JP2002071770A

JP2002071770A - 磁場検出装置

Info

Publication number: JP2002071770A
Application number: JP2000262711A
Authority: JP
Inventors: Kaneo Mori; 佳年雄毛利; Yoshinobu Motokura; 義信本蔵; Michiharu Yamamoto; 道治山本; Kazumasa Washimi; 和正鷲見
Original assignee: Aichi Steel Corp; Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; Aichi Steel Corp
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2002-03-12

Abstract

(57)【要約】【課題】感度が高く且つ感度調整の容易な磁場検出装置
を得ること。【解決手段】検出軸方向の成分である外部磁場の大きさ
が増加するに連れて、インピーダンスが増加し、最大値
を通過した後、減少する磁気インピーダンス特性でイン
ピーダンスが変化する磁気インピーダンス効果を用いて
いる。外部磁場に応じてインピーダンスの変化する感磁
素子１０に発振回路１３及び微分回路１４を介してパル
ス電流が供給されている。感磁素子の端子間のインピー
ダンスに比例した電圧が、バルス電流に同期してオンす
るスイッチ１５、ピークを保持する信号処理回路１６に
より検出される。薄膜磁石２０は、磁気インピーダンス
特性における外部磁場の大きさが増加するに連れて、イ
ンピーダンスが減少する領域を測定領域とするために、
感磁素子にバイアス磁場を印加する。信号処理回路１６
の出力は、コンパレータ１７１により所定レベルと比較
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高感度の磁場検出
装置に関する。本発明は、特に、磁場が所定レベルを超
えるタイミングを検出できる装置に関する。具体的な応
用例としては、自動車用ＡＢＳの回転センサや、磁気ス
ケールに応用することができる。本発明は、微小磁場が
存在することの検出や、微小磁場の向きの反転を高精度
で検出できる検出装置に用いることができる。

【０００２】

【従来の技術】従来から、磁場を検出するセンサとし
て、ホール素子、ＭＲ素子、磁気ピックアップ等が知ら
れている。しかし、これらのセンサの検出感度が低いた
め、検出可能磁場は、１．４×１０⁴Ａ／ｍ程度に過ぎ
ない。直流又は低周波磁場の大きさを高感度で検出する
小型素子として、本件出願の発明者の一人は、径５０μ
ｍ程度のアモルファスワイヤに、２００ＫＨｚ以上の高
周波電流を流す時、このワイヤに平行な外部磁場成分に
応じて、このワイヤのインピーダンスが大きく変化する
現象を発見した。そして、この原理を用いた外部磁場の
大きさそのものを検出する検出素子が提案されている
（特開平７−１８１２３９号）。

【０００３】さらに、同一発明者は、インピーダンスの
変化による端子間電圧の変化が、外部磁場の０〜４００
Ａ／ｍの範囲で、同一の端子間電圧に対して２つの異な
る外部磁場を取ることを見い出した。そして、このこと
が、０〜４００Ａ／ｍ付近の磁場を端子間電圧から一意
的に決定できないことにから、直流バイアス磁場を印加
して、０点をオフセットさせた方位センサを提案した
（特開平７−２４８３６５号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようにいわゆる磁
気インピーダンス素子と呼ばれる高感度な磁場検出セン
サが提案されているが、さらに、この磁気インピーダン
ス素子を用いた、各種の用途に応用できる磁場検出装置
の開発が要請されている。そこで、本発明は、外部磁場
の大きさに対する磁気インピーダンスの変化特性（以
下、「磁気インピーダンス特性」という）における特別
な動作領域を用いて、所定レベルを超える磁場を２値的
に検出する新たな磁場検出装置を提供することを目的と
する。又、他の目的は、マグネットリニアスケールやマ
グネットロータ等の磁場変化を検出して、インクリメン
トに変位を検出できる高感度な磁場検出装置を実現する
ことである。又、他の目的は、バイアス磁場の大きさを
適正に設定することで、適切な検出磁場範囲を得ること
ができるようにすることである。又、他の目的は、バイ
アス磁場の大きさを変化させることで、任意感度に設定
したり、感度を変化させたりできるようにすることであ
る。又、他の目的は、簡単な構造で、検出しきい値の低
い、高感度な磁場検出装置を実現することである。又、
発明の他の目的は、検出を低消費電力で行うことであ
る。これらの目的は、本出願において開示されたそれぞ
れの発明が個々に達成する目的であって、本件各発明が
これらの目的の全てを達成するものと理解されるべきで
はない。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び発明の作用効果】請求
項１の発明は、検出軸方向の成分である外部磁場の大き
さが増加するに連れて、インピーダンスが増加し、最大
値を通過した後、減少する磁気インピーダンス特性でイ
ンピーダンスが変化する磁気インピーダンス効果を用い
た磁場検出装置において、パルス電流又は高周波電流に
より周回方向に励磁され、外部磁場に応じてインピーダ
ンスの変化する感磁素子と、感磁素子にパルス電流又は
交流電流を供給する発振手段と、感磁素子の端子間のイ
ンピーダンスに関連した物理量を検出する検出手段と、
磁気インピーダンス特性における外部磁場の大きさが増
加するに連れて、インピーダンスが減少する領域を測定
領域とするために、感磁素子にバイアス磁場を印加する
バイアス手段と、検出手段の出力信号を所定レベルと比
較し、比較結果を２値信号として出力する比較手段とを
有することを特徴とする。

【０００６】本磁場検出装置は、検出軸方向の外部磁場
が所定レベルよりも大きいか小さいかを検出する装置で
ある。感磁素子は、例えば、図２に示すように、線状の
素子であって、パルス電流Ｉ又は交流電流Ｉを流すこと
で、周回方向に励磁される素子である。この周回方向の
励磁Ｈ_rにより内部の磁気モーメントＭがパルス電流又
は交流電流に応じて変化することになる。そして、この
磁気モーメントＭの変化特性が印加される磁場Ｈ_xの存
在により変化することになる。即ち、この特性の変化に
より、感磁素子の透磁率が磁場により変化することにな
る。感磁素子の表皮抵抗成分とインダクタンス成分は共
に、透磁率μの平方根に比例しているので、インピーダ
ンスＺは透磁率の平方根に比例する。この結果、感磁素
子のインピーダンスＺが、磁場によって変化する。この
インピーダンスＺの大きさを測定することで、検出軸ｘ
方向の磁場Ｈ_xを測定することができる。本発明は、こ
のような原理に基づくものである。

【０００７】このような磁気インピーダンス効果を有す
る感磁素子の印加される磁場Ｈ_xに対するインピーダン
スＺ（絶対値）の変化特性である磁気インピーダンス特
性は、図１に示すようになる。磁気インピーダンスは磁
場Ｈ_xの向きには依存しないことから、＋検出軸方向
（＋ｘ）と−検出軸方向（−ｘ）とで、インピーダンス
Ｚの変化特性は対称となる。そして、磁場Ｈ_xの絶対値
が増大するに連れて、インピーダンスＺは増加し、最大
値Ａ、Ｂを超えると、減少する。磁気インピーダンス特
性上において、本件発明が使用する領域は、最大値Ａ又
はＢを与える磁場を超える領域Ｗ１、Ｗ２である。この
領域を使用領域とするために、感磁素子にはバイアス磁
場Ｈ₀又は−Ｈ₀が印加されている。簡単のために、領
域Ｗ１だけを考える。この状態で、検出すべき検出軸方
向の外部磁場ΔＨ_xが印加されると、感磁素子の検出軸
方向の磁場成分はＨ₀＋ΔＨ_xとなり、検出すべき検出
軸方向の外部磁場−ΔＨ_xが印加されると、感磁素子の
検出軸方向の磁場成分はＨ₀−ΔＨ_xとなる。磁場成分
Ｈ₀＋ΔＨ_xに対してインピーダンスＺ₀−ΔＺ₁が検
出され、磁場成分Ｈ₀−ΔＨ_xに対してインピーダンス
Ｚ₀＋ΔＺ₂が検出される。バイアス磁場Ｈ₀に対応す
るインピーダンスＺ₀に対するインピーダンスの変位Δ
Ｚを測定することで、対応する外部磁場ΔＨ_xの測定が
可能となる。

【０００８】感磁素子の端子間のインピーダンスに関連
した物理量が検出手段で検出され、比較手段によって、
検出手段の出力信号が所定レベルと比較され、比較結果
が比較手段から出力される。感磁素子にパルス電流又は
交流電流を供給する発振手段は、定電流源でも定電圧源
でも良いし、そうでなくとも良い。検出手段の検出する
物理量は、感磁素子の端子間のインピーダンスに関連し
て変化するものであれば、任意である。例えば、発振手
段から定電流が感磁素子に供給されるならば、検出手段
は、感磁素子の端子間電圧を検出すれば良い。逆に、発
振手段から定電圧が感磁素子に供給されるならば、検出
手段は、感磁素子の端子間を流れる電流を検出すれば良
い。定電流源でも定電圧源でもない場合には、感磁素子
の端子間を流れる電流Ｉと、端子間の電圧Ｖとを検出す
ることで、それらの比Ｖ／Ｉから感磁素子のインピーダ
ンスを検出すれば良い。

【０００９】尚、上記磁気インピーダンス特性におい
て、一般的には、非線形性により、｜ΔＺ₁｜≠｜ΔＺ
₂｜である。しかし、本発明は、所定インピーダンスに
対して、インピーダンスが大きいか否かを判定している
ので、測定の非直線性は、特には、問題とはならない。

【００１０】本発明は、このような原理を用いているこ
とから、バイアス磁場の大きさを適切に選定すること
で、磁気インピーダンス特性の曲線の傾きを適切に選択
することができる。換言すれば、負帰還回路を用いない
で、磁場の検出対象に応じて、感度を適切に設定するこ
とができる。又、１つの検出装置において、バイアス磁
場の大きさを変化させることで、感度を変化させること
が可能となる。よって、測定環境と検出すべき磁場の大
きさとの関係において、感度を適切に設定することが可
能となる。例えば、ノイズ磁場が小さい環境であれば、
感度が大きくなるようにバイアス磁場を調整し、ノイズ
磁場が大きい環境であれば、感度を小さくするようにバ
イアス磁場を調整すれば良い。このバイアス磁場は、バ
イアス磁場を発生させるコイルに流す電流の大きさを調
整することで、可変させることができる。

【００１１】感磁素子は、望ましくは、周回方向に容易
に磁化される磁気異方性を有するのが良い。このことに
より、外部磁場による磁気インピーダンスの変化が大き
く、検出感度を向上させることが可能となる。このよう
な材料にアモルファス磁性体がある。望ましくは、線状
の磁性体が良い。このように、本発明は、高感度で磁場
を検出できることから、マグネットリニアスケール、マ
グネットロータ等の磁場変化を高感度で検出して、磁場
変化をパルスで出力することから、インクリメンタル変
位検出器として用いることが可能となる。

【００１２】尚、パルス電流は高周波成分を含んでいる
ので、一種の高周波電流に含まれる概念でもある。又、
パルス電流や高周波電流は、例えば、１周期だけ印加さ
れるのもや、繰り返して印加される周期信号でも良い。

【００１３】請求項２の発明は、検出軸方向の成分であ
る外部磁場の大きさが増加するに連れて、インピーダン
スが増加し、最大値を通過した後、減少する磁気インピ
ーダンス特性でインピーダンスが変化する磁気インピー
ダンス効果を用いた磁場検出装置において、パルス電流
又は高周波電流により周回方向に励磁され、外部磁場に
応じてインピーダンスの変化する１対の感磁素子と、１
対の感磁素子にパルス電流又は交流電流を供給する発振
手段と、１対の感磁素子の端子間のインピーダンスに関
連する物理量を、それぞれ検出する１対の検出手段と、
磁気インピーダンス特性における外部磁場の大きさが増
加するに連れて、インピーダンスが減少する領域を測定
領域とするために、感磁素子にバイアス磁場を印加する
手段であって、外部磁場の大きさが増加するとき、１対
の感磁素子の内部磁場が、一方は増大し、他方は減少す
る関係となるように、１対の感磁素子にバイアス磁場を
印加するバイアス手段と、１対の検出手段の出力信号の
差を出力する差出力手段と、差出力手段の出力信号を所
定レベルと比較し、比較結果を２値信号として出力する
比較手段とを有することを特徴とする。

【００１４】本発明は、請求項１の発明に対して、感磁
素子を１対設けたものである。１対の感磁素子を貫く検
出すべき磁場が共通である場合には、図３における領域
Ｗ１で動作する感磁素子と、領域Ｗ２で動作する感磁素
子とを１対設けたものである。即ち、一方の感磁素子の
内部磁場がＨ₀＋ΔＨ_x（図３のＣ点）であるとき、他
方の感磁素子の内部磁場が−Ｈ₀＋ΔＨ_x（図３のＤ
点）となるようにバイアス磁場を印加する。共通の検出
すべき磁場ΔＨ_xの向きに対して、バイアス磁場の向き
が互いに反対となる向きに印加する。このようにするこ
とで、一方の検出手段は、Ｚ₀−ΔＺ₁のインピーダン
ス（Ｃ点）を検出し、他方の検出手段は、Ｚ₀＋ΔＺ₂
のインピーダンス（Ｄ点）を検出する。差出力手段は、
この１対の検出手段の出力信号の差を演算することにな
り、その出力である−ΔＺ₁−ΔＺ ₂から、検出すべき
磁場ΔＨ_xが測定されることになる。このようにするこ
とで、同相ノイズが除去されることになる。又、温度に
対しては、図３の磁気インピーダンス特性は、インピー
ダンスの大きさを平行移動させた特性となるので、上記
の差動構成とすることで、温度補償を行なうことが可能
となる。

【００１５】又、１対の感磁素子を貫く検出すべき磁場
の向きが互いに反対となる場合、即ち、一方の感磁素子
には磁場ΔＨ_xが貫き、他方の感磁素子には磁場−ΔＨ
_xが貫く構成とした場合には、バイアス磁場は１対の感
磁素子において同一向きに与えることになる。即ち、一
方の感磁素子の内部磁場が、図３の領域Ｗ１において、
Ｈ₀＋ΔＨ_x（Ｃ点）となるとき、他方の感磁素子の内
部磁場が、図３の領域Ｗ１において、Ｈ₀−ΔＨ_x（Ｅ
点）となるように構成する。この場合も、上記と同様に
して、一方の検出手段が、Ｚ₀−ΔＺ₁のインピーダン
ス（Ｃ点）を検出し、他方の検出手段は、Ｚ₀＋ΔＺ₂
のインピーダンス（Ｅ点）を検出する。差出力手段は、
この１対の検出手段の出力信号の差を演算することにな
り、その出力である−ΔＺ₁−ΔＺ₂から、検出すべき
磁場ΔＨ_xが測定されることになる。このようにするこ
とで、同相ノイズが除去され、ドリフト対策や温度補償
を行なうことができる。

【００１６】本請求項の発明では、比較手段への入力信
号には、バイアス磁場Ｈ₀に相当する信号が含まれてい
ない。よって、比較手段における所定レベルの設定は、
検出すべき外部磁場の範囲（−ΔＨ_xの最小値〜ΔＨ_x
の最大値）の範囲に設定すれば良いので、レベル設定が
簡単となる。所定レベルを零とすれば、磁場の向きが変
化するタイミングを検出でき、−ΔＨ_xの最小値、又
は、ΔＨ_xの最大値に対応するレベルに設定すれば、磁
場の最小値又は最大値（磁極の極値）付近を検出するこ
とができる。

【００１７】尚、発振装置は１対の感磁素子に対して共
通にパルス電流又は交流電流を供給するものであって
も、独立して別々に供給するものであっても良い。共通
化すれば、製造コストが安価となり、装置を小型化する
ことが可能となる。

【００１８】請求項３の発明は、比較手段は、入力信号
を第１所定レベルと比較する第１比較手段と、入力信号
を第２所定レベルと比較する第２比較手段とを有し、第
１比較手段及び第２比較手段の出力信号は、外部磁場の
向きの情報を含むことを特徴する。請求項１の発明の構
成によれば、上述したように、検出すべき磁場＋ΔＨ_x
に対して、インピーダンスＺ₀−ΔＺ₁に応じた値が検
出され、検出すべき磁場−ΔＨ_xに対して、Ｚ₀＋ΔＺ
₂に応じた値が検出される。よって、２つの所定レベル
を設けることで、磁場の最小値と最大値、即ち、磁極の
ピーク付近の検出が可能となる。これにより、磁場の向
きを検出することが可能となる。又、請求項２の発明の
構成によれば、上述したように、検出すべき磁場＋ΔＨ
_xに対して、インピーダンス−ΔＺ₁−ΔＺ₂に応じた
値が検出され、検出すべき磁場−ΔＨ_xに対して、＋Δ
Ｚ₁＋ΔＺ₂に応じた値が検出される。よって、２つの
所定レベルを設けることで、磁場の最小値と最大値、即
ち、磁極のピーク付近の検出が可能となる。これによ
り、磁場の向きを検出することが可能となる。

【００１９】請求項４の発明は、発振手段は、パルス電
流を前記感磁素子に供給し、感磁素子と検出手段との間
に設けられ、パルス電流に同期して、感磁素子に現れる
第１パルスのみを通過させるスイッチとを有することを
特徴とする。この構成により、パルス電流に同期した第
１パルスを磁場成分の検出値とすることができる。上記
の原理を利用した磁場検出では、検出信号の第１パルス
の波高値が外部磁場に比例している。よって、この構成
をとることで、ノイズの影響を受けることがない精度の
高い検出が可能となる。

【００２０】請求項５の発明は、検出手段は、入力信号
のピーク値又は繰り返し入力されるピーク値又は交流信
号の振幅に関連する値が形成する信号を出力する信号処
理回路を有することを特徴とする。感磁素子から検出す
る信号のピーク値が検出すべき外部磁場に比例してい
る。よって、このピーク値を、例えば、ホールドした
り、繰り返してパルス電流を供給する場合には、繰り返
し出力されるピーク値が形成する信号（包絡線信号、積
分信号、ローパスフィルタをかけた信号、平滑化された
信号等）を磁場の検出値とすることが可能となる。交流
電流を供給する場合には、感磁素子から検出される信号
の振幅に関連して変化する量（包絡線信号、積分信号、
ローパスフィルタをかけた信号、平滑化された信号等）
を求める。外部磁場は、直流磁場でも交流磁場でも良い
が、交流磁場の場合には、パルス電流の繰り返し周波数
よりも十分に低い周波数の交流磁場が測定対象となる。
即ち、交流磁場をマクロ的には時間的に連続して測定す
ることも可能である。

【００２１】請求項６の発明は、検出手段は、ピークホ
ールド回路、又は、積分回路であることを特徴とする。
この構成により、高周波雑音成分が除去されるので、感
磁素子に印加されるパルス電流又は交流電流の周波数よ
りも低い周波数で変化する磁場変化を、制度良く検出す
ることができる。

【００２２】請求項７の発明は、バイアス手段は、コイ
ルに直流電流を通電する電磁石、又は、永久磁石である
ことを特徴とする。バイアス手段を電磁石とすること
で、感度の変更を容易に行なうことができる。永久磁石
は、その磁力の大きさを適正に設定することで、感度を
測定環境に応じた適正な値にすることが可能となる。
又、永久磁石を用いた場合には、省電力化を達成するこ
とができる。

【００２３】請求項８の発明は、感磁素子の周回方向に
巻回され、検出手段の出力信号に応じて、検出軸方向の
成分である外部磁場を相殺する磁場を生成する負帰還励
磁コイルを有することを特徴とする。このことにより、
磁気インピーダンス特性曲線上のバイアス磁場が印加さ
れた点を、常に、動作点として動作させることができ
る。これにより、直線性良く、且つ、安定して外部磁場
を検出することが可能となる。

【００２４】請求項９の発明は、負帰還励磁コイルは、
バイアス手段を兼ねることを特徴とする。これにより構
造を複雑にすることなく、直線性の良い精度の高い磁場
検出が可能となる。請求項１０の発明は、矩形波発振回
路と、矩形波発振回路の出力する矩形波を微分し微分信
号を前記パルス電流とする微分回路とから成ることを特
徴とする。この構成により、高感度化と低消費電力化を
実現することが可能となる。

【００２５】請求項１１の発明は、感磁素子は、周回方
向に磁気異方性を有することを特徴とする。周回方向に
磁気異方性を有することで、外部磁場の検出感度を向上
させることが可能となる。

【００２６】請求項１２の発明は、感磁素子は、パルス
電流又は交流電流に対して表皮効果を発生する素子であ
ることを特徴とする。表皮効果を発生することで、電流
が表面に拘束される結果、外部磁場によるパルス電流又
は交流電流により磁気インピーダンスの変化をより大き
くすることができ、検出感度を向上させることができ
る。

【００２７】請求項１３の発明は、感磁素子は、アモル
ファス磁性体からなることを特徴とする。この構成によ
り、周回方向の透磁率が軸方向の透磁率よりも大きくな
るような磁気異方性を大きくすることが可能となる。

【００２８】請求項１４の発明は、感磁素子は、アモル
ファス磁性体からなるワイヤであることを特徴とする。
この構成により、周回方向の透磁率が軸方向の透磁率よ
りも大きくなるような磁気異方性を大きくすることが可
能となる。

【００２９】請求項１５の発明は、感磁素子は基板上に
形成された電極で両端が支持通電され、基板と感磁素子
との間を含み、感磁素子の周囲がゲル状物質で覆われて
いることを特徴とする。ゲル状物質により感磁素子を外
部からの歪みが加わらないようにすることができる。特
に、アモルファス磁性体の場合には、歪みによる検出精
度の低下が問題となるが、この様にゲル状物質で回りを
覆うことで、歪みが感磁素子に係ることが防止される。
特に、樹脂モールドした場合には、樹脂の冷却過程で発
生する応力が感磁素子にかかることになるが、ゲル状物
質はこの歪みを吸収するので、感磁素子に応力が係るの
を防止することができる。ゲル状物質はゾルがジェリー
状に固化したものを意味する。例えば、シリコーンゲ
ル、シリカゲル、エラストマ、ゼラチン等、一般的に
は、ヒドロゲル、リオゲル、弾性ゲル等のゲルを使用す
ることができる。要は、弾性を吸収するような物質であ
れば良い。

【００３０】請求項１６の発明は、感磁素子を、両端で
支持通電する電極に置いて、感磁素子の上からアルミニ
ウム又はアルミニウム合金を被せて、超音波ボンディン
グすることで、感磁素子と電極とを接合することを特徴
とする。感磁素子がアモルファス磁性体の場合には、加
熱すると結晶化が起こるので、加熱接合はできないし、
歪みに弱い。よって、感磁素子を超音波ボンディングに
より電極へ接合することが望ましい。超音波ボンディン
グする場合には、感磁素子の上にアルミニウム又はアル
ミニウム合金を置いて、超音波ツールによって加圧する
ことで、このアルミニウム又はアルミニウム合金が緩衝
作用をして、感磁素子に歪みが印加されるのが防止され
る。又、感磁素子の表面に形成された酸化膜が超音波に
より剥離されて、アルミニウム又はアルミニウム合金に
取り込まれる。この結果、アルミニウム又はアルミニウ
ム合金と感磁素子との機械的接合及び電気的接合が良好
に行われる。

【００３１】請求項１７の発明は、電極は、ニッケル、
アルミニウム、金、銅、銀、錫、亜鉛、白金、マグネシ
ウム、ロジウム、又は、これらの少なくとも１種を含む
合金から成ることを特徴とする。電極をこれらの材料と
することで、感磁素子との超音波ボンディングによる強
固な接合が可能となる。

【００３２】請求項１８の発明は、電極は、表面層とし
て、アミニウム又はアルミニウム合金からなる層を有す
ることを特徴とする。この構成により、感磁素子の上に
置かれるアミニウム又はアルミニウム合金との接合性が
良く、感磁素子を電極に強固に接合することが可能とな
る。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
いて説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定
されるものではない。第１実施形態磁場検出装置の具体的な構成は、図４のようになる。感
磁素子１０は、例えば、線状の零磁歪アモルファス磁性
体で構成される。特に、検出軸方向に線状に伸びたアモ
ルファスワイヤが用いられる。アモルファス磁性体に
は、例えば、CoSiB 系、FeCoSiB 系、FeSiB 系これらの
合金等の磁性体を用いることができる。具体的な寸法を
示せば、長さ３ｍｍ、直径３０μｍである。感磁素子１
０にはバイアス手段である薄膜磁石２０により、バイア
ス磁場が印加されている。この薄膜磁石２０により、図
１に示す磁気インピーダンス特性曲線上におけるバイア
ス磁場Ｈ₀が得られている。発振器１３は矩形波を発振
する。発振器１３は、より具体的にはＣ−ＭＯＳマルチ
バイブレータを用いることができる。この矩形波は微分
回路１４にて微分されて、抵抗Ｒ₄を介して感磁素子１
０に印加される。抵抗Ｒ₄は定電流を供給するための抵
抗である。このような回路によりパルス電流Ｉが感磁素
子１０に供給される。パルス電流は、例えば、立ち上が
り時間が約５ｎｓである。発振器１３と微分回路１４と
で、発振手段が構成されている。

【００３４】感磁素子１０の一端は、スイッチ１５に接
続されている。スイッチ１５は、より具体的には、一例
として、トランジスタから成るアナログスイッチを用い
ることができる。次に、スイッチ１５を通過した信号
は、信号処理回路１６に入力する。この信号処理回路１
６は、一例として、コンデンサＣ₄と抵抗Ｒ₅とから成
るピークホールド回路で構成することができる。この信
号処理回路１６により繰り返して検出されるパルス信号
のピークがホールドされる。パルス電流を繰り返して供
給し、パルス信号を繰り返して検出する場合には、この
ようにピークホールド回路の他、ピークに比例した量が
検出されるならば、積分回路、平滑回路等を用いること
が可能である。

【００３５】感磁素子１０及び感磁素子１０に至る配線
には、インダクタンスと浮遊容量が存在し、他の線路に
おいてもインダクタンスと浮遊容量が存在する。従っ
て、感磁素子１０の端子間電圧には、パルス電流に応答
した単一パルスだけではなく、それに続く振動波形が含
まれることになる。このため、パルス電流に応答した成
分のみを抽出するために、スイッチ１５が設けられてい
る。又、感磁素子１０の端子間電圧のピークのタイミン
グとスイッチ１５が完全にオンとなるタイミングとで位
相同期をとるために、スイッチ１５の制御信号に対し
て、感磁素子１０に供給するパルス電流Ｉは約１０ｎｓ
遅延させている。要は、スイッチ１５には、パルス電流
に応答し、正確に外部磁場に比例した信号成分のみを通
過させる期間だけオンとするように制御信号を印加すれ
ば良い。スイッチ手段１５、信号出力回路１６で検出手
段が構成されている。

【００３６】信号処理回路１６の出力信号は比較回路１
７に入力している。信号処理回路１６の信号端子がコン
パレータ１７１の非反転入力端子に接続され、コンパレ
ータ１７１の反転入力端子には、抵抗Ｒ₆，Ｒ₇による
抵抗分割電圧が所定レベルとして印加されている。そし
て、比較手段を構成するコンパレータ１７１の出力信号
は、２値信号として出力される。この出力信号が検出す
べき磁場の大きさを２値的に判定した信号となる。

【００３７】上記の構成により、感磁素子１０の端子間
インピーダンスは、感磁素子１０の端子間電圧として検
出される。信号処理回路１６の出力する信号が感磁素子
の端子間インピーダンスに関連した値となり、この値が
コンパレータ１７１により所定レベルと比較される。こ
れにより、検出すべき磁場が所定レベルよりも大きいか
否かが検出されることになる。このように、本実施例で
は、図１に示す、磁気インピーダンス特性曲線におい
て、磁場が増加するに連れてインピーダンスが減少する
領域Ｗ１で動作するようにバイアス磁場Ｈ₀が設定され
ている。この結果、バイアス磁場を変化させることで、
感度を使用環境に応じて変化させることができる。又、
バイアス磁場を適正に選択することで、使用環境に最適
な感度とすることができる。

【００３８】コンパレータ１７１の反転入力端子へ入力
する電圧は、外部磁場のレベル判定の基準となる所定レ
ベルを与えている。この所定レベルは、図１におけるＨ
₀−ΔＨ_xの最小値から、Ｈ₀＋ΔＨ_xの最大値の範囲
内の任意のレベルに設定すれば良い。特に、外部磁場Δ
Ｈ_xが零で、バイアス磁場Ｈ₀だけが検出されている時
に、コンパレータ１７１の２入力端子間の電圧が零とな
るように、所定レベルを設定すれば、外部磁場ΔＨ_xの
向きを判定することができる。さらに、信号処理回路１
６の出力に対してレベル判定をするコンパレータを２つ
設けて、一方のコンパレータの所定レベルは、Ｈ₀から
Ｈ₀＋ΔＨ_xの最大値の範囲の任意レベルに設定し、他
方のコンパレータの所定レベルは、Ｈ₀−ΔＨ _xの最小
値からＨ₀の範囲の任意レベルに設定することで、磁場
のピーク付近を検出することが可能となる。即ち、Ｎ
極、Ｓ極のピーク付近を検出することが可能となる。

【００３９】第２実施形態次に、感磁素子と検出手段を１対用いて、同相雑音等を
除去することで、より検出精度を向上させた検出装置に
ついて説明する。図５に示すように、一対の感磁素子１
０ａと１０ｂの接続点ｄはグランドに接続されており、
それぞれの他端ｅ，ｆからパルス電流が供給される。前
実施例と同様に、バイアス手段である薄膜磁石２０ａ、
２０ｂにより、それぞれの感磁素子１０ａ、１０ｂには
図３に示すバイアス磁場＋Ｈ₀と−Ｈ₀が、それぞれ、
与えられている。即ち、感磁素子１０ａは、図３の領域
Ｗ１で動作し、感磁素子１０ｂは、図３の領域Ｗ２で動
作するようにバイアス磁場が印加されている。検出すべ
き磁場ΔＨ_xは、１対の感磁素子１０ａと１０ｂとを電
流の正の向きに同方向に貫くが、バイアス磁場は、相互
に、逆向きとなっている。

【００４０】そして、感磁素子１０ａの活線側の端子ｅ
には、スイッチ１５ａが接続され、感磁素子１０ｂの活
線側の端子ｆには、スイッチ１５ｂが接続されている。
又、スイッチ１５ａには、ピークホールド回路から成る
信号処理回路１６ａが接続され、スイッチ１５ｂには、
同様な信号処理回路１６ｂが接続されている。

【００４１】差動増幅器２１の反転入力端子には信号処
理回路１６ａの出力信号Ｇa₁が入力し、差動増幅器２１
の非反転入力端子には信号処理回路１６ｂの出力信号Ｇ
b₁が入力している。よって、この差動増幅器２１は、Ｇ
b₁−Ｇa₁＝Ｅb₁−Ｅa₁が入力している。但し、Ｅa₁は感
磁素子１０ａの活線側の端子ｅのアースに対する電圧で
あり、Ｅb₁は感磁素子１０ｂの活線側の端子ｆのアース
に対する電圧である。電圧Ｅa₁は、インピーダンスＺ₀
−ΔＺ₁に比例し、電圧Ｅb₁はインピーダンスＺ₀＋
ΔＺ₂に比例する。よって、差動増幅器２１の出力電圧
は、検出すべき磁場ΔＨ_xに比例したインピーダンスΔ
Ｚ₁＋ΔＺ₂に比例している。従って、この出力電圧か
ら外部磁場ΔＨ_xを検出することができる。ΔＺ₁とΔ
Ｚ₂が等しいとすれば、前実施例に比べると、２倍の感
度が得られることになる。この差動増幅器２１の出力電
圧をコンパレータ１７１に入力することで、所定レベル
に対して、検出すべき磁場ΔＨ_xが大きいか否かが判定
できる。

【００４２】図５の回路構成においては、差動増幅器２
１の出力信号には、バイアス磁場Ｈ ₀の信号を含んでい
ない。よって、コンパレータ１７１の反転入力端子に印
加する電圧が磁場レベル判定のための所定レベルとな
る。この所定レベルは、図３における−ΔＨ_xの最小値
から、＋ΔＨ_xの最大値の範囲内の任意のレベルに設定
すれば良い。特に、所定レベルを零とすれば、外部磁場
ΔＨ_xの向きを判定することができる。さらに、差動増
幅器２１の出力に対してレベル判定をするコンパレータ
を２つ設けて、一方のコンパレータの所定レベルは、０
から＋ΔＨ_xの最大値の範囲の任意レベルに設定し、他
方のコンパレータの所定レベルは、−ΔＨ_xの最小値か
ら零の範囲の任意レベルに設定することで、磁場のピー
ク付近を検出することが可能となる。即ち、Ｎ極、Ｓ極
のピーク付近を検出することが可能となる。このように
本実施形態では、磁場の大きさの判定のための所定レベ
ルには、バイアス磁場に対応する成分を含んでいない。
よって、所定レベルはバイアス磁場と無関係に設定でき
るので、所定レベルの設定が容易となる。

【００４３】一対の感磁素子を用いる他の例として、図
６、図７の構成をとることも可能である。即ち、本実施
例は、図７に示すような磁気スケールの磁極の反転タイ
ミングを検出する装置である。感磁素子１０ａと感磁素
子１０ｂとは、磁場位相にして１８０度の位相差の間隔
で設けられている。よって、感磁素子１０ａと感磁素子
１０ｂとを貫く磁場ΔＨ_xの向きは、電流の正の向きを
基準にして、それぞれ、反対である。そして、バイアス
磁場Ｈ₀は、感磁素子１０ａ、１０ｂにおいて、電流の
正の向きを基準にして、それぞれ、同一向きに印加され
ている。図３の磁気インピーダンス特性曲線上の領域Ｗ
１で２つの感磁素子を動作させるものである。よって、
各感磁素子１０ａ、１０ｂの端子電圧Ｅ_a、Ｅ_bは、そ
れぞれ、図７の（ｂ）、（ｃ）のように、変化する。即
ち、位相が１８０度異なっている。それらの差電圧は図
７（ｄ）に示すように変化し、図６に示す、２つのコン
パレータ１７１ａ、１７１ｂを用いることで、それぞれ
の出力から、Ｎ極、Ｓ極のピーク付近が通過するタイミ
ングを検出することができる。

【００４４】第３実施形態次に、感磁素子１０の内部磁場を常に、バイアス磁場Ｈ
₀とするように負帰還制御して、磁場を検出する実施例
について説明する。図８は、その装置の構成を示してい
る。図４に示す例と異なる点は、感磁素子１０に負帰還
磁場を印加する負帰還励磁コイル１２が設けられている
点が異なる。又、本実施例では負帰還励磁コイル１２は
バイアス手段も構成している。即ち、前述の実施形態で
用いた薄膜磁石２０は用いておらず、負帰還励磁コイル
１２でバイアス磁場を印加している。

【００４５】本実施形態では、信号処理回路１６の出力
を差動増幅器２２で増幅して、その出力信号を負帰還励
磁コイル１２に印加している。外部磁場ΔＨ_Xが零の場
合には、バイアス磁場Ｈ₀だけが、感磁素子１０に印加
されるように負帰還励磁コイル１２に電流が流れるよう
に、差動増幅器２２の反転入力端子の電圧が抵抗により
調整されている。例えば、外部磁場ΔＨ_Xが零の場合に
は、差動増幅器２２の出力から電流が負帰還励磁コイル
１２のアースに向けて電流が供給されて、バイアス磁場
Ｈ₀が発生されているとする。次に、外部磁場ΔＨ_Xが
正方向に増加すると、感磁素子１０の端子間インピーダ
ンスは減少し、この結果、端子間電圧も減少する。する
と、差動増幅器２２の非反転入力端子の電圧が低下し
て、負帰還励磁コイル１２に流れる電流が減少する。こ
れにより、バイアス磁場Ｈ₀が減少することになり、こ
の減少分が外部磁場ΔＨ_Xの増加を補償して、感磁素子
１０の内部磁場が一定のバイアス磁場Ｈ₀になるように
負帰還制御されている。

【００４６】同様に、外部磁場−ΔＨ_xが負方向に増加
すると、感磁素子１０の端子間インピーダンスが増加
し、端子間電圧も増加する。よって、差動増幅器２２の
非反転入力端子の電圧が増加し、負帰還励磁コイル１２
をアース方向に流れる電流が増加する。これにより、バ
イアス磁場が増加し、この増加分が外部磁場の減少分を
補償するように構成されている。この様に、差動増幅器
２２の２入力電圧差が零となるように負帰還がかかって
いるので、検出すべき外部磁場がどのように変動して
も、感磁素子１０の内部磁場は、一定のバイアス磁場Ｈ
₀に制御される。この結果、図１の磁気インピーダンス
特性曲線上の動作点が常にバイアス磁場となるために、
直線性の良い磁場の検出が可能となる。差動増幅器２２
の出力レベルをコンパレータ１７１で判定することで、
検出磁場の大きさの判定が可能となる。コンパレータ１
７１における所定レベルの設定方法や、比較結果につい
ては、図４に示した第１実施形態と同様である。

【００４７】又、本実施例形態の場合には、差動増幅器
２２の反転入力端子の電圧レベルを調整することで、バ
イアス磁場Ｈ₀を調整できる。

【００４８】尚、この実施例では、負帰還励磁コイル１
２でバイアス手段を兼用しているが、負帰還励磁コイル
と、別に、永久磁石や電磁石などのバイアス手段を用い
ても良い。

【００４９】第４実施形態図９は、１対の感磁素子を用いた例である。図５に示す
実施形態に対応するものである。但し、図５の回路に対
して、差動増幅器２１へ２入力の端子を反転させてい
る。即ち、信号処理回路１６ａの出力を非反転入力端子
へ入力し、信号処理回路１６ａの出力を反転入力端子へ
入力している。この場合も、一対の負帰還励磁コイル１
２ａ、１２ｂに負帰還電流を流すことで、外部磁場を相
殺して、一対の感磁素子の内部磁場は、常に、バイアス
磁場Ｈ₀とすることが可能となる。差動増幅器２１の出
力を抵抗Ｒ₁₀と抵抗Ｒ₁₁との分割により、バイアス磁場
Ｈ₀に相当した所定レベルを差動増幅器２１の出力に印
加している。検出すべき外部磁場ΔＨ_xが零の場合に
は、差動増幅器２１の出力は零である。

【００５０】−ｘ軸方向の外部磁場−ΔＨ_xが感磁素子
１０ａ、１０ｂに印加されると、差動増幅器２１の出力
が正となる。差動増幅器２１の出力が正となると、負帰
還励磁コイル２１ａ、２１ｂへの通電電流が増加する。
これにより、バイアス磁場が増加することになり、外部
磁場−ΔＨ_xによる磁場の減少を補償する。逆に、＋ｘ
軸方向の外部磁場ΔＨ_xが感磁素子１０ａ、１０ｂに印
加されると、差動増幅器２１の出力が負となる。差動増
幅器２１の出力が負となると、負帰還励磁コイル２１
ａ、２１ｂへの通電電流が減少する。これにより、バイ
アス磁場が減少することになり、外部磁場ΔＨ_xによる
磁場の増加を補償する。このようにして、結局は、差動
増幅器２１の２つの入力差が零となるように、負帰還励
磁コイル２１ａ、２１ｂに電流が流れることになるの
で、感磁素子１０ａ、１０ｂの内部磁場は、検出すべき
外部磁場ΔＨ_xの向き及び大きさに係わらず、常に、バ
イアス磁場Ｈ₀となる。このようにすることで、動作点
を固定した状態で磁場のレベル判定が可能となる。

【００５１】コンパレータ１７１における所定レベルの
設定及び、２つのコンパレータを用いて、Ｎ極、Ｓ極の
磁場ピーク付近を検出できるようにする構成は、前述の
実施形態と同一である。

【００５２】他の実施形態上記の実施形態は、感磁素子に印加されるパルス電流に
同期して、端子間に発生する電圧の第１パルスをスイッ
チで同期検出して、ピークホールドしている。しかし、
図１０に示すように、ダイオード４１の整流による平滑
又は積分を用いて、外部磁場を検出するようにしても良
い。又、上記実施例では、パルス電流を印加している
が、図１０に示す装置において、交流電流を感磁素子に
供給するようにしても良い。

【００５３】図１１は、本発明をマグネットロータの磁
極変動を検出するのに応用した装置の例である。これに
より、マグネットロータの回転に同期して、パルスがシ
リアルに出力されることになり、このシリアルパルスを
計数することが回転角を測定することができる。又、図
１１では、出力パルスをＦＭ変調器により発信して、受
信装置でこのパルスを計数することで回転角が検出可能
となる。勿論、送信側でパルスを計数しておいて、この
計数値をＦＭ変調器により発信しても良い。この実施形
態では、検出手段の信号処理回路として、抵抗とコンデ
ンサによる積分回路が用いられている。又、マグネット
リニアスケールの磁極の変化を本発明の磁場検出装置で
検出するようにしても良い。このらの構成により、高感
度なインクリメンタル変位検出器を実現することが可能
となる。又、図１２に示すように、発振回路の出力をコ
イル２５に印加することで、バイアス磁場を発生させる
ようにしても良い。省電力化が達成できる。

【００５４】図１３は、使用環境にノイズ磁場が多い場
合に、感磁素子の周囲をパーマロイ４０等で磁気シール
ドした例を示している。これにより、ノイズに影響され
ずに、検出すべき磁場を高精度で検出することが可能と
なる。

【００５５】感磁素子の機構次に、磁場検出装置の機構的な構成について説明する。
図１４に示すように、感磁素子１０が基板３０の上に配
置されている。基板３０の上には、電極３１、３２が配
設されており、その上に感磁素子１０が両端を支持通電
されるようにして配設されている。この感磁素子１０は
電極３１、３２に対してアルミニウム３３、３４を用い
て、超音波ボンディングで接合されている。又、基板３
０の裏面にはバイアス手段である薄膜磁石２０が形成さ
れている。

【００５６】以下、図１４に示すような個片素子１００
を形成する方法について詳述する。先ず、平板状のセラ
ミックス、ＰＣＢ樹脂、シリコン等のいずれかから成る
基板の表面に銅を蒸着する。基板は絶縁性が望ましく、
少なくとも電極形成部は絶縁されている必要がある。そ
して、フォトリフグラフィ工程を経て、電極３１、３２
を残すようにエッチングを行う。このようにして、多数
の感磁素子１０が配置可能な基板が得られる。次に、感
磁素子１０を基板上の電極３１、３２上に配置して、図
１５に示すように、その上からアルミニウム又はアルミ
ニウム合金から成るプレート３３を配置して、上からボ
ンディングツール９０で加圧して、超音波振動を発生さ
せて接合させる。この時、プレート３３、感磁素子１
０、電極３１のそれぞれが相互に接続される。その後、
プレート３３を切断することで、１つの電極に対する感
磁素子１０の接合が完了する。このように、１枚の基板
上において、多数の感磁素子を、順次、配置して超音波
接合を行う。次に、この基板を図１４に示すような短冊
形状に分離する。

【００５７】電極３１の材料は感磁素子１０と超音波接
合が可能な材料で導電性が有ればなんでも良い。例え
ば、ニッケル、アルミニウム、金、銅、銀、錫、亜鉛、
白金、マグネシウム、ロジウム、又は、これらの少なく
とも１種を含む合金が望ましい。又、図１５に示すよう
に、電極３１の表面にはアルミニウム又はアルミニウム
合金から成る層３１１が形成されていても良い。この層
の形成は、アルミニウム又はアルミニウム合金プレート
を電極３１の上に置き、その上に感磁素子１０を置い
て、さらにアルミニウム又はアルミニウム合金から成る
プレート３３を置いて、超音波ボンディングを行うこと
で形成することができる。即ち、感磁素子１０を上下か
ら挟む材料がアルミニウム又はアルミニウム合金とする
ことで、機械的接合及び電気的接触を完全なものとする
ことができる。さらに、電極３１の上にアルミニウム又
はアルミニウム合金を蒸着又はメッキしてから、接合さ
せるようにしても良い。尚、電極３１、３２は、図示し
ない配線膜やリードピンと電気接続するためのワイヤボ
ンディングのランドとなる。

【００５８】超音波ボンディングを用いる理由は、感磁
素子として、アモルファス磁性体、特に、アモルファス
ワイヤを用いているために、加熱によるハンダ接合は、
結晶化が起こるために使用できないためである。又、ア
モルファス磁性体は表面が酸化されており、ハンダ接合
ができない。超音波ボンディングのろうとして、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金を用いると、機械的接合が
強固となり電気的接触が良好となることが本発明者によ
り初めて発見された。アモルファスワイヤの表面酸化膜
が超音波振動により剥離され、還元元素であるアルミニ
ウムと結合して、容易にアルミニウムプレートに取り込
まれる。この機構により電気的接触と機械的接合が良好
となると考えられる。又、アルミニウム又はその合金か
らなるプレート３３をアモルファスワイヤから成る感磁
素子１０の上に設けることで、ボンディングツール９０
の接触時の衝撃力が感磁素子１０に直接伝達することが
阻止される。即ち、プレート３３は緩衝作用をし、超音
波ボンディング時に感磁素子１０ａに応力歪みを発生さ
せることが防止される。

【００５９】次に、図１４に示す個片素子１００におい
て、感磁素子１０の周囲をゲル状物質３５で覆う。即
ち、感磁素子１０と基板３０との間、及び、感磁素子１
０の上部空間をゲル状物質で覆う。このゲル状物質で感
磁素子１０を覆う理由は、感磁素子１０に応力が印加さ
れないようにして、感磁素子１０の内部に応力を発生さ
せないようにすることである。感磁素子１０はアモルス
ファスワイヤで構成されているので、磁気的性質が歪み
の影響を受け易い。この応力は、モールド成形する時
に、樹脂が硬化するときの収縮により発生する。この応
力がゲル状物質３５で吸収されて、感磁素子１０には印
加されない。このようにすることで、検出精度を向上さ
せることができる。ゲル状物質３５にはシリコーンゲル
を用いたが、シリカゲル、エラストマ、ゼラチン等の弾
性ゲルを用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示した特性図。

【図２】本発明の原理を説明する説明図。

【図３】本発明の原理を示した特性図。

【図４】本発明の第１実施形態を示した磁場検出装置の
回路図。

【図５】本発明の第２実施形態を示した補償型の磁場検
出装置の回路図。

【図６】本発明の第２実施形態の他の例を示した補償型
の磁場検出装置の回路図。

【図７】同実施形態の動作特性を示したタイミングチャ
ート。

【図８】本発明の第３実施形態を示した負帰還型の磁場
検出装置の回路図。

【図９】本発明の第４実施形態を示した負帰還型の磁場
検出装置の回路図。

【図１０】変形例に係る磁場検出装置の回路図。

【図１１】応用例に係る磁場検出装置の回路図。

【図１２】応用例に係る磁場検出装置の回路図。

【図１３】変形例に係る磁場検出装置の感磁素子の構成
を示した説明図。

【図１４】感磁素子を搭載した個片素子の構造を示した
構造図。

【図１５】感磁素子と電極との接合部分を示した断面
図。

【符号の説明】

１０…感磁素子１０ａ，１０ｂ…感磁素子１２…帰還励磁コイル１３…矩形波発振器１４…微分回路１５…スイッチ１６…信号処理回路１７…比較還回路３０…基板３１，３２…電極３３，３４…プレート３５…ゲル状物質

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本蔵義信愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地愛知製鋼株式会社内 (72)発明者山本道治愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地愛知製鋼株式会社内 (72)発明者鷲見和正愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地愛知製鋼株式会社内Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AD51 BA05 5J050 AA03 AA49 BB26 CC00 DD14 EE34 EE35 FF23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検出軸方向の成分である外部磁場の大きさ
が増加するに連れて、インピーダンスが増加し、最大値
を通過した後、減少する磁気インピーダンス特性でイン
ピーダンスが変化する磁気インピーダンス効果を用いた
磁場検出装置において、パルス電流又は高周波電流により周回方向に励磁され、
前記外部磁場に応じてインピーダンスの変化する感磁素
子と、前記感磁素子に前記パルス電流又は前記交流電流を供給
する発振手段と、前記感磁素子の端子間のインピーダンスに関連する物理
量を検出する検出手段と、前記磁気インピーダンス特性における外部磁場の大きさ
が増加するに連れて、インピーダンスが減少する領域を
測定領域とするために、前記感磁素子にバイアス磁場を
印加するバイアス手段と、前記検出手段の出力信号を所定レベルと比較し、比較結
果を２値信号として出力する比較手段とを有することを
特徴とする磁場検出装置。
【請求項２】検出軸方向の成分である外部磁場の大きさ
が増加するに連れて、インピーダンスが増加し、最大値
を通過した後、減少する磁気インピーダンス特性でイン
ピーダンスが変化する磁気インピーダンス効果を用いた
磁場検出装置において、パルス電流又は高周波電流により周回方向に励磁され、
前記外部磁場に応じてインピーダンスの変化する１対の
感磁素子と、前記１対の感磁素子に前記パルス電流又は前記交流電流
を供給する発振手段と、前記１対の感磁素子の端子間のインピーダンスに関連す
る物理量を、それぞれ検出する１対の検出手段と、前記磁気インピーダンス特性における外部磁場の大きさ
が増加するに連れて、インピーダンスが減少する領域を
測定領域とするために、前記感磁素子にバイアス磁場を
印加する手段であって、前記外部磁場の大きさが増加す
るとき、前記１対の感磁素子の内部磁場が、一方は増大
し、他方は減少する関係となるように、前記１対の感磁
素子にバイアス磁場を印加するバイアス手段と、前記１対の検出手段の出力信号の差を出力する差出力手
段と、前記差出力手段の出力信号を所定レベルと比較し、比較
結果を２値信号として出力する比較手段とを有すること
を特徴とする磁場検出装置。
【請求項３】前記比較手段は、入力信号を第１所定レベ
ルと比較する第１比較手段と、入力信号を第２所定レベ
ルと比較する第２比較手段とを有し、第１比較手段及び
第２比較手段の出力信号は、外部磁場の向きの情報を含
むことを特徴する請求項１又は請求項２に記載の磁場検
出装置。
【請求項４】前記発振手段は、パルス電流を前記感磁素
子に供給し、前記感磁素子と前記検出手段との間に設けられ、前記パ
ルス電流に同期して、前記感磁素子に現れる第１パルス
のみを通過させるスイッチを有することを特徴とする請
求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の磁場検出装
置。
【請求項５】前記検出手段は、入力信号のピーク値又は
繰り返し入力されるピーク値又は交流信号の振幅に関連
する値が形成する信号を出力する信号処理回路を有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に
記載の磁場検出装置。
【請求項６】前記検出手段は、ピークホールド回路、又
は、積分回路であることを特徴とする請求項１乃至請求
項５の何れか１項に記載の磁場検出装置。
【請求項７】前記バイアス手段は、コイルに直流電流を
通電する電磁石、又は、永久磁石であることを特徴とす
る請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の磁場検出
装置。
【請求項８】前記感磁素子の周回方向に巻回され、前記
検出手段の出力信号に応じて、前記検出軸方向の成分で
ある前記外部磁場を相殺する磁場を生成する負帰還励磁
コイルを有することを特徴とする請求項１乃至請求項７
の何れか１項に記載の磁場検出装置。
【請求項９】前記負帰還励磁コイルは、前記バイアス手
段を兼ねることを特徴とする請求項８に記載の磁場検出
装置。
【請求項１０】前記発振手段は、矩形波発振回路と、矩
形波発振回路の出力する矩形波を微分し微分信号を前記
パルス電流とする微分回路とから成ることを特徴とする
請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の磁場検出装
置。
【請求項１１】感磁素子は、周回方向に磁気異方性を有
することを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか
１項に記載の磁場検出装置。
【請求項１２】前記感磁素子は、前記パルス電流又は交
流電流に対して表皮効果を発生する素子であることを特
徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載の
磁場検出装置。
【請求項１３】前記感磁素子は、アモルファス磁性体か
らなることを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れ
か１項に記載の磁場検出装置。
【請求項１４】前記感磁素子は、アモルファス磁性体か
らなるワイヤであることを特徴とする請求項１乃至請求
項１３の何れか１項に記載の磁場検出装置。
【請求項１５】前記感磁素子は基板上に形成された電極
で両端が支持通電され、前記基板と前記感磁素子との間
を含み、前記感磁素子の周囲がゲル状物質で覆われてい
ることを特徴とする請求項１乃至請求項１４の何れか１
項に記載の磁場検出装置。
【請求項１６】前記感磁素子を両端で支持通電する電極
に置いて、感磁素子の上からアルミニウム又はアルミニ
ウム合金を被せて、超音波ボンディングすることで、前
記感磁素子と前記電極とを接合することを特徴とする請
求項１乃至請求項１５の何れか１項に記載の磁場検出装
置。
【請求項１７】前記電極は、ニッケル、アルミニウム、
金、銅、銀、錫、亜鉛、白金、マグネシウム、ロジウ
ム、又は、これらの少なくとも１種を含む合金から成る
ことを特徴とする請求項１６に記載の磁場検出装置。
【請求項１８】前記電極は、表面層として、アミニウム
又はアルミニウム合金からなる層を有することを特徴と
する請求項１７に記載の磁場検出装置。