(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024140527
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】較正装置、較正方法、および較正プログラム
(51)【国際特許分類】
G01R 33/02 20060101AFI20241003BHJP
G01R 33/10 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
G01R33/02 X
G01R33/10
G01R33/02 L
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023051702
(22)【出願日】2023-03-28
(71)【出願人】
【識別番号】303046277
【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】片岡 誠
【テーマコード（参考）】
2G017
【Ｆターム（参考）】
2G017AA02
2G017AA03
2G017AA08
2G017AA10
2G017AB01
2G017AC02
2G017AC07
2G017AD55
2G017BA05
2G017BA10
(57)【要約】
【解決手段】被測定体の磁場を検出する少なくとも一つの磁気センサセル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、磁気センサセルに対するキャリブレーション磁場を発生させるキャリブレーション磁場発生部と、被測定体の磁場の検出時に磁場を検出しない位置におけるキャリブレーション磁場に対応する較正用データを取得する較正用データ取得部と、較正用データ取得部により取得した較正用データおよび計測データ取得部により取得した計測データから、磁気センサセルの誤差データを算出し、誤差データを用いて、磁気センサセルにおけるセンサ誤差を較正する較正部とを備える較正装置を提供する。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被測定体の磁場を検出する少なくとも一つの磁気センサセルによって計測された計測データを取得する計測データ取得部と、
前記磁気センサセルに対するキャリブレーション磁場を発生させるキャリブレーション磁場発生部と、
前記被測定体の磁場の検出時に磁場を検出しない位置におけるキャリブレーション磁場に対応する較正用データを取得する較正用データ取得部と、
前記較正用データ取得部により取得した較正用データおよび前記計測データ取得部により取得した計測データから算出された前記磁気センサセルの誤差データを用いて、前記磁気センサセルにおけるセンサ誤差を較正する較正部とを備える
較正装置。
前記磁気センサセルに対するキャリブレーション磁場を発生させるキャリブレーション磁場発生部と、
前記被測定体の磁場の検出時に磁場を検出しない位置におけるキャリブレーション磁場に対応する較正用データを取得する較正用データ取得部と、
前記較正用データ取得部により取得した較正用データおよび前記計測データ取得部により取得した計測データから算出された前記磁気センサセルの誤差データを用いて、前記磁気センサセルにおけるセンサ誤差を較正する較正部とを備える
較正装置。
【請求項2】
前記計測データおよび前記較正用データによって示される磁場の空間分布を信号分離する信号空間分離部を更に備え、
前記較正部は、前記較正用データおよび前記計測データから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を前記誤差データとして用いて、前記磁気センサセルにおけるセンサ誤差を較正する
請求項１に記載の較正装置。
前記較正部は、前記較正用データおよび前記計測データから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を前記誤差データとして用いて、前記磁気センサセルにおけるセンサ誤差を較正する
請求項１に記載の較正装置。
【請求項3】
前記計測データ取得部は、複数の前記磁気センサセルを二次元に配列して構成される磁気センサセルアレイによって計測された前記計測データを取得する
請求項１に記載の較正装置。
請求項１に記載の較正装置。
【請求項4】
前記較正用データ取得部は、前記被測定体の磁場の検出時に磁場を検出しない位置における較正専用センサから、前記キャリブレーション磁場に対応する前記較正用データを取得する
請求項１に記載の較正装置。
請求項１に記載の較正装置。
【請求項5】
前記較正用データ取得部は、前記被測定体の磁場の検出時に磁場を検出しない位置における前記キャリブレーション磁場に対応する磁場データの理想値またはシミュレーション値を、前記較正用データとして取得する
請求項１に記載の較正装置。
請求項１に記載の較正装置。
【請求項6】
前記較正用データ取得部は、前記少なくとも一つの磁気センサセルの周囲を囲う位置における前記キャリブレーション磁場に対応する前記較正用データを取得する
請求項１に記載の較正装置。
請求項１に記載の較正装置。
【請求項7】
前記較正用データ取得部は、前記キャリブレーション磁場発生部に対して前記磁気センサセルと線対称または点対称の位置における前記キャリブレーション磁場に対応する前記較正用データを取得する
請求項１に記載の較正装置。
請求項１に記載の較正装置。
【請求項8】
前記較正用データ取得部は、前記キャリブレーション磁場発生部を中心とした球面上における前記キャリブレーション磁場に対応する前記較正用データを取得する
請求項１に記載の較正装置。
請求項１に記載の較正装置。
【請求項9】
前記キャリブレーション磁場発生部は、各々が異なる軸方向に前記キャリブレーション磁場を発生させる少なくとも３つ以上のキャリブレーションコイルを有する
請求項１に記載の較正装置。
請求項１に記載の較正装置。
【請求項10】
被測定体の磁場を検出する少なくとも一つの磁気センサセルによって計測された計測データを取得する段階と、
前記磁気センサセルに対するキャリブレーション磁場を発生させる段階と、
前記被測定体の磁場の検出時に磁場を検出しない位置におけるキャリブレーション磁場に対応する較正用データを取得する段階と、
前記較正用データおよび前記計測データから、前記磁気センサセルの誤差データを算出し、前記誤差データを用いて、前記磁気センサセルにおけるセンサ誤差を較正する段階とを備える
較正方法。
前記磁気センサセルに対するキャリブレーション磁場を発生させる段階と、
前記被測定体の磁場の検出時に磁場を検出しない位置におけるキャリブレーション磁場に対応する較正用データを取得する段階と、
前記較正用データおよび前記計測データから、前記磁気センサセルの誤差データを算出し、前記誤差データを用いて、前記磁気センサセルにおけるセンサ誤差を較正する段階とを備える
較正方法。
【請求項11】
コンピュータを
被測定体の磁場を検出する少なくとも一つの磁気センサセル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、
前記被測定体の磁場の検出時に磁場を検出しない位置におけるキャリブレーション磁場に対応する較正用データを取得する較正用データ取得部と、
前記較正用データ取得部により取得した較正用データおよび前記計測データ取得部により取得した計測データから、前記磁気センサセルの誤差データを算出し、前記誤差データを用いて、前記磁気センサセルにおけるセンサ誤差を較正する較正部
として機能させる較正プログラム。
被測定体の磁場を検出する少なくとも一つの磁気センサセル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、
前記被測定体の磁場の検出時に磁場を検出しない位置におけるキャリブレーション磁場に対応する較正用データを取得する較正用データ取得部と、
前記較正用データ取得部により取得した較正用データおよび前記計測データ取得部により取得した計測データから、前記磁気センサセルの誤差データを算出し、前記誤差データを用いて、前記磁気センサセルにおけるセンサ誤差を較正する較正部
として機能させる較正プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、較正装置、較正方法、および較正プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、「磁場計測システムは、磁気センサセル２２０を用いて対象とする磁場を計測するにあたって、キャリブレーション磁場を発生させ、当該キャリブレーション磁場を計測した結果に基づいて磁気センサセル２２０における誤差を較正（キャリブレーション）する」（段落２４）と記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
特許文献１ 特開２０２１－１１３８０１号公報
［先行技術文献］
［特許文献］
特許文献１ 特開２０２１－１１３８０１号公報
【発明の概要】
【0003】
本発明の第１の態様においては、被測定体の磁場を検出する少なくとも一つの磁気センサセル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、磁気センサセルに対するキャリブレーション磁場を発生させるキャリブレーション磁場発生部と、被測定体の磁場の検出時に磁場を検出しない位置におけるキャリブレーション磁場に対応する較正用データを取得する較正用データ取得部と、較正用データ取得部により取得した較正用データおよび計測データ取得部により取得した計測データから、磁気センサセルの誤差データを算出し、誤差データを用いて、磁気センサセルにおけるセンサ誤差を較正する較正部とを備える較正装置を提供する。
【0004】
上記の較正装置において、計測データおよび較正用データによって示される磁場の空間分布を信号分離する信号空間分離部を更に備え、較正部は、較正用データおよび計測データから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を算出し、該分離誤差に基づいて、磁気センサセルにおけるセンサ誤差を較正する。
【0005】
上記のいずれかの較正装置において、計測データ取得部は、複数の磁気センサセルを二次元に配列して構成される磁気センサセルアレイによって計測された計測データを取得する。
【0006】
上記のいずれかの較正装置において、較正用データ取得部は、被測定体の磁場の検出時に磁場を検出しない位置における較正専用センサから、キャリブレーション磁場に対応する較正用データを取得する。
【0007】
上記のいずれかの較正装置において、較正用データ取得部は、被測定体の磁場の検出時に磁場を検出しない位置におけるキャリブレーション磁場に対応する磁場データの理想値またはシミュレーション値を、較正用データとして取得する。
【0008】
上記のいずれかの較正装置において、較正用データ取得部は、少なくとも一つの磁気センサセルの周囲を囲う位置におけるキャリブレーション磁場に対応する較正用データを取得する。
【0009】
上記のいずれかの較正装置において、較正用データ取得部は、キャリブレーション磁場発生部に対して磁気センサセルと線対称または点対称の位置におけるキャリブレーション磁場に対応する較正用データを取得する。
【0010】
上記のいずれかの較正装置において、較正用データ取得部は、キャリブレーション磁場発生部を中心とした球面上におけるキャリブレーション磁場に対応する較正用データを取得する。
【0011】
上記のいずれかの較正装置において、キャリブレーション磁場発生部は、各々が異なる軸方向にキャリブレーション磁場を発生させる少なくとも３つ以上のキャリブレーションコイルを有する。
【0012】
本発明の第２の態様においては、被測定体の磁場を検出する少なくとも一つの磁気センサセルによって計測された計測データを取得する段階と、磁気センサセルに対するキャリブレーション磁場を発生させる段階と、被測定体の磁場の検出時に磁場を検出しない位置におけるキャリブレーション磁場に対応する較正用データを取得する段階と、較正用データおよび計測データから、磁気センサセルの誤差データを算出し、誤差データを用いて、磁気センサセルにおけるセンサ誤差を較正する段階とを備える較正方法を提供する。
【0013】
本発明の第３の態様においては、コンピュータを被測定体の磁場を検出する少なくとも一つの磁気センサセル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、被測定体の磁場の検出時に磁場を検出しない位置におけるキャリブレーション磁場に対応する較正用データを取得する較正用データ取得部と、較正用データ取得部により取得した較正用データおよび計測データ取得部により取得した計測データから、磁気センサセルの誤差データを算出し、誤差データを用いて、磁気センサセル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較正プログラムを提供する。
【0014】
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。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本実施形態に係る磁場計測システム１０の構成を示す。
【図2】本実施形態に係る磁気センサユニット２０の構成を示す。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】本実施形態に係るセンサ部３００の構成例を示す。
【図6】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。
【図7】本実施形態に係る磁気センサ５２０の構成例を示す。
【図8】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9】キャリブレーション時におけるキャリブレーション磁場発生部３０の好ましい配置を示す。
【図10】本実施形態に係る磁場計測システム１０の少なくとも一部の構成を示す。
【図11】本実施形態に係る磁場計測システム１０が磁場の空間分布を信号分離するフローを示す。
【図12】磁気センサアレイ２１０および較正専用センサ２２５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。
【図13】磁気センサアレイ２１０および較正専用センサ２２５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】本実施形態に係る磁場計測システム１０がキャリブレーション用のセンサアレイ信号Φ（ｎ）を取得するフローを示す。
【図15】本実施形態に係る磁場計測システム１０がキャリブレーションを行うフローを示す。
【図16】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】キャリブレーション時における較正専用センサ２２５の配置の他の例を示す。
【図18】キャリブレーション時における較正専用センサ２２５の配置の他の例を示す。
【図19】キャリブレーション時における較正専用センサ２２５の配置の他の例を示す。
【図20】本実施形態に係る磁場計測システム１０の少なくとも一部の他の例の構成を示す。
【図21】キャリブレーション時における磁気センサセル２２０、および較正用データ（シミュレーション値）を算出する位置の例を示す。
【図22】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。
【発明を実施するための形態】
【0016】
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。
【0017】
図１は、本実施形態に係る磁場計測システム１０の構成を示す。磁場計測システム１０は、磁気センサセルを用いて対象とする磁場を計測するにあたって、キャリブレーション磁場を発生させ、当該キャリブレーション磁場を計測した結果に基づいて磁気センサセル２２０における誤差を較正（キャリブレーション）する。本実施形態の磁場計測システム１０は、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ために用いられてよく、または鉄筋コンクリート内部における着磁された鉄鋼材料や溶接部の表面の傷若しくは破断等を検出する非破壊検査に用いられてもよい。
【0018】
磁場計測システム１０は、磁気センサユニット２０と、キャリブレーション磁場発生部３０と、情報処理部４０とを備える。磁気センサユニット２０は、情報処理部４０に接続される。磁気センサユニット２０は、被測定体に向かう位置に配置され、被測定体からの磁場をセンシングするためのコンポーネントである。磁気センサユニット２０は、キャリブレーション動作において、キャリブレーション磁場発生部３０に対向させて配置される。
【0019】
キャリブレーション磁場発生部３０は、キャリブレーション動作において磁気センサユニット２０に対するキャリブレーション磁場を発生させる。このようなキャリブレーション磁場は、交流磁場であってよい。一例として、キャリブレーション磁場は、周波数ｆ０の正弦波であってもよいし、複数の周波数（例えば、周波数ｆ０、周波数ｆ１（＞周波数ｆ０）、および、周波数ｆ２（＞周波数ｆ１）等）の正弦波の和であってもよい。磁場計測システム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。この場合、磁場計測システム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セルのキャリブレーションを行うのみで、磁気センサセルの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セルのキャリブレーションを実施する必要がない。
【0020】
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システム１０が計測対象とする磁場の一つである心磁のピークと同レベルである。したがって、キャリブレーション磁場発生部３０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。
【0021】
また、一般に、商用電源の周波数としては、例えば、５０Ｈｚや６０Ｈｚが用いられている。よって、これら商用電源の周波数の逓倍に電源ノイズが存在する。したがって、キャリブレーション磁場発生部３０は、交流磁場の周波数として、計測対象とする磁場の周波数よりも高い周波数であって、商用電源の周波数の逓倍を避けた周波数を用いるとよい。一例として、キャリブレーション磁場発生部３０は、５０Ｈｚよりも高い周波数であって、５０Ｈｚや６０Ｈｚの整数倍を避けた周波数を用いるとよい。これにより、環境磁場を数十ｐＴオーダーに抑えることができるので、キャリブレーション磁場発生部３０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、磁場計測システム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。
【0022】
キャリブレーション磁場発生部３０は、各々がキャリブレーション磁場を発生させる複数のキャリブレーションコイル１４４を有してよい。そして、キャリブレーション磁場発生部３０は、後述するキャリブレーション用のクロック信号の周波数に応じた交流電流を受け取り、複数のキャリブレーションコイル１４４のそれぞれに当該クロック信号の周波数に応じた交流電流を加えて、複数のキャリブレーションコイル１４４のそれぞれからクロック信号の周波数に応じた交流磁場を発生させてよい。例えば、キャリブレーション磁場発生部３０は、各々が異なる軸方向にキャリブレーション磁場を発生させる少なくとも３つ以上のキャリブレーションコイル１４４を有してよい。そして、これら異なる軸方向は、互いに直交した軸方向であってよい。一例として、キャリブレーション磁場発生部３０は、各々が直交する３軸方向（例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、および、Ｚ軸方向）にキャリブレーション磁場を発生させる３軸のキャリブレーションコイル１４４を複数有していてよい。これにより、磁場計測システム１０は、それぞれが一次独立した３軸の磁場を異なる位置から発生させた複数のキャリブレーション磁場を用いて磁気センサセル２２０をキャリブレーションするので、キャリブレーションの精度をより向上させることができる。
【0023】
また、このような交流磁場を用いてキャリブレーションを行う場合、渦電流の発生を抑える必要がある。そのため、キャリブレーション磁場を発生させるキャリブレーションコイル１４４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。
【0024】
情報処理部４０は、磁気センサユニット２０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４０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４０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。
【0025】
本実施形態における磁場計測システム１０の磁気センサユニット、キャリブレーション磁場発生部３０、および情報処理部４０は、較正装置を構成してよい。
【0026】
図２は、本実施形態に係る磁気センサユニット２０の構成を示す。磁気センサユニット２０は、磁気センサアレイ２１０と、少なくとも１つの較正専用センサ２２５と、センサデータ収集部２３０とを有する。磁気センサアレイ２１０は、被測定体の磁場を検出する少なくとも一つの磁気センサセル２２０を有し、３軸方向の入力磁場を検出可能である。本図における磁気センサアレイ２１０は、複数の磁気センサセル２２０を有する。本図は、磁気センサアレイ２１０が、Ｘ方向およびＹ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４個、Ｙ方向に４個、およびＺ方向に１個の計１６個の磁気センサセル２２０）を二次元に配列して構成される場合を示している。本図は、各磁気センサセル２２０を実線の立方体で表す。
【0027】
較正専用センサ２２５は、キャリブレーション動作において、被測定体からの磁場の検出時に磁場を検出しない位置のキャリブレーション磁場を計測した結果である較正用データを出力する。各較正専用センサ２２５は、以下で詳述する各磁気センサセル２２０と同じ構成を有してよく、同じ動作を行ってよい。較正専用センサ２２５は、磁気センサセル２２０が配置されていない位置に配置されてよい。本実施形態では、複数の較正専用センサ２２５は、複数の磁気センサセル２２０が配置された平面上（本図ではＸＹ平面）で、磁気センサセル２２０の周囲を囲う位置に配置される。本図は、複数の磁気センサセル２２０の周囲を２列で囲う計４８個の較正専用センサ２２５を示す。複数の磁気センサセル２２０は、複数の磁気センサセル２２０同士の間隔と同じ間隔で配置されてよい。較正専用センサ２２５は、センサデータ収集部２３０に着脱可能に取り付けられてよい。較正専用センサ２２５は、キャリブレーション動作時にセンサデータ収集部に取り付けられ、被測定体からの磁場の検出時にセンサデータ収集部から取り外されてよい。本図は、各較正専用センサ２２５を破線の立方体で表す。
【0028】
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、および較正専用センサ２２５に電気的に接続され（図示せず）、複数の磁気センサセル２２０および複数の較正専用センサ２２５からのセンサデータ（検出信号）を収集して情報処理部４０へと供給する。
【0029】
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。
【0030】
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、およびＹ方向の位置ｊの組［ｉ，ｊ］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を満たす整数である（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）。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、およびＹ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。
【0031】
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軸方向のうちの２軸方向と、磁気センサセル２２０を配列する二次元の方向とが同一方向である。これにより、測定磁場の分布の各成分の把握が容易となる。しかしながら、検出する磁場の３軸方向と磁気センサセル２２０を配列する三次元の方向とは異なっていてもよい。例えば、検出する磁場の３軸方向としてＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に代えて、極座標系のｒ軸、θ軸、およびφ軸を用いてもよい。また、磁気センサセル２２０を配列する三次元の方向として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に代えて、極座標系のｒ軸、θ軸、およびφ軸を用いてもよい。検出する磁場の３軸方向と磁気センサセル２２０を配列する方向とが異なる場合、磁気センサセル２２０内におけるセンサ部３００の配置や、磁気センサセル２２０の配列方向に制約を受けることがなく、磁気センサアレイ２１０の設計の自由度を増すことができる。この場合、磁気センサセル２２０を小さく構成することができ、このため、このような複数の磁気センサセル２２０を有する磁気センサアレイ２１０を小型化することが可能となる。
【0032】
また、較正専用センサ２２５についても、磁気センサセル２２０と同様の構成を有し、キャリブレーション時に同様に配列されてよい。磁気センサセル２２０に隣接する較正専用センサ２２５は、隣接する磁気センサセル２２０に対して、磁気センサセル２２０同士のＸ軸方向およびＹ軸方向の間隔と同じ間隔（ΔｘおよびΔｙ）で配置されてよく、較正専用センサ２２５同士も磁気センサセル２２０同士のＸ軸方向およびＹ軸方向の間隔と同じ間隔（ΔｘおよびΔｙ）で配置されてよい。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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】
【0040】
（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。
【数2】
【0041】
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。
【数3】
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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、微弱な磁気的信号を簡便に検出することができる。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
図９は、キャリブレーション時におけるキャリブレーション磁場発生部３０の好ましい配置を示す。磁場計測システム１０は、前述のとおり、キャリブレーションを行う場合に磁気センサユニット２０をキャリブレーション磁場発生部３０に対向させる。この際、キャリブレーション磁場発生部３０は、磁気センサアレイ２１０からみて被計測体に対向する側に配置される。すなわち、キャリブレーション磁場発生部３０は、磁気センサアレイ２１０の複数の磁気センサセル２２０［３，ｊ］～２２０［６，ｊ］よりもＺ軸マイナス側に配置される。
【0049】
ここで、符号９２０で示される磁気センサアレイ２１０に外接する円の外側が外乱磁場源空間となる。また、符号９２０で示される磁気センサアレイ２１０に外接する円の内側であって、符号９１０で示される磁気センサアレイ２１０に内接する円の外側がセンサ空間となる。また、符号９１０で示される磁気センサアレイ２１０に内接する円の内側が信号源空間となる。これら内接円、外接円の中心は共通であり、後述の信号分離計算における座標原点と一致する。
【0050】
磁場計測システム１０は、キャリブレーションを行う場合に、キャリブレーション磁場発生部３０を信号源空間に配置するとよい。特に、キャリブレーション磁場発生部３０は、円弧９１５と円弧９１５の両端点を結ぶ弦９１７とによって囲まれる領域の内側に配置されてよい。このように、キャリブレーション磁場発生部３０は、本図においてドットで示される領域に配置されてよい。また、この際、キャリブレーション磁場発生部３０は、円弧９１５を形成する複数の磁気センサセル２２０に隣接して配置されてもよい。このような位置にキャリブレーション磁場発生部３０を配置することによって、磁場計測システム１０は、キャリブレーションを行う場合に、信号源空間から比較的強度の強いキャリブレーション磁場を磁気センサ５２０に与えることができるので、環境磁場中においても外乱磁場による影響を無視して磁気センサ５２０を較正することができる。
【0051】
なお、磁場計測システム１０は、磁気センサユニット２０に較正専用センサ２２５を配置しているため、当該較正専用センサ２２５と磁気センサアレイ２１０から内接円（信号源空間）を設定し、当該内接円から、同様にキャリブレーション磁場発生部３０の配置を決定してもよい。
【0052】
図１０は、本実施形態に係る磁場計測システム１０の少なくとも一部の構成を示す。本図は、本実施形態に係るキャリブレーション磁場発生部３０、磁気センサアレイ２１０、較正専用センサ２２５、センサデータ収集部２３０、および情報処理部４０の構成を示す。
【0053】
キャリブレーション磁場発生部３０は、磁気センサアレイ２１０の磁気センサセル２２０および較正専用センサ２２５に対するキャリブレーション磁場を発生させる。キャリブレーション磁場発生部３０は、キャリブレーションを行う場合に、磁気センサアレイ２１０からみて被計測体に対向する側、好ましくは、図９においてドットで示される位置に配置される。キャリブレーション磁場発生部３０は、上述のとおり、各々がキャリブレーション磁場を発生させる複数のキャリブレーションコイル１４４を有してよい。そして、キャリブレーション磁場発生部３０は、キャリブレーション用のクロック信号の周波数に応じた交流電流を受け取り、複数のキャリブレーションコイル１４４のそれぞれに当該クロック信号の周波数に応じた交流電流を加えて、複数のキャリブレーションコイル１４４のそれぞれからクロック信号の周波数に応じた交流磁場を発生させる。
【0054】
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、Ｌ個のセンサ部３００［１］～３００［Ｌ］を有する場合を一例として示している。
【0055】
較正専用センサ２２５は、各々が磁気センサセル２２０のセンサ部３００と同じ構成である、少なくとも１つのセンサ部３０５を有してよい。本実施形態において各センサ部３０５は、図５に示すような磁気センサ５２０を有してよい。較正専用センサ２２５は、例えば図２に示すように磁気センサユニット２０に取り付けられ、３軸方向の入力磁場を検出可能である。本図においては、複数の較正専用センサ２２５が、合計Ａ個（Ａは１以上の正の整数）のセンサ部３０５［１］～３０５［Ａ］を有する場合を一例として示している。
【0056】
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［Ｌ］および複数のセンサ部３０５［１］～３０５［Ａ］のそれぞれに対応して設けられる。複数のＡＤ変換器２３２は、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［Ｌ］にそれぞれ変換し、対応するセンサ部３０５が出力するアナログの検出信号をデジタルの計測データＶｃ［１］～Ｖｃ［Ａ］にそれぞれ変換する。
【0057】
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［Ｌ］およびセンサ部３０５［１］～３０５［Ａ］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［Ｌ］およびセンサ部３０５［１］～３０５［Ａ］の検出結果を同時にサンプリングすることができる。
【0058】
情報処理部４０は、複数のセンサ部３００［１］～３００［Ｌ］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、センサ部３０５［１］～３０５［Ａ］のそれぞれに対応して設けられた複数の較正用データ取得部１１２５、複数のセンサ部３００および３０５のそれぞれに対応して設けられた複数の同期検波部１１３０、複数のセンサ部３００および３０５のそれぞれに対応して設けられた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。
【0059】
計測データ取得部１１２０は、被測定体の磁場を検出する少なくとも一つの磁気センサセル２２０によって計測された計測データを取得する。計測データ取得部１１２０は、キャリブレーション時には、磁気センサセル２２０によって計測されたキャリブレーション磁場についての計測データを取得してよい。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［Ｌ］によって計測された計測データＶ［１］～Ｖ［Ｌ］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。
【0060】
較正用データ取得部１１２５は、対応するセンサ部３０５に接続された複数のＡＤ変換器２３２のそれぞれに接続され、較正専用センサ２２５が有する複数のセンサ部３０５［１］～３０５［Ａ］によって計測された較正用データＶｃ［１］～Ｖｃ［Ａ］をそれぞれ取得する。具体的に、較正用データ取得部１１２５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較正用データＶｃ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、取得した較正用データＶｃを同期検波部１１３０へ供給する。
【0061】
同期検波部１１３０は、計測対象磁場を計測する場合に、計測データ取得部１１２０から供給された計測データＶをそのままデータ出力部１１４０へ供給する。一方、同期検波部１１３０は、キャリブレーションを行う場合に、交流磁場であるキャリブレーション磁場を、交流磁場の周波数の信号を用いて検波する。一例として、同期検波部１１３０は、キャリブレーション用のクロック信号に応じて、キャリブレーション磁場を同期検波する。そして、同期検波部１１３０は、計測データ取得部１１２０および較正用データ取得部１１２５から供給されたデータＶ、Ｖｃ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データＶ、Ｖｃ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。
【0062】
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［Ｌ］、および較正用データＶｃ［１］～Ｖｃ［Ａ］を、各センサ信号成分Φ［１］～Φ［Ｌ］、およびΦ［１］～Φ［Ａ］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。
【0063】
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。
【0064】
信号空間分離部１１６０は、計測データおよび較正用データによって示される磁場の空間分布を信号分離する。信号空間分離部１１６０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データＶおよびＶｃ（以下、ＶおよびＶｃを、単にデータＶとも呼ぶ）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、データＶ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。
【0065】
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当該クロック信号の周波数に応じた交流電流を発生させる。そして、キャリブレーション用クロック発生部１１７０は、発生させたクロック信号を、複数の同期検波部１１３０へ供給するとともに、キャリブレーション磁場発生部３０へ当該クロック信号の周波数に応じた交流電流を供給する。これに応じて、キャリブレーション磁場発生部３０は、複数のキャリブレーションコイル１４４のそれぞれに当該クロック信号の周波数に応じた交流電流を加えて、複数のキャリブレーションコイル１４４のそれぞれからクロック信号の周波数に応じた交流磁場を発生させる。また、複数の同期検波部１１３０は、当該クロック信号に応じて、キャリブレーション磁場発生部３０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が情報処理部４０の内部に設けられている場合を一例と示したが、キャリブレーション用クロック発生部１１７０は、例えば、キャリブレーション磁場発生部３０の内部に構成されていてもよい。
【0066】
誤差算出部１１８０は、キャリブレーションを行う場合に、キャリブレーション磁場の空間分布を信号空間分離部１１６０が信号分離した場合における分離誤差を算出する。そして、誤差算出部１１８０は、算出した分離誤差を較正部１１９０へ供給する。
【0067】
較正部１１９０は、較正用データ取得部１１２５により取得した較正用データおよび計測データ取得部１１２０により取得した計測データから算出された磁気センサセル２２０の誤差データを用いて、磁気センサセル２２０におけるセンサ誤差を較正する。較正部は、較正用データおよび計測データから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を誤差データとして用いて、磁気センサセル２２０におけるセンサ誤差を較正してよい。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。
【0068】
図１１は、本実施形態に係る磁場計測システム１０が磁場の空間分布を信号分離するフローを示す。
【0069】
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及び較正専用センサ２２５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。
【0070】
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および較正専用センサ２２５によって計測されたセンサアレイ信号Φ、すなわち、データＶを、データ出力部１１４０から取得する。
【0071】
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。
【0072】
ステップ１２４０において、信号空間分離部１１６０は、ステップ１２２０において取得したデータＶ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、データＶ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および較正専用センサ２２５で検出した場合に、これらの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。つまり、各磁気センサの位置および磁気感度に基づき、特に、正規直交関数と各磁気センサの位置および磁気感度から基底ベクトルを算出し、データＶによって示される磁場の空間分布を信号分離する。ここで、正規直交関数は球面調和関数であってよい。また、信号空間分離部１１６０は、信号分離するにあたって、基底ベクトルの係数を最小２乗法により計算する。
【0073】
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。
【0074】
磁気センサアレイ２１０および較正専用センサ２２５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）として算出される。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。
【数4】
【0075】
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。
【数5】
【0076】
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（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。
【数6】
【0077】
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、計測対象磁場（例えば生体磁場または鉄筋コンクリート内部の鉄筋等からの磁場）を計測するのに十分なＳＮＲ（信号ノイズ比、すなわち、外乱磁場およ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、例えば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。
【0078】
ここで、センサアレイ信号Φは、Ｍ次元（Ｍ＝Ｌ＋Ａ）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、３０５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。
【数7】
【0079】
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等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。
【数8】
【0080】
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。
【数9】
【0081】
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。
【数10】
【0082】
そうすると、理想的なセンサアレイ信号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。
【数11】
【0083】
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。
【数12】
【0084】
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。
【数13】
【0085】
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。
【0086】
これにより、本実施形態に係る磁場計測システム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および較正専用センサ２２５を用いて計測されたデータＶ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。
【0087】
図１２は、磁気センサアレイ２１０および較正専用センサ２２５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および較正専用センサ２２５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。
【0088】
しかしながら、実際の各センサ部３００、３０５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。
【0089】
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。
【数14】
【0090】
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および較正専用センサ２２５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。
【数15】
【0091】
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。
【数16】
【0092】
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および較正専用センサ２２５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。
【数17】
【0093】
図１３は、磁気センサアレイ２１０および較正専用センサ２２５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１３においては、図１２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および較正専用センサ２２５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。
【0094】
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。
【数18】
【0095】
このように、実際の磁気センサアレイ２１０および較正専用センサ２２５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および較正専用センサ２２５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。
【0096】
そこで、本実施形態に係る磁場計測システム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。
【0097】
図１４は、本実施形態に係る磁場計測システム１０がキャリブレーション用のセンサアレイ信号Φ（ｎ）を取得するフローを示す。本実施形態に係る磁場計測システム１０は、磁気センサアレイ２１０および較正専用センサ２２５からの検出信号からセンサアレイ信号Φ（ｎ）を取得する。
【0098】
ステップ１５１０において、磁場計測システム１０は、キャリブレーション磁場発生部３０を、磁気センサアレイ２１０からみて被計測体に対向する側、好ましくは、図９においてドットで示される位置に配置する。さらに、較正専用センサ２２５は、磁気センサユニット２０に図２に示すように取り付けられる。
【0099】
ステップ１５２０において、磁場計測システム１０は、ｎに１を代入する。ここで、ｎは、キャリブレーション磁場発生部３０が有するキャリブレーションコイル１４４を識別する番号であり、１からキャリブレーション磁場発生部３０が有するキャリブレーションコイル１４４の数Ｎまでの整数を示す。
【0100】
ステップ１５３０において、磁場計測システム１０は、キャリブレーションコイル１４４（ｎ）を駆動し、センサアレイ信号Φ（ｎ）を取得する。一例として、キャリブレーション磁場発生部３０は、キャリブレーション用クロック発生部１１７０から供給されたキャリブレーション用のクロック信号の周波数に応じた交流電流を受け取り、キャリブレーションコイル１４４（ｎ）に当該クロック信号の周波数に応じた交流電流を加えて、キャリブレーションコイル１４４（ｎ）からクロック信号の周波数に応じた交流磁場を発生させる。このとき、キャリブレーションコイル１４４（ｎ）が発生するキャリブレーション磁場は、磁気双極子から生成される磁場に近いものとなる。そして、キャリブレーションコイル１４４（ｎ）が発生するキャリブレーション磁場は、（数６）における第１項の成分に対応する。この際、キャリブレーションコイル１４４（ｎ）から比較的強度が強い交流磁場を発生させることにより、キャリブレーション時に（数６）における第２項の成分、すなわち、外乱磁場による影響を無視することができる。
【0101】
そして、磁場計測システム１０は、キャリブレーションコイル１４４（ｎ）からキャリブレーション磁場を発生させた場合における、センサアレイ信号Φ（ｎ）を取得する。より詳細には、キャリブレーションコイル１４４（ｎ）からキャリブレーション磁場を発生させた場合において、計測データ取得部１１２０が、磁気センサアレイ２１０が有する複数のセンサ部３００［１］～３００［Ｌ］によって計測された計測データＶ［１］～Ｖ［Ｌ］をそれぞれ取得する。同時に、較正用データ取得部１１２５が、較正専用センサ２２５が有する複数のセンサ部３０５［１］～３０５［Ａ］によって計測された較正用データＶｃ［１］～Ｖｃ［Ａ］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および較正用データＶｃ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データＶ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および較正用データＶｃを、キャリブレーションコイル１４４（ｎ）からキャリブレーション磁場を発生させた場合における、複数のセンサ部３００［１］～３００［Ｌ］、および３０５［１］～３０５［Ａ］からの各センサ信号成分Φ（ｎ）［１］～Φ（ｎ）［Ｌ］、Φｃ（ｎ）［１］～Φ（ｎ）［Ａ］とした、キャリブレーション用のセンサアレイ信号Φ（ｎ）を信号空間分離部１１６０へ供給する。これにより、信号空間分離部１１６０は、キャリブレーションコイル１４４（ｎ）からキャリブレーション磁場を発生させた場合におけるキャリブレーション用のセンサアレイ信号Φ（ｎ）を取得する。
【0102】
ステップ１５４０において、磁場計測システム１０は、ｎがＮに等しいか否か判定する。すなわち、磁場計測システム１０は、キャリブレーション磁場発生部３０が有する全てのキャリブレーションコイル１４４を駆動したか否か判定する。ｎがＮに等しいと判定された場合、すなわち、全てのキャリブレーションコイル１４４を駆動したと判定された場合、磁場計測システム１０は、キャリブレーション用のセンサアレイ信号Φ（ｎ）を取得するフローを終了する。
【0103】
一方、ステップ１５４０において、ｎがＮに等しくないと判定された場合、すなわち、全てのキャリブレーションコイル１４４を駆動していないと判定された場合、磁場計測システム１０は、ステップ１５５０において、ｎをインクリメントしてｎ＝ｎ＋１とし、処理をステップ１５３０に戻して、フローを継続する。
【0104】
これにより、磁場計測システム１０は、ｎ＝１からｎ＝Ｎまで、Ｎ個のキャリブレーションコイル１４４を駆動してキャリブレーション磁場を発生させた場合における、キャリブレーション用のセンサアレイ信号Φ（ｎ）をそれぞれ取得する。
【0105】
図１５は、本実施形態に係る磁場計測システム１０がキャリブレーションを行うフローを示す。ステップ１６１０において、磁場計測システム１０は、ｉに１を代入する。ここで、ｉは、キャリブレーションの実行回数を意味し、１からキャリブレーションの実行回数の上限であるＭＡＸ＿ＣＯＵＮＴまでの整数を示す。
【0106】
ステップ１６２０において、磁場計測システム１０は、分離誤差を算出する。より詳細には、信号空間分離部１１６０は、１≦ｎ≦Ｎについて、キャリブレーション用のセンサアレイ信号Φ（ｎ）に対して信号空間分離をそれぞれ行う。この際、ステップ１６１０に続くステップ１６２０においては、信号空間分離部１１６０は、（数１５）に示す方程式から（数１６）に示す方程式の解を決定する。
【0107】
信号空間分離部１１６０は、キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離するにあたって、キャリブレーション磁場発生部３０が配置される位置を、演算における座標の原点とする。すなわち、信号空間分離部１１６０は、センサアレイ信号Φ（１）を信号分離するにあたって、キャリブレーションコイル１４４（１）が配置される位置を、演算における座標の原点とする。同様に、信号空間分離部１１６０は、センサアレイ信号Φ（ｎ）を信号分離するにあたって、キャリブレーションコイル１４４（ｎ）が配置される位置を、演算における座標の原点とする。このように、キャリブレーション磁場発生部３０がＮ個のキャリブレーションコイル１４４を有し、Ｎ個のキャリブレーションコイル１４４のそれぞれからキャリブレーション磁場を発生させる場合において、信号空間分離部１１６０は、キャリブレーションコイル１４４（ｎ）からキャリブレーション磁場を発生させたときのセンサアレイ信号Φ（ｎ）に対して信号空間分離演算および誤差εの算出を行うにあたって、キャリブレーションコイル１４４（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、磁場計測システム１０は、各磁気センサのキャリブレーションを大幅に簡略化し、キャリブレーションのパラメータの収束を早めることができる。そして、誤差算出部１１８０は、（数１８）に基づいて、１≦ｎ≦Ｎについて、分離誤差として、誤差ベクトルε（ｎ）、および、誤差角度γ（ｎ）の少なくともいずれか一方をそれぞれ算出する。
【0108】
ステップ１６３０において、磁場計測システム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、磁場計測システム１０は、Ｎ個の分離誤差の２乗和が予め定められたしきい値を超えるか否か判定する。すなわち、磁場計測システム１０は、１≦ｎ≦Ｎについての誤差ベクトルε（ｎ）の２乗和、および、誤差角度γ（ｎ）の２乗和の少なくともいずれか一方が、予め定められたしきい値を超えるか否か判定する。分離誤差がしきい値を超えていないと判定された場合、磁場計測システム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。
【0109】
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、磁場計測システム１０は、ステップ１６４０において、センサ誤差を較正する。例えば、較正部１１９０は、目的関数としての分離誤差、すなわち、誤差ベクトルε（ｎ）、および、誤差角度γ（ｎ）の少なくとも何れか一方をゼロにするように、１≦ｍ≦Ｍについて、磁気感度ベクトルＳＣａｌｉｂ［ｍ］を最適化する。この際、較正部１１９０は、例えば、Ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ ａｎｎｅａｌｉｎｇ等の計算機科学の手法を用いてよい。ここで、キャリブレーション後における基底ベクトルは、次式のように表される。このように、較正部１１９０は、磁気感度ベクトルＳＣａｌｉｂ［ｍ］を最適化することによって、分離誤差を最小化するように基底ベクトルを変更する。なお、磁場計測システム１０は、磁気センサアレイ２１０の磁気センサセル２２０および較正専用センサ２２５の全ての磁気感度ベクトルを同様に最適化してもよい。
【数19】
【0110】
ステップ１６５０において、磁場計測システム１０は、ｉがＭＡＸ＿ＣＯＵＮＴに等しいか否か判定する。すなわち、磁場計測システム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。
【0111】
ｉがＭＡＸ＿ＣＯＵＮＴに等しい場合、すなわち、キャリブレーションの実行回数が上限回数であった場合、磁場計測システム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、磁場計測システム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。
【0112】
一方、ｉがＭＡＣ＿ＣＯＵＮＴに等しくない場合、磁場計測システム１０は、ステップ１６７０において、ｉをインクリメントしてｉ＝ｉ＋１とし、処理をステップ１６２０に戻してフローを継続する。なお、ステップ１６７０に続くステップ１６２０においては、信号空間分離部１１６０は、（数１６）に代えて、次式により方程式の解を決定すればよい。
【数20】
【0113】
また、信号空間分離部１１６０は、次式により、最小２乗解のＭ次元ベクトルとして、センサ誤差を持った磁気センサアレイ２１０のセンサアレイ信号のハット＾ΦＣａｌｉｂを決定すればよい。
【数21】
【0114】
そして、信号空間分離部１１６０は、（数１８）と同様の手法により、センサアレイ信号ΦＣａｌｉｂと最小２乗解のＭ次元ベクトル＾ΦＣａｌｉｂとの間の分離誤差を算出すればよい。
【0115】
図１６は、磁気センサアレイ２１０および較正専用センサ２２５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１６において、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。図１５のフローにより、磁場計測システム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、センサ誤差を持つセンサアレイ信号ΦＵｎｃａｌｉｂは、較正後の基底ベクトル［Ａ Ｂ］Ｃａｌｉｂによって張られる線形部分空間の中に存在している。つまり、信号空間分離部１１６０は、分離誤差を最小化するように基底ベクトルを最適化することによって、磁気センサアレイ２１０が検出した磁場に対して、対象磁場成分と外乱磁場成分とに信号空間分離を正確に行うことができる。
【0116】
本実施形態の磁場計測システム１０により、信号空間分離を行う場合にキャリブレーションの計算には、基底ベクトルの列数以上の磁気センサにより計測するデータ数が必要であり、数６におけるＬｉｎおよびＬｏｕｔを用いて、基底ベクトルの列数は（Ｌｉｎ＾２－１＋Ｌｏｕｔ＾２－１）個であらわされる。少数の磁気センサセル２２０をキャリブレーションする場合は、信号空間分離の計算自体出来ない問題が生じるが、例えば１個～数個といった少数の磁気センサセル２２０のキャリブレーションにおいて、必要な計算次数に応じた個数のデータを、較正用データで補うことができる。従って、本実施形態の磁場計測システム１０は、特に少数の磁気センサセル２２０のキャリブレーションに好適である。
【0117】
なお、上述の説明においては、磁場計測システム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、磁場計測システム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、センサ部３００、３０５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、磁場計測システム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、磁場計測システム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。
【0118】
また、磁場計測システム１０は、上述の説明で較正した基底ベクトルを用いて、計測対象からの磁場を検出した磁気センサアレイ２１０からの検出信号に対して、信号分離を行い、計測対象磁場を出力してよい。この場合、磁場計測システム１０は、較正専用センサ２２５からの較正用データを用いない点を除いて、図１０および図１１等で詳述した処理と同様の処理を行ってよい。
【0119】
また、上述の説明においては、磁場計測システム１０が、キャリブレーションを実行した後に、計測対象磁場を計測する場合について一例として示した。しかしながら、計測対象磁場の計測に邪魔にならない位置に配置される場合であって、かつ、キャリブレーション磁場としての交流磁場の周波数が計測対象とする磁場の周波数帯域よりも高い場合には、磁場計測システム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、磁場計測システム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。
【0120】
図１７は、キャリブレーション時における較正専用センサ２２５の配置の他の例を示す。図１７は、磁気センサユニット２０に配置されている複数の磁気センサセル２２０と、キャリブレーション磁場発生部３０の複数のキャリブレーションコイル１４４と、複数の較正専用センサ２２５とを概略的に示す。図１７において、上記で説明した同じ機能および構成を有する部材に対しては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。
【0121】
複数の磁気センサセル２２０は、一例として、ＸＹ平面上にＸ軸方向に３個、Ｙ軸方向に３個、合計９個配置される。複数のキャリブレーションコイル１４４は、一例として、図９においてドットで示される位置に配置される。本図において、３軸方向に磁場を発生させる４個のキャリブレーションコイル１４４が、ＸＹ平面上にＸ軸方向に２個、Ｙ軸方向に２個配置される。
【0122】
複数の較正専用センサ２２５は、複数の磁気センサセル２２０と同じ個数（本図ではＸ軸方向に３個、Ｙ軸方向に３個、合計９個）、同じ間隔で配置される。複数の較正専用センサ２２５は、Ｚ軸方向に、キャリブレーション磁場発生部３０に対して複数の磁気センサセル２２０のそれぞれと線対称または点対称の位置に配置され、キャリブレーション中は複数の磁気センサセル２２０および複数のキャリブレーションコイル１４４との相対位置が固定される。これにより、較正用データ取得部１１２５は、キャリブレーション磁場発生部３０に対して磁気センサセル２２０と対称（線対称または点対称）の位置におけるキャリブレーション磁場に対応する較正用データを、複数の較正専用センサ２２５から取得することができる。
【0123】
磁場計測システム１０は、磁気センサセル２２０と対称の位置におけるキャリブレーション磁場に対応する較正用データを取得することで、磁気センサセル２２０の信号源空間を囲う位置の較正用データを取得でき、キャリブレーションを効率的に実行できる。これは、信号空間分離の計算における基底ベクトルは球面調和関数を元に算出されるため、平面上の位置のデータのみを使用するよりも、理想的には球面上に分布した位置のデータを使用する方が計算精度が向上でき、キャリブレーションコイル１４４を中心としたより球面に近い位置のデータを使用できるためである。磁場計測システム１０は、平面形状の磁気センサアレイ２１０のキャリブレーションの精度を向上できる。
【0124】
図１８は、キャリブレーション時における較正専用センサ２２５の配置の他の例を示す。図１８は、磁気センサユニット２０に配置されている磁気センサセル２２０と、キャリブレーション磁場発生部３０の複数のキャリブレーションコイル１４４と、複数の較正専用センサ２２５とを概略的に示す。図１８において、上記で説明した同じ機能および構成を有する部材に対しては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。本図では、磁気センサセル２２０は、１個配置される。
【0125】
複数の較正専用センサ２２５は、ＸＹ平面で磁気センサセル２２０の周囲を囲うように配置され、さらに、キャリブレーション磁場発生部３０に対して磁気センサセル２２０と対称の位置に平面状に配置される。複数の較正専用センサ２２５は、Ｚ軸方向で、キャリブレーション磁場発生部３０の一方側に９個、他方側に８個配置される。磁場計測システム１０は、キャリブレーションで用いるデータを、キャリブレーション磁場発生部３０の一方側と他方側で同じ個数取得できるため、キャリブレーションを効率的に実行できる。
【0126】
図１９は、キャリブレーション時における較正専用センサ２２５の配置の他の例を示す。図１９は、磁気センサユニット２０に配置されている磁気センサセル２２０と、キャリブレーション磁場発生部３０の複数のキャリブレーションコイル１４４と、複数の較正専用センサ２２５とを概略的に示す。図１９において、上記で説明した同じ機能および構成を有する部材に対しては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。本図では、磁気センサセル２２０は、１個配置される。
【0127】
複数の較正専用センサ２２５は、キャリブレーション磁場発生部３０を中心とした球面（点線で示す）上に、磁気センサセル２２０とともに等間隔に配置される。当該球面は、キャリブレーション磁場発生部３０の複数のキャリブレーションコイル１４４の重心位置または複数のキャリブレーションコイル１４４うちの１つのキャリブレーションコイル１４４の位置を中心としてよい。これにより、較正用データ取得部１１２５は、キャリブレーション磁場発生部３０を中心とした球面上におけるキャリブレーション磁場に対応する較正用データを、複数の較正専用センサ２２５から取得することができる。複数の較正専用センサ２２５は、キャリブレーション中は複数の磁気センサセル２２０および複数のキャリブレーションコイル１４４との相対位置が固定される。磁場計測システム１０は、球面に生じる信号源空間に沿った位置の較正用データを取得することができるため、効率的にキャリブレーションを実行できる。なお、本図における点線の円１９００は、球面の説明のための仮想の円である。
【0128】
なお、本図では、磁気センサセル２２０が球面上に１つ配置される場合を示したが、これに限定されず、複数の磁気センサセル２２０が平面状に配置される場合にも、キャリブレーション磁場発生部３０を中心とした球面上に複数の較正専用センサ２２５を配置してよい。
【0129】
図２０は、本実施形態に係る磁場計測システム１０の少なくとも一部の他の例の構成を示す。本図は、本実施形態に係るキャリブレーション磁場発生部３０、磁気センサアレイ２１０、較正専用センサ２２５、センサデータ収集部２３０、較正用データ供給部１９１０、および情報処理部４０の構成を示す。本図の磁場計測システム１０は、較正専用センサ２２５を有さず、キャリブレーション時に、較正用データとして各較正専用センサ２２５の位置と感度に応じた理想値またはシミュレーション値を用いる。図２０において、図１０と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。
【0130】
較正用データ供給部１９１０は、較正用データ取得部１１２５に接続される。較正用データ供給部１９１０は、被測定体の磁場の検出時に磁場を検出しない位置におけるキャリブレーション磁場に対応する磁場データの理想値またはシミュレーション値を、較正用データとして供給する。
【0131】
較正用データ供給部１９１０は、図２，１７，１８，または１９に示した複数の較正専用センサ２２５が配置された位置におけるキャリブレーション磁場に対応する磁場データの理想値またはシミュレーション値を供給してよい。較正用データ供給部１９１０は、図２，１７，１８，または１９に示した複数の較正専用センサ２２５と同じ位置における、磁気センサセル２２０と同じ構成の磁気センサ（仮想センサとも呼ぶ）によりキャリブレーション磁場を検出して出力される、検出信号の理想値またはシミュレーション値を供給してよい。検出信号の理想値またはシミュレーション値は、例えば（数８）に示すような、磁気センサ（仮想センサ）に誤差が無い場合の検出信号の値であってよい。
【0132】
較正用データ供給部１９１０は、較正用データを取得する座標（例えば図２，１７，１８，および１９に示した各較正専用センサ２２５が配置された座標）、およびキャリブレーション条件（仮想センサの種類、仮想センサの構成、仮想センサの磁気感度、キャリブレーション磁場の周波数、およびキャリブレーション磁場発生部３０の位置等の少なくとも１つ）から、予め関数等で算出した理想値、または予め磁気シミュレーションで算出したシミュレーション値を格納してよい。一例として、磁気シミュレーションは、有限要素法等により、キャリブレーションコイル１４４から較正用データを取得する位置の座標を含む空間である解析領域を有限要素に分割し、キャリブレーション条件から各要素における磁場（磁束密度）の値を算出する。これにより、較正用データを取得する座標における要素の磁束密度（Ｂｘ，Ｂｙ、Ｂｚ）のシミュレーション値を算出し、磁束密度（Ｂｘ，Ｂｙ、Ｂｚ）から（数８）の式によりセンサアレイ信号ΦＩｄｅａｌを算出できる。また、他の例として、較正用データ供給部１９１０は、キャリブレーションコイル１４４の発生磁場強度と、当該キャリブレーションコイル１４４から較正用データを取得する座標までの距離および位置関係を用いて、ビオサバールの法則などから磁束密度（Ｂｘ，Ｂｙ、Ｂｚ）の理想値を算出し、磁束密度（Ｂｘ，Ｂｙ、Ｂｚ）から（数８）の式によりセンサアレイ信号ΦＩｄｅａｌを算出できる。較正用データ供給部１９１０は、キャリブレーション時に、各仮想センサに対応する理想値またはシミュレーション値を、較正用データＶｃ［１］～Ｖｃ［Ａ］として出力する。
【0133】
なお、較正用データ供給部１９１０は、情報処理部４０の外部のＰＣ等であってよく、また、磁気センサユニット２０または情報処理部４０に含まれてもよい。
【0134】
較正用データ取得部１１２５は、較正用データ供給部１９１０から較正用データＶｃ［１］～Ｖｃ［Ａ］を取得し、データ出力部１１４０に供給する。データ出力部１１４０は、供給された較正用データＶｃ［１］～Ｖｃ［Ａ］を、各センサ信号成分Φ［１］～Φ［Ａ］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。信号空間分離部１１６０、基底ベクトル記憶部１１５０、誤差算出部１１８０、および較正部１１９０は、センサアレイ信号Φ、および較正用データの算出に用いた座標等のデータを用いて、図１１，図１４，および図１５において説明した処理と同様に、信号空間分離およびキャリブレーションを行ってよい。
【0135】
図２１は、キャリブレーション時における磁気センサセル２２０、および較正用データ（シミュレーション値）を算出する位置（仮想センサ２２７の位置）の例を示す。図２１は、磁気センサユニット２０に配置されている１つの磁気センサセル２２０を実線の立方体で示し、破線の立方体で８箇所の仮想センサ２２７の位置を示す。本図において、３軸方向に磁場を発生させる４個のキャリブレーションコイル１４４が、ＸＹ平面上にＸ軸方向に２個、Ｙ軸方向に２個配置される。較正用データ供給部１９１０は、本図で示す８箇所の位置における磁気センサセル２２０と同じ構成の磁気センサ（仮想センサ２２７）により、キャリブレーション磁場を検出して出力される検出信号のシミュレーション値を供給してよい。
【0136】
図１４および図１５に示すキャリブレーションの処理により、ただし較正専用センサ２２５の検出信号Ｖｃの代わりに、図２１に示す配置における仮想センサ２２７の較正用データ（シミュレーション値）を用いて、磁気センサセル２２０をキャリブレーションするシミュレーションを行った。較正対象である磁気センサセル２２０（Ｌｉｎ＝３，Ｌｏｕｔ＝０）の感度誤差σ＝２％が、キャリブレーションにより感度誤差σ＝０．７７％にまで改善されることが確認された。
【0137】
また、図１４および図１５に示すキャリブレーションの処理により、ただし図１７に示す配置における較正専用センサ２２５の検出信号Ｖｃの代わりに、当該較正専用センサ２２５の位置における仮想センサ２２７の較正用データ（シミュレーション値）を用いて、磁気センサセル２２０をキャリブレーションするシミュレーションを行った。較正対象である磁気センサセル２２０（Ｌｉｎ＝３，Ｌｏｕｔ＝０）の感度誤差σ＝２％が、キャリブレーションにより感度誤差σ＝０．０８％にまで改善されることが確認された。
【0138】
以上のような本実施形態の磁場計測システム１０は、特に少数の磁気センサセル２２０でも、磁気センサセル２２０の周囲の位置における理想値またはシミュレーション値を較正用データとして用いることで、キャリブレーション時に磁気センサセル２２０の配置の近似曲線からの位置ずれや測定の誤差を、精度良く修正できる。
【0139】
なお、本実施形態の磁場計測システム１０は、較正専用センサ２２５からの検出信号と、較正専用センサ２２５および磁気センサセル２２０が配置されていない位置における磁場データの理想値またはシミュレーション値との組み合わせを用いてキャリブレーションを行ってもよい。また、磁場計測システム１０は、信号空間分離を行わない場合のキャリブレーションについても適用可能であり、例えば、信号空間分離を行わない場合の磁気センサセルの配置のズレをキャリブレーションすることもできる。
【0140】
また、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。
【0141】
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。
【0142】
コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはＳｍａｌｌｔａｌｋ（登録商標）、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、１または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。
【0143】
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。
【0144】
図２２は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ２２００の例を示す。コンピュータ２２００にインストールされたプログラムは、コンピュータ２２００に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられる操作または当該装置の１または複数のセクションとして機能させることができ、または当該操作または当該１または複数のセクションを実行させることができ、および／またはコンピュータ２２００に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ２２００に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定の操作を実行させるべく、ＣＰＵ２２１２によって実行されてよい。
【0145】
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、通信インタフェース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。
【0146】
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。
【0147】
通信インタフェース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。
【0148】
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。
【0149】
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。
【0150】
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、通信インタフェース２２２２に対し、通信処理を命令してよい。通信インタフェース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。
【0151】
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。
【0152】
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。
【0153】
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。
【0154】
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。
【0155】
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。
【符号の説明】
【0156】
１０ 磁場計測システム
２０ 磁気センサユニット
３０ キャリブレーション磁場発生部
４０ 情報処理部
２１０ 磁気センサアレイ
２２０ 磁気センサセル
２２５ 較正専用センサ
２２７ 仮想センサ
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
１１２０ 計測データ取得部
１１２５ 較正用データ取得部
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
１９１０ 較正用データ供給部
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 通信インタフェース
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
２０ 磁気センサユニット
３０ キャリブレーション磁場発生部
４０ 情報処理部
２１０ 磁気センサアレイ
２２０ 磁気センサセル
２２５ 較正専用センサ
２２７ 仮想センサ
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
１１２０ 計測データ取得部
１１２５ 較正用データ取得部
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
１９１０ 較正用データ供給部
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 通信インタフェース
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
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】