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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】
(24)【登録日】2024-05-01
(45)【発行日】2024-05-13
(54)【発明の名称】磁場角度センサにおける角度誤差の低減
(51)【国際特許分類】
G01D 5/245 20060101AFI20240502BHJP
【ＦＩ】
G01D5/245 110B
G01D5/245 N
【請求項の数】
30
(21)【出願番号】P 2022512746
(86)(22)【出願日】2020-08-19
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-11-04
(86)【国際出願番号】 US2020046883
(87)【国際公開番号】W WO2021041093
(87)【国際公開日】2021-03-04
【審査請求日】2023-02-13
(31)【優先権主張番号】16/553,641
(32)【優先日】2019-08-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】501105602
【氏名又は名称】アレグロ・マイクロシステムズ・エルエルシー
(73)【特許権者】
【識別番号】591150395
【氏名又は名称】コミサリア タ レネルジー アトミック エ オー エネルジー アルテルナティーヴ
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【氏名又は名称】鳥居 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100201743
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 和真
(72)【発明者】
【氏名】ラサル－バリア，レミ
(72)【発明者】
【氏名】フェルモン，クロード
(72)【発明者】
【氏名】デウ，ダミアン
(72)【発明者】
【氏名】アクマルディノフ，カミル
【審査官】吉田 久
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１１／１３６０５４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－２２０５０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１６６７４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５０３８０３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｄ ５／２４５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の軸に沿った磁場を示す正弦波信号を生成するように構成された正弦ブリッジと、前記第１の軸に対して直交する第２の軸に沿った磁場を示す余弦波信号を生成するように構成された余弦ブリッジと
を備えるブリッジ構造を備える磁場角度センサであって、
前記正弦ブリッジ又は前記余弦ブリッジの一方は、
少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセットと、
少なくとも１つの磁気抵抗素子の第２のセットと、
少なくとも１つの磁気抵抗素子の第３のセットと、
少なくとも１つの磁気抵抗素子の第４のセットとを含み、
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第１のセットの平均基準方向は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第３のセットの平均基準方向に等しく、
少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第２のセットの平均基準方向は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第４のセットの平均方向角度に等しく、
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第１のセットの前記平均基準方向は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第２のセットの前記平均基準方向と正反対である、磁場角度センサ。
【請求項2】
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第１のセットは、直列に配置された少なくとも２つの磁気抵抗素子を含む、請求項１に記載の磁場角度センサ。
【請求項3】
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第１のセットは、並列に配置された少なくとも２つの磁気抵抗素子を含む、請求項１に記載の磁場角度センサ。
【請求項4】
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第１のセットは、直列に配置された２つ以上の磁気抵抗素子と、前記２つ以上の磁気抵抗素子と並列に配置された少なくとも１つの磁気抵抗素子とを含む、請求項１に記載の磁場角度センサ。
【請求項5】
少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第２のセットは、少なくとも２つの磁気抵抗素子を含む、請求項１に記載の磁場角度センサ。
【請求項6】
少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第２のセットは、直列に配置された少なくとも２つの磁気抵抗素子を含む、請求項５に記載の磁場角度センサ。
【請求項7】
少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第２のセットは、並列に配置された少なくとも２つの磁気抵抗素子を含む、請求項５に記載の磁場角度センサ。
【請求項8】
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第２のセットは、直列に配置された少なくとも１つの磁気抵抗素子と、前記少なくとも１つの磁気抵抗素子と並列に配置された２つ以上の磁気抵抗素子とを含む、請求項５に記載の磁場角度センサ。
【請求項9】
少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第３のセットは、少なくとも２つの磁気抵抗素子を含む、請求項５に記載の磁場角度センサ。
【請求項10】
少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第３のセットは、直列に配置された少なくとも２つの磁気抵抗素子を含む、請求項９に記載の磁場角度センサ。
【請求項11】
少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第３のセットは、並列に配置された少なくとも２つの磁気抵抗素子を含む、請求項９に記載の磁場角度センサ。
【請求項12】
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第３のセットは、直列に配置された少なくとも３つの磁気抵抗素子と、前記少なくとも３つの磁気抵抗素子と並列に配置された２つ以上の磁気抵抗素子とを含む、請求項９に記載の磁場角度センサ。
【請求項13】
少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第４のセットは、少なくとも２つの磁気抵抗素子を含む、請求項９に記載の磁場角度センサ。
【請求項14】
少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第４のセットは、直列に配置された少なくとも２つの磁気抵抗素子を含む、請求項１３に記載の磁場角度センサ。
【請求項15】
少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第４のセットは、並列に配置された少なくとも２つの磁気抵抗素子を含む、請求項１３に記載の磁場角度センサ。
【請求項16】
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第１のセットの抵抗は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第３のセットの抵抗に等しい、請求項１に記載の磁場角度センサ。
【請求項17】
少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第２のセットの抵抗は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第４のセットの抵抗に等しい、請求項１６に記載の磁場角度センサ。
【請求項18】
第１の軸に沿った磁場を示す正弦波信号を生成するように構成された正弦ブリッジと、
前記第１の軸に対して直交する第２の軸に沿った磁場を示す余弦波信号を生成するように構成された余弦ブリッジと
を備えるブリッジ構造を備える磁場角度センサであって、
前記正弦ブリッジ又は前記余弦ブリッジの一方は、
少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセットと、
少なくとも１つの磁気抵抗素子の第２のセットと、
少なくとも１つの磁気抵抗素子の第３のセットと、
少なくとも１つの磁気抵抗素子の第４のセットとを含み、
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第１のセットの平均基準方向は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第３のセットの平均基準方向に等しく、
少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第２のセットの平均基準方向は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第４のセットの平均方向角度に等しく、
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第１のセットは、
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第１のセットの平均基準角度から角度φＣに位置する基準角度を有する第１の磁気抵抗素子と、
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第１のセットの平均基準角度から角度－φＣに位置する基準角度を有する第２の磁気抵抗素子と
を含む、磁場角度センサ。
【請求項19】
前記角度φＣは２０度と４０度との間である、請求項１８に記載の磁場角度センサ。
【請求項20】
前記角度φＣは２５度と３７度との間である、請求項１９に記載の磁場角度センサ。
【請求項21】
前記角度φＣは２２．５度である、請求項１９に記載の磁場角度センサ。
【請求項22】
前記角度φＣは、磁気抵抗素子の少なくとも１つの高調波誤差と関連している、請求項１８に記載の磁場角度センサ。
【請求項23】
前記角度φＣは、磁気抵抗素子の第４次高調波誤差と関連している、請求項２２に記載の磁場角度センサ。
【請求項24】
第１の軸に沿った磁場を示す正弦波信号を生成するように構成された正弦ブリッジと、
前記第１の軸に対して直交する第２の軸に沿った磁場を示す余弦波信号を生成するように構成された余弦ブリッジと
を備えるブリッジ構造を備える磁場角度センサであって、
前記正弦ブリッジ又は前記余弦ブリッジの一方は、
少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセットと、
少なくとも１つの磁気抵抗素子の第２のセットと、
少なくとも１つの磁気抵抗素子の第３のセットと、
少なくとも１つの磁気抵抗素子の第４のセットとを含み、
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第１のセットの平均基準方向は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第３のセットの平均基準方向に等しく、
少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第２のセットの平均基準方向は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第４のセットの平均方向角度に等しく、
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第１のセットは、
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第１のセットの平均基準角度から調節角度φａｄｊである基準角度を有する第１の磁気抵抗素子と、
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第１のセットの平均基準角度から－φａｄｊである基準角度を有する第２の磁気抵抗素子と、
感度方向に基準方向を有する第３の磁気抵抗素子とを含み、
前記感度方向は前記第１、第２、及び第３の磁気抵抗素子の平均基準方向である、
磁場角度センサ。
【請求項25】
前記正弦ブリッジ又は前記余弦ブリッジの他方は、少なくとも２つの磁気抵抗素子の第５のセットと、
少なくとも１つの磁気抵抗素子の第６のセットと、
少なくとも１つの磁気抵抗素子の第７のセットと、
少なくとも１つの磁気抵抗素子の第８のセットとを含み、
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第５のセットの平均基準方向は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第７のセットの平均基準方向に等しく、
少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第６のセットの平均基準方向は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第８のセットの平均方向角度に等しい、
請求項１、１８及び２４のうちのいずれか１項に記載の磁場角度センサ。
【請求項26】
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第５のセット、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第６のセット、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第７のセット、及び少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第８のセットは、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、又は磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子のうちの１つ以上を含む、請求項２５に記載の磁場角度センサ。
【請求項27】
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第５のセット、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第６のセット、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第７のセット、及び少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第８のセットのそれぞれは、基準層及びフリー層を含む、請求項２５に記載の磁場角度センサ。
【請求項28】
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第１のセット、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第２のセット、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第３のセット、及び少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第４のセットは、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、又は磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子のうちの１つ以上を含む、請求項１、１８及び２４のうちのいずれか１項に記載の磁場角度センサ。
【請求項29】
少なくとも２つの磁気抵抗素子の前記第１のセット、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第２のセット、少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第３のセット、及び少なくとも１つの磁気抵抗素子の前記第４のセットのそれぞれは、基準層及びフリー層を含む、請求項１、１８及び２４のうちのいずれか１項に記載の磁場角度センサ。
【請求項30】
前記磁場角度センサは、電圧ブリッジ、電流ブリッジ、又は導電ブリッジのうちの１つ以上を含む、請求項１、１８及び２４のうちのいずれか１項に記載の磁場角度センサ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
磁場センサが様々な適用例において使用され、それらは、限定はしないが、磁場の方向の角度を検知する角度センサ、電流搬送導体によって搬送される電流によって生成される磁場を検知する電流センサ、強磁性体の近接を検知する磁気スイッチ、通過しつつある強磁性物品、例えば、リング磁石又は強磁性目標物（例えば、歯車の歯）の磁区を検知する回転検出器であって、逆バイアス磁石又は他の磁石と組み合わせて磁場センサが使用される、回転検出器、及び磁場の磁場密度を検知する磁場センサを含む。
【0002】
種々のパラメータが磁場センサ及び磁場検知素子の性能を特徴付ける。磁場検知素子に関して、パラメータは、磁場に応答しての磁場検知素子の出力信号の変化である感度、及び磁場センサの出力信号が磁場に対して線形に（すなわち、正比例して）変化する度合いである線形性を含む。
【0003】
いくつかの磁場センサは、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子及びトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子のような、磁気抵抗（ＭＲ：ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子を含む。一般に、ＧＭＲ及びＴＭＲ素子は、例えば、ホール効果素子に比べて相対的に高い感度を有する。ＧＭＲ及びＴＭＲ素子は、適度に良好な線形性を有するが、線形性を有する磁場の範囲が限られる。しかしながら、磁場のその限られた範囲においても、ＧＭＲ及びＴＭＲ素子の線形性は、高温などに起因して、不規則性に悩まされる可能性がある。
【0004】
さらに、ＧＭＲ及びＴＭＲ素子を使用する角度センサは、スピンフロップ（すなわち、高磁場又は異方性磁場（例えば、磁気結晶異方性又は形状異方性）における基準方向の変化）のような現象に起因して角度誤差を受ける可能性がある。例えば、ＧＭＲ素子を用いて得られた角度は、数度までの誤差を受ける可能性がある。
【発明の概要】
【0005】
一態様において、磁場角度センサは、第１の軸に沿った磁場を示す正弦波信号を生成するように構成された正弦ブリッジと、第１の軸に対して直交する第２の軸に沿った磁場を示す余弦波信号を生成するように構成された余弦ブリッジとを含むブリッジ構造を備える。正弦ブリッジ又は余弦ブリッジの一方は、少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセットと、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第２のセットと、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第３のセットと、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第４のセットとを含む。少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセットの平均基準方向は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第３のセットの平均基準方向に等しい。少なくとも１つの磁気抵抗素子の第２のセットの平均基準方向は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第４のセットの平均方向角度に等しい。
【0006】
上記態様は、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセットは、直列に配置された少なくとも２つの磁気抵抗素子を含むことができる。少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセットは、並列に配置された少なくとも２つの磁気抵抗素子を含むことができる。少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセットは、直列に配置された２つ以上の磁気抵抗素子と、２つ以上の磁気抵抗素子と並列に配置された少なくとも１つの磁気抵抗素子とを含むことができる。少なくとも１つの磁気抵抗素子の第２のセットは、少なくとも２つの磁気抵抗素子を含むことができる。少なくとも１つの磁気抵抗素子の第２のセットは、直列に配置された少なくとも２つの磁気抵抗素子を含むことができる。少なくとも１つの磁気抵抗素子の第２のセットは、並列に配置された少なくとも２つの磁気抵抗素子を含むことができる。少なくとも２つの磁気抵抗素子の第２のセットは、直列に配置された少なくとも１つの磁気抵抗素子と、少なくとも１つの磁気抵抗素子と並列に配置された２つ以上の磁気抵抗素子とを含むことができる。少なくとも１つの磁気抵抗素子の第３のセットは、少なくとも２つの磁気抵抗素子を含むことができる。少なくとも１つの磁気抵抗素子の第３のセットは、直列に配置された少なくとも２つの磁気抵抗素子を含むことができる。少なくとも１つの磁気抵抗素子の第３のセットは、並列に配置された少なくとも２つの磁気抵抗素子を含むことができる。少なくとも２つの磁気抵抗素子の第３のセットは、直列に配置された少なくとも３つの磁気抵抗素子と、少なくとも３つの磁気抵抗素子と並列に配置された２つ以上の磁気抵抗素子とを含むことができる。少なくとも１つの磁気抵抗素子の第４のセットは、少なくとも２つの磁気抵抗素子を含むことができる。少なくとも１つの磁気抵抗素子の第４のセットは、直列に配置された少なくとも２つの磁気抵抗素子を含むことができる。少なくとも１つの磁気抵抗素子の第４のセットは、並列に配置された少なくとも２つの磁気抵抗素子を含むことができる。少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセットの抵抗は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第３のセットの抵抗に等しくてもよい。少なくとも１つの磁気抵抗素子の第２のセットの抵抗は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第４のセットの抵抗に等しくてもよい。少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセットの平均基準方向は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第２のセットの平均基準方向と正反対でもよい。少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセットは、少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセットの平均基準角度から角度φＣに位置する基準角度を有する第１の磁気抵抗素子と、少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセットの平均基準角度から角度－φＣに位置する基準角度を有する第２の磁気抵抗素子とを含むことができる。角度φＣは２０度と４０度との間でもよい。角度φＣは２５度と３７度との間でもよい。角度φＣは２２．５度でもよい。角度φＣは、磁気抵抗素子の少なくとも１つの高調波誤差と関連してもよい。角度φＣは、磁気抵抗素子の第４次高調波誤差と関連してもよい。少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセットは、少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセットの平均基準角度から調節角度φａｄｊに位置する基準角度を有する第１の磁気抵抗素子と、少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセットの平均基準角度から－φａｄｊに位置する基準角度を有する第２の磁気抵抗素子と、感度方向に基準方向を有する第３の磁気抵抗素子とを含むことができ、感度方向は第１、第２、及び第３の磁気抵抗素子の平均基準方向である。正弦ブリッジ又は余弦ブリッジの他方は、少なくとも２つの磁気抵抗素子の第５のセットと、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第６のセットと、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第７のセットと、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第８のセットとを含むことができる。少なくとも２つの磁気抵抗素子の第５のセットの平均基準方向は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第７のセットの平均基準方向に等しくてもよく、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第６のセットの平均基準方向は、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第８のセットの平均方向角度に等しくてもよい。少なくとも２つの磁気抵抗素子の第５のセット、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第６のセット、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第７のセット、及び少なくとも１つの磁気抵抗素子の第８のセットは、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、又は磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子のうちの１つ以上を含むことができる。少なくとも２つの磁気抵抗素子の第５のセット、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第６のセット、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第７のセット、及び少なくとも１つの磁気抵抗素子の第８のセットのそれぞれは、基準層及びフリー層を含むことができる。少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセット、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第２のセット、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第３のセット、及び少なくとも１つの磁気抵抗素子の第４のセットは、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、又は磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子のうちの１つ以上を含むことができる。少なくとも２つの磁気抵抗素子の第１のセット、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第２のセット、少なくとも１つの磁気抵抗素子の第３のセット、及び少なくとも１つの磁気抵抗素子の第４のセットのそれぞれは、基準層及びフリー層を含むことができる。磁場角度センサは、電圧ブリッジ、電流ブリッジ、又は導電ブリッジのうちの１つ以上を含むことができる。
【0007】
これまでの特徴は、図面に関する以下の説明から更に十分に理解することができる。本開示の技術の説明及び理解の際に、図面は助けとなる。可能な全実施形態を図示及び記述することは非現実的又は不可能な場合が多いため、提供された図は１つ以上の例示的な実施形態を示す。したがって、図は、本明細書に記載される広い概念、システム及び技法の範囲を限定することを意図されない。図面において、同じ番号は同じ要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】各ブリッジ構造が正弦ブリッジ及び余弦ブリッジを有する、角度センサの２つのブリッジ構造の図である。
【図1B】単一のピン止め構成を有するＧＭＲ素子の層を示す図である。
【図2】各ブリッジ構造が正弦ブリッジ及び余弦ブリッジを有する、４つのブリッジ構造を有する角度センサの図である。
【図2A】共通のブリッジ構造の軸間の異なる角度の図である。
【図2B】異なるブリッジ構造の軸間の異なる傾斜角の図である。
【図3】異なる数のブリッジ構造を有する角度センサに関するピンニング強度の関数としての角度誤差を示すプロット図である。
【図4】２つのブリッジ構造を有する角度センサを示すブロック図である。
【図5】４つのブリッジ構造を有する角度センサを示すブロック図である。
【図6】磁場の方向を検出するための方法のフロー図である。
【図6A】磁場の方向を検出するための方法のフロー図である。
【図7】余弦ブリッジ及び正弦ブリッジを有する、角度センサで使用されるブリッジ構造の例の図である。
【図8】磁気抵抗（ＭＲ）素子の角度に対する角度誤差のグラフである。
【図9】２つのＭＲ素子によって置き換えられているＭＲ素子の図である。
【図12A】ブリッジ構成の磁場振幅に対する角度誤差のグラフである。
【図12B】ブリッジ構成の磁場振幅に対する角度誤差のグラフである。
【図12C】ブリッジ構成の磁場振幅に対する角度誤差のグラフである。
【図13A】導電ブリッジ構成の例の図である。
【図15】角度誤差を低減するために、ブリッジにおけるＭＲ素子を置き換えるプロセスの例のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
角度誤差を低減するために、磁場角度センサのブリッジにおける磁気抵抗（ＭＲ）素子を置き換える技法が本明細書において説明される。
【0010】
知られているように、異なるタイプの磁気抵抗素子、例えば、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子、及び磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子とも呼ばれるトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子がある。
【0011】
これらの磁気抵抗素子のうち、ＧＭＲ及びＴＭＲ素子は、スピン電子工学（すなわち、電子スピン）によって動作し、その抵抗は、非磁性層によって分離される異なる磁性層の磁場配向に関連する。スピン値構成において、抵抗は、別の層、いわゆる、「基準層」に対する、いわゆる、「フリー層」内の磁化の角度方向に関連する。フリー層及び基準層は後に更に十分に説明される。
【0012】
磁気抵抗素子は単一の素子とすることができるか、又は代替的には、種々の構成に配置される２つ以上の磁気抵抗素子、例えば、ハーフブリッジ又はフル（ホイートストン）ブリッジを含むことができる。
【0013】
本明細書において使用されるときに、「磁場角度センサ」という用語は、一般に他の回路と組み合わせて、磁場検知素子を使用する回路を記述するために使用される。通常の磁場センサでは、磁場検知素子及び他の回路は共通の基板上に集積することができる。
【0014】
ここで図１を参照すると、第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２を有する角度センサ１００が示される。第１のブリッジ構造１０２は第１の正弦ブリッジ１０４及び第１の余弦ブリッジ１０６を含み、第２のブリッジ構造１１２は第２の正弦ブリッジ１１４及び第２の余弦ブリッジ１１６を含む。角度センサ１００は、第１の正弦ブリッジ１０４、第１の余弦ブリッジ１０６、第２の正弦ブリッジ１１４及び第２の余弦ブリッジ１１６のそれぞれから生成される信号に部分的に基づいて、磁場の方向を検出するように構成することができる。
【0015】
例えば、第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２は、グラジオメータとして形成することができ、磁場の異なる特性を検出するように構成することができる。第１のブリッジ構造１０２の第１の正弦ブリッジ１０４及び第２のブリッジ構造１１２の第２の正弦ブリッジ１１４は、磁場の正弦を測定することができる。第１のブリッジ構造１０２の第１の余弦ブリッジ１０６及び第２のブリッジ構造１１２の第２の余弦ブリッジ１１６は磁場の余弦を測定することができる。したがって、第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２はそれぞれ、磁場の正弦特性及び余弦特性を測定することができる。
【0016】
より詳細には、第１の正弦ブリッジ１０４、第１の余弦ブリッジ１０６、第２の正弦ブリッジ１１４及び第２の余弦ブリッジ１１６はそれぞれ、それぞれの軸に沿った磁場の投影及び／又は特性を測定することができる。例えば、図１に示されるように、第１の正弦ブリッジ１０４は第１の軸１４２に沿って配置され、第１の余弦ブリッジ１０６は第２の軸１４４に沿って配置される。一実施形態において、第１の軸１４２と第２の軸１４４との間の角度は約９０度とすることができる。また、図１に示されるように、第２の正弦ブリッジ１１４は第３の軸１４６に沿って配置され、第２の余弦ブリッジ１１６は第４の軸１４８に沿って配置される。一実施形態において、第３の軸１４６と第４の軸１４８との間の角度１４７は約９０度とすることができる。
【0017】
第２のブリッジ構造１１２の第３の軸１４６及び第４の軸１４８は、第１のブリッジ構造１０２の第１の軸１４２及び第２の軸１４４に対して、ある角度（すなわち、傾斜角）だけ傾けることができ、その角度は９０度の約数である。例えば、第１の軸１４２と第３の軸１４６との間の傾斜角１４５は約４５度とすることができ、第２の軸１４４と第４の軸１４８との間の傾斜角１４９は約４５度とすることができる。異なるブリッジ構造の軸間の傾斜角１４５、１４９は、特定の角度センサのブリッジ構造の数に少なくとも部分的に基づいて異なることができることは理解されたい。例えば、いくつかの実施形態において、異なるブリッジ構造の軸間の傾斜角は、約－９０度～約９０度の任意の角度を含むことができる。
【0018】
第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２はそれぞれ複数の磁気抵抗素子を含む。例えば、図１に示されるように、第１の正弦ブリッジ１０４は複数の磁気抵抗素子１２４ａ～１２４ｄを含み、第１の余弦ブリッジ１０６は複数の磁気抵抗素子１２６ａ～１２６ｄを含み、第２の正弦ブリッジ１１４は複数の磁気抵抗素子１３４ａ～１３４ｄを含み、第２の余弦ブリッジ１１６は複数の磁気抵抗素子１３６ａ～１３６ｄを含む。図１は、各ブリッジ構造が４つの磁気抵抗素子を有することを示すが、本明細書において説明されるブリッジ構造は、角度センサ１００の特定の適用例に少なくとも部分的に基づいて、それより多くの、又は少ない磁気抵抗素子を含む場合があることは理解されたい。
【0019】
第１の正弦ブリッジ１０４、第１の余弦ブリッジ１０６、第２の正弦ブリッジ１１４及び第２の余弦ブリッジ１１６はそれぞれ、電圧源端子（例えば、Ｖｃｃ）１６２に結合される第１の端子と、接地端子１６０に結合される第２の端子とを有することができる。他の実施形態では、第１の正弦ブリッジ１０４、第１の余弦ブリッジ１０６、第２の正弦ブリッジ１１４及び第２の余弦ブリッジ１１６はそれぞれ、電流源端子（例えば、Ｉｃｃ）に結合される第１の端子と、接地端子１６０に結合される第２の端子とを有することができる。
【0020】
ここで、図１Ａを参照すると、角度センサ１００が、基板１７０の第１の表面１７２上に配置される第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２を含む。角度センサ１００は、磁石１５０が軸１５２の周りを回転するのに応じて、磁石１５０によって生成される磁場１５４の方向を検出するように構成することができる。磁石１５０はＮ極１５６及びＳ極１５８を含むことができ、磁場１５４（例えば、磁場の磁束線）がＮ極１５６とＳ極１５８との間に延在することができる。
【0021】
角度センサ１００は、複数の異なる軸１４２、１４４、１４６、１４８のそれぞれに沿った磁場１５４の投影を測定することができる。例えば、第１の正弦ブリッジ１０４は第１の軸１４２に沿った磁場１５４の成分を測定し、第１の軸１４２に沿った磁場１５４を示す第１の正弦波信号を生成することができる。第１の余弦ブリッジ１０６は第２の軸１４４に沿った磁場１５４の成分を測定し、第２の軸１４４に沿った磁場１５４を示す第１の余弦波信号を生成することができる。第２の正弦ブリッジ１１４は第３の軸１４６に沿った磁場１５４の成分を測定し、第３の軸１４６に沿った磁場１５４を示す第２の正弦波信号を生成することができる。第２の余弦ブリッジ１１６は第４の軸１４８に沿った磁場１５４の成分を測定し、第４の軸１４８に沿った磁場１５４を示す第２の余弦波信号を生成することができる。図４及び図５に関して後に更に詳細に説明されるように、第１の正弦ブリッジ１０４、第１の余弦ブリッジ１０６、第２の正弦ブリッジ１１４及び第２の余弦ブリッジ１１６の出力は、磁場１５４の方向を特定するために、平均することができるか、又は別の方法で比較することができる。
【0022】
正弦ブリッジ１０４、第１の余弦ブリッジ１０６、第２の正弦ブリッジ１１４及び第２の余弦ブリッジ１１６がそれぞれ異なる軸１４２、１４４、１４６、１４８に対して位置決めされるので、第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２はそれぞれ少なくとも２つの軸に沿った磁場１５４の成分を測定することができる。角度センサ１００によって生成される出力信号の角度誤差パーセンテージをブリッジ構成要素の数に対応する約数だけ低減できるように、第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２は、異なる角度における磁場１５４の成分を測定することができる。
【0023】
例えば、第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２によって生成される信号の角度誤差は周期的である可能性がある。しかしながら、図１及び図１Ａに示されるように、各ブリッジ構造からの信号に関連付けられるそれぞれの角度誤差が互いに正反対であるような傾斜角で、第２のブリッジ構造１１２の軸を第１のブリッジ構造１０２の軸に対して傾けることができる。第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２の出力を平均することができるか、又は２つの出力間の平均値を求めることができ、角度センサ１００内のブリッジ構造の数、ここでは２つに部分的に基づいて低減された誤差角度を有する。一実施形態において、第１の軸１４２と第３の軸１４６との間の傾斜角１４５及び第２の軸１４４と第４の軸１４８との間の傾斜角１４９は、角度センサ１００の角度誤差を低減するように選択することができる。
【0024】
ここで図１Ｂを参照すると、磁場検知素子１７５（例えば、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子）が、基板上の上方にわたって配置される複数の層を含む。磁場検知素子１７５は、図１及び図１Ａに関して上記で説明される磁気抵抗素子、及び図２に関して後に説明される磁気抵抗素子と同じ、又は概ね類似とすることができる。
【0025】
基板の上面が図１Ｂの底部にある下端の線として示される。一実施形態において、磁場検知素子１７５を含む角度センサの角度誤差を低減するように、磁場検知素子１７５の基準層のピンニング強度又はピンニングファクタを変更することができる。例えば、特定のブリッジ構造の１つ以上の磁気抵抗素子の層のピンニングファクタが高くなるのに応じて、ブリッジ構造の角度誤差が減少する。
【0026】
いくつかの実施形態において、本明細書において説明される各ブリッジ構造は、複数の磁気抵抗素子を含むことができる。各磁気抵抗素子は基準層及びフリー層を含むことができる。基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は約１ｋＯｅから約３ｋＯｅに及ぶことができる。いくつかの実施形態において、基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は、約１．２ｋＯｅから約２．５ｋＯｅに及ぶことができる。しかしながら、基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は、角度センサの適用例に少なくとも部分的に基づいて異なることができることは理解されたい。例えば、いくつかの実施形態において、基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は、１ｋＯｅより小さく、又は３ｋＯｅより大きくすることができる。
【0027】
一実施形態において、基準層は、限定はしないが、強磁性層１８０ｃのような強磁性層を指すことができる。スペーサ層は磁場検知素子１７５の感度特性（例えば、感度軸）を変更することができるので、基準層は、ピン止め層１８０のうちの、このスペーサ層（ここでは、スペーサ（ＣＵ）層１８２）と接合している層を指すことができる。フリー層及び基準層は後に更に十分に説明される。
【0028】
図１Ｂの左側において、各層が機能名によって特定される。図１Ｂの右側には、機能層を形成することができるサブ層の磁気特性が示される。一般に、磁性材料は、様々な磁気特性を有することができ、限定はしないが、強磁性、反強磁性及び非磁性を含む、種々の用語によって分類することができる。様々なタイプの磁性材料の説明は、本明細書では詳述されない。
【0029】
図示されるように、磁場検知素子１７５は、基板の上方にわたって配置されるシード層１７６と、シード層１７６の上方にわたって配置される反強磁性ピンニング層１７８と、反強磁性ピンニング層１７６の上方にわたって配置されるピン止め層１８０とを含むことができる。ピン止め層１８０は、第１の強磁性ピン止め層１８０ａと、第２の強磁性ピン止め層１８０ｃと、その間に配置されるスペーサ層１８０ｂとから構成することができる。
【0030】
また、磁場検知素子１７５は、第２の強磁性ピン止め層１８０ｃの上方にわたって配置されるスペーサ層１８２と、スペーサ層１８２の上方にわたって配置されるフリー層１８４とを含むことができる。スペーサ層１８０ｂは非磁性金属層である。スペーサ１８２も非磁性層であり、ＧＭＲの場合には金属、ＴＭＲの場合には絶縁体とすることができる。フリー層１８４は、第１の強磁性フリー層１８４ａ及び第２の強磁性フリー層１８４ｂから構成することができる。
【0031】
磁場検知素子１７５を保護するために、フリー層１８４の上方にわたってキャップ層１８６を配置することができる。
【0032】
磁場検知素子１７５の層の厚さの例がナノメートル単位で示される。従来の先行技術のＧＭＲ素子の層の材料の例が原子記号によって示される。
【0033】
いくつかの層内に矢印が示されており、矢印は、磁場検知素子１７５が外部磁場を受けないときの層の磁場の方向を示すか、又は磁場の方向である。紙面から出る矢印が円内の丸印として示され、紙面に入る矢印が円内のバツ印として示される。
【0034】
下から上向きに層を考えるとき、シード層１７６は、基板上に規則的な結晶構造を設けるために使用され、その結晶構造が、上方の層の結晶特性に影響を及ぼす。
【0035】
反強磁性ピンニング層１７８に関して、反強磁性ピンニング層１７８内のサブ層（すなわち、層部分）は、右矢印及び左矢印によって示される交互の異なる方向を指し示す磁場を有する傾向があり、結果として、反強磁性ピンニング層は０の正味の磁場を有する。反強磁性ピンニング層１７８の上面は、１つの方向を指し示す磁気モーメントを有する傾向があり、ここでは左を指し示す。
【0036】
一実施形態において、強磁性ピン止め層１８０ｃのピンニングファクタを高めることによって、角度センサの角度誤差パーセンテージを低減することができる。例えば、磁場検知素子１７５の層のピンニングファクタを変更するために、形状、厚さ又は他の形の寸法を変更して、磁場検知素子１７５の層のピンニングファクタを高めることができる。
【0037】
ピンニングファクタは、少なくとも２つの異なる技法によって変更（又は生成）することができる。後に更に詳細に説明されるように、いくつかの実施形態において、合成反強磁性体（ＳＡＦ：ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔ）を用いてピンニングファクタを変更（又は生成）することができる。
【0038】
他の実施形態では、第１の強磁性ピン止め層１８０ａと反強磁性ピンニング層１７８との間のピンニングを変更することによって、ピンニングファクタを変更（又は生成）することができる。例えば、ピンニングファクタを高めるために、スペーサ１８０ｂを薄くすることによって、又はスペーサ１８０ｂの材料を変更すること（例えば、Ｒｕの代わりにＲｈ）によって、第１の強磁性ピン止め層１８０ａと第２の強磁性ピン止め層１８０ｃとの間の結合を強めることができる。いくつかの実施形態において、更なる結合がスペーサ１８０ｂを通しての結合を相殺できるように、磁場検知素子１７５が配置される基板の表面を平滑にすることができるか、又は基板の表面粗さを低減することができる。第１の強磁性ピン止め層１８０ａによって放出される磁場（例えば、磁場の磁束線）を第２の強磁性ピン止め層１８０ｃによって補償できるように、第１の強磁性ピン止め層１８０ａ及び第２の強磁性ピン止め層１８０ｃの厚さ及び磁化のバランスをとり、ＳＡＦのバランスを保つことができる。いくつかの実施形態において、反強磁性ピンニング層１７８を厚くして、反強磁性ピンニング層１７８の異方性を強めることができる。
【0039】
ピン止め層１８０に関して、第１の強磁性ピン止め層１８０ａは反強磁性ピンニング層１７８の上面に結合する傾向があり、それゆえ、第１の強磁性ピン止め層１８０ａ内の磁場は、反強磁性ピンニング層１７８の上面における磁気モーメントに平行に揃うことができ、ここでは左を指し示す。
【0040】
第１の強磁性ピン止め層１８０ａと第２の強磁性ピン止め層１８０ｃとの間のスペーサ層１８０ｂの存在に起因して、第２の強磁性ピン止め層１８０ｃは、第１の強磁性ピン止め層１８０ａと反強磁性的に結合する傾向があり、それゆえ、他の方向を指し示す磁場を有し、ここでは右を指し示すように示される。３つの層１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃの組合せは、合成反強磁性構造又は層と呼ぶことができる。
【0041】
第１のフリー層１８４ａ及び第２のフリー層１８４ｂは、外部磁場が存在しない場合に、紙面から出るように指し示すそれぞれの磁場を有する。この指し示す方向は、紙面から出るように指し示す方向に沿って特定の異方性を生み出すことによって達成することができる。その異方性は、それぞれの磁場検知素子（例えば、ＧＭＲ素子）の形状によって生み出すことができる。例えば、異方性は、ヨーク形状を有するように磁場検知素子１７５をパターニングすることによって（平面図）、又は結晶若しくは磁気異方性によって生み出すことができる。ヨーク形状を作り出すことによって、フリー層１８４は優先軸（ヨーク軸）を有する。ヨーク軸が基準磁化に対して垂直である場合には、交差異方性（ｃｒｏｓｓｅｄ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を達成することができ、それにより、フリー層異方性の秩序場拡張（ｆｉｅｌｄ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｄｅｒ）に対して線形応答が得られるようにする。
【0042】
動作時に、磁場検知素子１７５が矢印１８８の方向を指し示す外部磁場に晒されるとき、強磁性フリー層１８４ａ、１８４ｂ内の磁場は、第２の強磁性ピン止め層１８０ｃ内の磁場が指し示す方向に更に整列する（又は完全に整列する、すなわち、右を指し示す）ように、右に回転する傾向がある。一実施形態において、スペーサ層１８０ｂを通しての第１の強磁性ピン止め層１８０ａと第２の強磁性ピン止め層１８０ｃとの間の結合は、Ｒｕｄｅｒｍａｎ－Ｋｉｔｔｅｌ－Ｋａｓｕｙａ－Ｙｏｓｉｄａ（ＲＫＫＹ）結合と呼ぶことができる。ピン止め層１８０ａ、１８０ｃは、外部磁場に反応しない単一のユニットとしての役割を果たすことができる。したがって、ピンニング層１７８は、ピン止め層１８０ａ、１８０ｃの感度の方向及び軸を固定するように構成することができる。例えば、ピン止め層１８０内の磁化は、反強磁性ピンニング層によってピン止めされ、回転しない。強磁性フリー層１８４ａ、１８４ｂ内の磁場の回転量は、外部磁場の大きさによって決まる。強磁性フリー層１８４ａ、１８４ｂ内の磁場と、第２の強磁性ピン止め層１８０ｃ内の磁場の方向とが整列するほど、磁場検知素子１７５の抵抗が下がる傾向がある。
【0043】
逆に、ＧＭＲ素子が矢印１８８の正反対の方向を指す磁場に晒されるとき、フリー層１８４内の磁場は、第２の強磁性ピン止め層１８０ｃ内の磁場が指し示す方向と更に非整列になる（又は完全に非整列になる、すなわち、左を指し示す）ように、左に回転する傾向がある。回転量は、外部磁場の大きさによって決まる。強磁性フリー層１８４ａ、１８４ｂ内の磁場と、第２の強磁性ピン止め層１８０ｃ内の磁場の方向とが非整列になるほど、磁場検知素子１７５の抵抗が上がる傾向がある。
【0044】
ここで図２及び図２Ｂを参照すると、角度センサ２００が第１のブリッジ構造２０２、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２を含む。角度センサ２００は角度センサ１００に類似とすることができるが、角度センサ２００は４つのブリッジ構造を有する。
【0045】
第１のブリッジ構造２０２は第１の正弦ブリッジ２０４及び第１の余弦ブリッジ２０６を含み、第２のブリッジ構造２１２は、第２の正弦ブリッジ２１４及び第２の余弦ブリッジ２１６を含む。第３のブリッジ構造２２２は第３の正弦ブリッジ２２４及び第３の余弦ブリッジ２２６を含み、第４のブリッジ構造２３２は第４の正弦ブリッジ２３４及び第４の余弦ブリッジ２３６を含む。角度センサ２００は、第１の正弦ブリッジ２０４、第１の余弦ブリッジ２０６、第２の正弦ブリッジ２１４、第２の余弦ブリッジ２１６、第３の正弦ブリッジ２２４、第３の余弦ブリッジ２２６、第４の正弦ブリッジ２３４及び第４の余弦ブリッジ２３６のそれぞれから生成される信号に部分的に基づいて、磁場の方向を検出するように構成することができる。
【0046】
例えば、第１のブリッジ構造２０２、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２はそれぞれ、異なる軸に関する磁場成分の正弦及び余弦を測定することができる。第１のブリッジ構造２０２の第１の正弦ブリッジ２０４、第２のブリッジ構造１１２の第２の正弦ブリッジ２１４、第３のブリッジ構造２２２の第３の正弦ブリッジ２２４及び第４のブリッジ構造２３２の第４の正弦ブリッジ２３４は、磁場の正弦を測定することができる。第１のブリッジ構造２０２の第１の余弦ブリッジ２０６、第２のブリッジ構造２１２の第２の余弦ブリッジ２１６、第３のブリッジ構造２２２の第３の余弦ブリッジ２２６及び第４のブリッジ構造２３２の第４の余弦ブリッジ２３６は、磁場の余弦を測定することができる。
【0047】
第１のブリッジ構造２０２、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２のそれぞれの正弦ブリッジ及び余弦ブリッジは、異なる軸に沿った磁場の投影及び／又は特性を測定することができる。例えば、図２に示されるように、第１の正弦ブリッジ２０４は第１の軸２５０に沿って配置され、第１の余弦ブリッジ２０６は第２の軸２５２に沿って配置される。一実施形態において、第１の軸２５０と第２の軸２５２との間の角度２５１は約９０度とすることができる（図２Ａ）。第２の正弦ブリッジ２１４は第３の軸２５４に沿って配置され、第２の余弦ブリッジ２１６は第４の軸２５８に沿って配置される。一実施形態において、第３の軸２５４と第４の軸２５８との間の角度２５５は約９０度とすることができる（図２Ａ）。
【0048】
また、図２に示されるように、第３の正弦ブリッジ２２４は第５の軸２６０に沿って配置され、第３の余弦ブリッジ２２６は第６の軸２６２に沿って配置される。一実施形態において、第５の軸２６０と第６の軸２６２との間の角度２６１は約９０度とすることができる（図２Ａ）。第４の正弦ブリッジ２３４は第７の軸２６４に沿って配置され、第４の余弦ブリッジ２３６は第８の軸２６８に沿って配置される。一実施形態において、第７の軸２６４と第８の軸２６６との間の角度２６５は約９０度とすることができる（図２Ａ）。
【0049】
異なるブリッジ構造は互いに種々の傾斜角において傾けることができる。例えば、図２Ｂに示されるように、各ブリッジ構造の正弦ブリッジを考えると、第３の軸２５４は第１の軸２５０に対して第１の傾斜角２５３に配置することができる。第４の軸２５８は第２の軸２５２に対して第２の傾斜角２５７に配置することができる。第７の軸２６４は第５の軸２６０に対して第３の傾斜角２６３に配置することができる。第８の軸２６８は第６の軸２６２に対して第４の傾斜角２６７に配置することができる。一実施形態において、第１の傾斜角２５３、第２の傾斜角２５７、第３の傾斜角２６３及び第４の傾斜角２６７は異なることができる。いくつかの実施形態において、第１の傾斜角２５３、第２の傾斜角２５７、第３の傾斜角２６３及び第４の傾斜角２６７のうちの１つ以上は同じとすることができる。いくつかの実施形態において、第５の軸２６０は第１の軸２５０に対して第５の傾斜角２６９に配置することができる。異なるブリッジ構造の軸間の傾斜角は約－９０度～約９０度の任意の角度を含むことができることは理解されたい。
【0050】
第１の傾斜角２５３、第２の傾斜角２５７、第３の傾斜角２６３及び第４の傾斜角２６７は、約９０度の約数、及び／又は約４５度の約数とすることができる。いくつかの実施形態において、第１の傾斜角２５３、第２の傾斜角２５７、第３の傾斜角２６３及び第４の傾斜角２６７は、第１のブリッジ構造２０２、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２の誤差パーセンテージが正反対になるように選択することができる。
【0051】
第１の傾斜角２５３、第２の傾斜角２５７、第３の傾斜角２６３及び第４の傾斜角２６７は、第１のブリッジ構造２０２、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２の異なる軸のそれぞれが均等に離間されるように選択することができる。例えば、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２の異なる軸は第１のブリッジ構造２０２に対して傾けることができる。異なる傾斜角は互いの約数又は倍数とすることができる。そのような実施形態において、第２のブリッジ構造２１２及び第１のブリッジ構造２０２の軸間の第１の傾斜角は約４５度とすることができ、第３のブリッジ構造２２２及び第１のブリッジ構造２０２の軸間の第２の傾斜角は約２２．５度とすることができ、第４のブリッジ構造２３２及び第１のブリッジ構造２０２の軸間の第３の傾斜角は約６７．５度とすることができる。
【0052】
異なるブリッジ構造の軸間の傾斜角は、角度センサの特定の適用例に少なくとも基づいて選択できることは理解されたい。いくつかの実施形態において、異なるブリッジ構造の軸間の傾斜角は反復方法を用いて選択することができる。例えば、互いに約９０度に配置される余弦ブリッジ及び正弦ブリッジを有する第１のブリッジ構造を生成することができる。その際、後続の各ブリッジ構造は約９０度に配置される余弦ブリッジ及び正弦ブリッジを含むことができ、後続の各ブリッジ構造は、それぞれの角度センサ内の第１のブリッジ構造又は任意の他のブリッジ構造に対して、ある傾斜角で傾けることができる。このようにして、後続の各ブリッジ構造の余弦ブリッジは、第１のブリッジ構造の余弦ブリッジに対して傾けることができ、後続の各ブリッジ構造の正弦ブリッジは、第１のブリッジ構造の正弦ブリッジに対して傾けることができる。いくつかの実施形態において、角度センサはブリッジ構造の１つ以上のグループを含むことができ、ブリッジ構造の各グループは２つ以上のブリッジ構造を有する。
【0053】
第１のブリッジ構造２０２、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２はそれぞれ複数の磁気抵抗素子を含む。例えば、図２に示されるように、第１の正弦ブリッジ２０４は複数の磁気抵抗素子２０８ａ～２０８ｄを含み、第１の余弦ブリッジ２０６は複数の磁気抵抗素子２１０ａ～２１０ｄを含み、第２の正弦ブリッジ２１４は複数の磁気抵抗素子２１８ａ～２１８ｄを含み、第２の余弦ブリッジ２１６は複数の磁気抵抗素子２２０ａ～２２０ｄを含む。第３の正弦ブリッジ２２４は複数の磁気抵抗素子２２８ａ～２２８ｄを含み、第３の余弦ブリッジ２２６は複数の磁気抵抗素子２３０ａ～２３０ｄを含み、第４の正弦ブリッジ２３４は複数の磁気抵抗素子２４０ａ～２４０ｄを含み、第４の余弦ブリッジ２３６は複数の磁気抵抗素子２３８ａ～２３８ｄを含む。
【0054】
第１の正弦ブリッジ２０４、第１の余弦ブリッジ２０６、第２の正弦ブリッジ２１４、第２の余弦ブリッジ２１６、第３の正弦ブリッジ２２４、第３の余弦ブリッジ２２６、第４の正弦ブリッジ２３４及び第４の余弦ブリッジ２３６の第１の端子は、電圧源端子（例えば、Ｖｃｃ）２７２に結合することができる。第１の正弦ブリッジ２０４、第１の余弦ブリッジ２０６、第２の正弦ブリッジ２１４、第２の余弦ブリッジ２１６、第３の正弦ブリッジ２２４、第３の余弦ブリッジ２２６、第４の正弦ブリッジ２３４及び第４の余弦ブリッジ２３６の第２の端子は、接地端子２７４に結合することができる。
【0055】
ここで図３を参照すると、プロット図３００が、３つの異なる角度センサ３０２、３０４、３０６に関して角度センサの基準層のピンニングファクタが変化するときの角度センサに関する角度誤差（例えば、絶対角度誤差）の変化を示し、角度誤差値が垂直軸（例えば、ｙ軸）に沿って与えられ、ピンニングファクタが水平軸（例えば、ｘ軸）に沿ってキロエルステッド単位（ｋＯｅ）において与えられる。詳細には、ライン３０２は、１つのブリッジ構造を有する角度センサに関する角度誤差を示し、ライン３０４は、２つのブリッジ構造を有する角度センサ（例えば、図１の角度センサ１００）に関する角度誤差を示し、ライン３０６は４つのブリッジ構造を有する角度センサ（例えば、図２の角度センサ２００）に関する角度誤差を示す。
【0056】
図３に示されるように、ピンニングファクタが高くなるのに応じて、絶対角度誤差が減少する。さらに、角度センサ内のブリッジ構造の数が増えるのに応じて、絶対角度誤差が減少する。例えば、ライン３０２は１つのブリッジ構造を有する角度センサに対応する。ライン３０２に関して、ピンニングファクタが第１のピンニングファクタ値３１０、ここでは１ｋＯｅから、第２のピンニングファクタ値３２０、ここでは３ｋＯｅまで高くなるのに応じて、角度誤差パーセンテージが減少する。
【0057】
しかしながら、角度センサ内のブリッジ構造の数を増やすことによって、角度センサに関する絶対角度誤差のより大きい減少を達成することができる。例えば、ライン３０４は２つのブリッジ構造を有する角度センサに対応する。ライン３０４に関して、第１のピンニングファクタ値３１０、ここでは１ｋＯｅにおいて、２つのブリッジ構造を有する角度センサは、ライン３０２によって表される１つのブリッジ構造を有する角度センサに比べて、小さい絶対角度を有する。さらに、ピンニングファクタが第１のピンニングファクタ値３１０、ここでは１ｋＯｅから、第２のピンニングファクタ値３２０、ここでは３ｋＯｅまで高くなるのに応じて、ライン３０４（すなわち、２つのブリッジ構造を有する角度センサ）は、ライン３０２によって表される１つのブリッジ構造を有する角度センサに比べて、受ける角度誤差の減少が大きい（例えば、ライン３０２に比べて、ライン３０４の変化率が大きい）。
【0058】
ライン３０６は４つのブリッジ構造を有する角度センサに対応し、第１のピンニングファクタ値３１０、ここでは１ｋＯｅにおいて、４つのブリッジ構造を有する角度センサは、２つのブリッジ構造を有する角度センサ（ライン３０４）及び／又は１つのブリッジ構造を有する角度センサ（ライン３０２）に比べて小さい絶対角度誤差を有する。さらに、ピンニングファクタが第１のピンニングファクタ値３１０、ここでは１ｋＯｅから、第２のピンニングファクタ値３２０、ここでは３ｋＯｅまで高くなるのに応じて、ライン３０６（すなわち、４つのブリッジ構造を有する角度センサ）は、ライン３０４によって表される２つのブリッジ構造を有する角度センサ及び／又はライン３０２によって表される１つのブリッジ構造を有する角度センサに比べて、受ける角度誤差の減少が大きい（例えば、ライン３０４及びライン３０２に比べて、ライン３０６の変化率が大きい）。それゆえ、角度センサのピンニングファクタを高めることによって、角度センサ内のブリッジ構造の数を増やすことによって、又は両方の組合せによって、角度センサに関する角度誤差パーセンテージを低減することができる。
【0059】
ここで図４を参照すると、ブロック図４００が、第１の余弦ブリッジモジュール４０２、第１の正弦ブリッジモジュール４０４、第２の余弦ブリッジモジュール４０６及び第２の正弦ブリッジモジュール４０８を含む。一実施形態において、第１の余弦ブリッジモジュール４０２、第１の正弦ブリッジモジュール４０４、第２の余弦ブリッジモジュール４０６及び第２の正弦ブリッジモジュール４０８は、図１の第１の余弦ブリッジ１０６、第１の正弦ブリッジ１０４、第２の余弦ブリッジ１１４及び第２の正弦ブリッジ１１４の出力にそれぞれ対応することができる。
【0060】
回路４００は、図１の角度センサ１００の構成要素に結合することができ、第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２によって生成される出力信号（正弦波信号及び余弦波信号）を処理して、第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２によって測定される磁場の方向を示す出力信号を生成するように構成することができる。
【0061】
第１の余弦ブリッジモジュール４０２の出力が第１の逆正接モジュール４１０の第１の入力に結合され、第１の正弦ブリッジモジュール４０４の出力が第１の逆正接モジュール４１０の第２の入力に結合される。一実施形態において、第１の余弦ブリッジモジュール４０２の出力は第１の余弦波信号とすることができ、第１の正弦ブリッジモジュール４０４の出力は第１の正弦波信号とすることができる。第１の逆正接モジュール４１０は、第１の正弦波信号及び第１の余弦波信号に基づいて、第１の逆正接値を計算することができる。
【0062】
第１の逆正接モジュール４１０の出力が、加算モジュール４１８の第１の入力に結合され、第１の逆正接値を与える。
【0063】
第２の余弦ブリッジモジュール４０６の出力が第２の逆正接モジュール４１２の第１の入力に結合され、第２の正弦ブリッジモジュール４０８の出力が第２の逆正接モジュール４１２の第２の入力に結合される。一実施形態において、第２の余弦ブリッジモジュール４０４の出力は第２の余弦波信号とすることができ、第２の正弦ブリッジモジュール４０４の出力は第２の正弦波信号とすることができる。第２の逆正接モジュール４１２は、第２の正弦波信号及び第２の余弦波信号に基づいて、第２の逆正接値を計算することができる。
【0064】
第２の逆正接モジュール４１２の出力が、差分素子４１４の第１の入力に結合され、第２の逆正接値を与える。差分素子４１４の第２の入力が傾斜角４１６を受信するように結合される。傾斜角４１６は、正又は負の角度値とすることができる。
【0065】
傾斜角４１６は、第１のブリッジ構造のブリッジ又は軸と第２のブリッジ構造（又はそれぞれの角度センサ内の任意の他のブリッジ構造）のブリッジ又は軸との間の角度差に対応することができる。例えば、一実施形態において、傾斜角４１６は、図１の第２のブリッジ構造１１２の第３の軸１４６及び第４の軸１４８が図１の第１のブリッジ構造１０２の第１の軸１４２及び第２の軸１４４に対してそれぞれ傾けられる傾斜角１４５、１４９に対応することができる。別の言い方をすると、傾斜角４１６は、図１の第１の軸１４２と第３の軸１４６との間の第１の傾斜角１４５に、及び／又は図１の第２の軸１４４と第４の軸１４８との間の第２の傾斜角１４９に対応することができる。
【0066】
差分素子４１４は、第２の逆正接値に傾斜角値４１６を適用して、差分値（例えば、第３の逆正接値）を生成することができる。いくつかの実施形態において、差分素子４１４は、第２の逆正接値から傾斜角４１６を減算して、差分値を生成することができる。他の実施形態では、差分素子４１４は、第２の逆正接値に負の傾斜角４１６を加算し、差分値を生成することができる。
【0067】
差分素子４１４の出力が、加算モジュール４１８の第２の入力に結合することができる。加算モジュール４１８は、第１の逆正接値及び差分値（例えば、第３の逆正接値）を受信し、第１の逆正接値及び差分値の平均値を計算することができる。加算モジュール４１８の出力は、求められた平均値である出力信号４２０である。一実施形態において、出力信号４２０は、磁場の方向を示すことができる。
【0068】
ここで図５を参照すると、回路５００が、第１のブリッジ構造の出力に対応する第１の余弦ブリッジモジュール５０２及び第１の正弦ブリッジモジュール５０４と、第２のブリッジ構造の出力に対応する第２の余弦ブリッジモジュール５０６及び第２の正弦ブリッジモジュール５０８とを含む。回路５００は、第３のブリッジ構造の出力に対応する第３の余弦ブリッジモジュール５１０及び第３の正弦ブリッジモジュール５１２と、第４のブリッジ構造の出力に対応する第４の余弦ブリッジモジュール５１４及び第４の正弦ブリッジモジュール５１６とを更に含む。
【0069】
回路５００は、図２の角度センサ２００の構成要素に結合することができ、第１のブリッジ構造２０２、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２によって生成される出力信号（正弦波信号及び余弦波信号）を処理して、第１のブリッジ構造２０２、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２によって測定される磁場の方向を示す出力信号を生成するように構成することができる。
【0070】
一実施形態において、第１の余弦ブリッジモジュール５０２、第１の正弦ブリッジモジュール５０４、第２の余弦ブリッジモジュール５０６、第２の正弦ブリッジモジュール５０８、第３の余弦ブリッジモジュール５１０、第３の正弦ブリッジモジュール５１２、第４の余弦ブリッジモジュール５１４及び第４の正弦ブリッジモジュール５１６は、図２の第１の余弦ブリッジ２０６、第１の正弦ブリッジ２０４、第２の余弦ブリッジ２１６、第２の正弦ブリッジ２１４、第３の余弦ブリッジ２２６、第３の正弦ブリッジ２２４、第４の余弦ブリッジ２３６及び第４の正弦ブリッジ２３４の出力にそれぞれ対応することができる。
【0071】
図５に示されるように、第１の余弦ブリッジモジュール５０２の出力が第１の逆正接モジュール５２０の第１の入力に結合され、第１の正弦ブリッジモジュール５０４の出力が第１の逆正接モジュール５２０の第２の入力に結合される。一実施形態において、第１の余弦ブリッジモジュール５０２の出力は第１の余弦波信号とすることができ、第１の正弦ブリッジモジュール５０４の出力は第１の正弦波信号とすることができる。第１の逆正接モジュール５２０は、第１の正弦波信号及び第１の余弦波信号に基づいて、第１の逆正接値を計算することができる。
【0072】
第１の逆正接モジュール５２０の出力が、加算モジュール５５０の第１の入力に結合され、第１の逆正接値を与える。
【0073】
第２の余弦ブリッジモジュール５０６の出力が第２の逆正接モジュール５２２の第１の入力に結合され、第２の正弦ブリッジモジュール５０８の出力が第２の逆正接モジュール５２２の第２の入力に結合される。一実施形態において、第２の余弦ブリッジモジュール５０６の出力は第２の余弦波信号とすることができ、第２の正弦ブリッジモジュール５０８の出力は第２の正弦波信号とすることができる。第２の逆正接モジュール５２２は、第２の正弦波信号及び第２の余弦波信号に基づいて、第２の逆正接値を計算することができる。
【0074】
第２の逆正接モジュール５２２の出力が、第１の差分素子５３２の第１の入力に結合され、第２の逆正接値を与える。第１の差分素子５３２の第２の入力が、第１の傾斜角５４２を受信するように結合される。第１の傾斜角５４２は、正又は負の角度値とすることができる。
【0075】
第１の傾斜角５４２、第２の傾斜角５４４及び第３の傾斜角５４６は、異なるブリッジ構造のブリッジ又は軸間の傾斜角（例えば、図２Ｂの傾斜角２５３、２５７、２６３、２６７）に対応することができる。例えば、第１の傾斜角５４２は第１のブリッジ構造のブリッジ又は軸と、第２のブリッジ構造（又は任意の他のブリッジ構造）のブリッジ又は軸との間の角度差に対応することができる。一実施形態において、第１の傾斜角５４２は、図２の第２のブリッジ構造２１２の第３の軸２５４及び第４の軸２５８が図２の第１のブリッジ構造２０２の第１の軸２５０及び第２の軸２５２に対してそれぞれ傾けられる角度に対応することができる。別の言い方をすると、第１の傾斜角５４２は、図２の第１の軸２５０と第３の軸２５４との間の角度に、及び／又は図２の第２の軸２５２と第４の軸２５８との間の角度に対応することができる。第２の傾斜角５４４及び第３の傾斜角５４６は後に更に詳細に説明される。
【0076】
第１の差分素子５３２は、第２の逆正接値に第１の傾斜角５４２を適用し、第１の差分値を生成することができる。いくつかの実施形態において、第１の差分素子５３２は、第２の逆正接値から第１の傾斜角５４２を減算し、第１の差分値を生成することができる。他の実施形態では、第１の差分素子５３２は、第２の逆正接値に負の第１の傾斜角５４２を加算し、第１の差分値を生成することができる。
【0077】
第１の差分素子５３２の出力が加算モジュール５５０の第２の入力に結合することができる。
【0078】
第３の余弦ブリッジモジュール５１０の出力が第３の逆正接モジュール５２４の第１の入力に結合され、第３の正弦ブリッジモジュール５１２の出力が第３の逆正接モジュール５２４の第２の入力に結合される。一実施形態において、第３の余弦ブリッジモジュール５１０の出力は第３の余弦波信号とすることができ、第３の正弦ブリッジモジュール５１２の出力は第３の正弦波信号とすることができる。第３の逆正接モジュール５２４は、第３の正弦波信号及び第３の余弦波信号に基づいて、第３の逆正接値を計算することができる。
【0079】
第３の逆正接モジュール５２４の出力が、第２の差分素子５３４の第１の入力に結合され、第３の逆正接値を与える。第２の差分素子５３４の第２の入力が、第２の傾斜角５４４を受信するように結合される。第２の傾斜角５４４は、正又は負の角度値とすることができる。
【0080】
第２の傾斜角５４４は、第１のブリッジ構造のブリッジ又は軸と第３のブリッジ構造（又は任意の他のブリッジ構造）のブリッジ又は軸との間の角度差に対応することができる。一実施形態において、第２の傾斜角５４２は、図２の第３のブリッジ構造２２２の第５の軸２６０及び第６の軸２６２が図２の第１のブリッジ構造２０２の第１の軸２５０及び第２の軸２５２に対してそれぞれ傾けられる角度に対応することができる。別の言い方をすると、第２の傾斜角５４４は、図２の第１の軸２５０と第５の軸２６０との間の角度に、及び／又は図２の第２の軸２５２と第６の軸２６２との間の角度に対応することができる。
【0081】
第２の差分素子５３４は、第３の逆正接値に第２の傾斜角５４４を適用し、第２の差分値を生成することができる。いくつかの実施形態において、第２の差分素子５３４は、第３の逆正接値から第２の傾斜角５４４を減算し、第２の差分値を生成することができる。他の実施形態では、第３の逆正接値に負の第２の傾斜角５４４を加算し、第２の差分値を生成することができる。
【0082】
第２の差分素子５３４の出力が加算モジュール５５０の第３の入力に結合することができる。
【0083】
第４の余弦ブリッジモジュール５１４の出力が第４の逆正接モジュール５２６の第１の入力に結合され、第４の正弦ブリッジモジュール５１６の出力が第４の逆正接モジュール５２６の第２の入力に結合される。一実施形態において、第４の余弦ブリッジモジュール５１４の出力は第４の余弦波信号とすることができ、第４の正弦ブリッジモジュール５１６の出力は第４の正弦波信号とすることができる。第４の逆正接モジュール５２６は、第４の正弦波信号及び第４の余弦波信号に基づいて、第４の逆正接値を計算することができる。
【0084】
第４の逆正接モジュール５２６の出力が、第３の差分素子５３６の第１の入力に結合され、第４の逆正接値を与える。第３の差分素子５３６の第２の出力が、第３の傾斜角５４６を受信するように結合される。第３の傾斜角５４６は、正又は負の角度値とすることができる。
【0085】
第３の傾斜角５４６は、第１のブリッジ構造のブリッジ又は軸と、第４のブリッジ構造（又は任意の他のブリッジ構造）のブリッジ又は軸との間の角度差に対応することができる。一実施形態において、第３の傾斜角５４６は、図２の第４のブリッジ構造２３２の第７の軸２６４及び第８の軸２６８が図２の第１のブリッジ構造２０２の第１の軸２５０及び第２の軸２５２に対してそれぞれ傾けられる角度に対応することができる。別の言い方をすると、第３の傾斜角５４６は、図２の第１の軸２５０と第７の軸２６４との間の角度に、及び／又は図２の第２の軸２５２と第８の軸２６８との間に対応することができる。いくつかの実施形態において、第３の傾斜角５４６は、第１の傾斜角５４２と第２の傾斜角５４４との合成に等しくすることができる。
【0086】
第３の差分素子５３６は、第４の逆正接値に第３の傾斜角５４６を適用し、第３の差分値を生成することができる。いくつかの実施形態において、第３の差分素子５３６は、第４の逆正接値から第３の傾斜角５４６を減算し、第３の差分値を生成することができる。他の実施形態では、第３の差分素子５３６は、第４の逆正接値に負の第３の傾斜角５４６を加算し、第３の差分値を生成することができる。
【0087】
第３の差分素子５３６の出力が加算モジュール５５０の第４の入力に結合することができる。
【0088】
加算モジュール５５０は、第１の逆正接値、並びに第１、第２及び第３の差分値を受信し、第１の逆正接値、並びに第１、第２及び第３の差分値の平均値を計算することができる。一実施形態において、平均値は磁場の方向に対応することができる。したがって、加算モジュール５５０の出力は、磁場の方向を示す出力信号５５２である。
【0089】
ここで図６を参照すると、磁場の方向を検出するための方法６００が、６０２において、第１の軸に沿った磁場を示す第１の正弦波信号及び第２の軸に沿った磁場を示す第１の余弦波信号を生成することによって開始する。一実施形態において、第１の軸は第２の軸と直交することができる。例えば、第１の軸と第２の軸との間の角度は約９０度とすることができる。
【0090】
ブロック６０４において、第３の軸に沿った磁場を示す第２の正弦波信号及び第４の軸に沿った磁場を示す第２の余弦波信号を生成することができる。一実施形態において、第３の軸は第４の軸と直交することができる。例えば、第３の軸と第４の軸との間の角度は約９０度とすることができる。
【0091】
角度センサは、異なる軸に沿った磁場を検出するように向けられる１つ以上の磁気抵抗素子を有する複数のブリッジ構造を含むことができる。一実施形態において、各ブリッジ構造は、少なくとも２つの異なる軸に沿った磁場の特性を測定するように構成することができる。
【0092】
角度センサは第１のブリッジ構造及び第２のブリッジ構造を含むことができる。第１のブリッジ構造は、第１の軸に対して、又は第１の軸に沿って配置される第１の正弦ブリッジと、第２の軸に対して、又は第２の軸に沿って配置される第１の余弦ブリッジとを含むことができる。第２のブリッジ構造は、第３の軸に対して、又は第３の軸に沿って配置される第２の正弦ブリッジと、第４の軸に対して、又は第４の軸に沿って配置される第２の余弦ブリッジとを含むことができる。
【0093】
第１の正弦ブリッジ、第１の余弦ブリッジ、第２の正弦ブリッジ及び第２の余弦ブリッジは、磁場の特性を検知する複数の磁気抵抗素子を含むことができる。複数の磁気抵抗素子はある軸に対して配置することができる。例えば、第１の正弦ブリッジは第１の軸に対して配置される第１の複数の磁気抵抗素子を含むことができ、第１の余弦ブリッジは第２の軸に対して配置される第２の複数の磁気抵抗素子を含むことができ、第２の正弦ブリッジは第３の軸に対して配置される第３の複数の磁気抵抗素子を含むことができ、第２の余弦ブリッジは第４の軸に対して配置される第４の複数の磁気抵抗素子を含むことができる。
【0094】
各ブリッジ構造は、互いに直交するように配置される正弦ブリッジ及び余弦ブリッジを含むことができる（例えば、正弦ブリッジと余弦ブリッジとの間の角度が約９０度である）。したがって、第１の軸は第２の軸と直交することができ、第３の軸は第４の軸と直交することができる。
【0095】
異なるブリッジ構造の軸は、異なる角度において磁場を検知するように、互いに異なる角度（例えば、傾斜角）に配置することができる。異なる角度において磁場を測定することにより、角度センサの角度誤差を低減することができる。例えば、各ブリッジ構造の角度誤差は周期的である可能性がある。しかしながら、第１のブリッジ構造の角度誤差は、それぞれの軸間の傾斜の角度に部分的に基づいて、第２のブリッジ構造の角度誤差の正反対にすることができる。それぞれのブリッジの角度誤差は、互いに平均又は合成されるときに、角度センサの全角度誤差パーセンテージを相殺することができるか、又はそうでなくても低減することができる。したがって、異なる角度において磁場を測定することにより、複数のブリッジ構造を有する角度センサが、ブリッジ構造の数に関連付けられる約数だけ、それぞれの角度誤差を低減することができる。
【0096】
ブロック６０６において、第５の軸に沿った磁場を示す第３の正弦波信号及び第６の軸に沿った磁場を示す第３の余弦波信号を生成することができる。一実施形態において、第５の軸は第６の軸と直交することができる。例えば、第５の軸と第６の軸との間の角度は約９０度とすることができる。
【0097】
ブロック６０８において、第７の軸に沿った磁場を示す第４の正弦波信号及び第８の軸に沿った磁場を示す第４の余弦波信号を生成することができる。一実施形態において、第７の軸は第８の軸と直交することができる。例えば、第７の軸と第８の軸との間の角度は約９０度とすることができる。
【0098】
本明細書において説明される角度センサは任意の数のブリッジ構造を含むことができることは理解されたい。例えば、本明細書において説明される角度センサは２つのブリッジ構造、４つのブリッジ構造、又は５つ以上のブリッジ構造を含むことができる。角度センサ内のブリッジ構造の数は、角度センサの特定の適用例に少なくとも部分的に基づいて選択することができる。例えば、方法６００のブロック６０６及び６０８は任意選択とすることができる。いくつかの実施形態において、ブロック６０６及び／又はブロック６０８が方法６００に含まれる場合がある。しかしながら、他の実施形態では、方法６００は、ブロック６０２、６０４及び６１０を含む場合があり、それゆえ、ブロック６０６及び６０８の１つ以上を含まない場合がある。
【0099】
それぞれのブリッジがそれに沿って位置決めされる軸は、互いに様々な異なる角度に配置することができる。例えば、同じブリッジ構造内のブリッジ及び軸（例えば、第１のブリッジ構造の第１の正弦ブリッジ及び第１の余弦ブリッジ）は、互いに直交するように配置することができる。一実施形態において、同じブリッジ構造の正弦ブリッジと余弦ブリッジとの間の角度は約９０度とすることができる。
【0100】
異なるブリッジ構造のブリッジ及び軸は、互いに様々な異なる傾斜角に配置することができる。傾斜角は、第１のブリッジ構造の軸及び第２の異なるブリッジ構造の軸、及び／又は第１のブリッジ構造の正弦ブリッジと第２の異なるブリッジ構造の正弦ブリッジとの間の角度を指す場合がある。いくつかの実施形態において、傾斜角は、限定はしないが、約９０度、約４５度、約２２．５度及び約１１．２５度のような、約９０度の約数を含むことができる。
【0101】
異なるブリッジ構造のブリッジ及び軸は、傾斜角に関して互いに均等に離間されるように位置決めすることができる。例えば、４つのブリッジ構造を有する角度センサにおいて、４つの異なるブリッジ構造の異なるブリッジ（及び軸）間の傾斜角は、約２２．５度の約数を含むことができる。そのような実施形態において、第１のブリッジ構造の（第１の軸の）第１の正弦ブリッジと、第２のブリッジ構造の第２の正弦ブリッジ（又は第３の軸）との間の傾斜角は約４５度とすることができ、第１のブリッジ構造の（第１の軸の）第１の正弦ブリッジと、第３のブリッジ構造の第３の正弦ブリッジ（又は第５の軸）との間の傾斜角は約２２．５度とすることができ、第１のブリッジ構造の（第１の軸の）第１の正弦ブリッジと、第４のブリッジ構造の第４の正弦ブリッジ（又は第７の軸）との間の傾斜角は約６７．５度とすることができる。異なるブリッジ構造の軸間の傾斜角は、角度センサの特定の適用例に少なくとも部分的に基づいて選択することができ、傾斜角は約－９０度～約９０度の任意の角度を含むことができることは理解されたい。
【0102】
傾斜角は、特定の角度センサ内のブリッジ構造の数、及び所望の角度誤差低減に少なくとも部分的に基づいて選択することができる。
【0103】
いくつかの実施形態において、それぞれの角度センサの基準層のピンニングファクタを変更することができるか、又は基準層の所定のピンニングファクタを有する基準層を形成することができる。例えば、それぞれの角度センサの基準層のピンニングファクタを高めることによって、角度センサに関する絶対角度誤差を低減することができる。それぞれの角度センサの基準層のピンニングファクタが高められるのに応じて、絶対角度誤差を相応に低減することができる（図３を参照）。ピンニングファクタはキロエルステッド単位（ｋＯｅ）において測定することができる。
【0104】
例えば、本明細書において説明される各ブリッジ構造は、複数の磁気抵抗素子を含むことができる。各磁気抵抗素子は基準層及びフリー層を含むことができる。基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は約１ｋＯｅから約３ｋＯｅに及ぶことができる。いくつかの実施形態において、基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は、約１．２ｋＯｅから約２．５ｋＯｅに及ぶことができる。しかしながら、基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は、角度センサの適用例に少なくとも部分的に基づいて異なることができることは理解されたい。例えば、いくつかの実施形態において、基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は、１ｋＯｅより小さく、又は３ｋＯｅより大きくすることができる。
【0105】
ブリッジ構造の１つ以上のブリッジを構成する磁気抵抗素子の１つ以上の層の特性を変更して、それぞれの層のピンニングファクタを高めることができる。いくつかの実施形態において、複数のブリッジ及び／又は複数のブリッジ構造を構成する磁気抵抗素子の１つ以上の層の特性を変更して、それぞれの層のピンニングファクタを高めることができる。例えば、それぞれの層の形状及び／又は厚さを変更して、それぞれの層のピンニングファクタを高めることができる。
【0106】
少なくとも２つの異なる技法によってピンニングファクタを変更（又は生成）することができる。いくつかの実施形態において、合成反強磁性体（ＳＡＦ）を用いて、ピンニングファクタを変更（又は生成）することができる。他の実施形態では、ピン止め層とピンニング層との間のピンニングを変更することによって、ピンニングファクタを変更（又は生成）することができる。例えば、ピン止め層とピンニング層との間のピンニングファクタを高めるために、ピン止め層に近接し、ピンニング層から離れて配置されるスペーサ層を薄くすることによって、又はそれぞれのスペーサ層の材料を変更することによって、ピン止め層とピンニング層との間の結合を強めることができる。いくつかの実施形態において、更なる結合がスペーサ層を通しての結合を相殺できるように、磁場検知素子が配置される基板の表面を平滑にすることができるか、又は基板の表面粗さを低減することができる。第１のピン止め層によって放出される磁場（例えば、磁場の磁束線）を第２のピン止め層によって補償できるように、ピン止め層及び第２の異なるピン止め層（スペーサ層によって第１のピンニング層から分離される）の厚さ及び磁化のバランスをとり、ＳＡＦのバランスを保つことができる。いくつかの実施形態において、ピンニング層を厚くして、ピンニング層の異方性を強めることができる。
【0107】
ブリッジ構造の１つ又は複数のブリッジを構成する磁気抵抗素子の１つ以上の層のピンニングファクタは、所望の角度誤差低減に少なくとも部分的に基づいて選択することができる。
【0108】
いくつかの実施形態において、特定の角度センサのブリッジ構造の数を増やし、及び／又はブリッジ構造の１つ以上のブリッジ構造の基準層のピンニングファクタを高めて、それぞれの角度センサの絶対角度誤差を低減することができる。例えば、ピンニングファクタが高くなるのに応じて、絶対角度誤差が減少する。さらに、角度センサ内のブリッジ構造の数が増えるのに応じて、絶対角度誤差が減少する。それゆえ、角度センサのピンニングファクタを高めることによって、角度センサ内のブリッジ構造の数を増やすことによって、又は両方の組合せによって、角度誤差を低減することができる。
【0109】
ブロック６１０において、少なくとも、第１の正弦波信号、第１の余弦波信号、第２の正弦波信号、及び第２の余弦波信号に応答して、磁場の方向を計算することができる。
【0110】
一実施形態において、磁場の方向を特定するために使用される正弦波信号及び余弦波信号の数は、特定の角度センサのブリッジ構造の数に対応することができる。例えば、４つのブリッジ構造を有する角度センサに関して、少なくとも、第１の正弦波信号、第１の余弦波信号、第２の正弦波信号、第２の余弦波信号、第３の正弦波信号、第３の余弦波信号、第４の正弦波信号及び第４の余弦波信号に応答して、磁場の方向を計算することができる。
【0111】
角度センサは、１つ又は複数の正弦波信号及び１つ又は複数の余弦波信号を用いて磁場の方向を特定するように構成される回路（例えば、図４の回路４００、図５の回路５００）に結合することができるか、又はそのような回路を含むことができる。その回路は、対応する正弦波信号及び余弦波信号を用いて、測定された磁場に対応する逆正接値を生成するように構成される１つ以上の逆正接モジュールを含むことができる。
【0112】
各ブリッジ構造のブリッジは、少なくとも１つの逆正接モジュールに結合し、それぞれの信号を与えることができる。例えば、正弦ブリッジを結合して、逆正接モジュールに正弦波信号を与えることができ、余弦ブリッジを結合して、逆正接モジュールに余弦波信号を与えることができる。逆正接モジュールは、対応する正弦波信号及び余弦波信号を用いて、測定された磁場に対応する逆正接値を生成することができる。各ブリッジ構造からの逆正接角（φ）（又は角度）は、以下の式を用いて求めることができる。
【数1】
【0113】
ただし、ＵＳは、測定された磁場の正弦に対応し、正弦ブリッジによって生成される正弦波信号に対応し、ＵＣは、測定された磁場の余弦に対応し、余弦ブリッジによって生成される余弦波信号に対応する。
【0114】
逆正接値角（φ）は、特定のブリッジ構造の観点から、測定された磁場の角度に対応することができる。一実施形態において、逆正接値（角度（φ））は、ブリッジ構造ごとに求めることができる。
【0115】
その回路は、１つ以上の差分素子を更に含むことができる。差分素子を逆正接モジュールの出力に結合して、第１のブリッジ構造に対して傾けられたブリッジ構造に関する逆正接値（差分値とも呼ばれる）を生成することができる。例えば、差分素子は、第１のブリッジ構造の軸と、異なるブリッジ構造（例えば、第２のブリッジ構造、第３のブリッジ構造、第４のブリッジ構造など）の軸との間の傾斜角を適用して、差分値を生成するように構成することができる。傾斜角は、正又は負の値とすることができる。したがって、差分素子は、それぞれの逆正接値から傾斜角を減算するか、又はそれぞれの逆正接値に負の傾斜角を加算することができる。傾斜角は上記のように異なることができる。
【0116】
第１の逆正接モジュールの出力、及び１つ以上の差分素子の出力は、回路の加算素子の入力に結合することができる。一実施形態において、加算素子は、１つ以上の逆正接値及び／又は１つ以上の差分値の平均値を求め、磁場の方向を示す出力信号を生成することができる。
【0117】
例えば、加算素子は、以下の式を用いて、平均値（φＭ）を求めることができる。
【数2】
【0118】
角度φｘはそれぞれのブリッジ構造からの傾斜角値に対応する（例えば、φ１は第１のブリッジ構造からの傾斜角値に対応し、φ２は第２のブリッジ構造からの傾斜角値に対応する、など）。θｘは、第１のブリッジ構造と、第１のブリッジ構造とは異なる、それぞれの他のブリッジ構造との間の傾斜角に対応する（θ１＝０）。例えば、θ２は、第１のブリッジ構造と第２のブリッジ構造との間の傾斜角に対応し、θ３は、第１のブリッジ構造と第３のブリッジ構造との間の傾斜角に対応し、θ４は、第１のブリッジ構造と第４のブリッジ構造との間の傾斜角に対応する。
【0119】
Ｘはそれぞれの角度センサ内のブリッジ構造の数に対応する。例えば、２つのブリッジ構造を有する角度センサに関して、Ｘの値は２に等しい。
【0120】
求められた平均値（φＭ）は、磁場の方向に対応することができ、それぞれの平均値（φＭ）を生成するために使用されたブリッジ構造の数に対応する低減された角度誤差パーセンテージを含むことができる。
【0121】
図７を参照すると、磁場角度センサで使用されるブリッジの例はブリッジ７００である。一例では、ブリッジ７００は、余弦ブリッジ７０２及び正弦ブリッジ７０４を含む。
【0122】
余弦ブリッジ７０２は、測定された磁場の角度の余弦を示す余弦波信号ＶＣＯＳ７２８を生成する。余弦ブリッジ７０２は、例えば、ＭＲ素子７１０、ＭＲ素子７１２、ＭＲ素子７１４、及びＭＲ素子７１６を含む。
【0123】
各ＭＲ素子７１０～７１６は基準方向を含む。例えば、ＭＲ素子７１０は基準方向７２０を含み、ＭＲ素子７１２は基準方向７２２を含み、ＭＲ素子７１４は基準方向７２４を含み、ＭＲ素子７１６は基準方向７２６を含む。一例では、基準方向７２０及び基準方向７２２は同一方向である。一例では、基準方向７２０は、基準方向７２４及び基準方向７２６の正反対（すなわち１８０度反対）である。
【0124】
ＭＲ素子７１０及び７１４は、電圧源ＶＣＣに結合される。ＭＲ素子７１２及び７１６は、接地７０６に結合される。
【0125】
正弦ブリッジ７０４は、測定された磁場の角度の正弦を示す正弦波信号ＶＳＩＮ７４８を生成し、余弦波信号ＶＣＯＳ７２８に直交する。正弦ブリッジ７０４は、例えば、ＭＲ素子７３０、ＭＲ素子７３２、ＭＲ素子７３４、及びＭＲ素子７３６を含む。
【0126】
各ＭＲ素子７３０～７３６は、基準方向を含む。例えば、ＭＲ素子７３０は基準方向７４０を含み、ＭＲ素子７３２は基準方向７４２を含み、ＭＲ素子７３４は基準方向７４４を含み、ＭＲ素子７３６は基準方向７４６を含む。一例では、基準方向７４０及び基準方向７４２は同一方向にある。一例では、基準方向７４０は、基準方向７４４及び基準方向７４６の正反対（すなわち１８０度反対）である。
【0127】
ＭＲ素子７３２及び７３４は電圧源ＶＣＣに結合される。ＭＲ素子７３０及び７３６は接地７０８に結合される。
【0128】
図８及び図９を参照すると、グラフ８００は、ＭＲ素子のための角度に対する角度誤差の曲線８０２を示す。一例では、曲線８０２は高調波誤差である。単一のＭＲ素子の角度誤差を低減する一技法は、単一のＭＲ素子を少なくとも２つのＭＲ素子と置き換えることである。
【0129】
特定の一例では、単一のＭＲ素子９１０は、２つのＭＲ素子９１０ａ及び９１０ｂによって置き換えられる。ＭＲ素子９１０は基準方向９２０を有し、ＭＲ素子９１０ａは基準方向９２０ａを有し、ＭＲ素子９１０ｂは基準方向９２０ｂを有し、それによって基準方向９２０ａと基準方向９２０ｂとの平均は基準方向９２０に等しい。基準方向９２０ａを有するＭＲ素子９１０ａの場合、角度曲線に対する角度誤差は、角度φＣだけシフトされた曲線８０６になり、基準方向９２０ｂを有するＭＲ素子９１０ｂの場合、角度曲線に対する角度誤差は、角度－φＣだけシフトされた曲線８０８になる。したがって、基準方向９２０ａ、９２０ｂの平均を取ることによって、それぞれのＭＲ素子９２０ａ、９２０ｂの結果的な誤差は相殺される。
【0130】
図８に示される特定の例において、角度φＣは２２．５度であり、曲線８０２は第４次高調波を示す。ただし、角度φＣは、ＭＲ素子、削除する高調波の数、及び／又は磁場角度センサの用途に依存する他の角度でもよい。いくつかの例では、角度φＣは、２０度から４０度の範囲内でもよい。特定の一例では、角度φＣは、２５度から３７度の範囲内でもよい。
【0131】
特定の一例では、ＭＲ素子は、３つのＭＲ素子と置き換えられてもよく、第１のＭＲ素子は３つの置換ＭＲ素子の平均基準角度からの調節角度φａｄｊである基準角度を有し、第２のＭＲ素子は、３つの置換ＭＲ素子の平均基準角度からの－φａｄｊである基準角度を有し、第３のＭＲ素子は、感度方向における基準方向を有する。感度方向は、第１、第２、及び第３の磁気抵抗素子の平均基準方向である。一例では、第３のＭＲ素子は、第１及び第２のＭＲ素子よりも大きい抵抗を有する。一例では、調節角度φａｄｊは、０度と９０度との間である。
【0132】
図７及び図１０を参照すると、ブリッジ７００’は、ＭＲ素子７１０、７１２、７１４、７１６、７３０、７３２、７３４、７３６を直列の等価のＭＲ素子と置き換えた結果として得られたブリッジの例である。例えば、余弦ブリッジ７０２’において、ＭＲ素子７１０はＭＲ素子７１０ａ及びＭＲ素子７１０ｂと置き換えられ、ＭＲ素子７１２はＭＲ素子７１２ａ及びＭＲ素子７１２ｂと置き換えられ、ＭＲ素子７１４はＭＲ素子７１４ａ及びＭＲ素子７１４ｂと置き換えられ、ＭＲ素子７１６はＭＲ素子７１６ａ及びＭＲ素子７１６ｂと置き換えられている。
【0133】
ＭＲ素子７１０ａは基準方向７２０ａを含み、ＭＲ素子７１０ｂは基準方向７２０ｂを含み、基準方向７２０ａと基準方向７２０ｂとの平均は基準方向７２０に等しい。ＭＲ素子７１２ａは基準方向７２２ａを含み、ＭＲ素子７１２ｂは基準方向７２２ｂを含み、基準方向７２２ａと基準方向７２２ｂとの平均は基準方向７２２に等しい。ＭＲ素子７１４ａは基準方向７２４ａを含み、ＭＲ素子７１４ｂは基準方向７２４ｂを含み、基準方向７２４ａと基準方向７２４ｂとの平均は基準方向７２４に等しい。ＭＲ素子７１６ａは基準方向７２６ａを含み、ＭＲ素子７１６ｂは基準方向７２６ｂを含み、基準方向７２６ａと基準方向７２６ｂとの平均は基準方向７２６に等しい。
【0134】
置換ＭＲ素子は直列で追加され、それによって両方の置換ＭＲ素子の抵抗の和は、置き換えられたＭＲ素子の抵抗に等しい。例えば、ＭＲ素子７１０ａの抵抗とＭＲ素子７１０ｂの抵抗との和はＭＲ素子７１０の抵抗に等しく、ＭＲ素子７１２ａの抵抗とＭＲ素子７１２ｂの抵抗との和はＭＲ素子７１２の抵抗に等しく、ＭＲ素子７１４ａの抵抗とＭＲ素子７１４ｂの抵抗との和はＭＲ素子７１４の抵抗に等しく、ＭＲ素子７１６ａの抵抗とＭＲ素子７１６ｂの抵抗との和は、ＭＲ素子７１６の抵抗に等しい。
【0135】
正弦ブリッジ７０４’において、ＭＲ素子７３０はＭＲ素子７３０ａ及びＭＲ素子７３０ｂと置き換えられ、ＭＲ素子７３２はＭＲ素子７３２ａ及びＭＲ素子７３２ｂと置き換えられ、ＭＲ素子７１４はＭＲ素子７３４ａ及びＭＲ素子７３４ｂと置き換えられ、ＭＲ素子７３６はＭＲ素子７３６ａ及びＭＲ素子７３６ｂと置き換えられる。
【0136】
ＭＲ素子７３０ａは基準方向７４０ａを含み、ＭＲ素子７３０ｂは基準方向７４０ｂを含み、基準方向７４０ａと基準方向７４０ｂとの平均は基準方向７４０に等しい。ＭＲ素子７３２ａは基準方向７４２ａを含み、ＭＲ素子７３２ｂは基準方向７４２ｂを含み、基準方向７４２ａと基準方向７４２ｂとの平均は基準方向７４２に等しい。ＭＲ素子７３４ａは基準方向７４４ａを含み、ＭＲ素子７３４ｂは基準方向７４４ｂを含み、基準方向７４４ａと基準方向７４４ｂとの平均は基準方向７４４に等しい。ＭＲ素子７３６ａは基準方向７４６ａを含み、ＭＲ素子７３６ｂは基準方向７４６ｂを含み、基準方向７４６ａと基準方向７４６ｂとの平均は基準方向７４６に等しい。
【0137】
余弦ブリッジ７０２’に関して上述したように、正弦ブリッジ７０４’では、置換ＭＲ素子は直列で追加され、それによって両方の置換ＭＲ素子の抵抗の和は置き換えられたＭＲ素子の抵抗に等しい。例えば、ＭＲ素子７３０ａの抵抗とＭＲ素子７３０ｂの抵抗との和はＭＲ素子７３０の抵抗に等しく、ＭＲ素子７３２ａの抵抗とＭＲ素子７３２ｂの抵抗との和はＭＲ素子７３２の抵抗に等しく、ＭＲ素子７３４ａの抵抗とＭＲ素子７３４ｂの抵抗との和はＭＲ素子７３４の抵抗に等しく、ＭＲ素子７３６ａの抵抗とＭＲ素子７３６ｂの抵抗との和はＭＲ素子７３６の抵抗に等しい。
【0138】
図７及び図１１を参照すると、ブリッジ７００”は、ＭＲ素子７１０、７１２、７１４、７１６、７３０、７３２、７３４、７３６を等価の並列のＭＲ素子と置き換えた結果として得られたブリッジの例である。例えば、余弦ブリッジ７０２”において、ＭＲ素子７１０はＭＲ素子７１０ｃ及びＭＲ素子７１０ｄと置き換えられ、ＭＲ素子７１２はＭＲ素子７１２ｃ及びＭＲ素子７１２ｄと置き換えられ、ＭＲ素子７１４はＭＲ素子７１４ｃ及びＭＲ素子７１４ｄと置き換えられ、ＭＲ素子７１６はＭＲ素子７１６ｃ及びＭＲ素子７１６ｄと置き換えられている。
【0139】
ＭＲ素子７１０ｃは基準方向７２０ｃを含み、ＭＲ素子７１０ｄは基準方向７２０ｄを含み、基準方向７２０ｃと基準方向７２０ｄとの平均は基準方向７２０に等しい。ＭＲ素子７１２ｃは基準方向７２２ｃを含み、ＭＲ素子７１２ｄは基準方向７２２ｄを含み、基準方向７２２ｃと基準方向７２２ｄとの平均は基準方向７２２に等しい。ＭＲ素子７１４ｃは基準方向７２４ｃを含み、ＭＲ素子７１４ｄは基準方向７２４ｄを含み、基準方向７２４ｃと基準方向７２４ｄとの平均は基準方向７２４に等しい。ＭＲ素子７１６ｃは基準方向７２６ｃを含み、ＭＲ素子７１６ｄは基準方向７２６ｄを含み、基準方向７２６ｃと基準方向７２６ｄとの平均は基準方向７２６に等しい。
【0140】
置換ＭＲ素子は並列に追加され、それによって両方の置換ＭＲ素子の抵抗の逆数の和は置き換えられているＭＲ素子の抵抗の逆数に等しい。例えば、ＭＲ素子７１０ｃの抵抗の逆数とＭＲ素子７１０ｄの抵抗の逆数との和はＭＲ素子７１０の抵抗の逆数に等しく、ＭＲ素子７１２ｃの抵抗の逆数とＭＲ素子７１２ｄの抵抗の逆数との和はＭＲ素子７１２の抵抗の逆数に等しく、ＭＲ素子７１４ｃの抵抗の逆数とＭＲ素子７１４ｄの抵抗の逆数との和はＭＲ素子７１４の抵抗の逆数に等しく、ＭＲ素子７１６ｃの抵抗の逆数とＭＲ素子７１６ｄの抵抗の逆数との和はＭＲ素子７１６の抵抗の逆数に等しい。
【0141】
正弦ブリッジ７０４”において、ＭＲ素子７３０はＭＲ素子７３０ｃ及びＭＲ素子７３０ｄと置き換えられ、ＭＲ素子７３２はＭＲ素子７３２ｃ及びＭＲ素子７３２ｄと置き換えられ、ＭＲ素子７３４はＭＲ素子７３４ｃ及びＭＲ素子７３４ｄと置き換えられ、ＭＲ素子７３６はＭＲ素子７３６ｃ及びＭＲ素子７３６ｄと置き換えられている。
【0142】
ＭＲ素子７３０ｃは基準方向７４０ｃを含み、ＭＲ素子７３０ｄは基準方向７４０ｄを含み、基準方向７４０ｃと基準方向７４０ｄとの平均は基準方向７４０に等しい。ＭＲ素子７３２ｃは基準方向７４２ｃを含み、ＭＲ素子７３２ｄは基準方向７４２ｄを含み、基準方向７４２ｃと基準方向７４２ｄとの平均は基準方向７４２に等しい。ＭＲ素子７３４ｃは基準方向７４４ｃを含み、ＭＲ素子７３４ｄは基準方向７４４ｄを含み、基準方向７４４ｃと基準方向７４４ｄとの平均は基準方向７４４に等しい。ＭＲ素子７３６ｃは基準方向７４６ｃを含み、ＭＲ素子７３６ｄは基準方向７４６ｄを含み、基準方向７４６ｃと基準方向７４６ｄとの平均は基準方向７４６に等しい。
【0143】
余弦ブリッジ７０２”に関して上述したように、正弦ブリッジ７０４”において、置換ＭＲ素子は並列に追加され、それによって両方の置換ＭＲ素子の抵抗の逆数の和は、置き換えられているＭＲ素子の抵抗の逆数に等しい。例えば、ＭＲ素子７３０ｃの抵抗の逆数とＭＲ素子７３０ｄの抵抗の逆数との和はＭＲ素子７３０の抵抗の逆数に等しく、ＭＲ素子７３２ｃの抵抗の逆数とＭＲ素子７３２ｄの抵抗の逆数との和はＭＲ素子７３２の抵抗の逆数に等しく、ＭＲ素子７３４ｃの抵抗の逆数とＭＲ素子７３４ｄの抵抗の逆数との和はＭＲ素子７３４の抵抗の逆数に等しく、ＭＲ素子７３６ｃの抵抗の逆数とＭＲ素子７３６ｄの抵抗の逆数との和はＭＲ素子７３６の抵抗の逆数に等しい。
【0144】
図１２Ａから図１２Ｃを参照すると、図７に図示されたものなどのブリッジの磁場振幅に対する角度誤差の曲線１２０２は、角度誤差が、４００Ｏｅの磁場振幅を上回る角度誤差から約８００Ｏｅの磁場振幅において３度を上回る角度誤差に顕著に増加することを示す。例えば図１０に図示されたものなどの直列の置換ＭＲ素子を有するブリッジのための磁場振幅に対する角度誤差の曲線１２０４は、８００Ｏｅ未満の磁場振幅に対して角度誤差が１．２度未満であることを示す。例えば図１１に図示されたものなどの並列の置換ＭＲ素子を有するブリッジのための磁場振幅に対する角度誤差の曲線１２０６は、８００Ｏｅ未満の磁場振幅に対して角度誤差が０．８度未満であることを示す。
【0145】
図１３Ａを参照すると、導電ブリッジ構成１３００は、ＭＲ素子（例えば、ＭＲ素子１３１０、ＭＲ素子１３１２、ＭＲ素子１３１４、及びＭＲ素子１３１６）を含む。導電ブリッジ構成１３００は、増幅器１３１８、増幅器１３２８、トランジスタ１３３２、トランジスタ１３３４、トランジスタ１３３６、及びトランジスタ１３３８を更に含む。
【0146】
ＭＲ素子１３１０、１３１２は電圧源Ｖｒｅｇに結合され、ＭＲ素子１３１４、１３１６は接地に結合される。トランジスタ１３３２のコレクタ１３３２ｃはトランジスタ１３３６のコレクタ１３３６ｃに結合され、トランジスタ１３３４のコレクタ１３３４ｃはトランジスタ１３３８のコレクタ１３３８ｃに結合される。
【0147】
各ＭＲ素子１３１０～１３１６は基準方向を有する。例えば、ＭＲ素子１３１０は基準方向１３２０を有し、ＭＲ素子１３１２は基準方向１３２２を有し、ＭＲ素子１３１４は基準方向１３２４を有し、ＭＲ素子１３１６は基準方向１３２６を有する。基準方向１３２０は基準方向１３２６とほぼ同一方向にあるが、基準方向１３２２、１３２４とほぼ反対方向である。
【0148】
一例では、トランジスタ１３３２、１３３４は、ＰＮＰバイポーラ接合トランジスタである。一例では、トランジスタ１３３６、１３３８はＮＰＮバイポーラ接合トランジスタである。
【0149】
増幅器１３１８の出力は、トランジスタ１３３２のベース１３３２ｂに結合され、トランジスタ１３３４のベース１３３４ｂに結合される。増幅器１３１８の第１の入力はＭＲ素子１３１０に結合され、トランジスタ１３３２のエミッタ１３３２ａに結合される。増幅器１３１８の第２の入力はＭＲ素子１３１２に結合され、トランジスタ１３３４のエミッタ１３３４ａに結合される。増幅器１３１８の第３の入力は電流Ｉｒｅｆを供給する電流源１３４２に結合され、抵抗Ｒｒｅｆを有する抵抗器１３５２に結合される。抵抗器１３５２は電圧源Ｖｒｅｇに結合される。
【0150】
増幅器１３２８の出力はトランジスタ１３３６のベース１３３６ｂに結合され、トランジスタ１３３８のベース１３３８ｂに結合される。増幅器１３２８の第１の入力はＭＲ素子１３１４に結合され、トランジスタ１３３６のエミッタ１３３６ａに結合される。増幅器１３２８の第２の入力はＭＲ素子１３１６に結合され、トランジスタ１３３８のエミッタ１３３８ａに結合される。増幅器１３３８の第３の入力は電流Ｉｒｅｆを供給する電流源１３４４に結合され、抵抗Ｒｒｅｆを有する抵抗器１３５４に結合される。抵抗器１３５４は接地に結合される。
【0151】
図１３Ａ及び図１３Ｂを参照すると、ＭＲ素子１３１０～１３１６は、それぞれ直列の２つ以上のＭＲ素子と置き換えられてもよい。例えば、導電ブリッジ１３００’において、ＭＲ素子１３１０はＭＲ素子１３１０ａ及びＭＲ素子１３１０ｂと置き換えられ、ＭＲ素子１３１２はＭＲ素子１３１２ａ及びＭＲ素子１３１２ｂと置き換えられ、ＭＲ素子１３１４はＭＲ素子１３１４ａ及びＭＲ素子１３１４ｂと置き換えられ、ＭＲ素子１３１６はＭＲ素子１３１６ａ及びＭＲ素子１３１６ｂと置き換えられている。
【0152】
ＭＲ素子１３１０ａは基準方向１３２０ａを含み、ＭＲ素子１３１０ｂは基準方向１３２０ｂを含み、基準方向１３２０ａと基準方向１３２０ｂとの平均は基準方向１３２０に等しい。ＭＲ素子１３１２ａは基準方向１３２２ａを含み、ＭＲ素子１３１２ｂは基準方向１３２２ｂを含み、基準方向１３２２ａと基準方向１３２２ｂとの平均は基準方向１３２２に等しい。ＭＲ素子１３１４ａは基準方向１３２４ａを含み、ＭＲ素子１３１４ｂは基準方向１３２４ｂを含み、基準方向１３２４ａと基準方向１３２４ｂとの平均は基準方向１３２４に等しい。ＭＲ素子１３１６ａは基準方向１３２６ａを含み、ＭＲ素子１３１６ｂは基準方向１３２６ｂを含み、基準方向１３２６ａと基準方向１３２６ｂとの平均は基準方向１３２６に等しい。
【0153】
置換ＭＲ素子は直列で追加され、それによって両方の置換ＭＲ素子の抵抗の和は、置き換えられているＭＲ素子の抵抗に等しい。例えば、ＭＲ素子１３１０ａの抵抗とＭＲ素子１３１０ｂの抵抗との和はＭＲ素子１３１０の抵抗に等しく、ＭＲ素子１３１２ａの抵抗とＭＲ素子１３１２ｂの抵抗との和はＭＲ素子１３１２の抵抗に等しく、ＭＲ素子１３１４ａの抵抗とＭＲ素子１３１４ｂの抵抗との和はＭＲ素子１３１４の抵抗に等しく、ＭＲ素子１３１６ａの抵抗とＭＲ素子１３１６ｂの抵抗との和はＭＲ素子１３１６の抵抗に等しい。
【0154】
図１３Ａ及び図１３Ｃを参照すると、ＭＲ素子１３１０～１３１６はそれぞれ並列の２つ以上のＭＲ素子と置き換えられてもよい。例えば、導電ブリッジ１３００”において、ＭＲ素子１３１０はＭＲ素子１３１０ｃ及びＭＲ素子１３１０ｄと置き換えられ、ＭＲ素子１３１２はＭＲ素子１３１２ｃ及びＭＲ素子１３１２ｄと置き換えられ、ＭＲ素子１３１４はＭＲ素子１３１４ｃ及びＭＲ素子１３１４ｄと置き換えられ、ＭＲ素子１３１６はＭＲ素子１３１６ｃ及びＭＲ素子１３１６ｄと置き換えられている。
【0155】
ＭＲ素子１３１０ｃは基準方向１３２０ｃを含み、ＭＲ素子１３１０ｄは基準方向１３２０ｄを含み、基準方向１３２０ｃと基準方向１３２０ｄとの平均は基準方向１３２０に等しい。ＭＲ素子１３１２ｃは基準方向１３２２ｃを含み、ＭＲ素子１３１２ｄは基準方向１３２２ｄを含み、基準方向１３２２ｃと基準方向１３２２ｄとの平均は基準方向１３２２に等しい。ＭＲ素子１３１４ｃは基準方向１３２４ｃを含み、ＭＲ素子１３１４ｄは基準方向１３２４ｄを含み、基準方向１３２４ｃと基準方向１３２４ｄとの平均は基準方向１３２４に等しい。ＭＲ素子１３１６ｃは基準方向１３２６ｃを含み、ＭＲ素子１３１６ｄは基準方向１３２６ｄを含み、基準方向１３２６ｃと基準方向１３２６ｄとの平均は基準方向１３２６に等しい。
【0156】
置換ＭＲ素子は並列に追加され、それによって両方のＭＲ素子の抵抗の逆数の和は置き換えられているＭＲ素子の抵抗の逆数に等しい。例えば、ＭＲ素子１３１０ｃの抵抗の逆数とＭＲ素子１３１０ｄの抵抗の逆数との和はＭＲ素子１３１０の抵抗の逆数に等しく、ＭＲ素子１３１２ｃの抵抗の逆数とＭＲ素子１３１２ｄの抵抗の逆数との和はＭＲ素子１３１２の抵抗の逆数に等しく、ＭＲ素子１３１４ｃの抵抗の逆数とＭＲ素子１３１４ｄの抵抗の逆数との和はＭＲ素子１３１４の抵抗の逆数に等しく、ＭＲ素子１３１６ｃの抵抗の逆数とＭＲ素子１３１６ｄの抵抗の逆数との和はＭＲ素子１３１６の抵抗の逆数に等しい。
【0157】
図１４を参照すると、一例では、図１のブリッジ構造のＭＲ素子は直列のＭＲ素子と置き換えられる。ブリッジ構造１４００は、第１の余弦ブリッジ１４０１、第１の正弦ブリッジ１４０２、第２の正弦ブリッジ１４０３、及び第２の正弦ブリッジ１４０４を含む。
【0158】
第１の余弦ブリッジ１４０１はＭＲ素子１４１０ａ、１４１０ｂ、１４１２ａ、１４１２ｂ、１４１４ａ、１４１４ｂ、１４１６ａ、１４１６ｂを含む。ＭＲ素子１４１０ａ、１４１０ｂはＭＲ素子１２６ｃ（図１）を置き換え、ＭＲ素子１４１２ａ、１４１２ｂはＭＲ素子１２６ａ（図１）を置き換え、ＭＲ素子１４１４ａ、１４１４ｂはＭＲ素子１２６ｂ（図１）を置き換え、ＭＲ素子１４１６ａ、１４１６ｂはＭＲ素子１２６ｄ（図１）を置き換える。
【0159】
ＭＲ素子１４１０ａ、１４１４ａは電圧源ＶＣＣに結合され、ＭＲ素子１４１６ｂ、１４１２ｂは接地１４０５に結合される。第１の余弦ブリッジ１４０１は、ブリッジ構造１４００の傾斜角φｔｉｌｔを加えた測定磁場の角度の余弦を示す余弦波信号ＶＯＵＴ１４０８を生成する。
【0160】
ＭＲ素子１４１０ａは基準方向１４２０ａを含み、ＭＲ素子１４１０ｂは基準方向１４２０ｂを含む。ＭＲ素子１４１２ａは基準方向１４２２ａを含み、ＭＲ素子１４１２ｂは基準方向１４２２ｂを含む。ＭＲ素子１４１４ａは基準方向１４２４ａを含み、ＭＲ素子１４１４ｂは基準方向１４２４ｂを含む。ＭＲ素子１４１６ａは基準方向１４２６ａを含み、ＭＲ素子１４１６ｂは基準方向１４２６ｂを含む。
【0161】
基準方向１４２０ａ、１４２０ｂ、１４２２ａ、１４２２ｂ、１４２４ａ、１４２４ｂ、１４２６ａ、１４２６ｂの平均は感度方向１４０７に等しい。
【0162】
第２の余弦ブリッジ１４０３は、ＭＲ素子１４３０ａ、１４３０ｂ、１４３２ａ、１４３２ｂ、１４３４ａ、１４３４ｂ、１４３６ａ、１４３６ｂを含む。ＭＲ素子１４３０ａ、１４３０ｂはＭＲ素子１３６ｃ（図１）を置き換え、ＭＲ素子１４３２ａ、１４３２ｂはＭＲ素子１３６ａ（図１）を置き換え、ＭＲ素子１４３４ａ、１４３４ｂはＭＲ素子１３６ｂ（図１）を置き換え、ＭＲ素子１４３６ａ、１４３６ｂはＭＲ素子１３６ｄ（図１）を置き換える。
【0163】
ＭＲ素子１４３０ａ、１４３４ａは電圧源ＶＣＣに結合され、ＭＲ素子１４３６ｂ、１４３２ｂは接地１４３５に結合される。第２の余弦ブリッジ１４０３は、φｔｉｌｔよりも小さい測定磁場の角度の余弦を示す余弦波信号ＶＯＵＴ１４３８を生成する。
【0164】
ＭＲ素子１４３０ａは基準方向１４４０ａを含み、ＭＲ素子１４３０ｂは基準方向１４４０ｂを含む。ＭＲ素子１４３２ａは基準方向１４４２ａを含み、ＭＲ素子１４３２ｂは基準方向１４４２ｂを含む。ＭＲ素子１４３４ａは基準方向１４４４ａを含み、ＭＲ素子１４３４ｂは基準方向１４４４ｂを含む。ＭＲ素子１４３６ａは基準方向１４４６ａを含み、ＭＲ素子１４３６ｂは基準方向１４４６ｂを含む。
【0165】
基準方向１４４０ａ、１４４０ｂ、１４４２ａ、１４４２ｂ、１４４４ａ、１４４４ｂ、１４４６ａ、１４４６ｂの平均は感度方向１４３７に等しい。
【0166】
第１の正弦ブリッジ１４０２は、ＭＲ素子１４５０ａ、１４５０ｂ、１４５２ａ、１４５２ｂ、１４５４ａ、１４５４ｂ、１４５６ａ、１４５６ｂを含む。ＭＲ素子１４５０ａ、１４５０ｂはＭＲ素子１２４ｃ（図１）を置き換え、ＭＲ素子１４５２ａ、１４５２ｂはＭＲ素子１２４ａ（図１）を置き換え、ＭＲ素子１４５４ａ、１４５４ｂはＭＲ素子１２４ｄ（図１）を置き換え、ＭＲ素子１４５６ａ、１４５６ｂはＭＲ素子１２４ｂ（図１）を置き換える。
【0167】
ＭＲ素子１４５２ｂ、１４５４ｂは電圧源ＶＣＣに結合され、ＭＲ素子１４５０ａ、１４５６ａは接地１４５５に結合される。第１の正弦ブリッジ１４０３は、測定された磁場の角度に傾斜角φｔｉｌｔを加えた正弦を示し余弦波信号ＶＯＵＴ１４０８に直交する正弦波信号ＶＯＵＴ１４５８を生成する。
【0168】
ＭＲ素子１４５０ａは基準方向１４６０ａを含み、ＭＲ素子１４５０ｂは基準方向１４６０ｂを含む。ＭＲ素子１４５２ａは基準方向１４６２ａを含み、ＭＲ素子１４５２ｂは基準方向１４６２ｂを含む。ＭＲ素子１４５４ａは基準方向１４６４ａを含み、ＭＲ素子１４５４ｂは基準方向１４６４ｂを含む。ＭＲ素子１４５６ａは基準方向１４６６ａを含み、ＭＲ素子１４５６ｂは基準方向１４６６ｂを含む。
【0169】
基準方向１４６０ａ、１４６０ｂ、１４６２ａ、１４６２ｂ、１４６４ａ、１４６４ｂ、１４６６ａ、１４６６ａの平均は感度方向１４５７に等しい。
【0170】
第２の正弦ブリッジ１４０４は、ＭＲ素子１４７０ａ、１４７０ｂ、１４７２ａ、１４７２ｂ、１４７４ａ、１４７４ｂ、１４７６ａ、１４７６ｂを含む。ＭＲ素子１４７０ａ、１４７０ｂはＭＲ素子１３４ｂ（図１）を置き換え、ＭＲ素子１４７２ａ、１４７２ｂはＭＲ素子１３４ｄ（図１）を置き換え、ＭＲ素子１４７４ａ、１４７４ｂはＭＲ素子１３４ａ（図１）を置き換え、ＭＲ素子１４７６ａ、１４７６ｂはＭＲ素子１３４ｃ（図１）を置き換える。
【0171】
ＭＲ素子１４７２ｂ、１４７４ｂは電圧源ＶＣＣに結合され、ＭＲ素子１４７０ａ、１４７６ａは接地１４７５に結合される。第１の正弦ブリッジ１４０４は、φｔｉｌｔ未満の測定磁場の角度の正弦を示し余弦波信号ＶＯＵＴ１４３８と直交する正弦波信号ＶＯＵＴ１４７８を生成する。
【0172】
ＭＲ素子１４７０ａは基準方向１４８０ａを含み、ＭＲ素子１４７０ｂは基準方向１４８０ｂを含む。ＭＲ素子１４７２ａは基準方向１４８２ａを含み、ＭＲ素子１４７２ｂは基準方向１４８２ｂを含む。ＭＲ素子１４７４ａは基準方向１４８４ａを含み、ＭＲ素子１４７４ｂは基準方向１４８４ｂを含む。ＭＲ素子１４７６ａは基準方向１４８６ａを含み、ＭＲ素子１４７６ｂは基準方向１４８６ｂを含む。
【0173】
基準方向１４８０ａ、１４８０ｂ、１４８２ａ、１４８２ｂ、１４８４ａ、１４８４ｂ、１４８６ａ、１４８６ａの平均は感度方向１４７７に等しい。
【0174】
図１４は図１のブリッジ構造のＭＲ素子が直列のＭＲ素子と置き換えられた例を示すが、当業者は、本開示を読むことによって、図１のＭＲ素子が更に並列のＭＲ素子と置き換えられてもよく、又は直列のいずれかのＭＲ素子及び並列の他のＭＲ素子と置き換えられてもよいことを認識するであろう。
【0175】
図１５を参照すると、角度誤差を低減するために、磁場角度センサにおけるブリッジのＭＲ素子を置き換えるプロセスの例は、プロセス１５００である。プロセス１５００は、角度誤差を決定する（１５０２）。例えば、置き換えられるＭＲ素子の角度誤差が決定される。
【0176】
プロセス１５００は置換ＭＲ素子の数を選択する（１５０６）。例えば、２つ以上の置換ＭＲ素子がＭＲ素子を置き換えるために使用されてもよい。置換ＭＲ素子の数は、処理ブロック１５０２で決定された角度誤差に基づいて決定されてもよい。置換ＭＲ素子の数は、磁場センサの用途に基づいて決定されてもよい。
【0177】
プロセス１５００は、置換ＭＲ素子毎に基準方向を選択する（１５０８）。一例では、置換ＭＲ素子の基準方向の平均は置き換えられているＭＲ素子の基準方向に等しい。置換ＭＲ素子毎の基準方向は、処理ブロック１５０２で決定された角度誤差に基づいて決定されてもよい。置換ＭＲ素子毎の基準方向は、磁場センサの用途に基づいて決定されてもよい。
【0178】
プロセス１５００は、置換ＭＲ素子が直列又は並列に配置されるかを選択する（１５１０）。一例では、並列の置換ＭＲ素子は直列の置換ＭＲ素子よりもＲｍｉｎ不適合に影響されない一方、直列の置換ＭＲ素子はＭＲｍｉｎ不適合により影響されない。Ｒｍｉｎの不適合は、ブリッジの全ＭＲ素子にわたるＲｍｉｎパラメータの変動であり、以下のように表されてもよい。
（ｍａｘ（全Ｒｍｉｎ）－ｍｉｎ（全Ｒｍｉｎ））＊２／（ｍａｘ（全Ｒｍｉｎ）＋ｍｉｎ（全Ｒｍｉｎ））
（ｍａｘ（全Ｒｍｉｎ）－ｍｉｎ（全Ｒｍｉｎ））＊２／（ｍａｘ（全Ｒｍｉｎ）＋ｍｉｎ（全Ｒｍｉｎ））
【0179】
ここで、Ｒｍｉｎは、ＭＲ素子の最小抵抗である。
【0180】
ＭＲｍｉｎの不適合は、ブリッジの全ＭＲ素子にわたるＭＲｍｉｎパラメータの変動であり、以下のように表され得る。
（ｍａｘ（全ＭＲｍｉｎ）－ｍｉｎ（全ＭＲｍｉｎ））＊２／（ｍａｘ（全ＭＲｍｉｎ）＋ｍｉｎ（全ＭＲｍｉｎ））
（ｍａｘ（全ＭＲｍｉｎ）－ｍｉｎ（全ＭＲｍｉｎ））＊２／（ｍａｘ（全ＭＲｍｉｎ）＋ｍｉｎ（全ＭＲｍｉｎ））
【0181】
ここで、ＭＲｍｉｎは、以下のように表される素子の磁気抵抗である。
（Ｒｍａｘ－Ｒｍｉｎ）／Ｒｍｉｎ
（Ｒｍａｘ－Ｒｍｉｎ）／Ｒｍｉｎ
【0182】
本明細書で説明される技法は、本明細書で提示された例によって限定されない。例えば、本明細書で説明される実施形態が直列のＭＲ素子又は並列のＭＲ素子によるＭＲ素子の置き換えを示したとしても、当業者は、本開示を読むことによって、並列のＭＲ素子及び直列のＭＲ素子の組合せがＭＲ素子を置き換えるために使用され得ることを認識するであろう。一例では、ＭＲ素子は、直列に配置された２つ以上のＭＲ素子と、その２つ以上のＭＲ素子と並列に配置された少なくとも１つのＭＲ素子とによって置き換えられてもよい。他の一例では、ＭＲ素子は、直列に配置された少なくとも１つのＭＲ素子と、その少なくとも１つのＭＲ素子と並列に配置された２つ以上のＭＲ素子とによって置き換えられてもよい。さらなる例では、ＭＲ素子は、直列に配置された少なくとも３つのＭＲ素子と、その少なくとも３つのＭＲ素子と並列に配置された２つ以上のＭＲ素子とによって置き換えられてもよい。
【0183】
本明細書で説明されるプロセスは、説明される特定の例に限定されない。例えば、プロセス１５００は図１５の特定の処理順序に限定されない。むしろ、図１５の処理ブロックのいずれかは、上述した結果に到達するために、必要に応じて並び替え、結合、省略、又は並列又は連続して実行されてもよい。
【0184】
本明細書で説明される異なる実施形態の要素は、上記で特に記載されていない他の実施形態を形成するために結合されてもよい。単一の実施形態の文脈において説明される様々な要素は、さらに、分離して提供されてもよく、又は適切なサブコンビネーションで提供されてもよい。本明細書で特に説明されていない他の実施形態が、以下の特許請求の範囲内に更に存在する。
【図1】
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図6A】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図14-1】
【図14-2】
【図15】
