(57)【要約】【課題】コンパクトでありながら、検出対象電流による電流磁界を高精度に、かつ安定して検出可能な電流センサを提供する。【解決手段】検出対象電流Ｉｍの供給により電流磁界ＨｍＡを発生する導体の直線部分２Ａと、直線部分２Ａに沿って配置されたＭＲ素子５１Ａと、直線部分２ＡとＭＲ素子５１Ａとの間に設けられた磁性基板とを備える。ＭＲ素子５１Ａは、電流磁界ＨｍＡに応じて変化する磁化方向Ｊ１３Ａを有する自由層と、一定方向に固着された磁化方向Ｊ１１Ａを有する固着層とを含む。磁化方向Ｊ１１Ａは、電流磁界ＨｍＡが零のときの自由層の磁化方向Ｊ１３Ａと直交する方向に固着されている。ここでは、磁性基板によって電流磁界ＨｍＡが零のときの自由層の磁化方向Ｊ１３Ａに沿ったバイアス磁界Ｈｂ１をＭＲ素子５１Ａに対して印加するようにしたので、形状異方性を利用しなくとも自由層の一軸異方性を強めることができる。【選択図】図６
2007218700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象磁界に応じて磁化方向が変化する自由層と、中間層と、前記検出対象磁界が零のときの前記自由層の磁化方向と直交する方向に固着された磁化方向を有する固着層とが順に積層されてなる磁気抵抗効果素子と、
前記検出対象磁界が零のときの前記自由層の磁化方向に沿ったバイアス磁界を前記磁気抵抗効果素子に対して印加するバイアス印加手段と
を備えたことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
検出対象電流が供給されることにより電流磁界を発生する導体と、
前記電流磁界に応じて磁化方向が変化する自由層と、中間層と、前記電流磁界が零のときの前記自由層の磁化方向と直交する方向に固着された磁化方向を有する固着層とが順に積層されてなる磁気抵抗効果素子と、
前記電流磁界が零のときの前記自由層の磁化方向に沿ったバイアス磁界を前記磁気抵抗効果素子に対して印加するバイアス印加手段と
を備えたことを特徴とする電流センサ。
【請求項３】
検出対象電流が供給されることにより電流磁界を発生する導体と、
それぞれ、前記電流磁界に応じて磁化方向が変化する自由層と、中間層と、前記電流磁界が零のときの前記自由層の磁化方向と直交する方向に固着された磁化方向を有する固着層とが順に積層されてなり、かつ、前記電流磁界に応じて抵抗値が互いに逆方向の変化を示すこととなるように前記導体に沿って配置された第１および第２の磁気抵抗効果素子と、
前記電流磁界が零のときの前記自由層の磁化方向に沿ったバイアス磁界を前記第１および第２の磁気抵抗効果素子の各々に対して印加する第１および第２のバイアス印加手段と、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子のそれぞれに対し、互いに等しい値の定電流を供給する第１および第２の定電流源と、
前記定電流によって前記第１および第２の磁気抵抗効果素子のそれぞれに生ずる電圧降下の差分を検出する差分検出器と
を備え、
前記電圧降下の差分に基づいて前記検出対象電流を検出する
ことを特徴とする電流センサ。
【請求項４】
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子は、その一端同士が第１の接続点において接続され、
前記第１および第２の定電流源は、その一端同士が第２の接続点において接続され、
前記第１の磁気抵抗効果素子の他端と前記第１の定電流源の他端とが第３の接続点において接続され、
前記第２の磁気抵抗効果素子の他端と前記第２の定電流源の他端とが第４の接続点において接続され、
前記第１の接続点と前記第２の接続点との間に電圧が印加されたときの前記第３の接続点と前記第４の接続点との間の電位差に基づいて前記検出対象電流を検出する
ことを特徴とする請求項３に記載の電流センサ。
【請求項５】
前記電圧降下の差分に応じた補償電流が流れることにより、前記検出対象電流に基づいて前記第１および第２の磁気抵抗効果素子に印加される各電流磁界とは逆方向の補償電流磁界を前記第１および第２の磁気抵抗効果素子の各々に付与するように構成された補償電流ラインをさらに備えた
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電流センサ。
【請求項６】
前記補償電流ラインを流れる補償電流に基づいて前記検出対象電流を検出する
ことを特徴とする請求項５に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子における前記固着層の磁化方向は、前記電流磁界の方向に対し、一方が順方向をなし、他方が逆方向をなしている
ことを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項８】
前記第１および第２のバイアス印加手段は、永久磁石からなる
ことを特徴とする請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項９】
前記自由層は、前記電流磁界が零のときの自らの磁化方向と平行な磁化容易軸を有する
ことを特徴とする請求項２から請求項８のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項１０】
前記バイアス磁界の磁束密度は、２０×１０-4テスラ（Ｔ）以上６０×１０-4テスラ（Ｔ）以下である
ことを特徴とする請求項２から請求項９のいずれか１項に記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界の変化を高感度に検出可能な磁気センサおよび導体を流れる電流の変化を高感度に検出可能な電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、制御機器の回路に流れる制御電流を正確に測定するにあたっては、その回路内に抵抗を直列接続し、この抵抗の電圧降下を測定する方法を用いる。しかし、この場合には、制御系とは異なる負荷が加わることとなり制御系に対して何らかの悪影響を与える可能性が生じてしまう。このため、制御電流によって発生する電流磁界の勾配を検出することによって間接的に測定する方法が用いられている。具体的には、Ｕ字状の湾曲導体に制御電流を供給し、その湾曲導体の周囲に生じる電流磁界の変化をホール素子によって検出するする方法である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平７−１２３０９０号公報
【０００３】
しかし、上記のような電流センサでは、小型化が困難であることに加え、磁界変化に対する検出感度の直線性あるいは高周波応答性の面で不十分であるなどの問題点が指摘されるようになった。このため、ホール素子の替わりに巨大磁気抵抗効果（Giant Magneto-Resistive effect）を発現する巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子）を制御電流による電流磁界中に配置し、その勾配を検出するようにした電流センサが提案されている。このようなＧＭＲ素子を用いた電流センサであれば、検出感度や応答性が向上するうえ、温度変化に対しても安定した検出特性が得られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、最近では、より微弱な磁束や電流の検出が可能であると共によりいっそうコンパクトな全体構成を有する磁気センサや電流センサが強く求められるようになっている。しかしながら、ＧＭＲ素子を用いた磁気センサや電流センサであっても、寸法の小型化に伴い、外部からのノイズ（不要な磁界など）の影響を受けやすくなるので、検出感度や応答性の面での安定性向上が課題となっている。これまでにも、ＧＭＲ素子の形状を細長い短冊状として形状異方性を高めるなど、いくつかの試みがなされているが、十分に安定した性能レベルに達しているとは言い難い状況である。
【０００５】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、コンパクトでありながら、検出対象とする磁界を高精度に、かつ安定して検出可能な磁気センサを提供することにある。
【０００６】
本発明の第２の目的は、コンパクトでありながら、検出対象電流による電流磁界を高精度に、かつ安定して検出可能な電流センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の磁気センサは、以下に示した（Ａ）および（Ｂ）の各構成要件を備えるようにしたものである。
（Ａ）検出対象磁界に応じて磁化方向が変化する自由層と、中間層と、検出対象磁界が零のときの自由層の磁化方向と直交する方向に固着された磁化方向を有する固着層とが順に積層されてなる磁気抵抗効果素子。
（Ｂ）検出対象磁界が零のときの自由層の磁化方向に沿ったバイアス磁界を磁気抵抗効果素子に対して印加するバイアス印加手段。
【０００８】
本発明の第１の電流センサは、以下に示した（Ｃ）〜（Ｅ）の各構成要件を備えるようにしたものである。
（Ｃ）検出対象電流が供給されることにより電流磁界を発生する導体。
（Ｄ）電流磁界に応じて磁化方向が変化する自由層と、中間層と、電流磁界が零のときの自由層の磁化方向と直交する方向に固着された磁化方向を有する固着層とが順に積層されてなる磁気抵抗効果素子。
（Ｅ）電流磁界が零のときの自由層の磁化方向に沿ったバイアス磁界を磁気抵抗効果素子に対して印加するバイアス印加手段。
【０００９】
本発明の第２の電流センサは、以下に示した（Ｆ）〜（Ｊ）の各構成要件を備え、電圧降下の差分に基づいて検出対象電流を検出するようにしたものである。
（Ｆ）検出対象電流が供給されることにより電流磁界を発生する導体。
（Ｇ）それぞれ、電流磁界に応じて磁化方向が変化する自由層と、中間層と、電流磁界が零のときの自由層の磁化方向と直交する方向に固着された磁化方向を有する固着層とが順に積層されてなり、かつ、電流磁界に応じて抵抗値が互いに逆方向の変化を示すこととなるように導体に沿って配置された第１および第２の磁気抵抗効果素子。
（Ｈ）電流磁界が零のときの自由層の磁化方向に沿ったバイアス磁界を第１および第２の磁気抵抗効果素子の各々に対して印加する第１および第２のバイアス印加手段。
（Ｉ）第１および第２の磁気抵抗効果素子のそれぞれに対し、互いに等しい値の定電流を供給する第１および第２の定電流源。
（Ｊ）定電流によって第１および第２の磁気抵抗効果素子のそれぞれに生ずる電圧降下の差分を検出する差分検出器。
【００１０】
本発明の磁気センサならびに第１および第２の電流センサでは、バイアス印加手段によって、検出対象磁界（電流磁界）が零のときの自由層の磁化方向（初期の磁化方向）に平行なバイアス磁界を磁気抵抗効果素子に対して印加するようにしたので、形状異方性を利用しなくとも自由層の一軸異方性が強まる。ここで、固着層は自由層の初期の磁化方向と直交する方向に固着された磁化方向を有するので、固着層の磁化方向と、自由層の初期の磁化方向とが互いに平行をなすようにした磁気抵抗効果素子を備えた場合とは異なり、自由層の初期の磁化方向と直交する方向のバイアス磁界を別途印加することなく、検出対象磁界（電流磁界）に応じてリニアリティに優れた抵抗変化を発現する。
【００１１】
本発明の磁気センサならびに第１および第２の電流センサでは、バイアス印加手段として、例えば永久磁石を用いることができる。また、自由層は、電流磁界が零のときの自らの磁化方向と平行な磁化容易軸を有するようにするとよい。また、バイアス磁界の磁束密度については、２０×１０-4Ｔ以上６０×１０-4Ｔ以下とすることが望ましい。
【００１２】
本発明の第２の電流センサでは、第１および第２の磁気抵抗効果素子の一端同士を第１の接続点において接続し、第１および第２の定電流源の一端同士を第２の接続点において接続し、第１の磁気抵抗効果素子の他端と第１の定電流源の他端とを第３の接続点において接続し、第２の磁気抵抗効果素子の他端と第２の定電流源の他端とを第４の接続点において接続し、第１の接続点と第２の接続点との間に電圧が印加されたときの第３の接続点と第４の接続点との間の電位差に基づいて検出対象電流を検出するようにする。さらに、電圧降下の差分に応じた補償電流が流れることにより、検出対象電流に基づいて第１および第２の磁気抵抗効果素子に印加される各電流磁界とは逆方向の補償電流磁界を第１および第２の磁気抵抗効果素子の各々に付与するように構成された補償電流ラインを備えるようにすることが望ましい。この場合、補償電流ラインを流れる補償電流に基づいて検出対象電流を検出することができる。また、第１および第２の磁気抵抗効果素子における固着層の磁化方向は、電流磁界の方向に対し、一方が順方向をなし、他方が逆方向をなすようにするとよい。ここでいう順方向とは、電流磁界の方向に対し完全平行である場合に加え、完全平行な方向を中心とした９０°未満の角度範囲に含まれる方向を意味する。一方、逆方向とは、電流磁界の方向に対し完全に逆平行である場合に加え、完全に逆平行な方向を中心とした９０°未満の角度範囲に含まれる方向を意味する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の磁気センサによれば、検出対象磁界に応じて磁化方向が変化する自由層と中間層と外部磁界が零のときの自由層の磁化方向と直交する方向に固着された磁化方向を有する固着層とが順に積層されてなる磁気抵抗効果素子に対し、バイアス印加手段を用いて、検出対象磁界が零のときの自由層の磁化方向に沿ったバイアス磁界を印加するようにしたので、自由層の一軸異方性をいっそう強めることができる。したがって、磁気抵抗効果素子の形状によらず、検出対象磁界を高精度に、かつ安定して検出することができ、小型化に有利なものとなる。
【００１４】
本発明の第１および第２の電流センサによれば、検出対象電流の流れによって発生する電流磁界に応じて磁化方向が変化する自由層と、中間層と、上記の電流磁界が零のときの自由層の磁化方向と直交する方向に固着された磁化方向を有する固着層とが順に積層されてなる磁気抵抗効果素子に対し、バイアス印加手段を用いて、上記電流磁界が零のときの自由層の磁化方向に沿ったバイアス磁界を印加するようにしたので、自由層の一軸異方性をいっそう強めることができる。したがって、磁気抵抗効果素子の形状によらず、検出対象とする磁界を高精度に、かつ安定して検出することができ、小型化に有利なものとなる。特に、第２の電流センサによれば、電流磁界に応じて抵抗値が互いに逆方向の変化を示すこととなるように導体に沿って第１および第２の磁気抵抗効果素子を配置し、これら第１および第２の磁気抵抗効果素子に互いに等しい値の定電流を供給したときに各々に生ずる電圧降下の差分に基づいて検出対象電流を検出するようにしたので、コンパクトでありながら、検出対象電流による電流磁界を高精度に、かつ安定して検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
［第１の実施の形態］
最初に、図１〜図４を参照して、本発明における第１の実施の形態としての電流センサの構成について説明する。図１は、本実施の形態の電流センサ１０の斜視構成を表す概略図であり、図２は、図１の電流センサ１０の一部をなす磁気センサ３Ａ（後出）を拡大して示した斜視図である。図３は、図２に示した磁気センサ３ＡのIII−III切断線に沿った矢視方向における断面図である。また、図４は、図１の電流センサ１０における回路構成を表したものである。なお、図４に示した検出対象電流Ｉｍ、補償電流Ｉｄ、電流磁界Ｈｍ、補償電流磁界Ｈｄ、バイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２および電流Ｉ０のすべての矢印の方向は、磁気抵抗効果（ＭＲ）素子５１Ａ，５１Ｂ（後出）との相対的な方向を示している。
【００１７】
電流センサ１０は、基体１上に形成された導体２に供給される検出対象電流Ｉｍ（図４）を、導体２上に配置された一対の磁気センサ３Ａ，３Ｂを用いて測定する電流計である。磁気センサ３Ａ，３Ｂは、それぞれ、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂを有している。これらＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂは、その一端同士が第１の接続点Ｐ１において接続され、互いを結ぶ仮想直線上の中間点を通る中心線ＣＬを対称軸として線対称に配置されている（図１，図４参照）。
【００１８】
導体２は、厚み方向（Ｚ軸方向）と直交する同一階層内に形成され、一対の直線部分２Ａ，２Ｂと、これらを繋ぐ折り返し部分２Ｃとを有するＶ字形状をなしている。導体２の両端にはパッド２Ｄ，２Ｅが設けられている。直線部分２Ａ，２Ｂは、中心線ＣＬを対称軸として線対称に配置されると共に、中心線ＣＬ（図１，図４）に対して例えば４５°をなすように（すなわち、互いに直交するように）Ｘ軸方向およびＹ軸方向へそれぞれ延在している。
【００１９】
直線部分２Ａにおける延在方向（Ｘ軸方向）と直交する断面の面積および直線部分２Ｂにおける延在方向（Ｙ軸方向）と直交する断面の面積は互いに等しく、かつ、延在方向においてそれぞれ一定となっている。このため、図４に示したように、例えばパッド２Ｄからパッド２Ｅへ向かうように導体２を検出対象電流Ｉｍが流れることにより、直線部分２Ａの周囲に電流磁界ＨｍＡが発生すると共に直線部分２Ｂの周囲に電流磁界ＨｍＢが発生し、それらの合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２が、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂに対して矢印で示した方向に各々印加されることとなる。ここで、電流磁界ＨｍＡは直線部分２Ａにおいて＋Ｙ方向に発生し、電流磁界ＨｍＢは直線部分２Ｂにおいて＋Ｘ方向に発生する。電流磁界ＨｍＡ，ＨｍＢは互いに向きが異なるものの、どちらも同じ検出対象電流Ｉｍに起因するものであるうえ、直線部分２Ａ，２Ｂの断面積が互いに等しく均一であることから、それら電流磁界ＨｍＡ，ＨｍＢの大きさ（絶対値）は互いに等しい。但し、ＭＲ素子５１Ａは直線部分２Ａに近接配置されているので、電流磁界ＨｍＢから受ける影響は電流磁界ＨｍＡから受ける影響よりも小さい。このため、ＭＲ素子５１Ａに印加される合成磁界Ｈｍ１の向きは、＋Ｙ方向から僅かに＋Ｘ方向へ傾いた（回転した）Ｙ２方向となる。同様に、ＭＲ素子５１Ｂは直線部分２Ｂに近接配置されているので電流磁界ＨｍＡから受ける影響は電流磁界ＨｍＢから受ける影響よりも小さい。このため、ＭＲ素子５１Ｂに印加される合成磁界Ｈｍ２の向きは、＋Ｘ方向から僅かに＋Ｙ方向へ傾いた（回転した）Ｘ２方向となる。さらに、直線部分２ＡからＭＲ素子５１Ａまでの距離と直線部分２ＢからＭＲ素子５１Ｂまでの距離とが互いに等しく、かつ、直線部分２ＡからＭＲ素子５１Ｂまでの距離と直線部分２ＢからＭＲ素子５１Ａまでの距離とが互いに等しいことにより、ＭＲ素子５１Ａに印加される合成磁界Ｈｍ１の大きさ（絶対値）とＭＲ素子５１Ｂに印加される合成磁界Ｈｍ２の大きさ（絶対値）とは互いに等しくなっている。また、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂは、電流センサ１０の駆動時において合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２により各々の抵抗値Ｒ１，Ｒ２（後出）が互いに逆方向の変化を示すように構成されている。
【００２０】
磁気センサ３Ａ，３Ｂは、直線部分２Ａ，２Ｂの上にそれぞれ貼り付けられている。具体的には、磁気センサ３Ａ，３Ｂは、直線部分２Ａ，２Ｂの側から磁性基板４Ａ，４Ｂと、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂを含むＭＲ素子層５Ａ，５Ｂと、薄膜コイル６１Ａ，６１Ｂを含む薄膜コイル層６Ａ，６Ｂとを順に積層したものである。直線部分２Ａ，２Ｂと磁性基板４Ａ，４Ｂとの間、および磁性基板４Ａ，４ＢとＭＲ素子層５Ａ，５Ｂとの間には、それぞれ例えば５μｍ〜１０μｍの厚みをなす接着層（図示せず）が介在している。また、薄膜コイル層６Ａ，６Ｂの上には、複数の電極膜７１〜７４（図２参照）が設けられている。
【００２１】
以下、磁気センサ３Ａ，３Ｂの構成について詳細に説明する。なお、磁気センサ３Ａ，３Ｂは、後述する固定層１１および自由層１３の各磁化方向Ｊ１１，Ｊ１３を除いて互いに等しい構成を有するものである。このため、ここでは図２および図３に磁気センサ３Ａを代表して示し、その構成について説明することとする。ＭＲ素子層５Ａは、例えば１００μｍ程度の厚みをなすシリコンウェハなどの支持基板５４（図３参照）上に形成された２つの素子パターン５２，５３からなるＭＲ素子５１Ａを設けるようにしたものである。素子パターン５２，５３は、磁性層を含む複数の機能膜が積層されたスピンバルブ構造を有し、巨大磁気抵抗効果を発現するものである。素子パターン５２，５３は、支持基板５４上においてＸ軸方向に沿って互いに平行をなすように延在すると共にＸ軸方向と直交するＹ軸方向に互いに隣在し合うように配設され、電極パターン５５および電極パターン５６によって互いに並列接続されている。ここで、電極パターン５５はコンタクトホール（図示せず）を介して電極膜７３と接続されている。一方、電極パターン５６はコンタクトホール５６Ｈ（図３参照）を介して電極膜７４と接続されている。素子パターン５２，５３は、スパッタリング法などを用いて例えば０．８μｍの厚みを有するように形成される。素子パターン５２，５３についてのさらなる詳細な構造および作用については、後述する。なお、磁気センサ３ＢにおけるＭＲ素子層５Ｂは、ＭＲ素子５１Ａの替わりにＭＲ素子５１Ｂを有している。ＭＲ素子５１Ｂは、支持基板５４上においてＹ軸方向に沿って互いに平行をなすように延在すると共にＸ軸方向に互いに隣在し合うように配設された素子パターン５２，５３からなるものである。
【００２２】
薄膜コイル６１Ａは、薄膜コイル層６Ａの膜面内（ＸＹ平面内）において巻回するように構成された薄膜パターンであり、素子パターン５２，５３のそれぞれと対応してＸ軸方向へ延在する巻線体部分６２，６３を含んでいる。薄膜コイル６１Ａは、例えば銅（Ｃｕ）などの高導電性の金属材料からなり、後述の補償電流Ｉｄが供給されるものである。薄膜コイル６１Ａにおける一方の端部６４はコンタクトホール（図示せず）を介して電極膜７１と接続されており、他方の端部６５はコンタクトホール（図示せず）を介して電極膜７２と接続されている。磁気センサ３Ａは、ここでは、補償電流Ｉｄが端部６４から端部６５へ向かって流れるようになっている。なお、ＭＲ素子５１Ａおよび薄膜コイル６１Ａは、図３に示したように酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などからなる絶縁膜Ｚ１，Ｚ２によってそれぞれ覆われており、互いに電気的に絶縁されている。電極膜７１〜７４は、絶縁膜Ｚ２の上にそれぞれ設けられている。なお、磁気センサ３Ｂにおける薄膜コイル層６Ｂは、薄膜コイル６１Ａの替わりに薄膜コイル６１Ｂを有している。薄膜コイル６１Ｂは、ＸＹ平面内において巻回すると共にＭＲ素子５１Ｂにおける素子パターン５２，５３のそれぞれと対応してＹ軸方向へ延在する巻線体部分６２，６３を含むものである。
【００２３】
磁性基板４Ａ，４Ｂは、例えばバリウム−ストロンチウムフェライト［（Ｂａ−Ｓｒ）Ｆｅ2Ｏ4］によって構成され、例えば７５μｍ〜９５μｍの厚みを有している。なお、磁性基板４Ａ，４Ｂの構成材料としてはこれに限定されず、永久磁石となり得る他の強磁性材料を用いることが可能である。磁性基板４Ａ，４Ｂは、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂに対してバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２（図４）をそれぞれ付与するように機能するものである。バイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２の磁束密度については、２０×１０-4Ｔ以上６０×１０-4Ｔ以下とすることが望ましく、特に３０×１０-4Ｔ以上６０×１０-4Ｔ以下とするとよい。ここで、安定したバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２を付与するため、磁性基板４Ａ，４ＢはＸＹ平面においてＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂよりも大きな面積を有していることが望ましい。バイアス磁界Ｈｂ１の向きはＹ２方向と直交するＸ３方向（＋Ｘ方向から−Ｙ方向へ僅かに傾いた方向）であり、バイアス磁界Ｈｂ２の向きはＸ２方向と直交するＹ３方向（＋Ｙ方向から−Ｘ方向へ僅かに傾いた方向）となっている。なお、バイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２の向きは、合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２のほか、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂにおける各々の固着層１３（後出）の磁化方向と関連して決まるものである。
【００２４】
電流センサ１０は、さらに、互いの一端同士が第２の接続点Ｐ２において接続された、定電流源ＣＧ１（第１の定電流源）および定電流源ＣＧ２（第２の定電流源）を備えている（図４）。定電流源ＣＧ１は、第３の接続点Ｐ３において、ＭＲ素子５１Ａにおける第１の接続点Ｐ１とは反対側の端部と接続されており、一方の定電流源ＣＧ２は、第４の接続点Ｐ４において、ＭＲ素子５１Ｂにおける第１の接続点Ｐ１とは反対側の端部と接続されている。すなわち、ＭＲ素子５１Ａと定電流源ＣＧ１とが直列接続されていると共に、ＭＲ素子５１Ｂと定電流源ＣＧ２とが直列接続されており、それらが中心線ＣＬを対称軸として線対称となるように互いに並列接続された状態となっている。ここで、定電流源ＣＧ１および定電流源ＣＧ２は、互いに等しい値の定電流Ｉ０をＭＲ素子５１ＡおよびＭＲ素子５１Ｂにそれぞれ供給するように構成されている。なお、定電流源ＣＧ１，ＣＧ２は、基体１の上に設けられた回路基板９の内部に形成されている（図１では図示せず）。
【００２５】
さらに、電流センサ１０は、薄膜コイル６１Ａおよび薄膜コイル６１Ｂが直列に接続された部分を含む１本の補償電流ラインＣを備えている。第１の接続点Ｐ１と第２の接続点Ｐ２との間に電圧が印加されると、第３の接続点Ｐ３と第４の接続点Ｐ４との間の電位差に基づく補償電流Ｉｄが補償電流ラインＣに供給されるようになっている（図４）。補償電流ラインＣは、入力側が第３および第４の接続点Ｐ３，Ｐ４と接続された差分検出器としての差動増幅器ＡＭＰの出力側と接続されており、それと反対側の端部は抵抗体ＲＬを介して接地されている。抵抗体ＲＬにおける差動増幅器ＡＭＰの側には、補償電流検出手段Ｓが接続点Ｔ１において接続されている。ここでは、補償電流ラインＣを補償電流Ｉｄが流れることにより、薄膜コイル６１Ａの巻線体部分６２，６３において電流磁界Ｈｍ１と逆方向の補償電流磁界Ｈｄ１が発生すると共に薄膜コイル６１Ｂの巻線体部分６２，６３において電流磁界Ｈｍ２と逆方向の補償電流磁界Ｈｄ２が発生するように構成されている。すなわち、補償電流磁界Ｈｄ１が−Ｙ方向に発生すると共に補償電流磁界Ｈｄ２が−Ｘ方向に発生することで、電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２をそれぞれ打ち消す方向に作用する。
【００２６】
次に、図５（Ａ），５（Ｂ）を参照し、素子パターン５２，５３の構成について、より詳しく説明する。図５（Ａ）は、素子パターン５２，５３の構成を分解して示す分解斜視図である。但し、寸法の比率は実際とは一致していない。
【００２７】
図５（Ａ）に示したように素子パターン５２，５３は、一定方向に固着された磁化方向Ｊ１１を有する固着層１１と、特定の磁化方向を示さない中間層１２と、合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２をはじめとする外部磁界Ｈに応じて磁化方向Ｊ１３が変化する自由層１３とが順に積層された構造となっている。なお、図５（Ａ）は、合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２が零（Ｈｍ１，Ｈｍ２＝０）であり、かつ、磁性基板４Ａ，４Ｂによるバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２を印加しない無負荷状態（すなわち、外部磁界Ｈが零の状態）を示している。この場合には、自由層１３の磁化方向Ｊ１３は、自らの磁化容易軸方向ＡＥ１３と平行をなし、かつ、固着層１１の磁化方向Ｊ１１と直交した状態となっている。図５（Ｂ）に、固着層１１の詳細な構成を示す。固着層１１は、例えば中間層１２の側から磁化固定膜１４と反強磁性膜１５と保護膜１６とが順に積層された構成となっている。磁化固定膜１４はコバルト（Ｃｏ）やコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）などの強磁性材料によって構成されており、この磁化固定膜の示す磁化方向が固着層１１全体としての磁化方向Ｊ１１となる。一方、反強磁性膜１５は、白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）やイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）などの反強磁性材料により構成されている。反強磁性膜１５は、ある一方向のスピン磁気モーメントと、それとは反対方向のスピン磁気モーメントとが完全に打ち消し合った状態にあり、磁化固定膜１４の磁化方向を固定するように作用している。保護膜１６は、タンタル（Ｔａ）やハフニウム（Ｈｆ）などの化学的に安定な非磁性材料からなり、磁化固定膜１４や反強磁性膜１５などを保護するものである。
【００２８】
自由層１３は、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）などの軟磁性材料により構成されている。中間層１２は、例えば銅（Ｃｕ）により構成され、上面が固着層１１と接すると共に下面が自由層１３と接している。中間層１２は、銅のほか、金（Ａｕ）などの導電率の高い非磁性金属により構成することができる。なお、固着層１１の上面（中間層１２と反対側の面）および自由層１３の下面（中間層１２と反対側の面）は、それぞれ図示しない保護膜によって保護されている。また、固着層１１と自由層１３との間には磁化方向Ｊ１１における交換バイアス磁界Ｈinが生じており、中間層１２を介して互いに作用し合っている。交換バイアス磁界Ｈinの強度は、固着層１１と自由層１３との相互間隔（すなわち中間層１２の厚み）に応じて自由層１３のスピン方向が回転することにより変化する。したがって、交換バイアス磁界Ｈinを見かけ上、零とすることもできる。なお、図５では、下から自由層１３、中間層１２、固着層１１の順に積層された場合の構成例を示しているが、これに限定されず、反対の順序で構成するようにしてもよい。
【００２９】
以上のような構造を有する素子パターン５２，５３では、合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２の印加により自由層１３の磁化方向Ｊ１３が回転し、それによって磁化方向Ｊ１３と磁化方向Ｊ１１との相対角度が変化する。その相対角度は、合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２の大きさや向きによって決まるものである。
【００３０】
図６（Ａ），６（Ｂ）を参照して、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂにおける素子パターン５２，５３の磁化方向Ｊ１１，Ｊ１３と、バイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２と、合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２との関係について説明する。図６（Ａ），６（Ｂ）は、電流センサ１０における電流方向、磁界方向および磁化方向の関係を表す概念図である。なお、素子パターン５２，５３は、双方とも同じ挙動を示すので、図６（Ａ），６（Ｂ）ではＭＲ素子５１ＡまたはＭＲ素子５１Ｂとしてまとめて示す。ここで、導体２の延在方向に沿って矢印で示したように検出対象電流Ｉｍが流れるとすると、直線部分２Ａの周囲に電流磁界ＨｍＡが発生し、直線部分２Ｂの周辺に電流磁界ＨｍＢが発生する。この場合、ＭＲ素子５１Ａに及ぶ合成磁界Ｈｍ１は、ベクトル表示したように、電流磁界ＨｍＡに起因する＋Ｙ方向の磁界成分ＨｍＡ１と電流磁界ＨｍＢに起因する＋Ｘ方向の磁界成分ＨｍＢ２との合力となる。一方、ＭＲ素子５１Ｂに及ぶ合成磁界Ｈｍ２は、ベクトル表示したように、電流磁界ＨｍＡに起因する＋Ｙ方向の磁界成分ＨｍＡ２と電流磁界ＨｍＢに起因する＋Ｘ方向の磁界成分ＨｍＢ１との合力となる。ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂにおいては、固着層１１の磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂがそれぞれ合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２と平行または逆平行をなすように固着されている。すなわち、磁化方向Ｊ１１Ａは電流磁界ＨｍＡの方向に対して順方向をなしており、磁界方向Ｊ１１Ｂは電流磁界ＨｍＢの方向に対して逆方向をなしている。外部磁界Ｈが零である場合、自由層１３の磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｂは、それぞれ合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２と直交した状態となる。すなわち外部磁界Ｈが零のとき、磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｂは、磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１３Ｂと直交した状態となる。したがって、導体２に検出対象電流Ｉｍが供給されて合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２が発生すると、磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｂは、磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂと平行（低抵抗）または逆平行（高抵抗）となる状態へ近づくこととなる。ＭＲ素子３ＡおよびＭＲ素子３Ｂは、合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２に応じて自らの抵抗値Ｒ１，Ｒ２が互いに逆向きの変化を示すように設定されている。具体的には、例えば、図６（Ａ）に示したように、ＭＲ素子５１Ａでは、磁化方向Ｊ１１Ａが＋Ｙ２方向であり、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ａが＋Ｘ３方向となっている。一方、ＭＲ素子５１Ｂでは、磁化方向Ｊ１１Ｂが−Ｘ２方向であり、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ｂが＋Ｙ３方向となっている。この場合、矢印の方向へ検出対象電流Ｉｍが流れて合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２が発生すると、磁化方向Ｊ１３Ａは（紙面上において）左回転することにより磁化方向Ｊ１１Ａと平行となる状態へ向かい、一方で、磁化方向Ｊ１３Ｂは（紙面上において）右回転することにより磁化方向Ｊ１１Ｂと逆平行となる状態へ向かう。この結果、ＭＲ素子５１Ａの抵抗値Ｒ１は減少し、ＭＲ素子５１Ｂの抵抗値Ｒ２は増加することとなる。あるいは、図６（Ｂ）に示したように、ＭＲ素子５１Ａにおいて、磁化方向Ｊ１１Ａを＋Ｙ２方向とすると共に外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ａを−Ｘ３方向とする一方、ＭＲ素子５１Ｂにおいて、磁化方向Ｊ１１Ｂを−Ｘ２方向とすると共に外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ｂを＋Ｙ３方向としてもよい。この場合、矢印の方向へ検出対象電流Ｉｍが流れて合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２が発生すると、磁化方向Ｊ１３Ａは左回転することにより磁化方向Ｊ１１Ａと平行となる状態へ向かい、一方で、磁化方向Ｊ１３Ｂは左回転することにより磁化方向Ｊ１１Ｂと逆平行となる状態へ向かう。この結果、やはりＭＲ素子５１Ａの抵抗値Ｒ１は減少し、ＭＲ素子５１Ｂの抵抗値Ｒ２は増加することとなる。なお、図６（Ａ）および図６（Ｂ）では、どちらの場合もＭＲ素子５１Ａの抵抗値Ｒ１が減少し、かつ、ＭＲ素子５１Ｂの抵抗値Ｒ１が増加するような構成となっているが、これに限定されず、抵抗値Ｒ１が増加し、かつ、抵抗値Ｒ２が減少するような構成とすることも可能である。
【００３１】
図６（Ａ）の状態または図６（Ｂ）の状態のいずれの場合であっても、磁性基板４Ａ，４Ｂは、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｂと同方向のバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２を印加するように設定される。したがって、このバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２は、異方性磁界に相当するものとして自由層１３の一軸異方性を強め、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂにおける磁界検出動作の安定化に寄与することとなる。
【００３２】
このような構成の電流センサ１０では、第１の接続点Ｐ１と第２の接続点Ｐ２との間に電圧が印加されたときの第３の接続点Ｐ３と第４の接続点Ｐ４との間の電位差Ｖ０（ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂのそれぞれに生ずる電圧降下の差分）に基づく補償電流Ｉｄが差分検出器としての差動増幅器ＡＭＰを介して補償電流ラインＣを流れ、その補償電流Ｉｄが補償電流検出手段Ｓによって検出されるようになっている。差動増幅器ＡＭＰは、差分Ｖ０が零となるように補償電流Ｉｄを調整するものである。
【００３３】
以下、図４を参照して、検出対象電流Ｉｍによって形成される電流磁界Ｈｍを測定する方法について説明する。
【００３４】
図４において、第１の接続点Ｐ１と第２の接続点Ｐ２との間に所定の電圧を印加した際の定電流源ＣＧ１，ＣＧ２からの定電流をＩ０とし、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂの抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２とする。電流磁界Ｈｍが印加されていない場合、第３の接続点Ｐ３における電位Ｖ１は、
Ｖ１＝Ｉ０×Ｒ１
であり、第４の接続点Ｐ４における電位Ｖ２は、
Ｖ２＝Ｉ０×Ｒ２
となる。よって、第３の接続点Ｐ３と第４の接続点Ｐ４との間の電位差は、
Ｖ０＝Ｖ１−Ｖ２
＝Ｉ０×Ｒ１−Ｉ０×Ｒ２
＝Ｉ０×（Ｒ１−Ｒ２）  …（１）
【００３５】
この回路では、電流磁界Ｈｍが印加されたときに、電位差Ｖ０を測定することにより抵抗変化量が得られる。例えば電流磁界Ｈｍが印加されたときに、抵抗値Ｒ１，Ｒ２がそれぞれ変化量ΔＲ１，ΔＲ２だけ増加したとすると、式（１）は、
Ｖ０＝Ｖ１−Ｖ２
＝Ｉ０×（Ｒ１−Ｒ２）
＝Ｉ０×｛（Ｒ１＋ΔＲ１）−（Ｒ２＋ΔＲ２）｝  …（２）
となる。
【００３６】
すでに述べたように、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂは電流磁界Ｈｍによって各々の抵抗値Ｒ１，Ｒ２が互いに逆方向の変化を示すように配置されていることから、変化量ΔＲ１と変化量ΔＲ２とは互いの正負が逆の符号となる。したがって、式（２）からわかるように、変化量ΔＲ１および変化量ΔＲ２の影響が電流磁界Ｈｍの印加によって生ずる電位差Ｖ０の値に大きく現れることとなる。
【００３７】
仮に、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂが全く同一の特性を有するとした場合、すなわち、
Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ
かつ
ΔＲ１＝−ΔＲ２＝ΔＲ
であると仮定した場合、式（２）は、
Ｖ０＝Ｉ０×（Ｒ＋ΔＲ−Ｒ＋ΔＲ）
＝Ｉ０×（２×ΔＲ）  …（３）
となる。したがって、外部磁界と抵抗変化量との関係について既知であるＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂを用いるようにすれば、電流磁界Ｈｍの大きさを測定することができ、その電流磁界Ｈｍを発生する検出対象電流Ｉｍの大きさを推定することができる。この場合、２つのＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂを用いてセンシングを行っているので、ＭＲ素子５１ＡまたはＭＲ素子５１Ｂを単独で用いてセンシングを行う場合と比べて２倍の抵抗変化量を取り出すことができ、測定値の高精度化に有利となる。また、４つのＭＲ素子を用いてブリッジ回路を構成してセンシングを行う場合と比べ、ＭＲ素子同士の特性のばらつきや接続抵抗のばらつき等を小さく抑えることができるので、感度が高いＭＲ素子を用いた場合であってもバランス調整が容易である。また、ＭＲ素子自体の個数を減らすことができ、それに伴い端子の数も減るので、省スペース化に有利となる。
【００３８】
さらに、電流センサ１０では、第３の接続点Ｐ３において検出される電位Ｖ１と第４の接続点Ｐ４において検出される電位Ｖ２とが差動増幅器ＡＭＰに供給されて、その差分（電位差Ｖ０）が零となるような補償電流Ｉｄが出力される。差動増幅器ＡＭＰからの補償電流Ｉｄは、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂの近傍を検出対象電流Ｉｍとは正反対の方向へ流れることにより電流磁界Ｈｍとは逆方向の補償電流磁界Ｈｄを生じ、回路中の接続抵抗のばらつきやＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂの相互間における特性のばらつき、温度分布の偏り、あるいは外部からの妨害磁界などに起因する誤差分をキャンセルするように作用するので、結果として電流磁界Ｈｍのみに比例した大きさに近づくこととなる。したがって、補償電流検出手段Ｓにおいて、出力電圧Ｖｏｕｔを測定し、既知の抵抗体ＲＬとの関係から補償電流Ｉｄを算出することにより、電流磁界Ｈｍをより正確に求めることができ、ひいては検出対象電流Ｉｍの大きさを高精度に推定することができる。
【００３９】
以上説明したように本実施の形態の電流センサ１０によれば、磁性基板４Ａ，４Ｂによって、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｂと同方向のバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２をＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂに対して印加するように設定したので、自由層１３の一軸異方性を十分に強め、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂにおける磁界検出動作の安定化を十分に図ることができる。従来、ＭＲ素子そのものの形状を細長く伸ばすことで形状異方性を高め、さらに、それを複数本、所定の間隔を空けて並列配置するなどして抵抗変化率を高めるようにしていたが、比較的大きなスペースを必要とするうえ、補償電流線の大型化の原因にもなっていた。これに対し、本実施の形態の電流センサ１０では形状異方性を積極的に利用する必要がないのでＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂにおける素子パターン５２，５３の形状の自由度を高めることができる。ここでは２つの素子パターン５２，５３がそれぞれ短冊状をなすようにしたが、各々を例えば正方形に近いような形状とすることも可能である。そのうえ、あえて多数の素子パターンに分割する必要もない。本実施の形態では、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂがそれぞれ２つの素子パターン５２，５３を有するようにしたが、それらを１つにまとめることで、よりコンパクトな構成を実現することもできる。
【００４０】
また、検出対象電流Ｉｍの流路となる導体２の直線部分２Ａ，２Ｂの上に磁性基板４Ａ，４Ｂと、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂを含むＭＲ素子層５Ａ，５Ｂとを順に形成し、この磁性基板４Ａ，４Ｂによってバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２を印加するようにしたので、永久磁石やコイルをＭＲ素子の両側に配置するなどした場合と比べ、スペースを有効に利用しつつ、検出動作の十分な安定化を図ることができる。すなわち、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂの各々に対して、より近い位置に配置することができるので、同じ構成材料であっても比較的小さな寸法としつつも、安定した検出動作に要するバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２を十分に確保することができる。さらに、簡素な構成であることから一括形成が容易であることに加え、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂにおける磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂの向きが互いに異なっていても、それぞれに対応して適切な方向のバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２を印加することが容易である。
【００４１】
さらに、互いに直交する直線部分２Ａおよび直線部分２Ｂを含むＶ字形状の導体２を採用するようにしたので、互いに平行な直線部分を含むＵ字形状の導体を用いた場合と比べて、よりコンパクトな全体構成とすることができる。
【００４２】
このように、本実施の形態の電流センサ１０によれば、よりコンパクトな構成を実現しつつ、検出対象電流Ｉｍの測定を高精度に、かつ十分に安定して行うことができる。
【００４３】
特に、第３の接続点Ｐ３において検出される電位Ｖ１と第４の接続点Ｐ４において検出される電位Ｖ２との差分（ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂのそれぞれに生ずる電圧降下の差分）Ｖ０に基づいた補償電流Ｉｄが供給される補償電流ラインＣをさらに備え、薄膜コイル６１Ａ，６１Ｂによって電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２とは逆方向の補償電流磁界Ｈｄ１，Ｈｄ２をＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂに対してそれぞれ付与するようにしたので、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂ同士の特性のばらつきや回路中の接続抵抗のばらつき、あるいは温度分布などに起因した出力電圧Ｖｏｕｔの変化をキャンセルすることができ、電流磁界Ｈｍを、より高感度かつ、より高精度に検出可能となる。
【００４４】
さらに、電流センサ１０では、中心線ＣＬを対称軸として線対称をなすようにＭＲ素子３Ａ，３Ｂ、定電流源ＣＧ１，ＣＧ２および補償電流ラインＣを設けると共に、直線部分２Ａ，２Ｂを、ＸＹ平面において中心線ＣＬを対称軸として線対称に配置するようにしたので、中心線ＣＬに対して対称な温度分布となるようにすることができる。したがって、温度分布に依存した零点ドリフトを抑制することができる。
【００４５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明における第２の実施の形態としての電流センサについて説明する。上記第
１の実施の形態では、Ｖ字状の平面形状をなす導体２を用いるようにした例について説明
したが、本実施の形態では、直線状の導体２１を採用した例について説明する。
【００４６】
本実施の形態の電流センサは、導体２１以外の部分については実質的に上記第１の実施
の形態と同様である。すなわち、本実施の形態の電流センサは、検出対象電流Ｉｍの流路となる直線状の導体２１の上に、磁性基板４Ａ，４Ｂと、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂを含むＭＲ素子層５Ａ，５Ｂと、薄膜コイル層６Ａ，６Ｂとを順に積層した構造を有するものである。したがって、ここでは図７（Ａ），７（Ｂ）を参照して、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂ（における素子パターン５２，５３）の磁化方向Ｊ１１，Ｊ１３と、バイアス磁界Ｈｂと、電流磁界Ｈｍとの関係について説明する。図７（Ａ），７（Ｂ）は、本実施の形態における電流センサの電流方向、磁界方向および磁化方向の関係を表す概念図である。ここでは、導体２１の延在方向に沿って検出対象電流Ｉｍが流れており、これと直交する方向において互いに逆平行をなすように固着層１１の磁化方向Ｊ１１が固着されている。一方、自由層１３の磁化方向Ｊ１３は、外部磁界Ｈが零のとき、検出対象電流Ｉｍの流れる方向と平行または逆平行となっている。すなわち、外部磁界Ｈが零のとき、自由層１３の磁化方向Ｊ１３は、固着層１１の磁化方向Ｊ１１と直交している。したがって、電流磁界Ｈｍが発生すると、磁化方向Ｊ１３は、磁化方向Ｊ１１と平行（低抵抗）または逆平行（高抵抗）となる状態へ近づくこととなる。ここで、ＭＲ素子５１ＡおよびＭＲ素子５１Ｂは、電流磁界Ｈｍに応じて自らの抵抗値Ｒ１，Ｒ２が互いに逆向きの変化を示すように設定されている。具体的には、例えば、図７（Ａ）に示したように、ＭＲ素子５１Ａでは、磁化方向Ｊ１１Ａが−ｙ方向であり、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ａが−ｘ方向となっている。一方、ＭＲ素子５１Ｂでは、磁化方向Ｊ１１Ｂが＋ｙ方向であり、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ｂが＋ｘ方向となっている。この場合、矢印の方向へ検出対象電流Ｉｍが流れて電流磁界Ｈｍが発生すると、磁化方向Ｊ１３Ａは（紙面上において）左回転することにより磁化方向Ｊ１１Ａと平行となる状態へ向かい、一方で、磁化方向Ｊ１３Ｂは（紙面上において）右回転することにより磁化方向Ｊ１１Ｂと逆平行となる状態へ向かう。あるいは、図７（Ｂ）に示したように、ＭＲ素子５１Ａにおいて、磁化方向Ｊ１１Ａを−ｙ方向とし、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ａを＋ｘ方向とする一方、ＭＲ素子５１Ｂにおいて、磁化方向Ｊ１１Ｂを＋ｙ方向とし、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ｂを＋ｘ方向としてもよい。この場合、矢印の方向へ検出対象電流Ｉｍが流れて電流磁界Ｈｍが発生すると、磁化方向Ｊ１３Ａは右回転することにより磁化方向Ｊ１１Ａと平行となる状態へ向かい、一方で、磁化方向Ｊ１３Ｂは右回転することにより磁化方向Ｊ１１Ｂと逆平行となる状態へ向かう。
【００４７】
なお、いずれの場合であっても、バイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２は、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｂと同方向となるように設定される。したがって、このバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２は、異方性磁界に相当するものとして自由層１３の一軸異方性が強め、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂにおける磁界検出動作の安定化に寄与することとなる。特に、本実施の形態の電流センサでは直線状をなす導体２１を用いるようにしたので、Ｕ字形状やＶ字形状の場合のような相互干渉を生ずることなく、全体に亘って均質な電流磁界Ｈｍを発生させることができる。このため、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂに対して効率よく電流磁界Ｈｍが及ぶこととなり、より精度の高い電流測定が可能となる。また、磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂを検出対象電流Ｉｍの流れる方向（すなわち、導体２１の延在方向）と直交するように配置すれば最も高感度な測定が可能となる。したがって、Ｖ字形状の導体２を用いた場合（第１の実施の形態）には磁気センサ３Ａ，３Ｂを導体２の延在方向に対して傾けるようにしたが、本実施の形態ではその必要がなく、磁気センサ３Ａ，３Ｂの設置を簡便に行うことができる。
【００４８】
さらに、本実施の形態の電流センサでは、導体２１が直線状をなすようにしたので、Ｖ字形状の導体２を採用した上記第１の実施の形態と比べて二次元な広がりを抑制することができ、よりコンパクトな全体構成となる。但し、図７（Ａ），７（Ｂ）から明らかなように、磁化方向Ｊ１１Ａと磁化方向Ｊ１１Ｂとが互いに逆平行をなすこととなるので、ＭＲ素子５１ＡとＭＲ素子５１Ｂとの間隔は、バイアス磁界Ｈｂ１とバイアス磁界Ｈｂ２との相互干渉を避けるため、図６（Ａ），６（Ｂ）に示した間隔Ｗ３よりも大きくする必要がある。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態の電流センサによれば、検出対象電流Ｉｍの流路となる直線状の導体２１の上に磁性基板４Ａ，４Ｂと、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂを含むＭＲ素子層５Ａ，５Ｂとを順に積層し、磁性基板４Ａ，４Ｂによって、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｂと同方向のバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２をＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂに対して印加するように設定したので、上記第１の実施の形態と同様に、自由層１３の一軸異方性を強めＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂにおける磁界検出動作の安定化を十分に図ることができる。特に、直線状の導体２１を採用したことにより、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂのサイズを維持しつつ、導体がＵ字状をなす場合よりもＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂ同士の間隔を小さくすることができる。さらに、Ｕ字状の導体とは異なり折り返し部分が存在しないので、導体２１のサイズをより小さくすることができる。したがって、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂのサイズを維持しつつ、よりコンパクトな全体構成を実現することができるうえ、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂ間の温度差による測定誤差を低減し、精度良く安定した電流測定が可能となる。
【００５０】
［第３の実施の形態］
次に、本発明における第３の実施の形態としての電流センサについて説明する。上記第１の実施の形態では、導体２の直線部分２Ａに磁性基板４Ａと、ＭＲ素子５１Ａを含むＭＲ素子層５Ａとを配置し、直線部分２Ｂに磁性基板４Ｂと、ＭＲ素子５１Ｂを含むＭＲ素子層５Ｂとを配置するようにした。これに対し本実施の形態では、１つの導体２に対して４つのＭＲ素子５１Ａ〜５１Ｄを配置するようにした。以下、図８を参照して説明する。なお、４つのＭＲ素子５１Ａ〜５１Ｄを配置するようにした点以外の部分については実質的に上記第１の実施の形態と同様であるので、適宜説明を省略する。
【００５１】
図８は、本実施の形態における電流センサの電流方向、磁界方向および磁化方向の関係を表す概念図である。図８に示したように、本実施の形態の電流センサでは、直線部分２Ａが、その延在方向（Ｘ軸方向）に沿ってＭＲ素子５１ＡおよびＭＲ素子５１Ｃを備えている。その一方で、直線部分２Ｂが、その延在方向（Ｙ軸方向）に沿ってＭＲ素子５１ＢおよびＭＲ素子５１Ｄを備えている。なお、ＭＲ素子５１Ａ〜５１Ｄは、いずれも図示しない支持基板（図３の支持基板５４に相当するもの）の上に設けられ、各々がＭＲ素子層（図３のＭＲ素子層５Ａに相当するもの）を構成している。さらに、各支持基板と導体２との間には図示しない磁性基板（図３の磁性基板４Ａに相当するもの）がそれぞれ設けられており、ＭＲ素子５１Ａ〜５１Ｄに対してそれぞれバイアス磁界Ｈｂ１〜Ｈｂ４を印加するようになっている。
【００５２】
例えば導体２の延在方向に沿って矢印で示したように検出対象電流Ｉｍが流れるとすると、直線部分２Ａの周囲に電流磁界ＨｍＡが発生し、直線部分２Ｂの周辺に電流磁界ＨｍＢが発生する。この場合、ＭＲ素子５１Ａには、ベクトル表示したように、電流磁界ＨｍＡに起因する＋Ｙ方向の磁界成分ＨｍＡ１と電流磁界ＨｍＢに起因する＋Ｘ方向の磁界成分ＨｍＢ２との合力である合成磁界Ｈｍ１が印加される。同様に、ＭＲ素子５１Ｂには、電流磁界ＨｍＡに起因する＋Ｙ方向の磁界成分ＨｍＡ２と電流磁界ＨｍＢに起因する＋Ｘ方向の磁界成分ＨｍＢ１との合力である合成磁界Ｈｍ２が印加される。ＭＲ素子５１Ｃに対しては、電流磁界ＨｍＡに起因する＋Ｙ方向の磁界成分ＨｍＡ１と電流磁界ＨｍＢに起因する＋Ｘ方向の磁界成分ＨｍＢ３との合力である合成磁界Ｈｍ３が印加される。さらに、ＭＲ素子５１Ｄには、電流磁界ＨｍＡに起因する＋Ｙ方向の磁界成分ＨｍＡ３と電流磁界ＨｍＢに起因する＋Ｘ方向の磁界成分ＨｍＢ１との合力である合成磁界Ｈｍ４が印加される。ここで、ＭＲ素子５１Ｃ，５１Ｄは、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂよりも中心位置ＣＬから離れた位置にあるので、電流磁界ＨｍＡと電流磁界ＨｍＢとの相互干渉の影響を受けにくい。すなわち、磁界成分ＨｍＢ３は磁界成分ＨｍＢ２よりも小さく（ＨｍＢ３＜ＨｍＢ２）、磁界成分ＨｍＡ３は磁界成分ＨｍＡ２よりも小さい（ＨｍＡ３＜ＨｍＡ２）。したがって、合成磁界Ｈｍ３は合成磁界Ｈｍ１よりも＋Ｙ方向に近い方向となり、合成磁界Ｈｍ４は合成磁界Ｈｍ２よりも＋Ｘ方向に近い方向となっている。
【００５３】
ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｃは、固着層１１の磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｃが合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ３とそれぞれ平行をなすように固着されている。すなわち、磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｃは電流磁界ＨｍＡの方向に対して順方向をなしている。一方、ＭＲ素子３Ｂ，３Ｄは、固着層１１の磁化方向Ｊ１１Ｂ，Ｊ１１Ｄが合成磁界Ｈｍ２，Ｈｍ４とそれぞれ逆平行をなすように固着されている。すなわち、磁界方向Ｊ１１Ｂ，Ｊ１１Ｄは電流磁界ＨｍＢの方向に対して逆方向をなしている。外部磁界Ｈが零の場合、自由層１３の磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｃは合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ３とそれぞれ直交するように＋Ｘ方向から−Ｙ方向へ僅かに傾いた状態となり、磁化方向Ｊ１３Ｂ，Ｊ１３Ｄは合成磁界Ｈｍ２，Ｈｍ４とそれぞれ直交するように＋Ｙ方向から−Ｘ方向へ僅かに傾いた状態となる。すなわち外部磁界Ｈが零のとき、磁化方向Ｊ１３Ａ〜Ｊ１３Ｄは、磁化方向Ｊ１１Ａ〜Ｊ１３Ｄと直交した状態となる。したがって、導体２に検出対象電流Ｉｍが供給されて合成磁界Ｈｍ１〜Ｈｍ４が発生すると、磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｃは磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｃと平行（低抵抗）となる状態へ近づき、磁化方向Ｊ１３Ｂ，Ｊ１３Ｄは、磁化方向Ｊ１１Ｂ，Ｊ１１Ｄと逆平行（高抵抗）となる状態へ近づくこととなる。よって、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｃの抵抗値Ｒ１，Ｒ３は低下し、ＭＲ素子５１Ｂ，５１Ｄの抵抗値Ｒ２，Ｒ４は増加することとなる。
【００５４】
また、本実施の形態の電流センサでは、図９に示したように、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂの一端同士が第１の接続点Ｐ１において接続され、ＭＲ素子５１Ｃ，５１Ｄの一端同士が第２の接続点Ｐ２において接続され、ＭＲ素子５１Ａの他端とＭＲ素子５１Ｄの他端とが第３の接続点Ｐ３において接続され、ＭＲ素子５１Ｂの他端とＭＲ素子５１Ｃの他端とが第４の接続点Ｐ４において接続されることによりブリッジ回路が形成されている。なお図９は、本実施の形態の電流センサにおける回路構成を表したものである。
【００５５】
以下、図９を参照して、検出対象電流Ｉｍによって形成される電流磁界Ｈｍを測定する方法について説明する。
【００５６】
図９において、まず、外部磁界Ｈが印加されていない状態を考える。ここで読出電流ｉ0を流したときのＭＲ素子５１Ａ〜５１Ｄの各抵抗値をｒ１〜ｒ４とする。電源Ｖｃｃからの読出電流ｉ0は、第２の接続点Ｐ２で読出電流ｉ1および読出電流ｉ2の２つに分流される。そののち、ＭＲ素子５１ＣおよびＭＲ素子５１Ｂを通過した読出電流ｉ1と、ＭＲ素子５１ＤおよびＭＲ素子５１Ａを通過した読出電流ｉ2とが第１の接続点Ｐ１において合流する。この場合、第２の接続点Ｐ２と第１の接続点Ｐ１との間の電位差Ｖは、
Ｖ＝ｉ1ｒ３＋ｉ1ｒ２＝ｉ2ｒ４＋ｉ2ｒ１
＝ｉ1（ｒ３＋ｒ２）＝ｉ2（ｒ４＋ｒ１）  ……（４）
と表すことができる。
また、第４の接続点Ｐ４における電位Ｖ３および第３の接続点Ｐ３における電位Ｖ４は、
それぞれ、
Ｖ３＝Ｖ−ｉ1ｒ３
Ｖ４＝Ｖ−ｉ2ｒ４
と表せる。よって、第４の接続点Ｐ４と第３の接続点Ｐ３との電位差Ｖ０は、
Ｖ０＝Ｖ４−Ｖ３
＝（Ｖ−ｉ2ｒ４）−（Ｖ−ｉ1ｒ３）
＝ｉ1ｒ３−ｉ2ｒ４  ……（５）
ここで、（４）式から、
Ｖ０＝ｒ３／（ｒ３＋ｒ２）×Ｖ−ｒ４／（ｒ４＋ｒ１）×Ｖ
＝｛ｒ３／（ｒ３＋ｒ２）−ｒ４／（ｒ４＋ｒ１）｝×Ｖ  ……（６）
となる。このブリッジ回路では、外部磁界である電流磁界Ｈｍが印加されたときに、上記の式（６）で表された第４の接続点Ｐ４と第３の接続点Ｐ３との電位差Ｖ０を測定することにより、抵抗変化量が得られる。ここで、電流磁界Ｈｍが印加されたときに、抵抗値Ｒ１〜Ｒ４がそれぞれ変化量ΔＲ１〜ΔＲ４だけ変化したとすると、すなわち、電流磁界Ｈｍを印加後の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４が、それぞれ
Ｒ１＝ｒ１＋ΔＲ１
Ｒ２＝ｒ２＋ΔＲ２
Ｒ３＝ｒ３＋ΔＲ３
Ｒ４＝ｒ４＋ΔＲ４
であるとすると、電流磁界Ｈｍの印加時における電位差Ｖ０は、式（６）より、
Ｖ０＝｛（ｒ３＋ΔＲ３）／（ｒ３＋ΔＲ３＋ｒ２＋ΔＲ２）−（ｒ４＋ΔＲ４）／（ｒ４＋ΔＲ４＋ｒ１＋ΔＲ１）｝×Ｖ  ……（７）
となる。この電流センサでは、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｃの抵抗値Ｒ１，Ｒ３と、ＭＲ素子５１Ｂ，５１Ｄの抵抗値Ｒ２，Ｒ４とは互いに逆方向の変化を示すように構成されているので、変化量ΔＲ４と変化量ΔＲ１とが打ち消し合うと共に、変化量ΔＲ３と変化量ΔＲ２とが打ち消し合うこととなる。このため、電流磁界Ｈｍの印加前後を比較した場合、式（８）の各項における分母の増加はほとんど無い。一方、各項の分子については、変化量ΔＲ３と変化量ΔＲ１とが必ず反対の符号を有するので増減が現れることとなる。
【００５７】
仮に、ＭＲ素子３Ａ〜３Ｄの全てが完全に同一の特性を有するものとした場合、すなわち、ｒ１＝ｒ２＝ｒ３＝ｒ４＝Ｒ、かつ、ΔＲ１＝−ΔＲ２＝ΔＲ３＝−ΔＲ４＝ΔＲであるとした場合、式（７）は、
Ｖ０＝｛（Ｒ＋ΔＲ）／（２×Ｒ）−（Ｒ−ΔＲ）／（２×Ｒ）｝×Ｖ
＝（ΔＲ／Ｒ）×Ｖ
となる。
【００５８】
このように、ΔＲ／Ｒ等の特性値について既知であるＭＲ素子５１Ａ〜５１Ｄを用いるようにすれば、電流磁界Ｈｍの大きさを測定することができ、その電流磁界Ｈｍを発生する検出対象電流Ｉｍの大きさを推定することができる。特に、４つのＭＲ素子５１Ａ〜５１Ｄを用いてセンシングを行っているので、２つのＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂのみを用いてセンシングを行う場合と比べ、より高精度な測定を行うことができる。
【００５９】
なお、本実施の形態ではＶ字状の平面形状をなす導体２を用いた例について説明したが
、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第２の実施の形態で説明した直線状の
導体２１に沿って４つのＭＲ素子５１Ａ〜５１Ｄを配置するようにしてもよい。
【実施例】
【００６０】
次に、本発明の実施例について以下に説明する。
【００６１】
ここでは、まず、図６（Ａ）に示したＭＲ素子５１Ａに対し、固着層１１の磁化方向Ｊ１１Ａに沿った方向（すなわち＋Ｙ２方向）へ磁束密度Ｂｙを有する磁界Ｈｙを印加した場合における抵抗値Ｒの変化を測定した。その際、併せて０〜５０×１０-4Ｔ（テスラ）の範囲のバイアス磁界Ｈｂ１を印加することとした。図１０〜図１５にその結果を示す。ここで、磁性基板４Ａについては、平面の寸法を０．２６ｍｍ×０．３７ｍｍとし、厚さを４５μｍ〜９５μｍとし、飽和磁化を２２００Ａ／ｍとした。また、ＭＲ素子５１Ａにおける素子パターン５２，５３の構成については、「ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）０．３＼コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）１．０＼銅（Ｃｕ）１．８＼ＣｏＦｅ２．５＼ルテニウム（Ｒｕ）０．８＼ＣｏＦｅ１．５＼白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）１５．０＼タンタル（Ｔａ）３．０」とした。ここで、「ＮｉＦｅ０．３＼ＣｏＦｅ１．０」が２層構造からなる自由層１３であり、「銅（Ｃｕ）１．８」が中間層１２であり、「ＣｏＦｅ２．５＼Ｒｕ０．８＼ＣｏＦｅ１．５」が３層構造の磁化固定膜１４であり、「ＰｔＭｎ１５．０」が反強磁性膜１５であり、さらに「タンタル３．０」が保護膜１６である。なお、各材料名に続いて表示した数値が各層の厚み（ｎｍ）に対応する。素子パターン５２，５３の平面形状については、幅を２μｍとし、長さを１８０μｍとした。なお、磁束密度Ｂｂ１の大きさについては、磁性基板４Ａの厚さと、および磁性基板４ＡとＭＲ素子５１Ａとの距離を変化させることにより調整するようにした。
【００６２】
図１０〜図１５では、いずれにおいても磁束密度Ｂｙを横軸とし、抵抗値Ｒを縦軸とした。各図において、抵抗値Ｒの磁束密度Ｂｙ依存性を曲線Ｒ−Ｂｙで示す。図１０は、バイアス磁界Ｈｂ１の磁束密度Ｂｂ１をそれぞれ０×１０-4Ｔとした場合の結果である。同様に、図１１，１２，１３，１４，１５は、それぞれ、バイアス磁界Ｈｂ１の磁束密度Ｂｂ１を１０×１０-4Ｔ、２０×１０-4Ｔ、３０×１０-4Ｔ、４０×１０-4Ｔ、５０×１０-4Ｔとした場合に対応した結果である。
【００６３】
図１０〜図１５の結果から明らかなように、いずれの場合も、抵抗値Ｒが磁束密度Ｂｙの変化に対応したヒステリシスを発現した。但し、バイアス磁界Ｈｂ１の磁束密度Ｂｂ１を強めることにより、磁界Ｂｙが零であるときの数値のずれ（ヒステリシスギャップＧＰ）が低減している。
【００６４】
図１０〜図１５の結果に基づき、ヒステリシスギャップＧＰの、バイアス磁界Ｈｂ１に対する変化を曲線１６Ａとして図１６に示す。なお、図１６には感度についても併せて示すようにしたが、これについては後述する。図１６では、バイアス磁界Ｈｂ１の磁束密度Ｂｂ１（×１０-4Ｔ）を横軸とし、図１０〜図１５に対応したヒステリシスギャップＧＰ（％）を縦軸（左側）とした。ここでは、磁界Ｂｙが零であるときの抵抗Ｒ（Ω）の差分を、変化の中心値である７５０（Ω）で割ることによりヒステリシスギャップＧＰを算出した。また、交換バイアス磁界Ｈｉｎの大きさは零とした。図１６の結果から、磁束密度Ｂｂ１が２０×１０-4Ｔ以上であればヒステリシスギャップＧＰを十分に低減することができ、実用上問題となるようなノイズが発生せず、高感度かつ安定したセンシングが可能となることがわかった。
【００６５】
図１６には、ＭＲ素子５１Ａの感度（センシティビティ）の変化についても曲線１６Ｂとして示している。ここでいう「感度」とは、図１０〜図１５に示した曲線Ｒ−Ｂｙにおける磁束密度Ｂｙ＝０での傾きに相当する、ＭＲ素子５１Ａの抵抗変化率である。紙面に向かって右側の縦軸を図１０〜図１５から求められる感度（×１０4Ω／Ｔ）とした。ここでの感度は、磁気センサ３Ａが０±１０×１０-4Ｔの範囲の磁束密度Ｂｙを有する磁界Ｈｙを測定可能とした場合の値である。すなわち、図１６の曲線１６Ｂは、磁気センサ３Ａにおける補償電流ラインＣの発生する磁界Ｈｄ１，Ｈｄ２の磁束密度が、フルスケールで０±１０×１０-4Ｔの範囲に設定されている場合の感度の変化を表している。この結果、感度は磁束密度Ｂｂ１の上昇に伴って低下する傾向にあるものの、実用上の問題となるような急激な変化が生じるものではないことがわかった。
【００６６】
図１７における曲線１７Ａは、（図４の電流回路における）補償電流Ｉｄの線形性（リニアリティ）と、磁束密度Ｂｂ１との関係について示したものである。具体的には、線形性は、
（線形性％）＝［（Ｉｍ−ｍ・Ｉｄ）／Ｉｍ（ｍａｘ）］ｍａｘ  ……（８）
で表されるものである。ここで、Ｉｍは検出対象電流であり、Ｉｍ（ｍａｘ）は最大検出対象電流であり、ｍはＩｍ（ｍａｘ）／Ｉｄで表される比例定数である。図１７では、磁束密度Ｂｂ１（×１０-4Ｔ）を横軸とし、式（８）から求められる線形性（％）を縦軸（紙面左側）とした。曲線１７Ａの変化の推移から、線形性は、磁束密度Ｂｂ１が６０×１０-4Ｔ以下を超えるような場合には急激に悪化する一方、２０×１０-4Ｔを下回るような弱い磁束密度Ｂｂ１の場合には外部からの不要な（望ましくない）磁界の影響を受けやすいことがわかった。すなわち、磁束密度Ｂｂ１が２０×１０-4Ｔ以上６０×１０-4Ｔ以下であれば、安定した線形性を得ることが可能である。
【００６７】
また、図１７の曲線１７Ｂは、磁気センサ３ＡとしてのＳ／Ｎ比についても示している。ここでのＳ／Ｎ比は、磁気センサ３Ａが０±１０×１０-4Ｔの範囲の磁束密度Ｂｙを有する磁界Ｈｙを測定可能とした場合の値である。すなわち、図１７の曲線１７Ｂは、磁気センサ３Ａにおける補償電流ラインＣの発生する磁界Ｈｄ１，Ｈｄ２の磁束密度が、フルスケールで０±１０×１０-4Ｔの範囲に設定されている場合のＳ／Ｎ比の変化を表している。なお、紙面右側の縦軸にＳ／Ｎ比を示している。曲線１７Ｂの推移から、Ｓ／Ｎ比については、磁束密度Ｂｂが６０×１０-4Ｔ以下であれば安定することが確認できた。
【００６８】
以上、いくつかの実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本実施の形態では、バイアス手段としての磁性基板を、導体と磁気抵抗効果素子との間に設けるようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、導体と磁性基板との間に磁気抵抗効果素子を設けるようにしてもよい。
【００６９】
また、上記実施の形態等では、導体を流れる電流によって生ずる電流磁界を測定する電流センサを例に挙げて説明するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、電流を流す導体を有することなく、自らの置かれた環境における磁束そのものの変化を検出する磁気センサをも含むものである。本発明の磁気センサは、例えば、プリント配線の欠陥などの検査を行う渦電流探傷技術に応用可能である。この場合、磁気抵抗効果素子を対象物の上に直線上に多数個配置し、渦電流の変化を磁束の変化として捉えるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明における第１の実施の形態としての電流センサの構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した電流センサの一部をなす磁気センサを拡大して示した斜視図である。
【図３】図２に示した磁気センサのIII−III切断線に沿った断面構成を表す断面図である。
【図４】図１に示した電流センサに対応する回路図である。
【図５】図２に示した磁気センサの要部である磁気抵抗効果素子の構成を示す分解斜視図である。
【図６】図１に示した電流センサにおける磁化方向、電流磁界およびバイアス磁界の状態を説明するための概念図である。
【図７】本発明における第２の実施の形態としての電流センサにおける磁化方向、電流磁界およびバイアス磁界の状態を説明するための概念図である。
【図８】本発明における第３の実施の形態としての電流センサにおける磁化方向、電流磁界およびバイアス磁界の状態を説明するための概念図である。
【図９】図８に示した電流センサに対応する回路図である。
【図１０】図２に示した磁気センサの磁気抵抗効果素子における抵抗値Ｒの磁界依存性を表す第１の特性図である。
【図１１】図２に示した磁気センサの磁気抵抗効果素子における抵抗値Ｒの磁界依存性を表す第２の特性図である。
【図１２】図２に示した磁気センサの磁気抵抗効果素子における抵抗値Ｒの磁界依存性を表す第３の特性図である。
【図１３】図２に示した磁気センサの磁気抵抗効果素子における抵抗値Ｒの磁界依存性を表す第４の特性図である。
【図１４】図２に示した磁気センサの磁気抵抗効果素子における抵抗値Ｒの磁界依存性を表す第５の特性図である。
【図１５】図２に示した磁気センサの磁気抵抗効果素子における抵抗値Ｒの磁界依存性を表す第６の特性図である。
【図１６】図２に示した磁気センサの磁気抵抗効果素子におけるヒステリシスギャップＧＰおよび感度と、バイアス磁界の磁束密度との関係を表す特性図である。
【図１７】図２に示した磁気センサの磁気抵抗効果素子における線形性およびＳ／Ｎ比と、バイアス磁界の磁束密度との関係を表す特性図である。
【符号の説明】
【００７１】
１…基体、２，２１…導体、２Ａ，２Ｂ…直線部分、２Ｃ…折り返し部分、３Ａ，３Ｂ…磁気センサ、４Ａ，４Ｂ…磁性基板、５Ａ，５Ｂ…磁気抵抗効果（ＭＲ）素子層、５１Ａ，５１Ｂ…ＭＲ素子、６Ａ，６Ｂ…薄膜コイル層、６１Ａ，６１Ｂ…薄膜コイル、９…回路基板、ＣＧ１，ＣＧ２…定電流源、１０…電流センサ、１１…固着層、１２…中間層、１３…自由層、Ｃ…補償電流ライン、ＣＬ…中心線、Ｉｍ…検出対象電流、Ｈｂ１，Ｈｂ２…バイアス磁界、Ｈｍ１〜Ｈｍ４…合成磁界、ＨｍＡ，ＨｍＢ…電流磁界。
【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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