。 As a result, the magnetic sensor array 210 can arrange the sensor unit not only in one direction facing the heart but also in multiple directions, and can sense the magnetism from multiple directions. Further, in the magnetic sensor array 210 according to the present embodiment, since the magnetic sensor cell 220 is formed in a rectangular parallelepiped shape as an example, the shape of the magnetic sensor array 210 can be easily changed. That is, the magnetic sensor array 210 according to the present embodiment can take various shapes that can be configured by arranging the magnetic sensor cells 220 at lattice points, and has a high degree of freedom in design. Therefore, as shown in this figure, the magnetic sensor array 210 easily forms a curved surface shape in a three-dimensional space by arranging a plurality of magnetic sensor cells 220 at lattice points included in the curved surface shape in the three-dimensional space. can do. Then, the magnetic field measuring device 10 arranges the magnetic sensor array 210 so that the chest of the object to be measured is located on the center side of the curved surface, that is, the heart, which is the magnetic field source to be measured, is located on the center side of the curved surface. And measure the magnetic field. As a result, the magnetic field measuring device 10 separates the measurement target magnetic field and the disturbance magnetic field with high accuracy by separating the signal space using the measurement data measured at a position close to the heart, which is the measurement target magnetic field source (described later). can do. At this time, it is preferable that the curvature of the curved surface of the magnetic sensor array 210 is substantially equal to the curvature around the chest of the object to be measured because the magnetic field can be measured at a position closer to the heart, which is the magnetic field source to be measured.
図10は、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 the sensor unit 300 inches included in the inner magnetic sensor cell 220 in the magnetic sensor array 210 according to the present embodiment. In FIG. 10, members having the same functions and configurations as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted except for the following differences. As shown in this figure, a plurality of magnetic sensor cells 220 [1, j, 1] to 220 [8, j] forming an inner magnetic sensor cell 220 in the magnetic sensor array 210, that is, an arc 915 inside the magnetic sensor array 210. , 1] has a sensor unit 300inside, which further includes a switching unit 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 generation unit 530 generates a feedback magnetic field or a calibration magnetic field. That is, at least one of the plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210, the magnetic sensor cell 220 further has a switching unit 1010 for switching whether the magnetic field generation unit 530 generates a feedback magnetic field or a calibration magnetic field. .. More specifically, the switching unit 1010 is composed of a switch, and one end of the switch is connected to one end of the feedback coil 534. Then, the switching unit 1010 switches whether to input the output of the amplifier circuit 532 to one end of the feedback coil 534 or to input an alternating current according to the frequency of the clock signal for calibration described later. When the switching unit 1010 switches so that one end of the feedback coil 534 inputs an alternating current corresponding to the frequency of the clock signal for calibration, the magnetic field generation unit 530 generates a calibration magnetic field from the feedback coil 534. ..
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 AC magnetic field. As an example, the calibration magnetic field may be a sine wave of frequency f0, or a sine wave of multiple frequencies (eg, frequency f0, frequency f1 (> frequency f0), frequency f2 (> frequency f1), etc.). It may be the sum of waves. Magnetocardiography, which is one of the magnetic fields to be measured by the magnetic field measuring device 10, has no DC component. Therefore, the magnetic field measuring device 10 only calibrates the magnetic sensor using the calibration magnetic field which is an AC magnetic field, and is subject to the DC offset of the magnetic sensor and the offset drift of a very low frequency (for example, 0.1 Hz or less). There is no need to calibrate the magnetic sensor.
ここで、一般に、環境磁場は、周波数の高いところほど小さい。例えば、環境磁場は、50Hzよりも高い帯域においては、数十pTオーダーであり、これは、本実施形態に係る磁場計測装置10が計測対象とする磁場の一つである心磁のピークと同レベルである。したがって、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, in general, the environmental magnetic field is smaller at higher frequencies. For example, the environmental magnetic field is on the order of several tens of pT in a band higher than 50 Hz, which is the same as the peak of magnetocardiography, which is one of the magnetic fields to be measured by the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment. It is a level. Therefore, the magnetic field generation unit 530 may generate an AC magnetic field having a frequency higher than 50 Hz (frequency f0> 50 Hz) as the calibration magnetic field. That is, since the signal frequency of the core magnetism is mostly lower than 20 Hz, the frequency of the AC magnetic field as the calibration magnetic field may be higher than the frequency band of the magnetic field to be measured.
また、一般に、商用電源の周波数としては、例えば、50Hzや60Hzが用いられている。よって、これら商用電源の周波数の逓倍に電源ノイズが存在する。したがって、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, as the frequency of the commercial power supply, for example, 50 Hz or 60 Hz is used. Therefore, power supply noise exists in the multiplication of the frequencies of these commercial power supplies. Therefore, the magnetic field generation unit 530 may use a frequency higher than the frequency of the magnetic field to be measured and avoiding multiplication of the frequency of the commercial power supply as the frequency of the AC magnetic field. As an example, the magnetic field generation unit 530 may use a frequency higher than 50 Hz as the frequency of the calibration magnetic field, avoiding an integral multiple of 50 Hz or 60 Hz. As a result, the environmental magnetic field can be suppressed to the order of several tens of pT, so that the magnetic field generation unit 530 only needs 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 AC 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。 Further, when calibration is performed using such an AC magnetic field, it is necessary to suppress the generation of eddy current. Therefore, the housing of the feedback coil 534 that generates the calibration magnetic field is preferably formed of a resin material having low electrical conductivity or the like. Similarly, the housing for accommodating the magnetic sensor array 210 for measuring the calibration magnetic field may also be formed of a resin material having low electrical conductivity or the like.
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 configurations of the magnetic sensor array 210, the sensor data collection unit 230, and the sensor data processing unit 1100 according to the present 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 unit 300, and the magnetic sensor array 210 as a whole can detect an input magnetic field in three axial directions. In this figure, the case where the magnetic sensor array 210 has M sensor units 300 [1] to 300 [M] is shown as an example.
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 the magnetic sensor array 210 is calibrated, the magnetic sensor array 210 receives an AC current according to the frequency of the clock signal for calibration, and the magnetic sensor cell 220 is at least one of the plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210. A calibration magnetic field is generated from the magnetic field generation unit 530 of the magnet. 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 generator 530, and a plurality of magnetic sensor cells 220 [1, j, 1] to form an inner arc 915. The feedback coil is sequentially switched over 220 [8, j, 1] one by one, and an AC current corresponding to the frequency of the clock signal for calibration is added to the feedback coil 534 of the sensor unit 300inside of the corresponding magnetic sensor cell 220. From 534, an AC magnetic field corresponding to the frequency of the clock signal is sequentially generated. That is, the calibration magnetic field is generated from the magnetic field generation unit 530 of at least one sensor unit 300 of the plurality of sensor units 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 acquisition unit 230 has a plurality of AD converters 232 and a clock generator 234. The plurality of AD converters 232 are provided corresponding to each of the plurality of sensor units 300 [1] to 300 [M], and the analog detection signal output by the corresponding sensor unit 300 (V_xMR in FIG. 6). Is converted into digital measurement data V [1] to V [M], respectively.
クロック発生器234は、サンプリングクロックを発生させ、共通のサンプリングクロックを複数のAD変換器232のそれぞれへ供給する。そして、複数のAD変換器232のそれぞれは、クロック発生器234から供給された共通のサンプリングクロックに応じてAD変換を行う。したがって、異なる位置に設けられた複数のセンサ部300[1]〜300[M]の出力をそれぞれAD変換する複数のAD変換器232の全てが同期動作をする。これにより、複数のAD変換器232は、異なる空間に設けられた複数のセンサ部300[1]〜300[M]の検出結果を同時にサンプリングすることができる。 The clock generator 234 generates a sampling clock and supplies a common sampling clock to each of the plurality of AD converters 232. Then, each of the plurality of AD converters 232 performs AD conversion according to the common sampling clock supplied from the clock generator 234. Therefore, all of the plurality of AD converters 232 for AD-converting the outputs of the plurality of sensor units 300 [1] to 300 [M] provided at different positions perform synchronous operation. As a result, the plurality of AD converters 232 can simultaneously sample the detection results of the plurality of sensor units 300 [1] to 300 [M] provided in different spaces.
センサデータ処理部1100は、複数のセンサ部300[1]〜300[M]のそれぞれに対応して設けられた複数の計測データ取得部1120、複数の同期検波部1130、複数のデータ出力部1140、ならびに、基底ベクトル記憶部1150、信号空間分離部1160、キャリブレーション用クロック発生部1170、誤差算出部1180、および、較正部1190を有する。 The sensor data processing unit 1100 includes a plurality of measurement data acquisition units 1120, a plurality of synchronous detection units 1130, and a plurality of data output units 1140 provided corresponding to each of the plurality of sensor units 300 [1] to 300 [M]. It also has a base vector storage unit 1150, a signal space separation unit 1160, a calibration clock generation unit 1170, an error calculation unit 1180, and a calibration unit 1190.
計測データ取得部1120は、対応するセンサ部300に接続された複数のAD変換器232のそれぞれに接続され、磁気センサアレイ210が有する複数のセンサ部300[1]〜300[M]によって計測された計測データV[1]〜V[M]をそれぞれ取得する。具体的に、計測データ取得部1120は、AD変換器232によってデジタルに変換されたデジタルの計測データVを所定のタイミングTでラッチして取得するフリップフロップ等を用いて構成されてよい。計測データ取得部1120は、取得した計測データVを同期検波部1130へ供給する。 The measurement data acquisition unit 1120 is connected to each of the plurality of AD converters 232 connected to the corresponding sensor unit 300, and is measured by the plurality of sensor units 300 [1] to 300 [M] included in the magnetic sensor array 210. The measured measurement data V [1] to V [M] are acquired respectively. Specifically, the measurement data acquisition unit 1120 may be configured by using a flip-flop or the like that latches and acquires the digital measurement data V converted to digital by the AD converter 232 at a predetermined timing T. The measurement data acquisition unit 1120 supplies the acquired measurement data V to the synchronous detection unit 1130.
同期検波部1130は、計測対象磁場を計測する場合に、計測データ取得部1120から供給された計測データVをそのままデータ出力部1140へ供給する。一方、同期検波部1130は、キャリブレーションを行う場合に、交流磁場であるキャリブレーション磁場を、交流磁場の周波数の信号を用いて検波する。一例として、同期検波部1130は、キャリブレーション用のクロック信号に応じて、キャリブレーション磁場を同期検波する。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 measurement target magnetic field, the synchronous detection unit 1130 supplies the measurement data V supplied from the measurement data acquisition unit 1120 to the data output unit 1140 as it is. On the other hand, when performing calibration, the synchronous detection unit 1130 detects the calibration magnetic field, which is an AC magnetic field, using a signal having a frequency of the AC magnetic field. As an example, the synchronous detection unit 1130 synchronously detects the calibration magnetic field according to the clock signal for calibration. In the synchronous detection, for example, the synchronous detection unit 1130 determines the measurement data V [1] to V [M] based on the relationship between the phase of the clock signal for calibration and the phase of the measurement data V [1] to V [M]. The sign of may be determined as positive or negative. Then, the synchronous detection unit 1130 takes out a frequency component (including a signal strength and a code) synchronized with the calibration magnetic field which is an AC magnetic field from the measurement data V supplied from the measurement data acquisition unit 1120, and takes out the frequency component (including the signal strength and the code). The measurement data V related to the frequency component is supplied to the data output unit 1140. Here, such synchronous detection may be performed on software or hardware. Further, in the above description, the case where the synchronous detection unit 1130 performs synchronous detection and extracts the frequency component synchronized with the calibration magnetic field is shown as an example, but the frequency separation by FFT (the frequency component synchronized with the calibration magnetic field is used as an example. A frequency component synchronized with the calibration magnetic field may be extracted by a bandpass filter) or the like.
データ出力部1140は、複数の同期検波部1130のそれぞれから供給された計測データV[1]〜V[M]を、各センサ信号成分Φ[1]〜Φ[M]とした、センサアレイ信号Φを信号空間分離部1160に供給する。 The data output unit 1140 sets the measurement data V [1] to V [M] supplied from each of the plurality of synchronous detection units 1130 as the sensor signal components Φ [1] to Φ [M], and sets the sensor array signal. Φ is supplied to the signal space separation unit 1160.
基底ベクトル記憶部1150は、信号空間分離部1160がセンサアレイ信号Φを信号分離するために必要な基底ベクトルを記憶し、これを信号空間分離部1160へ供給する。なお、基底ベクトル記憶部1150は、記憶する基底ベクトルを、較正部1190によって変更された基底ベクトルに順次更新する。これについては、後述する。 The basis vector storage unit 1150 stores the basis vector required for the signal space separation unit 1160 to signal-separate the sensor array signal Φ, and supplies this to the signal space separation unit 1160. The basis vector storage unit 1150 sequentially updates the stored basis vector to the basis vector changed by the calibration unit 1190. This will be described later.
信号空間分離部1160は、データ出力部1140からセンサアレイ信号Φの各成分として供給された計測データV[1]〜V[M]によって示される入力磁場の空間分布を、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を磁気センサアレイ210で検出した場合に複数の磁気センサ520のそれぞれが出力する信号を各信号成分として有するベクトル信号を基底ベクトルとして信号分離する。この際、信号空間分離部1160は、信号分離に必要な基底ベクトルを、基底ベクトル記憶部1150から取得する。そして、信号空間分離部1160は、基底ベクトル記憶部1150から取得した基底ベクトルを用いて、計測データV[1]〜V[M]によって示される磁場の空間分布を、計測対象磁場(信号源空間信号)と外乱磁場(外乱空間信号)とに信号分離し、外乱磁場を抑制して計測対象磁場を算出し、これを出力する。これについても、後述する。 The signal space separation unit 1160 sets the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data V [1] to V [M] supplied as each component of the sensor array signal Φ from the data output unit 1140 to the spatial distribution of the normal orthogonal function. When a magnetic field having a magnetic field is detected by the magnetic sensor array 210, a vector signal having a signal output from each of the plurality of magnetic sensors 520 as each signal component is used as a base vector for signal separation. At this time, the signal space separation unit 1160 acquires the basis vector required for signal separation from the basis vector storage unit 1150. Then, the signal space separation unit 1160 uses the base vector acquired from the base vector storage unit 1150 to measure the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data V [1] to V [M], and obtains the measurement target magnetic field (signal source space). The signal is separated into a disturbance magnetic field (disturbance space signal), the disturbance magnetic field is suppressed, the measurement target magnetic field is calculated, and this is output. This will also be described later.
キャリブレーション用クロック発生部1170は、キャリブレーションを行う場合に、交流のキャリブレーション磁場を発生させるためのクロック信号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 generation unit 1170 generates a clock signal for generating an AC calibration magnetic field and an AC current corresponding to the frequency thereof. Then, the calibration clock generation unit 1170 supplies the generated clock signal to each of the magnetic sensor array 210 and the plurality of synchronous detection units 1130. In response to this, the magnetic sensor array 210 has 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 form an inner arc 915. It is sequentially switched one by one over 220 [8, j, 1], and an AC magnetic field corresponding to the frequency of the clock signal is sequentially generated from the feedback coil 534 of the sensor unit 300inside of the corresponding magnetic sensor cell 220. Further, the plurality of synchronous detection units 1130 each detect an alternating current calibration magnetic field generated by the magnetic field generation unit 530 of at least one magnetic sensor cell according to the clock signal. In the above description, the case where the calibration clock generation unit 1170 is provided inside the sensor data processing unit 1100 is shown as an example, but the calibration clock generation unit 1170 is, for example, the sensor data collection unit. It may be configured inside the 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 the error calculation unit 1180 performs calibration, the signal space separation unit 1160 determines 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. Then, the error calculation unit 1180 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 uses 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 signal-separated. Calibrate the sensor error in. More specifically, the calibration unit 1190 uses 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 arc 915. The sensor error in the magnetic sensor 520 is calibrated based on each separation error in the case of sequentially switching over [8, j, 1]. At this time, the calibration unit 1190 calibrates the sensor error by changing the basis vector used by the signal space separation unit 1160. Then, the calibration unit 1190 supplies the information regarding the changed basis vector to the basis vector storage unit 1150. In response to this, the basis vector storage unit 1150 updates the basal vector to be stored. This will be described in detail using mathematical formulas.
図12は、本実施形態に係る磁場計測装置10が磁場の空間分布を信号分離するフローを示す。ステップ1210において、基底ベクトル記憶部1150は、基底ベクトルを記憶する。一例として、基底ベクトル記憶部1150は、磁気センサアレイ210が各センサの誤差が無く理想的に作られたものと仮定してシミュレーションした結果により予め決められている信号ベクトルを、初期の基底ベクトルとして記憶してよい。また、基底ベクトル記憶部1150は、後述するように、較正部1190によってセンサ誤差が較正された場合、変更された更新後の基底ベクトルを記憶してよい。 FIG. 12 shows a flow in which the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment signals separates the spatial distribution of the magnetic field. In step 1210, the basis vector storage unit 1150 stores the basis vector. As an example, the basis vector storage unit 1150 uses a signal vector predetermined by the result of simulation assuming that the magnetic sensor array 210 is ideally created without any error of each sensor as an initial basis vector. You may remember. Further, as will be described later, the basis vector storage unit 1150 may store the changed and updated basis vector when the sensor error is calibrated by the calibration unit 1190.
次に、ステップ1220において、信号空間分離部1160は、磁気センサアレイ210によって計測されたセンサアレイ信号Φ、すなわち、計測データV[1]〜V[M]を、データ出力部1140から取得する。 Next, in step 1220, the signal space separation unit 1160 acquires the sensor array signal Φ measured by the magnetic sensor array 210, that is, the measurement data V [1] to V [M] from the data output unit 1140.
また、ステップ1230において、信号空間分離部1160は、ステップ1210において基底ベクトル記憶部1150が基底ベクトルとして記憶した信号ベクトルを、基底ベクトル記憶部1150から取得する。なお、本フローにおいて、ステップ1220とステップ1230とはどちらが先に行われてもよい。 Further, in step 1230, the signal space separation unit 1160 acquires the signal vector stored as the basis vector by the basis vector storage unit 1150 in step 1210 from the basis vector storage unit 1150. In this flow, either step 1220 or step 1230 may be performed first.
ステップ1240において、信号空間分離部1160は、ステップ1220において取得した計測データV[1]〜V[M]によって示される磁場の空間分布を、ステップ1230において取得した信号ベクトルを基底ベクトルとして利用して級数展開する。そして、信号空間分離部1160は、級数展開によって得られたベクトルから、磁場の空間分布を計測対象磁場と外乱磁場とに信号分離する。すなわち、信号空間分離部1160は、計測データV[1]〜V[M]によって示される入力磁場の空間分布を、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を磁気センサアレイ210で検出した場合に磁気センサ520のそれぞれが出力する信号を各信号成分として有するベクトル信号を基底ベクトルとして信号分離する。ここで、正規直交関数は球面調和関数であってよい。また、信号空間分離部1160は、信号分離するにあたって、基底ベクトルの係数を最小2乗法により計算する。 In step 1240, the signal space separation unit 1160 uses the spatial distribution of the magnetic field indicated by the measurement data V [1] to V [M] acquired in step 1220 as the base vector using the signal vector acquired in step 1230. Expand the series. Then, the signal space separation unit 1160 separates the spatial distribution of the magnetic field into the measurement target magnetic field and the disturbance magnetic field from the vector obtained by the series expansion. That is, the signal space separation unit 1160 is magnetic when the magnetic field having the spatial distribution of the normal orthogonal function is detected by the magnetic sensor array 210 for the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data V [1] to V [M]. A vector signal having a signal output by each of the sensors 520 as each signal component is used as a base vector for signal separation. Here, the orthonormal function may be a spherical harmonic. Further, the signal space separation unit 1160 calculates the coefficient of the basis vector by the method of least squares when separating signals.
そして、ステップ1250において、信号空間分離部1160は、ステップ1240において信号分離した結果に基づいて、外乱磁場を抑制して計測対象磁場だけを算出して出力し、処理を終了する。以下、これについて詳細に説明する。 Then, in step 1250, the signal space separation unit 1160 suppresses the disturbance magnetic field, calculates and outputs only the measurement target magnetic field based on the result of signal separation in step 1240, and ends the process. This will be described in detail below.
磁気センサアレイ210を構成する各センサが配置される位置に関して、座標原点からの位置を表す位置ベクトルrの位置において、電流i(r)=0であるとき、静磁場B(r)は、ラプラス方程式Δ・V(r)=0を満たすポテンシャルV(r)を用いて、次式のように、ポテンシャルV(r)の空間勾配(gradient)として求められる。ここで、Δはラプラシアンであり、μは透磁率であり、∇はベクトル微分演算を表す演算子である。
そして、ラプラス方程式の解は、一般に、正規直交関数系である球面調和関数Yl,m(θ,φ)を使った級数展開の形での解を持つため、ポテンシャルV(r)は次式で表すことができる。ここで、|r|は位置ベクトルrの絶対値(座標原点からの距離)であり、θおよびφは球座標における2つの偏角であり、lは方位量子数であり、mは磁気量子数であり、αおよびβは多極モーメントであり、LinおよびLoutはそれぞれ被計測体から見て磁気センサアレイ210の手前の空間と奥の空間のそれぞれについての級数の数である。方位量子数lは正の整数をとり、磁気量子数mは−lから+lまでの整数をとる。すなわち、例えばlが1のとき、mは−1、0、および1であり、例えばlが2のとき、mは−2、−1、0、1、および2である。なお、磁場においては単磁極が存在しないことから、(数5)において方位量子数lは、0からではなく1から始まっている。(数5)における第1項は、座標原点からの距離に反比例する項であり、被計測体から見て磁気センサアレイ210の手前の空間に存在するポテンシャルを示している。また、(数5)における第2項は、座標原点からの距離に比例する項であり、被計測体から見て磁気センサアレイ210の奥の空間に存在するポテンシャルを示している。
したがって、(数4)および(数5)によれば、静磁場B(r)は、次式で表すことができる。ここで、(数6)における第1項は、被計測体から見て磁気センサアレイ210の手前の空間に存在する磁場源、すなわち、例えば、心臓の電気活動が作る心磁(計測対象磁場)を示している。また、(数6)における第2項は、被計測体から見て磁気センサアレイ210の奥の空間に存在する磁場源が作る外乱磁場を示している。
球面調和関数を使った級数展開の形でラプラス方程式の解を表した場合、その一般解は無限級数となるが、生体磁場を計測するのに十分なSNR(信号ノイズ比、すなわち、外乱磁場及びセンサノイズに対する測定対象磁場信号の比)が得られればよく、実際には10項程度の級数で表せば十分であると言われている。また、脳磁計における信号空間分離の級数については、Lin=8、Lout=3程度でよいと言われている。したがって、本実施形態においても、Lin=8、Lout=3の場合を一例として説明する。しかしながら、LinおよびLoutの値は、これに限定されるものではなく、外乱磁場を十分抑制し測定対象磁場だけを算出するのに十分な、いかなる数値であってもよい。 When the solution of the Laplace equation is expressed in the form of a series expansion using spherical harmonics, the general solution is an infinite series, but the SNR (signal noise ratio, that is, the disturbance magnetic field and It suffices 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 in a series of about 10 terms. Further, it is said that the series of signal space separation in the magnetoencephalograph may be about Lin = 8 and Lout = 3. Therefore, also in this embodiment, the case of Lin = 8 and Lout = 3 will be described as an example. However, the values of Lin and Lout are not limited to this, and may be any numerical value sufficient to sufficiently suppress the disturbance magnetic field and calculate only the magnetic field to be measured.
ここで、センサアレイ信号Φは、M次元のベクトルからなり、ベクトルの各信号成分は、各センサ部300の磁気センサ520が配置された位置ベクトルr[m]における磁場ベクトルB(r[m])と、各磁気センサ520の磁気感度ベクトルS[m]の内積となる。したがって、各磁気センサ520について、それぞれが設計されたとおりの磁気感度ベクトルSIdeal[m]=(SIdeal[m],x、 SIdeal[m],y、 SIdeal[m],z)を持ち、設計されたとおりの位置に配置された場合、理想的なセンサアレイ信号ΦIdealは、次式で表される。
すなわち、センサ誤差(各センサの他軸感度や主軸感度に起因する磁気感度誤差、および、磁気センサアレイ210の組立時における各センサの配置位置のずれによる位置誤差等)の無い理想的な各センサ信号成分ΦIdeal[m]は、次式で表される。
したがって、各磁気センサ520においてセンサ誤差の無い理想的な場合において、基底ベクトルaIdeal l,mおよびbIdeal l,mは、次式のように定義される。
ここで、各磁気センサ520においてセンサ誤差の無い理想的な場合において、AIdeal、BIdeal、Xin、およびXoutをそれぞれ次のように定義する。すなわち、AIdealを、l=1からL=Linまで、各lにおいてm=−lからlまでの整数をとった時の各ベクトルaIdealを順に列に並べた、計Lin・(Lin+2)列のベクトルと定義する。また、BIdealを、l=1からL=Loutまで、各lにおいてm=−lからlまでの整数をとった時の各ベクトルbIdealを順に列に並べた、計Lout・(Lout+2)列のベクトルと定義する。また、Xinを、l=1からl=Linまで、各lにおいてm=−lからlまでの整数をとった時の各多極モーメントαを順に列に並べたベクトルを転置した、計Lin・(Lin+2)行のベクトルと定義する。また、Xoutを、l=1からl=Loutまで、各lにおいてm=−lからlまでの整数をとった時の各多極モーメントβを順に並べたベクトルを転置した、計Lout・(Lout+2)行のベクトルと定義する。
そうすると、理想的な磁気センサアレイ210のセンサアレイ信号ΦIdealは、次式に示すように、理想的な基底ベクトル行列[A B]Idealと縦ベクトルXの内積の形で表すことができる。ここで、理想的な基底ベクトル行列[A B]Idealは、基底ベクトルを示し、例えば、ステップ1230において、信号空間分離部1160が基底ベクトル記憶部1150から取得したものである。また、縦ベクトルXは、基底ベクトルに係る係数を示す。
信号空間分離部1160は、ステップ1240において、この(数11)で得られたモデル式に基づいて、次式を用いて、ΦIdeal=[A B]Ideal・Xを最小2乗近似で満たす縦ベクトル^XIdeal(ここで、「^Xideal」は、(数12)における左辺を示し、XIdealのハット(推定値)を意味するものとする。)を決定する。
したがって、信号空間分離部1160は、最小2乗解のM次元ベクトルとして、理想的な磁気センサアレイ210のセンサアレイ信号のハット^ΦIdealを、次式により表すことができる。これにより、信号空間分離部1160は、ステップ1240において、磁場の空間分布を解くことができる。
そして、ステップ1250において、信号空間分離部1160は、ステップ1240において決定した縦ベクトルを用いて、^Xout・BIdealを減少させて外乱磁場成分、すなわち、(数6)における第2項の成分を抑制した結果を出力する。信号空間分離部1160は、^Xin・AIdealだけを結果として出力することで、外乱磁場成分を抑制して、計測対象磁場成分、すなわち、(数6)における第1項の成分だけを出力してもよい。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 reduces the ^ Xout · B Ideal by using the vertical vector determined in step 1240 to reduce the disturbance magnetic field component, that is, the component of the second term in (Equation 6). Output the suppressed result. The signal space separation unit 1160 suppresses the disturbance magnetic field component by outputting only ^ Xin · A Ideal as a result, and outputs only the measurement target magnetic field component, that is, the component of the first term in (Equation 6). You may. That is, the signal space separation unit 1160 separates the signal space into the disturbance magnetic field component and the 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] measured using the magnetic sensor array 210 having a plurality of magnetic sensor cells 220 and capable of detecting the input magnetic field in the three axial directions. ] ~ V [M], the spatial distribution of the magnetic field can be signal-separated into the measurement target magnetic field and the disturbance magnetic field. Further, since the magnetic field measuring device 10 suppresses the disturbance magnetic field component and outputs only the measurement target magnetic field component, the measurement target magnetic field can be measured with higher accuracy. Further, since each of the plurality of sensor units 300 has a magnetic focusing plate, the magnetic sensitivity of the sensor unit 300 can be enhanced, the spatial sampling point can be clarified, and the affinity with the signal space separation technology can be further enhanced. can.
図13は、磁気センサアレイ210が理想的に作られている場合において、理想的な基底ベクトル[A B]Idealを使用した信号空間分離演算を幾何学的に示す。符号1310は、理想的な磁気センサアレイ210のセンサアレイ信号ΦIdealを示す。符号1320は、理想的な基底ベクトルAIdealによって張られる線形部分空間Span{AIdeal}を示す。符号1330は、理想的な基底ベクトルBIdealによって張られる線形部分空間Span{BIdeal}を示す。符号1340は、線形部分空間Span{AIdeal}と線形部分空間Span{BIdeal}の線形和となる理想的な基底ベクトル[A B]Idealによって張られる線形部分空間を示す。符号1350は、最小2乗解のM次元ベクトルを示す。本図に示すように、磁気センサアレイ210が理想的に作られている、すなわち、センサ誤差無しに作られている場合、理想的な磁気センサアレイ210のセンサアレイ信号ΦIdealは、理想的な基底ベクトル[A B]Idealによって張られる線形部分空間の中に存在している。つまり、(数11)の方程式が高精度に成立しており、信号空間分離部1160は、磁気センサアレイ210が検出した磁場に対して、対象磁場成分と外乱磁場成分とに信号空間分離を正確に行うことができている。 FIG. 13 geometrically shows a signal space separation operation using the ideal basis vector [AB ] Ideal when the magnetic sensor array 210 is ideally constructed. Reference numeral 1310 indicates the sensor array signal Φ Ideal of the ideal magnetic sensor array 210. Reference numeral 1320 indicates a linear subspace Span {A Ideal } stretched by the ideal basis vector A Ideal. Reference numeral 1330 indicates a linear subspace Span {B Ideal } stretched by the ideal basis vector B Ideal. Reference numeral 1340 indicates a linear subspace stretched by an ideal basis vector [AB ] ideal that is a linear sum of the linear subspace Span {A Ideal } and the linear subspace Span {B Ideal}. Reference numeral 1350 indicates an M-dimensional vector of a minimum squared solution. As shown in this figure, if the magnetic sensor array 210 is ideally made, i.e. without sensor error, the sensor array signal Φ Ideal of the ideal magnetic sensor array 210 is ideal. It exists in a linear subspace stretched by the basis vector [ AB] Ideal. That is, the equation (Equation 11) is established with high accuracy, and the signal space separation unit 1160 accurately separates the signal space into the target magnetic field component and the disturbance magnetic field component with respect to the magnetic field detected by the magnetic sensor array 210. Can be done.
しかしながら、実際の各センサ部300からのセンサ信号成分ΦUncalib[m]は、各磁気センサ520の磁気感度誤差を含んだ磁気感度ベクトルSUncalib[m]=(SUncalib[m],x、SUncalib[m],y、SUncalib[m],z)を用いて表される。つまり、磁気センサアレイ210は、各磁気センサ520について、磁気感度ベクトルSIdeal[m]=(SIdeal[m],x、 SIdeal[m],y、 SIdeal[m],z)を想定して作られているが、実際にはそこからずれた未知の磁気感度ベクトルSUncalib[m]=(SUncalib[m],x、SUncalib[m],y、SUncalib[m],z)を持ったものとして出来上がってしまう。 However, the actual sensor signal component Φ Uncalib [m] from each sensor unit 300 is a magnetic sensitivity vector S Uncalib [m] = (S Uncalib [m], x, S) including the magnetic sensitivity error of each magnetic sensor 520. It is expressed using Uncalib [m], y, S Uncalib [m], z). That is, the magnetic sensor array 210 assumes a magnetic sensitivity vector S Ideal [m] = (S Ideal [m], x, S Ideal [m], y, S Ideal [m], z) for each magnetic sensor 520. Although to being made, the actual unknown magnetic sensitivity offset therefrom to the vector S Uncalib [m] = (S Uncalib [m], x, S Uncalib [m], y, S Uncalib [m], z ) Is completed.
すなわち、磁気感度誤差を持った各センサ信号成分ΦUncalib[m]は、次式で表されることとなる。
こうして、磁気感度誤差を持って出来上がった磁気センサアレイ210によって計測されたセンサアレイ信号ΦUncalibに対して、想定していた理想的な基底ベクトル[A B]Idealを使用して、次式の方程式を立てるとする。
そうすると、(数15)で得られたモデル式に基づいて、縦ベクトル^XUncalibを次式により決定したとしても、不正確な方程式の解となってしまう。
この場合、最小2乗解のM次元ベクトルとして、磁気感度誤差を持った磁気センサアレイ210のセンサアレイ信号のハット^ΦUncalibは、次式により示されるものとなる。
図14は、磁気センサアレイ210がセンサ誤差を持って作られている場合において、理想的な基底ベクトル[A B]Idealを使用した信号空間分離演算を幾何学的に示す。図14においては、図13と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。符号1410は、センサ誤差を持つ磁気センサアレイ210のセンサアレイ信号ΦUncalibを示す。符号1450は、最小2乗解のM次元ベクトルを示す。本図に示すように、磁気センサアレイ210がセンサ誤差を持つ場合、センサアレイ信号ΦUncalibは、理想的な基底ベクトル[A B]Idealによって張られる線形部分空間の中には存在しないものとなる。 FIG. 14 geometrically shows a signal space separation operation using the ideal basis vector [AB ] Ideal when the magnetic sensor array 210 is made with sensor error. In FIG. 14, members having the same functions and configurations as those in FIG. 13 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted except for the following differences. Reference numeral 1410 indicates a sensor array signal Φ Uncalib of the magnetic sensor array 210 having a sensor error. Reference numeral 1450 indicates an M-dimensional vector of a minimum squared solution. As shown in this figure, when the magnetic sensor array 210 has a sensor error, the sensor array signal Φ Uncalib does not exist in the linear subspace stretched by the ideal basis vector [ AB] Ideal. ..
このとき、符号1410で示されるセンサアレイ信号ΦUncalibと符号1450で示される最小2乗解のM次元ベクトル^ΦUncalibとの間には、分離誤差、すなわち、符号1460で示される誤差ベクトルε、および、符号1470で示される誤差角度γが生じる。ここで、誤差ベクトルε、および、誤差角度γは、次式で示される。
このように、実際の磁気センサアレイ210が持つセンサ誤差に起因して、信号空間分離演算における誤差ベクトルεが有限なベクトル(零ベクトルでない)として発生している。したがって、(数15)の方程式が高精度に成立しておらず、(数16)に示す方程式の解が不正確となる。すなわち、信号空間分離部1160は、磁気センサアレイ210が検出した磁場に対して、対象磁場成分と外乱磁場成分とに信号空間分離を正確に行うことができない。 As described above, the error vector ε in the signal space separation calculation is generated as a finite vector (not a zero vector) due to the sensor error of the actual magnetic sensor array 210. Therefore, the equation of (Equation 15) is not established with high accuracy, and the solution of the equation shown in (Equation 16) is inaccurate. That is, the signal space separation unit 1160 cannot accurately perform signal space separation between the target magnetic field component and the disturbance magnetic field component with respect to the magnetic field detected by the magnetic sensor array 210.
そこで、本実施形態に係る磁場計測装置10は、このような信号空間分離演算を行った場合における分離誤差を低減するように、磁気センサ520におけるセンサ誤差を較正(キャリブレーション)する。 Therefore, the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment calibrates the sensor error in the magnetic sensor 520 so as to reduce the separation error when such a signal space separation calculation is performed.
図15は、本実施形態に係る磁場計測装置10がキャリブレーション用のセンサアレイ信号Φ(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 the present 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 magnetic sensor array 210 in the X direction, and is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ Nx (where Nx indicates the number of magnetic sensor cells 220 arranged in the X direction). Is. Further, j indicates the position of the magnetic sensor cell 220 in the magnetic sensor array 210 in the Y direction, 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 z is fixed to 1 in this flow. Further, in the description of this flow and the flow of FIG. 16 described later, the M / 2 sensor units 300 included in the plurality of magnetic sensor cells 220 forming the inner arc 915 of the M sensor units 300 are sequentially calibrated. An example of measuring with the remaining M-1 sensor units 300 that generate a magnetic field and do not generate a magnetic field is shown. However, the number of the 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 the position coordinates). In addition, the number of sensors that measure the magnetic field can be changed according to the calibration parameters and the dimensions of the basis vector, and M-1 sensors that do not generate a magnetic field from several sensors required to form the basis vector. Can be a number. Further, even if the measurement is performed by the M-1 sensor units 300 that do not generate a magnetic field, the number of the sensor units 300 to be calibrated for the sensor error may be smaller than that of the M-1 sensor units 300. For example, the sensor error may be calibrated for the 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 substitutes 1 for i, 1 for j, and 1 for 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 is transmitted from the magnetic field generation unit 530 included in the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1], for example, in 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 unit 1010 in the sensor unit 300 of the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1] to the calibration mode, and is supplied to one end of the feedback coil 534 from the calibration clock generating unit 1170. The alternating current corresponding to the frequency of the clock signal for calibration is input. Then, the magnetic field measuring device 10 generates an AC magnetic field according to the frequency of the clock signal from the feedback coil 534 of the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1]. At this time, the calibration magnetic field generated by the feedback coil 534 of the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1] is close to the magnetic field generated from the magnetic dipole. The calibration magnetic field generated by the feedback coil 534 of the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1] corresponds to the component of the first term in (Equation 6). At this time, by generating an AC magnetic field having a relatively strong strength from the feedback coil 534, the influence of the second term component in (Equation 6), that is, the disturbance magnetic field can be ignored at the time of 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 acquires the sensor array signal Φ (i, j, 1) when the calibration magnetic field is generated from the feedback coil 534 of the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1]. .. More specifically, when a calibration magnetic field is generated from the feedback coil 534 of the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1], the measurement data acquisition unit 1120 has a plurality of sensor units 300 of the magnetic sensor array 210 [i, j, 1]. 1] to 300 [M], except for the sensor unit 300 [P] (where P is an integer where 1 ≦ P ≦ M) that generated the calibration magnetic field, (M-1). The measurement data V [1] to V [M] measured by the sensor unit 300 are acquired respectively. Then, the synchronous detection unit 1130 receives the clock signal for calibration supplied from the clock generation unit 1170 for calibration, and synchronously detects the calibration magnetic field according to the clock signal. Then, the synchronous detection unit 1130 extracts a frequency component synchronized with the calibration magnetic field, which is an AC magnetic field, from the measurement data V [1] to V [M], and measures data V [1] related to the extracted frequency component. ] To V [M] are supplied to the data output unit 1140, respectively. Then, the data output unit 1140 generates a calibration magnetic field from the feedback coil 534 of the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1] for the measurement data V [1] to V [M] supplied from the synchronous detection unit 1130. Each sensor signal component Φ [1] from a plurality of (that is, M-1) sensor units 300 [1] to 300 [M] excluding the sensor unit 300 [P] that generated the calibration magnetic field in the case of ] 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. As a result, the signal space separation unit 1160 uses the sensor array signal Φ (i, j, 1) for calibration when the calibration magnetic field is generated from the feedback coil 534 of the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1]. To 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 or not the calibration magnetic field is generated from the magnetic field generating unit 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 is generated from the magnetic field generation unit 530 of all the magnetic sensor cells 220 arranged in the X direction, the magnetic field measuring device 10 processes. 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, in step 1540, when it is determined 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 unit 530 of all the magnetic sensor cells 220 arranged in the X direction. In the case, the magnetic field measuring device 10 increments i to set 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 or not the calibration magnetic field is generated from the magnetic field generation unit 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 is generated from the magnetic field generation unit 530 of all the magnetic sensor cells 220 arranged in the Y direction, the magnetic field measuring device 10 calibrates. The flow for acquiring the sensor array signal Φ (i, j, 1) for the operation is terminated.
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, when 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 unit 530 of all the magnetic sensor cells 220 arranged in the Y direction. In the case, the magnetic field measuring device 10 increments j to 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。 As a result, the magnetic field measuring device 10 is included in a plurality of magnetic sensor cells 220 forming k = 1, that is, an inner arc 915 from i = 1 to i = Nx and from j = 1 to j = Ny. The array signals Φ (i, j, 1) for calibration when the calibration magnetic field is generated from the magnetic field generation unit 530 of the M / 2 sensor units 300 are acquired respectively.
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 the present embodiment calibrates. In this flow, an example of calibrating the sensor error for M / 2 sensor units 300 that do not generate a calibration magnetic field is shown. In step 1610, the magnetic field measuring device 10 substitutes 1 for C. Here, C means the number of times the calibration is executed, and indicates an integer from 1 to MAX_COUNT, which is the upper limit of the number of times the calibration is executed.
ステップ1620において、磁場計測装置10は、分離誤差を算出する。より詳細には、信号空間分離部1160は、1≦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 the separation error. More specifically, the signal space separation unit 1160 performs signal space separation for the sensor array signal Φ (i, j, 1) for calibration for 1 ≦ i ≦ Nx and 1 ≦ j ≦ Ny, respectively. conduct. At this time, in step 1620 following step 1610, the signal space separation unit 1160 determines the solution of the equation shown in (Equation 16) from the equation shown in (Equation 15). At this time, the signal space separation unit 1160 is 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 when the spatial distribution of the calibration magnetic field is signal-separated. Is the origin of the coordinates in the calculation. That is, 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 arranged when the sensor array signal Φ (1,1,1) is signal-separated. Let it be the origin of the coordinates in. Similarly, the signal space separation unit 1160 sets the position where the magnetic field generation unit 530 of the magnetic sensor cell 220 [i, j, 1] is arranged when the sensor array signal Φ (i, j, 1) is separated. For example, the center position of the feedback coil 534 of the magnetic field generation unit 530 is set as the origin of the coordinates in the calculation. In this way, when the calibration magnetic field is generated from the magnetic field generation unit 530 (n) of the nth magnetic sensor cell 220 (n is an integer from 1 to M / 2), the signal space separation unit 1160 generates the magnetic field. It is equal to the sensor array signal Φ (n) (Φ (i, j, 1)) when the calibration magnetic field is generated from the part 530 (n). After that, the magnetic field from the nth magnetic field generation part 530 (n) is measured. In 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 located at the position where the magnetic field generator 530 (n) is arranged. The calculation is performed while sequentially matching the origins. As a result, 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 accelerate the convergence of the calibration parameters. Then, based on (Equation 18), the error calculation unit 1180 forms k = 1, that is, an inner arc 915 from i = 1 to i = Nx and from j = 1 to j = Ny. When the calibration magnetic field is generated from the magnetic field generation unit 530 of the M / 2 sensor units 300 included in the magnetic sensor cell 220 of the above, the error vector ε (n) and the error angle γ (n) are the separation errors. ) At least one of them is calculated.
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 or not the separation error exceeds a predetermined threshold value. For example, the magnetic field measuring device 10 determines whether or not the sum of squares of M / 2 separation errors exceeds a predetermined threshold value. That is, the magnetic field measuring device 10 includes M included in a plurality of magnetic sensor cells 220 forming an inner arc 915, that is, k = 1 from i = 1 to i = Nx and from j = 1 to j = Ny. / At least one of the sum of squares of the error vector ε (n) and the sum of squares of the error angle γ (n) when the calibration magnetic field is generated from the magnetic field generation unit 530 of the two sensor units 300. It is determined whether or not one of them exceeds a predetermined threshold value. If it is determined that the separation error does not exceed the threshold value, the magnetic field measuring device 10 terminates the process assuming that the calibration is completed.
一方、ステップ1630において、分離誤差が予め定められたしきい値を超えていると判定された場合、磁場計測装置10は、ステップ1640において、センサ誤差を較正する。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。
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 or not the number of times the calibration is executed 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。 When C is equal to MAX_COUNT, that is, when the number of calibration executions is the upper limit, the magnetic field measuring device 10 times out the calibration execution in step 1660 and ends the process. At this time, the magnetic field measuring device 10 may notify, for example, that the calibration has timed out.
一方、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。
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。
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 minimum squared solution vector ^ Φ Calib by the same method as in (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 generated by at least one of the plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 is generated. A calibration magnetic field is generated from unit 530. That is, the calibration magnetic field is generated from the magnetic field generation unit 530 of at least one sensor unit 300 of the plurality of sensor units 300 in the magnetic sensor array 210. Therefore, the magnetic field measuring device 10 does not need to separately provide a device (coil or the like) for generating a calibration magnetic field in addition to the magnetic sensor array 210. Further, according to the magnetic field measuring 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 used as a plurality of magnetic sensor cells 220 [1, j] that form an inner arc 915. , 1] to 220 [8, j, 1] are sequentially switched, and the magnetic sensor array 210 is calibrated based on each separation error. 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 to be calibrated, and makes the calibration magnetic field input to the magnetic sensor 520 relative to each other. Can be made stronger. As a result, the magnetic field measuring device 10 can improve the SNR in the calibration calculation. Further, since the magnetic field measuring device 10 generates a calibration magnetic field from each of the magnetic field generating units 530 of all the plurality of magnetic sensor cells 220 forming the inner arc 915, it is used for calibrating the magnetic sensor array 210. As the calibration magnetic field, a magnetic dipole magnetic field with little bias with respect to the position and the direction of the magnetic field in the magnetic sensor array 210 can be generated.
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 creates a magnetic field generating unit 530 of M / 2 sensor units 300 included in a plurality of magnetic sensor cells 220 forming an arc 915 inside the magnetic sensor array 210. The case where the calibration magnetic field is generated by switching is shown as an example, but the present invention is not limited to this. The magnetic field measuring device 10 sequentially switches the M / 2 sensor units 300 included in the magnetic sensor cell 220 located outside in addition to the magnetic sensor cell 220 located inside the magnetic sensor array 210 to generate a calibration magnetic field. You may. That is, the magnetic field measuring device 10 may sequentially switch the magnetic field generation unit 530 included in all the magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 to generate a calibration magnetic field. When the magnetic field generation unit 530 of the magnetic sensor cell 220 located inside the magnetic sensor array 210 is sequentially switched to generate a calibration magnetic field, as described above, the component of the second term in (Equation 6) at the time of calibration is used. Can be ignored. On the other hand, when a plurality of magnetic sensor cells 220 forming the outer arc 925 of the magnetic sensor array 210 are sequentially switched to generate a calibration magnetic field, the component of the first term in (Equation 6) can be ignored at the time of 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 measuring device 10 generates a calibration magnetic field according to the number of calibration parameters and the number of dimensions of the base vector, as described above, while sequentially switching the magnetic field generation unit 530 of all the magnetic sensor cells 220. The sensor errors may be calibrated for all of the M sensor units 300 by sequentially calibrating the sensor errors for the (M-1) sensor units 300 excluding the sensor units 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 of this, the magnetic field measuring device 10 calibrates 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 the sensor error is sequentially calibrated only for the sensor unit 300 of the M / 2 magnetic sensor cells 220 [1, j, 2] to 220 [8, j, 2] located on the outside. good. Similarly, the magnetic field measuring device 10 shifts the 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 error may be sequentially calibrated for only the sensor unit 300 of the M / 2 magnetic sensor cells 220 [1, j, 1] to 220 [8, j, 1] located inside. That is, all the sensor errors of both the sensor unit 300 of the M / 2 magnetic sensor cells 220 located inside and the sensor unit 300 of the M / 2 magnetic sensor cells 220 located outside may be calibrated separately.
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。 Further, in the above description, the case where the magnetic field measuring device 10 controls a plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 by classifying them into an inner magnetic sensor cell 220 group and an outer magnetic sensor cell 220 group is shown as an example. However, it is not limited to this. For example, the magnetic field measuring device 10 arranges a plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 on the left side of the magnetic sensor cells 220 [1, j, 1] to 220 [4, j, 2] group and the right side when viewed from the object to be measured. 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 described 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, the sensor error may be sequentially calibrated only for the sensor unit 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 shifts 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 for only the sensor unit 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。 As described above, the magnetic field measuring device 10 classifies the plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 into a first magnetic sensor cell 220 group and a 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, the sensor error is sequentially calibrated for the sensor unit 300 in the second magnetic sensor cell 220 group, and the magnetic sensor cells 220 of the second magnetic sensor cell 220 group are sequentially switched. While generating a calibration magnetic field, the sensor error may be sequentially calibrated for the sensor unit 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。 The magnetic field measuring 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 the sensor error for the sensor unit 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 magnetic sensor cell 220 group. That is, the magnetic field measuring device 10 generates a calibration magnetic field while sequentially switching a part of the magnetic sensor cells 220 in the first magnetic sensor cell 220 group, and targets the sensor unit 300 in the second magnetic sensor cell 220 group to have a sensor error. May be calibrated sequentially. Similarly, the magnetic field measuring device 10 generates a calibration magnetic field while sequentially switching a part of the magnetic sensor cells 220 in the second magnetic sensor cell 220 group, and targets the sensor unit 300 in the first magnetic sensor cell 220 group as a sensor. The 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。 Further, 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. 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. For example, the magnetic field measuring device 10 has a plurality of magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210, the first magnetic sensor cell 220 group located on the left side when viewed from the measured object, and the second magnetic sensor cell 220 located on the right side when viewed from the measured object. The magnetic sensor cell 220 group may be classified into 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 the sensor unit 300 in the second magnetic sensor cell 220 group and the third magnetic sensor cell 220 group. The sensor error may be calibrated sequentially. 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 the sensor unit in the first magnetic sensor cell 220 group and the third magnetic sensor cell 220 group. The sensor error may be sequentially calibrated for 300. 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 and the magnetic sensor cell 220 in the first magnetic sensor cell 220 group, and the second magnetism. In both the case where the magnetic sensor cell 220 of the sensor cell 220 group is sequentially switched and the calibration magnetic field is generated, it may be an overlapping calibration target.
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 [AB ] Calib when the magnetic sensor array 210 is made with sensor error. In FIG. 17, members having the same functions and configurations as those in FIG. 14 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted except for the following differences. According to the flow of FIG. 16, the magnetic field measuring device 10 updates the basis vector. Here, reference numeral 1720 indicates a linear subspace Span {A Calib } stretched by the calibrated basis vector A Calib. Reference numeral 1730 indicates a linear subspace Span {B Calib } stretched by the calibrated basis vector B Calib. Reference numeral 1740 indicates a linear subspace stretched by a basis vector [AB] Calib which is a linear sum of the linear subspace Span {A Calib} and the linear subspace Span {B Calib}. Reference numeral 1750 indicates an M-dimensional vector of a minimum squared solution. As shown in this figure, the sensor array signal Φ Uncalib of the magnetic sensor array 210 with sensor error exists in a linear subspace stretched by the calibrated basis vector [ AB] Calib. That is, the signal space separation unit 1160 optimizes the base vector so as to minimize the separation error, so that the signal space distribution is applied to the target magnetic field component and the disturbance magnetic field component with respect to the magnetic field detected by the magnetic sensor array 210. Can be done accurately.
なお、上述の説明においては、磁場計測装置10が、キャリブレーションパラメータとして、磁気感度ベクトルSCalib[m]を最適化することによって、分離誤差を最小化するように基底ベクトルを変更する場合について一例として示した。しかしながら、上述のとおり、センサ誤差としては、各センサの磁気感度誤差に加えて、磁気センサアレイ210の組立時における各センサの配置位置のずれによる位置誤差が生じ得る。したがって、磁場計測装置10は、キャリブレーションパラメータとして、磁気感度ベクトルSCalib[m]に代えて、または、加えて、M個のセンサ部300の磁気センサ520における位置情報、ここでは、信号空間分離の計算座標系における位置情報、すなわち、動径r、天頂角θ、および、方位角φをそれぞれ最適化することによって、分離誤差を最小化するように基底ベクトルを変更してもよい。すなわち、(数19)における、r、θ、および、φをキャリブレーションパラメータとして、基底ベクトルを変更してもよい。なお、磁場計測装置10は、このような位置誤差の較正についても、磁気感度誤差の較正と同様の手法により実現することができる。また、磁場計測装置10は、磁気感度誤差の較正と位置誤差の較正とを同時に最適化するよう演算を行ってもよい。 In the above description, an example is obtained in which the magnetic field measuring device 10 changes the basis vector so as to minimize the separation error by optimizing the magnetic sensitivity vector S Calib [m] as a calibration parameter. Shown as. However, as described above, as the sensor error, in addition to the magnetic sensitivity error of each sensor, a position error due to a deviation of the arrangement position of each sensor at the time of assembling the magnetic sensor array 210 may occur. Therefore, the magnetic field measuring device 10 replaces or in addition to the magnetic sensitivity vector S Calib [m] as a calibration parameter, and position information in the magnetic sensors 520 of the M sensor units 300, in this case, signal space separation. The base vector may be changed so as to minimize the separation error by optimizing the position information in the calculated coordinate system of, that is, the radius r, the zenith angle θ, and the azimuth angle φ, respectively. That is, the basis vector may be changed with r, θ, and φ in (Equation 19) as calibration parameters. The magnetic field measuring device 10 can also realize such calibration of the position error by the same method as the calibration of the magnetic sensitivity error. Further, the magnetic field measuring device 10 may perform an operation so as to optimize the calibration of the magnetic sensitivity error and the calibration of the position error at the same time.
また、上述の説明においては、磁場計測装置10が、キャリブレーションを実行した後に、計測対象磁場を計測する場合について一例として示した。しかしながら、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。 Further, in the above description, the case where the magnetic field measuring device 10 measures the magnetic field to be measured after performing the calibration is shown as an example. However, for example, when the frequency of the AC magnetic field as the calibration magnetic field is higher than the frequency band of the magnetic field to be measured, the magnetic field measuring device 10 may execute the calibration and the 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 by using LPF, 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 present invention may be described with reference to flowcharts and block diagrams, wherein the block is (1) a stage of the process in which the operation is performed or (2) a device responsible for performing the operation. May represent a section of. Specific stages and sections are implemented by dedicated circuits, programmable circuits supplied with computer-readable instructions stored on computer-readable media, and / or processors supplied with computer-readable instructions stored on computer-readable media. You can. Dedicated circuits may include digital and / or analog hardware circuits, and may include integrated circuits (ICs) and / or discrete circuits. Programmable circuits are memory elements such as logical AND, logical OR, logical XOR, logical NAND, logical NOR, and other logical operations, flip-flops, registers, field programmable gate arrays (FPGA), programmable logic arrays (PLA), etc. May include reconfigurable hardware circuits, including, etc.
コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー(登録商標)ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリメモリ(ROM)、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EPROMまたはフラッシュメモリ)、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EEPROM)、静的ランダムアクセスメモリ(SRAM)、コンパクトディスクリードオンリメモリ(CD-ROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)、ブルーレイ(RTM)ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。 The computer readable medium may include any tangible device capable of storing instructions executed by the appropriate device, so that the computer readable medium having the instructions stored therein is specified in a flowchart or block diagram. It will be equipped with a product that contains instructions that can be executed to create means for performing the operation. Examples of computer-readable media may include electronic storage media, magnetic storage media, optical storage media, electromagnetic storage media, semiconductor storage media, and the like. More specific examples of computer-readable media include floppy (registered trademark) disks, diskettes, hard disks, random access memory (RAM), read-only memory (ROM), erasable programmable read-only memory (EPROM or flash memory), Electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), static random access memory (SRAM), compact disc read-only memory (CD-ROM), digital versatile disc (DVD), Blu-ray (RTM) disc, memory stick, integrated A circuit card or the like may be included.
コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ(ISA)命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはSmalltalk、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 are assembler instructions, instruction set architecture (ISA) instructions, machine instructions, machine-dependent instructions, microcode, firmware instructions, state-setting data, or object-oriented programming such as Smalltalk, JAVA®, C ++, etc. Contains either source code or object code written in any combination of one or more programming languages, including languages and 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 are applied locally to a general purpose computer, a special purpose computer, or the processor or programmable circuit of another programmable data processor, or a wide area network (WAN) such as a local area network (LAN), the Internet, etc. ) May be executed to create a means for performing the operation specified in the flowchart or block diagram. Examples of processors include computer processors, processing units, microprocessors, digital signal processors, controllers, microcontrollers and the like.
図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 shows an example of a computer 2200 in which a plurality of aspects of the present invention may be embodied in whole or in part. The program installed on the computer 2200 can cause the computer 2200 to function as an operation associated with the device according to an embodiment of the present invention or as one or more sections of the device, or the operation or the one or more. Sections can be run and / or the computer 2200 can be run a process according to an embodiment of the invention or a stage of such process. Such a program may be run by the CPU 2212 to cause the 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。 The computer 2200 according to this embodiment includes a CPU 2212, a RAM 2214, a graphic controller 2216, and a display device 2218, which are interconnected by a host controller 2210. The 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 the input / output controller 2220. There is. The computer also includes legacy input / output units such as the ROM 2230 and keyboard 2242, which are connected to the input / output controller 2220 via an 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。 The CPU 2212 operates according to the programs stored in the ROM 2230 and the RAM 2214, thereby controlling each unit. The graphic controller 2216 acquires the image data generated by the CPU 2212 in a frame buffer or the like provided in the RAM 2214 or itself so that the image data is displayed on the 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。 The communication interface 2222 communicates with other electronic devices via the network. The hard disk drive 2224 stores programs and data used by the CPU 2212 in the computer 2200. The DVD-ROM drive 2226 reads the program or data from the DVD-ROM 2201 and provides the program or data to the hard disk drive 2224 via the RAM 2214. The IC card drive reads programs and data from the IC card 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。 The ROM 2230 contains a boot program or the like executed by the computer 2200 at the time of activation, and / or a program depending on the hardware of the computer 2200. The input / output chip 2240 may also connect various input / output units to the input / output controller 2220 via a parallel port, serial port, keyboard port, mouse port, 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。 The program is provided by a computer-readable medium such as a DVD-ROM2201 or an IC card. The program is read from a computer-readable medium, installed on a hard disk drive 2224, RAM 2214, or ROM 2230, which is also an example of a computer-readable medium, and executed by the CPU 2212. The information processing described in these programs is read by the computer 2200 and provides a link between the program and the various types of hardware resources described above. The device or method may be configured to perform manipulation or processing of information in accordance with the use of computer 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 executed between the computer 2200 and an external device, the CPU 2212 executes a communication program loaded in the RAM 2214, and performs communication processing on the communication interface 2222 based on the processing described in the communication program. You may order. Under the control of the CPU 2212, the communication interface 2222 reads and 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. The data is transmitted to the network, or the received data received from the network is written to the reception buffer processing area or the like provided on the recording medium.
また、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 necessary parts of a file or database stored in an external recording medium such as a hard disk drive 2224, a DVD-ROM drive 2226 (DVD-ROM2201), or an IC card. Various types of processing may be performed on the data on the RAM 2214. The CPU 2212 then writes back the processed data to an external recording medium.
様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、およびデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。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 the recording medium and processed. The CPU 2212 describes various types of operations, information processing, conditional judgment, conditional branching, unconditional branching, and information retrieval described in various parts of the present disclosure with respect to the data read from the RAM 2214. Various types of processing may be performed, including / replacement, etc., and the results are written back to RAM 2214. Further, the CPU 2212 may search for information in a file, a database, or the like in the recording medium. For example, when a plurality of entries each having an attribute value of the first attribute associated with the attribute value of the second attribute are stored in the recording medium, the CPU 2212 specifies the attribute value of the first attribute. Search for an entry that matches the condition from the plurality of entries, read the attribute value of the second attribute stored in the entry, and associate it with the first attribute that satisfies the predetermined condition. The attribute value of the second attribute obtained may be acquired.
上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ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 program or software module described above may be stored on or near computer 2200 on a computer-readable medium. Also, a recording medium such as a hard disk or RAM provided in a dedicated communication network or a server system connected to the Internet can be used as a computer readable medium, thereby providing the program to the computer 2200 over the network. do.
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the claims that such modified or improved forms may also be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of operations, procedures, steps, steps, etc. in the devices, systems, programs, and methods shown in the claims, specification, and drawings is particularly "before" and "prior to". It should be noted that it can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Even if the scope of claims, the specification, and the operation flow in the drawings are explained using "first", "next", etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It's not a thing.
10 磁場計測装置
100 本体部
110 磁気センサユニット
120 ヘッド
125 駆動部
130 ベース部
140 ポール部
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 body 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 generator 532 Amplification circuit 534 Feedback coil 540 Output unit 710 Magnetic resistance element 720, 730 Magnetic convergence plate 1010 Switching unit 1100 Sensor data processing unit 1120 Measurement data acquisition unit 1130 Synchronous detection unit 1140 Data output unit 1150 Base vector storage Part 1160 Signal space separation part 1170 Calibration clock generation part 1180 Error calculation part 1190 Calibration part 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)
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。 It has a curved surface shape that is curved in at least one direction, and each reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor with a magnetic sensor, an output unit that outputs an output signal, and a size corresponding to the output signal. A plurality of magnetic sensor cells having a magnetic field generator for generating a feedback magnetic field are arranged three-dimensionally so as to be arranged at lattice points included in the curved surface shape, and magnetism capable of detecting an input magnetic field in three axial directions. With the sensor array
A measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by the magnetic sensor array,
A vector signal having signals output by each of the magnetic sensors as signal components when the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data is detected by the magnetic sensor array when a magnetic field having a spatial distribution of a normal orthogonal function is detected by the magnetic sensor array. A signal space separator that separates signals using
The sensor error in the magnetic sensor is calibrated 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 signal-separated. A magnetic field measuring device equipped with a calibration unit.
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 a cross-sectional view arc shape.
The calibration unit calibrates the sensor error in the magnetic sensor based on the separation error when the at least one magnetic sensor cell is sequentially switched over a plurality of magnetic sensor cells forming an inner arc. 5. The magnetic field measuring device according to 5.
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。 It has a curved shape curved in at least one direction, and each has a magnetic sensor, an output unit that outputs an output signal, and feedback that reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor with a size corresponding to the output signal. A magnetic sensor capable of detecting an input magnetic field in three axes, which is configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells having a magnetic field generator for generating a magnetic field in three dimensions so as to be arranged at lattice points included in the curved surface shape. Acquiring the measurement data measured by the array and
A vector signal having signals output by each of the magnetic sensors as signal components when the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data is detected by the magnetic sensor array with a magnetic field having a spatial distribution of a normal orthogonal function. To separate signals using
To generate a calibration magnetic field from the magnetic field generation unit of at least one of the plurality of magnetic sensor cells.
A magnetic field measurement method comprising calibrating a sensor error in the magnetic sensor based on a separation error when the spatial distribution of the calibration magnetic field is signal-separated.
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。 Performed by a computer, said computer,
It has a curved shape curved in at least one direction, and each has a magnetic sensor, an output unit that outputs an output signal, and feedback that reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor with a size corresponding to the output signal. A magnetic sensor capable of detecting an input magnetic field in three axes, which is configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells having a magnetic field generator for generating a magnetic field in three dimensions so as to be arranged at lattice points included in the curved surface shape. A measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by an array,
A vector signal having signals output by each of the magnetic sensors as signal components when the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data is detected by the magnetic sensor array when a magnetic field having a spatial distribution of a normal orthogonal function is detected by the magnetic sensor array. A signal space separator that separates signals using
The sensor error in the magnetic sensor is calibrated 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 signal-separated. A magnetic field measurement program that functions as a calibrator.
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 magnetic sensor, an output unit that outputs an output signal, and a magnetic field generator that generates a feedback magnetic field that reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor with a size corresponding to the output signal. A magnetic sensor array that is configured by arranging magnetic sensor cells in three dimensions and can detect an input magnetic field in three axial directions.
A measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured by the magnetic sensor array,
A vector signal having signals output by each of the magnetic sensors as signal components when the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the measurement data is detected by the magnetic sensor array when a magnetic field having a spatial distribution of a normal orthogonal function is detected by the magnetic sensor array. A signal space separator that separates signals using
The sensor error in the magnetic sensor is calibrated 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 signal-separated. A magnetic field measuring device equipped with a calibration unit.
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