磁场检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种对微弱的磁场进行检测的磁场检测装置。
【背景技术】
[0002] 已知一种通过对检测对象物所产生的微弱的磁场进行检测来测定该检测对象物 的位置的位置测定技术。例如，在内窥镜领域，正在加快开发如下一种位置检测系统：在形 成为能够被导入到被检体的消化道内的大小的胶囊型内窥镜的内部安装产生交变磁场的 标记线圈，通过设置于被检体的外部的磁场检测装置来检测标记线圈所产生的交变磁场， 从而测定胶囊型内窥镜在被检体内的位置。
[0003] 在这种位置检测系统中，标记线圈所产生的交变磁场的强度微弱，因此，为了提高 胶囊型内窥镜的位置检测精度，需要提高磁场检测装置的信号检测灵敏度（检测信号的SN 比（信噪比））。
[0004] 作为高灵敏度的磁场检测装置的例子，已知利用超导量子干涉效应的SQUID磁通 计、利用巨磁阻效应的GMR磁场传感器等。在这些磁场检测装置中，为了实现高灵敏度而使 用自励磁，但是一般来说，自励磁的电路结构是复杂的。
[0005] 作为与检测灵敏度的高灵敏度化相关联的技术，在专利文献1中公开了一种对电 容式麦克风的容量的微小变化进行检测的容量微小变化检测方法和检测电路。另外，在专 利文献2中公开了一种降低由于在磁场检测装置的检测线圈中产生涡电流而增加的实际 电阻成分的技术。
[0006] 专利文献1 :日本特开2001-116783号公报
[0007] 专利文献2 :日本特开2012-29972号公报
【发明内容】
[0008] 发明要解决的问题
[0009] 为了不使用自励磁而以简单的结构实现磁场检测装置的高灵敏度，例如能够考虑 增加设置于磁场检测装置的磁场的检测线圈的匝数，或者使检测线圈的磁场检测面（开口 面）的面积变大。然而，当增加检测线圈的匝数、磁场检测面的面积时，检测线圈的电阻也 随之增加，因此导致热噪声增加。更详细地说，热噪声与检测线圈的电阻值的平方根成比例 地增加。其结果，存在无法使由检测线圈检测出的磁场的检测信号的SN比变高的问题。因 而，为了实现能够对微弱的磁场进行检测的高灵敏度且低噪声的磁场检测装置，需要降低 热噪声。
[0010] 在上述专利文献1中，将并联谐振电路与串联谐振电路进行组合来在频率区域内 创建阻抗急剧变化的区域，将该急剧变化的区域设为动作点，由此实现容量变化的检测灵 敏度的提高。然而，在专利文献1中未公开降低谐振电路的电阻成分的方法。
[0011] 另外，在上述专利文献2中，通过将检测线圈的匝数限制为小于以规定的条件式 限定的值来降低电阻成分。然而，在该情况下，对于通过增加匝数来实现检测灵敏度的提高 而言存在限制，因此能够实现高灵敏度且低噪声的范围受到限制。
[0012] 本发明是鉴于上述问题而完成的，提供一种能够以高SN比检测从标记线圈产生 的交变磁场的磁场检测装置。
[0013] 用于解决问题的方案
[0014]为了解决上述问题并达成目的，本发明所涉及的磁场检测装置的特征在于，具备： 谐振电路，其具有将交变磁场的磁场信号变换为电压信号的卷绕状的线圈以及与该线圈并 联连接的电容器；串联连接在上述谐振电路的后级的元件；以及连接在上述元件的后级的 低噪声放大器，其中，上述元件具有符号与上述交变磁场的检测频率下的上述谐振电路的 阻抗的虚部的符号相反的电抗，上述谐振电路和上述元件的合成阻抗的绝对值小于上述线 圈的内阻。
[0015]上述磁场检测装置的特征在于，在将上述线圈的自感设为Ls、将上述电容器的容 量设为(^的情况下，上述线圈的阻抗的绝对值大于
[0016]上述磁场检测装置的特征在于，上述元件在上述检测频率下的电抗与上述谐振电 路的阻抗的虚部的大小相等。
[0017]上述磁场检测装置的特征在于，上述元件具有第二电容器、卷绕状的第二线圈以 及电阻器中的至少任一个。
[0018]上述磁场检测装置的特征在于，上述元件具有：上述第二电容器，其与上述谐振电 路串联连接；以及上述电阻器，其设置于该第二电容器与上述低噪声放大器之间，与上述谐 振电路并联连接。
[0019]上述磁场检测装置的特征在于，上述元件构成使规定的频带的电信号截止的滤波 器。
[0020]发明的效果
[0021] 根据本发明，对谐振电路连接具有符号与该谐振电路的阻抗的虚部的符号相反的 电抗的元件，并且使谐振电路和元件的合成阻抗的绝对值小于构成谐振电路的线圈的内 阻，因此，即使在使线圈的匝数、开口面的面积增加了的情况下，也能够抑制线圈中产生的 热噪声，从而降低噪声水平。因而，能够实现能够以高SN比检测交变磁场的磁场检测装置。
【附图说明】
[0022] 图1是表示本发明的实施方式1所涉及的磁场检测装置的一个结构例的示意图。
[0023] 图2是表示图1所示的磁场检测装置的等效电路的图。
[0024] 图3是表示图1所示的磁场检测装置中的阻抗的频率特性的曲线图。
[0025]图4是表示本发明的实施方式2所涉及的磁场检测装置的等效电路的图。
[0026]图5是表示本发明的实施方式2的变形例4所涉及的磁场检测装置的等效电路的 图。
【具体实施方式】
[0027] 下面，参照附图来说明本发明的实施方式所涉及的磁场检测装置。此外，在下面的 说明中，各图只是以能够理解本发明的内容的程度概要性地示出形状、大小以及位置关系。 因而，本发明并不限定于各图中例示的形状、大小以及位置关系。此外，在附图的记载中，对 相同部分标注相同的附图标记。
[0028] (实施方式1)
[0029] 图1是表示本发明的实施方式1所涉及的磁场检测装置的一个结构例的示意图。 另外，图2是表示图1所示的磁场检测装置的等效电路的图。如图1所示，实施方式1所涉 及的磁场检测装置1是接收交变磁场并将磁场信号变换为电信号的装置，该磁场检测装置 1具备谐振电路10、作为串联连接在该谐振电路10的后级的元件的电容器20以及连接在 该电容器20的后级的低噪声放大器30。
[0030] 谐振电路10具有：线圈11，其由卷线构成，将接收到的磁场信号变换为电压信号； 以及电容器12,其与该线圈11并联连接。下面，如图2所示那样将线圈11的内阻设为Rs、 将自感设为Ls、将电容器12的容量设为Q。另外，将谐振电路10的阻抗设为Ζρ
[0031] 作为连接在谐振电路10的后级的元件，只要是具有符号与作为磁场检测装置1的 检测对象的交变磁场的频率（检测频率下的谐振电路10的阻抗Zi的虚部Im[ZJ的 符号相反的电抗的元件即可，可以使用电容器、线圈、电阻器等中的任一种。在实施方式1 中，使用电容器20作为这种元件。下面，将电容器20的容量设为C2。
[0032] 低噪声放大器30对经由电容器20输入的电压信号进行放大，该电压信号是通过 线圈11从磁场信号变换得到的。
[0033] 接着，参照图3来说明构成磁场检测装置1的各部的特性值的条件。首先，通过下 式（1)给出磁场检测装置1的噪声水平N"。
[0034]【数式1】
[0036] 在式⑴中，符号^^表不低噪声放大器30的电压噪声，符号I"表不低噪声放大器 30的电流噪声，符号Ζιη表示对于低噪声放大器30的输入阻抗、即谐振电路10和电容器20 的合成阻抗。另外，符号k表示波尔兹曼常数，符号T表示绝对温度，Re[Ζιη]表示合成阻抗 Ζιη的实部。
[0037] 在此，为了提高磁场的检测灵敏度，需要增加线圈11的匝数和磁场检测面（开口 面）的面积。另一方面，当增加线圈11的匝数和开口面的面积时，线圈11的内阻Rs变大， 因此式⑴的热噪声成分4kT·Re[Zj变大。
[0038] 因此，在实施方式1中，通过设定电容器12和电容器20的特性来实现上述热噪声 成分的降低。
[0039] 当将线圈11的电抗设为Xs= 〇Ls、将电容器12的电抗设为X1=Ι/coq时，通过 下式⑵给出谐振电路10的阻抗Zi。此外，ω= 2πfdet，符号j表示虚数单位。
[0040] 【数式2】
[0042] 另外，当将电容器20的电抗设为X2=l/c〇C2时，通过下式（3)给出谐振电路10 和电容器20的合成阻抗Ζιη。
[0043] Zin=Z「jXy(3)
[0044] 根据式（1)，为了降低噪声水平N"，只要使合成阻抗Ζι