(57)【要約】【課題】所定の平面内で方向が変化する磁界を検出するのに適したＭＲ素子を用いて、検出精度の低下を抑制しながら、所定の平面外の方向を含む可変範囲内で方向が変化する検出対象磁界の方向に対応する検出値を生成する。【解決手段】検出対象磁界は、第１の平面内の基準位置において、第１の平面内で変化する第１の方向を有している。磁気センサ２は、ＭＲ素子１１を含んでいる。ＭＲ素子１１は、第２の平面内において変化可能な方向の第１の磁化を有する磁性層を含んでいる。第１の平面と第２の平面は、９０°以外の二面角αをなして交差している。検出対象磁界は、第２の平面に平行な面内成分と第２の平面に垂直な垂直成分に分けることができる。面内成分は、第１の方向の変化に応じて変化する第２の方向を有している。第１の磁化の方向は、第２の方向の変化に応じて変化する。検出値は、第１の磁化の方向に依存する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象磁界を検出して検出値を生成する磁気センサであって、
前記検出対象磁界は、第１の平面内の基準位置において第１の方向を有し、前記第１の方向は、前記第１の平面内において所定の可変範囲内で変化するものであり、
前記磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含み、
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々は、それに対応する第２の平面内において変化可能な方向の第１の磁化を有する第１の磁性層を含み、
前記第１の平面と前記第２の平面は、９０°以外の二面角をなして交差し、
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々が受ける前記検出対象磁界は、前記第２の平面に平行な面内成分と前記第２の平面に垂直な垂直成分に分けることができ、
前記面内成分は、前記第１の方向の変化に応じて変化する第２の方向を有し、
前記第１の磁化の方向は、前記第２の方向の変化に応じて変化し、
前記検出値は、前記第１の磁化の方向に依存することを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記第１の磁性層は、前記第１の方向が前記可変範囲内の少なくとも一部の範囲内にあるときに、前記検出対象磁界によって前記第１の磁化が飽和状態になる特性を有することを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々は、更に、前記第２の平面に平行な方向の第２の磁化を有する第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層の間に配置されたギャップ層とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記二面角は、３０°〜８４°の範囲内であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記磁気センサは、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子として、第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子を含み、
前記磁気センサは、更に、信号出力端を含み、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子は、前記信号出力端を介して直列に接続され、
前記検出値は、前記信号出力端の電位に依存することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項６】
更に、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を支持する基板を備え、
前記基板は、前記第１の平面に垂直な主面と、前記主面に対して傾斜した少なくとも１つの傾斜面とを含み、
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、前記少なくとも１つの傾斜面に配置され、
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々に対応する前記第２の平面は、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々が配置された傾斜面に平行であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記磁気センサは、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子として、第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子を含み、
前記基板は、前記少なくとも１つの傾斜面として、前記第１の磁気抵抗効果素子が配置された第１の傾斜面と、前記第２の磁気抵抗効果素子が配置された第２の傾斜面とを含み、
前記第１の磁気抵抗効果素子に対応する前記第２の平面は、前記第１の傾斜面に平行であり、
前記第２の磁気抵抗効果素子に対応する前記第２の平面は、前記第２の傾斜面に平行であることを特徴とする請求項６記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記磁気センサは、更に、信号出力端を含み、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子は、前記信号出力端を介して直列に接続され、
前記検出値は、前記信号出力端の電位に依存することを特徴とする請求項７記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子は、直列に接続され、
前記検出値は、前記第１および第２の磁気抵抗効果素子の合成抵抗に依存することを特徴とする請求項７記載の磁気センサ。
【請求項１０】
更に、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含むと共に前記第１の磁化の方向に依存する第１の検出信号を生成する第１の磁気検出部と、前記検出対象磁界を検出して前記第１の方向に依存する第２の検出信号を生成する第２の磁気検出部と、前記第１の検出信号と前記第２の検出信号とに基づいて前記検出値を生成する検出値生成部とを備え、
前記可変範囲は、互いに異なる第１の領域と第２の領域を含み、
前記第１の検出信号の特定の同じ値に対応する前記第１の方向の２つの候補がそれぞれ前記第１の領域と前記第２の領域に存在し、
前記２つの候補に対応する前記第２の検出信号の２つの値は互いに異なることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の磁気センサと、
前記検出対象磁界を発生する磁界発生器とを備えたことを特徴とする磁気センサシステム。
【請求項１２】
前記磁気センサと前記磁界発生器は、前記磁気センサに対する前記磁界発生器の相対的な位置が変化すると、前記第１の方向が変化するように構成されていることを特徴とする請求項１１記載の磁気センサシステム。
【請求項１３】
前記磁気センサに対する前記磁界発生器の相対的な位置は、前記磁気センサを中心として回転可能であることを特徴とする請求項１２記載の磁気センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサおよびこれを含む磁気センサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、種々の用途で、磁気センサが利用されている。磁気センサとしては、基板上に設けられたスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子を用いたものが知られている。スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、印加磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置されたギャップ層とを有している。基板上に設けられたスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子は、基板の面に平行な方向の磁界に対して感度を有するように構成される場合が多い。従って、このような磁気抵抗効果素子は、基板の面に平行な平面内で方向が変化する磁界を検出するのに適している。
【０００３】
一方、磁気センサを含むシステムでは、基板上に設けられた磁気抵抗効果素子によって、基板の面に垂直な方向の成分を含む磁界を検出したい場合がある。このような例は、特許文献１ないし４に記載されている。
【０００４】
特許文献１には、磁石の位置を検知するための磁気センサが記載されている。この磁気センサは、基板と、基板上に設けられた２つの磁気センサ素子と、基板の上方に位置する磁石と、軟磁性体とを有している。軟磁性体は、磁石と２つの磁気センサ素子との間に位置している。軟磁性体は、磁石が発生するＸＺ平面上の磁界を、２つの磁気センサ素子が感度を有するＸＹ平面上の磁界に変換する。ＸＹ平面は基板の面に平行であり、ＸＺ平面は基板の面に垂直である。
【０００５】
特許文献２には、基板上に形成された傾斜面上に、磁性ストライプからなる磁気抵抗素子が配置され、基板の上方に磁石よりなる回転体が設けられた装置が記載されている。この装置では、回転体が回転すると、回転体が発生する磁界の方向が、傾斜面に垂直なふれ面内で変化する。磁気抵抗素子は、回転体が発生する磁界を検出する。
【０００６】
特許文献３，４には、外部磁界のＸ方向成分、Ｙ方向成分およびＺ方向成分を検出するための３つのセンサを含む装置が記載されている。この装置において、Ｚ方向成分を検出するためのセンサは、基板上に形成された傾斜面上に配置された磁気抵抗効果素子を含んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１２９６９７号公報
【特許文献２】特開平９−２１９５４６号公報
【特許文献３】特開２００６−２６１４００号公報
【特許文献４】国際公開第２０１７／０９４８８９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された磁気センサでは、軟磁性体に起因して発生する不要な磁界や軟磁性体の磁気ヒステリシス特性によって、検知精度が低下する場合があるという問題点がある。
【０００９】
次に、特許文献２ないし４に記載された装置における問題点について説明する。以下、特許文献３，４においてＺ方向成分を検出するためのセンサを、Ｚ方向センサと言う。また、特許文献２において磁気抵抗素子に印加される磁界と、特許文献３，４においてＺ方向センサに印加される磁界を、印加磁界と言う。また、印加磁界の成分であって特許文献２における磁気抵抗素子が感度を有する成分と、印加磁界の成分であって特許文献３，４におけるＺ方向センサが感度を有する成分を、感度成分と言う。
【００１０】
印加磁界の強度には、装置の構成要素の配置のばらつき等によって、ばらつきが生じ得る。特許文献２ないし４に記載された装置では、印加磁界の強度のばらつきに対する検出精度の低下の程度が大きいという問題点がある。以下、これについて詳しく説明する。
【００１１】
まず、感度成分の強度が小さくなるほど、印加磁界の強度のばらつきに対する検出精度の低下の程度が大きくなる。特許文献２に記載された装置では、印加磁界の方向は、傾斜面に垂直な磁界のふれ面内で変化する。そのため、この装置では、印加磁界の方向は、傾斜面に垂直な方向すなわち磁気抵抗素子が感度を有さない方向になり得る。従って、この装置では、感度成分の強度が０になり得る。
【００１２】
また、特許文献３，４に記載された装置では、印加磁界の方向は、傾斜面に垂直な方向すなわちＺ方向センサが感度を有さない方向になり得る。従って、この装置では、感度成分の強度が０になり得る。
【００１３】
特許文献２ないし４に記載された装置では、特に、印加磁界の方向が、感度成分の強度が０または０に近い値になるような方向のときに、印加磁界の強度のばらつきに対する検出精度の低下の程度が大きくなる。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、所定の平面内で方向が変化する磁界を検出するのに適した磁気抵抗効果素子を用いて、検出精度の低下を抑制しながら、所定の平面外の方向を含む可変範囲内で方向が変化する検出対象磁界の方向に対応する検出値を生成できるようにした磁気センサ、ならびにこの磁気センサを含む磁気センサシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の磁気センサは、検出対象磁界を検出して検出値を生成するものである。検出対象磁界は、第１の平面内の基準位置において第１の方向を有し、第１の方向は、第１の平面内において所定の可変範囲内で変化するものである。本発明の磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含んでいる。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々は、それに対応する第２の平面内において変化可能な方向の第１の磁化を有する第１の磁性層を含んでいる。第１の平面と第２の平面は、９０°以外の二面角をなして交差している。
【００１６】
少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々が受ける検出対象磁界は、第２の平面に平行な面内成分と第２の平面に垂直な垂直成分に分けることができる。面内成分は、第１の方向の変化に応じて変化する第２の方向を有している。第１の磁化の方向は、第２の方向の変化に応じて変化する。検出値は、第１の磁化の方向に依存する。
【００１７】
本発明の磁気センサにおいて、第１の磁性層は、第１の方向が可変範囲内の少なくとも一部の範囲内にあるときに、検出対象磁界によって第１の磁化が飽和状態になる特性を有していてもよい。
【００１８】
また、本発明の磁気センサにおいて、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々は、更に、第２の平面に平行な方向の第２の磁化を有する第２の磁性層と、第１の磁性層と第２の磁性層の間に配置されたギャップ層とを含んでいてもよい。
【００１９】
また、本発明の磁気センサにおいて、二面角は、３０°〜８４°の範囲内であってもよい。
【００２０】
また、本発明の磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子として、第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子を含んでいてもよい。この場合、磁気センサは、更に、信号出力端を含んでいてもよく、第１および第２の磁気抵抗効果素子は、信号出力端を介して直列に接続されていてもよい。また、検出値は、信号出力端の電位に依存してもよい。
【００２１】
また、本発明の磁気センサは、更に、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を支持する基板を備えていてもよい。基板は、第１の平面に垂直な主面と、主面に対して傾斜した少なくとも１つの傾斜面とを含んでいてもよい。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、少なくとも１つの傾斜面に配置されていてもよい。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々に対応する第２の平面は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々が配置された傾斜面に平行であってもよい。この場合、傾斜面は当然、平面である。本出願において、第２の平面が傾斜面に平行である場合のように、２つの平面が平行であるというのは、２つの平面が重なる場合を含む。
【００２２】
本発明の磁気センサが上記基板を備えている場合、磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子として、第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子を含んでいてもよい。基板は、少なくとも１つの傾斜面として、第１の磁気抵抗効果素子が配置された第１の傾斜面と、第２の磁気抵抗効果素子が配置された第２の傾斜面とを含んでいてもよい。第１の磁気抵抗効果素子に対応する第２の平面は、第１の傾斜面に平行であってもよい。第２の磁気抵抗効果素子に対応する第２の平面は、第２の傾斜面に平行であってもよい。
【００２３】
本発明の磁気センサが基板を備え、磁気センサが第１および第２の磁気抵抗効果素子を含んでいる場合、磁気センサは、更に、信号出力端を含んでいてもよく、第１および第２の磁気抵抗効果素子は、信号出力端を介して直列に接続されていてもよい。また、検出値は、信号出力端の電位に依存してもよい。
【００２４】
本発明の磁気センサが基板を備え、磁気センサが第１および第２の磁気抵抗効果素子を含んでいる場合、第１および第２の磁気抵抗効果素子は、直列に接続されていてもよく、検出値は、第１および第２の磁気抵抗効果素子の合成抵抗に依存してもよい。
【００２５】
また、本発明の磁気センサは、更に、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含むと共に第１の磁化の方向に依存する第１の検出信号を生成する第１の磁気検出部と、検出対象磁界を検出して第１の方向に依存する第２の検出信号を生成する第２の磁気検出部と、第１の検出信号と第２の検出信号とに基づいて検出値を生成する検出値生成部とを備えていてもよい。また、前記可変範囲は、互いに異なる第１の領域と第２の領域を含んでいてもよい。この場合、第１の検出信号の特定の同じ値に対応する第１の方向の２つの候補がそれぞれ第１の領域と第２の領域に存在していてもよく、２つの候補に対応する第２の検出信号の２つの値は互いに異なっていてもよい。
【００２６】
本発明の磁気センサシステムは、本発明の磁気センサと、検出対象磁界を発生する磁界発生器とを備えている。磁気センサと磁界発生器は、磁気センサに対する磁界発生器の相対的な位置が変化すると、前記第１の方向が変化するように構成されていてもよい。この場合、磁気センサに対する磁界発生器の相対的な位置は、磁気センサを中心として回転可能であってもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の磁気センサおよび磁気センサシステムでは、第１の平面と第２の平面が９０°以外の二面角をなして交差することにより、検出対象磁界が存在する限り、可変範囲内における第１の方向に関わらず、面内成分の強度が０になることはない。そのため、本発明によれば、所定の平面内で方向が変化する磁界を検出するのに適した磁気抵抗効果素子を用いて、検出精度の低下を抑制しながら、所定の平面外の方向を含む可変範囲内で方向が変化する検出対象磁界の方向に対応する検出値を生成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す正面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における検出対象磁界について説明するための説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における検出対象磁界の面内成分と垂直成分を示す説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサを示す斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの構成を示す回路図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における磁気抵抗効果素子の一部を示す斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における第１の角度の定義を示す説明図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における第２の角度の定義を示す説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における第１の角度の変化に対する第１および第２のベクトルの各々の一成分の変化を示す波形図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサシステムを適用可能なスロットルの構成を示す説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す説明図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサを示す斜視図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサの構成を示す回路図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態における第２の角度と第１の検出信号との関係を示す波形図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態における第１の角度と第２の検出信号との関係を示す波形図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る磁気センサを示す斜視図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサの少なくとも一部を示す斜視図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサの第１の磁気検出部の構成を示す回路図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサを示す斜視図である。
【図２１】本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサの一断面を示す断面図である。
【図２２】本発明の第６の実施の形態に係る磁気センサの第１の磁気検出部の構成を示す回路図である。
【図２３】本発明の第７の実施の形態に係る磁気センサを示す斜視図である。
【図２４】本発明の第７の実施の形態に係る磁気センサの一断面を示す断面図である。
【図２５】本発明の第７の実施の形態に係る磁気センサの他の一断面を示す断面図である。
【図２６】本発明の第７の実施の形態に係る磁気センサの構成を示すブロック図である。
【図２７】本発明の第７の実施の形態に係る磁気センサの第１の磁気検出部の構成を示す回路図である。
【図２８】本発明の第７の実施の形態に係る磁気センサの第２の磁気検出部の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサシステムの概略について説明する。本実施の形態に係る磁気センサシステム１は、本実施の形態に係る磁気センサ２と、検出対象磁界を発生する磁界発生器５とを備えている。
【００３０】
磁界発生器５は、回転軸Ｃ上に中心が位置するリング状の形状を有し、回転軸Ｃを中心として回転可能である。磁界発生器５をリングと見なすと、磁気センサ２は、リングの孔に相当する部分に配置されている。また、磁気センサ２は、回転軸Ｃ上に配置されている。なお、図１では、磁気センサ２と磁界発生器５を、回転軸Ｃに沿って互いに離して描いている。磁気センサ２は、磁界発生器５が発生する検出対象磁界を検出して、検出値θｓを生成する。検出値θｓは、磁気センサ２に対する磁界発生器５の相対的な位置、特に回転位置に対応する。
【００３１】
磁界発生器５は、２つの磁石６Ａ，６Ｂと、２つのヨーク７Ａ，７Ｂとを含んでいる。磁石６Ａ，６Ｂは、回転軸Ｃを含む仮想の平面を中心として対称な位置に配置されている。磁石６Ａ，６Ｂの各々は、磁界発生器５の回転方向の両端に位置するＮ極とＳ極を有している。ヨーク７Ａは、磁石６ＡのＮ極と磁石６ＢのＮ極を接続している。ヨーク７Ｂは、磁石６ＡのＳ極と磁石６ＢのＳ極を接続している。
【００３２】
ここで、図１および図２に示したように、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を定義する。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、互いに直交する。本実施の形態では、回転軸Ｃに平行な一方向（図１では右側に向かう方向）をＸ方向とする。図２では、Ｙ方向を左側に向かう方向として表している。図１および図２では、Ｚ方向を上側に向かう方向として表している。また、Ｘ方向とは反対の方向を−Ｘ方向とし、Ｙ方向とは反対の方向を−Ｙ方向とし、Ｚ方向とは反対の方向を−Ｚ方向とする。
【００３３】
次に、図１ないし図４を参照して、磁界発生器５が発生する検出対象磁界について説明する。図３は、検出対象磁界について説明するための説明図である。図４は、検出対象磁界の面内成分と垂直成分を示す説明図である。
【００３４】
本実施の形態では、磁石６ＡのＮ極から発生される磁束と、磁石６ＢのＮ極から発生される磁束は、いずれも、ヨーク７Ａから流出してヨーク７Ｂに流入する。これにより、ヨーク７Ａからヨーク７Ｂに向かう方向の検出対象磁界ＭＦが発生する。
【００３５】
図３および図４において、記号ＰＬ１を付した平面は、磁気センサ２および磁界発生器５と交差するＹＺ平面を表している。以下、この平面を、第１の平面ＰＬ１と言う。検出対象磁界ＭＦは、第１の平面ＰＬ１内の基準位置Ｐ０において第１の方向Ｄ１を有している。基準位置Ｐ０は、磁気センサ２の内部または表面にある。第１の方向Ｄ１は、第１の平面ＰＬ１内において所定の可変範囲内で変化するものである。図３において、記号Ｄ１を付した矢印は、第１の方向Ｄ１と、基準位置Ｐ０における検出対象磁界ＭＦの強度とを表している。記号Ｄ１を付した矢印の先端は、記号Ｃ１を付した円上を移動する。本実施の形態では、第１の方向Ｄ１の可変範囲の大きさは、１８０°以下である。
【００３６】
磁気センサ２と磁界発生器５は、磁気センサ２に対する磁界発生器５の相対的な位置が変化すると、第１の方向Ｄ１が変化するように構成されている。すなわち、磁界発生器５が回転軸Ｃを中心として回転すると、磁気センサ２に対する磁界発生器５の相対的な位置は、磁気センサ２を中心として回転する。これにより、第１の方向Ｄ１は、基準位置Ｐ０を中心として回転する。
【００３７】
図３および図４において、記号ＰＬ３を付した平面は、基準位置Ｐ０を通るＸＹ平面を表している。以下、この平面を、基準平面ＰＬ３と言う。
【００３８】
本実施の形態では、磁気センサ２に関連する第２の平面が規定される。第２の平面は、第１の平面ＰＬ１と基準平面ＰＬ３の両方に対して傾いている。第１の平面ＰＬ１と第２の平面は、９０°以外の二面角αをなして交差する。二面角αは、０°よりも大きく９０°よりも小さい。本実施の形態における第２の平面は、Ｙ方向の軸を中心としてＸＹ平面を９０°−αの角度だけ回転した平面である。図３および図４に示した平面ＰＬ２は、第２の平面の一例である。図３および図４に示した平面ＰＬ２は、基準位置Ｐ０を通過している。しかし、第２の平面は、基準位置Ｐ０を通過するとは限らない。
【００３９】
ここで、Ｚ方向から−Ｘ方向に向かってαだけ回転した方向をＵ方向とし、Ｕ方向とは反対の方向を−Ｕ方向とする。平面ＰＬ２は、Ｕ方向およびＹ方向に平行な平面すなわちＵＹ平面である。
【００４０】
図４に示したように、基準位置Ｐ０における検出対象磁界ＭＦは、平面ＰＬ２に平行な面内成分ＭＦａと平面ＰＬ２に垂直な垂直成分ＭＦｂに分けることができる。なお、図４は、基準位置Ｐ０における検出対象磁界ＭＦの方向である第１の方向Ｄ１がＺ方向と一致している状態を表している。面内成分ＭＦａは、第１の方向Ｄ１の変化に応じて変化する第２の方向Ｄ２を有している。図３において、記号Ｄ２を付した矢印は、第２の方向Ｄ２と、面内成分ＭＦａの強度とを表している。記号Ｄ２を付した矢印の先端は、記号Ｃ２を付した楕円上を移動する。
【００４１】
図３には、基準位置Ｐ０を通りＺ方向に平行な仮想の直線Ｌ１と、基準位置Ｐ０を通りＵ方向に平行な仮想の直線Ｌ２と、仮想の直線Ｌ１と円Ｃ１の交点Ｐ１，Ｐ２と、仮想の直線Ｌ２と楕円Ｃ２の交点Ｐ３，Ｐ４とを示している。仮想の直線Ｌ２、楕円Ｃ２、交点Ｐ３，Ｐ４および第２の方向Ｄ２は、それぞれ、仮想の直線Ｌ１、円Ｃ１、交点Ｐ１，Ｐ２および第１の方向Ｄ１を、平面ＰＬ２に垂直投影したものである。
【００４２】
磁気センサ２は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記す。）を含んでいる。本実施の形態では、少なくとも１つのＭＲ素子毎に、第２の平面が定義される。本実施の形態では、第２の平面は、対応するＭＲ素子と交差するものとする。
【００４３】
少なくとも１つのＭＲ素子の各々は、それに対応する第２の平面内において変化可能な方向の第１の磁化を有する第１の磁性層を含んでいる。少なくとも１つのＭＲ素子の各々が受ける検出対象磁界ＭＦは、基準位置Ｐ０における検出対象磁界ＭＦと同様に、第２の平面に平行な面内成分と第２の平面に垂直な垂直成分に分けることができる。面内成分は、図４に示した面内成分ＭＦａと同様に、第１の方向Ｄ１に応じて変化する第２の方向を有している。少なくとも１つのＭＲ素子の各々において、第１の磁化の方向は、第２の方向の変化に応じて変化する。検出値θｓは、第１の磁化の方向に依存する。
【００４４】
第２の方向は、第１の方向Ｄ１の変化に応じて変化することから、第１の磁化の方向は、第１の方向Ｄ１の変化に応じて変化する。従って、検出値θｓは、第１の方向Ｄ１に対応する。
【００４５】
磁気センサ２が複数のＭＲ素子を含む場合には、複数のＭＲ素子は、検出対象磁界ＭＦを受ける位置によって検出対象磁界ＭＦの方向の実質的な相違が生じない領域内に配置される。そのため、複数のＭＲ素子が受ける検出対象磁界ＭＦの方向は、実質的に同じである。
【００４６】
次に、図５および図６を参照して、磁気センサ２の構成について説明する。図５は、磁気センサ２を示す斜視図である。図６は、磁気センサ２の構成を示す回路図である。図６に示したように、本実施の形態では、磁気センサ２は、少なくとも１つのＭＲ素子を含むと共に第１の磁化の方向に依存する第１の検出信号Ｓ１を生成する第１の磁気検出部１０を備えている。本実施の形態では、第１の磁気検出部１０は、１つのＭＲ素子１１を含んでいる。
【００４７】
図５に示したように、磁気センサ２は、更に、ＭＲ素子１１を支持する基板３を備えている。基板３は、図３および図４に示した第１の平面ＰＬ１（ＹＺ平面）に垂直な主面３ａを含んでいる。本実施の形態では特に、主面３ａは、図３および図４に示した基準平面ＰＬ３（ＸＹ平面）に平行である。
【００４８】
基板３は、更に、主面３ａにおいて開口する溝部３ｃを有している。溝部３ｃは、主面３ａに対して傾斜した傾斜面３ｂを含んでいる。傾斜面３ｂは、平面である。ＭＲ素子１１は、傾斜面３ｂに配置されている。ＭＲ素子１１に対応する第２の平面は、傾斜面３ｂに平行である。
【００４９】
本実施の形態では、ＭＲ素子１１が配置されている位置を基準位置Ｐ０とし、図３および図４に示した平面ＰＬ２を、ＭＲ素子１１に対応する第２の平面とする。本実施の形態では、便宜上、ＭＲ素子１１に対応する第２の平面を、第２の平面ＰＬ２と記す。傾斜面３ｂは、第２の平面ＰＬ２と同様に、第１の平面ＰＬ１に対して二面角αをなすように傾斜し且つＵＹ平面に平行である。
【００５０】
また、本実施の形態では、図４に示した面内成分ＭＦ２ａを、ＭＲ素子１１が受ける検出対象磁界ＭＦの面内成分とし、図３に示した第２の方向Ｄ２を、ＭＲ素子１１が受ける検出対象磁界ＭＦの面内成分の第２の方向とする。本実施の形態では、便宜上、ＭＲ素子１１が受ける検出対象磁界ＭＦの面内成分を、面内成分ＭＦ２ａと記し、ＭＲ素子１１が受ける検出対象磁界ＭＦの面内成分の第２の方向を、第２の方向Ｄ２と記す。
【００５１】
図６に示したように、第１の磁気検出部１０は、更に、抵抗器１２と、信号出力端Ｅ１と、電源端Ｖ１と、グランド端Ｇ１とを含んでいる。なお、第１の磁気検出部１０は磁気センサ２の一部であることから、磁気センサ２が抵抗器１２、信号出力端Ｅ１、電源端Ｖ１およびグランド端Ｇ１を含んでいるとも言える。ＭＲ素子１１と抵抗器１２は、信号出力端Ｅ１を介して直列に接続されている。抵抗器１２は、電源端Ｖ１と信号出力端Ｅ１との間に設けられている。ＭＲ素子１１は、信号出力端Ｅ１とグランド端Ｇ１との間に設けられている。電源端Ｖ１には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランド端Ｇ１はグランドに接続される。
【００５２】
ＭＲ素子１１は、スピンバルブ型のＭＲ素子であってもよいし、異方性ＭＲ素子であってもよい。本実施の形態では特に、ＭＲ素子１１は、スピンバルブ型のＭＲ素子である。この場合、ＭＲ素子１１は、前述の第１の磁性層の他に、第２の平面ＰＬ２に平行な方向の第２の磁化を有する第２の磁性層と、第１の磁性層と第２の磁性層の間に配置されたギャップ層とを含んでいる。第２の磁化の方向は、面内成分ＭＦａの第２の方向Ｄ２の変化に応じて変化しない。スピンバルブ型のＭＲ素子は、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子でもよいし、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子でもよい。ＴＭＲ素子では、ギャップ層はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、ギャップ層は非磁性導電層である。ＭＲ素子１１では、第１の磁性層の第１の磁化の方向が第２の磁性層の第２の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が０°のときに抵抗値は最小値となり、角度が１８０°のときに抵抗値は最大値となる。図５および図６において、塗りつぶした矢印は、第２の磁化の方向を表している。本実施の形態では、第２の磁化の方向は−Ｕ方向である。
【００５３】
前述のように、第１の磁化の方向は、面内成分ＭＦａの第２の方向Ｄ２の変化に応じて変化し、第２の方向Ｄ２は、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１の変化に応じて変化する。従って、第１の方向Ｄ１の変化に応じて、ＭＲ素子１１の抵抗値が変化し、その結果、信号出力端Ｅ１の電位が変化する。第１の磁気検出部１０は、信号出力端Ｅ１の電位に対応する信号を第１の検出信号Ｓ１として生成する。第１の検出信号Ｓ１は、第１の方向Ｄ１の変化に応じて変化する。
【００５４】
第２の磁化の方向は、ＭＲ素子１１の作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。
【００５５】
ここで、図７を参照して、ＭＲ素子１１の構成の一例について説明する。図７は、ＭＲ素子１１の一部を示す斜視図である。この例では、ＭＲ素子１１は、複数の下部電極４１と、複数のＭＲ膜５０と、複数の上部電極４２とを有している。複数の下部電極４１は基板３の傾斜面３ｂ上に配置されている。個々の下部電極４１は細長い形状を有している。下部電極４１の長手方向に隣接する２つの下部電極４１の間には、間隙が形成されている。図７に示したように、下部電極４１の上面上において、長手方向の両端の近傍に、それぞれＭＲ膜５０が配置されている。ＭＲ膜５０は、下部電極４１側から順に積層された第１の磁性層５１、ギャップ層５２、第２の磁性層５３および反強磁性層５４を含んでいる。第１の磁性層５１は、下部電極４１に電気的に接続されている。反強磁性層５４は、反強磁性材料よりなり、第２の磁性層５３との間で交換結合を生じさせて、第２の磁性層５３の磁化の方向を固定する。複数の上部電極４２は、複数のＭＲ膜５０の上に配置されている。個々の上部電極４２は細長い形状を有し、下部電極４１の長手方向に隣接する２つの下部電極４１上に配置されて隣接する２つのＭＲ膜５０の反強磁性層５４同士を電気的に接続する。このような構成により、図７に示したＭＲ素子１１は、複数の下部電極４１と複数の上部電極４２とによって直列に接続された複数のＭＲ膜５０を有している。なお、ＭＲ膜５０における層５１〜５４の配置は、図７に示した配置とは上下が反対でもよい。
【００５６】
図６に示したように、磁気センサ２は、更に、第１の検出信号Ｓ１に基づいて検出値θｓを生成する検出値生成部３０を備えている。検出値θｓは、第１の検出信号Ｓ１に依存する。第１の検出信号Ｓ１は、第１の方向Ｄ１の変化に応じて変化することから、検出値θｓは、第１の方向Ｄ１に対応する。検出値生成部３０は、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）あるいはマイクロコンピュータによって構成されている。
【００５７】
次に、検出値θｓの生成方法について説明する。ここで、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１が所定の基準方向に対してなす角度を第１の角度と言い、記号θ１で表す。また、面内成分ＭＦａの第２の方向Ｄ２が所定の基準方向に対してなす角度を第２の角度と言い、記号θ２で表す。第２の角度θ２は、第１の角度θ１と対応関係を有している。
【００５８】
図８は、第１の角度θ１の定義を示す説明図である。図８には、図３に示した第１の平面ＰＬ１、基準位置Ｐ０、第１の方向Ｄ１および円Ｃ１を示している。第１の平面ＰＬ１内において、第１の方向Ｄ１は、基準位置Ｐ０を中心として回転する。本実施の形態では、Ｚ方向を第１の角度θ１を表すための基準方向とする。第１の角度θ１は、Ｚ方向から図８における時計回り方向に見たときに正の値で表し、Ｚ方向から図８における反時計回り方向に見たときに負の値で表す。
【００５９】
前述のように、本実施の形態では、第１の方向Ｄ１の可変範囲の大きさは、１８０°以下である。以下、第１の角度θ１は、０°以上１８０°以下の範囲内で変化するものとする。
【００６０】
図９は、第２の角度θ２の定義を示す説明図である。図９には、図３に示した平面ＰＬ２すなわち第２の平面ＰＬ２、基準位置Ｐ０、第２の方向Ｄ２および楕円Ｃ２を示している。第２の平面ＰＬ２内において、第２の方向Ｄ２は、ＭＲ素子１１が配置されている位置すなわち基準位置Ｐ０を中心として回転する。本実施の形態では、Ｕ方向を第２の角度θ２を表すための基準方向とする。第２の角度θ２は、Ｕ方向から図９における時計回り方向に見たときに正の値で表し、Ｕ方向から図９における反時計回り方向に見たときに負の値で表す。本実施の形態では、第２の角度θ２は、０°以上１８０°以下の範囲内で変化する。
【００６１】
検出値生成部３０は、第１の角度θ１と対応関係を有する値を検出値θｓとして生成する。本実施の形態では、検出値生成部３０は、第１の角度θ１そのものを表す値を検出値θｓとして生成する。なお、検出値生成部３０は、第１の角度θ１そのものを表す値の代わりに、磁気センサ２に対する磁界発生器５の相対的な位置を表す角度と対応関係を有する値を検出値θｓとして生成してもよい。磁気センサ２に対する磁界発生器５の相対的な位置を表す角度は、第１の角度θ１と対応関係を有している。
【００６２】
以下、検出値θｓの生成方法について具体的に説明する。始めに、検出値θｓの生成方法の概要について説明する。図８に示した第１の方向Ｄ１を表す矢印は、基準位置Ｐ０を原点とするＹＺ座標系において、ＭＲ素子１１が受ける検出対象磁界ＭＦの方向と強度を表すベクトルを表していると言える。以下、このベクトルを第１のベクトルと言い、第１のベクトルのＹ成分とＺ成分をそれぞれＹ１，Ｚ１とする。
【００６３】
また、図９に示した第２の方向Ｄ２を表す矢印は、基準位置Ｐ０を原点とするＹＵ座標系において、ＭＲ素子１１が受ける面内成分ＭＦａの方向と強度を表すベクトルを表していると言える。以下、このベクトルを第２のベクトルと言う。第２のベクトルは、第２の平面ＰＬ２に第１のベクトルを垂直投影したものであり、第２のベクトルのＹ成分は、第１のベクトルのＹ成分と同じ値すなわちＹ１になる。以下、第２のベクトルのＹ成分とＵ成分をそれぞれＹ１，Ｕ１とする。
【００６４】
また、第２のベクトルのＵ成分Ｕ１は、第１のベクトルのＺ成分Ｚ１と対応関係を有している。図１０は、第１の角度θ１の変化に対するＺ１，Ｕ１の変化を示す波形図である。図１０において、横軸は第１の角度θ１を示し、縦軸はＺ１およびＵ１を示している。また、図１０において、符号８１を付した曲線はＺ１を示し、符号８２を付した曲線はＵ１を示している。なお、図１０では、Ｚ１の最大値が１になり、Ｚ１の最小値が−１になるように、Ｚ１を規格化している。また、図１０では、二面角αが６０°の場合のＵ１を示している。
【００６５】
Ｚ１は、Ｕ１と二面角αを用いて表すことができる。従って、比Ｙ１／Ｚ１は、比Ｙ１／Ｕ１と二面角αを用いて表すことができる。比Ｙ１／Ｚ１と第１の角度θ１の関係と、比Ｙ１／Ｕ１と第２の角度θ２の関係と、比Ｙ１／Ｚ１と比Ｙ１／Ｕ１の関係を利用すると、第１の角度θ１と第２の角度θ２の関係を表す式が得られる。
【００６６】
また、第２の角度θ２を表す値θ２ｓは、第１の検出信号Ｓ１を用いて求めることができる。本実施の形態では、検出値生成部３０は、θ２ｓを求め、第１の角度θ１と第２の角度θ２の関係を表す式にθ２ｓを代入することによって、検出値θｓを生成する。
【００６７】
次に、検出値θｓの具体的な計算方法について説明する。比Ｙ１／Ｚ１および比Ｙ１／Ｕ１は、それぞれ下記の式（１）、（２）で表される。
【００６８】
Ｙ１／Ｚ１＝ｔａｎθ１    …（１）
Ｙ１／Ｕ１＝ｔａｎθ２    …（２）
【００６９】
また、Ｚ１は、下記の式（３）で表される。
【００７０】
Ｚ１＝Ｕ１／ｃｏｓα    …（３）
【００７１】
式（１）を変形し、変形後の式に式（２）、（３）を代入すると、第１の角度θ１と第２の角度θ２の関係を表す下記の式（４）が得られる。なお、“ａｔａｎ”は、アークタンジェントを表す。
【００７２】
θ１＝ａｔａｎ（Ｙ１／Ｚ１）
＝ａｔａｎ（Ｙ１／（Ｕ１／ｃｏｓα））
＝ａｔａｎ（ｃｏｓα・Ｙ１／Ｕ１）
＝ａｔａｎ（ｃｏｓα・ｔａｎθ２）    …（４）
【００７３】
第１の検出信号Ｓ１は、第２の角度θ２が０°のときに第１の検出信号Ｓ１の値が１になり、第２の角度θ２が１８０°のときに第１の検出信号Ｓ１の値が−１になり、第２の角度θ２が９０°と２７０°のときに第１の検出信号Ｓ１の値が０になるように規格化することができる。この場合、第１の検出信号Ｓ１は、下記の式（５）で表される。
【００７４】
Ｓ１＝ｃｏｓθ２    …（５）
【００７５】
図６には、検出値生成部３０の構成の一例を示している。この例では、検出値生成部３０は、第１の演算部３１と第２の演算部３２を含んでいる。第１の演算部３１は、第１の検出信号Ｓ１に基づいて、第２の角度θ２を表す値θ２ｓを算出する。第２の演算部３２は、第１の演算部３１によって算出された値θ２ｓに基づいて検出値θｓを算出する。第１および第２の演算部３１，３２は、機能ブロックであってもよいし、物理的に別個の回路であってもよい。
【００７６】
第１の演算部３１は、下記の式（６）によって値θ２ｓを算出する。値θ２ｓの範囲は、０°以上１８０°以下である。式（６）は、式（５）におけるθ２をθ２ｓに置き換えて変形したものである。なお、“ａｃｏｓ”は、アークコサインを表す。
【００７７】
θ２ｓ＝ａｃｏｓＳ１    …（６）
【００７８】
第２の演算部３２は、後で説明する例外を除いて、下記の式（７）によって検出値θｓを算出する。検出値θｓの範囲は、０°以上１８０°以下である。式（７）は、式（４）におけるθ１，θ２を、それぞれθｓ，θ２ｓに置き換えたものである。
【００７９】
θｓ＝ａｔａｎ（ｃｏｓα・ｔａｎθ２ｓ）    …（７）
【００８０】
上記の例外とは、値θ２ｓが０°または１８０°のときである。値θ２ｓが０°または１８０°のときには、式（７）によるθｓの解には、０°と１８０°の２つの解がある。そこで、第２の演算部３２は、値θ２ｓが０°または１８０°のときには、値θ２ｓをそのまま検出値θｓとする。これは、第１の角度θ１が０°のときは第２の角度θ２も０°であり、第１の角度θ１が１８０°のときは第２の角度θ２も１８０°であることを利用したものである。
【００８１】
なお、検出値生成部３０の構成および機能は、上記の例に限られない。例えば、検出値生成部３０は、第１の検出信号Ｓ１と検出値θｓとの対応関係を示すテーブルを保持し、このテーブルを参照して、第１の検出信号Ｓ１から検出値θｓを生成してもよい。上記テーブルにおける第１の検出信号Ｓ１と検出値θｓとの対応関係は、上述のように理論的に求められたものであってもよいし、実験によって求められたものであってもよい。
【００８２】
次に、本実施の形態に係る磁気センサシステム１および磁気センサ２の作用および効果について説明する。本実施の形態に係る磁気センサ２の第１の磁気検出部１０は、ＭＲ素子１１を含んでいる。ＭＲ素子１１は、所定の平面すなわち第２の平面ＰＬ２内において変化可能な方向の第１の磁化を有する第１の磁性層を含んでいる。そのため、ＭＲ素子１１は、所定の平面すなわち第２の平面ＰＬ２内で方向が変化する磁界を検出するのに適している。
【００８３】
一方、基準位置Ｐ０における検出対象磁界ＭＦは、第１の平面ＰＬ１（ＹＺ平面）内において所定の可変範囲内で変化する第１の方向Ｄ１を有している。すなわち、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１は、上記の所定の平面外の方向を含む可変範囲内で変化する。本実施の形態によれば、以下のようにして、所定の平面すなわち第２の平面ＰＬ２内で方向が変化する磁界を検出するのに適したＭＲ素子１１を用いて、所定の平面外の方向を含む可変範囲内で方向が変化する検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１に対応する検出値θｓを生成することができる。
【００８４】
すなわち、本実施の形態では、ＭＲ素子１１は基板３の傾斜面３ｂに配置され、ＭＲ素子１１に対応する第２の平面ＰＬ２は第１の平面ＰＬ１に対して二面角αをなすように傾斜している。これにより、ＭＲ素子１１によって、検出対象磁界ＭＦの一成分である面内成分ＭＦａを検出することができる。面内成分ＭＦａの方向である第２の方向Ｄ２は、基準位置Ｐ０における検出対象磁界ＭＦの方向である第１の方向Ｄ１の変化に応じて変化する。ＭＲ素子１１において、第１の磁化の方向は、第２の方向Ｄ２の変化に応じて変化する。検出値θｓは、第１の磁化の方向に依存する。従って、検出値θｓは、第１の方向Ｄ１に対応する。このようにして、本実施の形態によれば、ＭＲ素子１１を用いて、第１の方向Ｄ１に対応する検出値θｓを生成することができる。
【００８５】
ところで、もし、第２の平面ＰＬ２が、第１の平面ＰＬ１に垂直な平面であったら、第１の方向Ｄ１次第では、面内成分ＭＦａの強度が０または０に近い値になる場合がある。第２の平面ＰＬ２が第１の平面ＰＬ１に垂直な場合の例としては、第２の平面ＰＬ２が、Ｘ方向の軸を中心としてＸＹ平面を０°より大きく９０°より小さい角度だけ回転した平面である場合がある。この場合には、第１の方向Ｄ１が第２の平面ＰＬ２に垂直であるときに面内成分ＭＦａの強度が０になり、第１の方向Ｄ１が第２の平面ＰＬ２に垂直に近い方向であるときに面内成分ＭＦａの強度が０に近い値になる。このように、面内成分ＭＦａの強度が０または０に近い値になるときには、検出対象磁界ＭＦの強度のばらつきに対する磁気センサ２の検出精度の低下の程度が大きくなる。
【００８６】
これに対し、本実施の形態では、第１の平面ＰＬ１と第２の平面ＰＬ２は、９０°以外の二面角αをなして交差する。これにより、検出対象磁界ＭＦが存在する限り、可変範囲内における第１の方向Ｄ１に関わらず、面内成分ＭＦａの強度が０になることはない。そのため、本実施の形態によれば、ＭＲ素子１１を用いて、検出精度の低下を抑制しながら、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１に対応する検出値θｓを生成することができる。
【００８７】
また、本実施の形態では、第１の平面ＰＬ１は、基板３の主面３ａに垂直である。これにより、本実施の形態によれば、磁気センサ２と磁界発生器５の位置関係を容易に規定することが可能になる。
【００８８】
以下、二面角αの好ましい範囲について説明する。検出対象磁界ＭＦの強度をＨ１とすると、面内成分ＭＦａの強度の最小値は、Ｈ１ｃｏｓαである。面内成分ＭＦａの強度の最小値は、Ｈ１の１０％以上であることが好ましく、３０％以上であることがより好ましい。そのため、二面角αは、８４°以下であることが好ましく、７３°以下であることより好ましい。一方、二面角αが小さすぎると、基板３の傾斜面３ｂ上にＭＲ素子１１を形成することが難しくなる。そのため、二面角αは、３０°以上であることが好ましく、４５°以上であることがより好ましい。以上のことから、二面角αは、３０°〜８４°の範囲内であることが好ましく、４５°〜７３°の範囲内であることがより好ましい。
【００８９】
ところで、ＭＲ素子１１の第１の磁性層の第１の磁化の方向は、面内成分ＭＦａの第２の方向Ｄ２の変化に精度よく追従することが好ましい。そのためには、第１の磁性層は、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１が可変範囲内の少なくとも一部の範囲内にあるときに、検出対象磁界ＭＦによって第１の磁化が飽和状態になる特性を有することが好ましい。第１の磁性層は、第１の方向Ｄ１が可変範囲内のいずれの方向であっても、検出対象磁界ＭＦによって第１の磁化が飽和状態になる特性を有することがより好ましい。
【００９０】
また、ＭＲ素子１１がスピンバルブ型のＭＲ素子である場合、第１の磁性層の第１の磁化の方向が第２の方向Ｄ２の変化に精度よく追従するためには、第１の磁性層の一軸磁気異方性は小さいことが好ましい。
【００９１】
ＭＲ素子１１の第１の磁性層は、第１の方向Ｄ１が可変範囲内のいずれの方向であっても、検出対象磁界ＭＦによって第１の磁化が飽和状態になる特性を有していてもよい。この場合には、検出対象磁界ＭＦの強度の変動によって、第１の磁性層の第１の磁化の方向が変動することはない。そのため、この場合には、検出対象磁界ＭＦの強度の変動による検出値θｓの変動を抑制することができる。検出対象磁界ＭＦの強度の変動は、例えば、環境温度の変化や、磁気センサ２と磁界発生器５の位置関係の変動によって生じ得る。
【００９２】
本実施の形態では、第１の方向Ｄ１の可変範囲の大きさは１８０°以下である。本実施の形態では特に、磁界発生器５が回転軸Ｃを中心として回転すると、磁気センサ２に対する磁界発生器５の相対的な回転位置が変化し、その結果、第１の方向Ｄ１が変化する。磁気センサ２に対する磁界発生器５の相対的な回転位置の可変範囲も１８０°以下である。従って、本実施の形態に係る磁気センサシステム１は、回転可能な可動部を含む機器であって、可動部の可変範囲が１８０°以下である機器における可動部の回転位置を検出する装置として利用することができる。このような機器としては、例えばスロットルがある。
【００９３】
図１１は、本実施の形態に係る磁気センサシステム１を適用可能なスロットルの構成を示す説明図である。図１１に示したスロットル２００は、可動部であるスロットルバルブ２０１と、このスロットルバルブ２０１を所定の回転軸を中心として回転可能に支持する本体２０２とを含んでいる。磁気センサシステム１をスロットル２００に適用する場合には、例えば、磁気センサ２はスロットルバルブ２０１に連動して回転せずに、磁界発生器５がスロットルバルブ２０１に連動して回転するように、磁気センサシステム１を構成すればよい。
【００９４】
なお、スロットルバルブ２０１の可変範囲の大きさは９０°以下である。磁気センサシステム１をスロットル２００に適用する場合には、スロットルバルブ２０１の回転位置が可変範囲の中央位置のときに図８、図９に示したθ１，θ２が９０°になるように磁気センサシステム１を構成すれば、スロットルバルブ２０１の回転位置の変化に対する第１の検出信号Ｓ１の変化の線形性を高めることができる。
【００９５】
本実施の形態に係る磁気センサシステム１を適用可能な他の機器の例としては、シフトレバーがある。このシフトレバーは、レバーと、このレバーを揺動可能に支持する支持部とを含んでいる。このシフトレバーに磁気センサシステム１を適用する場合には、磁気センサ２はレバーに連動して回転せずに、磁界発生器５がレバーに連動して回転するように、磁気センサシステム１を構成すればよい。
【００９６】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。始めに、図１２を参照して、本実施の形態に係る磁気センサシステム１が第１の実施の形態と異なる点について説明する。図１２は、磁気センサシステム１の概略の構成を示す説明図である。
【００９７】
本実施の形態に係る磁気センサシステム１は、第１の実施の形態における磁界発生器５の代わりに、検出対象磁界ＭＦを発生する磁界発生器１０５を備えている。磁界発生器１０５は、回転軸Ｃを中心として回転可能である。磁界発生器１０５は、一対の磁石１０６Ａ，１０６Ｂを含んでいる。磁石１０６Ａ，１０６Ｂは、回転軸Ｃを含む仮想の平面を中心として対称な位置に配置されている。
【００９８】
磁石１０６Ａ，１０６Ｂの各々は、Ｎ極とＳ極を有している。磁石１０６Ａ，１０６Ｂは、磁石１０６ＡのＮ極と磁石１０６ＢのＳ極が対向するような姿勢で配置されている。本実施の形態では、磁界発生器１０５は、磁石１０６ＡのＮ極から磁石１０６ＢのＳ極に向かう方向の検出対象磁界ＭＦを発生する。
【００９９】
磁気センサ２は、磁気センサ２に対する磁界発生器１０５の相対的な位置が変化すると、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１（図３および図８参照）が変化するように構成されている。すなわち、磁界発生器１０５が回転軸Ｃを中心として回転すると、磁気センサ２に対する磁界発生器１０５の相対的な位置は、磁気センサ２を中心として回転する。これにより、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１は、基準位置Ｐ０を中心として回転する。
【０１００】
本実施の形態では、第１の方向Ｄ１の可変範囲と磁石１０６Ａ，１０６Ｂの可変範囲は、いずれも３６０°以内である。従って、本実施の形態に係る磁気センサシステム１は、回転可能な可動部を含む機器であって、可動部の可変範囲が３６０°以内である機器における可動部の回転位置を検出する装置として利用することができる。このような機器としては、例えば産業用ロボットの関節がある。図１２は、産業用ロボット３００に磁気センサシステム１を適用した例を示している。
【０１０１】
図１２に示した産業用ロボット３００は、可動部３０１と、可動部３０１を回転可能に支持する支持部３０２とを含んでいる。可動部３０１と支持部３０２の連結部分は関節である。可動部３０１は、回転軸Ｃを中心として回転する。可動部３０１の可変範囲は３６０°以内である。本実施の形態に係る磁気センサシステム１を産業用ロボット３００の関節に適用する場合には、例えば、支持部３０２に磁気センサ２を固定し、可動部３０１に磁石１０６Ａ，１０６Ｂを固定すればよい。
【０１０２】
次に、図１３および図１４を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ２が第１の実施の形態と異なる点について説明する。図１３は、磁気センサ２を示す斜視図である。図１４は、磁気センサ２の構成を示す回路図である。図１４に示したように、本実施の形態に係る磁気センサ２は、第１の磁気検出部１０および検出値生成部３０の他に、検出対象磁界ＭＦを検出して第１の方向Ｄ１に依存する第２の検出信号Ｓ２を生成する第２の磁気検出部２０を備えている。本実施の形態では、検出値生成部３０は、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２とに基づいて検出値θｓを生成する。検出値θｓは、磁気センサ２に対する磁界発生器１０５の相対的な位置、特に回転位置に対応する。
【０１０３】
第２の磁気検出部２０は、図１３および図１４に示すＭＲ素子２１を含んでいる。ＭＲ素子２１は、基板３の主面３ａに配置されている。第２の磁気検出部２０は、更に、抵抗器２２と、信号出力端Ｅ２と、電源端Ｖ２と、グランド端Ｇ２とを含んでいる。ＭＲ素子２１と抵抗２２は、信号出力端Ｅ２を介して直列に接続されている。抵抗器２２は、電源端Ｖ２と信号出力端Ｅ２との間に設けられている。ＭＲ素子２１は、信号出力端Ｅ２とグランド端Ｇ２との間に設けられている。電源端Ｖ２には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランド端Ｇ２はグランドに接続される。
【０１０４】
第１の磁気検出部１０のＭＲ素子１１と第２の磁気検出部２０のＭＲ素子２１は、検出対象磁界ＭＦを受ける位置によって検出対象磁界ＭＦの方向の実質的な相違が生じない領域内に配置されている。そのため、ＭＲ素子１１，２１が受ける検出対象磁界ＭＦの方向は、実質的に同じである。
【０１０５】
本実施の形態では、ＭＲ素子２１は、ＭＲ素子１１と同様に、スピンバルブ型のＭＲ素子である。ＭＲ素子２１は、基準平面ＰＬ３（ＸＹ平面）に平行な仮想の平面内において変化可能な方向の第３の磁化を有する第３の磁性層と、上記仮想の平面に平行な方向の第４の磁化を有する第４の磁性層と、第３の磁性層と第４の磁性層の間に配置されたギャップ層とを含んでいる。ＭＲ素子２１では、第３の磁性層の第３の磁化の方向が第４の磁性層の第４の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が０°のときに抵抗値は最小値となり、角度が１８０°のときに抵抗値は最大値となる。図１３および図１４において、ＭＲ素子２１内の塗りつぶした矢印は、第４の磁性層の第４の磁化の方向を表している。本実施の形態では、第４の磁性層の第４の磁化の方向は−Ｙ方向である。
【０１０６】
第４の磁化の方向は、ＭＲ素子２１の作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。
【０１０７】
第３の磁性層は、Ｘ方向に平行な方向の一軸磁気異方性を有していてもよい。一軸磁気異方性は、形状磁気異方性であってもよい。この場合、第３の磁性層の第３の磁化の方向は、検出対象磁界ＭＦの、Ｙ方向に平行な方向の成分の強度に応じて変化する。以下、検出対象磁界ＭＦの、Ｙ方向に平行な方向の成分を、Ｙ方向成分と言う。また、Ｙ方向成分の方向がＹ方向であるときには、Ｙ方向成分の強度を正の値で表し、Ｙ方向成分の方向が−Ｙ方向であるときには、Ｙ方向成分の強度を負の値で表す。Ｙ方向成分の強度は、第１の方向Ｄ１がＺ方向に対してなす第１の角度θ１（図８参照）に依存する。すなわち、検出対象磁界ＭＦの強度をＨ１とすると、Ｙ方向成分の強度はＨ１ｓｉｎθ１である。従って、第３の磁性層の第３の磁化の方向は、Ｈ１ｓｉｎθ１に依存する。
【０１０８】
第２の磁気検出部２０の信号出力端Ｅ２の電位は、ＭＲ素子２１の抵抗値に依存する。ＭＲ素子２１の抵抗値は、Ｈ１ｓｉｎθ１に依存する。第２の磁気検出部２０は、信号出力端Ｅ２の電位に対応する信号を第２の検出信号Ｓ２として生成する。本実施の形態では特に、第２の検出信号Ｓ２は、ｓｉｎθ１となるように規格化されている。
【０１０９】
第１の磁気検出部１０が生成する第１の検出信号Ｓ１は、第１の実施の形態と同様に、式（５）で表されるように規格化されている。
【０１１０】
図１５は、第２の角度θ２と第１の検出信号Ｓ１との関係を示す波形図である。図１６は、第１の角度θ１と第２の検出信号Ｓ２との関係を示す波形図である。第１の角度θ１が０°のときは第２の角度θ２も０°であり、第１の角度θ１が９０°のときは第２の角度θ２も９０°であり、第１の角度θ１が１８０°のときは第２の角度θ２も１８０°であり、第１の角度θ１が２７０°のときは第２の角度θ２も２７０°である。なお、角度θ１，θ２のいずれにおいても、３６０°は０°と等価である。そのため、以下の説明において、角度θ１，θ２に関して、０°と３６０°の両方に当てはまる事項に関しては、０°にのみ言及する。
【０１１１】
次に、本実施の形態における検出値θｓの生成方法について説明する。本実施の形態では、第１の方向Ｄ１の可変範囲は、互いに異なる第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２を含んでいる。また、前述のように、第１の方向Ｄ１の可変範囲は、３６０°以内である。以下、第１の角度θ１は、０°以上３６０°以下の可変範囲内で変化するものとする。ここで、第１の角度θ１が０°より大きく１８０°より小さくなる第１の方向Ｄ１の範囲を第１の領域Ｒ１とし、第１の角度θ１が１８０°より大きく３６０°より小さくなる第１の方向Ｄ１の範囲を第２の領域Ｒ２とする。第１の方向Ｄ１が第１の領域Ｒ１内にあるとき、第１の角度θ１と第２の角度θ２は、いずれも０°より大きく１８０°より小さい範囲内にある。第１の方向Ｄ１が第２の領域Ｒ２内にあるとき、第１の角度θ１と第２の角度θ２は、いずれも１８０°より大きく３６０°より小さい範囲内にある。
【０１１２】
図１５に示したように、第１の検出信号Ｓ１は、第２の角度θ２の変化に応じて変化する。第２の角度θ２は、第１の角度θ１と同様に、０°以上３６０°以下の可変範囲内で変化する。０°および１８０°を除く第２の角度θ２の可変範囲内において、第１の検出信号Ｓ１が特定の同じ値になる第２の角度θ２は２つある。同様に、０°および１８０°を除く第１の角度θ１の可変範囲内において、第１の検出信号Ｓ１が特定の同じ値になる第１の角度θ１は２つある。すなわち、０°および１８０°を除く第１の角度θ１の可変範囲内において、第１の検出信号Ｓ１の特定の同じ値に対応する第１の方向Ｄ１の候補は２つ存在する。この２つの候補の一方は第１の領域Ｒ１に存在し、他方は第２の領域Ｒ２に存在する。そのため、第１の角度θ１が０°以上３６０°以下の可変範囲内で変化する場合には、第１の角度θ１が０°および１８０°以外の場合には、第１の検出信号Ｓ１だけでは第１の方向Ｄ１を特定することができない。
【０１１３】
本実施の形態では、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２とに基づいて、第１の方向Ｄ１に一対一で対応する検出値θｓを生成することができる。言い換えると、本実施の形態では、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２とに基づいて、第１の方向Ｄ１を特定することができる。以下、これについて詳しく説明する。
【０１１４】
図１６に示したように、第１の方向Ｄ１が第１の領域Ｒ１に存在する場合、すなわち第１の角度θ１が０°より大きく１８０°より小さい場合には、第２の検出信号Ｓ２は正の値になる。また、第１の方向Ｄ１が第２の領域Ｒ２に存在する場合、すなわち第１の角度θ１が１８０°より大きく３６０°より小さい場合には、第２の検出信号Ｓ２は負の値になる。このように、第１の検出信号Ｓ１の特定の同じ値に対応する第１の方向Ｄ１の２つの候補に対応する第２の検出信号Ｓ２の２つの値は互いに異なる。従って、第２の検出信号Ｓ２を用いれば、第１の方向Ｄ１の２つの候補のうちのどちらが真の第１の方向Ｄ１であるかが分かる。すなわち、第２の検出信号Ｓ２が正の値である場合には、第１の領域Ｒ１に存在する第１の方向Ｄ１の候補が真の第１の方向Ｄ１であり、第２の検出信号Ｓ２が負の値である場合には、第２の領域Ｒ２に存在する第１の方向Ｄ１の候補が真の第１の方向Ｄ１である。このように、本実施の形態では、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２とに基づいて、第１の方向Ｄ１を特定することができる。
【０１１５】
本実施の形態では、検出値生成部３０は、上記の性質を利用して、第１の方向Ｄ１に一対一で対応する検出値θｓを生成する。以下、検出値生成部３０の構成および処理内容の第１の例と第２の例について説明する。第１および第２の例では、図１４に示したように、検出値生成部３０は、コンパレータ３３と角度演算部３４を含んでいる。コンパレータ３３は、第２の検出信号Ｓ２の値が０以上か否かを判定し、判定結果を出力する。
【０１１６】
第１の例では、角度演算部３４は、まず、第１の検出信号Ｓ１に基づいて、第１の実施の形態における式（６）によって、第２の角度θ２を表す値θ２ｓを算出する。第１の例では、値θ２ｓの範囲は、０°以上１８０°以下である。角度演算部３４は、次に、後で説明する例外を除いて、第１の実施の形態における式（７）によって、検出値θｓを算出する。本実施の形態では、検出値θｓの範囲は、０°以上３６０°未満である。上記の例外とは、第１の実施の形態と同様に、値θ２ｓが０°または１８０°のときである。角度演算部３４は、値θ２ｓが０°または１８０°のときには、値θ２ｓをそのまま検出値θｓとする。
【０１１７】
第１の例では、上記の例外を除いて、式（７）によるθｓの解には、２つの解がある。２つの解の一方は、０°より大きく１８０°未満の範囲内に存在し、２つの解の他方は、１８０°より大きく３６０°未満の範囲内に存在する。そこで、角度演算部３４は、コンパレータ３３の判定結果を用いて、θｓの真の値が、式（７）におけるθｓの２つの解のいずれであるかを判別する。具体的には、角度演算部３４は、第２の検出信号Ｓ２の値が０以上である場合には、０°より大きく１８０°未満の範囲内に存在する解をθｓとする。また、角度演算部３４は、第２の検出信号Ｓ２の値が負の値である場合には、１８０°より大きく３６０°未満の範囲内に存在する解をθｓとする。
【０１１８】
第２の例では、角度演算部３４は、まず、第１の検出信号Ｓ１に基づいて、第１の実施の形態における式（６）によって、値θ２ｓを算出する。第２の例では、値θ２ｓの範囲は、０°以上３６０°未満である。値θ２ｓが０°および１８０°以外のときには、式（６）によるθ２ｓの解には、２つの解がある。２つの解の一方は、０°より大きく１８０°未満の範囲内に存在し、２つの解の他方は、１８０°より大きく３６０°未満の範囲内に存在する。角度演算部３４は、コンパレータ３３の判定結果を用いて、θ２ｓの真の値が、式（６）におけるθ２ｓの２つの解のいずれであるかを判別する。具体的には、角度演算部３４は、第２の検出信号Ｓ２の値が０以上である場合には、０°より大きく１８０°未満の範囲内に存在する解をθ２ｓとする。また、角度演算部３４は、第２の検出信号Ｓ２の値が負の値である場合には、１８０°より大きく３６０°未満の範囲内に存在する解をθ２ｓとする。角度演算部３４は、値θ２ｓが０°または１８０°のときには、値θ２ｓをそのまま検出値θｓとする。
【０１１９】
角度演算部３４は、次に、第１の実施の形態における式（７）によって、検出値θｓを算出する。検出値θｓの範囲は、０°以上３６０°未満である。式（７）によるθｓの解には、２つの解がある。２つの解の一方は、０°より大きく１８０°未満の範囲内に存在し、２つの解の他方は、１８０°より大きく３６０°未満の範囲内に存在する。角度演算部３４は、２つの解のうち、θ２ｓの値に近い方をθｓとする。
【０１２０】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１２１】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。始めに、図１７を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ２が第２の実施の形態と異なる点について説明する。図１７は、磁気センサ２を示す斜視図である。図１７に示したように、本実施の形態では、磁気センサ２の第２の磁気検出部２０のＭＲ素子２１は、磁気センサ２の第１の磁気検出部１０のＭＲ素子１１と同様に、基板３の傾斜面３ｂに配置されている。
【０１２２】
第２の実施の形態と同様に、ＭＲ素子１１，２１は、検出対象磁界ＭＦを受ける位置によって検出対象磁界ＭＦの方向の実質的な相違が生じない領域内に配置されている。そのため、ＭＲ素子１１，２１が受ける検出対象磁界ＭＦの方向は、実質的に同じである。
【０１２３】
本実施の形態では、ＭＲ素子２１の第３の磁性層の第３の磁化の方向は、ＭＲ素子１１に対応する第２の平面ＰＬ２（図３および図４参照）と同じ平面内またはこの第２の平面ＰＬ２に平行な平面内において変化可能である。第３の磁化の方向は、ＭＲ素子１１が受ける検出対象磁界ＭＦの面内成分ＭＦａの第２の方向Ｄ２（図３および図９参照）の変化に応じて変化する。第３の磁化の方向は、第２の方向Ｄ２の変化に精度よく追従することが好ましい。そのためには、第３の磁性層は、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１が可変範囲内の少なくとも一部の範囲内にあるときに、検出対象磁界ＭＦによって第３の磁化が飽和状態になる特性を有することが好ましい。第３の磁性層は、第１の方向Ｄ１が可変範囲内のいずれの方向であっても、検出対象磁界ＭＦによって第３の磁化が飽和状態になる特性を有することがより好ましい。
【０１２４】
第２の実施の形態で説明したように、ＭＲ素子２１は、スピンバルブ型のＭＲ素子である。第３の磁性層の第３の磁化の方向が第２の方向Ｄ２の変化に精度よく追従するためには、第３の磁性層の一軸磁気異方性は小さいことが好ましい。
【０１２５】
第１の実施の形態で説明したように、第２の方向Ｄ２は、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１（図３および図８参照）の変化に応じて変化する。従って、第１の方向Ｄ１の変化に応じて、ＭＲ素子２１の抵抗値が変化し、その結果、第２の磁気検出部２０の信号出力端Ｅ２（図１３参照）の電位が変化する。第２の磁気検出部２０は、信号出力端Ｅ２の電位に対応する信号を第２の検出信号Ｓ２として生成する。第２の検出信号Ｓ２は、第１の方向Ｄ１の変化に応じて変化する。
【０１２６】
第２の実施の形態で説明したように、ＭＲ素子２１の第４の磁性層の第４の磁化の方向は、−Ｙ方向である。第４の磁化の方向は、面内成分ＭＦａの第２の方向Ｄ２の変化に応じて変化しない。第２の検出信号Ｓ２は、第２の方向Ｄ２がＵ方向に対してなす第２の角度θ２（図９参照）が０°と１８０°のときに第２の検出信号Ｓ２の値が０になり、第２の角度θ２が９０°のときに第２の検出信号Ｓ２の値が１になり、第２の角度θ２が２７０°のときに第２の検出信号Ｓ２の値が−１になるように規格化することができる。この場合、第２の検出信号Ｓ２は、下記の式（８）で表される。
【０１２７】
Ｓ２＝ｓｉｎθ２    …（８）
【０１２８】
次に、本実施の形態における検出値θｓの生成方法について説明する。第２の実施の形態で説明したように、０°および１８０°を除く第１の角度θ１の可変範囲内において、第１の検出信号Ｓ１の特定の同じ値に対応する第１の方向Ｄ１の候補は２つ存在する。この２つの候補の一方は第１の領域Ｒ１に存在し、他方は第２の領域Ｒ２に存在する。
【０１２９】
式（８）から、第１の方向Ｄ１が第１の領域Ｒ１に存在する場合、すなわち第２の角度θ２が０°より大きく１８０°より小さい場合には、第２の検出信号Ｓ２は正の値になる。また、第１の方向Ｄ１が第２の領域Ｒ２に存在する場合、すなわち第２の角度θ２が１８０°より大きく３６０°より小さい場合には、第２の検出信号Ｓ２は負の値になる。このように、第１の検出信号Ｓ１の特定の同じ値に対応する第１の方向Ｄ１の２つの候補に対応する第２の検出信号Ｓ２の２つの値は互いに異なる。従って、第２の検出信号Ｓ２を用いれば、第１の方向Ｄ１の２つの候補のうちのどちらが真の第１の方向Ｄ１であるかが分かる。すなわち、第２の検出信号Ｓ２が正の値である場合には、第１の領域Ｒ１に存在する第１の方向Ｄ１の候補が真の第１の方向Ｄ１であり、第２の検出信号Ｓ２が負の値である場合には、第２の領域Ｒ２に存在する第１の方向Ｄ１の候補が真の第１の方向Ｄ１である。このように、本実施の形態では、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２とに基づいて、第１の方向Ｄ１を特定することができる。
【０１３０】
本実施の形態では、検出値生成部３０は、上記の性質を利用して、第１の方向Ｄ１に一対一で対応する検出値θｓを生成する。以下、本実施の形態における検出値生成部３０の構成および処理内容の第１の例と第２の例について説明する。第１および第２の例では、検出値生成部３０は、第２の実施の形態と同様に、図１４に示したコンパレータ３３と角度演算部３４を含んでいる。ただし、本実施の形態では、角度演算部３４は、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２とに基づいて、第２の実施の形態における式（６）の代わりに、下記の式（９）によって値θ２ｓを算出する。本実施の形態における第１および第２の例のその他の内容は、第２の実施の形態における第１および第２の例と同様である。
【０１３１】
θ２ｓ＝ａｔａｎ（Ｓ２／Ｓ１）    …（９）
【０１３２】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第２の実施の形態と同様である。
【０１３３】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る磁気センサ２の構成は、第１の磁気検出部１０の構成が異なる点を除いて、第１ないし第３の実施の形態のいずれかと同じである。
【０１３４】
図１８は、磁気センサ２の少なくとも一部を示す斜視図である。図１９は、磁気センサ２の第１の磁気検出部１０の構成を示す回路図である。図１９に示したように、本実施の形態では、磁気センサ２の第１の磁気検出部１０は、第１の実施の形態におけるＭＲ素子１１および抵抗器１２の代わりに、第１のＭＲ素子１３および第２のＭＲ素子１４を含んでいる。なお、第１の磁気検出部１０は磁気センサ２の一部であることから、磁気センサ２が第１および第２のＭＲ素子１３，１４を含んでいるとも言える。
【０１３５】
磁気センサ２に含まれる全てのＭＲ素子は、検出対象磁界ＭＦを受ける位置によって検出対象磁界ＭＦの方向の実質的な相違が生じない領域内に配置されている。そのため、全てのＭＲ素子が受ける検出対象磁界ＭＦの方向は、実質的に同じである。
【０１３６】
本実施の形態では、磁気センサ２の基板３は、第１および第２のＭＲ素子１３，１４を支持する。図１８に示したように、第１および第２のＭＲ素子１３，１４は、基板３の傾斜面３ｂに配置されている。本実施の形態において、基準位置Ｐ０（図３および図４参照）は、第１のＭＲ素子１３または第２のＭＲ素子１４が配置されている位置でもよいし、第１のＭＲ素子１３と第２のＭＲ素子１４の中間の位置でもよい。
【０１３７】
図１９に示したように、第１および第２のＭＲ素子１３，１４は、信号出力端Ｅ１を介して直列に接続されている。第１のＭＲ素子１３は、電源端Ｖ１と信号出力端Ｅ１との間に設けられている。第２のＭＲ素子１４は、信号出力端Ｅ１とグランド端Ｇ１との間に設けられている。
【０１３８】
本実施の形態では、第１および第２のＭＲ素子１３，１４に共通の第２の平面ＰＬ２が規定される。従って、本実施の形態では、１つの第２の平面ＰＬ２は、第１のＭＲ素子１３に対応する第２の平面であると共に第２のＭＲ素子１４に対応する第２の平面でもある。本実施の形態における第２の平面ＰＬ２は、第１の実施の形態におけるＭＲ素子１１に対応する第２の平面ＰＬ２（図３および図４参照）と同じものである。
【０１３９】
本実施の形態では、第１のＭＲ素子１３が受ける検出対象磁界ＭＦの面内成分の第２の方向と、第２のＭＲ素子１３が受ける検出対象磁界ＭＦの面内成分の第２の方向は、第１の実施の形態における図３に示した第２の方向Ｄ２と同じ方向である。
【０１４０】
第１および第２のＭＲ素子１３，１４の各々の構成は、第１の実施の形態におけるＭＲ素子１１と同じである。すなわち、第１および第２のＭＲ素子１３，１４の各々は、第２の平面ＰＬ２内において変化可能な方向の第１の磁化を有する第１の磁性層と、第２の平面ＰＬ２に平行な方向の第２の磁化を有する第２の磁性層と、第１の磁性層と第２の磁性層の間に配置されたギャップ層とを含んでいる。図１８および図１９において、塗りつぶした矢印は、第２の磁性層の第２の磁化の方向を表している。本実施の形態では、第１のＭＲ素子１３の第２の磁性層の第２の磁化の方向はＵ方向であり、第２のＭＲ素子１４の第２の磁性層の第２の磁化の方向は−Ｕ方向である。
【０１４１】
第１および第２のＭＲ素子１３，１４の各々において、第１の磁性層の第１の磁化の方向は、検出対象磁界ＭＦの面内成分ＭＦａの第２の方向Ｄ２（図３および図９参照）の変化に応じて変化する。第２の方向Ｄ２は、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１（図３および図８参照）の変化に応じて変化する。従って、第１の方向Ｄ１の変化に応じて、第１および第２のＭＲ素子１３，１４の各々の抵抗値が変化する。本実施の形態では、第１の方向Ｄ１が変化すると、第１のＭＲ素子１３の抵抗値と第２のＭＲ素子１４の抵抗値の一方は増加し、他方は減少する。これにより、信号出力端Ｅ１の電位が変化する。第１の実施の形態と同様に、第１の磁気検出部１０は、信号出力端Ｅ１の電位に対応する信号を第１の検出信号Ｓ１として生成する。本実施の形態では、検出値θｓは、信号出力端Ｅ１の電位に依存する。
【０１４２】
第２の磁化の方向は、ＭＲ素子１３，１４の作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。
【０１４３】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１ないし第３の実施の形態のいずれかと同様である。
【０１４４】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。始めに、図２０および図２１を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ２が第４の実施の形態と異なる点について説明する。図２０は、磁気センサ２を示す斜視図である。図２１は、磁気センサ２の一断面を示す断面図である。本実施の形態では、磁気センサ２の基板３の溝部３ｃは、第１の実施の形態における傾斜面３ｂの代わりに、それぞれ主面３ａに対して傾斜した第１の傾斜面３ｄと第２の傾斜面３ｅを含んでいる。第１および第２の傾斜面３ｄ，３ｅは、いずれも平面である。第１の傾斜面３ｄと第２の傾斜面３ｅは、それらの間のＹＺ平面に対して面対称の関係にある。
【０１４５】
第４の実施の形態と同様に、磁気センサ２に含まれる全てのＭＲ素子は、検出対象磁界ＭＦを受ける位置によって検出対象磁界ＭＦの方向の実質的な相違が生じない領域内に配置されている。そのため、全てのＭＲ素子が受ける検出対象磁界ＭＦの方向は、実質的に同じである。
【０１４６】
磁気センサ２の第１の磁気検出部１０の第１のＭＲ素子１３は、第１の傾斜面３ｄに配置されている。磁気センサ２の第１の磁気検出部１０の第２のＭＲ素子１４は、第２の傾斜面３ｅに配置されている。図２１は、ＸＺ平面に平行な磁気センサ２の断面であって第１および第２のＭＲ素子１３，１４と交差する断面を示している。
【０１４７】
図２１に示したように、本実施の形態では、第１および第２のＭＲ素子１３，１４毎に異なる第２の平面ＰＬ２１，ＰＬ２２が規定される。第１のＭＲ素子１３に対応する第２の平面ＰＬ２１は、第１の実施の形態におけるＭＲ素子１１に対応する第２の平面ＰＬ２（図３および図４参照）と同じものである。従って、第２の平面ＰＬ２１は、第１の平面ＰＬ１と二面角αをなして交差するＵＹ平面である。
【０１４８】
第２のＭＲ素子１４に対応する第２の平面ＰＬ２２は、ＹＺ平面に対して第２の平面ＰＬ２１と面対称の関係にある。ここで、図２１に示したように、Ｚ方向からＸ方向に向かってαだけ回転した方向をＶ方向とする。また、Ｖ方向とは反対の方向を−Ｖ方向とする。第２の平面ＰＬ２２は、第１の平面ＰＬ１と二面角αをなして交差し且つＶ方向およびＹ方向に平行な平面すなわちＶＹ平面である。
【０１４９】
第１の傾斜面３ｄは、第１の平面ＰＬ１に対して二面角αをなすように傾斜し且つＵＹ平面に平行である。従って、第２の平面ＰＬ２１は、第１の傾斜面３ｄに平行である。
【０１５０】
第２の傾斜面３ｅは、第１の平面ＰＬ１に対して二面角αをなすように傾斜し且つＶＹ平面に平行である。従って、第２の平面ＰＬ２２は、第２の傾斜面３ｅに平行である。
【０１５１】
本実施の形態では、第１のＭＲ素子１３の第１の磁性層は、第１のＭＲ素子１３に対応する第２の平面ＰＬ２１内において変化可能な方向の第１の磁化を有している。第１のＭＲ素子１３が受ける検出対象磁界ＭＦは、第２の平面ＰＬ２１に平行な面内成分（以下、第１の面内成分と言う。）と、第２の平面ＰＬ２１に垂直な垂直成分に分けることができる。第１の面内成分は、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１に応じて変化する第２の方向を有している。第１のＭＲ素子１３の第１の磁性層の第１の磁化の方向は、第１の面内成分の第２の方向の変化に応じて変化する。本実施の形態では、第１の面内成分の第２の方向がＵ方向に対してなす角度を、第２の角度θ２とする。第１の面内成分の第２の方向がＵ方向に対してなす角度の正負の定義は、第１の実施の形態で説明した第２の角度θ２の正負の定義と同じである。
【０１５２】
また、本実施の形態では、第２のＭＲ素子１４の第１の磁性層は、第２のＭＲ素子１４に対応する第２の平面ＰＬ２２内において変化可能な方向の第１の磁化を有している。第２のＭＲ素子１４が受ける検出対象磁界ＭＦは、第２の平面ＰＬ２２に平行な面内成分（以下、第２の面内成分と言う。）と、第２の平面ＰＬ２２に垂直な垂直成分に分けることができる。第２の面内成分は、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１に応じて変化する第２の方向を有している。第２のＭＲ素子１４の第１の磁性層の第１の磁化の方向は、第２の面内成分の第２の方向の変化に応じて変化する。
【０１５３】
ここで、第２の面内成分の第２の方向がＶ方向に対してなす角度を第３の角度と言う。第２のＭＲ素子１４に対応する第２の平面ＰＬ２２内において、第２の面内成分の第２の方向は、第２のＭＲ素子１４が配置されている位置を中心として回転する。第３の角度は、Ｖ方向からＹ方向に向かって回転する方向に見たときに正の値で表し、Ｖ方向から−Ｙ方向に向かって回転する方向に見たときに負の値で表す。第３の角度は、第２の角度θ２と等しい。
【０１５４】
図２０および図２１において、塗りつぶした矢印は、第１および第２のＭＲ素子１３，１４の第２の磁性層の第２の磁化の方向を表している。第１のＭＲ素子１３の第２の磁性層の第２の磁化の方向はＵ方向であり、第２のＭＲ素子１４の第２の磁性層の第２の磁化の方向は−Ｖ方向である。本実施の形態では、第１の方向Ｄ１が変化すると、第１のＭＲ素子１３の抵抗値と第２のＭＲ素子１４の抵抗値の一方は増加し、他方は減少する。これにより、信号出力端Ｅ１（図１９参照）の電位が変化する。第１の磁気検出部１０は、信号出力端Ｅ１の電位に対応する信号を第１の検出信号Ｓ１として生成する。本実施の形態では、検出値θｓは、信号出力端Ｅ１の電位に依存する。
【０１５５】
第２の磁化の方向は、ＭＲ素子１３，１４の作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。
【０１５６】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第４の実施の形態と同様である。
【０１５７】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。始めに、図２２を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ２が第５の実施の形態と異なる点について説明する。図２２は、磁気センサ２の第１の磁気検出部１０の構成を示す回路図である。図２２に示したように、本実施の形態では、磁気センサ２の第１の磁気検出部１０は、第１のＭＲ素子１３、第２のＭＲ素子１４、信号出力端Ｅ１、電源端Ｖ１およびグランド端Ｇ１の他に、抵抗器１５を含んでいる。抵抗器１５、第１のＭＲ素子１３および第２のＭＲ素子１４は、電源端Ｖ１側からこの順に直列に接続されている。抵抗器１５は、電源端Ｖ１と信号出力端Ｅ１との間に設けられている。第１および第２のＭＲ素子１３，１４は、信号出力端Ｅ１とグランド端Ｇ１との間に設けられている。
【０１５８】
第５の実施の形態と同様に、磁気センサ２に含まれる全てのＭＲ素子は、検出対象磁界ＭＦを受ける位置によって検出対象磁界ＭＦの方向の実質的な相違が生じない領域内に配置されている。そのため、全てのＭＲ素子が受ける検出対象磁界ＭＦの方向は、実質的に同じである。
【０１５９】
図２２において、塗りつぶした矢印は、第１および第２のＭＲ素子１３，１４の第２の磁性層の第２の磁化の方向を表している。本実施の形態では、第１のＭＲ素子１３の第２の磁性層の第２の磁化の方向は−Ｕ方向（図２１参照）であり、第２のＭＲ素子１４の第２の磁性層の第２の磁化の方向は−Ｖ方向（図２１参照）である。
【０１６０】
本実施の形態では、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１の変化に伴う第１および第２のＭＲ素子１３，１４の各々の抵抗値の変化の態様は同じである。そのため、第１の方向Ｄ１が変化すると、第１および第２のＭＲ素子１３，１４の合成抵抗が変化する。これにより、信号出力端Ｅ１の電位が変化する。第１の磁気検出部１０は、信号出力端Ｅ１の電位に依存する信号を第１の検出信号Ｓ１として生成する。本実施の形態では、検出値θｓは、第１および第２のＭＲ素子１３，１４の合成抵抗に依存する。
【０１６１】
第２の磁化の方向は、ＭＲ素子１３，１４の作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。
【０１６２】
次に、本実施の形態に係る磁気センサ２特有の作用および効果について説明する。基板３の主面３ａは、理想的には、第１の実施の形態における図３および図４に示した基準平面ＰＬ３（ＸＹ平面）に平行である。しかし、磁気センサ２の設置の精度上、磁気センサ２が傾いてしまい、その結果、基板３の主面３ａが基準平面ＰＬ３に対して傾く場合がある。この場合には、第１のＭＲ素子１３に対応する第２の平面ＰＬ２１（図２１参照）が第１の平面ＰＬ１（ＹＺ平面）に対してなす二面角（以下、第１の二面角と言う。）と、第２のＭＲ素子１４に対応する第２の平面ＰＬ２２（図２１参照）が第１の平面ＰＬ１に対してなす二面角（以下、第２の二面角と言う。）が、設計値からずれてしまう。
【０１６３】
第１の二面角が設計値からずれると、第１のＭＲ素子１３が受ける検出対象磁界ＭＦの第１の面内成分の第２の方向が所望の方向からずれる。すると、第１のＭＲ素子１３の第１の磁性層の第１の磁化の方向が所望の方向からずれ、その結果、第１のＭＲ素子１３の抵抗値が所望の値からずれる。
【０１６４】
同様に、第２の二面角が設計値からずれると、第２のＭＲ素子１４が受ける検出対象磁界ＭＦの第２の面内成分の第２の方向が所望の方向からずれる。すると、第２のＭＲ素子１４の第１の磁性層の第１の磁化の方向が所望の方向からずれ、その結果、第２のＭＲ素子１４の抵抗値が所望の値からずれる。
【０１６５】
本実施の形態では、磁気センサ２の傾きによって、第１の二面角と第２の二面角の一方が設計値よりも大きくなるときには、第１の二面角と第２の二面角の他方は設計値よりも小さくなる。そのため、磁気センサ２の傾きによって、第１のＭＲ素子１３の抵抗値と第２のＭＲ素子１４の抵抗値の一方が所望の値よりも大きくなるときには、第１のＭＲ素子１３の抵抗値と第２のＭＲ素子１４の抵抗値の他方は所望の値よりも小さくなる。そのため、本実施の形態によれば、磁気センサ２の傾きに伴う第１および第２のＭＲ素子１３，１４の合成抵抗の変動は小さくなる。従って、本実施の形態によれば、磁気センサ２の傾きに起因する検出精度の低下を防止することができる。
【０１６６】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第５の実施の形態と同様である。
【０１６７】
［第７の実施の形態］
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る磁気センサシステム１は、以下の点で第２の実施の形態と異なっている。本実施の形態に係る磁気センサシステム１は、第２の実施の形態に係る磁気センサ２の代わりに、本実施の形態に係る磁気センサ１０２を備えている。磁気センサ１０２と磁界発生器１０５との位置関係は、第２の実施の形態における図１２に示した磁気センサ２と磁界発生器１０５との位置関係と同じである。磁気センサ１０２は、磁界発生器１０５が発生する検出対象磁界ＭＦを検出して検出値θｓを生成する。
【０１６８】
以下、図２３ないし図２８を参照して、磁気センサ１０２の構成について説明する。図２３は、磁気センサ１０２を示す斜視図である。図２４は、磁気センサ１０２の一断面を示す断面図である。図２５は、磁気センサ１０２の他の一断面を示す断面図である。図２６は、磁気センサ１０２の構成を示すブロック図である。図２７は、本実施の形態における第１の磁気検出部の構成を示す回路図である。図２８は、本実施の形態における第２の磁気検出部の構成を示す回路図である。
【０１６９】
図２６に示したように、磁気センサ１０２は、第１の検出信号Ｓ１１を生成する第１の磁気検出部１１０と、第２の検出信号Ｓ１２を生成する第２の磁気検出部１２０と、第１の検出信号Ｓ１１と第２の検出信号Ｓ１２とに基づいて検出値θｓを生成する検出値生成部１３０とを備えている。検出値生成部１３０は、ＡＳＩＣあるいはマイクロコンピュータによって構成されている。
【０１７０】
後で詳しく説明するが、第１の磁気検出部１１０は８つのＭＲ素子を含み、第２の磁気検出部１２０は４つのＭＲ素子を含んでいる。これらのＭＲ素子は、検出対象磁界ＭＦを受ける位置によって検出対象磁界ＭＦの方向の実質的な相違が生じない領域内に配置されている。そのため、これらのＭＲ素子が受ける検出対象磁界ＭＦの方向は、実質的に同じである。
【０１７１】
図２３ないし図２５に示したように、磁気センサ１０２は、更に、基板１０３を備えている。基板１０３は、第１の実施の形態における図３および図４に示した第１の平面ＰＬ１（ＹＺ平面）に垂直な主面１０３ａを含んでいる。また、基板１０３は、主面１０３ａにおいて開口する２つの溝部１０３ｆ，１０３ｇを有している。溝部１０３ｆ，１０３ｇは、Ｘ方向に沿ってこの順に並んでいる。溝部１０３ｆは、それぞれ主面１０３ａに対して傾斜した第１の傾斜面１０３ｂと第２の傾斜面１０３ｃを含んでいる。溝部１０３ｇは、それぞれ主面１０３ａに対して傾斜した第１の傾斜面１０３ｄと第２の傾斜面１０３ｅを含んでいる。第１の傾斜面１０３ｂと第２の傾斜面１０３ｃは、それらの間のＹＺ平面に対して面対称の関係にある。同様に、第１の傾斜面１０３ｄと第２の傾斜面１０３ｅは、それらの間のＹＺ平面に対して面対称の関係にある。
【０１７２】
図２７に示したように、第１の磁気検出部１１０は、８つのＭＲ素子１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７，１１８を含んでいる。基板１０３は、ＭＲ素子１１１〜１１８を支持する。図２３に示した例では、ＭＲ素子１１１〜１１４は、Ｘ方向に沿ってこの順に一列に並んでいる。また、図２３に示した例では、ＭＲ素子１１５〜１１８は、ＭＲ素子１１１〜１１４の−Ｙ方向側の位置において、Ｘ方向に沿ってこの順に一列に並んでいる。図２３に示したように、ＭＲ素子１１１，１１５は、第１の傾斜面１０３ｂに配置されている。ＭＲ素子１１２，１１６は、第２の傾斜面１０３ｃに配置されている。ＭＲ素子１１３，１１７は、第１の傾斜面１０３ｄに配置されている。ＭＲ素子１１４，１１８は、第２の傾斜面１０３ｅに配置されている。図２４は、ＸＺ平面に平行な磁気センサ１０２の断面であってＭＲ素子１１１〜１１４と交差する断面を示している。図２５は、ＸＺ平面に平行な磁気センサ１０２の断面であってＭＲ素子１１５〜１１８と交差する断面を示している。本実施の形態において、基準位置Ｐ０（図３および図４参照）は、磁気センサ１０２の内部または表面にある。
【０１７３】
図２７に示したように、第１の磁気検出部１１０は、更に、２つの信号出力端Ｅ１１，Ｅ１２と、電源端Ｖ１１と、グランド端Ｇ１１と、差分検出器１１９とを含んでいる。ＭＲ素子１１１，１１２，１１３，１１４は、電源端Ｖ１１側からこの順に直列に接続されている。ＭＲ素子１１１，１１２は、電源端Ｖ１１と信号出力端Ｅ１１との間に設けられている。ＭＲ素子１１３，１１４は、信号出力端Ｅ１１とグランド端Ｇ１１との間に設けられている。ＭＲ素子１１２，１１３は、信号出力端Ｅ１１を介して直列に接続されている。
【０１７４】
ＭＲ素子１１５，１１６，１１７，１１８は、電源端Ｖ１１側からこの順に直列に接続されている。ＭＲ素子１１５，１１６は、電源端Ｖ１１と信号出力端Ｅ１２との間に設けられている。ＭＲ素子１１７，１１８は、信号出力端Ｅ１２とグランド端Ｇ１２との間に設けられている。ＭＲ素子１１６，１１７は、信号出力端Ｅ１２を介して直列に接続されている。
【０１７５】
電源端Ｖ１１には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランド端Ｇ１１はグランドに接続される。差分検出器１１９は、信号出力端Ｅ１１，Ｅ１２の電位差に対応する信号を第１の検出信号Ｓ１１として出力する。
【０１７６】
図２４および図２５に示したように、本実施の形態では、ＭＲ素子１１１，１１５に共通の第２の平面ＰＬ２１１と、ＭＲ素子１１２，１１６に共通の第２の平面ＰＬ２１２と、ＭＲ素子１１３，１１７に共通の第２の平面ＰＬ２１３と、ＭＲ素子１１４，１１８に共通の第２の平面ＰＬ２１４が規定される。第２の平面ＰＬ２１１は、第１の実施の形態におけるＭＲ素子１１に対応する第２の平面ＰＬ２（図３および図４参照）と同じものである。従って、第２の平面ＰＬ２１１は、第１の平面ＰＬ１と二面角αをなして交差するＵＹ平面である。
【０１７７】
第５の実施の形態と同様に、Ｚ方向からＸ方向に向かってαだけ回転した方向をＶ方向とし、Ｖ方向とは反対の方向を−Ｖ方向とする。第２の平面ＰＬ２１２は、ＹＺ平面に対して第２の平面ＰＬ２１１と面対称の関係にある。第２の平面ＰＬ２１２は、第１の平面ＰＬ１と二面角αをなして交差し且つＶ方向およびＹ方向に平行な平面すなわちＶＹ平面である。
【０１７８】
第２の平面ＰＬ２１３は、第２の平面ＰＬ２１１に平行なＵＶ平面である。第２の平面ＰＬ２１４は、第２の平面ＰＬ２１２に平行なＶＹ平面である。
【０１７９】
第１の傾斜面１０３ｂは、第１の平面ＰＬ１に対して二面角αをなすように傾斜し且つＵＹ平面に平行である。従って、第２の平面ＰＬ２１１は、第１の傾斜面１０３ｂに平行である。
【０１８０】
第２の傾斜面１０３ｃは、第１の平面ＰＬ１に対して二面角αをなすように傾斜し且つＶＹ平面に平行である。従って、第２の平面ＰＬ２１２は、第２の傾斜面１０３ｃに平行である。
【０１８１】
第１の傾斜面１０３ｄは、第１の平面ＰＬ１に対して二面角αをなすように傾斜し且つＵＹ平面に平行である。従って、第２の平面ＰＬ２１３は、第３の傾斜面１０３ｄに平行である。
【０１８２】
第２の傾斜面１０３ｅは、第１の平面ＰＬ１に対して二面角αをなすように傾斜し且つＶＹ平面に平行である。従って、第２の平面ＰＬ２１４は、第４の傾斜面１０３ｅに平行である。
【０１８３】
ＭＲ素子１１１〜１１８の各々の構成は、第１の実施の形態におけるＭＲ素子１１と同じである。すなわち、ＭＲ素子１１１〜１１８の各々は、それに対応する第２の平面内において変化可能な方向の第１の磁化を有する第１の磁性層を含んでいる。
【０１８４】
ＭＲ素子１１１，１１５の各々が受ける検出対象磁界ＭＦは、第２の平面ＰＬ２１１に平行な面内成分（以下、第１の面内成分と言う。）と、第２の平面ＰＬ２１１に垂直な垂直成分に分けることができる。第１の面内成分は、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１に応じて変化する第２の方向を有している。ＭＲ素子１１１，１１５の各々の第１の磁性層の第１の磁化の方向は、第１の面内成分の第２の方向の変化に応じて変化する。本実施の形態では、第１の面内成分の第２の方向がＵ方向に対してなす角度を、第２の角度θ２とする。第１の面内成分の第２の方向がＵ方向に対してなす角度の正負の定義は、第１の実施の形態で説明した第２の角度θ２の正負の定義と同じである。
【０１８５】
ＭＲ素子１１２，１１６の各々が受ける検出対象磁界ＭＦは、第２の平面ＰＬ２１２に平行な面内成分（以下、第２の面内成分と言う。）と、第２の平面ＰＬ２１２に垂直な垂直成分に分けることができる。第２の面内成分は、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１に応じて変化する第２の方向を有している。ＭＲ素子１１２，１１６の各々の第１の磁性層の第１の磁化の方向は、第２の面内成分の第２の方向の変化に応じて変化する。
【０１８６】
ここで、第２の面内成分の第２の方向がＶ方向に対してなす角度を第３の角度と言う。第２の平面ＰＬ２１２内において、第２の面内成分の第２の方向は、ＭＲ素子１１２，１１６の各々が配置されている位置を中心として回転する。第３の角度は、Ｖ方向からＹ方向に向かって回転する方向に見たときに正の値で表し、Ｖ方向から−Ｙ方向に向かって回転する方向に見たときに負の値で表す。第３の角度は、第２の角度θ２と等しい。
【０１８７】
ＭＲ素子１１３，１１７の各々が受ける検出対象磁界ＭＦは、第２の平面ＰＬ２１３に平行な面内成分（以下、第３の面内成分と言う。）と、第２の平面ＰＬ２１３に垂直な垂直成分に分けることができる。第３の面内成分は、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１に応じて変化する第２の方向を有している。ＭＲ素子１１３，１１７の各々の第１の磁性層の第１の磁化の方向は、第３の面内成分の第２の方向の変化に応じて変化する。
【０１８８】
ここで、第３の面内成分の第２の方向がＵ方向に対してなす角度を第４の角度と言う。第２の平面ＰＬ２１３内において、第３の面内成分の第２の方向は、ＭＲ素子１１３，１１７の各々が配置されている位置を中心として回転する。第４の角度は、Ｕ方向からＹ方向に向かって回転する方向に見たときに正の値で表し、Ｕ方向から−Ｙ方向に向かって回転する方向に見たときに負の値で表す。第４の角度は、第２の角度θ２と等しい。
【０１８９】
ＭＲ素子１１４，１１８の各々が受ける検出対象磁界ＭＦは、第２の平面ＰＬ２１４に平行な面内成分（以下、第４の面内成分と言う。）と、第２の平面ＰＬ２１４に垂直な垂直成分に分けることができる。第４の面内成分は、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１に応じて変化する第２の方向を有している。ＭＲ素子１１４，１１８の各々の第１の磁性層の第１の磁化の方向は、第４の面内成分の第２の方向の変化に応じて変化する。
【０１９０】
ここで、第４の面内成分の第２の方向がＶ方向に対してなす角度を第５の角度と言う。第２の平面ＰＬ２１４内において、第４の面内成分の第２の方向は、ＭＲ素子１１４，１１８の各々が配置されている位置を中心として回転する。第５の角度は、Ｖ方向からＹ方向に向かって回転する方向に見たときに正の値で表し、Ｖ方向から−Ｙ方向に向かって回転する方向に見たときに負の値で表す。第５の角度は、第２の角度θ２と等しい。
【０１９１】
ＭＲ素子１１１〜１１８の各々は、更に、各々に対応する第２の平面に平行な方向の第２の磁化を有する第２の磁性層と、第１の磁性層と第２の磁性層の間に配置されたギャップ層とを含んでいる。図２４、図２５および図２７において、塗りつぶした矢印は、第２の磁性層の第２の磁化の方向を表している。本実施の形態では、ＭＲ素子１１１，１１７の各々の第２の磁性層の第２の磁化の方向はＵ方向であり、ＭＲ素子１１２，１１８の各々の第２の磁性層の第２の磁化の方向はＶ方向であり、ＭＲ素子１１３，１１５の各々の第２の磁性層の第２の磁化の方向は−Ｕ方向であり、ＭＲ素子１１４，１１６の各々の第２の磁性層の第２の磁化の方向は−Ｖ方向である。
【０１９２】
ＭＲ素子１１１〜１１８の各々において、第１の磁性層の第１の磁化の方向は、検出対象磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１の変化に応じて変化する。従って、第１の方向Ｄ１の変化に応じて、ＭＲ素子１１１〜１１８の各々の抵抗値が変化する。その結果、第１の検出信号Ｓ１１は、第１の方向Ｄ１の変化に応じて変化する。
【０１９３】
第２の磁化の方向は、ＭＲ素子１１１〜１１８の作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。
【０１９４】
前述のように、第３ないし第５の角度は、いずれも、第２の角度θ２と等しい。第１の検出信号Ｓ１１は、第２の角度θ２が０°のときに第１の検出信号Ｓ１１の値が１になり、第２の角度θ２が１８０°のときに第１の検出信号Ｓ１１の値が−１になり、第２の角度θ２が９０°と２７０°のときに第１の検出信号Ｓ１１の値が０になるように規格化することができる。この場合、第１の検出信号Ｓ１１は、下記の式（１０）で表される。
【０１９５】
Ｓ１１＝ｃｏｓθ２    …（１０）
【０１９６】
図２８に示したように、第２の磁気検出部１２０は、４つのＭＲ素子１２１，１２２，１２３，１２４を含んでいる。図２３に示したように、ＭＲ素子１２１〜１２４は、主面１０３ａに配置されている。図２３に示した例では、ＭＲ素子１２１，１２２は、ＭＲ素子１１１の−Ｘ方向側の位置において、Ｘ方向に沿ってこの順に並んでいる。また、図２３に示した例では、ＭＲ素子１２３，１２４は、ＭＲ素子１２１，１２２の−Ｙ方向側の位置且つＭＲ素子１１５の−Ｘ方向側の位置において、Ｘ方向に沿ってこの順に並んでいる。
【０１９７】
図２８に示したように、第２の磁気検出部１２０は、更に、２つの信号出力端Ｅ２１，Ｅ２２と、電源端Ｖ１２と、グランド端Ｇ１２と、差分検出器１２５とを含んでいる。ＭＲ素子１２１は、電源端Ｖ１２と信号出力端Ｅ２１との間に設けられている。ＭＲ素子１２２は、信号出力端Ｅ２１とグランド端Ｇ１２との間に設けられている。ＭＲ素子１２１，１２２は、信号出力端Ｅ２１を介して直列に接続されている。
【０１９８】
ＭＲ素子１２３は、電源端Ｖ１２と信号出力端Ｅ２２との間に設けられている。ＭＲ素子１２４は、信号出力端Ｅ２２とグランド端Ｇ１２との間に設けられている。ＭＲ素子１２３，１２４は、信号出力端Ｅ２２を介して直列に接続されている。電源端Ｖ１２には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランド端Ｇ１２はグランドに接続される。差分検出器１２５は、信号出力端Ｅ２１，Ｅ２２の電位差に対応する信号を第２の検出信号Ｓ１２として出力する。
【０１９９】
ＭＲ素子１２１〜１２４の各々の構成は、第２の実施の形態におけるＭＲ素子２１と同じである。すなわち、ＭＲ素子１２１〜１２４の各々は、基準平面ＰＬ３（ＸＹ平面）に平行な仮想の平面内において変化可能な方向の第３の磁化を有する第３の磁性層と、上記仮想の平面に平行な方向の第４の磁化を有する第４の磁性層と、第３の磁性層と第４の磁性層の間に配置されたギャップ層とを含んでいる。図２４および図２５においてＭＲ素子１２１〜１２４の近傍に描いた記号と、図２８における塗りつぶした矢印は、第４の磁性層の第４の磁化の方向を表している。本実施の形態では、ＭＲ素子１２１，１２４の第４の磁性層の第４の磁化の方向はＹ方向であり、ＭＲ素子１２２，１２３の第４の磁性層の第４の磁化の方向は−Ｙ方向である。
【０２００】
第４の磁化の方向は、ＭＲ素子１２１〜１２４の作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。
【０２０１】
第２の実施の形態におけるＭＲ素子２１と同様に、ＭＲ素子１２１〜１２４の各々の第３の磁性層は、Ｘ方向に平行な方向の一軸磁気異方性を有していてもよい。この場合、第３の磁性層の第３の磁化の方向は、検出対象磁界ＭＦのＹ方向成分の強度すなわちＨ１ｓｉｎθ１に応じて変化する。従って、Ｈ１ｓｉｎθ１の変化に応じて、ＭＲ素子１２１〜１２４の各々の抵抗値が変化する。その結果、第２の検出信号Ｓ１２は、Ｈ１ｓｉｎθ１の変化に応じて変化する。本実施の形態では特に、第２の検出信号Ｓ１２は、ｓｉｎθ１となるように規格化されている。
【０２０２】
本実施の形態における検出値θｓの生成方法は、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２が第１および第２の検出信号Ｓ１１，Ｓ１２に変わる点を除いて、第２の実施の形態と同様である。また、検出値生成部１３０の構成および機能は、第２の実施の形態における第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２が第１および第２の検出信号Ｓ１１，Ｓ１２に変わる点を除いて、第２の実施の形態における検出値生成部３０と同様である。
【０２０３】
次に、本実施の形態に係る磁気センサ１０２特有の作用および効果について説明する。基板１０３の主面１０３ａは、理想的には、第１の実施の形態における図３および図４に示した基準平面ＰＬ３（ＸＹ平面）に平行である。しかし、磁気センサ１０２の設置の精度上、磁気センサ１０２が傾いてしまい、その結果、基板１０３の主面１０３ａが基準平面ＰＬ３に対して傾く場合がある。この場合には、第２の平面ＰＬ２１１，ＰＬ２１２，ＰＬ２１３，ＰＬ２１４の各々が第１の平面ＰＬ１（ＹＺ平面）に対してなす二面角αが、設計値からずれてしまう。
【０２０４】
本実施の形態では、第６の実施の形態におけるＭＲ素子１３，１４と同様に、磁気センサ１０２の傾きによって、ＭＲ素子１１１，１１２の抵抗値の一方が所望の値よりも大きくなるときには、ＭＲ素子１１１，１１２の抵抗値の他方は所望の値よりも小さくなる。そのため、本実施の形態によれば、磁気センサ１０２の傾きに伴うＭＲ素子１１１，１１２の合成抵抗の変動は小さくなる。
【０２０５】
上記のＭＲ素子１１１，１１２の組についての説明は、ＭＲ素子１１３，１１４の組、ＭＲ素子１１５，１１６の組、およびＭＲ素子１１７，１１８の組にも当てはまる。従って、本実施の形態よれば、磁気センサ１０２の傾きに起因する第１の磁気検出部１１０の検出精度の低下を防止することができる。
【０２０６】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第２または第６の実施の形態と同様である。
【０２０７】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、第７の実施の形態に係る磁気センサ１０２は、第２の磁気検出部１２０の代わりに、第２または第３の実施の形態における第２の磁気検出部２０を備えていてもよい。
【符号の説明】
【０２０８】
１…磁気センサシステム、２…磁気センサ、３…基板、５…磁界発生器、１０…第１の磁気検出部、１１…ＭＲ素子、３０…検出値生成部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年5月18日(2020.5.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
また、本実施の形態では、図４に示した面内成分ＭＦａを、ＭＲ素子１１が受ける検出対象磁界ＭＦの面内成分とし、図３に示した第２の方向Ｄ２を、ＭＲ素子１１が受ける検出対象磁界ＭＦの面内成分の第２の方向とする。本実施の形態では、便宜上、ＭＲ素子１１が受ける検出対象磁界ＭＦの面内成分を、面内成分ＭＦａと記し、ＭＲ素子１１が受ける検出対象磁界ＭＦの面内成分の第２の方向を、第２の方向Ｄ２と記す。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
第２の磁気検出部２０は、図１３および図１４に示すＭＲ素子２１を含んでいる。ＭＲ素子２１は、基板３の主面３ａに配置されている。第２の磁気検出部２０は、更に、抵抗器２２と、信号出力端Ｅ２と、電源端Ｖ２と、グランド端Ｇ２とを含んでいる。ＭＲ素子２１と抵抗器２２は、信号出力端Ｅ２を介して直列に接続されている。抵抗器２２は、電源端Ｖ２と信号出力端Ｅ２との間に設けられている。ＭＲ素子２１は、信号出力端Ｅ２とグランド端Ｇ２との間に設けられている。電源端Ｖ２には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランド端Ｇ２はグランドに接続される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３９】
本実施の形態では、第１のＭＲ素子１３が受ける検出対象磁界ＭＦの面内成分の第２の方向と、第２のＭＲ素子１４が受ける検出対象磁界ＭＦの面内成分の第２の方向は、第１の実施の形態における図３に示した第２の方向Ｄ２と同じ方向である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８１】
第１の傾斜面１０３ｄは、第１の平面ＰＬ１に対して二面角αをなすように傾斜し且つＵＹ平面に平行である。従って、第２の平面ＰＬ２１３は、第１の傾斜面１０３ｄに平行である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８２】
第２の傾斜面１０３ｅは、第１の平面ＰＬ１に対して二面角αをなすように傾斜し且つＶＹ平面に平行である。従って、第２の平面ＰＬ２１４は、第２の傾斜面１０３ｅに平行である。