(57)【要約】【課題】より微弱な磁場を測定できる磁場測定装置を提供する。【解決手段】少なくとも１つの磁気抵抗素子を有するセンサ部と、センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部と、センサ部の出力電圧に基づいて、センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を磁場発生部に供給するフィードバック電流発生部と、フィードバック電流に応じた測定値を出力する磁場測定部と、磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を磁場発生部に発生させる磁気リセット部と、を備える磁場測定装置。【選択図】図１
2020008563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの磁気抵抗素子を有するセンサ部と、
前記センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部と、
前記センサ部の出力電圧に基づいて、前記センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を前記磁場発生部に供給するフィードバック電流発生部と、
前記フィードバック電流に応じた測定値を出力する磁場測定部と、
前記磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を前記磁場発生部に発生させる磁気リセット部と、
を備える磁場測定装置。
【請求項２】
前記磁気リセット部は、リセットフェーズにおいて、前記リセット磁場を前記磁場発生部に発生させ、
前記磁場測定部は、測定フェーズにおいて、測定対象磁場に対して発生される前記フィードバック電流に応じた測定値を出力する請求項１に記載の磁場測定装置。
【請求項３】
前記磁気リセット部は、前記磁場発生部にリセット電流を供給するリセット電流供給部を有し、
前記リセット電流供給部は、前記磁場発生部に前記リセット電流を供給して前記リセット磁場を前記磁場発生部に発生させる請求項１または２に記載の磁場測定装置。
【請求項４】
前記フィードバック電流を前記磁場発生部に供給するか否かを切り替える切替部を更に備え、
前記リセット電流供給部は、前記フィードバック電流を前記磁場発生部に供給していない状態において、前記磁場発生部に前記リセット電流を供給する請求項３に記載の磁場測定装置。
【請求項５】
前記磁気リセット部は、基準電圧を出力する基準電圧発生部を有し、
前記フィードバック電流発生部は、前記センサ部の出力電圧および前記基準電圧の差に応じた前記フィードバック電流を前記磁場発生部に供給し、
前記基準電圧発生部は、出力する前記基準電圧を変更して前記リセット磁場を前記磁場発生部に発生させる請求項１または２に記載の磁場測定装置。
【請求項６】
前記基準電圧発生部は、少なくとも１つの可変抵抗を有し、
前記基準電圧発生部は、前記可変抵抗の抵抗値を変更して前記リセット磁場を前記磁場発生部に発生させる請求項５に記載の磁場測定装置。
【請求項７】
前記センサ部の出力電圧の範囲よりも、前記基準電圧発生部の出力電圧の範囲の方が大きい、請求項５または６に記載の磁場測定装置。
【請求項８】
前記センサ部の出力電圧を用いて前記基準電圧を調整する調整部を更に備える請求項５から７のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
【請求項９】
前記調整部は、前記フィードバック電流に基づいて前記基準電圧を調整する請求項８に記載の磁場測定装置。
【請求項１０】
前記調整部は、前記センサ部の出力電圧および前記基準電圧の差に基づいて前記基準電圧を調整する請求項８に記載の磁場測定装置。
【請求項１１】
前記磁気リセット部は、前記リセット磁場を前記磁場発生部に発生させて前記磁気抵抗素子を磁気飽和させた後に、前記リセット磁場の強度を徐々に小さくさせる請求項１から１０のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
【請求項１２】
前記磁場測定部は、予め定められた期間における測定値を積算して出力する請求項１から１１のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
【請求項１３】
前記磁場測定部が出力する測定値の高周波成分を通過させるハイパスフィルタを更に備える請求項１から１２のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
【請求項１４】
前記フィードバック電流発生部は、２つ以上の演算増幅器を用いて構成される請求項１から１３のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
【請求項１５】
前記センサ部は、前記磁気抵抗素子に隣接して配置される磁気収束部を含み、前記フィードバック電流発生部は、前記磁気抵抗素子及び前記磁気収束部を取り巻くように形成される、請求項１から１４のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
【請求項１６】
前記磁気抵抗素子は、基板上に、磁化自由層、非磁性層、および、磁化固定層がこの順で積層され、上面視で、前記磁化固定層の面積は前記磁化自由層の面積よりも小さく、前記磁化固定層の面積に基づいて感磁エリアが定められる、請求項１から１５のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
【請求項１７】
前記センサ部は、直列に接続された互いに逆極性の第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子を有し、
前記第１磁気抵抗素子と前記第２磁気抵抗素子の間の電圧を出力する請求項１から１６のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
【請求項１８】
磁場測定装置が磁場を測定する磁場測定方法であって、
前記磁場測定装置が、少なくとも１つの磁気抵抗素子を有するセンサ部の出力電圧に基づいて、前記センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を、前記センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部に供給することと、
前記フィードバック電流に応じた測定値を出力することと、
前記磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を前記磁場発生部に発生させることと、
を備える磁場測定方法。
【請求項１９】
コンピュータにより実行されて、前記コンピュータを、
少なくとも１つの磁気抵抗素子を有するセンサ部の出力電圧に基づいて、前記センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を、前記センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部に供給するフィードバック電流発生部と、
前記フィードバック電流に応じた測定値を出力する磁場測定部と、
前記磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を前記磁場発生部に発生させる磁気リセット部と、
して機能させる磁場測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場測定装置、磁場測定方法、磁場測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
１つのＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子と３つの固定抵抗を用いてブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路の出力電圧に基づいて磁場発生コイルに電流を流すための電力を生成し、磁場発生コイルによってＴＭＲモジュールに磁場を与える磁気センサが知られている。（例えば、特許文献１参照）。また、１つのＴＭＲ素子と３つの固定抵抗を用いてブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路の出力電圧に基づいてブリッジ回路に印加する電圧を制御する磁気センサが知られている。（例えば、特許文献２参照）。
特許文献１  特開２０１７−０８３１７３号公報
特許文献２  特開２０１７−０９６６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
測定する磁場が微弱な磁場の場合、ＴＭＲ素子の磁気に対する振る舞いはマイナーループとなり、大きい磁場を測定する場合と比べて磁気分解能が低下する。しかしながら、例えば心磁測定等の生体磁場測定において、より微弱な磁場を測定できる磁場測定装置の実現が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、磁場測定装置を提供する。磁場測定装置は、少なくとも１つの磁気抵抗素子を有するセンサ部を備えてよい。磁場測定装置は、センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部を備えてよい。磁場測定装置は、センサ部の出力電圧に基づいて、センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を磁場発生部に供給するフィードバック電流発生部を備えてよい。磁場発生部は、フィードバック電流に応じた測定値を出力する磁場測定部を備えてよい。磁場発生部は、磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を磁場発生部に発生させる磁気リセット部を備えてよい。
【０００５】
磁気リセット部は、リセットフェーズにおいて、リセット磁場を磁場発生部に発生させ、磁場測定部は、測定フェーズにおいて、測定対象磁場に対して発生されるフィードバック電流に応じた測定値を出力してよい。
【０００６】
磁気リセット部は、磁場発生部にリセット電流を供給するリセット電流供給部を有し、リセット電流供給部は、磁場発生部にリセット電流を供給してリセット磁場を磁場発生部に発生させてよい。
【０００７】
フィードバック電流を磁場発生部に供給するか否かを切り替える切替部を更に備え、リセット電流供給部は、フィードバック電流を磁場発生部に供給していない状態において、磁場発生部にリセット電流を供給してよい。
【０００８】
磁気リセット部は、基準電圧を出力する基準電圧発生部を有し、フィードバック電流発生部は、センサ部の出力電圧および基準電圧の差に応じたフィードバック電流を磁場発生部に供給し、基準電圧発生部は、出力する基準電圧を変更してリセット磁場を磁場発生部に発生させてよい。
【０００９】
基準電圧発生部は、少なくとも１つの可変抵抗を有し、基準電圧発生部は、可変抵抗の抵抗値を変更してリセット磁場を磁場発生部に発生させてよい。
【００１０】
センサ部の出力電圧の範囲よりも、基準電圧発生部の出力電圧の範囲の方が大きくてよい。
【００１１】
センサ部の出力電圧を用いて基準電圧を調整する調整部を更に備えてよい。
【００１２】
調整部は、フィードバック電流に基づいて基準電圧を調整してよい。
【００１３】
調整部は、センサ部の出力電圧および基準電圧の差に基づいて基準電圧を調整してよい。
【００１４】
磁気リセット部は、リセット磁場を磁場発生部に発生させて磁気抵抗素子を磁気飽和させた後に、リセット磁場の強度を徐々に小さくさせてよい。
【００１５】
磁場測定部は、予め定められた期間における測定値を積算して出力してよい。
【００１６】
磁場測定部が出力する測定値の高周波成分を通過させるハイパスフィルタを更に備えてよい。
【００１７】
フィードバック電流発生部は、２つ以上の演算増幅器を用いて構成されてよい。
【００１８】
センサ部は、磁気抵抗素子に隣接して配置される磁気収束部を含み、フィードバック電流発生部は、磁気抵抗素子及び磁気収束部を取り巻くように形成されてよい。
【００１９】
磁気抵抗素子は、基板上に、磁化自由層、非磁性層、および、磁化固定層がこの順で積層され、上面視で、磁化固定層の面積は磁化自由層の面積よりも小さく、磁化固定層の面積に基づいて感磁エリアが定められてよい。
【００２０】
センサ部は、直列に接続された互いに逆極性の第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子を有し、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子の間の電圧を出力してよい。
【００２１】
本発明の第２の態様においては、磁場測定装置が磁場を測定する磁場測定方法を提供する。磁場測定方法は、磁場測定装置が、少なくとも１つの磁気抵抗素子を有するセンサ部の出力電圧に基づいて、センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を、センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部に供給することを備えてよい。磁場測定方法は、磁場測定装置が、フィードバック電流に応じた測定値を出力することを備えてよい。磁場測定方法は、磁場測定装置が、磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を磁場発生部に発生させることを備えてよい。
【００２２】
本発明の第３の態様においては、磁場測定プログラムを提供する。磁場測定プログラムは、コンピュータにより実行されてよい。磁場測定プログラムは、コンピュータを、少なくとも１つの磁気抵抗素子を有するセンサ部の出力電圧に基づいて、センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を、センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部に供給するフィードバック電流発生部として機能させてよい。磁場測定プログラムは、コンピュータを、フィードバック電流に応じた測定値を出力する磁場測定部として機能させてよい。磁場測定プログラムは、コンピュータを、磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を磁場発生部に発生させる磁気リセット部として機能させてよい。
【００２３】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態に係る磁場測定装置１０の構成を示す。
【図２】本実施形態に係る磁場測定装置１０による、リセットフェーズにおける磁気リセットの第一例のフローを示す。
【図３】一般的な磁性体の磁化曲線を示す。
【図４】本実施形態に係る磁場測定装置１０における、センサ部１１０への入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。
【図５】本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０の構成を示す。
【図６】本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０において、基準電圧発生部５１０が少なくとも１つの可変抵抗を有する例を示す。
【図７】本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０による、リセットフェーズにおける磁気リセットの第二例のフローを示す。
【図８】本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０において、演算部１４０が調整部８１０を有する例を示す。
【図９】本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０による、磁気動作点調整の第一例のフローを示す。
【図１０】本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０による、図９のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。
【図１１】本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０による、磁気動作点調整の第二例のフローを示す。
【図１２】本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０による、図１１のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。
【図１３】本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０において、第１スイッチ１３１０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。
【図１４】図１３の磁場測定装置１０による、磁気動作点調整の第三例のフローを示す。
【図１５】図１３の磁場測定装置１０による、図１４のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。
【図１６】本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０において、第１スイッチ１３１０および調整用電流発生部１６１０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。
【図１７】図１６の磁場測定装置１０による、磁気動作点調整の第四例のフローを示す。
【図１８】図１６の磁場測定装置１０による、図１７のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。
【図１９】図１６の磁場測定装置１０における調整部８１０が、電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔを算出するために用いる調整用電流Ｉａｄｊｕｓｔに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。
【図２０】図１６の磁場測定装置１０における調整部８１０が、電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔを算出するために用いるｄＶｏｐｅｎ／ｄＩａｄｊｕｓｔ特性を示す。
【図２１】本実施形態に係る磁場測定装置１０により磁場を測定するためのフローを示す。
【図２２】本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０において、第２スイッチ２１６０およびハイパスフィルタ２１７０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。
【図２３】本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０において、第３演算増幅器２１８０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。
【図２４】本実施形態に係るセンサ部１１０の具体例を示す。
【図２５】本具体例に係るセンサ部１１０にフィードバック磁場を発生させた時の磁束分布を示す。
【図２６】本具体例に係るセンサ部１１０の構成の一例を示す。
【図２７】本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ２２００の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２６】
図１は、本実施形態に係る磁場測定装置１０の構成を示す。磁場測定装置１０は、磁気抵抗素子を用いて生体（人体等）の電気活動により生成される磁場（「生体磁場」と示す。）を測定する。磁場測定装置１０は、磁気抵抗素子を磁気リセットする機能を有し、これによって、より微弱な磁場を測定することができる。磁場測定装置１０は、センサ部１１０と、フィードバック電流発生部１２０と、磁場発生部１３０と、演算部１４０と、磁気リセット部１６０と、切替部１７０とを備える。なお、磁気リセットの定義は後述する。
【００２７】
センサ部１１０は、少なくとも１つの磁気抵抗素子を有する。本実施形態においては、一例として、センサ部１１０は、電源電圧ＶｃｃとグランドＧＮＤとの間に直列に接続された第１磁気抵抗素子１１２と第２磁気抵抗素子１１４、および、電源電圧ＶｃｃとグランドＧＮＤとの間に直列に接続された第３磁気抵抗素子１１６と第４磁気抵抗素子１１８を有する。本実施形態において、センサ部１１０は、第１磁気抵抗素子１１２と第２磁気抵抗素子１１４の間の電圧、および、第３磁気抵抗素子１１６と第４磁気抵抗素子１１８の間の電圧をそれぞれ出力する。また、第１磁気抵抗素子１１２、第２磁気抵抗素子１１４、第３磁気抵抗素子１１６、および第４磁気抵抗素子１１８とでブリッジ回路を構成する。これに代えて、センサ部１１０は、例えば、第１磁気抵抗素子１１２、第２磁気抵抗素子１１４、第３磁気抵抗素子１１６、および第４磁気抵抗素子１１８の少なくともいずれかが固定抵抗で構成されたもの、または、第１磁気抵抗素子１１２と第２磁気抵抗素子１１４、および、第３磁気抵抗素子１１６と第４磁気抵抗素子１１８のいずれか一方が定電圧源で構成されたもの等であってもよく、少なくとも１つの磁気抵抗素子に入力された磁場に応じた電圧を出力する様々な態様を含む。
【００２８】
センサ部１１０は、少なくとも直列に接続された互いに逆極性の第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を有し、第１磁気抵抗素子１１２と第２磁気抵抗素子１１４の間の電圧を出力する構成とすると、温度によるオフセットや感度などの特性変動の低減効果が得られる。ここで、逆極性とは、同一方向の入力磁場に対して、磁気抵抗素子の抵抗の増減方向が逆であることをいう。本実施形態においては、さらに、第３磁気抵抗素子１１６を第１磁気抵抗素子１１２と逆極性、および、第４磁気抵抗素子１１８を第２磁気抵抗素子１１４と逆極性とし、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４に加えて、第３磁気抵抗素子１１６および第４磁気抵抗素子１１８についても互いに逆極性とした例を示す。
【００２９】
第１磁気抵抗素子１１２、第２磁気抵抗素子１１４、第３磁気抵抗素子１１６、および第４磁気抵抗素子１１８は、例えば、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子または巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子等であってよい。
【００３０】
フィードバック電流発生部１２０は、センサ部１１０の出力電圧に基づいて、センサ部１１０への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を磁場発生部１３０に供給する。本実施形態においては、一例として、フィードバック電流発生部１２０は、第１演算増幅器１２２を有し、第１演算増幅器１２２の２つの差動入力端子に、センサ部１１０の出力端子をそれぞれ接続する。そして、第１演算増幅器１２２は、センサ部１１０のそれぞれの出力電圧の差に応じたフィードバック電流を発生させ、これを磁場発生部１３０に供給する。ここで、センサ部１１０のそれぞれの出力電圧の差をＶｏｐｅｎと定義する。
【００３１】
磁場発生部１３０は、センサ部１１０に与える磁場を発生する。本実施形態においては、一例として、磁場発生部１３０はコイル１３２を有する。フィードバック電流発生部１２０からフィードバック電流が供給されると、コイル１３２は、供給されたフィードバック電流に基づいてセンサ部１１０が有する各磁気抵抗素子に与えるフィードバック磁場を発生する。ここで、センサ部１１０は、コイル１３２に内包されるように位置してもよい。
【００３２】
演算部１４０は、電流電圧変換抵抗１４２と、第２演算増幅器１４４と、ＡＤ変換器１４６と、磁場測定部１５０とを有し、磁場測定装置１０に係る各種演算を行う。
【００３３】
電流電圧変換抵抗１４２は、一端が磁場発生部１３０に接続され、他端が固定電圧１に接続されており、フィードバック電流を電圧に変換し、その両端にフィードバック電流に基づく電圧（フィードバック電流×電流電圧変換抵抗１４２の抵抗値）を発生させる。ここで、電流電圧変換抵抗１４２によって発生させた当該フィードバック電流に基づく電圧をＶｃｌｏｓｅｄと定義する。
【００３４】
第２演算増幅器１４４は、差動入力端子に電流電圧変換抵抗１４２の両端をそれぞれ接続し、電流電圧変換抵抗１４２の両端の電圧、すなわち、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに応じた電圧ＶＡＭＰを出力する。
【００３５】
ＡＤ変換器１４６は、第２演算増幅器１４４に接続され、第２演算増幅器１４４によって出力される電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに応じたアナログの電圧値ＶＡＭＰをデジタル値ＶＡＤＣへ変換する。
【００３６】
磁場測定部１５０は、測定フェーズにおいて、測定対象磁場に対して発生されるフィードバック電流に応じた測定値を出力する。本実施形態においては、一例として、磁場測定部１５０は、ＡＤ変換器１４６に接続され、ＡＤ変換器１４６によって変換された電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに応じたデジタル値ＶＡＤＣに基づいて測定値を出力する。
【００３７】
磁気リセット部１６０は、リセットフェーズにおいて、センサ部１１０が有する各磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を磁場発生部１３０に発生させる。本実施形態においては、一例として、磁気リセット部１６０は、磁場発生部１３０にリセット電流を供給するリセット電流供給部１６２を有する。リセット電流供給部１６２は、磁場発生部１３０にリセット電流を供給してリセット磁場を磁場発生部１３０に発生させる。なお、磁気飽和とは、磁気抵抗素子に一定量の磁場が入力して磁気抵抗素子の出力が磁場に対して変動しなくなることを示している。このように磁気抵抗素子が磁気飽和する程度の磁場をリセット磁場、またリセット磁場を発生させる電流をリセット電流と定義して用いる。
【００３８】
切替部１７０は、フィードバック電流発生部１２０と磁場発生部１３０との間に設けられ、フィードバック電流発生部１２０が発生したフィードバック電流を磁場発生部１３０に供給するか否かを切り替える。また、切替部１７０は、フィードバック電流を磁場発生部１３０に供給しない場合に、磁場発生部１３０をリセット電流供給部１６２に接続させる。そして、リセット電流供給部１６２は、フィードバック電流を磁場発生部１３０に供給していない状態において、磁場発生部１３０にリセット電流を供給する。
【００３９】
本実施形態に係る磁場測定装置１０によれば、センサ部１１０に測定対象磁場が入力されると、フィードバック電流発生部１２０は、測定対象磁場に応じたセンサ部１１０のそれぞれの出力電圧の差（すなわち電圧Ｖｏｐｅｎ）に応じたフィードバック電流を発生させ、これを磁場発生部１３０に供給する。そして、磁場発生部１３０は、供給されたフィードバック電流に応じて、センサ部１１０に入力された測定対象磁場を相殺させるフィードバック磁場を発生させる。そして、磁場測定部１５０は、測定フェーズにおいて、測定対象磁場に対して発生されたフィードバック電流に応じた測定値、具体的には、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに応じた電圧値を出力する。ここで、この一連の制御をクローズドループ制御と定義する。なお、クローズドループ制御下においては、電圧Ｖｏｐｅｎの値は０となるように、すなわち、入力磁場を相殺するフィードバック磁場が発生するように制御される。
【００４０】
図２は、本実施形態に係る磁場測定装置１０による、リセットフェーズにおける磁気リセットの第一例のフローを示す。ここで、クローズドループ制御を行わない状態をオープンループと定義する。ステップ２１０において、切替部１７０は、クローズドループ制御から、フィードバック電流を磁場発生部１３０に供給しない状態、すなわち、オープンループに切り替える。また、切替部１７０は、磁場発生部１３０をリセット電流供給部１６２に接続させる。
【００４１】
次に、ステップ２２０において、リセット電流供給部１６２は、磁場発生部１３０にリセット電流を供給して、磁場発生部１３０にセンサ部１１０が有する各磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を発生させる。ここで、リセット電流供給部１６２は、センサ部１１０が有する各磁気抵抗素子を磁気飽和させるために予め定めた十分な大きさの電流を供給して、磁場発生部１３０にリセット磁場を発生させてもよい。これに代えて、リセット電流供給部１６２は、センサ部１１０の出力電圧をモニタしながらセンサ部１１０の出力電圧が各磁気抵抗素子が磁気飽和したことを示す値となるまで供給するリセット電流の強度を徐々に大きくして、磁場発生部１３０にリセット磁場を発生させてもよい。リセット磁場は、磁場測定装置１０がどのような向きに配置されていても、すなわち、どのような向きに地磁気がかかっていても磁気抵抗素子を磁気飽和できるよう、例えば、磁場が０の状態で磁気抵抗素子を磁気飽和させる磁場の大きさに、地磁気分を加えた大きさ以上としてもよい。
【００４２】
次に、ステップ２３０において、リセット電流供給部１６２は、磁場発生部１３０へのリセット電流の供給を停止する。ここで、リセット電流供給部１６２は、リセット磁場を磁場発生部１３０に発生させて各磁気抵抗素子を磁気飽和させた後に、磁場発生部１３０へ供給するリセット電流の大きさを徐々に小さくして、磁場発生部１３０に発生させるリセット磁場の強度を徐々に小さくさせてもよい。一般的に、磁気抵抗素子は、磁界を加えていくと、磁壁（磁区と磁区の境界）が移動していき、次に、磁区の中で磁化の回転が起き、やがて全体が一つの磁区で覆われた単一磁区状態となる。これが磁気飽和に対応する。そして、磁気抵抗素子は、磁気飽和の状態から磁界を減少していくと、磁気抵抗素子のエネルギーを最小化するようにさまざまな磁化方向をもつ磁壁が発生し、磁界の減少とともに磁壁が移動していく。本実施形態に係るリセット電流供給部１６２によれば、各磁気抵抗素子を磁気飽和させた後のステップ２３０において、磁場発生部１３０へ供給するリセット磁場を徐々に小さくさせることで、磁気抵抗素子を常に同じ磁化状態に近づけることができる。磁気抵抗素子は、磁気リセット毎に同じような状態となるため、各磁気リセット後の磁気抵抗素子の磁化状態のばらつきを比較的小さくすることができる。
【００４３】
そして、ステップ２４０において、切替部１７０は、磁場発生部１３０をフィードバック電流発生部１２０に接続させ、オープンループからフィードバック制御に切り替えて磁気リセット処理を終了する。その後、磁場測定部１５０は、測定フェーズにおいて、クローズドループ制御下で、測定対象磁場に対して発生されたフィードバック電流に応じた測定値を出力する。
【００４４】
図３は、一般的な磁性体の磁化曲線を示す。磁性体は、初磁化状態では、点３１０に示すように、磁界が０のとき磁化は０である。この状態から磁界を正側に増加していくと、磁化は、曲線３５０を辿って増加し、点３１２に到達する。この曲線３５０を初磁化曲線という。点３１２に到達すると、磁化は、これ以上磁界を正側に増加しても変化しなくなる。この時、磁性体は磁気飽和した状態となる。その後、磁界を減少させていくと、磁化は、曲線３５０ではなく、曲線３６０を辿って減少し、点３１４に到達する。点３１４において、磁界が０であっても磁化は残っており、これを残留磁化という。さらに磁界を負側に増加させていくと、磁化は、曲線３６０を辿って減少し、点３１６に到達する。点３１６に到達すると、磁化は、これ以上磁界を負側に増加しても変化しなくなる。この時、磁性体は再び磁気飽和した状態となる。その後、再び磁界を正側に増加していくと、磁化は、曲線３６０ではなく、曲線３７０を辿って増加し、点３１８を経由して点３１２に到達する。磁性体は、一般的に、このような磁気ヒステリシス特性を有する。ここで、磁性体が磁気飽和した状態となる点３１２および点３１６を通る曲線３６０および曲線３７０からなる最大のループをメジャーループという。
【００４５】
一方、例えば、点３１８の状態から、磁界を負側に増加させていくと、磁化は、曲線３８０を辿って減少する。この状態から、磁性体が磁気飽和する前の点３２０において再び磁界を正側に増加させていくと、磁化は、曲線３８０ではなく、曲線３９０を辿って増加し、点３１８に到達する。このように、磁性体が磁気飽和した状態となる点３１２および３１６を通らない、例えば、曲線３８０および曲線３９０からなるループをマイナーループという。
【００４６】
図４は、本実施形態に係る磁場測定装置１０における、センサ部１１０への入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。本実施形態において、センサ部１１０への入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性は、センサ部１１０が有する第１磁気抵抗素子１１２、第２磁気抵抗素子１１４、第３磁気抵抗素子１１６、および第４磁気抵抗素子１１８の磁気ヒステリシス特性に準じて、本図に示すような特性を有する。符号４１０はマイナーループを示し、符号４２０はメジャーループを示す。
【００４７】
本実施形態に係る磁場測定装置１０は、磁気リセットを行う前の状態において、クローズドループ制御下で磁場の測定を行うと、センサ部１１０が有する各磁気抵抗素子の磁気動作点がマイナーループ４１０上の点４３０にある状態で磁場を測定することとなる。しかしながら、センサ部１１０が有する各磁気抵抗素子は、磁性体の一般的な現象として、マイナーループ上で動作させた場合には、メジャーループ上で動作させた場合に比べて高い磁気感度（Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの変化率）を得ることができず、微弱な測定対象磁場を検出できなくなる。そこで、本実施形態における磁場測定装置１０によれば、測定フェーズの前の磁気リセットフェーズにおいて、センサ部１１０が有する各磁気抵抗素子の磁気動作点を、マイナーループ４１０上の点４３０から、メジャーループ４２０上の点４４０に遷移させる。ここで、磁気動作点は、本実施形態に係る磁場測定装置１０を構成する磁気抵抗素子に入力する磁場の総和として定義する。
【００４８】
一例として、本実施形態に係る磁場測定装置１０は、測定フェーズの前の磁気リセットフェーズにおいて、図２のフローに従ってセンサ部１１０が有する各磁気抵抗素子を磁気リセットする。具体的には、切替部１７０が、クローズドループ制御からオープンループに切り替え、リセット電流供給部１６２が、磁場発生部１３０にリセット電流を供給して、磁場発生部１３０にリセット磁場Ｂｒｅｓｅｔを発生させる。この時点で、センサ部１１０が有する各磁気抵抗素子は磁気飽和した状態となり、磁気動作点は、マイナーループ４１０上の点４３０から、曲線４５０を辿って、メジャーループ４２０上の点４６０へ遷移する。そして、リセット電流供給部１６２は、リセット電流の供給を停止する。そうすると、リセット磁場Ｂｒｅｓｅｔが発生しなくなるので、電圧Ｖｏｐｅｎは０となる。ここで、センサ部１１０が有する各磁気抵抗素子の磁気動作点は、メジャーループを構成する曲線４７０を辿って点４６０から点４４０に移動する。これにより、本実施形態に係る磁場測定装置１０は、センサ部１１０が有する各磁気抵抗素子の磁気動作点を、マイナーループ４１０上の点４３０からメジャーループ４２０上の点４４０に遷移させることができる。
【００４９】
従来の１つのＴＭＲ素子と３つの固定抵抗から構成されるブリッジ回路を用いた磁気センサでは、ＴＭＲ素子の磁気動作点が、高い磁気感度を得られないマイナーループ上にくる場合があった。これに対して、本実施形態の磁場測定装置１０によれば、センサ部１１０が有する各磁気抵抗素子の磁気動作点を、マイナーループに対して高い磁気感度を得られるメジャーループ上に遷移させることができ、より微弱な測定対象磁場を検出することが可能となる。
【００５０】
図５は、本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０の構成を示す。図５においては、図１と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本変形例に係る磁場測定装置１０は、図１に示す磁場測定装置１０と異なり、切替部１７０を備えていない。また、センサ部１１０は、電源電圧ＶｃｃとグランドＧＮＤの間に直列に接続された第１磁気抵抗素子１１２と第２磁気抵抗素子１１４とを有し、第１磁気抵抗素子１１２と第２磁気抵抗素子１１４の間の電圧を出力する。また、磁気リセット部１６０は、リセット電流供給部１６２に代えて、基準電圧を出力する基準電圧発生部５１０を有し、フィードバック電流発生部１２０は、センサ部１１０の出力電圧および基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧の差に応じたフィードバック電流を磁場発生部１３０に供給する。そして、基準電圧発生部５１０は、クローズドループ制御下において、出力する基準電圧を変更してリセット磁場を磁場発生部１３０に発生させる。なお、この場合、センサ部１１０の出力電圧および基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧の差をＶｏｐｅｎと定義する。本変形例に係る磁場測定装置１０によれば、各磁気抵抗素子を磁気リセットするにあたり、クローズドループ制御下からオープンループに切り替えることを必要としないため、切り替えに要する処理の遅延をなくすことができる。また、基準電圧発生部５１０とは別にリセット電流供給部１６２を用いる必要がないため、系を単純化することができる。
【００５１】
図６は、本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０において、基準電圧発生部５１０が少なくとも１つの可変抵抗を有する例を示す。図６においては、図５と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本図に示すように、基準電圧発生部５１０は、少なくとも１つの可変抵抗を有してもよい。一例として、基準電圧発生部５１０は、電源電圧ＶｃｃとグランドＧＮＤとの間に直列に接続された固定抵抗６１２および可変抵抗６１４を有し、固定抵抗６１２と可変抵抗６１４の間の電圧を出力する構成としてよい。また、センサ部１１０が有する第１磁気抵抗素子１１２、第２磁気抵抗素子１１４、基準電圧発生部５１０が有する固定抵抗６１２、および可変抵抗６１４とでブリッジ回路を構成してよい。その他にも、基準電圧発生部５１０は、例えば、固定抵抗６１２を第１磁気抵抗素子１１２と逆極性の磁気抵抗素子とし、可変抵抗６１４を第２磁気抵抗素子１１４と逆極性の磁気抵抗素子と可変抵抗とを直列接続した構成としてもよい。基準電圧発生部５１０が可変抵抗を有する場合、基準電圧発生部５１０は、クローズドループ制御下において、当該可変抵抗の抵抗値を変更してリセット磁場を磁場発生部１３０に発生させる。
【００５２】
図７は、本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０による、リセットフェーズにおける磁気リセットの第二例のフローを示す。ステップ７１０において、基準電圧発生部５１０は、クローズドループ制御下において、出力する基準電圧を初期基準電圧Ｖｒｅｆ＿ｉｎｉｔｉａｌからリセット基準電圧Ｖｒｅｆ＿ｒｅｓｅｔに変更する。基準電圧発生部５１０は、例えば、図６に示すように、少なくとも１つの可変抵抗を有する場合には、当該可変抵抗の抵抗値を初期抵抗値Ｒｉｎｉｔｉａｌからリセット抵抗値Ｒｒｅｓｅｔに変更して基準電圧をリセット基準電圧Ｖｒｅｆ＿ｒｅｓｅｔに変更する。そうすると、フィードバック電流発生部１２０は、センサ部１１０の出力電圧およびリセット基準電圧Ｖｒｅｆ＿ｒｅｓｅｔの差に応じたフィードバック電流、すなわち、リセット電流を発生させ、これを磁場発生部１３０に供給する。磁場発生部１３０は、供給されたリセット電流に応じて、センサ部１１０が有する各磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を発生させる。ここで、基準電圧発生部５１０は、センサ部１１０が有する各磁気抵抗素子を磁気飽和させるために予め定めた十分な大きさの基準電圧に変更し、磁場発生部１３０にリセット磁場を発生させてもよい。これに代えて、基準電圧発生部５１０は、センサ部１１０の出力をモニタしながらセンサ部１１０の出力電圧が各磁気抵抗素子が磁気飽和したことを示す値となるまで基準電圧を変更して、磁場発生部１３０にリセット磁場を発生させてもよい。ここで、リセット磁場を発生させるための基準電圧とするために、センサ部１１０の出力電圧の範囲より、基準電圧発生部５１０の出力電圧の範囲が大きいほうが好ましい。なお、出力電圧の範囲とは、出力電圧が取り得る最大の値と、出力電圧が取り得る最小の値との差分で定義される。
【００５３】
次に、ステップ７２０において、基準電圧発生部５１０は、出力する基準電圧をリセット基準電圧Ｖｒｅｆ＿ｒｅｓｅｔから初期基準電圧Ｖｒｅｆ＿ｉｎｉｔｉａｌに戻して、磁気リセット処理を終了する。ここで、基準電圧発生部５１０は、図２におけるステップ２３０と同様に、基準電圧発生部が出力する基準電圧を、リセット基準電圧Ｖｒｅｆ＿ｒｅｓｅｔから徐々に初期基準電圧Ｖｒｅｆ＿ｉｎｉｔｉａｌに戻して、磁場発生部１３０に発生させるリセット磁場の強度を徐々に小さくさせてもよい。その後、磁場測定部１５０は、測定フェーズにおいて、クローズドループ制御下のまま、測定対象磁場に対して発生されたフィードバック電流に応じた測定値を出力する。
【００５４】
図８は、本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０において、演算部１４０が調整部８１０を有する例を示す。図８においては、図５と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本図における磁場測定装置１０は、図８の磁場測定装置１０に加えて、調整部８１０をさらに有する。調整部８１０は、測定フェーズの前の調整フェーズにおいて、センサ部１１０の出力電圧を用いて基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧を調整する。基準電圧発生部５１０が、例えば、図６に示すように、少なくとも１つの可変抵抗を有する場合には、調整部８１０は、当該可変抵抗の抵抗値を変更して基準電圧を調整する。
【００５５】
図９は、本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０による、磁気動作点調整の第一例のフローを示す。磁気動作点は、本実施形態に係る磁場測定装置１０を構成する磁気抵抗素子に入力する磁場の総和として定義する。ステップ９１０において、例えば測定者が、センサ部１１０に入力される入力磁場を、磁気動作点調整を行うために予め定められた値である調整用磁場にする。ここで、調整用磁場はセンサ部１１０が磁気検出し得る磁場範囲内において任意の値であってよい。以下においては、調整用磁場が０である場合について説明する。調整用磁場が０である場合、例えば測定者が、本変形例に係る磁場測定装置１０を、磁気シールドルームや持ち運び可能な磁気シールドボックス内に置くことによって、地磁気等の環境磁場をシールドしてセンサ部１１０に入力される入力磁場を０にする。
【００５６】
次に、ステップ９２０において、調整部８１０は、センサ部１１０に予め定められた値である調整用磁場が入力されている状態における電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに基づくデジタル値ＶＡＤＣの値を取得する。
【００５７】
そして、ステップ９３０において、調整部８１０は、フィードバック電流に基づいて基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧を調整する。本フローにおいて、調整部８１０は、センサ部１１０に調整用磁場が入力されたことに応じて、測定値、例えば、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに基づくデジタル値ＶＡＤＣが、調整用磁場に応じて予め定められた値の範囲内となるように基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧を調整して処理を終了する。一例として、調整部８１０は、センサ部１１０に入力される調整用磁場が０である場合に、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄを０にすべく、例えば、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに基づくデジタル値ＶＡＤＣの値が予め定められた閾値以下となるように、基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧を調整する。なお、調整用磁場が０でない場合には、調整部８１０は、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄが調整用磁場の強度に応じた値となるように基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧を調整する。なお、クローズドループにおいては電圧Ｖｃｌｏｓｅｄと、電圧ＶＡＭＰは一意に対応しており、等価な物理量として扱ってよい。
【００５８】
図１０は、本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０による、図９のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。なお、磁気動作点調整の説明においては、ヒステリシス特性は説明の便宜上省略している。曲線１０１０は、図９のフローに基づく磁気動作点調整前におけるセンサ部１１０への入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。例えば、センサ部１１０への入力磁場Ｂｉｎが０の場合、センサ部１１０の出力電圧および基準電圧が理想的に同一の値であれば、電圧Ｖｏｐｅｎの値は０となるはずである。しかしながら、センサ部１１０の出力電圧および基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧は、例えば、センサ部１１０が有する第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４や基準電圧発生部５１０が有する固定抵抗６１２および可変抵抗６１４の素子形成プロセスのばらつき等に起因して必ずしも理想的に同一の値とはならない。その結果、入力磁場Ｂｉｎが０であっても電圧Ｖｏｐｅｎの値は０とはならず、例えば点１０２０に示すようにある有限の値（「Ｖｉｎｉｔｉａｌ」とする。）をとり得る。
【００５９】
この状態において、クローズドループ制御が行われると、フィードバック電流発生部１２０は、電圧Ｖｉｎｉｔｉａｌに応じたフィードバック電流Ｉｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌを発生させ、これを磁場発生部１３０へ供給する。そして、磁場発生部１３０は、このフィードバック電流Ｉｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌに基づいて電圧Ｖｏｐｅｎを０にするようにフィードバック磁場Ｂｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌを発生させる。すなわち、フィードバック磁場Ｂｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌによって、電圧Ｖｏｐｅｎは０となり、磁気動作点は点１０２０から点１０３０に遷移する。この状態において、磁場測定装置１０が測定対象磁場を測定すると、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４は、点１０３０を磁気動作点として磁場の測定を行うこととなる。
【００６０】
しかしながら、入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性は、センサ部１１０が有する第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気飽和特性に準じて、図１０に示すように磁気飽和領域を有する。そして、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４は、磁気飽和領域またはこれに近い領域で動作させると、高い磁気感度（磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの変化率）を得ることができず微弱な測定対象磁場を検出できなくなる。そこで、本実施形態における磁場測定装置１０は、測定フェーズの前の調整フェーズにおいて、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を調整することによって、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を磁気感度の比較的高い、すなわち、高い磁気分解能を有する点で動作させることを可能とする。
【００６１】
曲線１０４０は、図９のフローに基づく磁気動作点調整後におけるセンサ部１１０への入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。本実施形態に係る磁場測定装置１０によれば、図９のフローに基づく磁気動作点調整により、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の動作点を点１０３０から点１０５０に遷移させることができる。この点１０５０は、入力磁場Ｂｉｎが０の場合において電圧Ｖｃｌｏｓｅｄが０、すなわち、フィードバック電流が０となる点であり、この点において第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を動作させると最も高い磁気感度を得ることができる。
【００６２】
従来の１つのＴＭＲ素子と３つの固定抵抗から構成されるブリッジ回路を用いた磁気センサでは、ＴＭＲ素子や固定抵抗の素子形成プロセスのばらつき等によって、ＴＭＲ素子の磁気動作点が磁気感度の低下した磁気飽和領域内に位置することがあった。これに対して、本変形例の磁場測定装置１０によれば、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を磁気感度が比較的高い点に遷移させることができ、より微弱な測定対象磁場を信号として検出することが可能となる。
【００６３】
図１１は、本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０による、磁気動作点調整の第二例のフローを示す。本フローによる磁気動作点調整は、図９のフローによる磁気動作点調整と異なり、センサ部１１０に入力する入力磁場Ｂｉｎを予め定められた値である調整用磁場にする必要がない。すなわち、例えば、測定者が磁場測定装置１０を磁気シールドルームや持ち運び可能な磁気シールドボックス内に置いてセンサ部１１０に入力される入力磁場を０とすることを必要としない。ステップ１１１０において、調整部８１０は、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに基づくデジタル値ＶＡＤＣの値を取得する。なお、この時点でセンサ部１１０に入力される入力磁場は、上述のとおり予め定められた既知の値ではなく、未知の値である。
【００６４】
次に、ステップ１１２０において、調整部８１０は、ステップ１１１０で取得した電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値を算出する。ここで分散値とは、所定の期間において、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄがとりうる値のばらつきの大きさである。例えば、調整部８１０は、所定の期間における電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの値を取得してその平均値を算出し、各Ｖｃｌｏｓｅｄの値と当該平均値の差を二乗してその平均をとることで電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値を算出してよい。
【００６５】
そして、ステップ１１３０において、調整部８１０は、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値を低減させるように基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧を調整して処理を終了する。一例として、調整部８１０は、ステップ１１２０で算出した電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値が最小となるように基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧を調整する。なお、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄは、フィードバック電流が電流電圧変換抵抗１４２を介して電圧に変換されたものであるから、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値を最小にすることは、フィードバック電流の分散値を最小にすることに対応している。
【００６６】
図１２は、本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０による、図１１のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。図１０と同一の符号を付した部分については図１０の説明と同様であるので記載を省略する。図１０と異なる点は、センサ部１１０に入力される入力磁場Ｂｉｎが既知の値ではなく、ある有限の未知の値（「Ｂｓｉｇｎａｌ」とする。）を有する点である。
【００６７】
この状態において、クローズドループ制御が行われると、フィードバック電流発生部１２０は、電圧Ｖｉｎｉｔｉａｌに応じたフィードバック電流Ｉｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌに加えて、磁場Ｂｓｉｇｎａｌを相殺するためのフィードバック電流Ｉｆｅｅｄｂａｃｋを発生し、これらを磁場発生部１３０へ供給する。そして、磁場発生部１３０は、これらフィードバック電流に基づいて、電圧Ｖｏｐｅｎを０にするようにフィードバック磁場Ｂｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌを発生させるとともに、磁場Ｂｓｉｇｎａｌを相殺するようにフィードバック磁場Ｂｆｅｅｄｂａｃｋを発生させる。この場合においても、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点は、図１０と同様、点１０３０となる。ここで、調整部８１０は、フィードバック電流に基づいて第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を調整すべく、基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧を調整することとなるが、調整部８１０は、フィードバック電流をＩｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌとＩｆｅｅｄｂａｃｋとに区別することができない。
【００６８】
そこで、本実施形態において、調整部８１０は、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値に基づいて基準電圧を調整する。一般的に、磁気抵抗素子は磁気飽和点に近づくほど磁気感度が低下するため、磁気感度に対する出力のゆらぎ（出力の不確定性）の比が大きくなる（すなわち磁気検出におけるシグナルノイズ比が低下する）特性を有する。そして、本実施形態において、フィードバック電流発生部１２０が発生するフィードバック電流は、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を有するセンサ部１１０の出力電圧に基づくものであるから、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気検出におけるシグナルノイズ比を反映している。例えば、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４が磁気飽和点に近づくほど、シグナルノイズ比が低下するため、それに追随してフィードバック電流のゆらぎも大きくなる。したがって、フィードバック電流のゆらぎを低減させるように基準電圧を調整すれば、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を磁気飽和点から最も離れた点、すなわち、最も高い磁気感度を有する点へ遷移させることができる。この原理を利用して、調整部８１０は、フィードバック電流の分散値を反映した電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値を低減させるように基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧を調整し、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を比較的高い磁気感度を有する点へ遷移させる。
【００６９】
曲線１２４０は、図１１のフローに基づく磁気動作点調整後におけるセンサ部１１０への入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。本変形例に係る磁場測定装置１０によれば、図１１のフローに基づく磁気動作点調整により、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を点１０３０から点１２５０に遷移させることができる。この点１２５０は、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値が最小となる点、すなわち、フィードバック電流の分散値が最小となる点であり、この点において第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を動作させると最も高い磁気感度を得ることができる。
【００７０】
図１３は、本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０において、第１スイッチ１３１０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。図１３においては、図８と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本図における磁場測定装置１０は、図８の磁場測定装置１０に加えて、第１スイッチ１３１０を更に備える。第１スイッチ１３１０は、フィードバック電流発生部１２０と磁場発生部１３０との間に設けられ、フィードバック電流発生部１２０が発生したフィードバック電流を磁場発生部１３０に供給するか否かを切り替えることができる。また、第１スイッチ１３１０は、フィードバック電流を磁場発生部１３０に供給しない場合に、フィードバック電流発生部１２０の出力をＡＤ変換器１４６に供給することができる。この場合、調整部８１０は、フィードバック電流を磁場発生部１３０に供給していない状態におけるセンサ部１１０の出力電圧を用いて基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧を調整する。
【００７１】
図１４は、図１３の磁場測定装置１０による、磁気動作点調整の第三例のフローを示す。ステップ１４１０において、第１スイッチ１３１０は、クローズドループ制御から、フィードバック電流を磁場発生部１３０に供給しない状態、すなわち、オープンループに切り替える。また、第１スイッチ１３１０は、フィードバック電流発生部１２０の出力をＡＤ変換器１４６に供給する。
【００７２】
ステップ１４２０において、図９のステップ９１０と同様、例えば測定者が、センサ部１１０に入力される入力磁場を、磁気動作点調整を行うために予め定められた値である調整用磁場にする。なお、ここにおいても、調整用磁場は０であることが好ましい。以下においては、調整用磁場が０である場合について説明する。
【００７３】
次に、ステップ１４３０において、調整部８１０は、センサ部１１０に予め定められた値である調整用磁場が入力されている状態における電圧Ｖｏｐｅｎの値を取得する。一例として、調整部８１０は、フィードバック電流発生部１２０の出力をＡＤ変換器１４６によってデジタルへ変換することで、電圧Ｖｏｐｅｎに基づくデジタル値ＶＡＤＣを取得する。なお、オープンループにおいては電圧Ｖｏｐｅｎと、デジタル値ＶＡＤＣは一意に対応しており、等価な物理量として扱ってよい。
【００７４】
そして、ステップ１４４０において、調整部８１０は、フィードバック電流を磁場発生部１３０に供給していない状態において、センサ部１１０に調整用磁場が入力されたことに応じて、センサ部１１０の出力電圧および基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧の差である電圧Ｖｏｐｅｎが調整用磁場に応じて定められた範囲内となるように基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧を調整して処理を終了する。一例として、調整部８１０は、センサ部１１０に入力される調整用磁場が０である場合に、電圧Ｖｏｐｅｎを０にすべく、例えば、電圧Ｖｏｐｅｎの絶対値が予め定められた閾値以下となるように、基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧を調整する。
【００７５】
図１５は、図１３の磁場測定装置１０による、図１４のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。図１０と同一の符号を付した部分については図１０の説明と同様であるので記載を省略する。図１０と異なる点は、磁場測定装置１０がオープンループ下で磁気動作点調整を行う点である。
【００７６】
第１スイッチ１３１０が、クローズドループ制御からオープンループに切り替えると、フィードバック磁場Ｂｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌが発生しなくなるため、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点は、点１０３０から点１０２０に遷移する。この状態において、調整部８１０は、例えば、センサ部１１０に入力される入力磁場が０である場合に、電圧Ｖｏｐｅｎを０にすべく、基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧を調整する。曲線１５４０は、図１４のフローに基づく磁気動作点調整後におけるセンサ部１１０への入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。図１３の磁場測定装置１０によれば、図１４のフローに基づく磁気動作点調整により、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を点１０２０から点１５５０に遷移させることができる。この点１５５０は、入力磁場Ｂｉｎが０の場合において電圧Ｖｏｐｅｎが０となる点であり、図１３の磁場測定装置１０は、この状態でオープンループからクローズドループに切り替えて第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を動作させると最も高い磁気感度を得ることができる。
【００７７】
図１６は、本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０における、第１スイッチ１３１０および調整用電流発生部１６１０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。図１６においては、図１３と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本図における磁場測定装置１０は、図１３の磁場測定装置１０に加えて、調整用電流発生部１６１０を更に備える。調整用電流発生部１６１０は、調整用電流Ｉａｄｊｕｓｔを発生する。また、本図における磁場測定装置１０の第１スイッチ１３１０は、フィードバック電流を磁場発生部１３０に供給しない場合に、フィードバック電流発生部１２０の出力をＡＤ変換器１４６に供給するとともに、磁場発生部１３０を調整用電流発生部１６１０に接続させて、磁場発生部１３０に調整用電流を供給することができる。この場合、調整部８１０は、磁場発生部１３０に調整用電流を供給している状態におけるセンサ部１１０の出力電圧を用いて基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧を調整する。
【００７８】
図１７は、図１６の磁場測定装置１０による、磁気動作点調整の第四例のフローを示す。ステップ１７１０において、第１スイッチ１３１０は、ステップ１４１０と同様に、クローズドループ制御からオープンループに切り替える。また、第１スイッチ１３１０は、フィードバック電流発生部１２０の出力をＡＤ変換器１４６に供給するとともに、磁場発生部１３０を調整用電流発生部１６１０に接続させて、磁場発生部１３０に調整用電流を供給する。
【００７９】
ステップ１７２０において、調整部８１０は、調整用電流発生部１６１０が発生する調整用電流Ｉａｄｊｕｓｔの大きさを変化させながら電圧Ｖｏｐｅｎの値を取得していき、調整用電流Ｉａｄｊｕｓｔに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性（Ｖｏｐｅｎ対Ｉａｄｊｕｓｔ特性）を取得する。
【００８０】
ステップ１７３０において、調整部８１０は、ステップ１７２０において取得した調整用電流に対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性から、電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔを算出する。電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔの算出法は、後述する。
【００８１】
ステップ１７４０において、調整部８１０は、調整用電流に対するセンサ部１１０の出力電圧および基準電圧の差である電圧Ｖｏｐｅｎの特性に基づいて基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧を調整して処理を終了する。一例として、調整部８１０は、電圧Ｖｏｐｅｎが、ステップ１７３０において算出した電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔとなるように基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧を調整する。
【００８２】
図１８は、図１６の磁場測定装置１０による、図１７のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。図１５と同一の符号を付した部分については図１５の説明と同様であるので記載を省略する。図１５と異なる点は、入力磁場Ｂｉｎが０ではなく、ある有限の値（「Ｂｓｉｇｎａｌ」とする。）を有する点である。
【００８３】
第１スイッチ１３１０は、磁場発生部１３０がフィードバック電流に基づいてフィードバック磁場Ｂｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌおよびＢｆｅｅｄｂａｃｋを発生させている状態において、クローズドループ制御からオープンループに切り替える。そうすると、フィードバック磁場Ｂｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌおよびＢｆｅｅｄｂａｃｋが発生しなくなるため、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点は磁場Ｂｓｉｇｎａｌに基づいて点１８１０に遷移する。この状態において、調整部８１０は、図１７のフローに基づく磁気動作点調整により基準電圧発生部５１０が出力する基準電圧を調整する。曲線１８２０は、図１６の磁場測定装置１０による、図１７のフローに基づく磁気動作点調整後におけるセンサ部１１０への入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。図１６の磁場測定装置１０によれば、図１７のフローに基づく磁気動作点調整により、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を点１８１０から点１８３０に遷移させることができる。この点１８３０は、電圧Ｖｏｐｅｎ＝Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔとなる点であり、図１６の磁場測定装置１０は、この状態でオープンループからクローズドループに切り替えて第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を動作させると最も高い磁気感度を得ることができる。
【００８４】
図１９は、図１６の磁場測定装置１０における調整部８１０が、電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔを算出するために用いる調整用電流Ｉａｄｊｕｓｔに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。調整部８１０は、図１７のステップ１７２０により、例えば曲線１９２０に示すような調整用電流Ｉａｄｊｕｓｔに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を取得する。そして、調整部８１０は、曲線１９２０に基づいて電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔを算出する。一例として、調整部８１０は、曲線１９２０から、電圧Ｖｏｐｅｎが最大となる電圧Ｖｏｐｅｎ＿ｍａｘおよび電圧Ｖｏｐｅｎが最小となる電圧Ｖｏｐｅｎ＿ｍｉｎを取得し、電圧Ｖｏｐｅｎ＿ｍａｘとＶｏｐｅｎ＿ｍｉｎの平均値を電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔとして算出する。
【００８５】
図２０は、図１６の磁場測定装置１０における調整部８１０が、電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔを算出するために用いるｄＶｏｐｅｎ／ｄＩａｄｊｕｓｔの特性を示す。調整部８１０は、曲線１９２０を調整用電流Ｉａｄｊｕｓｔで微分することで、例えば曲線２０１０に示すような、調整用電流Ｉａｄｊｕｓｔに対するｄＶｏｐｅｎ／ｄＩａｄｊｕｓｔの特性を得る。そして、調整部は、ｄＶｏｐｅｎ／ｄＩａｄｊｕｓｔが最大となる点２０２０における電圧Ｖｏｐｅｎを電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔとして算出する。
【００８６】
図２１は、本実施形態に係る磁場測定装置１０により磁場を測定するためのフローを示す。ステップ２１１０において、調整部８１０は、例えば、図９、１１、１４および１７の少なくともいずれかのフローに従ってセンサ部１１０が有する各磁気抵抗素子の磁気動作点を調整する。
【００８７】
次に、ステップ２１２０において、磁気リセット部１６０は、例えば、図２または図７のフローに基づいて、センサ部１１０が有する各磁気抵抗素子を磁気リセットする。
【００８８】
次に、ステップ２１３０において、磁場測定部１５０は、測定対象磁場を測定する。そして、ステップ２１４０において、磁場測定装置１０は、磁場の測定回数が予め定められた回数ｎ（ただし、ｎは１以上の整数）以上となったか否かを判定する。判定の結果、磁場の測定回数が予め定められた回数ｎ未満であった場合、磁場測定装置１０は、処理をステップ２１３０へ戻して処理を継続する。一方、判定の結果、磁場の測定回数が予め定められた回数ｎ以上であった場合、磁場測定装置１０は、処理をステップ２１５０へ進め、ステップ２１５０において、磁場測定部１５０は、ｎ回の測定値を積算する等して、予め定められた期間における測定値を積算して出力し、処理を終了する。本実施形態によれば、磁場測定部１５０が、ｎ回の測定値を積算して出力することにより、より高精度な出力を得ることができる。
【００８９】
なお、上述の説明において、磁場測定装置１０は、ステップ２１４０において、測定回数が予め定められた回数ｎ未満であった場合に処理をステップ２１３０へ戻す例について説明したが、これに代えて、図２１の点線で示すように、処理をステップ２１２０へ戻してもよい。すなわち、磁場測定装置１０は、磁場測定部１５０によって磁場測定を行う度に、センサ部１１０が有する各磁気抵抗素子を、磁気リセット部１６０によって毎回磁気リセットしてもよい。また、磁場測定装置１０は、ステップ２１４０において、測定回数が予め定められた回数ｎ未満であった場合に、図２１の別の点線で示すように、処理をステップ２１１０へ戻してもよい。すなわち、磁場測定装置１０は、磁場測定部１５０によって磁場測定を行う度に、センサ部１１０が有する各磁気抵抗素子を、調整部８１０によって毎回磁気動作点調整し、磁気リセット部１６０によって磁気リセットしてもよい。磁気リセット部１６０によって毎回磁気リセットすること、および、調整部８１０によって毎回磁気動作点を調整することで、センサ部１１０が有する各磁気抵抗素子をより磁気感度の高い磁気動作点で動作させることができる。なお、本図のフローにおいて、ステップ２１１０とステップ２１２０の順番は逆であってもよい。
【００９０】
図２２は、本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０において、第２スイッチ２１６０およびハイパスフィルタ２１７０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。図２２においては、図８と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本図における磁場測定装置１０は、図８の磁場測定装置１０に加えて、第２スイッチ２１６０およびハイパスフィルタ２１７０を備える。第２スイッチ２１６０は、第２演算増幅器１４４とＡＤ変換器１４６との間に設けられ、第２演算増幅器１４４の出力電圧ＶＡＭＰを直接ＡＤ変換器１４６に供給するか、第２演算増幅器１４４の出力をハイパスフィルタ２１７０を介してＡＤ変換器１４６に供給するかを切り替える。ハイパスフィルタ２１７０は、第２演算増幅器１４４の出力電圧ＶＡＭＰの高周波成分を通過させ、ＡＤ変換器１４６に供給する。
【００９１】
本図における磁場測定装置１０は、第２スイッチ２１６０を切り替えることで、調整フェーズにおいて、第２演算増幅器１４４の出力電圧ＶＡＭＰをハイパスフィルタ２１７０を介さずに直接ＡＤ変換器１４６に供給し、測定フェーズにおいて、第２演算増幅器１４４の出力ＶＡＭＰをハイパスフィルタ２１７０を介してＡＤ変換器１４６に供給する。これにより、測定フェーズにおいて測定対象とする磁場が交流成分である場合に、必要のない直流成分を遮断することができ、磁場測定部１５０が測定対象磁場の測定をより高精度に行うことができる。
【００９２】
図２３は、本実施形態の変形例に係る磁場測定装置１０において、第３演算増幅器２１８０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。図２３においては、図８と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本図における磁場測定装置１０は、図８の磁場測定装置１０に加えて、第３演算増幅器２１８０を更に備え、フィードバック電流発生部１２０が、２つ以上の演算増幅器を用いて構成される。第３演算増幅器２１８０は、差動入力端子の一方が第１演算増幅器１２２の出力に接続され、他方が固定電圧源２１９０に接続されている。本図におけるフィードバック電流発生部１２０は、第１演算増幅器１２２によってセンサ部１１０の出力電圧および基準電圧との差である電圧Ｖｏｐｅｎを出力し、第３演算増幅器２１８０によって当該電圧Ｖｏｐｅｎと、固定電圧２との差に基づいて、フィードバック電流を発生させて良い。ここで、固定電圧１と固定電圧２は同電圧で設定されてもよい。
【００９３】
図２４は、本実施形態に係るセンサ部１１０の具体例を示す。センサ部１１０は、磁気抵抗素子２４１０と、磁気抵抗素子２４１０の両端に配置された磁気収束板２４２０および２４３０（磁気収束板２４２０および磁気収束板２４３０を「磁気収束部」と総称する。）と、を有する。なお、ここで、磁気抵抗素子２４１０は、例えば、第１磁気抵抗素子１１２、第２磁気抵抗素子１１４、第３磁気抵抗素子１１６、および、第４磁気抵抗素子１１８の少なくとも１つであってよい。磁気収束板２４２０および２４３０は、磁気抵抗素子２４１０を間に挟むように、磁気抵抗素子２４１０の両端に配置されている。すなわち、センサ部１１０は、磁気抵抗素子２４１０に隣接して配置される磁気収束部を含む。本図において、磁気収束板２４２０は、感磁軸に沿って磁気抵抗素子２４１０の負側に設けられ、磁気収束板２４３０は、感磁軸に沿って磁気抵抗素子２４１０の正側に設けられている。なお、ここで、感磁軸は、磁気抵抗素子２４１０を形成する磁化固定層で固定された磁化の方向に沿っていてよい。また、感磁軸の負側から正側に向かって磁場が入力されると、磁気抵抗素子２４１０の抵抗は増加または減少してよい。磁気収束板２４２０および２４３０は、例えばパーマロイ等の透磁率の高い材料により形成される。そして、センサ部１１０が本具体例に示すように構成される場合、コイル１３２は、磁気抵抗素子２４１０と、磁気抵抗素子２４１０の両端に配置された磁気収束板２４２０および２４３０との断面を取り囲むように巻かれている。すなわち、フィードバック電流発生部１２０は、磁気抵抗素子２４１０及び磁気収束部を取り巻くように形成される。また、センサ部１１０は、複数の磁気抵抗素子２４１０を有する場合、磁気抵抗素子およびその両端に配置された磁気収束板を含む組を複数有してもよい。その場合、磁気抵抗素子およびその両端に配置された磁気収束板を含む組を１つのコイルで取り囲むようにコイル１３２が巻かれてもよい。
【００９４】
このようなセンサ部１１０において、感磁軸の負側から正側に磁場が入力されると、透磁率の高い材料で形成された磁気収束板２４２０および２４３０が磁化されることにより、本図において破線で示すような磁束の分布が発生する。すると、磁気収束板２４２０および２４３０が磁化されることにより発生する磁束は、二つの磁気収束板２４２０および２４３０の間に挟まれた磁気抵抗素子２４１０の位置を通過することとなる。このため、磁気抵抗素子２４１０の位置における磁束密度は、磁気収束板２４２０および２４３０を配置することによって大幅に増加させることができる。また、本具体例のように、磁気収束板２４２０および２４３０に挟まれた狭い位置に配置された磁気抵抗素子２４１０を用いて磁場の空間分布をサンプリングすることにより、空間におけるサンプリング点を明確にすることができる。
【００９５】
図２５は、本具体例に係るセンサ部１１０にフィードバック磁場を発生させた時の磁束分布を示す。図２５においては、図２４と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本具体例に係るセンサ部１１０において、コイル１３２にフィードバック電流が供給されると、コイル１３２がフィードバック磁場を発生させることにより、本図において一点鎖線で示すような磁束の分布が発生する。このフィードバック磁場により発生する磁束は、磁気抵抗素子２４１０に入力され磁気収束板２４２０および２４３０によって磁気増幅された磁場の空間分布をキャンセルするように空間分布する。このため、センサ部１１０は、本具体例に示すように磁気抵抗素子２４１０の両端に磁気収束板２４２０および２４３０が配置されている場合には、磁気抵抗素子２４１０の位置における磁場分布をフィードバック磁場によって正確にキャンセルすることができるため、入力磁場と出力電圧との間の線形性が高いセンサを実現することができる。
【００９６】
図２６は、本具体例に係るセンサ部１１０の構成の一例を示す。図２６においては、図２４と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本図において、磁気抵抗素子２４１０は、磁化自由層２６１０および磁化固定層２６２０を有する。一般に、磁気抵抗素子２４１０は、絶縁体の薄膜層を二つの強磁性体層で挟み込んだ構造である。磁化自由層２６１０は、二つの強磁性体層のうち、磁化方向が外部磁界に応じて変化する層である。また、磁化固定層２６２０は、二つの強磁性体層のうち、磁化方向が外部磁界に対して変化しない層である。一例として、磁気抵抗素子２４１０は、基板上に、磁化自由層２６１０、非磁性層、および、磁化固定層２６２０がこの順で積層されている。
【００９７】
本具体例において、磁気抵抗素子２４１０は、磁化自由層２６１０が下部に配置され、磁化自由層２６１０の上部に絶縁体の薄膜層（図示せず）を介して磁化固定層２６２０が配置される、いわゆるボトムフリー構造の磁気抵抗素子である。ボトムフリー構造の磁気抵抗素子は、磁化自由層２６１０を比較的広い面積で形成することができるため、高い磁気感度を得ることができる。なお、磁気抵抗素子２４１０において、上面視で、磁化固定層２６２０の面積は磁化自由層２６１０の面積よりも小さく、磁化固定層２６２０の面積に基づいて感磁エリアが定められる。
【００９８】
また、本具体例において、センサ部１１０は、磁気抵抗素子２４１０の上部に絶縁層（図示せず）を介して磁気収束板２４２０および２４３０が、磁気抵抗素子２４１０を中央に挟むようにその両端に配置されている。これにより、磁気抵抗素子２４１０は、磁気収束板２４２０および２４３０に挟まれた狭い空間に配置される。
【００９９】
ここで、本図において、磁化自由層２６１０における感磁軸方向に沿った長さを磁化自由層長さＬ＿Ｆｒｅｅと定義する。また、磁化自由層２６１０における上面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った長さを磁化自由層幅Ｗ＿Ｆｒｅｅと定義する。また、磁化固定層２６２０における感磁軸方向に沿った長さを磁化固定層長さＬ＿Ｐｉｎと定義する。また、磁化固定層２６２０における上面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った長さを磁化固定層幅Ｗ＿Ｐｉｎと定義する。また、磁気収束板の外側の一端から磁化自由層の外側の一端までの感磁軸方向に沿った長さ（本図において、磁気収束板２４２０の左端から右端までの感磁軸方向に沿った長さ、および、磁気収束板２４３０の右端から左端までの感磁軸方向に沿った長さ）を磁気収束板長さＬ＿ＦＣと定義する。また、磁気収束板における上面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った長さを磁気収束板幅Ｗ＿ＦＣと定義する。また、磁気収束板における側面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った長さを磁気収束板厚さＴ＿ＦＣと定義する。また、二つの磁気収束板２４２０および２４３０の感磁軸方向に沿った間隔（本図において、磁気収束板２４２０の右端から磁気収束板２４３０の左端までの感磁軸方向に沿った長さ）を磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣと定義する。また、磁化自由層２６１０の厚み方向の中心から磁気収束板の底面までの、側面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った間隔を磁気収束板高さＨ＿ＦＣと定義する。
【０１００】
本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、（１）操作が実行されるプロセスの段階または（２）操作を実行する役割を持つ装置のセクションを表わしてよい。特定の段階およびセクションが、専用回路、コンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、および／またはコンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタルおよび／またはアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路（ＩＣ）および／またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、論理ＡＮＤ、論理ＯＲ、論理ＸＯＲ、論理ＮＡＮＤ、論理ＮＯＲ、および他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）等のようなメモリ要素等を含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。
【０１０１】
コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ-ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ（ＲＴＭ）ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。
【０１０２】
コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはＳｍａｌｌｔａｌｋ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、１または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。
【０１０３】
コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して提供され、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。
【０１０４】
図２７は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ２２００の例を示す。コンピュータ２２００にインストールされたプログラムは、コンピュータ２２００に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられる操作または当該装置の１または複数のセクションとして機能させることができ、または当該操作または当該１または複数のセクションを実行させることができ、および／またはコンピュータ２２００に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ２２００に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定の操作を実行させるべく、ＣＰＵ２２１２によって実行されてよい。
【０１０５】
本実施形態によるコンピュータ２２００は、ＣＰＵ２２１２、ＲＡＭ２２１４、グラフィックコントローラ２２１６、およびディスプレイデバイス２２１８を含み、それらはホストコントローラ２２１０によって相互に接続されている。コンピュータ２２００はまた、通信インターフェイス２２２２、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ２２２６、およびＩＣカードドライブのような入／出力ユニットを含み、それらは入／出力コントローラ２２２０を介してホストコントローラ２２１０に接続されている。コンピュータはまた、ＲＯＭ２２３０およびキーボード２２４２のようなレガシの入／出力ユニットを含み、それらは入／出力チップ２２４０を介して入／出力コントローラ２２２０に接続されている。
【０１０６】
ＣＰＵ２２１２は、ＲＯＭ２２３０およびＲＡＭ２２１４内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ２２１６は、ＲＡＭ２２１４内に提供されるフレームバッファ等またはそれ自体の中にＣＰＵ２２１２によって生成されたイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス２２１８上に表示されるようにする。
【０１０７】
通信インターフェイス２２２２は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ２２２４は、コンピュータ２２００内のＣＰＵ２２１２によって使用されるプログラムおよびデータを格納する。ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ２２２６は、プログラムまたはデータをＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１から読み取り、ハードディスクドライブ２２２４にＲＡＭ２２１４を介してプログラムまたはデータを提供する。ＩＣカードドライブは、プログラムおよびデータをＩＣカードから読み取り、および／またはプログラムおよびデータをＩＣカードに書き込む。
【０１０８】
ＲＯＭ２２３０はその中に、アクティブ化時にコンピュータ２２００によって実行されるブートプログラム等、および／またはコンピュータ２２００のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入／出力チップ２２４０はまた、様々な入／出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入／出力コントローラ２２２０に接続してよい。
【０１０９】
プログラムが、ＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１またはＩＣカードのようなコンピュータ可読媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読媒体から読み取られ、コンピュータ可読媒体の例でもあるハードディスクドライブ２２２４、ＲＡＭ２２１４、またはＲＯＭ２２３０にインストールされ、ＣＰＵ２２１２によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ２２００に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ２２００の使用に従い情報の操作または処理を実現することによって構成されてよい。
【０１１０】
例えば、通信がコンピュータ２２００および外部デバイス間で実行される場合、ＣＰＵ２２１２は、ＲＡＭ２２１４にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インターフェイス２２２２に対し、通信処理を命令してよい。通信インターフェイス２２２２は、ＣＰＵ２２１２の制御下、ＲＡＭ２２１４、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１、またはＩＣカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ処理領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信された受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ処理領域等に書き込む。
【０１１１】
また、ＣＰＵ２２１２は、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ２２２６（ＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１）、ＩＣカード等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がＲＡＭ２２１４に読み取られるようにし、ＲＡＭ２２１４上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。ＣＰＵ２２１２は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックする。
【０１１２】
様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、およびデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。ＣＰＵ２２１２は、ＲＡＭ２２１４から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプの操作、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索／置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をＲＡＭ２２１４に対しライトバックする。また、ＣＰＵ２２１２は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第２の属性の属性値に関連付けられた第１の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、ＣＰＵ２２１２は、第１の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第２の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第１の属性に関連付けられた第２の属性の属性値を取得してよい。
【０１１３】
上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ２２００上またはコンピュータ２２００近傍のコンピュータ可読媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはＲＡＭのような記録媒体が、コンピュータ可読媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ２２００に提供する。
【０１１４】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１１５】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１１６】
１０      磁場測定装置
１１０    センサ部
１１２    第１磁気抵抗素子
１１４    第２磁気抵抗素子
１１６    第３磁気抵抗素子
１１８    第４磁気抵抗素子
１２０    フィードバック電流発生部
１２２    第１演算増幅器
１３０    磁場発生部
１３２    コイル
１４０    演算部
１４２    電流電圧変換抵抗
１４４    第２演算増幅器
１４６    ＡＤ変換器
１５０    磁場測定部
１６０    磁気リセット部
１６２    リセット電流供給部
１７０    切替部
５１０    基準電圧発生部
６１２    固定抵抗
６１４    可変抵抗
８１０    調整部
１３１０  第１スイッチ
１６１０  調整用電流発生部
２１６０  第２スイッチ
２１７０  ハイパスフィルタ
２１８０  第３演算増幅器
２１９０  固定電圧源
２２００  コンピュータ
２２０１  ＤＶＤ−ＲＯＭ
２２１０  ホストコントローラ
２２１２  ＣＰＵ
２２１４  ＲＡＭ
２２１６  グラフィックコントローラ
２２１８  ディスプレイデバイス
２２２０  入／出力コントローラ
２２２２  通信インターフェイス
２２２４  ハードディスクドライブ
２２２６  ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ
２２３０  ＲＯＭ
２２４０  入／出力チップ
２２４２  キーボード
２４１０  磁気抵抗素子
２４２０、２４３０  磁気収束板
２６１０  磁化自由層
２６２０  磁化固定層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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