特許 7067764 磁気センサを校正する校正ツール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-06

(45)【発行日】2022-05-16

(54)【発明の名称】磁気センサを校正する校正ツール

(51)【国際特許分類】

   G01R 35/00 20060101AFI20220509BHJP

   G01R 33/02 20060101ALI20220509BHJP

【ＦＩ】

G01R35/00 M

G01R33/02 X

G01R33/02 U

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2017197406

(22)【出願日】2017-10-11

(65)【公開番号】P2018072332

(43)【公開日】2018-05-10

【審査請求日】2020-08-14

(31)【優先権主張番号】16196608.0

(32)【優先日】2016-10-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】512092667

【氏名又は名称】セニス エージー

(74)【代理人】

【識別番号】100091683

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179316

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 寛奈

(72)【発明者】

【氏名】ブラゴイェビッチ，マルヤン

(72)【発明者】

【氏名】ポポビッチ，ラディボエ

(72)【発明者】

【氏名】スパシッチ，サーシャ

【審査官】永井 皓喜

(56)【参考文献】

【文献】特開平９－２４３７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００１－５２６９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３５７６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－３４６０８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３０４１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－２９０９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第５６３５８８９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３３／０２

Ｇ０１Ｒ ３３／２０

Ｇ０１Ｒ ３５／００

Ｇ０１Ｂ ７／００

Ｇ０１Ｄ ５／００

Ｈ０１Ｆ ７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁気センサを校正する校正ツール（１）であって、
直方体形状のハウジング（２）；及び
所定の数の２つ又は４つの永久磁石であって、
該２つ又は４つの永久磁石（３、４；３～６）は、軸（７）に沿って配置されるとともに前記ハウジング（２）内に位置決めされ、
該２つ又は４つの永久磁石（３、４；３～６）は、動作容積部において、一定の磁界強度を有する均質な磁場を提供する、所定の数の２つ又は４つの永久磁石、又は
所定の数の１つ又は２つの永久磁石（２３；２５）であって、
該１つ又は２つの永久磁石（２３；２５）のそれぞれは、中空の円筒の形状、及び、４つの穴を有する外側面を有し、
該１つ又は２つの永久磁石のそれぞれは前記ハウジング（２）内に位置決めされ、
該１つ又は２つの永久磁石（２３；２５）は、動作容積部において、一定の磁界強度を有する均質な磁場を提供する、所定の数の１つ又は２つの永久磁石（２３；２５）、又は
ハルバッハ配列を形成するように配置される複数の永久磁石（２６）であって、
該永久磁石（２６）は前記ハウジング（２）内に位置決めされ、
該永久磁石（２６）によって形成される前記ハルバッハ配列は、動作容積部において、一定の磁界強度を有する均質な磁場を提供する、複数の永久磁石（２６）
を備え、
前記ハウジング（２）は６つの位置合わせ平面を提供するように構成されており、
前記位置合わせ平面は、互いに対して平行に又は９０°の角度で延び、
互いに対して９０°の角度で延びる６つの前記位置合わせ平面のうち少なくとも２つは穴（８）を有し、前記動作容積部において提供される前記均質な磁場に対して異なる方向で磁気センサ（２２）を前記動作容積部に位置決めすることができる、校正ツール。

【請求項2】

磁気センサを校正する校正ツール（１）であって、
直方体形状のハウジング（２）；及び
所定の数の２つの永久磁石（３、４）
を備え、
前記２つの永久磁石（３、４）は平坦な形状を有し、
前記２つの永久磁石（３、４）は同じ磁化方向を有し、
前記２つの永久磁石（３、４；３～６）は、軸（７）に沿って配置されるとともに前記ハウジング（２）内に位置決めされ、
前記２つの永久磁石（３、４；３～６）は、動作容積部において、一定の磁界強度を有する均質な磁場を提供し、
前記ハウジング（２）は６つの位置合わせ平面を提供するように構成されており、
前記位置合わせ平面は、互いに対して平行に又は９０°の角度で延び、
互いに対して９０°の角度で延びる６つの前記位置合わせ平面のうち少なくとも２つは穴（８）を有し、前記動作容積部において提供される前記均質な磁場に対して異なる方向で磁気センサ（２２）を前記動作容積部に位置決めすることができる、校正ツール。

【請求項3】

磁気センサを校正する校正ツール（１）であって、
直方体形状のハウジング（２）；及び
所定の数の４つの永久磁石（３～６）を備え、該４つの永久磁石（３～６）は、第１の永久磁石（３）、第２の永久磁石（４）、第３の永久磁石（５）及び第４の永久磁石（６）であり；
前記４つの永久磁石（３～６）は平坦な形状を有し、
前記４つの永久磁石（３～６）は、軸（７）に沿って配置されるとともに前記ハウジング（２）内に位置決めされ、
前記第１の永久磁石（３）及び前記第２の永久磁石（４）は第１の対の永久磁石を形成し、
前記第３の永久磁石（５）及び前記第４の永久磁石（６）は、前記第１の対の永久磁石の外側に位置決めされ、
前記第１の永久磁石（３）及び前記第２の永久磁石（４）は、動作容積部において、一定の磁界強度を有する均質な磁場を提供するために同じ第１の磁化方向を有し、
前記第３の永久磁石（５）及び前記第４の永久磁石（６）は、前記動作容積部において、一定の磁界強度を有するとともに、第２の方向を向く付加的な均質な磁場を提供するために同じ第２の磁化方向を有し、
前記第１の永久磁石（３）及び前記第２の永久磁石（４）は、前記磁場の第１の温度係数を有する同じ材料から作られ、
前記第３の永久磁石（５）及び前記第４の永久磁石（６）は、前記第１の温度係数とは異なる前記磁場の第２の温度係数を有する同じ材料から作られ、
前記第１の磁化方向及び前記第２の磁化方向は、前記第１の温度係数及び前記第２の温度係数が同じ符号を有する場合には互いに反対であり、前記第１の温度係数及び前記第２の温度係数が異なる符号を有する場合には同じであり、
前記軸（７）に沿う前記４つの永久磁石（３～６）の位置は、前記動作容積部における前記磁場及び前記付加的な磁場の強度の和の温度係数がゼロであるように選択され、
前記ハウジング（２）は６つの位置合わせ平面を提供するように構成されており、
前記位置合わせ平面は、互いに対して平行に又は９０°の角度で延び、
互いに対して９０°の角度で延びる６つの前記位置合わせ平面のうち少なくとも２つは穴（８）を有し、前記動作容積部において提供される前記均質な磁場に対して異なる方向で磁気センサ（２２）を前記動作容積部に位置決めすることができる、校正ツール。

【請求項4】

前記４つの永久磁石（３～６）のそれぞれは、穴を有する中心を有し、
前記軸（７）は、前記４つの永久磁石（３～６）の前記穴を通って延びる、請求項３に記載の校正ツール。

【請求項5】

前記第１の磁化方向は、前記位置合わせ平面の第１の位置合わせ平面に対して平行に、前記位置合わせ平面の第２の位置合わせ平面及び第３の位置合わせ平面に対して直交して延びる、請求項３又は４に記載の校正ツール。

【請求項6】

前記ハウジング（２）は６つの側壁を有し、該６つの側壁は前記６つの位置合わせ平面を形成する、請求項１～５のいずれか一項に記載の校正ツール。

【請求項7】

前記ハウジング（２）は６つの側壁を有し、
前記側壁のうちの１つ又は複数は、前記それぞれの側壁から突出する１つ又は複数の調整可能な要素を含み、
前記側壁の１つ又は複数の調整可能な要素は、前記６つの位置合わせ平面のうちの対応する１つを画定する、請求項１～５のいずれか一項に記載の校正ツール。

【請求項8】

前記ハウジング（２）は６つの側壁を有し、
前記側壁のうちの１つ又は複数は、該側壁にねじ留めされる３つのねじ（１６）を含み、
側壁の前記ねじ（１６）の１つ又は複数の端が、前記６つの位置合わせ平面のうちの対応する１つを画定する、請求項１～５のいずれか一項に記載の校正ツール。

【請求項9】

磁気センサ（２２）を校正する校正設定であって、請求項１～８のいずれか一項に記載の校正ツール（１）、基準部材（１８）、及び、磁気センサ（２２）を保持するように構成されているホルダ（１７）を含み、基準部材（１８）は、校正ツール（１）を位置合わせする基準壁（１９）を含み、ホルダ（１７）は、一定の機械的な関係で基準部材（１８）に固定可能である、校正設定。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気センサを校正する校正ツールに関する。

【背景技術】

【0002】

磁気センサの感度は、感度ベクトルＳによって規定される。感度ベクトルＳは、測定される磁場が存在する基準座標系のｘ、ｙ及びｚ軸を有する、その成分Ｓ_ｘ、Ｓ_ｙ及びＳ_ｚの平行性を達成するために校正される必要がある。特に多軸磁場センサに関して、個々のセンサ素子の感度ベクトル間の相互の直交性の校正が、磁場のかなり正確な測定を達成する必要がある。感度ベクトルＳの校正は、一定の電界強度を有する安定した均質な磁場を生成する磁場源、すなわち、規定された磁場ベクトルＢを生成する基準磁場源を必要とする。この要件を満たすために、一般的にはヘルムホルツコイル又は電磁石を有する設定が磁場源として使用される。

【0003】

校正は、磁場ベクトルＢの方向がセンサの座標系の軸のうちの１つに対して平行に位置合わせされることも必要とする。しかし、完全な平行性は、実際には達成するのが非常に難しく、たいていは校正の不十分な正確さを生じる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、上記で述べた欠点を克服する、磁気センサを校正する校正ツールを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

磁気センサを校正する校正ツールは、直方体形状のハウジング、及び、ハウジング内に位置決めされる１つ又は複数の永久磁石を備える。ハウジングは６つの位置合わせ平面を提供するように構成されている。位置合わせ平面は、互いに対して平行に又は９０°の角度で延びる。１つ又は複数の永久磁石は、動作容積部において、一定の電界強度を有する均質な磁場を提供する。ハウジングは、磁気センサを動作容積部に位置決めすることを可能にする１つ又は複数の穴を有する。１つ又は複数の永久磁石も、磁気センサを動作容積部に位置決めすることを可能にするそのような穴を含むことができる。

【0006】

１つ又は複数の永久磁石は、例えば、所定の数の２つ又は４つの永久磁石、すなわち、第１の永久磁石及び第２の永久磁石、又は、第１の永久磁石、第２の永久磁石、第３の永久磁石及び第４の永久磁石を含むことができる。

【0007】

第１の実施形態では、校正ツールは、所定の数の２つの永久磁石を備え、
２つの永久磁石は平坦な形状を有し、
２つの永久磁石は同じ磁化方向を有し、
２つの永久磁石は、軸に沿って配置されるとともにハウジング内に位置決めされ、
２つの永久磁石は、動作容積部において、一定の電界強度を有する均質な磁場を提供する。

【0008】

第２の実施形態では、校正ツールは、所定の数の４つの永久磁石を備え、４つの永久磁石は、第１の永久磁石、第２の永久磁石、第３の永久磁石及び第４の永久磁石であり、
４つの永久磁石は平坦な形状を有し、
４つの永久磁石は、軸に沿って配置されるとともにハウジング内に位置決めされ、
第１の永久磁石及び第２の永久磁石は第１の対の永久磁石を形成し、
第３の永久磁石及び第４の永久磁石は、第１の対の永久磁石の外側に位置決めされ、
第１の永久磁石及び第２の永久磁石は、動作容積部において、一定の電界強度を有する均質な磁場を提供するために同じ第１の磁化方向を有し、
第３の永久磁石及び第４の永久磁石は、動作容積部において、一定の電界強度を有するとともに、第２の方向を向く付加的な均質な磁場を提供するために同じ第２の磁化方向を有し、
第１の永久磁石及び第２の永久磁石は、磁場の第１の温度係数を有する同じ材料から作られ、
第３の永久磁石及び第４の永久磁石は、第１の温度係数とは異なる磁場の第２の温度係数を有する同じ材料から作られ、
第１の磁化方向及び第２の磁化方向は、第１の温度係数及び第２の温度係数が同じ符号を有する場合には互いに反対であり、第１の温度係数及び第２の温度係数が異なる符号を有する場合には同じであり、
軸に沿う４つの永久磁石の位置は、動作容積部における磁場及び付加的な磁場の強度の和の温度係数がゼロであるように選択される。

【0009】

別の実施形態では、１つ又は複数の磁石は中空の円筒であるものとすることができ、同心円状に配置され、それらの磁場の異なる温度係数を提供する異なる材料から作られる場合、動作容積部内の全磁場の温度係数はゼロである。

【0010】

また別の実施形態では、１つ又は複数の永久磁石は、ハルバッハ配列で配置することができる。

【0011】

磁気センサを校正する校正設定は、そのような校正ツール、基準部材、及び、磁気センサを保持するように構成されているホルダを含むことができる。基準部材は、校正ツールを位置合わせする基準壁を含み、ホルダは、一定の機械的な関係で基準部材に固定可能である。

【0012】

本明細書に組み込まれるとともに本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の１つ又は複数の実施形態を示し、詳細な説明とともに、本発明の原理及び実施態様を説明する役割を果たす。図面は一定の縮尺ではない。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明による校正ツールの第１の実施形態の斜視図である。

【図2】軸に沿って位置決めされる４つの磁石の斜視図である。

【図3】４つの磁石の向き及び磁化を示す図である。

【図4】一対の磁石の断面、及び、軸に沿う磁石の磁場の電界強度を示す図である。

【図5】軸に沿って位置決めされる４つの磁石の磁場を示す図である。

【図6】基準部材を示す図である。

【図7】校正ツール及び基準部材の使用を示す図である。

【図8】校正ツールの好ましい実施形態を示す図である。

【図9】円筒形の磁石を有する校正ツールの一実施形態を示す図である。

【図10】円筒形の磁石を有する校正ツールの一実施形態を示す図である。

【図11】ハルバッハ配列の磁石を有する校正ツールの一実施形態を示す図である。

【図12】磁気センサを校正するための校正ツールの使用を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

磁気センサの校正は通常、磁気センサが、ｘ方向に向く磁場Ｂ_ｘに、次にｙ方向に向く磁場Ｂ_ｙに、及び次に、ｚ方向に向く磁場Ｂ_ｚに暴露される必要がある。本発明は、互いに完全に直交して延びる３つの磁場成分Ｂ_ｘ、Ｂ_ｙ及びＢ_ｚを提供するように校正設定において使用することができる校正ツールに関し、Ｂ_ｘ＝Ｂ_ｙ＝Ｂ_ｚである。

【0015】

図１は、本発明による校正ツール１の第１の実施形態の斜視図を示している。校正ツール１は、ハウジング２、第１の永久磁石３及び第２の永久磁石４を備える。任意選択的に、校正ツール１は、（示されているような）第３の永久磁石５及び第４の永久磁石６を更に備える。分かりやすくするために、永久磁石３～６は、以下では磁石３～６と称される。ハウジング２は、６つの側壁を有する直方体形状のハウジングである。好ましくは、直方体形状のハウジング２は（示されているように）立方体である。

【0016】

磁石３～６は、平坦な形状を有し、対称中心も有する。好ましくは、磁石３～６はディスク形状である。磁石３～６はリング形状であってもよい。磁石３～６は、軸７に沿ってハウジング２内に位置決めされ、ハウジング２に固定される。２つの内側の磁石３及び４は、ハウジング２の幾何学的中心から第１の距離Ｄ_１にそれぞれ位置付けられ、存在する場合、２つの外側の磁石５及び６は、幾何学的中心から第２の距離Ｄ_２にそれぞれ位置付けられる。

【0017】

ハウジング２は１つ又は複数の穴８を有し、磁石３～６は、直方体形状のハウジング２の幾何学的中心の周りに延びる動作容積部に磁気センサを位置決めすることを可能にする対応する穴を有する。ハウジング２の穴８及び磁石３～６の穴は、ハウジング２の外側から動作容積部への１つ又は複数の通路を形成する。ハウジング２の穴８は、側壁の中心に配置され、磁石３～６の対応する穴は、磁石３～６の対称中心に配置される。軸７は、ハウジング２の幾何学的中心及び磁石３～６の対称中心を通って延びる。磁石３～６がそれらの中心に穴８を有する場合、軸７は穴８を通って延びる。

【0018】

図２は、４つの磁石３～６の斜視図を示しており、図３は、磁石３～６の磁化を示している。文字Ｎは磁石のＮ極を示し、文字ＳはＳ極を示す。

【0019】

第１の実施形態では、校正ツール１は、第１の磁石３及び第２の磁石４のみを備える。第２の実施形態では、校正ツール１は４つの磁石３～６を備え、それによって、第１の磁石３及び第２の磁石４は第１の内側の対を形成し、第３の磁石５及び第４の磁石６は第２の外側の対を形成する。

【0020】

磁石３及び４は、同じような向きにされ、すなわち、同じ磁化方向を有する。したがって、磁石３及び４は、第１の方向に向くとともに、少なくとも動作容積部のサイズである容積部内に実質的に一定の電界強度Ｂ_１を有する第１の磁場になる磁場を生成する。動作容積部における磁場の電界強度Ｂはこの場合、Ｂ＝Ｂ_１である。

【0021】

存在する場合に、磁石５及び６は、同じような向きにされ、すなわち、磁石３及び４の磁化方向と同じであるか又は反対であり得る、同じ磁化方向を有する。したがって、磁石５及び６は、第２の方向に向くとともに、少なくとも動作容積部のサイズである容積部内に実質的に一定の電界強度Ｂ_２を有する第２の磁場になる磁場を生成する。磁石３～６の記載した配置から、第１の方向及び第２の方向が互いに同じであるか又は反対であることになる。動作容積部において、全磁場の電界強度Ｂはこの場合、Ｂ＝Ｂ_１＋Ｂ_２である。

【0022】

第１の磁石３及び第２の磁石４のみを有する第１の実施形態では、磁石３及び４は、動作容積部において、実質的に軸７に沿う向きであり、一定の電界強度Ｂ_１を有する第１の磁場を生成する。しかし、電界強度Ｂ_１は温度に依存する。

【0023】

４つの磁石３～６を有する第２の実施形態では、磁石３及び４は、第１の温度係数ｋ_１を有する第１の磁性材料から作られる。磁石５及び６は、第２の温度係数ｋ_２を有する第２の磁性材料から作られる。第１の材料及び第２の材料は、第２の温度係数ｋ_２が第１の温度係数ｋ_１とは異なるように選択される。さらに、距離Ｄ_１及びＤ_２は、電界強度Ｂ＝Ｂ_１＋Ｂ_２の温度依存が消滅するように選択される。

【0024】

磁石３及び４の磁化方向並びに磁石５及び６の磁化方向は、第１の温度係数ｋ_１及び第２の温度係数ｋ_２が同じ符号を有する場合には互いに反対であり、第１の温度係数ｋ_１及び第２の温度係数ｋ_２が異なる符号を有する場合には同じである。今日では、市販の永久磁石は全てマイナスの温度係数を有する。したがって、この場合、２つの磁化方向は、図３において示されているように、互いに反対である。

【0025】

図４は、磁石３及び４の断面、並びに、軸７に沿うそれらの磁場の電界強度を示している。磁石３及び４は距離２Ｄ_１だけ離間する。磁石３によって生成される磁場の電界強度は、線９で示されており、磁石４によって生成される磁場の電界強度は、線１０で示されている。２つの磁場の和の電界強度は線１１で示されている。分かるように、ここでは点Ａ１から点Ａ２に及ぶ所与の範囲において、全体的に生じる磁場の強度は、一定であり、値Ｂ_１を有する。

【0026】

図５は、第１の磁性材料及び第２の磁性材料の双方がマイナスの温度係数を有する、すなわち、ｋ_１＜０及びｋ_２＜０である場合の、軸７に沿う４つの磁石３～６の磁場を示している。磁石３及び４の磁化方向は、磁石５及び６の磁化方向とは反対である。４つの磁石３～６のそれぞれによって生成される磁場の電界強度は、線９、１０、１２及び１３によって示されている。磁石５及び６によって生成される磁場は、第２の所与の範囲に一定の電界強度Ｂ_２を有する。そのため、４つ全ての磁石３～６によって生成される磁場の電界強度Ｂは、ハウジング２の幾何学的中心の周りに位置付けられる所与の容積部内では一定である。この容積部は、少なくとも校正ツール１の動作容積部のサイズを有しなければならない。その範囲において磁石３及び４によって生成される磁場の電界強度Ｂ_１は、線１１によって示されており、第２の範囲において磁石５及び６によって生成される磁場の電界強度Ｂ_２は、線１４によって示されており、４つ全ての磁石３～６によって生成される磁場の電界強度Ｂは、線１５によって示されている。

【0027】

動作容積部は、直方体形状のハウジング２の中心の周りに延び、磁石３及び４間の中間、並びに、磁石５及び６間の中間にも位置付けられる。動作容積部において磁石３及び４によって生成される磁場の電界強度Ｂ_１は、以下の方程式（１）によって与えられ、
一方で、動作容積部において磁石５及び６によって生成される磁場の電界強度Ｂ_２は、以下の方程式（２）によって与えられ、Ｃ_１及びＣ_２はそれぞれ、それぞれの磁石の対の幾何学的形状、及び、距離Ｄ_１又はＤ_２にそれぞれ依存する幾何学的な形状因子を示す。Ｂ_ｒ１は、磁石３及び４によって生成される磁場の温度依存因子を示し、Ｂ_ｒ２は、磁石５及び６によって生成される磁場の温度依存因子を示す。方程式（２）におけるマイナスの符号は、磁石５及び６の磁化方向が、磁石３及び４の磁化方向とは反対であることから生じる。

【0028】

【数1】

【0029】

【数2】

【0030】

Ｂ_ｒ１及びＢ_ｒ２の温度依存性は、以下の方程式（３）によって与えられる。

【0031】

【数3】

【0032】

図１において示されている校正ツール１の動作容積部における磁場の電界強度Ｂはしたがって、以下の方程式（４）によって与えられる。

【0033】

【数4】

【0034】

全体的な磁場Ｂは、以下の方程式（５）が満たされる場合に、温度Ｔから独立する。

【0035】

【数5】

【0036】

Ｃ_１は、２Ｄ_１である磁石３及び４間の距離に依存し、Ｃ_２は、２Ｄ_２である磁石５及び６間の距離に依存する。したがって、距離Ｄ_１及びＤ_２は、方程式（５）が満たされるように選択される。

【0037】

校正ツール１の動作容積部における磁場の電界強度Ｂは、例えばＮＭＲテスラメータを用いて校正することができる。

【0038】

本発明の校正ツール１は、図６及び図７において示されているように、Ｂ_ｘ＝Ｂ_ｙ＝Ｂ_ｚで互いに対して完全に直交して延びる、３つの磁場成分Ｂ_ｘ、Ｂ_ｙ及びＢ_ｚを生成するように校正設定において使用することができる。校正設定は、校正ツール１、磁気センサのホルダ１７、及び、ホルダ１７に対して、したがって磁気センサに対して校正ツール１を正確に位置合わせする基準部材１８を備える。ホルダ１７は、校正手順中に磁気センサを定位置に保持する。基準部材１８及び磁気センサのホルダ１７は、一定の機械的な関係にあり、すなわち、ホルダ１７及び基準部材１８は、同じベース又は装置、例えば磁場マッパに固定される。基準部材１８は基準壁１９を含む。校正ツール１は、基準部材１８に又は基準部材１８上に、その側壁（又は、それぞれ以下で更に示すように位置合わせ平面）のうちの１つが基準壁１９に接触するように配置される。ホルダ１７は、ホルダ１７が校正ツール１の穴８のうちの１つに突出することで、磁気センサが校正ツール１の動作容積部内に位置決めされるように、構成及び配置される。

【0039】

基準部材１８は好ましくは、図６において示されているように３Ｄ角部の形状である。３Ｄ角部は、互いに対しておよそ９０°の向きである床２０及び２つの側壁２１を有し、その２つの側壁２１のうちの一方が基準壁１９である。３Ｄ角部は、校正ツール１を、その側壁（又は位置合わせ平面）のうちのいずれかが基準壁１９に接触した状態で位置決めすることを容易にする。校正ツール１の付加的な別の側壁が３Ｄ角部の他の側壁に接触する場合、校正ツール１の動作容積部は常に同じ位置にある。

【0040】

校正ツール１及び基準部材１８は、校正ツール１の９０°の回転によって、動作容積部において、デカルト座標系の方向ｘ、ｙ、ｚ、－ｘ、－ｙ及び－ｚのいずれかを向く磁場を生成すること、すなわち、互いに対して完全に直交して延びる磁場成分Ｂ_ｘ、Ｂ_ｙ及びＢ_ｚ、並びに、それぞれの成分Ｂ_ｘ、Ｂ_ｙ又はＢ_ｚに対して完全に平行な－Ｂ_ｘ、－Ｂ_ｙ及び－Ｂ_ｚのうちの１つを生成することを可能にする。

【0041】

図１において示されている実施形態では、ハウジング２は、所望の程度の精度で互いに対して平行に及び直交して延びる６つの側壁を有する精密に機械加工されたハウジング２である。校正手順中に、校正ツール１の側壁のうちの１つは、基準部材１８の基準壁１９に接触する。したがって、この場合、６つの側壁は位置合わせ平面である。

【0042】

図８は、ハウジング２の側壁が精密に機械加工されず、位置合わせ平面として働くことができない、校正ツール１の更なる実施形態を示している。各側壁には、ねじ１６がねじ留めされる３つのねじ穴が設けられる。ねじ１６の端は側壁から突出し、端は、ねじ１６の頭部又は先端部であるものとすることができる。ねじ１６のそれぞれを対応するねじ穴に多かれ少なかれねじ留めすることによって、ねじ１６のそれぞれの端の突出を、個々の程度まで調整することができる。ねじ１６は、ねじ１６の端が、互いに対して平行に又は直交してそれぞれ延びる６つの位置合わせ平面を画定するように、ねじ穴にねじ留めされる。基準直交性校正済み磁気センサを使用して、ねじ１６の突出を調整することができる。１つの側壁のねじ１６が次々に調整され、それによって、動作容積部において４つの側壁は磁場の方向に対して平行に延び、２つの側壁は直交して延びる。

【0043】

磁気センサの校正中に、校正ツール１の側壁のうちの１つのねじ１６の端は、基準部材１８の基準壁１９に接触し、したがって、基準部材１８の基準壁１９において校正ツール１を完全に位置合わせする。

【0044】

この実施形態は、磁石３及び４又は磁石３～６によってそれぞれ生成される磁場の方向も、位置合わせ平面に対してそれぞれ平行に又は直交して延びるように、位置合わせ平面の調整も可能にする。

【0045】

図９は、１つの磁石２３を有する校正ツール１の一実施形態を示している。磁石２３は中空の円筒の形状を有する。ハウジング２及び磁石２３の外側面は、互いから９０°だけ変位される４つの対の穴８及び２４を有し、センサ２２がツール１の外側から動作容積部にアクセスすることを可能にする。分かりやすくするために、４つの穴の対のうちの１つのみが示されている。

【0046】

図１０は、中空の円筒形の磁石２３及び第２の同軸に配置される中空の円筒形の磁石２５を有する校正ツール１の一実施形態を示している。２つの磁石２３及び２５の磁化方向は、それらのＮ極Ｎ及びＳ極Ｓの配置から分かるように、互いに対して反対である。磁石２３及び２５は、異なる温度係数を有する異なる材料から作られ、それらのサイズは、動作容積部において生成される全磁場Ｂが温度に依存しないように選択される。分かりやすくするために、校正ツール１のハウジングは示されていない。

【0047】

図１１は、所定の数の磁石２６、例えば、４若しくは６若しくは８の数、又は、いわゆるハルバッハ配列若しくはハルバッハ円筒を形成するように配置される任意の他の数の磁石２６を有する校正ツール１の一実施形態を示している。分かりやすくするために、校正ツール１のハウジングは示されていない。磁石２６は、穴を含むことができるか、又は、互いから所定の距離に配置されることができ、それによって、穴を通して又は磁石２６間の隙間を通して動作容積部にアクセスすることができる。この実施形態の温度Ｔからの全磁場Ｂの独立は、動作容積部における元のハルバッハ配列の磁場及び付加的な磁石の付加的な磁場の強度の和の温度係数がゼロであるように、異なる温度係数を有する異なる材料から作られる第２の同軸に配置されるハルバッハ配列の磁石によって、又は、ハルバッハ配列の異なる温度係数を有する異なる材料の付加的な磁石を挿入することによって達成することができる。

【0048】

磁気センサの校正
磁気センサは、１つ、２つ又は３つの軸の磁気センサ、すなわち、１つ、２つ又は３つの軸に沿って延びる磁場成分（複数の場合もあり）に対応する１つ、２つ又は３つの出力信号を送る磁気センサであるものとすることができる。磁気センサの校正は、複数の異なる校正を必要とする：

【0049】

１．オフセット校正
オフセットを校正するために、磁気センサをゼロガウスチャンバに配置する。オフセットの温度依存性は、ゼロガウスチャンバを加熱又は冷却するとともに、磁気センサの温度及び出力信号（複数の場合もあり）を測定することによって求められる。

【0050】

２．感度の温度依存性の校正
磁気センサの感度の温度依存性を求めるために、磁気センサを校正ツール１の動作容積部に配置する。次に、磁気センサを加熱又は冷却することによって温度を変化させ、磁気センサの温度及び出力信号（複数の場合もあり）を異なる温度において測定する。

【0051】

３．感度ベクトルの校正
磁気センサの感度ベクトル校正は、以下のように行うことができる：
１．磁気センサ２２をホルダ１７に固定する。
２．校正ツール１を、基準部材１８上の第１の回転位置に配置する。
磁場は、方向ｘ、ｙ、ｚ、－ｘ、－ｙ及び－ｚのうちの１つに向く。
３．磁気センサ２２の出力電圧（複数の場合もあり）を測定する。
４．校正ツール１を取り外し、位置合わせ平面のうちの１つが基準壁１９に接触するように、基準部材１８上の別の回転位置に配置する。
磁場はここで、方向ｘ、ｙ、ｚ、－ｘ、－ｙ及び－ｚのいずれか１つに向く。
５．磁気センサ２２の出力電圧（複数の場合もあり）を測定する。

【0052】

校正に必要な磁場の任意の更なる方向について、ステップ４及び５を繰り返す。図１２は、３軸磁気センサのこの校正手順を示している。校正ツール１の異なる回転位置における磁気センサ２２の出力信号、及び、校正ツール１の動作容積部における磁場の強度Ｂが、感度マトリックスＳを計算する計算ユニット２８に送られる。矢印２７は、校正ツール１をステップ４において１つの位置から別の位置に回転させる方法を示している。

【0053】

基準部材１８及び校正ツール１は、３つの直交する軸ｘ、ｙ及びｚを有するデカルト座標系を画定する。

【0054】

校正の結果は、感度マトリックスＳであり、これは、１軸磁気センサに関して、寸法１×３、すなわち以下の数式６を有し、２軸磁気センサに関して、寸法２×３、すなわち以下の数式７を有し、３軸磁気センサに関して、寸法３×３、すなわち以下の数式８を有する。

【0055】

【数6】

【0056】

【数7】

【0057】

【数8】

【0058】

校正が完了すると、校正された磁気センサを使用して、磁場の１つ、２つ又は３つの成分を求めることができる。１軸磁気センサの場合、センサは、３つの相互に直交する向きで位置決めされなければならず、測定は、３つの向きＯＡ、ＯＢ及びＯＣのそれぞれにおいて行われなければならない。次に、磁場の成分Ｂ_ｘ、Ｂ_ｙ及びＢ_ｚを、３つの方程式の系から計算することができる。方程式の系は、選択される向きに依存し、例えば、以下の数式９であるものとすることができ、式中、Ｕ_Ａは、第１の向きＯＡにおける１軸磁気センサの出力信号であり、Ｕ_Ｂは、第２の向きＯＢにおける１軸磁気センサの出力信号であり、Ｕ_Ｃは、第３の向きＯＣにおける１軸磁気センサの出力信号である。量Ｓ_ｘ１、Ｓ_ｙ１及びＳ_ｚ１は校正から既知である。

【0059】

【数9】

【0060】

２軸磁気センサの場合、相互に直交する磁気センサの２つの異なる向きＯＡ及びＯＢは、３つの未知の成分Ｂ_ｘ、Ｂ_ｙ及びＢ_ｚを有する３つの方程式の系を解くのに十分である。

【0061】

例えば、選択される向きに依存して、式の系は以下の数式１０であるものとすることができ、式中、Ｕ_ｘＡは、第１の向きＯＡにおけるＸチャネル（２軸磁気センサの第１の軸）の出力信号であり、Ｕ_ｙＡは、第１の向きＯＡにおけるＹチャネル（２軸磁気センサの第２の軸）の出力信号であり、Ｕ_ＸＢは、第２の向きＯＢにおけるＸチャネル（２軸磁気センサの第１の軸）の出力電圧であり、Ｓ_ｘ１、Ｓ_ｘ２、Ｓ_ｙ１、Ｓ_ｙ２、Ｓ_ｚ１及びＳ_ｚ２は校正から既知である。他の向きを選択する場合、３つの方程式の系は異なる。方程式の上記系から、磁場成分Ｂ_ｘ、Ｂ_ｙ及びＢ_ｚを計算することができる。

【0062】

【数10】

【0063】

３軸磁気センサの場合、磁場成分Ｂ_ｘ、Ｂ_ｙ及びＢ_ｚを以下の数式１１のように計算することができ、式中、Ｕ_ｘ、Ｕ_ｙ及びＵ_ｚは、３軸磁気センサの出力電圧であり、Ｓ^－１は、マトリックスＳの逆マトリックスを示す。

【0064】

【数11】

【0065】

本発明の校正設定は以下の利点を提供する：
－校正ツール１は、所定の動作容積部において所定の電界強度を有する均質な磁場を生成する。
－校正ツール１は、互いに対して平行に又は直交して延びる方向である、磁気センサの位置において異なる方向を向く磁場を生成するように回転することができる。
－生成された磁場の電界強度は、温度変化とは独立する。

【0066】

本発明の実施形態及び用途を示し記載したが、本開示の恩恵を有する当業者には、本明細書における発明の概念から逸脱することなく、上記で述べたものよりもより多くの変更形態が可能であることが明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の主旨及びそれらの均等物における以外は、限定されるべきではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】