(57)【要約】  直交３軸方向の磁場を検知できる小型の磁気センサを提供する。そのために第１の軸の方向に幅を有し第２の軸の方向に長さを有する磁気収束部材（３０）と、平面視で磁気収束部材（３０）よりも第１の軸の負側で且つ磁気収束部材（３０）の長さ方向の中点よりも第２の軸の正側に配置される第１の磁気検知部（２１）と、平面視で磁気収束部材（３０）よりも第１の軸の正側で且つ磁気収束部材（３０）の長さ方向の中点よりも第２の軸の正側に配置される第２の磁気検知部（２２）と、平面視で磁気収束部材よりも第１の軸の負側で且つ磁気収束部材（３０）の長さ方向の中点よりも第２の軸の負側に配置される第３の磁気検知部（２３）と、磁気検知部（２１〜２３）の出力に基づき、第２の軸の方向及び第３の軸の方項の磁場を演算する演算部（５０）とを備える。
2015052891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上又は基板内に設けられた１又は複数の磁気収束部材を有する磁気収束部と、
前記１又は複数の磁気収束部材の近傍に配置され、前記基板の平面に平行な第１の軸の方向の感磁軸を有する第１から第３の磁気検知部と、
前記第１から第３の磁気検知部の出力から、前記基板の平面に平行で且つ前記第１の軸と直交する第２の軸の方向の磁場と、前記基板の平面に垂直な第３の軸の方向の磁場を演算する演算部と、
を備え、
前記磁気収束部材は、平面視で、前記第１の軸の方向に幅を有し、前記第２の軸の方向に長さを有する形状であり、
前記第１の軸に沿った方向のうち、一方の方向を第１の軸の正の方向、他方の方向を第１の軸の負の方向とし、前記第２の軸に沿った方向のうち、一方の方向を第２の軸の正の方向、他方の方向を第２の軸の負の方向としたときに、
前記第１の磁気検知部は、平面視で、最も近接する前記磁気収束部材よりも前記第１の軸の負側で、且つ、該最も近接する前記磁気収束部材の長さ方向の中点よりも前記第２の軸の正側に配置されており、
前記第２の磁気検知部は、平面視で、最も近接する前記磁気収束部材よりも前記第１の軸の正側で、且つ、該最も近接する前記磁気収束部材の長さ方向の中点よりも前記第２の軸の正側に配置されており、
前記第３の磁気検知部は、平面視で、最も近接する前記磁気収束部材よりも前記第１の軸の負側で、且つ、該最も近接する前記磁気収束部材の長さ方向の中点よりも前記第２の軸の負側に配置されており、
前記演算部は、
前記第１の磁気検知部の出力と前記第３の磁気検知部の出力から前記第２の軸の方向の磁場を演算し、前記第２の磁気検知部の出力と前記第３の磁気検知部の出力から前記第３の軸の方向の磁場を演算する磁気センサ。
【請求項２】
前記磁気収束部材は、平面視で、矩形形状又は楕円形状であり、且つ、前記第２の軸の方向の長さの方が前記第１の軸の方向の幅よりも長い形状である請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第１の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第２の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第３の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材とは共通の磁気収束部材である請求項１又は請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第１の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第２の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第３の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材とはそれぞれ異なる磁気収束部材である請求項１又は請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記基板を平面視したときに前記磁気収束部材に全体が重なる第５の磁気検知部を更に備え、
前記演算部は、前記第１の磁気検知部と前記第２の磁気検知部と前記第５の磁気検知部の各出力から前記第１の軸の方向の磁場を演算する請求項１から請求項４の何れか１項に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記１又は複数の磁気収束部材の近傍に配置され、前記基板の平面に平行な第１の軸の方向の感磁軸を有する第４の磁気検知部を更に備え、
前記第４の磁気検知部は、平面視で、最も近接する前記磁気収束部材よりも前記第１の軸の正側で、且つ、該最も近接する前記磁気収束部材の長さ方向の中点よりも前記第２の軸の負側に配置されており、
前記演算部は、
前記第１の磁気検知部の出力と前記第３の磁気検知部の出力、又は前記第２の磁気検知部の出力と前記第４の磁気検知部の出力から前記第２の軸の方向の磁場を演算し、前記第２の磁気検知部の出力と前記第３の磁気検知部の出力、又は前記第１の磁気検知部の出力と前記第４の磁気検知部の出力から前記第３の軸の方向の磁場を演算する請求項１から請求項４の何れか１項に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記第１の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第２の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第３の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第４の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材とは共通の磁気収束部材であり、
前記第１から第４の磁気検知部は、平面視で点対称且つ線対称の位置に配置されている請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第１の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第２の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第３の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第４の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材とのうち、２つの磁気収束部材は共通の磁気収束部材であり、残りの２つの磁気収束部材は共通の磁気収束部材である請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記第１の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第２の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第３の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第４の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材とは、それぞれ異なる磁気収束部材である請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記第１から第４の磁気検知部は前記基板を平面視したときに前記磁気収束部材の長さ方向に沿って配置されており、且つ、前記第１から第４の磁気検知部はその一部が前記磁気収束部材と重なる請求項６から請求項９の何れか１項に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記基板を平面視したときに前記磁気収束部材に全体が重なる位置に配置される第５の磁気検知部を更に備え、
前記演算部は、前記第１の磁気検知部と前記第２の磁気検知部と前記第５の磁気検知部の各出力、又は前記第３の磁気検知部と前記第４の磁気検知部と前記第５の磁気検知部の各出力から前記第１の軸の方向の磁場を演算する請求項６から請求項１０の何れか１項に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
前記第１から第５の磁気検知部が磁気抵抗効果素子である請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記磁気収束部材を前記基板の表面に垂直で、且つ前記磁気収束部材の長手方向に垂直な面で断面視したときに、前記磁気収束部材の側面は順テーパ形状又は逆テーパ形状であり、
前記磁気検知部は前記磁気収束部材の鋭角部分よりも鈍角部分に近い位置に配置されている請求項１から請求項１２の何れか１項に記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記磁気収束部材を前記基板の表面に垂直で、且つ前記磁気収束部材の長手方向に垂直な面で断面視したときに、前記磁気収束部材の側面は逆テーパ形状であり、
前記磁気収束部材の前記基板の表面に垂直方向の斜辺のなす角が９０度より大きく１１０度以下である請求項１３に記載の磁気センサ。
【請求項１５】
前記磁気収束部材を前記基板の表面に垂直で、且つ前記磁気収束部材の長手方向に垂直な面で断面視したときに、前記磁気収束部材の側面は順テーパ形状であり、
前記磁気収束部材の前記基板の表面に垂直方向の斜辺のなす角が７０度以上９０度未満である請求項１３に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に磁気の有無を検出する巨大磁気抵抗（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ＧＭＲ）素子は広く知られている。磁場をかけると電気抵抗率が増減する現象を磁気抵抗効果というが、一般の物質では変化率は数％であるのに対し、このＧＭＲ素子では数１０％に達することから、ハードディスクのヘッドに広く用いられている。
図１は、従来のＧＭＲ素子の動作原理を説明するための斜視図であり、図２は、図１の部分断面図である。図中符号１は反強磁性層、２はピンド層（固定層）、３はＣｕ層（スペーサ層）、４はフリー層（自由回転層）を示している。磁性材料の磁化の向きで電子のスピン散乱が変わり抵抗が変化する。つまり、抵抗の変化量ΔＲは、上下の磁化の向きが反平行のときの抵抗値をＲＡＰ、上下の磁化の向きが平行のときの抵抗値をＲＰとしたとき、ΔＲ＝（ＲＡＰ−ＲＰ）×ＲＰで表される。
固定層２の磁気モーメントは、反強磁性層１との磁気結合により方向が固定されている。漏れ磁場により自由回転層４の磁気モーメントの方向が変化すると、Ｃｕ層３を流れる電流が受ける抵抗が変化し、漏れ磁場の変化が読み取れる。【０００３】
図３は、従来のＧＭＲ素子の積層構造を説明するための構成図である。図中符号１１は絶縁膜、１２はフリー層（自由回転層）、１３は導電層、１４はピンド層（固定層）、１５は反強磁性層、１６は絶縁膜である。フリー層（自由回転層）１２は自由に磁化の向きが回転する層であって、ＮｉＦｅ又はＣｏＦｅ／ＮｉＦｅから構成され、導電層１３は電流を流し、スピン散乱が起きる層であって、Ｃｕから構成される。ピンド層（固定層）１４は磁化の向きが一定方向に固定された層であって、ＣｏＦｅ又はＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅから構成され、反強磁性層１５はピンド層１４の磁化の向きを固定するための層であって、ＰｔＭｎ又はＩｒＭｎから構成される。絶縁膜１１及び１６はＴａやＣｒ、ＮｉＦｅＣｒ、ＡｌＯから構成されている。なお、ピンド層１４は反強磁性層を用いずにセルフバイアス構造を用いても良い。【０００４】
例えば、特許文献１には、磁気抵抗効果素子と、各磁気抵抗効果素子と絶縁層を介して非接触の位置に設けられた軟磁性体とを有する磁気センサが記載されている。この磁気センサは、平面視にて軟磁性体の第１の水平方向の両側に夫々、固定磁性層の固定磁化方向が、第１の水平方向に向けられた磁気抵抗効果素子が配置されており、軟磁性体の両側に配置された磁気抵抗効果素子どうし、あるいは、軟磁性体の同じ側面側に配置された磁気抵抗効果素子どうしで、固定磁化方向が互いに逆方向にされていることを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１２７７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の磁気センサは、磁気抵抗効果素子の感磁軸（Ｘ軸）に垂直なＹ軸の磁場を演算するＹ軸磁場検知部と、磁気抵抗効果素子の感磁軸（Ｘ軸）及びＹ軸に垂直なＺ軸の磁場を演算するＺ軸磁場検知部がそれぞれ異なるユニットとなっているため、実装面積が大きくなるという問題があった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、磁気検知部の感磁軸の方向を第１の軸の方向としたときに、第１の軸と直交する第２の軸の方向の磁場と、第１の軸及び第２の軸と直交する第３の軸の方向の磁場を算出することが可能な小型の磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による磁気センサは、基板上又は基板内に設けられた１又は複数の磁気収束部材を有する磁気収束部と、前記１又は複数の磁気収束部材の近傍に配置され、前記基板の平面に平行な第１の軸の方向の感磁軸を有する第１から第３の磁気検知部と、前記第１から第３の磁気検知部の出力から、前記基板の平面に平行で且つ前記第１の軸と直交する第２の軸の方向の磁場と、前記基板の平面に垂直な第３の軸の方向の磁場を演算する演算部と、を備え、前記磁気収束部材は、平面視で、前記第１の軸の方向に幅を有し、前記第２の軸の方向に長さを有する形状であり、前記第１の軸に沿った方向のうち、一方の方向を第１の軸の正の方向、他方の方向を第１の軸の負の方向とし、前記第２の軸に沿った方向のうち、一方の方向を第２の軸の正の方向、他方の方向を第２の軸の負の方向としたときに、前記第１の磁気検知部は、平面視で、最も近接する前記磁気収束部材よりも前記第１の軸の負側で、且つ、該最も近接する前記磁気収束部材の長さ方向の中点よりも前記第２の軸の正側に配置されており、前記第２の磁気検知部は、平面視で、最も近接する前記磁気収束部材よりも前記第１の軸の正側で、且つ、該最も近接する前記磁気収束部材の長さ方向の中点よりも前記第２の軸の正側に配置されており、前記第３の磁気検知部は、平面視で、最も近接する前記磁気収束部材よりも前記第１の軸の負側で、且つ、該最も近接する前記磁気収束部材の長さ方向の中点よりも前記第２の軸の負側に配置されており、前記演算部は、前記第１の磁気検知部の出力と前記第３の磁気検知部の出力から前記第２の軸の方向の磁場を演算し、前記第２の磁気検知部の出力と前記第３の磁気検知部の出力から前記第３の軸の方向の磁場を演算することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、磁気検知部の感磁軸の方向を第１の軸の方向としたときに、第１の軸と直交する第２の軸の方向の磁場と、第１の軸及び第２の軸と直交する第３の軸の方向の磁場を算出することが可能な小型の磁気センサを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来のＧＭＲ素子の動作原理を説明するための斜視図である。
【図２】図１の部分断面図である。
【図３】従来のＧＭＲ素子の積層構造を説明するための構成図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の一例を説明するための構成図である。
【図５】第１の実施の形態のその他の例である。
【図６】第１の実施形態における各軸の磁場の磁束の流れを示すための模式図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の一例を説明するための構成図である。
【図８】第２の実施形態における各軸の磁場の磁束の流れを示すための模式図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の一例を説明するための構成図ある。
【図１０】変形例１を説明するための構成図である。
【図１１】図７の一部を拡大した図である。
【図１２】変形例２を説明するための構成図である。
【図１３】図１２の一部を拡大した図である。
【図１４】変形例３を説明するための構成図である。
【図１５】図１１の一部を拡大した図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態の一例を説明するための構成図である。
【図１７】第４の実施形態における各軸の磁場の磁束の流れを示すための模式図である。
【図１８】本発明の第５の実施形態の一例を説明するための構成図である。
【図１９】本発明の第６の実施形態の一例を説明するための構成図である。
【図２０】本発明の第７の実施形態の一例を説明するための構成図である。
【図２１】変形例４を説明するための説明図である。
【図２２】図２１の一部を拡大した図である。
【図２３】変形例５を説明するための説明図である。
【図２４】図２３の一部を拡大した図である。
【図２５】本発明の第８の実施形態の前提となるＧＭＲセンサの構成図である。
【図２６】本発明の第８の実施形態の一例を説明するための構成図である。
【図２７】第８の実施形態における各軸の磁場の磁束の流れを示すための模式図である。
【図２８】本発明の第９の実施形態の一例を説明するための構成図である。
【図２９】第９の実施形態における各軸の磁場の磁束の流れを示すための模式図である。
【図３０】本発明の第１０の実施形態の一例を説明するための構成図である。
【図３１】本発明の変形例を説明するための構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態（本実施形態）について説明する。
（磁気センサの構成）
本実施形態における磁気センサは、基板内に形成された複数の磁気検知部と、基板上に形成された磁気収束部材と、からなる。
（基板）
磁気検知部を形成する基板としては、シリコン基板や化合物半導体基板、セラミック基板など特に限定されず、基板上に回路が形成されていても何ら構わない。
【００１１】
（磁気検知部）
本実施形態の磁気センサにおいて、磁気検知部は入力される磁束に応じた信号を出力するものであれば特に制限されないが、各軸の磁気を容易に検出する観点から、磁気抵抗効果素子であることが好ましく、高いＭＲ比を実現する観点から巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子と称する）やトンネル磁気抵抗効果素子（以下、ＴＭＲ素子と称する）であることがより好ましい。上記磁気抵抗効果素子、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子は公知のものを使用することが出来る。
ここで、磁気検知部は、上述した磁気抵抗効果素子、又はＧＭＲ素子、あるいはＴＭＲ素子である単一の素子で構成されていてもよいし、いずれかの素子を複数直列に接続して構成されていてもよい。消費電流及び出力信号ノイズの観点から、磁気検知部は素子を複数直列に接続して構成されていることが好ましい。また、各々の磁気検知部が入力される磁束に応じた信号を出力するためには、各々の磁気検知部が磁気的に独立していればよい。各々の磁気検知部を磁気的に独立させる方法としては、単一の素子又は複数直列接続された素子の信号の端部の間に信号を取り出すための金属パターンを形成する形態や、各々の磁気検知部が物理的・電気的に離間している形態が挙げられる。磁気的な独立性を確実にするためには、各々の磁気検知部が物理的・電気的に離間している形態が好ましい。
【００１２】
（磁気収束部材）
本実施形態の磁気センサにおいて、磁気収束部材は、基板を平面視したときに矩形状であればよい。磁気収束効果を発現するためには、軟磁気特性を示す磁性材料であることが好ましい。磁気収束部材として用いられる材料例としては、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＢ乃至ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅなどが挙げられるがこの限りではなく、求められる特性に応じて適宜用いることができる。
以下、図面を参酌しながら本発明を実施するためのより具体的な形態について説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図４は、本発明の第１の実施形態における磁気センサ１０１の一例を示す構成図である。図４（ａ）は平面模式図（基板は図示せず）、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ´で切り出した時の断面模式図である。
図中、符号２１〜２３は第１〜第３の磁気検知部、符号３０は磁気収束部材、符号４１は基板表面を示す。図４では第１〜第３の磁気検知部２１〜２３は例えば半導体基板などの基板内に、基板表面４１に平行に設けられている。この半導体基板上に磁気収束部材３０が形成されている。つまり、図４に示すように、磁気収束部材３０の下方に、第１〜第３の磁気検知部２１〜２３が配置されている。これら第１〜第３の磁気検知部２１〜２３と磁気収束部材３０とが検知ユニットを構成し、第１〜第３の磁気検知部２１〜２３の出力信号は演算部５０に入力される。演算部５０は、所定の演算処理を行って、磁気検知部の感磁軸の方向である第１の軸と直交する第２の軸の方向の磁場と、第１の軸及び第２の軸と直交する第３の軸の方向の磁場とを算出する。
【００１４】
図４に示すように、磁気センサ１０１の磁気収束部材３０は、平面視で細長の矩形の板形状を有している。また、第１〜第３の磁気検知部２１〜２３は同一形状を有し、平面視が細長の矩形の、薄板形状である。第１〜第３の磁気検知部２１〜２３は、厚み、幅、長さとも、磁気収束部材３０よりも小さい。
なお、図４では、磁気収束部材３０を矩形状としているが、磁気収束部材３０はこれに限るものではない。磁気収束部材３０は、平面視で、第１の軸（Ｘ軸）の方向に幅を有し、第２の軸（Ｙ軸）の方向に長さを有する形状であればよい。つまり、磁気収束部材３０は、図４に示すように、平面視で細長の矩形の板形状であってもよく、図５に示すように曲線からなる形状であってもよい。また、第１〜第３の磁気検知部２１〜２３は必ずしも同一形状でなくともよく、また、第１〜第３の磁気検知部２１〜２３と磁気収束部材３０とは必ずしも、平面視で重なっていなくともよく、図５に示すように、離れていてもよい。
【００１５】
ここで、第１の軸に沿った方向のうち、一方の方向を第１の軸の正の方向、他方の方向を第１の軸の負の方向とする。第２の軸に沿った方向のうち、一方の方向を第２の軸の正の方向、他方の方向を第２の軸の負の方向とする。
第１の磁気検知部２１は、平面視で、最も近接する磁気収束部材つまり磁気収束部材３０よりも第１の軸の負側であり、且つ、最も近接する磁気収束部材３０の長さ方向の中点よりも第２の軸の正側に配置されている。第２の磁気検知部２２は、平面視で、最も近接する磁気収束部材つまり磁気収束部材３０よりも第１の軸の正側であり、且つ、最も近接する磁気収束部材３０の長さ方向の中点よりも第２の軸の正側に配置されている。第３の磁気検知部２３は、平面視で、最も近接する磁気収束部材つまり磁気収束部材３０よりも第１の軸の負側であり、且つ最も近接する磁気収束部材の長さ方向の中点よりも第２の軸の負側に配置されている。
【００１６】
なお、本明細書でいう「磁気収束部材の長さ方向の中点」とは、図５に示すように、磁気収束部材の、第２の軸方向の最も正側となる位置Ａと、第２の軸方向の最も負側となる位置Ｂとの第２の軸方向における中間地点Ｃをいう。例えば、図４に示す、平面視が矩形の磁気収束部材３０の場合には、磁気収束部材３０の長手方向の一端側をＥ１、逆側をＥ２としたとき、磁気収束部材３０のＥ１側の端部の位置と、磁気収束部材３０のＥ２側の端部の位置との、第２の軸方向における中間地点が中点となる。また、図５に示す、曲線形状の磁気収束部材の場合には、第２の軸方向の最も正側となる位置Ａと、第２の軸方向の最も負側となる位置Ｂとの、第２の軸方向における中間地点Ｃが中点となる。
【００１７】
図４の場合、第１の磁気検知部２１は、「平面視で、最も近接する磁気収束部材３０よりも第１の軸の負側であり、且つ、最も近接する磁気収束部材３０の長さ方向の中点よりも第２の軸の正側の位置」として、磁気収束部材３０のＥ２側の端部であり且つ平面視で磁気収束部材３０の長手方向に沿って延びる左側の縁部と、第１の磁気検知部２１の長手方向に沿って延びる右側の縁部のみとが重なる位置に配置される。第２の磁気検知部２２は、「平面視で、最も近接する磁気収束部材３０よりも第１の軸の正側であり、且つ、最も近接する磁気収束部材３０の長さ方向の中点よりも第２の軸の正側の位置」として、磁気収束部材３０のＥ２側の端部であり、且つ平面視で磁気収束部材３０の長手方向に沿って延びる右側の縁部と、第２の磁気検知部２２の長手方向に沿って延びる左側の縁部のみとが重なる位置に配置される。第３の磁気検知部２３は、「平面視で、最も近接する磁気収束部材３０よりも第１の軸の負側であり、且つ最も近接する磁気収束部材３０の長さ方向の中点よりも第２の軸の負側の位置」として、磁気収束部材３０のＥ１側の端部であり、且つ平面視で、磁気収束部材３０の長手方向に沿って延びる左側の縁部と第３の磁気検知部２３の長手方向に沿って延びる右側の縁部のみとが重なる位置に配置される。
第１〜第３の磁気検知部２１〜２３の出力信号は、演算部５０に入力される。
【００１８】
この第１の実施形態の磁気センサ１０１を用いて、磁場Ｂが入力された場合の３軸方向の磁気検知方法について説明する。
なお、便宜上第１の軸をＸ軸、第２の軸をＹ軸、第３の軸をＺ軸と称することとする。
第１〜第３の磁気検知部２１〜２３にはＧＭＲ素子を用いた。第１〜第３の磁気検知部２１〜２３に磁場が入力されない状態での抵抗値をＲ０とする。ピンド層の磁化の方向をＸ軸方向とし、フリー層の磁化容易軸をＹ軸方向とすることで、第１〜第３の磁気検知部２１〜２３の感磁軸は全てＸ軸方向とした。すなわち各磁気検知部２１〜２３に入力されるＸ軸成分の磁気に応じて抵抗値が変化する。感磁軸方向に磁場が入力された時の抵抗変化の感度はαとする。すなわち、磁気検知部２１〜２３の感磁軸方向に磁場Ｂ１が入力された時の各磁気検知部２１〜２３の抵抗値Ｒは、Ｒ＝Ｒ０＋αＢ１となる。ここでは各素子（各磁気検知部２１〜２３）を定電圧駆動又は定電流駆動することで電流の変化値から各素子（各磁気検知部２１〜２３）の抵抗値（Ｒ１〜Ｒ３）を求めている。また、説明を簡略化するために抵抗値に基づいて導出原理を説明するが、実際の磁気センサとしては出力信号（電流又は電圧）自体に基づいて３軸各軸の磁気を演算することが可能である。
【００１９】
ここで、磁場ＢをＸ、Ｙ、Ｚ軸の各軸成分に分解すると、Ｂ＝Ｂｘ＋Ｂｙ＋Ｂｚとなる。
Ｘ軸成分の磁場Ｂｘは、図６（ａ）に示すように、磁気収束部材３０によって収束係数ａで収束され、第１〜第３の磁気検知部２１〜２３に対して全て正の方向にａＢｘとして入力される。なお、図６（ａ）において、上図は、平面模式図（基板は図示せず）、下図は第１の磁気検知部２１を含む断面模式図である。
Ｙ軸成分の磁場Ｂｙは、図６（ｂ）の平面模式図（基板は図示せず）に示すように、磁気収束部材３０によって収束され、第１〜第３の磁気検知部２１〜２３においては、Ｙ軸に対して斜め方向に磁気が作用するため、Ｘ軸方向に変換係数ｂで磁場変換されて、第１〜第３の磁気検知部２１〜２３に対して入力される。各磁気検知部２１〜２３の感磁軸はＸ軸方向であるため、第２及び第３の磁気検知部２２、２３には正の方向にｂＢｙが入力され、第１の磁気検知部２１には負の方向にｂＢｙが入力される。
【００２０】
Ｚ軸成分の磁場Ｂｚは、図６（ｃ）の断面模式図に示すように、磁気収束部材３０によって収束され、第１〜第３の磁気検知部２１〜２３においては、Ｚ軸に対して斜め方向に磁気が作用するため、Ｘ軸方向に変換係数ｃで磁場変換されて、第１〜第３の磁気検知部２１〜２３に対して入力される。第１及び第３の磁気検知部２１、２３には正の方向にｃＢｚが入力され、第２の磁気検知部２２には負の方向にｃＢｚが入力される。
以上を踏まえると、磁場Ｂが入力された時の第１〜第３の磁気検知部２１〜２３の抵抗値Ｒ１〜Ｒ３は下記式（１−１）〜（３−１）により表される。
【００２１】
Ｒ１＝α×（ａＢｘ−ｂＢｙ＋ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（１−１）
Ｒ２＝α×（ａＢｘ＋ｂＢｙ−ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（２−１）
Ｒ３＝α×（ａＢｘ＋ｂＢｙ＋ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（３−１）
ここで、式（６−１）に示すように、式“（３−１）−（２−１）”より、Ｚ軸成分の磁場Ｂｚのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ３−Ｒ２＝２αｃＢｚ      ……（６−１）
更に、式（７−１）に示すように、式“（３−１）−（１−１）”より、Ｙ軸成分の磁場Ｂｙのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ３−Ｒ１＝２αｂＢｙ      ……（７−１）
【００２２】
上記式（６−１）、（７−１）より、第１の実施形態の磁気センサ１０１を用いることにより、磁場ＢのＹ軸成分及びＺ軸成分のみに応じた抵抗値を導出することが可能であることがわかる。したがって、この値からＸ、Ｙ、Ｚ軸成分の各々の軸方向の磁場を独立して検知することができる。
そして、上記演算から理解されるように、磁気を精度良く検知するための増幅信号処理や、複雑な信号処理などを行なう必要がなく、簡単な回路構成で実現することができるため、消費電流の増大や、大型化などを伴うことなく、同一基板上で直交３軸方向の磁場を検知することの可能な、小型の磁気センサを実現することができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。この第２の実施形態の磁気センサ１０２は、第１の実施形態の磁気センサ１０１が３つの磁気検知部を有するのに対し、５つの磁気検知部を備えている。
図７は、本発明の第２の実施形態における磁気センサ１０２の一例を示す構成図である。図７（ａ）は平面模式図（基板は図示せず）、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ´で切り出した時の断面模式図である。
【００２４】
図中、符号２１〜２５は第１〜第５の磁気検知部、符号３０は磁気収束部材、符号４１は基板表面を示す。図７では第１〜第５の磁気検知部２１〜２５は例えば半導体基板などの基板内に、基板表面４１に平行に設けられる。この半導体基板上に磁気収束部材３０が形成されている。つまり、図７に示すように、磁気収束部材３０の下方に、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５が配置されている。これら第１〜第５の磁気検知部２１〜２５と磁気収束部材３０とが検知ユニットを構成し、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の出力信号は演算部５０に入力され、演算部５０はこれら出力信号に基づいて所定の演算処理を行い、磁気検知部の感磁軸の方向である第１の軸と直交する第２の軸の方向の磁場と、第１の軸及び第２の軸と直交する第３の軸の方向の磁場とを算出する。
この第２の実施形態の磁気センサ１０２において、磁気収束部材３０は、図７に示すように、平面視が細長の矩形の板形状である。
【００２５】
第１〜第５の磁気検知部２１〜２５は同一形状を有し、平面視が細長の矩形の、薄板形状である。第１〜第５の磁気検知部２１〜２５は、厚み、幅、長さとも、磁気収束部材３０よりも小さい。
第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の長手方向の長さは、磁気収束部材３０の長手方向の長さの１／２よりも短い。そして、磁気収束部材３０の長手方向の一端側をＥ１、逆側をＥ２としたとき、第１及び第２の磁気検知部２１、２２は、磁気収束部材３０の長手方向のＥ２側の端部に設けられる。第１の磁気検知部２１は、平面視で磁気収束部材３０の長手方向に沿って延びる左側の縁部と、第１の磁気検知部２１の長手方向に沿って延びる右側の縁部のみとが重なるように配置される。第２の磁気検知部２２は、平面視で磁気収束部材３０の長手方向に沿って延びる右側の縁部と、第２の磁気検知部２２の長手方向に沿って延びる左側の縁部のみとが重なるように配置される。更に、第１及び第２の磁気検知部２１、２２は、平面視でそのＥ２側の端部が磁気収束部材３０のＥ２側の端部と一致するように配置される。
【００２６】
同様に、第３及び第４の磁気検知部２３、２４は、磁気収束部材３０の長手方向のＥ１側の端部に設けられる。第３の磁気検知部２３は、平面視で磁気収束部材３０の長手方向に沿って延びる左側の縁部と、第３の磁気検知部２３の長手方向に沿って延びる右側の縁部のみとが重なるように配置される。第４の磁気検知部２４は、平面視で磁気収束部材３０の長手方向に沿って延びる右側の縁部と、第４の磁気検知部２４の長手方向に沿って延びる左側の縁部のみとが重なるように配置される。更に、第３及び第４の磁気検知部２３、２４は、そのＥ１側の端部が磁気収束部材３０のＥ１側の端部と平面視で一致するように配置される。つまり、図７に示すように、第１の磁気検知部２１と第３の磁気検知部２３とは所定間隔をあけて配置され、第２の磁気検知部２２と第４の磁気検知部２４とは所定間隔をあけて配置される。
【００２７】
第５の磁気検知部２５は、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４と同一平面上に形成され、第５の磁気検知部２５の中心点と磁気収束部材３０の中心点とが平面視で一致するように配置される。つまり、平面視で、第５の磁気検知部２５は磁気収束部材３０に完全に覆われて（重なって）いる。
更に、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の長手方向の中心線と磁気収束部材３０の長手方向の中心線とはそれぞれ平行であり、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４は、磁気収束部材３０の短手方向及び長手方向の中心線のそれぞれに対して線対称となるように配置されている。なお、本明細書でいう中心線とは、例えば磁気収束部材３０の場合には、磁気収束部材３０の中心点（平面視で、幅及び長さが共に中央となる部分）を通る長手方向又は短手方向に延びる線分のことを言い、長手方向の中心線とは中心点を通る長手方向に延びる中心線のことを言い、短手方向の中心線とは中心点を通る短手方向に延びる中心線のことを言う。
【００２８】
この第２の実施形態の磁気センサ１０２を用いて、磁場Ｂが入力された場合の３軸方向の磁気検知方法について説明する。
なお、便宜上第１の軸をＸ軸、第２の軸をＹ軸、第３の軸をＺ軸と称することとする。
第１〜第５の磁気検知部２１〜２５にはＧＭＲ素子を用いた。第１〜第５の磁気検知部２１〜２５に磁場が入力されない状態での抵抗値をＲ０とする。ピンド層の磁化の方向をＸ軸方向とし、フリー層の磁化容易軸をＹ軸方向とすることで、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の感磁軸は全てＸ軸方向とした。すなわち各磁気検知部２１〜２５に入力されるＸ軸成分の磁気に応じて抵抗値が変化する。感磁軸方向に磁場が入力された時の抵抗変化の感度はαとする。すなわち、磁気検知部２１〜２５の感磁軸方向に磁場Ｂ１が入力された時の各磁気検知部２１〜２５の抵抗値Ｒは、Ｒ＝Ｒ０＋αＢ１となる。ここでは各素子（各磁気検知部２１〜２５）を定電圧駆動又は定電流駆動することで電流の変化値から各素子（各磁気検知部２１〜２５）の抵抗値（Ｒ１〜Ｒ５）を求めている。また、説明を簡略化するために抵抗値に基づいて導出原理を説明するが、実際の磁気センサとしては出力信号（電流又は電圧）自体に基づいて３軸各軸の磁気を演算することが可能である。
【００２９】
磁場ＢをＸ、Ｙ、Ｚ軸の各軸成分に分解すると、Ｂ＝Ｂｘ＋Ｂｙ＋Ｂｚとなる。
Ｘ軸成分の磁場Ｂｘは、図８（ａ）に示すように、磁気収束部材３０によって収束係数ａで収束され、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４に対して全て正の方向にａＢｘとして入力される。一方、第５の磁気検知部２５は平面視で磁気収束部材３０に完全に覆われて（重なって）いるため、Ｘ軸方向の磁場は入力されない。なお、図８（ａ）において、上図は、平面模式図（基板は図示せず）、下図は第３及び第４の磁気検知部２３、２４を含む断面模式図である。
【００３０】
Ｙ軸成分の磁場Ｂｙは、図８（ｂ）の平面模式図（基板は図示せず）に示すように、磁気収束部材３０によって収束され、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４においては、Ｙ軸に対して斜め方向に磁気が作用するため、Ｘ軸方向に変換係数ｂで磁場変換されて、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４に対して入力される。各磁気検知部２１〜２４の感磁軸はＸ軸方向であるため、第２及び第３の磁気検知部２２、２３には正の方向にｂＢｙが入力され、第１及び第４の磁気検知部２１、２４には負の方向にｂＢｙが入力される。一方、第５の磁気検知部２５は平面視で磁気収束部材３０に完全に覆われて（重なって）いるため、Ｘ軸方向の変換磁場は入力されない。
【００３１】
Ｚ軸成分の磁場Ｂｚは、図８（ｃ）の断面模式図に示すように、磁気収束部材３０によって収束され、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４においては、Ｚ軸に対して斜め方向に磁気が作用するため、Ｘ軸方向に変換係数ｃで磁場変換されて、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４に対して入力される。第１及び第３の磁気検知部２１、２３には正の方向にｃＢｚが入力され、第２及び第４の磁気検知部２２、２４には負の方向にｃＢｚが入力される。一方、第５の磁気検知部２５は平面視で磁気収束部材３０に完全に覆われて（重なって）いるため、Ｘ軸方向の変換磁場は入力されない。
【００３２】
以上を踏まえると、磁場Ｂが入力された時の第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の抵抗値Ｒ１〜Ｒ５は下記式（１−２）〜（５−２）により表される。
Ｒ１＝α×（ａＢｘ−ｂＢｙ＋ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（１−２）
Ｒ２＝α×（ａＢｘ＋ｂＢｙ−ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（２−２）
Ｒ３＝α×（ａＢｘ＋ｂＢｙ＋ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（３−２）
Ｒ４＝α×（ａＢｘ−ｂＢｙ−ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（４−２）
Ｒ５＝Ｒ０                                      ……（５−２）
【００３３】
ここで、式（６−２）に示すように、式“（３−２）−（２−２）”より、Ｚ軸成分の磁場Ｂｚのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ３−Ｒ２＝２αｃＢｚ      ……（６−２）
これは式“（１−２）−（４−２）”でも同様である。
更に、式（７−２）に示すように、式“（３−２）−（１−２）”より、Ｙ軸成分の磁場Ｂｙのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ３−Ｒ１＝２αｂＢｙ      ……（７−２）
これは式“（２−２）−（４−２）”でも同様である。
【００３４】
更に、式“（１−２）＋（２−２）−２×（５−２）”より、Ｘ軸成分の磁場Ｂｘのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ１＋Ｒ２−２×Ｒ５＝２αａＢｘ      ……（８−２）
これは式“（３−２）＋（４−２）−２×（５−２）”でも同様である。
上記式（６−２）〜（８−２）より、第２の実施形態の磁気センサ１０２を用いることにより、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸成分の各々のみに応じた抵抗値を導出することが可能であることがわかる。したがって、この値からＸ、Ｙ、Ｚ軸成分の各々の軸方向の磁場を独立して検知することができる。
【００３５】
そして、上記演算から理解されるように、磁気を精度良く検知するための増幅信号処理や、複雑な信号処理などを行なう必要がなく、簡単な回路構成で実現することができる。そのため、消費電流の増大や、大型化などを伴うことなく、同一基板上で直交３軸方向の磁場を検知することの可能な、小型の磁気センサを実現することができる。
なお、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各軸成分のみに応じた抵抗値は、例えば、式（６−２）、式（７−２）、式（８−２）から求めてもよいし、例えば、Ｚ軸成分の磁場Ｂｚのみに応じた抵抗値は、式（６−２）にしたがって抵抗値“Ｒ３−Ｒ２”から求めた値と、式“（１−２）−（４−２）”にしたがって、“Ｒ１−Ｒ４”から求めた値との平均値をとるなど、両者をもとに求めてもよい。Ｘ軸成分の磁場Ｂｘ及びＹ軸成分の磁場Ｂｙについても、同様である。
【００３６】
また、上記第２の実施形態では、第１及び第２の磁気検知部２１、２２のＥ２側の端部と、磁気収束部材３０のＥ２側の端部とが平面視で一致し、第３及び第４の磁気検知部２３、２４のＥ１側の端部と、磁気収束部材３０のＥ１側の端部とが平面視で一致するように配置した場合について説明したが、これに限るものではない。
例えば、図７に示す磁気収束部材３０に対して、第１及び第２の磁気検知部２１、２２が、磁気収束部材３０の長手方向の多少外側に位置していてもよく、逆に、磁気収束部材３０の長手方向の多少内側に位置していてもよい。磁気収束部材３０と、第３及び第４の磁気検知部２３、２４との相対関係も同様である。
【００３７】
また、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の長手方向の長さは、必ずしも、磁気収束部材３０の長手方向の長さの１／２よりも短くなくてもよい。要は、磁気収束部材３０の長手方向の両側の縁部に設けられる第１〜第４の磁気検知部２１〜２４のうちの２つどうしが間隔をあけて配置されればよい。例えば、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の長手方向の長さが磁気収束部材３０の長手方向の長さの１／２よりも大きい場合には、磁気収束部材３０の長手方向に沿って延びる左右の縁部にそれぞれ配置される２つの磁気検知部どうしを間隔をあけて配置し、その分、磁気検知部の端部が、磁気収束部材３０の端部よりも外側に位置するように配置してもよい。
【００３８】
また、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４と磁気収束部材３０とは、平面視で縁部どうしが必ずしも重なっていなくてもよく、逆に、例えば、図７よりもより広い範囲で重なっていてもよい。要は、Ｘ軸方向に磁場変換されたＹ軸方向の磁場及びＺ軸方向の磁場を検知できる位置関係にあればよい。第１〜第４の磁気検知部２１〜２４と磁気収束部材３０とを、平面視で重なるように配置することによって、検知感度の向上を図ることができる。
また、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５は必ずしも、平面視で矩形状でなくてもよく、また、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の長手方向の中心線と磁気収束部材３０の長手方向の中心線とは、必ずしも平面視で平行でなくてもよい。検知精度向上の観点から、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５は、基板を平面視したときに矩形状であり、且つ第１〜第５の磁気検知部２１〜２５におけるそれぞれの長手方向の中心線と磁気収束部材３０の長手方向の中心線とは平行であることが好ましい。
【００３９】
すなわち、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４は、磁気収束部材３０の４つの角部にそれぞれ１つの角部のみに近接するように配置されると共に平面視で点対称の関係にあればよい。例えば、基板を平面視したときに第１〜第５の磁気検知部２１〜２５が同一の矩形状であり、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の一の辺の延びる方向と磁気収束部材３０の一の辺の延びる方向とは平行であってもよい。更に、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４は平面視で長方形であり、その長手方向が、平面視で磁気収束部材３０の前述の一の辺及び当該一の辺の対辺のいずれかに沿って配置されていてもよい。
【００４０】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。
図９は、第３の実施形態の磁気センサ１０３の一例を示す構成図である。第３実施形態の磁気センサ１０３は、図７に示す第２の実施形態における磁気センサ１０２と比較して、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の長手方向の中心線と磁気収束部材３０の短手方向の中心線とが平行である点と、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の感磁軸がＹ軸方向である点と、において相違している。
すなわち、図９に示すように、第１及び第２の磁気検知部２１、２２は、磁気収束部材３０の長手方向のＥ２側の端部の２つの角部近傍に、それぞれ１つの角部のみに近接するように設けられ、第１の磁気検知部２１の長手方向に沿って延びる片側の縁部のみと磁気収束部材３０のＥ２側の端部とが平面視で重なるように配置される。同様に、第２の磁気検知部２２の長手方向に沿って延びる片側の縁部のみと磁気収束部材３０のＥ２側の端部とが平面視で重なるように配置され、且つ、第１の磁気検知部２１と第２の磁気検知部２２とは所定間隔をあけて配置される。
【００４１】
同様に、第３及び第４の磁気検知部２３、２４は、磁気収束部材３０の長手方向のＥ１側の端部の２つの角部近傍に、それぞれ１つの角部のみに近接するように設けられ、第３の磁気検知部２３の長手方向に沿って延びる片側の縁部のみと磁気収束部材３０のＥ１側の端部とが平面視で重なるように配置される。同様に、第４の磁気検知部２４の長手方向に沿って延びる片側の縁部のみと磁気収束部材３０のＥ１側の端部とが平面視で重なるように配置され、且つ第３の磁気検知部２３と第４の磁気検知部２４とは所定間隔をあけて配置される。
【００４２】
そして、第５の磁気検知部２５は、磁気収束部材３０の下方に配置され、且つ第５の磁気検知部２５の中心点と磁気収束部材３０の中心点とが平面視で重なるように配置される。
なお、第３の実施形態では、磁気収束部材３０の短手方向の幅は、第５の磁気検知部２５の長手方向の長さよりも長く、第５の磁気検知部２５は平面視で、磁気収束部材３０に全体が重なるように形成される。
このような構成を有する第３の実施形態における磁気センサ１０３は、他の素子とのレイアウトの自由度が高くなる点で好ましい場合がある。
【００４３】
すなわち、磁気センサ１０３において磁場Ｂが入力された場合、Ｘ軸成分の磁場Ｂｘは、磁気収束部材３０によって収束されるため、感磁軸の方向であるＹ軸方向に変換係数ｄで磁場変換されて、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４に対して入力される。
各磁気検知部２１〜２４の感磁軸はＹ軸方向であるため、第２及び第３の磁気検知部２２、２３には正の方向にｄＢｘが入力され、第１及び第４の磁気検知部２１、２４には負の方向にｄＢｘが入力される。一方、第５の磁気検知部２５は、平面視で磁気収束部材３０に完全に覆われているため、Ｙ軸方向の変換磁場は入力されない。
【００４４】
Ｙ軸成分の磁場Ｂｙは、磁気収束部材３０によって係数ｅで収束され、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４に全て正の方向にｅＢｙとして入力される。第５の磁気検知部２５は、平面視で磁気収束部材３０に完全に覆われているため、Ｙ軸方向の変換磁場は入力されない。
Ｚ軸成分の磁場Ｂｚは、磁気収束部材３０によって収束されるため、Ｙ軸方向に変換係数ｆで磁場変換されて、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４に対して入力される。第３及び第４の磁気検知部２３、２４には正の方向にｆＢｚが入力され、第１及び第２の磁気検知部２１、２２には負の方向にｆＢｚが入力される。一方、第５の磁気検知部２５は平面視で磁気収束部材３０に完全に覆われているため、Ｙ軸方向の変換磁場は入力されない。
【００４５】
以上を踏まえると、磁気センサ１０３に磁場Ｂが入力された時の第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の抵抗値Ｒ１〜Ｒ５は下記式（１−３）〜（５−３）により表される。
Ｒ１＝α×（−ｄＢｘ＋ｅＢｙ−ｆＢｚ）＋Ｒ０    ……（１−３）
Ｒ２＝α×（ｄＢｘ＋ｅＢｙ−ｆＢｚ）＋Ｒ０      ……（２−３）
Ｒ３＝α×（ｄＢｘ＋ｅＢｙ＋ｆＢｚ）＋Ｒ０      ……（３−３）
Ｒ４＝α×（−ｄＢｘ＋ｅＢｙ＋ｆＢｚ）＋Ｒ０    ……（４−３）
Ｒ５＝Ｒ０                                      ……（５−３）
【００４６】
ここで、式（６−３）に示すように、式“（３−３）−（２−３）”より、Ｚ軸成分の磁場Ｂｚのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ３−Ｒ２＝２αｆＢｚ      ……（６−３）
これは式“（４−３）−（１−３）”でも同様である。
更に、式（７−３）に示すように、式“（３−３）−（４−３）”より、Ｘ軸成分の磁場Ｂｘのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ３−Ｒ１＝２αｄＢｘ      ……（７−３）
これは式“（２−３）−（１−３）”でも同様である。
【００４７】
更に、式“（１−３）＋（３−３）−２×（５−３）”より、Ｙ軸成分の磁場Ｂｙのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ１＋Ｒ２−２×Ｒ５＝２αｅＢｙ      ……（８−３）
これは式“（２−３）＋（４−３）−２×（５−３）”でも同様である。
上記式（６−３）〜（８−３）より、第３の実施形態の磁気センサ１０３を用いても、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸成分の各々のみに応じた抵抗値を導出することが可能であることがわかる。したがって、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸成分の各々のみに応じた抵抗値からＸ、Ｙ、Ｚ軸成分の各々の軸方向の磁場を独立して検知することができる。
【００４８】
このように、第３の実施形態においても、磁気を精度良く検知するための増幅信号処理や、複雑な信号処理などを行なう必要がなく、簡単な回路構成で実現することができるため、消費電流の増大や、大型化などを伴うことなく、同一基板上で直交３軸方向の磁場を検知することの可能な、小型の磁気センサを実現することができる。
また、図９に示すように、各磁気検知部２１〜２５の長手方向の中心線と、磁気収束部材３０の短手方向の中心線とが平面視で平行になるように配置した場合でも、第１の実施形態における磁気センサと同等の作用効果を得ることができるため、レイアウトの自由度を高めることができる。
【００４９】
なお、この第３の実施形態においても、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各軸成分のみに応じた抵抗値は、例えば、式（６−３）、式（７−３）、式（８−３）から求めてもよいし、例えば、Ｚ軸成分の磁場Ｂｚのみに応じた抵抗値は、式（６−３）にしたがって抵抗値“Ｒ３−Ｒ２”から求めた値と、式“（４−３）−（１−３）”にしたがって、“Ｒ４−Ｒ１”から求めた値との平均値をとるなど、両者をもとに求めてもよい。Ｘ軸成分の磁場Ｂｘ及びＹ軸成分の磁場Ｂｙについても、同様である。
【００５０】
また、上記第３の実施形態では、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の長手方向に沿って延びる片側の縁部の一部と、磁気収束部材３０の長手方向いずれかの端部とが、平面視で重なる場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、磁気収束部材３０の端部と、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４とが平面視で重ならなくてもよく、逆に、図９の場合よりもより広い範囲で重なるように配置してもよい。第１〜第４の磁気検知部２１〜２４と磁気収束部材３０とを平面視で重なるように配置することによって、検知精度の向上を図ることができる。
【００５１】
また、図９に示すように、平面視で、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の長手方向中央近傍が、磁気収束部材３０の４つの角部に位置するように配置しているが、これに限るものではない。例えば、平面視で磁気収束部材３０の角部が、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の中央部よりも端部寄りとなるように配置し、第１の磁気検知部２１と第２の磁気検知部２２の間隔、また第３の磁気検知部２３と第４の磁気検知部２４との間隔がより広くてもよく、或いはより狭くてもよい。
また、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５は、必ずしも平面視で矩形状でなくてもよく、また、その長手方向の中心線と磁気収束部材３０の短手方向の中心線とは、必ずしも平面視で平行でなくてもよいが、検知精度向上の観点から第１〜第５の磁気検知部２１〜２５は、基板を平面視したときに矩形状であり、且つ第１〜第５の磁気検知部２１〜２５は、その長手方向の中心線と磁気収束部材３０の短手方向の中心線とは平行であることが好ましい。
【００５２】
すなわち、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４は、磁気収束部材３０の４つの角部にそれぞれ１つの角部のみに近接するように配置されると共に平面視で点対称且つ線対称の関係にあればよい。例えば、基板を平面視したときに第１〜第５の磁気検知部２１〜２５が同一の矩形状であり、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の一の辺の延びる方向と磁気収束部材３０の一の辺の延びる方向とは平行であってもよい。更に、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４は平面視で長方形であり、その長手方向が、平面視で磁気収束部材３０の前述の一の辺と交差する二つの辺のいずれかに沿って配置されていてもよい。
【００５３】
また、上記第１〜第３の実施形態において、特に制限されないが、各軸の磁気を容易に検知する観点から、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の中心点を通る短手方向の線分が第１の軸であることが好ましい。この場合、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の短手方向の中心線が第２の軸となり、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５に垂直な方向が第３の軸となる。
また、上記第１〜第３の実施形態において、磁気収束部材３０や、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の長さや幅、厚み、また相対位置などは、磁気収束部材や磁気検知部の特性や、所望とする磁気センサの精度などに応じて、十分な３軸成分を得ることのできる値に設定すればよい。
【００５４】
また、上記第１〜第３の実施形態において、磁気収束部材３０の上方に第１〜第５の磁気検知部２１〜２５を配置してもよい。
また、上記第１〜第３の実施形態において、第５の磁気検知部２５は、必ずしも、磁気収束部材３０の中心点と第５の磁気検知部２５の中心点とが平面視で一致するように配置しなくともよく、多少ずれていてもよい。
【００５５】
次に、上記第１〜第３の実施形態の変形例１〜３を示す。
なお、変形例における磁気センサにおいては、磁気検出素子として、ＴＭＲ素子を用いた場合について説明するが、前述のように、磁気検出素子としては、磁気抵抗効果素子やＧＭＲ素子を適用することも可能である。
〔変形例１〕
図１０は、変形例１における磁気センサの、全体構成を示したものである。図１１（ａ）は、図１０の一部を拡大したものであり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ部を拡大したものである。
変形例１における磁気センサは、図１０及び図１１に示すように、図７に示す第２の実施形態における磁気センサ１０２において、各磁気検知部２１〜２５のそれぞれが複数の磁気検出素子を備えたものである。
【００５６】
すなわち、変形例１における磁気センサは、図１０、図１１に示すように、複数の磁気収束部材３０が平行に配置されてなる磁気収束部３００を備え、各磁気収束部材３０は、図７に示す磁気センサ１０２の磁気検知部２１〜２５に対応する磁気検知部２１ａ〜２５ａを備えている。
各磁気検知部２１ａ〜２５ａは、磁気検出素子としての複数（例えば４つ）のＴＭＲ素子を備える。各磁気検知部２１ａ〜２５ａは、磁気収束部材３０の長手方向に２つのピンド層２が所定間隔で配置され、この２つのピンド層２のそれぞれに、磁気収束部材３０の長手方向に２つのフリー層４が所定間隔で配置されることにより、磁気収束部材３０の長手方向に所定間隔で４つのＴＭＲ素子が配置されてなる。
【００５７】
なお、図１０において、４０は磁気センサが形成される基板、ＰＡＤは各磁気検知部２１ａ〜２５ａに含まれる磁気検出素子の出力信号を取り出すためのパッドであり、ＰＡＤは磁気収束部材３０の長手方向両端側にそれぞれ４つずつ計８個設けられている。また、平行に配置された複数の磁気収束部材３０の、磁気収束部材３０が列が伸びる方向の両端には、磁気検知部２１ａ〜２５ａが設けられていない磁気収束部材３０が配置されている。そして、各磁気検知部２１ａ〜２５ａの出力信号は、ＰＡＤを介して演算部５０に入力され、演算部５０は、これら出力信号に基づいて所定の演算処理を行い、磁気検知部の感磁軸の方向である第１の軸と直交する第２の軸の方向の磁場と、第１の軸及び第２の軸と直交する第３の軸の方向の磁場とを算出する。
【００５８】
各磁気検知部２１ａ〜２５ａの各部と磁気収束部材３０とは、平面視で次の条件を満足するように形成される。すなわち、磁気収束部材３０の長手方向の一端と、この一端側に位置する各フリー層４の端部との間の距離、同様に、磁気収束部材３０の長手方向の他端と、この他端側に位置する各フリー層４の端部との間の距離をｅ１としたとき、距離ｅ１は、０μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、５μｍ以上２０μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以上１５μｍ以下が特に好ましい。例えば、距離ｅ１は０μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍである。
【００５９】
磁気収束部材３０の短手方向の長さすなわち幅ｅ２は、５μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、８μｍ以上１２μｍ以下がより好ましく、１０μｍが特に好ましい。例えば幅ｅ２は、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ、１０μｍ、１１μｍ、１２μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍである。また、磁気収束部材３０の長手方向の長さは例えば３２０μｍである。
磁気収束部材３０どうしの距離ｅ３は、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下が好ましく、２５μｍ以上３２μｍ以下が特に好ましい。例えば距離ｅ３は１０μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３２μｍ、４０μｍ、４５μｍ、５０μｍ、６０μｍ、１００μｍである。
【００６０】
図１１（ｂ）に示すように、磁気収束部材３０の、磁気検知部２１ａ〜２４ａのフリー層４側の端部とこのフリー層４の磁気収束部材３０側の端部との距離ｅ４は、０μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、１μｍ以上２μｍ以下が特に好ましい。例えば距離ｅ４は、０μｍ、０．５μｍ、１μｍ、１．５μｍ、２μｍ、１０μｍである。
磁気検知部２１ａ〜２４ａの同一のピンド層２に配置される２つのフリー層４どうしの間の距離ｅ５、及び２つのピンド層２のそれぞれに配置されるフリー層４どうしの間の距離ｅ６は、２μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、５μｍ以上１０μｍ以下が特に好ましく、５μｍ又は６μｍ又は８μｍがより好ましい。例えば距離ｅ５及びｅ６は、５μｍ、６μｍ、８μｍ、１０μｍである。距離ｅ５及びｅ６は同一であってもよいし、異なる値であってもよい。
【００６１】
磁気検知部２５ａに関しては、同一のピンド層２に配置される２つのフリー層４どうしの間の距離及び２つのピンド層２のそれぞれに配置されるフリー層４どうしの間の距離は上記磁気検知部２１ａ〜２４ａの距離ｅ５及びｅ６と同様の値でも良く、また、異な値、例えば１５４μｍ、１８８μｍなどの値であっても良い。
磁気収束部材３０及び磁気検知部２１ａ〜２５ａを一つの繰り返しパターンとしたときに、一の繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２１ａと他の繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２１ａとは配線で直列接続される。すなわち、一の繰り返しパターンの磁気検知部２１ａに含まれる磁気検出素子は、他の繰り返しパターンの磁気検知部２１ａに含まれる磁気検出素子と直列接続される。ただし、各繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２１ａの全てが直列接続される必要は無く、他の磁気検知部２１ａに接続されない磁気検知部２１ａがあってもよい。
【００６２】
磁気検出素子の直列接続の個数は、８個以上１００個以下が好ましく、１２個以上８０個以下がより好ましく、２４個以上５６個以下が特に好ましい。磁気検出素子の直列接続の個数は、例えば、１６個、２０個、２４個、２８個、３２個、３６個、４０個、４４個、４８個、５２個、５６個である。
磁気検知部２１ａと同様に、磁気検知部２２ａ〜２５ａのそれぞれは他の繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２２ａ〜２５ａのそれぞれと直列接続される。
【００６３】
〔変形例２〕
図１２は、変形例２における磁気センサの、全体構成を示したものである。図１３（ａ）は、図１２の一部を拡大したものであり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ部を拡大したものである。
変形例２における磁気センサは、図１２及び図１３に示すように、図１０、図１１に示す変形例１における磁気センサにおいて、磁気収束部材３０それぞれを長手方向２つに分割したものであり、２つの磁気収束部材３０ａと磁気収束部材３０ｂとを有し、長手方向に伸びる直線上に並べて配置された磁気収束部材３０ａ及び磁気収束部材３０ｂが、更に短手方向に複数平行に配置された磁気収束部３０１を備える。
【００６４】
磁気収束部材３０ａ、３０ｂのそれぞれには、図１２及び図１３に示すように、図７に示す第２実施形態における磁気センサ１０２の磁気検知部２１〜２４に対応する磁気検知部２１ｂ〜２４ｂが配置されると共に、長手方向中央部には、それぞれ磁気検知部２５ｂが配置される。
磁気検知部２１ｂ〜２５ｂは、磁気検出素子としての２つのＴＭＲ素子を有し、磁気収束部材３０ａ、３０ｂの長手方向に２つのピンド層２が所定間隔で配置され、この２つのピンド層２のそれぞれに、磁気収束部材３０ａ、３０ｂの長手方向に２つのフリー層４が所定間隔で配置されることにより、磁気収束部材３０ａ、３０ｂの長手方向に所定間隔で２つのＴＭＲ素子が配置されてなる。
【００６５】
なお、図１２において、４０は磁気センサが形成される基板、ＰＡＤは磁気検知部２１ｂ〜２５ｂに含まれる磁気検出素子の出力信号を取り出すためのパッドである。また、平行に配置された複数の磁気収束部材３０ａ、３０ｂの、これらが伸びる方向の両端には、磁気検知部２１ｂ〜２５ｂが設けられていない磁気収束部材３０ａ、３０ｂが配置されている。各磁気検知部２１ｂ〜２５ｂの出力信号は、演算部５０に入力され、演算部５０はこれら出力信号に基づいて所定の演算処理を行い、磁気検知部の感磁軸の方向である第１の軸と直交する第２の軸の方向の磁場と、第１の軸及び第２の軸と直交する第３の軸の方向の磁場とを算出する。
【００６６】
各磁気検知部２１ｂ〜２５ｂの各部と磁気収束部材３０ａとは、平面視で次の条件を満足するように形成される。なお、各磁気検知部２１ｂ〜２５ｂの各部と磁気収束部材３０ｂとの関係も同一である。
磁気収束部材３０ａの長手方向の一端と、この一端側に位置する各フリー層４の端部との間の距離、同様に、磁気収束部材３０ａの長手方向の他端と、この他端側に位置する各フリー層４の端部との間の距離をｅ１１としたとき、距離ｅ１１は、０μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、５μｍ以上２５μｍ以下がより好ましく、５μｍ以上２４μｍ以下が特に好ましい。例えば、距離ｅ１１は０μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２４μｍ、２５μｍ、２６μｍ、２７μｍ、２８μｍ、２９μｍ、３０μｍである。
【００６７】
磁気収束部材３０ａの短手方向の長さすなわち幅ｅ１２は、５μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、８μｍ以上１２μｍ以下がより好ましく、１０μｍが特に好ましい。例えば幅ｅ１２は、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ、１０μｍ、１１μｍ、１２μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍである。また、磁気収束部材３０ａの長手方向の長さは例えば１６０μｍである。
磁気収束部材３０ａどうしの距離ｅ１３は、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下が好ましく、２５μｍ以上３２μｍ以下が特に好ましい。例えば距離ｅ１３は１０μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３２μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、１００μｍである。
【００６８】
図１３（ｂ）に示すように、磁気収束部材３０ａの磁気検知部２１ｂ〜２４ｂのフリー層４側の端部とこのフリー層４の磁気収束部材３０ａ側の端部との距離ｅ１４は、０μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、１μｍ以上２μｍ以下が特に好ましい。例えば距離ｅ１４は、０μｍ、０．５μｍ、１μｍ、１．５μｍ、２μｍ、１０μｍである。
同一のピンド層２に配置される２つのフリー層４どうしの間の距離ｅ１５、及び２つのピンド層２のそれぞれに配置されるフリー層４どうしの間の距離ｅ１６は、５μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、５μｍ又は６μｍ又は８μｍがより好ましい。例えば距離ｅ１５及びｅ１６は、５μｍ、６μｍ、８μｍ、１０μｍ、１５４μｍ、１８８μｍ、である。距離ｅ１５及びｅ１６は同一であってもよいし、異なる値であってもよい。距離ｅ１５及びｅ１６を同一とする場合には、ｅ１５及びｅ１６は例えば８μｍに設定される。
【００６９】
磁気収束部材３０ａと磁気収束部材３０ｂとの間の距離ｅ１７は、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下が特に好ましい。例えば距離ｅ１７は、１０μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、３２μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４５μｍ、５０μｍ、８０μｍ、１００μｍである。
磁気収束部材３０ａ及びその周囲に配置される磁気検知部２１ｂ〜２５ｂを第１の繰り返しパターンとし、磁気収束部材３０ｂ及びその周囲に配置される磁気検知部２１ｂ〜２５ｂを第２の繰り返しパターンとしたときに、第１の繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２１ｂは、他の第１の繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２１ｂ及び／又は第２の繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２１ｂと配線で直列接続される。即ち、第１の繰り返しパターンの磁気検知部２１ｂに含まれる磁気検出素子は、他の第１の繰り返しパターンの磁気検知部２１ｂに含まれる磁気検出素子及び／又は第２の繰り返しパターンの磁気検知部２１ｂに含まれる磁気検出素子と配線で直列接続される。ただし、各繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２１ｂの全てが直列接続される必要は無く、他の磁気検知部２１ａに接続されない磁気検知部２１ｂがあってもよい。
【００７０】
磁気検出素子の直列接続の個数は、８個以上１００個以下が好ましく、１２個以上８０個以下がより好ましく、２４個以上５６個以下が特に好ましい。磁気検出素子の直列接続の個数は、例えば、１６個、２０個、２４個、２８個、３２個、３６個、４０個、４４個、４８個、５２個、５６個である。
磁気検知部２１ｂと同様に、磁気検知部２２ｂ〜２５ｂのそれぞれは他の繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２２ｂ〜２５ｂのそれぞれと直列接続される。
【００７１】
〔変形例３〕
図１４は、変形例３における磁気センサの、全体構成を示したものである。図１５（ａ）は、図１４の一部を拡大したものであり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＡ部を拡大したものである。
変形例３における磁気センサは、図１４及び図１５に示すように、図１０、図１１に示す変形例１における磁気センサにおいて、磁気検知部２５ａを２つの磁気検知部に分け、また、各磁気検知部２１ａ〜２４ａにおいて、フリー層４間の距離を同一にしたものである。
すなわち、変形例３における磁気センサは、図１４、図１５に示すように、磁気検知部２５ａに替えて、２つの磁気検知部２５ｂが設けられている。
この磁気検知部２５ｂは、変形例２における磁気検知部２５ｂと同様であって、１つのピンド層２に２つのフリー層４が所定間隔で配置され、２つのＴＭＲ素子が形成されている。
【００７２】
なお、図１４において、４０は磁気センサが形成される基板、ＰＡＤは磁気検知部２１ａ〜２４ａ、２５ｂに含まれる磁気検出素子の出力信号を取り出すためのパッドである。また、平行に配置された複数の磁気収束部材３０の、これらが伸びる方向の両端には、磁気検知部２１ａ〜２４ａ、２５ｂが設けられていない磁気収束部材３０が配置されている。各磁気検知部２１ａ〜２４ａ、２５ｂの出力信号は、演算部５０に入力され、演算部５０はこれら出力信号に基づいて所定の演算処理を行い、磁気検知部の感磁軸の方向である第１の軸と直交する第２の軸の方向の磁場と、第１の軸及び第２の軸と直交する第３の軸の方向の磁場とを算出する。
【００７３】
各磁気検知部２１ａ〜２４ａ、２５ｂの各部と磁気収束部材３０とは、平面視で次の条件を満足するように形成される。すなわち、磁気収束部材３０の長手方向の一端と、この一端側に位置する各フリー層４の端部との間の距離、同様に、磁気収束部材３０の長手方向の他端と、この他端側に位置する各フリー層４の端部との間の距離をｅ２１としたとき、距離ｅ２１は、０μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、５μｍ以上２０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上１５μｍ以下がより好ましい。例えば、距離ｅ２１は０μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍである。
【００７４】
磁気収束部材３０の短手方向の長さすなわち幅ｅ２２は、５μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、８μｍ以上１２μｍ以下がより好ましく、１０μｍが特に好ましい。例えば幅ｅ２２は、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ、１０μｍ、１１μｍ、１２μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍである。また、磁気収束部材３０の長手方向の長さは例えば３２０μｍである。
磁気収束部材３０どうしの距離ｅ２３は、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下が好ましく、２５μｍ以上３２μｍ以下が特に好ましい。例えば距離ｅ２３は１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、３２μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４５μｍ、５０μｍ、５５μｍ、６０μｍ、１００μｍである。
【００７５】
図１５（ｂ）に示すように、磁気収束部材３０の磁気検知部２１ａ〜２４ａのフリー層４側の端部とこのフリー層４の磁気収束部材３０側の端部との距離ｅ２４は、０μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、１μｍ以上２μｍ以下が特に好ましい。例えば距離ｅ２４は、０μｍ、０．５μｍ、１μｍ、１．５μｍ、２μｍ、１０μｍである。
同一のピンド層２に配置される２つのフリー層４どうしの間の距離ｅ２５、及び２つのピンド層２のそれぞれに配置されるフリー層２４どうしの間の距離ｅ２６は、同一であって例えば８μｍである。
変形例１と同様に、磁気収束部材３０及び磁気検知部２１ａ〜２４ａ、２５ｂを一つの繰り返しパターンとしたときに、一の繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２１ａ〜２４ａ、２５ｂのそれぞれは他の繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２１ａ〜２４ａ、２５ｂのそれぞれと配線で直列接続される。磁気検出素子の直列接続の個数も変形例１と同様である。
【００７６】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。
図１６は、本発明の第４の実施形態における磁気センサ１０４の一例を示す構成図である。
図１６（ａ）は磁気センサ１０４の平面模式図（基板は図示せず）、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＡ−Ａ′で切り出した時の断面模式図である。図中、符号２１〜２５は第１〜第５の磁気検知部、符号３１は第１の磁気収束部材、符号３２は第２の磁気収束部材、符号４１は基板表面を示す。図１６では、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５は例えば半導体基板などの基板内に、基板表面４１と平行に設けられる。この半導体基板上に第１の磁気収束部材３１及び第２の磁気収束部材３２が形成される。つまり、図１６（ｂ）に示すように、第１の磁気収束部材３１の下方に、第３及び第４の磁気検知部２３、２４が配置され、第２の磁気収束部材３２の下方に、第１の磁気検知部２１及び第２の磁気検知部２２が形成されている。第１〜第５の磁気検知部２１〜２５と第１、第２の磁気収束部材３２とが検知ユニットとなり、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の出力信号は演算部５０に入力される。演算部５０は所定の演算処理を行い、磁気検知部の感磁軸の方向である第１の軸と直交する第２の軸の方向の磁場と、第１の軸及び第２の軸と直交する第３の軸の方向の磁場を算出する。
【００７７】
この第４の実施形態の磁気センサ１０４において、第１及び第２の磁気収束部材３１、３２は同一形状を有している。これら第１、第２の磁気収束部材３１、３２は平面視が矩形状であればよく、図１６では平面視が細長の矩形の板形状である。
第１〜第５の磁気検知部２１〜２５は同一形状を有し、平面視が細長の矩形の、薄板形状である。第１〜第５の磁気検知部２１〜２５は、厚み、幅、長さとも第１、第２の磁気収束部材３１、３２よりも小さい。
第３及び第４の磁気検知部２３、２４は、平面視で、第１の磁気収束部材３１を挟んでその両側の縁部近傍に配置され、図１６において第１の磁気収束部材３１の長手方向に沿って延びる左側の縁部と第３の磁気検知部２３の長手方向に沿って延びる右側の縁部のみとが重なるように配置される。同様に、第１の磁気収束部材３１の長手方向に沿って延びる右側の縁部と第４の磁気検知部２４の長手方向に沿って延びる左側の縁部のみとが平面視で重なるように配置される。
また、第１及び第２の磁気収束部材３１、３２の長手方向の一端をＥ１側、逆側をＥ２側としたとき、第１の磁気収束部材３１の長手方向Ｅ１側の端部と、第３及び第４の磁気検知部２３、２４の一端とが平面視で一致するように配置される。すなわち、平面視で第１の磁気収束部材３１の長手方向Ｅ２側の端部のその両側の縁部には、第３及び第４の磁気検知部２３、２４は配置されない。
【００７８】
第１及び第２の磁気検知部２１、２２は、平面視で、第２の磁気収束部材３２を挟んでその両側の縁部近傍に配置され、第２の磁気収束部材３２の長手方向に沿って延びる左側の縁部と第１の磁気検知部２１の長手方向に沿って延びる右側の縁部のみとが重なるように配置される。同様に、第２の磁気収束部材３２の長手方向に沿って延びる右側の縁部と第２の磁気検知部２２の長手方向に沿って延びる左側の縁部のみとが平面視で重なるように配置される。
また、第２の磁気収束部材３２の長手方向Ｅ２側の端部と、第１及び第２の磁気検知部２１、２２の長手方向の一端とが平面視で一致するように配置される。すなわち、平面視で第２の磁気収束部材３２の長手方向Ｅ１側の端部のその両側の縁部には、第１及び第２の磁気検知部２１、２２は配置されない。
【００７９】
更に第３及び第４の磁気検知部２３、２４は、基板を平面視したときの、第１の磁気収束部材３１の長手方向の中心線Ｍ１を軸として線対称となる位置に配置され、第１及び第２の磁気検知部２１、２２は、基板を平面視したときの第２の磁気収束部材３２の長手方向の中心線Ｍ２を軸として線対称となる位置に配置される。なお、中心線とは、前述のように、例えば第１の磁気収束部材３１の場合には、第１の磁気収束部材３１の中心点（平面視で幅及び長さが共に中央となる部分）を通る長手方向又は短手方向に平行な線分のことを言い、長手方向の中心線とは中心点を通る長手方向に延びる中心線のことを言い、短手方向の中心線とは中心点を通る短手方向に延びる中心線のことを言う。
また、基板を平面視したときに、第１の磁気収束部材３１と、第３及び第４の磁気検知部２３、２４とからなる部材と、第２の磁気収束部材３２と、第１及び第２の磁気検知部２１、２２からなる部材とは、点Ｃ１に対して点対称の関係となるように配置される。
【００８０】
第５の磁気検知部２５は、図１６（ｂ）の断面図に示すように、第３及び第４の磁気検知部２３、２４と同一平面内の、第３の磁気検知部２３と第４の磁気検知部２４との間に配置され、且つ、第１の磁気収束部材３１の中心点と、第５の磁気検知部２５の中心点とが一致するように配置される。すなわち、第５の磁気検知部２５は、平面視で第１の磁気収束部材３１と完全に重なっている。
この第４の実施形態の磁気センサ１０４を用いて、磁場Ｂが入力された場合の３軸方向の磁気検知方法について説明する。
なお、便宜上第１の軸をＸ軸、第２の軸をＹ軸、第３の軸をＺ軸と称することとする。第１〜第５の磁気検知部２１〜２５にはＧＭＲ素子を用いた。
【００８１】
第１〜第５の磁気検知部２１〜２５に磁気が入力されない状態での抵抗値をＲ０とする。ピンド層の磁化の方向をＸ軸方向とし、フリー層の磁化容易軸をＹ軸方向とすることで、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の感磁軸は全てＸ軸方向とした。すなわち各磁気検知部２１〜２５に入力されるＸ軸成分の磁気に応じて抵抗値が変化する。
感磁軸方向に磁場が入力された時の抵抗変化の感度をαとする。すなわち、磁気検知部の感磁軸方向に磁場Ｂ１が入力された時の磁気検知部の抵抗値Ｒは、Ｒ＝Ｒ０＋αＢ１となる。
なお、ここでは磁気検知部２１〜２５として、各ＧＭＲ素子を定電圧駆動又は定電流駆動することで電流の変化値から各素子（磁気検知部２１〜２５）の抵抗値（Ｒ１〜Ｒ５）を求めている。また、説明を簡略化するために抵抗値に基づいて導出原理を説明するが、実際の磁気センサとしては出力信号（電流又は電圧）自体に基づいて３軸各軸の磁気を演算することが可能である。
【００８２】
入力される磁場ＢをＸ、Ｙ、Ｚ軸の各軸成分（Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚ）にベクトル分解すると、Ｂ＝Ｂｘ＋Ｂｙ＋Ｂｚとなる。
Ｘ軸成分の磁場Ｂｘは、図１７（ａ）に示すように、第１、第２の磁気収束部材３１、３２により収束係数ａで収束される。第１、第２の磁気収束部材３１、３２及び第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の配置の対称性から、Ｘ軸成分の磁場Ｂｘは、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４に対して全て正の方向にａＢｘとして入力される。一方、第５の磁気検知部２５は第１の磁気収束部材３１に完全に覆われて（重なって）いるため、Ｘ軸方向の磁場は入力されない。
【００８３】
なお、図１７（ａ）において、上図は平面模式図、下図は断面模式図である。
Ｙ軸成分の磁場Ｂｙは、図１７（ｂ）に示すように、第１の磁気収束部材３１、第２の磁気収束部材３２によってそれぞれ収束され、第１及び第２の磁気検知部２１、２２のＥ２側の端部と、第３及び第４の磁気検知部２３、２４のＥ１側の端部とにおいて、Ｙ軸に対して斜め方向に磁気が作用する。そのため、Ｘ軸方向に変換係数ｂで磁場変換されて、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４に対して入力される。入力される磁場の大きさは、第１、第２の磁気収束部材３１、３２及び第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の配置の対称性から、全て同じになる。
【００８４】
各磁気検知部２１〜２４の感磁軸はＸ軸方向であるため、第１及び第４の磁気検知部２１、２４には負の方向にｂＢｙが入力され、第２及び第３の磁気検知部２２、２３には正の方向にｂＢｙが入力される。一方、第５の磁気検知部２５は第１の磁気収束部材３１に完全に覆われているため、Ｘ軸方向の変換磁場は入力されない。
Ｚ軸成分の磁場Ｂｚは、図１７（ｃ）に示すように、第１、第２の磁気収束部材３１、３２によって収束され、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４において、Ｚ軸に対して斜め方向に磁気が作用するため、Ｘ軸方向に変換係数ｃで磁場変換されて、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４に対して入力される。入力される磁場の大きさは、第１、第２の磁気収束部材３１、３２及び第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の配置の対称性から、全て同じになる。第１及び第３の磁気検知部２１、２３には正の方向にｃＢｚが入力され、第２及び第４の磁気検知部２２、２４には負の方向にｃＢｚが入力される。一方、第５の磁気検知部２５は第１の磁気収束部材３１に完全に覆われて（重なって）いるため、Ｘ軸方向の変換磁場は入力されない。
【００８５】
以上を踏まえると、磁場Ｂが入力された時の第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の抵抗値Ｒ１〜Ｒ５は下記式（１−４）〜（５−４）により表される。
Ｒ１＝α×（ａＢｘ−ｂＢｙ＋ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（１−４）
Ｒ２＝α×（ａＢｘ＋ｂＢｙ−ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（２−４）
Ｒ３＝α×（ａＢｘ＋ｂＢｙ＋ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（３−４）
Ｒ４＝α×（ａＢｘ−ｂＢｙ−ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（４−４）
Ｒ５＝Ｒ０                                      ……（５−４）
【００８６】
ここで、式（６−４）に示すように、“（３−４）−（２−４）”より、Ｚ軸成分の磁場Ｂｚのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ３−Ｒ２＝２αｃＢｚ      ……（６−４）
これは式“（１−４）−（４−４）”でも同様である。
更に、式（７−４）に示すように、“（３−４）−（１−４）”より、Ｙ軸成分の磁場Ｂｙのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ３−Ｒ１＝２αｂＢｙ      ……（７−４）
これは式“（２−４）−（４−４）”でも同様である。
【００８７】
更に、式“（１−４）＋（２−４）−２×（５−４）”より、Ｘ軸成分の磁場Ｂｘのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ１＋Ｒ２−２×Ｒ５＝２αａＢｘ      ……（８−４）
これは式“（３−４）＋（４−４）−２×（５−４）”でも同様である。
上記式（６−４）〜（８−４）より、第４の実施形態の磁気センサ１０４を用いることにより、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸成分の各成分のみに応じた抵抗値を導出することが可能であることがわかる。つまり、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸成分の各成分のみに応じた抵抗値からＸ、Ｙ、Ｚ軸成分の各軸方向の磁場を独立して検知することができる。
【００８８】
そして、上記演算から理解される通り、磁気を精度良く検知するための増幅信号処理や、複雑な信号処理などを行なう必要がなく、簡単な回路構成で実現することができるため、消費電流の増大や、大型化などを伴うことなく、同一基板上で直交３軸方向の磁場を検知できる、小型の磁気センサを実現することができる。
なお、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各軸成分のみに応じた抵抗値は、例えば、式（６−４）、式（７−４）、式（８−４）から求めてもよいし、例えば、Ｚ軸成分の磁場Ｂｚのみに応じた抵抗値は、式（６−４）にしたがって、“Ｒ３−Ｒ２”から求めた値と、式“（１−４）−（４−４）”にしたがって、“Ｒ１−Ｒ４”から求めた値との平均値をとるなど、両者をもとに求めてもよい。Ｘ軸成分の磁場Ｂｘ及びＹ軸成分の磁場Ｂｙについても同様である。
【００８９】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。
図１８は、本発明の第５の実施形態における磁気センサ１０５の一例を示す構成図である。なお、図１８（ａ）は、磁気センサ１０５の平面模式図（基板は図示せず）、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＡ−Ａ′で切り出した時の断面模式図である。
第５の実施形態における磁気センサ１０５は、第４の実施形態の磁気センサ１０４において、第６の磁気検知部２６を更に備え、該第６の磁気検知部２６が第２の磁気収束部材３２に覆われている点で異なる。
つまり、第６の磁気検知部２６は、図１８に示すように、第１〜第５の磁気検知部２５と同一形状であって、第６の磁気検知部２６の中心点と第２の磁気収束部材３２の中心点とが平面視で一致するように配置される。また、第６の磁気検知部２６は、第１及び第２の磁気検知部２１、２２と同一平面内に配置され、且つ第１の磁気検知部２１と第２の磁気検知部２２との間に配置される。
【００９０】
そして、基板を平面視したときに、第１の磁気収束部材３１と、第３及び第４の磁気検知部２３、２４と、第５の磁気検知部２５とからなる部材と、第２の磁気収束部材３２と、第１及び第２の磁気検知部２１、２２と、第６の磁気検知部２６とからなる部材とは、点Ｃ１に対して点対称の関係となるように配置される。
そして、これら第１〜第６の磁気検知部２１〜２６の出力信号は演算部５０に入力され、演算部５０は所定の演算処理を行い、磁気検知部の感磁軸の方向である第１の軸と直交する第２の軸の方向の磁場と、第１の軸及び第２の軸と直交する第３の軸の方向の磁場を算出する。
【００９１】
第６の磁気検知部２６を備えていることにより、上記式（８−４）におけるＲ５を２倍する演算に代えて、第５の磁気検知部２５の抵抗値Ｒ５＝Ｒ０に、第６の磁気検知部２６の抵抗値Ｒ６＝Ｒ０を加算演算すればよくなる。つまり、乗算回路が不要になる点で好ましく、磁気センサのより小型化を図ることができる。
なお、上記第４及び第５の実施形態においては、平面視で、第３、第４の磁気検知部２３、２４の長手方向Ｅ１側の端部と、第１の磁気収束部材３１の長手方向Ｅ１側の端部とが一致し、第１、第２の磁気検知部２１、２２の長手方向Ｅ２側の端部と、第２の磁気収束部材３２の長手方向Ｅ２側の端部とが一致するように配置する場合について説明したが、必ずしもこれに限るものではない。
【００９２】
例えば図１６に示す第１の磁気収束部材３１に対して、平面視で、第３、第４の磁気検知部２３、２４が第１の磁気収束部材３１の長手方向の多少外側に位置していてもよく、逆に第３、第４の磁気検知部２３、２４が、第１の磁気収束部材３１の長手方向の多少内側に位置していてもよく、第２の磁気収束部材３２と、第１、第２の磁気検知部２１、２２との相対関係も同様である。
また、第１、第２の磁気収束部材３１、３２の長手方向の長さは、磁気検知部２１〜２４の長手方向の長さと同じであってもよい。第１、第２の磁気収束部材３１、３２の長手方向の長さと、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の長手方向の長さとが同一である場合には、それぞれの短手方向の中心線どうしが平面視で重ならないように配置すればよい。
【００９３】
要は、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の長手方向一端側でのみ、Ｘ軸方向に磁場変換した、磁場のＹ軸成分を入力することの可能な位置関係であればよい。
同様に、第３の磁気検知部２３、第４の磁気検知部２４と、第１の磁気収束部材３１とは、平面視で必ずしも重なっていなくてもよく、逆に、例えば図１６よりもより広い範囲で重なっていてもよく、第２の磁気収束部材３２と、第１、第２の磁気検知部２１、２２との相対関係も同様である。第１の磁気収束部材３１と、第３、第４の磁気検知部２３、２４との位置関係及び、第２の磁気収束部材３２と、第１、第２の磁気検知部２１、２２との位置関係は、Ｘ軸方向に磁場変換されたＹ軸方向の磁場及びＺ軸方向の磁場を検知できる位置関係にあればよい。
【００９４】
すなわち、第１の磁気収束部材３１と第２の磁気収束部材３２とは、平面視で第１の磁気収束部材３１の一の辺と平行な線分（線分Ｌ）を軸として線対称の関係にあり、第３及び第４の磁気検知部２３、２４は、第１の磁気収束部材３１の４つの角部のうちの２つの角部に近接した位置にそれぞれ１つの角部のみに近接するように配置され、第３及び第４の磁気検知部２３、２４と第１及び第２の磁気検知部２１、２２とは、平面視で点対称の関係にあればよい。このとき、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４は、その第１方向の端部が、第１又は第２の磁気収束部材３１、３２の第１方向の端部と一致していてもよいし、必ずしも一致しなくとも当該端部よりも多少内側に配置されていてもよく、また、当該端部よりも外側の位置に配置されていてもよい。つまり、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４は、入力される磁力線の向きが第１又は第２の磁気収束部材３１、３２により変化する領域を含む位置に配置されていればよい。
【００９５】
より具体的には、前述の平行な線分（線分Ｌ）の延びる方向を第１方向としたとき、第３の磁気検知部２３と第４の磁気検知部２４は、平面視で第１の磁気収束部材３１の中心点を通る第１方向の線分（中心線Ｍ１）を軸として線対称の関係にあり、第３及び第４の磁気検知部２３、２４と第１及び第２の磁気検知部２１、２２とは、平面視で第１及び第２の磁気収束部材３１、３２の中心点どうしを結ぶ線分の中点（点Ｃ１）を対称点とする点対称の関係にあればよい。
なお、前述のように、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４は、その第１方向の端部が、第１又は第２の磁気収束部材３１、３２の第１方向の端部と平面視で必ずしも一致していなくてもよく多少内側にずれていてもよい。
【００９６】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態を説明する。
図１９は、本発明の第６の実施形態における磁気センサ１０６の一例を示す平面模式図（基板は図示せず）である。図中、符号２１〜２５は第１〜第５の磁気検知部、符号３１は第１の磁気収束部材、符号３２は第２の磁気収束部材を示す。図１９では、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５は例えば半導体基板などの基板内に、基板表面４１に平行に設けられる。この半導体基板上に第１の磁気収束部材３１及び第２の磁気収束部材３２が形成されている。つまり、平面視で第１の磁気収束部材３１の下方に、第１の磁気検知部２１及び第３の磁気検知部２３が配置され、第２の磁気収束部材３２の下方に、第２の磁気検知部２２及び第４の磁気検知部２４が形成されている。これら第１〜第５の磁気検知部２１〜２５と第１、第２の磁気収束部材３１、３２が検知ユニットを構成し、これら第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の出力信号は演算部５０に入力される。演算部５０は所定の演算処理を行い、磁気検知部の感磁軸の方向である第１の軸と直交する第２の軸の方向の磁場と、第１の軸及び第２の軸と直交する第３の軸の方向の磁場を算出する。
【００９７】
この第６の実施形態の磁気センサ１０６において、第１、第２の磁気収束部材３１、３２は同一形状を有している。これら第１、第２の磁気収束部材３１、３２は平面視が矩形状であればよく、図１９では平面視が細長の矩形の板形状である。
第１〜第５の磁気検知部２１〜２５は同一形状を有し、平面視が細長の矩形の、薄板形状である。第１〜第５の磁気検知部２１〜２５は、厚み、幅、長さとも第１、第２の磁気収束部材３１、３２よりも小さい。
第１及び第３の磁気検知部２１、２３の長手方向の長さは、第１の磁気収束部材３１の長さの１／２よりも短い。そして、第１及び第２の磁気収束部材３１、３２の長手方向の一端側をＥ１側、逆側をＥ２側としたとき、平面視で、第１及び第３の磁気検知部２１、２３は、第１の磁気収束部材３１の長手方向に沿って左の縁部に配置され、第１の磁気収束部材３１の長手方向に沿って延びる左側の縁部と第１及び第３の磁気検知部２１、２３の長手方向に沿って延びる右側の縁部のみとが重なるように配置される。更に、平面視で、第１の磁気収束部材３１の長手方向のＥ２側の端部と第１の磁気検知部２１のＥ１側の端部とが一致し、且つ第１の磁気収束部材３１の長手方向Ｅ１側の端部と第３の磁気検知部２３のＥ１側の端部とが一致するように配置され、第１の磁気検知部２１と第３の磁気検知部２３とは間隙をもって配置される。
そして、第１の磁気検知部２１と第３の磁気検知部２３とは、基板を平面視したときの、第１の磁気収束部材３１の中心点を通る短手方向に平行な中心線Ｍ３に対して線対称の関係となるように配置される。
【００９８】
同様に、第２及び第４の磁気検知部２２、２４の長手方向の長さは、平面視で、第２の磁気収束部材３２の長手方向の長さの１／２よりも短い。そして、第２及び第４の磁気検知部２２、２４は、平面視で、第２の磁気収束部材３２の長手方向に沿って延びる右側の縁部に配置され、第２の磁気収束部材３２の長手方向に沿って延びる右側の縁部と第２及び第４の磁気検知部２２、２４の長手方向に沿って延びる左側の縁部のみとが重なるように配置される。更に、平面視で、第２の磁気収束部材３２の長手方向Ｅ２側の端部と第２の磁気検知部２２の長手方向Ｅ２側の端部とが一致し、第２の磁気収束部材３２の長手方向Ｅ１側の端部と第４の磁気検知部２４の長手方向Ｅ１側の端部とが一致するように配置され、第２の磁気検知部２２と第４の磁気検知部２４とは間隙をもって配置される。
【００９９】
そして、第２の磁気検知部２２と第４の磁気検知部２４とは、基板を平面視したときの、第２の磁気収束部材３２の中心点を通る短手方向に平行な中心線Ｍ４に対して線対称の関係となるように配置される。
更に、基板を平面視したときに、第１の磁気収束部材３１と、第１及び第３の磁気検知部２１、２３とからなる部材と、第２の磁気収束部材３２と、第２及び第４の磁気検知部２２、２４とからなる部材とは、線分Ｌに対して線対称となるように配置される。
第５の磁気検知部２５は、図１９に示すように、平面視で、第１の磁気収束部材３１の下方に、第１の磁気収束部材３１の中心点と第５の磁気検知部２５の中心点とが一致するように配置され、更に平面視で第１の磁気収束部材３１に完全に覆われて（重なって）いる。
【０１００】
この第６の実施形態の磁気センサ１０６を用いて、磁場Ｂが入力された場合の３軸方向の磁気検知方法について説明する。
磁気センサ１０６において、Ｘ軸成分の磁場Ｂｘは、第１及び第２の磁気収束部材３１、３２により収束係数ａで収束される。第１、第２の磁気収束部材３１、３２及び第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の配置の対称性から、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４に対して全て正の方向にａＢｘとして入力される。
一方、第５の磁気検知部２５は平面視で第１の磁気収束部材３１に完全に覆われて（重なって）いるため、第４の実施形態と同様にＸ軸方向の磁場は入力されない。
【０１０１】
Ｙ軸成分の磁場Ｂｙは、第１の磁気収束部材３１、第２の磁気収束部材３２によってそれぞれ収束されるため、第１の磁気検知部２１のＥ２側の端部と、第２の磁気検知部２２のＥ２側の端部と、第３の磁気検知部２３のＥ１側の端部と、第４の磁気検知部２４のＥ１側の端部とにおいて、Ｙ軸に対して斜め方向に磁気が作用する。そのため、Ｘ軸方向に変換係数ｂで磁場変換されて、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４に対して入力される。第１〜第４の磁気検知部２１〜２４に磁気入力される磁場の大きさは、第１、第２の磁気収束部材３１、３２及び第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の配置の対称性から、全て同じになる。つまり、各磁気検知部２１〜２４の感磁軸はＸ軸方向であるため、第２及び第３の磁気検知部２２、２３には正の方向にｂＢｙが入力され、第１及び第４の磁気検知部２１、２４には負の方向にｂＢｙが入力される。
【０１０２】
一方、第５の磁気検知部２５は平面視で第１の磁気収束部材３１に完全に覆われて（重なって）いるため、第４の実施形態と同様にＸ軸方向の変換磁場は入力されない。
Ｚ軸成分の磁場Ｂｚは、第１及び第２の磁気収束部材３１、３２によって収束され、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４において、Ｚ軸に対して斜め方向に磁気が作用するため、Ｘ軸方向に変換係数ｃで磁場変換されて、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４に対して入力される。入力される磁場の大きさは、第１、第２の磁気収束部材３１、３２及び第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の配置の対称性から、全て同じになる。第１及び第３の磁気検知部２１、２３には正の方向にｃＢｚが入力され、第２及び第４の磁気検知部２２、２４には負の方向にｃＢｚが入力される。
一方、第５の磁気検知部２５は平面視で第１の磁気収束部材３１に完全に覆われて（重なって）いるため、Ｘ軸方向の変換磁場は入力されない。
【０１０３】
以上を踏まえると、磁場Ｂが入力された時の第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の抵抗値Ｒ１乃至Ｒ５は下記式（１−６）〜（５−６）により表される。
Ｒ１＝α×（ａＢｘ−ｂＢｙ＋ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（１−６）
Ｒ２＝α×（ａＢｘ＋ｂＢｙ−ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（２−６）
Ｒ３＝α×（ａＢｘ＋ｂＢｙ＋ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（３−６）
Ｒ４＝α×（ａＢｘ−ｂＢｙ−ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（４−６）
Ｒ５＝Ｒ０                                      ……（５−６）
ここで、式（６−６）に示すように、式“（３−６）−（２−６）”より、Ｚ軸成分の磁場Ｂｚのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ３−Ｒ２＝２αｃＢｚ      ……（６−６）
これは式“（１−６）−（４−６）”でも同様である。
【０１０４】
更に、式（７−６）に示すように、式“（３−６）−（１−６）”より、Ｙ軸成分の磁場Ｂｙのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ３−Ｒ１＝２αｂＢｙ      ……（７−６）
これは式“（２−６）−（４−６）”でも同様である。
更に、式（８−６）に示すように、式“（３−６）＋（４−６）−２×（５−６）”より、Ｘ軸成分の磁場Ｂｘのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ３＋Ｒ４−２×Ｒ５＝２αａＢｘ      ……（８−６）
これは式“（１−６）＋（２−６）−２×（５−６）”でも同様である。
【０１０５】
上記式（６−６）〜（８−６）より、第６の実施形態の磁気センサ１０６を用いることにより、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸成分の各々のみに応じた抵抗値を導出することが可能である。したがって、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸成分の各々のみに応じた抵抗値からＸ、Ｙ、Ｚ軸成分の各々の軸方向の磁場を独立して検知することができる。
したがって、この場合も、磁気を精度良く検知するための増幅信号処理や、複雑な信号処理などを行なう必要がなく、簡単な回路構成で実現することができるため、消費電流の増大や、大型化などを伴うことなく、同一基板上で直交３軸方向の磁場を検知できる、小型の磁気センサを実現することができる。
【０１０６】
なお、この第６の実施形態においても、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各軸成分のみに応じた抵抗値は、例えば、式（６−６）、式（７−６）、式（８−６）から求めてもよいし、例えば、Ｚ軸成分の磁場Ｂｚのみに応じた抵抗値は、式（６−６）にしたがって抵抗値“Ｒ３−Ｒ２”から求めた値と、式“（１−６）−（４−６）”にしたがって、抵抗値“Ｒ１−Ｒ４”から求めた値との平均値をとるなど、両者をもとに求めてもよい。Ｘ軸成分の磁場Ｂｘ及びＹ軸成分の磁場Ｂｙについても、同様である。
また、第６の実施形態においても、第１、第２の磁気収束部材３１、３２の一方の端部と第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の一方の端部とは、平面視で必ずしも一致していなくてもよく、第１、第２の磁気収束部材３１、３２の長手方向の多少外側に位置していてもよく、逆に多少内側にずれていてもよい。同様に、第１、第２の磁気収束部材３１、３２と第１〜第４の磁気検知部２１〜２４とは平面視で重なっていなくてもよく、また、図１９よりも更に重なっていてもよい。
【０１０７】
同様に、第６の実施形態においても、第１の磁気収束部材３１と、第１、第３の磁気検知部２１、２３との位置関係及び、第２の磁気収束部材３２と、第２、第４の磁気検知部２２、２４との位置関係は、Ｘ軸方向に磁場変換されたＹ軸方向の磁場及びＺ軸方向の磁場を検知できる位置関係にあればよい。
また、上記第６の実施形態においては、図１９に示すように、平面視で、第１の磁気収束部材３１の長手方向に沿って延びる左側の縁部に第１、第３の磁気検知部２１、２３を配置し、第２の磁気収束部材３２の長手方向に沿って延びる右側の縁部に第２、第４の磁気検知部２２、２４を配置した場合について説明したが、逆に、第１の磁気収束部材３１の長手方向に沿って延びる右側の縁部に第１、第３の磁気検知部２１、２３を配置し、第２の磁気収束部材３２の長手方向に沿って延びる左側の縁部に第２、第４の磁気検知部２２、２４を配置してもよい。
【０１０８】
つまり、第６の実施形態においては、第１の磁気収束部材３１と第２の磁気収束部材３２とは、平面視で第１の磁気収束部材３１の一の辺と平行な線分（線分Ｌ）を軸として線対称の関係にあり、第１及び第３の磁気検知部２１、２３は、第１の磁気収束部材３１の４つの角部のうちの２つの角部に近接した位置にそれぞれ１つの角部のみに近接するように配置され、第１及び第３の磁気検知部２１、２３と第２及び第４の磁気検知部２２、２４とは、平面視で線対称の関係にあればよい。このとき、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４は、その第１方向の端部が、第１又は第２の磁気収束部材３１、３２の第１方向の端部と一致するか多少内側の位置であってもよく、また端部よりも外側の位置に配置されていてもよい。つまり、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４は、入力される磁力線の向きが第１又は第２の磁気収束部材３１、３２により変化する領域を含む位置に配置されていればよい。
【０１０９】
より具体的には、第１の磁気検知部２１と第３の磁気検知部２３とは、平面視で第１の磁気収束部材３１の中心点を通る第２方向の線分（Ｍ３）を軸として線対称の関係にあり且つ、所定の間隔をあけて配置され、第１及び第３の磁気検知部２１、２３と第２及び第４の磁気検知部２２、２４とは、平面視で前述の平行な線分（線分Ｌ）を軸として線対称の関係にあればよい。
なお、前述のように、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４は、平面視でその第１方向の端部が、第１又は第２の磁気収束部材３１、３２の第１方向の端部と必ずしも一致していなくてもよく多少内側にずれていてもよい。
また、この第６の実施形態においても、第２の磁気収束部材３２の下方に、第６の磁気検知部を設けてもよく、この場合も上記第５の実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
【０１１０】
（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態を説明する。
図２０は、本発明の第７の実施形態における磁気センサ１０７の一例を示す平面模式図（基板は図示せず）である。図中、符号２１〜２５は第１〜第５の磁気検知部、符号３１は第１の磁気収束部材、符号３２は第２の磁気収束部材である。図２０では、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５は例えば半導体基板などに、基板表面と平行に形成される。この半導体基板上に保護層や接着層などを介して、第１、第２の磁気収束部材３１、３２が形成される。これら第１〜第５の磁気検知部２１〜２５及び第１、第２の磁気収束部材３２３１、３２が検知ユニットを構成し、これら第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の出力信号は演算部５０に入力される。演算部５０は所定の演算処理を行い、磁気検知部の感磁軸の方向である第１の軸と直交する第２の軸の方向の磁場と、第１の軸及び第２の軸と直交する第３の軸の方向の磁場を算出する。
【０１１１】
この第７の実施形態の磁気センサ１０７において、第１及び第２の磁気収束部材３１、３２は同一形状を有している。これら第１、第２の磁気収束部材３１、３２は平面視が矩形状であればよく、図２０では平面視が細長の矩形の板形状である。
第１〜第５の磁気検知部２１〜２５は同一形状を有し、平面視が細長の矩形の、薄板形状である。第１〜第５の磁気検知部２１〜２５は、厚み、幅、長さとも第１、第２の磁気収束部材３１、３２よりも小さい。
第２及び第３の磁気検知部２２、２３の長手方向の長さは、第１の磁気収束部材３１の長さの１／２よりも短い。そして、第１及び第２の磁気収束部材３１、３２の一端側をＥ１側、逆側をＥ２側としたとき、平面視で、第３の磁気検知部２３は、第１の磁気収束部材３１の長手方向に沿って延びる左側の縁部に配置され、第１の磁気収束部材３１の長手方向Ｅ１側の端部と第３の磁気検知部２３の長手方向Ｅ１側の端部とが一致するように配置され、且つ第１の磁気収束部材３１の長手方向に沿って延びる左側の縁部と第３の磁気検知部２３の長手方向に延びる右側の縁部のみとが重なるように配置される。
【０１１２】
そして、平面視で、第２の磁気検知部２２は、第１の磁気収束部材３１の長手方向に延びる右側の縁部に配置され、第１の磁気収束部材３１の長手方向Ｅ１側の端部と第２の磁気検知部２２の長手方向Ｅ１側の端部とが一致するように配置され、且つ第１の磁気収束部材３１の長手方向に沿って延びる右側の縁部と第２の磁気検知部２２の長手方向に沿って延びる左側の縁部のみとが重なるように配置される。
一方、第１及び第４の磁気検知部２１、２４の長手方向の長さは、第２の磁気収束部材３２の長さの１／２よりも短い。そして、平面視で、第１の磁気検知部２１は、第２の磁気収束部材３２の長手方向に沿って延びる左側の縁部に配置され、平面視で、第２の磁気収束部材３２の長手方向Ｅ２側の端部と第１の磁気検知部２１のＥ１側の端部とが一致するように配置され、且つ第２の磁気収束部材３２の長手方向に沿って延びる左側の縁部と第１の磁気検知部２１の長手方向に沿って延びる右側の縁部のみとが重なるように配置される。
【０１１３】
同様に、第４の磁気検知部２４は、第２の磁気収束部材３２の長手方向に沿って延びる右側の縁部に配置され、平面視で、第２の磁気収束部材３２の長手方向Ｅ１側の端部と第４の磁気検知部２４のＥ１側の端部とが一致するように配置され、且つ第２の磁気収束部材３２の長手方向に沿って延びる右側の縁部と第４の磁気検知部２４の長手方向に沿って延びる左側の縁部のみとが重なるように配置される。
そして、第２の磁気検知部２２と第３の磁気検知部２３とは、基板を平面視したときの第１の磁気収束部材３１の中心点Ｃ２に対して点対称の関係となるように配置され、第１の磁気検知部２１と第４の磁気検知部２４とは、基板を平面視したときに第２の磁気収束部材３２の中心点Ｃ３に対して点対称の関係となるように配置される。
【０１１４】
更に、基板を平面視したときに、第１の磁気収束部材３１と、第２及び第３の磁気検知部２２、２３とを含む部材と、第２の磁気収束部材３２と、第１及び第４の磁気検知部２１、２４とを含む部材とは、線分Ｌに対して線対称の関係となるように配置される。
第５の磁気検知部２５は、図２０に示すように、第１の磁気収束部材３１の下方に配置され、平面視で、第１の磁気収束部材３１の中心点と第５の磁気検知部２５の中心点とが一致するように配置され、平面視で第１の磁気収束部材３１に完全に覆われて（重なって）いる。
【０１１５】
この第７の実施形態の磁気センサ１０７を用いて、磁場Ｂが入力された場合の３軸方向の磁気検知方法について説明する。
磁気センサ１０７において、Ｘ軸成分の磁場Ｂｘは、第１及び第２の磁気収束部材３１、３２により収束係数ａで収束される。第１及び第２の磁気収束部材３１、３２及び第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の配置の対称性から、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４に対して全て正の方向にａＢｘとして入力される。一方、第５の磁気検知部２５は平面視で第１の磁気収束部材３１に完全に覆われているため、第４の実施形態と同様にＸ軸方向の磁場は入力されない。
【０１１６】
Ｙ軸成分の磁場Ｂｙは、第１の磁気収束部材３１、第２の磁気収束部材３２によってそれぞれ収束されるため、第３及び第４の磁気検知部２３、２４のＥ１側の端部と、第１及び第２の磁気検知部２１、２２のＥ２側の端部とにおいて、Ｙ軸に対して斜めに方向に磁気が作用する。そのため、Ｘ軸方向に変換係数ｂで磁場変換されて、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４に対して入力される。入力される磁場の大きさは、第１、第２の磁気収束部材３１、３２及び第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の配置の対称性から、全て同じになる。各磁気検知部２１〜２４の感磁軸はＸ軸方向であるため、第２及び第３の磁気検知部２２、２３には正の方向にｂＢｙが入力され、第１及び第４の磁気検知部２１、２４には負の方向にｂＢｙが入力される。一方、第５の磁気検知部２５は平面視で第１の磁気収束部材３１に完全に覆われて（重なって）いるため、Ｘ軸方向の変換磁場は入力されない。
【０１１７】
Ｚ軸成分の磁場Ｂｚは、第１及び第２の磁気収束部材３１、３２によって収束され、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４において、Ｚ軸に対して斜め方向に磁気が作用するため、Ｘ軸方向に変換係数ｃで磁場変換されて、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４に対して入力される。入力される磁場の大きさは、第１、第２の磁気収束部材３１、３２及び第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の配置の対称性から、全て同じになる。第１及び第３の磁気検知部２１、２３には正の方向にｃＢｚが入力され、第２及び第４の磁気検知部２２、２４には負の方向にｃＢｚが入力される。
一方、第５の磁気検知部２５は、平面視で第１の磁気収束部材３１に完全に覆われて（重なって）いるため、Ｘ軸方向の変換磁場は入力されない。
【０１１８】
以上を踏まえると、磁場Ｂが入力された時の第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の抵抗値Ｒ１〜Ｒ５は下記式（１−７）〜（５−７）により表される。
Ｒ１＝α×（ａＢｘ−ｂＢｙ＋ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（１−７）
Ｒ２＝α×（ａＢｘ＋ｂＢｙ−ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（２−７）
Ｒ３＝α×（ａＢｘ＋ｂＢｙ＋ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（３−７）
Ｒ４＝α×（ａＢｘ−ｂＢｙ−ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（４−７）
Ｒ５＝Ｒ０                                      ……（５−７）
ここで、式（６−７）に示すように、式“（３−７）−（２−７）”より、Ｚ軸成分の磁場Ｂｚのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ３−Ｒ２＝２αｃＢｚ      ……（６−７）
これは式“（１−７）−（４−７）”でも同様である。
【０１１９】
更に、式（７−７）に示すように、式“（３−７）−（１−７）”より、Ｙ軸成分の磁場Ｂｙのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ３−Ｒ１＝２αｂＢｙ      ……（７−７）
これは式“（２−７）−（４−７）”でも同様である。
更に、式（８−７）に示すように、式“（３−７）＋（４−７）−２×（５−７）”より、Ｘ軸成分の磁場Ｂｘにのみ応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ３＋Ｒ４−２×Ｒ５＝２αａＢｘ      ……（８−７）
これは式“（１−７）＋（２−７）−２×（５−７）”でも同様である。
【０１２０】
上記式（６−７）〜（８−７）より、第７の実施形態の磁気センサ１０７を用いることにより、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸成分の各々のみに応じた抵抗値を導出することが可能であることがわかる。したがって、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸成分の各々のみに応じた抵抗値から、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸成分の各々の軸方向の磁場を独立して検知することが可能であることができる。
したがって、この場合も、磁気を精度良く検知するための増幅信号処理や、複雑な信号処理などを行なう必要がなく、簡単な回路構成で実現することができるため、消費電流の増大や、大型化などを伴うことなく、同一基板上で直交３軸方向の磁場を検知できる、小型の磁気センサを実現することができる。
【０１２１】
なお、この第７の実施形態においても、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各軸成分のみに応じた抵抗値は、例えば、式（６−７）、式（７−７）、式（８−７）から求めてもよいし、例えば、Ｚ軸成分の磁場Ｂｚのみに応じた抵抗値は、式（６−７）にしたがって抵抗値“Ｒ３−Ｒ２”から求めた値と、式“（１−７）−（４−７）”にしたがって“Ｒ１−Ｒ４”から求めた値との平均値をとるなど、両者をもとに求めてもよい。Ｘ軸成分の磁場Ｂｘ及びＹ軸成分の磁場Ｂｙについても、同様である。
また、第７の実施形態においても、第１、第２の磁気収束部材３１、３２の一方の端部と第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の一方の端部とは、平面視で、必ずしも一致していなくてもよく、第１、第２の磁気収束部材３１、３２の端部よりも、これら磁気収束部材３１、３２の長手方向の多少外側に位置していてもよく、逆に多少内側にずれていてもよい。同様に、第１、第２の磁気収束部材３１、３２と第１〜第４の磁気検知部２１〜２４とは平面視で重なっていなくてもよく、また、図２０よりも更に重なっていてもよい。
【０１２２】
また、図２０では、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の長手方向の長さは、第１、第２の磁気収束部材３１、３２の長手方向の長さの１／２よりも短いが、これに限るものではなく、第１、第２の磁気収束部材３１、３２の長手方向の長さよりも短ければよい。
第７の実施形態においても、第１の磁気収束部材３１と、第２、第３の磁気検知部２２、２３との位置関係及び、第２の磁気収束部材３２と、第１、第４の磁気検知部２１、２４との位置関係は、Ｘ軸方向に磁場変換されたＹ軸方向の磁場及びＺ軸方向の磁場を検知できる位置関係にあればよい。
【０１２３】
また、上記第７の実施形態において、第１、第２の磁気収束部材３１、３２に対する、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４の位置関係を逆にし、平面視で、第１の磁気収束部材３１の長手方向に沿って延びる右側の縁部に第３の磁気検知部２３を配置し、左側の縁部に第２の磁気検知部２２を配置し、第２の磁気収束部材３２の長手方向に沿って延びる右側の縁部に第１の磁気検知部２１を配置し、左側の縁部に第４の磁気検知部２４を配置してもよい。
すなわち、第７の実施形態においては、第１の磁気収束部材３１と第２の磁気収束部材３２とは、平面視で第１の磁気収束部材３１の一の辺と平行な線分（線分Ｌ）を軸として線対称の関係にあり、第２及び第３の磁気検知部２２、２３は、第１の磁気収束部材３１の４つの角部のうちの２つの角部に近接した位置にそれぞれ１つの角部のみに近接するように配置され、第２及び第３の磁気検知部２２、２３と第１及び第４の磁気検知部２１、２４とは、平面視で線対称の関係にあればよい。このとき、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４は、前述の平行な線分（線分Ｌ）の延びる方向を第１方向としたとき、その第１方向の端部が、第１又は第２の磁気収束部材３１、３２の第１方向の端部と一致するか又は多少内側であってもよく、また端部よりも外側の位置に配置されていてもよい。つまり、第１〜第４の磁気検知部２１〜２４は、入力される磁力線の向きが第１又は第２の磁気収束部材３１、３２により変化する領域を含む位置に配置されていればよい。
【０１２４】
より具体的には、第２の磁気検知部２２と第３の磁気検知部２３とは、平面視で第１の磁気収束部材３１の中心点を対称点として点対称の関係にあり、第２及び第３の磁気検知部２２、２３と第１及び第４の磁気検知部２１、２４とは、平面視で前述の平行な線分（線分Ｌ）を軸として線対称の関係にあればよい。
なお、この第７の実施形態においても、第２の磁気収束部材３２の下方に、第６の磁気検知部を設けてもよく、この場合も上記第６の実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
【０１２５】
また、上記第４〜第７の実施形態において、第１、第２の磁気収束部材３１、３２や、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５また第６の磁気検知部２６の長さや幅、厚み、また、相対位置などは、磁気収束部材や磁気検知部の特性や、所望とする磁気センサの精度などに応じて、十分な３軸成分を得ることのできる値に設定すればよい。
また、上記第４〜第７の実施形態において、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５や、第６の磁気検知部２６は、必ずしも平面視で矩形状に限るものではないが、検知精度向上の観点から、平面視で矩形状であることが好ましく、これら第１〜第６の磁気検知部２１〜２６において、その中心点を通る長手方向の各線分と、第１及び第２の磁気収束部材３１、３２において、その中心点を通る長手方向の各線分とは、それぞれ平行であることが好ましい。
【０１２６】
また、上記第４〜第７の実施形態において、検知感度向上の観点から、基板を平面視したときに第１〜第４の磁気検知部２１から２４それぞれの一部が第１及び第２の磁気収束部材３１、３２のいずれかの縁部と重なることが好ましい。
また、上記第４〜第７の実施形態において、特に制限されないが、各軸の磁気を容易に検知する観点から、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の中心点を通る長手方向に延びる方向に対して直交する線分、つまり短手方向に延びる基板平面に平行な線分が第１の軸であることが好ましい。この場合、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５の長手方向の中心点を通る線分が第２の軸となり、磁気検知部２１〜２５に基板平面を平面視した時、垂直な方向が第３の軸となる。
【０１２７】
また、上記第４〜第７の実施形態によれば、上述のように、磁気検知部の感磁軸が全て同一方向であっても各軸の磁気検知が可能であるため、製造工程容易性及び各磁気検知部の特性同一性の観点から、各磁気検知部の感磁軸は全て同一方向であることが好ましい。
また、上記第４〜第７の実施形態において、第１〜第５の磁気検知部２１〜２５、また、第６の磁気検知部２６を、磁気収束部材３１、３２の上方に配置してもよい。
また、上記第４〜第７の実施形態において、第５の磁気検知部２５は、必ずしも、磁気収束部材３１の中心点と一致するように配置しなくともよく、多少ずれていてもよい。同様に、第６の磁気検知部２６は、必ずしも、磁気収束部材３２の中心点と一致するように配置しなくともよく、多少ずれていてもよい。
【０１２８】
次に、上記第４〜第７の実施形態の変形例４、５を示す。
なお、変形例における磁気センサにおいては、磁気検出素子として、ＴＭＲ素子を用いた場合について説明するが、前述のように、磁気検出素子としては、磁気抵抗効果素子やＧＭＲ素子を適用することも可能である。
〔変形例４〕
図２１は、変形例４における磁気センサの、全体構成を示したものである。図２２（ａ）は、図２１の一部を拡大したものであり、図２２（ｂ）は、図２２（ａ）のＡ部を拡大したものである。
【０１２９】
変形例４における磁気センサは、図２１及び図２２に示すように、図２０に示す第７の実施形態における磁気センサ１０７において、磁気検知部２１〜２４のそれぞれは複数の磁気検出素子を有し、更に、磁気収束部材３１、３２それぞれと重なる位置に磁気検知部を設けたものである。
すなわち、変形例１における磁気センサは、図２１、図２２に示すように、磁気収束部材３１と磁気収束部材３２とが平行に配置されて対をなし、この磁気収束部材３１と磁気収束部材３２との対が平行に複数配置されてなる磁気収束部３０２を備え、磁気収束部材３１及び磁気収束部材３２は等間隔に配置される。更に、図２０に示す磁気センサ１０７の磁気検知部２１〜２４に対応する磁気検知部２１ｃ〜２４ｃ及び、図２０における磁気検知部２５と同等に作用する磁気検知部２５ｃを備え、磁気検知部２５ｃは、平面視で磁気収束部材３１、３２それぞれの両端に配置される。磁気検知部２１ｃ〜２４ｃは、対応する磁気検知部２１〜２４の配置位置と同様に、磁気収束部材３１、３２のＥ１側又はＥ２側の端部の、右縁又は左縁側に配置される。
【０１３０】
各磁気検知部２１ｃ〜２４ｃは、磁気検出素子としての複数（例えば４つ）のＴＭＲ素子を備える。各磁気検知部２１ｃ〜２４ｃは、磁気収束部材３１、３２の長手方向に２つのピンド層２が所定間隔で配置され、この２つのピンド層２のそれぞれに、磁気収束部材３１、３２の長手方向に２つのフリー層４が所定間隔で配置されることにより、磁気収束部材３１、３２の長手方向に所定間隔で４つのＴＭＲ素子が配置されてなる。
磁気検知部２５ｃは、磁気検出素子としての２つのＴＭＲ素子を有し、磁気収束部材３１、３２の長手方向に１つのピンド層２が配置され、このピンド層２に、磁気収束部材３１、３２の長手方向に２つのフリー層４が所定間隔で配置されることにより、磁気収束部材３１、３２の長手方向に所定間隔で２つのＴＭＲ素子が配置されてなる。
【０１３１】
なお、図２１において、４０は磁気センサが形成される基板、ＰＡＤは各磁気検知部２１ｃ〜２５ｃに含まれる磁気検出素子の出力信号を取り出すためのパッドであり、ＰＡＤは磁気収束部材３１、３２の長手方向両端側にそれぞれ４つずつ計８個設けられている。また、平行に配置された複数の磁気収束部材３１、３２の対の、これら対が伸びる方向の両端には、磁気検知部２１ｃ〜２５ｃが設けられていない磁気収束部材３３が配置されている。そして、各磁気検知部２１ｃ〜２５ｃの出力信号は、ＰＡＤを介して演算部５０に入力され、演算部５０はこれら出力信号に基づいて所定の演算処理を行い、磁気検知部の感磁軸の方向である第１の軸と直交する第２の軸の方向の磁場と、第１の軸及び第２の軸と直交する第３の軸の方向の磁場を算出する。
【０１３２】
各磁気検知部２１ｃ〜２５ｃの各部と磁気収束部材３１、３２とは、平面視で次の条件を満足するように形成される。すなわち、磁気収束部材３１、３２の長手方向の一端と、この一端側に位置する各フリー層４の端部との間の距離、同様に、磁気収束部材３１、３２の長手方向の他端と、この他端側に位置する各フリー層４の端部との間の距離をｅ１としたとき、距離ｅ１は、０μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、５μｍ以上２０μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以上２０μｍ以下が特に好ましい。例えば、距離ｅ１は０μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍである。
【０１３３】
磁気収束部材３１、３２の短手方向の長さすなわち幅ｅ２は、５μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、８μｍ以上１２μｍ以下がより好ましく、１０μｍが特に好ましい。例えば幅ｅ２は、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ、１０μｍ、１１μｍ、１２μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍである。また、磁気収束部材３１、３２、３３の長手方向の長さは例えば３２０μｍである。
磁気収束部材３１と３２との距離ｅ３は、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上３２μｍ以下が特に好ましい。例えば距離ｅ３は２０μｍ、２５μｍ、３２μｍ、４０μｍ、４５μｍ、５０μｍ、６０μｍ、１００μｍである。
【０１３４】
図２２（ｂ）に示すように、磁気収束部材３１、３２の磁気検知部２１ｃ〜２４ｃのフリー層４側の端部とこのフリー層４の磁気収束部材３１、３２側の端部との距離ｅ４は、０μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、１μｍ以上２μｍ以下が特に好ましい。例えば距離ｅ４は、０μｍ、０．５μｍ、１μｍ、１．５μｍ、２μｍ、１０μｍである。
磁気検知部２１ｃ〜２４ｃの同一のピンド層２に配置される２つのフリー層４どうしの間の距離ｅ５、及び異なるピンド層２のそれぞれに配置されるフリー層４どうしの間の距離ｅ６は、同一であり例えば８μｍである。
【０１３５】
磁気検知部２５ｃに関しては、同一のピンド層２に配置される２つのフリー層４どうしの間の距離ｅ５及び異なるピンド層２のそれぞれに配置されるフリー層４どうしの間の距離ｅ６は上記磁気検知部２１ｃ〜２４ｃの距離ｅ５及びｅ６と同様の値が好ましいが、磁気検知部２５ｃの距離ｅ５及び距離ｅ６の値は異なっても良く、距離ｅ６は磁気検知部２１ｃ〜２４ｃの距離ｅ６の数値と同一値及び１５４μｍ、１８８μｍが好ましい。
磁気収束部材３１、３２及び磁気検知部２１ｃ〜２５ｃを一つの繰り返しパターンとしたときに、一の繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２１ｃと他の繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２１ｃは配線で直列接続される。即ち、一の繰り返しパターンの磁気検知部２１ｃに含まれる磁気検出素子とは、他の繰り返しパターンの磁気検知部２１ｃに含まれる磁気検出素子と直列接続される。ただし、各繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２１ｃの全てが直列接続される必要は無く、他の磁気検知部２１ｃに接続されない磁気検知部２１ｃがあってもよい。
【０１３６】
磁気検出素子の直列接続の個数は、８個以上１００個以下が好ましく、２４個以上８０個以下が特に好ましい。磁気検出素子の直列接続の個数は、例えば、１６個、２０個、２４個、２８個、３２個、３６個、４０個、４４個、４８個、５２個、５６個、８０個である。
磁気検知部２１ｃと同様に、磁気検知部２２ｃ〜２５ｃのそれぞれは他の繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２２ｃ〜２５ｃのそれぞれと直列接続される。
【０１３７】
〔変形例５〕
図２３は、変形例５における磁気センサの、全体構成を示したものである。図２４（ａ）は、図２３の一部を拡大したものであり、図２４（ｂ）は、図２４（ａ）のＡ部を拡大したものである。
変形例５における磁気センサは、図２０に示す第７の実施形態における磁気センサ１０７を、磁気収束部材３１、３２の長手方向の同一直線上に２つ配置すると共に、短手方向にも複数平行に配置したものである。変形例５における磁気センサは、図２３及び図２４に示すように、磁気収束部材３１、３２が、磁気収束部材３１、３２の長手方向に２つ、短手方向に複数平行に配置されてなる磁気収束部３０３を備え、これら磁気収束部材３１及び磁気収束部材３２は等間隔に配置される。更に、磁気収束部材３１、３２は、図２０に示す磁気センサ１０７の磁気検知部２１〜２４に対応する磁気検知部２１ｄ〜２４ｄ及び、図２０における磁気検知部２５と同等に作用する磁気検知部２５ｃを備え、磁気検知部２５ｃは、平面視で磁気収束部材３１、３２それぞれの長手方向中央部に配置される。
【０１３８】
各磁気検知部２１ｄ〜２４ｄ及び２５ｃは、磁気検出素子としての２つのＴＭＲ素子を備える。各磁気検知部２１ｄ〜２４ｄ、２５ｃは、磁気収束部材３１、３２の長手方向に沿ってピンド層２が配置され、このピンド層２に、磁気収束部材３１、３２の長手方向に２つのフリー層４が所定間隔で配置されることにより、磁気収束部材３１、３２の長手方向に所定間隔で２つのＴＭＲ素子が配置されてなる。
なお、図２３において、４０は磁気センサが形成される基板、ＰＡＤは磁気検出素子の出力信号を取り出すためのパッドであり、ＰＡＤは磁気収束部材３１、３２の長手方向両端側にそれぞれ４つずつ計８個設けられている。また、平行に配置された複数の磁気収束部材３１、３２の対の、これら対が伸びる方向の両端には、磁気検知部２１ｄ〜２４ｄ、２５ｃが設けられていない磁気収束部材３３が配置されている。
【０１３９】
そして、各磁気検知部２１ｄ〜２４ｄ、２５ｃの出力信号は、ＰＡＤを介して演算部５０に入力され、演算部５０はこれら出力信号に基づいて所定の演算処理を行い、磁気検知部の感磁軸の方向である第１の軸と直交する第２の軸の方向の磁場と、第１の軸及び第２の軸と直交する第３の軸の方向の磁場を算出する。
各磁気検知部２１ｄ〜２４ｄ、２５ｃの各部と磁気収束部材３１、３２とは、平面視で次の条件を満足するように形成される。すなわち、磁気収束部材３１、３２の長手方向の一端と、この一端側に位置する各フリー層４の端部との間の距離、同様に、磁気収束部材３１、３２の長手方向の他端と、この他端側に位置する各フリー層４の端部との間の距離をｅ１１としたとき、距離ｅ１１は、０μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、５μｍ以上２５μｍ以下がより好ましく、１５μｍ以上２０μｍ以下が特に好ましい。例えば、距離ｅ１１は０μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、２６μｍ、２７μｍ、２８μｍ、２９μｍ、３０μｍである。
【０１４０】
磁気収束部材３１、３２の短手方向の長さすなわち幅ｅ１２は、５μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、８μｍ以上１２μｍ以下がより好ましく、１０μｍが特に好ましい。例えば幅ｅ１２は、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ、１０μｍ、１１μｍ、１２μｍ、１５μｍ、２０ｍ、２５μｍ、３０μｍである。また、磁気収束部材３１、３２、３３の長手方向の長さは例えば１６０μｍである。
磁気収束部材３１と３２との距離ｅ１３は、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下が更に好ましく、２０μｍ以上３２μｍ以下が特に好ましい。例えば距離ｅ１３は１０μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３２μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、１００μｍである。
【０１４１】
図２４（ｂ）に示すように、磁気収束部材３１、３２の、磁気検知部２１ｄ〜２４ｄのフリー層４側の端部とこのフリー層４の磁気収束部材３１、３２側の端部との距離ｅ１４は、０μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、１μｍが特に好ましい。例えば距離ｅ１４は、０μｍ、０．５μｍ、１μｍ、１．５μｍ、２μｍである。
磁気検知部２１ｄ〜２４ｄの同一のピンド層２に配置される２つのフリー層４どうしの間の距離ｅ１５、及び同一の磁気収束部材と重なるように配置された異なる磁気検知部のピンド層２のそれぞれに配置されるフリー層４どうしの間の距離ｅ１６は、同一であり例えば８μｍである。
【０１４２】
磁気検知部２５ｃに関しては、同一のピンド層２に配置される２つのフリー層４どうしの間の距離及び２つのピンド層２のそれぞれに配置されるフリー層４どうしの間の距離は、上記磁気検知部２１ｄ〜２４ｄの距離ｅ１５及び距離ｅ１６と同様の値でも良く、また、異なる値、例えば１５４μｍ、１８８μｍなどの値であっても良い。
長手方向の同一直線上に配置される２つの磁気収束部材３１どうし、３２どうし、３３どうしそれぞれの間の距離ｅ１７は、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下が特に好ましい。例えば距離ｅ１７は、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、８０μｍ、１００μｍである。
【０１４３】
磁気収束部材３１、３２及び磁気検知部２１ｄ〜２４ｄ、２５ｃを一つの繰り返しパターンとしたときに、一の繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２１ｄと他の繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２１ｄとは配線で直列接続される。すなわち、一の繰り返しパターンの磁気検知部２１ｄに含まれる磁気検出素子は、他の繰り返しパターンの磁気検知部２１ｄに含まれる磁気検出素子と直列接続される。ただし、各繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２１ｄの全てが直列接続される必要は無く、他の磁気検知部２１ｄに接続されない磁気検知部２１ｄがあってもよい。
【０１４４】
磁気検出素子の直列接続の個数は、８個以上１００個以下が好ましく、２４個以上８０個以下が特に好ましい。磁気検出素子の直列接続の個数は、例えば、１６個、２０個、２４個、２８個、３２個、３６個、４０個、４４個、４８個、５２個、５６個、８０個である。
磁気検知部２１ｄと同様に、磁気検知部２２ｄ〜２４ｄ、２５ｃのそれぞれは他の繰り返しパターンに含まれる磁気検知部２２ｄ〜２４ｄ、２５ｃのそれぞれと直列接続される。
【０１４５】
（第８の実施形態）
次に、本発明の第８の実施形態を説明する。
まず、第８の実施形態における磁気センサの前提となる構成について以下に説明する。
図２５（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る磁気センサの前提となるＧＭＲセンサの構成図である。図中符号２１、２２は第１及び第２の磁気検知部（感磁部）、３４は磁気収束部材、４１は基板表面、Ｍは第１、第２の磁気検知部２１、２２及び磁気収束部材３４の短手方向の中心線、Ｍ２１、Ｍ２２は第１、第２の磁気検知部２１、２２の中心、Ｍａは第１、第２の磁気検知部の中心Ｍ２１、Ｍ２２どうしを結ぶ仮想線分、Ｎ２１、Ｎ２２は第１、第２の磁気検知部２１、２２の長手方向の中心線、Ｎ３４は磁気収束部材３４の長手方向の中心線を示している。なお、中心線とは、前述のように、例えば磁気収束部材３４の場合には、第１の磁気収束部材３１の中心点（平面視で幅及び長さが共に中央となる部分）を通る長手方向又は短手方向に平行な線分のことを言い、長手方向の中心線とは中心点を通る長手方向に延びる中心線のことを言い、短手方向の中心線とは中心点を通る短手方向に延びる中心線のことを言う。
【０１４６】
図２５に示した磁気センサは、基板表面４１に平行に配置された第１、第2の磁気検知部２１、２２を用いて、基板表面４１に対して垂直方向の磁場を検知するための磁気センサであり、基板表面４１に平行に配置された第１及び第２の磁気検知部２１、２２と、この磁気検知部２１、２２の近傍に配置された矩形状の磁気収束部材３４とを備えている。
また、磁気センサを平面視したときに、磁気収束部材３４の短手方向の中心線Ｍが、第１、第２の磁気検知部２１、２２の一部と交差するように配置され、この第１、第２の磁気検知部２１、２２の中心Ｍ２１、Ｍ２２どうしを結ぶ仮想線分Ｍａと、磁気収束部材３１の長手方向の中心線Ｍとが垂直であり、第１、第２の磁気検知部２１、２２の長手方向の中心線Ｎ２１、Ｎ２２が、磁気収束部材３４の長手方向の中心線Ｎ３４を挟んでいる。
【０１４７】
このような構成により、第１、第２の磁気検知部２１、２２からの出力信号の差分により、基板表面４１に対して垂直方向の軸方向の磁場を出力するような磁気センサが考えられる。
この磁気センサでは、到来する磁場のうち、基板表面４１に対して垂直方向（Ｚ軸）の磁場が磁気収束部材３４によって収束されることにより、第１の磁気検知部２１には磁気検知部２１の感磁軸方向（Ｘ軸方向）に、第２の磁気検知部２２には感磁軸の逆方向（−Ｘ軸方向）にそれぞれ変換される。また、感磁軸方向の磁場は第１、第２の磁気検知部２１、２２に同じだけ入力され、基板表面４１に対して水平且つ感磁軸方向に垂直方向（Ｙ軸）の磁場は磁気収束部材３４によって収束されるため、第１、第２の磁気検知部２１、２２の感磁軸方向には実質的に入力されない。
【０１４８】
したがって、第１の磁気検知部２１と第２の磁気検知部２２との出力の差分は、基板表面４１に対して垂直方向の磁場による変化量を示すため、基板表面４１に対して垂直方向の磁場を検知することが可能になる。
しかしながら、このような磁気センサでは、到来する磁場のうち感磁軸方向（Ｘ軸方向）の磁場も収束されるため、第１の磁気検知部２１と第２の磁気検知部２２との出力の差分のＳ／Ｎ比が悪化してしまう傾向にある。また、感磁軸方向（Ｘ軸方向）の磁場の絶対値が大きい場合は、感磁軸方向（Ｘ軸方向）の磁場のみで感磁部の測定レンジを超えてしまう可能性があり、その場合は、第１の磁気検知部２１と第２の磁気検知部との出力の差分から基板表面４１に対して垂直方向の磁場を検知することが困難となる。
そこで、上述したような問題点を解決するために、以下に示す第８の実施形態のような磁気センサを提案するものである。
【０１４９】
図２６は、本発明の第８の実施形態における磁気センサ１０８の一例を示す構成図である。
図２６（ａ）は平面模式図（基板は図示せず）、図２６（ｂ）は図２６（ａ）のＡ−Ａ′で切り出したときの断面模式図である。図中、符号２１、２２は、第１、第２の磁気検知部、符号３４は磁気収束部材、符号４１は基板表面を示す。図２６では、第１、第２の磁気検知部２１、２２は例えば半導体基板などの基板内に設けられ、この半導体基板上に磁気収束部材３４が形成されている。つまり、図２６に示すように、磁気収束部材３４の下方に、第１、第２の磁気検知部２１、２２が配置されている。
【０１５０】
磁気収束部材３４の断面形状は、図２６（ｂ）に示すように逆テーパ形状をしている。図２６（ｂ）では、磁気収束部材３４の底辺を符号３４ａ、磁気収束部材３４の、基板表面４に垂直方向の斜辺、つまり、図２６（ｂ）の断面模式図における斜辺を３４ｂとし、底辺３４ａと斜辺３４ｂとがなす角度（内角）を符号θで表している。なお、ここでは、底角の等しい線対称の逆テーパ形状の台形として説明するが、必ずしも線対称でなくともよい。
第８の実施形態における磁気センサ１０８は、基板表面４１に対して垂直方向の磁場を検知する磁気センサである。
【０１５１】
磁気センサ１０８は、基板表面４１に平行に配置された第１の磁気検知部２１及び第２の磁気検知部２２と、これら第１、第２の磁気検知部２１、２２の近傍に配置された矩形状の磁気収束部材３４とを含む検知ユニット１０８ａを備える。つまり、検知ユニット１０８ａは、基板内に形成された第１、第２の磁気検知部２１、２２と、基板上に形成された磁気収束部材３４とを備えており、第１、第２の磁気検知部２１、２２は、例えば、半導体基板などの基板内に設けられ、この半導体基板上に磁気収束部材３４が形成されていて、図２６（ｂ）に示すように、磁気収束部材３４の下方に、第１、第２の磁気検知部２１、２２がそれぞれ形成されている。なお、第１、第２の磁気検知部２１、２２は、図２６（ｂ）に示すように、断面が逆テーパ形状の磁気収束部材３４において、磁気収束部材３４の鋭角部分よりも鈍角部分、すなわち底辺３４ａに近い位置に配置される。
【０１５２】
磁気収束部材３４は、平面視が矩形状であればよく、また、Ａ−Ａ′で切り出した時の断面が、逆テーパ形状をしていればよい。図２６（ａ）では、平面視が細長の矩形の板形状であり、図２６（ｂ）では、断面が逆テーパ形状である。
第１、第２の磁気検知部２１、２２は、同一形状を有し、平面視が細長の矩形の薄板形状である。また、第１、第２の磁気検知部２１、２２は、厚み、幅、長さとも、磁気収束部材３４よりも小さいことが望ましい。
また、基板表面４１に対して垂直方向の軸方向の磁場の検知精度を高める観点から、基板表面４１を平面視したときに、磁気収束部材３１と第１、第２の磁気検知部２１、２２の一部とが重なっていることが好ましい。
【０１５３】
つまり、図２６（ａ）に示されているように、平面視で、第１の磁気検知部２１の長手方向に沿って延びる右側の縁部は、磁気収束部材３４の長手方向に沿って延びる左側の縁部のみと重なるように配置され、第２の磁気検知部２２の長手方向に沿って延びる左側の縁部は、磁気収束部材３４の長手方向に沿って延びる右側の縁部のみと重なるように配置されている。
更に、第１、第２の磁気検知部２１、２２の長手方向の中心線Ｎ２１、Ｎ２２及び磁気収束部材３４の長手方向の中心線Ｎ３４はそれぞれ平行であり、第１及び第２の磁気検知部２１、２２の短手方向の中心線Ｍと、磁気収束部材３４の短手方向の中心線Ｍとはそれぞれ一致するように配置されている。
【０１５４】
つまり、図２６（ａ）に示すように、平面視で、磁気収束部材３４の短手方向の中心線Ｍは、第１、第２の磁気検知部２１、２２の一部と交差するように配置され、これらの磁気検知部２１、２２の中心Ｍ２１、Ｍ２２どうしを結ぶ仮想線分Ｍａと、磁気収束部材３４の長手方向の中心線Ｎ３４とが垂直である。
また、平面視で、磁気検知部２１、２２の長手方向の中心線Ｎ２１、Ｎ２２は、磁気収束部材３４の長手方向の中心線Ｎ３４を挟んでおり、基板表面４１に垂直で、且つ磁気収束部材３４の長手方向の中心線Ｎ３４に垂直な面で断面視したときに、この磁気収束部材３４が断面逆テーパ形状で、磁気収束部材３４の底辺３４ａと斜辺３４ｂとがなす角度θは、９０度より大きく１１０度以下であることが好ましい。
【０１５５】
第１、第２の磁気検知部２１、２２の出力信号は演算部５０に入力され、演算部５０はこれら出力信号に基づいて所定の演算処理を行い、第１、第２の磁気検知部２１、２２の出力信号の差分から、基板表面４１に対して垂直方向となる軸方向の磁場を検出する。
磁気収束部材３４を形成する基板としては、シリコン基板や化合物半導体基板、セラミック基板など特に限定されず、基板上に回路が形成されていても何ら構わない。
また、第１、第２の磁気検知部２１、２２は、入力される磁束に応じた信号を出力するものであれば特に制限されないが、各軸の磁気を容易に検出する観点から、磁気抵抗効果素子であることが好ましく、高いＭＲ比を実現する観点から巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）やトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）であることがより好ましい。磁気抵抗効果素子、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子は、公知のものを使用することができる。第１、第２の磁気検知部２１、２２は、上述した磁気抵抗効果素子、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子が単一の素子からなっていてもよいし、素子を複数直列に接続してなっていてもよい。消費電流及び出力信号ノイズの観点から、第１、第２の磁気検知部２１、２２は素子を複数直列に接続してなっていることが好ましい。
【０１５６】
また、基板表面４１に対して垂直方向となる軸方向の磁場を効率的に検知する観点から、第１、第２の磁気検知部２１、２２の感磁軸は、基板表面４１に対して垂直な軸（Ｚ軸）と、磁気センサ１０８を平面視したときの磁気収束部材３４の長手方向の軸（Ｙ軸）と、磁気センサ１０８を平面視したときの磁気収束部材３４の短手方向の軸（Ｘ軸）のうち、磁気センサ１０８を平面視したときの磁気収束部材３４の短手方向の軸（Ｘ軸）に最も近いことが好ましい。
また、磁気収束部材３４は、基板表面４１を平面視したときに矩形状であればよい。磁気収束効果を発現するためには、軟磁気特性を示す磁性材料であることが好ましい。磁気収束部材３４として用いられる材料例としては、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＢ乃至ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅなどが挙げられるがこの限りではなく、求められる特性に応じて適宜用いることができる。
【０１５７】
垂直方向の磁場を高精度且つ測定レンジを広くするため、磁気収束部材３４の底辺３４ａと、磁気収束部材３４の斜辺３４ｂとがなす角度θが９０度より大きく１１０度以下であることが好ましい。
このように、磁気収束部材３４の底辺３４ａと斜辺３４ｂとのなす角度θが９０度より大きく１１０度以下であることにより、垂直方向の磁場を高精度且つ測定レンジを広くすることが可能になる。
次に、第８の実施形態における磁気センサ１０８を用いて、磁場Ｂが入力された場合の基板表面４１と垂直方向の磁場の検知方法について説明する。
【０１５８】
図２７は、図２６に示す磁気センサ１０８における各軸の磁場の磁束の流れを示すための模式図である。図２７（ａ）はＸ軸成分の磁場Ｂｘを示す平面図、図２７（ｂ）は図２７（ａ）の断面図、図２７（ｃ）はＹ軸成分の磁場Ｂｙを示す平面図、図２７（ｄ）はＺ軸成分の磁場Ｂｚを示す平面図である。
なお、便宜上、磁気センサ１０８を平面視したときの磁気収束部材３４の短手方向の軸をＸ軸、磁気センサ１０８を平面視したときの磁気収束部材３４の長手方向の軸をＹ軸、基板に対して垂直な軸をＺ軸と称することとする。
【０１５９】
第１、第２の磁気検知部２１、２２には、ＧＭＲ素子を用いている。第１、第２の磁気検知部２１、２２に磁場が入力されない状態での抵抗値をＲ０とする。ピンド層の磁化の方向をＸ軸方向とし、フリー層の磁化容易軸をＹ軸方向とすることで、第１、第２の磁気検知部２１、２２の感磁軸は、全てＸ軸方向とした。すなわち、第１、第２の磁気検知部２１、２２に入力されるＸ軸成分の磁気に応じて抵抗値が変化する。感磁軸方向に磁場が入力された時の抵抗変化の感度はαとする。すなわち、第１、第２の磁気検知部２１、２２の感磁軸方向に磁場Ｂ１が入力された時の第１、第２の磁気検知部２１、２２の抵抗値Ｒは、Ｒ＝Ｒ０＋αＢ１となる。
【０１６０】
ここでは、各素子（第１、第２の磁気検知部２１、２２）を定電圧駆動又は定電流駆動することで電流の変化値から各素子（第１、第２の磁気検知部２１、２２）の抵抗値（Ｒ１、Ｒ２）を求めている。また、説明を簡略化するために抵抗値に基づいて導出原理を説明するが、実際の磁気センサとしては出力信号（電流又は電圧）自体に基づいてＺ軸の磁気を演算することが可能である。
磁場ＢをＸ、Ｙ、Ｚ軸の各軸成分に分解すると、Ｂ＝Ｂｘ＋Ｂｙ＋Ｂｚとなる。
Ｘ軸成分の磁場Ｂｘは、図２７（ａ）、（ｂ）に示すように、磁気収束部材３４によって収束係数ａで収束される。ここで磁気収束部材３４の断面を逆テーパ形状にしていることから、Ｘ軸成分の磁場Ｂｘの多くは磁気収束部材３４の上部に収束されるため、磁気収束部材３４の下部に配置されている磁気検知部２１、２２に入力される磁場の大きさを小さくすることができる。Ｘ軸成分の磁場Ｂｘは、磁気収束部材３４の上部と下部の磁束密度の比をｂとしたとき（０＜ｂ＜１）、第１、第２の磁気検知部２１、２２に対して全て正の方向にａｂＢｘとして入力される。
【０１６１】
また、Ｙ軸成分の磁場Ｂｙは、図２７（ｃ）に示すように、磁気収束部材３４によって収束されてＸ軸方向磁場に変換されるが、第１、第２の磁気検知部２１、２２の短手方向の中心線Ｎ２１、Ｎ２２と、磁気収束部材３４の短手方向の中心線Ｎ３４とが一致するように配置されているため、対称性からＸ軸方向の磁場はキャンセルされる。
Ｚ軸成分の磁場Ｂｚは、図２７（ｄ）に示すように、磁気収束部材３４によって収束され、第１、第２の磁気検知部２１、２２において、Ｚ軸に対して斜め方向に磁気が作用するため、Ｘ軸方向に変換係数ｃで磁場変換されて、第１、第２の磁気検知部２１、２２に対して入力される。第１の磁気検知部２１には正の方向にｃＢｚが入力され、第２の磁気検知部２２には負の方向にｃＢｚが入力される。
【０１６２】
以上のことを踏まえると、磁場Ｂが入力された時の第１及び第２の磁気検知部２１、２２の抵抗値Ｒ１、Ｒ２は、次式（１−８）、（２−８）により表される。
Ｒ１＝α×（ａｂＢｘ＋ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（１−８）
Ｒ２＝α×（ａｂＢｘ−ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（２−８）
ここで、次式（３−８）に示すように、式 “（１−８）−（２−８）”より、Ｚ軸成分の磁場Ｂｚのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ１−Ｒ２＝２αｃＢｚ      ……（３−８）
ここで、上記演算から理解されるように、磁気収束部材３４を逆テーパ形状にすることによって第１、第２の磁気検知部２１、２２に対するＸ方向磁場の影響を小さくすることが可能である。これにより外部磁場の影響を小さくし精度よく基板表面４１の垂直方向の磁場検知を可能としている。また、磁化飽和の観点から、Ｘ方向磁場の感磁部への入力を小さくし、磁場レンジの広い基板表面４１の垂直方向の磁場を検知する磁気センサが実現可能である。
【０１６３】
（第９の実施形態）
次に、本発明の第９の実施形態を説明する。
第９の実施形態における磁気センサ１０９は、図２６に示した第８の実施形態における磁気センサ１０８と比較して、第１、第２の磁気検知部２１、２２のそれぞれに対して、第１の磁気収束部材３５、第２の磁気収束部材３６を配置したものである。
図２８は、第９の実施形態における磁気センサ１０９の一例を示す平面模式図である。
図２８（ａ）は平面模式図（基板は図示せず）、図２８（ｂ）は図２８（ａ）のＡ−Ａ′で切り出したときの断面模式図である。図中符号３５は第１の磁気収束部材、３６は第２の磁気収束部材、図中符号３５ａは第１の磁気収束部材３５の底辺、符号３６ａは第２の磁気収束部材３６の底辺、Ｍ３５、Ｍ３６は第１、第２の磁気収束部材３５、３６の中心、Ｍｂは第１、第２の磁気収束部材３５、３６の中心Ｍ３５、Ｍ３６どうしを結ぶ仮想直線、Ｎ３５は第１の磁気収束部材３５の長手方向の中心線、Ｎ３６は第２の磁気収束部材３６の長手方向の中心線、θ１は断面が逆テーパ形状に形成された第１の磁気収束部材３５の底辺３５ａと第１の磁気収束部材３５の斜辺３５ｂとがなす角度（内角）、θ２は、断面が逆テーパ形状に形成された第２の磁気収束部材３６の底辺３６ａと第２の磁気収束部材３６の斜辺３６ｂとがなす角度（内角）を表す。
【０１６４】
そして、第１、第２の磁気検知部２１、２２の出力信号は演算部５０に入力され、演算部５０はこれら出力信号をもとに所定の演算処理を行い、第１、第２の磁気検知部２１、２２の出力信号の差分から、基板表面４１に対して垂直方向となる軸方向の磁場を検出する。
なお、図２８（ａ）、（ｂ）において、図２６（ａ）、（ｂ）と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
第９の実施形態における磁気センサ１０９は、基板表面４１に対して垂直方向の磁場を検知できるようにした磁気センサである。
【０１６５】
磁気センサ１０９は、基板表面４１に平行に配置された第１の磁気検知部２１及び第２の磁気検知部２２と、これら第１、第２の磁気検知部２１、２２の各々の近傍に配置された矩形状の第１の磁気収束部材３５及び第２の磁気収束部材３６とを含む検知ユニット１０９ａを備える。つまり、磁気センサ１０９は、基板内に形成された第１、第２の磁気検知部２１、２２と、基板上に形成された第１、第２の磁気収束部材３５、３６を備える。
また、平面視で、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の中心Ｍ３５、Ｍ３６を結ぶ仮想直線Ｍｂは、第１、第２の磁気検知部２１、２２の一部と交差するように配置され、第１、第２の磁気検知部２１、２２の中心Ｍ２１、Ｍ２２を結ぶ仮想線分Ｍａと、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の長手方向の中心線Ｎ３５、Ｎ３６とのそれぞれが垂直である。
【０１６６】
また、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の対面側に第１、第２の磁気検知部２１、２２が配置され、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の長手方向の中心線Ｎ３５、Ｎ３６が、第１、第２の磁気検知部２１、２２の長手方向の中心線Ｎ２１、Ｎ２２を挟むように配置される。
また、基板表面４１に垂直で、且つ第１、第２の磁気収束部材３５、３６の長手方向の中心線Ｎ３５、Ｎ３６に垂直な面で断面視したときに、第１、第２の磁気収束部材３５、３６が断面逆テーパ形状で、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の底辺３５ａ、３６ａと、斜辺３５ｂ、３６ｂとがなす角度θ１、θ２が９０度より大きく１１０度以下であることが好ましい。
【０１６７】
また、基板表面４１に対して垂直方向の軸方向の磁場の感度を高める観点から、基板表面４１を平面視したときに、第１、第２の磁気収束部材３５、３６と第１、第２の磁気検知部２１、２２の一部とが重なっていることが好ましい。
つまり、図２８（ａ）に示すように、第２の磁気検知部２２の長手方向に沿って延びる左側の縁部は、第１の磁気収束部材３５の長手方向に沿って延びる右側の縁部のみと重なるように配置され、第２の磁気検知部２２の長手方向に沿って延びる右側の縁部は、第２の磁気収束部材３６の長手方向に沿って延びる左側の縁部のみと重なるように配置されている。つまり、平面視で、第１、第２の磁気収束部材３５、３６間に、第１、第２の磁気検知部２１、２２が配置される。
【０１６８】
更に、第１、第２の磁気検知部２１、２２の長手方向の中心線Ｎ２１，Ｎ２２及び第１、第２の磁気収束部材３５、３６の長手方向の中心線Ｎ３５、Ｎ３６はそれぞれ平行であり、第１、第２の磁気検知部２１、２２の短手方向の中心線Ｍと、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の短手方向の中心線Ｍとはそれぞれ一致するように配置されている。また、第１、第２の磁気検知部２１、２２は、図２７（ｂ）に示すように、断面が逆テーパ形状の磁気収束部材３５、３６において、磁気収束部材３５、３６の鋭角部分よりも鈍角部分、すなわち底辺３５ａ、３６ａに近い位置に配置される。
【０１６９】
このような構成により、第１、第２の磁気検知部２１、２２からの出力信号の差分により、基板表面４１に対して垂直方向の軸方向の磁場に応じた信号を出力することができる。図２９は、図２８に示した磁気センサ１０９における各軸の磁場の磁束の流れを示すための模式図である。図２９（ａ）はＸ軸成分の磁場Ｂｘを示す平面図、図２９（ｂ）は図２９（ａ）の断面図、図２９（ｃ）はＹ軸成分の磁場Ｂｙを示す平面図、図２９（ｄ）はＺ軸成分の磁場Ｂｚを示す平面図である。
磁場ＢをＸ、Ｙ、Ｚ軸の各軸成分に分解すると、Ｂ＝Ｂｘ＋Ｂｙ＋Ｂｚとなる。
【０１７０】
Ｘ軸成分の磁場Ｂｘは、図２９（ａ）に示すように、第１、第２の磁気収束部材３５、３６によって収束係数ａで収束される。ここで第１、第２の磁気収束部材３５、３６の断面を逆テーパ形状にしているため、Ｘ軸成分の磁場Ｂｘの多くは第１、第２の磁気収束部材３５、３６の上部に収束されるため、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の下部に配置されている第１、第２の磁気検知部２１、２２に入力される磁場の大きさを小さくすることができる。Ｘ軸成分の磁場Ｂｘは、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の上部と下部の磁束密度の比をｂとしたとき（０＜ｂ＜１）、第１、第２の磁気検知部２１、２２に対して全て正の方向にａｂＢｘとして入力される。
【０１７１】
また、Ｙ軸成分の磁場Ｂｙは、図２９（ｃ）の平面模式図（基板は図示せず）に示すように、第１、第２の磁気収束部材３５、３６によって収束されＸ軸方向磁場に変換されるが、第１、第２の磁気検知部２１、２２の短手方向の中心線と、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の短手方向の中心線が一致するように配置されているため、対称性からＸ軸方向の磁場はキャンセルされる。
また、Ｚ軸成分の磁場Ｂｚは、図２９（ｄ）の断面模式図に示すように、第１、第２の磁気収束部材３５、３６によって収束され、第１、第２の磁気検知部２１、２２において、Ｚ軸に対して斜め方向に磁気が作用するため、Ｘ軸方向に変換係数ｃで磁場変換されて、第１、第２の磁気検知部２１、２２に対して入力される。第１の磁気検知部２１には負の方向にｃＢｚが入力され、第２の磁気検知部２２には正の方向にｃＢｚが入力される。
【０１７２】
以上のことを踏まえると、磁場Ｂが入力された時の第１、第２の磁気検知部２１、２２の抵抗値Ｒ１、Ｒ２は、次式（１−９）〜（２−９）により表される。
Ｒ１＝α×（ａｂＢｘ−ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（１−９）
Ｒ２＝α×（ａｂＢｘ＋ｃＢｚ）＋Ｒ０      ……（２−９）
ここで、次式（３−９）に示すように、式“（２−９）−（１−９）”より、Ｚ軸成分の磁場Ｂｚのみに応じた抵抗値が導かれる。
Ｒ２−Ｒ１＝２αｃＢｚ      ……（３−９）
ここで、上記演算から理解されるように、第１、第２の磁気収束部材３５、３６を逆テーパ形状にすることによって磁気検知部に対するＸ方向磁場の影響を小さくすることが可能である。これにより外部磁場の影響を小さくし精度よく基板表面４１の垂直方向の磁場検知を可能としている。また、磁化飽和の観点から、Ｘ方向磁場の磁気検知部への入力を小さくし、磁場レンジの広い基板表面４１の垂直方向の磁場を検知する磁気センサが実現可能である。
【０１７３】
（第１０の実施形態）
次に、本発明の第１０の実施形態を説明する。
第１０の実施形態における磁気センサ１１０は、図２８に示した第９の実施形態における磁気センサ１０９では、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の対面側に磁気検知部２１、２２が配置されていたが、磁気センサ１１０は第１、第２の磁気収束部材３５、３６の背面側、すなわち、磁気収束部材３５の、磁気収束部材３６とは逆側の面と、磁気収束部材３６の、磁気収束部材３５とは逆側の面とに、第１、第２の磁気検知部２１、２２をそれぞれ配置した点で相違している。
【０１７４】
図３０（ａ）、（ｂ）は、第１０の実施形態における磁気センサ１１０の一例を示す構成図である。
図２８に示す第９の実施形態における磁気センサ１０９と同一部には同一符号を付してある。
磁気センサ１１０は、基板表面４１に対して垂直方向の磁場を検知できるようにした磁気センサである。
磁気センサ１１０は、基板表面４１に平行に配置された第１、第２の磁気検知部２１、２２と、これら第１、第２の磁気検知部２１、２２の各々の近傍に配置された矩形状の第１の磁気収束部材３５及び第２の磁気収束部材３６とを含む検知ユニット１１０ａを備える。そして、第１、第２の磁気検知部２１、２２の出力信号は演算部５０に入力され、演算部５０はこれら出力信号をもとに所定の演算処理を行って、第１、第２の磁気検知部２１、２２の出力信号の差分から、基板表面４１に対して垂直方向となる軸方向の磁場を検出する。
【０１７５】
また、平面視で、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の中心Ｍ３５、Ｍ３６を結ぶ仮想直線Ｍｂは、第１、第２の磁気検知部２１、２２の一部と交差するように配置され、第１、第２の磁気検知部２１、２２の中心Ｍ２１、Ｍ２２を結ぶ仮想線分Ｍａと、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の長手方向の中心線Ｎ３５、Ｎ３６のそれぞれとが垂直である。
また、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の背面側に第１、第２の磁気検知部２１、２２が配置され、第１、第２の磁気検知部２１、２２の長手方向の中心線Ｎ２１、Ｎ２２が、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の長手方向の中心線Ｎ３５、Ｎ３６を挟むように配置される。
【０１７６】
また、基板表面４１に垂直で、且つ第１、第２の磁気収束部材３５、３６の長手方向の中心線Ｎ３５、Ｎ３６に垂直な面で断面視したときに、第１、第２の磁気収束部材３５、３６のそれぞれの、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の底辺３５ａ、３６ａと、磁気収束部材の斜辺３５ｂ、３６ｂと、がなす角度θ１、θ２が９０度より大きく１１０度以下であることが好ましい。
また、基板表面４１に対して垂直方向の軸方向の磁場の感度を高める観点から、基板表面４１を平面視したときに、第１、第２の磁気収束部材３５、３６と第１、第２の磁気検知部２１、２２の一部が重なっていることが好ましい。
つまり、図３０（ａ）に示すように、第１の磁気検知部２１の長手方向に沿って延びる右側の縁部は、第１の磁気収束部材３５の長手方向に沿って延びる左側の縁部のみと重なるように配置され、第２の磁気検知部２２の長手方向に沿って延びる左側の縁部は、第２の磁気収束部材３６の長手方向に沿って延びる右側の縁部のみと重なるように配置されている。
【０１７７】
更に、第１、第２の磁気検知部２１、２２の長手方向の中心線Ｎ２１、Ｎ２２及び、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の長手方向の中心線Ｎ３５、Ｎ３６はそれぞれ平行であり、第１、第２の磁気検知部２１、２２の短手方向の中心線Ｍと、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の短手方向の中心線Ｍとはそれぞれ一致するように配置されている。また、第１、第２の磁気検知部２１、２２は、図３０（ｂ）に示すように、断面が逆テーパ形状の第１、第２の磁気収束部材３５、３６において、磁気収束部材３５、３６の鋭角部分よりも鈍角部分、すなわち底辺３５ａ、３６ａに近い位置に配置される。
このようにして、第１、第２の磁気検知部２１、２２からの出力信号の差分により、基板表面４１に対して垂直方向の軸方向の磁場を出力することができる。
【０１７８】
（第１１の実施形態）
次に、本発明の第１１の実施形態を説明する。
第１１の実施形態における磁気センサ１１１は、図２６に示す第８の実施形態における磁気センサ１０８と比較して、磁気収束部材３４の断面形状が順テーパ形状をしている点が異なる。つまり、磁気収束部材３４の断面は上底が底辺よりも短い形状であり、磁気収束部材３４を平面視したときに、磁気収束部材３４の上底は、磁気収束部材３４の底辺に完全に含まれる。第１、第２の磁気検知部２１、２２は、断面が順テーパ形状の磁気収束部材３４において、磁気収束部材３４の鋭角部分よりも鈍角部分、すなわち上底に近い位置に配置される。磁気収束部材３４の底辺を符号３４ａ、磁気収束部材３４の、基板表面４に垂直方向の斜辺を３４ｂとしたときに、底辺３４ａと斜辺３４ｂとがなす角度（内角）θは７０度以上９０度未満であることが好ましい。内角θが７０度以上９０度未満であると垂直方向の磁場を高精度且つ測定レンジを広くすることが可能となる。磁気収束部材の断面形状は必ずしも線対称でなくともよい。
【０１７９】
（第１２の実施形態）
次に、本発明の第１２の実施形態を説明する。
第１２の実施形態における磁気センサ１１２は、図２８に示す第９の実施形態における磁気センサ１０９と比較して、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の断面形状が順テーパ形状をしている点が異なる。磁気収束部材３５の断面は上底が底辺よりも短い形状であり、磁気収束部材３５を平面視したときに、磁気収束部材３５の上底は、磁気収束部材３５の底辺に完全に含まれる。磁気収束部材３６についても同様である。
【０１８０】
第１、第２の磁気検知部２１、２２は、断面が順テーパ形状の第１、第２の磁気収束部材３５、３６において、鋭角部分よりも鈍角部分、すなわち上底に近い位置に配置される。磁気収束部材３５の底辺を符号３５ａ、磁気収束部材３５の、基板表面４に垂直方向の斜辺を３５ｂとしたときに、底辺３５ａと斜辺３５ｂとがなす角度（内角）θは７０度以上９０度未満であることが好ましい。磁気収束部材３６の底辺を符号３６ａ、磁気収束部材３６の、基板表面４に垂直方向の斜辺を３６ｂとしたときに、底辺３６ａと斜辺３６ｂとがなす角度（内角）θは７０度以上９０度未満であることが好ましい。
内角θが７０度以上９０度未満であると垂直方向の磁場を高精度且つ測定レンジを広くすることが可能となる。磁気収束部材の断面形状は必ずしも線対称でなくともよい。
【０１８１】
（第１３の実施形態）
次に、本発明の第１３の実施形態を説明する。
第１３の実施形態における磁気センサ１１３は、図３０に示す第１０の実施形態における磁気センサ１１０と比較して、第１、第２の磁気収束部材３５、３６の断面形状が順テーパ形状をしている点が異なる。第１、第２の磁気検知部２１、２２は、断面が順テーパ形状の第１、第２の磁気収束部材３５、３６において、鋭角部分よりも鈍角部分、すなわち上底に近い位置に配置される。磁気収束部材３５の断面は上底が底辺よりも短い形状であり、磁気収束部材３５を平面視したときに、磁気収束部材３５の上底は、磁気収束部材３５の底辺に完全に含まれる。磁気収束部材３６についても同様である。
【０１８２】
磁気収束部材３５の底辺を符号３５ａ、磁気収束部材３５の、基板表面４に垂直方向の斜辺を３５ｂとしたときに、底辺３５ａと斜辺３５ｂとがなす角度（内角）θは７０度以上９０度未満であることが好ましい。磁気収束部材３６の底辺を符号３６ａ、磁気収束部材３６の、基板表面４に垂直方向の斜辺を３６ｂとしたときに、底辺３６ａと斜辺３６ｂとがなす角度（内角）θは７０度以上９０度未満であることが好ましい。
内角θが７０度以上９０度未満であると垂直方向の磁場を高精度且つ測定レンジを広くすることが可能となる。磁気収束部材の断面形状は必ずしも線対称でなくともよい。
【０１８３】
以上説明した第８〜第１３の実施形態における磁気センサの実施態様を以下に記す。
（実施態様１）
基板上又は基板内に設けられた磁気収束部材と、
前記磁気収束部材の近傍に配置された一方の磁気検知部及び他方の磁気検知部と、
を含む検知ユニットと、
前記一方の磁気検知部及び他方の磁気検知部の出力から前記基板平面に垂直な磁場を演算する演算部と、を備え、
前記磁気収束部材は、前記検知ユニットを平面視したときに、前記一方の磁気検知部と前記他方の磁気検知部の間に配置されており、
前記磁気収束部材の側面は、前記基板の表面に垂直で且つ前記磁気収束部材の長手方向に垂直な面で断面視したときに順テーパ形状又は逆テーパ形状であり、
前記一方の磁気検知部及び前記他方の磁気検知部は、前記磁気収束部材の鋭角部分よりも鈍角部分に近い位置に配置されている磁気センサ。
【０１８４】
（実施態様２）
前記磁気収束部材を前記基板の表面に垂直で、且つ前記磁気収束部材の長手方向に垂直な面で断面視したときに、前記磁気収束部材は上底が底辺よりも長い形状であり、
前記磁気収束部材を平面視したときに、前記磁気収束部材の上底は、前記磁気収束部材の底辺を完全に覆っている実施態様１に記載の磁気センサ。
（実施態様３）
前記基板の表面に垂直で且つ前記磁気収束部材の長手方向に垂直な面で断面視したときに、前記磁気収束部材の底辺と前記基板表面に垂直方向の斜辺のなす角が９０度より大きく１１０度以下である実施態様１又は２に記載の磁気センサ。
【０１８５】
（実施態様４）
前記磁気収束部材を前記基板の表面に垂直で、且つ前記磁気収束部材の長手方向に垂直な面で断面視したときに、前記磁気収束部材は上底が底辺よりも短い形状であり、
前記磁気収束部材を平面視したときに、前記磁気収束部材の上底は、前記磁気収束部材の底辺に完全に含まれる実施態様１に記載の磁気センサ。
（実施態様５）
前記基板の表面に垂直で且つ前記磁気収束部材の長手方向に垂直な面で断面視したときに、前記磁気収束部材の底辺と前記基板表面に垂直方向の斜辺のなす角が７０度以上９０度未満である実施態様１又は２に記載の磁気センサ。
【０１８６】
（実施態様６）
前記演算部は、前記一方の磁気検知部の出力と他方の磁気検知部の出力の差分から前記基板平面に垂直な磁場を演算する実施態様１から５の何れか１つに記載の磁気センサ。
（実施態様７）
前記磁気収束部材及び前記磁気検知部それぞれにおいて平面視で中心点を通り短手方向又は長手方向に延びる線分をそれぞれの中心線とし、
前記検知ユニットを平面視したときに、前記磁気収束部材の短手方向の前記中心線が、前記磁気検知部の一部と交差するように配置され、前記磁気検知部の中心点どうしを結ぶ仮想線分と、前記磁気収束部材の長手方向の中心線が垂直である実施態様１から６の何れか１つに記載の磁気センサ。
【０１８７】
（実施態様８）
前記磁気検知部の長手方向の前記中心線及び前記磁気収束部材の長手方向の前記中心線がそれぞれ平行であり、前記磁気検知部の短手方向の前記中心線と、前記磁気収束部材の短手方向の前記中心線とがそれぞれ一致するように配置されていることを特徴とする実施態様７に記載の磁気センサ。
（実施態様９）
前記検知ユニットは、
前記一方の磁気検知部の近傍に配置された一方の磁気収束部材と、前記他方の磁気検知部の近傍に配置された他方の磁気収束部材と、を備え、
前記一方の磁気検知部と前記他方の磁気検知部は、前記一方の磁気収束部材と前記他方の磁気収束部材の対面側又は背面側に配置される実施態様１から８の何れか１つに記載の磁気センサ。
【０１８８】
（実施態様１０）
前記磁気収束部材及び前記磁気検知部それぞれにおいて平面視で中心点を通り短手方向又は長手方向に延びる線分をそれぞれの中心線とし、
前記検知ユニットを平面視したときに、前記磁気収束部材の中心点どうしを結ぶ仮想直線が、前記磁気検知部の一部と交差するように配置され、前記磁気検知部の中心点どうしを結ぶ仮想線分と、前記磁気収束部材の長手方向の前記中心線のそれぞれとが垂直である実施態様９に記載の磁気センサ。
（実施態様１１）
前記磁気収束部材の長手方向の前記中心線が、前記磁気検知部の長手方向の前記中心線を挟んでいることを特徴とする実施形態１０に記載の磁気センサ。
【０１８９】
（実施態様１２）
前記磁気検知部の長手方向の前記中心線が、前記磁気収束部材の長手方向の前記中心線を挟んでいることを特徴とする実施態様１０に記載の磁気センサ。
（実施態様１３）
前記磁気検知部の感磁軸が、前記基板表面に対して垂直な軸と、前記検知ユニットを平面視したときの磁気収束部材の長手方向の軸と、前記検知ユニットを平面視したときの磁気収束部材の短手方向の軸のうち、前記検知ユニットを平面視したときの前記磁気収束部材の短手方向の軸に最も近いことを特徴とする実施態様１乃至１２のいずれかに記載の磁気センサ。
【０１９０】
（実施態様１４）
前記基板平面を平面視したときに、前記磁気収束部材と前記磁気検知部の一部が重なっていることを特徴とする実施態様１乃至１３のいずれかに記載の磁気センサ。
（実施態様１５）
前記一方の磁気検知部の長手方向に沿って延びる右側の縁部が、前記磁気収束部材の長手方向に沿って延びる左側の縁部のみと重なるように配置され、前記他方の磁気検知部の長手方向に沿って延びる左側の縁部が、前記磁気収束部材の長手方向に沿って延びる右側の縁部のみと重なるように配置されていることを特徴とする実施態様１４に記載の磁気センサ。
【０１９１】
（実施態様１６）
前記一方の磁気検知部の長手方向に沿って延びる左側の縁部が、前記一方の磁気収束部材の長手方向に沿って延びる右側の縁部のみと重なるように配置され、前記他方の磁気検知部の長手方向に沿って延びる右側の縁部が、前記他方の磁気収束部材の長手方向に沿って延びる左側の縁部のみと重なるように配置されていることを特徴とする実施態様１４に記載の磁気センサ。
（実施態様１７）
前記一方の磁気検知部の長手方向に沿って延びる右側の縁部が、前記一方の磁気収束部材の長手方向に沿って延びる左側の縁部のみと重なるように配置され、前記他方の磁気検知部長手方向に沿って延びる左側の縁部が、前記他方の磁気収束部材の長手方向に沿って延びる右側の縁部のみと重なるように配置されていることを特徴とする実施態様１４に記載の磁気センサ。
【０１９２】
（実施態様１８）
前記磁気収束部材及び前記磁気検知部それぞれにおいて平面視で中心点を通り短手方向又は長手方向に延びる線分をそれぞれの中心線とし、
前記一方及び他方の磁気検知部の長手方向の前記中心線及び前記一方及び他方の磁気収束部材の長手方向の前記中心線がそれぞれ平行であり、前記一方及び他方の磁気検知部の短手方向の前記中心線と、前記一方及び他方の磁気収束部材の短手方向の前記中心線とがそれぞれ一致するように配置されていることを特徴とする実施態様１０乃至１７のいずれかに記載の磁気センサ。
（実施態様１９）
前記基板平面を平面視したときに、前記磁気収束部材は矩形状又は楕円形状である実施態様１乃至１８の何れかに記載の磁気センサ。
【０１９３】
なお、上記第１〜第７の実施形態においても、上記第８〜第１３の実施形態のように、磁気収束部材を、断面が逆テーパ形状又は順テーパとなるように構成し、第１、第２の磁気検知部２１、２２を磁気収束部材３５、３６の鋭角部分よりも鈍角部分に近い位置に配置してもよい。この場合も第８〜第１３の実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
また、上記各実施形態では、例えば第１〜第３の実施形態では、１つの磁気収束部材に対して３つ、又は、５つの磁気検知部を設ける場合について説明したが、これに限るものではない。例えば図３１（ａ）に示すように、１つの磁気収束部材に５つの磁気検知部が設けられている場合、これはすなわち図３１（ｂ）に示すように、５つの磁気収束部材のそれぞれに、５つの磁気検知部が設けられていることと等価である。したがって、図３１（ｂ）に示すように、図３１（ａ）に示す１つの磁気収束部材に対応付けられている５つ全ての磁気検知部について、磁気検知部ごとに磁気収束部材を設けて、図３１（ａ）、（ｂ）に示すように、磁気収束部材と磁気検知部との位置関係はそのままとなるように、磁気収束部材毎に磁気検知部を設けてもよい。この場合も、上記実施形態と同等の作用効果を得ることができる。また、磁気収束部材と磁気検知部とは同数である必要はなく、例えば２つ、３つ、４つ、等複数の磁気収束部材を設け、これら複数の磁気収束部材に、５つの磁気検知部を分散して配置するようにしてもよい。つまり、複数の磁気収束部材に１又は複数の磁気収束部材を設けるようにしてもよい。同様に、第４〜第１０の実施形態において、複数の磁気収束部材を設け、これら複数の磁気収束部材に１又は複数の磁気検知部を分散して配置してもよい。
【０１９４】
また、上記第２〜第１３の実施形態では、磁気収束部材を矩形状としているが、磁気収束部材は矩形状に限るものではなく、楕円等、図５に示すように曲線からなる形状であってもよい。
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。更に、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【産業上の利用可能性】
【０１９５】
本発明の磁気センサ及び磁気検知方法は、３軸の磁場を独立して検知することを要するデバイスとしてとして好適である。
【符号の説明】
【０１９６】
１  反強磁性層
２  ピンド層（固定層）
３  Ｃｕ層（スペーサ層）
４  フリー層（自由回転層）
１１、１６  絶縁膜
１２  フリー層（自由回転層）
１３  導電層
１４  ピンド層（固定層）
１５  反強磁性層
２１〜２６  第１〜第６の磁気検知部
２１ａ〜２５ａ  第１〜第５の磁気検知部
２１ｂ〜２５ｂ  第１〜第５の磁気検知部
２１ｃ〜２５ｃ  第１〜第５の磁気検知部
２１ｄ〜２４ｄ  第１〜第４の磁気検知部
３０、３０ａ、３０ｂ  磁気収束部材
３１〜３６  磁気収束部材
３５ａ、３６ａ  磁気収束部材の底辺
３５ｂ、３６ｂ  磁気収束部材の斜辺
４０  基板
４１  基板表面
５０  演算部
１０１〜１１０  磁気センサ
３００〜３０３  磁気収束部
【図１】
2015052891.tif 000003
【図２】
2015052891.tif 000004
【図３】
2015052891.tif 000005
【図４】
2015052891.tif 000006
【図５】
2015052891.tif 000007
【図６】
2015052891.tif 000008
【図７】
2015052891.tif 000009
【図８】
2015052891.tif 000010
【図９】
2015052891.tif 000011
【図１０】
2015052891.tif 000012
【図１１】
2015052891.tif 000013
【図１２】
2015052891.tif 000014
【図１３】
2015052891.tif 000015
【図１４】
2015052891.tif 000016
【図１５】
2015052891.tif 000017
【図１６】
2015052891.tif 000018
【図１７】
2015052891.tif 000019
【図１８】
2015052891.tif 000020
【図１９】
2015052891.tif 000021
【図２０】
2015052891.tif 000022
【図２１】
2015052891.tif 000023
【図２２】
2015052891.tif 000024
【図２３】
2015052891.tif 000025
【図２４】
2015052891.tif 000026
【図２５】
2015052891.tif 000027
【図２６】
2015052891.tif 000028
【図２７】
2015052891.tif 000029
【図２８】
2015052891.tif 000030
【図２９】
2015052891.tif 000031
【図３０】
2015052891.tif 000032
【図３１】
2015052891.tif 000033
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月21日(2016.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上又は基板内に設けられた１又は複数の磁気収束部材を有する磁気収束部と、
前記１又は複数の磁気収束部材の近傍に配置され、前記基板の平面に平行な第１の軸の方向の感磁軸を有する第１から第３の磁気検知部と、
前記第１から第３の磁気検知部の出力から、前記基板の平面に平行で且つ前記第１の軸と直交する第２の軸の方向の磁場と、前記基板の平面に垂直な第３の軸の方向の磁場を演算する演算部と、
を備え、
前記磁気収束部材は、平面視で、前記第１の軸の方向に幅を有し、前記第２の軸の方向に長さを有する形状であり、
前記第１の軸に沿った方向のうち、一方の方向を第１の軸の正の方向、他方の方向を第１の軸の負の方向とし、前記第２の軸に沿った方向のうち、一方の方向を第２の軸の正の方向、他方の方向を第２の軸の負の方向としたときに、
前記第１の磁気検知部は、平面視で、最も近接する前記磁気収束部材よりも前記第１の軸の負側で、且つ、該最も近接する前記磁気収束部材の長さ方向の中点よりも前記第２の軸の正側に配置されており、
前記第２の磁気検知部は、平面視で、最も近接する前記磁気収束部材よりも前記第１の軸の正側で、且つ、該最も近接する前記磁気収束部材の長さ方向の中点よりも前記第２の軸の正側に配置されており、
前記第３の磁気検知部は、平面視で、最も近接する前記磁気収束部材よりも前記第１の軸の負側で、且つ、該最も近接する前記磁気収束部材の長さ方向の中点よりも前記第２の軸の負側に配置されており、
前記演算部は、
前記第１の磁気検知部の出力と前記第３の磁気検知部の出力から前記第２の軸の方向の磁場を演算し、前記第２の磁気検知部の出力と前記第３の磁気検知部の出力から前記第３の軸の方向の磁場を演算する磁気センサ。
【請求項２】
前記第１の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第２の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第３の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材とは共通の磁気収束部材である請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第１の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第２の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第３の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材とはそれぞれ異なる磁気収束部材である請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記基板を平面視したときに前記磁気収束部材に全体が重なる第５の磁気検知部を更に備え、
前記演算部は、前記第１の磁気検知部と前記第２の磁気検知部と前記第５の磁気検知部の各出力から前記第１の軸の方向の磁場を演算する請求項１から請求項３の何れか１項に記載の磁気センサ。
【請求項５】
基板上又は基板内に設けられた１又は複数の磁気収束部材を有する磁気収束部と、
前記１又は複数の磁気収束部材の近傍に配置され、前記基板の平面に平行な第１の軸の方向の感磁軸を有する第１から第４の磁気検知部と、前記第１から第３の磁気検知部の出力から、前記基板の平面に平行で且つ前記第１の軸と直交する第２の軸の方向の磁場と、前記基板の平面に垂直な第３の軸の方向の磁場を演算する演算部と、を備え、
前記磁気収束部材は、平面視で、前記第１の軸の方向に幅を有し、前記第２の軸の方向に長さを有する形状であり、前記第１の軸に沿った方向のうち、一方の方向を第１の軸の正の方向、他方の方向を第１の軸の負の方向とし、前記第２の軸に沿った方向のうち、一方の方向を第２の軸の正の方向、他方の方向を第２の軸の負の方向としたときに、
前記第１の磁気検知部は、平面視で、最も近接する前記磁気収束部材よりも前記第１の軸の負側で、且つ、該最も近接する前記磁気収束部材の長さ方向の中点よりも前記第２の軸の正側に配置されており、
前記第２の磁気検知部は、平面視で、最も近接する前記磁気収束部材よりも前記第１の軸の正側で、且つ、該最も近接する前記磁気収束部材の長さ方向の中点よりも前記第２の軸の正側に配置されており、
前記第３の磁気検知部は、平面視で、最も近接する前記磁気収束部材よりも前記第１の軸の負側で、且つ、該最も近接する前記磁気収束部材の長さ方向の中点よりも前記第２の軸の負側に配置されており、
前記第４の磁気検知部は、平面視で、最も近接する前記磁気収束部材よりも前記第１の軸の正側で、且つ、該最も近接する前記磁気収束部材の長さ方向の中点よりも前記第２の軸の負側に配置されており、
前記演算部は、
前記第１の磁気検知部の出力と前記第３の磁気検知部の出力、又は前記第２の磁気検知部の出力と前記第４の磁気検知部の出力から前記第２の軸の方向の磁場を演算し、前記第２の磁気検知部の出力と前記第３の磁気検知部の出力、又は前記第１の磁気検知部の出力と前記第４の磁気検知部の出力から前記第３の軸の方向の磁場を演算する磁気センサ。
【請求項６】
前記第１の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第２の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第３の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第４の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材とは共通の磁気収束部材であり、
前記第１から第４の磁気検知部は、平面視で点対称且つ線対称の位置に配置されている請求項５に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記第１の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第２の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第３の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第４の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材とのうち、２つの磁気収束部材は共通の磁気収束部材であり、残りの２つの磁気収束部材は共通の磁気収束部材である請求項５に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第１の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第２の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第３の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材と、
前記第４の磁気検知部が最も近接する前記磁気収束部材とは、それぞれ異なる磁気収束部材である請求項５に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記第１から第４の磁気検知部は前記基板を平面視したときに前記磁気収束部材の長さ方向に沿って配置されており、且つ、前記第１から第４の磁気検知部はその一部が前記磁気収束部材と重なる請求項５から請求項８の何れか１項に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記基板を平面視したときに前記磁気収束部材に全体が重なる位置に配置される第５の磁気検知部を更に備え、
前記演算部は、前記第１の磁気検知部と前記第２の磁気検知部と前記第５の磁気検知部の各出力、又は前記第３の磁気検知部と前記第４の磁気検知部と前記第５の磁気検知部の各出力から前記第１の軸の方向の磁場を演算する請求項５から請求項９の何れか１項に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記第１から第５の磁気検知部が磁気抵抗効果素子である請求項１０に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
前記磁気収束部材は、平面視で、矩形形状又は楕円形状であり、且つ、前記第２の軸の方向の長さの方が前記第１の軸の方向の幅よりも長い形状である請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記磁気収束部材は、平面視で、矩形形状又は楕円形状であり、且つ、前記第２の軸の方向の長さの方が前記１の軸の方向の幅よりも長い形状であり、
前記磁気収束部材を前記基板の表面に垂直で、且つ前記磁気収束部材の長手方向に垂直な面で断面視したときに、前記磁気収束部材は上底が底辺よりも短い順テーパ形状又は底辺が上底よりも短い逆テーパ形状であり、
前記第１から第４の磁気検知部は前記磁気収束部材の鋭角部分よりも鈍角部分に近い位置に配置されている請求項５から請求項１２の何れか１項に記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記磁気収束部材を前記基板の表面に垂直で、且つ前記磁気収束部材の長手方向に垂直な面で断面視したときに、前記磁気収束部材は前記逆テーパ形状であり、
前記磁気収束部材の前記基板の表面に垂直方向の斜辺のなす角が９０度より大きく１１０度以下である請求項１３に記載の磁気センサ。
【請求項１５】
前記磁気収束部材を前記基板の表面に垂直で、且つ前記磁気収束部材の長手方向に垂直な面で断面視したときに、前記磁気収束部材は前記順テーパ形状であり、
前記磁気収束部材の前記基板の表面に垂直方向の斜辺のなす角が７０度以上９０度未満である請求項１３に記載の磁気センサ。
【国際調査報告】
2015052891.tif 000034
2015052891.tif 000035
2015052891.tif 000036