(57)【要約】【課題】小型化が可能な発振器、整流器および送受信装置を提供する。【解決手段】発振器は、磁場により発振周波数が可変な発振部と、前記発振部に直列に接続された導体とを有する発振器であって、前記導体はループ部を備え、前記ループ部は、前記ループ部を流れる電流が発生する第１の磁場が前記発振部に印加されるように配置されていることを特徴とする。 【選択図】図１
2014212431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振周波数が磁場により可変な発振部と、
前記発振部に直列に接続された導体とを有する発振器であって、
前記導体はループ部を備え、
前記ループ部を流れる電流が第１の磁場を発生し、
前記第１の磁場が前記発振部に印加されるように前記ループ部が配置されていることを特徴とする発振器。
【請求項２】
前記発振部に第２の磁場を印加する磁場印加手段を有し、
前記磁場印加手段は、前記第１の磁場と前記第２の磁場との合成磁場が、前記発振部が発振するための閾値磁場よりも大きくなるように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の発振器。
【請求項３】
前記ループ部は、前記第１の磁場が、前記発振部が発振するための閾値磁場よりも大きくなるように配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の発振器。
【請求項４】
発振を開始するための閾値磁場がゼロよりも大きい発振部と、
前記発振部に直列に接続された導体とを有する発振器であって、
前記発振部と前記導体とは、前記閾値磁場よりも大きい磁場が前記導体を流れる電流によって前記発振部に印加されるように配置されていることを特徴とする発振器。
【請求項５】
前記閾値磁場が地磁気よりも大きいことを特徴とする、請求項４に記載の発振器。
【請求項６】
前記発振部が磁気抵抗効果素子、ジョセフソン素子、または磁気共鳴フィルタを有するフィルタ付発振器であることを特徴とする、請求項１に記載の発振器。
【請求項７】
整流周波数が磁場により可変な整流部と、
前記整流部に直列に接続された導体とを有する整流器であって、
前記導体はループ部を備え、
前記ループ部を流れる電流が第１の磁場を発生し、
前記第１の磁場が前記整流部に印加されるように前記ループ部が配置されていることを特徴とする整流器。
【請求項８】
前記整流部に第２の磁場を印加する磁場印加手段を有し、
前記磁場印加手段は、前記第１の磁場と前記第２の磁場との合成磁場が、前記整流部が整流作用を発現するための閾値磁場よりも大きくなるように配置されていることを特徴とする、請求項７に記載の整流器。
【請求項９】
前記ループ部は、前記第１の磁場が、前記整流部が整流作用を発現するための閾値磁場よりも大きくなるように配置されていることを特徴とする、請求項７または８に記載の整流器。
【請求項１０】
整流作用を発現するための閾値磁場がゼロよりも大きい整流部と、
前記整流部に直列に接続された導体とを有する整流器であって、
前記整流部と前記導体とは、前記閾値磁場よりも大きい磁場が前記導体を流れる電流によって前記整流部に印加されるように配置されていることを特徴とする整流器。
【請求項１１】
前記閾値磁場が地磁気よりも大きいことを特徴とする、請求項１０に記載の整流器。
【請求項１２】
前記整流部が磁気抵抗効果素子またはジョセフソン素子であることを特徴とする、請求項７に記載の整流器。
【請求項１３】
請求項１から６までのいずれか１項に記載の発振器と、請求項７から１２までのいずれか１項に記載の整流器とを有し、
前記発振器の前記導体と前記受信器の前記導体が電磁気的に結合することで、無線通信または無線電力伝送を行うことを特徴とする送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振器、整流器および送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気抵抗効果素子によるマイクロ波発振と受信が研究されている。例えば、特許文献１においては、ＣＣＰ―ＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｏｎｆｉｎｅｄ  Ｐａｔｈ−Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  Ｐｌａｎｅ）発振素子に外部磁場を印加することによって、発振周波数を変えることができることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２４３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来技術においては、発振やマイクロ波受信に必要な磁場は、磁気抵抗効果素子に接続されていない外部の配線あるいは外部のコイルや磁石により発生させていた。例えば特許文献１では、外部磁石と外部配線によって、磁場を発振素子である磁気抵抗効果素子に印加している。従って従来技術においては、部品点数が多くなり、発振器や検出器の寸法が大きくなるため、小型化が困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化が可能な発振器または整流器を提供することを目的とする。また、そのような発振器と整流器を備えることによって、従来より小型化が可能な送受信装置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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る発振器では、発振周波数が磁場により可変な発振部と、前記発振部に直列に接続された導体とを有する発振器であって、前記導体はループ部を備え、前記ループ部を流れる電流が第１の磁場を発生し、前記第１の磁場が前記発振部に印加されるように前記ループ部が配置されていることを特徴とする。これにより、発振器の小型化が可能となる。
【０００７】
さらに、本発明の第２の態様に係る発振器では、前記発振部に第２の磁場を印加する磁場印加手段を有し、前記磁場印加手段は、前記第１の磁場と前記第２の磁場との合成磁場が、前記発振部が発振するための閾値磁場よりも大きくなるように配置されていることを特徴とすることが好ましい。
【０００８】
さらに、本発明の第３の態様に係る発振器では、第１の態様または第２の態様に係る発振器において、前記ループ部は、前記第１の磁場が、前記発振部が発振するための閾値磁場よりも大きくなるように配置されていることを特徴とすることが好ましい。
【０００９】
本発明の第４の態様に係る発振器では、発振を開始するための閾値磁場がゼロよりも大きい発振部と、前記発振部に直列に接続された導体とを有する発振器であって、前記発振部と前記導体とは、前記閾値磁場よりも大きい磁場が前記導体を流れる電流によって前記発振部に印加されるように配置されていることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明の第５の態様に係る発振器では、第４の態様に係る発振器において、前記閾値磁場が地磁気よりも大きいことを特徴とすることが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明の第６の態様に係る発振器では、第１の態様に係る発振器において、前記発振部が磁気抵抗効果素子、ジョセフソン素子、または磁気共鳴フィルタを有するフィルタ付発振器であることを特徴とすることが好ましい。
【００１２】
本発明の第７の態様に係る整流器では、整流周波数が磁場により可変な整流部と、前記整流部に直列に接続された導体とを有する整流器であって、前記導体はループ部を備え、前記ループ部を流れる電流が第１の磁場を発生し、前記第１の磁場が前記整流部に印加されるように前記ループ部が配置されていることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の第８の態様に係る整流器では、前記整流部に第２の磁場を印加する磁場印加手段を有し、前記磁場印加手段は、前記第１の磁場と前記第２の磁場との合成磁場が、前記整流部が整流作用を発現するための閾値磁場よりも大きくなるように配置されていることを特徴とすることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明の第９の態様に係る整流器では、第７の態様または第８の態様に係る整流器において、前記ループ部は、前記第１の磁場が、前記整流部が整流作用を発現するための閾値磁場よりも大きくなるように配置されていることを特徴とすることが好ましい。
【００１５】
本発明の第１０の態様に係る整流器では、整流作用を発現するための閾値磁場がゼロよりも大きい整流部と、前記整流部に直列に接続された導体とを有する整流器であって、前記整流部と前記導体とは、前記閾値磁場よりも大きい磁場が前記導体を流れる電流によって前記整流部に印加されるように配置されていることを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明の第１１の態様に係る整流器では、第１０の態様に係る整流器において、前記閾値磁場が地磁気よりも大きいことを特徴とすることが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明の第１２の態様に係る整流器では、第７の態様に係る整流器において、前記整流部が磁気抵抗効果素子またはジョセフソン素子であることを特徴とすることが好ましい。
【００１８】
本発明の第１３の態様に係る送受信装置では、第１の態様から第６の態様のいずれか１つの態様に係る発振器と、第７の態様から第１２の態様のいずれか１つの態様に係る整流器とを有し、前記発振器の前記導体と前記受信器の前記導体が電磁気的に結合することで、無線通信または無線電力伝送を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、小型化が可能な発振器または整流器を提供することができる。また、そのような発振器と整流器を備えることによって、従来よりも小型化が可能な送受信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１に係る発振器の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るフィルタ付き発振器の構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る発振器の周辺回路を示す図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る発振器の模式図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る発振器の模式図である。
【図７】本発明の実施形態４に係る発振器の模式図である。
【図８】本発明の実施形態５に係る発振器の模式図である。
【図９】本発明の実施形態６に係る発振器の模式図である。
【図１０】本発明の実施形態７に係る発振器の模式図である。
【図１１】本発明の実施形態８に係る発振器の模式図である。
【図１２】本発明の実施形態９に係る整流器の模式図である。
【図１３】本発明の実施形態９に係る整流器の周辺回路を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態１２に係る送信装置の回路図である。
【図１５】本発明の実施形態１５における送受信装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を用いて本発明を実施するための形態の例を説明する。なお、以下の説明は本発明の実施形態の一部を例示するものであり、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、形態が本発明の技術的思想を有するものである限り、本発明の範囲に含まれる。各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせなどは一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
【００２２】
（実施形態１）
図１は実施形態１に係る発振器１００を示す図である。発振器１００は、発振周波数が磁場により可変な発振部１０１と、発振部１０１に直列に接続された導体１０３を備える。導体１０３は、発振部１０１に直流電流Ｉを流入させる導体１０３ａと、発振部１０１から直流電流Ｉを流出させる導体１０３ｂとを有する。さらに導体１０３ａはループ部１１３を有する。
【００２３】
発振器１００に直流電流Ｉを流すと、ループ部１１３を流れる直流電流Ｉによって、第１の磁場Ｈが発生する。ループ部１１３は、第１の磁場Ｈが発振部１０１に印加されるように配置されている。また、ループ部１１３は、直流電流Ｉの流入側の導体１０３ａに限らず、直流電流の流出側の導体１０３ｂに形成されていてもよい。
【００２４】
本実施形態における第１の磁場Ｈは、発振部１０１が発振するための閾値磁場よりも大きい。ここで閾値磁場とは、発振部１０１に直流電流が供給されている場合に、発振部１０１が発振するために最低限必要な磁場の大きさである。つまり発振部１０１は、直流電流Ｉと第１の磁場Ｈが印加されることにより発振する。
【００２５】
ここで、発振部１０１の閾値磁場がゼロより大きい場合は、発振部１０１を発振させるために、電流とともにゼロより大きい磁場を発振部１０１に印加する。電流のみで発振しない発振部１０１を用いた場合には、地磁気以上の磁場を印加する。ちなみに、ここでの地磁気とは、発振器に作用する地球磁気を示し、例えば、地表における地球磁気は、目安として３７Ａ／ｍである。
【００２６】
図１でのループ部１１３は、発振部１０１を中心に半径ｒの１巻き（ターン）の形状を有する。第１の磁場Ｈの方向は、おおよそ発振部１０１に流れる電流の方向と同じになる。第１の磁場Ｈ［Ａ／ｍ］の大きさは、ビオ・サバールの法則により数式（１）によって求めることができる。
Ｈ＝ｎＩ／２ｒ・・・（１）
ここでＩ［Ａ］はループ部１１３を流れる電流、ｒ［ｍ］はループ部１１３の半径、ｎはループ部１１３の巻き数（ターン数）である。図１におけるループ部１１３は１ターンであるが、ループ部１１３のターン数は１ターンに限ったものではない。第１の磁場Ｈの大きさは、ループ部１１３の巻き数ｎ、ループ部１１３を流れる電流Ｉ、または、ループ部１１３の半径ｒの大きさによって調整することができる。また、発振部１０１を貫通する第１の磁場Ｈの印加方向は、ループ部１１３の巻き方を逆巻きにすることで、逆の方向に調整することができる。
【００２７】
このようにループ部１１３は発振部１０１の極近傍に配置でき、数式（１）が示すように半径ｒが小さくなるほど発振部１０１に強い磁場Ｈを印加することができる。したがって、磁石などの外部の磁場印加機構を用いる必要がなくなる、或いは、磁場印加機構は小型化される。つまり、この構成により発振器としても小型化することができる。
【００２８】
さらに、ループ部１１３は、発振部１０１から発振した電力を電磁場として放出するアンテナとしても使用することができる。したがって、発振器１００から電磁場を外部へ放出させる場合、あらたにアンテナを設ける必要がなくなり、発振器１００としての小型化が可能になる。ここでアンテナとは、波長より十分大きい距離へ電磁波を伝送させるためのアンテナや、波長と同程度、または波長より小さい距離へ電磁場を伝送させるアンテナや共振器等を意味する。
【００２９】
発振部１０１は、例えば磁気抵抗効果素子や、発振回路と磁気共鳴を用いたフィルタで構成されるフィルタ付発振器や、ジョセフソン素子や、ゼーマンレーザーを用いることができる。
【００３０】
図２には磁気抵抗効果素子の構成例を示す。磁気抵抗効果素子２０５は磁性層であるピン層２０６ａと、磁性層であるフリー層２０６ｂと、その間に配置されたスペーサ層２０７とを有する。ここでのピン層２０６ａの磁化方向は固定されており、矢印２０９ａはピン層２０６ａの磁化の固定方向を示す。フリー層２０６ｂの磁化方向は、電流を印加する前の状態では、有効磁場の方向を向いており、矢印２０９ｂは有効磁場の方向を示す。有効磁場は、フリー層２０６ｂ内で生じる異方性磁場、交換磁場、外部磁場、反磁場の和である。図２では、ピン層２０６ａの磁化の方向と、フリー層２０６ｂの有効磁場の方向が、互いに反対方向を向いているが、互いの方向はこれに限らない。
【００３１】
磁気抵抗効果素子２０５は特に限定されないが、例えばＧＭＲ素子、またはＴＭＲ素子、またはスペーサ層２０７の絶縁層中に電流狭窄パスが存在する磁気抵抗効果素子などを用いることができる。
【００３２】
磁気抵抗効果素子２０５にＧＭＲ素子を用いる場合、スペーサ層２０７は、例えば、銅など非磁性金属を用いることができる。ＧＭＲ素子のフリー層２０６ｂおよびピン層２０６ａの材料は、例えば、コバルト、鉄、ニッケル、クロムなどの磁性金属とその合金、又は、磁性合金にボロンを混入した合金を用いることができる。ピン層２０６ａの磁化を固定するには、イリジウム、鉄、白金、マンガンなどの合金による反強磁性層との交換結合や、磁性金属多層膜（例えばコバルト鉄−ルテニウム−コバルト鉄の多層膜）による反強磁性結合を用いることができる。そして各層の厚さは０．１〜５０ｎｍ程度が好ましい。ＧＭＲ素子は、スペーサ層２０７が金属からなるため、他の磁気抵抗効果素子に比較して抵抗値が低い。このため、磁気抵抗効果素子２０５を低インピーダンスの回路に接続する際に、インピーダンス整合の観点で好ましい。
【００３３】
磁気抵抗効果素子２０５にＴＭＲ素子を用いる場合、スペーサ層２０７は、例えば、アルミナや酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の絶縁層を用いることができる。ＴＭＲ素子のフリー層２０６ｂおよびピン層２０６ａの材料は、例えば、コバルト、鉄、ニッケル、クロムなどの磁性金属とその合金、又は、磁性合金としてボロンを混入した合金を用いることができる。ピン層２０６ａの磁化を固定するには、イリジウム、鉄、白金、マンガンなどの合金による反強磁性層との交換結合や、磁性金属多層膜（例えばコバルト鉄−ルテニウム−コバルト鉄の多層膜）による反強磁性結合を用いることができる。そして各層の厚さは０．１〜５０ｎｍ程度が好ましい。ＴＭＲ素子はスペーサ層２０７が絶縁層からなるため、他の磁気抵抗効果素子に比較して抵抗値が高い。このため、磁気抵抗効果素子２０５を高インピーダンスの回路に接続する際に、インピーダンス整合の観点で好ましい。
【００３４】
さらに磁気抵抗効果素子２０５に、スペーサ層２０７の絶縁層中に電流狭窄パスを有する磁気抵抗効果素子を用いる場合、そのスペーサ層２０７の絶縁層はＡｌ２Ｏ３等からなる。スペーサ層２０７の電流狭窄パスは、例えば銅などの非磁性金属や、コバルト、鉄、ニッケル、クロムなどの磁性金属とその合金、又は、磁性合金にボロンを混入した磁性金属を用いることができる。この磁気抵抗効果素子２０５の磁化自由層および磁化固定層には、例えば、コバルト、鉄、ニッケル、クロムなどの磁性金属とその合金、又は、磁性合金にボロンを混入した合金を用いることができる。ピン層２０６ａの磁化を固定するには、イリジウム、鉄、白金、マンガンなどの合金による反強磁性層との交換結合や、磁性金属多層膜（例えばコバルト鉄−ルテニウム−コバルト鉄の多層膜）による反強磁性結合を用いることができる。そして、各層の厚さは０．１〜５０ｎｍ程度が好ましい。この磁気抵抗効果素子２０５は、電流狭窄パスを有し、その電流狭窄パスによって電流密度を上げられる。このため、素子への投入電流を他の磁気抵抗効果素子に比較して小さくすることができる。この磁気抵抗効果素子２０５を発振部１０１に使用することによって、消費電力を抑えた回路とすることができる。
【００３５】
本実施形態に係る磁気抵抗効果素子２０５の自励発振について説明する。ここで自励発振とは、振動的でない直流電流により電気的振動が誘起される現象である。磁気抵抗効果素子２０５に直流電流Ｉを流すと、伝導電子２０８が直流電流Ｉとその逆方向、すなわちピン層２０６ａからスペーサ層２０７を介してフリー層２０６ｂに流れる。矢印２０９ａの方向に磁化したピン層２０６ａにおいて、伝導電子２０８のスピンは矢印２０９ａの方向に偏極する。矢印２０９ｃは伝導電子２０８のスピンの方向を表す。スピン偏極した電子２０８はスペーサ層２０７を介してフリー層２０６ｂに流れこむことで、フリー層２０６ｂの磁化と角運動量の受け渡しを行う。これによって、フリー層２０６ｂの磁化の方向を、有効磁場の方向を示す矢印２０９ｂの方向から傾かせようとする作用が働く。一方で、フリー層２０６ｂの磁化の方向を、有効磁場の方向を示す矢印２０９ｂの方向に安定させようとするダンピングの作用がはたらく。したがって、これら２つの作用がつりあって、フリー層の磁化方向は有効磁場の方向の周りを歳差運動する。この歳差運動を、フリー層の磁化方向を示す矢印２０９ｄの、有効磁場の方向を示す矢印２０９ｂのまわりの運動として表わし、一点鎖線２０９ｅによって矢印２０９ｄの歳差運動の軌跡を示す。フリー層の磁化方向がピン層の磁化方向に対して高周波で変化するため、フリー層の磁化方向とピン層の磁化方向の相対角度に依存して抵抗が変化する磁気抵抗効果によって、抵抗値も高周波で変化する。直流電流Ｉに対して抵抗値が高周波で変化するので、およそ１００ＭＨｚから１ＴＨｚの高周波数で振動する電圧が発生する。有効磁場の方向は、ピン層２０６ａの磁化方向に対して反対方向である１８０度の角度を有するだけでなく、同じ方向である０度や、４５度、９０度、または１３５度のような角度を有することができる。
【００３６】
印加磁場と発振周波数は、おおよそ比例関係にある。したがって、高周波の発振を生じさせるためには、外部磁場は大きい方が望ましい。
【００３７】
また発振部１０１に発振回路と磁気共鳴を用いたフィルタで構成されるフィルタ付発振器を用いる場合のフィルタ付発振器の構成例を図３に示す。フィルタ付発振器３００は発振回路３０１と、磁気共鳴を用いたフィルタ３０２と、導体１０３とを備える。導体１０３は、フィルタ付発振器３００に電流を供給する部分と、フィルタ付発振器３００から電流が流出する部分と、発振回路３０１とフィルタ３０２を接続する部分とを含む。フィルタ付発振器３００においては、磁気共鳴を用いたフィルタ３０２に、電流が発生する磁場を効率良く印加できるように、導体１０３と、磁気共鳴を用いたフィルタ３０２を配置することが望ましい。
【００３８】
磁気共鳴を用いたフィルタを利用したフィルタ付発振器３００には、例えばＹＩＧ発振器を用いることができる。ＹＩＧとはＹｔｔｒｉｕｍ  Ｉｒｏｎ  Ｇａｒｎｅｔ／Ｙ３Ｆｅ２（ＦｅＯ４）３の略である。ＹＩＧ発振器は発振回路とＹＩＧにより構成される。ＹＩＧは球状が好ましい。ＹＩＧの単結晶フェライトで作った球は、磁場を印加すると鋭い磁気共鳴を示すため、その周波数の信号を通過させるフィルタとして機能する。発振回路に電流を流すと発振が生じ、フィルタとして機能するＹＩＧに発振信号を通過させることで、発振は鋭いピークのスペクトルとなって出力される。
【００３９】
ＹＩＧが通過させる信号の周波数は、印加磁場の大きさにおおよそ比例する磁気共鳴周波数で決定される。従って、磁気共鳴を用いたフィルタを利用したフィルタ付発振器３００においても、高周波で発振させるためには大きな外部磁場が必要となる。
【００４０】
発振部１０１に、交流ジョセフソン効果を用いた発振素子を用いることもできる。交流ジョセフソン効果は、２つの超伝導体を接続したジョセフソン接合部に閾値以上の直流電流を供給すると、接合部に交流電流が流れる効果である。さらに、外部磁場をジョセフソン接合部に印加することで、交流の周波数を変化できることが知られている。したがって、交流ジョセフソン効果を用いた発振素子は、外部磁場により周波数可変な発振部として用いることができる。
【００４１】
発振部１０１に、ゼーマンレーザーを用いることもできる。ゼーマンレーザーは、磁場により原子のエネルギー準位が分裂するゼーマン効果を用いたレーザーであり、磁場と電流をレーザー発振部に印加すると、周波数の異なる２つの偏光成分を発振する。さらに磁場により、発振周波数を変化できることが知られている。したがって、ゼーマンレーザーは、外部磁場により周波数可変な発振部として用いることができる。
【００４２】
実施形態１に係る発振器１００を使用するための周辺回路の一例を図４に示す。周辺回路４００は、直流電流源４０１と、負荷４０２と、インダクタＬａと、キャパシタＣａとからなる。インダクタＬａは発振器１００が発振した高周波出力の直流電流源４０１への流入を防ぎ、キャパシタＣａは直流電流の負荷４０２への流入を防ぐことができる。
【００４３】
直流電流源４０１から直流電流を発振器１００に供給すると、発振器１００は高周波を出力する。高周波の信号はインダクタＬａに比較してインピーダンスが小さいキャパシタＣａを主に通過し、負荷４０２で検出される。
【００４４】
（実施形態２）
図５は実施形態２に係る発振器を示す図である。実施形態２の発振器５００は、直流電流Ｉを発振部１０１に流入させる導体１０３ａに構成したループ部１１３と、発振部１０１から直流電流Ｉを流出させる導体１０３ｂに構成したループ部５０１とを有する。発振器５００に直流電流Ｉを供給すると、ループ部１１３を流れる直流電流Ｉによって磁場Ｈ１が発生し、さらにループ部５０１を流れる直流電流Ｉによって磁場Ｈ２が発生する。ループ部１１３とループ部５０１とは、磁場Ｈ１と磁場Ｈ２とが発振部１０１に印加されるように配置されている。
【００４５】
実施形態２は、磁場Ｈ１と磁場Ｈ２による約２倍の合成磁場が、第１の磁場として発振部１０１に印加される。このため、発振器５００から、より高周波の発振を得ることができる。ループ部は同一平面上に形成したスパイラル状や、３次元に形成したソレノイド状を用いることもできる。
【００４６】
（実施形態３）
図１において、発振部１０１が図２の磁気抵抗効果素子２０５である場合の第１の磁場Ｈの方向は、磁気抵抗効果素子２０５を構成する膜面に対して略面直方向である。実施形態３は、磁気抵抗効果素子２０５の膜面に対して略面内方向に磁場が印加されることで発振が生じる発振器である。
【００４７】
図６は実施形態３に係る発振器の構成例を示す図である。実施形態３の発振器では、磁気抵抗効果素子２０５の面内方向に第１の磁場Ｈが印加されるように、ループ部１１３の軸心を磁気抵抗効果素子２０５の膜面に対して平行になるように配置する。ここで面内方向とは、磁気抵抗効果素子２０５を構成する層面に対して平行な方向である。
【００４８】
実施形態３は、磁場Ｈが磁気抵抗効果素子２０５の膜面に対して略面内方向に印加されるので、膜面に対して略面内方向に磁場が印加されることで発振強度を向上できる素子に対して、より好ましい形態である。
【００４９】
磁気抵抗効果素子２０５に印加する第１の磁場Ｈの方向は、膜面に対して面直方向や面内方向に限られず、ループ部と磁気抵抗効果素子２０５のなす角度を調整することにより、磁気抵抗効果素子２０５に印加する磁場の角度を任意に設定できる。
【００５０】
実施形態３の説明では、発振部１０１が磁気抵抗効果素子２０５である場合を説明したが、発振部１０１にフィルタ付発振器や、ジョセフソン素子や、ゼーマンレーザーを用いることができる。
【００５１】
（実施形態４）
発振強度を向上させる手段として、外部磁場の強度を強くする方法が挙げられる。外部磁場の強度を上げるには数式（１）より、コイルの巻き数や電流を増加させれば良い。しかし、巻き数の増加には限度があり、電流の増加は消費電力の増加をともなう等の影響から、外部磁場の強度を上げるには限度がある。そこで、発振強度を向上させる他の手段として、外部磁場の角度を変える手段が挙げられる。
【００５２】
実施形態４に係る発振器は、磁気抵抗効果素子２０５に所定の膜面内の任意の角度で磁場を印加できるように配置された２つのループ部を有する。実施形態４に係る発振器は、２つのループ部から生じる磁場を合成することで、所定の面内の任意の角度で発振部に第１の磁場を印加できる。
【００５３】
図７は実施形態４に係る発振器の模式図である。発振器７００は発振部である磁気抵抗効果素子２０５と、磁気抵抗効果素子２０５に直列に接続された導体１０３と、可変抵抗７０２ｘ、７０２ｙとを有する。導体１０３は第１のループ部７０１ｘと、第２のループ部７０１ｙとを有する。第１のループ部７０１ｘと第２のループ部７０１ｙは磁気抵抗効果素子２０５に直列に接続されている。第１のループ部７０１ｘは、磁気抵抗効果素子２０５の略膜面内方向に磁場Ｈｘが印加されるように配置する。第２のループ部７０１ｙは、磁気抵抗効果素子２０５の略膜面内方向に磁場Ｈｙを印加するように、かつ磁場Ｈｙが磁場Ｈｘと非平行、好ましくは直交するように配置する。可変抵抗７０２ｘと７０２ｙとは、それぞれ第１のループ部７０１ｘと第２のループ部７０１ｙとに各々電気的並列に接続される。
【００５４】
直流電流Ｉを流す際に可変抵抗７０２ｘ、７０２ｙの抵抗値を調節することで、第１のループ部７０１ｘが発生させる磁場Ｈｘと、第２のループ７０１ｙが発生させる磁場Ｈｙとを調節することができる。従って磁場Ｈｘと磁場Ｈｙの合成磁場は強度が可変となり、さらに、磁気抵抗効果素子２０５に任意の角度で磁場を印加することが可能である。ここでは例として、磁場Ｈｘと磁場Ｈｙが磁気抵抗効果素子２０５の略膜面内方向に存在する場合で説明したが、磁場印加方向は特に限定されず、略膜面内方向でなくても良い。
【００５５】
実施形態４は外部磁場の角度を平面内で変えることができるので、外部磁場の角度を変えることで発振強度を向上できる素子に対して、より好ましい形態である。
【００５６】
実施形態４の説明では、発振部１０１が磁気抵抗効果素子２０５である場合を説明したが、発振部１０１にフィルタ付発振器や、ジョセフソン素子や、ゼーマンレーザーを用いることができる。
【００５７】
（実施形態５）
実施形態４は２つのループ部を有する構造であったが、ループ部を増やすことで、特定の平面内に限らず、あらゆる角度から第１の磁場を印加させる実施形態を以下に示す。
【００５８】
図８は実施形態５に係る発振器の模式図である。実施形態５に係る発振器８００は、磁気抵抗効果素子２０５と、磁気抵抗効果素子２０５に直列に接続された導体１０３と、可変抵抗８０３ｘ、８０３ｙ、８０３ｚとを有する。導体１０３は第１のループ部８０１ｘと、第２のループ部８０１ｙと、第３のループ部８０１ｚとを有する。第１のループ部８０１ｘと第２のループ部８０１ｙと第３のループ部８０１ｚは磁気抵抗効果素子２０５に直列に接続されている。磁気抵抗効果素子２０５に対して磁場の印加される方向を直交座標系８０２で説明する。直交座標系８０２のＺ軸方向は、磁気抵抗素子２０５の電流Ｉの印加方向と同じ方向を示している。ここで、第１のループ部８０１ｘの軸心は直交座標系８０２のｘ軸に平行となるように配置し、第２のループ部８０１ｙの軸心はｙ軸に平行となるように配置し、第３のループ部８０１ｚの軸心はｚ軸に平行となるように配置する。さらに、第１のループ部８０１ｘの軸心と第２のループ部８０１ｙの軸心と第３のループ部８０１ｚの軸心は１点で交差し、その交差点に磁気抵抗効果素子２０５を配置する。また、可変抵抗８０３ｘ、８０３ｙ、８０３ｚは、それぞれ第１のループ部８０１ｘ、第２のループ部８０１ｙ、第３のループ部８０１ｚに電気的並列に接続される。
【００５９】
磁気抵抗効果素子２０５に印加する合成磁場をＨ＝（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）とする。磁気抵抗効果素子２０５の位置にループ部８０１ｘの発生する磁場がＨｘになるように可変抵抗８０３ｘの抵抗値を調整する。同様に磁気抵抗効果素子２０５の位置にループ部８０１ｙの発生する磁場がＨｙになるように可変抵抗８０３ｙの抵抗値を調整し、磁気抵抗効果素子２０５の位置にループ部８０１ｚの発生する磁場がＨｚになるように可変抵抗８０３ｚの抵抗値を調整する。これによって、直流電流Ｉを流した際に磁気抵抗効果素子２０５に所望の合成磁場Ｈが印加されるので、磁気抵抗効果素子２０５に任意の角度から第１の磁場を印加することができ、発振の周波数や強度を柔軟に変化させることが可能となる。
【００６０】
以上に代表的な構成を示したが、本発明の実施形態はこれに限られるものではない。たとえば、発振部１０１をループ部の途中に配置する、または発振部１０１を別々のループ部の中間に配置する、または発振部１０１をループ部近傍の任意の位置に配置する構成を用いることができる。
【００６１】
実施形態５は外部磁場の角度を任意の方向に変えることができるので、外部磁場の角度により発振強度を向上できる素子に対して、より好ましい形態である。
【００６２】
実施形態５の説明では、発振部１０１が磁気抵抗効果素子２０５である場合を説明したが、発振部１０１にフィルタ付発振器や、ジョセフソン素子や、ゼーマンレーザーを用いることができる。
【００６３】
（実施形態６）
以上では、発振部に供給する電流が発生する磁場を、発振部に印加する形態を説明した。磁場を増加させる他の手段として、数式（１）よりループ部に流れる電流を増加させる手段が挙げられる。しかし、発振部の耐電流を越えるような大きな電流は発振部に印加できない。そこで、実施形態６では、発振部とループ部とを、ループ部を流れる電流の大きさが発振部を流れる電流よりも大きくなるように配置する。
【００６４】
以下、電気回路による実施形態の説明において、ループ部はインダクタと抵抗が直列接続したものと等価とする。また、図中において、実施形態の効果を説明する上で不要な場合、抵抗の図示は省略されることがある。
【００６５】
図９は実施形態６に係る模式図である。発振器９００は、発振部１０１と、発振部１０１に直列に接続された導体１０３ａと導体１０３ｂと、電流増幅手段である電流増幅部９０２とを有する。導体１０３ｂはループ部を有し、ループ部はインダクタ９０１で表現される。電流増幅部９０２は入力端と出力端とを有し、入力端から入力された電流を増幅して出力端に出力する。発振部１０１は電流増幅部９０２の入力端に直列に接続され、インダクタ９０１は電流増幅部９０２の出力端に直列に接続されている。
【００６６】
発振部１０１に直流電流Ｉを流すと、電流増幅部９０２は増幅電流ＩＡを発生させる。インダクタ９０１で表現されるループ部は増幅電流ＩＡが流れることによって発振部１０１の位置に磁場Ｈを発生させる。発振部１０１は直流電流Ｉと磁場Ｈが印加されることで、所望の周波数で発振する。発振器９００は、インダクタ９０１で表現されるループ部を流れる電流の大きさが発振部１０１を流れる電流よりも大きくなるように構成されている。したがって、発振部１０１には大電流が流れないため、発振部１０１を過電流から保護することが可能である。
【００６７】
電流増幅部９０２は、トランジスタ、市販のチップ形状のアンプ、または増幅回路などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。
【００６８】
電流増幅手段の配置は、実施形態６で示したような、発振部１０１と電流増幅手段が直列である配置に限らない。ループ部を流れる電流の大きさが、発振部１０１を流れる電流よりも大きくなる構成ならばよい。たとえば、発振部１０１と電流増幅手段が並列となる配置を用いることもできる。
【００６９】
実施形態６は、発振部１０１に流れる電流を増加せずに、ループ部を流れる電流を大きくすることで、ループ部が発生する磁場を強くできる。したがって実施形態６は、素子を電流から保護しつつ高周波の発振を得たい場合に、より好ましい形態である。
【００７０】
（実施形態７）
より高周波で発振部を発振させるためには、より強い磁場が必要となる。その場合は、ループ部を流れる電流が発生する第１の磁場と、磁場印加手段が発生する第２の磁場との合成磁場とを発振部に印加することで、発振部の高周波発振が可能となる。
【００７１】
図１０は実施形態７に係る発振器１０００を示す図である。実施形態７の発振器１０００は、発振部１０１と、発振部１０１に直列に接続された導体１０３と、磁場印加手段である磁石１００１とを有する。導体１０３はルーブ部１１３を有する。磁石１００１は発振部１０１の近傍に配置する。磁石１００１は、１つより２つ配置する方が、発振部１０１に印加される磁場の偏りが少なくなるので好ましい。また磁石は、コバルト、鉄、ニッケル、クロム、白金などや、それらの合金などで構成されるハードバイアス膜を用いてもよい。
【００７２】
ループ部１１３は、ループ部１１３を流れる電流Ｉにより第１の磁場Ｈを発生し、磁石１００１は第２の磁場として磁場Ｈｍを発生する。発振部１０１に印加される磁場Ｈｍと第１の磁場Ｈとの合成磁場が、発振部１０１が発振するために必要な閾値磁場より大きくなるように、磁石１００１とループ部１１３とを配置する。比較的強い磁場が発振部１０１に印加されるので、高周波数での発振に好ましい実施形態である。
【００７３】
また、磁石１００１の位置を変化させることで印加磁場強度を調整すれば、発振周波数を変化できる。
【００７４】
第２の磁場を印加する磁場印加手段は磁石に限られず、例えば、外部の配線、または外部のコイルや電磁石を用いることができる。その場合でも、外部の磁場印加手段だけを用いた従来の場合に比べて、発振器の小型化を実現できる。
【００７５】
実施形態７は、ループ部１１３を流れる電流Ｉが発生する第１の磁場Ｈと、磁場印加手段が発生する第２の磁場Ｈｍとの合成磁場を発振部１０１に印加できるので、発振部１０１の高周波発振を得たい場合、より好ましい形態である。
【００７６】
実施形態７は、ループ部１１３を流れる電流Ｉが発生する第１の磁場Ｈが、発振部１０１が発振するために必要な閾値磁場より大きくなるように、ループ部１１３を配置することができる。
【００７７】
本発明の発振器は上記の実施形態に限られず、例えば、ループ部１１３を流れる電流Ｉによって発振部１０１に印加される磁場Ｈは、発振部１０１が発振するための閾値磁場に比較して小さく、別の磁場を印加することで発振する強度でもよい。また、閾値磁場が０［Ａ／ｍ］の発振部に対して、数式（１）に従ってより高周波の発振を生じさせるために、本実施形態を用いても良い。
【００７８】
（実施形態８）
さらに、本発明の発振器は上記の実施形態に限られず、発振部１０１に磁場を印加するループ部の代わりに、ループを形成していない導体を用いることもできる。実施形態８では、実施形態１のループ部の代わりに、ループを形成していない導体を用いる。
【００７９】
図１１は実施形態８に係る発振器を示す模式図である。実施形態８の発振器１００ａは発振部１０１と、発振部１０１に直列に接続された導体１０３とを備える。導体１０３は、直流電流Ｉを発振部１０１に流入させる導体１０３ａと、流出させる導体１０３ｂとを有する。
【００８０】
発振器１００ａに直流電流Ｉを供給すると、導体１０３を流れる直流電流Ｉによって、磁場Ｈが発生する。導体１０３は、磁場Ｈが発振部１０１に印加されるように配置されている。導体１０３は、直流電流Ｉの流入側の導体１０３ａに限らず、直流電流の流出側の導体１０３ｂを流れる直流電流Ｉによっても、磁場Ｈが発振部１０１に印加されるように配置されていてもよい。さらに導体１０３は、磁場Ｈが発振部１０１が発振するための閾値磁場よりも大きくなるように配置されている。
【００８１】
発振部１０１に磁場を印加するために、ループ部を形成していない導体を用いる実施形態は本実施形態８に限られない。例えば、実施形態２から７におけるループ部の代わりに、ループを形成していない導体を用いることもできる。
【００８２】
（実施形態９）
実施形態９では、実施形態１の発振部１０１を整流部と置き換え、さらに電流Ｉを交流電流ＩＡＣにし、発振器１００を交流を直流に変換する整流器とする。さらに整流部に磁気抵抗効果素子２０５を用いる。
【００８３】
図１２は、実施形態１の図１における直流電流Ｉを交流電流ＩＡＣとし、発振部１０１に置き換えた整流部として磁気抵抗効果素子２０５を用いた整流器の模式図である。図１２において、導体１０３を介して交流電流ＩＡＣを磁気抵抗効果素子２０５に印加すると、ループ部１１３は交流電流ＩＡＣによって磁場ＨＡＣを発生する。ループ部１１３は、磁場ＨＡＣが磁気抵抗効果素子２０５に印加されるように配置する。この磁場ＨＡＣが、後述するスピントルクＦＭＲ（Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）効果が生じるのに必要な閾値磁場を越えている場合、磁気抵抗効果素子２０５は交流を直流に変換する。すなわち１１００は、整流器となる。ここで閾値磁場とは、磁気抵抗効果素子２０５に交流電流が供給されている場合に、磁気抵抗効果素子２０５がスピントルクＦＭＲ効果を発現するために最低限必要な磁場の大きさである。
【００８４】
閾値磁場がゼロより大きい整流部においてスピントルクＦＭＲ効果を発現させるためには、交流電流とともにゼロより大きい磁場を整流部に印加する。交流電流のみでスピントルクＦＭＲ効果を発現しない整流部を用いる場合は、地磁気以上の磁場を印加する。ちなみに、ここでの地磁気とは、発振器に作用する地球磁気を示し、例えば、地表における地球磁気は、目安として３７Ａ／ｍである。
【００８５】
ここでスピントルクＦＭＲ効果について説明する。図２における磁気抵抗効果素子２０５に、各層の面直方向に交流電流を印加する場合を考える。交流の半周期で電子２０８がピン層２０６ａからフリー層２０６ｂへ注入される場合は、フリー層２０６ｂとピン層２０６ａの磁化が平行になるようにフリー層２０６ｂの磁化方向が回転し、磁気抵抗効果素子２０５の抵抗値が下がる。逆にフリー層２０６ｂからピン層２０６ａへ電子２０８が注入される半周期では、フリー層２０６ｂとピン層２０６ａの磁化方向は互いに反平行になるようにフリー層の磁化方向が回転し、抵抗値が上がる。交流電流により、この抵抗変化の現象が交互に起きて、振動電圧とともに直流電圧成分が発生する。すなわち交流を直流に変換する整流作用を示す。これをスピントルクＦＭＲ効果とよぶ。スピントルクＦＭＲ効果が発生する周波数、つまり整流周波数は印加磁場によるため、所望の周波数でスピントルクＦＭＲ効果を発生させるのに十分な磁場を印加する必要がある。
【００８６】
ループ部１１３は整流部である磁気抵抗効果素子２０５の極近傍に配置できるので、数式（１）が示すように小さい半径ｒによって強い磁場を整流部に印加できる。これにより整流器の小型化が可能になる。
【００８７】
さらに、ループ部１１３を、外部からの電磁場を受けて磁気抵抗効果素子２０５へ電力を供給するアンテナとしても使用することができる。したがって、整流器に外部から電磁場を供給する場合、あらたにアンテナを設ける必要がなくなり、整流器の小型化が可能になる。ここでアンテナとは、波長より十分大きい距離から到来する電磁波を受信するためのアンテナだけでなく、波長と同程度、または波長より小さい距離からの電磁場を受信するアンテナや共振器も含む。
【００８８】
整流部には、磁気抵抗効果素子だけでなく、例えば、ジョセフソン素子を用いることもできる。
【００８９】
図１３は実施形態９に係る整流器１１００を使用するための周辺回路の一例を示す図である。周辺回路１２００は、交流電流源１２０１と、負荷１２０２と、インダクタＬａと、キャパシタＣａとからなる。インダクタＬａは交流電流の負荷１２０２への流入を防ぎ、キャパシタＣａはスピントルクＦＭＲ効果により発生した直流の交流電流源１２０１への流入を防ぐことができる。
【００９０】
交流電流源１２０１からの交流電流ＩＡＣは、インピーダンスが小さいキャパシタＣａを通過するが、インピーダンスが大きいインダクタＬａはほとんど通過しない。そのため、交流電流ＩＡＣは効率良く整流器１１００に供給される。整流器１１００は交流電流ＩＡＣを直流に変換し、直流出力は負荷１２０２で検出される。
【００９１】
以後の実施形態の説明において、周辺回路１２００は省略する。
【００９２】
（実施形態１０）
実施形態１０の整流器では、実施形態２から８の発振部１０１を置き換えた整流部として磁気抵抗効果素子２０５を用い、さらに直流電流Ｉを交流電流ＩＡＣにすることで、交流電流ＩＡＣにより発生する磁場ＨＡＣを磁気抵抗効果素子２０５に効率良く印加できる。磁気抵抗効果素子２０５に交流電流ＩＡＣと磁場ＨＡＣが印加されることで、スピントルクＦＭＲ効果により磁気抵抗効果素子２０５は交流を直流に整流する。
【００９３】
本発明の整流器は上記の実施形態に限られず、例えば、磁気抵抗効果素子２０５に印加される磁場は、スピントルクＦＭＲ効果が生じるための閾値磁場に比較して小さく、別の磁場を印加することでスピントルクＦＭＲ効果を発現させる強度でもよい。また、閾値磁場が０［Ａ／ｍ］の磁気抵抗効果素子２０５に対して、所望の周波数でスピントルクＦＭＲ効果を生じさせるために、実施形態９と１０を用いることができる。
【００９４】
（実施形態１１）
実施形態１１では、実施形態９または１０の整流器で交流電流ＩＡＣを信号電流にすることで、信号電流により発生する磁場を磁気抵抗効果素子２０５に効率良く印加できる。磁気抵抗効果素子２０５に信号電流と、信号電流により発生する磁場が印加されることで、スピントルクＦＭＲ効果が生じる。この実施形態１１は信号電流を直流に整流して受信するので、受信器となる。
【００９５】
（実施形態１２）
発振部の出力を無線伝送するために、発振器と直流的に絶縁した電気回路に、発振部の出力を電磁気的な結合で伝送する手段を設けることができる。電磁気的な結合には、電磁誘導による誘導結合、容量による結合、電磁気的な共鳴による結合、電磁波による結合などがあげられる。実施形態１２では、誘導結合を用いた実施形態を説明する。
【００９６】
図１４は、実施形態１２に係る送信装置の回路図である。実施形態１２の送信装置１３００は、第１の電気回路１３０１と第２の電気回路１３０２とを有する。第１の電気回路１３０１は、発振器１００と電気回路１３０５とを有する。１例として発振器１００を実施形態１とし、ループ部１１３を第１のインダクタ１３０７で表現する。第２の電気回路１３０２は、導体１３０３と電気回路１３０６とを有する。電気回路１３０６は、送信装置１３００の外部へ信号を送信するアンテナを、図示しないが備えている。導体１３０３はループ部を有し、それを第２のインダクタ１３０４で表現する。発振器１００と第２の電気回路１３０２は直流的に絶縁されている。第１のインダクタ１３０７と第２のインダクタ１３０４とは直流的には絶縁されているが、誘導結合している。
【００９７】
発振器１００が発振すると第１のインダクタ１３０７には時間変動する電流が流れ、誘導結合により第２のインダクタ１３０４を介して、電気回路１３０２に電気回路１３０１による信号が伝送される。
【００９８】
誘導結合の部分においてインピーダンス整合を考慮すれば、誘導結合部において反射が低減されるため、信号伝送がより効率的に行われる。第１の電気回路１３０１のインピーダンスをＺ１、第２の電気回路１３０２のインピーダンスをＺ２とする。この２つの電気回路のインピーダンスを整合させるために、第１のインダクタ１３０７と第２のインダクタ１３０４の巻き数を調節する。本手法はトランスによるインピーダンス整合の手法として知られている。下に示す数式（２）を満たすように第１のインダクタ１３０７の巻き数Ｎ１と、第２のインダクタ１３０４の巻き数Ｎ２を決定すれば、第１の電気回路１３０１と第２の電気回路１３０２のインピーダンスが整合する。
（Ｎ１／Ｎ２）２＝Ｚ１／Ｚ２・・・（２）
【００９９】
発振部１０１に印加する磁場は数式（１）で示したようにインダクタの巻き数による。インピーダンス整合のために第１のインダクタ１３０７の巻き数Ｎ１が調整されると、発振部１０１に印加する磁場が変更されるので、第２のインダクタ１３０４の巻き数Ｎ２が調整されるのが望ましい。
【０１００】
第１のインダクタ１３０７と第２のインダクタ１３０４は、たとえばループ部の軸部分に鉄芯やその他の磁石を配置した構成や、トロイダルコアに第１のインダクタ１３０７と第２のインダクタ１３０４を設けた構成であっても良い。これらの構成は、誘導結合を強めたい場合に好ましい形態である。
【０１０１】
発振器として実施形態１の発振器１００を例にあげて説明したが、発振器は特に限定されず、例えば、他の実施形態における発振器を用いることができる。
【０１０２】
（実施形態１３）
実施形態１３では、実施形態１２の発振器１００において、発振部１０１を磁気抵抗効果素子２０５を用いた整流部に置き換える。この構成で、導体１３０３に交流電流ＩＡＣを流すと、誘導結合した第１のインダクタ１３０７が発生する磁場と電流が、磁気抵抗効果素子２０５に印加されるので、実施形態１３は、磁気抵抗効果素子２０５のスピントルクＦＭＲ効果により交流電流から直流電圧を発生させる整流装置となる。
【０１０３】
ちなみに、例えば実施形態１２において、発振器１００を他の実施形態における発振器とし、さらに発振部１０１を整流部である磁気抵抗効果素子２０５におきかえても整流装置を構成することができる。その構成で、導体１３０３に交流電流ＩＡＣを流すと、電磁的な結合により発生する磁場と電流が、磁気抵抗効果素子２０５に印加されるので、磁気抵抗効果素子２０５はスピントルクＦＭＲ効果により交流電流から直流電圧を発生させる。ここで電磁気的な結合とは、電磁誘導による誘導結合、容量による結合、電磁気的な共鳴による結合、電磁波による結合などを意味するが、これに限ったものではない。
【０１０４】
（実施形態１４）
実施形態１４は、実施形態１３で説明した整流装置において、導体１３０３に信号電流を流すと、電磁的な結合により発生する磁場と電流を、磁気抵抗効果素子２０５に印加する。この場合、磁気抵抗効果素子２０５はスピントルクＦＭＲ効果により信号電流を直流に整流して受信するので、受信装置を構成できる。ここで電磁気的な結合とは、電磁誘導による誘導結合、容量による結合、電磁気的な共鳴による結合、電磁波による結合などを意味するが、これに限ったものではない。
【０１０５】
（実施形態１５）
実施形態１５は、発振部１０１に磁場を印加する導体を、通信用のアンテナとして利用する送受信装置である。
【０１０６】
図１５は実施形態１５に係る送受信装置を示す図である。実施形態１５の送受信装置１４００は発振器１４０１ａと受信器１４０１ｂからなる。ここで、発振器１４０１ａには実施形態１の発振器１００を用いる。つまり発振器１４０１ａは、発振部１０１と、発振部１０１に直列に接続され発信信号を入力する導体１０３ａと導体１０３ｂとを有し、導体１０３ａはループ部１１３を有する。受信器１４０１ｂはループ部１１３が発生した電磁場を受ける手段を有する導体１４０２ｂと、導体１４０２ｂが受けた電磁場を受信信号に変換する変換部１４０３とを有する。
【０１０７】
送受信装置１４００の動作を説明する。ここでの説明においては、通信符号化方式にＮＲＺ（Ｎｏｎ−Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）を用いる。ＮＲＺは信号が「１」の時に電圧はゼロでなく、信号が「０」の時に電圧をゼロとする符号化方式である。但し、本発明で用いることができる符号化方式はこれに限ったものではない。
【０１０８】
信号値が「１」の時は、ループ部１１３と発振部１０１とに「１」の時間間隔だけ電流が流れ、ループ部１１３は磁場Ｈを発生させる。発振部１０１は発振に必要な電流と磁場Ｈが印加されることによって、所望の周波数で発振する。ループ部１１３は発振した電圧が印加されることで、磁場Ｈと重畳して電磁場ＥＭを発生させる。電磁場ＥＭは受信器１４０１ｂの導体１４０２ｂで受信される。受信された電磁場は変換部１４０３において受信信号に変換され、信号値「１」が伝達される。
【０１０９】
信号値が「０」の時は、発振部１０１に電流が流れず、磁場も発生しないので、電磁場は受信器１４０１ｂに伝送されない。つまり、信号値「０」が伝達される。
【０１１０】
本実施形態では、発振部１０１に磁場を印加するために設けたループ部１１３を、無線伝送用のアンテナとしても利用する。したがって、新たに無線伝送用のアンテナを設ける必要がなくなり、送受信装置の小型化が実現できる。
【０１１１】
また、信号値が「０」の時はループ部１１３に電流が流れないため、通信に不要な電磁場が発生しない。つまり本実施形態は、省電力化、低ノイズ化の効果も期待できる。
【０１１２】
ループ部１１３と導体１４０２ｂ間の伝送は、例えば２つのループ部を対向させる電磁誘導法や、インダクタンスとキャパシタンスとで共振周波数が決まるＬＣ共鳴による電磁共鳴法、パターン導体の線路長により共振周波数が決まる電磁共鳴法、導体間の容量による結合などを利用できる。
【０１１３】
変換部１４０３は磁気抵抗効果素子２０５であっても良い。信号値「１」の時間間隔で発振部１０１が発振した高周波出力が、ループ部１１３と導体１４０２ｂを介して磁気抵抗効果素子２０５に入力されると、磁気抵抗効果素子２０５はスピントルクＦＭＲ効果により、高周波出力を直流出力に変換する。つまり、高周波出力となって伝送された信号値「１」を復調する。
【０１１４】
磁気抵抗効果素子２０５を、ループ部１１３と導体１４０２ｂとで生じる磁場を印加できるように配置することで、磁気抵抗効果素子２０５に磁場を印加する機構を小型化または不要とすることができ、送受信装置の小型化を実現できる。
【０１１５】
実施形態１５では発振器１４０１ａに実施形態１の発振器を使用する場合を示したが、実施形態１に限らず、他の実施形態の発振器を用いることもできる。受信器１４０１ｂは、実施形態１１で説明した受信器を使用することができる。つまり、発振器と受信器を同じ構成として送受信装置を構成することが可能であるし、あるいはまた、発振器と受信器を異なる構成として送受信装置を構成することも可能である。それらの送受信装置では、磁場を印加する導体部を無線伝送に使用するアンテナとしても利用する。したがって、新たに無線伝送用のアンテナを設ける必要がなくなり、送受信装置の小型化が実現できる。ここでアンテナとは、波長より十分に大きい距離間での通信に用いるアンテナだけでなく、波長と同程度、または波長より小さい距離間の通信に用いるアンテナや共振器、その他の無線伝送部も含む。
【０１１６】
また、本実施形態は無線給電に応用することが可能である。入力を常に信号値が「１」の状態とすれば、常に発振信号すなわちエネルギーが受信器１４０１ｂに供給されるので、無線電力供給が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明に係る発振器、整流器および送受信装置は、無線通信や無線電力給電などに利用可能である。
【符号の説明】
【０１１８】
１０１・・・発振部、Ｉ・・・電流、１０３・・・導体、１０３ａ・・・発振部に電流を流入する導体、１０３ｂ・・・発振部から電流を流出させる導体、Ｈ・・・磁場、１１３・・・ループ部、２０５・・・磁気抵抗効果素子、５０１・・・ループ部、７０１ｘ、７０１ｙ・・・ループ部、７０２ｘ、７０２ｙ・・・可変抵抗、Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚ・・・磁場、８０１ｘ、８０１ｙ、８０１ｚ・・・ループ部、８０３ｘ、８０３ｙ、８０３ｚ・・・可変抵抗、１００１・・・磁石、ＨＡＣ・・・磁場、１３０１、１３０２・・・電気回路、１３０４・・・インダクタ、１３０７・・・インダクタ、１４０１ａ・・・発振器、１４０１ｂ・・・受信器、１４０２ｂ・・・導体、１４０３・・・変換部
【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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