JP2005043238A - 磁界センサの設置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 １軸指向性を有する複数の磁界検出センサを小型コンパクトに組み付けるにあたり、近接する磁界発生源(他の磁界センサ)からの磁束影響を受けない磁界センサ同士の配置関係を定めた磁界センサの配設構造を提供する。
【解決手段】 磁界検出装置に必要な当該磁界センサの磁界検出分解能を満足する、当該磁界センサの検出磁界強度をＨ、当該磁界センサの位置に形成する磁界ベクトルのうち他の磁界センサ等の発する磁界影響を受ける感磁軸方向の大きさをｍ、他の磁界センサの磁界強度をＭ、当該磁界センサから見た他の磁界センサ等の磁界発生源の角度をα、当該磁界センサと他の磁界センサ等の距離をｒ、他の磁界センサ等の姿勢角をβ、γ、としたときに、
ｍ(Ｍ，r，α，β，γ)≧Ｈを満たす距離内に他の磁界センサを設置しないようにする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、磁気方位センサなど一軸指向性を有した磁界センサを設置する際の磁界センサ設置構造に関するものである。

従来、例えば、地磁気等の微弱磁界を精度よく検出する磁気方位センサとしては、フラックスゲート型等の微弱磁気センサがよく使用されている。
一般に磁気方位を検出する場合には、一軸指向性を有する磁界センサを複数個(通常２〜３個)をその感磁軸が互いに直交する状態に配置している(例えば、特許文献１参照)。
特開平１１−６３９９７号公報

複数の磁界センサを配置する場合、他のセンサなどの磁界発生源がセンサに対して９０度の角度を持った姿勢で設置されているときには、理論的には磁界ベクトルの大きさ(ｍ)は発生しないとされているが、現実には、磁界発生源である磁気双極子はＮ極よりＳ極に向けて磁束を発するので、その途中で必ず磁界ベクトルの大きさ(ｍ)が発生している。

このため、近接する磁界発生源からの磁束が相互に影響しあい、検出精度を低下させる原因となっている。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、１軸指向性を有する複数の磁界検出センサを小型コンパクトに組み付けるにあたり、近接する磁界発生源(他の磁界センサ)からの磁束影響を受けない磁界センサ同士の配置関係を定めた磁界センサの配設構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載した本発明では、磁界検出特性に一軸指向性を有した、複数の磁界センサを設置した磁界検出装置であって、磁界センサ自体が磁界発生源であるか、もしくは磁界センサ近傍に設置した磁界発生源を有した磁界センサにおいて、
磁界検出装置に必要な当該磁界センサの磁界検出分解能を満足する、当該磁界センサの検出磁界強度をＨ、
他の磁界センサの発する磁界もしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の発する磁界が、当該磁界センサの位置に形成する磁界ベクトルのうち、これらの磁界の影響を受ける当該磁界センサの感磁軸方向の大きさをｍ、
他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の磁界強度をＭ、
当該磁界センサから見た他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の角度をα、
当該磁界センサと他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の距離をｒ、
他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の姿勢角をβ、γ、
としたとき、
ｍ(Ｍ，r，α，β，γ)≧Ｈ
を満たす距離内に他の磁界センサを設置しないことを特徴としている。
ここで、ｍ(Ｍ，r，α，β，γ)は、磁界ベクトルのうちの近接する磁界の影響を受ける当該磁界センサの感磁軸方向の大きさ(ｍ)が、磁界強度(Ｍ)、磁界発生源までの距離(ｒ)、磁界センサから見た他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の角度(α)、磁界発生源の姿勢角(β,γ)によって変動する磁界強度関数であることを示している。

また、請求項２に記載した本発明では、磁界検出特性に一軸指向性を有した、複数の磁界センサを設置した磁界検出装置であって、磁界センサ自体が磁界発生源であるか、もしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源を有した磁界センサにおいて、
磁界検出装置に必要な当該磁界センサの磁界検出分解能を満足する、当該磁界センサの検出磁界強度をＨ、
他の磁界センサの発する磁界もしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の発する磁界が、当該磁界センサの位置に形成する磁界ベクトルの変動分のうち、これらの磁界の影響を受ける当該磁界センサの感磁軸面内の感磁軸方向の成分の大きさをｍ、
他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源が発生する磁界の変動分の強度をＭ、
当該磁界センサから見た他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の角度をα、
当該磁界センサと他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の距離をｒ、
他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の姿勢角をβ、γ、
としたとき、
ｍ(Ｍ，r，α，β，γ)≧Ｈ
を満たす距離内に他の磁界センサを設置しないことを特徴としている。

さらに、請求項３に記載した本発明では、磁界検出特性に一軸指向性を有した、複数の磁界センサを設置した磁界検出装置であって、磁界センサ自体が磁界発生源であるか、もしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源を有した磁界センサにおいて、
磁界検出装置に必要な当該磁界センサの磁界検出分解能を満足する、当該磁界センサの検出磁界強度をＨ、
他の磁界センサの発する磁界もしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の発する磁界が、当該磁界センサの位置に形成する磁界ベクトルとその変動分のうち、これらの磁界の影響を受ける当該磁界センサの感磁軸面内の感磁軸方向の大きさをｍ、
他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の発生する磁界とその変動分の強度をＭ、
当該磁界センサから見た他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の角度をα、
当該磁界センサと他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の距離をｒ、
他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の姿勢角をβ、γ、
としたとき、
ｍ(Ｍ，r，α，β，γ)≧Ｈ
を満たす距離内に他の磁界センサを設置しないことを特徴とするものである。

本発明では、複数の磁界センサを配置する際に、それぞれの磁界センサの感磁軸面内の感磁軸方向での磁界ベクトルの大きさが、磁界検出分解能を満足する検出磁界強度よりも大きくならないように位置させるようにしていることから、磁界センサ自体が磁界発生源であるか、もしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源を有していても、その発生磁界が相互に影響を与えることがなくなり、検出精度を高めることができることになる。

以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
図１はセンサユニットの概略構成図を示し、基板(１)上に三つの磁界センサ(２)(３)(４)がそれぞれ感磁軸芯を相互に直交させる姿勢で配置してある。

そして、各磁界センサ(２)(３)(４)はそれぞれ磁界センサ自体が磁界発生源であるか、もしくはそれぞれの磁界センサ近傍に磁界発生源を有している。このため、隣接して位置する磁界センサあるいは隣接配置されている磁界センサ近傍の磁界発生源からの発生磁界の影響を受けることがある。

そこで、この三つの磁界センサ(２)(３)(４)の相互で隣接する磁界センサ(２)(３)(４)からの磁力影響を受けない磁界センサ相互間の位置関係を決定する必要性がある。

図２に示すように、大きさ：２×２×８mm、磁束密度：２Ｇの磁界発生源(磁石)をその磁軸をＺ軸に沿わせて、磁界発生源の中心を座標原点位置に配置した場合、Ｘ−Ｚ平面内での磁界強度は表１に示すとおりであった。

直交２軸の地磁気センサを例にあげた場合、地磁気の大きさは３０Ａ/ｍ程度であり、センサの検出磁界強度の必要分解能が地磁気の５％以下(約１.５Ａ/ｍ)の精度が必要とする場合、少なくともｂ点よりも離れた場所にセンサを置かなければならないことがわかる。

図３は直交平面内で原点位置から離れた位置に磁界発生源を置いた場合を示し、磁界検出装置に必要な当該磁界センサの磁界検出分解能を満足する、当該磁界センサの検出磁界強度をＨ、
他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の磁界強度をＭ、
当該磁界センサから見た他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の角度をα、
当該磁界センサと他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の距離をｒ、
他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の姿勢角をβ、γ、
としたとき、
他の磁界センサの発する磁界もしくは他の磁界センサの近傍に設置した磁界発生源の発する磁界が、当該磁界センサの位置に形成する磁界ベクトルのうち、これらの磁界の影響を受ける当該磁界センサの感磁軸方向の大きさをｍは、磁界強度(Ｍ)、磁界発生源までの距離(ｒ)、磁界センサから見た他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の角度(α)、磁界発生源の姿勢角(β,γ)によって変動する磁界強度関数として捉えることができる。

このため、他の磁界センサの発する磁界もしくは他の磁界センサの近傍に設置した磁界発生源の発する磁界が、当該磁界センサの位置に形成する磁界ベクトルのうちの近接する磁界の影響を受ける当該磁界センサの感磁軸方向の大きさ(ｍ)と、磁界検出分解能を満足する当該磁界センサの検出磁界強度をＨとの関係は、
ｍ(Ｍ，r，α，β，γ)≧Ｈ
となる位置に隣り合う磁界センサを配置すると、その磁界影響を受けることになるから、上記の式を満足する位置(距離内)には、磁界センサを配置しないことが必要となる。

なお、磁界センサの感磁軸方向の大きさ(ｍ)は、当該磁界センサの位置に形成する磁界ベクトル大きさに変えて、その変動分として算出するとともに、他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の磁界強度(Ｍ)を該磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に配置した磁界発生源で発生する磁界の変動分で算出してもよい。

また、磁界センサの感磁軸方向の大きさ(ｍ)を、当該磁界センサの位置に形成する磁界ベクトル大きさに変えて、その変動分として算出するとともに、他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の磁界強度(Ｍ)を該磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に配置した磁界発生源で発生する磁界とその変動分で算出してもよい

磁気方位センサなどの磁界センサや、体腔内へ挿入した磁性材製医療用挿入具の位置及び姿勢を検出する際の磁界センサの設置技術に応用することができる。

本発明を適用したセンサユニットの一実施形態を示す概略構成図である。 直交座標系での磁界発生源の配置を説明する説明図である。 直交座標系での磁界影響を示す説明図である。

Claims (3)

1. 磁界検出特性に一軸指向性を有した、複数の磁界センサを設置した磁界検出装置であって、磁界センサ自体が磁界発生源であるか、もしくは磁界センサ近傍に設置した磁界発生源を有した磁界センサにおいて、
   磁界検出装置に必要な当該磁界センサの磁界検出分解能を満足する、当該磁界センサの検出磁界強度をＨ、
   他の磁界センサの発する磁界もしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の発する磁界が、当該磁界センサの位置に形成する磁界ベクトルのうち、これらの磁界の影響を受ける当該磁界センサの感磁軸方向の大きさをｍ、
   他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の磁界強度をＭ、
   当該磁界センサから見た他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の角度をα、
   当該磁界センサと他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の距離をｒ、
   他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の姿勢角をβ、γ、
   としたとき、
   ｍ(Ｍ，r，α，β，γ)≧Ｈ
   を満たす距離内に他の磁界センサを設置しないことを特徴とする磁界センサの設置構造。
2. 磁界検出特性に一軸指向性を有した、複数の磁界センサを設置した磁界検出装置であって、磁界センサ自体が磁界発生源であるか、もしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源を有した磁界センサにおいて、
   磁界検出装置に必要な当該磁界センサの磁界検出分解能を満足する、当該磁界センサの検出磁界強度をＨ、
   他の磁界センサの発する磁界もしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の発する磁界が、当該磁界センサの位置に形成する磁界ベクトルの変動分のうち、これらの磁界の影響を受ける当該磁界センサの感磁軸面内の感磁軸方向の成分の大きさをｍ、
   他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源が発生する磁界の変動分の強度をＭ、
   当該磁界センサから見た他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の角度をα、
   当該磁界センサと他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の距離をｒ、
   他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の姿勢角をβ、γ、
   としたとき、
   ｍ(Ｍ，r，α，β，γ)≧Ｈ
   を満たす距離内に他の磁界センサを設置しないことを特徴とする磁界センサの設置構造。
3. 磁界検出特性に一軸指向性を有した、複数の磁界センサを設置した磁界検出装置であって、磁界センサ自体が磁界発生源であるか、もしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源を有した磁界センサにおいて、
   磁界検出装置に必要な当該磁界センサの磁界検出分解能を満足する、当該磁界センサの検出磁界強度をＨ、
   他の磁界センサの発する磁界もしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の発する磁界が、当該磁界センサの位置に形成する磁界ベクトルとその変動分のうち、これらの磁界の影響を受ける当該磁界センサの感磁軸面内の感磁軸方向の大きさをｍ、
   他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の発生する磁界とその変動分の強度をＭ、
   当該磁界センサから見た他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の角度をα、
   当該磁界センサと他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の距離をｒ、
   他の磁界センサもしくは他の磁界センサ近傍に設置した磁界発生源の姿勢角をβ、γ、
   としたとき、
   ｍ(Ｍ，r，α，β，γ)≧Ｈ
   を満たす距離内に他の磁界センサを設置しないことを特徴とする磁界センサの設置構造。
   
   

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