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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6387104
(24)【登録日】2018年8月17日
(45)【発行日】2018年9月5日
(54)【発明の名称】磁気センサ
(51)【国際特許分類】
G01R 33/09 20060101AFI20180827BHJP
G01R 33/02 20060101ALI20180827BHJP
H01L 43/08 20060101ALI20180827BHJP
【ＦＩ】
G01R33/09
G01R33/02 V
G01R33/02 L
H01L43/08 Z
【請求項の数】5
【全頁数】26
(21)【出願番号】特願2016-550416(P2016-550416)
(86)(22)【出願日】2015年9月25日
(86)【国際出願番号】JP2015077193
(87)【国際公開番号】WO2016047783
(87)【国際公開日】20160331
【審査請求日】2017年1月25日
(31)【優先権主張番号】特願2014-196674(P2014-196674)
(32)【優先日】2014年9月26日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】303046277
【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】片桐 洋次
(72)【発明者】
【氏名】古屋 貴明
【審査官】
菅藤 政明
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第２００８／０３２７４１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２００３−１９４５７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００２／００２１１２４（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｒ ３３／０９
Ｇ０１Ｒ ３３／０２
Ｈ０１Ｌ ４３／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板上、又は、前記基板内に配置された第１〜第４磁気検知部と、
前記第１〜第４磁気検知部の近傍に配置され、外部磁場の方向を変換する磁気収束部と、
を備える磁気センサであって、
前記第１〜第４磁気検知部は磁気抵抗効果素子であり、
基板平面と平行な予め定められた第１方向をＸ軸方向、
前記Ｘ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とし、
前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向としたとき、
前記第１〜第４磁気検知部の各々が有する感磁軸がそれぞれ＋Ｘ軸方向または−Ｘ軸方向のいずれかとなるように配置されており、
前記磁気センサにＸ軸方向、且つ、単位磁束密度の外部磁場を印加したときの
前記第１磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ１Ｘ
前記第２磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ２Ｘ
前記第３磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ３Ｘ
前記第４磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ４Ｘ
とし、
前記磁気センサにＹ軸方向、且つ、単位磁束密度の外部磁場を印加したときの
前記第１磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ１Ｙ
前記第２磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ２Ｙ
前記第３磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ３Ｙ
前記第４磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ４Ｙ
とし、
前記磁気センサにＺ軸方向、且つ、単位磁束密度の外部磁場を印加したときの
前記第１磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ１Ｚ
前記第２磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ２Ｚ
前記第３磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ３Ｚ
前記第４磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ４Ｚ
とし、
前記磁気センサに外部磁場を印加していないときの
前記第１磁気検知部の抵抗値をＲ１ｉ
前記第２磁気検知部の抵抗値をＲ２ｉ
前記第３磁気検知部の抵抗値をＲ３ｉ
前記第４磁気検知部の抵抗値をＲ４ｉ
としたときに、
前記第１から第４磁気検知部は、
ΔＲ１Ｘ、ΔＲ１Ｙ、ΔＲ１Ｚのうちの少なくとも２つ以上は０でない値であり、
ΔＲ２Ｘ、ΔＲ２Ｙ、ΔＲ２Ｚのうちの少なくとも２つ以上は０でない値であり、
ΔＲ３Ｘ、ΔＲ３Ｙ、ΔＲ３Ｚのうちの少なくとも２つ以上は０でない値であり、
ΔＲ４Ｘ、ΔＲ４Ｙ、ΔＲ４Ｚのうちの少なくとも２つ以上は０でない値である
位置に配置されており、
且つ、
前記第１から第４磁気検知部は、
下記行列
の逆行列が存在する位置であって、
ΔＲ１Ｘ、ΔＲ２Ｘ、ΔＲ３Ｘ、ΔＲ４Ｘの各々の絶対値が互いに等しく、
ΔＲ１Ｙ、ΔＲ２Ｙ、ΔＲ３Ｙ、ΔＲ４Ｙの各々の絶対値が互いに等しく、
ΔＲ１Ｚ、ΔＲ２Ｚ、ΔＲ３Ｚ、ΔＲ４Ｚの各々の絶対値が互いに等しく
なるような位置に配置され、
外部磁場Ｂｘが、前記第１から第４磁気検知部を通過する磁束の向きと、前記第１から第４磁気検知部の感磁軸の向きとが、全て同一又は全て反転したものではなく、
外部磁場Ｂｙが、前記第１から第４磁気検知部を通過する磁束の向きと、前記第１から第４磁気検知部の感磁軸の向きとが、全て同一又は全て反転したものではなく、
外部磁場Ｂｚが、前記第１から第４磁気検知部を通過する磁束の向きと、前記第１から第４磁気検知部の感磁軸の向きとが、全て同一又は全て反転したものではない磁気センサ。
前記基板上、又は、前記基板内に配置された第１〜第４磁気検知部と、
前記第１〜第４磁気検知部の近傍に配置され、外部磁場の方向を変換する磁気収束部と、
を備える磁気センサであって、
前記第１〜第４磁気検知部は磁気抵抗効果素子であり、
基板平面と平行な予め定められた第１方向をＸ軸方向、
前記Ｘ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とし、
前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向としたとき、
前記第１〜第４磁気検知部の各々が有する感磁軸がそれぞれ＋Ｘ軸方向または−Ｘ軸方向のいずれかとなるように配置されており、
前記磁気センサにＸ軸方向、且つ、単位磁束密度の外部磁場を印加したときの
前記第１磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ１Ｘ
前記第２磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ２Ｘ
前記第３磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ３Ｘ
前記第４磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ４Ｘ
とし、
前記磁気センサにＹ軸方向、且つ、単位磁束密度の外部磁場を印加したときの
前記第１磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ１Ｙ
前記第２磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ２Ｙ
前記第３磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ３Ｙ
前記第４磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ４Ｙ
とし、
前記磁気センサにＺ軸方向、且つ、単位磁束密度の外部磁場を印加したときの
前記第１磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ１Ｚ
前記第２磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ２Ｚ
前記第３磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ３Ｚ
前記第４磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ４Ｚ
とし、
前記磁気センサに外部磁場を印加していないときの
前記第１磁気検知部の抵抗値をＲ１ｉ
前記第２磁気検知部の抵抗値をＲ２ｉ
前記第３磁気検知部の抵抗値をＲ３ｉ
前記第４磁気検知部の抵抗値をＲ４ｉ
としたときに、
前記第１から第４磁気検知部は、
ΔＲ１Ｘ、ΔＲ１Ｙ、ΔＲ１Ｚのうちの少なくとも２つ以上は０でない値であり、
ΔＲ２Ｘ、ΔＲ２Ｙ、ΔＲ２Ｚのうちの少なくとも２つ以上は０でない値であり、
ΔＲ３Ｘ、ΔＲ３Ｙ、ΔＲ３Ｚのうちの少なくとも２つ以上は０でない値であり、
ΔＲ４Ｘ、ΔＲ４Ｙ、ΔＲ４Ｚのうちの少なくとも２つ以上は０でない値である
位置に配置されており、
且つ、
前記第１から第４磁気検知部は、
下記行列
ΔＲ１Ｘ、ΔＲ２Ｘ、ΔＲ３Ｘ、ΔＲ４Ｘの各々の絶対値が互いに等しく、
ΔＲ１Ｙ、ΔＲ２Ｙ、ΔＲ３Ｙ、ΔＲ４Ｙの各々の絶対値が互いに等しく、
ΔＲ１Ｚ、ΔＲ２Ｚ、ΔＲ３Ｚ、ΔＲ４Ｚの各々の絶対値が互いに等しく
なるような位置に配置され、
外部磁場Ｂｘが、前記第１から第４磁気検知部を通過する磁束の向きと、前記第１から第４磁気検知部の感磁軸の向きとが、全て同一又は全て反転したものではなく、
外部磁場Ｂｙが、前記第１から第４磁気検知部を通過する磁束の向きと、前記第１から第４磁気検知部の感磁軸の向きとが、全て同一又は全て反転したものではなく、
外部磁場Ｂｚが、前記第１から第４磁気検知部を通過する磁束の向きと、前記第１から第４磁気検知部の感磁軸の向きとが、全て同一又は全て反転したものではない磁気センサ。
【請求項2】
前記第１から第４磁気検知部の出力から外部磁場Ｂｘ、Ｂｙ及びＢｚを演算する演算部を備える請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項3】
前記基板の表面に平行な方向の軸をＸ軸、前記基板の表面に平行且つＸ軸と直交する軸をＹ軸、前記基板の表面に垂直な方向の軸をＺ軸とし、
Ｘ軸に沿った方向のうち、一方の方向を＋Ｘ軸方向、他方の方向を−Ｘ軸方向、
Ｙ軸に沿った方向のうち、一方の方向を＋Ｙ軸方向、他方の方向を−Ｙ軸方向、
Ｚ軸に沿った方向のうち、一方の方向を＋Ｚ軸方向、他方の方向を−Ｚ軸方向
としたときに、
前記第１から第４磁気検知部は、＋Ｘ軸方向の外部磁場が＋Ｘ軸又は−Ｘ軸方向の磁束に変換される位置に配置され、
前記第１と第４磁気検知部は、＋Ｙ軸方向の外部磁場が−Ｘ軸又は＋Ｘ軸方向の磁束に変換される位置に配置され、
前記第２と第３磁気検知部は、＋Ｙ軸方向の外部磁場が＋Ｘ軸又は−Ｘ軸方向の磁束に変換される位置に配置され、
前記第１と第３磁気検知部は、＋Ｚ軸方向の外部磁場が＋Ｘ軸又は−Ｘ軸方向の磁束に変換される位置に配置され、
前記第２と第４磁気検知部は、＋Ｚ軸方向の外部磁場が−Ｘ軸又は＋Ｘ軸方向の磁束に変換される位置に配置され、
前記第１から第４磁気検知部のうちのいずれか１つの磁気検知部の感磁軸方向がその他の磁気検知部の感磁軸方向と１８０度異なる、又は、
前記第１と第２磁気検知部の感磁軸方向が同じであり、前記第３と第４磁気検知部の感磁軸方向が同じであり、且つ、前記第１と第２磁気検知部の感磁軸方向と前記第３と第４磁気検知部の感磁軸方向は１８０度異なる
請求項１又は２に記載の磁気センサ。
Ｘ軸に沿った方向のうち、一方の方向を＋Ｘ軸方向、他方の方向を−Ｘ軸方向、
Ｙ軸に沿った方向のうち、一方の方向を＋Ｙ軸方向、他方の方向を−Ｙ軸方向、
Ｚ軸に沿った方向のうち、一方の方向を＋Ｚ軸方向、他方の方向を−Ｚ軸方向
としたときに、
前記第１から第４磁気検知部は、＋Ｘ軸方向の外部磁場が＋Ｘ軸又は−Ｘ軸方向の磁束に変換される位置に配置され、
前記第１と第４磁気検知部は、＋Ｙ軸方向の外部磁場が−Ｘ軸又は＋Ｘ軸方向の磁束に変換される位置に配置され、
前記第２と第３磁気検知部は、＋Ｙ軸方向の外部磁場が＋Ｘ軸又は−Ｘ軸方向の磁束に変換される位置に配置され、
前記第１と第３磁気検知部は、＋Ｚ軸方向の外部磁場が＋Ｘ軸又は−Ｘ軸方向の磁束に変換される位置に配置され、
前記第２と第４磁気検知部は、＋Ｚ軸方向の外部磁場が−Ｘ軸又は＋Ｘ軸方向の磁束に変換される位置に配置され、
前記第１から第４磁気検知部のうちのいずれか１つの磁気検知部の感磁軸方向がその他の磁気検知部の感磁軸方向と１８０度異なる、又は、
前記第１と第２磁気検知部の感磁軸方向が同じであり、前記第３と第４磁気検知部の感磁軸方向が同じであり、且つ、前記第１と第２磁気検知部の感磁軸方向と前記第３と第４磁気検知部の感磁軸方向は１８０度異なる
請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項4】
基板と、
前記基板上、又は、前記基板内に配置された第１〜第４磁気検知部と、
互いに略平行に配置され、外部磁場の方向を変換する第１〜第４磁気収束部材と、
を備える磁気センサであって、
前記第１〜第４磁気収束部材は、平面視で長手方向を有する矩形であり、
前記第１磁気検知部は、平面視で、前記第１磁気収束部材と前記第２磁気収束部材との間に配置され、
前記第２磁気検知部は、平面視で、前記第２磁気収束部材と前記第３磁気収束部材との間であり、前記第２磁気収束部材に寄って配置され、
前記第３磁気検知部は、平面視で、前記第２磁気収束部材と前記第３磁気収束部材との間であり、前記第３磁気収束部材に寄って配置され、
前記第４磁気検知部は、平面視で、前記第３磁気収束部材と前記第４磁気収束部材との間に配置され、
前記第１磁気収束部材及び前記第３磁気収束部材は、前記第２磁気収束部材及び前記第４磁気収束部材に対して、同じ長手方向にずれて配置され、
前記第１磁気検知部と前記第２磁気検知部の感磁軸は、前記長手方向に直交する第１方向であり、
前記第３磁気検知部と前記第４磁気検知部の感磁軸の少なくとも一方は、前記第１方向とは逆の第２方向であり、
前記第１〜第４磁気検知部のそれぞれの出力信号から３軸方向の磁場を検知する磁気センサ。
前記基板上、又は、前記基板内に配置された第１〜第４磁気検知部と、
互いに略平行に配置され、外部磁場の方向を変換する第１〜第４磁気収束部材と、
を備える磁気センサであって、
前記第１〜第４磁気収束部材は、平面視で長手方向を有する矩形であり、
前記第１磁気検知部は、平面視で、前記第１磁気収束部材と前記第２磁気収束部材との間に配置され、
前記第２磁気検知部は、平面視で、前記第２磁気収束部材と前記第３磁気収束部材との間であり、前記第２磁気収束部材に寄って配置され、
前記第３磁気検知部は、平面視で、前記第２磁気収束部材と前記第３磁気収束部材との間であり、前記第３磁気収束部材に寄って配置され、
前記第４磁気検知部は、平面視で、前記第３磁気収束部材と前記第４磁気収束部材との間に配置され、
前記第１磁気収束部材及び前記第３磁気収束部材は、前記第２磁気収束部材及び前記第４磁気収束部材に対して、同じ長手方向にずれて配置され、
前記第１磁気検知部と前記第２磁気検知部の感磁軸は、前記長手方向に直交する第１方向であり、
前記第３磁気検知部と前記第４磁気検知部の感磁軸の少なくとも一方は、前記第１方向とは逆の第２方向であり、
前記第１〜第４磁気検知部のそれぞれの出力信号から３軸方向の磁場を検知する磁気センサ。
【請求項5】
前記第１から第４磁気検知部の出力信号から前記３軸方向の外部磁場を演算する演算部を備える請求項４に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は磁気センサに関する。【背景技術】
【0002】
従来の磁気センサは、磁気の有無を検出する巨大磁気抵抗（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ＧＭＲ）素子のような磁気抵抗効果素子を用いて外部磁場を検出する。例えば、従来の磁気センサは、軟磁性体の近傍に設けられた磁気抵抗効果素子の感磁軸方向を互いに逆向きにすることにより、Ｘ軸及びＺ軸の磁場を検出する（例えば、特許文献１）。［特許文献１］特開２０１２−１２７７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかし、従来の磁気センサは、磁気抵抗効果素子の感磁軸であるＸ軸に垂直なＹ軸の磁場を演算するＹ軸磁場検知部と、磁気抵抗効果素子の感磁軸であるＸ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸の磁場を演算するＺ軸磁場検知部がそれぞれ異なるユニットとなっているため、実装面積が大きくなる問題があった。【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の第一の態様によれば、基板と、基板上、又は、基板内に配置された第１〜第４磁気検知部と、第１〜第４磁気検知部の近傍に配置され、外部磁場の方向を変換する磁気収束部と、を備える磁気センサであって、予め定められた第１方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向とし、磁気センサにＸ軸方向、且つ、単位磁束密度の外部磁場を印加したときの第１磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ１Ｘ、第２磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ２Ｘ、第３磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ３Ｘ、第４磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ４Ｘとし、磁気センサにＹ軸方向、且つ、単位磁束密度の外部磁場を印加したときの第１磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ１Ｙ、第２磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ２Ｙ、第３磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ３Ｙ、第４磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ４Ｙとし、磁気センサにＺ軸方向、且つ、単位磁束密度の外部磁場を印加したときの第１磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ１Ｚ、第２磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ２Ｚ、第３磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ３Ｚ、第４磁気検知部の抵抗値の変化量をΔＲ４Ｚとし、磁気センサに外部磁場を印加していないときの第１磁気検知部の抵抗値をＲ１ｉ、第２磁気検知部の抵抗値をＲ２ｉ、第３磁気検知部の抵抗値をＲ３ｉ、第４磁気検知部の抵抗値をＲ４ｉとしたときに、第１から第４磁気検知部は、ΔＲ１Ｘ、ΔＲ１Ｙ、ΔＲ１Ｚのうちの少なくとも２つ以上は０でない値であり、ΔＲ２Ｘ、ΔＲ２Ｙ、ΔＲ２Ｚのうちの少なくとも２つ以上は０でない値であり、ΔＲ３Ｘ、ΔＲ３Ｙ、ΔＲ３Ｚのうちの少なくとも２つ以上は０でない値であり、ΔＲ４Ｘ、ΔＲ４Ｙ、ΔＲ４Ｚのうちの少なくとも２つ以上は０でない値である位置に配置されており、且つ、第１から第４磁気検知部は、下記行列、【図面の簡単な説明】
【0005】
【図1】磁気センサ１００の構成の一例を示す。
【図2】ＧＭＲ素子５の動作原理を説明するための斜視図である。
【図3】実施形態１に係る磁気センサ１００の上面図を示す。
【図4】実施形態１に係る磁気センサ１００のＡ−Ａ断面図を示す。
【図5】磁気センサ１００の構成の一例を示す。
【図6】磁気センサ１００に外部磁場ＢＸが与えられた場合の磁束を示す。
【図7】磁気センサ１００に外部磁場ＢＹが与えられた場合の磁束を示す。
【図8】磁気センサ１００に外部磁場ＢＺが与えられた場合の磁束を示す。
【図9】磁気センサ１００の構成の一例を示す。
【図10】磁気センサ１００の構成の一例を示す。
【図11】実施形態２に係る磁気センサ１００の構成の一例を示す。
【図12】磁気センサ１００に外部磁場ＢＸが与えられた場合の磁束を示す。
【図13】磁気センサ１００に外部磁場ＢＹが与えられた場合の磁束を示す。
【図14】磁気センサ１００に外部磁場ＢＺが与えられた場合の磁束を示す。
【図15】実施形態３に係る磁気センサ１００の構成の一例を示す。
【図16】実施形態３に係る磁気センサ１００のＡ−Ａ断面図を示す。
【図17】第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０が感知する磁束の向きを示す。
【発明を実施するための形態】
【0006】
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。【0007】
図１は、磁気センサ１００の構成の概要を示す。磁気センサ１００は、磁気収束部４００、磁気検知部２００及び演算部３３０を備える。磁気検知部２００は、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０を有する。【0008】
磁気センサ１００は、与えられた外部磁場Ｂに含まれる３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺを検出する。外部磁場ＢＸは、磁気センサ１００の外部において、位置によらず大きさと向きが一様である。外部磁場ＢＹ及び外部磁場ＢＺに関しても同様である。【0009】
磁気収束部４００は、磁気センサ１００に与えられた３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺを、磁気検知部２００の感磁軸方向の磁場に変換する。磁気収束部４００は、３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺのうち、予め定められた方向の磁場の方向を変換せずに、そのまま外部磁場Ｂを磁気検知部２００に与えてもよい。【0010】
磁気検知部２００は、与えられた外部磁場Ｂに起因する磁束を検知する。第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、磁気収束部４００からそれぞれ磁束密度Ｂ１〜Ｂ４の磁束が入力される。磁束密度Ｂ１〜Ｂ４のそれぞれは、３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺのうち少なくとも２つを含む。また、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺを混在して示す信号を出力する。この場合、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は以下のようになる。（数１）
Ｒ１＝ΔＲ１Ｘ・ＢＸ＋ΔＲ１Ｙ・ＢＹ＋ΔＲ１Ｚ・ＢＺ＋Ｒ１ｉ
（数２）
Ｒ２＝ΔＲ２Ｘ・ＢＸ＋ΔＲ２Ｙ・ＢＹ＋ΔＲ２Ｚ・ＢＺ＋Ｒ２ｉ
（数３）
Ｒ３＝ΔＲ３Ｘ・ＢＸ＋ΔＲ３Ｙ・ＢＹ＋ΔＲ３Ｚ・ＢＺ＋Ｒ３ｉ
（数４）
Ｒ４＝ΔＲ４Ｘ・ＢＸ＋ΔＲ４Ｙ・ＢＹ＋ΔＲ４Ｚ・ＢＺ＋Ｒ４ｉ
【0011】
ここで、ΔＲ１Ｘ〜ΔＲ４Ｘは、磁気センサ１００にＸ軸方向、且つ、単位磁束密度の外部磁場ＢＸ＝１を印加したときの第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値の各変化量である。ΔＲ１Ｙ〜ΔＲ４Ｙは、磁気センサ１００にＹ軸方向、且つ、単位磁束密度の外部磁場ＢＹ＝１を印加したときの第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値の各変化量である。ΔＲ１Ｚ〜ΔＲ４Ｚは、磁気センサ１００にＺ軸方向、且つ、単位磁束密度の外部磁場ＢＺ＝１を印加したときの第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値の各変化量である。また、Ｒ１ｉ〜Ｒ４ｉは、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０に磁場が与えられない状態での各抵抗値である。ここで、単位磁束密度とは１ｍＴとする。ところで、磁気検知部は一般に、外部磁場の大きさに比例した抵抗値の変化が生じる線形領域と、外部磁場に関わらず所定の抵抗値が生じる飽和領域とを有する。磁気検知部として用いる素子の種類によっては、磁気センサ１００にＸ軸方向、且つ、単位磁束密度の外部磁場を印加したときに、第１磁気検知部２１０が線形領域で動作しない場合がある。そのような場合は、第１磁気検知部２１０に線形領域で動作する大きさの外部磁場を印加したときに得られる抵抗値の変化量からΔＲ１Ｘを算出する。即ち、磁気センサ１００にＸ軸方向、且つ、第１磁気検知部２１０が線形領域で動作する大きさの外部磁場（磁束密度ｂＸ）を印加したときの第１磁気検知部２１０の抵抗値の変化量をΔｒ１Ｘとする。ΔＲ１ＸはΔＲ１Ｘ＝Δｒ１Ｘ・１／ｂＸにより算出される。同様に、ΔＲ２Ｘ〜ΔＲ４Ｘ、ΔＲ１Ｙ〜ΔＲ４Ｙ、ΔＲ１Ｚ〜ΔＲ４Ｚも線形領域で動作する大きさの外部磁場を印加したときの抵抗値の変化量から算出される。
【0012】
演算部３３０は、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の出力から３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺを演算する。例えば、（数１）〜（数４）式を行列式で表すと、（数５）
【0013】
上記の行列式が解を有するのは、（数６）
【0014】
図２は、ＧＭＲ素子５の斜視図を示す。ＧＭＲ素子５は、磁気検知部２００の一例である。ＧＭＲ素子５は、反強磁性層１、ピンド層２、スペーサ層３及びフリー層４を備える。【0015】
ＧＭＲ素子５は、磁性材料の磁化の向きで電子のスピン散乱が変化するので、ＧＭＲ素子５の抵抗値が変わる。例えば、抵抗の変化量は、ΔＲ＝（ＲＡＰ−ＲＰ）ＲＰで表される。ここで、ＲＡＰは、ピンド層２とフリー層４の磁化の向きが反平行のときの抵抗値、ＲＰは、ピンド層２とフリー層４の磁化の向きが平行のときの抵抗値を示す。【0016】
反強磁性層１は、ピンド層２の磁化の向きを固定する。例えば、反強磁性層１は、ＰｔＭｎ又はＩｒＭｎで形成される。【0017】
ピンド層２は、反強磁性層１上に形成され、反強磁性層１との磁気結合により磁気モーメントの方向が固定される。また、ピンド層２は反強磁性層１を用いずにセルフバイアス構造を用いても良い。ピンド層２の磁化が固定される方向は、本明細書において、感磁軸と称する。例えば、ピンド層２は、ＣｏＦｅ又はＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅの積層構造で形成される。【0018】
スペーサ層３は、電流を流すとスピン散乱が起きる導電層である。例えば、スペーサ層３は、ピンド層２とフリー層４との間にＣｕで形成される。【0019】
フリー層４は、スペーサ層３上に形成され、外部磁場Ｂにより磁化の向きが自由に回転する。例えば、フリー層４は、ＮｉＦｅ又はＣｏＦｅ／ＮｉＦｅの積層構造で形成される。本例のフリー層４の磁化容易軸は、ピンド層２の感磁軸と垂直な方向を向く。フリー層４の磁化の向きは、外部磁場Ｂに応じた角度θだけ回転する。ＧＭＲ素子５は、フリー層４の磁気モーメントの方向の変化に伴い変化したスペーサ層３の抵抗値を読み取ることにより、外部磁場Ｂを読み取る。【0020】
図３は、磁気センサ１００の上面図（＋Ｚ軸方向から見た平面視）を示す。図４は、磁気センサ１００のＡ−Ａ断面図を示す。磁気センサ１００は、磁気検知ユニット１０、基板２０及び絶縁層３０を備える。また、磁気検知ユニット１０は、磁気収束部４００及び磁気検知部２００を備える。本例の磁気センサ１００は、１つの磁気検知ユニット１０を備えるが、複数の磁気検知ユニット１０を備えてもよい。【0021】
基板２０は、シリコン基板、化合物半導体基板、及びセラミック基板等のいずれであってもよい。また、基板２０は、ＩＣ等の電子回路を搭載した基板であってもよい。基板２０の基板平面２２には、絶縁層３０等が形成される。絶縁層３０の上面は、ＸＹ平面に略平行な面として形成され、本例において第１平面３２とする。例えば、絶縁層３０は、Ｔａ、Ｃｒ、ＮｉＦｅＣｒ、ＳｉＯ、ＳｉＮ又はＡｌＯで形成される。【0022】
磁気収束部４００は、磁気検知部２００の近傍に配置され、外部磁場Ｂの方向を変換する。磁気収束部４００は、第１〜第４磁気収束部材４１１〜４１４を有する。第１〜第４磁気収束部材４１１〜４１４は、Ｚ軸方向に厚みを有し、平面視で、Ｙ軸方向に長手方向を有する矩形である。これに代えて、第１〜第４磁気収束部材４１１〜４１４の形状は、矩形に限らず、Ｙ軸方向に略平行な向きに長手方向をもつ四角形、平行四辺形、台形のいずれであってもよい。また、第１〜第４磁気収束部材４１１〜４１４は、各々がＹ軸方向に平行であり、且つ、Ｙ軸方向に平行な各々の長辺が同一の長さを有する例を示したが、これに代えて、各々の長辺が異なる長さであってもよい。また、第１〜第４磁気収束部材４１１〜４１４は、Ｘ軸方向に平行な各々の短辺が同一の長さを有する例を示したが、これに代えて、各々の短辺が異なる長さであってもよい。第１磁気収束部材４１１及び第３磁気収束部材４１３は、第２磁気収束部材４１２及び第４磁気収束部材４１４に対して＋Ｙ軸方向にずれて配置される。第１〜第４磁気収束部材４１１〜４１４は、基板２０に対して略平行で、且つ、互いに略平行である。第１〜第４磁気収束部材４１１〜４１４は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＢ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅなどの軟磁性材料で形成されてよい。【0023】
本例の磁気検知部２００は、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０で構成される。第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、基板２０上又は基板２０内に配置される。本例の第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の−Ｚ軸方向側の端面は、ＸＹ平面に略平行な面として形成され、本例において第２平面３４とする。例えば、磁気検知部２００は、高いＭＲ比を実現する観点からＧＭＲ素子又はトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子である。磁気検知部２００は、磁気抵抗効果素子、ＧＭＲ素子及びＴＭＲ素子のいずれか単一の素子で構成されてもよく、複数の素子を直列に接続してもよい。【0024】
［実施形態１］図５は、磁気センサ１００の構成の一例を示す。図５（ａ）は磁気センサ１００の上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図５（ｃ）は、磁気検知部２００の感磁軸方向を示す。
【0025】
本例の第１磁気検知部２１０及び第２磁気検知部２２０は、＋Ｘ軸方向に感磁軸を有する。一方、第３磁気検知部２３０及び第４磁気検知部２４０は、−Ｘ軸方向に感磁軸を有する。このように、第１磁気検知部２１０と第２磁気検知部２２０の感磁軸方向と、第３磁気検知部２３０と第４磁気検知部２４０の感磁軸方向とを１８０度回転させることにより、磁気センサ１００は、３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺを検出できる。第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の各々の抵抗値は、外部磁場Ｂが与えられていない場合、Ｒ１＝Ｒ１ｉ、Ｒ２＝Ｒ２ｉ、Ｒ３＝Ｒ３ｉ、Ｒ４＝Ｒ４ｉ
となる。
【0026】
また、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０が全て同じ材料、同じ形状で形成される場合、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の各々の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４が同じ大きさになる。なお、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の材料及び形状が異なる場合であっても、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の各々の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４が同じ大きさとなる場合もある。第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の各々の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４を同じにすると、演算部３３０の演算量を低減できる。【0027】
図６は、実施形態１に係る磁気センサ１００に外部磁場ＢＸが与えられた場合の磁束を示す。本例の第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、磁気センサ１００に＋Ｘ軸方向の外部磁場ＢＸが与えられた場合、＋Ｘ軸方向の磁束が入力される位置に配置される。逆に、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、磁気センサ１００に＋Ｘ軸方向の外部磁場ＢＸが与えられた場合、−Ｘ軸方向の磁束が入力される位置に配置されてよい。なお、本明細書において、＋Ｘ軸方向の外部磁場ＢＸとは、符号が正の外部磁場ＢＸを指す。【0028】
第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０における外部磁場Ｂｘの変換効率を、αＲ１からαＲ４とすると、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は、以下のようになる。Ｒ１＝αＲ１・ＢＸ・Ｌ１・δｒ１＋Ｒ１ｉ
Ｒ２＝αＲ２・ＢＸ・Ｌ２・δｒ２＋Ｒ２ｉ
Ｒ３＝αＲ３・ＢＸ・Ｌ３・δｒ３＋Ｒ３ｉ
Ｒ４＝αＲ４・ＢＸ・Ｌ４・δｒ４＋Ｒ４ｉ
【0029】
なお、外部磁場ＢＸの変換効率αＲ１とは、第１磁気検知部２１０の近傍に配置された磁気収束部４００によって、外部磁場ＢＸが、第１磁気検知部２１０の中心位置上で、第１磁気検知部２１０の感磁軸の正方向の磁場にどれだけ変換されたかを示すパラメータである。また、感磁軸の正方向の磁場とは、磁気検知部２００の抵抗値が上がる方向の磁場を指す。変換効率αＲ２〜αＲ４も同様に、外部磁場ＢＸが、第２磁気検知部２２０から第４磁気検知部２４０の中心位置上で、感磁軸の正方向の磁場にどれだけ変換されたかを示すパラメータである。【0030】
δｒ１〜δｒ４は、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の単位長さ当たりの磁気抵抗変化率である。また、Ｌ１〜Ｌ４は、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の長さである。即ち、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の磁気抵抗変化率と長さとの積Ｌ１・δｒ１〜Ｌ４・δｒ４は、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０全体の磁気抵抗変化率である。磁気抵抗変化率とは、単位磁束密度の磁場が与えられたときの磁気検知部２００の抵抗値の変化率を指す。【0031】
ここで、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０全体の磁気抵抗変化率δＲ１〜δＲ４とすると、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は、以下のようになる。Ｒ１＝δＲ１αＲ１ＢＸ＋Ｒ１ｉ
Ｒ２＝δＲ２αＲ２ＢＸ＋Ｒ２ｉ
Ｒ３＝δＲ３αＲ３ＢＸ＋Ｒ３ｉ
Ｒ４＝δＲ４αＲ４ＢＸ＋Ｒ４ｉ
磁気検知部２００として同じ素子を用いる場合、磁気抵抗変化率δＲ１〜δＲ４はそれぞれ等しくなる。また、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０としてそれぞれ異なる材料及び形状を用いる場合であっても、磁気抵抗変化率δＲ１〜δＲ４をそれぞれ等しく調整できる。
【0032】
また、図６（ｂ）に示す通り、磁気検知部２００は、互いに外部磁場ＢＸの変換効率の絶対値が等しくなるように、磁気収束部４００の近傍に配置される。また、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、外部磁場ＢＸが印加された場合に、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０に入力する磁束の向きが同じ向きとなる位置に配置される。第１磁気検知部２１０及び第２磁気検知部２２０の感磁軸の方向と、第３磁気検知部２３０及び第４磁気検知部２４０の感磁軸の方向が１８０度異なるため、αＲ１の符号を正の符号とした場合、αＲ２は正の符号、αＲ３は負の符号、αＲ４は負の符号となる。外部磁場ＢＸの係数δＲ１αＲ１〜δＲ４αＲ４を、磁気収束部４００と磁気検知部２００の配置により決定される定数ａを用いて以下のように表すことができる。δＲ１αＲ１＝δＲ２αＲ２＝ａ
δＲ３αＲ３＝δＲ４αＲ４＝−ａ
【0033】
係数ａを用いると、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は以下のようになる。Ｒ１＝＋ａ・ＢＸ＋Ｒ１ｉ
Ｒ２＝＋ａ・ＢＸ＋Ｒ２ｉ
Ｒ３＝−ａ・ＢＸ＋Ｒ３ｉ
Ｒ４＝−ａ・ＢＸ＋Ｒ４ｉ
【0034】
さらに、磁気センサ１００にＸ軸方向、且つ、単位磁束密度の外部磁場ＢＸ＝１を印加したときの第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値の各変化量をΔＲ１Ｘ〜ΔＲ４Ｘとすると、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は、以下のようになる。Ｒ１＝ΔＲ１Ｘ・ＢＸ＋Ｒ１ｉ
Ｒ２＝ΔＲ２Ｘ・ＢＸ＋Ｒ２ｉ
Ｒ３＝ΔＲ３Ｘ・ＢＸ＋Ｒ３ｉ
Ｒ４＝ΔＲ４Ｘ・ＢＸ＋Ｒ４ｉ
【0035】
図７は、磁気センサ１００に外部磁場ＢＹが与えられた場合の磁束を示す。第２磁気検知部２２０及び第３磁気検知部２３０は、磁気センサ１００に＋Ｙ軸方向の外部磁場ＢＹが与えられた場合、＋Ｘ軸方向に磁束が入力される位置に配置され、且つ、第１磁気検知部２１０及び第４磁気検知部２４０は、−Ｘ軸方向の磁束が入力される位置に配置される。逆に、第２磁気検知部２２０及び第３磁気検知部２３０は、磁気センサ１００に＋Ｙ軸方向の外部磁場ＢＹが与えられた場合、−Ｘ軸方向に磁束が入力される位置に配置され、且つ、第１磁気検知部２１０及び第４磁気検知部２４０は、＋Ｘ軸方向の磁束が入力される位置に配置されてよい。なお、本明細書において、＋Ｙ軸方向の外部磁場ＢＹとは、符号が正の外部磁場ＢＹを指す。【0036】
第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０における外部磁場ＢＹの変換効率を、βＲ１からβＲ４とすると、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は、以下のようになる。Ｒ１＝βＲ１・ＢＹ・Ｌ１・δｒ１＋Ｒ１ｉ
Ｒ２＝βＲ２・ＢＹ・Ｌ２・δｒ２＋Ｒ２ｉ
Ｒ３＝βＲ３・ＢＹ・Ｌ３・δｒ３＋Ｒ３ｉ
Ｒ４＝βＲ４・ＢＹ・Ｌ４・δｒ４＋Ｒ４ｉ
【0037】
なお、外部磁場ＢＹの変換効率βＲ１とは、第１磁気検知部２１０の近傍に配置された磁気収束部４００によって、外部磁場ＢＹが、第１磁気検知部２１０の中心位置上で、第１磁気検知部２１０の感磁軸の正方向の磁場にどれだけ変換されたかを示すパラメータである。変換効率βＲ２〜βＲ４も同様に、外部磁場ＢＹが、第２磁気検知部２２０から第４磁気検知部２４０の中心位置上で、感磁軸の正方向の磁場にどれだけ変換されたかを示すパラメータである。【0038】
ここで、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の磁気抵抗変化率δＲ１〜δＲ４を用いると、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は、以下のようになる。Ｒ１＝δＲ１βＲ１ＢＹ＋Ｒ１ｉ
Ｒ２＝δＲ２βＲ２ＢＹ＋Ｒ２ｉ
Ｒ３＝δＲ３βＲ３ＢＹ＋Ｒ３ｉ
Ｒ４＝δＲ４βＲ４ＢＹ＋Ｒ４ｉ
【0039】
また、図７（ｂ）に示す通り、磁気検知部２００は、互いに外部磁場ＢＹの変換効率の絶対値が等しくなるように、磁気収束部４００の近傍に配置されている。また、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、外部磁場ＢＹが印加された場合に、第１磁気検知部２１０及び第４磁気検知部２４０に入力する磁束の向きが同じ向きとなる位置に配置され、第２磁気検知部２２０及び第３磁気検知部２３０に入力する磁束の向きが同じ向きとなる位置に配置される。第１磁気検知部２１０及び第２磁気検知部２２０の感磁軸の方向と、第３磁気検知部２３０及び第４磁気検知部２４０の感磁軸の方向が１８０度異なるため、αＲ１の符号を負の符号とした場合、αＲ２は正の符号、αＲ３は負の符号、αＲ４は正の符号となる。δＲ１βＲ１〜δＲ４βＲ４を、磁気収束部４００と磁気検知部２００の配置により決定される定数ｂを用いて以下のように表すことができる。δＲ１βＲ１＝δＲ３βＲ３＝−ｂ
δＲ２βＲ２＝δＲ４βＲ４＝ｂ
【0040】
これにより、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は以下のようになる。Ｒ１＝−ｂ・ＢＹ＋Ｒ１ｉ
Ｒ２＝＋ｂ・ＢＹ＋Ｒ２ｉ
Ｒ３＝−ｂ・ＢＹ＋Ｒ３ｉ
Ｒ４＝＋ｂ・ＢＹ＋Ｒ４ｉ
【0041】
さらに、磁気センサ１００にＹ軸方向、且つ、単位磁束密度の外部磁場ＢＹ＝１を印加したときの第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値の各変化量をΔＲ１Ｙ〜ΔＲ４Ｙとすると、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は、以下のようになる。Ｒ１＝ΔＲ１Ｙ・ＢＹ＋Ｒ１ｉ
Ｒ２＝ΔＲ２Ｙ・ＢＹ＋Ｒ２ｉ
Ｒ３＝ΔＲ３Ｙ・ＢＹ＋Ｒ３ｉ
Ｒ４＝ΔＲ４Ｙ・ＢＹ＋Ｒ４ｉ
【0042】
図８は、磁気センサ１００に外部磁場ＢＺが与えられた場合の磁束を示す。第１磁気検知部２１０及び第３磁気検知部２３０は、磁気センサ１００に＋Ｚ軸方向の外部磁場ＢＺが与えられた場合、＋Ｘ軸方向に磁束が入力される位置に配置され、且つ、第２磁気検知部２２０及び第４磁気検知部２４０は、−Ｘ軸方向に磁束が入力される位置に配置される。逆に、第１磁気検知部２１０及び第３磁気検知部２３０は、磁気センサ１００に＋Ｚ軸方向の外部磁場ＢＺが与えられた場合、−Ｘ軸方向に磁束が入力される位置に配置され、且つ、第２磁気検知部２２０及び第４磁気検知部２４０は、＋Ｘ軸方向に磁束が入力される位置に配置されてよい。なお、本明細書において、＋Ｚ軸方向の外部磁場ＢＺとは、符号が正の外部磁場ＢＺを指す。【0043】
第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０における外部磁場ＢＺの変換効率を、γＲ１からγＲ４とすると、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は、以下のようになる。Ｒ１＝γＲ１・ＢＺ・Ｌ１・δｒ１＋Ｒ１ｉ
Ｒ２＝γＲ２・ＢＺ・Ｌ２・δｒ２＋Ｒ２ｉ
Ｒ３＝γＲ３・ＢＺ・Ｌ３・δｒ３＋Ｒ３ｉ
Ｒ４＝γＲ４・ＢＺ・Ｌ４・δｒ４＋Ｒ４ｉ
なお、外部磁場ＢＺの変換効率γＲ１とは、第１磁気検知部２１０の近傍に配置された磁気収束部４００によって、外部磁場ＢＺが、第１磁気検知部２１０の中心位置上で、第１磁気検知部２１０の感磁軸の正方向の磁場にどれだけ変換されたかを示すパラメータである。変換効率γＲ２〜γＲ４も同様に、外部磁場ＢＺが、第２磁気検知部２２０から第４磁気検知部２４０の中心位置上で、感磁軸の正方向の磁場にどれだけ変換されたかを示すパラメータである。
【0044】
ここで、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の磁気抵抗変化率δＲ１〜δＲ４を用いると、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は、以下のようになる。Ｒ１＝δＲ１γＲ１ＢＺ＋Ｒ１ｉ
Ｒ２＝δＲ２γＲ２ＢＺ＋Ｒ２ｉ
Ｒ３＝δＲ３γＲ３ＢＺ＋Ｒ３ｉ
Ｒ４＝δＲ４γＲ４ＢＺ＋Ｒ４ｉ
【0045】
また、図８（ｂ）に示す通り、磁気検知部２００は、互いに外部磁場ＢＺの変換効率の絶対値が等しくなるように、磁気収束部４００の近傍に配置されている。また、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、外部磁場ＢＺが印加された場合に、第１磁気検知部２１０及び第３磁気検知部２３０に入力する磁束の向きが同じ向きとなる位置に配置され、第２磁気検知部２２０及び第４磁気検知部２４０に入力する磁束の向きが同じ向きとなる位置に配置される。第１磁気検知部２１０及び第２磁気検知部２２０の感磁軸の方向と、第３磁気検知部２３０及び第４磁気検知部２４０の感磁軸の方向が１８０度異なるため、αＲ１の符号を正の符号とした場合、αＲ２は負の符号、αＲ３は負の符号、αＲ４は正の符号となる。δＲ１γＲ１〜δＲ４γＲ４を、磁気収束部４００と磁気検知部２００の配置により決定される定数ｃを用いて以下のように表すことができる。δＲ１γＲ１＝δＲ４γＲ４＝ｃ
δＲ２γＲ２＝δＲ３γＲ３＝−ｃ
【0046】
これにより、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は以下のようになる。Ｒ１＝＋ｃ・ＢＺ＋Ｒ１ｉ
Ｒ２＝−ｃ・ＢＺ＋Ｒ２ｉ
Ｒ３＝−ｃ・ＢＺ＋Ｒ３ｉ
Ｒ４＝＋ｃ・ＢＺ＋Ｒ４ｉ
【0047】
さらに、磁気センサ１００にＺ軸方向、且つ、単位磁束密度の外部磁場ＢＺ＝１を印加したときの第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値の各変化量をΔＲ１Ｚ〜ΔＲ４Ｚとすると、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は、以下のようになる。Ｒ１＝ΔＲ１Ｚ・ＢＺ＋Ｒ１ｉ
Ｒ２＝ΔＲ２Ｚ・ＢＺ＋Ｒ２ｉ
Ｒ３＝ΔＲ３Ｚ・ＢＺ＋Ｒ３ｉ
Ｒ４＝ΔＲ４Ｚ・ＢＺ＋Ｒ４ｉ
【0048】
以上の通り、図６〜図８に示した、３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺが磁気センサ１００に与えられた場合の第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値を算出した。例えば、磁気センサ１００に３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺがそれぞれ与えられた場合の第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値は、以下の通り算出される。（数７）
Ｒ１＝＋ａ・ＢＸ−ｂ・ＢＹ＋ｃ・ＢＺ＋Ｒ１ｉ
（数８）
Ｒ２＝＋ａ・ＢＸ＋ｂ・ＢＹ−ｃ・ＢＺ＋Ｒ２ｉ
（数９）
Ｒ３＝−ａ・ＢＸ−ｂ・ＢＹ−ｃ・ＢＺ＋Ｒ３ｉ
（数１０）
Ｒ４＝−ａ・ＢＸ＋ｂ・ＢＹ＋ｃ・ＢＺ＋Ｒ４ｉ
Ｒ１ｉ＝Ｒ２ｉ＝Ｒ３ｉ＝Ｒ４ｉとすれば、
（数７）＋（数８）−（数９）−（数１０）式より、
（Ｒ１＋Ｒ２−Ｒ３−Ｒ４）＝４ａＢＸ
（数８）＋（数１０）−（数７）−（数９）式より、
（Ｒ２＋Ｒ４−Ｒ１−Ｒ３）＝４ｂＢＹ
（数７）＋（数１０）−（数８）−（数９）式より、
（Ｒ１＋Ｒ４−Ｒ２−Ｒ３）＝４ｃＢＺ
となる。
【0049】
図９は、磁気センサ１００の構成の一例を示す。本例では、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０のうちのいずれか１つの磁気検知部２００の感磁軸方向がその他の磁気検知部２００の感磁軸方向と１８０度異なる。より具体的には、本例の磁気検知部２００は、＋Ｘ軸方向に感磁軸を有する第１磁気検知部２１０、第２磁気検知部２２０及び第４磁気検知部２４０と、−Ｘ軸方向に感磁軸を有する第３磁気検知部２３０を備える。【0050】
この場合、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は以下のようになる。（数１１）
Ｒ１＝＋ａ・ＢＸ−ｂ・ＢＹ＋ｃ・ＢＺ＋Ｒ１ｉ
（数１２）
Ｒ２＝＋ａ・ＢＸ＋ｂ・ＢＹ−ｃ・ＢＺ＋Ｒ２ｉ
（数１３）
Ｒ３＝−ａ・ＢＸ−ｂ・ＢＹ−ｃ・ＢＺ＋Ｒ３ｉ
（数１４）
Ｒ４＝＋ａ・ＢＸ−ｂ・ＢＹ−ｃ・ＢＺ＋Ｒ４ｉ
【0051】
Ｒ１ｉ＝Ｒ２ｉ＝Ｒ３ｉ＝Ｒ４ｉとすれば、（数１４）−（数１３）式より、
（Ｒ４−Ｒ３）＝２ａＢＸ
（数１２）−（数１４）式より、
（Ｒ２−Ｒ４）＝２ｂＢＹ
（数１１）−（数１４）式より、
（Ｒ１−Ｒ４）＝２ｃＢＺ
となる。
【0052】
以上の通り、３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺのそれぞれが、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４を用いて算出される。即ち、第３磁気検知部２３０の感磁軸方向のみが他の磁気検知部２００の感磁軸方向と１８０度異なれば、磁気センサ１００は３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺを検出できる。【0053】
図１０は、磁気センサ１００の構成の一例を示す。本例では、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０のうちのいずれか１つの磁気検知部２００の感磁軸方向がその他の磁気検知部２００の感磁軸方向と１８０度異なる。より具体的には、本例の磁気検知部２００は、＋Ｘ軸方向に感磁軸を有する第１磁気検知部２１０、第２磁気検知部２２０及び第３磁気検知部２３０と、−Ｘ軸方向に感磁軸を有する第４磁気検知部２４０を備える。【0054】
この場合、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は以下のようになる。（数１５）
Ｒ１＝＋ａ・ＢＸ−ｂ・ＢＹ＋ｃ・ＢＺ＋Ｒ１ｉ
（数１６）
Ｒ２＝＋ａ・ＢＸ＋ｂ・ＢＹ−ｃ・ＢＺ＋Ｒ２ｉ
（数１７）
Ｒ３＝＋ａ・ＢＸ＋ｂ・ＢＹ＋ｃ・ＢＺ＋Ｒ３ｉ
（数１８）
Ｒ４＝−ａ・ＢＸ＋ｂ・ＢＹ＋ｃ・ＢＺ＋Ｒ４ｉ
【0055】
Ｒ１ｉ＝Ｒ２ｉ＝Ｒ３ｉ＝Ｒ４ｉとすれば、（数１７）−（数１８）式より、
（Ｒ３−Ｒ４）＝２ａＢＸ
（数１７）−（数１５）式より、
（Ｒ３−Ｒ１）＝２ｂＢＹ
（数１７）−（数１６）式より、
（Ｒ３−Ｒ２）＝２ｃＢＺ
となる。
【0056】
以上の通り、３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺのそれぞれが、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４を用いて算出される。即ち、磁気センサ１００は、第４磁気検知部２４０の感磁軸方向のみが他の磁気検知部２００の感磁軸方向と１８０度異なれば、３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺを検出できる。このように、磁気センサ１００は、磁気検知部２００の一部について、感磁軸方向を１８０度反転させることにより、３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺを検出できる。【0058】
磁気収束部５００は、磁気検知部２００の近傍に配置され、外部磁場Ｂの方向を変換する。磁気収束部５００は、Ｚ軸方向に厚みを有し、平面視で、Ｙ軸方向に長手方向を有する矩形である。磁気収束部５００の形状は、Ｙ軸方向に略平行な向きに長手方向をもつ四角形、平行四辺形、台形のいずれであってもよい。磁気収束部５００は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＢ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅなどの軟磁性材料で形成される。【0059】
第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、各々に入力される磁束に応じた信号を出力する。本例の第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、平面視で、Ｙ軸方向に長手方向を有する矩形状の、薄板形状である。第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、それぞれが異なる形状及びサイズを有してよい。【0060】
本例の第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、厚み、幅、長さとも、磁気収束部５００よりも小さい。第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の長手方向の長さは、磁気収束部５００の長手方向の長さの１／２よりも短い。【0061】
第１磁気検知部２１０は、平面視で、磁気収束部５００の長手方向に沿って延びる−Ｘ軸方向側の縁部と、第１磁気検知部２１０の長手方向に沿って延びる＋Ｘ軸方向側の縁部のみとが重なるように配置される。また、第１磁気検知部２１０は、平面視で、＋Ｙ軸方向側の端部が、磁気収束部５００の＋Ｙ軸方向側の端部と一致するように配置される。【0062】
第２磁気検知部２２０は、平面視で、磁気収束部５００の長手方向に沿って延びる＋Ｘ軸方向側の縁部と、第２磁気検知部２２０の長手方向に沿って延びる−Ｘ軸方向側の縁部のみとが重なるように配置される。また、第２磁気検知部２２０は、平面視で、＋Ｙ軸方向側の端部が、磁気収束部５００の＋Ｙ軸方向側の端部と一致するように配置される。【0063】
第３磁気検知部２３０は、平面視で、磁気収束部５００の長手方向に沿って延びる−Ｘ軸方向側の縁部と、第３磁気検知部２３０の長手方向に沿って延びる＋Ｘ軸方向側の縁部のみとが重なるように配置される。また、第３磁気検知部２３０は、−Ｙ軸方向側の端部が磁気収束部５００の−Ｙ軸方向側の端部と平面視で一致するように配置される。【0064】
第４磁気検知部２４０は、平面視で磁気収束部５００の長手方向に沿って延びる＋Ｘ軸方向側の縁部と、第４磁気検知部２４０の長手方向に沿って延びる−Ｘ軸方向側の縁部のみとが重なるように配置される。また、第４磁気検知部２４０は、−Ｙ軸方向側の端部が磁気収束部５００の−Ｙ軸方向側の端部と平面視で一致するように配置される。【0065】
即ち、第１磁気検知部２１０と第３磁気検知部２３０とは予め定められた間隔を空けて配置される。同様に、第２磁気検知部２２０と第４磁気検知部２４０とは予め定められた間隔を空けて配置される。なお、本例において、第１磁気検知部２１０及び第２磁気検知部２２０の＋Ｙ軸方向側の端部と、磁気収束部５００の＋Ｙ軸方向側の端部とが平面視で一致するが、一致しなくともよい。また、第３磁気検知部２３０及び第３磁気検知部２３０の−Ｙ軸方向側の端部が平面視で一致するが一致しなくともよい。【0066】
また、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０と磁気収束部５００とは、平面視で、縁部が重なっていなくてもよい。また、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０と磁気収束部５００とは、より広い範囲で縁部が重なってもよい。要は、Ｘ軸方向に磁場変換された外部磁場ＢＹ及びＢＺを検知できる位置関係にあればよい。第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０と磁気収束部５００とを、平面視で重なるように配置することにより検知感度を向上できる。【0067】
第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の長手方向の中心線、及び、磁気収束部５００の長手方向の中心線はそれぞれ平行である。また、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、磁気収束部５００の短手方向および長手方向の中心線のそれぞれに対して線対称となるように配置される。なお、本明細書において、長手方向の中心線とは中心点を通る長手方向に延びる線分を指し、短手方向の中心線とは中心点を通る短手方向に延びる線分を指す。また、中心点とは、平面視で、幅および長さがともに中央となる点を指す。【0069】
Ｘ軸方向の外部磁場Ｂｘは、磁気収束部５００によって係数ａで磁場変換される。これにより、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０に対して、全て＋Ｘ軸方向に磁場ａＢＸが与えられる。つまり、実施形態１に係る磁気センサ１００と同様に、磁気センサ１００の＋Ｘ軸方向に磁場ＢＸが与えられた場合、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０には、＋Ｘ軸方向の磁束が入力される。本例の第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、外部磁場ＢＸが係数ａで磁場変換されるように配置されたが、係数がそれぞれ異なるように配置されてもよい。【0071】
Ｙ軸方向の外部磁場Ｂｙは、磁気収束部５００によって係数ｂで磁場変換される。これにより、第１磁気検知部２１０及び第４磁気検知部２４０には、−Ｘ軸方向に磁場ｂＢＹが与えられ、第２磁気検知部２２０及び第３磁気検知部２３０には、＋Ｘ軸方向に磁場ｂＢＹが与えられる。本例の第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、外部磁場ＢＹが係数ｂで磁場変換されるように配置されたが、係数がそれぞれ異なるように配置されてもよい。【0073】
Ｚ軸方向の外部磁場Ｂｚは、磁気収束部５００によって係数ｃで磁場変換される。これにより、第１磁気検知部２１０及び第３磁気検知部２３０には、＋Ｘ軸方向に磁場ｃＢＺが与えられ、第２磁気検知部２２０及び第４磁気検知部２４０には、−Ｘ軸方向に磁場ｃＢＺが与えられる。本例の第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、外部磁場ＢＺが係数ｃで磁場変換されるように配置されたが、係数がそれぞれ異なるように配置されてもよい。【0074】
図１２から図１４を踏まえると、実施形態２に係る第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０には、実施形態１に係る第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０と同一の方向に外部磁場Ｂに起因する磁束が入力される。即ち、磁気センサ１００が３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺを検出できる場合の、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の感磁軸方向の組み合わせが、実施形態１及び２で等しい。【0075】
［実施形態３］図１５は、実施形態３に係る磁気センサ１００の構成の一例を示す。図１６は、実施形態３に係る磁気センサ１００のＡ−Ａ断面図を示す。本例の磁気センサ１００は、磁気検知ユニット１０ａ及び磁気検知ユニット１０ｂを備える。磁気検知ユニット１０ａ及び磁気検知ユニット１０ｂは、互いに略鏡像となるように配置される。本明細書では、始めに、磁気検知ユニット１０ａについて説明するが、磁気検知ユニット１０ｂも磁気検知ユニット１０ａと略鏡像に配置される以外は基本的に同一の構成となる。
【0076】
第１磁気収束部１１０ａ及び第２磁気収束部１２０ａは、ＸＹ面に平行な同一の面に形成される。第１磁気収束部１１０ａ及び第２磁気収束部１２０ａは、パーマロイ等の磁性材料で形成され、当該磁気収束部の近傍の磁力線の向きを変化させる。例えば、第１磁気収束部１１０ａ及び第２磁気収束部１２０ａは、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＢ、ＮｉＦｅＣｏ、及びＣｏＦｅ等の軟磁性材料で形成される。【0077】
第１磁気収束部１１０ａは、第１磁気収束部材１１１ａと、第２磁気収束部材１１２ａとを含む。第１磁気収束部材１１１ａは、Ｘ軸方向に延伸する。第２磁気収束部材１１２ａは、第１磁気収束部材１１１ａの＋Ｘ軸方向側の端部に接続され、−Ｙ軸方向に延伸する。第２磁気収束部材１１２ａの＋Ｙ軸方向側の端部は、平面視で、第１磁気収束部材１１１ａの＋Ｘ軸方向側の端部と連結される。【0078】
第２磁気収束部１２０ａは、第３〜５磁気収束部材１１３ａ〜１１５ａを含む。第３磁気収束部材１１３ａは、第１磁気収束部材１１１ａの−Ｘ軸方向側の端部よりも＋Ｘ軸方向側に寄り、第２磁気収束部材１１２ａよりも−Ｘ軸方向側に寄り、第１磁気収束部材１１１ａよりも−Ｙ軸方向側に寄り、且つ、第２磁気収束部材１１２ａの−Ｙ軸方向側の端部よりも−Ｙ軸方向側へ延伸する。本例では、平面視で、第３磁気収束部材１１３ａの−Ｙ軸方向側の端と、第４磁気収束部材１１４ａの−Ｘ軸方向側の端とが連結され、且つ、平面視で、第４磁気収束部材１１４ａの＋Ｘ軸方向側の端と、第５磁気収束部材１１５ａの−Ｙ軸方向側の端とが連結される。【0079】
第３磁気収束部材１１３ａは、Ｙ軸方向に延伸し、Ｘ軸方向から見て、第２磁気収束部材１１２ａと一部が重なるように配置される。例えば、第３磁気収束部材１１３ａは、第２磁気収束部材１１２ａに対して、予め定められた距離だけ−Ｙ軸方向にずらして形成される。また、第３磁気収束部材１１３ａは、Ｙ軸方向から見て、第１磁気収束部材１１１ａと重なるように配置される。即ち、第３磁気収束部材１１３ａのＸ軸の配置は、第１磁気収束部材１１１ａがＸ軸に配置される範囲内となる。【0080】
第４磁気収束部材１１４ａは、第３磁気収束部材１１３ａと、第３磁気収束部材１１３ａの−Ｙ軸方向側の端部に接続され、第１磁気収束部材１１１ａのＸ軸方向の正側の端部よりもＸ軸方向の正側に延伸する。即ち、第４磁気収束部材１１４ａは、Ｘ軸方向に延伸し、Ｙ軸方向から見て、第１磁気収束部材１１１ａと一部が重なるように配置される。例えば、第４磁気収束部材１１４ａは、第１磁気収束部材１１１ａに対して、予め定められた距離だけ＋Ｘ軸方向にずらして形成される。【0081】
第５磁気収束部材１１５ａは、Ｙ軸方向に延伸し、Ｘ軸方向から見て、第２磁気収束部材１１２ａと一部が重なるように配置される。例えば、第５磁気収束部材１１５ａは、第２磁気収束部材１１２ａに対して、予め定められた距離だけ−Ｙ軸方向にずらして形成される。また、第５磁気収束部材１１５ａは、Ｙ軸方向から見て、第１磁気収束部材１１１ａと重ならないように配置される。即ち、第５磁気収束部材１１５ａのＸ軸の配置は、第１磁気収束部材１１１ａがＸ軸に配置される範囲外となる。【0082】
第２磁気収束部材１１２ａ、第３磁気収束部材１１３ａ、及び第５磁気収束部材１１５ａは、互いにＹ軸方向に略平行となるように、第３磁気収束部材１１３ａ、第２磁気収束部材１１２ａ、第５磁気収束部材１１５ａの順で−Ｘ軸方向側から＋Ｘ軸方向側に並び、平面視で、隣り合う２つの一方に対して他方が長手方向（Ｙ軸方向）にずれて配置される。第２磁気収束部材１１２ａ、第３磁気収束部材１１３ａ及び第５磁気収束部材１１５ａは、形状がＹ軸方向に長手方向をもった矩形であり、各々がＹ軸方向に平行な向きに、並列に配置される例を示す。これに代えて、第２磁気収束部材１１２ａ、第３磁気収束部材１１３ａ及び第５磁気収束部材１１５ａの形状は、矩形に限らず、Ｙ軸方向に略平行な向きに長手方向をもつ四角形、平行四辺形、台形のいずれであってもよい。【0083】
第１〜第５磁気収束部材１１１ａ〜１１５ａは、Ｚ軸方向に厚さをもち、第１平面３２に重なる。また、第１〜第５磁気収束部材１１１ａ〜１１５ａのそれぞれは、底面が第１平面３２に接するように配置されてよく、また、それぞれの一部が第１平面３２に交差するように配置されてもよい。また、第１〜第５磁気収束部材１１１ａ〜１１５ａは、Ｚ軸方向の厚さが略同一の厚さに形成される例を示すが、これに代えて、各々の厚さが不揃いであってもよい。【0084】
第１磁気検知部２１０ａは、第２磁気収束部材１１２ａと第３磁気収束部材１１３ａとの間に配置され、Ｙ軸方向に延伸する。第１磁気検知部２１０ａは、第２磁気収束部材１１２ａよりも第３磁気収束部材１１３ａまでの距離が小さくなるように配置される。【0085】
第２磁気検知部２２０ａは、第２磁気収束部材１１２ａと第５磁気収束部材１１５ａとの間に配置され、Ｙ軸方向に延伸する。第２磁気検知部２２０ａは、第５磁気収束部材１１５ａよりも第２磁気収束部材１１２ａまでの距離が小さくなるように配置される。【0086】
第３磁気検知部２３０ａは、第２磁気収束部材１１２ａと第３磁気収束部材１１３ａとの間に配置され、Ｙ軸方向に延伸する。第３磁気検知部２３０ａは、第３磁気収束部材１１３ａよりも第２磁気収束部材１１２ａまでの距離が小さくなるように配置される。【0087】
第４磁気検知部２４０ａは、第２磁気収束部材１１２ａと第５磁気収束部材１１５ａとの間に配置され、Ｙ軸方向に延伸する。第４磁気検知部２４０ａは、第２磁気収束部材１１２ａよりも第５磁気収束部材１１５ａまでの距離が小さくなるように配置される。【0088】
第１〜第４磁気検知部２１０ａ〜２４０ａは、例えば、基板平面２２に形成された絶縁層３０の内部に形成される。第１〜第４磁気検知部２１０ａ〜２４０ａは、絶縁層３０のＸＹ平面に略平行な第２平面３４上に配置され、Ｘ軸方向の磁場にのみ感知するように形成される。第１〜第４磁気検知部２１０ａ〜２４０ａは、各々の底面が第２平面３４に接するように配置されてよく、また、各々の一部が第２平面３４に交差するように配置されてもよい。また、第１〜第４磁気検知部２１０ａ〜２４０ａは、Ｚ軸方向の厚さが略同一の厚さに形成される例を示すが、これに代えて、各々の厚さが不揃いであってもよい。第１〜第４磁気検知部２１０ａ〜２４０ａのそれぞれの形状は、平面視で、四角形、正方形、平行四辺形、台形、三角形、多角形、円形、及び楕円形等のいずれであってもよい。【0089】
第１磁気検知部２１０ａ及び第３磁気検知部２３０ａは、Ｘ軸方向から見て、範囲Ｒ１内に少なくとも一部が配置され、当該範囲Ｒ１にある磁気検知部でＸ軸方向の磁場を感知する。ここで、範囲Ｒ１とは、第２磁気収束部材１１２ａ及び第３磁気収束部材１１３ａの間において、Ｙ軸方向に直交する平面が、第２磁気収束部材１１２ａ及び第３磁気収束部材１１３ａのいずれにも交差するＹ軸方向に沿った範囲である。【0090】
第２磁気検知部２２０ａ及び第４磁気検知部２４０ａは、Ｘ軸方向から見て、範囲Ｒ２内に少なくとも一部が配置され、当該範囲Ｒ２にある磁気検知部でＸ軸方向の磁場を感知する。ここで、範囲Ｒ２とは、第２磁気収束部材１１２ａ及び第５磁気収束部材１１５ａの間において、Ｙ軸方向に直交する平面が、第２磁気収束部材１１２ａ及び第５磁気収束部材１１５ａのいずれにも交差するＹ軸方向に沿った範囲である。【0091】
一方、磁気検知ユニット１０ｂは、第１磁気収束部１１０ａに対応する第３磁気収束部１１０ｂ、第２磁気収束部１２０ａに対応する第４磁気収束部１２０ｂ、及び第１〜第４磁気検知部２１０ａ〜２４０ａに対応する第５〜第８磁気検知部２１０ｂ〜２４０ｂを備える。第３磁気収束部１１０ｂは、第１磁気収束部材１１１ａ及び第２磁気収束部材１１２ａに対応する、第６磁気収束部材１１１ｂ及び第７磁気収束部材１１２ｂを有する。また、第４磁気収束部１２０ｂは、第３〜５磁気収束部材１１３ａ〜１１５ａに対応する、第８〜第１０磁気収束部材１１３ｂ〜１１５ｂを有する。【0092】
例えば、第２磁気検知ユニット１０ｂの配置パターンは、第１磁気検知ユニット１０ａと等距離に位置する点Ｑを含む基板平面２２に垂直なＹＺ平面に、面対称な位置関係となるように配置される。ここで、第１磁気検知ユニット１０ａ及び第２磁気検知ユニット１０ｂは、予め定められた距離だけ離間され、第１平面３２及び第２平面３４に配置される。第２磁気検知ユニット１０ｂが有する磁気収束部材及び磁気検知部は、第１磁気検知ユニット１０ａが有する磁気収束部材及び磁気検知部にそれぞれ対応し、形状及び材質も略同一に形成されてよい。【0093】
図１７は、実施形態３に係る磁気センサ１００の磁束の向きを示す。磁気センサ１００には、３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺがそれぞれ与えられる。【0094】
磁気センサ１００に外部磁場ＢＸを与えた場合に、第２磁気収束部材１１２ａから第３磁気収束部材１１３ａ及び第５磁気収束部材１１５ａに向かう磁路が形成される。即ち、＋Ｘ軸方向に与えられた外部磁場ＢＸは、第２磁気収束部材１１２ａと第３磁気収束部材１１３ａとの間で、−Ｘ軸方向の磁場を生じさせる。また、＋Ｘ軸方向に与えられた外部磁場ＢＸは、第２磁気収束部材１１２ａと第５磁気収束部材１１５ａとの間で、＋Ｘ軸方向の磁場を生じさせる。【0095】
また、磁気センサ１００に外部磁場ＢＸを与えた場合に、第８磁気収束部材１１３ｂ及び第１０磁気収束部材１１５ｂから第７磁気収束部材１１２ｂに向かう磁路が形成される。即ち、＋Ｘ軸方向に与えられた外部磁場ＢＸは、第７磁気収束部材１１２ｂと第８磁気収束部材１１３ｂとの間で、−Ｘ軸方向の磁場を生じさせる。また、＋Ｘ軸方向に与えられた外部磁場ＢＸは、第７磁気収束部材１１２ｂと第１０磁気収束部材１１５ｂとの間で、＋Ｘ軸方向の磁場を生じさせる。【0096】
磁気センサ１００に外部磁場ＢＹを与えた場合に、第３磁気収束部材１１３ａ及び第５磁気収束部材１１５ａから第２磁気収束部材１１２ａに向かう磁路が形成される。即ち、＋Ｙ軸方向に与えられた外部磁場ＢＹは、第２磁気収束部材１１２ａと第３磁気収束部材１１３ａとの間で、＋Ｘ軸方向の磁場を生じさせる。また、＋Ｙ軸方向に与えられた外部磁場ＢＹは、第５磁気収束部材１１５ａと第２磁気収束部材１１２ａとの間で、−Ｘ軸方向の磁場を生じさせる。【0097】
また、磁気センサ１００に外部磁場ＢＹを与えた場合に、第８磁気収束部材１１３ｂ及び第１０磁気収束部材１１５ｂから第７磁気収束部材１１２ｂに向かう磁路が形成される。即ち、＋Ｙ軸方向に与えられた外部磁場ＢＹは、第７磁気収束部材１１２ｂと第８磁気収束部材１１３ｂとの間で、−Ｘ軸方向の磁場を生じさせる。また、＋Ｙ軸方向に与えられた外部磁場ＢＹは、第１０磁気収束部材１１５ｂと第７磁気収束部材１１２ｂとの間で、＋Ｘ軸方向の磁場を生じさせる。【0098】
磁気センサ１００に外部磁場ＢＺを与えた場合に、第１磁気検知部２１０ａ及び第２磁気検知部２２０ａには、−Ｘ軸方向の磁路が形成され、第３磁気検知部２３０ａ及び第４磁気検知部２４０ａには、＋Ｘ軸方向の磁路が形成される。【0099】
また、磁気センサ１００に外部磁場ＢＺを与えた場合に、第５磁気検知部２１０ｂ及び第６磁気検知部２２０ｂには、＋Ｘ軸方向の磁路が形成され、第７磁気検知部２３０ｂ及び第８磁気検知部２４０ｂには、−Ｘ軸方向の磁路が形成される。【0100】
以上の通り、本例の磁気センサ１００に３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺが与えられた場合、第１〜第８磁気検知部２１０ａ〜２４０ｂにはＸ軸方向の磁束が入力される。即ち、実施形態１及び２に係る磁気センサ１００と同様に計算すると、第１〜第８磁気検知部２１０ａ〜２４０ｂの抵抗値ＲＡ〜ＲＨは以下のようになる。（数１９）
ＲＡ＝ΔＲＡＸ・ＢＸ＋ΔＲＡＹ・ＢＹ＋ΔＲＡＺ・ＢＺ＋ＲＡｉ
（数２０）
ＲＢ＝ΔＲＢＸ・ＢＸ＋ΔＲＢＹ・ＢＹ＋ΔＲＢＺ・ＢＺ＋ＲＢｉ
（数２１）
ＲＣ＝ΔＲＣＸ・ＢＸ＋ΔＲＣＹ・ＢＹ＋ΔＲＣＺ・ＢＺ＋ＲＣｉ
（数２２）
ＲＤ＝ΔＲＤＸ・ＢＸ＋ΔＲＤＹ・ＢＹ＋ΔＲＤＺ・ＢＺ＋ＲＤｉ
（数２３）
ＲＥ＝ΔＲＥＸ・ＢＸ＋ΔＲＥＹ・ＢＹ＋ΔＲＥＺ・ＢＺ＋ＲＥｉ
（数２４）
ＲＦ＝ΔＲＦＸ・ＢＸ＋ΔＲＦＹ・ＢＹ＋ΔＲＦＺ・ＢＺ＋ＲＦｉ
（数２５）
ＲＧ＝ΔＲＧＸ・ＢＸ＋ΔＲＧＹ・ＢＹ＋ΔＲＧＺ・ＢＺ＋ＲＧｉ
（数２６）
ＲＨ＝ΔＲＨＸ・ＢＸ＋ΔＲＨＹ・ＢＹ＋ΔＲＨＺ・ＢＺ＋ＲＨｉ
【0101】
本実施形態に係る磁気センサ１００は、３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺを検出する場合、第１〜第８磁気検知部２１０ａ〜２４０ｂの中から、予め定められた第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０を選択する。即ち、（数１９）〜（数２６）式の８式から、任意の４式を選択し、（数１）〜（数４）式に置き換える。なお、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、第１〜第８磁気検知部２１０ａ〜２４０ｂの感磁軸の向きに応じて選択される。即ち、置き換えられた（数１）〜（数４）式から算出される（数６）式が逆行列を有するように、（数１９）〜（数２６）式から（数１）〜（数４）式に対応する４式が選択される。【0102】
例えば、第１〜第８磁気検知部２１０ａ〜２４０ｂの感磁軸の向きが全て＋Ｘ軸方向である場合、第１磁気検知部２１０ａ、第３磁気検知部２３０ａ、第７磁気検知部２３０ｂ及び第８磁気検知部２４０ｂを、それぞれ第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０として選択する。この場合、磁気センサ１００に３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺがそれぞれ与えられた場合の第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値は、以下の通り算出される。【0103】
（数２７）Ｒ１＝−ａ・ＢＸ＋ｂ・ＢＹ−ｃ・ＢＺ＋Ｒ１ｉ
（数２８）
Ｒ２＝−ａ・ＢＸ＋ｂ・ＢＹ＋ｃ・ＢＺ＋Ｒ２ｉ
（数２９）
Ｒ３＝−ａ・ＢＸ−ｂ・ＢＹ−ｃ・ＢＺ＋Ｒ３ｉ
（数３０）
Ｒ４＝＋ａ・ＢＸ＋ｂ・ＢＹ−ｃ・ＢＺ＋Ｒ４ｉ
【0104】
ここで、本例の第１磁気検知部２１０ａ、第３磁気検知部２３０ａ、第７磁気検知部２３０ｂ及び第８磁気検知部２４０ｂは、それぞれ同一の材料及び形状で構成されるので、磁気センサ１００に外部磁場Ｂが印加されていない場合の抵抗値が等しく、Ｒ１ｉ＝Ｒ２ｉ＝Ｒ３ｉ＝Ｒ４ｉとなる。よって、
（数３０）−（数２７）式より、
（Ｒ４−Ｒ１）＝２ａＢＸ
（数２７）−（数２９）式より、
（Ｒ１−Ｒ３）＝２ｂＢＹ
（数２８）−（数２７）式より、
（Ｒ２−Ｒ１）＝２ｃＢＺ
となる。
【0105】
以上の通り、本実施形態に係る磁気センサ１００は、（数６）式が逆行列を有するように、第１〜第８磁気検知部２１０ａ〜２４０ｂの中から第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０が選択され、且つ、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の感磁軸の向きが決定される。これにより、本実施形態に係る磁気センサ１００は、３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺを検出できる。【0106】
実施形態１〜３に係る磁気センサ１００が３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺを検出するための条件の一例を以下に示す。第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値は、（数５）式によりそれぞれ表される。また、（数６）式が逆行列を有する場合、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０により、３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺを検出できる。即ち、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の配置及び感磁軸方向は、（数６）式が逆行列を有するように決定される。【0107】
なお、説明を簡略化するために、本例の第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、ΔＲ１Ｘ、ΔＲ２Ｘ、ΔＲ３Ｘ、ΔＲ４Ｘの各々の絶対値が互いに等しく、ΔＲ１Ｙ、ΔＲ２Ｙ、ΔＲ３Ｙ、ΔＲ４Ｙの各々の絶対値が互いに等しく、且つ、ΔＲ１Ｚ、ΔＲ２Ｚ、ΔＲ３Ｚ、ΔＲ４Ｚの各々の絶対値が互いに等しくなるような位置に配置される。即ち、本例の第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、以下の式を満たすように配置される。（数３１）
ａ＝｜δＲ１αＲ１｜＝｜δＲ２αＲ２｜＝｜δＲ３αＲ３｜＝｜δＲ４αＲ４｜
（数３２）
ｂ＝｜δＲ１βＲ１｜＝｜δＲ２βＲ２｜＝｜δＲ３βＲ３｜＝｜δＲ４βＲ４｜
（数３３）
ｃ＝｜δＲ１γＲ１｜＝｜δＲ２γＲ２｜＝｜δＲ３γＲ３｜＝｜δＲ４γＲ４｜
例えば、（数３１）〜（数３３）式を満たす場合とは、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０が、同一の素子で形成され、且つ、外部磁場Ｂの変換効率がそれぞれ等しくなるような位置に配置される場合である。
【0108】
（数３１）〜（数３３）式を満たす場合、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の抵抗値は、それぞれ以下のようになる。（数３４）
Ｒ１＝±ａ・ＢＸ±ｂ・ＢＹ±ｃ・ＢＺ＋Ｒ１ｉ
＝ΔＲ１Ｘ・ＢＸ＋ΔＲ１Ｙ・ＢＹ＋ΔＲ１Ｚ・ＢＺ＋Ｒ１ｉ
（数３５）
Ｒ２＝±ａ・ＢＸ±ｂ・ＢＹ±ｃ・ＢＺ＋Ｒ２ｉ
＝ΔＲ２Ｘ・ＢＸ＋ΔＲ２Ｙ・ＢＹ＋ΔＲ２Ｚ・ＢＺ＋Ｒ２ｉ
（数３６）
Ｒ３＝±ａ・ＢＸ±ｂ・ＢＹ±ｃ・ＢＺ＋Ｒ３ｉ
＝ΔＲ３Ｘ・ＢＸ＋ΔＲ３Ｙ・ＢＹ＋ΔＲ３Ｚ・ＢＺ＋Ｒ３ｉ
（数３７）
Ｒ４＝±ａ・ＢＸ±ｂ・ＢＹ±ｃ・ＢＺ＋Ｒ４ｉ
＝ΔＲ４Ｘ・ＢＸ＋ΔＲ４Ｙ・ＢＹ＋ΔＲ４Ｚ・ＢＺ＋Ｒ４ｉ
【0109】
（数３４）〜（数３７）式のそれぞれの第１項〜第３項の符号は、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の感磁軸方向に対する磁束の方向により決定される。即ち、第１項〜第３項の符号は、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の感磁軸方向と、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０を通過する磁束の向きとが等しい場合に正となる。また、第１項〜第３項の符号は、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の感磁軸方向と、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０を通過する磁束の向きとが１８０度異なる場合に負となる。【0110】
なお、実施形態１及び２において、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０を通過する磁束の向きは、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０と磁気収束部５００の配置を変えることにより調整できる。また、実施形態３において、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０を通過する磁束の向きは、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０と、磁気収束部１１０ａ、１１０ｂ及び磁気収束部１２０ａ、１２０ｂの配置を変えることにより調整できる。【0111】
例えば、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、ΔＲＡＸ、ΔＲＡＹ、ΔＲＡＺのうちの少なくとも２つ以上は０でない値であり、ΔＲＢＸ、ΔＲＢＹ、ΔＲＢＺのうちの少なくとも２つ以上は０でない値であり、ΔＲＣＸ、ΔＲＣＹ、ΔＲＣＺのうちの少なくとも２つ以上は０でない値であり、且つ、ΔＲＤＸ、ΔＲＤＹ、ΔＲＤＺのうちの少なくとも２つ以上は０でない値となるように配置される。即ち、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０は、それぞれ、３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺの少なく２つの磁場を検知するような位置に配置される。【0112】
例えば、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の感磁軸方向に対する磁束の方向は、外部磁場Ｂｘが第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０を通過する磁束の向きと、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の感磁軸の向きとが、全て同一又は全て反転したものではなく、外部磁場Ｂｙが、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０を通過する磁束の向きと、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の感磁軸の向きとが、全て同一又は全て反転したものではなく、且つ、外部磁場Ｂｚが、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０を通過する磁束の向きと、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の感磁軸の向きとが、全て同一又は全て反転したものではないように決定される。【0113】
例えば、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の感磁軸方向に対する磁束の方向は、（数３４）〜（数３７）式から３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺを検出できるように決定される。この場合、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の感磁軸方向に対する磁束の方向は、（数３４）〜（数３７）式のいずれか１式の第１項〜第３項の符号の組み合わせが、他の式の第１項〜第３項の符号の組み合わせと異なるように決定される。また、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の感磁軸方向に対する磁束の方向は、（数３４）〜（数３７）式のいずれか１式の第１項〜第３項の符号を正負反転した組み合わせが、他の式の第１項〜第３項の符号の組み合わせと異なるように決定される。【0114】
また、第１〜第４磁気検知部２１０〜２４０の感磁軸方向に対する磁束の方向は、ΔＲ１Ｘ、ΔＲ２Ｘ、ΔＲ３Ｘ、ΔＲ４Ｘのうち、少なくとも１つ係数は他の係数と符号が異なり、ΔＲ１Ｙ、ΔＲ２Ｙ、ΔＲ３Ｙ、ΔＲ４Ｙのうち、少なくとも１つ係数は他の係数と符号が異なり、且つ、ΔＲ１Ｚ、ΔＲ２Ｚ、ΔＲ３Ｚ、ΔＲ４Ｚのうち、少なくとも１つ係数は他の係数と符号が異なるように決定されてよい。【0115】
以上の通り、本実施形態に係る磁気センサ１００は、外部磁場ＢＸを検出するための磁気検知部と、外部磁場ＢＹを検出するための磁気検知部と、外部磁場ＢＺを検出するための磁気検知部が共通となっている。そのため、小型な構成で３軸方向の外部磁場ＢＸ〜ＢＺを検出できる。【0116】
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、請求の範囲の記載から明らかである。【0117】
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。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。【符号の説明】
【0118】
１ 反強磁性層、２ ピンド層、３ スペーサ層、４ フリー層、５ ＧＭＲ素子、１０、１０ａ、１０ｂ 磁気検知ユニット、２０ 基板、２２ 基板平面、３０ 絶縁層、３２ 第１平面、３４ 第２平面、１００ 磁気センサ、１１０ａ、１１０ｂ 磁気収束部、１１１ａ 第１磁気収束部材、１１２ａ 第２磁気収束部材、１１３ａ 第３磁気収束部材、１１４ａ 第４磁気収束部材、１１５ａ 第５磁気収束部材、１１１ｂ 第６磁気収束部材、１１２ｂ 第７磁気収束部材、１１３ｂ 第８磁気収束部材、１１４ｂ 第９磁気収束部材、１１５ｂ 第１０磁気収束部材、１２０ａ、１２０ｂ 磁気収束部、２００ 磁気検知部、２１０、２１０ａ 第１磁気検知部、２２０、２２０ａ 第２磁気検知部、２３０、２３０ａ 第３磁気検知部、２４０、２４０ａ 第４磁気検知部、２１０ｂ 第５磁気検知部、２２０ｂ 第６磁気検知部、２３０ｂ 第７磁気検知部、２４０ｂ 第８磁気検知部、３３０ 演算部、４００ 磁気収束部、４１１ 第１磁気収束部材、４１２ 第２磁気収束部材、４１３ 第３磁気収束部材、４１４ 第４磁気収束部材、５００ 磁気収束部