(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】2023-10-10
(45)【発行日】2023-10-18
(54)【発明の名称】磁場計測装置、磁場計測方法、および、磁場計測プログラム
(51)【国際特許分類】
G01R 33/09 20060101AFI20231011BHJP
G01R 33/02 20060101ALI20231011BHJP
G01R 35/00 20060101ALI20231011BHJP
A61B 5/05 20210101ALI20231011BHJP
【ＦＩ】
G01R33/09
G01R33/02 X
G01R33/02 R
G01R35/00 M
A61B5/05
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2020015430
(22)【出願日】2020-01-31
(65)【公開番号】P2021124288
(43)【公開日】2021-08-30
【審査請求日】2022-10-20
(73)【特許権者】
【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】中村 威信
(72)【発明者】
【氏名】片岡 誠
(72)【発明者】
【氏名】岡武 茂樹
【審査官】永井 皓喜
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－１５２５１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－２１５３２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１７１０１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１９１０４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－３３４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０３８８５００２（ＣＮ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０１３６１６６０（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｒ ３３／００
Ｇ０１Ｒ ３５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも一方向に湾曲させた曲面形状を有し、各々が、磁気センサと、出力信号を出力する出力部と、前記出力信号に応じた大きさで、前記磁気センサが検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させる磁場生成部とを有する複数の磁気センサセルを前記曲面形状に含まれる格子点に配置されるように三次元に配列して構成され、３軸方向の入力磁場を検出可能な磁気センサアレイと、前記磁気センサアレイによって計測された計測データを取得する計測データ取得部と、
前記計測データによって示される前記入力磁場の空間分布を、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を前記磁気センサアレイで検出した場合に前記磁気センサのそれぞれが出力する信号を各信号成分として有するベクトル信号を基底ベクトルとして信号分離する信号空間分離部と、
前記複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一つの磁気センサセルが有する前記磁場生成部から発生させたキャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、前記磁気センサにおけるセンサ誤差を較正する較正部と
を備える、磁場計測装置。
【請求項2】
前記出力部は、前記磁場生成部が前記フィードバック磁場を発生するために流すフィードバック電流に応じた前記出力信号を出力する、請求項１に記載の磁場計測装置。
【請求項3】
前記磁気センサのそれぞれは、磁気抵抗素子と前記磁気抵抗素子の両端に配置された二つの磁気収束板とを含み、前記磁気抵抗素子は、二つの前記磁気収束板に挟まれた位置に配置される、請求項２に記載の磁場計測装置。
【請求項4】
前記磁場生成部は、前記磁気抵抗素子および二つの前記磁気収束板を取り囲むように、前記磁気センサが検出対象とする磁場の軸方向に沿って巻かれているフィードバックコイルを含む、請求項３に記載の磁場計測装置。
【請求項5】
前記較正部は、前記少なくとも一つの磁気センサセルを順次切り替えた場合におけるそれぞれの前記分離誤差に基づいて、前記磁気センサにおけるセンサ誤差を較正する、請求項１から４のいずれか一項に記載の磁場計測装置。
【請求項6】
前記磁気センサアレイは、前記複数の磁気センサセルを断面視円弧状に三次元に配列して構成され、前記較正部は、前記少なくとも一つの磁気センサセルを、内側の円弧を形成する複数の磁気センサセルにわたって順次切り替えた場合におけるそれぞれの前記分離誤差に基づいて、前記磁気センサにおけるセンサ誤差を較正する、請求項５に記載の磁場計測装置。
【請求項7】
前記少なくとも一つの磁気センサセルは、前記磁場生成部が前記フィードバック磁場を発生するか、前記キャリブレーション磁場を発生するかを切り替える切替部を更に有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の磁場計測装置。
【請求項8】
前記信号空間分離部は、前記キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離するにあたって、前記少なくとも一つの磁気センサセルが有する前記磁場生成部が配置される位置を、演算における座標の原点とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の磁場計測装置。
【請求項9】
前記較正部は、前記基底ベクトルを変更することによって前記センサ誤差を較正する、請求項１から８のいずれか一項に記載の磁場計測装置。
【請求項10】
前記較正部は、前記分離誤差を最小化するように前記基底ベクトルを最適化する、請求項９に記載の磁場計測装置。
【請求項11】
交流磁場である前記キャリブレーション磁場を、前記交流磁場の周波数の信号を用いて検波する同期検波部を更に備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の磁場計測装置。
【請求項12】
前記交流磁場の周波数は、計測対象とする磁場の周波数帯域よりも高い、請求項１１に記載の磁場計測装置。
【請求項13】
少なくとも一方向に湾曲させた曲面形状を有し、各々が磁気センサと、出力信号を出力する出力部と、前記出力信号に応じた大きさで、前記磁気センサが検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させる磁場生成部とを有する複数の磁気センサセルを前記曲面形状に含まれる格子点に配置されるように三次元に配列して構成され、３軸方向の入力磁場を検出可能な磁気センサアレイによって計測された計測データを取得することと、前記計測データによって示される前記入力磁場の空間分布を、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を前記磁気センサアレイで検出した場合に前記磁気センサのそれぞれが出力する信号を各信号成分として有するベクトル信号を基底ベクトルとして信号分離することと、
前記複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一つの磁気センサセルが有する前記磁場生成部からキャリブレーション磁場を発生させることと、
前記キャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、前記磁気センサにおけるセンサ誤差を較正することと
を備える、磁場計測方法。
【請求項14】
コンピュータにより実行されて、前記コンピュータを、少なくとも一方向に湾曲させた曲面形状を有し、各々が磁気センサと、出力信号を出力する出力部と、前記出力信号に応じた大きさで、前記磁気センサが検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させる磁場生成部とを有する複数の磁気センサセルを前記曲面形状に含まれる格子点に配置されるように三次元に配列して構成され、３軸方向の入力磁場を検出可能な磁気センサアレイによって計測された計測データを取得する計測データ取得部と、
前記計測データによって示される前記入力磁場の空間分布を、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を前記磁気センサアレイで検出した場合に前記磁気センサのそれぞれが出力する信号を各信号成分として有するベクトル信号を基底ベクトルとして信号分離する信号空間分離部と、
前記複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一つの磁気センサセルが有する前記磁場生成部から発生させたキャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、前記磁気センサにおけるセンサ誤差を較正する較正部と
して機能させる、磁場計測プログラム。
【請求項15】
各々が、磁気センサと、出力信号を出力する出力部と、前記出力信号に応じた大きさで、前記磁気センサが検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させる磁場生成部とを有する複数の磁気センサセルを三次元に配列して構成され、３軸方向の入力磁場を検出可能な磁気センサアレイと、前記磁気センサアレイによって計測された計測データを取得する計測データ取得部と、
前記計測データによって示される前記入力磁場の空間分布を、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を前記磁気センサアレイで検出した場合に前記磁気センサのそれぞれが出力する信号を各信号成分として有するベクトル信号を基底ベクトルとして信号分離する信号空間分離部と、
前記複数の磁気センサセルのうちの少なくとも一つの磁気センサセルが有する前記磁場生成部から発生させたキャリブレーション磁場の空間分布を信号分離した場合における分離誤差に基づいて、前記磁気センサにおけるセンサ誤差を較正する較正部と
を備える、磁場計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０１２－１５２５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
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。
【課題を解決するための手段】
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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】
【0020】
【図1】本実施形態に係る磁場計測装置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１１０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】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10】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11】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。
【図12】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。
【図13】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。
【図14】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15】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。
【図16】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。
【図17】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18】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】
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【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。
【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。
【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、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。
【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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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】
【0039】
（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】
【0040】
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】
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【数4】
【0077】
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】
【0078】
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。
【数6】
【0079】
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。
【0080】
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。
【数7】
【0081】
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。
【数8】
【0082】
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】
【0083】
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】
【0084】
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。
【数11】
【0085】
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】
【0086】
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。
【数13】
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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】
【0092】
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。
【数15】
【0093】
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】
【0094】
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。
【数17】
【0095】
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。
【0096】
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】
【0097】
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。
【0098】
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。
【0099】
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。
【0100】
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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
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。
【0107】
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。
【0108】
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。
【0109】
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。
【0110】
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。
【0111】
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。
【数19】
【0112】
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。
【0113】
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。
【0114】
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。
【数20】
【0115】
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。
【数21】
【0116】
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。
【0117】
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。
【0118】
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。
【0119】
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。
【0120】
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。
【0121】
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。
【0122】
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。
【0123】
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。
【0124】
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。
【0125】
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。
【0126】
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。
【0127】
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。
【0128】
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。
【0129】
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。
【0130】
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。
【0131】
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。
【0132】
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。
【0133】
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。
【0134】
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。
【0135】
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。
【0136】
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。
【0137】
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。
【0138】
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。
【0139】
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。
【0140】
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。
【0141】
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。
【0142】
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。
【0143】
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】
【0144】
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
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
【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】