(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ、磁化方向が固定された固定層と印加される磁界により磁化方向が変化する自由層とを含む第１〜第４の磁気抵抗効果素子と、
前記第１〜第４の磁気抵抗効果素子に一方向のバイアス磁界を印加するバイアスコイルと、を有し、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とは、それぞれの固定層の磁化方向が、反平行かつ前記バイアス磁界に垂直となるように配置され、
前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とは、それぞれの固定層の磁化方向が、反平行かつ前記バイアス磁界に平行となるように配置され、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とが接続されることにより、第１のブリッジが形成され、
前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とが接続されることにより、第２のブリッジが形成され、
前記第２のブリッジの中点出力端子を前記バイアスコイルに接続することにより、前記中点出力端子からの電圧に比例した電流を前記バイアスコイルに流し、前記バイアス磁界を発生させて、前記第１のブリッジで測定磁界の磁界強度を検出する、磁気センサ。
【請求項２】
前記第２のブリッジの中点出力端子とバイアスコイルの間に線形に増幅する増幅回路を含む検出回路を接続した請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記増幅回路は差動増幅回路である請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記検出回路は薄膜プロセスによって構成された、請求項２又は３のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記バイアスコイルを構成する線路が渦巻き状に形成され、隣り合う線路が直線状で且つ平行となるように配置されることにより、前記バイアスコイルは、平行なバイアス磁界を印加する領域を有する請求項１〜４のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記バイアスコイルは、それぞれ、前記バイアス磁界として平行な磁界を印加する領域を有する第１のバイアスコイル及び第２のバイアスコイルからなり、
前記第１のバイアスコイルと、前記第２のバイアスコイルとは、前記第１のバイアスコイルと前記第２のバイアスコイルとの近接する領域において前記第１のバイアスコイルに流れる電流の方向と前記第２のバイアスコイルに流れる電流の方向とが平行となるように接続されている、請求項１〜４のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項７】
電流線と、
前記電流線に流れる電流により発生する測定磁界と前記バイアス磁界とが垂直となるように配置された、請求項１〜６のいずれかに記載の磁気センサと、
を備える電流量検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界を検知する磁気センサ、及び、電流により発生する磁界を磁気センサにより検知して電流量を検出する電流量検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流量検出器は、例えば、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）／電気自動車（ＥＶ）の駆動装置やスマートメータ等に使用することができ、ＨＥＶ／ＥＶの駆動装置のバスバーやスマートメータ等に流れる電流量が非接触式で検出される。特に、自動車等に搭載される電流量検出器においては、小型化及び軽量化が求められている。従来、電流量検出器として、電流線の周囲にリング状のコアを配置し、このコアで集磁してホール素子で電流量を検出するものが用いられてきた。しかしながら、このような、従来のコア付きホール素子型の電流量検出器では、コアの重量及び大きさが問題となるため、自動車等に搭載される電流量検出器においては、コアを省略するコアレス化が求められている。電流量検出器をコアレス化した場合、検出磁界が小さくなるため、ホール素子に比して感度が高い巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲと称することがある）を用いることが有効である。
【０００３】
例えば、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子（ＳＶＧＭＲ）等の巨大磁気抵抗効果素子は、素子単体では、印加磁界に比例した電気抵抗の変化は得られない。そこで、磁気抵抗効果素子の磁界検出特性において、磁気抵抗効果素子の電気抵抗変化量が磁気抵抗効果素子に印加される磁界の角度に正確に比例することを応用し、検出磁界に比例した検出出力を得る方法が提案されている。この方法の一つとして検出磁界（電流により発生する磁界）と直交する静磁界をバイアス磁界として磁気抵抗効果素子に印加し、合成磁界の角度から検出磁界を求める方法がある。この方法では、磁界検出用の磁気抵抗効果素子として、感磁方向が検出磁界（電流による磁界）に対して平行に配置された磁気抵抗効果素子と、感磁方向がバイアス磁界の方向に対して平行に配置された磁気抵抗効果素子と、を対とする二軸検出磁気抵抗効果素子対が用いられている。バイアス磁界をＨｘ、電流が形成する磁界をＨｙとすると、この磁気抵抗効果素子には、バイアス磁界からの角度θ（ｔａｎθ＝Ｈｙ／Ｈｘ）に依存した磁界が印加される。そこで、バイアス磁界が感磁方向となる磁気抵抗効果素子の出力をｃｏｓ出力、検出磁界（電流が形成する磁界）方向が感磁方向となる磁気抵抗効果素子の出力をｓｉｎ出力とすると、測定磁界Ｈｙ＝Ｈｘ×ｔａｎθ＝Ｈｘ×ｓｉｎθ／ｃｏｓθの関係から、前述のｓｉｎ出力をｃｏｓ出力で除し、一定の値Ｈｘを乗すれば、目的のＨｙ、すなわち、測定磁界（電流が形成する磁界）が得られる。前述の演算処理は、まず、アナログ信号であるｓｉｎ出力及びｃｏｓ出力をアナログ−デジタル信号変換器（Ａ／Ｄ変換器）にてデジタル信号に変換した後、マイコン等にて演算を行う方法が用いられている（特許文献１）。
【０００４】
また、上記のマイコンなどによる演算処理などの信号処理の負担軽減のため、アナログ信号処理のみで直接検出磁界に比例した検出出力を得る方法が提案されている（特許文献２）。この方法においては、ＧＭＲ素子の構成は、上記特許文献１と同じく二軸検出磁気抵抗効果素子対が用いられている。上記構成において、ｓｉｎ出力電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝Ｖｃ・ｓｉｎθ・ｒ／Ｒｍ（Ｖｃ：ＧＭＲ素子の電源電圧、ｒ：ＧＭＲ素子の抵抗変化幅、Ｒｍ：ＧＭＲ素子の電気抵抗の平均値）で表される。一方、ｃｏｓ出力電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝Ｖｃ・ｃｏｓθ・ｒ／Ｒｍで表される。そこで、Ｖｘが一定値（Ｖｘ＝Ｖｒｅｆ）となるように演算増幅器を用いてＶｃが制御される。この制御によりＧＭＲ素子の電源電圧Ｖｃは、Ｖｃ＝Ｖｒｅｆ・Ｒｍ／（ｒ・ｃｏｓθ）となる。このとき、ｓｉｎ出力も同じＶｃを用いているため、
Ｖｙ＝Ｖｃ・ｒ・ｓｉｎθ／Ｒｍとなる。ここで、当該等式を変形すると、
Ｖｙ＝Ｖｒｅｆ・Ｒｍ／（ｒ・ｃｏｓθ）・ｓｉｎθ・ｒ／Ｒｍ
＝Ｖｒｅｆ・ｔａｎθ
＝Ｖｒｅｆ・Ｈｙ／Ｈｘとなる。
Ｖｒｅｆ、Ｈｘは一定であるため検出対象磁界Ｈｙに比例した出力が得られる。
【０００５】
また、特許文献３では、測定対象磁場に応じて余弦に比例した抵抗出力の逆数で、電圧信号出力を増幅して、測定対象磁場とバイアス磁場の合成磁場で、測定対象磁場の方向に対してなす角の正接に比例した信号を出力させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平５−７１７１４号公報
【特許文献２】独国特許出願公開第１０１１３１３１号明細書
【特許文献３】特開２０１３−２００３０３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においては、２つの信号（ｓｉｎ出力とｃｏｓ出力）のデータを収集し、アナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）を経て除算等の演算処理を行った後にデータを出力し、その後、２つの信号（ｓｉｎ出力とｃｏｓ出力）のデータを収集するサイクルを実施する必要があり、装置構成が複雑である。しかし、信号処理に時間が必要なため間欠的なデータ収集となり、変化する信号に対して応答速度が遅くなる。このため、インバータのスイッチング波形等の高速応答が必要な分野には採用が困難である。
【０００８】
また、特許文献２においては、アナログ回路で信号処理を行うため時間軸で連続的な信号出力が可能であり、信号出力は測定対象に比例した出力が直接行われるため、上記のように２つの信号を収集する必要がなく、高速応答が可能である。また、信号処理が容易であるため、信号収集後の信号処理にかかる負担が少なくなり、小型化・コストダウンを図ることができるという利点がある。しかし、このような特許文献２の方法では、ＧＭＲ素子に印加される電源電圧Ｖｃが大きく変化することから、ＧＭＲ素子の許容電圧を超えないようにするためには、Ｖｃを予め低く設定する必要がある。そのため、ダイナミックレンジが小さくなるという問題があった。また、Ｖｃは、測定磁界の増加に伴って大きくなるが、演算増幅器に供給される電圧を超えることができないため、Ｖｃの変化幅に対応可能な電源電圧を演算増幅器に印加しなければならず、検出出力に使用される電圧利用率が低くなるという問題があった。さらに、演算増幅器の出力でｓｉｎ出力、ｃｏｓ出力を担うＧＭＲ素子双方の電源を供給する必要があるため、信号処理回路の大型化により装置構成が複雑になり、コストアップに繋がるという問題があった。また、ＧＭＲ素子の電源電圧が変化することにより、出力の温度係数や零点のオフセットが変化し測定精度が低下するという問題もあった。
【０００９】
また、特許文献３においては、回路中に非線形の素子が含まれるため、それに対応した増幅器（例えば、ゲインコントロールアンプ）等を用いる必要がある。このような特殊な装置を用いる必要があるため、コストがかかるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、変化する信号に対して応答速度が速く、広範囲のダイナミックレンジ及び高度の測定精度を有し、さらに、簡単な装置構成で、測定磁界の強度と検出出力とを線形関係とすることができる磁気センサ及び電流量検出器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明に係る磁気センサは、
それぞれ、磁化方向が固定された固定層と印加される磁界により磁化方向が変化する自由層とを含む第１〜第４の磁気抵抗効果素子と、
前記第１〜第４の磁気抵抗効果素子に一方向のバイアス磁界を印加するバイアスコイルと、を有し、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とは、それぞれの固定層の磁化方向が、反平行かつ前記バイアス磁界に垂直となるように配置され、
前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とは、それぞれの固定層の磁化方向が、反平行かつ前記バイアス磁界に平行となるように配置され、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とが接続されることにより、第１のブリッジが形成され、
前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とが接続されることにより、第２のブリッジが形成され、
前記第２のブリッジの中点出力端子を前記バイアスコイルに接続することにより、前記中点出力端子からの電圧に比例した電流を前記バイアスコイルに流して、バイアス磁界強度を発生させて、前記第１のブリッジで測定磁界の磁界強度を検出することを特徴とする。
【００１２】
本発明の一の態様に係る磁気センサにおいて、前記第２のブリッジの中点出力端子とバイアスコイルの間に増幅回路を含む検出回路を接続してもよい。
【００１３】
また、本発明の別の態様に係る磁気センサにおいて、前記増幅回路は差動増幅回路であってもよい。
【００１４】
また、本発明の別の態様に係る磁気センサにおいて、前記検出回路は薄膜プロセスによって構成されてもよい。
【００１５】
また、本発明の別の態様に係る磁気センサにおいて、前記バイアスコイルを構成する線路が渦巻き状に形成され、隣り合う線路が直線状で且つ平行となるように配置されることにより、前記バイアスコイルは、平行なバイアス磁界を印加する領域を有していてもよい。
【００１６】
また、本発明の別の態様に係る磁気センサにおいて、前記バイアスコイルは、それぞれ、前記バイアス磁界として平行な磁界を印加する領域を有する第１のバイアスコイル及び第２のバイアスコイルからなり、
前記第１のバイアスコイルと、前記第２のバイアスコイルとは、前記第１のバイアスコイルと前記第２のバイアスコイルとの近接する領域において前記第１のバイアスコイルに流れる電流の方向と前記第２のバイアスコイルに流れる電流の方向とが平行となるように接続されている。
【００１７】
本発明に係る電流量検出器は、
電流線と、
前記電流線に流れる電流により発生する測定磁界と前記バイアス磁界とが垂直となるように配置された、上述の磁気センサと、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、変化する信号に対して応答速度が速く、広範囲のダイナミックレンジ及び高度の測定精度を有し、さらに、簡単な装置構成で、測定磁界の強度と検出出力とを線形関係とすることができる磁気センサ及び電流量検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る磁気センサ１の回路ブロック図であり、図１（ｂ）は、バイアス磁界Ｈｘと測定磁界Ｈｙとの合成磁界Ｈｓと、バイアス磁界Ｈｘと合成磁界Ｈｓとのなす角度との関係を示した図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る磁気センサ１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、ブリッジ回路２の第１のブリッジ３を示した回路図である。
【図４】図４は、第２のブリッジ４を示した回路図である。
【図５】図５は、磁気抵抗効果素子の抵抗変化を説明するためのグラフである。
【図６】図６は、磁化や磁界の方向の許容範囲を説明するための図面である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る磁気センサ１を用いた電流量検出器６０の概略上面図であり、図７（ｂ）は、その断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２に係る磁気センサ１の回路ブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態２に係る磁気センサ１のＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】図１０は、バイアスコイルにそれぞれ２、４、６、８、１０ｍＡの定電流を印加した時の磁界検出特性を示したグラフである
【図１１】図１１は、磁気センサと電子回路を組み合わせた回路図である。
【図１２】図１２は、バイアス電流が４．５ｍＡである場合に、測定磁界を−４．０ｋＡ／ｍから＋４．０ｋＡ／ｍまで変化させた時の回路からの出力電圧を示すグラフである。
【図１３】図１３は、バイアス電流が１１ｍＡである場合に、測定磁界を−４．０ｋＡ／ｍから＋４．０ｋＡ／ｍまで変化させた時の回路からの出力電圧を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」おおびそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。複数の図面に表れる同一符号は、特に断らない限り同一の部分又は部材を示す。
【００２１】
また、以下の説明で用いる「方向が平行となるように」や「垂直となるように」などの表現は、それぞれ平行や垂直が最も良い効果が得られることを示している。さらに、実用的に用いられる磁気センサの検出誤差が−３％以上、かつ＋３％以下の範囲であることを考慮して、−２°以上、かつ＋２°以下の範囲を許容する。すなわち、「Ｄ１方向に対してＤ２方向を平行となるように」とは図６（ａ）に示すようにＤ１とＤ２の相対的なずれの範囲が平行の状態から２°以内であることを示し、「Ｄ１方向に対してＤ２方向を垂直となるように」とは図６（ｂ）に示すようにＤ１とＤ２の相対的なずれの範囲が垂直の状態から２°以内であることを示し、「Ｄ１方向に対してＤ２方向を反平行となるように」とは図６（ｃ）に示すようにＤ１とＤ２の相対的なずれの範囲が反平行の状態から２°以内であることを示す。
【００２２】
（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る磁気センサ１の回路ブロック図であり、図１（ｂ）は、バイアス磁界Ｈｘと測定磁界Ｈｙとの合成磁界Ｈｓと、バイアス磁界Ｈｘと合成磁界Ｈｓとのなす角度θとの関係を示した図である。
図１（ａ）に示すように、本発明の実施の形態１に係る磁気センサ１は、４つの磁気抵抗効果素子（第１〜第４の磁気抵抗効果素子１−１、１−２、２−１、２−２）を有するブリッジ回路２とバイアスコイル５とを含む。
本発明の実施の形態１に係る磁気センサ１において、第１〜第４の磁気抵抗効果素子１−１、１−２、２−１、２−２のうち、第１の磁気抵抗効果素子１−１と第２の磁気抵抗効果素子１−２とが、直列に接続されている。このように第１の磁気抵抗効果素子１−１と第２の磁気抵抗効果素子１−２とが直列に接続されることにより、第１のブリッジ３が形成されている。第１の磁気抵抗効果素子１−１の固定層の磁化方向と第２の磁気抵抗効果素子１−２の固定層の磁化方向とは、同じであってもよいし、反平行であってもよい。反平行の場合、測定磁界に対する出力を大きくすることができるため、好ましい。また、上記同様、第３の磁気抵抗効果素子２−１と第４の磁気抵抗効果素子２−２とが、直列に接続されている。このように第３の磁気抵抗効果素子２−１と第４の磁気抵抗効果素子２−２とが直列に接続されることにより、第２のブリッジ４が形成されている。上記同様、第３の磁気抵抗効果素子２−１の固定層の磁化方向と第４の磁気抵抗効果素子２−２の固定層の磁化方向とは、同じであってもよいし、反平行であってもよい。反平行の場合、測定磁界に対する出力を大きくすることができるため、好ましい。正の電源端子１０に接続された端子４５と負の電源端子１１に接続された端子４６との間において、第１のブリッジ３と第２のブリッジ４とが並列に接続されることにより、ブリッジ回路２が形成されている。ここで、磁気抵抗効果素子を動作させるための正の電源端子１０と負の電源端子１１は、特許文献２の方法のように大きく電圧が変化しないことから、電源電圧を予め低く設定する必要が無く、広範囲のダイナミックレンジが得られる。以下、第１〜第４の磁気抵抗効果素子１−１、１−２、２−１、２−２を単に第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２と称することがある。
第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２は、磁化方向が固定された固定層と、印加される磁界により磁化方向が変化する自由層と、を含む。第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２に印加される磁界の方向が変わることにより、自由層の磁化方向が変わる。それに従って、固定層の磁化方向と自由層の磁化方向とのなす角度が変わり、磁気抵抗効果素子の抵抗が変わる。
【００２３】
本発明の実施の形態１に係る磁気センサ１において、第１のブリッジ３に含まれる第１の素子１−１及び第２の素子１−２は、図１（ａ）に示すように、それらの固定層の磁化方向がバイアス磁界方向２０に対して垂直となるように配置されている。一方、第２のブリッジ４に含まれる第３の素子２−１及び第４の素子２−２は、それらの固定層の磁化方向がバイアス磁界方向２０に対して平行となるように配置されている。第１のブリッジ３において、第１の素子１−１に含まれる固定層の磁化方向３１と第２の素子１−２に含まれる固定層の磁化方向３２とが反対となるように第１の素子１−１と第２の素子１−２とが配置されていることが好ましい。例えば、図１（ａ）に示すように、磁化方向３１が上方向に向いている場合は、磁化方向３２が下方向に向くように第１の素子１−１と第２の素子１−２とが配置される。一方、磁化方向３１が下方向に向いている場合は、磁化方向３２が上方向に向くように配置される。上記同様、第２のブリッジ４において、第３の素子２−１に含まれる固定層の磁化方向３３と第４の素子２−２に含まれる固定層の磁化方向３４とが反対となるように第３の素子２−１と第４の素子２−２とが配置されていることが好ましい。例えば、図１（ａ）に示すように、磁化方向３３が右方向に向いている場合は、磁化方向３４は左方向に向くように第３の素子２−１と第４の素子２−２とが配置される。一方、磁化方向３３が左方向に向いている場合は、磁化方向３４は右方向に向くように配置される。
【００２４】
本発明の実施の形態１に係るバイアスコイル５は、第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２に均一な方向のバイアス磁界を印加することができる限り、如何なる形状を有していてもよい。例えば、図１（ａ）に示すように、基板８の一の主面上において、矩形渦巻き状に形成されたものであっても良い。具体的には、バイアスコイル５は、端子４１から一の方向（左方向）に延びる線路が屈曲を繰り返して矩形渦巻き状に形成されており、バイアス磁界がほぼ平行となる領域が形成されるように形成されていればよい。本実施の形態１に係るバイアスコイル５では領域５０にブリッジ回路２を配置している。なお、図１に示す矩形渦巻き状のバイアスコイル５によれば、バイアス磁界がほぼ平行な領域は、領域５０を含め４つ形成されるが、バイアス磁界がほぼ平行な領域は少なくとも１つ存在すればよい。すなわち、バイアスコイル５には複数の直線線路が互いに平行に配置された領域は少なくとも１つ存在すればよい。
【００２５】
図２は、図１のＡ−Ａラインにおける断面図であり、バイアスコイル５の領域５０のみ示している。図２に示すように、バイアス電流がバイアスコイル５の線路内を紙面奥から手前へ流れる。このように、バイアス電流が紙面奥から手前へ流れることにより、図２に示すように、バイアスコイル５の線路の周りに反時計回りの磁界が発生し、バイアスコイル５の下側であって、バイアスコイル５の幅方向中央付近に右方向のバイアス磁界が発生する。バイアスコイル５の下側には、第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２からなるブリッジ回路２が設けられており、これらの素子に一方向のバイアス磁界Ｈｘが印加される。
【００２６】
本発明の実施の形態１に係る磁気センサ１において、図１（ａ）に示すように、第３の素子２−１と第４の素子２−２との間の中点出力端子４０は、バイアスコイル５の一方の端子４１に接続され、バイアスコイル５の他方の端子４２は、接地端子１３に接続されている。また、第１の素子１−１と第２の素子１−２との間の中点出力端子４３は、検出出力端子１２に接続されている。
【００２７】
上述のように、第１のブリッジ３の磁化方向３１と磁化方向３２とがバイアス磁界方向２０に対して垂直な方向を向くとともに、第２のブリッジ４の磁化方向３３と磁化方向３４とがバイアス磁界方向２０に対して平行な方向を向き、且つ、バイアスコイル５と第２のブリッジ４とを上述のように接続することにより、このバイアスコイル５を流通する電流を測定磁界Ｈｘに応じて変化させることができる。これにより、ＧＭＲ素子の電源電圧を変化させたり、Ａ／Ｄ変換を経ることなく、簡単な回路構成で検出出力電圧Ｖｙと測定磁界強度Ｈｙとが線形関係を有することになる。さらに、ＧＭＲ素子の電源電圧を変化させないため、出力の温度係数や零点のオフセットが変化せず、高度の測定精度を有するとともに、Ａ／Ｄ変換を経ることがないため、応答速度が速い。
【００２８】
以下、第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２からなるブリッジ回路２と、バイアスコイル５と、を上述したように配置し、ブリッジ回路２の中点出力端子４０をバイアスコイル５の一方の端子４１に接続することにより、検出出力電圧Ｖｙと測定磁界強度Ｈｙとが線形関係を有することについて詳細に説明する。
【００２９】
図３は、ブリッジ回路を構成する第１のブリッジ３を示した回路図であり、図４は、同じくブリッジ回路を構成する第２のブリッジ４を示した回路図である。図５は、第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２に印加される磁界の方向と固定層の磁化方向との角度に依存して、第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２の抵抗値が変化することを説明するために、例として固定層の磁化方向と自由層の磁化方向とがなす角度に対する抵抗値の変化を示したグラフである。前記自由層の磁化方向はバイアス磁界Ｈｘと測定磁界Ｈｙとの合成磁界Ｈｓに依存している。
図５に示すように、素子（例えばＧＭＲ）の抵抗値は、素子に含まれる固定層の磁化方向と自由層の磁化方向とのなす角度に依存して変化する。固定層と自由層の磁化方向が同じ方向（平行）である、すなわち角度が０°のとき素子の抵抗値は最小となり、固定層と自由層の磁化方向が反対の方向（反平行）である、すなわち角度が１８０°のとき素子の抵抗値は最大となる。そこで、バイアス磁界の方向をＸ方向としてＸ方向からの角度をθとしたとき、自由層の磁化方向がＸ方向に対して角度θ傾斜している場合の、第１の素子１−１の抵抗値Ｒ１は、第１の素子１−１の電気抵抗の平均値をＲｍ、その抵抗変化幅をｒ、Ｘ軸（正方向）と磁場（すなわち、図１（ｂ）に示す、バイアス磁場Ｈｘと測定磁場Ｈｙとの合成磁場Ｈｓ）と、のなす角度をθとして、
［数１］
Ｒ１＝Ｒｍ−ｒ・ｓｉｎθ              （１）
が成り立つ。
同様に、第２、第３、第４の素子１−２、２−１、２−２の抵抗値Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４についても、第１の素子１−１と同様の磁気特性（すなわち、電気抵抗の平均値Ｒｍ、抵抗変化幅ｒ）を有するため、それぞれ、
［数２］
Ｒ２＝Ｒｍ＋ｒ・ｓｉｎθ              （２）
［数３］
Ｒ３＝Ｒｍ−ｒ・ｃｏｓθ              （３）
［数４］
Ｒ４＝Ｒｍ＋ｒ・ｃｏｓθ              （４）
が成り立つ。
【００３０】
また、図１（ｂ）に示すように、バイアス磁界をＨｘ、測定磁界をＨｙ、バイアス磁界Ｈｘと測定磁界Ｈｙとの合成磁界ＨｓとＸ軸（正方向）との成す角度をθとして、
［数５］
ｃｏｓθ＝Ｈｘ／（Ｈｘ２＋Ｈｙ２）１／２      （５）
［数６］
ｓｉｎθ＝Ｈｙ／（Ｈｘ２＋Ｈｙ２）１／２      （６）
が成り立つ。
【００３１】
ここで、図３から明らかなように、直列に接続された第１の素子１−１、及び、第２の素子１−２に流れる電流はともにｉ１で同じであるため、下記式（７）に示すように、第１の素子１−１に掛かる電圧差ΔＶ１を第１の素子１−１の抵抗値Ｒ１で除した値は、第２の素子１−２に掛かる電圧差ΔＶ２を第２の素子１−２の抵抗値Ｒ２で除した値と等しくなる。
［数７］
ｉ１＝ΔＶ１／Ｒ１＝ΔＶ２／Ｒ２      （７）
ここで、図１（ｂ）及び図３に示すように、第１の素子１−１に掛かる電圧差ΔＶ１は、第１のブリッジ３の中点出力端子４３の電圧がＶｙ、正の電源端子１０に接続された端子４５の電圧が＋Ｖｃであるため、Ｖｙ−Ｖｃとなる。一方、第２の素子１−２に掛かる電圧差ΔＶ２は、第１のブリッジ３の、負の電源端子１１に接続された端子４６の電圧が（−Ｖｃ）、第１のブリッジ３の中点出力端子４３の電圧がＶｙであるため、（−Ｖｃ）−Ｖｙとなる。
これらを関係式（７）に挿入することにより、下記関係式（８）が得られる。
［数８］
ｉ１＝（Ｖｙ−Ｖｃ）／Ｒ１＝{（−Ｖｃ）−Ｖｙ}／Ｒ２      （８）
【００３２】
また、図４から明らかなように、直列に接続された第３の素子２−１、及び、第４の素子２−２に流れる電流はともにｉ２で同じであるため、下記式（９）に示すように、第３の素子２−１に掛かる電圧差ΔＶ３を第３の素子２−１の抵抗値Ｒ３で除した値は、第４の素子２−２に掛かる電圧差ΔＶ４を第４の素子２−２の抵抗値Ｒ４で除した値と等しくなる。
［数９］
ｉ２＝ΔＶ３／Ｒ３＝ΔＶ４／Ｒ４      （９）
ここで、図１（ｂ）及び図４に示すように、第３の素子２−１に掛かる電圧差ΔＶ３は、第２のブリッジ４の中点出力端子４０の電圧がＶｘ、正の電源端子１０に接続された端子４５の電圧が＋Ｖｃであるため、Ｖｘ−Ｖｃとなる。一方、第４の素子２−２に掛かる電圧差ΔＶ４は、負の電源端子１１に接続された端子４６の電圧が（−Ｖｃ）、第２のブリッジ４の中点出力端子４０の電圧がＶｘであるため、（−Ｖｃ）−Ｖｘとなる。
これらを関係式（９）に挿入することにより、下記関係式（１０）が得られる。
［数１０］
ｉ２＝（Ｖｘ−Ｖｃ）／Ｒ３＝{（−Ｖｃ）−Ｖｘ}／Ｒ４      （１０）
上述の関係式（８）及び式（１）、（２）より、
［数１１］
（Ｖｙ−Ｖｃ）／（Ｒｍ−ｒ・ｓｉｎθ）＝{（−Ｖｃ）−Ｖｙ}／（Ｒｍ＋ｒ・ｓｉｎθ）      （１１）
が成り立つ。これを計算すると、
［数１２］
Ｖｙ＝（Ｖｃ・ｒ・ｓｉｎθ）／Ｒｍ        （１２）
が得られる。
一方、上述の関係式（１０）及び式（３）、（４）より、
［数１３］
（Ｖｘ−Ｖｃ）／（Ｒｍ−ｒ・ｃｏｓθ）＝{（−Ｖｃ）−Ｖｘ}／（Ｒｍ＋ｒ・ｃｏｓθ）      （１３）
が成り立つ。これを計算すると、
［数１４］
Ｖｘ＝（Ｖｃ・ｒ・ｃｏｓθ）／Ｒｍ        （１４）
が得られる。
ここで、図１（ａ）に示すように、第２のブリッジ４の中点出力端子４０とバイアスコイル５の一端とを接続し、中点出力端子４０の電圧Ｖｘをバイアス磁界Ｈｘのａ倍となるように増幅させるとすると、
［数１５］
Ｈｘ＝ａ・Ｖｘ                            （１５）
が成り立つ。
式（１５）に、式（５）、（１４）を代入することにより、以下の関係式（１６）が得られる。
［数１６］
Ｈｘ＝（ａ・Ｖｃ・ｒ・Ｈｘ）／（Ｒｍ・（Ｈｘ２＋Ｈｙ２）１／２）
１＝（ａ・Ｖｃ・ｒ）／（Ｒｍ・（Ｈｘ２＋Ｈｙ２）１／２）
（Ｈｘ２＋Ｈｙ２）１／２＝（ａ・Ｖｃ・ｒ）／Ｒｍ      （１６）
一方、検出出力端子４３の電圧Ｖｙは、式（１２）に式（６）を代入することにより、
［数１７］
Ｖｙ＝（Ｖｃ・ｒ・Ｈｙ）／（Ｒｍ・（Ｈｘ２＋Ｈｙ２）１／２）      （１７）
を満たす。ここで、関係式（１７）に関係式（１６）を代入することにより、
［数１８］
Ｖｙ＝（Ｖｃ・ｒ・Ｈｙ）／（Ｒｍ・（ａ・Ｖｃ・ｒ）／Ｒｍ）
＝Ｈｙ／ａ              （１８）
が得られる。
上述のように、Ｖｙ＝Ｈｙ／ａを満たし、ａは一定値であるため、検出出力端子４３の電圧値Ｖｙとバイアス磁界Ｈｙとは線形関係を示す。
【００３３】
したがって、本発明の実施の形態１に係る磁気センサ１によれば、第１〜第４素子１−１、１−２、２−１、２−２からなるブリッジ回路２と、バイアスコイル５と、を上述のように配置するとともに、第２のブリッジ４の中点出力端子４０をバイアスコイル５の一端に接続することにより、検出出力端子４３の電圧Ｖｙと測定磁界Ｈｙの強度とが線形関係を有するため、検出出力端子４３の電圧Ｖｙから測定磁界Ｈｙの強度を容易に算出することができる。
【００３４】
本発明の実施の形態１に係る磁気センサ１において、磁気抵抗効果素子としては、自由層の磁化方向が固定層の磁化方向に対して回転する巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）、トンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ）等を用いることができる。
【００３５】
図７（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る磁気センサ１を用いた電流量検出器６０の概略上面図であり、図７（ｂ）は、その断面図である。
電流量検出器６０は、電流線５１と、電流線５１内を流れる電流５２により発生する測定磁界Ｈｙを検出する磁気センサ１と、を備える。電流線５１内の電流量に基づいて測定磁界Ｈｙの強度が変わるため、磁気センサ１により測定磁界Ｈｙの強度を計測すれば、電流線５１内の電流量を検出することができる。
電流量検出器６０において、電流線５１内を電流５２が流れるが、図７（ａ）に示すように、電流５２は左方向に流れていてもよいし、図７（ａ）には示していないが、右方向に流れていてもよい。図７（ａ）に示すように、電流線５１において電流５２が左方向に流れる場合、上方向の測定磁界Ｈｙが発生する。電流量検出器６０において、電流５２により発生する測定磁界Ｈｙと磁気センサ１のバイアスコイル５内を流れる電流により発生するバイアス磁界Ｈｘとが略垂直となるように、磁気センサ１が電流線５１に対して配置されている。図７（ｂ）においては、電流が紙面手前から奥へ流れるため、電流線５１の周りに時計回りの磁界が発生している。そのため、磁気センサ１付近においては、右方向の磁界が発生している。
ここで、測定磁界Ｈｙとバイアス磁界Ｈｘとが垂直となるように電流線５１に対して磁気センサ１を配置することが好ましい。磁気センサ１を、測定磁界Ｈｙとバイアス磁界Ｈｘとが垂直となるように配置することにより、感度と検出直線性が良好となる。
本発明の実施の形態１に係る磁気センサ１を備える電流量検出器６０によれば、磁気センサ１の検出出力端子の電圧と測定磁界Ｈｙの強度とが線形関係を有するため、検出出力端子の電圧から測定磁界Ｈｙの強度を容易に算出することができる。
【００３６】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る磁気センサ１の回路ブロック図である。実施の形態２は、実施の形態１においては、バイアスコイルが１つのみであるのに対して、実施の形態２においては、バイアスコイルが２つである点で、実施の形態１と異なる。実施の形態２においては、実施の形態１と異なる事項についてのみ説明し、同じ事項については説明を省略する。
【００３７】
図８に示すように、バイアスコイル５は、基板８の一の主面に矩形渦巻き状に形成された、第１のバイアスコイル５−１と、第２のバイアスコイル５−２と、からなり、第１のバイアスコイル５−１と、第２のバイアスコイル５−２と、が近接して配置されている。実施の形態２に係る第１のバイアスコイル５−１及び第２のバイアスコイル５−２は、それぞれ、実施の形態１に係るバイアスコイル５と同じように構成されている。すなわち、実施の形態２に係る第１のバイアスコイル５−１及び第２のバイアスコイル５−２は、基板８の一の主面上において、一の方向に延びる線路が屈曲を繰り返して矩形渦巻き状に形成され、素子を含む領域に平行なバイアス磁界を形成している。図８に示すように、第１のバイアスコイル５−１には、複数の直線線路が互いに平行に配置された第１の領域５５が存在し、第２のバイアスコイル５−２には、複数の直線線路が互いに平行に配置された第２の領域５６が存在する。
【００３８】
本発明の実施の形態２において、第１のバイアスコイル５−１に流れるバイアス電流の方向は、図８に示すように、第２のバイアスコイル５−２に流れるバイアス電流の方向に対して反対となるように第１のバイアスコイル５−１と第２のバイアスコイル５−２とは接続されている。例えば、第１のバイアスコイル５−１において、反時計回りにバイアス電流が流れる場合、第２のバイアスコイル５−２においては、時計回りにバイアス電流が流れる。また、第１のバイアスコイル５−１において、時計回りにバイアス電流が流れる場合は、第２のバイアスコイル５−２においては、反時計回りにバイアス電流が流れる。このように第１のバイアスコイル５−１のバイアス電流の流れる方向が、第２のバイアスコイル５−２のバイアス電流の流れる方向に対して反対となるように構成することにより、以下に説明するように、バイアスコイル５の中央領域（すなわち、第１の領域５５と、第２の領域５６と、これらの間の領域とを合わせた部分）において、一方向のバイアス磁界Ｈｘを発生させることができる。
【００３９】
図９は、図８におけるＢ−Ｂラインの断面図であり、第１のバイアスコイル５−１の領域５５、及び、第２のバイアスコイル５−２の領域５６のみが示されている。
【００４０】
図９に示すように、バイアス電流は、第１のバイアスコイル５−１、又は、第２のバイアスコイル５−２を紙面奥から手前へ流れる。バイアス電流が第１のバイアスコイル５−１、第２のバイアスコイル５−２を紙面奥から手前へ流れることにより、それぞれ、第１のバイアスコイル５−１、及び、第２のバイアスコイル５−２の周りに反時計回りの磁界が発生する。第１のバイアスコイル５−１と第２のバイアスコイル５−２とは近接して配置され、第１のバイアスコイル５−１及び第２のバイアスコイル５−２のそれぞれにより発生するバイアス磁界の方向が同じとなるため、図９に示すように、バイアスコイル５の下側の中央領域付近に右方向のバイアス磁界Ｈｘが発生する。バイアスコイル５の下側には、第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２が設けられており、これらの素子に一方向のバイアス磁界が印加される。
【００４１】
以下、バイアスコイルを２つ用いる場合における、第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２の配置について説明する。
図８に示すように、バイアスコイル５の中央領域に第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２からなるブリッジ回路２が形成されている。
ある態様では、第１の素子１−１及び第３の素子２−１を第１の領域５５に形成し、第２の素子１−２及び第４の素子２−２を第２の領域５６に形成する。第１の領域５５に形成された第１の素子１−１と第２の領域５６に形成された第２の素子１−２とが直列に接続され第１のブリッジ３が形成されている。また、第１の領域５５に形成された第３の素子２−１と第２の領域５６に形成された第４の素子２−２とが直列に接続され第２のブリッジ４が形成されている。正の電源端子１０（図示せず）と負の電源端子１１（図示せず）との間において、第１のブリッジ３と第２のブリッジ４とが並列に接続され、ブリッジ回路２が形成されている。ここで、磁気抵抗効果素子を動作させるための正の電源端子１０と負の電源端子１１は、特許文献２の方法のように大きく電圧が変化しないことから、電源電圧を予め低く設定する必要が無く、広範囲のダイナミックレンジが得られる。
【００４２】
第１のブリッジ３において、第１の素子１−１に含まれる固定層の磁化方向３１と第２の素子１−２に含まれる固定層の磁化方向３２とが反対となるように第１の素子１−１と第２の素子１−２とが配置されている。例えば、図８に示すように、磁化方向３１が上方向に向いている場合は、磁化方向３２は下方向に向くように第１の素子１−１と第２の素子１−２とが配置される。一方、磁化方向３１が下方向に向いている場合は、磁化方向３２は上方向に向くように配置される。上記同様、第２のブリッジ４において、第３の素子２−１に含まれる固定層の磁化方向３３と第４の素子２−２に含まれる固定層の磁化方向３４とが反対となるように第３の素子２−１と第４の素子２−２とが配置されている。例えば、図８に示すように、磁化方向３３が右方向に向いている場合は、磁化方向３４は左方向に向くように第３の素子２−１と第４の素子２−２とが配置される。一方、磁化方向３３が左方向に向いている場合は、磁化方向３４は右方向に向くように配置される。
【００４３】
本発明の実施の形態２に係る磁気センサにおいて、第１のバイアスコイル５−１は第１の端子６１と第２の端子６２とを有し、第２のバイアスコイル５−２は、第３の端子６３と第４の端子６４とを有する。第１のバイアスコイル５−１の第２の端子６２と第２のバイアスコイル５−２の第３の端子６３とが接続され、第１のバイアスコイル５−１と第２のバイアスコイル５−２とが直列に接続されている。このように第１のバイアスコイル５−１と第２のバイアスコイル５−２とが直列に接続されているため、第１のバイアスコイル５−１の第１の端子６１に電流を流すことにより、第２のバイアスコイル５−２にも電流が流れ、上述のように、一方向にバイアス磁界が発生する。
第３の素子２−１と第４の素子２−２との間の中点出力端子４０（図示せず）は、第１のバイアスコイル５−１の第１の端子６１に接続されている。一方、第２のバイアスコイル５−２の第４の端子６４は、接地端子１３（図示せず）に接続されている。また、第１の素子１−１と第２の素子１−２との間の中点出力端子４３（図示せず）は、検出出力端子１２（図示せず）に接続されている。
上述したように、第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２を配置し、第１及び第２のバイアスコイル５−１、５−２からなるバイアスコイル５と、第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２からなるブリッジ回路２と、を接続することにより、このバイアスコイル５を流通する電流を測定磁界Ｈｘに応じて変化させることができる。このため、上述の通り、ＧＭＲ素子の電源電圧を変化させたり、Ａ／Ｄ変換を経ることなく、簡単な回路構成で検出出力電圧Ｖｙと測定磁界強度Ｈｙとが線形関係を有することになる。これにより、検出出力から測定磁界の強度を容易に算出することができる。さらに、ＧＭＲ素子の電源電圧を変化させないため、出力の温度係数や零点のオフセットが変化せず、高度の測定精度を有するとともに、Ａ／Ｄ変換を経ることがないため、応答速度が速い。
【００４４】
また、バイアスコイルを２つ用いることにより、１つの場合に比して、バイアス磁界の強度を向上させることができる。すなわちＮ捲き薄膜コイルを１つ作成するよりＮ／２捲きコイルを２つ併設する方が小さな面積で作成でき、同一の面積であれば２つのコイルを併設した方がＧＭＲ素子上に多くのバイアスコイルを配置できる利点がある。
【実施例】
【００４５】
（薄膜バイアスコイルを備えるＧＭＲ素子の作製）
図８に示す、本発明の実施の形態２に従い、磁気抵抗効果素子と、薄膜バイアスコイルを備える磁気センサを作製した。本実施例において、素子としてＧＭＲを用いた。図８に示すように、シリコン基板８の表面を熱酸化処理して形成したシリコン基板熱酸化膜上に、第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２を作製した。固定層の磁化の向きは、図８に示すように、第３の素子２−１については紙面右方向、第４の素子２−２については紙面左方向、第１の素子１−１については紙面上方向、第２の素子１−２については紙面下方向である。素子としては、幅１０μｍ×長さ１００μｍのものを２つずつ用い、これらを２個併設した状態で直列に接続することにより、第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２を作製した。また、第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２のそれぞれ単独の平均抵抗値（自由層の磁化方向が固定層の磁化方向に対して９０°のときの抵抗値と同じ）は、Ｒｍ＝１１００Ω、抵抗変化量ｒ＝４０Ωであった。この第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２の上に絶縁層を製膜し、絶縁層の上に、図８に示す矩形渦巻き状のバイアスコイル５−１、５−２を、アルミニウム薄膜を矩形渦巻き状に１６周させることにより作製した。第１のバイアスコイル５−１の第２の端子６２と第２のバイアスコイル５−２の第３の端子６３とを配線により接続した。これらのバイアスコイルは、電流印加時、バイアス磁界が、第１〜第４の素子１−１、１−２、２−１、２−２の長手方向に対して直角であって、全て同一方向に印加されるように配置した。この薄膜バイアスコイルを備えた磁気センサを評価基板上に実装し、直径３００ｍｍ、間隔１５０ｍｍのヘルムホルツコイルの中央に上記実装した評価基板を配置した。なお、ヘルムホルツコイルから発生する磁界は本発明における「測定磁界」に相当する。ヘルムホルツコイルから発生する磁界が、図８の測定磁界Ｈｙ方向となるように上記評価基板をヘルムホルツコイルに対して配置した。
【００４６】
図１０は、バイアスコイルに印加する電流を一定とした場合の磁界検出特性を示している。ヘルムホルツコイルに電流を流すことにより評価基板に±４．０ｋＡ／ｍの磁界を連続的に変化させて印加し、図８の第１のバイアスコイル５−１の第１の端子６１と第２のバイアスコイル５−２の第４の端子６４にそれぞれ２、４、６、８、１０ｍＡの定電流を流した時の磁界検出特性（Ｖｙ出力）を示したグラフである。
【００４７】
図１０に示すように、測定磁界Ｈｙと検出出力電圧Ｖｙとの関係はＳ字曲線状となり、バイアス電流が大きくなるほど、測定磁界Ｈｙの変化に対する検出出力電圧Ｖｙの変化は小さくなった。すなわち、測定磁界Ｈｙと検出出力電圧Ｖｙとの曲線の微分値の変化幅が小さくなった。しかしながら、図１０に示すように、いずれのバイアス電流においても、特に、高いバイアス電流（１０ｍＡ）においても、測定磁界Ｈｙと検出出力電圧Ｖｙとの関係式は線形にはならなかった。
【００４８】
そこで、図１１に示すようにバイアスコイル（不図示）と素子１−１、１−２、２−１、２−２が形成された磁気センサ１に、増幅回路を含む検出回路７１を接続し、図８の素子のＶｘ（ｃｏｓ出力）に比例する電流がバイアスコイルに流れるように設定した。線形に増幅する増幅回路を含む検出回路７１とは、少なくとも第２のブリッジ４の出力を入力して、第２のブリッジ４の出力電圧に比例した電流値を前記バイアスコイルに流すように構成した回路のことであり、Ａ／Ｄ変換や、Ｖｃの変化幅に対応可能な電源電圧や、ゲインコントロールアンプなどを用いた非線形の増幅回路を用いる必要が無く簡単な構成である。すなわち、「線形に増幅する」とは、ゲインコントロールアンプなどの非線形増幅を含まないことを意味する。図１１に検出回路の回路図の一例を示す。上述のように、図１１は検出回路の回路図の一例を示すものであり、必ずしも、検出回路は図１１に示されたものでなくてもよいことは理解されよう。図１１ではバイアスコイル（不図示）と素子１−１、１−２、２−１、２−２を薄膜プロセスで形成した磁気センサ１に検出回路７１を接続する際、オペアンプ７２と可変抵抗器７３と固定抵抗器７４を接続した差動増幅回路７５を第２のブリッジ４の出力とバイアスコイルの端子との間に接続し、前記バイアスコイルに流す電流を第２のブリッジ４の出力に比例して調整できるようにした。さらに、図１１のように、Ｖｏｕｔの出力を大きくするために、第１のブリッジ３の出力に、オペアンプ７２と可変抵抗器７３と固定抵抗器７４を接続した差動増幅回路７６を接続しても良い。前記バイアスコイルに流す電流量は測定磁界に応じて抵抗値を設計することで可変抵抗器を用いなくても良い。さらに測定磁界に応じて前記増幅回路を設計し、さらに前記増幅回路を薄膜で構成し、集積することで、小型化できるため好ましい。
【００４９】
また、図１２は、測定磁界を−４．０ｋＡ／ｍから＋４．０ｋＡ／ｍまで変化させた時のブリッジ回路からの検出出力電圧を示す。図１２は、バイアスコイルと駆動回路との間に電流計を挿入して、測定磁界を零とし、図１１の可変抵抗器ＶＲ２を調整してバイアスコイルに印加される電流を１１ｍＡとした場合のグラフである。図１３のグラフは、測定磁界を零とし、図１１の検出回路のＶＲ２を調整してバイアスコイルに印加される電流を４．５ｍＡとした場合のグラフであり、グラフの表記は、図１２と同様である。
【００５０】
図１３のグラフのＶｍは、図１１の検出回路のＶｏｕｔで示された端子の電圧であり、バイアスコイルを検出回路から取り外し、測定可能な磁界範囲と出力の大きさを考慮して４．５ｍＡの定電流源に接続した場合における測定磁界に対する出力電圧の変化、すなわち、検出回路を通していないときの磁気センサの出力電圧（Ｓｉｎ ＯＵＴの端子における電圧の変化）を示している。また、図１３のＶｙは、バイアスコイルを図１１のＢｃｏｉｌ＋とＢｃｏｉｌ−に接続し、バイアスコイルの電流を変化させた場合の測定磁界に対するＶｏｕｔ出力電圧の変化、すなわち、検出回路を通したときの出力電圧（Ｖｏｕｔにおける電圧の変化）を示す。また、Ｖｘは図１１の第３の素子２−１と第４の素子２−２の中点の電圧であり、バイアスコイルは、上記と同様、駆動回路Ｂｃｏｉｌ＋とＢｃｏｉｌ−に接続した場合の測定磁界に対するＶｘの変化、すなわち、第２のブリッジ回路の出力（Ｃｏｓ ＯＵＴの端子における電圧の変化）を検出回路を通じて増幅し、バイアスコイルに印加される電圧値（Ｂ＿Ｃｏｉｌ＋端子の電圧の変化）を示している。また、Ｖｍ／Ｈｍはバイアスコイルに印加する電流を４．５ｍＡにおいて一定に保った時の、検出出力電圧を測定磁界Ｈｙ＝Ｈｍで除した値である。また、Ｖｙ／Ｈｍはバイアスコイルを検出回路に接続した時の前述のＶｙを測定磁界Ｈｍ＝Ｈｙで除したものである。測定磁界Ｈｍ＝Ｈｙで除した値は、Ｈｍを横軸としたときの傾きを示しており、検出出力が測定磁界に対して線形に比例しているときは一定となる。バイアスコイルに印加する電流が一定の時、すなわち第２のブリッジの出力端子を前記バイアスコイルに接続していない時は、検出出力は、ｓｉｎカーブ状となり、測定磁界に比例した出力は得られないが、バイアスコイルを検出回路に接続して、第２のブリッジの出力端子から得られるＶｘに比例した電流を印加した場合は図１３に示すようにＶｙの出力に線形領域が現れ、±１．６ｋＡ／ｍの範囲内において直線性の良い検出出力が得られた。また、±４．０ｋＡ／ｍの測定磁界の領域を測定するために１１ｍＡ電流を流していた図１２の場合より検出出力が大きかった。
【００５１】
また、一方、図１２の場合の検出出力Ｖｍも、測定磁界Ｈｍ＝Ｈｙに対して、ｓｉｎカーブ状となり、線形領域は得られない。しかし、バイアスコイルを検出回路に接続した場合においては、図１２に示すように、検出出力Ｖｙは測定磁界に対して±４．０ｋＡ／ｍの範囲内において、測定磁界に対して線形関係を有する出力が得られた。このように測定磁界が零の時において、バイアスコイルに印加する電流を大きくすると、線形の出力が得られる測定磁界の領域は広くなる。したがって、測定範囲や検出感度に応じて、バイアスコイルに印加する電流を選択することにより、最適な線形の出力が得られる測定磁界の領域を得ることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  磁気センサ
２  ブリッジ回路
１−１  第１の磁気抵抗効果素子（第１の素子）
１−２  第２の磁気抵抗効果素子（第２の素子）
２−１  第３の磁気抵抗効果素子（第３の素子）
２−２  第４の磁気抵抗効果素子（第４の素子）
３  第１のブリッジ
４  第２のブリッジ
５  バイアスコイル
【図１】
0006319067.tif 000002
【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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