(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターンに配列されて複数の外部磁界を発生する複数の磁界発生部を備えた磁界発生体であって、
前記複数の磁界発生部の各々は、第１の強磁性体部と第１の反強磁性体部を含み、
前記第１の反強磁性体部は、前記第１の強磁性体部に接して前記第１の強磁性体部と交換結合し、
前記第１の強磁性体部は、第１の強磁性体部全体としての磁化を有し、
前記複数の磁界発生部には、隣接し、且つ前記第１の強磁性体部全体としての磁化の方向が互いに異なる２つの磁界発生部が含まれることを特徴とする磁界発生体。
【請求項２】
前記第１の強磁性体部は、積層された複数の構成層を含み、
前記複数の構成層には、前記第１の反強磁性体部に接する第１の強磁性層が含まれることを特徴とする請求項１記載の磁界発生体。
【請求項３】
前記複数の構成層には、更に、前記第１の強磁性層よりも前記第１の反強磁性体部からより遠い位置にある第２の強磁性層が含まれることを特徴とする請求項２記載の磁界発生体。
【請求項４】
前記複数の構成層には、更に、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間に介在する非磁性層が含まれることを特徴とする請求項３記載の磁界発生体。
【請求項５】
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層は、前記非磁性層を介して強磁性的に交換結合し、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層は、いずれも前記第１の強磁性体部全体としての磁化と同じ方向の磁化を有することを特徴とする請求項４記載の磁界発生体。
【請求項６】
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層は、前記非磁性層を介して反強磁性的に交換結合し、前記第２の強磁性層は、前記第１の強磁性体部全体としての磁化と同じ方向の磁化を有することを特徴とする請求項４記載の磁界発生体。
【請求項７】
前記第１の強磁性体部は、互いに反対側に向いた第１の面と第２の面を有し、
前記第１の反強磁性体部は、前記第１の強磁性体部の前記第１の面に接し、
前記複数の磁界発生部の各々は、更に、前記第１の強磁性体部の前記第２の面に接して前記第１の強磁性体部と交換結合する第２の反強磁性体部を含むことを特徴とする請求項１記載の磁界発生体。
【請求項８】
前記第１の反強磁性体部と前記第２の反強磁性体部は、互いにブロッキング温度が異なるものであることを特徴とする請求項７記載の磁界発生体。
【請求項９】
前記第１の反強磁性体部は、互いに反対側に向いた第１の面と第２の面を有し、
前記第１の強磁性体部は、前記第１の反強磁性体部の前記第１の面に接し、
前記複数の磁界発生部の各々は、更に、前記第１の反強磁性体部の前記第２の面に接して前記第１の反強磁性体部と交換結合する第２の強磁性体部を含み、
前記第２の強磁性体部は、第２の強磁性体部全体としての磁化を有することを特徴とする請求項１記載の磁界発生体。
【請求項１０】
検出対象の磁界を検出する複数の磁気検出素子と、
前記複数の磁気検出素子に印加される複数のバイアス磁界を発生するバイアス磁界発生体とを備えた磁気センサであって、
前記バイアス磁界発生体は、請求項１ないし９のいずれかに記載の磁界発生体によって構成され、
前記複数のバイアス磁界の各々は、前記複数の磁界発生部のうちの少なくとも１つの磁界発生部における前記第１の強磁性体部全体としての磁化に起因するものであることを特徴とする磁気センサ。
【請求項１１】
前記複数の磁気検出素子の各々は、磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１０記載の磁気センサ。
【請求項１２】
前記磁気抵抗効果素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、前記検出対象の磁界に応じて磁化が変化する自由層と、前記磁化固定層と前記自由層の間に配置された非磁性層とを有することを特徴とする請求項１１記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記複数の磁界発生部のうちの任意の磁界発生部における前記第１の強磁性体部全体としての磁化の方向は、前記任意の磁界発生部における前記第１の強磁性体部全体としての磁化に起因するバイアス磁界が印加される特定の磁気検出素子の前記磁化固定層の磁化の方向と交差することを特徴とする請求項１２記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記複数の磁気検出素子には、直列に接続された第１の磁気検出素子と第２の磁気検出素子が含まれ、
前記複数の磁界発生部には、第１および第２の磁界発生部が含まれ、
前記第１の磁気検出素子に印加されるバイアス磁界は、前記第１の磁界発生部における前記第１の強磁性体部全体としての磁化に起因し、
前記第２の磁気検出素子に印加されるバイアス磁界は、前記第２の磁界発生部における前記第１の強磁性体部全体としての磁化に起因し、
前記第１および第２の磁界発生部は、隣接し、且つ前記第１の強磁性体部全体としての磁化の方向が互いに異なるものであることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項１５】
前記複数の磁気検出素子には、直列に接続された第１の磁気検出素子と第２の磁気検出素子が含まれ、
前記複数の磁界発生部には、第１ないし第４の磁界発生部が含まれ、
前記第１の磁気検出素子に印加されるバイアス磁界は、前記第１の磁界発生部における前記第１の強磁性体部全体としての磁化と前記第２の磁界発生部における前記第１の強磁性体部全体としての磁化とに起因し、
前記第２の磁気検出素子に印加されるバイアス磁界は、前記第３の磁界発生部における前記第１の強磁性体部全体としての磁化と前記第４の磁界発生部における前記第１の強磁性体部全体としての磁化とに起因し、
前記第１および第３の磁界発生部は、隣接し、且つ前記第１の強磁性体部全体としての磁化の方向が互いに異なるものであり、
前記第２および第４の磁界発生部は、隣接し、且つ前記第１の強磁性体部全体としての磁化の方向が互いに異なるものであることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項１６】
ハーフブリッジ回路と、
バイアス磁界発生体とを備えた磁気センサであって、
前記ハーフブリッジ回路は、
直列に接続された第１の磁気検出素子列および第２の磁気検出素子列を含み、
前記第１の磁気検出素子列は、電源ポートと出力ポートの間に設けられ、
前記第２の磁気検出素子列は、前記出力ポートとグランドポートの間に設けられ、
前記第１の磁気検出素子列と前記第２の磁気検出素子列の各々は、それぞれ検出対象の磁界を検出する、直列に接続された複数の磁気検出素子を含み、
前記バイアス磁界発生体は、請求項１ないし９のいずれかに記載の磁界発生体によって構成され、前記第１および第２の磁気検出素子列に含まれる複数の磁気検出素子に印加される複数のバイアス磁界を発生し、
前記複数のバイアス磁界の各々は、前記複数の磁界発生部のうちの少なくとも１つの磁界発生部における前記第１の強磁性体部全体としての磁化に起因するものであり、
隣接し、且つ前記第１の強磁性体部全体としての磁化の方向が互いに異なる前記２つの磁界発生部は、前記第１の磁気検出素子列と第２の磁気検出素子列の一方に含まれる少なくとも１つの磁気検出素子に印加される少なくとも１つのバイアス磁界を発生するものであることを特徴とする磁気センサ。
【請求項１７】
ハーフブリッジ回路と、
バイアス磁界発生体とを備えた磁気センサであって、
前記ハーフブリッジ回路は、
直列に接続された第１の磁気検出素子列および第２の磁気検出素子列を含み、
前記第１の磁気検出素子列は、電源ポートと出力ポートの間に設けられ、
前記第２の磁気検出素子列は、前記出力ポートとグランドポートの間に設けられ、
前記第１の磁気検出素子列と前記第２の磁気検出素子列の各々は、それぞれ検出対象の磁界を検出する、直列に接続された複数の磁気検出素子を含み、
前記バイアス磁界発生体は、請求項１ないし９のいずれかに記載の磁界発生体によって構成され、前記第１および第２の磁気検出素子列に含まれる複数の磁気検出素子に印加される複数のバイアス磁界を発生し、
前記複数のバイアス磁界の各々は、前記複数の磁界発生部のうちの少なくとも１つの磁界発生部における前記第１の強磁性体部全体としての磁化に起因するものであり、
隣接し、且つ前記第１の強磁性体部全体としての磁化の方向が互いに異なる前記２つの磁界発生部の一方は、前記第１の磁気検出素子列に含まれる磁気検出素子に印加されるバイアス磁界を発生し、前記２つの磁界発生部の他方は、前記第２の磁気検出素子列に含まれる磁気検出素子に印加されるバイアス磁界を発生するものであることを特徴とする磁気センサ。
【請求項１８】
ハーフブリッジ回路と、
バイアス磁界発生体とを備えた磁気センサであって、
前記ハーフブリッジ回路は、
直列に接続された第１の磁気検出素子列および第２の磁気検出素子列を含み、
前記第１の磁気検出素子列は、電源ポートと出力ポートの間に設けられ、
前記第２の磁気検出素子列は、前記出力ポートとグランドポートの間に設けられ、
前記第１の磁気検出素子列と前記第２の磁気検出素子列の各々は、それぞれ検出対象の磁界を検出する、直列に接続された複数の磁気検出素子を含み、
前記バイアス磁界発生体は、所定のパターンに配列されて複数の外部磁界を発生する複数の磁界発生部を備え、前記第１および第２の磁気検出素子列に含まれる複数の磁気検出素子に印加される複数のバイアス磁界を発生し、
前記複数の磁界発生部の各々は、強磁性体部を含み、
前記強磁性体部は、強磁性体部全体としての磁化を有し、
前記複数のバイアス磁界の各々は、前記複数の磁界発生部のうちの少なくとも１つの磁界発生部における前記強磁性体部全体としての磁化に起因するものであり、
前記複数の磁界発生部には、隣接し、且つ前記強磁性体部全体としての磁化の方向が互いに異なる２つの磁界発生部であって、前記第１の磁気検出素子列と第２の磁気検出素子列の一方に含まれる少なくとも１つの磁気検出素子に印加される少なくとも１つのバイアス磁界を発生する２つの磁界発生部が含まれることを特徴とする磁気センサ。
【請求項１９】
ハーフブリッジ回路と、
バイアス磁界発生体とを備えた磁気センサであって、
前記ハーフブリッジ回路は、
直列に接続された第１の磁気検出素子列および第２の磁気検出素子列を含み、
前記第１の磁気検出素子列は、電源ポートと出力ポートの間に設けられ、
前記第２の磁気検出素子列は、前記出力ポートとグランドポートの間に設けられ、
前記第１の磁気検出素子列と前記第２の磁気検出素子列の各々は、それぞれ検出対象の磁界を検出する、直列に接続された複数の磁気検出素子を含み、
前記バイアス磁界発生体は、所定のパターンに配列されて複数の外部磁界を発生する複数の磁界発生部を備え、前記第１および第２の磁気検出素子列に含まれる複数の磁気検出素子に印加される複数のバイアス磁界を発生し、
前記複数の磁界発生部の各々は、強磁性体部を含み、
前記強磁性体部は、強磁性体部全体としての磁化を有し、
前記複数のバイアス磁界の各々は、前記複数の磁界発生部のうちの少なくとも１つの磁界発生部における前記強磁性体部全体としての磁化に起因するものであり、
前記複数の磁界発生部には、隣接し、且つ前記強磁性体部全体としての磁化の方向が互いに異なる２つの磁界発生部が含まれ、
前記２つの磁界発生部の一方は、前記第１の磁気検出素子列に含まれる磁気検出素子に印加されるバイアス磁界を発生し、前記２つの磁界発生部の他方は、前記第２の磁気検出素子列に含まれる磁気検出素子に印加されるバイアス磁界を発生するものであることを特徴とする磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の磁界発生部を備えた磁界発生体、ならびにこの磁界発生体を含む磁気センサシステムおよび磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、種々の用途で、動作体の回転動作や直線的動作に関連する物理量を検出する磁気センサシステムが用いられている。特許文献１には、スケールと磁気センサとを備え、磁気センサによって、スケールと磁気センサとの相対的位置関係に関連する信号を生成するように構成された磁気センサシステムが記載されている。
【０００３】
磁気センサは、検出対象の磁界を検出する磁気検出素子を含んでいる。特許文献１には、磁気検出素子として、いわゆるスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子とも記す。）を用いた磁気センサが記載されている。スピンバルブ型のＭＲ素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、検出対象の磁界に応じて磁化が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有している。スピンバルブ型のＭＲ素子には、非磁性層がトンネルバリア層であるＴＭＲ素子と、非磁性層が非磁性導電層であるＧＭＲ素子とが含まれる。
【０００４】
磁気センサシステムのスケールは、所定のパターンに配列されて複数の外部磁界を発生する複数の磁界発生部を有している。一般的に、複数の磁界発生部の各々は、永久磁石によって構成されている。複数の磁界発生部の磁化の方向は、交互に切り替わるように設定されている。これにより、複数の磁界発生部が発生する外部磁界の方向は、交互に切り替わる。
【０００５】
磁気センサには、磁気検出素子に対してバイアス磁界を印加する手段を備えたものがある。バイアス磁界は、例えば、検出対象の磁界の強度の変化に対して磁気検出素子が線形に応答するようにするために用いられる。また、スピンバルブ型のＭＲ素子を用いた磁気センサでは、バイアス磁界は、検出対象の磁界がないときに、自由層を単磁区化し、且つ自由層の磁化の方向を一定の方向に向かせるためにも用いられる。
【０００６】
特許文献１には、複数のＭＲ素子に印加される複数のバイアス磁界を発生するバイアス磁界発生体を備えた磁気センサが記載されている。バイアス磁界発生体は、複数のＭＲ素子に対応して設けられた複数の対の磁界発生部を含んでいる。一対の磁界発生部は、それらの間に対応するＭＲ素子が介在するように配置されている。各磁界発生部は、永久磁石によって構成されて、外部磁界を発生する。
【０００７】
以下、スケールのように、所定のパターンに配列されて複数の外部磁界を発生する複数の磁界発生部を備えた構造体を、磁界発生体と言う。バイアス磁界発生体を含む磁気センサでは、バイアス磁界発生体を構成する複数の磁界発生部は、所定のパターンに配列されている。そのため、このバイアス磁界発生体も、磁界発生体と言える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−２０９０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
それぞれ永久磁石によって構成された複数の磁界発生部を備えた磁界発生体を含む磁気センサシステムや磁気センサでは、以下のような問題が生じていた。このような磁気センサシステムや磁気センサは、通常、検出対象の磁界の強度が永久磁石の保磁力を超えないという条件の下で使用される。しかし、磁気センサシステムや磁気センサは、様々な環境で使用され得るため、永久磁石の保磁力を超える強度の外乱磁界が、一時的に永久磁石に印加されることが起こり得る。このような外乱磁界が一時的に永久磁石に印加されると、永久磁石の磁化の方向が、当初の方向から変化し、外乱磁界がなくなっても当初の方向から変化したままになる場合がある。この場合、各磁界発生部が発生する磁界の方向が所望の方向から変化してしまう。
【００１０】
また、それぞれ永久磁石によって構成された複数の磁界発生部を備えた磁界発生体では、複数の磁界発生部を所望のパターンに配列することが容易ではないという問題点があった。以下、この問題点について、スケールのように、複数の磁界発生部の磁化の方向が交互に切り替わるように設定された磁界発生体を例にとって、詳しく説明する。以下の説明では、複数の磁界発生部の磁化の方向が第１の方向と第２の方向とに交互に切り替わるものとする。また、磁化が第１の方向に設定された複数の磁界発生部を複数の第１の磁界発生部と言い、磁化が第２の方向に設定された複数の磁界発生部を複数の第２の磁界発生部と言う。この磁界発生体の作製は、以下の方法で行われる。
【００１１】
まず、磁化が所定の方向に設定されていない複数の初期磁界発生部を含む初期磁界発生体を作製する。次に、複数の第１の磁界発生部となる予定の複数の初期磁界発生部に対して、それらの保持力以上の強度の第１の方向の磁界を印加して、それらの磁化を第１の方向に設定する。その際、複数の第２の磁界発生部となる予定の複数の初期磁界発生部に対しては、それらの保持力以上の強度の磁界が印加されないようにする。磁化が第１の方向に設定された複数の初期磁界発生部は、複数の第１の磁界発生部になる。
【００１２】
次に、複数の第２の磁界発生部となる予定の複数の初期磁界発生部に対して、それらの保持力以上の強度の第２の方向の磁界を印加して、それらの磁化を第２の方向に設定する。その際、既に磁化が第１の方向に設定された複数の第１の磁界発生部に対しては、それらの保持力以上の強度の磁界が印加されないようにする。磁化が第２の方向に設定された複数の初期磁界発生部は、複数の第２の磁界発生部になる。
【００１３】
上記の磁界発生体の作製方法では、隣接する２つの初期磁界発生部の間、または隣接する第１の磁界発生部と初期磁界発生部との間で、印加される磁界の強度を大きく異ならせる必要があった。これを可能にするためには、隣接する２つの磁界発生部の間の距離を大きくする等の対策が必要であった。そのため、それぞれ永久磁石によって構成された複数の磁界発生部を備えた磁界発生体では、複数の磁界発生部を所望のパターンに配列することは容易ではなかった。
【００１４】
また、隣接する２つの磁界発生部の間の距離を大きくすると、複数の磁界発生部の配置の自由度が低下したり、複数の磁界発生部の占有面積が増大したりするという問題が生じていた。更に、隣接する２つの磁界発生部の間における外部磁界の変化が緩やかになって、磁界発生体をスケールとして用いた磁気センサシステムの分解能が低下するという問題も生じていた。
【００１５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、複数の磁界発生部が所望のパターンに配列され、且つ外乱磁界に対する耐性が高い磁界発生体、ならびにこの磁界発生体を含む磁気センサシステムおよび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】
【００１６】
本発明の磁界発生体は、所定のパターンに配列されて複数の外部磁界を発生する複数の磁界発生部を備えている。複数の磁界発生部の各々は、第１の強磁性体部と第１の反強磁性体部を含んでいる。第１の反強磁性体部は、第１の強磁性体部に接して第１の強磁性体部と交換結合している。第１の強磁性体部は、第１の強磁性体部全体としての磁化を有している。複数の磁界発生部には、第１の強磁性体部全体としての磁化の方向が互いに異なる２つの磁界発生部が含まれている。
【００１７】
本発明の磁界発生体において、第１の強磁性体部は、積層された複数の構成層を含んでいてもよい。この場合、複数の構成層には、第１の反強磁性体部に接する第１の強磁性層が含まれている。複数の構成層には、更に、第１の強磁性層よりも第１の反強磁性体部からより遠い位置にある第２の強磁性層が含まれていてもよい。複数の構成層には、更に、第１の強磁性層と第２の強磁性層の間に介在する非磁性層が含まれていてもよい。第１の強磁性層と第２の強磁性層は、非磁性層を介して強磁性的に交換結合していてもよい。この場合、第１の強磁性層と第２の強磁性層は、いずれも第１の強磁性体部全体としての磁化と同じ方向の磁化を有する。あるいは、第１の強磁性層と第２の強磁性層は、非磁性層を介して反強磁性的に交換結合していてもよい。この場合、第２の強磁性層は、第１の強磁性体部全体としての磁化と同じ方向の磁化を有する。
【００１８】
また、本発明の磁界発生体において、第１の強磁性体部は、互いに反対側に向いた第１の面と第２の面を有していてもよく、第１の反強磁性体部は、第１の強磁性体部の第１の面に接していてもよい。この場合、複数の磁界発生部の各々は、更に、第１の強磁性体部の第２の面に接して第１の強磁性体部と交換結合する第２の反強磁性体部を含んでいてもよい。第１の反強磁性体部と第２の反強磁性体部は、互いにブロッキング温度が異なるものであってもよい。
【００１９】
また、本発明の磁界発生体において、第１の反強磁性体部は、互いに反対側に向いた第１の面と第２の面を有していてもよく、第１の強磁性体部は、第１の反強磁性体部の第１の面に接していてもよい。この場合、複数の磁界発生部の各々は、更に、第１の反強磁性体部の第２の面に接して第１の反強磁性体部と交換結合する第２の強磁性体部を含んでいてもよい。第２の強磁性体部は、第２の強磁性体部全体としての磁化を有している。
【００２０】
本発明の磁気センサシステムは、相対的位置関係が変化し得るスケールと磁気センサとを備え、スケールと磁気センサとの相対的位置関係に関連する物理量を検出するためのものである。スケールは、本発明の磁界発生体によって構成されている。
【００２１】
本発明の磁気センサシステムにおいて、複数の磁界発生部は、一列に配列されていてもよい。この場合、複数の磁界発生部における任意の隣接する２つの磁界発生部は、第１の強磁性体部全体としての磁化の方向が互いに異なるものであってもよい。また、隣接する２つの磁界発生部の一方における第１の強磁性体部全体としての磁化の方向と、他方における第１の強磁性体部全体としての磁化の方向は、複数の磁界発生部の列が延びる方向に交差し、且つ互いに反対方向であってもよい。
【００２２】
また、本発明の磁気センサシステムにおいて、複数の磁界発生部は、外周部と内周部を有する集合体を構成するように、環状に配列されていてもよい。この場合、複数の磁界発生部における任意の隣接する２つの磁界発生部は、第１の強磁性体部全体としての磁化の方向が互いに異なるものであってもよい。また、隣接する２つの磁界発生部の一方における第１の強磁性体部全体としての磁化の方向は、外周部から内周部に向かう方向であってもよく、他方における第１の強磁性体部全体としての磁化の方向は、内周部から外周部に向かう方向であってもよい。
【００２３】
本発明の磁気センサは、検出対象の磁界を検出する複数の磁気検出素子と、複数の磁気検出素子に印加される複数のバイアス磁界を発生するバイアス磁界発生体とを備えている。バイアス磁界発生体は、本発明の磁界発生体によって構成されている。複数のバイアス磁界の各々は、複数の磁界発生部のうちの少なくとも１つの磁界発生部における第１の強磁性体部全体としての磁化に起因するものである。
【００２４】
本発明の磁気センサにおいて、複数の磁気検出素子の各々は、磁気抵抗効果素子であってもよい。磁気抵抗効果素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、検出対象の磁界に応じて磁化が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有していてもよい。また、複数の磁界発生部のうちの任意の磁界発生部における第１の強磁性体部全体としての磁化の方向は、任意の磁界発生部における第１の強磁性体部全体としての磁化に起因するバイアス磁界が印加される特定の磁気検出素子の磁化固定層の磁化の方向と交差していてもよい。
【００２５】
また、本発明の磁気センサにおいて、複数の磁気検出素子には、直列に接続された第１の磁気検出素子と第２の磁気検出素子が含まれていてもよく、複数の磁界発生部には、第１および第２の磁界発生部が含まれていてもよい。第１の磁気検出素子に印加されるバイアス磁界は、第１の磁界発生部における第１の強磁性体部全体としての磁化に起因する。第２の磁気検出素子に印加されるバイアス磁界は、第２の磁界発生部における第１の強磁性体部全体としての磁化に起因する。第１および第２の磁界発生部は、第１の強磁性体部全体としての磁化の方向が互いに異なるものである。
【００２６】
また、本発明の磁気センサにおいて、複数の磁気検出素子には、直列に接続された第１の磁気検出素子と第２の磁気検出素子が含まれていてもよく、複数の磁界発生部には、第１ないし第４の磁界発生部が含まれていてもよい。第１の磁気検出素子に印加されるバイアス磁界は、第１の磁界発生部における第１の強磁性体部全体としての磁化と第２の磁界発生部における第１の強磁性体部全体としての磁化とに起因する。第２の磁気検出素子に印加されるバイアス磁界は、第３の磁界発生部における第１の強磁性体部全体としての磁化と第４の磁界発生部における第１の強磁性体部全体としての磁化とに起因する。第１および第３の磁界発生部は、隣接し、且つ第１の強磁性体部全体としての磁化の方向が互いに異なるものである。第２および第４の磁界発生部は、隣接し、且つ第１の強磁性体部全体としての磁化の方向が互いに異なるものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の磁界発生体における各磁界発生部では、第１の反強磁性体部と第１の強磁性体部が交換結合することによって、第１の強磁性体部全体としての磁化の方向が規定される。各磁界発生部では、第１の強磁性体部全体としての磁化の方向を反転させるほど大きな強度の外乱磁界が一時的に印加されても、そのような外乱磁界がなくなれば、第１の強磁性体部全体としての磁化の方向は、当初の方向に戻る。また、本発明の磁界発生体は、隣接する２つの磁界発生部の間の距離を大きくしなくても、容易に作製することが可能である。従って、本発明によれば、複数の磁界発生部が所望のパターンに配列され、且つ外乱磁界に対する耐性が高い磁界発生体、ならびにこの磁界発生体を含む磁気センサシステムおよび磁気センサを実現することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る磁界発生体の一部を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における磁界発生部の第１の例を示す側面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における磁界発生部の第２の例を示す側面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における磁界発生部の第３の例を示す側面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における磁界発生部の第４の例を示す側面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における磁界発生部の第５の例を示す側面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における磁界発生部の第７の例を示す側面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における磁界発生部の第８の例を示す側面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における磁気センサの斜視図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における磁気センサの回路図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態におけるＭＲ素子の構成の一例を示す側面図である。
【図１３】永久磁石の磁化曲線を示す特性図である。
【図１４】磁界発生部の磁化曲線を示す特性図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態における磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る磁気センサの回路図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る磁気センサの一部を示す断面図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態におけるＭＲ素子と磁界発生部の構成の一例を示す側面図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態における磁気センサシステムの変形例の概略の構成を示す斜視図である。
【図２１】本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサの回路図である。
【図２２】本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサの一部を示す断面図である。
【図２３】本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサの回路図である。
【図２４】本発明の第６の実施の形態における磁気センサシステムの回路構成を示す回路図である。
【図２５】本発明の第７の実施の形態における磁気センサシステムの回路構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成について説明する。本実施の形態に係る磁気センサシステムは、相対的位置が変化し得るスケール１と磁気センサ４とを備え、スケール１と磁気センサ４との相対的位置関係に関連する物理量を検出するためのものである。本実施の形態におけるスケール１は、本実施の形態に係る磁界発生体１００によって構成されたリニアスケールである。磁界発生体１００は、所定のパターンに配列されて複数の外部磁界を発生する複数の磁界発生部２００を備えている。本実施の形態では、複数の磁界発生部２００は、一列に配列されている。
【００３０】
本実施の形態では、複数の磁界発生部２００の列が延びる方向をＸ方向とする。また、Ｘ方向に垂直な２方向であって、互いに直交する２つの方向をＹ方向とＺ方向とする。なお、本出願において用いるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、いずれも、図１において双方向の矢印で示したように、特定の一方向とその反対方向とを含むものとして定義される。一方、磁界の方向や磁化の方向は、特定の一方向のみを表すものとして定義される。
【００３１】
複数の磁界発生部２００の各々の形状は、例えば直方体形状である。複数の磁界発生部２００のＸ方向の幅は、等しいか、ほぼ等しい。スケール１は、Ｚ方向に垂直な側面１ａを有している。磁気センサ４は、スケール１の側面１ａに対向する位置に配置されている。スケール１と磁気センサ４の一方は、図示しない動作体に連動して、Ｘ方向に直線的に移動する。これにより、スケール１と磁気センサ４との相対的位置関係が変化する。磁気センサシステムは、スケール１と磁気センサ４との相対的位置関係に関連する物理量として、磁気センサ４に対するスケール１の相対的な位置や速度を検出する。
【００３２】
スケール１と磁気センサ４との相対的位置関係が変化すると、磁気センサ４の検出対象の磁界、すなわち複数の磁界発生部２００が発生する複数の外部磁界の一部に基づいて磁気センサ４に印加される磁界の方向が変化する。図１に示した例では、検出対象の磁界のＸ方向正射影成分は、磁気センサ４が配置されている位置において振動する。
【００３３】
次に、図１ないし図３を参照して、複数の磁界発生部２００の構成について詳しく説明する。図２は、磁界発生体１００の一部を示す斜視図である。図３は、磁界発生部２００の第１の例を示す側面図である。図３に示したように、複数の磁界発生部２００の各々は、第１の強磁性体部２２０と第１の反強磁性体部２１０を含んでいる。本実施の形態では、第１の強磁性体部２２０と第１の反強磁性体部２１０は、Ｙ方向に沿って積層されている。第１の強磁性体部２２０は、互いに反対側に向いた第１の面２２０ａと第２の面２２０ｂを有している。第１の反強磁性体部２１０は、第１の強磁性体部２２０の第１の面２２０ａに接して第１の強磁性体部２２０と交換結合している。
【００３４】
第１の強磁性体部２２０は、第１の強磁性体部２２０全体としての磁化を有している。なお、第１の強磁性体部２２０全体としての磁化とは、第１の強磁性体部２２０全体における原子、結晶格子等の単位毎の磁気モーメントのベクトル和を体積平均したものである。以下、第１の強磁性体部２２０全体としての磁化を、単に第１の強磁性体部２２０の磁化と言う。図１および図２における白抜きの矢印は、第１の強磁性体部２２０の磁化の方向を表している。
【００３５】
本実施の形態に係る磁界発生体１００では、第１の反強磁性体部２１０と第１の強磁性体部２２０が交換結合することによって、第１の強磁性体部２２０の磁化の方向が規定される。これにより、磁界発生体１００は、外乱磁界に対する高い耐性を有する。これについては、後で詳しく説明する。
【００３６】
複数の磁界発生部２００には、第１の強磁性体部２２０の磁化の方向が互いに異なる２つの磁界発生部が含まれている。図２において、符号２００Ａ，２００Ｂは、複数の磁界発生部２００における任意の隣接する２つの磁界発生部を示している。図２に示したように、２つの磁界発生部２００Ａ，２００Ｂは、第１の強磁性体部２２０の磁化の方向が互いに異なるものである。本実施の形態では特に、磁界発生部２００Ａにおける第１の強磁性体部２２０の磁化の方向と、磁界発生部２００Ｂにおける第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、複数の磁界発生部２００の列が延びる方向（Ｘ方向）に交差し、且つ互いに反対方向である。
【００３７】
ここで、図２に示したように、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２を定義する。本実施の形態では、第１および第２の方向Ｄ１，Ｄ２は、それぞれ、Ｚ方向に平行な特定の一方向である。図２では、第１の方向Ｄ１は、左下側に向かう方向である。第２の方向Ｄ２は、第１の方向Ｄ１とは反対の方向である。図２に示した例では、磁界発生部２００Ａにおける第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、第１の方向Ｄ１である。磁界発生部２００Ｂにおける第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、第２の方向Ｄ２である。
【００３８】
第１の強磁性体部２２０は、１つの強磁性層によって構成されていてもよいし、積層された複数の構成層を含んでいてもよい。図３に示した磁界発生部２００の第１の例は、第１の強磁性体部２２０が１つの強磁性層によって構成されている場合の例である。第１の例では、第１の強磁性体部２２０（強磁性層）は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉのうちの１つ以上の元素を含む強磁性材料によって形成されている。このような強磁性材料の例としては、ＣｏＦｅや、ＣｏＦｅＢや、ＣｏＮｉＦｅが挙げられる。第１の反強磁性体部２１０は、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ等の反強磁性材料によって形成されている。
【００３９】
以下、図４ないし図９を参照して、磁界発生部２００の第２ないし第８の例について説明する。第２ないし第８の例は、いずれも、第１の強磁性体部２２０が、積層された複数の構成層を含んでいる例である。
【００４０】
図４は、磁界発生部２００の第２の例を示している。第２の例では、第１の強磁性体部２２０の複数の構成層には、第１の反強磁性体部２１０に接する第１の強磁性層２２１と、第１の強磁性層２２１よりも第１の反強磁性体部２１０からより遠い位置にある第２の強磁性層２２２が含まれている。第１の強磁性層２２１と第２の強磁性層２２２は、いずれも第１の強磁性体部２２０の磁化と同じ方向の磁化を有している。図４において、第１および第２の強磁性層２２１，２２２内の白抜きの矢印は、第１および第２の強磁性層２２１，２２２の磁化の方向を表している。なお、これ以降の説明で使用する図４と同様の図においても、第１および第２の強磁性層２２１，２２２等の強磁性層の磁化の方向については、図４と同様の表し方を用いる。
【００４１】
磁界発生部２００が発生する外部磁界を大きくし、且つ磁界発生部２００を小型化するために、第１の強磁性体部２２０は、飽和磁束密度が大きい強磁性材料によって形成された強磁性層を含むことが好ましい。しかし、このような強磁性層は、第１の反強磁性体部２１０との交換結合エネルギーが大きいとは限らない。そこで、第２の例では、第１の強磁性層２２１を、第１の反強磁性体部２１０との交換結合エネルギーを大きくすることができる強磁性材料によって形成し、第２の強磁性層２２２を、第１の強磁性層２２１を構成する強磁性材料よりも飽和磁束密度が大きい強磁性材料によって形成することが好ましい。これにより、第１の強磁性体部２２０と第１の反強磁性体部２１０の交換結合エネルギーを大きくしながら、磁界発生部２００が発生する外部磁界を大きくし、且つ磁界発生部２００を小型化することができる。第１の強磁性層２２１の例としては、ＣｏＦｅ層が挙げられる。第２の強磁性層２２２の例としては、Ｆｅ層が挙げられる。
【００４２】
図５は、磁界発生部２００の第３の例を示している。第３の例では、第１の強磁性体部２２０の複数の構成層には、第２の例と同様に、第１および第２の強磁性層２２１，２２２が含まれている。第１の強磁性層２２１と第２の強磁性層２２２は、同じ強磁性材料によって形成されていてもよいし、異なる強磁性材料によって形成されていてもよい。
【００４３】
また、第３の例における複数の構成層には、更に、第１の強磁性層２２１と第２の強磁性層２２２との間に介在する非磁性層２２４が含まれている。非磁性層２２４の材料としては、例えばＲｕが用いられる。第３の例では、第１の強磁性層２２１と第２の強磁性層２２２は、それらの磁化の方向が同じになるように、非磁性層２２４を介して強磁性的に交換結合している。第１の強磁性層２２１と第２の強磁性層２２２は、いずれも第１の強磁性体部２２０の磁化と同じ方向の磁化を有している。非磁性層２２４の厚みは、第１の強磁性層２２１と第２の強磁性層２２２の交換結合が消失しないような厚みに設定される。
【００４４】
図６は、磁界発生部２００の第４の例を示している。第４の例では、第１の強磁性体部２２０の複数の構成層には、第３の例と同様に、第１の強磁性層２２１、第２の強磁性層２２２および非磁性層２２４が含まれている。第４の例では、第１の強磁性層２２１と第２の強磁性層２２２は、それらの磁化の方向が互いに反対になるように、非磁性層２２４を介して反強磁性的に交換結合している。第１の強磁性層２２１は、第１の強磁性体部２２０の磁化とは反対方向の磁化を有し、第２の強磁性層２２２は、第１の強磁性体部２２０の磁化と同じ方向の磁化を有している。
【００４５】
第４の例では、第２の強磁性層２２２全体における単位毎の磁気モーメントの総和は、第１の強磁性層２２１全体における単位毎の磁気モーメントの総和よりも大きい。そのため、第４の例では、第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、第２の強磁性層２２２の磁化の方向と一致する。
【００４６】
第１の強磁性層２２１の例としては、Ｃｏ90Ｆｅ10層が挙げられる。第２の強磁性層２２２の例としては、Ｃｏ30Ｆｅ70層が挙げられる。なお、Ｃｏ90Ｆｅ10は、９０原子％のＣｏと１０原子％のＦｅよりなる合金を表し、Ｃｏ30Ｆｅ70は、３０原子％のＣｏと７０原子％のＦｅよりなる合金を表している。第２の強磁性層２２２の厚みは、第１の強磁性層２２１の厚みよりも大きいことが好ましい。
【００４７】
第４の例では、反強磁性的に結合する第１の強磁性層２２１と第２の強磁性層２２２の交換結合エネルギーが、第１の反強磁性体部２１０と第１の強磁性層２２１の交換結合エネルギーよりも大きくなる場合がある。この場合には、第２の強磁性層２２２の磁化の固定力を高めることができ、その結果、外乱磁界に対する磁界発生体１００の耐性を高めることができる。
【００４８】
図７は、磁界発生部２００の第５の例を示している。第５の例では、複数の磁界発生部２００の各々は、第１の強磁性体部２２０および第１の反強磁性体部２１０に加えて、第１の強磁性体部２２０の第２の面２２０ｂに接して第１の強磁性体部２２０と交換結合する第２の反強磁性体部２３０を含んでいる。第２の反強磁性体部２３０を形成する反強磁性材料としては、例えば、第１の例における第１の反強磁性体部２１０と同じ反強磁性材料が用いられる。第５の例では特に、第１の反強磁性体部２１０と第２の反強磁性体部２３０は、同じ反強磁性材料によって形成されている。
【００４９】
また、第５の例では、第１の強磁性体部２２０の複数の構成層には、第２の例と同様に、第１および第２の強磁性層２２１，２２２が含まれている。第５の例における複数の構成層には、更に、第１および第２の強磁性層２２１，２２２よりも第１の反強磁性体部２１０からより遠い位置にあり、第２の反強磁性体部２３０に接する第３の強磁性層２２３が含まれている。第１の強磁性層２２１と第２の強磁性層２２２と第３の強磁性層２２３は、いずれも第１の強磁性体部２２０の磁化と同じ方向の磁化を有している。第５の例では、第１および第３の強磁性層２２１，２２３を、第１および第２の反強磁性体部２１０，２３０との交換結合エネルギーを大きくすることができる強磁性材料によって形成し、第２の強磁性層２２２を、第１および第３の強磁性層２２１，２２３を構成する強磁性材料よりも飽和磁束密度が大きい強磁性材料によって形成することが好ましい。第１および第３の強磁性層２２１，２２３の例としては、ＣｏＦｅ層が挙げられる。第２の強磁性層２２２の例としては、Ｆｅ層が挙げられる。
【００５０】
第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、第１および第２の反強磁性体部２１０，２３０と第１の強磁性体部２２０が交換結合することによって規定される。第５の例では、磁界発生部２００が第１の反強磁性体部２１０および第１の強磁性体部２２０のみを含む場合に比べて、第１の強磁性体部２２０の磁化の固定力を高めることができ、その結果、外乱磁界に対する磁界発生体１００の耐性を高めることができる。
【００５１】
なお、第５の例では、図７に示した第１の強磁性体部２２０の代わりに、図３に示した第１の例における第１の強磁性体部２２０を用いてもよい。この場合にも、第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、第１および第２の反強磁性体部２１０，２３０と第１の強磁性体部２２０が交換結合することによって規定される。
【００５２】
次に、磁界発生部２００の第６の例について説明する。第６の例における磁界発生部２００の構成は、基本的には、図７に示した第５の例における磁界発生部２００と同じである。ただし、第６の例では、第１の反強磁性体部２１０と第２の反強磁性体部２３０は、互いにブロッキング温度が異なっている。
【００５３】
以下、第６の例の作用および効果について説明する。ここでは、第１の反強磁性体部２１０がＩｒＭｎ層であり、第２の反強磁性体部２３０がＰｔＭｎ層であり、第１および第３の強磁性層２２１，２２３がＣｏＦｅ層である場合を例にとって説明する。この場合、第１の反強磁性体部２１０と第１の強磁性層２２１の結合力は、第２の反強磁性体部２３０と第３の強磁性層２２３の結合力よりも強い。一方、第２の反強磁性体部２３０（ＰｔＭｎ層）は、第１の反強磁性体部２１０（ＩｒＭｎ層）よりもブロッキング温度が高い。この場合、磁界発生部２００の温度が、第１の反強磁性体部２１０のブロッキング温度を超えると、第１の反強磁性体部２１０と第１の強磁性層２２１との間の交換結合が消失する。しかし、磁界発生部２００の温度が、第２の反強磁性体部２３０のブロッキング温度未満であれば、第２の反強磁性体部２３０と第３の強磁性層２２３との間の交換結合は消失せず、第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は変化しない。その後、磁界発生部２００の温度が第１の反強磁性体部２１０のブロッキング温度未満になれば、第１の強磁性体部２２０の磁化の方向が維持されたまま、第１の反強磁性体部２１０と第１の強磁性層２２１との間の強い結合が復元される。以上のことから、第６の例によれば、高温にさらされても第１の強磁性体部２２０の磁化の方向が変化しにくい磁界発生体１００を実現することが可能になる。
【００５４】
図８は、磁界発生部２００の第７の例を示している。第７の例では、複数の磁界発生部２００の各々は、第５の例と同様に、第１の強磁性体部２２０、第１の反強磁性体部２１０および第２の反強磁性体部２３０を含んでいる。また、第１の強磁性体部２２０の複数の構成層には、第５の例と同様に、第１ないし第３の強磁性層２２１，２２２，２２３が含まれている。第１ないし第３の強磁性層２２１〜２２３を構成する強磁性材料は、全て同じでもよいし、全て異なっていてもよいし、２つが同じでもよい。
【００５５】
また、第７の例における複数の構成層には、更に、第１の強磁性層２２１と第２の強磁性層２２２との間に介在する非磁性層２２４と、第２の強磁性層２２２と第３の強磁性層２２３との間に介在する非磁性層２２５とが含まれている。非磁性層２２４，２２５の材料としては、例えばＲｕが用いられる。第１の強磁性層２２１と第２の強磁性層２２２は、非磁性層２２４を介して反強磁性的に交換結合している。第２の強磁性層２２２と第３の強磁性層２２３は、非磁性層２２５を介して反強磁性的に交換結合している。第１および第３の強磁性層２２１，２２３は、第１の強磁性体部２２０の磁化とは反対方向の磁化を有し、第２の強磁性層２２２は、第１の強磁性体部２２０の磁化と同じ方向の磁化を有している。
【００５６】
第７の例では、第２の強磁性層２２２全体における単位毎の磁気モーメントの総和は、第１および第３の強磁性層２２１，２２３の全体における単位毎の磁気モーメントの総和よりも大きい。そのため、第７の例では、第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、第２の強磁性層２２２の磁化の方向と一致する。
【００５７】
図９は、磁界発生部２００の第８の例を示している。第８の例では、複数の磁界発生部２００の各々は、第５の例と同様に、第１の強磁性体部２２０、第１の反強磁性体部２１０および第２の反強磁性体部２３０を含んでいる。また、第１の強磁性体部２２０の複数の構成層には、第５の例と同様に、第１ないし第３の強磁性層２２１，２２２，２２３が含まれている。第１ないし第３の強磁性層２２１〜２２３を構成する強磁性材料は、全て同じでもよいし、全て異なっていてもよいし、２つが同じでもよい。
【００５８】
第１の反強磁性体部２１０は、互いに反対側に向いた第１の面２１０ａと第２の面２１０ｂとを有している。第１の強磁性体部２２０は、第１の反強磁性体部２１０の第１の面２１０ａに接している。第８の例における複数の磁界発生部２００の各々は、更に、第１の反強磁性体部２１０の第２の面２１０ｂに接して第１の反強磁性体部２１０と交換結合する第２の強磁性体部２４０を含んでいる。第２の強磁性体部２４０は、第２の強磁性体部２４０全体としての磁化を有している。以下、第２の強磁性体部２４０全体としての磁化を、単に第２の強磁性体部２４０の磁化と言う。第２の強磁性体部２４０の磁化の方向は、第１の強磁性体部２２０の磁化の方向と同じである。
【００５９】
第２の強磁性体部２４０は、互いに反対側に向いた第１の面２４０ａと第２の面２４０ｂを有している。第２の強磁性体部２４０の第１の面２４０ａは、第１の反強磁性体部２１０の第２の面２１０ｂに接している。第８の例における複数の磁界発生部２００の各々は、更に、第２の強磁性体部２４０の第２の面２４０ｂに接して第２の強磁性体部２４０と交換結合する第３の反強磁性体部２５０を含んでいる。第１ないし第３の反強磁性体部２１０，２３０，２５０を構成する反強磁性材料は、全て同じでもよいし、全て異なっていてもよいし、２つが同じでもよい。
【００６０】
第２の強磁性体部２４０は、積層された複数の構成層を含んでいる。複数の構成層には、第１の反強磁性体部２１０に接する第１の強磁性層２４１と、第１の強磁性層２４１よりも第１の反強磁性体部２１０からより遠い位置にある第２の強磁性層２４２と、第１および第２の強磁性層２４１，２４２よりも第１の反強磁性体部２１０からより遠い位置にあり第３の反強磁性体部２５０に接する第３の強磁性層２４３とが含まれている。第１ないし第３の強磁性層２４１〜２４３を構成する強磁性材料は、全て同じでもよいし、全て異なっていてもよいし、２つが同じでもよい。
【００６１】
第８の例の磁界発生部２００は、同じ方向の磁化を有する２つの強磁性体部２２０，２４０を含んでいる。これにより、第８の例によれば、外乱磁界に対する磁界発生体１００の耐性を高めることができる。また、第８の例では、１つの反強磁性体部２１０によって２つの強磁性体部２２０，２４０の磁化の方向を同じ方向に規定することができる。そのため、第８の例では、同じ方向の磁化を有する２つの強磁性体部２２０，２４０を効率よく作製することができる。
【００６２】
第８の例において、図９に示した第１の強磁性体部２２０の代わりに、図３に示した第１の例における第１の強磁性体部２２０を用いてもよいし、図８に示した第７の例における第１の強磁性体部２２０を用いてもよい。また、図９に示した第２の強磁性体部２４０の代わりに、図３に示した第１の例における第１の強磁性体部２２０と同様の構成の強磁性体部を用いてもよいし、図８に示した第７の例における第１の強磁性体部２２０と同様の構成の強磁性体部を用いてもよい。また、本実施の形態における磁界発生部２００の構成は、図９に示した磁界発生部２００の構成から第２および第３の反強磁性体部２３０，２５０を除いた構成であってもよい。
【００６３】
次に、図１０および図１１を参照して、本実施の形態における磁気センサ４の構成の一例について説明する。図１０は、磁気センサ４の斜視図である。図１１は、磁気センサ４の回路図である。磁気センサ４は、４つの磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記す。）１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄと、図示しない基板と、２つの上部電極３１，３２と、２つの下部電極４１，４２とを備えている。下部電極４１，４２は、図示しない基板の上に配置されている。
【００６４】
上部電極３１は、基部３１０と、基部３１０から二又に分岐した枝部３１１，３１２を有している。上部電極３２は、基部３２０と、基部３２０から二又に分岐した枝部３２１，３２２を有している。下部電極４１は、基部４１０と、基部４１０から二又に分岐した枝部４１１，４１２を有している。下部電極４２は、基部４２０と、基部４２０から二又に分岐した枝部４２１，４２２を有している。上部電極３１の枝部３１１は、下部電極４１の枝部４１１に対向している。上部電極３１の枝部３１２は、下部電極４２の枝部４２１に対向している。上部電極３２の枝部３２１は、下部電極４１の枝部４１２に対向している。上部電極３２の枝部３２２は、下部電極４２の枝部４２２に対向している。
【００６５】
ＭＲ素子１０Ａは、下部電極４１の枝部４１１と上部電極３１の枝部３１１の間に配置されている。ＭＲ素子１０Ｂは、下部電極４２の枝部４２１と上部電極３１の枝部３１２の間に配置されている。ＭＲ素子１０Ｃは、下部電極４２の枝部４２２と上部電極３２の枝部３２２の間に配置されている。ＭＲ素子１０Ｄは、下部電極４１の枝部４１２と上部電極３２の枝部３２１の間に配置されている。
【００６６】
図１０に示したように、上部電極３１の基部３１０は、第１の出力ポートＥ１を含んでいる。上部電極３２の基部３２０は、第２の出力ポートＥ２を含んでいる。下部電極４１の基部４１０は、電源ポートＶを含んでいる。下部電極４２の基部４２０は、グランドポートＧを含んでいる。
【００６７】
ＭＲ素子１０ＡとＭＲ素子１０Ｂは、上部電極３１を介して直列に接続されている。ＭＲ素子１０ＣとＭＲ素子１０Ｄは、上部電極３２を介して直列に接続されている。
【００６８】
図１１に示したように、ＭＲ素子１０Ａの一端は、電源ポートＶに接続されている。ＭＲ素子１０Ａの他端は、第１の出力ポートＥ１に接続されている。ＭＲ素子１０Ｂの一端は、第１の出力ポートＥ１に接続されている。ＭＲ素子１０Ｂの他端は、グランドポートＧに接続されている。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂは、ハーフブリッジ回路を構成している。ＭＲ素子１０Ｃの一端は、第２の出力ポートＥ２に接続されている。ＭＲ素子１０Ｃの他端は、グランドポートＧに接続されている。ＭＲ素子１０Ｄの一端は、電源ポートＶに接続されている。ＭＲ素子１０Ｄの他端は、第２の出力ポートＥ２に接続されている。ＭＲ素子１０Ｃ，１０Ｄは、ハーフブリッジ回路を構成している。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、ホイートストンブリッジ回路を構成している。
【００６９】
電源ポートＶには、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートＧはグランドに接続される。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの各々の抵抗値は、検出対象の磁界に応じて変化する。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｃの抵抗値は、同じ位相で変化する。ＭＲ素子１０Ｂ，１０Ｄの抵抗値は、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｃの抵抗値とは１８０°異なる位相で変化する。第１の出力ポートＥ１は、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂの接続点の電位に対応した第１の検出信号を出力する。第２の出力ポートＥ２は、ＭＲ素子１０Ｄ，１０Ｃの接続点の電位に対応した第２の検出信号を出力する。第１および第２の検出信号は、検出対象の磁界に応じて変化する。第２の検出信号は、第１の検出信号とは位相が１８０°異なる。磁気センサ４の出力信号は、第１の検出信号と第２の検出信号の差を求めることを含む演算によって生成される。例えば、磁気センサ４の出力信号は、第１の検出信号から第２の検出信号を引いて得られる信号に所定のオフセット電圧を加えることによって生成される。この磁気センサ４の出力信号は、検出対象の磁界に応じて変化する。
【００７０】
次に、図１２を参照して、ＭＲ素子１０Ａ〜１０Ｄの構成の一例について説明する。図１２は、ＭＲ素子１０Ａ〜１０Ｄの構成の一例を示す側面図である。なお、以下の説明では、任意のＭＲ素子、上部電極および下部電極については、それぞれ、符号１０，３０，４０を付して表す。本実施の形態では、ＭＲ素子１０として、スピンバルブ型のＭＲ素子を用いている。ＭＲ素子１０は、少なくとも、方向が固定された磁化を有する磁化固定層１３と、検出対象の磁界に応じて磁化が変化する自由層１５と、磁化固定層１３と自由層１５の間に配置された非磁性層１４とを有している。
【００７１】
図１２に示した例では、ＭＲ素子１０は、更に、下地層１１、反強磁性層１２および保護層１６を有している。この例では、下地層１１、反強磁性層１２、磁化固定層１３、非磁性層１４、自由層１５および保護層１６が、下部電極４０側からこの順に、Ｚ方向に沿って積層されている。下地層１１と保護層１６は、導電性を有している。下地層１１は、図示しない基板の結晶軸の影響を排除し、下地層１１の上に形成される各層の結晶性や配向性を向上させるために用いられる。下地層１１の材料としては、例えばＴａやＲｕが用いられる。反強磁性層１２は、磁化固定層１３との交換結合により、磁化固定層１３における磁化の方向を固定する層である。反強磁性層１２は、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ等の反強磁性材料によって形成されている。
【００７２】
磁化固定層１３では、反強磁性層１２との交換結合により、磁化の方向が固定されている。図１２に示した例では、磁化固定層１３は、反強磁性層１２の上に順に積層されたアウター層１３１、非磁性中間層１３２およびインナー層１３３を有し、いわゆるシンセティック固定層になっている。アウター層１３１とインナー層１３３は、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＮｉＦｅ等の強磁性材料によって形成されている。アウター層１３１は、反強磁性層１２との交換結合により、磁化の方向が固定されている。アウター層１３１とインナー層１３３は、反強磁性的に結合し、磁化の方向が互いに逆方向に固定されている。非磁性中間層１３２は、アウター層１３１とインナー層１３３の間に反強磁性交換結合を生じさせ、アウター層１３１の磁化の方向とインナー層１３３の磁化の方向を互いに逆方向に固定する。非磁性中間層１３２は、Ｒｕ等の非磁性材料によって形成されている。磁化固定層１３がアウター層１３１、非磁性中間層１３２およびインナー層１３３を有する場合には、磁化固定層１３の磁化の方向とは、インナー層１３３の磁化の方向を指す。
【００７３】
ＭＲ素子１０がＴＭＲ素子である場合には、非磁性層１４はトンネルバリア層である。トンネルバリア層は、例えば、マグネシウム層の一部または全体を酸化させて形成したものであってもよい。ＭＲ素子１０がＧＭＲ素子である場合には、非磁性層１４は非磁性導電層である。自由層１５は、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ等の軟磁性材料によって形成されている。保護層１６は、その下の各層を保護するための層である。保護層１６の材料としては、Ｔａ、Ｒｕ、Ｗ、Ｔｉ等が用いられる。
【００７４】
下地層１１は下部電極４０に接続され、保護層１６は上部電極３０に接続されている。ＭＲ素子１０には、下部電極４０と上部電極３０によって、電流が供給されるようになっている。この電流は、ＭＲ素子１０を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子１０を構成する各層の面に対して垂直な方向であるＺ方向に流れる。
【００７５】
ＭＲ素子１０では、自由層１５に印加される磁界に応じて、自由層１５の磁化が変化する。より詳しく説明すると、自由層１５に印加される磁界の方向および大きさに応じて、自由層１５の磁化の方向および大きさが変化する。ＭＲ素子１０の抵抗値は、自由層１５の磁化の方向および大きさによって変化する。例えば、自由層１５の磁化の大きさが一定の場合には、自由層１５の磁化の方向が磁化固定層１３の磁化の方向と同じであるときに、ＭＲ素子１０の抵抗値は最小値となり、自由層１５の磁化の方向が磁化固定層１３の磁化の方向とは反対方向であるときに、ＭＲ素子１０の抵抗値は最大値となる。
【００７６】
なお、図１０には、ＭＲ素子１０の形状が円柱形状である例を示している。しかし、ＭＲ素子１０の形状は、直方体形状等の他の形状であってもよい。
【００７７】
次に、図１０および図１１を参照して、ＭＲ素子１０Ａ〜１０Ｄの各々の磁化固定層１３の磁化の方向について説明する。図１０および図１１において、ＭＲ素子１０Ａ〜１０Ｄ内の塗りつぶした矢印は、ＭＲ素子１０Ａ〜１０Ｄにおける磁化固定層１３の磁化の方向を表している。ここで、図１０および図１１に示したように、第３の方向Ｄ３および第４の方向Ｄ４を定義する。本実施の形態では、第３および第４の方向Ｄ３，Ｄ４は、それぞれ、Ｘ方向に平行な特定の一方向である。図１０および図１１では、第３の方向Ｄ３は、右側に向かう方向である。第４の方向Ｄ４は、第３の方向Ｄ３とは反対の方向である。
【００７８】
図１０および図１１に示したように、ＭＲ素子１０Ａにおける磁化固定層１３の磁化の方向は、第４の方向Ｄ４であり、ＭＲ素子１０Ｂにおける磁化固定層１３の磁化の方向は、第３の方向Ｄ３である。この場合、第３および第４の方向Ｄ３，Ｄ４に平行な方向すなわちＸ方向についての検出対象の磁界の成分の強度に応じて、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂの接続点の電位が変化する。第１の出力ポートＥ１は、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂの接続点の電位に対応した第１の検出信号を出力する。第１の検出信号は、Ｘ方向についての検出対象の磁界の成分の強度を表している。
【００７９】
また、図１０および図１１に示したように、ＭＲ素子１０Ｃにおける磁化固定層１３の磁化の方向は、第４の方向Ｄ４であり、ＭＲ素子１０Ｄにおける磁化固定層１３の磁化の方向は、第３の方向Ｄ３である。この場合、第３および第４の方向Ｄ３，Ｄ４に平行な方向すなわちＸ方向についての検出対象の磁界の成分の強度に応じて、ＭＲ素子１０Ｃ，１０Ｄの接続点の電位が変化する。第２の出力ポートＥ２は、ＭＲ素子１０Ｃ，１０Ｄの接続点の電位に対応した第２の検出信号を出力する。第２の検出信号は、Ｘ方向についての検出対象の磁界の成分の強度を表している。
【００８０】
ＭＲ素子１０ＡとＭＲ素子１０Ｄでは、それらに含まれる磁化固定層１３の磁化の方向が互いに反対方向である。また、ＭＲ素子１０ＢとＭＲ素子１０Ｃでは、それらに含まれる磁化固定層１３の磁化の方向が互いに反対方向である。そのため、第１の検出信号に対する第２の検出信号の位相差は１８０°になる。
【００８１】
なお、ＭＲ素子１０Ａ〜１０Ｄにおける磁化固定層１３の磁化の方向は、ＭＲ素子の作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。
【００８２】
次に、本実施の形態に係る磁界発生体１００および磁気センサシステムの作用および効果について説明する。本実施の形態では、複数の磁界発生部２００の各々は、第１の強磁性体部２２０と第１の反強磁性体部２１０とを備え、第１の反強磁性体部２１０は、第１の強磁性体部２２０と交換結合している。これにより、第１の強磁性体部２２０の磁化の方向が規定される。
【００８３】
ここで、比較例の磁界発生体および磁気センサシステムと比較しながら、本実施の形態に係る磁界発生体１００および磁気センサシステムの効果について説明する。比較例の磁界発生体は、本実施の形態における複数の磁界発生部２００の代わりに、それぞれ永久磁石によって構成された複数の磁界発生部を備えた磁界発生体である。比較例の磁気センサシステムは、本実施の形態に係る磁界発生体１００の代わりに、比較例の磁界発生体を用いた磁気センサシステムである。
【００８４】
まず、図１３と図１４を参照して、永久磁石の磁化曲線と磁界発生部２００の磁化曲線とを比較する。図１３は、永久磁石の磁化曲線を示す特性図である。図１４は、１つの磁界発生部２００の磁化曲線を示す特性図である。図１３および図１４において、横軸は磁界を示し、縦軸は磁化を示している。磁界と磁化のいずれに関しても、所定の方向についての大きさを正の値で表し、所定の方向とは反対方向についての大きさを負の値で表す。また、磁化曲線中の矢印は、磁界の変化の方向を表している。また、符号ＨＳで示した磁界の範囲は、検出対象の磁界の範囲を表している。
【００８５】
比較例の磁気センサシステムは、検出対象の磁界の強度が永久磁石の保磁力を超えないという条件の下で使用される。しかし、磁気センサシステムは、様々な環境で使用され得るため、永久磁石の保磁力を超える強度の外乱磁界が、一時的に永久磁石に印加されることが起こり得る。永久磁石の保磁力を超える強度の外乱磁界が、一時的に永久磁石に印加されると、永久磁石の磁化の方向が、当初の方向から変化し、外乱磁界がなくなっても当初の方向から変化したままになる場合がある。例えば、図１３に示したように、検出対象の磁界の範囲ＨＳを超える正の値の外乱磁界が一時的に永久磁石に印加された場合には、外乱磁界がなくなった後で、永久磁石の磁化の方向は正の方向に固定される。一方、検出対象の磁界の範囲ＨＳを超える負の値の外乱磁界が一時的に永久磁石に印加された場合には、外乱磁界がなくなった後で、永久磁石の磁化の方向は負の方向に固定される。このようなことから、比較例の磁気センサシステムでは、永久磁石の保磁力を超える強度の外乱磁界が、一時的に永久磁石に印加されると、磁界発生体が発生する磁界の方向が所望の方向から変化してしまう場合がある。
【００８６】
これに対し、本実施の形態における磁界発生部２００では、図１４から理解されるように、第１の強磁性体部２２０の磁化の方向を反転させるほど大きな強度の外乱磁界が一時的に印加されても、そのような外乱磁界がなくなれば、第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、当初の方向に戻る。このように、本実施の形態に係る磁界発生体１００は、外乱磁界に対する耐性が高い。この効果は、磁界発生部２００の第５ないし第８の例のように、磁界発生部２００が複数の反強磁性体部を備えることによって増強される。
【００８７】
また、本実施の形態に係る磁界発生体１００は、隣接する２つの磁界発生部２００の間の距離を大きくしなくても、容易に作製することが可能である。本実施の形態に係る磁界発生体１００の作製は、例えば以下の第１および第２の方法で行われる。始めに、第１の方法について説明する。第１の方法では、第１の強磁性体部２２０の磁化が第１の方向Ｄ１に設定された複数の磁界発生部２００Ａ（図２参照）と、第１の強磁性体部２２０の磁化が第２の方向Ｄ２に設定された複数の磁界発生部２００Ｂ（図２参照）を、別々の工程で形成する。複数の磁界発生部２００Ａの形成は、第１の方向Ｄ１の磁界を印加しながら行われる。これにより、複数の磁界発生部２００Ａの各々における第１の強磁性体部２２０の磁化が第１の方向Ｄ１に設定される。同様に、複数の磁界発生部２００Ｂの形成は、第２の方向Ｄ２の磁界を印加しながら行われる。これにより、複数の磁界発生部２００Ｂの各々における第１の強磁性体部２２０の磁化が第２の方向Ｄ２に設定される。
【００８８】
ここで、例えば、複数の磁界発生部２００Ａを先の工程で形成し、複数の磁界発生部２００Ｂを後の工程で形成する場合について考える。この場合、複数の磁界発生部２００Ｂを形成する工程では、既に形成されている複数の磁界発生部２００Ａに、第２の方向Ｄ２の方向の磁界が印加される。このとき、一時的に、複数の磁界発生部２００Ａの第１の強磁性体部２２０の磁化の方向が反転したとしても、第２の方向Ｄ２の磁界がなくなれば、複数の磁界発生部２００Ａの第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、第１の方向Ｄ１に戻る。
【００８９】
次に、第２の方法について説明する。第２の方法では、まず、第１の強磁性体部２２０の磁化が所定の方向に設定されていない複数の初期磁界発生部を備えた初期磁界発生体を作製する。複数の初期磁界発生部には、複数の磁界発生部２００Ａとなる予定の複数の第１の初期磁界発生部と、複数の磁界発生部２００Ｂとなる予定の複数の第２の初期磁界発生部が含まれている。
【００９０】
次に、複数の第１の初期磁界発生部の各々に対して第１の方向Ｄ１の磁界を印加しながら、複数の第１の初期磁界発生部の各々の温度を、複数の第１の初期磁界発生部の各々に含まれる反強磁性体部２１０のブロッキング温度よりも高い温度まで上昇させた後、下降させる。これにより、複数の第１の初期磁界発生部の各々における第１の強磁性体部２２０の磁化が第１の方向Ｄ１に設定され、複数の第１の初期磁界発生部は複数の磁界発生部２００Ａになる。
【００９１】
次に、複数の第２の初期磁界発生部の各々に対して第２の方向Ｄ２の磁界を印加しながら、複数の第２の初期磁界発生部の各々の温度を、複数の第２の初期磁界発生部の各々に含まれる反強磁性体部２１０のブロッキング温度よりも高い温度まで上昇させた後、下降させる。これにより、複数の第２の初期磁界発生部の各々における第１の強磁性体部２２０の磁化が第２の方向Ｄ２に設定され、複数の第２の初期磁界発生部は複数の磁界発生部２００Ｂになる。なお、複数の磁界発生部２００Ｂを形成した後に、複数の磁界発生部２００Ａを形成してもよい。
【００９２】
第１の方法と第２の方法のいずれにおいても、隣接する２つの磁界発生部２００の間の距離を大きくしなくても、容易に、隣接する２つの磁界発生部２００の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向を設定することが可能である。
【００９３】
以上のことから、本実施の形態によれば、複数の磁界発生部２００が所望のパターンに配列され、且つ外乱磁界に対する耐性が高い磁界発生体１００、ならびにこの磁界発生体１００を含む磁気センサシステムを実現することができる。また、本実施の形態によれば、隣接する２つの磁界発生部２００の間の距離を小さくすることによって、磁気センサシステムの分解能を向上させることができる。
【００９４】
［第２の実施の形態］
次に、図１５を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１５は、本実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。本実施の形態に係る磁気センサシステムは、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態に係る磁気センサシステムは、第１の実施の形態におけるスケール１の代わりに、スケール２を備えている。スケール２は、本実施の形態に係る磁界発生体３００で構成された環状の回転スケールである。磁界発生体３００は、所定のパターンに配列されて複数の外部磁界を発生する複数の磁界発生部４００を備えている。複数の磁界発生部４００は、外周部３００ａと内周部３００ｂを有する集合体を構成するように、環状に配列されている。外周部３００ａは、磁界発生体３００の外周部でもある。内周部３００ｂは、磁界発生体３００の内周部でもある。
【００９５】
複数の磁界発生部４００の形状は、例えば、肉厚の円筒を、その円筒の中心軸Ｃを通る１つ以上の平面で切断してＮ等分（Ｎは２以上の偶数）してできる形状である。図１５に示した例では、Ｎすなわち複数の磁界発生部４００の数は６である。
【００９６】
磁気センサ４は、外周部３００ａに対向する位置に配置されている。スケール２は、回転動作をする図示しない動作体に連動し、中心軸Ｃを中心として回転方向Ｄに回転する。これにより、スケール２と磁気センサ４との相対的位置関係は、回転方向Ｄに変化する。磁気センサシステムは、スケール２と磁気センサ４との相対的位置関係に関連する物理量を検出する。具体的には、磁気センサシステムは、上記物理量として、スケール２と連動する上記動作体の回転位置や回転速度等を検出する。
【００９７】
複数の磁界発生部４００の各々の内部構成は、第１の実施の形態における複数の磁界発生部２００の各々の内部構成と同様である。すなわち、複数の磁界発生部４００の各々は、第１の強磁性体部と第１の反強磁性体部を含んでいる。第１の強磁性体部と第１の反強磁性体部は、中心軸Ｃに平行な方向に沿って積層されている。磁界発生部４００のその他の構成は、第１の実施の形態で説明した磁界発生部２００の第１ないし第８の例のいずれかと同様である。
【００９８】
図１５において、白抜きの矢印は、第１の強磁性体部の磁化の方向を表している。また、図１５において、符号４００Ａ，４００Ｂは、複数の磁界発生部４００における任意の隣接する２つの磁界発生部を示している。図１５に示したように、２つの磁界発生部４００Ａ，４００Ｂは、第１の強磁性体部の磁化の方向が互いに異なるものである。本実施の形態では特に、磁界発生部４００Ａの第１の強磁性体部の磁化の方向は、外周部３００ａから内周部３００ｂに向かう方向である。磁界発生部４００Ｂの第１の強磁性体部の磁化の方向は、内周部３００ｂから外周部３００ａに向かう方向である。
【００９９】
ここで、外周部３００ａから内周部３００ｂに向かう磁化の方向を第１の方向とし、内周部３００ｂから外周部３００ａに向かう磁化の方向を第２の方向とする。本実施の形態では、第１の強磁性体部の磁化の方向が第１の方向と第２の方向に交互に切り替わるように、複数の磁界発生部４００が配列されている。
【０１００】
スケール２と磁気センサ４との相対的位置関係が変化すると、磁気センサ４の検出対象の磁界、すなわち複数の磁界発生部４００が発生する複数の外部磁界の一部に基づいて磁気センサ４に印加される磁界の方向が変化する。図１５に示した例では、検出対象の磁界の方向は、中心軸Ｃに直交する平面内において、磁気センサ４が配置されている位置を中心として回転する。図１５に示した例では特に、スケール２が１回転すると、検出対象の磁界の方向は６回転すなわち６周期変化する。
【０１０１】
本実施の形態における磁気センサ４の構成は、第１の実施の形態における図１０および図１１に示した例と同じである。なお、本実施の形態では、磁気センサ４は、図１０ないし図１２に示したＺ方向が、磁気センサ４が配置された位置から中心軸Ｃに対して垂直に引いた直線と平行またはほぼ平行になり、図１０ないし図１２に示したＸ方向が、中心軸Ｃに直交する平面に対して平行またはほぼ平行になる姿勢で、外周部３００ａに対向する位置に配置されている。
【０１０２】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１０３】
［第３の実施の形態］
次に、図１６を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１６は、本実施の形態における磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。本実施の形態における磁気センサシステムは、リニアスケールであるスケール１と、本実施の形態に係る磁気センサ５とを備えている。スケール１と磁気センサ５との位置関係、ならびに磁気センサ５に対するスケール１の相対的な動作は、第１の実施の形態におけるスケール１と磁気センサ４の位置関係、ならびに磁気センサ４に対するスケール１の相対的な動作と同様である。
【０１０４】
本実施の形態では、スケール１は、磁界発生体５００によって構成されている。磁界発生体５００は、所定のパターンに配列されて複数の外部磁界を発生する複数の磁界発生部６００を備えている。本実施の形態では、複数の磁界発生部６００は、一列に配列されている。複数の磁界発生部６００の構成は、第１の実施の形態における複数の磁界発生部２００の構成と同じであってもよい。あるいは、複数の磁界発生部６００の各々は、永久磁石によって構成されていてもよい。複数の磁界発生部６００の磁化の方向は、交互に切り替わるように設定されている。
【０１０５】
次に、図１７および図１８を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ５について説明する。図１７は、磁気センサ５の回路図である。図１８は、磁気センサ５の一部を示す断面図である。磁気センサ５は、検出対象の磁界を検出する複数の磁気検出素子と、複数の磁気検出素子に印加される複数のバイアス磁界を発生するバイアス磁界発生体８とを備えている。本実施の形態では、複数の磁気検出素子の各々は、ＭＲ素子である。
【０１０６】
バイアス磁界発生体８は、本実施の形態に係る磁界発生体９によって構成されている。磁界発生体９は、所定のパターンに配列されて複数の外部磁界を発生する複数の磁界発生部を備えている。本実施の形態おける複数の磁界発生部の各々の構成は、基本的には、第１の実施の形態における複数の磁界発生部２００の各々の構成と同様である。すなわち、本実施の形態おける複数の磁界発生部の各々は、少なくとも第１の強磁性体部と第１の反強磁性体部を含んでいる。以下、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、第１の強磁性体部を符号２２０で表し、第１の反強磁性体部を符号２１０で表す。上記複数のバイアス磁界の各々は、複数の磁界発生部のうちの少なくとも１つの磁界発生部における第１の強磁性体部２２０の磁化に起因するものである。
【０１０７】
本実施の形態では特に、磁気センサ５の複数のＭＲ素子には、直列に接続された２つのＭＲ素子１０１，１０２と、直列に接続された２つのＭＲ素子１１１，１１２が含まれている。ＭＲ素子１０１，１１１は、いずれも、本発明における第１の磁気検出素子に対応する。ＭＲ素子１０２，１１２は、いずれも、本発明における第２の磁気検出素子に対応する。
【０１０８】
また、本実施の形態では、磁界発生体９の複数の磁界発生部には、２つの第１の磁界発生部２０１，２１１と、２つの第２の磁界発生部２０２，２１２が含まれている。
【０１０９】
図１８に示したように、磁気センサ５は、更に、基板５１と、２つの上部電極３３，３４と、３つの下部電極４３，４４，４５とを備えている。下部電極４３，４４，４５は、基板５１上に、互いに間隔を開けて一列に配列されている。ＭＲ素子１０１は、下部電極４３のうち下部電極４４に最も近い端部の近傍の上に配置されている。ＭＲ素子１０２は、下部電極４４のうち下部電極４３に最も近い端部の近傍の上に配置されている。ＭＲ素子１１１は、下部電極４４のうち下部電極４５に最も近い端部の近傍の上に配置されている。ＭＲ素子１１２は、下部電極４５のうち下部電極４４に最も近い端部の近傍の上に配置されている。磁界発生部２０１，２０２，２１１，２１２は、それぞれ、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２の上に配置されている。上部電極３３は、磁界発生部２０１，２０２の上に配置されている。上部電極３４は、磁界発生部２１１，２１２の上に配置されている。
【０１１０】
磁気センサ５は、更に、絶縁層５２，５３と、保護膜５４とを備えている。絶縁層５２は、基板５１の上において、下部電極４３，４４，４５の周囲に配置されている。絶縁層５３は、下部電極４３，４４，４５および絶縁層５２の上において、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２および磁界発生部２０１，２０２，２１１，２１２の周囲に配置されている。保護膜５４は、上部電極３３，３４および絶縁層５３を覆うように配置されている。
【０１１１】
磁気センサ５は、ハーフブリッジ回路を含んでいる。ハーフブリッジ回路は、直列に接続された第１の磁気検出素子列Ｒ１および第２の磁気検出素子列Ｒ２を含んでいる。図１７に示したように、第１の磁気検出素子列Ｒ１は、ＭＲ素子１０１，１０２によって構成されている。第２の磁気検出素子列Ｒ２は、ＭＲ素子１１１，１１２によって構成されている。磁気センサ５は、更に、電源ポートＶと、グランドポートＧと、出力ポートＥとを含んでいる。第１の磁気検出素子列Ｒ１の一端は、電源ポートＶに接続されている。第１の磁気検出素子列Ｒ１の他端は、出力ポートＥに接続されている。第２の磁気検出素子列Ｒ２の一端は、出力ポートＥに接続されている。第２の磁気検出素子列Ｒ２の他端は、グランドポートＧに接続されている。
【０１１２】
電源ポートＶには、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートＧはグランドに接続される。ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２の各々の抵抗値は、検出対象の磁界に応じて変化する。ＭＲ素子１０１，１０２の抵抗値は、同じ位相で変化する。ＭＲ素子１１１，１１２の抵抗値は、ＭＲ素子１０１，１０２の抵抗値とは１８０°異なる位相で変化する。出力ポートＥは、第１の磁気検出素子列Ｒ１と第２の磁気検出素子列Ｒ２の接続点すなわちＭＲ素子１０２とＭＲ素子１１１の接続点の電位に対応した検出信号を出力する。検出信号は、検出対象の磁界に応じて変化する。磁気センサ５の出力信号は、検出信号を用いて所定の演算を行うことによって生成される。例えば、磁気センサ５の出力信号は、検出信号に所定のオフセット電圧を加えることによって生成される。磁気センサ５の出力信号は、検出対象の磁界に応じて変化する。
【０１１３】
次に、図１９を参照して、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２の各々の構成の一例と、磁界発生部２０１，２０２，２１１，２１２の各々の構成の一例について説明する。図１９は、ＭＲ素子と磁界発生部の構成の一例を示す側面図である。なお、以下の説明では、任意のＭＲ素子、磁界発生部、上部電極および下部電極については、それぞれ、符号１０，２０，３０，４０を付して表す。
【０１１４】
ＭＲ素子１０の構成は、第１の実施の形態と同じである。すなわち、ＭＲ素子１０は、少なくとも、磁化固定層１３と、自由層１５と、非磁性層１４とを有している。図１９に示した例では、ＭＲ素子１０は、更に、下地層１１、反強磁性層１２および保護層１６を有している。この例では、下地層１１、反強磁性層１２、磁化固定層１３、非磁性層１４、自由層１５および保護層１６が、下部電極４０側からこの順に、Ｚ方向に沿って積層されている。
【０１１５】
磁界発生部２０は、少なくとも第１の強磁性体部２２０と第１の反強磁性体部２１０を含んでいる。図１９に示した例では、第１の反強磁性体部２１０と第１の強磁性体部２２０が、ＭＲ素子１０側からこの順に、Ｚ方向に沿って積層されている。なお、図１９には、磁界発生部２０が、第１の実施の形態で説明した磁界発生部２００の第１の例の構成である場合の例を示している。しかし、磁界発生部２０は、第１の実施の形態で説明した磁界発生部２００の第２ないし第８の例のいずれかの構成であってもよい。
【０１１６】
次に、図１７を参照して、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２の各々の磁化固定層１３の磁化の方向について説明する。図１７において、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２内の塗りつぶした矢印は、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２における磁化固定層１３の磁化の方向を表している。ここで、図１７に示したように、第３および第４の方向Ｄ３，Ｄ４を定義する。第３および第４の方向Ｄ３，Ｄ４の定義は、第１の実施の形態と同じである。図１７では、第３の方向Ｄ３は右側に向かう方向である。第４の方向Ｄ４は、第３の方向Ｄ３とは反対の方向である。
【０１１７】
図１７に示したように、ＭＲ素子１０１，１０２の各々における磁化固定層１３の磁化の方向は、第３の方向Ｄ３であり、ＭＲ素子１１１，１１２の各々における磁化固定層１３の磁化の方向は、第４の方向Ｄ４である。この場合、第３および第４の方向Ｄ３，Ｄ４に平行な方向すなわちＸ方向についての検出対象の磁界の成分の強度に応じて、ＭＲ素子１０２，１１１の接続点の電位が変化する。出力ポートＥは、ＭＲ素子１０２，１１１の接続点の電位に対応した検出信号を出力する。検出信号は、Ｘ方向についての検出対象の磁界の成分の強度を表している。
【０１１８】
なお、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２における磁化固定層１３の磁化の方向は、ＭＲ素子の作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。
【０１１９】
次に、図１７を参照して、磁界発生部２０１，２０２，２１１，２１２の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向と、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２に印加されるバイアス磁界について説明する。図１７において、磁界発生部２０１，２０２，２１１，２１２内の二点鎖線の矢印は、磁界発生部２０１，２０２，２１１，２１２における第１の強磁性体部２２０の磁化の方向を表している。
【０１２０】
ここで、図１７に示したように、第５の方向Ｄ５および第６の方向Ｄ６を定義する。本実施の形態では、第５および第６の方向Ｄ５，Ｄ６は、それぞれ、Ｙ方向に平行な特定の一方向である。図１７では、第５の方向Ｄ５は、上側に向かう方向である。第６の方向Ｄ６は、第５の方向Ｄ５とは反対の方向である。本実施の形態では特に、磁界発生部２０１，２１１における第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、第５の方向Ｄ５である。磁界発生部２０２，２１２における第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、第６の方向Ｄ６である。
【０１２１】
磁気センサ５は、１つのハーフブリッジ回路に対応して設けられた第１および第２の磁界発生部集合体の組を１つ含んでいる。第１の磁界発生部集合体は、磁界発生部２０１，２０２を含み、第１の磁気検出素子列Ｒ１を構成するＭＲ素子１０１，１０２に印加される２つのバイアス磁界を発生する。第２の磁界発生部集合体は、磁界発生部２１１，２１２を含み、第２の磁気検出素子列Ｒ２を構成するＭＲ素子１１１，１１２に印加される２つのバイアス磁界を発生する。
【０１２２】
ＭＲ素子１０１に印加されるバイアス磁界は、磁界発生部２０１の第１の強磁性体部２２０の磁化に起因する。ＭＲ素子１０２に印加されるバイアス磁界は、磁界発生部２０２の第１の強磁性体部２２０の磁化に起因する。ＭＲ素子１０１の位置におけるバイアス磁界の主成分の方向は、磁界発生部２０１の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向とは反対の方向、すなわち第６の方向Ｄ６である。ＭＲ素子１０２の位置におけるバイアス磁界の主成分の方向は、磁界発生部２０２の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向とは反対の方向、すなわち第５の方向Ｄ５である。
【０１２３】
磁界発生部２０１の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向（第５の方向Ｄ５）は、ＭＲ素子１０１の磁化固定層１３の磁化の方向（第３の方向Ｄ３）と交差する。磁界発生部２０２の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向（第６の方向Ｄ６）は、ＭＲ素子１０２の磁化固定層１３の磁化の方向（第３の方向Ｄ３）と交差する。
【０１２４】
ＭＲ素子１１１に印加されるバイアス磁界は、磁界発生部２１１の第１の強磁性体部２２０の磁化に起因する。ＭＲ素子１１２に印加されるバイアス磁界は、磁界発生部２１２の第１の強磁性体部２２０の磁化に起因する。ＭＲ素子１１１の位置におけるバイアス磁界の主成分の方向は、磁界発生部２１１の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向とは反対の方向、すなわち第６の方向Ｄ６である。ＭＲ素子１１２の位置におけるバイアス磁界の主成分の方向は、磁界発生部２１２の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向とは反対の方向、すなわち第５の方向Ｄ５である。
【０１２５】
磁界発生部２１１の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向（第５の方向Ｄ５）は、ＭＲ素子１１１の磁化固定層１３の磁化の方向（第４の方向Ｄ４）と交差する。磁界発生部２１２の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向（第６の方向Ｄ６）は、ＭＲ素子１１２の磁化固定層１３の磁化の方向（第４の方向Ｄ４）と交差する。
【０１２６】
バイアス磁界は、磁化固定層１３の磁化の方向に平行な方向（Ｘ方向）についての検出対象の磁界の成分の強度が０になるときに、自由層１５を単磁区化し、且つ自由層１５の磁化の方向を一定の方向に向かせるために用いられる。
【０１２７】
本実施の形態では、第１の磁界発生部集合体を構成する磁界発生部２０１，２０２は、第１の強磁性体部２２０の磁化の方向が互いに異なるものである。本実施の形態では特に、ＭＲ素子１０１に印加されるバイアス磁界の主成分の方向と、ＭＲ素子１０２に印加されるバイアス磁界の主成分の方向とが、互いに反対方向になるように、磁界発生部２０１，２０２が構成されている。これにより、本実施の形態によれば、第１の磁気検出素子列Ｒ１において、ＭＲ素子１０１の感度等に与えるバイアス磁界の影響と、ＭＲ素子１０２の感度等に与えるバイアス磁界の影響とを相殺することができる。その結果、本実施の形態によれば、バイアス磁界に起因して第１の磁気検出素子列Ｒ１の特性が所望の特性と異なるようになることを防止することができる。
【０１２８】
同様に、本実施の形態では、第２の磁界発生部集合体を構成する磁界発生部２１１，２１２は、第１の強磁性体部２２０の磁化の方向が互いに異なるものである。本実施の形態では特に、本実施の形態では、ＭＲ素子１１１に印加されるバイアス磁界の主成分の方向と、ＭＲ素子１１２に印加されるバイアス磁界の主成分の方向とが、互いに反対方向になるように、磁界発生部２１１，２１２が構成されている。これにより、本実施の形態によれば、第２の磁気検出素子列Ｒ２において、ＭＲ素子１１１の感度等に与えるバイアス磁界の影響と、ＭＲ素子１１２の感度等に与えるバイアス磁界の影響とを相殺することができる。その結果、本実施の形態によれば、バイアス磁界に起因して第２の磁気検出素子列Ｒ２の特性が所望の特性と異なるようになることを防止することができる。
【０１２９】
本実施の形態に係る磁界発生体９は、第１の実施の形態に係る磁界発生体１００と同様の方法によって作製することができる。第１の実施の形態で説明したように、隣接する２つの磁界発生部の間の距離を大きくしなくても、隣接する２つの磁界発生部の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向を設定することは容易である。本実施の形態によれば、磁界発生部２０１，２０２，２１１，２１２が所望のパターンに配列され、且つ外乱磁界に対する耐性が高い磁界発生体９、ならびにこの磁界発生体９を含む磁気センサ５を実現することができる。また、本実施の形態によれば、隣接する２つの磁界発生部の間の距離を小さくすることによって、磁界発生部２０１，２０２，２１１，２１２の配置の自由度を向上させたり、磁界発生部２０１，２０２，２１１，２１２の占有面積を減少させたりすることができる。
【０１３０】
［変形例］
次に、図２０を参照して、本実施の形態における磁気センサシステムの変形例について説明する。図２０は、本実施の形態における磁気センサシステムの変形例の概略の構成を示す斜視図である。変形例では、磁気センサシステムは、図１６に示したスケール１の代わりに、環状の回転スケールであるスケール２を備えている。スケール２と磁気センサ５との位置関係、ならびに磁気センサ５に対するスケール２の相対的な動作は、第２の実施の形態におけるスケール２と磁気センサ４との位置関係、ならびに磁気センサ４に対するスケール２の相対的な動作と同様である。
【０１３１】
スケール２は、磁界発生体７００によって構成されている。磁界発生体７００は、所定のパターンに配列されて複数の外部磁界を発生する複数の磁界発生部８００を備えている。変形例では、複数の磁界発生部８００は、第２の実施の形態における複数の磁界発生部４００と同様に、外周部と内周部を有する集合体を構成するように、環状に配列されている。図２０に示した例では、複数の磁界発生部８００の数は６である。複数の磁界発生部８００の各々の内部構成は、図１６に示した複数の磁界発生部６００の各々の内部構成と同様である。
【０１３２】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１または第２の実施の形態と同様である。
【０１３３】
［第４の実施の形態］
次に、図２１および図２２を参照して、本発明の第４の実施の形態について説明する。図２１は、本実施の形態に係る磁気センサを示す回路図である。図２２は、本実施の形態に係る磁気センサを示す断面図である。本実施の形態に係る磁気センサ５は、以下の点で第３の実施の形態と異なっている。本実施の形態に係る磁気センサ５では、バイアス磁界発生体８（磁界発生体９）の複数の磁界発生部には、２つの第１の磁界発生部２０１，２１１と、２つの第２の磁界発生部２０２，２１２と、２つの第３の磁界発生部２０３，２１３と、２つの第４の磁界発生部２０４，２１４が含まれている。
【０１３４】
図２２に示したように、磁界発生部２０１，２０２は、絶縁層５３に埋め込まれている。図２１および図２２に示したように、磁界発生部２０１と磁界発生部２０２は、それらの間にＭＲ素子１０１が介在するように、Ｙ方向に沿って、所定の間隔を開けて配置されている。同様に、磁界発生部２０３，２０４，２１１〜２１４は、絶縁層５３に埋め込まれている。磁界発生部２０３と磁界発生部２０４は、それらの間にＭＲ素子１０２が介在するように、Ｙ方向に沿って、所定の間隔を開けて配置されている。磁界発生部２１１と磁界発生部２１２は、それらの間にＭＲ素子１１１が介在するように、Ｙ方向に沿って、所定の間隔を開けて配置されている。磁界発生部２１３と磁界発生部２１４は、それらの間にＭＲ素子１１２が介在するように、Ｙ方向に沿って、所定の間隔を開けて配置されている。
【０１３５】
また、図２１に示したように、磁界発生部２０１と磁界発生部２０３は、Ｘ方向に隣接している。磁界発生部２０２と磁界発生部２０４は、Ｘ方向に隣接している。磁界発生部２１１と磁界発生部２１３は、Ｘ方向に隣接している。磁界発生部２１２と磁界発生部２１４は、Ｘ方向に隣接している。
【０１３６】
本実施の形態では、上部電極３３は、ＭＲ素子１０１，１０２の上に配置されている。上部電極３４（図１８参照）は、ＭＲ素子１１１，１１２の上に配置されている。
【０１３７】
次に、図２２を参照して、磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４の各々の構成の一例について説明する。図２２に示したように、磁界発生部２０１，２０２の各々は、少なくとも第１の強磁性体部２２０と第１の反強磁性体部２１０を含んでいる。図２２に示した例では、第１の反強磁性体部２１０と第１の強磁性体部２２０が、Ｚ方向に沿って積層されている。なお、図２２には、磁界発生部２０１，２０２の各々が、第１の実施の形態で説明した磁界発生部２００の第１の例の構成である場合の例を示している。しかし、磁界発生部２０１，２０２の各々は、第１の実施の形態で説明した磁界発生部２００の第２ないし第８の例のいずれかの構成であってもよい。
【０１３８】
図示しないが、磁界発生部２０３，２０４，２１１〜２１４の各々の構成は、磁界発生部２０１，２０２の各々の構成と同じである。上記の磁界発生部２０１，２０２についての説明は、磁界発生部２０３，２０４，２１１〜２１４にも当てはまる。
【０１３９】
次に、図２１を参照して、磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向と、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２に印加されるバイアス磁界について説明する。図２１において、磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４内の白抜きの矢印は、磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４における第１の強磁性体部２２０の磁化の方向を表している。
【０１４０】
ここで、図２１に示したように、第５および第６の方向Ｄ５，Ｄ６を定義する。第５および第６の方向Ｄ５，Ｄ６の定義は、第３の実施の形態と同じである。図２１では、第５の方向Ｄ５は上側に向かう方向である。第６の方向Ｄ６は、第５の方向Ｄ５とは反対の方向である。磁界発生部２０１，２０２，２１１，２１２における第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、第５の方向Ｄ５である。磁界発生部２０３，２０４，２１３，２１４における第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、第６の方向Ｄ６である。
【０１４１】
第３の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、磁気センサ５は、１つのハーフブリッジ回路に対応して設けられた第１および第２の磁界発生部集合体の組を１つ含んでいる。本実施の形態では、第１の磁界発生部集合体は、１組の第１ないし第４の磁界発生部２０１〜２０４を含み、第１の磁気検出素子列Ｒ１を構成するＭＲ素子１０１，１０２に印加される２つのバイアス磁界を発生する。第２の磁界発生部集合体は、他の１組の第１ないし第４の磁界発生部２１１〜２１４を含み、第２の磁気検出素子列Ｒ２を構成するＭＲ素子１１１，１１２に印加される２つのバイアス磁界を発生する。
【０１４２】
ＭＲ素子１０１に印加されるバイアス磁界は、磁界発生部２０１の第１の強磁性体部２２０の磁化と磁界発生部２０２の第１の強磁性体部２２０の磁化とに起因するものである。ＭＲ素子１０２に印加されるバイアス磁界は、磁界発生部２０３の第１の強磁性体部２２０の磁化と磁界発生部２０４の第１の強磁性体部２２０の磁化とに起因するものである。ＭＲ素子１０１の位置におけるバイアス磁界の主成分の方向は、磁界発生部２０１，２０２の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向（第５の方向Ｄ５）と同じ方向である。ＭＲ素子１０２の位置におけるバイアス磁界の主成分の方向は、磁界発生部２０３，２０４の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向（第６の方向Ｄ６）と同じ方向である。
【０１４３】
ＭＲ素子１０１，１０２の各々の磁化固定層１３の磁化の方向は、第３の実施の形態と同じである。ここで、図２１に示したように、第３および第４の方向Ｄ３，Ｄ４を定義する。第３および第４の方向Ｄ３，Ｄ４の方向の定義は、第３の実施の形態と同じである。図２１では、第３の方向Ｄ３は右側に向かう方向である。第４の方向Ｄ４は、第３の方向Ｄ３とは反対の方向である。図２１に示したように、ＭＲ素子１０１，１０２の各々における磁化固定層１３の磁化の方向は、第３の方向Ｄ３である。磁界発生部２０１，２０２の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向（第５の方向Ｄ５）は、ＭＲ素子１０１の磁化固定層１３の磁化の方向（第３の方向Ｄ３）と交差する。磁界発生部２０３，２０４の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向（第６の方向Ｄ６）は、ＭＲ素子１０２の磁化固定層１３の磁化の方向（第３の方向Ｄ３）と交差する。
【０１４４】
ＭＲ素子１１１に印加されるバイアス磁界は、磁界発生部２１１の第１の強磁性体部２２０の磁化と磁界発生部２１２の第１の強磁性体部２２０の磁化とに起因するものである。ＭＲ素子１１２に印加されるバイアス磁界は、磁界発生部２１３の第１の強磁性体部２２０の磁化と磁界発生部２１４の第１の強磁性体部２２０の磁化とに起因するものである。ＭＲ素子１１１の位置におけるバイアス磁界の主成分の方向は、磁界発生部２１１，２１２の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向（第５の方向Ｄ５）と同じ方向である。ＭＲ素子１１２の位置におけるバイアス磁界の主成分の方向は、磁界発生部２１３，２１４の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向（第６の方向Ｄ６）と同じ方向である。
【０１４５】
ＭＲ素子１１１，１１２の各々の磁化固定層１３の磁化の方向は、第３の実施の形態と同じである。図２１に示したように、ＭＲ素子１１１，１１２の各々における磁化固定層１３の磁化の方向は、第４の方向Ｄ４である。磁界発生部２１１，２１２の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向（第５の方向Ｄ５）は、ＭＲ素子１１１の磁化固定層１３の磁化の方向（第４の方向Ｄ４）と交差する。磁界発生部２１３，２１４の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向（第６の方向Ｄ６）は、ＭＲ素子１１２の磁化固定層１３の磁化の方向（第４の方向Ｄ４）と交差する。
【０１４６】
本実施の形態では、磁界発生部２０１，２０３は、隣接し、且つ第１の強磁性体部２２０の磁化の方向が互いに異なるものである。磁界発生部２０２，２０４は、隣接し、且つ第１の強磁性体部２２０の磁化の方向が互いに異なるものである。本実施の形態では特に、ＭＲ素子１０１に印加されるバイアス磁界の主成分の方向と、ＭＲ素子１０２に印加されるバイアス磁界の主成分の方向とが、互いに反対方向になるように、磁界発生部２０１〜２０４が構成されている。これにより、本実施の形態によれば、第１の磁気検出素子列Ｒ１において、ＭＲ素子１０１の感度等に与えるバイアス磁界の影響と、ＭＲ素子１０２の感度等に与えるバイアス磁界の影響とを相殺することができる。その結果、本実施の形態によれば、バイアス磁界に起因して第１の磁気検出素子列Ｒ１の特性が所望の特性と異なるようになることを防止することができる。
【０１４７】
同様に、本実施の形態では、磁界発生部２１１，２１３は、隣接し、且つ第１の強磁性体部２２０の磁化の方向が互いに異なるものである。磁界発生部２１２，２１４は、隣接し、且つ第１の強磁性体部２２０の磁化の方向が互いに異なるものである。本実施の形態では特に、ＭＲ素子１１１に印加されるバイアス磁界の主成分の方向と、ＭＲ素子１１２に印加されるバイアス磁界の主成分の方向とが、互いに反対方向になるように、磁界発生部２１１〜２１４が構成されている。これにより、本実施の形態によれば、第２の磁気検出素子列Ｒ２において、ＭＲ素子１１１の感度等に与えるバイアス磁界の影響と、ＭＲ素子１１２の感度等に与えるバイアス磁界の影響とを相殺することができる。その結果、本実施の形態によれば、バイアス磁界に起因して第２の磁気検出素子列Ｒ２の特性が所望の特性と異なるようになることを防止することができる。
【０１４８】
本実施の形態に係る磁界発生体９は、第１の実施の形態に係る磁界発生体１００と同様の方法によって作製することができる。第１の実施の形態で説明したように、隣接する２つの磁界発生部の間の距離を大きくしなくても、隣接する２つの磁界発生部の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向を設定することは容易である。本実施の形態によれば、磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４が所望のパターンに配列され、且つ外乱磁界に対する耐性が高い磁界発生体９、ならびにこの磁界発生体９を含む磁気センサ５を実現することができる。また、本実施の形態によれば、隣接する２つの磁界発生部の間の距離を小さくすることによって、磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４の配置の自由度を向上させたり、磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４の占有面積を減少させたりすることができる。
【０１４９】
なお、本実施の形態における磁気センサシステムは、第３の実施の形態における図１６に示したスケール１を備えていてもよいし、第３の実施の形態における図２０に示したスケール２を備えていてもよい。本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第３の実施の形態と同様である。
【０１５０】
［第５の実施の形態］
次に、図２３を参照して、本発明の第５の実施の形態について説明する。図２３は、本実施の形態に係る磁気センサを示す回路図である。本実施の形態に係る磁気センサ５は、以下の点で第４の実施の形態と異なっている。図２３に示したように、本実施の形態では、磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４における第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、いずれも、Ｘ方向とＹ方向の両方に対して傾いた方向である。
【０１５１】
ここで、図２３に示した第６の方向Ｄ６を基準にして、以下のように、第７および第８の方向を定義する。第６の方向Ｄ６は、第４の実施の形態で定義された方向である。図２３では、第６の方向Ｄ６は下側に向かう方向である。第７の方向は、第６の方向Ｄ６の方向から時計回り方向に第１の角度だけ回転した方向である。第８の方向は、第６の方向Ｄ６の方向から反時計回り方向に第２の角度だけ回転した方向である。第１および第２の角度は、０°よりも大きく９０°未満の範囲内の角度である。図２３では、第７の方向は左下側に向かう方向であり、第８の方向は右下側に向かう方向である。磁界発生部２０１，２０２，２１１，２１２における第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、上記第７の方向である。磁界発生部２０３，２０４，２１３，２１４における第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、上記第８の方向である。第１の角度と第２の角度は等しいことが好ましい。
【０１５２】
本実施の形態では、ＭＲ素子１０１，１０２に印加されるバイアス磁界は、いずれも、磁界発生部２０１〜２０４における４つの第１の強磁性体部２２０に起因するものである。図２３において、ＭＲ素子１０１，１０２の近傍の二点鎖線の矢印は、ＭＲ素子１０１，１０２のそれぞれの位置におけるバイアス磁界の主成分の方向を表している。本実施の形態では特に、磁界発生部２０１〜２０４における４つの第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、ＭＲ素子１０１，１０２のそれぞれの位置におけるバイアス磁界の主成分の方向が第６の方向Ｄ６になるように設定される。
【０１５３】
また、ＭＲ素子１１１，１１２に印加されるバイアス磁界は、いずれも、磁界発生部２１１〜２１４における４つの第１の強磁性体部２２０に起因するものである。図２３において、ＭＲ素子１１１，１１２の近傍の二点鎖線の矢印は、ＭＲ素子１１１，１１２のそれぞれの位置におけるバイアス磁界の主成分の方向を表している。本実施の形態では特に、磁界発生部２１１〜２１４における４つの第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、ＭＲ素子１１１，１１２のそれぞれの位置におけるバイアス磁界の主成分の方向が第６の方向Ｄ６になるように設定される。
【０１５４】
一般的に、ＭＲ素子の感度と、ＭＲ素子の検出対象の磁界の強度の範囲は、トレードオフの関係にあり、これらは要求に応じて調整される。ＭＲ素子の感度と検出対象の磁界の強度の範囲は、ＭＲ素子に印加されるバイアス磁界の大きさによって調整することが可能である。本実施の形態では、例えば第１および第２の角度を調整することによって、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２に印加されるバイアス磁界の大きさを容易に調整することが可能である。これにより、本実施の形態によれば、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２の感度と、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２の検出対象の磁界の強度の範囲を、容易に調整することが可能である。
【０１５５】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第４の実施の形態と同様である。
【０１５６】
［第６の実施の形態］
次に、図２４を参照して、本発明の第６の実施の形態について説明する。図２４は、本実施の形態における磁気センサシステムの回路構成を示す回路図である。本実施の形態における磁気センサシステムは、本実施の形態に係る第１の磁気センサ５Ａおよび第２の磁気センサ５Ｂを備え、検出対象の磁界の方向および大きさを検出するためのものである。本実施の形態では、検出対象の磁界とは、例えば地磁気や任意の磁石が発生する磁界である。
【０１５７】
第１および第２の磁気センサ５Ａ，５Ｂの各々の構成は、第４の実施の形態に係る磁気センサ５の構成と同様である。第１の磁気センサ５Ａにおける、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２および磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４の配置、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２の各々の磁化固定層１３の磁化の方向、磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向、ならびに、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２に印加されるバイアス磁界の方向は、第４の実施の形態と同じである。
【０１５８】
第２の磁気センサ５ＢにおけるＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２および磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４は、第１の磁気センサ５ＡにおけるＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２および磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４を、ＸＹ平面内において反時計回り方向に９０°だけ回転させたような姿勢で配置されている。従って、第２の磁気センサ５ＢにおけるＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２の各々の磁化固定層１３の磁化の方向は、第１の磁気センサ５ＡにおけるＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２の各々の磁化固定層１３の磁化の方向を、ＸＹ平面内において反時計回り方向に９０°だけ回転させた方向になる。同様に、第２の磁気センサ５Ｂにおける磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、第１の磁気センサ５Ａにおける磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向を、ＸＹ平面内において反時計回り方向に９０°だけ回転させた方向になる。従って、第２の磁気センサ５ＢにおけるＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２に印加されるバイアス磁界の方向は、第１の磁気センサ５ＡにおけるＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２に印加されるバイアス磁界の方向を、ＸＹ平面内において反時計回り方向に９０°だけ回転させた方向になる。
【０１５９】
第１の磁気センサ５Ａの出力ポートＥは、第１の磁気センサ５ＡにおけるＭＲ素子１０２とＭＲ素子１１１の接続点の電位に対応した第１の検出信号を出力する。第１の磁気センサ５Ａでは、Ｘ方向についての検出対象の磁界の成分の強度に応じて、ＭＲ素子１０２，１１１の接続点の電位が変化する。第１の検出信号は、Ｘ方向についての検出対象の磁界の成分の強度を表している。
【０１６０】
第２の磁気センサ５Ｂの出力ポートＥは、第２の磁気センサ５ＢにおけるＭＲ素子１０２とＭＲ素子１１１の接続点の電位に対応した第２の検出信号を出力する。第２の磁気センサ５Ｂでは、Ｙ方向についての検出対象の磁界の成分の強度に応じて、ＭＲ素子１０２，１１１の接続点の電位が変化する。第２の検出信号は、Ｙ方向についての検出対象の磁界の成分の強度を表している。
【０１６１】
本実施の形態における磁気センサシステムは、更に、演算部７を備えている。演算部７は、２つの入力端と１つの出力端とを有している。演算部７の２つの入力端は、それぞれ、第１および第２の磁気センサ５Ａ，５Ｂの各々の出力ポートＥに接続されている。演算部７は、第１および第２の検出信号に基づいて、検出対象の磁界の方向や大きさを表す出力信号を算出する。演算部７は、例えばマイクロコンピュータによって実現することができる。
【０１６２】
なお、第１および第２の磁気センサ５Ａ，５Ｂは、第４の実施の形態に係る磁界発生体９によって構成されたバイアス磁界発生体の代わりに、第３の実施の形態に係る磁界発生体９によって構成されたバイアス磁界発生体を備えていてもよい。本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第３または第４の実施の形態と同様である。
【０１６３】
［第７の実施の形態］
次に、図２５を参照して、本発明の第７の実施の形態について説明する。図２５は、本実施の形態における磁気センサシステムの回路構成を示す回路図である。本実施の形態における磁気センサシステムは、以下の点で第６の実施の形態と異なっている。本実施の形態における磁気センサシステムは、第６の実施の形態における第１および第２の磁気センサ５Ａ，５Ｂの代わりに、第１の磁気センサ６Ａおよび第２の磁気センサ６Ｂを備えている。第１および第２の磁気センサ６Ａ，６Ｂの各々は、第１および第２の磁気センサ５Ａ，５Ｂと同様に、複数のＭＲ素子を備えている。
【０１６４】
第１の磁気センサ６Ａの複数のＭＲ素子には、直列に接続された２つのＭＲ素子１０１，１０２と、直列に接続された２つのＭＲ素子１１１，１１２と、直列に接続された２つのＭＲ素子１０３，１０４と、直列に接続された２つのＭＲ素子１１３，１１４とが含まれている。ＭＲ素子１０１，１０３，１１１，１１３は、いずれも、本発明における第１の磁気検出素子に対応する。ＭＲ素子１０２，１０４，１１２，１１４は、いずれも、本発明における第２の磁気検出素子に対応する。ＭＲ素子１０１〜１０４，１１１〜１１４の各々の構成は、第１の実施の形態におけるＭＲ素子１０と同じである。
【０１６５】
また、第１の磁気センサ６Ａは、複数の磁界発生部を備えた磁界発生体によって構成されたバイアス磁界発生体を備えている。第１の磁気センサ６Ａの複数の磁界発生部には、４つの第１の磁界発生部２０１，２０５，２１１，２１５と、４つの第２の磁界発生部２０２，２０６，２１２，２１６と、４つの第３の磁界発生部２０３，２０７，２１３，２１７と、４つの第４の磁界発生部２０４，２０８，２１４，２１８が含まれている。磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４の構成は、第６の実施の形態における磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４と同じである。同様に、磁界発生部２０５〜２０８，２１５〜２１８の構成も、第６の実施の形態における磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４と同じである。
【０１６６】
第１の磁気センサ６Ａは、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２および磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４が配置された第１の領域と、ＭＲ素子１０３，１０４，１１３，１１４および磁界発生部２０５〜２０８，２１５〜２１８が配置された第２の領域とを含んでいる。図２５に示した例では、第１の領域と第２の領域は、Ｙ方向について互いに異なる位置にある。
【０１６７】
ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２および磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４の配置は、第６の実施の形態で説明した第１の磁気センサ５ＡにおけるＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２および磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４の配置と同じである。ＭＲ素子１０３，１０４，１１３，１１４および磁界発生部２０５〜２０８，２１５〜２１８の配置は、Ｙ方向について異なる位置にある点を除いて、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２および磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４の配置と同じである。
【０１６８】
ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２の各々の磁化固定層１３の磁化の方向、磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向、ならびに、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２に印加されるバイアス磁界の方向は、第６の実施の形態で説明した第１の磁気センサ５Ａにおける、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２の各々の磁化固定層１３の磁化の方向、磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向、ならびに、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２に印加されるバイアス磁界の方向と同じである。
【０１６９】
ＭＲ素子１０３，１０４，１１３，１１４の各々の磁化固定層１３の磁化の方向は、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２の各々の磁化固定層１３の磁化の方向とは反対の方向である。磁界発生部２０５〜２０８，２１５〜２１８の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向、ならびに、ＭＲ素子１０３，１０４，１１３，１１４に印加されるバイアス磁界の方向は、磁界発生部２０１〜２０４，２１１〜２１４の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向、ならびに、ＭＲ素子１０１，１０２，１１１，１１２に印加されるバイアス磁界の方向と同じである。
【０１７０】
第１の磁気センサ６Ａは、第１および第２のハーフブリッジ回路を含んでいる。第１および第２のハーフブリッジ回路は、それぞれ、直列に接続された第１および第２の磁気検出素子列を含んでいる。第１のハーフブリッジ回路の第１の磁気検出素子列は、ＭＲ素子１０１，１０２によって構成されている。第１のハーフブリッジ回路の第２の磁気検出素子列は、ＭＲ素子１１１，１１２によって構成されている。第２のハーフブリッジ回路の第１の磁気検出素子列は、ＭＲ素子１０３，１０４によって構成されている。第２のハーフブリッジ回路の第２の磁気検出素子列は、ＭＲ素子１１３，１１４によって構成されている。ＭＲ素子１０１〜１０４，１１１〜１１４は、ホイートストンブリッジ回路を構成している。
【０１７１】
第１の磁気センサ６Ａは、更に、電源ポートＶと、グランドポートＧと、第１の出力ポートＥ１と、第２の出力ポートＥ２とを含んでいる。第１のハーフブリッジ回路では、第１の磁気検出素子列の一端は、電源ポートＶに接続されている。第１の磁気検出素子列の他端は、第１の出力ポートＥ１に接続されている。第２の磁気検出素子列の一端は、第１の出力ポートＥ１に接続されている。第２の磁気検出素子列の他端は、グランドポートＧに接続されている。
【０１７２】
第２のハーフブリッジ回路では、第１の磁気検出素子列の一端は、電源ポートＶに接続されている。第１の磁気検出素子列の他端は、第２の出力ポートＥ２に接続されている。第２の磁気検出素子列の一端は、第２の出力ポートＥ２に接続されている。第２の磁気検出素子列の他端は、グランドポートＧに接続されている。
【０１７３】
電源ポートＶには、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートＧはグランドに接続される。ＭＲ素子１０１〜１０４，１１１〜１１４の各々の抵抗値は、検出対象の磁界に応じて変化する。ＭＲ素子１０１，１０２，１１３，１１４の抵抗値は、同じ位相で変化する。ＭＲ素子１０３，１０４，１１１，１１２の抵抗値は、ＭＲ素子１０１，１０２，１１３，１１４の抵抗値とは１８０°異なる位相で変化する。第１の出力ポートＥ１は、第１のハーフブリッジ回路における第１の磁気検出素子列と第２の磁気検出素子列の接続点すなわちＭＲ素子１０２とＭＲ素子１１１の接続点の電位に対応した第１の検出信号を出力する。第２の出力ポートＥ２は、第２のハーフブリッジ回路における第１の磁気検出素子列と第２の磁気検出素子列の接続点すなわちＭＲ素子１０４とＭＲ素子１１３の接続点の電位に対応した第２の検出信号を出力する。第１および第２の検出信号は、検出対象の磁界に応じて変化する。第２の検出信号は、第１の検出信号とは位相が１８０°異なる。
【０１７４】
第２の磁気センサ６Ｂの構成は、第１の磁気センサ６Ａの構成と同じである。ただし、第２の磁気センサ６ＢにおけるＭＲ素子１０１〜１０４，１１１〜１１４および磁界発生部２０１〜２０８，２１１〜２１８は、第１の磁気センサ６ＡにおけるＭＲ素子１０１〜１０４，１１１〜１１４および磁界発生部２０１〜２０８，２１１〜２１８を、ＸＹ平面内において反時計回り方向に９０°だけ回転させたような姿勢で配置されている。従って、第２の磁気センサ６ＢにおけるＭＲ素子１０１〜１０４，１１１〜１１４の各々の磁化固定層１３の磁化の方向は、第１の磁気センサ６ＡにおけるＭＲ素子１０１〜１０４，１１１〜１１４の各々の磁化固定層１３の磁化の方向を、ＸＹ平面内において反時計回り方向に９０°だけ回転させた方向になる。同様に、第２の磁気センサ６Ｂにおける磁界発生部２０１〜２０８，２１１〜２１８の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向は、第１の磁気センサ６Ａにおける磁界発生部２０１〜２０８，２１１〜２１８の各々の第１の強磁性体部２２０の磁化の方向を、ＸＹ平面内において反時計回り方向に９０°だけ回転させた方向になる。従って、第２の磁気センサ６ＢにおけるＭＲ素子１０１〜１０４，１１１〜１１８に印加されるバイアス磁界の方向は、第１の磁気センサ６ＡにおけるＭＲ素子１０１〜１０４，１１１〜１１８に印加されるバイアス磁界の方向を、ＸＹ平面内において反時計回り方向に９０°だけ回転させた方向になる。
【０１７５】
第１の磁気センサ６Ａでは、Ｘ方向についての検出対象の磁界の成分の強度に応じて、第１の磁気センサ６ＡにおけるＭＲ素子１０２，１１１の接続点の電位と、第１の磁気センサ６ＡにおけるＭＲ素子１０４，１１３の接続点の電位が変化する。第１の磁気センサ６Ａの第１および第２の検出信号は、Ｘ方向についての検出対象の磁界の成分の強度を表している。
【０１７６】
第２の磁気センサ６Ｂでは、Ｙ方向についての検出対象の磁界の成分の強度に応じて、第２の磁気センサ６ＢにおけるＭＲ素子１０２，１１１の接続点の電位と、第２の磁気センサ６ＢにおけるＭＲ素子１０４，１１３の接続点の電位が変化する。第２の磁気センサ６Ｂの第１および第２の検出信号は、Ｙ方向についての検出対象の磁界の成分の強度を表している。
【０１７７】
本実施の形態における磁気センサシステムは、更に、２つの差分回路７Ａ，７Ｂと、演算部７Ｃを備えている。差分回路７Ａ，７Ｂおよび演算部７Ｃは、それぞれ、２つの入力端と１つの出力端とを有している。差分回路７Ａの２つの入力端は、それぞれ第１の磁気センサ６Ａの第１および第２の出力ポートＥ１，Ｅ２に接続されている。差分回路７Ｂの２つの入力端は、それぞれ第２の磁気センサ６Ｂの第１および第２の出力ポートＥ１，Ｅ２に接続されている。演算部７Ｃの２つの入力端は、それぞれ差分回路７Ａ，７Ｂの各出力端に接続されている。
【０１７８】
差分回路７Ａは、第１の磁気センサ６Ａの第１の検出信号と第２の検出信号の差を求めることを含む演算によって生成される第１の演算信号を出力する。差分回路７Ｂは、第２の磁気センサ６Ｂの第１の検出信号と第２の検出信号の差を求めることを含む演算によって生成される第２の演算信号を出力する。演算部７Ｃは、第１および第２の演算信号に基づいて、検出対象の磁界の方向や大きさを表す出力信号を算出する。差分回路７Ａ，７Ｂおよび演算部７Ｃは、例えば１つのマイクロコンピュータによって実現することができる。
【０１７９】
なお、第１および第２の磁気センサ６Ａ，６Ｂは、本実施の形態におけるバイアス磁界発生体の代わりに、第３の実施の形態に係る磁界発生体９によって構成されたバイアス磁界発生体を備えていてもよい。本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第３または第６の実施の形態と同様である。
【０１８０】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、請求の範囲の要件を満たす限り、複数のＭＲ素子および複数の磁界発生部の数、形状および配置は、各実施の形態に示した例に限られず、任意である。
【０１８１】
また、ＭＲ素子１０は、下部電極４０側から、下地層１１、自由層１５、非磁性層１４、磁化固定層１３、反強磁性層１２および保護層１６の順に積層されて構成されていてもよい。
【符号の説明】
【０１８２】
１，２…スケール、４，５，５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂ…磁気センサ、８…バイアス磁界発生体、９…磁界発生体、１０…ＭＲ素子、１３…磁化固定層、１４…非磁性層、１５…自由層、２０…磁界発生部、１００…磁界発生体、２００…磁界発生部、２１０…第１の反強磁性体部、２２０…第１の強磁性体部、３００…磁界発生体、４００…磁界発生部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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