JP2022030276A - 磁気センサ回路および磁界検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気インピーダンス効果により磁界を感受する磁気センサを有する磁界検出装置において、磁界の検出精度を向上させる。【解決手段】磁気センサ回路は、第１の要素１１と、第２の要素１２と、第３の要素１３と、第４の要素１４と、を有し、第１の要素１１と第２の要素１２とが直列接続された第１直列回路部２１と、第３の要素１３と第４の要素１４とが直列接続された第２直列回路部２２とが並列接続され、磁気センサ２が感受する磁界が予め定められた基準値である場合に、第１の要素１１のインピーダンスと第４の要素１４のインピーダンスとの積と、第２の要素１２のインピーダンスと第３の要素１３のインピーダンスとの積とが等しい。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサ回路および磁界検出装置に関する。

従来技術として、特許文献１には、磁気インピーダンス効果によって外部磁界を検知する磁気センサにおいて、磁気センサ素子の端子に生じる逆起電圧ベクトルと基準電圧ベクトルとの差電圧ベクトルを検知して、外部磁場および／または極性を測定する技術が開示されている。この技術では、磁気センサをブリッジ回路に接続することで、検出精度を高めている。

特開２００３－１７７１６７号公報

ところで、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する磁気センサをブリッジ回路に接続した場合であっても、ブリッジ回路の構成によっては、磁界の検出精度が不十分となる場合があった。
本発明は、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する磁気センサを有する磁気センサ回路、および磁気センサ回路を用いた磁界検出装置において、磁界の検出精度を向上させることを目的とする。

本発明が適用される磁気センサ回路は、抵抗とコンデンサとが直列接続され、もしくはコンデンサのみからなる第１の要素と、抵抗とインダクタとが直列接続され、もしくは磁気インピーダンス効果により磁界を感受する磁気センサからなる第２の要素と、抵抗とコンデンサとが直列接続され、もしくはコンデンサのみからなる第３の要素と、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する磁気センサからなる第４の要素と、を有し、前記第１の要素と前記第２の要素とが直列接続された第１直列回路部と、前記第３の要素と前記第４の要素とが直列接続された第２直列回路部とが並列接続され、前記磁気センサが感受する磁界が予め定められた基準値である場合に、前記第１の要素のインピーダンスＺ１と前記第４の要素のインピーダンスＺ４との積と、前記第２の要素のインピーダンスＺ２と前記第３の要素のインピーダンスＺ３との積とが等しい。
また、このような磁気センサ回路において、前記磁気センサが感受する磁界が前記基準値である場合に、前記第１の要素のインピーダンスＺ１と前記第３の要素のインピーダンスＺ３とが等しく、且つ、前記第２の要素のインピーダンスＺ２と前記第４の要素のインピーダンスＺ４とが等しいことを特徴とすることができる。
また、このような磁気センサ回路において、前記第１の要素の抵抗の大きさと前記第３の要素の抵抗の大きさとが等しく、且つ、当該第１の要素のコンデンサの容量と当該第３の要素のコンデンサの容量とが等しいことを特徴とすることができる。
また、このような磁気センサ回路において、前記第２の要素のインダクタもしくは当該第２の要素の前記磁気センサの誘導性リアクタンスＸ_Ｌに対する前記第１の要素のコンデンサの容量性リアクタンスＸ_Ｃの比率（Ｘ_Ｃ／Ｘ_Ｌ）が１以上であることを特徴とすることができる。

また、他の観点から捉えると、本発明が適用される磁界検出装置は、抵抗とコンデンサとが直列接続され、もしくはコンデンサのみからなる第１の要素と、抵抗とインダクタとが直列接続され、もしくは磁気インピーダンス効果により磁界を感受する磁気センサからなる第２の要素と、抵抗とコンデンサとが直列接続され、もしくはコンデンサのみからなる第３の要素と、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する磁気センサからなる第４の要素とを有し、当該第１の要素と当該第２の要素が直列接続された第１直列回路部と、当該第３の要素と当該第４の要素とが直列接続された第２直列回路部とが並列接続されたブリッジ回路部と、前記ブリッジ回路部に対して予め定められた周波数および振幅を有する入力電圧を供給する電圧印加部と、前記第１直列回路部における前記第１の要素と前記第２の要素との接続点と、前記第２直列回路部における前記第３の要素と前記第４の要素との接続点との電圧差に基づいて、磁界を検出する磁界検出部とを備える。

本発明によれば、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する磁気センサを有する磁気センサ回路、および磁気センサ回路を用いた磁界検出装置において、磁界の検出精度を向上させることができる。

本実施の形態が適用される磁界検出装置を説明する図である。 従来の磁気センサ回路の構成の一例を示した図である。 本実施の形態の磁気センサ回路および従来の磁気センサ回路から出力される出力電圧の時間変化を示したグラフである。 （ａ）～（ｂ）は、第２の要素のインダクタの誘導性リアクタンスに対する第１の要素のコンデンサおよび第３の要素のコンデンサの容量性リアクタンスの比率を変化させた場合の、磁気センサ回路から出力される出力電圧の位相および振幅の変化を示した図である。 第２の要素の誘導性リアクタンスに対する第１の要素の容量性リアクタンスの比率を変化させた場合の、出力電圧の振幅の変化を示した図である。 第２の要素の誘導性リアクタンスに対する第１の要素の容量性リアクタンスの比率を変化させた場合の、出力電圧の振幅の変化を示した図である。 （ａ）～（ｂ）は、本実施の形態が適用される磁気センサの構成を示した図である。 磁気センサ回路の変形例を説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
（磁界検出装置１）
図１は、本実施の形態が適用される磁界検出装置１を説明する図である。磁界検出装置１は、磁気センサ回路２と、磁気センサ回路２に対して予め定められた周期の高周波電圧を印加する電圧印加部３と、磁気センサ回路２からの出力に基づいて、磁気センサ回路２の後述する磁気センサ１４で感受される磁界または磁界の変化を検出する磁界検出部４とを備えている。

（磁気センサ回路２）
図１に示すように、磁気センサ回路２は、ブリッジ回路部の一例であって、第１の要素１１、第２の要素１２、第３の要素１３および磁気センサ１４を有している。磁気センサ回路２では、第１の要素１１、第２の要素１２、第３の要素１３および磁気センサ１４が、ブリッジ回路を構成している。
具体的には、磁気センサ回路２は、第１の要素１１と第２の要素１２とが第１接続点３１を介して直列接続されることにより構成される第１直列回路部２１を有している。また、磁気センサ回路２は、第３の要素１３と磁気センサ１４とが第２接続点３２を介して直列接続されることにより構成される第２直列回路部２２を有している。

さらに、磁気センサ回路２は、第１直列回路部２１の第１の要素１１側の端部と、第２直列回路部２２の第３の要素１３側の端部とが、第３接続点３３を介して接続されている。さらにまた、磁気センサ回路２は、第１直列回路部２１の第２の要素１２側の端部と、第２直列回路部２２の磁気センサ１４側の端部とが、第４接続点３４を介して接続されている。これにより、磁気センサ回路２では、第１直列回路部２１と第２直列回路部２２とが並列接続され、第１の要素１１、第２の要素１２、第３の要素１３および磁気センサ１４によりブリッジ回路が構成されている。

また、磁気センサ回路２は、第３接続点３３に、電圧印加部３が接続されている。さらに、磁気センサ回路２は、第４接続点３４が接地されている。そして、磁気センサ回路２には、第３接続点３３および第４接続点３４を介して、電圧印加部３によって予め定められた周波数を有する高周波電圧が印加される。

さらにまた、磁気センサ回路２は、第１接続点３１および第２接続点３２に、磁界検出部４が接続されている。詳細については後述するが、磁界検出部４は、第１接続点３１の電圧（後述する電圧Ｖ１）、および第２接続点３２の電圧（後述する電圧Ｖ２）を測定する。そして、磁界検出部４は、第１接続点３１の電圧Ｖ１と第２接続点３２の電圧Ｖ２との差分（Ｖ２－Ｖ１、後述する出力電圧Ｖ_out）に基づき、磁気センサ１４が感受する磁界の変化を検出する。

図１に示すように、本実施の形態の磁気センサ回路２では、第１の要素１１は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とが直列接続されて構成される。また、第２の要素１２は、抵抗Ｒ２とインダクタＬ２とが直列接続されて構成される。さらに、第３の要素１３は、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３とが直列接続されて構成される。
詳細については後述するが、本実施の形態では、第１の要素１１がコンデンサＣ１を有し、且つ第３の要素１３がコンデンサＣ３を有することで、磁気センサ回路２の出力電圧Ｖ_outの振幅を大きくすることができ、磁界検出装置１による磁界変化の検出精度を向上させることができる。

また、磁気センサ１４は、抵抗Ｒ４とインダクタＬ４とが直列接続された等価回路として扱うことができる。磁気センサ１４のインピーダンスＺ４は、磁気センサ１４が感受する磁界の大きさに応じて変化する。そして、これに伴って、磁気センサ１４の抵抗Ｒ４の大きさおよびインダクタＬ４のインダクタンスは、磁気センサ１４が感受する磁界の大きさに応じて変化する。
ここで、本実施の形態の磁気センサ回路２では、磁気センサ１４が、第４の要素を構成する。

磁気センサ回路２では、磁気センサ１４が感受する磁界が予め定められた基準値である場合（例えば、磁気センサ１４が感受する磁界が０Ｈである場合）に、第１の要素１１のインピーダンスＺ１と第３の要素１３のインピーダンスＺ３とが等しくなるように設計されている（Ｚ１＝Ｚ３）。同様に、磁気センサ回路２では、磁気センサ１４が感受する磁界が予め定められた基準値である場合に、第２の要素１２のインピーダンスＺ２と磁気センサ１４（すなわち、第４の要素）のインピーダンスＺ４とが等しくなるように設計されている（Ｚ２＝Ｚ４）。
これにより、磁気センサ回路２では、磁気センサ１４が感受する磁界が予め定められた基準値である場合に、第１の要素１１のインピーダンスＺ１と磁気センサ１４のインピーダンスＺ４との積と、第２の要素１２のインピーダンスＺ２と第３の要素１３のインピーダンスＺ３との積とが、等しくなっている（Ｚ１＊Ｚ４＝Ｚ２＊Ｚ３）。

なお、以下の説明において、第１の要素１１のインピーダンスＺ１と磁気センサ１４のインピーダンスＺ４との積と、第２の要素１２のインピーダンスＺ２と第３の要素１３のインピーダンスＺ３との積とが等しいことを、「磁気センサ回路２が平衡条件を満たす」等と表記する場合がある。

磁気センサ回路２では、第１の要素１１の抵抗Ｒ１の大きさと第３の要素１３の抵抗Ｒ３の大きさとが等しいことが好ましい（Ｒ１＝Ｒ３）。また、第１の要素１１のコンデンサＣ１の容量と第３の要素１３のコンデンサＣ３の容量とが互いに等しいことが好ましい（Ｃ１＝Ｃ３）。これにより、第１の要素１１および第３の要素１３として、互いに等しい構造を採用することができる。この結果、磁気センサ回路２は、簡易な構成で平衡条件を満たすことができる。
なお、第１の要素１１のコンデンサＣ１の容量および第３の要素１３のコンデンサＣ３の容量は、第２の要素１２や磁気センサ１４の構成等に応じて設定することができる。

さらに、磁気センサ回路２では、磁気センサ１４が感受する磁界が予め定められた基準値である場合に、第２の要素１２の抵抗Ｒ２の大きさと磁気センサ１４の抵抗Ｒ４の大きさとが等しいことが好ましい（Ｒ２＝Ｒ４）。また、磁気センサ回路２では、磁気センサ１４が感受する磁界が予め定められた基準値である場合に、第２の要素１２のインダクタＬ２のインダクタンスと磁気センサ１４のインダクタＬ４のインダクタンスとが互いに等しいことが好ましい（Ｌ２＝Ｌ４）。

（電圧印加部３）
電圧印加部３は、磁気センサ回路２の第３接続点３３に接続され、磁気センサ回路２に、予め定められた振幅および周波数を有する高周波電圧を印加する。
電圧印加部３が磁気センサ回路２に印加する高周波電圧の大きさ（振幅）は、例えば、０．１Ｖ～１０Ｖの範囲とすることができる。また、電圧印加部３が磁気センサ回路２に印加する高周波電圧の周波数は、例えば、１ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲とすることができる。なお、電圧印加部３が磁気センサ回路２に印加する高周波電圧の各条件は、磁気センサ回路２の回路構成、測定したい磁界の大きさ等に応じて設定することができ、上記範囲に限定されるものではない。

（磁界検出部４）
磁界検出部４は、磁気センサ回路２の第１接続点３１および第２接続点３２に接続されている。
磁界検出部４は、電圧印加部３により磁気センサ回路２に対して高周波電圧が印加された際に、磁気センサ回路２から出力される電圧を測定する。そして、測定した電圧に基づいて、磁気センサ１４が感受する磁界の変化を検出する。

具体的には、磁界検出部４は、磁気センサ回路２の第１接続点３１における電圧Ｖ１と第２接続点３２における電圧Ｖ２とを測定し、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差分（Ｖ２－Ｖ１）を出力電圧Ｖ_outとして取得する。

詳細については後述するが、磁気センサ回路２では、磁気センサ１４で感受される磁界が予め定められた基準値である場合（すなわち、磁気センサ回路２が平衡条件を満たす場合）に、磁気センサ回路２から出力される出力電圧Ｖ_outの振幅が０となる。また、磁気センサ回路２では、磁気センサ１４で感受される磁界が予め定められた基準値から変化した場合に、磁気センサ回路２から出力される出力電圧Ｖ_outの振幅が変化する。
磁界検出部４は、磁気センサ１４で感受される磁界の大きさと、磁気センサ回路２から出力される出力電圧Ｖ_outの振幅との関係を記憶している。そして、磁界検出部４は、取得した出力電圧Ｖ_outの振幅に基づいて、磁気センサ１４で感受される磁界の変化を検出する。

（磁界検出装置１による磁界の測定方法）
続いて、本実施の形態の磁界検出装置１により磁気センサ１４で感受される磁界を測定する方法の一例について説明する。
磁界検出装置１により磁界を測定する場合、まず、電圧印加部３が、磁気センサ回路２に対し、予め定められた振幅および周波数を有する高周波電圧を印加する。

ここで、ブリッジ回路により構成される磁気センサ回路２では、電圧印加部３により印加される高周波電圧をＶ_inとした場合、第１接続点３１における電圧Ｖ１と第２接続点３２における電圧Ｖ２との差分（Ｖ２－Ｖ１）である出力電圧Ｖ_outは、以下の式（１）により表される。
Ｖ_out＝｛（Ｚ２＊Ｚ３－Ｚ１＊Ｚ４）／（Ｚ１＋Ｚ３）＊（Ｚ２＋Ｚ４）｝Ｖ_in …（１）

磁気センサ１４に印加される外部磁界が予め定められた基準値（例えば０Ｈ）である場合、磁気センサ回路２は平衡条件を満たし（Ｚ１＊Ｚ４＝Ｚ２＊Ｚ３）、出力電圧Ｖ_outの振幅は０になる。
また、磁気センサ１４で感受される磁界が基準値から変化した場合、上述したように、磁気センサ１４のインピーダンスＺ４が変化する。この結果、出力電圧Ｖ_outの振幅が、磁気センサ１４のインピーダンスＺ４に応じて変化する。言い換えると、出力電圧Ｖ_outの振幅が、磁気センサ１４で感受された磁界の変化に応じた値となる。

磁界検出部４は、予め、出力電圧Ｖ_outの振幅と磁気センサ１４で感受される磁界の変化量との相関関係を求めておくことで、出力電圧Ｖ_outの振幅から磁気センサ１４で感受された磁界の変化量を得ることができる。
なお、出力電圧Ｖ_outの振幅と磁気センサ１４で感受される磁界の変化量との相関関係は、例えば、磁気センサ回路２の磁気センサ１４を磁界発生装置内にセットし、出力電圧Ｖ_outの振幅と磁界の大きさとの関係を測定することで求められる。

以上のように、本実施の形態の磁界検出装置１では、磁気センサ１４で感受される外部磁界の変化を、磁気センサ回路２から出力される出力電圧Ｖ_outの振幅に変換することができる。

ここで、磁気センサ回路２は、上述したように、第１の要素１１が抵抗Ｒ１に直列接続されるコンデンサＣ１を有し、第３の要素１３が抵抗Ｒ３に直列接続されるコンデンサＣ３を有している。これにより、例えば第１の要素１１または第３の要素１３が抵抗に直列接続されるコンデンサを有しない場合や、第１の要素１１または第３の要素１３が抵抗に並列接続されるコンデンサを有している場合と比べて、磁気センサ１４で感受される磁界が基準値から変化した場合に磁気センサ回路２から出力される出力電圧Ｖ_outの振幅を大きくすることができる。この結果、本実施の形態では、磁界検出装置１による磁界の検出精度を向上させることができる。

（出力電圧Ｖ_outの振幅について）
続いて、磁界検出装置１において、磁気センサ１４で感受される磁界の変化に伴って磁気センサ回路２から出力され磁界検出部４により検出される出力電圧Ｖ_outについて、従来例と比較しながら詳細に説明する。
図２は、従来の磁気センサ回路２Ａの構成の一例を示した図である。図２に示す従来の磁気センサ回路２Ａは、第１の要素１１、第２の要素１２および第３の要素１３の構成を除いては、図１に示した本実施の形態の磁気センサ回路２と同様の構成を有している。図２および以下の説明では、図１に示した本実施の形態の磁気センサ回路２と従来の磁気センサ回路２Ａとで共通する構成については同じ符号を用いている。

図２に示す従来の磁気センサ回路２Ａでは、第１の要素１１が、並列接続された抵抗Ｒ１´とコンデンサＣ１´とにより構成されている。また、従来の磁気センサ回路２Ａでは、第２の要素１２が、抵抗Ｒ２´により構成され、抵抗Ｒ２´に直列接続されるインダクタＬ２（図１参照）を有していない。さらに、従来の磁気センサ回路２Ａでは、第３の要素１３が、抵抗Ｒ３´により構成され、抵抗Ｒ３´に直列接続されるコンデンサＣ３（図１参照）を有していない。さらにまた、従来の磁気センサ回路２Ａでは、磁気センサ１４は、図１に示した本実施の形態の磁気センサ回路２と同様に、抵抗Ｒ４´とインダクタＬ４´とが直列接続された等価回路により構成されている。

図２に示す従来の磁気センサ回路２Ａは、磁気センサ回路２と同様に、磁気センサ１４が感受する磁界が予め定められた基準値（０Ｈ）である場合に、平衡条件を満たす。すなわち、従来の磁気センサ回路２Ａでは、磁気センサ１４が感受する磁界が予め定められた基準値である場合に、第１の要素１１のインピーダンスＺ１´と磁気センサ１４のインピーダンスＺ４´との積と、第２の要素１２のインピーダンスＺ２´と第３の要素１３のインピーダンスＺ３´との積とが、等しくなっている（Ｚ１´＊Ｚ４´＝Ｚ２´＊Ｚ３´）。
そして、従来の磁気センサ回路２Ａでも、磁気センサ回路２と同様に、磁気センサ１４で感受される磁界が予め定められた基準値から変化した場合に、磁気センサ回路２Ａから出力される出力電圧Ｖ_outの振幅が変化する。なお、詳細については記載を省略するが、従来の磁気センサ回路２Ａでは、磁気センサ１４で感受される磁界が予め定められた基準値から変化した場合に、出力電圧Ｖ_outの位相も変化する。

図３は、本実施の形態の磁気センサ回路２および従来の磁気センサ回路２Ａから出力される出力電圧Ｖ_outの時間変化を示したグラフである。なお、図３は、コンピュータを用いたシミュレーションにより得られたものである。図３では、本実施の形態の磁気センサ回路２の出力電圧Ｖ_outを「実施例」、従来の磁気センサ回路２Ａの出力電圧Ｖ_outを「比較例」として示している。また、図３では、磁気センサ回路２および従来の磁気センサ回路２Ａに対し、電圧印加部３により周波数５０ＭＨｚ、振幅０．５Ｖの高周波電圧を印加した場合の出力電圧Ｖ_outの時間変化を示している。

ここで、実施例である磁気センサ回路２では、第１の要素１１の抵抗Ｒ１、第２の要素１２の抵抗Ｒ２、および第３の要素１３の抵抗Ｒ３の大きさを５０Ωとし、第２の要素の１２のインダクタＬ２のインダクタンスを１００ｎＨとした。また、磁気センサ回路２では、第１の要素１１のコンデンサＣ１および第３の要素１３のコンデンサＣ３の容量を、３３．８ｐＦとした。
同様に、従来例である従来の磁気センサ回路２Ａでは、第１の要素１１の抵抗Ｒ１´、第２の要素１２の抵抗Ｒ２´、および第３の要素１３の抵抗Ｒ３´の大きさを５０Ωとした。また、従来の磁気センサ回路２Ａでは、第１の要素１１のコンデンサＣ１´の容量を４０ｐＦとした。
そして、図３では、磁気センサ回路２および従来の磁気センサ回路２Ａにおいて、磁気センサ１４が感受する磁界が予め定められた基準値（０Ｈ）から変化し、磁気センサ１４の抵抗Ｒ４の大きさが５０Ωから５１Ωに、インダクタＬ４のインダクタンスが１００ｎＨから１０２ｎＨに、２％増加したものとした。

図３に示すように、本実施の形態の磁気センサ回路２では、従来の磁気センサ回路２Ａと比較して、磁気センサ１４で感受される磁界が予め定められた基準値から変化した場合に出力される出力電圧Ｖ_outの振幅が大きかった。
付言すると、本実施の形態の磁気センサ回路２を採用することで、従来の磁気センサ回路２Ａと比較して、磁界検出装置１による磁界変化の検出精度を向上できることが確認された。

（第１の要素１１のコンデンサＣ１、第３の要素１３のコンデンサＣ３について）
ところで、磁気センサ回路２では、第２の要素１２のインダクタＬ２および磁気センサ１４のインダクタＬ４の誘導性リアクタンスと、第１の要素１１のコンデンサＣ１および第３の要素１３のコンデンサＣ３の容量性リアクタンスとの関係によって、磁気センサ１４で感受される磁界が基準値から変化した場合に出力される出力電圧Ｖ_outの振幅等が変化する。
言い換えると、本実施の形態の磁気センサ回路２では、第２の要素１２のインダクタＬ２および磁気センサ１４のインダクタＬ４に対し、第１の要素１１のコンデンサＣ１および第３の要素１３のコンデンサＣ３の容量等を調整することで、出力電圧Ｖ_outの振幅を大きくすることができる。

図４（ａ）～（ｂ）は、第２の要素１２のインダクタＬ２の誘導性リアクタンスＸ_Lに対する第１の要素１１のコンデンサＣ１および第３の要素１３のコンデンサＣ３の容量性リアクタンスＸ_Cの比率（Ｘ_C／Ｘ_L）を０～５の間で変化させた場合の、磁気センサ回路２から出力される出力電圧Ｖ_outの位相および振幅の変化を示した図である。図４（ａ）は、出力電圧Ｖ_outの位相の変化を示しており、図４（ｂ）は、出力電圧Ｖ_outの振幅の変化を示している。また、図４（ａ）～（ｂ）は、コンピュータを用いたシミュレーションにより得られたものである。さらに、図４（ａ）～（ｂ）では、磁気センサ回路２に対し、電圧印加部３により周波数５０ＭＨｚ、振幅０．５Ｖの高周波電圧を印加した場合の出力電圧Ｖ_outの位相および振幅を示している。

なお、ここでは、第１の要素１１のコンデンサＣ１と第３の要素１３のコンデンサＣ３との容量は互いに等しい（Ｃ１＝Ｃ３）。したがって、以下の説明では、第１の要素１１のコンデンサＣ１および第３の要素１３のコンデンサＣ３の容量性リアクタンスＸ_Cを指す場合に、第３の要素１３のコンデンサＣ３の記載を省略して、第１の要素１１のコンデンサＣ１の容量性リアクタンスＸ_Cと表記する場合がある。
また、以下の説明では、第１の要素１１のコンデンサＣ１の容量性リアクタンスＸ_Cを、単に第１の要素１１の容量性リアクタンスＸ_Cと表記する場合がある。同様に、第２の要素１２のインダクタＬ２の誘導性リアクタンスＸ_Lを、単に第２の要素１２の誘導性リアクタンスＸ_Lと表記する場合がある。

図４（ａ）～（ｂ）では、磁気センサ回路２において、第１の要素１１の抵抗Ｒ１、第２の要素１２の抵抗Ｒ２、および第３の要素１３の抵抗Ｒ３の大きさを５０Ωとし、第２の要素の１２のインダクタＬ２のインダクタンスを１００ｎＨとした。また、図４（ａ）～（ｂ）では、磁気センサ回路２において、第２の要素１２のインダクタＬ２の誘導性リアクタンスＸ_Lを３０Ωとした。さらに、図４（ａ）～（ｂ）では、磁気センサ回路２において、磁気センサ１４が感受する磁界が予め定められた基準値（０Ｈ）から変化し、磁気センサ１４の抵抗Ｒ４の大きさが５０Ωから５１Ωに、インダクタＬ４の誘導性リアクタンスＸ_Lが３０Ωから３０．６Ωに、２％増加したものとした。

図４（ａ）に示すように、磁気センサ回路２では、第２の要素１２の誘導性リアクタンスＸ_Lに対する第１の要素１１の容量性リアクタンスＸ_Cの比率が１である場合（Ｘ_C／Ｘ_L＝１）に、入力電圧Ｖ_inに対する出力電圧Ｖ_outの位相のずれが０となる。付言すると、第２の要素１２の誘導性リアクタンスＸ_Lに対する第１の要素１１の容量性リアクタンスＸ_Cの比率が１である場合（Ｘ_C／Ｘ_L＝１）に、磁気センサ回路２が、入力電圧Ｖ_inに対して共振する。なお、以下では、第２の要素１２の誘導性リアクタンスＸ_Lに対する第１の要素１１の容量性リアクタンスＸ_Cの比率が１である点（Ｘ_C／Ｘ_L＝１）を、共振点と表記する場合がある。

そして、図４（ｂ）に示すように、磁気センサ回路２では、第２の要素１２の誘導性リアクタンスＸ_Lに対する第１の要素１１の容量性リアクタンスＸ_Cの比率が１より大きい場合（Ｘ_C／Ｘ_L＞１）に、出力電圧Ｖ_outの振幅が最大となる。より具体的には、図４（ｂ）に示す例では、磁気センサ回路２では、第２の要素１２の誘導性リアクタンスＸ_Lに対する第１の要素１１の容量性リアクタンスＸ_Cの比率（Ｘ_C／Ｘ_L）が約３である場合に、出力電圧Ｖ_outの振幅が最大となっている。

このように、本実施の形態の磁気センサ回路２では、第２の要素１２の誘導性リアクタンスＸ_Lに対する第１の要素１１の容量性リアクタンスＸ_Cの比率（Ｘ_C／Ｘ_L）が、１以上であることが好ましい。付言すると、磁気センサ回路２では、第１の要素１１の容量性リアクタンスＸ_Cが、第２の要素１２の誘導性リアクタンスＸ_L以上であることが好ましい。さらに付言すると、磁気センサ回路２では、第１の要素１１（および第３の要素１３）の容量性リアクタンスＸ_Cと第２の要素１２の誘導性リアクタンスＸ_Lとが上記要件を満たすように、第１の要素１１のコンデンサＣ１および第３の要素１３のコンデンサＣ３の容量を選択することが好ましい。
本実施の形態では、第１の要素１１（および第３の要素１３）の容量性リアクタンスＸ_Cと第２の要素１２の誘導性リアクタンスＸ_Lとが上記要件を満たすことで、磁気センサ回路２の出力電圧Ｖ_outの振幅を大きくすることができ、磁界検出装置１による磁界変化の検出精度を向上させることができる。

ところで、磁気センサ回路２では、出力電圧Ｖ_outの振幅が最大となるような、第２の要素１２の誘導性リアクタンスＸ_Lに対する第１の要素１１の容量性リアクタンスＸ_Cの比率（Ｘ_C／Ｘ_L）は、抵抗Ｒ１～抵抗Ｒ４の大きさによって異なる。
図５および図６は、第２の要素１２の誘導性リアクタンスＸ_Lに対する第１の要素１１の容量性リアクタンスＸ_Cの比率（Ｘ_C／Ｘ_L）を変化させた場合の、出力電圧Ｖ_outの振幅の変化を示した図である。図５および図６では、抵抗Ｒ１～抵抗Ｒ４の大きさを、図４（ａ）～（ｂ）に示した例とは異ならせた場合の出力電圧Ｖ_outの振幅の変化を示している。なお、図５および図６は、コンピュータを用いたシミュレーションにより得られたものである。

具体的には、図５では、第１の要素１１の抵抗Ｒ１、第２の要素の抵抗Ｒ２、第３の要素１３の抵抗Ｒ３の大きさを３０Ωに変更した点、磁気センサ１４が感受する磁界が予め定められた基準値（０Ｈ）から変化した場合に、磁気センサ１４の抵抗Ｒ４が３０Ωから３０．６Ωに、インダクタＬ４の誘導性リアクタンスＸ_Lが３０Ωから３０．６Ωに、２％増加した点以外は、図４（ａ）～（ｂ）に示した磁気センサ回路２と同様の構成とした。
また、図６では、第１の要素１１の抵抗Ｒ１、第２の要素の抵抗Ｒ２、第３の要素１３の抵抗Ｒ３の大きさを１Ωに変更した点、磁気センサ１４が感受する磁界が予め定められた基準値（０Ｈ）から変化した場合に、磁気センサ１４の抵抗Ｒ４が１Ωから１．０２Ωに、インダクタＬ４の誘導性リアクタンスＸ_Lが３０Ωから３０．６Ωに、２％増加した点以外は、図４（ａ）～（ｂ）に示した磁気センサ回路２と同様の構成とした。

図５および図６、および上述した図４（ｂ）を比較すると、磁気センサ回路２では、抵抗Ｒ１～Ｒ４が小さいほど、出力電圧Ｖ_outの振幅が最大となる、第２の要素１２の誘導性リアクタンスＸ_Lに対する第１の要素１１の容量性リアクタンスＸ_Cの比率（Ｘ_C／Ｘ_L）が、１に近づくことが確認された。
したがって、磁気センサ回路２では、抵抗Ｒ１～抵抗Ｒ４の大きさ等に応じて、第１の要素１１のコンデンサＣ１および第３の要素１３のコンデンサＣ３の容量等を選択することが好ましい。

（磁気センサ１４の構成）
続いて、本実施の形態の磁気センサ１４の構成の一例について説明する。
図７（ａ）～（ｂ）は、本実施の形態が適用される磁気センサ１４の構成の一例を示した図である。図７（ａ）は、平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＶＩＩＢ－ＶＩＩＢ線での断面図である。

図７（ｂ）に示すように、磁気センサ１４は、非磁性の基板４１上に、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体（硬磁性体層１０３）で構成された薄膜磁石４２、誘電体層１０４、軟磁性体（軟磁性体層１０５）で構成される感受部５０およびヨーク６０が、この順に積層されている。
ここで、硬磁性体とは、外部磁界によって磁化されると、外部磁界を取り除いても磁化された状態が保持される、いわゆる保磁力の大きい材料である。一方、軟磁性体とは、外部磁界によって容易に磁化されるが、外部磁界を取り除くと速やかに磁化がないかまたは磁化が小さい状態に戻る、いわゆる保磁力の小さい材料である。

密着層１０１は、基板４１に対する制御層１０２の密着性を向上させるための層である。また、制御層１０２は、硬磁性体層１０３で構成される薄膜磁石４２の磁気異方性が膜の面内方向に発現しやすいように制御する層である。薄膜磁石４２（硬磁性体層１０３）は、感受部５０の後述する感受素子５１の長手方向に予め定められた大きさのバイアス磁界を印加する。誘電体層１０４は、非磁性の誘電体で構成され、薄膜磁石４２と感受部５０との間を電気的に絶縁する。

図７（ａ）に示すように、感受部５０は、平面形状が長手方向と短手方向とを有する短冊状である複数の感受素子５１と、隣接する感受素子５１をつづら折りに直列接続する接続部５２と、電流供給のための電線が接続される端子部５３とを備える。ここでは、４個の感受素子５１が、長手方向が並列するように配置されている。感受素子５１が、磁気インピーダンス効果素子である。本実施の形態では、２個の端子部５３のうち一方が、上述した第２接続点３２に接続され、他方が、上述した第４接続点３４に接続される。
また、ヨーク６０は、感受素子５１の長手方向の端部に磁力線を誘導する。

感受部５０における感受素子５１は、長手方向に交差する方向、例えば直交する短手方向（幅方向）に一軸磁気異方性が付与されている。感受素子５１を構成する軟磁性体（軟磁性体層１０５）としては、特に限定されないが、Ｃｏを主成分とした合金に高融点金属Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ等を添加したアモルファス合金を用いるのがよい。

そして、磁気センサ１４は、電圧印加部３（図１参照）により磁気センサ回路２（図１参照）に高周波電圧を印加した場合に、感受素子５１の長手方向に印加される磁界の大きさが変化すると、感受部５０のインピーダンス（上述したインピーダンスＺ４）が、変化する。
これにより、本実施の形態の磁気センサ回路２および磁界検出装置１では、上述したように、磁気センサ１４の感受素子５１で感受される磁界の変化を、磁気センサ回路２から出力される出力電圧Ｖ_outの振幅に変換することができる。

なお、磁気センサ１４は、上述したように、磁界の変化を感受でき、感受した磁界の大きさに応じてインピーダンスＺ４、抵抗Ｒ４およびインダクタＬ４の大きさが変化するものであれば、その構成は上述した構成に限定されるものではない。

（磁気センサ回路２の変形例について）
続いて、磁気センサ回路２の変形例について説明する。図８は、磁気センサ回路２の変形例を説明する図である。なお、図８および以下の説明では、上述した実施の形態と同様の構成については同様の符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。

図８に示す磁気センサ回路２では、第１の要素１１がコンデンサＣ１のみから構成され、抵抗Ｒ１（図１参照）を有していない。同様に、図８に示す磁気センサ回路２では、第３の要素１３がコンデンサＣ３のみから構成され、抵抗Ｒ３（図１参照）を有していない。さらに、図８に示す磁気センサ回路２では、直列接続される抵抗Ｒ２（図１参照）とインダクタＬ２（図１参照）とに変えて磁気インピーダンス効果により磁界を感受する磁気センサ１５を備えている。なお、磁気センサ１５は、磁気センサ１４と同様に、抵抗Ｒ５とインダクタＬ５とが直列接続された等価回路として扱うことができる。また、図８に示す磁気センサ回路２では、磁気センサ１５が、第２の要素を構成する。

図８に示す磁気センサ回路２においても、磁気センサ１４および磁気センサ１５が感受する磁界が予め定められた基準値である場合に、第１の要素１１のインピーダンスＺ１と第３の要素１３のインピーダンスＺ３とが等しくなるように設計されている（Ｚ１＝Ｚ３）。同様に、図８に示す磁気センサ回路２では、磁気センサ１４および磁気センサ１５が感受する磁界が予め定められた基準値である場合に、磁気センサ１５（すなわち、第２の要素）のインピーダンスＺ２と磁気センサ１４（すなわち、第４の要素）のインピーダンスＺ４とが等しくなるように設計されている（Ｚ２＝Ｚ４）。
これにより、図８に示す磁気センサ回路２では、磁気センサ１４および磁気センサ１５が感受する磁界が予め定められた基準値である場合に、第１の要素１１のインピーダンスＺ１と磁気センサ１４のインピーダンスＺ４との積と、磁気センサ１５のインピーダンスＺ２と第３の要素１３のインピーダンスＺ３との積とが、等しくなっている（Ｚ１＊Ｚ４＝Ｚ２＊Ｚ３）。

このような構成を採用することで、図８に示す磁気センサ回路２では、磁気センサ１４および磁気センサ１５で感受される磁界が予め定められた基準値から変化した場合に出力される出力電圧の振幅を大きくすることができる。これにより、図８に示す磁気センサ回路２を採用した磁界検出装置１（図１参照）においても、磁界変化の検出精度を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は本実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨に反しない限りにおいては様々な変形や組み合わせを行っても構わない。

１…磁界検出装置、２…磁気センサ回路、３…電圧印加部、４…磁界検出部、１１…第１の要素、１２…第２の要素、１３…第３の要素、１４…磁気センサ、２１…第１直列回路部、２２…第２直列回路部、３１…第１接続点、３２…第２接続点、３３…第３接続点、３４…第４接続点

Claims (5)

1. 抵抗とコンデンサとが直列接続され、もしくはコンデンサのみからなる第１の要素と、
   抵抗とインダクタとが直列接続され、もしくは磁気インピーダンス効果により磁界を感受する磁気センサからなる第２の要素と、
   抵抗とコンデンサとが直列接続され、もしくはコンデンサのみからなる第３の要素と、
   磁気インピーダンス効果により磁界を感受する磁気センサからなる第４の要素と、を有し、
   前記第１の要素と前記第２の要素とが直列接続された第１直列回路部と、前記第３の要素と前記第４の要素とが直列接続された第２直列回路部とが並列接続され、
   前記磁気センサが感受する磁界が予め定められた基準値である場合に、前記第１の要素のインピーダンスＺ１と前記第４の要素のインピーダンスＺ４との積と、前記第２の要素のインピーダンスＺ２と前記第３の要素のインピーダンスＺ３との積とが等しい磁気センサ回路。
2. 前記磁気センサが感受する磁界が前記基準値である場合に、前記第１の要素のインピーダンスＺ１と前記第３の要素のインピーダンスＺ３とが等しく、且つ、前記第２の要素のインピーダンスＺ２と前記第４の要素のインピーダンスＺ４とが等しいことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ回路。
3. 前記第１の要素の抵抗の大きさと前記第３の要素の抵抗の大きさとが等しく、且つ、当該第１の要素のコンデンサの容量と当該第３の要素のコンデンサの容量とが等しいことを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ回路。
4. 前記第２の要素のインダクタもしくは当該第２の要素の前記磁気センサの誘導性リアクタンスＸ_Ｌに対する前記第１の要素のコンデンサの容量性リアクタンスＸ_Ｃの比率（Ｘ_Ｃ／Ｘ_Ｌ）が１以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気センサ回路。
5. 抵抗とコンデンサとが直列接続され、もしくはコンデンサのみからなる第１の要素と、抵抗とインダクタとが直列接続され、もしくは磁気インピーダンス効果により磁界を感受する磁気センサからなる第２の要素と、抵抗とコンデンサとが直列接続され、もしくはコンデンサのみからなる第３の要素と、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する磁気センサからなる第４の要素とを有し、当該第１の要素と当該第２の要素が直列接続された第１直列回路部と、当該第３の要素と当該第４の要素とが直列接続された第２直列回路部とが並列接続されたブリッジ回路部と、
   前記ブリッジ回路部に対して予め定められた周波数および振幅を有する入力電圧を供給する電圧印加部と、
   前記第１直列回路部における前記第１の要素と前記第２の要素との接続点と、前記第２直列回路部における前記第３の要素と前記第４の要素との接続点との電圧差に基づいて、磁界を検出する磁界検出部と
   を備える磁界検出装置。

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