磁気検出装置
【課題】 装置を大型化させることなく良好な磁気検出感度を有し、かつバッテリー駆動等の電力的な制約を有する電子機器への搭載が可能で小型化を図ることのできる磁気検出装置を提供する。
【解決手段】 信号発生部１０の微分回路１１で矩形波の論理積に基づいて高周波成分の立ち上がり特性に相当する微分波形であるパルス信号を生成し、ＭＩ素子５に入力する。このことにより、ＭＩ素子５に高い分解能を付与することができ、アンプ６のゲインが低くても検出精度が向上する。
【解決手段】 信号発生部１０の微分回路１１で矩形波の論理積に基づいて高周波成分の立ち上がり特性に相当する微分波形であるパルス信号を生成し、ＭＩ素子５に入力する。このことにより、ＭＩ素子５に高い分解能を付与することができ、アンプ６のゲインが低くても検出精度が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗素子を用いた磁気検出装置に関するものであり、特に、装置を大型化させることなく良好な磁気検出感度を有し、かつバッテリー駆動等の電力的な制約を有する電子機器への搭載が可能で小型化を図ることのできる磁気検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造プロセスに基づいて製造され、小型で感度に優れる磁気センサが知られている。このような磁気センサとして、アモルファス金属材料からなる高透過率を有する磁性薄膜を所定のパターンで基板上に形成したＭＩ（Magneto-Impedance）素子が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
上記したＭＩ素子２０は、微小な外部磁界の変化に基づいて電極間における抵抗値が変化する特性を有することにより、磁気抵抗素子として携帯電話等の電子機器に搭載する小型の磁気センサ等の用途が見込まれている。
【０００４】
図４は、ＭＩ素子を用いた従来の磁気検出装置の概略構成図である。この磁気検出装置３０は、高周波の交流バイアス信号を発生させる信号発生回路３１と、バイアス信号の入力に基づいて外部磁界に対するインピーダンス特性を示すＭＩ素子２０と、ＭＩ素子２０の出力信号を電圧に変換するとともに増幅するＩＶアンプ３２と、電圧に基づくアンプ出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部３３と、デジタル変換された外部磁界に基づく出力波形を可視表示するスペクトラムアナライザー３４とを有する。
【非特許文献１】石山 和志、外５名、薄膜磁界センサ、[online]、平成１６年７月１日、東北大学電気通信研究所 人間情報システム研究部門 生体電磁情報研究分野 荒井研究室、［平成１７年３月１０日検索］、インターネット(URL:http://www.arai.riec.tohoku.ac.jp/lab/research/sensor/sensor.html)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の磁気検出装置によると、ＭＩ素子に高周波の交流バイアス信号を入力しているため、信号発生回路の構成が大型化するだけでなく発熱量が大になり、バッテリー駆動等による電力的な制約を有する小型の電子機器への搭載が難しいという問題がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、装置を大型化させることなく良好な磁気検出感度を有し、かつバッテリー駆動等の電力的な制約を有する電子機器への搭載が可能で小型化を図ることのできる磁気検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の目的を達成するため、磁気抵抗素子にバイアス信号を印加することに基づく分解能で磁気検出を行う磁気検出装置において、前記磁気抵抗素子に第１の信号波と、前記第１の信号波に対して所定の遅延量を有する第２の信号波との論理積に基づくパルス信号を印加する信号発生部を有することを特徴とする磁気検出装置を提供する。
【０００８】
前記信号発生部は、前記第１の信号波を出力する発振器と、前記発振器から出力される前記第１の信号波を遅延させて前記第２の信号波を出力する遅延信号発生器と、前記第１の信号波と前記第２の信号波の論理積に基づいて前記発振器から出力される前記第１の信号波を形成する高周波成分の立ち上がり特性に相当する微分波形を出力する論理積回路によって構成されることが好ましい。
【０００９】
前記発振器は前記第１の信号波として矩形波を出力することが好ましい。
【００１０】
前記磁気抵抗素子は、マグネトーインピーダンス素子を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の磁気検出装置によれば、装置を大型化させることなく良好な磁気検出感度を有し、かつバッテリー駆動の電子機器への搭載が可能で小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（腕時計型電波時計の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る磁気検出装置の概略構成図である。
【００１４】
（磁気検出装置１の構成）
この磁気検出装置１は、高周波の矩形波を発生させる発振器２と、発振器２から入力する矩形波を遅延させて出力する遅延信号発生器３と、発振器２から入力する矩形波と遅延信号発生器３から入力する遅延させた矩形波とを入力することによりパルス信号を発生させるＡＮＤ回路４と、パルス信号の入力に基づいて外部磁界に対する電圧特性を示すＭＩ素子５と、ＭＩ素子５の出力を増幅するアンプ６と、アンプ６の出力をピークホールドするピークホールド回路７と、ピークホールド回路７を介して入力する出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部８と、デジタル変換された外部磁界に基づく出力波形を可視表示するスペクトラムアナライザー９とを有する。
【００１５】
発振器２、遅延信号発生器３、およびＡＮＤ回路４は、信号発生部１０を構成しており、さらに遅延信号発生器３とＡＮＤ回路４は、発振器２から出力される２ｋＨｚの矩形波と、遅延させた２ｋＨｚの矩形波とをＡＮＤ回路４に入力することにより、矩形波の立ち上がり特性に基づく微分波形を発生させる微分回路１１を構成している。
【００１６】
（ＭＩ素子５の構成）
図２は、本発明に係るＭＩ素子の構成を示す平面図である。ＭＩ素子５は、硼珪酸ガラスからなる平板状の基板５０と、基板５０の表面に高周波スパッタリングによって形成されるＣｏ８５Ｎｂ１２Ｚｒ３からなるセンサ素子５１と、センサ素子５１間を電気的に接続するＣｕからなる素子接合部５２と、センサ素子５１を外部に電気的に接続するＣｕからなる電極５３とを有し、センサ素子５１は、長さ１ｍｍ、幅２０μｍ、厚さ４μｍで形成されている。
【００１７】
（磁気検出装置１の動作）
以下に、本実施の形態の磁気検出装置１の動作について説明する。信号発生部１０の発振器２で２ｋＨｚの矩形波を発生させる。この矩形波は微分回路１１の遅延信号発生器３に入力し、所定の遅延量を伴った遅延矩形波としてＡＮＤ回路４に入力する。また、発振器２は遅延信号発生器３を経由せずにＡＮＤ回路４に矩形波を出力する。ＡＮＤ回路４は、矩形波と遅延矩形波の論理積に基づくパルス信号をＭＩ素子５に出力する。このパルス信号は、発振器２から出力される矩形波を形成する高周波成分の立ち上がり特性に相当する微分波形となり、そのことによってＭＩ素子５に短時間で高い波高値の電圧が印加される。ＭＩ素子５は、パルス信号の波高値に基づく分解能で外部磁界を検出する。ＭＩ素子５の磁界検出量に基づく出力信号はアンプ６で増幅され、ピークホールド回路７で保持されるとともにＡ／Ｄ変換部８でアナログ信号からデジタル信号に変換された後にスペクトラムアナライザー９で可視表示される。
【００１８】
図３は、６Ω／ＯｅのＭＩ素子についての磁場と波高値変化率の関係を示す特性図である。６Ω／ＯｅのＭＩ素子５では、磁気バイアスが７[Ｏｅ]から９[Ｏｅ]にかけて波高値変化率が最大となり、区間平均変化率は４．１２％を示した。
【００１９】
（本実施の形態の効果）
上記した実施の形態によると、以下の効果が得られる。
（１）信号発生部１０の微分回路１１で矩形波の論理積に基づいて高周波成分の立ち上がり特性に相当する微分波形であるパルス信号を生成し、ＭＩ素子５に入力するようにしたので、ＭＩ素子５に高い分解能を付与することができ、アンプ６のゲインが低くても検出精度が向上する。
（２）高周波成分の立ち上がり特性に基づく波高値の高いパルス信号を短時間でＭＩ素子５に入力するので、ＭＩ素子５の発熱量を抑えて損傷を防ぐことができる。特に、交流バイアス信号として常時正弦波を印加する構成では、ＭＩ素子５の発熱量が大になることにより通電量に制約が生じ、高い分解能を容易に実現することは困難であるが、本実施の形態によれば、バッテリー等の電力的な制約がある条件下でも使用可能な省電力性を実現しながら高い磁気検出感度が得られる。
（３）信号発生部１０を構成する発振器２、遅延信号発生器３、およびＡＮＤ回路４を既存の半導体プロセスに基づいて容易に形成できるので、量産性に優れるとともに小型化を容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁気検出装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係るＭＩ素子の構成を示す平面図である。
【図３】６Ω／ＯｅのＭＩ素子についての磁場と波高値変化率の関係を示す特性図である。
【図４】ＭＩ素子を用いた従来の磁気検出装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２１】
１…磁気検出装置、２…発振器、３…遅延信号発生器、４…ＡＮＤ回路、５…ＭＩ素子、６…アンプ、７…ピークホールド回路、８…Ａ／Ｄ変換部、９…スペクトラムアナライザー、１０…信号発生部、１１…微分回路、２０…ＭＩ素子、３０…磁気検出装置、３１…信号発生回路、３２…アンプ、３３…Ａ／Ｄ変換部、３４…スペクトラムアナライザー、５０…基板、５１…センサ素子、５２…素子接合部、５３…電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗素子を用いた磁気検出装置に関するものであり、特に、装置を大型化させることなく良好な磁気検出感度を有し、かつバッテリー駆動等の電力的な制約を有する電子機器への搭載が可能で小型化を図ることのできる磁気検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造プロセスに基づいて製造され、小型で感度に優れる磁気センサが知られている。このような磁気センサとして、アモルファス金属材料からなる高透過率を有する磁性薄膜を所定のパターンで基板上に形成したＭＩ（Magneto-Impedance）素子が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
上記したＭＩ素子２０は、微小な外部磁界の変化に基づいて電極間における抵抗値が変化する特性を有することにより、磁気抵抗素子として携帯電話等の電子機器に搭載する小型の磁気センサ等の用途が見込まれている。
【０００４】
図４は、ＭＩ素子を用いた従来の磁気検出装置の概略構成図である。この磁気検出装置３０は、高周波の交流バイアス信号を発生させる信号発生回路３１と、バイアス信号の入力に基づいて外部磁界に対するインピーダンス特性を示すＭＩ素子２０と、ＭＩ素子２０の出力信号を電圧に変換するとともに増幅するＩＶアンプ３２と、電圧に基づくアンプ出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部３３と、デジタル変換された外部磁界に基づく出力波形を可視表示するスペクトラムアナライザー３４とを有する。
【非特許文献１】石山 和志、外５名、薄膜磁界センサ、[online]、平成１６年７月１日、東北大学電気通信研究所 人間情報システム研究部門 生体電磁情報研究分野 荒井研究室、［平成１７年３月１０日検索］、インターネット(URL:http://www.arai.riec.tohoku.ac.jp/lab/research/sensor/sensor.html)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の磁気検出装置によると、ＭＩ素子に高周波の交流バイアス信号を入力しているため、信号発生回路の構成が大型化するだけでなく発熱量が大になり、バッテリー駆動等による電力的な制約を有する小型の電子機器への搭載が難しいという問題がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、装置を大型化させることなく良好な磁気検出感度を有し、かつバッテリー駆動等の電力的な制約を有する電子機器への搭載が可能で小型化を図ることのできる磁気検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の目的を達成するため、磁気抵抗素子にバイアス信号を印加することに基づく分解能で磁気検出を行う磁気検出装置において、前記磁気抵抗素子に第１の信号波と、前記第１の信号波に対して所定の遅延量を有する第２の信号波との論理積に基づくパルス信号を印加する信号発生部を有することを特徴とする磁気検出装置を提供する。
【０００８】
前記信号発生部は、前記第１の信号波を出力する発振器と、前記発振器から出力される前記第１の信号波を遅延させて前記第２の信号波を出力する遅延信号発生器と、前記第１の信号波と前記第２の信号波の論理積に基づいて前記発振器から出力される前記第１の信号波を形成する高周波成分の立ち上がり特性に相当する微分波形を出力する論理積回路によって構成されることが好ましい。
【０００９】
前記発振器は前記第１の信号波として矩形波を出力することが好ましい。
【００１０】
前記磁気抵抗素子は、マグネトーインピーダンス素子を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の磁気検出装置によれば、装置を大型化させることなく良好な磁気検出感度を有し、かつバッテリー駆動の電子機器への搭載が可能で小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（腕時計型電波時計の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る磁気検出装置の概略構成図である。
【００１４】
（磁気検出装置１の構成）
この磁気検出装置１は、高周波の矩形波を発生させる発振器２と、発振器２から入力する矩形波を遅延させて出力する遅延信号発生器３と、発振器２から入力する矩形波と遅延信号発生器３から入力する遅延させた矩形波とを入力することによりパルス信号を発生させるＡＮＤ回路４と、パルス信号の入力に基づいて外部磁界に対する電圧特性を示すＭＩ素子５と、ＭＩ素子５の出力を増幅するアンプ６と、アンプ６の出力をピークホールドするピークホールド回路７と、ピークホールド回路７を介して入力する出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部８と、デジタル変換された外部磁界に基づく出力波形を可視表示するスペクトラムアナライザー９とを有する。
【００１５】
発振器２、遅延信号発生器３、およびＡＮＤ回路４は、信号発生部１０を構成しており、さらに遅延信号発生器３とＡＮＤ回路４は、発振器２から出力される２ｋＨｚの矩形波と、遅延させた２ｋＨｚの矩形波とをＡＮＤ回路４に入力することにより、矩形波の立ち上がり特性に基づく微分波形を発生させる微分回路１１を構成している。
【００１６】
（ＭＩ素子５の構成）
図２は、本発明に係るＭＩ素子の構成を示す平面図である。ＭＩ素子５は、硼珪酸ガラスからなる平板状の基板５０と、基板５０の表面に高周波スパッタリングによって形成されるＣｏ８５Ｎｂ１２Ｚｒ３からなるセンサ素子５１と、センサ素子５１間を電気的に接続するＣｕからなる素子接合部５２と、センサ素子５１を外部に電気的に接続するＣｕからなる電極５３とを有し、センサ素子５１は、長さ１ｍｍ、幅２０μｍ、厚さ４μｍで形成されている。
【００１７】
（磁気検出装置１の動作）
以下に、本実施の形態の磁気検出装置１の動作について説明する。信号発生部１０の発振器２で２ｋＨｚの矩形波を発生させる。この矩形波は微分回路１１の遅延信号発生器３に入力し、所定の遅延量を伴った遅延矩形波としてＡＮＤ回路４に入力する。また、発振器２は遅延信号発生器３を経由せずにＡＮＤ回路４に矩形波を出力する。ＡＮＤ回路４は、矩形波と遅延矩形波の論理積に基づくパルス信号をＭＩ素子５に出力する。このパルス信号は、発振器２から出力される矩形波を形成する高周波成分の立ち上がり特性に相当する微分波形となり、そのことによってＭＩ素子５に短時間で高い波高値の電圧が印加される。ＭＩ素子５は、パルス信号の波高値に基づく分解能で外部磁界を検出する。ＭＩ素子５の磁界検出量に基づく出力信号はアンプ６で増幅され、ピークホールド回路７で保持されるとともにＡ／Ｄ変換部８でアナログ信号からデジタル信号に変換された後にスペクトラムアナライザー９で可視表示される。
【００１８】
図３は、６Ω／ＯｅのＭＩ素子についての磁場と波高値変化率の関係を示す特性図である。６Ω／ＯｅのＭＩ素子５では、磁気バイアスが７[Ｏｅ]から９[Ｏｅ]にかけて波高値変化率が最大となり、区間平均変化率は４．１２％を示した。
【００１９】
（本実施の形態の効果）
上記した実施の形態によると、以下の効果が得られる。
（１）信号発生部１０の微分回路１１で矩形波の論理積に基づいて高周波成分の立ち上がり特性に相当する微分波形であるパルス信号を生成し、ＭＩ素子５に入力するようにしたので、ＭＩ素子５に高い分解能を付与することができ、アンプ６のゲインが低くても検出精度が向上する。
（２）高周波成分の立ち上がり特性に基づく波高値の高いパルス信号を短時間でＭＩ素子５に入力するので、ＭＩ素子５の発熱量を抑えて損傷を防ぐことができる。特に、交流バイアス信号として常時正弦波を印加する構成では、ＭＩ素子５の発熱量が大になることにより通電量に制約が生じ、高い分解能を容易に実現することは困難であるが、本実施の形態によれば、バッテリー等の電力的な制約がある条件下でも使用可能な省電力性を実現しながら高い磁気検出感度が得られる。
（３）信号発生部１０を構成する発振器２、遅延信号発生器３、およびＡＮＤ回路４を既存の半導体プロセスに基づいて容易に形成できるので、量産性に優れるとともに小型化を容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁気検出装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係るＭＩ素子の構成を示す平面図である。
【図３】６Ω／ＯｅのＭＩ素子についての磁場と波高値変化率の関係を示す特性図である。
【図４】ＭＩ素子を用いた従来の磁気検出装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２１】
１…磁気検出装置、２…発振器、３…遅延信号発生器、４…ＡＮＤ回路、５…ＭＩ素子、６…アンプ、７…ピークホールド回路、８…Ａ／Ｄ変換部、９…スペクトラムアナライザー、１０…信号発生部、１１…微分回路、２０…ＭＩ素子、３０…磁気検出装置、３１…信号発生回路、３２…アンプ、３３…Ａ／Ｄ変換部、３４…スペクトラムアナライザー、５０…基板、５１…センサ素子、５２…素子接合部、５３…電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗素子にバイアス信号を印加することに基づく分解能で磁気検出を行う磁気検出装置において、
前記磁気抵抗素子に第１の信号波と、前記第１の信号波に対して所定の遅延量を有する第２の信号波との論理積に基づくパルス信号を印加する信号発生部を有することを特徴とする磁気検出装置。
【請求項２】
前記信号発生部は、前記第１の信号波を出力する発振器と、
前記発振器から出力される前記第１の信号波を遅延させて前記第２の信号波を出力する遅延信号発生器と、
前記第１の信号波と前記第２の信号波の論理積に基づいて前記発振器から出力される前記第１の信号波を形成する高周波成分の立ち上がり特性に相当する微分波形を出力する論理積回路とを有する請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項３】
前記発振器は前記第１の信号波として矩形波を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気検出装置。
【請求項４】
前記磁気抵抗素子は、マグネトーインピーダンス素子である請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項１】
磁気抵抗素子にバイアス信号を印加することに基づく分解能で磁気検出を行う磁気検出装置において、
前記磁気抵抗素子に第１の信号波と、前記第１の信号波に対して所定の遅延量を有する第２の信号波との論理積に基づくパルス信号を印加する信号発生部を有することを特徴とする磁気検出装置。
【請求項２】
前記信号発生部は、前記第１の信号波を出力する発振器と、
前記発振器から出力される前記第１の信号波を遅延させて前記第２の信号波を出力する遅延信号発生器と、
前記第１の信号波と前記第２の信号波の論理積に基づいて前記発振器から出力される前記第１の信号波を形成する高周波成分の立ち上がり特性に相当する微分波形を出力する論理積回路とを有する請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項３】
前記発振器は前記第１の信号波として矩形波を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気検出装置。
【請求項４】
前記磁気抵抗素子は、マグネトーインピーダンス素子である請求項１に記載の磁気検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２８４３０７（Ｐ２００６−２８４３０７Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０２９９４（Ｐ２００５−１０２９９４）
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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