JPWO2020250489A1 - 磁気センサ、磁気センサアレイ、磁場分布測定装置、および位置特定装置 - Google Patents
磁気センサ、磁気センサアレイ、磁場分布測定装置、および位置特定装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
図1は、実施の形態1に係る磁気センサを示す概略図である。図1を参照して、実施の形態1に係る磁気センサ1について説明する。
図7は、実施の形態1に係る磁場強度センサに含まれる第3センサおよび第4センサにおける外部磁場の角度に対する出力特性を示す図である。図7を参照して、第3センサ21および第4センサ22の外部磁場の角度に対する出力特性について説明する。
図17は、実施の形態2に係る磁気センサを示す概略図である。図18は、実施の形態2に係る第2磁気抵抗素子の構造を示す概略断面図である。図17および図18を参照して、実施の形態2に係る磁気センサ1Aについて説明する。
図19は、実施の形態3に係る磁気センサを示す概略図である。図19を参照して、実施の形態3に係る磁気センサ1Bについて説明する。
図20は、実施の形態4に係る磁気センサを示す概略斜視図である。図21は、実施の形態4に係る磁気センサを示す概略断面図である。なお、図20においては、便宜上のため、磁気センサの構成の一部のみを示している。図20および図21を参照して、実施の形態4に係る磁気センサ1Cについて説明する。
図22は、実施の形態5に係る磁気センサアレイを示す概略平面図である。図23は、図22に示す磁気センサアレイの拡大図である。図22および図23を参照して、実施の形態5に係る磁気センサアレイ2について説明する。
図24は、実施の形態6に係る磁場分布測定装置を示す図である。図24を参照して、実施の形態6に係る磁場分布測定装置4について説明する。
図25は、実施の形態7に係る位置特定装置を示す図である。図25を参照して、実施の形態7に係る位置特定装置80について説明する。
Claims (20)
- 複数の第1磁気抵抗素子を含み、外部磁場の方向と基準方向との成す角度に応じて出力する角度センサと、
複数の第2磁気抵抗素子を含み、前記外部磁場の強度に基づいて出力する磁場強度センサと、を備え、
前記角度センサおよび前記磁場強度センサは、互いにセンサ形成される基準面に対する法線方向が同一であり、
前記磁場強度センサは、前記外部磁場の方向と前記基準方向との成す角度に応じて異なる出力特性を有し、
前記角度センサによって検知された前記外部磁場の方向と前記基準方向との成す角度と前記磁場強度センサの出力とに基づいて、前記外部磁場の強度が決定される、磁気センサ。 - 前記角度センサおよび前記磁場強度センサは、同一基板上に設けられている、請求項1に記載の磁気センサ。
- 前記角度センサは、前記外部磁場の方向と前記基準方向との成す角度に対する出力特性として、cos関数で表される出力特性を有し、
前記磁場強度センサは、前記外部磁場の強度に対する出力特性として、直線で表される出力特性を有し、
前記磁場強度センサの出力特性における前記外部磁場の方向と前記基準方向との成す角度に対する非線形性分布は、略一定である、請求項1または2に記載の磁気センサ。 - 前記複数の第1磁気抵抗素子および前記複数の第2磁気抵抗素子は、平面視した場合に円形状を有する、請求項1から3のいずれか1項に記載の磁気センサ。
- 前記複数の第2磁気抵抗素子の各々は、膜面に平行な所定の面内方向に磁化が固定されたリファレンス層と、前記膜面に垂直な軸回りに渦状に磁化され、外部磁場に応じて渦の中心が移動するフリー層と、を含む、請求項1から4のいずれか1項に記載の磁気センサ。
- 前記角度センサは、前記外部磁場の方向と前記基準方向との成す角度に対する出力特性が互いに異なる第1センサおよび第2センサを含み、
前記第1センサおよび前記第2センサの各々は、磁化方向が固定されたリファレンス層と、前記外部磁場の方向に応じて磁化の方向が変化するフリー層とを有する複数の前記第1磁気抵抗素子を含み、
前記第1センサにおける前記リファレンス層の磁化方向と、前記第2センサにおける前記リファレンス層の磁化方向とが異なる、請求項1から5のいずれか1項に記載の磁気センサ。 - 前記磁場強度センサは、前記外部磁場の強度に対する出力特性が互いに異なる第3センサおよび第4センサを含み、
前記第3センサおよび前記第4センサの各々は、膜面に平行な所定の面内方向に磁化が固定されたリファレンス層と、前記膜面に垂直な軸回りに渦状に磁化され、外部磁場に応じて渦の中心が移動するフリー層とを含み、
前記第3センサにおける前記リファレンス層の磁化方向と、前記第4センサにおける前記リファレンス層の磁化方向とが異なる、請求項1から7のいずれか1項に記載の磁気センサ。 - 前記第3センサにおける前記リファレンス層の磁化方向と、前記第4センサにおける前記リファレンス層の磁化方向とが、90°異なる、請求項8に記載の磁気センサ。
- 前記第3センサにおける出力をVout3(mV)とし、前記第4センサにおける出力をVout4(mV))とし、前記外部磁場の方向と前記基準方向との成す角度をθとし、θ=0°における前記第3センサの感度をG3(mV/mT)とし、θ=0°における前記第4センサの感度をG4(mV/mT)とし、前記第3センサによって検出される前記外部磁場の強度をB3とし、前記第4センサによって検出される前記外部磁場の強度B4とした場合において、θ=0°、90°、180°、270°以外となる場合に以下の式(2)および式(3)から前記外部磁場の強度が算出され、θ=0°、180°となる場合に、前記式(2)から前記外部磁場の強度が算出され、θ=90°、270°となる場合に、前記式(3)から前記外部磁場の強度が算出される、請求項9に記載の磁気センサ。
- 前記複数の第1磁気抵抗素子は、ハーフブリッジ回路を構成する一対の第1磁気抵抗素子を1つ以上含み、
前記一対の第1磁気抵抗素子の各々は、磁化方向が固定されたリファレンス層と、前記外部磁場の方向に応じて磁化の方向が変化するフリー層とを有し、
前記一対の第1磁気抵抗素子において、一方の第1磁気抵抗素子における前記リファレンス層の磁化方向と、他方の第1磁気抵抗素子における前記リファレンス層の磁化方向とは逆方向であり、
前記複数の第2磁気抵抗素子は、ハーフブリッジ回路を構成する一対の第2磁気抵抗素子を1つ以上含み、
前記一対の第2磁気抵抗素子の各々は、膜面に平行な所定の面内方向に磁化が固定されたリファレンス層と、前記膜面に垂直な軸回りに渦状に磁化され、外部磁場に応じて渦の中心が移動するフリー層とを含み、
前記一対の第2磁気抵抗素子において、一方の第2磁気抵抗素子における前記リファレンス層の磁化方向と、他方の第2磁気抵抗素子における前記リファレンス層の磁化方向とは逆方向である、請求項1から10のいずれか1項に記載の磁気センサ。 - 前記複数の第1磁気抵抗素子は、第1ハーフブリッジ回路を構成する前記一対の第1磁気抵抗素子と第2ハーフブリッジ回路を構成する前記一対の第1磁気抵抗素子とを1組以上含み、
前記第1ハーフブリッジ回路および前記第2ハーフブリッジ回路によってフルブリッジ回路が構成されており、
前記第1ハーフブリッジ回路を構成する前記一対の第1磁気抵抗素子のうち、一方の第1磁気抵抗素子における前記リファレンス層の磁化方向と、前記第2ハーフブリッジ回路を構成する前記一対の第1磁気抵抗素子のうち、一方の第1磁気抵抗素子における前記リファレンス層の磁化方向とが同じ向きであり、
前記複数の第2磁気抵抗素子は、第3ハーフブリッジ回路を構成する前記一対の第2磁気抵抗素子と第4ハーフブリッジ回路を構成する前記一対の第2磁気抵抗素子とを1組以上含み、
前記第3ハーフブリッジ回路および前記第4ハーフブリッジ回路によってフルブリッジ回路が構成されており、
前記第3ハーフブリッジ回路を構成する前記一対の第2磁気抵抗素子のうち、一方の第2磁気抵抗素子における前記リファレンス層の磁化方向と、前記第4ハーフブリッジ回路を構成する前記一対の第2磁気抵抗素子のうち、一方の第2磁気抵抗素子における前記リファレンス層の磁化方向とが同じ向きである、請求項11に記載の磁気センサ。 - 前記複数の第1磁気抵抗素子の各々は、膜面に平行な所定の面内方向に磁化が固定されたリファレンス層と、前記膜面に垂直な軸回りに渦状に磁化され、外部磁場に応じて渦の中心が移動するフリー層と、を含む、請求項1または2に記載の磁気センサ。
- 前記磁場強度センサに与えられる前記外部磁場を相殺するキャンセル磁場を発生する第1キャンセル磁場発生部および第2キャンセル磁場発生部と、
前記第1キャンセル磁場発生部および前記第2キャンセル磁場発生部に流れる電流を制御する電流制御部と、をさらに備え、
前記電流制御部は、前記角度センサによって検知された前記外部磁場の方向と基準方向との成す角度に基づいて前記電流を制御する、請求項1から13のいずれか1項に記載の磁気センサ。 - 前記磁場強度センサは、前記外部磁場の強度に対する出力特性が互いに異なる第3センサおよび第4センサを含み、
前記第3センサおよび前記第4センサの各々は、膜面に平行な所定の面内方向に磁化が固定されたリファレンス層と、前記膜面に垂直な軸回りに渦状に磁化され、外部磁場に応じて渦の中心が移動するフリー層とを含み、
前記第3センサにおける前記リファレンス層の磁化方向と、前記第4センサにおける前記リファレンス層の磁化方向とが異なり、
前記第1キャンセル磁場発生部によって発生される第1キャンセル磁場と前記第2キャンセル磁場発生部によって発生される第2キャンセル磁場との合成磁場によって、前記外部磁場が相殺され、
前記第1キャンセル磁場の方向は、前記第3センサにおける前記リファレンス層の磁化方向と平行であり、
前記第2キャンセル磁場の方向は、前記第4センサにおける前記リファレンス層の磁化方向と平行である、請求項14に記載の磁気センサ。 - 前記第2キャンセル磁場発生部、前記第1キャンセル磁場発生部、および前記磁場強度センサは、順に積層されており、
前記第2キャンセル磁場発生部と前記第1キャンセル磁場発生部との間に第1絶縁層が設けられており、
前記第1キャンセル磁場発生部と前記磁場強度センサとの間に第2絶縁層が設けられている、請求項14または15に記載の磁気センサ。 - 請求項1から16のいずれかに記載の磁気センサを複数備え、
複数の前記磁気センサは、行列状に配置されている、磁気センサアレイ。 - 前記磁気センサは、第1領域と、前記第1領域の周囲を取り囲む第2領域とを含み、
前記第1領域には、前記角度センサおよび前記磁場強度センサの一方が形成されており、
前記第2領域には、前記角度センサおよび前記磁場強度センサの他方が形成されており、
前記第1領域および第2領域は、前記第1領域の中心を通過する仮想線に対して線対称の形状を有する、請求項17に記載の磁気センサアレイ。 - 請求項1から16のいずれかに記載の磁気センサと、
前記磁気センサをX軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向の少なくともいずれかの方向に移動させるセンサ移動機構と、を備えた磁場分布測定装置。 - 請求項1から16のいずれかに記載の磁気センサと、
磁場源を有し、移動可能に構成された移動体と、を備えた位置特定装置。
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