特許 7344517 磁気センサ及び生体磁気計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-06

(45)【発行日】2023-09-14

(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 20060101AFI20230907BHJP

【ＦＩ】

G01R33/02 D

G01R33/02 R

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020214192

(22)【出願日】2020-12-23

(65)【公開番号】P2022100056

(43)【公開日】2022-07-05

【審査請求日】2023-04-05

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【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

(73)【特許権者】

【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

【審査官】島▲崎▼ 純一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１８４２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８４４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０５７１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０９８６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０１２０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１１２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２５６９３０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３３／０２

Ｈ１０Ｎ ５０／００

Ａ６１Ｂ ５／０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁性材料を有するセンサヘッドと、
前記センサヘッドに通電する駆動部と、
前記センサヘッドに近接したピックアップコイルと、
前記ピックアップコイルに通電することでバイアス磁界を発生させ、且つ、前記ピックアップコイルに生じる電圧に応じた信号を検出する情報処理部と、
を備え、
前記情報処理部は、前記センサヘッドが通電されている通電状態の場合に前記ピックアップコイルに生じる電圧に応じた第１信号と、前記センサヘッドが通電されていない非通電状態の場合に前記ピックアップコイルに生じる電圧に応じた第２信号との差分を示す差分信号を生成する、
磁気センサ。

【請求項2】

前記情報処理部は、
増幅回路を備え、前記増幅回路の入力端子が仮想接地の効果を利用して前記入力端子に発生する電圧に応じた第３信号を検出し、前記第１信号から前記第２信号と前記第３信号とを差し引くことで第４信号を生成し、前記第４信号を前記増幅回路で増幅させる、
請求項１に記載の磁気センサ。

【請求項3】

前記情報処理部は、
前記通電状態の場合に前記第１信号を検出し、前記非通電状態の場合に前記第２信号を検出し、前記第１信号と前記第２信号とを差分を示す前記差分信号を生成する第１計測部と、
前記増幅回路の出力信号に応じた電流を前記ピックアップコイルに帰還させ、前記非通電状態の場合において前記第３信号を検出して前記前記差分信号と前記第３信号との差分を示す前記第４信号を生成する第２計測部と、
を備える請求項２に記載の磁気センサ。

【請求項4】

前記情報処理部は、
前記第１計測部が前記第１信号を検出する際には、前記第１計測部と前記第２計測部との間の電気的な接続を遮断するスイッチを更に備える、
請求項３に記載の磁気センサ。

【請求項5】

前記情報処理部は、
前記ピックアップコイルに発生した電圧を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路からの出力信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、
前記通電状態の場合に前記ＡＤ変換器から出力される第１デジタル信号と、前記非通電状態の場合に前記ＡＤ変換器から出力される第２デジタル信号と、を検出し、前記第１デジタル信号と前記第２デジタル信号との差分を示す前記差分信号を生成する計測部と、 前記計測部で生成された前記差分信号をアナログ信号に変換し、前記アナログ信号を前記ピックアップコイルに帰還させるＤＡ変換器と、
を備える、
請求項１に記載の磁気センサ。

【請求項6】

前記センサヘッドは、アモルファスワイヤである、
請求項１から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から請求項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】

ピックアップコイルが巻回されたアモルファスワイヤに対して通電することでピックアップコイルに誘起される、外部磁界に対応する誘起電圧を検出する磁気センサが知られている。

【0003】

この種の磁気センサでは、温度などの環境変化や製造ばらつきなどによって生じる感度ばらつきを抑制するために、アモルファスワイヤに所定の磁界（以下、「バイアス磁界」という。）を発生させてその感度ばらつきを相殺させることが行われる。ここで、バイアス磁界を発生させるには、ピックアップコイルの他にバイアス磁界を発生させるためのコイルが別途必要となるが、そうするとコストが増大してしまう。そこで、特許文献１には、ピックアップコイルでバイアス磁界を発生させることで誘起電圧の検出とバイアス磁界の発生とを１つのピックアップコイルで行うことが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】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】

【0005】

しかしながら、ピックアップコイルには寄生直列抵抗が存在するため、バイアス磁界を発生させるためにピックアップコイルに通電すると、そのピックアップコイルには外部磁界に対応する誘起電圧の他に寄生直列抵抗の影響による電圧が発生してしまう。そのため、ピックアップコイルに発生する電圧を検出すると、外部磁界に対応する誘起電圧と寄生直列抵抗の影響による電圧とが混在した電圧を検出してしまい、外部磁界に対応する誘起電圧を正確に検出できない場合がある。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、一つのピックアップコイルで誘起電圧の検出とバイアス磁界の発生とを行う場合において、外部磁界に対応する誘起電圧を正確に検出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である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本発明の一態様は、磁性材料を有するセンサヘッドと、前記センサヘッドに通電する駆動部と、前記センサヘッドに近接したピックアップコイルと、前記ピックアップコイルに通電することでバイアス磁界を発生させ、且つ、前記ピックアップコイルに生じる誘起電圧に応じた信号を検出する情報処理部と、を備え、前記情報処理部は、前記センサヘッドが通電されている通電状態の場合に前記ピックアップコイルに生じる第１電圧に応じた第１信号と、前記センサヘッドが通電されていない非通電状態の場合に前記ピックアップコイルに生じる第２電圧に応じた第２信号との差分を示す差分信号を生成する、磁気センサである。

【0008】

（２）上記（１）の磁気センサであって、前記情報処理部は、増幅回路を備え、前記増幅回路の入力端子が仮想接地の効果を利用して前記入力端子に発生する電圧に応じた第３信号を検出し、前記第１信号から前記第２信号と前記第３信号とを差し引くことで第４信号を生成し、前記第４信号を前記増幅回路で増幅させてもよい。

【0009】

（３）上記（２）の磁気センサであって、前記情報処理部は、前記通電状態の場合に前記第１信号を検出し、前記非通電状態の場合に前記第２信号を検出し、前記第１信号と前記第２信号とを差分を示す前記差分信号を生成する第１計測部と、前記増幅回路の出力信号に応じた電流を前記ピックアップコイルに帰還させ、前記非通電状態の場合において前記第３信号を検出して前記前記差分信号と前記第３信号との差分を示す前記第４信号を生成する第２計測部と、を備えてもよい。

【0010】

（４）上記（３）の磁気センサであって、前記情報処理部は、前記第１計測部が前記第１信号を検出する際には、前記第１計測部と前記第２計測部との間の電気的な接続を遮断するスイッチを更に備えてもよい。

【0011】

（５）上記（１）の磁気センサであって、前記情報処理部は、前記ピックアップコイルに発生した電圧を増幅する増幅回路と、前記増幅回路からの出力信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、前記通電状態の場合に前記ＡＤ変換器から出力される第１デジタル信号と、前記非通電状態の場合に前記ＡＤ変換器から出力される第２デジタル信号と、を検出し、前記第１デジタル信号と前記第２デジタル信号との差分を示す前記差分信号を生成する計測部と、前記計測部で算出された前記差分信号をアナログ信号に変換し、前記アナログ信号を前記ピックアップコイルに帰還させるＤＡ変換器と、を備えてもよい。

【0012】

（６）上記（１）から上記（５）のいずれかの磁気センサであって、前記センサヘッドは、アモルファスワイヤであってもよい。

【0013】

（７）本発明の一態様は、請求項１から請求項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、を備える生体磁気計測装置である。

【発明の効果】

【0014】

以上説明したように、本発明によれば、一つのピックアップコイルで誘起電圧の検出とバイアス磁界の発生とを行う場合において、外部磁界に対応する誘起電圧を正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１の実施形態に係る磁気センサの基本構成の一例を示す図である。

【図2】第１の実施形態に係る磁気センサの動作のフロー図である。

【図3】第２の実施形態に係る磁気センサの構成例を示す図である。

【図4】第２の実施形態に係る第１計測部及び第２計測部の概略構成図である。

【図5】第３の実施形態に係る磁気センサの構成例を示す図である。

【図6】第３の実施形態に係る磁気センサの動作の流れを説明する図である。

【図7】第４の実施形態に係る磁気センサの構成例を示す図である。

【図8】第５の実施形態に係る磁気センサの構成例を示す図である。

【図9】第１の実施形態から第５の実施形態の磁気センサを用いた生体磁気計測装置の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。また、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

【0017】

以下に説明する「接続」とは、電気的な接続である。電気的な接続とは、電力や電気信号が直接的又は間接的に伝達可能であることをいう。電気的な接続は、ケーブル、抵抗、コンデンサ、ダイオード、遮断器などの部品を介した接続であってもよい。

【0018】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る磁気センサ１の基本構成の一例を示す図である。図１に示すように、磁気センサ１は、センサヘッド１００、駆動部２００、ピックアップコイル３００、及び情報処理部４００を備える。

【0019】

センサヘッド１００は、磁性材料を備える。例えば、センサヘッド１００は、磁気インピーダンス素子、フラックスゲートセンサ、や磁性体コア等である。センサヘッド１００が磁気インピーダンス素子である場合には、磁気インピーダンス素子とは、外部磁界によってインピーダンスが変化する素子であって、例えば、アモルファスワイヤである。

【0020】

駆動部２００は、センサヘッド１００に通電する。例えば、駆動部２００は、センサヘッド１００にパルス電流又は高周波電流を出力することで通電する。駆動部２００がセンサヘッド１００に通電している状態を「通電状態」と称し、駆動部２００がセンサヘッド１００に通電していない状態を「非通電状態」と称する。

【0021】

ピックアップコイル３００は、センサヘッド１００に近接して配置されている。具体的には、ピックアップコイル３００は、通電状態において、外部磁界に比例した誘起電圧がピックアップコイル３００に発生するようにセンサヘッド１００に近接して配置されている。例えば、ピックアップコイル３００は、センサヘッド１００に巻回される。なお、このピックアップコイル３００には、寄生直列抵抗Ｒｐが存在する。

【0022】

情報処理部４００は、ピックアップコイル３００に接続されている。情報処理部４００は、バイアス磁界を発生させるためにピックアップコイル３００に対して通電する。なお、バイアス磁界を発生させるためにピックアップコイル３００に対して通電する手法は、特に限定されない。

【0023】

情報処理部４００は、ピックアップコイル３００に生じる電圧に応じた信号を検出する。ここで、ピックアップコイル３００に生じる電圧に応じた信号とは、電圧そのものの信号であってもよいし、電圧に基づいて生成された信号であってもよいし、電圧に対して増幅やフィルタリング、ＡＤ変換などの所定の信号処理が行われた信号であってもよい。このように、磁気センサ１は、ピックアップコイル３００に生じる電圧の検出とバイアス磁界の発生とを一つのピックアップコイル３００で行っている。

【0024】

情報処理部４００は、通電状態の場合にピックアップコイル３００に生じる電圧（以下、「第１電圧」という。）に応じた信号である第１信号を検出する。また、情報処理部４００は、非通電状態の場合にピックアップコイル３００に生じる電圧（以下、「第２電圧」という。）に応じた信号である第２信号を検出する。そして、情報処理部４００は、第１信号と第２信号との差分を示す差分信号を生成する。情報処理部４００は、差分信号を増幅することで出力信号Ｖｏｕｔを生成する。なお、情報処理部４００による第１信号の検出と第２信号の検出との順番は、特に限定されない。情報処理部４００は、第１信号を検出した後に第２信号を検出してもよいし、第２信号を検出した後に第１信号を検出してもよい。

【0025】

本実施形態の情報処理部４００は、一例として出力信号Ｖｏｕｔに応じた電流をピックアップコイル３００に帰還（フィードバック）することで、ピックアップコイル３００に通電してバイアス磁界を発生させる。

【0026】

以下において、磁気センサ１の動作の流れを説明する。図２は、磁気センサ１の動作のフロー図である。

【0027】

磁気センサ１は、センサヘッド１００に通電することでセンサヘッド１００を通電状態に制御する（ステップＳ１０１）。情報処理部４００は、通電状態においてピックアップコイル３００に生じる第１電圧に応じた第１信号を検出する（ステップＳ１０２）。

【0028】

ここで、センサヘッド１００が通電されると、外部磁界に対応した高周波数の誘起電圧（以下、「高周波電圧」という。）がピックアップコイル３００に発生する。ただし、バイアス磁界を発生させるためにピックアップコイル３００に対して常に通電されており、ピックアップコイル３００の寄生直列抵抗Ｒｐの影響で、ピックアップコイル３００に対して高周波電圧よりも低い周波数である電圧（以下、「低周波電圧」という。）も同時に発生している。例えば、低周波電圧は、寄生直列抵抗Ｒｐに起因した動的なオフセット電圧である。したがって、通電状態においてピックアップコイル３００に生じる第１電圧は、少なくとも高周波電圧と低周波電圧とが混合した電圧である。

【0029】

磁気センサ１は、第１信号を検出すると、センサヘッド１００への通電を停止させてセンサヘッド１００を非通電状態に制御する（ステップＳ１０３）。情報処理部４００は、非通電状態においてピックアップコイル３００に生じる第２電圧に応じた第２信号を検出する（ステップＳ１０４）。なお、図２に示す例では、ステップＳ１０１、ステップＳ１０２、ステップＳ１０３、ステップＳ１０４、ステップＳ１０５の順に処理を実行しているが、これに限定されず、ステップＳ１０３、ステップＳ１０４、ステップＳ１０１、ステップＳ１０２、ステップＳ１０５の順に処理を実行してもよい。

【0030】

ここで、センサヘッド１００への通電が停止されると、高周波電圧が消失するためピックアップコイル３００には、低周波電圧のみが発生する。したがって、非通電状態においてピックアップコイル３００に生じる第２電圧は、少なくとも高周波電圧が含まれておらず、寄生直列抵抗Ｒｐに起因した低周波電圧を含む。

【0031】

そこで、情報処理部４００は、第１信号と第２信号とを差分を求めて差分信号を生成することで、外部磁界に対応した高周波電圧の信号（差分信号）のみを取り出す（ステップＳ１０５）。ここで、差分信号は微小な信号であるため、情報処理部４００は、差分信号を増幅し、増幅した信号である出力信号Ｖｏｕｔを外部に出力する（ステップＳ１０６）。また、情報処理部４００は、出力信号Ｖｏｕｔに応じた信号をピックアップコイル３００に負帰還する（ステップＳ１０７）。

【0032】

上述したように、第１の実施形態に係る磁気センサ１は、通電状態と非通電状態とのそれぞれの場合でピックアップコイル３００に生じる電圧に応じた信号をサンプリングし、サンプリングした２つの信号の差分を求める。これにより、一つのピックアップコイルで誘起電圧の検出とバイアス磁界の発生とを行う場合において、外部磁界に対応する誘起電圧（高周波電圧）を正確に検出することができる。また、磁気センサ１は、外部磁界に対応する誘起電圧を正確に検出することができるため、第１電圧ではなく外部磁界に対応する誘起電圧に応じた電流を負帰還することが可能となり、寄生直列抵抗の影響によって負帰還の効果が劣化することを抑制することができる。

【0033】

ここで、第１電圧が高周波電圧と低周波電圧とが混合した電圧であるため、ハイパスフィルタを用いて第１電圧から高周波電圧のみを取り出す方法も考えられる。ただし、この方法では、ハイパスフィルタを構成する抵抗素子がノイズ源となり、磁気センサ１の感度が劣化してしまう場合がある。また、ハイパスフィルタを構成する容量素子値が大きく、ＣＭＯＳなどの集積化に不向きである。本実施形態では、ハイパスフィルタを用いずに、第１電圧から高周波電圧のみを取り出すことができ、ＣＭＯＳなどの集積化に好適である。

【0034】

ここで、第１の実施形態に係る磁気センサ１は、差分信号を増幅するオペアンプなどの増幅回路を備える場合には、その増幅回路の１/ｆノイズや製造ばらつきに起因するオフセット電圧などの低周波雑音成分を第３信号として検出し、第３信号と第１信号との差分を求めてもよい。例えば、情報処理部４００は、第１信号から第２信号と第３信号とを差し引くことで低周波雑音成分を低減した第４信号を生成することで、外部磁界に対応する誘起電圧（高周波電圧）をより正確に検出することができる。この場合には、情報処理部４００は、第４信号を増幅回路で増幅することで出力信号Ｖｏｕｔを生成する。なお、情報処理部４００が第３信号を検出するタイミングは特に限定されないが、例えば、非通電状態の場合において第３信号を検出する。また、情報処理部４００は、第１信号と第２信号との差分を示す差分信号を求め、その差分信号と第３信号との差分を求めることで第４信号を生成してもよいし、第１信号に対して第２信号及び第３信号を同時に差し引いてもよい。また、情報処理部４００は、第１信号と第３信号との差分を求め、この差分の信号と第２信号との差を求めることで第４信号を生成してもよい。

【0035】

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、第１の実施形態の情報処理部４００の具体的な第１の構成例について説明する。ただし、第１の実施形態の情報処理部４００の構成は、第２の実施形態で説明する具体的な構成に限定されない。以下の説明において、第１の実施形態で説明した内容と同様の機能を有する部分については、同様の名称および符号を付するものとし、その機能に関する具体的な説明は省略する。ただし、説明の便宜上、第２の実施形態の磁気センサを「磁気センサ１Ａ」と称し、第２の実施形態の情報処理部４００を「情報処理部４００Ａ」と称する。

【0036】

図３は、第２の実施形態に係る磁気センサ１Ａの構成例を示す図である。磁気センサ１Ａは、センサヘッド１００、駆動部２００、ピックアップコイル３００、及び情報処理部４００Ａを備える。

【0037】

情報処理部４００Ａは、第１計測部４１０及び第２計測部４２０を備える。

【0038】

第１計測部４１０は、通電状態の場合に第１信号を検出し、非通電状態の場合に第２信号を検出するとともに第１信号と第２信号との差分を示す差分信号を生成する。

【0039】

第２計測部４２０は、第１計測部４１０に接続される。第２計測部４２０は、増幅回路を有し、増幅回路の出力信号Ｖｏｕｔに応じた電流をピックアップコイル３００に帰還させる。また、第２計測部４２０は、非通電状態の場合において第３信号を検出し、第１計測部４１０から出力される差分信号と第３信号との差分を示す第４信号を生成する。

【0040】

以下において、第１計測部４１０及び第２計測部４２０の構成について図４を用いて説明する。図４は、第１計測部４１０及び第２計測部４２０の概略構成図である。

【0041】

図４に示すように、第１計測部４１０は、スイッチ４１１、コンデンサ４１２、及びスイッチ４１３を備える。

【0042】

スイッチ４１１は、一端がピックアップコイル３００の一端に接続され、他端がコンデンサ４１２の一端に接続される。コンデンサ４１２の他端は、第２計測部４２０に接続されている。

【0043】

スイッチ４１３は、一端がコンデンサ４１２の他端に接続され、他端がグランドに接続されている。

【0044】

図４に示すように、第２計測部４２０は、オペアンプ４２１、コンデンサ４２２、スイッチ４２３、スイッチ４２４、コンデンサ４２５、及び抵抗器４２６を備える。

【0045】

オペアンプ４２１は、増幅回路の一例である。オペアンプ４２１の非反転入力端子には、オペアンプ４２１の低周波雑音成分（オフセット、１／ｆ雑音）が入力される形でモデル化される。オペアンプ４２１の反転入力端子には、コンデンサ４２２及びスイッチ４２４に接続されている。オペアンプ４２１の出力端子には、コンデンサ４２５及び抵抗器４２６に接続されている。

【0046】

コンデンサ４２２は、一端がコンデンサ４１２の他端に接続され、他端がオペアンプ４２１の反転入力端子に接続されている。

【0047】

スイッチ４２３は、一端がコンデンサ４２２の一端に接続され、他端がコンデンサ４２５の一端に接続されている。

【0048】

スイッチ４２４は、一端がコンデンサ４２２の他端に接続され、他端がコンデンサ４２５の一端に接続されている。

【0049】

コンデンサ４２５の他端は、オペアンプ４２１の出力端子及び抵抗器４２６の一端に接続されている。抵抗器４２６の他端は、ピックアップコイル３００の一端に接続されている。

【0050】

次に、第２の実施形態に係る磁気センサ１Ａの動作について説明する。磁気センサ１Ａの動作では、大別して３つのステップ（第１ステップ、第２ステップ、及び第３ステップ）を備える。磁気センサ１Ａは、第１ステップ、第２ステップ、及び第３ステップの順に動作を繰り返す。第１ステップは、通電状態で実施される。第２ステップ及び第３ステップは、非通電状態で実施される。なお、第１計測部４１０及び第２計測部４２０内の各スイッチは、磁気センサ１Ａ内のプロセッサ（不図示）によって制御されてもよいし、駆動部２００によって制御されてもよい。

【0051】

＜第１ステップ＞
通電状態において、第１計測部４１０は、スイッチ４１１及びスイッチ４１３をオン状態に制御する。また、通電状態において、第２計測部４２０は、スイッチ４２３をオン状態に制御し、スイッチ４２４をオフ状態に制御する。これにより、通電状態において、第１電圧がコンデンサ４１２によって検出される。例えば、センサヘッド１００がアモルファスワイヤであった場合、駆動部２００は矩形パルス電流を発生して前記アモルファスワイヤを通電する。このとき、前記矩形パルス電流の立ち上がり時に生じる誘起電圧のピーク電圧（検出対象である外部磁界強度に応じて変化）を、適切なタイミングを以ってスイッチ４１１をオフ状態にすることで、第１電圧がコンデンサ４１２によって検出される。

【0052】

＜第２ステップ＞
第１ステップの後に、第１計測部４１０によってスイッチ４１１がオフ状態に制御された後にセンサヘッド１００は非通電状態となる。第１計測部４１０は、スイッチ４１３をオン状態のままに制御する。また、第２計測部４２０は、スイッチ４２３をオフ状態に制御し、スイッチ４２４をオン状態に制御する。これにより、第２ステップでは、オペアンプ４２１の仮想接地（バーチャルグランド）の効果により、反転入力端子においてはオペアンプの低周波雑音成分が発生し、スイッチ４１３をオフとすることで、これをサンプリングする。このように、第２ステップにおいて、オペアンプ４２１の仮想接地の効果を利用してオペアンプ４２１の反転入力端子に発生するオペアンプ４２１の１/ｆノイズや製造ばらつきに起因するオフセット電圧などの低周波雑音成分が第３信号としてコンデンサ４２２で検出される。

【0053】

＜第３ステップ＞
第２ステップの後に、第１計測部４１０は、スイッチ４１３をオフ状態に制御し、その後にスイッチ４１１をオン状態に制御する。また、第２計測部４２０は、スイッチ４２３をオン状態に制御し、スイッチ４２４をオフ状態に制御する。これにより、第３ステップでは、コンデンサ４１２に蓄積されていた第１電圧に相当する電荷から第２電圧に相当する電荷とコンデンサ４２２で蓄積された低周波雑音成分に相当する電荷とが差し引かれ、残った電荷（第４信号）がコンデンサ４２５に転送されて、対応する出力電圧Ｖｏｕｔを得る。

【0054】

上述したように、第２の実施形態に係る磁気センサ１Ａは、第１の実施形態と同様の効果を奏する他、ピックアップコイル３００の寄生直列抵抗Ｒｐに起因で生じる動的なオフセット（低周波電圧）のみでなく、第２計測部４２０中の回路におけるオペアンプ４２１の低周波雑音成分も低減することができる。

【0055】

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、第１の実施形態の情報処理部４００の具体的な第２の構成例について説明する。ただし、第１の実施形態の情報処理部４００の構成は、第３の実施形態で説明する具体的な構成に限定されない。以下の説明において、第１の実施形態及び第２の実施形態で説明した内容と同様の機能を有する部分については、同様の名称および符号を付するものとし、その機能に関する具体的な説明は省略する。ただし、説明の便宜上、第３の実施形態の磁気センサを「磁気センサ１Ｂ」と称し、第３の実施形態の情報処理部４００を「情報処理部４００Ｂ」と称する。

【0056】

図５は、第３の実施形態に係る磁気センサ１Ｂの構成例を示す図である。磁気センサ１Ｂは、センサヘッド１００、駆動部２００、ピックアップコイル３００、及び情報処理部４００Ｂを備える。

【0057】

情報処理部４００Ｂは、第１計測部４１０、第２計測部４２０、及びスイッチ５００を備える。

【0058】

スイッチ５００は、第１計測部４１０と第２計測部４２０との間の電気的な接続を遮断可能である。スイッチ５００は、一端がコンデンサ４１２の他端に接続され、他端がコンデンサ４２２の一端に接続される。スイッチ５００は、第１計測部４１０が第１信号を検出する際には、第１計測部４１０と第２計測部４２０との間の電気的な接続を遮断する。これにより、第１計測部４１０で第１信号を検出する際に第２計測部４２０からのノイズの影響を低減することができる。なお、スイッチ５００は、磁気センサ１Ｂ内のプロセッサ（不図示）によって制御されてもよいし、駆動部２００によって制御されてもよい。

【0059】

以下において、第３の実施形態に係る磁気センサ１Ｂの動作について説明する。図６は、磁気センサ１Ｂの動作の流れを説明する図である。

【0060】

第３の実施形態に係る磁気センサ１Ｂの動作は、第２の実施形態と同様に、大別して３つのステップ（第１ステップ、第２ステップ、及び第３ステップ）を備える。磁気センサ１Ｂは、第１ステップ、第２ステップ、及び第３ステップの順に動作を繰り返す。第１ステップは通電状態で実施される。第２ステップ及び第３ステップは、非通電状態で実施される。

【0061】

＜第１ステップ：ｎ－１＞
図６（ａ）に示すように、時刻ｎ－１において、センサヘッド１００は通電状態となる。通電状態において、事前に第１計測部４１０は、スイッチ４１１及びスイッチ４１３をオン状態に制御する。また、第２計測部４２０は、スイッチ４２３をオン状態に制御し、スイッチ４２４をオフ状態に制御する。また、スイッチ５００は、オフ状態である。これにより、第２計測部４２０によって発生するノイズの影響を受けずに、第１電圧がコンデンサ４１２によって検出される。例えば、センサヘッド１００がアモルファスワイヤである場合、駆動部２００は矩形パルス電流を発生して前記アモルファスワイヤを通電する。このとき、前記矩形パルス電流の立ち上がり時に生じる誘起電圧のピーク電圧（検出対象である外部磁界強度に応じて変化）を、適切なタイミングを以ってスイッチ４１１をオフ状態にすることで、第１電圧がコンデンサ４１２によって検出される。

【0062】

＜第２ステップ：ｎ－１／２＞
図６（ｂ）に示すように、時刻ｎ－１／２において、第１計測部４１０によってスイッチ４１１がオフ状態に制御された後に、センサヘッド１００が通電状態から非通電状態となる。第１計測部４１０は、スイッチ４１３をオン状態のままに制御する。また、第２計測部４２０は、スイッチ４２３をオフ状態に制御し、スイッチ４２４をオン状態に制御する。また、スイッチ５００はオン状態に制御される。これにより、第２ステップでは、オペアンプ４２１の仮想接地の効果により、反転入力端子においてはオペアンプの低周波雑音成分が発生し、スイッチ４１３をオフとすることで、これをサンプリングする。このように、第２ステップにおいて、オペアンプ４２１の反転入力端子が仮想接地された状態である場合に、オペアンプ４２１の１/ｆノイズや製造ばらつきに起因するオフセット電圧などの低周波雑音成分が第３信号としてコンデンサ４２２で検出される。

【0063】

＜第３ステップ：ｎ＞
図６（ｃ）に示すように、時刻ｎにおいて、第１計測部４１０は、スイッチ４１３をオフ状態に制御した後にスイッチ４１１をオン状態に制御する。また、第２計測部４２０は、スイッチ４２３をオン状態に制御し、スイッチ４２４をオフ状態に制御する。また、スイッチ５００はオン状態のままである。これにより、コンデンサ４１２に蓄積されていた第１電圧に相当する電荷から第２電圧に相当する電荷とコンデンサ４２２で蓄積された低周波雑音成分に相当する電荷とが差し引かれ、残った電荷（第４信号）がコンデンサ４２５に転送されて増幅される。

【0064】

上述したように、第３の実施形態に係る磁気センサ１Ｂは、第１の実施形態と同様の効果を奏する他、第１信号を検出する際に第２計測部４２０のオペアンプ４２１からのノイズの影響を低減することができる。

【0065】

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、第１の実施形態の情報処理部４００の具体的な第３の構成例について説明する。ただし、第１の実施形態の情報処理部４００の構成は、第４の実施形態で説明する具体的な構成に限定されない。以下の説明において、第１の実施形態で説明した内容と同様の機能を有する部分については、同様の名称および符号を付するものとし、その機能に関する具体的な説明は省略する。ただし、説明の便宜上、第４の実施形態の磁気センサを「磁気センサ１Ｃ」と称し、第４の実施形態の情報処理部４００を「情報処理部４００Ｃ」と称する。

【0066】

図７は、第４の実施形態に係る磁気センサ１Ｃの構成例を示す図である。磁気センサ１Ｃは、センサヘッド１００、駆動部２００、ピックアップコイル３００、及び情報処理部４００Ｃを備える。

【0067】

情報処理部４００Ｃは、増幅回路６００、ＡＤ変換器６１０、計測部６２０、及びＤＡ変換器６３０を備える。

【0068】

増幅回路６００は、ピックアップコイル３００に接続されている。増幅回路６００は、ピックアップコイル３００に発生した電圧を増幅する。そして、増幅回路６００は、増幅した信号である出力信号をＡＤ変換器６１０に出力する。例えば、増幅回路６００は、オペアンプを備えてもよい。

【0069】

ＡＤ変換器６１０は、増幅回路６００からの出力信号をデジタル信号に変換する。そして、ＡＤ変換器６１０は、変換したデジタル信号を計測部６２０に出力する。

【0070】

計測部６２０は、センサヘッド１００が通電状態の場合にＡＤ変換器６１０から出力されるデジタル信号（以下、「第１デジタル信号」という。）を検出する。計測部６２０は、センサヘッド１００が非通電状態の場合にＡＤ変換器６１０から出力されるデジタル信号（以下、「第２デジタル信号」という。）を検出する。そして、計測部６２０は、第１デジタル信号と第２デジタル信号との差分を示す差分信号を生成する。なお、計測部６２０は、駆動部２００と通信して、駆動部２００から現在の状態が導通状態か非導通状態かの情報を受信してもよい。

【0071】

ＤＡ変換器６３０は、計測部６２０で生成された差分信号をアナログ信号に変換し、アナログ信号をピックアップコイル３００に帰還させる。これにより、ピックアップコイル３００に電流が通電し、バイアス磁界が発生する。

【0072】

このように、第４の実施形態の磁気センサ１Ｃは、通電状態での第１電圧と非通電状態での第２電圧の検出をデジタル領域で実施する。これにより、磁気センサ１Ｃは、第１電圧から低周波電圧及び低周波雑音成分が除去された電圧、すなわち高周波電圧を得ることができる。

【0073】

上述したように、第４の実施形態に係る磁気センサ１Ｃは、第１の実施形態と同様の効果を奏する他、通電状態での誘起電圧と非通電状態での誘起電圧の検出をデジタル領域で実施することで、安定的な精度を得ることができるとともに、外部磁界に対応する誘起電圧の情報をデジタル信号として外部出力できるため、信号伝送のための通信品質を向上させることができる。

【0074】

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、第１の実施形態の情報処理部４００の具体的な第４の構成例について説明する。ただし、第１の実施形態の情報処理部４００の構成は、第５の実施形態で説明する具体的な構成に限定されない。以下の説明において、第１の実施形態で説明した内容と同様の機能を有する部分については、同様の名称および符号を付するものとし、その機能に関する具体的な説明は省略する。ただし、説明の便宜上、第５の実施形態の磁気センサを「磁気センサ１Ｄ」と称し、第５の実施形態の情報処理部４００を「情報処理部４００Ｄ」と称する。

【0075】

図８は、第５の実施形態に係る磁気センサ１Ｄの構成例を示す図である。磁気センサ１Ｄは、センサヘッド１００、駆動部２００、ピックアップコイル３００、及び情報処理部４００Ｄを備える。

【0076】

情報処理部４００Ｄは、第１計測部４１０及び第２計測部４２０Ｄを備える。

【0077】

第２計測部４２０Ｄは、第１計測部４１０に接続される。第２計測部４２０Ｄは、増幅回路を有し、増幅回路の出力信号に応じた電流をピックアップコイル３００に帰還させる。また、第２計測部４２０Ｄは、非通電状態の場合において第３信号を検出し、第１計測部４１０から出力される差分信号と第３信号との差分を示す第４信号を生成する。

【0078】

以下において、第２計測部４２０Ｄの構成について、図８を用いて説明する。

【0079】

第２計測部４２０Ｄは、オペアンプ４２１、コンデンサ４２２、スイッチ４２３、スイッチ４２４、コンデンサ４２５、ＡＤ変換器７００、及びＤＡ変換器７１０を備える。

【0080】

ＡＤ変換器７００は、オペアンプ４２１の出力端子に接続され、オペアンプ４２１の出力端子から出力される出力信号をデジタル信号に変換する。そして、ＡＤ変換器７００は、変換したデジタル信号を外部に出力する。

【0081】

ＤＡ変換器７１０は、ＡＤ変換器７００で変換されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、アナログ信号をピックアップコイル３００に帰還させる。これにより、ピックアップコイル３００に電流が通電し、バイアス磁界が発生する。

【0082】

上述したように、第５の実施形態に係る磁気センサ１Ｄは、第１の実施形態と同様の効果を奏する他、外部磁界に対応する誘起電圧の情報をデジタル信号として外部出力できるため、信号伝送のための通信品質を向上させることができる。

【0083】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【0084】

第１の実施形態から第５の実施形態のいずれかの磁気センサを用いて、ＭＥＧ(Magnetoencephalography)、ＭＮＧ(Magnetoneurography)、ＭＣＧ(Magnetocardiography)、ＭＭＧ(Magnetomyography)、生体埋込脳活動計測等の生体磁場計測を行う生体磁気計測装置を提供可能である。図９は、本実施形態に係る生体磁気計測装置１００の一例を示す図である。図９（ａ）は、ＭＥＧ，ＭＮＧ，ＭＭＧなどの非侵襲生体計測向けの生体磁気計測装置１００の構成例を示し、図９（ｂ）は、埋め込み型（侵襲型）生体計測向けの生体磁気計測装置１００の構成例を示す。本実施形態の生体磁気計測装置１００は、第１の実施形態から第５の実施形態のいずれかの磁気センサ（magnetic sensor）をＮ（Ｎは１以上）個（チャネル）備え、且つ、Ｎ個の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（data acquisition system）を備える。本実施形態の磁気センサは、SQUIDなどのような冷却装置を必要としないこと、さらに、ハイパスフィルタを用いずに外部磁界に対応する信号を得ることができるため小型化が可能である。これにより、生体磁気計測向けの大型の磁気センサヘッドを用いる必要が無く、大幅な小型化、低コスト化を実現可能である。また、本実施形態の磁気センサは小型化が可能となるため、図９（ａ）に示すような非侵襲生体計測向けの生体磁気計測装置１００だけでなく、図９（ｂ）に示すような埋め込み型（侵襲型）生体計測向けの生体磁気計測装置１００も提案可能である。なお、図９（ａ）及び図９（ｂ）の各生体磁気計測装置１００は、磁気センサを含むプローブ（アレイ）と生体磁気計測部とが対になった構成であってもよい。また、、図９（ａ）及び図９（ｂ）の各生体磁気計測装置１００では、プローブと生体磁気計測部との接続は、有線、無線及びその組み合わせであってもよい。

【0085】

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。

【0086】

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。

【符号の説明】

【0087】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 磁気センサ
１００ センサヘッド
２００ 駆動部
３００ ピックアップコイル
４００，４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ，４００Ｄ 情報処理部
４１０ 第１計測部
４２０ 第２計測部
６００ 増幅回路
６１０ ＡＤ変換器
６２０ 計測部
６３０ ＤＡ変換器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】