CN112596007A - 磁传感器装置 - Google Patents

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Abstract

磁传感器具备：磁场转换部，其接受沿第一方向输入的输入磁场，并沿与第一方向正交的第二方向输出输出磁场；磁场检测部，其设置于能够施加有输出磁场的位置；以及磁屏蔽，其遮蔽沿第二方向的外部磁场，当沿第一方向观察时，磁场转换部具有正交于第一方向和第二方向的两者的第三方向上的长度比第二方向上的长度长的形状，当沿第一方向观察时，磁屏蔽设置于与磁场转换部和磁场检测部重叠的位置。

Description

磁传感器装置
技术领域
本发明涉及一种磁传感器装置。
背景技术
近年来，在各种用途中，使用了用于检测物理量(例如，根据移动体的旋转移动或直线移动引起的位置或移动量(变化量)等)的物理量检测装置(位置检测装置)。作为该物理量检测装置，已知有具备能够检测外部磁场的变化的磁传感器和能够使相对于磁传感器的相对位置变化的磁场产生部(例如磁铁)的装置，并且可以从磁传感器输出相应于外部磁场的变化的传感器信号。
作为磁传感器，已知有检测被检测磁场的磁传感器元件被设置于基板上的磁传感器，作为相关的磁传感器元件，可以使用电阻相应于外部磁场的变化而变化的自旋阀型的磁阻效应元件(GMR元件、TMR元件等)等。
自旋阀型的磁阻效应元件由至少具有：能够使磁化方向相应于外部磁场而变化的自由层；磁化方向被固定的磁化固定层；以及介于自由层和磁化固定层之间的非磁性层的层叠结构而构成。在具有这种结构的磁阻效应元件中，通过自由层的磁化方向与磁化固定层的磁化方向所成的角度确定了该磁阻效应元件的电阻值。另外，由于自由层的磁化方向相应于外部磁场而变化，并且由此自由层与磁化固定层的磁化方向所成的角度变化，从而，磁阻效应元件的电阻值变化。通过该电阻值的变化，可以输出相应于外部磁场的变化的传感器信号。设置于基板上的自旋阀型的磁阻效应元件通常以相对于平行于基板的面的方向的磁场具有灵敏度的方式构成。
另一方面，在磁传感器中，还要求通过设置于基板上的自旋阀型的磁阻效应元件来检测垂直于基板的面的方向上的磁场(参照专利文献1)。作为上述的磁传感器，有用于检测磁铁的位置的磁传感器。在该磁传感器中，在设置有磁阻效应元件的基板的上方设置有磁铁，在磁阻效应元件与磁铁之间设置有软磁性体。该软磁性体将由磁铁产生的磁场的分量中的相对于基板面的垂直方向的垂直磁场分量转换成平行于磁阻效应元件具有灵敏度的基板面的方向的磁场分量，并将转换了的磁场分量施加于磁阻效应元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-129697号公报
发明内容
发明想要解决的技术问题
在上述磁传感器中，从磁铁产生并施加于磁阻效应元件的磁场中，除了垂直磁场分量之外，还包含在平行于基板面的方向上的水平磁场分量。在这种情况下，除了由软磁性体转换的磁场分量之外，从磁铁产生的水平磁场分量也被施加于磁阻效应元件。因此，存在在相应于本来应检测的磁场分量(由软磁性体转换得到的磁场分量)的强度的来自磁传感器的输出中产生噪声，或者磁传感器的灵敏度降低的问题。
鉴于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种磁传感器装置，其能够抑制除了本来应检测的磁场分量以外的磁场分量的影响，并且使检测精度提高。
用于解决技术问题的技术手段
为了解决上述技术问题，本发明提供一种磁传感器装置，其特征在于，具备：磁场转换部，其接受沿第一方向输入的输入磁场，并沿与所述第一方向正交的第二方向输出输出磁场；磁场检测部，其设置于能够施加有所述输出磁场的位置；以及磁屏蔽，其遮蔽沿所述第二方向的外部磁场，当沿所述第一方向观察时，所述磁场转换部具有正交于所述第一方向和所述第二方向的两者的第三方向上的长度比所述第二方向上的长度长的形状，当沿所述第一方向观察时，所述磁屏蔽设置于与所述磁场转换部和所述磁场检测部重叠的位置。
在上述磁传感器装置中，当沿所述第一方向观察时，所述磁屏蔽可以具有所述第二方向上的最大长度比所述第三方向上的最大长度短的形状，所述多个磁场转换部可以沿所述第二方向排列，所述磁屏蔽可以包含第一磁屏蔽和第二磁屏蔽，在所述第一方向上的所述第一磁屏蔽和所述第二磁屏蔽之间，可以设置有所述磁场转换部和所述磁场检测部。
上述磁传感器装置可以具备多个所述磁场检测部，并且当沿所述第一方向观察时，所述多个磁场检测部可以设置于以沿所述磁场转换部的长边方向的轴线为中心轴对称的位置，其中所述轴线通过所述磁场转换部的短边方向的中心。
在上述磁传感器装置中，所述磁场检测部可以包含磁阻效应元件，所述磁阻效应元件可以具有磁化固定于所述第二方向的磁化固定层和磁化方向相应于施加的所述输出磁场而变化的磁化自由层。
在上述磁传感器装置中，所述磁场检测部可以包含多个所述磁阻效应元件，所有的所述磁阻效应元件的所述磁化固定层的磁化可以被固定于大致相同方向，所述磁场检测部可以包含TMR元件或GMR元件。
发明的效果
根据本发明，可以提供一种磁传感器装置，其能够抑制除了本来应检测的磁场分量以外的磁场分量的影响，并且使检测精度提高。
附图说明
图1是示出包含本发明的一个实施方式所涉及的磁传感器装置的相机模块的大致结构的立体图。
图2是示意性地示出图1所示的相机模块的内部构造的示意图。
图3是示出图1所示的相机模块的驱动装置的立体图。
图4是示出图3所示的驱动装置的多个线圈的立体图。
图5A是示出图3所示的驱动装置的主要部分的截面图。
图5B是示出图3所示的驱动装置的主要部分的截面图。
图6是示出本发明的一个实施方式所涉及的磁传感器装置的主要部分的立体图。
图7是示出本发明的一个实施方式中的磁传感器的大致结构的立体图。
图8是示出本发明的一个实施方式中的磁传感器的大致结构的俯视图。
图9是示出本发明的一个实施方式中的磁传感器的大致结构的侧视图。
图10是示出本发明的一个实施方式中的磁传感器的大致结构的侧视图。
图11是示出本发明的一个实施方式中的磁阻效应元件的大致结构的立体图。
图12是示出本发明的一个实施方式中的磁场检测部的大致结构的立体图。
图13是示出本发明的一个实施方式中的磁场检测部的电路结构的电路图。
图14是用于说明本发明的一个实施方式中的磁阻效应元件的自由层和磁化固定层的初始状态下的磁化方向的说明图。
图15是用于说明当第三磁场分量施加于本发明的一个实施方式中的磁阻效应元件时的自由层和磁化固定层的磁化方向的说明图。
图16是用于说明当第二磁场分量和第三磁场分量施加于本发明的一个实施方式中的磁阻效应元件时的自由层和磁化固定层的磁化方向的说明图。
图17是示出试验例1的结果的图表。
符号说明
10……磁传感器
11……磁场转换部
111……磁轭
12……磁场检测部
120……磁阻效应元件
13……磁屏蔽
131……第一磁屏蔽
132……第二磁屏蔽
具体实施方式
将参考附图，对本发明的实施方式进行说明。
此外，在本实施方式所涉及的磁传感器装置中，根据需要，在一些附图中规定定“X方向、Y方向和Z方向”。在此，X方向和Y方向是实际上与本实施方式中的基板104的第一面104A和第二面104B(参照图2)平行的平面内的互相正交的方向，Z方向是基板104的厚度方向(与基板104的第一面104A和第二面104B正交的方向)。
本实施方式中的相机模块100例如构成具备光学抖动矫正机构和自动聚焦机构的智能电话用的相机的一部分，并且与使用了CMOS等的图像传感器200组合使用(参照图1和图2)。
相机模块100具备驱动装置、透镜102、筺体103和基板104(参照图1和图2)。驱动装置具有使透镜102移动的功能。驱动装置包含本实施方式所涉及的磁传感器装置。筺体103具有保护驱动装置的功能。基板104具有第一面104A和与其相对的第二面104B。
透镜102以其光轴方向与Z方向平行的姿势，配置于基板104的第一面104A的上方。基板104具有使通过透镜102的光通过的开口部(省略图示)。相机模块100以使通过透镜102和基板104的开口部的光入射于图像传感器200的方式，相对于图像传感器200对准位置。
驱动装置具备第一保持构件105、第二保持构件106、多条第一导线107和多条第二导线108(参照图2)。第二保持构件106保持透镜102，并且，例如可以具有能够在其内部安装透镜102的筒状的形状。
第二保持构件106以相对于第一保持构件105能够在一个方向，具体在平行于透镜102的光轴方向(Z方向)的方向上改变位置的方式设置。在本实施方式中，第一保持构件105具有能够在其内部容纳透镜102和第二保持构件106的箱状的形状。多条第二导线108连接第一保持构件105和第二保持构件106，并且以第二保持构件106能够相对于第一保持构件105沿Z方向相对地移动的方式，支持第二保持构件106。
第一保持构件105在基板104的第一面104A的上方，以相对于基板104能够在X方向和Y方向中的至少一个方向上改变位置的方式设置。多条第一导线107连接基板104和第一保持构件105，并且以第一保持构件105相对于基板104能够沿X方向和Y方向中的至少一个方向相对地移动的方式，支持第一保持构件105。当相对于基板104的第一保持构件105的相对位置变化时，相对于基板104的第二保持构件106的相对位置也变化。
驱动装置具备多个磁铁(第一～第八磁铁21～28)以及多个线圈(第一～第六线圈31～36)(参照图1和图3)。第一磁铁21和第二磁铁22以沿Y方向将透镜102夹在它们之间的方式配置。第三磁铁23和第四磁铁24以沿X方向将透镜102夹在它们之间的方式配置。第五～第八磁铁25～28分别配置于第一～第四磁铁21～24的上方(+Z方向)。第一～第八磁铁21～28固定于第一保持构件105。
第一磁铁21、第二磁铁22、第五磁铁25和第六磁铁26分别具有长边方向朝向X方向的长方体形状。第三磁铁23、第四磁铁24、第七磁铁27和第八磁铁28分别具有长边方向朝向Y方向的长方体形状(参照图1和图3)。第一磁铁21的磁化方向H(参照图6)和第六磁铁26的磁化方向为+Y方向，第二磁铁22和第五磁铁25的磁化方向为-Y方向。第三磁铁23和第八磁铁28的磁化方向为+X方向，第四磁铁24和第七磁铁27的磁化方向为-X方向。
第一线圈31配置于第一磁铁21与基板104之间，第二线圈32配置于第二磁铁22与基板104之间(参照图2)。第三线圈33配置于第三磁铁23与基板104之间，第四线圈34配置于第四磁铁24与基板104之间。第五线圈35配置于第一磁铁21和第五磁铁25与透镜102之间，第六线圈36配置于第二磁铁22和第六磁铁26与透镜102之间。第一～第四线圈31～34固定于基板104的第一面104A，第五线圈35和第六线圈36固定于第二保持构件106。
在第一线圈31主要施加有从第一磁铁21产生的磁场，在第二线圈32主要施加有从第二磁铁22产生的磁场，在第三线圈33主要施加有从第三磁铁23产生的磁场，在第四线圈34主要施加有从第四磁铁24产生的磁场。
第五线圈35包含沿第一磁铁21在X方向延伸的第一导体部351、沿第五磁铁25在X方向延伸的第二导体部352、以及将第一导体部351和第二导体部352的一个端部彼此和另一个端部彼此在Z方向连接的两个第三导体部353(参照图4)。第六线圈36包含沿第二磁铁22在X方向延伸的第一导体部361、沿第六磁铁26在X方向延伸的第二导体部362、以及将第一导体部361和第二导体部362的一个端部彼此和另一个端部彼此在Z方向连接的两个第三导体部363(参照图4)。
在第五线圈35的第一导体部351，主要施加有从第一磁铁21产生的磁场的+Y方向的分量。在第五线圈35的第二导体部352，主要施加有从第五磁铁25产生的磁场的-Y方向的分量。在第六线圈36的第一导体部361，主要施加有从第二磁铁22产生的磁场的-Y方向的分量。在第六线圈36的第二导体部362，主要施加有从第六磁铁26产生的磁场的+Y方向的分量。
驱动装置具备在第一线圈31或第二线圈32中的任一者的内侧固定于基板104的磁传感器10，以及在第三线圈33和第四线圈34中的任一者的内侧固定于基板104的磁传感器10。在本实施方式中，两个磁传感器10分别配置于第一线圈31的内侧和第四线圈34的内侧(参照图5A、图5B)。这两个磁传感器10为了降低相机抖动的影响，输出用于使透镜102的位置改变的传感器信号。
配置于第一线圈31的内侧的磁传感器10检测从第一磁铁21产生的磁场，并输出对应于第一磁铁21的位置的传感器信号。配置于第四线圈34的内侧的磁传感器10检测从第四磁铁24产生的磁场，并输出对应于第四磁铁24的位置的传感器信号。之后将描述各磁传感器10的结构。
驱动装置具备磁铁41和磁传感器42(参照图1和3)。磁传感器42用于在进行自动聚焦时检测透镜102的位置。磁传感器42在第一磁铁21的端面21A和第四磁铁24的端面24A附近固定于基板104的第一面104A。磁传感器42例如可以包含霍尔元件、AMR元件、GMR元件和TMR元件等的磁阻效应元件等。
磁铁41在磁传感器42上方，固定于第二保持构件106，并且具有长方体形状。当第二保持构件106相对于第一保持构件105的相对位置沿平行于Z方向的方向变化时，磁铁41相对于第一保持构件105的相对位置也沿平行于Z方向的方向变化。
此处，对驱动装置的操作进行说明。
驱动装置构成光学抖动矫正机构和自动聚焦机构的一部分。驱动装置、光学抖动矫正机构和自动聚焦机构由相机模块100的外部的控制部(省略图示)控制。
光学抖动校正机构例如构成为能够通过相机模块100的外部的陀螺仪传感器等检测抖动。当光学抖动校正机构检测出相机抖动时，控制部以透镜102相对于基板104的相对位置根据抖动的样态变化的方式来控制驱动装置。由此，可以使透镜102的绝对位置稳定，从而降低抖动的影响。此外，透镜102相对于基板104的相对位置根据抖动的样态，在X方向和Y方向上变化。
自动聚焦机构例如以能够通过图像传感器200或自动聚焦传感器等检测出被摄体聚焦的状态的方式构成。控制部以成为被摄体聚焦的状态的方式，通过驱动装置使透镜102相对于基板104的相对位置在Z方向上变化。由此，可以自动地进行相对于被摄体的聚焦。
对与光学抖动校正机构相关的驱动装置的操作进行说明。
当通过控制部向第一线圈31和第二线圈32施加电流时，由于从第一磁铁21和第二磁铁22产生的磁场以及从第一线圈31和第二线圈32产生的磁场的相互作用，固定第一磁铁21和第二磁铁22的第一保持构件105沿Y方向移动。其结果，透镜102也沿Y方向移动。另外，当通过控制部向第三线圈33和第四线圈34施加电流时，由于从第三磁铁23和第四磁铁24产生的磁场以及从第三线圈33和第四线圈34产生的磁场的相互作用，固定第三磁铁23和第四磁铁24的第一保持构件105沿X方向移动。其结果，透镜102也沿X方向移动。控制部基于与能由两个磁传感器10检测到的第一磁铁21和第四磁铁24的位置相对应的信号，来检测透镜102的位置。
对与自动对焦机构有关的驱动装置的操作进行说明。
在使透镜102相对于基板104的相对位置沿Z方向移动的情况下，控制部以在第一导体部351中在+X方向流动电流，且在第二导体部352中在-X方向流动电流的方式，向第五线圈35施加电流，并且以在第一导体部361中在-X方向流动电流，且在第二导体部362中在+X方向流动电流的方式，向第六线圈36施加电流。通过这些电流和从第一磁铁21、第二磁铁22、第五磁铁25和第六磁铁26产生的磁场，在第五线圈35的第一导体部351和第二导体部352、以及第六线圈36的第一导体部361和第二导体部362作用Z方向的洛伦兹力。由此，固定第五线圈35和第六线圈36的第二保持构件106沿Z方向移动。其结果，透镜102也沿Z方向移动。此外，在使透镜102相对于基板104的相对位置沿-Z方向移动的情况下，控制部可以向第五线圈35和第六线圈36施加与上述的沿Z方向使透镜102移动的情况为反方向的电流。
当透镜102相对于基板104的相对位置沿Z方向变化时，磁铁41相对于磁传感器42的相对位置也沿Z方向变化。磁传感器42至少检测由磁铁41产生的磁场，并生成对应于磁铁41的位置的信号。控制部基于由磁传感器42生成的信号，来检测透镜102的位置。
接下来，对本实施方式所涉及的磁传感器装置的大致结构进行说明。
本实施方式所涉及的磁传感器装置具备配置于第一线圈31的内侧的磁传感器10和作为磁场产生部的第一磁铁21。另外，本实施方式所涉及的磁传感器装置具备配置于第二线圈32的内侧的磁传感器10和作为磁场产生部的第二磁铁22。在下文中，例举具备配置于第一线圈31的内侧的磁传感器10和第一磁铁21的磁传感器装置作为例子进行说明，但是显然下述的说明也适用于具备配置于第二线圈32的内侧的磁传感器10和第二磁铁22的磁传感器装置。
在磁传感器装置中，磁传感器10和第一磁铁21以作为第一磁铁21产生的磁场的一部分的部分磁场能够被施加于磁传感器10的方式构成。该部分磁场包含平行于作为第一方向的Z方向的第一磁场分量H1和平行于作为第二方向的Y方向的第二磁场分量H2。在本实施方式中，第一磁铁21的磁化方向H平行于Y方向，并且能够施加于磁传感器10的第二磁场分量H2的方向平行于-Y方向(参照图6)。
如上所述，磁传感器10被固定于基板104，并且第一磁铁21被固定于第一保持构件105。当相对于基板104的第一保持构件105的位置沿Y方向变化时，相对于磁传感器10的第一磁铁21的相对位置也沿Y方向变化。来自磁传感器10的输出对应于Y方向上的第一磁铁21相对于磁传感器10的相对位置。
磁传感器10和第一磁铁21，以当它们的相对位置沿Y方向变化时，第一磁场分量H1变化的方式构成。在本实施方式中，当第一保持构件105沿Y方向移动，并且磁传感器10和第一磁铁21的相对位置变化时，第一磁场分量H1变化。
本实施方式中的磁传感器10具备：磁场转换部11，其从第一磁铁21产生的Z方向的磁场分量(第一磁场分量H1)作为输入磁场被输入，并且将其第一磁场分量H1转换成Y方向的磁场分量(第三磁场分量H3)并输出；磁场检测部12，其设置于能够作为从磁场转换部11输出的输出磁场的第三磁场分量H3的位置；以及磁屏蔽13，其用于阻挡从第一磁铁21产生的Y方向的磁场分量(第二磁场分量H2)作为外部磁场被施加于磁场检测部12(参照图7～图10)。
磁场转换部11包含由软磁性体构成的多个磁轭111。在本实施方式中，列举了磁场转换部11包含多个磁轭111作为例子，但是本发明不限于此，磁场转换部11也可以包含一个磁轭111。
多个磁轭111是作为第三方向的X方向的长度比Y方向的长度长的形状，例如当沿Z方向观察时具有长方形形状。多个磁轭111当沿Z方向观察时可以以它们的长边方向平行于X方向的方式设置，也可以以沿Y方向排列的方式设置。在本实施方式中，多个磁轭111的形状、长边方向的长度、短边方向的长度是互相相同的，也可以是这些中的至少一者是不同的。另外，尽管各磁轭111在X方向上是连续的，但是也可以在X方向上分割成多个。此外，长方形形状是作为当沿Z方向观察时的各磁轭111的形状的一个例子，本发明不限于该样态。例如，当沿Z方向观察时，各磁轭111的形状可以是四个角为89～91°的四边形，也可以是具有四个角被倒圆了的长方形。
磁场检测部12通过施加第三磁场分量H3(参照图15和图16)，从而输出相应于第一磁场分量H1的变化的信号。磁场检测部12可以包含至少一个磁阻效应元件120。在本实施方式中，磁场检测部12包含第一电阻部R1、第二电阻部R2、第三电阻部R3和第四电阻部R4，并且第一～第四电阻部R1～R4的各个只要包含至少一个磁阻效应元件120即可，但是第一～第四电阻部R1～R4分别可以包含串联连接多个磁阻效应元件而成的元件列。在图8所示的例子中，第一～第四电阻部R1～R4的各个中所包含的元件列具有串联连接的16个磁阻效应元件120。
作为本实施方式中的磁阻效应元件120，例如，可以使用TMR元件、GMR元件等的MR元件。磁阻效应元件120具有包含依次层叠的自由层121、非磁性层122、磁化固定层123和反铁磁性层124的MR层叠体125(参照图11)。反铁磁性层124由反铁磁性材料构成，通过在与磁化固定层123之间产生交换耦合，从而起到固定磁化固定层123的磁化方向的作用。另外，通过将磁化固定层123设为铁磁性层/非磁性中间层/铁磁性层的层叠铁氧体构造，并且做成使两个铁磁性层反铁磁性地耦合而成的所谓的自钉扎型的固定层(Synthetic FerriPinned层，SFP层)，从而可以省略反铁磁性层124。
在TMR元件中，非磁性层122是隧道势垒层。在GMR元件中，非磁性层122是非磁性导电层。在TMR元件、GMR元件中，电阻值根据由自由层121的磁化的方向相对于磁化固定层123的磁化的方向所成的角度而变化，并且该角度为0°(彼此的磁化方向是平行的)时的电阻值最小，为180°(彼此的磁化方向是反向平行的)时最大。
磁阻效应元件120可以是当沿Z方向观察时为大致长方形状的多个MR层叠体125经由上部引线电极126和下部引线电极127而串联连接而成的磁阻效应元件120(参照图12)。此外，虽然在图12所示的MR层叠体125沿其层叠方向(+Z方向、-Z方向)流通电流，但是本实施方式的磁阻效应元件120也可以是沿MR层叠体125的面内方向(例如+X方向、-X方向)流通电流的CIP(Current In Plane，平面内电流)型的元件。上部引线电极126和下部引线电极127例如由Cu、Al、Au、Ta、Ti等中的一种导电材料或两种以上的导电材料的复合膜构成。此外，大致长方形形状中，除了当沿Z方向观察时，X方向上的长度比Y方向上的长度长的长方形形状，还包含X方向上的长度比Y方向上的长度长，且四个角为89～91°的四边形形状，或者X方向上的长度比Y方向上的长度长，且四个角被倒圆了的圆角四边形形状等。在本实施方式中，当沿Z方向观察时的MR层叠体125的形状不限于大致长方形形状，也可以是椭圆形形状、长圆形形状等。
多个下部引线电极127分别具有细长的大致长方形形状，并且以在多个MR层叠体125的电串联方向上相邻的两个下部引线电极127之间具有规定的间隙的方式设置。在下部引线电极127的长边方向的两端附近，分别设置有MR层叠体125。即，在多个下部引线电极127上，分别设置有两个MR层叠体125。
多个上部引线电极126设置于多个MR层叠体125上。各上部引线电极126具有细长的大致长方形形状。上部引线电极126以在多个MR层叠体125的电串联方向上相邻的两个上部引线电极126之间具有规定的间隙，并且电串联连接多个MR层叠体125的方式配置，并且电连接相邻的两个MR层叠体125彼此。此外，在自由层121与下部引线电极127或上部引线电极126之间可以设置有盖层(保护层)。
当沿Z方向观察时，第一电阻部R1中所包含的多个磁阻效应元件120和第四电阻部R4中所包含的多个磁阻效应元件120配置于磁场转换部11(磁轭111)的-Y侧，第二电阻部R2中所包含的多个磁阻效应元件120和第三电阻部R3中所包含的多个磁阻效应元件120配置于磁场转换部11(磁轭111)的+Y侧(参照图8)。多个磁阻效应元件120配置于以通过磁场转换部11(磁轭111)的短边方向的中心的轴线(沿磁场转换部11(磁轭111)的长边方向延伸的轴线)为中心的轴对称的位置(参照图8)。此外，不限于图8所示的方式，至少一个磁场转换部11(磁轭111)的上述轴线与配置于该磁场转换部11(磁轭111)的+Y侧的磁阻效应元件120之间的长度(Y方向上的长度)和该磁场转换部11(磁轭111)的上述轴线与配置于该磁场转换部11(磁轭111)的-Y侧的磁阻效应元件120之间的长度(Y方向上的长度)可以是互相实际上相同的，也可以是互相不同的。当该两个长度互相实际上相同意味着两个长度的比为约1:0.95～1:1.05的程度。另外，多个磁阻效应元件120也可以不配置于以至少一个磁场转换部11(磁轭111)的上述轴线为中心的轴对称的位置。
当沿Z方向观察时，磁屏蔽13包含以将磁场转换部11和磁场检测部12夹在中间的方式定位的第一磁屏蔽131和第二磁屏蔽132(参照图7～图10)。当沿Z方向观察时，第一磁屏蔽131位于比磁场转换部11和磁场检测部12更靠近+Z方向(上方)位置，第二磁屏蔽132位于比磁场转换部11和磁场检测部12更靠近-Z方向(下方)的位置。当沿Z方向观察时，第一磁屏蔽131和第二磁屏蔽132均可以具有Y方向上的最大长度比X方向上的最大长度短的形状，例如，可以具有长方形形状、四个角的角度为89～91°的四边形形状、四个角被倒圆了的圆角长方形形状、长方形的四个角被倒角了的形状(八边形形状)、包含椭圆形形状的长圆形形状、将长方形的相对的两条短边做成圆弧状的形状、梯形、平行四边形、菱形等的形状。此外，包含第一磁屏蔽131和第二磁屏蔽132的磁屏蔽13，例如，在具有四个角的角度为89～91°的四边形形状、梯形、菱形等的四边形的情况下，可以是两组相对的两条边中的至少一组的相对的两条边为平行的，也可以是两组相对的两条边均为不平行的。
磁屏蔽13例如可以由软磁性材料构成。作为软磁性材料，例如，可以列举NiFe等。在磁屏蔽13由NiFe构成的情况下，为了降低磁屏蔽13的热应力，优选磁屏蔽13由Ni的比例为35～60质量％的组成的NiFe构成。如果是这样的组成的NiFe，则可以减小热膨胀系数。当还考虑到磁屏蔽13的磁特性时，优选磁屏蔽13由Ni的比例为40～60质量％的组成的NiFe构成。作为磁屏蔽13所要求的性能之一，可以列举最大磁通吸收量大。磁屏蔽13的最大磁通吸收量实际上与磁屏蔽13的饱和磁化和厚度(Z方向上的尺寸)的乘积成比例。为了确保磁屏蔽13的性能，磁屏蔽13的饱和磁化与厚度的乘积，即每单位面积的磁矩优选为0.6emu/cm2以上。
此外，在本实施方式中，当沿Z方向观察时，磁屏蔽13包含位于磁场转换部11和磁场检测部12的上方(+Z侧)的第一磁屏蔽131和位于磁场转换部11和磁场检测部12的下方(-Z侧)的第二磁屏蔽132，但是只要能够发挥磁屏蔽13的功能，则可以省略第一磁屏蔽131和第二磁屏蔽132中的任意一个。另外，第一磁屏蔽131和第二磁屏蔽132中的至少一个可以在Y方向上排列有多个磁屏蔽。由于在Y方向上排列有多个磁屏蔽，因此该磁屏蔽难以饱和。
本实施方式中的磁场检测部12的电路结构只要是桥接连接四个电阻部(第一～第四电阻部R1～R4)而成的惠斯通电桥电路即可(参照图13)。此外，该磁场检测部12的电路结构可以是串联连接两个电阻部(例如，第一电阻部R1和第二电阻部R2)而成的半桥电路。
惠斯通电桥电路包含电源端口V、接地端口G、第一输出端口E1、第二输出端口E2、设置于电源端口V和第一输出端口E1之间的第一电阻部R1、设置于第一输出端口E1和接地端口G之间的第二电阻部R2、设置于电源端口V和第二输出端口E2之间的第三电阻部R3、设置于第二输出端口E2和接地端口G之间的第四电阻部R4。在电源端口V由于连接有恒定电流而施加有规定的大小的电源电压(恒定电流)，并且接地端口G接地。
在本实施方式中，所有的MR层叠体125中的磁化固定层123的磁化方向(图14～图16所示的实线箭头)被固定于互相相同的方向(+Y方向)(参照图14～图16)。此外，所有的MR层叠体125中的磁化固定层被固定于互相大致相同的方向即可，在这种情况下，各MR层叠体125中的磁化固定层123的磁化方向相对于+Y方向在10°以内的角度倾斜即可。由于当沿Z方向观察时所有的MR层叠体125具有X方向长的形状，因此各MR层叠体125中的自由层121具有易磁化轴方向为X方向的形状各向异性。因此，初始状态(未施加第三磁场分量H3的状态)下的所有MR层叠体125中的自由层121的磁化方向(图14～图16所示的虚线箭头)是互相相同的，并且是相对于磁化固定层123的磁化方向的正交方向(+X方向)(参照图14)。通过磁化固定层123和自由层121的磁化方向为上述方向，从而伴随着相应于第三磁场分量H3的第一～第四电阻部R1～R4的电阻值变化，第一输出端口E1和第二输出端口E2的电位差变化，输出作为其电位差的变化的信号。
在本实施方式所涉及的磁传感器装置中，当从第一磁铁21产生磁场时，平行于该磁场的一部分即部分磁场中的平行于Z方向的第一磁场分量H1通过磁场转换部11转换为第三磁场分量H3而输出。从磁场转换部11输出的第三磁场分量H3包含+Y方向的第三磁场分量H3和-Y方向的第三磁场分量H3。在第一电阻部R1和第四电阻部R4中所包含的磁阻效应元件120，施加有-Y方向的第三磁场分量H3，并且自由层121的磁化方向相应于其而变化。另一方面，在第二电阻部R2和第三电阻部R3中所包含的磁阻效应元件120，施加有+Y方向的第三磁场分量H3，并且自由层121的磁化方向相应于其而变化(参照图15)。由此，第一电阻部R1和第四电阻部R4中的自由层121和磁化固定层123的相互的磁化所形成的角度θ1、θ4超过90°。另一方面，第二电阻部R2和第三电阻部R3中的自由层121和磁化固定层123的相互的磁化所形成的角度θ2、θ3小于90°(参照图15)。此外，在图15中，虚线箭头表示通过第三磁场分量H3的施加而方向变化的自由层121的磁化，空心虚线箭头表示初始状态下的自由层121的磁化方向。
在作为从第一磁铁21产生的磁场的一部分的部分磁场，包含有平行于Y方向的第二磁场分量H2。该第二磁场分量H2的大部分被磁屏蔽13吸收，但是并非第二磁场分量H2的全部都被磁屏蔽13吸收，第二磁场分量H2的一部分被施加于磁阻效应120，并且自由层121的磁化方向变化(参照图16)。此外，在图16中，虚线箭头表示由于第三磁场分量H3的施加而方向变化的自由层121的磁化，并且空心虚线箭头表示在初始状态下的自由层121的磁化方向。因此，第一电阻部R1、第二电阻部R2、第三电阻部R3和第四电阻部R4中的自由层121与磁化固定层123的相互的磁化所形成的角度θ1'、θ2'、θ3'、θ4'比不施加第二磁场分量H2时应表示的角度θ1、θ2、θ3、θ4(参照图15)小。其结果，第一输出端口E1和第二输出端口E2的各自的输出发生变动，但是在本实施方式中，由于第一～第四电阻部R1～R4中所包含的所有的磁阻效应元件120的磁化固定层123的磁化被固定于相同方向，并且所有的磁阻效应元件120的自由层121的初始状态下的磁化是相同方向，因此当第二磁场分量H2的一部分被施加于磁阻效应元件120时，第一输出端口E1的输出的变动量和第二输出端口E2的输出的变动量实际上是相同的。如果由第二磁场分量H2引起的第一输出端口E1的输出的变动量和第二输出端口E2的输出的变动量不同，则来自磁传感器装置的输出可能存在偏置(offset)的风险，但是在本实施方式中，可以抑制来自磁传感器装置的输出的偏置产生。另外，在本实施方式中，由于初始状态下的自由层121的磁化方向正交于第二磁场分量H2，因此可以抑制磁传感器装置的灵敏度降低。
以上说明的实施方式是为了使本发明的理解变得容易而描述的，并非为了限制本发明。因此，在上述实施方式中公开的各要素旨在还包含落入本发明的技术范围内的所有设计修改或等同物。
实施例
在下文中，将列举实施例等对本发明进行更详细地说明，但是本发明不仅限于下述的实施例等。
[试验例1]
使用具有图6～图10所示的结构的磁传感器10(样品1)，通过模拟求得当使第一磁铁21和磁传感器10之间的距离从规定的位置起沿+Y方向和-Y方向变动时的磁传感器10的输出的变动。同样地，使用不具有该磁传感器10中的磁屏蔽13(第一磁屏蔽131和第二磁屏蔽132)的样品(样品2)，通过模拟求得磁传感器10的输出的变动。其结果示于图17。此外，在图17中，图表的横轴表示从规定的位置起沿+Y方向和-Y方向的变动距离(D)，纵轴表示磁传感器10的输出(OP)。横轴(D)上的零表示上述上述规定的位置，纵轴(OP)表示当使第一磁铁21和磁传感器10的距离变动时的磁传感器10的输出、以及在其规定的位置处的与磁传感器10的输出的差分。另外，在样品1中，将施加于磁传感器10的第二磁场分量H2的磁场强度设定为从第一磁铁21产生的第二磁场分量H2的磁场强度的10％，在样品2中，将施加于磁传感器10的第二磁场分量H2的磁场强度设定为从第一磁铁21产生的第二磁场分量H2的磁场强度的100％。此外，在样品1和样品2中，将从第一磁铁21产生的第一磁场分量H1的磁场强度设定为24.5mT(毫特斯拉)，将第三磁场分量H3的磁场强度设定为第一磁场分量H1的磁场强度的15％，并将磁传感器10的灵敏度设定为100(mV/V/deg)。
从图17所示的结果可以得知，在样品1的磁传感器10中，可以得到比样品2的磁传感器10更大的输出。据此，通过在磁传感器10施加有第二磁场分量H2，从而磁传感器10的灵敏度降低，另一方面，如样品1的磁传感器10所示，通过具有能够吸收第二磁场分量H2的磁屏蔽13，从而能够抑制磁传感器10的灵敏度的降低。另一方面，当如样品2那样由第二磁场分量H2引起而磁传感器10的灵敏度降低时，需要大幅地增幅磁传感器10的输出，但是当大幅地增幅磁传感器10的输出时，也会产生磁传感器10的输出中所包含的噪声变大的问题。
[试验例2]
在上述样品1的磁传感器10中，通过模拟求得了当增大第二磁场分量H2的磁场强度时的磁传感器10的灵敏度的变化率(％)。另外，在样品1的磁传感器10中，将磁场转换部11(磁轭111)的长边方向从X方向变更为Y方向，并且对于当沿Z方向观察时在磁场转换部11(磁轭111)的短边方向上的两侧(+X侧和-X侧)配置了磁场检测部12(磁阻效应元件120)的磁传感器(样品3)，也同样地通过模拟求得磁传感器的灵敏度的变化率(％)。此外，对于灵敏度的变化率(％)，可以作为相对于没有施加第二磁场分量H2时(第二磁场分量H2的磁场强度为0mT(毫特斯拉)时)的灵敏度，使第二磁场分量H2的磁场强度增大时的灵敏度的差分的百分率来求得。其结果，在样品1中，当第二磁场分量H2的磁场强度为10mT时的灵敏度的变化率为0.6％。另一方面，在样品3中，当第二磁场分量H2的磁场强度为10mT时的灵敏度的变化率为2.7％。据此，确认了根据本实施方式的磁传感器10，能够进一步抑制由第二磁场分量H2引起的灵敏度的降低。

Claims (8)

1.一种磁传感器装置，其特征在于，
具备：
磁场转换部，其接受沿第一方向输入的输入磁场，并沿与所述第一方向正交的第二方向输出输出磁场；
磁场检测部，其设置于能够施加有所述输出磁场的位置；以及
磁屏蔽，其遮蔽沿所述第二方向的外部磁场，
当沿所述第一方向观察时，所述磁场转换部具有正交于所述第一方向和所述第二方向的两者的第三方向上的长度比所述第二方向上的长度长的形状，
当沿所述第一方向观察时，所述磁屏蔽设置于与所述磁场转换部和所述磁场检测部重叠的位置。
2.根据权利要求1所述的磁传感器装置，其特征在于，
当沿所述第一方向观察时，所述磁屏蔽具有所述第二方向上的最大长度比所述第三方向上的最大长度短的形状。
3.根据权利要求1或2所述的磁传感器装置，其特征在于，
所述多个磁场转换部沿所述第二方向排列。
4.根据权利要求1或2所述的磁传感器装置，其特征在于，
所述磁屏蔽包含第一磁屏蔽和第二磁屏蔽，
在所述第一方向上的所述第一磁屏蔽和所述第二磁屏蔽之间，设置有所述磁场转换部和所述磁场检测部。
5.根据权利要求1或2所述的磁传感器装置，其特征在于，
具备多个所述磁场检测部，
当沿所述第一方向观察时，所述多个磁场检测部设置于以沿所述磁场转换部的长边方向的轴线为中心的轴对称的位置，所述轴线通过所述磁场转换部的短边方向的中心。
6.根据权利要求1或2所述的磁传感器装置，其特征在于，
所述磁场检测部包含磁阻效应元件，
所述磁阻效应元件具有磁化固定于所述第二方向的磁化固定层和磁化方向相应于施加的所述输出磁场而变化的磁化自由层。
7.根据权利要求6所述的磁传感器装置，其特征在于，
所述磁场检测部包含多个所述磁阻效应元件，
所有的所述磁阻效应元件的所述磁化固定层的磁化被固定于大致相同方向。
8.根据权利要求1或2所述的磁传感器装置，其特征在于，
所述磁场检测部包含TMR元件或GMR元件。
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