JP7521933B2 - 磁場検出装置及び磁場検出装置アレイ - Google Patents

Description

本発明は磁場検出装置に関し、特に、シールドルームを用いることなく微弱な磁場を検出可能な磁場検出装置に関する。また、本発明は、複数の磁場検出装置を備える磁場検出装置アレイに関する。

シールドルームを用いることなく微弱な磁場を検出可能な磁場検出装置としては、特許文献１に記載された磁場検出装置が知られている。特許文献１の図１に記載された磁場検出装置は、参照用の磁気センサを用いて環境磁場を検出し、これに基づいてキャンセルコイルにキャンセル電流を流すことにより、測定用の磁気センサに加わる環境磁場をキャンセルしている。また、特許文献１の図７に記載された磁場検出装置は、複数の磁気センサからの出力信号を加算することによって環境磁場成分を抽出し、複数の磁気センサにそれぞれ設けられたキャンセルコイルにキャンセル電流を流すことによって、複数の磁気センサに加わる環境磁場をキャンセルしている。

特開２０１７－１３３９９３号公報

しかしながら、特許文献１の図１に記載された磁場検出装置は、測定用の磁気センサと参照用の磁気センサにそれぞれ別個のキャンセルコイルが割り当てられており、特許文献１の図７に記載された磁場検出装置は、複数の磁気センサのそれぞれにキャンセルコイルが割り当てられていることから、部品点数が多いという問題があった。また、特許文献１の図７に記載された磁場検出装置は、複数の磁気センサからの出力信号を加算する必要があることから、回路構成が複雑になるという問題もあった。

したがって、本発明は、シールドルームを用いることなく微弱な磁場を検出可能な磁場検出装置及び磁場検出装置アレイにおいて、部品点数を削減するとともに、回路構成を簡素化することを目的とする。

本発明による磁場検出装置は、ボビンと、ボビンの巻芯部に巻回されたキャンセルコイルと、ボビンの互いに異なる位置に固定され、互いに同じ方向の磁界成分を検出する第１及び第２の磁気センサと、第１の磁気センサの出力信号に応じてキャンセルコイルにキャンセル電流を流すことにより、キャンセル空間の環境磁場を打ち消すフィードバック回路とを備え、第２の磁気センサは、キャンセル空間内に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１及び第２の磁気センサに対して共通のキャンセルコイルを用いていることから、部品点数を削減することができるとともに、回路構成を簡素化することが可能となる。

本発明において、第１及び第２の磁気センサは、いずれもキャンセルコイルの軸方向から見てキャンセルコイルの内径領域と重なる位置に配置されていても構わない。これによれば、装置全体のサイズを小型化することが可能となる。

本発明において、第１及び第２の磁気センサのセンサヘッドは、キャンセルコイルの軸方向における位置が互いに異なっていても構わない。これによれば、信号磁場成分がキャンセルコイルによって打ち消されることを防止することが可能となる。この場合、ボビンの巻芯部は、第１の鍔部において開口する第１のキャビティと、第２の鍔部において開口する第２のキャビティを有し、第１の磁気センサは、第１のキャビティに収容され、第２の磁気センサは、第２のキャビティに収容されていても構わない。これによれば、第１の磁気センサと第２の磁気センサの距離を十分に離間させることが可能となる。さらにこの場合、第１の磁気センサのセンサヘッドはボビンの第１の鍔部から突出しており、第２の磁気センサのセンサヘッドは、ボビンの第２の鍔部から突出していても構わない。これによれば、測定対象物と第２の磁気センサの距離を近づけることが可能となる。

本発明による磁場検出装置は、第１又は第２の鍔部に固定された回路基板をさらに備え、フィードバック回路は、回路基板に設けられていても構わない。これによれば、第１又は第２の鍔部を有効活用することができる。

本発明による磁場検出装置は、第２の磁気センサを複数備えていても構わない。これによれば、信号磁場成分の空間分布を測定することが可能となる。

本発明による磁場検出装置は、キャンセルコイルに並列接続され、抵抗値がキャンセルコイルの等価直列抵抗よりも大きい抵抗をさらに備えていても構わない。これによれば、第１の磁気センサ、フィードバック回路及びキャンセルコイルからなるフィードバックループの発振を防止することが可能となる。

本発明の一側面による磁場検出装置アレイは、複数の第２の磁気センサを備えた上記の磁場検出装置を複数備え、複数の磁場検出装置は、キャンセルコイルの軸方向が互いに一致するようマトリクス状に配列されていることを特徴とする。本発明によれば、信号磁場成分の空間分布を広範囲に測定することが可能となる。

本発明の他の側面による磁場検出装置アレイは、複数の磁場検出装置がアレイ状に配列されてなる磁場検出装置アレイであって、複数の磁場検出装置の少なくとも一つは、複数の第２の磁気センサを備えた上記の磁場検出装置と同じ構成を有し、複数の磁場検出装置の残りは、複数の第２の磁気センサを備えた上記の磁場検出装置から第１の磁気センサを削除した構成を有し、キャンセルコイルにキャンセル電流を流すことによってキャンセル空間の環境磁場が打ち消されるよう構成され、複数の磁場検出装置は、キャンセルコイルの軸方向が互いに一致するようマトリクス状に配列されていることを特徴とする。本発明によれば、信号磁場成分の空間分布を広範囲に測定することが可能となるとともに、使用する磁気センサの数を削減することが可能となる。

本発明において、複数の磁場検出装置に設けられた複数の第２の磁気センサは、キャンセルコイルの軸方向と直交する第１の方向に延在する複数の第１の仮想線と、キャンセルコイルの軸方向及び第１の方向と直交する第２の方向に延在する複数の第２の仮想線の各交点に配置され、複数の第１の仮想線のピッチと複数の第２の仮想線のピッチが等しくても構わない。これによれば、検出面であるｘｙ平面内における信号磁場成分の空間分布を等間隔で測定することが可能となる。

本発明によれば、シールドルームを用いることなく微弱な磁場を検出可能であり、且つ、部品点数が少なく回路構成がシンプルな磁場検出装置及び磁場検出装置アレイを提供することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態による磁場検出装置１を測定面側から見た略斜視図である。 図２は、磁場検出装置１を裏面側から見た略斜視図である。 図３は、ボビン１０の外観を示す略斜視図である。 図４は、磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４の内部構造の一例を示す模式図である。 図５は、磁場検出装置１の回路構成を示すブロック図である。 図６は、センサチップ２２の略平面図である。 図７は、図６に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。 図８は、磁気センサＳ１、フィードバック回路３１及びキャンセルコイルＣ２を含むフィードバックループの回路図である。 図９は、磁気センサＳ２１～Ｓ２４及び検出回路３２の回路図である。 図１０は、磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４が設けられる径方向位置を説明するための模式図である。 図１１は、キャンセル空間４０の位置を説明するための模式図である。 図１２は、複数の磁場検出装置１をアレイ状に配列した例を示す模式図である。 図１３は、本発明の第２の実施形態による磁場検出装置２の構造を説明するための略断面図である。 図１４は、磁場検出装置２の外観を示す略分解斜視図である。 図１５は、磁気センサＳ１、フィードバック回路３１及びキャンセルコイルＣ２，Ｃ３を含むフィードバックループの回路図である。 図１６は、キャンセルコイルＣ３を含む磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４の内部構造の一例を示す模式図である。 図１７は、本発明の第３の実施形態による磁場検出装置３の外観を示す略斜視図である。 図１８は、本発明の第４の実施形態による磁場検出装置４の外観を示す略斜視図である。 図１９は、本発明の第５の実施形態による磁場検出装置５の外観を示す略斜視図である。 図２０は、本発明の第６の実施形態による磁場検出装置６の外観を示す略斜視図である。 図２１は、本発明の第７の実施形態による磁場検出装置７の外観を示す略斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明の第１の実施形態による磁場検出装置１の外観を示す図であり、図１は測定面側から見た略斜視図、図２は裏面側から見た略斜視図である。

図１及び図２に示すように、第１の実施形態による磁場検出装置１は、樹脂材料などからなるボビン１０と、ボビン１０に巻回されたキャンセルコイルＣ２と、ボビン１０に固定された複数の磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４を備えている。ボビン１０の構造は図３に示すとおりであり、巻芯部１３と、巻芯部１３のｚ方向における両端に設けられた鍔部１１，１２を有している。巻芯部１３の外周面は、ｚ方向から見て円形である。キャンセルコイルＣ２はボビン１０の巻芯部１３に巻回されており、したがってキャンセルコイルＣ２のコイル軸方向はｚ方向である。巻芯部１３は筒状であり、ｚ方向に延在する中空部１４を有している。

本実施形態においては、ボビン１０の巻芯部１３に８つのキャビティＡ１～Ａ８が設けられている。キャビティＡ１～Ａ８は巻芯部１３をｚ方向に貫通する貫通孔であり、キャビティＡ１～Ａ８のｚ方向における一端は鍔部１１において開口し、キャビティＡ１～Ａ８のｚ方向における他端は鍔部１２において開口する。キャビティＡ１～Ａ８の径方向位置は互いに同じである。そして、本実施形態においては、キャビティＡ６に磁気センサＳ１が収容され、キャビティＡ１，Ａ３，Ａ５，Ａ７にそれぞれ磁気センサＳ２１～Ｓ２４が収容されている。磁気センサＳ１のセンサヘッドは鍔部１１からｚ方向に突出しており、磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドは鍔部１２からｚ方向に突出している。磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４は、それぞれ配線Ｌ０～Ｌ４を介して、ボビン１０の鍔部１１に固定された回路基板１５に接続されている。図１及び図２に示す例ではキャビティＡ２，Ａ４，Ａ８が空いているが、キャビティＡ２，Ａ４，Ａ８に他の磁気センサを収容しても構わない。つまり、最大で８個の磁気センサをボビン１０に固定することができる。

かかる構成により、磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４はいずれもｚ方向から見てキャンセルコイルＣ２の内径領域と重なる位置に配置され、且つ、磁気センサＳ１のセンサヘッドと磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドのｚ方向における位置は、互いに異なっている。磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドのｚ方向における位置は互いに同じである。また、磁気センサＳ１のセンサヘッドと磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドのコイル軸を中心とした径方向位置は、互いに同じである。

磁気センサＳ１は地磁気などの環境磁場成分を検出するためのセンサであり、磁気センサＳ２１～Ｓ２４は測定対象物から発せられる信号磁場成分を検出するためのセンサである。磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４は感度軸方向がいずれもｚ方向であり、その大部分はキャンセルコイルＣ２の内径領域に位置しているが、上述の通り、磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドは鍔部１２から突出している。これは、磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドを測定対象物により近づけるためである。つまり、磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドがボビン１０に埋め込まれていると、測定対象物と磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドの距離が大きくなるからである。一方、磁気センサＳ１のセンサヘッドについては鍔部１１から突出させる必要はないが、磁気センサＳ２１～Ｓ２４との対称性を高めるためには、磁気センサＳ１の鍔部１１からの突出量は、磁気センサＳ２１～Ｓ２４の鍔部１２からの突出量と一致させることが好ましい。

図４は、磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４の内部構造の一例を示す模式図である。

図４に示す例では、磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４が互いに同じ構造を有しており、いずれもセンサ収容体２０と、センサ収容体２０に収容された基板２１と、基板２１に搭載されたセンサチップ２２及び集磁体２３を備えている。集磁体２３はｚ方向に延在する棒状体であり、フェライトなどの高透磁率材料からなる。集磁体２３のｚ方向における一端はセンサヘッドＨを構成し、集磁体２３のｚ方向における他端にセンサチップ２２が配置される。これにより、センサヘッドＨの近傍に位置する測定対象物から発せられるｚ方向の信号磁場成分が集磁体２３によって集磁され、センサチップ２２に印加される。

図５は、本実施形態による磁場検出装置１の回路構成を示すブロック図である。

図５に示すように、本実施形態による磁場検出装置１は、磁気センサＳ１に接続されたフィードバック回路３１と、磁気センサＳ２１～Ｓ２４に接続された検出回路３２を備えている。フィードバック回路３１は、環境磁場成分を打ち消すためのフィードバック電流Ｆ１を生成する回路であり、フィードバック回路３１によって生成されたフィードバック電流Ｆ１は、キャンセルコイルＣ２に供給される。これにより、磁気センサＳ１、フィードバック回路３１及びキャンセルコイルＣ２は、環境磁場成分を打ち消すフィードバックループを構成する。一方、検出回路３２は、磁気センサＳ２１～Ｓ２４からの出力信号に応じて、測定対象物から発せられる信号磁場成分を示す検出信号Ｖｏｕｔを生成する。

図６はセンサチップ２２の略平面図であり、図７は図６に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。

図６及び図７に示すように、センサチップ２２の素子形成面には、４つの磁気抵抗効果素子Ｍ１～Ｍ４と、キャンセルコイルＣ１が集積されている。キャンセルコイルＣ１は絶縁膜２４で覆われ、絶縁膜２４上に磁気抵抗効果素子Ｍ１～Ｍ４が形成されている。磁気抵抗効果素子Ｍ１～Ｍ４は、絶縁膜２５で覆われる。そして、集磁体２３はｚ方向から見て、磁気抵抗効果素子Ｍ１，Ｍ２と磁気抵抗効果素子Ｍ３，Ｍ４の間に配置される。これにより、集磁体２３によって集磁されたｚ方向の磁界は、センサチップ２２の素子形成面上で＋ｘ方向及び－ｘ方向に分配される。その結果、磁気抵抗効果素子Ｍ１，Ｍ２と磁気抵抗効果素子Ｍ３，Ｍ４には、互いに逆方向の磁界成分が印加される。ここで、磁気抵抗効果素子Ｍ１～Ｍ４の固定磁化方向はいずれも＋ｘ方向又は－ｘ方向に揃えられている。

また、キャンセルコイルＣ１は、磁気抵抗効果素子Ｍ１～Ｍ４と重なるように配置されており、キャンセルコイルＣ１にキャンセル電流を流すと、磁気抵抗効果素子Ｍ１，Ｍ２と磁気抵抗効果素子Ｍ３，Ｍ４には、互いに逆方向のキャンセル磁界が印加される。

図８は、磁気センサＳ１、フィードバック回路３１及びキャンセルコイルＣ２を含むフィードバックループの回路図である。

図８に示すように、磁気センサＳ１に含まれる磁気抵抗効果素子Ｍ１～Ｍ４はブリッジ接続され、これにより生成される差動信号がフィードバック回路３１に含まれる差動アンプ３１ａに供給される。差動アンプ３１ａは、差動信号に基づいてフィードバック電流Ｆ１を生成する。フィードバック電流Ｆ１は、直列接続されたキャンセルコイルＣ１，Ｃ２に流れる。これにより、キャンセルコイルＣ１，Ｃ２は、磁気センサＳ１の出力信号である差動信号成分がゼロとなるよう、キャンセル磁界を発生させる。

また、本実施形態においては、キャンセルコイルＣ２に抵抗Ｒ１が並列接続されている。抵抗Ｒ１の抵抗値は、キャンセルコイルＣ２の等価直列抵抗（ＥＳＲ）よりも大きく、好ましくはＥＳＲの１０倍以上、より好ましくはＥＳＲの１００倍以上に設定される。これにより、フィードバック電流Ｆ１のうち、地磁気などに起因する低周波成分についてはキャンセルコイルＣ２を流れる一方、発振の原因となる高周波成分については抵抗Ｒ１をバイパスする。その結果、フィードバックループの発振を防止しつつ、地磁気などの環境磁場成分を正しくキャンセルすることが可能となる。

図９は、磁気センサＳ２１～Ｓ２４及び検出回路３２の回路図である。

図９に示すように、磁気センサＳ２１～Ｓ２４に含まれる磁気抵抗効果素子Ｍ１～Ｍ４はブリッジ接続され、これにより生成される差動信号が検出回路３２に含まれる差動アンプ３２ａに供給される。差動アンプ３２ａは、差動信号に基づいてフィードバック電流Ｆ２を生成する。フィードバック電流Ｆ２は、キャンセルコイルＣ１に流れる。これにより、キャンセルコイルＣ１は、磁気センサＳ２１～Ｓ２４の出力信号である差動信号成分がゼロとなるよう、キャンセル磁界を発生させる。

さらに、検出回路３２には、フィードバック電流Ｆ２を電流電圧変換する抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ２の両端間電圧を測定する電圧測定回路３３が設けられている。これにより、フィードバック電流Ｆ２が流れると、その電流量に比例した検出信号Ｖｏｕｔが生成される。

図１０は、磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４が設けられる径方向位置を説明するための模式図である。

図１０に示すように、キャンセルコイルＣ２の軸方向（ｚ方向）から見て、磁気センサＳ１は、キャンセルコイルＣ２の内径領域の中心からオフセットした位置に配置されている。上述の通り、キャンセルコイルＣ２は、磁気センサＳ１に印加される環境磁場成分がゼロとなるよう、キャンセル磁界を発生させる。しかしながら、環境磁場成分がゼロとなるのは磁気センサＳ１が配置された位置だけではなく、キャンセルコイルＣ２と同心円状に分布するキャンセル空間４０においても環境磁場成分がゼロとなる。これは、キャンセル磁界の強度分布が同心円状であるため、環境磁場成分が一様であれば、磁気センサＳ１と径方向位置が同じ領域においては環境磁場成分が完全に打ち消されるからである。

図１１に示すように、キャンセル空間４０は、磁気センサＳ１のセンサヘッドが位置する鍔部１１側だけでなく、磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドが位置する鍔部１２側にも対称に形成される。そして、本実施形態においては、鍔部１２側に形成されるキャンセル空間４０内に磁気センサＳ２１～Ｓ２４が配置される。これにより、磁気センサＳ２１～Ｓ２４に印加される環境磁場成分もゼロとなることから、磁気センサＳ２１～Ｓ２４には測定対象物から発せられる信号磁場成分のみが印加されることになる。このため、シールドルームを用いることなく、微弱な磁場を検出することが可能となる。しかも、５つの磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４に対して共通のキャンセルコイルＣ２を割り当てていることから、部品点数を削減することができるとともに、回路構成を簡素化することが可能となる。

本実施形態においては、キャビティＡ１～Ａ８の径方向位置が互いに同じであるため、どのキャビティに磁気センサＳ２１～Ｓ２４を収容しても、磁気センサＳ２１～Ｓ２４に印加される環境磁場成分はゼロとなる。しかも、本実施形態においては、環境磁場成分を検出するための磁気センサＳ１のセンサヘッドを鍔部１１側に設け、信号磁場成分を検出するための磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドを鍔部１２側に設けていることから、測定対象物から発せられる信号磁場成分が磁気センサＳ１にほとんど印加されず、このため、信号磁場成分の一部又は全部がキャンセルされることがない。そして、微弱な磁場を発生する測定対象物を磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドに近接させた状態で測定を行えば、測定対象物から発せられる信号磁場成分をリアルタイムに検出することが可能となる。また、キャンセルコイルＣ２と磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４が同じボビン１０に固定されていることから、キャンセルコイルＣ２と磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４の間の位置ずれもほとんど生じない。

このように、本実施形態による磁場検出装置１を用いれば、簡単な構成によって微弱な磁場を高感度に検出することが可能となる。また、図１２に示すように、キャンセルコイルの軸方向が互いに一致するよう本実施形態による磁場検出装置１をアレイ状に配列すれば、信号磁場成分を検出するための磁気センサＳ２１～Ｓ２４をｘｙ平面にマトリクス状に配列することが可能となる。図１２に示す例では、ｘ方向に延在する仮想線ｘ１～ｘ６と、ｙ方向に延在する仮想線ｙ１～ｙ６の各交点に磁気センサＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３又はＳ２４が配置されている。ここで、仮想線ｘ１～ｘ６のピッチＰと仮想線ｙ１～ｙ６のピッチＰが等しくなるよう設計すれば、信号磁場成分の空間分布を広範囲に測定することが可能となる。

複数の磁場検出装置１をアレイ状に配列する場合、環境磁場成分を検出するための磁気センサＳ１を全ての磁場検出装置１に設ける必要はなく、いずれか一つの磁場検出装置１に磁気センサＳ１を設け、フィードバック電流Ｆ１を各磁場検出装置１のキャンセルコイルＣ２に供給しても構わない。これによれば、使用する磁気センサの数を削減することが可能となる。

図１３は、本発明の第２の実施形態による磁場検出装置２の構造を説明するための略断面図である。また、図１４は磁場検出装置２の外観を示す略分解斜視図である。

図１３に示すように、第２の実施形態による磁場検出装置２は、ボビン１０の中空部１４に挿入された別のボビン５０と、ボビン５０の巻芯部５３に巻回されたキャンセルコイルＣ３を備えている。その他の基本的な構成は、第１の実施形態による磁場検出装置１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

ボビン５０は、巻芯部５３と、巻芯部５３のｚ方向における両端に設けられた鍔部５１，５２を有している。キャンセルコイルＣ３はボビン５０の巻芯部５３に巻回されており、したがってキャンセルコイルＣ３のコイル軸方向はｚ方向である。図１５に示すように、キャンセルコイルＣ３はキャンセルコイルＣ２に対して直列に接続される。これにより、第１の実施形態による磁場検出装置１と比べて、より強いキャンセル磁界を発生させることが可能となる。

キャンセルコイルＣ３は、図１６に示すように、磁気センサＳ１内の集磁体２３に巻回しても構わない。これによれば、環境磁場成分が比較的強い場合であっても、集磁体２３の磁気飽和を防止することが可能となる。図１６に示す構成は、磁気センサＳ２１～Ｓ２４に適用することも可能である。

図１７～図１９は、それぞれ本発明の第３～第５の実施形態による磁場検出装置３～５の外観を示す略斜視図である。

図１７に示すように、第３の実施形態による磁場検出装置３は、ｚ方向から見たボビン１０の形状が四角形である点において、第１の実施形態による磁場検出装置１と相違している。図１８に示すように、第４の実施形態による磁場検出装置４は、ｚ方向から見たボビン１０の形状が八角形である点において、第１の実施形態による磁場検出装置１と相違している。図１９に示すように、第５の実施形態による磁場検出装置５は、ｚ方向から見たボビン１０の形状が楕円形である点において、第１の実施形態による磁場検出装置１と相違している。

第３～第５の実施形態による磁場検出装置３～５が例示するように、本発明においてボビンの形状が円形に限定されるものではない。

図２０は、本発明の第６の実施形態による磁場検出装置６の外観を示す略斜視図である。

図２０に示すように、第６の実施形態による磁場検出装置６は、磁気センサＳ１と磁気センサＳ２１～Ｓ２４のｚ方向における位置が同じであり、且つ、磁気センサＳ１と磁気センサＳ２１～Ｓ２４のコイル軸を中心とした径方向位置が互いに異なっている点において、第１の実施形態による磁場検出装置１と相違している。図２０に示す例では、磁気センサＳ１がコイル軸の中心に位置している。

第６の実施形態による磁場検出装置６が例示するように、本発明においては、磁気センサＳ１と磁気センサＳ２１～Ｓ２４のｚ方向における位置が同じであっても構わない。また、本実施形態においては、磁気センサＳ１と磁気センサＳ２１～Ｓ２４のコイル軸を中心とした径方向位置が互いに異なっていることから、磁気センサＳ１が設けられた位置（コイル軸の中心）において環境磁場成分を完全にキャンセルすると、磁気センサＳ２１～Ｓ２４が設けられた位置（コイル軸の中心からオフセットした位置）においては環境磁場成分が残存する。このため、本実施形態においては、磁気センサＳ１が設けられた位置において環境磁場成分を完全にキャンセルするのではなく、磁気センサＳ２１～Ｓ２４が設けられた位置において環境磁場成分が完全にキャンセルされるよう、フィードバックループのゲインを調整する必要がある。

図２１は、本発明の第７の実施形態による磁場検出装置７の外観を示す略斜視図である。

図２１に示すように、第７の実施形態による磁場検出装置７は、鍔部１１，１２の径方向における面積が拡大され、巻芯部１３よりも径方向における外側に別のキャビティＢ１～Ｂ８が設けられている点において、第１の実施形態による磁場検出装置１と相違している。図２１に示す例では、径方向における内側に位置するキャビティＡ１～Ａ８に４つの磁気センサＳ２１～Ｓ２４が収容され、径方向における外側に位置するキャビティＢ１～Ｂ８に４つの磁気センサＳ１が収容されている。

第７の実施形態による磁場検出装置７が例示するように、磁気センサを収容するためのキャビティの径方向位置が全て同じである必要はなく、径方向位置の異なる複数のキャビティをボビンに設けても構わない。また、環境磁場成分を検出するための磁気センサＳ１の数が１個に限定されるものではなく、複数個用いても構わない。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、第１の実施形態による磁場検出装置１では、信号磁場成分を検出する磁気センサを４つ備え、環境磁場成分を検出する磁気センサを１つ備えているが、信号磁場成分を検出する磁気センサの数や、環境磁場成分を検出する磁気センサの数については特に限定されない。

１～７ 磁場検出装置
１０，５０ ボビン
１１，１２，５１，５２ 鍔部
１３，５３ 巻芯部
１４ 中空部
１５ 回路基板
２０ センサ収容体
２１ 基板
２２ センサチップ
２３ 集磁体
２４，２５ 絶縁膜
３１ フィードバック回路
３１ａ 差動アンプ
３２ 検出回路
３２ａ 差動アンプ
３３ 電圧測定回路
４０ キャンセル空間
Ａ１～Ａ８，Ｂ１～Ｂ８ キャビティ
Ｃ１～Ｃ３ キャンセルコイル
Ｆ１，Ｆ２ フィードバック電流
Ｈ センサヘッド
Ｌ０～Ｌ４ 配線
Ｍ１～Ｍ４ 磁気抵抗効果素子
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
Ｓ１，Ｓ２１～Ｓ２４ 磁気センサ

Claims (11)

1. ボビンと、
   前記ボビンの巻芯部に巻回されたキャンセルコイルと、
   前記ボビンの互いに異なる位置に固定され、互いに同じ方向の磁界成分を検出する第１及び第２の磁気センサと、
   前記第１の磁気センサの出力信号に応じて前記キャンセルコイルにキャンセル電流を流すことにより、前記キャンセルコイルの軸方向における一方側に位置する第１のキャンセル空間、並びに、前記キャンセルコイルの軸方向における他方側に位置する第２のキャンセル空間の環境磁場を打ち消すフィードバック回路と、を備え、
   前記第１の磁気センサのセンサヘッドは、前記第１のキャンセル空間内に配置されており、
   前記第２の磁気センサのセンサヘッドは、前記第２のキャンセル空間内に配置されていることを特徴とする磁場検出装置。
2. 前記第１及び第２の磁気センサは、いずれも前記キャンセルコイルの軸方向から見て前記キャンセルコイルの内径領域と重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁場検出装置。
3. 前記ボビンの前記巻芯部は、第１の鍔部において開口する第１のキャビティと、第２の鍔部において開口する第２のキャビティを有し、
   前記第１の磁気センサは、前記第１のキャビティに収容され、
   前記第２の磁気センサは、前記第２のキャビティに収容されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁場検出装置。
4. 前記第１の磁気センサのセンサヘッドは、前記ボビンの前記第１の鍔部から突出しており、
   前記第２の磁気センサのセンサヘッドは、前記ボビンの前記第２の鍔部から突出していることを特徴とする請求項３に記載の磁場検出装置。
5. 前記第１又は第２の鍔部に固定された回路基板をさらに備え、
   前記フィードバック回路は、前記回路基板に設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の磁場検出装置。
6. 前記第２の磁気センサを複数備え、
   前記複数の第２の磁気センサは、前記キャンセルコイルの軸方向における前記他方側において、前記キャンセルコイルのコイル軸を中心とした径方向位置が互いに同じとなるよう、同心円状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁場検出装置。
7. 前記キャンセルコイルのコイル軸を中心とした前記第１の磁気センサの径方向位置は、前記キャンセルコイルのコイル軸を中心とした前記複数の第２の磁気センサの径方向位置と同じであることを特徴とする請求項６に記載の磁場検出装置。
8. ボビンと、
   前記ボビンの巻芯部に巻回されたキャンセルコイルと、
   前記キャンセルコイルに並列接続され、抵抗値が前記キャンセルコイルの等価直列抵抗よりも大きい抵抗と、
   前記ボビンの互いに異なる位置に固定され、互いに同じ方向の磁界成分を検出する第１及び第２の磁気センサと、
   前記第１の磁気センサの出力信号に応じて前記キャンセルコイルにキャンセル電流を流すことにより、キャンセル空間の環境磁場を打ち消すフィードバック回路と、を備え、
   前記第２の磁気センサは、前記キャンセル空間内に配置されていることを特徴とする磁場検出装置。
9. 請求項６に記載の磁場検出装置を複数備え、
   前記複数の磁場検出装置は、前記キャンセルコイルの軸方向が互いに一致するようマトリクス状に配列されていることを特徴とする磁場検出装置アレイ。
10. 複数の磁場検出装置がアレイ状に配列されてなる磁場検出装置アレイであって、
    前記複数の磁場検出装置の少なくとも一つは、請求項６に記載の磁場検出装置と同じ構成を有し、
    前記複数の磁場検出装置の残りは、請求項７に記載の磁場検出装置から前記第１の磁気センサを削除した構成を有し、前記キャンセルコイルに前記キャンセル電流を流すことによってキャンセル空間の環境磁場が打ち消されるよう構成され、
    前記複数の磁場検出装置は、前記キャンセルコイルの軸方向が互いに一致するようマトリクス状に配列されていることを特徴とする磁場検出装置アレイ。
11. 前記複数の磁場検出装置に設けられた前記複数の第２の磁気センサは、前記キャンセルコイルの軸方向と直交する第１の方向に延在する複数の第１の仮想線と、前記キャンセルコイルの軸方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向に延在する複数の第２の仮想線の各交点に配置され、
    前記複数の第１の仮想線のピッチと前記複数の第２の仮想線のピッチが等しいことを特徴とする請求項９又は１０に記載の磁場検出装置アレイ。

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