JP2017036984A

JP2017036984A - 磁気センサ装置

Info

Publication number: JP2017036984A
Application number: JP2015157966A
Authority: JP
Inventors: 伸明大竹; Nobuaki Otake; 佑太星野; Yuta Hoshino; 政範田中; Masanori Tanaka
Original assignee: Seiko NPC Corp
Current assignee: Seiko NPC Corp
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2017-02-16

Abstract

【課題】周期的な外乱磁界等のノイズ成分に対するＳ/Ｎ比の改善や、検出対象である磁気媒体物と磁気センサとの間隔依存に対するＳ/Ｎ比の改善を可能した磁気センサ装置を提供する【課題の解決手段】磁気センサ装置は、２個の永久磁石４ａ，４ｂを異極同士が対向するように配置し、各永久磁石の対向面側にそれぞれ、定電圧間に磁気抵抗効果素子と抵抗を直列接続し、その接続点を検出信号端子とした磁気センサ５ａ，５ｂを配置し、磁気センサ５ａ，５ｂの間を磁気媒体物９が搬送されるものであり、一方の磁気センサは、磁気媒体物９の搬送方向の磁界を検出し、かつもう一方の磁気センサは、磁気媒体物９の搬送方向と逆方向の磁界を検出し、磁気センサ５ａ，５ｂの検出信号を加算して出力する。【選択図】図７

Description

本発明は、信号対雑音比（以下、Ｓ/Ｎ比という。）を改善させる磁気センサ装置に関するものである。

磁気の変化に応じて電圧・電流・抵抗値・インピーダンス値が変化する現象を利用した磁気センサは様々な産業に用いられている。たとえば、磁気の強さにより電気抵抗値が変化する現象を用いた磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記載）においては、磁気インクを印刷した紙幣や有価証券等のパターン検出や識別に用いられている。また、磁気の強さによりインピーダンス値が変化する現象を用いた磁気インピーダンス効果素子は、携帯電話の方位センサなどに用いられている。

特許文献１には、線状若しくは略平行に折り返された形状の強磁性体薄膜磁気抵抗素子と、その強磁性体薄膜磁気抵抗素子に磁気バイアスを加える永久磁石を用いた磁性体等の磁気媒体物の移動による微弱な磁束の変化を検出する磁気センサの第１の形態が開示されている。この第１の形態において、強磁性体薄膜磁気抵抗素子の感磁方向の磁気バイアス強度が飽和磁気以下の磁束量となるように前記永久磁石の移動し、磁性体等の移動する方向に対して平行な方向を強磁性体薄膜磁気抵抗素子の磁気検出方向としている。また特許文献１の別の形態においては、２個の強磁性体薄膜磁気抵抗素子を直列接続し、その結線中点から信号を取り出す差動回路として、温度及びノイズの影響を少なくすることが提案されている（同文献、段落００３９、同００４０、図８参照）。

特開２００８-１４５３７９号公報

上述した従来の磁気センサでは、永久磁石と強磁性体薄膜磁気抵抗素子との位置関係を調整して、具体的には、強磁性体薄膜磁気抵抗素子を永久磁石の中心からずらした位置に配置することによって、高い感度を保つものではあるが、磁気パターンを磁気インクで印刷した紙幣を移送する搬送ローラを駆動するモータなどの駆動源による、周期的ノイズである外乱磁界により生じるＳＮ比の悪化や、前記紙幣と強磁性体薄膜磁気抵抗素子との間隔が広がることによるＳＮ比の悪化に対しては、何らの対応策も講じていない。この点は、上述した、２個の強磁性体薄膜磁気抵抗素子を直列接続して、その結線中点から信号を取り出す差動回路とする構成においても同様である。このため、上述した従来の磁気センサは、前記ＳＮ比の悪化を防止できないという不都合があった。

本発明は、これらの不都合を解消して、周期的な外乱磁界のノイズ成分に対するＳ/Ｎ比の改善、およびギャップ特性におけるＳ/Ｎ比の改善可能した磁気センサ装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため本発明の請求項１に係る磁気センサ装置は、「定電圧間に第１の磁気抵抗素子と前記定電圧間を分圧する第１の電気的素子を直列接続し、その接続点を検出信号として取り出す第１の出力端子を有する第１の磁気センサと、前記定電圧間に第２の磁気抵抗素子と前記定電圧間を分圧する第２の電気的素子を直列接続し、その接続点を検出信号として取り出す第２の出力端子を有する第２の磁気センサと、前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサに各々磁気バイアスを与える第１の永久磁石と第２の永久磁石と、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子が接続された加算回路を具備し、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石は所定の透き間において前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサを挟み込むように異極で対向配置し、前記第１の磁気センサは、前記対向配置の方向に対して略直角の第１方向の磁界を検出し、かつ前記第２の磁気センサは、前記第１方向とは逆方向である第２方向の磁界を検出し、前記第１の出力端子の信号と前記第２の出力端子の信号が前記加算回路を介して加算されることを特徴とした磁気センサ装置。」である。

前記目的を達成するため本発明の請求項２に係る磁気センサ装置は、「前記第１の電気的素子は、一定の抵抗値を持つ第３の磁気抵抗素子に置き換えを可能とし、前記第２の電気的素子は、一定の抵抗値を持つ第４の磁気抵抗素子に置き換えを可能としたことを特徴する請求項1に記載の磁気センサ装置」である。

本発明の請求項１に係る磁気センサ装置によれば、各磁気センサにおいて磁気媒体物を検出し出力された同相信号を加算、及び外乱磁界を検出し出力された逆相信号を加算することで、よりＳ/Ｎ比の大きい効果を奏する磁気センサ装置を提供することが可能である。また、対向させた各磁気センサの隙間に磁気媒体物を搬送させ、各磁気センサの出力を加算することで、ギャップ特性におけるＳ/Ｎ比の劣化を抑制する効果も奏する。

本発明の請求項２に係る磁気センサ装置によれば、定電圧間に磁気媒体物近接時の磁界変化を検出する一方の磁気抵抗素子と、その磁界変化に対して感度が飽和したもう一方の磁気抵抗素子を直列接続し、その接続点を検出信号として取り出す磁気センサにおいて、各磁気抵抗素子の抵抗値の温度変化は、略同一である。したがって、温度に対する検出信号の変化を抑制する効果を奏する。

本発明における磁気センサの構成を示す説明図。本発明における永久磁石と磁気センサを用いた検出原理を示す説明図。同じく磁気媒体物近接状態における検出原理を示す説明図。同じく外乱磁界印加状態における検出原理を示す説明図。ＭＲ素子の検出磁界と抵抗減少率を示すグラフ。磁気センサにおけるギャップ特性を示す説明図。（ａ）各磁気センサと磁気媒体物とのギャップを示す説明図。（ｂ）各磁気センサに具備されたＭＲ素子感度のギャップ特性を示すグラフ。本発明の一実施形態における磁気センサ装置の概略的な回路図。同じく磁気センサ装置の各出力を示す波形図。

まず、本発明における磁気センサの構成を図１に基づき説明する。電源電圧（以下ＶＤＤという。）と接地電圧（以下ＧＮＤという。）間に磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記載）１と抵抗２が配置され、ＭＲ素子１の片方はＶＤＤ端子、もう片方は抵抗２に接続されている。また抵抗２の片方はＭＲ素子１、他方はＧＮＤ端子に接続されている。ＶＤＤ−ＧＮＤ間の電圧は、レギュレータ等の定電圧回路にて生成されても良い。ＭＲ素子１と抵抗２の接続点である検出信号端子３は、ＭＲ素子１と抵抗２の抵抗比によってＶＤＤ−ＧＮＤ間が分圧された電圧が出力される。ＭＲ素子１の検出される磁界方向は図１のＸ方向、もしくはＸ方向と逆方向である−Ｘ方向であり、その検出される磁界によってＭＲ素子１の抵抗値が変化し、検出信号端子の電圧が変化する。抵抗２は磁界によって抵抗値は変化せず、ＶＤＤ−ＧＮＤ間を分圧する電気的素子であり、その電気的素子には、磁界検出が飽和され、一定の抵抗値で保持されたＭＲ素子などが含まれ、抵抗２に対して変更が可能である。図１では、ＭＲ素子１等を電気回路図として記載しており、実際の素子配置については、図１の電気的接続、および前記ＭＲ素子１の検出される磁界方向であれば、所望の素子配置で良い。また、ＶＤＤ−ＧＮＤ間のＭＲ素子１及び抵抗２の接続を逆にしても良く、ＭＲ素子１と抵抗２をパッケージや樹脂等で封止しても良い。そして、ＭＲ素子１と抵抗２は各１個ずつ直列接続し、その接続点を検出信号端子３として取り出しているが、各素子を複数直列接続し所望の接続点を検出信号端子３として取り出しても、各素子をブリッジ型で接続しても良い。

次に図２に基づいて、本発明における磁気センサ装置の磁界検出原理について説明する。図１で説明したＭＲ素子等で構成した磁気センサ５ａ,５ｂに対して磁気バイアスを供給する永久磁石４ａ,４ｂは、磁気センサ５ａ,５ｂを挟み込むように磁気媒体物搬送方向８を示す矢印に対して対向配置されている。永久磁石４ａ,４ｂは平面的に矩形状であり、磁気センサ５ａ,５ｂを平面的に広い領域を覆っており、磁気媒体物搬送方向８に対して、上面はＳ極、下面はＮ極である。また、永久磁石４ａ,４ｂは異極で対向配置してれば良く、上面がＮ極、下面がＳ極でも良い。そして、各永久磁石から放出される磁力線は６ａ〜６ｄである。磁気センサ５ａ,５ｂは、磁気媒体物搬送方向８を示す矢印に対して平行かつその搬送方向に対して対向配置されている。また、各磁気センサは永久磁石４ａ,４ｂによって供給される磁力線６ａ,６ｂが斜めに絶対値が同じように入射されるよう永久磁石４ａ,４ｂの中心から外側に配置されている。ここで磁気センサ５ａ,５ｂに入射される磁力線は７ａ,７ｂとなり絶対値は等しい。磁気センサ５ａ,５ｂの磁界検出方向が磁気媒体物搬送方向８と平行に沿うようにすると、各磁気センサに入射される磁力線７ａ,７ｂの内、各磁気センサが検出される磁界は７ａx,７ｂxとなり、磁気媒体物搬送方向８と同一の方向である７ａxは正の磁界、磁気媒体物搬送方向８と逆方向である７ｂxは、負の磁界となる。また、磁力線７ａ,７ｂの絶対値が等しいため、検出される磁界７ａx,７ｂxの絶対値も等しい。したがって、各磁気センサに検出される前記永久磁石から供給された絶対値が等しい正および負の磁界は、前記各永久磁石以外の磁性体によって検出されるその各磁界が変化することで、磁性体が含まれる磁気媒体物等を検出することが可能である。なお、磁気媒体物の搬送方向は、図２のＸ方向だけではなく、Ｘ方向と逆方向である−Ｘ方向でも良く、上述と同様に磁気媒体物等を検出することが可能である。

次に、本発明における磁気センサ装置による磁気媒体物の磁気検出原理について図３に基づいて説明する。図２で説明したように、永久磁石４ａ,４ｂ、および磁気センサ５ａ,５ｂを各々配置し、磁性体からなる磁気媒体物９は、磁気媒体物搬送方向８の方向に搬送させ、本発明の磁気センサ装置にて磁気媒体物９の検出を行う。なお、磁気媒体物９は搬送ローラなどの適宜な搬送手段（図示せず）により移送される。また、磁気媒体物９は、透磁率の高く、極性が無いものとする。磁気媒体物９が永久磁石４ａ,４ｂに近接していない場合、永久磁石４ａ,４ｂから放出される磁力線は、６ｃ,６ｄとなる。磁気媒体物９が永久磁石４ａ,４ｂに近接した場合、各永久磁石から放出される磁力線は、磁気媒体物９に磁力線が集まるため、各永久磁石から各磁気センサに供給される磁力線は広がり、６ａ,６ｂとなる。図２で説明したように磁気センサ５ａ,５ｂに入射される磁力線７ａ,７ｂの内、各磁気センサが検出される磁界は、７ａx,７ｂxとなり、その検出される磁界は、磁気媒体物搬送方向８と同一の方向である７ａxは正の磁界、磁気媒体物搬送方向８と逆方向である７ｂxは、負の磁界となる。また、磁界７ａ,７ｂの絶対値が等しいため、各磁気センサに検出される磁界７ａx,７ｂxの絶対値も等しい。そして、図２で示した磁気媒体物が近接しない場合の各磁気センサに検出される磁界７ａｘ,７ｂｘと図３で示した磁気媒体物９が近接した場合の各磁気センサに検出される磁界７ａｘ,７ｂｘを比較すると、図３で示した各磁気センサに検出される磁界７ａｘ,７ｂｘの絶対値が大きいことを示している。したがって、図３の場合、各磁気センサに検出される前記永久磁石から供給された絶対値が等しい正および負の磁界は、磁気媒体物９が近接することにより、各磁界の絶対値が大きくなることで、磁性体が含まれる磁気媒体物９を検出することが可能である。また、磁気媒体物９が近接することにより、各磁気センサに検出される正および負の磁界の絶対値が小さくなる場合においても、同様に磁気媒体物９を検出することが可能である。

また、本発明における磁気センサ装置の外乱磁界印加時の磁気検出原理について図４に基づいて説明する。ここでの外乱磁界とは、磁気媒体物等を搬送する際に使用する搬送ローラなどの適宜な搬送手段（図示せず）によって生じる磁気媒体物以外の周期的な磁気ノイズ成分を示し、各磁気センサ全体に均等に印加される。一例としてある極をもった外乱磁界印加源１０で示す。外乱磁界印加源１０が印加されていない場合は、永久磁石から放射される磁力線は、６ａ〜６ｄとなり、図１で説明したように磁気センサ５ａ,５ｂに各永久磁石から供給される磁力線は、７ａ,７ｂとなり、各磁気センサに検出される磁界は、７ａx,７ｂxとなる。一方、外乱磁界印加源１０から放射される磁力線は１１ａ,１１ｂとなり、その磁力線の内、各磁気センサが検出される磁界は１２ａx,１２ｂxとなる。各磁気センサで検出される磁界１２ａx,１２ｂxは、図２で説明したように磁気媒体物搬送方向８と同一方向であるため、正の磁界となる。したがって、外乱磁界印加および各永久磁石によって磁気センサ５ａの検出される磁界は７ａxと１２ａxの加算、磁気センサ５ｂの検出される磁界は７ｂxと１２ｂxの加算となる。ここで磁気センサ５ａにおいては、正の磁界７ａxと正の磁界１２ａxの加算したものを検出するため、磁気センサ５ａに検出される磁界の絶対値は、大きくなる。また磁気センサ５ｂにおいては、負の磁界７ｂxと正の磁界１２ｂxの加算したものを検出するため、磁気センサ５ｂに検出される磁界の絶対値は、小さくなる。したがって、図４の場合、各磁気センサに検出される前記永久磁石から供給された絶対値が等しい正および負の磁界において、外乱磁界印加源１０から外乱磁界が印加されることにより、磁気センサ５ａに検出される磁界の絶対値は大きくなり、磁気センサ５ｂに検出される磁界の絶対値は小さくなる。よってこの二つを足し合わせた値は外乱磁界検出前後で一定となり、外乱磁界をキャンセルできる。また、外乱磁界印加源１０から外乱磁界を印加することで、磁気センサ５ａに検出される磁界の絶対値が小さくなり、磁気センサ５ｂに検出される磁界の絶対値が大きくなる場合においても同様である。

次に、図１で説明した各磁気センサに具備されたＭＲ素子の検出された磁界における抵抗率減少の特性について、図５に基づいて説明する。図５の縦軸はＭＲ素子の抵抗減少率、横軸はＭＲ素子に検出された磁界（磁界強度）を表す。磁気センサ５ａ,５ｂが、図２のように各々配置され、検出される磁界が永久磁石のみで磁気媒体物が近接しない場合や、或いは外乱磁界が印加されない場合において、磁気センサ５ａは正の磁界、磁気センサ５ｂは負の磁界を検出するので、磁気センサ５ａが検出される磁界は１３ａ、磁気センサ５ｂが検出される磁界は１３ｂとなる。また、各磁気センサに具備された各ＭＲ素子の抵抗減少率は１４となる。次に、磁気媒体物９が近接した場合、各磁気センサの検出する磁界は、図３で説明したように、磁気媒体物９が近接し、その磁気媒体物に磁力線が集まることで、各磁気センサの検出する正および負の磁界の絶対値は大きくなる。したがって、図５の場合においては、磁気センサ５ａの検出される磁界は、磁気媒体物が近接することで、１３ａから１５ａに変化し、具備されたＭＲ素子の抵抗減少率も１４から１６に変化する。また、磁気センサ５ｂの検出される磁界も１３ｂから１５ｂに変化し、具備されたＭＲ素子の抵抗減少率も１４から１６に変化する。磁気センサ５ａ,５ｂは、磁気媒体物９に起因による検出された磁界の変化により、各磁気センサに具備されたＭＲ素子の抵抗値は同じ分だけ小さくなる。図1で説明したように、磁気センサの構成において、ＭＲ素子と抵抗がＶＤＤ−ＧＮＤ間において直列接続され、かつそのＭＲ素子と抵抗との接続点を検出信号として取り出されている。したがって、磁気媒体物９が近接した場合、各磁気センサに具備されたＭＲ素子の抵抗値が同じように小さくなることで、各磁気センサの検出信号端子には、同相の信号が出力される。

また、外乱磁界を印加した場合、各磁気センサの検出する磁界は、図４で説明したように、各永久磁石から供給される磁界と外乱磁界との加算によって、各磁気センサの検出する正および負の磁界の絶対値は、片方は大きくなり、もう片方は小さくなる。したがって、図５の場合においては、磁気センサ５ａの検出される磁界は、外乱磁界が印加されることで、１３ａから１５ａに変化し、具備されたＭＲ素子の抵抗減少率も１４から１６に変化する。また、磁気センサ５ｂに検出される磁界は１３ｂから１５ｃに変化し、具備されたＭＲ素子の抵抗減少率は１４から１７に変化する。よって、上記で説明したように、外乱磁界が印加された場合、磁気センサ５ａに具備されたＭＲ素子の抵抗値は小さくなり、磁気センサ５ｂに具備されたＭＲ素子の抵抗値は大きくなることで、各磁気センサの検出信号端子には、逆相の信号が出力される。

上述より、本発明で提供する磁気センサ装置では、磁気媒体物が検出された場合は、各磁気センサより同相信号が出力され、外乱磁界が印加された場合は、各磁気センサより逆相信号が出力される。各磁気センサから出力された信号を加算することで、磁気媒体物が検出された場合は、同相信号が出力される為、単一の磁気センサ出力と比較すると加算した分、大きくなり、外乱磁界が印加された場合は、逆相信号が出力される為、無視できるくらい小さくなる。したがって、磁気媒体物をより大きい信号で検出し、外乱磁界等のノイズ成分は抑制されることで、Ｓ/Ｎ比の改善を可能にした磁気センサ装置を提供することが可能である。

次に、各磁気センサと磁気媒体物との距離（以下、ギャップという。）に対する各磁気センサに具備されたＭＲ素子の感度特性を図６に基づいて説明する。ここでのＭＲ素子の感度とは、磁界強度に対するＭＲ素子の抵抗変化率を表す。一定の磁気バイアス上に配置されたＭＲ素子は、ギャップが長い程、感度は小さくなる。図６（ａ）では、ＭＲ素子を具備した各磁気センサ５ａ,５bと、各磁気センサと磁気媒体物９とのギャップを１８ａ,１８bで示している。また、図６（b）では、図６（ａ）で示した各ギャップ１８ａ,１８bに対する各磁気センサに具備されたＭＲ素子の感度特性を示している。図６（b）において、ギャップが１８ａ＜１８bの場合、磁気センサ５ａに具備されたＭＲ素子の感度１９ａが、磁気センサ５ｂに具備されたＭＲ素子の感度１９bよりも大きい。また、ギャップが１８ａ＞１８bの場合、磁気センサ５ｂに具備されたＭＲ素子の感度１９bが、磁気センサ５ａに具備されたＭＲ素子の感度１９ａよりも大きい。ギャップが１８ａ＝１８ｂの場合、両ＭＲ素子の感度は等しい。本発明では、各磁気センサに具備された各ＭＲ素子の出力を加算することにより、ギャップによるＭＲ素子の感度特性は、２０となる。したがって、本発明おいては、対向させた各磁気センサの隙間に磁気媒体物を搬送させることで、ギャップ特性によるＭＲ素子の感度変化を抑制し、安定したＭＲ素子特性を得ることが可能である。よって、ギャップ特性におけるＳ/Ｎ比を改善した磁気センサ装置を提供することも可能である。

続いて、本発明の一実施形態の構成を図７に基づいて説明する。リードフレーム台座２２ａの上面には永久磁石４ａが、またリードフレーム台座２２ｂの下面には永久磁石４ｂが、各々接着剤等で接着されており、永久磁石４ａ，４ｂは異なる極で対向配置されている。リードフレーム台座２２ａの下面には磁気センサ５ａとＩＣチップ２１ａ、またリードフレーム台座２２ｂの上面には磁気センサ５ｂとＩＣチップ２１ｂが、各々配置されている。永久磁石４ａ，４ｂと磁気センサ５ａ，５ｂについては、図２〜図４に示す配置構成と同一である。ＩＣチップ２１ａ，２１ｂは、磁気センサ５ａ，５ｂからの検出信号を増幅したり、演算処理したりする。磁気センサ５ａとＩＣチップ２１ａ、ならびにＩＣチップ２１ａとリードフレーム２４ａ，２４ｃは各ボンディングワイヤ等で必要な電気的接続がされる。また同様に磁気センサ５ｂとＩＣチップ２１ｂ、ならびにＩＣチップ２１ｂとリードフレーム２４ｂ，２４ｄも各ボンディングワイヤ等で必要な電気的接続がされる。リードフレーム２４ａ〜２４ｄは、各ＩＣチップを介した各磁気センサ５ａ，５ｂの検出信号を出力し、ＶＤＤやＧＮＤ等に接続される。上記各部品は、樹脂２３で封止され、磁気センサモジュール２５ａ，２５ｂがそれぞれ形成される。また、図７で示した磁気センサモジュール２５ａ，２５ｂは、ＤＩＰ型のパッケージ形態であるが、ＤＩＰ型に限らず他の形態のパッケージへの変更が可能である。

各磁気センサモジュール２５ａ，２５ｂは、上下方向に所定の対向間隔をおいて配置されている。図７においては、各磁気センサモジュール２５ａ，２５ｂと磁気媒体物９とのギャップ３４ａと３４ｂは、同一の間隔である。所定幅の一本線の磁気パターン３２を有する磁気媒体物９と一定の周期をもつ外乱磁界３３が搬送されて、磁気センサ５ａ，５ｂが、その磁気パターンと外乱磁界をそれぞれ検出すると、各検出信号はＩＣチップ２１ａ，２１ｂで増幅されて、リードフレーム２４ｃ，２４ｄから出力される。磁気センサ５ａの増幅された検出信号２６ａと、磁気センサ５ｂの増幅された検出信号２６ｂは、オペアンプ２８ａ，２８ｂ、及び抵抗２７ａ〜２７ｃで構成される加算回路２９に入力されて、加算される。その加算された信号は、出力信号３０から出力され、基準信号３１は、出力信号３０の基準信号として使用される。

ここで、加算回路２９の構成を図７に基づいて説明する。磁気センサモジュール２５ａから出力された検出信号２６ａは、抵抗２７ａの一方と接続され、抵抗２７ａの他方は、オペアンプ２８ａの反転端子に接続される。同様に、磁気センサモジュール２５ｂから出力された検出信号２６ｂは、抵抗２７ｂの一方と接続され、抵抗２７ｂの他方は、オペアンプ２８ａの反転端子に接続される。基準信号３１は、オペアンプ２８ｂの非反転端子に接続され、オペアンプ２８ｂの出力端は、オペアンプ２８ｂの反転端子に接続されることで負帰還を成している。また、オペアンプ２８ｂの出力端は、オペアンプ２８ａの非反転端子と接続される事で、基準信号３０がオペアンプ２８ａの基準信号を成している。オペアンプ２８ａの出力端は、抵抗２７ｃの一方と接続され、抵抗２７ｃの他方はオペアンプ２８ａの非反転端子と接続されることで、抵抗２７ｃを介した負帰還を成している。そして、オペアンプ２８ａの出力端が、本発明の磁気センサ装置の出力信号３０を成している。なお、この加算回路は、各抵抗２７ａ〜２７ｃの抵抗値を同一、例えば１ｋΩに設定すると、出力信号３０には、磁気センサモジュール２５ａ，２５ｂから出力される検出信号２６ａ，２６ｂを２６ａ＋２６ｂという加算された結果が出力される。

次に、磁気媒体物近接及び外乱磁界印加の場合の本実施例における各出力波形のグラフを図８に基づいて説明する。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、所定幅の一本線の磁気パターン３２を有する磁気媒体物９と一定の周期をもつ外乱磁界３３の各々が、本実施例において搬送された場合の各磁気センサモジュールの検出信号２６ａ，２６ｂと出力信号３０の波形を示したグラフである。図８（ａ）については、各磁気センサモジュールと磁気媒体物９、及び外乱磁界３３との間隔３４ａ，３４ｂにおいて、３４ａ＜３４ｂとなる間隔で磁気媒体物９及び外乱磁界３３を検出された出力波形を示すグラフであり、同様に、図８（ｂ）は、３４ａ＞３４ｂとなる間隔で磁気媒体物９の磁気パターン３２、及び外乱磁界３３を検出し、出力波形を示すグラフである。また、磁気媒体物９と周期的な外乱磁界３３の各々を搬送された場合において、磁気媒体物９が搬送され、磁気パターン３２が検出された期間は３５であり、周期的な外乱磁界３３が搬送され、検出された期間は３６である。そして、各検出された期間において、磁気媒体物９上の磁気パターン３２と周期的な外乱磁界３３が検出された搬送位置については、図７で示したＡ点〜Ｃ点となる。

図８（ａ）よれば、所定幅の一本線の磁気パターン３２からなる磁気媒体物９を搬送した３５の場合の磁気センサモジュール２５ａの検出信号２６ａにおいて、磁気パターン３２がＡ点の場合、磁気センサ５ａの検出される磁界の絶対値が大きい為、その磁気センサに具備されたＭＲ素子の抵抗値が、磁気媒体物が近接する前より大きく変化することで、検出信号２６ａは基準信号から上昇する。次に、磁気パターン３２がＢ点の場合、磁気センサモジュール２５ａに具備された永久磁石４ａから供給された磁界と磁気センサ５ａの検出される磁界が同一になることで検出信号２６ａは基準信号に戻る。さらに、磁気パターン３２がＣ点の場合、Ａ点の場合と異なり検出される磁界方向が逆方向と成り、その検出される磁界の絶対値がＡ点の場合と逆に大きく変化するため、検出信号２６ａは基準信号から下降する。そして、磁気パターン３２がＣ点から搬送方向側に離れると、磁気パターン３２に磁力線が集まらず、永久磁石４ａから供給された磁界のみを磁気センサ５ａは検出するため、検出信号２６ａは基準信号に戻る。磁気センサモジュール２５ｂの検出信号２６ｂも検出信号２６ａと同様の検出動作である。したがって、検出信号２６ｂは、磁気センサモジュール５ｂと磁気媒体物９とのギャップが磁気センサモジュール５ａの場合と異なるため、その検出信号の振幅に相違はあるが、検出信号２６ａと同相信号の波形となる。

また図８（ａ）によれば、周期的な外乱磁界３３を印加した３６の場合の磁気センサモジュール２５ａの検出信号２６ａにおいて、上述した磁気媒体物９が近接した３５の場合と同様の検出動作であり、類似の波形を得られる。磁気センサモジュール２５ｂの検出信号２６ｂにおいては、図４で説明したように、外乱磁界印加時の磁気センサ５ａと磁気センサ５ｂの検出される磁界の絶対値が異なるため、各磁気センサに具備されたＭＲ素子の抵抗値は異なる。したがって検出信号２６ｂは、検出信号２６ａと逆の検出動作であり、検出信号２６ａと逆相の波形となる。また、周期的な外乱磁界３３は、各磁気センサ全体に放射されたものであるため、各磁気センサ５ａ，５ｂと外乱磁界３３とのギャップによる依存性はなく、図８（ａ），（ｂ）の３６の場合における検出信号２６ａと検出信号２６ｂの波形の振幅は略同一である。

本実施形態による図８に基づいた波形によれば、所定幅の一本線の磁気パターン３２からなる磁気媒体物９を搬送した３５の場合において、各磁気センサによって検出された検出信号２６ａ，２６ｂを加算した出力信号３０は、個々の磁気センサによる検出信号２６ａ，２６ｂの波形と比較すると、その出力信号の振幅は大きく、磁気媒体物９上の磁気パターン３２をより明確に検出することができる結果となっている。また、周期的な外乱磁界３３を搬送した３６の場合において、各磁気センサによって検出された検出信号２６ａ，２６ｂを加算した出力信号３０は、個々の磁気センサによる検出信号２６ａ，２６ｂの波形と比較すると、その出力信号の振幅は無視できる位小さく、外乱磁界を除外した結果となっている。したがって、本発明の磁気センサ装置においては、Ｓ/Ｎ比の大きい効果を奏しており、磁気媒体物をより明確に検出することが可能である。

また、図８（ａ），（ｂ）に基づいた波形によれば、所定幅の一本線の磁気パターン３２からなる磁気媒体物９を搬送した３５の場合における本発明の磁気センサ装置の出力信号３０は、各磁気センサモジュールと磁気媒体物９とのギャップに依存することはなく、略同等の波形の形状を成している。例えば、磁気センサモジュール２５ａの検出信号２６ａにおいては、磁気媒体物９と磁気センサモジュール２５ａのギャップがより長い図８（ｂ）の方が、図８（ａ）と比較すると、その検出信号の振幅は小さくなっている。同様に、磁気センサモジュール２５ｂの検出信号２６ｂにおいても、磁気媒体物９と磁気センサモジュール２５ｂのギャップがより長い図８（ａ）の方が、図８（ｂ）と比較すると、その検出信号の振幅は小さくなっている。したがって、個々の磁気センサモジュールによる磁気媒体物９上の磁気パターン３２の検出においては、その磁気センサモジュールと磁気媒体物９とのギャップが、検出信号の振幅の大きさに依存することになる。よって、本発明の磁気センサ装置においては、検出信号が各磁気センサモジュールと磁気媒体物のギャップに依存しないため、その磁気媒体物を定常的に検出することができ、そのギャップに依存しないＳ/Ｎ比の大きい効果を奏することで、磁気媒体物をより明確に検出することも可能である。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、加算回路の構成も、上述のような２つのオペアンプ２８ａ，２８ｂを用いたものに限らず、種々の変更が可能である。また、加算回路に限らず、検出信号２６ａ，２６ｂが加算されれば良いので、各検出信号を平均し出力される演算回路等の変更も可能である。

１磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）
２抵抗
３検出信号端子
４ａ，４ｂ永久磁石
５ａ，５ｂ磁気センサ
９磁気媒体物
１０外乱磁界印加源
２１ａ，２１ｂＩＣチップ
２２ａ，２２ｂリードフレーム台座
２３樹脂
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄリードフレーム
２５ａ，２５ｂ磁気センサモジュール
２８ａ，２８ｂオペアンプ

Claims

定電圧間に第１の磁気抵抗素子と前記定電圧間を分圧する第１の電気的素子を直列接続し、その接続点を検出信号として取り出す第１の出力端子を有する第１の磁気センサと、前記定電圧間に第２の磁気抵抗素子と前記定電圧間を分圧する第２の電気的素子を直列接続し、その接続点を検出信号として取り出す第２の出力端子を有する第２の磁気センサと、前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサに各々磁気バイアスを与える第１の永久磁石と第２の永久磁石と、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子が接続された加算回路を具備し、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石は所定の透き間において前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサを挟み込むように異極で対向配置し、前記第１の磁気センサは、前記対向配置の方向に対して略直角の第１方向の磁界を検出し、かつ前記第２の磁気センサは、前記第１方向とは逆方向である第２方向の磁界を検出し、前記第１の出力端子の信号と前記第２の出力端子の信号が前記加算回路を介して加算されることを特徴とした磁気センサ装置。
前記第1の電気的素子は、一定の抵抗値を持つ第３の磁気抵抗素子に置き換えを可能とし、前記第２の電気的素子は、一定の抵抗値を持つ第４の磁気抵抗素子に置き換えを可能としたことを特徴する請求項1に記載の磁気センサ装置