JP4735686B2 - 磁気センサ - Google Patents

Description

この発明は、被検出体に備えられた磁気パターン等の磁気情報を検出する磁気センサに関するものである。

従来、紙幣等の被検出体に組み込まれた磁気パターンや磁気情報を検出する磁気センサが各種考案されている。

例えば、特許文献１には、基板上にミアンダ形状の磁気抵抗効果膜が形成されてなる一般的な差動型の磁気センサが示されている。また、特許文献２にも、磁気抵抗素子を複数備えた差動型の磁気センサが示されている。ここで、より具体的に特許文献２の図２４に示すように、各磁気抵抗素子は、長尺状からなる複数の感磁部を有し、該複数の感磁部は被検出体の検知範囲において一方向に並んで配置されるとともに直列接続されている。

そして、このように磁気抵抗素子を直列接続して分圧した電圧を出力すること、すなわち差分出力することで、磁気抵抗素子の有する温度により抵抗値が変化する抵抗温度特性の影響を抑制している。
特開２００２−８４０１５号公報 特開２００５−３７３３７号公報

しかしながら、上述のような従来の磁気センサでは、差分出力に利用する複数の磁気抵抗素子の形成位置が離間している。ここで、磁気センサは、例えば、当該磁気センサが搭載される機器内に設置されており、当該機器内の熱源で発生する熱等が磁気センサ全体に均一に伝達されるとは限らない。このため、各磁気抵抗素子の形成位置で温度が異なってしまい、上述のような抵抗温度特性による影響の抑制効果が得られなくなる。その結果、温度が異なることにより、複数の磁気抵抗素子間で抵抗値の変化が大きくなり、差分出力が変動してしまう。

したがって、本発明の目的は、複数の磁気抵抗素子の温度を均一にできる構造の磁気センサを実現することにある。

通過磁束により抵抗値の変化する感磁部を基板表面に形成してなる複数の磁気抵抗素子を直列接続し、該直列接続された複数の磁気抵抗素子によって分圧される電圧を出力信号とする磁気検出部を備えた磁気センサに関するものである。そして、この磁気センサの磁気抵抗素子のそれぞれは、長尺状に形成された複数の感磁部と、該複数の感磁部を直列接続する接続導体部と、を有する。全ての磁気抵抗素子の感磁部は、長尺方向が一致し且つ長尺方向に直交する方向に配列して形成されている。さらに、複数の磁気抵抗素子は異なる感度を有する。複数の磁気抵抗素子を構成する一つの磁気抵抗素子の一つの感磁部と、一つの磁気抵抗素子と感度の異なる別の磁気抵抗素子の一つの感磁部とが隣り合うように配置された一対の配列が複数形成されるように、一つの磁気抵抗素子を構成する少なくとも一つの感磁部が当該一つの磁気抵抗素子を構成する他の複数の感磁部に対して両側から隣り合わないように、全ての磁気抵抗素子の感磁部が配置される。複数の磁気抵抗素子をそれぞれ構成する複数の感磁部は、前記長尺方向に垂直な方向に沿って平行に配置され、且つ、前記被検出体に対する前記複数の磁気抵抗素子は、前記被検出体の搬送時に磁束の変化に応じた全ての磁気抵抗素子の抵抗値変化が時間軸上で一致するように前記長尺方向が被検出体の搬送方向に平行になるように配置される。さらに、一つの磁気抵抗素子を構成する配列方向に隣り合い中間に他の磁気抵抗素子の感磁部を挟まない感磁部の間隔よりも、感度の異なる各磁気抵抗素子を構成する配列方向に隣り合う感度の異なる感磁部同士の間隔の方が狭くなっている。
この構成では、全ての磁気抵抗素子に対して、単体の磁気抵抗素子を構成する全ての感磁部が一箇所に集合して形成されない。例えば、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子とからなる二つの磁気抵抗素子がそれぞれ第１感磁部、第２感磁部の二つを有する場合、第１磁気抵抗素子の第１感磁部、第２磁気抵抗素子の第１感磁部、第１磁気抵抗素子の第２感磁部、第２磁気抵抗素子の第２感磁部の順に並んで形成される。このため、従来のように各磁気抵抗素子をそれぞれ構成する感磁部群が異なる領域にそれぞれ設置される場合と比較して、各磁気抵抗素子の感磁部で感温される温度の差が低減される。

この構成では、異なる感度からなる複数の磁気抵抗素子を構成する感磁部同士が、隣り合うことで一つの感磁部対として構成される。そして、これら異なる感度の感磁部の組からなる感磁部対が順次配列される構成になることで、それぞれに異なる磁気抵抗素子を構成する感度の異なる各感磁部群間での温度差がより一層低減される。

この構成では、隣り合う感磁部同士での最も離れた部分間の距離が、長尺方向に沿って並ぶ場合よりも短くなる。すなわち、長尺方向に並ぶ場合では感磁部の長尺方向の長さの約２倍であるのに対して、長尺方向に垂直な方向に並ぶ場合では感磁部の短い幅の約２倍でしかない。このような構成とすることで、異なる磁気抵抗素子の隣り合う感磁部同士での感温は略同じとなる。これにより、複数の磁気抵抗素子の温度が略均一になる。

この構成では、各磁気抵抗素子での被検出体からの磁気検出タイミングが一致する。このため、例えば、磁気抵抗素子間で感度が異なるように設定されていれば、感度が低い側の磁気抵抗素子の出力が、感度の高い側の磁気抵抗素子の出力に打ち消され、単純な波形の出力が得られる。この際、各磁気抵抗素子の抵抗温度特性は異ならず、温度も同じであるので、抵抗温度特性の影響を抑圧することができる。

また、上記磁気センサは、感磁部を接続する接続電極が、基板の感磁部を有する面とともに、当該面に対して感磁部を覆うように形成された絶縁層の表面にも形成されている。

この構成では、感磁部が形成された基板の表面に、全ての接続電極を形成しなくても良いので、基板表面での感磁部の密集率を向上させることができる。これにより、複数の磁気抵抗素子の温度をより均一にできる。また、感磁部や接続電極の引き回しが容易になる。

また、上記磁気センサは、磁気検出部を複数備え、該複数の磁気検出部に対して、一つの磁気抵抗素子を構成する一つの感磁部が当該一つの磁気抵抗素子を構成する他の複数の感磁部に対して両側から隣り合わないように、全ての磁気抵抗素子の感磁部を配置している。

この構成では、複数の磁気検出部を構成する各磁気抵抗素子の感磁部が、磁気抵抗素子毎に集中せず、上述のように各磁気抵抗素子の感磁部が配列方向に沿って交代しながら順に配置される。これにより、複数の磁気検出部を有する構成であっても、各磁気検出部を構成する磁気抵抗素子の感磁部の温度が均一になる。

この発明によれば、磁気センサを構成する複数の磁気抵抗素子の温度を均一にすることができるので、磁気抵抗素子が有する抵抗温度特性の影響を抑制することができる。これにより、抵抗温度特性による出力信号の変化を補正する必要が無く、高精度な磁気検知を実現することができる。

本発明の前提となる第１の構成の磁気センサについて図を参照して説明する。

図１（Ａ）は磁気センサの磁気検出部１０の構成を示す平面図であり、図１（Ｂ）は磁気検出部１０の等価回路図である。

磁気検出部１０は、図１（Ａ）に示すように、感磁部と、該感磁部を接続する接続ライン電極と、電圧入出力やグランドへの接続に用いる外部接続用電極とを、基板１１上に形成することで、図１（Ｂ）に示すような回路を構成する。すなわち、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２が電圧入力端子Ｖｉｎとグランド端子ＧＮＤとの間に直列接続され、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の接続点に電圧出力端子Ｖｏｕｔが接続される回路を構成する。以下に、具体的な構成について示す。

基板１１は、例えばＳｉ基板からなり、当該Ｓｉ基板の表面に上述の回路を構成する感磁部（半導体膜）や電極が形成される。なお、基板としては、Ｓｉ基板等の絶縁性基板の他に、ＧａＡｓ：ＳｉＯ₂等の半絶縁性基板を用いることができる。基板１１における磁気検出部１０の形成領域の第一方向（図１（Ａ）における縦方向）に沿った一方端には、電圧入力端子Ｖｉｎに対応する電圧入力用電極１９１、グランド端子ＧＮＤに対応するグランド接続用電極１９２が形成されており、他方端には、電圧出力端子Ｖｏｕｔに対応する電圧出力用電極１９３が形成されている。これら電圧入力用電極１９１、グランド接続用電極１９２、および電圧出力用電極１９３は導電性材料からなる。また、電圧入力用電極１９１、グランド接続用電極１９２、および電圧出力用電極１９３は、形成領域の第一方向に垂直な第二方向（図１（Ａ）における横方向）に延びる形状からなる。

基板１１における電圧入力用電極１９１およびグランド接続用電極１９２と、電圧出力用電極１９３との間の領域には、磁気抵抗素子ＭＲ１を構成する感磁部１２１〜１２４および接続ライン電極１４１〜１４５と、磁気抵抗素子ＭＲ２を構成する感磁部１３１〜１３４および接続ライン電極１５１〜１５５とが形成されている。

磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部１２１〜１２４は、例えば、ＩｎＳｂを材質とする半導体膜により形成され、長さが幅よりも大きい長尺状のパターンからなる。感磁部１２１〜１２４は、長尺方向に沿って、半導体膜上に所定間隔で導電体からなる短絡電極が形成されており、これら短絡電極の形成パターンにより磁界に対する感度が設定されている。ここで磁界に対する感度とは、感磁部を通過する磁束密度に応じて変化する抵抗値を意味し、磁束密度が所定量変化する場合に抵抗値が大きく変化するほど、高感度であると定義される。

感磁部１２１〜１２４は、長尺方向が前記第二方向に平行になるように配置されている。感磁部１２１と感磁部１２２は第一方向において近接して配置され、感磁部１２３と感磁部１２４も第一方向において近接して配置される。また、第一方向において、感磁部１２１，１２２が平行して形成された領域と、電圧入力用電極１９１およびグランド接続用電極１９２が形成された領域との間は、磁気抵抗素子ＭＲ２を構成する感磁部１３１，１３２が形成可能な距離だけ離間されている。さらに、第一方向において、感磁部１２１，１２２が平行して形成された領域と感磁部１２３，１２４が平行して形成された領域との間は、磁気抵抗素子ＭＲ２を構成する感磁部１３３，１３４が形成可能な距離だけ離間されている。そして、感磁部１２３，１２４が平行して形成された領域は、電圧出力用電極１９３に近接している。

磁気抵抗素子ＭＲ１の接続ライン電極１４１〜１４５は、電圧入力用電極１９１、グランド接続用電極１９２および電圧出力用電極１９３と同じ導電性材料により基板１１表面に形成されており、例えば、電圧入力用電極１９１、グランド接続用電極１９２および電圧出力用電極１９３と同時にパターン形成されている。

接続ライン電極１４１は、互いに離間されたグランド接続用電極１９２と感磁部１２１とを電気的に接続するパターンからなり、接続ライン電極１４２は、互いに近接する感磁部１２１と感磁部１２２とを電気的に接続するパターンからなる。接続ライン電極１４３は、互いに離間された感磁部１２２と感磁部１２３とを電気的に接続するパターンからなり、接続ライン電極１４４は、互いに近接する感磁部１２３と感磁部１２４とを電気的に接続するパターンからなる。さらに、接続ライン電極１４５は、互いに近接する感磁部１２４と電圧出力用電極１９３とを接続するパターンからなる。これら接続ライン電極１４１〜１４５は、感磁部１２１〜１２４の長尺方向の両端に存在する領域に形成されている。

磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部１３１〜１３４は、例えば、ＩｎＳｂを材質とする半導体膜からなり、長さが幅よりも大きい長尺状のパターンである。感磁部１３１〜１３４は、半導体膜上に短絡電極が形成されていない。これにより、感磁部１３１〜１３４は、感磁部１２１〜１２４よりも磁束に対して低感度に設定されている。

感磁部１３１〜１３４は、長尺方向が前記第二方向に平行になるように配置されている。感磁部１３１と感磁部１３２は第一方向において近接して配置され、感磁部１３３と感磁部１３４も第一方向において近接して配置される。

感磁部１３１，１３２は、第一方向において、上述の電圧入力用電極１９１およびグランド接続用電極１９２が形成された領域と磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部１２１，１２２が形成された領域との間に、配置されている。この際、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部１３１，１３２と磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部１２１〜１２４は長尺方向が平行となるように配置される。さらに、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部１３２と磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部１２１とは、第１方向において近接して配置される。

感磁部１３３，１３４は、第一方向において、上述の磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部１２１，１２２が形成された領域と磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部１２３，１２４が形成された領域との間に配置されている。この際、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部１３３，１３４と磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部１２１〜１２４は、長尺方向が平行となるように配置される。さらに、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部１３３と磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部１２２は、第１方向において近接して配置されるとともに、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部１３４と磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部１２３も、第１方向において近接して配置される。

接続ライン電極１５１は、互いに近接する電圧入力用電極１９１と感磁部１３１とを電気的に接続するパターンからなり、接続ライン電極１５２は、互いに近接する感磁部１３１と感磁部１３２とを電気的に接続するパターンからなる。接続ライン電極１５３は、互いに離間された感磁部１３２と感磁部１３３とを電気的に接続するパターンからなり、接続ライン電極１５４は、互いに近接する感磁部１３３と感磁部１３４とを電気的に接続するパターンからなる。さらに、接続ライン電極１５５は、互いに離間された感磁部１３４と電圧出力用電極１９３とを接続するパターンからなる。これら接続ライン電極１５１〜１５５は、感磁部１３１〜１３４の長尺方向の両端に存在する領域に形成されている。

以上のように、第１の構成では、基板１１上の磁気センサ１０の形成領域において、第一方向に沿って、一方端（図１（Ａ）の上端）から順に、（ｉ）電圧入力用電極１９１およびグランド接続用電極１９２の電極群、（ｉｉ）磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部１３１，１３２、（ｉｉｉ）磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部１２１，１２２、（ｉｖ）磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部１３３，１３４、（ｖ）磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部１２３，１２４、（ｖｉ）電圧出力用電極１９３が互いに近接して形成された構造となる。これは、すなわち、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部の形成領域と、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部の形成領域とが、第一方向に沿って、交互に配置されるとともに、これらが近接して配置されていることを意味する。これにより、磁気抵抗素子ＭＲ１の形成領域と磁気抵抗素子ＭＲ２の形成領域とが集中して離間されないので、磁気抵抗素子ＭＲ１の温度と磁気抵抗素子ＭＲ２の温度とが略同等になる。特に、本構成のように、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部と磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部とが交互に複数回繰り返されて配置されることで、単に磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部と磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部とが隣接して配置されるよりも、さらに温度を同等にすることができる。そして、このような構成とすることで、図１（Ｂ）に示すような差動型の出力電圧信号を得る場合に、磁気抵抗素子ＭＲ１と磁気抵抗素子ＭＲ２との間での温度差を無くすことができるので、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の抵抗温度特性に影響されることなく、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の感磁量に応じた正確な出力電圧信号を得ることができる。

さらに、上述の第二方向を被検出体の搬送方向とすることで、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２を構成する感磁部１２１〜１２４、１３１〜１３４の配列方向が、被検出体の搬送方向に直交する。これにより、被検出体による通過磁束の変化に応じた磁気抵抗素子ＭＲ１の抵抗値変化と磁気抵抗素子ＭＲ２の抵抗値変化とが時間軸上で一致する。ここで、上述のように、磁気抵抗素子ＭＲ２の感度を磁気抵抗素子ＭＲ１の感度よりも低くすることで、磁気抵抗素子ＭＲ２の抵抗値変化が、磁気抵抗素子ＭＲ１の抵抗値変化により打ち消される。

図２は第１の構成の磁気センサの磁気検出部１０と従来の構成（上述の特許文献２の図２４の構成）の磁気センサの磁気検出部との出力電圧信号の波形を説明するための図であり、図２（Ａ）が本構成の磁気センサの磁気検出部１０の場合を示し、図２（Ｂ）が従来の構成の磁気センサの磁気検出部の場合を示す。

図２（Ａ）に示すように、本構成を用いることで、出力電圧信号は、被検出体Ｍの通過に伴い発生するピーク（Ｐ０）が一つのみの波形となり、被検出体Ｍを正確に検知することができる。この際、上述のように磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の温度（Ｔ°）が一致するので、抵抗温度特性の影響を相殺でき、被検出体Ｍの磁束密度の大きさに応じた正確な出力電圧信号レベルが得られる。一方で、図２（Ｂ）に示すように、従来の構成を用いると、出力電圧信号は被検出体Ｍが磁気抵抗素子ＭＲ１を通過した際のピーク（Ｐ１）と、被検出体が磁気抵抗素子ＭＲ２を通過した際のピーク（Ｐ２）との二つのピークを有することになる。このため、一つの被検出体に対して二つのピークが検知されることになってしまう。そして、これらのピークは、それぞれの磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の形成位置の温度に依存するので、これら形成位置の温度が相違すれば、これらを単に加減算や乗除算しても、抵抗温度特性の影響を相殺することができず、被検出体の磁束密度の大きさに応じた出力電圧信号レベルを正確に検知することができない。

次に、本発明の実施形態である第２の構成に係る磁気センサについて図を参照して説明する。

図３（Ａ）は本実施形態の磁気センサの磁気検出部２０の構成を示す平面図であり、図３（Ｂ）は磁気センサの磁気検出部２０の等価回路図である。

本実施形態に示す磁気検出部２０も、第１の構成に示した磁気検出部１０と同様に、基板２１上に感磁部や導電性の電極を形成することで、図３（Ｂ）に示す回路を構成する。そして、基板２１、感磁部、導電性の電極の材質も第１の構成と同じである。

基板２１における磁気検出部２０の形成領域の第二方向（図３（Ａ）における横方向）に沿った一方端には、電圧入力用電極２９１、グランド接続用電極２９２が形成されており、他方端には、電圧出力用電極２９３が形成されている。

基板２１における電圧入力用電極２９１およびグランド接続用電極２９２と、電圧出力用電極２９３との間の領域には、磁気抵抗素子ＭＲ１を構成する感磁部２２１〜２２５および接続ライン電極２４１〜２４６と、磁気抵抗素子ＭＲ２を構成する感磁部２３１〜２３５および接続ライン電極２５１〜２５６とが形成されている。

磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部２２１〜２２５は、長さが幅よりも大きい長尺状のパターンであり、長尺方向に沿って、半導体膜上に所定間隔で導電体からなる短絡電極が形成されている。感磁部２２１〜２２５は、長尺方向が前記第二方向に平行になるように配置されている。

感磁部２２１と感磁部２２２は第一方向において近接して配置され、感磁部２２２と感磁部２２３は第一方向において磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部２３２，２３３が形成可能な距離だけ離間されている。感磁部２２３と感磁部２２４は第一方向において近接して配置され、感磁部２２４と感磁部２２５は第一方向において磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部２３４，２３５が形成可能な距離だけ離間されている。

感磁部２２１とグランド接続用電極２９２は、接続ライン電極２４１により電気的に接続され、感磁部２２１，２２２は接続ライン電極２４２により電気的に接続される。感磁部２２２，２２３は接続ライン電極２４３により電気的に接続され、感磁部２２３、２２４は接続ライン電極２４４により電気的に接続される。感磁部２２４，２２５は接続ライン電極２４５により電気的に接続され、感磁部２２５と電圧出力用電極２９３は接続ライン電極２４６により電気的に接続される。

磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部２３１〜２３５は、長さが幅よりも大きい長尺状のパターンであり、短絡電極が形成されていない。感磁部２３１〜２３５は、感磁部２２１〜２２５と同様に、長尺方向が前記第二方向に平行になるように配置されている。

感磁部２３１は、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部２２１に対して感磁部２２２と対向する側で、感磁部２２１に近接して配置されている。

感磁部２３２と感磁部２３３は第一方向において近接するように、上述の磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部２２２と感磁部２２３との間の領域に配置されている。感磁部２３４と感磁部２３５は第一方向において近接するように、上述の磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部２２４と感磁部２２５との間の領域に配置されている。

感磁部２３１と電圧入力用電極２９１は、接続ライン電極２５１によりに電気的に接続され、感磁部２３１，２３２は接続ライン電極２５２により電気的に接続される。感磁部２３２，２３３は接続ライン電極２５３により電気的に接続され、感磁部２３３、２３４は接続ライン電極２５４により電気的に接続される。感磁部２３４，２３５は接続ライン電極２５５により電気的に接続され、感磁部２３５と電圧出力用電極２９３は接続ライン電極２５６により電気的に接続される。

このような構成とすることで、二つの磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部２２１〜２２５と磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部２３１〜２３５は、第一方向に沿って、感磁部２３１、感磁部２２１、感磁部２２２、感磁部２３２、感磁部２３３、感磁部２２３、感磁部２２４、感磁部２３４、感磁部２３５、感磁部２２５の順に配列される。

ここで、本実施形態では、構成する磁気抵抗素子が異なる組み合わせからなる隣り合う感磁部間の距離、例えば感磁部２３１と感磁部２２１との距離が、構成する磁気抵抗素子が同じ組み合わせからなる隣り合う感磁部間の距離、例えば感磁部２２１と感磁部２２２との距離よりも、さらに短く設定されている。

このような構成により、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部２３１と磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部２２１と組み合わせのように、異なる磁気抵抗素子を構成する感磁部同士が極近接された位置に配置される。これにより、第１の構成よりも、さらに磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２間での温度差が無くなり、抵抗温度特性の影響をより効果的に抑制した出力電圧信号を得ることができる。

また、本実施形態においても感磁部の配列方向を被検出体搬送方向に直交させることで、被検出体の検知を正確に行うことができる。

次に、第３の構成に係る磁気センサについて図を参照して説明する。

図４（Ａ）は第３の構成の磁気センサの磁気検出部３０の構成を示す平面図であり、図４（Ｂ）は磁気センサの磁気検出部３０の等価回路図である。

本磁気センサの磁気検出部３０は、上述の第１、第２の構成に示したような出力電圧信号が一つ得られる構成ではなく、一つの電圧入力に対して、二つの出力電圧信号が得られる構成である。すなわち、図４（Ｂ）に示すように等価回路としては、電圧入力端子Ｖｉｎとグランド端子（ＧＮＤ）との間に、磁気抵抗素子ＭＲ３，ＭＲ１の直列回路と、磁気抵抗素子ＭＲ２，ＭＲ４の直列回路とが並列接続され、磁気抵抗素子ＭＲ３，ＭＲ１の接続点が電圧出力端子Ｖｏｕｔ−Ａに接続され、磁気抵抗素子ＭＲ２，ＭＲ４の接続点が電圧出力端子Ｖｏｕｔ−Ｂに接続される。

また、本構成に示す磁気検出部３０も、第１、第２の構成に示した磁気検出部１０，２０と同様に、基板３１上に感磁部や導電性の電極を形成することで、図４（Ｂ）に示す回路を構成する。そして、基板３１、感磁部、導電性の電極の材質も第１、第２の構成と同じである。

基板３１における磁気検出部３０の形成領域の第二方向（図４（Ａ）における横方向）に沿った一方端には、電圧入力端子Ｖｉｎに対応する二つの電圧入力用電極３９１１，３９１２と、電圧出力端子Ｖｏｕｔ−Ａに対応する一つ電圧出力用電極３９３１が形成されており、他方端には、グランド端子ＧＮＤに対応する二つのグランド接続用電極３９２１，３９２２と、電圧出力端子Ｖｏｕｔ−Ｂに対応する一つ電圧出力用電極３９３２が形成されている。

基板３１における第二方向の一方端と他方端との間の領域には、磁気抵抗素子ＭＲ１を構成する感磁部３２１１，３２２１，３２３１および接続ライン電極３４１１，３４２１，３４３１，３４４１と、磁気抵抗素子ＭＲ２を構成する感磁部３３１２，３３２２，３３３２および接続ライン電極３５１２，３５２２，３５３２，３５４２と、磁気抵抗素子ＭＲ３を構成する感磁部３３１１，３３２１および接続ライン電極３５１１，３５２１，３４４１と、磁気抵抗素子ＭＲ４を構成する感磁部３２１２，３２２２および接続ライン電極３４１２，３４２２，３５４２とが形成されている。ここで、電圧出力用電極３９３１に接続する接続ライン電極３４４１は磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ３で共通であり、電圧出力用電極３９３２に接続する接続ライン電極３５４２は磁気抵抗素子ＭＲ２，ＭＲ４で共通である。

磁気抵抗素子ＭＲ１を構成する感磁部３２１１，３２２１，３２３１は、長さが幅よりも大きい長尺状のパターンであり、長尺方向に沿って、半導体膜上に所定間隔で導電体からなる短絡電極が形成されている。感磁部３２１１，３２２１，３２３１は、長尺方向が前記第二方向に平行になるように配置されている。

感磁部３２１１と感磁部３２２１は、第一方向において、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部３３３２、３３２２、磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁部３２２２，３２１２が形成可能な距離だけ離間されている。感磁部３２２１と感磁部３２３１は、第一方向において磁気抵抗素子ＭＲ３の感磁部３３１１，３３２１が形成可能な距離だけ離間されている。

感磁部３２１１とグランド接続用電極３９２１は接続ライン電極３４１１により電気的に接続され、感磁部３２１１，３２２１は接続ライン電極３４２１により電気的に接続され、感磁部３２２１，３２３１は接続ライン電極３４３１により電気的に接続され、感磁部３２３１と電圧出力用電極３９３１は接続ライン電極３４４１により電気的に接続されている。

磁気抵抗素子ＭＲ２を構成する感磁部３３１２，３３２２，３３３２は、長さが幅よりも大きい長尺状のパターンであり、長尺方向に沿って、半導体膜上に所定間隔で導電体からなる短絡電極が形成されている。感磁部３３１２，３３２２，３３３２は、長尺方向が前記第二方向に平行になるように配置されている。

感磁部３３３２は、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部３２１１，３２２１間における、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部３２１１に近接して設置されている。感磁部３３２２は、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部３２１１，３２２１間における、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部３２２１に近接して設置されている。この際、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部３３３２，３３２２は、第一方向において磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁部３２１２，３２２２が形成可能な距離だけ離間されている。

感磁部３３１２は、第一方向において磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部３２３１に対して感磁部３２２１，３３２２と反対側で且つ感磁部３２３１に近接して配置されている。

感磁部３３１２と電圧入力用電極３９１２は接続ライン電極３５１２により電気的に接続され、感磁部３３１２，３３２２は接続ライン電極３５２２により電気的に接続され、感磁部３３２２，３３３２は接続ライン電極３５３２により電気的に接続され、感磁部３３３２と電圧出力用電極３９３２は、接続ライン電極３５４２により電気的に接続されている。

磁気抵抗素子ＭＲ３を構成する感磁部３３１１，３３２１は、長さが幅よりも大きい長尺状のパターンであり、半導体膜上に導電体からなる短絡電極は形成されていない。感磁部３３１１，３３２１は、長尺方向が前記第二方向に平行になるように配置されている。

感磁部３３１１，３３２１は、第一方向における磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部３２２１，３２３１間に、近接するように配置されている。

感磁部３３１１と電圧入力用電極３９１１は接続ライン電極３５１１により電気的に接続され、感磁部３３１１，３３２１は接続ライン電極３５２１により電気的に接続され、感磁部３３２１と電圧出力用電極３９３１は、接続ライン電極３４４１により電気的に接続されている。

磁気抵抗素子ＭＲ４を構成する感磁部３２１２，３２２２は、長さが幅よりも大きい長尺状のパターンであり、半導体膜上に導電体からなる短絡電極は形成されていない。感磁部３２１２，３２２２は、長尺方向が前記第二方向に平行になるように配置されている。

感磁部３２１２，３２２２は、第一方向における磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部３３３２，３３２２間に、近接するように配置されている。

感磁部３２１２とグランド接続用電極３９２２は接続ライン電極３４１２により電気的に接続され、感磁部３２１２，３２２２は接続ライン電極３４２２により電気的に接続され、感磁部３２２２と電圧出力用電極３９３２は、接続ライン電極３５４２により電気的に接続されている。

このような構成とすることで、基板３１上の第一方向に沿って、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部３２１１、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部３３３２、磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁部３２２２，３２１２、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部３３２２、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部３２２１、磁気抵抗素子ＭＲ３の感磁部３３１１，３３２１、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部３２３１、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部３３１２が順に近接して配置される。

これにより、磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４の感磁部は、磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４毎に集中せず、入り組んだ構成となる。この結果、一つの入力電圧で二つの出力電圧が得られる磁気センサであっても、上述の各構成のように、磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４の抵抗温度特性による影響を抑制することができる。

なお、このような磁束変化に対する応答が時間軸上で一致する二つの出力電圧信号が得られることを利用し、これら二つの出力電圧信号の一方を極性反転処理して、二つの出力電圧信号を加算することで、よりピークレベルが高く、ピークが一つとなる検出信号を得ることができる。これにより、磁束密度の差に応じた検出信号のレベル差も大きくなるので、磁束密度に対する検出分解能を向上させることができ、より高精度な磁気センサを実現することができる。

次に、第４の構成に係る磁気センサについて図を参照して説明する。

図５（Ａ）は本構成の磁気センサの磁気検出部４０の構成を示す平面図であり、図５（Ｂ）は磁気センサの磁気検出部４０の等価回路図である。

上述の第１〜第３の構成の各磁気センサの磁気検出部では接続ライン電極の全てを基板の表面に直接形成した例を示したが、本構成の磁気センサの磁気検出部４０は、接続ライン電極の一部が感磁部等の上面に形成された保護膜４２の表面に形成されているものである。

具体的には、磁気検出部４０は以下の構成からなる。
基板４１における磁気検出部４０の形成領域の第一方向（図５（Ａ）における縦方向）に沿った一方端には、電圧入力用電極４９１、グランド接続用電極４９２が形成されており、他方端には、電圧出力用電極４９３が形成されている。

基板４１における電圧入力用電極４９１およびグランド接続用電極４９２と、電圧出力用電極４９３との間の領域には、磁気抵抗素子ＭＲ１を構成する感磁部４２１〜４２４と、磁気抵抗素子ＭＲ２を構成する感磁部４３１〜４３４とが形成されている。

磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部４２１〜４２４は、長さが幅よりも大きい長尺状のパターンであり、長尺方向に沿って、半導体膜上に所定間隔で導電体からなる短絡電極が形成されている。感磁部４２１〜４２４は、長尺方向が前記第二方向に平行になるように配置されている。

磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部４３１〜４３４は、長さが幅よりも大きい長尺状のパターンであり、短絡電極が形成されていない。感磁部４３１〜４３４は、感磁部４２１〜４２４と同様に、長尺方向が前記第二方向に平行になるように配置されている。

そして、これら感磁部４２１〜４２４，４３１〜４３４は、第一方向に沿って、構成する磁気抵抗素子が順に交代するように、近接して配置されている。すなわち、電圧入力用電極４９１、グランド接続用電極４９２の形成領域側から順に、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部４３１、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部４２１、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部４３２、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部４２２、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部４３３、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部４２３、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部４３４、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部４２４が配置されている。

また、基板４１上には、接続ライン電極４４１，４４２，４４３，４４５，４５１，４５５が形成されている。接続ライン電極４４１はグランド接続用電極４９２と感磁部４２１とを電気的に接続し、接続ライン電極４４２は感磁部４２１，４２２を電気的に接続し、接続ライン電極４４３は感磁部４２２，４２３を電気的に接続し、接続ライン電極４４５は感磁部４２４と電圧出力用電極４９３とを電気的に接続する。接続ライン電極４５１は電圧入力用電極４９１と感磁部４３１とを電気的に接続し、接続ライン電極４５５は感磁部４３４と電圧出力用電極４９３とを電気的に接続する。

このような感磁部群と接続ライン電極群との表面には、絶縁性を有する保護膜４２が形成されている。保護膜４２の表面には、接続ライン電極４５２，４５３，４５４，４４４が形成されている。接続ライン電極４５２は保護膜４２に形成された図示しないビアホールを介して感磁部４３１，４３２を電気的に接続し、接続ライン電極４５３は保護膜４２に形成された図示しないビアホールを介して感磁部４３２，４３３を電気的に接続し、接続ライン電極４５４は保護膜４２に形成された図示しないビアホールを介して感磁部４３３，４３４を電気的に接続する。また、接続ライン電極４４４は保護膜４２に形成された図示しないビアホールを介して感磁部４２３，４２４を電気的に接続する。

このような構成とすることで、異なる磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２をそれぞれに構成する複数の感磁部が、一本毎に第一方向に沿って順次交代しながら配置される。これにより、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２での温度を、さらに正確に一致させることができる。

また、接続ライン電極を二層に分けて配置することで、電極の引き回しパターンを容易にすることができる。

次に、さらに第５の構成に係る磁気センサについて図を参照して説明する。

図６（Ａ）は本構成の磁気センサの磁気検出部５０の構成を示す平面図であり、図５（Ｂ）は磁気センサの磁気検出部５０の等価回路図である。

本構成の磁気センサの磁気検出部５０は、図４の構成で示したような一入力二出力の磁気センサに対して、図５の構成で示した接続ライン電極の二層構造を適用したものである。

具体的には、磁気検出部５０は以下の構成からなる。
基板５１における磁気検出部５０の形成領域の第二方向（図６（Ａ）における横方向）に沿った一方端には、電圧入力用電極５９１１，５９１２、グランド接続用電極５９２１，５９２２が形成されており、他方端には、電圧出力用電極５９３１，５９３２が形成されている。

また、基板５１には、磁気抵抗素子ＭＲ１を構成する感磁部５２１１，５２２１，５２３１と、磁気抵抗素子ＭＲ２を構成する感磁部５３１２，５３２２，５３３２と、磁気抵抗素子ＭＲ３を構成する感磁部５３１１，５３２１，５３３１と、磁気抵抗素子ＭＲ４を構成する感磁部５２１２，５２２２，５２３２とが形成されている。

磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の感磁部５２１１，５２２１，５２３１、５３１２，５３２２，５３３２は、長さが幅よりも大きい長尺状のパターンであり、短絡電極が形成されておらず、長尺方向が前記第二方向に平行になるように配置されている。

磁気抵抗素子ＭＲ３，ＭＲ４の感磁部５３１１，５３２１，５３３１，５２１２，５２２２，５２３２は、長さが幅よりも大きい長尺状のパターンであり、長尺方向に沿って半導体膜上に所定間隔で導電体からなる短絡電極が形成されており、長尺方向が前記第二方向に平行になるように配置されている。

そして、これらの感磁部は、第一方向に沿って、構成する磁気抵抗素子が順に一本ずつ交代するように、近接して配置されている。すなわち、磁気検出部５０の形成領域における第一方向の一方端（図６（Ａ）の上端）から順に、磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁部５２３２、磁気抵抗素子ＭＲ３の感磁部５３１１、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部５３３２、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部５２１１、磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁部５２２２、磁気抵抗素子ＭＲ３の感磁部５２３１、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部５３２２、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部５２２１、磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁部５２１２、磁気抵抗素子ＭＲ３の感磁部５３３１、磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部５３１２、磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部５２３１が配置されている。

また、基板５１上には、磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４と電圧入力用電極、電圧出力用電極、グランド接続用電極とを接続する接続ライン電極５４１１，５４１２，５４４１，５４４２，５５１１，５５１２，５５４１，５５４２が形成されている。

接続ライン電極５４１１は磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部５２１１とグランド接続用電極５９２１とを接続し、接続ライン電極５４１２は磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁部５２１２とグランド接続用電極５９２２とを接続する。接続ライン電極５４４１は磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部５２３１と電圧出力用電極５９３１とを接続し、接続ライン電極５４４２は磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁部５２３２と電圧出力用電極５９３２とを接続する。接続ライン電極５５１１は磁気抵抗素子ＭＲ３の感磁部５３１１と電圧入力用電極５９１１とを接続し、接続ライン電極５５１２は磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部５３１２と電圧入力用電極５９１２とを接続する。接続ライン電極５５４１は磁気抵抗素子ＭＲ３の感磁部５３３１と電圧出力用電極５９３１とを接続し、接続ライン電極５５４２は磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部５３３２と電圧出力用電極５９３２とを接続する。

このような感磁部群と接続ライン電極群との表面には、絶縁性を有する保護膜５２が形成されている。保護膜５２の表面には、各磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４内における複数の感磁部を接続する接続ライン電極５４２１，５４３１，５５２２，５５３２，５５２１，５５３１，５４２２，５４３２が形成されている。

接続ライン電極５４２１は磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部５２１１，５２２１を接続し、接続ライン電極５４３１は磁気抵抗素子ＭＲ１の感磁部５２２１，５２３１を接続する。接続ライン電極５５２２は磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部５３１２，５３２２を接続し、接続ライン電極５５３２は磁気抵抗素子ＭＲ２の感磁部５３２２，５３３２を接続する。接続ライン電極５５２１は磁気抵抗素子ＭＲ３の感磁部５３１１，５３２１を接続し、接続ライン電極５５３１は磁気抵抗素子ＭＲ３の感磁部５３２１，５３３１を接続する。接続ライン電極５４２２は磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁部５２１２，５２２２を接続し、接続ライン電極５４３２は磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁部５２２２，５２３２を接続する。なお、図示していないが、これらの接続ライン電極は、保護膜５２に形成されたビアホールを介して各感磁部へ接続している。

このような構成とすることで、異なる磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４をそれぞれに構成する複数の感磁部が、一本毎に第一方向に沿って順次交代しながら配置される。これにより、磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４での温度を、さらに正確に一致させることができる。

また、接続ライン電極を二層に分けて配置することで、電極の引き回しパターンを容易にすることができる。

なお、本発明の磁気センサにおいては、上述の磁気検出部の他に、バイアス磁界を印加する磁石（図示せず）を備えてもよい。このようにバイアス磁界を印加することで、磁気センサの通過磁束変化による抵抗値変化をより高感度な領域へシフトさせることができるので、上述の各作用効果と組み合わせることで、さらに高感度且つ高精度な温度依存性の低い磁気センサを構成することができる。

第１の構成の磁気センサ１０の構成を示す平面図および等価回路図である。 第１の構成の磁気センサ１０と従来の構成の磁気センサとの出力電圧信号の波形を説明するための図である。 第２の構成の磁気センサ２０の構成を示す平面図および等価回路図である。 第３の構成の磁気センサ３０の構成を示す平面図および等価回路図である。 第４の構成の磁気センサ４０の構成を示す平面図および等価回路図である。 第５の構成の磁気センサ５０の構成を示す平面図および等価回路図である。

１０，２０，３０，４０，５０−磁気センサの磁気検出部、１１，２１，３１，４１，５１−基板、４２，５２−保護膜、１２１〜１２４，１３１〜１３４，２２１〜２２５，２３１〜２３５−感磁部、１４１〜１４５，１５１〜１５５，２４１〜２４６，２５１〜２５６−接続用ライン電極、１９１，２９１−電圧入力用電極、１９２，２９２−グランド接続用電極、１９３，２９３−電圧出力用電極、ＭＲ１〜ＭＲ４−磁気抵抗素子、Ｍ−被検出体

Claims (2)

1. 通過磁束により抵抗値の変化する感磁部を基板表面に形成してなる複数の磁気抵抗素子を直列接続し、該直列接続された複数の磁気抵抗素子によって分圧される電圧を出力信号とする磁気検出部を備え、前記複数の磁気抵抗素子は被検出体の搬送時に被検出体による磁束変化を検出する磁気センサであって、
   前記磁気抵抗素子のそれぞれは、長尺状に形成された複数の前記感磁部と、該複数の前記感磁部を直列接続する接続導体部と、を有し、
   全ての磁気抵抗素子の感磁部は、前記長尺方向が一致し且つ長尺方向に直交する方向に配列して形成され、
   前記複数の磁気抵抗素子は異なる感度を有し、
   前記複数の磁気抵抗素子を構成する一つの磁気抵抗素子の一つの感磁部と、前記一つの磁気抵抗素子と感度の異なる別の磁気抵抗素子の一つの感磁部とが隣り合うように配置された一対の配列が複数形成されるように、前記一つの磁気抵抗素子を構成する少なくとも一つの感磁部が当該一つの磁気抵抗素子を構成する他の複数の感磁部に対して両側から隣り合わないように、全ての磁気抵抗素子の感磁部が配置されており、
   前記複数の磁気抵抗素子をそれぞれ構成する複数の感磁部は、前記長尺方向に垂直な方向に沿って平行に配置され、且つ、前記被検出体に対する前記複数の磁気抵抗素子は、前記被検出体の搬送時に磁束の変化に応じた全ての磁気抵抗素子の抵抗値変化が時間軸上で一致するように前記長尺方向が被検出体の搬送方向に平行になるように配置され、
   前記一つの磁気抵抗素子を構成する配列方向に隣り合い中間に他の磁気抵抗素子の感磁部を挟まない感磁部の間隔よりも、感度の異なる各磁気抵抗素子を構成する配列方向に隣り合う感度の異なる感磁部同士の間隔の方が狭くなっている、磁気センサ。
2. 配列方向に並ぶ全ての感磁部を等間隔で配置した間隔よりも、前記感度の異なる各磁気抵抗素子を構成する配列方向に隣り合う感度の異なる感磁部同士の間隔の方が狭くなっている、請求項１に記載の磁気センサ。

Images