JPWO2016010120A1 - Magnetic sensor - Google Patents
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Abstract
GMR素子またはTMR素子を用いて、直交する3方向の磁場を精度良く検出する磁気センサ。第1方向に延伸する第1磁気収束部と、第1方向に延伸し、第1磁気収束部の第1端部側よりも第1方向に延伸する第2磁気収束部と、平面視で、第1磁気収束部および第2磁気収束部の間で第1方向に延伸する第1磁気抵抗素子と、第1磁気収束部の第1端部側に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第1端部から第1磁気抵抗素子側に突出した第1磁気収束部材と、を備える磁気センサを提供する。A magnetic sensor that accurately detects magnetic fields in three orthogonal directions using a GMR element or a TMR element. In a plan view, a first magnetic converging part extending in the first direction, a second magnetic converging part extending in the first direction and extending in the first direction from the first end side of the first magnetic converging part, A first magnetoresistive element extending in the first direction between the first magnetic converging part and the second magnetic converging part and connected to the first end side of the first magnetic converging part and viewed from the first direction; or Provided is a magnetic sensor comprising a first magnetic flux concentrating member that protrudes from a first end toward the first magnetoresistive element in a plan view.
Description
本発明は、磁気センサに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor.
従来、予め定められた一方向の磁気の有無を検出する巨大磁気抵抗(GMR:Giant Magneto−Resistance)素子およびトンネル磁気抵抗(TMR:Tunnel Magneto−Resistance)素子が知られていた。また、これらの磁気抵抗素子と、磁気収束部とを組み合わせた磁気センサが知られていた。(例えば、特許文献1〜7参照)。
特許文献1 特開2006−3116号公報
特許文献2 特開2006−10461号公報
特許文献3 特開平7−169026号公報
特許文献4 特開2002−71381号公報
特許文献5 特開2004−6752号公報
特許文献6 特開2003−282996号公報
特許文献7 国際公開第2011/068146号Conventionally, a giant magneto-resistance (GMR) element and a tunnel magneto-resistance (TMR) element for detecting the presence or absence of a predetermined unidirectional magnetism have been known. In addition, a magnetic sensor in which these magnetoresistive elements and a magnetic converging unit are combined is known. (For example, see Patent Documents 1 to 7).
Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-3116
しかしながら、このような磁気センサを用いて例えばXYZ方向といった直交する3方向の磁場を検出する場合、複数の磁気センサを検出すべき方向に対応して一方向毎に配置していたので、実装面積等が増加していた。また、このような磁気センサは、例えば、磁気抵抗素子の配置を固定して、検出すべき磁場の方向に応じて磁気収束部を配置することで、意図した方向の磁場を検出することができる。しかしながら、この場合、磁場の感度が入力磁場の方向に応じて変化してしまい、十分なリニアリティの範囲で磁気抵抗素子を動作させることが困難であった。 However, when detecting magnetic fields in three orthogonal directions such as XYZ directions using such a magnetic sensor, a plurality of magnetic sensors are arranged in each direction corresponding to the direction to be detected. Etc. increased. In addition, such a magnetic sensor can detect a magnetic field in an intended direction by, for example, fixing the arrangement of magnetoresistive elements and arranging a magnetic convergence portion according to the direction of the magnetic field to be detected. . However, in this case, the sensitivity of the magnetic field changes according to the direction of the input magnetic field, and it is difficult to operate the magnetoresistive element within a sufficient linearity range.
本発明の第1の態様においては、第1方向に延伸する第1磁気収束部と、第1方向に延伸し、第1磁気収束部の第1端部側よりも第1方向に延伸する第2磁気収束部と、平面視で、第1磁気収束部および第2磁気収束部の間で第1方向に延伸する第1磁気抵抗素子と、第1磁気収束部の第1端部側に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第1端部から第1磁気抵抗素子側に突出した第1磁気収束部材と、を備える磁気センサを提供する。 In the first aspect of the present invention, the first magnetic converging part extending in the first direction and the first magnetic converging part extending in the first direction and extending in the first direction from the first end side of the first magnetic converging part. A first magnetic resistance element extending in a first direction between the first magnetic converging unit and the second magnetic converging unit in a plan view, and a first end of the first magnetic converging unit And a first magnetic flux concentrating member that protrudes from the first end toward the first magnetoresistive element in a first direction or in a plan view.
本発明の第2の態様においては、第1方向に延伸する第1磁気収束部と、第1方向に延伸し、第1磁気収束部の第1端部側よりも第1方向に延伸する第2磁気収束部と、平面視で、第1磁気収束部および第2磁気収束部の間で第1方向に延伸する第1磁気抵抗素子と、第1磁気収束部の第1端部に接続され、第1磁気抵抗素子の第1方向側から第1磁気抵抗素子の端部へと入力される磁界を低減する第1磁気収束部材と、を備える磁気センサを提供する。 In the second aspect of the present invention, the first magnetic converging part extending in the first direction and the first magnetic converging part extending in the first direction and extending in the first direction from the first end side of the first magnetic converging part. A first magnetic resistance element extending in a first direction between the first magnetic converging part and the second magnetic converging part in a plan view, and a first end of the first magnetic converging part. And a first magnetic flux concentrating member that reduces a magnetic field input from the first direction side of the first magnetoresistive element to the end of the first magnetoresistive element.
(一般的開示)
磁気センサは、第1方向に延伸する第1磁気収束部を備えてよい。
磁気センサは、第1方向に延伸し、第1磁気収束部の第1端部よりも第1方向に延伸する第2磁気収束部を備えてよい。
磁気センサは、平面視で、第1磁気収束部および第2磁気収束部の間で第1方向に延伸する第1磁気抵抗素子を備えてよい。
磁気センサは、第1磁気収束部の第1端部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第1端部から第1磁気抵抗素子側に突出した第1磁気収束部材を備えてよい。
第1磁気収束部材は、第1方向から見て、第1端部から第2磁気収束部側へと延伸してよい。
第1磁気収束部材は、第1方向と垂直な断面が第1磁気収束部の第1方向と垂直な断面よりも大きくてよい。
第1磁気抵抗素子は、第2磁気収束部よりも第1磁気収束部までの距離が小さくてよい。
磁気センサは、平面視で、第1磁気収束部および第2磁気収束部の間で第1方向に延伸し、第1磁気収束部よりも第2磁気収束部に近い第2磁気抵抗素子を備えてよい。
第1磁気収束部の第1方向とは反対側の端部は、第2磁気収束部の第1方向とは反対側の第2端部よりも第1方向とは反対方向に延伸してよい。
磁気センサは、第2磁気収束部の第1方向とは反対側の第2端部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第2端部から第1磁気抵抗素子側に突出した第2磁気収束部材を備えてよい。
第2磁気収束部材は、平面視で、多角形の形状を有してよい。
磁気センサは、第1磁気収束部の第1方向と垂直な第2方向の側部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第1磁気抵抗素子側に突出した第1補助磁気収束部材を備えてよい。
磁気センサは、第2磁気収束部の第2方向の側部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第2磁気抵抗素子側に突出した第2補助磁気収束部材を備えてよい。
磁気センサは、第1方向に延伸し、第1磁気収束部の第1端部よりも第1方向に延伸され、第1磁気収束部に対し第2磁気収束部とは反対側に設けられた第3磁気収束部を備えてよい。
磁気センサは、平面視で、第1磁気収束部および第3磁気収束部の間で第1方向に延伸する第3磁気抵抗素子を備えてよい。
第1磁気収束部の第1端部とは反対側の端部は、第3磁気収束部の第1方向とは反対側の第3端部よりも第1方向とは反対方向に延伸されてよい。
磁気センサは、第3磁気収束部の第3端部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第3端部から第3磁気抵抗素子側に突出した第3磁気収束部材を備えてよい。
第3磁気収束部材は、平面視で、多角形の形状を有してよい。
第3磁気抵抗素子は、第3磁気収束部よりも第1磁気収束部との距離が小さくてよい。
磁気センサは、平面視で、第1磁気収束部および第3磁気収束部の間で第1方向に延伸し、第1磁気収束部よりも第3磁気収束部との距離が小さい第4磁気抵抗素子を備えてよい。
磁気センサは、第1磁気収束部の第2方向の側部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第3磁気抵抗素子側に突出した第3補助磁気収束部材を備えてよい。
磁気センサは、第3磁気収束部の第2方向の側部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第4磁気抵抗素子側に突出した第4補助磁気収束部材を備えてよい。
第1から第4磁気抵抗素子は、平面視で、第1磁気収束部に対して対称な配置に設けられてよい。
第1から第4磁気抵抗素子は、略同一方向の感磁性を有してよい。
第2磁気収束部および第3磁気収束部は、平面視で、第1磁気収束部に対して対称な配置に設けられてよい。
第1磁気収束部材は、第1方向から見て、または平面視で、第1端部から第3磁気抵抗素子側に突出してよい。
磁気センサは、第1磁気収束部の第1端部とは反対側の端部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第1端部とは反対側の端部から第1磁気抵抗素子側に突出した第4磁気収束部材を備えてよい。
磁気センサは、第2磁気収束部の第1方向に延伸された端部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第1方向に延伸された端部から第1磁気抵抗素子側に突出した第5磁気収束部材を備えてよい。
磁気センサは、第3磁気収束部の第1方向とは反対側の端部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第1方向とは反対側の端部から第3磁気抵抗素子側に突出した第6磁気収束部材を備えてよい。
磁気センサは、第1磁気収束部の第1端部とは反対側の端部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第1端部とは反対側の端部から第1磁気抵抗素子側および/または第3磁気抵抗素子側に突出した第4磁気収束部材を備えてよい。
第1磁気収束部材は、平面視で、多角形の形状を有してよい。
第1磁気収束部材は、平面視で、第1方向において第1磁気抵抗素子と重なる位置まで延伸してよい。
磁気センサは、第1から第4磁気抵抗素子のそれぞれの磁気抵抗の変化に基づき、入力された磁場の方向および大きさを算出する算出部を備えてよい。
磁気センサは、第1磁気収束部の第1端部に接続され、第1磁気抵抗素子の第1方向側から第1磁気抵抗素子の端部へと入力される磁界を低減する第1磁気収束部材を備えてよい。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。(General disclosure)
The magnetic sensor may include a first magnetic focusing portion that extends in the first direction.
The magnetic sensor may include a second magnetic focusing portion that extends in the first direction and extends in the first direction rather than the first end of the first magnetic focusing portion.
The magnetic sensor may include a first magnetoresistive element that extends in a first direction between the first magnetic converging unit and the second magnetic converging unit in plan view.
The magnetic sensor is connected to the first end of the first magnetic converging unit, and includes a first magnetic converging member that protrudes from the first end toward the first magnetoresistive element when viewed from the first direction or in plan view. You may prepare.
The first magnetic flux concentrator member may extend from the first end portion to the second magnetic flux convergent portion side when viewed from the first direction.
The first magnetic flux concentrator member may have a cross section perpendicular to the first direction larger than a cross section perpendicular to the first direction of the first magnetic flux concentrator.
The first magnetoresistive element may have a smaller distance to the first magnetic converging part than the second magnetic converging part.
The magnetic sensor includes a second magnetoresistive element that extends in a first direction between the first magnetic converging unit and the second magnetic converging unit in a plan view and is closer to the second magnetic converging unit than the first magnetic converging unit. It's okay.
The end of the first magnetic flux concentrator opposite to the first direction may extend in the direction opposite to the first direction than the second end of the second magnetic flux concentrator opposite to the first direction. .
The magnetic sensor is connected to the second end of the second magnetic converging part opposite to the first direction and viewed from the first direction or in plan view from the second end to the first magnetoresistive element side. A protruding second magnetic flux concentrating member may be provided.
The second magnetic flux concentrator member may have a polygonal shape in plan view.
The magnetic sensor is connected to a side portion in a second direction perpendicular to the first direction of the first magnetic converging portion, and is viewed from the first direction or in a plan view and protrudes toward the first magnetoresistive element side. A magnetic focusing member may be provided.
The magnetic sensor includes a second auxiliary magnetic converging member that is connected to a side portion in the second direction of the second magnetic converging unit and protrudes toward the second magnetoresistive element when viewed from the first direction or in plan view. Good.
The magnetic sensor extends in the first direction, extends in the first direction from the first end of the first magnetic converging unit, and is provided on the opposite side of the second magnetic converging unit with respect to the first magnetic converging unit. A third magnetic convergence unit may be provided.
The magnetic sensor may include a third magnetoresistive element extending in the first direction between the first magnetic converging unit and the third magnetic converging unit in plan view.
The end of the first magnetic flux concentrator opposite to the first end is extended in a direction opposite to the first direction than the third end of the third magnetic flux concentrator opposite to the first direction. Good.
The magnetic sensor is connected to the third end of the third magnetic converging part, and has a third magnetic converging member protruding from the third end toward the third magnetoresistive element when viewed from the first direction or in plan view. You may be prepared.
The third magnetic flux concentrator member may have a polygonal shape in plan view.
The third magnetoresistive element may have a smaller distance from the first magnetic converging unit than the third magnetic converging unit.
The magnetic sensor extends in the first direction between the first magnetic converging unit and the third magnetic converging unit in a plan view, and has a fourth magnetoresistance having a smaller distance from the third magnetic converging unit than the first magnetic converging unit. An element may be provided.
The magnetic sensor includes a third auxiliary magnetic converging member that is connected to a side portion in the second direction of the first magnetic converging unit and protrudes toward the third magnetoresistive element when viewed from the first direction or in plan view. Good.
The magnetic sensor includes a fourth auxiliary magnetic converging member that is connected to a side portion in the second direction of the third magnetic converging unit and protrudes toward the fourth magnetoresistive element when viewed from the first direction or in plan view. Good.
The first to fourth magnetoresistive elements may be provided in a symmetrical arrangement with respect to the first magnetic converging part in plan view.
The first to fourth magnetoresistive elements may have magnetism in substantially the same direction.
The second magnetic converging part and the third magnetic converging part may be provided in a symmetrical arrangement with respect to the first magnetic converging part in plan view.
The first magnetic flux concentrator may protrude from the first end toward the third magnetoresistive element when viewed from the first direction or in plan view.
The magnetic sensor is connected to an end opposite to the first end of the first magnetic converging portion, and is viewed from the end opposite to the first end in the first direction or in plan view. A fourth magnetic flux concentrating member protruding toward the one magnetoresistive element may be provided.
The magnetic sensor is connected to an end portion extended in the first direction of the second magnetic converging portion, and viewed from the first direction or from the end portion extended in the first direction in plan view, the first magnetoresistive element. A fifth magnetic flux concentrating member protruding to the side may be provided.
The magnetic sensor is connected to an end portion of the third magnetic converging portion opposite to the first direction, and is viewed from the first direction or from the end opposite to the first direction in a plan view. A sixth magnetic flux concentrating member protruding toward the resistance element side may be provided.
The magnetic sensor is connected to an end opposite to the first end of the first magnetic converging portion, and is viewed from the end opposite to the first end in the first direction or in plan view. A fourth magnetic flux concentrating member protruding toward the first magnetoresistive element side and / or the third magnetoresistive element side may be provided.
The first magnetic flux concentrator member may have a polygonal shape in plan view.
The first magnetic flux concentrator member may extend to a position overlapping the first magnetoresistive element in the first direction in plan view.
The magnetic sensor may include a calculation unit that calculates the direction and magnitude of the input magnetic field based on changes in the respective magnetoresistances of the first to fourth magnetoresistive elements.
The magnetic sensor is connected to the first end of the first magnetic converging unit and reduces the magnetic field input from the first direction side of the first magnetoresistive element to the end of the first magnetoresistive element. A member may be provided.
It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図1は、磁気センサ100の構成例を示す。磁気センサ100は、直交する3方向をそれぞれ向く磁場が混合した(合成された)3軸混成磁場を検出する。図1は、直交する3方向をX、Y、Z軸で示し、磁気センサ100のXY平面の平面視を示す。即ち、図1は、基板等の一方の面に磁気センサ100が形成された場合の上面図の一例を示す。
FIG. 1 shows a configuration example of the
磁気センサ100は、磁気収束部110と、磁気抵抗素子120とを備える。図1の磁気センサ100は、磁気収束部110が第1磁気収束部111、第2磁気収束部112、および第3磁気収束部113を有し、磁気抵抗素子120が第1磁気抵抗素子121から第5磁気抵抗素子125までの5つの素子を有する例を示す。ここで、第1方向を図1の−Y方向とする。
The
磁気収束部110は、第1方向に延伸し、XY面に平行な面に形成される。磁気収束部110は、パーマロイ等の磁性材料で形成され、当該磁気収束部110近傍の磁力線の向きを変化させる。図1において、第1磁気収束部111、第2磁気収束部112、および第3磁気収束部113は、略同一形状に形成され、X方向に等間隔に配列される例を示す。
The
また、第1磁気収束部111は、第2磁気収束部112および第3磁気収束部113に対して、+Y方向にΔYずらして形成される例を示す。また、第2磁気収束部112および第3磁気収束部113は、第1磁気収束部111に対して対称に配置されてよい。
In addition, an example is shown in which the first magnetic converging
図1の点線は、磁束の経路の一例を示す。このように、磁気収束部110は、例えば、Y方向に入力する磁場BYを曲げてX方向の磁場成分を発生させ、当該X方向の磁場成分を磁気抵抗素子120に供給する。A dotted line in FIG. 1 shows an example of a magnetic flux path. Thus, the magnetic converging
第1磁気抵抗素子121から第5磁気抵抗素子125は、第1方向に延伸し、第1方向と垂直な第2方向の磁場を検知する。図1の例において、磁気抵抗素子120は、第1方向に垂直な+X方向および−X方向の磁場を検知する。即ち、第2方向は、+X方向および−X方向を含むものとする。
The first to fifth
図1において、第1磁気抵抗素子121から第5磁気抵抗素子125は、略同一形状にそれぞれ形成され、X方向に等間隔にそれぞれ配列される例を示す。また、第1磁気抵抗素子121から第4磁気抵抗素子124は、第5磁気抵抗素子125に対して対称に配置されてよい。図1は、第1磁気収束部111のY方向の中心軸と第5磁気抵抗素子125のY方向の中心軸とが平面視で一致するように配置され、磁気センサ100が当該2つの中心軸を含むYZ面に対して面対称に形成された例を示す。ここで、対称面であるYZ面を第1面とし、図1においては当該第1面を一点鎖線A−A'で示す。
FIG. 1 shows an example in which first to fifth
例えば、磁気収束部110は、図1の点線で示すように、+Y方向に平行に入力される磁場BYを曲げて+X方向の磁場成分を発生させ、第1磁気抵抗素子121に供給する。ここで、磁束の経路が第1磁気抵抗素子121に入力する場合に、当該経路のX成分が、第1磁気抵抗素子121に供給される第2方向の磁場の成分に対応する。したがって、磁束の経路がY方向と平行になっている場合は、第1磁気抵抗素子121に供給される第2方向の磁場の成分は零である。For example, the magnetic converging
第1磁気抵抗素子121は、発生したX方向の磁場成分を+β・BYとすると、+δR・β・BYの抵抗値変化を生じさせる。このように、磁気センサ100の磁気抵抗素子120は、Y方向に入力する磁場BYの大きさに応じて、抵抗値を変化させることができる。ここで、βは、磁気収束部110がY方向に入力する磁場BYを第2方向の磁場の成分に変換する磁場変換率を示し、言い換えると、Y方向に入力する磁場BYの大きさに対して、第1磁気抵抗素子121に入力するX方向の磁場の大きさの割合を示す。βは、0以上の値をとる。δRは、磁気抵抗素子の磁気感度に相当し、X方向の磁場に対する第1磁気抵抗素子121の抵抗変化量を示す。同様に、第2磁気抵抗素子122は、磁場BYによって+δR・β・BYの抵抗値変化を生じさせる。The first
また、磁気センサ100は、第1面に対して面対称に形成されているので、第1磁気抵抗素子121と対称な配置の第3磁気抵抗素子123、および第2磁気抵抗素子122と対称な配置の第4磁気抵抗素子124は、磁場BYによって磁気収束部110から逆方向(即ち、−X方向)の磁場成分が供給される。磁気収束部110は、例えば、磁場BYの入力に応じて、第3磁気抵抗素子123および第4磁気抵抗素子124にX方向の磁場成分−β・BYをそれぞれ供給する。そして、第3磁気抵抗素子123および第4磁気抵抗素子124は、−δR・β・BYの抵抗値変化をそれぞれ生じさせる。ここで、磁場BYによって生じるX方向の磁場成分−β・BYは、+X方向とは逆向きの−X方向なので、抵抗値変化もマイナスとなる。Further, since the
また、第1磁気収束部111は、第5磁気抵抗素子125を覆うように形成されるので、当該第5磁気抵抗素子125が配置される位置には、磁場BYから変換される第2方向の磁場成分はほとんど発生しない。また、磁気収束部110は、第1面に対して面対称に形成されるので、磁場BYの入力に応じて第5磁気抵抗素子125に第2方向の磁場の成分が入力しても、入力した第2方向の磁場の成分も第1面に対して面対称となって総和がほぼ零となる。したがって、第5磁気抵抗素子125は、磁場BYの入力があっても、抵抗値変化がほとんど生じない。Moreover, since the 1st magnetic converging
図2は、磁気センサ100を+Y方向に見た構成例を示す。図2は、図1に対応して、紙面の横方向をX方向、縦方向をZ方向、垂直方向をY方向とする。図2は、基板20の一方の面に形成された磁気センサ100の一例を示す。
FIG. 2 shows a configuration example when the
磁気抵抗素子120は、例えば、基板20の一方の面に形成された絶縁層30の内部に形成される。即ち、磁気抵抗素子120は、基板20および磁気収束部110とはそれぞれ電気的に絶縁されて形成される。また、磁気収束部110は、絶縁層30の上面に形成される。
The
磁気収束部110は、例えば、+X方向に平行に入力される磁場BXを、図2の点線で示すように変化させる。即ち、磁気収束部110は、+α・BXの磁場を第1磁気抵抗素子121から第4磁気抵抗素子124に供給し、+δR・α・BXの抵抗値変化をそれぞれ生じさせる。ここで、αは、磁気収束部110がX方向に入力する磁場BXをそれぞれの磁気抵抗素子が検出する第2方向の磁場の成分に変換する磁場変換率を示し、言い換えると、X方向に入力する磁場BXの大きさに対して、それぞれの磁気抵抗素子に入力するX方向の磁場の大きさの割合を示す。αは、0以上の値をとる。The
ここで、第1磁気収束部111は、第5磁気抵抗素子125を覆うように形成されるので、当該第5磁気抵抗素子125が配置される位置には、磁場BXの第2方向の磁場のほとんどが第1磁気収束部111に収束される磁束の経路が形成される。即ち、入力磁場BXに対して変換される第2方向の磁場の成分がほとんど発生しないので、第5磁気抵抗素子125は、磁場BYの入力と同様に、磁場BXの入力があっても、抵抗値変化はほとんど生じない。Here, the first
また、磁気収束部110は、例えば、+Z方向に平行に入力される磁場BZを、図2の実線に示すように変化させる。また、第1面に平行で、かつ、第1磁気抵抗素子121および第2磁気抵抗素子122に挟まれる面を第2面とし、第1磁気抵抗素子121、第2磁気抵抗素子122、第1磁気収束部111、および第2磁気収束部112が、Y方向から見た平面視で、当該第2面に対して対称に形成されている場合、磁場BZ1およびBZ2は、当該第2面に対して面対称となる。ここで、図2において、第2面を一点鎖線B−B'で示す。Further, the
この場合、磁気収束部110は、例えば、磁場BZの入力に応じて、第1磁気抵抗素子121に+X方向の磁場成分を発生させる。即ち、第1磁気抵抗素子121は、発生した+X方向の磁場成分を+γ・BZとすると、+δR・γ・BZの抵抗値変化を生じさせる。ここで、γは、磁気収束部110がZ方向に入力する磁場BZを第2方向の磁場の成分に変換する磁場変換率を示し、言い換えると、Z方向に入力する磁場BZの大きさに対して、第1磁気抵抗素子121に入力するX方向の磁場の大きさの割合を示す。γは、0以上の値をとる。また、磁気収束部110は、磁場BZの入力に応じて、第1磁気抵抗素子121とは面対称な配置の第2磁気抵抗素子122にX方向の磁場成分−γ・BZを発生させ、第2磁気抵抗素子122は、−δR・γ・BZの抵抗値変化を生じさせる。In this case, the
同様に、磁気収束部110は、磁場BZの入力に応じて、第3磁気抵抗素子123にX方向の磁場成分−γ・BZを発生させ、第3磁気抵抗素子123は、−δR・γ・BZの抵抗値変化を生じさせる。また、磁気収束部110は、磁場BZの入力に応じて、第4磁気抵抗素子124にX方向の磁場成分+γ・BZを発生させ、第4磁気抵抗素子124は、+δR・γ・BZの抵抗値変化を生じさせる。Similarly, the
ここで、第1磁気収束部111は、第5磁気抵抗素子125を覆うように形成されるので、当該第5磁気抵抗素子125が配置される位置には、磁場BZから変換される第2方向の磁場の成分はほとんど発生しない。また、磁気収束部110は、第1面に対して面対称に形成されるので、磁場BZの入力に応じて第5磁気抵抗素子125に第2方向の磁場の成分が入力しても、入力した当該磁場成分も第1面に対して面対称となってほとんどが相殺される。したがって、第5磁気抵抗素子125は、磁場BYの入力と同様に、磁場BZの入力があっても、抵抗値変化はほとんど生じない。Here, since the first magnetic converging
以上のように、磁気センサ100は、X、Y、およびZ方向に入力する磁場を磁気収束部110を用いて第5磁気抵抗素子125を除く磁気抵抗素子にX方向の磁場成分が発生するようにそれぞれ曲げ、それぞれの抵抗値に変化を生じさせる。したがって、磁気抵抗素子120は、任意の方向の磁場が入力した場合(即ち、磁場のX、Y、およびZ軸成分の合成で表される入力磁場に対して)、各方向の磁場に応じた抵抗値変化の総和を、抵抗値の変化として生じさせる。
As described above, the
磁気センサ100は、一例として、任意の方向の磁場B(BX,BY,BZ)の入力に応じて、磁気抵抗素子120のそれぞれに次式で示すような抵抗値変化を生じさせる。ここで、R0は、磁場の入力が零の場合のそれぞれの磁気抵抗素子の抵抗値を示す。また、R1からR5は、第1磁気抵抗素子121から第5磁気抵抗素子125の抵抗値をそれぞれ示す。
(数1)
R1=R0+δR・(α・BX+β・BY+γ・BZ)
R2=R0+δR・(α・BX+β・BY−γ・BZ)
R3=R0+δR・(α・BX−β・BY−γ・BZ)
R4=R0+δR・(α・BX−β・BY+γ・BZ)
R5=R0 As an example, the
(Equation 1)
R 1 = R 0 + δR · (α · B X + β · B Y + γ · B Z )
R 2 = R 0 + δR · (α · B X + β · B Y −γ · B Z )
R 3 = R 0 + δR · (α · B X −β · B Y −γ · B Z )
R 4 = R 0 + δR · (α · B X −β · B Y + γ · B Z )
R 5 = R 0
磁気センサ100は、磁気抵抗素子120にこのような抵抗値の変化が生じたことで、任意の方向の磁場Bを検出したと判断してもよい。また、磁気センサ100は、それぞれの磁気抵抗素子の抵抗値から、入力された任意の方向の磁場BのXYZ成分のそれぞれを算出してもよい。例えば、(数1)式を用いて次式の右辺を計算することで、左辺のX方向の磁場BXに関する式を取得することができる。
(数2)
4δR・α・BX=(R1−R5)+(R2−R5)+(R3−R5)+(R4−R5)The
(Equation 2)
4δR · α · B X = (R 1 −R 5 ) + (R 2 −R 5 ) + (R 3 −R 5 ) + (R 4 −R 5 )
即ち、磁気センサ100は、第1磁気抵抗素子121から第5磁気抵抗素子125のそれぞれの抵抗値、およびδR・αの値を(数2)式に代入することで、磁場BXを算出することができる。同様に、次式のY方向の磁場BYに関する式を取得することができる。
(数3)
4δR・β・BY=(R1−R5)+(R2−R5)−(R3−R5)−(R4−R5)That is, the
(Equation 3)
4δR · β · B Y = (R 1 −R 5 ) + (R 2 −R 5 ) − (R 3 −R 5 ) − (R 4 −R 5 )
また、同様に、次式のZ方向の磁場BZに関する式を取得することができる。
(数4)
4δR・γ・BZ=(R1−R5)−(R2−R5)−(R3−R5)+(R4−R5)Similarly, it is possible to obtain the expression for the magnetic field B Z in the Z direction follows.
(Equation 4)
4δR · γ · B Z = (R 1 −R 5 ) − (R 2 −R 5 ) − (R 3 −R 5 ) + (R 4 −R 5 )
以上の説明において、任意の方向の磁場Bは、+X方向、+Y方向、および+Z方向の磁場入力を例として説明したが、これに代えて、磁場入力が−X方向、−Y方向、および−Z方向となると、磁束の経路が反転して抵抗値の変化の方向も反転するが、(数2)から(数4)式の関係は保たれる。したがって、磁気センサ100は、(数2)から(数4)までの式を用いることで、任意の方向の磁場Bのそれぞれの磁気抵抗素子の検出結果に基づき、磁場の各方向の成分を算出することができる。
In the above description, the magnetic field B in any direction has been described by taking the magnetic field input in the + X direction, the + Y direction, and the + Z direction as an example, but instead, the magnetic field input is in the −X direction, the −Y direction, and − In the Z direction, the path of the magnetic flux is reversed and the direction of change in the resistance value is also reversed, but the relationship of Equations (2) to (4) is maintained. Therefore, the
なお、磁気収束部110が任意の方向の磁場Bの各成分を曲げて磁気抵抗素子120の第2方向に供給することを説明した。この場合、磁気抵抗素子120に入力する第2方向の磁場の成分は、Y方向の位置に応じて大きさが異なることがあり、α、β、およびγは当該位置に応じて値が異なることがある。そこで、磁気センサ100は、磁気抵抗素子120の使用領域におけるそれぞれの値の平均値を、α、β、およびγとして便宜的に用いてよい。
It has been described that the magnetic converging
図3は、第1磁気抵抗素子121のY方向の位置に対する磁場変換率α、β、およびγの変化の概略構成例を示す。図3の横軸は、図1に示す第1磁気抵抗素子121のY方向の位置と対応している。より具体的には、第1磁気抵抗素子121の長さをY0とすると、当該Y方向の位置を0からY0と示す。つまり、図1において、第1磁気抵抗素子121の−Y方向側の端の位置が0で、第1磁気抵抗素子121の+Y方向側の端の位置がY0である。また、図3の縦軸は、磁場変換率α、β、およびγを示す。理想的には、磁気収束部110は、磁気抵抗素子120に第2方向の均一の磁場を供給することが望ましく、この場合、磁場変換率α、β、およびγは略一定の値となる。図3は、磁場変換率α、β、およびγを、積分要素法による磁場数値解析にて求めた例を示す。FIG. 3 shows a schematic configuration example of changes in the magnetic field conversion rates α, β, and γ with respect to the position of the first
ここで、磁場BXおよびBZが磁気センサ100に入力する方向は、第1磁気抵抗素子121の延伸方向と略垂直な方向なので、磁気収束部110が第1磁気抵抗素子121よりも十分に長ければ、第1磁気抵抗素子121のY方向の位置のほとんどで、略一定の面積密度の磁場を供給することができる。したがって、磁場変換率αおよびγは、位置0からY0の間において、略一定の値となることがわかる。Here, since the direction in which the magnetic fields B X and B Z are input to the
その一方、磁場BYが入力する方向は、第1磁気抵抗素子121の延伸方向と略同一なので、磁気収束部110が磁場BYを曲げて収束させ、かつ、磁気収束部110の外部に放出する過程における第2方向の磁場の成分が、第1磁気抵抗素子121に検知されることになる。例えば、図1に示す磁束の経路の一例のように、磁気収束部110は、磁束の経路を蛇行させるように変化させる。On the other hand, since the direction in which the magnetic field BY is input is substantially the same as the extending direction of the first
図4は、第1磁気収束部111のY方向の断面の構成例を示す。図4は、図1に対応して、紙面の横方向をY方向、縦方向をZ方向、垂直方向をX方向とする。図4の点線は、磁束の経路の一例を示す。第1磁気収束部111は、Y方向の磁場BYを曲げて収束させ、収束させた磁場を外部へと放出する。図1および図4に示した磁束の経路の一例のように、第1磁気収束部111は、Y方向に入力する磁場がある場合、端部においてその近傍の空間に存在する磁場を収束させ(即ち、曲げ)るので、当該端部における第2方向の磁場の成分がより大きくなる。FIG. 4 shows a configuration example of a cross section in the Y direction of the first
このように、第1磁気収束部111は、第1磁気抵抗素子121に供給する第2方向の磁場の成分を一定に保持することはできない。即ち、第1磁気収束部111は、第1磁気抵抗素子121のY方向の位置に応じて変化する第2方向の磁場の成分を、当該第1磁気抵抗素子121に供給する。特に、感度を増加する目的でよりY方向の長さの長い第1磁気抵抗素子121を形成した場合、磁場変換率βは、第1磁気抵抗素子121の位置0からY0の間において、略一定の値にはならない。As described above, the first
また、磁気収束部110は、磁場を収束させる端部において第2方向の磁場の成分をより多く発生させるので、第1磁気抵抗素子121のY方向の位置が0近辺に対応する磁場変換率βの値がより大きくなる。磁場変換率βの増加に応じて、第1磁気抵抗素子121が検出できる磁場の成分が増加するので、磁場変換率βが大きいことは望ましい。しかしながら、磁場変換率βは、ある上限値を超えると、磁気抵抗素子の抵抗値がリニアな領域から外れさせてしまうことがある。
In addition, the magnetic converging
特に、GMRおよびTMRといった磁気抵抗素子は、入力磁場に対するダイナミックレンジがホール素子等の磁気センサに比べて狭い。即ち、このような磁気抵抗素子は、入力磁場に対して抵抗値が略線形に変化するリニアな領域が狭い。磁気センサの用途の中には、ある特定範囲の入力磁場に対して、リニアに出力しなければならない用途がある。磁気センサ100のY方向の入力磁場に対する磁場変換率βは、図3に示すように、第1磁気抵抗素子121のY方向の位置0からY0の範囲で、一様ではなく、特に、第1磁気抵抗素子121の位置が0の近辺で、磁場変換率βが急峻に増加している。即ち、第1磁気抵抗素子121の位置が0の近辺で、磁気センサ100がY方向の入力磁場を第2方向に変換して第1磁気抵抗素子121に入力する磁場は、急峻に増加している。例えば、ある特定範囲の最大の磁場が磁気センサ100のY方向に入力する場合、Y方向の入力磁場を第2方向に変換して第1磁気抵抗素子121に入力する磁場が第1磁気抵抗素子121のもつリニアな領域から外れてしまう第1磁気抵抗素子121の一部分が生じてしまうことがあった。このとき、第1磁気抵抗素子121の一部分はリニアでない抵抗変化を示すため、磁気センサ100はリニアリティを損なうことがあった。In particular, magnetoresistive elements such as GMR and TMR have a narrow dynamic range with respect to an input magnetic field compared to a magnetic sensor such as a Hall element. That is, such a magnetoresistive element has a narrow linear region in which the resistance value changes substantially linearly with respect to the input magnetic field. Among the applications of magnetic sensors, there are applications that must output linearly for a certain range of input magnetic fields. The magnetic field conversion rate β with respect to the input magnetic field in the Y direction of the
したがって、第1磁気抵抗素子121は、例えば図3の点線で示すように、磁場変換率βが予め定められた上限値を超えない範囲で用いることが望ましく、当該範囲を使用可能領域としていた。即ち、磁気センサ100は、第1磁気抵抗素子121のうち、使用可能領域に対応する一部の領域の抵抗変化を、検出結果として用いていた。このように、磁気センサ100は、長さY0の第1磁気抵抗素子121を形成しても、全ての長さを用いて磁場BYを検出することが困難であった。Therefore, it is desirable to use the first
この場合、第1磁気抵抗素子121の使用可能領域に対応する一部の長さの間の抵抗値を取得すべく、一例として、第1磁気抵抗素子121が延伸する途中に電極を形成していた。図3は、第1磁気抵抗素子121の延伸方向の途中と当該素子のY0側の端部との間(即ち、当該素子の使用可能領域)の抵抗を、抵抗測定器で測定して当該素子の一部の抵抗変化を取得する例を示す。以上において、第1磁気抵抗素子121を例に説明したが、他の磁気抵抗素子についても同様である。よって、このように使用することは磁気抵抗素子の実効長が短くなることから、それぞれの磁気抵抗素子のノイズが増大し、磁気センサ100のノイズ増大を招いていた。In this case, in order to obtain a resistance value between a part of the length corresponding to the usable area of the first
また、磁場変換率βが急峻に増加する位置(即ち、図3におけるY方向の位置が0近辺)において、磁場変換率βが上限値を超えないように調整することもできる。しかし、このような調整は、磁気抵抗素子の全ての領域を使用可能として用いることができるが、従来、平均化された磁場変換率βは、例えばαおよびγ等と比較して小さなものになり、検出感度の低下を招くことがあった。 In addition, the magnetic field conversion rate β can be adjusted so as not to exceed the upper limit value at a position where the magnetic field conversion rate β sharply increases (that is, the position in the Y direction in FIG. 3 is near 0). However, such adjustment can be used with all regions of the magnetoresistive element usable, but conventionally, the averaged magnetic field conversion rate β is smaller than, for example, α and γ. The detection sensitivity may be reduced.
そこで、本実施形態の磁気センサ100は、磁気収束部110に磁気収束部材を加え、磁場変換率αおよびγの傾向を保ったまま、磁場変換率βの極端な増加を抑制して磁気抵抗素子の使用可能領域を増加させる。図5は、本実施形態に係る磁気センサ100の第1の構成例を示す。図5は、磁気センサ100のZ方向から見た平面視の構成例を示す。磁気センサ100は、第1磁気収束部111および第2磁気収束部112で構成される磁気収束部110と、第1磁気抵抗素子121と、第1磁気収束部材131とを備える。即ち、図5に示す本実施形態の磁気センサ100は、磁気抵抗素子120として1つの第1磁気抵抗素子121を備える例を示す。
Therefore, the
第1磁気収束部111は、第1方向に延伸する。第2磁気収束部112は、第1方向に延伸し、第1磁気収束部111の第1端部側よりも第1方向に延伸する。ここで、第1方向を図5の−Y方向とする。即ち、第1磁気収束部111の−Y方向側の端部を第1端部とする。また、第1磁気収束部111と第2磁気収束部112とは略同一形状であって、第1磁気収束部111が、第2磁気収束部112に対して、+Y方向にΔYずらして形成される例を示す。
The first
図5において、第1磁気収束部111と第2磁気収束部112は、Z方向から見た平面視で、それぞれ形状が長方形である例を示したが、これに代えて、第1方向に略平行な向きに長手方向をもつ四角形、平行四辺形、台形のいずれであってもよい。また、Z方向から見た平面視で、磁気収束部の4つの角が直角になっているが、少なくとも1つの角が丸まっていたり、面取されていたりしてもよい。また、第1磁気収束部111と第2磁気収束部112は、各々が第1方向に平行であり、かつ、第1方向に平行な各々の長辺が略同一の長さを有しているが、各々の長辺が異なる長さであってもよい。また、第1磁気収束部111と第2磁気収束部112は、第2方向(X方向)に平行な各々の短辺が略同一の長さを有しているが、各々の短辺が異なる長さであってもよい。
In FIG. 5, the first magnetic converging
第1磁気収束部111および第2磁気収束部112は、XY面に平行な面に形成される。第1磁気収束部111および第2磁気収束部112は、パーマロイ等の磁性材料で形成され、当該磁気収束部110近傍の磁力線の向きを変化させる。第1磁気収束部111および第2磁気収束部112は、例えば、Y方向に入力する磁場BYを曲げてX方向の磁場成分を発生させ、当該X方向の磁場成分を第1磁気抵抗素子121に供給する。The first magnetic converging
第1磁気抵抗素子121は、Z方向から見た平面視で、第1磁気収束部111および第2磁気収束部112の間で第1方向に延伸し、第1方向と垂直な第2方向の磁場を検知する。即ち、第1磁気抵抗素子121は、+X方向および−X方向を含む第2方向の磁場を検知する。第1磁気抵抗素子121は、当該第2方向の磁場によって、例えば電気抵抗率が十%から数十%程度変化する磁気抵抗比を有する(巨大磁気抵抗)。第1磁気抵抗素子121は、一例として、非磁性層、反強磁性体層および強磁性体層を含む多層薄膜で形成される。
The first
第1磁気抵抗素子121は、第2磁気収束部112よりも第1磁気収束部111までの距離が小さい。つまり、第1磁気抵抗素子121は、第1磁気収束部111に近接して配置される。本実施例において、第1磁気抵抗素子121は、Z方向から見た平面視では長方形で示される直方体の形状で形成された例を示す。また、本実施例では、各磁気抵抗素子が巨大磁気抵抗(GMR:Giant Magneto−Resistance)素子である場合について示すが、GMR素子に限らず、異方向性磁気抵抗(AMR:Anisotropic Magneto−Resistance)素子やトンネル磁気抵抗(TMR:Tunnel Magneto−Resistance)素子で構成してもよい。
The first
また、図5において、第1磁気抵抗素子121は、第1磁気収束部111と第2磁気収束部112とが第2方向において重なる第1方向の範囲で、第1磁気収束部111と第2磁気収束部112との間に配置される例を示す。この場合、X方向に入力する磁場BXと、Y方向に入力する磁場BYと、Z方向に入力する磁場BZと、が第2方向(X方向)に変換され、第2方向(X方向)に変換された磁場が第1磁気抵抗素子121により効果的に入力することができる。図5において、第1磁気抵抗素子121は、第1磁気収束部111と第2磁気収束部112とが第2方向においてちょうど重なる第1方向の長さをもち、第1磁気収束部111と第2磁気収束部112との間に配置される例を示す。In FIG. 5, the first
さらに、第1磁気抵抗素子121は、平板状であることが好ましい。第1磁気抵抗素子121の形状は、Z方向から見た平面視で、矩形に限らず、例えば、四角形、正方形、平行四辺形、台形、三角形、多角形、円形、および楕円形のいずれであってもよい。また、第1方向に磁気抵抗素子を小分けに分割区分してそれらをメタル配線とで交互に接続した一連の複数の磁気抵抗素子は、1かたまりの磁気抵抗素子として見做すことができる。言い換えると、例えば、第1磁気抵抗素子121は、1つの磁気抵抗素子に限らず、2つ以上の磁気抵抗素子をメタル配線で接続して形成されてもよい。
Furthermore, the first
第1磁気収束部材131は、第1磁気収束部111の第1方向側(−Y方向側)の第1端部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第1端部から第1磁気抵抗素子121側に突出して形成される。第1磁気収束部材131は、例えば、第1磁気収束部111の最大幅(第2方向の長さの最大値)よりも第1磁気抵抗素子側に突出するように形成される。また、第1磁気収束部材131は、第1方向から見て、第1端部から第2磁気収束部112側(−X方向側)および/または第2磁気収束部112とは反対側(+X方向側)へと延伸する。この場合、第1磁気収束部材131は、Z方向から見た平面視で、第1方向において第1磁気抵抗素子121と重なる位置まで延伸してよい。
The first magnetic
また、第1磁気収束部材131は、第1方向と垂直な断面が第1磁気収束部111の第1端部における第1方向と垂直な断面よりも大きい。また、第1磁気収束部材131は、Z方向から見た平面視で、多角形の形状を有してもよい。図5において、第1磁気収束部材131は、Z方向から見た平面視では第2方向に長辺が延伸する長方形で示される、直方体の形状で形成された例を示す。第1磁気収束部材131は、第1磁気収束部111と略同一の磁性材料で形成されてよい。
The first magnetic
図5において、第2磁気収束部112の第1方向側(−Y方向側)の端部は、第1磁気収束部111の第1端部に接続する第1磁気収束部材131の第1方向側(−Y方向側)の端部よりも延伸している。また、第1磁気収束部111の第1方向とは反対側(+Y方向側)の端部は、第2磁気収束部112の第1方向とは反対側(+Y方向側)の端部よりも延伸している。こうすることで、磁気センサ100に+Y方向に入力する磁場BYは、図5の点線で示すように、第2磁気収束部112に収束され、第1磁気抵抗素子121を横切り、第1磁気収束部111を通る磁路を形成する。In FIG. 5, the end of the second
以上のような磁気センサ100は、+Y方向に平行に入力される磁場BYに応じて、第1磁気抵抗素子121にX方向の磁場成分を発生させる。第1磁気抵抗素子121は、発生したX方向の磁場成分を+β・BYとすると、+δR・β・BYの抵抗値変化を生じさせる。即ち、磁気センサ100の磁気抵抗素子120は、磁場BYの大きさに応じて、抵抗値を変化させることができる。ここで、βは、磁気収束部110がY方向に入力する磁場BYを第2方向の磁場の成分に変換する磁場変換率を示し、言い換えると、Y方向に入力する磁場BYの大きさに対して、第1磁気抵抗素子121に入力するX方向の磁場の大きさの割合を示す。βは、0以上の値をとる。δRは、磁気抵抗素子の磁気感度に相当し、X方向の磁場に対する第1磁気抵抗素子121の抵抗変化量を示す。The
図6は、本実施形態に係る磁気センサ100を+Y方向に見た構成例を示す。図6は、図5に対して、紙面の横方向をX方向、縦方向をZ方向、垂直方向をY方向とする。図6は、基板20の一方の面に形成された磁気センサ100の一例を示す。
FIG. 6 shows a configuration example when the
第1磁気抵抗素子121は、例えば、基板20の一方の面に形成された絶縁層30の内部に形成される。即ち、第1磁気抵抗素子121は、基板20および磁気収束部110とはそれぞれ電気的に絶縁されて形成される。
The first
このような第1磁気抵抗素子121を内部に有する絶縁層30は、一例として、基板20の一方の面に絶縁膜を形成し、当該絶縁膜の上面に第1磁気抵抗素子121を形成し、第1磁気抵抗素子121が形成された絶縁膜の上面に更に絶縁膜を形成することで形成される。絶縁層30は、このように、複数の絶縁膜等によって形成されてよい。第1磁気収束部111および第2磁気収束部112は、絶縁層30の上面に形成される。このように、第1磁気収束部111および第2磁気収束部112は、一例として、第1磁気抵抗素子121が形成される面と平行で、かつ、異なる面に形成される。また、図6では、第1磁気収束部111と第2磁気収束部112のZ方向の厚みが揃っているが、各々の厚みが不揃いであってもよい。
As an example, the insulating
磁気センサ100は、例えば、+X方向に平行に入力される磁場BXを、図6の点線で示すように変化させる。即ち、第1磁気抵抗素子121は、+δR・α・BXの抵抗値変化をそれぞれ生じさせる。ここで、αは、磁気収束部110がX方向に入力する磁場BXを第1磁気抵抗素子121が検出する第2方向の磁場の成分に変換する磁場変換率を示し、言い換えると、X方向に入力する磁場BXの大きさに対して、第1磁気抵抗素子121に入力するX方向の磁場の大きさの割合を示す。αは、0以上の値をとる。The
また、磁気センサ100は、例えば、+Z方向に平行に入力される磁場BZを、図6の実線に示すように変化させる。即ち、磁気収束部110は、磁場BZの入力に応じて、第1磁気抵抗素子121にX方向の磁場成分を発生させる。第1磁気抵抗素子121は、発生したX方向の磁場成分を+γ・BZとすると、+δR・γ・BZの抵抗値変化を生じさせる。ここで、γは、磁気収束部110がZ方向に入力する磁場BZを2方向の磁場の成分に変換する磁場変換率を示し、言い換えると、Z方向に入力する磁場BZの大きさに対して、第1磁気抵抗素子121に入力するX方向の磁場の大きさの割合を示す。γは、0以上の値をとる。The
以上のように、磁気センサ100は、X、Y、およびZ方向に入力する磁場を、第1磁気収束部111、第2磁気収束部112、および第1磁気収束部材131を用いて第1磁気抵抗素子121に第2方向の磁場成分が発生するようにそれぞれ曲げ、第1磁気抵抗素子121に抵抗値の変化を生じさせる。磁気センサ100は、任意の方向の磁場が入力した場合、各方向の磁場に応じた抵抗値変化の総和を、抵抗値の変化として生じさせる。
As described above, the
磁気センサ100は、一例として、任意の方向の磁場B(BX,BY,BZ)に対して、第1磁気抵抗素子121に次式で示すような抵抗値変化を生じさせる。ここで、R0は、磁場の入力が零の場合のそれぞれの磁気抵抗素子の抵抗値を示す。
(数5)
R1=R0+δR・(α・BX+β・BY+γ・BZ)As an example, the
(Equation 5)
R 1 = R 0 + δR · (α · B X + β · B Y + γ · B Z )
本実施形態の磁気センサ100は、第1磁気抵抗素子121にこのような抵抗値の変化が生じたことで、任意の方向の磁場Bを検出したと判断することができる。即ち、磁気センサ100は、検出すべき磁場の方向に対応して配置することなく、任意の方向の磁場Bの有無を検出することができる。このように、磁気センサ100は、小型で、かつ、配置方向の制限がほとんどないので、機器に容易に組み込むことができる。
The
図7は、本実施形態に係る第1磁気抵抗素子121のY方向の位置に対する磁場変換率α、β、およびγの変化の概略構成例を示す。図7の横軸は、図5に示す第1磁気抵抗素子121のY方向の位置と対応している。より具体的には、第1磁気抵抗素子121の長さをY0とすると、当該Y方向の位置を0からY0と示す。つまり、図5において、第1磁気抵抗素子121の−Y方向側の端の位置が0で、第1磁気抵抗素子121の+Y方向側の端の位置がY0である。また、図7の縦軸は、磁場変換率α、β、およびγを示す。磁場変換率α、β、およびγは、積分要素法による磁場数値解析にて求めた。FIG. 7 shows a schematic configuration example of changes in the magnetic field conversion rates α, β, and γ with respect to the position in the Y direction of the first
磁場BXおよびBZが磁気センサ100に入力する方向は、第1磁気抵抗素子121の延伸方向と略垂直な方向なので、磁気収束部110が第1磁気抵抗素子121よりも十分に長ければ、第1磁気抵抗素子121のY方向の位置のほとんどで、略一定の面積密度の磁場を供給することができる。したがって、磁場変換率αおよびγは、位置0からY0の間において、略一定の値となる。The direction in which the magnetic fields B X and B Z are input to the
なお、横軸Y=0近傍で磁場変換率αおよびγが減少しているのは、第1磁気収束部材131によるものである。すなわち、第1磁気収束部材131が+X方向に入力する磁場Bxと、+Z方向に入力する磁場Bzを収束して、第1磁気抵抗素子121の第1方向側の端部(−Y方向側)へ供給される+X方向の磁場成分を減少させていることによるものである。しかしながらこの影響は磁場変換率βの変動に比べて小さく、磁場変換率αおよびγは第1磁気抵抗素子121において略一定の値となる。
It is due to the first magnetic
磁場BYが入力する方向は、第1磁気抵抗素子121の延伸方向と略同一なので、第1磁気収束部111が磁場BYを曲げて収束させ、かつ、第1磁気収束部111の外部に放出する過程における第2方向の磁場の成分が、第1磁気抵抗素子121に検知されることになる。Since the direction in which the magnetic field BY is input is substantially the same as the extending direction of the first
図8は、本実施形態に係る第1磁気収束部111のY方向の断面の構成例を示す。図8の点線は、磁束の経路の一例を示す。第1磁気収束部材131が無い場合、Y方向に入力する磁場があると、第1磁気収束部111の第1端部に、その近傍の空間に存在する磁場が収束(集中)する。これによって、第1磁気収束部111の第1端部に近い第1磁気抵抗素子121のY方向の位置が0の近辺では、第1磁気抵抗素子121に第2方向で入力する磁場が増大し、磁場変換率βが急峻に増大していた。これに対し、第1磁気収束部111の第1端部に第1磁気収束部材131を接続する場合、図8に示すように、Y方向に入力する磁場があっても、第1磁気収束部材131に、その近傍の空間に存在する磁場が収束(集中)するので、第1磁気収束部111の第1端部に近い第1磁気抵抗素子121のY方向の位置が0の近辺では、第1磁気抵抗素子121に第2方向で入力する磁場が減少し、磁場変換率βが低減することができる。図8は、YZ平面で見た、第1磁気収束部材131に、その近傍に存在する磁場が収束(集中)する様子を示したものであるが、図示にはないが、図5のようなXY平面で見ても、第1磁気収束部111の第1端部ではなく、第1磁気抵抗素子121側に突出した第1磁気収束部材131に、その近傍に存在する磁場が収束(集中)することが分かっている。
FIG. 8 shows a configuration example of a cross section in the Y direction of the first
以上のように、第1磁気収束部材131は、第1磁気収束部111と並走する第1磁気抵抗素子121に、急峻に増大した磁場の第2方向成分が入力することを防止して、第1磁気抵抗素子121の磁場変換率βが予め定められた上限値を超えない範囲とすることができる。したがって、磁気センサ100は、形成した長さY0の第1磁気抵抗素子121の全部の長さを用いて磁場BYを検出することができ、検出感度を向上させることができる。図7は、第1磁気抵抗素子121の一方の端と他方の端との間(即ち、当該素子の使用可能領域)の抵抗を、抵抗測定器で測定して当該素子の一部の抵抗変化を取得する例を示す。As described above, the first
図9は、本実施形態に係る磁気センサ100の第1の変形例を示す。図9は、第1の変形例の磁気センサ100のZ方向から見た平面視の構成例であり、本変形例の磁気センサ100において、図5に示された本実施形態に係る磁気センサ100の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。また、図10は、本実施形態に係る磁気センサ100の第1の変形例の+Y方向にみた構成例を示す。図10は、図9に対応して、紙面の横方向をX方向、縦方向をZ方向、垂直方向をY方向とした図であり、図6に示された本実施形態に係る磁気センサ100の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。
FIG. 9 shows a first modification of the
本変形例の磁気センサ100は、磁気収束部110が第1磁気収束部111、第2磁気収束部112、および第3磁気収束部113を有し、磁気抵抗素子120が第1磁気抵抗素子121から第5磁気抵抗素子125までの5つの素子を有し、第1磁気収束部材131と、第2磁気収束部材132と、第3磁気収束部材133とを備える例を示す。
In the
第1磁気収束部111は、第1方向に延伸する。第2磁気収束部112は、第1方向に延伸し、第1磁気収束部111の第1端部側よりも第1方向に延伸する。ここで、第1方向を図9の−Y方向とする。即ち、第1磁気収束部111の−Y方向側の端部を第1端部とする。
The first
第3磁気収束部113は、第1方向に延伸し、第1磁気収束部111の第1端部側よりも第1方向に延伸され、第1磁気収束部111に対し第2磁気収束部112とは反対側に設けられる。即ち、第3磁気収束部113は、第1方向に延伸し、XY面に平行な、第1磁気収束部111および第2磁気収束部112が形成される面に形成される。図9において、第1磁気収束部111、第2磁気収束部112、および第3磁気収束部113は、略同一形状に形成され、X方向に等間隔に配列される例を示す。
The third magnetic focusing
図9において、第1磁気収束部111、第2磁気収束部112、および第3磁気収束部113は、Z方向から見た平面視で、それぞれ形状が長方形である例を示したが、これに代えて、第1方向に略平行な向きに長手方向をもつ四角形、平行四辺形、台形のいずれであってもよい。また、Z方向から見た平面視で、磁気収束部の4つの角が直角になっているが、少なくとも1つの角が丸まっていたり、面取されていたりしてもよい。また、第1磁気収束部111、第2磁気収束部112、および第3磁気収束部113は、各々が第1方向に平行であり、かつ、第1方向に平行な各々の長辺が略同一の長さを有しているが、各々の長辺が異なる長さであってもよい。また、第1磁気収束部111、第2磁気収束部112、および第3磁気収束部113は、第2方向(X方向)に平行な各々の短辺が略同一の長さを有しているが、各々の短辺が異なる長さであってもよい。第1磁気収束部111、第2磁気収束部112、および第3磁気収束部113は、パーマロイ等の磁性材料で形成される。
In FIG. 9, the first magnetic converging
第1磁気収束部111の第1端部とは反対側(+Y方向側)の端部は、第2磁気収束部112の第1方向とは反対側(+Y方向側)の第2端部よりも第1方向とは反対方向(+Y方向)に延伸される。また、第1磁気収束部111の第1端部とは反対側(+Y方向側)の端部は、第3磁気収束部113の第1方向とは反対側(+Y方向側)の第3端部よりも第1方向とは反対方向(+Y方向)に延伸される。即ち、第1磁気収束部111は、第2磁気収束部112および第3磁気収束部113に対して、+Y方向にΔYずらして形成される。また、第2磁気収束部112および第3磁気収束部113は、Z方向から見た平面視で、第1磁気収束部111に対して対称な配置に設けられてよい。
The end of the first magnetic converging
第1磁気抵抗素子121は、Z方向から見た平面視で、第1磁気収束部111および第2磁気収束部112の間で第1方向に延伸し、第2磁気収束部112よりも第1磁気収束部111までの距離が小さい。つまり、第1磁気抵抗素子121は、第2磁気収束部112よりも第1磁気収束部111の近くに配置される。また、第2磁気抵抗素子122は、Z方向から見た平面視で、第1磁気収束部111および第2磁気収束部112の間で第1方向に延伸し、第1磁気収束部111よりも第2磁気収束部112に近くに配置される。また、第3磁気抵抗素子123は、Z方向から見た平面視で、第1磁気収束部111および第3磁気収束部113の間で第1方向に延伸し、第3磁気収束部113よりも第1磁気収束部111に近くに配置される。また、第4磁気抵抗素子124は、Z方向から見た平面視で、第1磁気収束部111および第3磁気収束部113の間で第1方向に延伸し、第1磁気収束部111よりも第3磁気収束部113に近くに配置される。
The first
第1磁気抵抗素子121から第5磁気抵抗素子125は、第1方向と垂直な第2方向の磁場をそれぞれ検知する。即ち、第1磁気抵抗素子121から第5磁気抵抗素子125は、+X方向および−X方向を含む第2方向の磁場をそれぞれ検知する。第1磁気抵抗素子121から第5磁気抵抗素子125は、当該第2方向の磁場によって、それぞれ例えば電気抵抗率が十%から数十%程度変化する磁気抵抗比を有する(巨大磁気抵抗)。第1磁気抵抗素子121から第5磁気抵抗素子125は、一例として、非磁性層、反強磁性体層および強磁性体層を含む多層薄膜でそれぞれ形成される。
The first
以上の第1磁気抵抗素子121から第4磁気抵抗素子124は、一例として、Z方向から見た平面視で、第1磁気収束部111に対して対称な配置に設けられる。また、第1から第4磁気抵抗素子は、一例として、略同一方向の感磁性を有する。また、第1磁気抵抗素子121および第3磁気抵抗素子123の間に、第5磁気抵抗素子125を更に設けてもよい。第5磁気抵抗素子125は、一例として、第1から第4磁気抵抗素子と略同一方向の感磁性を有する。図9は、第1磁気収束部111のY方向の中心軸と第5磁気抵抗素子125のY方向の中心軸とが平面視で一致するように配置され、磁気センサ100が当該2つの中心軸を含むYZ面に対して面対称に形成された例を示す。ここで、対称面であるYZ面を第1面とする。
As an example, the first to fourth
図9において、第1磁気抵抗素子121および第2磁気抵抗素子122は、第1磁気収束部111と第2磁気収束部112とが第2方向において重なる第1方向の範囲で、第1磁気収束部111と第2磁気収束部112との間に配置される例を示す。この場合、X方向に入力する磁場BXと、Y方向に入力する磁場BYと、Z方向に入力する磁場BZと、が第2方向(X方向)に変換され、第2方向(X方向)に変換された磁場が第1磁気抵抗素子121および第2磁気抵抗素子122により効果的に入力することができる。図9において、第1磁気抵抗素子121および第2磁気抵抗素子122は、第1磁気収束部111と第2磁気収束部112とが第2方向においてちょうど重なる第1方向の長さをもち、第1磁気収束部111と第2磁気収束部112との間に配置される例を示す。In FIG. 9, the first
同様に、第3磁気抵抗素子123および第4磁気抵抗素子124は、第1磁気収束部111と第3磁気収束部113とが第2方向において重なる第1方向の範囲で、第1磁気収束部111と第3磁気収束部113との間に配置される例を示す。この場合、X方向に入力する磁場BXと、Y方向に入力する磁場BYと、Z方向に入力する磁場BZと、が第2方向(X方向)に変換され、第2方向(X方向)に変換された磁場が第3磁気抵抗素子123および第4磁気抵抗素子124により効果的に入力することができる。図9において、第3磁気抵抗素子123および第4磁気抵抗素子124は、第1磁気収束部111と第3磁気収束部113とが第2方向においてちょうど重なる第1方向の長さをもって、第1磁気収束部111と第3磁気収束部113との間に配置される例を示す。Similarly, the third
第1磁気抵抗素子121から第5磁気抵抗素子125は、それぞれ平板状であることが好ましい。第1磁気抵抗素子121から第5磁気抵抗素子125のそれぞれの形状は、Z方向から見た平面視で、矩形に限らず、例えば、四角形、正方形、平行四辺形、台形、三角形、多角形、円形、楕円形のいずれであってもよい。第1方向に磁気抵抗素子を小分けに分割区分してそれらをメタル配線とで交互に接続した一連の複数の磁気抵抗素子は、1かたまりの磁気抵抗素子として見做すことができる。言い換えると、例えば、第1磁気抵抗素子121から第5磁気抵抗素子125は、1つの磁気抵抗素子に限らず、2つ以上の磁気抵抗素子をメタル配線で接続して形成されてもよい。
The first to fifth
第1磁気収束部材131は、第1磁気収束部111の第1方向側(−Y方向側)の第1端部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第1端部から第1磁気抵抗素子121側および/または第3磁気抵抗素子123側に突出して形成される。第1磁気収束部材131は、例えば、第1磁気収束部111の最大幅(第2方向の長さの最大値)よりも第1磁気抵抗素子側に突出するように形成される。また、第1磁気収束部材131は、第1方向から見て、第1端部から第2磁気収束部112側(−X方向側)および/または第3磁気収束部113側(+X方向側)へと延伸する。この場合、第1磁気収束部材131は、Z方向から見た平面視で、第1方向において第1磁気抵抗素子121および/または第3磁気抵抗素子123と重なる位置まで延伸してよい。
The first magnetic
また、第1磁気収束部材131は、第1方向と垂直な断面が第1磁気収束部111の第1端部における第1方向と垂直な断面よりも大きい。また、第1磁気収束部材131は、Z方向から見た平面視で、多角形の形状を有してもよい。図9において、第1磁気収束部材131は、Z方向から見た平面視では第2方向に長辺が延伸する長方形で示される、直方体の形状で形成された例を示す。第1磁気収束部材131は、第1磁気収束部111と略同一の磁性材料で形成されてよい。
The first magnetic
第2磁気収束部材132は、第2磁気収束部112の第1方向とは反対側(+Y方向側)の第2端部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第2端部から第1磁気抵抗素子121側または第2磁気抵抗素子122側に突出して形成される。第2磁気収束部材132は、例えば、第2磁気収束部112の最大幅(第2方向の長さの最大値)よりも第1磁気抵抗素子121側または第2磁気抵抗素子122側に突出するように形成される。また、第2磁気収束部材132は、第1方向から見て、第2端部から第1磁気収束部111側(+X方向側)および/または第1磁気収束部111とは反対側(−X方向側)へと延伸する。この場合、第1磁気収束部材131は、Z方向から見た平面視で、第1方向において第2磁気抵抗素子122と重なる位置まで延伸してよい。
The second magnetic
また、第2磁気収束部材132は、第1方向と垂直な断面が第2磁気収束部112の第2端部における第1方向と垂直な断面よりも大きい。また、第2磁気収束部材132は、Z方向から見た平面視で、多角形の形状を有してもよい。図9において、第2磁気収束部材132は、Z方向から見た平面視では第2方向に長辺が延伸する長方形で示される、直方体の形状で形成された例を示す。第2磁気収束部材132は、第1磁気収束部111と略同一の磁性材料で形成されてよい。
Further, the second magnetic
第3磁気収束部材133は、第3磁気収束部113の第1方向とは反対側(+Y方向側)の第3端部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第3端部から第3磁気抵抗素子123側または第4磁気抵抗素子124側に突出して形成される。第3磁気収束部材133は、例えば、第3磁気収束部113の最大幅(第2方向の長さの最大値)よりも第3磁気抵抗素子123側または第4磁気抵抗素子124側に突出するように形成される。また、第3磁気収束部材133は、第1方向から見て、第3端部から第1磁気収束部111側(−X方向側)および/または第1磁気収束部111とは反対側(+X方向側)へと延伸する。この場合、第3磁気収束部材133は、Z方向から見た平面視で、第1方向において第4磁気抵抗素子124と重なる位置まで延伸してよい。
The third magnetic
また、第3磁気収束部材133は、第1方向と垂直な断面が第3磁気収束部113の第3端部における第1方向と垂直な断面よりも大きい。また、第3磁気収束部材133は、Z方向から見た平面視で、多角形の形状を有してもよい。図9において、第3磁気収束部材133は、Z方向から見た平面視では第2方向に長辺が延伸する長方形で示される、直方体の形状で形成された例を示す。第3磁気収束部材133は、第3磁気収束部113と略同一の磁性材料で形成されてよい。
Further, the third magnetic
第2磁気収束部112の第2端部とは反対側(−Y方向側)の端部は、第1磁気収束部111の第1端部に接続する第1磁気収束部材131の第1方向側(−Y方向側)の端部よりも延伸している。また、第1磁気収束部111の第1方向とは反対側(+Y方向側)の端部は、第2磁気収束部112の第2端部に接続する第2磁気収束部材132の第1方向とは反対側(+Y方向側)の端部よりも延伸している。こうすることで、磁気センサ100に+Y方向に入力する磁場BYは、図9の点線で示すように、第2磁気収束部112に収束され、第1磁気抵抗素子121および第2磁気抵抗素子122を横切り、第1磁気収束部111を通る磁路を形成する。The end of the second
また、第3磁気収束部113の第3端部とは反対側(−Y方向側)の端部は、第1磁気収束部111の第1端部に接続する第1磁気収束部材131の第1方向側(−Y方向側)の端部よりも延伸している。また、第1磁気収束部111の第1方向とは反対側(+Y方向側)の端部は、第3磁気収束部113の第3端部に接続する第3磁気収束部材133の第1方向とは反対側(+Y方向側)の端部よりも延伸している。こうすることで、磁気センサ100に+Y方向に入力する磁場BYは、図9の点線で示すように、第3磁気収束部113に収束され、第3磁気抵抗素子123および第4磁気抵抗素子124を横切り、第1磁気収束部111を通る磁路を形成する。Further, the end of the third
以上のような磁気センサ100は、+Y方向に平行に入力される磁場BYに応じて、第1磁気抵抗素子121および第2磁気抵抗素子122に、X方向の磁場成分+β・BYをそれぞれ供給して、+δR・β・BYの抵抗値変化をそれぞれ生じさせる。また、磁気センサ100は、磁気収束部110が第1面に対して面対称に形成されるので、磁場BYの入力に応じて、第3磁気抵抗素子123および第4磁気抵抗素子124に、X方向の磁場成分−β・BYをそれぞれ供給して、−δR・β・BYの抵抗値変化をそれぞれ生じさせる。ここで、磁場BYによって生じるX方向の磁場成分−β・BYは、X方向とは逆向きの−X方向なので、抵抗値変化もマイナスとなる。In the
また、第1磁気収束部111は、第5磁気抵抗素子125を覆うように形成されるので、当該第5磁気抵抗素子125が配置される位置には、磁場BYから変換される第2方向の磁場の成分はほとんど発生しない。また、磁気収束部110は、第1面に対して面対称に形成されるので、磁場BYの入力に応じて第5磁気抵抗素子125に第2方向の磁場の成分が入力しても、当該入力磁場成分も第1面に対して面対称となって総和がほぼ零となる。したがって、第5磁気抵抗素子125は、磁場BYの入力があっても、抵抗値変化がほとんど生じない。Moreover, since the 1st magnetic converging
また、磁気センサ100は、+X方向に平行に入力される磁場BXに応じて、第1磁気抵抗素子121から第4磁気抵抗素子124に、X方向の磁場成分+α・BXをそれぞれ供給して、+δR・α・BXの抵抗値変化をそれぞれ生じさせる。The
また、磁気センサ100は、磁場BZの入力に応じて、第1磁気抵抗素子121および第4磁気抵抗素子124にX方向の磁場成分+γ・BZをそれぞれ発生させ、第1磁気抵抗素子121および第4磁気抵抗素子124は、+δR・γ・BZの抵抗値変化をそれぞれ生じさせる。また、磁気収束部110は、磁場BZの入力に応じて、第2磁気抵抗素子122および第3磁気抵抗素子123にX方向の磁場の成分−γ・BZをそれぞれ発生させ、第2磁気抵抗素子122および第3磁気抵抗素子123は、−δR・γ・BZの抵抗値変化をそれぞれ生じさせる。The
ここで、第1磁気収束部111は、第5磁気抵抗素子125を覆うように形成されるので、当該第5磁気抵抗素子125が配置される位置には、磁場BXの第2方向の磁場のほとんどが第1磁気収束部111に収束される磁束の経路が形成される。即ち、入力磁場BXに対して変換される第2方向の磁場の成分がほとんど発生しないので、第5磁気抵抗素子125は、磁場BYの入力と同様に、磁場BXの入力があっても、抵抗値変化はほとんど生じない。Here, the first
同様に、当該第5磁気抵抗素子125が配置される位置には、磁場BZから変換される第2方向の磁場の成分はほとんど発生しない。また、磁気収束部110は、第1面に対して面対称に形成されるので、磁場BZの入力に応じて第5磁気抵抗素子125に第2方向の磁場の成分が入力しても、入力した当該磁場成分も第1面に対して面対称となってほとんどが相殺される。したがって、第5磁気抵抗素子125は、磁場BYの入力と同様に、磁場BZの入力があっても、抵抗値変化はほとんど生じない。Similarly, the the fifth position where the
第5磁気抵抗素子125は、図5において、第1磁気収束部111に覆われるように配置されているが、これには限定せず、第2磁気収束部112または第3磁気収束部113に覆われるように配置されてよく、この場合でも上記と同様な結果が得られる。
In FIG. 5, the fifth
以上のように、本変形例の磁気センサ100は、X、Y、およびZ方向に入力する磁場を、磁気収束部110と第1磁気収束部材131から第3磁気収束部材133を用いて、第5磁気抵抗素子125を除く磁気抵抗素子に第2方向の磁場成分が発生するようにそれぞれ曲げ、抵抗値の変化を生じさせる。磁気センサ100は、任意の方向の磁場が入力した場合、各方向の磁場に応じた抵抗値変化の総和を、抵抗値の変化として生じさせる。
As described above, the
磁気センサ100は、一例として、任意の方向の磁場B(BX,BY,BZ)に対して、磁気抵抗素子120のそれぞれに次式で示すような抵抗値変化を生じさせる。ここで、R0は、磁場の入力が零の場合のそれぞれの磁気抵抗素子の抵抗値を示す。また、R1からR5は、第1磁気抵抗素子121から第5磁気抵抗素子125の抵抗値をそれぞれ示す。
(数6)
R1=R0+δR・(α・BX+β・BY+γ・BZ)
R2=R0+δR・(α・BX+β・BY−γ・BZ)
R3=R0+δR・(α・BX−β・BY−γ・BZ)
R4=R0+δR・(α・BX−β・BY+γ・BZ)
R5=R0 As an example, the
(Equation 6)
R 1 = R 0 + δR · (α · B X + β · B Y + γ · B Z )
R 2 = R 0 + δR · (α · B X + β · B Y −γ · B Z )
R 3 = R 0 + δR · (α · B X −β · B Y −γ · B Z )
R 4 = R 0 + δR · (α · B X −β · B Y + γ · B Z )
R 5 = R 0
また、(数6)式より、次式を得ることができる。
(数7)
4δR・α・BX=(R1−R5)+(R2−R5)+(R3−R5)+(R4−R5)
4δR・β・BY=(R1−R5)+(R2−R5)−(R3−R5)−(R4−R5)
4δR・γ・BZ=(R1−R5)−(R2−R5)−(R3−R5)+(R4−R5)Further, the following equation can be obtained from the equation (6).
(Equation 7)
4δR · α · B X = (R 1 −R 5 ) + (R 2 −R 5 ) + (R 3 −R 5 ) + (R 4 −R 5 )
4δR · β · B Y = (R 1 −R 5 ) + (R 2 −R 5 ) − (R 3 −R 5 ) − (R 4 −R 5 )
4δR · γ · B Z = (R 1 −R 5 ) − (R 2 −R 5 ) − (R 3 −R 5 ) + (R 4 −R 5 )
磁気センサ100は、磁気抵抗素子120にこのような抵抗値の変化が生じたことで、任意の方向の磁場Bを検出したと判断してもよい。また、磁気センサ100は、任意の方向の磁場Bの入力に応じた磁気抵抗素子120のそれぞれの値から、入力磁場成分BX、BY、およびBZを算出してもよい。以上の説明において、任意の方向の磁場Bは、+X方向、+Y方向、および+Z方向の磁場入力を例として説明したが、−X方向、−Y方向、および−Z方向の磁場入力に対しても同様である。The
例えば、磁気収束部110は、第1面に対して面対称に形成されるので、+X方向、+Y方向および/または+Z方向の入力磁場の正負の向きが反転した場合、図9および図10の磁束の経路の向きが反転することになる。この場合、磁気抵抗素子120のそれぞれの値の変化の向きが反転することになる。即ち、入力磁場の反転に応じて、対応する磁気抵抗素子120のそれぞれの抵抗値の変化の向きが反転するので、(数7)式の関係式は入力磁場の正負に関わらず成立することになる。
For example, since the magnetic converging
以上のように、本変形例の磁気センサ100は、検出すべき磁場の方向に対応して配置することなく、任意の方向の磁場Bを検出することができる。また、磁気センサ100は、それぞれの磁気抵抗素子の検出結果に基づき、任意の方向の磁場Bの各方向の磁場成分を算出することもできる。このように、磁気センサ100は、小型で、かつ、配置方向の制限がほとんどないので、機器に容易に組み込むことができる。
As described above, the
また、本変形例の磁気センサ100は、入力する磁場を第1磁気収束部材131、第2磁気収束部材132、および第3磁気収束部材133でそれぞれ収束させてから、対応する磁気収束部110を介して、対応する磁気抵抗素子120に供給する。これによって、磁場変換率αおよびγの傾向を保ったまま、磁場変換率βの極端な増加を抑制して磁気抵抗素子の使用可能領域を増加させることができる。
In addition, the
図11は、本実施形態に係る磁気センサ100の第2の変形例を示す。図11は、第2の変形例の磁気センサ100のZ方向から見た平面視の構成例であり、本変形例の磁気センサ100において、図9に示された第1の変形例の磁気センサ100の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第2の変形例の磁気センサ100は、第1の変形例の磁気センサ100の構成例に、第4磁気収束部材134と、第5磁気収束部材135と、第6磁気収束部材136とを更に備える例を説明する。
FIG. 11 shows a second modification of the
第4磁気収束部材134は、第1磁気収束部111の第1端部とは反対側(+Y方向側)の第4端部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第4端部から第1磁気抵抗素子121側および/または第3磁気抵抗素子123側に突出して形成される。第4磁気収束部材134は、第1方向から見て、第4端部から第2磁気収束部112側(−X方向側)および/または第3磁気収束部113側(+X方向側)へと延伸する。図11において、第4磁気収束部材134は、Z方向から見た平面視で、第1方向において第1磁気抵抗素子121および/または第3磁気抵抗素子123と重なる位置まで延伸する例を示す。
The fourth magnetic
また、第4磁気収束部材134は、第1方向と垂直な断面が第1磁気収束部111の第4端部における第1方向と垂直な断面よりも大きい。第1磁気収束部111、第1磁気収束部材131、および第4磁気収束部材134で形成される形状は、Z方向から見た平面視で、第1方向および/または第2方向と略平行な線と線対称であってよい。図11において、第1磁気収束部111、第1磁気収束部材131、および第4磁気収束部材134は、第1面に対して面対称な形状の例を示す。第4磁気収束部材134は、第1磁気収束部111および第1磁気収束部材131と略同一の磁性材料で形成されてよい。
The fourth magnetic
第5磁気収束部材135は、第2磁気収束部112の第2端部とは反対側(−Y方向側)の第5端部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第5端部から第1磁気抵抗素子121側または第2磁気抵抗素子122側に突出して形成される。第5磁気収束部材135は、第1方向から見て、第5端部から第1磁気収束部111側(+X方向側)および/または第1磁気収束部111とは反対側(−X方向側)へと延伸する。図11において、第5磁気収束部材135は、Z方向から見た平面視で、第1方向において第2磁気抵抗素子122と重なる位置まで延伸する例を示す。
The fifth magnetic
また、第5磁気収束部材135は、第1方向と垂直な断面が第2磁気収束部112の第5端部における第1方向と垂直な断面よりも大きい。第2磁気収束部112、第2磁気収束部材132、および第5磁気収束部材135で形成される形状は、Z方向から見た平面視で、第1方向および/または第2方向と略平行な線と線対称であってよい。第5磁気収束部材135は、第2磁気収束部112および第2磁気収束部材132と略同一の磁性材料で形成されてよい。
The fifth magnetic
第6磁気収束部材136は、第3磁気収束部113の第3端部とは反対側(−Y方向側)の第6端部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第6端部から第3磁気抵抗素子123側または第4磁気抵抗素子124側に突出して形成される。第6磁気収束部材136は、第1方向から見て、第6端部から第1磁気収束部111側(−X方向側)および/または第1磁気収束部111とは反対側(+X方向側)へと延伸する。図11において、第6磁気収束部材136は、Z方向から見た平面視で、第1方向において第4磁気抵抗素子124と重なる位置まで延伸する例を示す。
The sixth magnetic
また、第6磁気収束部材136は、第1方向と垂直な断面が第3磁気収束部113の第6端部における第1方向と垂直な断面よりも大きい。第3磁気収束部113、第3磁気収束部材133、および第6磁気収束部材136で形成される形状は、Z方向から見た平面視で、第1方向および/または第2方向と略平行な線と線対称であってよい。第6磁気収束部材136は、第3磁気収束部113および第3磁気収束部材133と略同一の磁性材料で形成されてよい。第3磁気収束部113、第3磁気収束部材133、および第6磁気収束部材136で形成される形状は、第1面に対して、第2磁気収束部112、第2磁気収束部材132、および第5磁気収束部材135で形成される形状と面対称に形成されてよい。
The sixth magnetic
第2磁気収束部112の第5端部に接続する第5磁気収束部材135の第1方向側(−Y方向側)の端部は、第1磁気収束部111の第1端部に接続する第1磁気収束部材131の第1方向側(−Y方向側)の端部よりも延伸している。また、第1磁気収束部111の第4端部に接続する第4磁気収束部材134の第1方向とは反対側(+Y方向側)の端部は、第2磁気収束部112の第2端部に接続する第2磁気収束部材132の第1方向とは反対側(+Y方向側)の端部よりも延伸している。こうすることで、磁気センサ100に+Y方向に入力する磁場BYは、第5磁気収束部材135に収束され、第2磁気収束部112を通り、第1磁気抵抗素子121および第2磁気抵抗素子122を横切り、第1磁気収束部111および第4磁気収束部材134を通る磁路を形成する。An end portion on the first direction side (−Y direction side) of the fifth magnetic focusing
また、第3磁気収束部113の第6端部に接続する第6磁気収束部材136の第1方向側(−Y方向側)の端部は、第1磁気収束部111の第1端部に接続する第1磁気収束部材131の第1方向側(−Y方向側)の端部よりも延伸している。また、第1磁気収束部111の第4端部に接続する第4磁気収束部材134の第1方向とは反対側(+Y方向側)の端部は、第3磁気収束部113の第3端部に接続する第3磁気収束部材133の第1方向とは反対側(+Y方向側)の端部よりも延伸している。こうすることで、磁気センサ100に+Y方向に入力する磁場BYは、第6磁気収束部材136に収束され、第3磁気収束部113を通り、第3磁気抵抗素子123および第4磁気抵抗素子124を横切り、第1磁気収束部111および第4磁気収束部材134を通る磁路を形成する。In addition, an end portion on the first direction side (−Y direction side) of the sixth magnetic focusing
以上の第4磁気収束部材134、第5磁気収束部材135、および第6磁気収束部材136は、接続される磁気収束部の端部の面積を拡大するように形成されるので、磁気収束部110に収束する磁場を増加させる。例えば、第5磁気収束部材135および第6磁気収束部材136は、+Y方向に入力する磁場BYが入力する断面積を拡大させるので、対応する第2磁気収束部112および第3磁気収束部113に収束する磁場を増加させる。また、第4磁気収束部材134は、−Y方向に入力する磁場BYが入力する断面積を拡大させるので、対応する第1磁気収束部111に収束する磁場を増加させる。The fourth magnetic
したがって、第4磁気収束部材134、第5磁気収束部材135、および第6磁気収束部材136は、磁気収束部110が磁気抵抗素子120に供給する第2方向の磁場の成分を増加させることができる。即ち、第4磁気収束部材134、第5磁気収束部材135、および第6磁気収束部材136は、磁場変換率βを増加させることができる。この場合において、第4磁気収束部材134、第5磁気収束部材135、および第6磁気収束部材136は、磁場BYが入力するそれぞれの面と、磁気抵抗素子120との間を予め定められた距離を隔てて形成することができる。Therefore, the fourth magnetic focusing
また、第4磁気収束部材134、第5磁気収束部材135、および第6磁気収束部材136は、X方向またはZ方向から入力される磁場に対しては、第2方向の磁場の成分の磁気抵抗素子120への供給量をほとんど変化させない。したがって、第4磁気収束部材134、第5磁気収束部材135、および第6磁気収束部材136は、磁場変換率αおよびγの傾向を保ちつつ、磁場変換率βの値を全体的に増加させることができる。
Further, the fourth magnetic
即ち、第4磁気収束部材134、第5磁気収束部材135、および第6磁気収束部材136は、例えば、図7の磁場変換率βの特性を、Y軸方向に略平行に移動させることができる。第4磁気収束部材134、第5磁気収束部材135、および第6磁気収束部材136は、例えば、図7において、第4磁気収束部材134、第5磁気収束部材135、および第6磁気収束部材136のない第1の変形例の磁気センサ100の磁場変換率βよりも、点線で示すような磁場変換率βを増加させることができる。即ち、第4磁気収束部材134、第5磁気収束部材135、および第6磁気収束部材136は、磁気センサ100のY方向の検出感度を向上させることができる。
That is, the fourth magnetic focusing
なお、図7において点線で示されるように、横軸Y=Y0近傍で磁場変換率αが増大し、磁場変換率γが減少しているのは、第2磁気収束部材132によるものである。すなわち、第2磁気収束部材132が、+X方向に入力する磁場Bxを第1磁気抵抗素子121の第1方向と反対側(+Y方向側)に+X方向の磁場成分を増幅して供給し、第2磁気収束部材132が、+Z方向に入力する磁場Bzを収束して第1磁気抵抗素子121の第1方向と反対側(+Y方向側)へ供給される+X方向の磁場成分を減少させていることによるものである。しかしながらこの影響は磁場変換率βの変動に比べて小さく、磁場変換率αおよびγは第1磁気抵抗素子121において略一定の値である。As indicated by the dotted line in FIG. 7, the magnetic field conversion rate α increases and the magnetic field conversion rate γ decreases near the horizontal axis Y = Y 0 because of the second
なお、第2の変形例において、磁気センサ100は、第4磁気収束部材134、第5磁気収束部材135、および第6磁気収束部材136を備えることを説明した。これに代えて、磁気センサ100は、第4磁気収束部材134、第5磁気収束部材135、および第6磁気収束部材136のうち、少なくとも1つを備える構成であってもよい。
In the second modification, it has been described that the
図12は、本実施形態に係る磁気センサ100の第3の変形例を示す。図12は、第3の変形例の磁気センサ100のZ方向から見た平面視の構成例であり、本変形例の磁気センサ100において、図11に示された第2の変形例の磁気センサ100の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第3の変形例の磁気センサ100は、第2の変形例の磁気センサ100の構成例の第1磁気収束部材131と、第2磁気収束部材132と、第3磁気収束部材133の形状を、Z方向から見た平面視で三角形にした構成例である。
FIG. 12 shows a third modification of the
磁気センサ100は、第1磁気収束部材131、第2磁気収束部材132、および第3磁気収束部材133をこのような形状に変更しても、図7の点線で示すような第2の変形例の磁気センサ100の磁場変換率βの特性とほぼ同等の特性を得ることができる。また、第4磁気収束部材134、第5磁気収束部材135、および第6磁気収束部材136を変更する形状によっては、磁場変換率βの特性に変化を与えることもできる。つまり、第4磁気収束部材134、第5磁気収束部材135、および第6磁気収束部材136を変更する形状によっては、磁場変換率βの振る舞いの概形を変化させず、磁気変換率βの全体的な増減を調整することができる。そこで、磁気センサ100は、磁気収束部材の形状をそれぞれ変更して、磁場変換率βの特性を微調整してよい。このような磁気収束部材の形状の変更は、磁場変換率αおよびγにはほとんど影響を及ぼさないので、磁気センサ100に入力する磁場の分布、磁気センサ100の配置等に応じて、適切な形状を選択してよい。
Even if the first magnetic
図13は、本実施形態に係る磁気センサ100の第4の変形例を示す。図13は、第4の変形例の磁気センサ100のZ方向から見た平面視の構成例である。本変形例の磁気センサ100において、図5に示された本実施形態に係る磁気センサ100の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第4の変形例の磁気センサ100は、図5に示す磁気センサ100の構成例において、第2磁気抵抗素子122と、第2磁気収束部材132と、第1補助磁気収束部材161と、第2補助磁気収束部材162と、第3補助磁気収束部材163と、第5補助磁気収束部材165と、を更に備える例を説明する。なお、第2磁気抵抗素子122および第2磁気収束部材132は、図9で説明した第2磁気抵抗素子122および第2磁気収束部材132と略同一であるので、ここでは説明を省略する。
FIG. 13 shows a fourth modification of the
第1補助磁気収束部材161は、第1磁気収束部111の第1方向と垂直な第2方向の側部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第1磁気抵抗素子121側に突出する。第1補助磁気収束部材161が第1磁気抵抗素子121側に突出する距離は、第1方向から見て、第1磁気収束部材131が第1磁気収束部111から第2方向の第1磁気抵抗素子121側に突出する距離と略同一でよい。
The first auxiliary magnetic
また、第1補助磁気収束部材161の第1方向の幅は、第2磁気収束部材132の第1方向の幅と略同一でよい。また、第1補助磁気収束部材161のZ方向の高さは、第1磁気収束部111および第1磁気収束部材131のZ方向の高さと略同一でよい。第1補助磁気収束部材161は、第2方向から見て、第2磁気収束部材132と重なるように形成されてよい。第1補助磁気収束部材161は、第1磁気収束部111および第1磁気収束部材131と略同一の磁性材料で形成されてよい。
The width of the first auxiliary magnetic
第2補助磁気収束部材162は、第2磁気収束部112の第2方向の側部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第2磁気抵抗素子122側に突出する。第2補助磁気収束部材162が第2磁気抵抗素子122側に突出する距離は、第1方向から見て、第2磁気収束部材132が第2磁気収束部112から第2方向の第2磁気抵抗素子122側に突出する距離と略同一でよい。
The second auxiliary magnetic
また、第2補助磁気収束部材162の第1方向の幅は、第1磁気収束部材131の第1方向の幅と略同一でよい。また、第2補助磁気収束部材162のZ方向の高さは、第2磁気収束部112および第2磁気収束部材132のZ方向の高さと略同一でよい。第2補助磁気収束部材162は、第2方向から見て、第1磁気収束部材131と重なるように形成されてよい。第2補助磁気収束部材162は、第2磁気収束部112および第2磁気収束部材132と略同一の磁性材料で形成されてよい。
Further, the width of the second auxiliary magnetic
第3補助磁気収束部材163は、第1磁気収束部111の第1方向と垂直な第2方向の側部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第1磁気抵抗素子121とは反対側に突出する。第3補助磁気収束部材163が第1磁気抵抗素子121の反対側に突出する距離は、第1補助磁気収束部材161が第1磁気収束部111から第2方向の第1磁気抵抗素子121側に突出する距離と略同一でよい。
The third auxiliary magnetic
また、第3補助磁気収束部材163の第1方向の幅は、第1補助磁気収束部材161の第1方向の幅と略同一でよい。また、第3補助磁気収束部材163のZ方向の高さは、第1補助磁気収束部材161のZ方向の高さと略同一でよい。即ち、第3補助磁気収束部材163は、第1補助磁気収束部材161と略同一形状で形成されてよい。また、第3補助磁気収束部材163は、第2方向から見て、第2磁気収束部材132および/または第1補助磁気収束部材161と重なるように形成されてよい。第3補助磁気収束部材163は、第1補助磁気収束部材161と略同一の磁性材料で形成されてよい。
The width of the third auxiliary magnetic
第5補助磁気収束部材165は、第2磁気収束部112の第1方向と垂直な第2方向の側部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第2磁気抵抗素子122とは反対側に突出する。第5補助磁気収束部材165が第2磁気抵抗素子122の反対側に突出する距離は、第2補助磁気収束部材162が第2磁気収束部112から第2方向の第2磁気抵抗素子122側に突出する距離と略同一でよい。
The fifth auxiliary
また、第5補助磁気収束部材165の第1方向の幅は、第2補助磁気収束部材162の第1方向の幅と略同一でよい。また、第5補助磁気収束部材165のZ方向の高さは、第2補助磁気収束部材162のZ方向の高さと略同一でよい。即ち、第5補助磁気収束部材165は、第2補助磁気収束部材162と略同一形状で形成されてよい。また、第5補助磁気収束部材165は、第2方向から見て、第1磁気収束部材131および/または第2補助磁気収束部材162と重なるように形成されてよい。第5補助磁気収束部材165は、第2補助磁気収束部材162と略同一の磁性材料で形成されてよい。
The width of the fifth auxiliary
以上の本変形例の磁気センサ100は、図5で説明した磁気センサ100と同様に、X方向に入力する磁場BXと、Y方向に入力する磁場BYと、Z方向に入力する磁場BZと、を第2方向に変換し、第2方向に変換した磁場を第1磁気抵抗素子121および第2磁気抵抗素子122に効果的に入力させることができる。また、本変形例の磁気センサ100は、第1磁気収束部材131と、当該第1磁気収束部材131と略同一形状に形成された第1補助磁気収束部材161および第3補助磁気収束部材163とが、第1磁気抵抗素子121を挟むように配置されてよい。また、第2磁気収束部材132と、当該第2磁気収束部材132と略同一形状に形成された第2補助磁気収束部材162および第5補助磁気収束部材165とが、第2磁気抵抗素子122を挟むように配置されてよい。The
これにより、本変形例の磁気センサ100は、X方向に入力する磁場BXが、磁気抵抗素子の両端に配置された磁気収束部材にそれぞれ収束されるので、磁気抵抗素子の端部に入力する磁場BXの増大を抑制することができる。すなわち、例えば第1磁気抵抗素子121の+Y方向側の端+Y0近傍の磁場変換率αの値の増大を抑制することができ、位置0からY0の間において、略一定の磁場変換率αにできる。なお、図13に示す第4の変形例の磁気センサ100は、第1補助磁気収束部材161、第2補助磁気収束部材162、第3補助磁気収束部材163、および第5補助磁気収束部材165を備える例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、磁気センサ100は、第1補助磁気収束部材161、第2補助磁気収束部材162、第3補助磁気収束部材163、および第5補助磁気収束部材165のうち、いずれか1つを有する構成であってもよい。Accordingly, the
図14は、本実施形態に係る磁気センサ100の第5の変形例を示す。図14は、第5の変形例の磁気センサ100のZ方向から見た平面視の構成例である。本変形例の磁気センサ100において、図9に示された第1の変形例の磁気センサ100の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第5の変形例の磁気センサ100は、図9に示す磁気センサ100の構成例において、第1補助磁気収束部材161と、第2補助磁気収束部材162と、第3補助磁気収束部材163と、第4補助磁気収束部材164と、第5補助磁気収束部材165と、第6補助磁気収束部材166と、を更に備える例を説明する。なお、第1補助磁気収束部材161、第2補助磁気収束部材162、第3補助磁気収束部材163、および第5補助磁気収束部材165は、図13で説明した補助磁気収束部材と略同一であるので、ここでは説明を省略する。
FIG. 14 shows a fifth modification of the
即ち、第3補助磁気収束部材163は、第1磁気収束部111の第2方向の側部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第3磁気抵抗素子123側に突出する。また、第4補助磁気収束部材164は、第3磁気収束部113の第2方向の側部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第4磁気抵抗素子124側に突出する。第4補助磁気収束部材164が第4磁気抵抗素子124側に突出する距離は、第1方向から見て、第3磁気収束部材133が第3磁気収束部113から第2方向の第4磁気抵抗素子124側に突出する距離と略同一でよい。
That is, the third auxiliary magnetic
また、第4補助磁気収束部材164の第1方向の幅は、第3磁気収束部材133の第1方向の幅と略同一でよい。また、第4補助磁気収束部材164のZ方向の高さは、第3磁気収束部113および第3磁気収束部材133のZ方向の高さと略同一でよい。第4補助磁気収束部材164は、第2方向から見て、第1磁気収束部材131と重なるように形成されてよい。第4補助磁気収束部材164は、第3磁気収束部113および第3磁気収束部材133と略同一の磁性材料で形成されてよい。
The width of the fourth auxiliary magnetic
第6補助磁気収束部材166は、第3磁気収束部113の第2方向の側部に接続され、第1方向から見て、または平面視で、第4磁気抵抗素子124とは反対側に突出する。第6補助磁気収束部材166が第4磁気抵抗素子124の反対側に突出する距離は、第1方向から見て、第4補助磁気収束部材164が第3磁気収束部113から第2方向の第4磁気抵抗素子124側に突出する距離と略同一でよい。
The sixth auxiliary magnetic
また、第6補助磁気収束部材166の第1方向の幅は、第4補助磁気収束部材164の第1方向の幅と略同一でよい。また、第6補助磁気収束部材166のZ方向の高さは、第4補助磁気収束部材164のZ方向の高さと略同一でよい。即ち、第6補助磁気収束部材166は、第4補助磁気収束部材164と略同一形状で形成されてよい。また、第6補助磁気収束部材166は、第2方向から見て、第1磁気収束部材131および/または第4補助磁気収束部材164と重なるように形成されてよい。第6補助磁気収束部材166は、第4補助磁気収束部材164と略同一の磁性材料で形成されてよい。
Further, the width of the sixth auxiliary magnetic
図14の磁気センサ100は、図9で示した磁気センサ100と同様に、第1磁気収束部111のY方向の中心軸と第5磁気抵抗素子125のY方向の中心軸とが平面視で一致するように配置され、磁気センサ100が当該2つの中心軸を含むYZ面に対して面対称に形成された例を示す。また、磁気センサ100は、X方向に入力する磁場BXと、Y方向に入力する磁場BYと、Z方向に入力する磁場BZと、を第2方向に変換させ、第2方向に変換した磁場を第1磁気抵抗素子121から第4磁気抵抗素子124により効果的に入力させることができる。As in the
また、本変形例の磁気センサ100は、第1磁気収束部材131と、当該第1磁気収束部材131と略同一形状に形成された第1補助磁気収束部材161および第3補助磁気収束部材163とが、第1磁気抵抗素子121および第3磁気抵抗素子123を挟むように配置されてよい。また、本変形例の磁気センサ100は、第3磁気収束部材133と、当該第3磁気収束部材133と略同一形状に形成された第4補助磁気収束部材164および第6補助磁気収束部材166とが、第4磁気抵抗素子124を挟むように配置されてよい。
In addition, the
これにより、本変形例の磁気センサ100は、X方向に入力する磁場BXが、磁気抵抗素子の両端に配置された磁気収束部材にそれぞれ収束されるので、磁気抵抗素子の端部に入力する磁場BXの増大を抑制することができる。すなわち、例えば第1磁気抵抗素子121の+Y方向側の端+Y0近傍の磁場変換率αの値の増大を抑制することができ、位置0からY0の間において、略一定の磁場変換率αにできる。なお、図14に示す第5の変形例の磁気センサ100は、第1補助磁気収束部材161から第6補助磁気収束部材166を備える例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、磁気センサ100は、第1補助磁気収束部材161から第6補助磁気収束部材166のうち、いずれか1つを有する構成であってもよい。Accordingly, the
図15は、本実施形態に係る磁気センサ100の第6の変形例を示す。図15は、第6の変形例の磁気センサ100のZ方向から見た平面視の構成例である。本変形例の磁気センサ100において、図11に示された第2の変形例の磁気センサ100の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第6の変形例の磁気センサ100は、図11に示す磁気センサ100の構成例において、第1補助磁気収束部材161から第6補助磁気収束部材166を更に備える例を説明する。なお、第1補助磁気収束部材161から第6補助磁気収束部材166は、図14で説明した補助磁気収束部材と略同一であるので、ここでは説明を省略する。
FIG. 15 shows a sixth modification of the
本変形例の磁気センサ100は、図14に示す磁気センサ100と同様に、略同一形状の磁気収束部材が、磁気抵抗素子を挟むように配置されてよい。これにより、本変形例の磁気センサ100は、X方向に入力する磁場BXが、磁気抵抗素子の両端に配置された磁気収束部材にそれぞれ収束されるので、磁気抵抗素子の端部に入力する磁場BXの増大を抑制することができる。すなわち、例えば第1磁気抵抗素子121の+Y方向側の端+Y0近傍の磁場変換率αの値の増大を抑制することができ、位置0からY0の間において、略一定の磁場変換率αにできる。なお、図15に示す第6の変形例の磁気センサ100は、第1補助磁気収束部材161から第6補助磁気収束部材166を備える例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、磁気センサ100は、第1補助磁気収束部材161から第6補助磁気収束部材166のうち、いずれか1つを有する構成であってもよい。In the
図16は、本実施形態に係る第1磁気抵抗素子121のY方向の位置に対する磁場変換率α、β、およびγの変化の概略構成例を示す。図16の横軸は、図15に示す第1磁気抵抗素子121のY方向の位置に対応する。より具体的には、第1磁気抵抗素子121の長さをY0とすると、当該Y方向の位置を0からY0と示す。即ち、図16の横軸において、第1磁気抵抗素子121の−Y方向側の端の位置が0で、第1磁気抵抗素子121の+Y方向側の端の位置がY0を示す。FIG. 16 shows a schematic configuration example of changes in the magnetic field conversion rates α, β, and γ with respect to the position in the Y direction of the first
また、図16の縦軸は、磁場変換率α、β、およびγを示す。磁場変換率α、β、およびγは、積分要素法による磁場数値解析にて求めた値の例である。そして、図16は、図7において点線で示した第2の変形例の磁気センサ100が有する第1磁気抵抗素子121の磁場変換率α、β、およびγを、同様に点線で示す。また、図16は、図15で説明した第6の変形例の磁気センサ100が有する第1磁気抵抗素子121の磁場変換率α、β、およびγを、実線で示す。
In addition, the vertical axis of FIG. 16 indicates the magnetic field conversion rates α, β, and γ. The magnetic field conversion rates α, β, and γ are examples of values obtained by magnetic field numerical analysis by the integral element method. 16 similarly shows the magnetic field conversion rates α, β, and γ of the first
即ち、図16は、図11で説明した第2の変形例の磁気センサ100と、当該第2の変形例の磁気センサ100に第1補助磁気収束部材161から第6補助磁気収束部材166が設けられた第6の変形例の磁気センサ100との、比較結果の一例を示す。これより、第6の変形例の磁気センサ100は、第2の変形例の磁気センサ100と同様に、図7の磁場変換率βの特性を、Y軸方向に略平行に移動させ、Y方向の検出感度を向上させることができる。また、第6の変形例の磁気センサ100は、第1補助磁気収束部材161から第6補助磁気収束部材166を有するので、磁場変換率βおよびγの特性を維持したままで、例えば、第1磁気抵抗素子121の+Y方向側の端Y0近傍の磁場変換率αの増大を抑制することができ、位置0からY0の間において、略一定の磁場変換率αを提供できる。That is, FIG. 16 shows that the
以上の本実施形態の磁気センサ100は、小型で、リニアリティがよく、感度の高いセンサを提供できることを説明した。これに加えて、磁気センサ100の実装面積がより広い場合は、磁気収束部、磁気抵抗素子、および磁気収束部材の数を増加させてよい。例えば、図5、図9、図11、図12、図13、図14、および図15で示す磁気センサ100を、X方向に複数配置してよい。この場合、さらに高感度なセンサを形成することができる。
It has been described that the
図17は、本実施形態に係る磁気センサ100の第7の変形例を示す。図17は、一例として、図9、図11、図12、図14、および図15で示す磁気センサ100から、抵抗値の変化を取得して入力磁場の成分を算出する算出部を更に備える構成例を示す。図17において、磁気収束部、磁気収束部材、および補助磁気収束部材の記載は省略する。第7の変形例の磁気センサ100は、定電流源140と、算出部150とを更に備える。
FIG. 17 shows a seventh modification of the
定電流源140は、第1磁気抵抗素子121から第5磁気抵抗素子125に対応してそれぞれ設けられ、一定の電流をそれぞれ流す。ここで、図9、図11、図12、図14、および図15で示す磁気センサ100は、磁気抵抗素子の全領域を用いてリニアな領域の範囲内で磁場を検出することができるので、定電流源140は、磁気抵抗素子の一方の端に接続されてよく、当該一方の端から他の端へと一定の電流をそれぞれ流してよい。
The constant
算出部150は、第1磁気抵抗素子121から第5磁気抵抗素子125のそれぞれの磁気抵抗の変化に基づき、入力された磁場の方向および大きさを算出する。第7の変形例の算出部150は、第1磁気抵抗素子121から第5磁気抵抗素子125のそれぞれの磁気抵抗の変化に基づき、入力された磁場の方向および大きさを算出する例を示す。この場合、算出部150は、各磁気抵抗素子に接続され、(数6)式に示された抵抗値の変化を取得して、(数7)式に基づき、入力磁場の各成分を算出する。(数7)式は、乗算と加算の単純な式なので、算出部150は、電子回路等で簡便に構成することができる。
The
以上の第7の変形例の磁気センサ100は、5つの磁気抵抗素子を備える磁気センサ100について説明した。これに代えて、磁気センサ100は、4つの磁気抵抗素子に接続されてもよい。この場合、算出部150は、第1磁気抵抗素子121から第4磁気抵抗素子124に接続され、それぞれの磁気抵抗の変化に基づいて入力磁場の各成分を算出してよい。
The
この場合、算出部150は、磁場の入力が零の場合のそれぞれの磁気抵抗素子の抵抗値R0を、予め取得し、メモリ等に記憶してよい。これによって、算出部150は、(数7)式を用いることができ、入力磁場の各成分を算出することができる。また、この場合、磁気センサ100は、第5磁気抵抗素子125を設けなくてもよい。In this case, the
また、以上の第7の変形例の磁気センサ100は、定電流源140が磁気抵抗素子に対応して複数設けられることを説明した。これに代えて、磁気センサ100は、定電流源140の出力をスイッチ等で切り替える切替部を有し、測定に用いる磁気抵抗素子に定電流を流すように切り替えてもよい。これによって、磁気センサ100は、定電流源140の数を低減することができる。
Further, in the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The execution order of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior”. It should be noted that they can be implemented in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for the sake of convenience, it means that it is essential to carry out in this order. is not.
20 基板、30 絶縁層、100 磁気センサ、110 磁気収束部、111 第1磁気収束部、112 第2磁気収束部、113 第3磁気収束部、120 磁気抵抗素子、121 第1磁気抵抗素子、122 第2磁気抵抗素子、123 第3磁気抵抗素子、124 第4磁気抵抗素子、125 第5磁気抵抗素子、131 第1磁気収束部材、132 第2磁気収束部材、133 第3磁気収束部材、134 第4磁気収束部材、135 第5磁気収束部材、136 第6磁気収束部材、140 定電流源、150 算出部、161 第1補助磁気収束部材、162 第2補助磁気収束部材、163 第3補助磁気収束部材、164 第4補助磁気収束部材、165 第5補助磁気収束部材、166 第6補助磁気収束部材 20 Substrate, 30 Insulating layer, 100 Magnetic sensor, 110 Magnetic converging unit, 111 First magnetic converging unit, 112 Second magnetic converging unit, 113 Third magnetic converging unit, 120 Magnetoresistive element, 121 First magnetoresistive element, 122 2nd magnetoresistive element, 123 3rd magnetoresistive element, 124 4th magnetoresistive element, 125 5th magnetoresistive element, 131 1st magnetic focusing member, 132 2nd magnetic focusing member, 133 3rd magnetic focusing member, 134 1st 4 magnetic focusing member, 135 fifth magnetic focusing member, 136 sixth magnetic focusing member, 140 constant current source, 150 calculation unit, 161 first auxiliary magnetic focusing member, 162 second auxiliary magnetic focusing member, 163 third auxiliary magnetic focusing Member, 164 fourth auxiliary magnetic focusing member, 165 fifth auxiliary magnetic focusing member, 166 sixth auxiliary magnetic focusing member
Claims (27)
前記第1方向に延伸し、前記第1磁気収束部の第1端部よりも前記第1方向に延伸する第2磁気収束部と、
平面視で、前記第1磁気収束部および前記第2磁気収束部の間で前記第1方向に延伸する第1磁気抵抗素子と、
前記第1磁気収束部の前記第1端部に接続され、前記第1方向から見て、または平面視で、前記第1端部から前記第1磁気抵抗素子側に突出した第1磁気収束部材と、
を備える磁気センサ。A first magnetic converging portion extending in a first direction;
A second magnetic flux concentrator extending in the first direction and extending in the first direction than the first end of the first magnetic flux concentrator;
A first magnetoresistive element extending in the first direction between the first magnetic converging portion and the second magnetic converging portion in plan view;
A first magnetic flux concentrator member connected to the first end portion of the first magnetic flux concentrator and projecting from the first end portion toward the first magnetoresistive element when viewed from the first direction or in plan view. When,
A magnetic sensor comprising:
前記第2磁気収束部の前記第2端部に接続され、前記第1方向から見て、または平面視で、前記第2端部から前記第1磁気抵抗素子側に突出した第2磁気収束部材を備える請求項5に記載の磁気センサ。The end of the first magnetic flux concentrator opposite to the first direction is opposite to the first direction than the second end of the second magnetic concentrator opposite to the first direction. Stretched to
A second magnetic flux concentrator member connected to the second end portion of the second magnetic flux concentrating portion and projecting from the second end portion toward the first magnetoresistive element when viewed from the first direction or in plan view. A magnetic sensor according to claim 5.
前記第2磁気収束部の前記第2方向の側部に接続され、前記第1方向から見て、または平面視で、前記第2磁気抵抗素子側に突出した第2補助磁気収束部材と、
を備える請求項6または7に記載の磁気センサ。A first auxiliary magnet which is connected to a side portion in a second direction perpendicular to the first direction of the first magnetic converging portion and protrudes toward the first magnetoresistive element when viewed from the first direction or in plan view. A converging member;
A second auxiliary magnetic flux concentrator member connected to a side portion of the second magnetic flux concentrator in the second direction and protruding toward the second magnetoresistive element in a plan view when viewed from the first direction;
A magnetic sensor according to claim 6 or 7.
平面視で、前記第1磁気収束部および前記第3磁気収束部の間で前記第1方向に延伸する第3磁気抵抗素子と、
を更に備える請求項7または8に記載の磁気センサ。Extending in the first direction, extending in the first direction from the first end of the first magnetic converging part, and provided on the opposite side of the second magnetic converging part with respect to the first magnetic converging part A third magnetic convergence part;
A third magnetoresistive element extending in the first direction between the first magnetic converging part and the third magnetic converging part in plan view;
The magnetic sensor according to claim 7 or 8, further comprising:
前記第3磁気収束部の前記第3端部に接続され、前記第1方向から見て、または平面視で、前記第3端部から前記第3磁気抵抗素子側に突出した第3磁気収束部材を備える請求項9に記載の磁気センサ。The end of the first magnetic converging part opposite to the first end is opposite to the first direction than the third end of the third magnetic converging part opposite to the first direction. Stretched in the direction,
A third magnetic flux concentrator member connected to the third end portion of the third magnetic flux concentrating portion and projecting from the third end portion toward the third magnetoresistive element when viewed from the first direction or in plan view. A magnetic sensor according to claim 9.
平面視で、前記第1磁気収束部および前記第3磁気収束部の間で前記第1方向に延伸し、前記第1磁気収束部よりも前記第3磁気収束部との距離が小さい第4磁気抵抗素子を備える請求項9から11のいずれか一項に記載の磁気センサ。The third magnetoresistive element has a smaller distance from the first magnetic converging part than the third magnetic converging part,
A fourth magnet that extends in the first direction between the first magnetic converging part and the third magnetic converging part in a plan view and has a smaller distance from the third magnetic converging part than the first magnetic converging part. The magnetic sensor according to claim 9, further comprising a resistance element.
前記第3磁気収束部の前記第2方向の側部に接続され、前記第1方向から見て、または平面視で、前記第4磁気抵抗素子側に突出した第4補助磁気収束部材と、
を備える請求項12に記載の磁気センサ。A third auxiliary magnetic flux concentrator member connected to a side portion of the first magnetic flux concentrator in the second direction and protruding toward the third magnetoresistive element in a plan view as viewed from the first direction;
A fourth auxiliary magnetic flux concentrator member connected to a side portion of the third magnetic flux concentrator in the second direction and projecting toward the fourth magnetoresistive element in a plan view as viewed from the first direction;
A magnetic sensor according to claim 12.
第1方向に延伸し、前記第1磁気収束部の第1端部側よりも前記第1方向に延伸する第2磁気収束部と、
平面視で、前記第1磁気収束部および前記第2磁気収束部の間で前記第1方向に延伸する第1磁気抵抗素子と、
前記第1磁気収束部の前記第1端部に接続され、前記第1磁気抵抗素子の前記第1方向側から前記第1磁気抵抗素子の端部へと入力される磁界を低減する第1磁気収束部材と、
を備える磁気センサ。A first magnetic converging portion extending in a first direction;
A second magnetic converging part that extends in the first direction and extends in the first direction from the first end side of the first magnetic converging part;
A first magnetoresistive element extending in the first direction between the first magnetic converging portion and the second magnetic converging portion in plan view;
A first magnet that is connected to the first end of the first magnetic converging unit and reduces a magnetic field input from the first direction side of the first magnetoresistive element to the end of the first magnetoresistive element. A converging member;
A magnetic sensor comprising:
前記第1方向に延伸し、前記第1磁気収束部の第1方向側の第1端部よりも前記第1方向に延伸する第2磁気収束部と、
平面視で、前記第1磁気収束部および前記第2磁気収束部の間で前記第1方向に延伸する第1磁気抵抗素子と、
平面視で、前記第1磁気収束部および前記第2磁気収束部の間で前記第1方向に延伸し、前記第1磁気収束部よりも前記第2磁気収束部に近い第2磁気抵抗素子と、
前記第1磁気収束部の前記第1端部に接続され、前記第1方向から見て、または平面視で、前記第1端部から前記第1磁気抵抗素子側に突出した第1磁気収束部材と、
前記第1磁気収束部の前記第1端部とは反対側の端部に接続され、前記第1方向から見て、または平面視で、前記第1端部とは反対側の端部から前記第1磁気抵抗素子側に突出した第4磁気収束部材と、
前記第2磁気収束部の前記第1方向とは反対側の第2端部に接続され、前記第1方向から見て、または平面視で、前記第2端部から前記第1磁気抵抗素子側に突出した第2磁気収束部材と、
前記第2磁気収束部の前記第1方向に延伸された端部に接続され、前記第1方向から見て、または平面視で、前記第1方向に延伸された端部から前記第1磁気抵抗素子側に突出した第5磁気収束部材と、
前記第1磁気収束部の第1方向と垂直な第2方向の側部に接続され、前記第1方向から見て、または平面視で、前記第1磁気抵抗素子側に突出した第1補助磁気収束部材と、
前記第2磁気収束部の前記第2方向の側部に接続され、前記第1方向から見て、または平面視で、前記第2磁気抵抗素子側に突出した第2補助磁気収束部材と、
を備え、
前記第1磁気収束部の前記第1方向とは反対側の端部は、前記第2磁気収束部の前記第2端部よりも前記第1方向とは反対方向に延伸する磁気センサ。A first magnetic converging portion extending in a first direction;
A second magnetic flux concentrator extending in the first direction and extending in the first direction from a first end on the first direction side of the first magnetic flux concentrator,
A first magnetoresistive element extending in the first direction between the first magnetic converging portion and the second magnetic converging portion in plan view;
A second magnetoresistive element extending in the first direction between the first magnetic converging part and the second magnetic converging part in a plan view and closer to the second magnetic converging part than the first magnetic converging part; ,
A first magnetic flux concentrator member connected to the first end portion of the first magnetic flux concentrator and projecting from the first end portion toward the first magnetoresistive element when viewed from the first direction or in plan view. When,
The first magnetic flux concentrator is connected to an end opposite to the first end, and viewed from the first direction or in plan view, from an end opposite to the first end. A fourth magnetic flux concentrating member protruding toward the first magnetoresistive element;
Connected to the second end of the second magnetic flux concentrator opposite to the first direction, and viewed from the first direction or in plan view, from the second end to the first magnetoresistive element side A second magnetic flux concentrating member protruding into
The first magnetic resistance is connected to an end portion of the second magnetic flux concentrating portion that extends in the first direction and viewed from the first direction or from an end portion that extends in the first direction in plan view. A fifth magnetic flux concentrating member protruding toward the element side;
A first auxiliary magnet which is connected to a side portion in a second direction perpendicular to the first direction of the first magnetic converging portion and protrudes toward the first magnetoresistive element when viewed from the first direction or in plan view. A converging member;
A second auxiliary magnetic flux concentrator member connected to a side portion of the second magnetic flux concentrator in the second direction and protruding toward the second magnetoresistive element in a plan view when viewed from the first direction;
With
An end of the first magnetic flux concentrator opposite to the first direction extends in a direction opposite to the first direction than the second end of the second magnetic flux concentrator.
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