JP7648906B2 - 磁気検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気検出装置に関する。

特許文献１には、感磁体としてのアモルファス磁性ワイヤおよび検出コイルを用いて、検出対象磁場の強さを検出する磁気検出装置が開示されている。アモルファス磁性ワイヤは、マグネトインピーダンス効果（ＭＩ効果）を生じる性質を有する。すなわち、アモルファス磁性ワイヤは、励磁電流が供給された際に、アモルファス磁性ワイヤに作用する磁場の強さに対応して磁化変化を生じる性質を有する。より詳細には、アモルファス磁性ワイヤは、作用する磁場の強さに対応して円周方向の透磁率が変化することにより、インピーダンスが変化する。検出コイルは、アモルファス磁性ワイヤに巻回されており、アモルファス磁性ワイヤの磁化変化により生じる誘導電圧を出力する。

アモルファス磁性ワイヤに供給する励磁電流は、例えば、パルス電流または高周波電流とされる。例えば、アモルファス磁性ワイヤにパルス電流または高周波電流が供給されると、電流の立ち上がりのタイミングに、アモルファス磁性ワイヤには、作用する磁場の強さに対応した磁化変化が生じる。検出コイルには、アモルファス磁性ワイヤにおける磁化変化に起因する誘導電圧が発生する。

検出コイルに生じる誘導電圧を検出するために、検出コイルに検出回路が接続されている。特許文献１には、検出回路として、検波回路、増幅回路、帰還回路を備える構成が開示されている。検波回路は、励磁電流の供給のタイミングに対応してオン動作するスイッチ、および、スイッチのオン動作の際の電圧をホールドするためのホールドコンデンサを備える。増幅回路は、オペアンプにより構成されており、ホールドコンデンサにホールドされた電圧を増幅する。帰還回路は、増幅回路の出力端子と検出コイルの一端とを接続し、磁気的に負帰還をかけるように構成されている。

特許第５９２４５０３号公報

特許文献１に開示された磁気検出装置を構成する検出回路は、帰還回路により、磁気的に負帰還をかけている。そのため、アモルファス磁性ワイヤに検出対象磁場が作用している状態において、検出コイルに帰還電流が流れることになり、検出対象磁場を相殺することが可能な帰還磁場を発生させることができる。従って、検出対象磁場が帰還磁場によって相殺されれば、アモルファス磁性ワイヤには、磁場が作用しない状態となる。

ここで、帰還電流が検出コイルに流れることによって発生する帰還磁場は、帰還電流の大きさに依存する。そのため、検出対象磁場が強い場合において、検出コイルが検出対象磁場を相殺するための帰還磁場を発生するためには、帰還電流を大きくする必要がある。

特許文献１に開示された検出回路においては、帰還回路が検出コイルの一端に接続されており、検出コイルの他端は接地されている。従って、検出コイルに流れる帰還電流は、帰還回路が生成した帰還電圧と接地電圧との電位差に対応した大きさとなる。

当該検出回路において帰還電流を大きくするための手段として、帰還電流が流れる回路における抵抗を小さくする手段が考えられる。しかし、当該抵抗を小さくすると、帰還電圧におけるノイズが大きくなる。帰還電圧のノイズが大きくなることにより、帰還電流のノイズが大きくなり、検出コイルに発生させる帰還磁場にノイズが生じることになる。従って、検出コイルに所望の帰還磁場を発生させるためには、帰還電流が流れる回路における抵抗を小さくすることは適切ではない。また、帰還電流を大きくするための他の手段として、帰還回路における電源電圧を大きくする手段が考えられる。しかし、電源電圧を大きくすると、検出回路が大型化する。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、帰還回路を備える場合において、帰還電流が流れる回路の抵抗を小さくせず、かつ、電源電圧を大きくせずに、検出コイルに流れる帰還電流を大きくすることができる磁気検出装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、励磁電流が供給された際に磁場の強さに対応して磁化変化を生じる感磁体、および、前記感磁体に巻回され前記感磁体の前記磁化変化により生じる誘導電圧を出力する検出コイルを備えるマグネトインピーダンスセンサ素子と、
反転入力端子および非反転入力端子の一方が前記検出コイルの第一端に接続され、かつ、反転入力端子および非反転入力端子の他方が前記検出コイルの前記第一端とは反対側の第二端に接続されたメインオペアンプと、
前記メインオペアンプの出力端子と前記検出コイルの前記第一端との間に接続され、前記検出コイルに帰還電流を生じさせるための第一帰還電圧を生成する第一帰還回路と、
前記メインオペアンプの出力端子と前記検出コイルの前記第二端との間に接続され、前記検出コイルに前記帰還電流を生じさせるために、所定基準電圧を基準とした場合に前記第一帰還電圧に対して極性を反転させた第二帰還電圧を生成する第二帰還回路と、
を備える、磁気検出装置にある。

上記態様における磁気検出装置は、検出コイルに接続されるメインオペアンプと、メインオペアンプの出力端子と検出コイルとを接続する帰還回路とを備える。当該構成により、感磁体に検出対象磁場が作用している状態において、検出コイルには帰還電流に生じ、検出コイルが、検出対象磁場を相殺するための帰還磁場を発生する。仮に、帰還磁場が検出対象磁場を完全に相殺する状態になれば、帰還電流が、検出対象磁場の強さに対応する状態となる。つまり、帰還磁場が検出対象磁場を完全に相殺できれば、帰還電流、または、帰還電流に対応する物理量を検出することで、高精度に検出対象磁場を検出することができる。

帰還磁場が検出対象磁場を相殺している状態においては、感磁体に磁場が作用していない状態となる。そのため、検出対象磁場に対応する帰還電流は、感磁体の電磁特性に依存しない。そして、検出対象磁場と帰還電流との関係が、線形性を有するような関係となる。従って、帰還電流または帰還電流に対応する物理量を検出することにより、検出対象磁場の検出精度を向上することができる。

さらに、上記態様における磁気検出装置によれば、マグネトインピーダンスセンサ素子の検出コイルの両端が、メインオペアンプの反転入力端子と非反転入力端子に接続される。さらに、磁気検出装置は、２つの帰還回路を備える。２つの帰還回路としての一方は、メインオペアンプの出力端子と検出コイルの第一端との間に接続される第一帰還回路である。２つの帰還回路の他方は、メインオペアンプの出力端子と検出コイルの第二端との間に接続される第二帰還回路である。

このように構成されることで、検出コイルに生じる帰還電流は、第一帰還回路により生成される第一帰還電圧と、第二帰還回路により生成される第二帰還電圧との電位差に応じた電流となる。つまり、上述した帰還電流に対応する物理量は、例えば、第一帰還電圧と第二帰還電圧との電位差とすることができる。

そして、第二帰還電圧は、所定基準電圧を基準とした場合に第一帰還電圧に対して極性を反転させた電圧としている。従って、第一帰還電圧と第二帰還電圧との電位差を大きくすることができる。つまり、帰還電流を大きくすることができる。そして、帰還電流を大きくするために、帰還電流が流れる回路の抵抗を小さくすることもなく、電源電圧を大きくすることもない。

以上のごとく、上記態様によれば、帰還回路を備える場合において、帰還電流が流れる回路の抵抗を小さくせず、かつ、電源電圧を大きくせずに、検出コイルに流れる帰還電流を大きくすることができる磁気検出装置を提供することができる。

実施形態１の磁気検出装置の構成を示す図である。 実施形態１の磁気検出装置を構成するマグネトインピーダンスセンサ素子の動作を示す図である。 実施形態１の磁気検出装置の動作を説明する図である。 比較例の磁気検出装置の構成を示す図である。 比較例の磁気検出装置の動作を説明する図である。 実施形態１と比較例とにおける検出対象磁場の範囲を説明する図である。 実施形態２の磁気検出装置の構成を示す図である。

磁気検出装置は、磁場の強さを検出する目的であれば、種々適用可能である。例えば、磁気検出装置は、電子コンパス、異物検知センサ、磁気ポジショニングシステムなどに用いることができる。

前記磁気検出装置において、前記マグネトインピーダンスセンサ素子を構成する前記感磁体は、磁性ワイヤ、特に、アモルファス磁性ワイヤを用いることができる。なお、前記感磁体は、励磁電流が供給された際に磁場の強さに対応して磁化変化を生じる性質を有すれば、アモルファス磁性ワイヤ以外を適用することもできる。また、前記感磁体に供給される前記励磁電流は、例えば、パルス電流または高周波電流などの周期的な電流を適用することができる。

また、前記磁気検出装置において、前記第一帰還回路は、入力端子が前記メインオペアンプの出力端子側に接続され、かつ、出力端子が前記検出コイルの前記第一端側に接続された第一帰還用オペアンプを備え、前記第二帰還回路は、入力端子が前記メインオペアンプの出力端子側に接続され、かつ、出力端子が前記検出コイルの前記第二端側に接続された第二帰還用オペアンプを備えるように構成することもできる。

この場合、前記第一帰還電圧は、前記第一帰還用オペアンプの出力端子の電圧であり、前記第二帰還電圧は、前記第二帰還用オペアンプの出力端子の電圧であり、前記第一帰還用オペアンプが前記メインオペアンプの出力端子側に接続される入力端子と、前記第二帰還用オペアンプが前記メインオペアンプの出力端子側に接続される入力端子とにおいて、一方の入力端子が反転入力端子であり、他方の入力端子が非反転入力端子である。

このように構成することで、第一帰還電圧と第二帰還電圧とを、所定基準電圧に対して反転した電圧にすることができる。従って、第一帰還電圧と第二帰還電圧との電位差を大きくすることができ、帰還電流を大きくすることができる。

また、前記第一帰還回路の増幅率と前記第二帰還回路の増幅率とは、同一に設定されることで、前記第二帰還電圧は、前記所定基準電圧を基準とした場合に前記第一帰還電圧を反転した電圧とすることができる。なお、前記第一帰還回路の増幅率と前記第二帰還回路の増幅率とは、異なる値に設定することもできる。

また、前記磁気検出装置において、前記第一帰還回路は、前記第一帰還用オペアンプと、前記第一帰還用オペアンプの出力端子と前記検出コイルの前記第一端との間に接続され、前記検出コイルにより出力される前記誘導電圧が前記第一帰還用オペアンプ側へ移動することを抑制する第一インピーダンス回路と、を備えるように構成することができる。さらに、前記第二帰還回路は、前記第二帰還用オペアンプと、前記第二帰還用オペアンプの出力端子と前記検出コイルの前記第二端との間に接続され、前記検出コイルにより出力される前記誘導電圧が前記第二帰還用オペアンプ側へ移動することを抑制する第二インピーダンス回路と、を備えるように構成することができる。

上記のように構成することにより、前記感磁体が磁化変化することにより前記検出コイルに前記誘導電圧が発生した場合において、前記誘導電圧が、第一帰還用オペアンプ側へ移動することを抑制でき、かつ、第二帰還用オペアンプへ移動することを抑制できる。その結果、前記帰還電流を、検出対象磁場を相殺するための帰還磁場を発生させることができる大きさの電流とすることができる。

また、前記第一インピーダンス回路のインピーダンスと前記第二インピーダンス回路のインピーダンスは、同一に設定することができる。このように構成することで、前記第一帰還電圧と前記第二帰還電圧とを、所望の反転した電圧にすることができる。なお、前記第一インピーダンス回路のインピーダンスと前記第二インピーダンス回路のインピーダンスとは、異なる値に設定することができる。

さらに、前記磁気検出装置は、前記メインオペアンプの出力端子に接続され、前記メインオペアンプの出力電圧に対して位相調整処理、微分処理および積分処理の少なくとも１つの処理を行い、前記第一帰還回路および前記第二帰還回路に対する共通帰還入力電圧を生成する共通帰還入力電圧生成回路を備えることもできる。

前記第一帰還回路および前記第二帰還回路に対する入力電圧として、上記処理を行った電圧を生成する場合において、別々の帰還入力電圧生成回路を設ける場合に比べて、１つの共通帰還入力電圧生成回路を設けることにより、回路構成を簡易化することができる。

また、前記磁気検出装置は、さらに、前記検出コイルの前記第一端と前記メインオペアンプの前記反転入力端子との間に接続され、所定タイミング時における前記第一端の電圧をホールドし、ホールドした前記第一端の電圧を前記メインオペアンプの前記反転入力端子に入力する第一入力回路と、前記検出コイルの前記第二端と前記メインオペアンプの前記非反転入力端子との間に接続され、前記所定タイミングと同一のタイミング時における前記第二端の電圧をホールドし、ホールドした前記第二端の電圧を前記メインオペアンプの前記非反転入力端子に入力する第二入力回路と、を備えることができる。このように、前記第一入力回路および前記第二入力回路を設けることにより、前記第一帰還電圧と前記第二帰還電圧とを、所望の反転した電圧にすることができる。

また、前記所定基準電圧は、正電圧とすることができる。つまり、前記第一帰還電圧および前記第二帰還電圧は、正電圧である所定基準電圧に対して反転した電圧とすることができる。これにより、検出回路を正電圧の範囲にて動作可能に構成することができる。この場合、メインオペアンプとして、単電源オペアンプを適用することができる。なお、前記所定基準電圧は、接地電圧とすることもできる。この場合は、検出回路が正電圧および負電圧にて動作可能であると良い。

さらに、前記磁気検出装置は、前記第一帰還回路および前記第二帰還回路に前記所定基準電圧としての前記正電圧を印加する共通基準電源を備えることができる。前記第一帰還回路に対する基準電源と、前記第二帰還回路に対する基準電源とを、別々の電源とする場合に比べて、小さな回路とすることができる。

また、前記磁気検出装置は、前記第一帰還電圧と前記第二帰還電圧との電位差、または、前記帰還電流を、前記感磁体に作用する検出対象磁場の強さを表す検出信号として出力する信号出力部を備えることができる。上述したように、前記帰還電流は、検出対象磁場の強さに対応する大きさとなる。従って、帰還電流が検出信号として出力されることで、検出対象磁場を確実に検出することができる。また、前記第一帰還電圧と前記第二帰還電圧との電位差は、帰還電流に対応する物理量である。そこで、前記磁気検出装置を構成する信号出力部は、前記第一帰還電圧と前記第二帰還電圧との電位差を、検出信号として出力することもできる。

（実施形態１）
１．磁気検出装置１の構成
実施形態１における磁気検出装置１について、図１を参照して説明する。図１に示すように、本形態の磁気検出装置１は、マグネトインピーダンスセンサ素子２（以下において、「ＭＩセンサ素子」という。）と、検出回路３とを備える。

ＭＩセンサ素子２は、ＭＩセンサ素子２に作用する磁場Ｂ_ＡＣＴの強さに対応した電圧を出力するように構成されている。ＭＩセンサ素子２は、感磁体１１と、検出コイル１２とを備える。感磁体１１は、励磁電流が供給された際に、感磁体１１に作用する磁場Ｂ_ＡＣＴの強さに対応して磁化変化を生じる。詳細には、感磁体１１は、励磁電流としてパルス電流または高周波電流が供給された際に、作用する磁場Ｂ_ＡＣＴの強さに対応して円周方向の透磁率が変化することにより、インピーダンスが変化する。つまり、感磁体１１に磁場Ｂ_ＡＣＴが作用している状態において、感磁体１１に励磁電流が供給されると、感磁体１１は、磁化変化を生じる。感磁体１１は、例えば、磁性ワイヤ、特に、アモルファス磁性ワイヤを適用する。以下において、感磁体１１に作用する磁場Ｂ_ＡＣＴを、適宜、「作用磁場」ともいう。

ここで、感磁体１１に作用する作用磁場Ｂ_ＡＣＴは、感磁体１１に作用している外部磁場である検出対象磁場Ｂ_ＩＮ、および、後述する帰還磁場Ｂ_ＦＢの合成磁場である。従って、帰還磁場Ｂ_ＦＢが検出対象磁場Ｂ_ＩＮを完全に相殺する場合には、感磁体１１には、磁場が作用していないことになる。つまり、感磁体１１に検出対象磁場Ｂ_ＩＮが作用していたとしても、帰還磁場Ｂ_ＦＢを生じさせることにより、感磁体１１における作用磁場Ｂ_ＡＣＴは、ほぼゼロとなる。

検出コイル１２は、感磁体１１に巻回されている。感磁体１１に磁場Ｂ_ＡＣＴが作用しており、励磁電流が供給されると、感磁体１１の磁化変化により、検出コイル１２には誘導電圧が生じる。従って、検出コイル１２は、感磁体１１の磁化変化により生じる誘導電圧を出力する。

検出回路３は、ＭＩセンサ素子２に電気的に接続し、感磁体１１に作用する検出対象磁場Ｂ_ＩＮの強さを検出するように構成される。検出回路３は、励磁回路２１、メイン増幅回路２２、第一入力回路２３、第二入力回路２４、第一帰還回路２５、第二帰還回路２６、信号出力部２７、および、基準電源２８を備える。

励磁回路２１は、感磁体１１に励磁電流Ｉ_ＩＮとしてのパルス電流または高周波電流を供給する。さらに、励磁回路２１は、検出コイル１２の誘導電圧をホールドするためのスイッチタイミング信号Ｓｇを出力する。

メイン増幅回路２２は、検出コイル１２の第一端１２ａと第二端１２ｂとの電位差を増幅する。検出コイル１２の第二端１２ｂは、第一端１２ａの反対側の端である。メイン増幅回路２２は、メインオペアンプＯＰ＿Ｍを備える。本形態では、メイン増幅回路２２は、増幅率を定義するための抵抗Ｒ１，Ｒ２などを備える。ただし、メイン増幅回路２２は、所定の増幅率で信号を増幅することができる構成であれば、種々のアンプ形式のものを採用可能である。

メインオペアンプＯＰ＿Ｍの反転入力端子および非反転入力端子の一方が、検出コイル１２の第一端１２ａに接続され、反転入力端子および非反転入力端子の他方が、検出コイル１２の第二端１２ｂに接続される。本形態では、メインオペアンプＯＰ＿Ｍの反転入力端子が、検出コイル１２の第一端１２ａに接続され、非反転入力端子が、検出コイル１２の第二端１２ｂに接続される。また、メインオペアンプＯＰ＿Ｍは、単電源オペアンプにより構成される。そこで、メインオペアンプＯＰ＿Ｍの正電源端子には、基準電源２８が接続されており、基準電源２８の最大電圧Ｖｃｃ＿Ａが印加される。メインオペアンプＯＰ＿Ｍの負電源端子は、接地されている。

第一入力回路２３は、検出コイル１２の第一端１２ａとメインオペアンプＯＰ＿Ｍの反転入力端子および非反転入力端子の一方との間に接続される。第一入力回路２３は、所定タイミング時における第一端１２ａの電圧をホールドし、ホールドした第一端１２ａの電圧をメインオペアンプＯＰ＿Ｍの反転入力端子および非反転入力端子の一方に入力する。本形態では、第一入力回路２３は、検出コイル１２の第一端１２ａとメインオペアンプＯＰ＿Ｍの反転入力端子との間に接続される。

第一入力回路２３は、ハイパスフィルタを構成するコンデンサＣ１および抵抗Ｒ３と、所定タイミング時にオン動作を行うスイッチＳｗ１と、ホールドコンデンサＣ２とを備える。ハイパスフィルタにより、検出コイル１２の第一端１２ａにおけるカットオフ周波数より大きな周波数の電圧を出力する。ハイパスフィルタを構成する抵抗Ｒ３は、インダクタなどの所定のインピーダンスを持つ部品に置換することも可能である。スイッチＳｗ１は、上述した励磁回路２１によりスイッチタイミング信号Ｓｇが出力されたタイミングにオン動作を行う。

ホールドコンデンサＣ２は、スイッチＳｗ１がオン動作を行った際の電圧をホールドする。ここで、ホールドコンデンサＣ２の一端は、スイッチＳｗ１に接続され、ホールドコンデンサＣ２の他端は、所定の基準電位Ｖｃｃ＿Ｂに接続されている。

第二入力回路２４は、検出コイル１２の第二端１２ｂとメインオペアンプＯＰ＿Ｍの反転入力端子および非反転入力端子の他方との間に接続される。第二入力回路２４は、所定タイミング時における第二端１２ｂの電圧をホールドし、ホールドした第二端１２ｂの電圧をメインオペアンプＯＰ＿Ｍの反転入力端子および非反転入力端子の他方に入力する。本形態では、第二入力回路２４は、検出コイル１２の第二端１２ｂとメインオペアンプＯＰ＿Ｍの非反転入力端子との間に接続される。第二入力回路２４がホールドする所定タイミングは、第一入力回路２３がホールドする所定タイミングと同一タイミングである。

第二入力回路２４は、第一入力回路２３と対称に配置されており、第一入力回路２３と同様の回路を構成する。第二入力回路２４は、ハイパスフィルタを構成するコンデンサＣ３および抵抗Ｒ４と、所定タイミング時にオン動作を行うスイッチＳｗ２と、ホールドコンデンサＣ４とを備える。ハイパスフィルタにより、検出コイル１２の第二端１２ｂにおけるカットオフ周波数より大きな周波数の電圧を出力する。ハイパスフィルタを構成する抵抗Ｒ４は、インダクタなどの所定のインピーダンスを持つ部品に置換することも可能である。スイッチＳｗ２は、上述した励磁回路２１によりスイッチタイミング信号Ｓｇが出力されたタイミングにオン動作を行う。

ホールドコンデンサＣ４は、スイッチＳｗ２がオン動作を行った際の電圧をホールドする。ここで、ホールドコンデンサＣ４の一端は、スイッチＳｗ２に接続され、ホールドコンデンサＣ４の他端は、所定の基準電位Ｖｃｃ＿Ｂに接続されている。

第一帰還回路２５は、メインオペアンプＯＰ＿Ｍの出力端子と検出コイル１２の第一端１２ａとの間に接続される。第一帰還回路２５は、検出コイル１２に帰還電流Ｉ_ＦＢを生じさせるための第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１を生成する。

第一帰還回路２５は、第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１により構成された回路２５ａと、第一インピーダンス回路２５ｂとを備える。第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１により構成された回路２５ａは、増幅回路としても良いし、バッファ回路としても良い。本形態では、当該回路２５ａは、反転増幅回路を例示する。

第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１は、単電源オペアンプにより構成される。第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１の正電源端子には、基準電源２８が接続されており、基準電源２８の最大電圧Ｖｃｃ＿Ａが印加される。第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１の負電源端子は、接地されている。

第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１の入力端子は、メインオペアンプＯＰ＿Ｍの出力端子側に接続される。本形態では、第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１の反転入力端子が、抵抗Ｒ５を介してメインオペアンプＯＰ＿Ｍの出力端子側に接続される。第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１において、反転入力端子の電圧は、非反転入力端子の電圧に一致するように動作する。

第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１の非反転入力端子は、抵抗Ｒ７を介して基準電源２８に接続される。例えば、抵抗Ｒ７における第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１とは反対側の端には、基準電源２８の最大電圧Ｖｃｃ＿Ａを半分にした電圧「Ｖｃｃ＿Ａ／２」が印加される。電圧「Ｖｃｃ＿Ａ／２」が、所定基準電圧ＶＢである。本形態では、所定基準電圧ＶＢは、正電圧に設定されている。

第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１の出力端子は、検出コイル１２の第一端１２ａ側に接続される。第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１は、第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１の出力端子の電圧である。また、第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１を構成する回路２５ａは、反転増幅回路であるため、抵抗Ｒ５，Ｒ６の比によって、増幅率が決定される。

第一インピーダンス回路２５ｂは、第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１の出力端子と検出コイル１２の第一端１２ａとの間に接続される。第一インピーダンス回路２５ｂは、検出コイル１２により出力される誘導電圧が第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１側へ移動することを抑制するように構成される。本形態では、第一インピーダンス回路２５ｂは、抵抗Ｒ８とインダクタＬ１により構成される。ただし、第一インピーダンス回路２５ｂは、種々のインピーダンス回路を適用することができる。

第二帰還回路２６は、メインオペアンプＯＰ＿Ｍの出力端子と検出コイル１２の第二端１２ｂとの間に接続される。第二帰還回路２６は、検出コイル１２に帰還電流Ｉ_ＦＢを生じさせるための第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２を生成する。

第二帰還回路２６は、第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２により構成された回路２６ａと、第二インピーダンス回路２６ｂとを備える。第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２により構成された回路２６ａは、増幅回路としても良いし、バッファ回路としても良い。ただし、当該回路２６ａは、第一帰還回路２５を構成する回路２５ａとは反転された回路を構成する。本形態では、当該回路２６ａは、非反転増幅回路を例示する。

第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２は、単電源オペアンプにより構成される。第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２の正電源端子には、基準電源２８が接続されており、基準電源２８の最大電圧Ｖｃｃ＿Ａが印加される。第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２の負電源端子は、接地されている。

第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２の入力端子は、メインオペアンプＯＰ＿Ｍの出力端子側に接続される。本形態では、第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２の反転入力端子は、抵抗Ｒ９を介して基準電源２８に接続される。抵抗Ｒ９における第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２とは反対側の端には、基準電源２８の最大電圧Ｖｃｃ＿Ａを半分にした電圧「Ｖｃｃ＿Ａ／２」が印加される。電圧「Ｖｃｃ＿Ａ／２」が、所定基準電圧ＶＢである。抵抗Ｒ９は、第一帰還回路２５における抵抗Ｒ７と同一抵抗とする。そして、第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２において、反転入力端子の電圧は、非反転入力端子の電圧に一致するように動作する。

第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２の非反転入力端子が、抵抗Ｒ１１を介してメインオペアンプＯＰ＿Ｍの出力端子側に接続される。本形態では、抵抗Ｒ１１は、第一帰還回路２５における抵抗Ｒ５と同一抵抗とする。

第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２の出力端子は、検出コイル１２の第二端１２ｂ側に接続される。第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２は、第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２の出力端子の電圧である。また、第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２を構成する回路２６ａは、非反転増幅回路であるため、抵抗Ｒ９，Ｒ１０の比によって、増幅率が決定される。

上記のように、第一帰還回路２５および第二帰還回路２６が構成されることで、第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２は、所定基準電圧ＶＢを基準とした場合に第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１に対して極性を反転させた電圧となる。ここでの極性とは、所定基準電圧ＶＢをゼロとした場合に、正の極性であるか負の極性であるかを意味する。

本形態においては、第二帰還回路２６における非反転増幅回路を構成する回路２６ａの増幅率は、第一帰還回路２５における反転増幅回路を構成する回路２５ａの増幅率と同一に設定されている。従って、第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２は、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１を所定基準電圧ＶＢに対して反転した電圧とすることができる。この場合、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と所定基準電圧ＶＢとの差の絶対値と、第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２と所定基準電圧ＶＢとの差の絶対値との比が、１となる。

ただし、回路２５ａの増幅率と回路２６ａの増幅率とは、異なる値に設定可能である。この場合、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と所定基準電圧ＶＢとの差の絶対値と、第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２と所定基準電圧ＶＢとの差の絶対値との比が、１以外の値となる。

第二インピーダンス回路２６ｂは、第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２の出力端子と検出コイル１２の第二端１２ｂとの間に接続される。第二インピーダンス回路２６ｂは、検出コイル１２により出力される誘導電圧が第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２側へ移動することを抑制するように構成される。本形態では、第二インピーダンス回路２６ｂは、抵抗Ｒ１２とインダクタＬ２により構成される。ただし、第二インピーダンス回路２６ｂは、種々のインピーダンス回路を適用することができる。第二インピーダンス回路２６ｂのインピーダンスは、第一インピーダンス回路２５ｂのインピーダンスと同一に設定されている。

信号出力部２７は、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２との電位差ΔＶｘ、または、帰還電流Ｉ_ＦＢを、感磁体１１に作用する検出対象磁場Ｂ_ＩＮの強さを表す検出信号として出力する。

ここで、本形態においては、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と所定基準電圧ＶＢとの電位差、および、第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２と所定基準電圧ＶＢとの電位差は、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２との電位差ΔＶｘの半分の値である。従って、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と所定基準電圧ＶＢとの電位差、および、第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２と所定基準電圧ＶＢとの電位差も、検出対象磁場Ｂ_ＩＮに対応している。そこで、信号出力部２７は、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と所定基準電圧ＶＢとの電位差、または、第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２と所定基準電圧ＶＢとの電位差を、感磁体１１に作用する検出対象磁場Ｂ_ＩＮの強さを表す検出信号として出力することもできる。

基準電源２８は、メインオペアンプＯＰ＿Ｍ、第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１、第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２の正電源端子に電源電圧を印加する。さらに、基準電源２８は、第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１および第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２に、所定基準電圧ＶＢとしての正電圧を印加する共通の電源としても機能する。

２．ＭＩセンサ素子２の動作
次に、ＭＩセンサ素子２の動作について図２を参照して説明する。ここでは、ＭＩセンサ素子２は、図１に示す検出回路３に接続されていない場合とする。つまり、ＭＩセンサ素子２単体としての動作を説明する。

図２（ａ）には、感磁体１１に供給される励磁電流Ｉ_ＩＮがパルス電流である場合を示す。ＭＩセンサ素子２は、パルス電流の立ち上がりの変化に対して、誘導電圧の応答速度を異なるように設計することが可能である。図２（ｂ）には、ＭＩセンサ素子２に磁場が作用している場合に、ＭＩセンサ素子２が高応答の場合の誘導電圧Ｖｓ１を示す。また、図２（ｃ）には、ＭＩセンサ素子２に磁場が作用している場合に、ＭＩセンサ素子２が低応答の場合の誘導電圧Ｖｓ２を示す。

図２（ａ）に示すように、パルス電流である励磁電流Ｉ_ＩＮが感磁体１１に供給されると、パルス電流の立ち上がりの変化によって、感磁体１１に作用している磁場の強さに対応して、感磁体１１が磁化変化する。感磁体１１の磁化変化によって、図２（ｂ）または図２（ｃ）に示すように、検出コイル１２に誘導電圧が生じる。

図２（ｂ）に示すように、ＭＩセンサ素子２が高応答の場合には、パルス電流の立ち上がり直後において、誘導電圧Ｖｓ１は、減衰振動を示す。そして、時刻Ｔのときに、誘導電圧Ｖｓ１がピーク値となる。誘導電圧Ｖｓ１のピーク値が、ＭＩセンサ素子２に作用している磁場の強さに対応している。なお、ＭＩセンサ素子２が高応答の場合には、パルス電流の立ち下がり直後においても、誘導電圧Ｖｓ１は、減衰振動を示す。

図２（ｃ）に示すように、ＭＩセンサ素子２が低応答の場合には、誘導電圧Ｖｓ２は、パルス電流の立ち上がり直後から緩やかに上昇する。そして、時刻Ｔのときに、誘導電圧Ｖｓ２がピーク値となる。誘導電圧Ｖｓ２のピーク値が、ＭＩセンサ素子２に作用している磁場の強さに対応している。そして、誘導電圧Ｖｓ２は、パルス電流の立ち下がり直後から緩やかに低下する。

本形態の磁気検出装置１において、ＭＩセンサ素子２は、高応答の構成を適用することもできるし、低応答の構成を適用することもできる。

３．磁気検出装置１の動作
次に、磁気検出装置１の動作について図３を参照して説明する。図３において、検出対象磁場Ｂ_ＩＮが感磁体１１に作用している場合に、検出回路３における各部位の電圧Ｖ１～Ｖ５、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１、第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２、帰還電流Ｉ_ＦＢ、帰還磁場Ｂ_ＦＢ、作用磁場Ｂ_ＡＣＴの挙動について説明する。

図３（ａ）に示すように、感磁体１１に作用する検出対象磁場Ｂ_ＩＮは、周期的に磁場方向が変化する場合とし、さらに、磁場の強さが正弦波のように変化する場合を例にあげる。ただし、検出対象磁場Ｂ_ＩＮは、説明を分かりやすくするための挙動を例にあげており、実際には任意の挙動を示す。

仮に、検出回路３が第一帰還回路２５および第二帰還回路２６を備えない場合には、図２を用いて説明したように、検出コイル１２の両端の電位差は、感磁体１１に作用する検出対象磁場Ｂ_ＩＮの強さに応じて変動する。しかし、本形態においては、検出回路３は、上述したように、第一帰還回路２５および第二帰還回路２６を備える。従って、検出コイル１２の両端の電位差がゼロとなるように、帰還電流Ｉ_ＦＢが生成される。

本形態において、図３（ｈ）に示すように、帰還電流Ｉ_ＦＢが生成され、帰還電流Ｉ_ＦＢが検出コイル１２に流れると、図３（ｉ）に示すように、検出コイル１２には、帰還磁場Ｂ_ＦＢが発生する。帰還磁場Ｂ_ＦＢが検出対象磁場Ｂ_ＩＮを完全に相殺することができれば、図３（ｊ）に示すように、感磁体１１に作用する作用磁場Ｂ_ＡＣＴがゼロとなる。

つまり、感磁体１１に検出対象磁場Ｂ_ＩＮが作用しているとしても、感磁体１１に作用する作用磁場Ｂ_ＡＣＴは、ほぼゼロとなる。従って、感磁体１１は、励磁電流Ｉ_ＩＮが供給されたとしても、作用磁場Ｂ_ＡＣＴがほぼゼロであるため、検出コイル１２の誘導電圧はほぼゼロとなる。図３（ｂ）（ｃ）に示すように、検出コイル１２の両端電圧Ｖ１，Ｖ２は、ほぼゼロとなる。

検出コイル１２の両端電圧Ｖ１，Ｖ２がほぼゼロであるため、図３（ｄ）（ｅ）に示すように、メイン増幅回路２２の反転入力端子および非反転入力端子における電圧Ｖ３，Ｖ４も、ほぼゼロとなる。従って、図３（ｆ）に示すように、メイン増幅回路２２の出力端子の電圧Ｖ５も、ほぼゼロとなる。

上述したように、検出回路３が第一帰還回路２５および第二帰還回路２６を備えることにより、帰還電流Ｉ_ＦＢが生成される。帰還電流Ｉ_ＦＢは、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２との電位差ΔＶｘ、および、検出コイル１２に流れる回路におけるインピーダンスにより決定される。本形態においては、検出コイル１２に流れる回路におけるインピーダンスは、第一インピーダンス回路２５ｂのインピーダンスおよび第二インピーダンス回路２６ｂのインピーダンスの合成となる。

そして、第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２は、所定基準電圧ＶＢを基準とした場合に第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１に対して極性を反転させた電圧となる。本形態では、第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２は、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１を所定基準電圧ＶＢに対して反転させた電圧となる。

従って、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１および第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２は、図３（ｇ）に示すような挙動を示す。第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２との電位差ΔＶｘは、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と所定基準電圧ＶＢとの電位差よりも大きな値となる。本形態では、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２との電位差ΔＶｘは、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と所定基準電圧ＶＢとの電位差の倍の値となり、第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２と所定基準電圧ＶＢとの電位差の倍の値となる。

このように、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１および第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２との電位差ΔＶｘを大きくすることにより、大きな帰還電流Ｉ_ＦＢを発生させることが可能となる。大きな帰還電流Ｉ_ＦＢを発生させることができるということは、帰還磁場Ｂ_ＦＢを大きくすることができるということである。つまり、大きな検出対象磁場Ｂ_ＩＮを相殺するための帰還磁場Ｂ_ＦＢを発生させることができるため、大きな検出対象磁場Ｂ_ＩＮを検出することができるようになる。

４．比較例の磁気検出装置１００
比較例の磁気検出装置１００の構成について図４を参照して説明する。磁気検出装置１００は、ＭＩセンサ素子２と、検出回路１０３とを備える。ＭＩセンサ素子２は、上述した実施形態１におけるＭＩセンサ素子２と同一である。

検出回路１０３は、励磁回路１２１、メイン増幅回路１２２、入力回路１２３、帰還回路１２４を備える。検出回路１０３の各構成において、実施形態１の構成と同一構成には、同一符号を付す。

励磁回路１２１は、感磁体１１に励磁電流Ｉ_ＩＮを供給し、入力回路１２３のスイッチＳｗ１に、検出コイル１２の誘導電圧をホールドするためのスイッチタイミング信号Ｓｇを出力する。メイン増幅回路１２２は、メインオペアンプＯＰ＿Ｍにより構成される。比較例においては、メインオペアンプＯＰ＿Ｍは、両電源オペアンプにより構成される。入力回路１２３は、実施形態１の第一入力回路２３と同様の構成を有する。帰還回路１２４は、実施形態１の第一帰還回路２５と実質的に同様の構成を有する。帰還回路１２４は、帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢにより構成された回路１２４ａ、および、インピーダンス回路１２４ｂを備える。帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢは、両電源オペアンプにより構成される。

比較例の磁気検出装置１００の動作について図５を参照して説明する。図５（ａ）に示すように、感磁体１１に作用する検出対象磁場Ｂ_ＩＮは、周期的に磁場方向が変化する場合とし、さらに、磁場の強さが正弦波のように変化する場合を例にあげる。

この場合、検出回路１０３が帰還回路１２４を備えるため、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、検出コイル１２の両端電圧Ｖ１１，Ｖ１２は、ほぼゼロとなる。検出コイル１２の両端電圧Ｖ１１，Ｖ１２がほぼゼロであるため、図５（ｄ）に示すように、メイン増幅回路１２２の入力端子における電圧Ｖ１３も、ほぼゼロとなる。従って、図５（ｅ）に示すように、メイン増幅回路１２２の出力端子の電圧Ｖ１４も、ほぼゼロとなる。

そして、検出回路１０３が帰還回路１２４を備えることにより、帰還電流Ｉ_ＦＢが生成される。帰還電流Ｉ_ＦＢは、帰還電圧Ｖ_ＦＢと所定基準電圧である接地電圧との電位差ΔＶｙ、および、検出コイル１２に流れる回路におけるインピーダンスにより決定される。比較例においては、検出コイル１２に流れる回路におけるインピーダンスは、インピーダンス回路１２４ｂのインピーダンスとなる。

従って、帰還電圧Ｖ_ＦＢは、図５（ｆ）に示すような挙動を示す。帰還電圧Ｖ_ＦＢと接地電圧との電位差ΔＶｙに応じた帰還電流Ｉ_ＦＢが検出コイル１２に発生し、帰還磁場Ｂ_ＦＢが発生する。検出対象磁場Ｂ_ＩＮが帰還磁場Ｂ_ＦＢに相殺される状態になれば、感磁体１１に作用する作用磁場Ｂ_ＡＣＴは、ほぼゼロとなる。

５．実施形態１と比較例との比較
図６を参照して、実施形態１の磁気検出装置１と比較例の磁気検出装置１００とを比較する。図６には、実線により、実施形態１の磁気検出装置１において、検出対象磁場Ｂ_ＩＮと、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２との電位差ΔＶｘとの関係を示す。第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２との電位差ΔＶｘは、帰還電流Ｉ_ＦＢに対応する。従って、実施形態１において、検出対象磁場Ｂ_ＩＮと帰還電流Ｉ_ＦＢとの関係も同様の関係となる。

また、図６には、太破線により、比較例の磁気検出装置１００において、検出対象磁場Ｂ_ＩＮと、帰還電圧Ｖ_ＦＢと接地電圧との電位差ΔＶｙとの関係を示す。比較例において、検出コイル１２の第二端１２ｂが接地されているため、帰還電圧Ｖ_ＦＢと接地電圧との電位差ΔＶｙは、帰還電流Ｉ_ＦＢに対応する。従って、比較例において、検出対象磁場Ｂ_ＩＮと帰還電流Ｉ_ＦＢとの関係も同様の関係となる。なお、検出コイル１２の第二端１２ｂが接地されているため、帰還電圧Ｖ_ＦＢと接地電圧との電位差ΔＶｙは、帰還電圧Ｖ_ＦＢに一致する。

実施形態１において、検出対象磁場Ｂ_ＩＮがゼロを中心とするΔＢｘの範囲では、検出対象磁場Ｂ_ＩＮと電位差ΔＶｘとの関係は、線形性を有する。つまり、ΔＢｘの範囲では、検出対象磁場Ｂ_ＩＮが大きくなるほど、電位差ΔＶｘが大きくなり、増加率は一定である。

しかし、検出対象磁場Ｂ_ＩＮが一方方向の磁場の強さがＢｘ＿ｍａｘより大きくなると、電位差ΔＶｘが正の上限値に達してしまうため、より大きな帰還電流Ｉ_ＦＢを生じさせることができなくなる。そのため、検出対象磁場Ｂ_ＩＮが一方方向の磁場の強さがＢｘ＿ｍａｘより大きくなったとしても、電位差ΔＶｘは、正の上限値のままとなる。なお、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１が上限値に達すると、電位差ΔＶｘが正の上限値に達することになる。

同様に、検出対象磁場Ｂ_ＩＮが他方方向の磁場の強さがＢｘ＿ｍｉｎの絶対値より大きくなると、電位差ΔＶｘが負の下限値に達してしまうため、より大きな帰還電流Ｉ_ＦＢを生じさせることができなくなる。そのため、検出対象磁場Ｂ_ＩＮが他方方向の磁場の強さがＢｘ＿ｍｉｎの絶対値より大きくなったとしても、電位差ΔＶｘは、負の下限値のままとなる。なお、第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２が上限値に達すると、電位差ΔＶｘが負の下限値に達することになる。

一方、比較例においては、検出対象磁場Ｂ_ＩＮがゼロを中心とするΔＢｙの範囲では、検出対象磁場Ｂ_ＩＮと電位差ΔＶｙとの関係は、線形性を有する。つまり、ΔＢｙの範囲では、検出対象磁場Ｂ_ＩＮが大きくなるほど、電位差ΔＶｙが大きくなり、増加率は一定である。

しかし、検出対象磁場Ｂ_ＩＮが一方方向の磁場の強さがＢｙ＿ｍａｘより大きくなると、電位差ΔＶｙが正の上限値に達してしまうため、より大きな帰還電流Ｉ_ＦＢを生じさせることができなくなる。そのため、検出対象磁場Ｂ_ＩＮが一方方向の磁場の強さがＢｙ＿ｍａｘより大きくなったとしても、電位差ΔＶｙは、正の上限値のままとなる。なお、帰還電圧Ｖ_ＦＢが正の上限値に達すると、電位差ΔＶｙが正の上限値に達することになる。

同様に、検出対象磁場Ｂ_ＩＮが他方方向の磁場の強さがＢｙ＿ｍｉｎの絶対値より大きくなると、電位差ΔＶｙが負の下限値に達してしまうため、より大きな帰還電流Ｉ_ＦＢを生じさせることができなくなる。そのため、検出対象磁場Ｂ_ＩＮが他方方向の磁場の強さがＢｙ＿ｍｉｎの絶対値より大きくなったとしても、電位差ΔＶｙは、負の下限値のままとなる。なお、帰還電圧Ｖ_ＦＢが負の下限値に達すると、電位差ΔＶｙが負の下限値に達することになる。

つまり、実施形態１の磁気検出装置１においても、比較例の磁気検出装置１００においても、検出対象磁場Ｂ_ＩＮの検出可能な範囲ΔＢｘ、ΔＢｙは、帰還電流Ｉ_ＦＢの最大値に依存する。

実施形態１の磁気検出装置１において、帰還電流Ｉ_ＦＢの最大値は、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２との電位差ΔＶｘ（図３（ｇ）に示す）の大きさに依存する。第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２は、所定基準電圧ＶＢを基準とした場合に第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１に対して極性を反転させた電圧となる。特に、第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２は、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１を所定基準電圧ＶＢに対して反転させた電圧となる。従って、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１および第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２は、図３（ｇ）に示すような挙動を示す。第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２との電位差ΔＶｘは、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と所定基準電圧ＶＢとの電位差の倍の値となる。

一方、比較例の磁気検出装置１００において、帰還電流Ｉ_ＦＢの最大値は、帰還電圧Ｖ_ＦＢと接地電圧との電位差ΔＶｙ（図５（ｆ）に示す）の大きさに依存する。

実施形態１における第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１および第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２の最大値、ならびに、比較例における帰還電圧Ｖ_ＦＢの最大値は、電源が印加可能な最大電圧に依存する。また、帰還電流Ｉ_ＦＢは、検出コイル１２を流れる回路におけるインピーダンスに依存する。

従って、実施形態１と比較例とにおいて、電源が印加可能な最大電圧が同一であって、検出コイル１２に流れる回路のインピーダンスが同一である場合には、実施形態１の帰還電流Ｉ_ＦＢの最大値は、比較例の帰還電流Ｉ_ＦＢの最大値の２倍となる。つまり、実施形態１の磁気検出装置１は、比較例の磁気検出装置１００に対して、電源電圧およびインピーダンスを同一としたとしても、検出対象磁場Ｂ_ＩＮの検出可能な範囲を２倍にすることができる。

６．実施形態１の効果
本形態の磁気検出装置１は、検出コイル１２に接続されるメインオペアンプＯＰ＿Ｍと、メインオペアンプＯＰ＿Ｍの出力端子と検出コイル１２とを接続する帰還回路２５，２６とを備える。当該構成により、感磁体１１に検出対象磁場Ｂ_ＩＮが作用している状態において、検出コイル１２には帰還電流Ｉ_ＦＢに生じ、検出コイル１２が、検出対象磁場Ｂ_ＩＮを相殺するための帰還磁場Ｂ_ＦＢを発生する。仮に、帰還磁場Ｂ_ＦＢが検出対象磁場Ｂ_ＩＮを完全に相殺する状態になれば、帰還電流Ｉ_ＦＢまたは帰還電圧Ｖ_ＦＢが、検出対象磁場Ｂ_ＩＮの強さに対応する状態となる。つまり、帰還磁場Ｂ_ＦＢが検出対象磁場Ｂ_ＩＮを完全に相殺できれば、帰還電流Ｉ_ＦＢ、または、帰還電流Ｉ_ＦＢに対応する物理量を検出することで、高精度に検出対象磁場Ｂ_ＩＮを検出することができる。

帰還磁場Ｂ_ＦＢが検出対象磁場Ｂ_ＩＮを相殺している状態においては、感磁体１１に磁場が作用していない状態となる。そのため、検出対象磁場Ｂ_ＩＮに対応する帰還電流Ｉ_ＦＢは、感磁体１１の電磁特性に依存しない。そして、検出対象磁場Ｂ_ＩＮと帰還電流Ｉ_ＦＢとの関係が、線形性を有するような関係となる。従って、帰還電流Ｉ_ＦＢまたは帰還電流Ｉ_ＦＢに対応する物理量を検出することにより、検出対象磁場Ｂ_ＩＮの検出精度を向上することができる。

さらに、本形態の磁気検出装置１によれば、ＭＩセンサ素子２の検出コイル１２の両端が、メインオペアンプＯＰ＿Ｍの反転入力端子と非反転入力端子に接続される。さらに、磁気検出装置１は、２つの帰還回路２５，２６を備える。２つの帰還回路２５，２６としての一方は、メインオペアンプＯＰ＿Ｍの出力端子と検出コイル１２の第一端１２ａとの間に接続される第一帰還回路２５である。２つの帰還回路２５，２６の他方は、メインオペアンプＯＰ＿Ｍの出力端子と検出コイル１２の第二端１２ｂとの間に接続される第二帰還回路２６である。

このように構成されることで、検出コイル１２に生じる帰還電流Ｉ_ＦＢは、第一帰還回路２５により生成される第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と、第二帰還回路２６により生成される第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２との電位差ΔＶｘに応じた電流となる。つまり、上述した帰還電流Ｉ_ＦＢに対応する物理量は、例えば、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２との電位差ΔＶｘとすることができる。

そして、第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２は、所定基準電圧ＶＢを基準とした場合に第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１に対して極性を反転させた電圧としている。特に、第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２は、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１を所定基準電圧ＶＢに対して反転した電圧としている。従って、第一帰還電圧Ｖ_ＦＢ１と第二帰還電圧Ｖ_ＦＢ２との電位差ΔＶｘを大きくすることができる。つまり、帰還電流Ｉ_ＦＢを大きくすることができる。そして、帰還電流Ｉ_ＦＢを大きくするために、帰還電流Ｉ_ＦＢが流れる回路の抵抗を小さくすることもなく、電源電圧を大きくすることもない。

以上のごとく、本形態によれば、帰還回路２５，２６を備える場合において、帰還電流Ｉ_ＦＢが流れる回路の抵抗を小さくせず、かつ、電源電圧を大きくせずに、検出コイル１２に流れる帰還電流Ｉ_ＦＢを大きくすることができる磁気検出装置１を提供することができる。

（実施形態２）
本形態の磁気検出装置１について図７を参照して説明する。本形態の磁気検出装置１は、ＭＩセンサ素子２と、検出回路４とを備える。検出回路４は、実施形態１の検出回路３に対して、共通帰還入力電圧生成回路２９を追加で備える。

共通帰還入力電圧生成回路２９の他は、実施形態１と同様である。検出回路４は、実施形態１の検出回路３と同様に信号出力部２７および基準電源２８を備えるが、図７においては省略する。なお、実施形態２において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

共通帰還入力電圧生成回路２９（以下、単に「生成回路２９」という。）は、メインオペアンプＯＰ＿Ｍの出力端子に接続され、メインオペアンプＯＰ＿Ｍの出力電圧に対して位相調整処理、微分処理および積分処理の少なくとも１つの処理を行う。生成回路２９は、第一帰還回路２５および第二帰還回路２６に対する共通帰還入力電圧を生成する。つまり、生成回路２９は、第一帰還回路２５を構成する第一帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ１の反転入力端子、および、第二帰還回路２６を構成する第二帰還用オペアンプＯＰ＿ＦＢ２の非反転入力端子に接続される。

生成回路２９は、オペアンプＯＰ＿Ｓにより構成される。また、生成回路２９は、目的の機能に応じて、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４、コンデンサＣ５，Ｃ６を備えるように構成される。また、オペアンプＯＰ＿Ｓは、単電源オペアンプにより構成される。

本形態によれば、第一帰還回路２５および第二帰還回路２６に対する入力電圧として、上記処理を行った電圧を生成する場合において、別々の生成回路を設ける場合に比べて、１つの生成回路２９を設けることにより、回路構成を簡易化することができる。
さらに、本形態においても、実施形態１と同様の作用効果を有する。

なお、生成回路２９が、微分処理および積分処理を行う回路である場合、入出力信号の位相が１８０°反転する。この場合、メインオペアンプＯＰ＿Ｍの非反転入力端子が、検出コイル１２の第一端１２ａに接続され、反転入力端子が、検出コイル１２の第二端１２ｂに接続されるようにすると良い。

（その他）
実施形態１，２において、各オペアンプＯＰ＿Ｍ、ＯＰ＿ＦＢ１、ＯＰ＿ＦＢ２、ＯＰ＿Ｓは、単電源オペアンプにより構成したが、両電源オペアンプにより構成することも可能である。この場合、所定基準電圧ＶＢが正電圧ではなく、接地電位付近とすることもできる。

また、実施形態１において、第一帰還回路２５および第二帰還回路２６は、メイン増幅回路２２の出力端子に直接接続した。この他に、Ａ－Ｄ変換回路およびＤ－Ａ変換回路を介在するように接続しても良い。これにより、デジタル信号処理を施すことも可能である。

１ 磁気検出装置
２ マグネトインピーダンスセンサ素子（ＭＩセンサ素子）
１２ 検出コイル
１２ａ 検出コイルの第一端
１２ｂ 検出コイルの第二端
２５ 第一帰還回路
２６ 第二帰還回路
ＯＰ＿Ｍ メインオペアンプ
Ｖ_ＦＢ１ 第一帰還電圧
Ｖ_ＦＢ２ 第二帰還電圧
ＶＢ 所定基準電圧

Claims (10)

1. 励磁電流が供給された際に磁場の強さに対応して磁化変化を生じる感磁体、および、前記感磁体に巻回され前記感磁体の前記磁化変化により生じる誘導電圧を出力する検出コイルを備えるマグネトインピーダンスセンサ素子と、
   反転入力端子および非反転入力端子の一方が前記検出コイルの第一端に接続され、かつ、反転入力端子および非反転入力端子の他方が前記検出コイルの前記第一端とは反対側の第二端に接続されたメインオペアンプと、
   前記メインオペアンプの出力端子と前記検出コイルの前記第一端との間に接続され、前記検出コイルに帰還電流を生じさせるための第一帰還電圧を生成する第一帰還回路と、
   前記メインオペアンプの出力端子と前記検出コイルの前記第二端との間に接続され、前記検出コイルに前記帰還電流を生じさせるために、所定基準電圧を基準とした場合に前記第一帰還電圧に対して極性を反転させた第二帰還電圧を生成する第二帰還回路と、
   を備える、磁気検出装置。
2. 前記第一帰還回路は、入力端子が前記メインオペアンプの出力端子側に接続され、かつ、出力端子が前記検出コイルの前記第一端側に接続された第一帰還用オペアンプを備え、
   前記第二帰還回路は、入力端子が前記メインオペアンプの出力端子側に接続され、かつ、出力端子が前記検出コイルの前記第二端側に接続された第二帰還用オペアンプを備え、
   前記第一帰還電圧は、前記第一帰還用オペアンプの出力端子の電圧であり、
   前記第二帰還電圧は、前記第二帰還用オペアンプの出力端子の電圧であり、
   前記第一帰還用オペアンプが前記メインオペアンプの出力端子側に接続される入力端子と、前記第二帰還用オペアンプが前記メインオペアンプの出力端子側に接続される入力端子とにおいて、一方の入力端子が反転入力端子であり、他方の入力端子が非反転入力端子である、請求項１に記載の磁気検出装置。
3. 前記第一帰還回路の増幅率と前記第二帰還回路の増幅率とは、同一に設定され、
   前記第二帰還電圧は、前記所定基準電圧を基準とした場合に前記第一帰還電圧を反転した電圧とされる、請求項２に記載の磁気検出装置。
4. 前記第一帰還回路は、
   前記第一帰還用オペアンプと、
   前記第一帰還用オペアンプの出力端子と前記検出コイルの前記第一端との間に接続され、前記検出コイルにより出力される前記誘導電圧が前記第一帰還用オペアンプ側へ移動することを抑制する第一インピーダンス回路と、
   を備え、
   前記第二帰還回路は、
   前記第二帰還用オペアンプと、
   前記第二帰還用オペアンプの出力端子と前記検出コイルの前記第二端との間に接続され、前記検出コイルにより出力される前記誘導電圧が前記第二帰還用オペアンプ側へ移動することを抑制する第二インピーダンス回路と、
   を備える、請求項２または３に記載の磁気検出装置。
5. 前記第一インピーダンス回路のインピーダンスと前記第二インピーダンス回路のインピーダンスは、同一に設定されている、請求項４に記載の磁気検出装置。
6. さらに、前記メインオペアンプの出力端子に接続され、前記メインオペアンプの出力電圧に対して位相調整処理、微分処理および積分処理の少なくとも１つの処理を行い、前記第一帰還回路および前記第二帰還回路に対する共通帰還入力電圧を生成する共通帰還入力電圧生成回路を備える、請求項１～５のいずれか１項に記載の磁気検出装置。
7. さらに、
   前記検出コイルの前記第一端と前記メインオペアンプの前記反転入力端子との間に接続され、所定タイミング時における前記第一端の電圧をホールドし、ホールドした前記第一端の電圧を前記メインオペアンプの前記反転入力端子に入力する第一入力回路と、
   前記検出コイルの前記第二端と前記メインオペアンプの前記非反転入力端子との間に接続され、前記所定タイミングと同一のタイミング時における前記第二端の電圧をホールドし、ホールドした前記第二端の電圧を前記メインオペアンプの前記非反転入力端子に入力する第二入力回路と、
   を備える、請求項１～６のいずれか１項に記載の磁気検出装置。
8. 前記所定基準電圧は、正電圧である、請求項１～７のいずれか１項に記載の磁気検出装置。
9. さらに、前記第一帰還回路および前記第二帰還回路に前記所定基準電圧としての前記正電圧を印加する共通の基準電源を備える、請求項８に記載の磁気検出装置。
10. さらに、前記第一帰還電圧と前記第二帰還電圧との電位差、または、前記帰還電流を、前記感磁体に作用する検出対象磁場の強さを表す検出信号として出力する信号出力部を備える、請求項１～９のいずれか１項に記載の磁気検出装置。

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