JP3186403B2 - 磁気的センサおよび信号変換回路 - Google Patents

磁気的センサおよび信号変換回路

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JP3186403B2 JP02457994A JP2457994A JP3186403B2 JP 3186403 B2 JP3186403 B2 JP 3186403B2 JP 02457994 A JP02457994 A JP 02457994A JP 2457994 A JP2457994 A JP 2457994A JP 3186403 B2 JP3186403 B2 JP 3186403B2
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    • G—PHYSICS
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    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
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    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/486—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by photo-electric detectors

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は強磁性薄膜から成る磁気
抵抗効果素子を利用して磁性対象物を検出する磁気的セ
ンサに関する。この磁性対象物には軟質磁性材料から成
る物体や非磁性体の表面に描かれた磁気的パターンある
いは歯車の歯のように回転軸に装着された軟質磁性材料
から成る物体が含まれる。
【０００２】磁気抵抗効果素子を利用したセンサは１〜
104A/mの範囲の磁界変化を非接触で検出可能でありかつ
原理や構造が比較的簡単なために種々の分野に適用され
ている。強磁性金属薄膜から成る磁気抵抗効果素子はIn
Sbを用いた半導体磁気抵抗効果素子に比べて温度特性が
優れていること, 低磁界での感度が高いこと, 通常の半
導体プロセスを利用して，関連する半導体集積回路と共
に，シリコン基板上に形成できること等の特徴から, 産
業機器, 事務機器あるいは自動車等においてマイクロプ
ロセッサを利用した制御に適したセンサとして期待され
ている。
【０００３】
【従来の技術】本発明者らは，零磁界の近傍において高
感度を得る目的で，図23の磁気的センサを試作した。同
図（イ）は平面図，同図（ロ）はそのK-K 線に沿った断
面図，同図（ハ）および（ニ）はそのL-L 線に沿った断
面図である。図示のように, 例えば円柱状の永久磁石１
の一磁極をなす平坦表面のほぼ中心に磁気抵抗効果素子
２が配置されている。同図（ハ）および（ニ）は，磁性
体から成る対象物３が永久磁石１の磁極面11に平行（矢
印Ａで示す方向）に動く際における磁気抵抗効果素子２
に印加される磁界の変化を説明するための模式図であ
る。矢印を付した点線は, 磁力線を示している。
【０００４】対象物３が未だ充分に離れている場合に
は, 磁気抵抗効果素子２には, その面に垂直な磁界が印
加されるのみである。図23（ハ）に示すように, 磁性対
象物３の接近にともなって，磁気抵抗効果素子２には，
その面に平行な磁界成分（以下において, 感磁界Hsと称
する）が印加されるようになる。さらに対象物３が最接
近したのち, 図23（ニ）に示すように, 磁気抵抗効果素
子２から離れる段階では, 磁気抵抗効果素子２には, 逆
方向の磁界成分−Hsが印加されるようになる。
【０００５】図24は, 磁気抵抗効果素子２の構造例を示
す模式図であって，同図（イ）は全体構造を示す斜視
図，同図（ロ）は拡大平面図, 同図（ハ）は部分拡大平
面図である。
【０００６】非磁性物質から成り, 少なくとも絶縁性の
表面を有する基板５上に, 互いに平行に配置されかつそ
れぞれの長手方向に直列に接続された多数の強磁性薄膜
ストライプ４から成る磁気抵抗効果素子２が形成されて
いる。強磁性薄膜ストライプ４は，例えば鉄ニッケル(F
eNi)合金から成る。図から分かるように，これらの強磁
性薄膜ストライプ４は閉回路を構成しており，これを４
等分する４つの位置に電極15, 16, 17, 18がそれぞれ接
続されている。したがって, これら強磁性薄膜ストライ
プ４および電極15, 16, 17, 18によりブリッジ回路が構
成される。
【０００７】図示の磁気抵抗効果素子２は, いわゆるバ
ーバーポール型と称されている。同図（ロ）および
（ハ）に示すように，強磁性薄膜ストライプ４の上に
は, その長手方向に概ね45°をなす方向に延伸する多数
の非磁性の導体薄膜ストライプ６が形成されている（な
お、この導体薄膜ストライプ６は、特開平４−１０６７
１０号公報のバーバーポールパターン７に示されるよう
に非磁性導電層であり、以後これを「非磁性の導電膜ス
トライプ」と称する）。したがって, 各々の強磁性薄膜
ストライプ４中を流れる電流ｉは，強磁性薄膜ストライ
プ４の長手方向と45°をなす。非磁性の導体薄膜ストラ
イプ６が設けられている部分では，ほとんどの電流が非
磁性の導体薄膜ストライプ６中を流れる。
【０００８】周知のように, 一般に, 強磁性薄膜ストラ
イプは, その長手方向に平行な磁化Ｍを有する。したが
って, 図24に示すバーバーポール型の強磁性薄膜ストラ
イプ４中では, 外部磁界が印加されていないときには,
電流ｉと磁化Ｍとは45°をなしている。図24に示す強磁
性薄膜ストライプ４に前記感磁界Hsが印加されると,強
磁性薄膜ストライプ４の面内で磁化Ｍが回転する。
【０００９】周知のように, 強磁性薄膜ストライプの抵
抗は, 電流ｉと磁化Ｍとが平行のときに最大であり, 電
流ｉと磁化Ｍとが直角のときに最小になる。したがっ
て, 感磁界Hsの印加により, 上記磁化Ｍが電流ｉの方向
に近づくように回転すれば，磁気抵抗効果素子２の抵抗
が増大し，または，磁化Ｍが電流ｉに垂直な方向に近づ
くように回転すれば，磁気抵抗効果素子２の抵抗が減少
する。
【００１０】上記バーバーポール型の強磁性薄膜ストラ
イプ４の抵抗変化率（Δρ／ρ0 ）と印加磁界Hsとの関
係は図25に示す通りである。ρ0 は, 磁界Hsが印加され
ないときの抵抗である。図示のように, 微弱な印加磁界
領域での直線性がよい。したがって, 微弱な磁界変化に
対する検出感度がよい。
【００１１】図24（ハ）を参照すれば分かるように, 強
磁性薄膜ストライプ４面内で, 磁化Ｍの初期の方向が18
0 °異なれば, 感磁界Hsの印加によって抵抗が増加する
か減少するかの傾向が反対になる。すなわち，磁化Ｍの
初期の方向によって，図25に示す抵抗変化率（Δρ／ρ
0 ）特性に, 実線で表される曲線と破線で表される曲線
のような違いが生じる。強磁性薄膜ストライプ４の長手
方向に対する非磁性の導体薄膜ストライプ６の傾きが90
°異なることによっても, 同様の違いが生じることも分
かる。
【００１２】図24に示す磁気抵抗効果素子２では, ブリ
ッジ回路の隣接する任意の二辺においては, それぞれの
辺の強磁性薄膜ストライプ４の上に形成されている非磁
性の導体薄膜ストライプ６の延伸方向が互いに90°をな
している。したがって, 磁気抵抗効果素子２全体に同一
方向の感磁界Hsまたは−Hsが印加された場合, これら隣
接する辺のそれぞれにおける強磁性薄膜ストライプ４に
生じる抵抗変化の傾向が異なる。すなわち，一方の辺に
おける強磁性薄膜ストライプ４の抵抗が増加するときに
は, 他方の辺における強磁性薄膜ストライプ４の抵抗が
減少する。その結果, 感磁界Hsの変化にともなって, ブ
リッジ回路の対角線上にある，例えば電極16と18に発生
する出力信号の変化は, 図25に示す抵抗変化率（Δρ／
ρ0 ）の曲線と同様であり, 微弱磁界の変化を高感度で
検出できる。
【００１３】以上を要約すれば，図23に示したような永
久磁石１と磁気抵抗効果素子２の単純な配置によって,
図25の特性を有する高感度の磁気的センサが得られる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら, 上記の
磁気的センサは，特性の不安定性とくに感度が長時間の
間に次第に低下する欠点があった。
【００１５】本発明者らは, この原因を追求したとこ
ろ, 互いに平行に配置された強磁性薄膜ストライプ４の
磁化Ｍの向きが，感磁界Hsの繰り返し印加により，反転
するためであることが分かった。すなわち，磁性対象物
３の接近により，印加される感磁界Hsの強度が増加し，
磁化Ｍが強磁性薄膜ストライプ４の長手方向にほぼ直角
に向けられたとする。そののち磁性対象物３が遠ざか
り，感磁界Hsがほぼ零になったときに, 磁化Ｍが最初と
は逆方向に向くことがある。このような磁化Ｍの反転
は，各々の強磁性薄膜ストライプ４で同様に生じるとは
限らない。
【００１６】一方，前述のように，磁化Ｍが逆向きであ
れば，感磁界Hsの印加により強磁性薄膜ストライプ４の
抵抗が増減する傾向は反対になる。したがって, ブリッ
ジ回路の一つの辺を構成する複数の強磁性薄膜ストライ
プ４のうちの一部に磁化の反転が生じると，これら強磁
性薄膜ストライプ４のうちで，感磁界Hsまたは-Hs の印
加による抵抗の増加と減少との打ち消し合いが生じる。
その結果，直列に接続されたこれら強磁性薄膜ストライ
プ４全体の実効的な抵抗変化が小さくなる。すなわち，
感度が低下する。
【００１７】通常，磁気抵抗効果素子２は，これを構成
するすべての強磁性薄膜ストライプ４の磁化Ｍを同一方
向に揃える目的で，所定の磁界が印加される。すなわ
ち，初期の状態では，ブリッジ回路の各々の辺を構成す
るすべての強磁性薄膜ストライプ４の磁化Ｍは同一方向
を向いている。感磁界Hsまたは-Hs が繰り返し印加され
ると, 上記のような反転を生じた強磁性薄膜ストライプ
４が増加し，その結果，感度の低下が次第に顕著にな
る。
【００１８】一方，上記のような強磁性薄膜を用いた磁
気抵抗効果素子から成る磁気的センサから出力されるア
ナログ信号を二値化するための変換回路についても改良
が要請されている。
【００１９】図26は従来の変換回路を示すブロック図,
図27はその動作を説明するための信号波形図である。図
26および図27を参照して, 上記のようなブリッジ回路か
ら成る磁気抵抗効果素子２(MR)から出力された約10mVpp
のアナログ信号（図27（イ））は, 二つのオペアンプM1
およびM2から成る差動アンプにより約150 倍に増幅され
る（図27（ロ））。この増幅された信号は, 抵抗R5とコ
ンデンサC1とから成る積分回路で積分される。この積分
回路の信号（図27（ハ））と前記差動アンプの出力信号
とが, 比較回路M4により比較され, 図27（ニ）に示す二
値信号が得られる。図26におけるM3は, インピーダンス
変換の目的で挿入されたバッファ回路である。
【００２０】上記のように積分回路の出力信号を用いる
ことによって, 原信号の中心レベルすなわち直流レベル
を基準として比較ができるために, 例えば磁気抵抗効果
素子２の温度特性によって出力信号にドリフトが生じて
も, 原アナログ信号に対応する二値信号が得られる。
【００２１】図26の回路においては, 前記積分回路の時
定数が100msec 程度に設定されている。その結果, 次の
ような現象が生じる。 (1) 図27（ハ）の波形が, 電源投入直後から定常値に達
するまでの期間における遅れにより, 図27（ニ）におけ
る最初の二値信号パルスの幅がΔt1だけ狭くなる。
【００２２】(2) 上記積分回路を構成するコンデンサC1
として, 0.1 μF 程度の比較的容量が大きいが用いられ
ているために, 上記変換回路をモノリシック集積回路に
することが困難である問題がある。
【００２３】上記(1) および(2) の問題点は, 積分回路
の時定数が大きいことに起因しているが, この時定数を
小さく設定すると，図27（ハ）の波形に原信号の交流成
分が顕著に現れるようになるので, 上記比較の基準信号
として用いることができないことは言うまでもない。
【００２４】従来の磁気的センサおよびこれに組み合わ
される変換回路に関する上記の問題点に鑑み, 本発明の
第１の目的は，強磁性体薄膜の磁気抵抗効果素子から成
る磁気的センサの検出感度の安定性を向上可能とする手
段を提供することである。
【００２５】本発明の別の目的は, 上記センサからのア
ナログ出力信号を二値化する際に,この二値信号パルス
の幅に変動を生じない手段を提供することである。本発
明のさらに別の目的は, 上記センサとこれに組み合わさ
れる上記変換回路とを集積可能な手段を提供することで
ある。
【００２６】本発明のさらに別の目的は, 上記センサ
を, 面積を持った磁気パターンの検出に適用可能とする
手段を提供することである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】上記目的は, 直線運動ま
たは回転運動する対象物に対向する一表面を一磁極面と
して有する磁石と，各々が所定の間隔を以て該磁極面に
対して平行に延伸し且つそれぞれの延伸方向における端
部を通じて直列に接続された複数の強磁性薄膜ストライ
プから成る磁気抵抗効果素子とを備え，該磁気抵抗効果
素子は該磁極面に沿って該磁極面の中心から偏倚して配
置されたことを特徴とする本発明に係る磁気的センサ，
または，上記において, 前記磁気抵抗効果素子は，前記
偏倚方向に対して概ね45°をなす方向に延伸する複数の
前記強磁性薄膜ストライプから各々が成る四つの群を含
み，各々の群における該強磁性薄膜ストライプがそれぞ
れの延伸方向における端部を通じて直列に接続されてお
り且つ該四つの群はそれぞれにおける該直列接続された
ストライプの終端を通じてブリッジ回路を構成するよう
に接続されていることを特徴とする本発明に係る磁気的
センサ, または，上記において，前記磁気抵抗効果素子
は，前記偏倚方向に対して平行に延伸する複数の前記強
磁性薄膜ストライプから各々が成る四つの群を含み，各
々の群における該強磁性薄膜ストライプがそれぞれの延
伸方向における端部を通じて直列に接続されており且つ
該四つの群はそれぞれにおける該直列接続されたストラ
イプの終端を通じてブリッジ回路を構成するように接続
されており，各々の該複数の強磁性薄膜ストライプ上に
は非磁性の導電性薄膜から成る複数の第２のストライプ
が配置されており，各々の該第２のストライプが該強磁
性薄膜ストライプの延伸方向に対して概ね45°をなす方
向に延伸していることを特徴とする本発明に係る磁気的
センサのいずれかによって達成される。
【００２８】
【作用】図１は本発明に係る磁気的センサの原理説明図
であって，同図（イ）は平面図，同図（ロ）は，同図
（イ）におけるK-K 線に沿った断面図, 同図（ハ）およ
び（ニ）は，同図（イ）におけるL-L 線に沿った断面図
である。
【００２９】図１（イ）に示すように, 磁気抵抗効果素
子２が永久磁石１の磁極面11の中心から偏倚した位置,
望ましくは, 磁極面11の中心から対象物３の運動方向
（図１（ハ），（ニ）に矢印Ａで示す）に垂直な方向に
磁極面11に沿って偏倚した位置, に配置される。
【００３０】図１の配置によって, 強磁性薄膜ストライ
プ４には，その偏倚方向に向かう磁界成分（以下バイア
ス磁界Hbと称する）が印加される。磁気抵抗効果素子２
が，例えば図24に示したようなバーバーポール型の強磁
性薄膜ストライプ４から成る場合には，上記偏倚方向は
強磁性薄膜ストライプ４の長手方向と一致する。
【００３１】上記のような配置により, 感磁界Hsの印加
がないときには, すべての強磁性薄膜ストライプ４の磁
化Ｍは, バイアス磁界Hbの方向に強制的に向けられる。
したがって, 感磁界Hsの検出において, 磁化Ｍの初期状
態がすべての強磁性薄膜ストライプ４について同一にな
るので, 図23を参照して説明した従来のセンサにおける
ような，一部の強磁性薄膜ストライプ４における磁化Ｍ
の反転に起因する感度の低下が生じない。
【００３２】上記のように磁気抵抗効果素子２が磁極面
11の中心から偏倚した位置に配置しても, 磁性対象物３
の移動にともなって感磁界Hsの方向が変化することは図
23の配置の場合と同様である。したがって, この感磁界
Hsの方向の変化にともなう磁気抵抗効果素子２からの出
力信号の変化については, 図25の関係が保たれるので,
微弱磁界領域における高感度が維持される。
【００３３】図１に示す本発明に係る磁気的センサにお
いて，上述のように, 磁極面11の中心から対象物３の運
動方向に垂直な方向に磁気抵抗効果素子２を偏倚させる
のが最適である。これは, 定性的には，次のように説明
できる。
【００３４】すなわち，強磁性薄膜ストライプ４の磁化
Ｍが感磁界Hsに対して垂直方向を向いているときに, 磁
化Ｍを回転させる作用が最大になる。強磁性薄膜ストラ
イプ４の偏倚方向を上記のように設定すれば，磁化Ｍを
感磁界Hsに垂直な方向に向けるバイアス磁界Hbが印加さ
れ, その結果，微小な感磁界Hsの印加による強磁性薄膜
ストライプ４の抵抗変化が最大になる。このときの偏倚
量について本発明者らが調べた結果によれば, 磁気抵抗
効果素子の幅の２〜４倍に相当する距離が最適であるこ
とが分かった。
【００３５】一方，磁極面11の中心から, 対象物３の運
動方向に平行な方向に磁気抵抗効果素子２を偏倚させる
と, バイアス磁界Hbすなわち磁化Ｍが常に感磁界Hsの方
向を向いているので, 磁気抵抗効果素子２が有効に動作
しない。したがって, この方向ないしはこの方向に近い
方向への偏倚は除外すべきである。
【００３６】また, 上記において, 磁石１の磁極面11
は, 円形に限定されず, 楕円または例えば正六角形のよ
うな正多角形であっても, 本発明に適用可能である。図
17は本発明に係る信号変換回路の原理的構成を説明する
ためのブロック図,図18はこの変換回路の動作を説明す
るための信号波形図である。例えば図１を参照して説明
された本発明に係る磁気的センサにおける磁気抵抗効果
素子２(MR)からは, 図18（イ）に示すようなアナログ信
号(10mV P-P)が出力される。差動増幅回路100 は，この
アナログ信号を，図18（ロ）に示すように，例えば150
倍に増幅する。この増幅された信号は, 半波整流回路20
0 で整流される。半波整流回路200 からは，図18（ハ）
に示すような脈流信号が出力される。
【００３７】差動増幅回路100 から出力された信号と半
波整流回路200 から出力された脈流信号が, 比較回路30
0 によって比較される。その結果, 図18（ニ）に示す二
値信号が比較回路300 から出力される。
【００３８】図17に示す本発明に係る変換回路は, 図23
に示す従来の変換回路におけるような大きな時定数の積
分回路を有していない。また, この積分回路におけるよ
うな大きな容量のコンデンサC1を必要としない。したが
って, 本発明によれば，従来の変換回路を用いた場合の
ような, 二値信号パルスの幅が変動するような問題が排
除される。
【００３９】その他の本発明における変形例およびそれ
らに関連する利点は，実施例に詳細に述べられている。
【００４０】
【実施例】上記のように, 本発明においては, 図24に示
した複数のバーバーポール型の強磁性薄膜ストライプ４
を直列接続して構成されたブリッジ回路から成る周知の
磁気抵抗効果素子２を採用することができる。換言すれ
ば, この従来の磁気抵抗効果素子２から成る磁気的セン
サにおける問題点すなわち検出感度が動作時間とともに
低下することが, 本発明によって解決される。
【００４１】図２は, 図24を参照して説明したバーバー
ポール型の強磁性薄膜ストライプ４から成る磁気抵抗効
果素子２と同様の特性を有する, 本発明に係る磁気抵抗
効果素子21の構造を説明するための模式図である。
【００４２】バーバーポール型の強磁性薄膜ストライプ
４と同様に, バイアス磁界Hbが印加された状態におい
て, 磁化Ｍを電流ｉと45°をなす方向に向けさせた状態
を作り出すために, 図２に示すように, 例えば80％のニ
ッケル(Ni)を含有するNiFeまたはNiCo合金から成る強磁
性薄膜ストライプ41を, バイアス磁界Hbの方向に対して
45°をなすように配置する。磁気抵抗効果素子21を, 磁
極面11の中心から対象物３の運動方向に垂直な方向に偏
倚させた場合には, 強磁性薄膜ストライプ41は,この運
動方向に対して45°をなす。図２において，符号51は,
非磁性の材料から成りかつ少なくとも絶縁性表面を有す
る基板であり, 例えば, 表面をSiO2膜によって覆われた
シリコンチップである。符号15〜18は, 例えば金(Au)薄
膜から成る電極である。
【００４３】図２に示す磁気抵抗効果素子21は, 図24に
示すバーバーポール型の強磁性薄膜ストライプ４から成
る磁気抵抗効果素子２と比較して, 非磁性の導体薄膜ス
トライプ６が設けられないので，素子パターン形成する
ための工程が簡単であると言う利点を有する。
【００４４】図３は, 図24に示すバーバーポール型の強
磁性薄膜ストライプ４から成る磁気抵抗効果素子２の構
造を変形した, 本発明に係る磁気抵抗効果素子22を説明
するための模式的平面図である。
【００４５】例えば, 前記と同様のNiFeまたはNiCoの合
金から成る強磁性薄膜ストライプ42〜45とAu薄膜から成
る電極15〜18によってブリッジ回路が構成されている。
強磁性薄膜ストライプ42〜45上には, これらストライプ
の長手方向に45°をなす方向に延伸する非磁性の導体薄
膜ストライプ62〜65がそれぞれ形成されている。
【００４６】互いに平行にかつ隣接して配置された強磁
性薄膜ストライプ42と43は, ブリッジ回路における隣接
する二辺を構成しており, それぞれの上の非磁性の導体
薄膜ストライプ62と63は, 互いに90°をなす方向に延伸
している。同様に, 互いに平行にかつ隣接して配置され
強磁性薄膜ストライプ44と45は, ブリッジ回路における
隣接する別の二辺を構成しており, それぞれの上の非磁
性の導体薄膜ストライプ64と65は, 互いに90°をなす方
向に延伸している。強磁性薄膜ストライプ42と45はブリ
ッジ回路において隣接する二辺を構成し, さらに, 強磁
性薄膜ストライプ43と44はブリッジ回路における隣接す
る別の二辺を構成している。これら強磁性薄膜ストライ
プ上の非磁性の導体薄膜ストライプ62と65および63と64
が互いに90°をなす方向に延伸している。したがって,
この磁気抵抗効果素子22は, 図24に示した磁気抵抗効果
素子２と等価である。この磁気抵抗効果素子22も, 強磁
性薄膜ストライプ42〜45の延伸方向に平行なバイアス磁
界Hbが印加されるような配置で使用される。
【００４７】図３の磁気抵抗効果素子22は, 図24に示す
磁気抵抗効果素子２と比較してつぎのような利点があ
る。すなわち，ブリッジ回路において隣接する二辺を構
成する強磁性薄膜ストライプ42と43, または44と45が近
接して配置されているので, 局部的な磁界変動による磁
界分布の不均一さの影響を受け難い長所を有する。
【００４８】図１に示す本発明に係る磁気的センサにお
いて，磁気抵抗効果素子に印加されるバイアス磁界Hbの
大きさは, 永久磁石１の磁極面11の中心からの偏倚距離
によって異なる。図４は, 偏倚距離にもとづくバイアス
磁界Hbの違いによるこのような感度の低下を補償するた
めの, 本発明に係る方法を説明するための図であって,
同図（イ）は模式的平面図, 同図（ロ）および（ハ）は
検出信号の波形を示すグラフである。
【００４９】前述のように，バイアス磁界Hbによって強
磁性薄膜ストライプの抵抗変化率が異なる。したがっ
て, これら磁性薄膜ストライプの間には, 磁気抵抗効果
素子内における各々の位置の違いに起因する抵抗変化率
の差が生じ，その結果，すべての強磁性薄膜ストライプ
に等しいバイアス磁界Hbが印加されている理想的な場合
に比べて, 磁気的センサの検出感度が低くなる。
【００５０】図４（イ）を参照して, 永久磁石１の磁極
面11の中心Ｐから偏倚した位置に,例えば図３に示す磁
気抵抗効果素子22が配置されているものとする。同図に
おける直線群62〜65は, 簡略化のために, 強磁性薄膜ス
トライプ42〜45のそれぞれの上に配置された非磁性の導
体薄膜ストライプを模式的に表している。
【００５１】図４（イ）の磁気的センサの近傍を, 前記
磁性体から成る対象物３が繰り返し通過したとき, 検出
信号は図４（ロ）のように変化する。図４（ロ）は, 強
磁性薄膜ストライプ42〜45に同一強度のバイアス磁界Hb
が印加されている理想的な条件の下で磁気抵抗効果素子
22から出力される信号波形を示す。実際には, 磁極面11
の中心に比較的近い強磁性薄膜ストライプ42および43
と, 磁極面11の中心から比較的遠いい強磁性薄膜ストラ
イプ44および45とでは, 印加されるバイアス磁界Hbの強
度が異なるために, 検出信号は, 図４（ハ）の点線で示
すような波形となる。すなわち，信号の高さが低い。
【００５２】本発明者らの調査によれば, 強磁性薄膜ス
トライプは, その厚さが大きくなるかあるいはその幅が
狭くなると, 抵抗変化率（Δρ／ρ0)が小さくなる。し
たがって, それぞれに印加されるバイアス磁界Hbの下で
の抵抗変化率が等しくなるように, 強磁性薄膜ストライ
プ42〜45の厚さまたは幅を設計する。具体的には，比較
的強いバイアス信号Hbが印加される強磁性薄膜ストライ
プ44および45の厚さを, 比較的弱いバイアス信号Hbが印
加される強磁性薄膜ストライプ42および43のそれに比べ
てより大きくするか, または, 強磁性薄膜ストライプ44
および45の幅を強磁性薄膜ストライプ42および43のそれ
に比べてより狭くする。その結果, 磁気的センサの検出
信号は, 図４（ハ）の実線で示すように, 強磁性薄膜ス
トライプ42〜45に同一強度のバイアス磁界Hbが印加され
ている場合と等しい波形となる。すなわち，信号の高さ
が高くなる。
【００５３】上記の説明においては, バーバーポール型
の強磁性薄膜ストライプから成る磁気抵抗効果素子を例
に説明したが, 本実施例の方法の適用は, バーバーポー
ル型以外の強磁性薄膜ストライプから成る磁気抵抗効果
素子に限定されない。すなわち，図２を参照して説明し
た思想にもとづく強磁性薄膜ストライプから成る磁気抵
抗効果素子も適用できる。この実施例については後述す
る。
【００５４】図５は本発明の幾つかの別の実施例の基礎
となる概念を説明するための模式的立面図である。前記
軟質磁性体から成る対象物３は, 例えば, 一軸を中心に
回転する歯車の歯先であり, 前記のような永久磁石１と
磁気抵抗効果素子23とから成る磁気的センサが, この歯
先に近接して配置されている。例えば磁気抵抗効果素子
23の寸法に対して, この歯先の幅Ｗがほぼ等しく, 歯先
のピッチが幅Ｗの寸法の約２〜５倍（回転方向における
歯先間の溝の幅がＷにほぼ等しいか, それ以上４倍程
度）とする。
【００５５】上記の条件の下で, 対象物３が磁気抵抗効
果素子23の近傍を通過するとき, 磁気抵抗効果素子23に
は, 図６に示すような感磁界Hsが印加される。すなわ
ち，対象物３が磁気抵抗効果素子23の正面にちょうど対
向する位置にあるときには, 図６（イ）に示すように，
永久磁石１の磁束は, 対象物３に集束するように偏向す
る。一方，対象物３が磁気抵抗効果素子23と対向する位
置からずれ，隣接する二つの対象物３の間に磁気抵抗効
果素子23が位置するときには，図６（ロ）に示すよう
に，永久磁石１の磁束は, その両側の対象物３に向かっ
て発散するように偏向する。したがって, 磁気抵抗効果
素子23を構成する二つの強磁性薄膜ストライプ46には逆
方向の感磁界Hsおよび-Hs が印加される。図６（ハ）お
よび（ニ）は図６（イ）および（ロ）にそれぞれ対応す
る模式的部分平面図である。図６（ハ）および（ニ）に
は, バーバーポール型の強磁性薄膜ストライプ46が例と
して示してある。
【００５６】図７は, ブリッジ回路を構成するように接
続された四つの強磁性薄膜ストライプに対して印加され
る感磁界Hsの方向とバイアス磁界Hbの方向との組み合わ
せの場合の例を示す。図７における磁気抵抗効果素子23
は, バーバーポール型の強磁性薄膜ストライプ46〜47か
ら成るものが例として描かれているが, 例えば図２に示
したような, バイアス磁界Hbに対して45°をなすように
配置した強磁性薄膜ストライプから成る磁気抵抗効果素
子に置き換えてもよい。
【００５７】図７（イ）は, 強磁性薄膜ストライプ46〜
47の全体に同一方向の感磁界Hsおよびバイアス磁界Hbが
印加された場合を示している。同図（イ）における強磁
性薄膜ストライプ46〜47は, 図24と同様に, ブリッジ回
路における任意の隣接する二つの辺を構成する強磁性薄
膜ストライプ46および47のそれぞれの上に配置された非
磁性の導体薄膜ストライプ66および67が, 互いに90°を
なしている。
【００５８】図７（ロ）は, バイアス磁界Hbに対して垂
直な方向において隣接する二つの強磁性薄膜ストライプ
46または47に対して, 互いに反対方向の感磁界Hsおよび
-Hsがそれぞれ印加され, 強磁性薄膜ストライプ46〜47
の全体に同一方向のバイアス磁界Hbが印加された場合を
示している。バイアス磁界Hbに対して垂直な方向におい
て隣接する二つの強磁性薄膜ストライプ46のそれぞれの
上に配置された非磁性の導体薄膜ストライプ66は平行で
あり, バイアス磁界Hbに平行な方向において隣接する二
つの強磁性薄膜ストライプ47のそれぞれの上に配置され
た非磁性の導体薄膜ストライプ67は互いに90°をなして
いる。
【００５９】図７（ハ）は, バイアス磁界Hbに対して垂
直な方向において隣接する二つの強磁性薄膜ストライプ
46に対して, 互いに反対方向の感磁界Hsおよび-Hs がそ
れぞれ印加され, バイアス磁界Hbに平行な方向において
隣接する二つの強磁性薄膜ストライプ46に対して, 反対
方向のバイアス磁界Hbおよび-Hb がそれぞれ印加されて
いる場合を示している。すべての強磁性薄膜ストライプ
46のそれぞれの上に配置された非磁性の導体薄膜ストラ
イプ66は平行である。
【００６０】図７（イ）〜（ハ）に示した三つの場合に
おいて，感磁界Hsまたは-Hs が印加されたときに, それ
ぞれの強磁性薄膜ストライプ46〜47に生じる抵抗変化率
（Δρ／ρ0)の符号（＋または−）を，感磁界Hsの方向
に対応して示してある。図示のような組み合わせにおい
ては, 任意の隣接する二つの強磁性薄膜ストライプ46ま
たは47のそれぞれの抵抗変化の符号が互いに異なってい
る。したがって, これらの強磁性薄膜ストライプ46〜47
から成るブリッジ回路は，磁気的センサとして有効に動
作する。図７（ロ）において，バイアス磁界Hbを感磁界
Hsまたは-Hs と, 感磁界Hsおよび-Hs をバイアス磁界Hb
および-Hb にそれぞれ置き換えた場合にも, このブリッ
ジ回路は, 磁気センサとして有効に動作することは容易
に分かる。
【００６１】図７（イ）は，図６において，隣接する対
象物３の間隔が，磁気抵抗効果素子23の寸法に比べて充
分に大きく, かつ, 磁気抵抗効果素子23の全体が, 図１
に示すように, 永久磁石１の磁極面11の中心から一方向
に偏倚した位置に配置された場合に相当する。この実施
例においては, 図24, 図２または図３を参照して説明し
た磁気抵抗効果素子２, 21または22のいずれかを採用す
ることができる。
【００６２】図７（ロ）は，前述のように，磁気抵抗効
果素子23の寸法に対して, この歯先の幅Ｗがほぼ等し
く, 歯先のピッチは約２〜５倍である。磁気抵抗効果素
子23の全体が, 図１に示すように, 永久磁石１の磁極面
11の中心から一方向に偏倚した位置に配置された場合に
相当する。この実施例の磁気抵抗効果素子23を構成する
強磁性薄膜ストライプのパターンの例を図８に示す。
【００６３】図８（イ）に示すパターンは, 各々が複数
の強磁性薄膜ストライプ46〜47によって構成される四つ
のストライプ群から成る。すべての強磁性薄膜ストライ
プ46〜47は, バイアス磁界Hbが印加される方向すなわち
図１における永久磁石１の磁極面11からの偏倚方向に対
して45°をなす。バイアス磁界Hbに垂直な方向において
隣接する二つの強磁性薄膜ストライプ群46は互いに平行
であり, また, 別の二つの強磁性薄膜ストライプ群47は
互いに平行である。バイアス磁界Hbに平行な方向におい
て隣接する二つの強磁性薄膜ストライプ群46と47とは90
°をなしている。これらストライプ群の接続点に電極15
〜18が接続されている。
【００６４】図８（ロ）に示すパターンは, 各々が複数
のバーバーポール型の強磁性薄膜ストライプ46〜47から
構成される四つのストライプ群から成る。すべての強磁
性薄膜ストライプ46〜47は, バイアス磁界Hbが印加され
る方向に平行である。バイアス磁界Hbに垂直な方向にお
いて隣接する二つの強磁性薄膜ストライプ群46の上に配
置された非磁性の導体薄膜ストライプ66は互いに平行で
ある。別の二つの強磁性薄膜ストライプ群47の上に配置
された非磁性の導体薄膜ストライプ67は互いに平行であ
る。バイアス磁界Hbに平行な方向において隣接する二つ
の強磁性薄膜ストライプ群46および47のそれぞれの上に
配置された非磁性の導体薄膜ストライプ66と67とは90°
をなしている。これらストライプ群の接続点に電極15〜
18が接続されている。
【００６５】図８（イ）または（ロ）に示すパターンに
おいて，図４を参照して説明したような, 磁極面11の中
心からの偏倚距離にもとづくバイアス磁界Hbの変化によ
る感度の低下を補償する方法が適用可能である。すなわ
ち，比較的弱いバイアス信号Hbが印加される強磁性薄膜
ストライプ46の厚さを, 比較的強いバイアス信号Hbが印
加される強磁性薄膜ストライプ47のそれに比べてより大
きくするか, または,強磁性薄膜ストライプ46の幅を強
磁性薄膜ストライプ47に比べてより狭くするように設計
を行う。
【００６６】再び図７（ハ）を参照して, この図は, 磁
気抵抗効果素子23の寸法に対して,この歯先の幅Ｗがほ
ぼ等しく, 歯先のピッチは約２〜５倍であり, かつ, 図
９（イ）に示すように, 磁気抵抗効果素子23を構成する
四つの強磁性薄膜ストライプ46が, 磁極面11の中心から
偏倚した位置に, 磁極面11の中心に関して対称に配置さ
れた場合に相当する。偏倚方向が異なる強磁性薄膜スト
ライプ46には, 逆方向のバイアス磁界Hbおよび-Hb がそ
れぞれ印加される。
【００６７】このような強磁性薄膜ストライプ46の配置
においては, 基板５の中央領域が空きになる。基板５と
して, 例えば表面がSiO2膜に覆われたシリコンチップを
用いれば, 図９（ロ）に示すように, このチップの周辺
におけるSiO2膜上に強磁性薄膜ストライプ46を配置し,
チップの中央領域52を, 磁気抵抗効果素子23の検出信号
を処理する半導体集積回路を形成するために利用するこ
とができる。
【００６８】図10は, 図９に示した磁気抵抗効果素子23
を構成する強磁性薄膜ストライプ46のパターンの例を示
す。図10（イ）に示すパターンは, 各々が複数の強磁性
薄膜ストライプ46によって構成される四つのストライプ
群から成る。すべての強磁性薄膜ストライプ46は,バイ
アス磁界Hbまたは-Hb が印加される方向に対して45°を
なし, また, 互いに平行である。これらストライプ群
は, 所望の強さのバイアス磁界Hbまたは-Hb が印加され
るように, パターンの中心から所定の距離Ｄだけ偏倚し
た位置に配置されている。これらストライプ群の接続点
に電極15〜18が接続されている。
【００６９】図10（ロ）に示すパターンは, 各々が複数
のバーバーポール型の強磁性薄膜ストライプ46によって
構成される四つのストライプ群から成る。すべての強磁
性薄膜ストライプ46は, バイアス磁界Hbまたは-Hb が印
加される方向に平行である。これら強磁性薄膜ストライ
プ46の上に配置された非磁性の導体薄膜ストライプ66
は, 互いに平行であり, かつ, バイアス磁界Hbまたは-H
b が印加される方向に対して45°をなしている。図10
（イ）と同様に, これらストライプ群は, パターンの中
心から所定の距離Ｄだけ偏倚した位置に配置されてい
る。これらストライプ群の接続点に電極15〜18が接続さ
れている。
【００７０】図11は, 図６または図７（ロ）および
（ハ）に示すような隣接する二つの強磁性薄膜ストライ
プ46, または図８に示すような複数の強磁性薄膜ストラ
イプ46または47から成るストライプ群に対して, 逆方向
のバイアス磁界Hbおよび-Hb をより効率よく印加する手
段を説明するための模式的正面図である。
【００７１】円柱状の永久磁石１の一磁極面11には, 軟
質磁性体から成る磁気ヨーク７が設けられている。磁気
ヨーク７は, 磁極面11に実質的に密着して設けられた板
状部70と, 磁気抵抗効果素子23を両側から挟むように設
けられた突出部71とから成る。符号５は磁気抵抗効果素
子23を支持する基板を示す。図11（イ）は, 磁性体から
成る対象物３が磁気抵抗効果素子23にちょうど対向する
位置にあるとき, 図11（ロ）は, 隣接する二つの対象物
３の間に磁気抵抗効果素子23が位置しているときを示
す。磁極面11からの磁力線は, 図において矢印付の点線
で示すように, 突出部71の先端から対象物３に向かう。
したがって, 磁気ヨーク７を設けていない場合に比べて
磁束密度が高くなるので, より強いバイアス磁界Hbおよ
び-Hb が磁気抵抗効果素子23に対して印加される。な
お, 磁気抵抗効果素子23としては, 図８または図10に示
すパターンを有する強磁性薄膜ストライプを採用するこ
とができる。
【００７２】図12は, 磁性体から成る複数の対象物を検
出するための実施例を説明するための平面図である。図
12（イ）を参照して, 例えば図２に示すような磁気抵抗
効果素子21を, 永久磁石１の磁極面11の中心を通る一直
線上に複数配置する。一方, 例えば紙面８には, 磁気イ
ンクから成る印刷パターンから成る複数の対象物31〜32
が形成されている。紙面８が矢印Ａ方向に走行する間
に, これらの対象物31および32は, それぞれに対応する
磁気抵抗効果素子21によって個別に検出される。各々の
磁気抵抗効果素子21によって検出される対象物31および
32は, 紙面８の走行方向に垂直な直線上に配置されてい
るものに限定されない。また, 対象物31および32が, 連
続したパターンの一部であってもよい。
【００７３】図12（ロ）は, 上記のような複数の対象物
31または32が, さらに, 図５を参照して説明した条件
で, 紙面８の走行方向に複数配列されているときに適用
可能な実施例を示す。すなわち，紙面８の走行方向にお
ける複数の対象物31または32の幅Ｗは, 磁気抵抗効果素
子23の寸法とほぼ等しく, 紙面８の走行方向における対
象物31または32の配列ピッチは, 幅Ｗの約２〜５倍であ
る。この場合には, 図８に示すパターンの強磁性薄膜ス
トライプ46および47から成る磁気抵抗効果素子23が用い
られる。この実施例においても, 紙面８の走行方向にお
ける対象物31または32の幅および配列ピッチが上記の条
件に合っていれば, 対象物31〜32は, 紙面８の走行方向
に垂直な方向において連続するパターンの一部であって
もよい。
【００７４】図12（イ）および（ロ）において, 基板５
として, 例えばシリコンチップを用いれば, 図９を参照
して説明したと同様に, 基板５の中央領域52に, 検出信
号を処理するための半導体集積回路を形成することがで
きる。なお, 図12において,基板５上に配置される磁気
抵抗効果素子21または23の数は二つに限定されないこと
は言うまでもない。また，対象物31および32は, 紙面８
のような平面状の担体部材に形成される必要はなく, 例
えば図５に示す歯車の歯先ように, 一軸の廻りに回転す
る回転体の側表面に形成されていてもよい。
【００７５】図13は, 上記と同様に, 磁性体から成る複
数の対象物を検出するための実施例を説明するための平
面図である。例えばプリント配線基板のような支持体９
上に, 各々が永久磁石１と基板５とから成る複数の磁気
的センサを, 一列に配置する。各々のセンサは, 図12を
参照して説明したように, 基板５上に複数の磁気抵抗効
果素子21または23（共に図示省略）が配置されている。
一つの基板５上に二つの磁気抵抗効果素子21が配置され
ているとすると, 図13においては, 三つのセンサが示さ
れているので, 支持体９上には６つの磁気抵抗効果素子
21が配置されているのと等価である。矢印Ａの方向に走
行する紙面８上に形成されている複数の対象物31〜36
は，それぞれに対応する磁気抵抗効果素子21によって検
出される。この実施例においても, 対象物31〜36は, 紙
面８の走行方向に垂直な直線上に配置されているものに
限定されない。また, 紙面８の走行方向に垂直な方向に
おいて連続するパターンの一部であってもよい。
【００７６】図13の構成によれば, 磁性体から成る孤立
した複数のパターンまたは連続したパターンの部分を高
分解能で検出できる。図14は, 磁気抵抗効果素子２に対
してバイアス磁界Hbを印加する方法として,図１を参照
して説明したような，永久磁石１の磁極面11の中心から
偏倚した位置に配置する方法とは異なった実施例を示
す。
【００７７】図14（イ）の平面図および（ロ）の側面図
を参照して，円柱状の永久磁石１の一磁極面11に平行
な, 且つ対象物の運動方向に垂直な磁路を有する様に着
磁された板状の第２の永久磁石12を, 磁極面11に設け
る。磁気抵抗効果素子（図示省略）が形成された基板５
を，永久磁石12に重ねて固定する。磁気抵抗効果素子と
しては，図24，２，３または８に示すいずれかの構造を
有するものを用い，これらの図に示したバイアス磁界Hb
の方向が, 永久磁石12の磁路に平行になるように配置す
る。
【００７８】永久磁石12により, 磁気抵抗効果素子に所
定方向のバイアス磁界Hbが印加され, 従来の問題点すな
わち繰り返し動作の間における感度の低下が防止され
る。一方，永久磁石１による磁束は図６に示されたもの
と同様，対象物に収束するように偏向する。図14（ハ）
の平面図および（ニ）の側面図を参照して, 上記永久磁
石12の磁路方向における両端部に, 軟質磁性体から成る
突出部72を設ける。あるいは, 突出部72を有する磁気ヨ
ーク７を, 永久磁石12と基板５との間に配置してもよ
い。これにより, 磁気抵抗効果素子に対して効率よくバ
イアス磁界Hbが印加される。換言すれば, 永久磁石12の
厚さが低減可能となり, 磁気的センサを小型かつ軽量に
できる利点がある。図14の構成においては, 磁気抵抗効
果素子を, 磁極面11の中心から偏倚した位置に配置する
必要はない。
【００７９】図15（イ）および（ロ）は, 図１を参照し
て説明した本発明の磁気センサの実際的な構造を説明す
るための平面図および側面図である。磁気抵抗効果素子
（図示省略）が形成された基板５は, 例えばエポキシ樹
脂ブロック90にモールドされている。磁極面11の中心か
ら偏倚した場所に基板５が配置されるように位置決めさ
れ, 樹脂ブロック90と永久磁石１とが固定される。磁気
抵抗効果素子としては, 図24, ２, ３または８に示した
いずれかの構造を有するものを用い, これらの図に示し
たバイアス磁界Hbを印加すべき方向が, 偏倚方向に向く
ように配置する。符号91は, 磁気抵抗効果素子を構成す
る強磁性薄膜ストライプから成るブリッジ回路の前記電
極15〜18にそれぞれ接続されたリード線を示す。
【００８０】図16は, 磁気抵抗効果素子２に対してバイ
アス磁界Hbを印加する方法として,図１を参照して説明
したような，永久磁石１の磁極面11の中心から偏倚した
位置に配置する方法とは異なった別の実施例を示す。
【００８１】例えば図15を参照して説明したような磁気
センサにおいて, 磁気抵抗効果素子（図示省略）が形成
された基板５が, 永久磁石１の磁極面11に対して所定の
角度α傾くように設定し, 樹脂ブロック90と永久磁石１
とを固定する。磁気抵抗効果素子としては, 図24, ２,
３または８に示したいずれかの構造を有するものを用
い, これらの図に示したバイアス磁界Hbを印加すべき方
向が, 最大傾き角度αを示す方向に一致するように配置
する。この配置により, 磁気抵抗効果素子にを構成する
強磁性薄膜ストライプ（図示省略）に対して, バイアス
磁界Hbが印加される。符号91は, 前記と同様のリード線
を示す。図16の構成においては, 磁気抵抗効果素子を,
磁極面11の中心から偏倚した位置に配置する必要はな
い。
【００８２】図17は本発明に係る信号変換回路の原理的
構成を説明するためのブロック図,図18はこの変換回路
の動作を説明するための信号波形図である。例えば図１
を参照して説明された本発明に係る磁気的センサにおけ
る磁気抵抗効果素子２(MR)からは, 図18（イ）に示すよ
うなアナログ信号(10mV P-P)が出力される。差動増幅回
路100 は, このアナログ信号を, 図18（ロ）に示すよう
に, 例えば150 倍に増幅する。この増幅された信号は,
半波整流回路200 で整流される。半波整流回路200 から
は, 図18（ハ）に示すような脈流信号が出力される。
【００８３】差動増幅回路100 から出力された信号と半
波整流回路200 から出力された脈流信号が, 比較回路30
0 によって比較される。その結果, 図18（ニ）に示す二
値信号が比較回路300 から出力される。
【００８４】図17に示す本発明に係る変換回路は, 図23
に示す従来の変換回路におけるような大きな時定数の積
分回路を有していない。また, この積分回路におけるよ
うな大きな容量のコンデンサC1を必要としない。したが
って, 本発明によれば, 従来の変換回路を用いた場合の
ような, 二値信号パルスの幅が変動するような問題が排
除される。
【００８５】上記のように, 本発明においては, 図24に
示した複数のバーバーポール形の強磁性薄膜ストライプ
４を直列接続して構成されたブリッジ回路から成る周知
の磁気抵抗効果素子２を採用することができる。換言す
れば, 磁気抵抗効果素子２から成る従来の磁気的センサ
における問題点，すなわち，検出感度が時間とともに低
下することが, 本発明によって解決される。
【００８６】図19は, 図17を参照して説明した, 本発明
に係る信号変換回路の一実施例を説明するためのブロッ
ク図である。前記半波整流回路200 は, 例えばオペアン
プ201 とダイオード202 とから成る。オペアンプ201 の
非反転入力が前記差動増幅回路100 の出力に接続されて
いる。ダイオード202 は, オペアンプ201 の出力と反転
入力端子との間に, 順方向に接続されている。この構成
により, ダイオード202 の温度特性が補償される。
【００８７】ダイオード202 の出力と接地間に接続され
たコンデンサC2は, 出力電圧の保持を目的とするもので
あり, 数ないし10pF程度の容量を有する。したがって,
半波整流回路200 の動作速度には実質的に影響しない。
【００８８】半波整流回路200 から出力される前記脈流
信号は, 抵抗R20 および21から成る分割抵抗によって分
割され, 比較回路300 の非反転入力端子に入力される。
この脈流信号が, 比較回路300 の反転入力端子に入力さ
れた信号（差動増幅回路100の出力信号）と比較され
る。なお, 脈流信号の大きさが差動増幅回路100 の出力
信号のそれと近い場合, 誤った二値信号パルスが発生さ
れる可能性がある。したがって, 比較回路300 に入力さ
れる脈流信号は, 前記分割抵抗によって, 例えば1/10程
度に分圧される。
【００８９】図20は, 半波整流回路200 の別の実施例を
説明するためのブロック図であって, ダイオード202 の
出力に定電流源203 が接続されている。したがって, 抵
抗R20 および21から成る前記分割抵抗に付加電流Icが供
給される。その結果, 比較回路300 のに入力される前記
脈流の直流レベルが, Ic×R21 だけ上昇する。その結
果, 比較回路300 から出力される二値信号パルスの幅が
拡がる。この方法によって，デューティ比を1:1 より大
きく設定することができる。
【００９０】図21は, 差動増幅回路100 の構成の一実施
例を示すブロック図である。まず, 図26に示す従来の信
号変換回路においては, 抵抗R9とR10 とによって分割さ
れた電源電圧Vcc が, 抵抗R8を介してオペアンプM1とM2
に印加されている。この分割電圧が, オペアンプM1とM2
とから成る差動増幅回路の直流レベルすなわち動作点で
ある。一方，図19または図20に示す半波整流回路200 に
おいては, その出力信号の直流レベルは, それぞれ, 出
力信号のダイナミックレンジの中点または前記Ic×R21
によって決まる電位である。したがって, 図21に示すよ
うに,図26における抵抗R8およびR2に相当する回路を除
く必要がある。また, 高入力インピーダンスに設定する
ために, オペアンプ201 の出力端子と反転入力端子は直
接に接続される。
【００９１】図22は, 上記に説明した本発明に係る磁気
センサと信号変換回路とを組み合わせた装置の動作の温
度特性を示すグラフであって, 同図（イ）は磁気センサ
からの出力信号波形, 同（ロ）は差動増幅回路100 から
の出力信号波形, 同（ハ）は半波整流回路200 からの脈
流信号波形, 同図（ニ）は比較回路300 から出力される
二値信号パルス波形である。それぞれの図におけるパラ
メータは温度(T) であり, T1は -50℃, T2は25℃, T3は
100℃である。この温度範囲においては, 二値信号パル
スの波形は温度の影響を受けないことが示されている。
図22において，前記脈流信号の直流レベルは, 前記のよ
うに定電流源203 からの電流供給Icと抵抗R21 との積の
値だけシフトされている。
【００９２】
【発明の効果】本発明によれば，磁気抵抗効果素子を構
成する複数の強磁性薄膜ストライプの初期状態における
磁化が所定方向に揃えられるので，この磁気抵抗効果素
子から成る磁気的センサの検出感度が安定化される。ま
た，この磁気センサからのアナログ出力信号に対応する
二値信号パルスの幅が一定に保持されるので，この磁気
センサを用いて行われる制御の確かさが向上される。さ
らに，本発明によれば，上記アナログ出力信号を二値信
号に変換するための回路を磁気抵抗効果素子と集積する
ことが可能となり，磁気的センサから成る装置の小型化
が可能となる。さらにまた，本発明によれば，複数の磁
気抵抗効果素子を集積することにより，紙面等に形成さ
れた磁気的パターンの検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の磁気的センサの原理説明図
【図２】 本発明の磁気抵抗効果素子の一実施例説明図
【図３】 本発明の磁気抵抗効果素子の別の実施例説明
図
【図４】 バイアス磁界による感度変化の補償に関する
本発明の方法説明図
【図５】 本発明のその他実施例の基礎概念説明図
【図６】 図５に関係する詳細説明図
【図７】 磁気抵抗効果素子と印加磁界との組み合わせ
説明図
【図８】 図７に関係する一実施例に適用可能な磁気抵
抗効果素子説明図
【図９】 図７に関係する別の実施例説明図
【図１０】 図９の実施例に適用可能な磁気抵抗効果素
子説明図
【図１１】 磁気抵抗効果素子に対する別のバイアス磁
界印加方法説明図
【図１２】 複数の磁性対象物を検出可能な磁気的セン
サの一実施例説明図
【図１３】 複数の磁性対象物を検出可能な磁気的セン
サの別の実施例説明図
【図１４】 磁気抵抗効果素子に対する別のバイアス磁
界印加方法説明図
【図１５】 本発明の磁気的センサの実際的構造の一実
施例説明図
【図１６】 磁気抵抗効果素子に対する別のバイアス磁
界印加方法説明図
【図１７】 本発明の信号変換回路の原理的構成説明ブ
ロック図
【図１８】 図17の信号変換回路の信号波形図
【図１９】 本発明の信号変換回路の一実施例説明図
【図２０】 本発明の信号変換回路における半波整流回
路の別の実施例説明図
【図２１】 本発明の信号変換回路における差動増幅回
路の一実施例説明図
【図２２】 本発明の磁気センサと信号変換回路の総合
的温度特性説明図
【図２３】 本発明の磁気的センサに関係する従来技術
説明図
【図２４】 強磁性薄膜ストライプから成る磁気抵抗効
果素子の構造および動作説明図
【図２５】 図24に示す強磁性薄膜ストライプの抵抗変
化率と印加磁界の関係を示すグラフ
【図２６】 従来の信号変換回路説明図
【図２７】 図26の信号変換回路の信号波形図
【符号の説明】
１, 12 永久磁石 ２, 21, 22, 23 磁気抵抗効果素子 ３, 31, 32対象物 ４, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47 強磁性薄膜ストライ
プ ５, 51 基板 ６, 62, 63, 64, 65, 66, 67 非磁性の導体薄膜ストラ
イプ ７ 磁気ヨーク ８ 紙面 ９ 支持体 11 磁極面 15, 16, 17, 18 電極 52 中央領域 70 板状部 71, 72 突出部 90 樹脂ブロック 91 リード線 100 差動増幅回路 200 半波整流回路 201 オペアンプ 202 ダイオード 203 定電流源 300 比較回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川元 美詠子 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 梶谷 浩 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 丹治 成生 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−202979（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−94581（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−37567（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/62 G01B 7/00 - 7/30 G01P 1/00 - 3/30

Claims (30)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 検出すべき対象物に対向する一表面を磁
    極面として有する磁石と， 該磁極面に平行に延伸し且つ直列に接続された複数の強
    磁性体薄膜ストライプから成り且つ該磁極面に沿って該
    磁極面の中心から偏倚して配置された磁気抵抗効果素子
    とを備えたことを特徴とする磁気的センサ。
  2. 【請求項２】 前記対象物は一方向に直線運動または回
    転運動し，該磁気抵抗効果素子は該対象物の運動方向に
    垂直な方向に偏倚して配置されたことを特徴とする請求
    項１記載の磁気的センサ。
  3. 【請求項３】 前記磁気抵抗効果素子は, 前記偏倚方向
    に対して概ね45°をなす方向に延伸する複数の前記強磁
    性薄膜ストライプから各々が成る四つの群を含み，各々
    の群における該強磁性薄膜ストライプがそれぞれの延伸
    方向における端部を通じて直列に接続されており且つ該
    四つの群はそれぞれにおける該直列接続された該強磁性
    薄膜ストライプの終端を通じてブリッジ回路を構成する
    ように接続されていることを特徴とする請求項１または
    ２記載の磁気的センサ。
  4. 【請求項４】 前記磁気抵抗効果素子は, 前記偏倚方向
    に対して平行に延伸する複数の前記強磁性薄膜ストライ
    プから各々が成る四つの群を含み，各々の群における該
    強磁性薄膜ストライプがそれぞれの延伸方向における端
    部を通じて直列に接続されており且つ該四つの群はそれ
    ぞれにおける該直列接続された該強磁性薄膜ストライプ
    の終端を通じてブリッジ回路を構成するように接続され
    ており，各々の該複数の強磁性薄膜ストライプ上には非
    磁性の導電性薄膜から成る複数の第２のストライプが配
    置されており, 各々の該第２のストライプが該強磁性薄
    膜ストライプの延伸方向に対して概ね45°をなす方向に
    延伸していることを特徴とする請求項１または２記載の
    磁気的センサ。
  5. 【請求項５】 前記ブリッジ回路において隣接する任意
    の二つの前記群におけるそれぞれの前記強磁性薄膜スト
    ライプが互いに垂直に延伸していることを特徴とする請
    求項３記載の磁気的センサ。
  6. 【請求項６】 前記ブリッジ回路において，前記偏倚方
    向に対して垂直な方向において隣接する任意の二つの前
    記群のそれぞれにおける前記強磁性薄膜ストライプが互
    いに平行に延伸し且つ該偏倚方向に対して平行な方向に
    おいて隣接する任意の二つの該群のそれぞれにおける該
    強磁性薄膜ストライプが互いに垂直に延伸していること
    を特徴とする請求項３記載の磁気的センサ。
  7. 【請求項７】 前記ブリッジ回路において隣接する任意
    の二つの前記群におけるそれぞれの前記第２のストライ
    プが互いに垂直に延伸していることを特徴とする請求項
    ４記載の磁気的センサ。
  8. 【請求項８】 前記ブリッジ回路において，前記偏倚方
    向に対して垂直な方向において隣接する任意の二つの前
    記群それぞれにおける前記第２のストライプが互いに平
    行に延伸し且つ該偏倚方向に対して平行な方向において
    隣接する任意の二つの該群それぞれにおける該第２のス
    トライプが互いに垂直に延伸していることを特徴とする
    請求項４記載の磁気的センサ。
  9. 【請求項９】 前記磁極面の中心から遠い二つの前記群
    における前記強磁性薄膜ストライプは他の二つの該群に
    おける該強磁性薄膜ストライプに比べてより小さい幅を
    有することを特徴とする請求項３または４記載の磁気的
    センサ。
  10. 【請求項１０】 前記磁極面の中心から遠い二つの前記
    群における前記強磁性薄膜ストライプは他の二つの該群
    における該強磁性薄膜ストライプに比べてより大きい厚
    さを有することを特徴とする請求項３または４記載の磁
    気的センサ。
  11. 【請求項１１】 直線運動または回転運動する対象物に
    対向する一表面を一磁極として有する磁石と， 所定の間隔を以て該磁極面に対して平行に且つ互いに平
    行に延伸し且つそれぞれの延伸方向における端部を通じ
    て直列に接続された複数の強磁性薄膜ストライプから各
    々が成る四つの群を含み且つ該四つの群はそれぞれにお
    ける該直列接続された該強磁性薄膜ストライプの終端を
    通じてブリッジ回路を構成するように接続されており,
    且つ該四つの群は該磁極面の中心から該磁極面に沿って
    偏倚し且つ該磁極面の中心に関して互いに対称な四つの
    位置にそれぞれ配置された磁気抵抗効果素子とを備えた
    ことを特徴とする磁気的センサ。
  12. 【請求項１２】 前記ブリッジ回路において隣接する二
    つの前記群から成る対が前記対象物の前記運動方向に垂
    直な二つの直線上に一対ずつ配置されたことを特徴とす
    る請求項１１記載の磁気的センサ。
  13. 【請求項１３】 前記複数の強磁性薄膜ストライプは,
    前記二つの直線に対して概ね45°をなす方向に延伸して
    いることを特徴とする請求項１２記載の磁気的センサ。
  14. 【請求項１４】 各々の前記複数の強磁性薄膜ストライ
    プ上には非磁性の導電性薄膜から成る複数の第２のスト
    ライプが配置されており, 各々の該第２のストライプは
    該強磁性薄膜ストライプの延伸方向に対して概ね45°を
    なす方向に延伸していることを特徴とする請求項11また
    は12記載の磁気的センサ。
  15. 【請求項１５】 前記偏倚方向における複数の前記位置
    の各々に一つの前記磁気抵抗効果素子が配置されている
    ことを特徴とする請求項１または２記載の磁気的セン
    サ。
  16. 【請求項１６】 各々の前記磁気抵抗効果素子から出力
    される信号を処理するための半導体集積回路が形成され
    る領域が前記磁極面の中心に画定されていることを特徴
    とする請求項１５記載の磁気的センサ。
  17. 【請求項１７】 前記磁気抵抗効果素子から出力される
    信号を処理するための半導体集積回路が形成される領域
    が前記磁極面の中心に画定されていることを特徴とする
    請求項１１記載の磁気的センサ。
  18. 【請求項１８】 絶縁層によって覆われ且つ前記磁極面
    上に配置された単一のシリコン基板をさらに含み, 前記磁極面の中心に対応する該シリコン基板の領域には
    前記半導体集積回路が形成されていることを特徴とする
    請求項１６または１７記載の磁気的センサ。
  19. 【請求項１９】 共に軟質磁性体から成り，該磁極面と
    該磁気抵抗効果素子との間に介在する板状部材および該
    磁性対象物の運動方向における該板状部材の対向する両
    端部に該磁気抵抗効果素子を挟むようにしてそれぞれ設
    けられた一対の突出部材とから成る磁気ヨークをさらに
    備えたことを特徴とする請求項１または２記載の磁気的
    センサ。
  20. 【請求項２０】 前記対象物は前記磁極面に対向する部
    分を含む一表面を有する担体部材の該表面上に形成され
    且つ該担体部材の並進運動または回転運動によって前記
    方向に運動するパターンであることを特徴とする請求項
    １または２に記載の磁気的センサ。
  21. 【請求項２１】 前記対象物は前記磁極面に対向する部
    分を含む一表面を有する担体部材の該表面上に形成され
    且つ該担体部材の移動または回転によって運動するパタ
    ーンであることを特徴とする請求項１５記載の磁気的セ
    ンサ。
  22. 【請求項２２】 直線運動または回転運動する対象物に
    対向する一表面を磁極面として有する磁石と， 各々が所定の間隔を以て該磁極面に平行に延伸し且つそ
    れぞれの延伸方向における端部を通じて直列に接続され
    た複数の強磁性薄膜ストライプから成る磁気抵抗効果素
    子と, 該磁極面と該磁気抵抗効果素子との間に設けられた板状
    の磁石であって, 該磁極面に平行であり且つ前記対象物
    の運動方向に垂直な磁路を有する第２の磁石とを備えた
    ことを特徴とする磁気的センサ。
  23. 【請求項２３】 検出すべき対象物の運動方向に平行な
    一表面を一磁極として有する磁石と， それぞれの延伸方向における端部を通じて直列に接続さ
    れた複数の強磁性薄膜ストライプから成る磁気抵抗効果
    素子とを備え， 該磁気抵抗効果素子は該磁極面に対して傾けて該磁極面
    上に配置されていることを特徴とする磁気的センサ。
  24. 【請求項２４】 前記磁気抵抗効果素子は, 前記対象物
    の運動方向に対して概ね45°をなす方向に延伸する複数
    の前記強磁性薄膜ストライプから各々が成る四つの群を
    含み，各々の群における該強磁性薄膜ストライプがそれ
    ぞれの延伸方向における端部を通じて直列に接続されて
    おり且つ該四つの群はそれぞれにおける該直列接続され
    た該強磁性薄膜ストライプの終端を通じてブリッジ回路
    を構成するように接続されていることを特徴とする請求
    項２２または２３記載の磁気的センサ。
  25. 【請求項２５】 前記磁気抵抗効果素子は, 前記対象物
    の運動方向に対して垂直に延伸する複数の前記強磁性薄
    膜ストライプから各々が成る四つの群を含み，各々の群
    における該強磁性薄膜ストライプがそれぞれの延伸方向
    における端部を通じて直列に接続されており且つ該四つ
    の群はそれぞれにおける該直列接続された該強磁性薄膜
    ストライプの終端を通じてブリッジ回路を構成するよう
    に接続されており，各々の該複数の強磁性薄膜ストライ
    プ上には非磁性の導電性薄膜から成る複数の第２のスト
    ライプが配置されており, 各々の該第２のストライプが
    該対象物の運動方向に対して概ね45°をなす方向に延伸
    していることを特徴とする請求項２２または２３記載の
    磁気的センサ。
  26. 【請求項２６】 前記ブリッジ回路において隣接する任
    意の二つの前記群におけるそれぞれの前記強磁性薄膜ス
    トライプが互いに垂直に延伸していることを特徴とする
    請求項２４記載の磁気的センサ。
  27. 【請求項２７】 前記ブリッジ回路において，前記対象
    物の運動方向に対して平行な方向において隣接する任意
    の二つの前記群のそれぞれにおける前記強磁性薄膜スト
    ライプが互いに平行に延伸し且つ該対象物の運動方向に
    対して垂直な方向において隣接する任意の二つの該群の
    それぞれにおける該強磁性ストライプが互いに垂直に延
    伸していることを特徴とする請求項２４記載の磁気的セ
    ンサ。
  28. 【請求項２８】 前記ブリッジ回路において隣接する任
    意の二つの前記群のそれぞれにおける前記第２のストラ
    イプが互いに垂直に延伸していることを特徴とする請求
    項２５記載の磁気的センサ。
  29. 【請求項２９】 前記ブリッジ回路において，前記対象
    物の運動方向に対して平行な方向において隣接する任意
    の二つの前記群のそれぞれにおける前記第２のストライ
    プが互いに平行に延伸し且つ該対象物の運動方向に対し
    て垂直な方向において隣接する任意の二つの該群のそれ
    ぞれにおける該第２のストライプが互いに垂直に延伸し
    ていることを特徴とする請求項２５記載の磁気的セン
    サ。
  30. 【請求項３０】 前記磁気抵抗効果素子は，前記対象物
    の運動方向におけるその寸法の２乃至４倍の距離だけ前
    記磁極面の中心から偏倚していることを特徴とする請求
    項１または２記載の磁気的センサ。
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