▶ 独立行政法人産業技術総合研究所の特許一覧 ▶ 愛知製鋼株式会社の特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022100055
(43)【公開日】2022-07-05
(54)【発明の名称】磁気センサ及び生体磁気計測装置
(51)【国際特許分類】
G01R 33/02 20060101AFI20220628BHJP
A61B 5/05 20210101ALI20220628BHJP
【ＦＩ】
G01R33/02 D
A61B5/05 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020214191
(22)【出願日】2020-12-23
(71)【出願人】
【識別番号】301021533
【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所
(71)【出願人】
【識別番号】000116655
【氏名又は名称】愛知製鋼株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(74)【代理人】
【識別番号】100147267
【弁理士】
【氏名又は名称】大槻 真紀子
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(72)【発明者】
【氏名】秋田 一平
(72)【発明者】
【氏名】山本 道治
(72)【発明者】
【氏名】青山 均
(72)【発明者】
【氏名】河野 剛健
【テーマコード（参考）】
2G017
4C127
【Ｆターム（参考）】
2G017AA01
2G017AD44
2G017BA05
2G017BA08
4C127AA10
4C127FF01
4C127KK07
(57)【要約】
【課題】環境変化や製造ばらつきがある場合であっても、コストを増加させることなく同期検波のための最適なサンプリングタイミングを自動補正することが可能であり、かつ検出精度にすぐれた磁気センサ及び生体磁気計測装置を提供する。
【解決手段】外部磁界の作用により電磁気特性が変化する感磁体と、前記外部磁界に比例して誘起電圧が得られるように配置されるコイルと、前記コイルで発生する前記誘起電圧をサンプリングし、サンプリング電圧を得るサンプラと、前記サンプリング電圧に基づいて、前記感磁体を駆動する感磁体クロックの立ち上がりタイミングと、前記サンプラを駆動するサンプラクロックの立ち上がりタイミングとを相対的に調整する自動補正回路とを備えることを特徴とする磁気センサ。
【選択図】図１
【解決手段】外部磁界の作用により電磁気特性が変化する感磁体と、前記外部磁界に比例して誘起電圧が得られるように配置されるコイルと、前記コイルで発生する前記誘起電圧をサンプリングし、サンプリング電圧を得るサンプラと、前記サンプリング電圧に基づいて、前記感磁体を駆動する感磁体クロックの立ち上がりタイミングと、前記サンプラを駆動するサンプラクロックの立ち上がりタイミングとを相対的に調整する自動補正回路とを備えることを特徴とする磁気センサ。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外部磁界の作用により電磁気特性が変化する感磁体と、
前記外部磁界に比例した誘起電圧が得られるように配置されるコイルと、
前記コイルで発生する前記誘起電圧をサンプリングし、サンプリング電圧を得るサンプラと、
前記サンプリング電圧に基づいて、前記感磁体を駆動する感磁体クロックの立ち上がりタイミングと、前記サンプラを駆動するサンプラクロックの立ち上がりタイミングとを相対的に調整する自動補正回路とを備え、
前記自動補正回路は、前記感磁体クロックが立ち上がってから所定期間の前記サンプリング電圧の変位を観測することで、前記サンプリング電圧が最初にピークとなるまでの遅延時間を検出し、前記感磁体クロックとサンプラクロックの立ち上がりタイミングを、前記遅延時間に相当する時間だけ前後にずらして設定する
ことを特徴とする磁気センサ。
前記外部磁界に比例した誘起電圧が得られるように配置されるコイルと、
前記コイルで発生する前記誘起電圧をサンプリングし、サンプリング電圧を得るサンプラと、
前記サンプリング電圧に基づいて、前記感磁体を駆動する感磁体クロックの立ち上がりタイミングと、前記サンプラを駆動するサンプラクロックの立ち上がりタイミングとを相対的に調整する自動補正回路とを備え、
前記自動補正回路は、前記感磁体クロックが立ち上がってから所定期間の前記サンプリング電圧の変位を観測することで、前記サンプリング電圧が最初にピークとなるまでの遅延時間を検出し、前記感磁体クロックとサンプラクロックの立ち上がりタイミングを、前記遅延時間に相当する時間だけ前後にずらして設定する
ことを特徴とする磁気センサ。
【請求項2】
前記自動補正回路は、複数の縦続接続された遅延素子を有する遅延同期回路と、
前記サンプリング電圧が入力される度に、前記遅延同期回路中の複数の前記遅延素子の出力の中からいずれか１つを選択する選択信号Ｄｃｔｒｌを出力し、前記コイルで発生する前記誘起電圧がピークとなるタイミングで出力される前記選択信号Ｄｃｔｒｌを記録するロジック回路と、
前記遅延同期回路中の複数の前記遅延素子それぞれの出力のうち、前記選択信号Ｄｃｔｒｌに応じていずれか１つを選択し、前記サンプラクロックを生成するマルチプレクサと、
前記感磁体クロックを生成するクロック生成回路とを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
前記サンプリング電圧が入力される度に、前記遅延同期回路中の複数の前記遅延素子の出力の中からいずれか１つを選択する選択信号Ｄｃｔｒｌを出力し、前記コイルで発生する前記誘起電圧がピークとなるタイミングで出力される前記選択信号Ｄｃｔｒｌを記録するロジック回路と、
前記遅延同期回路中の複数の前記遅延素子それぞれの出力のうち、前記選択信号Ｄｃｔｒｌに応じていずれか１つを選択し、前記サンプラクロックを生成するマルチプレクサと、
前記感磁体クロックを生成するクロック生成回路とを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項3】
前記サンプリング電圧に基づいて、前記コイルで発生する前記誘起電圧がピークとなるタイミングの情報を有するピークサンプリング状態情報を出力する検出回路を更に備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ。
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項4】
前記検出回路は、アナログ－デジタル変換回路を備え、
前記アナログ－デジタル変換回路は前記サンプリング電圧を前記ピークサンプリング状態情報に変換する
ことを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ。
前記アナログ－デジタル変換回路は前記サンプリング電圧を前記ピークサンプリング状態情報に変換する
ことを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ。
【請求項5】
前記検出回路は、比較器を備え、
前記比較器は、所定の閾値に基づいて二値化された情報を前記ピークサンプリング状態情報として出力する
ことを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ。
前記比較器は、所定の閾値に基づいて二値化された情報を前記ピークサンプリング状態情報として出力する
ことを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ。
【請求項6】
前記コイルに定電流源回路が接続されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項7】
請求項１～６のいずれか一項に記載の磁気センサと、
前記磁気センサからの出力信号を用いて生体が発する磁気を測定する生体磁気計測部と、
を備えることを特徴とする生体磁気計測装置。
前記磁気センサからの出力信号を用いて生体が発する磁気を測定する生体磁気計測部と、
を備えることを特徴とする生体磁気計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁気センサ及び生体磁気計測装置に関する。
【背景技術】
【0002】
磁気インピーダンス素子による磁気センサは、外部磁界強度検出のために包絡線検波が必要である。外部磁界強度検出は高速に行う必要があるので、一般的にピークサンプリングによる同期検波が使用されている。
【0003】
例えば、特許文献１は、パルス通電電流で周回方向に励磁される高透磁率磁性体ヘッドと、高透磁率磁性体ヘッドの周回方向に巻回されたコイルと、コイルの誘起電圧の第１パルスを検出する電子スイッチとを有する磁気インピーダンス効果マイクロ磁気センサを開示している。
【0004】
特許文献２は、外部磁界の作用により電磁気特性が変化する感磁体と、感磁体に通電電流を供給する駆動回路と、感磁体の周囲に巻回した検出コイルと、検出コイルに誘起する電圧の大きさである誘起電圧値を計測するサンプルホールド回路とを有する磁気センサを開示している。特許文献２のサンプルホールド回路は、駆動回路による通電電流の遮断に同期して誘起電圧値を計測するように構成している。
【0005】
特許文献３は、零磁歪となる軟磁性合金のアモルファスからなる感磁ワイヤと感磁ワイヤの周囲に絶縁物を介して検出コイルを有し、感磁ワイヤに高周波電流を印加することで、外部磁場に応じて検出コイルより発生する電圧を検出するマグネトインピーダンス素子と、マグネトインピーダンス素子に高周波電流を供給する電流供給装置と、検出コイルからの出力を信号処理する信号処理回路を有するマグネトインピーダンスセンサを開示している。
【0006】
特許文献４は、基板上に導電性を有する磁界検出用磁性ワイヤとそれに巻回したコイルと磁性ワイヤ通電用の電極２個とコイル電圧検出用の電極２個を設置した磁界検出素子および前記磁性ワイヤにパルス電流を流す手段と前記パルス電流を流した時に生じるコイル電圧を検知する信号処理回路と前記コイル電圧を外部磁界Ｈに変換する手段とからなる超高感度マイクロ磁気センサを開示している。
【0007】
特許文献５は、アモルファスワイヤにパルス電流あるいは高周波電流を通電するとともに、アモルファスワイヤに巻回した検出コイルに誘起する外部磁場に対応する大きさの交流減衰振動電圧を出力する磁気インピーダンス素子からなる磁気インピーダンスセンサを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特許第３６４５１１６号公報
【特許文献2】特許第３８０１１９４号公報
【特許文献3】特許第４６５５２４７号公報
【特許文献4】特許第６５０６４６６号公報
【特許文献5】特許第５９２４５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献１～４に記載の磁気センサは、磁気インピーダンス素子を駆動してからピークサンプリングを行うまでの時間の調整はＣＭＯＳインバータやＲＣ回路等による素子定数調整に基づく遅延回路で行われていた。そのため、環境変化や製造ばらつきによりピークサンプリングのタイミングがずれ、磁気センサの感度（Ｖ／Ｔ）ばらつきが生じてしまう問題があった。
【0010】
特許文献１及び５のように、強負帰還（磁気フィードバック）を大きなループ利得を以って適用することで、磁気センサの感度（Ｖ／Ｔ）ばらつきを抑えられる可能性がある。
【0011】
一方、ピークサンプリングのタイミング誤差に起因する感度低下は、当該ループ利得も低減させることになり、利得変動やノイズ特性劣化などが生じるので、強負帰還を施す場合においても適切なタイミング調整を行う必要がある。しかしながら、製造した磁気センサ毎に上記の遅延量をＲＣ時定数などにより個別に調整（トリミング）を行った場合、劇的なコスト増加を招く可能性がある。加えて、特許文献１及び５のように、強負帰還を施す場合でも、経時的な環境変化による感度変動を十分に抑えることはできない。
【0012】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、環境変化や製造ばらつきがある場合であっても、コストを増加させることなく同期検波のための最適なサンプリングタイミングを自動補正することが可能であり、かつ検出精度にすぐれた磁気センサ及び生体磁気計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供している。
（１）本発明に係る磁気センサの一様態は、
外部磁界の作用により電磁気特性が変化する感磁体と、
前記外部磁界に比例した誘起電圧が得られるように配置されるコイルと、
前記コイルで発生する前記誘起電圧をサンプリングし、サンプリング電圧を得るサンプラと、
前記サンプリング電圧に基づいて、前記感磁体を駆動する感磁体クロックの立ち上がりタイミングと、前記サンプラを駆動するサンプラクロックの立ち上がりタイミングとを相対的に調整する自動補正回路とを備え、
前記自動補正回路は、前記感磁体クロックが立ち上がってから所定期間の前記サンプリング電圧の変位を観測することで、前記サンプリング電圧が最初にピークとなるまでの遅延時間を検出し、前記感磁体クロックとサンプラクロックの立ち上がりタイミングを、前記遅延時間に相当する時間だけ前後にずらして設定することを特徴とする。
（１）本発明に係る磁気センサの一様態は、
外部磁界の作用により電磁気特性が変化する感磁体と、
前記外部磁界に比例した誘起電圧が得られるように配置されるコイルと、
前記コイルで発生する前記誘起電圧をサンプリングし、サンプリング電圧を得るサンプラと、
前記サンプリング電圧に基づいて、前記感磁体を駆動する感磁体クロックの立ち上がりタイミングと、前記サンプラを駆動するサンプラクロックの立ち上がりタイミングとを相対的に調整する自動補正回路とを備え、
前記自動補正回路は、前記感磁体クロックが立ち上がってから所定期間の前記サンプリング電圧の変位を観測することで、前記サンプリング電圧が最初にピークとなるまでの遅延時間を検出し、前記感磁体クロックとサンプラクロックの立ち上がりタイミングを、前記遅延時間に相当する時間だけ前後にずらして設定することを特徴とする。
【0014】
（２）前記自動補正回路は、複数の縦続接続された遅延素子を有する遅延同期回路と、
前記サンプリング電圧が入力される度に、前記遅延同期回路中の複数の前記遅延素子の出力の中からいずれか１つを選択する選択信号Ｄｃｔｒｌを出力し、前記コイルで発生する前記誘起電圧がピークとなるタイミングで出力される前記選択信号Ｄｃｔｒｌを記録するロジック回路と、
前記遅延同期回路中の複数の前記遅延素子それぞれの出力のうち、前記選択信号Ｄｃｔｒｌに応じていずれか１つを選択し、前記サンプラクロックを生成するマルチプレクサと、
前記感磁体クロックを生成するクロック生成回路とを備えることを特徴とする（１）に記載の磁気センサ。
前記サンプリング電圧が入力される度に、前記遅延同期回路中の複数の前記遅延素子の出力の中からいずれか１つを選択する選択信号Ｄｃｔｒｌを出力し、前記コイルで発生する前記誘起電圧がピークとなるタイミングで出力される前記選択信号Ｄｃｔｒｌを記録するロジック回路と、
前記遅延同期回路中の複数の前記遅延素子それぞれの出力のうち、前記選択信号Ｄｃｔｒｌに応じていずれか１つを選択し、前記サンプラクロックを生成するマルチプレクサと、
前記感磁体クロックを生成するクロック生成回路とを備えることを特徴とする（１）に記載の磁気センサ。
【0015】
（３）前記自動補正回路は、前記サンプリング電圧に基づいて、前記コイルで発生する前記誘起電圧がピークとなるタイミングの情報を有するピークサンプリング状態情報を出力する検出回路を更に備えることを特徴とする（１）又は（２）に記載の磁気センサ。
【0016】
（４）前記検出回路は、アナログ－デジタル変換回路を備え、
前記アナログ－デジタル変換回路は前記サンプリング電圧を前記ピークサンプリング状態情報に変換することを特徴とする（３）に記載の磁気センサ。
前記アナログ－デジタル変換回路は前記サンプリング電圧を前記ピークサンプリング状態情報に変換することを特徴とする（３）に記載の磁気センサ。
【0017】
（５）前記検出回路は、比較器を備え、
前記比較器は、所定の閾値に基づいて二値化された情報を前記ピークサンプリング状態情報として出力することを特徴とする（３）に記載の磁気センサ。
前記比較器は、所定の閾値に基づいて二値化された情報を前記ピークサンプリング状態情報として出力することを特徴とする（３）に記載の磁気センサ。
【0018】
（６）前記コイルに定電流源回路が接続されていることを特徴とする（１）～（５）のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【0019】
（７）本発明に係る生体磁気計測装置の一様態は、（１）～（６）のいずれか一項に記載の磁気センサと、
前記磁気センサからの出力信号を用いて生体が発する磁気を測定する生体磁気計測部と、
を備えることを特徴とする。
前記磁気センサからの出力信号を用いて生体が発する磁気を測定する生体磁気計測部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、環境変化や製造ばらつきがある場合であっても、コストを増加させることなく同期検波のための最適なサンプリングタイミングを自動補正することが可能であり、かつ検出精度にすぐれた磁気センサ及び生体磁気計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の第一実施形態に係る磁気センサの模式図及び自動補正時の動作例を示す図である。
【図4】本発明の第一実施形態に係る磁気センサの自動補正時のフローチャート示す図である。
【図5】本発明の第二実施形態に係る磁気センサの模式図である。
【図6】本発明の第二実施形態に係る磁気センサの自動補正時のフローチャート示す図である。
【図7】本発明の実施形態に係る磁気センサの変形例を示す図である。
【図8】本発明の実施形態に係る磁気センサの他の変形例を示す図である。
【図9】本発明の実施形態に係る生体磁気計測装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
「磁気センサ」
＜第一実施形態＞
まず、本発明の第一実施形態に係る磁気センサ１０を図面に基づいて説明する。なお、同一の構成の場合は同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
＜第一実施形態＞
まず、本発明の第一実施形態に係る磁気センサ１０を図面に基づいて説明する。なお、同一の構成の場合は同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
【0023】
図１に示すように、本発明の第一実施形態に係る磁気センサ１０は、感磁体２０と、コイル３０と、サンプラ４０と、増幅回路５０（ＡＭＰ）と、検出回路６０と、自動補正回路７０と、定電流源回路８０とを備えることを特徴とする。
【0024】
コイル３０は、外部磁界に比例して誘起電圧Ｖｉが得られるように配置されている。誘起電圧Ｖｉをピークサンプリングするために、サンプラ４０がコイル３０に接続されている。サンプラ４０は増幅回路５０を経由して、検出回路６０に接続されている。検出回路６０は、磁気センサ１０のセンシング結果を表示するための出力信号ＯＵＴ及びコイル３０で発生する誘起電圧Ｖｉがピークとなるタイミングの情報を有するピークサンプリング状態情報ＰＳを出力する。自動補正回路７０にピークサンプリング状態情報ＰＳと外部クロックＣＬＫとが入力される。自動補正回路７０は、外部クロックＣＬＫに同期し、感磁体２０を駆動するための感磁体クロックＳＭＩと、同じく外部クロックＣＬＫに同期し、サンプラ４０を駆動するサンプラクロックＳＭＰＬとを生成する。
【0025】
（自動補正回路）
図２に示すように、本発明の第一実施形態に係る磁気センサ１０において、自動補正回路７０は、ロジック回路７１と、遅延同期回路７２（ＤＬＬ）と、マルチプレクサ７３と、クロック生成回路７４とを備える。
図２に示すように、本発明の第一実施形態に係る磁気センサ１０において、自動補正回路７０は、ロジック回路７１と、遅延同期回路７２（ＤＬＬ）と、マルチプレクサ７３と、クロック生成回路７４とを備える。
【0026】
自動補正回路７０は、サンプラ４０で検出されるサンプリング電圧に基づいて、感磁体２０を駆動する感磁体クロックＳＭＩの立ち上がりタイミングと、サンプラ４０を駆動するサンプラクロックＳＭＰＬの立ち上がりタイミングとを相対的に調整する。
また、感磁体クロックＳＭＩが立ち上がってから所定期間のサンプリング電圧の変位を観測することで、サンプリング電圧が最初にピークとなるまでの遅延時間を検出する。そして、自動補正回路７０は、感磁体クロックＳＭＩとサンプラクロックＳＭＰＬの立ち上がりタイミングを、上述の遅延時間に相当する時間だけ前後にずらして設定する。
また、感磁体クロックＳＭＩが立ち上がってから所定期間のサンプリング電圧の変位を観測することで、サンプリング電圧が最初にピークとなるまでの遅延時間を検出する。そして、自動補正回路７０は、感磁体クロックＳＭＩとサンプラクロックＳＭＰＬの立ち上がりタイミングを、上述の遅延時間に相当する時間だけ前後にずらして設定する。
【0027】
遅延同期回路７２は、複数の縦続接続された遅延素子７２１を有する。外部クロックＣＬＫが入力される遅延同期回路７２は、複数の縦続接続された遅延素子７２１によって外部クロックＣＬＫに対して異なる遅延量を有する信号を出力する。
ロジック回路７１は、検出回路６０と、マルチプレクサ７３とに接続される。ロジック回路７１は、検出回路６０からピークサンプリング状態情報ＰＳが入力される度に、複数の遅延素子７２１の出力の中からいずれか１つを選択する選択信号Ｄｃｔｒｌをマルチプレクサ７３に出力し、サンプラクロックＳＭＰＬの出力タイミングを変化させる。ロジック回路７１は、ピークサンプリング状態情報ＰＳを監視し、コイル３０で発生する誘起電圧がピークとなるタイミングで出力される選択信号Ｄｃｔｒｌを記録する。
マルチプレクサ７３は、遅延素子７２１それぞれの出力のうち、選択信号Ｄｃｔｒｌに応じていずれか１つを選択し、サンプラクロックＳＭＰＬを生成する。サンプラクロックＳＭＰＬはパルス電流や高周波電流であってもよい。
ロジック回路７１は、検出回路６０と、マルチプレクサ７３とに接続される。ロジック回路７１は、検出回路６０からピークサンプリング状態情報ＰＳが入力される度に、複数の遅延素子７２１の出力の中からいずれか１つを選択する選択信号Ｄｃｔｒｌをマルチプレクサ７３に出力し、サンプラクロックＳＭＰＬの出力タイミングを変化させる。ロジック回路７１は、ピークサンプリング状態情報ＰＳを監視し、コイル３０で発生する誘起電圧がピークとなるタイミングで出力される選択信号Ｄｃｔｒｌを記録する。
マルチプレクサ７３は、遅延素子７２１それぞれの出力のうち、選択信号Ｄｃｔｒｌに応じていずれか１つを選択し、サンプラクロックＳＭＰＬを生成する。サンプラクロックＳＭＰＬはパルス電流や高周波電流であってもよい。
【0028】
クロック生成回路７４は、クロックｇｅｎ７４１と駆動回路７４２とを備える。外部クロックＣＬＫが入力されるクロックｇｅｎ７４１は、駆動回路７４２を駆動して外部クロックＣＬＫに同期する感磁体クロックＳＭＩを生成する。感磁体クロックＳＭＩはパルス電流や高周波電流であってもよい。クロックｇｅｎ７４１に入力される外部クロックＣＬＫは、上述の遅延同期回路７２に入力される外部クロックＣＬＫと同じである。
【0029】
（検出回路）
図３に示すように、本発明の第一実施形態に係る磁気センサ１０において、検出回路６０は、アナログ－デジタル変換回路６１（ＡＤＣ）を備える。アナログ－デジタル変換回路６１は、増幅回路５０によって増幅されたサンプリング電圧をピークサンプリング状態情報ＰＳに変換する。
図３に示すように、本発明の第一実施形態に係る磁気センサ１０において、検出回路６０は、アナログ－デジタル変換回路６１（ＡＤＣ）を備える。アナログ－デジタル変換回路６１は、増幅回路５０によって増幅されたサンプリング電圧をピークサンプリング状態情報ＰＳに変換する。
【0030】
センシング動作時に磁気センサ１０としてデジタル出力が求められる場合は、前述のアナログ－デジタル変換回路６１を、デジタル出力信号ＯＵＴを出力する回路として流用してもよい。これにより、検出回路６０として別途回路を追加する必要がなく、磁気センサ１０のコストを増加させることなく、検出精度を更に向上させることができる。
【0031】
（感磁体）
図１～３に示すように、感磁体２０は、自動補正回路７０のクロック生成回路７４に接続されている。クロック生成回路７４で生成される感磁体クロックＳＭＩによって、感磁体２０に電流が流れる。これにより、感磁体２０のインダクタンスのみではなく電気抵抗も同時に変化する磁気インピーダンス効果（ＭＩ効果）が発生する。
図１～３に示すように、感磁体２０は、自動補正回路７０のクロック生成回路７４に接続されている。クロック生成回路７４で生成される感磁体クロックＳＭＩによって、感磁体２０に電流が流れる。これにより、感磁体２０のインダクタンスのみではなく電気抵抗も同時に変化する磁気インピーダンス効果（ＭＩ効果）が発生する。
【0032】
感磁体２０は、外部磁界の作用により電磁気特性が変化する。感磁体２０として、磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）が挙げられる。感磁体２０を構成する材料は軟磁気特性を有すれば特に限定されないが、例えば、Ｃｏ－Ｍｎ－Ｓｉ－Ｂ系やＦｅ－Ｓｉ系等の公知の合金系からなるアモルファス合金が挙げられる。
【0033】
（コイル）
図１～３に示すように、コイル３０は、感磁体２０を介して生じた外部磁界に比例して誘起電圧Ｖｉが得られるように配置されている。コイル３０は、感磁体２０に近接（巻回）して配置されることが好ましい。これにより、感磁体２０を介して生じた外部磁界に比例する誘起電圧Ｖｉが得られやすくなる。コイル３０は、既知のものを使用することができ、例えば導線で構成されてもよい。
図１～３に示すように、コイル３０は、感磁体２０を介して生じた外部磁界に比例して誘起電圧Ｖｉが得られるように配置されている。コイル３０は、感磁体２０に近接（巻回）して配置されることが好ましい。これにより、感磁体２０を介して生じた外部磁界に比例する誘起電圧Ｖｉが得られやすくなる。コイル３０は、既知のものを使用することができ、例えば導線で構成されてもよい。
【0034】
（サンプラ）
図１～３に示すように、サンプラ４０は、スイッチ４１とコイル３０に並列に接続されるコンデンサー４２を備える。サンプラ４０は、コイル３０で発生する誘起電圧Ｖｉをサンプリングし、サンプリング電圧を得る。スイッチ４１は自動補正回路７０が生成するサンプラクロックＳＭＰＬによって駆動される。スイッチ４１及びコンデンサー４２は既知のものを使用することができる。
図１～３に示すように、サンプラ４０は、スイッチ４１とコイル３０に並列に接続されるコンデンサー４２を備える。サンプラ４０は、コイル３０で発生する誘起電圧Ｖｉをサンプリングし、サンプリング電圧を得る。スイッチ４１は自動補正回路７０が生成するサンプラクロックＳＭＰＬによって駆動される。スイッチ４１及びコンデンサー４２は既知のものを使用することができる。
【0035】
（定電流源回路）
図１～３に示すように、定電流源回路８０はコイル３０に接続されている。定電流源回路８０は、基準電圧回路８１（ＶＲＥＦ）と抵抗８２とを備える。定電流源回路８０は、自動補正期間中に感磁体２０に一定の直流磁界を与えるための定電流を与えるよう動作する。また、通常動作時は出力信号ＯＵＴに比例した電流をコイル３０に流すことで強負帰還を実現するよう再構成される。
図１～３に示すように、定電流源回路８０はコイル３０に接続されている。定電流源回路８０は、基準電圧回路８１（ＶＲＥＦ）と抵抗８２とを備える。定電流源回路８０は、自動補正期間中に感磁体２０に一定の直流磁界を与えるための定電流を与えるよう動作する。また、通常動作時は出力信号ＯＵＴに比例した電流をコイル３０に流すことで強負帰還を実現するよう再構成される。
【0036】
自動補正時において、コイル３０に電流を流して外部磁界よりも大きな一定磁界を発生させることで、外部磁界強度に関係のない一定の強い磁界が感磁体２０に印加されることになる。これにより、外部磁界強度の影響を最小にすることができる。その結果、自動補正中（選択信号Ｄｃｔｒｌを掃引中）の感度（誘起電圧Ｖｉの振幅）を最大化し、より正確な検出と補正が可能となる。
【0037】
（変形例）
図７及び８に示すように、本発明の係る磁気センサ１０において、定電流源回路８０を強負帰還に再構成することで、感磁体２０、サンプラ４０及び検出回路６０で抵抗８２を共有してもよい。図８に示すように、通常のセンシング時において、基準電圧回路８１の接続を出力信号ＯＵＴやデジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）の出力に切り替えれば、感磁体２０、サンプラ４０及び検出回路６０で抵抗８２を共有することができる。これにより、抵抗素子面積を節約することができ、磁気センサ１０のコストを更に低下させることができる。定電流源回路８０は定電流源であってもよい。また、定電流源回路８０において、強負帰還（抵抗のパス）を使用せず、開ループのものであってもよい。
図７及び８に示すように、本発明の係る磁気センサ１０において、定電流源回路８０を強負帰還に再構成することで、感磁体２０、サンプラ４０及び検出回路６０で抵抗８２を共有してもよい。図８に示すように、通常のセンシング時において、基準電圧回路８１の接続を出力信号ＯＵＴやデジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）の出力に切り替えれば、感磁体２０、サンプラ４０及び検出回路６０で抵抗８２を共有することができる。これにより、抵抗素子面積を節約することができ、磁気センサ１０のコストを更に低下させることができる。定電流源回路８０は定電流源であってもよい。また、定電流源回路８０において、強負帰還（抵抗のパス）を使用せず、開ループのものであってもよい。
【0038】
（増幅回路）
図１～３に示すように、増幅回路５０（ＡＭＰ）は、サンプラ４０と検出回路６０との間に接続されている。増幅回路５０はサンプラ４０によりサンプリングされたサンプリング電圧を増幅するので、検出回路６０の検出精度を向上させることができる。また、自動補正中に、回路の強負帰還構成が解除される開ループの状態で、増幅回路５０の出力を検出回路６０に直結させることによって、増幅回路５０を検出回路６０の前置増幅器として再利用してもよい。これにより、コスト増加なしに検出回路６０の精度を更に向上させることができる。
図１～３に示すように、増幅回路５０（ＡＭＰ）は、サンプラ４０と検出回路６０との間に接続されている。増幅回路５０はサンプラ４０によりサンプリングされたサンプリング電圧を増幅するので、検出回路６０の検出精度を向上させることができる。また、自動補正中に、回路の強負帰還構成が解除される開ループの状態で、増幅回路５０の出力を検出回路６０に直結させることによって、増幅回路５０を検出回路６０の前置増幅器として再利用してもよい。これにより、コスト増加なしに検出回路６０の精度を更に向上させることができる。
【0039】
（自動補正手法）
本発明の第一実施形態に係る磁気センサ１０の自動補正手法を説明する。
図２に示すように、自動補正時において、まず感磁体クロックＳＭＩで感磁体２０に駆動電流を通電する。これにより、コイル３０では、感磁体２０に流れる駆動電流によって生じる磁界に比例する誘起電圧Ｖｉが得られる。この時、コイル３０で生じる誘起電圧Ｖｉの大きさが最大になるタイミングは、感磁体２０に流れる電流によって生じる磁界の大きさが最大になるタイミングよりもΔｔｏｐｔだけ遅延する。
本発明の第一実施形態に係る磁気センサ１０の自動補正手法を説明する。
図２に示すように、自動補正時において、まず感磁体クロックＳＭＩで感磁体２０に駆動電流を通電する。これにより、コイル３０では、感磁体２０に流れる駆動電流によって生じる磁界に比例する誘起電圧Ｖｉが得られる。この時、コイル３０で生じる誘起電圧Ｖｉの大きさが最大になるタイミングは、感磁体２０に流れる電流によって生じる磁界の大きさが最大になるタイミングよりもΔｔｏｐｔだけ遅延する。
【0040】
誘起電圧Ｖｉはサンプラ４０でサンプリング電圧としてサンプリングされ、増幅回路５０を経由して、検出回路６０に入力される。検出回路６０のアナログ－デジタル変換回路６１は、増幅回路５０を経由して入力されるサンプリング電圧をピークサンプリング状態情報ＰＳに変換して出力する。自動補正回路７０にはピークサンプリング状態情報ＰＳと外部クロックＣＬＫとが入力される。そして、自動補正回路７０はピークサンプリング状態情報ＰＳに基づき遅延量Δｔｏｐｔを、探索、決定及び保持する。そして、決定された遅延量Δｔｏｐｔに基づいて、外部クロックに同期する感磁体クロックＳＭＩと、同じく外部クロックに同期し、かつサンプラ４０がコイル３０に発生する誘起電圧ＶｉのピークをサンプリングできるようなサンプラクロックＳＭＰＬとを生成する。
【0041】
図２に示すように、自動補正回路７０が前述の構成である場合、自動補正中において、ロジック回路７１は、選択信号Ｄｃｔｒｌを順次探索し、サンプラ４０で誘起電圧Ｖｉのピークがサンプリングされたかどうかを判定する。そして、ロジック回路７１は、最適な遅延素子７２１の出力を選択する選択信号Ｄｃｔｒｌの値を保持するよう動作する。
【0042】
具体的には、図２及び図４に示すように、本発明の第一実施形態に係る磁気センサ１０のロジック回路７１は、自動補正中において、選択信号ＤｃｔｒｌをサンプラクロックＳＭＰＬが最小遅延量となるような値（選択信号Ｄｃｔｒｌ０）から掃引を開始する。ここで、最小遅延量とは、感磁体クロックＳＭＩの立ち上がりタイミング（ｔ１）に対する、サンプラクロックＳＭＰＬによって駆動されるサンプラ４０が誘起電圧Ｖｉをサンプリングするタイミング（ｔ２）の遅延量が最小となることを意味する。なお、感磁体クロックＳＭＩが高周波である場合、ｔ１は、感磁体クロックＳＭＩの立ち上がり初めて最初にピークとなるタイミングである。
【0043】
そして、ロジック回路７１は、順次選択信号Ｄｃｔｒｌを単調増加させることでサンプラクロックＳＭＰＬの遅延量Δｔｏｐｔを外部クロックＣＬＫに同期して掃引する。外部クロックＣＬＫの周期毎にピークサンプリング状態情報ＰＳの絶対値（つまり、｜出力信号ＯＵＴ｜）が、１クロック前のピークサンプリング状態情報ＰＳの絶対値以上である場合、ロジック回路７１は、選択信号Ｄｃｔｒｌを単調増加してサンプルタイミングの掃引を継続する。そして、外部クロックの周期毎にピークサンプリング状態情報ＰＳの絶対値が減少に転じたタイミング（選択信号Ｄｃｔｒｌｎ）の１クロック前に設定した選択信号Ｄｃｔｒｌｎ－１を保持してサンプルタイミングの掃引を終了する。この時、選択信号Ｄｃｔｒｌｎ－１と選択信号Ｄｃｔｒｌ０との差に対応した時間差が最適な遅延量Δｔｏｐｔとなる。
ここで、遅延量Δｔｏｐｔとは、感磁体クロックＳＭＩの立ち上がりタイミング（ｔ１）に対する、感磁体クロックＳＭＩの立ち上がりによって前記コイルに発生する前記誘起電圧のピークのタイミング（ｔ３）の遅延量を意味する。
ここで、遅延量Δｔｏｐｔとは、感磁体クロックＳＭＩの立ち上がりタイミング（ｔ１）に対する、感磁体クロックＳＭＩの立ち上がりによって前記コイルに発生する前記誘起電圧のピークのタイミング（ｔ３）の遅延量を意味する。
【0044】
これにより、外部磁界によって発生する誘起電圧Ｖｉのピークをサンプリングするための最適な遅延量Δｔｏｐｔを自動で探索することができる。その結果、磁気センサ１０のコストを増加させることなく検出精度を向上させることができる。また、遅延同期回路７２を用いることにより、複数の遅延素子７２１の遅延段１つ当たりの遅延量を環境の経時変化に関わらず精度良く固定できる。そのため、安定的に最適な遅延量Δｔｏｐｔを保持することができる。
【0045】
通常のセンシング時で前述の最適な遅延量Δｔｏｐｔを使用して、感磁体クロックＳＭＩに同期し、かつサンプラ４０がコイル３０で発生する誘起電圧のピークをサンプリングできるサンプラクロックＳＭＰＬを生成するように強負帰還制御する。これにより、磁気センサ１０の精度を高めることができる。
【0046】
検出回路６０は、自動補正中において、ピークサンプリング状態情報ＰＳを出力し、センシング動作時において、ピークサンプリング状態情報ＰＳを送るための接続を解除し、検出回路６０からデジタル出力信号ＯＵＴを得るよう動作してもよい。また、センシング動作時に磁気センサ１０としてデジタル出力が求められる場合は、前述のアナログ－デジタル変換回路６１を、デジタル出力信号ＯＵＴを出力する回路として流用してもよい。これにより、検出回路６０として別途回路を追加する必要がなく、磁気センサ１０のコストを増加させることなく検出精度を更に向上させることができる。
【0047】
（効果）
ピークサンプリング時のコイル３０両端に生じるリンギングの共振周波数は、コイル３０とそれに並列に存在するサンプリング用の並列容量及び実装上の寄生容量の積で決まる。そのため、リンギングの共振周波数はデバイス毎でのばらつきはあるが、製作時にほぼ一意に決まり、温度などの環境変化にほとんど影響されないという特徴がある。
ピークサンプリング時のコイル３０両端に生じるリンギングの共振周波数は、コイル３０とそれに並列に存在するサンプリング用の並列容量及び実装上の寄生容量の積で決まる。そのため、リンギングの共振周波数はデバイス毎でのばらつきはあるが、製作時にほぼ一意に決まり、温度などの環境変化にほとんど影響されないという特徴がある。
【0048】
そのため、本発明の第一実施形態に係る磁気センサ１０によれば、デバイス製作後に、感磁体クロックＳＭＩの立ち上がりのタイミングと感磁体クロックの立ち上がりによってコイル３０で発生する誘起電圧Ｖｉのピークのタイミングとの遅延量Δｔｏｐｔを決定し、記憶することで常に最適なピークサンプリングを行うことができる。その結果、製造ばらつき、環境変化及びデバイスの経時劣化等に起因するサンプラクロックＳＭＰＬのズレを防ぐことができる。遅延量Δｔｏｐｔは環境変化及びデバイスの経時劣化の影響をほとんど受けないので手動調整を省略することができる。従って、環境変化や製造ばらつきがある場合であっても、コストを増加させることなく同期検波のための最適なサンプリングタイミングを自動補正することが可能となる。これにより、手動で補正する手間を削減でき、かつ磁気センサ１０の精度を向上させることができる。
【0049】
以上のことから、本発明の第一実施形態に係る磁気センサ１０によれば、環境変化や製造ばらつきがある場合であっても、コストを増加させることなく同期検波のための最適なサンプリングタイミングを自動補正することが可能であり、かつ優れた検出精度を有する。
【0050】
＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態に係る磁気センサ１１及びその自動補正手法を図面に基づいて説明する。なお、前述の実施形態と同一の構成の場合は、同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
次に、本発明の第二実施形態に係る磁気センサ１１及びその自動補正手法を図面に基づいて説明する。なお、前述の実施形態と同一の構成の場合は、同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
【0051】
（検出回路）
図５に示すように、本発明の第二実施形態に係る磁気センサ１１で、検出回路６０ａは、比較器６１ａを備え、比較器６１ａは所定の閾値に基づいて二値化された情報をピークサンプリング状態情報ＰＳとして出力する。例えば、比較器６１ａは特定のサンプリング電圧Ａを閾値として、サンプリング電圧Ａよりも電圧が高い場合と低い場合との二値化された信号をピークサンプリング状態情報ＰＳとして出力してもよい。本発明の第二実施形態に係る磁気センサ１１で、出力信号ＯＵＴは増幅回路５０で増幅されるサンプリング電圧と同じであってもよい。
図５に示すように、本発明の第二実施形態に係る磁気センサ１１で、検出回路６０ａは、比較器６１ａを備え、比較器６１ａは所定の閾値に基づいて二値化された情報をピークサンプリング状態情報ＰＳとして出力する。例えば、比較器６１ａは特定のサンプリング電圧Ａを閾値として、サンプリング電圧Ａよりも電圧が高い場合と低い場合との二値化された信号をピークサンプリング状態情報ＰＳとして出力してもよい。本発明の第二実施形態に係る磁気センサ１１で、出力信号ＯＵＴは増幅回路５０で増幅されるサンプリング電圧と同じであってもよい。
【0052】
図５に示すように、磁気センサ１１にアナログ出力が求められる場合、比較器６１ａを追加すればよい。これにより、検出回路６０ａとしてアナログ－デジタル変換器を別途設ける必要が無いので、消費電力及びコストを一層低下させることができる。
【0053】
本発明の第二実施形態に係る磁気センサ１１において、検出回路６０ａ以外の構成は第二実施形態と同様の構成である。
【0054】
（自動補正手法）
図６に示すように、自動補正中において、ロジック回路７１は選択信号ＤｃｔｒｌをサンプラクロックＳＭＰＬが最小遅延量となるような値からサンプルタイミングの掃引を開始する。この時、比較器６１ａはサンプラクロックＳＭＰＬが最小遅延量となるような値（選択信号Ｄｃｔｒｌ０）の時にサンプラ４０でサンプリングされるサンプリング電圧を閾値として設定する。そして、ロジック回路７１は、順次選択信号Ｄｃｔｒｌを単調増加することでサンプラクロックＳＭＰＬの遅延量Δｔｏｐｔを外部クロックに同期してサンプルタイミングを掃引する。外部クロックの周期毎にピークサンプリング状態情報ＰＳの隣あう２値が反転（比較器の極性反転）したタイミング（選択信号Ｄｃｔｒｌｎ）の選択信号Ｄｃｔｒｌｎの１／２のタイミングに最も近い選択信号を選択信号Ｄｃｔｒｌとして保持してサンプルタイミングの掃引を終了する。この時、選択信号Ｄｃｔｒｌｎの１／２のタイミングに最も近い選択信号と選択信号Ｄｃｔｒｌ０との差が遅延量Δｔｏｐｔとなる。
図６に示すように、自動補正中において、ロジック回路７１は選択信号ＤｃｔｒｌをサンプラクロックＳＭＰＬが最小遅延量となるような値からサンプルタイミングの掃引を開始する。この時、比較器６１ａはサンプラクロックＳＭＰＬが最小遅延量となるような値（選択信号Ｄｃｔｒｌ０）の時にサンプラ４０でサンプリングされるサンプリング電圧を閾値として設定する。そして、ロジック回路７１は、順次選択信号Ｄｃｔｒｌを単調増加することでサンプラクロックＳＭＰＬの遅延量Δｔｏｐｔを外部クロックに同期してサンプルタイミングを掃引する。外部クロックの周期毎にピークサンプリング状態情報ＰＳの隣あう２値が反転（比較器の極性反転）したタイミング（選択信号Ｄｃｔｒｌｎ）の選択信号Ｄｃｔｒｌｎの１／２のタイミングに最も近い選択信号を選択信号Ｄｃｔｒｌとして保持してサンプルタイミングの掃引を終了する。この時、選択信号Ｄｃｔｒｌｎの１／２のタイミングに最も近い選択信号と選択信号Ｄｃｔｒｌ０との差が遅延量Δｔｏｐｔとなる。
【0055】
これにより、誘起電圧Ｖｉのピークをサンプリングするための最適な遅延量Δｔｏｐｔを自動で探索することができる。その結果、磁気センサ１１のコストを増加させることなく検出精度を向上させることができる。また、遅延同期回路７２を用いることにより、複数の遅延素子７２１の遅延段１つ当たりの遅延量を環境の経時変化に関わらず精度良く固定できる。そのため、安定的に最適な遅延量Δｔｏｐｔを保持することができる。
【0056】
通常のセンシング時で前述の最適な遅延量Δｔｏｐｔを使用して、感磁体クロックＳＭＩに同期し、かつサンプラ４０がコイル３０で発生する誘起電圧のピークをサンプリングできるサンプラクロックＳＭＰＬが生成される。一方、図７のように出力信号ＯＵＴに比例した電流をコイル３０に流すよう接続することで、ループ利得を最大限保持した上で強負帰還を実現することができる。これにより、磁気センサ１１の精度をさらに高めることができる。
【0057】
「生体磁気計測装置」
本発明の実施形態に係る生体磁気計測装置について説明する。
本発明の実施形態に係る生体磁気計測装置について説明する。
【0058】
図９に示すように、本発明の実施形態に係る生体磁気計測装置１００は、上述の実施形態に記載の磁気センサと、磁気センサからの出力信号を用いて生体が発する磁気を測定する生体磁気計測部と、を備える。本発明の実施形態に係る生体磁気計測装置１００は、Ｎ個（チャネル）の前述の磁気センサ、制御装置及び信号処理装置を備えてもよい。制御装置によりＮチャネル同時計測、その後の信号処理装置における処理を通じて、脳磁計測、心磁計測、筋磁計測生等の生体磁場計測を行うことができる。生体磁気計測装置１００は、磁気センサを含むプローブ（アレイ）とデータ取得システムとが対になった構成であってもよい。また、プローブとデータ取得システムとの接続は、有線、無線及びその組み合わせであってもよい。
【0059】
これにより、安定動作可能な高分解能（ピコテスラレベル）の生体磁気計測装置を小型かつ低消費電力に実現できる。そのため、従来の生体磁気計測向けの磁気センサヘッド（ＳＱＵＩＤ等）を用いる必要が無く、大幅な小型化及び低コスト化を実現することができる。
【0060】
生体磁気計測装置１００の例として、特に限定されないが、ＭＥＧ（Ｍａｇｎｅｔｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｐｈｙ）、ＭＮＧ（Ｍａｇｎｅｔｏｎｅｕｒｏｇｒａｐｈｙ）、ＭＣＧ（Ｍａｇｎｅｔｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ）、ＭＭＧ（Ｍａｇｎｅｔｏｍｙｏｇｒａｐｈｙ）、生体埋込脳活動計測等が挙げられる。
【0061】
明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「有する」や「備える」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。
【0062】
また、明細書に記載の「…部」の用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、これは、ハードウェアまたはソフトウェアとして具現されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで具現されてもよい。
【0063】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0064】
以上のことから、本発明によれば、環境変化や製造ばらつきがある場合であっても、低コストで同期検波のための最適なサンプリングタイミングを自動補正することが可能な、磁気センサ及び生体磁気計測装置を提供することができるので、産業上の利用価値が高い。
【符号の説明】
【0065】
１０、１１ 磁気センサ
２０ 感磁体
３０ コイル
４０ サンプラ
４１ スイッチ
４２ コンデンサー
５０ 増幅回路
６０、６０ａ 検出回路
６１ アナログ－デジタル変換回路
６１ａ 比較器
７０ 自動補正回路
７１ ロジック回路
７２ 遅延同期回路
７２１ 遅延素子
７３ マルチプレクサ
７４ クロック生成回路
７４１ クロックｇｅｎ
７４２ 駆動回路
８０ 定電流源回路
８１ 基準電圧回路
８２ 抵抗
８３ デジタル－アナログ変換回路
１００ 生体磁気計測装置
２０ 感磁体
３０ コイル
４０ サンプラ
４１ スイッチ
４２ コンデンサー
５０ 増幅回路
６０、６０ａ 検出回路
６１ アナログ－デジタル変換回路
６１ａ 比較器
７０ 自動補正回路
７１ ロジック回路
７２ 遅延同期回路
７２１ 遅延素子
７３ マルチプレクサ
７４ クロック生成回路
７４１ クロックｇｅｎ
７４２ 駆動回路
８０ 定電流源回路
８１ 基準電圧回路
８２ 抵抗
８３ デジタル－アナログ変換回路
１００ 生体磁気計測装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】