JPH1070325A - 外部磁界を検出するためのセンサ装置 - Google Patents

外部磁界を検出するためのセンサ装置

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JPH1070325A
JPH1070325A JP9137924A JP13792497A JPH1070325A JP H1070325 A JPH1070325 A JP H1070325A JP 9137924 A JP9137924 A JP 9137924A JP 13792497 A JP13792497 A JP 13792497A JP H1070325 A JPH1070325 A JP H1070325A
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Wolfgang Dr Clemens
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 軟磁性の測定層と、予め定められた磁化方向
を有する磁気的に硬いバイアス層部分とを含んでおり、
また大きい磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を示すそれぞれ１つ
の薄膜構造を有する多数の磁気抵抗式センサ要素を有す
る外部磁界を検出するためのセンサ装置を、少数のセン
サ要素により外部磁界の方向および／または強さの検出
が可能とされるように構成する。その際に要素の全体の
温度依存性の影響も抑制する。 【解決手段】 バイアス層部分の磁化方向ｍ1 、ｍ2 が
少なくともほぼ互いに逆並列に向けられまた基準線ｂを
定めるセンサ要素の少なくとも１つの対Ｓ１、Ｓ２が設
けられており、またバイアス層部分の磁化方向ｍ3 、ｍ
3 ´、ｍ4 、ｍ4´が前記基準線ｂと予め定められた角
度βをなす少なくとも１つの別のセンサ要素Ｓ３、Ｓ３
´、Ｓ４、Ｓ４´が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、軟磁性の測定層と
予め定められた磁化方向を有する磁気的に硬いバイアス
層部分とを含みまた大きい磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を示
すそれぞれ１つの薄膜構造を有する多数の磁気抵抗式セ
ンサ要素を備えた外部磁界を検出するためのセンサ装置
に関する。このようなセンサ装置はドイツ特許出願公開
第4427495号明細書に記載されている。
【０００２】
【従来の技術】Ｎｉ、ＦｅまたはＣｏおよびそれらの合
金のような強磁性の遷移金属から成る層では電気抵抗は
材料を貫く磁界の大きさおよび方向に関係して変化し得
る。このような層において生ずる効果は異方性の磁気抵
抗（ＡＭＲ）または異方性の磁気抵抗効果と呼ばれる。
この効果は物理的には相い異なるスピンおよびＤバンド
のスピン極性を有する電子の相い異なる散乱断面積に基
づいている。従って電子は多数または少数電子と呼ばれ
る。相応の磁気抵抗式センサに対して一般に層平面内に
磁化方向を有するこのような磁気抵抗性材料から成る薄
い層が設けられている。その場合電流方向に対する磁化
方向の回転の際の抵抗変化は通常の等方性（＝オーム
性）抵抗の数％であり得る。
【０００３】さらに、少し前から、それぞれ非磁性の中
間層により互いに隔てられまたそれぞれ好ましくは層平
面内に位置する磁化方向を有するスタックとして配置さ
れている多数の層を含んでいる磁気抵抗式層システムが
知られている。その際個々の層の厚みは伝導電子の平均
自由波長よりも明らかに小さく選ばれている。このよう
な多層システムでは前記の異方性の磁気抵抗効果（ＡＭ
Ｒ）に対して追加的にいわゆるジャイアント‐磁気抵抗
効果またはジャイアント‐磁気抵抗（ＧＭＲ）が生じ得
る（たとえばヨーロッパ特許出願公開第0483373号明細
書参照）。このようなＧＭＲ効果は強磁性の層とそれに
隣接する中間層との間の境界面における多数および少数
の伝導電子の相い異なる強さの散乱ならびにこれらの層
内での散乱効果に基づいている。その際ＧＭＲ効果は等
方性の効果である。この効果は異方性の効果（ＡＭＲ）
よりも著しく大きく、通常の等方性の抵抗の少なくとも
７０％までの値をとり得る。ＧＭＲ効果を示す第１の形
式の多層システムでは隣接する磁性層は外部磁界なしで
は相互結合に基づいて磁気的に逆並列に向けられてい
る。この向きは次いで外部磁界により並列な向きに移行
させられる。それにくらべて第２の形式のＧＭＲ多層シ
ステムは、（磁気的に軟かい）測定層よりも磁気的に硬
いバイアス層またはバイアス層部分を有する。これらの
両層は非磁性の中間層により互いに磁気的に脱結合され
ている。互いに何等かの形で外部磁界なしで、両磁性層
の磁化方向は向き合っており、たとえば逆並列である。
次いで外部磁界の影響のもとに、軟磁性の測定層の磁化
方向は磁界方向に相応して向けられ、他方において磁気
的に硬いほうのバイアス層の磁化方向は不変にとどま
る。その際に両磁性層の磁化方向の間の角度は多層シス
テムの抵抗を決定する。すなわち並列な向きでは抵抗は
小さく、また逆並列な向きでは抵抗は大きい。磁気抵抗
式センサではこの事実が利用される。
【０００４】ブリッジ回路として接続された４つの磁気
抵抗式センサ要素を有するセンサ装置は冒頭に記載した
ドイツ特許出願公開明細書に端を発している。その際に
各ブリッジ枝路の２つのセンサ要素は、少なくともほぼ
互いに逆並列に向けられているそれらのバイアス層部分
の磁化方向を有する。これらのセンサ要素は従って前記
の第２の形式のものである。
【０００５】第２の形式のＧＭＲセンサ要素を有するこ
のような多層システムでは電気抵抗は２つの部分、すな
わち磁界に敏感な部分ΔＲとそれと無関係な基本抵抗Ｒ
0 とに分解できる。その際敏感なシステムでは磁界に敏
感な部分ΔＲはたとえば基本抵抗Ｒ0 の５ないし３０％
である。センサ信号の電子的評価の際に基本抵抗Ｒ0は
有害なオフセット電圧として作用する。さらに、特に基
本抵抗Ｒ0 が動作温度Ｔへの依存性を有することが判明
している。たとえば室温Ｔa では、ホノンの温度に強く
関係する寄与に起因する基本抵抗Ｒ0 は近似的にＴ／Ｔ
a に比例しており、またたとえばケルビンあたり約０．
１％である。このような変化は多くの応用例に対して望
ましくない。この理由から、追加的な温度センサを有す
る個々の磁気抵抗式センサが設けられており、または４
つのセンサを有するブリッジ回路の構成に移行してい
る。
【０００６】それぞれ磁気的に硬いほうのバイアス層部
分および磁気的に軟かいほうの測定層を有する第２の形
式の磁性層システムを有する４つのＧＭＲセンサ要素か
らなる公知のブリッジ回路によっては、外部磁界の成分
に関する１８０°の角度範囲のみが検出され得る。従っ
て、３６０°の全角度範囲に対しては、ブリッジ回路を
有する別のセンサ装置を設ける必要があり、その際に両
ブリッジの基準軸線は互いに直交している。すなわち、
角度情報に対して互いに垂直な磁化方向を有する２つの
センサ装置が、またオフセット電圧補償に対してブリッ
ジ回路を有するセンサ装置が必要である。しかしこのこ
とは、全体として相応に大きい面積を占め、また互いに
平衡されなければならない８つのセンサ要素が必要とさ
れることを意味する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に記載した特徴を有するセンサ装置を、少数のセンサ要
素により外部磁界の方向および／または強さの検出が可
能となるように構成することにあり、その際に要素の全
体の温度依存性の影響も抑制されなければならない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、バイアス層部分の磁化方向が少なくともほぼ互い
に逆並列に向けられ、また基準線を定めるセンサ要素の
少なくとも１つの対が設けられ、バイアス層部分の磁化
方向が前記基準線と予め定められた角度をなす少なくと
も１つの別のセンサ要素が設けられることにより解決さ
れる。
【０００９】センサ装置のこの構成と結び付けられ利点
は特に、電気抵抗の両部分、すなわち磁界依存性の部分
および温度依存性の部分が別々に電子的に評価され、そ
の際にオフセット電圧がもはや与えられていないことに
ある。すなわち本発明は、基準方向を定める逆並列の磁
化方向をバイアス層部分に有する少なくとも２つのセン
サ要素が実質上純粋に温度依存性の信号を発生するため
に利用され得るという認識から出発している。その際に
第１の電流枝路は温度補償のためにも１８０°までの方
向決定のためにも必要とされる。それに対して、別の電
流枝路は検出すべき角度範囲を３６０°まで高め、およ
び／またはより正確に検出する役割をする。センサ装置
の寸法は、センサ要素の数が最小でするために、相応に
小さくすることができる。従って、このようなセンサ装
置は経済的に製造することができる。
【００１０】本発明によるセンサ装置の有利な実施態様
は従属請求項に記載されている。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図面中で相応する部分には同一の符号が付
されている。
【００１２】本発明によるセンサ装置に適したセンサ要
素は、非常に大きい磁気抵抗効果ＧＭＲを示す多層シス
テムを有する磁気抵抗性要素の薄膜技術で製造される公
知の実施例から出発している。このような多層システム
はそれ自体は公知である（たとえばヨーロッパ特許出願
公開第0483373号またはドイツ特許出願公開第 4232244
号、第 4243357号または第 4243358号明細書参照）。そ
の磁気抵抗効果Ｍr は少なくとも２％でなければならな
い。その際に定義により
【数１】 Ｍr ＝〔Ｒ（↑↓）−Ｒ（↑↑）〕／Ｒ（↑↑） が成立する。センサ要素の磁界方向感受性のゆえに磁気
抵抗効果Ｍr はバイアス層または相応のバイアス層部分
に関する測定層の逆並列の向きと並列の向きとの間の抵
抗の差を示す。その際に、磁気的に軟かいほうの測定層
が外部の磁界の方向を向き、他方において磁気的に硬い
バイアス層が磁化方向を維持することから出発する。上
記の式において測定層およびバイアス層の磁化の相互の
向きは矢印の位置により示されている。
【００１３】相応のセンサ要素は、基板の上に被覆され
た、ＧＭＲ要素に対して典型的な薄膜パイルを含んでい
る。この薄膜パイルはなかんずく１つまたはそれ以上の
層を含んでいる磁気的なバイアス層部分を有する。この
バイアス層部分により固定的な磁化方向がセンサ要素の
基準方向として予め定められている。図１中にはセンサ
要素Ｓ１におけるこの磁化方向が参照符号ｍ1 を付され
た矢印線により示されている。この矢印線は示されてい
るセンサ要素に対して基準方向または基準線を示す。
【００１４】さらに、相応のセンサ要素は軟磁性の測定
層を有しその磁化方向は外部に与えられる磁界のほうを
向いている。センサ要素の抵抗はバイアス層部分の磁化
にくらべての測定層の磁化の相対的な向きに関係する。
この抵抗変化が、与えられた磁界の方向、従ってまたた
とえば回転位置または絶対位置を決定するために利用さ
れ得る（国際特許出願公開第94/17426号明細書参照）。
【００１５】このようなセンサ要素の抵抗Ｒは主として
基本抵抗Ｒ0 および磁界に敏感な抵抗ΔＲから成ってい
る。その際に基本抵抗は主として温度Ｔのみに関係し、
他方において磁界に敏感な部分は温度Ｔにも、また外部
の磁界Ｈが予め定められた磁界の強さの範囲内でセンサ
要素の基準方向ｂ1 となす角度αにも関係する（図１参
照）。すなわち
【数２】 Ｒ（α，Ｔ）＝Ｒ0 （Ｔ）＋ΔＲ（α，Ｔ） （１） である。
【００１６】磁界に敏感な部分の角度依存性は主として
角度αのコサイン状の関係により記述することができ
る。図１のダイアグラムは相応の曲線
【数３】 Ｒ（α，Ｔ）＝Ｒ0 （Ｔ）＋（１／２）・ΔＲ（Ｔ）〔１−ｃｏｓα〕（２） を示す。その際にダイアグラムで縦座標には抵抗Ｒが
（任意の単位で）、また横座標には角度αが（度で）と
られている。値Ｒ＝Ｒ0 の際にバイアス層部分および測
定層の磁化方向は並列に向けられており、他方において
Ｒ＝Ｒ0 ＋ΔＲの際の磁化方向は逆並列に延びている。
【００１７】電流Ｉを流されるセンサ要素では相応の電
圧Ｕを測定することができる。
【数４】 Ｕ（α，Ｔ）＝Ｒ（α，Ｔ）／Ｉ ＝Ｕ0 （Ｔ）＋ΔＵ（α，Ｔ） ＝Ｕ0 （Ｔ）＋（１／２）・ΔＵ（Ｔ）〔１−ｃｏｓα〕（３）
【００１８】本発明によるセンサ装置は、すべて可能な
かぎりほぼ同一の基本抵抗Ｒ0 （Ｔ）および磁界感受性
の抵抗ΔＲ（α，Ｔ）を有する少なくとも３つの相応の
センサ要素を含んでいる。従って、すべての要素は特に
等しい構成および等しい形状を有し得る。有利には、図
２の実施例の基礎となっているように、４つのセンサ要
素Ｓ１ないしＳ４を有するそれ自体は公知のブリッジ配
置（ブリッジ回路）Ｂ１が設けられていてよい（たとえ
ば文献シュリューファー（E.Schruefer) 著「電気測定
技術(Elektrische Messtechnik) 」第６版、１９９５
年、カール・ハンザー（Carl Hanser ）出版、ミュンヘ
ン、第２２６〜２３７頁参照）。図示のブリッジ回路Ｂ
１は、ブリッジの２つの接続点Ａ１とＡ２との間に並列
接続されており、また２つの独立した半ブリッジである
２つの電流またはブリッジ枝路Ｚ１およびＺ２を含んで
いる。ブリッジを介して接続点Ａ１およびＡ２に電流Ｉ
が導かれなければならない。各ブリッジ枝路Ｚ１および
Ｚ２は直列に接続されている２つのセンサ要素Ｓ１およ
びＳ２またはＳ３およびＳ４を含んでいる。各ブリッジ
枝路の両要素の間にブリッジの測定点Ｐ１またはＰ２が
位置している。これらの測定点から測定電圧Ｕ２または
Ｕ３が取り出される。その際に本発明によるブリッジで
は測定点の間のブリッジ電圧を電圧間の簡単な差形成に
より得ることは可能でない。なぜならば、半ブリッジで
ある各々の電流枝路は独立的に考察しなければならな
い、すなわち電圧Ｕ２およびＵ３を独立的に取り出さな
ければならないからである。図面中にはさらに個々のセ
ンサ要素Ｓ１およびＳ４のところにそのつどのバイアス
層部分の方向付けられた磁化ｍ1 ないしｍ4 が矢印線に
より示されている。その際にたとえば磁化ｍ1 およびｍ
2 はセンサ装置の基準線ｂを決定する。本発明によれ
ば、各ブリッジ枝路Ｚ１、Ｚ２において両センサ要素Ｓ
１、Ｓ２またはＳ３、Ｓ４は、それぞれ少なくとも近似
的に逆並列に向けられている磁化ｍ1 、ｍ2 または
ｍ3 、ｍ4 を有する。さらに、第１のブリッジ枝路Ｚ１
内のセンサ要素Ｓ１、Ｓ２のバイアス層部分の磁化
ｍ1 、ｍ2 または基準線ｂは、それらが他方のブリッジ
枝路Ｚ２内のセンサ要素Ｓ３、Ｓ４のバイアス層部分の
磁化ｍ3 、ｍ4 により相応に決定される基準線と零また
は１８０°に等しくない角度をなすように延びていなけ
ればならない。有利には１０°と１７０°との間、特に
２０°と１６０°との間、好ましくは４０°と１４０°
との間の角度が選ばれる。図２による実施例によれば、
磁化ｍ1 、ｍ3 またはｍ2 およびｍ4はそれぞれ少なく
とも近似的に互いに直交している。その際に、ブリッジ
回路のすべてのセンサ要素が可能なかぎり同一の基本抵
抗Ｒ0 （Ｔ）および磁界に敏感な抵抗ΔＲ（α，Ｔ）を
有すると有利である。その場合、ブリッジを経て電流Ｉ
を流せば、接続点Ａ１および測定点Ｐ１およびＰ２に、
基準線ｂにくらべての外部磁界Ｈの角度αに関係する電
圧Ｕ１、Ｕ２およびＵ３が得られる。図示の実施例によ
れば、接続点Ａ２は零電位におかれている。
【００１９】縦座標方向に電圧Ｕ（任意の単位で）、ま
た横座標方向に角度α（度で）が示されている図３のダ
イアグラムから、下記の電圧が生ずる。
【数５】 Ｕ１＝２〔Ｕ0 （Ｔ）＋（１／２）・ΔＵ（Ｔ）〕 Ｕ２＝Ｕ0 （Ｔ）＋（１／２）・ΔＵ（Ｔ）（１＋ｃｏｓα） Ｕ３＝Ｕ0 （Ｔ）＋（１／２）・ΔＵ（Ｔ）（１＋ｓｉｎα） （４）
【００２０】Ｕ0 は基本抵抗により決定される電圧であ
る。電圧Ｕ１、従ってまたブリッジ抵抗はこうして主と
してセンサ装置の温度のみに関係し、与えられた磁界に
は関係しない。電圧Ｕ１、Ｕ２およびＵ３の相応の差し
引きにより、電圧ΔＵの磁界に敏感な部分のみに関係す
る信号が得られる。
【数６】 Ｕ２−（１／２）・Ｕ１＝（１／２）・ΔＵ（Ｔ）ｃｏｓα Ｕ３−（１／２）・Ｕ１＝（１／２）・ΔＵ（Ｔ）ｓｉｎα （５）
【数７】 ２・Ｕ２−Ｕ１＝ΔＵ（Ｔ）ｃｏｓα ２・Ｕ３−Ｕ１＝ΔＵ（Ｔ）ｓｉｎα （６）
【００２１】式（５）中に示されている差はたとえば図
４に示されているような回路により得られる。この回路
の両抵抗Ｒ´およびＲ´´は高抵抗でなければならず、
また電圧Ｕ１に対する分圧器としての役割をする。セン
サ要素の抵抗の製造に起因する差のゆえに抵抗Ｒ´およ
びＲ´´は等しくないことがある。しかし以下では、Ｒ
´＝Ｒ´´である理想的な場合を仮定する。その際に回
路の中央の菱形は図２による４つのセンサ要素Ｓ１ない
しＳ４を有する本発明によるセンサ装置のブリッジ配置
Ｂ１を示す。回路の２つの演算増幅器は符号Ｏ１または
Ｏ２を付されている。これらの出力端ａ１またはａ２か
ら式（５）による電圧Ｕ２−（１／２）・Ｕ１またはＵ
３−（１／２）・Ｕ１が取り出される。これらの電圧信
号の曲線は図５のダイアグラムに示されている。その際
に縦座標方向には電圧Ｕが（任意の単位で）、また横座
標方向には角度αが（度で）とられている。このダイア
グラムからわかるように、±（１／２）・ΔＵの振幅を
有する２つのコサインまたはサイン状の電圧信号が得ら
れる。この値は通常の標準ブリッジの電圧信号の半分に
相当する。
【００２２】式（６）からわかるような電圧差はたとえ
ば図６に示されている回路により得られる。図４による
実施例にくらべて、ここではもう２つの別の演算増幅器
Ｏ３、Ｏ４またはＯ５、Ｏ６が必要である。その際に演
算増幅器Ｏ１の非反転入力端には電圧差Ｕ１−Ｕ２が与
えられており、他方において演算増幅器Ｏ２の非反転入
力端には電圧差Ｕ１−Ｕ３が与えられている。演算増幅
器Ｏ１またはＯ２の出力端ａ１およびａ２から電圧差２
・Ｕ２−Ｕ１または２・Ｕ３−Ｕ１が取り出されてい
る。相応の電圧信号が図７のダイアグラム中に示されて
おり、その際に図５に相応する図示の仕方が選ばれてい
る。このダイアグラムから±ΔＵの振幅を有する２つの
コサインまたはサイン状の電圧信号が得られることがわ
かる。この値は前記の標準ブリッジの電圧信号に相当す
る。
【００２３】式（５）および（６）による信号は次いで
それ自体は公知の仕方で適当な回路を用いて温度補償さ
れ、かつ、たとえば無接触のポテンシオメータに対して
必要とされるような外部磁界Ｈの方向を決定するため、
爾後処理される。
【００２４】本発明によるセンサ装置のブリッジ配置Ｂ
１の図２中に示されている実施例によれば、センサ要素
Ｓ３およびＳ４のバイアス層部分の磁化ｍ3 およびｍ4
が他方のセンサ要素Ｓ１およびＳ２のバイアス層部分の
磁化ｍ1 およびｍ2 の方向により決定される基準線ｂに
対して少なくとも近似的に垂直に向けられていることか
ら出発した。しかし、たとえば磁化ｍ3 およびｍ4 の方
向が基準線ｂと任意の角度（≠０°または≠１８０°）
をなすことも可能である。有利には、この角度は１０°
と１７０°との間、特に２０°と１６０°との間、好ま
しくは４０°と１４０°との間であるべきであろう。図
８は図２に相応する図示の仕方でブリッジ配置Ｂ２の相
応の実施例を示す。ブリッジ配置Ｂ２は４つのセンサ要
素Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３´（バイアス磁化ｍ3 ´を有する）
およびＳ４´（バイアス磁化ｍ4´を有する）を含んで
いる。バイアス磁化ｍ3 ´およびｍ4 ´、すなわちそれ
らにより決定される基準線はその際に磁化ｍ1 およびｍ
2 により決定される基準線ｂと４５°の角度βをなす。
その場合、図２とのアナロジーで下記の信号が生ずる。
【数８】 Ｕ２−（１／２）・Ｕ１＝（１／２）・ΔＵ（Ｔ）ｃｏｓα Ｕ３−（１／２）・Ｕ１＝（１／２）・ΔＵ（Ｔ）ｃｏｓ（α−β） （７）
【００２５】このブリッジ配置は特に、特定の角度範囲
内で無接触のポテンシオメータの分解能を改善する役割
をし得る。なぜならば、コサイン状の信号の直線的範囲
が一層よく利用されるからである。
【００２６】ブリッジ配置Ｂ１およびＢ２の図示されて
いる実施例と異なり、個々のセンサ要素を多数の並列ま
たは直列に接続されている要素により置換することもも
ちろん可能である。
【００２７】さらに、本発明によるセンサ装置は少なく
とも２つのブリッジ配置Ｂ１および／またはＢ２から成
る直列または並列回路をも有し得る。この場合、個々の
ブリッジ配置の基準方向が互いにたとえば４５°または
９０°の予め定められた角度をなすことも可能である。
【００２８】センサ要素のブリッジ配置は本発明による
センサ装置における特別な場合に過ぎない。すなわち、
純粋に温度依存性の信号部分および温度および磁界依存
性の信号部分に信号を分離するために、純粋に温度依存
性の信号部分に対するセンサ要素の対および温度および
磁界依存性の信号部分に対する個別のセンサ要素のみが
必要である。図９は、バイアス磁化方向が逆並列に延び
ており、また基準線ｂを定めるセンサ要素対Ｓ１、Ｓ２
と、バイアス磁化方向が基準線ｂに対して垂直に延びて
いる個別のセンサ要素Ｓ３とを有する擬似ブリッジ配置
Ｂ３の第１の実施例を示す。センサ要素Ｓ１、Ｓ２の対
は同様に直列に接続されており、また電流Ｉ１を流され
る。それに対して並列に、別個の電流供給源の電流Ｉ２
を流されるセンサ要素Ｓ３が位置している。電流Ｉ１お
よびＩ２を導く両電流枝路Ｚ１およびＺ２´´は、図示
されている実施例によれば、並列に配置されており、ま
た共通に一端において零電位におかれている。両電流Ｉ
１およびＩ２が等しい大きさであるという前提のもと
に、ブリッジ回路Ｂ１の場合と類似の評価が生ずる。し
かし、ここでは、センサ要素の数が比較的少なくてすむ
という利点が得られる。こうして信号に対してはここで
も式（５）が当てはまる。
【００２９】３つのセンサ要素Ｓ１、Ｓ２およびＳ３´
の擬似ブリッジ配置Ｂ４の図１０中に示されている別の
実施例が図９による配置Ｂ３と相違する点は、その個別
のセンサ要素Ｓ３´がセンサ要素対Ｓ１、Ｓ２の基準線
ｂと（図８による実施例の場合のように）たとえば４５
°の任意の角度βをなすことのみである。ここでも、も
ちろん図９による実施例の場合のように、任意のバイア
ス磁化方向を有する、ただし常に固有の電流供給を有す
る多数の追加的な個別センサ要素を並列接続することが
できる。擬似ブリッジ配置Ｂ４の信号に対してその場合
に図８によるブリッジ配置Ｂ２とのアナロジーで式
（７）が生ずる。
【００３０】図１１により明らかにされるように、３６
０°の検出範囲を有する本発明によるセンサ装置を構成
するため、その擬似ブリッジ配置Ｂ５の両電流枝路Ｚ１
およびＺ２´´は必ずしも図９に相応して一方の側にい
わば並列接続されていなくてよい。それどころか、３つ
のセンサ要素Ｓ１、Ｓ２およびＳ３が電気的に相前後し
て（直列に）接続されることも可能である。この場合、
逆並列に向けられ基準線ｂを決定する磁化ｍ1 およびｍ
2 を有するセンサ要素Ｓ１およびＳ２に第１の電流枝路
Ｚ１が対応付けられており、また基準線ｂにくらべてた
とえば直角に向けられている磁化ｍ3 を有する第３のセ
ンサ要素Ｓ３に第２のブリッジ枝路Ｚ２´´が対応付け
られている。図面中にはさらに、３つの演算増幅器Ｏ７
ないしＯ９の出力端から取り出すべき予め定められたＵ
１ないしＵ３が示されている。その際に演算増幅器Ｏ７
の両入力端は両センサ要素Ｓ１およびＳ２の直列回路に
接続されており、他方において演算増幅器Ｏ８およびＯ
９の入力端は個々のセンサＳ２またはＳ３を介して接続
されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＧＭＲ効果を有する公知のセンサ要素の抵抗特
性を示す図。
【図２】ＧＭＲ効果を有する４つのセンサ要素から成る
ブリッジ回路を有する本発明によるセンサ装置を示す
図。
【図３】一定の温度の際の図２によるブリッジ回路にお
ける電圧を示す図。
【図４】図２によるブリッジ回路の信号評価のための回
路のブロック回路図。
【図５】図４による信号評価回路を有する図２によるブ
リッジ回路における電圧の差を示す図。
【図６】図２によるブリッジ回路の信号評価のための別
の回路のブロック回路図。
【図７】図６による信号評価回路を有する図２によるブ
リッジ回路における電圧の差を示す図。
【図８】４つのセンサ要素のブリッジ回路を有する別の
センサ装置を示す図。
【図９】全体として３つのセンサ要素を有する２つの電
流枝路を有する第３のセンサ装置を示す図。
【図１０】同じく２つの電流枝路のなかに３つのセンサ
要素を有する第４のセンサ装置を示す図。
【図１１】同じく２つの電流枝路のなかに３つのセンサ
要素を有する第５のセンサ装置を示す図。
【符号の説明】
Ｓ１〜Ｓ４、Ｓ３´、Ｓ４´ センサ要素 ｍ1 、ｍ2 、ｍ3 、ｍ4 、ｍ3 ´、ｍ4 ´ バイアス
磁化 ｂ1 、ｂ 基準線 Ｈ 磁界 α 磁界と基準線との間の角度 Ｒ 抵抗 Ｒ0 基本抵抗 ΔＲ 磁界依存性の抵抗 Ｉ、Ｉ１、Ｉ２ 電流 Ｂ１、Ｂ２ ブリッジ配置 Ｚ１、Ｚ２、Ｚ２´、Ｚ２´´ 電流枝路 Ａ１、Ａ２ ブリッジ接続点 Ｐ１、Ｐ２ 測定点 Ｕ、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３ 電圧 Ｕ0 基本電圧 ΔＵ 電圧振幅 ０１〜０９ 演算増幅器 ａ１、ａ２ 演算増幅器の出力端 Ｒ´、Ｒ´´ 分圧器抵抗 β 磁化と基準線との間の角度 Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５ 擬似ブリッジ配置

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軟磁性の測定層と、予め定められた磁化
    方向を有する磁気的に硬いバイアス層部分とを含んでお
    り、また大きい磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を示すそれぞれ
    １つの薄膜構造を有する多数の磁気抵抗式センサ要素を
    有する外部磁界を検出するためのセンサ装置において、
    バイアス層部分の磁化方向（ｍ1 、ｍ2 ）が少なくとも
    ほぼ互いに逆並列に向けられまた基準線（ｂ）を定める
    センサ要素の少なくとも１つの対（Ｓ１、 Ｓ２）が設
    けられており、バイアス層部分の磁化方向（ｍ3 、ｍ3
    ´、ｍ4 、ｍ4 ´）が前記基準線（ｂ）と予め定められ
    た角度（β）をなす少なくとも１つの別のセンサ要素
    （Ｓ３、Ｓ３´、Ｓ４、Ｓ４´）が設けられていること
    を特徴とする外部磁界を検出するためのセンサ装置。
  2. 【請求項２】 前記の少なくとも１つの別のセンサ要素
    （Ｓ３、Ｓ３´、Ｓ４´）の磁化方向と前記基準線
    （ｂ）との間の角度（β）が１０°と１７０°との間、
    好ましくは２０°と１６０°との間であることを特徴と
    する請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記の少なくとも１つの別のセンサ要素
    （Ｓ３、Ｓ４）のバイアス層部分の磁化方向（ｍ3 、ｍ
    4 ）が少なくとも近似的に前記基準線（ｂ）に対して垂
    直に延びていることを特徴とする請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記の少なくとも１つの別のセンサ要素
    （Ｓ３´、Ｓ４´）のバイアス層部分の磁化方向（ｍ3
    ´、ｍ4 ´）と前記基準線（ｂ）とが少なくとも近似的
    に４５°の角度（β）をなすことを特徴とする請求項２
    記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記のセンサ要素の少なくとも１つの対
    （Ｓ１、Ｓ２）が第１の電流枝路（Ｚ１）に、また前記
    の少なくとも１つの別のセンサ要素（Ｓ３、Ｓ３´、Ｓ
    ４、Ｓ４´）が第２の電流枝路（Ｚ２、Ｚ２´、Ｚ２´
    ´）に配置されていることを特徴とする請求項１ないし
    ４の１つに記載の装置。
  6. 【請求項６】 ２つのセンサ要素（Ｓ１、Ｓ２）を有す
    る第１の電流枝路（Ｚ１）と別のセンサ要素（Ｓ３、Ｓ
    ３´）を有する第１の電流枝路（Ｚ２´）とがそれぞれ
    一定電流（Ｉ１またはＩ２）を流されていることを特徴
    とする請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】 両電流枝路（Ｚ１、Ｚ２´）が一方の側
    で電気的に一括接続されていることを特徴とする請求項
    ６記載の装置。
  8. 【請求項８】 電流枝路（Ｚ１、Ｚ２´´）の直列配置
    を特徴とする請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 両電流枝路（Ｚ１；Ｚ２、Ｚ２´）が少
    なくとも４つのセンサ要素（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ３
    ´、Ｓ４、Ｓ４´）のブリッジ配置（Ｂ１、Ｂ２）のブ
    リッジ枝路であることを特徴とする請求項５記載の装
    置。
  10. 【請求項１０】 各電流枝路（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ２´）内
    でセンサ要素（Ｓ１、Ｓ２またはＳ３、Ｓ４；Ｓ３´、
    Ｓ４´）が少なくともほぼ互いに逆並列に向けられた磁
    化方向（ｍ1 、ｍ2 またはｍ3 、ｍ4 ；ｍ3 ´、ｍ
    4 ´）を有することを特徴とする請求項９記載の装置。
  11. 【請求項１１】 すべてのセンサ要素（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ
    ３、Ｓ３´、Ｓ４、Ｓ４´）が、少なくとも近似的に第
    １の抵抗部分（基本抵抗）と、外部の磁界に関係して変
    化する第２の抵抗部分とに分解される抵抗を有する層構
    造を有し、またすべてのセンサ要素が少なくとも近似的
    に同一の第１の抵抗部分および同一の第１の抵抗部分を
    有することを特徴とする請求項１ないし１０の１つに記
    載の装置。
  12. 【請求項１２】 センサ要素（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ３
    ´、Ｓ４、Ｓ４´）が等しい層構造および等しい形状を
    有することを特徴とする請求項１１記載の装置。
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