DE102019133370A1

DE102019133370A1 - Magnetfelddetektionsvorrichtung und verfahren zum detektieren eines magnetfeldes

Info

Publication number: DE102019133370A1
Application number: DE102019133370.9A
Authority: DE
Inventors: Kenzo Makino; Hiraku Hirabayashi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2020-07-02
Also published as: JP2020106394A; CN111381202A; US11169224B2; US20200209325A1

Abstract

Eine Magnetfelddetektionsvorrichtung (100) beinhaltet ein Magnetfelddetektionselement (1A, 1B, 1C oder 1D), einen Modulator (20) und einen Demodulator (30). Das Magnetfelddetektionselement (1A, 1B, 1C oder 1D) weist eine Empfindlichkeitsachse in einer ersten Richtung (X-Achsenrichtung) auf. Der Modulator (20) ist konfiguriert, um auf das Magnetfelddetektionselement (1A, 1B, 1C oder 1D) eine Spannung auszuüben, die mit einer ersten Frequenz oszilliert und eine Komponente in einer zweiten Richtung (Y-Achsenrichtung) beinhaltet, wobei die zweite Richtung (Y-Achsenrichtung) orthogonal zur ersten Richtung (X-Achsenrichtung) ist. Der Demodulator (30) ist konfiguriert, um ein Ausgangssignal (S1) mit der ersten Frequenz zu demodulieren, das von dem Magnetfelddetektionselement (1A, 1B, 1C oder 1D) ausgegeben wird, und auf der Grundlage einer Amplitude des Ausgangssignals (S1) eine Intensität eines Messmagnetfeldes (Hm) zu erfassen, das von dem Magnetfelddetektionselement (1A, 1B, 1C oder 1D) empfangen wird.

Description

HINTERGRUND
Die Offenbarung bezieht sich auf eine Magnetfelddetektionsvorrichtung, die ein Magnetfelddetektionselement beinhaltet, und ein Verfahren zum Erfassen eines Magnetfeldes unter Verwendung des Magnetfelddetektionselements.
Bisher wurde ein magnetoresistiver Effekt-Sensor vorgeschlagen, der eine hohe Detektionsauflösung in Bezug auf ein externes Magnetfeld aufweist, indem ein Wechselstrommagnetfeld an ein riesiges magnetoresistives Effekt-Element angelegt wird. Es wird z.B. auf die Veröffentlichung der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. H11-101861 verwiesen. Darüber hinaus wurde, ein mikroelektromechanisches System (MEMS) Gerät mit einer Struktur vorgeschlagen, in der ein magnetischer Fluss auf ein Magnetfeldsensor konzentriert ist. Es wird z.B. auf das US-Patent Nr. 7,915,891 verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung beinhaltet: ein Magnetfeld-Detektionselement mit einer Empfindlichkeitsachse in einer ersten Richtung; einen Modulator, der konfiguriert ist, um auf das Magnetfeld-Detektionselement eine Spannung auszuüben, die mit einer ersten Frequenz oszilliert und eine Komponente in einer zweiten Richtung beinhaltet, wobei die zweite Richtung orthogonal zur ersten Richtung ist; und einen Demodulator, der konfiguriert ist, um ein Ausgangssignal mit der ersten Frequenz zu demodulieren, das von dem Magnetfeld-Detektionselement ausgegeben wird, und basierend auf einer Amplitude des Ausgangssignals eine Intensität eines Messmagnetfelds zu erfassen, das von dem Magnetfeld-Detektionselement empfangen werden soll.
Ein Verfahren zum Erfassen eines Magnetfeldes gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Offenbarung beinhaltet: das Ausüben einer Spannung, die bei einer ersten Frequenz oszilliert und eine Komponente in einer zweiten Richtung beinhaltet, auf ein Magnetfelddetektionselement mit einer Empfindlichkeitsachse in einer ersten Richtung, wobei die zweite Richtung orthogonal zur ersten Richtung ist; und das Erfassen einer Intensität eines Messmagnetfeldes, das von dem Magnetfelddetektionselement empfangen werden soll, auf der Grundlage einer Amplitude eines Ausgangssignals mit der ersten Frequenz, das von dem Magnetfelddetektionselement ausgegeben wird.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen sind enthalten, um ein besseres Verständnis der Offenbarung zu vermitteln, und sie sind in diese Spezifikation integriert und bilden einen Teil dieser Spezifikation. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Spezifikation der Erläuterung der Grundsätze der Offenbarung.

1A ist ein schematisches Diagramm, das ein Gesamtkonfigurationsbeispiel einer Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Offenbarung darstellt.
1B ist eine schematische Ansicht eines Konfigurationsbeispiels eines Modulators, der in der in 1A dargestellten Magnetfelddetektionsvorrichtung enthalten ist.
1C ist ein erstes erklärendes Diagramm, das die Funktionsweise des in 1B dargestellten Modulators veranschaulicht.
1D ist ein zweites erklärendes Diagramm, das die Funktionsweise des in 1C dargestellten Modulators veranschaulicht.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Demodulators veranschaulicht, der in der in 1A dargestellten Magnetfelddetektionsvorrichtung enthalten ist.
3 ist ein Kennliniendiagrammm, das eine Empfindlichkeitsmodulation von Magnetfelddetektionselementen beschreibt.
4 ist ein KennliniendiagrammmKennliniendiagramm, das eine Beziehung zwischen einer Ausgabe aus einem Magnetfelddetektionsabschnitt einschließlich der Magnetfelddetektionselemente, deren Empfindlichkeit durch Anlegen einer Spannung moduliert wurde, und einem Messmagnetfeld, das auf die Magnetfelddetektionselemente angewendet wird, veranschaulicht.
5A ist ein Schaltplan, der ein Beispiel für eine Schaltungskonfiguration eines Hochpassfilters gemäß 2 darstellt.
5B ist ein KennliniendiagrammmKennliniendiagrammm, das ein Beispiel für die Wellenformen eines Ausgangssignals veranschaulicht, das von den Magnetfelddetektionselementen ausgegeben wird, nachdem der Hochpassfilter, wie in 5A dargestellt, passiert wurde.
6A ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für ein Referenzsignal darstellt, das in eine Phasendetektorschaltung eingegeben werden soll, die in 2 dargestellt ist.
6B ist ein KennliniendiagrammmKennliniendiagramm, das ein Beispiel für Wellenformen eines Ausgangssignals veranschaulicht, das von den Magnetfelddetektionselementen ausgegeben wird, nachdem die in 2 dargestellte Phasenerkennungsschaltung passiert wurde.
7 ist ein KennliniendiagrammmKennliniendiagramm, das ein Beispiel für Wellenformen eines Ausgangssignals veranschaulicht, das von den Magnetfelddetektionselementen ausgegeben wird, nachdem ein Tiefpassfilter passiert wurde, das in 2 dargestellt ist.
8 ist ein KennliniendiagrammmKennliniendiagramm, das ein Beispiel für eine Wellenform eines Ausgangssignals veranschaulicht, das von den Magnetfelddetektionselementen ausgegeben wird, nachdem eine in 2 dargestellte Analog-Digital-Wandlerschaltung passiert wurde.
9 ist ein KennliniendiagrammmKennliniendiagramm, das Messwerte von Messmagnetfeldern, die von der in 1 dargestellten Magnetfelddetektionsvorrichtung gemessen werden, mit Messwerten von Messmagnetfeldern vergleicht, die von einer Magnetfelddetektionsvorrichtung eines Referenzbeispiels gemessen werden.
10 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Demodulators veranschaulicht, der in einer Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß einem Beispiel für die Ausgestaltung der Offenbarung enthalten ist.
11A ist ein erklärendes Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer in 10 dargestellten Abtast- und Halteschaltung und ein Beispiel für ein Abtastimpulssignal veranschaulicht, das in die Abtast- und Halteschaltung eingegeben wird.
11B ist ein KennliniendiagrammmKennliniendiagramm, das ein Beispiel für eine Wellenform des Abtastimpulssignals darstellt, das in die in 10 dargestellte Abtast- und Halteschaltung eingegeben werden soll.
12A ist ein schematisches Diagramm, das einen Spannungsausübungsabschnitt gemäß einem ersten Änderungsbeispiel einer exemplarischen Ausführungsform der Offenbarung darstellt.
12B ist ein erstes erklärendes Diagramm, das eine Funktionsweise des in 12A dargestellten Spannungsausübungsabschnitts veranschaulicht.
12C ist ein zweites erklärendes Diagramm, das eine Funktionsweise des in 12B dargestellten Spannungsausübungsabschnitts veranschaulicht.
13 ist ein schematisches Diagramm, das Magnetfelddetektionselemente gemäß einem zweiten Modifikationsbeispiel einer exemplarischen Ausführungsform der Offenbarung darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Einige Ausführungsformen der Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Es ist zu beachten, dass die folgende Beschreibung auf anschauliche Beispiele der Technologie abzielt und nicht als Beschränkung auf die Technologie ausgelegt werden kann. Faktoren, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Zahlenwerte, Formen, Materialien, Komponenten, Positionen der Komponenten und wie die Komponenten miteinander gekoppelt sind, sind nur veranschaulichend und nicht als Einschränkung der Technologie zu verstehen. Weiterhin sind Elemente im folgenden Beispiel Ausführungsformen, die nicht in einem höchst generellen unabhängigen Anspruch der Technologie rezitiert werden, optional und können bei Bedarf bereitgestellt werden. Die Zeichnungen sind schematisch und nicht maßstabsgetreu gezeichnet. Es ist zu beachten, dass die gleichen Elemente mit den gleichen Referenznummern gekennzeichnet sind und eine redundante Beschreibung nicht im Detail beschrieben wird. Die Beschreibung erfolgt in der folgenden Reihenfolge.

1. Ausführungsform des ersten Beispiels (Beispiel einer Magnetfelddetektionsvorrichtung, die mit einem Demodulator mit einem Hochpassfilter und einer Phasendetektionsschaltung ausgestattet ist)
2. Ausführungsform des zweiten Beispiels (Beispiel einer Magnetfelddetektionsvorrichtung mit einem Demodulator mit Hochpassfilter und Abtast- und Halteschaltung)
3. Beispiele für Modifikationen Es ist wünschenswert, dass eine Magnetfelddetektionsvorrichtung eine höhere Detektionsauflösung in Bezug auf ein Magnetfeld aufweist.

Es ist wünschenswert, eine Magnetfelddetektionsvorrichtung mit einer höheren Detektionsauflösung und ein Verfahren zum Erfassen eines Magnetfeldes bereitzustellen, das es ermöglicht, das Magnetfeld mit einer höheren Detektionsauflösung zu erfassen.
[erste exemplarische Ausführungsform]
[Konfiguration des Magnetfelddetektors 100]
1A ist ein schematisches Diagramm, das ein Gesamtkonfigurationsbeispiel einer Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 gemäß einer ersten exemplarischen Ausführungsform der Offenbarung darstellt. Die Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 beinhaltet einen Modulator 20 und einen Demodulator 30. In einigen exemplarischen Ausführungsformen kann die Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 einen Magnetfelddetektionsabschnitt 10 und der Modulator 20 einen Spannungsausübungsabschnitt 21 beinhalten. 1B ist ein erklärendes Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Modulators 20 veranschaulicht.
[Magnetfelddetektionsabschnitt 10]
Der Magnetfelddetektionsabschnitt 10 kann beispielsweise vier Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D beinhalten, und die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D können zur Bildung einer Brückenschaltung verschaltet sein. Die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D sind beispielsweise jeweils auf einem Spannungsausübungsabschnitt 21 vorgesehen und weisen jeweils eine Empfindlichkeitsachse in X-Achsrichtung auf. Auf die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D können beispielsweise magnetoresistive Effekt-(MR)-Elemente anwendbar sein. In einem Fall, in dem die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D sind MR-Elemente, kann eine Magnetisierungsrichtung einer gepinnten Schicht jedes MR-Elements im Wesentlichen parallel zur Empfindlichkeitsachse sein. In einem Beispiel kann das Magnetfeld-Detektionselement 1A eine gepinnte Schicht mit einer Magnetisierung J1A in einer -X-Richtung beinhalten, das Magnetfeld-Detektionselement 1B kann eine gepinnte Schicht mit einer Magnetisierung J1B in einer +X-Richtung beinhalten, das Magnetfeld-Detektionselement 1C kann eine gepinnte Schicht mit einer Magnetisierung J1C in der -X-Richtung beinhalten, und das Magnetfeld-Detektionselement 1D kann eine gepinnte Schicht mit einer Magnetisierung J1D in der +X-Richtung beinhalten.
Der Magnetfelddetektionsabschnitt 10 kann weiterhin Permanentmagnete 2A bis 2D und Permanentmagnete 3A bis 3D beinhalten. Der Permanentmagnet 2A und der Permanentmagnet 3A können einander gegenüberliegen, wobei das Magnetfelddetektionselement 1A dazwischen angeordnet ist, und können jeweils eine Magnetisierung J2A in einer +Y-Richtung und eine Magnetisierung J3A in der +Y-Richtung aufweisen. Die Richtung +Y kann beispielsweise orthogonal zur Richtung der Magnetisierung J1A sein. Der Permanentmagnet 2B und der Permanentmagnet 3B können einander gegenüberliegen, wobei das Magnetfelddetektionselement 1B dazwischen angeordnet ist, und können jeweils eine Magnetisierung J2B in Richtung +Y und eine Magnetisierung J3B in Richtung +Y aufweisen. Die Richtung +Y kann beispielsweise orthogonal zur Richtung der Magnetisierung J1B sein. Der Permanentmagnet 2C und der Permanentmagnet 3C können einander gegenüberliegen, wobei das Magnetfelddetektionselement 1C dazwischen angeordnet ist, und können jeweils eine Magnetisierung J2C in +Y-Richtung und eine Magnetisierung J3C in +Y-Richtung aufweisen. Die Richtung +Y kann beispielsweise orthogonal zur Richtung der Magnetisierung J1C sein. Der Permanentmagnet 2D und der Permanentmagnet 3D können einander gegenüberliegen, wobei das Magnetfelddetektionselement 1D dazwischen angeordnet ist, und können jeweils eine Magnetisierung J2D in Richtung +Y und eine Magnetisierung J3D in Richtung +Y aufweisen. Die Richtung +Y kann z.B. orthogonal zur Richtung der Magnetisierung J1D sein. Bei einer solchen Konfiguration können die Permanentmagnete 2A bis 2D und die Permanentmagnete 3A bis 3D jeweils ein Vormagnetisierungsfeld in +Y-Richtung an das entsprechende der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D anlegen. In einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen die Permanentmagnete 2A bis 2D und die Permanentmagnete 3A bis 3D jeweils einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel eines „Vorspannungsmagnetfeldanlegeabschnitts“.
In der Brückenschaltung des Magnetfelddetektionsabschnitts 10 kann ein erstes Ende des Magnetfelddetektionselements 1A und ein erstes Ende des Magnetfelddetektionselements 1B an einem Knoten P1 und ein erstes Ende des Magnetfelddetektionselements 1C und ein erstes Ende des Magnetfelddetektionselements 1D an einem Knoten P2 gekoppelt sein. Weiterhin kann ein zweites Ende des Magnetfelddetektionselements 1A und ein zweites Ende des Magnetfelddetektionselements 1D an einem Knoten P3 und ein zweites Ende des Magnetfelddetektionselements 1B und ein zweites Ende des Magnetfelddetektionselements 1C an einem Knoten P4 gekoppelt sein. Hier kann der Knoten P3 an eine Spannungsversorgung Vcc und der Knoten P4 an eine Masse gekoppelt werden. Jeder der Knoten P1 und P2 kann mit einer Eingangsklemme eines Differenzdetektors 4 gekoppelt sein. Der Differenzdetektor 4 kann eine Potentialdifferenz zwischen dem Knoten P1 und dem Knoten P2 zu einem Zeitpunkt erfassen, zu dem eine Spannung zwischen dem Knoten P3 und dem Knoten P4 angelegt wird, und die erfasste Potentialdifferenz als Differenzsignal S1 an einen Demodulator 30 ausgeben.
[Modulator 20]
Der Modulator 20 kann einen Spannungsausübungsabschnitt 21 und eine Wechselstromversorgung 22 beinhalten. Bei Anlegen einer Wechselspannung durch das Wechselstromnetz 22 ist der Spannungsausübungsabschnitt 21 konfiguriert, um auf die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D eine Spannung auszuüben, die bei einer ersten Frequenz oszilliert und eine Komponente in einer Y-Achsenrichtung beinhaltet. Die Richtung der Y-Achse ist orthogonal zur Richtung der X-Achse. Die auf jedes der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D ausgeübte Spannung kann zu einer Empfindlichkeitsmodulation in den Magnetfelddetektionselementen 1A bis 1D führen. Wie in 1B dargestellt, kann der Spannungsausübungsabschnitt 21 einen Verformungsabschnitt 23 und einen Befestigungsabschnitt 24 beinhalten. Der Verformungsabschnitt 23 kann ein erstes Substrat 231 und eine erste Elektrode 232 beinhalten. Das erste Substrat 231 kann eine Elastizität aufweisen und eine isolierende Eigenschaft aufweisen. Die erste Elektrode 232 kann auf dem ersten Substrat 231 vorgesehen werden. Das erste Substrat 231 kann durch einen Träger 233 und einen Träger 234 an den jeweiligen Enden in Richtung der Y-Achse getragen werden. Relative Positionen der Stützen 233 und 234 zum Befestigungsabschnitt 24 können festgelegt werden. Der Befestigungsabschnitt 24 kann ein zweites Substrat 241 und eine zweite Elektrode 242 beinhalten. Das zweite Substrat 241 kann eine Steifigkeit aufweisen, die höher ist als die Steifigkeit der ersten Basis und eine isolierende Eigenschaft aufweisen. Die zweite Elektrode 242 kann auf dem zweiten Substrat 241 vorgesehen werden und kann von der ersten Elektrode 232 getrennt sein und ihr zugewandt sein. Die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D können auf dem Verformungsabschnitt 23 vorgesehen und von der ersten Elektrode 232 elektrisch isoliert sein. Es ist zu beachten, dass, obwohl die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D auf einer Oberfläche des Verformungsabschnitts 23 vorgesehen sind, der dem Befestigungsabschnitt 24 in einem in 1B dargestellten Beispiel zugewandt ist, die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D auch auf einer Oberfläche des Verformungsabschnitts 23 gegenüber dem Befestigungsabschnitt 24 vorgesehen sein können. Im Modulator 20 kann eine elektrostatische Kraft konfiguriert werden, die zwischen dem Verformungsabschnitt 23 und dem Befestigungsabschnitt 24 durch eine Wechselspannung erzeugt wird, die von der Wechselstromversorgung 22 an die erste Elektrode 232 und die zweite Elektrode 242 angelegt wird. In einer Ausführungsform der Offenbarung entspricht die Richtung der X-Achse einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel einer „ersten Richtung“. In einer Ausführungsform der Offenbarung entspricht die Richtung der Y-Achse einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel einer „zweiten Richtung“. In einer Ausführungsform der Offenbarung entspricht das erste Substrat 231 einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel einer „ersten Basis“. In einer Ausführungsform der Offenbarung entspricht das zweite Substrat 241 einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel einer „zweiten Basis“.
Das erste Substrat 231 kann Aluminiumoxid (Al₂O₃) beinhalten und kann beispielsweise eine Dicke von etwa 2 µ m aufweisen. Das zweite Substrat 241 kann Silizium (Si) beinhalten und kann beispielsweise eine Dicke von etwa 3 µ m aufweisen. Weiterhin können die erste Elektrode 232 und die zweite Elektrode 242 jeweils ein dünner Film sein, der beispielsweise Kupfer beinhaltet. Die erste Elektrode 232 und die zweite Elektrode 242 können jeweils auf einer Oberfläche des ersten Substrats 231 und einer Oberfläche des zweiten Substrats 241 vorgesehen sein, oder sie können jeweils innerhalb des ersten Substrats 231 und innerhalb des zweiten Substrats 241 vorgesehen sein.
Anschließend werden unter Bezugnahme auf 1C und 1D die Vorgänge des im Modulator 20 enthaltenen Spannungsausübungsabschnitts 21 beschrieben.
1C veranschaulicht einen Zustand, in dem der Verformungsabschnitt 23 so verformt wird, dass der Verformungsabschnitt 23 in Z-Achsenrichtung zum Befestigungsabschnitt 24 vorsteht. In einem Fall, in dem der Verformungsabschnitt 23 wie in 1C verformt ist, kann die Wechselstromversorgung 22 die Wechselspannung an den Spannungsausübungsabschnitt 21 anlegen, um ein umgekehrtes Vorzeichen eines elektrischen Potentials der ersten Elektrode 232 gegenüber einem Vorzeichen eines elektrischen Potentials der zweiten Elektrode 242 zu bewirken. In diesem Fall kann, wie in 1C dargestellt, eine Gleichstromversorgung (DC) zwischen dem Verformungsabschnitt 23 und der AC-Versorgung 22 gekoppelt werden. 1C veranschaulicht ein Beispiel für einen Fall, in dem die erste Elektrode 232 des Verformungsabschnitts 23 ein positives elektrisches Potential und die zweite Elektrode 242 des Befestigungsabschnitts 24 ein negatives elektrisches Potential aufweist. Es kann jedoch ein Fall vorliegen, in dem die erste Elektrode 232 das negative elektrische Potential und die zweite Elektrode 242 das positive elektrische Potential aufweist. In diesen Fällen können sich die erste Elektrode 232 und die zweite Elektrode 242 gegenseitig anziehen, so dass der Verformungsabschnitt 23 einschließlich des ersten Substrats 231 mit einer hohen Elastizität so verformt werden kann, dass der Verformungsabschnitt 23 zum Befestigungsabschnitt 24 vorsteht. Die beiden Enden in Y-Achsenrichtung des ersten Substrats 231 können durch die jeweiligen Halterungen 233 und 234 fixiert werden, so dass der Verformungsabschnitt 23 am stärksten in einer Mittelstellung zwischen dem Halter 233 und dem Halter 234 in Y-Achsenrichtung gebogen werden kann (in einer Richtung, in der der Halter 233 und der Halter 234 angeordnet sind). Wenn der Verformungsabschnitt 23 wie in 1C verformt wird, kann eine Streckspannung SS in Y-Achsenrichtung auf die am Verformungsabschnitt 23 vorgesehenen Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D aufgebracht werden. In einem Fall, in dem eine magnetostriktive Konstante einer freien Schicht, die in jedem der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D enthalten ist, positiv ist, kann jede freie Schicht eine elastische magnetische Anisotropie in einer Richtung aufweisen, die das Vormagnetfeld in Richtung der Y-Achse erhöht. Das heißt, die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D kann abnehmen. In einem Fall, in dem die magnetostriktive Konstante der freien Schicht, die in jedem der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D enthalten ist, negativ ist, kann jede freie Schicht die elastische magnetische Anisotropie in einer Richtung aufweisen, die das Vormagnetfeld in der Richtung der Y-Achse verringert. Das heißt, die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D kann zunehmen.
Im Gegensatz dazu veranschaulicht 1D einen Zustand, in dem der Verformungsabschnitt 23 so verformt wird, dass der Verformungsabschnitt 23 zur gegenüberliegenden Seite des Befestigungsabschnitts 24 vorsteht. In 1D kann die Wechselstromversorgung 22 die Wechselspannung an den Spannungsausübungsabschnitt 21 anlegen, um zu bewirken, dass das Vorzeichen des elektrischen Potentials der ersten Elektrode 232 gleich dem Vorzeichen des elektrischen Potentials der zweiten Elektrode 242 ist. In diesem Fall kann, wie in 1D dargestellt, die Gleichstromversorgung zwischen dem Verformungsabschnitt 23 und der Wechselstromversorgung 22 gekoppelt werden. 1D veranschaulicht ein Beispiel für einen Fall, in dem die erste Elektrode 232 des Verformungsabschnitts 23 das positive elektrische Potential und die zweite Elektrode 242 des Befestigungsabschnitts 24 ebenfalls das positive elektrische Potential aufweist. Es kann jedoch ein Fall vorliegen, in dem die erste Elektrode 232 das negative elektrische Potential und die zweite Elektrode 242 auch das negative elektrische Potential aufweist. In diesen Fällen können sich die erste Elektrode 232 und die zweite Elektrode 242 gegenseitig abstoßen, so dass der Verformungsabschnitt 23 einschließlich des ersten Substrats 231 mit einer hohen Elastizität so verformt werden kann, dass der Verformungsabschnitt 23 zur gegenüberliegenden Seite des Befestigungsabschnitts 24 vorsteht. Hier können die beiden Enden des Verformungsabschnitts 23 durch die jeweiligen Halterungen 233 und 234 fixiert werden. Daher kann eine Position in der Mitte zwischen dem Träger 233 und dem Träger 234 in Richtung der Y-Achse (eine Richtung, in der der Träger 233 und der Träger 234 angeordnet sind) am stärksten gebogen werden. Wenn der Verformungsabschnitt 23 wie in 1D verformt wird, kann eine Druckspannung CS in Y-Achsenrichtung auf die am Verformungsabschnitt 23 vorgesehenen Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D aufgebracht werden. In einem Fall, in dem die magnetostriktive Konstante der in jedem der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D enthaltenen freien Schicht positiv ist, kann jede freie Schicht eine elastische magnetische Anisotropie in einer Richtung aufweisen, die das Vormagnetfeld in Richtung der Y-Achse verringert. Das heißt, die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D kann zunehmen. In einem Fall, in dem die magnetostriktive Konstante der freien Schicht, die in jedem der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D enthalten ist, negativ ist, kann jede freie Schicht die elastische magnetische Anisotropie in einer Richtung aufweisen, die das Vormagnetfeld in der Richtung der Y-Achse erhöht. Das heißt, die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D kann abnehmen.
[Demodulator 30]
Der Demodulator 30 demoduliert ein Ausgangssignal, d.h. Differenzsignal S1, dessen erste Frequenz von den Magnetfelddetektionselementen 1A bis 1D ausgegeben wird, und erfasst auf der Grundlage einer Amplitude des Differenzsignals S1 eine Intensität eines Messmagnetfeldes Hm, das als Detektionszielmagnetfeld dient und von den Magnetfelddetektionselementen 1A bis 1D empfangen werden soll. Mit Bezug auf 2 wird eine Konfiguration des Demodulators 30 konkret beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Demodulators 30 veranschaulicht.
Wie in 2 dargestellt, kann der Demodulator 30 von stromaufwärts nach stromabwärts ein Hochpassfilter 31, eine Phasendetektionsschaltung 32, ein Tiefpassfilter 33 und eine Analog/Digital-(A/D)-Wandlerschaltung 34 beinhalten.
Das Hochpassfilter 31 kann eine Frequenzkomponente durchlassen, die bei einer Frequenz höher als oder gleich einer zweiten Frequenz ist, und gibt ein Ausgangssignal S2 an die Phasenerkennungsschaltung 32 aus. Die zweite Frequenz ist niedriger als die erste Frequenz. In einem Fall, in dem die erste Frequenz 1 (eins) kHz beträgt, kann die zweite Frequenz beispielsweise 500 Hz betragen.
Die Phasenerkennungsschaltung 32 kann sich auf ein Referenzsignal RS beziehen und ein Phasenerkennungssignal S3 aus dem Ausgangssignal S2 ausgeben, das vom Hochpassfilter 31 ausgegeben wird. Das Referenzsignal RS kann eine Rechteckwelle mit der ersten Frequenz und einer Phase sein, die gleich ist wie eine Phase des Differenzsignals S1 mit der ersten Frequenz (z.B. 1 (ein) kHz), die von den Magnetfelddetektionselementen 1A bis 1D ausgegeben wird. Das Phasendetektionssignal S3 kann zum Tiefpassfilter 33 geleitet werden.
Das Tiefpassfilter 33 kann eine Messkomponente des Phasenerkennungssignals S3 glätten und gibt ein Ausgangssignal S4 an die A/D-Wandlerschaltung 34 aus. In einer Ausführungsform der Offenbarung entspricht das Ausgangssignal S4 einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel einer „Messkomponente“.
Die A/D-Wandlerschaltung 34 kann eine A/D-Wandlung an einem Ausgangssignal S4 durchführen, das als Messkomponente dient, das den Tiefpassfilter 33 passiert hat und geglättet wurde, und ein Ausgangssignal Sout nach außen ausgeben. In einer Ausführungsform der Offenbarung entspricht die A/D-Wandlerschaltung 34 einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel eines „Analog-Digital-Wandlers“.
[Betrieb und Funktionsweise des Magnetfelddetektionsgerätes 100]
Die Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ist in der Lage, eine Intensität des Messmagnetfeldes Hm zu erfassen, das als Detektionsziel für das Magnetfeld dient, das von den Magnetfelddetektionselementen 1A bis 1D empfangen werden soll. So wird beispielsweise die Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 durch den Modulator 20 in der Auflösung der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D erhöht und ermöglicht so eine hochgenaue Detektion auch bei schwächerem Magnetfeld Hm.
3 ist ein Kennliniendiagramm, das eine Empfindlichkeitsmodulation der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D durch den Modulator 20 beschreibt. 3 veranschaulicht eine Ausgangsspannung[V] des Differenzsignals S1. Das Differenzsignal S1 wird erhalten, indem unter Anlegen einer Spannung in Y-Achsenrichtung an die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D das Messmagnetfeld Hm in einem Bereich von -10 mT bis +10 mT in X-Achsenrichtung angelegt wird. Es ist zu beachten, dass die magnetostriktive Konstante der freien Schicht in jedem der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D positiv ist. In 3 zeigt die horizontale Achse das Messmagnetfeld Hm[mT] und die vertikale Achse die Ausgangsspannung[V] an. 3 veranschaulicht eine Beziehung zwischen dem Messmagnetfeld Hm und der Ausgangsspannung[V] in einem Fall, in dem jede der fünf Dehnungsstufen ε, +1.0E-03, +4.0E-04, 0.0E+00, -4.0E-04 und -1.0E-03 in Y-Achsenrichtung durch Anlegen der Spannung an die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D verursacht wird. In 3 stellt eine Kurve C3-1 eine Kennlinie in einem Fall dar, in dem eine Dehnung ε von +1,0E-03 in den Magnetfelddetektionselementen 1A bis 1D auftritt, eine Kurve C3-2 stellt eine Kennlinie in einem Fall dar, in dem eine Dehnung ε von +4,0E-04 in den Magnetfelddetektionselementen 1A bis 1D auftritt, eine Kurve C3-3 stellt eine Kennlinie in einem Fall dar, in dem eine Dehnung ε von 0E+00 in den Magnetfelddetektionselementen 1A bis 1D auftritt, eine Kurve C3-4 stellt eine Kennlinie in einem Fall dar, in dem eine Dehnung ε von -4,0E-04 in den Magnetfelddetektionselementen 1A bis 1D auftritt, und eine Kurve C3-5 stellt eine Kennlinie in einem Fall dar, in dem eine Dehnung ε von -1,0E-03 in den Magnetfelddetektionselementen 1A bis 1D auftritt. Es ist zu beachten, dass eine Dehnung ε mit einem positiven Wert bedeutet, dass die Streckspannung SS in Y-Achsenrichtung, die parallel zur Richtung des von jedem der Permanentmagnete 2A bis 2D und der Permanentmagnete 3A bis 3D angelegten Vormagnetfeldes ist, auf die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D aufgebracht wird. In diesem Fall kann das von den Permanentmagneten 2A bis 2D und den Permanentmagneten 3A bis 3D ausgeübte Vormagnetisierungsfeld erhöht werden, und die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D kann abnehmen. Im Gegensatz dazu bedeutet eine Dehnung ε mit einem negativen Wert, dass die Druckspannung CS in Y-Achsrichtung auf die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D aufgebracht wird. In diesem Fall kann das von den Permanentmagneten 2A bis 2D und den Permanentmagneten 3A bis 3D ausgeübte Vormagnetisierungsfeld verringert werden, und die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D kann zunehmen. Die hierin verwendete Dehnung ε bezieht sich auf ein Verhältnis einer Größenänderung in Y-Achsenrichtung der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D, nachdem die Spannung in Y-Achsenrichtung auf eine Größe in Y-Achsenrichtung der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D aufgebracht wurde, bevor die Spannung in Y-Achsenrichtung aufgebracht wird. Dementsprechend bedeutet beispielsweise die Dehnung ε von +1,0E-03, dass ein Objekt mit einer Länge von 1 (eins) m durch Anlegen der Spannung auf eine Länge von 1001 mm aufgeweitet wurde, und beispielsweise die Dehnung ε von -1,0E-03 bedeutet, dass eine Länge des Objekts mit einer Länge von 1 (eins) m durch Anlegen der Spannung auf eine Länge von 999 mm verkürzt wurde. Weiterhin bedeutet das Messmagnetfeld Hm mit einem positiven Wert, dass das Messmagnetfeld Hm auf die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D im Wesentlichen in der gleichen Richtung (+X-Richtung im Beispiel von 1) als die Richtungen der Magnetisierung J1B und der Magnetisierung J1D, und das Messmagnetfeld Hm mit einem negativen Wert bedeutet, dass das Messmagnetfeld Hm auf die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D im Wesentlichen in der gleichen Richtung (-X-Richtung im Beispiel von 1) wie die Richtungen der Magnetisierung J1A und der Magnetisierung J1C aufgebracht wird.
Wie in 3 dargestellt, ist zu beachten, dass die Ausgangsspannung[V] je nach Wert der Dehnung ε in den Magnetfelddetektionselementen 1A bis 1D variiert. Wenn ein Fall, in dem keine Dehnung ε in den Magnetfelddetektionselementen 1A bis 1D auftritt, d.h. die Dehnung ε 0,0E+00 (Kurve C3-3) ist, als Standard angesehen wird, sinkt der Absolutwert der Ausgangsspannung[V] in einem Fall, in dem die Dehnung ε mit einem positiven Wert auftritt (Kurven C3-1 und C3-2), während der Absolutwert der Ausgangsspannung[V] in einem Fall ansteigt, in dem die Dehnung ε mit einem negativen Wert auftritt (Kurven C3-4 und C3-5). In einem Fall, in dem eine magnetostriktive Konstante der freien Schicht, die in jedem der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D enthalten ist, negativ ist, erhöht sich daher die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D in Bezug auf das Messmagnetfeld Hm, indem die Druckspannung in Y-Achsenrichtung auf die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D aufgebracht wird. Auch für den Fall, dass die magnetostriktive Konstante der freien Schicht, die in jedem der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D enthalten ist, positiv ist, erhöht sich die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D in Bezug auf das Messmagnetfeld Hm, indem die Streckspannung in Y-Achsenrichtung auf die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D aufgebracht wird.
Wie vorstehend beschrieben, erfolgt die Empfindlichkeitsmodulation in den Magnetfelddetektionselementen 1A bis 1D in Abhängigkeit vom Wert der Dehnung ε durch eine Belastung der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D. Dementsprechend schwankt die vom Magnetfelddetektionsabschnitt 10 ausgegebene Ausgangsspannung periodisch, wenn die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D in einer Umgebung, in der ein Messmagnetfeld Hm mit einem bestimmten Wert angelegt wird, belastet werden, wie in 4 dargestellt. 4 ist ein Kennliniendiagramm, das einen Zusammenhang der Ausgangsspannung veranschaulicht, die aus dem Magnetfelddetektionsabschnitt 10 ausgegeben wird, einschließlich der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D, deren Empfindlichkeit durch Aufbringen einer Spannung in Y-Achsenrichtung, die mit der ersten Frequenz oszilliert, gegenüber dem Messmagnetfeld Hm, das auf die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D aufgebracht wird, moduliert wurde.
In 4 veranschaulicht (A) eine Ausgangsspannung[V] des Differenzsignals S1. Das Differenzsignal S1 wird erhalten, indem während des Anlegens der Spannung in Y-Achsrichtung an die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D das Messmagnetfeld Hm in einem Bereich von -10 mT bis +10 mT in X-Achsrichtung angelegt wird. Es ist zu beachten, dass das Differenzsignal S1 erhalten wird, indem durch die Stromversorgung Vcc eine vorbestimmte Spannung zwischen dem Knoten P3 und dem Knoten P4 der Brückenschaltung mit den vier Magnetfelddetektionselementen 1A bis 1D angelegt wird und durch den Differenzdetektor 4 eine Differenz auf der Grundlage eines Signals e1 und eines Signals e2, die jeweils aus den Knoten P1 und P2 der Brückenschaltung extrahiert werden, erfasst wird. In (A) von 4 zeigt die horizontale Achse das Messmagnetfeld Hm[mT] und die vertikale Achse die Ausgangsspannung[V] an, und es wird eine Beziehung zwischen dem Messmagnetfeld Hm und der Ausgangsspannung[V] in Bezug auf jede der Dehnungen ε von drei Stufen, +4.0E-04, 0.0E+00 und -4.0E-04, dargestellt.
Weiterhin veranschaulicht (B) von 4 eine zeitliche Variation der aus dem Magnetfelddetektionsabschnitt 10 ausgegebenen Ausgangsspannung[V] in einem Fall, in dem die Spannung, die eine Wechselspannungsdehnung ε verursacht, deren maximale Amplitude ±4,0E-04 beträgt, in einem Zustand angelegt wird, in dem jedes der Messmagnetfelder Hm von fünf Pegeln, +10 mT, +5 mT, 0 (Null) mT, -5 mT und -10 mT angelegt wird. In (B) von 4 zeigt die horizontale Achse eine Zeit T und die vertikale Achse die Ausgangsspannung[V] des Differenzsignals S1 an. Weiterhin veranschaulicht (B) von 4 ein Beispiel für einen Fall, in dem die Spannung angewendet wird, um eine Wechselspannungsdehnung Wechselspannungsdehnungε von 1 (einem) kHz zu bewirken, d.h. ein Fall, in dem ein Zyklus von einer Zeit T1 zu einer Zeit T2 1 (ein) msec ist. Darüber hinaus in (B) von 4, stellt eine Kurve C4-1 eine Kennlinie in einem Fall dar, in dem das Messmagnetfeld Hm von +10 mT auf die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D angewendet wird, eine Kurve C4-2 stellt eine Kennlinie in einem Fall dar, in dem das Messmagnetfeld Hm von +5 mT auf die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D angewendet wird, eine Kurve C4-3 stellt eine Kennlinie in einem Fall dar, in dem das Messmagnetfeld Hm von 0 (Null) mT auf die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D angewendet wird, eine Kurve C4-4 stellt eine Kennlinie in einem Fall dar, in dem das Messmagnetfeld Hm von -5 mT an die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D angelegt wird, und eine Kurve C4-5 stellt eine Kennlinie in einem Fall dar, in dem das Messmagnetfeld Hm von -10 mT an die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D angelegt wird.
Wie in 4 dargestellt, ist zu beachten, dass im Falle, dass die Spannung, die die Wechselspannungsdehnung ε verursacht, unter einer Umgebung angelegt wird, in der ein vorgegebenes Messmagnetfeld Hm angelegt wird, die vom Magnetfelddetektionsabschnitt 10 ausgegebene Ausgangsspannung[V] periodisch schwankt. In diesem Fall nimmt mit einer Erhöhung des Absolutwertes des Messmagnetfeldes Hm auch die Schwankungsbreite zu. Darüber hinaus ist zu beachten, dass mit der Änderung der Wirkrichtung des Messmagnetfeldes Hm in die entgegengesetzte Richtung auch die Phase der Ausgangsspannung[V] invertiert wird.
In der Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 kann der Magnetfelddetektionsabschnitt 10 das Differenzsignal S1 erzeugen, und danach kann das Hochpassfilter 31 eine Frequenzkomponente mit einer Frequenz, die niedriger ist als die zweite Frequenz (z.B. 500 Hz), die in dem Differenzsignal S1 enthalten ist, das vom Magnetfelddetektionsabschnitt 10 ausgegeben wird, schneiden. Dadurch kann ein 1/f-Rauschen, d.h. eine Frequenzkomponente mit einer Frequenz, die niedriger als die zweite Frequenz ist (z.B. 500 Hz), entfernt werden. Es ist zu beachten, dass das Hochpassfilter 31 beispielsweise eine in 5A dargestellte Schaltungsanordnung aufweisen kann. Weiterhin ist 5B ein Kennliniendiagramm, das ein Beispiel für Wellenformen des Ausgangssignals S2 nach dem Passieren des Hochpassfilters 31 darstellt. Die in 5B dargestellten Wellenformen werden erhalten, indem die in (B) von 4 dargestellten Kurven C4-1 bis C4-5 übereinander gelegt werden. Im Einzelnen entsprechen die in 5B dargestellten Kurven C5-1 bis C5-5 jeweils den in (B) von 4 dargestellten Kurven C4-1 bis C4-5. Es ist zu beachten, dass in 5B die horizontale Achse eine verstrichene Zeit[msec] und die vertikale Achse eine Ausgangsspannung[-] anzeigt. Die Ausgangsspannung [-] in der vertikalen Achse wird durch einen numerischen Wert dargestellt, der mit einem Maximalwert von 1 (eins) normiert ist.
In der Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 kann das Hochpassfilter 31 das Ausgangssignal S2 erzeugen, und danach kann sich die Phasendetektionsschaltung 32 beispielsweise auf das in 6A dargestellte Referenzsignal RS beziehen und das Ausgangssignal S2 demodulieren und das Phasendetektionssignal S3 ausgeben. 6A ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für das Referenzsignal RS veranschaulicht, das in die Phasenerkennungsschaltung 32 eingegeben wird. Das Referenzsignal RS kann ein Rechtecksignal sein, das mit einem Zyklus der Wellenform des in 5B dargestellten Ausgangssignals S2 synchronisiert ist, bei dem beispielsweise ein Wert SH und ein Wert SL abwechselnd alle 0,5 msec wiederholt werden. In der ersten exemplarischen Ausführungsform, wenn das Referenzsignal RS den Wert SH hat, kann die Phasenerkennungsschaltung 32 das Ausgangssignal S2 passieren lassen, ohne das Vorzeichen der Ausgangsspannung zu invertieren, und wenn das Referenzsignal RS den Wert SL hat, kann die Phasenerkennungsschaltung 32 das Vorzeichen der Ausgangsspannung invertieren und beispielsweise das Ausgangssignal S2 übergeben. Dadurch kann beispielsweise das Phasendetektionssignal S3 mit den in 6B dargestellten Wellenformen erhalten werden. 6B ist ein Kennliniendiagramm, das ein Beispiel für Wellenformen des Phasendetektionssignals S3 nach dem Durchlaufen der Phasendetektionsschaltung 32 darstellt. Die in 6B dargestellten Kurven C6-1 bis C6-5 entsprechen jeweils den in 5B dargestellten Kurven C5-1 bis C5-5.
Danach kann das Tiefpassfilter 33 in der Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 die Messkomponente aus dem Phasendetektionssignal S3 extrahieren. Dadurch kann beispielsweise das Ausgangssignal S4 mit den in 7 dargestellten Wellenformen erhalten werden. Die in 7 dargestellten Kurven C7-1 bis C7-5 entsprechen jeweils den in 6B dargestellten Kurven C6-1 bis C6-5.
Danach kann die A/D-Wandlerschaltung 34 in der Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 eine A/D-Wandlung des Ausgangssignals S4 als Messkomponente durchführen, das den Tiefpassfilter 33 passiert hat und geglättet wurde, und das Ausgangssignal Sout nach außen ausgeben. 8 veranschaulicht ein Beispiel für eine Wellenform des Ausgangssignals Sout nach dem Durchlaufen der A/D-Wandlerschaltung 34. In 8 zeigt die horizontale Achse das Messmagnetfeld[mT] und die vertikale Achse die Ausgangsspannung[-] an. Wie in 8 dargestellt, ist das an die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D angelegte Messmagnetfeld[mT] im Ausgangssignal Sout im Wesentlichen proportional zur Ausgangsspannung[-].
[Beispiel Auswirkungen des Magnetfelddetektors 100]
In der Magnetfeld-Detektionsvorrichtung 100 nach der ersten exemplarischen Ausführungsform wird die Empfindlichkeit der Magnetfeld-Detektionselemente 1A bis 1D moduliert, indem durch den Spannungsausübungsabschnitt 21 die Streckspannung SS und die Druckspannung CS in Y-Achsenrichtung auf die Magnetfeld-Detektionselemente 1A bis 1D, wie vorstehend beschrieben, aufgebracht werden. Mit der Empfindlichkeitsmodulation variiert die Amplitude der von den Magnetfelddetektionselementen 1A bis 1D ausgegebenen Ausgangsspannung V in Abhängigkeit von der Intensität des Messmagnetfeldes Hm, so dass es möglich ist, die Intensität des Messmagnetfeldes Hm durch den Demodulator 30 anhand der Amplitude der Ausgangsspannung V zu erfassen. So misst beispielsweise ein eingebauter Magnetkompass in einem Mobiltelefon oft die Intensität eines Messmagnetfeldes mit einer Frequenz von etwa 0 (Null) bis 100 Hz. Ein vorhandener Magnetkompass konnte aufgrund des Einflusses eines großen 1/f-Rauschens, das in einem magnetoresistiven Effekt-Element innerhalb des obigen Frequenzbandes aufgetreten ist, keine ausreichende Detektionsauflösung erzielen. Im Gegensatz dazu wird gemäß der Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 der ersten exemplarischen Ausführungsform und dem Verfahren zum Erfassen eines Magnetfeldes der ersten exemplarischen Ausführungsform das 1/f-Rauschen effektiv entfernt und eine höhere Detektionsauflösung erreicht. Dementsprechend wird mit der ersten exemplarischen Ausführungsform eine hohe Reproduzierbarkeit bei der Messung eines Magnetfeldes erreicht.
9 ist ein experimentelles Beispiel, das die Streuung der Messwerte der Messmagnetfelder Hm in X-Achsenrichtung darstellt, gemessen von der Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 gemäß der ersten Beispielausführung. In 9 zeigt die horizontale Achse eine Probennummer und die vertikale Achse einen tatsächlichen Messwert eines Messmagnetfeldes an. Zum Vergleich beinhaltet 9 auch die tatsächlichen Messwerte der Messung von Magnetfeldern Hm nach einem Referenzbeispiel. Das Referenzbeispiel verwendet eine Magnetfelddetektionsvorrichtung mit im Wesentlichen der gleichen Konfiguration wie die Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 gemäß der ersten exemplarischen Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass kein Modulator 20 enthalten ist und keine Spannung auf das Magnetfelddetektionselement aufgebracht wird. Wie in 9 dargestellt, ist zu erkennen, dass das Versuchsbeispiel eine geringere Streuung der tatsächlichen Messwerte der Messmagnetfelder Hm aufweist und eine höhere Detektionsauflösung als das Referenzbeispiel erreicht.
Darüber hinaus wird die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D durch den Modulator 20 in der ersten exemplarischen Ausführungsform erhöht. Somit ist es möglich, auch ein schwächeres Messmagnetfeld Hm mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Darüber hinaus wird die Empfindlichkeit der Magnetfeld-Detektionselemente 1A bis 1D moduliert, indem die Spannung mit Hilfe der elektrostatischen Kraft aufgebracht wird, ohne ein magnetisches Material zu verwenden, das als Erzeugungsquelle für das 1/f-Rauschen dienen kann. Somit ist es möglich, eine Behinderung des Betriebs der Erfassung des Messmagnetfeldes Hm in den Magnetfelddetektionselementen 1A bis 1D zu vermeiden. So beinhaltet beispielsweise die oben beschriebene MEMS-Vorrichtung des US-Patents Nr. 7,915,891 Flusskonzentratoren 40, die ein magnetisches Material beinhalten. Daher ist es durchaus möglich, dass die Flusskonzentratoren 40 als Rauschquelle dienen.
Darüber hinaus wird in dem Ausgangssignal S2, das das Hochpassfilter 31 passiert hat, nur die in der Phasenerkennungsschaltung 32 auf Basis des Referenzsignals RS demodulierte Frequenzkomponente schließlich als Ausgangssignal Sout ausgegeben. Somit ist es möglich, in der ersten exemplarischen Ausführungsform ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis (S/N) zu erreichen.
(Zweite exemplarische Ausführungsform)
[Konfiguration des Demodulators 30A]
10 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Demodulators 30A gemäß einer zweiten exemplarischen Ausführungsform der Offenbarung darstellt. Wie beim Demodulator 30 der ersten exemplarischen Ausführungsform kann der Demodulator 30A an der Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 montiert werden und kann durch Demodulation des Differenzsignals S1, dessen Empfindlichkeit im Modulator 20 moduliert wurde, zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses beitragen.
Wie in 10 dargestellt, kann der Demodulator 30A eine Abtast- und Halteschaltung 35 anstelle der in dem Demodulator 30 enthaltenen Phasendetektionsschaltung 32 beinhalten. Weiterhin kann der Demodulator 30A keine Tiefpassfilter 3 beinhalten. Abgesehen davon kann der Demodulator 30A im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie der Demodulator 30 aufweisen.
FIGUR IIA veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel der Abtast- und Halteschaltung 35. Weiterhin veranschaulicht die 11B ein charakteristisches Diagramm eines Beispiels für eine Wellenform eines Abtastimpulssignals PS, das in die Abtast- und Halteschaltung 35 eingegeben wird. Die Abtast- und Halteschaltung 35 kann sich auf das von einer Außenseite der Abtast- und Halteschaltung 35 eingegebene Abtastimpulssignal PS beziehen und eine Abtastung der Spitzenwerte der Wellenformen des in 5B dargestellten Ausgangssignals S2 durchführen. Durch das Abtasten kann die Abtast- und Halteschaltung 35 das Ausgangssignal S2 demodulieren und ein Ausgangssignal S5 ausgeben. Die Wellenformen des Ausgangssignals S5 können im Wesentlichen die gleichen sein wie beispielsweise die Wellenformen des in 7 dargestellten Ausgangssignals S4.
Im Demodulator 30A kann die A/D-Wandlerschaltung 34 eine A/D-Wandlung des Ausgangssignals S5 durchführen, das die Abtast- und Halteschaltung 35 passiert hat, und das Ausgangssignal Sout nach außen ausgeben. In einer Ausführungsform der Offenbarung entspricht das Ausgangssignal S5 einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel einer „Probekomponente“. Zu diesem Zeitpunkt kann die A/D-Wandlerschaltung 34 die A/D-Wandlung einschließlich eines zeitmittelnden Prozesses an einer Vielzahl von Abtastkomponenten durchführen. Ein Grund dafür ist, dass dadurch die Streuung der Messwerte des Messmagnetfeldes Hm weiter unterdrückt wird.
[Funktionsweise und Beispieleffekte des Demodulators 30A]
Auch in der zweiten exemplarischen Ausführungsform demoduliert der Demodulator 30A das Differenzsignal S1, dessen Empfindlichkeit im Modulator 20 moduliert wurde, und ist somit in der Lage, wie beim Demodulator 30 nach der ersten exemplarischen Ausführungsform zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses beizutragen.
[Beispiele für Modifikationen]
Bislang wurde die Offenbarung mit Bezug auf einige exemplarische Ausführungsformen beschrieben. Die Offenbarung beschränkt sich jedoch nicht nur auf solche exemplarischen Ausführungsformen und kann auf verschiedene Weise geändert werden. So werden beispielsweise nach dem vorstehenden Beispiel Ausführungsformen die Phasendetektionsschaltung und die Abtast- und Halteschaltung als Beispiele für den Demodulator angegeben, aber die Offenbarung ist darauf nicht beschränkt. Obwohl der Demodulator in den vorstehenden Beispielausführungen das Hochpassfilter und das Tiefpassfilter beinhaltet, kann in einigen Beispielausführungen der Offenbarung eine oder beide weggelassen werden.
In den vorstehenden exemplarischen Ausführungsformen wird die Spannung auf das Magnetfelddetektionselement aufgebracht, indem der Verformungsabschnitt 23 unter Verwendung der zwischen den beiden gegenüberliegenden Elektroden erzeugten elektrostatischen Kraft verformt wird. Die Offenlegung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
In einem Beispiel, wie im Falle eines Spannungsausübungsabschnitts 21A gemäß einem ersten Änderungsbeispiel, das in 12A dargestellt ist, kann beispielsweise anstelle des Verformungsabschnitts 23 und des Befestigungsabschnitts 24 ein Verformungsabschnitt 25 vorgesehen werden. Der Verformungsabschnitt 25 kann eine erste Elektrode 251, eine zweite Elektrode 252 und ein piezoelektrisches Substrat 253 beinhalten. Das piezoelektrische Substrat 253 kann zwischen der ersten Elektrode 251 und der zweiten Elektrode 252 vorgesehen werden. Das piezoelektrische Substrat 253 kann eine Elastizität aufweisen und kann ein piezoelektrisches Material wie Bleizirkonattitanat (PZT) beinhalten. Das piezoelektrische Substrat 253 kann an einem Ende in Richtung der Y-Achse von einem Träger 254 getragen werden. Die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D können am Verformungsabschnitt 25 vorgesehen und von der ersten Elektrode 251 und der zweiten Elektrode 252 elektrisch isoliert sein. In 12A, sowie in 12B und 12C, die später beschrieben werden sollen, Beispiele, in denen die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D auf einer Oberfläche der zweiten Elektrode 252 vorgesehen sind, die auf dem piezoelektrischen Substrat 253 vorgesehen ist. Das piezoelektrische Substrat 253 kann konfiguriert werden, um aufgrund eines inversen piezoelektrischen Effekts durch Anlegen einer Wechselspannung durch die Wechselstromversorgung 22 an die erste Elektrode 251 und die zweite Elektrode 252 verformt zu werden. Das heißt, wenn die Wechselspannung von der Wechselstromversorgung 22 angelegt wird, kann der Spannungsausübungsabschnitt 21A konfiguriert werden, um an die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D eine Spannung anzulegen, die mit einer ersten Frequenz oszilliert und eine Komponente in der Y-Achsenrichtung beinhaltet, die orthogonal zur X-Achsenrichtung ist. Die auf jedes der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D ausgeübte Spannung kann zu einer Empfindlichkeitsmodulation in den Magnetfelddetektionselementen 1A bis 1D führen. In einer Ausführungsform der Offenbarung entspricht das piezoelektrische Substrat 253 einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel eines „piezoelektrischen Elements“.
Anschließend werden unter Bezugnahme auf 12B und 12C die Vorgänge des Spannungsausübungsabschnitts 21A beschrieben.
12B veranschaulicht einen Zustand, in dem der Verformungsabschnitt 25 so verformt wird, dass der Verformungsabschnitt 25 zu einer Seite der ersten Elektrode 251 in Richtung Z-Achse gekrümmt ist. In einem Fall, in dem der Verformungsabschnitt 25 verformt werden soll, kann die Wechselstromversorgung 22 die Wechselspannung an den Spannungsausübungsabschnitt 21A anlegen, um ein umgekehrtes Vorzeichen eines elektrischen Potentials der ersten Elektrode 251 gegenüber einem Vorzeichen eines elektrischen Potentials der zweiten Elektrode 252 zu bewirken. In einem Beispiel, in einem Fall, in dem der Verformungsabschnitt 25 wie in 12B dargestellt verformt werden soll, kann die erste Elektrode 251 ein positives elektrisches Potential aufweisen, und die zweite Elektrode 252 ein negatives elektrisches Potential aufweisen. Ein Ende in Y-Achsenrichtung des piezoelektrischen Substrats 253 kann durch den Träger 254 fixiert werden. Daher kann das andere Ende auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers 254 in Richtung der Y-Achse am stärksten gebogen werden. Wenn der Verformungsabschnitt 25 wie in 12B verformt wird, kann eine Streckspannung SS in Y-Achsenrichtung auf die am Verformungsabschnitt 25 vorgesehenen Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D aufgebracht werden. In einem Fall, in dem eine magnetostriktive Konstante einer freien Schicht, die in jedem der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D enthalten ist, positiv ist, kann jede freie Schicht eine elastische magnetische Anisotropie in einer Richtung aufweisen, die das Vormagnetfeld in Richtung der Y-Achse erhöht. Das heißt, die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D kann abnehmen. In einem Fall, in dem die magnetostriktive Konstante der freien Schicht, die in jedem der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D enthalten ist, negativ ist, kann jede freie Schicht die elastische magnetische Anisotropie in einer Richtung aufweisen, die das Vormagnetfeld in der Richtung der Y-Achse verringert. Das heißt, die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D kann zunehmen.
Im Gegensatz dazu veranschaulicht 12C einen Zustand, in dem der Verformungsabschnitt 25 so verformt wird, dass der Verformungsabschnitt 25 zu einer Seite der zweiten Elektrode 252 in Richtung der Z-Achse gekrümmt ist. In einem Fall, in dem der Verformungsabschnitt 25 wie in 12C dargestellt verformt werden soll, kann die erste Elektrode 251 ein negatives elektrisches Potential aufweisen, und die zweite Elektrode 252 ein positives elektrisches Potential aufweisen. Wenn der Verformungsabschnitt 25 wie in 12C verformt wird, kann eine Druckspannung CS in Y-Achsenrichtung auf die am Verformungsabschnitt 25 vorgesehenen Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D aufgebracht werden. In einem Fall, in dem eine magnetostriktive Konstante einer freien Schicht, die in jedem der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D enthalten ist, positiv ist, kann jede freie Schicht eine elastische magnetische Anisotropie in einer Richtung aufweisen, die das Vormagnetfeld in Richtung der Y-Achse verringert. Das heißt, die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D kann zunehmen. In einem Fall, in dem die magnetostriktive Konstante der freien Schicht, die in jedem der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D enthalten ist, negativ ist, kann jede freie Schicht die elastische magnetische Anisotropie in einer Richtung aufweisen, die das Vormagnetfeld in der Richtung der Y-Achse erhöht. Das heißt, die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D kann abnehmen.
Auf diese Weise ist der Modulator 20 mit dem Spannungsausübungsabschnitt 21A nach der ersten Modifikation auch in der Lage, die Streckspannung SS und die Druckspannung CS in Y-Achsenrichtung auf die Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D anzuwenden und die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D zu modulieren. Daher wird erwartet, dass ähnliche Effekte wie bei den exemplarischen Ausführungsformen erreicht werden.
Obwohl die Permanentmagnete in den vorgenannten exemplarischen Ausführungsformen als Vorspannelemente für das Magnetfeld verwendet werden, ist die Offenbarung nicht darauf beschränkt. So kann beispielsweise eine Induktionsspule als Vorspannungsmagnetfeldanlegeabschnitt verwendet werden, und ein Vorspannungs-Magnetfeld kann durch elektromagnetische Induktion auf das Magnetfelddetektionselement aufgebracht werden. Noch weiter, in einigen Beispielen Ausführungsformen der Offenbarung, kann der Vorspannungsmagnetfeldanlegeabschnitt nicht unbedingt vorgesehen werden. In einem solchen Fall, wie beispielsweise in 13 dargestellt, kann eine Formanisotropie der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D verwendet werden. In einem Beispiel, in einem Zustand, in dem kein externes Magnetfeld angelegt wird, können die Magnetisierungsrichtungen F1A bis F1D freier Schichten jeweils in einem Zustand stabilisiert werden, in dem sie in eine Längsrichtung (Y-Achsenrichtung) der Magnetfelddetektionselemente 1A bis 1D versetzt sind, so dass sie orthogonal zu den Richtungen (X-Achsenrichtung) der Magnetisierungen J1A bis J1D von gepinnten Schichten verlaufen.
Darüber hinaus umfasst die Offenbarung jede mögliche Kombination aus einigen oder allen verschiedenen Ausführungsformen und den hierin beschriebenen und darin enthaltenen Änderungsbeispielen.
Es ist möglich, mindestens die folgenden Konfigurationen aus den oben beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen der Offenbarung zu erreichen.

(1) Eine Magnetfelddetektionsvorrichtung mit:
- ein Magnetfelddetektionselement mit einer Empfindlichkeitsachse in einer ersten Richtung;
- einen Modulator, der konfiguriert ist, um auf das Magnetfelddetektionselement eine Spannung auszuüben, die mit einer ersten Frequenz schwingt und eine Komponente in einer zweiten Richtung beinhaltet, wobei die zweite Richtung orthogonal zur ersten Richtung ist; und
- einen Demodulator, der konfiguriert ist, um ein Ausgangssignal mit der ersten Frequenz zu demodulieren, das von dem Magnetfelddetektionselement ausgegeben wird, und um auf der Grundlage einer Amplitude des Ausgangssignals eine Intensität eines Messmagnetfeldes zu erfassen, das von dem Magnetfelddetektionselement empfangen werden soll.
(2) Die Magnetfelddetektionsvorrichtung nach (1), bei der der Modulator beinhaltet
- einen Verformungsabschnitt mit einer ersten Basis und einer ersten Elektrode, wobei die erste Basis eine Elastizität aufweist und die erste Elektrode auf der ersten Basis vorgesehen ist, und
- einen Befestigungsabschnitt, der eine zweite Basis und eine zweite Elektrode beinhaltet, wobei die zweite Basis eine Steifigkeit aufweist, die höher ist als die Steifigkeit der ersten Basis, wobei die zweite Elektrode auf der zweiten Basis vorgesehen ist und von der ersten Elektrode getrennt ist und ihr gegenüberliegt,
das Magnetfelddetektionselement auf dem Verformungsabschnitt vorgesehen und von der ersten Elektrode elektrisch isoliert ist, und eine elektrostatische Kraft konfiguriert ist, die zwischen dem Verformungsabschnitt und dem Befestigungsabschnitt durch Anlegen einer Wechselspannung an die erste Elektrode und die zweite Elektrode erzeugt wird.
(3) Die Magnetfelddetektionsvorrichtung nach (1), bei der der Modulator eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und ein piezoelektrisches Element beinhaltet, wobei das piezoelektrische Element zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode vorgesehen ist, das Magnetfelddetektionselement am Modulator vorgesehen ist und von der ersten Elektrode und von der zweiten Elektrode elektrisch isoliert ist, und das piezoelektrische Element konfiguriert ist, um durch Anlegen einer Wechselspannung an die erste Elektrode und die zweite Elektrode verformt zu werden.
(4) Die Magnetfeld-Detektionsvorrichtung gemäß einem von (1) bis (3), wobei der Demodulator ein Hochpassfilter beinhaltet, das konfiguriert ist, um eine Frequenzkomponente durchzulassen, die bei einer Frequenz höher als oder gleich einer zweiten Frequenz ist, wobei die zweite Frequenz niedriger als die erste Frequenz ist.
(5) Die Magnetfeld-Detektionsvorrichtung gemäß (4), in der der Demodulator ferner eine Phasendetektionsschaltung beinhaltet, die sich auf eine Rechteckwelle bezieht und dadurch ein Phasendetektionssignal ausgibt, wobei die Rechteckwelle die erste Frequenz aufweist und eine Phase aufweist, die mit einer Phase des vom Magnetfeld-Detektionselement ausgegebenen Ausgangssignals identisch ist.
(6) Die Magnetfeld-Detektionsvorrichtung gemäß (5), in der der Demodulator ferner ein Tiefpassfilter beinhaltet, das konfiguriert ist, um eine Messkomponente des Phasenerfassungssignals zu glätten und die geglättete Messkomponente des Phasenerfassungssignals zu passieren.
(7) Die Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß (6), in der der Demodulator ferner einen Analog-Digital-Wandler beinhaltet, der konfiguriert ist, um eine Analog-Digital-Wandlung an der Messkomponente durchzuführen, die das Tiefpassfilter passiert hat.
(8) Die Magnetfelddetektionsvorrichtung nach (4), wobei der Demodulator ferner eine Abtast- und Halteschaltung beinhaltet.
(9) Die Magnetfeld-Erfassungsvorrichtung gemäß (8), in der der Demodulator ferner einen Analog-Digital-Wandler beinhaltet, der konfiguriert ist, um eine Analog-Digital-Wandlung an einer Abtastkomponente durchzuführen, die die Abtast- und Halteschaltung passiert hat.
(10) Die Magnetfeld-Detektionsvorrichtung gemäß (9), in der die Abtastkomponente eine Vielzahl von Abtastkomponenten beinhaltet, und der Analog-Digital-Wandler konfiguriert ist, um die Analog-Digital-Wandlung einschließlich eines zeitgemittelten Prozesses an der Vielzahl von Abtastkomponenten durchzuführen.
(11) Die Magnetfeld-Erfassungsvorrichtung gemäß einem von (1) bis (10), ferner umfassend einen Vorspannungsmagnetfeldanlegeabschnitt, der konfiguriert ist, um an das Magnetfelddetektionselement ein Vorspannungsmagnetfeld mit der Komponente in der zweiten Richtung anzulegen.
(12) Ein Verfahren zum Erfassen eines Magnetfeldes, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet:
- Anwenden einer Spannung, die bei einer ersten Frequenz oszilliert und eine Komponente in einer zweiten Richtung beinhaltet, auf ein Magnetfelddetektionselement mit einer Empfindlichkeitsachse in einer ersten Richtung, wobei die zweite Richtung orthogonal zur ersten Richtung ist; und
- Erfassen einer Intensität eines Messmagnetfeldes, das von dem Magnetfelddetektionselement empfangen werden soll, auf der Grundlage einer Amplitude eines Ausgangssignals mit der ersten Frequenz, das von dem Magnetfelddetektionselement ausgegeben wird.

Gemäß der Magnetfelddetektionsvorrichtung und dem Verfahren zum Erfassen eines Magnetfeldes in einer exemplarischen Ausführungsform der Offenbarung wird die Empfindlichkeit des Magnetfelddetektionselements moduliert, indem eine bei der ersten Frequenz oszillierende Spannung angelegt wird, die eine Komponente beinhaltet, die orthogonal zur Empfindlichkeitsachse des Magnetfelddetektionselements ist. Auf diese Weise variiert die vom Magnetfelddetektionselement ausgegebene Amplitude in Abhängigkeit von der Intensität des Messmagnetfeldes. Somit wird die Intensität des vom Magnetfelddetektionselement zu empfangenden Messmagnetfeldes vom Demodulator auf der Grundlage der vom Magnetfelddetektionselement ausgegebenen Ausgangsamplitude erfasst.
Gemäß der Magnetfelddetektionsvorrichtung und dem Verfahren zum Erfassen eines Magnetfeldes in einer exemplarischen Ausführungsform der Offenbarung wird das 1/f-Rauschen effektiv entfernt und eine hohe Reproduzierbarkeit bei der Messung eines Magnetfeldes erreicht. Daher ist es gemäß der Magnetfeld-Erfassungsvorrichtung und dem Verfahren zum Erfassen eines Magnetfeldes in einer exemplarischen Ausführungsform der Offenbarung möglich, eine höhere Erfassungsauflösung zu erreichen.
Es ist zu beachten, dass die Auswirkungen von Ausführungsformen der Offenbarung nicht darauf beschränkt sind und alle oben beschriebenen Auswirkungen sein können.
Obwohl die Offenbarung in Form von exemplarischen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt. Es ist zu beachten, dass von Fachleuten Abweichungen von den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung im Sinne der folgenden Ansprüche abzuweichen. Die Beschränkungen der Ansprüche sind weitestgehend auf der Grundlage der in den Ansprüchen verwendeten Sprache auszulegen und nicht auf Beispiele beschränkt, die in dieser Spezifikation oder bei der Durchführung der Anmeldung beschrieben sind, und die Beispiele sind als nicht ausschließlich zu verstehen. So ist beispielsweise in dieser Offenbarung der Begriff „vorzugsweise“, „bevorzugt“ oder dergleichen nicht exklusiv und bedeutet „bevorzugt“, aber nicht beschränkt auf. Die Verwendung der Begriffe erster, zweiter, etc. bezeichnet keine Ordnung oder Bedeutung, sondern die Begriffe erster, zweiter, etc. dienen der Unterscheidung eines Elements von dem anderen. Der Begriff „im Wesentlichen“ und seine Variationen sind definiert als das, was weitgehend, aber nicht unbedingt ganz das ist, was von einer der gewöhnlichen Fertigkeiten in der Kunst verstanden wird. Der hier verwendete Begriff „ungefähr“ kann eine gewisse Variabilität in einem Wert oder Bereich ermöglichen. Der Begriff „oben angeordnet / oben bereitgestellt / oben gebildet“ und seine hierin verwendeten Varianten beziehen sich auf Elemente, die direkt in Kontakt miteinander oder indirekt durch dazwischenliegende Strukturen angeordnet sind. Der Begriff „angeordnet / bereitgestellt / gebildet auf“ und seine hierin verwendeten Varianten beziehen sich auf Elemente, die direkt in Kontakt miteinander oder indirekt durch dazwischenliegende Strukturen angeordnet sind. Darüber hinaus ist kein Element oder Bestandteil dieser Offenbarung für die Öffentlichkeit bestimmt, unabhängig davon, ob das Element oder der Bestandteil in den folgenden Ansprüchen ausdrücklich erwähnt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP H11101861 [0002]
US 7915891 [0002, 0037]

Claims

Magnetfelddetektionsvorrichtung (100), umfassend: ein Magnetfelddetektionselement (1A, 1B, 1C oder 1D) mit einer Empfindlichkeitsachse in einer ersten Richtung (X-Achsenrichtung); einen Modulator (20), der konfiguriert ist, um auf das Magnetfelddetektionselement (1A, 1B, 1C oder 1D) eine Spannung auszuüben, die mit einer ersten Frequenz oszilliert und eine Komponente in einer zweiten Richtung (Y-Achsenrichtung) beinhaltet, wobei die zweite Richtung (Y-Achsenrichtung) orthogonal zur ersten Richtung (X-Achsenrichtung) ist; und einen Demodulator (30), der konfiguriert ist, um ein Ausgangssignal (S1) mit der ersten Frequenz zu demodulieren, das von dem Magnetfelddetektionselement (1A, 1B, 1C oder 1D) ausgegeben wird, und auf der Grundlage einer Amplitude des Ausgangssignals (S1) eine Intensität eines von dem Magnetfelddetektionselement (1A, 1B, 1C oder 1D) zu empfangenden Messmagnetfeldes (Hm) zu erfassen.
Die Magnetfelddetektionsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der Modulator (20) beinhaltet einen Verformungsabschnitt (23) mit einer ersten Basis (231) und einer ersten Elektrode (232), wobei die erste Basis (231) eine Elastizität aufweist und die erste Elektrode (232) auf der ersten Basis (231) vorgesehen ist, und einen Befestigungsabschnitt (24) mit einer zweiten Basis (241) und einer zweiten Elektrode (242), wobei die zweite Basis (241) eine Steifigkeit aufweist, die höher ist als eine Steifigkeit der ersten Basis (231), wobei die zweite Elektrode (242) auf der zweiten Basis (241) vorgesehen ist und von der ersten Elektrode (232) getrennt und ihr zugewandt ist, das Magnetfelddetektionselement (1A, 1B, 1C oder 1D) auf dem Verformungsabschnitt (23) vorgesehen und von der ersten Elektrode (232) elektrisch isoliert ist, und eine elektrostatische Kraft konfiguriert ist, zwischen dem Verformungsabschnitt (23) und dem Befestigungsabschnitt (24) durch Anlegen einer Wechselspannung an die erste Elektrode (232) und die zweite Elektrode (242) erzeugt zu werden.
Die Magnetfelddetektionsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der Modulator (20) eine erste Elektrode (232), eine zweite Elektrode (242) und ein piezoelektrisches Element (253) beinhaltet, wobei das piezoelektrische Element (253) zwischen der ersten Elektrode (232) und der zweiten Elektrode (242) vorgesehen ist, das Magnetfelddetektionselement (1A, 1B, 1C oder 1D) am Modulator (20) vorgesehen und von der ersten Elektrode (232) und der zweiten Elektrode (242) elektrisch isoliert ist, und das piezoelektrische Element (253) konfiguriert ist, um durch eine Wechselspannung, die an die erste Elektrode (232) und die zweite Elektrode (242) angelegt wird, verformt zu werden.
Die Magnetfeld-Erfassungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Demodulator (30) einen Hochpassfilter (31) beinhaltet, der konfiguriert ist, um eine Frequenzkomponente durchzulassen, die bei einer Frequenz höher als oder gleich einer zweiten Frequenz ist, wobei die zweite Frequenz niedriger als die erste Frequenz ist.
Die Magnetfeld-Detektionsvorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei der Demodulator (30) ferner eine Phasendetektionsschaltung (32) beinhaltet, die sich auf eine Rechteckwelle (RS) bezieht und dadurch ein Phasendetektionssignal (S3) ausgibt, wobei die Rechteckwelle (RS) die erste Frequenz aufweist und eine Phase aufweist, die gleich einer Phase des Ausgangssignals (S1) ist, das von dem Magnetfeld-Detektionselement (1A, 1B, 1C oder 1D) ausgegeben wird.
Die Magnetfelddetektionsvorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei der Demodulator (30) ferner einen Tiefpassfilter (33) beinhaltet, der konfiguriert ist, um eine Messkomponente (S4) des Phasendetektionssignals (S3) zu glätten und die geglättete Messkomponente (S4) des Phasendetektionssignals (S3) durchzulassen.
Die Magnetfelddetektionsvorrichtung (100) nach Anspruch 6, wobei der Demodulator (30) ferner einen Analog-Digital-Wandler beinhaltet, der konfiguriert ist, um eine Analog-Digital-Wandlung an der Messkomponente (S4) durchzuführen, die den Tiefpassfilter (33) passiert hat.
Die Magnetfelddetektionsvorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei der Demodulator (30A) ferner eine Abtast- und Halteschaltung (35) beinhaltet.
Die Magnetfeld-Erfassungsvorrichtung (100) nach Anspruch 8, wobei der Demodulator (30) ferner einen Analog-Digital-Wandler beinhaltet, der konfiguriert ist, um eine Analog-Digital-Wandlung an einer Abtastkomponente (S5) durchzuführen, die die Abtast- und Halteschaltung (35) passiert hat.
Die Magnetfeld-Detektionsvorrichtung (100) nach Anspruch 9, wobei die Abtastkomponente (S5) eine Vielzahl von Abtastkomponenten (S5) umfasst, und der Analog-Digital-Wandler konfiguriert ist, um die Analog-Digital-Wandlung einschließlich eines zeitgemittelten Prozesses an der Vielzahl von Abtastkomponenten (S5) durchzuführen.
Die Magnetfeld-Erfassungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend einen Vorspannungsmagnetfeldanlegeabschnitt (2A, 2B, 2C, 2D, 3A, 3B, 3C oder 3D), der konfiguriert ist, um an das Magnetfelddetektionselement (1A, 1B, 1C oder 1D) ein Vorspannungsmagnetfeld mit der Komponente in der zweiten Richtung (Y-Achsenrichtung) anzulegen.
Verfahren zum Erfassen eines Magnetfeldes, wobei das Verfahren umfasst: Ausüben einer Spannung, die mit einer ersten Frequenz oszilliert und eine Komponente in einer zweiten Richtung (Y-Achsenrichtung) beinhaltet, auf ein Magnetfeld-Detektionselement (1A, 1B, 1C oder 1D) mit einer Empfindlichkeitsachse in einer ersten Richtung (X-Achsenrichtung), wobei die zweite Richtung (Y-Achsenrichtung) orthogonal zur ersten Richtung (X-Achsenrichtung) ist; und Erfassen einer Intensität eines von dem Magnetfelddetektionselement (1A, 1B, 1C oder 1D) zu empfangenden Messmagnetfeldes (Hm), auf der Grundlage einer Amplitude eines Ausgangssignals (S1) mit der ersten Frequenz, das von dem Magnetfelddetektionselement (1A, 1B, 1C oder 1D) ausgegeben wird.