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(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】2023-02-13
(45)【発行日】2023-02-21
(54)【発明の名称】磁場測定システム
(51)【国際特許分類】
G01R 33/02 20060101AFI20230214BHJP
G01R 33/10 20060101ALI20230214BHJP
G01R 33/025 20060101ALI20230214BHJP
A61B 5/05 20210101ALI20230214BHJP
【ＦＩ】
G01R33/02 X
G01R33/10
G01R33/025
G01R33/02 R
A61B5/05
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020519551
(86)(22)【出願日】2019-04-25
(86)【国際出願番号】 JP2019017557
(87)【国際公開番号】W WO2019220907
(87)【国際公開日】2019-11-21
【審査請求日】2021-12-24
(31)【優先権主張番号】P 2018094469
(32)【優先日】2018-05-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000001270
【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】519062764
【氏名又は名称】スピンセンシングファクトリー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001254
【氏名又は名称】弁理士法人光陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】関根 孝二郎
【審査官】青木 洋平
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－１６７０３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０８１０００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５４０５３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０４５１９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－２７２６９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－００７８２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１５２５１４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｒ ３３／０２
Ｇ０１Ｒ ３３／１０
Ｇ０１Ｒ ３３／０２５
Ａ６１Ｂ ５／０５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象物に対する位置が固定されるように前記測定対象物に装着可能な磁場測定ユニットであって、前記測定対象物からの磁場を測定する測定磁気センサーと、前記磁場測定ユニットの運動を検出する運動検出センサーとを一体に有した磁場測定ユニットと、
前記磁場測定ユニットが装着された前記測定対象物を含有する空間の環境磁場を測定する環境磁気センサーと、
前記測定磁気センサーによる測定磁場信号と、前記運動検出センサーによる運動検出信号と、前記環境磁気センサーによる環境磁場信号とに基づき、測定値を算出する演算装置を備え、
前記演算装置は、前記測定磁場信号の測定時の前記測定磁気センサーの位置と移動速度に応じた当該位置における環境磁場と誘導磁場を前記運動検出信号及び前記環境磁場信号に基づき推算し、同推算に係る環境磁場と誘導磁場を当該測定磁場信号から差し引いて測定値とする磁場測定システム。
【請求項2】
前記測定磁気センサーは、前記測定対象物からの磁場分布を測定する請求項１に記載の磁場測定システム。
【請求項3】
前記測定磁気センサーと、前記運動検出センサーとが、同一半導体基板上に集積されるか又は同一回路基板上に実装されて一体化された請求項１又は２に記載の磁場測定システム。
【請求項4】
測定対象物に対する位置が固定されるように前記測定対象物に装着可能な磁場測定ユニットであって、前記測定対象物からの磁場を測定する測定磁気センサーと、前記磁場測定ユニットの運動を検出する運動検出センサーとを一体に有した磁場測定ユニットと、
前記磁場測定ユニットが装着された前記測定対象物を含有する空間の環境磁場を測定する環境磁気センサーと、
前記測定磁気センサーによる測定磁場信号と、前記運動検出センサーによる運動検出信号と、前記環境磁気センサーによる環境磁場信号とに基づき、測定値を算出する演算装置を備え、
前記演算装置は、
前記測定磁気センサーから前記測定磁場信号を取得する第１ステップと、
前記運動検出センサーから前記運動検出信号を取得する第２ステップと、
前記環境磁気センサーから前記環境磁場信号を取得する第３ステップと、
前記第３ステップにおいて取得した前記環境磁場信号と、前記第２ステップにおいて取得した前記運動検出信号とに基づいて、前記第１ステップにおいて取得した前記測定磁場信号を補正して測定値とする第４ステップと、が実行可能にされ、
前記第１ステップにおける前記測定磁場信号の取得時の前記測定磁気センサーの位置及び移動速度を、前記第２ステップにおいて取得した前記運動検出信号に基づき算出する第８ステップと、
前記第８ステップにおいて算出した前記位置における環境磁場を、前記第３ステップにおいて取得した前記環境磁場信号に基づき推算する第９ステップと、
前記第８ステップにおいて算出した前記位置における誘導磁場を、前記第３ステップにおいて取得した前記環境磁場信号と、前記第８ステップにおいて算出した前記移動速度とに基づき推算する第１０ステップと、
前記第９ステップにおいて推算した前記環境磁場と、前記第１０ステップにおいて推算した前記誘導磁場とを、前記第１ステップにおいて取得した前記測定磁場信号から差し引く第１１ステップと、が前記第４ステップに含まれる磁場測定システム。
【請求項5】
前記測定磁気センサーは、前記測定対象物からの磁場分布を測定する請求項４に記載の磁場測定システム。
【請求項6】
前記測定磁気センサーと、前記運動検出センサーとが、同一半導体基板上に集積されるか又は同一回路基板上に実装されて一体化された請求項４又は５に記載の磁場測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁場測定に関する。
【背景技術】
【0002】
磁気測定装置、特に測定対象物から発生する磁場の２次元又は３次元分布を測定する磁場分布測定装置は、異常箇所の検出性に優れ、非破壊検査や医学の分野において測定対象物の異常等の状態を診断することに役立つ。
測定対象物が人その他の生物である場合など、測定中における測定対象物の移動が避けられない場合がある。磁気センサーが固定された測定対象物が移動すると、磁気センサー自体も移動して測定点が変化するからその測定点における環境磁場の磁場強度も変化する。また、環境磁場中の移動によって誘導磁場が発生する。したがって、移動により変化し得る環境磁場と誘導磁場が磁気センサーによって測定されるため、測定対象物から発生する磁場成分を正確に評価することができない。
測定対象物が人その他の生物である場合など、測定中における測定対象物の移動が避けられない場合がある。磁気センサーが固定された測定対象物が移動すると、磁気センサー自体も移動して測定点が変化するからその測定点における環境磁場の磁場強度も変化する。また、環境磁場中の移動によって誘導磁場が発生する。したがって、移動により変化し得る環境磁場と誘導磁場が磁気センサーによって測定されるため、測定対象物から発生する磁場成分を正確に評価することができない。
【0003】
特許文献１に記載の発明は、地磁気を測定対象とした携帯端末において、地磁気センサーの検出データの変化が、端末移動によるものか外部ノイズによるものかを、加速度センサーの検出データ、ジャイロスコープの検出データに基づき判断する。同発明においては、所定値以上の移動が検出されたときも、地磁気センサーの検出データには、地磁気センサーの移動によって変化し得る環境磁場及び誘導磁場が含まれたままである。
特許文献２に記載の生体磁気計測装置にあっては、生体磁場測定と前後して、被験体に付着される発振コイルからの磁場を測定して被験体の動きを検出し、被験体が動いたときの生体磁場データを破棄する。
特許文献２に記載の生体磁気計測装置にあっては、生体磁場測定と前後して、被験体に付着される発振コイルからの磁場を測定して被験体の動きを検出し、被験体が動いたときの生体磁場データを破棄する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１５－２９２３６号公報
【文献】特開平９－１７３３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
以上の従来技術にあっては、磁気センサーの移動によって変化し得る環境磁場や誘導磁場を、当該磁気センサーの測定信号から除くことはなかった。
しかしながら、磁気センサーの移動によって変化し得る環境磁場や誘導磁場が測定信号に含まれていると、測定対象物から発生する磁場成分を正確に評価することはできない。特に生体磁気測定においては、測定対象物から発生する磁場成分は非常に微弱であり、影響が大きい。
したがって、測定対象物が動き得る場合、特許文献２に記載のように測定対象物に動きがあった場合の測定データを破棄するほかなかった。
測定対象物が動かないように拘束する場合、測定対象物が人その他の生物である場合は、その生物に対する負担が大きく、また完全に動かないようにすることは困難であるという問題がある。
しかしながら、磁気センサーの移動によって変化し得る環境磁場や誘導磁場が測定信号に含まれていると、測定対象物から発生する磁場成分を正確に評価することはできない。特に生体磁気測定においては、測定対象物から発生する磁場成分は非常に微弱であり、影響が大きい。
したがって、測定対象物が動き得る場合、特許文献２に記載のように測定対象物に動きがあった場合の測定データを破棄するほかなかった。
測定対象物が動かないように拘束する場合、測定対象物が人その他の生物である場合は、その生物に対する負担が大きく、また完全に動かないようにすることは困難であるという問題がある。
【0006】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、測定対象物に固定した磁気センサーにより当該測定対象物から発生する磁場を測定する構成において、測定対象物を拘束することなく、測定対象物及び磁気センサーの移動中の当該磁気センサーによる測定磁場信号に基づく測定も含めて、測定対象物から発生する磁場成分を精度よく測定することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、測定対象物に対する位置が固定されるように前記測定対象物に装着可能な磁場測定ユニットであって、前記測定対象物からの磁場を測定する測定磁気センサーと、前記磁場測定ユニットの運動を検出する運動検出センサーとを一体に有した磁場測定ユニットと、
前記磁場測定ユニットが装着された前記測定対象物を含有する空間の環境磁場を測定する環境磁気センサーと、
前記測定磁気センサーによる測定磁場信号と、前記運動検出センサーによる運動検出信号と、前記環境磁気センサーによる環境磁場信号とに基づき、測定値を算出する演算装置を備え、
前記演算装置は、前記測定磁場信号の測定時の前記測定磁気センサーの位置と移動速度に応じた当該位置における環境磁場と誘導磁場を前記運動検出信号及び前記環境磁場信号に基づき推算し、同推算に係る環境磁場と誘導磁場を当該測定磁場信号から差し引いて測定値とする磁場測定システムである。
前記磁場測定ユニットが装着された前記測定対象物を含有する空間の環境磁場を測定する環境磁気センサーと、
前記測定磁気センサーによる測定磁場信号と、前記運動検出センサーによる運動検出信号と、前記環境磁気センサーによる環境磁場信号とに基づき、測定値を算出する演算装置を備え、
前記演算装置は、前記測定磁場信号の測定時の前記測定磁気センサーの位置と移動速度に応じた当該位置における環境磁場と誘導磁場を前記運動検出信号及び前記環境磁場信号に基づき推算し、同推算に係る環境磁場と誘導磁場を当該測定磁場信号から差し引いて測定値とする磁場測定システムである。
【0008】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の磁場測定システムであり、
前記測定磁気センサーは、前記測定対象物からの磁場分布を測定する。
前記測定磁気センサーは、前記測定対象物からの磁場分布を測定する。
【0009】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の磁場測定システムであり、
前記測定磁気センサーと、前記運動検出センサーとが、同一半導体基板上に集積されるか又は同一回路基板上に実装されて一体化された。
前記測定磁気センサーと、前記運動検出センサーとが、同一半導体基板上に集積されるか又は同一回路基板上に実装されて一体化された。
【0010】
請求項４記載の発明は、測定対象物に対する位置が固定されるように前記測定対象物に装着可能な磁場測定ユニットであって、前記測定対象物からの磁場を測定する測定磁気センサーと、前記磁場測定ユニットの運動を検出する運動検出センサーとを一体に有した磁場測定ユニットと、
前記磁場測定ユニットが装着された前記測定対象物を含有する空間の環境磁場を測定する環境磁気センサーと、
前記測定磁気センサーによる測定磁場信号と、前記運動検出センサーによる運動検出信号と、前記環境磁気センサーによる環境磁場信号とに基づき、測定値を算出する演算装置を備え、
前記演算装置は、
前記測定磁気センサーから前記測定磁場信号を取得する第１ステップと、
前記運動検出センサーから前記運動検出信号を取得する第２ステップと、
前記環境磁気センサーから前記環境磁場信号を取得する第３ステップと、
前記第３ステップにおいて取得した前記環境磁場信号と、前記第２ステップにおいて取得した前記運動検出信号とに基づいて、前記第１ステップにおいて取得した前記測定磁場信号を補正して測定値とする第４ステップと、が実行可能にされ、
前記第１ステップにおける前記測定磁場信号の取得時の前記測定磁気センサーの位置及び移動速度を、前記第２ステップにおいて取得した前記運動検出信号に基づき算出する第８ステップと、
前記第８ステップにおいて算出した前記位置における環境磁場を、前記第３ステップにおいて取得した前記環境磁場信号に基づき推算する第９ステップと、
前記第８ステップにおいて算出した前記位置における誘導磁場を、前記第３ステップにおいて取得した前記環境磁場信号と、前記第８ステップにおいて算出した前記移動速度とに基づき推算する第１０ステップと、
前記第９ステップにおいて推算した前記環境磁場と、前記第１０ステップにおいて推算した前記誘導磁場とを、前記第１ステップにおいて取得した前記測定磁場信号から差し引く第１１ステップと、が前記第４ステップに含まれる磁場測定システムである。
前記磁場測定ユニットが装着された前記測定対象物を含有する空間の環境磁場を測定する環境磁気センサーと、
前記測定磁気センサーによる測定磁場信号と、前記運動検出センサーによる運動検出信号と、前記環境磁気センサーによる環境磁場信号とに基づき、測定値を算出する演算装置を備え、
前記演算装置は、
前記測定磁気センサーから前記測定磁場信号を取得する第１ステップと、
前記運動検出センサーから前記運動検出信号を取得する第２ステップと、
前記環境磁気センサーから前記環境磁場信号を取得する第３ステップと、
前記第３ステップにおいて取得した前記環境磁場信号と、前記第２ステップにおいて取得した前記運動検出信号とに基づいて、前記第１ステップにおいて取得した前記測定磁場信号を補正して測定値とする第４ステップと、が実行可能にされ、
前記第１ステップにおける前記測定磁場信号の取得時の前記測定磁気センサーの位置及び移動速度を、前記第２ステップにおいて取得した前記運動検出信号に基づき算出する第８ステップと、
前記第８ステップにおいて算出した前記位置における環境磁場を、前記第３ステップにおいて取得した前記環境磁場信号に基づき推算する第９ステップと、
前記第８ステップにおいて算出した前記位置における誘導磁場を、前記第３ステップにおいて取得した前記環境磁場信号と、前記第８ステップにおいて算出した前記移動速度とに基づき推算する第１０ステップと、
前記第９ステップにおいて推算した前記環境磁場と、前記第１０ステップにおいて推算した前記誘導磁場とを、前記第１ステップにおいて取得した前記測定磁場信号から差し引く第１１ステップと、が前記第４ステップに含まれる磁場測定システムである。
【0011】
請求項５記載の発明は、請求項４に記載の磁場測定システムであり、
前記測定磁気センサーは、前記測定対象物からの磁場分布を測定する。
前記測定磁気センサーは、前記測定対象物からの磁場分布を測定する。
【0012】
請求項６記載の発明は、請求項４又は５に記載の磁場測定システムであり、
前記測定磁気センサーと、前記運動検出センサーとが、同一半導体基板上に集積されるか又は同一回路基板上に実装されて一体化された。
前記測定磁気センサーと、前記運動検出センサーとが、同一半導体基板上に集積されるか又は同一回路基板上に実装されて一体化された。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、測定対象物に固定した磁気センサーにより当該測定対象物から発生する磁場を測定する構成において、測定対象物を拘束することなく、測定対象物及び磁気センサーの移動中の当該磁気センサーによる測定磁場信号に基づく測定も含めて、測定対象物から発生する磁場成分を精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の一実施形態に係る磁場分布測定システムを示す斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る磁場分布測定システムを示す平面模式図である。
【図5】本発明の一実施形態に係る磁場分布測定システムを示す平面模式図である。
【図6】本発明の一実施形態に係る磁場分布測定システムにおける演算内容を示すフローチャートである。
【図7】サブルーチン（第４ステップ）の内容を示すフローチャートであり、移動速度が無い場合を示す。
【図8】サブルーチン（第４ステップ）の内容を示すフローチャートであり、移動速度が有る場合を示す。
【図9A】磁気シールド対策無しの測定空間を示す平面模式図である。
【図9B】パッシブ磁気シールドを設けた測定空間を示す平面模式図である。
【図9C】アクティブ磁気シールドを設けた測定空間を示す平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
図１に本実施形態の磁場分布測定システムの構成を示す。本実施形態の磁場分布測定システム１は、磁場分布測定ユニット１０と、環境磁気センサー２０と、演算装置３０と備える。人体（被験者）２の頭部２ａを測定対象物とする場合を例とする。測定対象物を含有する空間３における上下方向の座標をＺとし、Ｚ軸に垂直で互いに垂直な２軸をＸ，Ｙとする。図２にＸＹ平面の模式図を示す。
磁場分布測定ユニット１０は、頭部２ａからの磁場分布を測定する測定磁気センサー１１と、磁場測定ユニット１０の運動を検出する運動検出センサー１２とを一体に有する。測定磁気センサー１１は、複数のセンサー素子を２次元又は３次元に配列させたセンサーアレイモジュールを含み、頭部２ａの表面に沿った２次元、又は同２次元面に垂直な軸を加えた３次元の磁場分布を測定可能である。例えば、センサー素子としてトンネル磁気抵抗素子を適用することで実施可能である。なお、図面上は測定磁気センサー１１を簡素に示しており、近接する頭部２ａの表面に各センサー素子が対向するように配置したり、センサーアレイが頭部２ａの表面の測定対象領域を覆うように配置したりする構成が適宜に設計される。演算装置３０と、磁場分布測定ユニット１０及び環境磁気センサー２０との通信接続は、有線又は無線により行われる。被験者２の負担を軽減するために磁場分布測定ユニット１０は無線接続とすることが好ましい。
図１に本実施形態の磁場分布測定システムの構成を示す。本実施形態の磁場分布測定システム１は、磁場分布測定ユニット１０と、環境磁気センサー２０と、演算装置３０と備える。人体（被験者）２の頭部２ａを測定対象物とする場合を例とする。測定対象物を含有する空間３における上下方向の座標をＺとし、Ｚ軸に垂直で互いに垂直な２軸をＸ，Ｙとする。図２にＸＹ平面の模式図を示す。
磁場分布測定ユニット１０は、頭部２ａからの磁場分布を測定する測定磁気センサー１１と、磁場測定ユニット１０の運動を検出する運動検出センサー１２とを一体に有する。測定磁気センサー１１は、複数のセンサー素子を２次元又は３次元に配列させたセンサーアレイモジュールを含み、頭部２ａの表面に沿った２次元、又は同２次元面に垂直な軸を加えた３次元の磁場分布を測定可能である。例えば、センサー素子としてトンネル磁気抵抗素子を適用することで実施可能である。なお、図面上は測定磁気センサー１１を簡素に示しており、近接する頭部２ａの表面に各センサー素子が対向するように配置したり、センサーアレイが頭部２ａの表面の測定対象領域を覆うように配置したりする構成が適宜に設計される。演算装置３０と、磁場分布測定ユニット１０及び環境磁気センサー２０との通信接続は、有線又は無線により行われる。被験者２の負担を軽減するために磁場分布測定ユニット１０は無線接続とすることが好ましい。
【0018】
磁場分布測定ユニット１０は、頭部２ａに対する位置が固定されるように頭部２ａに装着可能である。図１に示すように、磁場分布測定ユニット１０を頭部２ａに装着して頭部２ａから発生する磁場を測定する。
【0019】
運動検出センサー１２としては、現在位置と移動速度が算出可能なファクターを検出可能であれば足りる。ここでは加速度センサーを適用する。３軸方向の移動があり得るので、３軸方向の加速度が検出できるように加速度センサーが設けられる。磁場分布測定ユニット１０を既知の座標に配置し、演算装置３０に対してその座標を原点座標として記憶させるとともに、原点座標からのＸＹＺ方向の各移動量をゼロにセットする。演算装置３０は、加速度センサーの出力信号に基づき、移動後の現在位置と移動速度を演算する。
運動検出センサー１２は、測定磁気センサー１１の現在位置と移動速度を認識するために設けられる。そのため、運動検出センサー１２は、測定磁気センサー１１と一体にされ、できるだけ両者を近接して設けることが好ましい。測定磁気センサー１１と、運動検出センサー１２とが、同一半導体基板上に集積されたモノシリック半導体チップを構成して実施するとよい。また、測定磁気センサー１１を構成した半導体チップと、運動検出センサー１２を構成した半導体チップとを、同一回路基板上に互いに近接させて実装した構成を実施してもよい。
運動検出センサー１２は、測定磁気センサー１１の現在位置と移動速度を認識するために設けられる。そのため、運動検出センサー１２は、測定磁気センサー１１と一体にされ、できるだけ両者を近接して設けることが好ましい。測定磁気センサー１１と、運動検出センサー１２とが、同一半導体基板上に集積されたモノシリック半導体チップを構成して実施するとよい。また、測定磁気センサー１１を構成した半導体チップと、運動検出センサー１２を構成した半導体チップとを、同一回路基板上に互いに近接させて実装した構成を実施してもよい。
【0020】
環境磁気センサー２０は、空間３の環境磁場Ｈｅを測定するためのものであり、空間３内に一つ又は複数が設置される。演算装置３０は、測定磁気センサー１１による測定磁場信号と、運動検出センサー１２による運動検出信号と、環境磁気センサー２０による環境磁場信号とに基づき、測定値を算出する。本実施形態では、脳磁図に相当する磁場分布データを算出する。
【0021】
空間３は、部屋内の空間とされる。空間３からの被験者２の逸脱、空間３への他者及び他の物の侵入を防ぐためである。空間３内の隅などに環境磁気センサー２０が設置され、環境磁気センサー２０は空間３の環境磁場（主には地磁気）を測定する。空間３の環境磁場分布を精度良く測定するために、環境磁気センサー２０を１個（図２）、２個（図３）、４個（図４）と配置し、さらにＺ方向にも２以上配置し、空間３の環境磁場を空間座標ＸＹＺを有した分布として取得することも可能である。環境磁場の均一性が高い空間３を確保できれば、環境磁気センサー２０を１個（図２）とし、空間３内のいずれの位置でも環境磁気センサー２０が測定した磁場強度と同じであると推定して処理して問題ない。環境磁気センサー２０を複数設ける場合、２つの環境磁気センサー２０間の環境磁場分布は線形的に変化すると推定して補間処理することができる。したがって、環境磁気センサー２０の数を増やすほど精度は上がるが、コストも上がる。空間３の環境磁場の均一性を考慮して環境磁気センサー２０の設置数を決定するとよい。
【0022】
図５において、異なる２つの測定点Ｓ１，Ｓ２における、移動速度ベクトル、頭部２ａ生体磁場、環境磁場、誘導磁場を、それぞれ順にｖ１，Ｈｍ１，Ｈｅ１，Ｈｉ１，ｖ２，Ｈｍ２，Ｈｅ２，Ｈｉ２とする。
もし頭部２ａが動いていなければ、環境磁気センサー２０の環境磁場信号から推定される測定点（Ｓ１，Ｓ２）での環境磁場を、測定磁気センサー１１が出力する測定磁場信号から差し引くことで頭部２ａに由来する磁場分布を取得することが可能である。頭部２ａが動いていない状況は、例えば測定点Ｓ１においてｖ１がゼロである状況である。この場合、ｖ１がゼロであるため、誘導磁場Ｈｉ１もゼロとなり測定点Ｓ１での環境磁場Ｈｅ１を測定磁気センサー１１が出力する測定磁場信号から差し引けばよいからである。
この場合、演算装置３０は図６に示すように、まず、測定磁気センサー１１から測定磁場信号を取得する第１ステップＳ１１と、運動検出センサー１２から運動検出信号を取得する第２ステップＳ１２と、環境磁気センサー２０から環境磁場信号を取得する第３ステップＳ１３とを同時性を以って実行する。
次に、第３ステップＳ１３において取得した環境磁場信号と、第２ステップＳ１２において取得した運動検出信号とに基づいて、第１ステップＳ１１において取得した測定磁場信号を補正して測定値とする第４ステップＳ１４を実行する。
この第４ステップＳ１４としては図７に示すように、第１ステップＳ１１における測定磁場信号の取得時の測定磁気センサー１１の位置（測定点（Ｓ１，Ｓ２））を、第２ステップＳ１２において取得した運動検出信号に基づき算出する第５ステップＳ１５と、第５ステップＳ１５において算出した位置（測定点（Ｓ１，Ｓ２））における環境磁場（Ｈｅ１，Ｈｅ２）を、第３ステップＳ１３において取得した環境磁場信号に基づき推算する第６ステップＳ１６と、第６ステップＳ１６において推算した環境磁場を、第１ステップＳ１１において取得した測定磁場信号から差し引く第７ステップＳ１７と、を実行する。
もし頭部２ａが動いていなければ、環境磁気センサー２０の環境磁場信号から推定される測定点（Ｓ１，Ｓ２）での環境磁場を、測定磁気センサー１１が出力する測定磁場信号から差し引くことで頭部２ａに由来する磁場分布を取得することが可能である。頭部２ａが動いていない状況は、例えば測定点Ｓ１においてｖ１がゼロである状況である。この場合、ｖ１がゼロであるため、誘導磁場Ｈｉ１もゼロとなり測定点Ｓ１での環境磁場Ｈｅ１を測定磁気センサー１１が出力する測定磁場信号から差し引けばよいからである。
この場合、演算装置３０は図６に示すように、まず、測定磁気センサー１１から測定磁場信号を取得する第１ステップＳ１１と、運動検出センサー１２から運動検出信号を取得する第２ステップＳ１２と、環境磁気センサー２０から環境磁場信号を取得する第３ステップＳ１３とを同時性を以って実行する。
次に、第３ステップＳ１３において取得した環境磁場信号と、第２ステップＳ１２において取得した運動検出信号とに基づいて、第１ステップＳ１１において取得した測定磁場信号を補正して測定値とする第４ステップＳ１４を実行する。
この第４ステップＳ１４としては図７に示すように、第１ステップＳ１１における測定磁場信号の取得時の測定磁気センサー１１の位置（測定点（Ｓ１，Ｓ２））を、第２ステップＳ１２において取得した運動検出信号に基づき算出する第５ステップＳ１５と、第５ステップＳ１５において算出した位置（測定点（Ｓ１，Ｓ２））における環境磁場（Ｈｅ１，Ｈｅ２）を、第３ステップＳ１３において取得した環境磁場信号に基づき推算する第６ステップＳ１６と、第６ステップＳ１６において推算した環境磁場を、第１ステップＳ１１において取得した測定磁場信号から差し引く第７ステップＳ１７と、を実行する。
【0023】
ただし、本実施形態では頭部２ａが動いている間も頭部２ａからの磁場の分布を取得することを想定している。測定磁気センサー１１は頭部２ａと固定されているので頭部２ａの動きと測定磁気センサー１１の動きはほぼ同一となる。図５に示すように空間３内の環境磁場中に測定磁気センサー１１が速度をもって動く場合（ｖ１，ｖ２がゼロでない場合）、センサー内に誘導電流、誘導磁場が発生し、測定磁気センサー１１の出力信号に重畳される。その誘導磁場は「環境磁場」と「移動速度」から換算することが可能である。
なお、頭部２ａが動いたとしても同時に測定磁気センサー１１も同じ位置に同じ速度で動くため測定磁気センサーから見た頭部２ａは動いていないものと想定でき、頭部２ａからの磁場分布はずれることなくそのまま測定される。
頭部２ａが右下の位置（測定点Ｓ１）に初期にいて左上（測定点Ｓ２）へ移動した場合、測定磁気センサー１１（例えばトンネル磁気抵抗素子などであり、磁気抵抗効果を使っているので１つの電気回路と考えることができる。）の導体を横切る環境磁場（Ｈｅ１，Ｈｅ２）は空間位置が変化することでその方向、大きさ、相対的な方向が変わる。測定磁気センサー１１の位置と移動速度は運動検出センサー１２の運動検出信号からわかる。頭部２ａの移動、従って測定磁気センサー１１及び運動検出センサー１２の移動に伴う環境磁場の変化量と移動速度とより誘導磁場（Ｈｉ１，Ｈｉ２）を計算することができる。
（測定磁気信号）＝（生体磁気信号）＋（環境磁場信号）＋（誘導磁場信号）となり、環境磁場と誘導磁場を測定磁気信号から引くことで頭部２ａからの生体磁場信号（Ｈｍ１，Ｈｍ２）のみを取り出すことができる。
なお、頭部２ａが動いたとしても同時に測定磁気センサー１１も同じ位置に同じ速度で動くため測定磁気センサーから見た頭部２ａは動いていないものと想定でき、頭部２ａからの磁場分布はずれることなくそのまま測定される。
頭部２ａが右下の位置（測定点Ｓ１）に初期にいて左上（測定点Ｓ２）へ移動した場合、測定磁気センサー１１（例えばトンネル磁気抵抗素子などであり、磁気抵抗効果を使っているので１つの電気回路と考えることができる。）の導体を横切る環境磁場（Ｈｅ１，Ｈｅ２）は空間位置が変化することでその方向、大きさ、相対的な方向が変わる。測定磁気センサー１１の位置と移動速度は運動検出センサー１２の運動検出信号からわかる。頭部２ａの移動、従って測定磁気センサー１１及び運動検出センサー１２の移動に伴う環境磁場の変化量と移動速度とより誘導磁場（Ｈｉ１，Ｈｉ２）を計算することができる。
（測定磁気信号）＝（生体磁気信号）＋（環境磁場信号）＋（誘導磁場信号）となり、環境磁場と誘導磁場を測定磁気信号から引くことで頭部２ａからの生体磁場信号（Ｈｍ１，Ｈｍ２）のみを取り出すことができる。
【0024】
以上の思想に基づき演算装置３０は図６に示すように、まず、測定磁気センサー１１から測定磁場信号を取得する第１ステップＳ１１と、運動検出センサー１２から運動検出信号を取得する第２ステップＳ１２と、環境磁気センサー２０から環境磁場信号を取得する第３ステップＳ１３とを同時性を以って実行する。
次に、第３ステップＳ１３において取得した環境磁場信号と、第２ステップＳ１２において取得した運動検出信号とに基づいて、第１ステップＳ１１において取得した測定磁場信号を補正して測定値とする第４ステップＳ１４を実行する。
この第４ステップＳ１４としては図８に示すように、第１ステップＳ１１における測定磁場信号の取得時の測定磁気センサー１１の位置（測定点（Ｓ１，Ｓ２））及び移動速度（ｖ１、ｖ２）を、第２ステップＳ１２において取得した運動検出信号に基づき算出する第８ステップＳ１８と、第８ステップＳ１８において算出した位置（測定点（Ｓ１，Ｓ２））における環境磁場（Ｈｅ１，Ｈｅ２）を、第３ステップＳ１３において取得した環境磁場信号に基づき推算する第９ステップＳ１９と、第８ステップＳ１８において算出した位置（測定点（Ｓ１，Ｓ２））における誘導磁場（Ｈｉ１，Ｈｉ２）を、第３ステップＳ１３において取得した環境磁場信号と、第８ステップＳ１８において算出した移動速度（ｖ１、ｖ２）とに基づき推算する第１０ステップＳ２０と、第９ステップＳ１９において推算した環境磁場と、第１０ステップＳ２０において推算した誘導磁場とを、第１ステップＳ１１において取得した測定磁場信号から差し引く第１１ステップＳ２１と、を実行する。
次に、第３ステップＳ１３において取得した環境磁場信号と、第２ステップＳ１２において取得した運動検出信号とに基づいて、第１ステップＳ１１において取得した測定磁場信号を補正して測定値とする第４ステップＳ１４を実行する。
この第４ステップＳ１４としては図８に示すように、第１ステップＳ１１における測定磁場信号の取得時の測定磁気センサー１１の位置（測定点（Ｓ１，Ｓ２））及び移動速度（ｖ１、ｖ２）を、第２ステップＳ１２において取得した運動検出信号に基づき算出する第８ステップＳ１８と、第８ステップＳ１８において算出した位置（測定点（Ｓ１，Ｓ２））における環境磁場（Ｈｅ１，Ｈｅ２）を、第３ステップＳ１３において取得した環境磁場信号に基づき推算する第９ステップＳ１９と、第８ステップＳ１８において算出した位置（測定点（Ｓ１，Ｓ２））における誘導磁場（Ｈｉ１，Ｈｉ２）を、第３ステップＳ１３において取得した環境磁場信号と、第８ステップＳ１８において算出した移動速度（ｖ１、ｖ２）とに基づき推算する第１０ステップＳ２０と、第９ステップＳ１９において推算した環境磁場と、第１０ステップＳ２０において推算した誘導磁場とを、第１ステップＳ１１において取得した測定磁場信号から差し引く第１１ステップＳ２１と、を実行する。
【0025】
頭部２ａが動くことにより発生する誘導磁場（Ｈｉ１，Ｈｉ２）は環境磁場（Ｈｅ１，Ｈｅ２）の強さと正の相関があるため、最初から環境磁場を低減することと組み合わせる又は組み合わせないことができる。その種類として、何もしない（図９Ａ）、パッシブ磁気シールド（図９Ｂ）、アクティブ磁気シールド（図９Ｃ）が考えられる。
パッシブ磁気シールド（図９Ｂ）は、パーマロイ板のような軟磁性体の板４を周囲に敷き詰めた構成であり、地磁気などの環境磁場を低減できる。それでも完全に空間３内の環境磁場をゼロにすることは難しく、頭部２ａが動いた場合の誘導磁場もゼロにすることは難しい。そのため、本磁場分布測定システム１を使うことで環境磁場も誘導磁場もソフトウエア的に打ち消すことができる。
アクティブ磁気シールド（図９Ｃ）は、アクティブ磁気シールド用の環境磁気センサー（本磁場分布測定システム１の環境磁気センサー２０と別に設置しても兼ねてもよい）の出力に応じて、空間３の周囲に配置した磁場発生装置（コイルなど）５を駆動することにより空間３の環境磁場を打ち消し低減する構成である。こちらも完全に空間３内の環境磁場をゼロにすること難しく、頭部２ａが動いた場合の誘導磁場もゼロにすることは難しい。そのため、本磁場分布測定システム１を使うことで環境磁場も誘導磁場もソフトウエア的に打ち消すことができる。
パッシブ磁気シールド（図９Ｂ）は、パーマロイ板のような軟磁性体の板４を周囲に敷き詰めた構成であり、地磁気などの環境磁場を低減できる。それでも完全に空間３内の環境磁場をゼロにすることは難しく、頭部２ａが動いた場合の誘導磁場もゼロにすることは難しい。そのため、本磁場分布測定システム１を使うことで環境磁場も誘導磁場もソフトウエア的に打ち消すことができる。
アクティブ磁気シールド（図９Ｃ）は、アクティブ磁気シールド用の環境磁気センサー（本磁場分布測定システム１の環境磁気センサー２０と別に設置しても兼ねてもよい）の出力に応じて、空間３の周囲に配置した磁場発生装置（コイルなど）５を駆動することにより空間３の環境磁場を打ち消し低減する構成である。こちらも完全に空間３内の環境磁場をゼロにすること難しく、頭部２ａが動いた場合の誘導磁場もゼロにすることは難しい。そのため、本磁場分布測定システム１を使うことで環境磁場も誘導磁場もソフトウエア的に打ち消すことができる。
【0026】
以上の実施形態によれば、測定対象物（２ａ）に固定した磁気センサー（１１）により当該測定対象物から発生する磁場を測定する構成において、測定対象物を拘束することなく、測定対象物及び磁気センサーの移動中の当該磁気センサーによる測定磁場信号に基づく測定も含めて、測定対象物から発生する磁場成分を精度よく測定することができる。
リアルタイムで算出し打ち消すことで測定対象物が動いていても良質な磁場分布信号を得ることができる。
被験者２に対して測定中に動いてはいけないという束縛がなくなるので人物に対する負担が格段に減少する。また、束縛が聞かない動物などを測定対象とする場合にも測定対象に対する負担が少なく、良質な磁場分布信号を得ることができる。
環境磁場を打ち消す技術（パッシブ磁気シールド、アクティブ磁気シールド）と組み合わせた場合でも測定位置の環境磁場を完全に除去することは難しく、本実施形態によれば残った環境磁場及び同環境磁場を起因とした誘導磁場を打ち消すことができるため、磁気測定の精度をさらに向上させることができる。
リアルタイムで算出し打ち消すことで測定対象物が動いていても良質な磁場分布信号を得ることができる。
被験者２に対して測定中に動いてはいけないという束縛がなくなるので人物に対する負担が格段に減少する。また、束縛が聞かない動物などを測定対象とする場合にも測定対象に対する負担が少なく、良質な磁場分布信号を得ることができる。
環境磁場を打ち消す技術（パッシブ磁気シールド、アクティブ磁気シールド）と組み合わせた場合でも測定位置の環境磁場を完全に除去することは難しく、本実施形態によれば残った環境磁場及び同環境磁場を起因とした誘導磁場を打ち消すことができるため、磁気測定の精度をさらに向上させることができる。
【0027】
以上の実施形態に拘わらず、磁場分布を測定せず、１点における磁場強度を測定する構成においても、本発明の環境磁場及び誘導磁場を打ち消す技術が有効であることは言うまでもない。
以上の実施形態にあっては、原点座標をセットするために磁場分布測定ユニット１０を既知の座標に配置した。原点座標をセットする方法は、これに限らず他の方法でもよい。例として次の方法を挙げることができる。
頭部２ａに非装着の磁場分布測定ユニット１０を空間３内の任意の位置に置き、測定磁気センサー１１により環境磁場のみを検出する状態とする。環境磁気センサー２０は複数設けておく。かかる状態にて測定される測定磁気センサー１１及び複数の環境磁気センサー２０の磁場信号に基づき、測定磁気センサー１１の空間３内における位置座標を推定する。上述したように複数の環境磁気センサー２０に基づき空間３内の環境磁場分布を推定できるから、この推定した環境磁場分布を用いて、測定磁気センサー１１が測定する環境磁場から測定磁気センサー１１の位置を推定する（測定磁気センサー１１の位置からその位置の環境磁場を推定する過程と逆を行う。）。以上により推定した測定磁気センサー１１の空間３内における位置座標を原点座標とする。
また他の方法としては、演算装置３０によって制御される位置検出用磁場発振器を複数用意し互いに離れた箇所に設置しておく。演算装置３０が、あるタイミングで位置検出用磁場発振器に所定の位置検出用磁場信号を発信させ、測定磁気センサー１１による測定磁場信号から位置検出用磁場信号を抽出し、位置検出用磁場信号の空間伝搬による時差や減衰率等を解析することで、各位置検出用磁場発振器から測定磁気センサー１１までの距離を推定する。以上による複数の位置検出用磁場発振器に対する測定磁気センサー１１の距離から、測定磁気センサー１１の空間３内における位置座標を特定し、特定した位置座標を原点座標とする。また、測定磁気センサー１１及び複数の環境磁気センサー２０によって同時に位置検出用磁場信号を検出させることによって、複数の環境磁気センサー２０に対する測定磁気センサー１１の相対位置で解析してもよい。
以上の実施形態にあっては、原点座標をセットするために磁場分布測定ユニット１０を既知の座標に配置した。原点座標をセットする方法は、これに限らず他の方法でもよい。例として次の方法を挙げることができる。
頭部２ａに非装着の磁場分布測定ユニット１０を空間３内の任意の位置に置き、測定磁気センサー１１により環境磁場のみを検出する状態とする。環境磁気センサー２０は複数設けておく。かかる状態にて測定される測定磁気センサー１１及び複数の環境磁気センサー２０の磁場信号に基づき、測定磁気センサー１１の空間３内における位置座標を推定する。上述したように複数の環境磁気センサー２０に基づき空間３内の環境磁場分布を推定できるから、この推定した環境磁場分布を用いて、測定磁気センサー１１が測定する環境磁場から測定磁気センサー１１の位置を推定する（測定磁気センサー１１の位置からその位置の環境磁場を推定する過程と逆を行う。）。以上により推定した測定磁気センサー１１の空間３内における位置座標を原点座標とする。
また他の方法としては、演算装置３０によって制御される位置検出用磁場発振器を複数用意し互いに離れた箇所に設置しておく。演算装置３０が、あるタイミングで位置検出用磁場発振器に所定の位置検出用磁場信号を発信させ、測定磁気センサー１１による測定磁場信号から位置検出用磁場信号を抽出し、位置検出用磁場信号の空間伝搬による時差や減衰率等を解析することで、各位置検出用磁場発振器から測定磁気センサー１１までの距離を推定する。以上による複数の位置検出用磁場発振器に対する測定磁気センサー１１の距離から、測定磁気センサー１１の空間３内における位置座標を特定し、特定した位置座標を原点座標とする。また、測定磁気センサー１１及び複数の環境磁気センサー２０によって同時に位置検出用磁場信号を検出させることによって、複数の環境磁気センサー２０に対する測定磁気センサー１１の相対位置で解析してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0028】
本発明は、磁場測定ユニット及び磁場測定システムに利用することができる。
【符号の説明】
【0029】
１ 磁場分布測定システム
２ 人体（被験者）
２ａ 頭部
３ 空間
１０ 磁場分布測定ユニット
１１ 測定磁気センサー
１２ 運動検出センサー
２０ 環境磁気センサー
３０ 演算装置
２ 人体（被験者）
２ａ 頭部
３ 空間
１０ 磁場分布測定ユニット
１１ 測定磁気センサー
１２ 運動検出センサー
２０ 環境磁気センサー
３０ 演算装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】