(57)【要約】【課題】励磁コイルの制御方法によらずに、磁気感度の温度依存性と磁気素子の出力値の温度依存性との双方を同時に抑制することが可能な磁気素子制御装置を提供する。【解決手段】本発明の磁気素子制御装置は、磁性体コアに設けられた複数の励磁コイルに交番信号を印加し、磁性体コアに設けられた検出コイルから、交番信号に対応した極性の異なるパルスの波形を検出し、この極性の異なるパルスの検出間隔で、定常磁界を検出する磁気素子を制御する装置であり、励磁コイルのうち第１励磁コイルに印加する、第１の交番信号を生成する第１励磁信号生成部と、励磁コイルのうち第１励磁コイルと巻線の巻き方向が逆である第２励磁コイルに印加する、第１の交番信号と同期した極性の異なる第２の交番信号を生成する第２励磁信号生成部と、交番信号の電流方向が切替る際の誘導起電力で発生する正又は負電圧の検出信号であるパルスを検出する検出信号比較部とを備える。【選択図】図１
2014106150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体コアに設けられた複数の励磁コイルに対して交番信号を印加し、前記磁性体コアに設けられた検出コイルから、前記交番信号に対応して検出される極性の異なるパルス状信号の波形を検出し、この極性の異なるパルス状信号の検出間隔により、定常磁界を検出する磁気素子を制御する磁気素子制御装置であり、
前記励磁コイルのうち第１励磁コイルに印加する、前記交番信号における第１の交番信号を生成する第１励磁信号生成部と、
前記励磁コイルのうち前記第１励磁コイルと巻線の巻き方向が逆である第２励磁コイルに印加する、前記交番信号における前記第１の交番信号と同期した極性の異なる第２の交番信号を生成する第２励磁信号生成部と、
前記交番信号の電流方向が切替る際の誘導起電力で発生する正又は負電圧の検出信号を検出する検出信号比較部と
を備えることを特徴とする磁気素子制御装置。
【請求項２】
前記第２励磁信号生成部が
前記第１励磁信号生成部における基準電位に対する信号変化の極性を反転する回路を備えていることを特徴とする請求項１に記載の磁気素子制御装置。
【請求項３】
正電圧及び負電圧の検出信号間の時間幅を電圧情報に変換する出力信号生成部と、
前記電圧情報を、磁界強度を示すデータ信号として出力するデータ信号変換部と
をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気素子制御装置。
【請求項４】
正電圧及び負電圧の検出信号間の時間幅を電圧情報に変換する帰還信号生成部と、
前記電圧情報から前記磁気素子に印加されている定常磁界をキャンセルする磁界を前記帰還コイルに印加する帰還信号を生成する帰還信号調整部と、
前記帰還信号を、磁界強度を示すデータ信号として出力するデータ信号変換部と
をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気素子制御装置。
【請求項５】
前記第１励磁信号生成部及び前記第２励磁信号生成部の各々が、
前記第１の交番信号及び第２の交番信号のそれぞれに前記帰還信号を重畳させる励磁信号生成回路
を備えることを特徴とする請求項４に記載の磁気素子制御装置。
【請求項６】
磁性体コアに設けられた複数の励磁コイルに対して交番信号を印加し、前記磁性体コアに設けられた検出コイルから、前記交番信号に対応して検出される極性の異なるパルス状信号の波形を検出し、この極性の異なるパルス状信号の検出間隔により、定常磁界を検出する磁気素子を制御する磁気素子制御方法であり、
前記励磁コイルのうち第１励磁コイルに印加する、前記交番信号における第１の交番信号を生成する第１励磁信号生成過程と、
前記励磁コイルのうち前記第１励磁コイルと巻線の巻き方向が逆である第２励磁コイルに印加する、前記交番信号における前記第１の交番信号と同期した極性の異なる第２の交番信号を生成する第２励磁信号生成過程と、
前記交番信号の電流方向が切替る際の誘導起電力で発生する正又は負電圧の検出信号を検出する検出信号比較過程と
を備えることを特徴とする磁気素子制御方法。
【請求項７】
印加される定常磁界の強度を検出する磁気検出装置であり、
第１励磁コイル、第２励磁コイル及び検出コイルからなるフラックスゲート型の磁気素子と、
交番信号を生成する励磁信号生成部と、
前記第１励磁コイルに印加する、前記交番信号における第１の交番信号を生成する第１励磁信号生成部と、
前記第１励磁コイルと巻線の巻き方向が逆である第２励磁コイルに印加する、前記交番信号における前記第１の交番信号と同期した極性の異なる第２の交番信号を生成する第２励磁信号生成部と、
前記交番信号の電流方向が切替る際の誘導起電力で発生する正又は負電圧の検出信号を検出する検出信号比較部と
正又は負電圧の前記検出信号の間隔に基づき、磁界強度を示すデータ信号を出力するデータ信号変換部と
を備える
ことを特徴とする磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理用回路、それを用いた物理量計測装置に係わり、特に、時間分解型フラックスゲート方式（以下、ＦＧ方式と示す。）の磁気素子を駆動する磁気素子制御装置、磁気素子制御方法及びそれを用いて磁界を検出する磁気検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＦＧ方式の磁気素子は、他の磁気素子であるホール素子や磁気抵抗素子に比較すると、磁界を検出する感度が高く、小型化が可能であるため、携帯電子機器などの方位検出装置などに用いられている。
図１４は、時間分解型ＦＧ方式の磁気素子（磁界比例式測定）の構成例を示す図である。この図１４において、ＦＧ方式の磁気素子は、高透磁率材からなる磁性体コアの外周面に対し、励磁巻線と検知巻線とが巻かれている。励磁巻線の巻かれている領域は励磁信号により駆動される励磁コイルとして機能し、検知巻線の巻かれている領域は検知信号を出力する検出コイルとして機能する。定常磁界Ｈｅｘは、磁性体コアの励磁巻線及び検知巻線の作る円筒空間を貫通する磁界である。
【０００３】
図１５は、時間分解型ＦＧ方式の磁気素子を用いて磁界比例式における磁気検出の原理を説明する波形図である。ここで、図１５（ａ）は、磁気素子の励磁コイルに供給される励磁電流を示す図であり、縦軸が励磁電流の電流値を示し、横軸が時刻を示している。図１５（ｂ）は、磁気素子の励磁コイルが磁性体コア内に発生させる磁界の磁束密度を示す図であり、縦軸が磁性体コア内における磁束密度を示し、横軸が時刻を示している。図１５（ｃ）は、磁気素子の検出コイルが誘導起電力により発生するパルスの電圧値を示す図であり、縦軸が検出コイルのピックアップ電圧の電圧値を示し、横軸が時刻を示している。
【０００４】
この図１５において励磁コイルを駆動させるため、励磁コイルの端子間に、一定周期で交番する励磁電流Ｉｄの信号（以下、励磁信号とする）を、すなわち図１５（ｂ）に示すように三角波形状の励磁信号（すなわち、三角波電流信号）を印加する（例えば、特許文献３参照）。
これにより、励磁電流の向きが変化する時間（励磁電流の正負の交番時間帯）において、図１５（ｃ）の場合には、時刻ｔ１及び時刻ｔ２において、検出コイルが誘導起電力による正負のパルス（ピックアップ信号、すなわちｐｕ信号）が発生する。以下、このパルスの電圧Ｖｐ（ピックアップ電圧）を検知信号とする。この検知信号は、三角波電流信号の周期に対応して、連続的に正負の極性の電圧を有するパルスとして、検出コイルの端子間に発生する（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
磁性体コアの励磁巻線及び検知巻線の作る円筒空間を貫通する定常磁界Ｈｅｘ（図１４参照）が、この磁気素子に印加された場合、励磁巻線においてこの定常磁界Ｈｅｘに対応した定常電流が流れる。すなわち、励磁巻線に印加される励磁信号の励磁電流Ｉｄに対して、上述した定常電流がオフセットとして重畳される。
その結果、このオフセットによって、交番する励磁信号により励磁コイルの駆動状態が変化し、すなわち、励磁電流Ｉｄの流れる向きが変化する時刻が、定常磁界Ｈｅｘが印加されている場合と、定常磁界Ｈｅｘが印加されていない場合とで変化する。
【０００６】
このとき、図１５（ｃ）に示すように、定常磁界Ｈｅｘが印加されていない（Ｈｅｘ＝０）場合に比較し、励磁コイルの発生する磁界と同様の方向の定常磁界Ｈｅｘが印加されている（Ｈｅｘ＞０）場合、励磁電流Ｉｄの流れる向きの変化するタイミングである時刻ｔ１が遅くなり、時刻ｔ２が早くなる（時間ＴｍがＴ／２より短くなる）。一方、定常磁界Ｈｅｘが印加されていない場合に比較し、励磁コイルの発生する磁界と反対の方向の定常磁界Ｈｅｘが印加されている（Ｈｅｘ＜０）場合、励磁電流Ｉｄの流れる向きの変化するタイミングにおいて時刻ｔ１が早くなり、時刻ｔ２が遅くなる（時間ＴｐがＴ／２より長くなる）。
【０００７】
これにより、この励磁電流Ｉｄの流れる方向が変わるタイミングに応じて変化する、磁性体コア内における磁束密度φの変化も、励磁電流Ｉｄに重畳される定常磁界Ｈｅｘによる定常電流に対応して変化することになる。
そして、磁束の方向が変化した際、検出コイルに対して磁束の変化を打ち消す方向に誘導起電力が発生し、すなわち励磁電流Ｉｄが正から負に変化するタイミングにおいて検知信号が負電圧のパルスとして発生する。一方、励磁電流Ｉｄが負から正に変化するタイミングにおいて検知信号が正電圧のパルスとして発生する。
【０００８】
したがって、ＦＧ型の磁気素子は、定常磁界Ｈｅｘの印加されていない場合の検知信号の出力されるタイミングと、定常磁界Ｈｅｘが印加されている場合の検知信号の出力されるタイミングとを比較することにより、定常磁界Ｈｅｘの大きさを間接的に測定することができる。すなわち、定常磁界Ｈｅｘが印加された場合、駆動コイルに特定の定常電流が流れるため、励磁信号に一定のオフセットが重畳し、負電圧及び正電圧のパルス状の検知信号の時間間隔が変化する。
したがって、ＦＧ型の磁気素子を用いた磁気検出装置は、負電圧及び正電圧のパルス状の検知信号の発生する時間間隔を測定することにより、外部から印加された定常磁界Ｈｅｘの強度を測定している（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照）。
【０００９】
ここで、励磁コイルに印加する励磁電流Ｉｄの最大値を、磁性体コアの飽和磁束密度以上となる磁界が発生する値に設定する。これにより、磁気素子の測定磁界範囲は、励磁信号の一周期の時間と、定常磁界Ｈｅｘを印加することによるオフセットとしての定常電流の電流値に対応した時間変化（以下、励磁効率とする）とから決定される。 
すなわち、図１５に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ３までが、励磁信号の一周期であり、この周期幅は時間Ｔである。定常磁界Ｈｅｘが印加されていない場合（Ｈｅｘ＝０）、負電圧の検知信号（以下、第１検知信号とする）が出力される時刻ｔ１から、正の電圧の検知信号（以下、第２検知信号とする）が検出される時刻ｔ２までの時間Ｔｗは、励磁信号の半周期となるため、時間Ｔ／２となる。
【００１０】
また、定常磁界Ｈｅｘが印加されている場合、この第１検知信号が出力されてから第２検知信号が検出されるまでの時間幅（以下、計測時間幅）が時間Ｔ／２に対して変化する。ここで、図１４に示すように、定常磁界Ｈｅｘの磁束方向が実線の矢印の場合（Ｈｅｘ＞０）、励磁コイルの生成する磁束方向と同一方向のため、時間幅Ｔｍが時間Ｔ／２より短いものとなり（Ｔ０＞Ｔｍ）、一方、定常磁界Ｈｅｘの磁束方向が破線の矢印の場合（Ｈｅｘ＜０）、励磁コイルの生成する磁束方向と逆方向のため、時間幅Ｔｐが時間Ｔ／２より長くなる（Ｔｐ＞Ｔ０）。ここで、Ｔ０＝Ｔ／２である。
【００１１】
次に、図１６は、時間分解型ＦＧ方式の磁気素子を用いて磁界比例式制御における磁気素子制御装置を用いた磁気検出装置の構成例を示す概略ブロック図である。図１６において、磁気素子５００は、図１４に示す磁気素子であり、検出コイル５０２及び励磁コイル５０１から構成されている。
磁気素子制御装置４００は、磁気素子制御部４０１とクロック信号生成部４０２とクロック信号調整部４０３とから構成されている。
クロック信号生成部４０２は、周期Ｔのクロックを生成して、クロック信号調整部４０３に対して出力する。
クロック信号調整部４０３は、供給されるクロックの信号レベルを調整して、調整されたクロックを磁気素子制御部４０１へ出力する。
【００１２】
磁気素子制御部４０１は、検出信号増幅部４０１２、検出信号比較部４０１３、出力信号生成部４０１５、データ信号変換部４０１６、励磁信号調整部４０１７、励磁信号生成部４０１８を備えている。
励磁信号生成部４０１８は、クロック信号調整部４０３から供給されるクロックから、例えば、図１６（ａ）に示す励磁信号である三角波を生成する。
励磁信号調整部４０１７は、励磁信号生成部４０１８から供給される励磁信号の電圧レベルを調整して、励磁信号として励磁コイル５０１に対して供給する。
【００１３】
励磁コイル５０１は、三角波に対応した磁界を、磁気素子５００の磁性体コア内に生成する。
検出コイル５０２は、磁性体コア内における励磁信号の正負の交番時間帯に、パルスを発生する。
検出信号増幅部４０１２は、検出コイル５０２から供給されるパルスの電圧レベルを増幅し、検出信号として検出信号比較部４０１３へ出力する。
検出信号比較部４０１３は、パルス（検出信号）の時刻ｔ１と時刻ｔ２との時間幅と、Ｔ／２との差分を求め、この差分を出力信号生成部４０１５へ出力する。
【００１４】
出力信号生成部４０１５は、供給される時間を示す差分から、この差分に対応する電圧情報を求める。出力信号生成部４０１５は、求めた電圧情報をデータ信号変換部４０１６へ出力する。
データ信号変換部４０１６は、内部記憶部に予め書き込まれて記憶されている電圧値磁界テーブルから、電圧情報の電圧値に対応する磁界強度を読み出して、磁気素子５００に印加されている磁界の強度を求める。電圧値磁界テーブルは、上記電圧情報の電圧値と印加された定常磁界Ｈｅｘの強度との対応を示すテーブルである。データ信号出力端子には、磁界強度検出装置（不図示）が接続されている。
【００１５】
次に、図１７は、時間分解型ＦＧ方式の磁気素子（磁界平衡式測定）の構成例を示す図である。この図１７が示すように、磁界平衡式測定におけるＦＧ方式の磁気素子は、図１４の磁気素子とは異なり、高透磁率材からなる磁性体コアの外周面に対し、励磁巻線と検知巻線とに加えて、フィードバック（以下、ＦＢ）巻線が巻かれている。励磁巻線の巻かれている領域は励磁信号により駆動される励磁コイルとして機能し、検知巻線の巻かれている領域は検知信号を出力する検出コイルとして機能し、フィードバック巻線の巻かれている領域はフィードバック信号により駆動されるＦＢコイルとして機能する。定常磁界Ｈｅｘは、磁性体コアの励磁巻線及び検知巻線の作る円筒空間を貫通する磁界である。
【００１６】
次に、図１８は、時間分解型ＦＧ方式の磁気素子を用いて磁界平衡式測定における磁気検出の原理を説明する波形図である。
図１８（ａ）は、磁気素子の励磁コイルに供給される励磁電流を示し、縦軸が励磁電流の電流値を示し、横軸が時間を示している。励磁電流は、基準電流値０Ａ（ゼロアンペア）を境にした正負の交番信号である。図１８（ｂ）は、磁気素子のＦＢコイルに印加する電流であるＦＢ信号（すなわち帰還信号）を示す図であり、縦軸がＦＢ信号の電流値を示し、横軸が時間を示している。図１８（ｃ）は、磁気素子の検出コイルが誘導起電力により発生するパルスの電圧値を示す図であり、縦軸がピックアップ信号の電圧値を示し、横軸が時間を示している。
【００１７】
この図１８に示すように、磁界平衡式測定の場合、磁気素子に印加される定常磁界Ｈｅｘ（磁性体コア内を通過する定常磁界）を打ち消す磁界を、上記ＦＢコイルにより発生させる。そして、定常磁界を打ち消す磁界をＦＢコイルに発生させる際の電流値から、磁気素子に印加されている定常磁界Ｈｅｘを測定している。
磁界平衡式においては、磁性体コア内における定常磁界を打ち消すための磁界を発生するコイルとして、励磁コイル及び検出コイルに加えて、上記ＦＢコイルが磁気素子に設けられている。
以下、本明細書においては、ＦＢ信号を印加して磁性体コア内の定常磁界を打ち消し、磁界の測定を行う方式をＦＢコイルＦＢ制御とする。
【００１８】
また、磁界平衡式測定の場合、すでに説明した磁界比例式と同様に、励磁コイルに印加される励磁信号の正負の交番時間帯に、検出コイルにおいて発生するパルスの時間間隔を測定する。そして、測定結果に基づき、負電圧の検知信号が出力される時刻ｔ１から、正の電圧の検知信号が検出される時刻ｔ２までの時間が、Ｔ／２となるように、ＦＢコイルに対してＦＢ信号を印加する。
例えば、図１８（ｃ）において、時刻ｔ１と時刻ｔ２との時間幅が、Ｔ／２より広くなると、図１８（ａ）に示すように負の方向の定常磁界Ｈｅｘが印加され、実質的に励磁信号の波形が波形Ｌ０から波形Ｌ２へと変化したこととなる。このため、励磁信号の波形Ｌ２を、時刻ｔ１と時刻ｔ２との時間幅が、Ｔ／２となる曲線Ｌ０の位置に戻すため、ＦＢコイルに対して図１８（ｂ）における波形ＦＢ２によって表される電流値のＦＢ信号を印加する。
【００１９】
一方、図１８（ｃ）において、時刻ｔ１と時刻ｔ２との時間幅が、Ｔ／２より狭くなると、図１８（ａ）に示すように正の方向の定常磁界Ｈｅｘが印加され、実質的に励磁信号の波形が波形Ｌ０から波形Ｌ１へと変化したこととなる。このため、励磁信号の波形Ｌ１を波形Ｌ０の位置に戻すため、ＦＢコイルに対して図１８（ｂ）における波形ＦＢ１によって表される電流値のＦＢ信号を印加する。
そして、時刻ｔ１と時刻ｔ２との時間幅が、Ｔ／２となるようにＦＢコイルに印加したＦＢ信号の電流値から、磁気素子に印加される定常磁界の強度を求めることになる。
【００２０】
次に、図１９は、ＦＢコイルＦＢ制御における磁気素子制御装置を用いた磁気検出装置の構成例を示すブロック図である。図１９において、磁気素子３００は、励磁コイル３０１、ＦＢコイル３０２、検出コイル３０３から構成されている。
磁気素子制御装置２００は、磁気素子制御部２０１とクロック信号生成部２０２とクロック信号調整部２０３とから構成されている。
クロック信号生成部２０２は、周期Ｔのクロックを生成して、クロック信号調整部２０３に対して出力する。
クロック信号調整部２０３は、供給されるクロックの信号レベルを調整して、調整されたクロックを磁気素子制御部２０１へ出力する。
【００２１】
磁気素子制御部２０１は、検出信号増幅部２０１２、検出信号比較部２０１３、帰還信号調整部２０１４、帰還信号変換部２０１５、データ信号変換部２０１６、励磁信号調整部２０１７、励磁信号生成部２０１８を備えている。
励磁信号生成部２０１８は、クロック信号調整部２０３から供給されるクロックから、例えば、図１８（ａ）に示す励磁信号である三角波を生成する。
励磁信号調整部２０１７は、励磁信号生成部２０１８から供給される励磁信号の電圧レベルを調整して、励磁信号として励磁コイル３０１に対して供給する。
【００２２】
励磁コイル３０１は、三角波に対応した磁界を、磁気素子３００の磁性体コア内に生成する。
検出コイル３０３は、磁性体コア内における励磁信号の正負の交番時間帯に、パルスを発生する。
ＦＢコイル３０２は、供給されるＦＢ信号により、磁気素子３００の磁性体コアに印加される定常磁界Ｈｅｘを打ち消す磁界を発生する。
検出信号増幅部２０１２は、検出コイル３０３から供給されるパルスの電圧レベルを増幅し、検出信号として検出信号比較部２０１３へ出力する。
検出信号比較部２０１３は、パルス（検出信号）の時刻ｔ１と時刻ｔ２との時間幅と、Ｔ／２との差分を求め、この差分を帰還信号変換部２０１５へ出力する。
帰還信号変換部２０１５は、求められた差分から、ＦＢコイル３０２に供給するＦＢ信号の電流値を求める。
【００２３】
ここで、帰還信号変換部２０１５は、内部記憶部に予め書き込まれて記憶されているＦＢ電流値テーブルから、求められた差分に対応する電流値を読み出してＦＢ信号の電流値を求める。ＦＢ電流値テーブルは、上記差分と磁性体コア内における定常磁界を打ち消す電流値（デジタル値）との対応を示すテーブルである。
帰還信号調整部２０１４は、帰還信号変換部２０１５から供給されるＦＢ信号の電流値を、Ｄ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ）変換して、生成されたＦＢ信号としての電流を、ＦＢコイル３０２に対して出力する。また、帰還信号調整部２０１４は、帰還信号変換部２０１５から供給されるＦＢ信号の電流値を、データ信号変換部２０１６へ出力する。
【００２４】
データ信号変換部２０１６は、供給されるＦＢ信号の電流値から、磁性体コア内において打ち消した定常磁界の強度、すなわち磁気素子３００に印加されている定常磁界Ｈｅｘの強度を求める。ここで、データ信号変換部２０１６は、内部記憶部に予め書き込まれて記憶されている電流値磁界テーブルから、ＦＢ信号の電流値に対応する磁界強度を読み出して、磁気素子３００に印加されている磁界の強度を求める。電流値磁界テーブルは、上記ＦＢ信号の電流値と印加された定常磁界Ｈｅｘの強度との対応を示すテーブルである。データ信号出力端子には、磁界強度検出装置（不図示）が接続されている。
【００２５】
上述した時間分解型ＦＧ方式の磁気素子を用いて磁界比例式における磁気検出を行う場合、磁気素子３００の磁性体コアの材料と構造とに起因するコイルに印加する電流あたりの発生磁界量（以下、励磁効率とする）と、励磁信号の強度により、測定可能な磁界範囲が決定される。
一方、時間分解型ＦＧ方式の磁気素子を用いて磁界平衡式における磁気検出を行う場合、磁気素子３００に対して印加される定常磁界Ｈｅｘによらず、一定の時間間隔（Ｔ／２）で検出信号が出力されるように、磁性体コア近傍の磁界を平衡状態として維持している。このため、磁気素子３００全体の電源電圧により制限、すなわちＦＢ信号の電流値が供給可能な範囲で磁界の測定を行うことができる。
【００２６】
また、時間分解型ＦＧ方式の磁気素子を用いて磁界比例式における磁気検出を行う場合、検出信号の出力される時間間隔が磁界に応じて変化するため、磁気感度の線形性が磁気素子３００の特性に直接に反映することになる。
一方、時間分解型ＦＧ方式の磁気素子を用いて磁界平衡式における磁気検出を行う場合、磁気素子の特性として、励磁効率の磁界依存性が小さいため、検出信号の波形と、検出信号の発生する時間間隔の定常性とが維持され易い。
そのため、たとえば、最大数百Ａ（アンペア）程度の電流により発生する磁界を全測定電流範囲において線形性を維持した状態で測定する磁気素子に適用する場合、従来、磁界比例式に比較して、磁界平衡式における磁気検出が主に用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特開２００８−２９２３２５号公報
【特許文献２】特開２００７−０７８４２３号公報
【特許文献３】特開２００７−０７８４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
上述した時間分解型ＦＧ方式の磁気素子を用いて磁界比例式によって磁気検出を行う際、すでに述べたように、測定可能な磁界範囲が磁気素子３００の励磁効率と励磁信号とにより制限される。  
このため、最大測定電流が数百Ａ程度の電流センサとして、磁界比例式の磁気素子を適用する場合、磁気素子単体の出力の線形性の磁界の強度に対する依存性に加え、磁気素子を駆動する電源電圧や許容最大電流値の制限により、高い精度の出力の線形性が得られる磁界の測定範囲が制限される問題がある。
【００２９】
また、検出コイルが発生する検出信号の波形が、定常磁界Ｈｅｘの強度及び磁性体コアの温度に依存して変化する場合、検出信号の波形の立ち上がりの時間微分値と、検出信号の出力変動とに相関がある。このため、検出信号の出力の時間変動値が磁界の強度に依存して変化することにより、磁界の強度の測定において、特に磁界の強度が高くなるにつれて、時間変動値が増加し、高い精度によって磁界の検出ができなくなる。
【００３０】
一方、時間分解型ＦＧ方式の磁気素子を用いて磁界平衡式によって磁気検出を行う際、ＦＢコイルＦＢ制御において、ＦＢ信号は一般的に電流制御により行われている。
すでに述べたように、ＦＢ制御信号における電流値と、この電流値により発生する磁界の強度とが比例関係にあり、励磁信号を電流制御とすることにより、理論上において磁気感度の温度依存性が発生しない。したがって、磁気感度の温度補償が不必要となる利点がある。しかし、励磁信号は、電流制御により行う場合であっても、一旦は電圧制御により励磁三角波を生成する方法が一般的である。このため、電圧制御で生成した電圧の励磁三角波を電圧電流変換回路を用いて、電流制御に用いる電流の励磁三角波を生成する必要がある。この結果、電圧電流変換回路に用いるアンプのオフセット値の温度依存性に依存した一定磁界環境下での磁気センサの出力値の温度変化が発生するという問題がある。
【００３１】
上述したように、磁気素子の制御方法の種別により、磁気感度の線形性及び消費電流に対して利点と欠点とがある。しかしながら、励磁コイルに印加する励磁三角波の制御方法に対するオフセットの温度依存性と、磁気感度の温度依存性とに関する特性は、共通に有している。このため、励磁信号を電流制御にすることにより、磁気感度の温度依存性は低減するが、出力値における温度依存性が発生する。一方、励磁信号を電圧制御にすることにより、出力値の温度依存性が低減するが、磁気感度における温度依存性が発生することになる。
したがって、励磁三角波を電圧制御及び電流制御のいずれで行ったとしても、磁気感度の温度依存性と出力値の温度依存性との双方の温度依存性を同時に低減することが困難である。
【００３２】
また、磁気平衡式の測定磁界範囲は、磁気素子の励磁効率と励磁電流とにより制約を受けず、磁気素子全体の適正電源電圧や許容最大ＦＢ電流値により、測定磁界範囲が制限される。また、ＦＢ信号を電流制御することにより、帰還信号の電流量の違いによって帰還コイルのコイル温度が変化し、コイルの抵抗値が変動したとしても、一定電流で制御される。このため、ＦＢ信号の変化量が大きくなる高磁界環境下においても、磁気感度の高い線形性を維持することができる。
【００３３】
また、磁気素子の特性の個体偏差により、励磁コイルや帰還コイル各々の励磁効率が変化した場合、磁気平衡におけるＦＢ収束時間が変化する。しかしながら、期間コイルを制御する制御回路の設計適正化により、ＦＢ収束残差の発生を抑制することができる。特に、ＦＢコイルＦＢ制御において、励磁コイルの励磁効率と帰還コイルの励磁効率との比が一定に保持されている場合、励磁コイルと帰還コイルとの磁気感度の比が変化しないため、ＦＢ収束時間が変化することはない。
【００３４】
したがって、半導体プロセスなどにより、励磁コイルと帰還コイルとを同時に形成する場合、コイル抵抗が変化しても、コイル抵抗の比率が維持され易いため、ＦＢ収束性の指標であるＦＢ収束残差とＦＢ収束時間とが変化しない。
一方、磁界に比例した電流のＦＢ信号が必要となるため、磁気比例式と比較して、帰還コイルの制御回路における消費電流が増加することになる。さらに、ＦＢ信号が電流制御の場合、一定電流を生成するため、電圧電流変換回路を導入する必要があり、制御回路全体の消費電流が増加するという問題がある。
【００３５】
また、ＦＢ信号が電流制御の場合、一制御回路内における差動信号の基準電位が、帰還電流量の増加に伴い、時間的に変動して不安定になり易い問題がある。加えて、励磁振動が電流制御の場合、磁気比例式における励磁信号の特性と同様に、電圧電流変換回路のアンプにおけるオフセットの温度依存性によって、一定磁界環境下での磁気センサの温度変化が発生する問題がある。
【００３６】
上述したように、制御方法の種別により、磁気感度の線形性と消費電流に対して、制御法各々の利点及び欠点がある。
しかしながら、励磁コイルを駆動する三角波信号の制御方法に対するオフセットの温度依存性と、磁気感度の温度依存性とに関する特性は、制御方法の種別に関係なく共通に有している。
すなわち、励磁コイルに対する励磁信号を電流制御とした場合、磁気感度の温度依存性は抑制されるが、磁気素子の出力値の温度依存性が発生することになる。一方、励磁信号を電圧制御とした場合、磁気素子の出力値の温度依存性を低減できるが、磁気感度の温度依存性が発生する。
したがって、励磁コイルの制御方法を変更したとしても、磁気感度の温度依存性と磁気素子の出力値の温度依存性との双方を同時に低減させることは困難である。
【００３７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、励磁コイルの制御方法によらずに、磁気感度の温度依存性と磁気素子の出力値の温度依存性との双方を同時に抑制することが可能な磁気素子制御装置、磁気素子制御方法及び磁気検出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】
【００３８】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の磁気素子制御装置は、磁性体コアに設けられた複数の励磁コイルに対して交番信号を印加し、前記磁性体コアに設けられた検出コイルから、前記交番信号に対応して検出される極性の異なるパルス状信号の波形を検出し、この極性の異なるパルス状信号の検出間隔により、定常磁界を検出する磁気素子を制御する磁気素子制御装置であり、前記励磁コイルのうち第１励磁コイルに印加する、前記交番信号における第１の交番信号を生成する第１励磁信号生成部と、前記励磁コイルのうち前記第１励磁コイルと巻線の巻き方向が逆である第２励磁コイルに印加する、前記交番信号における前記第１の交番信号と同期した極性の異なる第２の交番信号を生成する第２励磁信号生成部と、前記交番信号の電流方向が切替る際の誘導起電力で発生する正又は負電圧の検出信号を検出する検出信号比較部とを備えることを特徴とする。
【００３９】
本発明の磁気素子制御装置は、前記第２励磁信号生成部が、前記第１励磁信号生成部における基準電位に対する信号変化の極性を反転する回路を備えていることを特徴とする。
【００４０】
本発明の磁気素子制御装置は、正電圧及び負電圧の検出信号間の時間幅を電圧情報に変換する出力信号生成部と、前記電圧情報を、磁界強度を示すデータ信号として出力するデータ信号変換部とをさらに備えることを特徴とする。
【００４１】
本発明の磁気素子制御装置は、正電圧及び負電圧の検出信号間の時間幅を電圧情報に変換する帰還信号生成部と、前記電圧情報から前記磁気素子に印加されている定常磁界をキャンセルする磁界を前記帰還コイルに印加する帰還信号を生成する帰還信号調整部と、前記帰還信号を、磁界強度を示すデータ信号として出力するデータ信号変換部とをさらに備えることを特徴とする。
【００４２】
本発明の磁気素子制御装置は、前記第１励磁信号生成部及び前記第２励磁信号生成部の各々が、前記第１の交番信号及び第２の交番信号のそれぞれに前記帰還信号を重畳させる励磁信号生成回路を備えることを特徴とする。
【００４３】
本発明の磁気素子制御方法は、磁性体コアに設けられた複数の励磁コイルに対して交番信号を印加し、前記磁性体コアに設けられた検出コイルから、前記交番信号に対応して検出される極性の異なるパルス状信号の波形を検出し、この極性の異なるパルス状信号の検出間隔により、定常磁界を検出する磁気素子を制御する磁気素子制御方法であり、前記励磁コイルのうち第１励磁コイルに印加する、前記交番信号における第１の交番信号を生成する第１励磁信号生成過程と、前記励磁コイルのうち前記第１励磁コイルと巻線の巻き方向が逆である第２励磁コイルに印加する、前記交番信号における前記第１の交番信号と同期した極性の異なる第２の交番信号を生成する第２励磁信号生成過程と、前記交番信号の電流方向が切替る際の誘導起電力で発生する正又は負電圧の検出信号を検出する検出信号比較過程とを備えることを特徴とする。
【００４４】
本発明の磁気検出装置は、印加される定常磁界の強度を検出する磁気検出装置であり、第１励磁コイル、第２励磁コイル及び検出コイルからなるフラックスゲート型の磁気素子と、交番信号を生成する励磁信号生成部と、前記第１励磁コイルに印加する、前記交番信号における第１の交番信号を生成する第１励磁信号生成部と、前記第１励磁コイルと巻線の巻き方向が逆である第２励磁コイルに印加する、前記交番信号における前記第１の交番信号と同期した極性の異なる第２の交番信号を生成する第２励磁信号生成部と、前記交番信号の電流方向が切替る際の誘導起電力で発生する正又は負電圧の検出信号を検出する検出信号比較部と正又は負電圧の前記検出信号の間隔に基づき、磁界強度を示すデータ信号を出力するデータ信号変換部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４５】
本発明は、第１励磁信号生成部と、この第１励磁信号生成部と生成する交番信号の極性が反転し、かつオフセット量の変化における温度係数の符号が反転した第２励磁信号生成部とにおいて、それぞれ第１交番信号、第２交番信号を生成する。そして、第１交番信号を第１励磁コイルに対して印加し、第２交番信号を第１励磁コイルと巻線の巻方向が逆の第２励磁コイルに印加する。
これにより、本発明によれば、電流制御によって磁気感度の温度依存性を抑制し、かつ第１励磁信号生成部及び第２励磁信号生成部の各々におけるオフセットの変化の極性が正及び負の温度特性で逆のため、互いのオフセットをキャンセルすることができ、磁気素子の出力値の温度依存性を抑制する。したがって、本発明によれば、オフセットの温度特性を補償するための温度補償用回路を設ける必要がなく、励磁コイルの制御方法によらずに、磁気感度の温度依存性と磁気素子の出力値の温度依存性との双方を同時に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態による磁気素子制御装置１０及び磁気素子５０からなる磁気検出装置の構成を説明する概略ブロック図である。
【図２】図１における励磁信号調整部１１６及び励磁信号生成部１１７の構成例を示す図である。
【図３】本実施形態における磁気素子５０のフラックスゲート（ＦＧ）型磁気素子である磁気素子５０の構成例を示す図である。
【図４】第１励磁コイル５１及び第２励磁コイル５２の各々のゼロ磁界におけるオフセットの温度依存性を示す図である。
【図５】本実施形態による磁気素子制御装置１０の磁気素子制御処理の動作例を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態による磁気素子制御装置２０及び磁気素子５０からなる磁気検出装置の構成を説明する図である。
【図７】フラックスゲート型磁気素子の動作原理を示すグラフである。
【図８】図６における帰還信号調整部２１４、励磁信号調整部２１６及び励磁信号生成部２１７の構成例を示す図である。
【図９】図６における帰還信号調整部２１４、励磁信号調整部２１６及び励磁信号生成部２１７の他の構成例を示す図である。
【図１０】第２の実施形態における磁気素子制御装置２０の動作例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３の実施形態による磁気素子制御装置３０及び磁気素子５０からなる磁気検出装置の構成を説明する図である。
【図１２】第３の実施形態における磁気素子制御装置３０が行う磁気素子制御処理（デジタル値による帰還電圧の生成処理）の動作例を説明するフローチャートである。
【図１３】第３の実施形態における磁気素子制御装置１３０が行う磁気素子制御処理（アナログ値による帰還電圧の生成処理）の動作例を説明するフローチャートである。
【図１４】時間分解型ＦＧ方式の磁気素子（磁界比例式測定）の構成例を示す図である。
【図１５】時間分解型ＦＧ方式の磁気素子を用いて磁界比例式における磁気検出の原理を説明する波形図である。
【図１６】時間分解型ＦＧ方式の磁気素子を用いて磁界比例式制御における磁気素子制御装置を用いた磁気検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図１７】時間分解型ＦＧ方式の磁気素子（磁界平衡式測定）の構成例を示す図である。
【図１８】時間分解型ＦＧ方式の磁気素子を用いて磁界平衡式測定における磁気検出の原理を説明する波形図である。
【図１９】ＦＢコイルＦＢ制御における磁気素子制御装置を用いた磁気検出装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。本実施形態は、ＦＧ方式の磁気素子を用いて、磁気比例式の磁気検出処理を行う磁気制御装置である。図１は本発明の第１の実施形態による磁気素子制御装置１０及び磁気素子５０からなる磁気検出装置の構成を説明する図である。磁気素子制御装置１０は、磁気素子制御部１１と、クロック信号生成部１０２と、クロック信号調整部１０３と、データ信号判定部１０４とを備えている。
【００４８】
本実施形態による磁気素子制御装置１０は、第１励磁コイル５１、第２励磁コイル５２及び検出コイル５３からなるフラックスゲート型の磁気素子５０に印加される定常磁界の強度を、時間分解型の磁気比例式により検出する際、第１励磁コイル５１及び第２励磁コイル５２の各々に対して印加する第１励磁信号ＤＲ１（第１交番信号）、第２励磁信号ＤＲ２（第２交番信号）のそれぞれを制御する。
磁気素子制御部１１は、検出信号増幅部１１１、検出信号比較部１１２、時間−出力信号変換部１１３、データ信号変換部１１５、励磁信号調整部１１６及び励磁信号生成部１１７を備えている。
【００４９】
クロック信号生成部１０２は、所定の周期のクロック信号を生成する発振器から構成され、生成したクロック信号をクロック信号調整部１０３に対して出力する。
クロック信号調整部１０３は、供給されるクロック信号の信号レベルを増幅したり、クロック信号の周期の変更などの処理を行い、処理結果のクロック信号を励磁信号生成部１１７に対して出力する。
【００５０】
データ信号判定部１０４は、データ信号変換部１１５（後に詳述）から供給される磁気の強度を示すデータ信号の電圧値が、予め設定したデータ範囲（出力データ指定範囲）に含まれているか否かの判定を行う。データ信号判定部１０４は、内部の記憶部に上記データ範囲が予め書き込まれて記憶されている。このデータ範囲は、データ信号変換部１１５で増幅されて出力されるデータ信号の示す電圧値が、磁界の磁界強度とこの磁界強度を示す電圧値とが線形関係にある領域に含まれているか否かを判定する電圧値の範囲である。
【００５１】
ここで、データ信号判定部１０４は、データ信号の電圧値が磁界強度と電圧値との線形関係にあるデータ範囲に含まれていない場合、エラーを示すデータ信号であるエラー信号を、外部の磁界強度検出装置に対して出力する。また、データ信号判定部１０４は、データ信号の電圧値がデータ範囲に含まれている場合、電圧値を示すデータ信号を、データ信号出力端子を介して外部の磁界強度検出装置に対して出力する。
【００５２】
磁気素子制御部１１において、検出信号増幅部１１１は、磁気素子５０の検出コイル５３の両端の電圧を、予め設定された増幅度によって増幅し、検出信号として検出信号比較部１１２へ出力する。
検出信号比較部１１２は、極性の異なる検出信号の出力される時刻ｔ１（第１検出信号）と時刻ｔ２（第２検出信号）との時間幅と、Ｔ／２との差分を求め、この差分に対応したデューティ比を有するパルスの列（時系列に一定周期で送出されたパルスの列）を、時間−出力信号変換部１１３に対して出力する。
【００５３】
時間−出力信号変換部１１３は、検出信号比較部１１２から供給されるデューティ比を有するパルス列をＰＷＭ回路などを用いて直流電圧に変換して測定電圧とし、この測定電圧をデータ信号変換部１１５に対して出力する。
データ信号変換部１１５は、測定電圧から予め測定されたゼロ磁界におけるオフセット電圧を減算し、所定の増幅率で増幅してデータ信号としてデータ信号判定部１０４に対して出力する。
【００５４】
励磁信号生成部１１７は、クロック信号調整部１０３から供給されるクロック信号に基づいて、交番信号、例えば０Ｖを基準電位として交番する交番電圧信号としての三角波信号を生成する。
励磁信号調整部１１６は、励磁信号生成部１１７の生成した三角波信号を所定の増幅率にて増幅し、三角波電流信号である第１励磁信号ＤＲ１を生成して、第１励磁コイル５１対して印加する。
また、励磁信号調整部１１６は、同様に上記三角波電流信号を反転させた（すなわち、位相を１８０度ずらした）反転三角波電流信号である第２励磁信号ＤＲ２を第２励磁コイル５２に対して印加する。
【００５５】
次に、図２は、図１における励磁信号調整部１１６及び励磁信号生成部１１７の構成例を示す図である。この図２において、励磁信号調整部１１６は、差動増幅器２００１（第１励磁信号生成部）、差動増幅器２００２（第２励磁信号生成部）、インバータ２００３及び抵抗２００４を備えている。ここで、抵抗２００４の抵抗値は抵抗値Ｒである。抵抗２００４は、励磁信号生成部１１７の出力端子と、差動増幅器２００１の（−）端子（反転入力端子）及びインバータ２００３の入力端子との間に介挿されている。この抵抗２００４は、励磁信号生成部１１７の出力する三角波励磁信号の電圧Ｖｅｘを、電圧電流変換して、駆動電流Ｉとして作動増幅器２００１の（−）端子に対して供給する。
インバータ２００３は、出力端子が作動増幅器２００２の（−）端子（反転入力端子）に接続されており、電流Ｉの極性を変え（流れる方向を逆とし）、作動増幅器２００２の（−）端子へ供給する。すなわち、インバータ２００３は、駆動電流Ｉに対して電流の絶対値が等しく、位相が１８０度ずれた負の電流（−Ｉ）の駆動電流を差動増幅器２００２の（−）端子に対して印加する。励磁電圧Ｖｅｘである場合、駆動電流Ｉである励磁電流Ｉｅｘは、以下の式により求められる。
Ｉｅｘ＝（Ｖｅｘ−（Ｖ−））／Ｒ＝（Ｖｅｘ−Ｖｒｅｆ）／Ｒ
【００５６】
上述した構成により、励磁信号調整部１１６は、第１励磁コイル５１に対して電流値Ｉｅｘの第１励磁信号ＤＲ１を流し、第２励磁コイル５２に対して電流値−Ｉｅｘ（電流値Ｉｅｘに対して位相が１８０度ずれている電流信号）の第２励磁信号ＤＲ２を流す。第１励磁信号ＤＲ１及び第２励磁信号ＤＲ２の各々は、互いに三角波電流信号であるが、それぞれ電流の極性が異なる。すなわち、交番信号として、第１励磁信号ＤＲ１と第２励磁信号ＤＲ２とは、電流値の振幅の絶対値が等しく、互いに位相が１８０度ずれた波形である。
また、差動増幅器２００１と差動増幅器２００２との各々は、駆動電流Ｉが供給されると、電圧Ｖｒｅｆを基準電位とし、第１励磁信号ＤＲ１（電流値Ｉｅｘ）を第１励磁コイル５１に対して、また第２励磁信号ＤＲ２（電流値−（−Ｉｅｘ））を第２励磁コイル５２に対して供給する。
【００５７】
差動増幅器２００１と差動増幅器２００３とは、オフセットの温度依存性が異なる構成を用い、すなわちオフセットの温度依存性が逆の特性を有した構成を用いる。例えば、差動増幅器２００１は、温度の上昇に対応して出力される電流値のオフセットが増加する回路構成で作成されている。一方、差動増幅器２００２は、温度の上昇に対応して出力される電流値のオフセットが減少する回路構成で作成されている。ここでのオフセットは、差増増幅器２００１と差動増幅器２００２とが、磁気素子５０に印加される磁界がゼロの場合（ゼロ磁界の場合）、実際には０Ａであるが回路特性から出力される電流値を指している。
【００５８】
図３は、本実施形態における磁気素子５０のフラックスゲート（ＦＧ）型磁気素子である磁気素子５０の構成例を示す図である。
磁気素子５０は、磁性体コア５４に対して３系統の巻線が巻かれており、第１系統の巻線で構成された第１励磁コイル５１、第２系統の巻線で構成された第２励磁コイル５２と、第３系統の巻線で構成された検出コイル５３とからなる。
この図３から判るように、磁性体コア５４に対する第１励磁コイル５１と第２励磁コイル５２との巻方向は逆である。すなわち、第１励磁コイル５１は、例えば、磁性体コア５４に対して時計回りに巻かれている。一方、第２励磁コイル５２は、第１励磁コイル５１とは巻線の巻方向が異なり、磁性体コア５４に対して反時計回りに巻かれている。
【００５９】
第１励磁コイル５１に流れる第１励磁信号ＤＲ１と、第２励磁コイル５２に流れる第２励磁信号ＤＲ２とは、電流の流れる方向が逆であり、第１励磁コイル５１の巻線の巻方向と第２励磁コイル５２の巻線の巻方向とが逆である。このため、磁性体コア５４の長尺方向に対して発生する磁界の方向は同一となる。すなわち、第１励磁信号ＤＲ１は第１励磁コイル５１に流れる駆動電流である。また、第２励磁信号ＤＲ２は、第１励磁信号ＤＲ１に対して位相が１８０度ずれた電流であり、第２励磁コイル５２に流れる駆動電流である。
【００６０】
図４は、第１励磁コイル５１及び第２励磁コイル５２の各々のゼロ磁界におけるオフセットの温度依存性を示す図である。この図４において、横軸が温度を示し、縦軸がゼロ磁界出力、すなわちオフセットの大きさを示している。また、Ｔ０は基準温度（例えば、室温）であり、Ｖｏは基準温度におけるゼロ磁界出力である電圧を示している。
図４に示しているように、差動増幅器２００１が温度に対して正の温度依存性のオフセットを有しているため、オフセット（一点鎖線）は温度が上昇するに従い増加するため、ゼロ磁界出力が増加することになる。一方、差増増幅器２００２は、差動増幅器２００１と逆の温度依存性のオフセットを有している。したがって、差動増幅器２００２が温度に対して負の温度依存性のオフセットを有しているため、オフセット（破線）は温度が上昇するに従い低下するため、ゼロ磁界出力が低下することになる。
【００６１】
差増増幅器２００１における温度に対するオフセットの変化比率と、差動増幅器２００２における温度に対するオフセットの変化比率とが、絶対値で同一とするように温度特性を合わせて設計して作成する。
これにより、磁気コア５４内に発生される磁界のオフセット値は、温度が変化した際、差増増幅器２００１及び差動増幅器２００２互いに逆の極性によるオフセット値の変化により相殺される。したがって、ゼロ磁界出力の有するオフセット値が温度変化に依存しない一定値とすることができ、磁気素子５０の検出コイル５３の出力値の温度依存性を抑制することができる。このゼロ磁界出力は、上述した上昇と下降との比率が同様のオフセットの合成となり、温度に依存せずに一定の値となるため、出力する際に容易に補正することができる。
なお、図２記載のインバータ２００３を用いず、図３記載の励磁コイル５１と励磁コイル５２の巻方向を同一とした場合も、図３記載の磁性体コア５４の長尺方向に対して発生する磁界の方向は同一となる。したがって、図２の差動アンプ２００２と差動アンプ２００３のオフセットの温度特性の極性が異なり、絶対値が同一の場合も、磁気素子５０の検出コイル５３の出力値の温度依存性を抑制することができる。
【００６２】
また、すでに説明した図１５にて説明した励磁コイルに励磁電流を供給する処理に対し、図３に示す磁気素子５０では、第１励磁コイル５１と第２励磁コイル５２とに対して、それぞれ極性の異なる励磁電流が流す処理以外は、同様の磁界測定の処理が行われる。
図１５（ａ）において、例えば磁気素子５０の第１励磁コイル５１に対し、第１励磁信号ＤＲ１（励磁電流Ｉｄ）が供給されている。この場合、図１５（ａ）において、縦軸が第１励磁信号ＤＲ１の電流値を示し、横軸が時刻を示している。ここでは、第１励磁コイル５１に供給される第１励磁電流ＤＲ１に対し、位相が１８０度ずれている第２励磁電流ＤＲ２の波形は省略されている。すなわち、第２励磁電流ＤＲ２は、第１励磁電流ＤＲ１と位相が１８０度シフトして第２励磁コイル５２に対して供給されている。
【００６３】
これにより、第１励磁電流ＤＲ１と第２励磁電流ＤＲ２とにより、差動増幅器２００１と差動増幅器２００２との各々の極性の異なるオフセットの温度依存性により、互いのオフセットがキャンセルされる。この結果、図１５（ｂ）に示す磁束密度におけるオフセットのゼロ磁界における温度依存性が無くなり、温度によらずに一定のオフセット値に制御することができる。
したがって、オフセットの温度依存性が無くなることにより、図１５（ｃ）における磁気素子の検出コイルが誘導起電力により発生するパルスの位置の温度依存性を抑制することができる。すなわち、磁気素子５０の出力値の温度依存性を抑制することができる。また、図１５の説明における極性の異なるパルス（時刻ｔ１における第１検出信号と時刻ｔ２における第２検出信号）から定常磁界を測定する方法については、従来例での説明と同様である。
【００６４】
また、励磁コイルに対する励磁信号のより発生する磁界強度は、励磁信号調整部１１６に対して印加される電流に依存する。本実施形態においては、第１励磁コイル５１及び第２励磁コイル５２の２つが励磁コイルとして設けられている。このため、本実施形態によれば、第１励磁コイル５１に対して第１励磁信号ＤＲ１が印加され、第２励磁コイル５２に対して第２励磁信号ＤＲ２が印加されることにより、電源電圧を増加させることなく、第１励磁コイル５１と第２励磁コイル５２に流れる電流の総和を増加させることができる。したがって、検出コイル５３の巻線数に応じて、検出コイル５３に誘導起電力により発生するパルス電圧を増加させることができる。誘導起電力により発生するパルスの電圧値が増加することにより、検出コイル５３の両端の電圧を増幅する際の増幅率を低減することが可能となり、検出信号増幅部１１１のアンプ特性に起因したノイズを低減させ、出力されるデータ信号の時間変動を抑制することが可能となる。
【００６５】
次に、図５は、本実施形態による磁気素子制御装置１０の磁気素子制御処理の動作例を説明するフローチャートである。
ステップＳ１：
検出信号増幅部１１１は、磁気素子５０における検出コイル５３の両端の電圧を増幅し、検出信号比較部１１２に対して出力する。
【００６６】
ステップＳ２：
検出信号比較部１１２は、増幅された電圧と所定の閾値とを比較し、所定の閾値（正及び負の各々の電圧に対する閾値）を超える（あるいは下回る）電圧を検出信号とする。
すなわち、検出信号比較部１１２は、検出信号として第１検出信号及び第２検出信号を検出する。そして、検出信号比較部１１２は、第１検出信号（図１５における時刻ｔ１のパルスに対応）及び第２検出信号（図１５における時刻ｔ２のパルスに対応）の出力される周期（定常磁界の強度に対応した時間情報、Ｔm、Ｔ0、Ｔpなど）に基づき、電圧情報であるデューティ比を有するパルスの列（以下、パルス列とする）を生成する。
そして、検出信号比較部１１２は、生成したパルス列を電圧情報（第１検出信号及び第２検出信号の出力される周期の情報を有する電圧情報）として、時間−出力信号変換部１１３へ出力する。
【００６７】
ステップＳ３：
時間−出力信号変換部１１３は、検出信号比較部１１２から供給されるデューティ比を有するパルス列を、ＰＷＭ回路などを用いて直流電圧を生成して測定電圧とする。
そして、時間−出力信号変換部１１３は、生成した測定電圧をデータ信号変換部１１５に対して出力する。
【００６８】
ステップＳ４：
データ信号変換部１１５は、時間−出力信号変換部１１３から測定電圧が供給されると、この測定電圧からオフセット電圧を減算する。このオフセット電圧は、例えば、本実施形態における差動増幅器２００１及び差動増幅器２００２の各々で相互にキャンセルされた定常的なオフセット値であり、事前に実験で測定されている。また、データ信号変換部１１５は、自身内部に記憶部を有している。このデータ信号変換部１１５の内部の記憶部には、実験で求められた定常的なオフセット電圧をが予め書き込まれている。
そして、データ信号変換部１１５は、オフセット電圧を用いて補正した測定電圧を、予め設定されている増幅率により増幅し、データ信号としてデータ信号判定部１０４に対して出力する。
【００６９】
ステップＳ５：
データ信号判定部１０４は、データ信号変換部１１５から供給されるデータ信号の示す電圧値が、内部の判定回路に設定されている２個の閾値電圧で規定されるデータ範囲に含まれているか否かの判定を行う。このとき、データ信号判定部１０４は、データ信号の示す電圧値がデータ範囲に含まれている場合、処理をステップＳ６へ進める。一方、データ信号判定部１０４は、データ信号の示す電圧値がデータ範囲に含まれていない場合、処理をステップＳ７へ進める。このデータ範囲は、後述の磁界強度と電圧との対応が線形的な範囲を示している。
【００７０】
ステップＳ６：
次に、データ信号判定部１０４は、データ信号変換部１１５から供給されたデータ信号を、外部の磁界検出装置に対して出力する。
この磁界検出装置は、Ａ／Ｄ変換によりデータ信号の電圧をデジタル値に変換し、変換したデジタル値により内部の記憶部に記憶されている磁界強度テーブルから、磁気素子制御装置１０から供給されたデータ信号の示す電圧値に対応する磁界強度を読み出し、自身の表示部に対して表示する。なお、データ信号判定部１０４の出力データ信号はアナログ値であるが、磁気素子制御装置１０内で、Ａ／Ｄ変換することにより、出力データ信号をデジタル化することも可能である。
【００７１】
ステップＳ７：
次に、データ信号判定部１０４は、データ信号変換部１１５から供給されたデータ信号を破棄し、エラー信号を外部の磁界検出装置に対して出力する。
この磁界検出装置は、すでに述べたように、磁気素子制御装置１０からエラー信号が供給されると、印加されている定常磁界が測定不能であることを示す通知を、自身の表示部に対して表示する。
【００７２】
＜第２の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態は、ＦＧ方式の磁気素子を用いて、磁気平衡式の磁気検出処理を行う。図６は、本発明の第２の実施形態による磁気素子制御装置２０及び磁気素子５０からなる磁気検出装置の構成を説明する図である。磁気素子制御装置２０は、磁気素子制御部２１と、クロック信号生成部１０２と、クロック信号調整部１０３と、データ信号判定部１０４とを備えている。第１の実施形態と同様の構成には同一の符号を付してある。
【００７３】
本実施形態による磁気素子制御装置２０は、第１励磁コイル５１、第２励磁コイル５２及び検出コイル５３からなるフラックスゲート型の磁気素子５０に印加される定常磁界の強度を、時間分解型の磁気平衡式により検出する。磁気素子制御装置２０は、この定常磁界の検出を行う際、第１励磁コイル５１及び第２励磁コイル５２の各々に対して印加する第１励磁信号ＤＲ１（第１交番信号）、第２励磁信号ＤＲ２（第２交番信号）のそれぞれを制御する。本実施形態は、磁気平衡式の制御を行うため、詳細は後述するが、第１の実施形態と異なり、第１励磁信号ＤＲ１及び第２励磁信号ＤＲ２には、磁気平衡のための帰還信号が重畳される。
【００７４】
磁気素子制御部２１は、検出信号増幅部２１１、検出信号比較部２１２、時間−出力信号変換部２１３、帰還信号調整部２１４、データ信号変換部２１５、励磁信号調整部２１６及び励磁信号生成部２１７を備えている。ここで、検出信号増幅部２１１、検出信号比較部２１２、時間−出力信号変換部２１３、データ信号変換部２１５、励磁信号調整部２１６及び励磁信号生成部２１７の各々は、ぞれぞれ図１における検出信号増幅部１１１、検出信号比較部１１２、時間−出力信号変換部１１３、データ信号変換部１１５、励磁信号調整部１１６及び励磁信号生成部１１７に対応している。以下、図１の各構成と異なる動作について説明する。
【００７５】
磁気素子制御部２１１において、励磁信号生成部２１７は、クロック信号調整部１０３から供給されるクロック信号に基づいて、交番信号、例えば０Ｖを基準電位として交番する交番電圧信号としての三角波信号を生成する。
励磁信号調整部２１６は、励磁信号生成部２１７の生成した三角波信号を所定の増幅率にて増幅し、三角波電流信号を生成して、励磁コイル５２対して印加する。
また、励磁信号調整部２１６は、第１励磁コイル５１及び第２励磁コイル５２の各々に対して印加する三角波電流信号、すなわち第１励磁信号ＤＲ１、第２励磁信号ＤＲ２のそれぞれに対して、後述するように帰還電流Ｉｆ、期間電流−Ｉｆの電流成分を加えている。
【００７６】
次に、図７は、フラックスゲート型磁気素子の動作原理を示すグラフである。この図７（ａ）は、励磁コイル５２に供給する三角波電圧信号の時間変化を示すグラフであり、縦軸が電流を示し、横軸が時間を示している。この図７（ａ）において、第１励磁コイル５１に対して供給される三角波電流信号（第１励磁信号ＤＲ１）は、基準電流（０Ａ）を境にした正負の交番信号である。図７（ａ）においては、横軸と交差する縦軸の電流（基準電流）が０Ａ（ゼロアンペア）と表される（電圧表記では基準参照電圧Ｖｒｅｆである）。この図７（ａ）には示していないが、第２励磁コイル５２に対して供給される三角波電流信号（第１励磁信号ＤＲ２）は、第１の実施形態と同様に、第１励磁コイル５１に供給される三角波電流信号と位相が１８０度ずれている。図７（ｂ）は、図７（ａ）の第１励磁コイル５１に流れる第１励磁信号ＤＲ１と、第１励磁コイル５２に流れる第２励磁信号ＤＲ２との電流の流れる方向が変化する（電流の極性が変化し、これにより励磁電流の電流値の極性が変化する）際に、誘導起電力によって検出コイル５１に生じる検出信号（時刻ｔ１の第１検出信号、時刻ｔ２の第２検出信号）の時間変化を示すグラフである。また、図７（ｂ）においては、縦軸が電圧を示し、横軸が時間を示している。
【００７７】
ここで、図７（ａ）は、定常磁界（Ｈｅｘ）が磁気素子５０に印加されたことにより、第１励磁コイル５１に印加される三角波電流信号である第１励磁信号ＤＲ１の基準電位（基準電流０Ａ）が、印加されている定常磁界を発生するＤＣ電圧分、基準電流の０Ａ（ゼロアンペア）からずれることを示している。図示はしていないが、第１励磁信号ＤＲ１と同様に、第２励磁コイル５２に印加される三角波電流信号である第２励磁信号ＤＲ２の基準電位（基準電流０Ａ）が、印加されている定常磁界を発生するＤＣ電圧分、基準電流の０Ａ（ゼロアンペア）からずれる。
また、上記第１励磁信号ＤＲ１及び第２励磁信号ＤＲ２の基準電流０Ａにおける定常磁界（Ｈｅｘ）によるずれに対応し、第１検出信号（時刻ｔ１）及び第２検出信号（時刻ｔ２）の発生タイミングが時間的にずれることを示している。
【００７８】
ここで、図７（ｂ）から解るように、第１検出信号の時刻ｔ１及び第２検出信号の時刻ｔ２間の時間幅Ｔwと、三角波の周期Ｔの１／２である時間Ｔ／２との差分Ｔdが０であれば、磁気素子５０に対して定常磁界（Ｈｅｘ）は印加されておらず、差分Ｔdが正であれば負の定常磁界（Ｈｅｘ＜０）が印加され、差分Ｔdが負であれば正の定常磁界（Ｈｅｘ＞０）が印加されている。
【００７９】
図６に戻り、検出信号増幅部２１１は、磁気素子５０の検出コイル５３の両端の電圧を、予め設定された増幅度によって増幅する。
検出信号比較部２１２は、検出信号増幅部２１１から供給される増幅された検出信号の電圧値と、予め定められた閾値電圧値とを比較し、第１検出信号及び第２検出信号（図７（ｂ）参照）を検出する。
ここで、図７（ｂ）に示すように、第１検出信号は、負極性のパルスであり、第１励磁コイル５１に対して印加される第１励磁信号ＤＲ１の電流の極性が正から負、また第２励磁コイル５２に対して印加される第２励磁信号ＤＲ２の電流の極性が負から正に変化する電流領域で誘導起電力により発生する。一方、第２検出信号は、正極性のパルスであり、第１励磁コイル５１に対して印加される第１励磁信号ＤＲ１の電流の極性が負から正、また第２励磁コイル５２に対して印加される第２励磁信号ＤＲ２の電流の極性が正から負に変化する電流領域で誘導起電力により発生する。
また、検出信号比較部２１２は、極性の異なる検出信号の時刻ｔ１と時刻ｔ２との時間幅（後述）と、Ｔ／２との差分を求め、この差分を時間−出力信号変換部２１３へ出力する。
【００８０】
時間−出力信号変換部２１３は、第１検出信号及び第２検出信号の出力される周期（図７（ｂ）における時刻ｔ１と時刻ｔ２との間隔、すなわち時間幅）に基づき、電圧情報としてのデューティ比を有するパルスを生成し、このパルスを電圧情報として帰還信号調整部２１４に対して出力する。すなわち、時間−出力信号変換部２１３は、電圧情報として、上記時間幅から帰還信号の電圧値を示すデューティ比を求め、この帰還信号の電圧値を示すデューティ比に応じた矩形波を帰還信号調整部２１４に対して出力する。
【００８１】
帰還信号調整部２１４は、情報が矩形波信号で示されている場合、デューティ比に対応した直流電圧をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路等により発生する。そして、帰還信号調整部２１４は、積分器などによりＰＷＭ信号を直流信号に変換して、この直流信号を帰還信号として励磁信号調整部２１６へ出力する。
また、帰還信号調整部２１４は、データ信号変換部２１５に対して、直流電圧の電圧値を示す電圧情報を供給する。
【００８２】
データ信号変換部２１５は、帰還信号調整部２１４から供給される電圧情報を、予め設定された増幅度により増幅し、データ信号判定部１０４に対して出力する。
このデータ信号変換部２１５における増幅度は、予め線形的に測定可能な範囲の帰還信号の電圧値の範囲のみをデータ信号として出力する値に設定されている。すなわち、この増幅度は、定常磁界をキャンセルする磁界と、この磁界を発生する電圧値の帰還信号とが線形性を保つ範囲のみが増幅された電圧となり、範囲外の電圧を飽和させて一定電圧とするものである。すなわち、データ信号変換部２１５は、帰還信号に変換された電圧値とこの電圧値によって生成される磁界強度が線形性を有する帰還信号の電圧範囲外の帰還信号の電圧値が飽和する予め設定された増幅率により、帰還信号を増幅して出力する。
【００８３】
データ信号判定部１０４は、データ信号変換部２１５から供給されるデータ信号の電圧値が予め設定したデータ範囲（出力データ指定範囲）に含まれているか否かの判定を行う。データ信号判定部１０４は、内部の記憶部に上記データ範囲が予め書き込まれて記憶されている。このデータ範囲は、データ信号変換部２１５で増幅されて出力されるデータ信号の示す電圧値が、磁界とこの磁界を示す電圧値とが線形関係にある領域に含まれているか否かを判定する電圧値の範囲である。
ここで、データ信号判定部１０４は、データ信号の電圧値がデータ範囲に含まれていない場合、エラーを示すデータ信号（エラー信号）を、外部の磁界強度検出装置に対して出力する。また、データ信号判定部１０４は、データ信号の電圧値がデータ範囲に含まれている場合、電圧値を示すデータ信号を、外部の磁界強度検出装置に対して出力する。
【００８４】
また、帰還信号調整部２１４における処理において、例えば、第１検出信号から第２検出信号までの時間幅が、第２検出信号から第１検出信号までの時間幅に対して長い場合、定常磁界が負である必要がある。このため、帰還信号調整部２１４は、定常磁界をキャンセルする正の磁界を発生させる直流電圧の帰還信号を発生する。
一方、第２検出信号から第１検出信号までの時間幅が、第１検出信号から第２検出信号までの時間幅に対して長い場合、定常磁界が正であるため、帰還信号調整部２１４は、定常磁界をキャンセルする負の磁界を発生させる直流電圧の帰還信号を発生する。
【００８５】
すなわち、帰還信号調整部２１４は、電圧情報であるパルス列が供給されると、このパルスのデューティ比に対応した電流値の帰還信号を生成し、生成した帰還信号を励磁信号調整部２１６に対して出力する。
ここで、帰還信号調整部２１４は、例えば、オペアンプを用いて構成された電圧電流変換回路が設けられている。この電圧電流変換回路において、オペアンプ機能のアンプを用い、正入力と負入力の電位差がゼロに維持されるようにこのアンプが機能するため、アンプの出力から正入力への電流信号は、外部磁界と比例関係となる。
【００８６】
そして、励磁信号調整部２１６は、帰還信号調整部２１４から供給される第１帰還信号（Ｉｆ）を、第１励磁コイル５１に印加する第１励磁信号ＤＲ１に対して重畳する。また、励磁信号調整部２１６は、上記第１帰還信号と極性が逆の第２帰還信号を、第２励磁コイル５２に印加する第２励磁信号ＤＲ２に重畳する。これにより、第１励磁コイル５１及び第２励磁コイル５２において、上記第１帰還信号及び第２帰還信号による磁界が発生し、磁気素子５０内の磁性体コア５４内に発生する磁界が一定とするように調整される。結果として、外部の定常磁界に依存せず、検出コイル５３で検出される第１検出信号と第２検出信号の時間間隔を一定（Ｔ／２）に保持することができる。
【００８７】
次に、図８は、図６における帰還信号調整部２１４、励磁信号調整部２１６及び励磁信号生成部２１７の構成例を示す図である。この図８において、励磁信号調整部２１６は、差動増幅器２００１（第１励磁信号生成部）、差動増幅器２００２（第２励磁信号生成部）、インバータ２００３及び抵抗２００４を備えている。ここで、抵抗２００４の抵抗値は抵抗値Ｒである。抵抗２００４は、励磁信号生成部２１７の出力端子と、差動増幅器２００１の（−）端子（反転入力端子）及びインバータ２００３の入力端子との間に介挿されている。この抵抗２００４は、励磁信号生成部２１７の出力する三角波励磁信号の電圧Ｖｅｘを、電圧電流変換して、駆動電流Ｉｅｘとして作動増幅器２００１の（−）端子に対して供給する。
【００８８】
これにより、差動増幅器２００１は、第１励磁コイル５１に対して駆動電流Ｉｅｘを供給する。
また、インバータ２００３は、出力端子が作動増幅器２００２の（−）端子（反転入力端子）に接続されており、電流Ｉの極性を変え（流れる方向を逆とし）、作動増幅器２００２の（−）端子に対して供給する。これにより、差動増幅器２００２は、差動増幅器２００１とは電流の絶対値が等しく、極性の異なる駆動電流を第２励磁コイル５２に対して供給する。
【００８９】
また、帰還信号調整部２１４は、帰還電流（Ｉｆ）を差動増幅器２００１に対して供給する帰還信号調整部２１４１と、帰還電流（−Ｉｆ）を差動増幅器２００２に対して供給する帰還信号調整部２１４２とを備えている。
帰還信号調整部２１４１は、電圧情報であるパルス列が供給されると、このパルス列のデューティ比に対応した電流値の第１帰還信号（Ｉｆ）を生成し、この第１帰還信号を差動増幅器２００１の（−）端子に対して供給する。これにより、第１励磁信号ＤＲ１（Ｉｅｘ）に対して、第１帰還信号が重畳される。
【００９０】
また、帰還信号調整部２１４２は、電圧情報であるパルス列が供給されると、このパルス列のデューティ比に対応した電流値の第２帰還信号（−Ｉｆ）を生成し、この第２帰還信号を差動増幅器２００２の（−）端子に対して供給する。これにより、第２励磁信号ＤＲ２（−Ｉｅｘ）に対して、第２帰還信号が重畳される。
【００９１】
次に、図９は、図６における帰還信号調整部２１４、励磁信号調整部２１６及び励磁信号生成部２１７の他の構成例を示す図である。この図９において、励磁信号調整部２１６Ａは、差動増幅器２００１（第１励磁信号生成部）、差動増幅器２００２（第２励磁信号生成部）、インバータ２００３及び抵抗２００４を備えている。ここで、抵抗２００４の抵抗値は抵抗値Ｒである。抵抗２００４は、励磁信号生成部２１７の出力端子と、差動増幅器２００１の（−）端子（反転入力端子）及びインバータ２００３の入力端子との間に介挿されている。この抵抗２００４は、励磁信号生成部２１７の出力する三角波励磁信号の電圧Ｖｅｘを、電圧電流変換して、駆動電流Ｉｅｘとして作動増幅器２００１の（−）端子に対して供給する。
インバータ２００３は、出力端子が作動増幅器２００２の（−）端子（反転入力端子）に接続されており、電流Ｉの極性を変え（流れる方向を逆とし）、作動増幅器２００２の（−）端子に対して供給する。これにより、差動増幅器２００２は、差動増幅器２００１とは極性が異なる駆動電流−Ｉｅｘを第２励磁コイル５２に対して供給する。
【００９２】
また、帰還信号調整部２１４は、帰還信号調整部２１４１Ａ及帰還信号調整部２１４２Ａを備えている。
帰還信号調整部２１４１Ａは、電圧情報であるパルス列が供給されると、このパルス列のデューティ比に対応した電流値の第１帰還信号（−Ｉｆ）を生成し、この第１帰還信号を差動増幅器２００１の（＋）端子に対して供給する。これにより、第１励磁信号ＤＲ１（Ｉｅｘ）に対して、第１帰還信号が重畳される。
また、帰還信号調整部２１４２Ａは、電圧情報であるパルス列が供給されると、このパルス列のデューティ比に対応した電流値の第２帰還信号（Ｉｆ）を生成し、この第２帰還信号を差動増幅器２００２の（＋）端子に対して供給する。これにより、第２励磁信号ＤＲ２（−Ｉｅｘ）に対して、第２帰還信号が重畳される。
【００９３】
上述した第１帰還信号及び第２帰還信号の生成はアナログ処理によるものであるが、以下に示すデジタル処理で生成する構成を用いても良い。
検出信号比較部２１２は、第１検出信号から第２検出信号までの時間幅を計測し、この時間幅Ｔw（Ｔp、Ｔmなど）と三角波の周期Ｔの半分の時間、すなわちＴ／２との差分Ｔd（＝Ｔw−（Ｔ／２））を求め、帰還信号変換部１０１４に対して出力する。
時間−出力信号変換部２１３は、検出信号比較部２１２から時間情報である差分Ｔdが供給されると、この差分Ｔdから、ＦＢ信号としての帰還信号の電圧を生成する電圧情報を生成する。
ここで、時間−出力信号変換部２１３には、差分Ｔdとこの差分Ｔdに対応したデジタル値の電圧情報との対応を示す時間電圧情報テーブルが内部の記憶部に予め書き込まれて記憶されている。
【００９４】
そして、時間−出力信号変換部２１３は、この内部の記憶部に記憶されている時間電圧情報テーブルから、供給される差分Ｔdに対応する電圧情報を読み出し、帰還信号調整部２１４に対して出力する。例えば、電圧情報は、帰還信号の電圧値を示すデジタル値のデータである。また、電圧情報は、差分Ｔdの極性が付され、すなわち差分Ｔdが正の場合に正の極性を有し、差分Ｔdが負の場合に負の極性を有している。したがって、磁気素子５０に対して、正の極性の定常磁界Ｈｅｘが印加されている場合、励磁信号調整部２１６Ａは、三角波電圧信号から生成される第１励磁信号ＤＲ１の電流値に対して負の極性の帰還電流Ｉｆを帰還信号として重畳し、一方、負の極性の定常磁界Ｈｅｘが印加されている場合、三角波電圧信号から生成される第１励磁信号ＤＲ１の電流値Ｉに対して正の極性の帰還電流Ｉｆを第１帰還信号として重畳する。また、励磁信号調整部２１６Ａは、第２励磁信号ＤＲ２に対し、第１励磁信号ＤＲ１と異なる極性の帰還電流（−Ｉｆ）の帰還電流を第２帰還信号として重畳する。
【００９５】
帰還信号調整部２１４は、時間−出力信号変換部２１３から供給される電圧情報に基づき、電圧情報の示す電圧値の帰還信号を生成し、ＦＢ信号として励磁信号調整部２１６Ａに対して出力する。
ここで、帰還信号調整部２１４は、電圧情報がデジタル値であるので、例えば内部にＤ／Ａ変換器を備え、供給されるデジタル値である電圧情報をＤ／Ａ変換器に入力して直流電圧を得て、これを直流電流に変換して、第１帰還信号、第２帰還信号として励磁信号調整部２１６Ａに対して出力する。
励磁信号調整部２１６Ａは、すでに述べたように、帰還信号調整部２１４から供給される第１帰還信号を重畳させた第１励磁信号ＤＲ１を第１励磁コイル５１に対して供給し、第２帰還信号を重畳させた第２励磁信号ＤＲ２を第２励磁コイル５２に対して、三角波電流信号として印加する。
【００９６】
また、第１励磁信号ＤＲ１及び第２励磁信号ＤＲ２の各々にそれぞれ第１帰還信号、第２帰還信号が重畳されている場合、検出信号比較部２１２が検出する第１検出信号及び第２検出信号の時間間隔はＴ／２近傍にある。
このため、検出信号比較部２１２は、すでに第１励磁信号ＤＲ１及び第２励磁信号ＤＲ２の各々にそれぞれ第１帰還信号、第２帰還信号が重畳されている場合、出力する時間情報が、Ｔ／２とするに必要な帰還信号と現在印加している帰還信号との差分の電流値を示している。したがって、検出信号比較部２１２は、第１励磁信号ＤＲ１及び第２励磁信号ＤＲ２が印加されている場合、上述した差分の電流値を示す時間情報として差分Ｔdを時間−出力信号変換部２１３に対して出力する。
【００９７】
また、時間−出力信号変換部２１３は、差分の電流値を示す時間情報である差分Ｔdが供給されると、すでに述べたように、この差分Ｔdに対応する電流値を生成するための電圧情報を、内部の記憶部に記憶されている時間電圧情報テーブルから読み出し、帰還信号調整部２１４に対して出力する。
また、帰還信号調整部２１４は、内部に記憶部を有し、この記憶部に電圧情報が積算されて記憶され、この積算された電圧情報を用いて、励磁信号調整部２１６Ａに対して出力する帰還信号（第１帰還信号及び第２帰還信号）の電流の生成を行い、励磁信号調整部２１６Ａに対して出力する。
ここで、帰還信号調整部２１４は、差分Ｔdに対応する電圧情報が予め設定された設定電圧範囲内に含まれるか否かの判定を行う。
【００９８】
そして、帰還信号調整部２１４は、この設定電圧範囲内に電圧情報が含まれていない場合、磁気素子５０に対して印加されている定常磁界をキャンセルする際に、印加しても磁界が変化しない、すなわちキャンセルに影響がない小さな電圧と判定する。
すなわち、帰還信号調整部２１４は、磁界強度を変化させる際の制御の精度の誤差となり、ほぼ第１検出信号及び第２検出信号の時間幅がＴ／２であると判定する。このとき、帰還信号調整部２１４は、この誤差範囲とされた電圧情報を、内部の記憶部の直前までの時間情報に積算せず、破棄する。
【００９９】
データ信号変換部２１５は、帰還信号調整部２１４から供給される電圧情報を、予め設定された増幅度により増幅し、外部に対して出力する。
このデータ信号変換部２１５における増幅度は、予め線形的に測定可能な範囲の帰還信号の電圧値の範囲のみをデータ信号として出力する値に設定されている。すなわち、この増幅度は、定常磁界をキャンセルする磁界と、この磁界を発生する電圧値の帰還信号とが線形性を保つ範囲のみが増幅された電圧となり、範囲外の電圧を飽和させて一定電圧とするものである。すなわち、データ信号変換部２１５は、帰還信号の電圧値とこの電圧値によって生成される磁界強度が線形性を有する帰還信号の電圧範囲外の帰還信号の電圧値が飽和する予め設定された増幅率により、帰還信号を増幅して出力する。
【０１００】
したがって、このデータ信号は、定常磁界をキャンセルする磁界の強度を求める磁界電圧、すなわち定常磁界の強度を示すものである。外部にある磁界強度検出装置（不図示）は、このデータ信号が示す磁界電圧の電圧値を磁界の強度に変換して、変換した磁界の強度を出力する。
【０１０１】
ここで、磁界強度検出装置には、磁界電圧の電圧値と、この磁界電圧の電圧値に対応する磁界の強度との対応を示す磁界強度テーブルが、内部の記憶部に予め書き込まれて記憶されている。
磁界強度検出装置は、磁気素子制御装置２０から供給される、データ信号の示す磁界電圧の電圧値に対応する磁界強度を、磁界強度テーブルから読み出し、定常磁界（Ｈｅｘ）の強度の数値とし、例えば、自身に設けられた表示部に表示する。本発明は、磁気素子制御装置１００と上述した図示しない磁界強度検出装置とにより、磁気検出装置を構成する。
【０１０２】
次に、図６及び図１０を用いて、本実施形態における磁気素子制御装置２０の動作の説明を行う。図１０は、第２の実施形態における磁気素子制御装置２０の動作例を示すフローチャートである。第２の実施形態においては、デジタル処理により帰還信号を生成する構成の場合で説明する。また、アナログ処理により帰還信号を生成する構成についても、図１０のフローチャートの動作により同様に行うことができる。
【０１０３】
ステップＳ１１：
検出信号増幅部２１１は、検出コイル５３の両端の電圧を増幅し、検出信号比較部２１２へ出力する。
そして、検出信号比較部２１２は、第１検出信号の検出された時刻ｔ１及び第２検出信号が検出された時刻ｔ２間の時間幅Ｔwから、基準の時間幅であるＴ／２を減算し、減算結果の差分Ｔdを時間−出力信号変換部２１３に対して時間情報として出力する。また、この時間情報をデジタル値に変換する場合、ＴＤＣ（Ｔｉｍｅ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）等を用いることが望ましい。
【０１０４】
ステップＳ１２：
次に、時間−出力信号変換部２１３は、供給される時間情報である差分Ｔdに対応した帰還信号の電圧値を示す電圧情報を、記憶部に記憶されている時間電圧情報テーブルから読み出す。この時間電圧情報テーブルは、時間情報とこの時間情報に対応する電圧情報（すなわち差分Ｔｄを０とするための磁界強度に対応した電圧値を示す情報）とを対応付けたテーブルである。
そして、時間−出力信号変換部２１３は、読み出した電圧情報を、帰還信号調整部２１４に対して出力する。
【０１０５】
ステップＳ１３：
次に、帰還信号調整部２１４は、内部の記憶部に記憶されている、現在の第１励磁信号ＤＲ１及び第２励磁信号ＤＲ２に重畳させている帰還信号（第１帰還信号及び第２帰還信号）を示す直前の電圧情報を読み出す。
そして、帰還信号調整部２１４は、記憶部から読み出した電圧情報に対して、検出信号から供給される電圧情報を加算する。
帰還信号調整部２１４は、加算結果の電圧情報に基づいて、この電圧情報の示す電圧値に対応する電流値の帰還信号を生成し、励磁信号調整部２１６に対して出力する。
また、帰還信号調整部２１４は、加算結果の電圧情報を新たな直前の電圧情報として、内部の記憶部に書き込んで記憶させ、かつこの電圧情報（デジタル値）をデータ信号変換部２１５に対して出力する。
【０１０６】
ステップＳ１４：
次に、励磁信号調整部２１６には、第１帰還信号及び第２帰還信号が帰還信号調整部２１４から供給される。
そして、励磁信号調整部２１６は、クロック信号調整部１０３の出力するクロック信号に同期した三角波信号から生成した励磁信号に対して、帰還信号調整部２１４から供給される帰還信号を重畳する。すなわち、励磁信号調整部２１６は、第１励磁信号ＤＲ１に対して第１帰還信号を重畳し、第２励磁信号ＤＲ２に対して第２帰還信号を重畳する。
そして、励磁信号調整部２１６は、第１励磁信号ＤＲ１を第１励磁コイル５１に対して印加し、第２励磁信号ＤＲ２を第２励磁コイル５２に対して印加する。
【０１０７】
ステップＳ１５：
次に、データ信号変換部２１５は、帰還信号調整部２１４より供給される電圧情報を予め設定したオフセット値によりオフセット調整し、かつ、予め設定した増幅度により増幅し、増幅結果をデータ信号としてデータ信号判定部１０４に対して出力する。
【０１０８】
ステップＳ１６：
次に、データ信号判定部１０４は、データ信号の示す電圧値が予め設定されているデータ範囲に含まれているか否かの判定を行う。
このとき、データ信号判定部１０４は、データ信号の示す電圧値がデータ範囲に含まれている場合、処理をステップＳ１７へ進め、一方、データ信号の示す電圧値がデータ範囲に含まれていない場合、処理をステップＳ１８へ進める。
【０１０９】
ステップＳ１７：
次に、データ信号判定部１０４は、データ信号がデータ範囲に含まれているため、このデータ信号をそのまま、外部に配置された磁界強度検出装置に対して出力する。
そして、外部の磁界強度検出装置は、供給されたデータ信号の示す電圧値に対応した磁界強度を、内部の記憶部に記憶された磁界強度テーブルから読み出し、自身の表示部に読み出した磁界強度を表示する。なお、データ信号判定部１０４の出力データ信号はアナログ値であるが、磁気素子制御装置１０内で、Ａ／Ｄ変換することにより、出力データ信号をデジタル化することも可能である。
【０１１０】
ステップＳ１８：
一方、データ信号判定部１０４は、データ信号がデータ範囲に含まれていないため、このデータ信号を破棄し、エラー信号を外部に配置された磁界強度検出装置に対して出力する。
【０１１１】
このとき、この磁界強度検出装置は、例えば、エラー信号が供給されると自身の表示部に、測定範囲を超えていることをユーザに対して通知する情報を表示する。
電源が供給されると、磁気素子制御装置２０は、上述した図１０に示すフローチャートに従い、ステップＳ１１からステップＳ１８の処理を行う。
また、磁気素子制御装置１１０に対して電源が投入された際、帰還信号調整部１０１３は、内部の記憶部にある電圧情報の積算されたデータをリセットし、初期値として０を書き込む。
【０１１２】
本実施形態は、ＦＢ信号である第１帰還信号及び第２帰還信号の各々を、第１励磁信号ＤＲ１、第２励磁信号ＤＲ２それぞれに重畳させ、この第１励磁信号ＤＲ１を第１励磁コイル５１に印加し、第２励磁信号ＤＲ２を第２励磁コイル５２に対して印加する。このため、本実施形態によれば、磁気感度の温度依存性と磁気素子の出力値の温度依存性との双方を同時に抑制することが可能である。また、従来の磁気平衡式で使用するＦＢコイルが設けられた磁気素子のＦＢコイルと第２励磁コイルとして使用することが可能であるため、磁気素子の構造を新規に設計する必要がないという利点がある。
【０１１３】
ここで、磁気素子を小型化するのみでなく、磁気素子のサイズが磁気平衡式と同等の場合、ＦＢコイルの領域を用い、励磁コイルや検出コイルの巻数を増加させることにより、励磁効率の増加によって、さらに定常磁界の測定範囲を広げたり、検出コイルにおける検出信号のＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ）比を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、オフセット電圧とともに帰還信号を励磁信号に重畳させるため、周囲の環境による磁界強度に対応したオフセット電圧をオフセット電圧調整部１０１８に設定しておくことにより、精度良く容易に測定対象の磁界強度を測定することができる。
【０１１４】
また、任意の時間幅の測定周期をクロック信号に同期させて生成し、第１励磁コイル５１及び第２励磁コイル５２に対して励磁信号を印加して測定処理を行う期間と、第１励磁コイル５１及び第２励磁コイル５２に対しての励磁信号の印加を停止して測定を行わない期間を交互に設け、第１励磁コイル５１び第２励磁コイル５２を間欠動作させる。ここで、当然のことながら、第１励磁コイル５１と第２励磁コイル５２とは、互いの温度特性をキャンセルする必要があるため、同一のタイミングで簡潔動作させる必要がある。
これにより、磁気素子５０自体の発熱が抑制され、温度変化を低減することにより、より精度の高い磁界強度の測定が行える。
【０１１５】
さらに、この間欠動作の機能を用いて、複数の磁気素子の励磁コイルを順番に駆動することにより、１つの磁気素子制御装置により、複数の磁気素子により定常磁界を測定することが可能である。
例えば、３個の磁気素子の各々の測定軸、すなわちｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の３軸のそれぞれを直交するように磁気素子を設け、３次元空間における磁界強度及び磁界の方向を測定する他軸の磁気素子の制御に用いることができる。
【０１１６】
＜第３の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第３の実施形態を説明する。本実施形態は、ＦＧ方式の磁気素子を用いて、磁気平衡式及び磁気比例式の双方による磁気検出処理を行う。図１１は、本発明の第３の実施形態による磁気素子制御装置３０及び磁気素子５０からなる磁気検出装置の構成を説明する図である。磁気素子制御装置３０は、磁気素子制御部３１と、クロック信号生成部１０２と、クロック信号調整部１０３と、データ信号判定部１０４とを備えている。第１の実施形態または第２の実施形態と同様の構成には同一の符号を付してある。
【０１１７】
磁気素子制御部３１は、検出信号増幅部３１１と、検出信号比較部３１２と、時間−出力信号変換部３１３と、帰還信号調整部３１４、データ信号変換部３１５と、励磁信号調整部３１６と、励磁信号生成部３１７と、第１アナログスイッチ３２１と、第２アナログスイッチ３２２とを備えている。ここで、検出信号増幅部３１１、検出信号比較部３１２、時間−出力信号変換部３１３、帰還信号調整部３１４、データ信号変換部３１５、励磁信号調整部３１６及び励磁信号生成部３１７の各々は、図６における検出信号増幅部２１１、検出信号比較部２１２、時間−出力信号変換部２１３、帰還信号調整部２１４、データ信号変換部２１５、励磁信号調整部２１６及び励磁信号生成部２１７とそれぞれ同様の機能を有する。
以下、図６の磁気素子制御装置２０の各構成及び動作と異なる点を説明する。
【０１１８】
第３の実施形態と第２の実施形態と異なる構成は、磁気平衡式の磁界測定と磁気比例式の磁界測定とのいずれにも対応することができる点である。
すなわち、第３の実施形態は、第２の実施形態における磁気平衡式の磁界測定の構成を、磁気比例式の磁界測定の構成に、利用者が任意に選択して切り換えることができる。以下、帰還電圧を生成する処理をデジタル値によって行う場合で説明するが、帰還電圧の生成をアナログ処理で行う場合も同様である。
【０１１９】
この図１１において、第１アナログスイッチ３２１及び第２アナログスイッチ３２２の各々は、磁気平衡式の構成とするか、あるいは磁気比例式の構成とするかの切替を行っている。
すなわち、磁気素子制御部３１は、磁気素子制御装置３０の図示しない切替スイッチが、磁気平衡式の構成とする制御を示す状態であることを検出すると、第１アナログスイッチ３２１を導通状態（ＯＮ）とし、第２アナログスイッチ３２２を非導通状態（ＯＦＦ）とする。
これにより、時間−出力変換部３１３で、時間を示す差分Ｔdが帰還信号調整部３１４へ出力され、第２の実施形態と同様の磁界の測定処理が行われる。
【０１２０】
一方、磁気素子制御部３１は、磁気素子制御装置３０の図示しない切替スイッチが、磁気比例式の構成とする制御を示す状態であることを検出すると、第１アナログスイッチ３２１を非導通状態（ＯＦＦ）とし、第２アナログスイッチ３２２を導通状態（ＯＮ）とする。
これにより、時間−出力信号変換部３１３は、時間を示す差分Ｔdに対応する電圧情報を求めた後、この電圧情報を帰還信号調整部３１４へ出力せず、データ信号変換部３１５に対して出力することになる。
そして、時間−出力変換部３１３は、上記切替スイッチが磁気比例式の構成とする制御を示す状態である場合、検出信号比較部３１２から供給される差分Ｔdに基づいて磁界強度を示す電圧値を出力する。
【０１２１】
ここで、時間−出力変換部３１３には、差分Ｔdとこの差分Ｔdに対応する磁気強度を示す電圧値との対応を示す磁気比例式電圧テーブルが、内部の記憶部に予め書き込まれて記憶されている。
そして、時間−出力変換部３１３は、検出信号比較部３１２から供給される差分Ｔdに対応する電圧値を、磁気比例式電圧テーブルから読み出し、磁気比例式の場合に対応して設定された増幅率によりこの電圧値を増幅し、データ信号判定部１０４に対して出力する。この磁気比例式の場合の増幅率も、磁気比例式の場合の増幅率と同様に、電圧値と磁気強度とが線形関係にある領域のみを取り出すためのリミッタとなる値に設定されている。
したがって、データ信号変換部３１５は、磁気平衡式の構成である場合、磁気平衡式の場合に対応して設定された増幅率により帰還信号調整部３１４から供給される電圧情報を増幅し、データ信号の電圧値として、データ信号判定部１０４に対して出力する。
また、データ信号判定部１０４は、磁気比例式の場合も、磁気平衡式の場合と同様に、予め設定された線形関係が維持されている範囲内であるか否かの判定を行う。
【０１２２】
次に、図１１及び図１２を用いて第３の実施形態における磁気素子制御装置１３０の磁気素子制御処理を説明する。図１２は、第３の実施形態における磁気素子制御装置３０が行う磁気素子制御処理（デジタル値による帰還電圧の生成処理）の動作例を説明するフローチャートである。
【０１２３】
ステップＳ２１：
検出信号増幅部３１１は、検出コイル５３の両端の電圧を増幅し、検出信号比較部１０１２へ出力する。
検出信号比較部３１２は、第１検出信号の検出された時刻ｔ１及び第２検出信号が検出された時刻ｔ２間の時間幅Ｔwから、基準の時間幅であるＴ／２を減算し、減算結果の差分Ｔdを時間−出力信号変換部３１３に対して、測定された時間情報として出力する。
【０１２４】
ステップＳ２２：
磁気素子制御部３１は、切替スイッチが磁気平衡式の構成として磁気素子制御装置３０を使用すること示す帰還制御の状態（磁気平衡式モード）、あるいは磁気比例式の構成として磁気素子制御装置３０を使用することを示す帰還制御でないことを示す状態（磁気比例式モード）のいずれであるかの検出を行う。
ここで、磁気素子制御部３１は、切替スイッチが磁気平衡式モードである場合、処理をステップＳ２３へ進め、一方、切替スイッチが磁気比例式モードである場合、処理をステップＳ３４へ進める。
【０１２５】
ステップＳ２３：
次に、磁気素子制御部３１は、切替スイッチが磁気平衡モードである場合、第１アナログスイッチ３２１を導通状態とし、第２アナログスイッチ３２２を非導通状態とする。
これにより、時間−出力信号変換部３１３は、検出信号比較部３１２から供給される差分Ｔdから、この差分Ｔdに対応する電圧値を求め、この求めた電圧値を電圧情報として、帰還信号調整部３１４に対して出力する。この差分Ｔdから電圧値を求める処理は、第２の実施形態と同様である。
【０１２６】
ステップＳ２４：
次に、時間−出力信号変換部３１３は、検出信号比較部３１２から供給される差分Ｔdから、この差分Ｔdに対応する電圧値を求め、この電圧値を電圧情報として帰還信号調整部３１４に対して出力する。
電圧情報が供給されると、帰還信号調整部３１４は、自身の記憶部に書き込まれている直前の帰還電圧の電圧値に対して、この電圧情報の示す電圧値を加算し、加算結果を新たな帰還電圧の電圧値とする。
【０１２７】
ステップＳ２５：
次に、帰還信号調整部３１４は、加算結果の新たな帰還電流の電流値が予め設定した最大電流以下（指定範囲内）であるか否かの判定を行う。この最大電流は、第１励磁コイル５１あるいは第２励磁コイル５２に対して印加する帰還電流（第１帰還信号、第２帰還信号）の電流値の範囲を規定する第１電流湯閾値範囲（−から＋の極性を有する電圧値の範囲）であり、例えば、重畳される第１励磁信号ＤＲ１、第２励磁信号ＤＲ３に対して印加すると、第１励磁コイル５１、第２励磁コイル５２が破損する絶対最大定格の電流値の９０％程度の電流値に設定されている。
このとき、帰還信号調整部３１４は、この第１電流閾値範囲に含まれる場合、処理をステップＳ２６へ進め、この第１電流閾値範囲に含まれない場合、処理をステップＳ２８へ進める。
また、帰還信号調整部３１４は、帰還電流が第１電流閾値範囲に含まれると判定された場合、内部に設けられたカウンタのカウント処理、すなわちカウント値（処理の繰り返し回数）をインクリメント（カウント値に１を加算）する。
【０１２８】
ステップＳ２６：
次に、帰還信号調整部３１４は、内部に設けられたカウンタのカウント値が、内部の記憶部に予め書き込まれて記憶され（内部の記憶部に設定され）ているカウント閾値未満か否かの判定を行う。
このとき、帰還信号調整部３１４は、カウンタのカウント値がカウント閾値未満である場合、処理をステップＳ２７へ進め、一方、カウント値がカウント閾値以上である場合、処理をステップＳ２８へ進める。
【０１２９】
上記カウント閾値は、帰還電圧を求める際に収束しない場合を考えて設定したものである。したがって、カウント閾値は、一定の定常磁界を磁気素子５０に印加し、この定常磁界の磁界強度を誤差範囲内で測定できる、すなわち定常磁界をキャンセルする帰還電圧を算出することができた帰還電圧の算出の繰り返し回数を求める。そして、この繰り返し回数に基づき、例えばこの繰り返し回数に任意の倍数（２等の任意の数値）を乗じた数値をカウント閾値として、帰還信号調整部３１４が内部に有する記憶部に書き込んで記憶させておく。
【０１３０】
ステップＳ２７：
次に、帰還信号調整部３１４は、差分Ｔdから求められた電圧情報の電圧値から生成する帰還信号（第１帰還信号及び第２帰還信号）の絶対値が、予め設定された第２電流閾値未満か否かの判定を行う。
このとき、帰還信号調整部３１４は、差分Ｔdから求められた電圧情報の電圧値から生成する帰還信号の電流値が第２電流閾値以上である場合、処理をステップＳ３０へ進め、一方、帰還信号の電流値が第２電流閾値未満である場合、処理をステップＳ２９へ進める。
ここで、第２電流閾値範囲は、現在の帰還信号の電流値に加算しても、測定誤差を超える磁界強度を変化させる電流値か否かを判定するものである。したがって、帰還信号調整部３１４は、第２電流閾値範囲に含まれる電流値を、測定における誤差内の磁界強度の変化しか与えない電流値と判定し、この帰還信号の電流値を発生する電圧情報の示す電圧値を、内部の記憶部に積算されている帰還電圧に対して加算する処理をおこなわない。また、第２電流閾値範囲は、実験などにより求め、帰還信号調整部３１４の内部の記憶部に予め書き込まれて記憶されている。
【０１３１】
ステップＳ２８：
帰還信号調整部３１４は、磁気素子５０に対して現在印加されている定常磁界が測定不能として、データ信号判定部１０４を介し、外部の磁界強度検出装置に対してエラー信号を出力する。
エラー信号が供給されることにより、磁界強度検出装置は、磁気素子５０に対して現在印加されている定常磁界が測定不能であることを示す通知を、自身の表示部に対して表示する。
【０１３２】
ステップＳ２９：
次に、帰還信号調整部３１４は、新たに求めた帰還電圧を内部の記憶部に対し、直前の帰還電圧として書き込んで記憶させる。
また、帰還信号調整部３１４は、この新たに求めた帰還電圧の電圧値に対応する第１帰還信号（Ｉｆ）及び第２帰還信号（−Ｉｆ）を生成し、励磁信号調整部３１６に対して出力する。
そして、励磁信号調整部３１６は、励磁信号生成部３１７から供給される三角波から三角波電流信号を生成する。
励磁信号調整部１０１６は、生成した三角波電流信号に対して、帰還信号調整部３１４から供給される第１帰還信号を第１励磁信号ＤＲ１に重畳し、第２帰還信号を第２励磁信号ＤＲ２に重畳させ、それぞれ第１励磁コイル５１、第２励磁コイル５２に対して印加する。この後、励磁信号調整部３１６は、処理をステップＳ２１へ戻す。
【０１３３】
ステップＳ３０：
次に、帰還信号調整部３１６は、内部の記憶部に記憶されている帰還電圧の電圧値を読み出し、データ信号変換部３１５に対して出力する。
そして、データ信号変換部１０１５は、帰還信号調整部１０１３から供給された帰還電圧の電圧値を予め設定された増幅率により増幅し、データ信号としてデータ信号判定部１０４に対して出力する。
【０１３４】
ステップＳ３１：
次に、データ信号判定部１０４は、データ信号変換部３１５から供給されるデータ信号の示す電圧値が、内部の記憶部に記憶されているデータ範囲に含まれているか否かの判定をおこなう。このとき、データ信号判定部１０４は、データ信号の示す電圧値がデータ範囲に含まれている場合、処理をステップＳ３２へ進める。一方、データ信号判定部１０４は、データ信号の示す電圧値がデータ範囲に含まれていない場合、処理をステップＳ３３へ進める。
【０１３５】
ステップＳ３２：
次に、データ信号判定部１０４は、データ信号変換部３１５から供給されたデータ信号を、外部の磁界検出装置に対して出力する。
この磁界検出装置は、すでに述べたように、内部の記憶部に記憶されている磁界強度テーブルから、磁気素子制御装置３０から供給されたデータ信号の示す電圧値に対応する磁界強度を読み出し、自身の表示部に対して表示する。
【０１３６】
ステップＳ３３：
次に、データ信号判定部１０４は、データ信号変換部３１５から供給されたデータ信号を破棄し、エラー信号を外部の磁界検出装置に対して出力する。
この磁界検出装置は、すでに述べたように、磁気素子制御装置３０からエラー信号が供給されると、印加されている定常磁界が測定不能であることを示す通知を、自身の表示部に対して表示する。
【０１３７】
ステップＳ３４：
次に、磁気素子制御部３１は、切替スイッチが磁気比例モードである場合、第１アナログスイッチ３２１を非導通状態とし、第２アナログスイッチ３２２を導通状態とする。
これにより、時間−出力信号変換部３１３は、上記切替スイッチが磁気比例式の構成とする制御を示す構成であるため、検出信号比較部３１２から供給される差分Ｔdに基づいて磁界強度を示す電圧値を、データ信号変換部３１５に対して出力する。
【０１３８】
ステップＳ３５：
次に、時間−出力信号変換部３１３は、検出信号比較部３１２から供給される差分Ｔdに基づいて磁界強度を示す電圧値を求め、求めた電圧値をデータ信号変換部３１５に対して出力する。
この磁界比例式による磁界強度の検出は、すでに述べた従来例の場合と同様である。
【０１３９】
次に、図１１及び図１３を用いて第３の実施形態における磁気素子制御装置３０の他の磁気素子制御処理を説明する。図１３は、第３の実施形態における磁気素子制御装置１３０が行う磁気素子制御処理（アナログ値による帰還電圧の生成処理）の動作例を説明するフローチャートである。
【０１４０】
ステップＳ４１：
磁気素子制御部３１は、切替スイッチが磁気平衡式の構成として磁気素子制御装置３０を使用すること示す状態（磁気平衡式モード）、あるいは磁気比例式の構成として磁気素子制御装置３０を使用することを示す状態（磁気比例式モード）のいずれであるかの検出を行う。
ここで、磁気素子制御部３１は、切替スイッチが磁気平衡式モードである場合、処理をステップＳ４２へ進め、一方、切替スイッチが磁気比例式モードである場合、処理をステップＳ５１へ進める。
【０１４１】
ステップＳ４２：
次に、磁気素子制御部３１は、切替スイッチが磁気平衡モードである場合、第１アナログスイッチ３２１を導通状態とし、第２アナログスイッチ３２２を非導通状態とする。
これにより、磁気素子制御装置３０は、磁気平衡式による磁界強度の検出をおこなう構成となる。
【０１４２】
ステップＳ４３：
次に、検出信号増幅部３１１は、検出コイル５３の両端の電圧を予め設定された所定の増幅率により増幅し、検出信号比較部３１２へ出力する。
そして、検出信号比較部３１２は、検出された第１検出信号及び第２検出信号を時間情報として、時間−出力信号変換部３１３に対して出力する。
【０１４３】
ステップＳ４４：
検出信号が供給されると、時間−出力信号変換部３１３は、第１検出信号及び第２検出信号の出力される周期（時間情報）に基づき、電圧情報としてのデューティ比を有するパルスの列（以下パルス列）を生成し、このデューティ比を有するパルス列を電圧情報として帰還信号調整部３１４に対して出力する。
【０１４４】
ステップＳ４５：
帰還信号調整部３１４は、供給されるデューティ比を有するパルス列により、ＰＷＭ回路などにより、直流電圧を生成して、この直流電圧に対応した電流値の帰還信号（第１帰還信号及び第２帰還信号）を生成し、励磁信号調整部３１６に対して出力する。
ここで、帰還信号調整部３１４は、例えば、オペアンプを用いて構成された電圧電流変換回路が設けられている。この電圧電流変換回路において、オペアンプ機能のアンプを用い、正入力と負入力の電位差がゼロに維持されるようにこのアンプが機能するため、アンプの出力から正入力への電流信号は、外部磁界と比例関係となる。
【０１４５】
そして、この電流信号に比例する信号を帰還信号（第１帰還信号及び第２帰還信号）として、励磁コイル（第１励磁コイル５１、第２励磁コイル５２）に印加することで、この帰還信号による磁界が発生し、磁気素子５０内の磁性体コアに印加される磁界が一定になるように調整する。結果として、外部の定常磁界に依存せず、第１検出信号と第２検出信号の時間間隔を一定（Ｔ／２）に保持することができる。ここで、帰還信号調整部３１４は、パルス列により、ＰＷＭ回路で生成された直流電圧から第１帰還信号を生成し、この第１帰還信号の電流と極性の異なる同一の電流値の電流を第２帰還信号として生成する。
【０１４６】
ステップＳ４６：
次に、励磁信号調整部３１６は、帰還信号調整部３１４から供給される第１帰還信号及び第２期間信号の各々を、三角波から生成した三角波電流信号である第１励磁信号ＤＲ１、第２励磁信号ＤＲ２それぞれに対して重畳する。
そして、励磁信号調整部３１６は、生成した第１励磁信号ＤＲ１を第１励磁コイル５１に対して印加し、第２励磁電流ＤＲ２を第２励磁コイル５２に対して印加する。
【０１４７】
ステップＳ４７：
次に、帰還信号調整部３１４は、ＰＷＭ回路等により、デューティ比を有するパルス列を、積分器などにより生成した直流電圧を、データ信号変換部３１５へ出力する。
そして、データ信号変換部３１５は、帰還信号調整部３１４から供給された直流電圧の電圧値を予め設定されたオフセット値によりオフセット調整し、かつ、予め設定した増幅率により増幅し、増幅した結果をデータ信号としてデータ信号判定部１０４に対して出力する。
【０１４８】
ステップＳ４８：
次に、データ信号判定部１０４は、データ信号変換部３１５から供給されるデータ信号の示す電圧値が、内部の判定回路に設定されている２個の閾値電圧で規定されるデータ範囲に含まれているか否かの判定をおこなう。このとき、データ信号判定部１０４は、データ信号の示す電圧値がデータ範囲に含まれている場合、処理をステップＳ４９へ進める。一方、データ信号判定部１０４は、データ信号の示す電圧値がデータ範囲に含まれていない場合、処理をステップＳ５０へ進める。
【０１４９】
ステップＳ４９：
次に、データ信号判定部１０４は、データ信号変換部３１５から供給されたデータ信号を、外部の磁界検出装置に対して出力する。
この磁界検出装置は、すでに述べたように、Ａ／Ｄ変換によりデータ信号の電圧をデジタル値に変換し、変換したデジタル値により内部の記憶部に記憶されている磁界強度テーブルから、磁気素子制御装置３０から供給されたデータ信号の示す電圧値に対応する磁界強度を読み出し、自身の表示部に対して表示する。実施例１と同様に、データ信号判定部１０４の出力データ信号はアナログ値であるが、磁気素子制御装置１０内で、Ａ／Ｄ変換することにより、出力データ信号をデジタル化することも可能である。
【０１５０】
ステップＳ５０：
次に、データ信号判定部１０４は、データ信号変換部３１５から供給されたデータ信号を破棄し、エラー信号を外部の磁界検出装置に対して出力する。
この磁界検出装置は、すでに述べたように、磁気素子制御装置３０からエラー信号が供給されると、印加されている定常磁界が測定不能であることを示す通知を、自身の表示部に対して表示する。
【０１５１】
ステップＳ５１：
次に、磁気素子制御部３１は、切替スイッチが磁気比例モードである場合、第１アナログスイッチ３２１を非導通状態とし、第２アナログスイッチ３２２を導通状態とする。
これにより、時間−出力信号変換部３１３は、上記切替スイッチが磁気比例式の構成とする制御を示す構成であるため、検出信号比較部３１２から供給される差分Ｔdに基づいて磁界強度を示す電圧値を、データ信号変換部３１５に対して出力する。
【０１５２】
ステップＳ５２：
次に、検出信号増幅部３１１は、検出コイル５３の両端の電圧を増幅し、検出信号比較部３１２へ出力する。
そして、検出信号比較部３１２は、検出された第１検出信号及び第２検出信号を時間情報として、時間−出力信号変換部３１３に対して出力する。
【０１５３】
ステップＳ５３：
検出信号が供給されると、時間−出力信号変換部３１３は、第１検出信号及び第２検出信号の出力される周期（時間情報）に基づき、電圧情報としてのデューティ比を有するパルスの列（以下パルス列）を生成し、このデューティ比を有するパルス列を電圧情報としてデータ信号変換部３１５に対して出力する。
データ信号変換部３５は、供給されるデューティ比を有するパルス列により、ＰＷＭ回路などにより、直流電圧を生成して測定電圧とする。後段のステップＳ３７においては、測定電圧を帰還信号として処理が行われる。
【０１５４】
上述した第３の実施形態は、第１アナログスイッチ３２１及び第２アナログスイッチ３２２の各々の導通状態を制御することにより、磁気素子制御装置３０を磁気平衡式による磁界測定の構成、あるいは磁気比例式による磁界測定の構成のいずれかに切り換えて用いることができる。
第３の実施形態は、第１アナログスイッチ３２１を非導通状態とし、第２アナログスイッチ３２２をオン状態とすることにより、帰還信号（第１帰還信号、第２帰還信号）を三角波電流信号である励磁信号（第１励磁信号ＤＲ１、第２励磁信号ＤＲ２）に重畳させない。すなわち、励磁信号に対して、磁気素子５０に印加されている定常磁界をキャンセルする帰還信号を重畳させることをせずに、定常磁界をキャンセルする電圧を、測定電圧として直接に磁界強度に変換する構成を簡易な回路により実現している。
【０１５５】
また、本実施形態は、ＦＢ信号である第１帰還信号及び第２帰還信号の各々を、第１励磁信号ＤＲ１、第２励磁信号ＤＲ２それぞれに重畳させ、この第１励磁信号ＤＲ１を第１励磁コイル５１に印加し、第２励磁信号ＤＲ２を第２励磁コイル５２に対して印加する。このため、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、磁気感度の温度依存性と磁気素子の出力値の温度依存性との双方を同時に抑制することが可能である。従来の磁気平衡式で使用するＦＢコイルが設けられた磁気素子のFBコイルと第２励磁コイルとして使用することが可能であるため、磁気素子の構造を新規に設計する必要がないという利点がある。
【０１５６】
ここで、磁気素子を小型化するのみでなく、磁気素子のサイズが磁気平衡式と同等の場合、ＦＢコイルの領域を用い、励磁コイルや検出コイルの巻数を増加させることにより、励磁効率の増加によって、さらに定常磁界の測定範囲を広げたり、検出コイルにおける検出信号のＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ）比を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、オフセット電圧とともに帰還信号を励磁信号に重畳させるため、周囲の環境による磁界強度に対応したオフセット電圧をオフセット電圧調整部１０１８に設定しておくことにより、精度良く容易に測定対象の磁界強度を測定することができる。
【０１５７】
さらに、本実施形態によれば、磁気比例式（第１アナログスイッチ３２１が非導通状態、第２アナログスイッチ３２２を導通状態の場合）による磁界測定の場合、励磁電流と励磁効率とに制限される測定磁界範囲に対応して、測定対象の定常磁界の測定を考慮する。これにより、磁界と測定された測定電圧との間に良好な線形性が得られる。さらに、この磁気比例式における測定磁界範囲内の定常磁界を測定する際、ＦＢ信号の生成を行う必要がないため、消費電流を抑制することが可能となる。
一方、測定磁界範囲が広い、すなわち磁気比例式（第１アナログスイッチ３２１が導通状態、第２アナログスイッチ３２２を非道通状態の場合）における測定磁界範囲より磁界強度の大きい範囲における磁界測定を行う場合、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、磁気平衡式による磁界測定を行う必要がある。この磁気平衡式により、広い磁界強度の範囲で磁界と帰還信号との線形性を得ることができる。
【０１５８】
また、任意の時間幅の測定周期をクロック信号に同期させて生成し、第１励磁コイル５１及び第２励磁コイル５２に対して励磁信号を印加して測定処理を行う期間と、第１励磁コイル５１及び第２励磁コイル５２に対しての励磁信号の印加を停止して測定を行わない期間を交互に設け、第１励磁コイル５１び第２励磁コイル５２を間欠動作させる。ここで、当然のことながら、第１励磁コイル５１と第２励磁コイル５２とは、互いの温度特性をキャンセルする必要があるため、同一のタイミングで間欠動作させる必要がある。
これにより、磁気素子５０自体の発熱が抑制され、温度変化を低減することにより、より精度の高い磁界強度の測定が行える。
【０１５９】
さらに、第２の実施形態と同様に、この間欠動作の機能を用いて、複数の磁気素子の励磁コイルを順番に駆動することにより、１つの磁気素子制御装置により、複数の磁気素子により定常磁界を測定することが可能である。
例えば、３個の磁気素子の各々の測定軸、すなわちｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の３軸のそれぞれを直交するように磁気素子を設け、３次元空間における磁界強度及び磁界の方向を測定する他軸の磁気素子の制御に用いることができる。
【０１６０】
また、図１の磁気素子制御部１１、図６の磁気素子制御部２１、図１１の磁気制御部３１各々の機能（デジタル値による帰還信号の生成を行う演算処理）を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより磁気素子制御の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【０１６１】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【０１６２】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【０１６３】
５０…磁気素子
５１…第１励磁コイル
５２…第２励磁コイル
５３…検出コイル
５４…磁性体コア
１０，２０，３０…磁気素子制御装置
１１，２１，３１…磁気素子制御部
１０２…クロック信号生成部
１０３…クロック信号調整部
１０４…データ信号判定部
１１１，２１１，３１１…検出信号増幅部
１１２，２１２，３１２…検出信号比較部
１１３，２１３，３１３…時間−出力信号変換部
２１４，３１４，２１４１，２１４２、２１４１Ａ，２１４２Ａ…帰還信号調整部
１１５，２１５，３１５…データ信号変換部
１１６，２１６，２１６Ａ，３１６…励磁信号調整部
１１７，２１７，３１７…励磁信号生成部
２００１，２００２…差動増幅器
２００３…インバータ
２００４…抵抗
【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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