JP2010060340A - 磁気センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検出体に複数の帯磁部が配列して備えられても、それぞれの帯磁部に応じて単純な波形が出力されるようにし、各帯磁部を正確に検出できる磁気センサ装置を実現する。
【解決手段】磁気センサ装置１は、磁気検出部１０と差動増幅回路１００とを備える。磁気検出部１０は、磁気抵抗素子ＭＲ１，Ｒ１の直列回路と磁気抵抗素子Ｒ２，ＭＲ２の直列回路とが、並列接続されてなり、磁気抵抗素子ＭＲ１，Ｒ１によって出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ａを生成し、磁気抵抗素子Ｒ２，ＭＲ２によって出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ｂを生成する。出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ａと出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ｂとが差動増幅回路１００により差動増幅されることで、帯磁部の検出信号である出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ｃが得られる。ここで、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２，Ｒ１，Ｒ２を構成する複数の感磁部は、帯磁部を備える被検出体の搬送方向に垂直な方向へ配列して設置される。
【選択図】図１

Description

この発明は、被検出体に備えられた磁気部等の磁気情報を検出する磁気センサ装置に関するものである。

従来、紙幣等の被検出体に組み込まれた磁気部や磁気情報を検出する磁気センサ装置が各種考案されている。

例えば、特許文献１には、基板上にミアンダ形状の磁気抵抗効果膜が形成されてなる一般的な差動型の磁気センサが示されている。また、特許文献２にも、磁気抵抗素子を複数備えた差動型の磁気センサが示されている。ここで、より具体的に特許文献２の図２４に示すように、各磁気抵抗素子は、長尺状からなる複数の感磁部を有し、該複数の感磁部は長尺方向が平行になるように配置されるとともに直列接続されている。

そして、このように磁気抵抗素子を直列接続して分圧した電圧を出力すること、すなわち差動出力することで、磁気抵抗素子の有する温度により抵抗値が変化する抵抗温度特性の影響を抑制している。
特開２００２−８４０１５号公報 特開２００５−３７３３７号公報

上述のような差動型の磁気センサに対して、磁気部である帯磁部Ｍが形成された被検出体を近接して通過させると、図６（Ｃ）に示すような出力信号が得られる。

図６（Ａ）は上述の特許文献２に示した磁気センサと同じ従来の磁気センサ装置の磁気検出部の概略構成を示す図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）に示す磁気センサ装置の磁気検出部９０の等価回路図であり、図６（Ｃ）は被検出体の帯磁部Ｍの検出状態を示す概念図である。

図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、従来の磁気センサ装置の磁気検出部９０は、電圧入力端子Ｖｉｎとグランド端子ＧＮＤとの間に磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２が直列接続されており、この接続点に電圧出力端子Ｖｏｕｔが接続された構成からなる。磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２は、磁気パターンＭの通過により磁束密度が変化すると、磁束密度の大きさに応じて抵抗値が変化する長尺状の複数の感磁部をそれぞれに備える。そして、これら磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２は、被検出体の搬送方向における離間する位置に配置されている。

このような構成において、磁気検出部９０の表面上を被検出体が搬送されると、まず、帯磁部Ｍは磁気抵抗素子ＭＲ１上を通過し、その後、帯磁部Ｍは磁気抵抗素子ＭＲ２上を通過する。このため、従来の磁気検出部９０を用いた場合、図６（Ｃ）に示すように、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の双方が帯磁部Ｍの磁束密度を検出していない定常電圧値Ｖｓに対して、帯磁部Ｍによる電圧変動で生じるＨｉｇｈピークＰ１１とＬｏｗピークＰ１２が検出される。

しかしながら、このような帯磁部Ｍが搬送方向に沿って連続する場合には、以下に示す問題が生じる。

図７は、搬送方向に対して複数の帯磁部が形成されている被検出体の帯磁部群を検出した場合の出力信号レベルを示した波形図である。

複数の帯磁部が間隔を空けて配置されている被検出体を移動させながら、複数の帯磁部を検出する場合、図７に示すように、個々の帯磁部に応じてそれぞれレベルや幅が決まるＨｉｇｈピーク（Ｐ１１やＰ２１）とＬｏｗピーク（Ｐ１２やＰ２２）とが現れる場合もあるが、図中のＵｋＰの領域のように明確なピークがあるとは言い切れないような電圧変動を有する場合もある。これは、例えば、一つの帯磁部が磁気抵抗素子ＭＲ１上を通過するタイミングと略同じタイミングで、他の帯磁部が磁気抵抗素子ＭＲ２上を通過する場合や、一つの帯磁部による磁束密度を磁気抵抗素子ＭＲ１が感磁している時間中に、他の帯磁部による磁束密度を磁気抵抗素子ＭＲ２が感磁してしまう場合等に生じる。

そして、このような明確ではないピークが存在することで、被検出体に備えられた複数の帯磁部からなる磁気配列パターンを正確に検出することができない。

したがって、本発明の目的は、被検出体に複数の帯磁部が配列して備えられても、それぞれの帯磁部に応じて単純な波形が出力されるようにし、各帯磁部を正確に検出できる磁気センサを実現することにある。

この発明は、通過磁束により抵抗値の変化する感磁部を基板表面に形成してなる複数の磁気抵抗素子を、電圧入力端子とグランド端子との間に直列接続し、該直列接続された複数の磁気抵抗素子の接続部に接続された電圧出力端子から、前記複数の磁気抵抗素子によって分圧される電圧を出力信号とする磁気検出部を備えた磁気センサ装置に関するものである。この磁気センサ装置における磁気検出部を構成する複数の磁気抵抗素子は、通過磁束による抵抗値変化の特性が異なるものが利用される。さらに、各磁気抵抗素子は、それぞれが長尺状に形成された複数の感磁部を有する。また、複数の磁気抵抗素子における複数の感磁部は、一方向に並んで配列されるとともに、一つの磁気抵抗素子を構成する少なくとも一つの感磁部が当該一つの磁気抵抗素子を構成する他の複数の感磁部に対して両側から隣り合わないように、全ての磁気抵抗素子の感磁部が配置されている。さらに、磁気センサ装置は、このような構成の磁気検出部は複数備えており、これらが電圧入力端子とグランド端子との間に並列接続された構成を備える。また、磁気センサ装置は、複数の磁気検出部の出力信号を入力して差動増幅処理を行う差動増幅回路を備えている。

この構成では、各磁気検出部を構成する複数の磁気抵抗素子は感度が異なるので、一方が他方よりも高感度の感磁部で形成されている。このため、被検出体の帯磁部に対して磁気検出部毎に現れる出力電圧の波形は、低感度の感磁部の影響が打ち消されたピークが一つのものとなる。

ここで、各磁気抵抗素子の感磁部が長尺状からなり、各磁気抵抗素子を構成する複数の感磁部は、磁気抵抗素子毎に固まらず、それぞれが長尺方向に垂直な方向に沿って磁気抵抗素子が切り替わりながら順に交代するように配置されているので、一つの帯磁部に対する複数の磁気検出部の出力電圧信号のタイミングが略一致する。

これらのタイミングが略一致する磁気検出部毎の出力電圧信号を差動増幅することで、ピーク数およびピークの出現タイミングが変化することなく、より明確なピークが帯磁部毎に現れる。

また、この発明の磁気センサ装置は、各感磁部の長尺方向が被検出体に形成された帯磁部の配列方向に垂直である。

この構成では、各帯磁部による通過磁束の変化を、各磁気検出部を構成するそれぞれの磁気抵抗素子が同時に検出するので、各磁気検出部の出力電圧信号のタイミングがさらに正確に一致する。これにより、高精度に帯磁部を検出することができる。

また、この発明の磁気センサ装置では、複数の磁気抵抗素子における通過磁束による抵抗値の変化が大きい高感度な磁気抵抗素子をそれぞれ構成する複数の感磁部は、長尺方向に垂直な方向に沿って長尺方向が平行になるように配置されるとともに、一つの高感度な磁気抵抗素子を構成する少なくとも一つの感磁部が当該一つの磁気抵抗素子を構成する他の複数の感磁部に対して両側から隣り合わないように、全ての高感度な磁気抵抗素子の感磁部が配置される。そして、この磁気センサ装置では、複数の磁気検出部を構成する第１の磁気検出部は電圧出力端子とグランド端子との間に当該第１の磁気検出部を構成する複数の磁気抵抗素子のうち高感度な磁気抵抗素子が接続され、第２の磁気検出部は電圧入力端子と電圧出力端子との間に当該第２の磁気検出部を構成する複数の磁気抵抗素子のうち高感度な磁気抵抗素子が接続される。

この構成では、第１の磁気検出部の出力電圧信号と、第２の磁気検出部の出力電圧信号は、各磁気検出部が感磁していないタイミングでの一定電圧からなる基準レベルに対して、ピークの出現タイミングがほぼ同じで、極性が反転した出力電圧信号が得られる。そして、この二つの出力電圧信号をそのまま差動増幅することで、一つの帯磁部に対して、より高いレベルからなる一つのピークを有する電圧信号を得られる。これにより、より高精度に帯磁部を検出することができる。

また、この発明の磁気センサは、一つの磁気検出部を構成する複数の磁気抵抗素子のうち低感度な磁気抵抗素子を構成する複数の感磁部も、一つの低感度な磁気抵抗素子を構成する少なくとも一つの感磁部が当該一つの低感度な磁気抵抗素子を構成する他の複数の感磁部に対して両側から隣り合わないように、一つの磁気検出部を構成する複数の磁気抵抗素子のうち高感度な磁気抵抗素子の感磁部とともに配列されている。

この構成では、一つの磁気検出部における複数の磁気抵抗素子のうち高感度な磁気抵抗素子の感磁部のみでなく、低感度な磁気抵抗素子の感磁部も含んで、全ての感磁部が、磁気抵抗素子毎に固まらず、それぞれが長尺方向に垂直な方向に沿って磁気抵抗素子が切り替わりながら順に交代するように配置される。これにより、一つ一つの磁気検出部において、高感度の感磁部からなる磁気抵抗素子と低感度の感磁部からなる磁気抵抗素子とで、出力電圧信号のタイミングが一致し、低感度の感磁部による影響が高感度の感磁部による出力電圧信号により、正確に打ち消される。そして、このように低感度の感磁部による影響が打ち消された出力電圧信号を用いることで、一つの帯磁部に対する複数の磁気検出部の出力電圧信号のタイミングがより正確に一致する。これにより、さらに正確に帯磁部を検出することができる。

この発明によれば、被検出体の帯磁部のそれぞれに対して、ピークが一つのみとなる出力電圧波形が得られる。これにより、被検出体に帯磁部が複数配列形成され、被検出体の搬送により、各帯磁部が順に磁気センサ装置の検知領域を通過しても、それぞれの帯磁部を個別に、且つその幅や磁気を正確に検出することができる。

本発明の第１の実施形態に係る磁気センサ装置について図を参照して説明する。

図１（Ａ）は本実施形態の磁気センサ装置１の構成を示す等価回路図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示す磁気センサ装置１の磁気検出回路１０の構成を示す平面図である。

磁気センサ装置１は、磁気検出回路１０と、差動増幅部１００とを備える。
磁気検出回路１０は、電圧入力端子Ｖｉｎとグランド端子ＧＮＤと二つの電圧出力端子Ｖｏｕｔ−Ａ，Ｖｏｕｔ−Ｂを備える。電圧入力端子Ｖｉｎとグランド端子ＧＮＤとの間には、磁気抵抗素子Ｒ１，ＭＲ１の直列回路と、磁気抵抗素子ＭＲ２，Ｒ２の直列回路が並列接続されている。磁気抵抗素子Ｒ１，ＭＲ１の直列回路は、電圧入力端子Ｖｉｎ側が磁気抵抗素子Ｒ１でグランド端子ＧＮＤ側が磁気抵抗素子ＭＲ１である。磁気抵抗素子ＭＲ２，Ｒ２の直列回路は、電圧入力端子Ｖｉｎ側が磁気抵抗素子ＭＲ２でグランド接続端子ＧＮＤ側が磁気抵抗素子Ｒ２である。電圧出力端子Ｖｏｕｔ−Ａは、磁気抵抗素子Ｒ１と磁気抵抗素子ＭＲ１との接続点に接続し、電圧出力端子Ｖｏｕｔ−Ｂは、磁気抵抗素子ＭＲ２と磁気抵抗素子Ｒ２との接続点に接続している。

例えばＳｉ基板等からなる基板１１における磁気検出回路１０の形成領域の第二方向（被検出体搬送方向）に沿った一方端には、電圧入力端子Ｖｉｎに対応する二つの電圧入力用電極１９１１，１９１２と、電圧出力端子Ｖｏｕｔ−Ａに対応する一つ電圧出力用電極１９３１が形成されており、他方端には、グランド端子ＧＮＤに対応する二つのグランド接続用電極１９２１，１９２２と、電圧出力端子Ｖｏｕｔ−Ｂに対応する一つ電圧出力用電極１９３２が形成されている。これら電圧入力用電極１９１１，１９１２、グランド接続用電極１９２１，１９２２、および電圧出力用電極１９３１，１９３２は導電性材料からなる。

また、基板１１には、磁気抵抗素子ＭＲ１を構成する感磁部１２１１，１２２１，１２３１および接続ライン電極１４１１，１４２１，１４３１，１４４１と、磁気抵抗素子ＭＲ２を構成する感磁部１３１２，１３２２，１３３２および接続ライン電極１５１２，１５２２，１５３２，１５４２と、磁気抵抗素子Ｒ１を構成する感磁部１３１１，１３２１および接続ライン電極１５１１，１５２１，１４４１と、磁気抵抗素子Ｒ２を構成する感磁部１２１２，１２２２および接続ライン電極１４１２，１４２２，１５４２とが形成されている。ここで、電圧出力用電極１９３１に接続する接続ライン電極１４４１は磁気抵抗素子ＭＲ１，Ｒ１で共通であり、電圧出力用電極１９３２に接続する接続ライン電極１５４２は磁気抵抗素子ＭＲ２，Ｒ２で共通である。

磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２を構成する感磁部１２１１，１２２１，１２３１，１３１２，１３２２，１３３２は、例えばＩｎＳｂ等の通過磁束に応じて抵抗値が変化する半導体を材料とする半導体膜からなり、長さが幅よりも大きい（３８−６０３２の修正指示に準じました。）長尺状のパターンからなる。さらに、これらの感磁部１２１１，１２２１，１２３１，１３１２，１３２２，１３３２は、ＩｎＳｂ等の半導体膜上に、長尺方向に沿って所定間隔で導電性材料からなる短絡電極が複数形成されている。この短絡電極の形成パターンにより、磁束密度に対する感度、すなわち、磁束の変化により抵抗値が変化する割合を設定している。感磁部１２１１，１２２１，１２３１，１３１２，１３２２，１３３２は、長尺方向が前記第二方向に平行になるように配置されている。

磁気抵抗素子ＭＲ１を構成する感磁部１２１１と、グランド接続用電極１９２１は接続ライン電極１４１１により電気的に接続され、感磁部１２１１，１２２１は接続ライン電極１４２１により電気的に接続され、感磁部１２２１，１２３１は接続ライン電極１４３１により電気的に接続され、感磁部１２３１と電圧出力用電極１９３１は接続ライン電極１４４１により電気的に接続されている。

磁気抵抗素子ＭＲ２を構成する感磁部１３１２と電圧入力用電極１９１２は接続ライン電極１５１２により電気的に接続され、感磁部１３１２，１３２２は接続ライン電極１５２２により電気的に接続され、感磁部１３２２，１３３２は接続ライン電極１５３２により電気的に接続され、感磁部１３３２と電圧出力用電極１９３２は、接続ライン電極１５４２により電気的に接続されている。

磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２を構成する感磁部１３１１，１３２１，１２１２，１２２２は、ＩｎＳｂ等の通過磁束密度に応じて抵抗値が変化する半導体を材料とする半導体膜からなり、長さが幅よりも大きい長尺状のパターンからなる。これらの磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の感磁部１３１１，１３２１，１２１２，１２２２を構成する半導体膜上には磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２のような短絡電極が形成されておらず、磁束密度による抵抗値変化が殆ど生じないように設定されている。感磁部１３１１，１３２１，１２１２，１２２２も、長尺方向が前記第二方向に平行になるように配置されている。

磁気抵抗素子Ｒ１を構成する感磁部１３１１と電圧入力用電極１９１１は接続ライン電極１５１１により電気的に接続され、感磁部１３１１，１３２１は接続ライン電極１５２１により電気的に接続され、感磁部１３２１と電圧出力用電極１９３１は、接続ライン電極１４４１により電気的に接続されている。

磁気抵抗素子Ｒ２を構成する感磁部１２１２とグランド接続用電極１９２２は接続ライン電極１４１２により電気的に接続され、感磁部１２１２，１２２２は接続ライン電極１４２２により電気的に接続され、感磁部１２２２と電圧出力用電極１９３２は、接続ライン電極１５４２により電気的に接続されている。

なお、各磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２，Ｒ１，Ｒ２を構成する感磁部は、磁気検出回路１０の形成領域における第一方向に沿って以下の順に隣り合う感磁部同士が近接するように配列設置されている。すなわち、第一方向の一方端（図１（Ｂ）の上端）から順に、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部１２１１、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部１３３２、磁気抵抗素子Ｒ２の感磁部１２２２，１２１２、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部１３２２、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部１２２１、磁気抵抗素子Ｒ１の感磁部１３１１，１３２１、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部１２３１、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部１３１２が配置される。

これにより、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２，Ｒ１，Ｒ２の感磁部は、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２，Ｒ１，Ｒ２毎に集中せず、入り組んだ構成となる。そして、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２，Ｒ１，Ｒ２の感磁部が、被検出体搬送方向に垂直な第一方向に沿って配列されているので、被検出体に設けられた帯磁部の通過に応じた磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２，Ｒ１，Ｒ２の反応が時間軸上で同じになる。

図２（Ａ）は、本実施形態の構成からなる磁気検出回路１０の出力電圧信号の波形および動作を説明する図であり、図２（Ｂ）は、磁気センサ装置１の出力電圧信号の波形を示す図である。なお、図２におけるＭは被検出体の帯磁部を示す
上述の感磁部の材料および構成とすることで、磁気抵抗素子ＭＲ１の方が磁気抵抗素子Ｒ１よりも磁束密度が高くなるほど大きく抵抗値が高くなる特性を有する。そして、グランド端子ＧＮＤ側に磁気抵抗素子ＭＲ１が接続されているので、出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ａは、磁気抵抗素子ＭＲ１，Ｒ１の分圧比に基づいて、被検出体の帯磁部Ｍの通過に応じて徐々に電圧レベルが上がり、所定の第１ピーク値Ｐａ１に達した後、徐々に電圧レベルが下がる波形となる。この際、磁気抵抗素子ＭＲ１，Ｒ１の磁束密度の変化に対する反応が時間軸上で同じになり、磁気抵抗素子Ｒ１による電圧レベルの変化が磁気抵抗素子ＭＲ１による電圧レベルの変化よりも大幅に小さいので、磁気抵抗素子Ｒ１による電圧レベルの変化は磁気抵抗素子ＭＲ１による電圧レベルの変化により誤差範囲程度のものとして打ち消される。

一方、磁気抵抗素子ＭＲ２の方が磁気抵抗素子Ｒ２よりも磁束密度が高くなるほど大きく抵抗値が高くなる特性を有する。そして、電圧入力端子Ｖｉｎ側に磁気抵抗素子ＭＲ２が接続されているので、出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ｂは、磁気抵抗素子ＭＲ２，Ｒ２の分圧比に基づいて、被検出体の帯磁部Ｍの通過に応じて徐々に電圧レベルが下がり、所定の第２ピーク値Ｐｂ１に達した後、徐々に電圧レベルが上がる波形となる。この際、磁気抵抗素子ＭＲ２，Ｒ２の磁束密度の変化に対する反応が時間軸上で同じになり、磁気抵抗素子Ｒ２による電圧レベルの変化が磁気抵抗素子ＭＲ２による電圧レベルの変化よりも大幅に小さいので、磁気抵抗素子Ｒ２による電圧レベルの変化は磁気抵抗素子ＭＲ２による電圧レベルの変化により誤差範囲程度のものとして打ち消される。

また、この際、磁気抵抗素子ＭＲ１，Ｒ１およびＭＲ２，Ｒ２の感磁部は、磁気検出回路１０の形成領域における略同じ領域に形成されている。

これにより、これら磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２，Ｒ１，Ｒ２の磁束密度による反応が時間軸上で同じになるので、出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ａと出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ｂの磁束密度の変化による反応も時間軸上で同じになる。すなわち、出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ａと出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ｂとで、磁束密度の変化による電圧レベルの変化開始タイミング、ピーク値となるタイミング、変化終了タイミング等が、時間軸上で一致する。

このように生成された出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ａ，Ｖｏｕｔ−Ｂは、差動増幅回路１００へ入力される。

差動増幅回路１００は、オペアンプＯＰを備え、当該オペアンプＯＰの反転入力端子には抵抗Ｒａを介して上記電圧出力端子Ｖｏｕｔ−Ｂが接続されており、非反転入力端子は抵抗Ｒｂを介して上記電圧出力端子Ｖｏｕｔ−Ａが接続されている。また、オペアンプＯＰの非反転入力端子は抵抗Ｒｃを介してグランドに接続されており、オペアンプＯＰの出力端子Ｖｏｕｔ−Ｃは抵抗Ｒｄを介して反転入力端子に接続されている。ここで、抵抗Ｒａ，Ｒｂの抵抗値は同じであり、抵抗Ｒｃ，Ｒｄの抵抗値は同じである。そして、抵抗Ｒｃ，Ｒｄの抵抗値は、抵抗Ｒａ，Ｒｂの抵抗値の所定倍（例えば１０倍程度）に設定されている。

差動増幅回路１００は、磁気検出回路１０から入力された出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ａ，Ｖｏｕｔ−Ｂを差動増幅して、出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ｃを生成する。ここで、上述の構成により差動増幅回路１００の入力信号である出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ａ，Ｖｏｕｔ−Ｂとは、同期されているとともに、出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ａと出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ｂとは、感磁していない状態での電圧レベルを基準にて、逆の電圧特性を有する。

このため、出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ｃは、出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ａ，Ｖｏｕｔ−Ｂと比較して、磁束密度の変化に応じた電圧レベルの変化量がより大きく、無感磁期間での電圧レベル（オフセット電圧レベル）よりも高いレベルのみからなる信号となる。これにより、被検出体の帯磁部を確実且つ高精度に検出することができる。この際、帯磁部毎に一つのピークからなる波形が得られるので、複数の帯磁部が配列設置されていても、各帯磁部を正確に検出することができる。

次に、第２の実施形態に係る磁気センサ装置について図を参照して説明する。

図３（Ａ）は本実施形態の磁気センサ装置の磁気検出回路２０の構成を示す平面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）に示す磁気検出回路２０を示す等価回路図である。

本実施形態の磁気センサ装置は、磁気検出回路２０の構成が第１の実施形態と異なるのみであるので、磁気検出回路２０の構成のみを説明する。

本実施形態に示す磁気検出回路２０も、第１の実施形態に示した磁気検出回路１０と同様に基板２１上に感磁部や導電性の電極を形成することで、図３（Ｂ）に示した回路を構成する。そして、基板２１、感磁部、導電性の電極の材質も第１の実施形態と同じである。

基板２１における磁気検出回路２０の形成領域の第二方向（被検出体搬送方向）に沿った一方端には、電圧入力端子Ｖｉｎに対応する二つの電圧入力用電極２９１１，２９１２と、電圧出力端子Ｖｏｕｔ−Ａに対応する一つ電圧出力用電極２９３１が形成されており、他方端には、グランド端子ＧＮＤに対応する二つのグランド接続用電極２９２１，２９２２と、電圧出力端子Ｖｏｕｔ−Ｂに対応する一つ電圧出力用電極２９３２が形成されている。

また、基板２１には、磁気抵抗素子ＭＲ１を構成する感磁部２２１１，２２２１，２２３１，２２４１，２２５１および接続ライン電極２４１１，２４２１，２４３１，２４４１，２４５１，２４６１と、磁気抵抗素子ＭＲ２を構成する感磁部２３１２，２３２２，２３３２，２３４２，２３５２および接続ライン電極２５１２，２５２２，２５３２，２５４２，２５５２，２５６２と、磁気抵抗素子Ｒ１を構成する感磁部２３１１と、磁気抵抗素子Ｒ２を構成する感磁部２２１２とが形成されている。

磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２を構成する感磁部２２１１，２２２１，２２３１，２２４１，２２５１，２３１２，２３２２，２３３２，２３４２，２３５２は、ＩｎＳｂ等の半導体膜からなり、長さが幅よりも大きい長尺状のパターンからなり、長尺方向に沿って所定間隔で導電性材料からなる短絡電極が複数形成されている。これら感磁部２２１１，２２２１，２２３１，２２４１，２２５１，２３１２，２３２２，２３３２，２３４２，２３５２は、長尺方向が前記第二方向に平行になるように配置されている。

磁気抵抗素子ＭＲ１を構成する感磁部２２１１と、グランド接続用電極２９２１は接続ライン電極２４１１により電気的に接続され、感磁部２２１１，２２２１は接続ライン電極２４２１により電気的に接続され、感磁部２２２１，２２３１は接続ライン電極２４３１により電気的に接続され、感磁部２２３１，２２４１は接続ライン電極２４４１により電気的に接続され、感磁部２２４１，２２５１は接続ライン電極２４５１により電気的に接続され、感磁部２２５１と電圧出力用電極２９３１は接続ライン電極２４６１により電気的に接続されている。

磁気抵抗素子ＭＲ２を構成する感磁部２３１２と電圧入力用電極２９１２は接続ライン電極２５１２により電気的に接続され、感磁部２３１２，２３２２は接続ライン電極２５２２により電気的に接続され、感磁部２３２２，２３３２は接続ライン電極２５３２により電気的に接続され、感磁部２３３２，２３４２は接続ライン電極２５４２により電気的に接続され、感磁部２３４２，２３５２は接続ライン電極２５５２により電気的に接続され、感磁部２３５２と電圧出力用電極２９３２は、接続ライン電極２５６２により電気的に接続されている。

各磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２を構成する感磁部は、磁気検出回路２０の形成領域における第一方向に沿って以下の順に隣り合う感磁部同士が近接するように配列設置されている。すなわち、第一方向の一方端（図３（Ａ）の上端）から順に、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部２２１１、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部２３５２，２３４２、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部２２２１，２２３１、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部２３３２，２３２２、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部２２４１，２２５１、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部２３１２が配置される。

これにより、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の感磁部は、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２毎に集中せず、入り組んだ構成となる。そして、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の感磁部が、被検出体搬送方向に垂直な第一方向に沿って配列されているので、被検出体に設けられた帯磁部の通過に応じた磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の反応が時間軸上で同じになる。

磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２を構成する感磁部２３１１，２２１２は、ＩｎＳｂ等の半導体膜からなり、長さが幅よりも大きい長尺状のパターンからなる。これらの磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の感磁部２３１１，２２１２を構成する半導体膜上には磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２のような短絡電極が形成されておらず、磁束密度による抵抗値変化が殆ど生じない。磁気抵抗素子Ｒ１を構成する感磁部２３１１は、電圧入力用電極２９１１と電圧出力用電極２９３１を直接接続するように、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の形成領域よりも外方で、且つ長尺方向が第一方向に平行になるように形成されている。磁気抵抗素子Ｒ２を構成する感磁部２２１２は、グランド接続用電極２９２２と電圧出力端子Ｖｏｕｔ−Ｂを直接接続するように、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の形成領域よりも外方で、且つ長尺方向が第一方向に平行になるように形成されている。

図４（Ａ）は、本実施形態の構成からなる磁気検出回路２０の出力電圧信号の波形および動作を説明する図であり、図４（Ｂ）は、磁気検出回路２０を備える磁気センサの出力電圧信号の波形を示す図である。なお、図４におけるＭは被検出体の帯磁部を示す
上述の感磁部の材料および構成とすることで、磁気抵抗素子ＭＲ１の方が磁気抵抗素子Ｒ１よりも磁束密度が高くなるほど大きく抵抗値が高くなる特性を有する。そして、グランド端子ＧＮＤ側に磁気抵抗素子ＭＲ１が接続されているので、出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ａは、磁気抵抗素子ＭＲ１，Ｒ１の分圧比に基づいて、被検出体の帯磁部Ｍが磁気抵抗素子ＭＲ１の形成領域を通過する際には、徐々に電圧レベルが上がり、所定のピーク値に達した後、徐々に電圧レベルが下がる波形となる。一方、磁気抵抗素子Ｒ１の形成領域を通過する際には、僅かながら電圧レベルが低下する。

一方、磁気抵抗素子ＭＲ２の方が磁気抵抗素子Ｒ２よりも磁束密度が高くなるほど大きく抵抗値が高くなる特性を有する。そして、電圧入力端子Ｖｉｎ側に磁気抵抗素子ＭＲ２が接続されているので、出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ｂは、磁気抵抗素子ＭＲ２，Ｒ２の分圧比に基づいて、被検出体の帯磁部Ｍが磁気抵抗素子ＭＲ２の形成領域を通過する際には、徐々に電圧レベルが下がり、所定のピーク値に達した後、徐々に電圧レベルが上がる波形となる。一方、磁気抵抗素子ＭＲ２の形成領域よりも搬送方向において前方に配置された磁気抵抗素子Ｒ２の形成領域を通過する際には、僅かながら電圧レベルが低下する。

ここで、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の磁束密度による反応が時間軸上で同じになるので、出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ａと出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ｂの磁束密度の変化による主たる反応も時間軸上で同じになる。

この磁気検出回路２０から出力される二つの出力電圧信号Ｖｏｕｔ−Ａ，Ｖｏｕｔ−Ｂを、磁気検出回路２０の後段に接続した差動増幅回路で増幅すると、図４（Ｂ）に示すような、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２による主たる反応部で電圧レベルが大幅に変化した一つのピークを有する波形が得られる。なお、この主たる反応部でのピークの前後には、磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２による極低い電圧レベル変動が生じるが、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２による主たる反応で得られる電圧レベルに対して、極低いレベルでしかない。したがって、帯磁部検出の閾値を或程度高く設定する等すれば、当該低いレベルの反応を検知することなく、主たる反応のみで、正確に帯磁部を検出することができる。

なお、本実施形態では、磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の感磁部を、第二方向に沿った磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の感磁部の形成領域よりも外方の双方に一つずつ形成する例を示したが、一方に磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の感磁部の両方を設けても良い。

次に、第３の実施形態に係る磁気センサ装置について図を参照して説明する。

図５（Ａ）は本実施形態の磁気センサ装置の磁気検出回路３０の構成を示す平面図であり、図５（Ｂ）は磁気検出回路３０の等価回路図である。

上述の各実施形態の磁気検出回路では接続ライン電極の全てを基板の表面に直接形成した例を示したが、本実施形態の磁気検出回路３０は、接続ライン電極の一部が感磁部等の上面に形成された保護膜３２の表面に形成されているものである。

具体的には、磁気検出回路３０は以下の構成からなる。
基板３１における磁気検出回路３０の形成領域の第二方向（図５（Ａ）における横方向）に沿った一方端には、電圧入力用電極３９１１，３９１２、グランド接続用電極３９２１，３９２２が形成されており、他方端には、電圧出力用電極３９３１，３９３２が形成されている。

また、基板３１には、磁気抵抗素子ＭＲ１を構成する感磁部３２１１，３２２１，３２３１と、磁気抵抗素子ＭＲ２を構成する感磁部３３１２，３３２２，３３３２と、磁気抵抗素子Ｒ１を構成する感磁部３３１１，３３２１，３３３１と、磁気抵抗素子Ｒ２を構成する感磁部３２１２，３２２２，３２３２とが形成されている。

磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の感磁部３２１１，３２２１，３２３１、３３１２，３３２２，３３３２は、長さが幅よりも大きい長尺状のパターンであり、長尺方向に沿って半導体膜上に所定間隔で導電体からなる短絡電極が形成されており、長尺方向が前記第二方向に平行になるように配置されている。

磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の感磁部３３１１，３３２１，３３３１，３２１２，３２２２，３２３２は、長さが幅よりも大幅に大きい長尺状のパターンであり、短絡電極が形成されておらず、長尺方向が前記第二方向に平行になるように配置されている。

そして、これらの感磁部は、第一方向に沿って、構成する磁気抵抗素子が順に一本ずつ交代するように、近接して配置されている。すなわち、磁気検出回路３０の形成領域における第一方向の一方端（図５（Ａ）の上端）から順に、磁気抵抗素子Ｒ２の感磁部３２３２、磁気抵抗素子Ｒ１の感磁部３３１１、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部３３３２、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部３２１１、磁気抵抗素子Ｒ２の感磁部３２２２、磁気抵抗素子Ｒ１の感磁部３３２１、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部３３２２、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部３２２１、磁気抵抗素子Ｒ２の感磁部３２１２、磁気抵抗素子Ｒ１の感磁部３３３１、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部３３１２、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部３２３１が配置されている。

また、基板３１上には、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２，Ｒ１，Ｒ２と電圧入力用電極、電圧出力用電極、グランド接続用電極とを接続する接続ライン電極３４１１，３４１２，３４４１，３４４２，３５１１，３５１２，３５４１，３５４２が形成されている。

接続ライン電極３４１１は磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部３２１１とグランド接続用電極３９２１とを接続し、接続ライン電極３４１２は磁気抵抗素子Ｒ２の感磁部３２１２とグランド接続用電極３９２２とを接続する。接続ライン電極３４４１は磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部３２３１と電圧出力用電極３９３１とを接続し、接続ライン電極３４４２は磁気抵抗素子Ｒ２の感磁部３２３２と電圧出力用電極３９３２とを接続する。接続ライン電極３５１１は磁気抵抗素子Ｒ１の感磁部３３１１と電圧入力用電極３９１１とを接続し、接続ライン電極３５１２は磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部３３１２と電圧入力用電極３９１２とを接続する。接続ライン電極３５４１は磁気抵抗素子Ｒ１の感磁部３３３１と電圧出力用電極３９３１とを接続し、接続ライン電極３５４２は磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部３３３２と電圧出力用電極３９３２とを接続する。

このような感磁部群と接続ライン電極群との表面には、絶縁性を有する保護膜３２が形成されている。保護膜３２の表面には、各磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２，Ｒ１，Ｒ２内における複数の感磁部を接続する接続ライン電極３４２１，３４３１，３５２２，３５３２，３５２１，３５３１，３４２２，３４３２が形成されている。

接続ライン電極３４２１は磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部３２１１，３２２１を接続し、接続ライン電極３４３１は磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部３２２１，３２３１を接続する。接続ライン電極３５２２は磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部３３１２，３３２２を接続し、接続ライン電極３５３２は磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部３３２２，３３３２を接続する。接続ライン電極３５２１は磁気抵抗素子Ｒ１の感磁部３３１１，３３２１を接続し、接続ライン電極３５３１は磁気抵抗素子Ｒ１の感磁部３３２１，３３３１を接続する。接続ライン電極３４２２は磁気抵抗素子Ｒ２の感磁部３２１２，３２２２を接続し、接続ライン電極３４３２は磁気抵抗素子Ｒ２の感磁部３２２２，３２３２を接続する。なお、図示していないが、これらの接続ライン電極は、保護膜３２に形成されたビアホールを介して各感磁部へ接続している。

このような構成とすることで、異なる磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２，Ｒ１，Ｒ２をそれぞれに構成する複数の感磁部が、一本毎に第一方向に沿って順次交代しながら配置される。これにより、磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２，Ｒ１，Ｒ２による被検出体の帯磁部に対する反応を、上述の第１の実施形態と同様に時間軸上で同じにすることができる。

このような構成であっても、上述の第１の実施形態と同様に、被検出体の帯磁部を正確且つ高精度に検出することができる。

なお、上述の説明では、半絶縁性基板としてＳｉ基板を例に示したが他の材質であってもよく、感磁部をＩｎＳｂで形成する例を示したが、通過磁束に応じて抵抗値が変化する材質であれば、他の材質であってもよい。

また、一つの磁気検出部に対する各磁気抵抗素子として感磁部に短絡電極が形成されたＭＲ１，ＭＲ２と、短絡電極が形成されていないＲ１，Ｒ２とを用いた例を示したが、Ｒ１，Ｒ２の代わりに、短絡電極が形成されておりＭＲ１，ＭＲ２よりも感度が低い感磁部を用いても良い。

第１の実施形態の磁気センサ装置１の構成を示す等価回路図、および磁気センサ１の磁気検出回路１０の構成を示す平面図である。 第１の実施形態の構成からなる磁気検出回路１０の出力電圧信号の波形および動作を説明する図、および、磁気センサ装置１の出力電圧信号の波形を示す図である。 第２の実施形態の磁気センサ装置の磁気検出回路２０の構成を示す平面図、および磁気検出回路２０を示す等価回路図である。 第２の実施形態の構成からなる磁気検出回路２０の出力電圧信号の波形および動作を説明する図、および、磁気検出回路２０を備える磁気センサ装置の出力電圧信号の波形を示す図である。 第３の実施形態の磁気検出回路３０の構成を示す平面図、および、磁気検出回路３０の等価回路図である。 従来の磁気センサの概略構成を示す図、磁気センサ９０の等価回路図、および被検出体の帯磁部Ｍの検出状態を示す概念図である。 搬送方向に対して複数の帯磁部が形成されている被検出体の帯磁部群を検出した場合の出力信号レベルを示した波形図である。

符号の説明

１０，２０，３０−磁気検出回路、１１，２１，３１−基板、３２−保護膜、１２１１，１２２１，１２３１，１３１２，１３２２，１３３２，１３１１，１３２１，１２１２，１２２２−感磁部、１４１１，１４２１，１４３１，１４４１，１５１２，１５２２，１５３２，１５４２，１５１１，１５２１，１４４１，１４１２，１４２２，１５４２−接続用ライン電極、１９１１，１９１２−電圧入力用電極、１９２１，１９２２−グランド接続用電極、１９３１，１９３２−電圧出力用電極、ＭＲ１，ＭＲ２，Ｒ１，Ｒ２−磁気抵抗素子、Ｍ−被検出体

Claims (4)

1. 通過磁束により抵抗値の変化する感磁部を基板表面に形成してなる複数の磁気抵抗素子を電圧入力端子とグランド端子との間に直列接続し、該直列接続された複数の磁気抵抗素子の接続部に接続された電圧出力端子から、前記複数の磁気抵抗素子によって分圧される電圧を出力信号とする磁気検出部を備えた磁気センサ装置であって、
   前記磁気検出部を構成する複数の磁気抵抗素子は、前記通過磁束による抵抗値変化の特性が異なるとともに、それぞれが長尺状に形成された複数の感磁部を有し、
   前記複数の磁気抵抗素子における複数の感磁部は、一方向に並んで配列されるとともに、一つの磁気抵抗素子を構成する少なくとも一つの感磁部が当該一つの磁気抵抗素子を構成する他の複数の感磁部に対して両側から隣り合わないように、全ての磁気抵抗素子の感磁部が配置され、
   前記磁気検出部を複数備えて前記電圧入力端子と前記グランド端子との間に並列接続し、
   前記複数の磁気検出部の出力信号を入力して差動増幅処理を行う差動増幅回路を備えた、磁気センサ装置。
2. 前記感磁部の長尺方向が被検出体の帯磁部の配列方向に垂直である、請求項１に記載の磁気センサ装置。
3. 前記複数の磁気抵抗素子における前記通過磁束による抵抗値の変化が大きい高感度な磁気抵抗素子をそれぞれ構成する複数の感磁部は、前記長尺方向に垂直な方向に沿って長尺方向が平行になるように配置されるとともに、一つの高感度な磁気抵抗素子を構成する少なくとも一つの感磁部が当該一つの磁気抵抗素子を構成する他の複数の感磁部に対して両側から隣り合わないように、全ての高感度な磁気抵抗素子の感磁部が配置され、
   前記複数の磁気検出部を構成する第１の磁気検出部は前記電圧出力端子と前記グランド端子との間に前記高感度な磁気抵抗素子が接続され、第２の磁気検出部は前記電圧入力端子と前記電圧出力端子との間に前記高感度な磁気抵抗素子が接続されている、請求項１または請求項２に記載の磁気センサ装置。
4. 前記一つの磁気検出部を構成する前記複数の磁気抵抗素子のうち低感度な磁気抵抗素子を構成する複数の感磁部も、一つの低感度な磁気抵抗素子を構成する少なくとも一つの感磁部が当該一つの低感度な磁気抵抗素子を構成する他の複数の感磁部に対して両側から隣り合わないように、前記一つの磁気検出部を構成する前記複数の磁気抵抗素子のうち前記高感度な磁気抵抗素子の感磁部とともに配列されている、請求項３に記載の磁気センサ装置。

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