(57)【要約】【課題】ヒステリシスの影響を受けずに外部磁界を正常に検出しうる高性能な磁気センサを提供する。【解決手段】  電流制御部４は、コイル磁界Ｈの強度を初期値から一方的に増加、または一方的に減少させるように電流を制御するから、被測定磁界Ｈｏを相殺し、あるいはその一部を打ち消すことができる。そして、電流制御部４は、検出信号Ｓが入力されたとき、コイル磁界Ｈの強度を初期値に戻すように前記電流を制御する。本願発明の特徴的な構成は、初期値が、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子１１，１２に飽和磁化を与える磁界の強度である点である。この特徴的な構成によると、測定が完了するたびに、与えられるコイル磁界Ｈの強度が初期値に戻されるとともに、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子１１，１２が磁化飽和されるから、電流制御の動作点は、常に、ヒステリシス曲線の線形性を有するルート部分のうち、一定のルート部分で行われることになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンバルブ型磁気抵抗効果素子と、電圧検出部と、コイルと、電流制御部とを含む磁気センサであって、
前記コイルは、電流が流れることによって前記スピンバルブ型磁気抵抗効果素子に測定用磁界を与え、
前記電圧検出部は、前記スピンバルブ型磁気抵抗効果素子の出力電圧が所定の電圧値となったことを検出したとき、検出信号を前記電流制御部に出力し、
前記電流制御部は、前記測定用磁界の強度を初期値から一方的に増加、または一方的に減少させるように前記電流を制御して、前記検出信号が入力されたとき、前記測定用磁界の強度を前記初期値に戻すように前記電流を制御し、
前記初期値は、前記スピンバルブ型磁気抵抗効果素子に飽和磁化を与える磁界の強度である、
磁気センサ。
【請求項２】
請求項１に記載された磁気センサであって、
前記所定の電圧値は、前記測定用磁界の強度が、測定対象の磁界の強度と等しくなった場合に検出される値である、
磁気センサ。
【請求項３】
請求項１に記載された磁気センサであって、
前記所定の電圧値は、前記スピンバルブ型磁気抵抗効果素子に与えられた磁界がない場合に検出される値である、
磁気センサ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載された磁気センサであって、
前記電流制御部は、
パルス信号の入力に従って増加、または減少するカウンタ値を出力するカウンタ回路を含み、
前記電流を、前記カウンタ値に応じた電流値に制御し、
前記検出信号が入力されると、前記カウンタ値をリセットする、
磁気センサ。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載された磁気センサであって、
前記電圧検出部は、前記出力電圧と前記所定の電圧値を比較することによって、前記出力電圧が前記所定の電圧値になったことを検出する、
磁気センサ。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載された磁気センサであって、
前記検出信号が前記電流制御に入力されたときの前記電流の電流値に基づいて測定対象の磁界の強度を算出する演算回路を含む、
磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子を利用した磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いた電流センサが注目されている。このような電流センサは、ＤＣ磁界を検知できるため、ハイブリッド車のバッテリ制御などの幅広い分野に適用可能である。
【０００３】
本来、ＭＲ素子は、線形特性が優れず、また、外部磁界検知の有効感度範囲が狭いという特徴を有している。したがって、ＭＲ素子を磁気センサに適用する場合、特許文献１及び２に開示されているように、例えば、ＭＲ素子にバイアス磁界を印加することによって線形特性の良好な領域に動作点をシフトさせる必要があった。しかしながら、この技術によると、ＭＲ素子の出力などに制限が加わることから、設計の自由度が低減されてしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、磁気センサの分野では、この問題を解決するものとして、磁気平衡方式が広く用いられている。磁気平衡方式とは、ＭＲ素子の周辺にコイルを設けておき、フィードバック制御によって、該コイルに外部磁界を相殺する測定用磁界を発生させるように電流を流し、この電流値から測定対象である外部磁界の強度を得る方式である（参考：特許文献３）。磁気平衡方式によれば、原理上、優れた線形特性と広い有効感度範囲とを確保することができるため、この方式は、ハイブリッド車のバッテリ監視など、高圧直流電流を計測する電流センサに好適である。
【０００５】
このように、ＭＲ素子は、磁気センサの分野への応用が期待されているが、ハードディスクの磁気ヘッドの発展に伴う高性能なスピンバルブ型ＭＲ素子の開発に至り、この期待はますます高まりをみせている。スピンバルブ型ＭＲ素子としては、巨大磁気抵抗効果を利用し、膜面内に電流が流れるＣＩＰ（Current In-Plane）型ＧＭＲ素子、膜面に対して垂直に電流を流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型ＧＭＲ素子、ならびに、膜面に対して垂直に電圧をかけて生ずるトンネル効果で電流を流すＴＭＲ素子がある。
【０００６】
なかでも、ＴＭＲ素子は、出力特性が格段に優れており、これを磁気センサの分野に応用することによって、システムのＳ／Ｎ比の改善や回路構成の簡易化などの効果が望まれている。
【０００７】
しかしながら、スピンバルブ型ＭＲ素子は、上述した線形特性が優れないだけでなく、保持力Ｈｃが大きく、ヒステリシスの特性を有している。したがって、上記の磁気平衡方式を適用した場合、制御電流のオーバーシュートが発生すると、外部磁界を正常に測定することができなくなるという問題が存在する。すなわち、オーバーシュートによって、ＭＲ素子がひとたび磁化飽和に達すると、その履歴の影響によって、その後、ヒステリシス曲線上の本来とは異なるルート部分において磁界の検出処理が行われてしまうから、おおよそ保持力Ｈｃ分の磁界強度の測定誤差が発生するのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３１９１０３号公報
【特許文献２】特開平６−２９４８５３号公報
【特許文献３】特開平１１−６４４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、ヒステリシスの影響を受けずに外部磁界を正常に検出しうる高性能な磁気センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するため、本発明に係る磁気センサは、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子と、電圧検出部と、コイルと、電流制御部とを含む。
【００１１】
前記コイルは、電流が流れることによって前記スピンバルブ型磁気抵抗効果素子に測定用磁界を与える。前記電圧検出部は、前記スピンバルブ型磁気抵抗効果素子の出力電圧が所定の電圧値となったことを検出したとき、検出信号を前記電流制御部に出力する。
【００１２】
前記電流制御部は、前記測定用磁界の強度を初期値から一方的に増加、または一方的に減少させるように前記電流を制御して、前記検出信号が入力されたとき、前記測定用磁界の強度を前記初期値に戻すように前記電流を制御する。
【００１３】
まず、本発明に係る磁気センサは、スピンバルブ型ＭＲ素子を用いて外部の磁界を測定するから、上述したように測定性能を大幅に向上させ、小型化をはかることができる。
【００１４】
次に、本発明に係る磁気センサによると、コイルは、電流が流れることによってスピンバルブ型磁気抵抗効果素子に測定用磁界を与えるとともに、電流制御部は、この測定用磁界の強度を初期値から一方的に増加、または一方的に減少させるように電流を制御するから、測定対象の磁界を相殺し、あるいはその一部を打ち消すことができる。
【００１５】
そして、電圧検出部は、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子の出力電圧が所定の電圧値となったことを検出するから、上述した磁気平衡方式と同様に、このときのコイルの電流値に基づいて、測定対象の磁界の強度を算出することができる。
【００１６】
もっとも、上記の所定の電圧値は、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子の与えられた磁界と出力電圧の関係に基づいて適当に決定される必要がある。好適には、所定の電圧値は、コイルから発生する磁界の強度が、測定対象の磁界の強度と等しくなった場合に検出される値とするのがよい。言い換えれば、所定の電圧値は、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子に与えられた磁界がない場合に検出される値とするのがよい。
【００１７】
本発明の特徴的な構成は、上記の初期値が、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子に飽和磁化を与える磁界の強度であり、電圧検出部が、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子の出力電圧が所定の電圧値となったことを検出すると、検出信号を電流制御部に出力し、電流制御部は、この検出信号が入力されると、磁界の強度を初期値に戻すようにコイルの電流を制御する点にある。そして、本願発明は、この点において、負帰還回路によるフィードバック制御を行う磁気平衡方式とは大きく異なる。
【００１８】
この特徴的な構成によると、測定が完了するたびに、与えられる磁界の強度が初期値に戻されるとともに、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子が磁化飽和されるから、電流制御の動作点は、常に、ヒステリシス曲線の線形性を有するルート部分のうち、一定のルート部分で行われることになる。このため、仮に、何らかの原因でコイルに流れる電流がオーバーシュートし、本来とは異なるルート部分において磁界の検出が行われたとしても、その次の測定では、本来のルート部分において行われる。
【００１９】
したがって、本発明に係る磁気センサによれば、磁気抵抗効果素子の出力電圧と与えられる磁界の強度を、ヒステリシスの影響を受けることなく、１対１の対応関係として、外部磁界を測定することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上述べたように、本発明によれば、ヒステリシスの影響を受けずに外部磁界を正常に検出しうる高性能な磁気センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る磁気センサの回路図である。
【図２】ＭＲ素子回路の変形例を示す回路図である。
【図３】ＭＲ素子回路の他の変形例を示す回路図である。
【図４】電流制御方法を示すスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のヒステリシス曲線である。
【図５】電流制御方法を示す時間−磁界強度のグラフである。
【図６】他の実施形態に係る電流制御方法を示すスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のヒステリシス曲線である。
【図７】他の実施形態に係る電流制御方法を示す時間−磁界強度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明に係る磁気センサの回路図である。磁気センサは、磁気抵抗効果素子回路１（以下、ＭＲ素子回路１）と、分圧用抵抗２１，２２と、電圧検出部３と、電流制御部４と、発振器５と、サンプリングホールド回路（Ｓ／Ｈ）６と、演算回路７と、コイル８とを含む。
【００２３】
この回路は、上記の磁気平衡方式のように、電流制御部４によりコイル８に流れる電流Ｉを制御して、これにより発生する測定用磁界ＨによってＭＲ素子回路１の周囲の外部磁界Ｈｏを相殺し、このときの電流値Ｉｏに基づいて外部磁界Ｈｏの強度を検出するものである。最初に回路の各構成とその作用を説明し、次に電流制御の詳細を説明する。
【００２４】
ＭＲ素子回路１は、直列接続された２個のＭＲ素子１１，１２を備え、一方のＭＲ素子１１の端子が電源Ｖｃｃに接続されるとともに他方のＭＲ素子１２の端子が接地されている。ＭＲ素子１１，１２は、それぞれ、ＴＭＲ素子やＧＭＲ素子などの２端子のスピンバルブ型ＭＲ素子であって、これらのピンド層の磁化方向は互いに１８０度異なっている。
【００２５】
そして、その出力電圧Ｖは、ＭＲ素子１１，１２同士の接続点から電圧検出部３に入力される。つまり、ＭＲ素子回路１は、ＭＲ素子１１，１２のハーフブリッジ回路を有しているのである。もっとも、このような回路構成に限らず、例えば図２に示されるように、グランド側のＭＲ素子１２に代えて抵抗器１３を設けてもよいし、あるいは、図３に示されるように、電源Ｖｃｃ側のＭＲ素子１１に代えて抵抗器１４を設けてもよい。さらには、フルブリッジ回路も適用可能であるのはいうまでもない。
【００２６】
ＭＲ素子回路１は、測定対象である外部磁界Ｈｏに曝される検出ヘッド部に設けられている。周知の通り、ＭＲ素子１１，１２は、与えられる磁界によって抵抗値が変化する性質を有しているから、電圧検出部３に出力される出力電圧Ｖは、周囲の磁界の強度、すなわち測定対象の磁界Ｈと測定用磁界Ｈｏの合成磁界に応じた電圧値となる。
【００２７】
電圧検出部３は、ＭＲ素子回路１の出力電圧値Ｖと基準電圧値Ｖｒｅｆを比較することによって、出力電圧値Ｖが基準電圧値Ｖｒｅｆになったことを検出する。基準電圧値Ｖｒｅｆは、電源Ｖｃｃとグランドの間で直列接続された分圧抵抗２１，２２によって電圧検出部３の（−）端子に与えられ、（＋）端子に与えられた出力電圧値Ｖと比較される。
【００２８】
電圧検出部３の機能は、端的には、測定用磁界Ｈが外部磁界Ｈｏを相殺したことを検出して、検出信号Ｓを出力することである。したがって、基準電圧値Ｖｒｅｆは、測定用磁界の強度Ｈが、測定対象の磁界の強度Ｈと等しくなった場合に検出される値、すなわち、ＭＲ素子１１，１２に与えられた磁界がない場合に検出される値に予め設定すればよい。
【００２９】
もっとも、これは、外部磁界Ｈｏを測定用磁界Ｈによって相殺する方式を採用した場合であって、測定用磁界Ｈの強度を所定値だけオフセットさせて測定を行う場合においては、測定用磁界Ｈは外部磁界Ｈｏの一部のみを打ち消せばよいので、この限りではない。この場合は、当該オフセット値に基づいて基準電圧値Ｖｒｅｆを設定する必要がある。なお、基準電圧値Ｖｒｅｆは、上記の分圧抵抗２１，２２に代えて、所定量の電荷が充電されたコンデンサから電圧検出部３に与えてもよい。
【００３０】
また、電圧検出部３としては、このような比較器、つまりコンパレータに限定されず、例えばトランジスタ回路を採用してもよい。
【００３１】
電圧検出部３は、出力電圧値Ｖが、基準電圧値Ｖｒｅｆと等しくなるか、それより大きくなったとき、検出信号Ｓを電流制御部４とサンプルホールド回路６とに出力する。つまり、電圧検出部３は、測定対象の磁界Ｈｏを検出すると検出信号Ｓを出力するのである。
【００３２】
電流制御部４は、カウンタ回路４１と、デジタルアナログ変換部４２と、コイルドライバ４３とを含む。
【００３３】
カウンタ回路４１は、多段接続されたフリップフロップで構成され、発振器５から入力されるパルス信号ＣＬＫに従って一定時間ごとに増加、または減少するカウンタ値Ｎ（＝最小値０〜最大値Ｎｍａｘ）をデジタルアナログ変換部４２に出力する。カウンタ回路４１は、検出信号Ｓが入力されると、カウンタ値Ｎを０、またはＮｍａｘにリセットする。
【００３４】
発振器５としては、例えば水晶発振器を採用することができ、その発振周波数は、回路の測定処理時間に影響するから、目標とする測定性能に基づいて決定される。
【００３５】
デジタルアナログ変換部４２は、トランジスタや増幅器などから構成され、デジタル信号であるカウンタ値Ｎをアナログ信号である電圧値Ｅに変換して抵抗制御器４３に出力する。
【００３６】
コイルドライバ４３は、入力される電圧値Ｅに応じて、コイル８に流れる電流Ｉの電流値を制御する。つまり、コイルドライバ４３は、電流Ｉを、カウンタ値Ｎに応じた電流値に制御するのである。コイルドライバ４３としては、電流制御ＬＳＩなどを採用することができる。
【００３７】
コイル８は、コイルドライバ４３とグランドの間に接続されている。コイル８は、ＭＲ素子回路１の周囲に配置されて、電流Ｉが流れることによってＭＲ素子１１，１２に測定用磁界Ｈを与える。ここで、コイル８の巻数ｎは、測定用磁界Ｈの強度に影響するため、目標とする測定性能に基づいて決定される。
【００３８】
また、サンプルホールド回路６は、検出信号Ｓが入力されると、コイルドライバ４３から制御電流値Ｉｏを取得して保持する。制御電流値Ｉｏは、測定用磁界Ｈが外部磁界Ｈを相殺したときの電流Ｉの電流値である。サンプルホールド回路６は、フリップフロップを含むラッチ回路などから構成される。
【００３９】
演算回路７は、演算処理が実行可能な演算増幅器やＣＰＵを含む回路であって、サンプルホールド回路６から周期的に制御電流値Ｉｏを取得し、この電流値Ｉｏに基づいて測定対象の外部磁界Ｈｏの強度を算出する。ここで、磁界Ｈｏの強度は、一般的に、コイル８の巻数ｎと電流値Ｉの乗算から算出される。
【００４０】
次に、電流制御部４の電流制御について説明する。図４は、電流制御方法が示されたＭＲ素子１１，１２のヒステリシス曲線である。
【００４１】
このヒステリシス曲線のうち、正面視で図中右方向に向かう矢印が付された曲線部を第１のルート部分Ｒ１とし、正面視で図中左方向に向かう矢印が付された曲線部を第２のルート部分Ｒ２として定義する。本実施形態では、電流制御の動作点は、第１のルート部分Ｒ１にあるものとする。
【００４２】
電流制御部４は、測定用磁界Ｈの強度を初期値Ｈｓから一方的に増加させるようにコイル８の電流Ｉを制御する。つまり、コイルドライバ４３は、カウンタ値Ｎの増加、または減少に伴って電流Ｉが増加するように制御する。電流Ｉの電流値、つまり磁界Ｈの強度は、カウンタ値Ｎの増加、または減少に対して一次関数的に増加してもよいし、二次関数的に増加してもよい。なお、このように電流を一方的に増加させる方法は、従来のフィードバック制御方式において電流を増減させる方法とは異なっている。
【００４３】
この制御の様子は、図中、ヒステリシス曲線に付された起点Ｐ０から検出点Ｐｏに至る経路ａ１として表されている。検出点Ｐｏでは、測定用磁界Ｈが外部磁界Ｈを相殺し、これにより出力電圧Ｖが基準電圧Ｖｒｅｆ以上となるため、電圧検出部３から検出信号Ｓが出力される。
【００４４】
そして、電流制御部４は、検出信号Ｓが入力されたとき、測定用磁界Ｈの強度を初期値Ｈｓに戻すように電流を制御する。つまり、コイルドライバ４３は、検出信号Ｓによってカウンタ値Ｎが０、またはＮｍａｘにリセットされると、コイル８の電流Ｉの電流値を初期値に戻す。この制御の様子は、図中、ヒステリシス曲線に付された検出点Ｐｏから起点Ｐ０に至る経路ａ２として表されている。
【００４５】
一方、仮にコイル８の電流Ｉが、ノイズなどの原因によってオーバーシュートして、ヒステリシス曲線における電流制御の動作点が、いったん飽和点Ｐ１に到達してしまった場合、周知のヒステリシスの特性のため、本来とは異なる第２のルート部分Ｒ２に移行してしまう。この場合、上述したように、検出点Ｐｏと同じ磁束数Ｂｏとなる誤検出点Ｐｘにおいて検出信号Ｓが出力され、誤った磁界の強度Ｈｘに基づいて外部磁界Ｈｏを検出してしまう可能性がある。この様子は、図中のヒステリシス曲線に付された飽和点Ｐ１から誤検出点Ｐｘに至る経路ｂ１として表されている。
【００４６】
そして、電流制御部４は、やはり、検出信号Ｓが入力されたとき、測定用磁界Ｈの強度を初期値Ｈｓに戻すように電流を制御する。この制御の様子は、図中、ヒステリシス曲線に付された誤検出点Ｐｘから起点Ｐ０に至る経路ｂ２として表されている。
【００４７】
そこで、本発明に係る磁気センサでは、上記の初期値Ｈｓが、ＭＲ素子１１，１２に飽和磁化を与える磁界の強度に設定されている。このため、いったん検出信号Ｓが出力されると、ヒステリシス曲線における動作点が、正常な経路ａ１を辿るか、異常な経路ｂ１を辿るかに関わらず、常に、ＭＲ素子１１，１２が磁化飽和されることになる。したがって、その次の測定では、必ず、動作点が本来の第１のルート部分Ｒ１にあることになるのである。
【００４８】
これは、測定対象たる外部磁界Ｈが存在しない場合であっても、測定用磁界Ｈが約０（Ｏｅ）となるようにコイル８の電流Ｉが約０（Ａ）に制御されて、検出信号Ｓが出力されるから、同様である。もっとも、仮に何らかの原因で検出信号Ｓが出力されなかった場合に備えて、電流制御部４は、所定の時間内に検出信号Ｓが出力されなければ、測定用磁界Ｈが初期値Ｈｓに戻るように、カウンタ値Ｎを自己リセットしてもよい。
【００４９】
図５は、上述した電流制御の様子を時間−磁界強度のグラフに表したものである。ここで、実線は測定用磁界Ｈの強度を、点線は外部磁界Ｈｏの強度をそれぞれ表し、黒丸は磁界の検出点を表している。図示されるように、測定用磁界Ｈは、時間ｔ１〜ｔ１０の各々において初期値Ｈｓにリセットされ、全体として鋸波形となっている。
【００５０】
これまで述べた電流制御は、ヒステリシス曲線における動作点を、他方の第２のルート部分Ｒ２においた場合であっても同様である。図６は、この場合における電流制御方法が示されたＭＲ素子のヒステリシス曲線である。
【００５１】
電流制御部４は、測定用磁界Ｈの強度を初期値Ｈｓから一方的に減少させるようにコイル８の電流Ｉを制御する。つまり、コイルドライバ４３は、カウンタ値Ｎの増加、または減少に伴って電流Ｉが減少するように制御する。この制御の様子は、図中、ヒステリシス曲線に付された起点Ｐ０から検出点Ｐｏに至る経路ｃ１として表されている。
【００５２】
そして、電流制御部４は、検出信号Ｓが入力されたとき、測定用磁界Ｈの強度を初期値Ｈｓに戻すように電流を制御する。つまり、コイルドライバ４３は、検出信号Ｓによってカウンタ値Ｎが０、またはＮｍａｘにリセットされると、コイル８の電流Ｉの電流値を初期値に戻す。この制御の様子は、図中、ヒステリシス曲線に付された検出点Ｐｏから起点Ｐ０に至る経路ｃ２として表されている。
【００５３】
一方、仮に動作点がいったんヒステリシス曲線で飽和点Ｐ１に到達してしまった場合、本来とは異なる第１のルート部分Ｒ１に移行してしまうが、上述したように、最終的には検出信号Ｓが入力されることによって、測定用磁界Ｈの強度は初期値Ｈｓとなる。この様子は、図中のヒステリシス曲線に付された飽和点Ｐ１から誤検出点Ｐｘに至る経路ｂ１と、誤検出点Ｐｘから起点Ｐ０に至る経路ｂ２として表されている。
【００５４】
ここで、上記の初期値Ｈｓは、やはり、ＭＲ素子１１，１２に飽和磁化を与える磁界の強度に設定されているため、上記と同様の効果が得られる。
【００５５】
図７は、図５と同様に、この電流制御の様子を時間−磁界強度のグラフに表したものである。図示されるように、測定用磁界Ｈは、この場合も全体として鋸波形となっている。
【００５６】
最後に本発明から得られる効果について述べると、まず、本発明に係る磁気センサは、スピンバルブ型ＭＲ素子１１，１２を用いて外部の磁界Ｈｏを測定するから、上述したように測定性能を大幅に向上させ、小型化をはかることができる。
【００５７】
次に、本発明に係る磁気センサによると、コイル８は、電流Ｉが流れることによってスピンバルブ型磁気抵抗効果素子１に測定用磁界Ｈを与えるとともに、電流制御部４は、この測定用磁界Ｈの強度を初期値から一方的に増加、または一方的に減少させるように電流Ｉを制御するから、測定対象の磁界Ｈｏを相殺し、あるいはその一部を打ち消すことができる。
【００５８】
そして、電圧検出部３は、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子１１，１２の出力電圧Ｖが所定の電圧値Ｖｒｅｆとなったことを検出するから、上述した磁気平衡方式と同様に、このときのコイルの電流値Ｉｏに基づいて、測定対象の磁界Ｈｏの強度を算出することができる。
【００５９】
もっとも、上記の所定の電圧値Ｖｒｅｆは、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子１１，１２の与えられた磁界と出力電圧の関係に基づいて適当に決定される必要がある。好適には、所定の電圧値は、コイルから発生する磁界Ｈの強度が、測定対象の磁界Ｈｏの強度と等しくなった場合に検出される値とするのがよい。言い換えれば、所定の電圧値Ｖｒｅｆは、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子１１，１２に与えられた磁界がない場合に検出される値とするのがよい。
【００６０】
本発明の特徴的な構成は、上記の初期値Ｈｓが、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子１１，１２に飽和磁化を与える磁界の強度であり、電圧検出部３が、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子１１，１２の出力電圧が所定の電圧値Ｖｒｅｆとなったことを検出すると、検出信号Ｓを電流制御部４に出力し、電流制御部４は、この検出信号Ｓが入力されると、磁界Ｈの強度を初期値Ｈｓに戻すようにコイルの電流Ｉを制御する点にある。そして、本願発明は、この点において、負帰還回路によるフィードバック制御を行う磁気平衡方式とは大きく異なる。
【００６１】
この特徴的な構成によると、測定が完了するたびに、与えられる磁界Ｈの強度が初期値Ｈｓに戻されるとともに、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子１１，１２が磁化飽和されるから、電流制御の動作点は、常に、ヒステリシス曲線の線形性を有するルート部分Ｒ１，Ｒ２のうち、一定のルート部分で行われることになる。このため、仮に、何らかの原因でコイルに流れる電流Ｉがオーバーシュートし、本来とは異なるルート部分Ｒ１，Ｒ２において磁界Ｈｏの検出が行われたとしても、その次の測定では、本来のルート部分Ｒ１，Ｒ２において行われる。
【００６２】
したがって、本発明に係る磁気センサによれば、磁気抵抗効果素子１１，１２の出力電圧Ｖと与えられる磁界Ｈの強度を、ヒステリシスの影響を受けることなく、１対１の対応関係として、外部磁界Ｈｏを測定することができる。
【００６３】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【符号の説明】
【００６４】
１１，１２            ＭＲ素子
３                    電圧検出部
４                    電流制御部
４１                  カウンタ回路
８                    コイル
Ｉ                    電流
Ｖ                    出力電圧
Ｖｒｅｆ              基準電圧
Ｓ                    検出信号
Ｈ                    測定用磁界
Ｈｏ                  外部磁界
ＣＬＫ                パルス信号 
【図１】
2011185870.tif 000003
【図２】
2011185870.tif 000004
【図３】
2011185870.tif 000005
【図４】
2011185870.tif 000006
【図５】
2011185870.tif 000007
【図６】
2011185870.tif 000008
【図７】
2011185870.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月19日(2010.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子を利用した磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いた電流センサが注目されている。このような電流センサは、ＤＣ磁界を検知できるため、ハイブリッド車のバッテリ制御などの幅広い分野に適用可能である。
【０００３】
本来、ＭＲ素子は、線形特性が優れず、また、外部磁界検知の有効感度範囲が狭いという特徴を有している。したがって、ＭＲ素子を磁気センサに適用する場合、特許文献１及び２に開示されているように、例えば、ＭＲ素子にバイアス磁界を印加することによって線形特性の良好な領域に動作点をシフトさせる必要があった。しかしながら、この技術によると、ＭＲ素子の出力などに制限が加わることから、設計の自由度が低減されてしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、磁気センサの分野では、この問題を解決するものとして、磁気平衡方式が広く用いられている。磁気平衡方式とは、ＭＲ素子の周辺にコイルを設けておき、フィードバック制御によって、該コイルに外部磁界を相殺する測定用磁界を発生させるように電流を流し、この電流値から測定対象である外部磁界の強度を得る方式である（参考：特許文献３）。磁気平衡方式によれば、原理上、優れた線形特性と広い有効感度範囲とを確保することができるため、この方式は、ハイブリッド車のバッテリ監視など、高圧直流電流を計測する電流センサに好適である。
【０００５】
このように、ＭＲ素子は、磁気センサの分野への応用が期待されているが、ハードディスクの磁気ヘッドの発展に伴う高性能なスピンバルブ型ＭＲ素子の開発に至り、この期待はますます高まりをみせている。スピンバルブ型ＭＲ素子としては、巨大磁気抵抗効果を利用し、膜面内に電流が流れるＣＩＰ（Current In‐Plane）型ＧＭＲ素子、膜面に対して垂直に電流を流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型ＧＭＲ素子、ならびに、膜面に対して垂直に電圧をかけて生ず
るトンネル効果で電流を流すＴＭＲ素子がある。
【０００６】
なかでも、ＴＭＲ素子は、出力特性が格段に優れており、これを磁気センサの分野に応用することによって、システムのＳ／Ｎ比の改善や回路構成の簡易化などの効果が望まれている。
【０００７】
しかしながら、スピンバルブ型ＭＲ素子は、上述した線形特性が優れないだけでなく、保持力Ｈｃが大きく、ヒステリシスの特性を有している。したがって、上記の磁気平衡方式を適用した場合、制御電流のオーバーシュートが発生すると、外部磁界を正常に測定することができなくなるという問題が存在する。すなわち、オーバーシュートによって、ＭＲ素子がひとたび磁化飽和に達すると、その履歴の影響によって、その後、ヒステリシス曲線上の本来とは異なるルート部分において磁界の検出処理が行われてしまうから、おおよそ保持力Ｈｃ分の磁界強度の測定誤差が発生するのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３１９１０３号公報
【特許文献２】特開平６−２９４８５３号公報
【特許文献３】特開平１１−６４４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、ヒステリシスの影響を受けずに外部磁界を正常に検出しうる高性能な磁気センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するため、本発明に係る磁気センサは、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子と、電圧検出部と、コイルと、電流制御部とを含む。
【００１１】
前記コイルは、電流が流れることによって前記スピンバルブ型磁気抵抗効果素子に測定用磁界を与える。前記電圧検出部は、前記スピンバルブ型磁気抵抗効果素子の出力電圧が所定の電圧値となったことを検出したとき、検出信号を前記電流制御部に出力する。
【００１２】
前記電流制御部は、前記測定用磁界の強度を初期値から一方的に増加、または一方的に減少させるように前記電流を制御して、前記検出信号が入力されたとき、前記測定用磁界の強度を前記初期値に戻すように前記電流を制御する。
【００１３】
まず、本発明に係る磁気センサは、スピンバルブ型ＭＲ素子を用いて外部の磁界を測定するから、上述したように測定性能を大幅に向上させ、小型化をはかることができる。
【００１４】
次に、本発明に係る磁気センサによると、コイルは、電流が流れることによってスピンバルブ型磁気抵抗効果素子に測定用磁界を与えるとともに、電流制御部は、この測定用磁界の強度を初期値から一方的に増加、または一方的に減少させるように電流を制御するから、測定対象の磁界を相殺し、あるいはその一部を打ち消すことができる。
【００１５】
そして、電圧検出部は、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子の出力電圧が所定の電圧値となったことを検出するから、上述した磁気平衡方式と同様に、このときのコイルの電流値に基づいて、測定対象の磁界の強度を算出することができる。
【００１６】
もっとも、上記の所定の電圧値は、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子の与えられた磁界
と出力電圧の関係に基づいて適当に決定される必要がある。好適には、所定の電圧値は、コイルから発生する磁界の強度が、測定対象の磁界の強度と等しくなった場合に検出される値とするのがよい。言い換えれば、所定の電圧値は、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子に与えられた磁界がない場合に検出される値とするのがよい。
【００１７】
本発明の特徴的な構成は、上記の初期値が、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子に飽和磁化を与える磁界の強度であり、電圧検出部が、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子の出力電圧が所定の電圧値となったことを検出すると、検出信号を電流制御部に出力し、電流制御部は、この検出信号が入力されると、磁界の強度を初期値に戻すようにコイルの電流を制御する点にある。そして、本願発明は、この点において、負帰還回路によるフィードバック制御を行う磁気平衡方式とは大きく異なる。
【００１８】
この特徴的な構成によると、測定が完了するたびに、与えられる磁界の強度が初期値に戻されるとともに、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子が磁化飽和されるから、電流制御の動作点は、常に、ヒステリシス曲線の線形性を有するルート部分のうち、一定のルート部分で行われることになる。このため、仮に、何らかの原因でコイルに流れる電流がオーバーシュートし、本来とは異なるルート部分において磁界の検出が行われたとしても、その次の測定では、本来のルート部分において行われる。
【００１９】
したがって、本発明に係る磁気センサによれば、磁気抵抗効果素子の出力電圧と与えられる磁界の強度を、ヒステリシスの影響を受けることなく、１対１の対応関係として、外部磁界を測定することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上述べたように、本発明によれば、ヒステリシスの影響を受けずに外部磁界を正常に検出しうる高性能な磁気センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る磁気センサの回路図である。
【図２】ＭＲ素子回路の変形例を示す回路図である。
【図３】ＭＲ素子回路の他の変形例を示す回路図である。
【図４】電流制御方法を示すスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のヒステリシス曲線である。
【図５】電流制御方法を示す時間−磁界強度のグラフである。
【図６】他の実施形態に係る電流制御方法を示すスピンバルブ型磁気抵抗効果素子のヒステリシス曲線である。
【図７】他の実施形態に係る電流制御方法を示す時間−磁界強度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明に係る磁気センサの回路図である。磁気センサは、磁気抵抗効果素子回路１（以下、ＭＲ素子回路１）と、分圧用抵抗２１，２２と、電圧検出部３と、電流制御部４と、発振器５と、サンプリングホールド回路（Ｓ／Ｈ）６と、演算回路７と、コイル８とを含む。
【００２３】
この回路は、上記の磁気平衡方式のように、電流制御部４によりコイル８に流れる電流Ｉを制御して、これにより発生する測定用のコイル磁界ＨによってＭＲ素子回路１の周囲の被測定磁界Ｈｏを相殺し、このときの電流値Ｉｏに基づいて被測定磁界Ｈｏの強度を検出するものである。最初に回路の各構成とその作用を説明し、次に電流制御の詳細を説明する。
【００２４】
ＭＲ素子回路１は、直列接続された２個のＭＲ素子１１，１２を備え、一方のＭＲ素子１１の端子が電源Ｖｃｃに接続されるとともに他方のＭＲ素子１２の端子が接地されている。ＭＲ素子１１，１２は、それぞれ、ＴＭＲ素子やＧＭＲ素子などの２端子のスピンバルブ型ＭＲ素子であって、これらのピンド層の磁化方向は互いに１８０度異なっている。
【００２５】
そして、その出力電圧Ｖは、ＭＲ素子１１，１２同士の接続点から電圧検出部３に入力される。つまり、ＭＲ素子回路１は、ＭＲ素子１１，１２のハーフブリッジ回路を有しているのである。もっとも、このような回路構成に限らず、例えば図２に示されるように、グランド側のＭＲ素子１２に代えて抵抗器１３を設けてもよいし、あるいは、図３に示されるように、電源Ｖｃｃ側のＭＲ素子１１に代えて抵抗器１４を設けてもよい。さらには、フルブリッジ回路も適用可能であるのはいうまでもない。
【００２６】
ＭＲ素子回路１は、外部の被測定磁界Ｈｏに曝される検出ヘッド部に設けられている。周知の通り、ＭＲ素子１１，１２は、与えられる磁界によって抵抗値が変化する性質を有しているから、電圧検出部３に出力される出力電圧Ｖは、周囲の磁界の強度、すなわち被測定磁界Ｈｏとコイル磁界Ｈの合成磁界に応じた電圧値となる。
【００２７】
電圧検出部３は、ＭＲ素子回路１の出力電圧値Ｖと基準電圧値Ｖｒｅｆを比較することによって、出力電圧値Ｖが基準電圧値Ｖｒｅｆになったことを検出する。基準電圧値Ｖｒｅｆは、電源Ｖｃｃとグランドの間で直列接続された分圧抵抗２１，２２によって電圧検出部３の（−）端子に与えられ、（＋）端子に与えられた出力電圧値Ｖと比較される。
【００２８】
電圧検出部３の機能は、端的には、コイル磁界Ｈが被測定磁界Ｈｏを相殺したことを検出して、検出信号Ｓを出力することである。したがって、基準電圧値Ｖｒｅｆは、コイル磁界Ｈの強度が、被測定磁界Ｈｏの強度と等しくなった場合に検出される値、すなわち、ＭＲ素子１１，１２に与えられた磁界がない場合に検出される値に予め設定すればよい。
【００２９】
もっとも、これは、被測定磁界Ｈｏをコイル磁界Ｈによって相殺する方式を採用した場合であって、コイル磁界Ｈの強度を所定値だけオフセットさせて測定を行う場合においては、コイル磁界Ｈは被測定磁界Ｈｏの一部のみを打ち消せばよいので、この限りではない。この場合は、当該オフセット値に基づいて基準電圧値Ｖｒｅｆを設定する必要がある。なお、基準電圧値Ｖｒｅｆは、上記の分圧抵抗２１，２２に代えて、所定量の電荷が充電されたコンデンサから電圧検出部３に与えてもよい。
【００３０】
また、電圧検出部３としては、このような比較器、つまりコンパレータに限定されず、例えばトランジスタ回路を採用してもよい。
【００３１】
電圧検出部３は、出力電圧値Ｖが、基準電圧値Ｖｒｅｆと等しくなるか、それより大きくなったとき、検出信号Ｓを電流制御部４とサンプルホールド回路６とに出力する。つまり、電圧検出部３は、被測定磁界Ｈｏを検出すると検出信号Ｓを出力するのである。
【００３２】
電流制御部４は、カウンタ回路４１と、デジタルアナログ変換部４２と、コイルドライバ４３とを含む。
【００３３】
カウンタ回路４１は、多段接続されたフリップフロップで構成され、発振器５から入力されるパルス信号ＣＬＫに従って一定時間ごとに増加、または減少するカウンタ値Ｎ（＝最小値０〜最大値Ｎｍａｘ）をデジタルアナログ変換部４２に出力する。カウンタ回路４１は、検出信号Ｓが入力されると、カウンタ値Ｎを０、またはＮｍａｘにリセットする。
【００３４】
発振器５としては、例えば水晶発振器を採用することができ、その発振周波数は、回路
の測定処理時間に影響するから、目標とする測定性能に基づいて決定される。
【００３５】
デジタルアナログ変換部４２は、トランジスタや増幅器などから構成され、デジタル信号であるカウンタ値Ｎをアナログ信号である電圧値Ｅに変換して抵抗制御器４３に出力する。
【００３６】
コイルドライバ４３は、入力される電圧値Ｅに応じて、コイル８に流れる電流Ｉの電流値を制御する。つまり、コイルドライバ４３は、電流Ｉを、カウンタ値Ｎに応じた電流値に制御するのである。コイルドライバ４３としては、電流制御ＬＳＩなどを採用することができる。
【００３７】
コイル８は、コイルドライバ４３とグランドの間に接続されている。コイル８は、ＭＲ素子回路１の周囲に配置されて、電流Ｉが流れることによってＭＲ素子１１，１２にコイル磁界Ｈを与える。ここで、コイル８の巻数ｎは、コイル磁界Ｈの強度に影響するため、目標とする測定性能に基づいて決定される。
【００３８】
また、サンプルホールド回路６は、検出信号Ｓが入力されると、コイルドライバ４３から制御電流値Ｉｏを取得して保持する。制御電流値Ｉｏは、コイル磁界Ｈが被測定磁界Ｈｏを相殺したときの電流Ｉの電流値である。サンプルホールド回路６は、フリップフロップを含むラッチ回路などから構成される。
【００３９】
演算回路７は、演算処理が実行可能な演算増幅器やＣＰＵを含む回路であって、サンプルホールド回路６から周期的に制御電流値Ｉｏを取得し、この電流値Ｉｏに基づいて被測定磁界Ｈｏの強度を算出する。ここで、磁界Ｈｏの強度は、一般的に、コイル８の巻数ｎと電流値Ｉの乗算から算出される。
【００４０】
次に、電流制御部４の電流制御について説明する。図４は、電流制御方法が示されたＭＲ素子１１，１２のヒステリシス曲線である。
【００４１】
このヒステリシス曲線のうち、正面視で図中右方向に向かう矢印が付された曲線部を第１のルート部分Ｒ１とし、正面視で図中左方向に向かう矢印が付された曲線部を第２のルート部分Ｒ２として定義する。本実施形態では、電流制御の動作点は、第１のルート部分Ｒ１にあるものとする。
【００４２】
電流制御部４は、コイル磁界Ｈの強度を初期値Ｈｓから一方的に増加させるようにコイル８の電流Ｉを制御する。つまり、コイルドライバ４３は、カウンタ値Ｎの増加、または減少に伴って電流Ｉが増加するように制御する。電流Ｉの電流値、つまりコイル磁界Ｈの強度は、カウンタ値Ｎの増加、または減少に対して一次関数的に増加してもよいし、二次関数的に増加してもよい。なお、このように電流を一方的に増加させる方法は、従来のフィードバック制御方式において電流を増減させる方法とは異なっている。
【００４３】
この制御の様子は、図中、ヒステリシス曲線に付された起点Ｐ０から検出点Ｐｏに至る経路ａ１として表されている。検出点Ｐｏでは、コイル磁界Ｈが被測定磁界Ｈｏを相殺し、これにより出力電圧Ｖが基準電圧Ｖｒｅｆ以上となるため、電圧検出部３から検出信号Ｓが出力される。
【００４４】
そして、電流制御部４は、検出信号Ｓが入力されたとき、コイル磁界Ｈの強度を初期値Ｈｓに戻すように電流を制御する。つまり、コイルドライバ４３は、検出信号Ｓによってカウンタ値Ｎが０、またはＮｍａｘにリセットされると、コイル８の電流Ｉの電流値を初期値Ｈｓに戻す。この制御の様子は、例えば、図中、ヒステリシス曲線に付された検出点
Ｐｏから起点Ｐ０に至る経路ａ２として表されている。
【００４５】
一方、仮にコイル８の電流Ｉが、ノイズなどの原因によってオーバーシュートして、ヒステリシス曲線における電流制御の動作点が、いったん飽和点Ｐ１に到達してしまった場合、周知のヒステリシスの特性のため、本来とは異なる第２のルート部分Ｒ２に移行してしまう。この場合、上述したように、検出点Ｐｏと同じ磁束密度Ｂｏとなる誤検出点Ｐｘにおいて検出信号Ｓが出力され、誤った磁界の強度Ｈｘに基づいて被測定磁界Ｈｏを検出してしまう可能性がある。この様子は、図中のヒステリシス曲線に付された飽和点Ｐ１から誤検出点Ｐｘに至る経路ｂ１として表されている。
【００４６】
そして、電流制御部４は、やはり、検出信号Ｓが入力されたとき、コイル磁界Ｈの強度を初期値Ｈｓに戻すように電流を制御する。この制御の様子は、図中、ヒステリシス曲線に付された誤検出点Ｐｘから起点Ｐ０に至る経路ｂ２として表されている。
【００４７】
そこで、本発明に係る磁気センサでは、上記の初期値Ｈｓが、ＭＲ素子１１，１２に飽和磁化を与える磁界の強度に設定されている。このため、いったん検出信号Ｓが出力されると、ヒステリシス曲線における動作点が、正常な経路ａ１を辿るか、異常な経路ｂ１を辿るかに関わらず、常に、ＭＲ素子１１，１２が磁化飽和されることになる。したがって、その次の測定では、必ず、動作点が本来の第１のルート部分Ｒ１にあることになるのである。
【００４８】
これは、被測定磁界Ｈｏが存在しない場合であっても、コイル磁界Ｈが約０（Ｏｅ）となるようにコイル８の電流Ｉが約０（Ａ）に制御されて、検出信号Ｓが出力されるから、同様である。もっとも、仮に何らかの原因で検出信号Ｓが出力されなかった場合に備えて、電流制御部４は、所定の時間内に検出信号Ｓが出力されなければ、コイル磁界Ｈが初期値Ｈｓに戻るように、カウンタ値Ｎを自己リセットしてもよい。
【００４９】
図５は、上述した電流制御の様子を時間−磁界強度のグラフに表したものである。ここで、実線はコイル磁界Ｈの強度を、点線は被測定磁界Ｈｏの強度をそれぞれ表し、黒丸は磁界の検出点を表している。図示されるように、コイル磁界Ｈは、時間ｔ１〜ｔ１０の各々において初期値Ｈｓにリセットされ、全体として鋸波形となっている。
【００５０】
これまで述べた電流制御は、ヒステリシス曲線における動作点を、他方の第２のルート部分Ｒ２においた場合であっても同様である。図６は、この場合における電流制御方法が示されたＭＲ素子のヒステリシス曲線である。
【００５１】
電流制御部４は、コイル磁界Ｈの強度を初期値Ｈｓから一方的に減少させるようにコイル８の電流Ｉを制御する。つまり、コイルドライバ４３は、カウンタ値Ｎの増加、または減少に伴って電流Ｉが減少するように制御する。この制御の様子は、図中、ヒステリシス曲線に付された起点Ｐ０から検出点Ｐｏに至る経路ｃ１として表されている。
【００５２】
そして、電流制御部４は、検出信号Ｓが入力されたとき、コイル磁界Ｈの強度を初期値Ｈｓに戻すように電流を制御する。つまり、コイルドライバ４３は、検出信号Ｓによってカウンタ値Ｎが０、またはＮｍａｘにリセットされると、コイル８の電流Ｉの電流値を初期値に戻す。この制御の様子は、例えば、図中、ヒステリシス曲線に付された検出点Ｐｏから起点Ｐ０に至る経路ｃ２として表されている。
【００５３】
一方、仮に動作点がいったんヒステリシス曲線で飽和点Ｐ１に到達してしまった場合、本来とは異なる第１のルート部分Ｒ１に移行してしまうが、上述したように、最終的には検出信号Ｓが入力されることによって、コイル磁界Ｈの強度は初期値Ｈｓとなる。この様
子は、図中のヒステリシス曲線に付された飽和点Ｐ１から誤検出点Ｐｘに至る経路ｄ１と、誤検出点Ｐｘから起点Ｐ０に至る経路ｄ２として表されている。
【００５４】
ここで、上記の初期値Ｈｓは、やはり、ＭＲ素子１１，１２に飽和磁化を与える磁界の強度に設定されているため、上記と同様の効果が得られる。
【００５５】
図７は、図５と同様に、この電流制御の様子を時間−磁界強度のグラフに表したものである。図示されるように、コイル磁界Ｈは、この場合も全体として鋸波形となっている。
【００５６】
最後に本発明から得られる効果について述べると、まず、本発明に係る磁気センサは、スピンバルブ型ＭＲ素子１１，１２を用いて被測定磁界Ｈｏを測定するから、上述したように測定性能を大幅に向上させ、小型化をはかることができる。
【００５７】
次に、本発明に係る磁気センサによると、コイル８は、電流Ｉが流れることによってスピンバルブ型磁気抵抗効果素子１にコイル磁界Ｈを与えるとともに、電流制御部４は、このコイル磁界Ｈの強度を初期値から一方的に増加、または一方的に減少させるように電流Ｉを制御するから、被測定磁界Ｈｏを相殺し、あるいはその一部を打ち消すことができる。
【００５８】
そして、電圧検出部３は、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子１１，１２の出力電圧Ｖが所定の電圧値Ｖｒｅｆとなったことを検出するから、上述した磁気平衡方式と同様に、このときのコイルの電流値Ｉｏに基づいて、被測定磁界Ｈｏの強度を算出することができる。
【００５９】
もっとも、上記の所定の電圧値Ｖｒｅｆは、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子１１，１２の与えられた磁界と出力電圧の関係に基づいて適当に決定される必要がある。好適には、所定の電圧値は、コイルから発生するコイル磁界Ｈの強度が、被測定磁界Ｈｏの強度と等しくなった場合に検出される値とするのがよい。言い換えれば、所定の電圧値Ｖｒｅｆは、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子１１，１２に与えられた磁界がない場合に検出される値とするのがよい。
【００６０】
本発明の特徴的な構成は、上記の初期値Ｈｓが、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子１１，１２に飽和磁化を与える磁界の強度であり、電圧検出部３が、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子１１，１２の出力電圧が所定の電圧値Ｖｒｅｆとなったことを検出すると、検出信号Ｓを電流制御部４に出力し、電流制御部４は、この検出信号Ｓが入力されると、コイル磁界Ｈの強度を初期値Ｈｓに戻すようにコイルの電流Ｉを制御する点にある。そして、本願発明は、この点において、負帰還回路によるフィードバック制御を行う磁気平衡方式とは大きく異なる。
【００６１】
この特徴的な構成によると、測定が完了するたびに、与えられるコイル磁界Ｈの強度が初期値Ｈｓに戻されるとともに、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子１１，１２が磁化飽和されるから、電流制御の動作点は、常に、ヒステリシス曲線の線形性を有するルート部分Ｒ１，Ｒ２のうち、一定のルート部分で行われることになる。このため、仮に、何らかの原因でコイルに流れる電流Ｉがオーバーシュートし、本来とは異なるルート部分Ｒ１，Ｒ２において被測定磁界Ｈｏの検出が行われたとしても、その次の測定では、本来のルート部分Ｒ１，Ｒ２において行われる。
【００６２】
したがって、本発明に係る磁気センサによれば、磁気抵抗効果素子１１，１２の出力電圧Ｖと与えられるコイル磁界Ｈの強度を、ヒステリシスの影響を受けることなく、１対１の対応関係として、被測定磁界Ｈｏを測定することができる。
【００６３】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【符号の説明】
【００６４】
１１，１２            ＭＲ素子
３                    電圧検出部
４                    電流制御部
４１                  カウンタ回路
８                    コイル
Ｉ                    電流
Ｖ                    出力電圧
Ｖｒｅｆ              基準電圧
Ｓ                    検出信号
Ｈ                    コイル磁界
Ｈｏ                  被測定磁界
ＣＬＫ                パルス信号
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2011185870.tif 000010
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2011185870.tif 000011
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2011185870.tif 000012
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2011185870.tif 000013