(57)【要約】【課題】ノイズの影響を緩和することにより、磁界の大きさを安定にかつ精度よく検出することができる磁界検出方法を提供する。【解決手段】本発明に係る磁界検出方法は、磁気インピーダンス素子と該磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を印加する磁界印加手段とを用いた磁界検出方法であって、時間的に変化する電圧を印加した磁気インピーダンス素子に対し、前記磁界印加手段を用いて所定の大きさ及び方向のバイアス磁界を印加した際に、磁気インピーダンス素子に生じる出力波形を第１の出力波形として得る工程と、前記第１の出力波形のうち、負方向の波形部を正方向に変換したものを第２の出力波形として得る工程と、前記第２の出力波形の１周期分について積分値を求め、該積分値に基づいて磁気インピーダンス素子の感磁方向に沿う磁界の大きさを検出する工程と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気インピーダンス素子と該磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を印加する磁界印加手段とを用いた磁界検出方法であって、
時間的に変化する電圧を印加した磁気インピーダンス素子に対し、前記磁界印加手段を用いて所定の大きさ及び方向のバイアス磁界を印加した際に、磁気インピーダンス素子に生じる出力波形を第１の出力波形として得る工程と、
前記第１の出力波形のうち、負方向の波形部を正方向に変換したものを第２の出力波形として得る工程と、
前記第２の出力波形の１周期分の積分値を求め、該積分値に基づいて磁気インピーダンス素子の感磁方向に沿う磁界の大きさを検出する工程と、を有することを特徴とする磁界検出方法。
【請求項２】
前記時間的に変化する電圧として、パルス電圧を用いることを特徴とする請求項１に記載の磁界検出方法。
【請求項３】
磁気インピーダンス素子と、
前記磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を印加する磁界印加手段と、
時間的に変化する電圧を印加した磁気インピーダンス素子に対し、前記磁界印加手段を用いて所定の大きさ及び方向のバイアス磁界を印加した際に、磁気インピーダンス素子に生じる出力波形を、第１の出力波形として得るブリッジ回路と、
前記第１の出力波形のうち、負方向の波形部を正方向に変換したものを第２の出力波形として得る全波整流回路と、
前記第２の出力波形の１周期分の積分値を求める積分器と、を少なくとも備えたことを特徴とする磁界検出装置。
【請求項４】
前記時間的に変化する電圧がパルス電圧であることを特徴とする請求項３に記載の磁界検出装置。
【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素子を用いた磁界検出方法及び磁界検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）は、磁性体に高周波電流などの時間的に変化する電圧を印加した際、外部磁界の変化に対応してそのインピーダンス値が大きく変化する現象（磁気インピーダンス効果）を利用したものであり、高感度な磁気センサとして使用されている。
【０００３】
磁気インピーダンス素子を用いた磁界検出方法として、例えばブリッジ法が挙げられる。この方法は、図５に示すように磁気インピーダンス素子１０１を２個と抵抗１０２を２個とからなるブリッジ回路１０３を形成し、そのブリッジ回路１０３に電圧印加装置１０４を用いてパルス電圧を印加する。その際、ブリッジ電圧の最大値が磁界の値により変化することを利用して、磁界の大きさを検出するものである（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００４】
磁気インピーダンス素子の印加磁界と出力値との関係は、図６の下図に示すように、外部磁界の正負に対する出力特性が概ね対称であり、かつ磁場０付近でインピーダンスＺが極小値を持つ。磁場に対する感度を高めるため、また、磁場の方向を検知するため、同図に示すように、バイアス磁界をかけて使うことが多い。このバイアス磁界の印加には、磁石やソレノイドコイル等が用いられている。
【０００５】
しかしながら、前記のような磁界検出方法において、以下の問題が生じる。
まず、磁界の値は、ブリッジ電圧の最大値となるが、測定時、最大値のばらつきが大きい。また、ブリッジ電圧は、図６の下図に示すように正負の値を示すが、測定には正方向の値のみを使用しているため、ノイズの影響を受けやすい。
このように、従来は、ノイズの影響を受けやすかった出力波形の最大値(正方向の最大値)を測定していたため、磁界の大きさにばらつきが大きかった。
【特許文献１】特開２００３−３２９７４５号公報
【特許文献２】特開平１１−１７４１３７号公報
【特許文献３】特開２００２−２８６８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、ノイズの影響を緩和することにより、磁界の大きさを安定にかつ精度よく検出することができる磁界検出方法を提供することを第一の目的とする。
【０００７】
また、本発明は、得られる出力波形の負方向の値も測定に利用することでノイズの影響を緩和することができ、ひいては磁界の大きさの検出が高感度で、かつ高精度な磁界検出装置を提供することを第二の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に記載の磁界検出方法は、磁気インピーダンス素子と該磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を印加する磁界印加手段とを用いた磁界検出方法であって、時間的に変化する電圧を印加した磁気インピーダンス素子に対し、前記磁界印加手段を用いて所定の大きさ及び方向のバイアス磁界を印加した際に、磁気インピーダンス素子に生じる出力波形を第１の出力波形として得る工程と、前記第１の出力波形のうち、負方向の波形部を正方向に変換したものを第２の出力波形として得る工程と、前記第２の出力波形の１周期分について積分値を求め、該積分値に基づいて磁気インピーダンス素子の感磁方向に沿う磁界の大きさを検出する工程と、を有することを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の磁界検出方法は、請求項１において、前記時間的に変化する電圧として、パルス電圧を用いることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の磁界検出装置は、磁気インピーダンス素子と、前記磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を印加する磁界印加手段と、時間的に変化する電圧を印加した磁気インピーダンス素子に対し、前記磁界印加手段を用いて所定の大きさ及び方向のバイアス磁界を印加した際に、磁気インピーダンス素子に生じる出力波形を、第１の出力波形として得るブリッジ回路と、前記第１の出力波形のうち、負方向の波形部を正方向に変換したものを第２の出力波形として得る全波整流回路と、前記第２の出力波形の１周期分について積分値を求める積分器と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の磁界検出装置は、請求項３において、前記時間的に変化する電圧がパルス電圧であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の磁界検出方法では、バイアス磁界を印加した際に、磁気インピーダンス素子に生じる第１の出力波形のうち、負方向の波形部を正方向に変換して得られる第２の出力波形の１周期分について積分値を求め、該積分値に基づいて磁界の大きさを検出する。第２の出力波形の１周期分の積分値を用いることにより、ノイズの影響を緩和して、磁界の大きさを安定にかつ精度よく検出することができる。
【００１１】
また、本発明の磁界検出装置では、時間的に変化する電圧を印加した磁気インピーダンス素子に対し、所定の大きさ及び方向のバイアス磁界を印加した際に、磁気インピーダンス素子に生じる出力波形を第１の出力波形として得るブリッジ回路と、前記第１の出力波形のうち、負方向の波形部を正方向に変換したものを第２の出力波形として得る全波整流回路と、前記第２の出力波形の１周期分について積分値を求める積分器と、を備える。全波整流回路により、第１の出力波形のうち負方向の波形部を正方向に変換した第２の出力波形として出力することができる。また、積分器により第２の出力波形の１周期の積分値の測定を行うことができる。第２の出力波形の１周期分の積分値を用いることによりノイズの影響を緩和することができ、ひいては磁界の大きさの検出が高感度で、かつ高精度な磁界検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る磁界検出方法及び磁界検出装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
まず、本発明の磁界検出装置について説明する。図１は、本発明の磁界検出装置１の一実施形態を模式的に示す図である。
本発明に係る磁界検出装置１は、磁気インピーダンス素子２と、前記磁気インピーダンス素子２にバイアス磁界を印加する磁界印加手段３と、時間的に変化する電圧を印加した磁気インピーダンス素子２に対し、前記磁界印加手段３を用いて所定の大きさ及び方向のバイアス磁界を印加した際に、磁気インピーダンス素子２に生じる出力波形を第１の出力波形として得るブリッジ回路４と、前記第１の出力波形のうち、負方向の波形部を正方向に変換したものを第２の出力波形として得る全波整流回路６と、前記第２の出力波形の１周期分について積分値を求める積分器８と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明では、全波整流回路６により、第１の出力波形のうち負方向の波形部を正方向に変換した第２の出力波形として出力することができる。また、積分器８により第２の出力波形の１周期の積分値の測定を行うことができる。第２の出力波形の１周期分の積分値を用いることによりノイズの影響を緩和することができ、ひいては磁界の大きさの検出が高感度で、かつ高精度な磁界検出装置を提供することができる。
【００１５】
以下、各構成について、より詳しく説明する。
本発明で用いる磁気インピーダンス素子２としては、図２（ａ）に示すように非磁性基板１０上に形成した軟磁性体膜１１が好ましい。非磁性基板１０は、非磁性体からなる基板であれば特に限定されない。例としては、シリコン（Ｓｉ）等の半導体基板や、ガラス等の基板が挙げられる。
【００１６】
軟磁性体膜１１は、軟磁性体からなる薄膜に、一軸異方性を付与したものである。軟磁性体膜１１の平面形状は、長手方向を有する形状であり、具体的には例えば短冊状（長辺が短辺に比べて―定以上長い長方形状）である。
軟磁性体膜１１としては、例えばＣｏＮｂＺｒ（コバルト−ニオブ−ジルコニウム）、ＣｏＴａＺｒ（コバルト−タンタル−ジルコニウム）等、Ｃｏ基の軟磁性体から構成することができる。例えばＣｏ８５Ｎｂ１２Ｚｒ３が挙げられる。軟磁性体膜１１を形成する方法としては、基板上に軟磁性体をスパッタリングで成形した後、ドライエッチング、リフトオフ、ウエットエッチング等により所定の短冊形状にパターニングする方法が挙げられる。
【００１７】
図２（ａ）に示す磁気インピーダンス素子２の場合、略長方形の平面形状を有する軟磁性体膜が複数、長手方向を互いに平行にして配置され、隣接する軟磁性体膜をその端部同士でつづら折り状（ミアンダ状）になるように形成したものである。このような構成によれば、複数の磁気インピーダンス素子２を直列接続することによって、センサの磁界に対する感度を向上することができる。軟磁性体膜の端部同士の接続は、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の良導体で導通させるのが望ましい。
磁気インピーダンス素子２の両端には、接続用の端子１２，１３が設けられる。
【００１８】
磁気インピーダンス素子２は、検出しようとする磁界の方向に向けられる。これにより、磁気インピーダンス素子２の感磁方向に沿う磁界の大きさ及び符号（一次元における正負の向き）を検出することができる。
【００１９】
磁気インピーダンス素子２にバイアス磁界を印加する磁界印加手段３としては、例えば図２（ｂ）に示すようなソレノイドコイルが挙げられる。磁気インピーダンス素子２をソレノイドコイル内に設置することで、充分に一様なバイアス磁界を磁気インピーダンス素子２に印加することができる。ソレノイドコイルの軸方向は、磁気インピーダンス素子２の方向となるべく一致させることが望ましく、これにより、ソレノイドコイルで発生したバイアス磁界を磁気インピーダンス素子２に対して有効に印加することができる。
【００２０】
ソレノイドコイルの両端には、ソレノイドコイルを通電するための一対の端子１４，１５が設けられている。これらの端子１４，１５を通じて、不図示の電源装置からソレノイドコイルを通電することにより、磁界を発生させることができる。また、電流の向きを反対にすることにより、バイアス磁界の向きを反対にすることができる。
【００２１】
ブリッジ回路４は、２つの磁気インピーダンス素子２と、２つの抵抗５とから構成される。
ブリッジ回路４の端子２１，２２には、時間的に変化する電圧を磁気インピーダンス素子２に印加させるための電圧印加装置９が接続される。また、端子２３，２４には、全波整流回路６の入力端子が、それぞれ接続される。ブリッジ回路４が発した出力電圧の変動は、全波整流回路６や積分器８等にて構成された信号検知手段によって測定される。
【００２２】
磁気インピーダンス素子２に印加される、時間的に変化する電圧としては、高周波電圧、パルス電圧等が挙げられる。なかでも、立ち上がり時間が短くセンサの特性を向上できることから、パルス電圧（高周波パルス電圧でもよい。）が好ましい。このパルス電圧をなす波形としては、矩形状または台形状のパルス波形が挙げられるが、なかでも、矩形状のパルス波形が好ましい。印加電圧の立ち上がり時間が短いほど特性を良くすることができる。
【００２３】
全波整流回路６は、４つのダイオード７を組み合わせて構成され、入力電圧の正負に関係なく正の絶対電圧が得られる。これにより第１の出力波形のうち、負方向の波形部を正方向に変換したものを第２の出力波形として得ることができる。
【００２４】
積分器８は、必要な分解能と変換速度によって決定されるが、例えば、二重積分型のＡ／Ｄコンバータ等が使用される。
【００２５】
次に、上述した磁界検出装置１を用いてなる磁界検出方法について説明する。
【００２６】
本発明に係る磁界検出方法は、磁気インピーダンス素子２と該磁気インピーダンス素子２にバイアス磁界を印加する磁界印加手段３とを用いた磁界検出方法であって、時間的に変化する電圧を印加した磁気インピーダンス素子２に対し、前記磁界印加手段３を用いて所定の大きさ及び方向のバイアス磁界を印加した際に、磁気インピーダンス素子２に生じる出力波形を第１の出力波形として得る工程と、前記第１の出力波形のうち、負方向の波形部を正方向に変換したものを第２の出力波形として得る工程と、前記第２の出力波形の１周期分について積分値を求め、該積分値に基づいて磁気インピーダンス素子２の感磁方向に沿う磁界の大きさを検出する工程と、を有することを特徴とする。
【００２７】
本発明では、バイアス磁界を印加した際に、磁気インピーダンス素子２に生じる第１の出力波形のうち、負方向の波形部を正方向に変換して得られる第２の出力波形の１周期分について積分値を求め、該積分値に基づいて磁界の大きさを検出する。第２の出力波形の１周期分の積分値を用いることにより、ノイズの影響を緩和して、磁界の大きさを安定にかつ精度よく検出することができる。
【００２８】
以下、各工程について説明する。
（ａ）第１工程
時間的に変化する電圧を印加した磁気インピーダンス素子２に対し、前記磁界印加手段３を用いて所定の大きさ及び方向のバイアス磁界を印加した際に、磁気インピーダンス素子２に生じる出力波形を第１の出力波形として得る。第１の出力波形の一例を図３（ａ）に示す。
バイアス磁界は、磁気インピーダンス素子２に沿う成分が有効であるため、バイアス磁界は磁気インピーダンス素子２に沿う方向に印加することが好ましい。
【００２９】
（ｂ）第２工程
前記第１の出力波形のうち、負方向の波形部を正方向に変換したものを第２の出力波形として得る。
具体的には、前記第１の出力波形を全波整流回路６に通す。これにより、第１の出力波形の負方向の波形部が正に変換されて第２の出力波形が得られる。第２の出力波形の一例を図３（ｂ）に示す。
【００３０】
（ｃ）第３工程
前記第２の出力波形の１周期分について積分値を求め、該積分値に基づいて磁気インピーダンス素子２の感磁方向に沿う磁界の大きさを検出する。より詳しくは、第２の出力波形の１周期分の積分値を測定する。ここで「第２の出力波形の１周期分」とは、第１の出力波形において元々正方向であった波形部と、正方向に変換された負方向の波形部とを合わせた部分をいう。
全波整流後の波形である第２の出力波形の１周期分を積分し、その積分値をもって磁界の大きさとする。第２の出力波形の１周期分の積分値を用いることにより、測定ノイズを緩和することができる。積分器８は必要な分解能と変換速度によって決定するが、例えば、二重積分型のＡ／Ｄコンバータを使用する。
【００３１】
このように、本発明では、第１の出力波形の負方向の波形部を正方向に変換した第２の出力波形の積分値を用いることにより、ノイズの影響を緩和することができ、安定にかつ精度よく磁界の大きさを検出することができる。
【実施例】
【００３２】
図１に示したような磁界検出装置を用いて、磁界検出実験を行った。なお、ここでは全波整流器と積分器の代わりにオシロスコープを用いて波形を測定し、その値から積分を行っている。
【００３３】
磁気インピーダンス素子は、チップサイズ約２．５ｍｍ×１．２ｍｍ×６２５μｍのＳｉ基板上につづら折り状に形成されたＣｏＺｒＮｂからなる素子であり、素子は約１μｍの厚みである。このＭＩ素子のバイアス磁界は約８（Ｏｅ）である。
この磁気インピーダンス素子に対し、パルス電圧(電圧３Ｖ、パルス幅３０ｎｓ)・ならびにソレノイドコイルから８（Ｏｅ）のバイアス磁界を印加した。得られた出力について、その最大値をオシロスコープにより測定した。次に、オシロスコープにより測定した波形から、積分値を求めた。
【００３４】
図４（ａ）は最大値と積分値について得られた波形を示すグラフであり、図４（ｂ）は最大値と積分値の変化率を示すグラフである。ここで、最大値は点線で、積分値は実線にて表している。
まず、図４（ａ）から、積分値は最大値に比べて、ほぼ全てのバイアス磁界の範囲において、ノイズが少ないことが分かった。また、図４（ｂ）から、積分値は最大値に比べて、ほぼ全てのバイアス磁界の範囲において、変化率のばらつきも抑制されることが明らかとなった。
【００３５】
以上より、本発明では、第１の出力波形の負方向の波形部を正方向に変換した第２の出力波形の１周期分の積分値を用いることにより、ノイズの影響を緩和することができ、磁界の大きさを安定にかつ精度よく検出できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、磁気インピーダンス素子を用いた磁界検出方法及び磁界検出装置に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る磁界検出装置の一例を模式的に示す図。
【図２】磁気インピーダンス素子の概略構成図（ａ）および磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を印加する概略構成図（ｂ）。
【図３】ブリッジ回路の第１の出力波形の一例を示すグラフ（ａ）および全波整流された第２の出力波形の一例を示すグラフ（ｂ）。
【図４】実施例で得られた最大値と積分値の波形を示すグラフ（ａ）および最大値と積分値の変化率を示すグラフ（ｂ）。
【図５】従来の磁界検出装置の一例を模式的に示す図。
【図６】従来の磁界検出方法における出力波形の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３８】
１  磁界検出装置、２  磁気インピーダンス素子、３  磁界印加手段、４  ブリッジ回路、６  全波整流回路、８  積分器、９  電圧印加装置。
【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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