JP6897702B2 - 磁場検出装置および磁場検出方法 - Google Patents
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Description
なお、本発明の効果はこれに限定されるものではなく、以下に記載のいずれの効果であってもよい。
1.第1の実施の形態(ハイパスフィルタと位相検波回路とを有する復調部を備えた磁場検出装置の例)
2.第2の実施の形態(ハイパスフィルタとサンプル・アンド・ホールド回路とを有する復調部を備えた磁場検出装置の例)
3.変形例
[磁場検出装置100の構成]
図1Aは、本発明の第1の実施の形態としての磁場検出装置100の全体構成例を表す概略図である。磁場検出装置100は、磁気検出部10と、変調部20と、復調部30とを備えている。
磁気検出部10は、例えば4つの磁気検出素子1(1A〜1D)を含んでおり、それら磁気検出素子1A〜1Dはブリッジ接続されてブリッジ回路を形成している。磁気検出素子1A〜1Dは、それぞれX軸方向の感度軸を有している。磁気検出素子1A〜1Dとして、例えば磁気抵抗効果(MR;Magneto-Resistive effect)素子を適用できる。磁気検出素子1A〜1Dが磁気抵抗効果素子の場合、各磁気抵抗効果素子の磁化固着層(ピンド層)の磁化方向が感度軸と実質的に平行であるとよい。
変調部20(20A〜20D)は、図1Bに示したように、磁気検出素子1A〜1Dの内部に組み込まれており、それぞれ第2非磁性層21およびスピン注入層22を有している。スピン注入層22は、例えばCoFe(コバルト鉄合金)などからなり、永久磁石2A〜2Dおよび永久磁石3A〜3Dにより付与されるバイアス磁場の向きと反対向きである−Y方向の磁化J22を有している
復調部30は、磁気検出素子1A〜1Dからの第1の周波数の出力信号、すなわち差分信号S1を復調し、その差分信号S1の振幅に基づき、磁気検出素子1A〜1Dが受ける検出対象磁場としての被測定磁場Hmの強度を検出するようになっている。ここで図2を参照し、復調部30の構成について具体的に説明する。図2は、復調部30の構成例を表すブロック図である。
本実施の形態の磁場検出装置100では、磁気検出素子1A〜1Dが受ける検出対象磁場としての被測定磁場Hmの強度を検出することができる。特に、磁場検出装置100では、変調部20により磁気検出素子1A〜1Dの分解能が向上するので、より微弱な被測定磁場Hmであっても高い精度で検出することができる。
本実施の形態の磁場検出装置100では、上述したように、磁気検出素子1A〜1Dが、スピン注入層22を含む変調部20による磁化自由層15に対するスピントルクの付与により、それらの感度の変調を受けるようになっている。これにより、被測定磁場Hmの強度に応じて磁気検出素子1A〜1Dからの出力電圧Vの振幅が変化することとなるので、復調部30により、出力電圧Vの振幅に基づき、被測定磁場Hmの強度を検出することができる。例えば、携帯電話機に内蔵される磁気コンパスでは、0〜100Hz程度の周波数を有する被測定磁場の強度を測定することが多い。従来の磁気コンパスでは、上記周波数帯において磁気抵抗効果素子内に発生する大きな1/fノイズの影響により、十分な検出分解能が得られなかった。これに対し、本実施の形態の磁場検出装置100および本実施の形態の磁場検出方法によれば、1/fノイズが効果的に除去されてより高い検出分解能を実現することができる。したがって、本実施の形態によれば、磁場の測定において高い再現性が得られる。
[復調部30Aの構成]
図10は、本発明の第2の実施の形態としての復調部30Aの構成例を表すブロック図である。この復調部30Aは、上記第1の実施の形態の復調部30と同様に、磁場検出装置100に搭載可能であり、変調部20において感度変調された差分信号S1の復調を行い、S/N比の改善に寄与することができる。
本実施の形態においても、上記第1の実施の形態における復調部30と同様に、変調部20において感度変調された差分信号S1の復調を行い、S/N比の改善に寄与することができる。
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、復調部として位相検波回路やサンプル・アンド・ホールド回路を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。また、上記実施の形態では、復調部がハイパスフィルタやローパスフィルタを含むようにしたが、本発明ではこれらを省略してもよい。
Claims (12)
- 第1の方向に沿った感度軸を有する磁気検出素子と、
前記磁気検出素子に対し、前記第1の方向および前記第1の方向に直交する第2の方向を含む面内に働く回転力を有すると共に第1の周波数で振動するスピントルクを付与可能な変調部と、
前記磁気検出素子からの前記第1の周波数の出力信号を復調し、前記出力信号の振幅に基づき、前記磁気検出素子が受ける被測定磁場の強度を検出する復調部と
を備えた磁場検出装置。 - 前記磁気検出素子は、磁化固着層と、第1の非磁性層と、磁化自由層とを含む磁気トンネル接合素子であり、
前記変調部は、前記磁化自由層から見て前記第1の非磁性層と反対側に順に積層された第2の非磁性層と、スピン注入層とを含み、
前記磁気検出素子と前記変調部とは一体化した積層構造を構成している
請求項1記載の磁場検出装置。 - 前記磁化固着層における、前記第1の非磁性層と反対側に設けられた第1電極と、
前記スピン注入層における、前記第2の非磁性層と反対側に設けられた第2電極と
をさらに備え、
前記第1電極から前記第2電極へ流れるバイアス印加電流が供給されることにより、前記磁化自由層の磁化に作用するスピントルクが発生するようになっている
請求項2記載の磁場検出装置。 - 前記磁気検出素子に対し、前記第2の方向のバイアス磁場を付与するバイアス磁場付与部をさらに備え、
前記スピン注入層の磁化の向きは、前記第2の方向と同じ向きであり、または前記第2の方向と反対向きである
請求項2または請求項3に記載の磁場検出装置。 - 前記復調部は、前記第1の周波数未満の第2の周波数以上の周波数成分を通過させるハイパスフィルタを有する
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の磁場検出装置。 - 前記復調部は、前記磁気検出素子からの前記出力信号の位相と同じ位相であって前記第1の周波数の方形波を参照し、位相検波信号を取り出す位相検波回路をさらに有する
請求項5記載の磁場検出装置。 - 前記復調部は、前記位相検波信号から被測定成分を平滑化して通過させるローパスフィルタをさらに有する
請求項6記載の磁場検出装置。 - 前記復調部は、前記ローパスフィルタを通過した被測定成分のA/D変換を行うA/D変換部をさらに有する
請求項7記載の磁場検出装置。 - 前記復調部は、サンプル・アンド・ホールド回路をさらに有する
請求項5記載の磁場検出装置。 - 前記復調部は、前記サンプル・アンド・ホールド回路を通過したサンプル成分のA/D変換を行うA/D変換部をさらに有する
請求項9記載の磁場検出装置。 - 前記A/D変換部は、複数の前記サンプル成分について時間平均処理を伴う前記A/D変換を行う
請求項10記載の磁場検出装置。 - 第1の方向に沿った感度軸を有する磁気検出素子に対し、前記第1の方向および前記第1の方向に直交する第2の方向を含む面内に働く回転力を有すると共に第1の周波数で振動するスピントルクを付与することと、
前記磁気検出素子からの前記第1の周波数の出力信号の振幅に基づき、前記磁気検出素子が受ける被測定磁場の強度を検出することと
を含む磁場検出方法。
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