磁気センサ、磁界検出方法
【課題】感磁体の多磁区状態における磁化の向きによらず、継続的に安定して外部磁界の測定が可能な直交フラックスゲート方式の磁気センサを提供する。
【解決手段】電源回路から出力され感磁体１１に印加されるパルス電流（センス電流）は、図３の上部に示すように、ピーク電流値Ｖ１に至るパルスＰの立ち上がり前に、このピーク電流値Ｖ１よりも低い電流値Ｖ２で、かつパルスＰと同じ極性の磁化制御電流Ｍを所定の時間だけ印加した電流波形となっている。
【解決手段】電源回路から出力され感磁体１１に印加されるパルス電流（センス電流）は、図３の上部に示すように、ピーク電流値Ｖ１に至るパルスＰの立ち上がり前に、このピーク電流値Ｖ１よりも低い電流値Ｖ２で、かつパルスＰと同じ極性の磁化制御電流Ｍを所定の時間だけ印加した電流波形となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部磁界を検出するための磁気センサ、およびこれを用いた磁界検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小な磁界、例えば外部磁界を高精度に検出する磁気センサとして、アモルファスワイヤや磁性薄膜などの感磁体の近傍にコイルを配した直交フラックスゲートセンサが知られている。この直交フラックスゲートセンサは、感磁体にパルス電流や高周波電流を印加しておき、感磁体に外部磁界が加わると、この外部磁界に応じた磁化の回転が起こり、これによりコイルに生じる誘起電圧を検出する事により、外部磁界の強度を測定するものである。
【０００３】
しかしながら、このような直交フラックスゲートセンサにおいて、例えば感磁体にパルス電流を印加して磁界を検出する場合、パルスの立ち上がり前とパルスの立ち下がり後とで、多磁区化した感磁体の磁区構造とそれぞれの磁区における磁化の向きが異なるため、外部磁界の測定にあたって誤差が生じやすかった。
【０００４】
図１０は、従来の直交フラックスゲートセンサ（磁気センサ）において、感磁体を細長い帯状に形成した場合の磁化の変化を示した模式図である。図中の上部には感磁体に印加されるパルス電流Ｐの電流変化を示している。帯状の感磁体１０１には、矢印Ｌに沿ってパルス電流（センス電流）が流されている。また、矢印Ｑ方向に外部磁界が印加されているものとする。この時、パルスの電流値がピークの状態では、感磁体１０１の幅方向Ｗに沿って磁化の向きが揃っている単磁区構造となる（図中のＳ１参照）。
【０００５】
やがて、パルスが立ち下がり、所定の電流値を超えて電流が０となると、感磁体１０１の磁化の向きが磁区ごとに異なる方向に向いた多磁区構造となる（図中のＳ２参照）。そして、次のパルスによって電流値が再びピークに達する状態では、感磁体１０１の幅方向Ｗに沿って磁化の向きが再び揃った単磁区構造となる（図中のＳ３参照）。
【０００６】
そして、パルスが立ち下がり、所定の電流値を超えて電流が０となると、再び感磁体１０１の磁化の向きが磁区ごとに異なる方向に向いた多磁区構造となる（図中のＳ４参照）。この時、多磁区構造となった感磁体１０１のそれぞれの磁区における磁化の向きは、１つ前のパルスが立ち下がった後の磁化の向き（図中のＳ２参照）と同じになるとは限らない。即ち、パルスの前後でのそれぞれの磁区における磁化の向きは一定にならない。
【０００７】
例えば、図中の多磁区状態Ｓ２からパルスＰ１の立ち上がりによる単磁区状態Ｓ３への移行時と、多磁区状態Ｓ４から次のパルスＰ２の立ち上がりによる単磁区状態Ｓ５への移行時とでは、磁化が一定方向に向くまでの回転量がパルスごとに異なってしまう。このため、磁界検出用のコイルに誘起される電圧値が外部磁界の増減に応じて正確に増減せず、感磁体１０１に印加される外部磁界を安定して測定できないという課題があった。
【０００８】
こうした、磁界検出時の不安定性を改善するために、例えば、帰還回路を利用した測定方法や、通電電流の遮断に同期して誘起電圧を測定する方法などが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３８０１１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したような磁気センサでは、パルスの遮断に同期して誘起電圧を測定する場合には、電流遮断により一斉に磁化の回転が起こるので、リニアリティやヒステリシスが向上すると考えられるものの、一方でパルスの立ち上がり時に誘起電圧を測定する場合は、磁化の向きが統一されていない状態から磁化が回転するため、リニアリティやヒステリシスの改善が望めないという課題があった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、感磁体の多磁区状態における磁化の向きによらず、継続的に安定して外部磁界の測定が可能な直交フラックスゲート方式の磁気センサを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、感磁体の多磁区状態における磁化の向きに影響されることなく、継続的に安定して外部磁界の測定を可能にする磁界検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の磁気センサは、外部磁界に応じて磁化方向が変化する感磁体と、該感磁体にセンス電流を印加する電源回路と、前記感磁体の近傍に形成された磁界検出コイルと、前記感磁体の磁化方向の変化に対応して前記磁界検出コイルから出力される電圧を検出する検出回路とを備えた直交フラックスゲート方式の磁気センサであって、前記センス電流はパルス電流、または高周波電流であり、前記センス電流の少なくとも電流変化の前後で、印加されているセンス電流と同じ極性で、かつセンス電流のピーク電流値よりも低い磁化制御電流を印加することを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の磁気センサは、請求項１において、前記センス電流はパルス電流であり、前記検出回路は、前記パルス電流のピーク電圧値に至るパルスの立ち上がり、および／またはピーク電流からのパルスの立ち下がりによって生じる前記感磁体の磁化方向の変化に応じて、前記磁界検出コイルに生じた誘起電圧を検出することを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の磁界検出方法は、外部磁界に応じて磁化方向が変化する感磁体と、該感磁体にセンス電流を印加する電源回路と、前記感磁体の近傍に形成された磁界検出コイルと、前記感磁体の磁化方向の変化に対応して前記磁界検出コイルから出力される電圧を検出する検出回路とを備えた直交フラックスゲート方式の磁気センサを用いた磁界検出方法であって、前記センス電流としてパルス電流、または高周波電流を用いて、前記センス電流の少なくとも電流変化の前後で、印加されているセンス電流と同じ極性で、かつセンス電流のピーク電流値よりも低い磁化制御電流を印加することで、ピーク電流値に達する前後で前記感磁体の磁化方向を一定の方向に揃えておくことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の磁気センサによれば、センス電流の少なくとも電流変化の前後、例えば、パルスの立ち上がり前後で、印加されているセンス電流と同じ極性で、かつセンス電流のピーク電流値よりも低い電流値の磁化制御電流を印加することによって、電流変化の前後で感磁体の磁化の向きが常に一方向に揃った単磁区構造とすることができる。即ち、磁化の向きが一方向に揃った状態での磁化の回転量に基づく誘電電圧を、磁界検出コイルに生じさせることができるようになる。
【００１４】
これによって、磁界検出コイルに生じる誘起電圧は、高ＳＮ、高リニアリティで外部磁界の増減を正確に反映したものとなり、磁界検出コイルに生じる誘起電圧を検出回路で検出することによって、感磁体に印加された外部磁界を正確に測定することが可能になる。
【００１５】
また、本発明の磁界検出方法によれば、センス電流の少なくとも電流変化の前後、例えば、パルスの立ち上がり前後で、印加されているセンス電流と同じ極性で、かつセンス電流のピーク電流値よりも低い電流値の磁化制御電流を印加することによって、電流変化の前後で感磁体の磁化の向きが常に一方向に揃った単磁区構造とすることができる。これにより、磁界検出コイルに生じる誘起電圧は、高ＳＮ、高リニアリティで外部磁界の増減を正確に反映したものとなり、感磁体に印加された外部磁界を正確に測定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る磁気センサの一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１７】
図１は、本発明の磁気センサの一例である直交フラックスゲートセンサを示す平面図である。磁気センサ（直交フラックスゲートセンサ）１０は、細長い帯状の軟磁性体をメアンダ（つづら折れ）形状に配した感磁体１１と、この感磁体１１を取り巻く磁界検出コイル１３とを備えている。感磁体１１には、電極パッド１２を介して電源回路１５が接続され、感磁体１１には、この電源回路１５からセンス電流が印加される。このセンス電流については、後ほど詳述する。磁界検出コイル１３には、電極パッド１４を介して検出回路１６が接続される。この検出回路１６は、磁界検出コイル１３に生じた誘起電圧を測定する。
【００１８】
図２は、図１に示す磁気センサのＡ−Ａ線での断面図である。磁界検出コイル１３の構成としては、例えば、基板１８上で、感磁体１１より上側の絶縁層１７ａに配された第１の導体層１３ａと、下側の絶縁層１７ｂに配された第２の導体層１３ｂと、第１の導体層１３ａの一方の端と第２の導体層１３ｂの一方の端とを接続する貫通配線（図示せず）と、第１の導体層１３ａの他方の端と第２の導体層１３ｂの他方の端とを接続する貫通配線（図示せず）とで、感磁体１１の周囲を取り巻くように矩形に巻回された形状に形成すればよい。
【００１９】
感磁体１１は、例えば、アモルファスの軟磁性体から形成されていればよい。電源回路１５は、後述する波形のパルス電流や、高周波電流を出力可能なものであれば良い。磁界検出コイルは、感磁体の近傍、例えば感磁体の上側の層または下側の層に、スパイラルコイルなどの薄膜コイルを形成したものであっても良い。感磁体１１や磁界検出コイル１３を形成する基板１８としては、例えば酸化膜付きのシリコン（Ｓｉ）基板、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。
【００２０】
このような磁気センサ（直交フラックスゲートセンサ）１０の基本的な動作としては、図１の下部に示したグラフのように、電源回路１５より、例えばパルス電流（Ｉｎｐｕｔ）が感磁体１１に印加されると、磁界検出コイル１３から誘起電圧（Ｏｕｔｐｕｔ）が出力される。検出回路１６では、入力されたパルス電流の立ち上がり波形に対応する波高値Ｖ０を測定し、感磁体１１に印加された磁界強度を波高値Ｖ０に基づいて検出するものである。
【００２１】
次に、感磁体に印加される、本発明の磁気センサに特有の波形をもつパルス電流と、このパルス電流による感磁体の磁化の変化を詳述する。図３は、本発明の磁気センサにおいて、帯状の感磁体の一部を拡大して磁化の変化を示した模式図である。なお、図３の上部には、感磁体に印加するパルス電流の波形を数パルス分だけ示した。
電源回路１５から出力され感磁体１１に印加されるパルス電流（センス電流）は、図３の上部に示すように、ピーク電流値Ｖ１に至るパルスＰの立ち上がり前に、このピーク電流値Ｖ１よりも低い電流値Ｖ２で、かつパルスＰと同じ極性の磁化制御電流Ｍを所定の時間だけ印加した電流波形となっている。
【００２２】
このような波形のパルス電流（センス電流）を感磁体１１に印加した際の感磁体１１の磁化の変化を図３の下部に示す。なお、帯状の感磁体１１には矢印Ｌ方向に沿ってパルス電流が印加されているものとし、また、矢印Ｑ方向に外部磁界が印加されているものとする。ピーク電流に達したパルスＰ１が印加された感磁体１１は、磁化が幅方向Ｗに揃った単磁区構造となる（図３のＳ１参照）。
【００２３】
この状態からパルスＰ１が立ち下がり、パルス電流の電流値が０になると、感磁体１１の磁化の向きが磁区ごとに異なる方向に向いた多磁区構造となる（図３のＳ２参照）。そして、次のパルスＰ２が立ち上がる前に、パルスＰのピーク電流値Ｖ１よりも低い電流値Ｖ２で、かつパルスＰと同じ極性の磁化制御電流Ｍが感磁体１１に印加される。感磁体１１に磁化制御電流Ｍが印加されると、感磁体１１の磁化は一定の方向に揃い始め、単磁区構造を成すようになる（図３のＳ３参照）。この時の感磁体１１の磁化の向きは、パルスＰのピーク電流値Ｖ１における感磁体１１の磁化の向きである幅方向Ｗに向く途中の角度、即ち、感磁体１１の長手方向と幅方向との間の角度で磁化の向きが揃う。かつ、外部磁界Ｑの方向に傾く。
【００２４】
磁化制御電流Ｍの印加によって感磁体１１を単磁区構造とした後、パルスＰ２が立ち上がり、ピーク電流値Ｖ１に達する。パルスＰ２によって、感磁体１１の磁化は磁化制御電流Ｍの印加状態での向きから更に回転し、磁化が幅方向Ｗに沿って揃った単磁区構造となる（図３のＳ４参照）。
【００２５】
そして、パルスＰ２が立ち下がり、所定の電流値を超えて電流が０となると、再び感磁体１１の磁化の向きが磁区ごとに異なる方向に向いた多磁区構造となる（図３のＳ５参照）。この時、多磁区構造となった感磁体１１の磁区構造およびそれぞれの磁区における磁化の向きは、１つ前のパルスＰ１が立ち下がった後の磁区構造、および磁化の向き（図３のＳ２参照）と同じになるとは限らない。即ち、パルスＰの前後でのそれぞれの磁区における磁化の向きは一定にならない。
【００２６】
そして、次のパルスＰ３が立ち上がる前に、パルスＰのピーク電流値Ｖ１よりも低い電流値Ｖ２で、かつパルスＰと同じ極性の磁化制御電流Ｍが再び感磁体１１に印加される。感磁体１１に磁化制御電流Ｍが印加されると、感磁体１１の磁化は再び一定の方向に揃い始め、単磁区構造を成すようになる（図３のＳ６参照）。磁化制御電流Ｍの印加によって感磁体１１を再び単磁区構造とした後、パルスＰ３が立ち上がり、ピーク電流値Ｖ１に達する。感磁体１１の磁化は磁化制御電流Ｍの印加状態での向きから更に回転し、磁化が幅方向Ｗに沿って揃った単磁区構造となる（図３のＳ７参照）。
【００２７】
このように、本発明では、ピーク電流値Ｖ１に至るパルスＰの立ち上がり前に、このピーク電流値Ｖ１よりも低い電流値Ｖ２で、かつパルスＰと同じ極性の磁化制御電流Ｍを所定の時間だけ印加することによって、パルスＰの立ち上がり直前は、感磁体１１の磁化の向きが常に一方向に揃った単磁区構造とすることができる。即ち、パルスＰの立ち上がり、即ち磁界強度の検出部分において、磁化の向きが一方向に揃った状態での磁化の回転量に基づく誘起電圧を、磁界検出コイル１３に生じさせることができるようになる。
【００２８】
これによって、多磁区構造となった感磁体１１の磁区構造およびそれぞれの磁区における磁化の向きがパルスＰの前後で異なっていても、パルスＰの立ち上がり直前に感磁体１１に磁化制御電流Ｍを印加して単磁区構造とすることにより、磁界検出コイル１３に生じる誘起電圧が、磁区ごとの磁化の回転量の差によって変動する事を防止できる。従って、磁界検出コイル１３に生じる誘起電圧は、高ＳＮ、高リニアリティで外部磁界の増減を正確に反映したものとなり、この磁界検出コイル１３に生じる誘起電圧を検出回路１６で検出することによって、パルスＰの立ち上がりを利用して、感磁体１１に印加された外部磁界Ｑを正確に測定することが可能になる。
【００２９】
なお、磁化制御電流Ｍの電流値Ｖ２は、感磁体１１が多磁区構造から単磁区構造に移行する最低限の電流値程度に設定されれば良い。
【００３０】
このような磁化制御電流は、センス電流のパルスの立ち下がり直後に印加してもよい。図４は、帯状の感磁体の一部を拡大して磁化の変化を示した、別な実施形態を示す模式図である。なお、磁気センサの構成は図１と同様である。
電源回路１５から出力され感磁体１１に印加されるパルス電流（センス電流）は、図４の上部に示すように、ピーク電流値Ｖ１に達したパルスＰの立ち下がり直後に、このピーク電流値Ｖ１よりも低い電流値Ｖ２で、かつパルスＰと同じ極性の磁化制御電流Ｍを所定の時間だけ印加した電流波形となっている。
【００３１】
このような波形のパルス電流（センス電流）を感磁体１１に印加した際の感磁体１１の磁化の変化を図４の下部に示す。なお、帯状の感磁体１１には矢印Ｌ方向に沿ってパルス電流が印加されているものとし、また、矢印Ｑ方向に外部磁界が印加されているものとする。ピーク電流に達したパルスＰ１が印加された感磁体１１は、磁化が幅方向Ｗに揃った単磁区構造となる（図４のＳ１参照）。
【００３２】
この状態からパルスＰ１が立ち下がり始め、この時、パルス電流の電流値が０になるよりも前に、パルスＰのピーク電流値Ｖ１よりも低い電流値Ｖ２で、かつパルスＰと同じ極性の磁化制御電流Ｍが感磁体１１に印加される。これにより、パルスＰ１の立ち下がり後も磁化制御電流Ｍが印加されている間、感磁体１１の磁化は一定の方向に揃ったままの単磁区構造が維持される。（図４のＳ２参照）。この時の感磁体１１の磁化の向きは、パルスＰのピーク電流値Ｖ１における感磁体１１の磁化の向きである幅方向Ｗから、感磁体１１の長手方向と幅方向との間の所定の角度まで回転した方向となる。かつ、外部磁界Ｑの方向に傾く。
【００３３】
磁化制御電流Ｍの印加が終わり、電流が０となると、感磁体１１の磁化の向きが磁区ごとに異なる方向に向いた多磁区構造となる（図４のＳ３参照）。以後、次のパルスＰ２が印加されて磁化が幅方向Ｗに揃った単磁区構造となり（図４のＳ４参照）、再びパルスＰ２が立ち下がり始めた直後に磁化制御電流Ｍが感磁体１１に印加され、パルスＰ２の立ち下がり後も磁化制御電流Ｍが印加されている間、感磁体１１の磁化は一定の方向に揃ったままの単磁区構造が維持される（図４のＳ５参照）。さらに、磁化制御電流Ｍの印加が終わると感磁体１１は多磁区構造となり、（図４のＳ６参照）、次のパルスＰ３が印加されると単磁区構造となる（図４のＳ７参照）というサイクルを繰り返す。、
【００３４】
このように、ピーク電流値Ｖ１からパルスＰが立ち下がり、電流が０に達するよりも前、即ち、感磁体１１が単磁区構造から多磁区構造に移行する最低限の電流値に達するよりも前に、このピーク電流値Ｖ１よりも低い電流値Ｖ２で、かつパルスＰと同じ極性の磁化制御電流Ｍを所定の時間だけ印加することによって、パルスＰの立ち下がりの開始と終了の間の全域で、感磁体１１を単磁区構造に維持することが可能になる。
【００３５】
これによって、パルスＰの立ち下がりを利用して外部磁界の強度を測定する場合においても、磁界検出コイル１３に生じる誘起電圧は、高ＳＮ、高リニアリティで外部磁界の増減を正確に反映したものとなり、この磁界検出コイル１３に生じる誘起電圧を検出回路１６で検出することによって、感磁体１１に印加された外部磁界を正確に測定することが可能になる。
【００３６】
なお、本発明の磁気センサの感磁体に印加されるセンス電流は、上述したような波形に限定されず、パルスの立ち上がり前、および／またはパルスの立ち下がり直後に、パルスのピーク電流値よりも低い電流値で、かつパルスと同じ極性の磁化制御電流が印加されるようなパルス電流、高周波電流であれば、どのようなものであってもよい。なお、図５に、感磁体に印加されるセンス電流の例として、センス電流の波形例を示す。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の直交フラックスゲート方式の磁気センサの効果を検証した実施例を示す。
［実施例１］
図１に示す構成の磁気センサを作成した。各部の仕様は以下の通りである。
・感磁体 材質：ＣｏＮｂＺｒ、Ｌ／Ｓ：３０／２０ｕｍ、配線長：５００ｕｍ、膜厚：１ｕｍ、１ターンメアンダ形状
・磁界検出コイル 材質：Ｃｕ、Ｌ／Ｓ：１５／１０ｕｍ、膜厚：５ｕｍ、１６巻ソレノイド（感磁体の周囲に形成）
【００３８】
上述した仕様の直交フラックスゲートセンサを用いて、図６左側に示す波形のように、パルスのピーク電流を２００ｍＡに固定し、また磁化制御電流を３０ｍＡ，５０ｍＡにそれぞれ設定してパルスの立ち上がり前に印加したパルス電流を感磁体に流し、外部磁界を−１５〜１５（Ｏｅ）の範囲で変化させ、磁界検出コイルに生じる電圧を測定した（本発明例１，２）。
【００３９】
また、従来の比較例として、パルスのピーク電流を２００ｍＡに固定し、磁化制御電流を加えないパルス電流を感磁体に流し、外部磁界を−１５〜１５（Ｏｅ）の範囲で変化させ、磁界検出コイルに生じる電圧を測定した（比較例１）。
【００４０】
以上のような実施例１のそれぞれのパルス波形の模式図と、外部磁界と磁界検出コイルに生じる電圧との関係を示すグラフとを図６に示す。図６に示す測定結果によれば、磁化制御電流をパルスの立ち上がり前に印加して磁化方向を揃えて（単磁区構造にして）おくことにより、磁界検出コイルに生じる誘起電圧値のリニアリティが改善されることが確認された。特に、磁化制御電流の電流値を５０ｍＡ以上にすれば、外部磁界と磁界検出コイルに生じる電圧との関係をほぼ直線的にすることができ、高精度に磁界強度を検出できることが確認された。
【００４１】
［実施例２］
上述した実施例１と同じ構成の磁気センサを用い、図７左側に示す波形のように、パルスのピーク電流を２００ｍＡに固定し、また磁化制御電流を３０ｍＡ，５０ｍＡにそれぞれ設定してパルスの立ち下がり直後に印加したパルス電流を感磁体に流し、外部磁界を−１５〜１５（Ｏｅ）の範囲で変化させ、磁界検出コイルに生じる電圧を測定した（本発明例３，４）。
【００４２】
また、従来の比較例として、パルスのピーク電流を２００ｍＡに固定し、磁化制御電流を加えないパルス電流を感磁体に流し、外部磁界を−１５〜１５（Ｏｅ）の範囲で変化させ、磁界検出コイルに生じる電圧を測定した（比較例２）。
【００４３】
以上のような実施例２のそれぞれのパルス波形の模式図と、外部磁界と磁界検出コイルに生じる電圧との関係を示すグラフとを図７に示す。図７に示す測定結果によれば、磁化制御電流をパルスの立ち下がり直後に印加して磁化方向を揃えて（単磁区構造にして）おくことにより、磁界検出コイルに生じる誘起電圧の電圧値のリニアリティが改善されることが確認された。特に、磁化制御電流の電流値を５０ｍＡ以上にすれば、外部磁界と磁界検出コイルに生じる電圧との関係をほぼ直線的にすることができ、高精度に磁界強度を検出できることが確認された。
【００４４】
［実施例３］
上述した実施例１と同じ構成の磁気センサを用い、図８左側に示す波形のように、磁化制御電流を５０ｍＡに固定してパルスの立ち上がり前に印加するとともに、パルスのピーク電流値を１００，２００，３００ｍＡにそれぞれ設定したパルス電流を感磁体に流し、外部磁界を−１５〜１５（Ｏｅ）の範囲で変化させ、磁界検出コイルに生じる電圧を測定した（本発明例５，６，７）。
【００４５】
以上のような実施例３のそれぞれのパルス波形の模式図と、外部磁界と磁界検出コイルに生じる電圧との関係を示すグラフとを図８に示す。図８に示す測定結果によれば、パルスのピーク電流値が高い、即ち、磁化制御電流の電流値とピーク電流値との差が大きいほど、図８のグラフの傾きが大きくなり、磁気センサの感度が高くなることが確認された。これにより、磁化制御電流の電流値と、パルスのピーク電流値との差を大きくする事で、磁気センサの感度をより一層高められることが判明した。
【００４６】
［実施例４］
上述した実施例１と同じ構成の磁気センサを用い、図９左側に示す波形のように、磁化制御電流を５０ｍＡに固定してパルスの立ち下がり直後に印加するとともに、パルスのピーク電流値を１００，２００，３００ｍＡにそれぞれ設定したパルス電流を感磁体に流し、外部磁界を−１５〜１５（Ｏｅ）の範囲で変化させ、磁界検出コイルに生じる電圧を測定した（本発明例８，９，１０）。
【００４７】
以上のような実施例４のそれぞれのパルス波形の模式図と、外部磁界と磁界検出コイルに生じる電圧との関係を示すグラフとを図９に示す。図９に示す測定結果によれば、パルスのピーク電流値が高い、即ち、磁化制御電流の電流値とピーク電流値との差が大きいほど、図９のグラフの傾きが大きくなり、磁気センサの感度が高くなることが確認された。これにより、磁化制御電流の電流値と、パルスのピーク電流値との差を大きくする事で、磁気センサの感度をより一層高められることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の磁気センサの一例を示す模式図である。
【図２】図１の磁気センサのＡ−Ａ線での断面図である。
【図３】本発明の磁気センサの作用を説明する説明図である。
【図４】本発明の別な構成の磁気センサの作用を説明する説明図である。
【図５】感磁体に印加するパルス電流を波形例を列記した説明図である。
【図６】本発明の検証結果を示す波形の説明図、およびグラフである。
【図７】本発明の検証結果を示す波形の説明図、およびグラフである。
【図８】本発明の検証結果を示す波形の説明図、およびグラフである。
【図９】本発明の検証結果を示す波形の説明図、およびグラフである。
【図１０】従来の磁気センサの作用を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 磁気センサ（直交フラックスゲートセンサ）、１１ 感磁体、１３ 磁界検出コイル、１５ 電源回路、１６ 検出回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部磁界を検出するための磁気センサ、およびこれを用いた磁界検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小な磁界、例えば外部磁界を高精度に検出する磁気センサとして、アモルファスワイヤや磁性薄膜などの感磁体の近傍にコイルを配した直交フラックスゲートセンサが知られている。この直交フラックスゲートセンサは、感磁体にパルス電流や高周波電流を印加しておき、感磁体に外部磁界が加わると、この外部磁界に応じた磁化の回転が起こり、これによりコイルに生じる誘起電圧を検出する事により、外部磁界の強度を測定するものである。
【０００３】
しかしながら、このような直交フラックスゲートセンサにおいて、例えば感磁体にパルス電流を印加して磁界を検出する場合、パルスの立ち上がり前とパルスの立ち下がり後とで、多磁区化した感磁体の磁区構造とそれぞれの磁区における磁化の向きが異なるため、外部磁界の測定にあたって誤差が生じやすかった。
【０００４】
図１０は、従来の直交フラックスゲートセンサ（磁気センサ）において、感磁体を細長い帯状に形成した場合の磁化の変化を示した模式図である。図中の上部には感磁体に印加されるパルス電流Ｐの電流変化を示している。帯状の感磁体１０１には、矢印Ｌに沿ってパルス電流（センス電流）が流されている。また、矢印Ｑ方向に外部磁界が印加されているものとする。この時、パルスの電流値がピークの状態では、感磁体１０１の幅方向Ｗに沿って磁化の向きが揃っている単磁区構造となる（図中のＳ１参照）。
【０００５】
やがて、パルスが立ち下がり、所定の電流値を超えて電流が０となると、感磁体１０１の磁化の向きが磁区ごとに異なる方向に向いた多磁区構造となる（図中のＳ２参照）。そして、次のパルスによって電流値が再びピークに達する状態では、感磁体１０１の幅方向Ｗに沿って磁化の向きが再び揃った単磁区構造となる（図中のＳ３参照）。
【０００６】
そして、パルスが立ち下がり、所定の電流値を超えて電流が０となると、再び感磁体１０１の磁化の向きが磁区ごとに異なる方向に向いた多磁区構造となる（図中のＳ４参照）。この時、多磁区構造となった感磁体１０１のそれぞれの磁区における磁化の向きは、１つ前のパルスが立ち下がった後の磁化の向き（図中のＳ２参照）と同じになるとは限らない。即ち、パルスの前後でのそれぞれの磁区における磁化の向きは一定にならない。
【０００７】
例えば、図中の多磁区状態Ｓ２からパルスＰ１の立ち上がりによる単磁区状態Ｓ３への移行時と、多磁区状態Ｓ４から次のパルスＰ２の立ち上がりによる単磁区状態Ｓ５への移行時とでは、磁化が一定方向に向くまでの回転量がパルスごとに異なってしまう。このため、磁界検出用のコイルに誘起される電圧値が外部磁界の増減に応じて正確に増減せず、感磁体１０１に印加される外部磁界を安定して測定できないという課題があった。
【０００８】
こうした、磁界検出時の不安定性を改善するために、例えば、帰還回路を利用した測定方法や、通電電流の遮断に同期して誘起電圧を測定する方法などが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３８０１１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したような磁気センサでは、パルスの遮断に同期して誘起電圧を測定する場合には、電流遮断により一斉に磁化の回転が起こるので、リニアリティやヒステリシスが向上すると考えられるものの、一方でパルスの立ち上がり時に誘起電圧を測定する場合は、磁化の向きが統一されていない状態から磁化が回転するため、リニアリティやヒステリシスの改善が望めないという課題があった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、感磁体の多磁区状態における磁化の向きによらず、継続的に安定して外部磁界の測定が可能な直交フラックスゲート方式の磁気センサを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、感磁体の多磁区状態における磁化の向きに影響されることなく、継続的に安定して外部磁界の測定を可能にする磁界検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の磁気センサは、外部磁界に応じて磁化方向が変化する感磁体と、該感磁体にセンス電流を印加する電源回路と、前記感磁体の近傍に形成された磁界検出コイルと、前記感磁体の磁化方向の変化に対応して前記磁界検出コイルから出力される電圧を検出する検出回路とを備えた直交フラックスゲート方式の磁気センサであって、前記センス電流はパルス電流、または高周波電流であり、前記センス電流の少なくとも電流変化の前後で、印加されているセンス電流と同じ極性で、かつセンス電流のピーク電流値よりも低い磁化制御電流を印加することを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の磁気センサは、請求項１において、前記センス電流はパルス電流であり、前記検出回路は、前記パルス電流のピーク電圧値に至るパルスの立ち上がり、および／またはピーク電流からのパルスの立ち下がりによって生じる前記感磁体の磁化方向の変化に応じて、前記磁界検出コイルに生じた誘起電圧を検出することを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の磁界検出方法は、外部磁界に応じて磁化方向が変化する感磁体と、該感磁体にセンス電流を印加する電源回路と、前記感磁体の近傍に形成された磁界検出コイルと、前記感磁体の磁化方向の変化に対応して前記磁界検出コイルから出力される電圧を検出する検出回路とを備えた直交フラックスゲート方式の磁気センサを用いた磁界検出方法であって、前記センス電流としてパルス電流、または高周波電流を用いて、前記センス電流の少なくとも電流変化の前後で、印加されているセンス電流と同じ極性で、かつセンス電流のピーク電流値よりも低い磁化制御電流を印加することで、ピーク電流値に達する前後で前記感磁体の磁化方向を一定の方向に揃えておくことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の磁気センサによれば、センス電流の少なくとも電流変化の前後、例えば、パルスの立ち上がり前後で、印加されているセンス電流と同じ極性で、かつセンス電流のピーク電流値よりも低い電流値の磁化制御電流を印加することによって、電流変化の前後で感磁体の磁化の向きが常に一方向に揃った単磁区構造とすることができる。即ち、磁化の向きが一方向に揃った状態での磁化の回転量に基づく誘電電圧を、磁界検出コイルに生じさせることができるようになる。
【００１４】
これによって、磁界検出コイルに生じる誘起電圧は、高ＳＮ、高リニアリティで外部磁界の増減を正確に反映したものとなり、磁界検出コイルに生じる誘起電圧を検出回路で検出することによって、感磁体に印加された外部磁界を正確に測定することが可能になる。
【００１５】
また、本発明の磁界検出方法によれば、センス電流の少なくとも電流変化の前後、例えば、パルスの立ち上がり前後で、印加されているセンス電流と同じ極性で、かつセンス電流のピーク電流値よりも低い電流値の磁化制御電流を印加することによって、電流変化の前後で感磁体の磁化の向きが常に一方向に揃った単磁区構造とすることができる。これにより、磁界検出コイルに生じる誘起電圧は、高ＳＮ、高リニアリティで外部磁界の増減を正確に反映したものとなり、感磁体に印加された外部磁界を正確に測定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る磁気センサの一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１７】
図１は、本発明の磁気センサの一例である直交フラックスゲートセンサを示す平面図である。磁気センサ（直交フラックスゲートセンサ）１０は、細長い帯状の軟磁性体をメアンダ（つづら折れ）形状に配した感磁体１１と、この感磁体１１を取り巻く磁界検出コイル１３とを備えている。感磁体１１には、電極パッド１２を介して電源回路１５が接続され、感磁体１１には、この電源回路１５からセンス電流が印加される。このセンス電流については、後ほど詳述する。磁界検出コイル１３には、電極パッド１４を介して検出回路１６が接続される。この検出回路１６は、磁界検出コイル１３に生じた誘起電圧を測定する。
【００１８】
図２は、図１に示す磁気センサのＡ−Ａ線での断面図である。磁界検出コイル１３の構成としては、例えば、基板１８上で、感磁体１１より上側の絶縁層１７ａに配された第１の導体層１３ａと、下側の絶縁層１７ｂに配された第２の導体層１３ｂと、第１の導体層１３ａの一方の端と第２の導体層１３ｂの一方の端とを接続する貫通配線（図示せず）と、第１の導体層１３ａの他方の端と第２の導体層１３ｂの他方の端とを接続する貫通配線（図示せず）とで、感磁体１１の周囲を取り巻くように矩形に巻回された形状に形成すればよい。
【００１９】
感磁体１１は、例えば、アモルファスの軟磁性体から形成されていればよい。電源回路１５は、後述する波形のパルス電流や、高周波電流を出力可能なものであれば良い。磁界検出コイルは、感磁体の近傍、例えば感磁体の上側の層または下側の層に、スパイラルコイルなどの薄膜コイルを形成したものであっても良い。感磁体１１や磁界検出コイル１３を形成する基板１８としては、例えば酸化膜付きのシリコン（Ｓｉ）基板、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。
【００２０】
このような磁気センサ（直交フラックスゲートセンサ）１０の基本的な動作としては、図１の下部に示したグラフのように、電源回路１５より、例えばパルス電流（Ｉｎｐｕｔ）が感磁体１１に印加されると、磁界検出コイル１３から誘起電圧（Ｏｕｔｐｕｔ）が出力される。検出回路１６では、入力されたパルス電流の立ち上がり波形に対応する波高値Ｖ０を測定し、感磁体１１に印加された磁界強度を波高値Ｖ０に基づいて検出するものである。
【００２１】
次に、感磁体に印加される、本発明の磁気センサに特有の波形をもつパルス電流と、このパルス電流による感磁体の磁化の変化を詳述する。図３は、本発明の磁気センサにおいて、帯状の感磁体の一部を拡大して磁化の変化を示した模式図である。なお、図３の上部には、感磁体に印加するパルス電流の波形を数パルス分だけ示した。
電源回路１５から出力され感磁体１１に印加されるパルス電流（センス電流）は、図３の上部に示すように、ピーク電流値Ｖ１に至るパルスＰの立ち上がり前に、このピーク電流値Ｖ１よりも低い電流値Ｖ２で、かつパルスＰと同じ極性の磁化制御電流Ｍを所定の時間だけ印加した電流波形となっている。
【００２２】
このような波形のパルス電流（センス電流）を感磁体１１に印加した際の感磁体１１の磁化の変化を図３の下部に示す。なお、帯状の感磁体１１には矢印Ｌ方向に沿ってパルス電流が印加されているものとし、また、矢印Ｑ方向に外部磁界が印加されているものとする。ピーク電流に達したパルスＰ１が印加された感磁体１１は、磁化が幅方向Ｗに揃った単磁区構造となる（図３のＳ１参照）。
【００２３】
この状態からパルスＰ１が立ち下がり、パルス電流の電流値が０になると、感磁体１１の磁化の向きが磁区ごとに異なる方向に向いた多磁区構造となる（図３のＳ２参照）。そして、次のパルスＰ２が立ち上がる前に、パルスＰのピーク電流値Ｖ１よりも低い電流値Ｖ２で、かつパルスＰと同じ極性の磁化制御電流Ｍが感磁体１１に印加される。感磁体１１に磁化制御電流Ｍが印加されると、感磁体１１の磁化は一定の方向に揃い始め、単磁区構造を成すようになる（図３のＳ３参照）。この時の感磁体１１の磁化の向きは、パルスＰのピーク電流値Ｖ１における感磁体１１の磁化の向きである幅方向Ｗに向く途中の角度、即ち、感磁体１１の長手方向と幅方向との間の角度で磁化の向きが揃う。かつ、外部磁界Ｑの方向に傾く。
【００２４】
磁化制御電流Ｍの印加によって感磁体１１を単磁区構造とした後、パルスＰ２が立ち上がり、ピーク電流値Ｖ１に達する。パルスＰ２によって、感磁体１１の磁化は磁化制御電流Ｍの印加状態での向きから更に回転し、磁化が幅方向Ｗに沿って揃った単磁区構造となる（図３のＳ４参照）。
【００２５】
そして、パルスＰ２が立ち下がり、所定の電流値を超えて電流が０となると、再び感磁体１１の磁化の向きが磁区ごとに異なる方向に向いた多磁区構造となる（図３のＳ５参照）。この時、多磁区構造となった感磁体１１の磁区構造およびそれぞれの磁区における磁化の向きは、１つ前のパルスＰ１が立ち下がった後の磁区構造、および磁化の向き（図３のＳ２参照）と同じになるとは限らない。即ち、パルスＰの前後でのそれぞれの磁区における磁化の向きは一定にならない。
【００２６】
そして、次のパルスＰ３が立ち上がる前に、パルスＰのピーク電流値Ｖ１よりも低い電流値Ｖ２で、かつパルスＰと同じ極性の磁化制御電流Ｍが再び感磁体１１に印加される。感磁体１１に磁化制御電流Ｍが印加されると、感磁体１１の磁化は再び一定の方向に揃い始め、単磁区構造を成すようになる（図３のＳ６参照）。磁化制御電流Ｍの印加によって感磁体１１を再び単磁区構造とした後、パルスＰ３が立ち上がり、ピーク電流値Ｖ１に達する。感磁体１１の磁化は磁化制御電流Ｍの印加状態での向きから更に回転し、磁化が幅方向Ｗに沿って揃った単磁区構造となる（図３のＳ７参照）。
【００２７】
このように、本発明では、ピーク電流値Ｖ１に至るパルスＰの立ち上がり前に、このピーク電流値Ｖ１よりも低い電流値Ｖ２で、かつパルスＰと同じ極性の磁化制御電流Ｍを所定の時間だけ印加することによって、パルスＰの立ち上がり直前は、感磁体１１の磁化の向きが常に一方向に揃った単磁区構造とすることができる。即ち、パルスＰの立ち上がり、即ち磁界強度の検出部分において、磁化の向きが一方向に揃った状態での磁化の回転量に基づく誘起電圧を、磁界検出コイル１３に生じさせることができるようになる。
【００２８】
これによって、多磁区構造となった感磁体１１の磁区構造およびそれぞれの磁区における磁化の向きがパルスＰの前後で異なっていても、パルスＰの立ち上がり直前に感磁体１１に磁化制御電流Ｍを印加して単磁区構造とすることにより、磁界検出コイル１３に生じる誘起電圧が、磁区ごとの磁化の回転量の差によって変動する事を防止できる。従って、磁界検出コイル１３に生じる誘起電圧は、高ＳＮ、高リニアリティで外部磁界の増減を正確に反映したものとなり、この磁界検出コイル１３に生じる誘起電圧を検出回路１６で検出することによって、パルスＰの立ち上がりを利用して、感磁体１１に印加された外部磁界Ｑを正確に測定することが可能になる。
【００２９】
なお、磁化制御電流Ｍの電流値Ｖ２は、感磁体１１が多磁区構造から単磁区構造に移行する最低限の電流値程度に設定されれば良い。
【００３０】
このような磁化制御電流は、センス電流のパルスの立ち下がり直後に印加してもよい。図４は、帯状の感磁体の一部を拡大して磁化の変化を示した、別な実施形態を示す模式図である。なお、磁気センサの構成は図１と同様である。
電源回路１５から出力され感磁体１１に印加されるパルス電流（センス電流）は、図４の上部に示すように、ピーク電流値Ｖ１に達したパルスＰの立ち下がり直後に、このピーク電流値Ｖ１よりも低い電流値Ｖ２で、かつパルスＰと同じ極性の磁化制御電流Ｍを所定の時間だけ印加した電流波形となっている。
【００３１】
このような波形のパルス電流（センス電流）を感磁体１１に印加した際の感磁体１１の磁化の変化を図４の下部に示す。なお、帯状の感磁体１１には矢印Ｌ方向に沿ってパルス電流が印加されているものとし、また、矢印Ｑ方向に外部磁界が印加されているものとする。ピーク電流に達したパルスＰ１が印加された感磁体１１は、磁化が幅方向Ｗに揃った単磁区構造となる（図４のＳ１参照）。
【００３２】
この状態からパルスＰ１が立ち下がり始め、この時、パルス電流の電流値が０になるよりも前に、パルスＰのピーク電流値Ｖ１よりも低い電流値Ｖ２で、かつパルスＰと同じ極性の磁化制御電流Ｍが感磁体１１に印加される。これにより、パルスＰ１の立ち下がり後も磁化制御電流Ｍが印加されている間、感磁体１１の磁化は一定の方向に揃ったままの単磁区構造が維持される。（図４のＳ２参照）。この時の感磁体１１の磁化の向きは、パルスＰのピーク電流値Ｖ１における感磁体１１の磁化の向きである幅方向Ｗから、感磁体１１の長手方向と幅方向との間の所定の角度まで回転した方向となる。かつ、外部磁界Ｑの方向に傾く。
【００３３】
磁化制御電流Ｍの印加が終わり、電流が０となると、感磁体１１の磁化の向きが磁区ごとに異なる方向に向いた多磁区構造となる（図４のＳ３参照）。以後、次のパルスＰ２が印加されて磁化が幅方向Ｗに揃った単磁区構造となり（図４のＳ４参照）、再びパルスＰ２が立ち下がり始めた直後に磁化制御電流Ｍが感磁体１１に印加され、パルスＰ２の立ち下がり後も磁化制御電流Ｍが印加されている間、感磁体１１の磁化は一定の方向に揃ったままの単磁区構造が維持される（図４のＳ５参照）。さらに、磁化制御電流Ｍの印加が終わると感磁体１１は多磁区構造となり、（図４のＳ６参照）、次のパルスＰ３が印加されると単磁区構造となる（図４のＳ７参照）というサイクルを繰り返す。、
【００３４】
このように、ピーク電流値Ｖ１からパルスＰが立ち下がり、電流が０に達するよりも前、即ち、感磁体１１が単磁区構造から多磁区構造に移行する最低限の電流値に達するよりも前に、このピーク電流値Ｖ１よりも低い電流値Ｖ２で、かつパルスＰと同じ極性の磁化制御電流Ｍを所定の時間だけ印加することによって、パルスＰの立ち下がりの開始と終了の間の全域で、感磁体１１を単磁区構造に維持することが可能になる。
【００３５】
これによって、パルスＰの立ち下がりを利用して外部磁界の強度を測定する場合においても、磁界検出コイル１３に生じる誘起電圧は、高ＳＮ、高リニアリティで外部磁界の増減を正確に反映したものとなり、この磁界検出コイル１３に生じる誘起電圧を検出回路１６で検出することによって、感磁体１１に印加された外部磁界を正確に測定することが可能になる。
【００３６】
なお、本発明の磁気センサの感磁体に印加されるセンス電流は、上述したような波形に限定されず、パルスの立ち上がり前、および／またはパルスの立ち下がり直後に、パルスのピーク電流値よりも低い電流値で、かつパルスと同じ極性の磁化制御電流が印加されるようなパルス電流、高周波電流であれば、どのようなものであってもよい。なお、図５に、感磁体に印加されるセンス電流の例として、センス電流の波形例を示す。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の直交フラックスゲート方式の磁気センサの効果を検証した実施例を示す。
［実施例１］
図１に示す構成の磁気センサを作成した。各部の仕様は以下の通りである。
・感磁体 材質：ＣｏＮｂＺｒ、Ｌ／Ｓ：３０／２０ｕｍ、配線長：５００ｕｍ、膜厚：１ｕｍ、１ターンメアンダ形状
・磁界検出コイル 材質：Ｃｕ、Ｌ／Ｓ：１５／１０ｕｍ、膜厚：５ｕｍ、１６巻ソレノイド（感磁体の周囲に形成）
【００３８】
上述した仕様の直交フラックスゲートセンサを用いて、図６左側に示す波形のように、パルスのピーク電流を２００ｍＡに固定し、また磁化制御電流を３０ｍＡ，５０ｍＡにそれぞれ設定してパルスの立ち上がり前に印加したパルス電流を感磁体に流し、外部磁界を−１５〜１５（Ｏｅ）の範囲で変化させ、磁界検出コイルに生じる電圧を測定した（本発明例１，２）。
【００３９】
また、従来の比較例として、パルスのピーク電流を２００ｍＡに固定し、磁化制御電流を加えないパルス電流を感磁体に流し、外部磁界を−１５〜１５（Ｏｅ）の範囲で変化させ、磁界検出コイルに生じる電圧を測定した（比較例１）。
【００４０】
以上のような実施例１のそれぞれのパルス波形の模式図と、外部磁界と磁界検出コイルに生じる電圧との関係を示すグラフとを図６に示す。図６に示す測定結果によれば、磁化制御電流をパルスの立ち上がり前に印加して磁化方向を揃えて（単磁区構造にして）おくことにより、磁界検出コイルに生じる誘起電圧値のリニアリティが改善されることが確認された。特に、磁化制御電流の電流値を５０ｍＡ以上にすれば、外部磁界と磁界検出コイルに生じる電圧との関係をほぼ直線的にすることができ、高精度に磁界強度を検出できることが確認された。
【００４１】
［実施例２］
上述した実施例１と同じ構成の磁気センサを用い、図７左側に示す波形のように、パルスのピーク電流を２００ｍＡに固定し、また磁化制御電流を３０ｍＡ，５０ｍＡにそれぞれ設定してパルスの立ち下がり直後に印加したパルス電流を感磁体に流し、外部磁界を−１５〜１５（Ｏｅ）の範囲で変化させ、磁界検出コイルに生じる電圧を測定した（本発明例３，４）。
【００４２】
また、従来の比較例として、パルスのピーク電流を２００ｍＡに固定し、磁化制御電流を加えないパルス電流を感磁体に流し、外部磁界を−１５〜１５（Ｏｅ）の範囲で変化させ、磁界検出コイルに生じる電圧を測定した（比較例２）。
【００４３】
以上のような実施例２のそれぞれのパルス波形の模式図と、外部磁界と磁界検出コイルに生じる電圧との関係を示すグラフとを図７に示す。図７に示す測定結果によれば、磁化制御電流をパルスの立ち下がり直後に印加して磁化方向を揃えて（単磁区構造にして）おくことにより、磁界検出コイルに生じる誘起電圧の電圧値のリニアリティが改善されることが確認された。特に、磁化制御電流の電流値を５０ｍＡ以上にすれば、外部磁界と磁界検出コイルに生じる電圧との関係をほぼ直線的にすることができ、高精度に磁界強度を検出できることが確認された。
【００４４】
［実施例３］
上述した実施例１と同じ構成の磁気センサを用い、図８左側に示す波形のように、磁化制御電流を５０ｍＡに固定してパルスの立ち上がり前に印加するとともに、パルスのピーク電流値を１００，２００，３００ｍＡにそれぞれ設定したパルス電流を感磁体に流し、外部磁界を−１５〜１５（Ｏｅ）の範囲で変化させ、磁界検出コイルに生じる電圧を測定した（本発明例５，６，７）。
【００４５】
以上のような実施例３のそれぞれのパルス波形の模式図と、外部磁界と磁界検出コイルに生じる電圧との関係を示すグラフとを図８に示す。図８に示す測定結果によれば、パルスのピーク電流値が高い、即ち、磁化制御電流の電流値とピーク電流値との差が大きいほど、図８のグラフの傾きが大きくなり、磁気センサの感度が高くなることが確認された。これにより、磁化制御電流の電流値と、パルスのピーク電流値との差を大きくする事で、磁気センサの感度をより一層高められることが判明した。
【００４６】
［実施例４］
上述した実施例１と同じ構成の磁気センサを用い、図９左側に示す波形のように、磁化制御電流を５０ｍＡに固定してパルスの立ち下がり直後に印加するとともに、パルスのピーク電流値を１００，２００，３００ｍＡにそれぞれ設定したパルス電流を感磁体に流し、外部磁界を−１５〜１５（Ｏｅ）の範囲で変化させ、磁界検出コイルに生じる電圧を測定した（本発明例８，９，１０）。
【００４７】
以上のような実施例４のそれぞれのパルス波形の模式図と、外部磁界と磁界検出コイルに生じる電圧との関係を示すグラフとを図９に示す。図９に示す測定結果によれば、パルスのピーク電流値が高い、即ち、磁化制御電流の電流値とピーク電流値との差が大きいほど、図９のグラフの傾きが大きくなり、磁気センサの感度が高くなることが確認された。これにより、磁化制御電流の電流値と、パルスのピーク電流値との差を大きくする事で、磁気センサの感度をより一層高められることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の磁気センサの一例を示す模式図である。
【図２】図１の磁気センサのＡ−Ａ線での断面図である。
【図３】本発明の磁気センサの作用を説明する説明図である。
【図４】本発明の別な構成の磁気センサの作用を説明する説明図である。
【図５】感磁体に印加するパルス電流を波形例を列記した説明図である。
【図６】本発明の検証結果を示す波形の説明図、およびグラフである。
【図７】本発明の検証結果を示す波形の説明図、およびグラフである。
【図８】本発明の検証結果を示す波形の説明図、およびグラフである。
【図９】本発明の検証結果を示す波形の説明図、およびグラフである。
【図１０】従来の磁気センサの作用を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 磁気センサ（直交フラックスゲートセンサ）、１１ 感磁体、１３ 磁界検出コイル、１５ 電源回路、１６ 検出回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界に応じて磁化方向が変化する感磁体と、該感磁体にセンス電流を印加する電源回路と、前記感磁体の近傍に形成された磁界検出コイルと、前記感磁体の磁化方向の変化に対応して前記磁界検出コイルから出力される電圧を検出する検出回路とを備えた直交フラックスゲート方式の磁気センサであって、
前記センス電流はパルス電流、または高周波電流であり、前記センス電流の少なくとも電流変化の前後で、印加されているセンス電流と同じ極性で、かつセンス電流のピーク電流値よりも低い磁化制御電流を印加することを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記センス電流はパルス電流であり、前記検出回路は、前記パルス電流のピーク電流値に至るパルスの立ち上がり、および／またはピーク電流からのパルスの立ち下がりによって生じる前記感磁体の磁化方向の変化に応じて、前記磁界検出コイルに生じた誘起電圧を検出することを特徴とする磁気センサ。
【請求項３】
外部磁界に応じて磁化方向が変化する感磁体と、該感磁体にセンス電流を印加する電源回路と、前記感磁体の近傍に形成された磁界検出コイルと、前記感磁体の磁化方向の変化に対応して前記磁界検出コイルから出力される電圧を検出する検出回路とを備えた直交フラックスゲート方式の磁気センサを用いた磁界検出方法であって、
前記センス電流としてパルス電流、または高周波電流を用いて、前記センス電流の少なくとも電流変化の前後で、印加されているセンス電流と同じ極性で、かつセンス電流のピーク電流値よりも低い磁化制御電流を印加することで、ピーク電流値に達する前後で前記感磁体の磁化方向を一定の方向に揃えておくことを特徴とする磁界検出方法。
【請求項１】
外部磁界に応じて磁化方向が変化する感磁体と、該感磁体にセンス電流を印加する電源回路と、前記感磁体の近傍に形成された磁界検出コイルと、前記感磁体の磁化方向の変化に対応して前記磁界検出コイルから出力される電圧を検出する検出回路とを備えた直交フラックスゲート方式の磁気センサであって、
前記センス電流はパルス電流、または高周波電流であり、前記センス電流の少なくとも電流変化の前後で、印加されているセンス電流と同じ極性で、かつセンス電流のピーク電流値よりも低い磁化制御電流を印加することを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記センス電流はパルス電流であり、前記検出回路は、前記パルス電流のピーク電流値に至るパルスの立ち上がり、および／またはピーク電流からのパルスの立ち下がりによって生じる前記感磁体の磁化方向の変化に応じて、前記磁界検出コイルに生じた誘起電圧を検出することを特徴とする磁気センサ。
【請求項３】
外部磁界に応じて磁化方向が変化する感磁体と、該感磁体にセンス電流を印加する電源回路と、前記感磁体の近傍に形成された磁界検出コイルと、前記感磁体の磁化方向の変化に対応して前記磁界検出コイルから出力される電圧を検出する検出回路とを備えた直交フラックスゲート方式の磁気センサを用いた磁界検出方法であって、
前記センス電流としてパルス電流、または高周波電流を用いて、前記センス電流の少なくとも電流変化の前後で、印加されているセンス電流と同じ極性で、かつセンス電流のピーク電流値よりも低い磁化制御電流を印加することで、ピーク電流値に達する前後で前記感磁体の磁化方向を一定の方向に揃えておくことを特徴とする磁界検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２５６１９（Ｐ２０１０−２５６１９Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８４６７２（Ｐ２００８−１８４６７２）
【出願日】平成２０年７月１６日（２００８．７．１６）
【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２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１６日（２００８．７．１６）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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