WO2015087736A1 - 磁界検出装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a magnetic field detection device that detects a weak magnetic field.
  • a position measurement technique for measuring the position of a detection target by detecting a weak magnetic field generated by the detection target is known.
  • a marker coil that generates an alternating magnetic field is attached to the inside of a capsule endoscope that is sized to be introduced into the digestive tract of a subject, and the alternating magnetic field generated by the marker coil
  • Development of a position detection system that detects the position of the capsule endoscope in the subject by detecting the image with a magnetic field detection device provided outside the subject is underway.
  • the signal detection sensitivity (detection signal) of the magnetic field detection device is used. (S / N ratio) of the above is required to be high.
  • SQUID magnetometers using the superconducting quantum interference effect As examples of high-sensitivity magnetic field detection devices, SQUID magnetometers using the superconducting quantum interference effect, GMR magnetic field sensors using the giant magnetoresistance effect, and the like are known. In these magnetic field detection devices, self-excitation is used for high sensitivity. Generally, the circuit configuration of self-excitation is complicated.
  • Patent Document 1 discloses a capacitance change detection method and a detection circuit for detecting a change in capacitance of a capacitor microphone.
  • Patent Document 2 discloses a technique for reducing an actual resistance component that increases when an eddy current is generated in a detection coil of a magnetic field detection device.
  • the number of windings of the magnetic field detection coil provided in the magnetic field detection device is increased or the magnetic field detection surface of the detection coil is increased. It is conceivable to increase the area of the (opening surface).
  • the resistance of the detection coil is increased accordingly, and the thermal noise is increased. More specifically, the thermal noise increases in proportion to the square root of the resistance value of the detection coil.
  • Patent Document 1 a parallel resonant circuit and a series resonant circuit are combined to create a steep region of impedance change in the frequency domain, and the steep region is used as an operating point, thereby improving the detection sensitivity of capacitance change. I am trying.
  • Patent Document 1 does not disclose a method for reducing the resistance component of the resonance circuit.
  • the resistance component is reduced by limiting the number of turns of the detection coil to a value less than a value defined by a predetermined conditional expression.
  • a limit to the improvement in detection sensitivity due to an increase in the number of turns so that the range in which high sensitivity and low noise can be realized is limited.
  • the present invention has been made in view of the above, and provides a magnetic field detection apparatus capable of detecting an alternating magnetic field generated from a marker coil with a high S / N ratio.
  • a magnetic field detection device includes a wound coil for converting a magnetic field signal of an alternating magnetic field into a voltage signal, and a capacitor connected in parallel to the coil.
  • a resonance circuit having an element connected in series to the subsequent stage of the resonance circuit, and a low-noise amplifier connected to the subsequent stage of the element, the element having an impedance of the resonance circuit at a detection frequency of the alternating magnetic field
  • the imaginary part has a reactance opposite in sign, and the absolute value of the combined impedance of the resonance circuit and the element is smaller than the internal resistance of the coil.
  • the self-inductance of the coil Ls, the capacitance of the capacitor when the C 1, the absolute value of the impedance of the coil may be greater than ⁇ (2Ls / C 1).
  • the reactance of the element at the detection frequency is equal to the magnitude of the imaginary part of the impedance of the resonance circuit.
  • the element includes at least one of a second capacitor, a wound second coil, and a resistor.
  • the element is provided between the second capacitor connected in series to the resonance circuit, and between the second capacitor and the low noise amplifier. And the resistor connected in parallel.
  • the element constitutes a filter that cuts an electric signal in a predetermined frequency band.
  • an element having a reactance opposite in sign to the imaginary part of the impedance of the resonance circuit is connected to the resonance circuit, and the resonance circuit and the absolute value of the combined impedance of the element constitute the resonance circuit. Since it is smaller than the internal resistance of the coil, thermal noise generated in the coil can be suppressed and the noise level can be reduced even when the number of turns of the coil and the area of the opening surface are increased. Therefore, it is possible to realize a magnetic field detection device that can detect an alternating magnetic field with a high SN ratio.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a magnetic field detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the magnetic field detection apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing frequency characteristics of impedance in the magnetic field detection apparatus shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the magnetic field detection device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the magnetic field detection device according to the fourth modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a magnetic field detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the magnetic field detection apparatus shown in FIG.
  • the magnetic field detection device 1 according to the first embodiment is a device that receives an alternating magnetic field and converts a magnetic field signal into an electrical signal, and is connected in series with a resonance circuit 10 and a subsequent stage of the resonance circuit 10.
  • a capacitor 20 that is a connected element and a low-noise amplifier 30 connected to a subsequent stage of the capacitor 20 are provided.
  • the resonance circuit 10 includes a coil 11 that converts a received magnetic field signal into a voltage signal, and a capacitor 12 that is connected in parallel to the coil 11.
  • the internal resistance of the coil 11 is R S
  • the self-inductance is L S
  • the capacitance of the capacitor 12 is C 1 .
  • the impedance of the resonance circuit 10 is assumed to be Z 1 .
  • the imaginary part Im [Z 1 ] of the impedance Z 1 of the resonance circuit 10 at the frequency of the alternating magnetic field (detection frequency f det ) to be detected by the magnetic field detection device 1 Any element such as a capacitor, a coil, and a resistor may be used as long as the elements have reactances having opposite signs.
  • the capacitor 20 is used as such an element.
  • the low noise amplifier 30 amplifies the voltage signal that is converted from the magnetic field signal by the coil 11 and input through the capacitor 20.
  • the noise level N m of the magnetic field detection device 1 is given by the following equation (1).
  • reference numeral V n is the voltage noise of the low noise amplifier 30
  • reference numeral I n is the low noise amplifier 30 current noise
  • the combined impedance of the capacitor 20 is shown.
  • symbol k is a Boltzmann constant
  • symbol T is an absolute temperature
  • Re [Z in ] is a real part of the combined impedance Z in .
  • the characteristics of the capacitor 12 and the capacitor 20 are set to reduce the thermal noise component.
  • the combined impedance Z in may be reduced.
  • the imaginary part Im [Z 1 ] of the impedance Z 1 of the resonance circuit 10 may be reduced by reactance of an element connected to the subsequent stage of the resonance circuit 10. Therefore, in the first embodiment, the capacitor 20 whose reactance sign is opposite to the sign of the imaginary part Im [Z 1 ] of the impedance Z 1 of the resonance circuit 10 is used in the subsequent stage of the resonance circuit 10.
  • the reactance X 2 of the capacitor 20 is set equal to the magnitude of the imaginary part Im [Z 1 ] of the impedance Z 1 of the resonance circuit 10.
  • the imaginary part Im [Z 1 ] can be canceled and the absolute value of the combined impedance Z in can be minimized. This condition is given by the following equation (4).
  • the synthetic impedance Z in is given by the following equation (5).
  • conditional expression (6) that can reduce the thermal noise and suppress the noise level N m to the lowest is obtained.
  • R S 2 + X S 2 shown on the left side of the equation (6 ′) corresponds to the square of the absolute value of the impedance of the coil 11. Therefore, by setting the capacitance C 1 of the capacitor 12 at the detection frequency f det so as to satisfy the following expression (7), the resistance component (real part) of the combined impedance Z in is determined by the internal resistance R S of the coil 11. And the thermal noise component can be reduced.
  • the noise level of the magnetic field detection device 1 can be reduced by using the capacitor 20 having a reactance opposite in sign to the imaginary part of the impedance of the resonance circuit 10. .
  • the reactance of the capacitor 20 is made equal to the magnitude of the imaginary part of the impedance of the resonance circuit 10, the combined impedance of the resonance circuit 10 and the capacitor 20 can be minimized, so that the noise level is further reduced. Is possible.
  • the thermal noise component can be reduced by setting the capacitance of the capacitor 12 so as to satisfy the expression (7). Therefore, even when the number of turns of the coil 11 and the area of the opening surface are increased for high sensitivity, it is possible to suppress the noise level and detect the magnetic field with a high SN ratio.
  • the capacitor 20 is used as an element connected to the subsequent stage of the resonance circuit 10.
  • a coil or a resistor is used.
  • a vessel or the like may be applied.
  • the sign of the imaginary part of the impedance of the resonance circuit 10 may be negative. In this case, a separate coil may be connected after the resonance circuit 10.
  • FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the magnetic field detection device according to the second embodiment of the present invention.
  • a capacitor 41 and a resistor 42 are used instead of the capacitor 20 shown in FIG. Including element 40 is applied.
  • the configuration other than the element 40 of the magnetic field detection device 2 is the same as that of the first embodiment.
  • the capacitance of the capacitor 41 is C f and the resistance value of the resistor 42 is R f .
  • the capacitor 41 is connected in series with the resonant circuit 10, and acts as a reactance whose sign is opposite to the imaginary part of the impedance of the resonant circuit 10, like the capacitor 20 in the first embodiment.
  • an element having a reactance equal to the imaginary part of the impedance of the resonance circuit 10 is used as the capacitor 41.
  • the resistor 42 is connected in parallel to the resonant circuit 10. For this reason, the combined resistance of the resonance circuit 10 and the element 40 as a whole is smaller than the resistance component of the resonance circuit 10. Therefore, the noise level N m of the signal input to the low noise amplifier 30 can be further reduced as compared with the case of the first embodiment.
  • the second embodiment it is possible to selectively detect only a magnetic field having a specific frequency or higher while reducing the noise level.
  • the element 40 selectively detects only a magnetic field in a low frequency band below a specific frequency (high frequency cut (low frequency pass). ) It may be used as a filter.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the magnetic field detection device according to the fourth modification of the second embodiment.
  • the elements 40 described in the second embodiment are provided in multiple stages.
  • the noise of the signal input to the low noise amplifier 30 is reduced.
  • the level can be further reduced.
  • a steep filter characteristic can be obtained, it is possible to detect a minute change in the signal.
  • Embodiments 1 and 2 and Modifications 1 to 4 described above are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to these.
  • the present invention can generate various inventions by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the first and second embodiments and the first to fourth modifications. It is obvious from the above description that the present invention can be variously modified according to specifications and the like, and that various other embodiments are possible within the scope of the present invention.

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Abstract

　マーカコイルから発生する交番磁界を高いＳＮ比で検出することができる磁界検出装置を提供する。磁界検出装置１は、交番磁界の磁界信号を電圧信号に変換する巻き線状のコイル１１及び該コイル１１と並列接続されたコンデンサ１２を有する共振回路１０と、該共振回路１０の後段に直列接続されたコンデンサ２０と、該コンデンサ２０の後段に接続された低雑音増幅器３０とを備え、コンデンサ２０は、交番磁界の検出周波数における共振回路１０のインピーダンスの虚部と符号が反対のリアクタンスを有し、共振回路１０及びコンデンサ２０の合成インピーダンスの絶対値は、コイル１１の内部抵抗よりも小さい。

Description

磁界検出装置
　本発明は、微弱な磁界を検出する磁界検出装置に関する。
　検出対象物が発生する微弱な磁界を検出することにより、該検出対象物の位置を測定する位置測定技術が知られている。例えば、内視鏡の分野においては、被検体の消化管内に導入可能な大きさに形成されたカプセル型内視鏡の内部に交番磁界を発生するマーカコイルを取り付け、マーカコイルが発生した交番磁界を被検体の外部に設けた磁界検出装置によって検出して、被検体内におけるカプセル型内視鏡の位置を測定する位置検出システムの開発が進められている。
　このような位置検出システムにおいては、マーカコイルが発生する交番磁界の強度は微弱となるので、カプセル型内視鏡の位置検出精度を向上させるためには、磁界検出装置の信号検出感度（検出信号のＳＮ比）を高くする必要がある。
　高感度の磁界検出装置の例として、超伝導量子干渉効果を利用したＳＱＵＩＤ磁束計や、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ磁界センサ等が知られている。これらの磁界検出装置においては高感度化のために自己励磁を用いるが、一般に、自己励磁は回路構成が複雑である。
　検出感度の高感度化に関連する技術として、特許文献１には、コンデンサマイクロフォンのキャパシタンスの微小変化を検出する容量微小変化検出方法及び検出回路が開示されている。また、特許文献２には、磁界検出装置の検出コイルに渦電流が発生することにより増加する実抵抗成分を低減する技術が開示されている。
特開２００１－１１６７８３号公報 特開２０１２－２９９７２号公報
　自己励磁を用いることなく、簡単な構成で磁界検出装置を高感度化するためには、例えば、磁界検出装置に設けられた磁界の検出コイルの巻き線数を増やしたり、検出コイルの磁界検出面（開口面）の面積を大きくしたりすることが考えられる。しかしながら、検出コイルの巻き数や磁界検出面の面積を増加させると、それに伴い、検出コイルの抵抗も増加するため、熱雑音が増加してしまう。より詳細には、熱雑音は、検出コイルの抵抗値の２乗根に比例して増加する。その結果、検出コイルによる磁界の検出信号のＳＮ比を高くすることができないという問題があった。従って、微弱な磁界を検出可能な高感度且つ低ノイズの磁界検出装置を実現するためには、熱雑音を低減することが必要である。
　上記特許文献１においては、並列共振回路と直列共振回路とを組み合わせ、周波数領域においてインピーダンス変化の急峻な領域を作り、該急峻な領域を動作点とすることで、キャパシタンスの変化の検出感度の向上を図っている。しかしながら、特許文献１には、共振回路の抵抗成分を低減する方法は開示されていない。
　また、上記特許文献２においては、検出コイルの巻き数を所定の条件式で規定される値未満に制限することにより、抵抗成分を低減している。しかしながら、この場合、巻き数の増加による検出感度の向上に限界が生じるため、高感度且つ低ノイズを実現可能な範囲が制限されてしまう。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、マーカコイルから発生する交番磁界を高いＳＮ比で検出することができる磁界検出装置を提供する。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る磁界検出装置は、交番磁界の磁界信号を電圧信号に変換する巻き線状のコイル、及び該コイルと並列接続されたコンデンサを有する共振回路と、前記共振回路の後段に直列接続された素子と、前記素子の後段に接続された低雑音増幅器と、を備え、前記素子は、前記交番磁界の検出周波数における前記共振回路のインピーダンスの虚部と符号が反対のリアクタンスを有し、前記共振回路及び前記素子の合成インピーダンスの絶対値は、前記コイルの内部抵抗よりも小さいことを特徴とする。
　上記磁界検出装置において、前記コイルの自己インダクタンスをＬｓ、前記コンデンサのキャパシタンスをＣ1とした場合に、前記コイルのインピーダンスの絶対値は√（２Ｌｓ／Ｃ1）よりも大きいことを特徴とする。
　上記磁界検出装置において、前記素子の前記検出周波数におけるリアクタンスは、前記共振回路のインピーダンスの虚部の大きさと等しいことを特徴とする。
　上記磁界検出装置において、前記素子は、第２のコンデンサと、巻き線状の第２のコイルと、抵抗器との少なくともいずれかを含むことを特徴とする。
　上記磁界検出装置において、前記素子は、前記共振回路に対して直列接続された前記第２のコンデンサと、該第２のコンデンサと前記低雑音増幅器との間に設けられ、前記共振回路に対して並列接続された前記抵抗器とを含むことを特徴とする。
　上記磁界検出装置において、前記素子は、所定の周波数帯域の電気信号をカットするフィルタを構成することを特徴とする。
　本発明によれば、共振回路に対し、該共振回路のインピーダンスの虚部と符号が反対のリアクタンスを有する素子を接続すると共に、共振回路及び素子の合成インピーダンスの絶対値を、共振回路を構成するコイルの内部抵抗よりも小さくするので、コイルの巻き数や開口面の面積を増加させた場合であっても、コイルに発生する熱雑音を抑制し、ノイズレベルを低減することができる。従って、高いＳＮ比で交番磁界を検出することができる磁界検出装置を実現することが可能となる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る磁界検出装置の一構成例を示す模式図である。 図２は、図１に示す磁界検出装置の等価回路を示す図である。 図３は、図１に示す磁界検出装置におけるインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。 図４は、本発明の実施の形態２に係る磁界検出装置の等価回路を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態２の変形例４に係る磁界検出装置の等価回路を示す図である。
　以下に、本発明の実施の形態に係る磁界検出装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、各図は本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、及び位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、及び位置関係のみに限定されるものではない。なお、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。
（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係る磁界検出装置の一構成例を示す模式図である。また、図２は、図１に示す磁界検出装置の等価回路を示す図である。図１に示すように、実施の形態１に係る磁界検出装置１は、交番磁界を受信して磁界信号を電気信号に変換する装置であり、共振回路１０と、該共振回路１０の後段に直列接続された素子であるコンデンサ２０と、該コンデンサ２０の後段に接続された低雑音増幅器３０とを備える。
　共振回路１０は、巻き線からなり、受信した磁界信号を電圧信号に変換するコイル１１と、該コイル１１に並列接続されたコンデンサ１２とを有する。以下、図２に示すようにコイル１１の内部抵抗をＲS、自己インダクタンスをＬSとし、コンデンサ１２のキャパシタンスをＣ1とする。また、共振回路１０のインピーダンスをＺ1とする。
　共振回路１０の後段に接続される素子としては、磁界検出装置１が検出対象とする交番磁界の周波数（検出周波数ｆdet）における共振回路１０のインピーダンスＺ1の虚部Ｉｍ[Ｚ1]に対し、符号が反対のリアクタンスを有する素子であれば、コンデンサ、コイル、抵抗器等のいずれを用いても良い。実施の形態１においては、このような素子としてコンデンサ２０を用いている。以下、コンデンサ２０のキャパシタンスをＣ2とする。
　低雑音増幅器３０は、コイル１１により磁界信号から変換され、コンデンサ２０を介して入力された電圧信号を増幅する。
　次に、図３を参照しながら、磁界検出装置１を構成する各部の特性値の条件について説明する。まず、磁界検出装置１のノイズレベルＮmは、次式（１）によって与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 式（１）において、符号Ｖnは低雑音増幅器３０の電圧ノイズ、符号Ｉnは低雑音増幅器３０の電流ノイズ、符号Ｚinは低雑音増幅器３０から見た入力インピーダンス、即ち、共振回路１０及びコンデンサ２０の合成インピーダンスを示す。また、符号ｋはボルツマン定数、符号Ｔは絶対温度、Ｒｅ[Ｚin]は合成インピーダンスＺinの実部を示す。
　ここで、磁界の検出感度を高くするためには、コイル１１の巻き数及び磁界検出面（開口面）の面積を大きくする必要がある。一方、コイル１１の巻き数及び開口面の面積を大きくすると、コイル１１の内部抵抗ＲSが大きくなるため、式（１）の熱雑音成分４ｋＴ・Ｒｅ[Ｚin]が大きくなる。
　そこで、実施の形態１においては、コンデンサ１２及びコンデンサ２０の特性を設定することにより、上記熱雑音成分の低減を図っている。
　コイル１１のリアクタンスをＸS＝ωＬs、コンデンサ１２のリアクタンスをＸ1＝１／ωＣ1とすると、共振回路１０のインピーダンスＺ1は、次式（２）によって与えられる。なお、ω＝２πｆdetであり、符号ｊは虚数単位を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　また、共振回路１０及びコンデンサ２０の合成インピーダンスＺinは、コンデンサ２０のリアクタンスをＸ2＝１／ωＣ2とすると、次式（３）によって与えられる。
　Ｚin＝Ｚ1－ｊＸ2　　…（３）
　式（１）より、ノイズレベルＮmを低減するためには、合成インピーダンスＺinを小さくすれば良い。そのためには、共振回路１０のインピーダンスＺ1の虚部Ｉｍ[Ｚ1]を、該共振回路１０の後段に接続された素子のリアクタンスにより低減できれば良い。このため、実施の形態１においては、共振回路１０の後段に、リアクタンスの符号が共振回路１０のインピーダンスＺ1の虚部Ｉｍ[Ｚ1]の符号と反対になるコンデンサ２０を用いている。
　より好ましくは、コンデンサ２０のリアクタンスＸ2を、共振回路１０のインピーダンスＺ1の虚部Ｉｍ[Ｚ1]の大きさと等しくすると良い。それにより、該虚部Ｉｍ[Ｚ1]を相殺し、合成インピーダンスＺinの絶対値を最小にすることができる。この条件は、次式（４）によって与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　このとき、合成インピーダンスＺinは、次式（５）によって与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　一方、合成インピーダンスの絶対値｜Ｚin｜がコイル１１の内部抵抗ＲSよりも小さいとき、ノイズレベルＮmを低減することができる。より厳密には、合成インピーダンスの実部Ｒｅ[Ｚin]がコイル１１の内部抵抗ＲSよりも小さいとき、式（１）に示す熱雑音成分４ｋＴ・Ｒｅ[Ｚin]を低減することができる。式（３）より、共振回路１０の後段に接続された素子がコンデンサ２０である場合、Ｒｅ[Ｚin]＝Ｒｅ[Ｚ1]となるので、この条件を満たす範囲は、図３に示す周波数ｆ1未満の範囲、又は周波数ｆ2より大きい範囲となる。
　これより、熱雑音を低減し、ノイズレベルＮmを最も低く抑制することができる条件式（６）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　この条件式（６）を、コイル１１の自己インダクタンスＬS及びコンデンサ１２のキャパシタンスＣ1を用いて表すと、次式（６’）のとおりとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　式（６’）の左辺に示すＲS 2＋ＸS 2は、コイル１１のインピーダンスの絶対値の２乗に相当する。従って、次式（７）を満足するように、検出周波数ｆdetにおけるコンデンサ１２のキャパシタンスＣ1を設定することにより、合成インピーダンスＺinの抵抗成分（実部）をコイル１１の内部抵抗ＲSよりも小さくし、熱雑音成分を低減することが可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　以上説明したように、実施の形態１によれば、共振回路１０のインピーダンスの虚部と符号が反対のリアクタンスを有するコンデンサ２０を用いることにより、磁界検出装置１のノイズレベルを低減することができる。好ましくは、コンデンサ２０のリアクタンスを、共振回路１０のインピーダンスの虚部の大きさと等しくすることにより、共振回路１０及びコンデンサ２０の合成インピーダンスを最小にすることができるので、ノイズレベルをさらに低減することが可能となる。加えて、式（７）を満足するようにコンデンサ１２のキャパシタンスを設定することにより、熱雑音成分を低減することが可能となる。従って、高感度化のためにコイル１１の巻き数及び開口面の面積を増加させた場合であっても、ノイズレベルを低く抑え、高ＳＮ比で磁界を検出することが可能となる。
（変形例１）
　上記実施の形態１においては、共振回路１０の後段に接続される素子としてコンデンサ２０を用いたが、共振回路１０のインピーダンスの虚部と符号が反対のリアクタンスを有する素子であれば、コイルや抵抗器等を適用しても良い。例えば、コイル１１及びコンデンサ１２の特性等の条件によっては、共振回路１０のインピーダンスの虚部の符号が負になる場合がある。この場合には、共振回路１０の後段に、別途コイルを接続すれば良い。
（実施の形態２）
　次に、本発明の実施の形態２について説明する。
　図４は、本発明の実施の形態２に係る磁界検出装置の等価回路を示す図である。図４に示すように、実施の形態２に係る磁界検出装置２においては、共振回路１０の後段に直列接続される素子として、図１に示すコンデンサ２０の代わりに、コンデンサ４１及び抵抗器４２を含む素子４０を適用している。磁界検出装置２の素子４０以外の構成については、実施の形態１と同様である。以下、コンデンサ４１のキャパシタンスをＣfとし、抵抗器４２の抵抗値をＲfとする。
　素子４０のうち、コンデンサ４１は、共振回路１０に対して直列に接続されており、実施の形態１におけるコンデンサ２０と同様に、共振回路１０のインピーダンスの虚部と符号が反対のリアクタンスとして作用する。好ましくは、コンデンサ４１として、リアクタンスが共振回路１０のインピーダンスの虚部の大きさと等しい素子を用いると良い。
　一方、抵抗器４２は、共振回路１０に対して並列に接続される。このため、共振回路１０及び素子４０全体の合成抵抗は、共振回路１０の抵抗成分よりも小さくなる。従って、低雑音増幅器３０に入力される信号のノイズレベルＮmを、実施の形態１の場合よりもさらに小さくすることができる。
　また、この場合、素子４０は、低域カット（高域通過）フィルタとしても作用する。従って、キャパシタンスＣf及び抵抗値Ｒfを適宜設定することにより、特定の周波数（ｆC＝１／２πＲfＣf）以上の高周波帯域の磁界のみを選択的に検出することが可能となる。
　以上説明したように、実施の形態２によれば、ノイズレベルを低減しつつ、特定の周波数以上の磁界のみを選択的に検出することが可能となる。
（変形例２）
　実施の形態２においては、キャパシタンスＣf及び抵抗値Ｒfを適宜設定することにより、素子４０を、特定の周波数以下の低周波帯域の磁界のみを選択的に検出する高域カット（低域通過）フィルタとして用いても良い。
（変形例３）
　実施の形態２において、コイル１１及びコンデンサ１２（図１参照）の特性等の条件により、共振回路１０のインピーダンスの虚部の符号が負になる場合には、コンデンサ４１の代わりにコイルを接続することによりリアクタンスの符号を反対（正）にすれば良い。
（変形例４）
　図５は、実施の形態２の変形例４に係る磁界検出装置の等価回路を示す図である。変形例４においては、実施の形態２において説明した素子４０を多段に設けている。この場合、共振回路１０に対して並列接続された抵抗器４２が増加する分、共振回路１０及び複数の素子４０全体の合成抵抗成分が小さくなるため、低雑音増幅器３０に入力される信号のノイズレベルをさらに低減することが可能となる。また、この場合、急峻なフィルタ特性を得ることができるため、信号の微小な変化を検出することが可能となる。
　以上説明した実施の形態１及び２並びに変形例１～４は、本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、各実施の形態１及び２並びに変形例１～４に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を生成することができる。本発明は、仕様等に応じて種々変形することが可能であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは、上記記載から自明である。
　１、２　磁界検出装置
　１０　共振回路
　１１　コイル
　１２、２０、４１　コンデンサ
　３０　低雑音増幅器
　４０　素子
　４２　抵抗器

Claims (6)

  1. 　交番磁界の磁界信号を電圧信号に変換する巻き線状のコイル、及び該コイルと並列接続されたコンデンサを有する共振回路と、
    　前記共振回路の後段に直列接続された素子と、
    　前記素子の後段に接続された低雑音増幅器と、
    を備え、
    　前記素子は、前記交番磁界の検出周波数における前記共振回路のインピーダンスの虚部と符号が反対のリアクタンスを有し、
    　前記共振回路及び前記素子の合成インピーダンスの絶対値は、前記コイルの内部抵抗よりも小さいことを特徴とする磁界検出装置。
  2. 　前記コイルの自己インダクタンスをＬｓ、前記コンデンサのキャパシタンスをＣ1とした場合に、前記コイルのインピーダンスの絶対値は√（２Ｌｓ／Ｃ1）よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の磁界検出装置。
  3. 　前記素子の前記検出周波数におけるリアクタンスは、前記共振回路のインピーダンスの虚部の大きさと等しいことを特徴とする請求項１に記載の磁界検出装置。
  4. 　前記素子は、第２のコンデンサと、巻き線状の第２のコイルと、抵抗器との少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の磁界検出装置。
  5. 　前記素子は、前記共振回路に対して直列接続された前記第２のコンデンサと、該第２のコンデンサと前記低雑音増幅器との間に設けられ、前記共振回路に対して並列接続された前記抵抗器とを含むことを特徴とする請求項４に記載の磁界検出装置。
  6. 　前記素子は、所定の周波数帯域の電気信号をカットするフィルタを構成することを特徴とする請求項５に記載の磁界検出装置。
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