特許 7365915 測定装置

(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】2023-10-12

(45)【発行日】2023-10-20

(54)【発明の名称】測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/02 20060101AFI20231013BHJP

   G01R 33/09 20060101ALI20231013BHJP

   A61B 5/053 20210101ALI20231013BHJP

【ＦＩ】

G01R33/02 X

G01R33/09

G01R33/02 R

G01R33/02 V

G01R33/02 L

A61B5/053

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2020006131

(22)【出願日】2020-01-17

(65)【公開番号】P2020148760

(43)【公開日】2020-09-17

【審査請求日】2022-10-20

(31)【優先権主張番号】P 2019043019

(32)【優先日】2019-03-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】片岡 誠

(72)【発明者】

【氏名】中村 威信

(72)【発明者】

【氏名】岡武 茂樹

【審査官】島▲崎▼ 純一

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－００４８１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１２４８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０１１８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１７９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０８１３１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２８６２４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３３／０２

Ｇ０１Ｒ ３３／０９

Ａ６１Ｂ ５／０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

各々が磁気センサを含む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検出された前記入力磁場に基づく複数の計測値を取得する計測データ取得部と、
前記複数の計測値に基づいて、前記入力磁場を算出する磁場算出部と、
前記複数の計測値および前記入力磁場を算出した算出結果に基づいて、磁場の検出誤差を算出する誤差算出部と、
前記検出誤差に基づいて、前記複数の計測値の中から、前記磁場算出部によって前記入力磁場を算出するために用いる複数の計測値を選択する計測データ選択部と、
を備え、
前記誤差算出部は、前記複数の計測値毎に前記検出誤差を算出し、
前記計測データ選択部は、前記検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値を除外して、前記複数の計測値を選択し、
前記磁場算出部は、前記検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値を除外した後に、前記計測データ選択部によって選択された前記複数の計測値に基づいて、当該複数の計測値が計測された箇所における前記入力磁場を再算出し、
前記誤差算出部は、当該複数の計測値が計測された箇所における前記入力磁場の検出結果に基づいて、前記検出誤差を算出する、
測定装置。

【請求項2】

各々が磁気センサを含む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検出された前記入力磁場に基づく複数の計測値を取得する計測データ取得部と、
前記複数の計測値に基づいて、前記入力磁場を算出する磁場算出部と、
前記複数の計測値および前記入力磁場を算出した算出結果に基づいて、磁場の検出誤差を算出する誤差算出部と、
前記検出誤差に基づいて、前記複数の計測値の中から、前記磁場算出部によって前記入力磁場を算出するために用いる複数の計測値を選択する計測データ選択部と、
を備え、
前記誤差算出部は、前記複数の計測値毎に前記検出誤差を算出し、
前記計測データ選択部は、前記検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値を除外して、前記複数の計測値を選択し、
前記磁場算出部は、前記検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値を除外した後に、前記入力磁場を再算出し、
前記磁場算出部は、前記計測データ選択部によって選択された前記複数の計測値から算出された前記入力磁場の算出結果に関わる係数に基づいて、前記除外された計測値が計測された箇所における前記入力磁場を算出する、
測定装置。

【請求項3】

各々が磁気センサを含む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検出された前記入力磁場に基づく複数の計測値を取得する計測データ取得部と、
前記複数の計測値に基づいて、前記入力磁場を算出する磁場算出部と、
前記複数の計測値および前記入力磁場を算出した算出結果に基づいて、磁場の検出誤差を算出する誤差算出部と、
前記検出誤差に基づいて、前記複数の計測値の中から、前記磁場算出部によって前記入力磁場を算出するために用いる複数の計測値を選択する計測データ選択部と、
を備え、
前記複数の磁気センサセルのそれぞれは、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前記磁気センサに与える磁場生成部と、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電流に応じた出力信号を出力する出力部と、をさらに含む、
測定装置。

【請求項4】

前記誤差算出部は、前記複数の計測値毎に前記検出誤差を算出し、
前記計測データ選択部は、前記検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値を除外して、前記複数の計測値を選択する、請求項３に記載の測定装置。

【請求項5】

前記磁場算出部は、前記検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値を除外した後に、前記入力磁場を再算出する、請求項４に記載の測定装置。

【請求項6】

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検出された前記入力磁場に基づく複数の計測値を取得する計測データ取得部と、
前記複数の計測値に基づいて、前記入力磁場を算出する磁場算出部と、
前記複数の計測値および前記入力磁場を算出した算出結果に基づいて、磁場の検出誤差を算出する誤差算出部と、
前記検出誤差に基づいて、前記複数の磁気センサセルのうちの少なくとも１つをリセットするか否かを決定する決定部と、
を備え、
前記複数の磁気センサセルのそれぞれは、
磁気センサと、
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前記磁気センサに与える磁場生成部と、
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電流に応じた出力信号を出力する出力部と、
当該磁気センサセルをリセットする場合に、前記磁気センサを磁気飽和させるリセット磁場を前記磁気センサに与える磁気リセット部と、
を含む、測定装置。

【請求項7】

前記誤差算出部は、前記複数の計測値毎に前記検出誤差を算出し、
前記決定部は、前記検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサを含む磁気センサセルをリセットすると決定する、請求項６に記載の測定装置。

【請求項8】

前記磁場算出部は、前記検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた前記磁気センサが磁気リセットされた後に、前記入力磁場を再算出する、請求項７に記載の測定装置。

【請求項9】

前記磁気リセット部は、前記フィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を前記磁場生成部に供給するか否かを切り替える切替部を含み、前記フィードバック電流を前記磁場生成部に供給していない状態において、前記磁場生成部にリセット電流を供給して前記リセット磁場を前記磁場生成部に発生させる、請求項６から８のいずれか一項に記載の測定装置。

【請求項10】

前記磁場算出部は、前記複数の計測値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ときに前記磁気センサのそれぞれが出力する信号を成分とする信号ベクトルを基底ベクトルとして信号分離し、
前記誤差算出部は、前記磁場算出部が信号分離した結果に基づいて、前記検出誤差を算出する、請求項１から９のいずれか一項に記載の測定装置。

【請求項11】

各々が磁気センサを含む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検出された前記入力磁場に基づく複数の計測値を取得する計測データ取得部と、
前記複数の計測値に基づいて、前記入力磁場を算出する磁場算出部と、
前記複数の計測値および前記入力磁場を算出した算出結果に基づいて、磁場の検出誤差を算出する誤差算出部と、
前記検出誤差に基づいて、前記複数の計測値の中から、前記磁場算出部によって前記入力磁場を算出するために用いる複数の計測値を選択する計測データ選択部と、
を備え、
前記磁場算出部は、前記複数の計測値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ときに前記磁気センサのそれぞれが出力する信号を成分とする信号ベクトルを基底ベクトルとして信号分離し、
前記誤差算出部は、前記磁場算出部が信号分離した結果に基づいて、前記検出誤差を算出する、
測定装置。

【請求項12】

前記磁場算出部は、前記検出誤差の２乗が最小となるように前記入力磁場を算出する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の測定装置。

【請求項13】

前記検出誤差に基づいて前記基底ベクトルを更新する基底ベクトル更新部を更に備える、請求項１０または１１に記載の測定装置。

【請求項14】

前記磁気センサは、磁気抵抗効果素子を有する、請求項３から９のいずれか一項に記載の測定装置。

【請求項15】

前記磁気センサのそれぞれは、前記磁気抵抗効果素子の両端に配置された二つの磁気収束板をさらに有し、前記磁気抵抗効果素子は、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１４に記載の測定装置。

【請求項16】

前記フィードバック磁場を発生させるためのコイルが、前記磁気抵抗効果素子および二つの前記磁気収束板を取り囲むように巻かれている、請求項１５に記載の測定装置。

【請求項17】

前記複数の磁気センサセルの出力をアナログからデジタルに変換して前記複数の計測値を出力する複数のＡＤ変換器を更に備え、
前記複数のＡＤ変換器は、共通のサンプリングクロックに応じてＡＤ変換を行う、請求項１から１６のいずれか一項に記載の測定装置。

【請求項18】

動物の心臓の電気活動により発生する心磁を測定対象とし、
前記磁場算出部の算出結果に基づいて、前記心磁を測定する、請求項１から１７のいずれか一項に記載の測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、１０ｐＴ程度の微弱な磁場を検出するセンサが知られており、心臓等の臓器の電気的な分極に起因する心磁信号を測定する心磁計等に用いられていた（例えば、特許文献１～４参照）。また、磁気抵抗効果素子を用いた電流センサにおいて、フィードバックコイルを用いて環境磁場の影響をキャンセルすることも知られていた（例えば、特許文献５参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２０００－２１７７９８号公報
［特許文献２］特開２０１２－１５２５１５号公報
［特許文献３］米国特許第５６４２０４５号明細書
［特許文献４］特開２０００－２８４０３２号公報
［特許文献５］米国特許出願公開第２０１５／０２５３４１２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

例えば、ジョセフソン効果を利用したＳＱＵＩＤセンサは、微弱な磁場を検出できるが、高価な液体ヘリウムと、大規模な磁気シールドルーム等が必要になってしまい、当該センサを備える装置を設置することは容易ではなかった。また、磁気抵抗効果素子を用いた電流センサは、小型で磁気感度が高いが、入出力特性の直線性が悪い。また、感度誤差やセンサ特性の変動に起因して、このような電流センサを用いて微弱な磁場を精度よく検出することが困難であった。

【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、測定装置を提供する。測定装置は、各々が磁気センサを含む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。測定装置は、磁気センサアレイによって検出された入力磁場に基づく複数の計測値を取得する計測データ取得部を備えてよい。測定装置は、複数の計測値に基づいて、入力磁場を算出する磁場算出部を備えてよい。測定装置は、複数の計測値および入力磁場を算出した算出結果に基づいて、磁場の検出誤差を算出する誤差算出部を備えてよい。測定装置は、検出誤差に基づいて、複数の計測値の中から、磁場算出部によって入力磁場を算出するために用いる複数の計測値を選択する計測データ選択部を備えてよい。

【0005】

誤差算出部は、複数の計測値毎に検出誤差を算出し、計測データ選択部は、検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値を除外して、複数の計測値を選択してよい。

【0006】

磁場算出部は、検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値を除外した後に、入力磁場を再算出してよい。

【0007】

磁場算出部は、計測データ選択部によって選択された複数の計測値に基づいて、当該複数の計測値が計測された箇所における入力磁場を再算出し、誤差算出部は、当該複数の計測値が計測された箇所における入力磁場の検出結果に基づいて、検出誤差を算出してよい。

【0008】

磁場算出部は、計測データ選択部によって選択された複数の計測値から算出された入力磁場の算出結果に関わる係数に基づいて、除外された計測値が計測された箇所における入力磁場を算出してよい。

【0009】

複数の磁気センサセルのそれぞれは、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磁気センサに与える磁場生成部と、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電流に応じた出力信号を出力する出力部と、をさらに含んでよい。

【0010】

本発明の第２の態様においては、測定装置を提供する。測定装置は、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。測定装置は、磁気センサアレイによって検出された入力磁場に基づく複数の計測値を取得する計測データ取得部を備えてよい。測定装置は、複数の計測値に基づいて、入力磁場を算出する磁場算出部を備えてよい。測定装置は、複数の計測値および入力磁場を算出した算出結果に基づいて、磁場の検出誤差を算出する誤差算出部を備えてよい。測定装置は、検出誤差に基づいて、複数の磁気センサセルのうちの少なくとも１つをリセットするか否かを決定する決定部を備えてよい。複数の磁気センサセルのそれぞれは、磁気センサと、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磁気センサに与える磁場生成部と、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電流に応じた出力信号を出力する出力部と、当該磁気センサセルをリセットする場合に、磁気センサを磁気飽和させるリセット磁場を磁気センサに与える磁気リセット部と、を含んでよい。

【0011】

誤差算出部は、複数の計測値毎に検出誤差を算出し、決定部は、検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサを含む磁気センサセルをリセットすると決定してよい。

【0012】

磁場算出部は、検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサが磁気リセットされた後に、入力磁場を再算出してよい。

【0013】

磁気リセット部は、フィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を磁場生成部に供給するか否かを切り替える切替部を含み、フィードバック電流を磁場生成部に供給していない状態において、磁場生成部にリセット電流を供給してリセット磁場を磁場生成部に発生させてよい。

【0014】

磁場算出部は、検出誤差の２乗が最小となるように入力磁場を算出してよい。

【0015】

磁場算出部は、複数の計測値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ときに磁気センサのそれぞれが出力する信号を成分とする信号ベクトルを基底ベクトルとして信号分離し、誤差算出部は、磁場算出部が信号分離した結果に基づいて、検出誤差を算出してよい。

【0016】

検出誤差に基づいて基底ベクトルを更新する基底ベクトル更新部を更に備えてよい。

【0017】

磁気センサは、磁気抵抗効果素子を有してよい。

【0018】

磁気センサのそれぞれは、磁気抵抗効果素子の両端に配置された二つの磁気収束板をさらに有し、磁気抵抗効果素子は、二つの磁気収束板に挟まれた位置に配置されてよい。

【0019】

フィードバック磁場を発生させるためのコイルが、磁気抵抗効果素子および二つの磁気収束板を取り囲むように巻かれていてよい。

【0020】

複数の磁気センサセルの出力をアナログからデジタルに変換して複数の計測値を出力する複数のＡＤ変換器を更に備え、複数のＡＤ変換器は、共通のサンプリングクロックに応じてＡＤ変換を行ってよい。

【0021】

動物の心臓の電気活動により発生する心磁を測定対象とし、磁場算出部の算出結果に基づいて、心磁を測定してよい。

【0022】

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】

【0023】

【図1】本実施形態に係る測定装置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中の磁気センサセル２２０の構成および配置を示す。

【図4】本実施形態に係る磁気抵抗効果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、センサデータ収集部２３０、およびセンサデータ処理部９００の構成を示す。

【図10】本実施形態に係る測定装置１０が測定対象磁場を検出する前処理として不良センサによる計測値を除外するフローの一例を示す。

【図11】本実施形態の変形例に係るセンサ部３００の構成を示す。

【図12】本変形例に係るセンサ部３００による、リセットフェーズにおける磁気リセットのフローの一例を示す。

【図13】一般的な磁性体の磁化曲線を示す。

【図14】本変形例に係るセンサ部３００における、磁気センサ５２０への入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。

【図15】複数の磁気センサセル２２０のそれぞれが本変形例に係るセンサ部３００を有する場合における、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９００の構成を示す。

【図16】複数の磁気センサセル２２０のそれぞれが本変形例に係るセンサ部３００を有する測定装置１０が測定対象磁場を検出する前処理として不良センサをリセットするフローの一例を示す。

【図17】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】

【0024】

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。

【0025】

図１は、本実施形態に係る測定装置１０の構成を示す。測定装置１０は、磁気抵抗効果素子を用いて磁場を計測する。測定装置１０は、心磁計測装置の一例であり、人間の心臓の電気活動により生成される磁場（「心磁」と示す。）を計測する。これに代えて、測定装置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、測定装置１０は、鉄鋼材料や溶接部の表面および表面下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。

【0026】

測定装置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。

【0027】

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、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。

【0028】

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。

【0029】

情報処理部１５０は、本体部１００による計測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、心磁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。

【0030】

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である。本図において、磁気センサアレイ２１０は、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）が平面状に配置されている。

【0031】

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。

【0032】

図３は、本実施形態に係る磁気センサアレイ２１０中の磁気センサセル２２０の構成および配置を示す。複数の磁気センサセル２２０のそれぞれは、各々が磁気抵抗効果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。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、磁気抵抗効果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効果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。

【0033】

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。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。

【0034】

図４は、本実施形態に係る磁気抵抗効果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）効果素子またはトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果素子等を有し、予め定められた一軸方向の磁場の大きさを検出する。

【0035】

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。

【0036】

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、例えば第１の増幅回路５３２および出力部５４０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。

【0037】

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素子等の磁気抵抗効果素子を有する。また、磁気センサ５２０のそれぞれは、磁気抵抗効果素子と磁気抵抗効果素子の両端に配置された二つの磁気収束板とを含み、磁気抵抗効果素子は、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が有する磁気抵抗効果素子は、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が有する磁気抵抗効果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。

【0038】

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、コイル５３４とを含む。

【0039】

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が有する磁気抵抗効果素子が、少なくとも１つの磁気抵抗効果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。

【0040】

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。コイル５３４は、磁気センサ５２０が有する磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果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。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、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】

【0041】

（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および第１の増幅回路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】

【0042】

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】

【0043】

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効果素子を用い、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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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、磁気抵抗効果素子７１０と、磁気抵抗効果素子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、磁気抵抗効果素子７１０を間に挟むように、磁気抵抗効果素子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効果素子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効果素子７１０の正側に設けられている。なお、ここで、感磁軸は、磁気抵抗効果素子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、磁気抵抗効果素子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、コイル５３４は、磁気抵抗効果素子７１０と、磁気抵抗効果素子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効果素子７１０を有する場合、磁気抵抗効果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、磁気抵抗効果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コイル５３４が巻かれてもよい。

【0047】

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効果素子７１０の位置を通過することとなる。このため、磁気抵抗効果素子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効果素子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。

【0048】

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、コイル５３４にフィードバック電流が供給されると、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、磁気抵抗効果素子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効果素子７１０の両端に磁気収束板７２０および７３０が配置されており、磁気抵抗効果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コイル５３４が巻かれている場合には、磁気抵抗効果素子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。

【0049】

図９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９００の構成を示す。

【0050】

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。複数の磁気センサセル２２０のそれぞれは、上述のとおり複数のセンサ部３００ｘ～ｚを有してよい。本図においては、磁気センサアレイ２１０が各次元方向に有する複数の磁気センサセル２２０のうち、位置［ｉ，ｊ，ｋ］、［ｉ＋１，ｊ，ｋ］、［ｉ，ｊ＋１，ｋ］、および、［ｉ，ｊ，ｋ＋１］に関する部分を示す。

【0051】

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、磁気センサセル２２０の複数のセンサ部３００ｘ～ｚ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のセンサ出力信号Ｖ＿ｘＭＲ）をデジタルの計測値Ｖ（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）に変換して複数の計測値を出力する。ここで、Ｖｘ、Ｖｙ、およびＶｚは、それぞれ、センサ部３００ｘ、３００ｙ、および３００ｚからの検出信号をデジタルに変換した計測値（例えばデジタルの電圧値）である。

【0052】

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３００ｘ～ｚ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３００ｘ～ｚの検出結果を同時にサンプリングすることができる。

【0053】

センサデータ処理部９００は、計測データ取得部９１０、計測データ選択部９２０、磁場算出部９３０、基底ベクトル記憶部９４０、および、誤差算出部９５０を有する。

【0054】

計測データ取得部９１０は、磁気センサアレイ２１０によって検出された入力磁場に基づく複数の計測値を取得する。計測データ取得部９１０は、複数のＡＤ変換器２３２に接続され、磁気センサアレイ２１０を構成する複数の磁気センサセル２２０内のセンサ部３００ｘ～ｚによって計測された複数の計測値を取得する。具体的に、計測データ取得部９１０は、複数のＡＤ変換器２３２によってデジタルに変換された計測値Ｖ（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）を所定のタイミングＴでラッチ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９１０は、取得した複数の計測値を、計測データΦ_Ａｌｌとして計測データ選択部９２０へ供給する。

【0055】

計測データ選択部９２０は、後述する磁場の検出誤差に基づいて、計測データ取得部９１０から供給された複数の計測値の中から、磁場算出部９３０によって入力磁場を算出するために用いる複数の計測値を選択する。そして、計測データ選択部９２０は、選択した複数の計測値を、計測データΦ_{Ｓｅｌｅｃｔ}として磁場算出部９３０へ供給する。

【0056】

磁場算出部９３０は、計測データ選択部９２０によって計測データΦ_{Ｓｅｌｅｃｔ}として選択された複数の計測値に基づいて、入力磁場を算出する。動物の心臓の電気活動により発生する心磁を測定対象とする場合、磁場算出部９３０の算出結果に基づいて、心磁を測定してよい。この際、磁場算出部９３０は、磁場の検出誤差の２乗が最小となるように入力磁場を算出してよい。また、磁場算出部９３０は、複数の計測値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で検出したときに磁気センサ５２０のそれぞれが出力する信号を成分とする信号ベクトルを基底ベクトルとして信号分離してよい。これについては後述する。磁場算出部９３０は、入力磁場を算出した算出結果を、複数の計測値とともに誤差算出部９５０へ供給する。

【0057】

基底ベクトル記憶部９４０は、磁場算出部９３０が入力磁場の空間分布を信号分離する際に用いる基底ベクトルを記憶し、記憶した基底ベクトルを磁場算出部９３０へ供給する。磁場算出部９３０は、入力磁場の空間分布を信号分離する際に、当該基底ベクトル記憶部９４０から供給された基底ベクトルを用いてよい。

【0058】

誤差算出部９５０は、磁場算出部９３０から供給された複数の計測値および入力磁場を算出した算出結果に基づいて、磁場の検出誤差εを算出する。これについても後述する。誤差算出部９５０は、算出した磁場の検出誤差εを、計測データ選択部９２０へ供給する。そして、上述のとおり、計測データ選択部９２０は、誤差算出部９５０から供給された磁場の検出誤差εに基づいて、計測データ取得部９１０から供給された複数の計測値の中から、磁場算出部９３０によって入力磁場を算出するために用いる複数の計測値を選択する。

【0059】

図１０は、本実施形態に係る測定装置１０が測定対象磁場を算出する前処理として不良センサによる計測値を除外するフローの一例を示す。

【0060】

ステップ１０１０において、測定装置１０は、初期設定を行う。例えば、Ｎを磁気センサアレイ２１０を構成する複数の磁気センサセル２２０内の複数のセンサ部３００ｘ～ｚの総数、すなわち、計測データΦ_Ａｌｌに含まれる複数の計測値の総数とし、Ｍを計測データΦ_{Ｓｅｌｅｃｔ}に含まれる複数の計測値の総数とすると、測定装置１０は、Ｍ＝Ｎに設定する。すなわち、測定装置１０は、複数の計測値の全てが計測データΦ_{Ｓｅｌｅｃｔ}となるように初期設定する。

【0061】

次に、ステップ１０２０において、測定装置１０は、入力磁場を算出する。例えば、計測データ取得部９１０は、磁気センサアレイ２１０を構成する複数の磁気センサセル２２０内のセンサ部３００ｘ～ｚによって計測された入力磁場に基づく複数の計測値（計測データΦ_Ａｌｌ）を取得する。そして、計測データ選択部９２０は、ステップ１０１０の次に続くステップ１０２０においては、複数の計測値の全てを計測データΦ_{Ｓｅｌｅｃｔ}として選択する（Φ_{Ｓｅｌｅｃｔ}＝Φ_Ａｌｌ）。そして、磁場算出部９３０は、計測データΦ_{Ｓｅｌｅｃｔ}として選択された複数の計測値に基づいて、入力磁場を算出する。

【0062】

磁場算出部９３０は、入力磁場を算出するにあたって、例えば、複数の計測値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で検出したときに磁気センサ５２０のそれぞれが出力する信号を成分とする信号ベクトルを基底ベクトルとして信号分離する。なお、正規直交関数は、例えば、球面調和関数であってよい。一例として、基底ベクトル記憶部９４０は、測定対象磁場の計測前に、空間内の予め定められた点を座標原点に指定した時に球面調和関数を空間サンプリングして得られる磁場信号ベクトルを基底ベクトルとして記憶する。ここで、球面調和関数とは、ｎ次元ラプラス方程式の解となる斉次多項式を単位球面に制限することで得られる関数であり、球面上での正規直交性を有する。なお、基底ベクトル記憶部９４０は、シミュレーション結果等により予め決められている信号ベクトルを基底ベクトルとして記憶してもよい。

【0063】

磁場算出部９３０は、基底ベクトル記憶部９４０が基底ベクトルとして記憶した当該信号ベクトルを基底ベクトル記憶部９４０から取得する。そして、磁場算出部９３０は、複数の計測値によって示される入力磁場の空間分布を、当該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、磁場算出部９３０は、級数展開によって得られたベクトルから、磁場の空間分布を測定対象磁場と外乱磁場とに信号分離する。

【0064】

そして、磁場算出部９３０は、信号分離した結果として、外乱磁場を抑制して測定対象磁場だけを算出して出力する。以下、これについて数式を用いて詳細に説明する。

【0065】

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】

【0066】

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はそれぞれ座標原点および測定対象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－１から＋１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、座標原点および測定対象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、座標原点および測定対象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】

【0067】

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、座標原点および測定対象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、例えば、心臓の電気活動が作る心磁（測定対象磁場）を示している。また、（数６）における第２項は、座標原点および測定対象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】

【0068】

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、例えば、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、例えば心磁計として用いてもよい本実施形態の測定装置１０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。

【0069】

ここで、Ｋを磁気センサアレイ２１０に含まれる各センサの誤差を表す較正係数行列として、ａｌ，ｍおよびｂｌ，ｍを次式のように定義する。すなわち、ａｌ，ｍおよびｂｌ，ｍを、球面調和関数Ｙｌ，ｍ（θ，φ）の勾配から得られる磁気センサアレイ２１０に含まれるセンサ数に等しいＭ個の成分を持つＭ次元ベクトルに対して、磁気センサアレイ２１０に含まれる磁気センサ５２０の磁気感度誤差を補正する較正係数行列Ｋを乗じることによって、磁気センサアレイ２１０の磁気感度誤差を補正した基底ベクトルとする。

【数7】

【0070】

そうすると、ある時刻における計測データΦ_{Ｓｅｌｅｃｔ}は、次式で表すことができる。

【数8】

【0071】

さらに、Ｓｉｎ、Ｓｏｕｔ、Ｘｉｎ、およびＸｏｕｔをそれぞれ次のように定義する。すなわち、Ｓｉｎ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ａ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、Ｓｏｕｔ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ｂ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＝－１からｌまでの整数をとった時の各多極モーメントβを順に列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9】

【0072】

そうすると、有効な計測データΦ_{Ｓｅｌｅｃｔ}は、次式に示すように、行列Ｓと縦ベクトルＸの内積の形で表すことができる。ここで、行列Ｓは、合計Ｌｉｎ・（Ｌｉｎ＋２）＋Ｌｏｕｔ・（Ｌｏｕｔ＋２）個の基底ベクトルを横方向に並べることによって得られる行列を示し、例えば、磁場算出部９３０が基底ベクトル記憶部９４０から取得したものである。また、（Ｌｉｎ・（Ｌｉｎ＋２）＋Ｌｏｕｔ・（Ｌｏｕｔ＋２））次元の縦ベクトルＸは、基底ベクトルに係る線形結合の係数を示す。

【数10】

【0073】

磁場算出部９３０は、この（数１０）で得られた計測データΦ_{Ｓｅｌｅｃｔ}のモデル式に基づいて、次式を用いて縦ベクトル＾Ｘ（ここで、「＾Ｘ」は（数１１）における左辺を示し、Ｘのハット（推定値）を意味するものとする。）を決定する。

【数11】

【0074】

この際、磁場算出部９３０は、最小２乗法を用いて、次式に示すコスト関数Ｆを最小にするように縦ベクトル＾Ｘを決定する。これにより、磁場算出部９３０は、磁場の空間分布を解くことができる。

【数12】

【0075】

ここで、磁場算出部９３０が（数１１）および（数１２）を用いて決定した縦ベクトル＾Ｘに関して、＾Ｘｉｎ・Ｓｉｎは測定対象磁場成分（心磁）を表し、＾Ｘｏｕｔ・Ｓｏｕｔは外乱磁場成分を表す。そこで、外乱磁場成分を排除して、測定対象磁場成分だけを取り出すためには、磁場検出結果＾Ｘ・Ｓのうち＾Ｘｉｎ・Ｓｉｎだけを取り出せばよい。

【0076】

これにより、磁場算出部９３０は、複数の磁気センサセル２２０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２１０を用いて計測された計測データΦ_{Ｓｅｌｅｃｔ}によって示される磁場の空間分布を、測定対象磁場と外乱磁場とに信号分離することができる。このように、測定装置１０は、外乱磁場成分を抑制して測定対象磁場成分だけを取り出すことができるので、測定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。磁場算出部９３０は、入力磁場を算出した算出結果を、複数の計測値とともに誤差算出部９５０へ供給する。

【0077】

ステップ１０３０において、誤差算出部９５０は、磁場算出部９３０から供給された複数の計測値および入力磁場を算出した算出結果に基づいて、磁場の検出誤差εを算出する。誤差算出部９５０は、例えば、次式に示すように、計測データΦ_{Ｓｅｌｅｃｔ}から、行列Ｓと縦ベクトル＾Ｘとの内積を減算して検出誤差εを算出してよい。これにより、誤差算出部９５０は、ある時刻における計測データΦ_{Ｓｅｌｅｃｔ}を、最小２乗法を用いて基底ベクトルＳ＝［Ｓｉｎ，Ｓｏｕｔ］によって張られる部分空間へマッピングした際の誤差を、ベクトルの成分ごとに算出し、これを検出誤差εとする。したがって、誤差算出部９５０は、複数の計測値毎に検出誤差εを算出する。そして、誤差算出部９５０は、算出した磁場の検出誤差εを、計測データ選択部９２０へ供給する。なお、計測値の数がＭであるため、検出誤差εはＭ行の縦ベクトルとなる。

【数13】

【0078】

ステップ１０４０において、計測データ選択部９２０は、磁気センサアレイ２１０全体における検出誤差εの平均値、すなわち、複数の計測値毎の検出誤差εの平均値が予め定められた閾値以下であるか否かを判定する。計測データ選択部９２０は、例えば、次式により、検出誤差εの平均値ａｖｇ（ε）を算出し、検出誤差εの平均値ａｖｇ（ε）が予め定められた閾値Ａｖｇ＿Ｅ＿Ｔｈ以下であるか否かを判定してよい。

【数14】

【0079】

ステップ１０４０において、検出誤差εの平均値が予め定められた閾値以下であると判定した場合、測定装置１０は不良センサによる計測値を除外するフローの処理を終了する。

【0080】

一方、ステップ１０４０において、検出誤差εの平均値が予め定められた閾値を超えると判定した場合、ステップ１０５０において、計測データ選択部９２０は、複数の計測値の中から検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値を除外する計測値として選択する。一例として、計測データ選択部９２０は、磁気センサアレイ２１０の中で、検出誤差εの絶対値が最大となる計測値ｉを除外する計測値として選択してよい。

【0081】

次に、ステップ１０６０において、計測データ選択部９２０は、検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値ｉを除外して、複数の計測値を選択する。すなわち、計測データ選択部９２０は、計測値ｉを除外した複数の計測値を計測データΦ_{Ｓｅｌｅｃｔ}として再構成する。

【0082】

そして、ステップ１０７０において、計測データ選択部９２０は、計測値ｉを除外した結果として、Ｍの次元を１つデクリメントして処理をステップ１０２０に戻す。そして、磁場算出部９３０は、検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値ｉを除外した後に、ステップ１０２０において、入力磁場を再算出する。この際、磁場算出部９３０は、磁気センサアレイ２１０を用いて新たに計測値を取得し直してもよいし、既に取得済みの計測値を再利用してもよい。測定装置１０は、ステップ１０４０において、検出誤差εの平均値が予め定められた閾値以下であると判定されるまで、当該処理を繰り返す。

【0083】

なお、上述の説明では、測定装置１０が、検出誤差εの平均値が予め定められた閾値を超えると判定した場合に、検出誤差εの絶対値が相対的に最も大きい１つの計測値ｉを除外してフローを繰り返す場合を一例として説明した。しかしながら、これに限定されるものではない。測定装置１０は、検出誤差εの絶対値が相対的に最も大きい１つの計測値ｉを先に選択し、当該計測値ｉにおける検出誤差ε、すなわち、検出誤差εの絶対値の最大値が予め定められた閾値を超えると判定した場合に、当該計測値ｉを除外してフローを繰り返してもよい。また、測定装置１０は、検出誤差εの絶対値が予め定められた閾値を超える１又は複数の計測値ｉを除外して、複数の有効な計測値を選択してもよい。

【0084】

このように、測定装置１０は、測定対象磁場を算出する前に、検出誤差εの絶対値が大きい計測値ｉを除外して、磁場算出部９３０によって入力磁場を算出するために用いる計測データΦ_{Ｓｅｌｅｃｔ}を更新する。検出誤差εの絶対値が大きい測定値ｉは、大きなノイズが発生したセンサに対応するものである。本実施形態の測定装置１０によれば、このようなノイズの大きい不良センサを測定対象磁場の検出前に除外するので、測定対象磁場の検出精度を高めることができる。

【0085】

図１１は、本実施形態の変形例に係るセンサ部３００の構成を示す。本図においては、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。

【0086】

本変形例において、磁気センサ５２０は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を有する。本図においては、一例として、磁気センサ５２０は、電源電圧ＶｃｃとグランドＧＮＤとの間に直列に接続された第１磁気抵抗効果素子７１０ａと第２磁気抵抗効果素子７１０ｂ、および、電源電圧ＶｃｃとグランドＧＮＤとの間に直列に接続された第３磁気抵抗効果素子７１０ｃと第４磁気抵抗効果素子７１０ｄを有する。なお、本図においては、図示を省略するが、第１～第４磁気抵抗効果素子７１０ａ～７１０ｄ（「磁気抵抗効果素子７１０」と総称する。）は、それぞれ、図７に示すように、磁気抵抗効果素子７１０の両端に配置された磁気収束板７２０および７３０を有していてよい。これら磁気抵抗効果素子７１０および磁気収束板は、コイル５３４に内包されるように位置してよい。磁気センサ５２０は、第１磁気抵抗効果素子７１０ａと第２磁気抵抗効果素子７１０ｂの間の電圧、および、第３磁気抵抗効果素子７１０ｃと第４磁気抵抗効果素子７１０ｄの間の電圧をそれぞれ出力する。なお、本図において、第１磁気抵抗効果素子７１０ａ、第２磁気抵抗効果素子７１０ｂ、第３磁気抵抗効果素子７１０ｃ、および第４磁気抵抗効果素子７１０ｄとでブリッジ回路を構成している。しかしながら、これに代えて、磁気センサ５２０は、例えば、第１磁気抵抗効果素子７１０ａ、第２磁気抵抗効果素子７１０ｂ、第３磁気抵抗効果素子７１０ｃ、および第４磁気抵抗効果素子７１０ｄの少なくともいずれかが固定抵抗で構成されたもの、または、第１磁気抵抗効果素子７１０ａと第２磁気抵抗効果素子７１０ｂ、および、第３磁気抵抗効果素子７１０ｃと第４磁気抵抗効果素子７１０ｄのいずれか一方が定電圧源で構成されたもの等であってもよく、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に入力された磁場に応じた電圧を出力する様々な態様を含む。

【0087】

磁気センサ５２０は、少なくとも直列に接続された互いに逆極性の第１磁気抵抗効果素子７１０ａおよび第２磁気抵抗効果素子７１０ｂを有し、第１磁気抵抗効果素子７１０ａと第２磁気抵抗効果素子７１０ｂの間の電圧を出力する構成とすると、温度によるオフセットや感度などの特性変動の低減効果が得られる。ここで、逆極性とは、同一方向の入力磁場に対して、磁気抵抗効果素子の抵抗の増減方向が逆であることをいう。本図においては、さらに、第３磁気抵抗効果素子７１０ｃを第１磁気抵抗効果素子７１０ａと逆極性、および、第４磁気抵抗効果素子７１０ｄを第２磁気抵抗効果素子７１０ｂと逆極性とし、第１磁気抵抗効果素子７１０ａおよび第２磁気抵抗効果素子７１０ｂに加えて、第３磁気抵抗効果素子７１０ｃおよび第４磁気抵抗効果素子７１０ｄについても互いに逆極性とした例を示す。

【0088】

本変形例において、増幅回路５３２は、２つの差動入力端子に、磁気センサ５２０の出力端子をそれぞれ接続する。そして、増幅回路５３２は、磁気センサ５２０のそれぞれの出力電圧の差に応じたフィードバック電流を発生させ、これをコイル５３４に供給する。ここで、磁気センサ５２０のそれぞれの出力電圧の差をＶｏｐｅｎと定義する。

【0089】

本変形例において、出力部５４０は、電流電圧変換抵抗５４２と、演算増幅器５４４とを有する。

【0090】

電流電圧変換抵抗５４２は、一端がコイル５３４に接続され、他端が固定電圧に接続されており、フィードバック電流を電圧に変換し、その両端にフィードバック電流に基づく電圧（フィードバック電流×電流電圧変換抵抗５４２の抵抗値）を発生させる。ここで、電流電圧変換抵抗５４２によって発生させた当該フィードバック電流に基づく電圧をＶｃｌｏｓｅｄと定義する。

【0091】

演算増幅器５４４は、差動入力端子に電流電圧変換抵抗５４２の両端をそれぞれ接続し、電流電圧変換抵抗５４２の両端の電圧、すなわち、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに応じた電圧を出力する。

【0092】

また、本変形例において、センサ部３００は、磁気リセット部１１１０を更に含む。磁気リセット部１１１０は、リセットフェーズにおいて、磁気センサ５２０を磁気飽和させるリセット磁場を磁気センサ５２０に与える。磁気リセット部１１１０は、リセット電流供給部１１２０と、切替部１１３０と、を含む。

【0093】

リセット電流供給部１１２０は、リセットフェーズにおいて、コイル５３４にリセット電流を供給して、磁気センサ５２０が有する各磁気抵抗効果素子を磁気飽和させるリセット磁場をコイル５３４に発生させる。なお、磁気飽和とは、磁気抵抗効果素子に一定量の磁場が入力して磁気抵抗効果素子の出力が磁場に対して変動しなくなることを示している。このように磁気抵抗効果素子が磁気飽和する程度の磁場をリセット磁場、またリセット磁場を発生させる電流をリセット電流と定義して用いる。

【0094】

切替部１１３０は、フィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を磁場生成部５３０に供給するか否かを切り替える。そして、リセット電流供給部１１２０は、フィードバック電流を磁場生成部５３０に供給していない状態において、磁場生成部５３０にリセット電流を供給してリセット磁場を磁場生成部５３０に発生させる。例えば、切替部１１３０は、増幅回路５３２とコイル５３４との間に設けられ、増幅回路５３２が発生したフィードバック電流をコイル５３４に供給しない場合に、コイル５３４をリセット電流供給部１１２０に接続させる。そして、リセット電流供給部１１２０は、フィードバック電流をコイル５３４に供給していない状態において、コイル５３４にリセット電流を供給してリセット磁場をコイル５３４に発生させてよい。

【0095】

このように、本変形例において、センサ部３００は、磁気センサ５２０にセンサ部３００への入力磁場が入力されると、増幅回路５３２は、入力磁場に応じた磁気センサ５２０のそれぞれの出力電圧の差（すなわち、電圧Ｖｏｐｅｎ）に応じたフィードバック電流を発生させ、これをコイル５３４に供給する。そして、コイル５３４は、供給されたフィードバック電流に応じて、磁気センサ５２０に入力された入力磁場を相殺させるフィードバック磁場を発生させる。そして、出力部５４０は、測定フェーズにおいて、入力磁場に対して発生されたフィードバック電流に応じた測定値、具体的には、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに応じた電圧値を出力する。ここで、この一連の制御をクローズドループ制御と定義する。なお、クローズドループ制御下においては、電圧Ｖｏｐｅｎの値は０となるように、すなわち、入力磁場を相殺するフィードバック磁場が発生するように制御される。

【0096】

なお、上述の説明においては、コイル５３４がフィードバック磁場およびリセット磁場を発生させるためのコイルとして共用され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。センサ部３００は、リセット磁場を発生させるためのコイルとして、フィードバック磁場を発生させるためのコイル５３４とは別のコイルを含んでもよい。また、上述の説明においては、センサ部３００が磁気リセット部１１１０の全てを含む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。磁気リセット部１１１０の一部、例えば、リセット電流供給部１１２０は、センサ部３００に設けられていなくてもよく、例えば、センサデータ収集部２３０に設けられていてもよい。

【0097】

図１２は、本変形例に係るセンサ部３００による、リセットフェーズにおける磁気リセットのフローの一例を示す。ここで、クローズドループ制御を行わない状態をオープンループと定義する。ステップ１２１０において、切替部１１３０は、クローズドループ制御から、フィードバック電流をコイル５３４に供給しない状態、すなわち、オープンループに切り替える。また、切替部１１３０は、コイル５３４をリセット電流供給部１１２０に接続させる。

【0098】

次に、ステップ１２２０において、リセット電流供給部１１２０は、コイル５３４にリセット電流を供給して、コイル５３４にリセット磁場を発生させる。ここで、リセット電流供給部１１２０は、磁気センサ５２０が有する各磁気抵抗効果素子を磁気飽和させるために予め定めた十分な大きさの電流を供給して、コイル５３４にリセット磁場を発生させてもよい。これに代えて、リセット電流供給部１１２０は、磁気センサ５２０の出力電圧をモニタしながら磁気センサ５２０の出力電圧が各磁気抵抗効果素子が磁気飽和したことを示す値となるまで供給するリセット電流の強度を徐々に大きくして、コイル５３４にリセット磁場を発生させてもよい。リセット磁場は、センサ部３００がどのような向きに配置されていても、すなわち、どのような向きに地磁気がかかっていても磁気抵抗効果素子を磁気飽和できるよう、例えば、磁場が０の状態で磁気抵抗効果素子を磁気飽和させる磁場の大きさに、地磁気分を加えた大きさ以上としてもよい。

【0099】

次に、ステップ１２３０において、リセット電流供給部１１２０は、コイル５３４へのリセット電流の供給を停止する。ここで、リセット電流供給部１１２０は、リセット磁場をコイル５３４に発生させて各磁気抵抗効果素子を磁気飽和させた後に、コイル５３４へ供給するリセット電流の大きさを徐々に小さくして、コイル５３４に発生させるリセット磁場の強度を徐々に小さくさせてもよい。一般的に、磁気抵抗効果素子は、磁界を加えていくと、磁壁（磁区と磁区の境界）が移動していき、次に、磁区の中で磁化の回転が起き、やがて全体が一つの磁区で覆われた単一磁区状態となる。これが磁気飽和に対応する。そして、磁気抵抗効果素子は、磁気飽和の状態から磁界を減少していくと、磁気抵抗効果素子のエネルギーを最小化するようにさまざまな磁化方向をもつ磁壁が発生し、磁界の減少とともに磁壁が移動していく。本変形例に係るセンサ部３００のリセット電流供給部１１２０によれば、各磁気抵抗効果素子を磁気飽和させた後のステップ１２３０において、コイル５３４へ供給するリセット磁場を徐々に小さくさせることで、磁気抵抗効果素子を常に同じ磁化状態に近づけることができる。これにより、磁気抵抗効果素子は、磁気リセット毎に同じような状態となるため、各磁気リセット後の磁気抵抗効果素子の磁化状態のばらつきを比較的小さくすることができる。

【0100】

そして、ステップ１２４０において、切替部１１３０は、コイル５３４を増幅回路５３２に接続させ、オープンループからクローズドループ制御に切り替えて磁気リセット処理を終了する。その後、出力部５４０は、測定フェーズにおいて、クローズドループ制御下で、入力磁場に対して発生されたフィードバック電流に応じた測定値を出力する。

【0101】

図１３は、一般的な磁性体の磁化曲線を示す。磁性体は、初磁化状態では、点１３１０に示すように、磁界が０のとき磁化は０である。この状態から磁界を正側に増加していくと、磁化は、曲線１３５０を辿って増加し、点１３１２に到達する。この曲線１３５０を初磁化曲線という。点１３１２に到達すると、磁化は、これ以上磁界を正側に増加しても変化しなくなる。この時、磁性体は磁気飽和した状態となる。その後、磁界を減少させていくと、磁化は、曲線１３５０ではなく、曲線１３６０を辿って減少し、点１３１４に到達する。点１３１４において、磁界が０であっても磁化は残っており、これを残留磁化という。さらに、磁界を負側に増加させていくと、磁化は、曲線１３６０を辿って減少し、点１３１６に到達する。点１３１６に到達すると、磁化は、これ以上磁界を負側に増加しても変化しなくなる。この時、磁性体は再び磁気飽和した状態となる。その後、再び磁界を正側に増加していくと、磁化は、曲線１３６０ではなく、曲線１３７０を辿って増加し、点１３１８を経由して点１３１２に到達する。磁性体は、一般的に、このような磁気ヒステリシス特性を有する。ここで、磁性体が磁気飽和した状態となる点１３１２および点１３１６を通る曲線１３６０および曲線１３７０からなる最大のループをメジャーループという。

【0102】

一方、例えば、点１３１８の状態から、磁界を負側に増加させていくと、磁化は、曲線１３８０を辿って減少する。この状態から、磁性体が磁気飽和する前の点１３２０において再び磁界を正側に増加させていくと、磁化は、曲線１３８０ではなく、曲線１３９０を辿って増加し、点１３１８に到達する。このように、磁性体が磁気飽和した状態となる点１３１２および１３１６を通らない、例えば、曲線１３８０および曲線１３９０からなるループをマイナーループという。

【0103】

図１４は、本変形例に係るセンサ部３００における、磁気センサ５２０への入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。本変形例において、磁気センサ５２０への入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性は、磁気センサ５２０が有する第１磁気抵抗効果素子７１０ａ、第２磁気抵抗効果素子７１０ｂ、第３磁気抵抗効果素子７１０ｃ、および第４磁気抵抗効果素子７１０ｄの磁気ヒステリシス特性に準じて、本図に示すような特性を有する。符号１４１０は、マイナーループを示し、符号１４２０はメジャーループを示す。

【0104】

本変形例に係るセンサ部３００は、磁気リセットを行う前の状態において、クローズドループ制御下で磁場の測定を行うと、磁気センサ５２０が有する各磁気抵抗効果素子の磁気動作点がマイナーループ１４１０上の点１４３０にある状態で磁場を測定することとなる。しかしながら、磁気センサ５２０が有する各磁気抵抗効果素子は、磁性体の一般的な現象として、マイナーループ上で動作させた場合には、メジャーループ上で動作させた場合に比べて高い磁気感度（Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの変化率）を得ることができず、微弱な測定対象磁場を検出できなくなる。そこで、本変形例に係るセンサ部３００を複数の磁気センサセル２２０のそれぞれが有する測定装置１０において、測定対象磁場の検出前に、ノイズが大きく不良センサとして検出された磁気センサ５２０を磁気リセットする。

【0105】

図１５は、複数の磁気センサセル２２０のそれぞれが本変形例に係るセンサ部３００を有する場合における、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９００の構成を示す。本図においては、図９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。本変形例において、磁気センサアレイ２１０が有する複数の磁気センサセル２２０は、例えば、図１１に示すセンサ部３００を有する。すなわち、複数の磁気センサセル２２０が有するセンサ部３００は、それぞれ、リセットフェーズにおいて、磁気センサ５２０を磁気リセット可能に構成される。また、本変形例において、センサデータ処理部９００は、決定部１５１０および基底ベクトル更新部１５２０を更に備える。

【0106】

決定部１５１０は、誤差算出部９５０から供給された磁場の検出誤差εに基づいて、複数の磁気センサセル２２０のうちの少なくとも１つをリセットするか否かを決定する。より詳細には、決定部１５１０は、磁場の検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサ５２０を含む磁気センサセル２２０をリセットすると決定する。この場合、決定部１５１０は、検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサ５２０のみをリセットすると決定してもよいし、当該磁気センサ５２０を含む磁気センサセル２２０の全ての磁気センサ５２０をリセットすると決定してもよい。

【0107】

基底ベクトル更新部１５２０は、検出誤差εに基づいて基底ベクトルを更新する。そして、磁場算出部９３０は、検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサ５２０が磁気リセットされた後に、入力磁場を再算出する。この際、磁場算出部９３０は、基底ベクトル更新部１５２０によって更新された基底ベクトルを用いる。これについて、詳細に説明する。

【0108】

図１６は、複数の磁気センサセル２２０のそれぞれが本変形例に係るセンサ部３００を有する測定装置１０が測定対象磁場を算出する前処理として不良センサをリセットするフローの一例を示す。ステップ１６１０において、測定装置１０は、計測データを取得する。例えば、計測データ取得部９１０は、磁気センサアレイ２１０を構成する複数の磁気センサセル２２０内のセンサ部３００ｘ～ｚによって計測された入力磁場に基づく複数の計測値（計測データΦ_Ａｌｌ）を取得する。

【0109】

ステップ１６２０において、測定装置１０は、入力磁場を算出する。本フローにおいては、計測データ選択部９２０は、複数の計測値の全てを計測データΦ_{Ｓｅｌｅｃｔ}として選択する（Φ_{Ｓｅｌｅｃｔ}＝Φ_Ａｌｌ）。そして、磁場算出部９３０は、計測データΦ_Ａｌｌに基づいて、ステップ１０２０と同様の手法により、入力磁場を算出する。

【0110】

ステップ１６３０において、測定装置１０は、検出誤差εを算出する。例えば、誤差算出部９５０は、ステップ１０３０と同様の手法により、検出誤差εを算出する。

【0111】

そして、ステップ１６４０において、測定装置１０は、基底ベクトルを更新する。例えば、基底ベクトル更新部１５２０は、ステップ１６３０において算出された検出誤差εを最小にするように、最小２乗法を用いて、基底ベクトルを更新する。具体的には、例えば、最適化理論に基づいて（数１３）により定義されるεを最小にするアルゴリズムなどを実行して、（数７）における較正係数行列Ｋを更新することによって基底ベクトルを更新する。なお、当該較正係数行列Ｋは、複数の磁気センサセル２２０のセンサ部３００ｘ、ｙ、およびｚにおける感磁軸方向と磁気感度を表すベクトルを含むものである。したがって、基底ベクトル更新部１５２０は、当該較正係数行列Ｋを更新することによって、各磁気センサセル２２０の磁気感度（主軸感度および他軸感度）の補正を行うことができる。

【0112】

ステップ１６５０において、測定装置１０は、ステップ１６４０において更新された更新後の基底ベクトルを用いて入力磁場を算出する。例えば、磁場算出部９３０は、更新後の基底ベクトルを用いて、ステップ１０２０と同様の手法により、入力磁場を算出する。

【0113】

ステップ１６６０において、測定装置１０は、検出誤差εを算出する。例えば、誤差算出部９５０は、ステップ１０３０と同様の手法により、検出誤差εを算出する。

【0114】

ステップ１６７０において、測定装置１０は、検出誤差εの絶対値が最大（最大誤差）となる最大誤差センサを選択する。例えば、決定部１５１０は、誤差算出部９５０から供給された計測値毎の検出誤差εに基づいて、検出誤差εの絶対値が最大となる計測値を特定し、当該計測値の取得に用いられた磁気センサ５２０を最大誤差センサとして選択する。

【0115】

ステップ１６８０において、測定装置１０は、最大誤差が予め定められた閾値以下であるか否かを判定する。例えば、決定部１５１０は、ステップ１６７０において選択された最大誤差センサにおける検出誤差εの絶対値が予め定められた閾値Ｍａｘ＿Ｅ＿Ｔｈ以下であるか否かを判定してよい。

【0116】

ステップ１６８０において、最大誤差が予め定められた閾値以下であると判定した場合、測定装置１０は不良センサをリセットするフローの処理を終了する。

【0117】

一方、ステップ１６８０において、最大誤差が予め定められた閾値を超えると判定した場合、ステップ１６９０において、決定部１５１０は、ステップ１６７０において最大誤差センサとして選択された磁気センサ５２０をリセットすると決定する。この場合、決定部１５１０は、検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサ５２０のみをリセットすると決定してもよいし、当該磁気センサ５２０を含む磁気センサセル２２０の全ての磁気センサ５２０をリセットすると決定してもよい。そして、決定部１５１０は、リセットすると決定した磁気センサ５２０を含む磁気センサセル２２０にリセットを指示する。リセットを指示された磁気センサセル２２０は、リセット対象の磁気センサ５２０を、図１２のフローに従って、クローズドループ制御からオープンループに切り替えて、リセットフェーズに遷移させて磁気リセットする。

【0118】

ステップ１６９０において、検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサ５２０が磁気リセットされた後、処理をステップ１６１０に戻し、磁場算出部９３０は、新たに取得された計測データを用いて入力磁場を再算出する。測定装置１０は、ステップ１６８０において、最大誤差が予め定められた閾値以下であると判定されるまで、当該処理を繰り返す。なお、この際、測定装置１０は、磁気リセットを実行する磁気センサ以外の磁気センサについては、フィードバック電流を切らずに（クローズドループ制御下で）当該処理を繰り返す。

【0119】

このように、決定部１５１０は、誤差算出部９５０から供給された磁場の検出誤差εに基づいて、複数の磁気センサセル２２０のうちの少なくとも１つをリセットするか否かを決定する。より詳細には、決定部１５１０は、磁場の検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサ５２０を含む磁気センサセル２２０をリセットすると決定する。

【0120】

なお、上述の説明では、測定装置１０が、検出誤差εが相対的に最も大きい１つの最大誤差センサを先に選択し、最大誤差が予め定められた閾値を超えると判定した場合に、当該最大誤差センサを磁気リセットすると場合を一例として説明した。しかしながら、これに限定されるものではない。測定装置１０は、検出誤差εの絶対値が予め定められた閾値を超える１又は複数の磁気センサ５２０を磁気リセットしてもよい。

【0121】

また、予め定められた回数以上磁気リセットしても検出誤差εの絶対値が予め定められた閾値を下回らない場合には、当該計測値の取得に用いられた磁気センサ５２０を、測定対象磁場の検出に使用しないと決定して、処理を終了させてもよい。

【0122】

このように、測定装置１０は、検出誤差εの絶対値が大きい計測値の取得に用いられた磁気センサ５２０を磁気リセットして、入力磁場を再検出する。検出誤差εの絶対値が大きい測定値の取得に用いられた磁気センサ５２０は、磁気履歴に起因して磁気感度が低下したり、ノイズが増大した不良センサであり得る。本変形例の測定装置１０によれば、このような磁気感度が低下したり、ノイズが増大した不良センサを測定対象磁場の検出前に磁気リセットして磁気感度を高めるので、測定対象磁場の算出精度を高めることができる。

【0123】

なお、上述した本実施形態と、別の実施形態とは、それぞれ独立に機能させてもよいし、両実施形態を組み合わせて機能させてもよい。すなわち、例えば、測定対象磁場の検出前の前処理として、図１６に係る不良センサをリセットするフローを実行した後に、図１０に係る不良センサを除外するフローを実行してもよい。両実施形態を組み合わせることにより、測定対象磁場の検出精度をより高めることができる。

【0124】

また、上述した本実施形態においては、測定装置１０が、検出誤差εの絶対値が大きい測定値ｉを除外したまま、入力磁場を算出す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。

【0125】

例えば、磁場算出部９３０は、（数１１）により磁場の空間分布を解くことにより、計測データ選択部９２０によって選択された複数の計測値に基づいて、当該複数の計測値が計測された箇所における入力磁場を再算出することができる。その場合、誤差算出部９５０は、再算出された当該複数の計測値が計測された箇所における入力磁場の検出結果に基づいて、検出誤差を算出してもよい。

【0126】

一例として、磁場算出部９３０は、（数１１）により磁場の空間分布を解くことによって、入力磁場の算出結果に関わる係数、すなわち、（数１１）における＾Ｘｉｎおよび＾Ｘｏｕｔを用いて、信号空間分離演算から除外された計測値ｉを計測したセンサの座標（位置ベクトル＝ｒ、極座標で表示した座標＝（ｒ，θ，φ））における磁場ベクトルＢ（ｒ）を、次式により表すことができる。

【数15】

【0127】

すなわち、磁場算出部９３０は、計測データ選択部９２０によって選択された複数の計測値から算出された入力磁場の算出結果に関わる係数に基づいて、除外された計測値ｉが計測された箇所における入力磁場を算出することができる。これにより、測定装置１０は、不良センサにおける磁場を（数１５）により再構成するので、不良センサの位置における計測値が欠落することによる磁場計測精度の低下を抑えることができる。したがって、測定装置１０は、高精度な磁場検出を行うことができる。

【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１７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 測定装置
１００ 本体部
１１０ 磁気センサユニット
１２０ ヘッド
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 コイル
５４０ 出力部
５４２ 電流電圧変換抵抗
５４４ 演算増幅器
７１０ 磁気抵抗効果素子
７２０、７３０ 磁気収束板
９００ センサデータ処理部
９１０ 計測データ取得部
９２０ 計測データ選択部
９３０ 磁場算出部
９４０ 基底ベクトル記憶部
９５０ 誤差算出部
１１１０ 磁気リセット部
１１２０ リセット電流供給部
１１３０ 切替部
１５１０ 決定部
１５２０ 基底ベクトル更新部
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】