JP2000055996A

JP2000055996A - 磁気センサ

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Publication number: JP2000055996A
Application number: JP10228451A
Authority: JP
Inventors: Tamio Umehara; 多美雄梅原; Akio Takayama; 昭夫高山; Akiyo Yuguchi; 昭代湯口; Hideki Kato; 英樹加藤
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 1998-08-12
Filing date: 1998-08-12
Publication date: 2000-02-25
Anticipated expiration: 2018-08-12
Also published as: JP3639727B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で低コスト、かつ、検出磁界に対する出力
の直線性、温度特性に優れた高感度磁気センサ、およ
び、その駆動回路を提供すること。【解決手段】磁気センサは、薄膜磁気インピーダンス素
子２２の磁気コアの両端に高周波の正弦波電流を印加す
る発振回路２１と、該発振回路２１と薄膜磁気インピー
ダンス素子２２の磁気コアとの間に設けられ、発振回路
２１の出力インピーダンスと薄膜磁気インピーダンス素
子２２の入力インピーダンスのミスマッチを調整するバ
ッファ回路２３と、該磁気インピーダンス素子２２に印
加された外部磁界に応じて変化する高周波電流の変化量
から外部磁界の磁気変化量を検出する検波回路２９と、
を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気センサに関し、
特に薄膜磁気インピーダンス素子を用いた高感度磁気セ
ンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の情報機器や計測・制御機器の急速
な発展にともない小型・低コストで高感度・高速応答の
磁気センサの要求がますます大きくなっている。たとえ
ば、コンピュータの外部記憶装置のハードディスク装置
では、バルクタイプの誘導型磁気ヘッドから薄膜磁気ヘ
ッド、磁気抵抗効果（ＭＲ）ヘッドと高性能化が進んで
きており、モーターの回転センサであるロータリーエン
コーダではマグネットリングの磁極数が多くなり従来用
いられている磁気抵抗効果（ＭＲ）センサに代わり微弱
な表面磁束を感度良く検出できる磁気センサが必要とな
ってきている。また、非破壊検査や紙幣検査に用いるこ
とができる高感度磁気センサの需要も大きくなってい
る。さらに小型軽量の自動車用方位センサ、高精細カラ
ーテレビやパーソナルコンピュータの表示管のアクティ
ブ磁気シールド用センサなどの需要も高くなっている。

【０００３】現在用いられている代表的な磁気検出素子
として誘導型再生磁気ヘッド、磁気抵抗効果（ＭＲ）素
子、フラックスゲートセンサ、ホール素子等がある。ま
た、最近、アモルファスワイヤの磁気インピーダンス効
果を利用した高感度の磁気センサが提案されており（特
開平６−１７６９３０号公報、特開平７−１８１２３９
号公報、特開平７−３３３３０５号公報参照）、また磁
性薄膜の磁気インピーダンス効果を利用した高感度の磁
気センサも提案されている（特開平８−７５８３５号公
報、日本応用磁気学会誌ｖｏｌ．２０，５５３（１９９
６）参照）。

【０００４】誘導型再生磁気ヘッドはコイル巻線が必要
であるため磁気ヘッド自体が大型化し、また、小型化す
ると磁気ヘッドと媒体の相対速度が低下して検出感度が
著しく低下するという問題がある。これに対して、強磁
性膜による磁気抵抗効果（ＭＲ）素子が用いられるよう
になってきた。ＭＲ素子は磁束の時間変化ではなく磁束
そのものを検出するものであり、これにより磁気ヘッド
の小型化が進められてきた。しかし、現在のＭＲ素子の
電気抵抗の変化率は約２％であり、また、スピンバルブ
素子を用いたＭＲ素子でさえ電気抵抗の変化率が最大６
％以下と小さく、また数％の抵抗変化を得るのに必要な
外部磁界は１６００Ａ／ｍ以上と大きい。従って磁気抵
抗感度は０．００１％／（Ａ／ｍ）以下の低感度であ
る。また、最近、磁気抵抗変化率が数１０％を示す人工
格子による巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）が見いだされて
きた。しかし数１０％の抵抗変化を得るためには数万Ａ
／ｍの外部磁界が必要であり、磁気センサとしての実用
化はされていない。

【０００５】従来の高感度磁気センサであるフラックス
ゲートセンサはパーマロイ等の高透磁率磁心の対称なＢ
−Ｈ特性が外部磁界によって変化することを利用して磁
気の測定を行うものであり、高分解能と±１°の高指向
性を持つ。しかし、検出感度をあげるために反磁界の少
ない大型の磁心を必要としセンサ全体の寸法を小さくす
ることが難しく、また、消費電力が大きいという問題点
を持つ。

【０００６】ホール素子を用いた磁界センサは電流の流
れる面に垂直に磁界を印加すると、電流と印加磁界の両
方向に対して垂直な方向に電界が生じてホール素子に起
電力が誘起される現象を利用したセンサである。ホール
素子はコスト的には有利であるが磁界検出感度が低く、
また、ＳｉやＧａＡｓなどの半導体で構成されるため温
度変化に対して半導体内の格子の熱振動による散乱によ
って電子、または正孔の移動度が変化するため磁界感度
の温度特性が悪いという欠点を持つ。

【０００７】特開平６−１７６９３０号公報、特開平７
−１８１２３９号公報、特開平７−３３３３０５号公報
に記載されているように、磁気インピーダンス素子が提
案され大幅な磁界感度の向上を実現している。この磁気
インピーダンス素子は時間的に急激に変化する電流を磁
性線に印加することによって生じる表皮効果を利用した
円周磁束の時間変化に対する電圧のみを外部印加磁界に
よる変化として検出することを基本原理としている磁気
インピーダンス素子である。図２２はその磁気インピー
ダンス素子の例を示したものである。この磁性線として
（ＦｅＣｏＳｉＢ）等の零磁歪の直径３０μｍ程度のア
モルファスワイヤ（線引後、張力アニールしたワイヤ）
が用いられており、図２３はワイヤのインピーダンス変
化の印加磁界依存性を示したものである。長さ１ｍｍ程
度の微小寸法のワイヤでも１ＭＨｚ程度の高周波電流を
通電するとワイヤの電圧の振幅がＭＲ素子の１００倍以
上である約０．１％／（Ａ／ｍ）の高感度で変化する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】磁気センサとして、小
型で低コスト、かつ、検出磁界に対する出力の直線性、
温度特性に優れた高感度磁気センサが求められており、
アモルファスワイヤの磁気インピーダンス効果を利用し
た磁気センサは高感度の磁界検出特性を示す。また、特
開平６−１７６９３０号公報、特開平６−３４７４８９
号公報に示されるものにおいてはバイアス磁界を加える
ことによりインピーダンス変化の印加磁界依存性の直線
性が改善されること、およびアモルファスワイヤに負帰
還コイルを巻き、アモルファスワイヤの両端の電圧に比
例した電流をコイルに通電し負帰還を施すことにより、
直線性の優れた磁気センサを提供できることを示されて
いる。

【０００９】しかしながら特開平６−１７６９３０号公
報には発振回路や検波回路を含む駆動回路にはふれてお
らず、また、特開平６−３４７４８９号公報では発振回
路として一対のスイッチングトランジスタを用いたマル
チバイブレータとローパスフィルタの組み合わせを提案
している。また、電気学会論文誌Ｅｖｏｌ．１１６−
ＥＰ４３５（１９９６），第２０回日本応用磁気学会
学術講演概要集２０ｐＢ−２（１９９６）によると低消
費電力化のためにＣ−ＭＯＳマルチバイブレータによる
パルス発振による発振回路を提案している。ところで、
これらのパルス発振方式では、磁気インピーダンス素子
がインダクタンス成分であることから抵抗と微分回路を
構成し、実際に磁気インピーダンスに供給される高周波
電流はトランジスタ及び、Ｃ−ＭＯＳマルチバイブレー
タにより発生されたパルス波の微分波形となり、パルス
波より高い周波数となる。この微分波形の周波数は磁気
インピーダンス素子の抵抗成分とインダクタンス成分に
より決まるため磁気インピーダンス素子の磁気インピー
ダンスが最も大きな変化率を示す適正な周波数に設定す
る事が難しくなる。

【００１０】また、高周波電流を発生させる回路を直
接、磁気インピーダンス素子に接続すると磁気インピー
ダンス素子のインピーダンスが小さいため、極端に振幅
が小さくなり、磁気−インピーダンス変化を十分に引き
出せない。さらに、パルス波による振幅の検波は前記電
気学会論文誌Ｅに示される従来方法ではリプルが発生す
るため、検出電圧が不安定である。特開平８−７５８３
５号公報に記載されているものでは磁気薄膜を用いた磁
気インピーダンス素子を提案し、素子の小型化をはかっ
ているが、発振回路としてスイッチングトランジスタを
用いたマルチバイブレータであり、磁気−インピーダン
ス変化を最大に引き出すことは難しい。

【００１１】本発明は上記事情を鑑みてなされたもので
あり、小型で低コスト、かつ、検出磁界に対する出力の
直線性、温度特性に優れた高感度磁気センサ、および、
その駆動回路を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記のごとき本発明の目
的を達成するために、本願の請求項１に係る発明では、
非磁性体からなる基板上に形成された磁気コアの周囲に
絶縁体を介してバイアスコイルを巻回した薄膜磁気イン
ピーダンス素子を用いた磁気センサにおいて、該磁気コ
アの両端に高周波の正弦波電流を印加する発振回路と、
該発振回路と該薄膜磁気インピーダンス素子の磁気コア
との間に設けられ、発振回路の出力インピーダンスと薄
膜磁気インピーダンス素子の入力インピーダンスのミス
マッチを調整するバッファ回路と、該磁気インピーダン
ス素子に印加された外部磁界に応じて変化する高周波電
流の変化量から外部磁界の磁気変化量を検出する検波回
路と、を具備することを特徴とする磁気センサを提供す
る。本願の請求項２に係る発明では、請求項１に係る発
明において、非磁性体からなる基板上に形成された磁気
コアは、強磁性体の薄膜により形成されていることを特
徴とする磁気センサを提供する。本願の請求項３に係る
発明では、請求項１に係る発明において、非磁性体から
なる基板上に形成された磁気コアは、強磁性体アモルフ
ァスワイヤにより形成されていることを特徴とする磁気
センサを提供する。本願の請求項４に係る発明では、請
求項１に係る発明において、上記発振回路はインダクタ
ンス素子を含まないバンドパスフィルタを含む正弦波発
振回路であることを特徴とする磁気センサを提供する。
本願の請求項５に係る発明では、請求項１に係る発明に
おいて、上記発振回路はウィーンブリッジ回路で構成さ
れることを特徴とする磁気センサを提供する。本願の請
求項６に係る発明では、請求項１に係る発明において、
上記バッファ回路は温度補償回路を持ち、インピーダン
ス変換機能を備えたプッシュ−プル回路から構成される
ことを特徴とする磁気センサを提供する。本願の請求項
７に係る発明では、請求項１に係る発明において、上記
検波回路は整流回路とローパスフィルタを有することを
特徴とする磁気センサを提供する。本願の請求項８に係
る発明では、請求項７に係る発明において、上記ローパ
スフィルタはインダクタンス分を含まないローパスフィ
ルタであることを特徴とする磁気センサを提供する。本
願の請求項９に係る発明では、請求項７に係る発明にお
いて、上記検波回路は差動回路により構成されているこ
とを特徴とする磁気センサを提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明一実施の形態を、図
面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に用
いられる薄膜磁気インピーダンス（ＭＩ）素子の構造を
模式的に示した正面図、図２は図１のＡ−Ｂ線に沿って
切断した断面図であり、図３は図１のＣ−Ｄ線に沿って
切断した断面図である。実際の薄膜ＭＩセンサ全体は薄
膜セラミックス板、ガラス板のような板状体の上に形成
されているが、図１ではこれを省略して示している。図
１、図２及び図３において、１は平面形状が長方形の薄
板状に形成された薄膜磁気コアであるＭＩセンサ板であ
る。このＭＩセンサ板としての薄膜磁気コアの形状は、
幅２０μｍ、厚さ５μｍ、長さ５００μｍである。該Ｍ
Ｉセンサ板１の周囲には、絶縁物層２、３を介して、バ
イアスコイル４と負帰還コイル５が同一方向に且つ交互
に巻回されている。図には正確に示してはいないが、こ
れらコイルの巻数は、それぞれ２０ターンである。バイ
アス用、負帰還用コイルを同一面上に交互に薄膜磁気コ
アに巻き回わす構造により磁気コアの各部位に均等にバ
イアス磁界、および負帰還磁界を加えることができ磁気
センサとしての感度特性の直線性が向上する。バイアス
コイル４の両端には、バイアスコイル端子６、７が接続
され、負帰還コイル５の両端には、負帰還コイル端子
８、９が接続されている。ＭＩセンサ板１の両端には、
ＭＩセンサ端子１０、１１が接続されている。これら端
子はＡｕ金属薄膜及びアルミ金属薄膜から成り、先端の
巾広部は、外部配線用のパッドとなる。なお、１２は、
ＭＩセンサ全体を覆う絶縁保護膜である。

【００１４】図４は薄膜磁気コアをＮｉＦｅメッキで作
製したときの薄膜磁気センサにセンサの長さ方向に０お
よび２４００Ａ／ｍの磁界（Ｈｅｘ）を印加したときの
センサ両端電極Ｅ（Ｅ＝Ｚ＊Ｉ）の通電電流周波数特性
である。Ｈｅｘ＝０のときとＨｅｘ＝２４００Ａ／ｍの
ときのＥの差ΔＥは通電電流の周波数２０ＭＨｚ付近で
最大であった。図５は通電電流周波数を２０ＭＨｚとし
たときのインピーダンスの変化率の印加磁界（Ｈｅｘ）
依存性を示したものである。印加磁界を大きくしていく
とインピーダンスの変化率ΔＺ／Ｚ０は大きくなり、素
子の異方性磁界ＨｋのところでΔＺ／Ｚ０は最大とな
り、さらにＨｅｘ＞ＨｋではΔＺ／Ｚ０は小さくなって
いく。また、単位印加磁界あたりのインピーダンスの変
化量（磁界感度）はＨｅｘ＝１６００Ａ／ｍ前後で最大
となり０．０８％／（Ａ／ｍ）の磁界感度を示した。

【００１５】図６は本発明の磁気センサの回路構成を示
すブロック図である。磁気センサは発振回路２１、薄膜
磁気インピーダンス素子２２と発振回路２１とのインピ
ーダンスマッチングをとるためのバッファ回路２３、負
帰還コイル２４およびバイアスコイル２５を持つ磁気イ
ンピーダンス素子２２、整流回路２６と平滑回路を構成
するローパスフィルタ２７と差動検出を行う差動回路２
８とを有する検波回路２９、増幅回路３０および負帰還
抵抗３１から成る。

【００１６】図７は、薄膜磁気インピーダンス素子２２
に高周波の正弦波電流を通電するための発振回路２１の
詳細回路図である。この発振回路２１は水晶発振子、セ
ラミック発振子からなる発振子３２をＣーＭＯＳ回路３
３の入出力端間に接続したＣ−ＭＯＳ発振による発振部
３４を持つ。発振回路２１の発振周波数が発振子３２の
振動数によって決まるため、周波数安定度が高く、低消
費型の発振回路２１を得ることが出来る。発振部３４の
発振出力は、セラミックフィルタからなるバンドパスフ
ィルタ３５を通過させる。発振部３４から出力される信
号Ｖｃの波形は、図８に示すような矩形波であるが、こ
れをバンドパスフィルタ３５を通過させることにより、
図８に示すような正弦波Ｖｆが得られる。そして、発振
回路２１を磁気−インピーダンス効果が最大に得られる
周波数に設定できる。バンドパスフィルタ３５はＬＣフ
ィルタでも使用可能だが、磁気インピーダンスに及ぼす
微少磁界（Ｌ（インダクタンス）分から発生する磁界の
影響）を排除するため、インダクタンスレスであるセラ
ミックフィルタを使用した。

【００１７】図９は、Ｃ−ＭＯＳ発振部により発振させ
た出力を直接薄膜磁気インピーダンス素子に印加せしめ
た場合の回路図である。この回路は第２０回日本応用磁
気学会学術講演概要集２０ｐＢ−２（１９９６）に示さ
れる回路とＣ−ＭＯＳ発振形態（ＲＣ発振）が異なる
が、図１０に示すようなパルス波Ｖｃが生じる。パルス
波を薄膜磁気インピーダンス素子に印加した場合の高周
波通電の欠点は、図９に示すように、薄膜磁気インピー
ダンス素子２２がインダクタンス分に相当するため、抵
抗Ｒ１０とハイパスフィルタを形成する。その為、パル
ス波Ｖｃが図１０に示すように、微分波形Ｖｍになり、
高周波通電周波数が高域に移行する。図１１に示す薄膜
磁気インピーダンス素子による周波数特性を例にとる
と、この素子は、磁気−インピーダンス特性が最大にな
る周波数は２０ＭＨｚ（５０ｎｓ）である。この周波数
パルスを薄膜磁気−インピーダンス素子に印加して高周
波通電を行う。薄膜磁気インピーダンス素子に印加した
高周波通電パルス波は図１０のような微分波形で出力さ
れ、周波数が２００ＭＨｚ（５ｎｓ）に移行する。薄膜
磁気インピーダンスセンサによる２００ＭＨｚにおける
磁気−インピーダンス変化率は図１１のグラフよりほと
んど変化しないことがわかる。本発明では、この問題点
の解決方法として、上記図７で示した発振回路のよう
に、発振させた高周波のパルス波をバンドパスフィルタ
に通して高周波成分を排除して正弦波を作り出し、これ
を薄膜磁気インピーダンス素子に印加すことを提案して
いる。

【００１８】図１２はウイーンブリッジ発振回路を示す
回路図である。ウイーンブリッジ発振回路は、正弦波発
振回路であり、これを図６に示す発振回路２１に用いた
場合、Ｃ−ＭＯＳ発振回路を用いた場合のようにフィル
タを付加する必要がない。

【００１９】図１３にバッファ回路２３の詳細を示す。
バッファ回路２３は発振回路２１で発振した高周波信号
を損失させることなく、薄膜磁気インピーダンス素子２
２に供給する回路である。たとえば、薄膜磁気インピー
ダンス素子では、２０ＭＨｚにおけるインピーダンスが
５Ωである。図１３におけるＲ１０を１０Ωにすると総
合インピーダンスが１５Ωになる。これをバッファ回路
なしで発振回路２１と接続させると発振回路２１の負荷
が重いため、薄膜磁気インピーダンス素子２２に出力す
る電圧が数十ｍＶｐ−ｐになり、図１５に示す検出回路
２９の検出部概略回路においてダイオードＤ３の順方向
電圧（２００ｍＶ程度）より、低くなり、検出できなく
なる。それを解決するために薄膜磁気インピーダンス素
子と発振回路の間にバッファ回路２３を挿入する。バッ
ファ回路２３の出力段のトランジスタはダーリントン接
続（Ｔｒ４とＴｒ６、Ｔｒ３とＴｒ５）によるプッシュ
ブル回路を構成しており、トランジスタの出力インピー
ダンスを数Ω以下にしている。そしてＲ８，Ｒ９を１Ω
以下にすれば、バッファ回路２３の出力インピーダンス
は負荷のインピーダンスと比較して無視できる程度にな
り、発振回路２１によって発生した高周波通電出力を損
失なく、薄膜磁気インピーダンス素子２２に供給でき
る。

【００２０】また、図１３におけるバッファ回路２３の
ダイオードＤ１、Ｄ２はトランジスタの温度特性の補正
用である。図１３において温度によるトランジスタのベ
ース−エミッタ電圧変化をΔＶBEとする。バッファ回路
２３においてダイオードＤ１、Ｄ２を挿入しない場合、
図２１に示す式（１）、（２）より、ΔＶBE分だけトラ
ンジスタの電圧が変化することがわかる。一般にΔＶBE
は、−２．２ｍＶ／℃で変化するため、図１４のように
温度が高くなるにつれてトランジスタのコレクタ電流Ｉ
ｃが流れるようになり、最終的にはなだれ現象が生じ、
トランジスタを破損する。この解決方法としてＴｒ２
（Ｔｒ１）とＴｒ４（Ｔｒ３）に間にトランジスタと温
度変化が同じダイオードを挿入し、温度による電圧変化
をキャンセルすることができる。これを示す式が図２１
の式（３）、（４）である。これより、温度特性のよ
い、バッファ回路に仕上がる。

【００２１】図１５は、薄膜磁気インピーダンス素子２
２への高周波通電出力をＤＣ電圧に変換する動作を説明
する説明回路図である。図１５に示す回路の動作を図１
６を用いて説明すると、薄膜磁気インピーダンス素子２
２の両端に発生した高周波出力電圧ＶｏはダイオードＤ
３により半波整流され、コンデンサＣ６で平滑電圧Ｖｅ
になる。完全に直流化にするために発生したリプルをロ
ーパスフィルタ２７を通して排除する。このローパスフ
ィルタ２７は、ＬＣフィルタでも使用可能だが、磁気イ
ンピーダンスに及ぼす微少磁界（Ｌ（インダクタンス）
分から発生する磁界の影響）を排除するため、インダク
タンスレスであるローパスフィルタで構成した。なお、
図１５及び図１６における出力電圧Ｖｄは、薄膜インピ
ーダンス素子２２が検知した磁気量により変化する。

【００２２】図１７は、磁気インピーダンスセンサに組
み込まれた薄膜磁気インピーダンス素子のインピーダン
ス変化率を最大に得るための回路図である。図１７にお
いて、薄膜磁気インピーダンス素子２２の両端に発生し
た高周波出力電圧ＶｏをダイオードＤ３、Ｄ５により正
と負それぞれに半波整流し、コンデンサＣ６、Ｃ１０に
よる平滑回路を通してＤＣ電圧＋Ｖｅ、−Ｖｅに変換
し、抵抗Ｒ１４、コンデンサＣ７および抵抗２１、コン
デンサＣ１１によるローパスフィルタでリプルを排除
し、検波出力＋Ｖｄ、−Ｖｄを得る。これらの波形を図
１８に示す。そして、得られた正負出力＋Ｖｄ、−Ｖｄ
間の電圧をオペアンプで差動検出する。この差動検知に
より、図１５に示す回路で検知される磁気−インピーダ
ンスの変化量の２倍の変化量を得ることができる。ま
た、Ｒ２４とＲ１５の比を変えることにより、オペアン
プ３６を増幅器として作用させることが出来る。

【００２３】図１９は、バイアスコイル、および負帰還
コイルを持つ薄膜磁気インピーダンス素子を用いて作製
した本発明に係るリニア磁気センサの総合回路の一例を
示す回路図である。これを磁気センサとして用いるとき
は、薄膜磁気インピーダンス素子の最大感度のところに
動作点を持ってくることによりセンサ感度を向上するこ
とができる。このため、バイアスコイルに電流を流すこ
とによりバイアス磁界を加え動作点を変えることがで
き、１６００Ａ／ｍのバイアス磁界を磁気コアに印加す
ることにより磁界０Ａ／ｍのところに磁界感度が最大に
なるようにした。

【００２４】一方、バイアスコイルを用いて印加磁界０
Ａ／ｍに最大感度を持ってくるように動作点を移動した
場合、磁界に対するインピーダンスの変化（出力の変
化）の直線性はあまり良くないものとなる。この直線性
を改善する方法として出力信号をフィードバックし負帰
還コイルを用いて磁界に対する出力の非直線性を補正す
るだけの磁界を薄膜磁気コアに負帰還磁界として加える
ことにより出力信号を補正し直線性を得る方法がとられ
る。図１９に示されるリニア磁気センサの回路図によ
り、動作点を最大感度の点に移動し、出力信号をフィー
ドバックし、薄膜コアに負帰還磁界を加え感度特性の直
線性を高めている。図２０は図１９に示す回路を用いて
バイアスコイル磁界１６００Ａ／ｍ、負帰還率５０％の
負帰還をかけたときの磁気センサの印加磁界に対する出
力電圧の関係を示したものである。ここで通電電流の周
波数は２０ＭＨｚである。図２０に示すように±２４０
Ａ／ｍの測定磁界内で優れた直線性を示し、かつ、１０
-3Ａ／ｍの磁界分解能を示した。これらの結果はリニア
磁界センサとして良好な特性である。

【００２５】以上、本発明を上述の実施の形態により説
明したが、例えば、薄膜磁気インピーダンス素子の薄膜
磁気コアの代わりに強磁性アモルファスワイヤで構成し
た薄膜磁気インピーダンス素子を用いるなど、本発明の
主旨の範囲内で種々の変形や応用が可能であり、これら
の変形や応用を本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００２６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本願の請求
項１、２，３に係る発明では、薄膜磁気インピーダンス
素子を含む複合素子として高感度の磁気センサを提供で
き、正弦波を薄膜磁気インピーダンス素子に入力できる
ことで特性を最大限に引き出すことが可能となった。そ
して、発振器と薄膜磁気インピーダンス素子の間にバッ
ファ回路を設けることにより、薄膜磁気インピーダンス
素子のインピーダンスの影響を排除でき、発振器の出力
を損失なく、供給できる。請求項４に係る発明では、薄
膜磁気インピーダンス素子に印加する正弦波による高周
波通電電流を簡単なインダクタンスを排除した回路で構
成したので、薄膜磁気インピーダンス素子に及ぼす磁気
センサ自身から発生する微少磁界の影響を排除すること
が出来る。本願の請求項５に係る発明では、発振回路を
ウィーンブリッジ回路で構成したので、発振回路にバン
ドパスフィルタを設ける必要がなく、さらに、ウイーン
ブリッジ回路はインダクタンスレス回路であるので、磁
気センサの回路構成を簡単に構成できる。本願の請求項
６に係る発明では、上記バッファ回路は温度補償回路を
持ち、インピーダンス変換機能を備えたプッシュ−プル
回路から構成されるので、バッファ回路の出力インピー
ダンスは負荷のインピーダンスと比較して無視できる程
度になり、発振回路によって発生した高周波通電出力を
損失なく、薄膜磁気インピーダンス素子に供給できる。
本願の請求項７及び８に係る発明では、上記検波回路は
整流回路とローパスフィルタを有するので、検出回路に
おいては整流回路と平滑回路にローパスフィルタを追加
することにより、薄膜磁気インピーダンス素子の出力を
ＤＣ信号に変換でき、極力、リプルを押さえた回路を供
給できる。また、差動回路を設けることで磁気インピー
ダンスセンサの出力を正側だけでなく、負側も検出で
き、通常の倍の変化量を検出できる。本願の請求項８に
係る発明では、ローパスフィルタをインダクタンスを排
除した回路で構成したので、薄膜磁気インピーダンス素
子に及ぼす磁気センサ自身から発生する微少磁界の影響
を排除することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に用いる薄膜磁気インピーダン
ス素子の構造を模式的に示した正面図である。

【図２】図２は、図１のＡ−Ｂ線に沿って切断した断面
図である。

【図３】図３は、図１のＣ−Ｄ線に沿って切断した断面
図である。

【図４】図４は、薄膜磁気インピーダンス素子の通電電
流周波数特性図である。

【図５】図５は、薄膜磁気インピーダンス素子のインピ
ーダンス変化率特性図である。

【図６】図６は、本発明に係る磁気センサのブロック図
である。

【図７】図７は、発信部とバンドパスフィルタのブロッ
ク図である。

【図８】図８は、発信部とローパスフィルタ通過後の出
力波形図である。

【図９】図９は、薄膜磁気インピーダンス素子を中心と
した主要部の回路図である。

【図１０】図１０は、図９に示す回路の出力波形図であ
る。

【図１１】図１１は、薄膜磁気インピーダンス素子の周
波数特性図である。

【図１２】図１２は、ウイーンブリッジの回路図であ
る。

【図１３】図１３は、バッファ回路の回路図である。

【図１４】図１４は、トランジスタのエミッターコレク
タ特性図である。

【図１５】図１５は、検出回路の回路図である。

【図１６】図１６は、図１５に示す検出回路の出力波形
図である。

【図１７】図１７は、他の実施の形態の検出回路と増幅
部の回路図である。

【図１８】図１８は、図１７に示す回路の出力波形図で
ある。

【図１９】図１９は、本発明の磁気センサの総合回路図
である。

【図２０】図２０は、負帰還率５０％の印加磁界に対す
る出力電圧特性図である。

【図２１】図２１は、バッファ回路の回路計算式を示す
計算式図である。

【図２２】図２２は、アモルファスワイヤからなる磁気
インピーダンス素子を用いた磁気センサの回路ブロック
図である。

【図２３】図２３は、アモルファスワイヤを用いた磁
気インピーダンス素子の特性図である。

【符号の説明】

１・・・・・ＭＩセンサ板２・・・・・絶縁物層３・・・・・絶縁物層４・・・・・バイアスコイル５・・・・・負帰還コイル６・・・・・バイアスコイル端子７・・・・・バイアスコイル端子８・・・・・負帰還コイル端子９・・・・・負帰還コイル端子１０・・・・・ＭＩセンサ端子１１・・・・・ＭＩセンサ端子１２・・・・・絶縁保護膜２０・・・・・非磁性基板２１・・・・・発振回路２２・・・・・薄膜磁気インピーダンス素子２３・・・・・バッファ回路２４・・・・・負帰還コイル２５・・・・・バイアスコイル２６・・・・・整流回路２７・・・・・ローパスフィルタ２８・・・・・差動回路２９・・・・・検波回路３０・・・・・増幅回路３１・・・・・負帰還抵抗３２・・・・・発振子３３・・・・・Ｃ−ＭＯＳ回路３４・・・・・発振部３５・・・・・バンドパスフィルタ３６・・・・・オペアンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者湯口昭代静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−１ミネベア株式会社開発技術センタ−内 (72)発明者加藤英樹静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−１ミネベア株式会社開発技術センタ−内Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AB05 AC04 AC09 AD42 AD53 AD55 AD63 AD65 AD69 BA09 BA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非磁性体からなる基板上に形成された磁気
コアの周囲に絶縁体を介したバイアスコイルおよび負帰
還コイルを巻回した薄膜磁気インピーダンス素子を用い
た磁気センサにおいて、該磁気コアの両端に高周波の正
弦波電流を印加する発振回路と、該発振回路と該薄膜磁
気インピーダンス素子の磁気コアとの間に設けられ、発
振回路の出力インピーダンスと薄膜磁気インピーダンス
素子の入力インピーダンスのミスマッチを調整するバッ
ファ回路と、該磁気インピーダンス素子に印加された外
部磁界に応じて変化する高周波電流の変化量から外部磁
界の磁気変化量を直流検出する検波回路と、を具備する
ことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】非磁性体からなる基板上に形成された磁気
コアは、強磁性体の薄膜により形成されていることを特
徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】非磁性体からなる基板上に形成された磁気
コアは、強磁性体アモルファスワイヤにより形成されて
いることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項４】上記発振回路はインダクタンス素子を含ま
ないバンドパスフィルタを含む正弦波発振回路であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項５】上記発振回路はウィーンブリッジ回路で構
成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気セン
サ。
【請求項６】上記バッファ回路は温度補償回路を持ち、
インピーダンス変換機能を備えたプッシュ−プル回路か
ら構成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気セ
ンサ。
【請求項７】上記検波回路は整流回路とローパスフィル
タを有することを特徴とする請求項１に記載の磁気セン
サ。
【請求項８】上記ローパスフィルタはインダクタンス分
を含まないローパスフィルタであることを特徴とする請
求項７に記載の磁気センサ。
【請求項９】上記検波回路は差動回路により構成されて
いることを特徴とする請求項７に記載の磁気センサ。