JP7615659B2 - 磁気センサ - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサに関する。

公報記載の従来技術として、非磁性基板上に形成された硬磁性体膜からなる薄膜磁石と、前記薄膜磁石の上を覆う絶縁層と、前記絶縁層上に形成された一軸異方性を付与された一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる感磁部とを備えた磁気インピーダンス効果素子が存在する（特許文献１参照）。

特開２００８－２４９４０６号公報

磁気インピーダンス効果によって磁界を感受する感受素子を用いた磁気センサには、磁界の変化に対する感度が高いことが求められる。
本発明は、磁気インピーダンス効果によって磁界を感受する感受素子を用いた磁気センサの感度を高めることを目的とする。

本発明が適用される磁気センサは、基板上に感受回路が設けられ、感受回路により磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子と、感受素子とは別の部材であって、感受素子に対向して設けられ、軟磁性体で構成されて感受素子に外部からの磁力線を集束させる集束部材と、感受素子及び集束部材とは別の部材であって、集束部材が対向する側とは逆の側から感受素子に対向して設けられ、軟磁性体で構成されて感受素子を透過した磁力線を外部に発散させる発散部材と、集束部材と発散部材とのいずれか一方に接触し、集束部材と発散部材とのいずれか他方に接触せず、集束部材と発散部材とを介して感受素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加部材とを、備え、集束部材は、感受素子に対向する対向部と、外部から磁力線が入る側に設けられ、外部の磁力線の方向と交差する方向における幅が対向部より両側に広がった幅広部とを備え、発散部材は、感受素子に対向する対向部と、外部に磁力線が出る側に設けられ、外部の磁力線の方向と交差する方向における幅が対向部より両側に広がった幅広部とを備え、バイアス磁界印加部材は、集束部材の幅広部において対向部の一方側に広がった部分と、発散部材の幅広部における対向部の一方側に広がった部分とのいずれか一方に接触し、集束部材の幅広部における対向部の一方側に広がった部分と、発散部材の幅広部における対向部の一方側に広がった部分とのいずれか他方と対向している。

本発明が適用される磁気センサは、基板上に感受回路が設けられ、感受回路により磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子と、感受素子とは別の部材であって、感受素子に対向して設けられ、軟磁性体で構成されて感受素子に外部からの磁力線を集束させる集束部材と、感受素子及び集束部材とは別の部材であって、集束部材が対向する側とは逆の側から感受素子に対向して設けられ、軟磁性体で構成されて感受素子を透過した磁力線を外部に発散させる発散部材と、集束部材と発散部材とのいずれか一方に接触し、集束部材と発散部材とのいずれか他方に接触せず、集束部材と発散部材とを介して感受素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加部材とを、備え、集束部材は、感受素子に対向する対向部と、外部から磁力線が入る側に設けられ、外部の磁力線の方向と交差する方向における幅が対向部より両側に広がった幅広部と、幅広部の端部から感受素子側に延伸する延伸部と、を備え、発散部材は、感受素子に対向する対向部と、外部に磁力線が出る側に設けられ、外部の磁力線の方向と交差する方向における幅が対向部より両側に広がった幅広部と、幅広部の端部から感受素子側に延伸する延伸部と、を備え、バイアス磁界印加部材は、集束部材の延伸部における感受素子側の端部と発散部材の延伸部における感受素子側の端部とのいずれか一方に接触し、集束部材の延伸部における感受素子側の端部と発散部材の延伸部における感受素子側の端部とのいずれか他方と対向している。

本発明によれば、磁気インピーダンス効果によって磁界を感受する感受素子を用いた磁気センサの感度を高めることができる。

第１の実施の形態が適用される磁気センサを説明する図である。 第１の実施の形態が適用される他の磁気センサを説明する図である。 感受素子の一例を説明する図である。（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線での断面図である。 感受素子の感受部の長手方向に印加された磁界と感受素子のインピーダンスとの関係を説明する図である。 第１の実施の形態が適用される磁気センサにおけるインピーダンスと磁界との関係を説明する図である。 第１の実施の形態が適用される磁気センサの感度と異方性磁界とを示す図である。 第１の実施の形態が適用される磁気センサの変形例を説明する図である。（ａ）は、平面形状が台形である集束部材及び発散部材を備える磁気センサ、（ｂ）は、平面形状がＹ字状である集束部材及び発散部材を備える磁気センサである。 第２の実施の形態が適用される磁気センサを示す図である。 第２の実施の形態が適用される磁気センサの検知感度を説明する図である。 バイアス磁界の印加方法とノイズとの関係を比較した磁気センサを説明する図である。（ａ）は、“Ｔ型”の集束部材及び発散部材を備え、永久磁石によりバイアス磁界が印加される磁気センサ、（ｂ）は、ボンド磁石によりバイアス磁界が印加される磁気センサである。 “Ｔ型”の集束部材及び発散部材を備え、永久磁石によりバイアス磁界が印加される磁気センサにおけるノイズを説明する図である。（ａ）は、感受素子の電圧の時間変化、（ｂ）は、電圧の時間変化を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）したＦＦＴデータである。 ボンド磁石によりバイアス磁界を印加する磁気センサにおけるノイズを説明する図である。（ａ）は、感受素子１０の電圧の時間変化、（ｂ）は、電圧の時間変化を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）したＦＦＴデータである。 第２の実施の形態が適用される他の磁気センサ３１０を説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
［第１の実施の形態］
（磁気センサ２００、２１０）
図１は、第１の実施の形態が適用される磁気センサ２００を説明する図である。図１に示すように、紙面の横方向をｘ方向、紙面の上方向をｙ方向、そして紙面の表面方向をｚ方向とする。なお、図１には、磁力線を矢印で示している。

磁気センサ２００は、感受素子１０と、外部空間からの磁力線を感受素子１０に集束する集束部材２０と、感受素子１０を透過した磁力線を発散させる発散部材３０とを備えている。そして、集束部材２０、感受素子１０、及び発散部材３０が、この順でｘ方向に配列されている。ここでは、磁気センサ２００は、図１に示す一点鎖線で囲んだ部分をいい、それ以外の部分を外部空間又は外部と表記する。他の場合も同様である。

感受素子１０は、磁気インピーダンス効果によって、ｘ方向における磁界又は磁界の変化を感受する。
集束部材２０は、感受素子１０に対向する対向部２０ａと、対向部２０ａよりｙ方向の幅が広い幅広部２０ｂとを備えている。つまり、集束部材２０は、平面形状において、対向部２０ａが縦棒、幅広部２０ｂが横棒となるＴ字状である。そして、集束部材２０は、ｚ方向において一定の厚さを有している。

集束部材２０において、対向部２０ａの感受素子１０に対向する部分の（ｙ方向の）幅Ｗ_２０ａは、例えば４．５ｍｍ、ｘ方向の長さＬ_２０ａは、例えば６ｍｍ、幅広部２０ｂのｙ方向の幅Ｗ_２０ｂは、例えば１６ｍｍ、ｘ方向の長さＬ_２０ｂは、例えば２ｍｍである。さらに、対向部２０ａと感受素子１０との距離Ｌ_２０ａｇは、例えば２ｍｍである。なお、これらの値は一例であって他の値であってもよい。

発散部材３０は、感受素子１０に対向する対向部３０ａと対向部３０ａよりｙ方向の幅が広い幅広部３０ｂとを備えている。つまり、発散部材３０は、平面形状において、集束部材２０と同様に、平面形状がＴ字状である。そして、発散部材３０は、ｚ方向において一定の厚さを有している。

発散部材３０において、対向部３０ａの感受素子１０に対向する部分の（ｙ方向の）幅Ｗ_３０ａは、例えば４．５ｍｍ、ｘ方向の長さＬ_３０ａは、例えば６ｍｍ、幅広部３０ｂのｙ方向の幅Ｗ_３０ｂは、例えば１６ｍｍ、ｘ方向の長さＬ_３０ｂは、例えば２ｍｍである。さらに、対向部３０ａと感受素子１０との距離Ｌ_３０ａｇは、例えば２ｍｍである。なお、これらの値は一例であって他の値であってもよい。

付言すれば、磁気センサ２００は、ｘ方向において、集束部材２０の幅広部２０ｂ、対向部２０ａ、感受素子１０、発散部材３０の対向部３０ａ、幅広部３０ｂの順で配列されている。そして、集束部材２０と発散部材３０とは、平面形状が同じＴ字状で、ｘ方向において感受素子１０を挟んで対称になるように配置されている。以下では、磁気センサ２００は、“Ｔ型”の集束部材２０、発散部材３０を備えていると表記する。

なお、図１に示す集束部材２０では、対向部２０ａは、幅広部２０ｂのｙ方向の中心部に設けられている。しかし、対向部２０ａは、幅広部２０ｂの中心部に設けられなくてもよく、幅広部２０ｂのｙ方向における端部又は－ｙ方向における端部に設けられてもよい。すなわち、集束部材２０は、平面形状がＬ字形であってもよい（“Ｌ型”）。発散部材３０も同様である。

集束部材２０と発散部材３０とは、軟磁性体で構成されている。軟磁性体とは、磁界によって容易に磁化されるが、磁界を取り除くと速やかに磁化がないか又は磁化が小さい状態に戻る、いわゆる保磁力の小さい材料である。ここでは、集束部材２０と発散部材３０とは、一例としてフェライトで構成されている。このようなフェライトとして、材質がＭｎＺｎで、初透磁率が２５００±２５％、飽和磁束密度Ｂｓが４２０ｍＴのものが挙げられる。そして、集束部材２０の対向部２０ａと幅広部２０ｂとは、一体で構成され、発散部材３０の対向部３０ａと幅広部３０ｂとは、一体で構成されている。

図１に示すように、外部空間からの磁力線は、紙面の左側（－ｘ方向側）から集束部材２０の幅広部２０ｂに入り、幅広部２０ｂから対向部２０ａに進むにつれて集束され、対向部２０ａから出る。そして、感受素子１０を透過した磁力線は、発散部材３０の対向部３０ａに入る。そして、磁力線は、対向部３０ａから幅広部３０ｂに進むにつれて発散し、幅広部３０ｂから、外部空間に出る。つまり、外部空間からの磁力線が、集束部材２０により集束され、磁力線の密度である磁束密度が大きくなって感受素子１０を透過するようにしている。なお、図１には、外部空間の磁界（外部磁界と表記する。）を磁界Ｈとして表記している。

そして、発散部材３０は、集束部材２０と同じ平面形状を有し、ｘ方向において感受素子１０を挟んで対称に配置されている。発散部材３０は、集束部材２０で集束された磁力線が、集束された状態で感受素子１０を透過するようにするために設けられている。つまり、発散部材３０を設けることで、磁力線は、感受素子１０を平行に透過しやすくなる。これにより、外部空間の磁界が強められて、感受素子１０に印加される。
なお、磁気センサ２００において、あらかじめ定められた感度が得られれば、発散部材３０を備えなくてもよい。

以上説明したように、集束部材２０は、外部空間からの磁力線を集束できればよい。このため集束部材２０は、外部空間から磁力線が入る幅広部２０ｂ側（－ｘ方向側）の幅Ｗ_２０ｂが、集束された磁力線が感受素子１０に出る対向部２０ａ側（＋ｘ方向側）の幅Ｗ_２０ａより広ければよい（Ｗ_２０ａ＜Ｗ_２０ｂ）。
また、発散部材３０は、磁力線を外部空間へ発散して出せればよい。このため発散部材３０は、感受素子１０から磁力線が入る対向部３０ａ側（－ｘ方向側）の幅Ｗ_３０ａが、発散された磁力線が出る幅広部３０ｂ側の幅Ｗ_３０ｂより狭ければよい（Ｗ_３０ａ＜Ｗ_３０ｂ）。

なお、図１では、集束部材２０の幅広部２０ｂの－ｘ方向側は、ｘ方向に向かう外部空間からの磁力線に対して垂直（９０°）に配置されている。しかし、集束部材２０の幅広部２０ｂの端部は外部空間からの磁力線に対して垂直に配置されていなくてもよく、４５°以上且つ９０°以下に設けられていればよい。なお、発散部材３０においても同様である。

また、図１に破線で示すように、磁気センサ２００における集束部材２０の幅広部２０ｂ及び発散部材３０の幅広部３０ｂは、±ｙ方向側の端部を感受素子１０側に斜めに傾斜させてもよい。この斜めに除去された部分は、集束部材２０において幅広部２０ｂから対向部２０ａへと磁力線が向かう場合や、発散部材３０において対向部３０ａから幅広部３０ｂへと磁力線が向かう場合に磁力線が通りにくい部分である。よって、集束部材２０の幅広部２０ｂ及び発散部材３０の幅広部３０ｂの±ｙ方向側の端部を感受素子１０側に斜めに傾斜させても、磁力線を集束又は発散させる特性に与える影響が少ない。

ここで、比較のために、集束部材２０及び発散部材３０を備えない感受素子１０を磁気センサ１００と表記する。なお、磁気センサ１００、２００を区別しない場合は、磁気センサと表記する。後述する磁気センサについても同様とする。

図２は、第１の実施の形態が適用される他の磁気センサ２１０を説明する図である。
磁気センサ２１０は、感受素子１０と、外部空間からの磁力線を感受素子１０に集束する集束部材２１と、感受素子１０を透過した磁力線を発散させる発散部材３１とを備えている。そして、集束部材２１、感受素子１０、及び発散部材３１が、この順でｘ方向に配列されている。

感受素子１０は、磁気センサ２００の感受素子１０と同様である。
集束部材２１は、感受素子１０に対向する対向部２１ａと、対向部２１ａよりｙ方向の幅が広い幅広部２１ｂと、幅広部２１ｂの両端部からそれぞれｘ方向に延伸した延伸部２１ｃ、２１ｄを備えている。なお、延伸部２１ｃ、２１ｄは、対向部２１ａと平行に構成されている。つまり、集束部材２１は、平面形状において、幅広部２１ｂが縦棒、対向部２１ａ及び延伸部２１ｃ、２１ｄがそれぞれ横棒となるＥ字状である。そして、集束部材２１は、ｚ方向において一定の厚さを有している。なお、対向部２１ａ、幅広部２１ｂは、磁気センサ２００における対向部２０ａ、幅広部２０ｂと同様である。

集束部材２１において、対向部２１ａの感受素子１０に対向する部分の（ｙ方向の）幅Ｗ_２１ａ、ｘ方向の長さＬ_２１ａは、磁気センサ２００の対向部２０ａの幅Ｗ_２０ａ、ｘ方向の長さＬ_２０ａと同じである。幅広部２１ｂのｙ方向の幅Ｗ_２１ｂ、ｘ方向の長さＬ_２１ｂは、磁気センサ２００の幅広部２０ｂの幅Ｗ_２０ｂ、ｘ方向の長さＬ_２０ｂと同じである。延伸部２１ｃのｙ方向の幅Ｗ_２１ｃ及び延伸部２１ｄのｙ方向の幅Ｗ_２１ｄは、例えば２ｍｍ、延伸部２１ｃのｘ方向の長さＬ_２１ｃ及び延伸部２１ｄのｘ方向の長さＬ_２１ｄは、例えば６ｍｍである。さらに、対向部２１ａと感受素子１０との距離Ｌ_２１ａｇは、磁気センサ２００における集束部材２０の対向部２０ａと感受素子１０との距離Ｌ_２０ａｇと同じである。なお、これらの値は一例であって他の値であってもよい。

発散部材３１は、感受素子１０に対向する対向部３１ａと対向部３１ａよりｙ方向の幅が広い幅広部３１ｂと、幅広部３１ｂの両端部からそれぞれ－ｘ方向に延伸した延伸部３１ｃ、３１ｄを備えている。なお、延伸部３１ｃ、３１ｄは、対向部３１ａと平行に構成されている。つまり、発散部材３１は、平面形状において、集束部材２１と同様に、平面形状がＥ字状である。そして、発散部材３１は、ｚ方向において一定の厚さを有している。なお、対向部３１ａ、幅広部３１ｂは、磁気センサ２００における対向部３０ａ、幅広部３０ｂと同様である。

発散部材３１において、対向部３１ａの感受素子１０に対向する部分の（ｙ方向の）幅Ｗ_３１ａ、ｘ方向の長さＬ_３１ａは、磁気センサ２００の対向部３０ａの幅Ｗ_３０ａ、ｘ方向の長さＬ_３０ａと同じである。幅広部３１ｂのｙ方向の幅Ｗ_３１ｂ、ｘ方向の長さＬ_３１ｂは、磁気センサ２００の幅広部３０ｂの幅Ｗ_３０ｂ、ｘ方向の長さＬ_３０ｂと同じである。延伸部３１ｃのｙ方向の幅Ｗ_３１ｃ及び延伸部３１ｄのｙ方向の幅Ｗ_３１ｄは、例えば２ｍｍ、延伸部３１ｃのｘ方向の長さＬ_３１ｃ及び延伸部３１ｄのｘ方向の長さＬ_３１ｄは、例えば６ｍｍである。さらに、対向部３１ａと感受素子１０との距離Ｌ_３１ａｇは、磁気センサ２００における発散部材３０の対向部３０ａと感受素子１０との距離Ｌ_３０ａｇと同じである。なお、これらの値は一例であって他の値であってもよい。

付言すれば、磁気センサ２１０は、ｘ方向において、集束部材２１の幅広部２１ｂ、対向部２１ａ、感受素子１０、発散部材３１の対向部３１ａ、幅広部３１ｂの順で配列されている。そして、集束部材２１と発散部材３１とは、平面形状が同じＥ字状で、ｘ方向において感受素子１０を挟んで対称になるように配置されている。以下では、磁気センサ２１０は、“Ｅ型”の集束部材２１、発散部材３１を備えていると表記する。

なお、図２に示す集束部材２１では、対向部２１ａは、幅広部２１ｂのｙ方向の中心部に設けられ、延伸部２１ｃ、２１ｄが、幅広部２１ｂの±ｙ方向の端部に設けられている。しかし、対向部２０ａは、幅広部２０ｂの中心部から＋ｙ方向又は－ｙ方向にずれて設けられてもよい。また、延伸部２１ｃ及び延伸部２１ｄの一方を備えなくてもよい。つまり、集束部材２１において、対向部２１ａが幅広部２１ｂの一方の端部に設けられ、延伸部２１ｃ又は延伸部２１ｄが幅広部２１ｂの他方の端部に設けられてもよい。すなわち、集束部材２１は、平面形状がＣ字形であってもよい（“Ｃ型”）。発散部材３１も同様である。

図２に示すように、外部空間からの磁力線は、紙面の左側（－ｘ方向側）から集束部材２１の幅広部２１ｂに入り、一部が幅広部２１ｂから対向部２１ａに進むにつれて集束され、対向部２１ａから出る。なお、集束部材２１の幅広部２１ｂに入った磁力線の他部は、延伸部２１ｃ、２１ｄに進むにつれて集束され、延伸部２１ｃ、２１ｄから出る。そして、対向部２１ａから出た磁力線は、感受素子１０を透過し、発散部材３１の対向部３１ａに入る。また、延伸部２１ｃ、２１ｄから出た磁力線のそれぞれは、発散部材３１の延伸部３１ｄ、３１ｃに入る。そして、磁力線は、対向部３１ａ、延伸部３１ｃ、３１ｄから幅広部３１ｂに進むにつれて発散し、幅広部３１ｂから、外部空間に出る。つまり、外部空間からの磁力線が、集束部材２１により集束され、磁力線の密度である磁束密度が大きくなって感受素子１０を透過するようにしている。なお、図２には、外部空間の磁界（外部磁界と表記する。）を磁界Ｈとして表記している。

以上説明したように、集束部材２１は、外部空間からの磁力線を対向部２１ａに集束できればよい。このため集束部材２１は、外部空間から磁力線が入る幅広部２１ｂ側（－ｘ方向側）の幅Ｗ_２１ｂが、集束された磁力線が感受素子１０に出る対向部２１ａ側（＋ｘ方向側）の幅Ｗ_２１ａより広ければよい（Ｗ_２１ａ＜Ｗ_２１ｂ）。
また、発散部材３１は、磁力線を外部空間へ発散して出せればよい。このため発散部材３１は、感受素子１０から磁力線が入る対向部３１ａ側（－ｘ方向側）の幅Ｗ_３１ａが、発散された磁力線が出る幅広部３１ｂ側（＋ｘ方向側）の幅Ｗ_３１ｂより狭ければよい（Ｗ_３１ａ＜Ｗ_３１ｂ）。

なお、集束部材２１の対向部２１ａと発散部材３１の対向部３１ａとの間の距離Ｌ_０は、集束部材２１の延伸部２１ｃと発散部材３１の延伸部３１ｄとの間の距離Ｌ_１及び集束部材２１の延伸部２１ｄと発散部材３１の延伸部３１ｃとの間の距離Ｌ_２より小さいか同じであることが好ましい（Ｌ_０≦Ｌ_１、Ｌ_２）。これは、距離Ｌ_１又は／及び距離Ｌ_２が距離Ｌ_０より小さいと、延伸部２１ｃと延伸部３１ｄと又は／及び延伸部２１ｄと延伸部３１ｃとの間（ギャップ）の磁気抵抗が、対向部２１ａと対向部３１ａとの間より小さくなる。このため、磁力線が、延伸部２１ｃと延伸部３１ｄと又は／及び延伸部２１ｄと延伸部３１ｃとの間（ギャップ）側に集中しやすくなり、対向部２１ａと対向部３１ａとの間に設けられた感受素子１０に印加される磁界が小さくなってしまう。

そして、発散部材３１は、集束部材２１と同じ平面形状を有し、ｘ方向において感受素子１０を挟んで対称に配置されている。これは、磁気センサ２００で説明した理由と同様である。よって、磁気センサ２１０において、あらかじめ定められた感度が得られれば、発散部材３１を備えなくてもよい。

以下において、磁気センサ２００の集束部材２０と磁気センサ２１０の集束部材２１とをそれぞれ区別しない場合は、集束部材と表記する。同様に、磁気センサ２００の発散部材３０と磁気センサ２１０の発散部材３１とをそれぞれ区別しない場合は、発散部材と表記する。他の場合も同様とする。

（感受素子１０）
図３は、感受素子１０の一例を説明する図である。図３（ａ）は、平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線での断面図である。図３（ａ）において、紙面の横方向がｘ方向、紙面の上方向がｙ方向、紙面の表面方向がｚ方向である。図３（ｂ）において、紙面の横方向がｘ方向、紙面の上方向がｚ方向、紙面の裏面方向がｙ方向である。

図３（ｂ）の断面図により、感受素子１０の断面構造を説明する。感受素子１０は、基板１１と、基板１１上に設けられた感受回路１２とを備えている。
図３（ａ）の平面図により、感受素子１０の平面構造を説明する。感受素子１０は、一例として四角形の平面形状を有する。感受素子１０の平面形状は、数ｍｍ角である。例えば、ｘ方向の長さが４ｍｍ～６ｍｍ、ｙ方向の長さが３ｍｍ～５ｍｍである。なお、感受素子１０の平面形状の大きさは、他の値であってもよい。

感受回路１２は、複数の感受部１２１と、感受部１２１間をつづら折りに直列接続する接続部１２２と、直列接続された感受部１２１の一方の端部と他方の端部に設けられた端子部１２３とを備えている。
感受部１２１は、平面形状が長手方向と短手方向とを有する短冊状である。図３（ａ）に示す感受部１２１は、ｘ方向を長手方向、ｙ方向を短手方向とする。そして、図３（ａ）では、６個の感受部１２１がｙ方向に並列配置されている。感受部１２１は、長手方向に交差する方向、例えば直交する短手方向（幅方向）に一軸磁気異方性が付与されている。なお、長手方向に交差する方向とは、長手方向に対して４５°を超えた角度を有すればよい。これにより、感受部１２１が磁気インピーダンス効果を示す。よって、感受素子１０又は感受回路１２を磁気インピーダンス素子と表記することがある。

各感受部１２１は、例えば長手方向の長さが１ｍｍ～１０ｍｍ、短手方向の幅が５０μｍ～１５０μｍである。厚さが０．２μｍ～５μｍである。隣接する感受部１２１間の間隔は、５０μｍ～１５０μｍである。そして、感受部１２１の数は、例えば１８である。
なお、それぞれの感受部１２１の大きさ（長さ、面積、厚さ等）、感受部１２１の数、感受部１２１間の間隔等は、感受、つまり計測したい磁界の大きさなどによって設定されればよい。なお、感受部１２１は、１個でもよい。

接続部１２２は、隣接する感受部１２１の端部間に設けられ、複数の感受部１２１を直列接続する。つまり、接続部１２２は、隣接する感受部１２１をつづら折り（ミアンダ状）に接続されるように設けられている。図３（ａ）に示す６個の感受部１２１を備える感受素子１０では、接続部１２２は５個である。接続部１２２の数は、感受部１２１の数によって異なる。例えば、感受部１２１が４個であれば、接続部１２２は３個である。また、感受部１２１が１個であれば、接続部１２２を備えない。なお、接続部１２２の幅は、感受回路１２に流す電流などによって設定すればよい。例えば、接続部１２２の幅は、感受部１２１と同じであってもよい。

端子部１２３は、直列接続された感受部１２１の一方の端部と他方の端部に設けられている。図３（ａ）においては、紙面の下側に端子部１２３ａが設けられ、紙面の上側に端子部１２３ｂが設けられている。端子部１２３ａ、１２３ｂをそれぞれ区別しないときは、端子部１２３と表記する。端子部１２３は、電線を接続しうる大きさであればよい。なお、図３（ａ）に示す感受素子１０では、感受部１２１が６個であるため、端子部１２３ａ、１２３ｂは、紙面の左側に設けられている。感受部１２１の数が奇数の場合には、２個の端子部１２３ａ、１２３ｂを紙面の左右に分けて設ければよい。なお、感受素子１０を左右反転して構成してもよい。

以上説明したように、感受回路１２は、感受部１２１が接続部１２２によってつづら折りに直列接続され、両端部に設けられた端子部１２３ａ、１２３ｂから電流が流れるように構成されている。よって、感受回路１２と表記する。

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

感受部１２１を構成する軟磁性体としては、Ｃｏを主成分とした合金に高融点金属Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ等を添加したアモルファス合金を用いるのがよい。感受部１２１を構成するＣｏ合金としては、ＣｏＮｂＺｒ、ＣｏＦｅＴａ、ＣｏＷＺｒ等が挙げられる。このような感受部１２１を構成する軟磁性体は、スパッタリング法で形成できる。

感受回路１２における接続部１２２及び端子部１２３は、感受部１２１と一体に形成されている。なお、接続部１２２及び端子部１２３の一方又は両方を導電体で構成してもよい。このような接続部１２２、端子部１２３を構成する導電体としては、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ等が挙げられる。なお、接続部１２２と端子部１２３とを異なる導電体で構成してもよい。なお、接続部１２２及び端子部１２３を、感受部１２１と一体に形成すると、感受部１２１と、接続部１２２及び端子部１２３とを別途形成することを要しない。なお、接続部１２２及び端子部１２３を感受部１２１と一体に形成したのち、接続部１２２又は／及び端子部１２３の上に導電体を重ねてもよい。

上記においては、感受部１２１は、一層の軟磁性体（軟磁性体層と表記する。）で構成されているとしたが、軟磁性体層を上層軟磁性体層と下層軟磁性体層との二層とし、上層軟磁性体層と下層軟磁性体層との間に、上層軟磁性体層と下層軟磁性体層とを反強磁性結合（ＡＦＣ：Anti-Ferro-Coupling）させる反強磁性結合層を設けてもよい。このような反強磁性結合層としては、Ｒｕなどが挙げられる。反強磁性結合層を設けることで、反磁界の発生が抑制されて、感受素子１０の感度が向上する。

また、感受部１２１を構成する上層軟磁性体層と下層軟磁性体層との間に、感受部１２１の電気抵抗を低減する導電体層を設けてもよい。導電体層としては、導電性が高い金属または合金を用いることが好ましく、導電性が高く且つ非磁性の金属または合金を用いることがより好ましい。このような導電体層としては、アルミニウム、銅、銀等の金属が挙げられる。導電体層の厚さは、例えば、１０ｎｍ～５００ｎｍである。導電体層を設けることで、感受回路１２に流す交流電流の周波数を高くできる。

さらにまた、感受部１２１を構成する上層軟磁性体層と下層軟磁性体層との間に、上層軟磁性体層及び下層軟磁性体層に還流磁区の発生を抑制する磁区抑制層を設けてもよい。このような磁区抑制層としては、Ｒｕ、ＳｉＯ_２等の非磁性体や、ＣｒＴｉ、ＡｌＴｉ、ＣｒＢ、ＣｒＴａ、ＣｏＷ等の非磁性アモルファス金属が挙げられる。磁区抑制層を設けて、感受部１２１における還流磁区の発生を抑制することにより、磁壁の移動に基づく、所謂バルクハウゼン効果によるノイズの発生が抑制される。

なお、感受部１２１を構成する軟磁性体層を二層を超える多層とし、それぞれの層の間に、反強磁性結合層、導電体層又は磁区抑制層を設けてもよい。また、上記の反強磁性結合層、導電体層及び磁区抑制層の二つ又は全てを組み合わせて用いてもよい。

（感受素子１０の作用）
続いて、感受素子１０の作用について説明する。
図４は、感受素子１０の感受部１２１の長手方向に印加された磁界Ｈと感受素子１０のインピーダンスＺとの関係を説明する図である。図４において、横軸が磁界Ｈ、縦軸がインピーダンスＺである。なお、インピーダンスＺは、図３（ａ）に示す感受回路１２の端子部１２３ａ、１２３ｂ間に交流電流を流して測定される。よって、インピーダンスＺは感受回路１２のインピーダンスであるが、感受素子１０のインピーダンスＺと表記する。

図４に示すように、感受素子１０のインピーダンスＺは、感受部１２１の長手方向に印加される磁界Ｈが大きくなるにしたがい大きくなる。そして、感受素子１０のインピーダンスＺは、印加する磁界Ｈが異方性磁界Ｈｋより大きくなると小さくなる。感受部１２１の異方性磁界Ｈｋより小さい範囲において、磁界Ｈの変化量ΔＨに対してインピーダンスＺの変化量ΔＺが急峻な部分（ΔＺ／ΔＨが大きい）を用いると、磁界Ｈの微弱な変化をインピーダンスＺの変化量ΔＺとして取り出すことができる。図４では、ΔＺ／ΔＨが大きい磁界Ｈの中心を磁界Ｈｂとして示している。つまり、磁界Ｈｂの近傍（図４で矢印で示す範囲）における磁界Ｈの変化量（ΔＨ）が高精度に測定できる。ここで、インピーダンスＺの変化量ΔＺが最も急峻な（ΔＺ／ΔＨが最も大きい）部分、つまり磁界Ｈｂにおける単位磁界当たりのインピーダンスの変化量Ｚｍａｘを、磁界ＨｂでのインピーダンスＺ（インピーダンスＺｂと表記する。）で割ったもの（Ｚｍａｘ／Ｚｂ）が感度である。感度が高いほど、磁気インピーダンス効果が大きく、磁界又は磁界の変化を計測しやすい。換言すれば、磁界Ｈに対するインピーダンスＺの変化が急峻なほど感度が高くなる。磁界Ｈｂは、バイアス磁界と呼ばれることがある。以下では、磁界Ｈｂをバイアス磁界Ｈｂと表記する。なお、感受回路１２に流される交流電流の周波数が高いほど、感度は高くなる。

（磁気センサ２００、２１０のインピーダンスＺと磁界Ｈとの関係）
図５は、第１の実施の形態が適用される磁気センサ２００、２１０におけるインピーダンスＺと磁界Ｈとの関係を説明する図である。図５において、横軸が磁界Ｈ（Ｏｅ）、縦軸がインピーダンスＺ（Ω）である。図５は、磁界Ｈが±１５Ｏｅの範囲におけるインピーダンスＺを示している。そして、図５には、“Ｔ型”の集束部材２０及び発散部材３０を備えた磁気センサ２００と、“Ｅ型”の集束部材２１及び発散部材３１を備えた磁気センサ２１０とに加え、比較のために集束部材及び発散部材を備えない感受素子１０で構成された磁気センサ１００を示す。以下では、Ｔ型”の集束部材２０及び発散部材３０を備えた磁気センサ２００を磁気センサ２００（“Ｔ型”）、“Ｅ型”の集束部材２１及び発散部材３１を備えた磁気センサ２１０を磁気センサ２１０（“Ｅ型”）、集束部材及び発散部材を備えない感受素子１０で構成された磁気センサ１００を磁気センサ１００（“無”）と表記する。そして、図５では、磁気センサ２００（“Ｔ型”）を“Ｔ型”、磁気センサ２１０（“Ｅ型”）を“Ｅ型”、磁気センサ１００（“無”）を“無”と表記する。他の図においても同様とする。

磁気センサ１００（“無”）に比べて、磁気センサ２００（“Ｔ型”）及び磁気センサ２１０（“Ｅ型”）は、異方性磁界Ｈｋ（図４参照）が小さくなり、磁界Ｈに対するインピーダンスＺの変化が急峻になっている。なお、磁気センサ２００（“Ｔ型”）は、磁気センサ２１０（“Ｅ型”）に比べ、異方性磁界Ｈｋがより小さく、磁界Ｈに対するインピーダンスＺの変化がより急峻になっている。

図６は、第１の実施の形態が適用される磁気センサ２００、２１０の感度Ｚｍａｘ／Ｚｂと異方性磁界Ｈｋとを示す図である。左側の縦軸が感度Ｚｍａｘ／Ｚｂ（／Ｏｅ）、右側の縦軸が異方性磁界Ｈｋ（Ｏｅ）である。図６は、図５に示したインピーダンスＺと磁界Ｈとの関係から、感度Ｚｍａｘ／Ｚｂと異方性磁界Ｈｋとの値を取り出して示したものである。なお、図６には、磁気センサ２００（“Ｔ型”）と磁気センサ２１０（“Ｅ型”）とに加え、比較のために磁気センサ１００（“無”）を示す。

図６に示すように、磁気センサ２００（“Ｔ型”）及び磁気センサ２１０（“Ｅ型”）は、磁気センサ１００（“無”）に比べ、異方性磁界Ｈｋが小さく、感度Ｚｍａｘ／Ｚｂが向上している。そして、磁気センサ２００（“Ｔ型”）は、磁気センサ２１０（“Ｅ型”）に比べ、異方性磁界Ｈｋがより小さく、感度Ｚｍａｘ／Ｚｂがより向上していることが分かる。

これは、磁気センサ２００、２１０のように、感受素子１０が集束部材及び発散部材を備えることにより、感受素子１０を透過する磁束密度が高くなり、感受素子１０に印加される磁界が大きくなることによると考えられる。

図７は、第１の実施の形態が適用される磁気センサ２００の変形例を説明する図である。図７（ａ）は、平面形状が台形である集束部材２２及び発散部材３２を備える磁気センサ２２０、図７（ｂ）は、平面形状がＹ字状である集束部材２３及び発散部材３３を備える磁気センサ２３０である。

図７（ａ）に示すように、磁気センサ２２０は、磁気センサ２００（“Ｔ型”）における平面形状がＴ字形である集束部材２０及び発散部材３０を、平面形状が台形である集束部材２２及び発散部材３２に置き換えたものである。よって、磁気センサ２２０を磁気センサ２２０（“台形型”）と表記する。集束部材２２は、台形の下底側が－ｘ方向の外部空間から磁力線が入る側に、台形の上底側が感受素子１０に対向する側に配置されている。集束部材２２において、感受素子１０に対向する上底のｙ方向の幅Ｗ_２２ａは、外部空間から磁力線が入る下底のｙ方向の幅Ｗ_２２ｂに比べて小さい（Ｗ_２２ａ＜Ｗ_２２ｂ）。同様に、発散部材３２は、台形の上底側が感受素子１０に対向する側に、台形の下底側が＋ｘ方向の外部空間に磁力線が出る側に配置されている。発散部材３２において、感受素子１０に対向する上底のｙ方向の幅Ｗ_３２ａは、外部空間に磁力線が出る下底のｙ方向の幅Ｗ_３２ｂに比べて小さい（Ｗ_３２ａ＜Ｗ_３２ｂ）。つまり、集束部材２２と発散部材３２とは、感受素子１０を挟んでｘ方向に対称に配置されている。このようにすることで、集束部材２２は、外部空間から入った磁力線を、感受素子１０に対して集束させる。また、発散部材３２は、感受素子１０を透過した磁力線を発散させて出す。磁気センサ２２０（“台形型”）は、磁気センサ２００（“Ｔ型”）に比べ、集束部材及び発散部材の磁気抵抗が小さくなる。なお、磁気センサ２２０（“台形型”）の集束部材２２及び発散部材３２の平面形状は、ｙ方向に対称な形状でなくてもよい。

図７（ｂ）に示すように、磁気センサ２３０は、磁気センサ２００（“Ｔ型”）における平面形状がＴ字形である集束部材２０及び発散部材３０を、平面形状がＹ字形である集束部材２３及び発散部材３３に置き換えたものである。よって、磁気センサ２３０を磁気センサ２３０（“Ｙ型”）と表記する。集束部材２３は、Ｙ字の広がった部分が－ｘ方向の外部空間から磁力線が入る側に、Ｙ字の狭まった部分が感受素子１０に対向する側に配置されている。集束部材２３において、感受素子１０に対向する側のｙ方向における幅Ｗ_２３ａは、外部空間から磁力線が入る側のｙ方向の幅Ｗ_２３ｂに比べて小さい（Ｗ_２３ａ＜Ｗ_２３ｂ）。同様に、発散部材３３は、Ｙ字の狭まった部分が感受素子１０に対向する側に、Ｙ字の広がった部分が＋ｘ方向の外部空間に磁力線が出る側に配置されている。発散部材３３において、感受素子１０に対向する側のｙ方向の幅Ｗ_３３ａは、外部空間に磁力線が出る側のｙ方向の幅Ｗ_３３ｂに比べて小さい（Ｗ_３３ａ＜Ｗ_３３ｂ）。つまり、集束部材２３と発散部材３３とは、感受素子１０を挟んでｘ方向に対称に配置されている。このようにすることで、集束部材２３は、外部空間から入った磁力線を、感受素子１０に対して集束させる。また、発散部材３３は、感受素子１０を透過した磁力線を発散させて出す。なお、磁気センサ２３０（“Ｙ型”）における集束部材２３及び発散部材３３のＹ字の広がった部分が一方のみであってもよい。また、集束部材２３及び発散部材３３の平面形状をＶ字形としてもよい。

前述したように、集束部材は、外部磁界からの磁力線を集束し、磁束密度を高くして、感受素子１０を透過させる。発散部材は、感受素子１０を透過した磁力線を発散させて外部に出す。よって、図７（ａ）の磁気センサ２２０の集束部材２２、及び図７（ｂ）の磁気センサ２３０の集束部材２３のように、集束部材は、外部磁界による磁力線を集束させるものであればよい。また、図７（ａ）の磁気センサ２２０の発散部材３２、及び図７（ｂ）の磁気センサ２３０の発散部材３３に示すように、発散部材は、外部空間に磁力線を発散させて出すものであればよい。

そのために、集束部材は、外部空間からの磁力線が入る側、つまり感受素子１０から遠い側の幅が、感受素子１０側の幅に比べ広ければよい。同様に、発散部材は、磁力線が外部空間に出る側、つまり感受素子１０から遠い側の幅が、感受素子１０側の幅に比べ広ければよい。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、感受素子１０に印加されるバイアス磁界Ｈｂは、外部空間からの外部磁界に重畳されて印加されている。第２の実施の形態では、バイアス磁界Ｈｂは、集束部材及び発散部材のいずれか一方又は両方に近接又は接触させて設けられた永久磁石によって印加される。

図８は、第２の実施の形態が適用される磁気センサ３００を示す図である。磁気センサ３００は、図１に示した磁気センサ２００と永久磁石４０とを備えたものである。よって、図１に示した磁気センサ２００と同様の部分には、同じ符号を付して説明を省略する。永久磁石４０としては、例えば円盤状の永久磁石が適用できる。このような永久磁石４０としては、例えば直径１ｍｍ～５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ～２ｍｍのフェライト磁石が挙げられる。永久磁石４０は、バイアス磁界印加部材の一例である。

磁気センサ３００では、永久磁石４０が集束部材２０の幅広部２０ｂにおける－ｙ方向側端部の感受素子１０側に接触させて設けられている。この永久磁石４０が設けられている位置を位置Ａ（図８では、［Ａ］と表記する。他も同様とする。）とする。このとき、永久磁石４０のＮ極が集束部材２０の幅広部２０ｂ側になるように配置されている。
太い矢印で示すように、永久磁石４０のＮ極から出た磁力線は、集束部材２０の幅広部２０ｂから対向部２０ａを経て、感受素子１０を透過する。そして、感受素子１０を透過した磁力線は、発散部材３０の対向部３０ａから幅広部３０ｂを経て、永久磁石４０のＳ極に戻る。つまり、永久磁石４０からの磁力線は、集束部材２０及び発散部材３０を経由して感受素子１０を透過することにより、バイアス磁界Ｈｂが感受素子１０に印加される。

なお、磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）では、磁力線は、発散部材３０の幅広部３０ｂから永久磁石４０に戻る際に、距離Ｌ_３を経由する。

なお、永久磁石４０は、位置Ａに設ける他、集束部材２０の幅広部２０ｂの＋ｙ方向側端部で感受素子１０側の側面（位置Ｂ）、発散部材３０の幅広部３０ｂの－ｙ方向側端部で感受素子１０側の側面（位置Ｃ）、＋ｙ方向側端部で感受素子１０側の側面（位置Ｄ）のいずれに設けてもよい。
また、集束部材２０の幅広部２０ｂの－ｙ方向側端部（位置Ｅ）に設けてもよい。さらに、永久磁石４０は、集束部材２０の幅広部２０ｂの－ｙ方向側端部で感受素子１０と反対側の側面（位置Ｆ）に設けてもよく、集束部材２０の幅広部２０ｂの感受素子１０側の側面であって、対向部２０ａと近接する部分（位置Ｇ）に設けてもよい。ここで示す位置Ａ～位置Ｇは例示であって、永久磁石４０は、位置Ａ～位置Ｇ以外の部分に設けてもよい。また、複数の永久磁石４０を複数の位置（位置Ａ～Ｇなど）に設けてもよい。このとき用いる複数の永久磁石４０は、同じ性能のものであってもよく、異なる性能のものであってもよい。なお、図８に示した、永久磁石４０を位置Ａに設けた場合と同様に、永久磁石４０は、永久磁石４０からの磁力線が感受素子１０を透過してバイアス磁界Ｈｂを印加するように配置すればよい。

図９は、第２の実施の形態が適用される磁気センサ３００の検知感度を説明する図である。横軸は、交流電圧（Ｖ）、縦軸は、検知感度（ｍＶ／ｎＴ）である。ここで、磁気センサ３００を磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）と表記し、図９では、“Ｔ型＋永久磁石”と表記する。そして、図９には、磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）に加え、磁気センサ１００（“無”）を示す。

検知感度とは、磁気センサ（磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）、磁気センサ１００）をＡＭ変調回路に設置して、交流電圧を印加した場合における単位磁界当たりの感受素子１０の電圧である。

図９に示すように、磁気センサ１００（“無”）に比べ、磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）は、検知感度が２倍以上に向上する。

また、ノイズ密度は、磁気センサ１００（“無”）では３８ｐＴ／√Ｈｚであるのに対して、磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）では１２．４ｐＴ／√Ｈｚと３倍近く向上した。

図１０は、バイアス磁界Ｈｂの印加方法とノイズとの関係を比較した磁気センサを説明する図である。図１０（ａ）は、“Ｔ型”の集束部材２０及び発散部材３０を備え、永久磁石４０によりバイアス磁界Ｈｂが印加される磁気センサ３００、図１０（ｂ）は、ボンド磁石５０によりバイアス磁界Ｈｂが印加される磁気センサ４００である。

図１０（ａ）は、図８に示した磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）であって、位置Ａに永久磁石４０が設けられている。
図１０（ｂ）の磁気センサ４００は、感受素子１０と、ボンド磁石５０ａ、５０ｂを備えている。そして、ボンド磁石５０ａ、５０ｂは、感受素子１０を挟むようにｙ方向に配置されている。なお、ボンド磁石５０ａ、５０ｂをそれぞれ区別しない場合は、ボンド磁石５０と表記する。また、ボンド磁石５０をボンド磁石と表記する場合がある。ボンド磁石とは、微小な磁石粒又は微粉を樹脂等のバインダと混ぜて成形した棒状の永久磁石である。なお、ボンド磁石５０によりバイアス磁界Ｈｂが印加される磁気センサ４００を磁気センサ４００（“ボンド磁石”）と表記する。

図１１は、“Ｔ型”の集束部材２０及び発散部材３０を備え、永久磁石４０によりバイアス磁界Ｈｂが印加される磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）におけるノイズを説明する図である。図１１（ａ）は、感受素子１０の電圧の時間変化、図１１（ｂ）は、電圧の時間変化を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）したＦＦＴデータである。図１１（ａ）では、横軸が時間（ｓｅｃ）、縦軸が電圧（Ｖ）である。図１１（ｂ）では、横軸が周波数（Ｈｚ）、縦軸がＦＦＴデータ（ｍＶ／√Ｈｚ）である。なお、感受素子１０の電圧とは、感受素子１０をＡＭ変調回路に接続して、交流電圧を印加した場合における感受素子１０の電圧である。そして、図１１（ａ）では、４回の計測結果を重ねて示している。図１１（ｂ）では、４回の計測の内の一つを示している。

図１２は、ボンド磁石５０によりバイアス磁界Ｈｂを印加する磁気センサ４００（“ボンド磁石”）におけるノイズを説明する図である。図１２（ａ）は、感受素子１０の電圧の時間変化、図１２（ｂ）は、電圧の時間変化を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）したＦＦＴデータである。図１２（ａ）では、横軸が時間（ｓｅｃ）、縦軸が電圧（Ｖ）である。図１２（ｂ）では、横軸が周波数（Ｈｚ）、縦軸がＦＦＴデータ（ｍＶ／√Ｈｚ）である。なお、感受素子１０の電圧は、磁気センサ３００の場合と同様である。そして、図１２（ａ）では、４回の計測結果を重ねて示している。図１２（ｂ）では、４回の計測の内の一つを示している。

図１１（ａ）に示す磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）は、図１２（ａ）に示す磁気センサ４００（“ボンド磁石”）に比べ、電圧の時間に対する変動（うねり）が少ない。つまり、磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）では、磁気センサ４００（“ボンド磁石”）に比べ、電圧の時間に対するうねり系のノイズの発生が抑制されている。図１１（ａ）に示す磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）では、図１２（ａ）に示す磁気センサ４００（“ボンド磁石”）に比べ、安定した電圧が得られる。

また、図１１（ｂ）に示す磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）は、図１２（ｂ）に示す磁気センサ４００（“ボンド磁石”）に比べ、１０Ｈｚから１００Ｈｚにおける周波数におけるＦＦＴデータの変動が少ない。特に、図１１（ｂ）に示す磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）では、図１２（ｂ）に示す磁気センサ４００（“ボンド磁石”）における３０Ｈｚ付近に出ていたノイズが抑制されている。これは、磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）では、ボンド磁石５０に比べて集束部材２０及び発散部材３０の熱容量が大きく安定していることによると考えられる。

磁気センサ４００（“ボンド磁石”）では、ボンド磁石５０からの磁力線が外部空間に出やすい。これに対して、磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）では、集束部材２０及び発散部材３０を設け、永久磁石４０によりバイアス磁界Ｈｂを印加しているので、永久磁石４０から発生する磁力線が集束部材及び発散部材内に閉じ込められやすい。一方、ボンド磁石５０では、磁力線が外部空間に出やすくバイアス磁界Ｈｂが変動しやすいためと考えられる。よって、磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）は、磁気センサ４００（“ボンド磁石”）より、ノイズの発生が抑制されると考えられる。

ただし、磁気センサ３００（"Ｔ型＋永久磁石"）において、図８の位置Ｅに永久磁石４０を配置した場合には、図１１（ａ）、（ｂ）に示したより大きなノイズが発生した。これは、永久磁石４０から発生した磁力線が集束部材２０及び発散部材３０内だけでなく、外部空間に出やすいためと考えられる。

図１３は、第２の実施の形態が適用される他の磁気センサ３１０を説明する図である。磁気センサ３１０は、図２に示した磁気センサ２１０（“Ｅ型”）と永久磁石４０とを備えている。よって、図２に示した磁気センサ２１０（“Ｅ型”）と同様の部分には、同じ符号を付して説明を省略する。永久磁石４０としては、磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）と同様に、例えば円盤状の永久磁石が適用できる。よって、永久磁石を永久磁石４０と表記する。そして、磁気センサ３１０を、磁気センサ３１０（“Ｅ型＋永久磁石”）と表記する。

磁気センサ３１０では、永久磁石４０が集束部材２１の延伸部２１ｃの＋ｘ方向側端部（位置Ｉ）に接触させて設けられている。このとき、永久磁石４０は、Ｎ極が集束部材２１の延伸部２１ｃ側になるように設けられている。永久磁石４０のＮ極から出た磁力線は、太い矢印で示すように、集束部材２１の延伸部２１ｃ、幅広部２１ｂ、対向部２１ａを経て、感受素子１０を透過する。そして、感受素子１０を透過した磁力線は、発散部材３１の対向部３１ａ、幅広部３１ｂ、延伸部３１ｄを経て、永久磁石４０のＳ極に戻る。つまり、永久磁石４０からの磁力線は、集束部材２１及び発散部材３１を経由して感受素子１０を透過することにより、感受素子１０にバイアス磁界Ｈｂが印加される。

なお、永久磁石４０は、位置Ｉの他に、集束部材２１における延伸部２１ｄの＋ｘ方向側端部（位置Ｊ）、発散部材３１の延伸部３１ｃの－ｘ方向側端部（位置Ｋ）、発散部材３１の延伸部３１ｄの－ｘ方向側端部（位置Ｍ）のいずれに設けてもよい。なお、位置Ｉ～位置Ｍは、例示であって、他の位置に設けてもよい。複数の永久磁石４０を複数の位置（位置Ｉ～位置Ｍなど）に設けてもよい。

なお、図１３に示した磁気センサ３１０（“Ｅ型＋永久磁石”）は、集束部材２１に延伸部２１ｃ、２１ｄを備え、発散部材３１に延伸部３１ｃ、３１ｄを備える。そして、集束部材２１の延伸部２１ｃと発散部材３１の延伸部３１ｄとが対向する。同様に、集束部材２１の延伸部２１ｄと発散部材３１の延伸部３１ｃとが対向する。よって、図１３に示すように、磁力線は、発散部材３１の延伸部３１ｄから永久磁石４０に戻る際に、距離Ｌ_４を経由する。

一方、図８に示した磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）では、磁力線は、発散部材３０の幅広部３０ｂから永久磁石４０に戻る際に、距離Ｌ_３を経由する。磁気センサ３１０（“Ｅ型＋永久磁石”）は、発散部材３１に延伸部３１ｄを備えるため、距離Ｌ_４は、距離Ｌ_３より短い（Ｌ_４＜Ｌ_３）。よって、磁気センサ３１０（“Ｅ型＋永久磁石”）は、磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）に比べ、永久磁石４０に戻る磁力線が外部空間に漏れにくい。つまり、磁気センサ３１０（“Ｅ型＋永久磁石”）は、磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）に比べ、ノイズの発生がより抑制されやすい。

なお、磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）と磁気センサ３１０（“Ｅ型＋永久磁石”）とにおいて、感受素子１０部分の磁界強度を電磁界解析した。ここでは、磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）の平面形状は、磁気センサ３１０（“Ｅ型＋永久磁石”）における集束部材２１の延伸部２１ｃ、２１ｄと発散部材３１の延伸部３１ｃ、３１ｄとを除いた形状とした。すると、感受素子１０における磁界強度は、集束部材と発散部材とを備えない磁気センサ１００（“無”）に比べ、磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）では２．７８倍、磁気センサ３１０（“Ｅ型＋永久磁石”）では２．２５倍であった。

これは、磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）では、磁力線が対向部２０ａ、３０ａに集束するのに対して、磁気センサ３１０（“Ｅ型＋永久磁石”）では、磁力線が対向部２１ａ、３１ａに集束する他、延伸部２１ｃ、２１ｄ、３１ｃ、３１ｄにも集束するためと考えられる（図１、図２参照）。

しかし、複数の磁気センサを配列して用いる場合には、それぞれの磁気センサに用いられるバイアス磁界Ｈｂが配列された他の磁気センサに影響を与えるおそれがある。このような場合には、バイアス磁界Ｈｂが漏れにくい磁気センサ３１０（“Ｅ型＋永久磁石”）を用いることがよい。

なお、磁気センサ３００（“Ｔ型＋永久磁石”）及び磁気センサ３１０（“Ｅ型＋永久磁石”）では、永久磁石４０を集束部材又は／及び発散部材に接触させて設けたが、永久磁石４０を集束部材又は／及び発散部材に近接して設けてもよい。
さらに、感受素子１０にバイアス磁界Ｈｂを印加する永久磁石４０は、図７（ａ）に示した磁気センサ２２０の平面形状が台形である集束部材２２又は／及び発散部材３２に近接又は接触させて設けてもよく、図７（ｂ）に示した磁気センサ２３０の平面形状がＹ字形である集束部材２３又は／及び発散部材３３に近接又は接触させて設けてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は本実施の形態に限定されるものではない。本実施の形態が適用される磁気センサ２００、２１０、２２０、２３０、３００、３１０のそれぞれにおいて示した集束部材と発散部材とを組み合わせて用いてもよい。つまり、本発明の趣旨に反しない限りにおいては様々な変形や組み合わせを行っても構わない。

１０…感受素子、１１…基板、１２…感受回路、２０、２１、２２、２３…集束部材、２０ａ、２１ａ、３０ａ、３１ａ…対向部、２０ｂ、２１ｂ、３０ｂ、３１ｂ…幅広部、２１ｃ、２１ｄ、３１ｃ、３１ｄ…延伸部、３０、３１、３２、３３…発散部材、４０…永久磁石、５０、５０ａ、５０ｂ…ボンド磁石、１００、２００、２１０、２２０、２３０、３００、３１０、４００…磁気センサ、１２１…感受部、１２２…接続部、１２３、１２３ａ、１２３ｂ…端子部、Ｈ…磁界、Ｈｂ…バイアス磁界、Ｈｋ…異方性磁界、Ｚ…インピーダンス

Claims (2)

1. 基板上に感受回路が設けられ、当該感受回路により磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子と、
   前記感受素子とは別の部材であって、当該感受素子に対向して設けられ、軟磁性体で構成されて当該感受素子に外部からの磁力線を集束させる集束部材と、
   前記感受素子及び前記集束部材とは別の部材であって、当該集束部材が対向する側とは逆の側から当該感受素子に対向して設けられ、軟磁性体で構成されて当該感受素子を透過した磁力線を外部に発散させる発散部材と、
   前記集束部材と前記発散部材とのいずれか一方に接触し、当該集束部材と当該発散部材とのいずれか他方に接触せず、当該集束部材と当該発散部材とを介して前記感受素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加部材とを、備え、
   前記集束部材は、
   前記感受素子に対向する対向部と、外部から磁力線が入る側に設けられ、外部の磁力線の方向と交差する方向における幅が当該対向部より両側に広がった幅広部とを備え、
   前記発散部材は、
   前記感受素子に対向する対向部と、外部に磁力線が出る側に設けられ、外部の磁力線の方向と交差する方向における幅が当該対向部より両側に広がった幅広部とを備え、
   前記バイアス磁界印加部材は、前記集束部材の幅広部において対向部の一方側に広がった部分と、前記発散部材の幅広部における対向部の一方側に広がった部分とのいずれか一方に接触し、当該集束部材の幅広部における対向部の一方側に広がった部分と、当該発散部材の幅広部における対向部の一方側に広がった部分とのいずれか他方と対向している
   磁気センサ。
2. 基板上に感受回路が設けられ、当該感受回路により磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子と、
   前記感受素子とは別の部材であって、当該感受素子に対向して設けられ、軟磁性体で構成されて当該感受素子に外部からの磁力線を集束させる集束部材と、
   前記感受素子及び前記集束部材とは別の部材であって、当該集束部材が対向する側とは逆の側から当該感受素子に対向して設けられ、軟磁性体で構成されて当該感受素子を透過した磁力線を外部に発散させる発散部材と、
   前記集束部材と前記発散部材とのいずれか一方に接触し、当該集束部材と当該発散部材とのいずれか他方に接触せず、当該集束部材と当該発散部材とを介して前記感受素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加部材とを、備え、
   前記集束部材は、
   前記感受素子に対向する対向部と、外部から磁力線が入る側に設けられ、外部の磁力線の方向と交差する方向における幅が当該対向部より両側に広がった幅広部と、当該幅広部の端部から当該感受素子側に延伸する延伸部と、を備え、
   前記発散部材は、
   前記感受素子に対向する対向部と、外部に磁力線が出る側に設けられ、外部の磁力線の方向と交差する方向における幅が当該対向部より両側に広がった幅広部と、当該幅広部の端部から当該感受素子側に延伸する延伸部と、を備え、
   前記バイアス磁界印加部材は、前記集束部材の延伸部における前記感受素子側の端部と前記発散部材の延伸部における当該感受素子側の端部とのいずれか一方に接触し、当該集束部材の延伸部における当該感受素子側の端部と当該発散部材の延伸部における当該感受素子側の端部とのいずれか他方と対向している
   磁気センサ。

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