(57)【要約】【課題】外部磁場を検出するための磁気センサを提供する。【解決手段】第１磁気抵抗素子と、バイアス磁場を発生し、バイアス磁場を第１磁気抵抗素子に印加することにより、第１磁気抵抗素子の状態を、予め定められた磁気感度を有する第１状態から、第１状態と磁気感度の異なる第２状態に変更する磁場発生装置とを備える磁気センサを提供する。また、第１状態における第１磁気抵抗素子の磁気感度は、第２状態における第１磁気抵抗素子の磁気感度よりも大きくてもよい。【選択図】図１
2017181403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１磁気抵抗素子と、
バイアス磁場を発生し、前記バイアス磁場を前記第１磁気抵抗素子に印加することにより、前記第１磁気抵抗素子の状態を、予め定められた磁気感度を有する第１状態から、前記第１状態と磁気感度の異なる第２状態に変更する磁場発生装置と
を備える磁気センサ。
【請求項２】
前記第１状態における前記第１磁気抵抗素子の磁気感度は、前記第２状態における前記第１磁気抵抗素子の磁気感度よりも大きい
請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第１状態における前記第１磁気抵抗素子の初期抵抗値は、前記第２状態における前記第１磁気抵抗素子の初期抵抗値と等しい
請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記磁場発生装置は、前記第１磁気抵抗素子の感磁軸と異なる方向の成分を少なくとも含む前記バイアス磁場を発生する
請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記磁場発生装置は、前記第１磁気抵抗素子の感磁軸と垂直な成分を少なくとも含む前記バイアス磁場を発生する
請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記磁場発生装置は、前記第１磁気抵抗素子の感磁軸と垂直な前記バイアス磁場を発生する
請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記磁場発生装置は、前記第１状態において前記バイアス磁場を発生させず、前記第２状態において前記バイアス磁場を発生させる
請求項１から６のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第１状態と前記第２状態における前記第１磁気抵抗素子の出力信号の差分を算出する演算部を更に備える
請求項１から７のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記第１磁気抵抗素子の感磁軸と平行な感磁軸を有する第２磁気抵抗素子を更に備え、
前記磁場発生装置は、前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子のそれぞれに前記バイアス磁場を印加する
請求項１から７のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記磁場発生装置は、前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子に、同一強度の前記バイアス磁場を印加する
請求項９に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記磁場発生装置は、前記第１磁気抵抗素子の感磁軸と平行に延伸して形成されている
請求項１から１０のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
前記第１状態における前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子の出力信号の差分と、前記第２状態における前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子の出力信号の差分と、の差分を算出する演算部を更に備える
請求項９又は１０に記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記第１状態における前記第１磁気抵抗素子の初期抵抗値と、前記第２状態における前記第１磁気抵抗素子の初期抵抗値との差分は、前記第１状態における前記第２磁気抵抗素子の初期抵抗値と、前記第２状態における前記第２磁気抵抗素子の初期抵抗値との差分と等しい
請求項９又は１０に記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記第１状態における前記第１磁気抵抗素子の初期抵抗値と、前記第１状態における前記第２磁気抵抗素子の初期抵抗値との差分は、前記第２状態における前記第１磁気抵抗素子の初期抵抗値と、前記第２状態における前記第２磁気抵抗素子の初期抵抗値との差分と等しい
請求項９又は１０に記載の磁気センサ。
【請求項１５】
前記第１磁気抵抗素子の感磁軸と平行な感磁軸を有する第２磁気抵抗素子と、
前記第１磁気抵抗素子の感磁軸と平行な感磁軸を有する第３磁気抵抗素子と
を更に備え、
前記第１磁気抵抗素子の中心軸と前記第２磁気抵抗素子の中心軸との間隔は、前記第２磁気抵抗素子の中心軸と前記第３磁気抵抗素子の中心軸との間隔と等しい
請求項１から７のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１６】
前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子の出力信号の差分と、前記第２磁気抵抗素子および前記第３磁気抵抗素子の出力信号の差分と、の差分を算出する演算部を更に備える
請求項１５に記載の磁気センサ。
【請求項１７】
前記第１磁気抵抗素子の感磁軸と平行な感磁軸を有する第２磁気抵抗素子と、
前記第１磁気抵抗素子の感磁軸と平行な感磁軸を有する第３磁気抵抗素子と、
前記第１磁気抵抗素子の感磁軸と平行な感磁軸を有する第４磁気抵抗素子と
を更に備え、
前記第１磁気抵抗素子の中心軸と前記第２磁気抵抗素子の中心軸との間隔は、前記第３磁気抵抗素子の中心軸と前記第４磁気抵抗素子の中心軸との間隔と等しい
請求項１から７のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１８】
前記第１磁気抵抗素子および前記第３磁気抵抗素子は、予め定められた対称軸を挟んで対称に配置され、
前記第２磁気抵抗素子および前記第４磁気抵抗素子は、前記対称軸を挟んで対称に配置される
請求項１７に記載の磁気センサ。
【請求項１９】
前記第１磁気抵抗素子は、前記第３磁気抵抗素子および前記第４磁気抵抗素子に挟まれて形成され、
前記第３磁気抵抗素子は、前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子に挟まれて形成される
請求項１８に記載の磁気センサ。
【請求項２０】
前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子は、前記第３磁気抵抗素子および前記第４磁気抵抗素子と前記対称軸を挟んだ反対側に形成される
請求項１８に記載の磁気センサ。
【請求項２１】
前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子の出力信号の差分と、前記第３磁気抵抗素子および前記第４磁気抵抗素子の出力信号の差分と、の差分を算出する演算部を更に備える
請求項１７から２０のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外部磁場を検出する磁気センサにおいて、外部磁場に応じて互いに逆方向に変化する２つの磁気抵抗素子を用いてばらつきを低減することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１  特開２００６−１０５６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の磁気センサは、２つの磁気抵抗素子の抵抗値のミスマッチによるオフセットを除去することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、第１磁気抵抗素子と、バイアス磁場を発生し、バイアス磁場を第１磁気抵抗素子に印加することにより、第１磁気抵抗素子の状態を、予め定められた磁気感度を有する第１状態から、第１状態と磁気感度の異なる第２状態に変更する磁場発生装置とを備える磁気センサを提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施例１に係る磁気センサ１００の第１状態を示す。
【図２】実施例１に係る磁気センサ１００の第２状態を示す。
【図３】実施例１に係る磁気センサ１００の断面図の一例を示す。
【図４】磁気抵抗素子１０の磁気抵抗特性の一例を示す。
【図５】実施例２に係る磁気センサ１００の構成の一例を示す。
【図６】実施例２に係る磁気センサ１００の断面図の一例を示す。
【図７】実施例３に係る磁気センサ１００の構成の一例を示す。
【図８】実施例４に係る磁気センサ１００の平面図の一例を示す。
【図９】実施例４に係る磁気センサ１００の断面図の一例を示す。
【図１０】実施例４に係る磁気センサ１００の磁気シミュレーション結果を示す。
【図１１】実施例５に係る磁気センサ１００の構成の一例を示す。
【図１２】制御システム３００の構成の概要を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
［実施例１］
図１は、実施例１に係る磁気センサ１００の第１状態を示す。図２は、実施例１に係る磁気センサ１００の第２状態を示す。
【０００９】
本例の磁気センサ１００は、磁気抵抗素子１０および磁場発生装置２０を備える。磁気抵抗素子１０は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２を有する。
【００１０】
本明細書において、第１方向〜第３方向の直交する３方向をＸ、Ｙ、Ｚ軸で示す。図１は、磁気センサ１００のＸＹ平面の平面視（Ｚ軸方向から見た平面視）を示す。即ち、図１は、基板等の一方の面に磁気センサ１００が形成された場合の上面図の一例を示す。
【００１１】
第１磁気抵抗素子１１は、入力磁場に応じて抵抗が変化する。第１磁気抵抗素子１１は、Ｙ軸方向に延伸して形成される。本例の第１磁気抵抗素子１１は、平面視で、中心軸ｃ１に対称な形状を有する。第１磁気抵抗素子１１は、ＸＹ平面上に形成される。また、第１磁気抵抗素子１１は、Ｘ軸方向に感磁軸を有する。
【００１２】
第２磁気抵抗素子１２は、入力磁場に応じて抵抗が変化する。第２磁気抵抗素子１２は、Ｙ軸方向に延伸して形成される。本例の第２磁気抵抗素子１２は、平面視で、中心軸ｃ２に対称な形状を有する。第２磁気抵抗素子１２は、ＸＹ平面上に形成される。また、第２磁気抵抗素子１２は、Ｘ軸方向に感磁軸を有する。即ち、第２磁気抵抗素子１２は、第１磁気抵抗素子１１の感磁軸と平行な感磁軸を有する。
【００１３】
また、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２は、対称軸ｓに対して対称に形成される。第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２は、それぞれの中心軸ｃ１，ｃ２の間に間隔ｄ１を置いて配置される。中心軸ｃ１、ｃ２の間隔ｄ１は、少なくとも０より大きい値に設定される。
【００１４】
第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２は、平板状であることが好ましい。本例の第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の形状は矩形である。但し、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の形状は、矩形に限らず、どのような形状であってもよく、例えば、四角形、正方形、平行四辺形、台形、三角形、円形、楕円形のいずれであってもよい。
【００１５】
磁気抵抗素子１０は、１軸方向の磁場を感知して抵抗値が変化する。磁気抵抗素子１０は、一例において、予め定められた一方向の磁気を検出する巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子である。また、磁気抵抗素子１０は、ＧＭＲ素子に限らず、１軸方向の磁場にのみ感知して抵抗値を変化させる素子であればよい。即ち、磁気抵抗素子１０は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子又は異方性磁気抵抗（ＡＭＲ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ−Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子であってもよい。
【００１６】
第１磁気抵抗素子１１は、複数の磁気抵抗素子を有してよい。即ち、第１磁気抵抗素子１１は、１つの磁気抵抗素子で構成される場合に限らず、２つ以上の磁気抵抗素子をメタル配線で接続して形成されてよい。例えば、第１磁気抵抗素子１１は、Ｙ軸方向に一列に並べられた複数の磁気抵抗素子からなる。また、第１磁気抵抗素子１１は、複数の列を成すように、Ｙ軸方向に並べられた複数の磁気抵抗素子で構成されてよい。但し、第１磁気抵抗素子１１が有する複数の磁気抵抗素子は、感磁軸が一致していることが好ましい。第２磁気抵抗素子１２も第１磁気抵抗素子１１と同様に、複数の磁気抵抗素子を有してよい。
【００１７】
磁場発生装置２０は、バイアス磁場ＢＶを発生する。磁場発生装置２０は、発生させたバイアス磁場ＢＶを第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２に印加する。磁場発生装置２０は、バイアス磁場ＢＶを発生させ、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の磁気感度を変調する。磁気感度を変調するとは、バイアス磁場ＢＶを磁気抵抗素子１０に印加することにより、磁気抵抗素子１０の状態を第１状態から第２状態に設定することを指す。
【００１８】
第１状態および第２状態とは、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の磁気感度のそれぞれ異なる状態を示す。
【００１９】
第１状態とは、磁場発生装置２０がバイアス磁場ＢＶを発生させていない場合の磁気抵抗素子１０の磁気感度の状態を指す。本明細書において、第１状態を無バイアス状態と称する。
【００２０】
第２状態とは、磁場発生装置２０がバイアス磁場ＢＶを発生させている場合の磁気抵抗素子１０の磁気感度の状態を指す。本明細書において、第２状態をバイアス磁場と称する。但し、第１状態および第２状態は、第１状態と第２状態における磁気抵抗素子１０の磁気感度の大きさが異なっていれば、いずれもバイアス状態であってよい。
【００２１】
また、磁場発生装置２０は、磁気抵抗素子１０の近傍に配置される。磁気抵抗素子１０の近傍とは、一例において、磁場発生装置２０の発生したバイアス磁場ＢＶが磁気抵抗素子１０に印加できる程度の距離を指す。磁場発生装置２０は、磁気抵抗素子１０の感磁軸と平行に延伸して形成されている。本例の磁場発生装置２０は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２に重なり、横切るように配置される。これにより、磁場発生装置２０は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２に対してバイアス磁場ＢＶを与える。但し、磁場発生装置２０は、平面視で、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２と離間して形成されてよい。磁場発生装置２０は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２に、それぞれ異なる大きさのバイアス磁場ＢＶを与えてもよいが、本例の磁場発生装置２０は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２に、同一強度のバイアス磁場ＢＶを印加する。
【００２２】
磁場発生装置２０は、第１磁気抵抗素子１１の感磁軸と異なる方向の成分を少なくとも有するバイアス磁場ＢＶを発生する。磁場発生装置２０は、第１磁気抵抗素子１１の感磁軸と垂直な成分を少なくとも有するバイアス磁場ＢＶを発生させてもよい。また、一例において、磁場発生装置２０は、第１磁気抵抗素子１１の感磁軸と垂直なバイアス磁場ＢＶを発生させる。
【００２３】
図３は、実施例１に係る磁気センサ１００の断面図の一例を示す。磁気センサ１００は、基板４０および絶縁層４２を備える。
【００２４】
基板４０は、シリコン基板、化合物半導体基板およびセラミック基板等のいずれであってもよい。また、基板４０は、ＩＣ等の電子回路を搭載した基板であってもよい。基板４０の基板平面５０には、絶縁層４２等が形成される。絶縁層４２の上面は、ＸＹ平面に略平行な面として形成され、本例において第２平面５２とする。
【００２５】
第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２は、第１平面５１上に形成される。第１平面５１は、絶縁層４２における仮想的な平面であってよい。第１平面５１は、ＸＹ平面に略平行な面として形成される。
【００２６】
磁場発生装置２０は、断面図において、Ｘ軸方向に延伸するメタル配線が、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２に重なり、横切るように、第２平面５２上に形成される。第１平面５１および第２平面５２は、略平行で、互いが重ならないように配置されている。本例の磁場発生装置２０は、１本のメタル配線で描かれているが、第２平面５２上において、Ｙ軸方向に並んだ複数のメタル配線で構成されてもよい。
【００２７】
磁場発生装置２０は、複数のメタル配線で構成されることにより、バイアス磁場ＢＶを第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２に均一に与えることができる。磁場発生装置２０は、複数のメタル配線を有する場合、それぞれが並列に接続されて同一方向に電流を流してもよい。また、複数のメタル配線は、それぞれが直列に接続されてもよい。
【００２８】
磁場発生装置２０は、電力損失の観点から、比抵抗の低い金属で形成されることが好ましい。一例において、磁場発生装置２０は、銅、金、白金、アルミニウム又はこれらの材料を含む合金で形成される。
【００２９】
ここで、磁気センサ１００のＸ軸負側に磁石が配置されている場合を考える。この場合、磁気抵抗素子１０には、Ｘ軸方向の磁場Ｂが入力される。本例では、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２のそれぞれに、Ｘ軸方向の磁場Ｂ１、Ｂ２が入力される。Ｘ軸方向の磁場Ｂ１、Ｂ２は、一様でなく、例えば、Ｂ１＞Ｂ２となる。
【００３０】
第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２のそれぞれの抵抗値Ｒ１、Ｒ２は、次式で示される。
（数式１）
Ｒ１＝ΔＲ１・Ｂ１＋Ｒ０１
（数式２）
Ｒ２＝ΔＲ２・Ｂ２＋Ｒ０２
【００３１】
Ｒ０１、Ｒ０２は、それぞれ第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の初期抵抗値を示す。本明細書において、初期抵抗値とは、Ｘ軸方向の入力磁場がない場合における磁気抵抗素子１０の抵抗値を指す。ΔＲ１、ΔＲ２は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２のＸ軸方向の磁気感度である。Ｂ１、Ｂ２は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２に印加されるＸ軸方向の磁場である。
【００３２】
磁気センサ１００は、後述の演算部を有し、第１磁気抵抗素子１１の抵抗値と、第２磁気抵抗素子１２の抵抗値との差分を検出する。
（数式３）
Ｒ１−Ｒ２＝（ΔＲ１Ｂ１−ΔＲ２Ｂ２）＋（Ｒ０１−Ｒ０２）
【００３３】
（ΔＲ１Ｂ１−ΔＲ２Ｂ２）は、入力するＸ軸方向の磁場Ｂ１，Ｂ２に反応する抵抗値の差分である。（Ｒ０１−Ｒ０２）は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の初期抵抗値の差分（即ち、２つの初期抵抗値が揃っていなければ、差分値がオフセット）である。
【００３４】
無バイアス状態において、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２のそれぞれの抵抗値Ｒ１Ｎ、Ｒ２Ｎは、次式で示される。
（数式４）
Ｒ１Ｎ＝ΔＲ１・Ｂ１＋Ｒ０１
（数式５）
Ｒ２Ｎ＝ΔＲ２・Ｂ２＋Ｒ０２
【００３５】
一方、バイアス状態において、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の磁気感度は、無バイアス状態における磁気感度ΔＲ１、ΔＲ２に対してそれぞれａ１倍、ａ２倍に変化する。また、バイアス状態における初期抵抗値は、無バイアス状態における第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の初期抵抗値Ｒ０１、Ｒ０２に対してそれぞれｂ１倍、ｂ２倍に変化する。よって、バイアス状態において、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２のそれぞれの抵抗値Ｒ１Ｂ、Ｒ２Ｂは、次式で示される。
（数式６）
Ｒ１Ｂ＝（ａ１ΔＲ１）Ｂ１＋ｂ１Ｒ０１
（数式７）
Ｒ２Ｂ＝（ａ２ΔＲ２）Ｂ２＋ｂ２Ｒ０２
【００３６】
ｂ１Ｒ０１、ｂ２Ｒ０２は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の初期抵抗値を示す。ａ１ΔＲ１、ａ２ΔＲ２は、バイアス状態における第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の磁気感度である。
【００３７】
第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の抵抗値の差分は、次式で示される。
（数式８）
Ｒ１Ｎ−Ｒ２Ｎ＝（ΔＲ１Ｂ１−ΔＲ２Ｂ２）＋（Ｒ０１−Ｒ０２）
（数式９）
Ｒ１Ｂ−Ｒ２Ｂ＝（ａ１ΔＲ１Ｂ１−ａ２ΔＲ２Ｂ２）＋（ｂ１Ｒ０１−ｂ２Ｒ０２）
【００３８】
（ΔＲ１Ｂ１−ΔＲ２Ｂ２）は、無バイアス状態での、入力磁場に応じた抵抗値の差分である。（Ｒ０１−Ｒ０２）は、無バイアス状態におけるオフセットである。一方、（ａ１ΔＲ１Ｂ１−ａ２ΔＲ２Ｂ２）は、バイアス状態での、入力磁場に応じた抵抗値の差分である。（ｂ１Ｒ０１−ｂ２Ｒ０２）は、バイアス状態におけるオフセットである。
【００３９】
図４は、第１磁気抵抗素子１１の磁気抵抗特性の一例を示す。縦軸は第１磁気抵抗素子１１の抵抗値Ｒ［Ω］を示し、横軸は第１磁気抵抗素子１１に印加する磁場ＢＸ［ｍＴ］を示す。また、本例の磁場Ｂｘは、第１磁気抵抗素子１１に対して、Ｘ軸方向に−１．０ｍＴから＋１．０ｍＴの大きさの磁場を与えている。また、本例の磁気抵抗特性は、無バイアス状態およびバイアス状態での、第１磁気抵抗素子１１の磁気抵抗特性にそれぞれ対応する。本例の磁場発生装置２０は、第１磁気抵抗素子１１に対して、Ｙ軸方向に０ｍＴと＋１．０ｍＴの大きさの磁場を発生させる。
【００４０】
抵抗値Ｒ１Ｎは、無バイアス状態における第１磁気抵抗素子１１の抵抗値を示す。抵抗値Ｒ１Ｂは、バイアス状態における第１磁気抵抗素子１１の磁気抵抗特性を示す。
【００４１】
無バイアス状態における第１磁気抵抗素子１１の初期抵抗値は、バイアス状態における第１磁気抵抗素子１１の初期抵抗値と等しくてよい。ここで、初期抵抗値が等しいとは、無バイアス状態とバイアス状態における第１磁気抵抗素子１１の初期抵抗値の差が、無バイアス状態における第１磁気抵抗素子１１の抵抗値の１％以内であることを指す。
【００４２】
一方、実施例１の磁気センサ１００のように、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の２本の磁気抵抗素子を有する場合も、本例の場合と同様に考えることができる。即ち、無バイアス状態における第１磁気抵抗素子１１の初期抵抗値と、バイアス状態における第１磁気抵抗素子１１の初期抵抗値との差分（即ち、Ｒ０１−ｂ１Ｒ０１）は、無バイアス状態における第２磁気抵抗素子１２の初期抵抗値と、バイアス状態における第２磁気抵抗素子１２の初期抵抗値との差分（即ち、Ｒ０２−ｂ２Ｒ０２）と等しくてよい。
【００４３】
ここで、（Ｒ０１−ｂ１Ｒ０１）と（Ｒ０２−ｂ２Ｒ０２）との差分が等しいとは、（Ｒ０１−ｂ１Ｒ０１）と（Ｒ０２−ｂ２Ｒ０２）との差分が、無バイアス状態における第１磁気抵抗素子１１の抵抗値（即ち、Ｒ０１）又は無バイアス状態における第２磁気抵抗素子１２の抵抗値（即ち、Ｒ０２）の１％以内であることを指す。
【００４４】
また、無バイアス状態における第１磁気抵抗素子１１の初期抵抗値と、無バイアス状態における第２磁気抵抗素子１２の初期抵抗値との差分（即ち、Ｒ０１−Ｒ０２）は、バイアス状態における第１磁気抵抗素子１１の初期抵抗値と、バイアス状態における第２磁気抵抗素子１２の初期抵抗値との差分（即ち、ｂ１Ｒ０１−ｂ２Ｒ０２）と等しくてもよい。
【００４５】
ここで、（Ｒ０１−Ｒ０２）と（ｂ１Ｒ０１−ｂ２Ｒ０２）との差分が等しいとは、（Ｒ０１−Ｒ０２）と（ｂ１Ｒ０１−ｂ２Ｒ０２）との差分が、無バイアス状態における第１磁気抵抗素子１１の抵抗値（即ち、Ｒ０１）又は無バイアス状態における第２磁気抵抗素子１２の抵抗値（即ち、Ｒ０２）の１％以内であることを指す。
【００４６】
このように、無バイアス状態又はバイアス状態における第１磁気抵抗素子１１の初期抵抗値、および無バイアス状態又はバイアス状態における第２磁気抵抗素子１２の初期抵抗値のいずれかが大きくなったとしても、計算の途中式で初期抵抗値の差分が相殺されれば、オフセットをキャンセルできる。このような考え方は、磁気抵抗素子の個数が３つ以上に増加した場合であっても同様に成り立つ。
【００４７】
また、無バイアス状態における第１磁気抵抗素子１１の磁気感度は、バイアス状態における第１磁気抵抗素子１１の磁気感度よりも大きい。即ち、本例の第１磁気抵抗素子１１は、バイアス磁場ＢＶが印加されることにより、磁気感度が小さくなる。
【００４８】
第１磁気抵抗素子１１の抵抗値Ｒ１Ｎ、Ｒ１Ｂは、次式で示される。
（数式１０）
Ｒ１Ｎ＝ΔＲ１・Ｂ１＋Ｒ０１
（数式１１）
Ｒ１Ｂ＝（ａ１ΔＲ１）Ｂ１＋ｂ１Ｒ０１
【００４９】
ここで、ｂ１＝１．００１、ａ１＝０．７５であるので、第１磁気抵抗素子１１の磁気感度は、無バイアス状態よりもバイアス状態の方が小さくなる。一方、初期抵抗値Ｒ０１≒ｂ１Ｒ０１（ｂ１＝１．００１）であるので、第１磁気抵抗素子１１の初期抵抗値Ｒ０１は、無バイアス状態とバイアス状態とでほとんど変動しない。
【００５０】
第１磁気抵抗素子１１の特性によると、（数８）式のオフセット（Ｒ０１−Ｒ０２）および（数９）式のオフセット（ｂ１Ｒ０１−ｂ２Ｒ０２）は、ｂ１≒ｂ２≒１であることから、（Ｒ０１−Ｒ０２）≒（ｂ１Ｒ０１−ｂ２Ｒ０２）となる。この特性を利用すると、磁気センサ１００は、無バイアス状態とバイアス状態とで、オフセットをキャンセルできる。（数８）式と（数９）式の差分を算出することにより、次式が得られる。
（数式１２）
（Ｒ１Ｎ−Ｒ２Ｎ）−（Ｒ１Ｂ−Ｒ２Ｂ）＝（１−ａ１）ΔＲ１Ｂ１−（１−ａ２）ΔＲ２Ｂ２
【００５１】
したがって、磁気センサ１００は、オフセットを除去し、Ｘ軸方向の磁場Ｂ１，Ｂ２に反応する抵抗成分のみを算出できる。このように、オフセットを除去することにより、磁気センサ１００の検出精度が向上する。
【００５２】
さらに、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２は、Ｘ軸方向に同じ磁気感度ΔＲを有することが好ましい。この場合ΔＲ１＝ΔＲ２＝ΔＲとなる。また、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の特性は、同一チップ基板上に形成されることにより略等しくなる。この場合ａ１＝ａ２＝ａとなる。よって（数１２）式は次式で示される。
（数式１３）
（Ｒ１Ｎ−Ｒ２Ｎ）−（Ｒ１Ｂ−Ｒ２Ｂ）＝（１−ａ）ΔＲ（Ｂ１−Ｂ２）
【００５３】
［実施例２］
図５は、実施例２に係る磁気センサ１００の構成の一例を示す。図６は、実施例２に係る磁気センサ１００の断面図の一例を示す。本例の磁気センサ１００は、磁気抵抗素子１０として、第１磁気抵抗素子１１、第２磁気抵抗素子１２、第３磁気抵抗素子１３および第４磁気抵抗素子１４を有する。本例では、実施例１に係る磁気センサ１００と異なる点について主に説明する。
【００５４】
第３磁気抵抗素子１３は、入力磁場に応じて抵抗が変化する。第３磁気抵抗素子１３は、Ｙ軸方向に延伸して形成される。本例の第３磁気抵抗素子１３は、平面視で、中心軸ｃ３に対称な形状を有する。第３磁気抵抗素子１３は、ＸＹ平面上に形成される。また、第３磁気抵抗素子１３は、Ｘ軸方向に感磁軸を有する。即ち、第３磁気抵抗素子１３は、第１磁気抵抗素子１１の感磁軸と平行な感磁軸を有する。
【００５５】
第４磁気抵抗素子１４は、入力磁場に応じて抵抗が変化する。第４磁気抵抗素子１４は、Ｙ軸方向に延伸して形成される。本例の第４磁気抵抗素子１４は、平面視で、中心軸ｃ４に対称な形状を有する。第４磁気抵抗素子１４は、ＸＹ平面上に形成される。また、第４磁気抵抗素子１４は、Ｘ軸方向に感磁軸を有する。即ち、第４磁気抵抗素子１４は、第１磁気抵抗素子１１の感磁軸と平行な感磁軸を有する。
【００５６】
第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２は、それぞれの中心軸ｃ１，ｃ２の間に間隔ｄ１を置いて配置される。中心軸ｃ１，ｃ２の間隔ｄ１は、少なくとも０より大きい値に設定される。
【００５７】
第３磁気抵抗素子１３および第４磁気抵抗素子１４は、それぞれの中心軸ｃ３，ｃ４の間に間隔ｄ２を置いて配置される。中心軸ｃ３，ｃ４の間隔ｄ２は、少なくとも０より大きい値に設定される。
【００５８】
第３磁気抵抗素子１３および第４磁気抵抗素子１４は、第１平面５１上で、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の間隔の中間軸ｍを除いたＹ軸方向の軸に対して対称となるように設けられる。本明細書において、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の中間軸ｍは、第１磁気抵抗素子１１の中心軸ｃ１および第２磁気抵抗素子１２の中心軸ｃ２の中間に位置するＹ軸と平行な軸を指す。
【００５９】
第３磁気抵抗素子１３および第４磁気抵抗素子１４は、間隔ｄ２が間隔ｄ１と等しく（ｄ１＝ｄ２）なるように配置される。即ち、差分構成を考える場合、間隔の等しい第１磁気抵抗素子１１と第２磁気抵抗素子１２とがペアとなり、第３磁気抵抗素子１３と第４磁気抵抗素子１４とがペアとなることが好ましい。
【００６０】
第１磁気抵抗素子１１および第３磁気抵抗素子１３は、対称軸ｓを挟んで対称に配置される。また、第２磁気抵抗素子１２および第４磁気抵抗素子１４は、対称軸ｓを挟んで対称に配置される。
【００６１】
第１磁気抵抗素子１１は、第３磁気抵抗素子１３および第４磁気抵抗素子１４に挟まれて形成される。また、第３磁気抵抗素子１３は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２に挟まれて形成される。即ち、本例において、差分構成をとる第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２のペアと、第３磁気抵抗素子１３および第４磁気抵抗素子１４のペアとが互い違いとなるように配置されている。
【００６２】
磁場発生装置２０は、第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４に重なり、横切るように配置される。磁場発生装置２０は、第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４に対してＹ軸方向のバイアス磁場ＢＶを印加する。例えば、磁場発生装置２０は、Ｘ軸方向に延伸するメタル配線が、第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４に重なり、横切るように、ＸＹ平面上に形成される。なお、本明細書において、第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４とは、第１磁気抵抗素子１１、第２磁気抵抗素子１２、第３磁気抵抗素子１３および第４磁気抵抗素子１４を指す。
【００６３】
［実施例３］
図７は、実施例３に係る磁気センサ１００の構成の一例を示す。本例の磁気センサ１００は、磁気抵抗素子１０として、第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４の４つの磁気抵抗素子を有する。本例の磁気センサ１００は、実施例２に係る磁気センサ１００と磁気抵抗素子の配列順が異なる。
【００６４】
第３磁気抵抗素子１３および第４磁気抵抗素子１４の中間軸ｍ'は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２で挟まれる領域の外側に配置される。本明細書において、第３磁気抵抗素子１３および第４磁気抵抗素子１４の中間軸ｍ'は、第３磁気抵抗素子１３の中心軸ｃ３および第４磁気抵抗素子１４の中心軸ｃ４の中間に位置するＹ軸と平行な軸を指す。
【００６５】
第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２は、第３磁気抵抗素子１３および第４磁気抵抗素子１４と対称軸ｓを挟んだ反対側に形成される。即ち、実施例２に係る磁気センサ１００は、差分構成をとる第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２のペアと、第３磁気抵抗素子１３および第４磁気抵抗素子１４のペアとが互い違いとなるように配置している。一方、本例の磁気センサ１００は、差分構成をとる第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２のペアと、第３磁気抵抗素子１３および第４磁気抵抗素子１４のペアとが、互い違いとならずに、それぞれ対称軸ｓの一方の側に配置されている。
【００６６】
第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４のそれぞれに、Ｘ軸方向の磁場Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４が入力される。Ｘ軸方向の磁場Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４は、一様でなく、例えば、Ｂ１＞Ｂ２、Ｂ３＞Ｂ４である。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４のそれぞれの抵抗値であり、次式で示される。
（数式１４）
Ｒ１＝Ｒ０１＋ΔＲ１・Ｂ１
（数式１５）
Ｒ２＝Ｒ０２＋ΔＲ２・Ｂ２
（数式１６）
Ｒ３＝Ｒ０３＋ΔＲ３・Ｂ３
（数式１７）
Ｒ４＝Ｒ０４＋ΔＲ４・Ｂ４
【００６７】
Ｒ０１、Ｒ０２、Ｒ０３、Ｒ０４は、第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４の初期抵抗値を示す。ΔＲ１、ΔＲ２、ΔＲ３、ΔＲ４は、第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４の磁気感度を示す。Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４は、第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４に入力するＸ軸方向の磁場である。ここで、第１磁気抵抗素子１１と第２磁気抵抗素子１２の抵抗値の差分および第４磁気抵抗素子１４と第３磁気抵抗素子１３の抵抗値の差分をそれぞれ取ると、次式で示される。
（数式１８）
Ｒ１−Ｒ２＝（ΔＲ１Ｂ１−ΔＲ２Ｂ２）＋（Ｒ０１−Ｒ０２）
（数式１９）
Ｒ３−Ｒ４＝（ΔＲ３Ｂ３−ΔＲ４Ｂ４）＋（Ｒ０３−Ｒ０４）
【００６８】
（ΔＲ１Ｂ１−ΔＲ２Ｂ２）は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の入力磁場による抵抗値の差分を示す。（Ｒ０１−Ｒ０２）は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２のオフセットである。また、（ΔＲ３Ｂ３−ΔＲ４Ｂ４）は、第３磁気抵抗素子１３および第４磁気抵抗素子１４の入力磁場による抵抗値の差分を示す。（Ｒ０３−Ｒ０４）は、第４磁気抵抗素子１４および第３磁気抵抗素子１３のオフセットである。
【００６９】
本例の磁気センサ１００は、演算部により、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の抵抗値の差分と、第４磁気抵抗素子１４および第３磁気抵抗素子１３の抵抗値の差分と、の和を算出する。
（数式２０）
（Ｒ１−Ｒ２）＋（Ｒ３−Ｒ４）
＝［（ΔＲ１Ｂ１−ΔＲ２Ｂ２）＋（ΔＲ３Ｂ３−ΔＲ４Ｂ４）］
＋［（Ｒ０１−Ｒ０２）＋（Ｒ０３−Ｒ０４）］
【００７０】
上式において、［（Ｒ０１−Ｒ０２）＋（Ｒ０３−Ｒ０４）］は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２のオフセットと、第４磁気抵抗素子１４および第３磁気抵抗素子１３のオフセットとの和である。
【００７１】
次に、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の抵抗値の差分と、第４磁気抵抗素子１４および第３磁気抵抗素子１３の抵抗値の差分について考える。
【００７２】
第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の抵抗値の差分は、無バイアス状態において、次式で示される。
（数式２１）
Ｒ１Ｎ−Ｒ２Ｎ＝（ΔＲ１Ｂ１−ΔＲ２Ｂ２）＋（Ｒ０１−Ｒ０２）
（ΔＲ１Ｂ１−ΔＲ２Ｂ２）は、入力磁場による抵抗値の差分を示す。（Ｒ０１−Ｒ０２）は、オフセットを示す。
【００７３】
第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の抵抗値の差分は、バイアス状態において、次式で示される。バイアス状態において、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の磁気感度は、無バイアス状態における磁気感度ΔＲ１、ΔＲ２に対してそれぞれａ１倍、ａ２倍に変化する。また、バイアス状態における初期抵抗値は、無バイアス状態における第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の初期抵抗値Ｒ０１、Ｒ０２に対してそれぞれｂ１倍、ｂ２倍に変化する。
（数式２２）
Ｒ１Ｂ−Ｒ２Ｂ＝（ａ１ΔＲ１Ｂ１−ａ２ΔＲ２Ｂ２）＋（ｂ１Ｒ０１−ｂ２Ｒ０２）
（ａ１ΔＲ１Ｂ１−ａ２ΔＲ２Ｂ２）は、入力磁場による抵抗値の差分を示す。（ｂ１Ｒ０１−ｂ２Ｒ０２）は、オフセットを示す。
【００７４】
また、第４磁気抵抗素子１４および第３磁気抵抗素子１３の抵抗値の差分は、無バイアス状態において、次式で示される。
（数式２３）
Ｒ３Ｎ−Ｒ４Ｎ＝（ΔＲ３Ｂ３−ΔＲ４Ｂ４）＋（Ｒ０３−Ｒ０４）
（ΔＲ３Ｂ３−ΔＲ４Ｂ４）は、入力磁場による抵抗値の差分を示す。（Ｒ０３−Ｒ０４）は、オフセットを示す。
【００７５】
第４磁気抵抗素子１４および第３磁気抵抗素子１３の抵抗値の差分は、バイアス状態において、次式で示される。バイアス状態において、第４磁気抵抗素子１４および第３磁気抵抗素子１３の磁気感度は、無バイアス状態における磁気感度ΔＲ４、ΔＲ３に対してそれぞれａ４倍、ａ３倍に変化する。また、バイアス状態における初期抵抗値は、無バイアス状態における第４磁気抵抗素子１４および第３磁気抵抗素子１３の初期抵抗値Ｒ０４、Ｒ０３に対してそれぞれｂ４倍、ｂ３倍に変化する。
（数式２４）
Ｒ３Ｂ−Ｒ４Ｂ＝（ａ３ΔＲ３Ｂ３−ａ４ΔＲ４Ｂ４）＋（ｂ３Ｒ０３−ｂ４Ｒ０４）
（ａ３ΔＲ３Ｂ３−ａ４ΔＲ４Ｂ４）は、入力磁場による抵抗値の差分を示す。（ｂ３Ｒ０３−ｂ４Ｒ０４）は、オフセットを示す。
【００７６】
本例の磁気センサ１００は、実施例１の場合と同様に、無バイアス状態とバイアス状態とで、磁気抵抗素子１０の初期抵抗値がほぼ変動しないという特性を利用して、オフセットを除去できる。第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の抵抗値の差分と、第４磁気抵抗素子１４および第３磁気抵抗素子１３の抵抗値の差分と、の和は、次式で示される。
（数式２５）
［（Ｒ１Ｎ−Ｒ２Ｎ）−（Ｒ１Ｂ−Ｒ２Ｂ）］＋［（Ｒ３Ｎ−Ｒ４Ｎ）−（Ｒ３Ｂ−Ｒ４Ｂ）］
＝［（１−ａ１）ΔＲ１Ｂ１−（１−ａ２）ΔＲ２Ｂ２］
＋［（１−ａ３）ΔＲ３Ｂ３−（１−ａ４）ΔＲ４Ｂ４］
【００７７】
これにより、第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４のオフセットがキャンセルされ、Ｘ軸方向の入力磁場に反応する抵抗成分のみが残る。このように、オフセットを除去することによって、磁気センサ１００の検出精度が向上する。
【００７８】
さらに、第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４は、Ｘ軸方向に同じ磁気感度ΔＲを有することが好ましく、ΔＲ１＝ΔＲ２＝ΔＲ３＝ΔＲ４＝ΔＲとなる。また、同一チップ基板上に形成されれば、第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４の特性が略等しくなるので、ａ１＝ａ２＝ａ３＝ａ４＝ａとなる。この場合（数２５）式は次式で示される。
（数式２６）
［（Ｒ１Ｎ−Ｒ２Ｎ）−（Ｒ１Ｂ−Ｒ２Ｂ）］＋［（Ｒ３Ｎ−Ｒ４Ｎ）−（Ｒ３Ｂ−Ｒ４Ｂ）］
＝（１−ａ）ΔＲ［（Ｂ１−Ｂ２）＋（Ｂ３−Ｂ４）］
【００７９】
本例の磁気センサ１００は、［（Ｂ１−Ｂ２）＋（Ｂ３−Ｂ４）］で示されるように、第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４を用いて、２重の差分構成をとる。そのため、磁気センサ１００は、一様でない外乱磁場による誤差要素を抑制できる。本明細書において、一様な外乱磁場とは、Ｘ軸方向において一様に増加する磁場、又はＸ軸方向において一様に減少する磁場を指す。
【００８０】
［実施例４］
図８は、実施例４に係る磁気センサ１００の平面図の一例を示す。図９は、実施例４に係る磁気センサ１００の断面図の一例を示す。本例の磁気センサ１００の両端には、第１電流導体３１および第２電流導体３２が配置されている。図８および図９においては、簡略化のために磁場発生装置２０を省略している。
【００８１】
第１電流導体３１および第２電流導体３２は、Ｙ軸方向に延伸して形成される。第１電流導体３１および第２電流導体３２は、磁気センサ１００のＸ軸の負側と正側にそれぞれ形成されている。第１電流導体３１および第２電流導体３２には、Ｙ軸の正側に向けて電流が流れる。これにより、第１電流導体３１および第２電流導体３２の周囲に、２つの電流の作る合成の磁場が生成される。
【００８２】
第１電流導体３１および第２電流導体３２は、それぞれがＸ軸方向に幅０．８５ｍｍ、Ｚ軸方向に厚さ０．４ｍｍの長方形の断面を有する。第１電流導体３１および第２電流導体３２は、Ｘ軸方向に予め定められた間隔ｄ３を有する。間隔ｄ３は、一例において、１．７ｍｍである。
【００８３】
磁気センサ１００は、Ｚ軸方向からみた平面視で、間隔ｄ３に収まるように配置されている。磁気センサ１００は、第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４が配置された第１平面５１が、第１電流導体３１および第２電流導体３２の上端から予め定められた距離だけ離間して配置される。第１電流導体３１および第２電流導体３２の上端とは、Ｚ軸方向の正側における、第１電流導体３１および第２電流導体３２の端部を指す。本例において、第１平面５１と第１電流導体３１および第２電流導体３２の上端とは、０．１ｍｍ離れて配置される。
【００８４】
第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４は、対称軸ｓが間隔ｄ３のＸ軸方向の中心を通るように設置される。Ｘ軸方向の負側から正側に向かって、第１磁気抵抗素子１１、第２磁気抵抗素子１２、第３磁気抵抗素子１３および第４磁気抵抗素子１４の順で、配置される。例えば、第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４は、対称軸ｓを通る点を原点（ｘ＝０ｍｍ）として、Ｘ軸方向に、第１磁気抵抗素子１１が−０．７ｍｍ、第２磁気抵抗素子１２が−０．１ｍｍ、第４磁気抵抗素子１４が０．１ｍｍ、第３磁気抵抗素子１３が０．７ｍｍ、に配置されている。
【００８５】
図１０は、実施例４に係る磁気センサ１００の磁気シミュレーション結果の一例を示す。グラフ左側の縦軸は、被測定磁場密度Ｂｐ［ｍＴ］を示し、グラフ右側の縦軸は、外乱磁束密度Ｂｎ［μＴ］を示す。横軸はＸ軸方向の位置を示す。原点は、対称軸ｓの位置に対応している。
【００８６】
磁場分布曲線（Ａ）は、被測定磁場密度Ｂｐを示す。被測定磁場密度Ｂｐとは、第１電流導体３１および第２電流導体３２に、Ｙ軸の正側に向けて電流を与えた場合のＸ軸方向の各位置でのＸ軸方向成分の磁場の大きさである。本例の第１電流導体３１および第２電流導体３２には、それぞれ３０Ａの大きさの電流が流れる。
【００８７】
第１磁気抵抗素子１１、第２磁気抵抗素子１２、第４磁気抵抗素子１４、第３磁気抵抗素子１３に対する被測定磁場密度Ｂｐは、それぞれ５．８ｍＴ、２．２ｍＴ、２．２ｍＴ、５．８ｍＴとなる。そのため、（Ｂ１−Ｂ２）＝（Ｂ３−Ｂ４）＝３．６ｍＴとなる。よって、（数２６）式において、［（Ｂ１−Ｂ２）＋（Ｂ３−Ｂ４）］は７．２ｍＴとなる。第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４に入力される被測定磁場密度Ｂｐは、第１電流導体３１および第２電流導体３２に流す、Ｙ軸方向の電流の大きさに比例する。
【００８８】
磁場分布曲線（Ｂ）は、外乱磁束密度Ｂｎを示す。外乱磁束密度Ｂｎとは、Ｘ軸方向に、原点より２０ｍｍ離れたところで、外乱電流として６０Ａの流したときに、第１平面５１上におけるＸ軸方向の各位置でのＸ軸方向成分の磁場の大きさである。第１磁気抵抗素子１１、第２磁気抵抗素子１２、第４磁気抵抗素子１４、第３磁気抵抗素子１３に入力される外乱磁束密度Ｂｎは、それぞれ３１．６μＴ、３３．８μＴ、３４．５μＴ、３７．０μＴとなる。そのため、（Ｂ１−Ｂ２）＝−２．２μＴとなり、（Ｂ３−Ｂ４）＝２．５μＴとなる。よって、（数２６）式において、［（Ｂ１−Ｂ２）＋（Ｂ３−Ｂ４）］は０．３μＴとなる。このように、外乱磁束密度Ｂｎに関する［（Ｂ１−Ｂ２）＋（Ｂ３−Ｂ４）］の大きさは、差分構成をとらない場合に磁気抵抗素子に入力する約３０μＴの外乱磁束密度の大きさに対して、約１／１００となっている。即ち、外乱磁束密度Ｂｎの影響が抑制されている。
【００８９】
磁場分布曲線（Ｃ）は、一様外乱磁場を示す。一様外乱磁場とは、地磁気のような遠方より飛来するＸ軸方向の一様な外乱磁場である。即ち、一様外乱磁場に関し、第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４は、一様なＸ軸方向の磁場を検出する。よって、Ｂ１＝Ｂ２＝Ｂ３＝Ｂ４となる。即ち、（数２６）式において、［（Ｂ１−Ｂ２）＋（Ｂ３−Ｂ４）］は０となる。
【００９０】
本例の磁気センサ１００は、Ｘ軸方向に不均一に生じた磁場を検出する磁気センサであって、誤差要素のオフセット成分を抑制して、高い精度で不均一に生じた磁場を検出できる。また、本例の磁気センサ１００は、差分構成をとるため、第１磁気抵抗素子１１〜第４磁気抵抗素子１４に入力する磁場の大きさが等しければ、Ｘ軸方向の一様な外乱磁場を抑制できる。さらに、磁気センサ１００は、２重の差分構成をとるため、一様でない外乱磁場を検出する場合に、一様でない外乱磁場による誤差要素を抑制できる。
【００９１】
［実施例５］
図１１は、実施例５に係る磁気センサ１００の構成の一例を示す。本例の磁気センサ１００は、磁気抵抗素子１０として、第１磁気抵抗素子１１、第２磁気抵抗素子１２および第３磁気抵抗素子１３を備える。
【００９２】
第３磁気抵抗素子１３は、入力磁場に応じて抵抗が変化する。第３磁気抵抗素子１３は、Ｙ軸方向に延伸して形成される。本例の第３磁気抵抗素子１３は、平面視で、中心軸ｃ３に対称な形状を有する。第３磁気抵抗素子１３は、ＸＹ平面上に形成される。また、第３磁気抵抗素子１３は、Ｘ軸方向に感磁軸を有する。即ち、第３磁気抵抗素子１３は、第１磁気抵抗素子１１の感磁軸と平行な感磁軸を有する。
【００９３】
第１磁気抵抗素子１１の中心軸ｃ１と第２磁気抵抗素子１２の中心軸ｃ２との間隔ｄ１は、第２磁気抵抗素子１２の中心軸ｃ２と第３磁気抵抗素子１３の中心軸ｃ３との間隔ｄ２と等しい。即ち、対称軸ｓは、中心軸ｃ２と等しくなる。言い換えると、第１磁気抵抗素子１１および第３磁気抵抗素子１３は、第１平面５１上で、対称軸ｓに対して、対称（即ち、ｄ１＝ｄ２）となるように配置される。
【００９４】
磁場発生装置２０は、第１磁気抵抗素子１１〜第３磁気抵抗素子１３に重なり、横切るように配置される。これにより、磁場発生装置２０は、第１磁気抵抗素子１１〜第３磁気抵抗素子１３に対してＹ軸方向にバイアス磁場ＢＶを与える。例えば、磁場発生装置２０は、Ｘ軸方向に延伸するメタル配線が、第１磁気抵抗素子１１〜第３磁気抵抗素子１３に重なり、横切るように、第２平面５２上に形成される。
【００９５】
次に、本例の磁気センサ１００に実施例４に係る第１電流導体３１および第２電流導体３２が設けられている場合について考える。第１電流導体３１および第２電流導体３２においてＹ軸の正側方向に電流が流れた場合、第１磁気抵抗素子１１〜第３磁気抵抗素子１３のそれぞれに、Ｘ軸方向の磁場Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が入力される。Ｘ軸方向の磁場Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、一様でなく、例えば、Ｂ１＞Ｂ２、Ｂ３＞Ｂ２である。第１磁気抵抗素子１１〜第３磁気抵抗素子１３のそれぞれの抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、次式で示される。
（数式２７）
Ｒ１＝Ｒ０１＋ΔＲ１・Ｂ１
（数式２８）
Ｒ２＝Ｒ０２＋ΔＲ２・Ｂ２
（数式２９）
Ｒ３＝Ｒ０３＋ΔＲ３・Ｂ３
【００９６】
Ｒ０１、Ｒ０２、Ｒ０３は、第１磁気抵抗素子１１〜第３磁気抵抗素子１３の初期抵抗値を示す。ΔＲ１、ΔＲ２、ΔＲ３は、第１磁気抵抗素子１１〜第３磁気抵抗素子１３の磁気感度を示す。Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、第１磁気抵抗素子１１〜第３磁気抵抗素子１３に入力するＸ軸方向の磁場である。
【００９７】
（数式３０）
Ｒ１−Ｒ２＝（ΔＲ１Ｂ１−ΔＲ２Ｂ２）＋（Ｒ０１−Ｒ０２）
（数式３１）
Ｒ３−Ｒ２＝（ΔＲ３Ｂ３−ΔＲ２Ｂ２）＋（Ｒ０３−Ｒ０２）
【００９８】
（ΔＲ１Ｂ１−ΔＲ２Ｂ２）は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の入力磁場による抵抗値の差分である。（Ｒ０１−Ｒ０２）は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２のオフセットである。また、（ΔＲ３Ｂ３−ΔＲ２Ｂ２）は、第３磁気抵抗素子１３および第２磁気抵抗素子１２の入力磁場による抵抗値の差分である。（Ｒ０３−Ｒ０２）は、第３磁気抵抗素子１３および第２磁気抵抗素子１２のオフセットである。
【００９９】
本例の磁気センサ１００は、後述の演算部を有し、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の抵抗値の差分と、第３磁気抵抗素子１３および第２磁気抵抗素子１２の抵抗値の差分と、の和を検出する。
（数式３２）
（Ｒ１−Ｒ２）＋（Ｒ３−Ｒ２）
＝［（ΔＲ１Ｂ１−ΔＲ２Ｂ２）＋（ΔＲ３Ｂ３−ΔＲ２Ｂ２）］
＋［（Ｒ０１−Ｒ０２）＋（Ｒ０３−Ｒ０２）］
【０１００】
［（Ｒ０１−Ｒ０２）＋（Ｒ０３−Ｒ０２）］は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２のオフセットと、第３磁気抵抗素子１３および第２磁気抵抗素子１２のオフセットと、の和のオフセットである。
【０１０１】
次に、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の抵抗値の差分と、第３磁気抵抗素子１３および第２磁気抵抗素子１２の抵抗値の差分の差分について考える。
【０１０２】
第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の抵抗値の差分は、無バイアス状態において、次式で示される。
（数式３３）
Ｒ１Ｎ−Ｒ２Ｎ＝（ΔＲ１Ｂ１−ΔＲ２Ｂ２）＋（Ｒ０１−Ｒ０２）
（ΔＲ１Ｂ１−ΔＲ２Ｂ２）は、入力磁場による抵抗値の差分を示す。（Ｒ０１−Ｒ０２）は、オフセットを示す。
【０１０３】
第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の抵抗値の差分は、バイアス状態において、次式で示される。バイアス状態において、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の磁気感度は、無バイアス状態における磁気感度ΔＲ１、ΔＲ２に対してそれぞれａ１倍、ａ２倍に変化する。また、バイアス状態における初期抵抗値は、無バイアス状態における第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の初期抵抗値Ｒ０１、Ｒ０２に対してそれぞれｂ１倍、ｂ２倍に変化する。
（数式３４）
Ｒ１Ｂ−Ｒ２Ｂ＝（ａ１ΔＲ１Ｂ１−ａ２ΔＲ２Ｂ２）＋（ｂ１Ｒ０１−ｂ２Ｒ０２）
（ａ１ΔＲ１Ｂ１−ａ２ΔＲ２Ｂ２）は、入力磁場による抵抗値の差分を示す。（ｂ１Ｒ０１−ｂ２Ｒ０２）は、オフセットを示す。
【０１０４】
また、第３磁気抵抗素子１３および第２磁気抵抗素子１２の抵抗値の差分は、無バイアス状態において、次式で示される。
（数式３５）
Ｒ３Ｎ−Ｒ２Ｎ＝（ΔＲ３Ｂ３−ΔＲ２Ｂ２）＋（Ｒ０３−Ｒ０２）
（ΔＲ３Ｂ３−ΔＲ２Ｂ２）は、入力磁場による抵抗値の差分を示す。（Ｒ０３−Ｒ０２）は、オフセットを示す。
【０１０５】
第３磁気抵抗素子１３および第２磁気抵抗素子１２の抵抗値の差分は、バイアス状態において、次式で示される。バイアス状態において、第３磁気抵抗素子１３および第２磁気抵抗素子１２の磁気感度は、無バイアス状態における磁気感度ΔＲ３、ΔＲ２に対してそれぞれａ３倍、ａ２倍に変化する。また、バイアス状態における初期抵抗値は、無バイアス状態における第３磁気抵抗素子１３および第２磁気抵抗素子１２の初期抵抗値Ｒ０３、Ｒ０２に対してそれぞれｂ３倍、ｂ２倍に変化する。
（数式３６）
Ｒ３Ｂ−Ｒ２Ｂ＝（ａ３ΔＲ３Ｂ３−ａ２ΔＲ２Ｂ２）＋（ｂ３Ｒ０３−ｂ２Ｒ０２）
（ａ３ΔＲ３Ｂ３−ａ２ΔＲ２Ｂ２）は、入力磁場による抵抗値の差分を示す。（ｂ３Ｒ０３−ｂ２Ｒ０２）は、オフセットを示す。
【０１０６】
本例の磁気センサ１００は、実施例１と同様に、無バイアス状態とバイアス状態とで、磁気抵抗素子の初期抵抗値がほぼ変動しないという特性を利用して、オフセットを除去できる。第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の抵抗値の差分と、第３磁気抵抗素子１３および第２磁気抵抗素子１２の抵抗値の差分と、の和は、次式で示される。
（数式３７）
［（Ｒ１Ｎ−Ｒ２Ｎ）−（Ｒ１Ｂ−Ｒ２Ｂ）］＋［（Ｒ３Ｎ−Ｒ２Ｎ）−（Ｒ３Ｂ−Ｒ２Ｂ）］
＝［（１−ａ１）ΔＲ１Ｂ１−（１−ａ２）ΔＲ２Ｂ２］
＋［（１−ａ３）ΔＲ３Ｂ３−（１−ａ２）ΔＲ２Ｂ２］
したがって、磁気センサ１００は、３つの磁気抵抗素子のオフセットをキャンセルすることができ、入力するＸ軸方向の磁場に反応する抵抗成分のみが残る。このように、オフセットを除去することにより、磁気センサ１００の検出精度が向上する。
【０１０７】
さらに、第１磁気抵抗素子１１〜第３磁気抵抗素子１３は、Ｘ軸方向に同じ磁気感度ΔＲを有することが好ましく、ΔＲ１＝ΔＲ２＝ΔＲ３＝ΔＲとなる。また、同一チップ基板上に形成されれば、第１磁気抵抗素子１１〜第３磁気抵抗素子１３の特性がほぼ揃うことになるので、ａ１＝ａ２＝ａ３＝ａとなって、（数３７）式は次式で示される。
（数式３８）
［（Ｒ１Ｎ−Ｒ２Ｎ）−（Ｒ１Ｂ−Ｒ２Ｂ）］＋［（Ｒ３Ｎ−Ｒ２Ｎ）−（Ｒ３Ｂ−Ｒ２Ｂ）］
＝（１−ａ）ΔＲ［（Ｂ１−Ｂ２）＋（Ｂ３−Ｂ２）］
【０１０８】
本例の磁気センサ１００は、Ｘ軸方向に不均一に生じた磁場を検出する磁気センサであって、誤差要素のオフセット成分を抑制して、高い精度で不均一に生じた磁場を検出できる。また、本例の磁気センサ１００は、差分構成をとるため、第１磁気抵抗素子１１〜第３磁気抵抗素子１３に入力する磁場の大きさが等しければ、Ｘ軸方向の一様な外乱磁場を抑制できる。さらに、磁気センサ１００は、２重の差分構成をとるため、一様でない外乱磁場を検出する場合に、一様でない外乱磁場による誤差要素を抑制できる。
【０１０９】
また、本例の磁気センサ１００は、３つの磁気抵抗素子を備える。そのため、本例の磁気センサ１００は、４つの磁気抵抗素子を用いる場合よりも、磁気抵抗素子間のミスマッチを低減できる。
【０１１０】
図１２は、制御システム３００の構成の一例を示す。本例の制御システム３００は、磁気センサ１００および制御装置２００を備える。制御装置２００は、演算部２１０、電流発生回路２２０、電流源２４１および電流源２４２を有する。
【０１１１】
電流源２４１は、一端が第１磁気抵抗素子１１に接続され、他端が電気的に１点に結合され第１電位２３１が与えられる。第１磁気抵抗素子１１の他端は、電気的に１点に結合され第２電位２３２が与えられる。
【０１１２】
電流源２４２は、一端が第２磁気抵抗素子１２に接続され、他端が電気的に１点に結合され第１電位２３１が与えられる。第２磁気抵抗素子１２の他端は、電気的に１点に結合され第２電位２３２が与えられる。一例において、第１電位２３１は電源装置の電源電位ＶＤＤであり、第２電位２３２はグランド電位ＧＮＤである。但し、第１電位２３１および第２電位２３２は、これに限定されるものではない。
【０１１３】
演算部２１０は、磁気センサ１００の出力信号に基づいて、磁気信号を算出する。一例において、演算部２１０は、無バイアス状態における磁気センサ１００の測定値と、バイアス状態における磁気センサ１００の測定値との差分を算出する。また、演算部２１０は、第１磁気抵抗素子１１の出力信号と、第２磁気抵抗素子１２の出力信号との差分を算出する。例えば、演算部２１０は、第１磁気抵抗素子１１および第２磁気抵抗素子１２の出力信号に基づく演算として、本明細書の実施例で示された演算を実行する。
【０１１４】
電流発生回路２２０は、任意のタイミングにおいて、磁場発生装置２０を駆動するための電流を発生する。一例において、電流発生回路２２０は、磁場発生装置２０に電流を供給しているか否かを示す情報を演算部２１０に出力する。これにより、演算部２１０は、磁気センサ１００の出力信号が、無バイアス状態での出力信号であるのか、バイアス状態での出力信号であるのかを判断できる。
【０１１５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１１６】
特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１１７】
１０・・・磁気抵抗素子、１１・・・第１磁気抵抗素子、１２・・・第２磁気抵抗素子、１３・・・第３磁気抵抗素子、１４・・・第４磁気抵抗素子、２０・・・磁場発生装置、３１・・・第１電流導体、３２・・・第２電流導体、４０・・・基板、４２・・・絶縁層、５０・・・基板平面、５１・・・第１平面、５２・・・第２平面、１００・・・磁気センサ、２００・・・制御装置、２１０・・・演算部、２２０・・・電流発生回路、２３１・・・第１電位、２３２・・・第２電位、２４１・・・電流源、２４２・・・電流源、３００・・・制御システム
【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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