JP7082590B2 - 磁場測定装置、磁場測定方法、および磁場測定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、磁場測定装置、磁場測定方法、および磁場測定プログラムに関する。

１つのＴＭＲ素子と３つの固定抵抗を用いてブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路の出力電圧に基づいて磁場発生コイルに電流を流すための電力を生成し、磁場発生コイルによってＴＭＲモジュールに磁場を与える磁気センサが知られている。（例えば、特許文献１参照）。また、１つのＴＭＲ素子と３つの固定抵抗を用いてブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路の出力電圧に基づいてブリッジ回路に印加する電圧を制御する磁気センサが知られている。（例えば、特許文献２参照）。
特許文献１ 特開２０１７－０８３１７３号公報
特許文献２ 特開２０１７－０９６６２７号公報

従来の磁気センサでは、ブリッジ回路を構成する各抵抗値のバランスによっては、ＴＭＲ素子の磁気動作点が磁気分解能の低下する磁気飽和領域にくる場合がある。しかしながら、例えば心磁測定等の生体磁場測定において、より微弱な磁場を測定できる磁場測定装置の実現が望まれている。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、磁場測定装置を提供する。磁場測定装置は、少なくとも１つの磁気抵抗素子を有するセンサ部を備えてよい。磁場測定装置は、基準電圧を出力する基準電圧発生部を備えてよい。磁場測定装置は、センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部を備えてよい。磁場測定装置は、センサ部の出力電圧および基準電圧の差に応じて、センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を磁場発生部に供給するフィードバック電流発生部を備えてよい。磁場測定装置は、フィードバック電流に応じた測定値を出力する磁場測定部を備えてよい。磁場測定装置は、センサ部の出力電圧を用いて基準電圧を調整する調整部を備えてよい。

調整部は、調整フェーズにおいて、基準電圧を調整し、磁場測定部は、測定フェーズにおいて、測定対象磁場に対して発生されるフィードバック電流に応じた測定値を出力してよい。

基準電圧発生部は、少なくとも１つの可変抵抗を有し、調整部は、可変抵抗の抵抗値を変更して基準電圧を調整してよい。

調整部は、フィードバック電流に基づいて基準電圧を調整してよい。

調整部は、センサ部に調整用磁場が入力されたことに応じて、測定値が調整用磁場に応じて予め定められた範囲内となるように基準電圧を調整してよい。

調整部は、フィードバック電流の分散値を低減させるように基準電圧を調整してよい。

フィードバック電流を磁場発生部に供給するか否かを切り替える切替部を更に備え、調整部は、フィードバック電流を磁場発生部に供給していない状態におけるセンサ部の出力電圧を用いて基準電圧を調整してよい。

調整部は、フィードバック電流を磁場発生部に供給していない状態において、センサ部に調整用磁場が入力されたことに応じて、センサ部の出力電圧および基準電圧の差が調整用磁場に応じて予め定められた範囲内となるように基準電圧を調整してよい。

調整用電流を発生する調整用電流発生部を更に備え、切替部は、フィードバック電流を磁場発生部に供給しない場合に磁場発生部に調整用電流を供給し、調整部は、磁場発生部に調整用電流を供給している状態におけるセンサ部の出力電圧を用いて基準電圧を調整してよい。

調整部は、調整用電流に対するセンサ部の出力電圧および基準電圧の差の特性に基づいて基準電圧を調整してよい。

磁場測定部は、予め定められた期間における測定値を積算して出力してよい。

調整部は、磁場測定部による測定対象磁場の測定前に、フィードバック電流発生部によって磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を発生させる基準電圧を基準電圧発生部により発生させてよい。

調整部は、磁場測定部による測定対象磁場の測定前に、基準電圧発生部が有する可変抵抗の抵抗値を変更して、リセット磁場を発生させるリセット磁場発生電圧を基準電圧発生部により発生させ、リセット磁場発生電圧を発生させる可変抵抗の抵抗値に基づいて、基準電圧を調整してよい。

調整部は、可変抵抗の抵抗値を、リセット磁場発生電圧をそれぞれ発生させる上方リセット磁場発生抵抗値および下方磁場発生抵抗値の範囲の１／２から１／４の抵抗値として、基準電圧を調整してよい。

センサ部の出力電圧の範囲よりも、基準電圧発生部の出力電圧の範囲の方が大きくてよい。

磁場測定部による測定対象磁場の測定前に、磁場発生部に磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を発生させるリセット電流を供給するリセット電流発生部を更に備えてよい。

磁場測定部が出力する測定値の高周波成分を通過させるハイパスフィルタを更に備えてよい。

フィードバック電流発生部は、２つ以上のオペアンプを用いて構成されてよい。

センサ部は、磁気抵抗素子に隣接して配置される磁気収束部を含み、フィードバック電流発生部は、磁気抵抗素子及び磁気収束部を取り巻くように形成されてよい。

磁気抵抗素子は、基板上に、磁化自由層、非磁性層、および、磁化固定層がこの順で積層され、上面視で、磁化固定層の面積は磁化自由層の面積よりも小さく、磁化固定層の面積に基づいて感磁エリアが定められてよい。

センサ部は、直列に接続された互いに逆極性の第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子を有し、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子の間の電圧を出力してよい。

本発明の第２の態様においては、磁場測定装置が磁場を測定する磁場測定方法を提供する。磁場測定方法は、磁場測定装置が、少なくとも１つの磁気抵抗素子を有するセンサ部の出力電圧および基準電圧発生部が出力する基準電圧の差に応じて、センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を、センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部に供給することを備えてよい。磁場測定方法は、磁場測定装置が、フィードバック電流に応じた測定値を出力することを備えてよい。磁場測定方法は、磁場測定装置が、センサ部の出力電圧に基づいて基準電圧を調整することを備えてよい。

本発明の第３の態様においては、磁場測定プログラムを提供する。磁場測定プログラムは、コンピュータにより実行されてよい。磁場測定プログラムは、コンピュータを、少なくとも１つの磁気抵抗素子を有するセンサ部の出力電圧および基準電圧発生部が出力する基準電圧の差に応じて、センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を、センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部に供給するフィードバック電流発生部として機能させてよい。磁場測定プログラムは、コンピュータを、フィードバック電流に応じた測定値を出力する磁場測定部として機能させてよい。磁場測定プログラムは、コンピュータを、センサ部の出力電圧を用いて基準電圧を調整する調整部として機能させてよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る磁場測定装置１０の構成を示す。 本実施形態に係る磁場測定装置１０において、基準電圧発生部１２０が少なくとも１つの可変抵抗を有する例を示す。 本実施形態に係る磁場測定装置１０による、磁気動作点調整の第一例のフローを示す。 本実施形態に係る磁場測定装置１０による、図３のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。 本実施形態に係る磁場測定装置１０による、磁気動作点調整の第二例のフローを示す。 本実施形態に係る磁場測定装置１０による、図５のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。 本実施形態の磁場測定装置１０の変形例に係る、切替部７１０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。 図７の磁場測定装置１０による、磁気動作点調整の第三例のフローを示す。 図７の磁場測定装置１０による、図８のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。 本実施形態の磁場測定装置１０の変形例に係る、切替部７１０および調整用電流発生部１０１０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。 図１０の磁場測定装置１０による、磁気動作点調整の第四例のフローを示す。 図１０の磁場測定装置１０による、図１１のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。 図１０の磁場測定装置１０における調整部１７０が、電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔを算出するために用いる調整用電流Ｉａｄｊｕｓｔに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。 図１０の磁場測定装置１０における調整部１７０が、電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔを算出するために用いるｄＶｏｐｅｎ／ｄＩａｄｊｕｓｔ特性を示す。 本実施形態に係る磁場測定装置１０により磁場を測定するためのフローを示す。 本実施形態の磁場測定装置１０の変形例に係る、切替部７１０およびリセット電流発生部１６１０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。 本実施形態に係る磁場測定装置１０において、可変抵抗２２４の抵抗値を変化させたときの、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの変化の様子を示す。 本実施形態の磁場測定装置１０の変形例に係る、スイッチ１７１０およびハイパスフィルタ１７２０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。 本実施形態の磁場測定装置１０の変形例に係る、第３演算増幅器１９１０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。 本実施形態に係るセンサ部１１０の具体例を示す。 本具体例に係るセンサ部１１０にフィードバック磁場を発生させた時の磁束分布を示す。 本具体例に係るセンサ部１１０の構成の一例を示す。 本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ２２００の例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る磁場測定装置１０の構成を示す。磁場測定装置１０は、センサ部１１０と、基準電圧発生部１２０と、フィードバック電流発生部１３０と、磁場発生部１４０と、演算部１５０とを備える。

センサ部１１０は、少なくとも１つの磁気抵抗素子を有する。本実施形態においては、一例として、センサ部１１０は、電源電圧ＶｃｃとグランドＧＮＤとの間に直列に接続された第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を有し、第１磁気抵抗素子１１２と第２磁気抵抗素子１１４の間の電圧を出力する例を示すが、これに代えて、センサ部１１０は、例えば、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の一方が固定抵抗で構成されたものであってもよく、少なくとも１つの磁気抵抗素子に入力された磁場に応じた電圧を出力する様々な態様を含む。

しかしながら、センサ部１１０を、直列に接続された互いに逆極性の第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を有し、第１磁気抵抗素子１１２と第２磁気抵抗素子１１４の間の電圧を出力する構成とすると、温度によるオフセットや感度などの特性変動の低減効果が得られるため、より好ましい。ここで、逆極性とは、同一方向の入力磁場に対して、磁気抵抗素子の抵抗の増減方向が逆であることをいう。

第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４は、例えば、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子または巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子等であってよい。

基準電圧発生部１２０は、基準電圧を出力する。基準電圧発生部１２０は、出力する基準電圧を調整可能に構成される。基準電圧発生部１２０は、調整された基準電圧をフィードバック電流発生部１３０に供給する。

フィードバック電流発生部１３０は、センサ部１１０の出力電圧および基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧の差に応じて、センサ部１１０への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を磁場発生部１４０に供給する。本実施形態においては、一例として、フィードバック電流発生部１３０は、第１演算増幅器１３２を有し、第１演算増幅器１３２の２つの差動入力端子に、センサ部１１０の出力電圧および基準電圧発生部１２０の出力（即ち基準電圧）をそれぞれ接続する。そして、第１演算増幅器１３２は、センサ部１１０の出力電圧および基準電圧の差に応じたフィードバック電流を発生させ、これを磁場発生部１４０に供給する。ここで、センサ部１１０の出力電圧および基準電圧の差をＶｏｐｅｎと定義する。

磁場発生部１４０は、センサ部１１０に与えるフィードバック磁場を発生する。本実施形態においては、一例として、磁場発生部１４０はコイル１４２を有する。コイル１４２は、フィードバック電流発生部１３０からフィードバック電流が供給されると、供給されたフィードバック電流に基づいてセンサ部１１０が有する第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４に与えるフィードバック磁場を発生する。ここで、センサ部１１０（および基準電圧発生部１２０）は、コイル１４２に内包されるように位置してもよい。

演算部１５０は、電流電圧変換抵抗１５２と、第２演算増幅器１５４と、ＡＤ変換器１５６と、磁場測定部１６０と、調整部１７０とを有し、磁場測定装置１０に係る各種演算を行う。

電流電圧変換抵抗１５２は、一端が磁場発生部１４０に接続され、他端が固定電圧１に接続されており、フィードバック電流を電圧に変換し、その両端にフィードバック電流に基づく電圧（フィードバック電流×電流電圧変換抵抗１５２の抵抗値）を発生させる。ここで、電流電圧変換抵抗１５２によって発生させた当該フィードバック電流に基づく電圧をＶｃｌｏｓｅｄと定義する。

第２演算増幅器１５４は、差動入力端子に電流電圧変換抵抗１５２の両端をそれぞれ接続し、電流電圧変換抵抗１５２の両端の電圧、すなわち、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに応じた電圧ＶＡＭＰを出力する。

ＡＤ変換器１５６は、第２演算増幅器１５４に接続され、第２演算増幅器１５４によって出力される電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに応じたアナログの電圧値ＶＡＭＰをデジタル値ＶＡＤＣへ変換する。

磁場測定部１６０は、測定フェーズにおいて、フィードバック電流に応じた測定値を出力する。本実施形態においては、一例として、磁場測定部１６０は、ＡＤ変換器１５６に接続され、ＡＤ変換器１５６によって変換された電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに応じたデジタル値ＶＡＤＣに基づいて測定値を出力する。

調整部１７０は、調整フェーズにおいて、センサ部１１０の出力電圧を用いて基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整する。これについては後述する。なお、上述の説明では、磁場測定部１６０および調整部１７０が別々の機能部として構成されている場合を一例として示したが、磁場測定部１６０および調整部１７０は一体の機能部として構成されていてもよい。

本実施形態に係る磁場測定装置１０によれば、センサ部１１０に測定対象磁場が入力されると、測定対象磁場に応じたセンサ部１１０の出力電圧および基準電圧の差（すなわち電圧Ｖｏｐｅｎ）に応じて、フィードバック電流発生部１３０がフィードバック電流を発生させ、これを磁場発生部１４０に供給する。そして、磁場発生部１４０が、供給されたフィードバック電流に応じて、センサ部１１０に入力された測定対象磁場を相殺させるフィードバック磁場を発生させる。そして、磁場測定部１６０は、測定フェーズにおいて、測定対象磁場に対して発生されたフィードバック電流に応じた測定値、具体的には、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに応じたデジタル値ＶＡＤＣを出力する。ここで、この一連の制御をクローズドループ制御と定義する。なお、クローズドループ制御下においては、電圧Ｖｏｐｅｎの値は０となるように、すなわち、入力磁場を相殺するフィードバック磁場が発生するように制御される。

図２は、本実施形態に係る磁場測定装置１０において、基準電圧発生部１２０が少なくとも１つの可変抵抗を有する例を示す。本図に示すように、基準電圧発生部１２０は、少なくとも１つの可変抵抗を有する。一例として、基準電圧発生部１２０は、電源電圧ＶｃｃとグランドＧＮＤとの間に直列に接続された固定抵抗２２２および可変抵抗２２４を有し、固定抵抗２２２と可変抵抗２２４の間の電圧を基準電圧として出力する構成としてよい。また、本図に示すように、センサ部１１０が有する第１磁気抵抗素子１１２、第２磁気抵抗素子１１４、基準電圧発生部１２０が有する固定抵抗２２２、および可変抵抗２２４とでブリッジ回路２１０を構成してよい。その他にも、基準電圧発生部１２０は、固定抵抗２２２を第２磁気抵抗素子１１４と同極性（第１磁気抵抗素子１１２と逆極性）の磁気抵抗素子とし、可変抵抗２２４を第１磁気抵抗素子１１２と同極性（第２磁気抵抗素子１１４と逆極性）の磁気抵抗素子と可変抵抗とを直列接続した構成としてもよい。基準電圧発生部１２０が可変抵抗を有する場合、調整部１７０は、当該可変抵抗の抵抗値を変更して基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧（抵抗分圧としての基準電圧）を調整する。

図３は、本実施形態に係る磁場測定装置１０による、磁気動作点調整の第一例のフローを示す。磁気動作点は、本実施形態に係る磁場測定装置１０を構成する磁気抵抗素子に入力する磁場の総和として定義する。ステップ３１０において、例えば測定者が、センサ部１１０に入力される入力磁場を、磁気動作点調整を行うために予め定められた値である調整用磁場にする。ここで、調整用磁場はセンサ部１１０が磁気検出し得る磁場範囲内において任意の値であってよい。以下においては、調整用磁場が０である場合について説明する。調整用磁場が０である場合、例えば測定者が、本実施形態に係る磁場測定装置１０を、磁気シールドルームや持ち運び可能な磁気シールドボックス内に置くことによって、地磁気等の環境磁場をシールドしてセンサ部１１０に入力される入力磁場を０にする。

次に、ステップ３２０において、調整部１７０は、センサ部１１０に予め定められた値である調整用磁場が入力されている状態における電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに基づくデジタル値ＶＡＤＣを取得する。

そして、ステップ３３０において、調整部１７０は、フィードバック電流に基づいて基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整する。本フローにおいて、調整部１７０は、センサ部１１０に調整用磁場が入力されたことに応じて、測定値、例えば、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに基づくデジタル値ＶＡＤＣが、調整用磁場に応じて予め定められた値の範囲内となるように基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整して処理を終了する。一例として、調整部１７０は、センサ部１１０に入力される調整用磁場が０である場合に、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄを０にすべく、例えば、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに基づくデジタル値ＶＡＤＣが予め定められた閾値以下となるように、基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整する。なお、調整用磁場が０でない場合には、調整部１７０は、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄが調整用磁場の強度に応じた値となるように基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整する。なお、クローズドループにおいては電圧Ｖｃｌｏｓｅｄと、電圧ＶＡＭＰは一意に対応しており、等価な物理量として扱ってよい。

図４は、本実施形態に係る磁場測定装置１０による、図３のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。曲線４１０は、図３のフローに基づく磁気動作点調整前におけるセンサ部１１０への入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。例えば、センサ部１１０への入力磁場Ｂｉｎが０の場合、センサ部１１０の出力電圧および基準電圧が理想的に同一の値であれば、Ｖｏｐｅｎの値は０となるはずである。しかしながら、センサ部１１０の出力電圧および基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧は、例えば、センサ部１１０が有する第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４や基準電圧発生部１２０が有する固定抵抗２２２および可変抵抗２２４の素子形成プロセスのばらつき等に起因して必ずしも理想的に同一の値とはならない。その結果、入力磁場Ｂｉｎが０であっても電圧Ｖｏｐｅｎの値は０とはならず、例えば点４２０に示すようにある有限の値（「Ｖｉｎｉｔｉａｌ」とする。）をとり得る。このときの磁気動作点は、点４２０である。

この状態において、クローズドループ制御が行われると、フィードバック電流発生部１３０は、電圧Ｖｉｎｉｔｉａｌに応じたフィードバック電流Ｉｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌを発生させ、これを磁場発生部１４０へ供給する。そして、磁場発生部１４０は、このフィードバック電流Ｉｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌに基づいて電圧Ｖｏｐｅｎを０にするようにフィードバック磁場Ｂｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌを発生させる。すなわち、フィードバック磁場Ｂｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌによって、電圧Ｖｏｐｅｎは０となり、磁気動作点は点４２０から点４３０に遷移する。この状態において、磁場測定装置１０が測定対象磁場を測定すると、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４は、点４３０を磁気動作点として磁場の測定を行うこととなる。

しかしながら、入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性は、センサ部１１０が有する第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気飽和特性に準じて、図４に示すように磁気飽和領域を有する。そして、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４は、磁気飽和領域またはこれに近い領域で動作させると、高い磁気感度（磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの変化率）を得ることができず微弱な測定対象磁場を検出できなくなる。そこで、本実施形態における磁場測定装置１０は、測定フェーズの前の調整フェーズにおいて、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を調整することによって、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を磁気感度の比較的高い、すなわち、高い磁気分解能を有する点で動作させることを可能とする。

曲線４４０は、図３のフローに基づく磁気動作点調整後におけるセンサ部１１０への入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。本実施形態に係る磁場測定装置１０によれば、図３のフローに基づく磁気動作点調整により、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の動作点を点４３０から点４５０に遷移させることができる。この点４５０は、入力磁場Ｂｉｎが０の場合において電圧Ｖｃｌｏｓｅｄが０、すなわち、フィードバック電流が０となる点であり、この点において第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を動作させると最も高い磁気感度を得ることができる。

従来の１つのＴＭＲ素子と３つの固定抵抗から構成されるブリッジ回路を用いた磁気センサでは、ＴＭＲ素子や固定抵抗の素子形成プロセスのばらつき等によって、ＴＭＲ素子の磁気動作点が磁気感度の低下した磁気飽和領域内に位置することがあった。これに対して、本実施形態の磁場測定装置１０によれば、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を磁気感度が比較的高い点に遷移させることができ、より微弱な測定対象磁場を信号として検出することが可能となる。

図５は、本実施形態に係る磁場測定装置１０による、磁気動作点調整の第二例のフローを示す。本フローによる磁気動作点調整は、図３のフローによる磁気動作点調整と異なり、センサ部１１０に入力する入力磁場Ｂｉｎを予め定められた値である調整用磁場にする必要がない。すなわち、例えば、測定者が磁場測定装置１０をシールドルームや持ち運び可能なシールドボックス内に置いてセンサ部１１０に入力される入力磁場を０とすることを必要としない。ステップ５１０において、調整部１７０は、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄに基づくデジタル値ＶＡＤＣを取得する。なお、この時点でセンサ部１１０に入力される入力磁場は、上述のとおり予め定められた既知の値ではなく、未知の値である。

次に、ステップ５２０において、調整部１７０は、ステップ５１０で取得した電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値を算出する。ここで分散値とは、所定の期間において、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄがとりうる値のばらつきの大きさである。例えば、調整部１７０は、所定の期間における電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの値を取得してその平均値を算出し、各Ｖｃｌｏｓｅｄの値と当該平均値の差を二乗してその平均をとることで電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値を算出してよい。

そして、ステップ５３０において、調整部１７０は、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値を低減させるように基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整して処理を終了する。一例として、調整部１７０は、ステップ５２０で算出した電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値が最小となるように基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整する。なお、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄは、フィードバック電流が電流電圧変換抵抗１５２を介して電圧に変換されたものであるから、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値を最小にすることは、フィードバック電流の分散値を最小にすることに対応している。

図６は、本実施形態に係る磁場測定装置１０による、図５のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。図４と同一の符号を付した部分については図４の説明と同様であるので記載を省略する。図４と異なる点は、センサ部１１０に入力される入力磁場Ｂｉｎが既知の値ではなく、ある有限の未知の値（「Ｂｓｉｇｎａｌ」とする。）を有する点である。

この状態において、クローズドループ制御が行われると、フィードバック電流発生部１３０は、電圧Ｖｉｎｉｔｉａｌに応じたフィードバック電流Ｉｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌに加えて、磁場Ｂｓｉｇｎａｌを相殺するためのフィードバック電流Ｉｆｅｅｄｂａｃｋを発生し、これらを磁場発生部１４０へ供給する。そして、磁場発生部１４０は、これらフィードバック電流に基づいて、電圧Ｖｏｐｅｎを０にするようにフィードバック磁場Ｂｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌを発生させるとともに、磁場Ｂｓｉｇｎａｌを相殺するようにフィードバック磁場Ｂｆｅｅｄｂａｃｋを発生させる。この場合においても、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点は、図４と同様、点４３０となる。ここで、調整部１７０は、フィードバック電流に基づいて第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を調整すべく、基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整することとなるが、調整部１７０は、フィードバック電流をＩｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌとＩｆｅｅｄｂａｃｋとに区別することができない。

そこで、本実施形態において、調整部１７０は、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値に基づいて基準電圧を調整する。一般的に、磁気抵抗素子は磁気飽和点に近づくほど磁気感度が低下するため、磁気感度に対する出力のゆらぎ（出力の不確定性）の比が大きくなる（すなわち磁気検出におけるシグナルノイズ比が低下する）特性を有する。そして、本実施形態において、フィードバック電流発生部１３０が発生するフィードバック電流は、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を有するセンサ部１１０の出力電圧に基づくものであるから、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気検出におけるシグナルノイズ比を反映している。例えば、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４が磁気飽和点に近づくほどシグナルノイズ比が低下するため、それに追随してフィードバック電流のゆらぎも大きくなる。したがって、フィードバック電流のゆらぎを低減させるように基準電圧を調整すれば、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を磁気飽和点から最も離れた点、すなわち、最も高い磁気感度を有する点へ遷移させることができる。この原理を利用して、調整部１７０は、フィードバック電流の分散値を反映した電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値を低減させるように基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整し、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を比較的高い磁気感度を有する点へ遷移させる。

曲線６４０は、図５のフローに基づく磁気動作点調整後におけるセンサ部１１０への入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。本実施形態に係る磁場測定装置１０によれば、図５のフローに基づく磁気動作点調整により、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を点４３０から点６５０に遷移させることができる。この点６５０は、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値が最小となる点、すなわち、フィードバック電流の分散値が最小となる点であり、この点において第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を動作させると最も高い磁気感度を得ることができる。

上述の説明においては、フィードバック電流の分散値を反映した電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値を低減させる手法を一例として説明したが、これに限定されるものではない。磁場測定装置１０は、例えば、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの分散値の代わりに、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの信号振幅のピーク・トゥ・ピーク値を低減させるように基準電圧を調整してもよい。または、磁場測定装置１０は、例えば、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの時間軸での測定データをシグナルアナライザ（またはＦＦＴアナライザなど）を用いて、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの信号強度周波数依存性（例えば、電力密度の周波数依存性など。）をモニタしてよい。そして、この電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの信号強度周波数依存性は、磁気抵抗素子の出力のゆらぎの信号強度周波数依存性を表しているから、磁場測定装置１０は、当該ゆらぎの信号強度周波数依存性のレベルを低減させるように、基準電圧を調整してもよい。なお、この周波数依存性を解析する手法はシグナルアナライザを用いず、マイコンなどのプロセッサでも実施可能である。

図７は、本実施形態の磁場測定装置１０の変形例に係る、切替部７１０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。本図における磁場測定装置１０は、図１の磁場測定装置１０に加えて、切替部７１０を更に備える。切替部７１０は、フィードバック電流発生部１３０と磁場発生部１４０との間に設けられ、フィードバック電流発生部１３０が発生したフィードバック電流を磁場発生部１４０に供給するか否かを切り替えることができる。また、切替部７１０は、フィードバック電流を磁場発生部１４０に供給しない場合に、フィードバック電流発生部１３０の出力をＡＤ変換器１５６に供給することができる。この場合、調整部１７０は、フィードバック電流を磁場発生部１４０に供給していない状態におけるセンサ部１１０の出力電圧を用いて基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整する。

図８は、図７の磁場測定装置１０による、磁気動作点調整の第三例のフローを示す。ここで、クローズドループ制御を行わない状態をオープンループと定義する。ステップ８１０において、切替部７１０は、クローズドループ制御から、フィードバック電流を磁場発生部１４０に供給しない状態、すなわち、オープンループに切り替える。また、切替部７１０は、フィードバック電流発生部１３０の出力をＡＤ変換器１５６に供給する。

ステップ８２０において、図３のステップ３１０と同様、例えば測定者が、センサ部１１０に入力される入力磁場を、磁気動作点調整を行うために予め定められた値である調整用磁場にする。なお、ここにおいても、調整用磁場は０であることが好ましい。以下においては、調整用磁場が０である場合について説明する。

次に、ステップ８３０において、調整部１７０は、センサ部１１０に予め定められた値である調整用磁場が入力されている状態における電圧Ｖｏｐｅｎの値を取得する。一例として、調整部１７０は、フィードバック電流発生部１３０の出力をＡＤ変換器１５６によってデジタルへ変換することで、電圧Ｖｏｐｅｎに基づくデジタル値ＶＡＤＣを取得する。なお、オープンループにおいては電圧Ｖｏｐｅｎと、デジタル値ＶＡＤＣは一意に対応しており、等価な物理量として扱ってよい。

そして、ステップ８４０において、調整部１７０は、フィードバック電流を磁場発生部１４０に供給していない状態において、センサ部１１０に調整用磁場が入力されたことに応じて、センサ部１１０の出力電圧および基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧の差である電圧Ｖｏｐｅｎが調整用磁場に応じて定められた範囲内となるように基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整して処理を終了する。一例として、調整部１７０は、センサ部１１０に入力される調整用磁場が０である場合に、電圧Ｖｏｐｅｎを０にすべく、例えば、電圧Ｖｏｐｅｎの絶対値が予め定められた閾値以下となるように、基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整する。

図９は、図７の磁場測定装置１０による、図８のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。図４と同一の符号を付した部分については図４の説明と同様であるので記載を省略する。図４と異なる点は、磁場測定装置１０がオープンループ下で磁気動作点調整を行う点である。

切替部７１０が、クローズドループ制御からオープンループに切り替えると、フィードバック磁場Ｂｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌが発生しなくなるため、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点は、点４３０から点４２０に遷移する。この状態において、調整部１７０は、例えば、センサ部１１０に入力される入力磁場が０である場合に、電圧Ｖｏｐｅｎを０にすべく、基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整する。曲線９４０は、図８のフローに基づく磁気動作点調整後におけるセンサ部１１０への入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。図７の磁場測定装置１０によれば、図８のフローに基づく磁気動作点調整により、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を点４２０から点９５０に遷移させることができる。この点９５０は、入力磁場Ｂｉｎが０の場合において電圧Ｖｏｐｅｎが０となる点であり、図７の磁場測定装置１０は、この状態でオープンループからクローズドループに切り替えて第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を動作させると最も高い磁気感度を得ることができる。

図１０は、本実施形態の磁場測定装置１０の変形例に係る、切替部７１０および調整用電流発生部１０１０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。本図における磁場測定装置１０は、図７の磁場測定装置１０に加えて、調整用電流発生部１０１０を更に備える。調整用電流発生部１０１０は、調整用電流Ｉａｄｊｕｓｔを発生する。また、本図における磁場測定装置１０の切替部７１０は、フィードバック電流を磁場発生部１４０に供給しない場合に、フィードバック電流発生部１３０の出力をＡＤ変換器１５６に供給するとともに、磁場発生部１４０を調整用電流発生部１０１０に接続させて、磁場発生部１４０に調整用電流を供給することができる。この場合、調整部１７０は、磁場発生部１４０に調整用電流を供給している状態におけるセンサ部１１０の出力電圧を用いて基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整する。

図１１は、図１０の磁場測定装置１０による、磁気動作点調整の第四例のフローを示す。ステップ１１１０において、切替部７１０は、ステップ８１０と同様に、クローズドループ制御からオープンループに切り替える。また、切替部７１０は、フィードバック電流発生部１３０の出力をＡＤ変換器１５６に供給するとともに、磁場発生部１４０を調整用電流発生部１０１０に接続させて、磁場発生部１４０に調整用電流を供給する。

ステップ１１２０において、調整部１７０は、調整用電流発生部１０１０が発生する調整用電流Ｉａｄｊｕｓｔの大きさを変化させながら電圧Ｖｏｐｅｎの値を取得していき、調整用電流Ｉａｄｊｕｓｔに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性（Ｖｏｐｅｎ対Ｉａｄｊｕｓｔ特性）を取得する。

ステップ１１３０において、調整部１７０は、ステップ１１２０において取得した調整用電流に対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性から、電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔを算出する。電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔの算出法は、後述する。

ステップ１１４０において、調整部１７０は、調整用電流に対するセンサ部１１０の出力電圧および基準電圧の差である電圧Ｖｏｐｅｎの特性に基づいて基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整して処理を終了する。一例として、調整部１７０は、電圧Ｖｏｐｅｎが、ステップ１１３０において算出した電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔとなるように基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整する。または、調整部１７０は、電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔが０となるように基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整してもよい。

図１２は、図１０の磁場測定装置１０による、図１１のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。図９と同一の符号を付した部分については図９の説明と同様であるので記載を省略する。図９と異なる点は、入力磁場Ｂｉｎが０ではなく、ある有限の値（「Ｂｓｉｇｎａｌ」とする。）を有する点である。

切替部７１０は、磁場発生部１４０がフィードバック電流に基づいてフィードバック磁場Ｂｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌおよびＢｆｅｅｄｂａｃｋを発生させている状態において、クローズドループ制御からオープンループに切り替える。そうすると、フィードバック磁場Ｂｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｉｎｉｔｉａｌおよびＢｆｅｅｄｂａｃｋが発生しなくなるため、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点は磁場Ｂｓｉｇｎａｌに基づいて点１２１０に遷移する。この状態において、調整部１７０は、図１１のフローに基づく磁気動作点調整により基準電圧発生部１２０が出力する基準電圧を調整する。曲線１２２０は、図１０の磁場測定装置１０による、図１１のフローに基づく磁気動作点調整後におけるセンサ部１１０への入力磁場Ｂｉｎに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。図１０の磁場測定装置１０によれば、図１１のフローに基づく磁気動作点調整により、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を点１２１０から点１２３０に遷移させることができる。この点１２３０は、電圧Ｖｏｐｅｎ＝Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔとなる点であり、図１０の磁場測定装置１０は、この状態でオープンループからクローズドループに切り替えて第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を動作させると最も高い磁気感度を得ることができる。

図１３は、図１０の磁場測定装置１０における調整部１７０が、電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔを算出するために用いる調整用電流Ｉａｄｊｕｓｔに対する電圧Ｖｏｐｅｎの特性を示す。調整部１７０は、図１１のステップ１１２０により、例えば曲線１３２０に示すような調整用電流Ｉａｄｊｕｓｔに対する電圧Ｖｏｐｅｎ特性を取得する。そして、調整部１７０は、曲線１３２０に基づいて電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔを算出する。一例として、調整部１７０は、曲線１３２０から、電圧Ｖｏｐｅｎが最大となる電圧Ｖｏｐｅｎ＿ｍａｘおよび電圧Ｖｏｐｅｎが最小となる電圧Ｖｏｐｅｎ＿ｍｉｎを取得し、電圧Ｖｏｐｅｎ＿ｍａｘとＶｏｐｅｎ＿ｍｉｎの平均値を電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔとして算出する。

図１４は、図１０の磁場測定装置１０における調整部１７０が、電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔを算出するために用いるｄＶｏｐｅｎ／ｄＩａｄｊｕｓｔの特性を示す。調整部１７０は、曲線１３２０を調整用電流Ｉａｄｊｕｓｔで微分することで、例えば曲線１４１０に示すような、調整用電流Ｉａｄｊｕｓｔに対するｄＶｏｐｅｎ／ｄＩａｄｊｕｓｔの特性を得る。そして、調整部は、ｄＶｏｐｅｎ／ｄＩａｄｊｕｓｔが最大となる点１４２０における電圧Ｖｏｐｅｎを電圧Ｖｏｐｅｎ＿ａｄｊｕｓｔとして算出する。

図１５は、本実施形態に係る磁場測定装置１０により磁場を測定するためのフローを示す。ステップ１５１０において、磁場測定装置１０は、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を磁気リセットする。一例として、調整部１７０が、磁場測定部１６０による測定対象磁場の測定前に、フィードバック電流発生部１３０によって第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を磁気飽和させるリセット磁場を発生させる基準電圧を基準電圧発生部１２０により発生させ、その後、基準電圧を元の値に調整して、磁場発生部１４０によるリセット磁場の発生を停止する。このように第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４に対して、磁気飽和させるリセット磁場を与えたのち、その磁場を取り去る一連の動作を磁気リセットと定義する。

一般的に、磁気抵抗素子は、入力する磁気の履歴によって磁区内の磁化が様々な方向を向き得るが、磁気リセットを行うことによって、磁区内の磁化を一旦揃えることができる。このため、磁場測定装置１０が磁場を測定する際に、磁区内の磁化の方向を毎回同じ条件として測定することができ、これによって測定誤差を小さくすることができる。上述の磁気リセット動作は、例えば、磁場測定装置１０の電源をオンにした際、意図せぬ磁場を磁場測定装置１０が検出した際、前回磁気リセットを行ってから予め定められた期間経過した際、および前回磁気リセットを行ってから予め定められた回数磁場を測定した際、等に実行することができる。

次に、ステップ１５２０において、調整部１７０は、図３、図５、図８、および図１１の少なくともいずれかのフローに基づいて、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を調整する。

次に、ステップ１５３０において、磁場測定部１６０は、測定対象磁場を測定する。そして、ステップ１５４０において、磁場測定装置１０は、磁場の測定回数が予め定められた回数ｎ（ただし、ｎは１以上の整数）以上となったか否かを判定する。判定の結果、磁場の測定回数が予め定められた回数ｎ未満であった場合、磁場測定装置１０は、処理をステップ１５３０へ戻して処理を継続する。一方、判定の結果、磁場の測定回数が予め定められた回数ｎ以上であった場合、磁場測定装置１０は、処理をステップ１５５０へ進め、ステップ１５５０において、磁場測定部１６０は、ｎ回の測定値を積算する等して、予め定められた期間における測定値を積算して出力し、処理を終了する。本実施形態によれば、磁場測定部１６０が、ｎ回の測定値を積算して出力することにより、より高精度な出力を得ることができる。

なお、上述の説明において、磁場測定装置１０は、ステップ１５４０において、測定回数が予め定められた回数ｎ未満であった場合に処理をステップ１５３０へ戻す例について説明したが、これに代えて、図１５の点線で示すように、処理をステップ１５２０へ戻してもよい。すなわち、磁場測定装置１０は、磁場測定部１６０によって磁場測定を行う度に調整部１７０によって毎回、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の磁気動作点を調整してもよい。調整部１７０によって毎回磁気動作点を調整することで、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４をより磁気感度の高い磁気動作点で動作させることができる。

図１６は、本実施形態の磁場測定装置１０の変形例に係る、切替部７１０およびリセット電流発生部１６１０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。本図における磁場測定装置１０は、図７の磁場測定装置１０に加えて、リセット電流発生部１６１０を更に備える。リセット電流発生部１６１０は、磁場測定部１６０による測定対象磁場の測定前に、磁場発生部１４０に第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を磁気飽和させるリセット磁場を発生させるリセット電流を供給する。図１５のフローにおけるステップ１５１０において、調整部１７０により第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を磁気リセットする例を示したが、本図に示すように、リセット電流発生部１６１０を更に設け、当該リセット電流発生部１６１０により供給されるリセット電流に基づいてリセット磁場を発生させて第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４を磁気リセットしてもよい。また、図１０に示されるように、磁場測定装置１０が調整用電流発生部１０１０を有する場合には、当該調整用電流発生部１０１０によってリセット電流発生部１６１０の機能を実現してもよい。また、リセット磁場は、磁場測定装置１０が基準電圧発生部１２０に可変抵抗２２４を有している場合に、可変抵抗２２４の抵抗値を変更することで発生させることもできる。例えば、図２の実施形態のように、基準電圧発生部１２０が固定抵抗２２２と可変抵抗２２４とを有し、可変抵抗２２４の抵抗値を調整してリセット磁場を発生させる場合は、リセット電流発生部１６１０を用いる必要がないため、系を単純化することができる。ここで、リセット磁場を発生させるための基準電圧とするために、センサ部１１０の出力電圧の範囲より、基準電圧発生部１２０の出力電圧の範囲が大きいほうが好ましい。なお、出力電圧の範囲とは、出力電圧が取り得る最大の値と、出力電圧が取り得る最小の値との差分で定義される。

図１７は、図２の実施形態において、可変抵抗２２４の抵抗値を変化させたときの、電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの変化の様子を示した図である。電圧Ｖｃｌｏｓｅｄは、可変抵抗値がＲｓａｔ，ｌｏおよびＲｓａｔ，ｕｐの間においては変化が小さいが、可変抵抗値がＲｓａｔ，ｌｏ以下またはＲｓａｔ，ｕｐ以上では非常に大きくまたは小さくなり、例えば、磁場測定部１６０の出力値（電圧ＶｃｌｏｓｅｄのＡＤ値）がオーバーフローをおこす（出力の上限、または下限に張り付く）。すなわち、可変抵抗値がＲｓａｔ，ｌｏおよびＲｓａｔ，ｕｐの間においては、磁場測定装置１０のクローズドループは正常に動作しているが、可変抵抗値がＲｓａｔ，ｌｏ以下またはＲｓａｔ，ｕｐ以上では、磁気抵抗素子が磁気飽和し、フィードバック磁場によるセンサ部１１０への入力磁場の打消しが正常にできないため、磁場測定装置１０は、クローズドループとして動作しない。したがって、可変抵抗値をＲｓａｔ，ｌｏ以下またはＲｓａｔ，ｕｐ以上にすることで磁気抵抗素子の磁気リセットを行うことができる。ここで、Ｒｓａｔ，ｕｐを上方リセット磁場発生抵抗値とし、この時の基準電圧発生部１２０の出力電圧を上方リセット磁場発生電圧とする。また、Ｒｓａｔ，ｌｏを下方リセット磁場発生抵抗値とし、この時の基準電圧発生部１２０の出力電圧を下方リセット磁場発生電圧とする。

磁場測定装置１０は、クローズドループとして動作する電圧Ｖｃｌｏｓｅｄの出力範囲（クローズドループ動作出力範囲）をＶｃｌｏｓｅｄ，ｓａｔ＿ｕｐからＶｃｌｏｓｅｄ，ｓａｔ＿ｌｏと設定しておいたとき、基準電圧発生部１２０の可変抵抗２２４を変化させながら電圧Ｖｃｌｏｓｅｄを測定し、この出力範囲を越えた抵抗値をそれぞれＲｓａｔ，ｕｐおよびＲｓａｔ，ｌｏとして検出してよい。そして、調整部１７０は、これら上方リセット磁場発生抵抗値Ｒｓａｔ，ｕｐまたは下方リセット磁場発生抵抗値Ｒｓａｔ，ｌｏに基づいて、磁気抵抗素子の磁気動作点を調整してよい。調整部１７０は、例えば、磁気抵抗素子が理論的に高い磁気分解能を有する磁気動作点となるように可変抵抗２２４を調整してよい。磁気抵抗素子の磁気分解能は、磁気抵抗素子へ入力される磁場が０となる点が高い。そして、そのような磁気抵抗素子（１素子）の抵抗は、磁場に対する抵抗変化範囲の低抵抗側からおよそ１／２～１／４分移動した抵抗値である。そこで、可変抵抗２２４の抵抗値を、リセット磁場発生電圧をそれぞれ発生させる上方リセット磁場発生抵抗値Ｒｓａｔ，ｕｐおよび下方リセット磁場発生抵抗値Ｒｓａｔ，ｌｏの範囲の１／２～１／４（例えば、１／４以上１／２以下）の抵抗値としてよい。例えば、磁気抵抗素子が２つの場合、磁場に対する対称な抵抗変化曲線の重ね合わせのため、可変抵抗２２４の抵抗値を、上方リセット磁場発生抵抗値Ｒｓａｔ，ｕｐおよび下方リセット磁場発生抵抗値Ｒｓａｔ，ｌｏの中間値（１／２）としてよい。また、例えば、磁気抵抗素子が１つの場合、可変抵抗２２４の抵抗値を、上方リセット磁場発生抵抗値Ｒｓａｔ，ｕｐおよび下方リセット磁場発生抵抗値Ｒｓａｔ，ｌｏの範囲の１／２～１／４（例えば、１／４以上１／２以下）の抵抗値としてよい。磁場測定装置１０は、このように可変抵抗２２４を変化させて、磁気抵抗素子の磁気動作点を調整できるので、磁気抵抗素子を高い磁気分解能を有する点で動作させることができる。換言すれば、調整部１７０は、磁場測定部１６０による測定対象磁場の測定前に、基準電圧発生部１２０が有する可変抵抗２２４の抵抗値を変更して、リセット磁場を発生させるリセット磁場発生電圧（上方リセット磁場発生電圧および下方リセット磁場発生電圧）を基準電圧発生部１２０に発生させ、当該リセット磁場発生電圧を発生させる可変抵抗２２４の抵抗値に基づいて、基準電圧を調整する。すなわち、磁場測定装置１０は、可変抵抗２２４の抵抗値を、上方リセット磁場発生抵抗値Ｒｓａｔ，ｕｐおよび下方リセット磁場発生抵抗値Ｒｓａｔ，ｌｏを検出するように電圧Ｖｃｌｏｓｅｄを測定しつつ変更し、検出された上方リセット磁場発生抵抗値Ｒｓａｔ，ｕｐおよび下方リセット磁場発生抵抗値Ｒｓａｔ，ｌｏに基づいて、基準電圧発生部１２０の発生電圧を調整する。この際、磁場測定装置１０は、はじめに上方リセット磁場発生抵抗値Ｒｓａｔ，ｕｐを検出するように可変抵抗２２４の抵抗値を変更してもよいし、はじめに下方リセット磁場発生抵抗値Ｒｓａｔ，ｌｏを検出するように可変抵抗２２４の抵抗値を変更してもよい。また、あらかじめ磁気抵抗素子のＭＲ比（ＭＲ比＝Ｒｓａｔ，ｕｐ／Ｒｓａｔ，ｌｏ）が分かっている場合には、磁場測定装置１０は、上方リセット磁場発生抵抗値Ｒｓａｔ，ｕｐおよび下方リセット磁場発生抵抗値Ｒｓａｔ，ｌｏのいずれか一方を検出した後、既知のＭＲ比に基づいて基準電圧発生部１２０の発生電圧を調整してもよい。

図１８は、本実施形態の磁場測定装置１０の変形例に係る、スイッチ１８１０およびハイパスフィルタ１８２０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。本図における磁場測定装置１０は、図１の磁場測定装置１０に加えて、スイッチ１８１０およびハイパスフィルタ１８２０を備える。スイッチ１８１０は、第２演算増幅器１５４とＡＤ変換器１５６との間に設けられ、第２演算増幅器１５４の出力電圧ＶＡＭＰを直接ＡＤ変換器１５６に供給するか、第２演算増幅器の出力をハイパスフィルタ１８２０を介してＡＤ変換器１５６に供給するかを切り替える。ハイパスフィルタ１８２０は、第２演算増幅器１５４の出力電圧ＶＡＭＰの高周波成分を通過させ、ＡＤ変換器１５６に供給する。

本図における磁場測定装置１０は、スイッチ１８１０を切り替えることで、調整フェーズにおいて、第２演算増幅器１５４の出力電圧ＶＡＭＰをハイパスフィルタ１８２０を介さずに直接ＡＤ変換器１５６に供給し、測定フェーズにおいて、第２演算増幅器１５４の出力電圧ＶＡＭＰをハイパスフィルタ１８２０を介してＡＤ変換器１５６に供給する。これにより、測定フェーズにおいて測定対象とする磁場が交流成分である場合に、必要のない直流成分を遮断することができ、磁場測定部１６０が測定対象磁場の測定をより高精度に行うことができる。

図１９は、本実施形態の磁場測定装置１０の変形例に係る、第３演算増幅器１９１０を備えた磁場測定装置１０の構成を示す。本図における磁場測定装置１０は、図１の磁場測定装置１０に加えて、第３演算増幅器１９１０を更に備え、フィードバック電流発生部１３０が、２つ以上の演算増幅器を用いて構成される。第３演算増幅器１９１０は、差動入力端子の一方が第１演算増幅器１３２の出力に接続され、他方が固定電圧源１９２０に接続されている。本図におけるフィードバック電流発生部１３０は、第１演算増幅器１３２によってセンサ部１１０の出力電圧および基準電圧との差である電圧Ｖｏｐｅｎを出力し、第３演算増幅器１９１０によって当該電圧Ｖｏｐｅｎと、固定電圧２との差に基づいて、フィードバック電流を発生させて良い。ここで、固定電圧１と固定電圧２は同電圧で設定されてもよい。

図２０は、本実施形態に係るセンサ部１１０の具体例を示す。センサ部１１０は、磁気抵抗素子２０１０と、磁気抵抗素子２０１０の両端に配置された磁気収束板２０２０および２０３０（磁気収束板２０２０および磁気収束板２０３０を「磁気収束部」と総称する。）と、を有する。なお、ここで、磁気抵抗素子２０１０は、例えば、第１磁気抵抗素子１１２および第２磁気抵抗素子１１４の少なくとも１つであってよい。磁気収束板２０２０および２０３０は、磁気抵抗素子２０１０を間に挟むように、磁気抵抗素子２０１０の両端に配置されている。すなわち、センサ部１１０は、磁気抵抗素子２０１０に隣接して配置される磁気収束部を含む。本図において、磁気収束板２０２０は、感磁軸に沿って磁気抵抗素子２０１０の負側に設けられ、磁気収束板２０３０は、感磁軸に沿って磁気抵抗素子２０１０の正側に設けられている。なお、ここで、感磁軸は、磁気抵抗素子２０１０を形成する磁化固定層で固定された磁化の方向に沿っていてよい。また、感磁軸の負側から正側に向かって磁場が入力されると、磁気抵抗素子２０１０の抵抗は増加または減少してよい。磁気収束板２０２０および２０３０は、例えばパーマロイ等の透磁率の高い材料により形成される。そして、センサ部１１０が本具体例に示すように構成される場合、コイル１４２は、磁気抵抗素子２０１０と、磁気抵抗素子２０１０の両端に配置された磁気収束板２０２０および２０３０との断面を取り囲むように巻かれている。すなわち、フィードバック電流発生部１３０は、磁気抵抗素子２０１０及び磁気収束部を取り巻くように形成される。また、センサ部１１０は、複数の磁気抵抗素子２０１０を有する場合、磁気抵抗素子およびその両端に配置された磁気収束板を含む組を複数有してもよい。その場合、磁気抵抗素子およびその両端に配置された磁気収束板を含む組を１つのコイルで取り囲むようにコイル１４２が巻かれてもよい。

このようなセンサ部１１０において、感磁軸の負側から正側に磁場が入力されると、透磁率の高い材料で形成された磁気収束板２０２０および２０３０が磁化されることにより、本図において破線で示すような磁束の分布が発生する。すると、磁気収束板２０２０および２０３０が磁化されることにより発生する磁束は、二つの磁気収束板２０２０および２０３０の間に挟まれた磁気抵抗素子２０１０の位置を通過することとなる。このため、磁気抵抗素子２０１０の位置における磁束密度は、磁気収束板２０２０および２０３０を配置することによって大幅に増加させることができる。また、本具体例のように、磁気収束板２０２０および２０３０に挟まれた狭い位置に配置された磁気抵抗素子２０１０を用いて磁場の空間分布をサンプリングすることにより、空間におけるサンプリング点を明確にすることができる。

図２１は、本具体例に係るセンサ部１１０にフィードバック磁場を発生させた時の磁束分布を示す。図２１においては、図２０と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本具体例に係るセンサ部１１０において、コイル１４２にフィードバック電流が供給されると、コイル１４２がフィードバック磁場を発生させることにより、本図において一点鎖線で示すような磁束の分布が発生する。このフィードバック磁場により発生する磁束は、磁気抵抗素子２０１０に入力され磁気収束板２０２０および２０３０によって磁気増幅された磁場の空間分布をキャンセルするように空間分布する。このため、センサ部１１０は、本具体例に示すように磁気抵抗素子２０１０の両端に磁気収束板２０２０および２０３０が配置されている場合には、磁気抵抗素子２０１０の位置における磁場分布をフィードバック磁場によって正確にキャンセルすることができるため、入力磁場と出力電圧との間の線形性が高いセンサを実現することができる。

図２２は、本具体例に係るセンサ部１１０の構成の一例を示す。図２２においては、図２０と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本図において、磁気抵抗素子２０１０は、磁化自由層２１１０および磁化固定層２１２０を有する。一般に、磁気抵抗素子２０１０は、絶縁体の薄膜層を二つの強磁性体層で挟み込んだ構造である。磁化自由層２１１０は、二つの強磁性体層のうち、磁化方向が外部磁界に応じて変化する層である。また、磁化固定層２１２０は、二つの強磁性体層のうち、磁化方向が外部磁界に対して変化しない層である。一例として、磁気抵抗素子２０１０は、基板上に、磁化自由層２１１０、非磁性層、および、磁化固定層２１２０がこの順で積層されている。

本具体例において、磁気抵抗素子２０１０は、磁化自由層２１１０が下部に配置され、磁化自由層２１１０の上部に絶縁体の薄膜層（図示せず）を介して磁化固定層２１２０が配置される、いわゆるボトムフリー構造の磁気抵抗素子である。ボトムフリー構造の磁気抵抗素子は、磁化自由層２１１０を比較的広い面積で形成することができるため、高い磁気感度を得ることができる。なお、磁気抵抗素子２０１０において、上面視で、磁化固定層２１２０の面積は磁化自由層２１１０の面積よりも小さく、磁化固定層２１２０の面積に基づいて感磁エリアが定められる。

また、本具体例において、センサ部１１０は、磁気抵抗素子２０１０の上部に絶縁層（図示せず）を介して磁気収束板２０２０および２０３０が、磁気抵抗素子２０１０を中央に挟むようにその両端に配置されている。これにより、磁気抵抗素子２０１０は、磁気収束板２０２０および２０３０に挟まれた狭い空間に配置される。

ここで、本図において、磁化自由層２１１０における感磁軸方向に沿った長さを磁化自由層長さＬ＿Ｆｒｅｅと定義する。また、磁化自由層２１１０における上面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った長さを磁化自由層幅Ｗ＿Ｆｒｅｅと定義する。また、磁化固定層２１２０における感磁軸方向に沿った長さを磁化固定層長さＬ＿Ｐｉｎと定義する。また、磁化固定層２１２０における上面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った長さを磁化固定層幅Ｗ＿Ｐｉｎと定義する。また、磁気収束板の外側の一端から磁化自由層の外側の一端までの感磁軸方向に沿った長さ（本図において、磁気収束板２０２０の左端から右端までの感磁軸方向に沿った長さ、および、磁気収束板２０３０の右端から左端までの感磁軸方向に沿った長さ）を磁気収束板長さＬ＿ＦＣと定義する。また、磁気収束板における上面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った長さを磁気収束板幅Ｗ＿ＦＣと定義する。また、磁気収束板における側面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った長さを磁気収束板厚さＴ＿ＦＣと定義する。また、二つの磁気収束板２０２０および２０３０の感磁軸方向に沿った間隔（本図において、磁気収束板２０２０の右端から磁気収束板２０３０の左端までの感磁軸方向に沿った長さ）を磁気収束板間隔Ｇ＿ＦＣと定義する。また、磁化自由層２１１０の厚み方向の中心から磁気収束板の底面までの、側面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った間隔を磁気収束板高さＨ＿ＦＣと定義する。

本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、（１）操作が実行されるプロセスの段階または（２）操作を実行する役割を持つ装置のセクションを表わしてよい。特定の段階およびセクションが、専用回路、コンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、および／またはコンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタルおよび／またはアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路（ＩＣ）および／またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、論理ＡＮＤ、論理ＯＲ、論理ＸＯＲ、論理ＮＡＮＤ、論理ＮＯＲ、および他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）等のようなメモリ要素等を含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。

コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ-ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ（ＲＴＭ）ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。

コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはＳｍａｌｌｔａｌｋ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、１または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。

コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して提供され、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。

図２３は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ２２００の例を示す。コンピュータ２２００にインストールされたプログラムは、コンピュータ２２００に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられる操作または当該装置の１または複数のセクションとして機能させることができ、または当該操作または当該１または複数のセクションを実行させることができ、および／またはコンピュータ２２００に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ２２００に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定の操作を実行させるべく、ＣＰＵ２２１２によって実行されてよい。

本実施形態によるコンピュータ２２００は、ＣＰＵ２２１２、ＲＡＭ２２１４、グラフィックコントローラ２２１６、およびディスプレイデバイス２２１８を含み、それらはホストコントローラ２２１０によって相互に接続されている。コンピュータ２２００はまた、通信インターフェイス２２２２、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ－ＲＯＭドライブ２２２６、およびＩＣカードドライブのような入／出力ユニットを含み、それらは入／出力コントローラ２２２０を介してホストコントローラ２２１０に接続されている。コンピュータはまた、ＲＯＭ２２３０およびキーボード２２４２のようなレガシの入／出力ユニットを含み、それらは入／出力チップ２２４０を介して入／出力コントローラ２２２０に接続されている。

ＣＰＵ２２１２は、ＲＯＭ２２３０およびＲＡＭ２２１４内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ２２１６は、ＲＡＭ２２１４内に提供されるフレームバッファ等またはそれ自体の中にＣＰＵ２２１２によって生成されたイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス２２１８上に表示されるようにする。

通信インターフェイス２２２２は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ２２２４は、コンピュータ２２００内のＣＰＵ２２１２によって使用されるプログラムおよびデータを格納する。ＤＶＤ－ＲＯＭドライブ２２２６は、プログラムまたはデータをＤＶＤ－ＲＯＭ２２０１から読み取り、ハードディスクドライブ２２２４にＲＡＭ２２１４を介してプログラムまたはデータを提供する。ＩＣカードドライブは、プログラムおよびデータをＩＣカードから読み取り、および／またはプログラムおよびデータをＩＣカードに書き込む。

ＲＯＭ２２３０はその中に、アクティブ化時にコンピュータ２２００によって実行されるブートプログラム等、および／またはコンピュータ２２００のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入／出力チップ２２４０はまた、様々な入／出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入／出力コントローラ２２２０に接続してよい。

プログラムが、ＤＶＤ－ＲＯＭ２２０１またはＩＣカードのようなコンピュータ可読媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読媒体から読み取られ、コンピュータ可読媒体の例でもあるハードディスクドライブ２２２４、ＲＡＭ２２１４、またはＲＯＭ２２３０にインストールされ、ＣＰＵ２２１２によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ２２００に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ２２００の使用に従い情報の操作または処理を実現することによって構成されてよい。

例えば、通信がコンピュータ２２００および外部デバイス間で実行される場合、ＣＰＵ２２１２は、ＲＡＭ２２１４にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インターフェイス２２２２に対し、通信処理を命令してよい。通信インターフェイス２２２２は、ＣＰＵ２２１２の制御下、ＲＡＭ２２１４、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ－ＲＯＭ２２０１、またはＩＣカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ処理領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信された受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ処理領域等に書き込む。

また、ＣＰＵ２２１２は、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ－ＲＯＭドライブ２２２６（ＤＶＤ－ＲＯＭ２２０１）、ＩＣカード等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がＲＡＭ２２１４に読み取られるようにし、ＲＡＭ２２１４上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。ＣＰＵ２２１２は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックする。

様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、およびデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。ＣＰＵ２２１２は、ＲＡＭ２２１４から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプの操作、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索／置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をＲＡＭ２２１４に対しライトバックする。また、ＣＰＵ２２１２は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第２の属性の属性値に関連付けられた第１の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、ＣＰＵ２２１２は、第１の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第２の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第１の属性に関連付けられた第２の属性の属性値を取得してよい。

上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ２２００上またはコンピュータ２２００近傍のコンピュータ可読媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはＲＡＭのような記録媒体が、コンピュータ可読媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ２２００に提供する。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 磁場測定装置
１１０ センサ部
１１２ 第１磁気抵抗素子
１１４ 第２磁気抵抗素子
１２０ 基準電圧発生部
１３０ フィードバック電流発生部
１３２ 第１演算増幅器
１４０ 磁場発生部
１４２ コイル
１５０ 演算部
１５２ 電流電圧変換抵抗
１５４ 第２演算増幅器
１５６ ＡＤ変換器
１６０ 磁場測定部
１７０ 調整部
２２２ 固定抵抗
２２４ 可変抵抗
７１０ 切替部
１０１０ 調整用電流発生部
１６１０ リセット電流発生部
１８１０ スイッチ
１８２０ ハイパスフィルタ
１９１０ 第３演算増幅器
２０１０ 磁気抵抗素子
２０２０、２０３０ 磁気収束板
２１１０ 磁化自由層
２１２０ 磁化固定層
２２００ コンピュータ
２２０１ ＤＶＤ－ＲＯＭ
２２１０ ホストコントローラ
２２１２ ＣＰＵ
２２１４ ＲＡＭ
２２１６ グラフィックコントローラ
２２１８ ディスプレイデバイス
２２２０ 入／出力コントローラ
２２２２ 通信インターフェイス
２２２４ ハードディスクドライブ
２２２６ ＤＶＤ－ＲＯＭドライブ
２２３０ ＲＯＭ
２２４０ 入／出力チップ
２２４２ キーボード

Claims (23)

1. 少なくとも１つの磁気抵抗素子を有するセンサ部と、
   基準電圧を出力する基準電圧発生部と、
   前記センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部と、
   前記センサ部の出力電圧および前記基準電圧の差に応じて、前記センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を前記磁場発生部に供給するフィードバック電流発生部と、
   前記フィードバック電流に応じた測定値を出力する磁場測定部と、
   前記フィードバック電流に基づいて前記基準電圧を調整する調整部と、
   を備える磁場測定装置。
2. 前記調整部は、調整フェーズにおいて、前記基準電圧を調整し、
   前記磁場測定部は、測定フェーズにおいて、測定対象磁場に対して発生される前記フィードバック電流に応じた測定値を出力する請求項１に記載の磁場測定装置。
3. 前記基準電圧発生部は、少なくとも１つの可変抵抗を有し、
   前記調整部は、前記可変抵抗の抵抗値を変更して前記基準電圧を調整する請求項１または２に記載の磁場測定装置。
4. 前記磁場発生部に一端が接続された電流電圧変換抵抗をさらに備え、
   前記調整部は、前記電流電圧変換抵抗により前記フィードバック電流を電圧に変換した値を用いて前記基準電圧を調整する、請求項１から３のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
5. 前記調整部は、前記センサ部に調整用磁場が入力されたことに応じて、前記測定値が前記調整用磁場に応じて予め定められた範囲内となるように前記基準電圧を調整する請求項１から４のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
6. 前記調整部は、前記フィードバック電流の分散値を低減させるように前記基準電圧を調整する請求項１から４のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
7. 前記フィードバック電流を前記磁場発生部に供給するか否かを切り替える切替部を更に備え、
   前記調整部は、前記フィードバック電流を前記磁場発生部に供給していない状態における前記センサ部の出力電圧を用いて前記基準電圧を調整することもできる請求項１から６のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
8. 前記調整部は、前記フィードバック電流を前記磁場発生部に供給していない状態において、前記センサ部に調整用磁場が入力されたことに応じて、前記センサ部の出力電圧および前記基準電圧の差が前記調整用磁場に応じて予め定められた範囲内となるように前記基準電圧を調整することもできる請求項７に記載の磁場測定装置。
9. 調整用電流を発生する調整用電流発生部を更に備え、
   前記切替部は、前記フィードバック電流を前記磁場発生部に供給しない場合に前記磁場発生部に前記調整用電流を供給し、
   前記調整部は、前記磁場発生部に前記調整用電流を供給している状態における前記センサ部の出力電圧を用いて前記基準電圧を調整することもできる請求項７に記載の磁場測定装置。
10. 前記調整部は、前記調整用電流に対する前記センサ部の出力電圧および前記基準電圧の差の特性に基づいて前記基準電圧を調整することもできる請求項９に記載の磁場測定装置。
11. 前記磁場測定部は、予め定められた期間における測定値を積算して出力する請求項１から１０のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
12. 前記調整部は、前記磁場測定部による測定対象磁場の測定前に、前記フィードバック電流発生部によって前記磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を発生させる前記基準電圧を前記基準電圧発生部により発生させる請求項１から１１のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
13. 前記調整部は、前記磁場測定部による測定対象磁場の測定前に、前記基準電圧発生部が有する可変抵抗の抵抗値を変更して、前記リセット磁場を発生させるリセット磁場発生電圧を前記基準電圧発生部により発生させ、前記リセット磁場発生電圧を発生させる前記可変抵抗の抵抗値に基づいて、前記基準電圧を調整する請求項１２に記載の磁場測定装置。
14. 前記調整部は、前記可変抵抗の抵抗値を、前記リセット磁場発生電圧をそれぞれ発生させる上方リセット磁場発生抵抗値および下方磁場発生抵抗値の範囲の１／２から１／４の抵抗値として、前記基準電圧を調整する請求項１３に記載の磁場測定装置。
15. 前記センサ部の出力電圧の範囲よりも、前記基準電圧発生部の出力電圧の範囲の方が大きい、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
16. 前記磁場測定部による測定対象磁場の測定前に、前記磁場発生部に前記磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を発生させるリセット電流を供給するリセット電流発生部を更に備える請求項１から１５のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
17. 前記磁場測定部が出力する測定値の高周波成分を通過させるハイパスフィルタを更に備える請求項１から１６のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
18. 前記フィードバック電流発生部は、２つ以上の演算増幅器を用いて構成される請求項１から１７のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
19. 前記センサ部は、前記磁気抵抗素子に隣接して配置される磁気収束部を含み、前記フィードバック電流発生部は、前記磁気抵抗素子及び前記磁気収束部を取り巻くように形成される、請求項１から１８のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
20. 前記磁気抵抗素子は、基板上に、磁化自由層、非磁性層、および、磁化固定層がこの順で積層され、上面視で、前記磁化固定層の面積は前記磁化自由層の面積よりも小さく、前記磁化固定層の面積に基づいて感磁エリアが定められる、請求項１から１９のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
21. 前記センサ部は、直列に接続された互いに逆極性の第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子を有し、
    前記第１磁気抵抗素子と前記第２磁気抵抗素子の間の電圧を出力する請求項１から２０のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
22. 磁場測定装置が磁場を測定する磁場測定方法であって、
    前記磁場測定装置が、少なくとも１つの磁気抵抗素子を有するセンサ部の出力電圧および基準電圧発生部が出力する基準電圧の差に応じて、前記センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を、前記センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部に供給することと、
    前記磁場測定装置が、前記フィードバック電流に応じた測定値を出力することと、
    前記磁場測定装置が、前記フィードバック電流に基づいて前記基準電圧を調整することと、
    を備える磁場測定方法。
23. コンピュータにより実行されて、前記コンピュータを、
    少なくとも１つの磁気抵抗素子を有するセンサ部の出力電圧および基準電圧発生部が出力する基準電圧の差に応じて、前記センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を、前記センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部に供給するフィードバック電流発生部と、
    前記フィードバック電流に応じた測定値を出力する磁場測定部と、
    前記フィードバック電流に基づいて前記基準電圧を調整する調整部と、
    して機能させる磁場測定プログラム。

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