(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁電流として三角波電流を磁性体コアに対する励磁手段に通電し、磁性体コアに対して設けられた検出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し、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検出するフラックスゲート型の磁気センサに用いられる半導体集積回路であって、
クロック生成回路と、
このクロック生成回路から出力されるクロック信号に基づき、前記時間間隔に基づいた外部磁界強度の強度信号を出力する信号処理回路と、
少なくとも前記三角波の頂点より前に該三角波周期Ｔの１〜５％とされる前方停止時間、および、前記三角波の頂点から後に前記三角波周期の１〜５％とされる後方停止時間において、前記信号処理回路からの強度信号出力を停止するように制御するクロック制御回路と、
を有することを特徴とする半導体集積回路。
【請求項２】
前記停止時間を除く時間における外部磁界強度信号をダイナミックレンジとして出力することを特徴とする請求項１記載の半導体集積回路。
【請求項３】
磁性体コアと、
前記磁性体コア内の磁束の変化を検出する検出コイルと、
供給される周期的な励磁電流に伴って前記磁性体コア内の磁束を変化させる励磁手段と、
前記励磁手段による前記磁性体コア内の磁束の変化に伴って前記検出コイルに発生する誘導出力を検出する検出手段と、
を有し、励磁電流として三角波電流を磁性体コアに対する励磁手段に通電し、磁性体コアに対して設けられた検出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し、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検出するフラックスゲート型の磁気センサ部と
クロック生成回路と、
このクロック生成回路から出力されるクロック信号に基づき、前記検出手段で検出された符号の異なる前記誘導出力の時間間隔に基づいた外部磁界強度の強度信号を出力する信号処理回路と、
少なくとも前記三角波の頂点より前に該三角波周期の１〜５％とされる前方停止時間、および、前記三角波の頂点から後に前記三角波周期の１〜５％とされる後方停止時間において、前記信号処理回路からの強度信号出力を停止するように制御するクロック制御回路と、
を有する半導体集積回路と、
を具備してなることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項４】
前記半導体集積回路において、前記停止時間を除く時間における外部磁界強度信号をダイナミックレンジとして出力することを特徴とする請求項３記載の磁気検出装置。
【請求項５】
基板と、
前記基板上に配置され、３軸のそれぞれに沿うように配置された第１、第２および第３のフラックスゲート型の磁気センサ部と、
半導体集積回路と、
を含み、
前記第１、第２および第３の磁気センサ部の各々は、
磁性体コアと、
前記磁性体コア内の磁束の変化を検出する検出コイルと、
供給される周期的な励磁電流に伴って前記磁性体コア内の磁束を変化させる励磁手段と、
前記励磁手段による前記磁性体コア内の磁束の変化に伴って前記検出コイルに発生する誘導出力を検出する検出手段と、
を有し、励磁電流として三角波電流を磁性体コアに対する励磁手段に通電し、磁性体コアに対して設けられた検出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し、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検出するものとされ、
前記半導体集積回路は、
クロック生成回路と、
このクロック生成回路から出力されるクロック信号に基づき、
前記検出手段で検出された符号の異なる前記誘導出力の時間間隔に基づいた外部磁界強度の強度信号を出力する信号処理回路と、
少なくとも前記三角波の頂点より前に該三角波周期の１〜５％とされる前方停止時間、および、前記三角波の頂点から後に前記三角波周期の１〜５％とされる後方停止時間において、前記信号処理回路からの強度信号出力を停止するように制御するクロック制御回路と、
を有することを特徴とする、電子方位計。
【請求項６】
前記半導体集積回路において、前記停止時間を除く時間における外部磁界強度信号をダイナミックレンジとして出力することを特徴とする請求項５記載の電子方位計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路、磁気検出装置、電子方位計に係り、特に、フラックスゲート型の磁気センサに用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁界検出センサとして、高透磁率磁性コアのB-H特性が入力磁界によりシフトすることを利用したフラックスゲート型磁気センサが使用されている。これは、ホール素子や磁気抵抗素子等を用いた磁気センサに比べて分解能が高く、また温度安定性が優れているという特徴を持つ。
【０００３】
フラックスゲート型の磁気センサとしては、地磁気などの外部磁界を入力磁界として受け、その入力磁界の大きさを検出する磁界検出部を備える。この磁界検出部は、一例として、磁気コアと、この磁気コアに巻回され、磁気コアを励磁する励磁コイルと、磁気コアに巻回され、磁気コア内の磁気変動に応じて誘起される電圧を検出する検出コイル（ピックアップコイル）とで構成されるものが知られている。（特許文献１、２、非特許文献1参照）
【０００４】
このようなフラックスゲート型磁気センサにおいては、励磁コイルに三角波電流を供給し、電流供給時間中、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（ピックアップ波形）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被測定磁界（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、被測定磁界を検出することができる。
【０００５】
これは、三角波の励磁電流を流して磁性体コアを励磁し、ピックアップコイルに現れる出力電圧の最大値を与える位相が被測定磁界によって変化した際、この変化した正負のピーク電圧の位相差（時間差）を検出して被測定磁界の値に換算するものである。また、位相の検出は、例えば励磁波形が頂点となる励磁三角波の絶対値が最大になる点に同期して開始される。
【０００６】
しかし、ピックアップコイルに現れる電圧は、磁性体コアのインダクタンス変化を検出していることから、インダクタンス変化量が少ない励磁三角波の絶対値最大値付近では、ピックアップ電圧の絶対値が低下する。このため、被測定磁界に対する位相差の変化量も励磁三角波の絶対値最大付近におけるセンサ出力の線形性が悪化する。つまり、カウンタの動作時間をダイナミックレンジとした場合、励磁三角波の絶対値最大付近での線形性悪化に対応して、ダイナミックレンジ両端でのセンサ出力線形性が悪化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１４７９４７号公報
【特許文献２】特開平０９−１５２４７３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】G. Trenkler: “Die Messung schwacher magnetischer Felder mittels Magnetometer mit direkter Zeitverschlusselung” ,Messtechnik, 205, (1970)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、全ダイナミックレンジで出力線形性を維持し、出力特性の良好なフラックスゲート型磁気検出装置を動作可能な半導体集積回路と、このフラックスゲート型磁気検出装置と電子方位計とを提供可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１にかかる半導体集積回路は、励磁電流として三角波電流を磁性体コアに対する励磁手段に通電し、磁性体コアに対して設けられた検出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し、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検出するフラックスゲート型の磁気センサに用いられる半導体集積回路であって、
クロック生成回路と、
このクロック生成回路から出力されるクロック信号に基づき、前記時間間隔に基づいた外部磁界強度の強度信号を出力する信号処理回路と、
少なくとも前記三角波の頂点より前に該三角波周期の１〜５％とされる前方停止時間、および、前記三角波の頂点から後に前記三角波周期の１〜５％とされる後方停止時間において、前記信号処理回路からの強度信号出力を停止するように制御するクロック制御回路と、
を有することにより上記課題を解決した。
本発明の請求項２にかかる半導体集積回路は、前記停止時間を除く時間における外部磁界強度信号をダイナミックレンジとして出力することを特徴とする請求項１記載の半導体回路である。
本発明の請求項３にかかる磁気検出装置路は、磁性体コアと、
前記磁性体コア内の磁束の変化を検出する検出コイルと、
供給される周期的な励磁電流に伴って前記磁性体コア内の磁束を変化させる励磁手段と、
前記励磁手段による前記磁性体コア内の磁束の変化に伴って前記検出コイルに発生する誘導出力を検出する検出手段と、
を有し、励磁電流として三角波電流を磁性体コアに対する励磁手段に通電し、磁性体コアに対して設けられた検出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し、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検出するフラックスゲート型の磁気センサ部と
クロック生成回路と、
このクロック生成回路から出力されるクロック信号に基づき、
前記検出手段で検出された符号の異なる前記誘導出力の時間間隔に基づいた外部磁界強度の強度信号を出力する信号処理回路と、
少なくとも前記三角波の頂点より前に該三角波周期の１〜５％とされる前方停止時間、および、前記三角波の頂点から後に前記三角波周期の１〜５％とされる後方停止時間において、前記信号処理回路からの強度信号出力を停止するように制御するクロック制御回路と、
を有する半導体集積回路と、
を具備してなることにより上記課題を解決した。
本発明の請求項４にかかる磁気検出装置路は、前記半導体集積回路において、前記停止時間を除く時間における外部磁界強度信号をダイナミックレンジとして出力することを特徴とする請求項３記載の磁気検出装置である。
本発明の請求項５にかかる電子方位計は、基板と、
前記基板上に配置され、３軸のそれぞれに沿うように配置された第１、第２および第３のフラックスゲート型の磁気センサ部と、
半導体集積回路と、
を含み、
前記第１、第２および第３の磁気センサ部の各々は、
磁性体コアと、
前記磁性体コア内の磁束の変化を検出する検出コイルと、
供給される周期的な励磁電流に伴って前記磁性体コア内の磁束を変化させる励磁手段と、
前記励磁手段による前記磁性体コア内の磁束の変化に伴って前記検出コイルに発生する誘導出力を検出する検出手段と、
を有し、励磁電流として三角波電流を磁性体コアに対する励磁手段に通電し、磁性体コアに対して設けられた検出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し、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検出するものとされ、
前記半導体集積回路は、
クロック生成回路と、
このクロック生成回路から出力されるクロック信号に基づき、
前記検出手段で検出された符号の異なる前記誘導出力の時間間隔に基づいた外部磁界強度の強度信号を出力する信号処理回路と、
少なくとも前記三角波の頂点より前に該三角波周期の１〜５％とされる前方停止時間、および、前記三角波の頂点から後に前記三角波周期の１〜５％とされる後方停止時間において、前記信号処理回路からの強度信号出力を停止するように制御するクロック制御回路と、
を有することにより上記課題を解決した。
本発明の請求項６にかかる電子方位計は、前記半導体集積回路において、前記停止時間を除く時間における外部磁界強度信号をダイナミックレンジとして出力することを特徴とする請求項５記載の電子方位計である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、信号強度が小さくなり三角波頂点付近である停止時間における外部磁界強度の出力を停止することにより、出力の線形性悪化を防止することが可能となるという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明に係る半導体集積回路および磁気検出装置の第１実施形態を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明に係る半導体集積回路および磁気検出装置の第１実施形態における磁界検出の方法を説明するための図であって、（ａ）は印加する三角波電流の一例を示すグラフ、（ｂ）は磁気コアにおける磁化状態の変化を示すグラフ、（ｃ）は得られるスパイク状電圧波形を示すグラフ、（ｄ）は磁気ヒステリシスカーブを示すグラフである。
【図３】図３は、本発明に係る半導体集積回路および磁気検出装置の第１実施形態における励磁波形とスパイク状電圧波形および時間間隔との関係を示すグラフであり、（ａ）は外部磁界なし、（ｂ）は正の外部磁界有り、（ｃ）は負の外部磁界有りの場合を示すものである。
【図４】図４は、本発明に係る半導体集積回路および磁気検出装置の第１実施形態における励磁波形とスパイク状電圧波形および時間間隔との関係を示すグラフであり、（ａ）は大きな正の外部磁界有り、（ｂ）はさらに大きな正の外部磁界有り、（ｃ）は大きな負の外部磁界有りの場合を示すものである。
【図５】図５は、本発明に係る半導体集積回路および磁気検出装置の第１実施形態における動作を示すグラフであり、（ａ）は励磁波形とスパイク状電圧波形の関係を示すグラフであり、（ｂ）はクロック制御回路による停止信号の出力を、（ｃ）はクロック生成回路によるクロック信号を示すものである。
【図６】図６は、本発明に係る半導体集積回路および磁気検出装置の第１実施形態においてダイナミックレンジ端付近における励磁磁界とピーク間隔（時間間隔）との関係を示すグラフであり、（ａ）停止信号により出力停止しない場合、（ｂ）停止信号により出力停止した場合を示すものである。
【図７】図７は、本発明に係る半導体集積回路および磁気検出装置の第１実施形態においてダイナミックレンジ端付近における励磁磁界とデジタル出力（ＬＳＢ）との関係を示すグラフであり、（ａ）停止信号により出力停止しない場合、（ｂ）停止信号により出力停止した場合を示すものである。
【図８】図８は、本発明に係る半導体集積回路および磁気検出装置の第１実施形態において図７の停止信号により出力停止した場合にダイナミックレンジ端付近における励磁磁界とピーク間隔（時間間隔）との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明に係る半導体集積回路および磁気検出装置の第３実施形態における磁気センサ部を示す平面図である。
【図１０】図１０は、図９に示す磁気センサ部を図９中に記載のａ−ａ’線で切断した縦断面図である。
【図１１】図１１は、図９に示す磁気センサ部子を図９中に記載のｂ−ｂ’線で切断した縦断面図である。
【図１２】図１２は、図９に示す磁気センサ部が備える磁気コア部分を示す平面図である。
【図１３】図１３は、本発明に係る半導体集積回路および磁気検出装置の第４実施形態における磁気センサ部の磁気コアを示す平面図である。
【図１４】図１４は、本発明に係る半導体集積回路および磁気検出装置の第４実施形態における磁気センサ部の磁気コアの他の例を示す平面図である。
【図１５】図１５は、本発明に係る半導体集積回路および磁気検出装置の第２実施形態における磁気センサ部を概略的に示す上面図である。
【図１６】図１６は、図１５におけるラインａ−ａ’に沿って切断した断面図である。
【図１７】図１７は、図１５におけるラインｂ−ｂ’に沿って切った断面図で、磁気センサ部の作製工程を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明に係る電子方位計の実施形態を示す概略斜視図である。
【図１９】図１９は、本発明に係る半導体集積回路および磁気検出装置の実施形態における他の励磁波形を示す例を示すものである。
【図２０】図２０は、本発明に係る半導体集積回路および磁気検出装置の実施例において外部磁場の印加方法の一例を示す模式図である。
【図２１】図２１は、本発明に係る半導体集積回路および磁気検出装置の実施例において外部磁場の印加方法の他の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る磁気センサ部および半導体集積回路からなる磁気検出装置の第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における磁気センサ部および半導体集積回路からなる磁気検出装置の機能要素と、各機能要素同士の関係を示す模式図であり、図において、符号Ｍは、磁気検出装置である。
【００１４】
本実施形態の磁気検出装置Ｍは、図１に示すように、フラックスゲート型の磁気センサ部Ｍ１と半導体集積回路Ｍ２とを有する。図１において、各機能要素を結ぶ実線は電気的な接続を、点線は電磁気的な接続を、矢印は電気信号の方向を示している。
磁気センサ部Ｍ１と半導体集積回路Ｍ２とは、磁性体コアＭ１２と、磁性体コアＭ１２内の磁束の変化を検出する検出コイルＭ１３と、供給される周期的な励磁電流に伴って磁性体コア内の磁束を変化させる励磁手段と、励磁手段による磁性体コアＭ１２内の磁束の変化に伴って検出コイルＭ１３に発生する誘導出力を検出する検出手段（検出部）Ｍ１４と、クロック生成回路Ｍ２１と、このクロック生成回路Ｍ２１から出力されるクロック信号に基づき、検出手段Ｍ１４で検出された符号の異なる誘導出力の時間間隔に基づいて外部磁界強度の強度信号を演算・出力する信号処理回路Ｍ２３と、少なくとも前記三角波の頂点より前に該三角波周期の特定の割合（％）とされる前方停止時間ｔＡ、および、前記三角波の頂点から後に前記三角波周期の特定の割合（％）の時間とされる後方停止時間ｔＢにおいて、信号処理回路Ｍ２３からの強度信号出力Ｓｏｕｔを停止する停止信号を出力するように制御するクロック制御回路Ｍ２２と、を有する。
励磁手段は、磁気コアＭ１２近傍に設けられ励磁コイルとされる励磁部Ｍ１１とこの励磁部Ｍ１１に励磁電流を供給し励磁部の励磁状態を制御するドライブ部Ｍ１５とからなる構成とすること、または、励磁手段は、磁気コアＭ１２そのものとされこれに励磁電流を印加して磁気コアＭ１２および検出コイルＭ１３近傍を励磁する構成とすることなど、必要な励磁が可能な構成であればその構成は限定されない。
【００１５】
磁気センサ部Ｍ１は、励磁電流として三角波電流を磁性体コアＭ１２に対する励磁手段に通電し、磁性体コアＭ１２に対して設けられた検出コイルＭ１３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し、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検出する。
【００１６】
半導体集積回路Ｍ２は、クロック生成回路Ｍ２１と、検出手段Ｍ１４と、ドライブ部Ｍ１５と、信号処理回路Ｍ２３と、クロック制御回路Ｍ２２とを有するものとされ、停止信号がｏｆｆである場合に磁気センサ部Ｍ１からのデータにより出力信号Ｓｏｕｔを出力するよう構成されてなる。
【００１７】
クロック制御回路Ｍ２２において出力される停止信号は、後述するように、クロック生成回路Ｍ２１のクロック信号に基づき停止時間ｔＡおよび停止時間ｔＢにおいて、信号処理回路Ｍ２３での外部磁界強度の強度信号算出動作を停止する制御とする構成か、信号処理回路Ｍ２３での強度信号算出動作は行うが、その出力を停止する制御とする構成とすることができる。なお、停止時間ｔＡおよび停止時間ｔＢに関しては後述する。
【００１８】
次に、前記構成の本実施形態の磁気検出装置Ｍの動作および検出された符号の異なる誘導出力の時間間隔に基づいた外部磁界強度の検出方法（磁界検出方法）について説明する。なお、ここでは、励磁部（励磁手段）として励磁部Ｍ１１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。
【００１９】
まず、外部磁界の測定・検出を行う検出時間が開始すると、半導体集積回路Ｍ２のクロック生成回路Ｍ２１から連続するクロック信号を発生するとともに、このクロック信号に基づき、励磁部Ｍ１１を励磁するための交流電流を供給するドライブ部Ｍ１５において交流電源をｏｎにする。
【００２０】
ここで、交流電源が供給する電流パターンとして、周期Ｔで極性反転型の三角波形電流の一例を図２（ａ）に示す。
ドライブ部Ｍ１５から供給された三角波電流により磁気コアＭ１２が励磁され、図２（ｄ）に示すように、磁気コアＭ１２にＢ−Ｈカーブに沿った磁束が生じる。この軟磁性体からなる磁気コアＭ１２における磁化状態（磁束密度）の経時変化を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）に示すように、磁気コアＭ１２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２（ｂ）中の実線は、磁気センサ部Ｍ１を外部磁界が実質的に存在しない環境（Ｈｅｘ＝０）に置いた場合の磁気コアＭ１２の磁化状態の経時変化、図２（ｂ）中の二点鎖線は、磁気センサ部Ｍ１を正方向の外部磁界中（Ｈｅｘ＞０）に置いた場合の磁気コアＭ１２の磁化状態の経時変化、図２（ｂ）中の点線は、磁気センサ部Ｍ１を負方向の外部磁界中（Ｈｅｘ＜０）に置いた場合の磁気コアＭ１２の磁化状態の経時変化である。
【００２１】
磁気コアＭ１２に生じた磁束は検出コイルＭ１３と交差して誘導電圧（誘導電流）を発生させる。そして、検出コイルＭ１３に発生した誘導電圧は、検出コイルＭ１３の出力端子から出力電圧として検出部Ｍ１４に出力される。
このとき、図２（ｃ）に示すように、各出力端子から検出される出力電圧波形としては、磁気コアＭ１２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）が出力される。半導体集積回路Ｍ２中の検出部Ｍ１４は、このスパイク波を増幅するとともに、カウント可能なように信号処理回路Ｍ２３に出力する。
【００２２】
ここで、図２（ｃ）中の実線は、磁気センサ部Ｍ１を外部磁界が実質的に存在しない環境（Ｈｅｘ＝０）に置いた場合の出力電圧波形、図２（ｃ）中の二点鎖線は、磁気センサ部Ｍ１を正方向の外部磁界中（Ｈｅｘ＞０）に置いた場合の出力電圧波形、図２（ｃ）中の点線は、磁気センサ部Ｍ１を負方向の外部磁界中（Ｈｅｘ＜０）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図中右側または左側となる時間軸ｔ上でシフトする。
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式（１）〜（３）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。この式（１）〜（３）において、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（励磁手段にて発生する磁界）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。
【００２３】
【数１】
0005518661.tif 000002
【数２】
0005518661.tif 000003
【数３】
0005518661.tif 000004
【００２４】
半導体集積回路Ｍ２においては、時刻ｔ１、時刻ｔ３、時刻ｔ５、時刻ｔ７のときに頂点となるように図２（ａ）に示した周期Ｔの三角波電流が通電されるようドライブ手段Ｍ１５へクロック信号が出力される。また、外部磁界が存在しない（Ｈｅｘ＝０）場合、図３（ａ）に示すように、三角波の極性が負から正へ反転する時刻ｔ２、時刻ｔ６のときに正符号のスパイク状電圧波形Ｋ＋が、また、三角波の極性が正から負へ反転する時刻ｔ４のときに負符号のスパイク状電圧波形Ｋ−がそれぞれ検出されて、磁気センサ部Ｍ１から信号処理回路Ｍ２３に入力される。このときの正符号のスパイク状電圧波形Ｋ＋と負符号のスパイク状電圧波形Ｋ−との時間間隔ｔｔ０が、外部磁界Ｈｅｘ＝０のときの基準時間間隔とされる。
【００２５】
正符号の外部磁界が存在する（Ｈｅｘ＞０）の場合には、図３（ｂ）に示すように、同様に、時刻ｔ１、時刻ｔ３、時刻ｔ５、時刻ｔ７のときに三角波電流が頂点となるが、外部磁界の存在により三角波の極性が反転する時刻が異なる（シフトする）ため、信号処理回路Ｍ２３においては、時間間隔ｔｔ０よりも短くなった正符号のスパイク状電圧波形Ｋ＋と負符号のスパイク状電圧波形Ｋ−との時間間隔ｔｔ１を、この基準時間間隔ｔｔ０と比較することにより正の外部磁界の大きさを算出する。ここで、正の外部磁界の存在により、極性の反転する時刻が時刻ｔ２、時刻ｔ６からずれ、かつ、ｔ１、ｔ３、ｔ５に近づいた場合、スパイク状電圧波形の絶対値（信号強度）は小さくなる。
【００２６】
負符号の外部磁界が存在する（Ｈｅｘ＜０）のとき、図３（ｃ）に示すように、同様に、時刻ｔ１、時刻ｔ３、時刻ｔ５、時刻ｔ７のときに三角波電流が頂点となるが、外部磁界の存在により三角波の極性が反転する時刻が異なるため、信号処理回路Ｍ２３においては、時間間隔ｔｔ０より長くなった正符号のスパイク状電圧波形Ｋ＋と負符号のスパイク状電圧波形Ｋ−との時間間隔ｔｔ２を、この基準時間間隔ｔｔ０と比較することにより負の外部磁界の大きさを算出する。同様に負符号の外部磁界の存在により、極性の反転する時刻が時刻ｔ２、時刻ｔ６からずれ、かつ、ｔ１、ｔ３、ｔ５に近づいた場合、スパイク状電圧波形の絶対値（信号強度）は小さくなる。
【００２７】
このように、スパイク状電圧波形の絶対値は、ｔ１、ｔ３、ｔ５のように、三角波電流の頂点に近づくと減少する。例えば、図４（ａ）に示すように、図３（ｂ）に示したより大きな正符号の外部磁界が存在し（Ｈｅｘ＞＞０）、スパイク状電圧波形の発生時刻が三角波の頂点時刻ｔ３または時刻ｔ７に近づいた場合、正符号のスパイク状電圧波形Ｋ＋と負符号のスパイク状電圧波形Ｋ−との時間間隔ｔｔ３は、時間間隔ｔｔ１よりもさらに短くなるとともに、スパイク状電圧波形Ｋ＋、Ｋ−の絶対値の大きさ（信号強度）が減少する。
【００２８】
また、図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）に示したよりさらに大きな正符号の外部磁界が存在し（Ｈｅｘ＞＞＞０）スパイク状電圧波形の発生時刻が三角波の頂点時刻ｔ３または時刻ｔ７によりいっそう近づいた場合、正符号のスパイク状電圧波形Ｋ＋と負符号のスパイク状電圧波形Ｋ−との時間間隔ｔｔ４は、時間間隔ｔｔ３よりもさらに短くなるとともに、スパイク状電圧波形Ｋ＋、Ｋ−の絶対値の大きさ（信号強度）もが減少する。
【００２９】
同様に、図４（ｃ）に示すように、図４（ｂ）に示した磁界と同程度の絶対値の大きさである負符号の外部磁界が存在し（Ｈｅｘ＜＜＜０）スパイク状電圧波形の発生時刻が三角波の頂点時刻ｔ１または時刻ｔ５に近づいた場合、正符号のスパイク状電圧波形Ｋ＋と負符号のスパイク状電圧波形Ｋ−との時間間隔ｔｔ５は、時間間隔ｔｔ４と同程度に短くなるとともに、スパイク状電圧波形Ｋ＋、Ｋ−の絶対値の大きさ（信号強度）も同程度に減少する。
【００３０】
このように、絶対値の大きさ（強度）の減少したスパイク状電圧波形Ｋ＋、Ｋ−を外部磁界強度の算出に用いずに出力精度（線形性）を維持するために、半導体集積回路Ｍ２においては、クロック制御回路Ｍ２２において、クロック生成回路Ｍ２１から出力されるクロック信号に基づき、三角波の頂点付近である時刻ｔ１、時刻ｔ３、時刻ｔ５、時刻ｔ７の前後に信号処理回路Ｍ２３からの強度信号出力Ｓｏｕｔを停止する制御をｏｎとなる停止信号を出力する。停止信号は、図５（ｂ）に示すように、三角波の頂点となる時刻ｔ１、時刻ｔ３、時刻ｔ５、時刻ｔ７より時間的に前側で周期Ｔの０．１〜５％とされる前方停止時間ｔＡ、および、前記三角波の頂点となる時刻ｔ１、時刻ｔ３、時刻ｔ５、時刻ｔ７から後に周期Ｔの０．１〜５％とされる後方停止時間ｔＢの間に出力される。また、クロック信号は、図５（ｃ）に示すように、図５（ａ）に示す三角波とされる励磁電流が印加される検出時間中クロック生成回路Ｍ２１から出力される。
【００３１】
前方停止時間ｔＡは、周期Ｔの０．１〜５％とされることができ、より好ましくは、周期Ｔの０．１〜３％とされ、また、周期Ｔの０．１〜１％とすることができる。
後方停止時間ｔＢは、周期Ｔの０．１〜５％とされることができ、より好ましくは、周期Ｔの０．１〜３％とされ、また、周期Ｔの０．１〜１％とすることができる。
前方停止時間ｔＡと後方停止時間ｔＢとは等しい長さに設定することや、どちらか片方を短くする、連続する三角波ごとに異なる長さとするといった各種の設定とすることができる。また、前方停止時間ｔＡと後方停止時間ｔＢとのどちらかのみ停止信号を出力することも可能である。
【００３２】
本実施形態の半導体集積回路Ｍ２においては、前方停止時間ｔＡと後方停止時間ｔＢとにおいて、信号処理回路Ｍ２３からの強度信号出力Ｓｏｕｔを停止する停止信号を出力するクロック制御回路Ｍ２２を有することにより、三角波の頂点付近の時刻において外部磁界強度の強度信号を出力しないことにより、出力の線形性を維持することが可能となる。
具体的には、図６（ａ）に示すように、三角波において負符号の励磁磁界が−２ｍＴ付近までの場合に、図６（ｂ）に示すように、−１．９ｍＴ付近から−２ｍＴ付近までとなる停止時間ｔＡだけ停止信号を出力して、信号処理回路Ｍ２３において外部磁界強度の強度信号を出力しないことにより、全出力範囲において線形性を維持することが可能となることがわかる。なお、図６においては、三角波頂点付近、すなわち、ダイナミックレンジ端近傍のみを示しておりこれ以外では線形性を維持している。また、図６に対応する強度信号としてのデジタル出力を図７に示す。負符号の励磁磁界が−２ｍＴ付近までの場合、この範囲の出力が、たとえば１４ｂｉｔとされるデジタル出力（ＬＳＢ；Least Significant Bit）に出力していた場合、デジタル出力の上限は１５９８４程度となる。
【００３３】
また、本実施形態においては、上述したように、停止信号によりデジタル出力を三角波形磁界の頂点以外を除いた出力範囲の−．９ｍＴ〜＋１．９ｍＴの範囲とする。そしてこの範囲の出力を、図８に示すように、たとえば１４ｂｉｔとされるデジタル出力（ＬＳＢ）に換算する。これにより、デジタル出力の上限は、１６３８２となる。これにより、線形性を保った状態でデジタル出力のフルスケールを使用することが可能となる。
【００３４】
以下に本発明の磁気検出装置Ｍの第２実施形態を説明する。本実施形態においては、磁気センサ部の具体的構成を例示する。
【００３５】
図１５は、本実施形態に係る磁気センサ部を概略的に示す上面図である。図１６は、図１５におけるラインａ−ａ’に沿って切った断面図である。図１７（Ａ）−図１７（Ｅ）は、図１５におけるラインｂ−ｂ’に沿って切った断面図で、磁気センサ部の作成工程を示す図である。
【００３６】
本実施形態の磁気センサ部は、図１５−図１６に示すように、磁気コア１０３と、第１配線層１０４と、第１絶縁層１０５と、第２絶縁層１０６と、第２配線層１０７と、開口部１０８と、基板１００とを含む。磁気コア１０３は、端部分１０１と、中央部分１０２とを含む。第１配線層１０４及び第２配線層１０７は、端部分１０１に巻き回された第１のソレノイドコイル１０９及び中央部分１０２に巻き回された第２のソレノイドコイル１１０を構成している。
【００３７】
本実施形態において、端部分１０１に巻き回された第１のソレノイドコイル１０９は励磁部とされる励磁コイルである。中央部分１０２に巻き回された第２のソレノイドコイル１１０はピックアップコイル（検出コイル）である。本実施形態において、端部分１０１は励磁部分であり、中央部分１０２は検出部分である。
【００３８】
図１７（Ａ）−図１７（Ｅ）を用いて、本実施形態の磁気センサ部の作製工程について説明する。まず、図１７（Ａ）のように、非磁性の基板１００の上に、ソレノイドコイルの下側配線を形成するための第１配線層１０４が形成される。次に、図１７（Ｂ）のように、第１配線層１０４の上に、磁気コア１０３とソレノイドコイルを絶縁するための第１絶縁層１０５とが形成される。ここで、この第１絶縁層１０５においては、第１配線層１０４と、後に形成されるソレノイドコイルの上側配線となる第２配線層１０７とが接続される部分に、開口部１０８が設けられる。
【００３９】
次に、図１７（Ｃ）のように、第１絶縁層１０５の上には、軟磁性体膜からなる磁気コア１０３が形成される。この軟磁性体膜からなる磁気コア１０３の形状は、図１５に示す通り、その中央部分１０２における幅が端部分１０１における幅よりも狭くなっている。
【００４０】
次に、図１７（Ｄ）のように、磁気コア１０３の上には、第１配線層１０４と第２配線層１０７の接続部に開口部１０８を設けた第２絶縁層１０６が形成される。さらに、図１７（Ｅ）のように、第２絶縁層１０６の上に、第２配線層１０７が、第１配線層１０４の隣接する配線どうしをその端部にて接続するように形成され、それによりソレノイドコイルを形成している。配線は、隣接する配線と接続されるため、断面におけるソレノイドコイルのループは閉じない。
【００４１】
第１配線層１０４および第２配線層１０７により形成された第１のソレノイドコイル１０９及び第２のソレノイドコイル１１０は、磁気コア１０３の両端の幅の広い端部分１０１と幅の狭い中央部分１０２において、それぞれ独立に巻き回されている。両端の幅の広い端部分１０１に巻き回されている第１のソレノイドコイル１０９は、一方の端の端部分１０１に巻き回されている第３のソレノイドコイルと、もう一方の端の端部分１に巻き回されている第４のソレノイドコイルとを含む。両端の端部における第３のソレノイドコイル及び第４のソレノイドコイルが直列に、かつ発生する磁界方向が同一となるように第１配線層１０４もしくは第２配線層１０７により接続されていて、それにより全体として第１のソレノイドコイル１０９を形成している。磁気コア１０３の中央部分１０２に巻き回された第２のソレノイドコイル１１０の両端には、外部と接続するための電極パッド１１１が形成されている。磁気コア１０３の両端の端部分１０１に巻き回された２つの直列に接続された第１のソレノイドコイル１０９の両端には、外部と接続するための電極パッド１１２が形成されている。
【００４２】
磁気コア３の両端の端部分１にそれぞれ巻き回された第３のソレノイドコイル及び第４のソレノイドコイルは、巻き数が同じで対称であることが好ましい。
【００４３】
なお、図１５は、模式的に示されており、第１のソレノイドコイル９及び第２のソレノイドコイル１０に関し、磁気コア３の下側配線の一部が省略されている。また、第１のソレノイドコイル９および第２のソレノイドコイル１０の形状は、図１５で示された形状に限定されない。
【００４４】
本実施形態における第１配線層１０４と第２配線層１０７の位置関係は、図１６の形状に限定されない。また、本実施形態における磁気センサ部の形状は、図１７（Ａ）−図１７（Ｅ）の形状に限定されない。
【００４５】
磁気コア１０３の両端の幅の広い端部分１０１は、その周囲に巻き回された第１のソレノイドコイル１０９に通電することにより励磁される。一方、磁気コア１０３の幅の狭い中央部分１０２には誘導電圧がかかり、その誘導電圧は中央部分１０２の周囲に巻き回された第２のソレノイドコイル１１０により検出される。
【００４６】
外部より電極パッド１１２を介して、時間的に変化する交流電流を、磁気コア１０３の端部分１０１の第１のソレノイドコイル（励磁部）１０９に対して通電することにより、磁気コア１０３が交流励磁される。端部分１０１において発生した磁束は、磁気コア１０３の中央部分１０２に導かれる。これにより磁気コア１０３の中央部分１０２も交流励磁されて、中央部分１０２の第２のソレノイドコイル（検出コイル）１１０に略パルス状の誘導電圧が発生する。この誘導電圧は第２のソレノイドコイル１１０および電極パッド１１１を介して外部の検出回路で検出できる。ここで、第１のソレノイドコイル１０９に通電される交流電流は、一定周波数の三角波であることが望ましい。
【００４７】
なお、上述の実施形態においては、磁気コアとして図１５に示したものを挙げたが、本発明の趣旨における磁気コアの形状はこれに限られることはなく、その端部分における幅が、中央部分における幅よりも広くなっていれば、いかなる形状であってもよい。また、前述の構成に加えて、第２配線層１０７を覆う封止層が形成されていてもよい。
第１配線層１０４の厚さは、０．２μｍ〜２μｍ程度が好ましい。第１絶縁層１０５の厚さは、第１配線層１０４の凹凸を緩和するだけの十分な厚さ、具体的には第１配線層１０４の厚さの３〜１０倍程度であることが望ましい。これらの配線層は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕとすることができる。磁気コア１０３となる軟磁性体膜としては、ＣｏＮｂＺｒおよびＣｏＴａＺｒ等に代表される零磁歪のＣｏ系アモルファス膜や、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などが望ましい。第２配線層１０７は、Ｔｉ、Ｃｒ、ＴｉＷなどのバリアメタル膜から形成されることができる。必要に応じて外部に接続するための電極パッドおよび端子としては、はんだバンプおよび金バンプ、ならびにワイヤボンディング等の一般的な半導体デバイスや薄膜デバイスに用いられる手法を適用することができる。
【００４８】
図９は、本発明の磁気検出装置の第３実施形態における磁気センサ部を示す平面図、図１０は、図９に示す磁気センサ部を図９中に示すａ−ａ’線で切断した縦断面図、図１１は、図９に示す磁気センサ部を図９中に示すｂ−ｂ’線で切断した縦断面図、図１２は、図９に示す磁気センサ部が備える磁気コアを示す平面図である。
【００４９】
図９〜図１１に示す磁気センサ部は、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（検出コイル）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９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。
【００５０】
非磁性基板２は、本実施形態の磁気センサ部を構成する各部を支持するものであり、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１１に拡大して示す如く平面視帯状をなす通電部（励磁部）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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、この磁気センサ部において、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。
【００５３】
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、磁気センサ部の感度を高めることができる作用を奏する。
【００５４】
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９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、ドライブ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。  
【００５５】
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９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９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。  
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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、本実施形態において、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９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。
【００６３】
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、電子方位計としての使用可能とするために、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。
【００６４】
次に、前記構成の磁気センサ部としての動作において上述した第1実施形態における説明に対して追加する部分について説明する。
ドライブ部Ｍ１５の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、その長手方向にＢ−Ｈカーブに沿った磁束が生じる。図２（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。
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スパイク波が検出される。
【００６５】
このように構成された磁気センサ部は、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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
なお、本実施形態の磁気センサ部において、各部の形状は前述のものに限るものではない。
【００６９】
以下、本発明の磁気検出装置の第４実施形態における磁気センサ部について、図面に基づいて説明する。図１３及び図１４は、本実施形態に係る磁気センサ部における磁気コアの形状の一例を示す平面図である。
【００７０】
本実施形態における磁気センサ部の磁気コアは、図１３及び図１４に示すように、端部分１０１と中央部分１０２とを有する。端部分１０１の幅Ｂは、中央部分１０２の幅Ｃよりも広い。磁気コアの長手方向の長さＡは、１ｍｍ以下、望ましくは０．５ｍｍ以下である。端部分１０１の幅Ｂと端部分１０１の長手方向の長さＤの比Ｂ／Ｄの値は１よりも小さい。磁気センサ部の磁気コアの長手方向は、磁気センサ部の感磁方向と一致している。図１３及び図１４では図示していないが、端部分１の周囲には、励磁コイルが巻き回され、中央部分１０２の周囲には、ピックアップコイルが巻き回される。
図１３は、磁気コアの端部分の形状が角型の場合の例を示す平面図である。図１４は、磁気コアが端部分１０１と中央部分１０２との境界にテーパ形状を有する場合の例を示す平面図である。角部での磁束の局所的な飽和を抑えるためには、図１４に示すように、端部分１０１と中央部分１０２の境界が略テーパ状になっていることが望ましい。この場合、端部分１０１の長手方向の長さＤは略テーパ状の部分を含む長さを表わすこととすると、端部分１０１の幅Ｂと端部分１０１の長手方向の長さＤの比Ｂ／Ｄの値が、１よりも小さいことが望ましい。
【００７１】
磁性薄膜においては、膜厚方向と面内方向の比率が、数１００〜数１０００程度と大きい。従って、反磁界係数は膜厚方向と面内方向で数１００〜数１０００倍の違いがあり、面内方向の反磁界係数は非常に小さい。磁性薄膜を、長手方向を有する形状にパターニングした場合、長手方向と幅方向の寸法比によって反磁界係数が決定される。この場合、長手方向の反磁界係数は小さく、幅方向の反磁界係数は大きくなるため、形状異方性は、長手方向が容易軸となる。
【００７２】
上述したように、本実施形態の磁気センサ部は、磁気コアに中央部分１０２よりも幅の広い端部分１０１を有し、端部分１０１の幅Ｂは端部分１０１の長手方向の長さＤよりも小さい。端部分１０１の形状異方性による容易軸は、磁気センサ部の長手方向である。従って、感磁方向と直交する磁界によるコア内の磁束密度の変化が少なく、他軸感度特性が良好である。これにより、方位精度の優れた電子方位計を構成することが可能である。
【００７３】
【数４】
0005518661.tif 000005
【００７４】
上述した式（３）より、外部磁界に対する時間間隔の変化ｔ２−ｔ１は、外部磁界Ｈｅｘｔと励磁コイルの作る磁界Ｈｅｘｃの比Ｈｅｘｔ／Ｈｅｘｃおよび三角波の周期Ｔに依存することが分かる。外部磁界に対する感度Ｓ＝ｄ（ｔ２−ｔ１）／ｄＨｅｘｔは、励磁コイルに通電する電流振幅Ｉｅｘｃ、励磁コイルに流れる単位電流当たりの発生磁界すなわち励磁効率α、及び三角波の周期Ｔを用いて、Ｓ＝Ｔ／（２・Ｉｅｘｃ×α）で表される。よって、励磁電流が大きいほど、センサの感度Ｓは小さくなる。三角波の周期Ｔが大きいすなわち励磁周波数ｆｅｘｃが小さいほど、センサの感度Ｓは大きくなる。
【００７５】
励磁効率αは、磁気センサ部を構成する磁気コアとコイルの巻き数によって決定される値である。励磁効率αが大きいほど、少ない電流でフラックスゲートセンサを駆動することができる。また、式（３）において、Ｈｅｘｔ＝Ｈｅｘｃとなるとき式（３）は０となり、このときのＨｅｘｔが測定磁界範囲の上限となる。Ｈｅｘｃ＝α×Ｉｅｘｃで表されることから、励磁効率αが大きいほど、同一の電流で駆動した場合に広い測定磁界範囲を有することとなる。
【００７６】
次に、本発明の実施形態における電子方位計を説明する。図１８は、本実施形態に係る電子方位計の概略斜視図である。
【００７７】
図１８に示した電子方位計は、第１フラックスゲート（Ｘ軸）センサＭ１ｘ、第２フラックスゲート（Ｙ軸）センサＭ１ｙ、第３フラックスゲート（Ｚ軸）センサＭ１ｚ、および信号処理用ＩＣ（半導体集積回路）Ｍ２を、１つの基板Ｍ０上に配置することにより構成される。第１フラックスゲートセンサＭ１ｘ、第２フラックスゲートセンサＭ１ｙおよび第３フラックスゲートセンサＭ１ｚはそれぞれ、上述の各実施形態で説明した磁気センサ部Ｍ１とされる。
【００７８】
具体的には、第１フラックスゲートセンサＭ１ｘおよび第２フラックスゲートセンサＭ１ｙは、電子方位計を構成する基板面に対して、その形成された面が略平行となるように、かつ感磁方向が互いに直交するように配置される。また、第３フラックスゲートセンサＭ１ｚは、電子方位計を構成する基板面に対して略垂直となるように配置される。このとき、第１フラックスゲートセンサＭ１ｘ、第２フラックスゲートセンサＭ１ｙおよび第３フラックスゲートセンサＭ１ｚは、外部との接続端子を除いた領域、すなわち磁気コアおよび励磁部、検出コイルを形成する部分の形状が同一であることが望ましい。これは、第１フラックスゲートセンサＭ１ｘ、第２フラックスゲートセンサＭ１ｙおよび第３フラックスゲートセンサＭ１ｚのそれぞれの特性を揃えることにより、各センサの特性のばらつきを補正する必要がなく、電子回路を簡略化できるようにするためである。また、第３フラックスゲートセンサＭ１ｚは、基板面に対して略垂直に実装されるので、電子方位計の厚さを薄くするためには、その感磁方向の長さが、１ｍｍ以下、さらに好ましくは０．５ｍｍ程度であることが望ましい。
【００７９】
また、信号処理用ＩＣＭ２は、誘導電圧が発生するタイミングを計数するためのカウンタＭ２１、停止信号を出力するカウンタ制御回路Ｍ２２と信号処理回路Ｍ２３とを有する上述の半導体集積回路Ｍ２に加え、各フラックスゲートセンサにおける励磁部に一定周波数の三角波電流を通電するドライブ部Ｍ１５としての回路と、検出コイルＭ１３に現れる誘導電圧を検出するための検出部Ｍ１４としての回路と、第１フラックスゲートセンサＭ１ｘ、第２フラックスゲートセンサＭ１ｙおよび第３フラックスゲートセンサＭ１ｚのそれぞれに対して上記の回路との接続を切り替えるためのセレクタとを備えている。かかる構成により、第１フラックスゲートセンサＭ１ｘ、第２フラックスゲートセンサＭ１ｙおよび第３フラックスゲートセンサＭ１ｚで３軸方向それぞれの磁界を順次計測し、演算を行うことで方位誤差の小さい電子方位計を実現することができる。
【００８０】
また、本発明の電子方位計においては、第１フラックスゲートセンサＭ１ｘ、第２フラックスゲートセンサＭ１ｙおよび第３フラックスゲートセンサＭ１ｚのそれぞれに、少なくとも停止信号を出力するカウンタ制御回路Ｍ２２を含む回路を設ける構成とすることもできる。
この場合、線形性を保った出力を第１フラックスゲートセンサＭ１ｘ、第２フラックスゲートセンサＭ１ｙおよび第３フラックスゲートセンサＭ１ｚのそれぞれで行うことが可能となる。
【００８１】
上記の各実施形態において、連続する複数の同一形状の三角波による検出を行ったが、図１９に示すように、単一の三角波による検出も可能である。この場合、検出時間の開始となる時刻ｔ１においては、三角波の頂点における励磁磁界の大きさがその前から同じになるようにしておき、三角波形状の励磁を行った後、検出時間の終了となる時刻ｔ５から後も、三角波の頂点における励磁磁界と同じ大きさを維持することが好ましい。この場合でも三角波の周期Ｔに対して、停止信号の出力される停止時間は上述したように設定されることになる。
【００８２】
＜実施例＞
図２０または図２１に示すように、ヘルムホルツコイルＣ内に、図１５に示す第３実施形態と同様の磁気検出装置Ｍを載置して、−２〜＋２ｍＴで変動する外部磁界を印加して、スパイク状電圧波形のピーク間隔を直接出力するとともに、これを、外部磁界の強度信号となるデジタル出力として出力させた。
【００８３】
磁気センサ部における磁気コアの形状は、磁気コアの長手方向の長さＡ＝４８０μｍ、端部分１の幅Ｂ＝８０μｍ、中央部分１０２の幅Ｃ＝２０μｍ、端部分１０１の長手方向の長さＤ＝１４０μｍ、励磁コイルの巻き数は１６．５、ピックアップコイルの巻き数は６．５とした。
三角波電流は、振幅１００ｍＡ、周波数３０ｋＨｚとし、正負のパルス状ピックアップ電圧がそれぞれの基準電圧Ｖｔｈを超える時間間隔ｔの外部磁界依存性、すなわち外部磁界に対する磁気検出装置Ｍの出力を示すグラフを図６（ａ）に示す。
【００８４】
この外部磁界のピーク付近で出力しない停止信号をクロック制御回路から出力した場合の磁気検出装置Ｍのピーク間隔（μｍ）を図６（ｂ）に示す。またこれらに対応するデジタル出力を図７に示す。
【００８５】
これらの結果により、停止信号によりデジタル出力を三角波形磁界の頂点以外を除いた出力範囲の−．９ｍＴ〜＋１．９ｍＴの範囲とする。そしてこの範囲の出力を、図８に示すように、たとえば１４ｂｉｔとされるデジタル出力（ＬＳＢ）に換算する。これにより、デジタル出力の上限は、１６３８４程度となる。これにより、線形性を保った状態でデジタル出力のフルスケールを使用することが可能となることがわかる。
【符号の説明】
【００８６】
Ｍ…磁気検出装置、Ｍ１…磁気センサ部、Ｍ２…半導体集積回路、Ｍ１１…励磁部、Ｍ１２…磁気コア、Ｍ１３…検出コイル、Ｍ１４…検出部、Ｍ１５…ドライブ部、Ｍ２１…クロック生成回路、Ｍ２２…クロック制御回路、Ｍ２３…信号処理回路
【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】
0005518661.tif 000021
【図１７】
0005518661.tif 000022
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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