(57)【要約】【課題】補正係数が局所解となることを抑制するとともに、地磁気の強さの計測精度を向上させることが可能な、磁界計測値補正方法を提供する。【解決手段】この磁界計測値補正方法は、磁界センサ１１を異なる複数の姿勢の磁界を計測する第１計測ステップを行い、第１計測ステップにより計測した計測値に基づくそれぞれの地磁気の強さの、互いの差異を小さくする第１補正係数を設定する第１設定ステップを行った後、磁界センサ１１を異なる複数の姿勢の磁界を計測する第２計測ステップを行う。磁界計測値補正方法は、第２計測ステップにより計測した磁界の計測値を第１補正係数で補正した磁界の値から求めたそれぞれの地磁気の強さの、互いの差異を小さくする第２補正係数を設定する第２設定ステップを行い、磁界センサ１１により計測された磁界の計測値を、設定された第１補正係数および第２補正係数を用いて補正する。【選択図】図６
2018059792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する３軸のそれぞれの方向の磁界を計測する磁界センサの各方向の磁界の計測結果を補正する磁界計測値補正方法であって、
前記磁界センサを回転させることにより異なる複数の姿勢にした状態の、各々における磁界を計測する第１計測ステップを行い、
前記第１計測ステップにより計測した磁界の計測値に基づくそれぞれの地磁気の強さの、互いの差異を小さくする第１補正係数を設定する第１設定ステップを行った後、
前記磁界センサを回転させることにより異なる複数の姿勢にした状態の、各々における磁界を計測する第２計測ステップを行い、
前記第２計測ステップにより計測した磁界の計測値を前記第１補正係数で補正した磁界の値に基づくそれぞれの地磁気の強さの、互いの差異を小さくする第２補正係数を設定する第２設定ステップを行い、
前記磁界センサにより計測された磁界の計測値を、設定された前記第１補正係数および前記第２補正係数を用いて補正する、磁界計測値補正方法。
【請求項２】
前記第２設定ステップの後、
前記磁界センサを回転させることにより異なる複数の姿勢にした状態の、各々における磁界を計測する第３計測ステップを行い、
前記第３計測ステップにより計測した磁界の計測値を前記第１補正係数および前記第２補正係数で補正した磁界の値に基づくそれぞれの地磁気の強さの、互いの差異を小さくする第３補正係数を設定する第３設定ステップを行い、
前記磁界センサにより計測された磁界の計測値を、設定された前記第１補正係数、前記第２補正係数および前記第３補正係数のそれぞれを用いて補正する、請求項１に記載の磁界計測値補正方法。
【請求項３】
前記第１計測ステップ、前記第２計測ステップおよび前記第３計測ステップは、前記磁界センサが計測する前記互いに直交する３軸のうち少なくとも１軸周りの全周に亘って回転させるステップを含む、請求項２に記載の磁界計測値補正方法。
【請求項４】
前記第１計測ステップ、前記第２計測ステップおよび前記第３計測ステップは、前記磁界センサを異なる複数の姿勢に回転させる際の、各々の回転角度を略均等にするステップを含む、請求項３に記載の磁界計測値補正方法。
【請求項５】
前記第１計測ステップ、前記第２計測ステップおよび前記第３計測ステップの前記磁界センサの前記異なる複数の姿勢が、前記第１計測ステップ、前記第２計測ステップおよび前記第３計測ステップの各々のステップで互いに異なる、請求項３または４に記載の磁界計測値補正方法。
【請求項６】
前記第１計測ステップ、前記第２計測ステップおよび前記第３計測ステップの前記磁界センサの前記異なる複数の姿勢が、前記第１計測ステップ、前記第２計測ステップおよび前記第３計測ステップの各々のステップで互いに同じである、請求項３または４に記載の磁界計測値補正方法。
【請求項７】
前記第１計測ステップ、前記第２計測ステップおよび前記第３計測ステップは、前記磁界センサが計測する前記互いに直交する３軸に対して、それぞれ少なくとも３つずつの異なる姿勢にした状態で計測するステップを含む、請求項３〜６のいずれか１項に記載の磁界計測値補正方法。
【請求項８】
互いに直交する３軸のそれぞれの方向の磁界を計測する磁界センサと、
前記磁界センサを回転させることにより、異なる複数の姿勢にした状態の各々における磁界を計測し、計測された複数の磁界を補正する補正処理部とを備え、
前記補正処理部は、前記磁界センサを回転させることにより異なる複数の姿勢にした状態の、各々における複数の磁界の計測値に基づくそれぞれの地磁気の強さの、互いの差異を小さくするように設定された第１補正係数と、前記磁界センサを回転させることにより異なる複数の姿勢にした状態の、各々における複数の磁界の計測値を前記第１補正係数で補正した磁界の計測値に基づくそれぞれの地磁気の強さの、互いの差異を小さくするように設定された第２補正係数と、を用いて前記磁界センサの計測値を補正するように構成されている、磁気計測装置。
【請求項９】
前記補正処理部は、
前記磁界センサを回転させることにより異なる複数の姿勢にした状態の、各々における複数の磁界の計測値を前記第１補正係数および前記第２補正係数で補正した磁界の計測値に基づくそれぞれの地磁気の強さの、互いの差異を小さくするように設定された第３補正係数を含み、
前記第１補正係数、前記第２補正係数および前記第３補正係数を用いて前記磁界センサの計測値を補正するように構成されている、請求項８に記載の磁気計測装置。
【請求項１０】
前記磁界センサは、フラックスゲート磁気センサを含む、請求項８または９に記載の磁気計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界計測値補正方法および磁気計測装置に関し、特に、直交３軸型の磁界センサを用いた磁界計測値補正方法および磁気計測装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【背景技術】
【０００２】
上記特許文献１に記載の磁力計測装置は、磁界センサのそれぞれの軸が互いに直交した状態における磁界を計測し、計測したそれぞれの軸の磁界から地磁気の強さを算出している。しかし、磁力計測装置の動揺などが原因となって、磁界センサの各軸が互いに直交した状態からずれてしまい、磁界センサによって計測した計測値に誤差が生じてしまう。そのため、上記特許文献１に記載の磁力計測装置では、計測した磁界の計測値を磁界センサの各軸が互いに直交したときの磁界の値になるように補正している。
【０００３】
具体的に、磁力計測装置では、磁界センサがＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸の磁界Ｈｘ、ＨｙおよびＨｚを計測する。そして、磁力計測装置では、以下の式（１）により、磁界Ｈｘ、ＨｙおよびＨｚから地磁気の強さＨｔが算出される。
【数１】
2018059792.tif 000003
【０００４】
地磁気の強さＨｔは、磁界センサを回転させて様々な姿勢にし、各姿勢ごとに各軸の磁界を計測することにより、複数算出される。ここで、これらの複数の地磁気の強さＨｔは、磁界センサの各軸が互いに直交していないと、互いに一致しない。そのため、上記特許文献１に記載の磁力計測装置では、最小自乗法により複数の地磁気の強さＨｔを互いに近似させる補正係数を求め、得られた補正係数により磁界Ｈｘ、ＨｙおよびＨｚを補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６４−４８６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載のような計測した磁界の補正方法では、最小自乗法などを用いて求めた補正係数が、局所解となってしまい、磁界センサの計測精度が低くなる場合がある。そのため、補正係数が局所解となることを抑制するとともに、地磁気の強さの計測精度を向上させることが望まれている。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、補正係数が局所解となることを抑制するとともに、地磁気の強さの計測精度を向上させることが可能な磁界計測値補正方法および磁気計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における磁界計測値補正方法は、互いに直交する３軸のそれぞれの方向の磁界を計測する磁界センサの各方向の磁界の計測結果を補正する磁界計測値補正方法であって、磁界センサを回転させることにより異なる複数の姿勢にした状態の、各々における磁界を計測する第１計測ステップを行い、第１計測ステップにより計測した磁界の計測値に基づくそれぞれの地磁気の強さの、互いの差異を小さくする第１補正係数を設定する第１設定ステップを行った後、磁界センサを回転させることにより異なる複数の姿勢にした状態の、各々における磁界を計測する第２計測ステップを行い、第２計測ステップにより計測した磁界の計測値を第１補正係数で補正した磁界の値に基づくそれぞれの地磁気の強さの、互いの差異を小さくする第２補正係数を設定する第２設定ステップを行い、磁界センサにより計測された磁界の計測値を、設定された第１補正係数および第２補正係数を用いて補正する。
【０００９】
この発明の第１の局面による磁界計測値補正方法では、上記のように、第１計測ステップの磁気センサの回転により第１補正係数を求め、第２計測ステップの磁気センサの回転により第２補正係数を求めている。これにより、補正係数が局所解になる可能性を低くすることができる。また、第１の局面による磁界計測値補正方法では、第１補正係数を用いて磁界センサにより計測された磁界の値を補正し、さらに、第１補正係数により補正した磁界の値をさらに第２補正係数によって補正した値を計測値として出力する。これにより、磁界センサの磁界の計測値を第１補正係数だけでなく第２補正係数で追加補正することができる。その結果、異なる姿勢での磁界センサの地磁気の強さを均一に近似することができるとともに、磁界センサで計測される地磁気の強さの計測精度をより向上させることができる。
【００１０】
上記第１の局面による磁界計測値補正方法において、好ましくは、第２設定ステップの後、磁界センサを回転させることにより異なる複数の姿勢にした状態の、各々における磁界を計測する第３計測ステップを行い、第３計測ステップにより計測した磁界の計測値を第１補正係数および第２補正係数で補正した磁界の値に基づくそれぞれの地磁気の強さの、互いの差異を小さくする第３補正係数を設定する第３設定ステップを行い、磁界センサにより計測された磁界の計測値を、設定された第１補正係数、第２補正係数および第３補正係数のそれぞれを用いて補正する。これにより、磁界の計測値を第１補正係数および第２補正係数で補正し、さらに第３補正係数で補正して地磁気の強さを求めるため、地磁気の強さの精度のさらなる向上がなし難い状態になっており、そのような状態の補正係数を用いて磁界センサにより計測した磁界を補正することができるので、より地磁気の強さの計測精度を向上させることができる。
【００１１】
この場合、好ましくは、第１計測ステップ、第２計測ステップおよび第３計測ステップは、磁界センサが計測する互いに直交する３軸のうち少なくとも１軸周りの全周に亘って回転させるステップを含む。このように構成すれば、磁界センサの少なくとも１軸周りの磁界を満遍なく計測することができる。その結果、全周に亘って磁界センサを回転させた軸に関して、補正係数が局所解になり難くなるとともに、磁界センサにより計測される地磁気の強さの互いのずれが発生するのを抑制することができる。
【００１２】
上記互いに直交する３軸のうち少なくとも１軸周りの全周に亘って回転させる磁界計測値補正方法において、好ましくは、第１計測ステップ、第２計測ステップおよび第３計測ステップは、磁界センサを異なる複数の姿勢に回転させる際の、各々の回転角度を略均等にするステップを含む。このように構成すれば、磁界センサによる磁界の計測を行う際の回転角度に偏りが少なくなるので、補正係数が局所解になり難くなる。その結果、異なる姿勢における磁界センサにより計測される地磁気の強さの互いのずれが発生するのを抑制することができる。
【００１３】
上記互いに直交する３軸のうち少なくとも１軸周りの全周に亘って回転させる磁界計測値補正方法において、好ましくは、第１計測ステップ、第２計測ステップおよび第３計測ステップの磁界センサの異なる複数の姿勢が、第１計測ステップ、第２計測ステップおよび第３計測ステップの各々のステップで互いに異なる。このように構成すれば、計測ステップ毎に異なる様々な姿勢で、全周に亘る計測を行うことにより、磁界センサによる磁界の計測における偏りをより一層少なくすることができる。その結果、補正係数が局所解になり難くなり、異なる姿勢における磁界センサにより計測される地磁気の強さをより精度よく近似することができる。
【００１４】
上記互いに直交する３軸のうち少なくとも１軸周りの全周に亘って回転させる磁界計測値補正方法において、好ましくは、第１計測ステップ、第２計測ステップおよび第３計測ステップの磁界センサの異なる複数の姿勢が、第１計測ステップ、第２計測ステップおよび第３計測ステップの各々のステップで互いに同じである。ここで、たとえば、特定の方向のみの地磁気の強さの計測しか必要としない場合など、特定方向以外の地磁気の強さを考慮する必要がない場合がある。そこで、各計測ステップにおける磁界センサの異なる複数の姿勢を同じにすることによって、磁界センサの使用する用途に合わせて、地磁気の強さの調整をすることができる。その結果、用途に応じた特定姿勢での地磁気の強さの計測精度を容易かつ効率的に向上させることができる。
【００１５】
上記互いに直交する３軸のうち少なくとも１軸周りの全周に亘って回転させる磁界計測値補正方法において、好ましくは、第１計測ステップ、第２計測ステップおよび第３計測ステップは、磁界センサが計測する互いに直交する３軸に対して、それぞれ少なくとも３つずつの異なる姿勢にした状態で計測するステップを含む。このように構成すれば、少なくとも９回の異なる姿勢での磁界を計測することができるので、十分な精度の補正係数を求めることができる。
【００１６】
この発明の第２の局面における磁気計測装置は、互いに直交する３軸のそれぞれの方向の磁界を計測する磁界センサと、磁界センサを回転させることにより、異なる複数の姿勢にした状態の各々における磁界を計測し、計測された複数の磁界を補正する補正処理部とを備え、補正処理部は、磁界センサを回転させることにより異なる複数の姿勢にした状態の、各々における複数の磁界の計測値に基づくそれぞれの地磁気の強さの、互いの差異を小さくするように設定された第１補正係数と、磁界センサを回転させることにより異なる複数の姿勢にした状態の、各々における複数の磁界の計測値を第１補正係数で補正した磁界の計測値に基づくそれぞれの地磁気の強さの、互いの差異を小さくするように設定された第２補正係数と、を用いて磁界センサの計測値を補正するように構成されている。
【００１７】
この発明の第２の局面による磁気計測装置は、上記のように、複数の磁界の計測値に基づいて設定される第１補正係数と、複数の磁界の計測値に基づいて設定される第２補正係数とを備えている。これにより、第１補正係数および第２補正係数が複数の磁界の計測値に基いて設定されるので、第１補正係数および第２補正係数が局所解になる可能性を低くすることができる。また、第２の局面による磁界計測装置では、第１補正係数を用いて磁界センサにより計測された磁界の値を補正し、さらに、第１補正係数により補正した磁界の値を第２補正係数によって補正した値を計測値として出力する。これにより、磁界センサの磁界の計測値を第１補正係数だけでなく第２補正係数で追加補正することができる。その結果、異なる姿勢での磁界センサの地磁気の強さを均一に近似することができるとともに、磁界センサで計測される地磁気の強さの計測精度をより向上させることができる。
【００１８】
上記第２の局面による磁気計測装置において、好ましくは、補正処理部は、磁界センサを回転させることにより異なる複数の姿勢にした状態の、各々における複数の磁界の計測値を第１補正係数および第２補正係数で補正した磁界の計測値に基づくそれぞれの地磁気の強さの、互いの差異を小さくするように設定された第３補正係数を含み、第１補正係数、第２補正係数および第３補正家数を用いて磁界センサの計測値を補正するように構成されている。これにより、磁界の計測値を第１補正係数および第２補正係数で補正し、さらに第３補正係数で補正して地磁気の強さを求めるため、地磁気の強さの精度のさらなる向上がなし難い状態になっており、そのような状態の補正係数を用いて磁界センサにより計測した磁界を補正することができるので、より地磁気の強さの計測精度を向上させることができる。
【００１９】
上記第２の局面による磁気計測装置において、好ましくは、磁界センサは、フラックスゲート磁気センサを含む。ここで、本発明では、上記した第１補正係数および第２補正係数を用いることによって、小型のフラックスゲート磁気センサを用いた場合でも、プロトン磁気センサやオプティカルボンピング磁気センサと同等の計測精度を実現することができる。その結果、コンパクトでありながら地磁気を高精度で計測できるセンサを構成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、上記のように、補正係数が局所解となることを抑制するとともに、地磁気の強さの計測精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態による磁気計測装置のブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による磁気計測装置のフラックスゲート磁気センサの斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による磁気計測装置の補正処理部のブロック図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の一実施形態による磁気計測装置の磁界センサを各軸周りに回転させた斜視図であり、図４（ｂ）は磁界センサを水平方向に回転させた斜視図であり、図４（ｃ）は磁界センサを鉛直方向に回転させた斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による磁気計測装置の計測処理の一例を示したフローチャートを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による磁界計測値補正方法のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態による磁気計測装置１について説明する。なお、磁気計測装置１は、たとえば、水中での磁性体の検知や、部品などの製造工程において、部品の磁気を計測することにより、部品に亀裂が生じているかの検査を行うために用いられる。
【００２４】
磁気計測装置１は、互いに直交する各軸の磁界を計測し、計測した磁界に基づいて地磁気の強さを算出するものである。具体的に、磁気計測装置１は、図１に示すように、磁界センサ１１と、電子回路１２とを備えている。
【００２５】
（磁界センサ）
磁界センサ１１は、図２に示すように、水平面内において直交するｘ軸およびｙ軸、ｘ軸およびｙ軸に直交する鉛直方向のｚ軸、それぞれの軸方向の磁界を計測する、三軸ベクトル型磁界センサとなっている。特に、本実施形態の磁界センサ１１は、フラックスゲート磁気センサである。フラックスゲート磁気センサは、磁性体コア１１１およびプローブコイル１１２により構成されている。
【００２６】
磁界センサ１１では、磁性体コア１１１に巻きつけた二次巻線に励振回路１２１が発生する交流励磁電流が加えられる。磁界センサ１１では、磁性体コア１１１が交流励磁電流よって磁束密度が変化している時間帯及び磁気飽和している時間帯が存在する。この例の場合、磁性体コア１１１はリング状に構成されている。ここで磁性体コア１１１に外部から磁界が入力されると、リング状の内、半分の磁気飽和するタイミングが早まり、もう半分が磁気飽和するタイミングが外部磁界の大きさに応じて遅くなるというように、バランスが崩れる時間帯が発生する。プローブコイル１１２は交流励磁電流によって発生する磁性体コア１１１の磁束密度変化を、リング状の半分と残りの半分に分けて、しかも極性を反転させて検出するように磁性体コア１１１の周囲に構成される。
【００２７】
これにより、外部磁界が存在しないときは、プローブコイル１１２には交流電圧信号が現れないが、磁性体コア１１１に外部磁界が印加されたときはその大きさに応じた交流励振電流に同期した交流電圧信号が現れる。この交流電圧信号は、交流励振電流のプラス側の立上りと立下り、マイナス側の立上りと立下りで磁気飽和のタイミングがずれるというように、交流励磁電流の２倍の周波数で現れる。フラックスゲート磁気センサにおける後述する受信回路１２２は、交流励磁電流の２倍の周波数で交流励磁電流に同期して外部磁界の大きさに応じて現れる交流電圧信号を、交流励磁電流の２倍の周波数で交流励磁電流と同期させて検波したのちに整流することで、外部磁界の大きさに比例した直流電圧として出力する。
【００２８】
このようにして、磁界センサ１１では、外部磁界をアナログ電圧に変換して出力することで磁界を計測している。
【００２９】
（電子回路）
電子回路１２は、図１に示すように、磁界センサ１１により計測された磁界の計測値に相当する電圧を変換・補正を行う構成となっている。
【００３０】
具体的に、電子回路１２は、励振回路１２１、受信回路１２２、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器１２３、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１２４および通信インターフェース１２５を備えている。励振回路１２１は、磁界センサ１１の磁性体コア１１１の二次巻線に電気的に接続され、二次巻線に励磁電流を流す。受信回路１２２は、磁界センサ１１のプローブコイル１１２と電気的に接続され、プローブコイル１１２に発生した磁界に相当する電圧を受信し、電気的に接続されたＡＤ変換器１２３へと出力する。ＡＤ変換器１２３は、受信回路１２２から出力された磁界に相当するアナログ電圧をデジタル値に変換する。
【００３１】
ＣＰＵ１２４は、ＡＤ変換器１２３と電気的に接続される。ＣＰＵ１２４は、プログラムに沿って演算処理を行うものであり、本実施形態のＣＰＵ１２４は、ＡＤ変換器１２３から出力されメモリに格納されたデジタル値に基づいて、補正処理を行うように構成されている。なお、ＣＰＵ１２４は、特許請求の範囲の「補正処理部」の一例である。ＣＰＵ１２４に関する詳細な説明は後述する。
【００３２】
通信インターフェース１２５は、電子回路１２により処理したデータを他のデバイスに送信するものである。本実施形態の通信インターフェース１２５は、電子計算機に電子回路１２により処理したデータを送信する。ここで、電子計算機としては特にＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）１２６が用いられている。ＰＣ１２６は、演算処理を行うＣＰＵや記憶装置としてメモリなどを有している。ここで、ＰＣ１２６は、磁気計測装置１に対して、有線または無線により着脱自在に接続される。
【００３３】
また、電子回路１２は、電源回路１２７および電源回路１２７に電気的に接続されるバッテリー１２８を備えている。電源回路１２７は、電子回路１２の各構成部品に電気的に接続されることによってそれぞれの構成部品に必要な電圧を供給する。
【００３４】
（補正処理）
ここで、本実施形態の磁気計測装置１では、磁界センサ１１により計測された各軸の磁界の計測値が補正される。ＣＰＵ１２４は、磁界センサ１１により計測された各軸の磁界の計測値に対して、軸ずれに関する補正を行う構成となっている。
【００３５】
具体的に、ＣＰＵ１２４は、図３に示すように、第１補正部２１と、第２補正部２２と、第３補正部２３と、…第ｎ補正部２４（ｎ＝４、…）と、を含んでいる。第１補正部２１は、第１補正係数を有している。磁気計測装置１は、ＣＰＵ１２４のメモリに格納された第１補正係数、第２補正係数、第３補正係数、…第ｎ補正係数を用いて磁界センサ１１により計測された磁界を補正するように構成されている。
【００３６】
具体的に、磁界センサ１１により計測された磁界を、第１補正部の第１補正係数、第２補正部の第２補正係数、…第ｎ補正部の第ｎ補正係数を用いて式（２）により補正する。式（２）中のｎは、補正係数の番号を示す。
【数２】
2018059792.tif 000004
磁気計測装置１は、計測された磁界Ｈx、Ｈy、Ｈzおよび第１補正係数とにより１段目の補正を行う。そして、磁気計測装置１は、第１補正係数により補正された磁界Ｈx、Ｈy、Ｈzを、第２補正係数により補正を行う２段目の補正を行い、以下３段目以降も同様にして補正を行い、ｎ段目の第ｎ補正係数により補正した各軸の磁界に基づく地磁気の強さを計測信号として出力する。
【００３７】
＜補正係数＞
以下、磁気計測装置１が有する補正係数の算出方法について記載する。
【００３８】
補正係数は、図４に示すように、磁界センサ１１を回転させることにより生じる、複数の異なる姿勢におけるそれぞれの磁界の変化の計測値に基づいて求められる構成となっている。
【００３９】
具体的に、磁界センサ１１の回転の方法は、図４（ａ）に示すような磁界センサ１１の各軸周りの回転、図４（ｂ）に示すような水平方向の回転、および図４（ｃ）に示すような鉛直方向の回転などがある。
【００４０】
磁界センサ１１は、各軸周りの全周に対して偏りがないように満遍なく回転させ、姿勢を変えていくことが好ましい。ここで、磁界センサ１１の姿勢とは、磁界センサ１１を静止状態から回転させることで、磁界センサ１１の地磁気に対する傾きを変化させたときの各々の状態のことをいう。
【００４１】
磁気計測装置１は、連続的に回転する磁界センサ１１により変化する磁界を計測してもよいし、また、任意の回転角度毎に磁界センサ１１を止めるような断続的に回転する磁界センサ１１により変化する磁界を計測してもよい。磁界センサ１１の回転の方法は、磁界を計測するステップ毎に異なる複数の姿勢にしたり、同じ姿勢にしたりする方法でもよい。また、磁界センサ１１の回転の方法は、断続的に磁界センサ１１を回転させる場合に任意の回転角度を同じにしてもよい。なお、磁界センサ１１の回転の方法は、上記したような方法に限定されない。また、磁界センサ１１は、モーターなどの駆動源により回転してもよいし、作業者の手により回転してもよい。
【００４２】
＜第１補正係数の算出＞
第１補正部２１は、第１補正係数（図３参照）を有している。第１補正係数は、図１に示すように、電子回路１２により処理された磁界の計測値に基づいて、ＰＣ１２６により演算されることにより算出される。ＰＣ１２６は、以下のような第１補正係数を算出する手段を有している。
【００４３】
ＰＣ１２６は、異なる姿勢に磁界センサ１１が変化したことにより生じる各軸の磁界の変化を、磁界センサ１１により計測させる。ＰＣ１２６は、磁界センサ１１により計測されたｘ軸方向の磁界Ｈx_0、ｙ軸方向の磁界Ｈy_0およびｚ軸方向の磁界Ｈz_0に基づいて、以下の式（３）から地磁気の強さＨt_0を求める。
【数３】
2018059792.tif 000005
ＰＣ１２６は、複数回行なわれる磁界センサ１１の回転による異なる姿勢への変化に伴う磁界の変化、および、地磁気の強さの演算結果のそれぞれを記憶する。ＰＣ１２６は、記憶された複数の地磁気の強さが互いに近似するように補正する式（４）における第１補正係数を最小自乗法により算出する。
【数４】
2018059792.tif 000006
ここで、求められる第１補正係数は、ａ11_0、ａ22_0、ａ33_0からなる感度補正係数、ａ12_0、ａ13_0、ａ21_0、ａ23_0、ａ31_0、ａ32_0からなる角度補正係数、ｏx_0、ｏy_0、ｏz_0からなるオフセット補正係数、といった複数のパラメータを有している。
【００４４】
＜第２補正係数の算出＞
第２補正部２２は、第２補正係数（図３参照）を有している。第２補正係数は、図１に示すように、電子回路１２により処理された磁界の計測値に基づいて、ＰＣ１２６により演算されることにより算出される。ＰＣ１２６は、以下のような第２補正係数を算出する手段を有している。
【００４５】
ＰＣ１２６は、磁界センサ１１が回転し、異なる姿勢に変化したことにより生じる各軸の磁界の変化を、磁界センサ１１により計測させる。ＰＣ１２６は、磁界センサ１１により計測されたそれぞれの計測値に基づいて、式（４）により磁界センサ１１において計測された磁界をそれぞれ補正する。
【００４６】
ＰＣ１２６は、Ｈx_0、Ｈy_0、Ｈz_0のそれぞれを第１補正係数により補正した補正後の計測値Ｈx_1、Ｈy_1、Ｈz_1を算出する。そして、式（５）に当てはめることによって、その姿勢における地磁気の強さＨt_1を求める。
【数５】
2018059792.tif 000007
【００４７】
ＰＣ１２６は、複数回行なわれる磁界センサ１１の回転による異なる姿勢への変化に伴う磁界の変化、および、地磁気の強さの演算結果のそれぞれを記憶する。ＰＣ１２６は、記憶された複数の地磁気の強さＨt_1を互いに近似するように補正する式（６）における第２補正係数を最小自乗法により算出する。
【数６】
2018059792.tif 000008
ここで、求められる第２補正係数は、ａ11_1、ａ22_1、ａ33_1からなる感度補正係数、ａ12_1、ａ13_1、ａ21_1、ａ23_1、ａ31_1、ａ32_1からなる角度補正係数、ｏx_1、ｏy_1、ｏz_1からなるオフセット補正係数、といった複数のパラメータを有している。
【００４８】
＜第３補正係数の算出＞
第３補正部２３は、第３補正係数（図３参照）を有している。第３補正係数は、図１に示すように、電子回路１２により処理された磁界のデータに基づいて、ＰＣ１２６により演算されることによって算出される。ＰＣ１２６は、以下のような第３補正係数を算出する手段を有している。
【００４９】
ＰＣ１２６は、磁界センサ１１が回転し、異なる姿勢に変化したことにより生じる各軸の磁界の変化を、磁界センサ１１により計測させる。ＰＣ１２６は、磁界センサ１１により計測されたそれぞれの計測値に基づいて、式（４）および式（６）により磁界センサ１１において計測された磁界をそれぞれ補正する。
【００５０】
ＰＣ１２６は、Ｈx_1、Ｈy_1、Ｈz_1のそれぞれを第２補正係数により補正後の補正値Ｈx_2、Ｈy_2、Ｈz_2を算出する。そして、式（７）に当てはめることによって、その姿勢における地磁気の強さＨt_2を求める。
【数７】
2018059792.tif 000009
ＰＣ１２６は、複数回行なわれる磁界センサ１１の回転による異なる姿勢への変化に伴う磁界の変化、および、地磁気の強さの演算結果のそれぞれを記憶する。ＰＣ１２６は、記憶された複数の地磁気の強さが互いに近似するように補正する式（８）における第３補正係数を最小自乗法により算出する。
【数８】
2018059792.tif 000010
ここで、求められる第３補正係数は、ａ11_2、ａ22_2、ａ33_2からなる感度補正係数、ａ12_2、ａ13_2、ａ21_2、ａ23_2、ａ31_2、ａ32_2からなる角度補正係数、ｏx_2、ｏy_2、ｏz_2からなるオフセット補正係数、といった複数のパラメータを有している。
【００５１】
＜第ｎ補正係数の算出＞
ｎ段目の補正部である第ｎ補正部２４が有している第ｎ補正係数は、その前段であるｎ−１段目の補正部である第ｎ−１補正部が有している第ｎ−１補正係数により求められる。第ｎ補正係数は、一般式として次の式（９）により表される。
【数９】
2018059792.tif 000011
第ｎ補正係数は、ＰＣ１２６は、Ｈx_n-1、Ｈy_n-1、Ｈz_n-1のそれぞれを式（９）に示した第ｎ−１補正係数により補正した補正値Ｈx_n、Ｈy_n、Ｈz_nを算出し、式（１０）に当てはめることによって、その姿勢における地磁気の強さＨt_nを求める。
【数１０】
2018059792.tif 000012
第ｎ補正係数は、ＰＣ１２６に記憶された複数の地磁気の強さＨt_nが互いに近似するように最小自乗法により算出される。このようにして、ｎ段目の補正部である第ｎ補正部２４が有している第ｎ補正係数は求められる。
【００５２】
ＰＣ１２６により演算された第１補正係数、第２補正係数、第３補正係数、…第ｎ補正係数が、図１に示すように、通信インターフェース１２５を介してＣＰＵ１２４のメモリに格納される。
【００５３】
（磁界の計測値の処理）
磁気計測装置１による計測された磁界の処理について図５に示す。ここでは、磁界センサ１１により計測した各軸の磁界Ｈx、Ｈy、Ｈzを３段階によって補正する例について説明する。つまり、磁気計測装置１は、ＣＰＵ１２４のメモリに第１補正部２１と、第２補正部２２と、第３補正部２３とを含んでいる。
【００５４】
第１補正部２１は、計測された磁界Ｈx_0、Ｈy_0、Ｈz_0に対して、第１補正係数により１段目の補正を行う。第２補正部２２は、第１補正係数による補正後の磁界Ｈx_1、Ｈy_1、Ｈz_1に対して、第２補正係数により２段目の補正を行う。第３補正部２３は、第１補正係数および第２補正係数による補正後の磁界Ｈx_2、Ｈy_2、Ｈz_2に対して、第３補正係数により３段目の補正を行う。磁気計測装置１は、第３補正係数による補正後の磁界Ｈx_3、Ｈy_3、Ｈz_3により地磁気の強さＨt_3を算出し、計測信号として通信インターフェース１２５へと出力する。
【００５５】
（磁界計測値補正方法）
次に、図６のフローチャートを参照して、磁気計測装置１の磁界センサ１１により計測した磁界の計測値の補正方法について説明する。
【００５６】
ステップＳ１において、作業者が磁界センサ１１を回転させることにより変化する磁界が磁界センサ１１により計測される。そして、ステップＳ２において、姿勢を変えた状態によって計測された各軸の磁界Ｈx、Ｈy、Ｈzに基づいて、式（３）によりその姿勢における地磁気の強さが算出される。ステップＳ３において、ステップＳ１およびステップＳ２の処理が所定回数（たとえば３回）行われたどうかが判定され、ステップＳ１およびステップＳ２の処理が所定回数行われていなかったならばステップＳ１に戻る。ステップＳ１〜３までが、特許請求の範囲の「第１計測ステップ」の一例である。
【００５７】
ステップＳ４において、求められた複数の異なる姿勢における地磁気の強さをＰＣ１２６に通信インターフェース１２５を介して送り、ＰＣ１２６が複数の地磁気の強さが互いに近似するような第１補正係数を最小自乗法により求める。そして、ＰＣ１２６は、求めた第１補正係数を通信インターフェース１２５を介してＣＰＵ１２４に送信する。ステップＳ４が、特許請求の範囲の「第１設定ステップ」の一例である。
【００５８】
ステップＳ５において、作業者が磁界センサ１１を回転させることにより変化する磁界が磁界センサ１１により計測される。そして、ステップＳ６において、姿勢を変えた状態によって計測された各軸の磁界Ｈx、Ｈy、Ｈzおよび第１補正係数に基づいて、式（４）から第１補正係数により補正された各軸の磁界が算出される。そして、求められた各軸の補正された磁界の計測値に基づいて、式（５）によりその姿勢における地磁気の強さが算出される。
【００５９】
ステップＳ７において、ステップＳ５およびステップＳ６の処理が所定回数（たとえば３回）行われたかどうかが判定され、ステップＳ５およびステップＳ６の処理が所定回数行われていなかったならばステップＳ５に戻る。ステップＳ５〜７が、特許請求の範囲の「第２計測ステップ」の一例である。
【００６０】
ステップＳ８において、求められた複数の異なる姿勢における地磁気の強さをＰＣ１２６に通信インターフェース１２５を介して送り、ＰＣ１２６が複数の地磁気の強さが互いに近似するような第２補正係数を最小自乗法により求める。そして、ＰＣ１２６は、求めた第２補正係数を通信インターフェース１２５を介してＣＰＵ１２４に送信する。ステップＳ８が、特許請求の範囲の「第２設定ステップ」の一例である。
【００６１】
ステップＳ９において、作業者が磁界センサ１１を回転させることにより変化する磁界が磁界センサ１１により計測される。そして、ステップＳ１０において、姿勢を変えた状態によって計測された各軸の磁界Ｈx、Ｈy、Ｈz、第１補正係数および第２補正係数に基づいて、式（４）、式（６）により補正された各軸の磁界が算出される。そして、求められた各軸の補正された磁界の計測値に基づいて、式（７）によりその姿勢における地磁気の強さが算出される。
【００６２】
ステップＳ１１において、ステップＳ９およびステップＳ１０の処理が所定回数（たとえば３回）行われたどうかが判定され、ステップＳ９およびステップＳ１０の処理が所定回数行われていなかったならばステップＳ９に戻る。ステップＳ９〜１１が、特許請求の範囲の「第３計測ステップ」の一例である。
【００６３】
ステップＳ１２において、求められた複数の異なる姿勢における地磁気の強さをＰＣ１２６に通信インターフェース１２５を介して送り、ＰＣ１２６が複数の地磁気の強さが互いに近似するような第３補正係数を最小自乗法により求める。そして、ＰＣ１２６は、求めた第３補正係数を通信インターフェース１２５を介してＣＰＵ１２４に送信する。ステップＳ１２が、特許請求の範囲の「第３設定ステップ」の一例である。
【００６４】
以上のように、磁気計測装置１の磁界センサ１１によって計測した磁界の計測値の補正が行われる。
【００６５】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００６６】
本実施形態では、上記のように、磁界センサ１１により計測された磁界の計測値を補正する第１補正係数および第２補正係数を備えたＣＰＵ１２４を設ける。これにより、磁界センサ１１が動揺し各軸が直交した状態からずれたとしても、磁界センサ１１によるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の各軸の磁界の計測値を各軸が互いに直交しているときに計測された値に補正することができる。そのため、３軸ベクトル型の磁界センサ１１を用いて地磁気の強さを高精度に計測することができる。
【００６７】
また、本実施形態では、第１補正係数および第２補正係数が複数の磁界の計測値に基いて求められ、そのような第１補正係数および第２補正係数を用いて磁界センサ１１により計測された磁界の計測値の補正を行っている。このように構成すれば、第１補正係数および第２補正係数が局所解になる可能性が低くなる。さらに、計測した磁界を第１補正係数および第２補正係数により補正した値を用いて地磁気の強さを算出するので、磁界センサ１１の計測精度を向上させることができる。
【００６８】
また、本実施形態では、地磁気の強さを３軸ベクトル型の磁界センサ１１を用いて計測している。このように構成すれば、３軸ベクトル型の磁界センサ１１によって地磁気の強さだけでなく、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の磁界も同時に計測することができる。
【００６９】
また、本実施形態では、第１補正係数だけでなく第２補正係数および第３補正係数を用いて、磁界センサ１１により計測された磁界の計測値の補正を行うように構成する。これにより、磁界の計測値を第１補正係数および第２補正係数で補正し、さらに第３補正係数で補正して地磁気の強さを求めるため、地磁気の強さの精度のさらなる向上がなし難い状態になっており、そのような状態の補正係数を用いて磁界センサにより計測した磁界を補正することができる。そのため、３軸ベクトル型の磁界センサ１１を用いて地磁気の強さを高精度に計測することができる。
【００７０】
本実施形態では、磁界センサ１１をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のうち少なくとも１軸周りの全周に亘って回転させるように構成する。これにより、磁界センサ１１を各軸のうちの１軸に関して満遍なく磁界の変化を計測することができるので、全周に亘って磁界センサ１１を回転させた軸に関して、補正係数が局所解になり難くなる。
【００７１】
本実施形態では、磁界センサ１１を磁界の計測ステップ毎に異なるように回転させるように構成する。これにより、磁界センサ１１の回転のさせ方を計測ステップ毎に変えているので、磁界センサ１１により磁界の変化を満遍なく計測することができ、補正係数が局所解になり難くなる。
【００７２】
本実施形態では、磁界センサ１１を磁界の計測ステップ毎に同じになるように回転させるように構成する。これにより、計測ステップ毎の磁界センサ１１の回転のさせ方が同じなので、特定の方向のみの地磁気の強さの計測しか必要としないなどの磁界センサ１１の使用する用途に合わせて、地磁気の強さの調整をすることができる。
【００７３】
本実施形態では、磁界センサ１１を各軸毎に異なる姿勢における磁界の計測を少なくとも３回行うように構成する。これにより、少なくとも９回の異なる姿勢における磁界センサ１１の磁界を計測することができるので、十分な精度の補正係数を求めることができる。
【００７４】
また、磁気計測装置１は、３軸ベクトル型の磁界センサとしてフラックスゲート磁気センサを用いる。これにより、プロトン磁気センサおよびオプティカルボンピング磁気センサよりもコンパクトでありながら、プロトン磁気センサおよびオプティカルボンピング磁気センサと同等の精度によって地磁気の強さを計測することができる。
【００７５】
［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００７６】
たとえば、本実施形態の磁気計測装置１は、第１補正部２１、第２補正部２２…第ｎ補正部を備えており、本実施形態ではｎは３となっているが、本発明はこれに限られない。たとえば、磁気計測装置１は、第４補正部、第５補正部などの３以上の補正部を備えていてもよい。なお、ｎは、３または４の時点において地磁気の強さの計測精度のさらなる向上がなし難い状態になっており、補正により得られる精度向上の効果が小さくなる傾向にあるので、３または４であることが好ましい。
【００７７】
また、本実施形態の磁気計測装置１は、フラックスゲート磁気センサである磁界センサ１１を備えているが、本発明はこれに限られない。たとえば、他の測定形式の３軸ベクトル型の磁気センサであってもよい。
【００７８】
また、本実施形態の磁気計測装置１による磁界補正方法は、最小自乗法により補正係数を求めているが、本発明はこれに限られない。たとえば、補正係数はＧＡ（Ｇｅｎｅｔｉｃ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）といった他の方法を用いて求められてもよい。
【００７９】
また、本実施形態の磁気計測装置１による磁界補正方法は、最小自乗法により互いの地磁気の強さを近似させているが、本発明はこれに限られない。たとえば、互いの地磁気の強さの差異を平均化するような補正係数を求める態様であってもよい。
【００８０】
また、本実施形態の磁気計測装置１による磁界補正方法は、図４（ａ）に示すように、磁界センサ１１の各軸に対して磁界センサ１１を連続的に回転させているが、本発明はこれに限られない。たとえば、各軸に対して任意の回転角度において止めるように断続的に回転させてもよく、その場合磁界センサ１１を少なくとも３つの異なる姿勢において止めてその姿勢のときの磁界を計測することが好ましい。
【００８１】
また、本実施形態の磁気計測装置１による磁界補正方法は、磁界センサ１１を３軸のそれぞれを回転軸として回転させているが、本発明はこれに限られない。たとえば、磁界センサ１１を３軸のうちの１軸周りの全周に亘って回転させてもよいし、磁界センサ１１を３軸のうちの２軸周りの全周に亘って回転させてもよい。
【００８２】
また、本実施形態の磁気計測装置１による磁界補正方法は、磁界センサ１１を各軸の全周に対して均等な角度によって回転させているが、本発明はこれに限られない。たとえば、磁界センサ１１を回転させる際の回転角度を各軸の全周に対して不均等な角度回転させてもよい。
【００８３】
また、本実施形態の磁気計測装置１による磁界補正方法は、各計測ステップ毎に任意に磁界センサ１１を回転（図４（ａ）〜（ｃ）参照）させているが、本発明はこれに限られない。たとえば、各計測ステップにおいて磁界センサ１１の回転のさせ方（回転軸、回転角度、回転方向、連続的か断続的かなど）を異なるように行う態様であってもよい。
【００８４】
また、本実施形態の磁気計測装置１による磁界補正方法は、各計測ステップ毎に任意に磁界センサ１１を回転させているが、本発明はこれに限られない。たとえば、各計測ステップにおいて磁界センサ１１の回転のさせ方（回転軸、回転角度、回転方向、連続的か断続的かなど）を同じように行う態様であってもよい。
【００８５】
また、本実施形態の磁気計測装置１による磁界補正方法は、磁界センサ１１の各軸に対して偏りがないように磁界センサ１１を回転させているが、本発明はこれに限られない。たとえば、実際に磁界センサ１１の使用用途に合わせて特定方向のみにおいて磁界センサ１１を異なる姿勢にさせて、地磁気の強さを近似させる態様であってもよい。
【００８６】
また、本実施形態の磁気計測装置１では、各軸磁界補正までをおこなって出力し、地磁気の強さの算出はＰＣ１２６で行ってもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１  磁気計測装置
１１  磁界センサ
１２  電子回路
１２１  受信回路
１２２  励振回路
１２３  ＡＤ変換器
１２４  ＣＰＵ（補正処理部）
１２５  通信インターフェース
１２６  ＰＣ
１２７  電源回路
１２８  バッテリー
２  補正処理部
２１  第１補正部
２２  第２補正部
２３  第３補正部
２４  第ｎ補正部
【図１】
2018059792.tif 000013
【図２】
2018059792.tif 000014
【図３】
2018059792.tif 000015
【図４】
2018059792.tif 000016
【図５】
2018059792.tif 000017
【図６】
2018059792.tif 000018