(57)【要約】【課題】磁気感度特性に優れ且つ簡易な構成でＭＩ素子の比例特性領域を利用して磁気を検出できる磁気検出装置を提供する。【解決手段】本発明の磁気検出装置１において、直列に接続され且つ互いに平行に配置された複数のマグネトーインピーダンス素子１３、１３と、複数のマグネトーインピーダンス素子１３、１３の周囲に巻回したコイル５と、コイル５の電気出力を検出する出力検知部７と、コイル５に通電する通電部９と、コイル５の接続を通電部９と出力検出部７とに切り替えるスイッチ手段１１とを備え、通電部９からコイル５に通電してマグネトーインピーダンス素子１３、１３に一時的に磁界を加えた後に、スイッチ手段１１によりコイル５の接続を出力検出部７に切り替えてコイル５の電気出力を測定することにより、磁気を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続され且つ互いに平行に配置された複数のマグネトーインピーダンス素子と、複数のマグネトーインピーダンス素子全体の周囲に巻回したコイルと、コイルの電気出力を検出する出力検知部と、コイルに通電する通電部と、コイルの接続を通電部と出力検出部とに切り替えるスイッチ手段とを備え、通電部からコイルに通電してマグネトーインピーダンス素子に一時的に磁界を加えた後に、スイッチ手段によりコイルの接続を出力検出部に切り替えてコイルの電気出力を測定することにより、磁気を測定することを特徴とする磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地磁気等の微弱な磁気を検知する磁気検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、アモルファスワイヤ（感磁体）の周囲を巻回した検出コイルの電気出力を測定することにより、アモルファスワイヤに作用する磁気を測定することが開示されている。この特許文献１の技術では、アモルファスワイヤに通電する電流の遮断による立ち上がり時の電流変化により誘起される減衰振動電圧をサンプルホールド回路で検出する構成になっている。
【０００３】
一方、マグネトーインピーダンス（ＭＩ素子）の周囲に検出コイルを巻回すると共に、更に、マグネトーインピーダンス素子の周囲に高磁界を付与するバイアスコイルを設け、磁気強度に応じて変化する検出コイルの電圧を測定することが公知である（公知技術１）。この公知技術１では、図２に符号ａで示すように、ＭＩ素子は磁界強度が所定の領域（３〜５Ｇ（ガウス））で比例特性を有する為、この比例特性領域ａで検出コイルの出力を検出するようにしたものである。
【０００４】
【特許文献１】特許第３８０１１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術では、アモルファスワイヤは感度特性が低いと共に、サンプルホールド回路が必要になる為、磁気検出回路が複雑になるという問題がある。
【０００６】
上述の公知技術１は、ＭＩ素子を利用している為磁気感度特性や感磁界方向等の制御性に優れるものの、図２に示すように、比例特性領域ａ（４Ｇ付近）になるように磁界強度を付与するコイル（以下「磁界コイル」という）が必要になるという問題がある。
【０００７】
本発明は、前記事情に着目してなされたものであり、磁気感度特性に優れ且つ簡易な構成でＭＩ素子の比例特性領域を利用して磁気を検出できる磁気検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載された発明は、直列に接続され且つ互いに平行に配置された複数のマグネトーインピーダンス素子と、複数のマグネトーインピーダンス素子全体の周囲に巻回したコイルと、コイルの電気出力を検出する出力検知部と、コイルに通電する通電部と、コイルの接続を通電部と出力検出部とに切り替えるスイッチ手段とを備え、通電部からコイルに通電してマグネトーインピーダンス素子に一時的に磁界を加えた後に、スイッチ手段によりコイルの接続を出力検出部に切り替えてコイルの電気出力を測定することにより、磁気を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明者らは、直列に接続し且つ平行に配置したマグネトーインピーダンス素子においては、一時的に所定の磁界強度を与えると、図２に示すような、磁界強度に対する抵抗値を示す曲線Ａがそのまま平行移動する曲線Ｂとなるヒステリシスを生じることを発見した。
【００１０】
従って、図２に示すように、マグネトーインピーダンス素子における磁界強度と抵抗値との関係では、比例特性を示す領域ａは、例えば、４Ｇ（ガウス）±０．３Ｇの範囲であったが、ヒステリシスを生じさせることにより、磁界強度と抵抗値との関係の曲線Ａが平行移動し、比例特性を示す領域ａを４Ｇよりも低い領域（０±０．３Ｇ）とすることができた。
【００１１】
更に、このような現象は、単にマグネトーインピーダンス素子に一時的な磁界をかけるのではなく、直列に接続した複数のマグネトーインピーダンス素子を平行に配置した場合に生じることが分かった。
【００１２】
従って、請求項１に記載された発明によれば、公知技術１のようなバイアスコイルを設けることなく、低い磁界強度の領域でも、マグネトーインピーダンス素子の磁界強度と抵抗値との関係において比例特性領域を利用して磁気強度を測定できる。
【００１３】
しかも、コイルの接続をスイッチ手段により通電部と出力検知部とに切り替えることにより、マグネトーインピーダンス素子に一時的に磁界をかけて電気出力を測定できるので、簡易な構成（回路）とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、添付図面の図１〜図３を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る磁気検出装置の構成を示す回路図であり、図２は本実施の形態におけるマグネトーインピーダンス素子に一時的に磁界を印加した場合のヒステリシスを説明したグラフであり、図３は隣り合うマグネトーインピーダンス素子間の間隔Ｓを一定にしてマグネトーインピーダンス素子の幅Ｗを変えたときの、ヒステリシスの度合い（比例特性領域の磁気軸中央部の磁界強度）を示すグラフである。
【００１５】
本実施の形態に係る磁気検出装置１は、携帯電話に搭載される方位計として用いられるものであり、地磁気の強度を検知して方位を測定するものである。
【００１６】
この磁気検出装置１は、マグネトーインピーダンス素子部３と、マグネトーインピーダンス素子部３の周囲に巻回したコイル５と、コイルの電気出力を検出する出力検知部７と、コイル５に通電する通電部９と、コイル５の接続を通電部９と出力検出部７とに切り替えるスイッチ手段１１とから構成されている。これらの各構成要素は、ＩＣチップ上にオンチップで形成されている。
【００１７】
マグネトーインピーダンス素子部３は、本実施の形態では、２本のマグネトーインピーダンス素子１３を並列に配置して、結合部１４により互いに直列に接続しており、全体として略Ｕ字形状を成している。マグネトーインピーダンス素子１３の幅Ｗは約４０μｍであり、２本のマグネトーインピーダンス素子１３、１３間の間隔Ｓは約２０μである。
【００１８】
マグネトーインピーダンス素子１３は、高周波電流やパルス波を通電したときに、外部磁界を受けるとインピーダンスが大きく変化するものであり、本実施の形態では一端が高周波電流を供給する電流回路１２に接続されている。
【００１９】
マグネトーインピーダンス素子１３の幅Ｗと、マグネトーインピーダンス素子１３、１３間の間隔Ｓとの関係については、後述する。
【００２０】
コイル５はマグネトーインピーダンス素子部３の周囲に巻いてあり、一端部５ａはグランド電極に接続してあり、他端部５ｂにはスイッチ手段１１が設けてあり、スイッチ手段１１の切り替えにより、通電部９に接続されて通電し又は出力検出部７に接続されてコイルの電気出力（電圧）を測定するようになっている。
【００２１】
スイッチ手段１１は、スイッチ制御部１５に接続されており、例えば、磁気検出装置を駆動する駆動信号を受けると、一時的に通電部９にスイッチ手段１１を接続し、次に出力検出部７に接続するようになっている。
【００２２】
出力検出部７は、コンデンサ１７と電圧増幅器１９とを有しており、コイル１５の誘起電圧がコンデンサ１７に印加され、電圧増幅器１９はコイルが検出した電圧を直流電圧に変換することにより、マグネトーインピーダンス素子部３が受ける外部磁界の大きさに対応する電圧を出力する。これにより、外部磁気によるマグネトーインピーダンス素子１３の抵抗変化を、コイル１５に生じた誘起電圧の変化として測定することができる。
【００２３】
次に、本実施の形態に係る磁気検出装置１の使用方法及び作用効果を説明する。本実施の形態に係る磁気検出装置１において、地磁気を検出するときには、電流回路１２からマグネトーインピーダンス素子部３に高周波電流が供給される。
【００２４】
マグネトーインピーダンス素子１３は、地磁気を受けると、その磁気強度に対応して抵抗が変化するので、それに対応してマグネトーインピーダンス素子部３の周囲に巻かれたコイル５の電圧が変化する。
【００２５】
一方、スイッチ制御部１５では、コイル５の電圧を出力検出部７で検出する前に、一度スイッチ手段１１を通電部９に接続して、一時的にコイル５に通電してマグネトーインピーダンス素子部３に例えば１０Ｇの強さの磁界を付与した後、スイッチ手段１１を出力検出部７に接続して、コイル５の電圧を検出する。
【００２６】
コイル５の電圧を出力検出部７で検出する前に、一時的にコイル５に通電して、マグネトーインピーダンス素子部３に一時的に強磁界を付与すると、図２に示すように、マグネトーインピーダンス素子部３では、磁界強度Ｇに対する抵抗値Ｒを示す特性曲線Ａが、そのまま、磁界強度Ｇが低い方（磁界強度に対する感度が高い方）に平行移動する曲線Ｂとなるヒステリシスを生じる。尚、図２に示す例では、コイル５にはインピーダンス素子部３の磁界強度が１０Ｇとなるように通電している。
【００２７】
従って、マグネトーインピーダンス素子１３における磁界強度Ｇと抵抗値Ｒとの関係では、曲線Ａで比例特性を示す領域ａは、ヒステリシスによる曲線Ｂでは磁界強度が低い位置にある為、低い磁界強度において比例特性を示すことになる。換言すれば、本発明によればマグネトーインピーダンス素子１３の磁気感度を高めることができる。
【００２８】
また、従来の公知技術１のように、磁界強度Ｇに対する抵抗値Ｒを示す特性曲線Ａの比例特性領域ａで検出する為に、測定中にマグネトーインピーダンス素子１３に磁界（４Ｇ）を付与する為の磁界コイルを設ける必要がないので、構成が簡易である。
【００２９】
ここで、図２に示すマグネトーインピーダンス素子部３のヒステリシスにおける、マグネトーインピーダンス素子１３の幅Ｗと間隔Ｓとの関係について説明する。
【００３０】
マグネトーインピーダンス素子部３に磁界を付与すると磁界強度と抵抗との関係を示す特性曲線Ａはヒステリシスを生じて平行移動するが、その平行移動する量はマグネトーインピーダンス素子の幅Ｗと間隔Ｓとにより異なることが分かった。
【００３１】
上述の実施の形態と同様にコイル５に電流を流してマグネトーインピーダンス素子１３に１０Ｇを印加した後に、マグネトーインピーダンス素子１３の磁気検知特性について調べる実験を行った。この実験においては、間隔Ｓを２０μｍで一定とし、マグネトーインピーダンス素子１３の幅Ｗを種々変更して、比例特性領域ａの磁気中央点Ｅ（４Ｇ）が０となる点を測定した。その結果は、図３に示すように、Ｗが約４０μｍのときに比例特性領域ａの磁気中央点Ｅが０となった。また、図３から明らかなように、Ｗが２０μｍからその幅を増やしていくほど、比例特性領域ａの磁気中央点Ｅは０に近づいていくので、少なくとも、Ｗ／Ｓ＞１であれば、マグネトーインピーダンス素子の磁気検知精度が高まるのは明らかであり、好ましくは、Ｗ／Ｓ≧２である。
【００３２】
また、マグネトーインピーダンス素子部３に印加するバイアス磁界の大きさによっても異なるが、コイル５により一時的に印加する磁界は５Ｇ以上が好ましく、１０Ｇであれば、比例特性領域ａの磁気中央点Ｅが０となるので、地磁気等の弱い磁気を検知するのには充分であった。
【００３３】
本発明は、上述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【００３４】
例えば、本発明に係る磁気検出装置は、地磁気を検出することに限らず、磁極が移動するものの位置を検知する位置検知装置として用いるものであっても良い。
【００３５】
マグネトーインピーダンス素子部は、２本のマグネトーインピーダンス素子で略Ｕ字に形成することに限らず、３本又は４本等を平行に配置して各々直列に接続するものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁気検出装置の構成を示す回路図である。
【図２】本実施の形態におけるマグネトーインピーダンス素子に一時的に磁界を印加した場合のヒステリシスを説明したグラフである。
【図３】隣り合うマグネトーインピーダンス素子間の間隔Ｓを一定にしてマグネトーインピーダンス素子の幅Ｗを変えたときの、比例特性領域の磁気軸中央部の磁界強度を示すラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１      磁気検出装置
３      マグネトーインピーダンス素子部
５      コイル
７      出力検出部
９      通電部
１１    スイッチ手段
１３    マグネトーインピーダンス素子
Ｗ      マグネトーインピーダンス素子の幅
Ｓ      マグネトーインピーダンス素子間の間隔
【図１】
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【図２】
2009047463.tif 000004
【図３】
2009047463.tif 000005