(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体からなる基板上に形成された磁気コアの周囲に絶縁体を介したバイアスコイルおよび負帰還コイルを巻回した薄膜磁気インピーダンス素子を用いた磁気センサにおいて、該磁気コアの両端に高周波の正弦波電流を印加する発振回路と、該発振回路と該薄膜磁気インピーダンス素子の磁気コアとの間に設けられ、発振回路の出力インピーダンスと薄膜磁気インピーダンス素子の入力インピーダンスのミスマッチを調整するバッファ回路と、
該磁気インピーダンス素子に印加された外部磁界に応じて変化する高周波電流の変化量から外部磁界の磁気変化量を直流検出する検波回路と、
を具備することを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
非磁性体からなる基板上に形成された磁気コアは、強磁性体の薄膜により形成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。
【請求項３】
非磁性体からなる基板上に形成された磁気コアは、強磁性体アモルファスワイヤにより形成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。
【請求項４】
上記発振回路はインダクタンス素子を含まないバンドパスフィルタを含む正弦波発振回路であることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項５】
上記発振回路はウィーンブリッジ回路で構成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項６】
上記バッファ回路は温度補償回路を持ち、インピーダンス変換機能を備えたプッシュ−プル回路から構成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項７】
上記検波回路は整流回路とローパスフィルタを有することを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項８】
上記ローパスフィルタはインダクタンス分を含まないローパスフィルタであることを特徴とする請求項７に記載の磁気センサ。
【請求項９】
上記検波回路は差動回路により構成されていることを特徴とする請求項７に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気センサに関し、特に薄膜磁気インピーダンス素子を用いた高感度磁気センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の情報機器や計測・制御機器の急速な発展にともない小型・低コストで高感度・高速応答の磁気センサの要求がますます大きくなっている。たとえば、コンピュータの外部記憶装置のハードディスク装置では、バルクタイプの誘導型磁気ヘッドから薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果（ＭＲ）ヘッドと高性能化が進んできており、モーターの回転センサであるロータリーエンコーダではマグネットリングの磁極数が多くなり従来用いられている磁気抵抗効果（ＭＲ）センサに代わり微弱な表面磁束を感度良く検出できる磁気センサが必要となってきている。また、非破壊検査や紙幣検査に用いることができる高感度磁気センサの需要も大きくなっている。さらに小型軽量の自動車用方位センサ、高精細カラーテレビやパーソナルコンピュータの表示管のアクティブ磁気シールド用センサなどの需要も高くなっている。
【０００３】
現在用いられている代表的な磁気検出素子として誘導型再生磁気ヘッド、磁気抵抗効果（ＭＲ）素子、フラックスゲートセンサ、ホール素子等がある。また、最近、アモルファスワイヤの磁気インピーダンス効果を利用した高感度の磁気センサが提案されており（特開平６−１７６９３０号公報、特開平７−１８１２３９号公報、特開平７−３３３３０５号公報参照）、また磁性薄膜の磁気インピーダンス効果を利用した高感度の磁気センサも提案されている（特開平８−７５８３５号公報、日本応用磁気学会誌ｖｏｌ．２０，５５３（１９９６）参照）。
【０００４】
誘導型再生磁気ヘッドはコイル巻線が必要であるため磁気ヘッド自体が大型化し、また、小型化すると磁気ヘッドと媒体の相対速度が低下して検出感度が著しく低下するという問題がある。これに対して、強磁性膜による磁気抵抗効果（ＭＲ）素子が用いられるようになってきた。ＭＲ素子は磁束の時間変化ではなく磁束そのものを検出するものであり、これにより磁気ヘッドの小型化が進められてきた。しかし、現在のＭＲ素子の電気抵抗の変化率は約２％であり、また、スピンバルブ素子を用いたＭＲ素子でさえ電気抵抗の変化率が最大６％以下と小さく、また数％の抵抗変化を得るのに必要な外部磁界は１６００Ａ／ｍ以上と大きい。従って磁気抵抗感度は０．００１％／（Ａ／ｍ）以下の低感度である。また、最近、磁気抵抗変化率が数１０％を示す人工格子による巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）が見いだされてきた。しかし数１０％の抵抗変化を得るためには数万Ａ／ｍの外部磁界が必要であり、磁気センサとしての実用化はされていない。
【０００５】
従来の高感度磁気センサであるフラックスゲートセンサはパーマロイ等の高透磁率磁心の対称なＢ−Ｈ特性が外部磁界によって変化することを利用して磁気の測定を行うものであり、高分解能と±１°の高指向性を持つ。しかし、検出感度をあげるために反磁界の少ない大型の磁心を必要としセンサ全体の寸法を小さくすることが難しく、また、消費電力が大きいという問題点を持つ。
【０００６】
ホール素子を用いた磁界センサは電流の流れる面に垂直に磁界を印加すると、電流と印加磁界の両方向に対して垂直な方向に電界が生じてホール素子に起電力が誘起される現象を利用したセンサである。ホール素子はコスト的には有利であるが磁界検出感度が低く、また、ＳｉやＧａＡｓなどの半導体で構成されるため温度変化に対して半導体内の格子の熱振動による散乱によって電子、または正孔の移動度が変化するため磁界感度の温度特性が悪いという欠点を持つ。
【０００７】
特開平６−１７６９３０号公報、特開平７−１８１２３９号公報、特開平７−３３３３０５号公報に記載されているように、磁気インピーダンス素子が提案され大幅な磁界感度の向上を実現している。この磁気インピーダンス素子は時間的に急激に変化する電流を磁性線に印加することによって生じる表皮効果を利用した円周磁束の時間変化に対する電圧のみを外部印加磁界による変化として検出することを基本原理としている磁気インピーダンス素子である。図２２はその磁気インピーダンス素子の例を示したものである。この磁性線として（ＦｅＣｏＳｉＢ）等の零磁歪の直径３０μｍ程度のアモルファスワイヤ（線引後、張力アニールしたワイヤ）が用いられており、図２３はワイヤのインピーダンス変化の印加磁界依存性を示したものである。長さ１ｍｍ程度の微小寸法のワイヤでも１ＭＨｚ程度の高周波電流を通電するとワイヤの電圧の振幅がＭＲ素子の１００倍以上である約０．１％／（Ａ／ｍ）の高感度で変化する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
磁気センサとして、小型で低コスト、かつ、検出磁界に対する出力の直線性、温度特性に優れた高感度磁気センサが求められており、アモルファスワイヤの磁気インピーダンス効果を利用した磁気センサは高感度の磁界検出特性を示す。また、特開平６−１７６９３０号公報、特開平６−３４７４８９号公報に示されるものにおいてはバイアス磁界を加えることによりインピーダンス変化の印加磁界依存性の直線性が改善されること、およびアモルファスワイヤに負帰還コイルを巻き、アモルファスワイヤの両端の電圧に比例した電流をコイルに通電し負帰還を施すことにより、直線性の優れた磁気センサを提供できることを示されている。
【０００９】
しかしながら特開平６−１７６９３０号公報には発振回路や検波回路を含む駆動回路にはふれておらず、また、特開平６−３４７４８９号公報では発振回路として一対のスイッチングトランジスタを用いたマルチバイブレータとローパスフィルタの組み合わせを提案している。また、電気学会論文誌Ｅ  ｖｏｌ．１１６−Ｅ  Ｐ４３５（１９９６），第２０回日本応用磁気学会学術講演概要集２０ｐＢ−２（１９９６）によると低消費電力化のためにＣ−ＭＯＳマルチバイブレータによるパルス発振による発振回路を提案している。ところで、これらのパルス発振方式では、磁気インピーダンス素子がインダクタンス成分であることから抵抗と微分回路を構成し、実際に磁気インピーダンスに供給される高周波電流はトランジスタ及び、Ｃ−ＭＯＳマルチバイブレータにより発生されたパルス波の微分波形となり、パルス波より高い周波数となる。この微分波形の周波数は磁気インピーダンス素子の抵抗成分とインダクタンス成分により決まるため磁気インピーダンス素子の磁気インピーダンスが最も大きな変化率を示す適正な周波数に設定する事が難しくなる。
【００１０】
また、高周波電流を発生させる回路を直接、磁気インピーダンス素子に接続すると磁気インピーダンス素子のインピーダンスが小さいため、極端に振幅が小さくなり、磁気−インピーダンス変化を十分に引き出せない。さらに、パルス波による振幅の検波は前記電気学会論文誌Ｅに示される従来方法ではリプルが発生するため、検出電圧が不安定である。特開平８−７５８３５号公報に記載されているものでは磁気薄膜を用いた磁気インピーダンス素子を提案し、素子の小型化をはかっているが、発振回路としてスイッチングトランジスタを用いたマルチバイブレータであり、磁気−インピーダンス変化を最大に引き出すことは難しい。
【００１１】
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、小型で低コスト、かつ、検出磁界に対する出力の直線性、温度特性に優れた高感度磁気センサ、および、その駆動回路を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記のごとき本発明の目的を達成するために、本願の請求項１に係る発明では、非磁性体からなる基板上に形成された磁気コアの周囲に絶縁体を介してバイアスコイルを巻回した薄膜磁気インピーダンス素子を用いた磁気センサにおいて、該磁気コアの両端に高周波の正弦波電流を印加する発振回路と、該発振回路と該薄膜磁気インピーダンス素子の磁気コアとの間に設けられ、発振回路の出力インピーダンスと薄膜磁気インピーダンス素子の入力インピーダンスのミスマッチを調整するバッファ回路と、該磁気インピーダンス素子に印加された外部磁界に応じて変化する高周波電流の変化量から外部磁界の磁気変化量を検出する検波回路と、を具備することを特徴とする磁気センサを提供する。
本願の請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明において、非磁性体からなる基板上に形成された磁気コアは、強磁性体の薄膜により形成されていることを特徴とする磁気センサを提供する。
本願の請求項３に係る発明では、請求項１に係る発明において、非磁性体からなる基板上に形成された磁気コアは、強磁性体アモルファスワイヤにより形成されていることを特徴とする磁気センサを提供する。
本願の請求項４に係る発明では、請求項１に係る発明において、上記発振回路はインダクタンス素子を含まないバンドパスフィルタを含む正弦波発振回路であることを特徴とする磁気センサを提供する。
本願の請求項５に係る発明では、請求項１に係る発明において、上記発振回路はウィーンブリッジ回路で構成されることを特徴とする磁気センサを提供する。本願の請求項６に係る発明では、請求項１に係る発明において、上記バッファ回路は温度補償回路を持ち、インピーダンス変換機能を備えたプッシュ−プル回路から構成されることを特徴とする磁気センサを提供する。
本願の請求項７に係る発明では、請求項１に係る発明において、上記検波回路は整流回路とローパスフィルタを有することを特徴とする磁気センサを提供する。
本願の請求項８に係る発明では、請求項７に係る発明において、上記ローパスフィルタはインダクタンス分を含まないローパスフィルタであることを特徴とする磁気センサを提供する。
本願の請求項９に係る発明では、請求項７に係る発明において、上記検波回路は差動回路により構成されていることを特徴とする磁気センサを提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明一実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態に用いられる薄膜磁気インピーダンス（ＭＩ）素子の構造を模式的に示した正面図、図２は図１のＡ−Ｂ線に沿って切断した断面図であり、図３は図１のＣ−Ｄ線に沿って切断した断面図である。実際の薄膜ＭＩセンサ全体は薄膜セラミックス板、ガラス板のような板状体の上に形成されているが、図１ではこれを省略して示している。図１、図２及び図３において、１は平面形状が長方形の薄板状に形成された薄膜磁気コアであるＭＩセンサ板である。このＭＩセンサ板としての薄膜磁気コアの形状は、幅２０μｍ、厚さ５μｍ、長さ５００μｍである。該ＭＩセンサ板１の周囲には、絶縁物層２、３を介して、バイアスコイル４と負帰還コイル５が同一方向に且つ交互に巻回されている。図には正確に示してはいないが、これらコイルの巻数は、それぞれ２０ターンである。バイアス用、負帰還用コイルを同一面上に交互に薄膜磁気コアに巻き回わす構造により磁気コアの各部位に均等にバイアス磁界、および負帰還磁界を加えることができ磁気センサとしての感度特性の直線性が向上する。バイアスコイル４の両端には、バイアスコイル端子６、７が接続され、負帰還コイル５の両端には、負帰還コイル端子８、９が接続されている。ＭＩセンサ板１の両端には、ＭＩセンサ端子１０、１１が接続されている。これら端子はＡｕ金属薄膜及びアルミ金属薄膜から成り、先端の巾広部は、外部配線用のパッドとなる。なお、１２は、ＭＩセンサ全体を覆う絶縁保護膜である。
【００１４】
図４は薄膜磁気コアをＮｉＦｅメッキで作製したときの薄膜磁気センサにセンサの長さ方向に０および２４００Ａ／ｍの磁界（Ｈｅｘ）を印加したときのセンサ両端電極Ｅ（Ｅ＝Ｚ＊Ｉ）の通電電流周波数特性である。Ｈｅｘ＝０のときとＨｅｘ＝２４００Ａ／ｍのときのＥの差ΔＥは通電電流の周波数２０ＭＨｚ付近で最大であった。図５は通電電流周波数を２０ＭＨｚとしたときのインピーダンスの変化率の印加磁界（Ｈｅｘ）依存性を示したものである。印加磁界を大きくしていくとインピーダンスの変化率ΔＺ／Ｚ０は大きくなり、素子の異方性磁界ＨｋのところでΔＺ／Ｚ０は最大となり、さらにＨｅｘ＞ＨｋではΔＺ／Ｚ０は小さくなっていく。また、単位印加磁界あたりのインピーダンスの変化量（磁界感度）はＨｅｘ＝１６００Ａ／ｍ前後で最大となり０．０８％／（Ａ／ｍ）の磁界感度を示した。
【００１５】
図６は本発明の磁気センサの回路構成を示すブロック図である。磁気センサは発振回路２１、薄膜磁気インピーダンス素子２２と発振回路２１とのインピーダンスマッチングをとるためのバッファ回路２３、負帰還コイル２４およびバイアスコイル２５を持つ磁気インピーダンス素子２２、整流回路２６と平滑回路を構成するローパスフィルタ２７と差動検出を行う差動回路２８とを有する検波回路２９、増幅回路３０および負帰還抵抗３１から成る。
【００１６】
図７は、薄膜磁気インピーダンス素子２２に高周波の正弦波電流を通電するための発振回路２１の詳細回路図である。この発振回路２１は水晶発振子、セラミック発振子からなる発振子３２をＣーＭＯＳ回路３３の入出力端間に接続したＣ−ＭＯＳ発振による発振部３４を持つ。発振回路２１の発振周波数が発振子３２の振動数によって決まるため、周波数安定度が高く、低消費型の発振回路２１を得ることが出来る。発振部３４の発振出力は、セラミックフィルタからなるバンドパスフィルタ３５を通過させる。発振部３４から出力される信号Ｖｃの波形は、図８に示すような矩形波であるが、これをバンドパスフィルタ３５を通過させることにより、図８に示すような正弦波Ｖｆが得られる。そして、発振回路２１を磁気−インピーダンス効果が最大に得られる周波数に設定できる。バンドパスフィルタ３５はＬＣフィルタでも使用可能だが、磁気インピーダンスに及ぼす微少磁界（Ｌ（インダクタンス）分から発生する磁界の影響）を排除するため、インダクタンスレスであるセラミックフィルタを使用した。
【００１７】
図９は、Ｃ−ＭＯＳ発振部により発振させた出力を直接薄膜磁気インピーダンス素子に印加せしめた場合の回路図である。この回路は第２０回日本応用磁気学会学術講演概要集２０ｐＢ−２（１９９６）に示される回路とＣ−ＭＯＳ発振形態（ＲＣ発振）が異なるが、図１０に示すようなパルス波Ｖｃが生じる。パルス波を薄膜磁気インピーダンス素子に印加した場合の高周波通電の欠点は、図９に示すように、薄膜磁気インピーダンス素子２２がインダクタンス分に相当するため、抵抗Ｒ１０とハイパスフィルタを形成する。その為、パルス波Ｖｃが図１０に示すように、微分波形Ｖｍになり、高周波通電周波数が高域に移行する。図１１に示す薄膜磁気インピーダンス素子による周波数特性を例にとると、この素子は、磁気−インピーダンス特性が最大になる周波数は２０ＭＨｚ（５０ｎｓ）である。この周波数パルスを薄膜磁気−インピーダンス素子に印加して高周波通電を行う。薄膜磁気インピーダンス素子に印加した高周波通電パルス波は図１０のような微分波形で出力され、周波数が２００ＭＨｚ（５ｎｓ）に移行する。薄膜磁気インピーダンスセンサによる２００ＭＨｚにおける磁気−インピーダンス変化率は図１１のグラフよりほとんど変化しないことがわかる。本発明では、この問題点の解決方法として、上記図７で示した発振回路のように、発振させた高周波のパルス波をバンドパスフィルタに通して高周波成分を排除して正弦波を作り出し、これを薄膜磁気インピーダンス素子に印加すことを提案している。
【００１８】
図１２はウイーンブリッジ発振回路を示す回路図である。ウイーンブリッジ発振回路は、正弦波発振回路であり、これを図６に示す発振回路２１に用いた場合、Ｃ−ＭＯＳ発振回路を用いた場合のようにフィルタを付加する必要がない。
【００１９】
図１３にバッファ回路２３の詳細を示す。バッファ回路２３は発振回路２１で発振した高周波信号を損失させることなく、薄膜磁気インピーダンス素子２２に供給する回路である。たとえば、薄膜磁気インピーダンス素子では、２０ＭＨｚにおけるインピーダンスが５Ωである。図１３におけるＲ１０を１０Ωにすると総合インピーダンスが１５Ωになる。これをバッファ回路なしで発振回路２１と接続させると発振回路２１の負荷が重いため、薄膜磁気インピーダンス素子２２に出力する電圧が数十ｍＶｐ−ｐになり、図１５に示す検出回路２９の検出部概略回路においてダイオードＤ３の順方向電圧（２００ｍＶ程度）より、低くなり、検出できなくなる。それを解決するために薄膜磁気インピーダンス素子と発振回路の間にバッファ回路２３を挿入する。バッファ回路２３の出力段のトランジスタはダーリントン接続（Ｔｒ４とＴｒ６、Ｔｒ３とＴｒ５）によるプッシュブル回路を構成しており、トランジスタの出力インピーダンスを数Ω以下にしている。そしてＲ８，Ｒ９を１Ω以下にすれば、バッファ回路２３の出力インピーダンスは負荷のインピーダンスと比較して無視できる程度になり、発振回路２１によって発生した高周波通電出力を損失なく、薄膜磁気インピーダンス素子２２に供給できる。
【００２０】
また、図１３におけるバッファ回路２３のダイオードＤ１、Ｄ２はトランジスタの温度特性の補正用である。図１３において温度によるトランジスタのベース−エミッタ電圧変化をΔＶBEとする。バッファ回路２３においてダイオードＤ１、Ｄ２を挿入しない場合、図２１に示す式（１）、（２）より、ΔＶBE分だけトランジスタの電圧が変化することがわかる。一般にΔＶBEは、−２．２ｍＶ／℃で変化するため、図１４のように温度が高くなるにつれてトランジスタのコレクタ電流Ｉｃが流れるようになり、最終的にはなだれ現象が生じ、トランジスタを破損する。この解決方法としてＴｒ２（Ｔｒ１）とＴｒ４（Ｔｒ３）に間にトランジスタと温度変化が同じダイオードを挿入し、温度による電圧変化をキャンセルすることができる。これを示す式が図２１の式（３）、（４）である。これより、温度特性のよい、バッファ回路に仕上がる。
【００２１】
図１５は、薄膜磁気インピーダンス素子２２への高周波通電出力をＤＣ電圧に変換する動作を説明する説明回路図である。図１５に示す回路の動作を図１６を用いて説明すると、薄膜磁気インピーダンス素子２２の両端に発生した高周波出力電圧ＶｏはダイオードＤ３により半波整流され、コンデンサＣ６で平滑電圧Ｖｅになる。完全に直流化にするために発生したリプルをローパスフィルタ２７を通して排除する。このローパスフィルタ２７は、ＬＣフィルタでも使用可能だが、磁気インピーダンスに及ぼす微少磁界（Ｌ（インダクタンス）分から発生する磁界の影響）を排除するため、インダクタンスレスであるローパスフィルタで構成した。なお、図１５及び図１６における出力電圧Ｖｄは、薄膜インピーダンス素子２２が検知した磁気量により変化する。
【００２２】
図１７は、磁気インピーダンスセンサに組み込まれた薄膜磁気インピーダンス素子のインピーダンス変化率を最大に得るための回路図である。図１７において、薄膜磁気インピーダンス素子２２の両端に発生した高周波出力電圧ＶｏをダイオードＤ３、Ｄ５により正と負それぞれに半波整流し、コンデンサＣ６、Ｃ１０による平滑回路を通してＤＣ電圧＋Ｖｅ、−Ｖｅに変換し、抵抗Ｒ１４、コンデンサＣ７および抵抗２１、コンデンサＣ１１によるローパスフィルタでリプルを排除し、検波出力＋Ｖｄ、−Ｖｄを得る。これらの波形を図１８に示す。そして、得られた正負出力＋Ｖｄ、−Ｖｄ間の電圧をオペアンプで差動検出する。この差動検知により、図１５に示す回路で検知される磁気−インピーダンスの変化量の２倍の変化量を得ることができる。また、Ｒ２４とＲ１５の比を変えることにより、オペアンプ３６を増幅器として作用させることが出来る。
【００２３】
図１９は、バイアスコイル、および負帰還コイルを持つ薄膜磁気インピーダンス素子を用いて作製した本発明に係るリニア磁気センサの総合回路の一例を示す回路図である。これを磁気センサとして用いるときは、薄膜磁気インピーダンス素子の最大感度のところに動作点を持ってくることによりセンサ感度を向上することができる。このため、バイアスコイルに電流を流すことによりバイアス磁界を加え動作点を変えることができ、１６００Ａ／ｍのバイアス磁界を磁気コアに印加することにより磁界０Ａ／ｍのところに磁界感度が最大になるようにした。
【００２４】
一方、バイアスコイルを用いて印加磁界０Ａ／ｍに最大感度を持ってくるように動作点を移動した場合、磁界に対するインピーダンスの変化（出力の変化）の直線性はあまり良くないものとなる。この直線性を改善する方法として出力信号をフィードバックし負帰還コイルを用いて磁界に対する出力の非直線性を補正するだけの磁界を薄膜磁気コアに負帰還磁界として加えることにより出力信号を補正し直線性を得る方法がとられる。図１９に示されるリニア磁気センサの回路図により、動作点を最大感度の点に移動し、出力信号をフィードバックし、薄膜コアに負帰還磁界を加え感度特性の直線性を高めている。
図２０は図１９に示す回路を用いてバイアスコイル磁界１６００Ａ／ｍ、負帰還率５０％の負帰還をかけたときの磁気センサの印加磁界に対する出力電圧の関係を示したものである。ここで通電電流の周波数は２０ＭＨｚである。図２０に示すように±２４０Ａ／ｍの測定磁界内で優れた直線性を示し、かつ、１０-3Ａ／ｍの磁界分解能を示した。これらの結果はリニア磁界センサとして良好な特性である。
【００２５】
以上、本発明を上述の実施の形態により説明したが、例えば、薄膜磁気インピーダンス素子の薄膜磁気コアの代わりに強磁性アモルファスワイヤで構成した薄膜磁気インピーダンス素子を用いるなど、本発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が可能であり、これらの変形や応用を本発明の範囲から排除するものではない。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本願の請求項１、２，３に係る発明では、薄膜磁気インピーダンス素子を含む複合素子として高感度の磁気センサを提供でき、正弦波を薄膜磁気インピーダンス素子に入力できることで特性を最大限に引き出すことが可能となった。そして、発振器と薄膜磁気インピーダンス素子の間にバッファ回路を設けることにより、薄膜磁気インピーダンス素子のインピーダンスの影響を排除でき、発振器の出力を損失なく、供給できる。
請求項４に係る発明では、薄膜磁気インピーダンス素子に印加する正弦波による高周波通電電流を簡単なインダクタンスを排除した回路で構成したので、薄膜磁気インピーダンス素子に及ぼす磁気センサ自身から発生する微少磁界の影響を排除することが出来る。
本願の請求項５に係る発明では、発振回路をウィーンブリッジ回路で構成したので、発振回路にバンドパスフィルタを設ける必要がなく、さらに、ウイーンブリッジ回路はインダクタンスレス回路であるので、磁気センサの回路構成を簡単に構成できる。
本願の請求項６に係る発明では、上記バッファ回路は温度補償回路を持ち、インピーダンス変換機能を備えたプッシュ−プル回路から構成されるので、バッファ回路の出力インピーダンスは負荷のインピーダンスと比較して無視できる程度になり、発振回路によって発生した高周波通電出力を損失なく、薄膜磁気インピーダンス素子に供給できる。
本願の請求項７及び８に係る発明では、上記検波回路は整流回路とローパスフィルタを有するので、検出回路においては整流回路と平滑回路にローパスフィルタを追加することにより、薄膜磁気インピーダンス素子の出力をＤＣ信号に変換でき、極力、リプルを押さえた回路を供給できる。また、差動回路を設けることで磁気インピーダンスセンサの出力を正側だけでなく、負側も検出でき、通常の倍の変化量を検出できる。
本願の請求項８に係る発明では、ローパスフィルタをインダクタンスを排除した回路で構成したので、薄膜磁気インピーダンス素子に及ぼす磁気センサ自身から発生する微少磁界の影響を排除することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に用いる薄膜磁気インピーダンス素子の構造を模式的に示した正面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。
【図３】図３は、図１のＣ−Ｄ線に沿って切断した断面図である。
【図４】図４は、薄膜磁気インピーダンス素子の通電電流周波数特性図である。
【図５】図５は、薄膜磁気インピーダンス素子のインピーダンス変化率特性図である。
【図６】図６は、本発明に係る磁気センサのブロック図である。
【図７】図７は、発信部とバンドパスフィルタのブロック図である。
【図８】図８は、発信部とローパスフィルタ通過後の出力波形図である。
【図９】図９は、薄膜磁気インピーダンス素子を中心とした主要部の回路図である。
【図１０】図１０は、図９に示す回路の出力波形図である。
【図１１】図１１は、薄膜磁気インピーダンス素子の周波数特性図である。
【図１２】図１２は、ウイーンブリッジの回路図である。
【図１３】図１３は、バッファ回路の回路図である。
【図１４】図１４は、トランジスタのエミッターコレクタ特性図である。
【図１５】図１５は、検出回路の回路図である。
【図１６】図１６は、図１５に示す検出回路の出力波形図である。
【図１７】図１７は、他の実施の形態の検出回路と増幅部の回路図である。
【図１８】図１８は、図１７に示す回路の出力波形図である。
【図１９】図１９は、本発明の磁気センサの総合回路図である。
【図２０】図２０は、負帰還率５０％の印加磁界に対する出力電圧特性図である。
【図２１】図２１は、バッファ回路の回路計算式を示す計算式図である。
【図２２】図２２は、アモルファスワイヤからなる磁気インピーダンス素子を用いた磁気センサの回路ブロック図である。
【図２３】  図２３は、アモルファスワイヤを用いた磁気インピーダンス素子の特性図である。
【符号の説明】
１・・・・・ＭＩセンサ板
２・・・・・絶縁物層
３・・・・・絶縁物層
４・・・・・バイアスコイル
５・・・・・負帰還コイル
６・・・・・バイアスコイル端子
７・・・・・バイアスコイル端子
８・・・・・負帰還コイル端子
９・・・・・負帰還コイル端子
１０・・・・・ＭＩセンサ端子
１１・・・・・ＭＩセンサ端子
１２・・・・・絶縁保護膜
２０・・・・・非磁性基板
２１・・・・・発振回路
２２・・・・・薄膜磁気インピーダンス素子
２３・・・・・バッファ回路
２４・・・・・負帰還コイル
２５・・・・・バイアスコイル
２６・・・・・整流回路
２７・・・・・ローパスフィルタ
２８・・・・・差動回路
２９・・・・・検波回路
３０・・・・・増幅回路
３１・・・・・負帰還抵抗
３２・・・・・発振子
３３・・・・・Ｃ−ＭＯＳ回路
３４・・・・・発振部
３５・・・・・バンドパスフィルタ
３６・・・・・オペアンプ
【図１】
0003639727.tif 000002
【図２】
0003639727.tif 000003
【図３】
0003639727.tif 000004
【図４】
0003639727.tif 000005
【図５】
0003639727.tif 000006
【図６】
0003639727.tif 000007
【図７】
0003639727.tif 000008
【図８】
0003639727.tif 000009
【図９】
0003639727.tif 000010
【図１０】
0003639727.tif 000011
【図１１】
0003639727.tif 000012
【図１２】
0003639727.tif 000013
【図１３】
0003639727.tif 000014
【図１４】
0003639727.tif 000015
【図１５】
0003639727.tif 000016
【図１６】
0003639727.tif 000017
【図１７】
0003639727.tif 000018
【図１８】
0003639727.tif 000019
【図１９】
0003639727.tif 000020
【図２０】
0003639727.tif 000021
【図２１】
0003639727.tif 000022
【図２２】
0003639727.tif 000023
【図２３】
0003639727.tif 000024