JP7061882B2

JP7061882B2 - 測定装置、方法、プログラム、記録媒体

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Description

本発明は、センサにおいて発生する１／ｆノイズの除去に関する。

従来より、微弱な磁界を測定するセンサが知られている（例えば、特許文献１の要約を参照）。また、耐ノイズ性を向上し、磁界強度の計測を用いた位置検出法が知られている（例えば、特許文献２の要約を参照）。さらに、磁気センサとしてはＭＩセンサが知られている（例えば、特許文献３の要約を参照）。

特開２０１７－１３３９９３号公報特開平９－３２５００３号公報特開２０１４－１９０７７４号公報

本発明は、磁気センサなどのセンサにおいて発生する１／ｆノイズによる測定結果の誤差を軽減することを課題とする。

本発明にかかる測定装置は、測定対象が発生する測定対象量を測定する測定装置であって、前記測定対象量に加算する加算量を発生する加算量発生部と、前記測定対象量に前記加算量が加算された合成量を測定するセンサと、前記センサの出力から前記測定対象量を導出する導出部とを備え、前記センサによる測定の際に、１／ｆノイズが発生し、前記合成量が０未満の場合の前記センサの出力値は、前記合成量が０の場合の前記センサの出力値と同じ値であり、前記加算量は、パルスであり、該パルスは、前記測定対象量の最大値の絶対値よりも大きな振幅を有し、該パルスの最大値が０であり、該パルスは、前記１／ｆノイズを無視できる程度に高い周波数を有し、前記導出部は、前記センサの出力値を検波することにより、前記測定対象量を導出するように構成される。

上記のように構成された測定装置は、測定対象が発生する測定対象量を測定する。加算量発生部は、前記測定対象量に加算する加算量を発生する。センサは、前記測定対象量に前記加算量が加算された合成量を測定する。導出部は、前記センサの出力から前記測定対象量を導出する。前記センサによる測定の際に、１／ｆノイズが発生する。前記合成量が０未満の場合の前記センサの出力値は、前記合成量が０の場合の前記センサの出力値と同じ値である。前記加算量は、パルスである。該パルスは、前記測定対象量の最大値の絶対値よりも大きな振幅を有する。該パルスの最大値が０である。該パルスは、前記１／ｆノイズを無視できる程度に高い周波数を有する。前記導出部は、前記センサの出力値を検波することにより、前記測定対象量を導出する。

なお、本発明にかかる測定装置は、前記測定対象量は磁場であるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる測定装置は、前記センサの出力を受けて、前記１／ｆノイズを、前記パルスの周波数と同じ周波数の成分よりも減衰させて、前記導出部に与えるハイパスフィルタを備えるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる測定装置は、複数の前記センサの出力を合計して一つの前記導出部に与える合計部を備えるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる測定装置は、複数の前記センサの出力を、それぞれ別々の前記導出部に与えるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる測定装置は、前記合成量に、誤差補正量を加えて、前記センサに与える前置誤差補正部を備えるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる測定装置は、アナログである前記センサの出力を、デジタルに変換して、前記導出部に与えるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる測定装置は、前記導出部の出力を受けて、外部環境に起因する誤差を補正する外部誤差補正部を備えるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる測定装置は、ある一つの前記センサと、その出力を受けるある一つの前記導出部とを有するチャネルを複数備え、さらに前記チャネル間の誤差を補正するチャネル間誤差補正部を備えるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる測定装置は、前記１／ｆノイズを無視できる程度に高い周波数帯域における前記導出部の出力の誤差を測定する高周波帯域誤差測定部と、前記高周波帯域誤差測定部の測定結果に基づき、前記パルスの周波数を決定する周波数決定部とを備えるようにしてもよい。

本発明は、測定対象が発生する測定対象量を測定する測定方法であって、前記測定対象量に加算する加算量を発生する加算量発生工程と、センサにより、前記測定対象量に前記加算量が加算された合成量を測定する測定工程と、前記センサの出力から前記測定対象量を導出する導出工程とを備え、前記センサによる測定の際に、１／ｆノイズが発生し、前記合成量が０未満の場合の前記センサの出力値は、前記合成量が０の場合の前記センサの出力値と同じ値であり、前記加算量は、パルスであり、該パルスは、前記測定対象量の最大値の絶対値よりも大きな振幅を有し、該パルスの最大値が０であり、該パルスは、前記１／ｆノイズを無視できる程度に高い周波数を有し、前記導出工程は、前記センサの出力値を検波することにより、前記測定対象量を導出する測定方法である。

本発明は、測定対象が発生する測定対象量を測定する測定装置であって、前記測定対象量に加算する加算量を発生する加算量発生部と、前記測定対象量に前記加算量が加算された合成量を測定するセンサとを有する測定装置における測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記測定処理は、前記センサの出力から前記測定対象量を導出する導出工程を備え、前記センサによる測定の際に、１／ｆノイズが発生し、前記合成量が０未満の場合の前記センサの出力値は、前記合成量が０の場合の前記センサの出力値と同じ値であり、前記加算量は、パルスであり、該パルスは、前記測定対象量の最大値の絶対値よりも大きな振幅を有し、該パルスの最大値が０であり、該パルスは、前記１／ｆノイズを無視できる程度に高い周波数を有し、前記導出工程は、前記センサの出力値を検波することにより、前記測定対象量を導出するプログラムである。

本発明は、測定対象が発生する測定対象量を測定する測定装置であって、前記測定対象量に加算する加算量を発生する加算量発生部と、前記測定対象量に前記加算量が加算された合成量を測定するセンサとを有する測定装置における測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、前記測定処理は、前記センサの出力から前記測定対象量を導出する導出工程を備え、前記センサによる測定の際に、１／ｆノイズが発生し、前記合成量が０未満の場合の前記センサの出力値は、前記合成量が０の場合の前記センサの出力値と同じ値であり、前記加算量は、パルスであり、該パルスは、前記測定対象量の最大値の絶対値よりも大きな振幅を有し、該パルスの最大値が０であり、該パルスは、前記１／ｆノイズを無視できる程度に高い周波数を有し、前記導出工程は、前記センサの出力値を検波することにより、前記測定対象量を導出する記録媒体である。

本発明の第一の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。加算磁場発生部１２の構成の一例を示す図である。測定対象磁場ＭＦ１（図３（ａ））、加算磁場ＭＦ０（図３（ｂ））、合成磁場ＭＦ２（図３（ｃ））の波形を示す図である。加算磁場ＭＦ０および測定対象磁場ＭＦ１のスペクトルを示す図である。磁気センサ１４の入出力特性を示す図である。磁気センサ１４の出力（図６（ａ））、測定対象磁場ＭＦ１（図６（ｂ））、加算磁場ＭＦ０と同じ周波数のパルス（図６（ｃ））の波形を示す図である。磁気センサ１４の出力のスペクトルを示す図である。ハイパスフィルタ１６ｂの出力（図８（ａ））、検波部（導出部）１６ｃの出力（図８（ｂ））のスペクトルを示す図である。本発明の第二の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。本発明の第三の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。本発明の第四の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。本発明の第五の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。本発明の第六の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。本発明の第七の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。本発明の第八の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

第一の実施形態
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。

第一の実施形態にかかる測定装置１は、測定対象２（例えば、心臓）が発生する測定対象量（例えば、測定対象磁場ＭＦ１）を測定するものであり、加算磁場発生部（加算量発生部）１２、磁気センサ１４、センサ出力処理部１６を備える。

加算磁場発生部（加算量発生部）１２は、測定対象量（例えば、測定対象磁場ＭＦ１（図３（ａ）参照））に加算する加算量（例えば、加算磁場ＭＦ０（図３（ｂ）参照））を発生する。

磁気センサ１４は、測定対象量に加算量が加算された合成量（例えば、合成磁場ＭＦ２（図３（ｃ）および図４参照））を測定する。この加算は、空間Ｓにおいて行われる。磁気センサ１４による測定の際に、１／ｆノイズが発生する（図７参照）。

なお、本発明の実施形態においては、測定装置１が磁気センサ１４を備えることとなっているが、１／ｆノイズが問題となる（すなわち、測定対象量の周波数が、１／ｆノイズを無視できない程度に低い周波数である）ようなセンサであれば、磁気センサに限定されるものではない。

図２は、加算磁場発生部１２の構成の一例を示す図である。加算磁場発生部１２は、加算磁場発生用電源１２ａ、加算磁場発生用コイル１２ｂを有する。磁気センサ１４は、例えばＭＩセンサである。磁気センサ１４は、加算磁場発生用コイル１２ｂ内に挿入されている。

加算磁場発生用電源１２ａが加算磁場発生用コイル１２ｂに電流を流すと、加算磁場発生用コイル１２ｂ内に加算磁場ＭＦ０が発生する。また、加算磁場発生用コイル１２ｂ内には、測定対象２より、測定対象磁場ＭＦ１が与えられている。

よって、磁気センサ１４には、合成磁場ＭＦ２＝ＭＦ０＋ＭＦ１が与えられる。

センサ出力処理部１６は、アンプ１６ａ、ハイパスフィルタ１６ｂ、検波部（導出部）１６ｃを有する。

アンプ１６ａは、磁気センサ１４の出力を増幅する。ハイパスフィルタ１６ｂは、磁気センサ１４の出力を、アンプ１６ａを介して受け、磁気センサ１４において発生する１／ｆノイズを、加算磁場ＭＦ０（パルスである）の周波数ｆ０（図４参照）と同じ周波数の成分よりも減衰させて、検波部（導出部）１６ｃに与える。検波部（導出部）１６ｃは、磁気センサ１４の出力を、アンプ１６ａおよびハイパスフィルタ１６ｂを介して受け、受けた磁気センサ１４の出力から測定対象量（測定対象磁場ＭＦ１）を導出する。なお、検波部（導出部）１６ｃは、磁気センサ１４の出力値を検波することにより、測定対象量（測定対象磁場ＭＦ１）を導出する。なお、検波は、ダイオードを用いて行ってもよいし、サンプルホールド、包絡線検波、同期検波または遅延検波を用いて行ってもよい。

次に、第一の実施形態の動作を説明する。

測定対象２が発生する測定対象磁場ＭＦ１が、加算磁場発生部１２が発生する加算磁場ＭＦ０と加算され合成磁場ＭＦ２（＝ＭＦ０＋ＭＦ１）となり、磁気センサ１４に与えられる。

図３は、測定対象磁場ＭＦ１（図３（ａ））、加算磁場ＭＦ０（図３（ｂ））、合成磁場ＭＦ２（図３（ｃ））の波形を示す図である。図４は、加算磁場ＭＦ０および測定対象磁場ＭＦ１のスペクトルを示す図である。ただし、図３および図４においては、磁場を磁束密度[μＴ]に変換して図示している。

図３（ａ）を参照して、測定対象磁場ＭＦ１は、非常に微弱な磁場であり（例えば、心臓が発生する磁場）、例えば、時間を横軸に、磁束密度[μＴ]を縦軸にとると、最大値が３[μＴ]よりやや小さい値であり、しかも最小値が０[μＴ]よりやや大きい値の正弦波を描く。この正弦波の周波数は、磁気センサ１４において発生する１／ｆノイズが無視できない程度に低い周波数ｆ１である（図７参照）。

図３（ｂ）においては、０[μＴ]から－５０[μＴ]までの間で、縦軸を一部省略している。図３（ｂ）を参照して、加算磁場ＭＦ０は、パルスである。このパルスは、測定対象量の最大値（３[μＴ]よりやや小さい値）の絶対値よりも大きな振幅（例えば、５０[μＴ]）を有する。しかも、このパルスの最大値は０である。さらに、このパルスは、磁気センサ１４において発生する１／ｆノイズを無視できる程度に高い周波数ｆ０を有する（図４および図７参照）。加算磁場ＭＦ０は、０[μＴ]または－５０[μＴ]の値をとるパルスである。例えば、周波数ｆ０は、１／ｆノイズの１／ｆコーナー周波数よりも高い値（例えば、２[kHz]）である。

図３（ｃ）および図４を参照して、合成磁場ＭＦ２＝ＭＦ０＋ＭＦ１である。

図３（ｃ）を参照して、合成磁場ＭＦ２は、加算磁場ＭＦ０が０[μＴ]のときは測定対象磁場ＭＦ１と同じ値をとるが、加算磁場ＭＦ０が－５０[μＴ]のときは－４７[μＴ]未満の値をとる。ただし、図３（ｃ）においては、およそ－３[μＴ]未満のグラフを図示省略している。

図４を参照して、合成磁場ＭＦ２は、周波数ｆ１の成分（測定対象磁場ＭＦ１）と、周波数ｆ０の成分（加算磁場ＭＦ０）とを有する。ただし、図４においては、加算磁場ＭＦ０の高調波成分（２ｆ０、３ｆ０、…）を図示省略している（図７および図８も同様）。また、図４においては、周波数ｆ１と周波数ｆ０との間で、横軸を一部省略している。

磁気センサ１４は、合成磁場ＭＦ２を電圧に変換して出力する。

図５は、磁気センサ１４の入出力特性を示す図である。ただし、図５においては、横軸に入力である磁束密度[μＴ]を、縦軸に出力である電圧[V]をとっている。

磁気センサ１４の出力の下限は、合成磁場ＭＦ２が０[μＴ]において飽和している。すなわち、合成磁場ＭＦ２が０未満の場合の磁気センサ１４の出力値０[V]は、合成磁場ＭＦ２が０の場合の磁気センサ１４の出力値０[V]と同じ値である。

なお、磁気センサ１４の出力の上限も、合成磁場ＭＦ２の最大値（３[μＴ]よりやや小さい値）よりも大きな値（例えば、５[μＴ]）において飽和している。

図６は、磁気センサ１４の出力（図６（ａ））、測定対象磁場ＭＦ１（図６（ｂ））、加算磁場ＭＦ０と同じ周波数のパルス（図６（ｃ））の波形を示す図である。ただし、図６（ａ）および図６（ｂ）においては、磁場を磁束密度[μＴ]に換算している。

上述のとおり、合成磁場ＭＦ２が０[μＴ]において、磁気センサ１４の出力は飽和している（図５参照）。よって、磁気センサ１４の出力波形は、合成磁場ＭＦ２の波形（図３（ｃ）参照）において０[μＴ]未満の磁束密度を０[μＴ]に置き換えたものとなる（図６（ａ）参照）。ただし、図６（ａ）において、磁気センサ１４から発生する１／ｆノイズおよび熱雑音は図示省略している。

図６（ｂ）は、図３（ａ）と同じグラフである。

図６（ｃ）は、加算磁場ＭＦ０と同じ周波数のパルスであるが、縦軸は無次元であり、１または０の値をとる。

図６（ａ）、図６（ｂ）および図６（ｃ）を参照して、磁気センサ１４の出力（図６（ａ）参照）は、測定対象磁場ＭＦ１（図６（ｂ）参照）に、加算磁場ＭＦ０と同じ周波数のパルス（図６（ｃ）参照）を乗じたものとなる。

図７は、磁気センサ１４の出力のスペクトルを示す図である。ただし、図７においては、磁気センサ１４の出力を磁束密度[μＴ]に換算している。また、図７においては、周波数ｆ１と周波数ｆ０との間で、横軸を一部省略している。

磁気センサ１４の出力は、測定対象磁場ＭＦ１（周波数ｆ０）に、加算磁場ＭＦ０と同じ周波数ｆ０のパルスを乗じたものとなるので、周波数ｆ０＋ｆ１の成分と、周波数ｆ０－ｆ１の成分を有する。これらの二つの成分は、加算磁場ＭＦ０と同じ周波数ｆ０のパルス（図６（ｃ）参照）を搬送波として、測定対象磁場ＭＦ１により、この搬送波を変調したものといえる。

しかも、磁気センサ１４の出力は、搬送波の成分（周波数ｆ０）と、測定対象磁場ＭＦ１（周波数ｆ１）と、１／ｆノイズと、熱雑音とを有する。磁気センサ１４の出力の成分のうち、１／ｆノイズと測定対象磁場ＭＦ１とは低周波であり、周波数ｆ０＋ｆ１の成分と、周波数ｆ０－ｆ１の成分と、加算磁場ＭＦ０の成分と、熱雑音とは高周波である。ただし、熱雑音は、周波数ｆ０＋ｆ１の成分と、周波数ｆ０－ｆ１の成分と、加算磁場ＭＦ０の成分とに比べると無視できる程に小さい。

磁気センサ１４の出力はアンプ１６ａにより増幅され、ハイパスフィルタ１６ｂに与えられる。ハイパスフィルタ１６ｂの出力は、検波部（導出部）１６ｃに与えられる。

図８は、ハイパスフィルタ１６ｂの出力（図８（ａ））、検波部（導出部）１６ｃの出力（図８（ｂ））のスペクトルを示す図である。ただし、図８においては、周波数ｆ１と周波数ｆ０との間で、横軸を一部省略している。

図８（ａ）を参照して、磁気センサ１４の出力を、ハイパスフィルタ１６ｂに与えると、１／ｆノイズと測定対象磁場ＭＦ１とが著しく減衰し、無視できる程度の大きさとなる。周波数ｆ０＋ｆ１の成分と、周波数ｆ０－ｆ１の成分と、加算磁場ＭＦ０の成分とは、ほとんど減衰しない。

図８（ｂ）を参照して、ハイパスフィルタ１６ｂの出力を、検波部（導出部）１６ｃに与えると、検波により、測定対象磁場ＭＦ１（周波数ｆ１）の成分を得ることができる。ただし、検波部１６ｃの出力には熱雑音も含まれるが、測定対象磁場ＭＦ１の成分に比べると無視できる程に小さい。

第一の実施形態によれば、磁気センサ１４において発生する１／ｆノイズによる測定装置１による測定対象磁場ＭＦ１の測定結果の誤差を軽減することができる。

すなわち、磁気センサ１４の出力は、加算磁場ＭＦ０と同じ周波数ｆ０のパルス（図６（ｃ）参照）を搬送波として、測定対象磁場ＭＦ１により、この搬送波を変調したもの（周波数ｆ０＋ｆ１の成分および周波数ｆ０－ｆ１の成分）を有する。ここで、磁気センサ１４において１／ｆノイズが発生しても、磁気センサ１４の出力する周波数ｆ０＋ｆ１の成分および周波数ｆ０－ｆ１の成分には、１／ｆノイズが無視できる程度にしか含まれていない（図７参照）。このため、周波数ｆ０＋ｆ１の成分および周波数ｆ０－ｆ１の成分を復調して、測定対象磁場ＭＦ１（周波数ｆ１）の成分を得れば、この成分には、１／ｆノイズが無視できる程度にしか含まれていないことになる。

第二の実施形態
第二の実施形態にかかる測定装置１は、複数の磁気センサ１４の出力を合計して一つの導出部１６ｃに与える合計部１５を備えた点が、第一の実施形態にかかる測定装置１と異なる。

図９は、本発明の第二の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。第二の実施形態にかかる測定装置１は、測定対象２（例えば、心臓）が発生する測定対象量（例えば、測定対象磁場ＭＦ１）を測定するものであり、加算磁場発生部（加算量発生部）１２、磁気センサ１４、合計部１５、センサ出力処理部１６を備える。

加算磁場発生部１２は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。

磁気センサ１４は複数（図９の例では、３個）設けられており、いずれも、空間Ｓ内のほぼ同一地点の合成磁場ＭＦ２を測定する。合計部１５は、複数の磁気センサ１４の出力を合計して、一つの検波部（導出部）１６ｃに、アンプ１６ａおよびハイパスフィルタ１６ｂを介して与える。

アンプ１６ａは、合計部１５の出力を増幅して、ハイパスフィルタ１６ｂに与える。ハイパスフィルタ１６ｂおよび検波部１６ｃは、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。

次に、第二の実施形態の動作を説明する。

測定対象２が発生する測定対象磁場ＭＦ１が、加算磁場発生部１２が発生する加算磁場ＭＦ０と加算され合成磁場ＭＦ２（＝ＭＦ０＋ＭＦ１）となり、複数の磁気センサ１４に与えられる。

複数の磁気センサ１４の出力は、合計部１５により合計されて、アンプ１６ａに与えられる。以後の動作は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。

第二の実施形態によれば、第一の実施形態と同様な効果を奏する。

しかも、第二の実施形態によれば、以下のような効果を奏する。すなわち、磁気センサ１４の出力には１／ｆノイズに限らず、色々なノイズが混入するので、Ｓ／Ｎ比が低下してしまう。ここで、複数（例えば、３個）の磁気センサ１４の出力を合計すれば、磁気センサ１４の信号（本来の出力）は単純に３倍になるが、ノイズは磁気センサ１４ごとにランダムなので単純に３倍とはならない。複数（例えば、３個）の磁気センサ１４の出力を合計した場合、ノイズはおおむね、各磁気センサ１４のノイズの２乗の総和の平方根にしかならず、３倍未満となる。よって、複数（例えば、３個）の磁気センサ１４の出力の合計を、センサ出力処理部１６によって処理するようにすれば、Ｓ／Ｎ比が向上する。

第三の実施形態
第三の実施形態にかかる測定装置１は、複数の磁気センサ１４２、１４４、１４６の出力を、それぞれ別々の導出部１６ｃに与える点が、第一の実施形態にかかる測定装置１と異なる。

図１０は、本発明の第三の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。第三の実施形態にかかる測定装置１は、測定対象２（例えば、心臓）が発生する測定対象量（例えば、測定対象磁場ＭＦ１）を測定するものであり、加算磁場発生部（加算量発生部）１２、磁気センサ１４２、１４４、１４６、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６を備える。

磁気センサ１４２、１４４、１４６は複数（図１０の例では、３個）設けられている。複数の磁気センサ１４２、１４４、１４６は、それぞれ、空間Ｓ内の別々の地点の合成磁場ＭＦ２ａ、ＭＦ２ｂ、ＭＦ２ｃを測定する。

複数の磁気センサ１４２、１４４、１４６の出力は、それぞれ別々のセンサ出力処理部１６２、１６４、１６６内のアンプ１６ａおよびハイパスフィルタ１６ｂを介して、別々の導出部１６ｃに与えられる。

センサ出力処理部１６２、１６４、１６６内のアンプ１６ａは、それぞれ、複数の磁気センサ１４２、１４４、１４６の出力を増幅する。センサ出力処理部１６２、１６４、１６６内のハイパスフィルタ１６ｂおよび検波部１６ｃは、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。

次に、第三の実施形態の動作を説明する。

測定対象２が発生する測定対象磁場ＭＦ１が、加算磁場発生部１２が発生する加算磁場ＭＦ０と加算される。合成磁場ＭＦ２は、空間Ｓ内の別々の地点において、別々の合成磁場ＭＦ２ａ、ＭＦ２ｂ、ＭＦ２ｃとなり、複数の磁気センサ１４２、１４４、１４６に与えられる。

複数の磁気センサ１４２、１４４、１４６の出力は、それぞれ、別々のセンサ出力処理部１６２、１６４、１６６内のアンプ１６ａに与えられる。以後の動作は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。

第三の実施形態によれば、第一の実施形態と同様な効果を奏する。

しかも、第三の実施形態によれば、空間Ｓ内の別々の地点において磁場が異なる場合、空間Ｓ内の磁場の分布を測定することができる。例えば、測定対象２が心臓である場合、心臓の磁場の分布を広範囲に測定することができる。

第四の実施形態
第四の実施形態にかかる測定装置１は、複数の磁気センサ１４２、１４４、１４６に与えられる別々の合成磁場ＭＦ２ａ、ＭＦ２ｂ、ＭＦ２ｃに、誤差補正量を加えて、複数の磁気センサ１４２、１４４、１４６に与えるキャンセルコイル（前置誤差補正部）１３２、１３４、１３６を備えた点が、第三の実施形態にかかる測定装置１と異なる。

図１１は、本発明の第四の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。第四の実施形態にかかる測定装置１は、測定対象２（例えば、心臓）が発生する測定対象量（例えば、測定対象磁場ＭＦ１）を測定するものであり、加算磁場発生部（加算量発生部）１２、キャンセルコイル（前置誤差補正部）１３２、１３４、１３６、磁気センサ１４２、１４４、１４６、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６を備える。

加算磁場発生部１２、磁気センサ１４２、１４４、１４６、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６は、第三の実施形態と同様であり、説明を省略する。

キャンセルコイル（前置誤差補正部）１３２、１３４、１３６は、磁気センサ１４２、１４４、１４６より前に（すなわち、磁気センサ１４２、１４４、１４６と空間Ｓとの間に）配置される。キャンセルコイル（前置誤差補正部）１３２、１３４、１３６は、それぞれ、合成磁場ＭＦ２ａ、ＭＦ２ｂ、ＭＦ２ｃに、誤差補正量を加えて、複数の磁気センサ１４２、１４４、１４６のそれぞれに与える。例えば、キャンセルコイル１３２、１３４、１３６に所定の電流を流すことで、誤差補正のための磁場（誤差補正量）を、合成磁場ＭＦ２ａ、ＭＦ２ｂ、ＭＦ２ｃに加えることができる。

ここで、誤差補正量は、例えば、特開2017-133993号公報の［0030］～［0033］に記載の方法により決定する。すなわち、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６の出力の総和は、測定装置１外部のノイズが無ければ、ほぼ０となる。よって、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６の出力の総和が、測定装置１外部のノイズとなる。そこで、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６の出力の総和が０となるように誤差補正量を決定する。

次に、第四の実施形態の動作を説明する。

測定対象２が発生する測定対象磁場ＭＦ１が、加算磁場発生部１２が発生する加算磁場ＭＦ０と加算される。合成磁場ＭＦ２は、空間Ｓ内の別々の地点において、別々の合成磁場ＭＦ２ａ、ＭＦ２ｂ、ＭＦ２ｃとなる。キャンセルコイル１３２、１３４、１３６には、所定の電流が流れており、誤差補正のための磁場（誤差補正量）が、合成磁場ＭＦ２ａ、ＭＦ２ｂ、ＭＦ２ｃに加えられる。合成磁場ＭＦ２ａ、ＭＦ２ｂ、ＭＦ２ｃに、誤差補正のための磁場が加えられたものは、それぞれ、複数の磁気センサ１４２、１４４、１４６に与えられる。

以後の動作は、第三の実施形態と同様であり、説明を省略する。

第四の実施形態によれば、第一の実施形態と同様な効果を奏する。

しかも、第四の実施形態によれば、測定装置１外部のノイズにより測定に誤差が生ずることを抑制することができる。

例えば、測定装置１外部のノイズとして、１／ｆノイズよりも大きい環境雑音（例えば、50Hz商用電源やエアコンなどの磁気ノイズ）がある場合が考えられる。このような環境雑音を放置しておくと、測定に誤差が生ずることとなる。ここで、第四の実施形態によれば、このような環境雑音により測定に誤差が生ずることを抑制することができる。

第五の実施形態
第五の実施形態にかかる測定装置１は、複数の磁気センサ１４２、１４４、１４６の出力をデジタルに変換して、それぞれ、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６の検波部（導出部）１６ｃに与える点が、第四の実施形態にかかる測定装置１と異なる。

図１２は、本発明の第五の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。第五の実施形態にかかる測定装置１は、測定対象２（例えば、心臓）が発生する測定対象量（例えば、測定対象磁場ＭＦ１）を測定するものであり、加算磁場発生部（加算量発生部）１２、キャンセルコイル（前置誤差補正部）１３２、１３４、１３６、磁気センサ１４２、１４４、１４６、ＡＤＣ１５２、１５４、１５６、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６を備える。

加算磁場発生部１２、キャンセルコイル（前置誤差補正部）１３２、１３４、１３６、磁気センサ１４２、１４４、１４６は、第四の実施形態と同様であり、説明を省略する。ただし、キャンセルコイル１３２、１３４、１３６に与える電流をPWM方式で供給してよい。

ＡＤＣ１５２、１５４、１５６は、それぞれ、複数の磁気センサ１４２、１４４、１４６の出力をデジタルに変換して、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６の検波部（導出部）１６ｃに、アンプ１６ａおよびハイパスフィルタ１６ｂを介して与える。

センサ出力処理部１６２、１６４、１６６は、第四の実施形態と同様であるが、デジタル信号を処理できるようなもの（例えば、波形等価器、ＦＩＲフィルタおよび適応フィルタなど）により実装する。

次に、第五の実施形態の動作を説明する。

磁気センサ１４２、１４４、１４６の出力は、それぞれ、ＡＤＣ１５２、１５４、１５６に与えられ、デジタルに変換して、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６に与えられる。

以後の動作は、第四の実施形態と同様であり、説明を省略する。

第五の実施形態によれば、第一の実施形態と同様な効果を奏する。

しかも、第五の実施形態によれば、測定装置１の回路規模削減、制御電子化およびケーブルレス化を行うことができる。

なお、第五の実施形態の変形例として、キャンセルコイル１３２、１３４、１３６にかえて、同じ機能のアナログ信号処理部またはデジタル信号処理部を設けてもよい。また、測定装置１の各部を接続するためにバス配線を用いてもよいが、バス配線にかえて、光ファイバを用いてもよいし（高速シリアル通信が可能となる）、無線（Wi-Fiやブルートゥース（登録商標）など）を用いてもよい。

第六の実施形態
第六の実施形態にかかる測定装置１は、検波部（導出部）１６ｃの出力を受けて、外部環境に起因する誤差を補正する外部誤差補正部１８２を備えた点が、第五の実施形態にかかる測定装置１と異なる。

図１３は、本発明の第六の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。第六の実施形態にかかる測定装置１は、測定対象２（例えば、心臓）が発生する測定対象量（例えば、測定対象磁場ＭＦ１）を測定するものであり、加算磁場発生部（加算量発生部）１２、キャンセルコイル（前置誤差補正部）１３２、１３４、１３６、磁気センサ１４２、１４４、１４６、ＡＤＣ１５２、１５４、１５６、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６、外部誤差補正部１８２を備える。

加算磁場発生部（加算量発生部）１２、キャンセルコイル（前置誤差補正部）１３２、１３４、１３６、磁気センサ１４２、１４４、１４６、ＡＤＣ１５２、１５４、１５６およびセンサ出力処理部１６２、１６４、１６６は、第五の実施形態と同様であり説明を省略する。

外部誤差補正部１８２は、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６の検波部（導出部）１６ｃの出力を受けて、測定装置１の外部環境に起因する誤差を補正する。測定装置１の外部環境に起因する誤差は、以下の様にして求められる。

すなわち、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６の出力の総和は、測定装置１外部のノイズが無ければ、ほぼ０となる。よって、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６の出力の総和の加算平均値が、測定装置１の外部環境に起因する誤差となる。

または、磁気センサ１４２、１４４、１４６の配置されている領域が、測定対象２に比べて非常に広い場合は、測定対象２から離れて配置された磁気センサの出力は、測定対象磁場ＭＦ１を含まず、測定装置１の外部環境に起因する誤差となる。

このように外部環境に起因する誤差を求めると、外部誤差補正部１８２は、この外部環境に起因する誤差を補正する。

次に、第六の実施形態の動作を説明する。

センサ出力処理部１６２、１６４、１６６の出力までは、第五の実施形態の動作と同じなので説明を省略する。

外部誤差補正部１８２は、求めておいた外部環境に起因する誤差に基づき、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６の出力における測定装置１の外部環境に起因する誤差を補正する。

第六の実施形態によれば、第一の実施形態と同様な効果を奏する。

しかも、第六の実施形態によれば、測定装置１の外部環境に起因する誤差を補正できる。

第七の実施形態
第七の実施形態にかかる測定装置１は、チャネル間の誤差を補正するチャネル間誤差補正部１８４を備えた点が、第五の実施形態にかかる測定装置１と異なる。ただし、各チャネルは、ある一つの磁気センサと、その出力を受けるある一つの検波部（導出部）１６ｃとを有する。

図１４は、本発明の第七の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。第七の実施形態にかかる測定装置１は、測定対象２（例えば、心臓）が発生する測定対象量（例えば、測定対象磁場ＭＦ１）を測定するものであり、加算磁場発生部（加算量発生部）１２、キャンセルコイル（前置誤差補正部）１３２、１３４、１３６、磁気センサ１４２、１４４、１４６、ＡＤＣ１５２、１５４、１５６、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６、チャネル間誤差補正部１８４を備える。

ここで、キャンセルコイル１３２、磁気センサ１４２、ＡＤＣ１５２、およびセンサ出力処理部１６２をチャネル１とする。磁気センサ１４２の出力を、センサ出力処理部１６２の（導出部）１６ｃが、ＡＤＣ１５２と、センサ出力処理部１６２のアンプ１６ａおよびハイパスフィルタ１６ｂとを介して受ける。

また、キャンセルコイル１３４、磁気センサ１４４、ＡＤＣ１５４、およびセンサ出力処理部１６４をチャネル２とする。磁気センサ１４４の出力を、センサ出力処理部１６４の（導出部）１６ｃが、ＡＤＣ１５４と、センサ出力処理部１６４のアンプ１６ａおよびハイパスフィルタ１６ｂとを介して受ける。

さらに、キャンセルコイル１３６、磁気センサ１４６、ＡＤＣ１５６、およびセンサ出力処理部１６６をチャネル３とする。磁気センサ１４６の出力を、センサ出力処理部１６６の（導出部）１６ｃが、ＡＤＣ１５６と、センサ出力処理部１６６のアンプ１６ａおよびハイパスフィルタ１６ｂとを介して受ける。

チャネル間誤差補正部１８４は、チャネル１、２および３の間の誤差を補正する。

チャネル１、２および３の間の誤差について説明する。チャネル１、２および３のキャンセルコイル１３２、１３４、１３６に、それぞれ同じ磁場を与えた場合、本来ならば、チャネル１、２および３の各々の検波部（導出部）１６ｃの出力は同じ値となる。しかし、チャネル１、２および３の特性（例えば、変復調特性）の相違により、チャネル１、２および３の入力が同じであるにもかかわらず、チャネル１、２および３の出力が異なった値となることがある。これが、チャネル１、２および３の間の誤差である。

測定装置１による測定対象２の測定を行う前に、加算磁場ＭＦ０を空間Ｓに与え（測定対象磁場ＭＦ１は空間Ｓに与えない）、チャネル１、２および３により測定することにより、チャネル１、２および３の間の誤差を求めることができる。本来、同じ加算磁場ＭＦ０を、チャネル１、２および３により測定しているので、同じ測定結果となるはずである。そこで、チャネル１、２および３の測定結果が異なれば、チャネル１、２および３の測定結果の差異が、チャネル１、２および３の間の誤差となる。

次に、第七の実施形態の動作を説明する。

チャネル間誤差補正部１８４は、求めておいたチャネル１、２および３の間の誤差に基づき、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６の出力におけるチャネル１、２および３の間の誤差を補正する。

第七の実施形態によれば、第一の実施形態と同様な効果を奏する。

しかも、第七の実施形態によれば、チャネル１、２および３の間の誤差を補正できる。

第八の実施形態
第八の実施形態にかかる測定装置１は、１／ｆノイズを無視できる程度に高い周波数帯域における導出部１６ｃの出力の誤差を測定し、その測定結果に基づきパルスの周波数ｆ０を決定する点が、第五の実施形態にかかる測定装置１と異なる。

図１５は、本発明の第八の実施形態にかかる測定装置１の構成を示す機能ブロック図である。第八の実施形態にかかる測定装置１は、測定対象２（例えば、心臓）が発生する測定対象量（例えば、測定対象磁場ＭＦ１）を測定するものであり、加算磁場発生部（加算量発生部）１２、キャンセルコイル（前置誤差補正部）１３２、１３４、１３６、磁気センサ１４２、１４４、１４６、ＡＤＣ１５２、１５４、１５６、センサ出力処理部１６２、１６４、１６６、高周波帯域誤差測定部１８６、周波数決定部１８８を備える。

高周波帯域誤差測定部１８６は、１／ｆノイズを無視できる程度に高い周波数帯域（例えば、１／ｆノイズの１／ｆコーナー周波数よりも高い周波数の帯域）における検波部（導出部）１６ｃの出力の誤差を測定する。図７を参照すると、１／ｆノイズを無視できる程度に高い周波数帯域には、周波数ｆ０＋ｆ１の成分および周波数ｆ０－ｆ１の成分に比べれば無視できる程度に小さい熱雑音しかない。しかし、１／ｆノイズを無視できる程度に高い周波数帯域に、周波数ｆ０＋ｆ１の成分および周波数ｆ０－ｆ１の成分に比べても無視できないようなノイズ（例えば、環境雑音）がある場合も考えられる。

周波数決定部１８８は、高周波帯域誤差測定部１８６の測定結果に基づき、パルスの周波数ｆ０を決定する。決定結果は、加算磁場発生部１２に与えられ、加算磁場ＭＦ０（パルスである）の周波数が決定された値ｆ０となるようにする。

例えば、周波数決定部１８８は、高周波帯域誤差測定部１８６の測定結果に基づき、周波数ｆ０＋ｆ１の成分および周波数ｆ０－ｆ１の成分に比べれば無視できる程度に小さいノイズしかない周波数帯域を決定し、その周波数帯域から任意の周波数を加算磁場ＭＦ０（パルス）の周波数ｆ０とする決定を行う。

次に、第八の実施形態の動作を説明する。

測定装置１による測定対象２の測定を行う前に、高周波帯域誤差測定部１８６は１／ｆノイズを無視できる程度に高い周波数帯域における検波部（導出部）１６ｃの出力の誤差を測定する。周波数決定部１８８は、高周波帯域誤差測定部１８６の測定した誤差に基づき、加算磁場ＭＦ０（パルス）の周波数ｆ０を決定し、加算磁場発生部１２に与える。この後、測定装置１による測定対象２の測定を行う。

第八の実施形態によれば、第一の実施形態と同様な効果を奏する。

しかも、第八の実施形態によれば、周波数ｆ０＋ｆ１の成分および周波数ｆ０－ｆ１の成分に比べて無視できる程度に小さいノイズしかないように周波数ｆ０を決定できる。

また、上記の実施形態は、以下のようにして実現できる。ＣＰＵ、ハードディスク、メディア（フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ－ＲＯＭなど）読み取り装置を備えたコンピュータに、上記の各部分、例えばセンサ出力処理部１６、１６２、１６４、１６６を実現するプログラムを記録したメディアを読み取らせて、ハードディスクにインストールする。このような方法でも、上記の機能を実現できる。

ＭＦ０加算磁場
ＭＦ１測定対象磁場
ＭＦ２、ＭＦ２ａ、ＭＦ２ｂ、ＭＦ２ｃ合成磁場
ｆ０加算磁場ＭＦ０の周波数
ｆ１測定対象磁場ＭＦ１の周波数
１測定装置
２測定対象
１２加算磁場発生部（加算量発生部）
１３２、１３４、１３６キャンセルコイル（前置誤差補正部）
１４磁気センサ
１５合計部
１５２、１５４、１５６ＡＤＣ
１６、１６２、１６４、１６６センサ出力処理部
１６ａアンプ
１６ｂハイパスフィルタ
１６ｃ検波部（導出部）
１８２外部誤差補正部
１８４チャネル間誤差補正部
１８６高周波帯域誤差測定部
１８８周波数決定部

Claims

測定対象が発生する測定対象量を測定する測定装置であって、
前記測定対象量に加算する加算量を発生する加算量発生部と、
前記測定対象量に前記加算量が加算された合成量を測定するセンサと、
前記センサの出力を受けて、１／ｆノイズを、パルスの周波数と同じ周波数の成分よりも減衰させるハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタの出力から前記測定対象量を導出する導出部と、
を備え、
前記センサによる測定の際に、前記１／ｆノイズが発生し、
前記合成量が０未満の場合の前記センサの出力値は、前記合成量が０の場合の前記センサの出力値と同じ値であり、
前記加算量は、前記パルスであり、
該パルスは、前記測定対象量の最大値の絶対値よりも大きな振幅を有し、
該パルスの最大値が０であり、
該パルスは、前記１／ｆノイズを無視できる程度に高い周波数を有し、
前記導出部は、前記センサの出力値を検波することにより、前記測定対象量を導出する、
測定装置。
請求項１に記載の測定装置であって、
前記測定対象量は磁場である、
測定装置。
請求項１または２に記載の測定装置であって、
複数の前記センサの出力を合計して前記ハイパスフィルタを介して一つの前記導出部に与える合計部を備えた測定装置。
請求項１または２に記載の測定装置であって、
複数の前記センサの出力を、前記ハイパスフィルタを介してそれぞれ別々の前記導出部に与える測定装置。
請求項１または２に記載の測定装置であって、
前記合成量に、誤差補正量を加えて、前記センサに与える前置誤差補正部を備えた測定装置。
請求項１または２に記載の測定装置であって、
アナログである前記センサの出力を、デジタルに変換して、前記導出部に与える測定装置。
請求項６に記載の測定装置であって、
前記導出部の出力を受けて、外部環境に起因する誤差を補正する外部誤差補正部を備えた測定装置。
請求項６に記載の測定装置であって、
ある一つの前記センサと、その出力を受けるある一つの前記導出部とを有するチャネルを複数備え、
さらに前記チャネル間の誤差を補正するチャネル間誤差補正部を備えた測定装置。
請求項６に記載の測定装置であって、
前記１／ｆノイズを無視できる程度に高い周波数帯域における前記導出部の出力の誤差を測定する高周波帯域誤差測定部と、
前記高周波帯域誤差測定部の測定結果に基づき、前記パルスの周波数を決定する周波数決定部と、
を備えた測定装置。
測定対象が発生する測定対象量を測定する測定方法であって、
前記測定対象量に加算する加算量を発生する加算量発生工程と、
センサにより、前記測定対象量に前記加算量が加算された合成量を測定する測定工程と、
ハイパスフィルタにより、前記測定工程の測定結果を受けて、１／ｆノイズを、パルスの周波数と同じ周波数の成分よりも減衰させる減衰工程と、
前記減衰工程の出力から前記測定対象量を導出する導出工程と、
を備え、
前記センサによる測定の際に、前記１／ｆノイズが発生し、
前記合成量が０未満の場合の前記センサの出力値は、前記合成量が０の場合の前記センサの出力値と同じ値であり、
前記加算量は、前記パルスであり、
該パルスは、前記測定対象量の最大値の絶対値よりも大きな振幅を有し、
該パルスの最大値が０であり、
該パルスは、前記１／ｆノイズを無視できる程度に高い周波数を有し、
前記導出工程は、前記センサの出力値を検波することにより、前記測定対象量を導出する、
測定方法。
測定対象が発生する測定対象量を測定する測定装置であって、前記測定対象量に加算する加算量を発生する加算量発生部と、前記測定対象量に前記加算量が加算された合成量を測定するセンサと、前記センサの出力を受けて、１／ｆノイズを、パルスの周波数と同じ周波数の成分よりも減衰させるハイパスフィルタとを有する測定装置における測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記測定処理は、
前記ハイパスフィルタの出力から前記測定対象量を導出する導出工程を備え、
前記センサによる測定の際に、前記１／ｆノイズが発生し、
前記合成量が０未満の場合の前記センサの出力値は、前記合成量が０の場合の前記センサの出力値と同じ値であり、
前記加算量は、前記パルスであり、
該パルスは、前記測定対象量の最大値の絶対値よりも大きな振幅を有し、
該パルスの最大値が０であり、
該パルスは、前記１／ｆノイズを無視できる程度に高い周波数を有し、
前記導出工程は、前記センサの出力値を検波することにより、前記測定対象量を導出する、
プログラム。
測定対象が発生する測定対象量を測定する測定装置であって、前記測定対象量に加算する加算量を発生する加算量発生部と、前記測定対象量に前記加算量が加算された合成量を測定するセンサと、前記センサの出力を受けて、１／ｆノイズを、パルスの周波数と同じ周波数の成分よりも減衰させるハイパスフィルタとを有する測定装置における測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、
前記測定処理は、
前記ハイパスフィルタの出力から前記測定対象量を導出する導出工程を備え、
前記センサによる測定の際に、前記１／ｆノイズが発生し、
前記合成量が０未満の場合の前記センサの出力値は、前記合成量が０の場合の前記センサの出力値と同じ値であり、
前記加算量は、前記パルスであり、
該パルスは、前記測定対象量の最大値の絶対値よりも大きな振幅を有し、
該パルスの最大値が０であり、
該パルスは、前記１／ｆノイズを無視できる程度に高い周波数を有し、
前記導出工程は、前記センサの出力値を検波することにより、前記測定対象量を導出する、
記録媒体。