(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極配線基板上に感磁体である１本の磁性ワイヤとその周りに巻回した検出コイルおよび外部の集積回路と連結するための２個の磁性ワイヤ通電用電極と２個のコイル出力電極を備え、
前記磁性ワイヤは、前記磁性ワイヤの中央部に磁性ワイヤ中央部端子と両端部にそれぞれ磁性ワイヤ端部端子（ワイヤ左端子、ワイヤ右端子という。）とを備えてなり、かつ、前記磁性ワイヤ中央部端子は配線を介して前記磁性ワイヤ通電用電極の一方と連結するとともに前記ワイヤ左端子と前記ワイヤ右端子はそれぞれ配線を介して前記磁性ワイヤ通電用電極の他方と連結し、２個の前記磁性ワイヤ通電用電極の一方をパルス入力電極とし、他方をグランド電極として、
前記検出コイルは、前記磁性ワイヤ中央部端子に対して、左右に左検出コイルと右検出コイルが配置され、前記左検出コイルは前記磁性ワイヤ中央部端子と前記ワイヤ左端子との間に配置され、前記右検出コイルは前記磁性ワイヤ中央部端子と前記ワイヤ右端子との間に配置され、前記左検出コイルと前記右検出コイルはそれぞれ端部に左コイル端子と右コイル端子を備えてなり、かつ、前記左検出コイルの前記右コイル端子と前記右検出コイルの前記左コイル端子は配線を介して連結され、前記左検出コイルの前記左コイル端子と右検出コイルの前記右コイル端子はそれぞれ配線を介して２個の前記コイル出力電極に連結し、
励磁パルス電流が、前記パルス入力電極から前記グランド電極に通電されたとき、前記磁性ワイヤ中央部端子と前記ワイヤ左端子の間と、前記磁性ワイヤ中央部端子と前記ワイヤ右端子の間とで、前記励磁パルス電流が発生する円周方向磁界が反対方向となることを特徴とする磁界検出素子。
【請求項２】
請求項１の磁界検出素子において、
前記磁性ワイヤは、ＣｏＦｅ合金組成を持つアモルファスワイヤにて直径は５〜３０μｍで、
前記検出コイルは、コイルピッチは１〜５０μｍで、コイルの内径は５〜５０μｍで、
前記励磁パルス電流は、０．５〜４．０ＧＨｚの周波数であることを特徴とする磁界検出素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２の磁界検出素子において、
前記電極配線基板は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）とし、その上面に直接前記磁界検出素子を形成することを特徴とする磁界検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性ワイヤを感磁体に使用してパルス電流によって駆動するタイプの超高感度マイクロ磁気センサにおいて、検出コイルに発生する誘導電圧から外部磁界に対して比例的な成分のみ（出力電圧）を検知することによって磁界検出能力を高めることを可能とする超高感度マイクロ磁気センサ用の磁界検出素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高感度マイクロ磁気センサは、アモルファス磁性ワイヤを感磁体として、それにパルス電流を通電した際に生じる磁化の変化を、磁性ワイヤの周りに巻回した検出コイルに生ずる誘導電圧によって検知するものである。フラックスゲートセンサ（以下、ＦＧセンサという。）、磁気インピーダンスセンサ（以下、ＭＩセンサという。）およびＧＨｚ−Ｓｐｉｎ−Ｒｏｔａｔｉｏｎ効果型センサ（以下、ＧＳＲセンサという。）などのタイプがある。
【０００３】
これらの磁気センサは、ｔＭＲセンサ、ＭＲセンサ、ホールセンサなどの半導体型のセンサに比較して、より優れた磁界検出力と耐環境性を有している。ホールセンサなどの半導体磁気センサに代わる高感度マイクロ磁気センサとして期待されており、性能向上を目指した研究開発が活発に行われている。
【０００４】
上記研究開発は、励磁パルス、感磁体、検出コイルの３つの重要な要因において取り組まれてきた。
【０００５】
先ず、励磁パルスについては、パルス周波数を高くするほど検出コイルの誘導電圧が増加し、検出力が高くなる。そのため、高周波化による検出力アップの研究開発が進んできた。ＦＧセンサは３０ｋＨｚ（特許文献１参照）や５００ｋＨｚ（特許文献２参照）のパルスを採用している。ＭＩセンサは３０ＭＨｚ（特許文献３参照）や５００ＭＨｚ（特許文献４参照）のパルスを採用している。ＧＳＲセンサは周波数１ＧＨｚから４ＧＨｚのパルスをベースに研究が進められている。
【０００６】
次に、感磁体については、パーマロイワイヤ、パーマロイ薄膜、アモルファス薄帯、アモルファス磁性ワイヤなどが使用されている。磁気センサの出力特性を決める心臓部であり、上記励磁パルスの高周波化にも感磁体の選択が重要となる。アモルファス磁性ワイヤは、表面近傍に円周方向に向いたスピンからなる表面磁区と、軸方向にスピンが向いたコア磁区、およびその界面である９０度磁壁からなっており、高周波パルスによる円周方向磁界励磁によって高い感度を得られることが特徴である。ＭＨｚ帯のパルス電流を活用して９０度磁壁の移動に着目したＭＩセンサや、ＧＨｚ帯のパルス電流を活用して表面磁区内スピンのみに着目したＧＳＲセンサなどで使用されている。
【０００７】
そして、検出コイル（以下、コイルという。）については、コイルの微細化と単位長さ当たりの巻数の増加が取り組まれている。アモルファス磁性ワイヤを感磁体として用いるタイプとしては、コイル直径３ｍｍ、巻線ピッチ３０μｍ（１９９９年に開発。）、コイル直径３０μｍ、巻線ピッチ３０μｍ（２００６年に開発。）、コイル直径１５μｍ、巻線ピッチ５μｍ（２０１５年に開発。）と、研究開発が進んでいる。
【０００８】
励磁パルスが高周波化するほど磁化変化は高速化するものの、その反面表皮効果によって感磁体の磁化変化は磁性ワイヤ表面近傍のみとなり、磁化変化量の絶対値は小さくなる。そのため、コイルの内径を小さくし、さらに単位長さ当たりのコイル巻数を増加して、コイルとの電磁結合の強さを強めることが必要である。
【０００９】
超高感度マイクロ磁気センサは、アモルファス磁性ワイヤを感磁体として、パルス周波数ＧＨｚの励磁パルスと微細コイルとを組み合わせて検出力向上を実現する方向で研究が進んでいる。
しかし、外部磁界ゼロのときのコイル誘導電圧（図１３）が増加して大きなノイズ源となり、検出力改善の大きな障害となっている。図１３は、パルス電流５１を流したときに検知されるコイル出力電圧５２の磁化変化を外部磁界の強さ５３が、＋３Ｇ、０Ｇ、−３Ｇの場合について示している。０Ｇにおいて大きなコイル誘導電圧が発生していることが分かる。
【００１０】
ＭＩ素子のデザインについては、非特許文献１で詳述されている。１本の磁性ワイヤにコイルを巻きつけて、コイル電極をコイルの両端から取り出したタイプやコイル電極をコイルの中央部から取り出したタイプおよび２本の磁性ワイヤに２個のコイルを巻きつけて磁界出力が同相になるようにコイル接続したタイプなどが開発されているが、いずれも上記の外部磁界ゼロで生ずるコイル誘導電圧への対策は講じられていない。
【００１１】
本発明は、アモルファス磁性ワイヤに励磁パルス電流を流し、その際の磁化変化を検出コイルで検出する磁界検出素子において、コイル誘導電圧から外部磁界に比例的な成分のみ（出力電圧）を検出することを目指したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第２，８５６，５８１号明細書
【特許文献２】特許第２６１７４９８号公報
【特許文献３】特許第３６４５１１６号公報
【特許文献４】特許第４６５５２４７号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】「新しい磁気センサとその応用」：トリケップス社、毛利佳年雄著、２０１２年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の課題は、超高感度マイクロ磁気センサの磁界検出素子のコイル出力電圧を高めると同時に、外部磁界がゼロの時のコイル誘導電圧のような性能向上の障害を解消することである。
【００１５】
図１に外部磁界がゼロの時のコイル誘導電圧の波形を示す。コイルに誘導電圧が発生するメカニズムは、パルス電流を磁性ワイヤに通電した際に生ずる円周方向磁界によりワイヤ表層の磁化が円周方向に回転、長手方向の磁化が変化し、これがコイル電圧を誘導すると言うものである。よって、外部磁界がゼロの場合にはコイル誘導電圧もゼロとなるべきであるが、実際には大きな電圧が発生してしまっていることが分かる。さらに、図２に外部磁界を−１Ｇ、０Ｇ、＋１Ｇとした時のコイル誘導電圧波形を示す。０Ｇでの波形を−１Ｇと＋１Ｇそれぞれの波形から差し引いてみると、外部磁界が＋方向か−方向かによってその出力に差があり、外部磁界に対して非対称性があることが分かる。
【００１６】
図３に感度性能が最大となる時間における、出力電圧の磁場依存性を示す。全体が外部磁界＋方向に偏っており、外部磁界ゼロの点での出力電圧も大きい。また、最大値と最小値の絶対値を比較すれば、最大値の方が大きくなっている。また、一般によく用いられる較正として、ゼロ点での値をオフセットとして全体から差し引いた場合を図４に示す。このように単純な方法では非対称性を解決することはできないし、元々の外部磁界ゼロでのコイル誘導電圧が大きいことの解決とはならない。
【００１７】
これらの現象の原因についてはいくつかの仮説が考えられる。仮説としては、検出コイルとワイヤとの間隙が非常に小さいことによって生じる容量性結合によるとするものや、あるいはコイル巻線と円周方向磁界との鎖交成分によって誘導されるとするもの、ワイヤのひねり応力による磁区構造の乱れに起因するとするものなどがあるが、明確にはなっていない。
【００１８】
さらに、こうした現象は励磁パルスの高周波化やコイルの微細化と巻数の増加と言った高感度化を試みる中でより顕著に出現し、大きな障害となっている。これらの障害を解消し磁気信号だけを取り出す技術を開発することによってセンサの性能を大きく向上させることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明者は、感磁体としたアモルファス磁性ワイヤに通電する励磁パルス電流の向きを＋方向、−方向と変えてコイル誘導電圧波形に変化があるかを調べた。アモルファス磁性ワイヤはその表面に円周方向磁区を持ち、その磁区構造は、右回り磁区、左回り磁区、右回り磁区と互い違いに並ぶバンブー構造を取っている。励磁パルス電流の方向を変えることで、発生する円周方向磁界を右回りにするか左回りにするかを選択することができるが、その際に生ずる磁性ワイヤの磁化変化の差について報告がなされたことは無い。
【００２０】
実験の結果、外部磁界ゼロの時には図５に示すようにコイル誘導電圧波形が反転することを確認した。さらに、図６に示すように、外部磁界１Ｇとした時のコイルの誘導電圧波形は、図５で示した波形のそれぞれに同程度の大きさの電圧を加算したものとなっていることも確認した。このことは、コイル誘導電圧がパルス電流の向きによって反転する成分と反転しない成分によって構成されていることを示している。つまり、パルス電流を＋方向から流した時のコイル誘導電圧Ｖ＋と−方向から流した時のコイル誘導電圧Ｖ−について、次の式が成り立つと考えられる。
【００２１】
【数１】
0006839399.tif 000002
【００２２】
電圧ＶＨは外部磁界に対して比例的な特性を持つ、取り出すべき出力電圧成分であり、電圧Ｖｏは特性歪みをもたらす取り除くべき成分と言える。
【００２３】
図７に感度性能が最大となる時間における、出力電圧の磁場依存性を示す。パルス電流を＋方向とした場合の特性曲線に対して、パルス電流を−方向とした場合の特性曲線は図中の左下方向に平行移動したかのような形となっている。数式１より、Ｖ＋とＶ−を加算すれば、電圧ＶＨのみを取り出すことができると考えられる。
【００２４】
【数２】
0006839399.tif 000003
【００２５】
図８に数式２より求めた電圧ＶＨとＧＳＲセンサとして期待される正弦波特性曲線を示す。
実測値から求められた出力電圧ＶＨが理想的な正弦波（ｓｉｎｅ）とよく一致していることが分かる。また、外部磁界ゼロにおける誘導電圧も解消されている。
【００２６】
つまり、本発明者は、励磁パルス電流の方向を＋方向、−方向と変えることによりコイル誘導電圧が変化すること、両者のコイル誘導電圧波形を足し合わせることにより、外部磁界に対して比例的な特性を持つ電圧成分のみを出力電圧として取り出せることを発見した。また、コイル誘導電圧の磁界に対する特性の歪み方より、主な原因はコイルと磁性ワイヤの電磁的結合と言うよりも、ひねり応力による磁区構造の乱れであることを発見した。
【００２７】
以上の発見を基礎として、対向通電式磁界検出素子を考案した。
磁界検出素子は、
電極配線基板上に感磁体である１本の磁性ワイヤとその周りに巻回した検出コイルおよび外部の集積回路と連結するための２個の磁性ワイヤ通電用電極と２個のコイル出力電極を備え、
前記磁性ワイヤは、前記磁性ワイヤの中央部に磁性ワイヤ中央部端子と両端部にそれぞれ磁性ワイヤ端部端子（ワイヤ左端子、ワイヤ右端子という。）とを備えてなり、かつ、前記磁性ワイヤ中央部端子は配線を介して前記磁性ワイヤ通電用電極の一方と連結するとともに前記ワイヤ左端子と前記ワイヤ右端子はそれぞれ配線を介して前記磁性ワイヤ通電用電極の他方と連結し、２個の前記磁性ワイヤ通電用電極の一方をパルス入力電極とし、他方をグランドグランド電極として、
前記検出コイルは、前記磁性ワイヤ中央部端子に対して、左右に左検出コイルと右検出コイルが配置され、前記左検出コイルは前記磁性ワイヤ中央部端子と前記ワイヤ左端子との間に配置され、前記右検出コイルは前記磁性ワイヤ中央部端子と前記ワイヤ右端子との間に配置され、前記左検出コイルと前記右検出コイルはそれぞれ端部に左コイル端子と右コイル端子を備えてなり、かつ、前記左検出コイルの前記右コイル端子と前記右検出コイルの前記左コイル端子は配線を介して連結され、前記左検出コイルの前記左コイル端子と右検出コイルの前記右コイル端子はそれぞれ配線を介して前記２個のコイル出力電極に連結し、
励磁パルス電流が、前記パルス入力電極から前記グランド電極に通電されたとき、前記磁性ワイヤ中央部端子と前記ワイヤ左端子の間と、前記ワイヤ中央端子と前記ワイヤ右端子の間とで、前記励磁パルス電流が発生する円周方向磁界が反対方向となることを特徴とする。
【００２８】
すなわち、磁性ワイヤの磁性ワイヤ中央部端子を中点として、磁性ワイヤの両端に向かって励磁パルス電流を通電することにより左検出コイルと右検出コイルに発生する誘導電圧は、それぞれ数式１の電圧Ｖ＋及び電圧Ｖ−に対応し、両検出コイルを連結することによって、検出コイル出力電圧として外部磁界に比例的な特性の電圧が得られるという対向通電式磁界検出素子である。
【００２９】
また、磁性ワイヤは、ＣｏＦｅ合金組成を持つアモルファス磁性ワイヤにて直径５〜３０μｍで、検出コイルは、コイルピッチは１〜５０μｍで、コイルの内径は５〜５０μｍである。磁性ワイヤに通電するパルス電流は、０．５〜４．０ＧＨｚの周波数である。
検出コイルの出力電圧は、外部磁界のみに依存し、外部磁界に対して正弦関数関係となる。
なお、０．５ＧＨｚより低い周波数においても、数式１及び数式２より、コイル誘導電圧から外部磁界に対して比例的な電圧成分のみを取り出す効果は同じである。
【００３０】
さらに、磁界検出素子の基板は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）とし、その上面に直接前記磁界検出素子を形成する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明により、磁界に比例したコイル出力電圧を損なうことなく、パルス電流およびひねり応力に起因する誘導電圧を最大出力コイル電圧の１％以下に抑制できる。さらに、磁界とコイル電圧との関係について、理想的な正弦関数関係を実現して、非直線性は０．５％以下を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】外部磁界ゼロのときのコイル誘導電圧波形を示す。
【図２】外部磁界を−１Ｇ、０Ｇ、＋１Ｇとした時のコイル誘導電圧波形を示す。
【図３】感度性能が最大となる時刻におけるコイル出力電圧の磁場依存性を表す曲線を示す。
【図４】図３に示したコイル出力電圧の磁場依存性グラフについて、ゼロ点での値をオフセットとして較正した場合を示す。
【図５】外部磁界ゼロのとき、励磁パルス電流の向きを＋方向とした場合のコイル誘導電圧波形と、励磁パルス電流の向きを−方向とした場合のコイル誘導電圧波形を示す。
【図６】外部磁界＋１Ｇのとき、励磁パルス電流の向きを＋方向とした場合のコイル誘導電圧波形と、励磁パルス電流の向きを−方向とした場合のコイル誘導電圧波形を示す。
【図７】感度性能が最大となる時刻における、励磁パルス電流の向きを＋方向とした場合のコイル出力電圧の磁場依存性曲線と、励磁パルス電流の向きを−方向とした場合のコイル出力電圧の磁場依存性曲線を示す。
【図８】図７で示した両曲線を加算した出力電圧ＶＨの磁場依存性曲線と、理想の磁場依存性を表す正弦波曲線を示す。
【図９】磁界検出素子の平面図を示す。
【図１０】図９の磁界検出素子のＡ１−Ａ２線の断面図を示す。
【図１１】配線基板をＡＳＩＣとして、磁界検出素子と集積回路を一体化した場合の断面図を示す。
【図１２】電子回路の概念図を示す。
【図１３】従来のコイル出力電圧の波形に及ぼす外部磁界の影響を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の実施形態について、図９〜図１２を用いて以下に説明する。
第１の実施形態の磁界検出素子は、電極配線基板上に、感磁体である１本の磁性ワイヤとその周りに巻回した検出コイルおよび外部の集積回路と連結するための２個の磁性ワイヤ通電用電極と２個のコイル出力電極を備える。
（１）磁性ワイヤは、３個の端子が形成されている。磁性ワイヤの中央部には磁性ワイヤ中央部端子、磁性ワイヤの両端部にはそれぞれ磁性ワイヤ端部端子（ワイヤ左端子、ワイヤ右端子という）を形成している。磁性ワイヤの電極は、２個の磁性ワイヤ通電用電極を形成し、一方を磁性ワイヤ中央部用電極とし、他方を磁性ワイヤ端部用電極とする。
磁性ワイヤの端子と磁性ワイヤの電極との配線は、次のように形成する。
磁性ワイヤ中央部端子は磁性ワイヤ中央部用電極と連結し、ワイヤ左端子およびワイヤ右端子はそれぞれ磁性ワイヤ端部用電極と連結する。
そして、２個の磁性ワイヤ通電用電極は、一方をパルス入力電極として他方をグランド電極とする。
（２）検出コイルは、２個の検出コイルが形成されている。磁性ワイヤの磁性ワイヤ中央部端子の左右に左検出コイルと右検出コイルが配置される。左検出コイルは磁性ワイヤ中央部端子とワイヤ左端子との間に配置され、右検出コイルは磁性ワイヤ中央部端子とワイヤ右端子との間に配置される。左検出コイルと右検出コイルはそれぞれ端部に左コイル端子と右コイル端子が形成される。
検出コイルの電極は、２個の出力電極からなる。
検出コイル間の配線および検出コイルの端子と出力電極との配線は、次のように形成する。
左検出コイルの右コイル端子は、右検出コイルの左コイル端子と連結する。左検出コイルの左コイル端子は、左検出コイル側の出力電極と連結し、右検出コイルの右コイル端子は、右検出コイル側の出力電極と連結する。
（３）励磁パルス電流が、磁性ワイヤのパルス入力電極からグランド電極に通電されたとき、磁性ワイヤ中央部端子とワイヤ左端子の間と、磁性ワイヤ中央部端子とワイヤ右端子の間とで、励磁パルス電流が発生する円周方向磁界が反対方向となる。
【００３４】
＜磁界検出素子の構造＞
磁界検出素子１の構造は、次の通りである。
電極配線基板１１上に、感磁体である１本の磁性ワイヤ１２とその周りに巻回した左検出コイルと右検出コイル（１３Ｌ、１３Ｒ）を配置してそれを連結した検出コイル１３を備えている。さらに、外部の集積回路と連結するための、２個のワイヤ通電用電極（１２ＣＥ、１２ＳＥ）と２個のコイル出力電極（１３ＬＥ、１３ＲＥ）とを備えている（図９）。
【００３５】
感磁体として磁性ワイヤを１本とすることにより、磁性ワイヤのひねり応力による磁区構造の乱れは、左検出コイルの内部と右検出コイルの内部で同等となり、その誘導電圧も同等のものとなる。つまり、それぞれ数式１の電圧Ｖ＋及びＶ−として扱うことができ、数式１が成立する。これにより、数式２のように両者を加算することで特性歪みの原因となる誘導電圧成分を打ち消すことができる。
【００３６】
磁性ワイヤの周りに巻回する２個の検出コイル（１３Ｌ、１３Ｒ）は、コイルの形状、大きさ、巻数、巻方向（磁界に対して右巻き、左巻き）などの構造・機能が完全同一であり、連結して検出コイル１３を構成する。これにより、２個の検出コイルの誘導電圧に対して数式１を適用することができる。
【００３７】
＜磁性ワイヤ＞
磁性ワイヤ１２の両端部の端子２個（ワイヤ左端子１２Ｌ、ワイヤ右端子１２Ｒという）に加えて、磁性ワイヤの中央部に端子１個（ワイヤ中央端子１２Ｃという）からなる端子３個を配置する。
【００３８】
磁性ワイヤ１２に通電するための電極として、２個のワイヤ通電用電極（１２ＣＥ、１２ＳＥ）を配置し、一方の電極をパルス入力電極とし、他方の電極をグランド電極とする。磁性ワイヤの端子と磁性ワイヤ通電用電極との配線は次に示す。
磁性ワイヤ中央部端子１２Ｃは、配線１２ＨＣを介して磁性ワイヤ中央部用電極１２ＣＥに連結され、ワイヤ左端子１２Ｌとワイヤ右端子１２Ｒはそれぞれ配線（１２ＨＬ、１２ＨＲ）を介して磁性ワイヤ端部用電極１２ＳＥに連結する。２個の電極（１２ＣＥ、１２ＳＥ）の一方をパルス入力電極として他方をグランド電極とする。
磁性ワイヤ中央部用電極１２ＣＥをパルス入力電極として、ワイヤ通電用電極１２ＳＥをグランド電極としても、または反対にワイヤ通電用電極１２ＣＥをグランド電極として、ワイヤ通電用電極１２ＳＥをパルス入力電極としてもよい。
【００３９】
これにより、磁性ワイヤ中央部用電極をパルス入力電極として磁性ワイヤ端部用電極をグランド電極としてパルス電流を通電すると、パルス電流は磁性ワイヤ中央部電極からワイヤ中央端子に流れ、ワイヤ中央端子にて左右に分かれて、すなわち磁性ワイヤの左側と右側で反対方向に電流が流れる。そして、左右のワイヤ端子から磁性ワイヤ端部用電極であるグランド電極に電流が流れて、グランド電極にて合流する。
【００４０】
よって、パルス電流はワイヤ中央端子から反対方向に分かれて流れるために、それぞれの電流が発生する円周方向磁界は反対方向となる。左検出コイルには、左回りの円周方向磁界により磁性ワイヤに生ずる磁化変化に対応した誘導電圧が発生し、及び右検出コイルには、右回りの円周方向磁界により磁性ワイヤに生ずる磁化変化に対応した誘導電圧が発生する。なお、円周方向右回り及び左回りとは、ワイヤ左側から右側を見た場合の向きとする。両検出コイルを連結することで得られるコイル出力電圧は、図８に示したような正弦関数の出力特性となる。
【００４１】
＜検出コイル＞
検出コイル１３は、磁性ワイヤ中央部端子１２Ｃの両側に、磁性ワイヤ中央部端子１２Ｃとワイヤ左端子１２Ｌとの間に１個の検出コイル（左検出コイル１３Ｌという。）およびワイヤ磁性中央部端子１２Ｃとワイヤ右端子１２Ｒとの間に１個の検出コイル（右検出コイル１３Ｒという。）を形成する。
各検出コイルには両端部にコイル端子が各１個配置されている。左検出コイル１３Ｌには左コイル端子１３ＬＬと右コイル端子１３ＬＲが配置され、同様に右検出コイル１３Ｒにも左コイル端子１３ＲＬと右コイル端子１３ＲＲが配置されている。
【００４２】
次に、端子間および端子と電極との間の配線を次に示す。
まず、左検出コイル１３Ｌの右コイル端子１３ＬＲと、右検出コイル１３Ｒの左コイル端子１３ＲＬとは、配線１３ＨＴを介して連結される。左検出コイル１３Ｌの左コイル端子１３ＬＬは、配線１３ＨＬを介して左検出コイル電極１３ＬＥに連結され、右検出コイル１３Ｒの右コイル端子１３ＲＲは、配線１３ＨＲを介して右検出コイル電極１３ＲＥに連結される。
【００４３】
これにより、左検出コイル電極１３ＬＥから、配線１３ＨＬ、左検出コイル１３Ｌの左コイル端子１３ＬＬ、左検出コイル１３Ｌ、左検出コイル１３Ｌの右コイル端子１３ＬＲ、配線１３ＨＴ、右検出コイル１３Ｒの左コイル端子１３ＲＬ、右検出コイル１３Ｒ、右検出コイル１３Ｒの右コイル端子１３ＲＲ、配線１３ＨＲ、右コイル電極１３ＲＥへと連結されて、左検出コイル１３Ｌの出力電圧と右検出コイル１３Ｒの出力電圧は加算される。
【００４４】
左検出コイル電極１３ＬＥをコイル出力＋側電極として右検出コイル電極をコイル出力−側電極とすることにより、または左検出コイル電極１３ＬＥをコイル出力−側電極として右検出コイル電極をコイル出力＋側電極とすることにより、検出コイル１３の出力電圧を得ることが出来る。
【００４５】
＜励磁パルス電流＞
励磁パルス電流は、磁性ワイヤ中央部用電極１２ＣＥをパルス入力電極とし、磁性ワイヤ端部用電極１２ＳＥをグランド電極として通電されると、ワイヤ中央端子１２Ｃから左右のワイヤ端子（１２Ｌ、１２Ｒ）に向かって、すなわち反対方向に磁性ワイヤ１２を流れ、または左右のワイヤ端子（１２Ｌ、１２Ｒ）からワイヤ中央端子１２Ｃ）に向かって、すなわち反対方向に磁性ワイヤ１２を流れる。または、励磁パルス電流は、磁性ワイヤ中央部用電極１２ＣＥをグランド電極とし、磁性ワイヤ端部用電極１２ＳＥをパルス入力電極として通電されると、ワイヤ左端子１２Ｌおよびワイヤ右端子１２Ｒから磁性ワイヤ中央部端子１２Ｃに向かって、すなわち反対方向に磁性ワイヤ１２を流れる。
【００４６】
よって、励磁パルス電流は磁性ワイヤ中央部端子からワイヤ左端子及びワイヤ右端子に向かってそれぞれ反対方向に流れるために、左検出コイル１３Ｌの誘導電圧と右検出コイル１３Ｒの誘導電圧は、それぞれ反対方向の円周方向磁界によって磁性ワイヤに生ずる磁化変化に対応したものとなる。これにより、図８に示したような正弦関数の出力特性が得られる。
【００４７】
第２の実施形態は、第１の実施形態の磁界検出素子において、磁性ワイヤは、ＣｏＦｅ合金組成を持つアモルファスワイヤにて直径は５〜３０μｍで、検出コイルは、コイルピッチは１〜５０μｍで、コイルの内径は５〜５０μｍである。
【００４８】
＜磁性ワイヤ＞
磁性ワイヤは、ＣｏＦｅ系合金組成のゼロ磁歪または負磁歪特性を持つガラス被覆付きアモルファスワイヤで、直径は５〜３０μｍで、透磁率μは１，０００〜３０，０００であり、磁区構造として最表面に円周方向磁区を持つ。なお、合金組成は、ＦｅＣｏ系でもよい。また、アモルファスワイヤの被覆は、絶縁性を有する材料であればガラス材料に限らない。
これにより、磁界検出素子はＧＳＲ効果、つまりコイル電圧と磁界強度の間に正弦関数関係を実現できる。
磁界検出素子に使用された磁性ワイヤの長さは、０．１ｍｍ〜３ｍｍである。その長さは、センサの用途によって使い分けられる。
なお、磁性ワイヤの抵抗は、１Ω〜５０Ω程度である。
【００４９】
磁性ワイヤに通電するパルス電流の周波数は、０．５〜４．０ＧＨｚである。０．５ＧＨｚ未満の周波数であると、ＧＳＲセンサの正弦関数関係が得られず、また４．０ＧＨｚを超えても正弦関数関係が得られないからである。
なお、０．５ＧＨｚより低い周波数においても、数式１及び数式２より、コイル誘導電圧から外部磁界に対して比例的な電圧成分のみを取り出す効果は同じである。
【００５０】
＜検出コイル＞
検出コイルは、そのコイルピッチを１〜５０μｍとする。好ましくは、２．５〜１０μｍである。コイル内径は５〜５０μｍで、好ましくは７〜２０μｍである。
コイルピッチは、小さいほど好ましいので５０μｍ以下とするが、１μｍ未満にすることは技術的に困難である。
コイル内径は、可能な限り磁性ワイヤの直径に近づけて小さくする方が好ましいので５０μｍ以下とする。しかし、５μｍ未満とするのは技術的に困難である。
なお、コイル抵抗は、１０Ω〜２ｋΩ程度である。
【００５１】
第３の実施形態は、第１または第２のいずれかの実施形態の磁界検出素子において、
電極配線基板は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）とし、その上面に直接磁界検出素子を形成する(図１１)。シリコンウエハからなる基板の代わりに、ＡＳＩＣの上面に直接素子を形成することにより、磁界検出素子とＡＳＩＣとを連結する配線が短くなり、感度が大幅に向上するので好ましい。また、磁界検出素子を搭載する磁界検出装置（ＧＳＲセンサ）の小型化を図るうえでも好ましい。
ＡＳＩＣの上面に直接磁界検出素子を形成するとは、ＡＳＩＣ３１のＡＳＩＣ絶縁保護被膜３１１の上面に基板に相当するレジスト３４を塗布し、レジスト３４に磁性ワイヤ３２を配置して磁界検出素子を形成することも含まれる。
【００５２】
本発明の磁界検出素子の性能評価においては、次の構成からなる電子回路（図１２）を使用する。
電子回路４は、パルス発振器４１、磁界検出素子４２、入力側回路４３、パルス対応型バッファー回路４４（以下、バッファー回路４４という。）、出力側回路４５、電子スイッチ４６とコンデンサー４７からなるサンプルホールド回路および増幅器４８からなっている。
パルス発振器４１は０．１〜５ＧＨｚのパルス周波数をもつパルスを発振し、それを磁界検出素子４２の磁性ワイヤに通電し、検出コイルに誘起される電圧をバッファー回路４４で検出し、バッファー回路４４で電流増幅した後にサンプルホールドする。検波のタイミングは検波タイミング調整回路にてコイル出力電圧がピーク値を取る時間とした。サンプルホールドされた電圧を増幅器で増幅することもできる。
【００５３】
コイル出力電圧を測定した結果、実施形態の磁界検出素子では、外部磁界がゼロの場合に生じる誘導電圧が０．０２Ｖ以下として、最大出力電圧の２％以下とできることを確認した。また、磁場依存性は良好な正弦関数特性を示し、その結果、非直線性０．５％Ｆ．Ｓ．以下の優れた直線性を得ることができる。
【００５４】
本発明の磁界検出素子の磁界検出感度は、磁性ワイヤの長さ及び検出コイルの巻数により、１０ｍＶ／Ｇ〜１．５Ｖ／Ｇである。出力特性の歪の原因となる電圧成分を除去することにより、磁界検出素子と電子回路を組み合わせた磁界検出装置（ＧＳＲセンサ）の磁気ノイズは、１ＫＨｚ以下の帯域において、磁界検出素子の長さが３ｍｍの場合には１ｎＴ、磁界検出素子の長さが０．２ｍｍの場合には１００ｎＴを示す。
【実施例】
【００５５】
実施例は、図９〜１２を用いて説明する。
磁界検出素子１は、基板１１（図１１ではレジスト３４）上に周波数１．５ＧＨｚのパルス電流を流す１本の磁性ワイヤ１２に左検出コイル及び右検出コイル（１３Ｌ、１３Ｒ）を巻き付けて連結し、出力電圧は両検出コイルの誘導電圧を加算したものとなるように配線している。
【００５６】
磁性ワイヤ１２には、ワイヤ中心部にワイヤ中央端子１２Ｃ、ワイヤ両端部に左ワイヤ端子と右ワイヤ端子の合計３個の端子を取り付けて、ワイヤ中央端子は配線１２ＨＣを介して磁性ワイヤ中央部用電極１２ＣＥに接続されてパルス入力電極として、左ワイヤ端子１２Ｌおよび右ワイヤ端子１２Ｒはそれぞれ配線（１２ＨＬ、１２ＨＲ）を介して磁性ワイヤ端部用電極１２ＳＥに接続されてグランド電極とする。磁性ワイヤの抵抗は、ワイヤ中央端子１２Ｃとワイヤ左端子１２Ｌの間と、ワイヤ中央端子１２Ｃとワイヤ右端子１２Ｒの間とで、それぞれ１０Ωで同一である。
【００５７】
励磁パルス電流は、パルス入力電極であるワイヤ中央部用電極１２ＣＥから配線１２ＨＣを介してワイヤ中央端子１２Ｃにパルス電流を通電し、ワイヤ中央端子１２Ｃから左右に分かれて左ワイヤ端子１２Ｌ及び右ワイヤ端子１２Ｒへと流れる。そして、左ワイヤ端子１２Ｌ及び右ワイヤ端子１２Ｒから配線（１２ＨＬ、１２ＨＲ）を介して、グランド電極の磁性ワイヤ端部電極１２ＳＥへ流れる。
【００５８】
検出コイル１３は、同一形状の左検出コイル１３Ｌと右検出コイル１３Ｒとからなる。
ワイヤ中央端子１２Ｃを中心として、ワイヤ中央端子１２Ｃとワイヤ左端子１２Ｌとの間に左検出コイル１３Ｌ、およびワイヤ中央端子１２Ｃとワイヤ右端子１２Ｒとの間に右検出コイル１３Ｒが形成されている。また両検出コイル（１３Ｌ、１３Ｒ）の位置は、ワイヤ中央端子１２Ｃを中心に対称となるように配置されている。
【００５９】
各検出コイルには両端部にコイル端子が各１個配置されている。左検出コイル１３Ｌには左コイル端子１３ＬＬと右コイル端子１３ＬＲが配置され、同様に右検出コイル１３Ｒにも左コイル端子１３ＲＬと右コイル端子１３ＲＲが配置されている。
そして、端子間および端子と電極との間の配線を次に示す。
まず、左検出コイル１３Ｌの右コイル端子１３ＬＲと右検出コイル１３Ｒの左コイル端子１３ＲＥは、配線１３ＨＴを介して連結されている。次に、左検出コイル１３Ｌの左コイル端子１３ＬＬは、配線１３ＨＬを介して左検出コイル電極１３ＬＥに連結され、右検出コイル１３Ｒの右コイル端子１３ＲＲは、配線１３ＨＲを介して右検出コイル電極１３ＲＥに連結されている。
【００６０】
なお、磁界検出素子１はＡＳＩＣ３１上に配置されていることから、図１１に示すように磁性ワイヤ３２のワイヤ端子３２１から配線３２３を介してワイヤ電極３２２（パルス入力電極、グランド電極）に接続され、そしてスルーホール３１３を介してＡＳＩＣ側電極に接続されている。これにより、ＡＳＩＣから磁性ワイヤに励磁パルス電流が流れることになる。
また、検出コイル用の２個のコイル電極もＡＳＩＣと直接接続して、ＡＳＩＣに信号が取り出されている（図示省略）。
【００６１】
ここで、磁性ワイヤおよび検出コイルの構成について説明する。
磁性ワイヤ１２（３２）は、ＣｏＦｅ系合金組成のゼロ磁歪を持つガラス被覆付きのアモルファスワイヤで、直径は１０μｍ、透磁率は３，０００、ワイヤ抵抗は３２Ωである。磁性ワイヤの長さは、２ｍｍである。本実施例は生体磁気検出に適した仕様である。
【００６２】
検出コイル１３は、左検出コイル１３Ｌおよび右検出コイル１３Ｒの両者ともに、右巻き（磁界の向きに対して）にて、コイルの長さは０．８ｍｍ、コイルピッチは５．０μｍ、コイル内径は１８μｍである。コイル抵抗は、それぞれのコイルが１００Ωである。
【００６３】
本発明の磁界検出素子の性能評価においては、次の構成からなる電子回路を使用する。
電子回路４は、パルス発振器４１、磁界検出素子４２、入力側回路４３、パルス対応型バッファー回路４４、出力側回路４５、電子スイッチ４６とコンデンサー４７からなるサンプルホールド回路および増幅器４８からなっている。パルス発振器４１は１．５ＧＨｚのパルス周波数をもつパルスを発振し、それを磁界検出素子４２の磁性ワイヤに通電し、検出コイルに誘起される電圧をバッファー回路４４で検出し、バッファー回路４４で電流増幅した後にサンプルホールドする。検波のタイミングは検波タイミング調整回路にてコイル出力電圧がピーク値を取る時間とした。ピークホルドされた電圧を増幅器４８で増幅できる。
【００６４】
コイル出力電圧を測定した結果、外部磁界がゼロの場合に生じる誘導電圧は０．０２Ｖ以下で最大出力電圧の２％以下とすることができた。また、出力電圧の磁場依存性は良好な正弦関数特性を示し、その結果、非直線性は０．４％Ｆ．Ｓ．程度であった。
【００６５】
本発明の磁界検出素子の磁界検出感度は、８００ｍＶ／Ｇであった。出力特性の歪の原因となる電圧成分を除去することにより、磁界検出素子と電子回路を組み合わせたＧＳＲセンサの磁気ノイズは、１ＫＨｚ以下の帯域において、１ｎＴを示した。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
超高感度マイクロ磁気センサは、地磁気を測定して活用する電子コンパス、磁気ジャイロ等の３次元方位計およびリアルタイム三次元方位計の高精度化や、生体の微弱な磁気信号を検出する心磁図や脳磁図と言った医療診断装置等の小型・高性能化に必要なものである。特に、本発明の対向通電式磁界検出素子は、これまで性能向上の障害となっていた出力特性の歪みを解消したことで、磁気センサの一層の高性能化に大きく資することができるものである。
【符号の説明】
【００６７】
１：磁界検出素子（平面図）
１１：電極配線基板（基板）
１２：磁性ワイヤ
１２Ｌ：ワイヤ左端子
１２Ｃ：ワイヤ中央端子
１２Ｒ：ワイヤ右端子
１２ＨＣ：配線（ワイヤ中央端子と磁性ワイヤ中央部用電極とを連結する）
１２ＨＬ：配線（ワイヤ左端子と磁性ワイヤ端部用電極とを連結する）
１２ＨＲ：配線（ワイヤ右端子と磁性ワイヤ端部用電極とを連結する）
１２ＣＥ：磁性ワイヤ中央部用電極
１２ＳＥ：磁性ワイヤ端部用電極
１３：検出コイル（左検出コイルと右検出コイルを連結したもの）
１３Ｌ：左検出コイル
１３Ｒ：右検出コイル
１３ＬＬ：左コイル端子（左検出コイル）
１３ＬＲ：右コイル端子（左検出コイル）
１３ＲＬ：左コイル端子（右検出コイル）
１３ＲＲ：右コイル端子（右検出コイル）
１３ＨＴ：配線（左検出コイルの右コイル端子と右検出コイルの左コイル端子とを連結する）
１３ＨＬ：配線（左検出コイルの左コイル端子と左側コイル電極とを連結する）
１３ＨＲ：配線（右検出コイルの右コイル端子と右側コイル電極とを連結する）
１３ＬＥ：左側コイル出力電極
１３ＲＥ：右側コイル出力電極
【００６８】
２：磁界検出素子（Ａ１−Ａ２断面図）
２１：基板
２２：磁性ワイヤ（ガラス被覆付き）
２３：検出コイル
２３ａ：下コイル
２３ｂ：上コイル
２３ｃ：ジョイント部
２４：レジスト
２５：配線
【００６９】
３：磁界検出装置（ＡＳＩＣの上に磁界検出素子を形成）
３１：ＡＳＩＣ
３１１：ＡＳＩＣ絶縁保護被膜
３１２：ＡＳＩＣ側電極
３１３：スルーホール
３２：磁性ワイヤ（ガラス被覆付き）
３２１：ワイヤ端子
３２２：ワイヤ電極
３２３：配線
３３：レジスト
【００７０】
４：電子回路
４１：パルス発振器
４２：磁界検出素子
４３：入力側回路
４４：パルス対応型バッファー回路
４５：出力側回路
４６：電子スイッチ
４７：コンデンサー
４８：増幅器
【００７１】
５１：パルス電流
５２：検出コイル電圧
５３：外部磁界の強さ
【要約】      （修正有）【課題】超高感度マイクロ磁気センサ用の磁界検出素子において、出力特性歪によるセンサの性能を損なわないようにする。【解決手段】１本の磁性ワイヤ１２は、中央部と両端部に３個のワイヤ端子（１２Ｃおよび１２Ｌと１２Ｒ）および中央部用電極１２ＣＥと端部用電極１２ＳＥを備え、検出コイル１３は磁性ワイヤの中央部の左右に配置する２個の検出コイル（左検出コイル１３Ｌ、右検出コイル１３Ｒ）とそれぞれの端部に４個のコイル端子（１３ＬＬ、１３ＬＲ、１３ＲＬ、１３ＲＲ）および出力用電極（１３ＬＥ、１３ＲＥ）を備えて、磁性ワイヤ１２および検出コイル１３はそれぞれ端子間、端子と電極の間を配線により連結されている。励磁パルス電流が、パルス入力電極（１２ＣＥ）からグランド電極（１２ＳＥ）に通電されると、磁性ワイヤ１２の中央部端子１２Ｃを中点として、左と右とでは励磁パルス電流が発生する円周方向磁界が反対方向となる。【選択図】図９【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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【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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