(57)【要約】【課題】用途に応じて検出範囲および検出感度を自在に変化させることができる磁界検出装置を提供する。【解決手段】磁気抵抗効果素子２には、バイアス磁界Ｈｂおよび外部磁界Ｈｅｘが印加される。バイアス磁界Ｈｂおよび外部磁界Ｈｅｘは、同一直線上に生じるので、バイアス磁界Ｈｂは、磁気抵抗効果素子２へ印加される外部磁界Ｈｅｘを妨げるように機能する。そのため、磁気抵抗効果素子２における自由層の磁化が抑制され、磁化ベクトル４２の回転角度も減少する。したがって、外部磁界Ｈｅｘに対する磁気抵抗効果素子２の抵抗値の特性は、バイアス磁界Ｈｂだけシフトする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界検出装置であって、
第１の位置に配置される、第１の非磁性層を介して積層される第１および第２の強磁性層を各々含む第１および第２の磁気抵抗効果素子と、
第２の位置に配置される、第１の非磁性層を介して積層される第１および第２の強磁性層を各々含む第３および第４の磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の抵抗値に基づいて、前記磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界を検出する検出回路とを備え、
前記第１の強磁性層は、前記外部磁界に関わらず磁化方向が固着され、
前記第２の強磁性層は、前記外部磁界に応じて磁化方向が変化し、
前記磁気抵抗効果素子は、前記第１および第２の強磁性層における磁化方向の相対関係によりその抵抗値が変化し、
前記磁界検出装置は、バイアス磁界を前記磁気抵抗効果素子に印加し、前記磁気抵抗効果素子の前記外部磁界に対する抵抗値の特性を変化させるバイアス部を備え、
前記磁界検出装置は、移動に伴い第１および第２の位置に接近する移動体が発生する外部磁界を検出し、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子ならびに前記第３および第４の磁気抵抗効果素子は、それぞれ前記第１の強磁性層における磁化方向が前記外部磁界と同方向になるように配置され、
前記バイアス部は、前記第１および第２の位置における前記バイアス磁界の大きさが略一致するように配置され、
前記検出回路は、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子が対辺となり、かつ、前記第３および第４の磁気抵抗効果素子が対辺となる第１のブリッジ回路を構成し、
前記移動体の移動に伴う前記第１および第２の磁気抵抗効果素子と前記第３および第４の磁気抵抗効果素子との抵抗値差により生じる前記第１のブリッジ回路の対点間の電位差に基づいて、前記外部磁界を検出する、磁界検出装置。
【請求項２】
前記磁界検出装置は、前記第１の位置と第２の位置とを結ぶ線分の中点で当該線分と直交する直線上で、かつ、前記移動体が移動に伴い接近する、第３の位置に配置される第５および第６の磁気抵抗効果素子をさらに備え、
前記検出回路は、さらに、
前記外部磁界によらずその抵抗値が略一定となる２つの参照抵抗を含み、
前記第５および第６の磁気抵抗効果素子が対辺となり、かつ、前記２つの参照抵抗が対辺となる第２のブリッジ回路を構成し、
前記移動体の移動に伴い生じる前記第１のブリッジ回路の対点間の電位差の時間的変化と、前記第２のブリッジ回路の対点間の電位差の時間的変化とに基づいて、前記外部磁界の変位量および変位方向を検出する、請求項１に記載の磁界検出装置。
【請求項３】
前記２つの参照抵抗は、前記外部磁界によらず略一定の前記バイアス磁界が与えられる２つの磁気抵抗効果素子からなる、請求項２に記載に磁界検出装置。
【請求項４】
前記バイアス部は、前記第１および第２の位置とを結ぶ線分の中点を含み、かつ、前記第１の強磁性層の磁化方向と平行する直線上に配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁界検出装置。
【請求項５】
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子ならびに前記第３および第４の磁気抵抗効果素子は、同一の基板上に配置され、
前記バイアス部は、
前記基板と平行で所定の距離だけ離れた平面上に配置され、
前記基板上への写像が前記第１および第２の位置とを結ぶ線分の中点を含み、かつ、前記第１の強磁性層の磁化方向と平行する直線上に配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁界検出装置。
【請求項６】
前記検出回路は、前記第１のブリッジ回路の対点の電位または／および対点間の電位差を測定するためのパッド部をさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁界検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の磁界検出装置を用いて、前記外部磁界が印加されていない状態において、前記第１のブリッジ回路の対点の電位が互いに一致、または前記第１のブリッジ回路の対点間の電位差がゼロとなるように、前記バイアス部の位置を決定する、磁界検出装置を調整する方法。
【請求項８】
磁界検出装置であって、
第１の非磁性層を介して積層される第１および第２の強磁性層を含む磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の抵抗値に基づいて、前記磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界を検出する検出回路とを備え、
前記第１の強磁性層は、前記外部磁界に関わらず磁化方向が固着され、
前記第２の強磁性層は、前記外部磁界に応じて磁化方向が変化し、
前記磁気抵抗効果素子は、
前記第１および第２の強磁性層における磁化方向の相対関係によりその抵抗値が変化し、
前記第２の強磁性層が飽和状態まで磁化されると、前記第１の強磁性層における磁化方向と第２の強磁性層における磁化方向とのなす角度に応じてその抵抗値が変化し、
前記磁界検出装置は、バイアス磁界を前記磁気抵抗効果素子に印加し、前記磁気抵抗効果素子の前記外部磁界に対する抵抗値の特性を変化させるバイアス部を備え、
前記バイアス部は、前記磁気抵抗効果素子が飽和状態となるような前記バイアス磁界を印加し、
前記第２の強磁性層は、前記バイアス磁界と前記外部磁界との合成磁界に応じて、その磁化方向が回転し、
前記検出回路は、前記合成磁界に応じて変化する前記磁気抵抗効果素子の抵抗値に基づいて前記外部磁界を検出する、磁界検出装置。
【請求項９】
前記バイアス部は、前記外部磁界と直交するように前記バイアス磁界を印加する、請求項８に記載の磁界検出装置。
【請求項１０】
前記磁界検出装置は、
２つの前記磁気抵抗効果素子と、
前記２つの磁気抵抗効果素子のそれぞれと対応付けられる２つの前記バイアス部とを含み、
前記２つの磁気抵抗効果素子は、共通の前記外部磁界が印加され、
前記２つのバイアス部は、それぞれ対応付けられる前記磁気抵抗効果素子へ略同一の前記バイアス磁界を印加し、
前記検出回路は、
前記外部磁界によらずその抵抗値が略一定となる２つの参照抵抗を含み、
前記２つの磁気抵抗効果素子が対辺となり、かつ、前記２つの参照抵抗が対辺となるブリッジ回路を構成し、
前記２つの磁気抵抗効果素子の抵抗値変化により生じる前記ブリッジ回路の対点間の電位差に基づいて、前記外部磁界を検出する、請求項８または９に記載の磁界検出装置。
【請求項１１】
前記検出回路は、前記磁気抵抗効果素子と共通の基板上に配置される部分を含む、請求項１〜６，８〜１０のいずれか１項に記載の磁界検出装置。
【請求項１２】
前記バイアス部は、永久磁石からなる、請求項１〜６，８〜１１のいずれか１項に記載の磁界検出装置。
【請求項１３】
前記磁気抵抗効果素子は、前記第１の強磁性層と前記第１の非磁性層とが接合される面と反対の面において、前記第１の強磁性層と接合される反強磁性層をさらに含み、
前記反強非磁性層は、交換結合により前記第１の強磁性層の磁化方向を固着する、請求項１〜６，８〜１２のいずれか１項に記載の磁界検出装置。
【請求項１４】
前記磁気抵抗効果素子は、前記第１の強磁性層と前記反強磁性層との間に介挿され、第２の非磁性層を介して前記第１の強磁性層と接合される第３の強磁性層をさらに含み、
前記第３の強磁性層は、前記第１の強磁性層の磁化を打消すような磁化をもつ、請求項１〜６，８〜１３のいずれか１項に記載の磁界検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は磁界検出装置およびそれを調整する方法に関し、特にスピンバルブ構造の磁気抵抗効果素子を備える磁界検出装置およびそれを調整する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機などの回転体の位置角や回転数などを検出する手段として、回転体の表面に磁石などを配置し、その磁界の変化に基づいて検出する方法が知られている。従来から、磁界を検出する手段として、ホール素子からなる磁界検出装置や磁気抵抗効果素子からなる磁界検出装置が一般的に用いられている。
【０００３】
ホール素子は、半導体などの薄膜の長さ方向に直流電流を流し、その垂直方向から磁界を印加すると、半導体の面内方向に電圧が発生するホール効果を利用した素子である。また、磁気抵抗効果素子は、磁界を受けて抵抗値が変化する磁気抵抗効果（ＭＲ効果：Magneto Resistive）を利用した素子である。一般に高い検出精度が要求される場合には、磁気抵抗効果素子からなる磁界検出装置が用いられる。
【０００４】
磁気抵抗効果素子には、強磁性体の異方性磁気抵抗効果を利用した異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子：Anisotropic Magneto-Resistive）、強磁性体と非磁性体との積層構造で大きな抵抗変化率を生じる巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ素子：Giant Magneto Resistive、以下、ＧＭＲ素子とも称す）およびトンネル効果を生じるトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子：Tunnel Magneto Resistive；以下、ＴＭＲ素子とも称す）などが存在する。
【０００５】
たとえば、特開２００４−０６９５４６号公報（特許文献１）には、ＧＭＲ素子を備え、回転軸に同期して回転する移動体を検出する磁気検出装置が開示されている。この特開２００４−０６９５４６号公報（特許文献１）に開示される磁気検出装置では、ＧＭＲ素子へバイアス磁界を印加することで、ゼロ磁界をまたがないように構成される。
【０００６】
近年、より大きな抵抗変化率を有し、高い検出精度を実現できるスピンバルブ構造のＧＭＲ素子およびＴＭＲ素子が提案されている。スピンバルブ（Spin Valve）構造は、外部からの磁界に応じてその磁化方向が変化する自由層（フリー層）と、外部からの磁界に関わらず磁化方向が固着される固着層（ピン層）とが積層された構造である。
【０００７】
たとえば、特公平８−０２１１６６号公報（特許文献２）には、スピンバルブ構造を有する磁気抵抗センサが開示されている。また、特開２００１−０２１７４７８号公報（特許文献３）には、スピンバルブ構造を有するＴＭＲ素子が開示されている。さらに、特開平１１−２９８０６３号公報（特許文献４）には、自由層を永久磁石層で実現するスピンバルブ構造のＴＭＲ素子が開示されている。
【０００８】
このようなスピンバルブ構造を有する磁気抵抗効果素子を応用した検出装置も提案されている。たとえば、特許第３０１７０６１号公報（特許文献５）には、スピンバルブ構造を有する４つのＧＭＲ素子からなるホイートストンブリッジ回路が開示されている。また、特開２００３−２１５１４５号公報（特許文献６）には、スピンバルブ構造を有するＴＭＲ素子を用いた回転数検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−０６９５４６号公報
【特許文献２】特公平８−０２１１６６号公報
【特許文献３】特開２００１−２１７４７８号公報
【特許文献４】特開平１１−２９８０６３号公報
【特許文献５】特許第３０１７０６１号公報
【特許文献６】特開２００３−２１５１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許第３０１７０６１号公報（特許文献５）の図２に示されるように、スピンバルブ構造を有する磁気抵抗効果素子は、外部磁界に略比例した抵抗値を生じる線形領域と、外部磁界に関わらず所定の抵抗値を生じる飽和領域とを有する。
【００１１】
図３９は、スピンバルブ構造を有する磁気抵抗効果素子の外部磁界と抵抗値との関係を示す模式図である。
【００１２】
図３９を参照して、磁気抵抗効果素子の抵抗値Ｒは、外部磁界Ｈｅｘを用いて、以下のように表される。
【００１３】
Ｒ＝Ｒｍ＋ΔＲ／２×Ｈｅｘ／Ｈｋ（線形領域：−Ｈｋ≦Ｈｅｘ≦Ｈｋ）
Ｒ＝Ｒｍ＋ΔＲ／２＝Ｒｍａｘ（飽和領域：Ｈｅｘ≧Ｈｋ）
Ｒ＝Ｒｍ−ΔＲ／２＝Ｒｍｉｎ（飽和領域：Ｈｅｘ≦−Ｈｋ）
なお、Ｈｋは、磁気抵抗素子の飽和磁界である。
【００１４】
一般的に、スピンバルブ構造の磁気抵抗効果素子を用いた検出装置では、線形領域でなければ正確に磁界検出ができないため、外部磁界の検出範囲は、飽和磁界の大きさに制限されていた。
【００１５】
そのため、大きな直流成分を含む外部磁界に対して、微小な交流成分を検出するような場合において、直流成分が飽和磁界の大きさを超えて、磁気抵抗効果素子が飽和領域になってしまうと、微小な交流成分を検出できないという問題があった。
【００１６】
さらに、飽和磁界の大きさは、自由層の膜材料、膜厚およびその形状などの物理的特性により決定されてしまうので、さまざまな用途（アプリケーション）に対して、磁気抵抗効果素子をそれぞれ設計および製作することは非常に手間がかかり、コストの増大を生じるという問題もあった。
【００１７】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、用途に応じて検出範囲および検出感度を自在に変化させることができる磁界検出装置を提供することである。
【００１８】
また、この発明は、外部磁界を高精度で検出するために磁界検出装置を調整する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明に従う磁界検出装置は、第１の非磁性層を介して積層される第１および第２の強磁性層を含む磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子の抵抗値に基づいて、磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界を検出する検出回路とを備える。そして、第１の強磁性層は、外部磁界に関わらず磁化方向が固着され、第２の強磁性層は、外部磁界に応じて磁化方向が変化し、磁気抵抗効果素子は、第１および第２の強磁性層における磁化方向の相対関係によりその抵抗値が変化し、磁界検出装置は、バイアス磁界を磁気抵抗効果素子に印加し、磁気抵抗効果素子の外部磁界に対する抵抗値の特性を変化させるバイアス部を備える。
【００２０】
また、この発明に従う磁界検出装置を調整する方法は、外部磁界が印加されていない状態において、第１のブリッジ回路の対点の電位が互いに一致、または第１のブリッジ回路の対点間の電位差がゼロとなるように、バイアス部の位置を決定する。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、磁気抵抗効果素子は、外部磁界を受け、第１の強磁性層における磁化方向を変化させ、その変化する第１の強磁性層の磁化方向と固着される第２の強磁性層における磁化方向との相対関係に応じて、抵抗値を変化させる。そのため、バイアス部がバイアス磁界を印加することで、第２の強磁性層における磁化方向の特性が変化し、それに伴い、外部磁界に対する抵抗値の特性が変化する。よって、用途に応じて検出範囲および検出感度を自在に変化させることができる磁界検出装置を実現できる。
【００２２】
また、この発明によれば、外部磁界が印加されていない状態において、第１のブリッジ回路が平衡するように、バイアス部の位置が決定されるので、外部磁界が高精度で検出するための磁界件検出装置の調整を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の実施の形態１に従う磁界検出装置の概略構成図である。
【図２】磁気抵抗効果素子の概略構成図である。
【図３】ＴＭＲ素子で構成される磁気抵抗効果素子の要部を示す図である。
【図４】検出回路の概略構成図である。
【図５】この発明の実施の形態１に従う磁界検出装置の要部を示す図である。
【図６】磁界検出装置における外部磁界と抵抗値との関係を示す模式図である。
【図７】バイアス部とバイアス磁界との関係を示す一例である。
【図８】図７（ｂ）において、離隔距離を２．５（ｍｍ）とした場合における、外部磁界と抵抗値との関係を示す一例である。
【図９】磁気抵抗効果素子および検出回路の要部を示す図である。
【図１０】ＧＭＲ素子で構成する場合の磁気抵抗効果素子の要部を示す図である。
【図１１】ＳＡＦ構造の固着層を含む磁気抵抗効果素子の概略構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に従う磁界検出装置の要部を示す図である。
【図１３】磁界検出装置２００における外部磁界と抵抗値との関係を示す模式図である。
【図１４】図７に示すＳｍＣｏ磁石をバイアス部として用いた場合における、外部磁界と抵抗値との関係を示す一例である。
【図１５】この発明の実施の形態３に従う磁界検出装置の要部を示す図である。
【図１６】磁界検出装置における磁気抵抗効果素子へ印加されるバイアス磁界を説明するための図である。
【図１７】磁気抵抗効果素子に対するバイアス部の配置を示す一例である。
【図１８】この発明の実施の形態４に従う磁界検出装置の概略構成図である。
【図１９】この発明の実施の形態４に従う磁界検出装置の要部を示す図である。
【図２０】検出回路の概略構成図である。
【図２１】自由層が飽和状態である場合の磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を説明するための図である。
【図２２】磁界検出装置における磁気抵抗効果素子へ印加されるバイアス磁界Ｈｂを説明するための図である。
【図２３】磁界検出装置の感度の変化を説明するための図である。
【図２４】この発明の実施の形態５に従う磁界検出装置の要部を示す図である。
【図２５】磁界検出装置における磁気抵抗効果素子へ印加されるバイアス磁界を説明するための図である。
【図２６】実施の形態５に従う磁気検出回路を応用した電流検出回路の要部を示す図である。
【図２７】この発明の実施の形態６に従う磁界検出装置の概略構成図である。
【図２８】この発明の実施の形態６に従う磁界検出装置の要部を示す図である。
【図２９】検出回路の概略構成図である。
【図３０】磁界検出装置における磁気抵抗効果素子へ印加される外部磁界およびバイアス磁界を説明するための図である。
【図３１】磁界発生部の変位と磁気抵抗効果素子の抵抗値との関係を示す図である。
【図３２】磁界発生部の変位と検出回路から出力される検出信号との関係を示す図である。
【図３３】バイアス部の位置を調整するための検出回路の概略構成図である。
【図３４】この発明の実施の形態７に従う磁界検出装置の概略構成図である。
【図３５】この発明の実施の形態７に従う磁界検出装置の要部を示す図である。
【図３６】検出回路の概略構成図である。
【図３７】磁界検出装置における磁気抵抗効果素子へ印加される外部磁界およびバイアス磁界を説明するための図である。
【図３８】磁界発生部の回転角度と検出回路内における電圧信号との関係を示す図である。
【図３９】スピンバルブ構造を有する磁気抵抗効果素子の外部磁界と抵抗値との関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２５】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に従う磁界検出装置１００の概略構成図である。
【００２６】
図１を参照して、磁界検出装置１００は、磁気抵抗効果素子２と、バイアス部４と、検出回路６とからなる。
【００２７】
磁気抵抗効果素子２は、たとえば、スピンバルブ構造を有するＴＭＲ素子（Tunnel Magneto Resistive）またはＧＭＲ素子（Giant Magneto Resistive）からなる。そして、磁気抵抗効果素子２は、検出対象の外部磁界およびバイアス部４からのバイアス磁界を受け、その受けた磁界に応じて抵抗値を変化させる。なお、実施の形態１においては、一例として、磁気抵抗効果素子２は、スピンバルブ構造を有するＴＭＲ素子で構成されるとして以下の説明を行なう。
【００２８】
検出回路６は、磁気抵抗効果素子２に所定の電圧または電流を与え、磁気抵抗効果素子２が生じる抵抗値を検出し、外部磁界に応じた検出信号を出力する。なお、検出回路６から出力される検出信号を受け、その検出信号を外部磁界の大きさに変換する演算回路をさらに備えてもよい。
【００２９】
バイアス部４は、所定のバイアス磁界を磁気抵抗効果素子２へ印加し、外部磁界に対する磁気抵抗効果素子２の抵抗値特性を変化させる。すなわち、バイアス部４は、磁気抵抗効果素子２が検出する外部磁界の検出範囲や検出感度といった検出特性を変化させる。そして、バイアス部４は、磁石、電磁石、電磁コイルおよび基板上に形成された強磁性体薄膜などからなり、外部電源を必要とせずにバイアス磁界を生じる磁石が好ましい。なお、実施の形態１においては、一例として、バイアス部４が磁石で構成されるとして、以下の説明を行なう。
【００３０】
図２は、磁気抵抗効果素子２の概略構成図である。
図２を参照して、磁気抵抗効果素子２は、反強磁性層１０、強磁性層１２、非磁性層１４および強磁性層１６の順で接合された積層構造をもつ。また、強磁性層１２および１６は、それぞれ内部磁界または外部磁界などにより磁化される。
【００３１】
強磁性層１２は、反強磁性層１０と接合されるため、交換結合磁界が生じ、その磁化方向は固着され、外部磁界に関わらず一定の方向となる。以下、このように磁化方向が固着される強磁性層１２を固着層とも称す。
【００３２】
一方、強磁性層１６は、非磁性層１４と接合されるため、強磁性層１２および反強磁性層１０からの影響を受けることなく、外部磁界に応じてその磁化方向を変化させる。以下、このように磁化方向が外部磁界に応じて変化する強磁性層１６を自由層とも称す。
【００３３】
また、ＴＭＲ素子で構成される磁気抵抗効果素子２は、たとえば、ＩｒＭｎからなる反強磁性層１０、ＮｉＦｅおよびＣｏＦｅの組成物からなる強磁性層１２、Ａｌ２Ｏ３からなる非磁性層１４、ＮｉＦｅからなる強磁性層１６で構成することができる。
【００３４】
さらに、反強磁性層１０として、ＦｅＭｎ，ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎなどを用いることができる。また、強磁性層１２および１６として、Ｃｏ，Ｆｅ，ＣｏＦｅ合金，ＣｏＮｉ合金，ＣｏＦｅＮｉ合金などのＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅなどを主成分とする金属材料またはＮｉＭｎＳｂ，ＣｏＭｎＧｅなどの合金を用いることができる。また、非磁性層１４は、トンネル効果を生じる絶縁物であればよく、Ｔａ２Ｏ５，ＳｉＯ２，ＭｇＯなどの金属の酸化物または金属のフッ化物を用いることができる。
【００３５】
磁気抵抗効果素子２の抵抗値は、強磁性層１２（固着層）の磁化方向と強磁性層１６（自由層）の磁化方向との相対関係に応じて変化する。すなわち、外部磁界に応じて回転する強磁性層１６の磁化ベクトルと、固着される強磁性層１２の磁化ベクトルとのなす角度に応じて、磁気抵抗効果素子２の抵抗値は変化する。
【００３６】
そして、ＴＭＲ素子で構成される磁気抵抗効果素子２は、絶縁体である非磁性層１４を介して強磁性層１２と強磁性層１６との間を電流が流れるように、強磁性層１６に接続された配線８．１および強磁性層１２に接続された配線８．２を介して電流が供給される。すなわち、絶縁体である非磁性層１４をトンネル効果により通過するトンネル電流は、外部磁界に応じて変化するため、磁気抵抗効果素子２の抵抗値が外部磁界に応じて変化する。
【００３７】
磁気抵抗効果素子２を構成する各層の接合面に対する垂直方向のサイズ、すなわち各層の厚さは、各層の面内方向における短辺側のサイズに比較して、約１／１００である。そのため、磁気抵抗効果素子２は、形状磁気異方性の影響を強く受け、接合面に対して垂直方向の磁化成分は、接合面に平行な磁界成分に対してほぼ無視できる。したがって、磁気抵抗効果素子２は、接合面に対して垂直方向からの外部磁界を受けてもその抵抗値はほとんど変化せず、主として、接合面に平行な外部磁界を受けてその抵抗値を変化させる。
【００３８】
そのため、以下では、強磁性層１６（自由層）および強磁性層１２（固着層）に生じる磁化ベクトルは、面内方向においてのみ変化する２次元ベクトルとみなして説明を行なう。
【００３９】
強磁性層１６（自由層）は、外部磁界を受け、その磁化ベクトルが変化するが、外部磁界が印加されていない状態における強磁性層１６（自由層）の磁化方向を予め決定することもできる。そのため、外部磁界が印加されていない状態において、強磁性層１２（固着層）に生じる磁化ベクトルと、強磁性層１６（自由層）に生じる磁化ベクトルとを直交させることで、外部磁界に対する抵抗値の感度を高めることもできる。
【００４０】
このような強磁性層１２（固着層）の磁化方向を予め決定する方法として、磁気抵抗効果素子２を製作した後、所望する磁化方向の外部磁界を強磁性層１２（固着層）へ印加しながら、熱処理加工（アニール）を施すことで、強磁性層１２（固着層）の磁化方向をその所望する磁化方向に決定できる。
【００４１】
また、面内方向において長方形の形状を有する強磁性層１６（自由層）は、形状磁気異方性により、その長辺方向に磁化ベクトルを生じる。そのため、所望する磁化ベクトルの方向とその長辺方向とを一致させるように、長方形の強磁性層１６（自由層）を製作することで、強磁性層１６（自由層）の磁化方向を決定できる。
【００４２】
図３は、ＴＭＲ素子で構成される磁気抵抗効果素子２の要部を示す図である。
図３を参照して、磁気抵抗効果素子２は、基板３２上に積層される反強磁性層１０および強磁性層１２を含む。そして、強磁性層１２の反強磁性層１０の接合面と反対側の面上に非磁性層１４および強磁性層１６が積層される。さらに、配線８．１がコンタクト２４．１および２４．２を介して強磁性層１６と接続され、配線８．２がコンタクト２４．３を介して強磁性層１２と接続される。
【００４３】
なお、配線８．１および８．２は、たとえば、Ａｌなどからなる。
このように基板上に積層される反強磁性層１０、強磁性層１２、非磁性層１４および強磁性層１６は、それぞれＤＣマグネトロンスパッタリングなどのスパッタリング法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）などの蒸着法および光ＣＶＤなどの化学気相法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）により形成することができる。
【００４４】
そして、基板上にそれぞれの層を積層した後、フォトレジスト処理により所望のパターンを転写し、さらに、イオンミリング処理または反応性イオンエッチング処理により所望の構造に形成するフォトリソグラフィー法を用いることで、図３に示すような磁気抵抗効果素子２を製作することができる。また、フォトリソグラフィー法に代えて、電子線リソグラフィー法または集束イオンビーム法を用いてもよい。
【００４５】
図４は、検出回路６の概略構成図である。
図４を参照して、検出回路６は、配線８．１および８．２を介して定電流を磁気抵抗効果素子２へ供給し、その定電流により磁気抵抗効果素子２に生じる電圧に応じた検出信号を出力する。そして、検出回路６は、定電流源３０と、プリアンプ３１とからなる。
【００４６】
定電流源３０は、磁気抵抗効果素子２の抵抗値に関わらず一定の電流を供給する。
プリアンプ３１は、定電流源３０と磁気抵抗効果素子２との接続点における電位と、基準電位との電位差を所定の増幅率をもって増幅して出力する。
【００４７】
図５は、この発明の実施の形態１に従う磁界検出装置１００の要部を示す図である。
図５（ａ）は、磁界検出装置１００の斜方図である。
【００４８】
図５（ｂ）は、磁界検出装置１００の平面図である。
図５（ａ）を参照して、磁界検出装置１００は、基板３２上に形成される磁気抵抗効果素子２と、磁気抵抗効果素子２と対向して配置されるバイアス部４とからなる。そして、磁界検出装置１００においては、バイアス部４は、その中心軸が磁気抵抗効果素子２の中心軸と一致するように配置される。
【００４９】
図５（ｂ）を参照して、バイアス部４は、バイアス部４の中心軸と磁気抵抗効果素子２の中心軸とを結ぶ線に沿って、磁気抵抗効果素子２からバイアス部４に向けてバイアス磁界Ｈｂを生じる。
【００５０】
一方、磁気抵抗効果素子２において、固着層の磁化ベクトル４０は、バイアス部４の中心軸と磁気抵抗効果素子２の中心軸とを結ぶ線に沿って、磁気抵抗効果素子２からバイアス部４へ向きに固着され、自由層の磁化ベクトル４２は、外部磁界Ｈｅｘを受けて、固着層の磁化ベクトル４０と直交する向きから固着層の磁化ベクトル４０と平行するように回転する。
【００５１】
すなわち、磁気抵抗効果素子２は、固着層の磁化ベクトル４０と同方向にその大きさを変化させる外部磁界Ｈｅｘを検出する。そのため、外部磁界Ｈｅｘが十分大きい場合に、自由層の磁化ベクトル４２が固着層の磁化ベクトル４０と平行または反平行となるので、外部磁界Ｈｅｘの変化に伴う抵抗値の変化幅を大きくとることができる。
【００５２】
上述のように、磁気抵抗効果素子２には、バイアス磁界Ｈｂおよび外部磁界Ｈｅｘが印加される。ここで、バイアス磁界Ｈｂおよび外部磁界Ｈｅｘは、同一直線上に生じるので、バイアス磁界Ｈｂは、磁気抵抗効果素子２へ印加される外部磁界Ｈｅｘを妨げるように機能する。そのため、磁気抵抗効果素子２における自由層の磁化が抑制され、磁化ベクトル４２の回転角度も減少する。
【００５３】
したがって、外部磁界Ｈｅｘに対する磁気抵抗効果素子２の抵抗値の特性は、バイアス磁界Ｈｂだけシフトする。
【００５４】
図６は、磁界検出装置１００における外部磁界Ｈｅｘと抵抗値Ｒとの関係を示す模式図である。
【００５５】
図６を参照して、磁気抵抗効果素子２は、バイアス部４からのバイアス磁界Ｈｂが存在しない場合において、−Ｈｋ〜Ｈｋ（Ｈｋ：飽和磁界）の範囲内で線形領域を有する。
【００５６】
ここで、たとえば、外部磁界Ｈｅｘの大きさを測定する場合には、外部磁界Ｈｅｘの大きさと抵抗値Ｒ、すなわち外部磁界Ｈｅｘと検出信号とが比例関係にあることが望ましい。そのため、外部磁界Ｈｅｘの大きさを測定する場合には、磁気抵抗効果素子２が線形領域となる範囲（−Ｈｋ〜Ｈｋ）が測定可能範囲となる。
【００５７】
そこで、バイアス部４からバイアス磁界Ｈｂを印加することで、磁気抵抗効果素子２の線形領域は、（−Ｈｋ＋Ｈｂ）〜（＋Ｈｋ＋Ｈｂ）の範囲へ移動する。そのため、磁界検出装置１００の測定可能範囲は、バイアス磁界Ｈｂ分だけシフトする。
【００５８】
上述のように、測定対象の外部磁界Ｈｅｘの変動範囲に応じて、適切なバイアス磁界Ｈｂを選択することで、磁界検出装置１００は、大きな直流成分を含む外部磁界Ｈｅｘに対して、微小な交流成分を検出することができる。
【００５９】
図７は、バイアス部４とバイアス磁界Ｈｂとの関係を示す一例である。なお、図７は、バイアス部４として、各辺が１ｍｍの立方体に形成されたＳｍＣｏ磁石（希土類サマリウム・コバルト磁石）を用いた場合を示す。
【００６０】
図７（ａ）は、バイアス部４と磁気抵抗効果素子２との位置関係を示す図である。
図７（ｂ）は、バイアス部４と磁気抵抗効果素子２との離隔距離に対するバイアス磁界Ｈｂの大きさの特性を示す図である。
【００６１】
図５（ｂ）および図７（ａ）を参照して、バイアス部４の中心軸と磁気抵抗効果素子２の中心軸とを結ぶ線上において、バイアス部４の端面と磁気抵抗効果素子２の中心点との距離を離隔距離と定義する。
【００６２】
図７（ｂ）を参照して、たとえば、離隔距離を２．５（ｍｍ）とすると、磁気抵抗効果素子２へ印加されるバイアス磁界Ｈｂは、５５×１０３／４π（Ａ／ｍ）となる。したがって、磁界検出装置１００の検出範囲は、５５×１０３／４π（Ａ／ｍ）だけシフトする。
【００６３】
図８は、図７（ｂ）において、離隔距離を２．５（ｍｍ）とした場合における、外部磁界Ｈｅｘと抵抗値Ｒとの関係を示す一例である。
【００６４】
図８を参照して、バイアス磁界Ｈｂを印加しない場合においては、外部磁界Ｈｅｘ＝０を中心として、抵抗値Ｒが外部磁界Ｈｅｘにほぼ比例する線形領域が生じる。一方、バイアス部と磁気抵抗効果素子２との離隔距離を２．５（ｍｍ）とすると、５５×１０３／４π（Ａ／ｍ）のバイアス磁界Ｈｂが磁気抵抗効果素子２へ印加されるので、抵抗値Ｒは、バイアス磁界Ｈｂを中心として、抵抗値Ｒが外部磁界Ｈｅｘにほぼ比例する線形領域が生じる。
【００６５】
さらに、磁界検出装置１００においては、外部磁界による検出信号に対するノイズを抑制することが望ましい。そこで、磁気抵抗効果素子２およびプリアンプ３１を共通の基板上に形成することで、プリアンプ３１から磁気抵抗効果素子２までの配線距離を短縮し、配線へ侵入するバイアス磁界および外部磁界からのノイズを抑制できる。
【００６６】
図９は、磁気抵抗効果素子２および検出回路６の要部を示す図である。
図９を参照して、磁気抵抗効果素子２の構造は、図３と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。そして、基板３２の磁気抵抗効果素子２が形成される面と反対側の面において、ゲート６６が形成される。そして、ソース６２およびドレイン６４が酸化膜６０を介してゲート６６と反対側の面に形成される。また、ゲート６６、ソース６２、ドレイン６４および酸化膜６０は、プリアンプ３１を構成する。
【００６７】
さらに、ゲート６６は、コンタクト２４．４を介して配線８．１と接続され、ソース６２は、コンタクト２４．５を介して配線８．４と接続され、ドレイン６４は、コンタクト２４．６を介して配線８．３と接続される。
【００６８】
したがって、ゲート６６は、磁気抵抗効果素子２の強磁性層１６に生じる電圧を受け、ソース６２からドレイン６４へその電圧に応じた電流を発生させる。そして、ソース６２からドレイン６４へ流れる電流は、配線８．３を介して検出信号として出力される。
【００６９】
上述のように、検出回路６を構成するプリアンプ３１のゲート６６が、磁気抵抗効果素子２と共通の基板３２上に形成される構造を採用して配線距離を短縮することで、バイアス磁界および外部磁界からの影響を抑制し、ノイズの少ない磁界検出装置１００を実現できる。
【００７０】
（変形例１）
上述の実施の形態１においては、磁気抵抗効果素子２がスピンバルブ構造を有するＴＭＲ素子で構成される場合について説明したが、ＴＭＲ素子に代えて、スピンバルブ構造を有するＧＭＲ素子で構成してもよい。
【００７１】
図１０は、ＧＭＲ素子で構成する場合の磁気抵抗効果素子の要部を示す図である。
図１０（ａ）は、概略構成図である。
【００７２】
図１０（ｂ）は、要部を示す図である。
図１０（ａ）を参照して、ＧＭＲ素子は、基板３２上に積層される反強磁性層１０および強磁性層１２を含む。そして、強磁性層１２の反強磁性層１０の接合面と反対側の面上に金属体である非磁性層１５および強磁性層１６が積層される。
【００７３】
図１０（ｂ）を参照して、さらに、ＧＭＲ素子は、配線８．１および８．２がそれぞれコンタクト２４．１および２４．２を介して強磁性層１６と接続される。なお、金属体である非磁性層１５として、たとえば、Ｃｕなどを用いることができる。
【００７４】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照して、検出回路６（図示しない）から強磁性層１６に接続された配線８．１を介して供給される電流は、主として非磁性層１５においてその面内方向を流れ、強磁性層１６に接続された配線８．２から出力される。そして、強磁性層１２（固着層）の磁化ベクトルおよび強磁性層１６（自由層）の磁化ベクトルに応じて、非磁性層１５を流れる電流が影響を受け、ＧＭＲ素子の抵抗値は変化する。
【００７５】
非磁性層１５を流れる電流（電子）は、非磁性層１５の両界面、すなわち強磁性層１６と非磁性層１５との接合面および強磁性層１２と非磁性層１５との接合面において散乱される。ここで、この電流（電子）に対する散乱の程度は、強磁性層１２（固着層）の磁化ベクトルと強磁性層１６（自由層）の磁化ベクトルとの差に応じて決まる。すなわち、強磁性層１２（固着層）の磁化ベクトルおよび強磁性層１６（自由層）の磁化ベクトルの向きが一致している場合において、電流（電子）は散乱されにくく、電気抵抗は小さくなる。一方、強磁性層１２（固着層）の磁化ベクトルおよび強磁性層１６（自由層）の磁化ベクトルの向きが互いに反対方向になっている場合において、電流（電子）は散乱されやすく、電気抵抗は大きくなる。
【００７６】
上述のように、ＧＭＲ素子は、ＴＭＲ素子とその磁気抵抗効果を生じる原理は異なるものの、外部磁界に対する特性および検出回路から見た特性は、ほぼ等価であるため、ＴＭＲ素子に代えてＧＭＲ素子により磁気抵抗効果素子２を構成することもできる。
【００７７】
（変形例２）
さらに、図２に示すスピンバルブ構造において、単一の強磁性層からなる固着層に代えて、強磁性層および非磁性層を積層したＳＡＦ（Synthesis Anti-Ferroelectrics）構造の固着層を採用してもよい。
【００７８】
図１１は、ＳＡＦ構造の固着層を含む磁気抵抗効果素子の概略構成図である。
図１１を参照して、ＳＡＦ構造の固着層を含む磁気抵抗効果素子は、図２に示す磁気抵抗効果素子２において、強磁性層１２に代えて、強磁性層１８、非磁性層２０および強磁性層２２を配置したものである。なお、非磁性層２０は、たとえば、Ｒｕ，Ｃｕなどからなる。
【００７９】
そして、強磁性層１８および２２は、それぞれ互いに打消し合うような磁化をもつ。そのため、強磁性層２２と強磁性層１６（自由層）との関係で見ると、強磁性層２２および強磁性層１６はいずれも磁化ベクトルをもつので、図２に示す磁気抵抗効果素子２と同様の特性を有する。一方、強磁性層１８および２２の全体として見ると、磁化は互いに打消し合い、ほぼゼロとなる。よって、固着層を構成する強磁性層１８および２２に対して、その面内方向と垂直な方向から強い外部磁界が印加された場合においても、それぞれがもつ磁化に変動が生じにくく、固着層全体の磁化ベクトルを安定させることができる。
【００８０】
なお、実施の形態１においては、バイアス部４を所定の位置に予め固着する場合について説明したが、バイアス部４を移動させる手段をさらに備えることで、さまざまな外部磁界Ｈｅｘの検出が可能となる。
【００８１】
この発明の実施の形態１によれば、バイアス部が外部磁界と同方向のバイアス磁界を印加するので、磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界は、バイアス部と打消し合う。そのため、磁気抵抗効果素子には、実質的にバイアス部から印加されるバイアス磁界を加算または減算した外部磁界が印加される。よって、磁気抵抗効果素子の外部磁界に対する抵抗値の特性をバイアス磁界分だけシフトさせることができるため、最適なバイアス磁界を設定することで、外部磁界の変動範囲に応じて、検出範囲を所望の領域にシフトする磁界検出装置を実現できる。
【００８２】
［実施の形態２］
上述の実施の形態１においては、外部磁界と平行になるようにバイアス磁界を印加する構成について説明した。一方、実施の形態２においては、外部磁界と直交するようにバイアス磁界を印加する構成について説明する。
【００８３】
図１２は、この発明の実施の形態２に従う磁界検出装置２００の要部を示す図である。
図１２（ａ）は、磁界検出装置２００の斜方図である。
【００８４】
図１２（ｂ）は、磁界検出装置２００の平面図である。
図１２（ａ）を参照して、磁界検出装置２００は、基板３２上に形成される磁気抵抗効果素子２と、磁気抵抗効果素子２と対向して配置されるバイアス部４とからなる。そして、磁界検出装置２００においては、バイアス部４は、その中心軸が磁気抵抗効果素子２の中心軸と一致するように配置される。そして、磁界検出装置２００は、バイアス部４の中心軸と磁気抵抗効果素子２の中心軸とを結ぶ線と直交する方向において、その向きおよびその大きさを変化させる外部磁界Ｈｅｘを検出する。
【００８５】
図１２（ｂ）を参照して、バイアス部４は、バイアス部４の中心軸と磁気抵抗効果素子２の中心軸とを結ぶ線に沿って、磁気抵抗効果素子２からバイアス部４に向けてバイアス磁界Ｈｂを生じる。
【００８６】
磁気抵抗効果素子２は、固着層の磁化ベクトル４０と同方向にその大きさを変化させる外部磁界Ｈｅｘを検出する。また、磁気抵抗効果素子２において、固着層の磁化ベクトル４０は、バイアス部４の中心軸と磁気抵抗効果素子２の中心軸とを結ぶ線と直交する向きに固着され、自由層の磁化ベクトル４２は、全体として見ると、外部磁界Ｈｅｘを受けて、固着層の磁化ベクトル４０と直交する向きから固着層の磁化ベクトル４０と平行する向きへ回転する。
【００８７】
上述のように、磁気抵抗効果素子２には、バイアス磁界Ｈｂおよび外部磁界Ｈｅｘが印加される。ここで、バイアス磁界Ｈｂは、磁気抵抗効果素子２における自由層の磁化ベクトル４２をバイアス部４の向きへ保持しようと機能する。すなわち、自由層の磁化ベクトル４２は、バイアス磁界Ｈｂによりその向きの変化を妨げされられるので、外部磁界Ｈｅｘに対する自由層の磁化ベクトル４２の応答性（感度）が低下する。
【００８８】
したがって、外部磁界Ｈｅｘに対する磁気抵抗効果素子２の抵抗値の特性は、その変化量がバイアス磁界Ｈｂに応じて緩やかになる。
【００８９】
図１３は、磁界検出装置２００における外部磁界Ｈｅｘと抵抗値Ｒとの関係を示す模式図である。
【００９０】
図１３を参照して、磁気抵抗効果素子２は、バイアス部４からのバイアス磁界Ｈｂが存在しない場合において、−Ｈｋ〜Ｈｋ（Ｈｋ：飽和磁界）の範囲内で線形領域を有する。一方、バイアス部４からバイアス磁界Ｈｂを印加すると、磁気抵抗効果素子２の線形領域は、−Ｈｋ’〜Ｈｋ’（Ｈｋ’：バイアス磁界Ｈｂを受けた場合における飽和磁界）へ拡大する。
【００９１】
実施の形態１と同様に、外部磁界Ｈｅｘの大きさを測定する場合には、磁気抵抗効果素子２が線形領域となる範囲が測定可能範囲となる。そのため、バイアス磁界Ｈｂを印加することで、磁界検出装置２００の測定可能範囲は、Ｈｋ’／Ｈｋ倍だけ拡大する。
【００９２】
上述のように、測定対象の外部磁界Ｈｅｘの変動量に応じて、適切なバイアス磁界Ｈｂを選択することで、磁界検出装置２００は、その測定範囲を拡大させ、より広い範囲の外部磁界Ｈｅｘを検出することができる。
【００９３】
図１４は、図７に示すＳｍＣｏ磁石をバイアス部４として用いた場合における、外部磁界Ｈｅｘと抵抗値Ｒとの関係を示す一例である。なお、図１４においては、図７に示すバイアス部４と磁気抵抗効果素子２との離隔距離を５．６（ｍｍ）とする。
【００９４】
図１４を参照して、バイアス磁界Ｈｂを印加しない場合においては、外部磁界Ｈｅｘが約±１０×１０３／４π（Ａ／ｍ）の範囲内において線形領域を生じる。一方、バイアス磁界Ｈｂを印加すると、外部磁界Ｈｅｘが約±２０×１０３／４π（Ａ／ｍ）の範囲内において線形領域を生じる。
【００９５】
すなわち、バイアス磁界Ｈｂにより外部磁界Ｈｅｘに対する抵抗値Ｒの感度が低下し、外部磁界Ｈｅｘの検出可能範囲が拡大することが解る。
【００９６】
その他の点については、実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
この発明の実施の形態２によれば、バイアス部が磁気抵抗効果素子の固着層の磁化方向と直交する方向のバイアス磁界を印加するので、磁気抵抗効果素子の自由層における磁化ベクトルを固着層の磁化方向と直交する方向に維持しようとする。そのため、磁気抵抗効果素子の自由層における磁化ベクトルは、外部磁界を受けても、固着層の磁化方向に回転しにくくなり、外部磁化に対する感度が低下する。よって、磁気抵抗効果素子の外部磁界に対する抵抗値の検出感度を鈍化させることができるため、最適なバイアス磁界を設定することで、外部磁界の変動範囲に応じて、検出範囲を所望の幅に拡大する磁界検出装置を実現できる。
【００９７】
［実施の形態３］
上述の実施の形態１および２においては、外部磁界と平行または直交するようにバイアス磁界を印加する構成について説明した。一方、実施の形態３においては、外部磁界と平行する成分とおよび外部磁界と直交する成分が同時に生じるようにバイアス磁界を印加する構成について説明する。
【００９８】
図１５は、この発明の実施の形態３に従う磁界検出装置３００の要部を示す図である。
図１５（ａ）は、磁界検出装置３００の斜方図である。
【００９９】
図１５（ｂ）は、磁界検出装置３００の平面図である。
図１５（ａ）を参照して、磁界検出装置３００は、基板３２上に形成される磁気抵抗効果素子２と、磁気抵抗効果素子２と対向して配置されるバイアス部４とからなる。
【０１００】
図１５（ｂ）を参照して、バイアス部４は、その中心軸が磁気抵抗効果素子２の中心軸と平行で、かつ、所定の間隔だけ離して配置される。そして、磁気抵抗効果素子２は、固着層の磁化ベクトル４０と同方向にその大きさを変化させる外部磁界Ｈｅｘを検出する。
【０１０１】
図１６は、磁界検出装置３００における磁気抵抗効果素子２へ印加されるバイアス磁界Ｈｂを説明するための図である。
【０１０２】
図１６を参照して、磁気抵抗効果素子２の中心軸は、バイアス部４の中心軸から所定の間隔だけ離れているので、磁気抵抗効果素子２には、その中心軸に対して所定の角度をもつバイアス磁界Ｈｂが印加される。ここで、磁気抵抗効果素子２の中心軸を基準とし、バイアス磁界Ｈｂを互いに直交する平行成分Ｈｂ１および直交成分Ｈｂ２に分解する。
【０１０３】
平行成分Ｈｂ１は、磁気抵抗効果素子２の中心軸と平行であり、かつ、外部磁界Ｈｅｘとも平行である。また、直交成分Ｈｂ２は、磁気抵抗効果素子２の中心軸と直交し、かつ、外部磁界Ｈｅｘとも直交する。
【０１０４】
図１５（ｂ）および図１６を参照して、磁界検出装置３００における磁気抵抗効果素子２の固着層の磁化ベクトル４０は、外部磁界Ｈｅｘと平行するため、バイアス磁界Ｈｂの平行成分Ｈｂ１は、外部磁界Ｈｅｘと平行し、バイアス磁界Ｈｂの直交成分Ｈｂ２は、外部磁界Ｈｅｘと直行する。
【０１０５】
すなわち、外部磁界Ｈｅｘ、バイアス磁界の平行成分Ｈｂ１および磁気抵抗効果素子２の固着層の磁化ベクトル４０が互いに平行であるため、バイアス磁界の平行成分Ｈｂ１による効果は、上述した実施の形態１に従う磁界検出装置１００におけるバイアス磁界による効果と等価である。
【０１０６】
一方、外部磁界Ｈｅｘおよび磁気抵抗効果素子２の固着層の磁化ベクトル４０が平行であり、かつ、バイアス磁界の平行成分Ｈｂ１がそれぞれ外部磁界Ｈｅｘおよび磁気抵抗効果素子２の固着層の磁化ベクトル４０と直交するため、バイアス磁界の直交成分Ｈｂ２による効果は、上述した実施の形態２に従う磁界検出装置２００におけるバイアス磁界による効果と等価である。
【０１０７】
したがって、磁界検出装置３００におけるバイアス磁界Ｈｂによる検出特性の変化は、バイアス磁界の平行成分Ｈｂ１による検出範囲のシフトおよびバイアス磁界の直交成分Ｈｂ２による検出範囲の拡大を合成したものとなる。
【０１０８】
図１７は、磁気抵抗効果素子２に対するバイアス部４の配置を示す一例である。なお、図１７においては、図７に示すＳｍＣｏ磁石をバイアス部４として用いる。
【０１０９】
図１７を参照して、磁気抵抗効果素子２の中心軸上において、バイアス部４の端面と磁気抵抗効果素子２の中心点との距離が２．５（ｍｍ）、かつ、磁気抵抗効果素子２の中心軸とバイアス部４の中心軸との距離が０．２５（ｍｍ）となるようにバイアス部４を配置する。すると、磁気抵抗効果素子２における、バイアス磁界Ｈｂの平行成分Ｈｂ１は、５５×１０３／４π（Ａ／ｍ）となり、バイアス磁界Ｈｂの直交成分Ｈｂ２は、７×１０３／４π（Ａ／ｍ）となる。
【０１１０】
したがって、磁界検出装置３００における外部磁界Ｈｅｘと抵抗値Ｒとの関係は、図８に示す実施の形態１に従う磁界検出装置１００の検出特性と、図１４に示す実施の形態２に従う磁界検出装置２００の検出特性を合成したものとなる。すなわち、図８に示すように、磁界検出装置３００の検出範囲は、５５×１０３／４π（Ａ／ｍ）だけシフトし、かつ、図１４に示すように、磁界検出装置３００の検出範囲は、±１０×１０３／４π（Ａ／ｍ）から±２０×１０３／４π（Ａ／ｍ）へ拡大する。よって、これらの検出特性を合成すると、バイアス磁界Ｈｂを印加することで、磁界検出装置３００の検出範囲を−１０×１０３／４π（Ａ／ｍ）〜１０×１０３／４π（Ａ／ｍ）から３３×１０３／４π（Ａ／ｍ）〜７５×１０３／４π（Ａ／ｍ）へ変化させることができる。
【０１１１】
上述のように、磁気抵抗効果素子２の中心軸に対して所定の角度をもつバイアス磁界Ｈｂを印加することで、磁界検出装置３００の検出範囲を自在に変更させることができる。
【０１１２】
その他の点については、実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
この発明の実施の形態３によれば、バイアス部が外部磁界と同方向の成分および磁気抵抗効果素子の固着層の磁化方向と直交する成分を含むバイアス磁界を印加するので、実施の形態１および実施の形態２における効果を同時に発揮することができる。すなわち、最適なバイアス磁界を設定することで、外部磁界の変動範囲に応じて、検出範囲を所望の領域にシフトし、かつ、検出範囲を所望の幅に拡大する磁界検出装置を実現できる。
【０１１３】
［実施の形態４］
上述の実施の形態１〜３においては、自由層を構成する強磁性体のうち、外部磁界により磁化される比率が外部磁界の大きさに略比例する非飽和状態を利用して、外部磁界を検出する磁界検出装置について説明した。一方、実施の形態４においては、自由層を構成する強磁性体のほぼすべてが外部磁界により磁化されている飽和状態を利用して、外部磁界を検出する磁界検出装置について説明する。
【０１１４】
図１８は、この発明の実施の形態４に従う磁界検出装置４００の概略構成図である。
図１８を参照して、磁界検出装置４００は、磁気抵抗効果素子２．１，２．２と、バイアス部４．１，４．２と、検出回路５０とからなる。
【０１１５】
磁気抵抗効果素子２．１および２．２は、それぞれ外部磁界およびバイアス磁界を受け、その抵抗値を変化させる。その他については、実施の形態１における磁気抵抗効果素子２と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１１６】
検出回路５０は、磁気抵抗効果素子２．１および２．２と接続され、それぞれの抵抗値をブリッジ回路により差動演算し、その抵抗値の変化を検出する。そして、検出回路５０は、検出した抵抗値の変化を検出信号として出力する。
【０１１７】
バイアス部４．１および４．２は、それぞれ、磁気抵抗効果素子２．１および２．２に対してそれぞれの自由層を飽和状態とするだけの大きさをもつバイアス磁界を印加する。その他については、実施の形態１におけるバイアス部４と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１１８】
図１９は、この発明の実施の形態４に従う磁界検出装置４００の要部を示す図である。
図１９（ａ）は、磁界検出装置４００の斜方図である。
【０１１９】
図１９（ｂ）は、磁界検出装置４００の平面図である。
図１９（ａ）を参照して、磁界検出装置４００は、基板３２上に形成される磁気抵抗効果素子２．１および２．２と、磁気抵抗効果素子２．１および２．２とそれぞれ対向して配置されるバイアス部４．１および４．２とからなる。そして、磁界検出装置４００においては、バイアス部４．１は、その中心軸が磁気抵抗効果素子２．１の中心軸と一致するように配置され、かつ、バイアス部４．２は、その中心軸が磁気抵抗効果素子２．２の中心軸と一致するように配置される。そして、磁気抵抗効果素子２．１は、固着層の磁化ベクトル４０．１と同方向にその大きさを変化させる外部磁界Ｈｅｘを検出し、磁気抵抗効果素子２．２は、固着層の磁化ベクトル４０．２と同方向にその大きさを変化させる外部磁界Ｈｅｘを検出する。なお、外部磁界Ｈｅｘは、互いに共通である。
【０１２０】
また、バイアス部４．１および４．２は互いに同一であり、かつ、磁気抵抗効果素子２．１および２．２は互いに同一である。そのため、磁気抵抗効果素子２．１および２．２がそれぞれ外部磁界Ｈｅｘを受けて生じる抵抗値変化は、略一致する。
【０１２１】
図１９（ｂ）を参照して、バイアス部４．１は、バイアス部４．１の中心軸と磁気抵抗効果素子２．１の中心軸とを結ぶ線に沿って、磁気抵抗効果素子２．１からバイアス部４．１に向けてバイアス磁界Ｈｂを生じる。また同様に、バイアス部４．２は、バイアス部４．２の中心軸と磁気抵抗効果素子２．２の中心軸とを結ぶ線に沿って、磁気抵抗効果素子２．２からバイアス部４．２に向けてバイアス磁界Ｈｂを生じる。
【０１２２】
一方、磁気抵抗効果素子２．１において、固着層の磁化ベクトル４０．１は、バイアス部４．１の中心軸と磁気抵抗効果素子２．１の中心軸とを結ぶ線と直交する向きに固着され、自由層の磁化ベクトル４２．１は、外部磁界Ｈｅｘおよびバイアス磁界Ｈｂに応じた角度に向けられる。また同様に、固着層の磁化ベクトル４０．２は、バイアス部４．２の中心軸と磁気抵抗効果素子２．２の中心軸とを結ぶ線と直交する向きに固着され、自由層の磁化ベクトル４２．２は、外部磁界Ｈｅｘおよびバイアス磁界Ｈｂに応じた角度に向けられる。ここで、磁気抵抗効果素子２．１および２．２の自由層は、そのほぼすべてが磁化ベクトル４２．１および４２．２の向きに磁化されており、飽和状態となる。
【０１２３】
図２０は、検出回路５０の概略構成図である。
図２０を参照して、検出回路５０は、磁気抵抗効果素子２．１および２．２の抵抗値変化をブリッジ回路で検出し、その検出電圧に応じた検出信号を出力する。そして、検出回路５０は、プリアンプ５４と、参照抵抗５２．１，５２．２とからなる。
【０１２４】
参照抵抗５２．１および５２．２は、互いに同一の抵抗値をもつ抵抗器である。なお、参照抵抗５２．１および５２．２を自由層の磁化方向を固着した磁気抵抗効果素子で構成することもできる。
【０１２５】
参照抵抗５２．１の一端は、磁気抵抗効果素子２．１の一端と接続され、さらに、磁気抵抗効果素子２．１の他端には電源電圧Ｖｃｃが与えられ、参照抵抗５２．１の他端には接地電圧が与えられる。
【０１２６】
参照抵抗５２．２の一端は、磁気抵抗効果素子２．２の一端と接続され、さらに、参照抵抗５２．２の他端には電源電圧Ｖｃｃが与えられ、磁気抵抗効果素子２．２の他端には接地電圧が与えられる。
【０１２７】
プリアンプ５４は、参照抵抗５２．１と磁気抵抗効果素子２．１との接続点における電位と、参照抵抗５２．２と磁気抵抗効果素子２．２との接続点における電位との電位差を所定の増幅率をもって増幅して出力する。
【０１２８】
上述のように、検出回路５０は、磁気抵抗効果素子２．１および２．２を対辺とするブリッジ回路を構成し、その電位差を検出するので、１つの磁気抵抗効果素子の抵抗値を検出する場合に比較して、その検出感度を約２倍にすることができる。また、同相ノイズの影響を軽減できる。
【０１２９】
図２１は、自由層が飽和状態である場合の磁気抵抗効果素子２．１および２．２の抵抗値の変化を説明するための図である。
【０１３０】
図２１を参照して、抵抗値Ｒは、固着層の磁化ベクトル４０と自由層の磁化ベクトル４２とのなす角度θとして、（１）式で表される。
【０１３１】
Ｒ＝Ｒｍ＋Ｒ０ｃｏｓθ・・・（１）
すなわち、自由層が飽和状態であれば、外部磁界の大きさに関わらずその抵抗値は固着層の磁化ベクトル４０と自由層の磁化ベクトル４２とのなす角度で決定される。そこで、磁界検出装置４００においては、自由層を飽和状態に維持しながら、外部磁界により回転する自由層の磁化ベクトル４２と固着層の磁化ベクトル４０とのなす角度θに応じて変化する抵抗値Ｒを検出する。
【０１３２】
図２２は、磁界検出装置４００における磁気抵抗効果素子２．１へ印加されるバイアス磁界Ｈｂを説明するための図である。
【０１３３】
図２２を参照して、バイアス部４．１の中心軸は、磁気抵抗効果素子２．１の中心軸と一致するので、磁気抵抗効果素子２．１には、その中心軸に対して平行なバイアス磁界Ｈｂが印加される。また、磁気抵抗効果素子２．１には、バイアス部４．１の中心軸と磁気抵抗効果素子２．１の中心軸とを結ぶ線と直交する方向において、その大きさを変化させる外部磁界Ｈｅｘが印加される。
【０１３４】
したがって、磁気抵抗効果素子２．１には、互いに直交するバイアス磁界Ｈｂおよび外部磁界Ｈｅｘが印加されるため、これらを合成した合成磁界Ｈと、固着層の磁化ベクトル４０．１とのなす角度θは、（２）式で表させる。
【０１３５】
θ＝ｔａｎ−１（Ｈｂ／Ｈｅｘ）・・・（２）
（２）式を（１）式に代入すると、磁気抵抗効果素子２．１の抵抗値Ｒは、（３）式で表される。
【０１３６】
Ｒ＝Ｒｍ＋Ｒ０ｃｏｓ（ｔａｎ−１（Ｈｂ／Ｈｅｘ））・・・（３）
（３）式から、磁気抵抗効果素子２．１の抵抗値Ｒは、外部磁界Ｈｅｘを含む関数で表されるので、磁界検出装置４００は、外部磁界Ｈｅｘに応じた抵抗値Ｒの変化を検出することができる。
【０１３７】
また、磁気抵抗効果素子２．２は、磁気抵抗効果素子２．１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１３８】
ところで、（３）式で表されるように、磁気抵抗効果素子２．１および２．２の抵抗値の変化率（感度）は、外部磁界Ｈｅｘの大きさとバイアス磁界Ｈｂの大きさとの相対関係で決まることがわかる。
【０１３９】
図２３は、磁界検出装置４００の感度の変化を説明するための図である。
図２３（ａ）は、バイアス磁界Ｈｂが外部磁界Ｈｅｘに対して相対的に大きい場合である。
【０１４０】
図２３（ｂ）は、図２３（ａ）に示すバイアス磁界より小さいバイアス磁界Ｈｂが印加される場合である。
【０１４１】
図２３（ａ）を参照して、磁気抵抗効果素子２．１，２．２へ外部磁界Ｈｅｘおよびバイアス磁界Ｈｂが印加され、その合成磁界Ｈと固着層の磁化ベクトルとのなす角度をαとする。そして、外部磁界ＨｅｘがΔＨｅｘだけ増加した場合の合成磁界Ｈ’と固着層の磁化ベクトルとのなす角度をα’とする。
【０１４２】
図２３（ｂ）を参照して、図２３（ａ）における外部磁界と同一の外部磁界Ｈｅｘおよび図２３（ａ）におけるバイアス磁界より小さいバイアス磁界Ｈｂが磁気抵抗効果素子２．１，２．２へ印加され、その合成磁界Ｈと固着層の磁化ベクトルとのなす角度をβとする。そして、図２３（ａ）と同一のΔＨｅｘだけ外部磁界Ｈｅｘが増加した場合の合成磁界Ｈ’と固着層の磁化ベクトルとのなす角度をβ’とする。
【０１４３】
図２３（ａ）および図２３（ｂ）を参照して、角度βから角度β’への変化分は、角度αから角度α’への変化分より大きく（β−β’＞α−α’）、これは、磁界検出装置４００の図２３（ｂ）における感度は、図２３（ａ）における感度より高いことを意味する。すなわち、外部磁界Ｈｅｘに同一の外部磁界の変化ΔＨｅｘが生じたとしても、バイアス磁界Ｈｂとの関係により、磁界検出装置４００の感度の調整が可能であることを意味している。
【０１４４】
したがって、外部磁界Ｈｅｘの変動範囲に応じて、バイアス磁界Ｈｂを設定することで、磁界検出装置４００の感度を調整し、適切な検出範囲を実現することができる。
【０１４５】
この発明の実施の形態４によれば、バイアス部は、外部磁界と直交するようにバイアス磁界を印加し、磁気抵抗効果素子は、外部磁界とバイアス磁界との合成磁界を受ける。そして、磁気抵抗効果素子の自由層は、合成磁界を受けて飽和し、合成磁界の方向に磁化ベクトルを生じため、外部磁界に対する抵抗値の特性は、外部磁界に対する合成磁界の変位に応じて変化する。よって、外部磁界に対する抵抗値の特性は、バイアス磁界の大きさと外部磁界の大きさとの相対関係でその検出感度が変化するため、外部磁界の変動範囲に応じて、検出範囲を所望の幅に拡大する磁界検出装置を実現できる。
【０１４６】
また、この発明の実施の形態４によれば、バイアス部が外部磁界と直交する方向にバイアス磁界を印加するので、合成磁界を構成する成分を互いに独立の変数として表すことができる。よって、外部磁界の大きさに関わらず、バイアス部との相対比を一定に保つことができるので、検出範囲内における抵抗値の検出特性を線形化することができる。
【０１４７】
また、この発明の実施の形態４によれば、２つの磁気抵抗効果素子を用いて、その抵抗値の変化をブリッジ回路により検出するので、基準電流や基準電圧などが不要となり、かつ、その検出感度を２倍にできるので、より高精度に外部磁界を検出できる。さらに、同相のノイズが互いに相殺されるので、検出誤差を抑制できる。
【０１４８】
［実施の形態５］
上述の実施の形態４においては、磁気抵抗効果素子の固着層の磁化方向と同方向の外部磁界を検出する構成について説明した。一方、実施の形態５においては、磁気抵抗効果素子の固着層の磁化方向と直交する外部磁界を検出する構成について説明する。
【０１４９】
この発明の実施の形態５に従う磁界検出装置５００の概略構成図は、図１８に示す実施の形態４に従う磁界検出装置４００と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１５０】
図２４は、この発明の実施の形態５に従う磁界検出装置５００の要部を示す図である。
図２４（ａ）は、磁界検出装置５００の斜方図である。
【０１５１】
図２４（ｂ）は、磁界検出装置５００の平面図である。
図２４（ａ）を参照して、磁界検出装置５００は、基板３２上に形成される磁気抵抗効果素子２．１および２．２と、磁気抵抗効果素子２．１および２．２とそれぞれ対向して配置されるバイアス部４．１および４．２とからなる。
【０１５２】
図２４（ｂ）を参照して、バイアス部４．１は、その中心軸が磁気抵抗効果素子２．１の中心軸と平行で、かつ、所定の間隔だけ離して配置される。同様に、バイアス部４．２は、その中心軸が磁気抵抗効果素子２．２の中心軸と平行で、かつ、所定の間隔だけ離して配置される。そして、磁気抵抗効果素子２．１および２．２は、それぞれ固着層の磁化ベクトル４０．１および４０．２と同方向にその大きさを変化させる外部磁界Ｈｅｘを検出する。なお、外部磁界Ｈｅｘは、互いに共通である。
【０１５３】
磁気抵抗効果素子２．１において、固着層の磁化ベクトル４０．１は、バイアス部４．１の中心軸および磁気抵抗効果素子２．１の中心軸と直交する向きに固着され、自由層の磁化ベクトル４２．１は、外部磁界Ｈｅｘおよびバイアス磁界Ｈｂに応じた角度に向けられる。同様に、固着層の磁化ベクトル４０．２は、バイアス部４．２の中心軸および磁気抵抗効果素子２．２の中心軸と直交する向きに固着され、自由層の磁化ベクトル４２．２は、外部磁界Ｈｅｘおよびバイアス磁界Ｈｂに応じた角度に向けられる。ここで、磁気抵抗効果素子２．１および２．２の自由層は、そのほぼすべてが磁化ベクトル４２．１および４２．２の向きに磁化されており、飽和状態となる。
【０１５４】
また、バイアス部４．１および４．２は互いに同一であり、かつ、磁気抵抗効果素子２．１および２．２は互いに同一である。そのため、磁気抵抗効果素子２．１および２．２がそれぞれ外部磁界Ｈｅｘを受けて生じる抵抗値変化は、ほぼ同一であるとみなすことができる。
【０１５５】
図２５は、磁界検出装置５００における磁気抵抗効果素子２．１へ印加されるバイアス磁界Ｈｂを説明するための図である。
【０１５６】
図２５を参照して、磁気抵抗効果素子２．１の中心軸は、バイアス部４．１の中心軸から所定の間隔だけ離れているので、磁気抵抗効果素子２．１には、その中心軸に対して所定の角度をもつバイアス磁界Ｈｂが印加される。ここで、磁気抵抗効果素子２．１の中心軸を基準とし、バイアス磁界Ｈｂを互いに直交する平行成分Ｈｂ１および直交成分Ｈｂ２に分解する。
【０１５７】
平行成分Ｈｂ１は、磁気抵抗効果素子２．１の中心軸と平行であり、かつ、外部磁界Ｈｅｘとも平行である。また、直交成分Ｈｂ２は、磁気抵抗効果素子２．１の中心軸と直交し、かつ、外部磁界Ｈｅｘとも直交する。
【０１５８】
したがって、バイアス磁界Ｈｂと外部磁界Ｈｅｘとの合成磁界Ｈは、バイアス磁界Ｈｂの平行成分Ｈｂ１と外部磁界Ｈｅｘとからなる成分およびバイアス磁界Ｈｂの直交成分Ｈｂ２からなる成分で構成される。そのため、自由層の磁化ベクトル４２．１（合成磁界Ｈ）と固着層の磁化ベクトル４０．１とのなす角度θは、（４）式で表させる。
【０１５９】
θ＝ｔａｎ−１（（Ｈｂ１＋Ｈｅｘ）／Ｈｂ２）・・・（４）
（４）式を実施の形態４における（１）式に代入すると、磁気抵抗効果素子２．１の抵抗値Ｒは、（５）式で表される。
【０１６０】
Ｒ＝Ｒｍ＋Ｒ０ｃｏｓ（ｔａｎ−１（（Ｈｂ１＋Ｈｅｘ）／Ｈｂ２））・・・（５）
（５）式から、磁気抵抗効果素子２．１の抵抗値Ｒは、外部磁界Ｈｅｘを含む関数で表されるので、磁界検出装置５００は、外部磁界Ｈｅｘに応じた抵抗値Ｒの変化を検出することができる。
【０１６１】
また、磁気抵抗効果素子２．２は、磁気抵抗効果素子２．１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１６２】
さらに、（５）式で表されるように、磁気抵抗効果素子２．１および２．２の抵抗値の変化率（感度）は、バイアス磁界Ｈｂの平行成分Ｈｂ１および外部磁界Ｈｅｘの大きさと、バイアス磁界Ｈｂの直交成分Ｈｂ２の大きさとの相対関係で決まることがわかる。したがって、磁気抵抗効果素子２．１，２．２へ印加するバイアス磁界Ｈｂの大きさおよび向きを適切に設定することで、磁界検出装置５００の検出範囲を調整することができる。
【０１６３】
すなわち、磁気抵抗効果素子２．１，２．２に対するバイアス部４．１，４．２の相対的な位置を適切に設定することで、磁界検出装置５００の検出範囲を任意に変更することができる。
【０１６４】
なお、磁界検出装置５００においては、ほぼ同一の外部磁界Ｈｅｘをそれぞれ磁気抵抗効果素子２．１および２．２へ印加することで、外部磁界Ｈｅｘを検出する。そこで、以下のような電流検出回路に応用することができる。
【０１６５】
図２６は、実施の形態５に従う磁界検出装置５００を応用した電流検出回路の要部を示す図である。
【０１６６】
図２６を参照して、磁気抵抗効果素子２．１および２．２の上部に検出対象の電流が流れる電路６９が配置される。検出対象の電流が電路６９を流れることで、電路６９の周方向に電流磁界が生じ、その大きさは電路６９に沿って一様である。この電流磁界は、検出対象の電流の大きさに比例するので、電流磁界を検出することで、電流の大きさを測定できる。
【０１６７】
したがって、上述したように、磁界検出装置５００は、検出対象の電流が電路６９を流れることにより生じる外部磁界Ｈｅｘを検出し、その検出した外部磁界Ｈｅｘに基づいて、電流を導出する。
【０１６８】
この発明の実施の形態５によれば、磁気抵抗効果素子は、外部磁界とバイアス磁界との合成磁界を受ける。そして、磁気抵抗効果素子の自由層は、合成磁界を受けて飽和し、合成磁界の方向に磁化ベクトルを生じため、外部磁界に対する抵抗値の特性は、外部磁界に対する合成磁界の変位に応じて変化する。よって、外部磁界に対する抵抗値の特性は、バイアス磁界の大きさと外部磁界の大きさとの相対関係でその検出感度が変化するため、最適なバイアス磁界を設定することで、外部磁界の変動範囲に応じて、検出範囲を所望の幅に拡大する磁界検出装置を実現できる。
【０１６９】
［実施の形態６］
実施の形態４および５においては、複数の磁気抵抗効果素子に対して、それぞれ対応するバイアス部がバイアス磁界を印加する構成について説明した。一方、実施の形態６においては、複数の磁気抵抗効果素子に対して、共通のバイアス部がバイアス磁界を印加する構成について説明する。
【０１７０】
図２７は、この発明の実施の形態６に従う磁界検出装置６００の概略構成図である。
図２７を参照して、磁界検出装置６００は、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂ，２．２ａ，２．２ｂと、バイアス部４と、検出回路５６とからなる。
【０１７１】
磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂ，２．２ａ，２．２ｂは、互いに同一の素子であり、磁気抵抗効果素子２．１ａおよび２．１ｂは、互いに近接して配置され、また、磁気抵抗効果素子２．２ａおよび２．２ｂは、互いに近接して配置される。そのため、磁気抵抗効果素子２．１ａおよび２．１ｂが外部磁界およびバイアス磁界を受けて生じる抵抗値の変化は互いに等しく、また、磁気抵抗効果素子２．２ａおよび２．２ｂが外部磁界およびバイアス磁界を受けて生じる抵抗値の変化は互いに等しい。その他については、実施の形態１における磁気抵抗効果素子２と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１７２】
検出回路５６は、磁気抵抗効果素子２．１ａおよび２．２ａの直列回路と、磁気抵抗効果素子２．１ｂおよび２．２ｂの直列回路とからなるブリッジ回路を構成し、それぞれの抵抗値を差動演算し、その抵抗値の変化を検出する。そして、検出回路５６は、検出した抵抗値の変化を検出信号として出力する。
【０１７３】
バイアス部４は、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂ，２．２ａ，２．２ｂに対して、それぞれの自由層を飽和状態とするだけの大きさをもつバイアス磁界を印加する。その他については、実施の形態１におけるバイアス部４と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１７４】
図２８は、この発明の実施の形態６に従う磁界検出装置６００の要部を示す図である。
図２８を参照して、磁界検出装置６００は、基板３２上に形成されるバイアス部４と、バイアス部４の中心軸に対して対称となるように配置される磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂおよび磁気抵抗効果素子２．２ａ，２．２ｂとからなる。
【０１７５】
そして、磁界検出装置６００は、バイアス部４の中心軸と直交する方向に直線運動する移動体９０に付加される磁界発生部９２の変位を検出する。すなわち、磁界検出装置６００は、外部磁界Ｈｅｘを発生する磁界発生部９２の位置に応じて、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂが受ける外部磁界と、磁気抵抗効果素子２．２ａ，２．２ｂが受ける外部磁界との差により生じる抵抗値の差に基づいて、磁界発生部９２の変位を検出する。
【０１７６】
図２９は、検出回路５６の概略構成図である。
図２９を参照して、検出回路５６は、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．２ａおよび２．２ａ，２．２ｂの抵抗値変化をブリッジ回路で検出し、その検出電圧に応じた検出信号を出力する。そして、検出回路５６は、プリアンプ５４を含む。
【０１７７】
磁気抵抗効果素子２．１ａの一端は、磁気抵抗効果素子２．２ａの一端と接続され、さらに、磁気抵抗効果素子２．１ａの他端には電源電圧Ｖｃｃが与えられ、磁気抵抗効果素子２．２ａの他端には接地電圧が与えられる。
【０１７８】
磁気抵抗効果素子２．１ｂの一端は、磁気抵抗効果素子２．２ｂの一端と接続され、さらに、磁気抵抗効果素子２．２ｂの他端には電源電圧Ｖｃｃが与えられ、磁気抵抗効果素子２．１ｂの他端には接地電圧が与えられる。
【０１７９】
プリアンプ５４は、磁気抵抗効果素子２．１ａと磁気抵抗効果素子２．２ａとの接続点における電位と、磁気抵抗効果素子２．２ｂと磁気抵抗効果素子２．２ｂとの接続点における電位との電位差を所定の増幅率をもって増幅して出力する。
【０１８０】
上述のように、検出回路５６は、磁気抵抗効果素子２．１ａおよび２．１ｂを第１の対辺とし、磁気抵抗効果素子２．２ａおよび２．２ｂを第１の対辺とするブリッジ回路を構成し、その電位差を検出するので、参照抵抗を必要とせず、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂに対する磁気抵抗効果素子２．２ａ，２．２ｂの抵抗値の変化を検出することができる。
【０１８１】
図３０は、磁界検出装置６００における磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂ，２．２ａ，２．２ｂへ印加される外部磁界Ｈｅｘおよびバイアス磁界Ｈｂを説明するための図である。
【０１８２】
図３０を参照して、磁気抵抗効果素子２．１ａと磁気抵抗効果素子２．１ｂとの距離は、バイアス部４との距離および磁気抵抗効果素子２．２ａ，２．２ｂとの距離に比較して十分に小さく、磁気抵抗効果素子２．１ａおよび２．１ｂに対するバイアス磁界Ｈｂおよび外部磁界Ｈｅｘによる影響は等価であるとみなすことができる。また、同様に、磁気抵抗効果素子２．２ａおよび２．２ｂに対するバイアス磁界Ｈｂおよび外部磁界Ｈｅｘによる影響についても等価であるとみなすことができる。したがって、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂおよび２．２ａ，２．２ｂをそれぞれ互いに等価な磁気抵抗効果素子として扱うことができる。
【０１８３】
磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂにおいて、固着層の磁化ベクトル４０．１は、バイアス部４の中心軸と平行する向きに固着され、自由層の磁化ベクトル４２．１は、外部磁界Ｈｅｘおよびバイアス磁界Ｈｂに応じた角度に向けられる。また同様に、磁気抵抗効果素子２．２ａ，２．２ｂにおいて、固着層の磁化ベクトル４０．２は、バイアス部４の中心軸と平行する向きに固着され、自由層の磁化ベクトル４２．２は、外部磁界Ｈｅｘおよびバイアス磁界Ｈｂに応じた角度に向けられる。ここで、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂおよび２．２ａ，２．２ｂの自由層は、そのほぼすべてが磁化ベクトル４２．１および４２．２の向きに磁化されており、飽和状態となる。
【０１８４】
また、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂおよび２．２ａ，２．２ｂは、バイアス部４の中心軸に対して対称となるように配置される。そのため、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂおよび２．２ａ，２．２ｂへ印加されるバイアス磁界Ｈｂは、バイアス部４の中心軸に対して対称となる。そのため、外部磁界Ｈｅｘが印加されなければ、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂにおける固着層の磁化ベクトル４０．１と自由層の磁化ベクトル４２．１とのなす角度は、磁気抵抗効果素子２．２ａ，２．２ｂにおける固着層の磁化ベクトル４０．２と自由層の磁化ベクトル４２．２とのなす角度と一致する。
【０１８５】
よって、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂが生じる抵抗値は、磁気抵抗効果素子２．２ａ，２．２ｂが生じる抵抗値とほぼ同一となり、ブリッジ回路の出力電圧はほぼゼロになる。
【０１８６】
次に、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂおよび２．２ａ，２．２ｂに外部磁界Ｈｅｘが印加されると、実施の形態４に従う磁界検出装置４００および実施の形態５に従う磁界検出装置５００と同様に、自由層の磁化ベクトル４２．１および４２．２の方向が変化する。そのため、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂおよび２．２ａ，２．２ｂが生じる抵抗値も変化する。
【０１８７】
再度、図２８を参照して、直線運動する移動体９０に付加される磁界発生部９２の変位に応じて、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂおよび２．２ａ，２．２ｂには、異なる大きさの外部磁界Ｈｅｘが印加される。したがって、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂおよび２．２ａ，２．２ｂの抵抗値に差が生じる。
【０１８８】
再度、図３０を参照して、たとえば、磁界発生部９２が磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂに近接すると、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂにより大きな外部磁界が印加される。すると、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂの自由層の磁化ベクトル４２．１は、外部磁界Ｈｅｘにより磁化方向が変化し、固着層の磁化ベクトル４０．１とのなす角度は、磁気抵抗効果素子２．２ａ，２．２ｂの自由層の磁化ベクトル４２．２と固着層の磁化ベクトル４０．２とのなす角度に比較して、小さくなる。
【０１８９】
さらに、磁界発生部９２が移動し、磁気抵抗効果素子２．２ａ，２．２ｂに近接すると、磁気抵抗効果素子２．２ａ，２．２ｂにより大きな外部磁界が印加される。すると、磁気抵抗効果素子２．２ａ，２．２ｂの自由層の磁化ベクトル４２．２は、外部磁界Ｈｅｘにより磁化方向が変化し、固着層の磁化ベクトル４０．２とのなす角度は、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂの自由層の磁化ベクトル４２．１と固着層の磁化ベクトル４０．１とのなす角度に比較して、小さくなる。
【０１９０】
図３１は、磁界発生部９２の変位と磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂおよび２．２ａ，２．２ｂの抵抗値との関係を示す図である。なお、磁界発生部９２の変位は、図２８において、バイアス部４の中心軸に対して紙面右側を正としている。
【０１９１】
図３１を参照して、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂの抵抗値は、磁界発生部９２の変位が負側、すなわち磁界発生部９２が磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂ側に移動した場合において、最小値をとる。一方、磁気抵抗効果素子２．２ａ，２．２ｂの抵抗値は、磁界発生部９２の変位が正側、すなわち磁界発生部９２が磁気抵抗効果素子２．２ａ，２．２ｂ側に移動した場合において、最小値をとる。
【０１９２】
したがって、磁界発生部９２の変位に応じて、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂおよび２．２ａ，２．２ｂが発生する抵抗値の特性は異なるので、検出回路５６は、ブリッジ回路を用いて、その抵抗値の差を検出する。
【０１９３】
図３２は、磁界発生部９２の変位と検出回路５６から出力される検出信号との関係を示す図である。なお、離隔距離ｄは、図２８において、磁界発生部９２から磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂおよび２．２ａ，２．２ｂまでの距離である。
【０１９４】
図３２を参照して、磁界発生部９２の変位がゼロ、すなわち磁界発生部９２がバイアス部４の中心軸上に位置すると、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂおよび２．２ａ，２．２ｂの抵抗値が互いに一致するので、ブリッジ回路が平衡状態となり、検出信号はゼロになる。そして、検出信号は、磁界発生部９２の変位に応じて、その値を増加または減少させる。
【０１９５】
また、離隔距離ｄが小さいほど、検出信号の変化量（振幅）は大きくなる。これは、磁界発生部９２と磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂおよび２．２ａ，２．２ｂとが近接するほど、磁界発生部９２から生じる外部磁界Ｈｅｘの偏りが大きくなるからである。
【０１９６】
上述のように、磁界検出装置６００は、バイアス部４の中心軸と直交する方向に直線運動する移動体９０に付加される磁界発生部９２の変位を検出できる。なお、磁界発生部９２の変位だけではなく、時間領域における変位の変化を導出することで、その角速度を検出することもできる。
【０１９７】
なお、磁界発生部９２は、移動体９０に取り付けられた磁石で構成されてもよいし、移動体９０の一部が所望の向きに着磁されたものでもよく、さらに、磁界検出装置６００の時間検出部の側に凸となるように移動体９０に設けられた歯車状の突起部でもよい。
【０１９８】
また、磁界検出装置６００は、直線運動する移動体９０だけではなく、たとえば、バイアス部４の中心軸の延長線上に回転軸をもち、回転運動する移動体を検出することもできる。
【０１９９】
ところで、上述のように、外部磁界Ｈｅｘが印加されない状態、またはバイアス部４の中心軸の延長線上に磁界発生部９２が存在する状態において、ブリッジ回路を平衡状態とするため、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂおよび２．２ａ，２．２ｂがそれぞれ発生する抵抗値は互いに一致することが望ましい。そのため、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂおよび２．２ａ，２．２ｂに対して、バイアス部４の位置を調整することが必要となる。
【０２００】
図３３は、バイアス部４の位置を調整するための検出回路５８の概略構成図である。
図３３を参照して、検出回路５８は、図２９に示す検出回路５６において、パッド部５９．１，５９．２，５９．３を加えたものである。
【０２０１】
パッド部５９．１および５９．２は、それぞれプリアンプ５４に入力される電位を測定するための端子である。
【０２０２】
パッド部５９．３は、プリアンプ５４から出力される電位を測定するための端子である。
【０２０３】
バイアス部４の位置を調整する場合には、外部磁界が印加されない状態において、パッド部５９．１および５９．２を介してプリアンプ５４に入力される２つの電圧（測定電圧１および２）を連続測定しながらバイアス部４を移動させ、その電圧が互いに一致する位置に決定する。
【０２０４】
または、パッド部５９．３を介してプリアンプ５４から出力される電圧（測定電圧３）を連続測定しながらバイアス部４を移動させ、その電圧がゼロとなる位置に決定する。
【０２０５】
なお、バイアス部４を移動させる手段は、どのような機構であってもよいが、高い検出精度を実現するため、磁気抵抗効果素子２．１ａ，２．１ｂおよび２．２ａ，２．２ｂのサイズに応じて、移動幅が十分に小さいことが望ましい。
【０２０６】
この発明の実施の形態６によれば、互いに異なる２つの位置に配置されたそれぞれ２つの磁気抵抗効果素子における抵抗値の変化をブリッジ回路を用いて検出し、その抵抗値の時間的な変化に基づいて、移動体に付加された磁界発生部の位置を検出する。よって、移動体の位置を非接触で検出する磁界検出装置を実現できる。
【０２０７】
また、この発明の実施の形態６によれば、外部磁界が印加されていない状態において、ブリッジ回路の電位を測定しながらバイアス部を移動させるので、ブリッジ回路が平衡するバイアス部の位置を決定できる。よって、検出誤差が少なく、高精度な検出が可能な磁界件検出装置を実現できる。
【０２０８】
［実施の形態７］
実施の形態６においては、移動体の変位を検出できる構成について説明した。一方、実施の形態７においては、移動体の変位量およびその変位方向を検出する構成について説明する。
【０２０９】
図３４は、この発明の実施の形態７に従う磁界検出装置７００の概略構成図である。
図３４を参照して、磁界検出装置７００は、磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂ，３．２ａ，３．２ｂ，３．３ａ，３．３ｂ，３．４ａ，３．４ｂと、バイアス部４と、検出回路７０とからなる。
【０２１０】
磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂ，３．２ａ，３．２ｂは、互いに同一の素子であり、磁気抵抗効果素子３．１ａおよび３．１ｂは、互いに近接して配置され、また、磁気抵抗効果素子３．２ａおよび３．２ｂは、互いに近接して配置される。そのため、磁気抵抗効果素子３．１ａおよび３．１ｂが外部磁界およびバイアス磁界を受けて生じる抵抗値の変化は互いに等しく、また、磁気抵抗効果素子３．２ａおよび３．２ｂが外部磁界およびバイアス磁界を受けて生じる抵抗値の変化は互いに等しい。
【０２１１】
磁気抵抗効果素子３．３ａ，３．３ｂおよび３．４ａ，３．４ｂは、互いに同一の素子である。そして、磁気抵抗効果素子３．３ａおよび３．３ｂは、互いに近接して配置され、磁気抵抗効果素子３．４ａおよび３．４ｂは、互いに近接して配置される。
【０２１２】
また、磁気抵抗効果素子３．４ａ，３．４ｂは、バイアス部４から一定方向の十分大きな外部磁界を受けるので、その抵抗値を一定とする参照抵抗として機能する。
【０２１３】
磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂ，３．２ａ，３．２ｂ，３．３ａ，３．３ｂ，３．４ａ，３．４ｂのその他については、実施の形態１における磁気抵抗効果素子２と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０２１４】
検出回路７０は、磁気抵抗効果素子３．１ａおよび３．２ａの直列回路と、磁気抵抗効果素子３．１ｂおよび３．２ｂの直列回路とからなるブリッジ回路を構成し、それぞれの抵抗値を差動演算し、その抵抗値の変化を検出する。さらに、検出回路７０は、磁気抵抗効果素子３．３ａおよび３．３ａの直列回路と、磁気抵抗効果素子３．３ｂおよび３．３ｂの直列回路とからなるブリッジ回路を構成し、それぞれの抵抗値を差動演算し、その抵抗値の変化を検出する。そして、検出回路７０は、検出したそれらの抵抗値の変化に基づいて、回転角度および回転方向を演算し、出力する。
【０２１５】
バイアス部４は、磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂ，３．２ａ，３．２ｂ，３．３ａ，３．３ｂ，３．４ａ，３．４ｂに対して、バイアス磁界を印加する。そして、磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂ，３．２ａ，３．２ｂ，３．３ａ，３．３ｂ，３．４ａ，３．４ｂは、バイアス部４から受けるバイアス磁界により、それぞれの自由層が飽和状態になる。その他については、実施の形態１におけるバイアス部４と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０２１６】
図３５は、この発明の実施の形態７に従う磁界検出装置７００の要部を示す図である。
図３５を参照して、磁界検出装置７００は、基板３２の上方に所定の距離だけ離れて配置されるバイアス部４と、基板３２上に写像されるバイアス部４の中心軸に対して対称となるように配置される磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂおよび磁気抵抗効果素子３．２ａ，３．２ｂと、基板３２上に写像されるバイアス部４の中心軸上に沿って配置される磁気抵抗効果素子３．３ａ，３．３ｂおよび磁気抵抗効果素子３．４ａ，３．４ｂとからなる。そして、磁界検出装置７００は、基板３２上に写像されるバイアス部４の中心軸の延長線上にある回転軸を中心として回転運動する移動体９６の回転角度および回転方向を検出する。
【０２１７】
すなわち、磁界検出装置７００は、外部磁界Ｈｅｘを発生する磁界発生部９８の位置に応じて、磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂが受ける外部磁界と、磁気抵抗効果素子３．２ａ，３．２ｂが受ける外部磁界との差により生じる抵抗値の差に基づいて、磁界発生部９８の回転角度を検出する。また、磁界検出装置７００は、外部磁界Ｈｅｘを発生する磁界発生部９８の位置に応じて、磁気抵抗効果素子３．３ａ，３．３ｂが受ける外部磁界により生じる抵抗値と、外部磁界Ｈｅｘに関わらず一定となる磁気抵抗効果素子３．４ａ，３．４ｂの抵抗値とを差動演算し、磁界発生部９８の回転角度を検出する。さらに、磁界検出装置７００は、２つの検出結果に基づいて、磁界発生部９８の回転方向を検出する。
【０２１８】
図３６は、検出回路７０の概略構成図である。
図３６を参照して、検出回路７０は、磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．２ａおよび３．２ａ，３．２ｂの抵抗値変化をブリッジ回路で検出し、かつ、磁気抵抗効果素子３．３ａ，３．３ａおよび３．４ａ，３．４ｂの抵抗値変化をブリッジ回路で検出し、回転角度および回転方向を出力する。そして、検出回路５６は、プリアンプ７４，７５および演算部７２を含む。
【０２１９】
磁気抵抗効果素子３．１ａの一端は、磁気抵抗効果素子３．２ａの一端と接続され、さらに、磁気抵抗効果素子３．１ａの他端には電源電圧Ｖｃｃが与えられ、磁気抵抗効果素子３．２ａの他端には接地電圧が与えられる。
【０２２０】
磁気抵抗効果素子３．１ｂの一端は、磁気抵抗効果素子３．２ｂの一端と接続され、さらに、磁気抵抗効果素子３．２ｂの他端には電源電圧Ｖｃｃが与えられ、磁気抵抗効果素子３．１ｂの他端には接地電圧が与えられる。
【０２２１】
プリアンプ７４は、磁気抵抗効果素子３．１ａと磁気抵抗効果素子３．２ａとの接続点における電位と、磁気抵抗効果素子３．１ｂと磁気抵抗効果素子３．２ｂとの接続点における電位との電位差を所定の増幅率をもって増幅して演算部７２へ出力する。
【０２２２】
磁気抵抗効果素子３．３ａの一端は、磁気抵抗効果素子３．４ａの一端と接続され、さらに、磁気抵抗効果素子３．３ａの他端には電源電圧Ｖｃｃが与えられ、磁気抵抗効果素子３．４ａの他端には接地電圧が与えられる。
【０２２３】
磁気抵抗効果素子３．３ｂの一端は、磁気抵抗効果素子３．４ｂの一端と接続され、さらに、磁気抵抗効果素子３．４ｂの他端には電源電圧Ｖｃｃが与えられ、磁気抵抗効果素子３．３ｂの他端には接地電圧が与えられる。
【０２２４】
プリアンプ７５は、磁気抵抗効果素子３．３ａと磁気抵抗効果素子３．４ａとの接続点における電位と、磁気抵抗効果素子３．３ｂと磁気抵抗効果素子３．４ｂとの接続点における電位との電位差を所定の増幅率をもって増幅して演算部７２へ出力する。
【０２２５】
演算部７２は、プリアンプ７４から出力される電圧信号およびプリアンプ７５から出力される電圧信号を受け、回転角度および回転方向を演算して出力する。
【０２２６】
図３７は、磁界検出装置７００における磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂ，３．２ａ，３．２ｂ，３．３ａ，３．３ｂ，３．４ａ，３．４ｂへ印加される外部磁界Ｈｅｘおよびバイアス磁界Ｈｂを説明するための図である。
【０２２７】
図３７を参照して、磁気抵抗効果素子３．１ａと磁気抵抗効果素子３．１ｂとの距離は、バイアス部４との距離および移動体９６との距離に比較して十分に小さく、磁気抵抗効果素子３．１ａおよび３．１ｂに対するバイアス磁界Ｈｂおよび外部磁界Ｈｅｘによる影響は等価であるとみなすことができる。他の磁気抵抗効果素子についても同様であり、磁気抵抗効果素子３．２ａおよび３．２ｂ、磁気抵抗効果素子３．３ａおよび３．３ｂ、磁気抵抗効果素子３．４ａおよび３．４ｂは、それぞれ互いに等価な磁気抵抗効果素子とみなすことができる。
【０２２８】
磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂにおいて、固着層の磁化ベクトル４０．１は、基板３２上に写像されるバイアス部４の中心軸と平行する向きに固着され、自由層の磁化ベクトル４２．１は、外部磁界Ｈｅｘおよびバイアス磁界Ｈｂに応じた角度に向けられる。また同様に、磁気抵抗効果素子３．２ａ，３．２ｂにおいて、固着層の磁化ベクトル４０．２は、基板３２上に写像されるバイアス部４の中心軸と平行する向きに固着され、自由層の磁化ベクトル４２．２は、外部磁界Ｈｅｘおよびバイアス磁界Ｈｂに応じた角度に向けられる。ここで、磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂおよび３．２ａ，３．２ｂの自由層は、そのほぼすべてが磁化ベクトル４２．１および４２．２の向きに磁化されており、飽和状態となる。
【０２２９】
また、磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂおよび３．２ａ，３．２ｂは、基板３２上に写像されるバイアス部４の中心軸に対して対称となるように配置される。そのため、磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂおよび３．２ａ，３．２ｂへ印加されるバイアス磁界Ｈｂは、基板３２上に写像されるバイアス部４の中心軸に対して対称となる。そのため、外部磁界Ｈｅｘが印加されなければ、磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂにおける固着層の磁化ベクトル４０．１と自由層の磁化ベクトル４２．１とのなす角度は、磁気抵抗効果素子３．２ａ，３．２ｂにおける固着層の磁化ベクトル４０．２と自由層の磁化ベクトル４２．２とのなす角度と一致する。
【０２３０】
次に、磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂおよび３．２ａ，３．２ｂに外部磁界Ｈｅｘが印加されると、自由層の磁化ベクトル４２．１および４２．２の方向が変化する。
【０２３１】
したがって、検出回路７０により検出される磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂおよび３．２ａ，３．２ｂからなるブリッジ回路の出力電圧は、実施の形態６に従う磁界検出装置６００におけるブリッジ回路の出力電圧と同様である。
【０２３２】
一方、磁気抵抗効果素子３．３ａ，３．３ｂにおいて、固着層の磁化ベクトル４０．３は、基板３２上に写像されるバイアス部４の中心軸と平行する向きに固着され、自由層の磁化ベクトル４２．３は、外部磁界Ｈｅｘおよびバイアス磁界Ｈｂに応じて、その向きが反転する。また、磁気抵抗効果素子３．４ａ，３．４ｂにおいて、固着層の磁化ベクトル４０．４は、基板３２上に写像されるバイアス部４の中心軸と平行する向きに固着され、自由層の磁化ベクトル４２．４は、バイアス磁界Ｈｂの向きに固着され、外部磁界Ｈｅｘの影響を受けない。
【０２３３】
したがって、磁気抵抗効果素子３．３ａ，３．３ｂは、磁界発生部９８の回転角度に応じて、その磁化方向を交互に反転させるため、抵抗値を大きく変化させる。一方、磁気抵抗効果素子３．４ａ，３．４ｂは、外部磁界Ｈｅｘの影響を受けないので、磁界発生部９８の位置に関わらず一定の抵抗値をもち、参照抵抗として機能する。このように、磁気抵抗効果素子３．４ａ，３．４ｂに一定のバイアス磁界を印加し、参照抵抗とすることで、磁気抵抗効果素子３．３ａ，３．３ｂとブリッジ回路を構成した場合に、それぞれの抵抗値の温度依存性を打消し合うことができるため、温度要因による誤差の発生を抑制できる。
【０２３４】
図３８は、磁界発生部９８の回転角度と検出回路７０内における電圧信号との関係を示す図である。
【０２３５】
図３８（ａ）は、磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂおよび３．２ａ，３．２ｂから構成されるブリッジ回路から出力される電圧信号である。
【０２３６】
図３８（ｂ）は、磁気抵抗効果素子３．３ａ，３．３ｂおよび３．４ａ，３．４ｂから構成されるブリッジ回路から出力される電圧信号である。
【０２３７】
図３７および図３８（ａ）を参照して、磁界発生部９８がＢ点、すなわち磁界発生部９８が基板３２上に写像されるバイアス部４の中心軸上に位置すると、磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂおよび３．２ａ，３．２ｂの抵抗値が互いに一致するので、ブリッジ回路が平衡状態となり、電圧信号はゼロになる。また、磁界発生部９８がＡ点、すなわち磁界発生部９８が磁気抵抗効果素子３．２ａ，３．２ｂ側に位置すると、磁気抵抗効果素子３．２ａおよび３．２ｂの抵抗値が小さくなり、電圧信号は正側に増大する。さらに、磁界発生部９８がＣ点、すなわち磁界発生部９８が磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂ側に位置すると、磁気抵抗効果素子３．１ａおよび３．１ｂの抵抗値が小さくなり、電圧信号は負側に減少する。上述のように、磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂおよび３．２ａ，３．２ｂから構成されるブリッジ回路の電圧信号は、磁界発生部９８の回転運動に伴い周期的に変動する。
【０２３８】
図３７および図３８（ｂ）を参照して、磁界発生部９８がＢ点、すなわち磁界発生部９８が基板３２上に写像されるバイアス部４の中心軸上に位置すると、磁気抵抗効果素子３．３ａ，３．３ｂは、その自由層の磁化方向が反転するので、抵抗値が大きく変化し、電圧信号は極大値をとる。そして、磁界発生部９８がＡ点およびＣ点、すなわち磁界発生部９８が磁気抵抗効果素子３．３ａ，３．３ｂから離れると、自由層の磁化方向を反転状態に維持できなくなるので、ブリッジ回路が平衡状態となり、電圧信号はゼロになる。
【０２３９】
また、磁界発生部９８がＡ点、すなわち磁界発生部９８が磁気抵抗効果素子３．２ａ，３．２ｂ側に位置すると、磁気抵抗効果素子３．２ａおよび３．２ｂの抵抗値が小さくなり、電圧信号は正側に増大する。さらに、磁界発生部９８がＣ点、すなわち磁界発生部９８が磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂ側に位置すると、磁気抵抗効果素子３．１ａおよび３．１ｂの抵抗値が小さくなり、電圧信号は負側に減少する。上述のように、磁気抵抗効果素子３．３ａ，３．３ｂおよび３．４ａ，３．４ｂから構成されるブリッジ回路の電圧信号は、磁界発生部９８の回転運動に伴い周期的に変動する。
【０２４０】
図３８（ａ）および図３８（ｂ）を参照して、検出回路７０の演算部７２は、磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂおよび３．２ａ，３．２ｂから構成されるブリッジ回路の電圧信号を受け、磁界発生部９８の回転角度を演算する。さらに、検出回路７０の演算部７２は、磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂおよび３．２ａ，３．２ｂから構成されるブリッジ回路の電圧信号を磁気抵抗効果素子３．３ａ，３．３ｂおよび３．４ａ，３．４ｂから構成されるブリッジ回路の電圧信号と比較することで回転方向を演算する。
【０２４１】
たとえば、磁気抵抗効果素子３．３ａ，３．３ｂおよび３．４ａ，３．４ｂから構成されるブリッジ回路の電圧信号が極大値となる時点を基準にし、それ以降の磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂおよび３．２ａ，３．２ｂから構成されるブリッジ回路の電圧信号の符号を判別することで回転方向を決定することができる。すなわち、磁気抵抗効果素子３．３ａ，３．３ｂおよび３．４ａ，３．４ｂから構成されるブリッジ回路の電圧信号が極大値となる時点以降において、磁気抵抗効果素子３．１ａ，３．１ｂおよび３．２ａ，３．２ｂから構成されるブリッジ回路の電圧信号が正であれば、Ｂ点からＡ点方向に回転していると判断でき、電圧信号が負であれば、Ｂ点からＣ点方向に回転していると判断できる。
【０２４２】
なお、磁界発生部９８は、移動体９６に取り付けられた磁石で構成されてもよいし、移動体９６の一部が所望の向きに着磁されたものでもよく、さらに、磁界検出装置７００の時間検出部の側に凸となるように移動体９６に設けられた歯車状の突起部でもよい。
【０２４３】
また、上述の説明においては、移動体の変位量および変位方向として、回転運動する移動体の回転角度および回転方向を検出する場合について説明したが、直線運動する移動体の変位量および変位方向を検出することもできることは言うまでもない。
【０２４４】
この発明の実施の形態７によれば、互いに異なる２つの位置に配置されたそれぞれ２つの磁気抵抗効果素子における抵抗値の変化をブリッジ回路を用いて検出し、かつ、さらに異なる位置に配置された２つの磁気抵抗効果素子における抵抗値の変化をブリッジ回路を用いて検出する。そして、それぞれのブリッジ回路で検出されたそれぞれの時間的な変化に基づいて、移動体の回転角度および回転方向を検出できる。よって、移動体の変位量および変位方向を非接触で検出する磁界検出装置を実現できる。
【０２４５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０２４６】
２，２．１，２．２，２．１ａ，２．１ｂ，２．２ａ，２．２ｂ，３．１ａ，３．１ｂ，３．２ａ，３．２ｂ，３．３ａ，３．３ｂ，３．４ａ，３．４  磁気抵抗効果素子、４，４．１，４．２  バイアス部、６，５０，５６，５８，７０  検出回路、８．１，８．２  配線、１０  反強磁性層、１２，１６，１８，２２  強磁性層、１４，１５，２０  非磁性層、２４．１，２４．２，２４．３，２４．４，２４．５  コンタクト、３０  定電流源、３１，５４，７４，７５  プリアンプ、３２  基板、４０，４０．１，４０．２，４０．３，４０．４，４２，４２．１，４２．２，４２．３，４２．４  磁化ベクトル、５２．１，５２．２  参照抵抗、５９．１，５９．２，５９．３  パッド部、６０  酸化膜、６２  ソース、６４  ドレイン、６６  ゲート、６９  電路、７２  演算部、９０，９６  移動体、９２，９８  磁界発生部、１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００  磁界検出装置、ｄ  離隔距離、Ｈ  合成磁界、Ｈｂ  バイアス磁界、Ｈｂ１  平行成分、Ｈｂ２  直交成分、Ｈｅｘ  外部磁界、Ｒ  抵抗値、Ｖｃｃ  電源電圧、α，β，θ  角度。
【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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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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