(57)【要約】【課題】  巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）や磁石のレイアウト上の制約が少ないポインティングデバイス用の磁気センサを提供すること。【解決手段】  磁気センサ２０は、第１ＧＭＲ素子ＧＭＲ１、第２ＧＭＲ素子ＧＭＲ２、第３ＧＭＲ素子ＧＭＲ３、第４ＧＭＲ素子ＧＭＲ４を備えている。第１乃至第４ＧＭＲ素子の固定層の磁化の向きは、Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸負方向及びＹ軸正方向である。磁石Ｍｇが初期位置にあるとき、第１乃至第４ＧＭＲ素子のフリー層の磁化の向きは、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向、Ｘ軸負方向及びＸ軸正方向である。磁石Ｍｇが初期位置にあるとき、磁石Ｍｇの着磁軸は第１乃至第４ＧＭＲ素子の重心位置を通る。磁気センサは、磁石Ｍｇの移動位置に応じて変化する第１乃至第４ＧＭＲ素子を通る磁石Ｍｇの水平磁界の変化を、これらのＧＭＲ素子の抵抗値から検出して磁石Ｍｇの位置を決定する。【選択図】  図１
2006276983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの操作力が加わったときに実装基板に対する位置が所定の初期位置から同実装基板の主面に平行な方向の成分をもって移動する磁石であって同磁石が同初期位置にあるときに一つの磁極の着磁中心と他の磁極の着磁中心とを結ぶ直線が同実装基板の主面と直交するように同実装基板に支持された磁石の位置を検出するポインティングデバイス用の磁気センサであって、
固定層の層面が前記実装基板の主面と平行であって同固定層の磁化の向きが所定の第１の向きとなるように同実装基板に対して移動不能に固定された一つの巨大磁気抵抗効果素子と、
固定層の層面が前記実装基板の主面と平行であって同固定層の磁化の向きが前記第１の向きと相違する向きとなるように同実装基板に対して移動不能に固定された他の一つの巨大磁気抵抗効果素子と、
を備え、
前記二つの巨大磁気抵抗効果素子の抵抗値に基づいて前記磁石の位置を検出するポインティングデバイス用の磁気センサ。
【請求項２】
外部からの操作力が加わったときに実装基板に対する位置が所定の初期位置から同実装基板の主面に平行な方向の成分をもって移動する磁石であって同磁石が同初期位置にあるときに一つの磁極の着磁中心と他の磁極の着磁中心とを結ぶ直線が同実装基板の主面と直交するように同実装基板に支持された磁石の位置を検出するポインティングデバイス用の磁気センサであって、
固定層の層面が前記実装基板の主面と平行であって同固定層の磁化の向きが所定の第１の向きとなるように同実装基板に対して移動不能に固定され且つ前記磁石が前記初期位置にあるときにフリー層の磁化の向きが同第１の向きと９０度相違する向きとなるように構成された第１巨大磁気抵抗効果素子と、
固定層の層面が前記実装基板の主面と平行であって同固定層の磁化の向きが前記第１の向きと１８０度相違する第２の向きとなるように前記実装基板に対して移動不能に固定され且つ前記磁石が前記初期位置にあるときにフリー層の磁化の向きが同第２の向きと９０度相違する向きとなるように構成された第２巨大磁気抵抗効果素子と、
固定層の層面が前記実装基板の主面と平行であって同固定層の磁化の向きが前記第１の向きと９０度相違する第３の向きとなるように前記実装基板に対して移動不能に固定され且つ前記磁石が前記初期位置にあるときにフリー層の磁化の向きが同第３の向きと９０度相違する向きとなるように構成された第３巨大磁気抵抗効果素子と、
固定層の層面が前記実装基板の主面と平行であって同固定層の磁化の向きが前記第３の向きと１８０度相違する第４の向きとなるように前記実装基板に対して移動不能に固定され且つ前記磁石が前記初期位置にあるときにフリー層の磁化の向きが同第４の向きと９０度相違する向きとなるように構成された第４巨大磁気抵抗効果素子と、
を備え、
前記第１巨大磁気抵抗効果素子の抵抗値、前記第２巨大磁気抵抗効果素子の抵抗値、前記第３巨大磁気抵抗効果素子の抵抗値及び前記第４巨大磁気抵抗効果素子の抵抗値に基づいて前記磁石の位置を検出するポインティングデバイス用の磁気センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気センサにおいて、
前記第１乃至第４巨大磁気抵抗効果素子は、単一の基板の上に形成されてなるポインティングデバイス用の磁気センサ。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の磁気センサにおいて、
前記第１乃至第４巨大磁気抵抗効果素子は一つの菱形の角部に配置されるとともに、前記第１巨大磁気抵抗効果素子と前記第２巨大磁気抵抗効果素子とを結んだ線分が同菱形の一つの対角線を構成し且つ前記第３巨大磁気抵抗効果素子と前記第４巨大磁気抵抗効果素子とを結んだ線分が同菱形の他の一つの対角線を構成するように配置されてなるポインティングデバイス用の磁気センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気センサにおいて、
前記菱形は正方形であるポインティングデバイス用の磁気センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の磁気センサにおいて、
前記磁石が前記初期位置にあるとき同磁石の一つの磁極の着磁中心と他の磁極の着磁中心とを結ぶ直線が前記正方形の重心を通るポインティングデバイス用の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部からの操作力により移動する磁石の位置を検出するポインティングデバイス用の磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られるポインティングデバイス１００は、断面図である図２１に示したように、実装基板１０１、樹脂部１０２、薄い円盤状の磁石１０３及び磁気センサ１１０を備えている。磁石１０３は、樹脂部１０２によって実装基板１０１に対して支持されている。磁石１０３は、外部からの操作力を受けていないとき所定の初期位置にあり、外部からの操作力を受けると実装基板１０１に対して実装基板１０１の主面（Ｘ−Ｙ平面）と平行な方向に移動するようになっている。
【０００３】
磁気センサ１１０は、図２１及び平面図である図２２に示したように、回路基板１１１と、４個のホール素子１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ及び１１２ｄと、を備えている。磁気センサ１１０は実装基板１０１を隔てて磁石１０３と対向するように実装基板１０１に固定されている。磁石１０３が前述した初期位置にあるとき、磁石１０３の重心を通るＺ軸方向の軸をＸ軸及びＹ軸の原点Ｏとすると、ホール素子１１２ａ及びホール素子１１２ｃは、Ｙ軸に対して対称となるようにＸ軸上に配置される。ホール素子１１２ｂ及びホール素子１１２ｄは、Ｘ軸に対して対称となるようにＹ軸上に配置される。４個のホール素子１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ及び１１２ｄのそれぞれと原点Ｏとの距離は互いに等しい。
【０００４】
磁気センサ１１０は、更に、図２３に示した検出回路を備えている。検出回路は、回路基板１１１内に形成されている。検出回路は、差動増幅器１１３ａ、差動増幅器１１３ｂ及び検出部１１４を含んでいる。作動増幅器１１３ａは、ホール素子１１２ａとホール素子１１２ｃの出力電圧の差を出力するようになっている。作動増幅器１１３ｂは、ホール素子１１２ｂとホール素子１１２ｄの出力電圧の差を出力するようになっている。検出部１１４は、差動増幅器１１３ａ及び差動増幅器１１３ｂの出力に基づいて磁石１０３の位置を特定する信号を出力するようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１９６０１９号公報
【０００５】
このポインティングデバイス１００において、磁石１０３が初期位置にあるとき、４個のホール素子１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ及び１１２ｄのそれぞれと磁石１０３との距離は等しい。従って、４個のホール素子１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ及び１１２ｄをＺ軸方向に通過する磁束の密度は互いに等しい。この結果、各ホール素子は同じ電圧を出力するから、差動増幅器１１３ａ及び差動増幅器１１３ｂの出力は、いずれも０である。これにより、検出部１１４は、磁石１０３が初期位置にある旨を示す信号を出力する。
【０００６】
一方、例えば、磁石１０３がＸ軸正方向に移動すると、ホール素子１１２ｃをＺ軸方向に通過する磁束の密度は、ホール素子１１２ａをＺ軸方向に通過する磁束の密度より大きくなる。従って、ホール素子１１２ｃはホール素子１１２ａよりも大きな電圧を発生する。この結果、差動増幅器１１３ａはホール素子１１２ｃの出力電圧とホール素子１１２ａの出力電圧との差に応じた正の電圧を出力する。この電圧の大きさは、磁石１０３がホール素子１１２ｃに近づくほど大きくなる。
【０００７】
他方、ホール素子１１２ｂ及びホール素子１１２ｄのそれぞれをＺ軸方向に通過する磁束の密度は、磁石１０３が初期位置にあるときよりも、同じ微小な密度だけ低下する。従って、ホール素子１１２ｂ及びホール素子１１２ｄは同じ電圧を出力するから、差動増幅器１１３ｂの出力は０のままである。この結果、検出部１１４は、磁石１０３が差動増幅器１１３ａの出力電圧に応じた距離だけＸ軸正方向に移動したことを示す信号を出力する。このように、磁気センサ１１０は、磁石１０３が形成する磁界の垂直成分（磁石１０３の一つの磁極の着磁中心と他の磁極の着磁中心とを結ぶ直線に平行な磁界の成分、この場合、Ｚ軸方向の磁界）を検出することにより、磁石１０３の位置を検出するようになっている。なお、磁石の一つの磁極の着磁中心と他の磁極の着磁中心とを結ぶ直線を、以下、「着磁軸」とも称呼する。
【発明の開示】
【０００８】
しかしながら、このようなポインティングデバイス１００においては、磁石１０３の大きさ、ホール素子１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ及び１１２ｄの配設位置並びにそれらの間の距離などの点で制約が大きいという問題がある。かかる問題について、磁石がＸ軸正方向に移動する場合を例にとり、図２４及び図２５を参照しながら説明する。図２４は、磁石１０３が初期位置にある場合の概略図であり、図２５は、磁石１０３の着磁軸がホール素子１１２ｃの中心を通過する位置（以下、「検出限界位置」と云う。）まで磁石１０３が移動した場合の概略図である。
【０００９】
図２４及び図２５から理解されるように、磁石１０３が図２４に示した初期位置から図２５に示した検出限界位置に移動するまでは、磁石１０３がＸ軸正方向に移動するのに伴ってホール素子１１２ａを通過する垂直磁界の磁力線（磁束）の密度は次第に減少し、ホール素子１１２ｃを通過する垂直磁界の磁力線の密度は増大する。
【００１０】
しかしながら、磁石１０３が図２５に示した検出限界位置近傍に到達すると、ホール素子１１２ａには殆ど垂直磁界が加わらない。このため、磁石１０３が図２５に示した検出限界位置から更にＸ軸正方向に移動しても、ホール素子１１２ａの出力は殆ど変化しない。これに対し、磁石１０３が図２５に示した検出限界位置から更にＸ軸正方向に移動すると、ホール素子１１２ｃを通過する垂直磁界の磁力線の密度は減少し始める。この結果、磁気センサ１１０は、磁石が図２５に示した検出限界位置より僅かにＸ軸正方向側の位置にあるときと、同検出限界位置より僅かにＸ軸負方向側の位置にあるときとにおいて、同じ値を出力してしまう。
【００１１】
従って、上記従来のポインティングデバイス１００においては、磁石１０３が移動可能なＸ軸方向の範囲（磁石１０３の位置検出が可能な磁石１０３のＸ軸方向の範囲）は、ホール素子１１２ａとホール素子１１２ｃとの間に限定されてしまう。このため、磁石１０３を大きく移動させることができるようなポインティングデバイスを提供することができない。これに対し、ホール素子１１２ａとホール素子１１２ｃとの間の距離を大きく設定すると、各ホール素子に十分な垂直磁界を付与する必要性から磁石１０３が大型化し、及び／又は、磁石１０３と実装基板１０１との距離が大きくなる。この結果、磁気センサ１１０及びポインティングデバイス１００が大型化するという問題が生じる。
【００１２】
本発明は、上述した問題に対処するためになされたものであって、磁石や素子のレイアウト上の制約が小さく、且つ、磁石の位置を精度良く検出することが可能なポインティングデバイス用の磁気センサを提供することを一つの目的としている。
【００１３】
本発明によるポインティングデバイス用の磁気センサは、
外部からの操作力が加わったときに実装基板に対する位置が所定の初期位置から同実装基板の主面に平行な方向の成分をもって移動する磁石であって同磁石が同初期位置にあるときに一つの磁極の着磁中心と他の磁極の着磁中心とを結ぶ直線が同実装基板の主面と直交するように同実装基板に支持された磁石の位置を検出するポインティングデバイス用の磁気センサであって、
固定層の層面が前記実装基板の主面と平行であって同固定層の磁化の向きが所定の第１の向きとなるように同実装基板に対して移動不能に固定された一つの巨大磁気抵抗効果素子と、
固定層の層面が前記実装基板の主面と平行であって同固定層の磁化の向きが前記第１の向きと相違する向き（好ましくは、前記第１の向きと平行及び反平行の向きを含まず交差する向き）となるように同実装基板に対して移動不能に固定された他の一つの巨大磁気抵抗効果素子と、
を備え、
前記二つの巨大磁気抵抗効果素子の抵抗値に基づいて前記磁石の位置を検出する磁気センサである。
【００１４】
これによれば、磁石が初期位置にあるとき、その磁石の一つの磁極の着磁中心と他の磁極の着磁中心とを結ぶ直線（例えば、Ｚ軸方向の直線である着磁軸）は実装基板の主面（例えば、Ｘ−Ｙ平面と平行な平面）と直交している。磁石により発生する磁界（磁力線、磁束）は、同磁石の着磁の中心から着磁軸を中心軸として放射状に広がる（図４を参照。）。例えば、磁石が円盤状であれば、その磁石により発生する磁界（磁力線、磁束）は、円盤の底面の中心又は上面の中心から同磁石の軸線を中心として放射状に広がる。更に、この磁石は、操作力により実装基板の主面に平行な方向の成分（例えば、Ｘ軸方向の成分及び／又はＹ軸方向の成分）をもって移動する。
【００１５】
一方、図１及び図１３に示したように、、一つの巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１（３１）は、その固定層の層面が前記実装基板の主面と平行であって同固定層の磁化の向きが所定の第１の向き（例えば、Ｘ軸正方向）となるように同実装基板に対して移動不能に固定されている。他の一つの巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３（３３）は、その固定層の層面が前記実装基板の主面と平行であって同固定層の磁化の向きが前記第１の向きと相違（交差）する向き（例えば、Ｙ軸負方向）となるように同実装基板に対して移動不能に固定されている。これらの巨大磁気抵抗効果素子は、固定層及びフリー層等の層面が磁石Ｍｇにより形成される水平磁界（着磁軸に直交する平面内の磁界）と平行であるから、フリー層の磁化の向きはその水平磁界に応じて変化する。
【００１６】
従って、例えば、磁石Ｍｇが実装基板の主面と平行な面内（Ｘ−Ｙ平面内）において移動すると、実装基板の主面と平行な面内における一つの巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１及び他の一つの巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３に加わる磁界（磁石Ｍｇにより形成される水平磁界）の向きが変化する。
【００１７】
これにより、一つの巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１のフリー層の磁化の向きが磁石Ｍｇにより形成される水平磁界の向きに沿うように変化するから、巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きとがなす角度が所定角度α１に変化する。この結果、第１巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の抵抗値Ｒ１が変化する。同様に、他の一つの巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３のフリー層の磁化の向きが磁石Ｍｇにより形成される水平磁界の向きに沿うように変化するから、巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きとがなす角度が所定角度α２が変化する。この結果、巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３の抵抗値Ｒ３が変化する。
【００１８】
この場合、図１及び図１３の例から明らかなように、角度α１及び角度α２の組合せ（α１，α２）は、磁石Ｍｇの任意の位置に対して固有の値となる。一方、巨大磁気抵抗効果素子は、固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きとがなす角度に応じて固有の抵抗値を示す。従って、一つの巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の抵抗値Ｒ１と他の一つの巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３の抵抗値Ｒ３の組合せ（Ｒ１，Ｒ３）は、磁石Ｍｇの任意の位置に対して固有の値となる。従って、抵抗値の組合せ（Ｒ１，Ｒ３）から、磁石Ｍｇの位置を検出することができる。
【００１９】
このように、本発明による磁気センサは、磁石Ｍｇが形成する水平磁界を巨大磁気抵抗効果素子により検出するようになっている。磁石Ｍｇが形成する水平磁界は、磁石Ｍｇが形成する垂直磁界よりも広範囲に及ぶ。更に、巨大磁気抵抗効果素子は感度が極めて良好であるので、磁石Ｍｇと巨大磁気抵抗効果素子との距離が大きくなっても、磁石Ｍｇの位置を検出することができる。以上のことから、磁石や素子のレイアウト上の制約が小さいポインティングデバイス用の磁気センサが提供される。
【００２０】
本発明による他のポインティングデバイス用の磁気センサは、
外部からの操作力が加わったときに実装基板に対する位置が所定の初期位置から同実装基板の主面に平行な方向の成分をもって移動する磁石であって同磁石が同初期位置にあるときに一つの磁極の着磁中心と他の磁極の着磁中心とを結ぶ直線が同実装基板の主面と直交するように同実装基板に支持された磁石の位置を検出するポインティングデバイス用の磁気センサであって、
第１乃至第４巨大磁気抵抗効果素子を備え、
第１乃至第４巨大磁気抵抗効果素子の抵抗値に基づいて前記磁石の位置を検出する磁気センサである。
【００２１】
前記第１巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１（３１）は、例えば、図１の（Ａ）及び図１３に示したように、
固定層の層面が前記実装基板の主面と平行であって同固定層の磁化の向きが所定の第１の向き（例えば、Ｘ軸正方向）となるように同実装基板に対して移動不能に固定され且つ前記磁石が前記初期位置にあるときにフリー層の磁化の向きが同第１の向きと９０度相違する向き（例えば、Ｙ軸正方向）となるように構成される。
【００２２】
前記第２巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２（３２）は、
固定層の層面が前記実装基板の主面と平行であって同固定層の磁化の向きが前記第１の向きと１８０度相違する第２の向き（例えば、Ｘ軸負方向）となるように前記実装基板に対して移動不能に固定され且つ前記磁石が前記初期位置にあるときにフリー層の磁化の向きが同第２の向きと９０度相違する向き（例えば、Ｙ軸負方向）となるように構成される。
【００２３】
従って、例えば、図１に示したように、磁石Ｍｇが実装基板の主面と平行な面内（Ｘ−Ｙ平面内）において第１巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１及び第２巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２とを結ぶ直線（図１の例においては、Ｙ軸に平行な直線）に直交する方向（この場合、Ｘ軸方向）に移動すると、実装基板の主面と平行な面内における第１巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１及び第２巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２に加わる磁石Ｍｇの水平磁界の向きが変化する。
【００２４】
これにより、第１巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１のフリー層の磁化の向きが磁石Ｍｇにより形成される水平磁界の向きに沿うように変化するから、第１巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きとがなす角度が所定角度θ１に変化する。この結果、第１巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の抵抗値Ｒ１が変化する。同様に、第２巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２のフリー層の磁化の向きが磁石Ｍｇにより形成される水平磁界の向きに沿うように変化するから、第２巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きとがなす角度が所定角度θ２に変化する。この結果、第２巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の抵抗値Ｒ２が変化する。
【００２５】
この場合、図１の例から明らかなように、第１巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きとがなす角度θ１が鈍角であるならば、第２巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きとがなす角度θ２は鋭角となる。従って、第１巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の抵抗値及び第２巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の抵抗値の大小関係から、磁石ＭｇがＸ軸正方向及びＸ軸負方向の何れの方向に移動したのかを知ることができ、且つ、それらの抵抗値の大きさから移動距離を知ることができる。
【００２６】
更に、図１の例から明らかなように、磁石Ｍｇの初期位置からのＸ軸方向への移動距離が大きくなるほど、第１巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１及び第２巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２のうちの一方の素子の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きが反平行（１８０度相違）に近づく。従って、一方の素子の抵抗値は最大値に近づく。また、他方の素子の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きは平行（０度相違）に近づく。従って、他方の素子の抵抗値は最小値に近づく。
【００２７】
これは、磁石の着磁軸が非常に大きく移動した後にも成立する（図１の（Ｂ）及び（Ｃ）、又は、図１の（Ｄ）及び（Ｅ）を参照。）。従って、磁石Ｍｇと第１巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１と第２巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２との配置・大きさ・距離等のレイアウト上の制約が極めて小さい。
【００２８】
更に、前記第３巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３（３３）は、例えば、図１の（Ａ）及び図１３に示したように、
固定層の層面が前記実装基板の主面と平行であって同固定層の磁化の向きが前記第１の向きと９０度相違する第３の向き（例えば、Ｙ軸負方向）となるように前記実装基板に対して移動不能に固定され且つ前記磁石が前記初期位置にあるときにフリー層の磁化の向きが同第３の向きと９０度相違する向き（例えば、Ｘ軸負方向）となるように構成される。
【００２９】
前記第４巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ４（３４）は、
固定層の層面が前記実装基板の主面と平行であって同固定層の磁化の向きが前記第３の向きと１８０度相違する第４の向き（例えば、Ｙ軸正方向）となるように前記実装基板に対して移動不能に固定され且つ前記磁石が前記初期位置にあるときにフリー層の磁化の向きが同第４の向きと９０度相違する向き（例えば、Ｘ軸正方向）となるように構成される。
【００３０】
従って、磁石ＭｇがＹ軸方向に移動した場合についても、第３巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３のフリー層の磁化の向き及び第４巨大磁気抵抗効果素子ＧＭＲ４のフリー層の磁化の向きは同様に変化する（図１３を参照。）。これにより、磁石ＭｇのＹ軸方向における位置に応じて、第３及び第４巨大磁気抵抗効果素子の各抵抗値Ｒ３，Ｒ４が変化する。換言すると、第１乃至第４巨大磁気抵抗効果素子の抵抗値の組合せ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）は、磁石Ｍｇの任意の位置に対して固有の値となる。そして、本発明による磁気センサは、第１乃至第４巨大磁気抵抗効果素子の各抵抗値に基づいて磁石Ｍｇの位置を検出する。
【００３１】
このように、本発明による磁気センサは、磁石Ｍｇが形成する水平磁界を第１乃至第４巨大磁気抵抗効果素子により検出するようになっている。磁石Ｍｇが形成する水平磁界は、磁石Ｍｇが形成する垂直磁界よりも広範囲に及ぶ。更に、巨大磁気抵抗効果素子は感度が極めて良好であるので、磁石Ｍｇと巨大磁気抵抗効果素子との距離が大きくなっても、磁石Ｍｇの位置を検出することができる。加えて、磁石の着磁軸が非常に大きく移動した場合であっても、各巨大磁気抵抗効果素子の値の組合せは、磁石の位置に応じて固有の値を示す。
【００３２】
この結果、本発明による磁気センサは、磁石Ｍｇと第１乃至第４巨大磁気抵抗効果素子の配置・大きさ・距離等のレイアウト上の制約が極めて小さいポインティングデバイス用の磁気センサとなっている。
【００３３】
この磁気センサの場合、前記第１乃至第４巨大磁気抵抗効果素子は、単一の基板の上に形成されてなることが好適である。これにより、より小型な磁気センサが提供される。
【００３４】
更に、前記第１乃至第４巨大磁気抵抗効果素子は一つの菱形（より好ましくは、正方形）の角部に配置されるとともに、前記第１巨大磁気抵抗効果素子と前記第２巨大磁気抵抗効果素子とを結んだ線分が同菱形の一つの対角線を構成し且つ前記第３巨大磁気抵抗効果素子と前記第４巨大磁気抵抗効果素子とを結んだ線分が同菱形の他の一つの対角線を構成するように配置される。
【００３５】
加えて、前記磁石が前記初期位置にあるとき同磁石の一つの磁極の着磁中心と他の磁極の着磁中心とを結ぶ直線（着磁軸）が前記正方形の重心を通ることが望ましい。これによれば、フリー層の磁化の向きを初期状態の磁化の向きに戻すためのバイアス磁石膜の役割をポインティングデバイスの磁石に持たせるように各巨大磁気抵抗効果素子を配置することが可能である。その場合、バイアス磁石膜を削除して磁気センサを廉価にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明によるポインティングデバイス用の磁気センサの実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３７】
（構造）
図２は、本発明の磁気センサが適用されるポインティングデバイス１０の平面図である。図３は、図２に示したポインティングデバイス１０を１−１線に沿った平面にて切断したポインティングデバイス１０の断面図である。
【００３８】
ポインティングデバイス１０は、例えば、携帯電話機の入力装置（カーソル移動用装置）として使用される。ポインティングデバイス１０は、実装基板１１、樹脂部１２、薄い円盤状の磁石１３及び磁気センサ２０を備えている。
【００３９】
実装基板１１は板体であり、互いに直交するＸ、Ｙ及びＺ軸におけるＸ−Ｙ平面と平行な主面１１ａと、主面１１ａと平行な下面１１ｂと、を有している。実装基板１１の下面１１ｂには、図示しないプリント配線が形成されている。
【００４０】
樹脂部１２は、固定部１２ａと保持部１２ｂとからなっている。固定部１２ａは、実装基板１１に接着固定されている。保持部１２ｂは、略円筒形状をなしている。樹脂部１２は、保持部１２ｂの頂面に形成された凹部に磁石１３を埋め込むように保持している。実装基板１１と保持部１２ｂとの間には空間が形成されている。樹脂部１２は、このような構成により、磁石１３に外部からの操作力が加えられていないときに磁石１３を図２及び図３に示した初期位置に維持するとともに、磁石１３に外部からの操作力が加わったときに容易に変形して磁石１３を実装基板１１に対して移動させるように、磁石１３を保持している。従って、磁石１３は、外部からの操作力の向きに応じて、実装基板１１の主面に平行な方向の成分（即ち、Ｘ軸方向成分及びＹ軸方向成分）及び主面１１ａに垂直な方向の成分（即ち、Ｚ軸方向成分）をもって移動可能となっている。
【００４１】
磁石１３は、着磁軸と円盤形状の中心軸線とが一致するように着磁された硬質強磁性体からなっている。磁石１３により発生する磁界（磁力線、磁束）は、図４に示したように、磁石１３の着磁の中心Ｐから磁石１３の中心軸線（着磁軸）を中心として放射状に広がる。磁石１３は、円盤状であるから、着磁の中心Ｐは、磁石１３の底面及び上面の中心と一致している。磁石１３は、Ｚ軸負方向側端部（即ち、磁気センサ２０に近い側の端面）がＮ極となるように配置されている。
【００４２】
磁気センサ２０は、本体２０ａと複数の突電極２０ｂとを備えている。本体２０ａは、実装基板１１を挟んで初期位置にある場合の磁石１３と対向するように、複数の突電極２０ｂによって実装基板１１の下面１１ｂに固定されている。本体２０ａは、実装基板１１に固定された状態において、図２に示したように平面視でＸ軸及びＹ軸に沿う辺からなる正方形状を有し、図３に示したようにＺ軸方向に小さな厚みを有する薄板体である。突電極２０ｂは、実装基板１１の下面に形成されている図示しないプリント配線と電気的に接続されている。
【００４３】
本体２０ａは、図５及び図６に示したように、基板２１、接続ワイヤ２２、第１巨大磁気抵抗効果素子３１、第２巨大磁気抵抗効果素子３２、第３巨大磁気抵抗効果素子３３、第４巨大磁気抵抗効果素子３４及び磁石位置決定部３５（図１１を参照）を備えている。
【００４４】
基板２１は、シリコンからなる単一（モノリシック）基板である。基板２１は、磁気センサ２０が実装基板１１に固定された状態において、平面視で互いに直交するＸ軸及びＹ軸に沿った辺を有する正方形状を有し、Ｚ軸方向に小さな厚みを有する薄板体である。基板２１の内部には、磁石位置決定部３５を含む図示しない配線層及びＩＣ回路が形成されている。これらの配線層及びＩＣ回路の端子と、突電極２０ｂとは、接続ワイヤ２２により電気的に接続されている。
【００４５】
第１巨大磁気抵抗効果素子３１、第２巨大磁気抵抗効果素子３２、第３巨大磁気抵抗効果素子３３及び第４巨大磁気抵抗効果素子３４は、基板２１の主面（上面）に形成されている。第１巨大磁気抵抗効果素子３１は、基板２１のＹ軸正方向端部近傍であってＸ軸方向中央部に配設されている。第２巨大磁気抵抗効果素子３２は、基板２１のＹ軸負方向端部近傍であってＸ軸方向中央部に形成されている。第３巨大磁気抵抗効果素子３３は、基板２１のＸ軸負方向端部近傍であってＹ軸方向中央部に形成されている。第４巨大磁気抵抗効果素子３４は、基板２１のＸ軸正方向端部近傍であってＹ軸方向中央部に形成されている。
【００４６】
即ち、第１乃至第４巨大磁気抵抗効果素子３１〜３４は、一つの菱形（この場合、正方形）ＳＱの各角部に配置されている。従って、第１巨大磁気抵抗効果素子３１と第２巨大磁気抵抗効果素子３２とを結んだ線分は、その菱形ＳＱの一つの対角線を構成している。更に、第３巨大磁気抵抗効果素子３３と第４巨大磁気抵抗効果素子３４とを結んだ線分は、その菱形ＳＱの他の一つの対角線を構成している。そして、磁気センサ２０が実装基板１１に固定された状態にあり且つ磁石１３が初期位置にあるとき、磁石１３の一つの磁極の着磁中心と他の磁極の着磁中心とを結ぶ直線（即ち、着磁軸）がその菱形（正方形）ＳＱの重心Ｏを通るように、磁石１３と磁気センサ２０とは相対配置されている。この重心Ｏが磁石１３の位置を表すＸ軸及びＹ軸の原点Ｏとなる。
【００４７】
第１乃至第４巨大磁気抵抗効果素子３１〜３４は、基板２１に対して配設された位置、向き、固定層の固定された磁化の向き及びフリー層の初期状態における磁化の向きを除き、互いに同一構造を有している。従って、以下においては、図７〜図９を参照して、第１巨大磁気抵抗効果素子３１を代表例として説明する。
【００４８】
第１巨大磁気抵抗効果素子３１は、拡大平面図である図７及び図７の２−２線に沿った平面にて第１巨大磁気抵抗効果素子３１を切断した概略断面図である図８に示したように、複数の（この例では４個の）幅狭帯状部３１ａ１〜３１ａ４と、一対の端子部３１ｂ１，３１ｂ２と、を備えている。
【００４９】
幅狭帯状部３１ａ１〜３１ａ４の各々はＹ軸方向に長手方向を有している。最もＸ軸負方向側に位置する幅狭帯状部３１ａ１のＹ軸負方向側の端部は、端子部３１ｂ１と接続されている。幅狭帯状部３１ａ１のＹ軸正方向側の端部は、屈曲してＸ軸正方向に伸び、幅狭帯状部３１ａ２のＹ軸正方向端部に接続されている。幅狭帯状部３１ａ２のＹ軸負方向端部は、屈曲してＸ軸正方向に伸び、幅狭帯状部３１ａ３のＹ軸負方向端部に接続されている。幅狭帯状部３１ａ３のＹ軸正方向端部は、屈曲してＸ軸正方向に伸び、幅狭帯状部３１ａ４のＹ軸正方向端部に接続されている。幅狭帯状部３１ａ４のＹ軸負方向端部は、端子部３１ｂ２と接続されている。このように、第１巨大磁気抵抗効果素子３１は、複数の幅狭帯状部をジグザグ状（つづら折れ状）に配列し、それらを直列接続した素子である。
【００５０】
幅狭帯状部３１ａ１〜３１ａ４の各々は、図９の（Ａ）に膜構成を示したスピンバルブ膜からなっている。このスピンバルブ膜は、基板２１の上に形成されたフリー層Ｆ、フリー層Ｆの上に形成されたスペーサ層Ｓ、スペーサ層Ｓの上に形成された固定層Ｐ及び固定層Ｐの上に形成された保護層（キャッピング層）Ｃを備えている。なお、実際には、基板２１の上面とフリー層Ｆとの間に図示を省略したＳｉＯ２又はＳｉＮからなる絶縁・配線層が形成されている。
【００５１】
フリー層Ｆは、外部磁界の向きに応じて磁化の向きが変化する層である。フリー層Ｆは、基板２１の直上に形成されたＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層と、ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層の上に形成されたＮｉＦｅ磁性層と、ＮｉＦｅ磁性層の上に形成されたＣｏＦｅ磁性層とからなっている。これらは、軟質の強磁性体膜を構成している。
【００５２】
フリー層Ｆは、幅狭帯状部３１ａ１〜３１ａ４のそれぞれが長手方向を有していることから、Ｙ軸方向に沿った長手方向を有した形状となっている。従って、外部磁界がフリー層Ｆに加わらなければ、フリー層Ｆの磁化の向き（以下、「初期状態における磁化の向き」と称呼する。）は、形状異方性によりフリー層Ｆの長手方向（第１巨大磁気抵抗効果素子３１の場合はＹ軸正方向）となっている。
【００５３】
スペーサ層Ｓは、非磁性導電体（本例では、Ｃｕ）からなる膜である。
【００５４】
固定層（固着層、磁化固定層）Ｐは、強磁性体膜であるＣｏＦｅ磁性層Ｐｄと、Ｐｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金から形成した反強磁性膜Ｐｉとを重ね合わせた単一膜固定層である。ＣｏＦｅ磁性層Ｐｄは、ピニング層を構成する反強磁性膜Ｐｉに交換結合的に裏打されることにより磁化（磁化ベクトル）の向きがＸ軸正方向にピン（固着）されるピンド層Ｐｄを構成している。ＣｏＦｅ磁性層Ｐｄの磁化の向きが、各巨大磁気抵抗効果素子の固定層（ピンド層）の固定された磁化の向きである。
【００５５】
保護層Ｃは、チタン（Ｔｉ）又はタンタル（Ｔａ）からなっている。
【００５６】
以上の構成により、第１巨大磁気抵抗効果素子３１の抵抗値は、幅狭帯状部３１ａ１〜３１ａ４の各抵抗値の和として、端子部３１ｂ１及び端子部３１ｂ２から取得される。この結果、第１巨大磁気抵抗効果素子３１は、図９の（Ｂ）に示したように、−Ｈｃ〜＋Ｈｃの範囲において固定層ＰのＣｏＦｅ磁性層Ｐｄの固定された磁化の向き（この場合、Ｘ軸正方向の向き）の外部磁界の成分Ｈｘに対して変化する抵抗値（Ｘ軸正方向の外部磁界の大きさが大きくなるほど減少する抵抗値）Ｒ１を示すようになっている。
【００５７】
再び、図６を参照すると、第２巨大磁気抵抗効果素子３２の固定層の磁化の向きはＸ軸負方向となっていて、第２巨大磁気抵抗効果素子３２のフリー層の初期状態における磁化の向きはＹ軸負方向となっている。第３巨大磁気抵抗効果素子３３の固定層の磁化の向きはＹ軸負方向となっていて、第３巨大磁気抵抗効果素子３３のフリー層の初期状態における磁化の向きはＸ軸負方向となっている。第４巨大磁気抵抗効果素子３４の固定層の磁化の向きはＹ軸正方向となっていて、第４巨大磁気抵抗効果素子３４のフリー層の初期状態における磁化の向きはＸ軸正方向となっている。
【００５８】
この結果、第２巨大磁気抵抗効果素子３２は、図１０の（Ａ）に示したように、Ｘ軸正方向の向きの外部磁界の成分Ｈｘの大きさが大きくなるほど増大する抵抗値Ｒ２を示すようになっている。第３巨大磁気抵抗効果素子３３は、図１０の（Ｂ）に示したように、Ｙ軸正方向の向きの外部磁界の成分Ｈｙの大きさが大きくなるほど増大する抵抗値Ｒ３を示すようになっている。第４巨大磁気抵抗効果素子３４は、図１０の（Ｃ）に示したように、Ｙ軸正方向の向きの外部磁界の成分Ｈｙの大きさが大きくなるほど減少する抵抗値Ｒ４を示すようになっている。
【００５９】
磁石位置決定部３５は、図１１に示したように、第１〜第４巨大磁気抵抗効果素子３１〜３４と接続されている。磁石位置決定部３５は、第１〜第４巨大磁気抵抗効果素子３１〜３４の抵抗値の組合せ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）と、磁石１３の位置（Ｘ，Ｙ）との関係を記憶したルックアップテーブル３５ａを備えている。磁石位置決定部３５は、第１〜第４巨大磁気抵抗効果素子３１〜３４のそれぞれの抵抗値を測定し、それらの測定値を入力するようになっている。そして、磁石位置決定部３５は、そのルックアップテーブル３５ａと実際の第１〜第４巨大磁気抵抗効果素子３１〜３４のそれぞれの抵抗値Ｒ１〜Ｒ４とに基づいて磁石１３の位置（Ｘ，Ｙ）を決定し、その決定した磁石位置を表す信号を出力するようになっている。
【００６０】
（作動）
次に、上記のように構成されたポインティングデバイス１０（磁気センサ２０）の作動（磁石１３の位置の検出方法）について図１２及び図１３を参照しながら説明する。
【００６１】
図１２に示したように、磁気センサ２０（第１〜第４巨大磁気抵抗効果素子３１〜３４）は、磁石１３が発生する磁界の水平成分（一つの磁極の着磁中心と他の磁極の着磁中心とを結ぶ直線である着磁軸に直交する成分）を検出する。前述したように、磁石１３により発生する磁界（磁力線、磁束）は、同磁石の着磁の中心Ｐから磁石の軸線（着磁軸）を中心として放射状に広がる（図４を参照。）。
【００６２】
従って、図１３に示したように、フリー層の磁化の向きは、磁石１３の位置に応じて変化する。図１３は、磁石１３と磁気センサ２０（基板２１）との相対位置を変化させた場合の各巨大磁気抵抗効果素子３１〜３４の固定層の磁化の向き及びフリー層の磁化の向きを示した概略平面図である。
【００６３】
より具体的に述べると、磁石１３が初期位置にあるとき、固定層の磁化の向き及びフリー層の磁化の向きは（Ｈ）に示したようになる。この場合、第１巨大磁気抵抗効果素子３１のフリー層の磁化の向きはＹ軸正方向となる。第２巨大磁気抵抗効果素子３２のフリー層の磁化の向きはＹ軸負方向となる。第３巨大磁気抵抗効果素子３３のフリー層の磁化の向きはＸ軸負方向となる。第４巨大磁気抵抗効果素子３４のフリー層の磁化の向きはＸ軸正方向となる。
【００６４】
この結果、各巨大磁気抵抗効果素子における固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きは直交する（９０°の角度をなす）ので、各巨大磁気抵抗効果素子は図９の（Ｂ）及び図１０の（Ａ）乃至（Ｃ）に示した値Ｒ０となる。従って、図１１に示した磁石位置決定部３５は、前述したテーブル３５ａを参照することによって磁石１３は初期位置（原点、即ち、（Ｘ，Ｙ）＝（０，０））にあると決定する。
【００６５】
このように、磁気センサ２０においては、磁石１３が初期位置にあるとき、磁石１３の水平磁界は各巨大磁気抵抗効果素子のフリー層の初期状態における磁化の向きと一致する。従って、各フリー層の磁化を初期状態に復帰させるために各フリー層の幅狭帯状部の両端部に形成されるバイアス磁石膜が必要ではなくなる。その結果、より安価な磁気センサ２０が提供される。
【００６６】
次に、（Ｉ）に示したように、磁石１３が（Ｈ）に示した位置からＸ軸正方向に移動せしめられたとする。この場合、第１巨大磁気抵抗効果素子３１のフリー層の磁化の向きは、Ｙ軸正方向から反時計方向へ角度θ１だけ回転し、第２巨大磁気抵抗効果素子３２のフリー層の磁化の向きは、Ｙ軸負方向から時計方向へ角度θ１だけ回転する。
【００６７】
従って、第１巨大磁気抵抗効果素子３１の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きがなす角度は、９０°＋θ１の鈍角となるので、第１巨大磁気抵抗効果素子３１の抵抗値Ｒ１は、図９の（Ｂ）に示したように、値Ｒ０＋ΔＲ１（ΔＲ１＞０）となる。これに対し、第２巨大磁気抵抗効果素子３２の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きがなす角度は、９０°−θ１の鋭角となるので、第２巨大磁気抵抗効果素子３２の抵抗値Ｒ２は、図１０の（Ａ）に示したように、値Ｒ０−ΔＲ１となる。
【００６８】
一方、第３巨大磁気抵抗効果素子３３の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きがなす角度、及び、第４巨大磁気抵抗効果素子３４の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きがなす角度は、それぞれ９０°のままである。従って、第３巨大磁気抵抗効果素子３３の抵抗値Ｒ３及び第４巨大磁気抵抗効果素子３４の抵抗値Ｒ４は、何れもＲ０のままである。
【００６９】
これにより、図１１に示した磁石位置決定部３５は、テーブル３５ａにおいて第１〜第４磁気抵抗効果素子の抵抗値がそれぞれＲ０＋ΔＲ１、Ｒ０−ΔＲ１、Ｒ０、Ｒ０である場合を検索することにより、磁石１３はＸ軸上の所定の位置（即ち、（Ｘ，Ｙ）＝（Ｘ１，０）、Ｘ１＞０）にあると決定する。
【００７０】
次に、（Ｊ）に示したように、磁石１３が（Ｉ）に示した位置よりもＸ軸正方向に更に移動せしめられたとする。この場合、第１巨大磁気抵抗効果素子３１のフリー層の磁化の向きは、Ｙ軸正方向から反時計方向へ角度θ２（＞θ１）だけ回転し、第２巨大磁気抵抗効果素子３２のフリー層の磁化の向きは、Ｙ軸負方向から時計方向へ角度θ２だけ回転する。
【００７１】
従って、第１巨大磁気抵抗効果素子３１の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きがなす角度は、９０°＋θ２の鈍角となるので、第１巨大磁気抵抗効果素子３１の抵抗値Ｒ１は、図９の（Ｂ）に示したように、値Ｒ０＋ΔＲ２（ΔＲ２＞ΔＲ１）となる。これに対し、第２巨大磁気抵抗効果素子３２の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きがなす角度は、９０°−θ２の鋭角となるので、第２巨大磁気抵抗効果素子３２の抵抗値Ｒ２は、図１０の（Ａ）に示したように、値Ｒ０−ΔＲ２となる。
【００７２】
一方、第３巨大磁気抵抗効果素子３３の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きがなす角度、及び、第４巨大磁気抵抗効果素子３４の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きがなす角度は、それぞれ９０°のままである。従って、第３巨大磁気抵抗効果素子３３の抵抗値Ｒ３及び第４巨大磁気抵抗効果素子３４の抵抗値Ｒ４は、何れもＲ０のままである。
【００７３】
これにより、図１１に示した磁石位置決定部３５は、テーブル３５ａにおいて第１〜第４磁気抵抗効果素子の抵抗値がそれぞれＲ０＋ΔＲ２、Ｒ０−ΔＲ２、Ｒ０、Ｒ０である場合を検索することにより、磁石１３はＸ軸上の所定の位置（即ち、（Ｘ，Ｙ）＝（Ｘ２，０）、Ｘ２＞Ｘ１）にあると決定する。
【００７４】
次に、（Ｃ）に示したように、磁石１３が（Ｈ）に示した位置からＹ軸正方向に移動せしめられたとする。この場合、第３巨大磁気抵抗効果素子３３のフリー層の磁化の向きは、Ｘ軸負方向から反時計方向へ角度θ３だけ回転し、第４巨大磁気抵抗効果素子３４のフリー層の磁化の向きは、Ｘ軸正方向から時計方向へ角度θ３だけ回転する。
【００７５】
従って、第３巨大磁気抵抗効果素子３３の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きがなす角度は、９０°−θ３の鋭角となるので、第３巨大磁気抵抗効果素子３３の抵抗値Ｒ３は、図１０の（Ｂ）に示したように、値Ｒ０−ΔＲ３（ΔＲ３＞０）となる。これに対し、第４巨大磁気抵抗効果素子３４の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きがなす角度は、９０°＋θ３の鈍角となるので、第４巨大磁気抵抗効果素子３４の抵抗値Ｒ４は、図１０の（Ｃ）に示したように、値Ｒ０＋ΔＲ３となる。
【００７６】
一方、第１巨大磁気抵抗効果素子３１の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きがなす角度、及び、第２巨大磁気抵抗効果素子３２の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きがなす角度は、それぞれ９０°のままである。従って、第１巨大磁気抵抗効果素子３１の抵抗値Ｒ１及び第２巨大磁気抵抗効果素子３２の抵抗値Ｒ２は、何れもＲ０のままである。
【００７７】
これにより、図１１に示した磁石位置決定部３５は、テーブル３５ａにおいて第１〜第４磁気抵抗効果素子の抵抗値がそれぞれＲ０、Ｒ０、Ｒ０−ΔＲ３、Ｒ０＋ΔＲ３である場合を検索することにより、磁石１３はＹ軸上の所定の位置（即ち、（Ｘ，Ｙ）＝（０，Ｙ１）、Ｙ１＞０）にあると決定する。
【００７８】
このように、第１〜第４巨大磁気抵抗効果素子３１〜３４の固定層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きがなす角度の組合せは、磁石１３の位置によって相違する。換言すると、第１〜第４巨大磁気抵抗効果素子３１〜３４の抵抗値の組合せ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）は、磁石１３の位置によって相違する。そして、磁石位置決定部３５は、前述したルックアップテーブル３５ａと実際の第１〜第４巨大磁気抵抗効果素子３１〜３４の抵抗値の組合せ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）とに基づいて、磁石の位置（Ｘ，Ｙ）を決定する。
【００７９】
（磁気センサ２０の製造方法：固定層の磁化固定方法）
次に、上記磁気センサ２０の製造方法、特に、第１〜第４巨大磁気抵抗効果素子３１〜３４の固定層の磁化の固定方法について説明する。先ず、平面図である図１４に示したように、後に基板２１となる基板２１−１の上に、第１〜第４巨大磁気抵抗効果素子３１〜３４を構成する膜Ｍを島状に複数形成する。これらの膜Ｍは、基板２１−１が後の切断工程により図１４の一点鎖線にて示した切断線ＣＴに沿って切断されて図６に示した個々の磁気センサ２０の基板２１に分割されたとき、素子３１〜３４が図６に示した基板２１上の各位置に配置されるように形成される。
【００８０】
次に、図１５及び図１６に示したマグネットアレイ５０を準備する。図１５は、マグネットアレイ５０の平面図である。図１６は、図１５の３−３線に沿った平面にてマグネットアレイ５０を切断したマグネットアレイ５０の断面図である。このマグネットアレイ５０は、それぞれが直方体形状の複数の永久磁石（永久棒磁石）５１…５１と透明な石英ガラスからなるプレート５２と、を備えている。永久磁石５１…５１は正方格子状に配列され、各上面がプレート５２の下面に固定されている。永久磁石５１…５１は、永久磁石５１…５１の各端面を含む平面において、最短距離で隣接する磁極の極性が異なるように配列されている。
【００８１】
即ち、マグネットアレイ５０は、略直方体形状であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が略正方形である複数の永久磁石５１を、同略正方形を有する端面の重心が正方格子の格子点に一致するように配設するとともに、同配設された各永久磁石５１の磁極の極性が最短距離を隔てて隣接する他の永久磁石５１の磁極の極性と異なるように配置・構成されたマグネットアレイである。
【００８２】
図１７は、上記永久磁石５１…５１を５個だけ取り出した状態を示す同永久磁石の斜視図である。この図から明らかなように、永久磁石５１…５１の端面（前記磁極が形成された端面）では、一つのＮ極から同Ｎ極に最短距離で隣接するＳ極に向かう９０°ずつ方向が異なる磁界が形成される。本実施形態においては、この磁界を第１〜第４巨大磁気抵抗効果素子３１〜３４のピンド層の磁化の向きを固定する際の磁界として使用する。
【００８３】
次に、上記膜Ｍが形成された基板２１−１をマグネットアレイ５０の上に配置する。このとき、図１８の平面図に示したように、基板２１−１を切断線ＣＴにて切断したときに形成される正方形の各角部が、互いに隣接する４つの磁石５１の各端面の中心と一致するように、基板２１−１とマグネットアレイ５０とを相対的に配置する。この結果、図１８に矢印にて示したように、各膜Ｍに同各膜Ｍの幅狭帯状部の長手方向と直交する向きの磁界が加わる。
【００８４】
そして、この状態にある基板２１−１及びマグネットアレイ５０を真空中で２５０℃〜２８０℃に加熱し、その後、４時間ほど放置する磁場中熱処理を実施する。これにより、固定層Ｐ（ピンド層Ｐｄ）の磁化の向きが固定される。
【００８５】
その後、所定の必要な処理を行い、図１８に示した切断線ＣＴに沿って基板２１−１を切断する。これにより、磁気センサ２０が同時に多数個製造される。
【００８６】
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る磁気センサは、以下の特徴を備えている。
（１）磁気センサは、基板２１の主面の上に２個以上（好ましくは４個以上）の巨大磁気抵抗効果素子を備える。
（２）それらの巨大磁気抵抗効果素子のうちの少なくとも２個（好ましくは、少なくとも４個）の素子の各固定層の固定された磁化の向きは互いに相違（例えば、９０°ずつ相違）している。換言すると、各素子の各固定層の固定された磁化の向きは交差している。
（３）その２個（好ましくは、少なくとも４個）の巨大磁気抵抗効果素子の各固定層の固定された磁化の向きは、磁石１３が初期位置にあるとき、磁石１３の形成する水平磁界に対して直交している。
（４）その２個（好ましくは、少なくとも４個）の巨大磁気抵抗効果素子の各フリー層の磁化の向きは、磁石１３が初期位置にあるとき、磁石１３の形成する水平磁界に対して平行である。
【００８７】
そして、この磁気センサ２０は、磁石１３の水平方向の磁界の向きに基づいて磁石１３の位置を検出するので、小型であって、磁石１３や巨大磁気抵抗効果素子のレイアウト上の制約が小さく、且つ、磁石１３の位置を精度良く検出することが可能なポインティングデバイス用の磁気センサとなっている。
【００８８】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態の磁気センサ２０は、第１巨大磁気抵抗効果素子３１〜第４巨大磁気抵抗効果素子３４の四個の巨大磁気抵抗効果素子を有していたが、例えば、第１巨大磁気抵抗効果素子３１と第３巨大磁気抵抗効果素子３３の二個の巨大磁気抵抗効果素子を備えていてもよい。
【００８９】
この場合、第１巨大磁気抵抗効果素子（一つの巨大磁気抵抗効果素子）３１の抵抗値Ｒ１と第３巨大磁気抵抗効果素子（他の一つの巨大磁気抵抗効果素子）３３の抵抗値Ｒ３の組合せ（Ｒ１，Ｒ３）は、磁石Ｍｇの任意の位置に対して固有の値となる。従って、抵抗値の組合せ（Ｒ１，Ｒ３）から、磁石Ｍｇの位置を検出することができる。更に、この場合、第１巨大磁気抵抗効果素子３１と第３巨大磁気抵抗効果素子３３の固定層の磁化の向きが交差していれば、両者の固定層の磁化の向きが互いに直交していなくてもよい。なお、交差とは、平行及び反平行を含まない。
【００９０】
また、磁石１３をＸ軸方向のみ可動となるように実装基板１１に対して支持するとともに、基板２１上には第１巨大磁気抵抗効果素子３１及び第２巨大磁気抵抗効果素子３２のみを形成し、図１９の（Ａ）に示したようなハーフブリッヂ回路を構成して、磁石１３のＸ軸方向の位置を検出してもよい。図１９（Ｂ）は、そのようなセンサの出力特性を示すグラフである。
【００９１】
また、巨大磁気抵抗効果素子を、図２０の（Ａ）に示したシンセティックスピンバルブ膜からなる巨大磁気抵抗効果素子（以下、「ＳＡＦ素子」と称呼する。）としてもよい。このシンセティックスピンバルブ膜は、基板２１の上に形成されたフリー層Ｆ、フリー層Ｆの上に形成されたスペーサ層Ｓ、スペーサ層Ｓの上に形成された固定層Ｐ’及び固定層Ｐ’の上に形成された保護層（キャッピング層）Ｃからなっている。
【００９２】
シンセティックスピンバルブ膜のフリー層Ｆ、スペーサ層Ｓ及び保護層Ｃは、図９の（Ａ）に示した通常のスピンバルブ膜と同一の構成を備えている。即ち、シンセティックスピンバルブ膜は、固定層Ｐ’のみが通常のスピンバルブ膜の固定層Ｐと相違している。
【００９３】
固定層Ｐ’は、ＣｏＦｅからなる第１強磁性体膜Ｐ１と、第１強磁性体膜Ｐ１の上に積層されたＲｕからなる交換結合膜Ｅｘと、交換結合膜Ｅｘの上に積層されたＣｏＦｅからなる第２強磁性体膜Ｐ２と、第２強磁性体膜Ｐ２の上に積層されるとともにＰｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金からなる交換バイアス膜（反強磁性体膜）Ｅｂとを重ね合わせた多重膜積層固定層である。
【００９４】
交換結合膜Ｅｘは、第１強磁性体膜Ｐ１と第２強磁性体膜Ｐ２とにサンドイッチ状に挟まれている。第１強磁性体膜Ｐ１は、交換結合膜Ｅｘ及び第２強磁性体膜Ｐ２と協働して磁化の向きが外部磁界の変化に対して変化しないように固定されるピンド層を構成している。交換バイアス膜Ｅｂは、第２強磁性体膜Ｐ２及び交換結合膜Ｅｘを介してピンド層である第１強磁性体膜Ｐ１の磁化の向きを固定するピニング層を構成している。なお、第１強磁性体膜Ｐ１、交換結合膜Ｅｘ及び第２強磁性体膜Ｐ２をピンド層と呼ぶこともできる。
【００９５】
交換バイアス膜Ｅｂは第２強磁性体膜Ｐ２と交換結合し、第２強磁性体膜Ｐ２の磁化（磁化ベクトル）の向きを所定方向に固定している。また、第１強磁性体膜Ｐ１と第２強磁性体膜Ｐ２は、交換結合膜Ｅｘを介して互いに交換結合している。このとき、図２０の（Ｂ）に矢印にて示したように、第１強磁性体膜Ｐ１の磁化の向きと第２強磁性体膜Ｐ２の磁化の向きは反平行となる。
【００９６】
このように構成されたＳＡＦ素子は、図２０の（Ｃ）に示したように、−Ｈｃ〜＋Ｈｃの範囲において固定層Ｐ’における第１強磁性体膜Ｐ１（ピンド層）の固定された磁化の向きに沿って変化する外部磁界Ｈに対して変化する抵抗値を示す。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施形態に係る磁気センサの作動の概略を説明するための平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る磁気センサが適用されるポインティングデバイスの平面図である。
【図３】図２に示したポインティングデバイスを１−１線に沿った平面にて切断したポインティングデバイスの断面図である。
【図４】図２に示した磁石から発生する磁界の磁力線を示した同磁石の斜視図である。
【図５】図３に示した磁気センサの拡大断面図である。
【図６】図３に示した磁気センサの基板の拡大平面図である。
【図７】図６に示した第１巨大磁気抵抗効果素子の拡大平面図である。
【図８】図７に示した第１巨大磁気抵抗効果素子を２−２線に沿った平面にて切断した概略断面図である。
【図９】（Ａ）は図６に示した第１巨大磁気抵抗効果素子の膜構成を示した図であり、（Ｂ）は第１巨大磁気抵抗効果素子の外部磁界に対する抵抗の変化を示したグラフである。
【図１０】（Ａ）は図６に示した第２巨大磁気抵抗効果素子の外部磁界に対する抵抗の変化を示したグラフ、（Ｂ）は図６に示した第３巨大磁気抵抗効果素子の外部磁界に対する抵抗の変化を示したグラフ、（Ｃ）は図６に示した第４巨大磁気抵抗効果素子の外部磁界に対する抵抗の変化を示したグラフである。
【図１１】図３に示した磁気センサの回路ブロック図である。
【図１２】図３に示した磁気センサにより検出される磁界の磁力線を示した図である。
【図１３】図３に示した磁石と磁気センサとの相対位置関係を変化させた各場合における、各巨大磁気抵抗効果素子の固定層の磁化の向き及びフリー層の磁化の向きを示した図である。
【図１４】図３に示した磁気センサを製造するためのウエハ（基板）の部分平面図である。
【図１５】図３に示した磁気センサの固定層（固定層のピンド層）の磁化の向きを固定する際に使用するマグネットアレイの平面図である。
【図１６】図１５の３−３線に沿った平面にてマグネットアレイを切断した同マグネットアレイの断面図である。
【図１７】図１５に示したマグネットアレイの永久磁石を５個だけ取り出した状態を示す同永久磁石の斜視図である。
【図１８】図３に示した磁気センサの巨大磁気抵抗効果素子のピンド層の磁化の向きを固定する方法を示したマグネットアレイ及びウエハの部分平面図である。
【図１９】（Ａ）は本発明による磁気センサの変形例の回路図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示した磁気センサの出力特性を示したグラフである。
【図２０】（Ａ）は本発明による磁気センサの他の変形例に係るＳＡＦ素子の膜構成を示した図、（Ｂ）は（Ａ）に示したＳＡＦ素子の概念的斜視図、（Ｃ）は（Ａ）に示したＳＡＦ素子の外部磁界に対する抵抗値の変化を示したグラフである。
【図２１】従来のポインティングデバイスの断面図である。
【図２２】図２１に示した磁気センサの平面図である。
【図２３】図２１に示した磁気センサの回路図である。
【図２４】図２１に示した磁気センサの作動を説明するための概略断面図である。
【図２５】図２１に示した磁気センサの作動を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０…ポインティングデバイス、１１…実装基板、１１ａ…主面、１１ｂ…下面、１２…樹脂部、１２ａ…固定部、１２ｂ…保持部、１３（Ｍｇ）…磁石、２０…磁気センサ、２０ａ…本体、２０ｂ…突電極、２１…基板、２２…接続ワイヤ、３１（ＧＭＲ１）…第１巨大磁気抵抗効果素子、３２（ＧＭＲ２）…第２巨大磁気抵抗効果素子、３３（ＧＭＲ３）…第３巨大磁気抵抗効果素子、３４（ＧＭＲ４）…第４巨大磁気抵抗効果素子、３５…磁石位置決定部、３５ａ…ルックアップテーブル、５０…マグネットアレイ、５１…永久磁石。
【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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