(57)【要約】【課題】消費電流の抑制、検出精度の向上、および磁界検出範囲の拡大が可能な磁界検出センサを提供すること。【解決手段】外部磁界が印加されない状態の磁気検出素子１２の特性におけるインピーダンスの極値位置を基準点とし、前記基準点からのインピーダンスの変化量に応じて変化する電気信号を出力する検出ユニット３０を有し、前記電気信号の電圧の変化の方向が切り替わる各頂点のタイミングにおける振幅を検出する振幅検出回路３３を検出ユニット３０に設けた。外部磁場が大きいと位相差を検出できないが、振幅に基づき磁界を算出することで広い範囲の検出が可能になる。位相差検出できるか否かを識別して検出モードを自動的に切り替える。位相差検出できる場合は、位相差と振幅のいずれか又は両方を使って磁界の大きさおよび方向を検出する。【選択図】図１
2018081057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気インピーダンス効果が生じる磁性材料と、前記磁性材料に対してバイアス磁界を印加するバイアスコイルとで構成される磁気検出素子と、前記磁性材料に高周波電流を供給する高周波発振回路と、前記バイアスコイルに交流バイアス電流を供給する交流バイアス回路と、を有する磁界検出センサであって、
外部磁界が印加されない状態の前記磁気検出素子の特性におけるインピーダンスの極値位置を基準点とし、前記基準点からのインピーダンスの変化量に応じて変化する電気信号を出力する検出回路を備え、
前記検出回路は、少なくとも前記電気信号の電圧の変化の方向が切り替わる各頂点のタイミングにおける振幅を検出する振幅検出回路を含む、
ことを特徴とする磁界検出センサ。
【請求項２】
前記検出回路は、
前記磁気検出素子の磁性材料と、３個の抵抗器とで構成され、前記磁気検出素子が前記基準点のインピーダンスである時に平衡状態になるブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路の出力電圧を検出する電圧検出回路と、
を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の磁界検出センサ。
【請求項３】
前記検出回路は、
前記電気信号の電圧の変化の方向が切り替わる各頂点のタイミングにおける位相差を検出する位相差検出回路と、
前記位相差検出回路、および前記振幅検出回路のいずれか一方、または両方を選択する選択回路、
を備える、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁界検出センサ。
【請求項４】
前記選択回路は、
外部磁界の強さの大小を識別した結果に応じて、前記位相差検出回路、および前記振幅検出回路のいずれか一方、または両方を自動的に選択する、
ことを特徴とする請求項３に記載の磁界検出センサ。
【請求項５】
前記検出回路は、
前記位相差検出回路、および前記振幅検出回路の両方の出力を利用して、位相差に基づいて算出した第１の磁界強度、および振幅に基づいて算出した第２の磁界強度を取得し、前記第１の磁界強度、および前記第２の磁界強度を平均化した結果に基づいて、最終的な外部磁界の大きさを検出する、
ことを特徴とする請求項４に記載の磁界検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気インピーダンス効果を利用する磁界検出センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気インピーダンス効果を利用した磁気検出素子（ＭＩ素子）を用いた磁気センサの従来技術が例えば特許文献１〜特許文献３に示されている。例えば、アモルファス合金ワイヤなどの高透磁率合金磁性体においては、表皮効果の影響により、外部磁界に応じてインピーダンスが敏感に変化する。これが磁気インピーダンス効果である。
【０００３】
特許文献１に示された構成においては、コルピッツ発振回路にＭＩ素子が組み込まれている。また、このＭＩ素子に巻回されたコイルに交流バイアス電流が流されることにより、ＭＩ素子に交流バイアス磁界がかけられる。そして、外部磁界とバイアス磁界に応じたＭＩ素子のインピーダンス変化により、発振回路の出力に振幅変調波形が得られる。この振幅変調波形における高低差が外部磁界の強さに対応する。したがって、振幅変調波形を検波した後で、直流成分を除去し、コンパレータで電圧を比較することにより、パルス幅変調されたデジタル波形の出力信号を得ている。つまり、発振回路の出力における振幅の変化分から外部磁界の強さを求めるようにしている。
【０００４】
特許文献２に示された構成においては、発振回路の出力する高周波の正弦波電流を、バッファ回路を経由して、薄膜磁気インピーダンス素子の磁気コアの両端に印加している。検波回路は、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。また、磁気インピーダンス素子のヒステリシスを解消するヒステリシスキャンセル回路を具備している。また、磁気インピーダンス素子の動作点を移動するためにバイアスコイルに電流を流している。更に、検出された磁界に応じて負帰還コイルに電流を流している。
【０００５】
また、特許文献３に示された磁界検出センサにおいては、特別な構成の磁気インピーダンス素子を採用している。すなわち、この磁気インピーダンス素子は、長手方向が磁界の検出方向とされ、磁性膜の磁化容易軸が長手方向に沿う方向に磁気異方性がつけられている。ここで、磁界の検出方向と磁性膜の磁化容易軸とを同方向とすることにより磁気インピーダンス特性をピラミッド型にすることができる。そのため、Ｍ字型の特性のように傾きが急峻となるところまで直流及び交流バイアスを掛ける必要が無い。更に、ピラミッド型ではＭ字型よりもヒステリシスが小さいため検出精度を向上でき、且つ、傾きが全域に亘って所定の傾斜を有していることから、検出範囲を広くすることができる。従って、消費電流を抑えると共に検出精度を高め、且つ、検出範囲を広範とすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１２７２１８号公報
【特許文献２】特開２０００−１８０５２１号公報
【特許文献３】特開２０１５−９２１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に示されているような磁気インピーダンス効果を利用した従来の磁界検出センサにおいては、以下に示すような課題がある。
（１）磁界を検出できる範囲が狭い。
（２）磁気インピーダンス素子の磁気インピーダンス特性がＭ字型であるため、交流バイアスを用いる場合に、傾きが急峻な位置まで交流バイアスをかけないと高感度の測定ができない。そのため、消費電流が増大する。
（３）磁気インピーダンス特性がＭ字型の磁気インピーダンス素子は、ピラミッド型と比べてヒステリシスが大きくなる。そのため、検出精度が低下する。
【０００８】
一方、特許文献３のようにピラミッド型の磁気インピーダンス特性を有する磁気インピーダンス素子を採用する場合には、上記（２）、（３）の課題を改善できる。しかし、特許文献３の図１に示されている構成の回路を用いて磁界を検出する場合には、外部磁界が大きくなると、特許文献３の図６（ｄ）に示されている微分回路出力に必要なパルスが現れなくなるため、当該パルスの位相を検知できず磁界を検出できない状態になる。したがって、上記（１）の課題を解消できない。
【０００９】
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、消費電流の抑制、検出精度の向上、および磁界検出範囲の拡大が可能な磁界検出センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するために、本発明に係る磁界検出センサは、下記（１）〜（５）を特徴としている。
（１）  磁気インピーダンス効果が生じる磁性材料と、前記磁性材料に対してバイアス磁界を印加するバイアスコイルとで構成される磁気検出素子と、前記磁性材料に高周波電流を供給する高周波発振回路と、前記バイアスコイルに交流バイアス電流を供給する交流バイアス回路と、を有する磁界検出センサであって、
外部磁界が印加されない状態の前記磁気検出素子の特性におけるインピーダンスの極値位置を基準点とし、前記基準点からのインピーダンスの変化量に応じて変化する電気信号を出力する検出回路を備え、
前記検出回路は、少なくとも前記電気信号の電圧の変化の方向が切り替わる各頂点のタイミングにおける振幅を検出する振幅検出回路を含む、
ことを特徴とする磁界検出センサ。
【００１１】
（２）  前記検出回路は、
前記磁気検出素子の磁性材料と、３個の抵抗器とで構成され、前記磁気検出素子が前記基準点のインピーダンスである時に平衡状態になるブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路の出力電圧を検出する電圧検出回路と、
を備える、ことを特徴とする上記（１）に記載の磁界検出センサ。
【００１２】
（３）  前記検出回路は、
前記電気信号の電圧の変化の方向が切り替わる各頂点のタイミングにおける位相差を検出する位相差検出回路と、
前記位相差検出回路、および前記振幅検出回路のいずれか一方、または両方を選択する選択回路、
を備える、ことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の磁界検出センサ。
【００１３】
（４）  前記選択回路は、
外部磁界の強さの大小を識別した結果に応じて、前記位相差検出回路、および前記振幅検出回路のいずれか一方、または両方を自動的に選択する、
ことを特徴とする上記（３）に記載の磁界検出センサ。
【００１４】
（５）  前記検出回路は、
前記位相差検出回路、および前記振幅検出回路の両方の出力を利用して、位相差に基づいて算出した第１の磁界強度、および振幅に基づいて算出した第２の磁界強度を取得し、前記第１の磁界強度、および前記第２の磁界強度を平均化した結果に基づいて、最終的な外部磁界の大きさを検出する、
ことを特徴とする上記（４）に記載の磁界検出センサ。
【００１５】
上記（１）の構成の磁界検出センサによれば、磁気検出素子に印加される外部磁界の影響によって、電気信号の電圧の変化の方向が切り替わる各頂点のタイミングにおける振幅が変化する。したがって、この振幅を振幅検出回路で検出することにより、外部磁界の大きさを検知できる。しかも、外部磁界が大きくなっても振幅の変化は検出できるので、磁界検出範囲を拡大できる。また、基準点からのインピーダンスの変化量を検知するので、動作点を移動するために大きなバイアス電流を流す必要がなく、消費電流の増大を抑制できる。
【００１６】
上記（２）の構成の磁界検出センサによれば、ブリッジ回路を利用することにより、電源電圧変動や温度変化などの影響を受けにくくなる。しかも、磁気検出素子が前記基準点の状態である時にブリッジが平衡状態になって出力電圧がゼロになるので、基準点の状態に対するインピーダンスの変動分を電圧として出力することができる。したがって、検出精度が向上する。
【００１７】
上記（３）の構成の磁界検出センサによれば、選択回路を用いることにより、位相差検出回路、および振幅検出回路のいずれか一方、または両方を必要に応じて使い分けることができる。これにより、磁界検出範囲の拡大や、検出精度の向上が可能になる。
【００１８】
上記（４）の構成の磁界検出センサによれば、選択回路を用いることにより、外部磁界の強さの大小に応じて、位相差検出回路、および振幅検出回路のいずれか一方、または両方を自動的に使い分けることができる。したがって、ユーザが特別な選択操作を行わなくても、状況に応じて最適な検出結果を得ることが可能になる。
【００１９】
上記（５）の構成の磁界検出センサによれば、位相差に基づいて算出した第１の磁界強度と、振幅に基づいて算出した第２の磁界強度とを平均化した結果を出力するので、検出誤差を減らすことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の磁界検出センサによれば、消費電流の抑制、検出精度の向上、および磁界検出範囲の拡大が可能になる。すなわち、前記磁気検出素子に印加される外部磁界の影響によって、電気信号の電圧の変化の方向が切り替わる各頂点のタイミングにおける振幅を振幅検出回路で検出することにより、外部磁界の大きさを検知できる。しかも、外部磁界が大きくなっても振幅の変化は検出できるので、磁界検出範囲を拡大できる。また、基準点からのインピーダンスの変化量を検知するので、動作点を移動するために大きなバイアス電流を流す必要がなく、消費電流の増大を抑制できる。また、複数種類の回路を使い分けることにより検出精度が向上する。
【００２１】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施形態における磁界検出センサの構成例を示すブロック図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は、２種類の磁気インピーダンス素子の各々の構成例を示す斜視図である。
【図３】図３は、磁気インピーダンス素子の磁気検出特性の具体例を示すグラフである。
【図４】図４は、磁気インピーダンス素子における入力磁界と出力信号との相関関係の例を示すグラフである。
【図５】図５は、磁界検出センサ内部の主要な信号の変化例を示すタイムチャートである。
【図６】図６は、外部磁界が大きい場合の主要な信号の変化例を示すタイムチャートである。
【図７】図７は、外部磁界と位相検出回路の動作との関係の例を示すグラフである。
【図８】図８は、外部磁界と振幅検出回路が検出する振幅との関係の例を示すグラフである。
【図９】図９は、外部磁界と振幅検出回路の動作との関係の例を示すグラフである。
【図１０】図１０は、磁界検出センサにおける特徴的な動作の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
【００２４】
＜磁界検出センサ２００の構成例＞
本発明の実施形態における磁界検出センサ２００の構成例を図１に示す。
図１に示した磁界検出センサ２００は、駆動ユニット２０および検出ユニット３０により構成されている。詳細については後で説明するが、駆動ユニット２０に含まれている磁気インピーダンス素子１２は、磁気インピーダンス効果が生じる磁性材料を含んでいる。つまり、この磁界検出センサ２００は磁気インピーダンス素子１２を利用して外部磁界を検出する。
【００２５】
図１に示した駆動ユニット２０は、発振回路２１、ブリッジ回路２２、および信号処理部２３を備えている。ブリッジ回路２２は、磁気インピーダンス素子１２と、３個の抵抗器２４、２５、および２６とで構成されている。磁気インピーダンス素子１２は、その磁性材料の長手方向の一端および他端でブリッジ回路２２と接続されている。
【００２６】
磁気インピーダンス素子１２の磁性材料の周囲に配置されたバイアスコイル１４は、この磁性材料に交流バイアス磁界を印加するために設けてある。また、本実施形態では、バイアスコイル１４は負帰還用の磁界を発生するためにも利用される。バイアスコイル１４の一端に交流バイアス信号ＳＧ３が印加される。バイアスコイル１４の他端はアースと接続されている。交流バイアス信号ＳＧ３の波形は基本的にはスイッチ回路３６のスイッチの切替で選択した波形である。
【００２７】
磁気インピーダンス素子１２は、１つの抵抗器としてブリッジ回路２２に接続されている。本実施形態で採用している磁気インピーダンス素子１２は、外部磁界が印加されない基準状態でインピーダンス（直流抵抗）が最大になる特性を有している。そして、磁気インピーダンス素子１２のインピーダンスが最大になった状態でブリッジ回路２２が平衡状態になるように、抵抗器２４、２５、および２６の各抵抗値を選定してある。
【００２８】
ブリッジ回路２２の入力側の端子２２ａ、および２２ｂは、それぞれ発振回路２１の出力、およびアースと接続してある。発振回路２１は、例えば数十［ＭＨｚ］程度の周波数の高周波電圧を信号ＳＧ１としてブリッジ回路２２に供給する。信号ＳＧ１の波形は矩形波、正弦波、三角波のいずれかから成る。
【００２９】
ブリッジ回路２２の出力側の端子２２ｃ、および２２ｄは、それぞれ信号処理部２３の入力端子と接続されている。信号処理部２３の内部には、２つのピークホールド回路（Ｐ／Ｈ）２７および２８と、計装増幅器（ＩＮＳ）２９とが備わっている。
【００３０】
ピークホールド回路２７は、ブリッジ回路２２の端子２２ｃに現れる電位のピーク電位を検出して保持する。ピークホールド回路２８は、ブリッジ回路２２の端子２２ｄに現れる電位のピーク電位を検出して保持する。計装増幅器２９は、ピークホールド回路２７が保持するピーク電位と、ピークホールド回路２８が保持するピーク電位との電位差を増幅し、信号ＳＧ２として出力する。
【００３１】
一方、検出ユニット３０の内部には、増幅器（ＡＭＰ）３１、スイッチ回路（ＳＷ）３２、振幅検出回路３３、位相検出回路３４、マイクロコンピュータ（マイコン）３５、スイッチ回路３６、および増幅器３７が備わっている。
【００３２】
また、振幅検出回路３３は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３３ａ、コンパレータ（ＣＯＭＰ）３３ｂ、アナログスイッチ３３ｃ、およびピークホールド回路３３ｄを備えている。位相検出回路３４は、微分回路３４ａ、増幅器３４ｂ、微分回路３４ｃ、およびコンパレータ（ＣＯＭＰ）３４ｄを備えている。
【００３３】
マイクロコンピュータ３５は、予め組み込まれているプログラムを実行することにより、磁界検出センサ２００の機能を実現するための各種制御を行う。例えば、振幅検出回路３３が出力する振幅検出信号ＳＧ９、および位相検出回路３４が出力する位相差検出信号ＳＧ５に基づいて検出された外部磁界の大きさおよび方向を把握し、その情報をデジタル出力信号ＳＧ１０として出力する。また、三角波の交流バイアス波形出力信号ＳＧ１１、および正弦波の交流バイアス波形出力信号ＳＧ１２をマイクロコンピュータ３５が出力する。
【００３４】
交流バイアス波形出力信号ＳＧ１１、およびＳＧ１２は、スイッチ回路３６および増幅器３７を経由して駆動ユニット２０に印加され、交流バイアス信号ＳＧ３としてバイアスコイル１４に供給される。
【００３５】
＜磁気インピーダンス素子１２の構成例＞
２種類の磁気インピーダンス素子１２の各々の構成例を図２（ａ）および図２（ｂ）にそれぞれ示す。図２（ａ）に示すように、磁気インピーダンス素子１２は、非磁性基板１２ａと、磁性薄膜（磁性膜）１２ｂと、電極１２ｃ、１２ｄとにより構成されている。
【００３６】
非磁性基板１２ａは、非磁性体から構成される基板であって、プリント基板１００に載置されている。この非磁性基板１２ａは、チタン酸カルシウム、酸化物ガラス、チタニア、アルミナ等によって構成されており、本実施形態では略直方体に構成されている。
【００３７】
磁性薄膜１２ｂは、高透磁率金属磁性膜によって構成されており、図２（ａ）に示すように、非磁性基板１２ａの表面のうち、プリント基板１００が設けられる面の反対面において平面視してミアンダ形状（つづら折れ形状）となるように形成されている。より詳細に、この磁性薄膜１２ｂは、矩形波形状における立ち上り及び立ち下り方向が、略直方体をなす非磁性基板１２ａの長手方向に伸びている。
【００３８】
また、磁性薄膜１２ｂは、その磁化容易軸方向が膜面内で磁性薄膜１２ｂの長手方向と同方向となるように磁気異方性がつけられており、全体として非磁性基板１２ａの長手方向と磁化容易軸方向とが同方向となるようにされている。
【００３９】
電極１２ｃ，１２ｄは、非磁性基板１２ａの表面、且つ、磁性薄膜１２ｂの両端に設けられており、プリント基板１００上の電極１００ａ，１００ｂとボンディングワイヤにて接続されるものである。したがって、プリント基板１００上の電極１００ａ，１００ｂがそれぞれ図１に示したブリッジ回路２２の端子２２ａ，２２ｃと接続される。
【００４０】
さらに、図２（ａ）に示すように、プリント基板１００は磁気インピーダンス素子１２の幅方向の両側に、磁気インピーダンス素子１２と間隔を開けて、切欠き部１００ｃを備えている。切欠き部１００ｃは、プリント基板１００の一端からプリント基板１００の中央付近まで伸びている。
【００４１】
また、バイアスコイル１４は、プリント基板１００の切欠き部１００ｃを介して、磁気インピーダンス素子１２の周囲に巻きまわされている。このため、バイアスコイル１４のコイル軸方向は、非磁性基板１２ａの長手方向と同方向となり、当該磁気インピーダンス素子１２の長手方向が磁界の検出方向とされる。さらに、上記したように、非磁性基板１２ａの長手方向と磁化容易軸方向とが同方向となるようにされていることから、磁性薄膜１２ｂの磁化容易軸は磁界の検出方向と同方向となるように磁気異方性がつけられていることとなる。
【００４２】
また、図２（ｂ）に示すように、磁性薄膜１２ｂは、非磁性基板１２ａの裏面、すなわちプリント基板１００が設けられる側の面に形成されてもよい。この場合、電極１２ｃ，１２ｄは、非磁性基板１２ａの裏面、且つ、磁性薄膜１２ｂの両端に設けられることとなる。また、プリント基板１００上の電極１００ａ，１００ｂについても、非磁性基板１２ａの裏面側に設けられている。図１に示した磁界検出センサ２００の磁気インピーダンス素子１２の構成としては、図２（ａ）、図２（ｂ）のいずれの構成を採用してもよい。
【００４３】
＜磁気インピーダンス素子１２の磁気検出特性＞
磁気インピーダンス素子１２の磁気検出特性の具体例を図３に示す。図３において、横軸は外部磁界の大きさおよび方向Ｈ［Ｏｅ］を表し、縦軸は磁性薄膜１２ｂの長手方向の両端の間のインピーダンス（直流抵抗）［Ω］を表す。
【００４４】
つまり、磁気インピーダンス素子１２のインピーダンスは、図３に示すように外部磁界の大きさがゼロの状態で最大になり、正方向または逆方向の外部磁界が印加されると外部磁界の大きさに比例するようにインピーダンスが減少するので、ピラミッドのような形状になる。したがって、磁気インピーダンス素子１２の特性は、特許文献１、特許文献２に示されたようなＭ字形状の一般的な磁気インピーダンス素子とは大きく異なる。
【００４５】
このようなピラミッド型の特性を有する磁気インピーダンス素子１２を採用することにより、インピーダンスが極値（この場合はピーク値）になる基準点の近傍であっても、図３に示すように外部磁界の変化に対するインピーダンス変化の傾きが十分に大きくなる。そのため、前記基準点からずれた位置に動作点をシフトすることなく高感度で外部磁界を検出可能であり、大きなバイアス電流を流す必要がない。
【００４６】
＜磁気インピーダンス素子１２を使用する場合の基本的な動作原理＞
磁気インピーダンス素子１２における入力磁界と出力信号との相関関係の例を図４に示す。図４において、インピーダンス特性４１のグラフの横軸は磁気インピーダンス素子１２に加わる入力磁界の大きさおよび方向Ｈ［Ａ／ｍ］を表し、縦軸は磁気インピーダンス素子１２の磁性薄膜１２ｂにおける長手方向両端間のインピーダンスＺ（直流抵抗値）［Ω］を表す。
【００４７】
図４に示すように、インピーダンス特性４１の基準点４１ｒを中心として動作するように、バイアスコイル１４に流れる電流よって交流バイアス磁界４２が磁性薄膜１２ｂに印加される。図４の例では振幅Ｖｐの大きさで波形が三角波の交流バイアス磁界４２を印加する場合を想定している。したがって、基準点４１ｒを中心としてプラス方向およびマイナス方向に、Ｖｐの振幅で交流バイアス磁界４２の方向が交互に変化する。
【００４８】
そして、この交流バイアス磁界４２の他に、検出対象の外部磁界が磁性薄膜１２ｂに印加される。したがって、図４に示すように外部磁界と交流バイアス磁界の和４２Ｐ、４２Ｎが磁性薄膜１２ｂに印加される。つまり、外部磁場がプラス方向の場合には交流バイアス磁界４２の波形を外部磁場の大きさだけプラス方向にシフトした波形が外部磁界と交流バイアス磁界の和４２Ｐとして磁性薄膜１２ｂに印加される。外部磁場がマイナス方向の場合には交流バイアス磁界４２の波形を外部磁場の大きさだけマイナス方向にシフトした波形が外部磁界と交流バイアス磁界の和４２Ｎとして磁性薄膜１２ｂに印加される。
【００４９】
そして、磁性薄膜１２ｂに印加される磁界、すなわち交流バイアス磁界４２、外部磁界と交流バイアス磁界の和４２Ｐ、４２Ｎと、インピーダンス特性４１とに従い、インピーダンスＺが変化する。このインピーダンスＺの変化を、例えば図１に示したブリッジ回路２２を用いて、センサ出力信号４３、４３Ｐ、４３Ｎとして取り出すことができる。
【００５０】
図４において、センサ出力信号４３、４３Ｐ、および４３Ｎは、それぞれ交流バイアス磁界４２、外部磁界と交流バイアス磁界の和４２Ｐ、および４２Ｎに対応する。つまり、交流バイアス磁界４２の変化と外部磁場とに応じて、センサ出力信号４３、４３Ｐ、４３Ｎの状態が定まる。また、図４に示したセンサ出力信号４３、４３Ｐ、４３Ｎにおいて、縦方向は信号の電位および振幅を表し、横方向は時間ｔの変化を表している。
【００５１】
外部磁場がゼロの場合には、センサ出力信号４３が出力される。つまり、基準点４１ｒの抵抗値に対応する電位Ｖｒと、この点から振幅Ｖｐに対応する電位差だけずれた電位Ｖ１までの間で交流バイアス磁界４２の変化に伴って変化するようなセンサ出力信号４３が得られる。
【００５２】
また、プラス方向の外部磁場が印加された場合には、基準点４１ｒの電位Ｖｒから外部磁場の大きさだけシフトした電位ＶｒＰを中心として、振幅Ｖｐに対応する電位差だけ上下にずれた電位までの間で、交流バイアス磁界４２の変化に伴って変化するようなセンサ出力信号４３Ｐが得られる。また、マイナス方向の外部磁場が印加された場合には、基準点４１ｒの電位Ｖｒから外部磁場の大きさだけシフトした電位ＶｒＮを中心として、振幅Ｖｐに対応する電位差だけ上下にずれた電位までの間で、交流バイアス磁界４２の変化に伴って変化するようなセンサ出力信号４３Ｎが得られる。
【００５３】
図４に示すように、センサ出力信号４３、４３Ｐ、４３Ｎの間には、外部磁場の大きさおよび方向の違いに応じた変化が現れる。したがって、このセンサ出力信号４３Ｐ、４３Ｎに基づいて、外部磁場の大きさおよび方向を特定することが可能である。
【００５４】
＜磁界検出センサ２００内部の主要な信号の変化例＞
磁界検出センサ２００内部の主要な信号の変化例を図５に示す。図５において、各信号の横軸は共通の時間ｔを表し、縦軸は電位を表している。
【００５５】
図５に示すように、バイアスコイル１４に印加されるバイアス信号ＳＧ３の波形を三角波とすると、このバイアス信号ＳＧ３は、マイクロコンピュータ３５が出力する交流バイアス波形信号ＳＧ１１の波形に基づいて生成される。
【００５６】
例えば、時刻ｔ１１で信号ＳＧ０１が低電位ＶＬから高電位ＶＨに立ち上がると、バイアス信号ＳＧ３の電位は一定の傾きで下降を開始し、時刻ｔ１２で信号ＳＧ０１が高電位ＶＨから低電位ＶＬに立ち下がるまでその状態が継続する。また、この時刻ｔ１２でバイアス信号ＳＧ３の電位は一定の傾きで上昇を開始し、時刻ｔ１３で信号ＳＧ０１が低電位ＶＬから高電位ＶＨに立ち上がるまでその状態が継続する。このような動作の繰り返しによって、三角波の波形が生成される。
【００５７】
図５中に示した各信号ＳＧ２−Ａ、ＳＧ２−Ｂ、ＳＧ２−Ｃは、ブリッジ回路２２の出力、例えば図１中の信号処理部２３が出力する信号ＳＧ２の波形に相当する。また、各信号ＳＧ４−Ａ、ＳＧ４−Ｂ、ＳＧ４−Ｃは、微分回路の出力、例えば図１中の微分回路３４ｃが出力する信号ＳＧ４に相当する。また、各信号ＳＧ２−ＡおよびＳＧ４−Ａは外部磁場がゼロの状態を表し、各信号ＳＧ２−ＢおよびＳＧ４−Ｂは、外部磁場がプラス方向の場合の例を表し、各信号ＳＧ２−ＣおよびＳＧ４−Ｃは、外部磁場がマイナス方向の場合の例を表す。
【００５８】
図５中に示した信号ＳＧ２−Ａの波形は、図４中に示したセンサ出力信号４３の波形と同じように変化する。すなわち、バイアス信号ＳＧ３の電位がゼロになる各時刻ｔ２２、ｔ２４、・・・で基準点４１ｒに対応する低電位ＶＬ２になり、それ以外の時刻ではバイアス信号ＳＧ３の電位変化に伴って、ＶＬ２よりも高い電位に変化する。したがって、信号ＳＧ２−Ａの波形は三角波になるが、その周期はバイアス信号ＳＧ３の周期の半分になる。
【００５９】
＜外部磁場がゼロの場合＞
また、信号ＳＧ２−Ａにおいて、振幅Ａ１とＡ２は同じである。ここで、振幅Ａ１はバイアス信号ＳＧ３の電位が上昇から下降に変化する各頂点の時刻ｔ２１、ｔ２５、ｔ２９、・・・における振幅を表し、振幅Ａ２はバイアス信号ＳＧ３の電位が下降から上昇に変化する各頂点の時刻ｔ２３、ｔ２７、・・・における振幅を表す。
【００６０】
一方、図５中に示した信号ＳＧ４−Ａの波形においては、信号ＳＧ２−Ａの電位が上昇から下降に変化する各頂点の時刻ｔ２１、ｔ２３、ｔ２５、・・・において、時間幅の小さいマイナス電位方向のパルスＰｎが現れる。また、信号ＳＧ４−Ａの波形においては、信号ＳＧ２−Ａの電位が下降から上昇に変化する各頂点の時刻ｔ２２、ｔ２４、ｔ２６、・・・において、時間幅の小さいプラス電位方向のパルスＰｐが現れる。
【００６１】
また、この信号ＳＧ４−Ａの波形において、例えば互いに隣接する２つのプラス電位方向のパルスＰｐ間の時間周期Ｔは、信号ＳＧ０１の１周期Ｔ０の半分の長さであり一定である。マイナス電位方向のパルスＰｎについても同様である。なお、信号ＳＧ０１の周波数がｆ０の場合には、周期Ｔ０はその逆数、すなわち（１／ｆ０）で表される。
【００６２】
＜プラス方向の外部磁場が印加された場合＞
一方、信号ＳＧ２−Ｂにおいては、振幅Ａ１ＢとＡ２Ｂとが異なっている。ここで、振幅Ａ１Ｂは、信号ＳＧ０１の１周期Ｔ０の間で、バイアス信号ＳＧ３の電位が上昇から下降に変化する頂点の時刻ｔ５５における振幅を表し、振幅Ａ２Ｂはバイアス信号ＳＧ３の電位が下降から上昇に変化する頂点の時刻ｔ５７における振幅を表す。
【００６３】
つまり、信号ＳＧ２−Ｂが磁性薄膜１２ｂに印加されるプラス方向の外部磁場の影響を受けるので、振幅Ａ１Ｂは外部磁場がゼロの場合の前記振幅Ａ１よりも大きくなり、振幅Ａ２Ｂは外部磁場がゼロの場合の前記振幅Ａ２よりも小さくなる。つまり、振幅Ａ１Ｂ、Ａ２Ｂの変化は外部磁場の大きさおよび方向を反映しているので、振幅Ａ１Ｂ、Ａ２Ｂの少なくとも一方を利用することにより、外部磁場の大きさおよび方向を算出することが可能である。
【００６４】
一方、図５中に示した信号ＳＧ４−Ｂの波形においては、信号ＳＧ２−Ｂの電位が上昇から下降に変化する各頂点の時刻ｔ５１、ｔ５３、ｔ５５、・・・において、時間幅の小さいマイナス電位方向のパルスＰｎが現れる。また、信号ＳＧ４−Ｂの波形においては、信号ＳＧ２−Ｂの電位が下降から上昇に変化する各頂点の時刻ｔ５２、ｔ５４、ｔ５６、・・・において、時間幅の小さいプラス電位方向のパルスＰｐが現れる。
【００６５】
また、この信号ＳＧ４−Ｂの波形におけるプラス電位方向のパルスＰｐのタイミングは、信号ＳＧ４−Ａの場合と比べてずれている。つまり、外部磁場の影響が、パルスＰｐおよびＰｎの位相（タイミングの変化）に反映されている。例えば、信号ＳＧ４−Ｂの電位が上昇を開始する時刻ｔ５４のパルスＰｐから、次に信号ＳＧ４−Ｂの電位が上昇を開始する時刻ｔ５６のパルスＰｐまでのパルスＰｐ間の時間周期Ｔは、信号ＳＧ４−Ａの場合よりも大きくなっている。
【００６６】
つまり、プラス電位方向のパルスＰｐ間の時間周期Ｔは、外部磁場の影響で生じた各パルスＰｐの位相差を反映している。したがって、各パルスＰｐの位相差を検出するか、または時間周期Ｔを検出することにより、外部磁場の大きさおよび方向を算出できる。
【００６７】
＜マイナス方向の外部磁場が印加された場合＞
一方、信号ＳＧ２−Ｃにおいては、振幅Ａ１ＣとＡ２Ｃとが異なっている。ここで、振幅Ａ１Ｃは、信号ＳＧ０１の１周期Ｔ０の間で、バイアス信号ＳＧ３の電位が上昇から下降に変化する頂点の時刻７５における振幅を表し、振幅Ａ２Ｂはバイアス信号ＳＧ３の電位が下降から上昇に変化する頂点の時刻ｔ７７における振幅を表す。
【００６８】
つまり、信号ＳＧ２−Ｃが磁性薄膜１２ｂに印加されるマイナス方向の外部磁場の影響を受けるので、振幅Ａ１Ｃは外部磁場がゼロの場合の前記振幅Ａ１よりも小さくなり、振幅Ａ２Ｃは外部磁場がゼロの場合の前記振幅Ａ２よりも大きくなる。つまり、振幅Ａ１Ｃ、Ａ２Ｃの変化は外部磁場の大きさおよび方向を反映しているので、振幅Ａ１Ｃ、Ａ２Ｃの少なくとも一方を利用することにより、外部磁場の大きさおよび方向を算出することが可能である。
【００６９】
一方、図５中に示した信号ＳＧ４−Ｃの波形においては、信号ＳＧ２−Ｃの電位が上昇から下降に変化する各頂点の時刻ｔ７１、ｔ７３、ｔ７５、・・・において、時間幅の小さいマイナス電位方向のパルスＰｎが現れる。また、信号ＳＧ４−Ｃの波形においては、信号ＳＧ２−Ｃの電位が下降から上昇に変化する各頂点の時刻ｔ７２、ｔ７４、ｔ７６、・・・において、時間幅の小さいプラス電位方向のパルスＰｐが現れる。
【００７０】
また、この信号ＳＧ４−Ｃの波形におけるプラス電位方向のパルスＰｐのタイミングは、信号ＳＧ４−Ａの場合と比べてずれている。つまり、外部磁場の影響が、パルスＰｐおよびＰｎの位相（タイミングの変化）に反映されている。例えば、信号ＳＧ４−Ｃの電位が上昇を開始する時刻ｔ７４のパルスＰｐから、次に信号ＳＧ４−Ｃの電位が上昇を開始する時刻ｔ７６のパルスＰｐまでのパルスＰｐ間の時間周期Ｔは、信号ＳＧ４−Ａの場合よりも小さくなっている。
【００７１】
つまり、プラス電位方向のパルスＰｐ間の時間周期Ｔは、外部磁場の影響で生じた各パルスＰｐの位相差を反映している。したがって、各パルスＰｐの位相差を検出するか、または時間周期Ｔを検出することにより、外部磁場の大きさおよび方向を算出できる。
【００７２】
＜外部磁界が大きい場合の主要な信号の変化例＞
外部磁界が大きい場合の主要な信号の変化例を図６に示す。図６において、各信号の横軸は共通の時間ｔを表し、縦軸は電位を表している。また、図６中の各信号ＳＧ０１、ＳＧ３、ＳＧ２−Ａ、およびＳＧ４−Ａは、図５の内容と同一である。
【００７３】
図５中に示した各信号ＳＧ２−Ａ、ＳＧ２−Ｄ、ＳＧ２−Ｅは、ブリッジ回路２２の出力、例えば図１中の信号処理部２３が出力する信号ＳＧ２の波形に相当する。また、各信号ＳＧ４−Ａ、ＳＧ４−Ｄ、ＳＧ４−Ｅは、微分回路の出力、例えば図１中の微分回路３４ｃが出力する信号ＳＧ４に相当する。
【００７４】
また、各信号ＳＧ２−ＡおよびＳＧ４−Ａは外部磁場がゼロの状態を表している。また、各信号ＳＧ２−ＤおよびＳＧ４−Ｄは、外部磁場がプラス方向で、且つ外部磁界の大きさが交流バイアスの振幅Ｖｐよりも大きい場合の例を表している。また、各信号ＳＧ２−ＥおよびＳＧ４−Ｅは、外部磁場がマイナス方向で、且つ外部磁界の大きさが交流バイアスの振幅Ｖｐよりも大きい場合の例を表している。
【００７５】
図６に示した例では、外部磁界が振幅Ｖｐよりも大きい影響で、信号ＳＧ２−ＤおよびＳＧ２−Ｅの各々の波形が、バイアス信号ＳＧ３とほぼ同じになっている。そのため、信号ＳＧ４−Ｄに現れるプラス方向の各パルスＰｐの位相は一定になり、隣接する２つのパルスＰｐの間の時間周期Ｔも一定になる。同様に、信号ＳＧ４−Ｅにおいても、プラス方向の各パルスＰｐの位相が一定になり、隣接する２つのパルスＰｐの間の時間周期Ｔも一定になる。
【００７６】
したがって、図６に示したような状況においては、信号ＳＧ４−Ｄ、ＳＧ４−Ｅにおけるパルスの位相や周期から、外部磁場を検知することができない。つまり、図５に示した信号ＳＧ４−Ｂ、ＳＧ４−ＣのようにパルスＰｐの位相の変化を検出できるのは、外部磁界の大きさが交流バイアスの振幅Ｖｐよりも小さい場合のみに限られる。
【００７７】
しかし、図６に示した状況においても、信号ＳＧ２−Ｄの振幅Ａ１Ｄ、Ａ２Ｄには、外部磁界の大きさの影響が現れているので、これらの振幅Ａ１Ｄ、Ａ２Ｄの少なくとも一方の情報に基づいて、外部磁界の大きさや方向を算出することが可能である。同様に、信号ＳＧ２−Ｅの振幅Ａ１Ｅ、Ａ２Ｅには、外部磁界の大きさの影響が現れているので、これらの振幅Ａ１Ｅ、Ａ２Ｅの少なくとも一方の情報に基づいて、外部磁界の大きさや方向を算出することが可能である。
【００７８】
＜検出ユニット３０の動作＞
検出ユニット３０内の増幅器３１の入力には、駆動ユニット２０の計装増幅器２９から出力される信号ＳＧ２が印加される。この信号ＳＧ２は、外部磁場がゼロの場合には図５に示した信号ＳＧ２−Ａのような三角波の波形である。また、外部磁場がプラス方向の場合、およびマイナス方向の場合には、それぞれ図５に示した信号ＳＧ２−Ｂ、およびＳＧ２−Ｃのような波形になる。また、外部磁界の大きさがバイアス信号の振幅Ｖｐ以上になった場合には、図６に示した信号ＳＧ２−Ｄ、およびＳＧ２−Ｅのような波形になる。この信号ＳＧ２は、増幅器３１で増幅され、スイッチ回路３２の切替により、振幅検出回路３３および位相検出回路３４のいずれかの入力に選択的に印加される。
【００７９】
＜振幅検出回路３３の動作＞
振幅検出回路３３においては、図５の信号ＳＧ２Ａ、ＳＧ２−Ｂ、ＳＧ−２Ｃと同等の波形の信号がローパスフィルタ（ＬＰＦ）３３ａの入力に印加される。ローパスフィルタ３３ａは、信号の積分動作を行い、周波数の高い成分を除去する。したがって、例えば波形が三角波の信号が入力された場合には、正弦波に近い波形の信号ＳＧ６がローパスフィルタ３３ａから出力される。
【００８０】
コンパレータ（ＣＯＭＰ）３３ｂは、ローパスフィルタ３３ａの出力信号の電位を閾値と比較して、アナログスイッチ３３ｃのオンオフを制御するための二値信号ＳＧ８を生成する。ローパスフィルタ３３ａから出力される信号ＳＧ６は、アナログスイッチ３３ｃを通ってピークホールド回路３３ｄに入力される。
【００８１】
ピークホールド回路３３ｄは、アナログスイッチ３３ｃから出力される信号ＳＧ７におけるピーク電位を検出し保持することができる。したがって、例えば図５に示した各信号ＳＧ２−Ｂ、ＳＧ２−Ｃの振幅Ａ１Ｂ、Ａ２Ｂ、Ａ１Ｃ、Ａ２Ｃなどの各々に相当する電圧を、振幅検出信号ＳＧ９として出力することができる。
【００８２】
＜位相検出回路３４の動作＞
位相検出回路３４においては、図５の信号ＳＧ２−Ａ、ＳＧ２−Ｂ、ＳＧ−２Ｃと同等の波形の信号が、スイッチ回路３２の出力から微分回路３４ａに入力される。位相検出回路３４は、この入力信号を微分回路３４ａで微分処理した後、増幅器３４ｂで増幅し、次の微分回路３４ｃで再び微分処理して信号ＳＧ４を生成する。
【００８３】
したがって、図５に示した信号ＳＧ４−Ｂ、ＳＧ４−Ｃのように、信号ＳＧ２−Ｂ、ＳＧ−２Ｃの電位変化が上昇から下降に切り替わる各頂点のタイミングで、マイナス方向のパルスＰｎが発生する。また、信号ＳＧ２−Ｂ、ＳＧ−２Ｃの電位変化が下降から上昇に切り替わる各頂点のタイミングで、プラス方向のパルスＰｐが発生する。
【００８４】
コンパレータ（ＣＯＭＰ）３４ｄは、微分回路３４ｃが出力する信号ＳＧ４の電位を閾値と比較した結果を二値信号として出力する。この二値信号は、プラス方向の各パルスＰｐのタイミングを正確に表す位相差検出信号ＳＧ５である。
【００８５】
＜マイクロコンピュータ３５の基本動作＞
マイクロコンピュータ３５は、振幅検出回路３３から出力される振幅検出信号ＳＧ９の電圧を計測することにより、例えば図５に示した振幅Ａ１Ｂ、Ａ２Ｂのいずれか一方、または両方を把握し、その結果に基づいて外部磁界の大きさおよび方向を算出することができる。また、マイクロコンピュータ３５は、位相検出回路３４から出力される位相差検出信号ＳＧ５のタイミングに基づいて、例えば図５に示した各時間周期Ｔの長さを計測し、その結果に基づいて外部磁界の大きさおよび方向を算出することができる。
【００８６】
＜外部磁界と位相検出回路３４の動作との関係＞
外部磁界と位相検出回路３４の動作との関係の例を図７に示す。図７に示した特性Ｃ７１は、検出ユニット３０内の位相検出回路３４における検出特性の例を表している。また、図７において横軸は外部磁界Ｈ［Ａ／ｍ］の大きさおよび方向を表し、縦軸は位相検出回路３４の信号ＳＧ４、ＳＧ５におけるプラス方向のパルスＰｐの時間周期Ｔ（図５、図６参照）の長さを表している。
【００８７】
図７に示すように、特性Ｃ７１においては、外部磁界Ｈがゼロの状態で、検出される時間周期Ｔが「（１／（２×ｆ０）」になる。周波数ｆ０は、信号ＳＧ０１の基本周波数である。また、外部磁界Ｈが「−Ｖｐ＜Ｈ＜＋Ｖｐ」の範囲内では、外部磁界Ｈの大きさの変化に比例して検出される時間周期Ｔが直線的に増大する。「Ｖｐ」は交流バイアス磁界の振幅である。また、外部磁界Ｈが「−Ｖｐ」以下の範囲、および外部磁界Ｈが「Ｖｐ」以上の範囲では、検出される時間周期Ｔは一定値、すなわち「Ｔ＝（１／ｆ０）」になる。
【００８８】
つまり、外部磁界Ｈが「−Ｖｐ＜Ｈ＜＋Ｖｐ」の範囲内であれば、特性Ｃ７１に対応する計算式と、位相検出回路３４が出力する位相差検出信号ＳＧ５の時間周期Ｔとに基づいて、外部磁界Ｈの大きさおよび方向をマイクロコンピュータ３５が算出することができる。
【００８９】
外部磁界Ｈの方向については、図７に示した特性Ｃ７１のように、検出される時間周期Ｔが「（１／（２×ｆ０）」よりも大きい場合はプラス方向であり、検出される時間周期Ｔが「（１／（２×ｆ０）」よりも小さい場合はマイナス方向であると判断できる。
【００９０】
しかし、外部磁界Ｈが「−Ｖｐ」以下の範囲、および外部磁界Ｈが「＋Ｖｐ」以上の範囲では、検出される時間周期Ｔから外部磁界Ｈを算出することはできない。そこで、外部磁界Ｈが「−Ｖｐ」以下の範囲、および外部磁界Ｈが「＋Ｖｐ」以上の範囲では、振幅検出回路３３が出力する振幅検出信号ＳＧ９を利用して外部磁界Ｈの大きさおよび方向をマイクロコンピュータ３５が算出する。
【００９１】
＜外部磁界と位相検出回路３４が検出する振幅との関係＞
外部磁界と位相検出回路３４が検出する振幅との関係の例を図８に示す。図８に示した特性Ｃ８１、Ｃ８２は振幅検出回路３３の検出特性を表し、特性Ｃ８１、およびＣ８２は、それぞれ振幅検出回路３３が出力する振幅検出信号ＳＧ９における図５中の振幅Ａ１およびＡ２に対応する。
【００９２】
すなわち、振幅Ａ１は信号ＳＧ０１の立ち上がりのタイミングにおける信号ＳＧ２の振幅の電圧［Ｖ］であり、振幅Ａ２は信号ＳＧ０１の立ち下がりのタイミングにおける信号ＳＧ２の振幅の電圧である。図８において、横軸は外部磁界Ｈ［Ａ／ｍ］の大きさおよび方向を表し、縦軸は振幅Ａ１、Ａ２の電圧を表す。
【００９３】
図８に示したように、特性Ｃ８１においては、外部磁界Ｈの大きさがマイナス側で「２Ｖｐ」の場合に振幅Ａ１の電圧が最小になり、この基準点から外部磁界Ｈの大きさが離れるにつれて振幅Ａ１の電圧が増大する。
【００９４】
また、特性Ｃ８２においては、外部磁界Ｈの大きさがプラス側で「２Ｖｐ」の場合に振幅Ａ２の電圧が最小になり、この基準点から外部磁界Ｈの大きさが離れるにつれて振幅Ａ２の電圧が増大する。
【００９５】
したがって、例えば図８に示した特性Ｃ８１、Ｃ８２の少なくとも一方の情報と、振幅検出回路３３が出力する振幅検出信号ＳＧ９における振幅Ａ１、Ａ２の電圧とに基づいて、外部磁界Ｈの大きさを算出することができる。また、特性Ｃ８１、Ｃ８２が互いに異なっているので、例えば振幅Ａ１、Ａ２の電圧の大小関係を比較することにより、外部磁界Ｈの方向（プラス／マイナス）を特定できる。
【００９６】
＜外部磁界と振幅検出回路３３の動作との関係＞
外部磁界と振幅検出回路３３の動作との関係の例を図９に示す。図９に示した特性Ｃ９１は振幅検出回路３３の検出特性を表し、具体的には、振幅検出回路３３が出力する振幅検出信号ＳＧ９における図５中の振幅Ａ１とＡ２との差分（Ａ１−Ａ２）に対応する。図９において、横軸は外部磁界Ｈ［Ａ／ｍ］の大きさおよび方向を表し、縦軸は振幅差分（Ａ１−Ａ２）の電圧［Ｖ］を表す。
【００９７】
図９に示したように、特性Ｃ９１においては、外部磁界Ｈがゼロの状態で振幅差分（Ａ１−Ａ２）の電圧がゼロになる。また外部磁界Ｈのプラス側の領域では、外部磁界Ｈの大きさの増大に比例して振幅差分（Ａ１−Ａ２）の電圧がプラス方向に増大する。また、外部磁界Ｈのマイナス側の領域では、外部磁界Ｈの大きさの増大に比例して振幅差分（Ａ１−Ａ２）の電圧がマイナス方向に増大する。
【００９８】
つまり、マイクロコンピュータ３５は振幅検出回路３３が出力する振幅検出信号ＳＧ９の電圧に基づいて、振幅差分（Ａ１−Ａ２）の電圧を算出し、この振幅差分（Ａ１−Ａ２）と図９に示した特性Ｃ９１とに基づいて、外部磁界Ｈの大きさを算出することができる。また、振幅差分（Ａ１−Ａ２）の電圧の正／負を識別することにより、外部磁界Ｈの方向（プラス／マイナス）を特定できる。
【００９９】
＜特徴的な動作の処理手順＞
磁界検出センサ２００における特徴的な動作の処理手順を図１０に示す。すなわち、磁界検出センサ２００のマイクロコンピュータ３５が図１０に示した処理手順を実行することにより、振幅検出回路３３および位相検出回路３４を状況に応じて自動的に使い分けることが可能になる。
【０１００】
ステップＳ１１では、マイクロコンピュータ３５は、スイッチ回路３２を切り替えて信号ＳＧ２に対応する信号を振幅検出回路３３に入力し、振幅検出回路３３が出力する振幅検出信号ＳＧ９の電圧を計測することにより、前記振幅Ａ１、Ａ２のいずれか一方、または両方の情報を取得する。
【０１０１】
ステップＳ１２では、マイクロコンピュータ３５は、スイッチ回路３２を切り替えて信号ＳＧ２に対応する信号を位相検出回路３４に入力し、位相検出回路３４が出力する位相差検出信号ＳＧ５から時間周期Ｔを計測する。
【０１０２】
ステップＳ１３では、マイクロコンピュータ３５は、ステップＳ１２の位相差検出で得られた時間周期Ｔと、交流バイアス周期Ｔ０（＝１／ｆ）とを比較する。「Ｔ＝Ｔ０」であればステップＳ１４に進み、時間周期Ｔと、交流バイアス周期Ｔ０とが異なる場合はステップＳ１５に進む。
【０１０３】
ステップＳ１４に進む場合の状況は、磁気インピーダンス素子１２に印加される外部磁界Ｈｅの大きさが、交流バイアス信号ＳＧ３の振幅Ｖｐ以上の場合であり、図６に示した信号ＳＧ４−Ｄ、ＳＧ４−Ｅのように外部磁界に応じて変化する位相差の情報が得られない状態に相当する。
【０１０４】
したがって、ステップＳ１４においては、マイクロコンピュータ３５は、ステップＳ１１の振幅検出の結果（Ａ１、Ａ２）だけを利用して、外部磁界Ｈｅの大きさおよび方向を算出する。
【０１０５】
一方、ステップＳ１５に進む場合の状況は、磁気インピーダンス素子１２に印加される外部磁界Ｈｅの大きさが、交流バイアス信号ＳＧ３の振幅Ｖｐ未満の場合であり、図５に示した信号ＳＧ４−Ｂ、ＳＧ４−Ｃのように外部磁界に応じて変化する位相差の情報が得られる状態に相当する。
【０１０６】
したがって、ステップＳ１５においては、マイクロコンピュータ３５は、ステップＳ１１の振幅検出の結果（Ａ１、Ａ２）と、ステップＳ１２の位相差検出の結果（Ｔ）との両方を利用して、外部磁界Ｈｅの大きさおよび方向を算出する。
【０１０７】
なお、ステップＳ１５では、例えばより高い精度の検出結果を得るために、例えばユーザの選択操作により、あるいは状況に応じて自動的に以下の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のいずれかの動作を選択することができる。
（Ａ）振幅および位相差の両方の情報を利用して外部磁界Ｈｅの大きさを算出する。
（Ｂ）位相差の情報のみを利用して外部磁界Ｈｅの大きさを算出する。
（Ｃ）振幅の情報のみを利用して外部磁界Ｈｅの大きさを算出する。
【０１０８】
また、上記（Ａ）の動作を行う場合には、例えば次式により最終的な外部磁界の大きさＨｔを算出してもよい。
Ｈｔ＝（Ｈａ＋Ｈｐ）／２
Ｈａ：振幅の情報のみに基づいて算出した外部磁界の大きさ
Ｈｐ：位相差の情報のみに基づいて算出した外部磁界の大きさ
【０１０９】
このような平均化を行うことにより、外部磁界の大きさの広い範囲にわたり、より信頼性の高い検出結果を得ることが可能になる。
【０１１０】
ここで、上述した本発明に係る磁界検出センサの実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］〜［５］に簡潔に纏めて列記する。
［１］  磁気インピーダンス効果が生じる磁性材料（磁性薄膜１２ｂ）と、前記磁性材料に対してバイアス磁界を印加するバイアスコイル（１４）とで構成される磁気検出素子（磁気インピーダンス素子１２）と、前記磁性材料に高周波電流を供給する高周波発振回路（発振回路２１）と、前記バイアスコイルに交流バイアス電流を供給する交流バイアス回路（増幅器３７）と、を有する磁界検出センサ（２００）であって、
外部磁界が印加されない状態の前記磁気検出素子の特性におけるインピーダンスの極値位置（図３の特性のピーク位置）を基準点とし、前記基準点からのインピーダンスの変化量に応じて変化する電気信号を出力する検出回路（検出ユニット３０）を備え、
前記検出回路は、少なくとも前記電気信号の電圧の変化の方向が切り替わる各頂点のタイミングにおける振幅（Ａ１、Ａ２）を検出する振幅検出回路（３３）を含む、
ことを特徴とする磁界検出センサ。
【０１１１】
［２］  前記検出回路は、
前記磁気検出素子の磁性材料（磁性薄膜１２ｂ）と、３個の抵抗器（２４、２５、２６）とで構成され、前記磁気検出素子が前記基準点のインピーダンスである時に平衡状態になるブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路の出力電圧を検出する電圧検出回路（信号処理部２３）と、
を備える、ことを特徴とする上記［１］に記載の磁界検出センサ。
【０１１２】
［３］  前記検出回路は、
前記電気信号の電圧の変化の方向が切り替わる各頂点のタイミングにおける位相差を検出する位相差検出回路（位相検出回路３４）と、
前記位相差検出回路、および前記振幅検出回路のいずれか一方、または両方を選択する選択回路（スイッチ回路３２、マイクロコンピュータ３５）、
を備える、ことを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の磁界検出センサ。
【０１１３】
［４］  前記選択回路は、
外部磁界の強さの大小を識別した結果に応じて、前記位相差検出回路、および前記振幅検出回路のいずれか一方、または両方を自動的に選択する（ステップＳ１３〜Ｓ１５）、
ことを特徴とする上記［３］に記載の磁界検出センサ。
【０１１４】
［５］  前記検出回路は、
前記位相差検出回路、および前記振幅検出回路の両方の出力を利用して、位相差に基づいて算出した第１の磁界強度（Ｈｐ）、および振幅に基づいて算出した第２の磁界強度（Ｈａ）を取得し、前記第１の磁界強度、および前記第２の磁界強度を平均化した結果に基づいて、最終的な外部磁界の大きさ（Ｈｔ）を検出する、
ことを特徴とする上記［４］に記載の磁界検出センサ。
【符号の説明】
【０１１５】
１２  磁気インピーダンス素子
１２ａ  非磁性基板
１２ｂ  磁性薄膜
１２ｃ，１２ｄ  電極
１４  バイアスコイル
２０  駆動ユニット
２１  発振回路
２２  ブリッジ回路
２３  信号処理部
２４，２５，２６  抵抗器
２７，２８  ピークホールド回路
２９  計装増幅器
３０  検出ユニット
３１，３４ｂ  増幅器
３２  スイッチ回路
３３  振幅検出回路
３３ａ  ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
３３ｂ，３４ｄ  コンパレータ（ＣＯＭＰ）
３３ｃ  アナログスイッチ
３３ｄ  ピークホールド回路
３４  位相検出回路
３４ａ，３４ｃ  微分回路
３５  マイクロコンピュータ
３６  スイッチ回路
３７  増幅器
４１  インピーダンス特性
４１ｒ  基準点
４２  交流バイアス磁界
４２Ｐ，４２Ｎ  外部磁界と交流バイアス磁界の和
４３，４３Ｐ，４３Ｎ  センサ出力信号
１００  プリント基板
１００ａ，１００ｂ  電極
１００ｃ  切欠き部
２００  磁界検出センサ
【図１】
2018081057.tif 000003
【図２】
2018081057.tif 000004
【図３】
2018081057.tif 000005
【図４】
2018081057.tif 000006
【図５】
2018081057.tif 000007
【図６】
2018081057.tif 000008
【図７】
2018081057.tif 000009
【図８】
2018081057.tif 000010
【図９】
2018081057.tif 000011
【図１０】
2018081057.tif 000012