JP2022148863A - 磁気センサ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気インピーダンス効果によって磁界を感受する感受回路を用いた磁気センサにおいて、感度対雑音比を向上させる。【解決手段】磁気センサ１０は、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受部を含む感受回路１２Ａと、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受部を含む感受回路１２Ｂとを、備え、感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとは、少なくとも一部の電流経路が平面視において重なり、それぞれの一端部が互いに電気的に接続されている。【選択図】図５

Description

本発明は、磁気センサに関する。

公報記載の従来技術として、非磁性体からなる基板と、該基板上に形成され、その長手方向両端に電極が設けられた薄膜磁気コアとからなる磁気インピーダンス素子において、前記薄膜磁気コアは少なくとも２個以上、並列配置されてなり、かつ、前記それぞれの薄膜磁気コアは互いに電気的に直列接続されていることを特徴とする磁気インピーダンス素子が存在する（特許文献１参照）。

特開２０００－２９２５０６号公報

磁気インピーダンス効果によって磁界を感受する感受回路を用いた磁気センサでは、インピーダンスの変化が検出部で検出され、磁界の強度に変換される。しかし、感受回路に交流電流を供給する端子部は感受回路の両端部に設けられるため、端子部と検出部との間に大きな電流ループが形成される。この電流ループが雑音（ノイズ）を発生し、又雑音を拾う。このような雑音により、磁気センサの感度対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が低下する。
本発明は、磁気インピーダンス効果によって磁界を感受する感受回路を用いた磁気センサにおいて、感度対雑音比を向上させることを目的とする。

本発明が適用される磁気センサは、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受部を含む第１の感受回路と、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受部を含む第２の感受回路とを、備え、第１の感受回路と第２の感受回路とは、少なくとも一部の電流経路が平面視において重なり、それぞれの一端部が互いに電気的に接続されている。
このような磁気センサにおいて、第１の感受回路と第２の感受回路とは、重なって対向する部分における電流の方向が逆であることを特徴とすることができる。
そして、第１の感受回路と第２の感受回路とは、つづら折り構造を有していることを特徴とすることができる。
さらに、第１の感受回路と第２の感受回路とは、対向した状態において平面視した平面形状が同じであることを特徴とすることができる。

このような磁気センサにおいて、第１の感受回路が非磁性の第１の基板に設けられ、第２の感受回路が非磁性の第２の基板に設けられていることを特徴とすることができる。
または、第１の感受回路が非磁性の基板の表面側に設けられ、第２の感受回路が基板の裏面側に設けられていることを特徴とすることができる。

このような磁気センサにおいて、第１の感受回路と第２の感受回路とは、直列に接続されていることを特徴とすることができる。

他の観点から捉えると、本発明が適用される磁気センサは、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受部を含む感受回路と、非磁性の導電体で構成された電流回路と、を備え、感受回路と電流回路とは、少なくとも一部の電流経路が平面視において重なり、それぞれの一端部が互いに電気的に接続されている。
このような磁気センサにおいて、感受回路が非磁性の第１の基板に設けられ、電流回路が非磁性の第２の基板に設けられていることを特徴とすることができる。
または、感受回路が非磁性の基板の表面側に設けられ、電流回路が基板の裏面側に設けられていることを特徴とすることができる。

さらに他の観点から捉えると、本発明が適用される磁気センサは、軟磁性体で構成され、感受回路に外部からの磁力線を集束させる集束部材を備えることを特徴とすることができる。
そして、このような磁気センサは、軟磁性体で構成されて感受回路を透過した磁力線を外部に発散させる発散部材を備えることを特徴とすることができる。
さらに、集束部材と発散部材とは、感受回路が設けられる基板の外部に設けられることを特徴とすることができる。

本発明によれば、磁気インピーダンス効果によって磁界を感受する感受回路を用いた磁気センサにおいて、感度対雑音比が向上する。

磁気センサにより磁界を測定する磁気センサシステムを説明する図である。（ａ）は、第１の実施の形態が適用される磁気センサを用いた磁気センサシステム、（ｂ）は、比較のために示す、第１の実施の形態が適用されない磁気センサを用いた磁気センサシステムである。 図１（ｂ）に示した磁気センサにおいて、磁気センサ近傍の配線が作る電流ループの面積と磁気センサ及び電流ループにより生じるインダクタンスとの関係を示す図である。 感受回路の一例を説明する図である。（ａ）は、平面図、（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線での断面図である。 感受回路の感受部の長手方向に印加された外部磁界と感受回路のインピーダンスとの関係を説明する図である。 第１の実施の形態が適用される磁気センサの構成を説明する図である。（ａ）は、磁気センサの斜視図、（ｂ）は、感受回路における電流と磁界とを説明する図である。 磁気センサにおける２個の感受回路の重ね方を説明する図である。（ａ）は、２個の感受回路を内側で対向させた配置、（ｂ）は、２個の感受回路を外側で対向させた配置、（ｃ）は、２個の感受回路を積み重ねた配置、図６（ｄ）は、２個の感受回路を一つの基板の表裏に設けた配置である。 ２個の感受回路を重ねた磁気センサにおける感度を説明する図である。（ａ）は、電流ループの面積と感度との関係、（ｂ）は、２個の感受回路間の間隔と感度との関係である。 ２個の感受回路を重ねた磁気センサにおける感度を説明する図である。 磁力線を集束させる集束部材と、磁力線を外部に発散させる発散部材を備えた磁気センサを説明する図である。 磁気センサの構成と感度、雑音（ノイズ）及び感度対雑音比の関係を説明する図である。 第２の実施の形態が適用される磁気センサの構成を説明する図である。（ａ）は、磁気センサの斜視図、（ｂ）は、感受回路及び電流回路における電流と磁界とを説明する図である。 第１の実施の形態が適用される磁気センサと第２の実施の形態が適用される磁気センサとを比較して説明する図である。（ａ）は、第２の実施の形態が適用される磁気センサの断面図、（ｂ）は、第１の実施の形態が適用される磁気センサの断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
［第１の実施の形態］
（磁気センサシステム１）
図１は、磁気センサ１０により磁界を測定する磁気センサシステム１を説明する図である。図１（ａ）は、第１の実施の形態が適用される磁気センサ１０を用いた磁気センサシステム１、図１（ｂ）は、比較のために示す、第１の実施の形態が適用されない磁気センサ１０′を用いた磁気センサシステム１′である。

図１（ａ）に示す、第１の実施の形態が適用される磁気センサ１０を用いた磁気センサシステム１は、磁界を感受する磁気センサ１０と、交流電流発生部２００と、検出部３００とを備えている。磁気センサ１０は、交流電流発生部２００及び検出部３００に接続端子２０、３０を介して接続されている。磁気センサ１０は、磁気インピーダンス効果に基づいて磁界の変化によりインピーダンスが変化する感受部１２１（後述する図３（ａ）参照）を含む感受回路１２Ａ、１２Ｂを備えている。感受回路１２Ａ、１２Ｂは、重ねられている。感受回路１２Ａは、第１の感受回路の一例であり、感受回路１２Ｂは、第２の感受回路の一例である。

感受回路１２Ａは、端子部１２３Ａ、１２４Ａを備え、感受回路１２Ｂは、端子部１２３Ｂ、１２４Ｂを備えている。感受回路１２Ａの端子部１２４Ａと感受回路１２Ｂの端子部１２４Ｂとが、接続線１３により接続されている。感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとは、直列接続されている。そして、感受回路１２Ａの端子部１２３Ａと接続端子２０とが接続され、感受回路１２Ｂの端子部１２３Ｂと接続端子３０とが接続されている。磁気センサ１０では、感受回路１２Ａの端子部１２３Ａと感受回路１２Ｂの端子部１２３Ｂとの間で電流が流れる。感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとは直列接続されているので、流れる電流の向きが逆になる。

図１（ａ）に示すように、感受回路１２Ａの端子部１２３Ａと感受回路１２Ｂの端子部１２３Ｂとの中心間の距離は、感受回路１２Ａの端子部１２３Ａと感受回路１２Ａの端子部１２４Ａとの中心間距離や感受回路１２Ａの端子部１２３Ａと感受回路１２Ｂの端子部１２４Ｂとの中心間の距離に比べて短い。

図１（ｂ）に示すように、第１の実施の形態が適用されない磁気センサ１０′を用いた磁気センサシステム１′は、磁界を感受する磁気センサ１０′と、交流電流発生部２００と、検出部３００とを備える。磁気センサシステム１′における交流電流発生部２００及び検出部３００は、図１（ａ）に示した磁気センサシステム１と同じである。磁気センサ１０′は、交流電流発生部２００及び検出部３００に接続端子２０、３０を介して接続される。磁気センサ１０′は、感受回路１２Ａを備える。つまり、磁気センサ１０′は、感受回路１２Ｂを備えない。

感受回路１２Ａの端子部１２３Ａが接続端子２０に接続され、感受回路１２Ａの端子部１２４Ａが接続端子３０に接続されている。

感受回路１２Ａ、１２Ｂは、同じ構成である。よって、以下では、感受回路１２Ａ、１２Ｂを区別しない場合は、感受回路１２と表記する。

交流電流発生部２００は、高周波成分を含む交流電流（以下では、高周波電流と表記する。）を発生する回路を含み、高周波電流を磁気センサ１０、１０′に供給する。なお、高周波とは、例えば２０ＭＨｚ以上である。
検出部３００は、磁気センサ１０、１０′のインダクタンスの変化やインピーダンスの振幅や位相の変化を検出する回路を備える。

図１（ａ）には、磁気センサシステム１において、磁気センサ１０と接続端子２０、３０との間で構成される電流ループαと、接続端子２０、３０と検出部３００との間で構成される電流ループβとを示している。なお、電流ループαは、磁気センサ１０近傍の配線が作る電流ループであり、電流ループβは、検出部３００近傍の配線が作る電流ループである。以下では、電流ループαを、磁気センサ１０近傍の配線が作る電流ループαと表記し、電流ループβを、検出部３００近傍の配線が作る電流ループβと表記する。そして、電流ループαと電流ループβとを加えた電流ループは、磁気センサ１０と検出部３００とが囲む電流ループである。電流ループは、インダクタンスとして機能する。そして、電流ループの面積が大きいほど、インダクタンスが大きくなる。

磁気センサ１０近傍の配線が作る電流ループαは、磁気センサ１０における電流ループα１と、磁気センサ１０と接続端子２０、３０との間における電流ループα２とから構成されている。磁気センサ１０における電流ループα１は、感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとの間における電流ループである。図１（ａ）では、電流ループα１（α）、電流ループα２（α）と表記する。

図１（ｂ）には、磁気センサシステム１′において、磁気センサ１０′と接続端子２０、３０との間で構成される電流ループα′と、接続端子２０、３０と検出部３００との間で構成される電流ループβとを示している。接続端子２０、３０と検出部３００との間で構成される電流ループβ、つまり検出部３００近傍の配線が作る電流ループβは、図１（ａ）に示す磁気センサシステム１と同じである。

磁気センサ１０′近傍の配線が作る電流ループα′は、磁気センサ１０′における電流ループα′１と、磁気センサ１０′と接続端子２０、３０との間における電流ループα′２とから構成されている。磁気センサ１０′における電流ループα′１は、感受回路１２Ａにおける電流ループである。図１（ｂ）では、電流ループα′１（α′）、電流ループα′２（α′）と表記する。

磁気センサシステム１′における電流ループα′は、図１（ａ）に示した磁気センサシステム１における電流ループαと異なっている。つまり、磁気センサ１０′近傍の配線が作る電流ループα′の面積は、磁気センサ１０近傍の配線が作る電流ループαに比べて大きい。これは、磁気センサ１０′と接続端子２０、３０との間における電流ループα′２の面積が、磁気センサ１０と接続端子２０、３０との間における電流ループα２より大きいためである。磁気センサシステム１では、端子部１２３Ａ、１２３Ｂと接続端子２０、３０とが接続されている。一方、磁気センサシステム１′では、端子部１２３Ａ、１２４Ａと接続端子２０、３０とが接続されている。磁気センサシステム１（磁気センサ１０）における端子部１２３Ａ、１２３Ｂの中心間の距離は、磁気センサシステム１′（磁気センサ１０′）における端子部１２３Ａ、１２４Ａの中心間の距離より短い。このため、電流ループα２の面積は、電流ループα′２に比べて小さくなる。

さらに、磁気センサ１０における電流ループα１は、重ねて配置された感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとの間の電流ループである。一方、磁気センサ１０′の電流ループα′１は、感受回路１２Ａにおける電流ループである。電流ループα１は、後述するように電流が往復する電流経路が接するようになるので、電流ループα′１に比べて小さくなる。

ここで、磁気センサシステム１のインダクタンス変化に対する電流ループによるインダクタンスの影響を説明する。なお、図１（ａ）に示す磁気センサ１０を例として説明する。
信号磁界を印加しない場合における磁気センサ１０のインダクタンスをＬ１とし、信号磁界が印加された場合における磁気センサ１０のインダクタンスの変化量をΔＬ１とする。そして、磁気センサ１０近傍の配線が作る電流ループα、及び検出部３００近傍の配線が作る電流ループβにより生じるインダクタンスをＬ２とする。なお、信号磁界とは、磁気センサ１０の動作を説明するために、外部から磁気センサ１０に印加される磁界である。磁気センサ１０に信号磁界を印加すると、信号磁界を印加しない場合に対して、磁気センサ１０のインピーダンスが変化する。

信号磁界が印加されていない状態におけるインダクタンスは、Ｌ１＋Ｌ２である。そして、信号磁界が印加されている状態におけるインダクタンスは、Ｌ１＋ΔＬ１＋Ｌ２となる。よって、信号磁界が印加されたことによって、検出部３００が検出するインダクタンスの変化率は、（Ｌ１＋ΔＬ１＋Ｌ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）となる。したがって、インダクタンスの変化率は、インダクタンスＬ２が小さいほど大きくなる。言い換えれば、インダクタンスＬ２が小さいほど、インダクタンスの変化率が大きくなり、磁界を検出する感度が向上する。つまり、磁気センサ１０近傍の配線が作る電流ループα及び検出部３００近傍の配線が作る電流ループβにより生じるインダクタンスＬ２を小さくすれば、磁気センサ１０の感度が向上する。

また、磁気センサ１０近傍の配線が作る電流ループα及び検出部３００近傍の配線が作る電流ループβの面積が大きいほど、雑音（ノイズ）を発生しやすく、且つ雑音（ノイズ）を拾いやすい。つまり、感受回路１２に高周波電流が流れることにより磁界が発生し、発生した磁界が高周波電流に雑音（ノイズ）が生じる。

図２は、図１（ｂ）に示した磁気センサ１０′において、磁気センサ１０′近傍の配線が作る電流ループα′の面積と磁気センサ１０′及び電流ループα′により生じるインダクタンスとの関係を示す図である。横軸は、電流ループα′の面積（図２では、電流ループの面積（ｍｍ^２））、縦軸は、インダクタンス（ｎＨ）である。ここでは、後述する図３に示す磁気センサ１０の端子部１２３と端子部１２４とをインピーダンス測定器に接続して、インダクタンスを測定した。このとき、端子部１２３及び端子部１２４とインピーダンス測定器とを接続する配線が囲む面積を変化させた。図２では、インダクタンスを測定する周波数を、２０ＭＨｚ、５０ＭＨｚ、１００ＭＨｚとした。

図２に示すように、磁気センサ１０′及び電流ループα′により生じるインダクタンスは、電流ループα′の面積が大きくなるほど大きくなる。また、磁気センサ１０′及び電流ループα′により生じるインダクタンスは、周波数が高いほど大きくなる。つまり、電流ループα′の面積を小さくすれば、インダクタンスが小さくなる。

なお、検出部３００は、上記の磁気センサ１０のインダクタンスの変化を検出する代わりに、インダクタンスＬ、抵抗Ｒ及び容量Ｃを含むインピーダンスの変化を検出してもよい。例えば、検出部３００は、インピーダンスの振幅や位相を検出する回路を備えてもよい。この場合、インピーダンスＺは、Ｚ＝Ｒ＋ｊωＬ＋１／（ｊωＣ）＝Ｒ＋ｊＸと表記される。そして、振幅｜Ｚ｜は、｜Ｚ｜＝√（Ｒ^２＋Ｘ^２）であり、位相θは、θ＝ｔａｎ^－１（Ｘ／Ｒ）と表記される。ここで、ωは角周波数、Ｘはリアクタンスである。

感受回路１２（後述する図３（ａ）参照）を含んで構成される磁気センサ１０′は、交流電流発生部２００及び検出部３００を構成する電子部品に比べ大きくなりやすい。よって、図１（ｂ）に示すように、感受回路１２Ａの端子部１２３Ａ、１２４Ａと接続端子２０、３０とが接続される磁気センサ１０′近傍の配線が作る電流ループα′の面積は、検出部３００近傍の配線が作る電流ループβの面積より大きくなりやすい。よって、磁気センサ１０′近傍の配線が作る電流ループα′を小さくすることが好ましい。しかし、磁気センサ１０′における電流ループα′１は磁気センサ１０′の形状で決まるため、磁気センサ１０′においては、電流ループα′１の面積を小さくしづらい。また、磁気センサ１０′における電流ループα′１の面積よりも、磁気センサ１０と接続端子２０、３０との間の電流ループα′２の面積の方が大きくなりやすい。

よって、第１の実施の形態が適用される磁気センサ１０（図１（ａ））では、磁気センサ１０近傍の配線が作る電流ループαにおいて、磁気センサ１０と接続端子２０、３０との間の電流ループα２の面積を、磁気センサ１０′（図１（ｂ））近傍の配線が作る電流ループα′における磁気センサ１０′と接続端子２０、３０との間の電流ループα′２の面積より小さくしている。

（感受回路１２）
ここで、磁気センサ１０における感受回路１２を説明する。なお、感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとは、同じ構成である。
図３は、感受回路１２の一例を説明する図である。図３（ａ）は、平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線での断面図である。図３（ａ）において、紙面の右方向が＋ｘ方向、紙面の上方向が＋ｙ方向、紙面の表面方向が＋ｚ方向である。図３（ｂ）において、紙面の右方向が＋ｘ方向、紙面の上方向が＋ｚ方向、紙面の裏面方向が＋ｙ方向である。

図３（ａ）の平面図により、感受回路１２の平面構造を説明する。ここでは、感受回路１２は、基板１１上に設けられているとして説明する。基板１１は、一例として四角形の平面形状を有する。基板１１の平面形状は、数ｍｍ角～数１０ｍｍ角である。例えば、ｘ方向の長さが３ｍｍ～２０ｍｍ、ｙ方向の長さが３ｍｍ～２０ｍｍである。なお、基板１１は、平面形状が四角形でなくてもよく、平面形状の大きさは、他の値であってもよい。

感受回路１２は、並列配置された複数の感受部１２１と、感受部１２１間をつづら折り（ミアンダ構造）に直列接続する接続部１２２と、端子部１２３、１２４とを備えている。端子部１２３、１２４は、感受回路１２において、接続部１２２で接続された感受部１２１の一方の端部と他方の端部とに設けられている。

感受部１２１は、平面形状が長手方向と短手方向とを有する短冊状である。図３（ａ）に示す感受部１２１は、ｘ方向を長手方向、ｙ方向を短手方向とする。そして、図３（ａ）では、４個の感受部１２１がｙ方向に並列配置されている。感受部１２１が磁気インピーダンス効果を示す。よって、磁気センサ１０又は感受回路１２を磁気インピーダンス素子と表記することがある。そして、感受部１２１を、感受素子と表記することがある。

各感受部１２１は、例えば長手方向の長さが１ｍｍ～１０ｍｍ、短手方向の幅が５０μｍ～１５０μｍである。厚さが０．２μｍ～５μｍである。隣接する感受部１２１間の間隔は、５０μｍ～１５０μｍである。そして、感受部１２１の数は、図３（ａ）では４個であるが、他の数であってもよい。
なお、それぞれの感受部１２１の大きさ（長さ、面積、厚さ等）、感受部１２１の数、感受部１２１間の間隔等は、感受、つまり検出したい磁界の大きさなどによって設定されればよい。なお、感受部１２１は、１個でもよい。

接続部１２２は、隣接する感受部１２１の端部間に設けられ、複数の感受部１２１を直列接続する。つまり、接続部１２２は、隣接する感受部１２１をつづら折りに接続している。図３（ａ）に示す４個の感受部１２１を備える磁気センサ１０では、接続部１２２は３個である。接続部１２２の数は、感受部１２１の数によって異なる。例えば、感受部１２１が５個であれば、接続部１２２は４個である。また、感受部１２１が１個であれば、接続部１２２を備えない。なお、接続部１２２の幅は、感受回路１２に流す電流などによって設定すればよい。例えば、接続部１２２の幅は、感受部１２１と同じであってもよい。

図３（ａ）において、端子部１２３は、紙面の下側（－ｙ方向側）に設けられ、端子部１２４は、紙面の上側（＋ｙ方向側）に設けられている。端子部１２３、１２４は、回路と接続しうる大きさであればよい。なお、図３（ａ）に示す感受回路１２では、感受部１２１が４個であるため、端子部１２３、１２４は、紙面の右側（＋ｘ方向側）に設けられている。感受部１２１の数が奇数の場合には、端子部１２３、１２４を紙面の左右方向側（±ｘ方向側）に分けて設けられる。なお、感受回路１２を左右反転して構成してもよい。

以上説明したように、感受回路１２は、感受部１２１が接続部１２２によってつづら折りに直列接続され、端子部１２３、１２４から高周波電流が流れる。よって、高周波電流が流れる経路（ここでは、電流経路と表記する。）であることから、感受回路１２と表記する。

図３（ｂ）の断面図により、感受回路１２の断面構造を説明する。ここでは、感受回路１２の感受部１２１を中心に説明する。なお、基板１１を合わせて表示している。
感受回路１２は、基板１１上に設けられている。感受回路１２は、一例として、基板１１側から４層の軟磁性体層１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを備える。そして、感受回路１２は、軟磁性体層１１１ａと軟磁性体層１１１ｂとの間に、軟磁性体層１１１ａと軟磁性体層１１１ｂとに還流磁区の発生を抑制する磁区抑制層１１２ａを備える。さらに、感受回路１２は、軟磁性体層１１１ｃと軟磁性体層１１１ｄとの間に、軟磁性体層１１１ｃと軟磁性体層１１１ｄとに還流磁区の発生を抑制する磁区抑制層１１２ｂを備える。そしてまた、感受回路１２は、軟磁性体層１１１ｂと軟磁性体層１１１ｃとの間に、感受回路１２の抵抗（ここでは、電気抵抗をいう。）を低減させる導電体層１１３を備える。軟磁性体層１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄをそれぞれ区別しない場合は、軟磁性体層１１１と表記する。磁区抑制層１１２ａ、１１２ｂをそれぞれ区別しない場合には、磁区抑制層１１２と表記する。

基板１１は、非磁性体からなる基板であって、例えばガラス、サファイアといった電気絶縁性の酸化物基板、シリコン等の半導体基板、又は、アルミニウム、ステンレススティール、ニッケルリンメッキを施した金属等の金属基板などである。なお、基板１１が、シリコン等の半導体基板、又は、アルミニウム、ステンレススティール、ニッケルリンメッキを施した金属等の金属基板などであって導電性が高い場合には、感受回路１２が設けられる側の基板１１の表面に、基板１１と感受回路１２とを電気的に絶縁する絶縁体層を設けるとよい。このような絶縁体層を構成する絶縁体としては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２等の酸化物、又は、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮ等の窒化物等が挙げられる。ここでは、基板１１は、ガラスであるとして説明する。このような基板１１の厚さは、例えば０．３ｍｍ～２ｍｍである。なお、基板１１の厚さは他の値であってもよい。

軟磁性体層１１１は、磁気インピーダンス効果を示すアモルファス合金の軟磁性体で構成される。軟磁性体層１１１を構成する軟磁性体としては、Ｃｏを主成分とした合金に高融点金属Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ等を添加したアモルファス合金を用いるのがよい。このようなＣｏを主成分とした合金としては、ＣｏＮｂＺｒ、ＣｏＦｅＴａ、ＣｏＷＺｒ、ＣｏＦｅＣｒＭｎＳｉＢ等が挙げられる。軟磁性体層１１１の厚さは、例えば１００ｎｍ～１μｍである。
ここで、軟磁性体とは、外部磁界によって容易に磁化されるが、外部磁界を取り除くと速やかに磁化がないか又は磁化が小さい状態に戻る、いわゆる保磁力の小さい材料である。
また、本明細書において、アモルファス合金、アモルファス金属とは、結晶のような原子の規則的な配列を有しない構造を有し、スパッタリング法などで形成されるものをいう。

磁区抑制層１１２は、磁区抑制層１１２を挟む上下の軟磁性体層１１１に還流磁区が発生するのを抑制する。
一般に、軟磁性体層１１１には、それぞれの磁化の向きが異なる複数の磁区が形成されやすい。この場合、磁化の向きが環状を呈する還流磁区が形成される。外部磁界が大きくなると、磁壁が移動し、外部磁界の向きと磁化の向きとが同じ磁区の面積が大きくなり、外部磁界の向きと磁化の向きとが逆の磁区の面積が小さくなる。そして、さらに外部磁界が大きくなると、磁化の向きが外部磁界の向きと異なる磁区において、磁化の向きが外部磁界の向きと同じ向きを向く磁化回転が生じる。そして、ついには隣接する磁区同士の間に存在していた磁壁が消滅し、１つの磁区（単磁区）となる。つまり、還流磁区が形成されていると、外部磁界の変化に伴って、還流磁区を構成する磁壁が階段状に不連続に移動するバルクハウゼン効果が生じる。この磁壁の不連続な移動は、磁気センサ１０におけるノイズとなり、磁気センサ１０から得られる出力におけるＳ／Ｎの低下を生じるおそれがある。磁区抑制層１１２は、磁区抑制層１１２の上下に設けられた軟磁性体層１１１に面積の小さな複数の磁区が形成されるのを抑制する。これにより、還流磁区が形成されることが抑制され、磁壁が不連続に移動することによるノイズの発生を抑制する。なお、磁区抑制層１１２は、磁区抑制層１１２を含まない場合に比べて、形成される磁区の数が少なく、つまり磁区の大きさが大きくなる効果が得られればよい。

このような磁区抑制層１１２としては、Ｒｕ、ＳｉＯ_２等の非磁性体や、ＣｒＴｉ、ＡｌＴｉ、ＣｒＢ、ＣｒＴａ、ＣｏＷ等の非磁性アモルファス金属が挙げられる。このような磁区抑制層１１２の厚さは、例えば１０ｎｍ～１００ｎｍである。

導電体層１１３は、感受回路１２の抵抗を低減する。つまり、導電体層１１３は、軟磁性体層１１１より導電性が高く、導電体層１１３を含まない場合に比べて、感受回路１２の抵抗を小さくする。磁界は、感受回路１２の端子部１２３、１２４間に交流電流を流した際におけるインピーダンス（以下では、インピーダンスＺと表記する。）の変化（ΔＺと表記する。）により検出される。この際、交流電流の周波数が高いほど、外部磁界の変化（ここでは、ΔＨと表記する。）に対するインピーダンスＺの変化率ΔＺ／ΔＨ（以下ではインピーダンス変化率ΔＺ／ΔＨ）が大きくなる。しかし、導電体層１１３を含まない状態で交流電流の周波数を高くすると、浮遊容量により、逆にインピーダンス変化率ΔＺ／ΔＨが小さくなってしまう。そこで、導電体層１１３を設けて、感受回路１２の抵抗を低減させている。

このような導電体層１１３としては、導電性が高い金属または合金を用いることが好ましく、導電性が高く且つ非磁性の金属または合金を用いることがより好ましい。このような導電体層１１３としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属が挙げられる。導電体層１１３の厚さは、例えば、１０ｎｍ～１μｍである。導電体層１１３は、導電体層１１３を含まない場合に比べて、感受回路１２の抵抗が低減されるものであればよい。

なお、磁区抑制層１１２を挟む上下の軟磁性体層１１１、及び導電体層１１３を挟む上下の軟磁性体層１１１は、互いに反強磁性結合（ＡＦＣ：Antiferromagnetically Coupled）している。下上の軟磁性体層１１１が反強磁性結合することで、反磁界が抑制され、磁気センサ１０の感度が向上する。

（感受回路１２の動作）
続いて、感受回路１２の動作について説明する。
図４は、感受回路１２の感受部１２１の長手方向に印加された外部磁界Ｈと感受回路１２のインピーダンスＺとの関係を説明する図である。図４において、横軸が外部磁界Ｈ、縦軸がインピーダンスＺである。なお、インピーダンスＺは、図３（ａ）に示す感受回路１２の端子部１２３、１２４間に交流電流を流して測定される。よって、インピーダンスＺは感受回路１２のインピーダンスであるが、磁気センサ１０のインピーダンスＺと表記することがある。

図４に示すように、感受回路１２のインピーダンスＺは、感受部１２１の長手方向に印加される磁界Ｈが大きくなるにしたがい大きくなる。そして、感受回路１２のインピーダンスＺは、印加する磁界Ｈが異方性磁界Ｈｋより大きくなると小さくなる。感受部１２１の異方性磁界Ｈｋより小さい範囲において、磁界Ｈの変化量ΔＨに対してインピーダンスＺの変化量ΔＺが急峻な部分（ΔＺ／ΔＨが大きい）を用いると、磁界Ｈの微弱な変化をインピーダンスＺの変化量ΔＺとして取り出すことができる。図４では、ΔＺ／ΔＨが大きい磁界Ｈの中心を磁界Ｈｂとして示している。つまり、磁界Ｈｂの近傍（図４で矢印で示す範囲）における磁界Ｈの変化量（ΔＨ）が高精度に測定できる。ここで、インピーダンスＺの変化量ΔＺが最も急峻な（ΔＺ／ΔＨが最も大きい）部分ほど、磁気インピーダンス効果が大きく、磁界又は磁界の変化を計測しやすい。換言すれば、磁界Ｈに対するインピーダンスＺの変化が急峻なほど感度が高くなる。磁界Ｈｂは、バイアス磁界と呼ばれることがある。以下では、磁界Ｈｂをバイアス磁界Ｈｂと表記する。なお、感受回路１２に流される交流電流の周波数が高いほど、感度は高くなる。

（感受回路１２の製造方法）
感受回路１２は、次のようにして製造される。
まず、基板１１上に、感受回路１２の平面形状を除いた部分を覆うフォトレジストのパターンを公知のフォトリソグラフィ技術により形成する。ついで、基板１１上に、軟磁性体層１１１ａ、磁区抑制層１１２ａ、軟磁性体層１１１ｂ、導電体層１１３、軟磁性体層１１１ｃ、磁区抑制層１１２ｂ、軟磁性体層１１１ｄを順に、例えばスパッタリング法により堆積する。そして、フォトレジスト上に堆積された軟磁性体層１１１ａ、磁区抑制層１１２ａ、軟磁性体層１１１ｂ、導電体層１１３、軟磁性体層１１１ｃ、磁区抑制層１１２ｂ、軟磁性体層１１１ｄを、フォトレジストとともに除去する。すると、基板１１上に、感受回路１２の平面形状に加工された、軟磁性体層１１１ａ、磁区抑制層１１２ａ、軟磁性体層１１１ｂ、導電体層１１３、軟磁性体層１１１ｃ、磁区抑制層１１２ｂ、軟磁性体層１１１ｄからなる積層体が残る。つまり、感受回路１２が形成される。

軟磁性体層１１１は、前述したように、長手方向と交差する方向、例えば短手方向（図２（ａ）のｙ方向）に一軸磁気異方性が付与されている。一軸磁気異方性は、基板１１上に形成された感受回路１２を、例えば３ｋＧ（０．３Ｔ）の回転磁場中における４００℃での熱処理（回転磁場中熱処理）と、それに引き続く３ｋＧ（０．３Ｔ）の静磁場中における４００℃での熱処理（静磁場中熱処理）とを行うことで付与できる。一軸磁気異方性の付与は、回転磁場中熱処理及び静磁場中熱処理で行う代わりに、感受回路１２を構成する軟磁性体層１１１の堆積時にマグネトロンスパッタリング法を用いて行ってもよい。つまり、マグネトロンスパッタリング法に用いられる磁石（マグネット）が形成する磁界により、軟磁性体層１１１の堆積と同時に、軟磁性体層１１１に一軸磁気異方性が付与される。

以上に説明した製造方法では、感受回路１２の感受部１２１、接続部１２２及び端子部１２３、１２４は、同時に形成される。なお、感受部１２１とは別に、接続部１２２、端子部１２３、１２４を導電性のＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属で形成してもよい。また、感受部１２１と同時に形成された接続部１２２及び／又は端子部１２３、１２４上に、導電性のＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属を積層してもよい。

なお、感受回路１２は、磁区抑制層１１２及び導電体層１１３を備えるとしたが、磁区抑制層１１２及び導電体層１１３のいずれか一方又は両方を備えなくてもよい。

（第１の実施の形態が適用される磁気センサ１０）
第１の実施の形態が適用される磁気センサ１０を詳細について説明する。
前述したように、磁気センサ１０近傍の配線の作る電流ループαの面積を小さくすれば、インダクタンスが小さくなり、感度が向上する。第１の実施の形態が適用される磁気センサ１０では、図１に示したように、感受回路１２を２個重ねて直列接続し、電流ループαの面積を、重ねない場合に比べて小さくしている。

また、感受回路１２に高周波電流が流れると、電流経路を取り巻く磁界が発生する。発生した磁界は、電流経路に電流を発生する。つまり、電流経路に高周波電流が流れると、磁界が発生し、流れる高周波電流に影響を与えるノイズを発生する。これにより、磁気センサ１０のＳ／Ｎが低下する。

図５は、第１の実施の形態が適用される磁気センサ１０の構成を説明する図である。図５（ａ）は、磁気センサ１０の斜視図、図５（ｂ）は、感受回路１２における電流と磁界とを説明する図である。図５（ａ）、図５（ｂ）におけるｘ方向、ｙ方向及びｚ方向は、図３（ａ）に対応する。

磁気センサ１０は、感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとを重ねて構成されている。つまり、感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとは同じ平面形状を有し、平面視した場合に、感受回路１２Ａの感受部１２１、接続部１２２、端子部１２３Ａ、１２４Ａと感受回路１２Ｂの感受部１２１、接続部１２２、端子部１２３Ｂ、１２４Ｂとが、互いに重なって配置されている。なお、平面視とは、ｚ方向から磁気センサ１０を、基板１１を透視して見ることをいう。そして、感受回路１２Ａの端子部１２４Ａと感受回路１２Ｂの端子部１２４Ｂとが接続線１３にて接続されている。感受回路１２Ａの端子部１２３Ａが接続端子２０に接続され、感受回路１２Ｂの端子部１２３Ｂが接続端子３０に接続されている（図１（ａ）参照）。

接続線１３は、導電体で構成されている。このような導電体としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇなどや、これらの合金などが挙げられる。つまり、感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとは、それぞれの一端部において、互いに電気的に接続されている。

感受回路１２Ａの端子部１２３Ａと感受回路１２Ｂの端子部１２３Ｂとの中心間の距離は、感受回路１２Ａの端子部１２３Ａと端子部１２４Ａとの中心間の距離や感受回路１２Ａの端子部１２３Ａと感受回路１２Ｂの端子部１２４Ｂとの中心間の距離より短い距離に位置する。よって、図１（ａ）に示すように、磁気センサ１０と接続端子２０、３０との間における電流ループα２は、図１（ｂ）に示した磁気センサ１０′と接続端子２０、３０との間における電流ループα′２より小さくなる。

なお、磁気センサ１０における電流ループα１の面積は、対向する感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとの間の面積である。

よって、図１（ａ）に示した磁気センサ１０近傍の配線が作る電流ループα（α１＋α２）の面積は、図１（ｂ）に示した磁気センサ１０′近傍の配線が作る電流ループα′（α′１＋α′２）の面積より小さくなる。これにより、インダクタンスが小さくなる。

高周波電流は、感受回路１２Ａの端子部１２３Ａと感受回路１２Ｂの端子部１２３Ｂとの間で流れる。高周波電流であるので、感受回路１２Ａの端子部１２３Ａと感受回路１２Ｂの端子部１２３Ｂとの間において流れる電流の方向は、交互に入れ替わる。図５（ａ）には、感受回路１２Ａの端子部１２３Ａから感受回路１２Ｂの端子部１２３Ｂへ電流が流れる場合における電流の向きを白抜き矢印Ｉにて示している。感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとは直列接続されているので、感受回路１２Ａに流れる電流と感受回路１２Ｂに流れる電流とは大ききが同じであって、流れる方向が逆になる。

図５（ｂ）では、磁気センサ１０において、重ねて配置した感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとを、ｘｙ平面においてずらして並列に示している。図５（ｂ）には、感受回路１２Ａの端子部１２３Ａから感受回路１２Ｂの端子部１２３Ｂへ電流Ｉが流れる場合を示している。図５（ｂ）では、電流Ｉの流れる向きを白抜き矢印で示している。

図５（ｂ）に示すように、重ねて配置した感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとで、電流Ｉの大きさは同じであって、流れる方向は逆である。したがって、感受回路１２Ａの電流経路を取り巻いて発生する磁界Ｈ_Ｉの大きさと、感受回路１２Ｂの電流経路を取り巻いて発生する磁界Ｈ_Ｉの大きさとは等しく、向きが逆になる。つまり、感受回路１２Ａにより発生する磁界と、感受回路１２Ｂにより発生する磁界とが打ち消しあう。これにより、感受回路１２Ａ及び感受回路１２Ｂに流れる高周波電流により磁気センサ１０に発生する磁界は、感受回路１２Ａ又は感受回路１２Ｂのみの磁気センサ１０′の場合（図１（ｂ）参照）に比べて弱くなる。よって、磁界の発生による高周波電流に影響を与える雑音（ノイズ）が低減する。これにより、磁気センサ１０の感度対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が向上する。なお、図５（ｂ）では、電流Ｉによって発生する磁界を磁界Ｈ_Ｉと表記し、円弧状の矢印で示している。

図６は、磁気センサ１０における２個の感受回路１２（感受回路１２Ａ、１２Ｂ）の重ね方を説明する図である。図６（ａ）は、２個の感受回路１２Ａ、１２Ｂを内側で対向させた配置、図６（ｂ）は、２個の感受回路１２Ａ、１２Ｂを外側で対向させた配置、図６（ｃ）は、２個の感受回路１２Ａ、１２Ｂを積み重ねた配置、図６（ｄ）は、２個の感受回路１２Ａ、１２Ｂを一つの基板１１Ｃの表裏に設けた配置である。図６（ａ）～（ｃ）に示す感受回路１２Ａ、１２Ｂは、図３（ａ）のＶＩ－ＶＩ線での断面図である。そして、感受回路１２Ａ、感受回路１２Ｂが設けられる基板１１を基板１１Ａ、１１Ｂとする。図６（ｄ）の基板１１を基板１１Ｃとする。なお、基板１１Ａが第１の基板の一例であり、基板１１Ｂが第２の基板の一例である。

図６（ａ）に示す磁気センサ１０は、基板１１Ａ上に設けられた感受回路１２Ａと、基板１１Ｂ上に設けられた感受回路１２Ｂとにおいて、感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとが内側で対向するように、基板１１Ｂ側の感受回路１２Ｂが－ｚ方向に向けて配置されている。この場合、電気的に絶縁するために、感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとの間に絶縁体層を設けてもよい。

図６（ｂ）に示す磁気センサ１０は、基板１１Ａ上に設けられた感受回路１２Ａと、基板１１Ｂ上に設けられた感受回路１２Ｂとにおいて、感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとが外側で対向するように、基板１１Ａ側の感受回路１２Ａが－ｚ方向に向けて配置されている。

図６（ｃ）に示す磁気センサ１０は、基板１１Ａ上に設けられた感受回路１２Ａと、基板１１Ｂ上に設けられた感受回路１２Ｂとが＋ｚ方向に積み重ねられて配置されている。

図６（ｄ）に示す磁気センサ１０は、基板１１Ｃの表面側に感受回路１２Ａが設けられ、基板１１Ｃの裏面側に感受回路１２Ｂが設けられている。

磁気センサ１０における２個の感受回路１２（感受回路１２Ａ、１２Ｂ）の重ね方は、図６（ａ）～（ｄ）のいずれであってもよい。なお、図６（ａ）～（ｄ）に示した磁気センサ１０では、感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとは、感受部１２１、接続部１２２、端子部１２３、１２４は、互いに対向している。

図７は、２個の感受回路１２を重ねた磁気センサ１０における感度を説明する図である。図７（ａ）は、電流ループの面積と感度との関係、図７（ｂ）は、２個の感受回路１２間の間隔と感度との関係である。図７（ａ）において、横軸が電流ループの面積（ｍｍ^２）、縦軸が感度（％／Ｏｅ）である。また、図７（ｂ）において、横軸が２個の感受回路１２間の間隔（ｍｍ）、縦軸が感度（％／Ｏｅ）である。なお、感度（％／Ｏｅ）は、単位信号磁界強度に対する磁気センサ１０の周波数の変化率である。

ここで、電流ループとは、図１（ａ）における電流ループαと電流ループβとを加えたものである。２個の感受回路１２（感受回路１２Ａ、１２Ｂ）の間隔を変化させて、電流ループの面積を変化させている。図７（ｂ）における感受回路１２間の間隔“０．２ｍｍ”が、図６（ａ）に示した感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとを、内側で対向するように配置した場合に該当する。これに対応する磁気センサシステム１の電流ループの面積は、１２ｍｍ^２である。なお、この電流ループの面積である１２ｍｍ^２の内訳は、磁気センサ１０近傍の配線が作る電流ループαの面積が２ｍｍ^２であり、検出部３００近傍の配線が作る電流ループβの面積が１０ｍｍ^２である。

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、２個の感受回路１２間の間隔が増加し、電流ループの面積が増大すると、感度（％／Ｏｅ）が低下する。

図８は、２個の感受回路を重ねた磁気センサ１０における感度を説明する図である。図８では、磁気センサ１０を“２個重ね”と表記する。図８において、比較のために示す“３００ｍｍ^２”は、図１（ｂ）で説明した、磁気センサ１０′を用い、電流ループα′と電流ループβ′を加えた電流ループの面積を３００ｍｍ^２とした場合である。そして、同一構造の２個の試料Ａ１、Ａ２で測定された感度を示している。縦軸は、感度であるが、相対値（任意単位）で示している。
図８に示すように、２個の感受回路１２Ａ、１２Ｂを重ねた磁気センサ１０（“２個重ね”）における感度は、磁気センサ１０′を用いた電流ループが３００ｍｍ^２の場合より向上している。

（集束部材１７、発散部材１８）
感受回路１２を透過する磁力線の密度、つまり感受回路１２における磁束密度が大きくなれば、磁気センサ１０の感度が向上する。これには、外部磁界Ｈからの磁力線を感受回路１２に集束させればよい。

図９は、磁力線を集束させる集束部材１７と、磁力線を外部に発散させる発散部材１８を備えた磁気センサ１０を説明する図である。集束部材１７及び発散部材１８を備える磁気センサも磁気センサ１０と表記する。ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向は、図３と同じである。図９では、外部磁界を外部磁界Ｈとして表記し、磁力線を矢印で示している。

磁気センサ１０では、集束部材１７、感受回路１２、及び発散部材１８が、この順で＋ｘ方向に配列されている。集束部材１７は、外部磁界からの磁力線を感受回路１２に集束させる。発散部材１８は、感受回路１２を透過した磁力線を外部に発散させる。

集束部材１７は、感受回路１２に対向する対向部１７ａと、対向部１７ａよりｙ方向の幅が広い幅広部１７ｂと、幅広部１７ｂの両端部からそれぞれ＋ｘ方向に延伸した延伸部１７ｃ、１７ｄとを備えている。延伸部１７ｃ、１７ｄは、対向部１７ａと平行に構成されている。対向部１７ａは、幅広部１７ｂのｙ方向の中心部に設けられている。集束部材１７は、平面形状において、幅広部１７ｂが縦棒、対向部１７ａ及び延伸部１７ｃ、１７ｄがそれぞれ横棒となるＥ字状である。そして、集束部材１７は、ｚ方向において一定の厚さを有している。

集束部材１７は、対向部１７ａの感受回路１２に対向する部分のｙ方向の幅が、感受回路１２のｙ方向の幅より広く構成されている。なお、集束部材１７は、対向部１７ａの感受回路１２に対向する部分のｙ方向の幅が、感受回路１２のｙ方向の幅と同じ又は狭く構成されていてもよい。

発散部材１８は、感受回路１２に対向する対向部１８ａと対向部１８ａよりｙ方向の幅が広い幅広部１８ｂと、幅広部１８ｂの両端部からそれぞれ－ｘ方向に延伸した延伸部１８ｃ、１８ｄとを備えている。延伸部１８ｃ、１８ｄは、対向部１８ａと平行に構成されている。対向部１８ａは、幅広部１８ｂのｙ方向の中心部に設けられている。つまり、発散部材１８は、平面形状において、集束部材１７と同様に、平面形状がＥ字状である。そして、発散部材１８は、＋ｚ方向において一定の厚さを有している。

発散部材１８は、対向部１８ａの感受回路１２に対向する部分のｙ方向の幅が、感受回路１２のｙ方向の幅より広く構成されている。なお、発散部材１８は、対向部１８ａの感受回路１２に対向する部分のｙ方向の幅が、感受回路１２のｙ方向の幅と同じ又は狭く構成されていてもよい。

集束部材１７と発散部材１８とは、軟磁性体で構成されている。軟磁性体とは、磁界によって容易に磁化されるが、磁界を取り除くと速やかに磁化がないか又は磁化が小さい状態に戻る、いわゆる保磁力の小さい材料である。ここでは、集束部材１７と発散部材１８とは、一例としてフェライトで構成されている。このようなフェライトとして、材質がＭｎＺｎで、初透磁率が２５００±２５％、飽和磁束密度Ｂｓが４２０ｍＴのものが挙げられる。そして、集束部材１７の対向部１７ａ、幅広部１７ｂ及び延伸部１７ｃ、１７ｄは、一体で構成され、発散部材１８の対向部１８ａ、幅広部１８ｂ及び延伸部１８ｃ、１８ｄは、一体で構成されている。

付言すれば、磁気センサ１０は、＋ｘ方向において、集束部材１７の幅広部１７ｂ、対向部１７ａ、感受回路１２、発散部材１８の対向部１８ａ、幅広部１８ｂの順で配列されている。そして、集束部材１７と発散部材１８とは、平面形状が同じＥ字状で、ｘ方向において感受回路１２を挟んで対称に配置されている。

図９に示すように、外部空間からの磁力線は、紙面の左側（－ｘ方向側）から集束部材１７の幅広部１７ｂに入り、一部が幅広部１７ｂから対向部１７ａに進むにつれて集束され、対向部１７ａから出る。なお、集束部材１７の幅広部１７ｂに入った磁力線の他部は、延伸部１７ｃ、１７ｄに進むにつれて集束され、延伸部１７ｃ、１７ｄから出る。そして、対向部１７ａから出た磁力線は、感受回路１２を透過し、発散部材１８の対向部１８ａに入る。また、延伸部１７ｃ、１７ｄから出た磁力線のそれぞれは、発散部材１８の延伸部１８ｄ、１８ｃに入る。そして、磁力線は、対向部１８ａ、延伸部１８ｃ、１８ｄから幅広部１８ｂに進むにつれて発散し、幅広部１８ｂから、外部空間に出る。つまり、外部空間からの磁力線が、集束部材１７により集束され、磁力線の密度である磁束密度が大きくなって感受回路１２を透過する。また、発散部材１８により感受回路１２を透過した磁力線が発散されるので、発散部材１８を備えない場合に比べ、感受回路１２において磁力線が発散することが抑制される。

以上説明したように、集束部材１７は、外部空間からの磁力線を対向部１７ａに集束できればよい。このため集束部材１７は、外部空間から磁力線が入る幅広部１７ｂの幅（ｙ方向の幅）が、磁力線が感受回路１２に出る対向部１７ａの幅（ｙ方向の幅）より広ければよい。
また、発散部材１８は、磁力線を外部空間へ発散して出せればよい。このため発散部材１８は、感受回路１２から磁力線が入る対向部１８ａの幅（ｙ方向の幅）が、発散された磁力線が出る幅広部１８ｂの幅（ｙ方向の幅）より狭ければよい。

なお、図７に示す集束部材１７では、対向部１７ａは、幅広部１７ｂのｙ方向の中心部に設けられ、延伸部１７ｃ、１７ｄが、幅広部１７ｂの±ｙ方向の端部に設けられている。しかし、対向部１７ａは、幅広部１７ｂの中心部から＋ｙ方向又は－ｙ方向にずれて設けられてもよい。また、延伸部１７ｃ及び延伸部１７ｄの一方を備えなくてもよい。つまり、集束部材１７において、対向部１７ａが幅広部１７ｂのｙ方向の一方の端部に設けられ、延伸部１７ｃ又は延伸部１７ｄが幅広部１７ｂのｙ方向の他方の端部に設けられてもよい。すなわち、集束部材１７は、平面形状がＣ字形であってもよい（“Ｃ型”）。発散部材１８も同様である。

また、図９に示す集束部材１７において、集束部材１７は、延伸部１７ｃ、１７ｄを備えなくてもよい。この場合、集束部材１７は、平面形状において、対向部１７ａが縦棒、幅広部１７ｂが横棒となるＴ字状である。発散部材１８も同様である。

さらに、磁気センサ１０において、あらかじめ定められた感度が得られれば、発散部材１８を備えなくてもよい。

図１０は、磁気センサ１０の構成と感度Ｓ、雑音（ノイズ）Ｎ及び感度対雑音比（Ｓ／Ｎ比）の関係を説明する図である。磁気センサ１０の構成として、感受回路１２の個数、集束部材１７／発散部材１８の有無を示している。感度Ｓは、単位信号磁界における磁気センサ１０の周波数の変化率（％／Ｏｅ）、雑音（ノイズ）Ｎは、各磁界における、発振周波数に対する周波数標準偏差の割合（％）、つまり発振周波数の標準偏差を発振周波数で割ったものである（発振周波数の標準偏差／発振周波数×１００）。感度対雑音比（Ｓ／Ｎ比）（１／Ｏｅ）は、感度Ｓを雑音（ノイズ）Ｎで割ったものである（Ｓ／Ｎ）。図１０は、３種類の磁気センサ１０を示している。３種類の磁気センサ１０を、磁気センサ１０－１、１０－２、１０－３と表記して区別する。磁気センサ１０－１は、感受回路１２が１個であって、集束部材１７及び発散部材１８を備えていない。磁気センサ１０－２は、感受回路１２が１個であって、集束部材１７及び発散部材１８を備えている。磁気センサ１０－３は、重ねられた２個の感受回路１２（感受回路１２Ａ、１２Ｂ）と、集束部材１７及び発散部材１８とを備えている。磁気センサ１０－３に対して、“２個重ね”と記載している。

磁気センサ１０－２は、集束部材１７及び発散部材１８を備えることで、磁束密度が高くなるので、集束部材１７及び発散部材１８を備えない磁気センサ１０－１に比べ感度Ｓが向上する。しかし、磁気センサ１０－２から発生する雑音（ノイズ）Ｎが増加するので、感度対雑音比（Ｓ／Ｎ比）は改善されない。

磁気センサ１０－３は、感受回路１２Ａ、１２Ｂを重ねている。感受部１２１の長さが倍になるので、感度Ｓが向上する。そして、感受回路１２Ａ、１２Ｂを重ねることで、磁気センサ１０－３における電流ループα１が、感受回路１２を重ねない磁気センサ１０－２における電流ループ（図１（ｂ）に示した電流ループα′１に相当）に比べて小さい。これにより、電流ループα１が発生する雑音（ノイズ）や電流ループα１が拾う雑音（ノイズ）が低減する。さらに、感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとに流れる電流Ｉが同じ大きさで、向きが逆である。これにより、電流Ｉによって発生する磁界Ｈ_Ｉが打ち消しあう。よって、磁気センサ１０－３では、雑音（ノイズ）Ｎが低い状態に維持される。これにより、磁気センサ１０－３は、感度対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が向上する。

第１の実施の形態の磁気センサ１０では、２個の感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとを重ねることで、電流によって発生する磁界による雑音（ノイズ）Ｎが抑制され、感度対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が向上すればよい。よって、感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとは同じ平面形状を備えなくともよく、感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとで、少なくとも一部の電流経路が平面視において重なってもよい。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態が適用される磁気センサ１０は、２個の感受回路１２（感受回路１２Ａ、１２Ｂ）が重ねて構成されている。これに対して、第２の実施の形態が適用される磁気センサ４０は、１個の感受回路１２と、電流経路が重なる電流回路１５とを重ねて構成されている。以下では、１個の感受回路１２は、第１の実施の形態で説明した感受回路１２Ａと同じであるので、感受回路１２Ａと表記する。

図１１は、第２の実施の形態が適用される磁気センサ４０の構成を説明する図である。図１１（ａ）は、磁気センサ４０の斜視図、図１１（ｂ）は、感受回路１２及び電流回路１５における電流と磁界とを説明する図である。図１１（ａ）、（ｂ）におけるｘ方向、ｙ方向及びｚ方向は、図５（ａ）、（ｂ）と同じである。

磁気センサ４０は、感受回路１２Ａと電流回路１５とが重ねて構成されている。電流回路１５は、電流経路が感受回路１２Ａの電流経路と重なっている。平面視した場合に、電流回路１５は、感受回路１２Ａの感受部１２１、接続部１２２、端子部１２３Ａ、１２４Ａに重ねて電流経路が設けられている。そして、電流回路１５は、感受回路１２Ａの端子部１２３Ａに対向する部分に端子部１５３、感受回路１２Ａの端子部１２４Ａに対向する部分に、端子部１５４が設けられている。一端部で対向する感受回路１２Ａの端子部１２４Ａと電流回路１５の端子部１５４とが接続線１３にて接続されている。他端部で対向する感受回路１２Ａの端子部１２３Ａが接続端子２０に接続され、電流回路１５の端子部１５３が接続端子３０に接続されている（図１（ａ）参照）。感受回路１２Ａの端子部１２３Ａと電流回路１５の端子部１５３との中心間の距離は、感受回路１２Ａの端子部１２３Ａと端子部１２４Ａとの中心間の距離や感受回路１２の端子部１２３Ａと電流回路１５の端子部１５４との中心間の距離より短い距離に位置する。よって、図１（ａ）に示した磁気センサ１０と同様に、磁気センサ４０と接続端子２０、３０との間における電流ループ（図１（ａ）の電流ループα２に相当）は、図１（ｂ）に示した磁気センサ１０′と接続端子２０、３０との間における電流ループα′２より小さくなる。

なお、磁気センサ４０における電流ループ（図１（ａ）の電流ループα１に相当）の面積は、対向する感受回路１２Ａと電流回路１５との間の面積である。よって、磁気センサ４０における電流ループ（図１（ａ）の電流ループα１に相当）の面積は、第１の実施の形態が適用される磁気センサ１０における電流ループα１の面積との差が小さい。

よって、磁気センサ４０近傍の配線が作る電流ループ（図１（ａ）の電流ループα（α１＋α２）に相当）の面積は、図１（ｂ）に示した磁気センサ１０′近傍の配線が作る電流ループα′（α′１＋α′２）の面積より小さくなる。これにより、インダクタンスが小さくなる。

電流回路１５は、非磁性の低透磁率の導電体で構成されている。このような導電体としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇなどや、これらの合金などが挙げられる。

高周波電流は、感受回路１２Ａの端子部１２３Ａと電流回路１５の端子部１５３との間で流れる。高周波電流であるので、感受回路１２Ａの端子部１２３Ａと電流回路１５の端子部１５３との間において流れる電流の方向は、交互に入れ替わる。図１１（ａ）には、感受回路１２Ａの端子部１２３Ａから電流回路１５の端子部１５３へ電流が流れる場合における電流の流れる向きを白抜き矢印Ｉにて示している。感受回路１２Ａと電流回路１５とは直列接続されているので、感受回路１２Ａに流れる電流と電流回路１５に流れる電流とは大ききが同じであって、流れる方向が逆になる。

図１１（ｂ）では、磁気センサ４０において、重ねて配置した感受回路１２Ａと電流回路１５とを、ｘｙ平面においてずらして並列に示している。そして、図１１（ｂ）には、感受回路１２Ａの端子部１２３Ａから電流回路１５の端子部１５３へ電流Ｉが流れる場合を示している。図１１（ｂ）では、電流Ｉの流れる向きを白抜き矢印で示している。

図１１（ｂ）に示すように、重ねて配置した感受回路１２Ａと電流回路１５とで、電流Ｉの大きさは同じであって、流れる方向は逆である。したがって、感受回路１２Ａの電流経路を取り巻いて発生する磁界Ｈ_Ｉの大きさと、電流回路１５の電流経路を取り巻いて発生する磁界Ｈ_Ｉの大きさとは等しく、向きが逆になる。つまり、感受回路１２Ａにより発生する磁界と、電流回路１５により発生する磁界とが打ち消しあう。これにより、感受回路１２Ａ及び電流回路１５に流れる高周波電流により磁気センサ１０に発生する磁界は、感受回路１２Ａで構成される磁気センサ１０′の場合（図１（ｂ）参照）に比べて弱くなる。よって、磁界の発生による高周波電流に影響を与える雑音（ノイズ）が低減する。これにより、磁気センサ１０の感度対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が向上する。なお、図１１（ｂ）では、電流Ｉによって発生する磁界を磁界Ｈ_Ｉを表記し、円弧状の矢印で示している。

なお、磁気センサ４０において、感受回路１２Ａと電流回路１５との重ね方は、図６と同様にすればよい。つまり、図６における感受回路１２Ｂを電流回路１５に置き換えればよい。

図１２は、第１の実施の形態が適用される磁気センサ１０と第２の実施の形態が適用される磁気センサ４０とを比較して説明する図である。図１２（ａ）は、第２の実施の形態が適用される磁気センサ４０の断面図、図１２（ｂ）は、第１の実施の形態が適用される磁気センサ１０の断面図である。磁気センサ１０、４０は、共に集束部材１７、発散部材１８を備えている。図１２（ａ）、（ｂ）は、図９におけるＸ－Ｘ線での断面図である。なお、図１２（ａ）、（ｂ）では、集束部材１７の対向部１７ａ、発散部材１８の対向部１８ａを示している。図１２（ａ）では、感受回路１２Ａ、電流回路１５、集束部材１７及び発散部材１８を示し、図１２（ｂ）では、感受回路１２Ａ、１２Ｂ、集束部材１７及び発散部材１８を示し、他の構成の表記を省略している。

図１２（ａ）に示すように、磁気センサ４０が備えている電流回路１５は、低透磁率の導電体で構成されている。よって、集束部材１７の対向部１７ａからの磁力線（矢印で示す。）は、高透磁率の感受回路１２Ａに集中して透過する。
図１２（ｂ）に示すように、磁気センサ１０では、集束部材１７の対向部１７ａからの磁力線（矢印）が、共に高透磁率である感受回路１２Ａと感受回路１２Ｂとに分かれて透過する。
つまり、磁気センサ４０の感受回路１２Ａにおける磁束密度が、磁気センサ１０の感受回路１２Ａ及び感受回路１２Ｂより高くなる。よって、磁気センサ４０では、磁気センサ１０より少ない外部磁界で同等の磁束密度やセンサ出力変化が得られるため、感度対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が向上する。

第２の実施の形態の磁気センサ４０では、感受回路１２Ａと電流回路１５とを重ねることで、電流によって発生する磁界による雑音（ノイズ）Ｎが抑制され、感度対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が向上すればよい。よって、感受回路１２Ａと電流回路１５とは平面視において電流経路が完全に重ならなくともよく、感受回路１２Ａと電流回路１５とが、少なくとも一部の電流経路が平面視において重なっていてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に反しない限りにおいては様々な変形や組み合わせを行っても構わない。

１、１′…磁気センサシステム、１０、１０′、１０－１、１０－２、１０－３、４０…磁気センサ、１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ…基板、１２、１２Ａ、１２Ｂ…感受回路、１３…接続線、１５…電流回路、１７…集束部材、１８…発散部材、２０、３０…接続端子、１１１、１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ…軟磁性体層、１１２、１１２ａ、１１２ｂ…磁区抑制層、１１３…導電体層、１２１…感受部、１２２…接続部、１２３、１２３Ａ、１２３Ｂ、１２４、１２４Ａ、１２４Ｂ、１５３、１５４…端子部、２００…交流電流発生部、３００…検出部、α、α１、α２、α′、α′１、α′２、β、β′…電流ループ、Ｎ…雑音（ノイズ）、Ｓ…感度、Ｓ／Ｎ比…感度対雑音比

Claims (13)

1. 磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受部を含む第１の感受回路と、
   磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受部を含む第２の感受回路とを、備え、
   前記第１の感受回路と前記第２の感受回路とは、少なくとも一部の電流経路が平面視において重なり、それぞれの一端部が互いに電気的に接続されている磁気センサ。
2. 前記第１の感受回路と前記第２の感受回路とは、重なって対向する部分における電流の方向が逆であることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記第１の感受回路と前記第２の感受回路とは、つづら折り構造を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ。
4. 前記第１の感受回路と前記第２の感受回路とは、対向した状態において平面視した平面形状が同じであることを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ。
5. 前記第１の感受回路が非磁性の第１の基板に設けられ、前記第２の感受回路が非磁性の第２の基板に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気センサ。
6. 前記第１の感受回路が非磁性の基板の表面側に設けられ、前記第２の感受回路が当該基板の裏面側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気センサ。
7. 前記第１の感受回路と前記第２の感受回路とは、直列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁気センサ。
8. 磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受部を含む感受回路と、
   非磁性の導電体で構成された電流回路と、を備え、
   前記感受回路と前記電流回路とは、少なくとも一部の電流経路が平面視において重なり、それぞれの一端部が互いに電気的に接続されている磁気センサ。
9. 前記感受回路が非磁性の第１の基板に設けられ、前記電流回路が非磁性の第２の基板に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の磁気センサ。
10. 前記感受回路が非磁性の基板の表面側に設けられ、前記電流回路が当該基板の裏面側に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の磁気センサ。
11. 軟磁性体で構成され、前記感受回路に外部からの磁力線を集束させる集束部材を備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の磁気センサ。
12. 軟磁性体で構成されて前記感受回路を透過した磁力線を外部に発散させる発散部材を備えることを特徴とする請求項１１に記載の磁気センサ。
13. 前記集束部材と前記発散部材とは、前記感受回路が設けられる基板の外部に設けられることを特徴とする請求項１２に記載の磁気センサ。

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