(57)【要約】  ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いて、直交する３方向の磁場を精度良く検出する磁気センサ。第１方向に延伸する第１磁気収束部と、第１方向に延伸し、第１磁気収束部の第１端部側よりも第１方向に延伸する第２磁気収束部と、平面視で、第１磁気収束部および第２磁気収束部の間で第１方向に延伸する第１磁気抵抗素子と、第１磁気収束部の第１端部側に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第１端部から第１磁気抵抗素子側に突出した第１磁気収束部材と、を備える磁気センサを提供する。
2016010120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に延伸する第１磁気収束部と、
前記第１方向に延伸し、前記第１磁気収束部の第１端部よりも前記第１方向に延伸する第２磁気収束部と、
平面視で、前記第１磁気収束部および前記第２磁気収束部の間で前記第１方向に延伸する第１磁気抵抗素子と、
前記第１磁気収束部の前記第１端部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第１端部から前記第１磁気抵抗素子側に突出した第１磁気収束部材と、
を備える磁気センサ。
【請求項２】
前記第１磁気収束部材は、前記第１方向から見て、前記第１端部から前記第２磁気収束部側へと延伸する請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第１磁気収束部材は、前記第１方向と垂直な断面が前記第１磁気収束部の前記第１方向と垂直な断面よりも大きい請求項１または２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第１磁気抵抗素子は、前記第２磁気収束部よりも前記第１磁気収束部までの距離が小さい請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項５】
平面視で、前記第１磁気収束部および前記第２磁気収束部の間で前記第１方向に延伸し、前記第１磁気収束部よりも前記第２磁気収束部に近い第２磁気抵抗素子を備える請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記第１磁気収束部の前記第１方向とは反対側の端部は、前記第２磁気収束部の前記第１方向とは反対側の第２端部よりも前記第１方向とは反対方向に延伸し、
前記第２磁気収束部の前記第２端部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第２端部から前記第１磁気抵抗素子側に突出した第２磁気収束部材を備える請求項５に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記第２磁気収束部材は、平面視で、多角形の形状を有する請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第１磁気収束部の第１方向と垂直な第２方向の側部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第１磁気抵抗素子側に突出した第１補助磁気収束部材と、
前記第２磁気収束部の前記第２方向の側部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第２磁気抵抗素子側に突出した第２補助磁気収束部材と、
を備える請求項６または７に記載の磁気センサ。
【請求項９】
第１方向に延伸し、前記第１磁気収束部の第１端部よりも前記第１方向に延伸され、前記第１磁気収束部に対し前記第２磁気収束部とは反対側に設けられた第３磁気収束部と、
平面視で、前記第１磁気収束部および前記第３磁気収束部の間で前記第１方向に延伸する第３磁気抵抗素子と、
を更に備える請求項７または８に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記第１磁気収束部の前記第１端部とは反対側の端部は、前記第３磁気収束部の前記第１方向とは反対側の第３端部よりも前記第１方向とは反対方向に延伸され、
前記第３磁気収束部の前記第３端部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第３端部から前記第３磁気抵抗素子側に突出した第３磁気収束部材を備える請求項９に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記第３磁気収束部材は、平面視で、多角形の形状を有する請求項１０に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
前記第３磁気抵抗素子は、前記第３磁気収束部よりも前記第１磁気収束部との距離が小さく、
平面視で、前記第１磁気収束部および前記第３磁気収束部の間で前記第１方向に延伸し、前記第１磁気収束部よりも前記第３磁気収束部との距離が小さい第４磁気抵抗素子を備える請求項９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磁気収束部の前記第２方向の側部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第３磁気抵抗素子側に突出した第３補助磁気収束部材と、
前記第３磁気収束部の前記第２方向の側部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第４磁気抵抗素子側に突出した第４補助磁気収束部材と、
を備える請求項１２に記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記第１から第４磁気抵抗素子は、平面視で、前記第１磁気収束部に対して対称な配置に設けられる請求項１２または１３に記載の磁気センサ。
【請求項１５】
前記第１から第４磁気抵抗素子は、略同一方向の感磁性を有する請求項１２から１４のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１６】
前記第２磁気収束部および前記第３磁気収束部は、平面視で、前記第１磁気収束部に対して対称な配置に設けられる請求項９から１５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１７】
前記第１磁気収束部材は、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第１端部から前記第３磁気抵抗素子側に突出した請求項９から１６のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１８】
前記第１磁気収束部の前記第１端部とは反対側の端部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第１端部とは反対側の端部から前記第１磁気抵抗素子側に突出した第４磁気収束部材を備える請求項１から１７のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１９】
前記第２磁気収束部の前記第１方向に延伸された端部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第１方向に延伸された端部から前記第１磁気抵抗素子側に突出した第５磁気収束部材を備える請求項１から１８のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項２０】
前記第３磁気収束部の前記第１方向とは反対側の端部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第１方向とは反対側の端部から前記第３磁気抵抗素子側に突出した第６磁気収束部材を備える請求項９から１７のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項２１】
前記第１磁気収束部の前記第１端部とは反対側の端部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第１端部とは反対側の端部から前記第１磁気抵抗素子側および／または前記第３磁気抵抗素子側に突出した第４磁気収束部材を備える請求項２０に記載の磁気センサ。
【請求項２２】
前記第２磁気収束部の前記第１方向に延伸された端部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第１方向に延伸された端部から前記第１磁気抵抗素子側に突出した第５磁気収束部材を備える請求項２０または２１に記載の磁気センサ。
【請求項２３】
前記第１磁気収束部材は、平面視で、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磁気収束部材は、平面視で、前記第１方向において前記第１磁気抵抗素子と重なる位置まで延伸する請求項１から２３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項２５】
前記第１から第４磁気抵抗素子のそれぞれの磁気抵抗の変化に基づき、入力された磁場の方向および大きさを算出する算出部を更に備える請求項１２から１５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項２６】
第１方向に延伸する第１磁気収束部と、
第１方向に延伸し、前記第１磁気収束部の第１端部側よりも前記第１方向に延伸する第２磁気収束部と、
平面視で、前記第１磁気収束部および前記第２磁気収束部の間で前記第１方向に延伸する第１磁気抵抗素子と、
前記第１磁気収束部の前記第１端部に接続され、前記第１磁気抵抗素子の前記第１方向側から前記第１磁気抵抗素子の端部へと入力される磁界を低減する第１磁気収束部材と、
を備える磁気センサ。
【請求項２７】
第１方向に延伸する第１磁気収束部と、
前記第１方向に延伸し、前記第１磁気収束部の第１方向側の第１端部よりも前記第１方向に延伸する第２磁気収束部と、
平面視で、前記第１磁気収束部および前記第２磁気収束部の間で前記第１方向に延伸する第１磁気抵抗素子と、
平面視で、前記第１磁気収束部および前記第２磁気収束部の間で前記第１方向に延伸し、前記第１磁気収束部よりも前記第２磁気収束部に近い第２磁気抵抗素子と、
前記第１磁気収束部の前記第１端部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第１端部から前記第１磁気抵抗素子側に突出した第１磁気収束部材と、
前記第１磁気収束部の前記第１端部とは反対側の端部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第１端部とは反対側の端部から前記第１磁気抵抗素子側に突出した第４磁気収束部材と、
前記第２磁気収束部の前記第１方向とは反対側の第２端部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第２端部から前記第１磁気抵抗素子側に突出した第２磁気収束部材と、
前記第２磁気収束部の前記第１方向に延伸された端部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第１方向に延伸された端部から前記第１磁気抵抗素子側に突出した第５磁気収束部材と、
前記第１磁気収束部の第１方向と垂直な第２方向の側部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第１磁気抵抗素子側に突出した第１補助磁気収束部材と、
前記第２磁気収束部の前記第２方向の側部に接続され、前記第１方向から見て、または平面視で、前記第２磁気抵抗素子側に突出した第２補助磁気収束部材と、
を備え、
前記第１磁気収束部の前記第１方向とは反対側の端部は、前記第２磁気収束部の前記第２端部よりも前記第１方向とは反対方向に延伸する磁気センサ。
【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】
従来、予め定められた一方向の磁気の有無を検出する巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子およ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、磁気収束部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１〜７参照）。
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
【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。また、このような磁気センサは、例えば、磁気抵抗素子の配置を固定して、検出すべき磁場の方向に応じて磁気収束部を配置することで、意図した方向の磁場を検出することができる。しかしながら、この場合、磁場の感度が入力磁場の方向に応じて変化してしまい、十分なリニアリティの範囲で磁気抵抗素子を動作させることが困難であった。
【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方向に延伸する第１磁気収束部と、第１方向に延伸し、第１磁気収束部の第１端部側よりも第１方向に延伸する第２磁気収束部と、平面視で、第１磁気収束部および第２磁気収束部の間で第１方向に延伸する第１磁気抵抗素子と、第１磁気収束部の第１端部側に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第１端部から第１磁気抵抗素子側に突出した第１磁気収束部材と、を備える磁気センサを提供する。【０００５】
本発明の第２の態様においては、第１方向に延伸する第１磁気収束部と、第１方向に延伸し、第１磁気収束部の第１端部側よりも第１方向に延伸する第２磁気収束部と、平面視で、第１磁気収束部および第２磁気収束部の間で第１方向に延伸する第１磁気抵抗素子と、第１磁気収束部の第１端部に接続され、第１磁気抵抗素子の第１方向側から第１磁気抵抗素子の端部へと入力される磁界を低減する第１磁気収束部材と、を備える磁気センサを提供する。【０００６】
（一般的開示）
磁気センサは、第１方向に延伸する第１磁気収束部を備えてよい。
磁気センサは、第１方向に延伸し、第１磁気収束部の第１端部よりも第１方向に延伸する第２磁気収束部を備えてよい。
磁気センサは、平面視で、第１磁気収束部および第２磁気収束部の間で第１方向に延伸する第１磁気抵抗素子を備えてよい。
磁気センサは、第１磁気収束部の第１端部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第１端部から第１磁気抵抗素子側に突出した第１磁気収束部材を備えてよい。
第１磁気収束部材は、第１方向から見て、第１端部から第２磁気収束部側へと延伸してよい。
第１磁気収束部材は、第１方向と垂直な断面が第１磁気収束部の第１方向と垂直な断面よりも大きくてよい。
第１磁気抵抗素子は、第２磁気収束部よりも第１磁気収束部までの距離が小さくてよい。
磁気センサは、平面視で、第１磁気収束部および第２磁気収束部の間で第１方向に延伸し、第１磁気収束部よりも第２磁気収束部に近い第２磁気抵抗素子を備えてよい。
第１磁気収束部の第１方向とは反対側の端部は、第２磁気収束部の第１方向とは反対側の第２端部よりも第１方向とは反対方向に延伸してよい。
磁気センサは、第２磁気収束部の第１方向とは反対側の第２端部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第２端部から第１磁気抵抗素子側に突出した第２磁気収束部材を備えてよい。
第２磁気収束部材は、平面視で、多角形の形状を有してよい。
磁気センサは、第１磁気収束部の第１方向と垂直な第２方向の側部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第１磁気抵抗素子側に突出した第１補助磁気収束部材を備えてよい。
磁気センサは、第２磁気収束部の第２方向の側部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第２磁気抵抗素子側に突出した第２補助磁気収束部材を備えてよい。
磁気センサは、第１方向に延伸し、第１磁気収束部の第１端部よりも第１方向に延伸され、第１磁気収束部に対し第２磁気収束部とは反対側に設けられた第３磁気収束部を備えてよい。
磁気センサは、平面視で、第１磁気収束部および第３磁気収束部の間で第１方向に延伸する第３磁気抵抗素子を備えてよい。
第１磁気収束部の第１端部とは反対側の端部は、第３磁気収束部の第１方向とは反対側の第３端部よりも第１方向とは反対方向に延伸されてよい。
磁気センサは、第３磁気収束部の第３端部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第３端部から第３磁気抵抗素子側に突出した第３磁気収束部材を備えてよい。
第３磁気収束部材は、平面視で、多角形の形状を有してよい。
第３磁気抵抗素子は、第３磁気収束部よりも第１磁気収束部との距離が小さくてよい。
磁気センサは、平面視で、第１磁気収束部および第３磁気収束部の間で第１方向に延伸し、第１磁気収束部よりも第３磁気収束部との距離が小さい第４磁気抵抗素子を備えてよい。
磁気センサは、第１磁気収束部の第２方向の側部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第３磁気抵抗素子側に突出した第３補助磁気収束部材を備えてよい。
磁気センサは、第３磁気収束部の第２方向の側部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第４磁気抵抗素子側に突出した第４補助磁気収束部材を備えてよい。
第１から第４磁気抵抗素子は、平面視で、第１磁気収束部に対して対称な配置に設けられてよい。
第１から第４磁気抵抗素子は、略同一方向の感磁性を有してよい。
第２磁気収束部および第３磁気収束部は、平面視で、第１磁気収束部に対して対称な配置に設けられてよい。
第１磁気収束部材は、第１方向から見て、または平面視で、第１端部から第３磁気抵抗素子側に突出してよい。
磁気センサは、第１磁気収束部の第１端部とは反対側の端部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第１端部とは反対側の端部から第１磁気抵抗素子側に突出した第４磁気収束部材を備えてよい。
磁気センサは、第２磁気収束部の第１方向に延伸された端部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第１方向に延伸された端部から第１磁気抵抗素子側に突出した第５磁気収束部材を備えてよい。
磁気センサは、第３磁気収束部の第１方向とは反対側の端部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第１方向とは反対側の端部から第３磁気抵抗素子側に突出した第６磁気収束部材を備えてよい。
磁気センサは、第１磁気収束部の第１端部とは反対側の端部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第１端部とは反対側の端部から第１磁気抵抗素子側および／または第３磁気抵抗素子側に突出した第４磁気収束部材を備えてよい。
第１磁気収束部材は、平面視で、多角形の形状を有してよい。
第１磁気収束部材は、平面視で、第１方向において第１磁気抵抗素子と重なる位置まで延伸してよい。
磁気センサは、第１から第４磁気抵抗素子のそれぞれの磁気抵抗の変化に基づき、入力された磁場の方向および大きさを算出する算出部を備えてよい。
磁気センサは、第１磁気収束部の第１端部に接続され、第１磁気抵抗素子の第１方向側から第１磁気抵抗素子の端部へと入力される磁界を低減する第１磁気収束部材を備えてよい。
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】
【０００７】
【図１】磁気センサ１００の構成例を示す。
【図２】磁気センサ１００を＋Ｙ方向に見た構成例を示す。
【図３】第１磁気抵抗素子１２１のＹ方向の位置に対する磁場変換率α、β、およびγの変化の概略構成例を示す。
【図４】第１磁気収束部１１１のＹ方向の断面の構成例を示す。
【図５】本実施形態に係る磁気センサ１００の構成例を示す。
【図６】本実施形態に係る磁気センサ１００を＋Ｙ方向に見た構成例を示す。
【図７】本実施形態に係る第１磁気抵抗素子１２１のＹ方向の位置に対する磁場変換率α、β、およびγの変化の概略構成例を示す。
【図８】本実施形態に係る第１磁気収束部１１１および第１磁気収束部材１３１を＋Ｘ方向に見た構成例を示す。
【図９】本実施形態に係る磁気センサ１００の第１の変形例を示す。
【図１０】本実施形態に係る磁気センサ１００の第１の変形例を＋Ｙ方向に見た構成例を示す。
【図１１】本実施形態に係る磁気センサ１００の第２の変形例を示す。
【図１２】本実施形態に係る磁気センサ１００の第３の変形例を示す。
【図１３】本実施形態に係る磁気センサ１００の第４の変形例を示す。
【図１４】本実施形態に係る磁気センサ１００の第５の変形例を示す。
【図１５】本実施形態に係る磁気センサ１００の第６の変形例を示す。
【図１６】本実施形態に係る第１磁気抵抗素子１２１のＹ方向の位置に対する磁場変換率α、β、およびγの変化の概略構成例を示す。
【図１７】本実施形態に係る磁気センサ１００の第７の変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
【０００９】
図１は、磁気センサ１００の構成例を示す。磁気センサ１００は、直交する３方向をそれぞれ向く磁場が混合した（合成された）３軸混成磁場を検出する。図１は、直交する３方向をＸ、Ｙ、Ｚ軸で示し、磁気センサ１００のＸＹ平面の平面視を示す。即ち、図１は、基板等の一方の面に磁気センサ１００が形成された場合の上面図の一例を示す。
【００１０】
磁気センサ１００は、磁気収束部１１０と、磁気抵抗素子１２０とを備える。図１の磁気センサ１００は、磁気収束部１１０が第１磁気収束部１１１、第２磁気収束部１１２、および第３磁気収束部１１３を有し、磁気抵抗素子１２０が第１磁気抵抗素子１２１から第５磁気抵抗素子１２５までの５つの素子を有する例を示す。ここで、第１方向を図１の−Ｙ方向とする。
【００１１】
磁気収束部１１０は、第１方向に延伸し、ＸＹ面に平行な面に形成される。磁気収束部１１０は、パーマロイ等の磁性材料で形成され、当該磁気収束部１１０近傍の磁力線の向きを変化させる。図１において、第１磁気収束部１１１、第２磁気収束部１１２、および第３磁気収束部１１３は、略同一形状に形成され、Ｘ方向に等間隔に配列される例を示す。
【００１２】
また、第１磁気収束部１１１は、第２磁気収束部１１２および第３磁気収束部１１３に対して、＋Ｙ方向にΔＹずらして形成される例を示す。また、第２磁気収束部１１２および第３磁気収束部１１３は、第１磁気収束部１１１に対して対称に配置されてよい。
【００１３】
図１の点線は、磁束の経路の一例を示す。このように、磁気収束部１１０は、例えば、Ｙ方向に入力する磁場ＢＹを曲げてＸ方向の磁場成分を発生させ、当該Ｘ方向の磁場成分を磁気抵抗素子１２０に供給する。
【００１４】
第１磁気抵抗素子１２１から第５磁気抵抗素子１２５は、第１方向に延伸し、第１方向と垂直な第２方向の磁場を検知する。図１の例において、磁気抵抗素子１２０は、第１方向に垂直な＋Ｘ方向および−Ｘ方向の磁場を検知する。即ち、第２方向は、＋Ｘ方向および−Ｘ方向を含むものとする。
【００１５】
図１において、第１磁気抵抗素子１２１から第５磁気抵抗素子１２５は、略同一形状にそれぞれ形成され、Ｘ方向に等間隔にそれぞれ配列される例を示す。また、第１磁気抵抗素子１２１から第４磁気抵抗素子１２４は、第５磁気抵抗素子１２５に対して対称に配置されてよい。図１は、第１磁気収束部１１１のＹ方向の中心軸と第５磁気抵抗素子１２５のＹ方向の中心軸とが平面視で一致するように配置され、磁気センサ１００が当該２つの中心軸を含むＹＺ面に対して面対称に形成された例を示す。ここで、対称面であるＹＺ面を第１面とし、図１においては当該第１面を一点鎖線Ａ−Ａ'で示す。
【００１６】
例えば、磁気収束部１１０は、図１の点線で示すように、＋Ｙ方向に平行に入力される磁場ＢＹを曲げて＋Ｘ方向の磁場成分を発生させ、第１磁気抵抗素子１２１に供給する。ここで、磁束の経路が第１磁気抵抗素子１２１に入力する場合に、当該経路のＸ成分が、第１磁気抵抗素子１２１に供給される第２方向の磁場の成分に対応する。したがって、磁束の経路がＹ方向と平行になっている場合は、第１磁気抵抗素子１２１に供給される第２方向の磁場の成分は零である。
【００１７】
第１磁気抵抗素子１２１は、発生したＸ方向の磁場成分を＋β・ＢＹとすると、＋δＲ・β・ＢＹの抵抗値変化を生じさせる。このように、磁気センサ１００の磁気抵抗素子１２０は、Ｙ方向に入力する磁場ＢＹの大きさに応じて、抵抗値を変化させることができる。ここで、βは、磁気収束部１１０がＹ方向に入力する磁場ＢＹを第２方向の磁場の成分に変換する磁場変換率を示し、言い換えると、Ｙ方向に入力する磁場ＢＹの大きさに対して、第１磁気抵抗素子１２１に入力するＸ方向の磁場の大きさの割合を示す。βは、０以上の値をとる。δＲは、磁気抵抗素子の磁気感度に相当し、Ｘ方向の磁場に対する第１磁気抵抗素子１２１の抵抗変化量を示す。同様に、第２磁気抵抗素子１２２は、磁場ＢＹによって＋δＲ・β・ＢＹの抵抗値変化を生じさせる。
【００１８】
また、磁気センサ１００は、第１面に対して面対称に形成されているので、第１磁気抵抗素子１２１と対称な配置の第３磁気抵抗素子１２３、および第２磁気抵抗素子１２２と対称な配置の第４磁気抵抗素子１２４は、磁場ＢＹによって磁気収束部１１０から逆方向（即ち、−Ｘ方向）の磁場成分が供給される。磁気収束部１１０は、例えば、磁場ＢＹの入力に応じて、第３磁気抵抗素子１２３および第４磁気抵抗素子１２４にＸ方向の磁場成分−β・ＢＹをそれぞれ供給する。そして、第３磁気抵抗素子１２３および第４磁気抵抗素子１２４は、−δＲ・β・ＢＹの抵抗値変化をそれぞれ生じさせる。ここで、磁場ＢＹによって生じるＸ方向の磁場成分−β・ＢＹは、＋Ｘ方向とは逆向きの−Ｘ方向なので、抵抗値変化もマイナスとなる。
【００１９】
また、第１磁気収束部１１１は、第５磁気抵抗素子１２５を覆うように形成されるので、当該第５磁気抵抗素子１２５が配置される位置には、磁場ＢＹから変換される第２方向の磁場成分はほとんど発生しない。また、磁気収束部１１０は、第１面に対して面対称に形成されるので、磁場ＢＹの入力に応じて第５磁気抵抗素子１２５に第２方向の磁場の成分が入力しても、入力した第２方向の磁場の成分も第１面に対して面対称となって総和がほぼ零となる。したがって、第５磁気抵抗素子１２５は、磁場ＢＹの入力があっても、抵抗値変化がほとんど生じない。
【００２０】
図２は、磁気センサ１００を＋Ｙ方向に見た構成例を示す。図２は、図１に対応して、紙面の横方向をＸ方向、縦方向をＺ方向、垂直方向をＹ方向とする。図２は、基板２０の一方の面に形成された磁気センサ１００の一例を示す。
【００２１】
磁気抵抗素子１２０は、例えば、基板２０の一方の面に形成された絶縁層３０の内部に形成される。即ち、磁気抵抗素子１２０は、基板２０および磁気収束部１１０とはそれぞれ電気的に絶縁されて形成される。また、磁気収束部１１０は、絶縁層３０の上面に形成される。
【００２２】
磁気収束部１１０は、例えば、＋Ｘ方向に平行に入力される磁場ＢＸを、図２の点線で示すように変化させる。即ち、磁気収束部１１０は、＋α・ＢＸの磁場を第１磁気抵抗素子１２１から第４磁気抵抗素子１２４に供給し、＋δＲ・α・ＢＸの抵抗値変化をそれぞれ生じさせる。ここで、αは、磁気収束部１１０がＸ方向に入力する磁場ＢＸをそれぞれの磁気抵抗素子が検出する第２方向の磁場の成分に変換する磁場変換率を示し、言い換えると、Ｘ方向に入力する磁場ＢＸの大きさに対して、それぞれの磁気抵抗素子に入力するＸ方向の磁場の大きさの割合を示す。αは、０以上の値をとる。
【００２３】
ここで、第１磁気収束部１１１は、第５磁気抵抗素子１２５を覆うように形成されるので、当該第５磁気抵抗素子１２５が配置される位置には、磁場ＢＸの第２方向の磁場のほとんどが第１磁気収束部１１１に収束される磁束の経路が形成される。即ち、入力磁場ＢＸに対して変換される第２方向の磁場の成分がほとんど発生しないので、第５磁気抵抗素子１２５は、磁場ＢＹの入力と同様に、磁場ＢＸの入力があっても、抵抗値変化はほとんど生じない。
【００２４】
また、磁気収束部１１０は、例えば、＋Ｚ方向に平行に入力される磁場ＢＺを、図２の実線に示すように変化させる。また、第１面に平行で、かつ、第１磁気抵抗素子１２１および第２磁気抵抗素子１２２に挟まれる面を第２面とし、第１磁気抵抗素子１２１、第２磁気抵抗素子１２２、第１磁気収束部１１１、および第２磁気収束部１１２が、Ｙ方向から見た平面視で、当該第２面に対して対称に形成されている場合、磁場ＢＺ１およびＢＺ２は、当該第２面に対して面対称となる。ここで、図２において、第２面を一点鎖線Ｂ−Ｂ'で示す。
【００２５】
この場合、磁気収束部１１０は、例えば、磁場ＢＺの入力に応じて、第１磁気抵抗素子１２１に＋Ｘ方向の磁場成分を発生させる。即ち、第１磁気抵抗素子１２１は、発生した＋Ｘ方向の磁場成分を＋γ・ＢＺとすると、＋δＲ・γ・ＢＺの抵抗値変化を生じさせる。ここで、γは、磁気収束部１１０がＺ方向に入力する磁場ＢＺを第２方向の磁場の成分に変換する磁場変換率を示し、言い換えると、Ｚ方向に入力する磁場ＢＺの大きさに対して、第１磁気抵抗素子１２１に入力するＸ方向の磁場の大きさの割合を示す。γは、０以上の値をとる。また、磁気収束部１１０は、磁場ＢＺの入力に応じて、第１磁気抵抗素子１２１とは面対称な配置の第２磁気抵抗素子１２２にＸ方向の磁場成分−γ・ＢＺを発生させ、第２磁気抵抗素子１２２は、−δＲ・γ・ＢＺの抵抗値変化を生じさせる。
【００２６】
同様に、磁気収束部１１０は、磁場ＢＺの入力に応じて、第３磁気抵抗素子１２３にＸ方向の磁場成分−γ・ＢＺを発生させ、第３磁気抵抗素子１２３は、−δＲ・γ・ＢＺの抵抗値変化を生じさせる。また、磁気収束部１１０は、磁場ＢＺの入力に応じて、第４磁気抵抗素子１２４にＸ方向の磁場成分＋γ・ＢＺを発生させ、第４磁気抵抗素子１２４は、＋δＲ・γ・ＢＺの抵抗値変化を生じさせる。
【００２７】
ここで、第１磁気収束部１１１は、第５磁気抵抗素子１２５を覆うように形成されるので、当該第５磁気抵抗素子１２５が配置される位置には、磁場ＢＺから変換される第２方向の磁場の成分はほとんど発生しない。また、磁気収束部１１０は、第１面に対して面対称に形成されるので、磁場ＢＺの入力に応じて第５磁気抵抗素子１２５に第２方向の磁場の成分が入力しても、入力した当該磁場成分も第１面に対して面対称となってほとんどが相殺される。したがって、第５磁気抵抗素子１２５は、磁場ＢＹの入力と同様に、磁場ＢＺの入力があっても、抵抗値変化はほとんど生じない。
【００２８】
以上のように、磁気センサ１００は、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向に入力する磁場を磁気収束部１１０を用いて第５磁気抵抗素子１２５を除く磁気抵抗素子にＸ方向の磁場成分が発生するようにそれぞれ曲げ、それぞれの抵抗値に変化を生じさせる。したがって、磁気抵抗素子１２０は、任意の方向の磁場が入力した場合（即ち、磁場のＸ、Ｙ、およびＺ軸成分の合成で表される入力磁場に対して）、各方向の磁場に応じた抵抗値変化の総和を、抵抗値の変化として生じさせる。
【００２９】
磁気センサ１００は、一例として、任意の方向の磁場Ｂ（ＢＸ，ＢＹ，ＢＺ）の入力に応じて、磁気抵抗素子１２０のそれぞれに次式で示すような抵抗値変化を生じさせる。ここで、Ｒ０は、磁場の入力が零の場合のそれぞれの磁気抵抗素子の抵抗値を示す。また、Ｒ１からＲ５は、第１磁気抵抗素子１２１から第５磁気抵抗素子１２５の抵抗値をそれぞれ示す。
（数１）
Ｒ１＝Ｒ０＋δＲ・（α・ＢＸ＋β・ＢＹ＋γ・ＢＺ）
Ｒ２＝Ｒ０＋δＲ・（α・ＢＸ＋β・ＢＹ−γ・ＢＺ）
Ｒ３＝Ｒ０＋δＲ・（α・ＢＸ−β・ＢＹ−γ・ＢＺ）
Ｒ４＝Ｒ０＋δＲ・（α・ＢＸ−β・ＢＹ＋γ・ＢＺ）
Ｒ５＝Ｒ０
【００３０】
磁気センサ１００は、磁気抵抗素子１２０にこのような抵抗値の変化が生じたことで、任意の方向の磁場Ｂを検出したと判断してもよい。また、磁気センサ１００は、それぞれの磁気抵抗素子の抵抗値から、入力された任意の方向の磁場ＢのＸＹＺ成分のそれぞれを算出してもよい。例えば、（数１）式を用いて次式の右辺を計算することで、左辺のＸ方向の磁場ＢＸに関する式を取得することができる。
（数２）
４δＲ・α・ＢＸ＝（Ｒ１−Ｒ５）＋（Ｒ２−Ｒ５）＋（Ｒ３−Ｒ５）＋（Ｒ４−Ｒ５）
【００３１】
即ち、磁気センサ１００は、第１磁気抵抗素子１２１から第５磁気抵抗素子１２５のそれぞれの抵抗値、およびδＲ・αの値を（数２）式に代入することで、磁場ＢＸを算出することができる。同様に、次式のＹ方向の磁場ＢＹに関する式を取得することができる。
（数３）
４δＲ・β・ＢＹ＝（Ｒ１−Ｒ５）＋（Ｒ２−Ｒ５）−（Ｒ３−Ｒ５）−（Ｒ４−Ｒ５）
【００３２】
また、同様に、次式のＺ方向の磁場ＢＺに関する式を取得することができる。
（数４）
４δＲ・γ・ＢＺ＝（Ｒ１−Ｒ５）−（Ｒ２−Ｒ５）−（Ｒ３−Ｒ５）＋（Ｒ４−Ｒ５）
【００３３】
以上の説明において、任意の方向の磁場Ｂは、＋Ｘ方向、＋Ｙ方向、および＋Ｚ方向の磁場入力を例として説明したが、これに代えて、磁場入力が−Ｘ方向、−Ｙ方向、および−Ｚ方向となると、磁束の経路が反転して抵抗値の変化の方向も反転するが、（数２）から（数４）式の関係は保たれる。したがって、磁気センサ１００は、（数２）から（数４）までの式を用いることで、任意の方向の磁場Ｂのそれぞれの磁気抵抗素子の検出結果に基づき、磁場の各方向の成分を算出することができる。
【００３４】
なお、磁気収束部１１０が任意の方向の磁場Ｂの各成分を曲げて磁気抵抗素子１２０の第２方向に供給することを説明した。この場合、磁気抵抗素子１２０に入力する第２方向の磁場の成分は、Ｙ方向の位置に応じて大きさが異なることがあり、α、β、およびγは当該位置に応じて値が異なることがある。そこで、磁気センサ１００は、磁気抵抗素子１２０の使用領域におけるそれぞれの値の平均値を、α、β、およびγとして便宜的に用いてよい。
【００３５】
図３は、第１磁気抵抗素子１２１のＹ方向の位置に対する磁場変換率α、β、およびγの変化の概略構成例を示す。図３の横軸は、図１に示す第１磁気抵抗素子１２１のＹ方向の位置と対応している。より具体的には、第１磁気抵抗素子１２１の長さをＹ０とすると、当該Ｙ方向の位置を０からＹ０と示す。つまり、図１において、第１磁気抵抗素子１２１の−Ｙ方向側の端の位置が０で、第１磁気抵抗素子１２１の＋Ｙ方向側の端の位置がＹ０である。また、図３の縦軸は、磁場変換率α、β、およびγを示す。理想的には、磁気収束部１１０は、磁気抵抗素子１２０に第２方向の均一の磁場を供給することが望ましく、この場合、磁場変換率α、β、およびγは略一定の値となる。図３は、磁場変換率α、β、およびγを、積分要素法による磁場数値解析にて求めた例を示す。
【００３６】
ここで、磁場ＢＸおよびＢＺが磁気センサ１００に入力する方向は、第１磁気抵抗素子１２１の延伸方向と略垂直な方向なので、磁気収束部１１０が第１磁気抵抗素子１２１よりも十分に長ければ、第１磁気抵抗素子１２１のＹ方向の位置のほとんどで、略一定の面積密度の磁場を供給することができる。したがって、磁場変換率αおよびγは、位置０からＹ０の間において、略一定の値となることがわかる。
【００３７】
その一方、磁場ＢＹが入力する方向は、第１磁気抵抗素子１２１の延伸方向と略同一なので、磁気収束部１１０が磁場ＢＹを曲げて収束させ、かつ、磁気収束部１１０の外部に放出する過程における第２方向の磁場の成分が、第１磁気抵抗素子１２１に検知されることになる。例えば、図１に示す磁束の経路の一例のように、磁気収束部１１０は、磁束の経路を蛇行させるように変化させる。
【００３８】
図４は、第１磁気収束部１１１のＹ方向の断面の構成例を示す。図４は、図１に対応して、紙面の横方向をＹ方向、縦方向をＺ方向、垂直方向をＸ方向とする。図４の点線は、磁束の経路の一例を示す。第１磁気収束部１１１は、Ｙ方向の磁場ＢＹを曲げて収束させ、収束させた磁場を外部へと放出する。図１および図４に示した磁束の経路の一例のように、第１磁気収束部１１１は、Ｙ方向に入力する磁場がある場合、端部においてその近傍の空間に存在する磁場を収束させ（即ち、曲げ）るので、当該端部における第２方向の磁場の成分がより大きくなる。
【００３９】
このように、第１磁気収束部１１１は、第１磁気抵抗素子１２１に供給する第２方向の磁場の成分を一定に保持することはできない。即ち、第１磁気収束部１１１は、第１磁気抵抗素子１２１のＹ方向の位置に応じて変化する第２方向の磁場の成分を、当該第１磁気抵抗素子１２１に供給する。特に、感度を増加する目的でよりＹ方向の長さの長い第１磁気抵抗素子１２１を形成した場合、磁場変換率βは、第１磁気抵抗素子１２１の位置０からＹ０の間において、略一定の値にはならない。
【００４０】
また、磁気収束部１１０は、磁場を収束させる端部において第２方向の磁場の成分をより多く発生させるので、第１磁気抵抗素子１２１のＹ方向の位置が０近辺に対応する磁場変換率βの値がより大きくなる。磁場変換率βの増加に応じて、第１磁気抵抗素子１２１が検出できる磁場の成分が増加するので、磁場変換率βが大きいことは望ましい。しかしながら、磁場変換率βは、ある上限値を超えると、磁気抵抗素子の抵抗値がリニアな領域から外れさせてしまうことがある。
【００４１】
特に、ＧＭＲおよびＴＭＲといった磁気抵抗素子は、入力磁場に対するダイナミックレンジがホール素子等の磁気センサに比べて狭い。即ち、このような磁気抵抗素子は、入力磁場に対して抵抗値が略線形に変化するリニアな領域が狭い。磁気センサの用途の中には、ある特定範囲の入力磁場に対して、リニアに出力しなければならない用途がある。磁気センサ１００のＹ方向の入力磁場に対する磁場変換率βは、図３に示すように、第１磁気抵抗素子１２１のＹ方向の位置０からＹ０の範囲で、一様ではなく、特に、第１磁気抵抗素子１２１の位置が０の近辺で、磁場変換率βが急峻に増加している。即ち、第１磁気抵抗素子１２１の位置が０の近辺で、磁気センサ１００がＹ方向の入力磁場を第２方向に変換して第１磁気抵抗素子１２１に入力する磁場は、急峻に増加している。例えば、ある特定範囲の最大の磁場が磁気センサ１００のＹ方向に入力する場合、Ｙ方向の入力磁場を第２方向に変換して第１磁気抵抗素子１２１に入力する磁場が第１磁気抵抗素子１２１のもつリニアな領域から外れてしまう第１磁気抵抗素子１２１の一部分が生じてしまうことがあった。このとき、第１磁気抵抗素子１２１の一部分はリニアでない抵抗変化を示すため、磁気センサ１００はリニアリティを損なうことがあった。
【００４２】
したがって、第１磁気抵抗素子１２１は、例えば図３の点線で示すように、磁場変換率βが予め定められた上限値を超えない範囲で用いることが望ましく、当該範囲を使用可能領域としていた。即ち、磁気センサ１００は、第１磁気抵抗素子１２１のうち、使用可能領域に対応する一部の領域の抵抗変化を、検出結果として用いていた。このように、磁気センサ１００は、長さＹ０の第１磁気抵抗素子１２１を形成しても、全ての長さを用いて磁場ＢＹを検出することが困難であった。
【００４３】
この場合、第１磁気抵抗素子１２１の使用可能領域に対応する一部の長さの間の抵抗値を取得すべく、一例として、第１磁気抵抗素子１２１が延伸する途中に電極を形成していた。図３は、第１磁気抵抗素子１２１の延伸方向の途中と当該素子のＹ０側の端部との間（即ち、当該素子の使用可能領域）の抵抗を、抵抗測定器で測定して当該素子の一部の抵抗変化を取得する例を示す。以上において、第１磁気抵抗素子１２１を例に説明したが、他の磁気抵抗素子についても同様である。よって、このように使用することは磁気抵抗素子の実効長が短くなることから、それぞれの磁気抵抗素子のノイズが増大し、磁気センサ１００のノイズ増大を招いていた。
【００４４】
また、磁場変換率βが急峻に増加する位置（即ち、図３におけるＹ方向の位置が０近辺）において、磁場変換率βが上限値を超えないように調整することもできる。しかし、このような調整は、磁気抵抗素子の全ての領域を使用可能として用いることができるが、従来、平均化された磁場変換率βは、例えばαおよびγ等と比較して小さなものになり、検出感度の低下を招くことがあった。
【００４５】
そこで、本実施形態の磁気センサ１００は、磁気収束部１１０に磁気収束部材を加え、磁場変換率αおよびγの傾向を保ったまま、磁場変換率βの極端な増加を抑制して磁気抵抗素子の使用可能領域を増加させる。図５は、本実施形態に係る磁気センサ１００の第１の構成例を示す。図５は、磁気センサ１００のＺ方向から見た平面視の構成例を示す。磁気センサ１００は、第１磁気収束部１１１および第２磁気収束部１１２で構成される磁気収束部１１０と、第１磁気抵抗素子１２１と、第１磁気収束部材１３１とを備える。即ち、図５に示す本実施形態の磁気センサ１００は、磁気抵抗素子１２０として１つの第１磁気抵抗素子１２１を備える例を示す。
【００４６】
第１磁気収束部１１１は、第１方向に延伸する。第２磁気収束部１１２は、第１方向に延伸し、第１磁気収束部１１１の第１端部側よりも第１方向に延伸する。ここで、第１方向を図５の−Ｙ方向とする。即ち、第１磁気収束部１１１の−Ｙ方向側の端部を第１端部とする。また、第１磁気収束部１１１と第２磁気収束部１１２とは略同一形状であって、第１磁気収束部１１１が、第２磁気収束部１１２に対して、＋Ｙ方向にΔＹずらして形成される例を示す。
【００４７】
図５において、第１磁気収束部１１１と第２磁気収束部１１２は、Ｚ方向から見た平面視で、それぞれ形状が長方形である例を示したが、これに代えて、第１方向に略平行な向きに長手方向をもつ四角形、平行四辺形、台形のいずれであってもよい。また、Ｚ方向から見た平面視で、磁気収束部の４つの角が直角になっているが、少なくとも１つの角が丸まっていたり、面取されていたりしてもよい。また、第１磁気収束部１１１と第２磁気収束部１１２は、各々が第１方向に平行であり、かつ、第１方向に平行な各々の長辺が略同一の長さを有しているが、各々の長辺が異なる長さであってもよい。また、第１磁気収束部１１１と第２磁気収束部１１２は、第２方向（Ｘ方向）に平行な各々の短辺が略同一の長さを有しているが、各々の短辺が異なる長さであってもよい。
【００４８】
第１磁気収束部１１１および第２磁気収束部１１２は、ＸＹ面に平行な面に形成される。第１磁気収束部１１１および第２磁気収束部１１２は、パーマロイ等の磁性材料で形成され、当該磁気収束部１１０近傍の磁力線の向きを変化させる。第１磁気収束部１１１および第２磁気収束部１１２は、例えば、Ｙ方向に入力する磁場ＢＹを曲げてＸ方向の磁場成分を発生させ、当該Ｘ方向の磁場成分を第１磁気抵抗素子１２１に供給する。
【００４９】
第１磁気抵抗素子１２１は、Ｚ方向から見た平面視で、第１磁気収束部１１１および第２磁気収束部１１２の間で第１方向に延伸し、第１方向と垂直な第２方向の磁場を検知する。即ち、第１磁気抵抗素子１２１は、＋Ｘ方向および−Ｘ方向を含む第２方向の磁場を検知する。第１磁気抵抗素子１２１は、当該第２方向の磁場によって、例えば電気抵抗率が十％から数十％程度変化する磁気抵抗比を有する（巨大磁気抵抗）。第１磁気抵抗素子１２１は、一例として、非磁性層、反強磁性体層および強磁性体層を含む多層薄膜で形成される。
【００５０】
第１磁気抵抗素子１２１は、第２磁気収束部１１２よりも第１磁気収束部１１１までの距離が小さい。つまり、第１磁気抵抗素子１２１は、第１磁気収束部１１１に近接して配置される。本実施例において、第１磁気抵抗素子１２１は、Ｚ方向から見た平面視では長方形で示される直方体の形状で形成された例を示す。また、本実施例では、各磁気抵抗素子が巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子である場合について示すが、ＧＭＲ素子に限らず、異方向性磁気抵抗（ＡＭＲ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子やトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子で構成してもよい。
【００５１】
また、図５において、第１磁気抵抗素子１２１は、第１磁気収束部１１１と第２磁気収束部１１２とが第２方向において重なる第１方向の範囲で、第１磁気収束部１１１と第２磁気収束部１１２との間に配置される例を示す。この場合、Ｘ方向に入力する磁場ＢＸと、Ｙ方向に入力する磁場ＢＹと、Ｚ方向に入力する磁場ＢＺと、が第２方向（Ｘ方向）に変換され、第２方向（Ｘ方向）に変換された磁場が第１磁気抵抗素子１２１により効果的に入力することができる。図５において、第１磁気抵抗素子１２１は、第１磁気収束部１１１と第２磁気収束部１１２とが第２方向においてちょうど重なる第１方向の長さをもち、第１磁気収束部１１１と第２磁気収束部１１２との間に配置される例を示す。
【００５２】
さらに、第１磁気抵抗素子１２１は、平板状であることが好ましい。第１磁気抵抗素子１２１の形状は、Ｚ方向から見た平面視で、矩形に限らず、例えば、四角形、正方形、平行四辺形、台形、三角形、多角形、円形、および楕円形のいずれであってもよい。また、第１方向に磁気抵抗素子を小分けに分割区分してそれらをメタル配線とで交互に接続した一連の複数の磁気抵抗素子は、１かたまりの磁気抵抗素子として見做すことができる。言い換えると、例えば、第１磁気抵抗素子１２１は、１つの磁気抵抗素子に限らず、２つ以上の磁気抵抗素子をメタル配線で接続して形成されてもよい。
【００５３】
第１磁気収束部材１３１は、第１磁気収束部１１１の第１方向側（−Ｙ方向側）の第１端部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第１端部から第１磁気抵抗素子１２１側に突出して形成される。第１磁気収束部材１３１は、例えば、第１磁気収束部１１１の最大幅（第２方向の長さの最大値）よりも第１磁気抵抗素子側に突出するように形成される。また、第１磁気収束部材１３１は、第１方向から見て、第１端部から第２磁気収束部１１２側（−Ｘ方向側）および／または第２磁気収束部１１２とは反対側（＋Ｘ方向側）へと延伸する。この場合、第１磁気収束部材１３１は、Ｚ方向から見た平面視で、第１方向において第１磁気抵抗素子１２１と重なる位置まで延伸してよい。
【００５４】
また、第１磁気収束部材１３１は、第１方向と垂直な断面が第１磁気収束部１１１の第１端部における第１方向と垂直な断面よりも大きい。また、第１磁気収束部材１３１は、Ｚ方向から見た平面視で、多角形の形状を有してもよい。図５において、第１磁気収束部材１３１は、Ｚ方向から見た平面視では第２方向に長辺が延伸する長方形で示される、直方体の形状で形成された例を示す。第１磁気収束部材１３１は、第１磁気収束部１１１と略同一の磁性材料で形成されてよい。
【００５５】
図５において、第２磁気収束部１１２の第１方向側（−Ｙ方向側）の端部は、第１磁気収束部１１１の第１端部に接続する第１磁気収束部材１３１の第１方向側（−Ｙ方向側）の端部よりも延伸している。また、第１磁気収束部１１１の第１方向とは反対側（＋Ｙ方向側）の端部は、第２磁気収束部１１２の第１方向とは反対側（＋Ｙ方向側）の端部よりも延伸している。こうすることで、磁気センサ１００に＋Ｙ方向に入力する磁場ＢＹは、図５の点線で示すように、第２磁気収束部１１２に収束され、第１磁気抵抗素子１２１を横切り、第１磁気収束部１１１を通る磁路を形成する。
【００５６】
以上のような磁気センサ１００は、＋Ｙ方向に平行に入力される磁場ＢＹに応じて、第１磁気抵抗素子１２１にＸ方向の磁場成分を発生させる。第１磁気抵抗素子１２１は、発生したＸ方向の磁場成分を＋β・ＢＹとすると、＋δＲ・β・ＢＹの抵抗値変化を生じさせる。即ち、磁気センサ１００の磁気抵抗素子１２０は、磁場ＢＹの大きさに応じて、抵抗値を変化させることができる。ここで、βは、磁気収束部１１０がＹ方向に入力する磁場ＢＹを第２方向の磁場の成分に変換する磁場変換率を示し、言い換えると、Ｙ方向に入力する磁場ＢＹの大きさに対して、第１磁気抵抗素子１２１に入力するＸ方向の磁場の大きさの割合を示す。βは、０以上の値をとる。δＲは、磁気抵抗素子の磁気感度に相当し、Ｘ方向の磁場に対する第１磁気抵抗素子１２１の抵抗変化量を示す。
【００５７】
図６は、本実施形態に係る磁気センサ１００を＋Ｙ方向に見た構成例を示す。図６は、図５に対して、紙面の横方向をＸ方向、縦方向をＺ方向、垂直方向をＹ方向とする。図６は、基板２０の一方の面に形成された磁気センサ１００の一例を示す。
【００５８】
第１磁気抵抗素子１２１は、例えば、基板２０の一方の面に形成された絶縁層３０の内部に形成される。即ち、第１磁気抵抗素子１２１は、基板２０および磁気収束部１１０とはそれぞれ電気的に絶縁されて形成される。
【００５９】
このような第１磁気抵抗素子１２１を内部に有する絶縁層３０は、一例として、基板２０の一方の面に絶縁膜を形成し、当該絶縁膜の上面に第１磁気抵抗素子１２１を形成し、第１磁気抵抗素子１２１が形成された絶縁膜の上面に更に絶縁膜を形成することで形成される。絶縁層３０は、このように、複数の絶縁膜等によって形成されてよい。第１磁気収束部１１１および第２磁気収束部１１２は、絶縁層３０の上面に形成される。このように、第１磁気収束部１１１および第２磁気収束部１１２は、一例として、第１磁気抵抗素子１２１が形成される面と平行で、かつ、異なる面に形成される。また、図６では、第１磁気収束部１１１と第２磁気収束部１１２のＺ方向の厚みが揃っているが、各々の厚みが不揃いであってもよい。
【００６０】
磁気センサ１００は、例えば、＋Ｘ方向に平行に入力される磁場ＢＸを、図６の点線で示すように変化させる。即ち、第１磁気抵抗素子１２１は、＋δＲ・α・ＢＸの抵抗値変化をそれぞれ生じさせる。ここで、αは、磁気収束部１１０がＸ方向に入力する磁場ＢＸを第１磁気抵抗素子１２１が検出する第２方向の磁場の成分に変換する磁場変換率を示し、言い換えると、Ｘ方向に入力する磁場ＢＸの大きさに対して、第１磁気抵抗素子１２１に入力するＸ方向の磁場の大きさの割合を示す。αは、０以上の値をとる。
【００６１】
また、磁気センサ１００は、例えば、＋Ｚ方向に平行に入力される磁場ＢＺを、図６の実線に示すように変化させる。即ち、磁気収束部１１０は、磁場ＢＺの入力に応じて、第１磁気抵抗素子１２１にＸ方向の磁場成分を発生させる。第１磁気抵抗素子１２１は、発生したＸ方向の磁場成分を＋γ・ＢＺとすると、＋δＲ・γ・ＢＺの抵抗値変化を生じさせる。ここで、γは、磁気収束部１１０がＺ方向に入力する磁場ＢＺを２方向の磁場の成分に変換する磁場変換率を示し、言い換えると、Ｚ方向に入力する磁場ＢＺの大きさに対して、第１磁気抵抗素子１２１に入力するＸ方向の磁場の大きさの割合を示す。γは、０以上の値をとる。
【００６２】
以上のように、磁気センサ１００は、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向に入力する磁場を、第１磁気収束部１１１、第２磁気収束部１１２、および第１磁気収束部材１３１を用いて第１磁気抵抗素子１２１に第２方向の磁場成分が発生するようにそれぞれ曲げ、第１磁気抵抗素子１２１に抵抗値の変化を生じさせる。磁気センサ１００は、任意の方向の磁場が入力した場合、各方向の磁場に応じた抵抗値変化の総和を、抵抗値の変化として生じさせる。
【００６３】
磁気センサ１００は、一例として、任意の方向の磁場Ｂ（ＢＸ，ＢＹ，ＢＺ）に対して、第１磁気抵抗素子１２１に次式で示すような抵抗値変化を生じさせる。ここで、Ｒ０は、磁場の入力が零の場合のそれぞれの磁気抵抗素子の抵抗値を示す。
（数５）
Ｒ１＝Ｒ０＋δＲ・（α・ＢＸ＋β・ＢＹ＋γ・ＢＺ）
【００６４】
本実施形態の磁気センサ１００は、第１磁気抵抗素子１２１にこのような抵抗値の変化が生じたことで、任意の方向の磁場Ｂを検出したと判断することができる。即ち、磁気センサ１００は、検出すべき磁場の方向に対応して配置することなく、任意の方向の磁場Ｂの有無を検出することができる。このように、磁気センサ１００は、小型で、かつ、配置方向の制限がほとんどないので、機器に容易に組み込むことができる。
【００６５】
図７は、本実施形態に係る第１磁気抵抗素子１２１のＹ方向の位置に対する磁場変換率α、β、およびγの変化の概略構成例を示す。図７の横軸は、図５に示す第１磁気抵抗素子１２１のＹ方向の位置と対応している。より具体的には、第１磁気抵抗素子１２１の長さをＹ０とすると、当該Ｙ方向の位置を０からＹ０と示す。つまり、図５において、第１磁気抵抗素子１２１の−Ｙ方向側の端の位置が０で、第１磁気抵抗素子１２１の＋Ｙ方向側の端の位置がＹ０である。また、図７の縦軸は、磁場変換率α、β、およびγを示す。磁場変換率α、β、およびγは、積分要素法による磁場数値解析にて求めた。
【００６６】
磁場ＢＸおよびＢＺが磁気センサ１００に入力する方向は、第１磁気抵抗素子１２１の延伸方向と略垂直な方向なので、磁気収束部１１０が第１磁気抵抗素子１２１よりも十分に長ければ、第１磁気抵抗素子１２１のＹ方向の位置のほとんどで、略一定の面積密度の磁場を供給することができる。したがって、磁場変換率αおよびγは、位置０からＹ０の間において、略一定の値となる。
【００６７】
なお、横軸Ｙ＝０近傍で磁場変換率αおよびγが減少しているのは、第１磁気収束部材１３１によるものである。すなわち、第１磁気収束部材１３１が＋Ｘ方向に入力する磁場Ｂｘと、＋Ｚ方向に入力する磁場Ｂｚを収束して、第１磁気抵抗素子１２１の第１方向側の端部（−Ｙ方向側）へ供給される＋Ｘ方向の磁場成分を減少させていることによるものである。しかしながらこの影響は磁場変換率βの変動に比べて小さく、磁場変換率αおよびγは第１磁気抵抗素子１２１において略一定の値となる。
【００６８】
磁場ＢＹが入力する方向は、第１磁気抵抗素子１２１の延伸方向と略同一なので、第１磁気収束部１１１が磁場ＢＹを曲げて収束させ、かつ、第１磁気収束部１１１の外部に放出する過程における第２方向の磁場の成分が、第１磁気抵抗素子１２１に検知されることになる。
【００６９】
図８は、本実施形態に係る第１磁気収束部１１１のＹ方向の断面の構成例を示す。図８の点線は、磁束の経路の一例を示す。第１磁気収束部材１３１が無い場合、Ｙ方向に入力する磁場があると、第１磁気収束部１１１の第１端部に、その近傍の空間に存在する磁場が収束（集中）する。これによって、第１磁気収束部１１１の第１端部に近い第１磁気抵抗素子１２１のＹ方向の位置が０の近辺では、第１磁気抵抗素子１２１に第２方向で入力する磁場が増大し、磁場変換率βが急峻に増大していた。これに対し、第１磁気収束部１１１の第１端部に第１磁気収束部材１３１を接続する場合、図８に示すように、Ｙ方向に入力する磁場があっても、第１磁気収束部材１３１に、その近傍の空間に存在する磁場が収束（集中）するので、第１磁気収束部１１１の第１端部に近い第１磁気抵抗素子１２１のＹ方向の位置が０の近辺では、第１磁気抵抗素子１２１に第２方向で入力する磁場が減少し、磁場変換率βが低減することができる。図８は、ＹＺ平面で見た、第１磁気収束部材１３１に、その近傍に存在する磁場が収束（集中）する様子を示したものであるが、図示にはないが、図５のようなＸＹ平面で見ても、第１磁気収束部１１１の第１端部ではなく、第１磁気抵抗素子１２１側に突出した第１磁気収束部材１３１に、その近傍に存在する磁場が収束（集中）することが分かっている。
【００７０】
以上のように、第１磁気収束部材１３１は、第１磁気収束部１１１と並走する第１磁気抵抗素子１２１に、急峻に増大した磁場の第２方向成分が入力することを防止して、第１磁気抵抗素子１２１の磁場変換率βが予め定められた上限値を超えない範囲とすることができる。したがって、磁気センサ１００は、形成した長さＹ０の第１磁気抵抗素子１２１の全部の長さを用いて磁場ＢＹを検出することができ、検出感度を向上させることができる。図７は、第１磁気抵抗素子１２１の一方の端と他方の端との間（即ち、当該素子の使用可能領域）の抵抗を、抵抗測定器で測定して当該素子の一部の抵抗変化を取得する例を示す。
【００７１】
図９は、本実施形態に係る磁気センサ１００の第１の変形例を示す。図９は、第１の変形例の磁気センサ１００のＺ方向から見た平面視の構成例であり、本変形例の磁気センサ１００において、図５に示された本実施形態に係る磁気センサ１００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。また、図１０は、本実施形態に係る磁気センサ１００の第１の変形例の＋Ｙ方向にみた構成例を示す。図１０は、図９に対応して、紙面の横方向をＸ方向、縦方向をＺ方向、垂直方向をＹ方向とした図であり、図６に示された本実施形態に係る磁気センサ１００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。
【００７２】
本変形例の磁気センサ１００は、磁気収束部１１０が第１磁気収束部１１１、第２磁気収束部１１２、および第３磁気収束部１１３を有し、磁気抵抗素子１２０が第１磁気抵抗素子１２１から第５磁気抵抗素子１２５までの５つの素子を有し、第１磁気収束部材１３１と、第２磁気収束部材１３２と、第３磁気収束部材１３３とを備える例を示す。
【００７３】
第１磁気収束部１１１は、第１方向に延伸する。第２磁気収束部１１２は、第１方向に延伸し、第１磁気収束部１１１の第１端部側よりも第１方向に延伸する。ここで、第１方向を図９の−Ｙ方向とする。即ち、第１磁気収束部１１１の−Ｙ方向側の端部を第１端部とする。
【００７４】
第３磁気収束部１１３は、第１方向に延伸し、第１磁気収束部１１１の第１端部側よりも第１方向に延伸され、第１磁気収束部１１１に対し第２磁気収束部１１２とは反対側に設けられる。即ち、第３磁気収束部１１３は、第１方向に延伸し、ＸＹ面に平行な、第１磁気収束部１１１および第２磁気収束部１１２が形成される面に形成される。図９において、第１磁気収束部１１１、第２磁気収束部１１２、および第３磁気収束部１１３は、略同一形状に形成され、Ｘ方向に等間隔に配列される例を示す。
【００７５】
図９において、第１磁気収束部１１１、第２磁気収束部１１２、および第３磁気収束部１１３は、Ｚ方向から見た平面視で、それぞれ形状が長方形である例を示したが、これに代えて、第１方向に略平行な向きに長手方向をもつ四角形、平行四辺形、台形のいずれであってもよい。また、Ｚ方向から見た平面視で、磁気収束部の４つの角が直角になっているが、少なくとも１つの角が丸まっていたり、面取されていたりしてもよい。また、第１磁気収束部１１１、第２磁気収束部１１２、および第３磁気収束部１１３は、各々が第１方向に平行であり、かつ、第１方向に平行な各々の長辺が略同一の長さを有しているが、各々の長辺が異なる長さであってもよい。また、第１磁気収束部１１１、第２磁気収束部１１２、および第３磁気収束部１１３は、第２方向（Ｘ方向）に平行な各々の短辺が略同一の長さを有しているが、各々の短辺が異なる長さであってもよい。第１磁気収束部１１１、第２磁気収束部１１２、および第３磁気収束部１１３は、パーマロイ等の磁性材料で形成される。
【００７６】
第１磁気収束部１１１の第１端部とは反対側（＋Ｙ方向側）の端部は、第２磁気収束部１１２の第１方向とは反対側（＋Ｙ方向側）の第２端部よりも第１方向とは反対方向（＋Ｙ方向）に延伸される。また、第１磁気収束部１１１の第１端部とは反対側（＋Ｙ方向側）の端部は、第３磁気収束部１１３の第１方向とは反対側（＋Ｙ方向側）の第３端部よりも第１方向とは反対方向（＋Ｙ方向）に延伸される。即ち、第１磁気収束部１１１は、第２磁気収束部１１２および第３磁気収束部１１３に対して、＋Ｙ方向にΔＹずらして形成される。また、第２磁気収束部１１２および第３磁気収束部１１３は、Ｚ方向から見た平面視で、第１磁気収束部１１１に対して対称な配置に設けられてよい。
【００７７】
第１磁気抵抗素子１２１は、Ｚ方向から見た平面視で、第１磁気収束部１１１および第２磁気収束部１１２の間で第１方向に延伸し、第２磁気収束部１１２よりも第１磁気収束部１１１までの距離が小さい。つまり、第１磁気抵抗素子１２１は、第２磁気収束部１１２よりも第１磁気収束部１１１の近くに配置される。また、第２磁気抵抗素子１２２は、Ｚ方向から見た平面視で、第１磁気収束部１１１および第２磁気収束部１１２の間で第１方向に延伸し、第１磁気収束部１１１よりも第２磁気収束部１１２に近くに配置される。また、第３磁気抵抗素子１２３は、Ｚ方向から見た平面視で、第１磁気収束部１１１および第３磁気収束部１１３の間で第１方向に延伸し、第３磁気収束部１１３よりも第１磁気収束部１１１に近くに配置される。また、第４磁気抵抗素子１２４は、Ｚ方向から見た平面視で、第１磁気収束部１１１および第３磁気収束部１１３の間で第１方向に延伸し、第１磁気収束部１１１よりも第３磁気収束部１１３に近くに配置される。
【００７８】
第１磁気抵抗素子１２１から第５磁気抵抗素子１２５は、第１方向と垂直な第２方向の磁場をそれぞれ検知する。即ち、第１磁気抵抗素子１２１から第５磁気抵抗素子１２５は、＋Ｘ方向および−Ｘ方向を含む第２方向の磁場をそれぞれ検知する。第１磁気抵抗素子１２１から第５磁気抵抗素子１２５は、当該第２方向の磁場によって、それぞれ例えば電気抵抗率が十％から数十％程度変化する磁気抵抗比を有する（巨大磁気抵抗）。第１磁気抵抗素子１２１から第５磁気抵抗素子１２５は、一例として、非磁性層、反強磁性体層および強磁性体層を含む多層薄膜でそれぞれ形成される。
【００７９】
以上の第１磁気抵抗素子１２１から第４磁気抵抗素子１２４は、一例として、Ｚ方向から見た平面視で、第１磁気収束部１１１に対して対称な配置に設けられる。また、第１から第４磁気抵抗素子は、一例として、略同一方向の感磁性を有する。また、第１磁気抵抗素子１２１および第３磁気抵抗素子１２３の間に、第５磁気抵抗素子１２５を更に設けてもよい。第５磁気抵抗素子１２５は、一例として、第１から第４磁気抵抗素子と略同一方向の感磁性を有する。図９は、第１磁気収束部１１１のＹ方向の中心軸と第５磁気抵抗素子１２５のＹ方向の中心軸とが平面視で一致するように配置され、磁気センサ１００が当該２つの中心軸を含むＹＺ面に対して面対称に形成された例を示す。ここで、対称面であるＹＺ面を第１面とする。
【００８０】
図９において、第１磁気抵抗素子１２１および第２磁気抵抗素子１２２は、第１磁気収束部１１１と第２磁気収束部１１２とが第２方向において重なる第１方向の範囲で、第１磁気収束部１１１と第２磁気収束部１１２との間に配置される例を示す。この場合、Ｘ方向に入力する磁場ＢＸと、Ｙ方向に入力する磁場ＢＹと、Ｚ方向に入力する磁場ＢＺと、が第２方向（Ｘ方向）に変換され、第２方向（Ｘ方向）に変換された磁場が第１磁気抵抗素子１２１および第２磁気抵抗素子１２２により効果的に入力することができる。図９において、第１磁気抵抗素子１２１および第２磁気抵抗素子１２２は、第１磁気収束部１１１と第２磁気収束部１１２とが第２方向においてちょうど重なる第１方向の長さをもち、第１磁気収束部１１１と第２磁気収束部１１２との間に配置される例を示す。
【００８１】
同様に、第３磁気抵抗素子１２３および第４磁気抵抗素子１２４は、第１磁気収束部１１１と第３磁気収束部１１３とが第２方向において重なる第１方向の範囲で、第１磁気収束部１１１と第３磁気収束部１１３との間に配置される例を示す。この場合、Ｘ方向に入力する磁場ＢＸと、Ｙ方向に入力する磁場ＢＹと、Ｚ方向に入力する磁場ＢＺと、が第２方向（Ｘ方向）に変換され、第２方向（Ｘ方向）に変換された磁場が第３磁気抵抗素子１２３および第４磁気抵抗素子１２４により効果的に入力することができる。図９において、第３磁気抵抗素子１２３および第４磁気抵抗素子１２４は、第１磁気収束部１１１と第３磁気収束部１１３とが第２方向においてちょうど重なる第１方向の長さをもって、第１磁気収束部１１１と第３磁気収束部１１３との間に配置される例を示す。
【００８２】
第１磁気抵抗素子１２１から第５磁気抵抗素子１２５は、それぞれ平板状であることが好ましい。第１磁気抵抗素子１２１から第５磁気抵抗素子１２５のそれぞれの形状は、Ｚ方向から見た平面視で、矩形に限らず、例えば、四角形、正方形、平行四辺形、台形、三角形、多角形、円形、楕円形のいずれであってもよい。第１方向に磁気抵抗素子を小分けに分割区分してそれらをメタル配線とで交互に接続した一連の複数の磁気抵抗素子は、１かたまりの磁気抵抗素子として見做すことができる。言い換えると、例えば、第１磁気抵抗素子１２１から第５磁気抵抗素子１２５は、１つの磁気抵抗素子に限らず、２つ以上の磁気抵抗素子をメタル配線で接続して形成されてもよい。
【００８３】
第１磁気収束部材１３１は、第１磁気収束部１１１の第１方向側（−Ｙ方向側）の第１端部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第１端部から第１磁気抵抗素子１２１側および／または第３磁気抵抗素子１２３側に突出して形成される。第１磁気収束部材１３１は、例えば、第１磁気収束部１１１の最大幅（第２方向の長さの最大値）よりも第１磁気抵抗素子側に突出するように形成される。また、第１磁気収束部材１３１は、第１方向から見て、第１端部から第２磁気収束部１１２側（−Ｘ方向側）および／または第３磁気収束部１１３側（＋Ｘ方向側）へと延伸する。この場合、第１磁気収束部材１３１は、Ｚ方向から見た平面視で、第１方向において第１磁気抵抗素子１２１および／または第３磁気抵抗素子１２３と重なる位置まで延伸してよい。
【００８４】
また、第１磁気収束部材１３１は、第１方向と垂直な断面が第１磁気収束部１１１の第１端部における第１方向と垂直な断面よりも大きい。また、第１磁気収束部材１３１は、Ｚ方向から見た平面視で、多角形の形状を有してもよい。図９において、第１磁気収束部材１３１は、Ｚ方向から見た平面視では第２方向に長辺が延伸する長方形で示される、直方体の形状で形成された例を示す。第１磁気収束部材１３１は、第１磁気収束部１１１と略同一の磁性材料で形成されてよい。
【００８５】
第２磁気収束部材１３２は、第２磁気収束部１１２の第１方向とは反対側（＋Ｙ方向側）の第２端部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第２端部から第１磁気抵抗素子１２１側または第２磁気抵抗素子１２２側に突出して形成される。第２磁気収束部材１３２は、例えば、第２磁気収束部１１２の最大幅（第２方向の長さの最大値）よりも第１磁気抵抗素子１２１側または第２磁気抵抗素子１２２側に突出するように形成される。また、第２磁気収束部材１３２は、第１方向から見て、第２端部から第１磁気収束部１１１側（＋Ｘ方向側）および／または第１磁気収束部１１１とは反対側（−Ｘ方向側）へと延伸する。この場合、第１磁気収束部材１３１は、Ｚ方向から見た平面視で、第１方向において第２磁気抵抗素子１２２と重なる位置まで延伸してよい。
【００８６】
また、第２磁気収束部材１３２は、第１方向と垂直な断面が第２磁気収束部１１２の第２端部における第１方向と垂直な断面よりも大きい。また、第２磁気収束部材１３２は、Ｚ方向から見た平面視で、多角形の形状を有してもよい。図９において、第２磁気収束部材１３２は、Ｚ方向から見た平面視では第２方向に長辺が延伸する長方形で示される、直方体の形状で形成された例を示す。第２磁気収束部材１３２は、第１磁気収束部１１１と略同一の磁性材料で形成されてよい。
【００８７】
第３磁気収束部材１３３は、第３磁気収束部１１３の第１方向とは反対側（＋Ｙ方向側）の第３端部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第３端部から第３磁気抵抗素子１２３側または第４磁気抵抗素子１２４側に突出して形成される。第３磁気収束部材１３３は、例えば、第３磁気収束部１１３の最大幅（第２方向の長さの最大値）よりも第３磁気抵抗素子１２３側または第４磁気抵抗素子１２４側に突出するように形成される。また、第３磁気収束部材１３３は、第１方向から見て、第３端部から第１磁気収束部１１１側（−Ｘ方向側）および／または第１磁気収束部１１１とは反対側（＋Ｘ方向側）へと延伸する。この場合、第３磁気収束部材１３３は、Ｚ方向から見た平面視で、第１方向において第４磁気抵抗素子１２４と重なる位置まで延伸してよい。
【００８８】
また、第３磁気収束部材１３３は、第１方向と垂直な断面が第３磁気収束部１１３の第３端部における第１方向と垂直な断面よりも大きい。また、第３磁気収束部材１３３は、Ｚ方向から見た平面視で、多角形の形状を有してもよい。図９において、第３磁気収束部材１３３は、Ｚ方向から見た平面視では第２方向に長辺が延伸する長方形で示される、直方体の形状で形成された例を示す。第３磁気収束部材１３３は、第３磁気収束部１１３と略同一の磁性材料で形成されてよい。
【００８９】
第２磁気収束部１１２の第２端部とは反対側（−Ｙ方向側）の端部は、第１磁気収束部１１１の第１端部に接続する第１磁気収束部材１３１の第１方向側（−Ｙ方向側）の端部よりも延伸している。また、第１磁気収束部１１１の第１方向とは反対側（＋Ｙ方向側）の端部は、第２磁気収束部１１２の第２端部に接続する第２磁気収束部材１３２の第１方向とは反対側（＋Ｙ方向側）の端部よりも延伸している。こうすることで、磁気センサ１００に＋Ｙ方向に入力する磁場ＢＹは、図９の点線で示すように、第２磁気収束部１１２に収束され、第１磁気抵抗素子１２１および第２磁気抵抗素子１２２を横切り、第１磁気収束部１１１を通る磁路を形成する。
【００９０】
また、第３磁気収束部１１３の第３端部とは反対側（−Ｙ方向側）の端部は、第１磁気収束部１１１の第１端部に接続する第１磁気収束部材１３１の第１方向側（−Ｙ方向側）の端部よりも延伸している。また、第１磁気収束部１１１の第１方向とは反対側（＋Ｙ方向側）の端部は、第３磁気収束部１１３の第３端部に接続する第３磁気収束部材１３３の第１方向とは反対側（＋Ｙ方向側）の端部よりも延伸している。こうすることで、磁気センサ１００に＋Ｙ方向に入力する磁場ＢＹは、図９の点線で示すように、第３磁気収束部１１３に収束され、第３磁気抵抗素子１２３および第４磁気抵抗素子１２４を横切り、第１磁気収束部１１１を通る磁路を形成する。
【００９１】
以上のような磁気センサ１００は、＋Ｙ方向に平行に入力される磁場ＢＹに応じて、第１磁気抵抗素子１２１および第２磁気抵抗素子１２２に、Ｘ方向の磁場成分＋β・ＢＹをそれぞれ供給して、＋δＲ・β・ＢＹの抵抗値変化をそれぞれ生じさせる。また、磁気センサ１００は、磁気収束部１１０が第１面に対して面対称に形成されるので、磁場ＢＹの入力に応じて、第３磁気抵抗素子１２３および第４磁気抵抗素子１２４に、Ｘ方向の磁場成分−β・ＢＹをそれぞれ供給して、−δＲ・β・ＢＹの抵抗値変化をそれぞれ生じさせる。ここで、磁場ＢＹによって生じるＸ方向の磁場成分−β・ＢＹは、Ｘ方向とは逆向きの−Ｘ方向なので、抵抗値変化もマイナスとなる。
【００９２】
また、第１磁気収束部１１１は、第５磁気抵抗素子１２５を覆うように形成されるので、当該第５磁気抵抗素子１２５が配置される位置には、磁場ＢＹから変換される第２方向の磁場の成分はほとんど発生しない。また、磁気収束部１１０は、第１面に対して面対称に形成されるので、磁場ＢＹの入力に応じて第５磁気抵抗素子１２５に第２方向の磁場の成分が入力しても、当該入力磁場成分も第１面に対して面対称となって総和がほぼ零となる。したがって、第５磁気抵抗素子１２５は、磁場ＢＹの入力があっても、抵抗値変化がほとんど生じない。
【００９３】
また、磁気センサ１００は、＋Ｘ方向に平行に入力される磁場ＢＸに応じて、第１磁気抵抗素子１２１から第４磁気抵抗素子１２４に、Ｘ方向の磁場成分＋α・ＢＸをそれぞれ供給して、＋δＲ・α・ＢＸの抵抗値変化をそれぞれ生じさせる。
【００９４】
また、磁気センサ１００は、磁場ＢＺの入力に応じて、第１磁気抵抗素子１２１および第４磁気抵抗素子１２４にＸ方向の磁場成分＋γ・ＢＺをそれぞれ発生させ、第１磁気抵抗素子１２１および第４磁気抵抗素子１２４は、＋δＲ・γ・ＢＺの抵抗値変化をそれぞれ生じさせる。また、磁気収束部１１０は、磁場ＢＺの入力に応じて、第２磁気抵抗素子１２２および第３磁気抵抗素子１２３にＸ方向の磁場の成分−γ・ＢＺをそれぞれ発生させ、第２磁気抵抗素子１２２および第３磁気抵抗素子１２３は、−δＲ・γ・ＢＺの抵抗値変化をそれぞれ生じさせる。
【００９５】
ここで、第１磁気収束部１１１は、第５磁気抵抗素子１２５を覆うように形成されるので、当該第５磁気抵抗素子１２５が配置される位置には、磁場ＢＸの第２方向の磁場のほとんどが第１磁気収束部１１１に収束される磁束の経路が形成される。即ち、入力磁場ＢＸに対して変換される第２方向の磁場の成分がほとんど発生しないので、第５磁気抵抗素子１２５は、磁場ＢＹの入力と同様に、磁場ＢＸの入力があっても、抵抗値変化はほとんど生じない。
【００９６】
同様に、当該第５磁気抵抗素子１２５が配置される位置には、磁場ＢＺから変換される第２方向の磁場の成分はほとんど発生しない。また、磁気収束部１１０は、第１面に対して面対称に形成されるので、磁場ＢＺの入力に応じて第５磁気抵抗素子１２５に第２方向の磁場の成分が入力しても、入力した当該磁場成分も第１面に対して面対称となってほとんどが相殺される。したがって、第５磁気抵抗素子１２５は、磁場ＢＹの入力と同様に、磁場ＢＺの入力があっても、抵抗値変化はほとんど生じない。
【００９７】
第５磁気抵抗素子１２５は、図５において、第１磁気収束部１１１に覆われるように配置されているが、これには限定せず、第２磁気収束部１１２または第３磁気収束部１１３に覆われるように配置されてよく、この場合でも上記と同様な結果が得られる。
【００９８】
以上のように、本変形例の磁気センサ１００は、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向に入力する磁場を、磁気収束部１１０と第１磁気収束部材１３１から第３磁気収束部材１３３を用いて、第５磁気抵抗素子１２５を除く磁気抵抗素子に第２方向の磁場成分が発生するようにそれぞれ曲げ、抵抗値の変化を生じさせる。磁気センサ１００は、任意の方向の磁場が入力した場合、各方向の磁場に応じた抵抗値変化の総和を、抵抗値の変化として生じさせる。
【００９９】
磁気センサ１００は、一例として、任意の方向の磁場Ｂ（ＢＸ，ＢＹ，ＢＺ）に対して、磁気抵抗素子１２０のそれぞれに次式で示すような抵抗値変化を生じさせる。ここで、Ｒ０は、磁場の入力が零の場合のそれぞれの磁気抵抗素子の抵抗値を示す。また、Ｒ１からＲ５は、第１磁気抵抗素子１２１から第５磁気抵抗素子１２５の抵抗値をそれぞれ示す。
（数６）
Ｒ１＝Ｒ０＋δＲ・（α・ＢＸ＋β・ＢＹ＋γ・ＢＺ）
Ｒ２＝Ｒ０＋δＲ・（α・ＢＸ＋β・ＢＹ−γ・ＢＺ）
Ｒ３＝Ｒ０＋δＲ・（α・ＢＸ−β・ＢＹ−γ・ＢＺ）
Ｒ４＝Ｒ０＋δＲ・（α・ＢＸ−β・ＢＹ＋γ・ＢＺ）
Ｒ５＝Ｒ０
【０１００】
また、（数６）式より、次式を得ることができる。
（数７）
４δＲ・α・ＢＸ＝（Ｒ１−Ｒ５）＋（Ｒ２−Ｒ５）＋（Ｒ３−Ｒ５）＋（Ｒ４−Ｒ５）
４δＲ・β・ＢＹ＝（Ｒ１−Ｒ５）＋（Ｒ２−Ｒ５）−（Ｒ３−Ｒ５）−（Ｒ４−Ｒ５）
４δＲ・γ・ＢＺ＝（Ｒ１−Ｒ５）−（Ｒ２−Ｒ５）−（Ｒ３−Ｒ５）＋（Ｒ４−Ｒ５）
【０１０１】
磁気センサ１００は、磁気抵抗素子１２０にこのような抵抗値の変化が生じたことで、任意の方向の磁場Ｂを検出したと判断してもよい。また、磁気センサ１００は、任意の方向の磁場Ｂの入力に応じた磁気抵抗素子１２０のそれぞれの値から、入力磁場成分ＢＸ、ＢＹ、およびＢＺを算出してもよい。以上の説明において、任意の方向の磁場Ｂは、＋Ｘ方向、＋Ｙ方向、および＋Ｚ方向の磁場入力を例として説明したが、−Ｘ方向、−Ｙ方向、および−Ｚ方向の磁場入力に対しても同様である。
【０１０２】
例えば、磁気収束部１１０は、第１面に対して面対称に形成されるので、＋Ｘ方向、＋Ｙ方向および／または＋Ｚ方向の入力磁場の正負の向きが反転した場合、図９および図１０の磁束の経路の向きが反転することになる。この場合、磁気抵抗素子１２０のそれぞれの値の変化の向きが反転することになる。即ち、入力磁場の反転に応じて、対応する磁気抵抗素子１２０のそれぞれの抵抗値の変化の向きが反転するので、（数７）式の関係式は入力磁場の正負に関わらず成立することになる。
【０１０３】
以上のように、本変形例の磁気センサ１００は、検出すべき磁場の方向に対応して配置することなく、任意の方向の磁場Ｂを検出することができる。また、磁気センサ１００は、それぞれの磁気抵抗素子の検出結果に基づき、任意の方向の磁場Ｂの各方向の磁場成分を算出することもできる。このように、磁気センサ１００は、小型で、かつ、配置方向の制限がほとんどないので、機器に容易に組み込むことができる。
【０１０４】
また、本変形例の磁気センサ１００は、入力する磁場を第１磁気収束部材１３１、第２磁気収束部材１３２、および第３磁気収束部材１３３でそれぞれ収束させてから、対応する磁気収束部１１０を介して、対応する磁気抵抗素子１２０に供給する。これによって、磁場変換率αおよびγの傾向を保ったまま、磁場変換率βの極端な増加を抑制して磁気抵抗素子の使用可能領域を増加させることができる。
【０１０５】
図１１は、本実施形態に係る磁気センサ１００の第２の変形例を示す。図１１は、第２の変形例の磁気センサ１００のＺ方向から見た平面視の構成例であり、本変形例の磁気センサ１００において、図９に示された第１の変形例の磁気センサ１００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の変形例の磁気センサ１００は、第１の変形例の磁気センサ１００の構成例に、第４磁気収束部材１３４と、第５磁気収束部材１３５と、第６磁気収束部材１３６とを更に備える例を説明する。
【０１０６】
第４磁気収束部材１３４は、第１磁気収束部１１１の第１端部とは反対側（＋Ｙ方向側）の第４端部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第４端部から第１磁気抵抗素子１２１側および／または第３磁気抵抗素子１２３側に突出して形成される。第４磁気収束部材１３４は、第１方向から見て、第４端部から第２磁気収束部１１２側（−Ｘ方向側）および／または第３磁気収束部１１３側（＋Ｘ方向側）へと延伸する。図１１において、第４磁気収束部材１３４は、Ｚ方向から見た平面視で、第１方向において第１磁気抵抗素子１２１および／または第３磁気抵抗素子１２３と重なる位置まで延伸する例を示す。
【０１０７】
また、第４磁気収束部材１３４は、第１方向と垂直な断面が第１磁気収束部１１１の第４端部における第１方向と垂直な断面よりも大きい。第１磁気収束部１１１、第１磁気収束部材１３１、および第４磁気収束部材１３４で形成される形状は、Ｚ方向から見た平面視で、第１方向および／または第２方向と略平行な線と線対称であってよい。図１１において、第１磁気収束部１１１、第１磁気収束部材１３１、および第４磁気収束部材１３４は、第１面に対して面対称な形状の例を示す。第４磁気収束部材１３４は、第１磁気収束部１１１および第１磁気収束部材１３１と略同一の磁性材料で形成されてよい。
【０１０８】
第５磁気収束部材１３５は、第２磁気収束部１１２の第２端部とは反対側（−Ｙ方向側）の第５端部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第５端部から第１磁気抵抗素子１２１側または第２磁気抵抗素子１２２側に突出して形成される。第５磁気収束部材１３５は、第１方向から見て、第５端部から第１磁気収束部１１１側（＋Ｘ方向側）および／または第１磁気収束部１１１とは反対側（−Ｘ方向側）へと延伸する。図１１において、第５磁気収束部材１３５は、Ｚ方向から見た平面視で、第１方向において第２磁気抵抗素子１２２と重なる位置まで延伸する例を示す。
【０１０９】
また、第５磁気収束部材１３５は、第１方向と垂直な断面が第２磁気収束部１１２の第５端部における第１方向と垂直な断面よりも大きい。第２磁気収束部１１２、第２磁気収束部材１３２、および第５磁気収束部材１３５で形成される形状は、Ｚ方向から見た平面視で、第１方向および／または第２方向と略平行な線と線対称であってよい。第５磁気収束部材１３５は、第２磁気収束部１１２および第２磁気収束部材１３２と略同一の磁性材料で形成されてよい。
【０１１０】
第６磁気収束部材１３６は、第３磁気収束部１１３の第３端部とは反対側（−Ｙ方向側）の第６端部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第６端部から第３磁気抵抗素子１２３側または第４磁気抵抗素子１２４側に突出して形成される。第６磁気収束部材１３６は、第１方向から見て、第６端部から第１磁気収束部１１１側（−Ｘ方向側）および／または第１磁気収束部１１１とは反対側（＋Ｘ方向側）へと延伸する。図１１において、第６磁気収束部材１３６は、Ｚ方向から見た平面視で、第１方向において第４磁気抵抗素子１２４と重なる位置まで延伸する例を示す。
【０１１１】
また、第６磁気収束部材１３６は、第１方向と垂直な断面が第３磁気収束部１１３の第６端部における第１方向と垂直な断面よりも大きい。第３磁気収束部１１３、第３磁気収束部材１３３、および第６磁気収束部材１３６で形成される形状は、Ｚ方向から見た平面視で、第１方向および／または第２方向と略平行な線と線対称であってよい。第６磁気収束部材１３６は、第３磁気収束部１１３および第３磁気収束部材１３３と略同一の磁性材料で形成されてよい。第３磁気収束部１１３、第３磁気収束部材１３３、および第６磁気収束部材１３６で形成される形状は、第１面に対して、第２磁気収束部１１２、第２磁気収束部材１３２、および第５磁気収束部材１３５で形成される形状と面対称に形成されてよい。
【０１１２】
第２磁気収束部１１２の第５端部に接続する第５磁気収束部材１３５の第１方向側（−Ｙ方向側）の端部は、第１磁気収束部１１１の第１端部に接続する第１磁気収束部材１３１の第１方向側（−Ｙ方向側）の端部よりも延伸している。また、第１磁気収束部１１１の第４端部に接続する第４磁気収束部材１３４の第１方向とは反対側（＋Ｙ方向側）の端部は、第２磁気収束部１１２の第２端部に接続する第２磁気収束部材１３２の第１方向とは反対側（＋Ｙ方向側）の端部よりも延伸している。こうすることで、磁気センサ１００に＋Ｙ方向に入力する磁場ＢＹは、第５磁気収束部材１３５に収束され、第２磁気収束部１１２を通り、第１磁気抵抗素子１２１および第２磁気抵抗素子１２２を横切り、第１磁気収束部１１１および第４磁気収束部材１３４を通る磁路を形成する。
【０１１３】
また、第３磁気収束部１１３の第６端部に接続する第６磁気収束部材１３６の第１方向側（−Ｙ方向側）の端部は、第１磁気収束部１１１の第１端部に接続する第１磁気収束部材１３１の第１方向側（−Ｙ方向側）の端部よりも延伸している。また、第１磁気収束部１１１の第４端部に接続する第４磁気収束部材１３４の第１方向とは反対側（＋Ｙ方向側）の端部は、第３磁気収束部１１３の第３端部に接続する第３磁気収束部材１３３の第１方向とは反対側（＋Ｙ方向側）の端部よりも延伸している。こうすることで、磁気センサ１００に＋Ｙ方向に入力する磁場ＢＹは、第６磁気収束部材１３６に収束され、第３磁気収束部１１３を通り、第３磁気抵抗素子１２３および第４磁気抵抗素子１２４を横切り、第１磁気収束部１１１および第４磁気収束部材１３４を通る磁路を形成する。
【０１１４】
以上の第４磁気収束部材１３４、第５磁気収束部材１３５、および第６磁気収束部材１３６は、接続される磁気収束部の端部の面積を拡大するように形成されるので、磁気収束部１１０に収束する磁場を増加させる。例えば、第５磁気収束部材１３５および第６磁気収束部材１３６は、＋Ｙ方向に入力する磁場ＢＹが入力する断面積を拡大させるので、対応する第２磁気収束部１１２および第３磁気収束部１１３に収束する磁場を増加させる。また、第４磁気収束部材１３４は、−Ｙ方向に入力する磁場ＢＹが入力する断面積を拡大させるので、対応する第１磁気収束部１１１に収束する磁場を増加させる。
【０１１５】
したがって、第４磁気収束部材１３４、第５磁気収束部材１３５、および第６磁気収束部材１３６は、磁気収束部１１０が磁気抵抗素子１２０に供給する第２方向の磁場の成分を増加させることができる。即ち、第４磁気収束部材１３４、第５磁気収束部材１３５、および第６磁気収束部材１３６は、磁場変換率βを増加させることができる。この場合において、第４磁気収束部材１３４、第５磁気収束部材１３５、および第６磁気収束部材１３６は、磁場ＢＹが入力するそれぞれの面と、磁気抵抗素子１２０との間を予め定められた距離を隔てて形成することができる。
【０１１６】
また、第４磁気収束部材１３４、第５磁気収束部材１３５、および第６磁気収束部材１３６は、Ｘ方向またはＺ方向から入力される磁場に対しては、第２方向の磁場の成分の磁気抵抗素子１２０への供給量をほとんど変化させない。したがって、第４磁気収束部材１３４、第５磁気収束部材１３５、および第６磁気収束部材１３６は、磁場変換率αおよびγの傾向を保ちつつ、磁場変換率βの値を全体的に増加させることができる。
【０１１７】
即ち、第４磁気収束部材１３４、第５磁気収束部材１３５、および第６磁気収束部材１３６は、例えば、図７の磁場変換率βの特性を、Ｙ軸方向に略平行に移動させることができる。第４磁気収束部材１３４、第５磁気収束部材１３５、および第６磁気収束部材１３６は、例えば、図７において、第４磁気収束部材１３４、第５磁気収束部材１３５、および第６磁気収束部材１３６のない第１の変形例の磁気センサ１００の磁場変換率βよりも、点線で示すような磁場変換率βを増加させることができる。即ち、第４磁気収束部材１３４、第５磁気収束部材１３５、および第６磁気収束部材１３６は、磁気センサ１００のＹ方向の検出感度を向上させることができる。
【０１１８】
なお、図７において点線で示されるように、横軸Ｙ＝Ｙ０近傍で磁場変換率αが増大し、磁場変換率γが減少しているのは、第２磁気収束部材１３２によるものである。すなわち、第２磁気収束部材１３２が、＋Ｘ方向に入力する磁場Ｂｘを第１磁気抵抗素子１２１の第１方向と反対側（＋Ｙ方向側）に＋Ｘ方向の磁場成分を増幅して供給し、第２磁気収束部材１３２が、＋Ｚ方向に入力する磁場Ｂｚを収束して第１磁気抵抗素子１２１の第１方向と反対側（＋Ｙ方向側）へ供給される＋Ｘ方向の磁場成分を減少させていることによるものである。しかしながらこの影響は磁場変換率βの変動に比べて小さく、磁場変換率αおよびγは第１磁気抵抗素子１２１において略一定の値である。
【０１１９】
なお、第２の変形例において、磁気センサ１００は、第４磁気収束部材１３４、第５磁気収束部材１３５、および第６磁気収束部材１３６を備えることを説明した。これに代えて、磁気センサ１００は、第４磁気収束部材１３４、第５磁気収束部材１３５、および第６磁気収束部材１３６のうち、少なくとも１つを備える構成であってもよい。
【０１２０】
図１２は、本実施形態に係る磁気センサ１００の第３の変形例を示す。図１２は、第３の変形例の磁気センサ１００のＺ方向から見た平面視の構成例であり、本変形例の磁気センサ１００において、図１１に示された第２の変形例の磁気センサ１００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の変形例の磁気センサ１００は、第２の変形例の磁気センサ１００の構成例の第１磁気収束部材１３１と、第２磁気収束部材１３２と、第３磁気収束部材１３３の形状を、Ｚ方向から見た平面視で三角形にした構成例である。
【０１２１】
磁気センサ１００は、第１磁気収束部材１３１、第２磁気収束部材１３２、および第３磁気収束部材１３３をこのような形状に変更しても、図７の点線で示すような第２の変形例の磁気センサ１００の磁場変換率βの特性とほぼ同等の特性を得ることができる。また、第４磁気収束部材１３４、第５磁気収束部材１３５、および第６磁気収束部材１３６を変更する形状によっては、磁場変換率βの特性に変化を与えることもできる。つまり、第４磁気収束部材１３４、第５磁気収束部材１３５、および第６磁気収束部材１３６を変更する形状によっては、磁場変換率βの振る舞いの概形を変化させず、磁気変換率βの全体的な増減を調整することができる。そこで、磁気センサ１００は、磁気収束部材の形状をそれぞれ変更して、磁場変換率βの特性を微調整してよい。このような磁気収束部材の形状の変更は、磁場変換率αおよびγにはほとんど影響を及ぼさないので、磁気センサ１００に入力する磁場の分布、磁気センサ１００の配置等に応じて、適切な形状を選択してよい。
【０１２２】
図１３は、本実施形態に係る磁気センサ１００の第４の変形例を示す。図１３は、第４の変形例の磁気センサ１００のＺ方向から見た平面視の構成例である。本変形例の磁気センサ１００において、図５に示された本実施形態に係る磁気センサ１００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の変形例の磁気センサ１００は、図５に示す磁気センサ１００の構成例において、第２磁気抵抗素子１２２と、第２磁気収束部材１３２と、第１補助磁気収束部材１６１と、第２補助磁気収束部材１６２と、第３補助磁気収束部材１６３と、第５補助磁気収束部材１６５と、を更に備える例を説明する。なお、第２磁気抵抗素子１２２および第２磁気収束部材１３２は、図９で説明した第２磁気抵抗素子１２２および第２磁気収束部材１３２と略同一であるので、ここでは説明を省略する。
【０１２３】
第１補助磁気収束部材１６１は、第１磁気収束部１１１の第１方向と垂直な第２方向の側部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第１磁気抵抗素子１２１側に突出する。第１補助磁気収束部材１６１が第１磁気抵抗素子１２１側に突出する距離は、第１方向から見て、第１磁気収束部材１３１が第１磁気収束部１１１から第２方向の第１磁気抵抗素子１２１側に突出する距離と略同一でよい。
【０１２４】
また、第１補助磁気収束部材１６１の第１方向の幅は、第２磁気収束部材１３２の第１方向の幅と略同一でよい。また、第１補助磁気収束部材１６１のＺ方向の高さは、第１磁気収束部１１１および第１磁気収束部材１３１のＺ方向の高さと略同一でよい。第１補助磁気収束部材１６１は、第２方向から見て、第２磁気収束部材１３２と重なるように形成されてよい。第１補助磁気収束部材１６１は、第１磁気収束部１１１および第１磁気収束部材１３１と略同一の磁性材料で形成されてよい。
【０１２５】
第２補助磁気収束部材１６２は、第２磁気収束部１１２の第２方向の側部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第２磁気抵抗素子１２２側に突出する。第２補助磁気収束部材１６２が第２磁気抵抗素子１２２側に突出する距離は、第１方向から見て、第２磁気収束部材１３２が第２磁気収束部１１２から第２方向の第２磁気抵抗素子１２２側に突出する距離と略同一でよい。
【０１２６】
また、第２補助磁気収束部材１６２の第１方向の幅は、第１磁気収束部材１３１の第１方向の幅と略同一でよい。また、第２補助磁気収束部材１６２のＺ方向の高さは、第２磁気収束部１１２および第２磁気収束部材１３２のＺ方向の高さと略同一でよい。第２補助磁気収束部材１６２は、第２方向から見て、第１磁気収束部材１３１と重なるように形成されてよい。第２補助磁気収束部材１６２は、第２磁気収束部１１２および第２磁気収束部材１３２と略同一の磁性材料で形成されてよい。
【０１２７】
第３補助磁気収束部材１６３は、第１磁気収束部１１１の第１方向と垂直な第２方向の側部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第１磁気抵抗素子１２１とは反対側に突出する。第３補助磁気収束部材１６３が第１磁気抵抗素子１２１の反対側に突出する距離は、第１補助磁気収束部材１６１が第１磁気収束部１１１から第２方向の第１磁気抵抗素子１２１側に突出する距離と略同一でよい。
【０１２８】
また、第３補助磁気収束部材１６３の第１方向の幅は、第１補助磁気収束部材１６１の第１方向の幅と略同一でよい。また、第３補助磁気収束部材１６３のＺ方向の高さは、第１補助磁気収束部材１６１のＺ方向の高さと略同一でよい。即ち、第３補助磁気収束部材１６３は、第１補助磁気収束部材１６１と略同一形状で形成されてよい。また、第３補助磁気収束部材１６３は、第２方向から見て、第２磁気収束部材１３２および／または第１補助磁気収束部材１６１と重なるように形成されてよい。第３補助磁気収束部材１６３は、第１補助磁気収束部材１６１と略同一の磁性材料で形成されてよい。
【０１２９】
第５補助磁気収束部材１６５は、第２磁気収束部１１２の第１方向と垂直な第２方向の側部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第２磁気抵抗素子１２２とは反対側に突出する。第５補助磁気収束部材１６５が第２磁気抵抗素子１２２の反対側に突出する距離は、第２補助磁気収束部材１６２が第２磁気収束部１１２から第２方向の第２磁気抵抗素子１２２側に突出する距離と略同一でよい。
【０１３０】
また、第５補助磁気収束部材１６５の第１方向の幅は、第２補助磁気収束部材１６２の第１方向の幅と略同一でよい。また、第５補助磁気収束部材１６５のＺ方向の高さは、第２補助磁気収束部材１６２のＺ方向の高さと略同一でよい。即ち、第５補助磁気収束部材１６５は、第２補助磁気収束部材１６２と略同一形状で形成されてよい。また、第５補助磁気収束部材１６５は、第２方向から見て、第１磁気収束部材１３１および／または第２補助磁気収束部材１６２と重なるように形成されてよい。第５補助磁気収束部材１６５は、第２補助磁気収束部材１６２と略同一の磁性材料で形成されてよい。
【０１３１】
以上の本変形例の磁気センサ１００は、図５で説明した磁気センサ１００と同様に、Ｘ方向に入力する磁場ＢＸと、Ｙ方向に入力する磁場ＢＹと、Ｚ方向に入力する磁場ＢＺと、を第２方向に変換し、第２方向に変換した磁場を第１磁気抵抗素子１２１および第２磁気抵抗素子１２２に効果的に入力させることができる。また、本変形例の磁気センサ１００は、第１磁気収束部材１３１と、当該第１磁気収束部材１３１と略同一形状に形成された第１補助磁気収束部材１６１および第３補助磁気収束部材１６３とが、第１磁気抵抗素子１２１を挟むように配置されてよい。また、第２磁気収束部材１３２と、当該第２磁気収束部材１３２と略同一形状に形成された第２補助磁気収束部材１６２および第５補助磁気収束部材１６５とが、第２磁気抵抗素子１２２を挟むように配置されてよい。
【０１３２】
これにより、本変形例の磁気センサ１００は、Ｘ方向に入力する磁場ＢＸが、磁気抵抗素子の両端に配置された磁気収束部材にそれぞれ収束されるので、磁気抵抗素子の端部に入力する磁場ＢＸの増大を抑制することができる。すなわち、例えば第１磁気抵抗素子１２１の＋Ｙ方向側の端＋Ｙ０近傍の磁場変換率αの値の増大を抑制することができ、位置０からＹ０の間において、略一定の磁場変換率αにできる。なお、図１３に示す第４の変形例の磁気センサ１００は、第１補助磁気収束部材１６１、第２補助磁気収束部材１６２、第３補助磁気収束部材１６３、および第５補助磁気収束部材１６５を備える例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、磁気センサ１００は、第１補助磁気収束部材１６１、第２補助磁気収束部材１６２、第３補助磁気収束部材１６３、および第５補助磁気収束部材１６５のうち、いずれか１つを有する構成であってもよい。
【０１３３】
図１４は、本実施形態に係る磁気センサ１００の第５の変形例を示す。図１４は、第５の変形例の磁気センサ１００のＺ方向から見た平面視の構成例である。本変形例の磁気センサ１００において、図９に示された第１の変形例の磁気センサ１００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５の変形例の磁気センサ１００は、図９に示す磁気センサ１００の構成例において、第１補助磁気収束部材１６１と、第２補助磁気収束部材１６２と、第３補助磁気収束部材１６３と、第４補助磁気収束部材１６４と、第５補助磁気収束部材１６５と、第６補助磁気収束部材１６６と、を更に備える例を説明する。なお、第１補助磁気収束部材１６１、第２補助磁気収束部材１６２、第３補助磁気収束部材１６３、および第５補助磁気収束部材１６５は、図１３で説明した補助磁気収束部材と略同一であるので、ここでは説明を省略する。
【０１３４】
即ち、第３補助磁気収束部材１６３は、第１磁気収束部１１１の第２方向の側部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第３磁気抵抗素子１２３側に突出する。また、第４補助磁気収束部材１６４は、第３磁気収束部１１３の第２方向の側部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第４磁気抵抗素子１２４側に突出する。第４補助磁気収束部材１６４が第４磁気抵抗素子１２４側に突出する距離は、第１方向から見て、第３磁気収束部材１３３が第３磁気収束部１１３から第２方向の第４磁気抵抗素子１２４側に突出する距離と略同一でよい。
【０１３５】
また、第４補助磁気収束部材１６４の第１方向の幅は、第３磁気収束部材１３３の第１方向の幅と略同一でよい。また、第４補助磁気収束部材１６４のＺ方向の高さは、第３磁気収束部１１３および第３磁気収束部材１３３のＺ方向の高さと略同一でよい。第４補助磁気収束部材１６４は、第２方向から見て、第１磁気収束部材１３１と重なるように形成されてよい。第４補助磁気収束部材１６４は、第３磁気収束部１１３および第３磁気収束部材１３３と略同一の磁性材料で形成されてよい。
【０１３６】
第６補助磁気収束部材１６６は、第３磁気収束部１１３の第２方向の側部に接続され、第１方向から見て、または平面視で、第４磁気抵抗素子１２４とは反対側に突出する。第６補助磁気収束部材１６６が第４磁気抵抗素子１２４の反対側に突出する距離は、第１方向から見て、第４補助磁気収束部材１６４が第３磁気収束部１１３から第２方向の第４磁気抵抗素子１２４側に突出する距離と略同一でよい。
【０１３７】
また、第６補助磁気収束部材１６６の第１方向の幅は、第４補助磁気収束部材１６４の第１方向の幅と略同一でよい。また、第６補助磁気収束部材１６６のＺ方向の高さは、第４補助磁気収束部材１６４のＺ方向の高さと略同一でよい。即ち、第６補助磁気収束部材１６６は、第４補助磁気収束部材１６４と略同一形状で形成されてよい。また、第６補助磁気収束部材１６６は、第２方向から見て、第１磁気収束部材１３１および／または第４補助磁気収束部材１６４と重なるように形成されてよい。第６補助磁気収束部材１６６は、第４補助磁気収束部材１６４と略同一の磁性材料で形成されてよい。
【０１３８】
図１４の磁気センサ１００は、図９で示した磁気センサ１００と同様に、第１磁気収束部１１１のＹ方向の中心軸と第５磁気抵抗素子１２５のＹ方向の中心軸とが平面視で一致するように配置され、磁気センサ１００が当該２つの中心軸を含むＹＺ面に対して面対称に形成された例を示す。また、磁気センサ１００は、Ｘ方向に入力する磁場ＢＸと、Ｙ方向に入力する磁場ＢＹと、Ｚ方向に入力する磁場ＢＺと、を第２方向に変換させ、第２方向に変換した磁場を第１磁気抵抗素子１２１から第４磁気抵抗素子１２４により効果的に入力させることができる。
【０１３９】
また、本変形例の磁気センサ１００は、第１磁気収束部材１３１と、当該第１磁気収束部材１３１と略同一形状に形成された第１補助磁気収束部材１６１および第３補助磁気収束部材１６３とが、第１磁気抵抗素子１２１および第３磁気抵抗素子１２３を挟むように配置されてよい。また、本変形例の磁気センサ１００は、第３磁気収束部材１３３と、当該第３磁気収束部材１３３と略同一形状に形成された第４補助磁気収束部材１６４および第６補助磁気収束部材１６６とが、第４磁気抵抗素子１２４を挟むように配置されてよい。
【０１４０】
これにより、本変形例の磁気センサ１００は、Ｘ方向に入力する磁場ＢＸが、磁気抵抗素子の両端に配置された磁気収束部材にそれぞれ収束されるので、磁気抵抗素子の端部に入力する磁場ＢＸの増大を抑制することができる。すなわち、例えば第１磁気抵抗素子１２１の＋Ｙ方向側の端＋Ｙ０近傍の磁場変換率αの値の増大を抑制することができ、位置０からＹ０の間において、略一定の磁場変換率αにできる。なお、図１４に示す第５の変形例の磁気センサ１００は、第１補助磁気収束部材１６１から第６補助磁気収束部材１６６を備える例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、磁気センサ１００は、第１補助磁気収束部材１６１から第６補助磁気収束部材１６６のうち、いずれか１つを有する構成であってもよい。
【０１４１】
図１５は、本実施形態に係る磁気センサ１００の第６の変形例を示す。図１５は、第６の変形例の磁気センサ１００のＺ方向から見た平面視の構成例である。本変形例の磁気センサ１００において、図１１に示された第２の変形例の磁気センサ１００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６の変形例の磁気センサ１００は、図１１に示す磁気センサ１００の構成例において、第１補助磁気収束部材１６１から第６補助磁気収束部材１６６を更に備える例を説明する。なお、第１補助磁気収束部材１６１から第６補助磁気収束部材１６６は、図１４で説明した補助磁気収束部材と略同一であるので、ここでは説明を省略する。
【０１４２】
本変形例の磁気センサ１００は、図１４に示す磁気センサ１００と同様に、略同一形状の磁気収束部材が、磁気抵抗素子を挟むように配置されてよい。これにより、本変形例の磁気センサ１００は、Ｘ方向に入力する磁場ＢＸが、磁気抵抗素子の両端に配置された磁気収束部材にそれぞれ収束されるので、磁気抵抗素子の端部に入力する磁場ＢＸの増大を抑制することができる。すなわち、例えば第１磁気抵抗素子１２１の＋Ｙ方向側の端＋Ｙ０近傍の磁場変換率αの値の増大を抑制することができ、位置０からＹ０の間において、略一定の磁場変換率αにできる。なお、図１５に示す第６の変形例の磁気センサ１００は、第１補助磁気収束部材１６１から第６補助磁気収束部材１６６を備える例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、磁気センサ１００は、第１補助磁気収束部材１６１から第６補助磁気収束部材１６６のうち、いずれか１つを有する構成であってもよい。
【０１４３】
図１６は、本実施形態に係る第１磁気抵抗素子１２１のＹ方向の位置に対する磁場変換率α、β、およびγの変化の概略構成例を示す。図１６の横軸は、図１５に示す第１磁気抵抗素子１２１のＹ方向の位置に対応する。より具体的には、第１磁気抵抗素子１２１の長さをＹ０とすると、当該Ｙ方向の位置を０からＹ０と示す。即ち、図１６の横軸において、第１磁気抵抗素子１２１の−Ｙ方向側の端の位置が０で、第１磁気抵抗素子１２１の＋Ｙ方向側の端の位置がＹ０を示す。
【０１４４】
また、図１６の縦軸は、磁場変換率α、β、およびγを示す。磁場変換率α、β、およびγは、積分要素法による磁場数値解析にて求めた値の例である。そして、図１６は、図７において点線で示した第２の変形例の磁気センサ１００が有する第１磁気抵抗素子１２１の磁場変換率α、β、およびγを、同様に点線で示す。また、図１６は、図１５で説明した第６の変形例の磁気センサ１００が有する第１磁気抵抗素子１２１の磁場変換率α、β、およびγを、実線で示す。
【０１４５】
即ち、図１６は、図１１で説明した第２の変形例の磁気センサ１００と、当該第２の変形例の磁気センサ１００に第１補助磁気収束部材１６１から第６補助磁気収束部材１６６が設けられた第６の変形例の磁気センサ１００との、比較結果の一例を示す。これより、第６の変形例の磁気センサ１００は、第２の変形例の磁気センサ１００と同様に、図７の磁場変換率βの特性を、Ｙ軸方向に略平行に移動させ、Ｙ方向の検出感度を向上させることができる。また、第６の変形例の磁気センサ１００は、第１補助磁気収束部材１６１から第６補助磁気収束部材１６６を有するので、磁場変換率βおよびγの特性を維持したままで、例えば、第１磁気抵抗素子１２１の＋Ｙ方向側の端Ｙ０近傍の磁場変換率αの増大を抑制することができ、位置０からＹ０の間において、略一定の磁場変換率αを提供できる。
【０１４６】
以上の本実施形態の磁気センサ１００は、小型で、リニアリティがよく、感度の高いセンサを提供できることを説明した。これに加えて、磁気センサ１００の実装面積がより広い場合は、磁気収束部、磁気抵抗素子、および磁気収束部材の数を増加させてよい。例えば、図５、図９、図１１、図１２、図１３、図１４、および図１５で示す磁気センサ１００を、Ｘ方向に複数配置してよい。この場合、さらに高感度なセンサを形成することができる。
【０１４７】
図１７は、本実施形態に係る磁気センサ１００の第７の変形例を示す。図１７は、一例として、図９、図１１、図１２、図１４、および図１５で示す磁気センサ１００から、抵抗値の変化を取得して入力磁場の成分を算出する算出部を更に備える構成例を示す。図１７において、磁気収束部、磁気収束部材、および補助磁気収束部材の記載は省略する。第７の変形例の磁気センサ１００は、定電流源１４０と、算出部１５０とを更に備える。
【０１４８】
定電流源１４０は、第１磁気抵抗素子１２１から第５磁気抵抗素子１２５に対応してそれぞれ設けられ、一定の電流をそれぞれ流す。ここで、図９、図１１、図１２、図１４、および図１５で示す磁気センサ１００は、磁気抵抗素子の全領域を用いてリニアな領域の範囲内で磁場を検出することができるので、定電流源１４０は、磁気抵抗素子の一方の端に接続されてよく、当該一方の端から他の端へと一定の電流をそれぞれ流してよい。
【０１４９】
算出部１５０は、第１磁気抵抗素子１２１から第５磁気抵抗素子１２５のそれぞれの磁気抵抗の変化に基づき、入力された磁場の方向および大きさを算出する。第７の変形例の算出部１５０は、第１磁気抵抗素子１２１から第５磁気抵抗素子１２５のそれぞれの磁気抵抗の変化に基づき、入力された磁場の方向および大きさを算出する例を示す。この場合、算出部１５０は、各磁気抵抗素子に接続され、（数６）式に示された抵抗値の変化を取得して、（数７）式に基づき、入力磁場の各成分を算出する。（数７）式は、乗算と加算の単純な式なので、算出部１５０は、電子回路等で簡便に構成することができる。
【０１５０】
以上の第７の変形例の磁気センサ１００は、５つの磁気抵抗素子を備える磁気センサ１００について説明した。これに代えて、磁気センサ１００は、４つの磁気抵抗素子に接続されてもよい。この場合、算出部１５０は、第１磁気抵抗素子１２１から第４磁気抵抗素子１２４に接続され、それぞれの磁気抵抗の変化に基づいて入力磁場の各成分を算出してよい。
【０１５１】
この場合、算出部１５０は、磁場の入力が零の場合のそれぞれの磁気抵抗素子の抵抗値Ｒ０を、予め取得し、メモリ等に記憶してよい。これによって、算出部１５０は、（数７）式を用いることができ、入力磁場の各成分を算出することができる。また、この場合、磁気センサ１００は、第５磁気抵抗素子１２５を設けなくてもよい。
【０１５２】
また、以上の第７の変形例の磁気センサ１００は、定電流源１４０が磁気抵抗素子に対応して複数設けられることを説明した。これに代えて、磁気センサ１００は、定電流源１４０の出力をスイッチ等で切り替える切替部を有し、測定に用いる磁気抵抗素子に定電流を流すように切り替えてもよい。これによって、磁気センサ１００は、定電流源１４０の数を低減することができる。
【０１５３】
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、請求の範囲の記載から明らかである。
【０１５４】
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。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】
【０１５５】
２０  基板、３０  絶縁層、１００  磁気センサ、１１０  磁気収束部、１１１  第１磁気収束部、１１２  第２磁気収束部、１１３  第３磁気収束部、１２０  磁気抵抗素子、１２１  第１磁気抵抗素子、１２２  第２磁気抵抗素子、１２３  第３磁気抵抗素子、１２４  第４磁気抵抗素子、１２５  第５磁気抵抗素子、１３１  第１磁気収束部材、１３２  第２磁気収束部材、１３３  第３磁気収束部材、１３４  第４磁気収束部材、１３５  第５磁気収束部材、１３６  第６磁気収束部材、１４０  定電流源、１５０  算出部、１６１  第１補助磁気収束部材、１６２  第２補助磁気収束部材、１６３  第３補助磁気収束部材、１６４  第４補助磁気収束部材、１６５  第５補助磁気収束部材、１６６  第６補助磁気収束部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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