JP4458103B2

JP4458103B2 - 磁気センサ、磁気方位センサ、磁界検出方法および磁気方位検出方法

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Publication number: JP4458103B2
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Inventors: 茂庄司
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Description

本発明は、磁気抵抗効果素子を含む磁気センサおよび磁気方位センサ、ならびにそれらを用いた磁界検出方法および磁気方位検出方法に関する。

従来、地磁気などの微小磁界の方向を検出するための磁気センサとして、パーマロイなどの強磁性材料からなる異方性磁気抵抗効果素子を利用したものが知られている（例えば特許文献１，２参照）。
特許第３３１８７６２号公報特開平６−１７４４７１号公報

最近では、磁界変化に対し、異方性磁気抵抗効果素子よりも高い検出感度を示す巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ；Giant Magneto-Resistive effect）素子を複数備えた磁気センサが開発されている（例えば、特許文献３参照）。このような磁気センサでは、例えば４つのＧＭＲ素子によってブリッジ回路が構成され、検出対象とする微小磁界（以下、検出対象磁界）が加わった際、いずれか２つのＧＭＲ素子の抵抗が正方向へ変化すると共に残りの２つのＧＭＲ素子の抵抗が負方向へ変化するようになっており、各ＧＭＲ素子の抵抗変化の差分（作動出力）を検出することで検出対象磁界の大きさを測定することができる。
特開２００３−６６１２７号公報

上記特許文献３にあるようなブリッジ回路を構成する４つのＧＭＲ素子は、検出対象磁界が全く印加されていない状態（すなわち、測定待機状態）において全て同等の抵抗を示すことが要求される。仮に４つのＧＭＲ素子のうち、１つでも異なる抵抗を示す場合には、測定待機状態においてもブリッジ回路の差動出力（オフセット電圧）が発生してしまうこととなる。各ＧＭＲ素子における抵抗は、主に自由層の磁化方向と固着層の磁化方向とのなす角度によって決まる。自由層の磁化方向は、異方性磁界の方向および大きさや、固着層と自由層との間に生じる交換バイアス磁界の大きさや方向にも影響されるものであるから、全ての磁気抵抗効果素子における抵抗を互いに等しくするには、異方性磁界の方向および固着層の磁化方向について相互に揃える必要がある。

しかしながら、実際には、異方性磁界の方向と固着層の磁化方向とのなす角度に比較的大きなばらつき（製造誤差）が生じるので、上記のようなオフセット電圧の発生を完全に除去することは極めて困難である。ところが、このようなオフセット電圧は、例えば地磁気のような極めて微小な磁界（例えば１０Ｏｅ（＝（２５００／π）Ａ／ｍ）以下の磁界）を測定する場合に大きな誤差要因となる。したがって、製造誤差によるオフセット電圧を低減し、より高精度な検出対象磁界の測定方法が求められる。

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、検出対象とする磁界の大きさや向きを、より高精度に検出することのできる磁気センサおよび磁気方位センサ、ならびにそれらを利用した磁界検出方法および磁気方位検出方法を提供することにある。

本発明の磁気センサは、以下のような測定部、記憶部および演算部を備えるようにしたものである。測定部は、一定方向に固着された磁化を有するピンド層と外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層とが非磁性の中間層を介して積層された磁気抵抗効果素子と、ピンド層の磁化の向きに対して一定の相対角をなす方向のバイアス磁界を磁気抵抗効果素子に印加する磁界印加手段とを有し、自らの姿勢変化とバイアス磁界の有無とに応じた磁気抵抗効果素子の抵抗値を検出するものである。記憶部は、測定部で測定された磁気抵抗効果素子の抵抗値のうち、検出対象磁界の方位に応じて変化することのない固定データを格納するものである。演算部は、測定部で測定された磁気抵抗効果素子の抵抗値のうち、検出対象磁界の方位に応じて変化する変化データと、記憶部に格納された固定データとを用い、検出対象磁界の所定方向の成分を演算するものである。ここでいう一定の相対角とは、０°および１８０°を除く任意の一定の角度を意味する。固定データとは、磁気抵抗効果素子や磁界印加手段を含む磁気センサ全体の構造によって定まる一定かつ固有の抵抗値データであり、以下に説明する差分データおよび圧縮データを含むものである。差分データは、バイアス磁界の印加方向を第１の方位とした場合の、バイアス磁界を印加した状態での磁気抵抗効果素子の抵抗値とバイアス磁界を印加しない状態での磁気抵抗効果素子の抵抗値との差分に基づくものである。一方、圧縮データは、バイアス磁界の印加方向が第１の方位から、これと異なる第２の方位へ向くように自らの姿勢を変化させた場合において、バイアス磁界を印加しない状態で得られる磁気抵抗効果素子の抵抗値の変位と、バイアス磁界を印加した状態で得られる磁気抵抗効果素子の抵抗値の変位との比に基づくものである。さらに、変化データとは、検出対象磁界の方位の変化に応じて逐次その変動が観測される抵抗値データである。

本発明の磁気センサでは、予め検出された固定データが記憶部に格納されているので、演算部においてその固定データと検出対象磁界の方位に応じて変化する変化データとを用いて、検出対象磁界の所定方向の成分が、測定の都度、校正を行うことなく比較的容易に高精度に求められる。

本発明の磁気方位センサは、以下のような測定部、記憶部および演算部を備えるようにしたものである。測定部は、第１および第２の磁気抵抗効果素子と、これら第１および第２の磁気抵抗効果素子に対して第１および第２のバイアス磁界を印加する磁界印加手段とを有し、自らの姿勢変化と第１および第２のバイアス磁界の有無とに応じた第１および第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値をそれぞれ検出するものである。第１および第２の磁気抵抗効果素子は、一定方向に固着された磁化を有するピンド層と外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層とが非磁性の中間層を介して積層された積層構造をそれぞれ含み、かつ、抵抗値が極値となる方向が互いに異なるように配置されている。第１および第２のバイアス磁界は、第１および第２の磁気抵抗効果素子における各ピンド層の磁化の向きに対して一定の相対角をなす方向を有している。記憶部は、測定部で測定された第１および第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値のうち、検出対象磁界の方位に応じて変化することのない固定データを格納するものである。演算部は、測定部で測定された第１および第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値のうち、検出対象磁界の方位に応じて変化する変化データと、記憶部に格納された固定データとを用い、検出対象磁界ベクトルを算出するものである。ここでの固定データは、以下に説明する第１および第２の差分データならびに第１および第２の圧縮データを含むものである。第１の差分データは、第１のバイアス磁界の印加方向を第１の方位とした場合の、第１のバイアス磁界を印加した状態での第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値と第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態での第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値との差分に基づくものである。第１の圧縮データは、第１のバイアス磁界の印加方向が第１の方位からこれと異なる第２の方位へ向くように自らの姿勢を変化させた場合の、第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態で得られる第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値の変位と、第１のバイアス磁界を印加した状態で得られる第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値の変位との比に基づくものである。第２の差分データは、第２のバイアス磁界の印加方向を第１の方位とした場合の、第２のバイアス磁界を印加した状態での第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値と第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態での第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値との差分に基づくものである。さらに、第２の圧縮データは、第２のバイアス磁界の印加方向が第１の方位からこれと異なる第２の方位へ向くように自らの姿勢を変化させた場合の、第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態で得られる第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値の変位と、第２のバイアス磁界を印加した状態で得られる第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値の変位との比に基づくものである。

本発明の磁気方位センサでは、予め検出された固定データが格納された記憶部と、その固定データと検出対象磁界の方位に応じて変化する変化データとを用いて検出対象磁界成分を演算する演算部を備えるようにしたので、任意の方位を有する検出対象磁界の所定方向の成分を算出するにあたり、その都度、校正を行う必要がない。

本発明の磁界検出方法は、一定方向に固着された磁化を有するピンド層と非磁性の中間層と外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層との積層構造を含む磁気抵抗効果素子と、この磁気抵抗効果素子に対し、ピンド層の磁化と異なる向きのバイアス磁界を印加する磁界印加手段とを備えた磁気センサによるものであって、以下に記載した内容の第１から第３のステップを含むようにしたものである。
第１のステップでは、バイアス磁界の向きが第１の方位となるように磁気センサの向きを設定し、バイアス磁界を印加しない状態で磁気抵抗効果素子からの第１の出力信号を検出すると共にバイアス磁界を印加した状態で磁気抵抗効果素子からの第２の出力信号を検出する。
第２のステップでは、バイアス磁界の向きが第１の方位と異なる方位となるように磁気センサの向きを設定し、バイアス磁界を印加しない状態で磁気抵抗効果素子からの第３の出力信号を検出すると共にバイアス磁界を印加した状態で磁気抵抗効果素子からの第４の出力信号を検出する。
第３のステップでは、第１の出力信号と第２の出力信号との差分に基づく差分データ、および、第２の出力信号と第４の出力信号との差分と第１の出力信号と第３の出力信号との差分との比に基づく圧縮データを用い、磁気抵抗効果素子の抵抗が極値を示す方位に沿った検出対象磁界成分を算出する。

本発明の磁界検出方法では、上記のように第１から第４の出力信号が検出され、それらを用いて検出対象磁界の方位によって変化しない固有の特性値（固定データ）を予め求めることができる。これにより、これら固定データと、任意の方位を有する検出対象磁界が存在する場合の観測値（変化データ）との関係から、一義的にその検出対象磁界の所定方向の成分が求められる。

本発明の磁界検出方法では、例えば以下の式（１）に基づいて検出対象磁界成分を算出するとよい。但し、式（１）において、Ｈｖは磁気抵抗効果素子の抵抗が極値を示す方位に沿った検出対象磁界成分であり、Ｖは任意の方位におけるバイアス磁界を印加しない状態での磁気抵抗効果素子からの出力信号であり、Ｖｓは任意の方位におけるバイアス磁界を印加した状態での磁気抵抗効果素子からの出力信号である。さらに、ＭＯＶは（Ｖ１−Ｖ２）で算出される値（差分データ）を表し、ＣＰＶは（Ｖ４−Ｖ２）／（Ｖ３−Ｖ１）で算出される値（圧縮データ）を表す。Ｖ１〜Ｖ４は第１〜第４の出力信号である。
Ｈｖ＝（Ｖ−Ｖｓ−ＭＯＶ）／（１−ＣＰＶ） ……（１）
また、磁気抵抗効果素子の抵抗値が極値となる方向とバイアス磁界の向きとが直交するように構成された磁気センサを用いるようにすると、固定データの精度がより向上する。さらに第１および第２のステップでは、それぞれ、磁気抵抗効果素子の抵抗値を複数回繰り返して測定し、それらの平均値に基づいて第１から第４の出力信号とするとよい。この場合にも固定データの精度がより向上する。

本発明の磁気方位検出方法は、一定方向に固着された磁化方向を有するピンド層と外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層とが非磁性の中間層を介して積層された積層構造をそれぞれ含み、かつ、抵抗値が極値となる方向が互いに異なるように配置された第１および第２の磁気抵抗効果素子と、これら第１および第２の磁気抵抗効果素子における各ピンド層の磁化の向きに対して一定の相対角をなす方向の第１および第２のバイアス磁界を第１および第２の磁気抵抗効果素子に印加する磁界印加手段とを備えた磁気方位センサによるものであって、以下に記載した内容の第１から第７のステップを含むようにしたものである。
第１のステップでは、第１のバイアス磁界の向きが第１の方位となるように磁気方位センサの向きを設定し、第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態で第１の磁気抵抗効果素子からの第１の出力信号を検出すると共に第１のバイアス磁界を印加した状態で第１の磁気抵抗効果素子からの第２の出力信号を検出する。
第２のステップでは、第１のバイアス磁界の向きが第１の方位と異なる方位となるように磁気センサの向きを設定し、第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態で第１の磁気抵抗効果素子からの第３の出力信号を検出すると共に第１のバイアス磁界を印加した状態で第１の磁気抵抗効果素子からの第４の出力信号を検出する。
第３のステップでは、第２のバイアス磁界の向きが第１の方位となるように磁気センサの向きを設定し、第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態で第２の磁気抵抗効果素子からの第５の出力信号を検出すると共に第２のバイアス磁界を印加した状態で第２の磁気抵抗効果素子からの第６の出力信号を検出する。
第４のステップでは、第２のバイアス磁界の向きが第１の方位と異なる方位となるように磁気センサの向きを設定し、第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態で第２の磁気抵抗効果素子からの第７の出力信号を検出すると共に第２のバイアス磁界を印加した状態で第２の磁気抵抗効果素子からの第８の出力信号を検出する。
第５のステップでは、第１の出力信号と第２の出力信号との差分に基づく第１の差分データ、および第１の出力信号と第３の出力信号との差分と第２の出力信号と第４の出力信号との差分との比に基づく第１の圧縮データを用い、第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値が極値となる方位と同じ方位の検出対象磁界の第１成分を算出する。
第６のステップでは、第５の出力信号と第６の出力信号との差分に基づく第２の差分データ、および第５の出力信号と第７の出力信号との差分と第６の出力信号と第８の出力信号との差分との比に基づく第２の圧縮データを用い、第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値が極値となる方位と同じ方位の検出対象磁界の第２成分を算出する。
第７のステップでは、第１成分および第２成分を用いて検出対象磁界ベクトルを算出する。

本発明の磁気方位検出方法では、上記のように第１から第８の出力信号が検出され、それらを用いて、検出対象磁界の方位によって変化しない固有の特性値（固定データ）を予め求めることができる。これにより、これら固定データと、任意の方位を有する検出対象磁界が存在する場合の観測値（変化データ）との関係から、一義的にその検出対象磁界の方位が求められる。
本発明の磁気方位検出方法では、第５のステップにおいて、例えば以下の式（２）に基づいて第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値が極値となる方位と同じ方位の検出対象磁界の第１成分を算出するとよい。但し、式（２）において、Ｈｘは検出対象磁界の第１成分であり、Ｘは任意の方位における第１のバイアス磁界を印加しない状態での第１の磁気抵抗効果素子からの出力信号であり、Ｘｓは任意の方位における第１のバイアス磁界を印加した状態での第１の磁気抵抗効果素子からの出力信号である。さらに、ＭＯＸは（Ｘ１−Ｘ２）で算出される値（差分データ）を表し、ＣＰＸは（Ｘ４−Ｘ２）／（Ｘ３−Ｘ１）で算出される値（圧縮データ）を表す。ここで、Ｘ１〜Ｘ４は第１〜第４の出力信号を意味する。
Ｈｘ＝（Ｘ−Ｘｓ−ＭＯＸ）／（１−ＣＰＸ） ……（２）
また、第６のステップでは、例えば以下の式（３）に基づいて第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値が極値となる方位と同じ方位の検出対象磁界の第２成分を算出するとよい。但し、式（３）において、Ｈｙは検出対象磁界の第２成分であり、Ｙは任意の方位における第２のバイアス磁界を印加しない状態での第２の磁気抵抗効果素子からの出力信号であり、Ｙｓは任意の方位における第２のバイアス磁界を印加した状態での第２の磁気抵抗効果素子からの出力信号である。さらに、ＭＯＹは（Ｙ１−Ｙ２）で算出される値（差分データ）を表し、ＣＰＹは（Ｙ４−Ｙ２）／（Ｙ３−Ｙ１）で算出される値（圧縮データ）を表す。ここで、Ｙ１〜Ｙ４は第５〜第８の出力信号を意味する。
Ｈｙ＝（Ｙ−Ｙｓ−ＭＯＹ）／（１−ＣＰＹ） ……（３）

本発明の磁気センサによれば、測定部によって予め検出された固定データが記憶部に格納されているので、検出対象磁界の所定方向の成分を、演算部において固定データと検出対象磁界の方位に応じて変化する変化データとを用いることで、比較的容易にかつ高精度に求めることができる。

本発明の磁気方位センサによれば、測定部において予め検出された固定データが格納された記憶部と、その固定データと検出対象磁界の方位に応じて変化する変化データとを用いて検出対象磁界成分を演算する演算部を備えるようにしたので、その都度、校正を行うことなく任意の検出対象磁界の方位を高精度に求めることができる。

本発明の磁界検出方法によれば、製造誤差等に起因するオフセット出力の情報を含む固定データを予め検出して記憶部に格納しておき、任意の検出対象磁界の成分を測定する際にその固定データを用いるようにしたので、オフセット出力の校正を簡便に行うことができ、所定方向の検出対象磁界成分を高精度に検出することができる。

本発明の磁気方位検出方法によれば、製造誤差等に起因するオフセット出力の情報を含む固定データを予め検出して記憶部に格納しておき、任意の検出対象磁界の方位を測定する際にその固定データを用いるようにしたので、オフセット出力の校正を簡便に行うことができ、所定方向の検出対象磁界の方位を高精度に検出することができる。

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。

まず、図１などを参照して、本発明における一実施の形態としての磁気方位センサの構成について説明する。図１は、本実施の形態の磁気方位センサの全体構成を表すブロック図である。なお、本発明の磁気センサは、以下で説明する磁気方位センサに含まれるものである。

この磁気センサは、測定部１００、記憶部２００、および演算部３００を備えている。測定部１００は、第１の磁気抵抗効果（ＭＲ；Magneto-Resistive effect）素子１および第２の磁気抵抗効果（ＭＲ）素子２と、これらにバイアス磁界Ｈｂ（Ｈｂｘ，Ｈｂｙ）をそれぞれ印加するコイル３０（３０ｘ，３０ｙ）とを有しており、磁気センサ自体の姿勢変化とバイアス磁界Ｈｂの有無とに応じた第１および第２のＭＲ素子１，２の抵抗値をそれぞれ検出するものである。なお、バイアス磁界Ｈｂおよびコイル３０については後述する。測定部１００で測定された第１および第２のＭＲ素子１，２の抵抗値データのうち、検出対象磁界の方位に応じて変化することのない固定データは信号Ｓ１として記憶部２００へ送信され、検出対象磁界の方位に応じて変化する変化データは信号Ｓ２として演算部３００へ送信されるようになっている。固定データとは、第１および第２のＭＲ素子１，２の構造によってそれぞれ定まる一定かつ固有の抵抗値データである。記憶部２００は、固定データのうちの差分データを格納する差分データ格納部２１０と、固定データのうちの圧縮データを格納する圧縮データ格納部２２０とを有している。一旦、記憶部２００に格納された差分データおよび圧縮データは、任意の検出対象磁界の方位を検出する際に読み出され、信号Ｓ３として演算部３００へ送信されることとなる。なお、差分データおよび圧縮データについては後述する。演算部３００は、測定部１００からの信号Ｓ２と、記憶部２００からの信号Ｓ３とを用い、検出対象磁界Ｈｍの大きさおよび方位を算出するものである。

図２は、図１に示した測定部１００の平面構成を表す概略図である。測定部１００は、第１および第２のＭＲ素子１，２が集積基板３の上に設けられたものである。これら第１および第２のＭＲ素子１，２は、各々の抵抗値が極値となる方向（以下、極値方向という。）が互いに直交するように配置されている。ここでは、第１のＭＲ素子１の極値方向をＸ方向とし、第２のＭＲ素子２の極値方向をＹ方向としている。すなわち、Ｘ軸に平行な検出対象磁界Ｈｍが存在する場合に第１のＭＲ素子１は最大または最小の抵抗値を示し、Ｙ軸に平行な検出対象磁界Ｈｍが存在する場合に第２のＭＲ素子２は最大または最小の抵抗値を示すこととなる。測定部１００には、コイル３０Ｘ，３０Ｙと、第１および第２のＭＲ素子１，２を駆動させるための駆動回路４（ここでは図示せず）とがさらに設けられている。コイル３０ＸはＹ軸方向のバイアス磁界Ｈｂｙを発生させ、一方のコイル３０ＹはＸ軸方向のバイアス磁界Ｈｂｘを発生させるようになっている。なお、第１および第２のＭＲ素子１，２は互いに同等の構造を有しているので、以下では代表して第１のＭＲ素子１について説明し、第２のＭＲ２についての説明は省略する。

図３は、第１のＭＲ素子１の斜視構成を表している。第１のＭＲ素子１は、第１および第３の素子パターン群１１Ａ，１１Ｃが素子基板１２上に設けられた第１のモジュール１０と、第２および第４の素子パターン群１１Ｂ，１１Ｄが素子基板２２上に設けられた第２のモジュール２０とを有するものである。第１および第３の素子パターン群１１Ａ，１１Ｃは互いに全く同様の構成を有する等価な関係にあり、第２および第４の素子パターン群１１Ｂ，１１Ｄは互いに全く同様の構成を有する等価な関係にある。素子基板１２，２２は、例えばアルティック（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）の基板やシリコン（Ｓｉ）基板の表面を絶縁化したもの（表面に酸化アルミニウム層を設けるなどしたもの）である。第１のモジュール１０はモジュール基板１９の上面に設けられている一方で、第２のモジュール２０は、モジュール基板１９の下面に設けられている。すなわち、第１および第２のモジュール１０，２０は、モジュール基板１９に含まれるＹ軸に平行な中心軸ＣＬを回転中心とした回転対称な関係にある。具体的には、第１のモジュール１０を中心軸ＣＬを回転中心として１８０°回転させると、第１および第３の素子パターン群１１Ａ，１１Ｃが第２のモジュール２０における第２および第４の素子パターン群１１Ｂ，１１Ｄとそれぞれ構造上一致するような位置関係となっている。中心軸ＣＬは、後述する磁化容易軸Ｈｋ１，Ｈｋ２と平行をなしている。本実施の形態では、中心軸ＣＬに沿った方向をＹ方向とし、モジュール基板１９の面内においてＹ方向と直交する方向をＸ方向とし、さらに、モジュール基板１９の面と直交する方向をＺ方向とする。この磁気センサは、ある回転面（ここではＸＹ平面）において変化する検出対象磁界Ｈｍの大きさおよび方位を検出するものである。

コイル３０Ｘは、モジュール基板１９の周囲を中心軸ＣＬを中心として巻回している導線である。このコイル３０Ｘは、電流が供給されることにより、異方性磁界Ｈｋ１〜Ｈｋ４の方向（ここでは＋Ｙ方向）にバイアス磁界Ｈｂｙを発生させ、それを第１〜第４の素子パターン群１１Ａ〜１１Ｄに印加するものである。バイアス磁界Ｈｂｙは、後述する自由層５３Ａ，５３Ｂの磁化が飽和する磁界と同等以上の強度を有している。

図４（Ａ）は、図３に示した第１および第３の素子パターン群１１Ａ，１１Ｃを拡大した平面図である。一方、図４（Ｂ）は、図３に示した第２および第４の素子パターン群１１Ｂ，１１Ｄを拡大した平面図である。第１および第３の素子パターン群１１Ａ，１１Ｃは、図４（Ａ）に示したように、いずれも銅などからなる電極１３Ａ，１３Ｃと電極１４Ａ，１４Ｃとの間に複数の素子パターン１５Ａ，１５Ｃ（図４（Ａ）では、７つの素子パターン１５Ａ，１５Ｃを示す）を設けたものである。複数の素子パターン１５Ａ，１５Ｃは、いずれもスパッタリング法およびフォトリソグラフィ法などを利用して形成されるものであり、Ｙ方向に延在する帯状をなすと共に、Ｙ方向と直交するＸ方向において互いに隣在し合うように配置されている。このように配置された複数の素子パターン１５Ａ，１５Ｃは、電極１３Ａ，１３Ｃと電極１４Ａ，１４Ｃとの間でつづら折り状となるように、長手方向（Ｙ方向）における各々の両端が銅などの非磁性導電層からなる連結部１６Ａ，１６Ｃによって互いに連結されている。

第２および第４の素子パターン群１１Ｂ，１１Ｄは、図４（Ｂ）に示したように、いずれも銅などからなる電極１３Ｂ，１３Ｄと電極１４Ｂ，１４Ｄとの間に複数の素子パターン１５Ｂ（図４（Ｂ）では、７つの素子パターン１５Ｂ，１５Ｄを示す）を設けたものである。複数の素子パターン１５Ｂ，１５Ｄは、いずれもスパッタリング法などにより形成されるものであり、Ｙ方向に延在する帯状をなすと共に、Ｘ方向において互いに隣在し合うように配置されている。このように配置された複数の素子パターン１５Ｂ，１５Ｄは、電極１３Ｂ，１３Ｄと電極１４Ｂ，１４Ｄとの間でつづら折り状となるように、長手方向（Ｙ方向）における各々の両端が銅などの非磁性導電層からなる連結部１６Ｂ，１６Ｄによって互いに連結されている。

図５は、図４（Ａ）に示した素子パターン１５Ａ，１５Ｃを拡大して示した分解斜視図であり、図６は、図４（Ｂ）に示した素子パターン１５Ｂ，１５Ｄを拡大して示した分解斜視図である。各素子パターン１５Ａ〜１５Ｄは、それぞれ図５（Ａ），図６（Ａ）に示したように、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、素子基板１２，２２の上に、検出対象磁界Ｈｍをはじめとする外部磁界に応じて方向が変化する磁化Ｊ５３Ａ〜Ｊ５３Ｄを有するフリー層５３Ａ〜５３Ｄと、特定の磁化方向を発現しない非磁性の中間層５２Ａ〜５２Ｄと、一定方向に固着された磁化Ｊ５１Ａ〜Ｊ５１Ｄを有するピンド層５１Ａ〜５１Ｄとがそれぞれ順に積層されたものである。フリー層５３Ａ〜５３Ｄは、いずれもＹ方向の異方性磁界Ｈｋ１〜Ｈｋ４を発現している。ここでの異方性磁界Ｈｋ１〜Ｈｋ４とは、フリー層５３Ａ〜５３Ｄの結晶構造に起因する異方性磁界成分や、フリー層５３Ａ〜５３Ｄの形状に起因する異方性磁界成分を含む全ての異方性磁界を意味するものである。ピンド層５１Ａ〜５１Ｄの磁化Ｊ５１Ａ〜Ｊ５１Ｄの方向は、図３および図４に示したように、中心軸ＣＬと直交する直交軸ＰＬからわずかに傾いている。より詳細には、磁化Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｃの方向は、＋Ｘ方向から＋Ｙ方向へ角度β１だけ傾いた方向であり、磁化Ｊ５１Ｂ，Ｊ５１Ｄの方向は、−Ｘ方向から＋Ｙ方向へ角度β２だけ傾いた方向である。角度β１および角度β２は、互いに等しいことが望ましい。磁化Ｊ５１Ａ〜Ｊ５１Ｄの方向と異方性磁界Ｈｋ１〜Ｈｋ４の方向との相対角度は、いずれも０°より大きく９０°未満である。

図４（Ｂ），図５（Ｂ）に、ピンド層５１Ａ〜５１Ｄの詳細な構成を示す。ピンド層５１Ａ〜５１Ｄは、中間層５２Ａ〜５２Ｄの側から磁化固定膜５４Ａ〜５４Ｄと反強磁性膜５５Ａ〜５５Ｄと保護膜５６Ａ〜５６Ｄとがそれぞれ順に積層されたものである。磁化固定膜５４Ａ〜５４Ｄ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５４Ａ〜５４Ｄの示す磁化方向がピンド層５１Ａ〜５１Ｄ全体としての磁化Ｊ５１Ａ〜Ｊ５１Ｄの方向となる。一方、反強磁性膜５５Ａ〜５５Ｄ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５５Ａ〜５５Ｄ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５４Ａ〜５４Ｄの磁化方向を固定するように作用している。また、保護膜５６Ａ〜５６Ｄ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５４Ａ〜５４Ｄや反強磁性膜５５Ａ〜５５Ｄなどを保護するものである。さらに、フリー層５３Ａ〜５３Ｄ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５２Ａ〜５２Ｄ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。

ここで、図５（Ａ），図６（Ａ）は、検出対象磁界Ｈｍをはじめとする含む外部磁界が付与されていない無負荷状態を示している。この場合、第１〜第４の素子パターン群１１Ａ〜１１Ｄにおける磁化のベクトルおよび磁界のベクトルは、異方性磁界Ｈｋ１〜Ｈｋ４と平行な軸（中心軸ＣＬ）を中心として互いに回転対称な関係となっている。具体的には、フリー層５３Ａ，５３Ｃの磁化Ｊ５３Ａ，Ｊ５３Ｃは、ピンド層５１Ａ，５１Ｃおよびフリー層５３Ａ，５３Ｃの間に生ずる交換結合磁界Ｈin１，Ｈin３と、フリー層５３Ａ，５３Cの異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ３との合成磁界Ｈ１，Ｈ３の方向を向いている（図７（Ａ）参照）。同様に、フリー層５３Ｂ，５３Ｄの磁化Ｊ５３Ｂ，Ｊ５３Ｄは、ピンド層５１Ｂ，５１Ｄおよびフリー層５３Ｂ，５３Ｄの間に生ずる交換結合磁界Ｈin２，Ｈin４と、フリー層５３Ｂ，５３Ｄの異方性磁界Ｈｋ２，Ｈｋ４との合成磁界Ｈ２，Ｈ４の方向を向いている（図７（Ｂ）参照）。一方、ピンド層５１Ａ，５１Ｃの磁化Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｃは、異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ３と０°よりも大きく９０°未満の相対角度をなす方向を向いており、例えば合成磁界Ｈ１，Ｈ３とそれぞれ角度α１，α３をなしている。同様に、ピンド層５１Ｂ，５１Ｄの磁化Ｊ５１Ｂ，Ｊ５１Ｄは、異方性磁界Ｈｋ２，Ｈｋ４と０°よりも大きく９０°未満の相対角度をなす方向を向いており、例えば合成磁界Ｈ２，Ｈ４とそれぞれ角度α２，α４をなしている。角度α１〜α４は、検出対象磁界Ｈｍの有無にかかわらず、いずれも９０°であることが望ましい。そのような構成とすることで、素子パターン１５Ａ〜１５Ｄが最大の出力を発現するからである。交換結合磁界Ｈin１，Ｈin３は磁化Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｃと正反対のベクトルを有しており、交換結合磁界Ｈin２，Ｈin４は磁化Ｊ５１Ｂ，Ｊ５１Ｄと正反対のベクトルを有している。素子パターン１５Ａ，１５Ｃにおける磁化Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｃ、異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ３、交換結合磁界Ｈin１，Ｈin３は、それぞれ素子パターン１５Ｂ，１５Ｄにおける磁化Ｊ５１Ｂ，Ｊ５１Ｄ、異方性磁界Ｈｋ２，Ｈｋ４、交換結合磁界Ｈin２，Ｈin４と等しいことが望ましい。なお、図７（Ａ），図７（Ｂ）は、素子パターン１５Ａ〜１５Ｄにおける磁化の向きおよび大きさと、磁界の向きおよび大きさとを説明するための説明図である。

この磁気方位センサは、例えば地磁気などの極めて微小な磁界ベクトル（検出対象磁界ベクトルＨｍ）の検出を行うのに好適である。ここでは、ＸＹ平面において回転する検出対象磁界ベクトルＨｍを検出する場合について説明する。例えば地磁気を測定する場合には、モジュール基板１９を地面と平行に設置すればよい。

素子パターン１５Ａ〜１５Ｄ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。素子パターン１５Ａ，１５Ｃに対し、例えば図７（Ａ）に示したように検出対象磁界Ｈｍが印加されると、フリー層５３Ａ，５３Ｃの磁化Ｊ５３Ａ，Ｊ５３Ｃは合成磁界Ｈ１，Ｈ３と検出対象磁界Ｈｍとの合成ベクトルＶ１の方向へ変化する。このとき、磁化Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｃと磁化Ｊ５３Ａ，Ｊ５３Ｃとの角度は角度α１よりも大きくなるので、第１および第３の素子パターン群１１Ａ，１１Ｃの抵抗値Ｒ１，Ｒ３は増加する。一方、素子パターン１５Ｂ，１５Ｄに対しても図７（Ｂ）に示したように図７（Ａ）と同方向の検出対象磁界Ｈｍが印加されるので、フリー層５３Ｂ，５３Ｄの磁化Ｊ５３Ｂ，Ｊ５３Ｄは合成磁界Ｈ２，Ｈ４と検出対象磁界Ｈｍとの合成ベクトルＶ２の方向へ変化する。このとき、磁化Ｊ５１Ｂと磁化Ｊ５３Ｂとの角度は角度α２よりも小さくなるので、第２および第４の素子パターン群１１Ｂ，１１Ｄの抵抗値Ｒ２，Ｒ４は減少する。このように、検出対象磁界Ｈｍの回転に伴い、第１および第３の素子パターン群１１Ａ，１１Ｃの抵抗値Ｒ１，Ｒ３と、第２および第４の素子パターン群１１Ｂ，１１Ｄの抵抗値Ｒ２，Ｒ４とが互いに逆向きの変化を示すように構成されている。

次に、測定部１００における回路構成について説明する。図８は、その回路構成の全体を示すものであり、図９は、その要部を示すものである。

図８に示したように、第１および第２のＭＲ素子１，２ならびにコイル３０Ｙ，３０Ｘは、駆動回路４と接続されている。駆動回路４には、読出端子ＲＯ，リードイネーブルＲＥ，セレクト端子ＳＯ，コイルイネーブルＣＥおよび端子Ｔ１〜Ｔ８などが設けられており、それらを介して外部と接続されている。さらに、電源Ｖｃｃから電流が供給されるようになっている。第１および第２のＭＲ素子１，２は、いずれも、一端が端子Ｔ１と接続されてバルブＶＬ１を介して電流が供給される一方、他端が端子Ｔ６と接続されてバルブＶＬ２を介して接地される。また、リードイネーブルＲＥ，セレクト端子ＳＯおよびコイルイネーブルＣＥは図示しない制御回路と接続されており、所定の制御信号が入力されるようになっている。

第１および第２のＭＲ素子１，２の回路構成はいずれも図９に示した通りである。ここでは、第１〜第４の素子パターン群１１Ａ〜１１Ｄからなるブリッジ回路が形成されている。詳細には、第１の素子パターン群１１Ａおよび第２の素子パターン群１１Ｂの一端同士が第１の接続点Ｐ１１において接続され、第３の素子パターン群１１Ｃおよび第４の素子パターン群１１Ｄの一端同士が第２の接続点Ｐ１２において接続され、第１の素子パターン群１１Ａの他端と第４の素子パターン群１１Ｄの他端とが第３の接続点Ｐ１３において接続され、第２の素子パターン群１１Ｂの他端と第３の素子パターン群１１Ｃの他端とが第４の接続点Ｐ１４において接続されている。各々の第１の接続点Ｐ１１が端子Ｔ６と接続され、各々の第２の接続点Ｐ１２が端子Ｔ１と接続されている。さらに、第１のＭＲ素子１のブリッジ回路の中点である第４および第３の接続点Ｐ１４，Ｐ１３は、端子Ｔ２，Ｔ３と接続され、バルブＶＬ３，ＶＬ４を介してアンプＡＭＰ２，ＡＭＰ３とそれぞれ接続されている。同様に、第２のＭＲ素子２のブリッジ回路の中点である第４および第３の接続点Ｐ１４，Ｐ１３は、端子Ｔ４，Ｔ５と接続され、バルブＶＬ５，ＶＬ６を介してアンプＡＭＰ２，ＡＭＰ３の入力側端子とそれぞれ接続されている。アンプＡＭＰ２，ＡＭＰ３の出力側端子は、所定の抵抗を介していずれもアンプＡＭＰ１の入力側端子と接続されている。アンプＡＭＰ１の出力側端子は読出端子ＲＯと接続されている。ここでは、同一のアンプＡＭＰ１〜ＡＭＰ３を第１および第２のＭＲ素子１，２と接続するようにしたが、測定値のばらつきの低減や全体構成のコンパクト化を図るにあたってはこのようにすることが望ましい。

バルブＶＬ３，ＶＬ４はいずれも端子ＲＸと接続されており、その端子ＲＸに入力される指令信号によって導通状態と非導通状態との切り替えがなされるようになっている。同様に、バルブＶＬ５，ＶＬ６はいずれも端子ＲＹと接続されており、その端子ＲＹに入力される指令信号によって導通状態と非導通状態との切り替えがなされるようになっている。端子ＲＸ，ＲＹは、それぞれ、ＮＯＴゲートＧ１，Ｇ２の出力側と接続されている。ＮＯＴゲートＧ１，Ｇ２の入力側は、それぞれ、ＮＡＮＤゲートＧ３，Ｇ４の出力側と接続されている。ＮＡＮＤゲートＧ３，Ｇ４は、いずれもリードイネーブルＲＥと接続されており、読出許可信号が入力されるようになっている。ＮＡＮＤゲートＧ３の他方の入力端子はＮＯＴゲートＧ７を介してセレクト端子ＳＯと接続されており、ＮＡＮＤゲートＧ４の他方の入力端子はＮＯＴゲートＧ７とＮＯＴゲートＧ８とを介してセレクト端子ＳＯと接続されている。セレクト端子ＳＯには、第１のＭＲ素子１または第２のＭＲ素子２のいずれをアクティブとするかの選択信号が入力されるようになっている。セレクト端子ＳＯは、ＮＯＴゲートＧ７を介してＮＡＮＤゲートＧ５と接続されており、ＮＡＮＤゲートＧ５の出力側には端子ＷＥが設けられている。セレクト端子ＳＯは、さらに、ＮＯＴゲートＧ７とＮＯＴゲートＧ８とを介してＮＡＮＤゲートＧ６と接続されており、ＮＡＮＤゲートＧ６の出力側には端子ＮＳが設けられている。端子ＷＥ，ＮＳは、ＮＡＮＤゲートＧ５，Ｇ６を介してコイルイネーブルＣＥと接続されており、コイル駆動信号が入力されるようになっている。

端子ＷＥ，ＮＳは、それぞれ所定の抵抗を介してトランジスタＴＲ１，ＴＲ２のベースと接続されている。トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のエミッタ側は電源Ｖｃｃと接続されており、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のコレクタ側は端子Ｔ７，Ｔ８を介してコイル３０Ｙ，３０Ｘの一端と接続されている。コイル３０Ｙ，３０Ｘの他端はいずれも接地されている。したがって、端子ＮＳから入力されたコイル駆動信号により、コイル３０Ｙに電流が供給されてバイアス磁界Ｈｂｙが発生する一方、端子ＷＥから入力されたコイル駆動信号により、コイル３０Ｘに電流が供給されてバイアス磁界Ｈｂｘが発生するようになっている。

次に、図１０および図１１を参照して、測定部１００の動作を説明する。図１０は、測定部１００の動作を説明するためのタイミング波形図であり、図１１は、その一部を拡大して示したものである。なお、各々のタイミングで読み出される出力信号は、この磁気方位センサ自体の姿勢（地磁気の方位との相対角度）に応じて変動するものであるが、それについては後述する。

図１０において、（Ａ）は図示しないカウンタから周期的に発せられるタイマー信号Ｔを表し、（Ｂ）はセレクト端子ＳＯに入力される選択信号（第１のＭＲ素子１および第２のＭＲ素子２のいずれから出力信号を取り出すかの切り替えを行う信号）を表し、（Ｃ）はリードイネーブルＲＥに入力される読出許可信号（読出動作を行うタイミングを指示する信号）を表し、（Ｄ）はコイルイネーブルＣＥに入力されるコイル駆動信号（コイル３０Ｙ，３０Ｘのいずれかの駆動を許可する信号）を表し、（Ｅ）は端子ＷＥに入力されるコイル駆動信号（コイル３０Ｘの駆動を許可する信号）を表し、（Ｆ）は端子ＮＳに入力されるコイル駆動信号（コイル３０Ｙの駆動を許可する信号）を表し、（Ｇ）は端子Ｒに入力されるバルブ駆動信号（バルブＶＬ１，ＶＬ２をオン状態とする信号）を表し、（Ｈ）は端子ＲＸに入力されるバルブ駆動信号（バルブＶＬ３，ＶＬ４をオン状態とする信号）を表し、（Ｉ）は端子ＲＹに入力されるバルブ駆動信号（バルブＶＬ５，ＶＬ６をオン状態とする信号）を表す。

まず、タイマー信号Ｔが制御部（図示せず）に入力されると、制御部からリードイネーブルＲＥに読出許可信号が入力される。このとき、セレクト端子ＳＯには選択信号は入力されない（すなわち第１のＭＲ素子１が選択された状態のままである）。この結果、バルブ駆動信号が端子Ｒおよび端子ＲＸに入力され、バルブＶＬ１，ＶＬ３，ＶＬ４がオンとなり、第１のＭＲ素子１からの読出が可能な状態となる。その一方で、制御部からコイルイネーブルＣＥにコイル駆動信号が入力されるので、トランジスタＴＲ２がオンとなり、結果的にコイル３０Ｘに所定の電流が流れてバイアス磁界Ｈｂｙが生じることとなる。このタイミング（図１１に示したタイミングI）では、バイアス磁界Ｈｂｙが印加された状態での第１のＭＲ素子１の情報を読み出すことができる。このときの読出端子ＲＯから読み出される差分信号を出力信号Ｘｓとする。

出力信号Ｘｓが読み出されたことを確認したのち、制御部からコイルイネーブルＣＥへのコイル駆動信号が途絶え、トランジスタＴＲ２がオフとなり、その結果、第１のＭＲ素子１に印加されるバイアス磁界Ｈｂｙが消滅する。但し、制御部からリードイネーブルＲＥへの読出許可信号は入力された状態のままである。したがって、バイアス磁界Ｈｂｙが印加されていない状態での第１のＭＲ素子１の情報を読み出すことができる。このタイミング（図１１に示したタイミングII）で読出端子ＲＯから読み出される差分信号を出力信号Ｘとする。

出力信号Ｘが読み出されたのち、リードイネーブルＲＥに読出許可信号が入力された状態のまま、制御部からセレクト端子ＳＯに選択信号が入力される（すなわち第２のＭＲ素子２が選択された状態となる）。この結果、バルブ駆動信号が端子Ｒおよび端子ＲＹに入力され、バルブＶＬ２，ＶＬ５，ＶＬ６がオンとなり、第２のＭＲ素子２からの読出が可能な状態となる。当然ながら、バルブＶＬ１，ＶＬ３，ＶＬ４はオフとなり、第１のＭＲ素子１からの読出は不能な状態となる。その一方で、制御部からコイルイネーブルＣＥにコイル駆動信号が入力されるので、トランジスタＴＲ１がオンとなり、結果的にコイル３０Ｙに所定の電流が流れてバイアス磁界Ｈｂｘが生じることとなる。このタイミング（図１１に示したタイミングIII）では、バイアス磁界Ｈｂｘが印加された状態での第２のＭＲ素子２の情報を読み出すことができる。このときの読出端子ＲＯから読み出される差分信号を出力信号Ｙｓとする。

出力信号Ｙｓが読み出されたことを確認したのち、制御部からコイルイネーブルＣＥへのコイル駆動信号が途絶え、トランジスタＴＲ１がオフとなり、その結果、第２のＭＲ素子２に印加されるバイアス磁界Ｈｂｘが消滅する。但し、制御部からの読出許可信号および選択信号は、それぞれリードイネーブルＲＥおよびセレクト端子ＳＯへ入力された状態のままである。したがって、バイアス磁界Ｈｂｙが印加されていない状態での第２のＭＲ素子２の情報を読み出すことができる。このタイミング（図１１に示したタイミングIV）で読出端子ＲＯから読み出される差分信号を出力信号Ｙとする。

この磁気方位センサでは、上記のように異なったタイミングで読み出された４つの出力信号Ｘｓ，Ｘ，Ｙｓ，Ｙを用いることで、第１および第２のＭＲ素子１，２やコイル３０Ｘ，３０Ｙの製造誤差等によって生じる測定値の誤差を校正し、より精度の高い磁気方位の検出を行うことができる。なお、第１のＭＲ素子１からの出力信号Ｘｓ，Ｘの読み出し動作と、第２のＭＲ素子２からの出力信号Ｙｓ，Ｙの読み出し動作とを異なったタイミングで実施するようにしたのは、コイル３０Ｘによるバイアス磁界Ｈｂｙとコイル３０Ｙによるバイアス磁界Ｈｂｘとが互いに干渉し合うのを回避するためである。

続いて、図１２を参照して、この磁気方位センサを用いた磁気方位検出方法について説明する。ここでは、地磁気Ｈｔを検出対象磁界Ｈｍとし、そのベクトル（地磁気Ｈｔの大きさおよび磁気方位センサの方位）を測定する場合について説明する。なお、本発明の磁界検出方法は、以下で説明する磁気方位検出方法に含まれるものである。図１２は、地磁気Ｈｔのベクトルを測定する手順の概要を示したフローチャートである。

まず始めに、測定部１００で測定した差分データＭＯＸ，ＭＯＹおよび圧縮データＣＰＸ，ＣＰＹを、記憶部２００における差分データ格納部２１０および圧縮データ格納部２２０にそれぞれ格納する（ステップＳ１０１）。次に、任意の方位を向くように磁気方位センサを配置する（ステップＳ１０２）。こののち、バイアス磁界Ｈｂｙを印加した状態で第１のＭＲ素子１からの出力信号Ｘｓを検出（ステップＳ１０３）し、さらにバイアス磁界Ｈｂｘ，Ｈｂｙをいずれも印加しない状態で第１のＭＲ素子１からの出力信号Ｘを検出する（ステップＳ１０４）。続いて、バイアス磁界Ｈｂｘを印加した状態で第２のＭＲ素子２からの出力信号Ｙｓを検出（ステップＳ１０５）したのち、バイアス磁界Ｈｂｘ，Ｈｂｙをいずれも印加しない状態で第２のＭＲ素子２からの出力信号Ｙを検出する（ステップＳ１０６）。最後に、記憶部２００に差分データＭＯＸ，ＭＯＹおよび圧縮データＣＰＸ，ＣＰＹを記憶部２００から読み出したのち（ステップＳ１０７）、これらの差分データＭＯＸ，ＭＯＹおよび圧縮データＣＰＸ，ＣＰＹと、出力信号Ｘｓ，Ｘ，Ｙｓ，Ｙとを用いて検出対象磁界Ｈｍとしての地磁気Ｈｔのベクトルを算出する（ステップＳ１０８）。

ステップＳ１０８では、具体的には以下のようにして地磁気のベクトルを算出する。まず、以下の式（２）に基づき、地磁気Ｈｔのベクトルのうち、第１のＭＲ素子１の抵抗値が極値となる方位と同じ方位の第１成分Ｈｘを算出する。
Ｈｘ＝（Ｘ−Ｘｓ−ＭＯＸ）／（１−ＣＰＸ） ……（２）

次に以下の式（３）に基づいて、地磁気Ｈｔのベクトルのうち、第２のＭＲ素子２の抵抗値が極値となる方位と同じ方位の第２成分Ｈｙを算出する。
Ｈｙ＝（Ｙ−Ｙｓ−ＭＯＹ）／（１−ＣＰＹ） ……（３）

第１成分Ｈｘおよび第２成分Ｈｙは、以下のような概念である。図１３に示したように、この磁気方位センサは、初期位置ＭＳ_０においてＸ方向が東方位ＥでありＹ方向が北方位Ｎであるとする。地磁気Ｈｔのベクトルが向く方向は北方位Ｎである。ここで、磁気方位センサの向きが初期位置ＭＳから角度θだけ回転し、位置ＭＳθに移動したとする。このとき、地磁気ＨｔのベクトルはＸ方向の第１成分ＨｘとＹ方向の第２成分とに分解することができる。第１成分Ｈｘおよび第２成分Ｈｙは、それぞれ角度θを用いてＨｔ×ｓｉｎθおよびＨｔ×ｃｏｓθと表すことができる。第１および第２のＭＲ素子１，２は、角度θが０°から３６０°の範囲において変化する場合に、図１４に示したような出力の変化を示す。図１４では、横軸が角度θ（基準位置からの回転角度）であり、縦軸が出力（最大値を１として規格化したもの）である。

したがって、第１成分Ｈｘおよび第２成分Ｈｙを用いて、以下の式（４）に基づいて地磁気Ｈｔの大きさを検出することができる。
Ｈｔ＝｛（Ｈｘ）²＋（Ｈｙ）²）｝^0.5 ……（４）
また、図１４に示したように、第１成分Ｈｘおよび第２成分Ｈｙの数値の組み合わせから角度θが一義的に求まるので、磁気方位センサがどの方位を向いているのか（どのような姿勢であるのか）を認識することができる。

ここで、差分データＭＯＸ，ＭＯＹは、バイアス磁界Ｈｂｙまたはバイアス磁界Ｈｂｘの印加方向をそれぞれ第１の方位（例えば北方位）とした場合の、バイアス磁界Ｈｂｙまたはバイアス磁界Ｈｂｘを印加した状態での第１および第２のＭＲ素子１，２の抵抗値とバイアス磁界Ｈｂｙ，Ｈｂｘを印加しない状態での第１および第２のＭＲ素子１，２の抵抗値との差分に基づくものである。一方、圧縮データＣＰＸ，ＣＰＹは、バイアス磁界Ｈｂｙまたはバイアス磁界Ｈｂｘの印加方向が第１の方位（例えば北方位）から、これと異なる第２の方位（例えば東方位）へ向くように磁気方位センサ自体の姿勢を変化させた場合において、バイアス磁界Ｈｂｙ，Ｈｂｘをいずれも印加しない状態で得られる第１および第２のＭＲ素子１，２の抵抗値の変位と、バイアス磁界Ｈｂｙまたはバイアス磁界Ｈｂｘを印加した状態で得られる第１および第２のＭＲ素子１，２の抵抗値の変位との比に基づくものである。

これらの差分データＭＯＸ，ＭＯＹおよび圧縮データＣＰＸ，ＣＰＹ（すなわち、第１および第２のＭＲ素子１，２の固定データ）の求め方について、図１５〜図１７を参照して説明する。図１５は、第１および第２のＭＲ素子１，２の固定データを算出し、記憶部２００に格納するまでの手順を示したフローチャートである。図１６および図１７は、第１および第２のＭＲ素子１，２の固定データを算出する際の磁化方向および磁界方向などの関係を説明するための説明図である。なお、図１６および図１７は、地磁気Ｈｔとバイアス磁界Ｈｂとを除く外部磁界が全く存在しない理想的な状態であり、説明の簡略化のため、フリー層５３の磁化Ｊ５３の向きとピンド層５１の磁化Ｊ５１の向きとが完全に直交すると共に異方性磁界Ｈｋや交換結合磁界Ｈinなどを考慮しない場合を示している。

まず、図１６に示したように、バイアス磁界Ｈｂｙの向きが北方位となるように磁気方位センサの向きを設定する（ステップＳ２０１）。次に、バイアス磁界Ｈｂｘ，Ｈｂｙをいずれも印加しない状態（図１６（Ａ））で第１のＭＲ素子１からの出力信号Ｘ１（第１の出力信号）を検出したのち（ステップＳ２０２）、バイアス磁界Ｈｂｙを印加した状態（図１６（Ｂ））で第１のＭＲ素子１からの出力信号Ｘ２（第２の出力信号）を検出する（ステップＳ２０３）。そのまま磁気方位センサの向きを変えることなく、バイアス磁界Ｈｂｘ，Ｈｂｙをいずれも印加しない状態（図１６（Ｃ））で第２のＭＲ素子２からの出力信号Ｙ３（第７の出力信号）を検出したのち（ステップＳ２０４）、バイアス磁界Ｈｂｘを印加した状態（図１６（Ｄ））で第２のＭＲ素子２からの出力信号Ｙ４（第８の出力信号）を検出する（ステップＳ２０５）。

続いて、図１７に示したように、バイアス磁界Ｈｂｙの向きが東方位となるように磁気方位センサの向きを設定する（ステップＳ２０６）。そののち、バイアス磁界Ｈｂｘ，Ｈｂｙをいずれも印加しない状態（図１７（Ａ））で第１のＭＲ素子１からの出力信号Ｘ３（第３の出力信号）を検出し（ステップＳ２０７）、バイアス磁界Ｈｂｙを印加した状態（図１７（Ｂ））で第１のＭＲ素子１からの出力信号Ｘ４（第４の出力信号）を検出する（ステップＳ２０８）。さらに、バイアス磁界Ｈｂｘ，Ｈｂｙをいずれも印加しない状態（図１７（Ｃ））で第２のＭＲ素子２からの出力信号Ｙ１（第５の出力信号）を検出したのち（ステップＳ２０９）、バイアス磁界Ｈｂｘを印加した状態（図１７（Ｄ））で第２のＭＲ素子２からの出力信号Ｙ２（第６の出力信号）を検出する（ステップＳ２１０）。

このようにして得られた出力信号Ｘ１〜Ｘ４，Ｙ１〜Ｙ４から、差分データＭＯＸ，ＭＯＹおよび圧縮データＣＰＸ，ＣＰＹを算出し、差分データ格納部２１０または圧縮データ格納部２２０にそれぞれ格納する（ステップＳ２１１，Ｓ２１２）。なお、差分データＭＯＸ，ＭＯＹおよび圧縮データＣＰＸ，ＣＰＹは、以下の式（５）〜（８）によって算出されるものである。
ＭＯＸ＝Ｘ１−Ｘ２ ……（５）
ＭＯＹ＝Ｙ１−Ｙ２ ……（６）
ＣＰＸ＝（Ｘ４−Ｘ２）／（Ｘ３−Ｘ１） ……（７）
ＣＰＹ＝（Ｙ４−Ｙ２）／（Ｙ３−Ｙ１） ……（８）

ここで、図１８を参照して、差分データＭＯＸ，ＭＯＹおよび圧縮データＣＰＸ，ＣＰＹの意義を説明する。図１８は、第１のＭＲ素子１における各出力信号の関係を説明するための概念図であり、横軸が角度θを表し、縦軸が第１のＭＲ素子１における出力レベルを表している。

図１８において、符号Ｘｏは、バイアス磁界Ｈｂｙが発生する向きを北方位としたときの、バイアス磁界Ｈｂｘ，Ｈｂｙをいずれも印加しない状態（図１６（Ａ）の状態）での出力レベルを表しており、出力信号Ｘ１に対応する。ここでは、磁化Ｊ５３の向きと磁化Ｊ５１の向きとが直交しているので、出力レベルＸｏは、第１のＭＲ素子１の出力レベルにおける最大値と最小値との中間点に相当する。符号Ｘｓｏはバイアス磁界Ｈｂｙを印加した状態（図１６（Ｂ）の状態）での出力レベルを表しており、出力信号Ｘ２に対応する。符号Ｘ_（max）は、バイアス磁界Ｈｂｙが発生する向きを東方位としたときの、バイアス磁界Ｈｂｘ，Ｈｂｙをいずれも印加しない状態（図１７（Ａ）の状態）での出力レベルを表しており、出力信号Ｘ３に対応する。さらに、符号Ｘｓ_（max）は、バイアス磁界Ｈｂｙを印加した状態（図１７（Ｂ）の状態）での出力レベルを表しており、出力信号Ｘ４に対応する。

したがって、式（５）に示したようにＸ１−Ｘ２で表される差分データＭＯＸは、出力レベルＸｏと出力レベルＸｓｏとの差分である。図１６（Ａ）と図１６（Ｂ）との比較から、本来、両者の値は同等であり、差分は零であるはずだが、実際には製造誤差等により、差分が生じることが多い。一方、式（７）に示したように（Ｘ４−Ｘ２）／（Ｘ３−Ｘ１）で表される圧縮データＣＰＸは、出力レベルＸｓ_（max）と出力レベルＸｓｏとの差分を、出力レベルＸ_（max）と出力レベルＸｏとの差分で除した値である。バイアス磁界Ｈｂｙの存在によりＸｓ_（max）＜Ｘ_（max）となるので、圧縮データＣＰＸは必然的に１未満となる。

ところで、これらの差分データＭＯＸおよび圧縮データＣＰＸは、製造段階において作り込まれる構造上の状態によって定まる、この磁気方位センサに備わった固有の特性値であり、一旦製造された後は、例えば機械的、磁気的な損傷を受けることがなければ、通常使用状態において変動するものではない。例えば圧縮データＣＰＸは、任意の角度θにおいても一定となる。差分データＭＯＹおよび圧縮データＣＰＹについても同様である。このため、実際の地磁気などを観測する前にこれらの差分データＭＯＸ，ＭＯＹおよび圧縮データＣＰＸ，ＣＰＹを正確に求めておくことで、上記した式（２）〜式（４）に基づいて、製造誤差等によって変動しない、正確な地磁気Ｈｔのベクトルを求めることができる。

以上説明したように、本実施の形態の磁気方位センサ、およびそれを用いた磁気方位検出方法によれば、製造誤差等に起因するオフセット出力の情報を含む固定データを予め検出して記憶部に格納しておき、任意の検出対象磁界の方位を測定する際にその固定データを用いるようにしたので、オフセット出力の校正を簡便に行うことができ、所定方向の検出対象磁界の方位を高精度に検出することができる。

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。例えば上記実施の形態では、抵抗値が極値となる方向が互いに直交するように第１および第２のＭＲ素子を配置するようにしたが、これに限定されるものではなく、抵抗値が極値となる方向が互いに平行または逆平行以外の角度をなしていれば本発明の効果が得られる。また、上記実施の形態では、バイアス磁界の向きが北方位または東方位となるように磁気方位センサの向きを設定したが、本発明はこれに限定されず、任意の方位に設定することができる。さらに、上記実施の形態では、各磁気抵抗効果素子に対し、各々のピンド層の磁化方向と直交する向きにバイアス磁界を印加するようにしたが、本発明では、これに限定されず、各ピンド層の磁化の向きに対して一定の相対角をなす方向にバイアス磁界を印加すればよい。

本発明の一実施の形態としての磁気方位センサの構成を表すブロック図である。図１の測定部の構成を表す平面図である。図２の第１のＭＲ素子の構成を拡大して示す斜視図である。図３に示した第１から第４の素子パターン群１１Ａ〜１１Ｄの構成を拡大して示した平面図である。図４に示した素子パターン１５Ａ，１５Ｃの構成を示す分解斜視図である。図４に示した素子パターン１５Ｂ，１５Ｄの構成を示す分解斜視図である。図１に示した第１から第４の素子パターン群１１Ａ〜１１Ｄの要部における磁化の向きおよび磁界の向きの関係を説明する説明図である。図１の測定部１００の回路構成の全体を表す回路図である。図８の測定部１００の回路構成の要部を表す回路図である。図１の測定部１００の動作を説明するためのタイミング波形図である。図１０の一部を拡大して示したタイミング波形図である。地磁気ベクトルを測定する手順の概要を示したフローチャートである。図１の磁気方位センサにおいて検出される地磁気Ｈｔの第１成分Ｈｘおよび第２成分Ｈｙの概念を説明する説明図である。第１および第２のＭＲ素子１，２の出力と、角度θとの関係を示す特性図である。第１および第２のＭＲ素子１，２の固定データを算出し、記憶部２００に格納するまでの手順を示したフローチャートである。第１および第２のＭＲ素子１，２の固定データを算出する際の磁化方向および磁界方向などの関係を説明するための概念図である。第１および第２のＭＲ素子１，２の固定データを算出する際の磁化方向および磁界方向などの関係を説明するための他の概念図である。第１のＭＲ素子１における各出力信号の関係を説明するための概念図である。

符号の説明

１…第１のＭＲ素子、２…第２のＭＲ素子、３…集積基板、４…駆動回路、１０…第１のモジュール、１１Ａ〜１１Ｄ…第１〜第４の素子パターン群、１２…素子基板、１３Ａ〜１３Ｄ…電極、１４Ａ〜１４Ｄ…電極、１５Ａ〜１５Ｄ…素子パターン、１６Ａ〜１６Ｄ…連結部、１９…モジュール基板、２０…第２のモジュール、２２…素子基板、３０…コイル、１００…測定部、２００…記憶部、２１０…差分データ格納部、２２０…圧縮データ格納部、３００…演算部。

Claims

一定方向に固着された磁化を有するピンド層と外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層とが非磁性の中間層を介して積層された磁気抵抗効果素子と、前記ピンド層の磁化の向きに対して一定の相対角をなす方向のバイアス磁界を前記磁気抵抗効果素子に印加する磁界印加手段とを有し、自らの姿勢変化と前記バイアス磁界の有無とに応じた前記磁気抵抗効果素子の抵抗値を検出する測定部と、
前記測定部で測定された磁気抵抗効果素子の抵抗値データのうち、検出対象磁界の方位に応じて変化することのない固定データを格納する記憶部と、
前記測定部で測定された磁気抵抗効果素子の抵抗値のうち、検出対象磁界の方位に応じて変化する変化データと、前記記憶部に格納された固定データとを用い、検出対象磁界の所定方向の成分を算出する演算部と
を備え、
前記固定データは、
前記バイアス磁界の印加方向を第１の方位とした場合の、前記バイアス磁界を印加した状態での前記磁気抵抗効果素子の抵抗値と前記バイアス磁界を印加しない状態での前記磁気抵抗効果素子の抵抗値との差分に基づく差分データと、
前記バイアス磁界の印加方向が前記第１の方位から、これと異なる第２の方位へ向くように自らの姿勢を変化させた場合において、前記バイアス磁界を印加しない状態で得られる前記磁気抵抗効果素子の抵抗値の変位と、前記バイアス磁界を印加した状態で得られる前記磁気抵抗効果素子の抵抗値の変位との比に基づく圧縮データと
を含む
ことを特徴とする磁気センサ。
前記演算部は、以下の式（１）に基づいて、前記磁気抵抗効果素子の抵抗値が極値となる方位と同じ方位の検出対象磁界成分を算出する機能を有することを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
Ｈｖ＝（Ｖ−Ｖｓ−ＭＯＶ）／（１−ＣＰＶ） ……（１）
但し、
Ｈｖ：磁気抵抗効果素子の抵抗値が極値となる方位と同じ方位の検出対象磁界成分
Ｖ：任意の方位における、バイアス磁界を印加しない状態での磁気抵抗効果素子からの出力信号
Ｖｓ：任意の方位における、バイアス磁界を印加した状態での磁気抵抗効果素子からの出力信号
ＭＯＶ：Ｖ１−Ｖ２
ＣＰＶ：（Ｖ４−Ｖ２）／（Ｖ３−Ｖ１）
Ｖ１：バイアス磁界の向きが第１の方位となるように自らの向きを設定した場合の、バイアス磁界を印加しない状態において検出される磁気抵抗効果素子からの第１の出力信号
Ｖ２：バイアス磁界の向きが第１の方位となるように自らの向きを設定した場合の、バイアス磁界を印加した状態において検出される磁気抵抗効果素子からの第２の出力信号
Ｖ３：バイアス磁界の向きが第１の方位と異なる方位となるように自らの向きを設定した場合の、バイアス磁界を印加しない状態において検出される磁気抵抗効果素子からの第３の出力信号
Ｖ４：バイアス磁界の向きが第１の方位と異なる方位となるように自らの向きを設定した場合の、バイアス磁界を印加した状態において検出される磁気抵抗効果素子からの第４の出力信号とする。
一定方向に固着された磁化を有するピンド層と外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層とが非磁性の中間層を介して積層された積層構造をそれぞれ含み、かつ、抵抗値が極値となる方向が互いに異なるように配置された第１および第２の磁気抵抗効果素子と、前記第１および第２の磁気抵抗効果素子における各ピンド層の磁化の向きに対して一定の相対角をなす方向の第１および第２の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に印加する磁界印加手段とを有し、自らの姿勢変化と前記第１および第２のバイアス磁界の有無とに応じた前記第１および第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値をそれぞれ検出する測定部と、
前記測定部で測定された第１および第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値データのうち、検出対象磁界の方位に応じて変化することのない固定データを格納する記憶部と、
前記測定部で測定された第１および第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値データのうち、検出対象磁界の方位に応じて変化する変化データと、前記記憶部に格納された固定データとを用い、検出対象磁界ベクトルを算出する演算部とを備え、
前記固定データは、
前記第１のバイアス磁界の印加方向を第１の方位とした場合の、前記第１のバイアス磁界を印加した状態での前記第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値と前記第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態での前記第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値との差分に基づく第１の差分データと、
前記第１のバイアス磁界の印加方向が前記第１の方位からこれと異なる第２の方位へ向くように自らの姿勢を変化させた場合の、前記第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態で得られる前記第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値の変位と、前記第１のバイアス磁界を印加した状態で得られる前記第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値の変位との比に基づく第１の圧縮データと、
前記第２のバイアス磁界の印加方向を前記第１の方位とした場合の、前記第２のバイアス磁界を印加した状態での前記第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値と前記第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態での前記第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値との差分に基づく第２の差分データと、
前記第２のバイアス磁界の印加方向が前記第１の方位からこれと異なる第２の方位へ向くように自らの姿勢を変化させた場合の、前記第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態で得られる前記第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値の変位と、前記第２のバイアス磁界を印加した状態で得られる前記第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値の変位との比に基づく第２の圧縮データと
を含むことを特徴とする磁気方位センサ。
前記演算部は、
以下の式（２）に基づいて前記第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値が極値となる方位と同じ方位の検出対象磁界の第１成分を算出する機能と、
以下の式（３）に基づいて前記第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値が極値となる方位と同じ方位の検出対象磁界の第２成分を算出する機能と、
前記第１成分および第２成分を用いて前記検出対象磁界ベクトルを算出する機能とを有する
ことを特徴とする請求項３記載の磁気方位センサ。
Ｈｘ＝（Ｘ−Ｘｓ−ＭＯＸ）／（１−ＣＰＸ） ……（２）
Ｈｙ＝（Ｙ−Ｙｓ−ＭＯＹ）／（１−ＣＰＹ） ……（３）
但し、
Ｈｘ：検出対象磁界の第１成分
Ｈｙ：検出対象磁界の第２成分
Ｘ：任意の方位における、第１のバイアス磁界を印加しない状態での第１の磁気抵抗効果素子からの出力信号
Ｘｓ：任意の方位における、第１のバイアス磁界を印加した状態での第１の磁気抵抗効果素子からの出力信号
Ｙ：任意の方位における、第２のバイアス磁界を印加しない状態での第２の磁気抵抗効果素子からの出力信号
Ｙｓ：任意の方位における、第２のバイアス磁界を印加した状態での第２の磁気抵抗効果素子からの出力信号
ＭＯＸ：Ｘ１−Ｘ２
ＣＰＸ：（Ｘ４−Ｘ２）／（Ｘ３−Ｘ１）
Ｘ１：第１のバイアス磁界の向きが第１の方位となるように自らの向きを設定した場合の、第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態において検出される第１の磁気抵抗効果素子からの第１の出力信号
Ｘ２：第１のバイアス磁界の向きが第１の方位となるように自らの向きを設定した場合の、第１のバイアス磁界を印加した状態において検出される第１の磁気抵抗効果素子からの第２の出力信号
Ｘ３：第１のバイアス磁界の向きが第１の方位と異なる方位となるように自らの向きを設定した場合の、第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態において検出される第１の磁気抵抗効果素子からの第３の出力信号
Ｘ４：第１のバイアス磁界の向きが第１の方位と異なる方位となるように自らの向きを設定した場合の、第１のバイアス磁界を印加した状態において検出される第１の磁気抵抗効果素子からの第４の出力信号
ＭＯＹ：Ｙ１−Ｙ２
ＣＰＹ：（Ｙ４−Ｙ２）／（Ｙ３−Ｙ１）
Ｙ１：第２のバイアス磁界の向きが第１の方位となるように自らの向きを設定した場合の、第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態において検出される第２の磁気抵抗効果素子からの第５の出力信号
Ｙ２：第２のバイアス磁界の向きが第１の方位となるように自らの向きを設定した場合の、第２のバイアス磁界を印加した状態において検出される第２の磁気抵抗効果素子からの第６の出力信号
Ｙ３：第２のバイアス磁界の向きが第１の方位と異なる方位となるように自らの向きを設定した場合の、第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態において検出される第２の磁気抵抗効果素子からの第７の出力信号
Ｙ４：第２のバイアス磁界の向きが第１の方位と異なる方位となるように自らの向きを設定した場合の、第２のバイアス磁界を印加した状態において検出される第２の磁気抵抗効果素子からの第８の出力信号
とする。
一定方向に固着された磁化を有するピンド層と外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層とが非磁性の中間層を介して積層された磁気抵抗効果素子と、前記ピンド層の磁化の向きに対して一定の相対角をなす方向のバイアス磁界を前記磁気抵抗効果素子に印加する磁界印加手段とを備えた磁気センサによる磁界検出方法であって、
前記バイアス磁界の向きが第１の方位となるように前記磁気センサの向きを設定し、前記バイアス磁界を印加しない状態で前記磁気抵抗効果素子からの第１の出力信号を検出すると共に前記バイアス磁界を印加した状態で前記磁気抵抗効果素子からの第２の出力信号を検出する第１のステップと、
前記バイアス磁界の向きが前記第１の方位と異なる方位となるように前記磁気センサの向きを設定し、前記バイアス磁界を印加しない状態で前記磁気抵抗効果素子からの第３の出力信号を検出すると共に前記バイアス磁界を印加した状態で前記磁気抵抗効果素子からの第４の出力信号を検出する第２のステップと、
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との差分に基づく差分データ、および、前記第２の出力信号と前記第４の出力信号との差分と前記第１の出力信号と前記第３の出力信号との差分との比に基づく圧縮データを用い、前記磁気抵抗効果素子の抵抗値が極値となる方位と同じ方位の検出対象磁界成分を算出する第３のステップと
を含むことを特徴とする磁界検出方法。
以下の式（１）に基づいて、前記検出対象磁界成分を算出することを特徴とする請求項５記載の磁界検出方法。
Ｈｖ＝（Ｖ−Ｖｓ−ＭＯＶ）／（１−ＣＰＶ） ……（１）
但し、
Ｈｖ：磁気抵抗効果素子の抵抗値が極値となる方位と同じ方位の検出対象磁界成分
Ｖ：任意の方位における、バイアス磁界を印加しない状態での磁気抵抗効果素子からの出力信号
Ｖｓ：任意の方位における、バイアス磁界を印加した状態での磁気抵抗効果素子からの出力信号
ＭＯＶ：Ｖ１−Ｖ２
ＣＰＶ：（Ｖ４−Ｖ２）／（Ｖ３−Ｖ１）
Ｖ１：第１の出力信号
Ｖ２：第２の出力信号
Ｖ３：第３の出力信号
Ｖ４：第４の出力信号
とする。
前記磁気抵抗効果素子の抵抗値が極値となる方向と前記バイアス磁界の向きとが直交するように構成された磁気センサを用いる
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の磁界検出方法。
前記第１および第２のステップでは、それぞれ、前記磁気抵抗効果素子の抵抗値を複数回繰り返して測定し、それらの平均値に基づいて前記第１から第４の出力信号とする
ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の磁界検出方法。
前記第１の方位を南または北とすることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の磁界検出方法。
一定方向に固着された磁化方向を有するピンド層と外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層とが非磁性の中間層を介して積層された積層構造をそれぞれ含み、かつ、抵抗値が極値となる方向が互いに異なるように配置された第１および第２の磁気抵抗効果素子と、前記第１および第２の磁気抵抗効果素子における各ピンド層の磁化の向きに対して一定の相対角をなす方向の第１および第２の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に印加する磁界印加手段とを備えた磁気方位センサによる磁気方位検出方法であって、
前記第１のバイアス磁界の向きが第１の方位となるように前記磁気方位センサの向きを設定し、前記第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態で前記第１の磁気抵抗効果素子からの第１の出力信号を検出すると共に前記第１のバイアス磁界を印加した状態で前記第１の磁気抵抗効果素子からの第２の出力信号を検出する第１のステップと、
前記第１のバイアス磁界の向きが前記第１の方位と異なる方位となるように前記磁気センサの向きを設定し、前記第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態で前記第１の磁気抵抗効果素子からの第３の出力信号を検出すると共に前記第１のバイアス磁界を印加した状態で前記第１の磁気抵抗効果素子からの第４の出力信号を検出する第２のステップと、
前記第２のバイアス磁界の向きが前記第１の方位となるように前記磁気センサの向きを設定し、前記第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態で前記第２の磁気抵抗効果素子からの第５の出力信号を検出すると共に前記第２のバイアス磁界を印加した状態で前記第２の磁気抵抗効果素子からの第６の出力信号を検出する第３のステップと、
前記第２のバイアス磁界の向きが前記第１の方位と異なる方位となるように前記磁気センサの向きを設定し、前記第１および第２のバイアス磁界を印加しない状態で前記第２の磁気抵抗効果素子からの第７の出力信号を検出すると共に前記第２のバイアス磁界を印加した状態で前記第２の磁気抵抗効果素子からの第８の出力信号を検出する第４のステップと、
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との差分に基づく第１の差分データ、および前記第１の出力信号と前記第３の出力信号との差分と前記第２の出力信号と前記第４の出力信号との差分との比に基づく第１の圧縮データを用い、前記第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値が極値となる方位と同じ方位の検出対象磁界の第１成分を算出する第５のステップと、
前記第５の出力信号と前記第６の出力信号との差分に基づく第２の差分データ、および前記第５の出力信号と前記第７の出力信号との差分と前記第６の出力信号と前記第８の出力信号との差分との比に基づく第２の圧縮データを用い、前記第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値が極値となる方位と同じ方位の検出対象磁界の第２成分を算出する第６のステップと、
前記第１成分および第２成分を用いて検出対象磁界ベクトルを算出する第７のステップと
を含むことを特徴とする磁気方位検出方法。
前記第５のステップでは、以下の式（２）に基づいて、前記第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値が極値となる方位と同じ方位の検出対象磁界の第１成分を算出し、
前記第６のステップでは、以下の式（３）に基づいて、前記第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値が極値となる方位と同じ方位の検出対象磁界の第２成分を算出する
ことを特徴とする請求項１０記載の磁気方位検出方法。
Ｈｘ＝（Ｘ−Ｘｓ−ＭＯＸ）／（１−ＣＰＸ） ……（２）
Ｈｙ＝（Ｙ−Ｙｓ−ＭＯＹ）／（１−ＣＰＹ） ……（３）
但し、
Ｈｘ：検出対象磁界の第１成分
Ｈｙ：検出対象磁界の第２成分
Ｘ：任意の方位における、第１のバイアス磁界を印加しない状態での第１の磁気抵抗効果素子からの出力信号
Ｘｓ：任意の方位における、第１のバイアス磁界を印加した状態での第１の磁気抵抗効果素子からの出力信号
Ｙ：任意の方位における、第２のバイアス磁界を印加しない状態での第２の磁気抵抗効果素子からの出力信号
Ｙｓ：任意の方位における、第２のバイアス磁界を印加した状態での第２の磁気抵抗効果素子からの出力信号
ＭＯＸ：Ｘ１−Ｘ２
ＣＰＸ：（Ｘ４−Ｘ２）／（Ｘ３−Ｘ１）
Ｘ１：第１の出力信号
Ｘ２：第２の出力信号
Ｘ３：第３の出力信号
Ｘ４：第４の出力信号
ＭＯＹ：Ｙ１−Ｙ２
ＣＰＹ：（Ｙ４−Ｙ２）／（Ｙ３−Ｙ１）
Ｙ１：第５の出力信号
Ｙ２：第６の出力信号
Ｙ３：第７の出力信号
Ｙ４：第８の出力信号
とする。
前記第１の磁気抵抗効果素子における抵抗が極値を示す方向と前記第１のバイアス磁界の向きとが互いに直交し、かつ、前記第２の磁気抵抗効果素子における抵抗が極値を示す方向と前記第２のバイアス磁界の向きとが互いに直交するように構成された磁気センサを用いる
ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の磁気方位検出方法。
前記第７のステップでは、以下の式（４）に基づいて検出対象磁界ベクトルを検出することを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の磁気方位検出方法。
Ｈｍ＝｛（Ｈｘ）²＋（Ｈｙ）²）｝^0.5……（４）
但し、
Ｈｍ：検出対象磁界ベクトル
とする。
前記第１から第４のステップでは、前記第１および第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値をそれぞれ複数回繰り返して測定し、各々の平均値を前記第１から第８の出力信号とする
ことを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の磁気方位検出方法。
前記第１の方位を南または北とすることを特徴とする請求項１０から請求項１４のいずれか１項に記載の磁気方位検出方法。