JP2014006087A - 差動磁場印加装置及び差動磁場印加方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ディファレンシャル構成磁気センサＩＣの性能、特にジッター特性を正確に評価するため、適切な差動磁場印加装置及び差動磁場印加方法を提供する。
【解決手段】本発明は、磁場印加対象に磁場を印加するための差動磁場印加装置であって、基板と、前記基板において所定の間隔で形成された少なくとも２つの電流路パターンを備え、互いに隣り合う一方の電流路パターンと他方の電流路パターンとへの電流印加によって発生する磁場は、前記磁場印加対象の一方の設置位置と他方の設置位置とで逆位相であることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、差動磁場印加装置及び差動磁場印加方法に関する。

磁気センサを評価及び検査するためには、磁気センサに磁場を印加して電圧又は電流を検出する必要がある。この際の磁場印加方法としては、コイル等の電磁石や永久磁石などが用いられている。検査方法はアプリケーションによって異なり、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）、ホール素子、リニアホールＩＣ、スイッチタイプのホールＩＣなどでは、所望の磁場を容易に印加できるコイルによる検査方法が望ましい。また、特許文献１に示されるように、回転角度センサのような磁場方向を検知するものに関しては、実際に磁石を用いた検査方法も望ましい。

しかしながら、近年磁気センサの高精度化に伴い、従来の検査手法では十分な検査が困難な磁気センサ種も存在する。その例の一つとして、ディファレンシャル構成の磁気センサＩＣがある。図１を用いて、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣについて説明する。

図１（ａ）は磁気センサがホール素子である場合、図１（ｂ）は磁気センサがＭＲ素子である場合、図１（ｃ）は磁気センサが磁気収束板を備えたホール素子である場合のディファレンシャル構成磁気センサＩＣを示す。図１（ａ）〜（ｃ）に示されるように、ホール素子２又はＭＲ素子３がＩＣ基板１上に約１．５〜３ｍｍほどの間隔で配置されている。また、図１（ｃ）に示されるディファレンシャル構成磁気センサＩＣでは、垂直磁場にのみ作用するホール素子３に垂直磁場を印加するために、水平磁場を垂直磁場に変える磁気収束板４がＩＣ基板１上のホール素子３に設けられている。

図１（ａ）〜（ｃ）に示されるように、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣとは、ＩＣ基板１上に、約１．５〜３ｍｍほどの間隔でホール素子１やＭＲ素子２、磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）などの１個以上の磁気センサからなる磁気センサ部が２つ配置されており、２つの磁気センサ部に互いに逆方向の磁場を印加して、それらの磁気センサに印加される磁場信号の差分をとり、各種演算をした後に所望のデジタル出力又はアナログ出力を行うセンサである。

このセンサのアプリケーションとしては、トランスミッションセンサ、カム角センサ、車輪速センサなどがある。これらの磁気センサは、磁場信号に応じ、ハイ又はローを電圧又は電流出力する。図２を用いて、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣが磁場信号に応じてハイ又はローを電圧又は電流出力する原理を説明する。

図２（ａ）は、多極着磁磁石５からの磁場信号がディファレンシャル構成磁気センサに印加される様子を示す図である。図２（ａ）には、複数のＳ極及びＮ極磁石を備えた多極着磁磁石５と、ＩＣ基板１上に磁気センサ素子６を備えたディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７が示されている。磁気センサ素子６としては、例えば、ホール素子１、ＭＲ素子２、ＭＩ素子などが使用される。多極着磁磁石５が磁気センサ素子６上を移動することにより、磁気センサ素子６が多極着磁磁石５から磁気信号を受け取り、それに応答してハイ又はローの電圧又は電流を出力する。

図２（ｂ）は、磁気センサ素子６が図２（ａ）で示される状態において、図２（ａ）中矢印で示される磁石移動方向に多極着磁磁石５が等速移動した際に磁気センサ素子６に印加される、ＩＣ基板１に対して垂直方向の差動磁場を示す。図２（ｃ）は、図２（ｂ）で示される垂直方向の差動磁場をディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７が受け取ったときのデジタル出力例を示す。図２（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７は、ＩＣ基板１に対して垂直方向の差動磁場を受け取ることにより、ハイ又はローの電圧又は電流信号を出力することができる。

また、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７がハイ又はローの電圧又は電流信号を出力するための他の例を、図２（ｄ）及び（ｅ）を用いて説明する。図２（ｄ）は、磁気センサ素子６が図２（ａ）で示される状態において、図２（ａ）中矢印で示される磁石移動方向に多極着磁磁石５が等速移動した際に磁気センサ素子６に印加される、ＩＣ基板１に対して水平方向の差動磁場を示す。図２（ｅ）は、図２（ｄ）で示される水平方向の差動磁場をディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７が受け取ったときのデジタル出力例を示す。図２（ｄ）及び（ｅ）に示されるように、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７は、ＩＣ基板１に対して水平方向の差動磁場を受け取ることにより、ハイ又はローの電圧又は電流信号を出力することもできる。

近年、この中でも特に、車輪速センサの高精度化が望まれている。それが反映される検査項目として、ジッター特性がある。ジッターとは、繰り返し同じ周期の磁場信号を印加した際のセンサ出力周期のバラつきを表わし、高精度の指標となる。

車輪速センサなどのディファレンシャル構成磁気センサＩＣにおいて、ジッター特性を評価するためには、一定周期で繰り返し再現性のある制御された磁場を、約１．５〜３ｍｍほどの狭いピッチで配置された磁気センサに位相差を与えて印加する必要がある。多くの場合、１８０°又は９０°位相が異なる磁場信号を、狭いピッチ間に印加しなければならない。

図３及び図４を用いて、従来のディファレンシャル構成の磁気センサＩＣの検査機の構成を説明する。図３は、多極着磁リング磁石及びモーターを用いてディファレンシャル構成磁気センサＩＣを評価・検査する構成例を示し、図３（ａ）はその構成の側面図を示し、図３（ｂ）はその構成の上面図を示す。図３（ａ）及び（ｂ）に示される構成においては、モーター９を用いて、回転軸８上に設けられたリング形状の多極着磁磁石５を回転させることによりディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７を評価・検査している。

また、図４は、軟磁性体ギア歯、バックバイアス磁石、及びモーターを用いてディファレンシャル構成磁気センサＩＣを評価・検査する構成例を示し、図４（ａ）はその構成の側面図を示し、図４（ｂ）はその構成の上面図を示す。図４（ａ）及び（ｂ）に示される構成においては、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７にバックバイアス磁石１０を設け、軟磁性体からなるギア歯１１を回転軸８及びモーター９を用いて回転させることによりディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７を評価・検査している。また、従来のディファレンシャル構成磁気センサＩＣの検査機のさらに他の例としては、非特許文献１に示されるような、電磁石で所望の磁場を発生させる構成等があった。

国際公開第２０１１/０７０３９４号パンフレット

「Precise Measurement of Magnetic Thresholds of Differential Hall ICs with Specific Double Coil」、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.infineon.com/dgdl/appl_coil23.pdf?folderId=db3a304412b407950112b408e8c90004&fileId=db3a304412b407950112b408ffea0048＞

しかしながら、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣのジッター特性の向上に伴い、従来の検査機ではジッター特性を検査できなくなってきている。上述のような磁場発生源を機械的に動かす手法の場合、モーターの回転ムラ、偏心、電磁波ノイズ、多極着磁磁石の着磁ムラ、ギア歯の形状ムラ等により発生する磁場発生源の磁場分布の不均一性によるジッター発生量が、センサのジッター性能を上回るためである。

また、電磁石での評価又は検査の場合、インピーダンスの影響による周波数特性劣化のため、周波数を上げると、磁場信号の減衰が発生し、所望の磁場信号を発生させることが困難になるという問題があった。

上述してきたように、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣにおいて、正しく特性を検査するため、特にジッター特性を高精度に評価し、保証するためには、今までにない新しい磁場印加手法が必要である。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣの性能、特にジッター特性を正確に評価するため、適切な差動磁場印加装置及び差動磁場印加方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の差動磁場印加装置は、磁場印加対象に磁場を印加するための差動磁場印加装置であって、基板と、前記基板において所定の間隔で形成された少なくとも２つの電流路パターンとを備え、互いに隣り合う一方の電流路パターンと他方の電流路パターンとへの電流印加によって発生する磁場は、前記磁場印加対象の一方の設置位置と他方の設置位置とで逆位相であることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の差動磁場印加装置は、本発明の請求項１に記載の差動磁場印加装置であって、前記基板は、前記少なくとも２つの電流路パターンを含む第１の電流路パターン層と、前記少なくとも２つ以上の電流路パターンを含む第２の電流路パターン層とを含むことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の差動磁場印加装置は、本発明の請求項１又は２に記載の差動磁場印加装置であって、前記少なくとも２つの電流路パターンは直線形状で構成され、前記少なくとも２つの電流路パターンの各々は互いに平行に形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の差動磁場印加装置は、本発明の請求項１又は２に記載の差動磁場印加装置であって、前記少なくとも２つの電流路パターンの各々は、前記基板に対して垂直な磁場を発生させる磁場収束部分を含むことを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の差動磁場印加装置は、本発明の請求項１から３の何れかに記載の差動磁場印加装置であって、前記磁場印加対象は、差動構成の車輪速センサであることを特徴とする。

本発明の請求項６に記載の差動磁場印加装置は、本発明の請求項１から３の何れかに記載の差動磁場印加装置であって、前記磁場印加対象は、差動構成の磁電変換素子であることを特徴とする。

本発明の請求項７に記載の差動磁場印加装置は、本発明の請求項４に記載の差動磁場印加装置であって、前記磁場印加対象は差動構成の磁電変換素子であり、前記磁電変換素子は、磁気収束板を備えたホール素子であることを特徴とする。

本発明の請求項８に記載の差動磁場印加装置は、本発明の請求項１から７の何れかに記載の差動磁場印加装置であって、前記少なくとも２つの電流路パターンは、４つ以上の電流路パターンからなることを特徴とする。

本発明の請求項９に記載の差動磁場印加装置は、本発明の請求項１から８の何れかに記載の差動磁場印加装置であって、前記第１の電流路パターン層の前記電流路パターンによって発生する磁場と、前記第２の電流路パターン層の前記電流路パターンによって発生する磁場との位相差は、前記設置位置において、略９０°又は略２７０°であることを特徴とする。

本発明の請求項１０に記載の差動磁場印加装置は、本発明の請求項１から９の何れかに記載の差動磁場印加装置であって、前記少なくとも２つの電流路パターンの各々は、電流路パターン同士を接続するためのパターン接続部分によって接続されていることを特徴とする。

本発明の請求項１１に記載の差動磁場印加装置は、本発明の請求項１０に記載の差動磁場印加装置であって、前記少なくとも２つの電流路パターンは、１つの電流源によって電流を印加されることを特徴とする。

本発明の請求項１２に記載の差動磁場印加装置は、本発明の請求項１から１０の何れかに記載の差動磁場印加装置であって、前記少なくとも２つの電流路パターンは、少なくとも１つの電流源によって電流を印加され、前記少なくとも１つの電流源には、差動磁場発生に寄与する前記少なくとも２つの電流路パターンとは別の電流路パターンが接続されていることを特徴とする。

本発明の請求項１３に記載の差動磁場印加方法は、磁場印加対象に磁場を印加するための差動磁場印加方法であって、基板において所定の間隔で形成された少なくとも２つの電流路パターンに電流を印加することにより磁場を発生させ、互いに隣り合う一方の電流路パターンと他方の電流路パターンとへの電流印加によって発生する磁場は、前記磁場印加対象の一方の設置位置と他方の設置位置とで逆位相であることを特徴とする。

本発明の請求項１４に記載の差動磁場印加方法は、本発明の請求項１３に記載の差動磁場印加方法であって、前記基板は、前記少なくとも２つの電流路パターンを含む第１の電流路パターン層と、前記少なくとも２つ以上の電流路パターンを含む第２の電流路パターン層とを含むことを特徴とする。

本発明の請求項１５に記載の差動磁場印加方法は、本発明の請求項１３又は１４に記載の差動磁場印加方法であって、前記少なくとも２つの電流路パターンは直線形状で構成され、前記少なくとも２つの電流路パターンの各々は互いに平行に形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項１６に記載の差動磁場印加方法は、本発明の請求項１３又は１４に記載の差動磁場印加方法であって、前記少なくとも２つの電流路パターンの各々は、前記基板に対して垂直な磁場を発生させる磁場収束部分を含むことを特徴とする。

本発明の請求項１７に記載の差動磁場印加方法は、本発明の請求項１３から１５の何れかに記載の差動磁場印加方法であって、前記磁場印加対象は、差動構成の車輪速センサであることを特徴とする。

本発明の請求項１８に記載の差動磁場印加方法は、本発明の請求項１３から１５の何れかに記載の差動磁場印加方法であって、前記磁場印加対象は、差動構成の磁電変換素子であることを特徴とする。

本発明の請求項１９に記載の差動磁場印加方法は、本発明の請求項１６に記載の差動磁場印加方法であって、前記磁場印加対象は差動構成の磁電変換素子であり、前記磁電変換素子は、磁気収束板を備えたホール素子であることを特徴とする。

本発明の請求項２０に記載の差動磁場印加方法は、本発明の請求項１３から１９の何れかに記載の差動磁場印加方法であって、前記少なくとも２つの電流路パターンは、４つ以上の電流路パターンからなることを特徴とする。

本発明の請求項２１に記載の差動磁場印加方法は、本発明の請求項１３から２０の何れかに記載の差動磁場印加方法であって、前記第１の電流路パターン層の前記電流路パターンによって発生する磁場と、前記第２の電流路パターン層の前記電流路パターンによって発生する磁場との位相差は、前記設置位置において、略９０°又は略２７０°であることを特徴とする。

本発明の請求項２２に記載の差動磁場印加方法は、本発明の請求項１３から２１の何れかに記載の差動磁場印加方法であって、前記少なくとも２つの電流路パターンの各々は、電流路パターン同士を接続するためのパターン接続部分によって接続されていることを特徴とする。

本発明の請求項２３に記載の差動磁場印加方法は、本発明の請求項２２に記載の差動磁場印加方法であって、前記少なくとも２つの電流路パターンは、１つの電流源によって電流を印加されることを特徴とする。

本発明の請求項２４に記載の差動磁場印加方法は、本発明の請求項１３から２２の何れかに記載の差動磁場印加方法であって、前記少なくとも２つの電流路パターンは、少なくとも１つの電流源によって電流を印加され、前記少なくとも１つの電流源には、差動磁場発生に寄与する前記少なくとも２つの電流路パターンとは別の電流路パターンが接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、提供された磁場印加手段を用いることにより、今まで適切に評価及び検査することが困難であったディファレンシャル構成磁気センサの性能評価及び検査、特にジッター特性の評価及び検査を容易かつ高精度に評価することを可能にする。

ディファレンシャル構成の磁気センサを示す図である。 ディファレンシャル構成磁気センサが磁場信号に応じてハイ又はローの信号を出力する動作を説明するための図である。 多極着磁リング磁石とモーターを用いてディファレンシャル構成磁気センサＩＣを評価・検査する構成を例示する図である。 軟磁性体ギア歯、バックバイアス磁石及びモーターを用いてディファレンシャル構成磁気センサＩＣを評価・検査する構成を例示する図である。 本発明の実施例１に係る差動磁場印加装置１００を説明するための図である。 本発明の実施例１に係る差動磁場印加装置１００に電流を印加した際のｘ座標と磁場分布との関係に関するシミュレーション結果を示す。 本発明の実施例１に係る差動磁場印加装置１００の電流印加方法を表わす。 本発明の実施例１に係る差動磁場印加装置１００の変形例における電流印加方法を示す図である。 本発明の実施例１に係る差動磁場印加装置１００の他の変形例における電流印加方法を示す図である。 本発明の実施例２に係る差動磁場印加装置１００を説明するための図である。 本発明の実施例２及び４に係る差動磁場発生装置の詳細寸法を例示する図である。 本発明の実施例２に係る差動磁場印加装置２００に電流を印加した際のｘ座標と磁場分布との関係に関するシミュレーション結果を示す。 本発明の実施例３に係る差動磁場印加装置３００を説明するための図である。 本発明の実施例３に係る差動磁場印加装置３００に電流を印加した際のｘ座標と磁場分布との関係に関するシミュレーション結果を示す。 図１４に示されるシミュレーション結果と、図６に示されるシミュレーション結果及び理想正弦波との比較を示す図である。 本発明の実施例４に係る差動磁場印加装置４００を説明するための図である。 本発明の実施例４に係る差動磁場印加装置４００に電流を印加した際のｘ座標と磁場分布との関係に関するシミュレーション結果を示す。 本発明の実施例４において後述する（式５）に従った電流印加方法にて差動磁場発生装置から発生する磁場例を示す図である。 本発明の実施例５に係る差動磁場印加装置５００を説明するための図である。 本発明の実施例５に係る差動磁場発生装置５００の詳細寸法を例示する図である。 本発明の実施例５に係る差動磁場印加装置５００に電流を印加した際のｘ座標と磁場分布との関係に関するシミュレーション結果を示す。 本発明の実施例５において後述する（式６）に従った電流印加方法にて差動磁場発生装置から発生する磁場例を示す図である。 本発明の実施例６に係る差動磁場印加装置６００の第２の電流路パターン層６２０における電流路パターンの詳細寸法例を示す図である。 本発明の実施例６に係る差動磁場印加装置６００において電流を印加した際のｘ座標と磁場分布との関係に関するシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施例６に係る差動磁場印加装置６００において第１及び第２の電流路パターン層６１０及び６２０の各電流路パターンに電流印加した場合の水平磁場の合成結果及び垂直磁場の合成結果を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の実施例では、例示の目的として、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣのセンサ間間隔（センサピッチ）は２ｍｍとし、基板１０１は１辺８０ｍｍの正方形のものとした。基板１０１のそれぞれの辺は簡単のため、図中のｘ軸及びｙ軸に平行であるとし、水平及び垂直とは基板１０１に対するものとする。また、図２（ｃ）又は（ｅ）はあくまでも出力例であり、それ以外の出力形式であっても、以下の実施例に適用することができる。

（実施例１）
図５を用いて、本発明の実施例１に係る差動磁場印加装置１００を説明する。図５（ａ）は本発明の実施例１に係る差動磁場印加装置１００の上面図を示し、図５（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図を示す。差動磁場印加装置とは、磁場を検知する磁気センサ素子からなる２つの磁気センサ部に、所定の周期で互いに逆相の磁場を印加する装置である。本実施例では、差動磁場印加装置１００によって所定の周期で互いに逆相の水平磁場を、ディファレンシャル構成の２つの磁気センサ部に印加して差動磁場を検知し、図２（ｅ）で示されるようにデジタル出力するディファレンシャル構成磁気センサＩＣを評価することを例にとって説明する。

図５（ａ）には、ガラスエポキシからなる基板１０１と、直線形状の電流路パターン１０２及び１０３と、電流路パターン１０２の入出力端子１０４_１及び１０４_２と、電流路パターン１０３の入出力端子１０５_１及び１０５_２とを備える差動磁場印加装置１００が示されている。図５（ｂ）に示されるように、差動磁場印加装置１００は、基板１０１中に電流路パターン１０２及び１０３が配置されている。本実施例１において、磁気センサ素子６はＭＲ素子、磁気収束板を備えたホール素子、縦型ホール素子などからなる水平磁場を検知するものであればよい。

基板１０１は、ガラスエポキシで構成することができるが、これに限定されない。電流路パターン１０２及び１０３は、例えば銅線で構成することができるが、これに限定されない。以下の実施例でも同様とする。

図５（ｃ）は、本発明の実施例１に係る差動磁場印加装置１００にディファレンシャル構成磁気センサＩＣを設置した状態の上面図を示し、図５（ｄ）はＡ−Ａ断面図を示す。図５（ｃ）には、差動磁場印加装置１００と、差動磁場印加装置１００上に設けられたディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７が示されている。ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７は、少なくとも１つの磁気センサ素子６を含む第１のセンサ部１３及び第２のセンサ部１４を備える。図５（ｃ）、（ｄ）に示されるように、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７のパッケージ１２が基板１０１に接するようにディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７が差動磁場印加装置１００上に配置されている。差動磁場印加装置１００は、電流を入出力端子１０４及び１０５から入出力することにより、アンペールの法則に従って電流路パターン１０２及び１０３周辺に発生する磁場をディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７の第１のセンサ部１３及び第２のセンサ部１４に印加することができる。

この際の電流入力方向としては、入出力端子１０４_１から入出力端子１０４_２と、入出力端子１０５_２から入出力端子１０５_１とし、電流路パターン１０２と電流路パターン１０３とについて電流方向を逆方向にすることにより、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７において所定の間隔で設けられた第１のセンサ部１３及び第２のセンサ部１４に、それぞれ逆相の水平磁場を印加することが可能となる。また、磁場方向を変更する際は、上述した電流方向を逆にすることにより可能である。

ここで、実施例１に係る差動磁場印加装置１００においては、例えば、電流路パターン１０２及び１０３の幅は１．２ｍｍ（ｘ方向）、厚みは０．０７ｍｍ（ｚ方向）、長さは６０ｍｍ（ｙ方向）とし、電流路パターン１０２の幅に関するｘ方向中線と電流路パターン１０３の幅に関するｘ方向中線との間隔は２ｍｍとすることができる。電流路パターン１０２及び１０３は、基板１０１の中心Ｃを通るｘ及びｙ軸に平行な線に対称に作られている。

図６に、実施例１に係る差動磁場印加装置１００において電流を印加した際のｘ座標と水平磁場分布との関係に関するシミュレーション結果を示す。図６においては、電流路パターン１０２及び１０３への印加電流は１Ａとし、ｘ座標は中心Ｃを通るｘ軸に平行な線Ａ上のものとし、センサ−電流路パターン間の各距離（以下、ギャップとする）が０．４ｍｍである場合のシミュレーション結果を例示している。また、図６における電流入力方向は、入出力端子１０４_１から入出力端子１０４_２と、入出力端子１０５_２から入出力端子１０５_１とした。

図６に示されるように、ｘ＝１．０ｍｍで１Ａあたり０．３ｍＴの水平磁場が印加されており、差動磁場としてはｘ＝１．０ｍｍとｘ＝−１．０ｍｍとの２ｍｍ間隔の間に０．６ｍＴ発生している。

本実施例１に係る差動磁場印加装置１００においては、下記の（式１）に示されるように、電流パターンを正弦波状にすることより、差動磁場を正弦波にすることができる。
ΔＢ（ｔ）＝ΔＢ×ｓｉｎ(ωｔ) （式１）

ここで、ΔＢ（ｔ）は時間ｔにおいて磁気センサ間に印加される差動磁場を示し、ΔＢは印加する電流パターンにおいて磁気センサ間に印加される最大差動磁場を示し、ωは電流の角周波数を示す。

このように、実施例１に係る差動磁場印加装置１００において、ある周波数、例えば２ＫＨｚといった周波数を持たせた電流を電流路パターンに印加することにより、２ＫＨｚの正弦波状に変動する差動磁場を印加することができ、それにより従来の構成で発生したようなモーターの外乱磁場、回転ムラ、偏心、多極着磁磁石の着磁ムラ・ギア歯の形状ムラなどによるジッター発生源の誤差を排除することができるため、ジッター特性も容易に評価することができる。さらに、実施例１に係る差動磁場印加装置１００では、電流路パターンの配線のみで構成されるため、磁場発生源が有するインピーダンスが電磁石などより低く、周波数を有する磁場印加の際、発生磁場強度の減衰を抑制することが可能となる。また、インピーダンスによって電磁石では印加できない周波数での磁場印加も可能となる。

このように、実施例１に係る差動磁場印加装置１００を用いることにより、従来の手法よりも低ノイズであることに加え、例えば２ｍｍという狭い間隔に配置されたセンサ部同士に互いに逆相の水平磁場を印加することができる。ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７は差動磁場印加装置１００から印加された水平磁場を検知してその差分に基づく信号を出力することができる。それにより、高精度なジッター特性の評価には最適な手法を提供することが可能となる。

次に、図７を用いて、実施例１に係る差動磁場印加装置１００の電流印加方法について説明する。図７に示されるように、差動磁場印加装置１００には、入出力端子１０４_１及び１０４_２と入出力端子１０５_１及び１０５_２とにそれぞれ接続された２つの電流源１１０が設けられている。電流源１１０は、所望の磁場が第１のセンサ部１３及び第２のセンサ部１４に印加されるように電流を電流路パターン１０２及び１０３にそれぞれ印加する。この電流源１００からの電流における電流ノイズにより、磁場ノイズが発生する。

図７に示される方法において、各センサ部に印加される磁場による差動磁場ノイズであるΔＢ_{ＮＯＩＳＥ}は、電流源１１０からの電流ノイズΔＩを反映して、下記の（式２）のように示される。
ΔＢ_{ＮＯＩＳＥ}＝ΔＢ（ｕｎｉｔ）×ΔＩ/√２ （式２）

ここで、電流ノイズΔＩは白色ノイズであるものとし、ΔＢ（ｕｎｉｔ）は単位電流あたりに各センサ部に印加される磁場による差動磁場を示す。図７に示されるような電流印加方法によると、低ノイズの電源を有していない場合や、より高精度に差動磁場を印加したい用途では、電流源１１０を二台使用することにより、低ノイズ化することが可能となる。

図８は、実施例１に係る差動磁場印加装置１００の変形例における電流印加方法を示す。図８には、端部に入出力端子１０４_１及び１０５_１が接続されたＵ字形状の電流路パターン１１１が基板１０１内に設けられた差動磁場印加装置１００が示されており、入出力端子１０４_１及び１０５_１には１つの電流源１１０が接続されている。Ｕ字形状の電流路パターン１１１は、入出力端子１０４_１側の直線部分１１１_１と、入出力端子１０５_１側の直線部分１１１_２と、直線部分１１１_１及び直線部分１１１_２を接続するためのパターン接続部分１１１_３と構成される。

図８に示される手法においては、Ｕ字形状からなる１つの電流路パターン１１１を使用して、１つの電流源１１０によって入出力端子１０４_１及び１０５_１の間に電流を印加する。例えば電流源１１０により入出力端子１０４_１から入出力端子１０５_１に電流を印加する場合、電流は入出力端子１０４_１からＵ字形状の電流路パターン１１１の入出力端子１０４_１側の直線部分１１１_１を通った後に、パターン接続部分１１１_３を介して折り返され、Ｕ字形状の電流路パターン１１１の入出力端子１０５_１側の直線部分１１１_２を通って入出力端子１０５_１に流れる。従って、Ｕ字形状の電流路パターン１１１の入出力端子１０４_１側の直線部分１１１_１と入出力端子１０５_１側の直線部分１１１_２とにおいては互いに逆方向に電流が流れることとなる。従って、図８に示される差動磁場印加装置１００にディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７を設置した場合、互いに逆相の水平磁場を各センサ部１３及び１４に印加することができる。

図８に示される方法においては、電流源１１０からの電流ノイズΔＩが逆相の水平磁場に反映されるため、ΔＢ_{ＮＯＩＳＥ}は、下記の（式３）で示される。
ΔＢ_{ＮＯＩＳＥ}＝ΔＢ（ｕｎｉｔ）×ΔＩ （式３）

図８に示される構成により、電流源１１０を１つしか使用しないですむため、２つの電流源を使用していた場合に発生する電流の位相誤差をなくすことができる。なお、Ｕ字形状の電流路パターン１１１の入出力端子１０４_１側及び入出力端子１０５_１側の各直線部分の長さ（ｙ方向の長さ）は、Ｕ字形状の電流路パターン１１１の折り返し部分によって発生する磁場が各センサ部への磁場印加に影響を与えないように十分に大きくすることが好ましい。

より高精度に評価したい場合は、図９に示されるような、電流をアッテネートして使用する手法がある。図９は、実施例１に係る差動磁場印加装置１００の他の変形例における電流印加方法を示す。図９には、図８で示される構成における電流源１１０に、抵抗１１２が接続された差動磁場印加装置１００が示されている。

一般的に、電流源１１０のノイズは、出力する電流量にほぼ依存しない。そのため、印加したい差動磁場相当の電流Ｉ以上のＩ_ａを印加し、Ｉ_ａ−Ｉを抵抗１１２に吸収させることにより、電流ノイズそのものを低減することができる。抵抗１１２による電流ノイズの低減量ΔＩ_{ａｔｔｅｎａｔ}は、下記の（式４）のように示される。
ΔＩ_{ａｔｔｅｎａｔ}＝ΔＩ×Ｉ/Ｉ_ａ （式４）

図９で示される方法により、更なる低ノイズ化を図ることができる。なお、図９に示される構成は、図８に示される構成に抵抗１１２を組み込んだ構成をとったが、図７に示されるような２つの電流源１１０を有する構成に図９で示されるような抵抗１１２を接続する方法を組み込んでもよい。また、抵抗１１２を接続せずに、差動磁場発生に寄与する電流路パターンとは別の電流路パターンを電流源１１０に接続することによっても、Ｉ_ａ−Ｉを当該別の電流路パターンに吸収させることが可能である。以上のように、電流源１１０の電流ノイズに起因する磁場ノイズを抑制することができるため、例えば電流を分流しＳ/Ｎの向上を図ることができる。

（実施例２）
図１０を用いて、本発明の実施例２に係る差動磁場印加装置２００を説明する。図１０（ａ）は本発明の実施例２に係る差動磁場印加装置２００の上面図を示し、図１０（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図を示す。本実施例２では、差動磁場印加装置２００によって所定の周期で互いに逆相の垂直磁場をディファレンシャル構成の２つの磁気センサ部に印加して差動磁場を検知し、図２（ｃ）で示されるようにデジタル出力するディファレンシャル構成磁気センサＩＣを評価することを例にとって説明する。

図１０（ａ）には、基板１０１と、電流路パターン２０１及び２０２と、電流路パターン２０１の入出力端子２０３_１及び２０３_２と、電流路パターン２０２の入出力端子２０４_１及び２０４_２とを備える差動磁場印加装置２００が示されている。図１０（ｂ）に示されるように、差動磁場印加装置２００は、基板１０１中に電流路パターン２０１及び２０２が配置されている。電流路パターン２０１及び２０２は、中心Ｃに対して点対称となるように形成されており、それぞれ、四角形状からなる磁束収束部分２５１と、直線部分２５２と、入出力端子部分２５３とで構成されている。本実施例２において、磁気センサ素子６は、ホール素子などからなる垂直磁場を検知するものであればよい。

図１０（ｃ）は、本発明の実施例２に係る差動磁場印加装置２００にディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７を設置した状態の上面図を示し、図１０（ｄ）はそのＡ−Ａ断面図を示す。図１０（ｃ）には、差動磁場印加装置２００と、差動磁場印加装置２００上に設けられたディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７が示されている。ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７は、ホール素子等からなる磁気センサ素子６を含む第１のセンサ部１３及び第２のセンサ部１４を備える。図５（ｃ）、（ｄ）に示されるように、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７のパッケージ１２が基板１０１に接するようにディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７が差動磁場印加装置２００上に配置されている。差動磁場印加装置２００は、電流を入出力端子２０３及び２０４から入出力することにより、電流路パターン２０１及び２０２の磁束収束部分２５１によって発生する垂直磁場をディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７の第１のセンサ部１３及び第２のセンサ部１４に印加することができる。

この際の電流入力方向としては、入出力端子２０３_２から入出力端子２０３_１と、入出力端子２０４_２から入出力端子２０４_１とし、電流路パターン２０１と電流路パターン２０２とについて電流方向を逆方向にすることにより、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７において所定の間隔で設けられた第１のセンサ部１３及び第２のセンサ部１４に、それぞれ逆相の垂直磁場を印加することが可能となる。また、磁場方向を変更する際は、上述した電流方向を逆にすることにより可能である。

図１１は、本発明の実施例２に係る差動磁場印加装置２００の詳細寸法を例示する。実施例２に係る差動磁場印加装置２００においては、例えば、電流路パターン２０１及び２０２は、幅を０．４ｍｍ（ｘ方向）、厚みを０．０７ｍｍ（ｚ方向）とすることができる。電流路パターン２０１及び２０２の磁束収束部分２５１は四角形状で構成され、図１１に示されるように、その四角形状の外側部分のｘ方向の長さを１．６ｍｍ、内側部分のｘ方向の長さを０．８ｍｍ、外側部分のｙ方向の長さを２．６ｍｍ、内側部分のｙ方向の長さを１．８ｍｍとすることができる。電流路パターン２０１及び２０２の直線部分２５２の長さ（ｙ方向）は３０ｍｍとし、入出力端子２０３_１側の直線部分２５２と入出力端子２０３_２側の直線部分２５２との間の間隔は０．２ｍｍとすることができる。また、図１１に示されるように、電流路パターン２０１及び２０２の各磁束収束部分２５１同士の間隔は０．４ｍｍとすることができる。

図１２に、実施例２に係る差動磁場印加装置２００において電流を印加した際のｘ座標と水平磁場分布との関係に関するシミュレーション結果を示す。図１２においては、電流路パターン２０１及び２０２への印加電流は１Ａとし、ｘ座標は中心Ｃを通るｘ軸に平行な線Ａ上のものとし、ギャップが０．７ｍｍである場合のシミュレーション結果を示している。図１２における電流入力方向は、入出力端子２０３_２から入出力端子２０３_１と、入出力端子２０４_２から入出力端子２０４_１とした。

図１２に示されるように、ｘ＝±１．０ｍｍで１Ａあたり±０．３２ｍＴの磁場が印加されており、差動磁場としてはｘ＝１．０ｍｍとｘ＝−１．０ｍｍとの２ｍｍ間隔の間に０．６４ｍＴ発生している。

このように、実施例２に係る差動磁場印加装置２００を用いることにより、従来の手法よりも低ノイズであることに加え、例えば２ｍｍという狭い間隔に配置されたセンサ部同士に互いに逆相の垂直磁場を印加することができる。ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７は差動磁場印加装置２００から印加された垂直磁場を検知してその差分に基づく信号を出力することができる。それにより、高精度なジッター特性の評価には最適な手法を提供することが可能となる。

（実施例３）
図１３を用いて、本発明の実施例３に係る差動磁場印加装置３００を説明する。図１３（ａ）は本発明の実施例３に係る差動磁場印加装置３００の上面図を示し、図１３（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図を示す。

本実施例３では、差動磁場印加装置３００によって所定の周期で互いに逆相の水平磁場をディファレンシャル構成の２つの磁気センサ部に印加して差動磁場を検知し、図２（ｅ）で示されるようにデジタル出力するディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７を評価することを例にとって説明する。

図１３（ａ）には、基板１０１と、電流路パターン３０１、３０２、３０３及び３０４と、電流路パターン３０１の入出力端子３０５_１及び３０５_２と、電流路パターン３０２の入出力端子３０６_１及び３０６_２と、電流路パターン３０３の入出力端子３０７_１及び３０７_２と、電流路パターン３０４の入出力端子３０８_１及び３０８_２とを備える差動磁場印加装置３００が示されている。図１３（ｂ）に示されるように、差動磁場印加装置３００は、基板１０１中に電流路パターン３０１、３０２、３０３及び３０４が配置されている。本実施例３においては、磁気センサ素子６は、ＭＲ素子、磁気収束板を備えたホール素子、縦型ホール素子などからなる水平磁場を検知するものであればよい。

図１３（ｃ）は、本発明の実施例３に係る差動磁場印加装置３００にディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７を設置した状態の上面図を示し、図１３（ｄ）はそのＡ−Ａ断面図を示す。図１３（ｃ）には、差動磁場印加装置３００と、差動磁場印加装置３００上に設けられたディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７が示されている。ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７は、少なくとも１つの磁気センサ素子６を含む第１のセンサ部１３及び第２のセンサ部１４を備える。図１３（ｃ）、（ｄ）に示されるように、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７のパッケージ１２が基板１０１に接するようにディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７が差動磁場印加装置３００上に配置されている。差動磁場印加装置３００は、電流を入出力端子３０５〜３０８から入出力することにより、電流路パターン３０１〜３０４周辺に発生する磁場をディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７の第１のセンサ部１３及び第２のセンサ部１４に印加することができる。

この際の電流入力方向としては、入出力端子３０５_１から入出力端子３０５_２と、入出力端子３０６_２から入出力端子３０６_１と、入出力端子３０７_１から入出力端子３０７_２と、入出力端子３０８_２から入出力端子３０８_１とし、隣り合う電流路パターン３０１〜３０４について電流方向を交互に逆方向にすることにより、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７において所定の間隔で設けられた第１のセンサ部１３及び第２のセンサ部１４に、それぞれ逆相の水平磁場を印加することが可能となる。また、磁場方向を変更する際は、上述した電流方向を逆にすることにより可能である。

ここで、実施例３に係る差動磁場印加装置３００においては、例えば、電流路パターン３０１〜３０４の幅は１．２ｍｍ（ｘ方向）、厚みは０．０７ｍｍ（ｚ方向）、長さは４０ｍｍ（ｙ方向）とし、隣り合う電流路パターン３０１〜３０４の幅に関するｘ方向中線同士の間隔はそれぞれ２ｍｍとすることができる。電流路パターン３０１〜３０４は、基板１０１の中心Ｃを通るｘ及びｙ軸に平行な線に対称に作られている。

図１４に、実施例３に係る差動磁場印加装置３００において電流を印加した際のｘ座標と水平磁場分布との関係に関するシミュレーション結果を示す。図１４においては、各電流路パターン３０１〜３０４への印加電流は１Ａとし、ギャップが０．４ｍｍである場合のシミュレーション結果を例示している。また、図１４における電流入力方向は、入出力端子３０５_１から入出力端子３０５_２と、入出力端子３０６_２から入出力端子３０６_１と、入出力端子３０７_１から入出力端子３０７_２と、入出力端子３０８_２から入出力端子３０８_１とした。

図１４に示されるように、ｘ＝１．０ｍｍで１Ａあたり０．２７５ｍＴの水平磁場が印加されており、差動磁場としてはｘ＝１．０ｍｍとｘ＝−１．０ｍｍとの２ｍｍ間隔の間に０．５５ｍＴ発生している。

このように、本実施例３に係る差動磁場印加装置３００は、実施例１に係る差動磁場印加装置１００を拡張したものである。実施例１に係る差動磁場印加装置１００では、空間的に擬似正弦波状の磁場を印加することができたが、厳密な正弦波ではなかった（図６中の±２ｍｍ付近での磁場の広がりに現れるように、理想的な正弦波上でない）。本実施例３に係る差動磁場印加装置３００では、理想的な正弦波に近い磁場を印加することができ、より理想的な多極着磁磁石の空間的磁場分布に近づけることができる。これは磁気抵抗素子や磁気収束板を備えたホール素子のような空間的な磁場をセンシングする素子にとって有効である。

図１５は、ギャップを０．６ｍｍとした場合の実施例１に係る差動磁場印加装置１００及び本実施例３に係る差動磁場印加装置３００による磁場形状と理想的な正弦波との比較を示す（磁場観測点及び条件は上述同様）。図１５から、本実施例３のように４本の電流路パターン３０１〜３０４に電流を通電した方が空間的に正弦波に近いことがわかる。

このように、実施例３に係る差動磁場印加装置３００を用いることにより、従来の手法よりも低ノイズであることに加え、例えば２ｍｍという狭い間隔に配置されたセンサ部同士に互いに逆相の水平磁場を印加することができる。ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７は差動磁場印加装置３００から印加された水平磁場を検知してその差分に基づく信号を出力することができる。それにより、高精度なジッター特性の評価には最適な手法を提供することが可能となる。

さらに、実施例３に係る差動磁場印加装置３００により、理想的な正弦波に近い磁場分布を得ることが可能となるため、多極着磁されたリング磁石の磁場分布をより正確に模式することが可能となる。

（実施例４）
図１６を用いて、本発明の実施例４に係る差動磁場印加装置４００を説明する。図１６（ａ）は本発明の実施例４に係る差動磁場印加装置４００の上面図を示し、図１６（ｂ）は本発明の実施例４に係る差動磁場印加装置４００にディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７を設置した状態の断面図を示す。

図１６（ａ）には、基板１０１と、電流路パターン４０１、４０２、４０３及び４０４と、電流路パターン４０１の入出力端子４０５_１及び４０５_２と、電流路パターン４０２の入出力端子４０６_１及び４０６_２と、電流路パターン４０３の入出力端子４０７_１及び４０７_２と、電流路パターン４０４の入出力端子４０８_１及び４０８_２とを備える差動磁場印加装置４００が示されている。実施例４で示される電流路パターン４０１〜４０４は、実施例２（図１０及び１１）で示される電流路パターンと同様の形状を有している。

この際の電流入力方向としては、入出力端子４０５_１から入出力端子４０５_２と、入出力端子４０６_１から入出力端子４０６_２と、入出力端子４０７_１から入出力端子４０７_２と、入出力端子４０８５_１から入出力端子４０８_２とし、互いに隣り合う電流路パターン４０５〜４０８ごとに電流の回転方向を交互に変更することにより、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７において所定の間隔で設けられた第１のセンサ部１３及び第２のセンサ部１４に、それぞれ逆相の水平磁場を印加することが可能となる。また、磁場方向を変更する際は、上述した電流方向を逆にすることにより可能である。

図１７は、本発明の実施例４に係る差動磁場印加装置４００の電流路パターン４０１〜４０５の詳細寸法を例示する。実施例２に係る差動磁場印加装置４００においては、電流路パターン４０１〜４０５は、例えば、幅を０．４ｍｍ（ｘ方向）、厚みを０．０７ｍｍ（ｚ方向）とすることができる。電流路パターン４０１〜４０５の磁束収束部分２５１は四角形状で構成され、図１７に示されるように、その四角形状の外側部分のｘ方向の長さを１．６ｍｍ、内側部分のｘ方向の長さを０．８ｍｍ、外側部分のｙ方向の長さを４．６ｍｍ、内側部分のｙ方向の長さを３．８ｍｍとすることができる。電流路パターン４０１〜４０５の直線部分２５２の長さ（ｙ方向）は３０ｍｍとし、直線部分２５２同士の間隔は０．２ｍｍとすることができる。また、図１７に示されるように、隣り合う電流路パターン４０１〜４０５の各磁束収束部分２５１同士の間隔は０．４ｍｍとすることができる。

図１８に、実施例４に係る差動磁場印加装置４００において電流を印加した際のｘ座標と水平磁場分布との関係に関するシミュレーション結果を示す。図１８においては、各電流路パターン４０１〜４０４への印加電流は１Ａとし、ギャップが０．４ｍｍである場合のシミュレーション結果を例示している。また、図１８における電流入力方向は、入出力端子４０５_１から入出力端子４０５_２と、入出力端子４０６_１から入出力端子４０６_２と、入出力端子４０７_１から入出力端子４０７_２と、入出力端子４０８_１から入出力端子４０８_２とした。

図１８に示されるように、ｘ＝１．０ｍｍで１Ａあたり０．２ｍＴの水平磁場が印加されており、差動磁場としてはｘ＝１．０ｍｍとｘ＝−１．０ｍｍとの２ｍｍ間隔の間に０．４ｍＴ発生している。

図１６（ａ）で示すように、実施例４に係る構成は、実施例２で使用した電流路パターンを２本から４本に増やすように実施例２の構成を拡張した構成となっているが、実施例４に係る差動磁場印加装置４００によっても、理想的な正弦波に近い磁場を印加することができる。

（実施例５）
図１９を用いて、本発明の実施例５に係る差動磁場印加装置５００を説明する。本実施例５では、差動磁場印加装置５００によって所定の周期で互いに逆相の水平磁場をディファレンシャル構成の２つの磁気センサ部に印加して差動磁場を検知し、図２（ｅ）で示されるようにデジタル出力するディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７を評価することを例にとって説明する。

図１９には、差動磁場印加装置５００と、差動磁場印加装置５００上に設けられたディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７が示されている。ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７は、少なくとも１つの磁気センサ素子６を含む第１のセンサ部１３及び第２のセンサ部１４を備える。図１９に示されるように、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７のパッケージ１２が基板１０１に接するようにディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７が差動磁場印加装置５００上に配置されている。本実施例５において、磁気センサ素子６は、ＭＲ素子、磁気収束板を備えたホール素子、縦型ホール素子などからなる水平磁場を検知するものであればよい。

図１９に示されるように、実施例５に係る差動磁場印加装置５００は、同一の基板１０１中に第１の電流路パターン層５１０及び第２の電流路パターン層５２０からなる２層の磁場発生源を有している。第１の電流路パターン層５１０は水平磁場を第１のセンサ部１３に印加するように構成され、第２の電流路パターン層５２０は水平磁場を第２のセンサ部１４に印加するように構成されている。

実施例５では、例えば、第１の電流路パターン層５１０における電流路パターン５１１は実施例３（図１３（ａ））で示される電流路パターンと同様の電流路パターンを使用し、第２の電流路パターン層５２０における電流路パターン５２１は実施例４（図１６（ａ））で示される電流路パターンと同様の電流路パターンを使用した。第１の電流路パターン層５１０における電流路パターンと磁気センサ素子６との間のギャップは０．６ｍｍとし、第２の電流路パターン層５２０と磁気センサ素子６との間のギャップは０．９ｍｍとした。

差動磁場印加装置５００は、電流を第１の電流路パターン層５１０及び第２の電流路パターン層５２０の各電流路パターン５１１及び５２１に印加することにより、各層５１０及び５２０のそれぞれの電流路パターン５１１及び５２１周辺に発生する磁場を合成して、その合成磁場をディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７の第１のセンサ部１３及び第２のセンサ部１４に印加することができる。この際の電流の印加方法は、同じ電流路パターン層において隣接する電流路パターンが互いに逆相の磁場を出力するように、実施例３及び４に示したように磁場を印加することにより、多極着磁磁石からの磁場を再現することができる。

実施例５に係る装置構成は、第１の電流路パターン層５１０と第２の電流路パターン層５２０とによってそれぞれ発生する磁場についての空間的な略正弦波の位相が互いに９０°ずれている構成となっており、これを利用することにより、磁石が移動する際の水平磁場の空間的な動きを再現することができる。具体的な方法として、下記（式５）のように第１の電流路パターン層５１０の各電流路パターン５１１に正弦波電流を印加し、第２の電流路パターン層５２０の各電流路パターン５２１に余弦波電流を印加して、その合成磁場によって差動磁場ΔＢを発生させることができる。
ΔＢ＝ΔＢ_１Ｉ_１ｓｉｎ(ωｔ)±ΔＢ_２Ｉ_２ｃｏｓ(ωｔ) （式５）

ここで、Ｉ_１は第１の電流路パターン層５１０の各電流路パターン５１１に印加する電流の電流振幅、Ｉ_２は第２の電流路パターン層５２０の各電流路パターン５２１に印加する電流の電流振幅、ΔＢ_１は第１の電流路パターン層５１０から発生する単位電流あたりの水平磁場、ΔＢ_２は第２の電流路パターン層５２０３から発生する単位電流あたりの水平磁場を示す。なお、第１の電流路パターン層５１０の各電極パターン５１１に印加する電流の方向は実施例３の場合と同様とし、第２の電流路パターン層５２０の各電極パターン５２１に印加する電流の方向は実施例４の場合と同様とし、（式５）の右辺２項目の符号をプラス（以下、電流極性プラスと呼ぶ）とした。

図２０は、実施例５に係る差動磁場印加装置５００において第１及び第２の電流路パターン層５１０及び５２０の各電流路パターン５１１及び５２１に電流印加した場合の磁場合成の結果を示す。この際、Ｉ_１を１Ａ、Ｉ_２を１．２Ａとし、電流極性プラスとした。図１９において、Ｐは位相ωｔが（０＋３６０×ｎ）°である場合の水平合成磁場強度を示し、Ｑは位相ωｔが（３０＋３６０×ｎ）°である場合の水平合成磁場強度を示し、Ｒは位相ωｔが（６０＋３６０×ｎ）°である場合の水平合成磁場強度を示し、Ｓは位相ωｔが（１２０＋３６０×ｎ）°である場合の水平合成磁場強度を示し、Ｔは位相ωｔが（１８０＋３６０×ｎ）°である場合の水平合成磁場強度を示す（ｎは整数とする）。

図２０に示されるように、正弦波（又は余弦波）が位相ωｔに従って水平移動しているように見えることがわかる。従って、実施例５に係る差動磁場印加装置５００においては、位相ωｔを変化させることにより、多極着磁磁石が平行移動して際の水平磁場の動きを再現することができる。

（実施例６）
図２１を用いて、本発明の実施例６に係る差動磁場印加装置６００を示す。本実施例５では、差動磁場印加装置５００によって所定の周期で互いに逆相の水平及び垂直磁場をディファレンシャル構成の２つの磁気センサ部に印加して差動磁場を検知し、図２（ｅ）で示されるようにデジタル出力するディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７を評価することを例にとって説明する。

図２１には、差動磁場印加装置６００と、差動磁場印加装置６００上に設けられたディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７が示されている。ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７は、少なくとも１つの磁気センサ素子６を含む第１のセンサ部１３及び第２のセンサ部１４を備える。図２１に示されるように、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７のパッケージ１２が基板１０１に接するようにディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７が差動磁場印加装置５００上に配置されている。本実施例６では、磁気センサ素子６は、基板１０１に垂直な磁場及び水平な磁場を検知するものであればよい。

図２１に示されるように、実施例６に係る差動磁場印加装置６００は、同一の基板１０１中に第１の電流路パターン層６１０及び第２の電流路パターン層６２０からなる２層の磁場発生源を有している。第１の電流路パターン層６１０の電流路パターン６１１の配置は実施例４（図１６（ａ））で示される電流路パターン配置と同様の電流路パターン配置であり、第２の電流路パターン層６２０の電流路パターン６２１〜６２５の配置は後述する図２２で示される電流路パターン配置と同様の電流路パターン配置である。

図２２は、第２の電流路パターン層６２０で使用される電流路パターンの形状を示す。図２２に示されるように、第２の電流路パターン層６２０は、電流路パターン６２１〜６２５と、電流路パターン６２１の入出力端子６３１_１及び６３１_２と、電流路パターン６２２の入出力端子６３２_１及び６３２_２と、電流路パターン６２３の入出力端子６３３_１及び６３３_２と、電流路パターン６２４の入出力端子６３４_１及び６３４_２と、電流路パターン６２５の入出力端子６３５_１及び６３５_２とを含む。実施例６では、第１の電流路パターン層６１０及び第２の電流路パターン層の各電流路パターンの形状は、実施例２（図１０及び１１）で示される電流路パターンと同様の形状である。

本実施例６の装置構成は、図２で示されるような実際の多極着磁磁石５がセンサを通過する際に印加される磁場を模式するための構成である。多極着磁磁石５は、図２に示されるように水平な磁場と垂直な磁場を出力しているため、このアプリケーションを模式するためには、水平な磁場と垂直な磁場を印加する手段が必要である。このアプリケーションをするために、本実施例６では、多層基板を用いて上記実施例１〜４で述べてきた方法を実装している。

差動磁場印加装置６００は、電流を第１の電流路パターン層６１０及び第２の電流路パターン層６２０の各電流路パターンに印加することにより、各層６１０及び６２０のそれぞれの電流路パターン周辺に発生する磁場を合成して、その合成磁場をディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７の第１のセンサ部１３及び第２のセンサ部１４に印加することができる。この際の電流の印加方法は、同じ電流路パターン層において隣接する電流路パターンが互いに逆相の磁場を出力するように、実施例３及び４に示したように磁場を印加することにより、多極着磁磁石からの磁場を再現することができる。

具体的には、第１の電流路パターン層６１０の各電極パターンに印加する電流の方向は実施例４の場合と同様とし、第２の電流路パターン層６２０の各電極パターンに印加する電流の方向は、入出力端子６３１_１から６３１_２と、入出力端子６３２_１から６３２_２と、入出力端子６３３_１から６３３_２と、入出力端子６３３_１から６３３_２と、入出力端子６３５_１から６３５_２とし、互いに隣り合う電流路パターンごとに電流の回転方向を交互に変更することにより、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７において所定の間隔で設けられた第１のセンサ部１３及び第２のセンサ部１４に、それぞれ逆相の垂直磁場及び水平磁場を印加することが可能となる。また、磁場方向を変更する際は、上述した電流方向を逆にすることにより可能である。

図２３は、本発明の実施例６に係る差動磁場印加装置６００の第２の電流路パターン層６２０における電流路パターンの詳細寸法を例示する。図２２に示されるように、第２の電流路パターン層６２０における電流路パターンは、例えば、幅を０．４ｍｍ（ｘ方向）、厚みを０．０７ｍｍ（ｚ方向）とすることができる。電流路パターン６２１〜６２５の磁束収束部分２５１は四角形状を有しており、図２３に示されるように、その四角形状の外側部分のｘ方向の長さを１．６ｍｍ、内側部分のｘ方向の長さを０．８ｍｍ、外側部分のｙ方向の長さを４．６ｍｍ、内側部分のｙ方向の長さを３．８ｍｍとすることができる。電流路パターン６２１〜６２５の直線部分２５２の長さ（ｙ方向）は３０ｍｍとし、直線部分２５２同士の間隔は０．２ｍｍとし、電流路パターン２０１及び２０２の各磁束収束部分２５１同士の間隔は０．４ｍｍとすることができる。第１の電流路パターン層６１０における電流路パターンの詳細寸法は、図１７で示される寸法と同様である。

図２４に、実施例６に係る差動磁場印加装置６００において電流を印加した際のｘ座標と磁場分布との関係に関するシミュレーション結果を示す。図２４においては、各電流路パターン６２１〜６２５への印加電流は１Ａとし、第１の電流路パターン層６１０における電流路パターンと磁気センサ素子６との間のギャップは０．７ｍｍとし、第２の電流路パターン層６２０と磁気センサ素子６との間のギャップは１．０ｍｍとした場合のシミュレーション結果を例示している。図２４（ａ）は第１の電流路パターン層６１０についての垂直磁場分布（図中、Ｕで示す）及び水平磁場分布（図中、Ｖで示す）のシミュレーション結果を示し、図２４（ｂ）は第２の電流路パターン層６２０についての垂直磁場分布（図中、Ｗで示す）及び水平磁場分布（図中、Ｘで示す）のシミュレーション結果を示す。

このように、実施例６に係る差動磁場印加装置６００によると、多極着磁磁石５がセンサを通過する際に印加される垂直磁場及び水平磁場を模式することができる。

実施例６に係る装置構成は、実施例５に係る装置構成と同様に、第１の電流路パターン層６１０と第２の電流路パターン層６２０とによってそれぞれ発生する磁場についての空間的な略正弦波の位相が互いに９０°ずれている構成となっており、これを利用することにより、磁石が移動する際の水平磁場の空間的な動きを再現することができる。実施例５と同様に、上記（式５）のように第１の電流路パターン層６１０の各電流路パターンに正弦波電流を印加し、第２の電流路パターン層６２０の各電流路パターンに余弦波電流を印加して、その合成磁場によって差動磁場ΔＢを発生させることができる。

図２５は、実施例６に係る差動磁場印加装置６００において第１及び第２の電流路パターン層６１０及び６２０の各電流路パターンに電流印加した場合の水平磁場の合成結果（図２５（ａ））及び垂直磁場の合成結果（図２５（ｂ））を示す。この際、Ｉ_１を１Ａ、Ｉ_２を１．７２Ａとし、電流極性プラスとした。図２５（ａ）において、Ｙは位相ωｔが（０＋３６０×ｎ）°である場合の水平合成磁場強度を示し、Ｚは位相ωｔが（３０＋３６０×ｎ）°である場合の水平合成磁場強度を示し、ＡＡは位相ωｔが（６０＋３６０×ｎ）°である場合の水平合成磁場強度を示し、ＡＢは位相ωｔが（１２０＋３６０×ｎ）°である場合の水平合成磁場強度を示し、ＡＣは位相ωｔが（１８０＋３６０×ｎ）°である場合の水平合成磁場強度を示す。図２ｂ（ａ）において、ＡＤは位相ωｔが（０＋３６０×ｎ）°である場合の垂直合成磁場強度を示し、ＡＥは位相ωｔが（３０＋３６０×ｎ）°である場合の垂直合成磁場強度を示し、ＡＦは位相ωｔが（６０＋３６０×ｎ）°である場合の垂直合成磁場強度を示し、ＡＧは位相ωｔが（１２０＋３６０×ｎ）°である場合の垂直合成磁場強度を示し、ＡＨは位相ωｔが（１８０＋３６０×ｎ）°である場合の垂直合成磁場強度を示す。

図２５に示されるように、正弦波（又は余弦波）が位相ωｔに従って水平移動しているように見えることがわかる。従って、実施例６に係る差動磁場印加装置６００においては、位相ωｔを変化させることにより、多極着磁磁石が平行移動して際の水平磁場の動きを再現することができる。

実施例５及び６に示されるような二層構造を用いた構成は、実際の検査工程で非常に役に立つ。実施例５及び６に係る差動磁場印加装置５００及び６００によると、繰り返し磁場を磁気センサに印加することによって磁気センサを評価するジッター評価などの場合、センサにｘ方向・ｙ方向に対してある程度の構成誤差が生じた場合でも、同じ磁場がセンサに入力されるため、正確な検査を行うことができる。そのため、実施例５及び６は非常にロバストな評価系であることがいえる。また、より実装誤差に強くしたい場合は、パターンを変更することにより調整することができる。ここで、実施例５及び６では、図１３、図１６及び図２２で示した電流路パターンを使用した例を説明したが、これに限らず、例えば図５、図７、図１０等の形状を各層において適宜使用することができる。

また、図１９及び図２３においては、ｘ＝±３ｍｍ付近で若干振幅が大きくなっているが、実施例５及び６ではセンサ間隔が２ｍｍであり、且つ空間磁場を検知するＭＲ素子や磁気収束板を備えたホール素子でも大凡４ｍｍの磁場感磁部であるので今回はその磁場を補正する構成はとっていないが、磁場発生部の形状及び磁場発生源の個数を増やす等により、これは容易に補正することができる。

以上、実施例１〜６に係る差動磁場印加装置１００〜６００について説明したが、本発明の実施例１〜６に係る差動磁場印加装置１００〜６００は構成が非常に簡便であり、センサを本装置の所望の場所に設置するだけで評価することができる。特に、コイル・コア付コイルなどを用いて差動磁場を発生させる従来の手法においては、位相差を有する磁場を印加することが特に難しいが、本発明に係る差動磁場印加装置によると、例えば一般的な磁気式ディファレンシャルホールＩＣなどに見られる１ｍｍ〜３ｍｍ程度の狭いセンサピッチ間にも位相差を有する磁場が容易に印加可能となる。さらに、本発明に係る差動磁場印加装置は、モーターなどで磁石を回し、差動磁場を発生させる従来の手法などに比べて、モーターから発生されるノイズの影響や着磁ムラの影響などがないため、電流源の能力に依存した、非常に繰り返し再現性の高い磁場、つまり低ジッターの差動磁場が印加可能となる。また、本発明の実施例１〜６に係る差動磁場印加装置１００〜６００は、基板１０１とディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７とを密着させた形をとることができ、それにより磁場発生源と測定対象とのギャップを最小にすることができるため、磁気センサ素子６に比較的大きな磁場を印加することができ、ひいては印加磁場のレンジを広げることができる。さらに、本発明に係る差動磁場印加装置によると、インピーダンスに依存した信号の減衰が少ないためエネルギーロスも少なく、コイルやコア付コイルに比べて任意の周波数を有する周期的な磁場の印加も容易となる。

従って、本発明に係る差動磁場印加装置によると、図２で示されるような磁場を簡便に印加することができ、ロバストな磁場印加装置にて高精度なジッター評価が可能になる。よって、本発明に係る差動磁場印加装置は、近年高感度化・高精度化の進む、磁気式ディファレンシャルセンサを用いた磁気式車輪速センサの評価・検査装置として好適である。

また、実施例１〜６に係る各電流路パターンは、図中ｙ方向に長いため、センサの位置ずれなど対してもロバストになっており、磁気センサ素子に対して均一な磁場を印加することができる。これにより、ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７を差動磁場印加装置１００〜６００に設置した場合のｙ方向への構成誤差の影響を無視することができる。

差動磁場印加装置２００〜６００のノイズ源に関しては、端子数及び銅線数の増加に関わらず、実施例１の場合と同様であり、図７〜９に示されるようなより低ノイズ化する方法に関しても実施例２〜６において同様に適用することが可能である。

なお、センサ形状・配置・個数の例として図１に示される構成を例示しているが、本発明の差動磁場印加装置１００〜６００においては、この構成以外、例えば磁気収束板形状、磁気抵抗素子形状、配置（センサ間間隔も含む）、センサ個数、又は向きが異なるなど様々なセンサ素子に対して使用することができる。特に、実施例１、３、４では、ＭＲ素子を内蔵したディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７をフルブリッチ構造で設置した例を記載しているが、それに限らず、ＭＲ素子のフルブリッジ以外の構成や磁気収束板を搭載したホール素子、縦型ホール素子などの基板に水平な磁場を検知するものであれば実施可能である。また、実施例２では、ホール素子を内蔵したディファレンシャル構成磁気センサＩＣ７を使用した例を記載しているが、それに限らず、基板に垂直な磁場を検知するものであれば実施可能である。

本発明の実施例１〜６に係る差動磁場印加装置１００〜６００においては、煩雑さを避けるため示していないが、位置決めや固定のためのガイドがあればよりよく、センサとの導通をとる箇所を基板に設けてもよいし、それ以外の箇所に設けてもよい。また、入出力端子は、磁気回路及び物理的な実施の妨げにならない箇所であればどこに設置してもよい。

本発明に係る差動磁場印加装置においては、実施例１〜６に示される電流路パターンの形状・配置、センサと電流路パターンの距離、パターン数等に限られず、様々な形態の電流路パターンを使用することができる。

特に、実施例２、４〜６で示される電流路パターン形状は略四角形だが、その他形状、例えば三角形、六角形、八角形などの多角形や円などでもかまわない。また、実施例１〜６では、電流路パターンは簡単のため中央付近に設置しているが、電流路パターンは、適宜場所を選択して配置することができる。

さらに、実施例１、３では、電流路パターンが基板１２の中心Ｃを通り且つｘ及びｙ軸に平行な線に対称になるように作製され、本実施例２、４〜６では電流路パターンが中心Ｃに対して点対称となるように作製されているが、第１のセンサ部及び第２のセンサ部に逆相の磁場が印加されるのであれば、この対称性に限らず実施することが可能である。

また、実施例１〜６に係る差動磁場印加装置１００〜６００においては、電流路パターンに対してそれぞれ独立に電流を印加できるようにしていたが、図７に示されるように各電流路パターンをパターン接続部分によって接続することにより１つの電流源によって電流を印加したり、所望の端子を基板上で導通させるようなパターンとすることにより電流路パターンに電流を同時に印加することも可能である。また、実施例１〜６では基板１０１内部に電流路パターンを設けているが、外部にあってもよい。

本発明の差動磁場印加装置１００〜６００は、非磁性材質で構成されることが望ましい。また、実施例１〜６では、２ｍｍ間隔で配置された磁気センサに逆相磁場を印加する構成を例示しているが、電流路パターン形状・配置を変更すればフレキシブルに逆相磁場の間隔を変更することができる。

実施例１〜６では、理想的な正弦波電流を印加する構成を示したが、波形形状は矩形波やパルス、ＤＣ、三角波など、様々な波形でも使用可能であり、且つ、オフセット電流を加えものでも、評価・検査目的などで適宜行うことが可能である。

また、所望の磁場分布・強度を出すために、パターン形状・パターン数・層数を調整することはもちろんだが、多層配線層や基板パターン配線縦構造を調整することでも、実施可能なことは言うまでもない。また、この評価・検査方法は、ディファレンシャル構成以外にも局所的に磁場の欲しい場合や、簡便に磁気センサを評価・検査したい場合にも使用することができる。

１ ＩＣ基板
２ ホール素子
３ ＭＲ素子
４ 磁気収束板
５ 多極着磁磁石
６ 磁気センサ素子
７ ディファレンシャル構成磁気センサＩＣ
８ 回転軸
９ モーター
１０ バックバイアス磁石
１１ ギア歯
１２ パッケージ
１３ 第１のセンサ部
１４ 第２のセンサ部
１００、２００、３００、４００、５００、６００ 差動磁場印加装置
１０１ 基板
１０２、１０３、１１１、２０１、２０２、３０１〜３０４、４０１〜４０４、５１１、５２１、６１１、６２１〜６２５ 電流路パターン
１０４、１０５、２０３、２０４、３０５〜３０８、４０５〜４０８、６３１〜６３５ 入出力端子
１１０ 電流源
１１１_１、１１１_２、２５２ 直線部分
１１１_２ パターン接続部分
１１２ 抵抗
２５１ 磁気収束部分
２５３ 入出力端子部分
５１０、６１０ 第１の電流路パターン層
５２０、６２０ 第２の電流路パターン層

Claims (24)

1. 磁場印加対象に磁場を印加するための差動磁場印加装置であって、
   基板と、
   前記基板において所定の間隔で形成された少なくとも２つの電流路パターンと
   を備え、
   互いに隣り合う一方の電流路パターンと他方の電流路パターンとへの電流印加によって発生する磁場は、前記磁場印加対象の一方の設置位置と他方の設置位置とで逆位相であることを特徴とする差動磁場印加装置。
2. 前記基板は、前記少なくとも２つの電流路パターンを含む第１の電流路パターン層と、前記少なくとも２つ以上の電流路パターンを含む第２の電流路パターン層とを含むことを特徴とする請求項１に記載の差動磁場印加装置。
3. 前記少なくとも２つの電流路パターンは直線形状で構成され、前記少なくとも２つの電流路パターンの各々は互いに平行に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の差動磁場印加装置。
4. 前記少なくとも２つの電流路パターンの各々は、前記基板に対して垂直な磁場を発生させる磁場収束部分を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の差動磁場印加装置。
5. 前記磁場印加対象は、差動構成の車輪速センサであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の差動磁場印加装置。
6. 前記磁場印加対象は、差動構成の磁電変換素子であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の差動磁場印加装置。
7. 前記磁場印加対象は差動構成の磁電変換素子であり、前記磁電変換素子は、磁気収束板を備えたホール素子であることを特徴とする請求項４に記載の差動磁場印加装置。
8. 前記少なくとも２つの電流路パターンは、４つ以上の電流路パターンからなることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の差動磁場印加装置。
9. 前記第１の電流路パターン層の前記電流路パターンによって発生する磁場と、前記第２の電流路パターン層の前記電流路パターンによって発生する磁場との位相差は、前記設置位置において、略９０°又は略２７０°であることを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の差動磁場印加装置。
10. 前記少なくとも２つの電流路パターンの各々は、電流路パターン同士を接続するためのパターン接続部分によって接続されていることを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の差動磁場印加装置。
11. 前記少なくとも２つの電流路パターンは、１つの電流源によって電流を印加されることを特徴とする請求項１０に記載の差動磁場印加装置。
12. 前記少なくとも２つの電流路パターンは、少なくとも１つの電流源によって電流を印加され、前記少なくとも１つの電流源には、差動磁場発生に寄与する前記少なくとも２つの電流路パターンとは別の電流路パターンが接続されていることを特徴とする請求項１から１０の何れかに記載の差動磁場印加装置。
13. 磁場印加対象に磁場を印加するための差動磁場印加方法であって、
    基板において所定の間隔で形成された少なくとも２つの電流路パターンに電流を印加することにより磁場を発生させ、
    互いに隣り合う一方の電流路パターンと他方の電流路パターンとへの電流印加によって発生する磁場は、前記磁場印加対象の一方の設置位置と他方の設置位置とで逆位相であることを特徴とする差動磁場印加方法。
14. 前記基板は、前記少なくとも２つの電流路パターンを含む第１の電流路パターン層と、前記少なくとも２つ以上の電流路パターンを含む第２の電流路パターン層とを含むことを特徴とする請求項１３に記載の差動磁場印加方法。
15. 前記少なくとも２つの電流路パターンは直線形状で構成され、前記少なくとも２つの電流路パターンの各々は互いに平行に形成されていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の差動磁場印加方法。
16. 前記少なくとも２つの電流路パターンの各々は、前記基板に対して垂直な磁場を発生させる磁場収束部分を含むことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の差動磁場印加方法。
17. 前記磁場印加対象は、差動構成の車輪速センサであることを特徴とする請求項１３から１５の何れかに記載の差動磁場印加方法。
18. 前記磁場印加対象は、差動構成の磁電変換素子であることを特徴とする請求項１３から１５の何れかに記載の差動磁場印加方法。
19. 前記磁場印加対象は差動構成の磁電変換素子であり、前記磁電変換素子は、磁気収束板を備えたホール素子であることを特徴とする請求項１６に記載の差動磁場印加方法。
20. 前記少なくとも２つの電流路パターンは、４つ以上の電流路パターンからなることを特徴とする請求項１３から１９の何れかに記載の差動磁場印加方法。
21. 前記第１の電流路パターン層の前記電流路パターンによって発生する磁場と、前記第２の電流路パターン層の前記電流路パターンによって発生する磁場との位相差は、前記設置位置において、略９０°又は略２７０°であることを特徴とする請求項１３から２０の何れかに記載の差動磁場印加方法。
22. 前記少なくとも２つの電流路パターンの各々は、電流路パターン同士を接続するためのパターン接続部分によって接続されていることを特徴とする請求項１３から２１の何れかに記載の差動磁場印加方法。
23. 前記少なくとも２つの電流路パターンは、１つの電流源によって電流を印加されることを特徴とする請求項２２に記載の差動磁場印加方法。
24. 前記少なくとも２つの電流路パターンは、少なくとも１つの電流源によって電流を印加され、前記少なくとも１つの電流源には、差動磁場発生に寄与する前記少なくとも２つの電流路パターンとは別の電流路パターンが接続されていることを特徴とする請求項１３から２２の何れかに記載の差動磁場印加方法。

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