JPWO2018199067A1 - 磁気センサー - Google Patents
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Abstract
測定試料に対して同一位置における二成分の磁場強度を検出し、測定試料の磁場分布を高い空間分解能で検出する。磁気センサー100は、平面型の第1の磁気抵抗素子1が二次元に複数配列された第1の磁気センサーアレイ30と、測定試料6を挟んで第1の磁気センサーアレイ30の第1の磁気抵抗素子1の各々と対向して平面型の第2の磁気抵抗素子2が二次元に複数配列された第2の磁気センサーアレイ40と、を備え、対向する第1の磁気抵抗素子1と第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が異なる。
Description
本発明は、磁気センサーに関する。
トンネル磁気抵抗素子(TMR(Tunnel Magneto Resistive)素子)は、磁化の向きが固定された固定磁性層、外部からの磁場の影響を受けて磁化の向きが変化する自由磁性層、及び固定磁性層と自由磁性層との間に配置された絶縁層を有し、磁気トンネル接合(MTJ(Magnetic Tunnel Junction))を形成する。固定磁性層の磁化の向きと自由磁性層の磁化の向きとの角度差に従ってトンネル効果により絶縁層の抵抗を変化させる。このトンネル磁気抵抗素子を利用したものとして、磁気メモリ・磁気ヘッド・磁気センサーなどが挙げられる。
上記のような磁気抵抗素子を用いた磁気センサーとして、例えば、二次元に複数配列された第1の磁気抵抗素子群が平坦な絶縁層で覆われ、当該絶縁層上に第2の磁気抵抗素子群が二次元に複数配列されていることで、測定試料との間において異なる二つの距離における磁場分布を取得するセンサーが提供されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記従来の技術によれば、第1の磁気抵抗素子群と第2の磁気抵抗素子群とが互いに異なる方向の磁場強度を検出する場合、測定試料に対して同一位置における二成分の磁場強度を取得することができない。
このような問題に対しては、例えば、第1の磁気抵抗素子群と第2の磁気抵抗素子群とを同一平面上に配列することが考えられるが、そのように配列すると、各磁気抵抗素子群が平面方向にずれた位置で磁場強度を検出することとなる。したがってこの場合にも、測定試料に対して同一位置における二成分の磁場強度を取得することができない。また、第1及び第2の磁気抵抗素子群を同一平面上に配列すると、磁気センサーのサイズが平面方向に拡大し、高い空間分解能で磁場分布を取得できないという問題もある。
このような問題に対しては、例えば、第1の磁気抵抗素子群と第2の磁気抵抗素子群とを同一平面上に配列することが考えられるが、そのように配列すると、各磁気抵抗素子群が平面方向にずれた位置で磁場強度を検出することとなる。したがってこの場合にも、測定試料に対して同一位置における二成分の磁場強度を取得することができない。また、第1及び第2の磁気抵抗素子群を同一平面上に配列すると、磁気センサーのサイズが平面方向に拡大し、高い空間分解能で磁場分布を取得できないという問題もある。
そこで、本発明は、測定試料に対して同一位置における二成分の磁場強度を検出でき、測定試料の磁場分布を高い空間分解能で検出できる磁気センサーを提供することを目的としている。
以上の課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、磁気センサーであって、
平面型の第1の磁気抵抗素子が一次元又は二次元に複数配列された第1の磁気センサーアレイと、測定試料を挟んで前記第1の磁気センサーアレイの前記第1の磁気抵抗素子の各々と対向して平面型の第2の磁気抵抗素子が一次元又は二次元に複数配列された第2の磁気センサーアレイと、を備え、
対向する前記第1の磁気抵抗素子と前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向が異なる。
平面型の第1の磁気抵抗素子が一次元又は二次元に複数配列された第1の磁気センサーアレイと、測定試料を挟んで前記第1の磁気センサーアレイの前記第1の磁気抵抗素子の各々と対向して平面型の第2の磁気抵抗素子が一次元又は二次元に複数配列された第2の磁気センサーアレイと、を備え、
対向する前記第1の磁気抵抗素子と前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向が異なる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の磁気センサーにおいて、
前記第1の磁気抵抗素子及び前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向は、第1の方向、第2の方向及び第3の方向のいずれかである。
前記第1の磁気抵抗素子及び前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向は、第1の方向、第2の方向及び第3の方向のいずれかである。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の磁気センサーにおいて、
前記第1の磁気抵抗素子と前記第2の磁気抵抗素子とは同数配列されている。
前記第1の磁気抵抗素子と前記第2の磁気抵抗素子とは同数配列されている。
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載の磁気センサーにおいて、
前記第1の磁気センサーアレイから前記測定試料までの距離と、前記第2の磁気センサーアレイから前記測定試料までの距離とが等しい。
前記第1の磁気センサーアレイから前記測定試料までの距離と、前記第2の磁気センサーアレイから前記測定試料までの距離とが等しい。
請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれか一項に記載の磁気センサーにおいて、
前記第1の磁気抵抗素子及び前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向は、それらの配列方向に平行である。
前記第1の磁気抵抗素子及び前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向は、それらの配列方向に平行である。
請求項6に記載の発明は、請求項1から5のいずれか一項に記載の磁気センサーにおいて、
全ての前記第1の磁気抵抗素子の検出軸の方向が同一であり、全ての前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向が同一である。
全ての前記第1の磁気抵抗素子の検出軸の方向が同一であり、全ての前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向が同一である。
請求項7に記載の発明は、請求項1から6のいずれか一項に記載の磁気センサーにおいて、
前記第1の磁気抵抗素子の検出軸の方向が、当該第1の磁気抵抗素子に対向して配置される前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向に対して直交する。
前記第1の磁気抵抗素子の検出軸の方向が、当該第1の磁気抵抗素子に対向して配置される前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向に対して直交する。
請求項8に記載の発明は、請求項1から4のいずれか一項に記載の磁気センサーにおいて、
前記第1の磁気抵抗素子及び前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向は、互いに直交する第1の方向、第2の方向及び第3の方向のいずれかであり、
前記第1の方向、前記第2の方向及び前記第3の方向のうち、対向する一対の前記第1の磁気抵抗素子及び前記第2の磁気抵抗素子の検出軸と異なる方向の磁場強度を、隣接する第1の磁気抵抗素子及び第2の磁気抵抗素子により検出される当該方向の磁場強度に基づいて補間する制御部を備える。
前記第1の磁気抵抗素子及び前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向は、互いに直交する第1の方向、第2の方向及び第3の方向のいずれかであり、
前記第1の方向、前記第2の方向及び前記第3の方向のうち、対向する一対の前記第1の磁気抵抗素子及び前記第2の磁気抵抗素子の検出軸と異なる方向の磁場強度を、隣接する第1の磁気抵抗素子及び第2の磁気抵抗素子により検出される当該方向の磁場強度に基づいて補間する制御部を備える。
請求項9に記載の発明は、請求項1から8のいずれか一項に記載の磁気センサーにおいて、
前記第1の磁気センサーアレイにおいて、前記第1の磁気抵抗素子は一次元に複数配列され、
前記第2の磁気センサーアレイにおいて、前記第2の磁気抵抗素子は一次元に複数配列されている。
前記第1の磁気センサーアレイにおいて、前記第1の磁気抵抗素子は一次元に複数配列され、
前記第2の磁気センサーアレイにおいて、前記第2の磁気抵抗素子は一次元に複数配列されている。
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の磁気センサーにおいて、
前記第1の磁気センサーアレイ及び前記第2の磁気センサーアレイを、前記測定試料に沿って、前記第1の磁気抵抗素子及び前記第2の磁気抵抗素子の配列方向に直交する方向に走査させる走査機構を備える。
前記第1の磁気センサーアレイ及び前記第2の磁気センサーアレイを、前記測定試料に沿って、前記第1の磁気抵抗素子及び前記第2の磁気抵抗素子の配列方向に直交する方向に走査させる走査機構を備える。
請求項11に記載の発明は、請求項1から8のいずれか一項に記載の磁気センサーにおいて、
前記第1の磁気センサーアレイにおいて、前記第1の磁気抵抗素子は二次元に複数配列され、
前記第2の磁気センサーアレイにおいて、前記第2の磁気抵抗素子は二次元に複数配列されている。
前記第1の磁気センサーアレイにおいて、前記第1の磁気抵抗素子は二次元に複数配列され、
前記第2の磁気センサーアレイにおいて、前記第2の磁気抵抗素子は二次元に複数配列されている。
本発明によれば、測定試料に対して同一位置における二成分の磁場強度を検出でき、測定試料の磁場分布を高い空間分解能で検出できる磁気センサーを提供することができる。
以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
《第1の実施形態》
図1A‐1C〜図3を参照して、第1の実施形態の磁気センサー100について説明する。図1A‐1Cは、本実施形態の磁気センサー100を示す概略構成図であり、図1Aは、第1の磁気センサーアレイ30の測定試料6との対向面を示す図、図1Bは、磁気センサー100の面方向から見たときの磁気センサー100及び測定試料6を示す図、図1Cは、第2の磁気センサーアレイ40の測定試料6との対向面を示す図である。図2は、第1の磁気抵抗素子1の積層構成を示す概略図である。図3は、従来の磁気センサー100Aを示す概略構成図である。
図1A‐1C〜図3を参照して、第1の実施形態の磁気センサー100について説明する。図1A‐1Cは、本実施形態の磁気センサー100を示す概略構成図であり、図1Aは、第1の磁気センサーアレイ30の測定試料6との対向面を示す図、図1Bは、磁気センサー100の面方向から見たときの磁気センサー100及び測定試料6を示す図、図1Cは、第2の磁気センサーアレイ40の測定試料6との対向面を示す図である。図2は、第1の磁気抵抗素子1の積層構成を示す概略図である。図3は、従来の磁気センサー100Aを示す概略構成図である。
図1A‐1Cに示すように、磁気センサー100は、平面型の第1の磁気抵抗素子1が二次元に複数配列された第1の磁気センサーアレイ30と、測定試料6を介して第1の磁気センサーアレイ30の第1の磁気抵抗素子1の各々と対向して平面型の第2の磁気抵抗素子2が二次元に複数配列された第2の磁気センサーアレイ40と、を備える。また、対向する第1の磁気抵抗素子1と第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が互いに異なっている。図1A及び図1Cに、第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2のそれぞれの検出軸の方向を矢印で図示している。
ここで、以下の説明において、第1の磁気抵抗素子1の面内の特定方向をX方向(第1の方向)とし、当該面内のX方向に直交する方向をY方向(第2の方向)、当該X方向及びY方向に直交する方向(第1の磁気抵抗素子1の面方向に直交する方向、第3の方向)をZ方向とする。
第1の磁気センサーアレイ30は、図1Aに示すように、平板状の支持部材31の測定試料6に対向する面31a上に、第1の磁気抵抗素子1がXY方向に二次元に複数配列されて構成されている。第1の磁気センサーアレイ30上に設けられる全ての第1の磁気抵抗素子1はいずれもX方向に検出軸を有する。
第1の磁気抵抗素子1は、図2に示すように、磁化の向きが固定された固定磁性層110、外部からの磁場の影響を受けて磁化の向きが変化する自由磁性層130、及び固定磁性層110と自由磁性層130との間に配置された絶縁層120により、磁気トンネル接合を形成し、固定磁性層110の磁化の向きと自由磁性層130の磁化の向きとの角度差に従ってトンネル効果により絶縁層120の抵抗を変化させるトンネル磁気抵抗素子(TMR素子)である。第1の磁気抵抗素子1は、固定磁性層110の磁化の向きがX方向であることにより、X方向を検出軸としている。
第1の磁気抵抗素子1は、例えば、シリコン基板(Si、SiO2)12上に、下地層(Ta)13が形成され、その上に固定磁性層110として、下から反強磁性層(IrMn)111、強磁性層(CoFe)112、磁気結合層(Ru)113、強磁性層(CoFeB)114が積層され、絶縁層(MgO)120を介して、その上に、自由磁性層130として、下から強磁性層(CoFeB)131、軟磁性層(NiFe又はCoFeSi)133が積層された積層構造を有する。なお、強磁性層131と軟磁性層133との間には、磁気結合層(Ru)が更に積層されていても良い。
このように構成される第1の磁気抵抗素子1は、検出磁場ゼロの状態においては、固定磁性層110の磁化の向きと自由磁性層130の磁化の向きとが略90度のねじれの位置で安定している。これは、それぞれ磁化容易軸の方向に磁化しているからである。すなわち、第1の磁気抵抗素子1は、自由磁性層130の磁化容易軸の方向A2が固定磁性層110の磁化容易軸の方向A1に対して略90度ねじれた位置に形成されたものである。
例えば、固定磁性層110の磁化の向きに対して反対方向の外部磁場が第1の磁気抵抗素子1に印加されると、自由磁性層130の磁化の向きが固定磁性層110の磁化の向きの逆方向側へスピンし、トンネル効果により絶縁層120の抵抗が増大する。一方、固定磁性層110の磁化の向きに対して同方向の外部磁場が第1の磁気抵抗素子1に印加されると、自由磁性層130の磁化の向きが固定磁性層110の磁化の向きと同方向側へスピンし、トンネル効果により絶縁層120の抵抗が減少する。
ここで、第1の磁気抵抗素子1の磁場検出部分の大きさは、面内方向の一辺の長さが例えば数十μm〜数mmの範囲内であることが一般的である。磁場検出部分の大きさは、第1の磁気抵抗素子1のS/N比や空間分解能に影響を与える。
一方、測定試料6の大きさは、平板状である場合、例えば一辺の長さが数cm〜数mの範囲内であることが一般的である。また、測定試料6の厚さは、数百μm〜数cmの範囲内が一般的である。また、測定試料6が、例えばラミネートタイプのリチウムイオンバッテリーである場合、一辺の長さが10〜30cmの範囲内であることが一般的である。また、測定試料6が、例えばアルミ板や炭素鋼板のテストサンプルである場合、一辺の長さが20〜100cmの範囲内であることが一般的であり、数mの場合もある。
一方、測定試料6の大きさは、平板状である場合、例えば一辺の長さが数cm〜数mの範囲内であることが一般的である。また、測定試料6の厚さは、数百μm〜数cmの範囲内が一般的である。また、測定試料6が、例えばラミネートタイプのリチウムイオンバッテリーである場合、一辺の長さが10〜30cmの範囲内であることが一般的である。また、測定試料6が、例えばアルミ板や炭素鋼板のテストサンプルである場合、一辺の長さが20〜100cmの範囲内であることが一般的であり、数mの場合もある。
第1の磁気抵抗素子1単体の空間分解能は、測定試料6中に存在する金属異常物に対する相対的な大きさに依存する。例えば、直径Φが100μm程度の略球形状の金属異常物の大まかな位置を検知する場合、第1の磁気抵抗素子1の一辺の長さは、金属異常物の直径と同程度(約100μm)から、金属異常物の直径の100倍程度(約10mm)までの範囲内に設定されていることが好ましい。また、例えば、直径Φが100μm程度の金属異常物の位置を正確に検知する場合、第1の磁気抵抗素子1の一辺の長さは、金属異常物の直径と同程度(約100μm)から、金属異常物の直径の10倍程度(約1mm)までの範囲内に設定されていることが好ましい。
第2の磁気センサーアレイ40は、図1Cに示すように、平板状の支持部材41の測定試料6に対向する面41a上に、第2の磁気抵抗素子2がXY方向に二次元に複数配列されて構成されている。第2の磁気センサーアレイ40上に設けられる全ての第2の磁気抵抗素子2は、固定磁性層(図示略)の磁化の向きがY方向であることにより、いずれもY方向に検出軸を有する。このように構成される第2の磁気センサーアレイ40は、測定試料6を挟んで第1の磁気センサーアレイ30と対向するように配置されている。また、第2の磁気抵抗素子2は、第1の磁気センサーアレイ30上の第1の磁気抵抗素子1と同数配列されている。
第2の磁気抵抗素子2は、対向して配置される第1の磁気抵抗素子1に対して検出軸の方向が異なる以外は第1の磁気抵抗素子1と同様に構成されている。上記したように第1の磁気抵抗素子1はX方向を検出軸としているのに対し、第2の磁気抵抗素子2はY方向を検出軸としており、両者の検出軸の方向は直交している。
第1及び第2の磁気センサーアレイ30、40に設けられる第1及び第2の磁気抵抗素子1、2は、互いに対向しかつ検出軸の方向が互いに異なるため、これら第1及び第2の磁気センサーアレイ30、40により測定試料6の同一位置における二成分の磁場強度を同一タイミングで検出することができる。また、互いに異なる方向の検出軸を有する第1及び第2の磁気抵抗素子1、2が、それぞれ支持部材31の面31a上又は支持部材41の面41a上に分けて配列されているため、全ての第1及び第2の磁気抵抗素子1、2を同一平面上に配列する場合に比べて、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2を密に配列させることができる。これにより、より高い空間分解能で測定試料6の磁場分布を検出することができる。
また、図1Bに示すように、第1の磁気センサーアレイ30と測定試料6までの距離と、第2の磁気センサーアレイ40と測定試料6までの距離とが等しくなるように第1及び第2の磁気センサーアレイ30、40が配置されている。このように測定試料6までの距離が等しく、通常の測定においては媒質が空気等であり同一であるため、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2による測定時の透磁率が等しくなる。これにより、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2が、より等しい条件で二成分の磁場強度を検出することができる。
これに対して従来技術の磁気センサー100Aは、例えば図3に示すように、第1の磁気抵抗素子1が二次元に複数配列された第1の磁気センサーアレイ30Aと、第2の磁気抵抗素子2が二次元に複数配列された第2の磁気センサーアレイ40Aとが積層されて構成される。また、第2の磁気センサーアレイ40Aは、第2の磁気抵抗素子2が配列される側の面が、第1の磁気センサーアレイ30Aの第1の磁気抵抗素子1が配列される側と反対側の面に対向するように配置される。このような構成においては、第2の磁気センサーアレイ40Aは、第1の磁気センサーアレイ30Aよりも測定試料から離れた位置に配置されているため、測定試料6に対向する方向(図示例ではZ方向)において同一位置における二成分の磁場強度を検出することはできない。
上記のように構成される磁気センサー100を用いて測定を行う際には、磁気センサー100を測定試料に近接させた状態で行う。また、磁気センサー100の面方向(XY方向)に対して磁気センサー100よりも大きい測定試料の磁場分布を測定する場合には、磁気センサー100を測定試料に近接させた状態で、磁気センサー100と測定試料とを相対移動させることによって行うことができる。この場合、磁気センサー100及び測定試料のいずれを移動させるものとしても良いが、第1及び第2の磁気センサーアレイ30、40の相対位置を固定しておくことがより精度の高い測定を行う点で好ましいため、測定試料を移動させることが好ましい。
具体的には、例えば、第1及び第2の磁気センサーアレイ30、40をY方向に所定距離ずつ走査させて、当該所定距離おきの測定位置における磁場強度をそれぞれ検出することで、測定試料6のY方向全域の磁場分布を取得することができる。この場合、各測定位置間の距離を短くすることで、Y方向の空間分解能を向上させることができる。また、第1及び第2の磁気センサーアレイ30、40をY方向に走査させて測定試料6のY方向全域を測定した後、X方向に所定距離走査させてから、再びY方向に走査させつつ測定を行うことで、より広域の磁場分布を測定できる。さらに、第1及び第2の磁気センサーアレイ30、40をZ方向に沿って互いに近付く方向又は互いに離間する方向に所定距離走査させてから、再びX方向及びY方向に走査させつつ測定を行うことで、測定試料6の磁場分布をより詳細に測定することが可能となる。
なお、複数の磁気センサー100を用いて測定を行うものとしても良いし、それらの複数の磁気センサー100を測定試料に対してそれぞれ相対移動させるものとしても良い。
具体的には、例えば、第1及び第2の磁気センサーアレイ30、40をY方向に所定距離ずつ走査させて、当該所定距離おきの測定位置における磁場強度をそれぞれ検出することで、測定試料6のY方向全域の磁場分布を取得することができる。この場合、各測定位置間の距離を短くすることで、Y方向の空間分解能を向上させることができる。また、第1及び第2の磁気センサーアレイ30、40をY方向に走査させて測定試料6のY方向全域を測定した後、X方向に所定距離走査させてから、再びY方向に走査させつつ測定を行うことで、より広域の磁場分布を測定できる。さらに、第1及び第2の磁気センサーアレイ30、40をZ方向に沿って互いに近付く方向又は互いに離間する方向に所定距離走査させてから、再びX方向及びY方向に走査させつつ測定を行うことで、測定試料6の磁場分布をより詳細に測定することが可能となる。
なお、複数の磁気センサー100を用いて測定を行うものとしても良いし、それらの複数の磁気センサー100を測定試料に対してそれぞれ相対移動させるものとしても良い。
また、測定試料が、磁気センサー100の面方向に直交する方向(Z方向)に対して大きい又は小さい場合においても、第1及び第2の磁気センサーアレイ30、40を測定試料に近接させることができるように、磁気センサー100は、第1の磁気センサーアレイ30と第2の磁気センサーアレイ40との間の距離を自動又は手動で調整する調整機構(図示略)を備えていても良い。
以上、第1の実施形態によれば、平面型の第1の磁気抵抗素子1が二次元に複数配列された第1の磁気センサーアレイ30と、測定試料6を挟んで第1の磁気センサーアレイ30の第1の磁気抵抗素子1の各々と対向して平面型の第2の磁気抵抗素子2が二次元に複数配列された第2の磁気センサーアレイ40と、を備え、対向する第1の磁気抵抗素子1と第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が異なるので、測定試料に対して同一位置における二成分の磁場強度を検出することができる。また、検出軸の方向が異なる第1及び第2の磁気抵抗素子1、2が同一平面上に配列されていないため、それぞれをより密に配列させることができ、高い空間分解能で磁場分布を検出することができる。
また、第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向は、X方向及びY方向のいずれかであるので、磁気センサーが二種のみの磁気抵抗素子からなり、製造上及び品質管理上より有利である。
また、第1の磁気センサーアレイ30から測定試料6までの距離と、第2の磁気センサーアレイ40から測定試料6までの距離とが等しいので、より等しい条件で二成分の磁場強度を検出することができる。
また、全ての第1の磁気抵抗素子1の検出軸の方向が同一であり、全ての第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向が同一であるので、第1及び第2の磁気センサーアレイ30、40に対してそれぞれ同一仕様の第1又は第2の磁気抵抗素子1、2を配列して構成することができ、製造上及び品質管理上より有利である。
また、第1の磁気抵抗素子1の検出軸の方向が、当該第1の磁気抵抗素子1に対向して配置される第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向に対して直交するので、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2の検出値を補正等することなく、そのまま二成分の磁場強度として取得することができる。これにより、補正等による精度低下を生じさせることなく、精度良く磁場強度を検出することができる。
また、第1の磁気センサーアレイ30において、第1の磁気抵抗素子1は二次元に複数配列され、第2の磁気センサーアレイ40において、第2の磁気抵抗素子2は二次元に複数配列されているので、測定試料の二次元の磁場分布を容易に検出することができる。
なお、上記した第1の実施形態では、第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2がトンネル磁気抵抗素子であるものとしたが、平面型のものであればこれに限られるものではなく、例えば、異方向性磁気抵抗素子(AMR(Anisotropic Magneto Resistive effect)素子)や、巨大磁気抵抗素子(GMR(Giant Magneto Resistive effect)素子)等であっても良い。
また、上記した第1の実施形態では、第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向は、X方向とY方向のいずれかであるものとしたが、対向する第1の磁気抵抗素子1と第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が異なっていれば、これに限られるものではない。例えば、複数の第1の磁気抵抗素子1のうちのいずれかの検出軸の方向が、X方向及びY方向と異なる方向であっても良いし、複数の第2の磁気抵抗素子2のうちのいずれかの検出軸の方向が、X方向及びY方向と異なる方向であっても良い。
また、上記した第1の実施形態では、第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が、それらの配列方向に平行であるものとしたが、これに限られるものではなく、平行でないものとしても良い。
また、上記した第1の実施形態では、全ての第1の磁気抵抗素子1の検出軸の方向が同一であり、全ての第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が同一であるものとしたが、対向する第1の磁気抵抗素子1と第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が異なっていれば、これに限られるものではない。例えば、複数の第1の磁気抵抗素子1のうち一部が異なる方向に検出軸を有するものとしても良いし、複数の第2の磁気抵抗素子2のうち一部が異なる方向に検出軸を有するものとしても良い。
また、上記した第1の実施形態では、第1の磁気抵抗素子1の検出軸の方向が、当該第1の磁気抵抗素子1に対向して配置される第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向に対して直交するものとしたが、これに限られるものではない。例えば、第1の磁気抵抗素子1の検出軸の方向と、対向する第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向とのなす角度が90度未満であっても良い。
また、上記した第1の実施形態では、磁気センサー100が、第1の磁気センサーアレイ30及び第2の磁気センサーアレイ40を備えて構成されているものとしたが、これに限られるものではなく、外部環境によるノイズ成分を除去するための構成を備えているものとしても良い。
例えば、磁気センサー100が、測定試料6の外部環境における磁場強度を検出する外部磁気抵抗素子(図示略)と、当該外部磁気抵抗素子による検出結果に基づき外部環境によるノイズ成分を特定する特定部(図示略)を備えているものとしても良い。外部磁気抵抗素子は、上記第1の磁気抵抗素子1や第2の磁気抵抗素子2と同様に構成されていても良いし、異なる構成であっても良い。特定部は、例えば、測定試料6の外部を発信源とする外部環境によるノイズ(環境ノイズ)が発生している場合、当該環境ノイズは全ての第1及び第2の磁気抵抗素子1、2及び外部磁気抵抗素子でほぼ等しい位相と強度で検出されるため、これらの検出結果において共通する信号波形が環境ノイズであることを特定する。さらに、特定部が、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2で検出された磁場強度(測定試料6の磁場情報と環境ノイズとしての磁場情報が混在)から環境ノイズを差し引くことで、より高精度な磁場情報を得ることができる。
また、測定試料6に近い位置に環境ノイズの発信源が存在する場合、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2及び外部磁気抵抗素子で検出される環境ノイズの強度は異なる。その場合は、特定部は、多変量分析(例えば主成分分析等)を元に、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2及び外部磁気抵抗素子の出力に重み付けを行い、環境ノイズ成分を特定し、測定結果から差し引くことで、より高精度な磁場情報を得ることができる。
ここで、環境ノイズの強度が大きいと、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2及び外部磁気抵抗素子の出力信号を増幅アンプ(図示略)で増幅したときに信号が飽和してしまい、測定が行えなかったり精度が低下したりする場合がある。そこで、外部磁気抵抗素子のダイナミックレンジを広く設定して(具体的には増幅アンプのゲインを小さくする)、強度の強い環境ノイズも測定範囲に収まるようにし、どの程度の環境ノイズが混在したかを把握できる構成にしておくことが好ましい。また、特定部は、外部磁気抵抗素子の検出結果に基づき、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2の増幅アンプのゲインにフィードバックをかけ、適正な増幅率に再設定することが好ましい。
例えば、磁気センサー100が、測定試料6の外部環境における磁場強度を検出する外部磁気抵抗素子(図示略)と、当該外部磁気抵抗素子による検出結果に基づき外部環境によるノイズ成分を特定する特定部(図示略)を備えているものとしても良い。外部磁気抵抗素子は、上記第1の磁気抵抗素子1や第2の磁気抵抗素子2と同様に構成されていても良いし、異なる構成であっても良い。特定部は、例えば、測定試料6の外部を発信源とする外部環境によるノイズ(環境ノイズ)が発生している場合、当該環境ノイズは全ての第1及び第2の磁気抵抗素子1、2及び外部磁気抵抗素子でほぼ等しい位相と強度で検出されるため、これらの検出結果において共通する信号波形が環境ノイズであることを特定する。さらに、特定部が、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2で検出された磁場強度(測定試料6の磁場情報と環境ノイズとしての磁場情報が混在)から環境ノイズを差し引くことで、より高精度な磁場情報を得ることができる。
また、測定試料6に近い位置に環境ノイズの発信源が存在する場合、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2及び外部磁気抵抗素子で検出される環境ノイズの強度は異なる。その場合は、特定部は、多変量分析(例えば主成分分析等)を元に、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2及び外部磁気抵抗素子の出力に重み付けを行い、環境ノイズ成分を特定し、測定結果から差し引くことで、より高精度な磁場情報を得ることができる。
ここで、環境ノイズの強度が大きいと、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2及び外部磁気抵抗素子の出力信号を増幅アンプ(図示略)で増幅したときに信号が飽和してしまい、測定が行えなかったり精度が低下したりする場合がある。そこで、外部磁気抵抗素子のダイナミックレンジを広く設定して(具体的には増幅アンプのゲインを小さくする)、強度の強い環境ノイズも測定範囲に収まるようにし、どの程度の環境ノイズが混在したかを把握できる構成にしておくことが好ましい。また、特定部は、外部磁気抵抗素子の検出結果に基づき、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2の増幅アンプのゲインにフィードバックをかけ、適正な増幅率に再設定することが好ましい。
また、例えば、測定試料6の磁場強度が微小で、環境ノイズが測定の阻害要素である場合、第1及び第2の磁気センサーアレイ30、40を円筒形状や箱型形状の磁気シールド(図示略)で覆うことで、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2により検出される環境ノイズの強度を低減させるものとしても良い。当該磁気シールドとしては、例えば、透磁率の高いNiFeやCoFeSiB等の鉄混合系を含有する板状又はシート状部材が組み合わされて構成される。
また、例えば、測定試料6に電流を印加可能であれば、環境ノイズとは異なる周波数帯で測定試料6に電流を印加し、その電流によって発生した磁場を測定することで、環境ノイズと測定試料6の磁場強度とを周波数によって区別することができる。例えば、環境ノイズとして良く挙げられる商用電源の周波数は50Hz、60Hz、及びそれらの倍数であり、例えば70Hzはそれらの周波数帯とは重ならないため、測定試料6に70Hzの電流を印加することが挙げられる。
また、例えば、環境ノイズが常に一定である場合、あらかじめリファレンスとして測定試料6を設置しない状態で磁気センサー100により測定を行った後、測定試料6を設置した状態で測定を行い、その測定結果からリファレンス分を差し引くことで環境ノイズを除去することができる。
また、例えば、測定試料6に電流を印加可能であれば、環境ノイズとは異なる周波数帯で測定試料6に電流を印加し、その電流によって発生した磁場を測定することで、環境ノイズと測定試料6の磁場強度とを周波数によって区別することができる。例えば、環境ノイズとして良く挙げられる商用電源の周波数は50Hz、60Hz、及びそれらの倍数であり、例えば70Hzはそれらの周波数帯とは重ならないため、測定試料6に70Hzの電流を印加することが挙げられる。
また、例えば、環境ノイズが常に一定である場合、あらかじめリファレンスとして測定試料6を設置しない状態で磁気センサー100により測定を行った後、測定試料6を設置した状態で測定を行い、その測定結果からリファレンス分を差し引くことで環境ノイズを除去することができる。
《第2の実施形態》
本発明の磁気センサーの第2の実施形態について図4A‐4Cを参照して以下説明する。以下に説明する以外の構成は上記第1の実施形態の磁気センサー100と略同様であるため、同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
本発明の磁気センサーの第2の実施形態について図4A‐4Cを参照して以下説明する。以下に説明する以外の構成は上記第1の実施形態の磁気センサー100と略同様であるため、同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図4A‐4Cは、本実施形態の磁気センサー200を示す概略構成図であり、図4Aは、第1の磁気センサーアレイ230の測定試料6との対向面を示す図、図4Bは、磁気センサー200の面方向から見たときの磁気センサー200及び測定試料6を示す図、図4Cは、第2の磁気センサーアレイ240の測定試料6との対向面を示す図である。図4A及び図4Cに、第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2のそれぞれの検出軸の方向を矢印で図示している。
第2の実施形態に係る磁気センサー200は、第1の磁気抵抗素子1の検出軸の方向がX方向及びY方向のいずれかであり、第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向がX方向及びY方向のいずれかである。具体的には、第1の磁気センサーアレイ230の支持部材231上に複数配列されている第1の磁気抵抗素子1の検出軸の方向が列ごとに異なり、Y方向において隣り合う第1の磁気抵抗素子1同士で検出軸の方向が互いに異なっている。同様に、第2の磁気センサーアレイ240の支持部材241上に複数配列されている第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が列ごとに異なり、Y方向において隣り合う第2の磁気抵抗素子2同士で検出軸の方向が互いに異なっている。また、対向する第1の磁気抵抗素子1と第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が異なっている。
以上、第2の実施形態の構成であっても、上記第1の実施形態と同様、測定試料に対して同一位置における二成分の磁場強度を検出することができ、測定試料の磁場分布を高い空間分解能で検出することができる。
なお、上記した第2の実施形態では、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2が、Y方向に隣り合う磁気抵抗素子同士で検出軸の方向が互いに異なるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、X方向に隣り合う磁気抵抗素子同士で検出軸の方向が互いに異なるものとしても良いし、X方向及びY方向に隣り合う磁気抵抗素子同士で検出軸の方向が互いに異なる(いわゆる市松模様状)ものとしても良いし、検出軸の方向が異なる磁気抵抗素子が不規則に配列されているものとしても良い。
《第3の実施形態》
本発明の磁気センサーの第3の実施形態について図5A‐5Cを参照して以下説明する。以下に説明する以外の構成は上記第1の実施形態の磁気センサー100と略同様であるため、同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
本発明の磁気センサーの第3の実施形態について図5A‐5Cを参照して以下説明する。以下に説明する以外の構成は上記第1の実施形態の磁気センサー100と略同様であるため、同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図5A‐5Cは、本実施形態の磁気センサー300を示す概略構成図であり、図5Aは、第1の磁気センサーアレイ330の測定試料6との対向面を示す図、図5Bは、磁気センサー300の面方向から見たときの磁気センサー300及び測定試料6を示す図、図5Cは、第2の磁気センサーアレイ340の測定試料6との対向面を示す図である。図5A及び図5Cに、第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2のそれぞれの検出軸の方向を矢印で図示している。
第3の実施形態に係る磁気センサー300においては、支持部材331上に第1の磁気抵抗素子1がX方向に一次元に複数配列されて第1の磁気センサーアレイ330が構成され、支持部材341上に第2の磁気抵抗素子2がX方向に一次元に複数配列されて第2の磁気センサーアレイ340が構成されている。また、全ての第1の磁気抵抗素子1の検出軸の方向はX方向で同一であり、全ての第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向はY方向で同一であり、対向する第1の磁気抵抗素子1と第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が異なる。
また、磁気センサー300は、第1及び第2の磁気センサーアレイ330、340を測定試料6に沿って、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2の配列方向に直交する方向、すなわちY方向に走査させる走査機構350を備えている。走査機構350は、第1及び第2の磁気センサーアレイ330、340を同期させながら走査させ、これにより、磁気センサー300は測定試料6全体の磁場分布を取得することができる。また、走査機構350は、第1及び第2の磁気センサーアレイ330、340の走査速度を調整可能に構成され、これにより、磁気センサー300は走査方向における検出精度を調整することができる。
以上、第3の実施形態によれば、第1の磁気センサーアレイ330が、第1の磁気抵抗素子1が一次元に複数配列され、第2の磁気センサーアレイ340が、第2の磁気抵抗素子2が一次元に複数配列され、第1の磁気センサーアレイ330及び第2の磁気センサーアレイ340を、測定試料に沿って、第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2の配列方向に直交する方向に走査させる走査機構350を備えるので、上記第1の実施形態と同様、測定試料に対して同一位置における二成分の磁場強度を検出することができ、測定試料の磁場分布を高い空間分解能で検出することができる。
また、第3の実施形態においても、全ての第1の磁気抵抗素子1の検出軸の方向が同一、かつ全ての第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向が同一であるので、第1及び第2の磁気センサーアレイ330、340に対してそれぞれ同一仕様の第1又は第2の磁気抵抗素子1、2を配列して構成することができ、製造上及び品質管理上より有利である。
また、第3の実施形態においても、全ての第1の磁気抵抗素子1の検出軸の方向が同一、かつ全ての第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向が同一であるので、第1及び第2の磁気センサーアレイ330、340に対してそれぞれ同一仕様の第1又は第2の磁気抵抗素子1、2を配列して構成することができ、製造上及び品質管理上より有利である。
なお、上記した第3の実施形態では、第1の磁気抵抗素子1がX方向に検出軸を有し、第2の磁気抵抗素子2がY方向に検出軸を有するものとしたが、これに限られるものではない。例えば、第1の磁気抵抗素子1がY方向に検出軸を有し、第2の磁気抵抗素子2がX方向に検出軸を有するものとしても良い。
《第4の実施形態》
本発明の磁気センサーの第4の実施形態について図6A‐6Cを参照して以下説明する。以下に説明する以外の構成は上記第3の実施形態の磁気センサー300と略同様であるため、同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
本発明の磁気センサーの第4の実施形態について図6A‐6Cを参照して以下説明する。以下に説明する以外の構成は上記第3の実施形態の磁気センサー300と略同様であるため、同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図6A‐6Cは、本実施形態の磁気センサー400を示す概略構成図であり、図6Aは、第1の磁気センサーアレイ430の測定試料6との対向面を示す図、図6Bは、磁気センサー400の面方向から見たときの磁気センサー400及び測定試料6を示す図、図6Cは、第2の磁気センサーアレイ440の測定試料6との対向面を示す図である。図6A及び図6Cに、第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2のそれぞれの検出軸の方向を矢印で図示している。
第4の実施形態に係る磁気センサー400は、第1の磁気抵抗素子1の検出軸の方向がX方向及びY方向のいずれかであり、第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向がX方向及びY方向のいずれかである。具体的には、検出軸の方向がX方向又はY方向である第1の磁気抵抗素子1が不規則に支持部材431上に一次元に配列され、検出軸の方向がX方向又はY方向である第2の磁気抵抗素子2が不規則に支持部材441上に一次元に配列されている。ただしこの場合においても、対向する第1の磁気抵抗素子1と第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が異なっている。
以上、第4の実施形態の構成であっても、上記第3の実施形態と同様、測定試料に対して同一位置における二成分の磁場強度を検出することができ、測定試料の磁場分布を高い空間分解能で検出することができる。
なお、上記した第4の実施形態によれば、検出軸の方向がX方向又はY方向である第1及び第2の磁気抵抗素子1、2がそれぞれ不規則に配列されているものとしたが、これに限られるものではない。例えば、検出軸の方向がX方向又はY方向である第1の磁気抵抗素子1が交互に配列され、検出軸の方向がX方向又はY方向である第2の磁気抵抗素子2が交互に配列されているものとしても良い。
《第5の実施形態》
本発明の磁気センサーの第5の実施形態について図7A‐7Cを参照して以下説明する。以下に説明する以外の構成は上記第1の実施形態の磁気センサー100と略同様であるため、同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
本発明の磁気センサーの第5の実施形態について図7A‐7Cを参照して以下説明する。以下に説明する以外の構成は上記第1の実施形態の磁気センサー100と略同様であるため、同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図7A‐7Cは、本実施形態の磁気センサー500を示す概略構成図であり、図7Aは、第1の磁気センサーアレイ530の測定試料6との対向面を示す図、図7Bは、磁気センサー500の面方向から見たときの磁気センサー500及び測定試料6を示す図、図7Cは、第2の磁気センサーアレイ540の測定試料6との対向面を示す図である。図7A及び図7Cに、第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2のそれぞれの検出軸の方向を「X」、「Y」又は「Z」で図示しており、「X」はX方向を検出軸とし、「Y」はY方向を検出軸とし、「Z」はZ方向を検出軸とすることを示している。
第5の実施形態に係る磁気センサー500においては、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2の検出軸の方向が互いに直交するX方向、Y方向及びZ方向のいずれかである。具体的には、第1の磁気センサーアレイ530の支持部材531上に複数配列されている第1の磁気抵抗素子1の検出軸の方向が列ごとに異なり、Y方向において隣り合う第1の磁気抵抗素子1同士で検出軸の方向が互いに異なっている。同様に、第2の磁気センサーアレイ540の支持部材541上に複数配列されている第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が列ごとに異なり、Y方向において隣り合う第2の磁気抵抗素子2同士で検出軸の方向が互いに異なっている。また、対向する第1の磁気抵抗素子1と第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が異なっている。
また、磁気センサー500は、X方向、Y方向及びZ方向のうち、対向する一対の第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2の検出軸と異なる方向の磁場強度を、隣接する第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2により検出される当該方向の磁場強度に基づいて補間する制御部560を備えている。
ここで、支持部材531上に配列される第1の磁気抵抗素子1の各位置のうち、a列目、b行目の位置をPabとするものとして以下説明する。
磁気センサー500により測定試料6の磁場強度を測定すると、位置P21に配置される第1の磁気抵抗素子1によりY方向の磁場強度を検出することができ、これに対向する第2の磁気抵抗素子2によりZ方向の磁場強度を検出することができるが、位置P21におけるX方向の磁場強度は検出されない。そこで、制御部560は、例えば、位置P11に配置される第1の磁気抵抗素子1により検出されたX方向の磁場強度と、位置P31に配置される第1の磁気抵抗素子1に対向する第2の磁気抵抗素子2により検出されたX方向の磁場強度との平均値を、位置P21におけるX方向の磁場強度として取得する。同様にして、制御部560は、各位置におけるX、Y、Z方向の磁場強度を取得する。
磁気センサー500により測定試料6の磁場強度を測定すると、位置P21に配置される第1の磁気抵抗素子1によりY方向の磁場強度を検出することができ、これに対向する第2の磁気抵抗素子2によりZ方向の磁場強度を検出することができるが、位置P21におけるX方向の磁場強度は検出されない。そこで、制御部560は、例えば、位置P11に配置される第1の磁気抵抗素子1により検出されたX方向の磁場強度と、位置P31に配置される第1の磁気抵抗素子1に対向する第2の磁気抵抗素子2により検出されたX方向の磁場強度との平均値を、位置P21におけるX方向の磁場強度として取得する。同様にして、制御部560は、各位置におけるX、Y、Z方向の磁場強度を取得する。
これに対し、磁気センサーが第1の磁気センサーアレイ530のみで構成される場合、位置P21におけるX方向の磁場強度は、位置P11及びP41に配置される第1の磁気抵抗素子1により検出されたX方向の磁場強度から補間する必要がある。したがって、対象の位置(例えば位置P21)から離れた位置(例えば位置P41)の磁場強度に基づいて各位置の磁場強度を補間する必要があるのに対し、本実施形態に係る磁気センサー500によればより近い位置の磁場強度に基づいて各位置の磁場強度を補間することができるため、より精度の高い磁場情報が得られる。
以上、第5の実施形態によれば、第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が、互いに直交するX方向、Y方向及びZ方向のいずれかであり、X方向、Y方向及びZ方向のうち、対向する一対の第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2の検出軸と異なる方向の磁場強度を、隣接する第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2により検出される当該方向の磁場強度に基づいて補間する制御部560を備えるので、測定試料に対して同一位置における三成分の磁場強度を取得することができ、測定試料の磁場分布を高い空間分解能で検出することができる。
なお、上記した第5の実施形態では、隣接する第1及び第2の磁気抵抗素子により検出される磁場強度の平均値を算出することで磁場強度を補間するものとしたが、これに限られるものではなく、磁場強度の補間のための計算方法はいずれであっても良いし、磁場強度の補間を行わないものとしても良い。
《第6の実施形態》
本発明の磁気センサーの第6の実施形態について図8A‐8Cを参照して以下説明する。以下に説明する以外の構成は上記第5の実施形態の磁気センサー500と略同様であるため、同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
本発明の磁気センサーの第6の実施形態について図8A‐8Cを参照して以下説明する。以下に説明する以外の構成は上記第5の実施形態の磁気センサー500と略同様であるため、同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図8A‐8Cは、本実施形態の磁気センサー600を示す概略構成図であり、図8Aは、第1の磁気センサーアレイ630の測定試料6との対向面を示す図、図8Bは、磁気センサー600の面方向から見たときの磁気センサー600及び測定試料6を示す図、図8Cは、第2の磁気センサーアレイ640の測定試料6との対向面を示す図である。図8A及び図8Cに、第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2のそれぞれの検出軸の方向を「X」、「Y」又は「Z」で図示しており、「X」はX方向を検出軸とし、「Y」はY方向を検出軸とし、「Z」はZ方向を検出軸とすることを示している。
第6の実施形態に係る磁気センサー600においては、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2の検出軸の方向が互いに直交するX方向、Y方向及びZ方向のいずれかである。具体的には、第1の磁気センサーアレイ630の支持部材631上に、X方向を検出軸とする第1の磁気抵抗素子1及びY方向を検出軸とする第1の磁気抵抗素子1が交互に配列された列と、Z方向を検出軸とする第1の磁気抵抗素子1が配列された列とが、Y方向において交互に配列されている。同様に、第2の磁気センサーアレイ640の支持部材641上に、X方向を検出軸とする第2の磁気抵抗素子2及びY方向を検出軸とする第2の磁気抵抗素子2が交互に配列された列と、Z方向を検出軸とする第2の磁気抵抗素子2が配列された列とが、Y方向において交互に配列されている。また、対向する第1の磁気抵抗素子1と第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が異なっている。
また、磁気センサー600は、X方向、Y方向及びZ方向のうち、対向する一対の第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2の検出軸と異なる方向の磁場強度を、隣接する第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2により検出される当該方向の磁場強度に基づいて補間する制御部660を備えている。
ここで、支持部材631上に配列される第1の磁気抵抗素子1の各位置のうち、a列目、b行目の位置をPabとするものとして以下説明する。
磁気センサー600により測定試料6の磁場強度を測定すると、位置P32に配置される第1の磁気抵抗素子1によりY方向の磁場強度を検出することができ、これに対向する第2の磁気抵抗素子2によりZ方向の磁場強度を検出することができるが、位置P32におけるX方向の磁場強度は検出されない。そこで、制御部660は、例えば、位置P31及びP33に配置される第1の磁気抵抗素子1により検出されたX方向の磁場強度と、位置P22及びP42に配置される第1の磁気抵抗素子1に対向する第2の磁気抵抗素子2により検出されたX方向の磁場強度との平均値を、位置P32におけるX方向の磁場強度として取得する。同様にして、制御部660は、各位置におけるX、Y方向の磁場強度を取得する。
磁気センサー600により測定試料6の磁場強度を測定すると、位置P32に配置される第1の磁気抵抗素子1によりY方向の磁場強度を検出することができ、これに対向する第2の磁気抵抗素子2によりZ方向の磁場強度を検出することができるが、位置P32におけるX方向の磁場強度は検出されない。そこで、制御部660は、例えば、位置P31及びP33に配置される第1の磁気抵抗素子1により検出されたX方向の磁場強度と、位置P22及びP42に配置される第1の磁気抵抗素子1に対向する第2の磁気抵抗素子2により検出されたX方向の磁場強度との平均値を、位置P32におけるX方向の磁場強度として取得する。同様にして、制御部660は、各位置におけるX、Y方向の磁場強度を取得する。
これに対し、磁気センサーが第1の磁気センサーアレイ630のみで構成される場合、位置P32におけるX方向の磁場強度は、位置P31及びP33に配置される第1の磁気抵抗素子1により検出されたX方向の磁場強度から補間する必要がある。したがって、少数の検出値に基づいて各位置の磁場強度を補間する必要があるのに対し、本実施形態に係る磁気センサー600によればより多くの検出値に基づいて各位置の磁場強度を補間することができるため、より精度の高い磁場情報が得られる。また、第1の磁気センサーアレイ630のみで構成される場合、Z方向の磁場強度についても補間する必要があるが、本実施形態に係る磁気センサー600によればZ方向の磁場強度は各位置で検出できるため補間する必要がない。
以上、第6の実施形態によれば、第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が、互いに直交するX方向、Y方向及びZ方向のいずれかであり、X方向、Y方向及びZ方向のうち、対向する一対の第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2の検出軸と異なる方向の磁場強度を、隣接する第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2により検出される当該方向の磁場強度に基づいて補間する制御部660を備えるので、測定試料に対して同一位置における三成分の磁場強度を取得することができ、測定試料の磁場分布を高い空間分解能で検出することができる。
なお、上記した第6の実施形態では、隣接する第1及び第2の磁気抵抗素子により検出される磁場強度の平均値を算出することで磁場強度を補間するものとしたが、これに限られるものではなく、磁場強度の補間のための計算方法はいずれであっても良いし、磁場強度の補間を行わないものとしても良い。
《第7の実施形態》
本発明の磁気センサーの第7の実施形態について図9A‐9Cを参照して以下説明する。以下に説明する以外の構成は上記第5の実施形態の磁気センサー500と略同様であるため、同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
本発明の磁気センサーの第7の実施形態について図9A‐9Cを参照して以下説明する。以下に説明する以外の構成は上記第5の実施形態の磁気センサー500と略同様であるため、同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図9A‐9Cは、本実施形態の磁気センサー700を示す概略構成図であり、図9Aは、第1の磁気センサーアレイ730の測定試料6との対向面を示す図、図9Bは、磁気センサー700の面方向から見たときの磁気センサー700及び測定試料6を示す図、図9Cは、第2の磁気センサーアレイ740の測定試料6との対向面を示す図である。図9A及び図9Cに、第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2のそれぞれの検出軸の方向を「X」、「Y」又は「Z」で図示しており、「X」はX方向を検出軸とし、「Y」はY方向を検出軸とし、「Z」はZ方向を検出軸とすることを示している。
第7の実施形態に係る磁気センサー700においては、第1及び第2の磁気抵抗素子1、2の検出軸の方向が互いに直交するX方向、Y方向及びZ方向のいずれかである。具体的には、第1の磁気センサーアレイ730の支持部材731上に、X方向を検出軸とする第1の磁気抵抗素子1、Y方向を検出軸とする第1の磁気抵抗素子1及びZ方向を検出軸とする第1の磁気抵抗素子1が交互に配列された列が、同一方向の検出軸の第1の磁気抵抗素子1が隣り合わないようにY方向に複数列配列されている。同様に、第2の磁気センサーアレイ740の支持部材741上に、X方向を検出軸とする第2の磁気抵抗素子2、Y方向を検出軸とする第2の磁気抵抗素子2及びZ方向を検出軸とする第2の磁気抵抗素子2が交互に配列された列が、同一方向の検出軸の第2の磁気抵抗素子2が隣り合わないようにY方向に複数列配列されている。また、対向する第1の磁気抵抗素子1と第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が異なっている。
また、磁気センサー700は、X方向、Y方向及びZ方向のうち、対向する一対の第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2の検出軸と異なる方向の磁場強度を、隣接する第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2により検出される当該方向の磁場強度に基づいて補間する制御部760を備えている。
ここで、支持部材731上に配列される第1の磁気抵抗素子1の各位置のうち、a列目、b番目の位置をPabとするものとして以下説明する。
磁気センサー700により測定試料6の磁場強度を測定すると、位置P32に配置される第1の磁気抵抗素子1によりY方向の磁場強度を検出することができ、これに対向する第2の磁気抵抗素子2によりZ方向の磁場強度を検出することができるが、位置P32におけるX方向の磁場強度は検出されない。そこで、制御部760は、例えば、位置P22、P31及びP42に配置される第1の磁気抵抗素子1により検出されたX方向の磁場強度と、位置P21、P33及びP41に配置される第1の磁気抵抗素子1に対向する第2の磁気抵抗素子2により検出されたX方向の磁場強度との平均値を、位置P32におけるX方向の磁場強度として取得する。同様にして、制御部760は、各位置におけるX、Y、Z方向の磁場強度を取得する。
磁気センサー700により測定試料6の磁場強度を測定すると、位置P32に配置される第1の磁気抵抗素子1によりY方向の磁場強度を検出することができ、これに対向する第2の磁気抵抗素子2によりZ方向の磁場強度を検出することができるが、位置P32におけるX方向の磁場強度は検出されない。そこで、制御部760は、例えば、位置P22、P31及びP42に配置される第1の磁気抵抗素子1により検出されたX方向の磁場強度と、位置P21、P33及びP41に配置される第1の磁気抵抗素子1に対向する第2の磁気抵抗素子2により検出されたX方向の磁場強度との平均値を、位置P32におけるX方向の磁場強度として取得する。同様にして、制御部760は、各位置におけるX、Y、Z方向の磁場強度を取得する。
これに対し、磁気センサーが第1の磁気センサーアレイ730のみで構成される場合、位置P32におけるX方向の磁場強度は、位置P22、P31及びP42に配置される第1の磁気抵抗素子1により検出されたX方向の磁場強度から補間する必要がある。したがって、少数の検出値に基づいて各位置の磁場強度を補間する必要があるのに対し、本実施形態に係る磁気センサー700によればより多くの検出値に基づいて各位置の磁場強度を補間することができるため、より精度の高い磁場情報が得られる。
以上、第7の実施形態によれば、第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2の検出軸の方向が、互いに直交するX方向、Y方向及びZ方向のいずれかであり、X方向、Y方向及びZ方向のうち、対向する一対の第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2の検出軸と異なる方向の磁場強度を、隣接する第1の磁気抵抗素子1及び第2の磁気抵抗素子2により検出される当該方向の磁場強度に基づいて補間する制御部760を備えるので、測定試料に対して同一位置における三成分の磁場強度を取得することができ、測定試料の磁場分布を高い空間分解能で検出することができる。
なお、上記した第7の実施形態では、隣接する第1及び第2の磁気抵抗素子により検出される磁場強度の平均値を算出することで磁場強度を補間するものとしたが、これに限られるものではなく、磁場強度の補間のための計算方法はいずれであっても良いし、磁場強度の補間を行わないものとしても良い。
本発明は、磁気センサーに利用することができる。
1 第1の磁気抵抗素子
2 第2の磁気抵抗素子
30、230、330、430、530、630、730 第1の磁気センサーアレイ
40、240、340、440、540、640、740 第2の磁気センサーアレイ
100、200、300、400、500、600、700 磁気センサー
350 走査機構
560、660、760 制御部
2 第2の磁気抵抗素子
30、230、330、430、530、630、730 第1の磁気センサーアレイ
40、240、340、440、540、640、740 第2の磁気センサーアレイ
100、200、300、400、500、600、700 磁気センサー
350 走査機構
560、660、760 制御部
Claims (11)
- 平面型の第1の磁気抵抗素子が一次元又は二次元に複数配列された第1の磁気センサーアレイと、測定試料を挟んで前記第1の磁気センサーアレイの前記第1の磁気抵抗素子の各々と対向して平面型の第2の磁気抵抗素子が一次元又は二次元に複数配列された第2の磁気センサーアレイと、を備え、
対向する前記第1の磁気抵抗素子と前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向が異なる磁気センサー。 - 前記第1の磁気抵抗素子及び前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向は、第1の方向、第2の方向及び第3の方向のいずれかである請求項1に記載の磁気センサー。
- 前記第1の磁気抵抗素子と前記第2の磁気抵抗素子とは同数配列されている請求項1又は2に記載の磁気センサー。
- 前記第1の磁気センサーアレイから前記測定試料までの距離と、前記第2の磁気センサーアレイから前記測定試料までの距離とが等しい請求項1から3のいずれか一項に記載の磁気センサー。
- 前記第1の磁気抵抗素子及び前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向は、それらの配列方向に平行である請求項1から4のいずれか一項に記載の磁気センサー。
- 全ての前記第1の磁気抵抗素子の検出軸の方向が同一であり、全ての前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向が同一である請求項1から5のいずれか一項に記載の磁気センサー。
- 前記第1の磁気抵抗素子の検出軸の方向が、当該第1の磁気抵抗素子に対向して配置される前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向に対して直交する請求項1から6のいずれか一項に記載の磁気センサー。
- 前記第1の磁気抵抗素子及び前記第2の磁気抵抗素子の検出軸の方向は、互いに直交する第1の方向、第2の方向及び第3の方向のいずれかであり、
前記第1の方向、前記第2の方向及び前記第3の方向のうち、対向する一対の前記第1の磁気抵抗素子及び前記第2の磁気抵抗素子の検出軸と異なる方向の磁場強度を、隣接する第1の磁気抵抗素子及び第2の磁気抵抗素子により検出される当該方向の磁場強度に基づいて補間する制御部を備える請求項1から4のいずれか一項に記載の磁気センサー。 - 前記第1の磁気センサーアレイにおいて、前記第1の磁気抵抗素子は一次元に複数配列され、
前記第2の磁気センサーアレイにおいて、前記第2の磁気抵抗素子は一次元に複数配列されている請求項1から8のいずれか一項に記載の磁気センサー。 - 前記第1の磁気センサーアレイ及び前記第2の磁気センサーアレイを、前記測定試料に沿って、前記第1の磁気抵抗素子及び前記第2の磁気抵抗素子の配列方向に直交する方向に走査させる走査機構を備える請求項9に記載の磁気センサー。
- 前記第1の磁気センサーアレイにおいて、前記第1の磁気抵抗素子は二次元に複数配列され、
前記第2の磁気センサーアレイにおいて、前記第2の磁気抵抗素子は二次元に複数配列されている請求項1から8のいずれか一項に記載の磁気センサー。
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