(57)【要約】【課題】２方向の磁場を略同一の感度で検出し、小型で高ＳＮの磁気センサ。【解決手段】第１平面に配置された磁気収束部と、第１平面と平行な第１軸方向の感磁軸を有し、磁気収束部によって収束された磁場における第１軸方向の成分を検出する第１磁気検知部と、第１平面と平行で、かつ、第１軸方向とは平行でない第２軸方向の感磁軸を有し、磁気収束部によって収束された磁場における、第１軸方向と平行ではない第２軸方向の成分を検出する第２磁気検知部と、を備える磁気センサを提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１平面に配置された磁気収束部と、
前記第１平面と平行な第１軸に沿った方向の感磁軸を有し、前記磁気収束部によって収束された磁場における第１軸方向の成分を検出する第１磁気検知部と、
前記第１平面と平行で、かつ、前記第１軸方向とは平行でない第２軸に沿った方向の感磁軸を有し、前記磁気収束部によって収束された磁場における、前記第２軸方向の成分を検出する第２磁気検知部と、
を備える磁気センサ。
【請求項２】
前記第１平面と平行な平面視において、
前記第１磁気検知部の重心を通過し、前記第１軸と平行な直線上には、前記磁気収束部の重心から離れた部分が位置し、
前記第２磁気検知部の重心を通過し、前記第２軸と平行な直線上には、前記磁気収束部の重心から離れた部分が位置する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第１平面における前記磁気収束部の重心を原点として、
前記第１軸に沿った方向のうち一方の方向を第１軸の正の方向、他方の方向を第１軸の負の方向とし、
前記第２軸に沿った方向のうち一方の方向を第２軸の正の方向、他方の方向を第２軸の負の方向とし、
前記第１軸の正の方向で、かつ、前記第２軸の正の方向の領域を第１象限とし、
前記第１軸の負の方向で、かつ、前記第２軸の正の方向の領域を第２象限とし、
前記第１軸の負の方向で、かつ、前記第２軸の負の方向の領域を第３象限とし、
前記第１軸の正の方向で、かつ、前記第２軸の負の方向の領域を第４象限とした場合、
前記第１磁気検知部の重心と前記第２磁気検知部の重心は、同一象限に位置しない、請求項１または２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第１磁気検知部および前記第２磁気検知部と比較して、磁場に対する感度を抑制した参照用磁気検知部を備える請求項３に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記磁気収束部は、前記第１軸方向および前記第２軸方向において少なくとも１つの辺をそれぞれ有し、
前記第１磁気検知部は、前記第２軸方向の辺に沿って配置され、
前記第２磁気検知部は、前記第１軸方向の辺に沿って配置される、請求項３または４に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記磁気収束部は、前記第２軸方向において平行な２つの辺を有し、
前記第１磁気検知部の感磁軸とは正負の向きが反対方向の感磁軸を有し、前記磁気収束部によって収束された磁場における第１軸方向の成分を検知し、前記第２軸方向の２つの辺のいずれか一方の辺に沿って配置される、第３磁気検知部を備え、
前記第３磁気検知部の重心を通過し、前記第１軸と平行な直線上には、前記磁気収束部の重心から離れた部分が位置し、
前記第１から第３磁気検知部の重心は、同一象限には位置しない、請求項３から５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記磁気収束部は、前記第２軸方向において平行な２つの辺を有し、
前記第１磁気検知部の感磁軸と正負の向きが同一方向の感磁軸を有し、前記磁気収束部によって収束された磁場における第１軸方向の成分を検知し、前記第２軸方向の２つの辺のいずれか一方の辺に沿って配置される、第５磁気検知部を備え、
前記第５磁気検知部の重心を通過し、前記第１軸と平行な直線上には、前記磁気収束部の重心から離れた部分が位置し、
前記第１、第２、および第５磁気検知部の重心は、同一象限には位置しない、請求項３から５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記磁気収束部は、前記第１軸方向において平行な２つの辺を有し、
前記第２磁気検知部の感磁軸とは正負の向きが反対方向の感磁軸を有し、前記磁気収束部によって収束された磁場における第２軸方向の成分を検知し、前記第２磁気検知部が配置される前記第１軸方向の一方の辺とは異なる前記第１軸方向の他方の辺に沿って配置される、第４磁気検知部を備え、
前記第４磁気検知部の重心を通過し、前記第１軸と平行な直線上には、前記磁気収束部の重心から離れた部分が位置し、
前記第１から第４磁気検知部の重心は、同一象限には位置しない、請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項９】
請求項８に記載の磁気センサを複数備える磁気センサ。
【請求項１０】
前記第１から第４磁気検知部をそれぞれ２つ有し、
前記第１から第４磁気検知部の８つの磁気検知部のうち、同一の磁気検知部は同一の辺には配置されない、請求項８に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記第１から第４磁気検知部は、前記磁気収束部が配置される前記第１平面と平行で、前記第１平面とは異なる平面にそれぞれ位置する、請求項８から１０のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
前記磁気収束部は、基板上の前記第１平面に位置し、
前記第１から第４磁気検知部は、前記基板上の互いに異なる平面に位置する、請求項８から１１のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記第１磁気検知部および前記第２磁気検知部をそれぞれ４つ有し、
前記磁気収束部は、前記第２軸方向において平行な２つの辺を有し、
前記磁気収束部の前記第２軸方向に平行な２つの辺のそれぞれに沿って、１つの辺に対して前記第１磁気検知部が２つずつ設けられ、
前記第１磁気検知部のそれぞれの重心を通過し、前記第１軸と平行な直線上には、前記磁気収束部の重心から離れた部分がそれぞれ位置し、
前記磁気収束部は、前記第１軸方向において平行な２つの辺を有し、
前記磁気収束部の前記第１軸方向に平行な２つの辺のそれぞれに沿って、１つの辺に対して前記第２磁気検知部が２つずつ設けられ、
前記第２磁気検知部のそれぞれの重心を通過し、前記第２軸と平行な直線上には、前記磁気収束部の重心から離れた部分がそれぞれ位置し、
前記第１磁気検知部および前記第２磁気検知部の重心のそれぞれは、互いに同一象限には位置しない、請求項３から５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記第１磁気検知部および前記第２磁気検知部は、前記磁気収束部が位置する前記第１平面と平行で、前記第１平面とは異なる平面に位置する、請求項１３に記載の磁気センサ。
【請求項１５】
前記磁気収束部は、基板上の前記第１平面に位置し、
前記第１磁気検知部および前記第２磁気検知部は、前記基板上の互いに異なる平面に位置する、請求項１３または１４に記載の磁気センサ。
【請求項１６】
請求項１３から１５のいずれか一項に記載の磁気センサにおいて、前記第１磁気検知部および前記第２磁気検知部を、前記磁気収束部の重心を中心として１８０度回転させた位置に配置した、磁気センサ。
【請求項１７】
請求項１０に記載の磁気センサを少なくとも２つ備え、
一の前記磁気センサの前記第１から第４磁気検知部、および、他の前記磁気センサの前記第１から第４磁気検知部のうち、対応する磁気検知部の重心が、対応する同一の象限には位置しない、磁気センサ。
【請求項１８】
請求項１３および請求項１６に記載の磁気センサを少なくとも１つずつ備える、磁気センサ。
【請求項１９】
前記第１から第４磁気検知部をそれぞれ４つ有し、
前記第１から第４磁気検知部の１６の磁気検知部のうち、同一の磁気検知部の重心は、同一象限には位置しない、請求項８に記載の磁気センサ。
【請求項２０】
前記第１から第４磁気検知部は、前記磁気収束部が配置される前記第１平面と平行で、前記第１平面とは異なる平面に位置する、請求項１９に記載の磁気センサ。
【請求項２１】
前記磁気収束部は、基板上の前記第１平面に位置し、
前記第１から第４磁気検知部は、前記基板上の互いに異なる平面に位置する、請求項１９または２０に記載の磁気センサ。
【請求項２２】
前記第１軸方向および前記第２軸方向は、前記第１平面において直交する、請求項１から２１のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項２３】
前記磁気収束部は、前記第１平面と平行な平面視において、多角形の形状を有する、請求項１から２２のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項２４】
前記第１平面と平行な平面視において、
前記第１磁気検知部の重心から前記第２軸までの距離は、前記第１磁気検知部の重心から前記第１軸までの距離と比較して長く、
前記第２磁気検知部の重心から前記第２軸までの距離は、前記第２磁気検知部の重心から前記第１軸までの距離と比較して短い、請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項２５】
前記磁気収束部は、前記第１平面と平行な平面視において、円形、長円形、および楕円形のいずれかの形状を有する、請求項２４に記載の磁気センサ。
【請求項２６】
基板の第１面に、第１軸と平行な第１軸方向の感磁軸を有する１または複数の第１磁気検知部を形成することと、
前記１または複数の第１磁気検知部が形成された前記第１面に、第１絶縁層を形成することと、
前記第１絶縁層の表面である第２面に、前記第１軸方向とは平行でない第２軸と平行な第２軸ｍ方向の感磁軸を有する１または複数の第２磁気検知部を形成することと、
前記１または複数の第２磁気検知部が形成された前記第２面に、第２絶縁層を形成することと、
前記第２絶縁層の上の第１平面に、磁気収束部１００を形成することと、
を備える磁気センサの製造方法。
【請求項２７】
前記第２絶縁層の表面である第３面に、前記第１軸と平行で前記第１軸方向とは正負の向きが逆向きの感磁軸を有する１または複数の第３磁気検知部を形成することと、
前記１または複数の第３磁気検知部が形成された前記第３面に、第３絶縁層を形成することと、
前記第３絶縁層の表面である第４面に、前記第２軸と平行で前記第２軸方向とは正負の向きが逆向きの感磁軸を有する１または複数の第４磁気検知部を形成することと、
前記１または複数の第４磁気検知部が形成された前記第４面に、第４絶縁層を形成することと、
を更に備え、
前記第４絶縁層の前記基板とは反対側の絶縁層表面が、前記磁気収束部が形成される前記第１平面である、請求項２６に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項２８】
前記第２絶縁層の表面である第３面に、前記第２軸と平行で前記第２軸方向とは正負の向きが逆向きの感磁軸を有する１または複数の第４磁気検知部を形成することと、
前記１または複数の第４磁気検知部が形成された前記第３面に、第３絶縁層を形成することと、
前記第３絶縁層の表面である第４面に、前記第１軸と平行で前記第１軸方向とは正負の向きが逆向きの感磁軸を有する１または複数の第３磁気検知部を形成することと、
前記１または複数の第３磁気検知部が形成された前記第４面に、第４絶縁層を形成することと、
を更に備え、
前記第４絶縁層の前記基板とは反対側の絶縁層表面が、前記磁気収束部が形成される前記第１平面である、請求項２６に記載の磁気センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサおよび磁気センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、予め定められた一軸方向の磁気の有無を検出する巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子及びトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子が知られていた。また、これらの磁気抵抗素子と、磁気収束板とを組み合わせた磁気センサが知られていた。（例えば、特許文献１〜８参照）。
特許文献１  特開２００６−３１１６号公報
特許文献２  特開２００６−１０４６１号公報
特許文献３  特開平７−１６９０２６号公報
特許文献４  特開２００２−７１３８１号公報
特許文献５  特開２００４−６７５２号公報
特許文献６  特開２００３−２８２９９６号公報
特許文献７  国際公開第２０１１／０６８１４６号
特許文献８  米国特許出願公開第２０１１／０３０９８２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような磁気センサを用いて、例えばＸＹＺ方向といった直交する３方向の磁場を検出する場合、複数の磁気センサを検出すべき方向に対応して一方向毎に配置していたので、実装面積等が増加していた。これに代えて、例えば、磁気抵抗素子の近傍に磁気収束部を配置することで、２以上の方向から入力する磁場を１つの磁気抵抗素子を用いて検出することが知られていた。このような磁気センサについて、ＳＮを向上させることが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、第１平面に配置された磁気収束部と、第１平面と平行な第１軸に沿った方向の感磁軸を有し、磁気収束部によって収束された磁場における第１軸方向の成分を検出する第１磁気検知部と、第１平面と平行で、かつ、第１軸方向とは平行でない第２軸に沿った方向の感磁軸を有し、磁気収束部によって収束された磁場における、第２軸方向の成分を検出する第２磁気検知部と、を備える磁気センサおよび磁気センサの製造方法を提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施形態に係る磁気センサ１０の概略構成を示す。
【図２】本実施形態に係る磁気センサ１０の第１構成例を示す。
【図３】本実施形態に係る第１構成例の磁気センサ１０の透視図の一例を示す。
【図４】本実施形態に係る磁気センサ１０の第２構成例を示す。
【図５】本実施形態に係る磁気センサ１０の第３構成例を示す。
【図６】本実施形態に係る磁気センサ１０の第４構成例を示す。
【図７】本実施形態に係る磁気センサ１０の第５構成例を示す。
【図８】本実施形態に係る磁気センサ１０の第６構成例を示す。
【図９】本実施形態に係る磁気センサ１０の第７構成例を示す。
【図１０】本実施形態に係る第７構成例の磁気センサ１０の変形例を示す。
【図１１】本実施形態に係る磁気センサ１０の第８構成例を示す。
【図１２】本実施形態に係る第８構成例の磁気センサ１０の透視図の一例を示す。
【図１３】本実施形態に係る磁気センサ１０の第９構成例を示す。
【図１４】本実施形態に係る磁気検知部１１０の構成例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、本実施形態に係る磁気センサ１０の概略構成を示す。磁気センサ１０は、直交する３方向をそれぞれ向く磁場が混在した（合成された）磁気信号を検出する。図１は、直交する３方向を第１軸（Ｘ軸）、第２軸（Ｙ軸）、第３軸（Ｚ軸）で示す。磁気センサ１０は、磁気収束部１００と、複数の磁気検知部１１０と、を備える。
【０００９】
磁気収束部１００は、第１軸および第２軸と略平行な第１平面に配置される。図１は、磁気収束部１００がＸＹ平面と略平行な面に形成された例を示す。磁気収束部１００は、パーマロイ等の磁性材料で形成され、当該磁気収束部の近傍の磁力線の向きを変化させる。例えば、磁気収束部１００は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＢ、ＮｉＦｅＣｏ、およびＣｏＦｅ等の軟磁性材料で形成されることが望ましい。
【００１０】
磁気収束部１００は、一例として、直方体の形状を有する。この場合、磁気収束部１００は、第１平面と平行な平面視（Ｚ方向から見た平面視）において、４つの角が略等しい長方形の形状を有してよい。図１は、磁気収束部１００が、４つの角が略等しく、かつ、４つの辺の長さが略等しい正方形の形状を有する例を示す。
【００１１】
磁気検知部１１０は、磁気収束部１００の周囲に配置される。磁気検知部１１０は、予め定められた方向に感磁軸を有し、当該の予め定められた方向に入力する磁場を検出する。磁気検知部１１０は、１軸方向の磁場のみを検出して抵抗値を変化させる素子でよい。磁気検知部１１０は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、および異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子等のいずれであってもよい。
【００１２】
磁気検知部１１０は、感磁軸の正の方向を＋Ｘ方向とした場合、＋Ｘ方向の磁場が入力すると抵抗値が増加し、−Ｘ方向の磁場が入力すると抵抗値が減少するように形成されてよい。また、磁気検知部１１０は、感磁軸の正の方向を−Ｘ方向としたとき、＋Ｘ方向の磁場が入力すると抵抗値が減少し、−Ｘ方向の磁場が入力すると抵抗値が増加するように形成されてもよい。
【００１３】
したがって、磁気検知部１１０の抵抗値の変化を観測することにより、当該磁気検知部１１０に入力する一方向の磁場の大きさを検出することができる。例えば、磁気検知部１１０に一定電圧または一定電流を供給し、磁気検知部１１０による電圧降下の変動を観測することにより、抵抗値の変化を観測することができるので、対応する入力磁場の大きさを検出することができる。
【００１４】
図１の例において、第１軸から第３軸方向は、それぞれ互いに直交している例を示すが、これに代えて、互いの方向が異なっていればよい。つまり、それぞれが略直交となっていてもよいし、互いに屈曲していてもよい。
【００１５】
また、磁気検知部１１０は、平板状であることが好ましい。磁気検知部１１０のそれぞれの形状は、Ｚ方向から見た平面視で、矩形がより好ましい形状であるが、四角形、正方形、平行四辺形、台形、三角形、多角形、円形、及び楕円形等のいずれであってもよい。また、磁気検知部１１０は、小分けに分割区分された複数の磁気検知部を有してよい。この場合、分割区分された複数の磁気検知部は、１かたまりの磁気検知部として機能するように電気的に接続されてよい。即ち、磁気検知部１１０は、単一の磁気検知部に限定されず、２以上の磁気検知部を接続して形成されてもよい。
【００１６】
図２は、本実施形態に係る磁気センサ１０の第１構成例を示す。図２は、第１構成の磁気センサ１０のＺ方向から見た平面視、即ち、第１平面の一例を示す。図２は、例えば、基板等の一方の面に磁気センサ１０が形成された場合の上面図を示す。図２は、第１平面における磁気収束部１００の重心１０９を原点として、第１軸に沿った方向のうち一方の方向（一例として＋Ｘ方向）を第１軸の正の方向、他方の方向（一例として−Ｘ方向）を第１軸の負の方向とし、第２軸に沿った方向のうち一方の方向（一例として＋Ｙ方向）を第２軸の正の方向、他方の方向（一例として−Ｙ方向）を第２軸の負の方向とする。
【００１７】
また、第１軸の正の方向で、かつ、第２軸の正の方向の領域を第１象限とする。また、第１軸の負の方向で、かつ、第２軸の正の方向の領域を第２象限とする。また、第１軸の負の方向で、かつ、第２軸の負の方向の領域を第３象限とする。また、第１軸の正の方向で、かつ、第２軸の負の方向の領域を第４象限とする。
【００１８】
磁気収束部１００は、第１軸方向および第２軸方向において少なくとも１つの辺をそれぞれ有する。図２は、磁気収束部１００が当該平面視において正方形の形状である例を示す。即ち、磁気収束部１００は、第１軸方向において平行な２つの辺を有し、また、第２軸方向において平行な２つの辺を有する。なお、磁気収束部１００は、正方形に限定されることはなく、四角形、平行四辺形、多角形、および台形のいずれであってもよい。
【００１９】
磁気センサ１０は、このような磁気収束部１００の周囲に、図１で説明した磁気検知部１１０を複数備える。磁気センサ１０は、例えば、第１位置１０１、第２位置１０２、第３位置１０３、第４位置１０４、第５位置１０５、第６位置１０６、第７位置１０７、および第８位置１０８に、磁気検知部１１０を配置する。第１構成の磁気センサ１０は、第１位置１０１および第５位置１０５に、磁気検知部１１０を備える例を示す。
【００２０】
本実施形態において、各位置を点線の四角形で示すが、当該四角形の形状は位置の指標を示すものであり、磁気検知部１１０が当該四角形の形状で形成されることを限定するものではない。即ち、磁気検知部１１０は、当該四角形の一部または全部を含んで形成されてよく、当該四角形の外部の領域を含んで形成されてもよい。なお、本実施形態において、特定の磁気検知部１１０に対しては、第ｎ磁気検知部とする。例えば、図２において、第１位置１０１の磁気検知部１１０を第１磁気検知部１１１とし、第５位置１０５の磁気検知部１１０を第２磁気検知部１２４とした。
【００２１】
第１磁気検知部１１１は、第１平面と平行な第１軸に沿った方向の感磁軸を有し、磁気収束部１００によって収束された磁場における第１軸方向の成分を検出する。第１磁気検知部１１１は、＋Ｘ方向または−Ｘ方向に感磁軸を有し、入力する磁場の＋Ｘ方向および−Ｘ方向の成分を検出する。ここで、第１磁気検知部１１１は、図２の矢印で示すように、感磁軸の正の方向を＋Ｘ方向とする例を説明する。
【００２２】
第１磁気検知部１１１は、磁気収束部１００の第２軸方向の辺に沿って配置される。第１磁気検知部１１１は、例えば、第１位置１０１、第２位置１０２、第３位置１０３、および第４位置１０４のうち１または複数個所に配置される。図２は、第１磁気検知部１１１が磁気収束部１００の＋Ｘ方向側の辺に沿った第１位置１０１に配置される例を示す。第１磁気検知部１１１は、第１平面と平行な平面視において、磁気収束部１００と隣接して配置されてよく、これに代えて、磁気収束部１００と離間して配置されてもよい。また、第１磁気検知部１１１は、一部が磁気収束部１００と重なってもよい。
【００２３】
第１磁気検知部１１１は、第２軸方向に延伸し、第２軸方向に予め定められた長さを有する。−Ｘ方向から＋Ｘ方向に向かう磁場Ｂｘは、磁気収束部１００に収束されて曲げられるので、当該磁気収束部１００の内部および周辺において、＋Ｙ方向および−Ｙ方向の成分を発生させる。なお、磁気収束部１００は、磁場Ｂｘを完全に第２軸方向に曲げることはなく、＋Ｘ方向の磁場成分を残すので、第１磁気検知部１１１は、当該＋Ｘ方向の磁場成分を検出できる。即ち、磁気収束部１００の周囲に配置された磁気検知部１１０は、第１軸方向に感磁軸を有することで、磁気センサ１０に入力する磁場Ｂｘを検出することができる。
【００２４】
また、図２に示すように、−Ｙ方向から＋Ｙ方向に向かう磁場Ｂｙは、磁気収束部１００に収束されて向きを変えるので、＋Ｘ方向および−Ｘ方向の成分を発生させる。磁場Ｂｙは、例えば、第４象限において磁気収束部１００の重心１０９の方向に曲げられ、−Ｘ方向の成分を発生させる。この場合、磁場Ｂｙは、第１象限において磁気収束部１００の重心１０９から遠ざかるように曲げられ、＋Ｘ方向の成分を発生させる。即ち、磁気収束部１００の周囲に配置された磁気検知部１１０は、第１軸方向に感磁軸を有しても、磁気センサ１０に入力する磁場Ｂｙを検出することができる。
【００２５】
ここで、第１位置１０１に配置される第１磁気検知部１１１は、全部が第１象限に配置されることにより、磁場Ｂｙが曲げられて発生する＋Ｘ方向の成分を、効率よく検出することができる。また、第１磁気検知部１１１は、一部が第４象限に配置されると、−Ｘ方向の磁場成分が入力して、入力した当該−Ｘ方向の磁場成分と同量の＋Ｘ方向の磁場成分を相殺する。しかし、第１磁気検知部１１１の重心が第１象限に含まれるように配置されることにより、相殺した残りの＋Ｘ方向の成分を検出することができる。
【００２６】
したがって、第１磁気検知部１１１は、一部が第４象限に配置されてもよいが、重心を含む大部分または全部が第１象限に配置されることが望ましい。即ち、第１磁気検知部１１１は、第１平面と平行な平面視において、当該第１磁気検知部１１１の重心を通過し、第１軸と平行な直線上には、磁気収束部１００の重心１０９から離れた部分が位置するように配置される。
【００２７】
以上のように、第１磁気検知部１１１は、磁気センサ１０に入力する磁場Ｂｘおよび磁場Ｂｙを検出できる。なお、＋Ｘ方向から−Ｘ方向に向かう磁場−Ｂｘは、磁気収束部１００によって、磁場Ｂｘの軌跡とは反対向きに曲げられる。また、＋Ｙ方向から−Ｙ方向に向かう磁場−Ｂｙも、磁気収束部１００によって、磁場Ｂｙの軌跡とは反対向きに曲げられる。したがって、上記の説明と同様に、第１磁気検知部１１１は、磁気センサ１０に入力する磁場−Ｂｘおよび磁場−Ｂｙを検出できる。即ち、第１磁気検知部１１１は、磁気センサ１０に入力する第１平面と平行な磁場を検出できる。
【００２８】
第２磁気検知部１２４は、第１平面と平行で、かつ、第１軸方向とは平行でない第２軸に沿った方向の感磁軸を有し、磁気収束部１００によって収束された磁場における、第２軸方向の成分を検出する。ここで、第２軸方向は、第１軸方向と平行ではない方向である。一例として、第１軸方向および第２軸方向は、第１平面において直交する。第２磁気検知部１２４は、＋Ｙ方向または−Ｙ方向に感磁軸を有し、入力する磁場の＋Ｙ方向および−Ｙ方向の成分を検出する。ここで、第２磁気検知部１２４は、図２の矢印で示すように、感磁軸の正の方向を＋Ｙ方向とする例を説明する。
【００２９】
第２磁気検知部１２４は、磁気収束部１００の第１軸方向の辺に沿って配置される。第２磁気検知部１２４は、例えば、第５位置１０５、第６位置１０６、第７位置１０７、および第８位置１０８のうち１または複数個所に配置される。図２は、第２磁気検知部１２４が磁気収束部１００の−Ｙ方向側の辺に沿った第５位置１０５に配置される例を示す。第２磁気検知部１２４は、第１平面と平行な平面視において、磁気収束部１００と隣接して配置されてよく、これに代えて、磁気収束部１００と離間して配置されてもよい。また、第２磁気検知部１２４は、一部が磁気収束部１００と重なってもよい。
【００３０】
第２磁気検知部１２４は、第１軸方向に延伸し、第１軸方向に予め定められた長さを有する。−Ｙ方向から＋Ｙ方向に向かう磁場Ｂｙは、磁気収束部１００に収束されて向きを変えるが、＋Ｙ方向の成分の磁場成分を残すので、第２磁気検知部１２４は、当該＋Ｙ方向の磁場成分を検出できる。即ち、磁気収束部１００の周囲に配置された磁気検知部１１０は、第２軸方向に感磁軸を有することで、磁気センサ１０に入力する磁場Ｂｙを検出することができる。
【００３１】
また、−Ｘ方向から＋Ｘ方向に向かう磁場Ｂｘは、磁気収束部１００に収束されて曲げられるので、当該磁気収束部１００の内部および周辺において、＋Ｙ方向および−Ｙ方向の成分を発生させる。磁場Ｂｘは、例えば、第３象限において磁気収束部１００の重心１０９の方向に曲げられ、＋Ｙ方向の成分を発生させる。この場合、磁場Ｂｘは、第４象限において磁気収束部１００の重心１０９から遠ざかるように曲げられ、−Ｙ方向の成分を発生させる。即ち、磁気収束部１００の周囲に配置された磁気検知部１１０は、第２軸方向に感磁軸を有しても、磁気センサ１０に入力する磁場Ｂｘを検出することができる。
【００３２】
ここで、第５位置１０５に配置される第２磁気検知部１２４は、全部が第４象限に配置されることにより、磁場Ｂｘが曲げられて発生する−Ｙ方向の成分を、効率よく検出することができる。また、第２磁気検知部１２４は、一部が第３象限に配置されると、＋Ｙ方向の磁場成分が入力して、入力した当該＋Ｙ方向の磁場成分と同量の−Ｙ方向の磁場成分を相殺する。しかし、第２磁気検知部１２４の重心が第４象限に含まれるように配置されることにより、相殺した残りの−Ｙ方向の成分を検出することができる。
【００３３】
したがって、第２磁気検知部１２４は、一部が第３象限に配置されてもよいが、重心を含む大部分または全部が第４象限に配置されることが望ましい。即ち、第２磁気検知部１２４は、第１平面と平行な平面視において、当該第２磁気検知部１２４の重心を通過し、第２軸と平行な直線上には、磁気収束部１００の重心１０９から離れた部分が位置するように配置される。
【００３４】
以上のように、第２磁気検知部１２４は、磁気センサ１０に入力する磁場Ｂｘおよび磁場Ｂｙを検出できる。また、第２磁気検知部１２４は、第１磁気検知部１１１と同様に、磁気センサ１０に入力する磁場−Ｂｘおよび磁場−Ｂｙを検出できる。即ち、第２磁気検知部１２４は、磁気センサ１０に入力する第１平面と平行な磁場を検出できる。
【００３５】
図３は、本実施形態に係る第１構成例の磁気センサ１０の透視図の一例を示す。図３は、第１構成の磁気センサ１０のＹ方向から見た透視図の一例を示す。図３は、基板２０の基板表面に形成された磁気センサ１０の一例を示す。ここで、基板表面は、ＸＹ平面に略平行な面として形成される。
【００３６】
基板２０は、シリコン基板、化合物半導体基板、およびセラミック基板等のいずれであってもよい。また、基板２０は、ＩＣ等の電子回路を搭載した基板であってもよい。基板２０の基板表面には、絶縁層３０等が形成されてよい。
【００３７】
絶縁層３０は、複数の層状に形成されてよい。即ち、絶縁層３０が形成される過程において、ＸＹ平面に略平行な複数の面が形成されてよい。磁気センサ１０の少なくとも一部は、このように形成された基板表面および絶縁層３０の内部に形成されてよい。例えば、磁気センサ１０の磁気検知部１１０は、基板表面および絶縁層３０の内部に形成される。ここで、基板表面を第１面４１、絶縁層３０の内部の平面を基板２０に近い側から第２面４２、第３面４３、および第４面４４とする。また、絶縁層３０の表面を絶縁層表面３２とする。
【００３８】
図３は、第１面４１に第１磁気検知部１１１が形成され、第２面４２に第２磁気検知部１２４が形成された例を示す。即ち、第１磁気検知部１１１および第２磁気検知部１２４は、基板２０上の互いに異なる平面に位置する。なお、本実施形態において、第１面４１の各位置に配置される磁気検知部１１０を第１磁気検知部とし、第２面４２の各位置に配置される磁気検知部１１０を第２磁気検知部とする。また、第３面４３および第４面４４の各位置に配置される磁気検知部１１０も同様とする。
【００３９】
図３は、磁気収束部１００が絶縁層表面３２に形成された例を示す。即ち、磁気収束部１００は、基板２０上の第１平面に位置する。この場合、−Ｚ方向から＋Ｚ方向に向かう磁場Ｂｚは、磁気収束部１００に収束されて磁気収束部１００の重心１０９に向かう方向に曲げられるので、当該磁気収束部１００の内部および周辺において、±Ｘ方向および±Ｙ方向の成分を発生させる。
【００４０】
例えば、磁気センサ１０の第１象限に入力する磁場Ｂｚは、−Ｘ方向および−Ｙ方向の磁場成分を発生させるので、第１磁気検知部１１１は、発生した−Ｘ方向の磁場を検出する。同様に、磁気センサ１０の第４象限に入力する磁場Ｂｚは、−Ｘ方向および＋Ｙ方向の磁場成分を発生させるので、第２磁気検知部１２４は、発生した＋Ｙ方向の磁場を検出する。即ち、磁気収束部１００の周囲に配置された磁気検知部１１０は、第１軸方向または第２軸方向に感磁軸を有することで、磁気センサ１０に入力する磁場Ｂｚを検出することができる。
【００４１】
ここで、第１磁気検知部１１１および第２磁気検知部１２４は、延伸方向は異なっても、略同一の材料で、略同一の形状に形成されることが望ましい。これにより、第１磁気検知部１１１および第２磁気検知部１２４は、磁場に依存しない抵抗値Ｒ０と、磁気感度δＲとをそれぞれ略同一の値にすることができる。即ち、第１磁気検知部１１１の抵抗値Ｒ１および第２磁気検知部１２４の抵抗値Ｒ５は、次式のように示すことができる。ここで、抵抗値Ｒの添え字は、磁気検知部の位置に応じた数字を示す。
（数１）
Ｒ１＝Ｒ０＋δＲ・（＋αＢｘ＋βＢｙ−γＢｚ）
Ｒ５＝Ｒ０＋δＲ・（−βＢｘ＋αＢｙ＋γＢｚ）
【００４２】
ここで、α、β、およびγは、入力磁場Ｂｘ、Ｂｙ、およびＢｚに対して、磁気収束部１００が入力する磁場を収束させて、磁気検知部１１０の感磁軸方向の磁場成分に変換する割合（磁場変換係数）を示す。例えば、＋Ｘ方向に向かう磁場Ｂｘが、磁気収束部１００によって収束されて第１磁気検知部１１１および第２磁気検知部１２４に入力する場合を考える。ここで、第１磁気検知部１１１においては、感磁軸の正の方向（すなわち＋Ｘ方向）に磁場αＢｘが入力し、また第２磁気検知部１２４においては、感磁軸の負の方向（すなわち−Ｙ方向）に磁場βＢｘが入力するとした。即ち、第１磁気検知部１１１は、＋Ｘ方向の入力磁場Ｂｘに応じて、δＲ・αＢｘだけ抵抗値が増加し、第２磁気検知部１２４は、＋Ｘ方向の入力磁場Ｂｘに応じて、δＲ・βＢｘだけ抵抗値が減少することになる。
【００４３】
また、＋Ｙ方向に向かう磁場Ｂｙが、磁気収束部１００によって収束されて第１磁気検知部１１１および第２磁気検知部１２４に入力する場合を考える。この場合、第１磁気検知部１１１においては、感磁軸の正の方向（すなわち＋Ｘ方向）に磁場βＢｙが入力し、また第２磁気検知部１２４においては、感磁軸の正の方向（すなわち＋Ｙ方向）に磁場αＢｙが入力するとした。なお、第１構成例における磁気収束部１００は、Ｚ方向からの平面視において正方形であるので、磁場変換係数αおよびβは、上述の、＋Ｘ方向に向かう磁場Ｂｘが第１磁気検知部１１１および第２磁気検知部１２４に入力する場合に用いた磁場変換係数αおよびβと、同一のものとしてよい。即ち、第１磁気検知部１１１は、＋Ｙ方向の入力磁場Ｂｙに応じて、δＲ・βＢｙだけ抵抗値が増加し、第２磁気検知部１２４は、＋Ｙ方向の入力磁場Ｂｙに応じて、δＲ・αＢｙだけ抵抗値が増加することになる。
【００４４】
同様に、＋Ｚ方向に向かう入力磁場Ｂｚに応じて、第１磁気検知部１１１は、δＲ・γＢｚだけ抵抗値が減少し、第２磁気検知部１２４は、δＲ・γＢｚだけ抵抗値が増加することになる。このように、直交する３方向の磁場Ｂｘ、Ｂｙ、およびＢｚの入力に対して、それぞれの磁気検知部１１０は、磁気増幅率α、β、およびγを用いて抵抗値の変化を算出することができる。なお、抵抗値の増減は、それぞれの磁気検知部１１０の感磁軸の正負の向きによって決まる。
【００４５】
（数１）式から、次式を算出できる。
（数２）
Ｒ１−Ｒ５＝δＲ・｛（α＋β）・Ｂｘ＋（β−α）・Ｂｙ−２γ・Ｂｚ｝
Ｒ１＋Ｒ５＝δＲ・｛（α−β）・Ｂｘ＋（α＋β）・Ｂｙ｝＋２Ｒ０
【００４６】
ここで、磁場変換係数α＝βの場合、
（数２）式は次式のようになる。
（数２'）
Ｒ１−Ｒ５＝δＲ・（α＋β）・Ｂｘ−２δＲ・γＢｚ
Ｒ１＋Ｒ５−２Ｒ０＝δＲ・（α＋β）・Ｂｙ
【００４７】
（数２'）式より、第１構成例の磁気センサ１０は、磁場に依存しない抵抗値Ｒ０が既知であれば、直交する３方向の磁場を含む磁場Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）が入力しても、Ｙ方向の磁場成分Ｂｙによる抵抗値の変化を分離して検出できることがわかる。また、第１構成例の磁気センサ１０は、直交する２方向の磁場を含む磁場Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ）、または、Ｂ（Ｂｙ，Ｂｚ）が入力しても、それぞれの磁場成分における抵抗値の変化を分離して検出できることがわかる。即ち、第１構成例の磁気センサ１０は、互いに平行でない２方向の磁場を検出する磁気センサ、即ち、２軸の磁気センサとして動作できる。以上のように、磁気センサ１０は、互いに平行ではない複数の感磁軸を有することにより、互いに平行でない２方向の磁場を効率よく検出することができる。
【００４８】
ここで、磁場に依存しない抵抗値Ｒ０は、磁気センサ１０が第１磁気検知部１１１および第２磁気検知部１２４と比較して、磁場に対する感度を抑制した参照用磁気検知部を備えることで、検出できる。参照用磁気検知部は、抵抗値がＲ０と略等しい抵抗値を有する素子でよい。また、参照用磁気検知部は、磁気センサ１０に磁場Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）が入力しても、抵抗値Ｒ０が変化しないように配置されてよい。例えば、参照用磁気検知部は、周囲に磁気収束部が設けられ、当該磁気収束部によって外部からの磁場の入力が低減するように配置される。また、参照用磁気検知部は、磁気収束部１００の重心１０９の直下（−Ｚ方向）に配置されてもよい。
【００４９】
なお、出荷段階等における磁場の入力がない状態の磁気検知部１１０の抵抗値の測定結果を保持し、当該測定結果を磁場に依存しない抵抗値Ｒ０として用いてもよい。磁気センサ１０の制御回路等は、このような測定結果を記憶して、磁場の検出結果を算出してよい。
【００５０】
以上の本実施形態に係る第１構成例の磁気センサ１０は、磁気収束部１００の周囲の第１象限および第４象限に磁気検知部１１０を配置させて、２軸の磁気センサとして動作できることを説明した。なお、第１構成例の磁気センサ１０において、磁気検知部１１０の配置が図２に示す構成例に限定されるものではない。２つの磁気検知部１１０は、抵抗値の和および差によって、入力する磁場成分に応じた変化が検出できればよい。即ち、２つの磁気検知部１１０は、入力する磁場に応じてそれぞれ異なる抵抗値の変化となるように、磁気収束部１００の周囲の第１位置１０１から第８位置１０８のいずれかに配置されてよい。
【００５１】
例えば、図２に示すように、第１磁気検知部１１１が第１象限の第１位置１０１に配置された場合、第２磁気検知部１２４は、第５位置１０５の他に、第７位置１０７および第８位置１０８に配置されてもよい。このように、第１磁気検知部１１１が磁気収束部１００の第２軸方向の辺に沿って配置され、第２磁気検知部１２４が磁気収束部１００の第１軸方向の辺に沿って配置されることにより、磁気センサ１０は、２軸の磁気センサとして動作できる。
【００５２】
なお、第１磁気検知部１１１および第２磁気検知部１２４が同一象限となった場合、例えば、第２磁気検知部１２４が第６位置１０６に配置された場合、（数１）式は次式のようになる。
（数３）
Ｒ１＝Ｒ０＋δＲ・（＋αＢｘ＋βＢｙ−γＢｚ）
Ｒ５＝Ｒ０＋δＲ・（＋βＢｘ＋αＢｙ−γＢｚ）
【００５３】
（数３）式より、２つの磁気検知部の抵抗値の和および差を算出しても、それぞれの磁場成分における抵抗値の変化を分離して検出できなくなってしまうことがわかる。したがって、磁気センサ１０は、第１磁気検知部１１１の重心と第２磁気検知部１２４の重心が、同一象限に位置しないことにより、２軸の磁気センサとして動作できる。
【００５４】
図４は、本実施形態に係る磁気センサ１０の第２構成例を示す。第２構成例の磁気センサ１０において、図２および図３に示された本実施形態に係る磁気センサ１０の第１構成例の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第２構成例の磁気センサ１０は、第１磁気検知部１１１および第２磁気検知部１２４に加えて、第５磁気検知部１３５を備える。即ち、第２構成例の磁気センサ１０は、合計３つの磁気検知部１１０を備える。
【００５５】
第５磁気検知部１３５は、第１磁気検知部１１１の感磁軸と同一方向の感磁軸を有し、磁気収束部１００によって収束された磁場における第１軸方向の成分を検出する。即ち、第２構成例の磁気センサ１０は、第５磁気検知部１３５の感磁軸の正の方向を＋Ｘ方向とする。第５磁気検知部１３５は、磁気収束部１００の第２軸方向の平行な２つの辺のいずれか一方の辺に沿って配置される。第５磁気検知部１３５は、例えば、第１位置１０１、第２位置１０２、第３位置１０３、および第４位置１０４のうち１または複数個所に配置される。また、第１、第２、および第５磁気検知部１３５の重心は、同一象限には位置しないように、配置される。
【００５６】
例えば、第２構成例の磁気センサ１０は、Ｚ方向からの平面視で、第１磁気検知部１１１および第５磁気検知部１３５が磁気収束部１００を挟んで配置されてよい。また、第２構成例の磁気センサ１０は、第１磁気検知部１１１および第５磁気検知部１３５が磁気収束部１００の第２軸方向の１つの辺に並んで配置されてもよい。
【００５７】
一例として、第１磁気検知部１１１が第１位置１０１に配置された場合、第５磁気検知部１３５は、第２位置１０２、第３位置１０３、および第４位置１０４のいずれかに配置される。即ち、第５磁気検知部１３５は、当該第５磁気検知部１３５の重心を通過し、第１軸と平行な直線上には、磁気収束部１００の重心１０９から離れた部分が位置するように配置される。
【００５８】
第５磁気検知部１３５は、第１磁気検知部１１１と同様に、磁気収束部１００と隣接しても、離間しても、また、一部が磁気収束部１００と重なってもよい。また、第５磁気検知部１３５は、全部が対応する１つの象限に配置されることが望ましく、また、一部が異なる象限に配置された場合でも、重心を含む大部分が当該１つの象限に配置されることが望ましい。図４は、第５磁気検知部１３５が第３象限の第３位置１０３に配置された例を示す。
【００５９】
図４のように、第５磁気検知部１３５が第３位置１０３に配置された場合、（数１）式は、次式のように、第５磁気検知部１３５の抵抗値Ｒ３に対応する式が加わる。
（数４）
Ｒ１＝Ｒ０＋δＲ・（＋αＢｘ＋βＢｙ−γＢｚ）
Ｒ３＝Ｒ０＋δＲ・（＋αＢｘ＋βＢｙ＋γＢｚ）
Ｒ５＝Ｒ０＋δＲ・（−βＢｘ＋αＢｙ＋γＢｚ）
【００６０】
（数４）式から、次式を算出できる。
（数５）
Ｒ３−Ｒ５＝δＲ・（α＋β）・Ｂｘ＋δＲ・（β−α）・Ｂｙ
Ｒ１＋Ｒ５−２Ｒ０＝δＲ・（α＋β）・Ｂｙ＋δＲ・（α−β）・Ｂｘ
Ｒ３−Ｒ１＝２δＲ・γＢｚ
【００６１】
（数５）式より、第２構成例の磁気センサ１０は、直交する３方向の磁場を含む磁場Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）が入力しても、Ｚ方向の磁場成分Ｂｚによる抵抗値の変化を分離して検出できることがわかる。また、磁気センサ１０は、磁場変換係数α＝βの場合、（数５）式の第１式および第２式の右辺第２項は零となる。
【００６２】
この場合、磁気センサ１０は、直交する３方向の磁場を含む磁場Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）が入力しても、それぞれの磁場成分における抵抗値の変化を分離して検出できることがわかる。即ち、第２構成例の磁気センサ１０は、互いに平行でない３方向の磁場を検出する磁気センサ、すなわち３軸の磁気センサとして動作できる。なお、ここで、磁場に依存しない抵抗値Ｒ０が既知であるとした。
【００６３】
以上の本実施形態に係る第２構成例の磁気センサ１０は、磁気収束部１００の周囲の第１、第３および第４象限にそれぞれ１つの磁気検知部１１０を配置させて、３軸の磁気センサとして動作できることを説明した。なお、第２構成例の磁気センサ１０において、磁気検知部１１０の配置はこれに限定されるものではない。
【００６４】
図４に示すように、第１磁気検知部１１１が第１位置１０１に、第２磁気検知部１２４が第５位置１０５に配置された場合、第５磁気検知部１３５は、第３位置１０３の他に、第２位置１０２に配置されてもよい。また、第１磁気検知部１１１が第１位置１０１に、第２磁気検知部１２４が第７位置１０７に配置された場合、第５磁気検知部１３５は、第３位置１０３または第４位置１０４に配置されてもよい。また、第１磁気検知部１１１が第１位置１０１に、第２磁気検知部１２４が第８位置１０８に配置された場合、第５磁気検知部１３５は、第２位置１０２または第４位置１０４に配置されてもよい。
【００６５】
以上のように、本実施形態に係る第２構成例の磁気センサ１０は、互いに異なる３つの象限に配置した３つの磁気検知部１１０と、参照用磁気検知部と、を備えることにより、３軸の磁気センサとして動作できる。なお、３つの磁気検知部１１０を備える磁気センサ１０の他の例について次に説明する。
【００６６】
図５は、本実施形態に係る磁気センサ１０の第３構成例を示す。第３構成例の磁気センサ１０において、図２および図３に示された本実施形態に係る磁気センサ１０の第１構成例の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第３構成例の磁気センサ１０は、第１磁気検知部１１１および第２磁気検知部１２４に加えて、第３磁気検知部１３３を備える。即ち、第２構成例の磁気センサ１０は、合計３つの磁気検知部１１０を備える。
【００６７】
第３磁気検知部１３３は、図４で説明した第５磁気検知部１３５と異なり、第１磁気検知部１１１の感磁軸とは反対方向の感磁軸を有し、すなわち、感磁軸の正の方向を−Ｘ方向とし、磁気収束部１００によって収束された磁場における第１軸方向の成分を検出する。第３磁気検知部１３３は、磁気収束部１００の第２軸方向の平行な２つの辺のいずれか一方の辺に沿って配置される。
【００６８】
第３磁気検知部１３３は、例えば、第１位置１０１、第２位置１０２、第３位置１０３、および第４位置１０４のうち１または複数個所に配置される。また、第１から第３磁気検知部１３３の重心は、同一象限には位置しないように、配置される。また、第３磁気検知部１３３の重心を通過し、第１軸と平行な直線上には、磁気収束部１００の重心１０９から離れた部分が位置する。
【００６９】
第３磁気検知部１３３は、第１磁気検知部１１１と同様に、磁気収束部１００と隣接しても、離間しても、また、一部が磁気収束部１００と重なってもよい。また、第３磁気検知部１３３は、全部が対応する１つの象限に配置されることが望ましく、また、一部が異なる象限に配置された場合でも、重心を含む大部分が当該１つの象限に配置されることが望ましい。図５は、第３磁気検知部１３３が第３象限の第３位置１０３に配置された例を示す。
【００７０】
図５のように、第３磁気検知部１３３が第３位置１０３に配置された場合、（数１）式は、次式のように、第３磁気検知部１３３の抵抗値Ｒ３に対応する式が加わる。
（数６）
Ｒ１＝Ｒ０＋δＲ・（＋αＢｘ＋βＢｙ−γＢｚ）
Ｒ３＝Ｒ０＋δＲ・（−αＢｘ−βＢｙ−γＢｚ）
Ｒ５＝Ｒ０＋δＲ・（−βＢｘ＋αＢｙ＋γＢｚ）
【００７１】
第３磁気検知部１３３の感磁軸は、図４に示した第５磁気検知部１３５の感磁軸とは正負の向きが反対なので、（数６）式の第２式は、（数４）式の第２式の磁場に依存する項の符号が反転した式となる。（数６）式から、次式を算出できる。
（数７）
−Ｒ３−Ｒ５＋２Ｒ０＝δＲ・（α＋β）・Ｂｘ＋δＲ・（β−α）・Ｂｙ
＋Ｒ１＋Ｒ５−２Ｒ０＝δＲ・（α＋β）・Ｂｙ＋δＲ・（α−β）・Ｂｘ
−Ｒ３−Ｒ１＋２Ｒ０＝２δＲ・γＢｚ
【００７２】
（数７）式より、第３構成例の磁気センサ１０は、直交する３方向の磁場を含む磁場Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）が入力しても、Ｚ方向の磁場成分Ｂｚによる抵抗値の変化を分離して検出できることがわかる。また、磁気センサ１０は、磁場変換係数α＝βの場合、（数７）式の第１式および第２式の右辺第２項は零となる。
【００７３】
この場合、磁気センサ１０は、直交する３方向の磁場を含む磁場Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）が入力しても、それぞれの磁場成分における抵抗値の変化を分離して検出できることがわかる。即ち、第３構成例の磁気センサ１０は、３軸の磁気センサとして動作できる。なお、ここで、磁場に依存しない抵抗値Ｒ０が既知であるとした。
【００７４】
以上の本実施形態に係る第３構成例の磁気センサ１０は、磁気収束部１００の周囲の第１、第３および第４象限にそれぞれ１つの磁気検知部１１０を配置させて、３軸の磁気センサとして動作できることを説明した。なお、第３構成例の磁気センサ１０において、磁気検知部１１０の配置はこれに限定されるものではない。
【００７５】
例えば、図５に示すように、第１磁気検知部１１１が第１位置１０１に、第２磁気検知部１２４が第５位置１０５に配置された場合、第３磁気検知部１３３は、第３位置１０３の他に、第２位置１０２に配置されてもよい。また、第１磁気検知部１１１が第１位置１０１に、第２磁気検知部１２４が第７位置１０７に配置された場合、第３磁気検知部１３３は、第３位置１０３または第４位置１０４に配置されてもよい。また、第１磁気検知部１１１が第１位置１０１に、第２磁気検知部１２４が第８位置１０８に配置された場合、第３磁気検知部１３３は、第２位置１０２または第４位置１０４に配置されてもよい。
【００７６】
以上のように、本実施形態に係る第３構成例の磁気センサ１０は、互いに異なる３つの象限に配置した３つの磁気検知部１１０と、参照用磁気検知部と、を備えることにより、３軸の磁気センサとして動作できる。
【００７７】
図６は、本実施形態に係る磁気センサ１０の第４構成例を示す。第４構成例の磁気センサ１０において、図２、図３、および図５に示された本実施形態に係る磁気センサ１０の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第４構成例の磁気センサ１０は、第１から第３磁気検知部１３３に加えて、第４磁気検知部１４２を備える。即ち、第４構成例の磁気センサ１０は、合計４つの磁気検知部１１０を備える。
【００７８】
第４磁気検知部１４２は、第２磁気検知部１２４の感磁軸とは反対方向の感磁軸を有し、すなわち、感磁軸の正の方向を−Ｙ方向とし、磁気収束部１００によって収束された磁場における第２軸方向の成分を検出する。第４磁気検知部１４２は、第２磁気検知部１２４が配置される磁気収束部１００の第１軸方向の一方の辺とは異なる第１軸方向の他方の辺に沿って配置される。
【００７９】
第４磁気検知部１４２は、例えば、第５位置１０５、第６位置１０６、第７位置１０７、および第８位置１０８のうち１または複数個所に配置される。また、第１磁気検知部１１１から第４磁気検知部１４２の重心は、同一象限には位置しないように、配置される。また、第４磁気検知部１４２の重心を通過し、第１軸と平行な直線上には、磁気収束部１００の重心１０９から離れた部分が位置する。
【００８０】
第４磁気検知部１４２は、第２磁気検知部１２４と同様に、磁気収束部１００と隣接しても、離間しても、また、一部が磁気収束部１００と重なってもよい。また、第４磁気検知部１４２は、全部が対応する１つの象限に配置されることが望ましく、また、一部が異なる象限に配置された場合でも、重心を含む大部分が当該１つの象限に配置されることが望ましい。図６は、第４磁気検知部１４２が第２象限の第７位置１０７に配置された例を示す。
【００８１】
図６のように、第４磁気検知部１４２が第７位置１０７に配置された場合、（数６）式は、次式のように、第４磁気検知部１４２の抵抗値Ｒ７に対応する式が加わる。
（数８）
Ｒ１＝Ｒ０＋δＲ・（＋αＢｘ＋βＢｙ−γＢｚ）
Ｒ３＝Ｒ０＋δＲ・（−αＢｘ−βＢｙ−γＢｚ）
Ｒ５＝Ｒ０＋δＲ・（−βＢｘ＋αＢｙ＋γＢｚ）
Ｒ７＝Ｒ０＋δＲ・（＋βＢｘ−αＢｙ＋γＢｚ）
【００８２】
（数８）式から、次式を算出できる。
（数９）
＋Ｒ１−Ｒ３−Ｒ５＋Ｒ７＝２δＲ・（α＋β）・Ｂｘ＋２δＲ・（β−α）・Ｂｙ
＋Ｒ１−Ｒ３＋Ｒ５−Ｒ７＝２δＲ・（α＋β）・Ｂｙ＋２δＲ・（α−β）・Ｂｘ
−Ｒ１−Ｒ３＋Ｒ５＋Ｒ７＝４δＲ・γＢｚ
【００８３】
（数９）式より、第４構成例の磁気センサ１０は、直交する３方向の磁場を含む磁場Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）が入力しても、Ｚ方向の磁場成分Ｂｚによる抵抗値の変化を分離して検出できることがわかる。また、磁気センサ１０は、磁場変換係数α＝βの場合、（数９）式の第１式および第２式の右辺第２項は零となる。
【００８４】
この場合、磁気センサ１０は、直交する３方向の磁場を含む磁場Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）が入力しても、それぞれの磁場成分における抵抗値の変化を分離して検出できることがわかる。即ち、第３構成例の磁気センサ１０は、３軸の磁気センサとして動作できる。なお、（数９）式には、磁場に依存しない抵抗値Ｒ０の項が含まれないので、図６に示す磁気センサ１０は、参照用磁気検知部を備えなくても３軸の磁気センサとして動作できる。
【００８５】
また、（数９）式に示す通り、磁場ＢｘおよびＢｙの係数は、いずれも２δＲ・（α＋β）となることから、第４構成例の磁気センサ１０は、直交する２方向の磁場Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ）を略同一の感度で検出することができる。
【００８６】
以上の本実施形態に係る第４構成例の磁気センサ１０は、磁気収束部１００の周囲の第１から第４象限にそれぞれ１つの磁気検知部１１０を配置させて、３軸の磁気センサとして動作できることを説明した。なお、第４構成例の磁気センサ１０において、磁気検知部１１０の配置はこれに限定されるものではない。
【００８７】
図６に示すように、第１磁気検知部１１１が第１位置１０１に、第３磁気検知部１３３が第３位置１０３に配置された場合、第２磁気検知部１２４は、第５位置１０５に代えて、第７位置１０７に、第４磁気検知部１４２は、第７位置１０７に代えて、第５位置１０５に、配置されてもよい。なお、このような構成の磁気センサ１０は、（数９）式に対応する式を算出すると、磁場に依存しない抵抗値Ｒ０の項が含まれることになるので、参照用磁気検知部を更に備えてよい。以上のように、本実施形態に係る第４構成例の磁気センサ１０は、互いに異なる４つの象限に配置した４つの磁気検知部１１０により、３軸の磁気センサとして動作できる。
【００８８】
以上の本実施形態に係る磁気センサ１０は、基板２０上に１つのセンサ素子が形成された例を説明したが、基板２０上に複数のセンサ素子が形成されてもよい。磁気センサ１０は、より多くのセンサ素子が形成されることにより、より大きな検出信号を出力することができる。また、磁気センサ１０は、異なる配置のセンサ素子が複数形成されてもよい。異なる配置のセンサ素子が組み合わされて形成された磁気センサ１０について、次に説明する。
【００８９】
図７は、本実施形態に係る磁気センサ１０の第５構成例を示す。第５構成例の磁気センサ１０は、第４構成例の磁気センサを複数備える磁気センサ１０である。第５構成例の磁気センサ１０は、一例として、第１センサ素子１２および第２センサ素子１４を備える。図７は、線分Ａ−Ａ'よりも−Ｘ側（即ち、左側）に、図６で示した第４構成例の磁気センサ１０を第１センサ素子１２として配置した例を示す。第１センサ素子１２については図６で説明したので、ここでは説明を省略する。
【００９０】
また、図７は、線分Ａ−Ａ'よりも＋Ｘ側（即ち、右側）に、図６とは異なる配置の第４構成例の磁気センサ１０を第２センサ素子１４として配置した例を示す。第２センサ素子１４は、第１センサ素子１２に対応して、磁気収束部２００と、複数の磁気検知部１１０とを有する。なお、第１センサ素子１２の第１位置１０１から第８位置１０８の磁気検知部１１０に対応して、第２センサ素子１４は、重心２０９を中心とした磁気収束部２００の周囲に、第１位置２０１、第２位置２０２、第３位置２０３、第４位置２０４、第５位置２０５、第６位置２０６、第７位置２０７、および第８位置２０８に、磁気検知部１１０が配置される。
【００９１】
第５構成例の第２センサ素子１４は、第１センサ素子１２の磁気検知部１１０の位置に対応する位置に、磁気検知部１１０が位置しない。例えば、第１センサ素子１２の、第１位置１０１、第３位置１０３、第５位置１０５、および第７位置１０７に、それぞれ磁気検知部１１０が位置することに応じて、第２センサ素子１４の、第２位置２０２、第４位置２０４、第６位置２０６、および第８位置２０８に、磁気検知部１１０がそれぞれ位置する。
【００９２】
また、第２センサ素子１４は、第１センサ素子１２が磁気検知部１１０を位置する辺に対応する辺には、感磁軸の方向を反対にした磁気検知部１１０が位置する。例えば、第１センサ素子１２の第３位置１０３に、感磁軸の正の方向を−Ｘ方向とした第３磁気検知部１３３が位置することに対応して、第２センサ素子１４の第２位置２０２に、感磁軸の正の方向を＋Ｘ方向とした第１磁気検知部１１２が位置する。同様に、第１センサ素子１２の、第７位置１０７に感磁軸の正の方向を−Ｙ方向とした第４磁気検知部１４２が位置することに対応して、第２センサ素子１４の第６位置２０６に、感磁軸の正の方向を＋Ｙ方向とした第２磁気検知部１２１が位置する。
【００９３】
また、第１センサ素子１２の第１位置１０１に、感磁軸の正の方向を＋Ｘ方向とした第１磁気検知部１１１が位置することに対応して、第２センサ素子１４の第４位置２０４に、感磁軸の正の方向を−Ｘ方向とした第３磁気検知部１３４が位置する。また、第１センサ素子１２の第５位置１０５に、感磁軸の正の方向を＋Ｙ方向とした第２磁気検知部１２４が位置することに対応して、第２センサ素子１４の第８位置２０８に、感磁軸の正の方向を−Ｙ方向とした第４磁気検知部１４３が位置する。
【００９４】
以上のように磁気センサ１０が配置された場合、（数８）式は、次式のように、第２センサ素子１４の第１磁気検知部１１２の抵抗値Ｒ２、第２磁気検知部１２１の抵抗値Ｒ６、第３磁気検知部１３４の抵抗値Ｒ４、および第４磁気検知部１４３の抵抗値Ｒ８、に対応する式が加わる。
（数１０）
Ｒ１＝Ｒ０＋δＲ・（＋αＢｘ＋βＢｙ−γＢｚ）
Ｒ２＝Ｒ０＋δＲ・（＋αＢｘ−βＢｙ＋γＢｚ）
Ｒ３＝Ｒ０＋δＲ・（−αＢｘ−βＢｙ−γＢｚ）
Ｒ４＝Ｒ０＋δＲ・（−αＢｘ＋βＢｙ＋γＢｚ）
Ｒ５＝Ｒ０＋δＲ・（−βＢｘ＋αＢｙ＋γＢｚ）
Ｒ６＝Ｒ０＋δＲ・（＋βＢｘ＋αＢｙ−γＢｚ）
Ｒ７＝Ｒ０＋δＲ・（＋βＢｘ−αＢｙ＋γＢｚ）
Ｒ８＝Ｒ０＋δＲ・（−βＢｘ−αＢｙ−γＢｚ）
【００９５】
（数１０）式から、次式を算出できる。
（数１１）
＋（＋Ｒ１＋Ｒ２）−（＋Ｒ３＋Ｒ４）＋（−Ｒ５＋Ｒ６）−（−Ｒ７＋Ｒ８）
＝４δＲ・（α＋β）・Ｂｘ
−（−Ｒ１＋Ｒ２）＋（−Ｒ３＋Ｒ４）＋（＋Ｒ５＋Ｒ６）−（＋Ｒ７＋Ｒ８）
＝４δＲ・（α＋β）・Ｂｙ
−（＋Ｒ１−Ｒ２）＋（−Ｒ３＋Ｒ４）＋（＋Ｒ５−Ｒ６）−（−Ｒ７＋Ｒ８）
＝８δＲ・γＢｚ
【００９６】
（数１１）式より、第５構成例の磁気センサ１０は、直交する３方向の磁場を含む磁場Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）が入力しても、それぞれの磁場成分における抵抗値の変化を分離して検出できることがわかる。即ち、第５構成例の磁気センサ１０は、３軸の磁気センサとして動作できる。
【００９７】
また、（数１１）式には、磁場に依存しない抵抗値Ｒ０の項が含まれないので、図７に示す磁気センサ１０は、参照用磁気検知部を備えなくても３軸の磁気センサとして動作できる。また、（数１１）式に示す通り、磁場ＢｘおよびＢｙの係数は、いずれも４δＲ・（α＋β）となることから、磁気センサ１０は、直交する２方向の磁場Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ）を略同一の感度で検出することができる。また、磁気感度の絶対値｜４δＲ・（α＋β）｜は、図６で説明した第４構成例の磁気センサ１０の磁気感度の絶対値｜２δＲ・（α＋β）｜の略２倍とすることができる。
【００９８】
以上の本実施形態に係る第５構成例の磁気センサ１０は、互いに異なる磁気検知部１１０の配置となる複数の第４構成例の磁気センサ１０を備えることを説明した。なお、第５構成例の磁気センサ１０において、一方のセンサ素子の磁気検知部１１０の配置位置に対応する位置には、他方のセンサ素子は磁気検知部１１０を配置しない。また、一方のセンサ素子が磁気検知部１１０を配置しない位置に対応する位置に、他方のセンサ素子は、磁気検知部１１０を配置する。したがって、第５構成例の磁気センサ１０が有する第１センサ素子１２および第２センサ素子１４は、１つのセンサ素子として一体に形成することができる。このような磁気センサ１０について、次に説明する。
【００９９】
図８は、本実施形態に係る磁気センサ１０の第６構成例を示す。第６構成例の磁気センサ１０は、第５構成例の磁気センサ１０が有する第１センサ素子１２および第２センサ素子１４を一体にした磁気センサ１０である。磁気センサ１０は、例えば、第１磁気検知部１１１、第１磁気検知部１１２、第２磁気検知部１２１、第２磁気検知部１２４、第３磁気検知部１３３、第３磁気検知部１３４、第４磁気検知部１４２、および第４磁気検知部１４３を備える。
【０１００】
即ち、第６構成例の磁気センサ１０は、第１から第４磁気検知部をそれぞれ２つ有する。また、磁気センサ１０は、第１から第４磁気検知部の８つの磁気検知部１１０のうち、同一の磁気検知部１１０は同一の辺には配置されない。ここで、同一の磁気検知部１１０は、感磁軸が略同一の方向である磁気検知部１１０とする。一例として、感磁軸が略同一方向の第１磁気検知部１１１および第１磁気検知部１１２は、同一の辺には配置されないが、感磁軸が異なる第１磁気検知部１１１および第３磁気検知部１３４は、同一の辺に配置されてよい。
【０１０１】
なお、感磁軸が略同一となる磁気検知部１１０は、略同一の製造プロセスで形成されることが望ましく、これにより、効率的に磁気センサ１０を製造することができる。一方、感磁軸が異なる磁気検知部１１０は、異なる製造プロセスで形成されてよい。したがって、第１から第４磁気検知部は、磁気収束部１００が配置される第１平面と平行で、第１平面とは異なる平面にそれぞれ位置する。そして、第１から第４磁気検知部は、基板２０上の互いに異なる平面に位置する。
【０１０２】
本実施形態の磁気センサ１０は、第１磁気検知部１１１および第１磁気検知部１１２が第１面４１に位置し、第２磁気検知部１２１および第２磁気検知部１２４が第２面４２に位置し、第３磁気検知部１３３および第３磁気検知部１３４が第３面４３に位置し、第４磁気検知部１４２および第４磁気検知部１４３が第４面４４に位置する例を示す。これにより、磁気センサ１０は、基板２０上の異なる面に、感磁軸の方向毎に磁気検知部１１０を順次形成して製造することができる。また、複数のセンサ素子を一体にして、磁気センサ１０の大きさを小型化することができる。
【０１０３】
第６構成例の磁気センサ１０は、第５構成例の第１センサ素子１２および第２センサ素子１４を一体化したものであるから、複数の磁気検知部１１０の抵抗値の値等は、（数１０）および（数１１）式と略同一となる。即ち、第６構成例の磁気センサ１０は、第５構成例の磁気センサ１０と同様に、３軸の磁気センサとして動作できる。なお、第６構成例の磁気センサ１０が、基板２０上に更に複数形成されてもよい。このような磁気センサ１０について、次に説明する。
【０１０４】
図９は、本実施形態に係る磁気センサ１０の第７構成例を示す。第７構成例の磁気センサ１０は、第６構成例の磁気センサを少なくとも２つ備える磁気センサ１０である。第７構成例の磁気センサ１０は、一例として、第３センサ素子１６および第４センサ素子１８を備える。図９は、線分Ａ−Ａ'よりも−Ｘ側（即ち、左側）に、図８で示した第６構成例の磁気センサ１０を第３センサ素子１６として配置した例を示す。第３センサ素子１６については図７および図８で説明したので、ここでは説明を省略する。
【０１０５】
また、図９は、線分Ａ−Ａ'よりも＋Ｘ側（即ち、右側）に、図８とは異なる配置の第５構成例の磁気センサ１０を第４センサ素子１８として配置した例を示す。第４センサ素子１８は、第３センサ素子１６に対応して、複数の磁気検知部１１０が配置される。即ち、第４センサ素子１８は、第３センサ素子１６の磁気検知部１１０の位置に対応する位置に、感磁軸が異なる磁気検知部１１０が位置する。
【０１０６】
例えば、第３センサ素子１６の、感磁軸の正の方向を−Ｘ方向とした第３磁気検知部１３３の位置に対応する第４センサ素子１８の位置に、感磁軸の正の方向を＋Ｘ方向とした第１磁気検知部１１３が位置する。同様に、第３センサ素子１６の第３磁気検知部１３４に対応する第４センサ素子１８の位置に、第１磁気検知部１１４が位置する。また、例えば、第３センサ素子１６の、感磁軸の正の方向を−Ｙ方向とした第４磁気検知部１４２の位置に対応する第４センサ素子１８の位置に、感磁軸の正の方向を＋Ｙ方向とした第２磁気検知部１２２が位置する。同様に、第３センサ素子１６の第４磁気検知部１４３に対応する第４センサ素子１８の位置に、第２磁気検知部１２３が位置する。
【０１０７】
また、例えば、第３センサ素子１６の、感磁軸の正の方向を＋Ｘ方向とした第１磁気検知部１１１の位置に対応する第４センサ素子１８の位置に、感磁軸の正の方向を−Ｘ方向とした第３磁気検知部１３１が位置する。同様に、第３センサ素子１６の第１磁気検知部１１２に対応する第４センサ素子１８の位置に、第３磁気検知部１３２が位置する。また、例えば、第３センサ素子１６の、感磁軸の正の方向を＋Ｙ方向とした第２磁気検知部１２１の位置に対応する第４センサ素子１８の位置に、感磁軸の正の方向を−Ｙ方向とした第４磁気検知部１４１が位置する。同様に、第３センサ素子１６の第２磁気検知部１２４に対応する第４センサ素子１８の位置に、第４磁気検知部１４４が位置する。
【０１０８】
このように、第７構成例の磁気センサ１０は、磁気収束部を２つ、第１から第４磁気検知部をそれぞれ４つ有する。そして、第３センサ素子１６の第１から第４磁気検知部、および、第４センサ素子１８の第１から第４磁気検知部の合計１６の磁気検知部のうち、対応する磁気検知部の重心が、対応する同一の象限には位置しないように、配置される。
【０１０９】
即ち、例えば、第３センサ素子１６および第４センサ素子１８の第１象限には、第１から第４磁気検知部の合計４つの磁気検知部のいずれかが配置される。同様に、第３センサ素子１６および第４センサ素子１８の第２から第４象限のそれぞれも、同一方向の感磁軸を有する磁気検知部は位置せず、第１から第４磁気検知部の合計４つの磁気検知部のいずれかが配置される。
【０１１０】
以上のように磁気センサ１０が配置された場合、（数１０）式は、次式のように示される。なお、第３センサ素子１６の第１から第４磁気検知部の抵抗値Ｒ１からＲ８は、（数１０）式と略同一の式となる。
（数１２）
Ｒ１＝Ｒ０＋δＲ・（＋αＢｘ＋βＢｙ−γＢｚ）
Ｒ２＝Ｒ０＋δＲ・（＋αＢｘ−βＢｙ＋γＢｚ）
Ｒ３＝Ｒ０＋δＲ・（−αＢｘ−βＢｙ−γＢｚ）
Ｒ４＝Ｒ０＋δＲ・（−αＢｘ＋βＢｙ＋γＢｚ）
Ｒ５＝Ｒ０＋δＲ・（−βＢｘ＋αＢｙ＋γＢｚ）
Ｒ６＝Ｒ０＋δＲ・（＋βＢｘ＋αＢｙ−γＢｚ）
Ｒ７＝Ｒ０＋δＲ・（＋βＢｘ−αＢｙ＋γＢｚ）
Ｒ８＝Ｒ０＋δＲ・（−βＢｘ−αＢｙ−γＢｚ）
Ｒ１'＝Ｒ０＋δＲ・（−αＢｘ−βＢｙ＋γＢｚ）
Ｒ２'＝Ｒ０＋δＲ・（−αＢｘ＋βＢｙ−γＢｚ）
Ｒ３'＝Ｒ０＋δＲ・（＋αＢｘ＋βＢｙ＋γＢｚ）
Ｒ４'＝Ｒ０＋δＲ・（＋αＢｘ−βＢｙ−γＢｚ）
Ｒ５'＝Ｒ０＋δＲ・（＋βＢｘ−αＢｙ−γＢｚ）
Ｒ６'＝Ｒ０＋δＲ・（−βＢｘ−αＢｙ＋γＢｚ）
Ｒ７'＝Ｒ０＋δＲ・（−βＢｘ＋αＢｙ−γＢｚ）
Ｒ８'＝Ｒ０＋δＲ・（＋βＢｘ＋αＢｙ＋γＢｚ）
【０１１１】
なお、第４センサ素子１８において、第１磁気検知部１１３および第１磁気検知部１１４の抵抗値を、それぞれＲ３'およびＲ４'とした。また、第２磁気検知部１２２および第２磁気検知部１２３の抵抗値を、それぞれＲ７'およびＲ８'とした。また、第３磁気検知部１３１および第３磁気検知部１３２の抵抗値を、それぞれＲ１'およびＲ２'とした。また、第４磁気検知部１４１および第４磁気検知部１４４の抵抗値を、それぞれＲ５'およびＲ６'とした。
【０１１２】
（数１２）式から、次式を算出できる。
（数１３）
＋（＋Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３'＋Ｒ４'）−（＋Ｒ１'＋Ｒ２'＋Ｒ３＋Ｒ４）
＋（−Ｒ５＋Ｒ６−Ｒ７'＋Ｒ８'）−（−Ｒ５'＋Ｒ６'−Ｒ７＋Ｒ８）
＝８δＲ・（α＋β）・Ｂｘ
−（−Ｒ１＋Ｒ２−Ｒ３'＋Ｒ４'）＋（−Ｒ１'＋Ｒ２'−Ｒ３＋Ｒ４）
＋（＋Ｒ５＋Ｒ６＋Ｒ７'＋Ｒ８'）−（＋Ｒ５'＋Ｒ６'＋Ｒ７＋Ｒ８）
＝８δＲ・（α＋β）・Ｂｙ
−（＋Ｒ１−Ｒ２−Ｒ３'＋Ｒ４'）＋（＋Ｒ１'−Ｒ２'−Ｒ３＋Ｒ４）
＋（＋Ｒ５−Ｒ６−Ｒ７'＋Ｒ８'）−（＋Ｒ５'−Ｒ６'−Ｒ７＋Ｒ８）
＝１６δＲ・γＢｚ
【０１１３】
（数１３）式より、第６構成例の磁気センサ１０は、直交する３方向の磁場を含む磁場Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）が入力しても、それぞれの磁場成分における抵抗値の変化を分離して検出できることがわかる。即ち、第６構成例の磁気センサ１０は、３軸の磁気センサとして動作できる。
【０１１４】
また、（数１３）式には、磁場に依存しない抵抗値Ｒ０の項が含まれないので、図９に示す磁気センサ１０は、参照用磁気検知部を備えなくても３軸の磁気センサとして動作できる。また、（数１３）式に示す通り、磁場ＢｘおよびＢｙの係数は、いずれも８δＲ・（α＋β）となることから、磁気センサ１０は、直交する２方向の磁場Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ）を略同一の感度で検出することができる。また、磁気感度の絶対値｜８δＲ・（α＋β）｜は、図６で説明した第４構成例の磁気センサ１０の磁気感度の絶対値｜２δＲ・（α＋β）｜の略４倍とすることができる。
【０１１５】
以上の本実施形態に係る第７構成例の磁気センサ１０は、互いに異なる磁気検知部１１０の配置となる複数の第６構成例の磁気センサ１０を備える例を説明した。ここで、複数の磁気検知部１１０の配置は、図９に示す配置に限定されるものではない。第７構成例の磁気センサ１０の別の構成について、次に説明する。
【０１１６】
図１０は、本実施形態に係る第７構成例の磁気センサ１０の変形例を示す。本変形例の磁気センサ１０は、第６構成例の磁気センサを少なくとも２つ備え、磁気検知部１１０の配置が図９とは異なる磁気センサ１０である。図１０は、線分Ａ−Ａ'よりも−Ｘ側（即ち、左側）の第３センサ素子１６が、第１磁気検知部１１１、第１磁気検知部１１２、第１磁気検知部１１３、第１磁気検知部１１４、第２磁気検知部１２１、第２磁気検知部１２２、第２磁気検知部１２３、および第２磁気検知部１２４を有する例を示す。
【０１１７】
即ち、本変形例の第３センサ素子１６は、第１磁気検知部を４つ有し、磁気収束部１００の第１軸方向に平行な２つの辺のそれぞれに沿って、１つの辺に対して当該第１磁気検知部が２つずつ設けられる。また、第３センサ素子１６は、第２磁気検知部を４つ有し、磁気収束部１００の第２軸方向に平行な２つの辺のそれぞれに沿って、１つの辺に対して当該第２磁気検知部が２つずつ設けられる。また、第１磁気検知部および第２磁気検知部の重心のそれぞれは、互いに同一象限には位置しない。即ち、第３センサ素子１６の第１から第４象限は、それぞれ第１磁気検知部および第２磁気検知部が１つずつ設けられる。
【０１１８】
また、図１０は、線分Ａ−Ａ'よりも＋Ｘ側（即ち、右側）の第４センサ素子１８が、第３磁気検知部１３１、第３磁気検知部１３２、第３磁気検知部１３３、第３磁気検知部１３４、第４磁気検知部１４１、第４磁気検知部１４２、第４磁気検知部１４３、および第４磁気検知部１４４を有する例を示す。
【０１１９】
即ち、本変形例の第４センサ素子１８は、第３磁気検知部を４つ有し、磁気収束部１００の第１軸方向に平行な２つの辺のそれぞれに沿って、１つの辺に対して当該第３磁気検知部が２つずつ設けられる。また、第４センサ素子１８は、第４磁気検知部を４つ有し、磁気収束部１００の第２軸方向に平行な２つの辺のそれぞれに沿って、１つの辺に対して当該第４磁気検知部が２つずつ設けられる。また、第３磁気検知部および第４磁気検知部の重心のそれぞれは、互いに同一象限には位置しない。即ち、第４センサ素子１８の第１から第４象限は、それぞれ第３磁気検知部および第４磁気検知部が１つずつ設けられる。
【０１２０】
また、第４センサ素子１８は、別の言い方をすると、第３センサ素子１６を回転させた配置にしたセンサ素子である。即ち、第３センサ素子１６において、第１磁気検知部および第２磁気検知部を、磁気収束部１００の重心を中心として１８０度回転させた位置にした配置が、第４センサ素子１８の第３磁気検知部および第４磁気検知部の配置となる。以上のように複数の磁気検知部１１０が配置された磁気センサ１０は、図９に示す磁気センサ１０と同様に、直交する３方向の磁場を含む磁場Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）が入力しても、それぞれの磁場成分における抵抗値の変化を分離して検出できる。
【０１２１】
以上の、第７構成例の磁気センサ１０は、一方のセンサ素子の磁気検知部１１０の配置位置に対応する他方のセンサ素子の配置位置には、異なる感磁軸の磁気検知部１１０が設けられる。即ち、２つのセンサ素子の対応する位置に配置される２つの磁気検知部１１０は、互いに異なる層に形成することができる。したがって、第７構成例の磁気センサ１０が有する第３センサ素子１６および第４センサ素子１８は、１つのセンサ素子として一体に形成することができる。このような磁気センサ１０について、次に説明する。
【０１２２】
図１１は、本実施形態に係る磁気センサ１０の第８構成例を示す。第８構成例の磁気センサ１０は、第７構成例の磁気センサ１０が有する第３センサ素子１６および第４センサ素子１８を一体にした磁気センサ１０である。磁気センサ１０は、例えば、第１磁気検知部１１１、第１磁気検知部１１２、第１磁気検知部１１３、第１磁気検知部１１４、第２磁気検知部１２１、第２磁気検知部１２２、第２磁気検知部１２３、第２磁気検知部１２４、第３磁気検知部１３１、第３磁気検知部１３２、第３磁気検知部１３３、第３磁気検知部１３４、第４磁気検知部１４１、第４磁気検知部１４２、第４磁気検知部１４３、および第４磁気検知部１４４を備える。
【０１２３】
即ち、第８構成例の磁気センサ１０は、第１から第４磁気検知部をそれぞれ４つ有する。また、磁気センサ１０は、第１から第４磁気検知部の１６の磁気検知部１１０のうち、同一の磁気検知部１１０の重心は、同一象限には位置しない。即ち、磁気センサ１０の第１から第４象限のそれぞれは、第１から第４磁気検知部が１つずつ設けられる。
【０１２４】
第８構成例の磁気センサ１０は、第７構成例の第３センサ素子１６および第４センサ素子１８を一体化したものであるから、複数の磁気検知部１１０の抵抗値の値等は、（数１２）および（数１３）式と略同一となる。即ち、第８構成例の磁気センサ１０は、第７構成例の磁気センサ１０と同様に、３軸の磁気センサとして動作できる。なお、第８構成例の磁気センサ１０が、基板２０上に更に複数形成されてもよい。
【０１２５】
なお、図１１は、複数の磁気検知部を互いに重ならないように示したが、これは複数の磁気検知部の大きさを他の構成例と比較して小さくすることを意味するものではない。それぞれの磁気検知部は、他の構成例と同様に、Ｚ方向から見た平面視において、互いに重なるように設けられることが好ましい。即ち、各位置に設けられる磁気検知部は、それぞれ一部または全部が重なるように配置されてよい。一例として、第１位置１０１において、第１磁気検知部１１１および第３磁気検知部１３１は、一部または全部が重なるように配置されてよい。各位置において磁気検知部の全部が重なるように設けられた例を次に説明する。
【０１２６】
図１２は、本実施形態に係る第８構成例の磁気センサ１０の透視図の一例を示す。図１２は、第８構成の磁気センサ１０のＹ方向から見た透視図の一例を示す。図１２は、基板２０の基板表面に形成された磁気センサ１０の一例を示す。ここで、基板表面は、ＸＹ平面に略平行な面として形成される。図１２は、図３と同様に、第１平面を絶縁層表面３２とし、基板表面を第１面４１、絶縁層３０の内部の平面を基板２０に近い側から第２面４２、第３面４３、および第４面４４とした。
【０１２７】
即ち、第１から第４磁気検知部は、磁気収束部１００が配置される第１平面と平行で、第１平面とは異なる平面に位置する。例えば、磁気収束部１００は、基板２０上の第１平面に位置し、第１から第４磁気検知部は、基板２０上の互いに異なる平面に位置する。より具体的には、第１磁気検知部１１１、第１磁気検知部１１２、第１磁気検知部１１３、および第１磁気検知部１１４は、第１面４１に設けられる。また、第２磁気検知部１２１、第２磁気検知部１２２、第２磁気検知部１２３、および第２磁気検知部１２４は、第２面４２に設けられる。
【０１２８】
同様に、第３磁気検知部１３１、第３磁気検知部１３２、第３磁気検知部１３３、および第３磁気検知部１３４は、第３面４３に設けられ、第４磁気検知部１４１、第４磁気検知部１４２、第４磁気検知部１４３、および第４磁気検知部１４４は、第４面４４に設けられる。これにより、磁気センサ１０は、基板２０上の異なる面に、感磁軸の方向毎に磁気検知部１１０を順次形成して製造することができる。また、複数のセンサ素子を一体にして、磁気センサ１０の大きさを小型化することができる。
【０１２９】
このような磁気センサ１０は、基板２０上に複数の層を設け、感磁軸の方向毎に磁気検知部１１０を形成してよい。例えば、まず、基板２０の表面である第１面４１に、感磁軸の正の方向を第１軸と平行な第１方向とした、１または複数の第１磁気検知部を形成する。次に、１または複数の第１磁気検知部が形成された第１面４１に、第１絶縁層を形成する。次に、第１絶縁層の表面である第２面４２に、感磁軸の正の方向を第２軸と平行な第２方向とした、１または複数の第２磁気検知部を形成する。次に、１または複数の第２磁気検知部が形成された第２面４２に、第２絶縁層を形成する。
【０１３０】
次に、第２絶縁層の表面である第３面４３に、感磁軸の正の方向を第１軸と平行で第１方向とは逆向きとした、１または複数の第３磁気検知部を形成する。次に、１または複数の第３磁気検知部が形成された第３面４３に、第３絶縁層を形成する。次に、第３絶縁層の表面である第４面４４に、感磁軸の正の方向を第２軸と平行で第２方向とは逆向きとした、１または複数の第４磁気検知部を形成する。次に、１または複数の第４磁気検知部が形成された第４面４４に、第４絶縁層を形成する。
【０１３１】
第１絶縁層から第４絶縁層の形成により、基板２０上に絶縁層３０が形成されることになる。即ち、第４絶縁層の基板２０とは反対側の絶縁層表面３２が、絶縁層３０の表面となり、当該絶縁層表面３２に、磁気収束部１００が形成される。このようなプロセスを繰り返すことにより、磁気センサ１０が形成することができる。
【０１３２】
なお、本実施形態に係る本実施形態に係る第８構成例の磁気センサ１０において、基板上に形成される磁気検知部の順番を、第１磁気検知部から第４磁気検知部とした例を説明したが、磁気検知部が形成される順番はこれに限定されることはない。例えば、第３磁気検知部の後に第４磁気検知部を形成することに代えて、第４磁気検知部を形成してから第３磁気検知部を形成してもよい。
【０１３３】
この場合、第２絶縁層の表面である第３面４３に、感磁軸の正の方向を第２軸と平行で第２方向とは逆向きとした、１または複数の第４磁気検知部を形成することになる。そして、１または複数の第４磁気検知部が形成された第３面４３に、第３絶縁層を形成する。次に、第３絶縁層の表面である第４面４４に、感磁軸の正の方向を第１軸と平行で第１方向とは逆向きとした、１または複数の第３磁気検知部を形成する。次に、１または複数の第３磁気検知部が形成された第４面４４に、第４絶縁層を形成する。このような磁気検知部の配置であっても、第８構成例の磁気センサ１０として動作することができる。
【０１３４】
以上の本実施形態に係る磁気センサ１０は、第１平面と平行な平面視において、長方形または多角形の磁気収束部１００を備える例を説明したが、磁気収束部１００の形状はこれに限定されることはない。磁気収束部１００は、第１平面と平行な平面視において、円形、長円形、および楕円形のいずれかの形状を有してもよい。磁気収束部１００が第１平面と平行な平面視において円形形状を有する例について、次に説明する。
【０１３５】
図１３は、本実施形態に係る磁気センサ１０の第９構成例を示す。図１３は、図２および図３で説明した第１構成例の磁気センサ１０と同様に、磁気検知部１１０を２つ備える磁気センサ１０の構成例を示す。即ち、第９構成例の磁気センサ１０は、第１平面と平行な平面視において略円形の磁気収束部１００と、第１磁気検知部１１１と、第２磁気検知部１２４と、を備える。
【０１３６】
第９構成例の磁気センサ１０においても、磁気収束部１００の重心１０９を原点として、第１平面を第１象限から第４象限に分割してよい。また、第１平面と平行な平面視において、磁気収束部１００の重心１０９を原点とし、第１軸から反時計回りに略４５度の角度を有する軸を第３軸とする。同様に、第１平面と平行な平面視において、磁気収束部１００の重心１０９を原点とし、第２軸から反時計回りに略４５度の角度を有する軸を第４軸とする。
【０１３７】
第１磁気検知部の重心は、第１軸を含み、第３軸および第４軸で分割される、第１領域および／または第３領域に位置する。また、第２磁気検知部の重心は、第２軸を含み、第３軸および第４軸で分割される、第２領域および／または第４領域に位置する。図１２は、第１磁気検知部１１１が第１領域に、第２磁気検知部１２４が第４領域に、それぞれ設けられた例を示す。なお、磁気検知部のそれぞれは第１平面と平行な平面視において、原点を中心とした環状の形状を有してよく、これに代えて、長方形の形状を有してもよい。
【０１３８】
このように、磁気収束部１００の形状が異なっても、第１平面と平行な平面視において、第１磁気検知部の重心から第２軸までの距離は、第１磁気検知部の重心から第１軸までの距離と比較して長く設けられる。また、第２磁気検知部の重心から第２軸までの距離は、第２磁気検知部の重心から第１軸までの距離と比較して短く設けられる。これにより、磁気センサ１０は、図２および図３で説明したように、磁場成分における抵抗値の変化を分離して検出できる。また、図１３に示す各位置に、更に磁気検知部１１０を配置することで、図４から図１２で説明した磁気センサと同様に、３軸の磁気センサとして動作でき、より磁気感度の大きな磁気センサを提供することができる。
【０１３９】
以上の本実施形態に係る磁気センサ１０は、磁気収束部１００の周囲に複数の磁気検知部を設け、当該複数の磁気検知部の感磁軸の方向を第１軸方向と、第１軸方向とは平行ではない第２軸方向にする。これにより、第１軸方向および第２軸方向に略平行に入力する磁場に対して、略同一の感度で検出することができる。また、このような磁気検知部をより多く設けることで、磁気感度（即ち、ＳＮ）を向上させることができる。また、感磁軸毎に、異なる面に磁気検知部を形成することで、磁気センサ１０を小型化することができる。
【０１４０】
図１４は、本実施形態に係る磁気検知部１１０の構成例を示す。図１４は、ＧＭＲ素子で形成された磁気検知部１１０の一例を示す。ＧＭＲ素子は、磁性材料の磁化の向きで電子のスピン散乱が変化して、当該素子の抵抗値が変わる。磁気検知部１１０は、ピニング層２１２、ピンド層２１４、スペーサ層２１６、およびフリー層２１８を備える。
【０１４１】
ピニング層２１２は、当該ピニング層２１２に積層されるピンド層２１４の磁化の向きを固定する。ピニング層２１２は、ＰｔＭｎまたはＩｒＭｎなどの反強磁性体で形成されてよい。
【０１４２】
ピンド層２１４は、ピニング層２１２の上面に積層され、ピニング層２１２との磁気結合により磁気モーメントの方向が固定される。なお、ピンド層２１４は、ピニング層２１２を用いずにセルフバイアス構造を用いてもよい。ピンド層２１４の磁化が固定される方向は、本実施形態において、感磁軸とした。図１４は、感磁軸の負の方向を−Ｘ方向とした例を示す。ピンド層２１４は、ＣｏＦｅなどの強磁性体またはＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅなどの強磁性体を含む積層構造で形成されてよい。
【０１４３】
スペーサ層２１６は、電流を流すとスピン散乱が生じる導電層である。スペーサ層２１６は、一例として、ピンド層２１４およびフリー層２１８の間に設けられる。スペーサ層２１６は、Ｃｕ等の非磁性体で形成されてよい。図１４は、スペーサ層２１６に＋Ｙ方向の電流が流れる例を示す。
【０１４４】
フリー層２１８は、スペーサ層２１６の上面に積層され、外部から入力する磁場Ｂに応じて磁化の向きが自由に回転する。フリー層２１８は、ＮｉＦｅなどの強磁性体またはＣｏＦｅ／ＮｉＦｅなどの強磁性体を含む積層構造で形成されてよい。図１２は、フリー層２１８の磁化容易軸が、ピンド層２１４の感磁軸と略垂直な＋Ｙ方向を向く例を示す。フリー層２１８は、外部磁場Ｂに応じた角度θ（Ｂ）に磁化の向きが回転する。このような、フリー層２１８の磁気モーメントの方向の変化に伴い、スペーサ層２１６に流れる電流の経路が曲げられるので、磁気検知部１１０の抵抗値が変化することになる。
【０１４５】
このような磁気検知部１１０の抵抗値の変化を検出することにより、外部磁場Ｂの大きさを取得することができる。例えば、抵抗値の変化量は、ΔＲ＝（ＲＡＰ−ＲＰ）／ＲＰで表される。ここで、ＲＡＰは、ピンド層２１４とフリー層２１８の磁化の向きが反平行のときの抵抗値、ＲＰは、ピンド層２１４とフリー層２１８の磁化の向きが平行のときの抵抗値を示す。
【０１４６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１４７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１４８】
１０  磁気センサ、１２  第１センサ素子、１４  第２センサ素子、１６  第３センサ素子、１８  第４センサ素子、２０  基板、３０  絶縁層、３２  絶縁層表面、４１  第１面、４２  第２面、４３  第３面、４４  第４面、１００  磁気収束部、１０１  第１位置、１０２  第２位置、１０３  第３位置、１０４  第４位置、１０５  第５位置、１０６  第６位置、１０７  第７位置、１０８  第８位置、１０９  重心、１１０  磁気検知部、１１１  第１磁気検知部、１１２  第１磁気検知部、１１３  第１磁気検知部、１１４  第１磁気検知部、１２１  第２磁気検知部、１２２  第２磁気検知部、１２３  第２磁気検知部、１２４  第２磁気検知部、１３１  第３磁気検知部、１３２  第３磁気検知部、１３３  第３磁気検知部、１３４  第３磁気検知部、１３５  第５磁気検知部、１４１  第４磁気検知部、１４２  第４磁気検知部、１４３  第４磁気検知部、１４４  第４磁気検知部、２００  磁気収束部、２０１  第１位置、２０２  第２位置、２０３  第３位置、２０４  第４位置、２０５  第５位置、２０６  第６位置、２０７  第７位置、２０８  第８位置、２０９  重心、２１２  ピニング層、２１４  ピンド層、２１６  スペーサ層、２１８  フリー層
【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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