磁気センサ素子およびそれを用いた電子方位計と磁界検出方法
【課題】本発明は、小型化しても、出力電圧波形を高出力・高ＳＮ比で得ることができ、外部磁界を高い感度で検出することができる磁気センサ素子およびこれを用いた電子方位計と磁界検出方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の磁気センサ素子１は、スパイラル状の導体薄膜からなるピックアップコイル６と、該ピックアップコイル６の各同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａと重なるように設けられ、該同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａの各順方向ライン２７、３０と交差する通電部９を有する磁気コア３と、ピックアップコイル６と磁気コア３とを絶縁する絶縁層５とを有し、磁気コア３の通電部９に、時間的に変化する電流を、順方向ライン２７、３０の延在方向と略平行方向（幅方向）に通電して通電部９を励磁し、磁気コア３内の磁束変化によってピックアップコイル６で生じる誘導電圧を出力する。
【解決手段】本発明の磁気センサ素子１は、スパイラル状の導体薄膜からなるピックアップコイル６と、該ピックアップコイル６の各同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａと重なるように設けられ、該同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａの各順方向ライン２７、３０と交差する通電部９を有する磁気コア３と、ピックアップコイル６と磁気コア３とを絶縁する絶縁層５とを有し、磁気コア３の通電部９に、時間的に変化する電流を、順方向ライン２７、３０の延在方向と略平行方向（幅方向）に通電して通電部９を励磁し、磁気コア３内の磁束変化によってピックアップコイル６で生じる誘導電圧を出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地磁気等の外部磁界を検出する磁気センサ素子およびそれを用いた電子方位計と磁界検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やＰＮＤ（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）などのモバイル機器において、地磁気を検出する小型、高感度な磁気センサを、３軸方向に組み込んだ３軸電子方位計に対する要求が高まっている。
従来、高感度磁気センサとして、平行フラックスゲートセンサや直交フラックスゲートセンサのようなフラックスゲートセンサなどが用いられている。
フラックスゲートセンサは、少なくとも磁気コアと、磁気コアの励磁によって誘導電圧を発生するピックアップコイルとを有しており、磁気コアは周期的に飽和するように励磁される。
このフラックスゲートセンサは、外部磁界の中に置かれた状態で、磁気コアを励磁すると、ピックアップコイルから外部磁界に影響を受けた電圧波形が観測される。この電圧波形の振幅は外部磁界の強さに対応し、ピックアップコイルに出力される誘導電圧を計測することによって外部磁界の強さを検出することができる。
【０００３】
フラックスゲートセンサのうち、平行フラックスゲートセンサは、磁気コアおよびピックアップコイルの他に、磁気コアを励磁するための励磁コイルを有している。このような平行フラックスゲートセンサでは、励磁コイルに例えば交流電流を通電することにより、励磁コイルに電流の変化に対応して磁束が発生し、この磁束によって磁気コアが周期的に飽和する。
この平行フラックスゲートセンサは、このように磁気コアと、励磁コイルおよびピックアップコイルの２つのコイルを有することから構造が複雑になる。また、平行フラックスゲートセンサは、磁気コアを励磁する際に反磁界の影響を受けることから励磁効率が低くなる。このため、反磁界による励磁効率の低下を補うべく素子サイズを大きくする必要があり、小型化が難しい。
【０００４】
反磁界の影響を低減する手法としては、リング状の磁気コアや、Ｈ型の磁気コアを用いることが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。しかし、これらを用いる場合においても、励磁コイルとピックアップコイルの２つのコイルは必要であり、構造が複雑になることは避けられない。
また、平行フラックスゲートセンサでは、前述のように、磁気コアの上下にそれぞれコイルの巻線を巻回す必要がある。このため、素子の小型化を図るためには、各コイルの巻数を制限しなければならないが、そうすると、十分な励磁効率および誘導電圧が確保できないといった問題が生じてしまう。
また、このように磁気コアの周りに巻回された励磁コイルは、励磁周波数を高くするとインダクタンスが増大することから、励磁周波数を高くすることに制限がある。このため、平行フラックスゲートセンサは応答速度が遅いといった問題もある。
【０００５】
一方、直交フラックスゲートセンサや、表皮効果によるインピーダンス変化を利用した磁気インピーダンス型磁気センサ（ＭＩセンサ）は、磁気コアに直接励磁電流を通電し、磁気コアの周回方向に励振することにより磁化の回転に比例した電圧を検出する。このため、磁気コアの励振に際して反磁界の影響を受けにくく、素子長を短くできる特徴を有し、薄膜プロセスで作製することにより小型化、集積化が可能となる。（例えば、特許文献３、非特許文献１、２参照。）また、これらのセンサは、磁気コアに直接通電する構造のため、励磁周波数の高周波化が可能であり、応答速度を速くできるといった利点を有していることから、交流磁界の検出に適している特徴を有する。
【０００６】
ところで、このように直交フラックスゲートセンサは、平行フラックスゲートセンサに比べて利点を有するが、いずれのセンサにおいても次のような問題がある。
すなわち、これらのセンサでは、磁気コアのヒステリシス特性に起因して、センサ出力にも僅かではあるがヒステリシスが生じ、そのままではリニアリティが悪いため、これを補正するための負帰還回路を構成する必要があり、検出回路が複雑になるといった問題がある。
そこで、フラックスゲートセンサについて、ヒステリシスの影響を回避した磁界検出方法として以下のような方法が開示されている（例えば、特許文献４、５、非特許文献３、４参照）。
【０００７】
これらに開示の磁界検出方法では、励磁コイルに三角波電流を供給し、磁気コア内の磁束が反転する際に発生するスパイク状電圧波形の発生する時間間隔をカウンタにより計測する方法が提案されている。
このスパイク状電圧波形は、センサが置かれた環境の外部磁界の有無や強さによって時間軸上をシフトするため、それが検出される時間間隔を用いることにより、下記式（１）〜（３）に基づいて外部磁界を検出することができる。
なお、下記式（１）〜（３）において、後述する図５（ａ）に示す如く極性反転型の周期Ｔの三角波形電流を供給し、図５（ｂ）に示す如く軟磁性コアの磁化状態が変化し、図５（ｃ）に示す如くスパイク状電圧波形が得られる場合、
ｔ１は、正の誘導電圧が発生する時間を示し、ｔ２は、負の誘導電圧が発生する時間を示し、Ｈｅｘｃは、励磁磁界（励磁コイルにて発生する磁界）を示し、Ｈｃは、磁気コアの保磁力を示し、Ｈｅｘｔは、外部磁界を示し、Ｔｄは遅延時間を示す。
【０００８】
【数１】
【０００９】
【数２】
【００１０】
【数３】
【００１１】
上述の磁界検出方法によると、磁気センサからの出力がタイムドメインとして出力される。そして、式（３）に示すように、磁気センサを構成する磁気コアの保磁力に起因するヒステリシスの影響を取り除くことができるうえに、カウンタを用いたデジタル検出が可能であり、ＡＤ変換時の誤差を取り除くことができるため、リニアリティの良好なセンサを構成することができる。しかし、この磁界検出方法は平行フラックスゲートセンサについてしか適用できないため、上述の理由により、小型化が難しいという問題があった。
【００１２】
また、従来の携帯端末に用いられる電子コンパスにおいては、デバイスの軽薄短小化のニーズから、３軸磁気センサを有するモジュールで厚さ１ｍｍ以下のサイズが求められている。
ここで、上述のようなフラックスゲートセンサやＭＩセンサによって、搭載基板に対して垂直な磁界を検出するためには、センサ素子を基板に対して垂直方向となるように実装する必要があり、このことを考慮すると、センサ素子の感磁方向のサイズは０．５ｍｍ程度であることが望ましい。
しかしながら、センサ素子を０．５ｍｍ程度にまで小型化した場合、磁気コアの反磁界の影響が大きくなることに加え、周囲に巻回せるコイルの巻き数が制限される。このことが、感度の低下およびＳＮ比の低下を招き、電子コンパスとして必要なセンサ特性を実現することが困難であった。
【００１３】
このことから、これまでの電子コンパスにおいては、搭載基板に対して垂直な磁界を検出するための磁気センサは、他の２軸の磁界を検出するための磁気センサとは、磁気コアの形状や特性が異なるように構成されており、両者の感度の違いを考慮した補正が必要となる。このため、方位算出のプロセスが煩雑になるといった問題があった。
【００１４】
そこで、小型化および集積化を図るため、磁気コアやコイルを薄膜プロセスによって形成したものが提案されている（例えば、特許文献６〜８参照。）。
しかし、これらの磁気センサも、磁気コアの長さをある程度短くすると、感度やＳＮ比の低下が招来され、センサとしての特性を十分に確保しつつ磁気コアの長さを０．５ｍｍ程度に抑えるのは難しい問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第２７３０４６７号
【特許文献２】特開２００６−２３４６１５号公報
【特許文献３】特許３６４５１１６号
【特許文献４】特開２００７−７８４２２号公報
【特許文献５】特開２００７−７８４２３号公報
【特許文献６】特開２００１−１９４１８１号公報
【特許文献７】特開２００３−１６３３９１号公報
【特許文献８】特開２００６−２３４６１５号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】電気学会論文誌，９３−Ｃ，２７（１９７９３）
【非特許文献２】日本応用磁気学会誌．２５，ｐｐ．９５５−９５８（２００１）
【非特許文献３】Ｍ．Ｌａｓｓａｈｎ，Ｇ．Ｔｒｅｎｋｌｅｒ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．２，ｐｐ．６３５−６３９，１９９３
【非特許文献４】Ｐａｖｅｌ Ｒｉｐｋａ，“Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒｓ”Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ，ｐｐ．９４−９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、小型化しても、出力電圧波形を高出力・高ＳＮ比で得ることができ、外部磁界を高い感度で検出することができる磁気センサ素子、これを用いた電子方位計および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】
【００１８】
本発明は、上記課題を解決するために以下の構成を有する。
本発明に係る第１の発明の磁気センサ素子は、軟磁性薄膜からなる１つ以上の帯状の通電部を備えた磁気コアと、渦巻き状に巻回された導体薄膜からなるスパイラル状の２つのコイル部が電流の方向を逆向きになるように電気的に接続されて構成され、前記磁気コアの上方または下方に配置されて前記磁気コアの磁束変化による誘導電圧を出力するためのピックアップコイルと、前記磁気コアと前記スパイラルコイル部を絶縁する絶縁層とが少なくとも備えられた磁気センサであって、前記磁気コアがその通電部を前記２つのスパイラルコイル部の中心を結んだ直線と平行になるように配置され、前記磁気コアにおける前記スパイラルコイル部の同相磁界発生部と重なり合う領域に、前記スパイラルコイル部の配線と略平行方向に時間的に変化する電流を通電して前記磁気コアの通電部を励磁するための通電用電極が形成されてなることを特徴とする。
本発明に係る第２の発明の磁気センサ素子は、前記磁気コアが、前記スパイラルコイル部の同相磁界発生部から逆相磁界発生部と重なる領域まで延在されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る第３の発明の磁気センサ素子は、前記磁気コアが、前記逆相磁界発生部と重なるように設けられた幅広の集磁部を前記通電部の両端部に連続して形成されていることを特徴とする。
本発明に係る第４の発明の磁気センサ素子は、前記磁気コアが、並列する複数の帯状軟磁性薄膜からなることを特徴とする。
本発明に係る第５の発明の磁気センサ素子は、前記磁気コアが、軟磁性薄膜と導体膜の積層構造とされてなることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る第６の発明の電子方位計は、先のいずれかに記載の磁気センサ素子を備えることを特徴とする。
本発明に係る第７の発明の電子方位計は、前記通電部の長手方向が、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向となるように配された３個の前記磁気センサ素子を有し、前記各磁気センサ素子は、少なくとも前記ピックアップコイルおよび前記磁気コアの構成が実質的に同一であることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る磁界検出方法は、先の第１から第５の発明のいずれかに記載の磁気センサ素子を用いて外部磁界を検出する磁界検出方法であって、
前記磁気センサ素子の前記通電部に対し前記ピックアップコイルの同相磁界発生部と重なり合う領域に、前記スパイラルコイル部の配線と略平行方向に時間的に極性が変化する電流を通電し、前記時間的に極性が変化した電流に起因して生じる前記磁気コア内の磁束の変化に伴ってピックアップコイルに生じる誘導出力を検出し、この誘導出力の時間間隔に基づいて外部磁界の強度を算出する工程とを有することを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る磁界検出方法は、先の第１〜第５の発明のいずれかに記載の磁気センサ素子の前記通電部に対し三角波電流を通電し、この三角波電流の極性が切り替わるタイミングで前記ピックアップコイルから出力される正符号および負符号の各スパイク状電圧波形をそれぞれ検出する工程と、
一のスパイク状電圧波形と次に検出される逆符号のスパイク状電圧波形との時間間隔を計測し、この時間間隔に基づいて外部磁界の強度を算出する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、励磁コイルを用いずに、磁気コアの通電部に直接電流を通電することによって、通電部を長手方向に励磁するため、次のような効果を得ることができる。 磁気コアに励磁コイルを巻回すプロセスを省略でき、構造を単純にすることができる。
励磁コイルを巻回すのに必要な領域を省略できるため、その分ピックアップコイルを多く巻回すことができる。その結果、出力を大きくとることができるため、ＳＮ比を向上させることができる。
磁気コアを励磁コイルによって励磁する場合、磁気コアの長さを短くすると、反磁界の影響が大きくなって励磁効率が低下するため、大電流による通電が必要となる。これに対して、磁気コアに直接電流を通電することによって励磁すると、励磁の際に反磁界の影響を小さくすることができる。このため、小さい電流で動作させることができ、低消費電力化が可能となる。
また、励磁の際に反磁界の影響が小さいため、センサ素子の小型化が可能であり、小型、薄型の電子方位計の構成が可能である。
【００２４】
また、本発明では、ピックアップコイルとして導体薄膜よりなるスパイラルコイルを用い、磁気コアの通電部近傍にスパイラルコイルの同相磁界発生部を配しているため、次のような効果を得ることができる。
逆相磁界発生部における磁束変化の影響を取り除くことができ、ＳＮ比の向上が可能である。
逆相磁界発生部に配した軟磁性薄膜の領域を集磁構造として用いることが可能となるため、感度の向上が可能である。
【００２５】
以上の理由から、感度、出力およびＳＮ比を十分に確保しつつ、磁気センサ素子の小型化が可能である。
このため、３個の磁気センサ素子が、それぞれ、その通電部の長手方向がＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向となるように配することによって３軸電子方位計を構成する場合に、すべての磁気センサ素子についてピックアップコイルおよび磁気コアの構成を実質的に同一としても、３軸電子方位計を十分に小型なものとすることができる。また、３個の磁気センサ素子のピックアップコイルおよび磁気コアの構成を実質的に同一とすることにより、方位計算をする上で、磁気センサ素子間の感度の違いを補正する必要がなくなり、方位を算出するためのプロセスを簡易化することができる。
【００２６】
また、本発明では、通電部の励磁によって生じる磁束の方向を、平行フラックスゲートセンサと同様に通電部の長手方向とすることができる。このため、通電部に三角波電流を通電した場合には、この三角波電流の極性が切り替わるタイミングで出力されるスパイク状電圧波形を検出し、このスパイク状電圧波形の発生する時間間隔をカウンタにて計測することにより、この時間間隔に基づいて外部磁界強度を算出することができる。
このような磁界の検出方法では、外部磁界強度の算出過程でヒステリシスの影響を取り除くことができるとともに、カウンタを用いたデジタル検出が可能であるため、ＡＤ変換時の誤差の影響を取り除くことができる。このため、検出値のリニアリティが良く、外部磁界強度を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の磁気センサ素子の第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図１に示す磁気センサ素子を図１中に記載のａ−ａ’線で切断した縦断面図である。
【図３】図１に示す磁気センサ素子を図１中に記載のｂ−ｂ’線で切断した縦断面図である。
【図４】図１に示す磁気センサが備える磁気コア部分を示す平面図である。
【図５】本発明に係る磁界検出方法を説明するための図であって、図５（ａ）は印加する三角波電流の一例を示すグラフ、図５（ｂ）は磁気コアにおける磁化状態の変化を示すグラフ、図５（ｃ）は得られるスパイク状電圧波形を示すグラフ、図５（ｄ）は磁気ヒステリシスカーブを示すグラフである。
【図６】第１実施形態の磁気センサ素子に適用される磁気コアの他の例を示す模式的な平面図である。
【図７】本発明の磁気センサ素子の第２実施形態を示す平面図である。
【図８】図７に示す磁気センサ素子が備える磁気コアを示す平面図である。
【図９】本発明の磁気センサ素子の第３実施形態を示す平面図である。
【図１０】図９に示す磁気センサ素子が備える磁気コアを示す平面図である。
【図１１】第３実施形態の磁気センサ素子に適用される磁気コアの他の例を示す模式的な平面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態の磁気センサ素子を示す平面図である。
【図１３】図１２に示す磁気センサ素子を図１２中に示すｃ−ｃ’線で切断した縦断面図である。
【図１４】図１２に示す磁気センサ素子が備える磁気コアを示す平面図である。
【図１５】本発明の第５実施形態の磁気センサ素子を示す縦断面図である。
【図１６】本発明に係る電子方位計の一実施形態を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
＜＜磁気センサ素子＞＞
＜第１実施形態＞
まず、本発明の磁気センサ素子の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の磁気センサ素子の第１実施形態を示す平面図、図２は、図１に示す磁気センサ素子を図１中に示すａ−ａ’線で切断した縦断面図、図３は、図１に示す磁気センサ素子を図１中に示すｂ−ｂ’線で切断した縦断面図、図４は、図１に示す磁気センサ素子が備える磁気コアを示す平面図、図５は、本発明の磁気センサ素子の動作を説明するための図、図６は、第１実施形態の磁気センサ素子に適用される磁気コアの他の例を示す模式的な平面図である。
【００２９】
図１〜３に示す磁気センサ素子１は、非磁性基板２と、該非磁性基板２上に設けられた磁気コア３および導体層４と、これら各部の上に絶縁層５を介し設けられたピックアップコイル６とを有しており、ピックアップコイル６は第１コイル部７と第２コイル部８とで構成されている。第１コイル部７と第２コイル部８は、図１に示す如く巻き方向（電流の流れる方向）が平面視逆向きでこれらは電気的に直列になるように接続され、非磁性基板２の上面中央側に平面視上下に隣接配置されている。
【００３０】
非磁性基板２は、磁気センサ素子１を構成する各部を支持するものである。
非磁性基板２としては、例えばシリコン（Ｓｉ）、ガラス、セラミックス等の非磁性体よりなる基板が挙げられる。
磁気コア３は、図４に拡大して示す如く平面視帯状をなす通電部９と、通電部９の両端部に設けられた一対の集磁部１０、１０とを有し、全体が軟磁性薄膜によって構成されている。
軟磁性薄膜としては、一軸異方性を付与できるものであれば特に限定されないが、アモルファス組成のＣｏ８５Ｎｂ１２Ｚｒ３膜、ＦｅＮｉ合金膜、ＦｅＳｉＡｌ合金膜、ＣｏＦｅＳｉＢ合金膜などの軟磁性薄膜等を用いることができる。
【００３１】
前記通電部９には、後述する第１通電用電極１５および第２通電用電極１８を介して幅方向（後述する順方向ライン２７および３０に対して略平行方向）に三角波電流（時間的に変化する電流）が供給される。これにより、通電部９は、その長手方向に励磁される。そして、外部磁界の中に置かれた状態では、通電部９に外部磁界の磁束が引き込まれ、励磁によって生じる磁束に重畳されるようになっている。
【００３２】
一対の集磁部１０、１０は、互いに略同じ形状とされ、それぞれ、通電部９よりも幅広とされている。各集磁部１０、１０は、帯状の通電部９の長手方向両端部に対し接続し、通電部９とともに全体としてＩ字型になるように非磁性基板２の上面中央側に形成されている。
また、本実施形態の磁気センサ素子１において、磁気コア３は、２つのスパイラルコイル部７、８の渦巻き中心間より外側の逆相磁界発生部２８Ａ、３１Ａに平面視重なるように集磁部１０、１０を配置し、２つのスパイラルコイル部７、８の渦巻き中心を結ぶ直線に平行になるように通電部９を配置するように非磁性基板２上に形成されている。
各集磁部１０は通電部９よりも幅が広くなったパターンとして形成されるが、この幅が広がった形状とは、図４に示す如く通電部９と集磁部１０との境界部分またはその近傍において、これらを構成する軟磁性薄膜の幅がテーパを有して徐々に広がっている形状や段階的（ステップ状）に広がっている形状を問わない。なお、一方の集磁部１０と他方の集磁部１０はそれらの平面形状が違っていても差し支えなく、非対称であっても対称形状であっても良い。
【００３３】
一対の集磁部１０、１０は、通電部９とともに外部磁界を引き込むように作用し、これにより通電部９により多くの磁束を引き込むことができる。また、磁気コア３に励磁の際に生じる反磁界の影響を低減することができる。その結果、磁気センサ素子１の感度を高めることができる作用を奏する。
【００３４】
導体層４は、非磁性基板２のコーナー部に設けられた第１通電用導体部１１および第２通電用導体部１２と、第１出力用導体部１３および第２出力用導体部１４とを有する。
第１通電用導体部１１は、その一部が通電部９の長手方向に沿う一方の辺縁部（図１の左側の辺縁部）と重なるように設けられた第１通電用電極１５と、外部の交流電源に接続される第１通電用電極パッド１６と、第１通電用電極１５と第１通電用電極パッド１６とを接続する第１通電用配線１７とによって構成されている。
【００３５】
また、第２通電用導体部１２は、その一部が通電部９の長手方向に沿う他方の辺縁部（図１の右側の辺縁部）と重なるように設けられた第２通電用電極１８と、外部の交流電源に接続される第２通電用電極パッド１９と、第２通電用電極１８と第２通電用電極パッド１９とを接続する第２通電用配線２０とによって構成されている。非磁性基板２上において、図１に示す如く平面視した場合に第２通電用導体部１２は、第１通電用導体部１１に対して略点対称位置に形成されている。
【００３６】
第１通電用電極パッド１６および第２通電用電極パッド１９に接続された交流電源から交流が供給されると、第１通電用電極パッド１６からの電流は、第１通電用配線１７および第１通電用電極１５を介して通電部９に供給され、通電部９の幅方向を左から右に向かって流れる。また、第２通電用電極パッド１９からの電流は、第２通電用配線２０および第２通電用電極１８を介して通電部９に供給され、通電部９の幅方向を右から左に向かって流れる。このように互いに逆向きの電流が交互に流れることにより、通電部９が、その長手方向に励磁される。
【００３７】
一方、第１出力用導体部１３は、ピックアップコイル６の第１コイル部７の中心側の出力端７ａに電気的に接続された第１出力用電極２１と、外部の検出回路に接続される第１出力用電極パッド２２と、前記第１出力用電極２１と第１出力用電極パッド２２とを接続する第１出力用配線２３によって構成されており、第１通電用導体部１１に隣り合うように形成されている。
【００３８】
また、第２出力用導体部１４は、ピックアップコイル６の第２コイル部８の中心側の出力端８ａに接続された第２出力用電極２４と、外部の検出回路に接続される第２出力用電極パッド２５と、前記第２出力用電極２４と第２出力用電極パッド２５とを接続する第２出力用配線２６によって構成されており、非磁性基板２上において第１出力用導体部１３に対して略点対称位置に配置されている。
第１コイル部７および第２コイル部８で生じた誘導電圧は、第１出力用電極２１と第２出力用電極２４との間の出力電圧として検出回路で検出される。
【００３９】
絶縁層５は、磁気コア３および導体層４と、ピックアップコイル６とを絶縁するように非磁性基板２上に形成されている。
絶縁層５は、非磁性基板２、磁気コア３および導体層４の上に全面的に設けられ、各出力用電極２１、２４に対応する位置にスルーホールが設けられている。スルーホール内には上下導通用の導体が充填され、これにより、各出力用電極２１、２４と第１コイル部７および第２コイル部８の各出力端７ａ、８ａとが電気的に接続されている。
絶縁層５を構成する材料は、感光性ポリイミドなどの絶縁性樹脂の他、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の金属酸化物、Ｓｉ３Ｎ４やＡｌＮ等の金属窒化物などを例示することができる。
【００４０】
ピックアップコイル６を構成する第１コイル部７および第２コイル部８について説明すると、それぞれ、スパイラル状のパターンで形成された導体薄膜によって構成されており、より具体的に、各コイル部７、８は、中心から外側に反時計回りに延在された配線（導体薄膜）によって構成され、ピックアップコイル６全体で略８の字状をなすように、各コイル部７、８の最外周の配線同士が連続されている。このピックアップコイル６では、各コイル部７、８の中心側の端部が該ピックアップコイル６で生じた誘導電圧を出力する出力端７ａ、８ａを構成する。なお、各コイル部７、８は、中心から外側に時計回りに延在された配線によって構成されていても良い。
【００４１】
ここで、第１コイル部７の配線は、通電部９の幅方向と略平行となるように並列した複数の順方向ライン２７よりなる順方向ライン群（同相磁界発生部）２７Ａと、順方向ライン群２７Ａと離間して配され、通電部９の幅方向と略平行となるように並列した複数の逆方向ライン２８よりなる逆方向ライン群（逆相磁界発生部）２８Ａとを有し、順方向ライン群２７Ａが逆方向ライン群２８Ａよりも第２コイル部８側となるように配されている。
また、第２コイル部８の配線も、同様に、複数の順方向ライン３０よりなる順方向ライン群（同相磁界発生部）３０Ａ、複数の逆方向ライン３１よりなる逆方向ライン群（逆相磁界発生部）３１Ａとを有し、順方向ライン群３０Ａが逆方向ライン群３１Ａよりも第１コイル部７側となるように配されている。
【００４２】
そして、各コイル部７、８において、各順方向ライン２７、３０は通電部９を幅方向に横切るように該通電部９と重なっており、各逆方向ライン２８、３１は図１に示す如く平面視集磁部１０、１０と重なっている。
なお、本発明において、第１コイル部７と第２コイル部８の同相磁界発生部とは、第１コイル部７と第２コイル部８のそれぞれの中心部の間の領域、すなわち、第１コイル部７の中心部と、第２コイル部８の中心部との間の領域である。これに対して、第１コイル部７と第２コイル部８のそれぞれの中心部から、非磁性基板２の外側よりの領域、例えば図１において、第１コイル部７の中心部より上側の領域および第２コイル部８の中心部より下側の領域は、逆相磁界発生部とされる。
【００４３】
前記構造の通電部９の寸法は、特に限定されるものではないが、後述する電子方位計としての機器の小型化のために、通電部９と集磁部１０、１０を合わせた長手方向の長さを０．５ｍｍとすることを想定すると、一例として、通電部９の長さを２５０μｍ程度、幅を３０μｍ程度、集磁部１０の幅と長さを１２５μｍ程度とすることができる。
【００４４】
次に、前記構成の磁気センサ素子１の動作および外部磁界の検出方法（磁界検出方法）について説明する。なお、ここでは、通電部９に対して三角波電流を通電する場合を例にして説明する。
まず、各通電用電極パッド１６、１９に接続された交流電源をＯＮにする。
ここで、交流電源が供給する電流パターンの一例を図５（ａ）に示す。
交流電源から供給された三角波電流は、各通電用電極１５、１８を介して通電部９に供給され、通電部９の幅方向に沿って流れる。これにより、通電部９が励磁され、図５（ｄ）に示すように、その長手方向にＢ−Ｈカーブに沿った磁束が生じる。この通電部９における磁化状態（磁束密度）の経時変化を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示すように、通電部９には、長手方向の磁束が向きを変えて交互に生じる。
ここで、図５（ｂ）中の実線は、磁気センサ素子１を外部磁界が実質的に存在しない環境に置いた場合の磁気コアの磁化状態の経時変化、図５（ｂ）中の二点鎖線は、磁気センサ素子１を正方向の外部磁界中に置いた場合の磁気コアの磁化状態の経時変化、図５（ｂ）中の点線は、磁気センサ素子１を負方向の外部磁界中に置いた場合の磁気コアの磁化状態の経時変化である。
通電部９に生じた磁束はピックアップコイル６の各順方向ライン２７、３０と交差し、各順方向ライン群（同相磁界発生部）２７Ａ、３０Ａに誘導電圧（誘導電流）を発生させる。そして、ピックアップコイル６に発生した誘導電圧は、ピックアップコイル６の各出力端７ａ、８ａから出力電圧として検出される。
このとき、図５（ｃ）に示すように、各出力端７ａ、８ａから検出される出力電圧波形には、通電部９に生じる磁束の向きが正方向から負方向に反転するタイミングと、負方向から正方向に反転するタイミングとで、互いに逆向きのスパイク状の電圧波形（スパイク波）が検出される。
【００４５】
ここで、図５（ｃ）中の実線は、磁気センサ素子１を外部磁界が実質的に存在しない環境に置いた場合の出力電圧波形、図５（ｃ）中の二点鎖線は、磁気センサ素子１を正方向の外部磁界中に置いた場合の出力電圧波形、図５（ｃ）中の点線は、磁気センサ素子１を負方向の外部磁界中に置いた場合の出力電圧波形である。このように外部磁界中では、外部磁界が実質的に存在しない場合に比べてスパイク状の電圧波形の位置が、外部磁界の向きおよび強さに応じて右側または左側にシフトする。
この出力電圧波形において、一のスパイク状電圧波形と次に検出される逆符号のスパイク状電圧波形との時間間隔を計測し、この時間間隔に基づいて先に説明した（１）式〜（３）式に従い、所定の演算を行うことにより、外部磁界強度を算出することができる。
以上の工程により、磁気センサ素子１の周囲の外部磁界を検出することができる。
【００４６】
このように構成された磁気センサ素子１は、従来必要であった励磁コイルを用いずに、磁気コア３の通電部９に直接電流を通電することによって、通電部９を長手方向に励磁する構成のため、次のような効果を得ることができる。
（１）磁気コア３に励磁コイルを巻回すプロセスを省略でき、構造を単純にすることができる。
（２）励磁コイルを巻回すのに必要な領域を省略できるため、その分ピックアップコイル６を多く巻回すことができる。その結果、出力を大きくとることができるため、ＳＮ比を向上させることができる。
（３）磁気コア３を励磁コイルによって励磁する場合、磁気コア３の長さを短くすると、反磁界の影響が大きくなって励磁効率が低下するため、大電流による通電が必要となる。これに対して、磁気コア３に直接電流を通電することによって励磁すると、励磁の際に反磁界の影響を小さくすることができる。このため、小さい電流で動作させることができ、低消費電力化が可能となる。
（４）また、励磁の際に反磁界の影響が小さいため、センサ素子の小型化が可能であり、小型、薄型の電子方位計の構成が可能である。
【００４７】
また、本実施形態の磁気センサ素子１では、ピックアップコイル６としてスパイラル状コイルを用い、磁気コア３の通電部９近傍にスパイラル状コイルの同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａを配しているため、次のような効果を得ることができる。
（Ａ）逆相磁界発生部２８Ａ、３１Ａにおける磁束変化の影響を取り除くことができ、ＳＮ比の向上が可能である。
（Ｂ）逆相磁界発生部２８Ａ、３１Ａに配した軟磁性薄膜の領域を集磁構造として用いることが可能となるため、感度の向上が可能である。
以上の理由から、感度、出力およびＳＮ比を十分に確保しつつ、磁気センサ素子１の小型化が可能である。
【００４８】
また、この磁気センサ素子１では、通電部９の励磁によって生じる磁束の方向が、平行フラックスゲートセンサと同様に通電部９の長手方向であるため、前述のように通電部９に三角波電流を通電した場合には、この三角波電流の極性が切り替わるタイミングで出力されるスパイク状電圧波形を検出し、このスパイク状電圧波形の発生する時間間隔をカウンタにて計測することにより、この時間間隔に基づいて外部磁界強度を算出することができる。このような磁界の検出方法では、外部磁界強度の算出過程でヒステリシスの影響を取り除くことができるとともに、カウンタを用いたデジタル検出が可能であるため、ＡＤ変換時の誤差の影響を取り除くことができる。このため、検出値のリニアリティが良く、外部磁界強度を精度よく検出することができる。
【００４９】
なお、第１実施形態の磁気センサ素子１において、各部の形状は前述のものに限るものではない。例えば、図６に示すように、集磁部１０Ａが、環状をなし、第１コイル部７の逆相磁界発生部２８Ａおよび第２コイル部の逆相磁界発生部３１Ａの双方と重なるように配設された磁気コア３Ａとしてもよい。この場合、通電部９は、その各端部が集磁部１０Ａの内周側に連結される。この構造の場合においても、前述と同様の作用・効果が得られる。
【００５０】
次に、磁気センサ素子の製造方法の一例について、図１に示す磁気センサ素子を製造する場合を例にして説明する。
まず、非磁性基板２上に、磁気コア３の平面形状に対応した開口部を有するレジストフレームを形成する。
次に、レジストフレームが形成された非磁性基板２上に、スパッタ法により、アモルファス組成のＣｏＮｂＺｒ合金などの薄膜を成膜した後、レジストフレームをリフトオフする。これにより、磁気コア３を形成する。
【００５１】
続いて、非磁性基板２および磁気コア３を覆うように、Ｔｉ、Ｃｒ、ＴｉＷ等のバリアメタルを介してＣｕの膜を成膜する。このＣｕの膜は、後工程で行う電解めっきのためのシード層となるものである。
次に、Ｃｕの膜上に、導体層４の平面形状に対応した開口部を有するレジストフレームを形成する。そして、Ｃｕの膜をシード層として電解めっき法により導体膜を形成し、レジストフレームを剥離する。これにより、導体層４の平面形状をなすめっき膜が形成する。続いて、めっき膜の周囲のＣｕの膜を、エッチングにより除去する。以上の工程により、導体層４を形成する。
【００５２】
次に、非磁性基板２、磁気コア３および導体層４を覆うように感光性ポリイミド樹脂の前駆体を塗布し、露光、現像を施すことによって所定のパターンで硬化させた後、窒素雰囲気中にて熱処理する。これにより、所定のパターンのポリイミドの絶縁層５を得ることができる。
続いて、絶縁層５の上に、Ｔｉ、Ｃｒ、ＴｉＷ等のバリアメタルを介してＣｕ膜を成膜する。このＣｕ膜は、後工程で行う電解めっきのためのシード層となるものである。
【００５３】
次に、Ｃｕの膜上に、ピックアップコイル６の平面形状に対応した開口部を有するレジストフレームを形成する。そして、Ｃｕの膜をシード層として電解めっき法により導体膜を形成し、レジストフレームを剥離する。これにより、ピックアップコイル６の平面形状をなすめっき膜が形成される。続いて、めっき膜の周囲のＣｕ膜を、エッチングによって除去することでピックアップコイル６を得ることができる。
以上の工程により、磁気センサ素子１を得ることができる。
【００５４】
＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る磁気センサ素子の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態において、前記第１実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
図７は、本発明の磁気センサ素子の第２実施形態を示す平面図、図８は、図７に示す磁気センサ素子が備える磁気コアを示す平面図である。
図７に示す磁気センサ素子１Ｂは、磁気コアおよび導体層の平面形状が異なる以外は、前記第１実施形態の磁気センサ素子１と同様の構造である。
【００５５】
図７、８に示すように、この磁気センサ素子１Ｂにおいて、磁気コア３Ｂは、複数本（本実施形態では４本）の帯状の軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６がストライプ状に並列したパターンを有し、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６の長手方向がピックアップコイル６Ｂの各順方向ライン２７、３０および各逆方向ライン２８、３１の各延在方向と直交するように、ピックアップコイル６Ｂと重なって設けられている。なお、以下の説明では、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６を、左側から順に「第１軟磁性薄膜３３〜第４軟磁性薄膜３６」と称する。
【００５６】
導体層４は、通電用導体部３７と、第１出力用導体部１３および第２出力用導体部１４とを有する。
通電用導体部３７は、第１軟磁性薄膜３３の第２軟磁性薄膜３４側と反対側の辺縁部（図８の左側辺縁部）に接続された第１通電用電極３８と、第４軟磁性薄膜３６の第３軟磁性薄膜３５側と反対側の辺縁部（図８の右側辺縁部）に接続された第２通電用電極３９と、隣り合う軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６同士をそれぞれ接続する複数の接続部４０と、外部の交流電源に接続される第１通電用電極パッド４１および第２通電用電極パッド４２と、第１通電用電極３８と第１通電用電極パッド４１とを接続する第１通電用配線４３と、第２通電用電極３９と第２通電用電極パッド４２とを接続する第２通電用配線４４とを有する。
また、第１通電用配線４３は第１通電用電極パッド４１と同一層に形成され、第１通電用配線４３の先端位置に形成された上下導通用電極４３Ａと、上下導通用電極４３Ａの下層側に接続された延長配線４３Ｂを介して第１通電用電極３８に接続されている。同様に、第２通電用配線４４は第２通電用電極パッド４２と同一層に形成され、第２通電用配線４４の先端位置に形成された上下導通用電極４４Ａと、上下導通用電極４４Ａの下層側に接続された延長配線４４Ｂを介して第２通電用電極３９に接続されている。
【００５７】
各電極３８、３９および各接続部４０は、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６の辺縁部のうち各同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａと重なる領域に接続されている。これにより、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６には、各同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａと重なる領域にのみ交流が通電される。すなわち、この実施形態の磁気コア３Ｂでは、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６の各同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａと重なる領域が通電部９Ｂとして機能する。
【００５８】
交流電源から第１通電用電極パッド４１に供給された電流は第１軟磁性薄膜３３に供給され、第１軟磁性薄膜３３、第２軟磁性薄膜３４、第３軟磁性薄膜３５、第４軟磁性薄膜３６を順次それらの幅方向に沿って流れる。一方、第２通電用電極パッド４２から供給された電流は、第４軟磁性薄膜３６に供給され、第４軟磁性薄膜３６、第３軟磁性薄膜３５、第２軟磁性薄膜３４、第１軟磁性薄膜３３を順次幅方向に沿って流れる。このように互いに逆向きの電流が交互に流れることにより、第１軟磁性薄膜３３〜第４軟磁性薄膜３６の各通電部９Ｂが、その長手方向に励磁される。
【００５９】
一方、第１出力用導体部１３は、ピックアップコイル６Ｂの第１コイル部７の出力端７ａと電気的に接続された第１出力用電極２１と、外部の検出回路に接続される第１出力用電極パッド２２と、第１出力用電極２１と第１出力用電極パッド２２とを電気的に接続する第１出力用配線２３によって構成されている。
また、第２出力用導体部１４は、ピックアップコイル６Ｂの第２コイル部８の出力端８ａと電気的に接続された第２出力用電極２４と、外部の検出回路に接続される第２出力用電極パッド２５と、第２出力用電極２４と第２出力用電極パッド２５とを電気的に接続する第２出力用配線２６によって構成されている。
【００６０】
ピックアップコイル６Ｂは、各コイル部７、８の配線が中心側から外側に時計回りに延在されている以外は、前記第１実施形態のピックアップコイル６と同様の構成である。
この磁気センサ素子１Ｂでは、交流電源から例えば三角波電流が供給されると、第１軟磁性薄膜３３〜第４軟磁性薄膜３６の各通電部９Ｂの幅方向に沿って電流が流れる。これにより、各通電部９Ｂが励磁され、その長手方向に磁束が生じる。この通電部９Ｂに生じた磁束により、前記第１実施形態と同様に、ピックアップコイル６Ｂに誘導電圧が発生し、検出回路に出力される。そして、この検出回路で検出される出力電圧波形に基づいて外部磁界の強さを検出することができる。なお、第１実施形態の構造と同様、各コイル部７、８の配線が、中心側から外側に反時計回りに延在されて構成されていても良い。
【００６１】
この第２実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。
また、第２実施形態の磁気センサ素子１Ｂでは、特に、磁気コア３Ｂが複数の帯状の軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６によって構成されていることにより、磁気コア３Ｂ全体で、外部磁界の磁束をより多く引き込むことができるとともに、交流の通電によって、より多くの磁束を生じさせることができる。
また、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６が逆相磁界発生部２８Ａ、３１Ａと重なる領域まで延在されていることにより、励磁に際する反磁界の影響が低減する。
これらのことにより、磁気センサ素子１Ｂの感度および出力をより高めることができるという効果が得られる。
【００６２】
＜第３実施形態＞
次に、本発明に係る磁気センサ素子の第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態においては、前記第１実施形態および前記第２実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
図９は、本発明の磁気センサ素子の第３実施形態を示す平面図、図１０は、図９に示す磁気センサ素子が備える磁気コアを示す平面図、図１１は、第３実施形態の磁気センサ素子に適用される磁気コアの他の例を示す模式的な平面図である。
図９に示す磁気センサ素子１Ｃは、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６の一端部および他端部と連結された一対の集磁部４５、４５を有する以外は、前記第２実施形態の磁気センサ素子１Ｂと同様の構造である。
【００６３】
図９、図１０に示すように、一対の集磁部４５、４５は、それぞれ帯状をなし、その長手方向がピックアップコイルの各逆方向ライン２８、３１の延在方向と略平行となるように、各逆相磁界発生部２８Ａ、３１Ａと重なって配設されている。そして、一方の集磁部４５の一側辺に、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６の一端部が連結され、他方の集磁部４５の一側辺に、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６の他端部が連結されている。
一対の集磁部４５、４５は、各通電部９Ｃとともに外部磁界を引き込むように作用し、これにより各通電部９Ｃにより多くの磁束を引き込むことができる。また、各通電部９Ｃに励磁の際に生じる反磁界の影響を低減することができる。その結果、磁気センサ素子１Ｃの感度をより高めることができる。
この第３実施形態においても、前記第１実施形態および前記第２実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００６４】
なお、第３実施形態の磁気センサ素子１Ｃにおいて、集磁部４５、４５の形状は帯状に限るものではない。例えば、図１１に示すように、集磁部４５Ｃが、環状をなし、第１コイル部７の逆相磁界発生部２８Ａおよび第２コイル部８の逆相磁界発生部３１Ａの双方と重なるように配設されていてもよい。この場合、複数（この例では３本）の帯状軟磁性薄膜３３、３４、３５は、その各端部が集磁部４５Ｃの内周側に連結される。この場合にも、前述の構造と同様の作用・効果が得られる。
【００６５】
＜第４実施形態＞
次に、磁気センサ素子の第４実施形態について説明する。なお、第４実施形態においては、前記第１実施形態〜前記第３実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
図１２は、本発明の第４実施形態の磁気センサ素子を示す平面図、図１３は、図１２に示す磁気センサ素子をｃ−ｃ’線で切断した縦断面図、図１４は、図１２に示す磁気センサ素子が備える磁気コアを示す平面図である。
図１２、１３に示す磁気センサ素子１Ｄは、帯状の軟磁性薄膜の数が２本であることと、通電用導体部の構成が異なる以外は、前記第３実施形態と同様の構造である。
この実施形態の磁気センサ素子１Ｄでは、通電用導体部４６は、各軟磁性薄膜３３、３４に交流を通電する通電用電極４７Ａと、外部の交流電源に接続される第１通電用電極パッド４８および第２通電用電極パッド４９と、通電用電極４７Ａと第１通電用電極パッド４８とを接続する第１通電用配線５０と、通電用電極４７Ｂと第２通電用電極パッド４９とを接続する第２通電用配線５１とを有している。
また、第１通電用配線５０は第１通電用電極パッド４８と同一層に形成され、第１通電用配線５０の先端位置に形成された上下導通用電極５０Ａと、この上下導通用電極５０Ａの下層側に接続された延長配線５０Ｂを介して第１通電用電極４７Ａに接続されている。同様に、第２通電用配線５１は第２通電用電極パッド４９と同一層に形成され、第２通電用配線５１の先端位置に形成された上下導通用電極５１Ａと、この上下導通用電極５１Ａの下層側に接続された延長配線５１Ｂを介して第２通電用電極４７Ｂに接続されている。
【００６６】
通電用電極４７は、ピックアップコイル６Ｄの各順方向ライン群（同相磁界発生部）２７Ａ、３０Ａと重なる領域に設けられている。そして、図１４に示すように、通電用電極４７は、第１軟磁性薄膜３３および第２軟磁性薄膜３４と、各軟磁性薄膜３３、３４同士の間と、第１軟磁性薄膜３３の左側周辺と、第２軟磁性薄膜３４の右側周辺を覆うように設けられている。
【００６７】
このように通電用電極４７が各同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａと重なる領域にのみ設けられていることにより、各軟磁性薄膜３３、３４には、同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａと重なる領域にのみ交流が通電される。したがって、この磁気センサ素子１Ｄにおいても、各軟磁性薄膜３３、３４の各同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａと重なる領域が通電部９Ｄとして機能する。
【００６８】
交流電源から第１通電用電極パッド４８に供給された電流は、第１通電用配線５０を介して通電用電極４７に供給され、第１軟磁性薄膜３３および第２軟磁性薄膜３４を順次幅方向に沿って流れる。一方、第２通電用電極パッド４９から供給された電流は、第２通電用配線５１を介して通電用電極４７に供給され、第２軟磁性薄膜３４および第１軟磁性層３３を順次幅方向に沿って流れる。このような互いに逆向きの電流が交互に流れることにより、第１軟磁性薄膜３３および第２軟磁性薄膜３４の各通電部９Ｄが、その長手方向に励磁される。
この通電部９Ｄに生じた磁束により、前記第１実施形態と同様に、ピックアップコイル６Ｄに誘導電圧が発生し、検出回路に出力される。そして、この検出回路で検出される出力電圧波形に基づいて外部磁界の強さを検出することができる。
この第４実施形態においても、前記第１実施形態〜前記第３実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００６９】
また、第４実施形態の磁気センサ素子では、特に、通電用電極が、前記第２実施形態および前記第３実施形態における、第１通電用電極、第２通電用電極および接続部の機能を兼ね、これら３つの部材を組み合わるのに比べて単純な形状をなしている。このため、導体部を形成するための導体薄膜のパターニングを容易に行うことができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００７０】
＜第５実施形態＞
次に、磁気センサ素子の第５実施形態について説明する。なお、第５実施形態においては、前記第１実施形態〜前記第４実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
図１５は、本発明の磁気センサ素子の第５実施形態を示す縦断面図である。
図１５に示す磁気センサ素子１Ｅは、通電用電極４７の上に、第１軟磁性薄膜３３および第２軟磁性薄膜３４とそれぞれ重なるように、第１積層軟磁性層５２および第２積層軟磁性層５３が積層されている以外は、前記第４実施形態と同様である。
この第５実施形態においても、前記第１実施形態〜前記第４実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００７１】
また、第５実施形態の磁気センサ素子１Ｅでは、特に、第１軟磁性薄膜３３、通電用電極４７、第１積層軟磁性薄膜５２の積層構造と、第２軟磁性薄膜３４、通電用電極４７、第２積層軟磁性薄膜５３の積層構造を有し、各積層構造が、それぞれ磁気コアとして機能する。この場合、通電用電極４７が介在していることにより、軟磁性薄膜３３および積層軟磁性薄膜５２、軟磁性薄膜３４および積層軟磁性薄膜５３の上下で磁界を分離することができる。これにより、磁気コアに良好な励磁を行うことができる。その結果、磁気センサ素子１Ｅの感度および出力をより高めることができるという効果が得られる。
【００７２】
＜＜電子方位計＞＞
次に、本発明に係る電子方位計について、３軸電子方位計を例にして説明する。
図１６は、本発明に係る電子方位計（３軸電子方位計）を示す概略斜視図である。
図１６に示す３軸電子方位計１００は、基板１０１と、基板１０１上に実装された３個の磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚと、各磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚを駆動する駆動回路１０２等を有しており、外部磁界のＸ軸成分、Ｙ軸成分およびＺ軸成分の各強度を別々に検出し、この３軸の検出強度に基づいて方位を算出するように構成されている。
【００７３】
３個の磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚは、それぞれ外部磁界のＸ軸成分を検出する磁気センサ素子（Ｘ軸センサ）１Ｘ、外部磁界のＹ軸成分を検出する磁気センサ素子（Ｙ軸センサ）１Ｙ、外部磁界のＺ軸成分を検出する磁気センサ素子（Ｚ軸センサ）１Ｚであり、各センサ素子の通電部９の長手方向がＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向にそれぞれ対応するように基板１０１上に実装されている。
そして、この実施形態の３軸電子方位計１００では、３個の磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚがいずれも本発明の磁気センサ素子によって構成されるとともに、磁気コア３およびピックアップコイル６の構成が実質的に同一なものとされている。
【００７４】
このような３軸電子方位計１００では、各磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚにおいて磁気コア３およびピックアップコイル６の構成が同一であることにより、各磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚは外部磁界に対して同程度の感度を有する。このため、磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚ同士の感度の違いを考慮した補正が不要であり、方位算出のプロセスを簡易化することができる。
【００７５】
また、本発明の磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚは、通電部９の長さを比較的短く（０．５ｍｍ以下）した場合でも、反磁界の影響が抑えられ、外部磁界を高い感度で検出することができ、また、出力電圧波形を高出力・高ＳＮ比で得ることができる。このため、このような磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚを用いることにより、センサとしての特性を十分に確保しつつ、３軸電子方位計１００の小型化を図ることができる。特に、通電部９が基板面と直交するように実装されるＺ軸センサ１Ｚの高さ（基板１０１と直交する方向での寸法）を低くすることができるので、３軸電子方位計１００の厚さを格段に薄くすることが可能である。
【００７６】
以上、本発明の磁気センサ素子、電子方位計および磁界検出方法について説明したが、前記実施形態において、磁気センサ素子および電子方位計を構成する各部は一例であって、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
例えば、磁気コアは、ピックアップコイルの上面に形成されていてもよい。
また、本発明の磁界検出方法では、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、必要に応じて任意の工程を追加してもよい。
更に、通電部に通電する電流は、正弦波など周期的に変化する電流であれば、三角波電流に限るものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の磁気センサ素子、電子方位計および磁界検出方法は、携帯電話やＰＮＤ（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）などのモバイル機器において、地磁気を検出する３軸電子方位計に利用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ…磁気センサ素子、２…非磁性基板、３…磁気コア、４…導体層、５…絶縁層、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ…ピックアップコイル、７…第１コイル部、８…第２コイル部、９、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ…通電部、１０…集磁部、１１…第１通電用導体部、１２…第２通電用導体部、１５…第１通電用電極、１６…第１通電用電極パッド、１８…第２通電用電極、１９…第２通電用電極パッド、２１…第１出力用電極、２２…第１出力用電極パッド、２４…第２出力用電極、２５…第２出力用電極パッド、２７…順方向ライン、２７Ａ…順方向ライン群（同相磁界発生部）、２８…逆方向ライン、２８Ａ…逆方向ライン群（逆相磁界発生部）、３０…順方向ライン、３０Ａ…順方向ライン群（同相磁界発生部）、３１…逆方向ライン、３１Ａ…逆方向ライン群（逆相磁界発生部）、３３、３４、３５、３６…軟磁性薄膜、３７…通電用導体部、３８…第１通電用電極、３９…第２通電用電極、４０…接続部、４１…第１通電用電極パッド、４２…第２通電用電極パッド、４５…集磁部、４６…通電用導体部、４７…通電用電極、４８…第１通電用電極パッド、４９…第２通電用電極パッド、５２…第１積層軟磁性薄膜、５３…第２積層軟磁性薄膜、１００…３軸電子方位計、１０１…基板、１０２…駆動回路、１Ｘ、１Ｙ、１Ｚ…磁気センサ素子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地磁気等の外部磁界を検出する磁気センサ素子およびそれを用いた電子方位計と磁界検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やＰＮＤ（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）などのモバイル機器において、地磁気を検出する小型、高感度な磁気センサを、３軸方向に組み込んだ３軸電子方位計に対する要求が高まっている。
従来、高感度磁気センサとして、平行フラックスゲートセンサや直交フラックスゲートセンサのようなフラックスゲートセンサなどが用いられている。
フラックスゲートセンサは、少なくとも磁気コアと、磁気コアの励磁によって誘導電圧を発生するピックアップコイルとを有しており、磁気コアは周期的に飽和するように励磁される。
このフラックスゲートセンサは、外部磁界の中に置かれた状態で、磁気コアを励磁すると、ピックアップコイルから外部磁界に影響を受けた電圧波形が観測される。この電圧波形の振幅は外部磁界の強さに対応し、ピックアップコイルに出力される誘導電圧を計測することによって外部磁界の強さを検出することができる。
【０００３】
フラックスゲートセンサのうち、平行フラックスゲートセンサは、磁気コアおよびピックアップコイルの他に、磁気コアを励磁するための励磁コイルを有している。このような平行フラックスゲートセンサでは、励磁コイルに例えば交流電流を通電することにより、励磁コイルに電流の変化に対応して磁束が発生し、この磁束によって磁気コアが周期的に飽和する。
この平行フラックスゲートセンサは、このように磁気コアと、励磁コイルおよびピックアップコイルの２つのコイルを有することから構造が複雑になる。また、平行フラックスゲートセンサは、磁気コアを励磁する際に反磁界の影響を受けることから励磁効率が低くなる。このため、反磁界による励磁効率の低下を補うべく素子サイズを大きくする必要があり、小型化が難しい。
【０００４】
反磁界の影響を低減する手法としては、リング状の磁気コアや、Ｈ型の磁気コアを用いることが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。しかし、これらを用いる場合においても、励磁コイルとピックアップコイルの２つのコイルは必要であり、構造が複雑になることは避けられない。
また、平行フラックスゲートセンサでは、前述のように、磁気コアの上下にそれぞれコイルの巻線を巻回す必要がある。このため、素子の小型化を図るためには、各コイルの巻数を制限しなければならないが、そうすると、十分な励磁効率および誘導電圧が確保できないといった問題が生じてしまう。
また、このように磁気コアの周りに巻回された励磁コイルは、励磁周波数を高くするとインダクタンスが増大することから、励磁周波数を高くすることに制限がある。このため、平行フラックスゲートセンサは応答速度が遅いといった問題もある。
【０００５】
一方、直交フラックスゲートセンサや、表皮効果によるインピーダンス変化を利用した磁気インピーダンス型磁気センサ（ＭＩセンサ）は、磁気コアに直接励磁電流を通電し、磁気コアの周回方向に励振することにより磁化の回転に比例した電圧を検出する。このため、磁気コアの励振に際して反磁界の影響を受けにくく、素子長を短くできる特徴を有し、薄膜プロセスで作製することにより小型化、集積化が可能となる。（例えば、特許文献３、非特許文献１、２参照。）また、これらのセンサは、磁気コアに直接通電する構造のため、励磁周波数の高周波化が可能であり、応答速度を速くできるといった利点を有していることから、交流磁界の検出に適している特徴を有する。
【０００６】
ところで、このように直交フラックスゲートセンサは、平行フラックスゲートセンサに比べて利点を有するが、いずれのセンサにおいても次のような問題がある。
すなわち、これらのセンサでは、磁気コアのヒステリシス特性に起因して、センサ出力にも僅かではあるがヒステリシスが生じ、そのままではリニアリティが悪いため、これを補正するための負帰還回路を構成する必要があり、検出回路が複雑になるといった問題がある。
そこで、フラックスゲートセンサについて、ヒステリシスの影響を回避した磁界検出方法として以下のような方法が開示されている（例えば、特許文献４、５、非特許文献３、４参照）。
【０００７】
これらに開示の磁界検出方法では、励磁コイルに三角波電流を供給し、磁気コア内の磁束が反転する際に発生するスパイク状電圧波形の発生する時間間隔をカウンタにより計測する方法が提案されている。
このスパイク状電圧波形は、センサが置かれた環境の外部磁界の有無や強さによって時間軸上をシフトするため、それが検出される時間間隔を用いることにより、下記式（１）〜（３）に基づいて外部磁界を検出することができる。
なお、下記式（１）〜（３）において、後述する図５（ａ）に示す如く極性反転型の周期Ｔの三角波形電流を供給し、図５（ｂ）に示す如く軟磁性コアの磁化状態が変化し、図５（ｃ）に示す如くスパイク状電圧波形が得られる場合、
ｔ１は、正の誘導電圧が発生する時間を示し、ｔ２は、負の誘導電圧が発生する時間を示し、Ｈｅｘｃは、励磁磁界（励磁コイルにて発生する磁界）を示し、Ｈｃは、磁気コアの保磁力を示し、Ｈｅｘｔは、外部磁界を示し、Ｔｄは遅延時間を示す。
【０００８】
【数１】
【０００９】
【数２】
【００１０】
【数３】
【００１１】
上述の磁界検出方法によると、磁気センサからの出力がタイムドメインとして出力される。そして、式（３）に示すように、磁気センサを構成する磁気コアの保磁力に起因するヒステリシスの影響を取り除くことができるうえに、カウンタを用いたデジタル検出が可能であり、ＡＤ変換時の誤差を取り除くことができるため、リニアリティの良好なセンサを構成することができる。しかし、この磁界検出方法は平行フラックスゲートセンサについてしか適用できないため、上述の理由により、小型化が難しいという問題があった。
【００１２】
また、従来の携帯端末に用いられる電子コンパスにおいては、デバイスの軽薄短小化のニーズから、３軸磁気センサを有するモジュールで厚さ１ｍｍ以下のサイズが求められている。
ここで、上述のようなフラックスゲートセンサやＭＩセンサによって、搭載基板に対して垂直な磁界を検出するためには、センサ素子を基板に対して垂直方向となるように実装する必要があり、このことを考慮すると、センサ素子の感磁方向のサイズは０．５ｍｍ程度であることが望ましい。
しかしながら、センサ素子を０．５ｍｍ程度にまで小型化した場合、磁気コアの反磁界の影響が大きくなることに加え、周囲に巻回せるコイルの巻き数が制限される。このことが、感度の低下およびＳＮ比の低下を招き、電子コンパスとして必要なセンサ特性を実現することが困難であった。
【００１３】
このことから、これまでの電子コンパスにおいては、搭載基板に対して垂直な磁界を検出するための磁気センサは、他の２軸の磁界を検出するための磁気センサとは、磁気コアの形状や特性が異なるように構成されており、両者の感度の違いを考慮した補正が必要となる。このため、方位算出のプロセスが煩雑になるといった問題があった。
【００１４】
そこで、小型化および集積化を図るため、磁気コアやコイルを薄膜プロセスによって形成したものが提案されている（例えば、特許文献６〜８参照。）。
しかし、これらの磁気センサも、磁気コアの長さをある程度短くすると、感度やＳＮ比の低下が招来され、センサとしての特性を十分に確保しつつ磁気コアの長さを０．５ｍｍ程度に抑えるのは難しい問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第２７３０４６７号
【特許文献２】特開２００６−２３４６１５号公報
【特許文献３】特許３６４５１１６号
【特許文献４】特開２００７−７８４２２号公報
【特許文献５】特開２００７−７８４２３号公報
【特許文献６】特開２００１−１９４１８１号公報
【特許文献７】特開２００３−１６３３９１号公報
【特許文献８】特開２００６−２３４６１５号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】電気学会論文誌，９３−Ｃ，２７（１９７９３）
【非特許文献２】日本応用磁気学会誌．２５，ｐｐ．９５５−９５８（２００１）
【非特許文献３】Ｍ．Ｌａｓｓａｈｎ，Ｇ．Ｔｒｅｎｋｌｅｒ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．２，ｐｐ．６３５−６３９，１９９３
【非特許文献４】Ｐａｖｅｌ Ｒｉｐｋａ，“Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒｓ”Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ，ｐｐ．９４−９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、小型化しても、出力電圧波形を高出力・高ＳＮ比で得ることができ、外部磁界を高い感度で検出することができる磁気センサ素子、これを用いた電子方位計および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】
【００１８】
本発明は、上記課題を解決するために以下の構成を有する。
本発明に係る第１の発明の磁気センサ素子は、軟磁性薄膜からなる１つ以上の帯状の通電部を備えた磁気コアと、渦巻き状に巻回された導体薄膜からなるスパイラル状の２つのコイル部が電流の方向を逆向きになるように電気的に接続されて構成され、前記磁気コアの上方または下方に配置されて前記磁気コアの磁束変化による誘導電圧を出力するためのピックアップコイルと、前記磁気コアと前記スパイラルコイル部を絶縁する絶縁層とが少なくとも備えられた磁気センサであって、前記磁気コアがその通電部を前記２つのスパイラルコイル部の中心を結んだ直線と平行になるように配置され、前記磁気コアにおける前記スパイラルコイル部の同相磁界発生部と重なり合う領域に、前記スパイラルコイル部の配線と略平行方向に時間的に変化する電流を通電して前記磁気コアの通電部を励磁するための通電用電極が形成されてなることを特徴とする。
本発明に係る第２の発明の磁気センサ素子は、前記磁気コアが、前記スパイラルコイル部の同相磁界発生部から逆相磁界発生部と重なる領域まで延在されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る第３の発明の磁気センサ素子は、前記磁気コアが、前記逆相磁界発生部と重なるように設けられた幅広の集磁部を前記通電部の両端部に連続して形成されていることを特徴とする。
本発明に係る第４の発明の磁気センサ素子は、前記磁気コアが、並列する複数の帯状軟磁性薄膜からなることを特徴とする。
本発明に係る第５の発明の磁気センサ素子は、前記磁気コアが、軟磁性薄膜と導体膜の積層構造とされてなることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る第６の発明の電子方位計は、先のいずれかに記載の磁気センサ素子を備えることを特徴とする。
本発明に係る第７の発明の電子方位計は、前記通電部の長手方向が、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向となるように配された３個の前記磁気センサ素子を有し、前記各磁気センサ素子は、少なくとも前記ピックアップコイルおよび前記磁気コアの構成が実質的に同一であることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る磁界検出方法は、先の第１から第５の発明のいずれかに記載の磁気センサ素子を用いて外部磁界を検出する磁界検出方法であって、
前記磁気センサ素子の前記通電部に対し前記ピックアップコイルの同相磁界発生部と重なり合う領域に、前記スパイラルコイル部の配線と略平行方向に時間的に極性が変化する電流を通電し、前記時間的に極性が変化した電流に起因して生じる前記磁気コア内の磁束の変化に伴ってピックアップコイルに生じる誘導出力を検出し、この誘導出力の時間間隔に基づいて外部磁界の強度を算出する工程とを有することを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る磁界検出方法は、先の第１〜第５の発明のいずれかに記載の磁気センサ素子の前記通電部に対し三角波電流を通電し、この三角波電流の極性が切り替わるタイミングで前記ピックアップコイルから出力される正符号および負符号の各スパイク状電圧波形をそれぞれ検出する工程と、
一のスパイク状電圧波形と次に検出される逆符号のスパイク状電圧波形との時間間隔を計測し、この時間間隔に基づいて外部磁界の強度を算出する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、励磁コイルを用いずに、磁気コアの通電部に直接電流を通電することによって、通電部を長手方向に励磁するため、次のような効果を得ることができる。 磁気コアに励磁コイルを巻回すプロセスを省略でき、構造を単純にすることができる。
励磁コイルを巻回すのに必要な領域を省略できるため、その分ピックアップコイルを多く巻回すことができる。その結果、出力を大きくとることができるため、ＳＮ比を向上させることができる。
磁気コアを励磁コイルによって励磁する場合、磁気コアの長さを短くすると、反磁界の影響が大きくなって励磁効率が低下するため、大電流による通電が必要となる。これに対して、磁気コアに直接電流を通電することによって励磁すると、励磁の際に反磁界の影響を小さくすることができる。このため、小さい電流で動作させることができ、低消費電力化が可能となる。
また、励磁の際に反磁界の影響が小さいため、センサ素子の小型化が可能であり、小型、薄型の電子方位計の構成が可能である。
【００２４】
また、本発明では、ピックアップコイルとして導体薄膜よりなるスパイラルコイルを用い、磁気コアの通電部近傍にスパイラルコイルの同相磁界発生部を配しているため、次のような効果を得ることができる。
逆相磁界発生部における磁束変化の影響を取り除くことができ、ＳＮ比の向上が可能である。
逆相磁界発生部に配した軟磁性薄膜の領域を集磁構造として用いることが可能となるため、感度の向上が可能である。
【００２５】
以上の理由から、感度、出力およびＳＮ比を十分に確保しつつ、磁気センサ素子の小型化が可能である。
このため、３個の磁気センサ素子が、それぞれ、その通電部の長手方向がＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向となるように配することによって３軸電子方位計を構成する場合に、すべての磁気センサ素子についてピックアップコイルおよび磁気コアの構成を実質的に同一としても、３軸電子方位計を十分に小型なものとすることができる。また、３個の磁気センサ素子のピックアップコイルおよび磁気コアの構成を実質的に同一とすることにより、方位計算をする上で、磁気センサ素子間の感度の違いを補正する必要がなくなり、方位を算出するためのプロセスを簡易化することができる。
【００２６】
また、本発明では、通電部の励磁によって生じる磁束の方向を、平行フラックスゲートセンサと同様に通電部の長手方向とすることができる。このため、通電部に三角波電流を通電した場合には、この三角波電流の極性が切り替わるタイミングで出力されるスパイク状電圧波形を検出し、このスパイク状電圧波形の発生する時間間隔をカウンタにて計測することにより、この時間間隔に基づいて外部磁界強度を算出することができる。
このような磁界の検出方法では、外部磁界強度の算出過程でヒステリシスの影響を取り除くことができるとともに、カウンタを用いたデジタル検出が可能であるため、ＡＤ変換時の誤差の影響を取り除くことができる。このため、検出値のリニアリティが良く、外部磁界強度を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の磁気センサ素子の第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図１に示す磁気センサ素子を図１中に記載のａ−ａ’線で切断した縦断面図である。
【図３】図１に示す磁気センサ素子を図１中に記載のｂ−ｂ’線で切断した縦断面図である。
【図４】図１に示す磁気センサが備える磁気コア部分を示す平面図である。
【図５】本発明に係る磁界検出方法を説明するための図であって、図５（ａ）は印加する三角波電流の一例を示すグラフ、図５（ｂ）は磁気コアにおける磁化状態の変化を示すグラフ、図５（ｃ）は得られるスパイク状電圧波形を示すグラフ、図５（ｄ）は磁気ヒステリシスカーブを示すグラフである。
【図６】第１実施形態の磁気センサ素子に適用される磁気コアの他の例を示す模式的な平面図である。
【図７】本発明の磁気センサ素子の第２実施形態を示す平面図である。
【図８】図７に示す磁気センサ素子が備える磁気コアを示す平面図である。
【図９】本発明の磁気センサ素子の第３実施形態を示す平面図である。
【図１０】図９に示す磁気センサ素子が備える磁気コアを示す平面図である。
【図１１】第３実施形態の磁気センサ素子に適用される磁気コアの他の例を示す模式的な平面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態の磁気センサ素子を示す平面図である。
【図１３】図１２に示す磁気センサ素子を図１２中に示すｃ−ｃ’線で切断した縦断面図である。
【図１４】図１２に示す磁気センサ素子が備える磁気コアを示す平面図である。
【図１５】本発明の第５実施形態の磁気センサ素子を示す縦断面図である。
【図１６】本発明に係る電子方位計の一実施形態を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
＜＜磁気センサ素子＞＞
＜第１実施形態＞
まず、本発明の磁気センサ素子の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の磁気センサ素子の第１実施形態を示す平面図、図２は、図１に示す磁気センサ素子を図１中に示すａ−ａ’線で切断した縦断面図、図３は、図１に示す磁気センサ素子を図１中に示すｂ−ｂ’線で切断した縦断面図、図４は、図１に示す磁気センサ素子が備える磁気コアを示す平面図、図５は、本発明の磁気センサ素子の動作を説明するための図、図６は、第１実施形態の磁気センサ素子に適用される磁気コアの他の例を示す模式的な平面図である。
【００２９】
図１〜３に示す磁気センサ素子１は、非磁性基板２と、該非磁性基板２上に設けられた磁気コア３および導体層４と、これら各部の上に絶縁層５を介し設けられたピックアップコイル６とを有しており、ピックアップコイル６は第１コイル部７と第２コイル部８とで構成されている。第１コイル部７と第２コイル部８は、図１に示す如く巻き方向（電流の流れる方向）が平面視逆向きでこれらは電気的に直列になるように接続され、非磁性基板２の上面中央側に平面視上下に隣接配置されている。
【００３０】
非磁性基板２は、磁気センサ素子１を構成する各部を支持するものである。
非磁性基板２としては、例えばシリコン（Ｓｉ）、ガラス、セラミックス等の非磁性体よりなる基板が挙げられる。
磁気コア３は、図４に拡大して示す如く平面視帯状をなす通電部９と、通電部９の両端部に設けられた一対の集磁部１０、１０とを有し、全体が軟磁性薄膜によって構成されている。
軟磁性薄膜としては、一軸異方性を付与できるものであれば特に限定されないが、アモルファス組成のＣｏ８５Ｎｂ１２Ｚｒ３膜、ＦｅＮｉ合金膜、ＦｅＳｉＡｌ合金膜、ＣｏＦｅＳｉＢ合金膜などの軟磁性薄膜等を用いることができる。
【００３１】
前記通電部９には、後述する第１通電用電極１５および第２通電用電極１８を介して幅方向（後述する順方向ライン２７および３０に対して略平行方向）に三角波電流（時間的に変化する電流）が供給される。これにより、通電部９は、その長手方向に励磁される。そして、外部磁界の中に置かれた状態では、通電部９に外部磁界の磁束が引き込まれ、励磁によって生じる磁束に重畳されるようになっている。
【００３２】
一対の集磁部１０、１０は、互いに略同じ形状とされ、それぞれ、通電部９よりも幅広とされている。各集磁部１０、１０は、帯状の通電部９の長手方向両端部に対し接続し、通電部９とともに全体としてＩ字型になるように非磁性基板２の上面中央側に形成されている。
また、本実施形態の磁気センサ素子１において、磁気コア３は、２つのスパイラルコイル部７、８の渦巻き中心間より外側の逆相磁界発生部２８Ａ、３１Ａに平面視重なるように集磁部１０、１０を配置し、２つのスパイラルコイル部７、８の渦巻き中心を結ぶ直線に平行になるように通電部９を配置するように非磁性基板２上に形成されている。
各集磁部１０は通電部９よりも幅が広くなったパターンとして形成されるが、この幅が広がった形状とは、図４に示す如く通電部９と集磁部１０との境界部分またはその近傍において、これらを構成する軟磁性薄膜の幅がテーパを有して徐々に広がっている形状や段階的（ステップ状）に広がっている形状を問わない。なお、一方の集磁部１０と他方の集磁部１０はそれらの平面形状が違っていても差し支えなく、非対称であっても対称形状であっても良い。
【００３３】
一対の集磁部１０、１０は、通電部９とともに外部磁界を引き込むように作用し、これにより通電部９により多くの磁束を引き込むことができる。また、磁気コア３に励磁の際に生じる反磁界の影響を低減することができる。その結果、磁気センサ素子１の感度を高めることができる作用を奏する。
【００３４】
導体層４は、非磁性基板２のコーナー部に設けられた第１通電用導体部１１および第２通電用導体部１２と、第１出力用導体部１３および第２出力用導体部１４とを有する。
第１通電用導体部１１は、その一部が通電部９の長手方向に沿う一方の辺縁部（図１の左側の辺縁部）と重なるように設けられた第１通電用電極１５と、外部の交流電源に接続される第１通電用電極パッド１６と、第１通電用電極１５と第１通電用電極パッド１６とを接続する第１通電用配線１７とによって構成されている。
【００３５】
また、第２通電用導体部１２は、その一部が通電部９の長手方向に沿う他方の辺縁部（図１の右側の辺縁部）と重なるように設けられた第２通電用電極１８と、外部の交流電源に接続される第２通電用電極パッド１９と、第２通電用電極１８と第２通電用電極パッド１９とを接続する第２通電用配線２０とによって構成されている。非磁性基板２上において、図１に示す如く平面視した場合に第２通電用導体部１２は、第１通電用導体部１１に対して略点対称位置に形成されている。
【００３６】
第１通電用電極パッド１６および第２通電用電極パッド１９に接続された交流電源から交流が供給されると、第１通電用電極パッド１６からの電流は、第１通電用配線１７および第１通電用電極１５を介して通電部９に供給され、通電部９の幅方向を左から右に向かって流れる。また、第２通電用電極パッド１９からの電流は、第２通電用配線２０および第２通電用電極１８を介して通電部９に供給され、通電部９の幅方向を右から左に向かって流れる。このように互いに逆向きの電流が交互に流れることにより、通電部９が、その長手方向に励磁される。
【００３７】
一方、第１出力用導体部１３は、ピックアップコイル６の第１コイル部７の中心側の出力端７ａに電気的に接続された第１出力用電極２１と、外部の検出回路に接続される第１出力用電極パッド２２と、前記第１出力用電極２１と第１出力用電極パッド２２とを接続する第１出力用配線２３によって構成されており、第１通電用導体部１１に隣り合うように形成されている。
【００３８】
また、第２出力用導体部１４は、ピックアップコイル６の第２コイル部８の中心側の出力端８ａに接続された第２出力用電極２４と、外部の検出回路に接続される第２出力用電極パッド２５と、前記第２出力用電極２４と第２出力用電極パッド２５とを接続する第２出力用配線２６によって構成されており、非磁性基板２上において第１出力用導体部１３に対して略点対称位置に配置されている。
第１コイル部７および第２コイル部８で生じた誘導電圧は、第１出力用電極２１と第２出力用電極２４との間の出力電圧として検出回路で検出される。
【００３９】
絶縁層５は、磁気コア３および導体層４と、ピックアップコイル６とを絶縁するように非磁性基板２上に形成されている。
絶縁層５は、非磁性基板２、磁気コア３および導体層４の上に全面的に設けられ、各出力用電極２１、２４に対応する位置にスルーホールが設けられている。スルーホール内には上下導通用の導体が充填され、これにより、各出力用電極２１、２４と第１コイル部７および第２コイル部８の各出力端７ａ、８ａとが電気的に接続されている。
絶縁層５を構成する材料は、感光性ポリイミドなどの絶縁性樹脂の他、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の金属酸化物、Ｓｉ３Ｎ４やＡｌＮ等の金属窒化物などを例示することができる。
【００４０】
ピックアップコイル６を構成する第１コイル部７および第２コイル部８について説明すると、それぞれ、スパイラル状のパターンで形成された導体薄膜によって構成されており、より具体的に、各コイル部７、８は、中心から外側に反時計回りに延在された配線（導体薄膜）によって構成され、ピックアップコイル６全体で略８の字状をなすように、各コイル部７、８の最外周の配線同士が連続されている。このピックアップコイル６では、各コイル部７、８の中心側の端部が該ピックアップコイル６で生じた誘導電圧を出力する出力端７ａ、８ａを構成する。なお、各コイル部７、８は、中心から外側に時計回りに延在された配線によって構成されていても良い。
【００４１】
ここで、第１コイル部７の配線は、通電部９の幅方向と略平行となるように並列した複数の順方向ライン２７よりなる順方向ライン群（同相磁界発生部）２７Ａと、順方向ライン群２７Ａと離間して配され、通電部９の幅方向と略平行となるように並列した複数の逆方向ライン２８よりなる逆方向ライン群（逆相磁界発生部）２８Ａとを有し、順方向ライン群２７Ａが逆方向ライン群２８Ａよりも第２コイル部８側となるように配されている。
また、第２コイル部８の配線も、同様に、複数の順方向ライン３０よりなる順方向ライン群（同相磁界発生部）３０Ａ、複数の逆方向ライン３１よりなる逆方向ライン群（逆相磁界発生部）３１Ａとを有し、順方向ライン群３０Ａが逆方向ライン群３１Ａよりも第１コイル部７側となるように配されている。
【００４２】
そして、各コイル部７、８において、各順方向ライン２７、３０は通電部９を幅方向に横切るように該通電部９と重なっており、各逆方向ライン２８、３１は図１に示す如く平面視集磁部１０、１０と重なっている。
なお、本発明において、第１コイル部７と第２コイル部８の同相磁界発生部とは、第１コイル部７と第２コイル部８のそれぞれの中心部の間の領域、すなわち、第１コイル部７の中心部と、第２コイル部８の中心部との間の領域である。これに対して、第１コイル部７と第２コイル部８のそれぞれの中心部から、非磁性基板２の外側よりの領域、例えば図１において、第１コイル部７の中心部より上側の領域および第２コイル部８の中心部より下側の領域は、逆相磁界発生部とされる。
【００４３】
前記構造の通電部９の寸法は、特に限定されるものではないが、後述する電子方位計としての機器の小型化のために、通電部９と集磁部１０、１０を合わせた長手方向の長さを０．５ｍｍとすることを想定すると、一例として、通電部９の長さを２５０μｍ程度、幅を３０μｍ程度、集磁部１０の幅と長さを１２５μｍ程度とすることができる。
【００４４】
次に、前記構成の磁気センサ素子１の動作および外部磁界の検出方法（磁界検出方法）について説明する。なお、ここでは、通電部９に対して三角波電流を通電する場合を例にして説明する。
まず、各通電用電極パッド１６、１９に接続された交流電源をＯＮにする。
ここで、交流電源が供給する電流パターンの一例を図５（ａ）に示す。
交流電源から供給された三角波電流は、各通電用電極１５、１８を介して通電部９に供給され、通電部９の幅方向に沿って流れる。これにより、通電部９が励磁され、図５（ｄ）に示すように、その長手方向にＢ−Ｈカーブに沿った磁束が生じる。この通電部９における磁化状態（磁束密度）の経時変化を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示すように、通電部９には、長手方向の磁束が向きを変えて交互に生じる。
ここで、図５（ｂ）中の実線は、磁気センサ素子１を外部磁界が実質的に存在しない環境に置いた場合の磁気コアの磁化状態の経時変化、図５（ｂ）中の二点鎖線は、磁気センサ素子１を正方向の外部磁界中に置いた場合の磁気コアの磁化状態の経時変化、図５（ｂ）中の点線は、磁気センサ素子１を負方向の外部磁界中に置いた場合の磁気コアの磁化状態の経時変化である。
通電部９に生じた磁束はピックアップコイル６の各順方向ライン２７、３０と交差し、各順方向ライン群（同相磁界発生部）２７Ａ、３０Ａに誘導電圧（誘導電流）を発生させる。そして、ピックアップコイル６に発生した誘導電圧は、ピックアップコイル６の各出力端７ａ、８ａから出力電圧として検出される。
このとき、図５（ｃ）に示すように、各出力端７ａ、８ａから検出される出力電圧波形には、通電部９に生じる磁束の向きが正方向から負方向に反転するタイミングと、負方向から正方向に反転するタイミングとで、互いに逆向きのスパイク状の電圧波形（スパイク波）が検出される。
【００４５】
ここで、図５（ｃ）中の実線は、磁気センサ素子１を外部磁界が実質的に存在しない環境に置いた場合の出力電圧波形、図５（ｃ）中の二点鎖線は、磁気センサ素子１を正方向の外部磁界中に置いた場合の出力電圧波形、図５（ｃ）中の点線は、磁気センサ素子１を負方向の外部磁界中に置いた場合の出力電圧波形である。このように外部磁界中では、外部磁界が実質的に存在しない場合に比べてスパイク状の電圧波形の位置が、外部磁界の向きおよび強さに応じて右側または左側にシフトする。
この出力電圧波形において、一のスパイク状電圧波形と次に検出される逆符号のスパイク状電圧波形との時間間隔を計測し、この時間間隔に基づいて先に説明した（１）式〜（３）式に従い、所定の演算を行うことにより、外部磁界強度を算出することができる。
以上の工程により、磁気センサ素子１の周囲の外部磁界を検出することができる。
【００４６】
このように構成された磁気センサ素子１は、従来必要であった励磁コイルを用いずに、磁気コア３の通電部９に直接電流を通電することによって、通電部９を長手方向に励磁する構成のため、次のような効果を得ることができる。
（１）磁気コア３に励磁コイルを巻回すプロセスを省略でき、構造を単純にすることができる。
（２）励磁コイルを巻回すのに必要な領域を省略できるため、その分ピックアップコイル６を多く巻回すことができる。その結果、出力を大きくとることができるため、ＳＮ比を向上させることができる。
（３）磁気コア３を励磁コイルによって励磁する場合、磁気コア３の長さを短くすると、反磁界の影響が大きくなって励磁効率が低下するため、大電流による通電が必要となる。これに対して、磁気コア３に直接電流を通電することによって励磁すると、励磁の際に反磁界の影響を小さくすることができる。このため、小さい電流で動作させることができ、低消費電力化が可能となる。
（４）また、励磁の際に反磁界の影響が小さいため、センサ素子の小型化が可能であり、小型、薄型の電子方位計の構成が可能である。
【００４７】
また、本実施形態の磁気センサ素子１では、ピックアップコイル６としてスパイラル状コイルを用い、磁気コア３の通電部９近傍にスパイラル状コイルの同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａを配しているため、次のような効果を得ることができる。
（Ａ）逆相磁界発生部２８Ａ、３１Ａにおける磁束変化の影響を取り除くことができ、ＳＮ比の向上が可能である。
（Ｂ）逆相磁界発生部２８Ａ、３１Ａに配した軟磁性薄膜の領域を集磁構造として用いることが可能となるため、感度の向上が可能である。
以上の理由から、感度、出力およびＳＮ比を十分に確保しつつ、磁気センサ素子１の小型化が可能である。
【００４８】
また、この磁気センサ素子１では、通電部９の励磁によって生じる磁束の方向が、平行フラックスゲートセンサと同様に通電部９の長手方向であるため、前述のように通電部９に三角波電流を通電した場合には、この三角波電流の極性が切り替わるタイミングで出力されるスパイク状電圧波形を検出し、このスパイク状電圧波形の発生する時間間隔をカウンタにて計測することにより、この時間間隔に基づいて外部磁界強度を算出することができる。このような磁界の検出方法では、外部磁界強度の算出過程でヒステリシスの影響を取り除くことができるとともに、カウンタを用いたデジタル検出が可能であるため、ＡＤ変換時の誤差の影響を取り除くことができる。このため、検出値のリニアリティが良く、外部磁界強度を精度よく検出することができる。
【００４９】
なお、第１実施形態の磁気センサ素子１において、各部の形状は前述のものに限るものではない。例えば、図６に示すように、集磁部１０Ａが、環状をなし、第１コイル部７の逆相磁界発生部２８Ａおよび第２コイル部の逆相磁界発生部３１Ａの双方と重なるように配設された磁気コア３Ａとしてもよい。この場合、通電部９は、その各端部が集磁部１０Ａの内周側に連結される。この構造の場合においても、前述と同様の作用・効果が得られる。
【００５０】
次に、磁気センサ素子の製造方法の一例について、図１に示す磁気センサ素子を製造する場合を例にして説明する。
まず、非磁性基板２上に、磁気コア３の平面形状に対応した開口部を有するレジストフレームを形成する。
次に、レジストフレームが形成された非磁性基板２上に、スパッタ法により、アモルファス組成のＣｏＮｂＺｒ合金などの薄膜を成膜した後、レジストフレームをリフトオフする。これにより、磁気コア３を形成する。
【００５１】
続いて、非磁性基板２および磁気コア３を覆うように、Ｔｉ、Ｃｒ、ＴｉＷ等のバリアメタルを介してＣｕの膜を成膜する。このＣｕの膜は、後工程で行う電解めっきのためのシード層となるものである。
次に、Ｃｕの膜上に、導体層４の平面形状に対応した開口部を有するレジストフレームを形成する。そして、Ｃｕの膜をシード層として電解めっき法により導体膜を形成し、レジストフレームを剥離する。これにより、導体層４の平面形状をなすめっき膜が形成する。続いて、めっき膜の周囲のＣｕの膜を、エッチングにより除去する。以上の工程により、導体層４を形成する。
【００５２】
次に、非磁性基板２、磁気コア３および導体層４を覆うように感光性ポリイミド樹脂の前駆体を塗布し、露光、現像を施すことによって所定のパターンで硬化させた後、窒素雰囲気中にて熱処理する。これにより、所定のパターンのポリイミドの絶縁層５を得ることができる。
続いて、絶縁層５の上に、Ｔｉ、Ｃｒ、ＴｉＷ等のバリアメタルを介してＣｕ膜を成膜する。このＣｕ膜は、後工程で行う電解めっきのためのシード層となるものである。
【００５３】
次に、Ｃｕの膜上に、ピックアップコイル６の平面形状に対応した開口部を有するレジストフレームを形成する。そして、Ｃｕの膜をシード層として電解めっき法により導体膜を形成し、レジストフレームを剥離する。これにより、ピックアップコイル６の平面形状をなすめっき膜が形成される。続いて、めっき膜の周囲のＣｕ膜を、エッチングによって除去することでピックアップコイル６を得ることができる。
以上の工程により、磁気センサ素子１を得ることができる。
【００５４】
＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る磁気センサ素子の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態において、前記第１実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
図７は、本発明の磁気センサ素子の第２実施形態を示す平面図、図８は、図７に示す磁気センサ素子が備える磁気コアを示す平面図である。
図７に示す磁気センサ素子１Ｂは、磁気コアおよび導体層の平面形状が異なる以外は、前記第１実施形態の磁気センサ素子１と同様の構造である。
【００５５】
図７、８に示すように、この磁気センサ素子１Ｂにおいて、磁気コア３Ｂは、複数本（本実施形態では４本）の帯状の軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６がストライプ状に並列したパターンを有し、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６の長手方向がピックアップコイル６Ｂの各順方向ライン２７、３０および各逆方向ライン２８、３１の各延在方向と直交するように、ピックアップコイル６Ｂと重なって設けられている。なお、以下の説明では、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６を、左側から順に「第１軟磁性薄膜３３〜第４軟磁性薄膜３６」と称する。
【００５６】
導体層４は、通電用導体部３７と、第１出力用導体部１３および第２出力用導体部１４とを有する。
通電用導体部３７は、第１軟磁性薄膜３３の第２軟磁性薄膜３４側と反対側の辺縁部（図８の左側辺縁部）に接続された第１通電用電極３８と、第４軟磁性薄膜３６の第３軟磁性薄膜３５側と反対側の辺縁部（図８の右側辺縁部）に接続された第２通電用電極３９と、隣り合う軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６同士をそれぞれ接続する複数の接続部４０と、外部の交流電源に接続される第１通電用電極パッド４１および第２通電用電極パッド４２と、第１通電用電極３８と第１通電用電極パッド４１とを接続する第１通電用配線４３と、第２通電用電極３９と第２通電用電極パッド４２とを接続する第２通電用配線４４とを有する。
また、第１通電用配線４３は第１通電用電極パッド４１と同一層に形成され、第１通電用配線４３の先端位置に形成された上下導通用電極４３Ａと、上下導通用電極４３Ａの下層側に接続された延長配線４３Ｂを介して第１通電用電極３８に接続されている。同様に、第２通電用配線４４は第２通電用電極パッド４２と同一層に形成され、第２通電用配線４４の先端位置に形成された上下導通用電極４４Ａと、上下導通用電極４４Ａの下層側に接続された延長配線４４Ｂを介して第２通電用電極３９に接続されている。
【００５７】
各電極３８、３９および各接続部４０は、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６の辺縁部のうち各同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａと重なる領域に接続されている。これにより、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６には、各同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａと重なる領域にのみ交流が通電される。すなわち、この実施形態の磁気コア３Ｂでは、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６の各同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａと重なる領域が通電部９Ｂとして機能する。
【００５８】
交流電源から第１通電用電極パッド４１に供給された電流は第１軟磁性薄膜３３に供給され、第１軟磁性薄膜３３、第２軟磁性薄膜３４、第３軟磁性薄膜３５、第４軟磁性薄膜３６を順次それらの幅方向に沿って流れる。一方、第２通電用電極パッド４２から供給された電流は、第４軟磁性薄膜３６に供給され、第４軟磁性薄膜３６、第３軟磁性薄膜３５、第２軟磁性薄膜３４、第１軟磁性薄膜３３を順次幅方向に沿って流れる。このように互いに逆向きの電流が交互に流れることにより、第１軟磁性薄膜３３〜第４軟磁性薄膜３６の各通電部９Ｂが、その長手方向に励磁される。
【００５９】
一方、第１出力用導体部１３は、ピックアップコイル６Ｂの第１コイル部７の出力端７ａと電気的に接続された第１出力用電極２１と、外部の検出回路に接続される第１出力用電極パッド２２と、第１出力用電極２１と第１出力用電極パッド２２とを電気的に接続する第１出力用配線２３によって構成されている。
また、第２出力用導体部１４は、ピックアップコイル６Ｂの第２コイル部８の出力端８ａと電気的に接続された第２出力用電極２４と、外部の検出回路に接続される第２出力用電極パッド２５と、第２出力用電極２４と第２出力用電極パッド２５とを電気的に接続する第２出力用配線２６によって構成されている。
【００６０】
ピックアップコイル６Ｂは、各コイル部７、８の配線が中心側から外側に時計回りに延在されている以外は、前記第１実施形態のピックアップコイル６と同様の構成である。
この磁気センサ素子１Ｂでは、交流電源から例えば三角波電流が供給されると、第１軟磁性薄膜３３〜第４軟磁性薄膜３６の各通電部９Ｂの幅方向に沿って電流が流れる。これにより、各通電部９Ｂが励磁され、その長手方向に磁束が生じる。この通電部９Ｂに生じた磁束により、前記第１実施形態と同様に、ピックアップコイル６Ｂに誘導電圧が発生し、検出回路に出力される。そして、この検出回路で検出される出力電圧波形に基づいて外部磁界の強さを検出することができる。なお、第１実施形態の構造と同様、各コイル部７、８の配線が、中心側から外側に反時計回りに延在されて構成されていても良い。
【００６１】
この第２実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。
また、第２実施形態の磁気センサ素子１Ｂでは、特に、磁気コア３Ｂが複数の帯状の軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６によって構成されていることにより、磁気コア３Ｂ全体で、外部磁界の磁束をより多く引き込むことができるとともに、交流の通電によって、より多くの磁束を生じさせることができる。
また、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６が逆相磁界発生部２８Ａ、３１Ａと重なる領域まで延在されていることにより、励磁に際する反磁界の影響が低減する。
これらのことにより、磁気センサ素子１Ｂの感度および出力をより高めることができるという効果が得られる。
【００６２】
＜第３実施形態＞
次に、本発明に係る磁気センサ素子の第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態においては、前記第１実施形態および前記第２実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
図９は、本発明の磁気センサ素子の第３実施形態を示す平面図、図１０は、図９に示す磁気センサ素子が備える磁気コアを示す平面図、図１１は、第３実施形態の磁気センサ素子に適用される磁気コアの他の例を示す模式的な平面図である。
図９に示す磁気センサ素子１Ｃは、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６の一端部および他端部と連結された一対の集磁部４５、４５を有する以外は、前記第２実施形態の磁気センサ素子１Ｂと同様の構造である。
【００６３】
図９、図１０に示すように、一対の集磁部４５、４５は、それぞれ帯状をなし、その長手方向がピックアップコイルの各逆方向ライン２８、３１の延在方向と略平行となるように、各逆相磁界発生部２８Ａ、３１Ａと重なって配設されている。そして、一方の集磁部４５の一側辺に、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６の一端部が連結され、他方の集磁部４５の一側辺に、各軟磁性薄膜３３、３４、３５、３６の他端部が連結されている。
一対の集磁部４５、４５は、各通電部９Ｃとともに外部磁界を引き込むように作用し、これにより各通電部９Ｃにより多くの磁束を引き込むことができる。また、各通電部９Ｃに励磁の際に生じる反磁界の影響を低減することができる。その結果、磁気センサ素子１Ｃの感度をより高めることができる。
この第３実施形態においても、前記第１実施形態および前記第２実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００６４】
なお、第３実施形態の磁気センサ素子１Ｃにおいて、集磁部４５、４５の形状は帯状に限るものではない。例えば、図１１に示すように、集磁部４５Ｃが、環状をなし、第１コイル部７の逆相磁界発生部２８Ａおよび第２コイル部８の逆相磁界発生部３１Ａの双方と重なるように配設されていてもよい。この場合、複数（この例では３本）の帯状軟磁性薄膜３３、３４、３５は、その各端部が集磁部４５Ｃの内周側に連結される。この場合にも、前述の構造と同様の作用・効果が得られる。
【００６５】
＜第４実施形態＞
次に、磁気センサ素子の第４実施形態について説明する。なお、第４実施形態においては、前記第１実施形態〜前記第３実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
図１２は、本発明の第４実施形態の磁気センサ素子を示す平面図、図１３は、図１２に示す磁気センサ素子をｃ−ｃ’線で切断した縦断面図、図１４は、図１２に示す磁気センサ素子が備える磁気コアを示す平面図である。
図１２、１３に示す磁気センサ素子１Ｄは、帯状の軟磁性薄膜の数が２本であることと、通電用導体部の構成が異なる以外は、前記第３実施形態と同様の構造である。
この実施形態の磁気センサ素子１Ｄでは、通電用導体部４６は、各軟磁性薄膜３３、３４に交流を通電する通電用電極４７Ａと、外部の交流電源に接続される第１通電用電極パッド４８および第２通電用電極パッド４９と、通電用電極４７Ａと第１通電用電極パッド４８とを接続する第１通電用配線５０と、通電用電極４７Ｂと第２通電用電極パッド４９とを接続する第２通電用配線５１とを有している。
また、第１通電用配線５０は第１通電用電極パッド４８と同一層に形成され、第１通電用配線５０の先端位置に形成された上下導通用電極５０Ａと、この上下導通用電極５０Ａの下層側に接続された延長配線５０Ｂを介して第１通電用電極４７Ａに接続されている。同様に、第２通電用配線５１は第２通電用電極パッド４９と同一層に形成され、第２通電用配線５１の先端位置に形成された上下導通用電極５１Ａと、この上下導通用電極５１Ａの下層側に接続された延長配線５１Ｂを介して第２通電用電極４７Ｂに接続されている。
【００６６】
通電用電極４７は、ピックアップコイル６Ｄの各順方向ライン群（同相磁界発生部）２７Ａ、３０Ａと重なる領域に設けられている。そして、図１４に示すように、通電用電極４７は、第１軟磁性薄膜３３および第２軟磁性薄膜３４と、各軟磁性薄膜３３、３４同士の間と、第１軟磁性薄膜３３の左側周辺と、第２軟磁性薄膜３４の右側周辺を覆うように設けられている。
【００６７】
このように通電用電極４７が各同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａと重なる領域にのみ設けられていることにより、各軟磁性薄膜３３、３４には、同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａと重なる領域にのみ交流が通電される。したがって、この磁気センサ素子１Ｄにおいても、各軟磁性薄膜３３、３４の各同相磁界発生部２７Ａ、３０Ａと重なる領域が通電部９Ｄとして機能する。
【００６８】
交流電源から第１通電用電極パッド４８に供給された電流は、第１通電用配線５０を介して通電用電極４７に供給され、第１軟磁性薄膜３３および第２軟磁性薄膜３４を順次幅方向に沿って流れる。一方、第２通電用電極パッド４９から供給された電流は、第２通電用配線５１を介して通電用電極４７に供給され、第２軟磁性薄膜３４および第１軟磁性層３３を順次幅方向に沿って流れる。このような互いに逆向きの電流が交互に流れることにより、第１軟磁性薄膜３３および第２軟磁性薄膜３４の各通電部９Ｄが、その長手方向に励磁される。
この通電部９Ｄに生じた磁束により、前記第１実施形態と同様に、ピックアップコイル６Ｄに誘導電圧が発生し、検出回路に出力される。そして、この検出回路で検出される出力電圧波形に基づいて外部磁界の強さを検出することができる。
この第４実施形態においても、前記第１実施形態〜前記第３実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００６９】
また、第４実施形態の磁気センサ素子では、特に、通電用電極が、前記第２実施形態および前記第３実施形態における、第１通電用電極、第２通電用電極および接続部の機能を兼ね、これら３つの部材を組み合わるのに比べて単純な形状をなしている。このため、導体部を形成するための導体薄膜のパターニングを容易に行うことができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００７０】
＜第５実施形態＞
次に、磁気センサ素子の第５実施形態について説明する。なお、第５実施形態においては、前記第１実施形態〜前記第４実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
図１５は、本発明の磁気センサ素子の第５実施形態を示す縦断面図である。
図１５に示す磁気センサ素子１Ｅは、通電用電極４７の上に、第１軟磁性薄膜３３および第２軟磁性薄膜３４とそれぞれ重なるように、第１積層軟磁性層５２および第２積層軟磁性層５３が積層されている以外は、前記第４実施形態と同様である。
この第５実施形態においても、前記第１実施形態〜前記第４実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００７１】
また、第５実施形態の磁気センサ素子１Ｅでは、特に、第１軟磁性薄膜３３、通電用電極４７、第１積層軟磁性薄膜５２の積層構造と、第２軟磁性薄膜３４、通電用電極４７、第２積層軟磁性薄膜５３の積層構造を有し、各積層構造が、それぞれ磁気コアとして機能する。この場合、通電用電極４７が介在していることにより、軟磁性薄膜３３および積層軟磁性薄膜５２、軟磁性薄膜３４および積層軟磁性薄膜５３の上下で磁界を分離することができる。これにより、磁気コアに良好な励磁を行うことができる。その結果、磁気センサ素子１Ｅの感度および出力をより高めることができるという効果が得られる。
【００７２】
＜＜電子方位計＞＞
次に、本発明に係る電子方位計について、３軸電子方位計を例にして説明する。
図１６は、本発明に係る電子方位計（３軸電子方位計）を示す概略斜視図である。
図１６に示す３軸電子方位計１００は、基板１０１と、基板１０１上に実装された３個の磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚと、各磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚを駆動する駆動回路１０２等を有しており、外部磁界のＸ軸成分、Ｙ軸成分およびＺ軸成分の各強度を別々に検出し、この３軸の検出強度に基づいて方位を算出するように構成されている。
【００７３】
３個の磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚは、それぞれ外部磁界のＸ軸成分を検出する磁気センサ素子（Ｘ軸センサ）１Ｘ、外部磁界のＹ軸成分を検出する磁気センサ素子（Ｙ軸センサ）１Ｙ、外部磁界のＺ軸成分を検出する磁気センサ素子（Ｚ軸センサ）１Ｚであり、各センサ素子の通電部９の長手方向がＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向にそれぞれ対応するように基板１０１上に実装されている。
そして、この実施形態の３軸電子方位計１００では、３個の磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚがいずれも本発明の磁気センサ素子によって構成されるとともに、磁気コア３およびピックアップコイル６の構成が実質的に同一なものとされている。
【００７４】
このような３軸電子方位計１００では、各磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚにおいて磁気コア３およびピックアップコイル６の構成が同一であることにより、各磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚは外部磁界に対して同程度の感度を有する。このため、磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚ同士の感度の違いを考慮した補正が不要であり、方位算出のプロセスを簡易化することができる。
【００７５】
また、本発明の磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚは、通電部９の長さを比較的短く（０．５ｍｍ以下）した場合でも、反磁界の影響が抑えられ、外部磁界を高い感度で検出することができ、また、出力電圧波形を高出力・高ＳＮ比で得ることができる。このため、このような磁気センサ素子１Ｘ、１Ｙ、１Ｚを用いることにより、センサとしての特性を十分に確保しつつ、３軸電子方位計１００の小型化を図ることができる。特に、通電部９が基板面と直交するように実装されるＺ軸センサ１Ｚの高さ（基板１０１と直交する方向での寸法）を低くすることができるので、３軸電子方位計１００の厚さを格段に薄くすることが可能である。
【００７６】
以上、本発明の磁気センサ素子、電子方位計および磁界検出方法について説明したが、前記実施形態において、磁気センサ素子および電子方位計を構成する各部は一例であって、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
例えば、磁気コアは、ピックアップコイルの上面に形成されていてもよい。
また、本発明の磁界検出方法では、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、必要に応じて任意の工程を追加してもよい。
更に、通電部に通電する電流は、正弦波など周期的に変化する電流であれば、三角波電流に限るものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の磁気センサ素子、電子方位計および磁界検出方法は、携帯電話やＰＮＤ（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）などのモバイル機器において、地磁気を検出する３軸電子方位計に利用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ…磁気センサ素子、２…非磁性基板、３…磁気コア、４…導体層、５…絶縁層、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ…ピックアップコイル、７…第１コイル部、８…第２コイル部、９、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ…通電部、１０…集磁部、１１…第１通電用導体部、１２…第２通電用導体部、１５…第１通電用電極、１６…第１通電用電極パッド、１８…第２通電用電極、１９…第２通電用電極パッド、２１…第１出力用電極、２２…第１出力用電極パッド、２４…第２出力用電極、２５…第２出力用電極パッド、２７…順方向ライン、２７Ａ…順方向ライン群（同相磁界発生部）、２８…逆方向ライン、２８Ａ…逆方向ライン群（逆相磁界発生部）、３０…順方向ライン、３０Ａ…順方向ライン群（同相磁界発生部）、３１…逆方向ライン、３１Ａ…逆方向ライン群（逆相磁界発生部）、３３、３４、３５、３６…軟磁性薄膜、３７…通電用導体部、３８…第１通電用電極、３９…第２通電用電極、４０…接続部、４１…第１通電用電極パッド、４２…第２通電用電極パッド、４５…集磁部、４６…通電用導体部、４７…通電用電極、４８…第１通電用電極パッド、４９…第２通電用電極パッド、５２…第１積層軟磁性薄膜、５３…第２積層軟磁性薄膜、１００…３軸電子方位計、１０１…基板、１０２…駆動回路、１Ｘ、１Ｙ、１Ｚ…磁気センサ素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性薄膜からなる１つ以上の帯状の通電部を備えた磁気コアと、渦巻き状に巻回された導体薄膜からなるスパイラル状の２つのコイル部が電流の方向を逆向きになるように電気的に接続されて構成され、前記磁気コアの上方または下方に配置されて前記磁気コアの磁束変化による誘導電圧を出力するためのピックアップコイルと、前記磁気コアと前記スパイラルコイル部を絶縁する絶縁層とが少なくとも備えられた磁気センサであって、
前記磁気コアがその通電部を前記２つのスパイラルコイル部の中心を結んだ直線と平行になるように配置され、
前記磁気コアにおける前記スパイラルコイル部の同相磁界発生部と重なり合う領域に、前記スパイラルコイル部の配線と略平行方向に時間的に変化する電流を通電して前記磁気コアの通電部を励磁するための通電用電極が形成されてなることを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項２】
前記磁気コアが、前記スパイラルコイル部の同相磁界発生部から逆相磁界発生部と重なる領域まで延在されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ素子。
【請求項３】
前記磁気コアが、前記逆相磁界発生部と重なるように設けられた幅広の集磁部を前記通電部の両端部に連続して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ素子。
【請求項４】
前記磁気コアが、並列する複数の帯状軟磁性薄膜からなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の磁気センサ素子。
【請求項５】
前記磁気コアが、軟磁性薄膜と導体膜の積層構造とされてなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の磁気センサ素子。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の磁気センサ素子を備えることを特徴とする電子方位計。
【請求項７】
前記通電部の長手方向が、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向となるように配された３個の前記磁気センサ素子を有し、前記各磁気センサ素子は、少なくとも前記ピックアップコイルおよび前記磁気コアの構成が実質的に同一であることを特徴とする請求項６に記載に電子方位計。
【請求項８】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の磁気センサ素子を用いて外部磁界を検出する磁界検出方法であって、
前記磁気センサ素子の前記通電部に対し前記ピックアップコイルの同相磁界発生部と重なり合う領域に、前記スパイラルコイル部の配線と略平行方向に時間的に極性が変化する電流を通電し、前記時間的に極性が変化した電流に起因して生じる前記磁気コア内の磁束の変化に伴ってピックアップコイルに生じる誘導出力を検出し、この誘導出力の時間間隔に基づいて外部磁界の強度を算出する工程とを有することを特徴とする磁界検出方法。
【請求項９】
前記磁気センサ素子の前記通電部に三角波電流を通電し、この三角波電流の極性が切り替わるタイミングで前記ピックアップコイルから出力される正符号および負符号の各スパイク状電圧波形をそれぞれ検出する工程と、
一のスパイク状電圧波形と次に検出される逆符号のスパイク状電圧波形との時間間隔を計測し、この時間間隔に基づいて外部磁界の強度を算出する工程とを有することを特徴とする請求項８に記載の磁界検出方法。
【請求項１】
軟磁性薄膜からなる１つ以上の帯状の通電部を備えた磁気コアと、渦巻き状に巻回された導体薄膜からなるスパイラル状の２つのコイル部が電流の方向を逆向きになるように電気的に接続されて構成され、前記磁気コアの上方または下方に配置されて前記磁気コアの磁束変化による誘導電圧を出力するためのピックアップコイルと、前記磁気コアと前記スパイラルコイル部を絶縁する絶縁層とが少なくとも備えられた磁気センサであって、
前記磁気コアがその通電部を前記２つのスパイラルコイル部の中心を結んだ直線と平行になるように配置され、
前記磁気コアにおける前記スパイラルコイル部の同相磁界発生部と重なり合う領域に、前記スパイラルコイル部の配線と略平行方向に時間的に変化する電流を通電して前記磁気コアの通電部を励磁するための通電用電極が形成されてなることを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項２】
前記磁気コアが、前記スパイラルコイル部の同相磁界発生部から逆相磁界発生部と重なる領域まで延在されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ素子。
【請求項３】
前記磁気コアが、前記逆相磁界発生部と重なるように設けられた幅広の集磁部を前記通電部の両端部に連続して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ素子。
【請求項４】
前記磁気コアが、並列する複数の帯状軟磁性薄膜からなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の磁気センサ素子。
【請求項５】
前記磁気コアが、軟磁性薄膜と導体膜の積層構造とされてなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の磁気センサ素子。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の磁気センサ素子を備えることを特徴とする電子方位計。
【請求項７】
前記通電部の長手方向が、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向となるように配された３個の前記磁気センサ素子を有し、前記各磁気センサ素子は、少なくとも前記ピックアップコイルおよび前記磁気コアの構成が実質的に同一であることを特徴とする請求項６に記載に電子方位計。
【請求項８】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の磁気センサ素子を用いて外部磁界を検出する磁界検出方法であって、
前記磁気センサ素子の前記通電部に対し前記ピックアップコイルの同相磁界発生部と重なり合う領域に、前記スパイラルコイル部の配線と略平行方向に時間的に極性が変化する電流を通電し、前記時間的に極性が変化した電流に起因して生じる前記磁気コア内の磁束の変化に伴ってピックアップコイルに生じる誘導出力を検出し、この誘導出力の時間間隔に基づいて外部磁界の強度を算出する工程とを有することを特徴とする磁界検出方法。
【請求項９】
前記磁気センサ素子の前記通電部に三角波電流を通電し、この三角波電流の極性が切り替わるタイミングで前記ピックアップコイルから出力される正符号および負符号の各スパイク状電圧波形をそれぞれ検出する工程と、
一のスパイク状電圧波形と次に検出される逆符号のスパイク状電圧波形との時間間隔を計測し、この時間間隔に基づいて外部磁界の強度を算出する工程とを有することを特徴とする請求項８に記載の磁界検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−２７１０８１（Ｐ２０１０−２７１０８１Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２１２３４（Ｐ２００９−１２１２３４）
【出願日】平成２１年５月１９日（２００９．５．１９）
【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１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１９日（２００９．５．１９）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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