JP2017096714A - 磁界センサ及びこれを備える磁界検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い検出感度を確保しつつ外乱磁界の影響を低減することが可能な磁界センサを提供する。
【解決手段】磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４が形成された素子形成面２０Ｓを有するセンサチップ２０と、素子形成面２０Ｓ上に配置され、素子形成面を２０Ｓ基準とした高さがＨ１である第１の磁性体３１と、磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４から見て第１の磁性体３１とは反対側に設けられ、高さＨ１よりも低い高さＨ２を有する第２の磁性体３２とを備える。本発明によれば、第２の磁性体３２の高さＨ２が第１の磁性体３１よりも低いことから、外乱磁界を第２の磁性体３２によって遮蔽しつつ、第２の磁性体３２に吸い寄せられる検出磁界を低減することができる。これにより、高い検出感度を確保しつつ外乱磁界の影響を低減することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は磁界センサ及びこれを備える磁界検出装置に関し、特に、高い検出感度を確保しつつ外乱磁界の影響を低減することが可能な磁界センサ及びこれを備える磁界検出装置に関する。

磁気抵抗効果素子などを用いた磁気センサは、電流計や磁気エンコーダなどに広く用いられている。磁気センサには、センサチップに磁束を集めるための磁性体が設けられることがある（特許文献１参照）。磁束を集めるための磁性体をセンサチップに設けると、垂直方向の磁界に対する感度を高めることが可能となる。

特開２００９−２７６１５９号公報

しかしながら、センサチップには検出対象である検出磁界の他に、ノイズである外乱磁界に晒されることがあるため、外乱磁界によって検出感度が低下するおそれがあった。外乱磁界の影響を低減するためには、センサチップ上またはその近傍に別の磁性体を配置することによって、外乱磁界を遮蔽する方法が考えられる。

この方法に関し、本発明者らが検討を行ったところ、遮蔽用の磁性体のサイズや位置によっては、本来検出したい検出磁界がこの磁性体に吸い寄せられ、その結果、かえって検出感度が低下しうることが明らかになった。

したがって、本発明の目的は、高い検出感度を確保しつつ外乱磁界の影響を低減することが可能な磁界センサ及びこれを備える磁界検出装置を提供することである。

本発明による磁気センサは、第１の磁気検出素子が形成された素子形成面を有するセンサチップと、前記素子形成面上に配置され、前記素子形成面を基準とした高さが第１の高さを有する第１の磁性体と、前記第１の磁気検出素子から見て前記第１の磁性体とは反対側に設けられ、前記第１の高さよりも低い第２の高さを有する第２の磁性体と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、第２の磁性体の高さが第１の磁性体よりも低いことから、外乱磁界を第２の磁性体によって遮蔽しつつ、第２の磁性体に吸い寄せられる検出磁界を低減することができる。これにより、高い検出感度を確保しつつ外乱磁界の影響を低減することが可能となる。

本発明において、前記第２の磁性体は、前記素子形成面上に配置されていることが好ましい。これによれば、第１の磁性体及び第１の磁気検出素子と第２の磁性体との相対的な位置関係を固定することが可能となる。

本発明において、前記センサチップの前記素子形成面には、第２の磁気検出素子がさらに形成されており、前記第１の磁性体は、前記第１の磁気検出素子と前記第２の磁気検出素子の間に配置されていることが好ましい。これによれば、第１の磁気検出素子からの出力信号と第２の磁気検出素子からの出力信号の差分によって検出磁界の強度を検出することが可能となる。

本発明において、前記第１及び第２の磁気検出素子の配列方向を幅方向とし、前記素子形成面と平行であって前記幅方向と直交する方向を長さ方向とした場合、前記第１及び第２の磁性体は、前記幅方向におけるサイズよりも前記長さ方向におけるサイズの方が大きいことが好ましい。これによれば、垂直方向の磁界に対する検出範囲を広げることができる。さらに、磁気センサのサイズを小型化することも可能となる。

この場合、前記第１及び第２の磁性体の少なくとも一方は、前記長さ方向におけるサイズが前記センサチップの前記長さ方向におけるサイズよりも大きくても構わない。また、前記第１及び第２の磁性体は、前記長さ方向におけるサイズが互いに異なっていても構わない。さらに、前記第１及び第２の磁性体は、前記幅方向におけるサイズが互いに異なっていても構わない。さらに、前記第２の磁性体は、前記長さ方向において複数個に分割されていても構わない。

本発明において、前記第１の磁気検出素子と前記第２の磁性体の前記幅方向における距離は、前記第１の磁気検出素子と前記第１の磁性体の前記幅方向における距離よりも大きくても構わない。これによれば、第２の磁性体に吸い寄せられる検出磁界を低減することができる。或いは、前記第１の磁気検出素子と前記第１の磁性体の前記幅方向における距離と、前記第１の磁気検出素子と前記第２の磁性体の前記幅方向における距離は、互いに等しくても構わない。これによれば、センサチップを小型化することが可能となる。

本発明による磁気センサは、前記センサチップに対して相対的に前記幅方向に移動する磁気媒体の残留磁界を検出することが好ましい。これによれば、例えば紙幣の識別装置などに適用することが可能となる。

本発明による磁気センサは、前記第２の磁気検出素子から見て前記第１の磁性体とは反対側に設けられ、前記第１の高さよりも低い第３の高さを有する第３の磁性体をさらに備えることが好ましい。これによれば、外乱磁界が第２及び第３の磁性体によって遮蔽されることから、外乱磁界の影響をより低減することが可能となる。

本発明による磁気センサは、前記第１の磁性体と前記第２の磁性体の間の空間を満たし、且つ、前記第１及び第２の磁性体を封止する保護部材であって、前記第１及び第２の磁性体よりも透磁率の低い保護部材をさらに備えることが好ましい。これによれば、検出感度を低下させることなく、第１及び第２の磁性体を保護することが可能となる。

本発明による磁界検出装置は、上記の磁気センサと、前記磁気センサの出力信号から所定の周波数成分を抽出する信号処理回路とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数の磁気センサを用いることなく、地磁気などの外乱磁界成分を除去することが可能となる。

本発明による磁界検出装置は、前記所定の周波数成分に基づき生成されたキャンセル信号に基づいて、前記磁気センサにキャンセル磁界を与える磁界発生回路をさらに備えることが好ましい。これによれば、地磁気などの外乱磁界がキャンセルされた状態で、検出磁界の検出を行うことが可能となる。

本発明によれば、高い検出感度を確保しつつ外乱磁界の影響を低減することが可能な磁界センサ及びこれを備える磁界検出装置を提供することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態による磁気センサ１０Ａの構成を示す略平面図である。 図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った略断面図である。 図３は、磁気センサ１０Ａの外観を示す略斜視図である。 図４は、磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４の接続関係を説明するための回路図である。 図５は、磁気センサ１０Ａを用いた磁界検出装置の一例を示す模式図である。 図６は、軟磁性体４０Ｍがセンサモジュール４２を通過する前後の状態を示す模式図である。 図７は、外乱磁界４９が遮蔽される様子を説明するための模式図である。 図８は、本発明の第２の実施形態による磁気センサ１０Ｂの構成を示す略平面図である。 図９は、磁気センサ１０Ｂの外観を示す略斜視図である。 図１０は、本発明の第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃの構成を示す略平面図である。 図１１は、磁気センサ１０Ｃの外観を示す略斜視図である。 図１２は、本発明の第４の実施形態による磁気センサ１０Ｄの構成を示す略平面図である。 図１３は、磁気センサ１０Ｄの外観を示す略斜視図である。 図１４は、本発明の第５の実施形態による磁気センサ１０Ｅの構成を示す略平面図である。 図１５は、図１４に示すＥ−Ｅ線に沿った略断面図である。 図１６は、本発明の第６の実施形態による磁気センサ１０Ｆの構成を示す略平面図である。 図１７は、図１６に示すＦ−Ｆ線に沿った略断面図である。 図１８は、本発明の第７の実施形態による磁気センサ１０Ｇの構成を示す略平面図である。 図１９は、磁気センサ１０Ｇの外観を示す略斜視図である。 図２０は、本発明の第８の実施形態による磁気センサ１０Ｈの構成を示す略平面図である。 図２１は、図２０に示すＨ−Ｈ線に沿った略断面図である。 図２２は、直流ノイズ成分を除去する信号処理回路６１を備えた磁界検出装置のブロック図である。 図２３は、本発明の第９の実施形態による磁気センサ１０Ｉの構成を示す略平面図である。 図２４は、図２３に示すＩ−Ｉ線に沿った略断面図である。 図２５は、磁気センサ１０Ｉの外観を示す略斜視図である。 図２６は、外乱磁界４９が遮蔽される様子を説明するための模式図である。 図２７は、本発明の第１０の実施形態による磁気センサ１０Ｊの構成を示す略平面図である。 図２８は、磁気センサ１０Ｊの外観を示す略斜視図である。 図２９は、本発明の第１１の実施形態による磁気センサ１０Ｋの構成を示す略平面図である。 図３０は、磁気センサ１０Ｋの外観を示す略斜視図である。 図３１は、本発明の第１２の実施形態による磁気センサ１０Ｌの構成を示す略平面図である。 図３２は、図３１に示すＬ−Ｌ線に沿った略断面図である。 図３３は、本発明の第１３の実施形態による磁気センサ１０Ｍの構成を示す略平面図である。 図３４は、図３３に示すＭ−Ｍ線に沿った略断面図である。 図３５は、本発明の第１４の実施形態による磁気センサ１０Ｎの構成を示す略平面図である。 図３６は、磁気センサ１０Ｎの外観を示す略斜視図である。 図３７は、本発明の第１５の実施形態による磁気センサ１０Ｏの構成を示す略平面図である。 図３８は、図３７に示すＯ−Ｏ線に沿った略断面図である。 図３９は、本発明の第１６の実施形態による磁気センサ１０Ｐの構成を示す略断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態による磁気センサ１０Ａの構成を示す略平面図であり、図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った略断面図である。また、図３は、磁気センサ１０Ａの外観を示す略斜視図である。

図１〜図３に示すように、本実施形態による磁気センサ１０Ａは、センサチップ２０と第１及び第２の磁性体３１，３２を備えている。

センサチップ２０は略直方体形状を有しており、磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４が形成された基板２１と、素子形成面２０Ｓを覆う絶縁層２２とを有している。素子形成面２０Ｓはｘｙ面を構成している。磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４としては、磁界の向きに応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いることが好ましい。磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４の磁化固定方向は、図１の矢印Ｐが示す方向に全て揃えられている。

センサチップ２０の素子形成面２０Ｓには、絶縁層２２を介して第１及び第２の磁性体３１，３２が載置されている。第１及び第２の磁性体３１，３２は、フェライトなどの高透磁率材料からなるブロックである。第１の磁性体３１は、磁気検出素子ＭＲ１，ＭＲ２と磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４との間に配置される。これに対し、第２の磁性体３２は、磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４から見て第１の磁性体３１とは反対側に設けられる。

図２に示すように、第１の磁性体３１は垂直方向（ｚ方向）の磁束φを集める役割を果たし、第１の磁性体３１によって集磁された磁束φは、ｘ方向において左右にほぼ均等に分配される。このため、垂直方向の磁束φは、磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４に対してほぼ均等に与えられることになる。一方、第２の磁性体３２は、外乱磁界を遮蔽する役割を果たす。本実施形態においては、第２の磁性体３２がセンサチップ２０の素子形成面２０Ｓ上に配置されているが、磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４との相対的な位置関係が確保される限り、第２の磁性体３２をセンサチップ２０以外の他の部材に固定しても構わない。

図１及び図２に示すように、第１の磁性体３１は、ｘ方向における幅がＷ１であり、ｙ方向における長さがＬ１であり、ｚ方向における高さがＨ１である。また、第２の磁性体３２は、ｘ方向における幅がＷ２であり、ｙ方向における長さがＬ２であり、ｚ方向における高さがＨ２である。ここで、ｘ方向とは、磁気検出素子ＭＲ１と磁気検出素子ＭＲ３の配列方向（磁気検出素子ＭＲ２と磁気検出素子ＭＲ４の配列方向）により定義される幅方向であり、ｙ方向とは、素子形成面２０Ｓと平行であってｘ方向と直交する長さ方向であり、ｚ方向とは、素子形成面２０Ｓに対して垂直な高さ方向である。

そして、本実施形態では、
Ｗ１＝Ｗ２
Ｌ１＝Ｌ２
Ｈ１＞Ｈ２
である。つまり、幅（ｘ方向）と長さ（ｙ方向）については第１の磁性体３１と第２の磁性体３２は互いに同じであるが、高さ（ｚ方向）については、第１の磁性体３１よりも第２の磁性体３２の方が低い。かかる構成により、第１の磁性体３１と第２の磁性体３２の高さを同じとした場合（Ｈ１＝Ｈ２である場合）と比べ、検出すべき磁束φが第２の磁性体３２に吸い寄せられにくくなる。これにより、高い検出感度を確保しつつ、第２の磁性体３２によって外乱磁界の影響を低減することが可能となる。

また、第１の磁性体３１は、幅Ｗ１よりも長さＬ１の方が大きいことから、ｚ方向の磁束の検出範囲を長さ方向（ｙ方向）に広くすることができる。しかも、幅Ｗ１が小さいことから、磁気検出素子ＭＲ１，ＭＲ２と磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４との距離を狭くすることができ、小型化することが可能となる。

さらに、本実施形態では、磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４と第２の磁性体３２のｘ方向における距離Ｄ２は、磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４と第１の磁性体３１のｘ方向における距離Ｄ１よりも大きい。これにより、検出対象物が第１の磁性体３１の近傍に位置する場合であっても、検出すべき磁束φが第２の磁性体３２に吸い寄せられにくくなる。

図４は、磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４の接続関係を説明するための回路図である。

図４に示すように、磁気検出素子ＭＲ１は端子電極Ｅ１１，Ｅ１３間に接続され、磁気検出素子ＭＲ２は端子電極Ｅ１２，Ｅ１４間に接続され、磁気検出素子ＭＲ３は端子電極Ｅ１２，Ｅ１３間に接続され、磁気検出素子ＭＲ４は端子電極Ｅ１１，Ｅ１４間に接続されている。そして、端子電極Ｅ１１，Ｅ１２間には、定電圧源５１によって所定の電圧が印加される。また、端子電極Ｅ１３，Ｅ１４間には電圧検出回路５２が接続され、これによって端子電極Ｅ１３，Ｅ１４間に現れる出力電圧のレベルが検出される。

そして、磁気検出素子ＭＲ１，ＭＲ２は平面視で第１の磁性体３１からみて左側（ｘ方向におけるマイナス側）に配置され、磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４は平面視で第１の磁性体３１からみて右側（ｘ方向におけるプラス側）に配置されていることから、磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４は差動ブリッジ回路を構成し、磁束密度に応じた磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４の電気抵抗の変化を高感度に検出することが可能となる。

具体的には、図２に示すｚ方向の磁束φは、第１の磁性体３１をｚ方向に通過した後、ｘ方向の両側を回って磁束の発生源に戻る。この時、磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４は、全て同一の磁化固定方向を有していることから、平面視で第１の磁性体３１からみて左側に位置する磁気検出素子ＭＲ１，ＭＲ２の抵抗変化量と、平面視で第１の磁性体３１からみて右側に位置する磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４の抵抗変化量との間には差が生じる。この差は、図４に示した差動ブリッジ回路によって増幅され、電圧検出回路５２によって検出される。

図５は、磁気センサ１０Ａを用いた磁界検出装置の一例を示す模式図である。

図５に示す磁界検出装置は、磁気媒体４０に含まれる軟磁性体４０Ｍを検出する装置であり、軟磁性体４０Ｍを着磁する永久磁石４１と、磁気センサ１０Ａを含むセンサモジュール４２とを備える。磁気媒体４０は図示しない搬送機構によってｘ方向に搬送されるものであり、紙幣の識別装置においては紙幣が磁気媒体４０に相当する。尚、磁気媒体４０をｘ方向に搬送する代わりに、永久磁石４１及びセンサモジュール４２をｘ方向にスキャンする構成であっても構わない。

このような構成を有する磁界検出装置においては、まず、永久磁石４１によって軟磁性体４０Ｍが着磁され、着磁された軟磁性体４０Ｍがセンサモジュール４２を通過する際に磁気成分が検出される。

図６（ａ）には、軟磁性体４０Ｍがセンサモジュール４２を通過する直前の状態が示されている。このタイミングにおいては、軟磁性体４０Ｍを発生源とする磁束φが磁気センサ１０Ａに対して垂直方向（ｚ方向）となるため、磁気センサ１０Ａに含まれる磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４によってこれが検出され、例えばプラスの出力電圧が発生する。一方、図６（ｂ）に示すように、軟磁性体４０Ｍがセンサモジュール４２の直下に位置するタイミングにおいては、軟磁性体４０Ｍを発生源とする磁束φが磁気センサ１０Ａに対して水平方向（ｘ方向）となる。この場合、磁気センサ１０Ａに対して垂直方向（ｚ方向）の磁束がないため、磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４の出力電圧はほぼゼロとなる。そして、図６（ｃ）に示すように、軟磁性体４０Ｍがセンサモジュール４２を通過した直後のタイミングにおいては、軟磁性体４０Ｍを発生源とする磁束φが磁気センサ１０Ａに対して再び垂直方向（ｚ方向）となる。このため、磁気センサ１０Ａに含まれる磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４によってこれが検出され、例えばマイナスの出力電圧が発生する。このようなメカニズムによって、ｘ方向に移動する磁気媒体４０の残留磁界が検出される。

しかしながら、磁気センサ１０Ａに入射する磁束は、軟磁性体４０Ｍを発生源とするものだけでなく、外乱磁界による磁束も磁気センサ１０Ａに入射される。例えば、磁界検出装置を紙幣の識別装置に用いる場合、紙幣を搬送するためのモータなどが外乱磁界の発生源となる。このような外乱磁界を遮蔽すべく、本実施形態による磁気センサ１０Ａにおいては、第２の磁性体３２が設けられている。これにより、図７に示すように、外乱磁界４９の少なくとも一部が第２の磁性体３２によって遮蔽されることから、磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４に入射される外乱磁界４９を従来よりも低減することが可能となる。特に、紙幣の識別装置においては、紙幣の搬送方向であるｘ方向から外乱磁界が入りやすいため、本実施形態による磁気センサ１０Ａは、このような用途に用いることが特に好適である。

しかも、第２の磁性体３２は、ｚ方向における高さが第１の磁性体３１よりも低いことから、本来検出すべき磁束φが第２の磁性体３２に奪われにくい。このため、第２の磁性体３２による検出感度の低下を抑えることも可能となる。

以下、本発明の他の実施形態について説明する。

図８は、本発明の第２の実施形態による磁気センサ１０Ｂの構成を示す略平面図であり、図９は、磁気センサ１０Ｂの外観を示す略斜視図である。

第２の実施形態による磁気センサ１０Ｂは、第１及び第２の磁性体３１，３２のｙ方向における長さＬ１，Ｌ２がセンサチップ２０のｙ方向における長さＬ０よりも大きい点において、図１〜図３に示した第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと相違する。つまり、
Ｌ０＜Ｌ１＝Ｌ２
である。その他の点については、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態による磁気センサ１０Ｂによれば、より垂直方向の磁束φをより多く集磁することができることから、より高い検出感度を得ることが可能となる。

図１０は、本発明の第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃの構成を示す略平面図であり、図１１は、磁気センサ１０Ｃの外観を示す略斜視図である。

第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃは、第１の磁性体３１のｙ方向における長さＬ１よりも第２の磁性体３２のｙ方向における長さＬ２の方が短い点において、図１〜図３に示した第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと相違する。つまり、
Ｌ１＞Ｌ２
である。その他の点については、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態による磁気センサ１０Ｃによれば、第２の磁性体３２に吸い寄せられる磁束φがより少なくなることから、第２の磁性体３２による検出感度の低下をより抑えることが可能となる。したがって、本実施形態は、外乱磁界の遮断効果よりも、検出感度を優先させる場合に好適である。尚、本実施形態において、第１の磁性体３１のｙ方向における長さＬ１をセンサチップ２０のｙ方向における長さＬ０よりも大きくしても構わない。この場合、検出感度をより高めることが可能となる。

図１２は、本発明の第４の実施形態による磁気センサ１０Ｄの構成を示す略平面図であり、図１３は、磁気センサ１０Ｄの外観を示す略斜視図である。

第４の実施形態による磁気センサ１０Ｄは、第１の磁性体３１のｙ方向における長さＬ１よりも第２の磁性体３２のｙ方向における長さＬ２の方が長い点において、図１〜図３に示した第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと相違する。つまり、
Ｌ１＜Ｌ２
である。その他の点については、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態による磁気センサ１０Ｄによれば、第２の磁性体３２による外乱磁界の遮蔽効果がより高められる。したがって、本実施形態は、検出感度よりも外乱磁界の遮断効果を優先させる場合に好適である。尚、必要となる遮蔽能力に応じて、第２の磁性体３２のｙ方向における長さＬ２をセンサチップ２０のｙ方向における長さＬ０よりも小さくしても構わない。

上述した第２〜第４の実施形態にて例示したように、第１の磁性体３１のｙ方向における長さＬ１と、第２の磁性体３２のｙ方向における長さＬ２は、互いに異なっていても構わないし、一方又は両方がセンサチップ２０のｙ方向における長さＬ０よりも大きくても構わない。

図１４は、本発明の第５の実施形態による磁気センサ１０Ｅの構成を示す略平面図であり、図１５は、図１４に示すＥ−Ｅ線に沿った略断面図である。

第５の実施形態による磁気センサ１０Ｅは、第１の磁性体３１のｘ方向における幅Ｗ１よりも第２の磁性体３２のｘ方向における幅Ｗ２の方が狭い点において、図１〜図３に示した第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと相違する。つまり、
Ｗ１＞Ｗ２
である。その他の点については、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態による磁気センサ１０Ｅによれば、第２の磁性体３２に吸い寄せられる磁束φがより少なくなることから、第２の磁性体３２による検出感度の低下をより抑えることが可能となる。したがって、本実施形態は、外乱磁界の遮断効果よりも、検出感度を優先させる場合に好適である。尚、第２の磁性体３２のｘ方向における幅Ｗ２を狭くするのに加え、第２の磁性体３２のｙ方向における長さＬ２を第１の磁性体３１のｙ方向における長さＬ１を短くしても構わない。この場合、検出感度をより高めることが可能となる。

図１６は、本発明の第６の実施形態による磁気センサ１０Ｆの構成を示す略平面図であり、図１７は、図１６に示すＦ−Ｆ線に沿った略断面図である。

第６の実施形態による磁気センサ１０Ｆは、第１の磁性体３１のｘ方向における幅Ｗ１よりも第２の磁性体３２のｘ方向における幅Ｗ２の方が広い点において、図１〜図３に示した第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと相違する。つまり、
Ｗ１＜Ｗ２
である。その他の点については、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態による磁気センサ１０Ｆによれば、第２の磁性体３２による外乱磁界の遮蔽効果がより大きくなる。したがって、本実施形態は、検出感度よりも外乱磁界の遮断効果を優先させる場合に好適である。尚、第２の磁性体３２のｘ方向における幅Ｗ２を広くするのに加え、第２の磁性体３２のｙ方向における長さＬ２を第１の磁性体３１のｙ方向における長さＬ１を長くしても構わない。この場合、遮蔽効果をより高めることが可能となる。

図１８は、本発明の第７の実施形態による磁気センサ１０Ｇの構成を示す略平面図であり、図１９は、磁気センサ１０Ｇの外観を示す略斜視図である。

第７の実施形態による磁気センサ１０Ｇは、第２の磁性体３２がｙ方向において２個の磁性体３２Ａ，３２Ｂに分割されている点において、図１〜図３に示した第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと相違する。その他の点については、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態においては、磁性体３２Ａ，３２Ｂの分割間隔Ｄ３が磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４の間隔と等しいが、この点は必須でない。但し、磁性体３２Ａと磁性体３２Ｂの隙間の中間位置のｙ座標と、磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４の中間位置のｙ座標は、互いに一致していることが好ましい。このように、第２の磁性体３２は１個である必要はなく、２個以上に分割されていても構わない。

図２０は、本発明の第８の実施形態による磁気センサ１０Ｈの構成を示す略平面図であり、図２１は、図２０に示すＨ−Ｈ線に沿った略断面図である。

第８の実施形態による磁気センサ１０Ｈは、磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４と第１の磁性体３１のｘ方向における距離Ｄ１と、磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４と第２の磁性体３２のｘ方向における距離Ｄ２が互いに等しい点において、図１〜図３に示した第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと相違する。つまり、
Ｄ１＝Ｄ２
である。その他の点については、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態では距離Ｄ２が短いことから、センサチップ２０のｘ方向におけるサイズをより小型化することが可能となる。但し、磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４と第２の磁性体３２との距離が近いことから、磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４は地磁気のような一様な磁界の影響を強く受ける。地磁気のような直流ノイズ成分については信号処理回路を用いて除去することが可能である。

図２２は、直流ノイズ成分を除去する信号処理回路６１を備えた磁界検出装置のブロック図である。

図２２に示す信号処理回路６１は、磁気センサ１０Ｈからの出力信号をＤＣ成分とＡＣ成分に分離する役割を果たす。このうち、ＤＣ成分は地磁気に起因する成分であることから、ＡＣ成分だけを抽出すれば地磁気の影響が排除され、検出磁界だけを正しく検出することが可能となる。また、抽出されたＤＣ成分をキャンセル信号として磁界発生回路６２にフィードバックし、これによって磁気センサ１０Ｈにキャンセル磁界を与えれば、地磁気を打ち消すことができる。これによれば、地磁気によって磁気センサ１０Ｈが飽和することがないため、高感度な検出を行うことが可能となる。

図２３は、本発明の第９の実施形態による磁気センサ１０Ｉの構成を示す略平面図であり、図２４は、図２３に示すＩ−Ｉ線に沿った略断面図である。また、図２５は、磁気センサ１０Ｉの外観を示す略斜視図である。

図２３〜図２５に示すように、本実施形態による磁気センサ１０Ｉは、第３の磁性体３３を備える点において、図１〜図３に示した第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと相違する。その他の点については、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第３の磁性体３３は、磁気検出素子ＭＲ１，ＭＲ２から見て第１の磁性体３１とは反対側に設けられており、第２の磁性体３２と同様、外乱磁界を遮蔽する役割を果たす。そして、第３の磁性体３３のｘ方向における幅をＷ３とし、ｙ方向における長さをＬ３とし、ｚ方向における高さをＨ３とした場合、本実施形態では、
Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３
Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３
Ｈ１＞Ｈ２＝Ｈ３
である。つまり、第３の磁性体３３は第２の磁性体３２と同じサイズを有している。

かかる構成により、図２６に示すように、磁気媒体４０に含まれる軟磁性体４０Ｍを検出する場合において、ｘ方向における両側からの外乱磁界４９の少なくとも一部が第２及び第３の磁性体３２，３３によって遮蔽される。このため、磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４に入射される外乱磁界４９をよりいっそう低減することが可能となる。

図２７は、本発明の第１０の実施形態による磁気センサ１０Ｊの構成を示す略平面図であり、図２８は、磁気センサ１０Ｊの外観を示す略斜視図である。

第１０の実施形態による磁気センサ１０Ｊは、第１の磁性体３１のｙ方向における長さＬ１よりも、第２及び第３の磁性体３２，３３のｙ方向における長さＬ２，Ｌ３の方が短い点において、図２３〜図２５に示した第９の実施形態による磁気センサ１０Ｉと相違する。つまり、
Ｌ１＞Ｌ２
Ｌ１＞Ｌ３
である。その他の点については、第９の実施形態による磁気センサ１０Ｉと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態による磁気センサ１０Ｊによれば、第２及び第３の磁性体３２，３３に吸い寄せられる磁束φがより少なくなることから、第２及び第３の磁性体３２，３３による検出感度の低下をより抑えることが可能となる。したがって、本実施形態は、外乱磁界の遮断効果よりも、検出感度を優先させる場合に好適である。尚、本実施形態において、第２の磁性体３２のｙ方向における長さＬ２と、第３の磁性体３３のｙ方向における長さＬ３が互いに異なっていても構わない。また、第１の磁性体３１のｙ方向における長さＬ１がセンサチップ２０のｙ方向における長さＬ０よりも大きくても構わない。

図２９は、本発明の第１１の実施形態による磁気センサ１０Ｋの構成を示す略平面図であり、図３０は、磁気センサ１０Ｋの外観を示す略斜視図である。

第１１の実施形態による磁気センサ１０Ｋは、第１の磁性体３１のｙ方向における長さＬ１よりも第２及び第３の磁性体３２，３３のｙ方向における長さＬ２，Ｌ３の方が長い点において、図２３〜図２５に示した第９の実施形態による磁気センサ１０Ｉと相違する。つまり、
Ｌ１＜Ｌ２
Ｌ１＜Ｌ３
である。その他の点については、第９の実施形態による磁気センサ１０Ｉと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態による磁気センサ１０Ｋによれば、第２及び第３の磁性体３２，３３による外乱磁界の遮蔽効果がより高くなる。したがって、本実施形態は、検出感度よりも外乱磁界の遮断効果を優先させる場合に好適である。尚、本実施形態において、第２の磁性体３２のｙ方向における長さＬ２と、第３の磁性体３３のｙ方向における長さＬ３が互いに異なっていても構わない。また、第２及び第３の磁性体３２，３３のｙ方向における長さＬ２，Ｌ３がセンサチップ２０のｙ方向における長さＬ０よりも大きくても構わない。

図３１は、本発明の第１２の実施形態による磁気センサ１０Ｌの構成を示す略平面図であり、図３２は、図３１に示すＬ−Ｌ線に沿った略断面図である。

第１２の実施形態による磁気センサ１０Ｌは、第１の磁性体３１のｘ方向における幅Ｗ１よりも第２及び第３の磁性体３２，３３のｘ方向における幅Ｗ２，Ｗ３の方が狭い点において、図２３〜図２５に示した第９の実施形態による磁気センサ１０Ｉと相違する。つまり、
Ｗ１＞Ｗ２
Ｗ１＞Ｗ３
である。その他の点については、第９の実施形態による磁気センサ１０Ｉと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態による磁気センサ１０Ｌによれば、第２及び第３の磁性体３２，３３に吸い寄せられる磁束φがより少なくなることから、第２及び第３の磁性体３２，３３による検出感度の低下をより抑えることが可能となる。したがって、本実施形態は、外乱磁界の遮断効果よりも、検出感度を優先させる場合に好適である。尚、本実施形態において、第２の磁性体３２のｘ方向における幅Ｗ２と、第３の磁性体３３のｘ方向における幅Ｗ３が互いに異なっていても構わない。さらに、第２及び第３の磁性体３２，３３のｘ方向における幅Ｗ２，Ｗ３を狭くするのに加え、第２及び第３の磁性体３２，３３のｙ方向における長さＬ２，Ｌ３を第１の磁性体３１のｙ方向における長さＬ１を短くしても構わない。この場合、検出感度をより高めることが可能となる。

図３３は、本発明の第１３の実施形態による磁気センサ１０Ｍの構成を示す略平面図であり、図３４は、図３３に示すＭ−Ｍ線に沿った略断面図である。

第１３の実施形態による磁気センサ１０Ｍは、第１の磁性体３１のｘ方向における幅Ｗ１よりも第２及び第３の磁性体３２，３３のｘ方向における幅Ｗ２，Ｗ３の方が広い点において、図２３〜図２５に示した第９の実施形態による磁気センサ１０Ｉと相違する。つまり、
Ｗ１＜Ｗ２
Ｗ１＜Ｗ３
である。その他の点については、第９の実施形態による磁気センサ１０Ｉと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態による磁気センサ１０Ｍによれば、第２及び第３の磁性体３２，３３による外乱磁界の遮蔽効果がより大きくなる。したがって、本実施形態は、検出感度よりも外乱磁界の遮断効果を優先させる場合に好適である。尚、本実施形態において、第２の磁性体３２のｘ方向における幅Ｗ２と、第３の磁性体３３のｘ方向における幅Ｗ３が互いに異なっていても構わない。さらに、第２及び第３の磁性体３２，３３のｘ方向における幅Ｗ２，Ｗ３を広くするのに加え、第２及び第３の磁性体３２，３３のｙ方向における長さＬ２，Ｌ３を第１の磁性体３１のｙ方向における長さＬ１を長くしても構わない。この場合、遮蔽効果をより高めることが可能となる。

図３５は、本発明の第１４の実施形態による磁気センサ１０Ｎの構成を示す略平面図であり、図３６は、磁気センサ１０Ｎの外観を示す略斜視図である。

第１４の実施形態による磁気センサ１０Ｎは、第２の磁性体３２がｙ方向において２個の磁性体３２Ａ，３２Ｂに分割され、且つ、第３の磁性体３３がｙ方向において２個の磁性体３３Ａ，３３Ｂに分割されている点において、図２３〜図２５に示した第９の実施形態による磁気センサ１０Ｉと相違する。その他の点については、第９の実施形態による磁気センサ１０Ｉと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態においては、磁性体３２Ａ，３２Ｂの分割間隔Ｄ３が磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４の間隔と等しく、且つ、磁性体３３Ａ，３３Ｂの分割間隔Ｄ４が磁気検出素子ＭＲ１，ＭＲ２の間隔と等しいが、この点は必須でない。但し、磁性体３２Ａと磁性体３２Ｂの隙間の中間位置のｙ座標と、磁性体３３Ａと磁性体３３Ｂの隙間の中間位置のｙ座標と、磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４の中間位置のｙ座標と、磁気検出素子ＭＲ１，ＭＲ２の中間位置のｙ座標は、いずれも一致していることが好ましい。このように、第３の磁性体３３は１個である必要はなく、２個以上に分割されていても構わない。また、第２及び第３の磁性体３２，３３の一方のみを２個以上に分割しても構わない。

図３７は、本発明の第１５の実施形態による磁気センサ１０Ｏの構成を示す略平面図であり、図３８は、図３７に示すＯ−Ｏ線に沿った略断面図である。

第１５の実施形態による磁気センサ１０Ｏは、磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４と第１の磁性体３１のｘ方向における距離Ｄ１と、磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４と第２の磁性体３２のｘ方向における距離Ｄ２が互いに等しく、且つ、磁気検出素子ＭＲ１，ＭＲ２と第１の磁性体３１のｘ方向における距離Ｄ５と、磁気検出素子ＭＲ１，ＭＲ２と第３の磁性体３３のｘ方向における距離Ｄ６が互いに等しい点において、図２３〜図２５に示した第９の実施形態による磁気センサ１０Ｉと相違する。つまり、
Ｄ１＝Ｄ２
Ｄ５＝Ｄ６
である。好ましくは、
Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ５＝Ｄ６
である。その他の点については、第９の実施形態による磁気センサ１０Ｉと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態では距離Ｄ２，Ｄ６が短いことから、センサチップ２０のｘ方向におけるサイズをより小型化することが可能となる。この場合、磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４は地磁気のような一様な磁界の影響を強く受けるが、これについては図２２を用いて説明したとおり、信号処理回路を用いて除去することが可能である。

図３９は、本発明の第１６の実施形態による磁気センサ１０Ｐの構成を示す略断面図である。

第１６の実施形態による磁気センサ１０Ｐは、素子形成面２０Ｓを覆う保護部材７０を備える点において、図２３〜図２５に示した第９の実施形態による磁気センサ１０Ｉと相違する。その他の点については、第９の実施形態による磁気センサ１０Ｉと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

保護部材７０は、例えば樹脂のように第１〜第３の磁性体３１〜３３よりも透磁率の低い材料からなる。保護部材７０は、第１〜第３の磁性体３１〜３３を封止するとともに、第１〜第３の磁性体３１〜３３の間に位置する空間を満たすよう、素子形成面２０Ｓを覆って設けられる。このような保護部材７０を設ければ、検出感度を低下させることなく、第１〜第３の磁性体３１〜３３を物理的に保護することが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

１０Ａ〜１０Ｐ 磁気センサ
２０ センサチップ
２０Ｓ 素子形成面
２１ 基板
２２ 絶縁層
３１ 第１の磁性体
３２ 第２の磁性体
３３ 第３の磁性体
４０ 磁気媒体
４０Ｍ 軟磁性体
４１ 永久磁石
４２ センサモジュール
４９ 外乱磁界
５１ 定電圧源
５２ 電圧検出回路
６１ 信号処理回路
６２ 磁界発生回路
７０ 保護部材
Ｅ１１〜Ｅ１４ 端子電極
ＭＲ１〜ＭＲ４ 磁気検出素子
φ 磁束

Claims (15)

1. 第１の磁気検出素子が形成された素子形成面を有するセンサチップと、
   前記素子形成面上に配置され、前記素子形成面を基準とした高さが第１の高さを有する第１の磁性体と、
   前記第１の磁気検出素子から見て前記第１の磁性体とは反対側に設けられ、前記第１の高さよりも低い第２の高さを有する第２の磁性体と、を備えることを特徴とする磁気センサ。
2. 前記第２の磁性体は、前記素子形成面上に配置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。
3. 前記センサチップの前記素子形成面には、第２の磁気検出素子がさらに形成されており、
   前記第１の磁性体は、前記第１の磁気検出素子と前記第２の磁気検出素子の間に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ。
4. 前記第１及び第２の磁気検出素子の配列方向を幅方向とし、前記素子形成面と平行であって前記幅方向と直交する方向を長さ方向とした場合、前記第１及び第２の磁性体は、前記幅方向におけるサイズよりも前記長さ方向におけるサイズの方が大きいことを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ。
5. 前記第１及び第２の磁性体の少なくとも一方は、前記長さ方向におけるサイズが前記センサチップの前記長さ方向におけるサイズよりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の磁気センサ。
6. 前記第１及び第２の磁性体は、前記長さ方向におけるサイズが互いに異なることを特徴とする請求項４又は５に記載の磁気センサ。
7. 前記第１及び第２の磁性体は、前記幅方向におけるサイズが互いに異なることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の磁気センサ。
8. 前記第２の磁性体は、前記長さ方向において複数個に分割されていることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項に記載の磁気センサ。
9. 前記第１の磁気検出素子と前記第２の磁性体の前記幅方向における距離は、前記第１の磁気検出素子と前記第１の磁性体の前記幅方向における距離よりも大きいことを特徴とする請求項４乃至８のいずれか一項に記載の磁気センサ。
10. 前記第１の磁気検出素子と前記第１の磁性体の前記幅方向における距離と、前記第１の磁気検出素子と前記第２の磁性体の前記幅方向における距離は、互いに等しいことを特徴とする請求項４乃至８のいずれか一項に記載の磁気センサ。
11. 前記センサチップに対して相対的に前記幅方向に移動する磁気媒体の残留磁界を検出することを特徴とする請求項４乃至１０のいずれか一項に記載の磁気センサ。
12. 前記第２の磁気検出素子から見て前記第１の磁性体とは反対側に設けられ、前記第１の高さよりも低い第３の高さを有する第３の磁性体をさらに備えることを特徴とする請求項３乃至１１のいずれか一項に記載の磁気センサ。
13. 前記第１の磁性体と前記第２の磁性体の間の空間を満たし、且つ、前記第１及び第２の磁性体を封止する保護部材であって、前記第１及び第２の磁性体よりも透磁率の低い保護部材をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の磁気センサ。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の磁気センサと、
    前記磁気センサの出力信号から所定の周波数成分を抽出する信号処理回路と、を備えることを特徴とする磁界検出装置。
15. 前記所定の周波数成分に基づき生成されたキャンセル信号に基づいて、前記磁気センサにキャンセル磁界を与える磁界発生回路をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の磁界検出装置。

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