JPWO2012014546A1 - 磁性体検出装置 - Google Patents

Abstract

本発明に係る磁性体検出装置は、磁性体の移動経路の途中に配置された磁気抵抗センサと、磁性体の移動方向に沿ってＳ極およびＮ極が配列した下側磁石と、磁性体の移動方向に沿ってＮ極およびＳ極が配列した上側磁石などを備える。下側磁石および上側磁石は、磁性体の移動経路を介して、下側磁石のＳ極と上側磁石のＮ極とが対向し、下側磁石のＮ極と上側磁石のＳ極とが対向するように配置されている。こうした構成により、磁性体を高精度で検出できる。

Description

本発明は、磁気インク印刷物、磁気記録媒体、磁気スリットスケールなどの磁性体を検出する磁性体検出装置に関する。

従来の磁性体検出装置として、磁気抵抗素子とバイアス磁界を発生する永久磁石とを組み合わせて、紙幣中に含まれる磁気インク等の磁性体を検出する技術が一般に知られている。紙幣に含まれる磁性体の量は微少であるため、磁気抵抗素子と永久磁石を組み合せた磁気センサヘッドに対して紙幣を接触させた状態で読み取るのが一般的である。

一方、特許文献１（図７、図８）では、一対の磁気センサヘッドを対向配置し、両ヘッドの間隙に紙幣などの被検出物を通過させることによって、非接触読み取りを行っている。また、特許文献１では、磁界の強さを検出する磁気抵抗素子として、半導体磁気抵抗（ＳＭＲ）素子を使用している。半導体磁気抵抗素子が磁界を感じる方向（感磁方向）は、素子の検出面に対して垂直な方向であるため、特許文献１では、永久磁石の着磁方向を異極対向とし、素子の検出面に対して垂直な方向にバイアス磁界を印加している。

また、特許文献１では、２つの半導体磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２は、ハーフブリッジ回路を構成し、その中点電位を出力信号として取り出すことによって、温度変化による半導体磁気抵抗素子の抵抗値変化、即ち、出力オフセット変動をキャンセルしている。

特開２００１−２１６３１号公報 実公昭６２−４１２６６号公報 特開昭５８−２９９４号公報 特開平６−２３１３３６号公報 特開平７−１２９０８号公報 特開２００５−１２９００９号公報 特開平５−３３２７０３号公報 特開平８−１７８９３７号公報 特開平１０−１９６０１号公報 特開平８−２４９６０２号公報 特開平４−２８２４８１号公報 特開平９−１５２３０３号公報 特開平６−１６７３０２号公報 特開平２−２９８８０２号公報 特開２００６−３１７２０３号公報

半導体磁気抵抗素子は、使用する材料およびプロセスの制約上、温度上昇に伴う抵抗値および抵抗変化率の変動が大きく、しかも素子自体の抵抗値が小さいという特性がある。
素子の抵抗値が小さいと、定電圧駆動の場合に素子の消費電流が大きくなり、さらに電流量の増大に伴ってジュール熱の自己発熱によって素子温度が上昇し、その結果、抵抗変化率が減少し、出力が低下してしまう。また、センサヘッド筐体との組付け具合に起因した放熱ムラがある場合、ハーフブリッジ上下の磁気抵抗素子（特許文献１のＭＲ１，ＭＲ２）の抵抗値が温度変化し、センサ出力のオフセット変動（中点電位変動）が生じてしまう。

本発明の目的は、磁性体を高精度で検出できる磁性体検出装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の一態様は、磁性体を検出する磁性体検出装置であって、
磁性体の移動経路の途中に配置された磁気抵抗センサと、
磁性体の移動方向に沿って、第１磁極および、該第１磁極とは逆極性の第２磁極が配列したバイアス磁石とを備え、
バイアス磁石は、磁気抵抗センサに対して磁性体の移動方向に沿ったバイアス磁界を印加する。

本発明の一態様において、磁性体の移動方向に沿って、第１磁極および、該第１磁極とは逆極性の第２磁極が配列した第１バイアス磁石と、
磁性体の移動方向に沿って、第２磁極および第１磁極が配列した第２バイアス磁石とを備え、
第１バイアス磁石および第２バイアス磁石は、磁性体の移動経路を介して、第１バイアス磁石の第１磁極と第２バイアス磁石の第２磁極とが磁気抵抗センサおよび検出対象の磁性体を挟むように対向し、第１バイアス磁石の第２磁極と第２バイアス磁石の第１磁極とが対向するように配置され、磁気抵抗センサに対して磁性体の移動方向に沿ったバイアス磁界を印加することが好ましい。

本発明の一態様において、磁気抵抗センサは、異方性磁気抵抗素子を含み、バイアス磁石によって形成されたバイアス磁界分布のゼロ点付近に位置決めされることが好ましい。

本発明の一態様において、磁気抵抗センサは、異方性磁気抵抗素子を含み、磁性体の移動方向に対して第１磁極と第２磁極の中間付近に配置され、第１バイアス磁石または第１バイアス磁石と第２バイアス磁石の組により磁気抵抗素子に印加される磁性体移動方向のバイアス磁界が磁性体の通過により増減され、その磁界変化を磁気抵抗センサにより出力に変換することが好ましい。

本発明の一態様において、磁気抵抗センサは、異方性磁気抵抗素子を含み、磁性体の移動方向に対して第１磁極の手前側付近または第２磁極の奥側付近に配置され、第１バイアス磁石または第１バイアス磁石と第２バイアス磁石の組により磁気抵抗素子に印加されるバイアス磁界の貫通方向成分が磁性体の通過により回転され、その磁界変化を磁気抵抗センサにより出力に変換することが好ましい。

本発明の一態様において、磁気抵抗センサは、磁性体の移動方向と平行な感磁方向を有する第１異方性磁気抵抗素子、および磁性体の移動方向と垂直な感磁方向を有する第２異方性磁気抵抗素子で構成されたハーフブリッジ回路を含むことが好ましい。

本発明の一態様において、磁気抵抗センサは、磁性体の移動方向と垂直方向に複数配置してラインセンサとして構成されることが好ましい。

本発明の一態様において、第１バイアス磁石および第２バイアス磁石の磁性体移動方向の上流側および下流側の側面に設けられた磁性体ヨークをさらに備えることが好ましい。

本発明の一態様において、磁性体ヨークは、第１バイアス磁石または第２バイアス磁石の対向面から磁気抵抗センサ側に突出して設けられることが好ましい。

本発明の一態様において、第１バイアス磁石および第２バイアス磁石は、両面４極着磁パターンの角柱状磁石であることが好ましい。

本発明の一態様において、前記バイアス磁石は、磁気抵抗センサの配列方向に沿って複数の磁極に分割されていることが好ましい。

本発明の一態様において、各磁気抵抗センサからの出力信号を処理するための処理回路と、
磁性体の移動経路外に配置された、補償用の磁気抵抗センサとをさらに備え、
処理回路は、補償用の磁気抵抗センサからの信号を用いて前記出力信号を補償することが好ましい。

本発明の一態様において、各磁気抵抗センサからの出力信号を処理するための処理回路と、
移動経路における磁性体の有無を示す検知信号を該処理回路に供給するための磁性体検知部をさらに備え、
処理回路は、磁性体が存在しないときの出力信号を用いて、磁性体が存在するときの出力信号を補償することが好ましい。

本発明の一態様において、複数の磁気抵抗センサがマトリクス状に配列された磁気イメージセンサと、
磁気抵抗センサの配列方向と平行な磁界成分を発生する磁界発生手段とを備え、
各磁気抵抗センサは、複数の異方性磁気抵抗素子で構成されていることが好ましい。

本発明の一態様において、直線状またはマトリクス状に配列した複数の磁気抵抗センサを備え、
各磁気抵抗センサは、基板上に強磁性体の薄膜パターンとして形成された複数の異方性磁気抵抗素子で構成され、
各異方性磁気抵抗素子は、基板主面に対して平行であって、互いに平行または垂直な感磁方向を有することが好ましい。

本発明の一態様において、検出対象の磁性体は、移動方向に沿って一定のピッチで形成されたスリット形状を有しており、
磁気抵抗センサからの信号に基づいて、磁性体の移動量および移動方向を演算する処理回路をさらに備えることが好ましい。

本発明によれば、各磁極の中間付近には磁界がゼロになる点が存在するようになり、このゼロ点の周囲において強い磁場勾配が形成される。そのため、使用する磁気抵抗センサの設置位置に応じて、センサに印加されるバイアス磁界を所望の値に設定できる。その結果、磁性体の移動に伴う磁界変化を高精度で検出できる。

本発明の実施の形態１を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１を示す側面図である。 一般的なＳＭＲ素子およびＡＭＲ素子について外部印加磁界に対する抵抗変化率の関係を示すグラフである。 磁気抵抗センサおよび下側磁石の対向面を示す平面図である。 磁界のＸ成分Ｂｘについて磁界ゼロ点を通るＺ軸方向に沿ってプロットしたグラフである。 本発明の実施の形態２を示す平面図である。 本発明の実施の形態３を示す側面図である。 本発明の実施の形態１での磁力線分布を示す側面図である。 本発明の実施の形態３での磁力線分布を示す側面図である。 磁界のＸ成分Ｂｘについて磁界ゼロ点を通るＺ軸方向に沿ってプロットしたグラフである。 磁界のＸ成分Ｂｘについて磁界ゼロ点を通るＺ軸方向に沿ってプロットしたグラフである。 本発明の実施の形態３を示す斜視図である。 本発明の実施の形態４を示す斜視図である。 本発明の実施の形態４を示す側面図である。 磁界のＸ成分Ｂｘについて磁界ゼロ点を通るＺ軸方向に沿ってプロットしたグラフである。 本発明の実施の形態５を示す斜視図である。 本発明の実施の形態５を示す平面図である。 本発明の実施の形態７を示す斜視図である。 本発明の実施の形態７を示す側面図である。 下側磁石に下側ヨークを貼り付けた例を示す側面図である。 磁性体の磁気パターンの各種例を示す平面図であり、図２１Ａは横縞磁気パターンの一例を示し、図２１Ｂは縦縞磁気パターンの一例を示す。 磁気パターンの読み取り位置と磁気抵抗センサの中点電位出力の関係を示す説明図である。 磁気イメージセンサの配置の他の例を示す側面図である。 下側磁石の両側面に下側ヨークを貼り付けた他の例を示す側面図である。 下側磁石の磁極配置の他の例を示す斜視図である。 下側磁石の磁極配置のさらに他の例を示す斜視図である。 図２６に示す構成において、下側磁石の両側面に磁極毎に下側ヨークを貼り付けた場合の平面図である。 下側磁石の磁極配置のさらに他の例を示す斜視図である。 図２８に示す構成において、下側磁石の両側面に磁極毎に下側ヨークを貼り付けた場合の平面図である。 本発明の実施の形態８を示す斜視図である。 磁気抵抗センサの他の構成を示す平面図である。 図３２Ａは磁気イメージセンサの平面図であり、図３２Ｂはグラデーション磁気パターンの一例を示し、図３２Ｃは三角形状磁気パターンの一例を示す。 磁気パターンの読み取り位置と磁気抵抗センサの中点電位出力の関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態９を示す斜視図である。 本発明の実施の形態９を示す側面図である。 図３５に示す構成において、下側磁石および上側磁石の両側面に下側ヨークおよび上側ヨークをそれぞれ貼り付けた例を示す側面図である。 磁石の着磁配置の他の例を示す側面図である。 図３７に示す構成において、下側磁石および上側磁石の両側面に下側ヨークおよび上側ヨークをそれぞれ貼り付けた例を示す側面図である。 本発明の実施の形態１０を示す平面図である。 本発明の実施の形態１１を示す構成図である。 本発明の実施の形態１２を示す構成図である。 本発明の実施の形態１３を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１３を示す側面図である。 本発明の実施の形態１での磁力線分布を示す側面図である。 本発明の実施の形態１３での磁力線分布を示す側面図である。 図４５のＡ部の拡大図であり、図４６Ａは磁性体が無い場合の磁力線分布を示し、図４６Ｂは磁性体が存在する場合の磁力線分布を示す。

以下、本発明の実施形態である磁性体検出装置について図面を参照しながら説明する。
なお、各図において同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による磁性体検出装置を示す斜視図であり、図２はその側面図である。磁性体検出装置は、下側磁石１１ａと、上側磁石１１ｂと、スペーサ１３と、磁気抵抗センサ２０などを備える。ここで理解容易のため、被検出物である磁性体１の移動方向をＸ方向とし、下側磁石１１ａから上側磁石１１ｂへ向かう方向をＺ方向とし、Ｘ方向およびＺ方向に垂直な方向をＹ方向とする。

下側磁石１１ａおよび上側磁石１１ｂは、一定のギャップＧの間隔を維持しつつ、磁性体１の移動経路の下側および上側に対向配置される。下側磁石１１ａおよび上側磁石１１ｂの位置およびギャップＧを正確に維持するために、ハウジング（不図示）等に固定されている。

磁気抵抗センサ２０は、磁性体１の移動経路の途中で、下側磁石１１ａの対向面と上側磁石１１ｂの対向面とのほぼ中間付近、即ち、下側磁石１１ａからの距離Ｇ／２＋αの位置に配置される。磁気抵抗センサ２０を正確に位置決めするために、板状のスペーサ１３を下側磁石１１ａの対向面に設置している。スペーサ１３は、磁界に影響を与えない非磁性材料で形成されており、下側磁石１１、スペーサ１３および磁気抵抗センサ２０を接着等で固定することによって磁気抵抗センサ２０の位置が安定化される。

磁石の着磁方向に関して、下側磁石１１ａは、その対向面においてＸ方向に沿ってＳ極、Ｎ極の順に配列するように着磁されている。一方、上側磁石１１ｂは、その対向面においてＸ方向に沿ってＮ極、Ｓ極の順に配列するように着磁されている。そして、下側磁石１１ａのＳ極と上側磁石１１ｂのＮ極とが互いに対向し、下側磁石１１ａのＮ極と上側磁石１１ｂのＳ極とが互いに対向している。なお、上述とは逆極性の配置、即ち、下側磁石１１ａではＮ極、Ｓ極の順に配列し、上側磁石１１ｂではＳ極、Ｎ極の順に配列した配置でも構わない。

こうした四重極配置では、一方の対角に位置する２つのＮ極から他方の対角に位置する２つのＳ極へ向かう磁力線を有するバイアス磁界分布が形成される。このとき４つの磁極の中間付近には磁界がゼロになる点が存在するようになり、このゼロ点の周囲に強い磁場勾配を形成することができる。

磁性体１は、周知の搬送機構（不図示）によって搬送され、磁気抵抗センサ２０と上側磁石１１ｂの対向面の間に形成された空間を通過する。

磁気抵抗センサ２０は、半導体磁気抵抗（ＳＭＲ）素子で構成してもよく、高感度の磁界検出が可能な巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子などで構成することがより好ましい。ＡＭＲ素子は、一般に、強磁性薄膜として作成され、素子の抵抗値を大きくしたり、温度特性を小さくすることができ、センサとしての信頼性を高くできる。さらに、ＡＭＲ素子は、半導体磁気抵抗（ＳＭＲ）素子と比べて磁気飽和レベルが低いが、非飽和領域においてより高感度を示す特性を有する。

図３は、一般的なＳＭＲ素子およびＡＭＲ素子について外部印加磁界に対する抵抗変化率の関係を示すグラフである。点線がＳＭＲ素子を示し、実線がＡＭＲ素子を示す。印加磁界の変化量ΔＢに対する抵抗変化率の変化量ΔＲの割合（ΔＲ／ΔＢ）が大きいほど、センサ出力変化が大きくなるため、感度の点からは抵抗変化率曲線の傾きは大きい方が望ましい。グラフを見ると、印加磁界が小さい領域において、ＡＭＲ素子は、ＳＭＲ素子と比べて抵抗変化率曲線の傾きが大きいため、センサの高出力化およびＳ／Ｎ比向上による信号安定性の向上を図ることができる。

一方、印加磁界が大きい領域では、ＡＭＲ素子の場合、感度の飽和領域が存在しているため、一定以上の外部磁界が印加されると、抵抗変化率、即ち、センサ出力が殆ど変化しなくなるという特性を示す。こうした飽和特性により、バイアス磁石の直近にＡＭＲ素子を配置すると、バイアス磁界が強すぎてセンサ出力が飽和状態となり、磁性体が通過してもセンサ出力が変化しなくなる。また、ＡＭＲ素子が飽和領域に達しないように弱いバイアス磁界を印加した場合、磁性体に印加される磁界も極端に小さくなって、磁性体の有無に伴う磁界変化が小さくなるため、センサ出力が低下するという特性を示す。

図４は、磁気抵抗センサ２０および下側磁石１１ａの対向面を示す平面図である。ここでは、磁気抵抗センサ２０を２つのＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂで構成した場合を例示する。ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂは、基板上に強磁性体の薄膜パターンとして形成され、図示のように細長いストリップ状に形成した場合、長手方向に対して垂直、かつ基板主面に対して平行な方向が感磁方向になる。本実施形態では、ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂの感磁方向は、磁性体１の移動方向（Ｘ方向）と平行になるように設定されており、Ｘ方向の磁界Ｂｘの変化に応じて素子の抵抗値が変化するようになる。

ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂは、電源ラインＶｃｃと接地ラインＧＮＤの間に直列接続されてハーフブリッジ回路を構成している。その中点電位が出力信号として後段の処理回路１４に供給され、増幅および各種信号処理が行われる。

図５は、磁界のＸ成分Ｂｘについて磁界ゼロ点を通るＺ軸方向に沿ってプロットしたグラフである。磁石１１ａ，１１ｂによって形成されるバイアス磁界分布を２次元シミュレーションで計算している。横軸は、下側磁石１１ａの対向面からのＺ方向距離であり、縦軸は、発生磁界のＸ成分Ｂｘを示す。磁石１１ａ，１１ｂの寸法は、図２を参照して、Ａ＝１０ｍｍ、Ｂ＝５ｍｍ、Ｇ＝５ｍｍであり、材質として一般的なネオジム焼結磁石を用いている。

グラフを見ると、両磁石の中間点（Ｚ＝２．５ｍｍ）で磁界Ｂｘが０になることが判る。磁気抵抗素子は、線幅や膜厚を適宜選択することによって、感度傾きや飽和磁界を変更することができる。例えば、図３の実線に示すように、一般的な値として飽和磁界が５ｍＴの磁気抵抗素子を用いた場合、Ｚ＝２．５５ｍｍ付近でＢｘが５ｍＴとなる。即ち、磁気抵抗センサ２０のオフセット位置αを、０＜α＜０．０５ｍｍに設定することが好ましく、磁気抵抗素子の出力が飽和することなく適切なバイアス磁界を印加することができる。より好ましくは、磁気抵抗素子の感度傾きが最も大きいＢｘ＝２．５ｍＴ程度のバイアス磁界が印加される状態であり、磁気抵抗センサ２０をα＝０．０２５ｍｍ付近に位置決めすることによって最も高い出力が得られる。

次に動作を説明する。磁気抵抗センサ２０（例えば、図４のＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂ）に対してバイアス磁界Ｂｘが常に印加された状態で、磁性体１がＸ方向に搬送される。
磁性体１が上流側のＡＭＲ素子２１ａに接近すると、ＡＭＲ素子２１ａ付近の磁界Ｂｘが変化するが、下流側のＡＭＲ素子２１ｂ付近の磁界Ｂｘは変化しないため、ＡＭＲ素子２１ａの抵抗値のみが変化し、中点電位が変化する。続いて、磁性体１がＸ方向にさらに移動して下流側のＡＭＲ素子２１ｂに接近すると、ＡＭＲ素子２１ｂ付近の磁界Ｂｘも変化するようになり、各素子の抵抗値が共に変化して、中点電位は磁性体が無いときと同じ電位に戻る。続いて、磁性体１がＸ方向にさらに移動すると、下流側のＡＭＲ素子２１ｂの抵抗値のみが変化して、今度は中点電位が先ほどと逆の方向に変化する。続いて、磁性体１がＡＭＲ素子２１ｂから離れると、中点電位は磁性体が無いときと同じ電位に戻る。

こうして中点電位は、定常値→正側（または負側）に変化→定常値→負側（または正側）に変化→定常値のように変化するため、動作としては磁性体のエッジを検出することに相当する。磁性体１がＡＭＲ素子を通過する際の磁界変化は、磁性体１周辺の磁界（即ち、磁性体１の印加磁界）に比例し、その磁界変化をＡＭＲ素子で検出しているため、高出力化のためには磁性体１により大きな磁界を印加する必要がある。

本実施形態では、例えば、磁性体１がＺ＝３ｍｍ付近を通過する場合、図５のグラフから磁性体１の印加磁界はＢｘ＝約７７ｍＴになる。一方、磁性体１がＺ＝４ｍｍ付近を通過する場合、磁性体１の印加磁界はＢｘ＝約２４０ｍＴとなり、Ｚ＝３ｍｍの約３倍の磁界が磁性体１に印加されるようになる。

一般に、磁性体が均一磁場内を通過して、磁性体による磁界変化が磁性体の位置によらず一定である場合、磁性体が磁気抵抗素子に近いほど、磁性体による磁界変化と磁気抵抗素子近傍での磁界変化が近い値となり、大きな出力が得られる。逆に、磁性体が磁気抵抗素子から離れるほど、磁性体の磁界変化に対して磁気抵抗素子近傍での磁界変化が小さくなり、出力が低下する。

これに対して本実施形態では、ゼロ点の周囲に強い磁場勾配を形成しているため、磁性体１が磁気抵抗センサ２０から遠ざかるほど、大きい磁界が磁性体１に印加されるようになる。そのため、磁性体１が磁気抵抗センサ２０から遠ざかることによる出力低下を、印加磁界の増大によって抑制できる。その結果、磁性体１と磁気抵抗センサ２０との距離が変動したとしても、安定した出力信号を得ることができる。

このように本実施形態によれば、磁界ゼロ点の周囲に強い磁場勾配を形成することによって、磁気抵抗センサ２０への印加磁界の強さを調整することができる。従って、使用する磁気抵抗センサの特性に応じて、所望のバイアス磁界を容易に設定することができる。
例えば、磁気抵抗センサ２０として異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子を使用した場合、ゼロ点付近に位置決めすることによって、感度飽和を抑制しつつ、高感度の磁界検出を実現できる。

また、磁性体１が磁石１１ａ，１１ｂの間を通過する際、ゼロ点から離れるほど磁性体１へ印加される磁界の強さが大きくなり、磁性体の移動に伴う磁界変化量も増加する。そのため磁性体１と磁気抵抗センサ２０の間の距離が変動したとしても、距離変動を補償するように磁界変化量が変化する。その結果、磁気抵抗センサ２０の出力信号が安定化され、非接触で高感度な磁性体検出が可能になる。

また、特許文献１では、非接触検出のためには２つの永久磁石と２つの磁気抵抗素子を対向させる必要があったが、本実施形態によれば、１つの磁気抵抗センサ２０を用いた非接触検出が可能になる。特に、比較的高価な磁気抵抗センサの数を低減できるため、装置全体のコスト削減が図られる。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２を示す平面図である。装置全体の構成は実施の形態１と同様であり、磁性体検出装置は、図１に示したように、下側磁石１１ａと、上側磁石１１ｂと、スペーサ１３と、磁気抵抗センサ２０などを備える。ここでは、図４と同様に、磁気抵抗センサ２０を２つのＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂで構成した場合を例示するが、半導体磁気抵抗（ＳＭＲ）素子、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子などで構成しても構わない。

本実施形態では、ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂの配置について実施の形態１と相違している。ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂは、基板上に形成された強磁性体の薄膜パターンとして形成され、図示のように細長いストリップ状に形成した場合、長手方向に対して垂直、かつ基板主面に対して平行な方向が感磁方向になる。

本実施形態では、ＡＭＲ素子２１ａの感磁方向は、磁性体１の移動方向（Ｘ方向）と平行になるように設定され、Ｘ方向の磁界Ｂｘの変化に応じて素子の抵抗値が変化するようになる。一方、ＡＭＲ素子２１ｂの感磁方向は、磁性体１の移動方向と垂直な方向（Ｙ方向）に設定され、磁界Ｂｘの変化に対して素子の抵抗値が変化しないように配置される。

ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂは、電源ラインＶｃｃと接地ラインＧＮＤの間に直列接続されてハーフブリッジ回路を構成している。その中点電位が出力信号として後段の処理回路１４に供給され、増幅および各種信号処理が行われる。

こうした素子配置により、バイアス磁界がＸ方向に印加されている場合、ＡＭＲ素子２１ａについてはバイアス磁界Ｂｘが印加されるが、ＡＭＲ素子２１ｂについては感磁方向と垂直であるため、バイアス磁界が印加されない。この状態で磁性体１がＸ方向に移動してＡＭＲ素子２１ａに接近したとき、ＡＭＲ素子２１ａ付近の磁界Ｂｘが変化して素子の抵抗値が変化する。一方、磁性体１がＡＭＲ素子２１ｂに接近したとき、ＡＭＲ素子２１ｂ付近の磁界Ｂｘが変化しても、その磁界変化を検出できず、ＡＭＲ素子２１ｂの抵抗値は一定である。このとき中点電位は、磁性体１が磁気抵抗センサ２０上にある場合には変化し、無い場合には変化しない。即ち、動作としては、実施の形態１のような磁性体のエッジ検出ではなく、磁性体の存在そのものを検出することになる。

磁性体のエッジ検出の場合、エッジ形状が不安定であると、エッジでの波形が出ない可能性や、電磁ノイズ等の影響によってエッジ部分を読み飛ばしてしまうと磁性体の判別が困難になる可能性がある。これに対して本実施形態では、磁性体のエッジを検出するのではなく、磁性体の存在そのものを検出することにより、磁性体のエッジ形状に依存することなく、安定して磁性体を検出することができ、外来ノイズに強い安定した磁性体検出信号を得ることができる。

また、本実施形態では、実施の形態１と同様に、磁界ゼロ点の周囲に強い磁場勾配を形成することによって、磁気抵抗センサ２０への印加磁界の強さが調整可能であり、使用する磁気抵抗センサの特性に応じて、所望のバイアス磁界を容易に設定することができる。
さらに、磁性体１と磁気抵抗センサ２０の間の距離が変動しても、安定した出力信号が得られるため、非接触で高感度な磁性体検出が可能になる。

実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３を示す側面図である。装置全体の構成は実施の形態１および２とほぼ同様であるが、磁性体検出装置は、下側磁石１１ａと、上側磁石１１ｂと、スペーサ１３と、磁気抵抗センサ２０の他に、下側ヨーク１５ａ、上側ヨーク１５ｂを備える。磁気抵抗センサ２０は実施の形態１、実施の形態２のいずれの形態の場合でも本実施の形態は有効である。

下側ヨーク１５ａは、厚さＰを持つ板状の磁性体(例えば鉄など)により形成され、下側磁石１１ａの両側面、即ち、磁性体１が移動するＸ方向の上流側面および下流側面に接着、一体成形、磁力による吸引などの方法で取り付けられる。下側ヨーク１５ａの上端は、下側磁石１１ａの上側対向面を基準として＋Ｚ方向に所定の突出量Ｑだけ突出していることが好ましい。上側ヨーク１５ｂも同様に、厚さＰを持つ板状の磁性体で形成され、上側磁石１１ｂの両側面、即ち、磁性体１が移動するＸ方向の上流側面および下流側面に接着、一体成形、磁力による吸引などの方法で取り付けられる。上側ヨーク１５ｂの下端は、上側磁石１１ｂの下側対向面を基準として−Ｚ方向に所定の突出量Ｑだけ突出していることが好ましい。

次に本実施形態における効果について図８〜図１１を用いて説明する。実施の形態１および２のように磁石を上下に対向させて配置した場合、その磁力線は図８のように磁石のＮ極の磁石面全体から発せられ、Ｓ極の面全体に向かうループを描く。それに対して、本実施形態のように上下磁石にヨークを取り付けた場合、その磁力線は図９のように磁石のＮ極側ヨーク端から発せられ、Ｓ極のヨーク端に向かうループを描く。

こうしたヨークの設置により、磁力線を検出対象の磁性体１が通過する領域に集中させることが可能になり、磁石のみを対向させた場合に比べてさらに大きな印加磁界を磁性体１に与えることができる。その結果、磁性体１と磁気抵抗センサ２０の間の距離が変動した場合の出力信号がさらに安定化されるため、非接触でより高感度な磁性体検出が可能になる。

図１０は、磁界のＸ成分Ｂｘについて磁界ゼロ点を通るＺ軸方向に沿ってプロットしたグラフである。磁石１１ａ，１１ｂおよびヨーク１５ａ，１５ｂによって形成されるバイアス磁界分布を２次元シミュレーションで計算している。横軸は、下側ヨーク１５ａの対向面からのＺ方向距離であり、縦軸は、発生磁界のＸ成分Ｂｘを示す。磁石１１ａ，１１ｂの寸法は、図７を参照して、Ａ＝１０ｍｍ、Ｂ＝３ｍｍ、Ｇ＝７ｍｍ、ヨークの寸法はＰ＝１ｍｍ、Ｑ＝１ｍｍであり、材質として磁石は一般的なネオジム焼結磁石を、ヨークは一般的な鉄材を用いている。

実線は、本実施形態のヨーク設置による磁界分布を示し、破線は、比較のため、実施の形態１の磁石配置による磁界分布（図５）を示す。

実線および破線のグラフを見ると、両磁石の中間点（Ｚ＝２．５ｍｍ）で磁界Ｂｘが０になる点で共通するが、実線は、Ｓ字カーブを示す傾向があり、磁界ゼロ点付近でのＢｘ成分は破線と点線でほぼ同等であるが、磁性体が通過する領域即ち磁石から離れた地点でのＢｘ成分が大幅に増大していることが判る。これは、先ほど述べたようにヨーク付近に磁力線が集中しているためである。

本実施形態では、例えば、磁性体１がＺ＝３ｍｍ付近を通過する場合、図１０のグラフから磁性体１の印加磁界はＢｘ＝約８０ｍＴで実施の形態１とほぼ同等になる。一方、磁性体１がＺ＝４ｍｍ付近を通過する場合、磁性体１の印加磁界はＢｘ＝約４２０ｍＴとなり、実施の形態１より大きい磁界を磁性体１に印加することが可能になる。

また本実施形態では、磁石が持つ磁力（残留磁束密度）等を適切に選択する事により、図１１に示すような磁界分布を作ることも可能である。図１１は、図１０と同様の形状で残留磁束密度を４０％低減させた磁石材質を仮定したシミュレーション結果を示す。実施の形態１の場合は０＜α＜０．０５ｍｍの間でαをとることができるが、これは逆に言うと下側磁石１１ａと磁気抵抗センサ２０の間のＺ方向組付け誤差を０．０５ｍｍ以下に抑える必要があることを意味している。αの値が小さいと、スペーサ１３の厚さ公差や、磁気抵抗センサ２０の厚さ、組み立て時の公差などを厳密に管理する必要が有り、製品としての歩留まり、コストや品質の面であまり好ましくない。一方、図１１のように磁界ゼロ点付近でのＢｘの傾きを小さくすると、磁気抵抗センサ２０がＺ方向にある程度の公差を持って配置されても、磁気抵抗センサに掛かるバイアス磁界の変化が少なく、αの値を実施の形態１と比較して大きくとることができる。図１１ではＺ＝２．５８ｍｍ付近でＢｘが５ｍＴとなる。即ち、磁気抵抗センサ２０のオフセット位置αを、０＜α＜０．０８ｍｍと設定することができ、図１０と比較して組立て精度の緩和によるコストダウンや品質向上が期待される。

一方、磁性体が通過する領域をＺ＝４ｍｍ以上に設定すると、実施の形態１と比較してより大きい磁界を磁性体１に印加することができ、磁性体距離が変動した場合の出力信号のさらなる安定化を図り、非接触で高感度な磁性体検出が可能になる。

実施の形態４．
図１２は本発明の実施の形態４を示す斜視図である。磁性体検出装置は、下側磁石１１ａと、上側磁石１１ｂと、スペーサ１３と、磁気抵抗センサ２０などを備える。本実施形態において、磁石１１ａ，１１ｂの配置およびこの配置によって形成される磁界分布は実施の形態１と同様であるが、磁気抵抗センサ２０をラインセンサとして構成している。ここでは、図４と同様に、磁気抵抗センサ２０を多数のＡＭＲ素子で構成した場合を例示するが、半導体磁気抵抗（ＳＭＲ）素子、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子などで構成しても構わない。

磁気抵抗センサ２０は、図６に示したように、２つのＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂが互いに垂直な感磁方向を有するように配置された垂直パターン配置を１つのアレイユニットとして、複数のアレイユニットを直線状に配列することによってラインセンサを構成している。

代替として、磁気抵抗センサ２０は、図４に示したように、２つのＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂが互いに平行な感磁方向を有するように配置された平行パターン配置を１つのアレイユニットとして、複数のアレイユニットを直線状に配列することによってラインセンサを構成してもよい。

こうしたラインセンサ化した磁気抵抗センサ２０を使用することによって、磁性体１の移動に伴う磁界変化をライン状で検出できるため、高い空間分解能で高速な磁気読み取りを実現できる。

また、本実施形態では、実施の形態１と同様に、磁界ゼロ点の周囲に強い磁場勾配を形成することによって、磁気抵抗センサ２０への印加磁界の強さが調整可能であり、使用する磁気抵抗センサの特性に応じて、所望のバイアス磁界を容易に設定することができる。さらに、磁性体１と磁気抵抗センサ２０の間の距離が変動しても、安定した出力信号が得られるため、非接触で高感度な磁性体検出が可能になる。

また、本実施の形態においても、実施の形態３と同様に上下磁石１１ａ，１１ｂの両側面に磁性体のヨークを取り付けることが可能である。これにより磁性体距離が変動した場合の出力信号のさらなる安定化を図り、非接触で高感度な磁性体検出が可能になる。さらに、磁気抵抗センサ２０のオフセット位置αの拡大による組立て精度の緩和によるコストダウンや品質向上を図ることが可能である。

特に、本実施形態においては、上下の磁石１１ａ，１１ｂがＹ軸方向に細長い形状となるため、磁石の均一性が保たれにくく、出力端子毎のバラツキが発生する可能性があるが、磁性体ヨークを上下磁石１１ａ，１１ｂの両側面に取り付けることにより、磁石の磁力バラツキに関係なく安定した磁界分布を形成することが可能となる。その結果、磁石の歩留まり向上によるコストダウンや品質の向上を図ることができる。

実施の形態５．
図１３は本発明の実施の形態５を示す斜視図であり、図１４はその側面図である。磁性体検出装置は、下側磁石１１ａと、上側磁石１１ｂと、スペーサ１３と、磁気抵抗センサ２０などを備える。装置全体の構成は実施の形態１と同様であるが、本実施形態では、磁石１１ａ，１１ｂの着磁方向が異なる。

下側磁石１１ａおよび上側磁石１１ｂは、一定のギャップＧの間隔を維持しつつ、磁性体１の移動経路の下側および上側に対向配置される。下側磁石１１ａは、いわゆる両面４極着磁と呼ばれる着磁パターンを有し、その対向面においてＸ方向に沿ってＳ極、Ｎ極の順に配列し、その裏面ではＸ方向に沿ってＮ極、Ｓ極の順に配列するように着磁されている。上側磁石１１ｂも同様に、両面４極着磁と呼ばれる着磁パターンを有し、その対向面においてＸ方向に沿ってＮ極、Ｓ極の順に配列し、その裏面ではＸ方向に沿ってＳ極、Ｎ極の順に配列するように着磁されている。そして、下側磁石１１ａの対向面におけるＳ極と上側磁石１１ｂの対向面におけるＮ極とが互いに対向し、下側磁石１１ａの対向面におけるＮ極と上側磁石１１ｂの対向面におけるＳ極とが互いに対向している。

こうした磁極配置でも、実施の形態１と同様に、両対向面において一方の対角に位置する２つのＮ極から他方の対角に位置する２つのＳ極へ向かう磁力線を有するバイアス磁界分布が形成される。このとき４つの磁極の中間付近には磁界がゼロになる点が存在するようになり、このゼロ点の周囲に強い磁場勾配を形成することができる。

図１５は、磁界のＸ成分Ｂｘについて磁界ゼロ点を通るＺ軸方向に沿ってプロットしたグラフである。磁石１１ａ，１１ｂによって形成されるバイアス磁界分布を２次元シミュレーションで計算している。横軸は、下側磁石１１ａの対向面からのＺ方向距離であり、縦軸は、発生磁界のＸ成分Ｂｘを示す。

実線は、本実施形態の磁極配置による磁界分布を示し、破線は、比較のため、実施の形態１の磁極配置による磁界分布（図５）を示す。磁石１１ａ，１１ｂの寸法は、実施の形態１と同様に、Ａ＝１０ｍｍ、Ｂ＝５ｍｍ、Ｇ＝５ｍｍであり、材質として一般的なネオジム焼結磁石を用いている。

実線および破線のグラフを見ると、両磁石の中間点（Ｚ＝２．５ｍｍ）で磁界Ｂｘが０になる点で共通するが、実線は、Ｓ字カーブを示す傾向があり、磁界ゼロ点付近での磁場勾配が破線より大きくなることが判る。これは、磁石の磁化方向がＸ方向だけでなくＺ方向の成分も存在するため、磁力線ループがＺ方向に遠くまで延びることに起因する。その結果、磁石の対向面近傍でのＢｘ成分は実施の形態１と比べて小さくなるのに対し、磁石から離れた地点でのＢｘ成分が実施の形態１よりも大きくなる。

本実施形態では、例えば、磁性体１がＺ＝３ｍｍ付近を通過する場合、図１５のグラフから磁性体１の印加磁界はＢｘ＝約１００ｍＴになる。一方、磁性体１がＺ＝４ｍｍ付近を通過する場合、磁性体１の印加磁界はＢｘ＝約３４０ｍＴとなり、実施の形態１より大きい磁界を磁性体１に印加することが可能になる。

また、本実施形態では、実施の形態３と比較して磁界ゼロ点付近での磁場勾配が大きくなっているため、磁気抵抗センサ２０の組立て精度が若干厳しくなるが、磁性体１の通過領域を磁気抵抗センサ２０の比較的直近に設定する場合は、より大きい磁界を磁性体に印加することができる点で好ましい。

また、本実施形態では、実施の形態１と同様に、磁界ゼロ点の周囲に強い磁場勾配を形成することによって、磁気抵抗センサ２０への印加磁界の強さが調整可能であり、使用する磁気抵抗センサの特性に応じて、所望のバイアス磁界を容易に設定することができる。
さらに、磁性体１と磁気抵抗センサ２０の間の距離が変動しても、安定した出力信号が得られるため、非接触で高感度な磁性体検出が可能になる。

また、本実施形態においても、実施の形態３と同様に上下磁石１１ａ，１１ｂの両側面に磁性体のヨークを取り付けることが可能である。これにより磁性体距離が変動した場合の出力信号のさらなる安定化を図り、非接触で高感度な磁性体検出が可能になる。さらに、磁気抵抗センサ２０のオフセット位置α拡大による組立て精度の緩和によるコストダウンや品質向上を図ることが可能である。

実施の形態６．
図１６は本発明の実施の形態６を示す斜視図であり、図１７は磁性体の移動経路から下方に見たときの平面図である。装置全体の構成は実施の形態１と同様であり、磁性体検出装置は、図１に示したように、下側磁石１１ａと、上側磁石１１ｂと、スペーサ１３と、磁気抵抗センサ２０などを備える。

本実施形態において、磁石１１ａ，１１ｂの配置およびこの配置によって形成される磁界分布は実施の形態１と同様であるが、検出対象である磁性体１として、磁性体の板にスリット状の貫通穴１ａを所定ピッチで多数形成した磁性体スケールを採用している。

磁性体スケールは、例えば、工作機械などの直動装置の駆動部分に取り付けられて一体的に移動するものであり、磁性体スケールの全長は直動装置のストロークで規定される。
また、貫通穴１ａは一定のピッチＰで形成され、貫通穴１ａの有無による磁界変化を磁気抵抗センサ２０を用いて検出し、出力信号をカウントすることにより、磁性体スケールの移動量すなわち直動装置の駆動量が計測可能である。

ここでは、磁気抵抗センサ２０を４つのＡＭＲ素子２１ｄ〜２１ｆで構成した場合を例示するが、半導体磁気抵抗（ＳＭＲ）素子、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子などで構成しても構わない。なお、図１７では、素子２１ｄ〜２１ｆの配置を説明するために、一部の貫通穴について図示を省略している。

ＡＭＲ素子２１ｄ〜２１ｆは、基板上に形成された強磁性体の薄膜パターンとして形成され、図示のように細長いストリップ状に形成した場合、長手方向に対して垂直、かつ基板主面に対して平行な方向が感磁方向になる。ＡＭＲ素子２１ｄ〜２１ｆの感磁方向は、磁性体１の移動方向（Ｘ方向）と平行になるように設定され、いずれもＸ方向の磁界Ｂｘの変化に応じて素子の抵抗値が変化する。

ＡＭＲ素子２１ｄ，２１ｆは、Ｐ／２の間隔で配置されており、電源ラインＶｃｃと接地ラインＧＮＤの間に直列接続されて第１のハーフブリッジ回路を構成している。同様に、ＡＭＲ素子２１ｅ，２１ｇは、Ｐ／２の間隔で配置されており、電源ラインＶｃｃと接地ラインＧＮＤの間に直列接続されて第２のハーフブリッジ回路を構成している。また、磁性体１の移動方向を判別するために、ＡＭＲ素子２１ｄとＡＭＲ素子２１ｅの間隔は、Ｐ／４に設定される。各ハーフブリッジ回路の中点電位が出力信号として後段の処理回路１４に供給され、増幅および各種信号処理が行われる。

磁性体１は、Ｘ方向に前後移動してもＺ位置が一定となるように冶具等によって固定される。そのＺ位置が磁気抵抗センサ２０に接近している場合、中点電位から出力信号は磁性体１の移動に伴って矩形パルス状に変化するため、そのパルス出力を処理回路１４でカウントすることによって、スケールの移動量および移動方向が計測される。

一方、磁性体１のＺ位置が磁気抵抗センサ２０から遠い場合、中点電位から出力信号は磁性体１の移動に伴って正弦波状に変化する。このとき第１のハーフブリッジ回路の出力信号は正弦波出力となり、第２のハーフブリッジ回路の出力信号は、位相が９０度ずれた余弦波出力となる。そこで、正弦波出力と余弦波出力の逆正接を演算することによって、スケールの移動量を高分解能で計測できる。

また、本実施形態においても、実施の形態３と同様に上下磁石１１ａ，１１ｂの両側面に磁性体のヨークを取り付けることが可能である。これにより磁性体距離が変動した場合の出力信号のさらなる安定化を図り、非接触で高精度な磁性体検出が可能になる。さらに、磁気抵抗センサ２０のオフセット位置α拡大によって組立て精度の緩和によるコストダウンや品質向上を図ることが可能である。

本実施形態では、磁性体スケールが直動装置の駆動部とともに移動する構成を例示したが、磁性体スケールが静止した状態で、磁性体検出装置が直動装置の駆動部とともにＸ方向に移動可能なように構成することも可能である。

また本実施形態では、磁石１１ａ，１１ｂの着磁方向が実施の形態１と同様の例について示したが、実施の形態３のような着磁方向でも構わない。また、磁気抵抗センサ２０を構成するＡＭＲ素子２１ｄ〜２１ｆの配置は、ここで説明したものに限定されず、磁性体スケールの貫通穴の有無による磁界変化を検出できるものであれば、何れの素子配置でも構わない。

また本実施形態では、多数の貫通穴が所定ピッチで配列したインクリメント型エンコーダを例示したが、スケールの絶対位置を検出するための絶対値トラックを備えたアブソリュート型エンコーダでも構わない。

また本実施形態では、磁性体スケールが直線移動するリニアエンコーダを例示したが、磁性体スケールが回転変位するロータリエンコーダでも構わない。

また、本実施の形態では磁性体スケールは磁性体の板にスリット状の貫通穴１ａを所定のピッチで多数形成した例を示しているが、本実施の形態における磁性体スケールはこの構成に限らず、磁性体部と非磁性体部が所定のピッチで並んでおればよい。例えば、非磁性体の板１に印刷や蒸着、メッキなどの方法により磁性体のスリット１ａを設ける構成であってもよい。

実施の形態７．
図１８は本発明の実施の形態７を示す斜視図であり、図１９はその側面図である。磁気イメージ検出装置は、磁気イメージセンサ２５と、バイアス用の下側磁石１１ａと、処理回路５０などを備える。ここで理解容易のため、被検出物である磁性体１の移動方向をＸ方向とし、磁性体１の移動方向と垂直な方向をＹ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向をＺ方向とする。

磁気イメージセンサ２５は、複数の磁気抵抗センサ２０が直線状に配列されている。各磁気抵抗センサ２０からの出力信号が同時または時系列に処理回路５０に供給され、１次元の画像信号として処理回路５０に格納される。こうした読み取り動作を、磁性体１が所定ピッチで移動する度に行うことによって、磁性体１の磁気分布、即ち、２次元の磁気パターン画像を取得できる。このとき磁気抵抗センサ２０の配列方向が主走査方向（Ｙ方向）となり、磁性体１の移動方向が副走査方向（Ｘ方向）となる。

各磁気抵抗センサ２０は、２つの異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子２１ａ，２１ｂで構成される。ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂは、基板上に強磁性体の薄膜パターンとして形成され、図示のように細長いストリップ状に形成した場合、長手方向に対して垂直、かつ基板主面に対して平行な方向が感磁方向になる。本実施形態では、ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂの感磁方向は、磁性体１の移動方向（Ｘ方向）と平行になるように設定されており、Ｘ方向の磁界Ｂｘの変化に応じて素子の抵抗値が変化するようになる。

ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂは、電源ラインＶｃｃと接地ラインＧＮＤの間に直列接続されてハーフブリッジ回路を構成している。その中点電位が出力信号として後段の処理回路５０に供給され、増幅および各種信号処理が行われる。

なお、磁気抵抗素子として、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子の他に、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子なども使用できる。

本実施形態では、磁気抵抗センサ２０として、単一の基板に２つのＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂからなるハーフブリッジ回路を搭載し、複数の基板を直線状に配置した場合を例示するが、単一の基板に複数のハーフブリッジ回路を集積化してもよく、これにより実装コストの削減が図られる。

下側磁石１１ａは、磁性体１の移動方向と平行な磁界成分を発生する機能を有する。下側磁石１１ａは、角柱状磁石として構成され、着磁方向に関して、磁気イメージセンサ２５との対向面においてＸ方向に沿ってＳ極、Ｎ極の順に配列するように着磁されている。これによりＮ極からＳ極へ向かう磁力線を有するバイアス磁界分布が形成され、下側磁石１１ａの中心を通る垂直なＹＺ面においてＸ方向と平行な磁界が形成される。このＹＺ面に磁気イメージセンサ２５を位置決めすることによって、磁気抵抗センサ２０に対してＸ方向のバイアス磁界が印加される。なお、下側磁石１１ａは、上述とは逆極性の配置、即ち、Ｘ方向に沿ってＮ極、Ｓ極の順に配列しても構わない。

図２０は、下側磁石１１ａに下側ヨーク１５ａを貼り付けた例を示す側面図である。このように、軟磁性体からなる下側ヨーク１５ａを、下側磁石１１ａの両側面、即ち、磁性体１が移動するＸ方向の上流側面および下流側面に貼り付けて設置してもよい。この場合、下側ヨーク１５ａの寸法（例えば、ヨーク厚さ、バイアス磁石からの突出量など）を調節することによって、磁性体１の移動方向と平行な磁界成分をより正確に設定できる。また、本実施形態においては、下側磁石１１ａがＹ軸方向に細長い形状となるため、磁石の均一性が保たれにくく、出力端子毎のバラツキが発生する可能性があるが、下側ヨーク１５ａを下側磁石１１ａの両側面に取り付けることにより、磁石の磁力バラツキに関係なく安定した磁界分布を形成することが可能となる。結果として磁石の歩留まり向上によるコストダウンや品質の向上を図ることができる。

磁気イメージセンサ２５は、下側磁石１１ａの上面に直接設置してもよく、あるいは非磁性材料からなる板状のスペーサを介して設置してもよい。この場合、スペーサ厚みを調整することによって、磁気抵抗センサ２０に印加されるバイアス磁界の大きさを正確に設定できる。

磁性体１は、周知の搬送機構（不図示）によって搬送され、磁気イメージセンサ２５の上面と接触した状態、あるいは上面から所定の距離を保った状態でＸ方向に移動する。

図２１は、磁性体１の磁気パターンの各種例を示す平面図であり、図２１Ａは横縞磁気パターンの一例を示し、図２１Ｂは縦縞磁気パターンの一例を示す。図２１Ａに示す横縞磁気パターンＰＡは、Ｙ方向に細長い矩形状の磁気パターンＭＰがＸ方向に沿って周期的に配列している。一方、図２１Ｂに示す縦縞磁気パターンＰＢは、Ｘ方向に細長い矩形状の磁気パターンＭＰがＹ方向に沿って周期的に配列している。

磁気読み取りの際、横縞磁気パターンＰＡがＸ方向に移動して、特定の磁気パターンＭＰが上流側のＡＭＲ素子２１ａに接近すると、ＡＭＲ素子２１ａ付近の磁界Ｂｘが変化するが、下流側のＡＭＲ素子２１ｂ付近の磁界Ｂｘは変化しないため、ＡＭＲ素子２１ａの抵抗値のみが変化し、中点電位が変化する。続いて、磁気パターンＭＰがＸ方向にさらに移動して下流側のＡＭＲ素子２１ｂに接近すると、ＡＭＲ素子２１ｂ付近の磁界Ｂｘも変化するようになり、各素子の抵抗値が共に変化して、中点電位は磁性体が無いときと同じ電位に戻る。続いて、該磁気パターンがＸ方向にさらに移動すると、下流側のＡＭＲ素子２１ｂの抵抗値のみが変化して、今度は中点電位が先ほどと逆の方向に変化する。続いて、磁気パターンＭＰがＡＭＲ素子２１ｂから離れると、中点電位は磁性体が無いときと同じ電位に戻る。

図２２は、磁気パターンの読み取り位置と磁気抵抗センサ２０の中点電位出力の関係を示す説明図である。図２２の実線で示すように、ハーフブリッジ回路の中点電位は、定常値→負パルス→定常値→正パルス→定常値のように変化するため、動作としては磁気パターンＭＰのＸ方向エッジを検出することに相当する。

一方、図２１Ｂに示す縦縞磁気パターンＰＢを読み取る場合、磁気パターンＭＰが通過する領域に位置する磁気抵抗センサ２０は、図２２の実線で示すような信号を出力するが、磁気パターンＭＰの通過領域外に位置する磁気抵抗センサ２０は定常値を出力するだけであり、エッジ検出パルスは現れない。

処理回路５０は、各磁気抵抗センサ２０からの出力信号を処理し、エッジ検出パルスの有無およびパルス位置を解析することによって、磁気パターンＭＰの２次元画像を復元することができる。

図２３は、磁気イメージセンサ２５の配置の他の例を示す側面図である。ここでは、磁気イメージセンサ２５の上下面を反転させ、磁気イメージセンサ２５と下側磁石１１ａとの間に空間を確保し、磁性体１が両者の間を通過可能なように構成している。こうした構成であっても、図１９と同様に、磁気読み取りが可能である。また、図２４は図２３に示す構成において、図２０と同様に、下側磁石１１ａの両側面に下側ヨーク１５ａを貼り付けた例を示す側面図である。こうした下側ヨーク１５ａの設置により、安定した磁界分布を形成することが可能になる。

図２５は、下側磁石１１ａの磁極配置の他の例を示す斜視図である。ここでは、下側磁石１１ａが、いわゆる両面４極着磁と呼ばれる着磁パターンを有する角柱状磁石として構成され、磁気イメージセンサ２５との対向面ではＸ方向に沿ってＳ極、Ｎ極の順に配列し、その裏面ではＸ方向に沿ってＮ極、Ｓ極の順に配列するように着磁されている。

こうした磁極配置では、磁石の磁化方向がＸ方向だけでなくＺ方向の成分も存在するため、磁力線ループがＺ方向に遠くまで延びるようになり、磁気イメージセンサ２５の検出エリアを拡大することができる。

図２６は、下側磁石１１ａの磁極配置のさらに他の例を示す斜視図である。下側磁石１１ａは、磁気抵抗センサ２０の配列方向に沿って複数の磁極に分割されており、例えば、Ｓ極とＮ極を有する単位磁石を、同極同士が隣接するように多数配列している。こうした構成では、個々の磁石サイズを小さくできるため、磁石全体のコスト削減が図られる。

図２７は図２６に示す構成において、下側磁石１１ａの両側面に磁極毎に下側ヨーク１５ａを貼り付けた場合の平面図である。こうした構成では、下側ヨーク１５ａを複数用意する、または下側ヨーク１５ａの取り付け位置を磁極毎にずらすことにより、各磁極のバラツキを下側ヨーク１５ａにより調整し、バイアス磁界を正確に設定できる。代替として、隣接する各下側ヨーク１５ａ間に隙間を空けることなく、密着配置してもよい。また、単一の下側ヨーク１５ａを複数の磁極と連接するように貼り付けてもよく、この場合、磁性体ヨーク、組付けのコスト削減が図られる。

図２８は、下側磁石１１ａの磁極配置のさらに他の例を示す斜視図である。下側磁石１１ａは、磁気抵抗センサ２０の配列方向に沿って複数の磁極に分割されており、例えば、Ｓ極とＮ極を有する単位磁石を、異極同士が隣接するように多数配列している。こうした構成では、個々の磁石サイズを小さくできるため、磁石全体のコスト削減が図られる。

図２９は図２８に示す構成において、下側磁石１１ａの両側面に磁極毎に下側ヨーク１５ａを貼り付けた場合の平面図である。こうした構成では、下側ヨーク１５ａの寸法を複数用意する、または下側ヨーク１５ａの取り付け位置を磁極毎にずらすことにより、各磁極のバラツキを磁性体ヨークにより調整し、バイアス磁界を正確に設定できる。

以上説明したように、本実施形態では、磁気抵抗センサ２０として、単位長当りの抵抗値が大きいＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂを使用することによって、素子を小型化した場合でも素子自体の消費電流を小さくできる。その結果、良好な温度特性で高い信頼性の磁気イメージセンサ２５を実現できる。また、こうした磁気イメージセンサ２５を用いることにより、光学イメージセンサを用いて取得できる光学画像に対する画像処理と同様な画像処理が適用可能であり、より高精度の磁気パターン読み取りを実現できる。

実施の形態８．
図３０は、本発明の実施の形態８を示す斜視図である。図３１は、磁気抵抗センサ２０の他の構成を示す平面図である。磁気イメージ検出装置は、実施の形態７と同様に、磁気イメージセンサ２５と、下側磁石１１ａと、処理回路５０などを備える。

本実施形態では、ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂの配置について実施の形態７と相違している。ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂは、基板２４上に形成された強磁性体の薄膜パターンとして形成され、図示のように細長いストリップ状に形成した場合、長手方向に対して垂直、かつ基板主面に対して平行な方向が感磁方向になる。

図３１に示すように、ＡＭＲ素子２１ａの感磁方向は、磁性体１の移動方向（Ｘ方向）と平行になるように設定され、Ｘ方向の磁界Ｂｘの変化に応じて素子の抵抗値が変化するようになる。一方、ＡＭＲ素子２１ｂの感磁方向は、磁性体１の移動方向と垂直な方向（Ｙ方向）に設定され、磁界Ｂｘの変化に対して素子の抵抗値が変化しないように配置される。なお、図３１では、高感度化のためにＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂをそれぞれ折り返し形状に形成した例を示しているが、単一のストリップ状に形成しても構わない。

ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂは、電源ラインＶｃｃと接地ラインＧＮＤの間に直列接続されてハーフブリッジ回路を構成している。その中点電位が出力信号として後段の処理回路５０に供給され、増幅および各種信号処理が行われる。

こうした素子配置により、バイアス磁界がＸ方向に印加されている場合、ＡＭＲ素子２１ａについてはバイアス磁界Ｂｘが印加されるが、ＡＭＲ素子２１ｂについては感磁方向と垂直であるため、バイアス磁界が印加されない。この状態で磁性体１がＸ方向に移動して、磁気パターンがＡＭＲ素子２１ａに接近したとき、ＡＭＲ素子２１ａ付近の磁界Ｂｘが変化して素子の抵抗値が変化する。一方、磁気パターンがＡＭＲ素子２１ｂに接近したとき、ＡＭＲ素子２１ｂ付近の磁界Ｂｘが変化しても、その磁界変化を検出できず、ＡＭＲ素子２１ｂの抵抗値は一定である。このとき中点電位は、磁気パターンが磁気抵抗センサ１２上にある場合には変化し、無い場合には変化しない。即ち、動作としては、実施の形態７のような磁性体のエッジ検出ではなく、磁性体の存在そのものを検出することになる。例えば、図２２に示す磁気パターンを検出する場合、図２２の破線に示すような信号が得られる。

図３２Ａは磁気イメージセンサ２５の平面図であり、図３２Ｂはグラデーション磁気パターンの一例を示し、図３２Ｃは三角形状磁気パターンの一例を示す。図３２Ａに示すように、複数の磁気抵抗センサ２０が直線状に配列された磁気イメージセンサ２５は、下側磁石１１ａの上面または上方に位置決めされる。ここで、各磁気抵抗センサ２０は、図１８に示したように、ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂの感磁方向が共にＸ方向となるように配置した例を示しているが、図３１に示したように、ＡＭＲ素子２１ａの感磁方向がＸ方向、ＡＭＲ素子２１ｂの感磁方向がＹ方向となるように配置してもよい。磁性体１は、Ｘ方向に移動して、磁気イメージセンサ２５を通過する。

図３２Ｂに示すグラデーション磁気パターンＰＣは、Ｘ方向に細長い矩形状の磁気パターンＭＰがＹ方向に沿って周期的に配列しており、各磁気パターンＭＰでは磁化の強さが−Ｘ方向にほぼリニアに増加している。一方、図３２Ｃに示す三角形状磁気パターンＰＤは、Ｘ方向に細長い三角形状の磁気パターンＭＰがＹ方向に沿って周期的に配列している。

図３３は、磁気パターンの読み取り位置と磁気抵抗センサ２０の中点電位出力の関係を示す説明図である。グラデーション磁気パターンＰＣおよび三角形状磁気パターンＰＤでは、磁気抵抗センサ２０に印加される磁界の強さが徐々に変化している。そのため、図１８に示す素子パターン配置で磁気読み取りを行った場合、図３３の実線に示すように、ハーフブリッジ回路の中点電位の変化が小さくなり、磁気パターンの後エッジでパルス状の信号が得られるだけである。従って、磁気パターンの前エッジでの検出感度が小さく、外来ノイズにも弱くなるため、磁気パターン像の検出が比較的不安定になる。

これに対して図３１に示す素子パターン配置で磁気読み取りを行った場合、図３３の破線に示すように、磁気抵抗センサ２０に印加される磁界の強さとほぼ比例するように、ハーフブリッジ回路の中点電位が連続的に変化しており、磁気パターンの後エッジで定常値に戻る。従って、磁気パターンの形状および磁化の強さをアナログ信号として検出可能になるため、外来ノイズに強く、磁気パターン像を安定して検出することができる。

なお、磁気イメージセンサ２５の配置、下側磁石１１ａの磁極配置に関して、ここでは、図１８と同様な構成について説明したが、図２０、図２３、図２４、図２５、図２６、図２７、図２８、図２９に示したような構成も採用できる。

以上説明したように、本実施形態では、磁気抵抗センサ２０として、単位長当りの抵抗値が大きいＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂを使用することによって、良好な温度特性で高い信頼性の磁気イメージセンサ２５を実現できる。

また、磁性体のエッジ検出ではなく、磁性体の存在そのものを検出する素子パターン配置を採用することによって、外来ノイズに強く、磁気パターン像を安定して検出できる。

実施の形態９．
図３４は本発明の実施の形態９を示す斜視図であり、図３５はその側面図である。磁気イメージ検出装置は、実施の形態７と同様に、磁気イメージセンサ２５と、下側磁石１１ａと、処理回路５０などを備え、さらに追加のバイアス用上側磁石１１ｂを設けることによって、磁性体１への印加磁界を増加させている。

磁石１１ａ，１１ｂは、磁性体１の移動経路の下側および上側に対向配置され、一定のギャップを維持するためにハウジング（不図示）等に固定される。

磁気イメージセンサ２５は、磁性体１の移動経路の途中で、下側磁石１１ａの対向面とバイアス磁石１１ｂの対向面とのほぼ中間付近に位置決めされる。磁気抵抗センサ２０を正確に位置決めするために、板状のスペーサ（不図示）を下側磁石１１ａの対向面に介在させてもよい。なお、各磁気抵抗センサ２０は、図３０と同様に、ＡＭＲ素子２１ａの感磁方向がＸ方向、ＡＭＲ素子２１ｂの感磁方向がＹ方向となるように配置した例を示しているが、図１８に示したように、ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂの感磁方向が共にＸ方向となるように配置してもよい。

磁石の着磁方向に関して、下側磁石１１ａは、その対向面においてＸ方向に沿ってＳ極、Ｎ極の順に配列するように着磁されている。一方、上側磁石１１ｂは、その対向面においてＸ方向に沿ってＮ極、Ｓ極の順に配列するように着磁されている。そして、下側磁石１１ａのＳ極とバイアス磁石１１ｂのＮ極とが互いに対向し、下側磁石１１ａのＮ極とバイアス磁石１１ｂのＳ極とが互いに対向している。なお、上述とは逆極性の配置、即ち、下側磁石１１ａではＮ極、Ｓ極の順に配列し、バイアス磁石１１ｂではＳ極、Ｎ極の順に配列した配置でも構わない。

こうした四重極配置では、一方の対角に位置する２つのＮ極から他方の対角に位置する２つのＳ極へ向かう磁力線を有するバイアス磁界分布が形成され、磁性体１の移動方向と平行な磁界成分を発生することができる。このとき４つの磁極の中間付近には磁界がゼロになる点が存在するようになり、このゼロ点の周囲に強い磁場勾配を形成することができる。

そのため磁気イメージセンサ２５の位置調整によって、ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂが磁気飽和しないように、バイアス磁界の大きさを容易に設定することができる。また、磁性体１が磁石１１ａ，１１ｂの間を通過する際、ゼロ点から離れるほど磁性体１へ印加される磁界の強さが大きくなる。そのため磁性体１と磁気イメージセンサ２５の間の距離が変動したとしても、距離変動を補償するように磁界変化量が変化する。その結果、磁気イメージセンサ２５の出力信号が安定化され、非接触で高感度な磁気検出が可能になる。

図３７は、磁石１１ａ，１１ｂの着磁配置の他の例を示す側面図である。下側磁石１１ａは、その対向面においてＸ方向に沿ってＮ極、Ｓ極の順に配列するように着磁されている。上側磁石１１ｂも、その対向面においてＸ方向に沿ってＮ極、Ｓ極の順に配列するように着磁されている。そして、下側磁石１１ａのＮ極と上側磁石１１ｂのＮ極とが互いに対向し、下側磁石１１ａのＳ極と上側磁石１１ｂのＳ極とが互いに対向している。なお、上述とは逆極性の配置、即ち、下側磁石１１ａでＳ極、Ｎ極の順に配列し、上側磁石１１ｂでＳ極、Ｎ極の順に配列した配置でも構わない。

こうした磁極配置であっても、磁石１１ａ，１１ｂの中心を通る垂直なＹＺ面においてＸ方向と平行な磁界を形成することができる。

図３６は、図３５に示す構成において、図３８は図３７に示す構成において、下側磁石１１ａおよび上側磁石１１ｂの両側面に下側ヨーク１５ａおよび上側ヨーク１５ｂをそれぞれ貼り付けた例を示す側面図である。このように、軟磁性体からなるヨーク１５ａ，１５ｂを磁石１１ａ，１１ｂの磁極面に貼り付けて設置することによって、安定した磁界分布を形成することが可能になる。この場合、ヨーク１５ａ，１５ｂの寸法を調節することによって、磁性体１の移動方向と平行な磁界成分をより正確に設定できる。

実施の形態１０．
図３９は、本発明の実施の形態１０を示す平面図である。磁気イメージ検出装置は、実施の形態７と同様に、磁気イメージセンサ２５と、バイアス磁石（不図示）と、処理回路（不図示）などを備える。

磁気イメージセンサ２５は、複数の磁気抵抗センサ２０がマトリクス状に配列されている。各磁気抵抗センサ２０からの出力信号が同時または時系列に処理回路に供給され、２次元の画像信号として処理回路に格納される。

各磁気抵抗センサ２０は、２つの異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子２１ａ，２１ｂで構成される。ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂは、基板上に強磁性体の薄膜パターンとして形成され、図示のように細長いストリップ状に形成した場合、長手方向に対して垂直、かつ基板主面に対して平行な方向が感磁方向になる。本実施形態では、ＡＭＲ素子２１ａの感磁方向はＸ方向に設定され、一方、ＡＭＲ素子２１ｂの感磁方向はＹ方向に設定される。

ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂは、電源ラインＶｃｃと接地ラインＧＮＤの間に直列接続されてハーフブリッジ回路を構成している。その中点電位が出力信号として処理回路に供給され、増幅および各種信号処理が行われる。

バイアス磁石は、図１８、図２５、図２６、図２８、図３４と同様に、Ｘ方向と平行な磁界成分を発生する。また、図２０、図２４、図２７、図２９、図３８と同様に、このバイアス磁石の両側面、即ち、磁性体１が移動するＸ方向の上流側面および下流側面に磁性体ヨークを貼り付けてもよい。

本実施形態では、複数の磁気抵抗センサ２０がマトリクス状に配列されているため、磁気読み取りの際、被検出物である磁性体を移動させることなく、磁気パターンの２次元画像を高い分解能で高速に取得できる。そのため、磁性体の速度変動による影響を排除でき、磁性体の搬送機構の簡略化、低コスト化が図られる。

また、磁気イメージセンサ２５は、光学エリアセンサの出力信号と同様な２次元画像を出力するため、光学画像に対する画像処理と同様な画像処理が適用可能であり、より高精度の磁気パターン読み取りを実現できる。

実施の形態１１．
図４０は、本発明の実施の形態１１を示す構成図である。磁気イメージ検出装置は、実施の形態７と同様に、磁気イメージセンサ２５と、バイアス磁石（不図示）と、処理回路５０などを備える。

磁気イメージセンサ２５は、複数の磁気抵抗センサ２０が直線状に配列されており、さらに磁性体１の移動経路外には、補償用の磁気抵抗センサ２３が設けられる。各磁気抵抗センサ２０は、２つの異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子２１ａ，２１ｂで構成される。ここでは、図３０と同様に、ＡＭＲ素子２１ａの感磁方向がＸ方向、ＡＭＲ素子２１ｂの感磁方向がＹ方向となるように配置した例を示しているが、図１８に示したように、ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂの感磁方向が共にＸ方向となるように配置してもよい。

ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂは、電源ラインＶｃｃと接地ラインＧＮＤの間に直列接続されてハーフブリッジ回路を構成している。その中点電位が出力信号として後段の処理回路５０に供給され、増幅および各種信号処理が行われる。

補償用の磁気抵抗センサ２３も、磁気抵抗センサ２０と同様に、２つの異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子２２ａ，２２ｂで構成され、素子パターン配置も磁気抵抗センサ２０のものと一致している。ＡＭＲ素子２２ａ，２２ｂは、電源ラインＶｃｃと接地ラインＧＮＤの間に直列接続されてハーフブリッジ回路を構成しており、その中点電位が補償信号として処理回路５０に供給される。

バイアス磁石は、図１８、図２５、図２６、図２８、図３４と同様に、Ｘ方向と平行な磁界成分を発生する。また、図２０、図２４、図２７、図２９、図３８と同様に、このバイアス磁石の両側面、即ち、磁性体１が移動するＸ方向の上流側面および下流側面に磁性体ヨークを貼り付けてもよい。

処理回路５０は、複数の差動増幅器５１と、Ａ／Ｄ変換器、演算器、メモリ等を有するマイクロコンピュータ５５などを備える。差動増幅器５１は、演算増幅器などで構成され、その非反転入力には各磁気抵抗センサ２０からの出力信号が入力され、反転入力には補償用の磁気抵抗センサ２３からの補償信号が入力され、両信号の差分を増幅する。マイクロコンピュータ５５は、その差分信号をデジタル値に変換してメモリに格納するとともに、各種の信号処理を実行する。

動作に関して、磁性体１がＸ方向に移動する際、各磁気抵抗センサ２０は、磁性体１の磁気パターンＭＰを読み取る。このとき磁性体１の移動経路外に配置された補償用の磁気抵抗センサ２３は、磁気パターンＭＰを読み取らないが、バイアス磁石やＡＭＲ素子、取り付け位置などの経時劣化や温度変化に起因した出力変動を出力する。こうした出力変動は、磁気抵抗センサ２０の出力信号にも重畳されている。そこで、差動増幅器５１は、こうした出力変動を各磁気抵抗センサ２０からの出力信号から減算することによって、出力信号を補償することができる。その結果、高精度の磁気パターン画像を取得できる。

実施の形態１２．
図４１は、本発明の実施の形態１２を示す構成図である。磁気イメージ検出装置は、実施の形態７と同様に、磁気イメージセンサ２５と、バイアス磁石（不図示）と、処理回路５０などを備える。

本実施形態では、磁性体１の有無を検知する磁性体検知部１８を設置している。磁性体検知部１８は、例えば、フォトインタラプタ、フォトリフレクタ、その他の各種近接センサなど構成され、磁性体１が移動経路に沿って移動し、磁気イメージセンサ２５に進入する手前で検知信号を処理回路５０に出力する。検知信号は、磁性体の存在を検知すると第１論理値（例えば、ハイレベル）となり、検知しなければ第２論理値（例えば、ローレベル）である。

磁気イメージセンサ２５は、複数の磁気抵抗センサ２０が直線状に配列されている。各磁気抵抗センサ２０は、２つの異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子２１ａ，２１ｂで構成される。ここでは、図３０と同様に、ＡＭＲ素子２１ａの感磁方向がＸ方向、ＡＭＲ素子２１ｂの感磁方向がＹ方向となるように配置した例を示しているが、図１８に示したように、ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂの感磁方向が共にＸ方向となるように配置してもよい。

ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂは、電源ラインＶｃｃと接地ラインＧＮＤの間に直列接続されてハーフブリッジ回路を構成している。その中点電位が出力信号として後段の処理回路５０に供給され、増幅および各種信号処理が行われる。

バイアス磁石は、図１８、図２５、図２６、図２８、図３４と同様に、Ｘ方向と平行な磁界成分を発生する。また、図２０、図２４、図２７、図２９、図３８と同様に、このバイアス磁石の両側面、即ち、磁性体１が移動するＸ方向の上流側面および下流側面に磁性体ヨークを貼り付けてもよい。

処理回路５０は、複数の増幅器５２と、Ａ／Ｄ変換器、演算器、メモリ等を有するマイクロコンピュータ５５などを備える。増幅器５２は、各磁気抵抗センサ２０からの出力信号を増幅する機能を有し、必要に応じてフィルタ処理やオフセット処理などを行う。マイクロコンピュータ５５は、増幅器５２からの信号をデジタル値に変換してメモリに格納するとともに、各種の信号処理を実行する。

動作に関して、磁性体１がＸ方向に移動すると、最初に磁性体検知部１８が磁性体１を検知する。処理回路５０は、検知信号の反転を検出すると、磁気イメージセンサ２５からの出力信号を磁性体１が存在しないときの出力信号Ｓ０としてメモリに格納する。この出力信号Ｓ０は、バイアス磁石やＡＭＲ素子、取り付け位置などの経時劣化や温度変化に起因した出力変動を含んでいる。

続いて、磁性体１が移動し、磁気イメージセンサ２５は磁性体１の磁気パターンＭＰを読み取る。このとき処理回路５０は、磁気イメージセンサ２５からの出力信号を磁性体１が存在するときの出力信号Ｓ１としてメモリに格納する。この出力信号Ｓ１にも、上述のような出力変動が重畳されている。

そこで、磁気読み取りが終了した時点で、出力信号Ｓ１から出力信号Ｓ０を減算することによって、出力信号Ｓ１を補償することができる。その結果、高精度の磁気パターン画像を取得できる。

実施の形態１３．
図４２は本発明の実施の形態１３を示す斜視図、図４３は側面図である。装置全体の構成は実施の形態１と同様であり、磁性体検出装置は、図４２に示したように、下側磁石１１ａと、上側磁石１１ｂと、スペーサ１３と、磁気抵抗センサ２０などを備える。

本実施形態では、磁気抵抗センサ２０の位置が実施の形態１と相違している。実施の形態１では下側磁石１１ａ及び上側磁石１１ｂの面内（ＸＹ面内）中央付近に磁気抵抗センサ２０が配置されていたのに対して、本実施形態では磁気抵抗センサ２０は磁性体１の移動方向奥側（Ｘ方向）に配置されている。

ここで実施の形態１と本実施の形態の機能の違いについて説明する。実施の形態１では図４４に示すように磁界ゼロ点から若干Ｚ方向上方に磁気抵抗センサを配置することで、磁性体１が磁気抵抗センサ２０と上側磁石１１ｂの間を通過するときの磁性体移動方向（X方向）の磁界の増減を磁気抵抗センサ２０上のＡＭＲ素子２１ａにて検出する。本実施の形態では、図４５に示すように磁気抵抗センサ２０が磁性体１の移動方向奥側（Ｘ方向）に配置されており、これにより磁気抵抗センサ２０には貫通方向（Ｚ方向）から若干Ｘ方向に傾いた磁界が印加されている。図４６Ａは、図４５のＡ部を拡大したものを示す。磁性体が無い場合、磁気抵抗センサ２０には貫通方向（Ｚ方向）から若干Ｘ方向に傾いた磁界が印加されており、磁気抵抗センサ２０上のＡＭＲ素子２１ａにはこの磁性体移動方向（Ｘ方向）成分がバイアス磁界として印加されている。

このとき、磁性体１が磁気抵抗センサ２０と上側磁石１ｂの間を通過すると、磁性体の端の部分で図４６Ｂに示すように磁力線の歪みが発生し、それに伴い磁気抵抗センサ上のＡＭＲ素子２１ａに印加される磁界のＸ方向成分が変化する。特に磁性体１が磁気抵抗センサ２０の近傍を通過する場合には、磁気抵抗センサ２０に印加される磁力線の方向変化が大きくなり、Ｘ方向成分の変化が大きくなる。貫通方向（Ｚ方向）から若干Ｘ方向に傾いた磁界をバイアス磁界として磁気抵抗センサ２０に印加することにより、磁性体通過時に、Ｘ方向に感磁方向を持つＡＭＲ素子２１ａのＸ方向磁界変化が大きくなる、即ち信号出力が増大して安定した得ることが出来る。ここでは、磁気抵抗センサ２０をＡＭＲ素子で構成した場合を例示するが、半導体磁気抵抗（ＳＭＲ）素子、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子などで構成しても構わない。

なお、磁気抵抗センサ２０に貫通方向（Ｚ方向）から若干Ｘ方向に傾いた磁界を印加する方法としては、本実施の形態による方法以外に、Ｚ方向にＳ極／Ｎ極が着磁された磁石を１個もしくは２個対向して配置する形態が想定されるが、Ｚ方向にＳ極／Ｎ極が着磁された磁石を用いる場合は比較的一様にＺ方向磁界が強い中を磁性体が搬送されるのに対して、本実施の形態では下側磁石１１ａ及び上側磁石１１ｂの面内（ＸＹ面内）中央付近はＸ方向磁界成分が強く、移動方向奥側（Ｘ方向）の磁気抵抗センサ２０が配置されている付近はＺ方向磁界成分が強いため、磁性体の搬送に対して磁気抵抗センサ２０の感磁方向（Ｘ方向）の磁界変化がより大きくなり、より高出力で安定した磁性体検出を実現可能となる。

本実施の形態では、実施の形態１との相違について説明したが、本実施の形態は他の全ての実施の形態（実施の形態１〜１２）に対して、磁気抵抗センサ２０を磁性体１の移動方向奥側（Ｘ方向）に配置することで、同様の効果を奏する。

１ 磁性体、 １ａ 貫通穴、 １１ａ 下側磁石、 １１ｂ 上側磁石、
１３ スペーサ、 １４ 処理回路、 １５ａ 下側ヨーク １５ｂ 上側ヨーク、 １８ 磁性体検知部、 ２０ 磁気抵抗センサ、 ２１ａ〜２１ｆ，２２ａ，２２ｂ ＡＭＲ素子、 ２３ 補償用磁気抵抗センサ、 ２５ 磁気イメージセンサ、 ５０ 処理回路、 ５１ 差動増幅器、 ５２ 増幅器、 ５５ マイクロコンピュータ、 ＭＰ 磁気パターン、 ＰＡ 横縞磁気パターン、 ＰＢ 縦縞磁気パターン、 ＰＣ グラデーション磁気パターン、 ＰＤ 三角形状磁気パターン。

上記目的を達成するために、本発明の一態様は、磁性体を検出する磁性体検出装置であって、
磁性体の移動経路の途中に配置された磁気抵抗センサと、
磁性体の移動方向に沿って、第１磁極および、該第１磁極とは逆極性の第２磁極が配列した第１バイアス磁石と、
磁性体の移動方向に沿って、第２磁極および第１磁極が配列した第２バイアス磁石とを備え、
第１バイアス磁石および第２バイアス磁石は、磁性体の移動経路を介して、第１バイアス磁石の第１磁極と第２バイアス磁石の第２磁極とが磁気抵抗センサおよび検出対象の磁性体を挟むように対向し、第１バイアス磁石の第２磁極と第２バイアス磁石の第１磁極とが対向するように配置され、磁気抵抗センサに対して磁性体の移動方向に沿ったバイアス磁界を印加することが好ましい。

本発明の一態様において、磁性体検出装置は、第１バイアス磁石および第２バイアス磁石の磁性体移動方向の上流側および下流側の側面に設けられた磁性体ヨークをさらに備えることが好ましい。

本発明の一態様において、磁性体検出装置は、各磁気抵抗センサからの出力信号を処理するための処理回路と、
磁性体の移動経路外に配置された、補償用の磁気抵抗センサとをさらに備え、
処理回路は、補償用の磁気抵抗センサからの信号を用いて前記出力信号を補償することが好ましい。

本発明の一態様において、磁性体検出装置は、各磁気抵抗センサからの出力信号を処理するための処理回路と、
移動経路における磁性体の有無を示す検知信号を該処理回路に供給するための磁性体検知部をさらに備え、
処理回路は、磁性体が存在しないときの出力信号を用いて、磁性体が存在するときの出力信号を補償することが好ましい。

本発明の一態様において、磁性体検出装置は、複数の磁気抵抗センサがマトリクス状に配列された磁気イメージセンサと、
磁気抵抗センサの配列方向と平行な磁界成分を発生する磁界発生手段とを備え、
各磁気抵抗センサは、複数の異方性磁気抵抗素子で構成されていることが好ましい。

本発明の一態様において、磁性体検出装置は、直線状またはマトリクス状に配列した複数の磁気抵抗センサを備え、
各磁気抵抗センサは、基板上に強磁性体の薄膜パターンとして形成された複数の異方性磁気抵抗素子で構成され、
各異方性磁気抵抗素子は、基板主面に対して平行であって、互いに平行または垂直な感磁方向を有することが好ましい。

本発明の一態様において、検出対象の磁性体は、移動方向に沿って一定のピッチで形成されたスリット形状を有しており、
磁性体検出装置は、磁気抵抗センサからの信号に基づいて、磁性体の移動量および移動方向を演算する処理回路をさらに備えることが好ましい。

本発明の実施の形態１を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１を示す側面図である。 一般的なＳＭＲ素子およびＡＭＲ素子について外部印加磁界に対する抵抗変化率の関係を示すグラフである。 磁気抵抗センサおよび下側磁石の対向面を示す平面図である。 磁界のＸ成分Ｂｘについて磁界ゼロ点を通るＺ軸方向に沿ってプロットしたグラフである。 本発明の実施の形態２を示す平面図である。 本発明の実施の形態３を示す側面図である。 本発明の実施の形態１での磁力線分布を示す側面図である。 本発明の実施の形態３での磁力線分布を示す側面図である。 磁界のＸ成分Ｂｘについて磁界ゼロ点を通るＺ軸方向に沿ってプロットしたグラフである。 磁界のＸ成分Ｂｘについて磁界ゼロ点を通るＺ軸方向に沿ってプロットしたグラフである。 本発明の実施の形態４を示す斜視図である。 本発明の実施の形態５を示す斜視図である。 本発明の実施の形態５を示す側面図である。 磁界のＸ成分Ｂｘについて磁界ゼロ点を通るＺ軸方向に沿ってプロットしたグラフである。 本発明の実施の形態６を示す斜視図である。 本発明の実施の形態６を示す平面図である。 本発明の実施の形態７を示す斜視図である。 本発明の実施の形態７を示す側面図である。 下側磁石に下側ヨークを貼り付けた例を示す側面図である。 磁性体の磁気パターンの各種例を示す平面図であり、図２１Ａは横縞磁気パターンの一例を示し、図２１Ｂは縦縞磁気パターンの一例を示す。 磁気パターンの読み取り位置と磁気抵抗センサの中点電位出力の関係を示す説明図である。 磁気イメージセンサの配置の他の例を示す側面図である。 下側磁石の両側面に下側ヨークを貼り付けた他の例を示す側面図である。 下側磁石の磁極配置の他の例を示す斜視図である。 下側磁石の磁極配置のさらに他の例を示す斜視図である。 図２６に示す構成において、下側磁石の両側面に磁極毎に下側ヨークを貼り付けた場合の平面図である。 下側磁石の磁極配置のさらに他の例を示す斜視図である。 図２８に示す構成において、下側磁石の両側面に磁極毎に下側ヨークを貼り付けた場合の平面図である。 本発明の実施の形態８を示す斜視図である。 磁気抵抗センサの他の構成を示す平面図である。 図３２Ａは磁気イメージセンサの平面図であり、図３２Ｂはグラデーション磁気パターンの一例を示し、図３２Ｃは三角形状磁気パターンの一例を示す。 磁気パターンの読み取り位置と磁気抵抗センサの中点電位出力の関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態９を示す斜視図である。 本発明の実施の形態９を示す側面図である。 図３５に示す構成において、下側磁石および上側磁石の両側面に下側ヨークおよび上側ヨークをそれぞれ貼り付けた例を示す側面図である。 磁石の着磁配置の他の例を示す側面図である。 図３７に示す構成において、下側磁石および上側磁石の両側面に下側ヨークおよび上側ヨークをそれぞれ貼り付けた例を示す側面図である。 本発明の実施の形態１０を示す平面図である。 本発明の実施の形態１１を示す構成図である。 本発明の実施の形態１２を示す構成図である。 本発明の実施の形態１３を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１３を示す側面図である。 本発明の実施の形態１での磁力線分布を示す側面図である。 本発明の実施の形態１３での磁力線分布を示す側面図である。 図４５のＡ部の拡大図であり、図４６Ａは磁性体が無い場合の磁力線分布を示し、図４６Ｂは磁性体が存在する場合の磁力線分布を示す。

ここでは、磁気抵抗センサ２０を４つのＡＭＲ素子２１ｄ〜２１ｇで構成した場合を例示するが、半導体磁気抵抗（ＳＭＲ）素子、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子などで構成しても構わない。なお、図１７では、素子２１ｄ〜２１ｇの配置を説明するために、一部の貫通穴について図示を省略している。

ＡＭＲ素子２１ｄ〜２１ｇは、基板上に形成された強磁性体の薄膜パターンとして形成され、図示のように細長いストリップ状に形成した場合、長手方向に対して垂直、かつ基板主面に対して平行な方向が感磁方向になる。ＡＭＲ素子２１ｄ〜２１ｇの感磁方向は、磁性体１の移動方向（Ｘ方向）と平行になるように設定され、いずれもＸ方向の磁界Ｂｘの変化に応じて素子の抵抗値が変化する。

また本実施形態では、磁石１１ａ，１１ｂの着磁方向が実施の形態１と同様の例について示したが、実施の形態３のような着磁方向でも構わない。また、磁気抵抗センサ２０を構成するＡＭＲ素子２１ｄ〜２１ｇの配置は、ここで説明したものに限定されず、磁性体スケールの貫通穴の有無による磁界変化を検出できるものであれば、何れの素子配置でも構わない。

Claims (16)

1. 磁性体を検出する磁性体検出装置であって、
   磁性体の移動経路の途中に配置された磁気抵抗センサと、
   磁性体の移動方向に沿って、第１磁極および、該第１磁極とは逆極性の第２磁極が配列したバイアス磁石とを備え、
   バイアス磁石は、磁気抵抗センサに対して磁性体の移動方向に沿ったバイアス磁界を印加することを特徴とする磁性体検出装置。
2. 磁性体の移動方向に沿って、第１磁極および、該第１磁極とは逆極性の第２磁極が配列した第１バイアス磁石と、
   磁性体の移動方向に沿って、第２磁極および第１磁極が配列した第２バイアス磁石とを備え、
   第１バイアス磁石および第２バイアス磁石は、磁性体の移動経路を介して、第１バイアス磁石の第１磁極と第２バイアス磁石の第２磁極とが磁気抵抗センサおよび検出対象の磁性体を挟むように対向し、第１バイアス磁石の第２磁極と第２バイアス磁石の第１磁極とが対向するように配置され、磁気抵抗センサに対して磁性体の移動方向に沿ったバイアス磁界を印加することを特徴とする請求項１に記載の磁性体検出装置。
3. 磁気抵抗センサは、異方性磁気抵抗素子を含み、バイアス磁石によって形成されたバイアス磁界分布のゼロ点付近に位置決めされることを特徴とする請求項１または２記載の磁性体検出装置。
4. 磁気抵抗センサは、異方性磁気抵抗素子を含み、磁性体の移動方向に対して第１磁極と第２磁極の中間付近に配置され、第１バイアス磁石または第１バイアス磁石と第２バイアス磁石の組により磁気抵抗素子に印加される磁性体移動方向のバイアス磁界が磁性体の通過により増減され、その磁界変化を磁気抵抗センサにより出力に変換することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁性体検出装置。
5. 磁気抵抗センサは、異方性磁気抵抗素子を含み、磁性体の移動方向に対して第１磁極の手前側付近または第２磁極の奥側付近に配置され、第１バイアス磁石または第１バイアス磁石と第２バイアス磁石の組により磁気抵抗素子に印加されるバイアス磁界の貫通方向成分が磁性体の通過により回転され、その磁界変化を磁気抵抗センサにより出力に変換することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁性体検出装置。
6. 磁気抵抗センサは、磁性体の移動方向と平行な感磁方向を有する第１異方性磁気抵抗素子、および磁性体の移動方向と垂直な感磁方向を有する第２異方性磁気抵抗素子で構成されたハーフブリッジ回路を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の磁性体検出装置。
7. 磁気抵抗センサは、磁性体の移動方向と垂直方向に複数配置してラインセンサとして構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の磁性体検出装置。
8. 第１バイアス磁石および第２バイアス磁石の磁性体移動方向の上流側および下流側の側面に設けられた磁性体ヨークをさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の磁性体検出装置。
9. 磁性体ヨークは、第１バイアス磁石または第２バイアス磁石の対向面から磁気抵抗センサ側に突出して設けられることを特徴とする請求項８記載の磁性体検出装置。
10. 第１バイアス磁石および第２バイアス磁石は、両面４極着磁パターンの角柱状磁石であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の磁性体検出装置。
11. 前記バイアス磁石は、磁気抵抗センサの配列方向に沿って複数の磁極に分割されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の磁性体検出装置。
12. 各磁気抵抗センサからの出力信号を処理するための処理回路と、
    磁性体の移動経路外に配置された、補償用の磁気抵抗センサとをさらに備え、
    処理回路は、補償用の磁気抵抗センサからの信号を用いて前記出力信号を補償することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の磁性体検出装置。
13. 各磁気抵抗センサからの出力信号を処理するための処理回路と、
    移動経路における磁性体の有無を示す検知信号を該処理回路に供給するための磁性体検知部をさらに備え、
    処理回路は、磁性体が存在しないときの出力信号を用いて、磁性体が存在するときの出力信号を補償することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の磁性体検出装置。
14. 複数の磁気抵抗センサがマトリクス状に配列された磁気イメージセンサと、
    磁気抵抗センサの配列方向と平行な磁界成分を発生する磁界発生手段とを備え、
    各磁気抵抗センサは、複数の異方性磁気抵抗素子で構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の磁性体検出装置。
15. 直線状またはマトリクス状に配列した複数の磁気抵抗センサを備え、
    各磁気抵抗センサは、基板上に強磁性体の薄膜パターンとして形成された複数の異方性磁気抵抗素子で構成され、
    各異方性磁気抵抗素子は、基板主面に対して平行であって、互いに平行または垂直な感磁方向を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の磁性体検出装置。
16. 検出対象の磁性体は、移動方向に沿って一定のピッチで形成されたスリット形状を有しており、
    磁気抵抗センサからの信号に基づいて、磁性体の移動量および移動方向を演算する処理回路をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の磁性体検出装置。

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