直交フラックスゲートセンサおよびそれを用いた外部磁界の検出方法
【課題】直交フラックスゲートセンサにおいて消費電力を増大することなく、同じタイミングでのピーク検出を可能とする。
【解決手段】外部磁界により磁気特性が変化する感磁体１１と、感磁体１１に高周波電流またはパルス電流を流すための電極パッド１３ａ，１３ｂと、感磁体１１と電極パッド１３ａ，１３ｂとの間を接続する接続配線１２ａ，１２ｂと、感磁体１１の周囲または近傍にあって感磁体１１の磁気特性の変化を電圧の変化として誘起する検出コイル１４とを少なくとも具備した直交フラックスゲートセンサ１０において、接続配線１２ａ，１２ｂは非磁性の導電体からなり、かつ高周波電流またはパルス電流により検出コイル１４に電圧を誘起する電圧誘起部１７ａ，１７ｂを有し、電圧誘起部１７ａ，１７ｂは、検出コイル１４のうち電圧誘起部１７ａ，１７ｂとの距離が最も近いコイル配線部分に沿って配されている。
【解決手段】外部磁界により磁気特性が変化する感磁体１１と、感磁体１１に高周波電流またはパルス電流を流すための電極パッド１３ａ，１３ｂと、感磁体１１と電極パッド１３ａ，１３ｂとの間を接続する接続配線１２ａ，１２ｂと、感磁体１１の周囲または近傍にあって感磁体１１の磁気特性の変化を電圧の変化として誘起する検出コイル１４とを少なくとも具備した直交フラックスゲートセンサ１０において、接続配線１２ａ，１２ｂは非磁性の導電体からなり、かつ高周波電流またはパルス電流により検出コイル１４に電圧を誘起する電圧誘起部１７ａ，１７ｂを有し、電圧誘起部１７ａ，１７ｂは、検出コイル１４のうち電圧誘起部１７ａ，１７ｂとの距離が最も近いコイル配線部分に沿って配されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直交フラックスゲートセンサおよびそれを用いた外部磁界の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小な磁界を高精度に検出するセンサとして直交フラックスゲートセンサが知られている。近年は、モバイル機器に搭載するため、直交フラックスゲートセンサの小型化が進んでおり、例えば感磁体である磁性薄膜と平面コイルとからなる薄型で小型の直交フラックスゲートセンサが提案されている（例えば特許文献１，２参照）。このセンサは、磁性薄膜からなる感磁体にパルス電流を印加すると、パルスの立ち上がり部と立ち下がり部に伴って平面コイルに電圧が誘起される。この誘起電圧は外部磁界にほぼ比例して増減するので、誘起電圧をセンサ出力として利用し、外部磁界を検出することができる。
【特許文献１】特開２００６−２０１１２３号公報
【特許文献２】特開２００３−００４８３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
誘起電圧の検波方法には、電圧の最大値を直流に変換するピークホールド回路を用いることが多い。この方法は簡便ではあるが、誘起電圧のピークが磁界の変動によって正負に変動すると、他のピークが最大値となってピーク電圧値の変動を正しく検出することができない。例えば、図１に示すように、入力パルスの立ち上がりと立ち下がりの両方がピークホールド期間に含まれるとき、図１１および図１２に示すように、しきい値Ａを境界として、Ａ＜Ｈであれば立ち上がり時のピークがピークホールド回路に検出されるが、Ｈ＜Ａでは立ち下がり時のピークの符号が逆転し、立ち下がり時のピークがピークホールド回路に検出されてしまう。このように、Ｈ＜ＡとＡ＜Ｈとで異なるタイミングのピークが検出されてしまうことにより、図１２に示すように、外部磁界Ｈと出力電圧Ｖとの関係がＨ＝Ａを挟んでＶ字状となり、同じ出力電圧（検出値）Ｖに対してＨ＜ＡとＡ＜Ｈを区別することができない。このため、磁界の検出可能な範囲が狭くなってしまう。
【０００４】
この問題に対して、図１３に示すように、入力パルスの立ち下がりをピークホールド期間の終了後とすることが考えられる。これにより、立ち上がり時のピークのみをピークホールド回路で検出することができるようになるので、立ち下がり時のピークを誤って検出するおそれはない。しかしながら、ピークホールド期間が終了するまで入力パルスの幅を長くすることが必要になるので、消費電力が増大してしまう。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、消費電力が増大することなく、同じタイミングでのピーク検出が可能となる直交フラックスゲートセンサおよびそれを用いた外部磁界の検出方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、外部磁界により磁気特性が変化する感磁体と、前記感磁体に高周波電流またはパルス電流を流すための電極パッドと、前記感磁体と前記電極パッドとの間を接続する接続配線と、前記感磁体の周囲または近傍にあって前記感磁体の磁気特性の変化を電圧の変化として誘起する検出コイルとを少なくとも具備した直交フラックスゲートセンサにおいて、前記接続配線は、非磁性の導電体からなり、かつ前記検出コイルが配された領域において前記接続配線に流される高周波電流またはパルス電流により前記検出コイルに電圧を誘起する電圧誘起部を有し、前記電圧誘起部は、前記検出コイルのうち前記電圧誘起部との距離が最も近いコイル配線部分に沿って配されていることを特徴とする直交フラックスゲートセンサを提供する。
【０００７】
また、本発明は、外部磁界により磁気特性が変化する感磁体と、前記感磁体に高周波電流またはパルス電流を流すための電極パッドと、前記感磁体と前記電極パッドとの間を接続する接続配線と、前記感磁体の周囲または近傍にあって前記感磁体の磁気特性の変化を電圧の変化として誘起する検出コイルとを少なくとも具備した直交フラックスゲートセンサを用いた外部磁界の検出方法において、前記直交フラックスゲートセンサとして、前記接続配線が、非磁性の導電体からなり、かつ前記検出コイルが配された領域において前記接続配線に流される高周波電流またはパルス電流により前記検出コイルに電圧を誘起する電圧誘起部を有し、前記電圧誘起部は、前記検出コイルのうち前記電圧誘起部との距離が最も近いコイル配線部分に沿って配されているものを用い、前記感磁体により前記検出コイルに誘起された誘起電圧と、前記電圧誘起部により前記検出コイルに誘起された誘起電圧とを合成した出力電圧に基づいて外部磁界を検出することを特徴とする直交フラックスゲートセンサを用いた外部磁界の検出方法を提供する。
【０００８】
上述の外部磁界の検出方法においては、前記外部磁界の検出は、前記高周波電流またはパルス電流の立ち上がりの前から立ち下がりの後までを含む期間内における前記出力電圧の最大値または最小値から選ばれる代表値に基づいて行われ、前記感磁体により前記検出コイルに誘起された誘起電圧と、前記電圧誘起部により前記検出コイルに誘起された誘起電圧とを合成することにより、前記立ち上がりの際の出力電圧のピーク値を前記代表値とすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、接続配線を流れる入力電流により、外部磁界に依存しない誘起電圧を検出コイルに発生させることができるので、出力電圧へのオフセット電圧の付与を簡単な構成にて実現することができる。これにより、ピークホールド回路を検波に用いることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
本形態例で用いられる直交フラックスゲートセンサは、例えば図５に示されるものである。この直交フラックスゲートセンサ１０は、外部磁界により磁気特性が変化する感磁体１１と、感磁体１１に入力として所定の電流を流すための電極パッド１３ａ，１３ｂと、感磁体１１と電極パッド１３ａ，１３ｂとの間を接続する接続配線１２ａ，１２ｂと、感磁体１１の磁気特性の変化を電圧の変化として誘起する検出コイル１４と、検出コイル１４から出力電圧を取り出すための電極パッド１６ａ，１６ｂと、検出コイル１４と電極パッド１６ａ，１６ｂとの間を接続する配線１５ａ，１５ｂと、接続配線１２ａ，１２ｂに入力として流される所定の電流により検出コイル１４に電圧を誘起する電圧誘起部１７ａ，１７ｂとを備えて構成されている。接続配線１２ａ，１２ｂは、非磁性の導電体からなり、したがって、電圧誘起部１７ａ，１７ｂも非磁性の導電体からなる。
【００１１】
本形態例では、外部磁界の検出は、図１に示すように、入力パルスの立ち上がりの前から立ち下がりの後までを含む期間内における出力電圧の最大値に基づいて行われる。
なお、本発明においては、入力パルスの波形は、矩形状に限らず、三角形状、台形状、正弦波状などであっても良い。以下の説明では、パルス電流を入力とする場合を例示するが、パルス電流の代わりに、高周波電流を感磁体１１への入力に用いることもできる。
【００１２】
そして、本形態例では、感磁体１１により検出コイル１４に誘起された誘起電圧Ｖ１と、電圧誘起部１７ａ，１７ｂにより検出コイル１４に誘起された誘起電圧Ｖ２とを合成した出力電圧Ｖ（すなわちＶ＝Ｖ１＋Ｖ２）に基づいて外部磁界を検出する。
【００１３】
軟磁性体など、磁界により磁気特性が変化する材質からなる感磁体１１により誘起される誘起電圧Ｖ１は、外部磁界の変動に応じて変動する。これに対して、非磁性の導電体からなる電圧誘起部１７ａ，１７ｂにより誘起される誘起電圧Ｖ２は、入力パルスが一定であれば、外部磁界の変動によらず、変動しない。このため、電極パッド１６ａ，１６ｂを通じて取り出される検出コイル１４の出力電圧は、電圧誘起部１７ａ，１７ｂにより誘起される誘起電圧Ｖ２によるオフセットを加えたものとなる。
【００１４】
外部磁界Ｈの検出が出力電圧Ｖの最大値による場合、入力パルスの立ち上がり時のピーク値が出力電圧の最大値として検出されるようにするためには、オフセットとなる誘起電圧Ｖ２が入力パルスの立ち上がり時に正の電圧値を与え、立ち上がり時の出力電圧ピークが他ピークよりも大きな電圧値となるようにすれば良い。すると、図２に示すように、Ｈ＝０、Ｈ＞０、Ｈ＜０のいずれの場合においても立ち上がり時のピークを出力電圧Ｖの最大値として検出することができる。これにより、図３に示すように、より広いＨの範囲で外部磁界Ｈと出力電圧Ｖがほぼ直線的に対応する関係となり、磁界の検出可能な範囲を広く取ることができる。ここで、図３の縦軸Ｖは、Ｖ１とＶ２を合成した出力電圧から得た最大値を示す。
【００１５】
出力電圧Ｖと外部磁界Ｈの大きさとがほぼ直線的に対応する範囲内では、感度（単位磁界変化に対する誘起電圧の変化量）と、Ｈ＝０における出力電圧値Ｖ０をあらかじめ求めておき、出力電圧ＶからＶ０を減じた差を感度で除算すること［（Ｖ−Ｖ０）÷感度］により、外部磁界の大きさを求めることができる。
【００１６】
図４（ａ）に示すように、入力パルスの立ち上がり時のピーク（左側のピーク）がベースラインよりも電圧値が増大するものであれば、出力電圧Ｖの最大値によって外部磁界Ｈを検出することができる。
これに対して、図４（ｂ）に示すように、入力パルスの立ち上がり時のピーク（左側のピーク）がベースラインよりも電圧値が減少するものであれば、出力電圧Ｖの最小値によって外部磁界Ｈを検出する。この場合、入力パルスの立ち上がり時のピーク値が出力電圧の最小値として検出されるようにするためには、オフセットとなる誘起電圧Ｖ２が入力パルスの立ち上がり時に負の電圧値を与え、立ち上がり時の出力電圧ピークが他ピークよりも小さな電圧値となるようにすれば良い。これにより、Ｈ＝０、Ｈ＞０、Ｈ＜０のいずれの場合においても立ち上がり時のピークを出力電圧Ｖの最小値として検出することができる。
【００１７】
立ち上がり時のピークを増大ピークとするか減少ピークとするかは、パルス入力用電極パッド１３ａ，１３ｂや、電圧出力用電極パッド１６ａ，１６ｂの選択によって変更できる。例えば、パルス入力用電極パッド１３ａ，１３ｂのうちの片方を接地端子（ＧＮＤ）とする場合、いずれを接地端子とするかで、立ち上がり時のピークが増大ピークとなるか減少ピークとなるかが入れ替わることになる。
【００１８】
なお、ここでは立ち上がり時のピークを検出する場合を例示したが、他の特徴的なピークを検出することも可能である。例えば立ち上がり時のピークよりも立ち下がり時のピークのほうが検出しやすい場合は、立ち下がり時のピークを検出するようにすることができる。
【００１９】
センサ１０の感磁体１１としては、導電性を有する線状、帯状あるいは棒状の軟磁性体素子を用いることができる。このような軟磁性体としては、例えば帯状やメアンダ形状等の形状を有する薄膜磁性体素子が挙げられる。本形態例では、図５に示すように、複数個の感磁体１１，１１を導体１２ｃで連結したメアンダ形状とされている。図７に示すように、センサ２０が１個の感磁体２１を備える構成とすることもできる。
【００２０】
検出コイル１４は、感磁体１１の周囲または近傍に配され、センサ出力を取り出すために用いられる。検出コイルは、特に限定されるものではなく、従来のフラックスゲートセンサに用いられるものと同様のものを用いることができる。図５に示す平面型のスパイラルコイル１４ａ，１４ｂを感磁体の上側または下側の層に（近傍に）配するほか、感磁体の周囲に巻回されたコイルも使用可能である。センサの薄型化の観点からは、平面型のスパイラルコイル１４ａ，１４ｂが望ましい。
【００２１】
なお、図５に示す直交フラックスゲートセンサ１０においては、２個の感磁体１１の一端１１ａが一方のスパイラルコイル１４ａの中心部に位置し、感磁体１１の他端１１ｂが他方のスパイラルコイル１４ｂの中心部に位置している。連結導体１２ｃは、２個の感磁体１１の一端１１ａ同士を連結している。
感磁体１１の個数が２個などの偶数個で、パルス入力用電極パッド１３ａ，１３ｂに接続される接続配線１２ａ，１２ｂが、同じスパイラルコイル１４ｂの側（ここでは、他方のスパイラルコイル１４ｂ内の感磁体１１の他端１１ｂの側）に通じている構成となっている。そして、２箇所の電圧誘起部１７ａ，１７ｂも、同じスパイラルコイル１４ｂ（ここでは、他方のスパイラルコイル１４ｂ）に近接して設けられている。
【００２２】
配線１２ａ，１２ｂ，１５ａ，１５ｂおよび電極パッド１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂは、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の非磁性金属からなることが好ましい。特に、電圧誘起部１７ａ，１７ｂは、ＣｕやＡｌ等の非磁性金属からなることが必要である。電圧誘起部１７ａ，１７ｂは、パルス電流入力用接続配線１２ａ，１２ｂの一部として形成されているため、磁界検出を行うときには、パルス電流が電圧誘起部１７ａ，１７ｂに流される。電圧誘起部１７ａ，１７ｂに流されるパルス電流により検出コイル１４に誘起電圧を生じさせるため、検出コイル１４のコイル配線の一部分１８ａ，１８ｂ（以下、「近接コイル配線部」という場合がある。）に近接して設けられる。その距離は、例えば数μｍから数十μｍ程度である。
【００２３】
また、電圧誘起部１７ａ，１７ｂは、近接コイル配線部１８ａ，１８ｂに沿って配される。電圧誘起部１７ａ，１７ｂが近接コイル配線部１８ａ，１８ｂに平行であることが望ましいが、検出コイル１４への電圧誘起が可能であれば略平行でも良い。ここで、近接コイル配線部１８ａ，１８ｂとは、検出コイル１４のうち電圧誘起部１７ａ，１７ｂとの距離が最も近いコイル配線部分である。
【００２４】
本形態例の直交フラックスゲートセンサ１０は、図５（ｂ）に示すように、基板上に形成された薄型のセンサとして構成されている。基板としては、例えば酸化膜１０ｂ付きのシリコン（Ｓｉ）基板１０ａのほか、ガラス基板、セラミック基板等の非磁性基板を用いることができる。
層間絶縁層１０ｃは、感磁体１１と検出コイル１４との間、あるいは他の導体との間を絶縁する絶縁体を構成するものであり、材質は１種または２種以上を適宜選択して用いることが可能であるが、例えば、プラズマＣＶＤ法によるシリコン酸化膜等の酸化膜や樹脂等の有機絶縁膜などにより構成することが可能である。
また、検出コイル１４の上に、封止絶縁層１０ｄを設けても良い。封止絶縁層１０ｄは、層間絶縁層１０ｃと同様の、あるいは異なる絶縁膜から構成することができる。
また、本形態例においては、層間絶縁層１０ｃおよび封止絶縁層１０ｄは、電極パッド１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂを露出する開口部１９ｃ，１９ｄを有する。
【００２５】
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【００２６】
図７に示す直交フラックスゲートセンサ２０は、感磁体２１の一端２１ａが一方のスパイラルコイル２４ａの中心部に位置し、感磁体２１の他端２１ｂが他方のスパイラルコイル２４ｂの中心部に位置し、電圧誘起部２７ａ，２７ｂのうち一方の電圧誘起部２７ａが検出コイル２４の一方のスパイラルコイル２４ａ側に設けられ、他方の電圧誘起部２７ｂが他方のスパイラルコイル２４ｂ側に設けられている。
このように、感磁体２１の個数が１個などの奇数個で、パルス入力用電極パッド２３ａ，２３ｂに接続される接続配線２２ａ，２２ｂが、それぞれ反対側のスパイラルコイル２４ａ，２４ｂの側に通じている構成とすることもできる。
【００２７】
なお、電圧誘起部により検出コイルに誘起される電圧が増大ピークとなるか減少ピークとなるかは、そのピークが生じる時点における電圧誘起部における通電方向と、検出コイルの近接コイル配線部における通電方向との関係（同方向か逆方向か）によって異なる。したがって、検出コイルに対して２箇所の電圧誘起部を設ける場合は、それぞれの電圧誘起部によって検出コイルに誘起されるオフセット電圧が同符号となるようにすることが望ましい。
【００２８】
例えば、図７に示す直交フラックスゲートセンサ２０において、パルス入力用電極パッド２３ａ，２３ｂのうち電極パッド２３ａをＧＮＤ端子とし、電極パッド２３ｂをシグナル端子とすると、立ち上がりピークが生じる時点において、電圧誘起部２７ａにおける通電方向と、電圧誘起部２７ｂにおける通電方向とは同じ方向になる。また、電圧出力用電極パッド２６ａ，２６ｂのうち電極パッド２６ａをＧＮＤ端子とし、電極パッド２６ｂをシグナル端子とすると、立ち上がりピークが生じる時点において、近接コイル配線部２８ａにおける通電方向と、近接コイル配線部２８ｂにおける通電方向とは同じ方向になる。
したがって、電圧誘起部２７ａにおける通電方向と近接コイル配線部２８ａにおける通電方向との関係が順方向であれば、電圧誘起部２７ｂにおける通電方向と近接コイル配線部２８ｂにおける通電方向の関係も順方向になる。あるいは、電圧誘起部２７ａにおける通電方向と近接コイル配線部２８ａにおける通電方向との関係が逆方向であれば、電圧誘起部２７ｂにおける通電方向と近接コイル配線部２８ｂにおける通電方向との関係も逆方向になる。
このようにすれば、電圧誘起部２７ａが近接コイル配線部２８ａにおいて電圧が増大するピークを誘起するならば、電圧誘起部２７ｂも、近接コイル配線部２８ｂにおいて電圧が増大するピークを誘起することになる。あるいは、電圧誘起部２７ａが近接コイル配線部２８ａにおいて電圧が減少するピークを誘起するならば、電圧誘起部２７ｂも、近接コイル配線部２８ｂにおいて電圧が減少するピークを誘起することになる。したがって、電圧誘起部２７ａによる誘起電圧と電圧誘起部２７ｂによる誘起電圧とは互いに強め合い、合計で所望のオフセット電圧を与えることができる。
【００２９】
これに対して、図９に示す直交フラックスゲートセンサ３０の場合は、パルス入力用電極パッド３３ａ，３３ｂのうち電極パッド３３ａをＧＮＤ端子とし、電極パッド３３ｂをシグナル端子とすると、立ち上がりピークが生じる時点において、電圧誘起部３７ａにおける通電方向と、電圧誘起部３７ｂにおける通電方向とは反対方向になる。電圧出力用電極パッド３６ａ，３６ｂのうち電極パッド３６ａをＧＮＤ端子とし、電極パッド３６ｂをシグナル端子とすると、立ち上がりピークが生じる時点において、近接コイル配線部３８ａにおける通電方向と、近接コイル配線部３８ｂにおける通電方向とは同じ方向になる。
したがって、電圧誘起部３７ａにおける通電方向と近接コイル配線部３８ａにおける通電方向との関係が順方向であれば、電圧誘起部３７ｂにおける通電方向と近接コイル配線部３８ｂにおける通電方向の関係は逆方向になる。あるいは、電圧誘起部３７ａにおける通電方向と近接コイル配線部３８ａにおける通電方向との関係が逆方向であれば、電圧誘起部３７ｂにおける通電方向と近接コイル配線部３８ｂにおける通電方向との関係は順方向になる。
この場合、電圧誘起部３７ａが近接コイル配線部３８ａにおいて電圧が増大するピークを誘起するならば、電圧誘起部３７ｂは、近接コイル配線部３８ｂにおいて電圧が減少するピークを誘起することになる。あるいは、電圧誘起部３７ａが近接コイル配線部３８ａにおいて電圧が減少するピークを誘起するならば、電圧誘起部３７ｂは、近接コイル配線部３８ｂにおいて電圧が増大するピークを誘起することになる。したがって、電圧誘起部３７ａによる誘起電圧と電圧誘起部３７ｂによる誘起電圧とは互いに異符号のため相殺してしまい、所望のオフセット電圧を誘起することができない。
したがって、図７のように、それぞれの電圧誘起部によって検出コイルに誘起されるオフセット電圧が同符号となるようにすることが望ましい。
【００３０】
図９のようにＧＮＤ端子とシグナル端子を配置する場合は、電圧誘起部を１箇所のみとすれば、２箇所の電圧誘起部による誘起電圧が相殺されることがないので、所望のオフセット電圧を誘起することができる。
電圧誘起部を１箇所のみ設けるよう図９の構成を改変するには、感磁体３１の一端３１ａと電極パッド３３ａとの間に電圧誘起部が形成されないように、一方のスパイラルコイル３４ａのコイル配線に対して垂直に接続配線３２ａを設ける（例えば感磁体３１の一端３１ａから接続配線３２ａを左向きに真直ぐ配する）ことで感磁体３１の他端３１ｂ側のみに電圧誘起部３７ｂを設けるか、感磁体３１の他端３１ｂと電極パッド３３ｂとの間に電圧誘起部が形成されないように、他方のスパイラルコイル３４ｂのコイル配線に対して垂直に接続配線３２ｂを設ける（例えば感磁体３１の他端３１ｂから接続配線３２ｂを左向きに真直ぐ配する）ことで感磁体３１の一端３１ａ側のみに電圧誘起部３７ａを設ける改変方法が挙げられる。
あるいは、２箇所の電圧誘起部による誘起電圧が相殺されないよう、接続配線３２ａ，３２ｂを複雑な形状にする改変方法も考えられる。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。
図５に示す直交フラックスゲートセンサ１０を製造した。感磁体１１は、幅３０μｍ、長さ５００μｍの素子２個をＣｏＮｂＺｒで作製した。検出コイル１４は、配線幅８μｍにてＣｕで作製した。電極パッドは、電極パッド１３ａをパルス用ＧＮＤ端子とし、電極パッド１３ｂをパルス用シグナル端子としてパルス発生回路に接続し、電極パッド１６ａを出力用ＧＮＤ端子とし、電極パッド１６ｂを出力用シグナル端子としてオシロスコープに接続した。基板１０ａはＳｉ基板、絶縁層１０ｂはＳｉＯ２膜であり、層間絶縁層１０ｃおよび封止絶縁層１０ｄは、ポリイミド（ＰＩ）からなる樹脂膜とした。
電極パッド１６ａ，１６ｂ間の出力電圧をオシロスコープで測定し、電圧の最大値を求めた。外部磁界による出力電圧の最大値の変化を図６に示す。外部磁界と出力電圧の最大値が幅広い磁界範囲でほぼ直線的に対応する関係となった。よって、オシロスコープの代わりにピークホールド回路に接続して出力電圧の最大値を取り出すようにしても、幅広い磁界範囲で外部磁界の検出が可能である。
【００３２】
図７に示す直交フラックスゲートセンサ２０を製造した。感磁体２１は、幅３０μｍ、長さ５００μｍの素子をＣｏＮｂＺｒで作製した。検出コイル２４は、配線幅８μｍにてＣｕで作製した。電極パッドは、電極パッド２３ａをパルス用ＧＮＤ端子とし、電極パッド２３ｂをパルス用シグナル端子としてパルス発生回路に接続し、電極パッド２６ａを出力用ＧＮＤ端子とし、電極パッド２６ｂを出力用シグナル端子としてオシロスコープに接続した。基板２０ａはＳｉ基板、絶縁層２０ｂはＳｉＯ２膜であり、層間絶縁層２０ｃおよび封止絶縁層２０ｄは、ポリイミド（ＰＩ）からなる樹脂膜とした。
電極パッド２６ａ，２６ｂ間の出力電圧をオシロスコープで測定し、電圧の最大値を求めた。外部磁界による出力電圧の最大値の変化を図８に示す。外部磁界と出力電圧の最大値が幅広い磁界範囲でほぼ直線的に対応する関係となった。よって、オシロスコープの代わりにピークホールド回路に接続して出力電圧の最大値を取り出すようにしても、幅広い磁界範囲で外部磁界の検出が可能である。
【００３３】
図９に示す直交フラックスゲートセンサ３０を製造した。感磁体３１は、幅３０μｍ、長さ５００μｍの素子をＣｏＮｂＺｒで作製した。検出コイル３４は、配線幅８μｍにてＣｕで作製した。電極パッドは、電極パッド３３ａをパルス用ＧＮＤ端子とし、電極パッド３３ｂをパルス用シグナル端子としてパルス発生回路に接続し、電極パッド３６ａを出力用ＧＮＤ端子とし、電極パッド３６ｂを出力用シグナル端子としてオシロスコープに接続した。基板３０ａはＳｉ基板、絶縁層３０ｂはＳｉＯ２膜であり、層間絶縁層３０ｃおよび封止絶縁層３０ｄは、ポリイミド（ＰＩ）からなる樹脂膜とした。
電極パッド３６ａ，３６ｂ間の出力電圧をオシロスコープで測定し、電圧の最大値を求めた。外部磁界による出力電圧の最大値の変化を図１０に示す。外部磁界と出力電圧の最大値は、磁界−０．５Ｏｅ程度を境にして、それ以下における感度とそれ以上における感度が異符号になった。これは、２箇所の電圧誘起部３７ａ，３７ｂによる誘起電圧が互いに相殺してオフセット電圧が低くなってしまったため、約−０．５Ｏｅ以下と約−０．５Ｏｅ以上とで、異なるタイミングのピークを検出してしまっているためである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、直交フラックスゲート方式の磁気センサとして、高感度で小型の各種磁気センサに好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明におけるピークホールド期間を説明する図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明における出力電圧波形を説明する図である。
【図３】本発明における外部磁界と出力電圧との関係を例示する模式的グラフである。
【図４】（ａ）および（ｂ）は電流方向と出力電圧波形との関係を説明する図である。
【図５】本発明の直交フラックスゲートセンサの第１形態例を示す（ａ）平面図および（ｂ）Ｓ１−Ｓ１線に沿う断面図である。
【図６】図５に示す直交フラックスゲートセンサの特性の一例を示すグラフである。
【図７】本発明の直交フラックスゲートセンサの第２形態例を示す（ａ）平面図および（ｂ）Ｓ２−Ｓ２線に沿う断面図である。
【図８】図７に示す直交フラックスゲートセンサの特性の一例を示すグラフである。
【図９】本発明の直交フラックスゲートセンサの第３形態例を示す（ａ）平面図および（ｂ）Ｓ３−Ｓ３線に沿う断面図である。
【図１０】図９に示す直交フラックスゲートセンサの特性の一例を示すグラフである。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）は従来例における出力電圧波形を説明する図である。
【図１２】従来例における外部磁界と出力電圧との関係を例示する模式的グラフである。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は従来の改善案におけるピークホールド期間を説明する図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０，２０，３０…直交フラックスゲートセンサ、１０ａ，２０ａ，３０ａ…非磁性基板、１０ｂ，２０ｂ，３０ｂ…下地絶縁層、１０ｃ，２０ｃ，３０ｃ…層間絶縁層、１０ｄ，２０ｄ，３０ｄ…封止絶縁層、１１，２１，３１…感磁体、１１ａ，２１ａ，３１ａ…感磁体の一端、１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ…感磁体の他端、１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ…接続配線（感磁体−パッド間）、１２ｃ…連結導体、１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，３３ａ，３３ｂ…電極パッド（電流入力用）、１４，２４，３４…検出コイル、１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３４ａ，３４ｂ…スパイラルコイル、１５ａ，１５ｂ，２５ａ，２５ｂ，３５ａ，３５ｂ…接続配線（コイル−パッド間）、１６ａ，１６ｂ，２６ａ，２６ｂ，３６ａ，３６ｂ…電極パッド（電圧出力用）、１７ａ，１７ｂ，２７ａ，２７ｂ，３７ａ，３７ｂ…電圧誘起部、１８ａ，１８ｂ，２８ａ，２８ｂ，３８ａ，３８ｂ…近接コイル配線部、１９ｃ，１９ｄ，２９ｃ，２９ｄ，３９ｃ，３９ｄ…開口部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直交フラックスゲートセンサおよびそれを用いた外部磁界の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小な磁界を高精度に検出するセンサとして直交フラックスゲートセンサが知られている。近年は、モバイル機器に搭載するため、直交フラックスゲートセンサの小型化が進んでおり、例えば感磁体である磁性薄膜と平面コイルとからなる薄型で小型の直交フラックスゲートセンサが提案されている（例えば特許文献１，２参照）。このセンサは、磁性薄膜からなる感磁体にパルス電流を印加すると、パルスの立ち上がり部と立ち下がり部に伴って平面コイルに電圧が誘起される。この誘起電圧は外部磁界にほぼ比例して増減するので、誘起電圧をセンサ出力として利用し、外部磁界を検出することができる。
【特許文献１】特開２００６−２０１１２３号公報
【特許文献２】特開２００３−００４８３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
誘起電圧の検波方法には、電圧の最大値を直流に変換するピークホールド回路を用いることが多い。この方法は簡便ではあるが、誘起電圧のピークが磁界の変動によって正負に変動すると、他のピークが最大値となってピーク電圧値の変動を正しく検出することができない。例えば、図１に示すように、入力パルスの立ち上がりと立ち下がりの両方がピークホールド期間に含まれるとき、図１１および図１２に示すように、しきい値Ａを境界として、Ａ＜Ｈであれば立ち上がり時のピークがピークホールド回路に検出されるが、Ｈ＜Ａでは立ち下がり時のピークの符号が逆転し、立ち下がり時のピークがピークホールド回路に検出されてしまう。このように、Ｈ＜ＡとＡ＜Ｈとで異なるタイミングのピークが検出されてしまうことにより、図１２に示すように、外部磁界Ｈと出力電圧Ｖとの関係がＨ＝Ａを挟んでＶ字状となり、同じ出力電圧（検出値）Ｖに対してＨ＜ＡとＡ＜Ｈを区別することができない。このため、磁界の検出可能な範囲が狭くなってしまう。
【０００４】
この問題に対して、図１３に示すように、入力パルスの立ち下がりをピークホールド期間の終了後とすることが考えられる。これにより、立ち上がり時のピークのみをピークホールド回路で検出することができるようになるので、立ち下がり時のピークを誤って検出するおそれはない。しかしながら、ピークホールド期間が終了するまで入力パルスの幅を長くすることが必要になるので、消費電力が増大してしまう。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、消費電力が増大することなく、同じタイミングでのピーク検出が可能となる直交フラックスゲートセンサおよびそれを用いた外部磁界の検出方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、外部磁界により磁気特性が変化する感磁体と、前記感磁体に高周波電流またはパルス電流を流すための電極パッドと、前記感磁体と前記電極パッドとの間を接続する接続配線と、前記感磁体の周囲または近傍にあって前記感磁体の磁気特性の変化を電圧の変化として誘起する検出コイルとを少なくとも具備した直交フラックスゲートセンサにおいて、前記接続配線は、非磁性の導電体からなり、かつ前記検出コイルが配された領域において前記接続配線に流される高周波電流またはパルス電流により前記検出コイルに電圧を誘起する電圧誘起部を有し、前記電圧誘起部は、前記検出コイルのうち前記電圧誘起部との距離が最も近いコイル配線部分に沿って配されていることを特徴とする直交フラックスゲートセンサを提供する。
【０００７】
また、本発明は、外部磁界により磁気特性が変化する感磁体と、前記感磁体に高周波電流またはパルス電流を流すための電極パッドと、前記感磁体と前記電極パッドとの間を接続する接続配線と、前記感磁体の周囲または近傍にあって前記感磁体の磁気特性の変化を電圧の変化として誘起する検出コイルとを少なくとも具備した直交フラックスゲートセンサを用いた外部磁界の検出方法において、前記直交フラックスゲートセンサとして、前記接続配線が、非磁性の導電体からなり、かつ前記検出コイルが配された領域において前記接続配線に流される高周波電流またはパルス電流により前記検出コイルに電圧を誘起する電圧誘起部を有し、前記電圧誘起部は、前記検出コイルのうち前記電圧誘起部との距離が最も近いコイル配線部分に沿って配されているものを用い、前記感磁体により前記検出コイルに誘起された誘起電圧と、前記電圧誘起部により前記検出コイルに誘起された誘起電圧とを合成した出力電圧に基づいて外部磁界を検出することを特徴とする直交フラックスゲートセンサを用いた外部磁界の検出方法を提供する。
【０００８】
上述の外部磁界の検出方法においては、前記外部磁界の検出は、前記高周波電流またはパルス電流の立ち上がりの前から立ち下がりの後までを含む期間内における前記出力電圧の最大値または最小値から選ばれる代表値に基づいて行われ、前記感磁体により前記検出コイルに誘起された誘起電圧と、前記電圧誘起部により前記検出コイルに誘起された誘起電圧とを合成することにより、前記立ち上がりの際の出力電圧のピーク値を前記代表値とすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、接続配線を流れる入力電流により、外部磁界に依存しない誘起電圧を検出コイルに発生させることができるので、出力電圧へのオフセット電圧の付与を簡単な構成にて実現することができる。これにより、ピークホールド回路を検波に用いることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
本形態例で用いられる直交フラックスゲートセンサは、例えば図５に示されるものである。この直交フラックスゲートセンサ１０は、外部磁界により磁気特性が変化する感磁体１１と、感磁体１１に入力として所定の電流を流すための電極パッド１３ａ，１３ｂと、感磁体１１と電極パッド１３ａ，１３ｂとの間を接続する接続配線１２ａ，１２ｂと、感磁体１１の磁気特性の変化を電圧の変化として誘起する検出コイル１４と、検出コイル１４から出力電圧を取り出すための電極パッド１６ａ，１６ｂと、検出コイル１４と電極パッド１６ａ，１６ｂとの間を接続する配線１５ａ，１５ｂと、接続配線１２ａ，１２ｂに入力として流される所定の電流により検出コイル１４に電圧を誘起する電圧誘起部１７ａ，１７ｂとを備えて構成されている。接続配線１２ａ，１２ｂは、非磁性の導電体からなり、したがって、電圧誘起部１７ａ，１７ｂも非磁性の導電体からなる。
【００１１】
本形態例では、外部磁界の検出は、図１に示すように、入力パルスの立ち上がりの前から立ち下がりの後までを含む期間内における出力電圧の最大値に基づいて行われる。
なお、本発明においては、入力パルスの波形は、矩形状に限らず、三角形状、台形状、正弦波状などであっても良い。以下の説明では、パルス電流を入力とする場合を例示するが、パルス電流の代わりに、高周波電流を感磁体１１への入力に用いることもできる。
【００１２】
そして、本形態例では、感磁体１１により検出コイル１４に誘起された誘起電圧Ｖ１と、電圧誘起部１７ａ，１７ｂにより検出コイル１４に誘起された誘起電圧Ｖ２とを合成した出力電圧Ｖ（すなわちＶ＝Ｖ１＋Ｖ２）に基づいて外部磁界を検出する。
【００１３】
軟磁性体など、磁界により磁気特性が変化する材質からなる感磁体１１により誘起される誘起電圧Ｖ１は、外部磁界の変動に応じて変動する。これに対して、非磁性の導電体からなる電圧誘起部１７ａ，１７ｂにより誘起される誘起電圧Ｖ２は、入力パルスが一定であれば、外部磁界の変動によらず、変動しない。このため、電極パッド１６ａ，１６ｂを通じて取り出される検出コイル１４の出力電圧は、電圧誘起部１７ａ，１７ｂにより誘起される誘起電圧Ｖ２によるオフセットを加えたものとなる。
【００１４】
外部磁界Ｈの検出が出力電圧Ｖの最大値による場合、入力パルスの立ち上がり時のピーク値が出力電圧の最大値として検出されるようにするためには、オフセットとなる誘起電圧Ｖ２が入力パルスの立ち上がり時に正の電圧値を与え、立ち上がり時の出力電圧ピークが他ピークよりも大きな電圧値となるようにすれば良い。すると、図２に示すように、Ｈ＝０、Ｈ＞０、Ｈ＜０のいずれの場合においても立ち上がり時のピークを出力電圧Ｖの最大値として検出することができる。これにより、図３に示すように、より広いＨの範囲で外部磁界Ｈと出力電圧Ｖがほぼ直線的に対応する関係となり、磁界の検出可能な範囲を広く取ることができる。ここで、図３の縦軸Ｖは、Ｖ１とＶ２を合成した出力電圧から得た最大値を示す。
【００１５】
出力電圧Ｖと外部磁界Ｈの大きさとがほぼ直線的に対応する範囲内では、感度（単位磁界変化に対する誘起電圧の変化量）と、Ｈ＝０における出力電圧値Ｖ０をあらかじめ求めておき、出力電圧ＶからＶ０を減じた差を感度で除算すること［（Ｖ−Ｖ０）÷感度］により、外部磁界の大きさを求めることができる。
【００１６】
図４（ａ）に示すように、入力パルスの立ち上がり時のピーク（左側のピーク）がベースラインよりも電圧値が増大するものであれば、出力電圧Ｖの最大値によって外部磁界Ｈを検出することができる。
これに対して、図４（ｂ）に示すように、入力パルスの立ち上がり時のピーク（左側のピーク）がベースラインよりも電圧値が減少するものであれば、出力電圧Ｖの最小値によって外部磁界Ｈを検出する。この場合、入力パルスの立ち上がり時のピーク値が出力電圧の最小値として検出されるようにするためには、オフセットとなる誘起電圧Ｖ２が入力パルスの立ち上がり時に負の電圧値を与え、立ち上がり時の出力電圧ピークが他ピークよりも小さな電圧値となるようにすれば良い。これにより、Ｈ＝０、Ｈ＞０、Ｈ＜０のいずれの場合においても立ち上がり時のピークを出力電圧Ｖの最小値として検出することができる。
【００１７】
立ち上がり時のピークを増大ピークとするか減少ピークとするかは、パルス入力用電極パッド１３ａ，１３ｂや、電圧出力用電極パッド１６ａ，１６ｂの選択によって変更できる。例えば、パルス入力用電極パッド１３ａ，１３ｂのうちの片方を接地端子（ＧＮＤ）とする場合、いずれを接地端子とするかで、立ち上がり時のピークが増大ピークとなるか減少ピークとなるかが入れ替わることになる。
【００１８】
なお、ここでは立ち上がり時のピークを検出する場合を例示したが、他の特徴的なピークを検出することも可能である。例えば立ち上がり時のピークよりも立ち下がり時のピークのほうが検出しやすい場合は、立ち下がり時のピークを検出するようにすることができる。
【００１９】
センサ１０の感磁体１１としては、導電性を有する線状、帯状あるいは棒状の軟磁性体素子を用いることができる。このような軟磁性体としては、例えば帯状やメアンダ形状等の形状を有する薄膜磁性体素子が挙げられる。本形態例では、図５に示すように、複数個の感磁体１１，１１を導体１２ｃで連結したメアンダ形状とされている。図７に示すように、センサ２０が１個の感磁体２１を備える構成とすることもできる。
【００２０】
検出コイル１４は、感磁体１１の周囲または近傍に配され、センサ出力を取り出すために用いられる。検出コイルは、特に限定されるものではなく、従来のフラックスゲートセンサに用いられるものと同様のものを用いることができる。図５に示す平面型のスパイラルコイル１４ａ，１４ｂを感磁体の上側または下側の層に（近傍に）配するほか、感磁体の周囲に巻回されたコイルも使用可能である。センサの薄型化の観点からは、平面型のスパイラルコイル１４ａ，１４ｂが望ましい。
【００２１】
なお、図５に示す直交フラックスゲートセンサ１０においては、２個の感磁体１１の一端１１ａが一方のスパイラルコイル１４ａの中心部に位置し、感磁体１１の他端１１ｂが他方のスパイラルコイル１４ｂの中心部に位置している。連結導体１２ｃは、２個の感磁体１１の一端１１ａ同士を連結している。
感磁体１１の個数が２個などの偶数個で、パルス入力用電極パッド１３ａ，１３ｂに接続される接続配線１２ａ，１２ｂが、同じスパイラルコイル１４ｂの側（ここでは、他方のスパイラルコイル１４ｂ内の感磁体１１の他端１１ｂの側）に通じている構成となっている。そして、２箇所の電圧誘起部１７ａ，１７ｂも、同じスパイラルコイル１４ｂ（ここでは、他方のスパイラルコイル１４ｂ）に近接して設けられている。
【００２２】
配線１２ａ，１２ｂ，１５ａ，１５ｂおよび電極パッド１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂは、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の非磁性金属からなることが好ましい。特に、電圧誘起部１７ａ，１７ｂは、ＣｕやＡｌ等の非磁性金属からなることが必要である。電圧誘起部１７ａ，１７ｂは、パルス電流入力用接続配線１２ａ，１２ｂの一部として形成されているため、磁界検出を行うときには、パルス電流が電圧誘起部１７ａ，１７ｂに流される。電圧誘起部１７ａ，１７ｂに流されるパルス電流により検出コイル１４に誘起電圧を生じさせるため、検出コイル１４のコイル配線の一部分１８ａ，１８ｂ（以下、「近接コイル配線部」という場合がある。）に近接して設けられる。その距離は、例えば数μｍから数十μｍ程度である。
【００２３】
また、電圧誘起部１７ａ，１７ｂは、近接コイル配線部１８ａ，１８ｂに沿って配される。電圧誘起部１７ａ，１７ｂが近接コイル配線部１８ａ，１８ｂに平行であることが望ましいが、検出コイル１４への電圧誘起が可能であれば略平行でも良い。ここで、近接コイル配線部１８ａ，１８ｂとは、検出コイル１４のうち電圧誘起部１７ａ，１７ｂとの距離が最も近いコイル配線部分である。
【００２４】
本形態例の直交フラックスゲートセンサ１０は、図５（ｂ）に示すように、基板上に形成された薄型のセンサとして構成されている。基板としては、例えば酸化膜１０ｂ付きのシリコン（Ｓｉ）基板１０ａのほか、ガラス基板、セラミック基板等の非磁性基板を用いることができる。
層間絶縁層１０ｃは、感磁体１１と検出コイル１４との間、あるいは他の導体との間を絶縁する絶縁体を構成するものであり、材質は１種または２種以上を適宜選択して用いることが可能であるが、例えば、プラズマＣＶＤ法によるシリコン酸化膜等の酸化膜や樹脂等の有機絶縁膜などにより構成することが可能である。
また、検出コイル１４の上に、封止絶縁層１０ｄを設けても良い。封止絶縁層１０ｄは、層間絶縁層１０ｃと同様の、あるいは異なる絶縁膜から構成することができる。
また、本形態例においては、層間絶縁層１０ｃおよび封止絶縁層１０ｄは、電極パッド１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂを露出する開口部１９ｃ，１９ｄを有する。
【００２５】
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【００２６】
図７に示す直交フラックスゲートセンサ２０は、感磁体２１の一端２１ａが一方のスパイラルコイル２４ａの中心部に位置し、感磁体２１の他端２１ｂが他方のスパイラルコイル２４ｂの中心部に位置し、電圧誘起部２７ａ，２７ｂのうち一方の電圧誘起部２７ａが検出コイル２４の一方のスパイラルコイル２４ａ側に設けられ、他方の電圧誘起部２７ｂが他方のスパイラルコイル２４ｂ側に設けられている。
このように、感磁体２１の個数が１個などの奇数個で、パルス入力用電極パッド２３ａ，２３ｂに接続される接続配線２２ａ，２２ｂが、それぞれ反対側のスパイラルコイル２４ａ，２４ｂの側に通じている構成とすることもできる。
【００２７】
なお、電圧誘起部により検出コイルに誘起される電圧が増大ピークとなるか減少ピークとなるかは、そのピークが生じる時点における電圧誘起部における通電方向と、検出コイルの近接コイル配線部における通電方向との関係（同方向か逆方向か）によって異なる。したがって、検出コイルに対して２箇所の電圧誘起部を設ける場合は、それぞれの電圧誘起部によって検出コイルに誘起されるオフセット電圧が同符号となるようにすることが望ましい。
【００２８】
例えば、図７に示す直交フラックスゲートセンサ２０において、パルス入力用電極パッド２３ａ，２３ｂのうち電極パッド２３ａをＧＮＤ端子とし、電極パッド２３ｂをシグナル端子とすると、立ち上がりピークが生じる時点において、電圧誘起部２７ａにおける通電方向と、電圧誘起部２７ｂにおける通電方向とは同じ方向になる。また、電圧出力用電極パッド２６ａ，２６ｂのうち電極パッド２６ａをＧＮＤ端子とし、電極パッド２６ｂをシグナル端子とすると、立ち上がりピークが生じる時点において、近接コイル配線部２８ａにおける通電方向と、近接コイル配線部２８ｂにおける通電方向とは同じ方向になる。
したがって、電圧誘起部２７ａにおける通電方向と近接コイル配線部２８ａにおける通電方向との関係が順方向であれば、電圧誘起部２７ｂにおける通電方向と近接コイル配線部２８ｂにおける通電方向の関係も順方向になる。あるいは、電圧誘起部２７ａにおける通電方向と近接コイル配線部２８ａにおける通電方向との関係が逆方向であれば、電圧誘起部２７ｂにおける通電方向と近接コイル配線部２８ｂにおける通電方向との関係も逆方向になる。
このようにすれば、電圧誘起部２７ａが近接コイル配線部２８ａにおいて電圧が増大するピークを誘起するならば、電圧誘起部２７ｂも、近接コイル配線部２８ｂにおいて電圧が増大するピークを誘起することになる。あるいは、電圧誘起部２７ａが近接コイル配線部２８ａにおいて電圧が減少するピークを誘起するならば、電圧誘起部２７ｂも、近接コイル配線部２８ｂにおいて電圧が減少するピークを誘起することになる。したがって、電圧誘起部２７ａによる誘起電圧と電圧誘起部２７ｂによる誘起電圧とは互いに強め合い、合計で所望のオフセット電圧を与えることができる。
【００２９】
これに対して、図９に示す直交フラックスゲートセンサ３０の場合は、パルス入力用電極パッド３３ａ，３３ｂのうち電極パッド３３ａをＧＮＤ端子とし、電極パッド３３ｂをシグナル端子とすると、立ち上がりピークが生じる時点において、電圧誘起部３７ａにおける通電方向と、電圧誘起部３７ｂにおける通電方向とは反対方向になる。電圧出力用電極パッド３６ａ，３６ｂのうち電極パッド３６ａをＧＮＤ端子とし、電極パッド３６ｂをシグナル端子とすると、立ち上がりピークが生じる時点において、近接コイル配線部３８ａにおける通電方向と、近接コイル配線部３８ｂにおける通電方向とは同じ方向になる。
したがって、電圧誘起部３７ａにおける通電方向と近接コイル配線部３８ａにおける通電方向との関係が順方向であれば、電圧誘起部３７ｂにおける通電方向と近接コイル配線部３８ｂにおける通電方向の関係は逆方向になる。あるいは、電圧誘起部３７ａにおける通電方向と近接コイル配線部３８ａにおける通電方向との関係が逆方向であれば、電圧誘起部３７ｂにおける通電方向と近接コイル配線部３８ｂにおける通電方向との関係は順方向になる。
この場合、電圧誘起部３７ａが近接コイル配線部３８ａにおいて電圧が増大するピークを誘起するならば、電圧誘起部３７ｂは、近接コイル配線部３８ｂにおいて電圧が減少するピークを誘起することになる。あるいは、電圧誘起部３７ａが近接コイル配線部３８ａにおいて電圧が減少するピークを誘起するならば、電圧誘起部３７ｂは、近接コイル配線部３８ｂにおいて電圧が増大するピークを誘起することになる。したがって、電圧誘起部３７ａによる誘起電圧と電圧誘起部３７ｂによる誘起電圧とは互いに異符号のため相殺してしまい、所望のオフセット電圧を誘起することができない。
したがって、図７のように、それぞれの電圧誘起部によって検出コイルに誘起されるオフセット電圧が同符号となるようにすることが望ましい。
【００３０】
図９のようにＧＮＤ端子とシグナル端子を配置する場合は、電圧誘起部を１箇所のみとすれば、２箇所の電圧誘起部による誘起電圧が相殺されることがないので、所望のオフセット電圧を誘起することができる。
電圧誘起部を１箇所のみ設けるよう図９の構成を改変するには、感磁体３１の一端３１ａと電極パッド３３ａとの間に電圧誘起部が形成されないように、一方のスパイラルコイル３４ａのコイル配線に対して垂直に接続配線３２ａを設ける（例えば感磁体３１の一端３１ａから接続配線３２ａを左向きに真直ぐ配する）ことで感磁体３１の他端３１ｂ側のみに電圧誘起部３７ｂを設けるか、感磁体３１の他端３１ｂと電極パッド３３ｂとの間に電圧誘起部が形成されないように、他方のスパイラルコイル３４ｂのコイル配線に対して垂直に接続配線３２ｂを設ける（例えば感磁体３１の他端３１ｂから接続配線３２ｂを左向きに真直ぐ配する）ことで感磁体３１の一端３１ａ側のみに電圧誘起部３７ａを設ける改変方法が挙げられる。
あるいは、２箇所の電圧誘起部による誘起電圧が相殺されないよう、接続配線３２ａ，３２ｂを複雑な形状にする改変方法も考えられる。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。
図５に示す直交フラックスゲートセンサ１０を製造した。感磁体１１は、幅３０μｍ、長さ５００μｍの素子２個をＣｏＮｂＺｒで作製した。検出コイル１４は、配線幅８μｍにてＣｕで作製した。電極パッドは、電極パッド１３ａをパルス用ＧＮＤ端子とし、電極パッド１３ｂをパルス用シグナル端子としてパルス発生回路に接続し、電極パッド１６ａを出力用ＧＮＤ端子とし、電極パッド１６ｂを出力用シグナル端子としてオシロスコープに接続した。基板１０ａはＳｉ基板、絶縁層１０ｂはＳｉＯ２膜であり、層間絶縁層１０ｃおよび封止絶縁層１０ｄは、ポリイミド（ＰＩ）からなる樹脂膜とした。
電極パッド１６ａ，１６ｂ間の出力電圧をオシロスコープで測定し、電圧の最大値を求めた。外部磁界による出力電圧の最大値の変化を図６に示す。外部磁界と出力電圧の最大値が幅広い磁界範囲でほぼ直線的に対応する関係となった。よって、オシロスコープの代わりにピークホールド回路に接続して出力電圧の最大値を取り出すようにしても、幅広い磁界範囲で外部磁界の検出が可能である。
【００３２】
図７に示す直交フラックスゲートセンサ２０を製造した。感磁体２１は、幅３０μｍ、長さ５００μｍの素子をＣｏＮｂＺｒで作製した。検出コイル２４は、配線幅８μｍにてＣｕで作製した。電極パッドは、電極パッド２３ａをパルス用ＧＮＤ端子とし、電極パッド２３ｂをパルス用シグナル端子としてパルス発生回路に接続し、電極パッド２６ａを出力用ＧＮＤ端子とし、電極パッド２６ｂを出力用シグナル端子としてオシロスコープに接続した。基板２０ａはＳｉ基板、絶縁層２０ｂはＳｉＯ２膜であり、層間絶縁層２０ｃおよび封止絶縁層２０ｄは、ポリイミド（ＰＩ）からなる樹脂膜とした。
電極パッド２６ａ，２６ｂ間の出力電圧をオシロスコープで測定し、電圧の最大値を求めた。外部磁界による出力電圧の最大値の変化を図８に示す。外部磁界と出力電圧の最大値が幅広い磁界範囲でほぼ直線的に対応する関係となった。よって、オシロスコープの代わりにピークホールド回路に接続して出力電圧の最大値を取り出すようにしても、幅広い磁界範囲で外部磁界の検出が可能である。
【００３３】
図９に示す直交フラックスゲートセンサ３０を製造した。感磁体３１は、幅３０μｍ、長さ５００μｍの素子をＣｏＮｂＺｒで作製した。検出コイル３４は、配線幅８μｍにてＣｕで作製した。電極パッドは、電極パッド３３ａをパルス用ＧＮＤ端子とし、電極パッド３３ｂをパルス用シグナル端子としてパルス発生回路に接続し、電極パッド３６ａを出力用ＧＮＤ端子とし、電極パッド３６ｂを出力用シグナル端子としてオシロスコープに接続した。基板３０ａはＳｉ基板、絶縁層３０ｂはＳｉＯ２膜であり、層間絶縁層３０ｃおよび封止絶縁層３０ｄは、ポリイミド（ＰＩ）からなる樹脂膜とした。
電極パッド３６ａ，３６ｂ間の出力電圧をオシロスコープで測定し、電圧の最大値を求めた。外部磁界による出力電圧の最大値の変化を図１０に示す。外部磁界と出力電圧の最大値は、磁界−０．５Ｏｅ程度を境にして、それ以下における感度とそれ以上における感度が異符号になった。これは、２箇所の電圧誘起部３７ａ，３７ｂによる誘起電圧が互いに相殺してオフセット電圧が低くなってしまったため、約−０．５Ｏｅ以下と約−０．５Ｏｅ以上とで、異なるタイミングのピークを検出してしまっているためである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、直交フラックスゲート方式の磁気センサとして、高感度で小型の各種磁気センサに好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明におけるピークホールド期間を説明する図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明における出力電圧波形を説明する図である。
【図３】本発明における外部磁界と出力電圧との関係を例示する模式的グラフである。
【図４】（ａ）および（ｂ）は電流方向と出力電圧波形との関係を説明する図である。
【図５】本発明の直交フラックスゲートセンサの第１形態例を示す（ａ）平面図および（ｂ）Ｓ１−Ｓ１線に沿う断面図である。
【図６】図５に示す直交フラックスゲートセンサの特性の一例を示すグラフである。
【図７】本発明の直交フラックスゲートセンサの第２形態例を示す（ａ）平面図および（ｂ）Ｓ２−Ｓ２線に沿う断面図である。
【図８】図７に示す直交フラックスゲートセンサの特性の一例を示すグラフである。
【図９】本発明の直交フラックスゲートセンサの第３形態例を示す（ａ）平面図および（ｂ）Ｓ３−Ｓ３線に沿う断面図である。
【図１０】図９に示す直交フラックスゲートセンサの特性の一例を示すグラフである。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）は従来例における出力電圧波形を説明する図である。
【図１２】従来例における外部磁界と出力電圧との関係を例示する模式的グラフである。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は従来の改善案におけるピークホールド期間を説明する図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０，２０，３０…直交フラックスゲートセンサ、１０ａ，２０ａ，３０ａ…非磁性基板、１０ｂ，２０ｂ，３０ｂ…下地絶縁層、１０ｃ，２０ｃ，３０ｃ…層間絶縁層、１０ｄ，２０ｄ，３０ｄ…封止絶縁層、１１，２１，３１…感磁体、１１ａ，２１ａ，３１ａ…感磁体の一端、１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ…感磁体の他端、１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ…接続配線（感磁体−パッド間）、１２ｃ…連結導体、１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，３３ａ，３３ｂ…電極パッド（電流入力用）、１４，２４，３４…検出コイル、１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３４ａ，３４ｂ…スパイラルコイル、１５ａ，１５ｂ，２５ａ，２５ｂ，３５ａ，３５ｂ…接続配線（コイル−パッド間）、１６ａ，１６ｂ，２６ａ，２６ｂ，３６ａ，３６ｂ…電極パッド（電圧出力用）、１７ａ，１７ｂ，２７ａ，２７ｂ，３７ａ，３７ｂ…電圧誘起部、１８ａ，１８ｂ，２８ａ，２８ｂ，３８ａ，３８ｂ…近接コイル配線部、１９ｃ，１９ｄ，２９ｃ，２９ｄ，３９ｃ，３９ｄ…開口部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界により磁気特性が変化する感磁体と、
前記感磁体に高周波電流またはパルス電流を流すための電極パッドと、
前記感磁体と前記電極パッドとの間を接続する接続配線と、
前記感磁体の周囲または近傍にあって前記感磁体の磁気特性の変化を電圧の変化として誘起する検出コイルとを少なくとも具備した直交フラックスゲートセンサにおいて、
前記接続配線は、非磁性の導電体からなり、かつ前記検出コイルが配された領域において前記接続配線に流される高周波電流またはパルス電流により前記検出コイルに電圧を誘起する電圧誘起部を有し、前記電圧誘起部は、前記検出コイルのうち前記電圧誘起部との距離が最も近いコイル配線部分に沿って配されていることを特徴とする直交フラックスゲートセンサ。
【請求項２】
外部磁界により磁気特性が変化する感磁体と、
前記感磁体に高周波電流またはパルス電流を流すための電極パッドと、
前記感磁体と前記電極パッドとの間を接続する接続配線と、
前記感磁体の周囲または近傍にあって前記感磁体の磁気特性の変化を電圧の変化として誘起する検出コイルとを少なくとも具備した直交フラックスゲートセンサを用いた外部磁界の検出方法において、
前記直交フラックスゲートセンサとして、前記接続配線が、非磁性の導電体からなり、かつ前記検出コイルが配された領域において前記接続配線に流される高周波電流またはパルス電流により前記検出コイルに電圧を誘起する電圧誘起部を有し、前記電圧誘起部は、前記検出コイルのうち前記電圧誘起部との距離が最も近いコイル配線部分に沿って配されているものを用い、
前記感磁体により前記検出コイルに誘起された誘起電圧と、前記電圧誘起部により前記検出コイルに誘起された誘起電圧とを合成した出力電圧に基づいて外部磁界を検出することを特徴とする直交フラックスゲートセンサを用いた外部磁界の検出方法。
【請求項３】
前記外部磁界の検出は、前記高周波電流またはパルス電流の立ち上がりの前から立ち下がりの後までを含む期間内における前記出力電圧の最大値または最小値から選ばれる代表値に基づいて行われ、
前記感磁体により前記検出コイルに誘起された誘起電圧と、前記電圧誘起部により前記検出コイルに誘起された誘起電圧とを合成することにより、前記立ち上がりの際の出力電圧のピーク値を前記代表値とすることを特徴とする請求項２に記載の直交フラックスゲートセンサを用いた外部磁界の検出方法。
【請求項１】
外部磁界により磁気特性が変化する感磁体と、
前記感磁体に高周波電流またはパルス電流を流すための電極パッドと、
前記感磁体と前記電極パッドとの間を接続する接続配線と、
前記感磁体の周囲または近傍にあって前記感磁体の磁気特性の変化を電圧の変化として誘起する検出コイルとを少なくとも具備した直交フラックスゲートセンサにおいて、
前記接続配線は、非磁性の導電体からなり、かつ前記検出コイルが配された領域において前記接続配線に流される高周波電流またはパルス電流により前記検出コイルに電圧を誘起する電圧誘起部を有し、前記電圧誘起部は、前記検出コイルのうち前記電圧誘起部との距離が最も近いコイル配線部分に沿って配されていることを特徴とする直交フラックスゲートセンサ。
【請求項２】
外部磁界により磁気特性が変化する感磁体と、
前記感磁体に高周波電流またはパルス電流を流すための電極パッドと、
前記感磁体と前記電極パッドとの間を接続する接続配線と、
前記感磁体の周囲または近傍にあって前記感磁体の磁気特性の変化を電圧の変化として誘起する検出コイルとを少なくとも具備した直交フラックスゲートセンサを用いた外部磁界の検出方法において、
前記直交フラックスゲートセンサとして、前記接続配線が、非磁性の導電体からなり、かつ前記検出コイルが配された領域において前記接続配線に流される高周波電流またはパルス電流により前記検出コイルに電圧を誘起する電圧誘起部を有し、前記電圧誘起部は、前記検出コイルのうち前記電圧誘起部との距離が最も近いコイル配線部分に沿って配されているものを用い、
前記感磁体により前記検出コイルに誘起された誘起電圧と、前記電圧誘起部により前記検出コイルに誘起された誘起電圧とを合成した出力電圧に基づいて外部磁界を検出することを特徴とする直交フラックスゲートセンサを用いた外部磁界の検出方法。
【請求項３】
前記外部磁界の検出は、前記高周波電流またはパルス電流の立ち上がりの前から立ち下がりの後までを含む期間内における前記出力電圧の最大値または最小値から選ばれる代表値に基づいて行われ、
前記感磁体により前記検出コイルに誘起された誘起電圧と、前記電圧誘起部により前記検出コイルに誘起された誘起電圧とを合成することにより、前記立ち上がりの際の出力電圧のピーク値を前記代表値とすることを特徴とする請求項２に記載の直交フラックスゲートセンサを用いた外部磁界の検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−２５７９４７（Ｐ２００９−２５７９４７Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０７７３７（Ｐ２００８−１０７７３７）
【出願日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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