(57)【要約】【課題】コンパクトな構成でありながら周囲環境の温度変化の影響を低減し、検出対象磁界の回転角を高精度に検出可能な角度センサを提供する。【解決手段】一の回転面において回転する検出対象磁界Ｈｍの回転角θを検出する角度センサ１は、積層面が回転面と直交するように配置された一対のＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂと、積層面が回転面と平行をなすように配置された一対のＭＲ素子２１Ａ，２１Ｂとを備える。ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂは、回転面へ投影される第１の投影成分を含んで固着された磁化ベクトルとしての磁化方向Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｂをもつ固着層５１Ａ，５１Ｂを有する。検出対象磁界Ｈｍにおける所定の回転角の領域では、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂが温度変化のみに応じた第１の抵抗変化を生じるので、ＭＲ素子２１Ａ，２１Ｂにおける第２の抵抗変化との関係から温度変化による誤差を含まない検出対象磁界Ｈｍの回転角を求めることができる。【選択図】図１
2007298329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の回転面において回転する検出対象磁界の回転角を検出する角度センサであって、
積層面が前記回転面と交差するように配置された第１の磁気抵抗効果素子と、
積層面が前記回転面と平行をなすように配置された第２の磁気抵抗効果素子と
を備え、
前記第１の磁気抵抗効果素子は、前記回転面へ投影される第１の投影成分を含むように固着された磁化ベクトルをもつ磁化固着層を有する
ことを特徴とする角度センサ。
【請求項２】
前記第１の磁気抵抗効果素子における第１の抵抗変化と、前記第２の磁気抵抗効果素子における第２の抵抗変化との双方に基づいて前記検出対象磁界の回転角を検出する角度算出回路をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の角度センサ。
【請求項３】
前記第１の磁気抵抗効果素子の積層面は、前記回転面と直交している
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の角度センサ。
【請求項４】
前記第１の磁気抵抗効果素子の積層面と平行な積層面を有し、かつ、前記回転面へ投影される第２の投影成分を含むように固着された磁化ベクトルをもつ磁化固着層を有する第３の磁気抵抗効果素子をさらに備え、
前記第１の投影成分と、前記第２の投影成分とは互いに逆平行をなしており、
前記第１および第３の磁気抵抗効果素子が第１の素子ユニットを構成している
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の角度センサ。
【請求項５】
前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記検出対象磁界の回転に応じて磁化ベクトルが回転する磁化自由層と、磁化ベクトルが一定方向に固着された磁化固着層とを有する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の角度センサ。
【請求項６】
積層面が前記回転面と平行をなすように配置され、かつ、前記検出対象磁界の回転に応じて磁化ベクトルが回転する磁化自由層と、前記第２の磁気抵抗効果素子における磁化固着層の磁化ベクトルと逆平行をなすように固着された磁化ベクトルをもつ磁化固着層とを有する第４の磁気抵抗効果素子をさらに備え、
前記第２および第４の磁気抵抗効果素子が第２の素子ユニットを構成している
ことを特徴とする請求項５に記載の角度センサ。
【請求項７】
積層面が前記回転面と平行をなすように配置され、かつ、前記検出対象磁界の回転に応じて磁化ベクトルが回転する磁化自由層と、前記第２の磁気抵抗効果素子における磁化固着層の磁化ベクトルと直交するように固着された磁化ベクトルをもつ磁化固着層とを有する第４の磁気抵抗効果素子をさらに備え、
前記第２および第４の磁気抵抗効果素子が第２の素子ユニットを構成している
ことを特徴とする請求項５に記載の角度センサ。
【請求項８】
前記第１から第４の磁気抵抗効果素子に対し、第１から第４の定電流をそれぞれ供給する第１から第４の定電流源と、
前記第１および第２の定電流が流れることによって前記第１および第２の磁気抵抗効果素子の各々に生ずる電圧降下の差分を検出し、第１の差分信号を出力する第１の差分検出器と、
前記第３および第４の定電流が流れることによって前記第３および第４の磁気抵抗効果素子の各々に生ずる電圧降下の差分を検出し、第２の差分信号を出力する第２の差分検出器と
をさらに備え、前記第１および第２の差分信号に基づいて前記検出対象磁界の回転角を検出する
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の角度センサ。
【請求項９】
一の回転面において回転する検出対象磁界の回転角を検出する角度センサであって、
各々の積層面が互いに平行をなすと共に前記回転面と交差するように配置された第１から第４の磁気抵抗効果素子を有する第１の素子ユニットと、
積層面が前記回転面と平行をなすように配置された少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を有する第２の素子ユニットと
を備え、
前記第１から第４の磁気抵抗効果素子は、前記回転面へ投影される第１から第４の投影成分を含むように固着された磁化ベクトルをもつ第１から第４の磁化固着層をそれぞれ有し、
前記検出対象磁界の回転に応じて、前記第１および第４の磁気抵抗効果素子の抵抗値と、前記第２および第３の磁気抵抗効果素子の抵抗値とが互いに逆方向へ変化する
ことを特徴とする角度センサ。
【請求項１０】
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子の一端同士が第１の接続点において接続され、前記第３および第４の磁気抵抗効果素子の一端同士が第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３の磁気抵抗効果素子の他端とが第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４の磁気抵抗効果素子の他端とが第４の接続点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
ことを特徴とする請求項９に記載の角度センサ。
【請求項１１】
前記第１および第２の投影成分は互いに同方向をなし、
前記第３および第４の投影成分は、互いに同方向をなすと共に前記第１および第２の投影成分と逆方向をなしている
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の角度センサ。
【請求項１２】
前記第１および第２の投影成分は互いに同方向をなし、
前記第３および第４の投影成分は、互いに同方向をなすと共に前記第１および第２の投影成分と直交する方向をなしている
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の角度センサ。
【請求項１３】
一の回転面において回転する検出対象磁界の回転角を検出する角度センサであって、
前記回転角のうちの所定の領域において前記検出対象磁界によって抵抗値が飽和するように構成された第１の磁気抵抗効果素子と、
前記回転角に応じて抵抗値が連続的に変化するように構成された第２の磁気抵抗効果素子と
を備えたことを特徴とする角度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の磁気抵抗効果素子を利用し、検出対象磁界の角度変化を高精度に検出する角度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ある平面内において回転する磁束の回転角を測定するものとして、磁気抵抗効果素子を利用した角度センサがいくつか開発されている。例えば特許文献１には、４つの磁気抵抗効果素子からなるホイートストンブリッジを２つ組み合わせることにより、製造誤差等に起因するオフセットを較正する機能を備えた角度センサが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１４６６２１号公報
【０００３】
しかし、磁気抵抗効果素子は周囲の温度変化に対して敏感であり、出力特性が変化し易いものである。一般に、磁気抵抗効果素子の抵抗変化率は温度の上昇に伴って低下すると共に温度の降下に伴って上昇することとなる。このため、角度センサにおいては、周囲の温度変化に応じた磁気抵抗効果素子の出力特性の変化によって磁界回転角の検出精度が不安定となるおそれがある。
【０００４】
このような問題に対応するものとして、例えば特許文献２に開示されたものがある。
【特許文献２】特開２００３−１３９５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献２では、温度検出を行っているのみである。したがって、温度変化に伴う感度の変化を検出するには、別途、感度の温度依存性を調べ、その結果に基づく補正（キャリブレーション）が必要なことから、複雑な構成となりがちである。また、特許文献２に示された角度センサにはブリッジ回路が１つ含まれているが、角度検出にあたって位相ずれの影響を受けやすいほか、磁気抵抗効果素子の性能のばらつきや磁束のばらつきにも大きく影響を受けるものと予想される。
【０００６】
ところで最近では、磁界の回転角をより正確に検出可能であると共に、よりコンパクトな全体構成を有する角度センサが要求されるようになっている。小型化した角度センサに搭載される磁気抵抗効果素子は、周囲の温度変化の影響をよりいっそう受け易いものとなる。したがって、全体構成を簡素化しつつも、温度変化に対する検出精度の安定性を向上させることが課題と考えられる。
【０００７】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易な構成でありながら周囲環境の温度変化の影響を低減し、検出対象磁界の回転角を高精度に検出可能な角度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】
【０００８】
本発明における第１の角度センサは、一の回転面において回転する検出対象磁界の回転角を検出するものであって、積層面が回転面と交差するように配置された第１の磁気抵抗効果素子と、積層面が回転面と平行をなすように配置された第２の磁気抵抗効果素子と  を備え、第１の磁気抵抗効果素子が、回転面へ投影される第１の投影成分を含むように固着された磁化ベクトルをもつ磁化固着層を有するようにしたものである。ここで、「積層面が回転面と平行をなす」とは、積層面が検出対象磁界の回転面と実質的に平行であることを意味しており、完全平行に限定されるものではない。例えば製造段階で想定される誤差をも含む意である。
【０００９】
本発明における第２の角度センサは、一の回転面において回転する検出対象磁界の回転角を検出するものであって、各々の積層面が互いに平行をなすと共に回転面と交差するように配置された第１から第４の磁気抵抗効果素子を有する第１の素子ユニットと、積層面が回転面と平行をなすように配置された少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を有する第２の素子ユニットとを備えるようにしたものである。第１から第４の磁気抵抗効果素子は、回転面へ投影される第１から第４の投影成分を含むように固着された磁化ベクトルをもつ第１から第４の磁化固着層をそれぞれ有する。検出対象磁界の回転に応じて、第１および第４の磁気抵抗効果素子の抵抗値と、第２および第３の磁気抵抗効果素子の抵抗値とが互いに逆方向へ変化するようになっている。
【００１０】
本発明における第１および第２の角度センサでは、検出対象磁界がある角度範囲において回転したとき、その前後において次のような挙動を示す。まず、第２の磁気抵抗効果素子（または第２の素子ユニット）では、積層面が回転面と平行をなしていることから検出対象磁界の回転角に応じた抵抗変化が発生する。一方、第１の磁気抵抗効果素子（または第１の素子ユニット）では、積層面が回転面と交差する（すなわち積層面が回転面に対して直交または傾斜した位置関係となる）と共に、回転面への投影成分を含むように固着された磁化ベクトルをもつ磁化固着層が存在することから、検出対象磁界が回転しても一定の抵抗値を維持するような角度領域が現れる。ここで、周囲環境の温度変化が生じた場合には、第１の磁気抵抗効果素子（または第１の素子ユニット）では、検出対象磁界が回転しても一定の抵抗値を維持するような角度領域であれば、温度変化のみに応じた第１の抵抗変化を生ずることとなる。一方、第２の磁気抵抗効果素子（または第２の素子ユニット）では、その温度変化に応じた抵抗変化と、検出対象磁界の回転角に応じた抵抗変化とを加えた第２の抵抗変化が生じる。これら第１および第２の抵抗変化を利用することにより、検出対象磁界の回転角に応じた抵抗変化のみが抽出可能となる。
【００１１】
本発明における第３の角度センサは、一の回転面において回転する検出対象磁界の回転角を検出するものであって、回転角のうちの所定の領域において検出対象磁界によって抵抗値が飽和するように構成された第１の磁気抵抗効果素子と、回転角に応じて抵抗値が連続的に変化するように構成された第２の磁気抵抗効果素子とを備えるようにしたものである。
【００１２】
本発明の第３の角度センサでは、一の回転面において検出対象磁界が所定の角度範囲において回転すると、第１の磁気抵抗効果素子では一定の抵抗を示す一方、第２の磁気抵抗効果素子において検出対象磁界の回転角に応じた抵抗変化が発生する。したがって周囲環境の温度変化が生じた場合には、第１の磁気抵抗効果素子では温度変化のみに応じた第１の抵抗変化を生ずる。一方、第２の磁気抵抗効果素子では温度変化に応じた抵抗変化と検出対象磁界の回転角に応じた抵抗変化とを加えた第２の抵抗変化が生じる。これら第１および第２の抵抗変化の利用により、検出対象磁界の回転角に応じた抵抗変化のみが抽出される。
【００１３】
本発明の第１の角度センサでは、第１の磁気抵抗効果素子における第１の抵抗変化と、第２の磁気抵抗効果素子における第２の抵抗変化との双方に基づいて検出対象磁界の回転角を検出する角度算出回路をさらに備えるようにするとよい。
【００１４】
本発明の第１の角度センサでは、第１の磁気抵抗効果素子の積層面が、回転面と直交していることが望ましい。こうすることで、検出対象磁界の回転に対して一定の抵抗値を維持するような角度領域が拡大される。
【００１５】
本発明の第１の角度センサでは、第３の磁気抵抗効果素子をさらに備え、これら第１および第３の磁気抵抗効果素子によって第１の素子ユニットを構成するとよい。第３の磁気抵抗効果素子については、第１の磁気抵抗効果素子の積層面と平行な積層面を有し、かつ、回転面へ投影される第２の投影成分を含むように固着された磁化ベクトルをもつ磁化固着層を有するものとするとよい。その際、第１の投影成分と、第２の投影成分とは互いに逆平行をなしていることが望ましい。
【００１６】
本発明の第１の角度センサでは、第２の磁気抵抗効果素子が、検出対象磁界の回転に応じて磁化ベクトルが回転する磁化自由層と、磁化ベクトルが一定方向に固着された磁化固着層とを有するものとすることが望ましい。その場合には、第４の磁気抵抗効果素子をさらに備え、これら第２および第４の磁気抵抗効果素子によって第２の素子ユニットを構成するとよい。第４の磁気抵抗効果素子については、積層面が回転面と平行をなすように配置され、かつ、検出対象磁界の回転に応じて磁化ベクトルが回転する磁化自由層と、第２の磁気抵抗効果素子における磁化固着層の磁化ベクトルと逆平行をなすように固着された磁化ベクトルを示す磁化固着層とを有するものとすることが望ましい。
【００１７】
本発明の第１の角度センサでは、第１から第４の磁気抵抗効果素子に対して第１から第４の定電流をそれぞれ供給する第１から第４の定電流源と、第１および第２の定電流が流れることによって第１および第２の磁気抵抗効果素子の各々に生ずる電圧降下の差分を検出して第１の差分信号を出力する第１の差分検出器と、第３および第４の定電流が流れることによって第３および第４の磁気抵抗効果素子の各々に生ずる電圧降下の差分を検出して第２の差分信号を出力する第２の差分検出器とをさらに備え、第１および第２の差分信号に基づいて検出対象磁界の回転角を検出するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明における第１、第２および第３の角度センサによれば、第２の磁気抵抗効果素子（第２の素子ユニット）については検出対象磁界の回転に応じて抵抗変化が現れるように構成する一方、第１の磁気抵抗効果素子（第１の素子ユニット）については検出対象磁界の回転によって抵抗変化が現れないように構成したので、第２の磁気抵抗効果素子（第２の素子ユニット）が、周囲の温度変化と検出対象磁界の回転角とに応じた第２の抵抗変化を生じると共に、第１の磁気抵抗効果素子（第１の素子ユニット）が、周囲の温度変化のみに応じた第１の抵抗変化を生ずることとなる。ここで、第１の抵抗変化と第２の抵抗変化との双方に基づいて検出対象磁界の回転角を検出するようにすれば、十分に良好な温度補償を行うことができる。したがって、温度変化が激しい環境下においてもその影響を受けることなく、検出対象磁界の回転角について高精度な測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
［第１の実施の形態］
最初に、図１および図２を参照して、本発明における第１の実施の形態としての角度センサ１の構成について説明する。図１は、角度センサ１の斜視構成を表す概略図であり、図２は、その要部を拡大したものである。
【００２１】
角度センサ１は、ある回転面（ＸＹ平面）において回転する検出対象磁界Ｈｍの回転角θ（後出）を検出するものであり、第１の素子ユニット１１が基板１２上に設けられた第１のモジュール１０と、第２の素子ユニット２１が基板２２上に設けられた第２のモジュール２０とを有している。
【００２２】
第１の素子ユニット１１は、一対の磁気抵抗効果素子１１Ａ，１１Ｂ（以下、単にＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂという。）によって構成されている。ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂは、基板１２の上に、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）からなる絶縁膜（図示せず）を介して巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を発現するＧＭＲ膜５０が形成されたものである。一方、第２の素子ユニット２１は一対の磁気抵抗効果素子２１Ａ，２１Ｂ（以下、単にＭＲ素子２１Ａ，２１Ｂという。）によって構成されており、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂと同様に、基板２２の上にＡｌ2Ｏ3などの絶縁膜（図示せず）を介してＧＭＲ膜６０が形成されたものである。図２（Ａ），２（Ｂ）に、ＧＭＲ膜５０，６０の構成を示す。図２（Ａ），２（Ｂ）は、各ＧＭＲ膜５０，６０の構成例を表す分解斜視図である。
【００２３】
図２（Ａ）に示したように、各ＧＭＲ膜５０，６０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なしており、具体的には、一定方向に固着された磁化方向Ｊ５１，Ｊ６１を有する固着層５１，６１と、特定の磁化方向を発現しない中間層５２，６２と、検出対象磁界Ｈｍを含む外部磁界Ｈに応じて変化する磁化方向Ｊ５３，Ｊ６３を有する自由層５３，６３とが順に積層されてなるものである。なお、図２（Ａ）は、検出対象磁界Ｈｍを含む外部磁界Ｈが付与されていない無負荷状態を示している。この場合、自由層５３，６３の磁化方向Ｊ５３，Ｊ６３は、それぞれ、自らの磁化容易軸方向ＡＥ５３，ＡＥ６３と平行をなし、かつ、固着層５１，６１の磁化方向Ｊ５１，Ｊ６１と直交した状態となっている。図２（Ｂ）に、固着層５１，６１の詳細な構成を示す。固着層５１，６１は、例えば中間層５２，６２の側から磁化固定膜５４，６４と反強磁性膜５５，６５と保護膜５６，６６とが順に積層されたものである。磁化固定膜５４，６４はコバルト（Ｃｏ）やコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）などの強磁性材料からなり、この磁化固定膜５４，６４の示す磁化方向が固着層５１，６１全体としての磁化方向Ｊ５１，Ｊ６１となる。一方、反強磁性膜５５，６５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５５，６５は、ある一方向のスピン磁気モーメントと、それとは逆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５４，６４の磁化方向を固定するように作用している。また、保護膜５６，６６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５４，６４や反強磁性膜５５，６５などを保護するものである。さらに、自由層５３，６３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おり、中間層５２，６２は、例えば銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）などの高導電性の非磁性材料により構成されている。
【００２４】
検出対象磁界Ｈｍは、図１に示したように、例えば第２のモジュール２０を挟んで対向配置された一対の永久磁石ＨＭ１，ＨＭ２によって形成されるものである。一対の永久磁石ＨＭ１，ＨＭ２が互いの位置関係を保持したままＸＹ平面と平行な回転面において第２のモジュール２０を中心として回転することにより、検出対象磁界Ｈｍが回転することとなる。例えば、永久磁石ＨＭ１が位置Ｌ１１から位置Ｌ１２へ移動すると同時に、永久磁石ＨＭ２が位置Ｌ２１から位置Ｌ２２へ移動する。
【００２５】
第２の素子ユニット２１を構成するＭＲ素子２１Ａ，２１Ｂは、いずれも積層面が検出対象磁界Ｈｍの回転面と平行をなすように形成されている。したがって、ＭＲ素子２１Ａ，２１Ｂにおける自由層６３の磁化方向Ｊ６３は検出対象磁界Ｈｍに応じて変化し、常に検出対象磁界Ｈｍに沿った方向となる。ここで、ＭＲ素子２１Ａにおける固着層６１Ａの磁化方向Ｊ６１ＡとＭＲ素子２１Ｂにおける固着層６１Ｂの磁化方向Ｊ６１Ｂとは、検出対象磁界Ｈｍの回転面と平行をなし、かつ、互いに逆方向となっている。このため、検出対象磁界Ｈｍの回転に伴い、ＭＲ素子２１Ａの抵抗値Ｒ２１Ａと、ＭＲ素子２１Ｂの抵抗値Ｒ２１Ｂとが互いに逆向きの変化を示し、かつ、必ず異なる数値となる。
【００２６】
一方、第１の素子ユニット１１を構成するＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂは、いずれも検出対象磁界Ｈｍの回転面と直交するような積層面を有している。ＭＲ素子１１Ａにおける固着層５１Ａの磁化方向Ｊ５１ＡおよびＭＲ素子１１Ｂにおける固着層５１Ｂの磁化方向Ｊ５１Ｂは、いずれも検出対象磁界Ｈｍの回転面と平行をなし、かつ、互いに逆方向となっている。このため、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂの抵抗値Ｒ１１Ａ，Ｒ１１Ｂは、ＭＲ素子２１Ａ，２１Ｂの抵抗値Ｒ２１Ａ，Ｒ２１Ｂとは異なる挙動を示すこととなる。以下、図３〜図６を参照し、検出対象磁界Ｈｍの回転角θに伴うＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂの挙動について具体的に説明する。
【００２７】
図３は、図１の上面図に対応するものであり、検出対象磁界Ｈｍの回転面を上方から眺めたときの、第１の素子ユニット１１と永久磁石ＨＭ１，ＨＭ２との位置関係を表す概略構成図である。図３では、理解を容易とするため、第１の素子ユニット１１における積層面に沿った方向（磁化方向Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｂに沿った方向）をＸ１軸とし、第１の素子ユニット１１における積層面と直交する方向をＹ１軸とする。ここで、永久磁石ＨＭ１，ＨＭ２がＸ１−Ｙ１平面（ＸＹ平面と平行である）において一回転する場合を考える。例えば、永久磁石ＨＭ１の中心軸ＣＬとＸ１軸とのなす角度を回転角θとすると、第１の素子ユニット１１に対して印加される検出対象磁界ＨｍのうちのＸ１軸に沿ったベクトル成分である磁界ＨｍＸは、回転角θの変化に伴って例えば図４のような余弦曲線を描くように変化する。図４では、横軸を回転角θ［°］とし、縦軸を磁界ＨｍＸ［×１０-4Ｔ］としている。磁界ＨｍＸについては、図３における＋Ｘ１方向を正とし、−Ｘ１方向を負としている。図４に示したように、回転角θが９０°および２７０°となる位置において磁界ＨｍＸの符号が反転する。すなわち、積層面と直交するＹ１軸を境界として第１の素子ユニット１１に対して印加される磁界ＨｍＸの向きが反転するので、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂにおける各自由層５３Ａ，５３Ｂの磁化方向Ｊ５３Ａ，Ｊ５３Ｂについてもそれに伴って反転することとなる。なお、反転位置（θ＝９０°，２７０°）での勾配は、例えば２６×１０-4Ｔ／deg程度である。
【００２８】
図５には、磁界ＨｍＸと、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂにおける出力電圧ΔＥとの関係の一例を表している。ここで、出力電圧ΔＥは、検出対象磁界Ｈｍが積層面と直交する方向（Ｙ１軸に沿った方向）のみに印加された状態を基準とした場合の差分を表している。したがって、図４における回転角θが９０°および２７０°となる位置において、出力電圧ΔＥが零となる。図５では、図４と同様に、磁界ＨｍＸに関して図３における＋Ｘ１方向を正とし、−Ｘ１方向を負としている。このため、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂのうちの一方が曲線Ｃ５１の挙動を示し、他方が曲線Ｃ５２の挙動を示す。具体的には、曲線Ｃ５１は、固着層５１の磁化方向Ｊ５１が−Ｘ１方向を向いている場合（例えばＭＲ素子１１Ａ）の変化を示しており、この場合には磁界ＨｍＸの増大に伴って出力電圧ΔＥも増大し、磁界ＨｍＸの減少に伴って出力電圧ΔＥも減少する。一方、曲線Ｃ５２は、固着層５１の磁化方向Ｊ５１が＋Ｘ１方向を向いている場合（ＭＲ素子１１Ｂ）の変化を示しており、この場合には磁界ＨｍＸの増大に伴って出力電圧ΔＥが減少し、磁界ＨｍＸの減少に伴って出力電圧ΔＥが増大する。ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂの特性が全く同一であると共に、磁化方向Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｂが互いに完全に逆方向となるように配置されていれば、曲線Ｃ５１と曲線Ｃ５２とは完全に対称となる。
【００２９】
この角度センサ１では、検出対象磁界Ｈｍが、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂの出力電圧ΔＥが飽和するのに十分な大きさを有している。例えば図５に示したように、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂの出力電圧ΔＥは、絶対値が約１５０×１０-4Ｔ以上の磁界ＨｍＸが印加されることによりほぼ飽和する。一方、磁界ＨｍＸの絶対値は、図４に示したように最大で１２００×１０-4Ｔとなっている。但し、出力電圧ΔＥは、回転角θが９０°および２７０°となる位置において零となる。図４および図５の特性から、回転角θと出力電圧ΔＥとの関係は図６のようになる。
【００３０】
図６では、横軸を回転角θ［°］とし、縦軸を出力電圧ΔＥ［Ｖ］としている。ここで、曲線Ｃ６１が図５の曲線Ｃ５１に対応し、曲線Ｃ６２が図５の曲線Ｃ５２に対応している。磁界ＨｍＸの反転位置（θ＝９０°，２７０°）近傍領域では出力電圧ΔＥの反転が生じるが、それ以外の領域では出力電圧ΔＥが飽和しており、回転角θの変化によらず一定値を示している。但し、曲線Ｃ６１，Ｃ６２からわかるように、どの回転角θにおいてもＭＲ素子２１Ａの出力電圧ΔＥとＭＲ素子２１Ｂの出力電圧ΔＥとが必ず反対の符号となる。これは、磁化方向Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｂが互いに完全な逆方向となるようにＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂが配置されていることに起因している。出力電圧ΔＥは、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂにある一定の電流Ｉ１，Ｉ２（後出）をそれぞれ流した際の、電流値Ｉ１，Ｉ２と抵抗値Ｒ１１Ａ，Ｒ１１Ｂとの積であるので、曲線Ｃ６１，Ｃ６２はＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂの抵抗値Ｒ１１Ａ，Ｒ１１Ｂの挙動を示すものといえる。
【００３１】
なお、第１のモジュール１０と第２のモジュール２０とは互いに常に固定された位置関係にある。例えば図１において、磁化方向Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｂを含む仮想直線と磁化方向Ｊ６１Ａ，Ｊ６１Ｂを含む仮想直線とが、検出対象磁界Ｈｍの回転面（ＸＹ平面）に投影したときに互いに４５°をなしていると、図６に示したように、回転角θ＝０°または１８０°を中心とした対称な角度範囲において一定の出力電圧ΔＥが得られ、その角度範囲での角度検出に適したものとなる。
【００３２】
次に、図７を参照して、図１の角度センサ１における回路構成を説明する。
【００３３】
第１のモジュール１０は、基板１２上に形成された２つの定電流源ＣＧ１，ＣＧ２（図１では図示せず）を有しており、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂと共に図３のような回路を構成している。ＭＲ素子１１ＡおよびＭＲ素子１１Ｂの一端同士は第１の接続点Ｐ１１において接続され、定電流源ＣＧ１および定電流源ＣＧ２の一端同士は第２の接続点Ｐ１２において接続されている。さらに、ＭＲ素子１１Ａの他端（第１の接続点Ｐ１１とは反対側となる端部）は、第３の接続点Ｐ１３において定電流源ＣＧ１の他端（第２の接続点Ｐ１２とは反対側となる端部）と接続されており、ＭＲ素子１１Ｂの他端（第１の接続点Ｐ１１とは反対側となる端部）は、第４の接続点Ｐ１４において定電流源ＣＧ２の他端（第２の接続点Ｐ１２とは反対側となる端部）と接続されている。ここで、定電流源ＣＧ１はＭＲ素子１１Ａに対して定電流Ｉ１を供給し、定電流源ＣＧ２はＭＲ素子１１Ｂに対して定電流Ｉ２を供給するように構成されている。
【００３４】
さらに、第１のモジュール１０は、入力側において第３の接続点Ｐ１３および第４の接続点Ｐ１４とそれぞれ接続された差分検出器ＡＭＰ１を有している。この差分検出器ＡＭＰ１は、第１の接続点Ｐ１１と第２の接続点Ｐ１２との間に電圧が印加されたときの第３の接続点Ｐ１３と第４の接続点Ｐ１４との間の電位差（ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂのそれぞれに生ずる電圧降下の差分）を検出し、第１の差分信号Ｓ１として角度算出回路４０に出力するものである。
【００３５】
一方、第２のモジュール２０は、基板２２上に形成された２つの定電流源ＣＧ３，ＣＧ４（図１では図示せず）を有しており、ＭＲ素子２１Ａ，２１Ｂと共に図７のような回路を構成している。ＭＲ素子２１ＡおよびＭＲ素子２１Ｂの一端同士は第５の接続点Ｐ２１において接続され、定電流源ＣＧ３および定電流源ＣＧ４の一端同士は第６の接続点Ｐ２２において接続されている。さらに、ＭＲ素子２１Ａの他端（第５の接続点Ｐ２１とは反対側となる端部）は、第７の接続点Ｐ２３において定電流源ＣＧ３の他端（第６の接続点Ｐ２２とは反対側となる端部）と接続されており、ＭＲ素子２１Ｂの他端（第５の接続点Ｐ２１とは反対側となる端部）は、第８の接続点Ｐ２４において定電流源ＣＧ４の他端（第６の接続点Ｐ２２とは反対側となる端部）と接続されている。ここで、定電流源ＣＧ３はＭＲ素子２１Ａに対して定電流Ｉ３を供給し、定電流源ＣＧ４はＭＲ素子２１Ｂに対して定電流Ｉ４を供給するように構成されている。
【００３６】
さらに第２のモジュール２０は、入力側において第７の接続点Ｐ２３および第８の接続点Ｐ２４とそれぞれ接続された差分検出器ＡＭＰ２を有している。この差分検出器ＡＭＰ２は、第５の接続点Ｐ２１と第６の接続点Ｐ２２との間に電圧が印加されたときの第７の接続点Ｐ２３と第８の接続点Ｐ２４との間の電位差（ＭＲ素子２１Ａ，２１Ｂのそれぞれに生ずる電圧降下の差分）を検出し、第２の差分信号Ｓ２として外部の角度算出回路４０に出力するものである。
【００３７】
図８は、第２の素子ユニット２１から得られる出力と、検出対象磁界Ｈｍの回転角θとの関係を示す特性図である。図８では、横軸が回転角θ［°］を表し、縦軸が規格化した規格化出力を表している。図８に示した曲線Ｃ７１〜Ｃ７３のうち、曲線Ｃ７１が角度センサ１における第２の素子ユニット２１に対応している。
【００３８】
このように構成された角度センサ１を使用し、第１および第２の差分信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて検出対象磁界Ｈｍの回転角θを検出する方法について以下に説明する。
【００３９】
検出対象磁界Ｈｍの存在する領域内にＭＲ素子１１Ａを配置すると、次のような関係式が得られる。
【００４０】
Ｒθ1（Ｔ）／Ｒmax（Ｔ）＝ＭＲ0（θ１）×β×Ｔ  ……（１）
但し、
θ１：検出対象磁界Ｈｍの方向と磁化方向Ｊ５１Ａとのなす角度
Ｔ：温度
Ｒθ1（Ｔ）：温度Ｔにおける角度θ１でのＭＲ素子５１Ａの抵抗値
Ｒmax1（Ｔ）：温度ＴにおけるＭＲ素子１１Ａの最大抵抗値
ＭＲ1（θ１）：角度θ１でのＭＲ素子１１Ａの抵抗変化率
β：抵抗変化率の温度係数
とする。
【００４１】
ＭＲ素子１１Ａに対して定電流源ＣＧ１から電流Ｉ１を流すと、第３の接続点Ｐ１３から以下の式（２）で表される電位に関する信号ｅ１を取り出すことができる。
ｅ１＝Ｉ１×Ｒθ1（Ｔ）
＝Ｉ１×Ｒmax1（Ｔ）×ＭＲ1（θ１）×β×Ｔ  ……（２）
但し、
θ１：検出対象磁界Ｈｍの方向と磁化方向Ｊ５１Ａとのなす角度
Ｒθ1（Ｔ）：温度Ｔにおける角度θ１でのＭＲ素子１１Ａの抵抗値
Ｒmax1（Ｔ）：温度ＴにおけるＭＲ素子１１Ａの最大抵抗値
ＭＲ1（θ１）：角度θ１でのＭＲ素子１１Ａの抵抗変化率
である。
【００４２】
ＭＲ素子１１Ｂについては、定電流源ＣＧ２から電流Ｉ２を流すことにより、第４の接続点Ｐ１４から以下の式（３）で表される信号ｅ２を取り出すことができる。
ｅ２＝Ｉ２×Ｒθ2（Ｔ）
＝Ｉ２×Ｒmax2（Ｔ）×ＭＲ0（θ２）×β×Ｔ  ……（３）
但し、
θ２：検出対象磁界Ｈｍの方向と磁化方向Ｊ５１Ｂとのなす角度
Ｒθ2（Ｔ）：温度Ｔにおける角度θ２でのＭＲ素子１１Ｂの抵抗値
Ｒmax2（Ｔ）：温度ＴにおけるＭＲ素子１１Ｂの最大抵抗値
ＭＲ2（θ２）：角度θ２でのＭＲ素子１１Ｂの抵抗変化率
である。
【００４３】
したがって、第１の差分信号Ｓ１は、式（２），（３）から以下の式（４）のように表される。
Ｓ１＝ｅ１−ｅ２
＝Ｉ１×Ｒmax1（Ｔ）×ＭＲ1（θ１）×β×Ｔ
−Ｉ２×Ｒmax2（Ｔ）×ＭＲ2（θ２）×β×Ｔ  ……（４）
【００４４】
一方、第２の素子ユニット２１についても同様にして、第２の差分信号Ｓ２に関する式を導くことができる。
【００４５】
まず、ＭＲ素子２１Ａについては、定電流源ＣＧ３から電流Ｉ３を流すことにより、第７の接続点Ｐ２３から以下の式（５）で表される信号ｅ３を取り出すことができる。
ｅ３＝Ｉ３×Ｒθ3（Ｔ）
＝Ｉ３×Ｒmax3（Ｔ）×ＭＲ3（θ３）×β×Ｔ  ……（５）
但し、
θ３：検出対象磁界Ｈｍの方向と磁化方向Ｊ６１Ａとのなす角度
Ｒθ3（Ｔ）：温度Ｔにおける角度θ３でのＭＲ素子２１Ａの抵抗値
Ｒmax3（Ｔ）：温度ＴにおけるＭＲ素子２１Ａの最大抵抗値
ＭＲ3（θ３）：角度θ３でのＭＲ素子２１Ａの抵抗変化率
である。
【００４６】
ＭＲ素子２１Ｂについては、定電流源ＣＧ４から電流Ｉ４を流すことにより、第８の接続点Ｐ２４から以下の式（６）で表される信号ｅ４を取り出すことができる。
ｅ４＝Ｉ４×Ｒθ4（Ｔ）
＝Ｉ４×Ｒmax4（Ｔ）×ＭＲ0（θ４）×β×Ｔ  ……（６）
但し、
θ４：検出対象磁界Ｈｍの方向と磁化方向Ｊ６１Ｂとのなす角度
Ｒθ4（Ｔ）：温度Ｔにおける角度θ４でのＭＲ素子６１Ｂの抵抗値
Ｒmax4（Ｔ）：温度ＴにおけるＭＲ素子６１Ｂの最大抵抗値
ＭＲ4（θ４）：角度θ４でのＭＲ素子６１Ｂの抵抗変化率
である。
【００４７】
したがって、第２の差分信号Ｓ２は、式（５），（６）から以下の式（７）のように表される。
Ｓ２＝ｅ３−ｅ４
＝Ｉ３×Ｒmax3（Ｔ）×ＭＲ3（θ３）×β×Ｔ
−Ｉ４×Ｒmax4（Ｔ）×ＭＲ4（θ４）×β×Ｔ  ……（７）
【００４８】
式（４）からわかるように、第１および第２の差分信号Ｓ１，Ｓ２は、Ｒmax1（Ｔ）、Ｒmax2（Ｔ）、Ｒmax3（Ｔ）、Ｒmax4（Ｔ）およびＴという温度変化に依存する因子を含んでいる。
【００４９】
第１および第２の差分信号Ｓ１，Ｓ２が入力された角度算出回路４０では、式（４），（７）を用いて以下のような式（８）で表される数値Ｅを算出する。
Ｅ＝Ｓ１／Ｓ２
＝｛Ｉ１×Ｒmax1（Ｔ）×ＭＲ1（θ１）−Ｉ２×Ｒmax2（Ｔ）×ＭＲ2（θ２）｝／｛Ｉ３×Ｒmax3（Ｔ）×ＭＲ3（θ３）−Ｉ４×Ｒmax4（Ｔ）×ＭＲ4（θ４）｝  ……（８）
【００５０】
ここで、電流Ｉ１〜Ｉ４が全て等しくなるようにすれば、式（８）は、以下のようになる。
Ｅ＝Ｓ１／Ｓ２
＝｛Ｒmax1（Ｔ）×ＭＲ1（θ１）−Ｒmax2（Ｔ）×ＭＲ2（θ２）｝／｛Ｒmax3（Ｔ）×ＭＲ3（θ３）−Ｒmax4（Ｔ）×ＭＲ4（θ４）｝  ……（９）
【００５１】
さらに、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂが全て同一の特性を有するものであるとすると、Ｒmax1（Ｔ）、Ｒmax2（Ｔ）、Ｒmax3（Ｔ）およびＲmax4（Ｔ）は全て等しくなる。そのうえ、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂにおける、抵抗変化率の磁界依存性が全て等しくなる。よって、式（９）は以下のようになる。
Ｅ＝Ｓ１／Ｓ２
＝｛ＭＲ0（θ１）−ＭＲ0（θ２）｝／｛ＭＲ0（θ３）−ＭＲ0（θ４）｝  ……（１０）
【００５２】
式（１０）で表される数値Ｅは、温度変化に依存する因子を含まないものである。したがって、この数値Ｅは温度に依存するものではなく、検出対象磁界Ｈｍの方向と各ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂの磁化方向Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｂ，Ｊ６１Ａ，Ｊ６１Ｂとのなす角度によってのみ決まるものである。さらに、本実施の形態の角度センサ１では角度θ１〜θ４における相互間の角度が固定されているので、例えば角度θ２＝θ１＋π、角度θ３＝θ１＋（π／４）、角度θ４＝θ１−（π／４）というように角度θ２〜θ４の全てを、角度θ１を用いて表現することができる。そのため、数値Ｅから角度θ１を算出することができ、結果として、ある基準位置からの検出対象磁界Ｈｍの回転角θを求めることができる。
【００５３】
特に、角度θ３，θ４が、図６における出力電圧ΔＥが一定値を示す領域の回転角θに対応したものとなるようにすれば、式（１０）における分母は一定値を示すこととなり、回転角θを容易に求めることができる。
【００５４】
このように、本実施の形態における角度センサ１によれば、周囲の温度変化に影響されることなく、基準方向に対する検出対象磁界Ｈｍの方向、すなわち回転角θを高精度、かつ容易に求めることができる。すなわち、角度センサ１によれば、第２の素子ユニット２１については検出対象磁界Ｈｍの回転に応じて抵抗変化が現れるように構成する一方、第１の素子ユニット１１については検出対象磁界Ｈｍの回転によって抵抗変化が現れないように構成したので、第２の素子ユニット２１が周囲の温度変化と回転角θとに応じた第２の差分信号Ｓ２を生じると共に、第１の素子ユニット１１が周囲の温度変化のみに応じた第１の差分信号Ｓ１を生ずることとなる。これら第１および第２の差分信号Ｓ１，Ｓ２の双方に基づいて回転角θを求めるようにしたので、複雑な機構を要することなく十分に良好な温度補償を行うことができ、その結果、誤差の極めて少ない測定が可能となる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、第１のモジュール１０において定電流源ＣＧ１，ＣＧ２を設けるようにしたが、これら定電流源ＣＧ１，ＣＧ２に替えて例えば固定抵抗を配置するようにしてもよい。その場合、定電流源ＣＧ１，ＣＧ２を配置した場合と比べて出力が小さくなるが、第１のモジュール１０の構成の簡素化を図ることができる。第２のモジュール２０についても同様に、定電流源ＣＧ３，ＣＧ４に替えて固定抵抗を配置し、簡素化するようにしてもよい。
【００５６】
＜変形例１＞
続いて、図９を参照して、本実施の形態における第１の変形例としての角度センサ２について説明する。図９は、角度センサ２の斜視構成を表す概略図である。
【００５７】
上記した本実施の形態では、一対のＭＲ素子２１Ａ，２１Ｂにおける固着層６１が互いに逆平行の磁化方向Ｊ６１Ａ，Ｊ６１Ｂを有するようにしたが、図９に示した本変形例の角度センサ２のように、ＭＲ素子２１Ａの磁化方向Ｊ６１Ａと、ＭＲ素子２１Ｂの磁化方向Ｊ６１Ｂとが検出対象磁界Ｈｍの回転面において互いに直交するように構成されていてもよい。このようにした場合には、第２の素子ユニット２１から得られる出力は、検出対象磁界Ｈｍの回転角θの変化に応じて曲線Ｃ７２（図８参照）のように変化することとなる。このため、角度センサ２では、図１に示した角度センサ１と比べ、およそ２0.5倍の出力が得られる。また、第１および第２のモジュール１０，２０では、例えば、検出対象磁界Ｈｍの回転面に投影したときの磁化方向Ｊ６１Ａを含む仮想直線と磁化方向Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｂを含む仮想直線とが互いに４５°をなしていると、図６に示したように、回転角θ＝０°または１８０°を中心とした対称な角度範囲において一定の出力電圧ΔＥが得られ、その角度範囲での角度検出に適したものとなる。
【００５８】
なお、本変形例においても、定電流源ＣＧ１〜ＣＧ４に替えてそれぞれ固定抵抗を配置することにより、第１および第２のモジュール１０，２０の構成を簡素化するようにしてもよい。
【００５９】
＜変形例２＞
続いて、図１０および図１１を参照して、本実施の形態における第２の変形例としての角度センサ３について説明する。図１０は、角度センサ３の斜視構成を表す概略図であり、図１１は、角度センサ３に対応する回路図である。
【００６０】
上記した本実施の形態では、第２の素子ユニット２１が一対のＭＲ素子２１Ａ，２１Ｂによって構成される場合について説明した。これに対し、第２の変形例としての角度センサ３は、第２の素子ユニット２１が４つのＭＲ素子２１Ａ〜２１Ｄからなるように構成されたものである。
【００６１】
図１０に示したように、角度センサ３は、一対のＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂからなる第１の素子ユニット１１が基板１２上に設けられた第１のモジュール１０と、４つのＭＲ素子２１Ａ〜２１Ｄからなる第２の素子ユニット２１が基板２２上に設けられた第２のモジュール２０とを備えている。ＭＲ素子２１Ａ〜２１Ｄは、いずれも、図２（Ａ），２（Ｂ）に示した構造をなすＧＭＲ膜６０を有すると共に検出対象磁界Ｈｍの回転面（ＸＹ平面）に平行な積層面を有している。但し、固着層６１の各磁化方向Ｊ６１Ａ〜Ｊ６１Ｄは、図１０に示したように設定されている。すなわち、磁化方向Ｊ６１Ａ，Ｊ６１Ｄが互いに逆平行をなすと共に、磁化方向Ｊ６１Ｂ，Ｊ６１Ｃが互いに逆平行をなしている。さらに、磁化方向Ｊ６１Ａ，Ｊ６１Ｄと磁化方向Ｊ６１Ｂ，Ｊ６１Ｃとが互いに直交している。このため、検出対象磁界Ｈｍの回転に応じて、ＭＲ素子２１Ａの抵抗値Ｒ２１Ａと、ＭＲ素子２１Ｄの抵抗値Ｒ２１Ｄとが互いに正反対の変化をすると共に、ＭＲ素子２１Ｂの抵抗値Ｒ２１Ｂと、ＭＲ素子２１Ｃの抵抗値Ｒ２１Ｃとが互いに正反対の変化をする。さらに、抵抗値Ｒ２１Ａ，Ｒ２１Ｄと抵抗値Ｒ２１Ｂ，Ｒ２１Ｃとは、検出対象磁界Ｈｍの回転に応じて互いに位相が９０°（π／２）だけシフトした変化を生ずる。
【００６２】
角度センサ３における第１のモジュール１０の回路構成は図１１に示した通りである。ここでは、ＭＲ素子２１Ａ，２１Ｂの一端同士が第５の接続点Ｐ２１において接続され、ＭＲ素子２１Ｃ，２１Ｄの一端同士が第６の接続点Ｐ２２において接続され、ＭＲ素子２１Ａの他端とＭＲ素子２１Ｃの他端とが第７の接続点Ｐ２３において接続され、ＭＲ素子２１Ｂの他端とＭＲ素子２１Ｄの他端とが第８の接続点Ｐ２４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。第５および第６の接続点Ｐ２１，Ｐ２２間に電圧が印加されたときの第７および第７の接続点Ｐ２３，Ｐ２４から得られる出力は、検出対象磁界Ｈｍの回転角θの変化に応じて曲線Ｃ７３（図８参照）のように変化することとなる。このため、角度センサ３では、図１に示した角度センサ１と比べ、およそ２倍の出力．が得られる。また、第１および第２のモジュール１０，２０は、例えば、検出対象磁界Ｈｍの回転面に投影したときの磁化方向Ｊ６１Ａを含む仮想直線と磁化方向Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｂを含む仮想直線とが互いに４５°をなしていると、図６に示したように、回転角θ＝０°または１８０°を中心とした対称な角度範囲において一定の出力電圧ΔＥが得られ、その角度範囲での角度検出に適したものとなる。
【００６３】
なお、本変形例においても、定電流源ＣＧ１，ＣＧ２に替えてそれぞれ固定抵抗を配置することにより、第１のモジュール１０の構成を簡素化するようにしてもよい。
【００６４】
［第２の実施の形態］
続いて、図１２および図１３を参照して、本発明における第２の実施の形態としての角度センサ４について説明する。図１２は、角度センサ４の斜視構成を表す概略図であり、図１３は、角度センサ４に対応する回路図である。
【００６５】
上記第１の実施の形態では、第１の素子ユニット１１が一対のＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂによって構成される場合について説明した。これに対し、本実施の形態では、第１の素子ユニット１１が４つのＭＲ素子１１Ａ〜１１Ｄからなるように構成される場合について説明する。角度センサ４は、実質的に上記の点においてのみ角度センサ１と異なった構成となっているので、以下では主に角度センサ１との相違点について説明することとし、それ以外の点については説明を適宜省略する。
【００６６】
図１２に示したように、角度センサ４は、４つのＭＲ素子１１Ａ〜１１Ｄからなる第１の素子ユニット１１が基板１２上に設けられた第１のモジュール１０と、一対のＭＲ素子２１Ａ，２１Ｂからなる第２の素子ユニット２１が基板２２上に設けられた第２のモジュール２０とを備えている。ＭＲ素子１１Ａ〜１１Ｄは、いずれも、図２（Ａ），２（Ｂ）に示した構造をなすＧＭＲ膜５０を有すると共に検出対象磁界Ｈｍの回転面（ＸＹ平面）と直交するような積層面を有している。但し、固着層５１の各磁化方向Ｊ５１Ａ〜Ｊ５１Ｄは、図１２に示したように設定されている。すなわち、磁化方向Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｄが互いに平行をなすと共に、磁化方向Ｊ５１Ｂ，Ｊ５１Ｃがそれらと逆平行となっている。このため、検出対象磁界Ｈｍの回転に応じて、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｄの抵抗値Ｒ１１Ａ，Ｒ１１Ｄと、ＭＲ素子１１Ｂ，１１Ｃの抵抗値Ｒ１１Ｂ，Ｒ１１Ｃとは互いに正反対の変化を生じる。すなわち、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｄの抵抗値Ｒ１１Ａ，Ｒ１１Ｄが例えば図６における曲線Ｃ６１に対応した変化を生じるような場合には、ＭＲ素子１１Ｂ，１１Ｃの抵抗値Ｒ１１Ｂ，Ｒ１１Ｃが曲線Ｃ６２の変化を生じることとなる。
【００６７】
角度センサ４における第２のモジュール２０の回路構成は図１３に示した通りである。ここでは、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂの一端同士が第１の接続点Ｐ１１において接続され、ＭＲ素子１１Ｃ，１１Ｄの一端同士が第２の接続点Ｐ１２において接続され、ＭＲ素子１１Ａの他端とＭＲ素子１１Ｃの他端とが第３の接続点Ｐ１３において接続され、ＭＲ素子１１Ｂの他端とＭＲ素子１１Ｄの他端とが第４の接続点Ｐ１４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。
【００６８】
さらに、角度センサ４における第１のモジュール１０は、角度センサ１と同様に入力側において第３の接続点Ｐ１３および第４の接続点Ｐ１４とそれぞれ接続された差分検出器ＡＭＰ１を有している。この差分検出器ＡＭＰ１は、第１の接続点Ｐ１１と第２の接続点Ｐ１２との間に電圧が印加されたときの第３の接続点Ｐ１３と第４の接続点Ｐ１４との間の電位差を検出し、第１の差分信号Ｓ１として角度算出回路４０に出力するものである。角度センサ４における第１の差分信号Ｓ１に関する式は以下のようになる。
【００６９】
まず、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｃについては、電流Ｉ５を流すことにより、第３の接続点Ｐ１３から以下の式（１１）で表される信号ｅ５を取り出すことができる。
ｅ５＝Ｉ５×Ｒθ1（Ｔ）−Ｉ５×Ｒθ5（Ｔ）
＝Ｉ５×Ｒmax1（Ｔ）×ＭＲ1（θ１）×β×Ｔ
−Ｉ５×Ｒmax5（Ｔ）×ＭＲ5（θ５）×β×Ｔ  ……（１１）
但し、
θ１，θ５：検出対象磁界Ｈｍの方向と磁化方向Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｃとのなす角度
Ｒθ1（Ｔ），Ｒθ5（Ｔ）：温度Ｔにおける角度θ１，θ５でのＭＲ素子１１Ａ，１１Ｃの抵抗値
Ｒmax1（Ｔ），Ｒmax5（Ｔ）：温度ＴにおけるＭＲ素子１１Ａ，１１Ｃの最大抵抗値
ＭＲ1（θ１），ＭＲ5（θ５）：角度θ１，θ５でのＭＲ素子１１Ａ，１１Ｃの抵抗変化率
である。
【００７０】
一方、ＭＲ素子１１Ｂ，１１Ｄについては、電流Ｉ６を流すことにより、第４の接続点Ｐ１４から以下の式（１２）で表される信号ｅ６を取り出すことができる。
ｅ６＝Ｉ６×Ｒθ2（Ｔ）−Ｉ６×Ｒθ6（Ｔ）
＝Ｉ６×Ｒmax2（Ｔ）×ＭＲ2（θ２）×β×Ｔ
−Ｉ６×Ｒmax6（Ｔ）×ＭＲ6（θ６）×β×Ｔ  ……（１２）
但し、
θ２，θ６：検出対象磁界Ｈｍの方向と磁化方向Ｊ６１Ｂ，Ｊ６１Ｄとのなす角度
Ｒθ2（Ｔ），Ｒθ6（Ｔ）：温度Ｔにおける角度θ２，θ６でのＭＲ素子１１Ｂ，１１Ｄの抵抗値
Ｒmax2（Ｔ），Ｒmax6（Ｔ）：温度ＴにおけるＭＲ素子１１Ｂ，１１Ｄの最大抵抗値
ＭＲ2（θ４），ＭＲ6（θ６）：角度θ２，θ６でのＭＲ素子１１Ｂ，１１Ｄの抵抗変化率
である。
【００７１】
したがって、第１の差分信号Ｓ１は、式（１１），（１２）から以下の式（１３）のように表される。
Ｓ２＝ｅ５−ｅ６
＝Ｉ５×Ｒmax1（Ｔ）×ＭＲ1（θ１）×β×Ｔ
−Ｉ５×Ｒmax5（Ｔ）×ＭＲ5（θ５）×β×Ｔ
−Ｉ６×Ｒmax2（Ｔ）×ＭＲ2（θ２）×β×Ｔ
＋Ｉ６×Ｒmax6（Ｔ）×ＭＲ6（θ６）×β×Ｔ  ……（１３）
【００７２】
式（７）および式（１３）から、第１および第２の差分信号Ｓ１，Ｓ２が入力された角度算出回路４０において算出される数値Ｅは、電流Ｉ３〜Ｉ６が全て互いに等しいとすれば、以下の式（１４）のように表すことができる。
Ｅ＝Ｓ１／Ｓ２
＝｛Ｒmax3（Ｔ）×ＭＲ3（θ３）−Ｒmax4（Ｔ）×ＭＲ4（θ４）｝／｛Ｒmax1（Ｔ）×ＭＲ1（θ１）−Ｒmax5（Ｔ）×ＭＲ5（θ５）−Ｒmax2（Ｔ）×ＭＲ2（θ２）＋Ｒmax6（Ｔ）×ＭＲ6（θ６）｝  ……（１４）
【００７３】
さらに、ＭＲ素子１１Ａ〜１１Ｄ，２１Ａ，２１Ｂが全て同一の特性を有するものであるとすると、Ｒmax1（Ｔ）、Ｒmax2（Ｔ）、Ｒmax3（Ｔ）、Ｒmax4（Ｔ）、Ｒmax5（Ｔ）およびＲmax6（Ｔ）は全て等しくなる。そのうえ、ＭＲ素子１１Ａ〜１１Ｄ，２１Ａ，２１Ｂにおける、抵抗変化率の磁界依存性が全て等しくなる。よって、式（１４）は以下のようになる。
Ｅ＝｛ＭＲ0（θ３）−ＭＲ0（θ４）｝／｛ＭＲ0（θ１）−ＭＲ0（θ５）−ＭＲ0（θ２）＋ＭＲ0（θ６）｝  ……（１５）
【００７４】
式（１５）で表される数値Ｅは、上記第１の実施の形態における式（１０）と同様に温度変化に依存する因子を含まないものである。したがって、この数値Ｅは温度に依存するものではなく、検出対象磁界Ｈｍの方向と各ＭＲ素子１１Ａ〜１１Ｄ，２１Ａ，２１Ｂの磁化方向Ｊ５１Ａ〜Ｊ５１Ｄ，Ｊ６１Ａ，Ｊ６１Ｂとのなす角度によってのみ決まるものである。さらに、本実施の形態の角度センサ４では角度θ１〜θ６における相互間の角度が固定されているので、例えば角度θ１を用いて角度θ２〜θ６の全てを表現することができる。そのため、数値Ｅから角度θ１を算出することができ、結果として、ある基準位置からの検出対象磁界Ｈｍの回転角θを求めることができる。
【００７５】
このように、本実施の形態における角度センサ４においても、周囲の温度変化に影響されることなく、基準方向に対する検出対象磁界Ｈｍの方向、すなわち回転角θを高精度、かつ容易に求めることができる。特に、４つのＭＲ素子２１Ａ〜２１Ｄを用いて第２の差分信号Ｓ２を検出するようにしたので、２つのＭＲ素子２１Ａ，２１Ｂのみを用いた場合と比べていっそう高精度な測定を行うことができる。
【００７６】
なお、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、第２のモジュール２０の構成を種々変形させることができる。例えば、第２のモジュール２０における定電流源ＣＧ３，ＣＧ４に替えてそれぞれ固定抵抗を配置することにより、その構成の簡素化を図るようにしてもよい。また、例えば図１４に示した角度センサ５のように、ＭＲ素子２１Ａの磁化方向Ｊ６１Ａと、ＭＲ素子２１Ｂの磁化方向Ｊ６１Ｂとが検出対象磁界Ｈｍの回転面において互いに直交するように構成してもよい。あるいは、図１５に示した角度センサ６のように、第２のモジュール２０を４つのＭＲ素子２１Ａ〜２１Ｄによって構成し、ブリッジ回路を形成するようにしてもよい。
【００７７】
以上、いくつかの実施の形態および変形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、第２のモジュールの積層面を検出対象磁界の回転面に対して直交させるように構成したが、これに限定されるものではなく、例えば９０°以外の傾斜をなすように交差させてもよい。また、第１および第２のモジュールがそれぞれ複数の磁気抵抗効果素子によって構成されるようにしたが、これに限定されず、それぞれ単一の磁気抵抗効果素子からなるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明における第１の実施の形態としての角度センサ１の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した角度センサ１の要部であるＧＭＲ膜の構成を示す斜視図である。
【図３】角度センサ１における第１の素子ユニット１１と回転角θとの関係を表す概略構成図である。
【図４】検出対象磁界Ｈｍの回転角θと、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂにおける積層面に沿った方向の磁界ＨｍＸとの関係を表す第１の特性図である。
【図５】磁界ＨｍＸと、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂにおける出力電圧ΔＥとの関係を表す第２の特性図である。
【図６】回転角θと、ＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂにおける出力電圧ΔＥとの関係を表す第３の特性図である。
【図７】図１に示した角度センサ１に対応する回路図である。
【図８】図１に示した角度センサ１における第１の素子ユニット１１の出力と、検出対象磁界の回転角との関係を示す特性図である。
【図９】図１に示した角度センサ１の第１の変形例としての角度センサ２の構成を示す斜視図である。
【図１０】図１に示した角度センサ１の第２の変形例としての角度センサ３の構成を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示した角度センサ３に対応する回路図である。
【図１２】本発明における第２の実施の形態としての角度センサ４の構成を示す斜視図である。
【図１３】図１２に示した角度センサ４に対応する回路図である。
【図１４】図１２に示した角度センサ４の第１の変形例としての角度センサ５の構成を示す斜視図である。
【図１５】図１２に示した角度センサ４の第２の変形例としての角度センサ６の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７９】
１〜６…角度センサ、１０，２０…第１および第２のモジュール、１１，２１…第１および第２の素子ユニット、１１Ａ，１１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ…ＭＲ素子、１２，２２…基板、ＨＭ１，ＨＭ２…永久磁石、Ｈｍ…検出対象磁界、５１，６１…固着層、Ｊ５１，Ｊ６１…磁化方向、５３，６３…自由層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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