(57)【要約】【課題】  比較的高い周波数で駆動することができ、また簡単な回路構成で外部磁界を高感度で検知することができる磁界検出装置を提供する。【解決手段】  第１の抵抗変化部Ｒ１、第２の抵抗変化部Ｒ２、第３の抵抗変化部Ｒ３および第４の抵抗変化部Ｒ４でフルブリッジ回路が構成されている。各抵抗変化部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４では、磁気抵抗効果素子１０と通電路２１，２２，２３，２４とが直列に接続され、且つ互いに平行に対向している。交番電圧Ｖｄｄが与えられると、通電路２１，２２，２３，２４を流れる電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４による電流磁界Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４が磁気抵抗効果素子１０に作用する。フルブリッジ回路では、電流磁界Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４による抵抗変化と、外部磁界Ｂによる抵抗変化が合成した出力が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺形状に形成された磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子と平行に配置されて前記磁気抵抗効果素子と直列に接続された通電路と、前記通電路と前記磁気抵抗効果素子に交番電流を与える電源部と、前記磁気抵抗効果素子の抵抗変化に基づく出力を検知する検出回路部とが設けられ、
前記出力は、前記通電路を流れる電流で誘導された電流磁界が前記磁気抵抗効果素子に作用したことに起因する第１の出力成分と、外部磁界が前記磁気抵抗効果素子に作用したことに起因する第２の出力成分とが合成されたものであり、
前記検出回路では、前記出力から前記第２の出力成分が求められることを特徴とする磁界検出装置。
【請求項２】
前記検出回路にしきい値が設定されており、前記出力が前記しきい値を超えている時間の変化から前記第２の出力成分が求められる請求項１記載の磁界検出装置。
【請求項３】
前記磁気抵抗効果素子と前記通電路とを有する第１の抵抗変化部ならびに第２の抵抗変化部とが設けられて、前記第１の抵抗変化部と前記第２の抵抗変化部とが直列に接続され、前記第１の抵抗変化部の前記通電路ならびに前記磁気抵抗効果素子と、前記第２の抵抗変化部の前記通電路ならびに前記磁気抵抗効果素子とが互いに平行に配置されており、
それぞれの前記磁気抵抗効果素子は固定磁性層とフリー磁性層とを有するＧＭＲ素子であり、前記第１の抵抗変化部と前記第２の抵抗変化部とで、前記固定磁性層の固定磁化の方向が逆向きであり、前記第１の抵抗変化部と前記第２の抵抗変化部との中点から前記出力が得られる請求項１記載の磁界検出装置。
【請求項４】
前記磁気抵抗効果素子と前記通電路とを有する第３の抵抗変化部ならびに第４の抵抗変化部とが設けられて、前記第３の抵抗変化部と前記第４の抵抗変化部とが直列に接続され、前記第１の抵抗変化部と前記第２の抵抗変化部との直列群と、前記第３の抵抗変化部と前記第４の抵抗変化部との直列群とが互いに平行に接続され、
前記第３の抵抗変化部の前記通電路ならびに前記磁気抵抗効果素子と、前記第４の抵抗変化部の前記通電路ならびに前記磁気抵抗効果素子とが互いに平行に配置されており、
それぞれの前記磁気抵抗効果素子は固定磁性層とフリー磁性層とを有するＧＭＲ素子であり、前記第１の抵抗変化部と前記第２の抵抗変化部とで、前記固定磁性層の固定磁化の方向が逆向きで、前記第１の抵抗変化部と前記第４の抵抗変化部とで前記固定磁化の方向が同じで、前記第２の抵抗変化部と前記第３の抵抗変化部とで前記固定磁化の方向が同じであり、
前記第１の抵抗変化部と前記第２の抵抗変化部との中点からの前記出力と、前記第３の抵抗変化部と前記第４の抵抗変化部との中点からの前記出力との差が求められる請求項３記載の磁界検出装置。
【請求項５】
前記磁気抵抗効果素子が第１の磁気抵抗効果素子で、前記通電路が第２の磁気抵抗効果素子であり、
前記第１の磁気抵抗効果素子に流れる交番電流で誘導される電流磁界によって前記第２の磁気抵抗効果素子の抵抗が変化し、前記第２の磁気抵抗効果素子に流れる交番電流で誘導される電流磁界によって前記第１の磁気抵抗効果素子に抵抗が変化する請求項１ないし４のいずれかに記載の磁界検出装置。
【請求項６】
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はＧＭＲ素子であり、互いに直列に接続されている前記第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で、固定磁性層の固定磁化の方向が同じである請求項５記載の磁界検出装置。
【請求項７】
前記固定磁化の方向は、磁気抵抗効果素子の長手方向と直交している請求項３、４、６のいずれか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、フラックスゲート型の磁界検出装置に係り、特に簡単な回路構成で動作させることができ、外部磁界を高感度で検出することが可能な磁界検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば地磁気のような微弱な外部磁界を検出する磁界検出装置に、ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）を使用したものがある。しかし、ＧＭＲ素子で直接に外部磁界を検出する構造では、検出感度の向上に限界がある。また、ＧＭＲ素子による磁界検知出力にはヒステリシスがあり、またオフセットも発生しやすい欠点がある。
【０００３】
そこで、フラックスゲート型の磁界検出装置が開発されている。フラックス型の磁界検出装置は、測定時にＧＭＲ素子に交番磁界を与えながら、ＧＭＲ素子の抵抗値の変化を測定する。外部磁界が与えられると、ＧＭＲ素子は、前記交番磁界が印加されたことによる抵抗変化と、外部磁界が与えられたことによる抵抗変化とが合成された抵抗変化を示す。この抵抗変化に基づく出力の変動量を求めることによって、外部磁界に基づく抵抗変化成分が求められる。
【０００４】
フラックスゲート型の磁界検出装置は、ヒステリシスやオフセットの影響が少ない利点がある。ただし、微弱な外部磁界を高感度で検出するためには、飽和磁界が小さいＧＭＲ素子を使用すること、ならびに前記交番磁界の周波数を高くすることが必要である。しかし、巻回コイルに通電して前記交番磁界を生成する構造では、インダクタンスが高くなるため、交番電流の周波数を高くすると、時定数による発生磁界の遅れや変動が発生しやすくなり、外部磁界の検出精度が低下する。
【０００５】
以下の特許文献１には、弱い磁場を測定する方法の発明が記載されている。
この発明は、磁気抵抗センサにドライブ・ストラップが重ねられて設けられており、ドライブ・ストラップに交流ドライブ電流が与えられ、ドライブ・ストラップからの電流磁界が交流磁気ドライブ磁化となって磁気抵抗センサに与えられる。このときに抵抗磁気センサから得られる出力から外部磁場の成分が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１３７３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１に記載された方法では、磁気抵抗センサに重ねて形成されたドライブ・ストラップから磁気抵抗センサに交流磁気ドライブ磁化が与えられるため、小型化でき、また、ターン数の多いコイルを使用していないため、ドライブ・ストラップのインダクタンスを比較的小さくできる。
【０００８】
しかし、特許文献１に記載された方法は、磁気抵抗センサに検出電流を与えるのとは別の経路で、周波数生成器と周波数デバイダで、交流ドライブ電流が生成されてドライブ・ストラップに与えられている。この方式では、前記周波数生成器で生成された基準信号を位相高感度感知器に与え、磁気抵抗センサから得られた感知電圧を、前記基準信号に同期させて処理することが必要になり、ドライブのための回路構造と外部磁場を検出するための回路構造が複雑になる。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、小型に構成でき、インダクタンスを低くでき、簡易な回路構成で外部磁界を高精度に検出できる磁界検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の磁界検出装置は、長尺形状に形成された磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子と平行に配置されて前記磁気抵抗効果素子と直列に接続された通電路と、前記通電路と前記磁気抵抗効果素子に交番電流を与える電源部と、前記磁気抵抗効果素子の抵抗変化に基づく出力を検知する検出回路部とが設けられ、
前記出力は、前記通電路を流れる電流で誘導された電流磁界が前記磁気抵抗効果素子に作用したことに起因する第１の出力成分と、外部磁界が前記磁気抵抗効果素子に作用したことに起因する第２の出力成分とが合成されたものであり、前記検出回路では、前記出力から前記第２の出力成分が求められることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の磁界検出装置は、前記検出回路にしきい値が設定されており、前記出力が前記しきい値を超えている時間の変化から前記第２の出力成分が求められるものとして構成される。
【００１２】
本発明の磁界検出装置は、前記磁気抵抗効果素子と前記通電路とを有する第１の抵抗変化部ならびに第２の抵抗変化部とが設けられて、前記第１の抵抗変化部と前記第２の抵抗変化部とが直列に接続され、前記第１の抵抗変化部の前記通電路ならびに前記磁気抵抗効果素子と、前記第２の抵抗変化部の前記通電路ならびに前記磁気抵抗効果素子とが互いに平行に配置されており、
それぞれの前記磁気抵抗効果素子は固定磁性層とフリー磁性層とを有するＧＭＲ素子であり、前記第１の抵抗変化部と前記第２の抵抗変化部とで、前記固定磁性層の固定磁化の方向が逆向きであり、前記第１の抵抗変化部と前記第２の抵抗変化部との中点から前記出力が得られるものである。
【００１３】
また本発明の磁界検出装置は、前記磁気抵抗効果素子と前記通電路とを有する第３の抵抗変化部ならびに第４の抵抗変化部とが設けられて、前記第３の抵抗変化部と前記第４の抵抗変化部とが直列に接続され、前記第１の抵抗変化部と前記第２の抵抗変化部との直列群と、前記第３の抵抗変化部と前記第４の抵抗変化部との直列群とが互いに平行に接続され、
前記第３の抵抗変化部の前記通電路ならびに前記磁気抵抗効果素子と、前記第４の抵抗変化部の前記通電路ならびに前記磁気抵抗効果素子とが互いに平行に配置されており、
それぞれの前記磁気抵抗効果素子は固定磁性層とフリー磁性層とを有するＧＭＲ素子であり、前記第１の抵抗変化部と前記第２の抵抗変化部とで、前記固定磁性層の固定磁化の方向が逆向きで、前記第１の抵抗変化部と前記第４の抵抗変化部とで前記固定磁化の方向が同じで、前記第２の抵抗変化部と前記第３の抵抗変化部とで前記固定磁化の方向が同じであり、
前記第１の抵抗変化部と前記第２の抵抗変化部との中点からの前記出力と、前記第３の抵抗変化部と前記第４の抵抗変化部との中点からの前記出力との差が求められるものである。
【００１４】
本発明の磁界検出装置は、前記磁気抵抗効果素子が第１の磁気抵抗効果素子で、前記通電路が第２の磁気抵抗効果素子であり、
前記第１の磁気抵抗効果素子に流れる交番電流で誘導される電流磁界によって前記第２の磁気抵抗効果素子の抵抗が変化し、前記第２の磁気抵抗効果素子に流れる交番電流で誘導される電流磁界によって前記第１の磁気抵抗効果素子に抵抗が変化するものとすることも可能である。
【００１５】
この場合に、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はＧＭＲ素子であり、互いに直列に接続されている前記第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で、固定磁性層の固定磁化の方向が同じとなる。
【００１６】
本発明の磁界検出装置は、前記固定磁化の方向が、磁気抵抗効果素子の長手方向と直交しているものが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の磁界検出装置は、直列に接続された通電路と磁気抵抗効果素子に交番電流が与えられて、通電路に流れる電流から磁気抵抗効果素子へ電流磁界が与えられ、この電流磁界による抵抗変化と外部磁界による抵抗変化とが合成された抵抗変化に基づく出力が得られる。この出力から外部磁界による抵抗変化に基づく出力が取り出される。本発明は、ターン数の多いコイルから磁気抵抗効果素子に電流磁界を与える方式に比べて、インダクタンスを低減でき交番電流の周波数を比較的高くできるようになり、外部磁界を高感度に検出できるようになる。
【００１８】
この磁界検出装置は、駆動電流である交番電流を直列に接続された通電路と磁気抵抗効果素子の双方に与える構造であり、従来例のように、磁気抵抗効果素子の抵抗変化として得られる出力を前記交番電流の周波数に同期させて処理するなどの回路構成が不要になり、簡易な構造で高感度な検出が可能になる。
【００１９】
また、通電路も磁気抵抗効果素子とすることにより、微弱な外部磁界に対してさらに高感度な磁界検出装置を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態の磁界検出装置を示す平面図、
【図２】図１に示す磁界検出装置の回路図、
【図３】第１の抵抗変化部を構成する通電路と磁気抵抗効果素子を示す断面図、
【図４】（Ａ）は、第１の抵抗変化部を構成する通電路と磁気抵抗効果素子の構造と動作を示す説明図、（Ｂ）は、第２の抵抗変化部を構成する通電路と磁気抵抗効果素子の構造と動作を示す説明図、
【図５】本発明の第２の実施の形態の磁界検出装置を示すものであり、（Ａ）は、第１の抵抗変化部を構成する通電路（第２の磁気抵抗効果素子）と第１の磁気抵抗効果素子の構造と動作を示す説明図、（Ｂ）は、第２の抵抗変化部を構成する通電路（第２の磁気抵抗効果素子）と第１の磁気抵抗効果素子の構造と動作を示す説明図、
【図６】（Ａ）は、図１に示す第１の実施の形態の磁界検出装置に与えられる交番電圧を示す線図、（Ｂ）は２つの中点からの出力の差動出力を示す線図、
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１と図２に示す第１の実施の形態の磁界検出装置１は、基板の表面であるＸ−Ｙ平面に沿って形成された薄膜の積層体で構成されている。
【００２２】
磁界検出装置１は、第１の抵抗変化部Ｒ１、第２の抵抗変化部Ｒ２、第３の抵抗変化部Ｒ３および第４の抵抗変化部Ｒ４を有している。
【００２３】
第１の抵抗変化部Ｒ１と第２の抵抗変化部Ｒ２は直列に接続され、第３の抵抗変化部Ｒ３と第４の抵抗変化部Ｒ４は直列に接続されている。第１の抵抗変化部Ｒ１と第２の抵抗変化部Ｒ２との直列群と、第３の抵抗変化部Ｒ３と第４の抵抗変化部Ｒ４との直列群とが平行に接続されている。図２に示すように、磁界検出装置１には交番電流（交流電力）を与える電源部２が接続されており、第１の抵抗変化部Ｒ１と第３の抵抗変化部のＹ１側の端部に交番電圧（交流電圧：駆動電圧）Ｖｄｄが印加され、第２の抵抗変化部Ｒ２のＹ２側の端部と、第４の抵抗変化部Ｒ４のＹ２側の端部とが、接地電位Ｇｎｄに設定されている。
【００２４】
第１の抵抗変化部Ｒ１と第２の抵抗変化部Ｒ２との中点から第１の中点出力Ｏｕｔ１が得られ、第３の抵抗変化部Ｒ３と第４の抵抗変化部Ｒ４との中点から第２の中点出力Ｏｕｔ２が得られる。図２に示すように、第１の中点出力Ｏｕｔ１と第２の中点出力Ｏｕｔ２は、差動増幅器３に与えられて、第１の中点出力Ｏｕｔ１と第２の中点出力Ｏｕｔ２との差が求められる。差動増幅器３からの差動出力はしきい値設定部４に与えられて、波形整形された検出出力Ｏｕｔが得られる。この検出出力Ｏｕｔはローパスフィルタ５に与えられて、この出力が外部磁界Ｂの変化を反映させたものとなる。さらに、好ましくは、出力調整部６により、出力が必要な大きさに調整される。 
【００２５】
図１に示すように、第１の抵抗変化部Ｒ１、第２の抵抗変化部Ｒ２、第３の抵抗変化部Ｒ３、第４の抵抗変化部Ｒ４には、それぞれ磁気抵抗効果素子１０が複数設けられており、全ての磁気抵抗効果素子１０は、左右方向（Ｘ方向）に長手方向が向けられた長尺形状であり、且つ互いに平行に形成されている。
【００２６】
第１の抵抗変化部Ｒ１には、複数の通電路２１が形成されている。個々の通電路２１は左右方向（Ｘ方向）に長手方向が向けられた長尺形状である。同様に、第２の抵抗変化部Ｒ２、第３の抵抗変化部Ｒ３および第４の抵抗変化部Ｒ４にも、長手方向がＸ方向に向けられた長尺形状の通電路２２，２３，２４が形成されている。
【００２７】
図４（Ａ）には、第１の抵抗変化部Ｒ１に配列している磁気抵抗効果素子１０と通電路２１の一部が示されている。図１に示すように、第１の抵抗変化部Ｒ１では、それぞれの通電路２１のＸ１側の端部が接続部２６ａを介してその下側に位置する磁気抵抗効果素子１０のＸ１側の端部に接続されている。また、それぞれの通電路２１のＸ２側の端部は、接続部２６ｂを介してＹ１側に隣接する磁気抵抗効果素子１０のＸ２側の端部に接続されている。よって、第１の抵抗変化部Ｒ１のミアンダパターンの各行では、通電路２１と磁気抵抗効果素子１０とが、直列に接続され、且つ接続部２６ａで折り返された構造となって互いに平行に対向している。
【００２８】
図６（Ａ）は、電源部２で生成される交番電圧（駆動電圧）の変化が示されている。交番電圧は、三角関数に近似した波形で変化するが、その変化領域は正電位側であって０ボルトと交差しない。よって、第１の抵抗変化部Ｒ１のそれぞれの通電路２１に流れる交番電流（駆動電流）Ｉ１は、常にＸ１方向に向けられている。また、それぞれの磁気抵抗効果素子１０に流れる交番電流Ｉａは、Ｘ２方向へ向けられている。
【００２９】
図４（Ｂ）には、第２の抵抗変化部Ｒ２に配列している磁気抵抗効果素子１０と通電路２２の一部が示されている。図１に示すように、通電路２２のＸ２側の端部は、その下に位置する磁気抵抗効果素子１０のＸ２側の端部と接続部２７ｂを介して接続され、通電路２２のＸ１側の端部は、Ｙ２側に隣接する磁気抵抗効果素子１０のＸ１側の端部と接続部２７ａを介して接続されている。第２の抵抗変化部Ｒ２でも、通電路２２と磁気抵抗効果素子１０は、直列に接続されており、且つ接続部２７ｂで折り返された構造となって、互いに平行に対向している。
【００３０】
第２の抵抗変化部Ｒ２においても、ミアンダパターンで配列しているそれぞれの通電路２２に交番電流Ｉ２がＸ１方向へ流れ、磁気抵抗効果素子１０に、交番電流ＩｂがＸ２方向へ流れる。
【００３１】
図１に示すように、第３の抵抗変化部Ｒ３と第４の抵抗変化部Ｒ４での磁気抵抗効果素子１０と通電路２３または２４との接続構造は、第２の抵抗変化部Ｒ２とほぼ同じである。第３の抵抗変化部Ｒ３でも、それぞれの通電路２３に交番電流Ｉ３がＸ１方向へ流れ、磁気抵抗効果素子１０に交番電流がＸ２方向へ流れる。同様に、第４の抵抗変化部Ｒ４でも、それぞれの通電路２４に交番電流Ｉ４がＸ１方向へ流れ、磁気抵抗効果素子１０には交番電流がＸ２方向へ流れる。
【００３２】
図３には、第１の抵抗変化部Ｒ１に配列する磁気抵抗効果素子１０と通電路２１との積層構造が断面図で示されている。
【００３３】
磁気抵抗効果素子１０は、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）であり、基板７の上に絶縁下地層８とシード層９が形成されており、その上に、固定磁性層１１と非磁性層１２とフリー磁性層１３が順に積層され、フリー磁性層１３が保護層および絶縁層１４で覆われている。
【００３４】
固定磁性層１１は、第１の固定層１１ａと第２の固定層２１ｂ、ならびに第１の固定層１１ａと第２の固定層１１ｂとの間に位置する非磁性中間層１１ｃを有する積層フェリ構造である。第１の固定層１１ａと第２の固定層１１ｂは、ＣｏＦｅ合金（コバルト−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。非磁性中間層１１ｃはＲｕ（ルテニウム）などで形成されている。
【００３５】
積層フェリ構造の固定磁性層１１は、第１の固定層１１ａと第２の固定層１１ｂの磁化が反平行に固定されたいわゆるセルフピン構造である。積層フェリ構造の固定磁性層１１は、磁化中で熱処理を行うことなく、第１の固定層１１ａと第２の固定層１１ｂの反強磁性結合により、磁化の向きが固定されている。固定磁性層１１の固定磁化の方向は第２の固定層１１ｂの磁化方向である。第１の抵抗変化部Ｒ１では、全ての磁気抵抗効果素子１０の固定磁性層１１の固定磁化Ｐｉｎの方向がＹ２方向である。
【００３６】
非磁性層１２はＣｕ（銅）などの非磁性導電材料で形成されている。フリー磁性層１３は、ＮｉＦｅ合金（ニッケル−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。フリー磁性層１３は、左右方向（Ｘ方向）の長さ寸法が前後方向（Ｙ方向）の幅寸法よりも十分に大きく、その形状異方性によって、フリー磁性層１３の磁化方向がＸ方向へ向けて揃えられている。
【００３７】
磁気抵抗効果素子１０の上に、保護層および絶縁層１４が形成されており、その上に通電路２１が形成されている。保護層および絶縁層１４は一部が除去されており、この除去部分に通電路２１と同じ導電材料が充填されて、磁気抵抗効果素子１０と導通する接続部２６ａ，２６ｂが形成される。
【００３８】
通電路２１は、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）などの非磁性の導電性材料で形成されており、例えばＣｕとＡｌとの積層構造である。通電路２１はスパッタ工程などで形成されている。
【００３９】
磁気抵抗効果素子１０は、固定磁性層１１の固定磁化Ｐｉｎの方向であるＹ方向が感度軸方向である。フリー磁性層１３においてＸ方向へ揃えられている磁化が固定磁化Ｐｉｎと平行となるＹ２方向へ向けられると、磁気抵抗効果素子１０の抵抗値が極小となり、磁化が固定磁化Ｐｉｎと反平行であるＹ１方向へ向けられると、磁気抵抗効果素子１０の抵抗値が極大になる。
【００４０】
第２の抵抗変化部Ｒ２，第３の抵抗変化部Ｒ３および第４の抵抗変化部Ｒ４における磁気抵抗効果素子１０の構造、および通電路２２，２３または２４の積層構造は、第１の抵抗変化部Ｒ１と実質的に同じである。ただし、固定磁性層１１の磁化の方向は抵抗変化部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４で相違している。第１の抵抗変化部Ｒ１と第４の抵抗変化部Ｒ４は、固定磁化ＰｉｎがＹ２方向であり、第２の抵抗変化部Ｒ２と第３の抵抗変化部Ｒ３は、固定磁化Ｐｉｎの向きがＹ１方向である。
【００４１】
次に、第１の実施の形態の磁界検出装置１の動作を説明する。
電源部２では、図６（Ａ）に示す交番電圧（交流電圧：駆動電圧）が生成される。この電圧は正電位領域で変化するため、第１の抵抗変化部Ｒ１の通電路２１、第２の抵抗変化部Ｒ２の通電路２２、第３の抵抗変化部Ｒ３の通電路２３、および第４の抵抗変化部Ｒ４の通電路２４には、常にＸ１方向への電流が流れる。なお、図６（Ａ）に示す交番電圧の波形変化は、三角関数に近似しているが、この波形変化は三角波（鋸刃波）形状であってもよい。
【００４２】
図４（Ａ）に示すように、第１の抵抗変化部Ｒ１では、通電路２１に流れる交番電流（交流電流：駆動電流）Ｉ１によって電流磁界Ｈ１が形成される。この電流磁界Ｈ１は矢印で示す向きであるが、図６（Ａ）に示す交番電圧の変化に応じて電流磁界Ｈ１の強度もほぼ三角関数の波形に基づいて変化する。この電流磁界Ｈ１は磁気抵抗効果素子１０に対してＹ２方向、すなわち固定磁性層１１の固定磁化Ｐｉｎと同じ方向に作用する。
【００４３】
図４（Ｂ）に示すように、第２の抵抗変化部Ｒ２でも、通電路２２に交番電流Ｉ２がＸ１方向へ流れ、その電流磁界Ｈ２が、磁気抵抗効果素子１０に対してＹ２方向へ与えられる。第２の抵抗変化部Ｒ２では、磁気抵抗効果素子１０に与えられる電流磁界Ｈ２の向きが、固定磁性層１１の固定磁化Ｐｉｎの向きと逆向きである。
【００４４】
同様にして、第３の抵抗変化部Ｒ３の磁気抵抗効果素子１０にＹ２方向への電流磁界Ｈ３が与えられ、第４の抵抗変化部Ｒ４の磁気抵抗効果素子１０にもＹ２方向への電流磁界Ｈ４が与えられる。第３の抵抗変化部Ｒ３では、電流磁界Ｈ３の方向が磁気抵抗効果素子１０の固定磁化Ｐｉｎの向きと逆向きであり、第４の抵抗変化部Ｒ４では、電流磁界Ｈ４の向きが固定磁化Ｐｉｎの向きと同じ方向である。
【００４５】
なお、図１では、磁気抵抗効果素子１０に作用する電磁磁界Ｈ１、Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４が「自己誘導磁界」の名称でＹ２方向へ向く矢印で示されている。
【００４６】
第１の抵抗変化部Ｒ１、第２の抵抗変化部Ｒ２、第３の抵抗変化部Ｒ３および第４の抵抗変化部Ｒ４において、磁気抵抗効果素子１０に作用する電流磁界Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４の大きさ（絶対値）は設計上において同一である。
【００４７】
第１の抵抗変化部Ｒ１、第２の抵抗変化部Ｒ２、第３の抵抗変化部Ｒ３および第４の抵抗変化部Ｒ４において、磁気抵抗効果素子１０に対してＹ２方向に電流磁界Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４が作用し、その磁界強度が図６（Ａ）に示す交番電圧Ｖｄｄの周波数に応じて変化する。そのため、それぞれの抵抗変化部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４において、磁気抵抗効果素子１０の抵抗値が、前記交番電圧Ｖｄｄの周波数に応じて変化する。
【００４８】
ただし、第１の抵抗変化部Ｒ１と第４の抵抗変化部Ｒ４での固定磁性層１１の固定磁化Ｐｉｎの方向と、第２の抵抗変化部Ｒ２と第３の抵抗変化部Ｒ３での固定磁性層１１の固定磁化Ｐｉｎの方向とが互いに逆向きである。そのため、第１の抵抗変化部Ｒ１と第４の抵抗変化部Ｒ４での抵抗変化の位相と、第２の抵抗変化部Ｒ２と第３の抵抗変化部Ｒ３での抵抗変化の位相が１８０度相違する。
【００４９】
各抵抗変化部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の磁気抵抗効果素子１０には、常にＸ２方向へ交番電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄが流れており、同時に電流磁界Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４によって磁気抵抗効果素子１０の抵抗値が交番電流と同じ周波数で変化させられている。第１の中点出力Ｏｕｔ１と第２の中点出力Ｏｕｔ２では、交番電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄの変化に起因する電圧の変化が互いに同位相で現れるが、電流磁界Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４による磁気抵抗効果素子１０の抵抗変化に起因する電圧の変化は、第１の中点出力Ｏｕｔ１と第２の中点出力Ｏｕｔ２とで逆位相で現れる。
【００５０】
第１の中点出力Ｏｕｔ１と第２の中点出力Ｏｕｔ２は差動増幅器３に与えられて差動出力が得られる。この差動出力では、第１の中点出力Ｏｕｔ１と第２の中点出力Ｏｕｔ２での交番電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄの変化に起因する電圧の変化が互いにキャンセルされる。そして、外部磁界を無視すると、電流磁界Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４による磁気抵抗効果素子１０の抵抗変化による電圧の変化のみが差動出力として得られる。
【００５１】
ここで、図１に示すように、磁界検出装置１に対してＹ１方向またはＹ２方向に向く外部磁界Ｂが作用すると、全ての磁気抵抗効果素子１０の抵抗値が変化し、差動出力には、電流磁界Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４による磁気抵抗効果素子１０の抵抗変化に起因する電圧の変化と、外部磁界Ｂに起因する抵抗変化による電圧の変化とが合成された出力が得られる。
【００５２】
図６には、前記磁界検出装置１の動作のシミュレーション結果の一例が示されている。
図６（Ａ）は、電源部２で生成された交番電圧の一例であり、図６（Ｂ）は、前記交番電圧が与えられたときに差動増幅器３で得られる差動出力である。
【００５３】
図６（Ｂ）では、外部磁界Ｂが「０」のときの差動出力が、菱形マーク（Out Field=0[mT]）で示されており、Ｙ２方向へ１ｍＴの外部磁界Ｂが作用したときの差動出力が四角マーク（Out Field=1[mT]）で示され、Ｙ１方向へ１ｍＴの外部磁界Ｂが作用したときの差動変化が三角マーク（Out Field=-1[mT]）で示されている。
【００５４】
図２に示すように、差動出力は、しきい値設定部４に入力する。しきい値設定部４ では、図６（Ｂ）に示す、第１のしきい値と第２のしきい値が設定される。第１のしきい値と第２のしきい値は、外部磁界Ｂが「０」のときの差動出力のピークツーピーク値の中点からの幅が同じとなるように設定される。
【００５５】
外部磁界Ｂが「０」のとき、差動出力（差動電圧）が、第１のしきい値よりも高くなる時間と、第２のしきい値よりも低くなる時間とがほぼ等しくなる。Ｙ２方向へ１ｍＴの外部磁界Ｂが作用すると第２の抵抗変化部Ｒ２と第３の抵抗変化部Ｒ３の抵抗が大きくなるため、差動出力はプラス側にシフトする。このときに差動出力が第１のしきい値よりも高くなる時間Ｔ１と、第２のしきい値よりも低くなる時間Ｔ２とでは、Ｔ１＞Ｔ２である。逆に、Ｙ１方向へ１ｍＴの外部磁界Ｂが作用すると、Ｔ１＜Ｔ２となる。図２に示す外部磁界検出部６では、時間Ｔ１とＴ２との比によって、外部磁界Ｂの向きと大きさが検出される。
【００５６】
前記磁界検出装置１は、磁気抵抗効果素子１０と平行に配置された直線状の通電路２１，２２，２３，２４で発生する電流磁界によって、磁気抵抗効果素子１０に、交番磁界（駆動磁界：自己誘導磁界）が与えられる。直線状の通電路２１，２２，２３，２４は、巻回コイルに比べてインダクタンスが低いため、図６（Ａ）に示す交番電圧（駆動電圧）を比較的高い周波数に設定することが可能になり、図６（Ｂ）に示す差動出力の周波数を高くできる。差動出力の周波数が高ければ高いほど、外部磁界Ｂを検出する際の分解能が高くなるため、微弱な外部磁界Ｂであっても高感度な検知出力を得ることが可能となる。
【００５７】
また、それぞれの抵抗変化部Ｒ１、Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４で、磁気抵抗効果素子１０と通電路２１，２２，２３，２４とが直列に接続されている。したがって、図６（Ａ）に示す交番電圧により抵抗変化部を流れる交番電流は、通電路２１，２２，２３，２４では、電流磁界を発生するための駆動電流として作用し、磁気抵抗効果素子１０では、前記電流磁界による抵抗値の変化と外部磁界Ｂによる抵抗値の変化を検知するための検出電流として作用する。当然のことながら、駆動電流と検出電流は位相が同じであるため、特許文献１に記載の方式のように、位相高感度感知器において、電流磁界を発生させるための周波数と差動出力である感知電圧とを同期させる複雑な回路処理が不要である。
【００５８】
図５は、本発明の第２の実施の形態の磁界検出装置１Ａを示している。
図５（Ａ）には、第１の抵抗変化部Ｒ１を構成する磁気抵抗効果素子１０と通電路２１Ａが示されている。通電路２１Ａは、磁気抵抗効果素子１０と同じ積層構造のＧＭＲ素子で構成されている。したがって、磁気抵抗効果素子１０が第１の磁気抵抗効果素子として機能し、通電路２１Ａが第２の磁気抵抗効果素子として機能する。磁気抵抗効果素子１０と、第２の磁気抵抗効果素子である通電路２１Ａの固定磁性層の固定磁化Ｐｉｎの向きは、共にＹ２方向である。通電路２１Ａと磁気抵抗効果素子１０は接続部２６ａによって直列に接続されているとともに、１８０度折り返されて互いに平行に対向する構造である。なお、接続部２６ａは、ＧＭＲ素子を構成しない導電性材料で形成される。
【００５９】
交番電流Ｉ１が通電路２１Ａを流れると、この電流で生成される電流磁界（駆動電流）Ｈ１が、磁気抵抗効果素子１０に対してＹ２方向へ作用する。また、磁気抵抗効果素子１０を流れる交番電流Ｉａで生成される電流磁界Ｈａも駆動磁界となり、第２の磁気抵抗効果素子である通電路２１Ａに対してＹ２方向に作用する。
【００６０】
図５（Ｂ）に示すように、第２の抵抗変化部Ｒ２においても、通電路２２ＡがＧＭＲ素子で構成されており、磁気抵抗効果素子１０が第１の磁気抵抗効果素子として機能し、通電路２２Ａが第２の磁気抵抗効果素子として機能する。通電路２２Ａと磁気抵抗効果素子１０は接続部２７ｂを介して直列に接続され、且つ互いに平行に対向している。ただし、第２の磁気抵抗効果素子である通電路２２Ａと磁気抵抗効果素子１０は、共に固定磁性層の固定磁化Ｐｉｎの向きがＹ１方向である。
【００６１】
図５（Ｂ）では、通電路２２Ａに流れる交番電流Ｉ２に基づく電流磁界Ｈ１が、磁気抵抗効果素子１０に対してＹ２方向へ作用し、磁気抵抗効果素子１０に流れる交番電流Ｉｂに基づく電流磁界Ｈｂが、第２の磁気抵抗効果素子である通電路２２Ａに対してＹ２方向へ作用する。
【００６２】
図示省略しているが、第３の抵抗変化部Ｒ３では、第２の磁気抵抗効果素子である通電路２３ＡにＸ１方向への交番電流Ｉ３が流れ、磁気抵抗効果素子１０にＸ２方向への交番電流が流れる。第４の抵抗変化部Ｒ４では、第２の磁気抵抗効果素子である通電路２３にＸ１方向への交番電流Ｉ４が流れ、磁気抵抗効果素子１０にＸ２方向への交番電流が流れる。第３の抵抗変化部Ｒ３では、磁気抵抗効果素子１０と第２の磁気抵抗効果素子である通電路２３Ａの固定磁化Ｐｉｎの方向がＹ１方向であり、第４の抵抗変化部Ｒ４では、磁気抵抗効果素子１０と第２の磁気抵抗効果素子である通電路２４Ａの固定磁性層の固定磁化Ｐｉｎの向きがＹ２方向である。
【００６３】
第２の実施の形態の磁界検出装置１Ａでは、通電路２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１ＤがＧＭＲ素子であり、磁気抵抗効果素子１０からの電流磁界Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃ，Ｈｄによって、磁気抵抗効果素子１０と同じ位相で同じように抵抗が変化し、外部磁界Ｂに対しても、磁気抵抗効果素子１０と同じ位相で同じように抵抗が変化する。この磁界検出装置１Ａでは、各抵抗変化部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４において、磁気抵抗効果素子の長さを第１の実施の形態の２倍にできるため、第１の実施の形態と同じ大きさに形成するとＳ／Ｎ比を向上でき、また第１の実施の形態と同じ性能であれば、大きさを第１の実施の形態よりも小さくできる。
【００６４】
なお、前記各実施の形態では、抵抗変化部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４によってフルブリッジ回路が構成されているが、第１の抵抗変化部Ｒ１と第２の抵抗変化部Ｒ２とで直列回路を構成してもよいし、抵抗変化部Ｒ３，Ｒ４を固定抵抗としてブリッジ回路を構成してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
Ｂ  外部磁界
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４  電流磁界
Ｈａ，Ｈｂ  電流磁界
Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄ  交番電流
Ｏｕｔ  検出出力
Ｏｕｔ１  第１の中点出力
Ｏｕｔ２  第２の中点出力
Ｐｉｎ  固定磁化
Ｒ１  第１の抵抗変化部
Ｒ２  第２の抵抗変化部
Ｒ３  第３の抵抗変化部
Ｒ４  第４の抵抗変化部
Ｖｄｄ  交番電圧（駆動電圧）
１，１Ａ  磁界検出装置
２  電源部
３  差動増幅部
４  しきい値設定部
５  ローパスフィルタ
６  出力調整部
１０  磁気抵抗効果素子
１１  固定磁性層
１２  非磁性層
１３  フリー磁性層
２１，２２，２３，２４  通電路
２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａ  通電路（第２の磁気抵抗効果素子）
【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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