JP6958538B2 - 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1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、変調コイル21を含む変調部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。具体的には、磁気検出素子1Aは−X方向の磁化J1Aを有するピンド層を含み、磁気検出素子1Bは+X方向の磁化J1Bを有するピンド層を含み、磁気検出素子1Cは−X方向の磁化J1Cを有するピンド層を含み、磁気検出素子1Dは+X方向の磁化J1Dを有するピンド層を含んでいる。
変調部20は、変調コイル21と、交流電源22とを含んでいる。変調コイル21は、交流電源22により交流電流が供給されることにより、磁気検出素子1A〜1Dに対し、X軸方向と直交するY軸方向の成分を含む第1の周波数の交流磁場Hacを付与することができるように構成されている。交流磁場Hacは、磁気検出素子1A〜1Dにおける感度変調をもたらす。変調コイル21は、例えば銅などからなる薄膜コイルであり、磁気検出素子1A〜1Dが構成するブリッジ回路の近傍に配置されている。なお、変調コイル21は、磁気検出素子1A〜1Dと共通の基板上に設けられていてもよいし、磁気検出素子1A〜1Dが設けられた基板とは別の基板に設けられていてもよい。
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、変調コイル21による交流磁場Hac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等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、上記実施の形態等では、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、上記実施の形態等では、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 (10)
- 第1の方向の第1磁化を有するピンド層と前記第1の方向に直交する第2の方向で安定化している第2磁化を有するフリー層とを含んで前記第1の方向に沿った感度軸を有する磁気抵抗効果素子と、
交流電流が供給されることにより、前記磁気抵抗効果素子に対し、前記第1の方向と直交する第2の方向の成分を含む第1の周波数の交流磁場を付与可能な変調コイルと、
前記磁気抵抗効果素子からの前記第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、前記磁気抵抗効果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記載の磁場検出装置。 - 前記復調部は、前記磁気抵抗効果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2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3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4記載の磁場検出装置。 - 前記復調部は、前記磁気抵抗効果素子からの前記出力信号の位相と1/4の差の位相を有し前記第1の周波数のサンプルパルス信号を参照して、前記出力信号の波形のピーク値をサンプリングし、前記出力信号のサンプル成分を取り出すサンプル・アンド・ホールド回路をさらに有する
請求項2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6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7記載の磁場検出装置。 - 前記磁気抵抗効果素子に対し、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 部をさらに備えた
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の磁場検出装置。 - 変調コイルに交流電流を供給することにより、第1の方向の第1磁化を有するピンド層と前記第1の方向に直交する第2の方向で安定化している第2磁化を有するフリー層とを含んで前記第1の方向に沿った感度軸を有する磁気抵抗効果素子に対し、前記第1の方向と直交する第2の方向の成分を含む第1の周波数の交流磁場を付与することと、
前記磁気抵抗効果素子からの前記第1の周波数の出力信号の振幅に基づき、前記磁気抵抗効果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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