(57)【要約】【課題】Ｓ／Ｎの高い信号を得ることができ、かつ三軸方向の磁場測定を行うことの可能な磁気センサを提供する。【解決手段】磁気センサ１は、感磁部１２と、感磁部１２に設けられ、少なくとも一つの三角形が形成されるように配置された複数の電極と、複数の電極を複数の接続パターンで切り替えて、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂに接続するスイッチ部２１と、を備え、前記接続パターンの各々は、３つの電極１３ａ〜１３ｃに対して設定されており、かつ、前記接続パターンの各々は、感磁部１２が電極１３ａ〜１３ｃを含む平面に対して垂直な方向の磁場成分及び前記平面に対して平行な方向の磁場成分の両方に感度を有するように設定されており、前記検出部２３ａ及び２３ｂに入力される感磁部１２からの出力信号の組を接続パターン毎に取得し、前記平行な方向の磁場成分を含む磁気信号を出力する。【選択図】図１
2020183910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感磁部と、
前記感磁部に設けられ、少なくとも１つの三角形が形成されるように配置された複数の電極と、
複数の接続端子を有する演算部と、
前記複数の電極を複数の接続パターンで切り替えて前記接続端子に接続するスイッチ部と、を備え、
前記複数の接続パターンの各々は、前記複数の電極のうち３つの電極に対して設定されており、かつ、前記複数の接続パターンの各々は、前記感磁部が前記３つの電極を含む平面に対して垂直な方向の磁場成分及び前記平面に対して平行な方向の磁場成分の両方に感度を有するように設定されており、
前記演算部は、前記感磁部からの出力信号の組を前記複数の接続パターン毎に取得し、
前記平行な方向の磁場成分を含む磁気信号を出力する磁気センサ。
【請求項２】
前記複数の電極は、前記三角形が少なくとも３つ形成されるように配置され、
前記複数の接続パターンは、前記出力信号の組を、前記三角形の内、少なくとも３つの三角形それぞれに付き少なくとも３組ずつ取得するように設定されている請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記複数の電極は、平面視でｎ回回転対称（ｎは３以上の整数）となる位置に、前記三角形として互いに合同な三角形が少なくとも３つ形成されるように配置され、
前記複数の接続パターンは、前記出力信号の組を、前記合同な三角形の内、少なくとも３つの三角形それぞれに付き少なくとも３組ずつ取得するように設定されている請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記感磁部は、平面視で前記ｎ回回転対称となる形状を有し、
前記感磁部の回転対称の中心と、前記複数の電極の回転対称の中心とが一致している請求項３に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記複数の接続パターンのうち、複数の前記合同な三角形において互いに対応する頂点となる位置に配置された３つの電極に対する接続パターンが前記合同な三角形間で同一となる接続パターンを頂点共通接続パターン群とし、
前記演算部は、複数のフェーズ毎に前記出力信号の組を複数取得し、
前記スイッチ部は、前記フェーズ毎に異なる前記頂点共通接続パターン群に切り替え、前記複数の電極を、前記頂点共通接続パターン群に含まれる前記接続パターンで切り替えて前記接続端子に接続する請求項３又は請求項４に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記感磁部は前記電極を３つ備え、かつ前記電極は正三角形が形成されるように配置された請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記複数の電極が、前記感磁部に少なくとも１つの二等辺三角形が形成されるように配置された請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記複数の電極が、前記感磁部に少なくとも２つの二等辺三角形が形成されるように配置された請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記複数の電極が、前記感磁部に少なくとも３つの二等辺三角形が形成されるように配置された請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記複数の電極が、平面視で回転対称となる位置に配置された請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記感磁部は、４つの前記電極を備える請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
前記接続パターンが、前記二等辺三角形を形成する電極に対して設定されている請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記感磁部のアスペクト比（感磁部の厚み／前記電極間の最小距離）は、０．０１以上１以下である請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１４】
請求項１に記載の磁気センサと、
参照磁場を発生する参照磁場発生部と、を有し、
前記演算部は、
前記平行な方向の磁場成分を含む磁気信号と、当該磁気信号が含む軸成分とは互いに独立な軸成分を含む前記参照磁場に基づく参照磁場信号とを出力するようになっており、
前記参照磁場信号を用いて前記磁気信号を補正する補正部を、備える磁気センサモジュール。
【請求項１５】
前記参照磁場発生部は、コイル又は磁石を含む請求項１４に記載の磁気センサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサ及び磁気センサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の軸成分を有する磁気を検知可能な磁気センサとして、半導体基板に設けられたホール素子に対して、ホール素子上に設けられた磁気収束板を用いて磁場の方向を変換する手法（例えば、特許文献１参照。）や基板上に形成した斜面に感磁部を形成し、多軸成分の磁場を検出する手法（例えば、特許文献２）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９２８７７５号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１７／０３４５９９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のように、半導体基板に設けられたホール素子に対して、磁気収束板を用いて磁場の方向を変換する手法を用いた場合、端子数が多くなるため配線の引き回しに制限がある。
また、基板上に斜面を形成する手法では、用いる材料によって該斜面の角度が決まってしまうため、磁気センサの感度方向を自由に設定することができない。その結果、感度を磁場の変化が大きい方向に向けることができなくなってしまい、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることが困難となる場合がある。
【０００５】
本発明は、従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることができ、かつ三軸方向の磁場測定を行うことの可能な磁気センサ及び磁気センサモジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る磁気センサは、感磁部と、前記感磁部に設けられ、少なくとも１つの三角形が形成されるように配置された複数の電極と、複数の接続端子を有する演算部と、前記複数の電極を複数の接続パターンで切り替えて前記接続端子に接続するスイッチ部と、を備え、前記複数の接続パターンの各々は、前記複数の電極のうち３つの電極に対して設定されており、かつ、前記複数の接続パターンの各々は、前記感磁部が前記３つの電極を含む平面に対して垂直な方向の磁場成分及び前記平面に対して平行な方向の磁場成分の両方に感度を有するように設定されており、前記演算部は、前記感磁部からの出力信号の組を前記複数の接続パターン毎に取得し、前記平行な方向の磁場成分を含む磁気信号を出力することを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の他の態様に係る磁気センサモジュールは、上記態様の磁気センサと、参照磁場を発生する参照磁場発生部と、を有し、前記演算部は、前記平行な方向の磁場成分を含む磁気信号と、当該磁気信号が含む軸成分とは互いに独立な軸成分を含む前記参照磁場に基づく参照磁場信号とを出力するようになっており、前記参照磁場信号を用いて前記磁気信号を補正する補正部を、備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることができ、かつ三軸方向の磁場測定を行うことの可能な磁気センサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁気センサの一例を示す概略構成図である。
【図２】４つの電極を回転対称形に配置した一例を示す平面図である。
【図３】磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。
【図４】磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。
【図５】磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。
【図６】磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。
【図７】磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。
【図８】磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。
【図９】磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。
【図１０】三軸方向の磁場強度の演算方法を説明するための説明図である。
【図１１】三軸方向の磁場強度の演算方法を説明するための説明図である。
【図１２】オフセット成分の除去方法を説明するための模式的な等価回路である。
【図１３】オフセット成分の除去方法を説明するための模式的な等価回路である。
【図１４】従来のチョッピング動作方法を説明するための説明図である。
【図１５】従来のチョッピング動作方法を説明するための説明図である。
【図１６】第二実施形態に係る磁気センサの電極の配置位置及びチョッピング動作方法を説明するための説明図である。
【図１７】第二実施形態に係る磁気センサのチョッピング動作方法を説明するための説明図である。
【図１８】第二実施形態に係る磁気センサのチョッピング動作を説明するための説明図である。
【図１９】第二実施形態に係る磁気センサのチョッピング動作を説明するための説明図である。
【図２０】磁気センサの温度補正の必要性を説明するための説明図である。
【図２１】三軸方向の検出信号の三軸それぞれのセンサ感度と周囲温度との関係を説明するための説明図である。
【図２２】三軸方向の検出信号のうちの二つの軸方向のセンサ感度比と周囲温度との関係を説明するための説明図である。
【図２３】磁気センサの温度補正方法を説明するための説明図である。
【図２４】第三実施形態に係る磁気センサの温度補正方法を説明するための説明図である。
【図２５】温度補正方法を説明するための説明図である。
【図２６】温度補正方法を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
【００１１】
〔第一実施形態〕
まず、本発明の第一実施形態を説明する。
〔磁気センサの構成〕
図１は、本発明の一実施形態に係る三軸方向の磁場強度を検出する磁気センサ１の一例であり、概略構成を示すブロック図である。
磁気センサ１は、検出子としてのホール素子２と、ホール素子２の出力信号を入力し信号処理を行って三軸磁場測定信号Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚを出力する信号処理部３とを備える。
【００１２】
ホール素子２は、従来のホール素子と同様に、基板１１と、基板１１の一方の面に形成された感磁部１２と、基板１１の一方の面に形成され、感磁部１２と電気的に接続される３つの電極１３ａ〜１３ｃと、を備えるが、本実施形態におけるホール素子２は、感磁部１２の膜厚が従来のホール素子よりも厚い。感磁部１２は、面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する厚みに形成される。具体的には、感磁部１２は、例えば三角柱状に形成され、平面視で三角柱の上面の、三角形の頂点となる位置近傍に各電極１３ａ〜１３ｃが配置される。三角柱状に形成された感磁部１２は、アスペクト比（感磁部１２の厚み／電極１３ａ〜１３ｃの電極間の最小距離）が０．０１以上１以下を満足する厚みを有する。
なお、本明細書において感磁部の厚みとは、不純物濃度が基板に対して高い半導体領域の厚みを示し、例えばホール素子２の厚み方向の二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によって測定できる。
【００１３】
感磁部１２のアスペクト比としては、０．０２以上でもよく、０．０５以上でもよい。感磁部１２のアスペクト比がこの範囲にあると、面内磁場の感度が大きくなる点で好ましい。
感磁部１２のアスペクト比としては、特に上限はないが、製造の容易性から０．５以下でもよく、０．１以下でもよい。
また、感磁部１２の厚みは、面内磁場の感度を大きくする点で０．５μｍ以上であることが好ましい。また、特に上限はないが、感磁部１２の厚みは、製造の容易性から１０μｍ以下が好ましい。
【００１４】
なお、ホール素子２の製造方法は、従来の、感磁部が薄膜からなるホール素子と同等の工程で形成されるが、感磁部１２の膜厚を形成する工程において、感磁部１２は「アスペクト比（感磁部の厚み／電極間の最小距離）が０．０１以上１以下」を満足する膜厚に形成される。
また、感磁部１２の形状は三角柱状に限るものではなく、直方体形状等、面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する厚みを有していればどのような形状であってもよい。
ホール素子２において、３つの電極１３ａ〜１３ｃのうち、１つの電極がホール素子２の駆動端子となり、残りの２つの電極がホール素子２の出力端子となる。なお、ここでは３つの電極１３ａ〜１３ｃを備える場合について説明するが、電極の数は、３つに限らず４つ以上であってもよい。
【００１５】
基板１１は、直接又は絶縁層等を介して感磁部１２が形成されるものであり、半導体基板又は絶縁基板等であってよい。半導体基板は、シリコン基板又は化合物半導体基板等であり、絶縁基板は例えばセラミック基板等であってよい。基板１１は、基板１１内又は基板１１上に電気回路が形成されたものであってもよい。
感磁部１２は、基板１１の一方の面に形成され、駆動端子となる例えば電極１３ａと一方の出力端子となる例えば電極１３ｂとの間で駆動電流を流す第１導電路、駆動端子となる電極１３ａと他方の出力端子となる例えば電極１３ｃとの間で駆動電流を流す第２導電路が一体に形成されている。感磁部１２は磁場が印加される部分であり、感磁部１２内の第１導電路及び第２導電路に対して、印加された磁場に応じたローレンツ力による抵抗変化が生じる。
【００１６】
図１では、電極１３ａ〜１３ｃを、平面視で三角柱状の感磁部１２の三角形の頂点となる位置近傍に配置しているが、これに限るものではなく、電極１３ａ〜１３ｃは、これら電極１３ａ〜１３ｃを頂点とする少なくとも一つの三角形が形成されるように配置されていればよい。なお、電極を４つ以上設ける場合は、複数の電極のうちのいずれか３つが、少なくとも一つの三角形を形成するように配置されていればよい。
このような３つの電極で形成される三角形としては、正三角形が好ましい。正三角形を形成することで、後述する接続パターンとして、後述する感度ベクトルにおいて、互いに独立かつ絶対値が等しい感度ベクトルが得られるパターンを設定することができる。
【００１７】
また、電極を頂点とする二等辺三角形を形成してもよい。二等辺三角形を形成することにより、後述する接続パターンとして、駆動端子から２つの出力端子までの距離が等しくなることで、オフセット成分のより少ない信号を得ることができるパターンを設定することができる。
特に、電極を４つ以上設ける場合は、このような二等辺三角形が複数形成されるようにしてもよく、この場合、二等辺三角形が少なくとも二つ形成されることが好ましく、少なくとも三つ形成されることがさらに好ましい。電極がこのように配置されていることで、オフセット成分のより少ない信号を得ることができるパターンを複数設定することができる。
【００１８】
さらに、電極は、平面視で回転対称となる位置に配置されていてもよい。電極が回転対称となる位置に配置されていることで、二等辺三角形が複数形成されオフセット成分のより少ない信号が得られるパターンを複数設定することができる。さらに、後述の演算部２０における計算量を少なくすることができ、演算部２０での演算負荷を低減することができる。この場合、ｎ個の電極が平面視でｍ回回転対称となる位置に配置されていてもよい（ただし、ｎ≧３を満たす整数であり、ｍは３≦ｍ≦ｎを満たす整数である。）。
例えば、電極１３ａ〜１３ｃは、三回回転対称となる位置（すなわち、正三角形を形成する位置）（以下、三回回転対称形ともいう。）に配置されていてもよい。
【００１９】
４つ以上の電極を備える場合には、三回回転対称となる位置に配置されていてもよく、四回回転対称となる位置に配置されていてもよい。つまり、図２（ａ）に示すように４つの電極のうち３つの電極が三角形を形成する位置に配置され、残りの１つの電極が三角形の中に配置されていてもよい。また、図２（ｂ）に示すように、正方形の頂点となる位置に４つの電極がそれぞれ配置されていてもよい。
なお、電極を平面視でｍ回回転対称となる位置に配置する場合、感磁部１２も平面視でｍ回回転対称となる形状を有し、且つ、感磁部１２の回転対称の中心と、ｍ回回転対称となる位置に配置された複数の電極の回転対称の中心とが一致していることが好ましい。感磁部１２の形状をこのように構成することによって、後述するように、予めオフセット電圧による動作点を想定して信号を取得することによって検出精度が向上し、また、オフセットが低減された三軸方向の検出信号をより短時間で取得することができる。
【００２０】
なお、ここでは、平面視で上面が平面である感磁部１２上に電極１３ａ〜１３ｃを配置する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、感磁部１２を段差のある形状に形成し、３つ又は４つ以上の電極を異なる高さの位置に配置してもよい。また、例えば三角柱状に形成された感磁部１２において、三角柱のいずれか三つの面それぞれに電極１３ａ〜１３ｃが配置されていてもよい。
【００２１】
信号処理部３は、スイッチ部２１と、駆動部２２と、演算部２０とを備え、演算部２０は、検出部２３ａ及び２３ｂと、出力部２４と、演算処理部２５と、を備える。
スイッチ部２１は、電極１３ａ〜１３ｃと、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂとの接続パターンの切り替えを行い、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂのそれぞれと接続される電極１３ａ〜１３ｃを切り替える。つまり、スイッチ部２１は、電極１３ａ〜１３ｃと、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂとの接続を、接続先が異なる３つの接続パターンに切り替える。なお、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂのそれぞれは接続端子を有し、スイッチ部２１では、電極１３ａ〜１３ｃと、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂのそれぞれの接続端子とを接続する。また、接続パターンのそれぞれは、感磁部１２が３つの電極１３ａ〜１３ｃを含む平面に対して垂直な方向の磁場成分及びこの平面に対して平行な方向の磁場成分の両方に感度を有するように設定される。なお、スイッチ部２１は、例えば、演算処理装置を含んで構成され、所定の記憶領域に予め格納された接続パターンにしたがって接続を切り替えるようになっている。
【００２２】
駆動部２２は、ホール素子（検出子）２を駆動する。検出部２３ａ及び２３ｂは、スイッチ部２１を介して電極１３ａ〜１３ｃのうちのいずれか二つの電極から検出子出力を取り出し、出力部２４に出力する。
出力部２４は、検出部２３ａ及び２３ｂから入力される入力信号に基づき、検出部２３ａ、２３ｂと接続される二つの電極の端子間の電位差又は二つの電極を流れる電流差からなる信号を取得し、電位差又は電流差を表す信号を差分信号Ｓｉ（ｉ＝１〜３  ｉは各接続パターンを表す変数。）として演算処理部２５に出力する。
演算処理部２５は、出力部２４から入力される差分信号Ｓｉを、例えば演算処理部２５に設けられた記憶領域２５ａに記憶し、電極１３ａ〜１３ｃと、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂとの接続先が異なる３つの接続パターンそれぞれにおいて差分信号Ｓｉを取得したならば、記憶領域２５ａに記憶している３つの接続パターンにおける差分信号Ｓｉをもとに、三軸方向の磁場強度を表す三軸磁場測定信号Ｂｘ〜Ｂｚを演算し出力する。
【００２３】
〔ホール素子の駆動方法〕
次に、ホール素子（検出子）２の駆動方法を説明する。
ここでは、電極１３ａ〜１３ｃが、三回回転対称形に配置されている場合について説明する。
（第一の駆動方法）
まず、第一の駆動方法を説明する。
図３は、ホール素子２を定電流駆動する場合の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
図３において、Ｔ１は駆動端子、Ｔ２及びＴ３は出力端子である。電極１３ａ〜１３ｃのうち、スイッチ部２１によって、駆動部２２と接続される電極が駆動端子Ｔ１となり、検出部２３ａと接続される電極が出力端子Ｔ２となり、検出部２３ｂと接続される電極が出力端子Ｔ３となる。
【００２４】
第一の駆動方法では、図３に示すように、駆動端子Ｔ１を電源に接続し、出力端子Ｔ２を定電流源３１ａを介してシグナル・グラウンド電位に接続し、同様に、出力端子Ｔ３を定電流源３１ｂを介してシグナル・グラウンド電位に接続する。そして、二つの出力端子Ｔ２及びＴ３から同一の定電流Ｉｃをそれぞれ引く。このときに出力端子Ｔ２及びＴ３間に発生する電位差を差分信号Ｓｉとして取得する。つまり、電圧検出器３２により出力端子Ｔ２と出力端子Ｔ３との間の電位差ΔＶを検出し、電圧検出器３２の出力を、図３に示す接続パターンでホール素子２を駆動した場合に得られる差分信号Ｓｉとして取得する。
【００２５】
電極１３ａ〜１３ｃが三回回転対称形に配置されている場合、感磁部１２に磁場がかかっていない状態では、図３において、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗ｒ１＋ｒ２と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗ｒ１＋ｒ３とは略同一となる。そのため、出力端子Ｔ２及び出力端子Ｔ３間の電位差ΔＶは略零となる。
一方、感磁部１２に磁場が印加されている場合には、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗ｒ１＋ｒ２と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗ｒ１＋ｒ３との間に、印加された磁場の大きさに応じた差が生じる。そのため、出力端子Ｔ２及びＴ３間に電位差が生じ、この差分が電位差ΔＶつまり差分信号Ｓｉとなる。
【００２６】
ここで、図３において、出力端子Ｔ２及びＴ３間の電位差ΔＶは、次式（１）で表すことができる。
ΔＶ＝（Ｇｓｉ／（ｎ・ｅ・ｔ））・Ｉ・Ｂ      ……（１）
式（１）中のＧｓｉは感磁部１２の形状によって決まる予め設定された係数である幾何形状因子、ｎはキャリア密度、ｅは電気素量、ｔは感磁部１２の膜厚、Ｉは入力電流、Ｂは磁束密度である。
図１に示す磁気センサ１において、スイッチ部２１により、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂと、電極１３ａ〜１３ｃとの接続を順に切り替える。そして、異なる３つの接続パターンそれぞれにおける電位差ΔＶを、検出部２３ａ及び２３ｂと出力部２４によって検出する。これにより異なる３つの接続パターンにおける差分信号Ｓｉを取得することができる。図１に示す検出部２３ａ及び２３ｂと出力部２４とが、図３に示す電圧検出器３２に対応している。
【００２７】
（第二の駆動方法）
次に、第二の駆動方法を説明する。
図４は、ホール素子２を定電圧駆動する場合の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
図４において、Ｔ１は駆動端子、Ｔ２及びＴ３は出力端子である。
図４に示すように、駆動端子Ｔ１を電圧源４１に接続し、出力端子Ｔ２をシグナル・グラウンド電位に接続し、出力端子Ｔ３をシグナル・グラウンド電位に接続する。そして、電圧源４１により、駆動端子Ｔ１に定電圧Ｖｃを入力し、このときに駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流を電流検出器４２で検出し、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流を電流検出器４３で検出し、これら電流検出器４２及び４３で検出される各電流の差分（以後、出力電流差という。）ΔＩを取得する。この出力電流差ΔＩが差分信号Ｓｉとなる。なお、図４中の、ｒ１２は、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗を表し、ｒ３１は駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗を表し、ｒ２３は出力端子Ｔ２と出力端子Ｔ３との間の導電路における抵抗を表す。
【００２８】
電極１３ａ〜１３ｃが三回回転対称形に配置されている場合、感磁部１２に磁場がかかっていない状態では、図４において、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路に流れる電流とは略同一となり、出力電流差ΔＩは略零となる。
一方、感磁部１２に磁場が印加された状態では、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗ｒ１２と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗ｒ３１との間に、印加された磁場の大きさに応じた差が生じる。このため、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路に流れる電流とに差が生じることから、この差分が出力電流差ΔＩとして検出され、この出力電流差ΔＩが差分信号Ｓｉとなる。
【００２９】
図４において、出力端子Ｔ２を流れる電流と出力端子Ｔ３を流れる電流との間の電流差、つまり、出力電流差ΔＩは、次式（２）で表すことができる。
ΔＩ＝Ｇｓｖ・μ２・ｎ・ｅ・ｔ・Ｂ・Ｖ      ……（２）
式（２）中のＧｓｖは幾何形状因子、μは移動度、ｎはキャリア密度、ｅは電気素量、ｔは感磁部１２の膜厚、Ｂは磁束密度、Ｖは電圧源４１による駆動端子Ｔ１への入力電圧である。
図１に示す磁気センサ１では、第一の駆動方法と同様に、スイッチ部２１により、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂに接続される電極１３ａ〜１３ｃを順に切り替える。そして、異なる３つの接続パターンにおける、出力電流差ΔＩを、図１に示す検出部２３ａ及び２３ｂと出力部２４によって検出する。これにより異なる３つの接続パターンにおける差分信号Ｓｉを取得することができる。
【００３０】
（第三の駆動方法）
次に、第三の駆動方法を説明する。
図５は、第三の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
図５に示す等価回路は、図４に示すホール素子２を定電圧駆動する場合の等価回路において、電圧源４１に代えて、定電流回路５１を設けたものである。駆動端子Ｔ１に定電流Ｉｃを入力し、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流との差分を出力電流差ΔＩとして検出する。
【００３１】
この場合も感磁部１２に磁場がかかっていない状態では、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流とは略同一となる。一方、感磁部１２に磁場が印加された状態では、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流とに、印加された磁場の大きさに応じた差が生じる。この出力電流差ΔＩを、差分信号Ｓｉとして取得する。
図１に示す磁気センサ１では、図４に示す第二の駆動方法と同様に、スイッチ部２１により、電極１３ａ〜１３ｃの接続先を順に切り替え、異なる３つの接続パターンそれぞれにおける、出力電流差ΔＩを、図１に示す検出部２３ａ及び２３ｂと出力部２４によって検出する。これにより接続パターンの異なる３パターンにおける差分信号Ｓｉを取得することができる。
【００３２】
（第四の駆動方法）
次に、第四の駆動方法を説明する。
図６は、第四の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
図６に示す等価回路は、図５に示す第三の駆動方法における等価回路において、さらに、出力端子Ｔ２とシグナル・グラウンド電位間に可変電圧源５２を設け、出力端子Ｔ３とシグナル・グラウンド電位間に可変電圧源５３を設けたものである。駆動端子Ｔ１に定電流Ｉｃを入力し、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流との差分を出力電流差ΔＩとして検出する。この出力電流差ΔＩが零となるように、可変電圧源５２及び可変電圧源５３による印加電圧を調整する。
【００３３】
この場合も感磁部１２に磁場がかかっていない状態では、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流とは略同一となる。一方、磁場が印加された状態では、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流とに、印加された磁場の大きさに応じた差が生じる。図６に示す等価回路では、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流との出力電流差ΔＩを打ち消す電圧を、可変電圧源５２及び５３により出力端子Ｔ２及びＴ３に印加し、このときの可変電圧源５２による印加電圧と可変電圧源５３による印加電圧との電圧差を、差分信号Ｓｉとして取得する。
【００３４】
図１に示す磁気センサ１では、図４に示す第二の駆動方法と同様に、スイッチ部２１により、電極１３ａ〜１３ｃの接続先を順に切り替える。そして、各接続パターンにおいて、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流との出力電流差ΔＩを検出部２３ａ、２３ｂ及び出力部２４で検出する。さらに出力部２４では、出力部２４で検出した出力電流差ΔＩを打ち消すように可変電圧源５２及び５３による印加電圧を調整し、調整した可変電圧源５２及び５３による印加電圧の差分を、差分信号Ｓｉとして取得すればよい。なお、この差分信号Ｓｉを取得するための処理は、出力部２４で実行してもよいし、演算処理部２５で実行してもよく、また別途、可変電圧源５２及び５３による印加電圧を調整する処理及び、可変電圧源５２及び５３による印加電圧の差分を差分信号Ｓｉとして出力する処理を行う処理部を設けてもよい。これにより、異なる３つの接続パターンにおける差分信号Ｓｉを取得することができる。
【００３５】
（第五の駆動方法）
次に、第五の駆動方法を説明する。
図７は、第五の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
図７に示す等価回路は、図６に示す第四の駆動方法における等価回路において、定電流回路５１に代えて電圧源５５を設けたものである。電圧源５５により駆動端子Ｔ１に定電圧Ｖｃを入力し、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流との差分を出力電流差ΔＩとして検出する。この出力電流差ΔＩが零となるように、可変電圧源５２及び可変電圧源５３による印加電圧を調整する。
【００３６】
この場合も感磁部１２に磁場がかかっていない状態では、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流とは略同一となる。一方、磁場が印加されている場合には、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流とに、印加された磁場の大きさに応じた差が生じる。図７に示す等価回路では、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流との出力電流差ΔＩを打ち消す電圧を、可変電圧源５２及び５３により出力端子Ｔ２及びＴ３に印加し、このときの可変電圧源５２による印加電圧と可変電圧源５３による印加電圧との電圧差を、差分信号Ｓｉとして取得する。
【００３７】
図１に示す磁気センサ１では、第四の駆動方法と同様に、スイッチ部２１により、電極１３ａ〜１３ｃの接続先を順に切り替える。そして、各接続パターンにおいて、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流との出力電流差ΔＩを検出部２３ａ、２３ｂ及び出力部２４で検出する。さらに、出力部２４又は演算処理部２５又は、別途、可変電圧源５２及び５３による印加電圧を調整する処理及び、可変電圧源５２及び５３による印加電圧の差分を差分信号Ｓｉとして出力する処理を行う処理部によって、異なる３つの接続パターンにおける差分信号Ｓｉを取得すればよい。
【００３８】
（第六の駆動方法）
次に、第六の駆動方法を説明する。
図８は、第六の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
第六の駆動方法は、図８の等価回路に示すように、定電圧を入力した時の中点電位の変動を出力として取得するようにしたものである。
図８に示すように、駆動端子Ｔ１を電圧源６１に接続し、出力端子Ｔ２をシグナル・グラウンド電位に接続し、出力端子Ｔ３をシグナル・グラウンド電位に接続する。そして、駆動端子Ｔ１に定電圧Ｖｃを入力し、出力端子Ｔ３の電位を電圧検出器６２で検出する。この出力端子Ｔ３の電位の磁場印加による変動が、差分信号Ｓｉとなる。
【００３９】
電極１３ａ〜１３ｃが三回回転対称形に配置されている場合、磁場が印加されていない場合には、図８において、駆動端子Ｔ１と出力端子Ｔ３間の導電路における抵抗ｒ３１と、出力端子Ｔ３及び出力端子Ｔ２間の導電路における抵抗ｒ２３とは略同一となり、出力端子Ｔ３の電位は中点電位と略同一となる。ここでいう、中点電位とは、感磁部１２に磁場がかかっていないときの駆動端子Ｔ１及び出力端子Ｔ２間の電位差が、抵抗ｒ３１及びｒ２３によって分圧された電位をいう。この中点電位は、例えば接続パターン毎に予め検出し記憶領域２５ａに記憶しておく。
【００４０】
一方、磁場が印加されている場合には、抵抗ｒ３１と抵抗ｒ２３との間に、印加された磁場の強さに応じた差が生じ、出力端子Ｔ３の電位が生じた抵抗差に応じて変動する。すなわち、出力端子Ｔ３の電位が中点電位とは一致しない。この出力端子Ｔ３と中点電位との電位差を、差分信号Ｓｉとして取得する。
図１に示す磁気センサ１では、スイッチ部２１により、駆動端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、出力端子Ｔ３に接続される電極１３ａ〜１３ｃを順に切り替える。そして、検出部２３ａ及び２３ｂと出力部２４とにより、各接続パターンにおいて、出力端子Ｔ３の電圧を検出し、出力端子Ｔ３の電位と中点電位との差分を差分信号Ｓｉとして出力する。これにより異なる３つの接続パターンそれぞれにおける差分信号Ｓｉを取得することができる。
【００４１】
（第七の駆動方法）
次に、第七の駆動方法を説明する。
図９は、第七の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
第七の駆動方法は、図９の等価回路に示すように、定電流Ｉｃを入力した時の中点電位の変動を出力として取得するようにしたものである。
図９に示すように、駆動端子Ｔ１を電流源６３に接続し、出力端子Ｔ２をシグナル・グラウンド電位に接続し、出力端子Ｔ３をシグナル・グラウンド電位に接続する。そして、駆動端子Ｔ１に定電流Ｉｃを入力し、出力端子Ｔ３の電位を電圧検出器６４で検出する。この出力端子Ｔ３の電位の磁場印加による変動が、差分信号Ｓｉとなる。
【００４２】
電極１３ａ〜１３ｃが三回回転対称形に配置されている場合、磁場が印加されていない場合には、図９において、駆動端子Ｔ１と出力端子Ｔ２間の導電路における抵抗ｒ１と抵抗ｒ２とは略同一となり、出力端子Ｔ３の電位は中点電位と略同一となる。ここでいう、中点電位とは、感磁部１２に磁場がかかっていないときの駆動端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間の電位差の、抵抗ｒ１と抵抗ｒ２とによって分圧された電位をいう。この中点電位は、例えば各接続パターン毎に予め検出し記憶領域２５ａに記憶しておく。
一方、磁場が印加されている場合には、抵抗ｒ１と抵抗ｒ２との間に、印加された磁場の強さに応じた差が生じ、出力端子Ｔ３の電位が、抵抗ｒ１及びｒ２間に生じた抵抗差に応じて変動する。すなわち、出力端子Ｔ３の電位が中点電位とは一致しない。この出力端子Ｔ３と中点電位との電位差を、差分信号Ｓｉとして取得する。
【００４３】
図１に示す磁気センサ１では、スイッチ部２１により、駆動端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、出力端子Ｔ３に接続される電極１３ａ〜１３ｃを順に切り替える。そして、検出部２３ａ及び２３ｂと出力部２４とにより、各接続パターンにおいて、出力端子Ｔ３の電圧を検出し、出力端子Ｔ３の電位と中点電位との差分を差分信号Ｓｉとして出力する。これにより異なる３つの接続パターンそれぞれにおける差分信号Ｓｉを取得することができる。
【００４４】
〔三軸方向の磁場強度の演算方法〕
次に、異なる３つの接続パターンにおける差分信号Ｓｉから、三軸方向の磁場強度を取得するための取得方法を説明する。なお、この三軸方向の磁場強度を取得するための演算は演算処理部２５で実行される。
図１０は、ホール素子２に含まれる感磁部１２の感度ベクトルを説明するための説明図であって、図１０（ａ）は感磁部を薄膜半導体で形成した場合、図１０（ｂ）は感磁部を厚膜半導体で形成した場合の一例を示す。また、図１０は、感磁部に３つの電極が形成されている場合を示す。
【００４５】
図１０（ａ）に示すように、感磁部を薄膜半導体で形成した場合、つまり、二次元薄膜で形成した場合、感磁部は、面直磁場にのみ感度を有する。そのため、図１０（ｃ）に示すベクトルを有する磁場が感磁部に印加されたとしても、図１０（ａ）に示す感磁部では、面直方向の磁場強度しか検出することができない。
図１０（ｂ）に示すように、感磁部を厚膜半導体で形成した場合、感磁部は、面直方向に感度を有すると共に、厚膜半導体の面内磁場（横磁場）に感度を有する。つまり、図１０（ｂ）に示すように、面直方向の感度を表すベクトルを面直感度ベクトルＭｍαとし、面内磁場に対する感度を表すベクトルを面内感度ベクトルＭｍβとしたとき、感磁部は、面直感度ベクトルＭｍαと面内感度ベクトルＭｍβとを合成した方向のベクトル、つまり合成感度ベクトルＭｍを検出することができ、斜磁場に対する感度を有することになる。すなわち、図１０（ｃ）に示す磁場のベクトル方向に感度を有することになる。
【００４６】
図１１は、電極１３ａ〜１３ｃが三回回転対称形に配置されている場合、つまり、１２０度の角度間隔で配置されている場合の、三軸方向の磁場強度の演算方法を説明するための説明図である。例えば、図１１（ａ）に示すように、電極１３ａを駆動端子Ｔ１、電極１３ｂ及び電極１３ｃをそれぞれ出力端子Ｔ２、Ｔ３としたとき（第１相）、感磁部１２は、図１１（ａ）中にＭｉ（ｉ＝１）で示す方向に感度ベクトルを有する。図１１（ｂ）は図１１（ａ）を平面視したときの感度ベクトルを表す。また、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）において、電極１３ｂを駆動端子Ｔ１とした場合（第２相）、図１１（ｄ）は、図１１（ａ）において、電極１３ｃを駆動端子Ｔ１とした場合（第３相）の、平面視における感度ベクトルＭ２、Ｍ３を表す。
【００４７】
ここで、ｉ相における感度ベクトルＭｉは、次式（３）で表すことができる。なお、ｉ＝第ｉ相目を表す。つまり、各接続パターンを表す変数である。ここではｉ＝１〜３である。また、式中のＭｉαは第ｉ相目の面直感度ベクトルを表し、Ｍｉβは第ｉ相目の面内感度ベクトルを表す。
Ｍｉ＝Ｍｉα＋Ｍｉβ      ……（３）
つまり、図１１（ｅ）に示す磁場ベクトルＢが、感磁部１２に印加された場合の、第１相〜第３相における感度ベクトルＭｉは、次式（４）で表すことができる。
Ｍ１＝Ｍ１α＋Ｍ１β
Ｍ２＝Ｍ２α＋Ｍ２β
Ｍ３＝Ｍ３α＋Ｍ３β      ……（４）
【００４８】
（４）式で表される３つの式を合成して得られる感度ベクトルが、３軸のうちのいずれか一つの方向成分のみとなるように、ベクトル演算する。
ここで、電極１３ａ〜１３ｃが三回回転対称形に配置されている場合、感度ベクトルＭ１〜Ｍ３には、次式（５）で表される関係がある。
ΣＭｉβ＝０（ｉ＝１〜３）
Ｍ１α＝Ｍ２α＝Ｍ２α      ……（５）
【００４９】
したがって、各軸方向成分の感度ベクトルは次式（６）で表すことができる。なお、ＭｘはＸ軸方向成分の感度ベクトル、ＭｙはＹ軸方向成分の感度ベクトル、ＭｚはＺ軸方向成分の感度ベクトルを表す。
Ｍｘ＝２Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３＝２Ｍ１β−Ｍ２β−Ｍ３β
Ｍｙ＝Ｍ２−Ｍ３＝Ｍ２β−Ｍ３β
Ｍｚ＝Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３＝Ｍ１α＋Ｍ２α＋Ｍ３α        ……（６）
【００５０】
つまり、Ｘ軸方向成分Ｍｘは、第１相〜第３相における面内感度ベクトルＭ１β〜Ｍ３βのみから演算することができる。Ｙ軸方向成分Ｍｙは、第１相〜第３相における面内感度ベクトルＭ２β及びＭ３βのみから演算することができる。さらに、Ｚ軸方向成分Ｍｚは、第１相〜第３相における面直感度ベクトルＭ１α〜Ｍ３αのみから演算することができる。
ここで、第ｉ相においてホール素子２から出力される差分信号Ｓｉは、次式（７）で表すことができる。なお、（７）式中のＭｉｊは、第ｉ相目におけるｊ方向成分の感度を表し、Ｂｊは、感磁部１２に印加される磁場のｊ方向成分であることを表す。ｊ＝Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸である。
Ｓｉ＝ＭｉｘＢｘ＋ＭｉｙＢｙ＋ＭｉｚＢｚ        ……（７）
【００５１】
（７）式で表される差分信号Ｓｉを、ｉ＝１〜ｎとして行列で表すと、次式（８）で表すことができ、（８）式から、三軸方向の各成分の磁場は式（９）から得られることがわかる。
三軸方向の各成分の磁場を演算するための演算行列を一般形で表すと、次式（１０）で表すことができる。なお、以下、（１０）式で表す行列Ｍを、三軸磁場演算行列（一般形）という。
【００５２】
【数１】
2020183910.tif 000003
【００５３】
なお、（９）式中の「†」は、一般逆行列であることを表す。
（９）式から、三軸方向の各磁場成分は、三軸磁場演算行列（一般形）Ｍの逆行列Ｍ†が存在すること（ｄｅｔＭ≠０）が、三軸磁場測定が可能な条件であることがわかる。例えば、３つの電極１３ａ〜１３ｃが同一直線上に配置されている場合には逆行列Ｍ†は存在しない。つまり、逆行列Ｍ†が存在するためには、３つの電極１３ａ〜１３ｃが三角形を形成する位置に配置されている必要がある。
【００５４】
〔オフセット成分の除去方法〕
次に、ホール素子２のオフセット成分の除去方法を説明する。
（定電流駆動法により駆動する場合）
電極１３ａ〜１３ｃが、図１２に示すように三回回転対称形に配置されているホール素子２を、図３に示す定電流駆動法により駆動した場合、感磁部１２の内部抵抗は図１２（ａ）に示す等価回路で表すことができる。感磁部１２に磁場が印加されていない場合には、駆動端子Ｔ１としての電極から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗は略同一となり、感磁部１２の僅かな非対称性によって生じる抵抗ｒ２と抵抗ｒ３との差に応じた電位差のみがオフセット成分Ｖｕとして出力される。感磁部１２に磁場が印加されている場合には、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗との間に、印加される磁場に応じた差が生じ、出力端子Ｔ２及びＴ３間には抵抗差に応じた磁電変換成分Ｖｈの電位差が出力される。
感磁部１２に磁場が印加されているときの、出力端子Ｔ２及びＴ３間の電位差Ｖ２３は、次式（１１）で表すことができる。
Ｖ２３＝Ｖ２−Ｖ３＝Ｖｕ＋Ｖｈ          ……（１１）
【００５５】
次に、図１２（ｂ）に示すように、出力端子Ｔ２から出力端子Ｔ３に、定電流Ｉｃを流す。このとき図１２（ｂ）に示すように、感磁部１２には、出力端子Ｔ２から出力端子Ｔ３への導電路が形成される。すなわち、図１２（ａ）に示した場合とは抵抗ｒ２に流れる電流が逆向きになる。感磁部１２に磁場が印加されていない場合には、出力端子Ｔ２及びＴ３間の抵抗ｒ２及びｒ３は略同一となり、駆動端子Ｔ１の電位は出力端子Ｔ２及びＴ３間に生じる電位差Ｖ２３ｃの中間値（以後、電位差中間値という。）、つまりＶ２３ｃ／２となる。ここで、電位差Ｖ２３ｃとは定電流Ｉｃを出力端子Ｔ２及びＴ３間に流した際に両端に生じる電位差である。感磁部１２の僅かな非対称性によって抵抗ｒ２と抵抗ｒ３との間に抵抗差が生じ、駆動端子Ｔ１の電位と電位差中間値Ｖ２３ｃ／２との間に抵抗差に応じたオフセット成分Ｖｕの半分に相当する電位差が生じる。感磁部１２に磁場が印加されている場合には、出力端子Ｔ２及びＴ３間の抵抗ｒ２と抵抗ｒ３との間に、印加される磁場に応じた差が生じ、駆動端子Ｔ１の電位と電位差中間値Ｖ２３ｃ／２との間に抵抗差に応じた磁電変換成分Ｖｈの半分に相当する電位差が現れ、これが符号反転した電圧値として電圧検出器で検出される。
【００５６】
このときの、駆動端子Ｔ１の電位と電位差中間値Ｖ２３ｃ／２との間の電位差Ｖ２３′は次式（１２）で表すことができる。
Ｖ′２３＝Ｖ１−Ｖ２３ｃ／２＝（Ｖｕ−Ｖｈ）／２          ……（１２）
したがって、図１２（ａ）に示す等価回路において検出した「Ｖ２３」（出力端子Ｔ２及びＴ３間の電位差）から、図１２（ｂ）に示す等価回路において検出した「Ｖ′２３」（駆動端子Ｔ１の電位と電位差中間値Ｖ２３ｃ／２間の電位差）を２倍して減算することにより、ホール素子２のオフセット成分を含まない、印加された磁場の強さに応じた、出力端子Ｔ２及びＴ３間の抵抗差相当の電位差からなる差分信号Ｓｉを得ることができる。
【００５７】
上述の手順で各接続パターンにおいて、ホール素子２のオフセット成分を含まない、出力端子Ｔ２及びＴ３間の抵抗差相当の電圧からなる差分信号Ｓｉを取得し、これらに基づいて磁場を演算することによって、ホール素子２のオフセット成分による影響を低減した磁場強度を取得することができる。
具体的には、３つの接続パターン毎に、図１２（ａ）に示すように駆動端子Ｔ１から駆動電流を供給して出力端子Ｔ２及びＴ３間の電圧からオフセット成分Ｖｕと磁電変換成分Ｖｈを含む信号「Ｖ２３」を取得する動作と、図１２（ｂ）に示すように出力端子Ｔ２から出力端子Ｔ３へ定電流Ｉｃを流して駆動端子Ｔ１の電位と電位差中間値Ｖ２３ｃ／２間の電位差からオフセット成分Ｖｕと符号反転した磁電変換成分Ｖｈを含む信号「Ｖ′２３」を取得する動作とを行う。つまり、３つの接続パターンに対応した差分信号Ｓｉを取得する際には、各接続パターンについて二フェーズずつ、計六フェーズにおいて、所定の信号を取得する。
【００５８】
なお、このオフセット成分を除去した差分信号Ｓｉを取得する処理は、例えば、出力部２４において行われる。また、図１２（ａ）に示す導電路と図１２（ｂ）に示す導電路とを形成する処理は、例えばスイッチ部２１で行われる。すなわち、スイッチ部２１では、例えば、まず電極１３ａ（駆動端子Ｔ１）と駆動部２２、電極１３ｂ（出力端子Ｔ２）及び電極１３ｃ（出力端子Ｔ３）それぞれと検出部２３ａ及び検出部２３ｂそれぞれとを接続し、この状態で差分信号Ｓｉを取得する。次に、電極１３ａと駆動部２２とを遮断状態にし、電極１３ｂを定電流源３１ｃに接続し、電極１３ｃをシグナル・グラウンド電位に接続して、電極１３ｂから電極１３ｃに電流を流す。
【００５９】
（定電圧駆動法により駆動する場合）
電極１３ａ〜１３ｃが、図１３に示すように三回回転対称形に配置されているホール素子２を、図４に示す定電圧駆動法により駆動した場合、感磁部１２の内部抵抗は図１３（ａ）に示す等価回路で表すことができる。
感磁部１２に磁場が印加されていない場合には、駆動端子Ｔ１としての電極から出力端子Ｔ２及びＴ３に略同一電流が流れる。そのため、出力端子Ｔ２及び出力端子Ｔ３間の出力電流差は略零となり、感磁部１２の僅かな非対称性によって生じる駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗ｒ１２と駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗ｒ３１との差に応じた電流差、つまりオフセット成分Ｉｕのみが、出力端子Ｔ２及び出力端子Ｔ３間の出力電流差となる。磁場が印加されている場合には、抵抗ｒ１２と抵抗ｒ２３との間に、印加される磁場に応じた差が生じ、出力端子Ｔ２及び出力端子Ｔ３間の出力電流差に、抵抗ｒ１２と抵抗ｒ２３との間の抵抗差に応じた磁電変換成分Ｉｈの電流差が現れる。磁場が印加されているときの、出力端子Ｔ２及びＴ３間の電流差Ｉ２３は、次式（１３）で表すことができる。
Ｉ２３＝Ｉ２−Ｉ３＝Ｉｕ＋Ｉｈ          ……（１３）
【００６０】
次に、図１３（ｂ）に示すように、出力端子Ｔ２に定電圧Ｖｃを印加し、出力端子Ｔ３をシグナル・グラウンド電位に接続することにより、出力端子Ｔ２及び出力端子Ｔ３間に、定電圧Ｖｃをかける。すなわち、図１３（ａ）に示した場合とは抵抗ｒ１２に印可される電圧が逆向きになる。また、定電圧Ｖｃ／２を出力する電圧源を接続し、駆動端子Ｔ１とこの定電圧源とを通る経路に流れる電流を電流検出器で検出する。図１３（ｂ）において、抵抗ｒ２３の両端には定電圧Ｖｃがかかり、直列に接続された抵抗ｒ１２及びｒ３１の両端には定電圧Ｖｃがかかる。感磁部１２に磁場が印加されていない場合には、抵抗ｒ１２と抵抗ｒ３１とは略同一となり、駆動端子Ｔ１と定電圧Ｖｃ／２を出力する電圧源とを通る経路に流れる電流は略零となる。つまり感磁部１２の僅かな非対称性によって生じる抵抗ｒ１２と抵抗ｒ３１との間の抵抗差に応じたオフセット成分Ｉｕの半分に相当する電流が駆動端子Ｔ１と定電圧Ｖｃ／２を出力する電圧源とを通る経路を流れる。この電流が電流検出器で検出される。磁場が印加されている場合には、抵抗ｒ１２及びｒ３１間に、印加される磁場に応じた差が生じ、駆動端子Ｔ１には抵抗差に応じた磁電変換成分Ｉｈの半分に相当する電流が流れ、これが符号反転した電流値として電流検出器で検出される。
【００６１】
磁場が印加されているときの、駆動端子Ｔ１と定電圧Ｖｃ／２を出力する電圧源とを通る経路に流れる電流Ｉ′２３は、次式（１４）で表すことができる。
Ｉ′２３＝（Ｉｕ−Ｉｈ）／２          ……（１４）
したがって、図１３（ａ）に示す等価回路において検出した「Ｉ２３」（出力端子Ｔ２及びＴ３間の電流差）から、図１３（ｂ）に示す等価回路において検出した「Ｉ′２３」（駆動端子Ｔ１に流れる電流）を２倍して減算することにより、ホール素子２のオフセット成分を含まない、印加された磁場の強さに応じた、出力端子Ｔ２及びＴ３間の電流差からなる差分信号Ｓｉを得ることができる。
【００６２】
上述の手順で各接続パターンにおいて、ホール素子２のオフセット成分を含まない、出力端子Ｔ２及びＴ３間の電流差からなる差分信号Ｓｉを取得し、これらに基づいて磁場を演算することによって、ホール素子２のオフセット成分による影響を低減した磁場強度を取得することができる。
具体的には、３つの接続パターン毎に、図１３（ａ）に示す等価回路を形成して、出力端子Ｔ２及びＴ３間の電流差からオフセット成分Ｉｕと磁電変換成分Ｉｈを含む信号「Ｉ２３」を取得する動作と、図１３（ｂ）に示す等価回路を形成してオフセット成分Ｉｕと符号反転した磁電変換成分Ｖｈを含む信号「Ｉ′２３」を電流検出器により取得する動作とを行う。つまり、３つの接続パターンに対応した差分信号Ｓｉを取得する際には、各接続パターンについて二フェーズずつ、計六フェーズにおいて、所定の信号を取得する。
【００６３】
なお、このオフセット電圧を除去した差分信号Ｓｉを取得する処理も、例えば、出力部２４において行われる。また、図１３（ａ）に示す導電路と図１３（ｂ）に示す導電路とを形成する処理は、例えばスイッチ部２１で行われる。
このように、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１は、一つのホール素子２において３つの電極１３ａ〜１３ｃを設けることによって、三軸方向の磁場強度を検出することができ、かつ、前記アスペクト比を調整することにより感度を磁場の変化が大きい方向に向けることができ、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることができる。したがって、従来に比較してより少ない端子数で、Ｓ／Ｎの高い三軸方向の磁場強度を得ることができる。
【００６４】
なお、図１に示す一実施形態に係る磁気センサ１において、４つ以上の電極を備える場合には、４つ以上の電極のうち、三角形を形成する３つの電極を選び、いずれか一つの電極を駆動端子とし、他の二つの電極を出力端子とし、この三角形を形成する３つの電極について、上記実施形態で説明したように接続先を切り替えて接続パターンの異なる少なくとも３つの差分信号Ｓｉを取得するようにすればよい。ここで、一つの三角形を選び、当該三角形から少なくとも３つの差分信号Ｓｉを取得してもよいし、複数の三角形を選び、これらの三角形から少なくとも３つの差分信号Ｓｉを取得してもよい。
【００６５】
また、上記実施形態においては、３つの電極１３ａ〜１３ｃを備えた磁気センサ１において、１つの接続パターンで一度ずつ、合計３つの接続パターンについて差分信号Ｓｉを取得するようにしているが、１つの接続パターンで複数回ずつ、３つの接続パターンそれぞれについて複数の差分信号Ｓｉを取得し、取得した複数の差分信号Ｓｉに基づき、例えば同一の接続パターンの差分信号Ｓｉの平均を用いること等によって、三軸磁場測定信号を取得するようにしてもよい。
【００６６】
また、４つ以上の電極を備える場合にも、組み合わせの異なる３つ以上の接続パターンで差分信号Ｓｉを取得し、そのうちの組み合わせの異なる３つの接続パターンで取得した差分信号Ｓｉを用いて上記と同様の手順で三軸磁場測定信号を取得するようにしてもよく、また、組み合わせの異なる全ての接続パターンで取得した差分信号Ｓｉ全てを用いて三軸磁場測定信号を取得するようにしてもよい。さらに、この場合も、１つの接続パターンで一度ずつ差分信号Ｓｉを取得し、接続パターン毎に１つ取得した、複数の差分信号Ｓｉを用いて三軸測定信号を取得するようにしてもよく、また、１つの接続パターンで複数回ずつ差分信号Ｓｉを取得し、例えば同一の接続パターンの差分信号Ｓｉの平均を用いること等によって、三軸磁場測定信号を取得するようにしてもよい。
【００６７】
いずれの場合においても、感度ベクトルＭｉからなる行列Ｍが、一般逆行列Ｍ†を持つように接続先を切り替えることで、三軸磁場測定信号を取得することができる。
また、上記実施形態においては、三軸方向の磁場成分を取得するようにした場合について説明したがこれに限るものではなく、一軸方向の磁場成分のみを取得するようにしてもよい。
【００６８】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
第二実施形態は、第一実施形態における磁気センサ１において、４つ以上の電極を備えたものであり、オフセット成分の除去方法が異なる。なお、第一実施形態における磁気センサ１において、電極数が異なること以外は、機器構成は同一であるので、同一部の詳細な説明は省略する。ここでは、４つの電極を備える場合について説明する。
第二実施形態における磁気センサ１において、４つの電極は感磁部に設けられ、例えば、図２（ａ）に示すように、平面上において正三角形の頂点となる位置と正三角形の重心となる位置とに計４つの電極が配置されている。なお、電極の配置位置は、図２（ａ）に示す配置に限るものではない。例えば、図２（ｂ）に示すように、平面上において正方形の頂点となる位置に４つの電極が配置されていてもよい。感磁部上における４つの電極の配置位置はこれら配置位置に限定されるものではない。
【００６９】
〔オフセット成分の除去方法１〕
次に、ホール素子２のオフセット成分の除去方法を説明する。
ここで、従来、図１４に示すように、４つの電極を平面上の十字型に形成された感磁部の端点となる位置に配置したホール素子のオフセット成分の除去方法として、電流を流す方向を９０°ずつ切り替える方法が知られている。この方法は、電流を流す方向を９０°ずつ切り替え、３６０°まで切り替えて得られる４つの検出信号を加算し、その平均値を得ることで、オフセット成分を除去した一軸の出力信号を得るようにしている。
【００７０】
同様に、図１５に示すように、３つの電極を平面上の三叉型に形成された感磁部の端点となる位置に配置した場合にも、電流を流す方向を１２０°ずつ切り替え、３６０°まで切り替えて得られる３つの検出信号を加算し、その平均値を得ることで、オフセット成分を除去した一軸の出力信号を得ることができる。これらのオフセット成分の除去方法は感磁部が面直磁場にのみ感度を有することを前提としている。
一方、第二実施形態に係る磁気センサ１は、図１に示すように、面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する厚みに感磁部１２が形成されており、かつ、図２に示すように、４つ以上の電極を備える。
【００７１】
オフセット成分の除去方法１は、面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する感磁部に、図２に示すように、４つ以上の電極が配置される場合のオフセット成分の除去方法を示す。
第二実施形態に係る磁気センサ１は、図１６に示すように、電流を流す方向を３回切り替えてオフセット成分を除去する動作を複数回行うことによって、オフセット成分を除去した三軸方向の検出信号を得るようにしている。
例えば図１６（ａ）に示すように、正三角形の頂点と重心とに配置された電極からなる３つの三角形ｆ１〜ｆ３それぞれについて、この三角形の頂点となる位置に配置された３つの電極に対し、電流を流す方向を切り替えて３つの検出信号を取得し、この３つの検出信号を用いて三軸方向の検出信号に分離し、取得した三角形毎の三軸方向の検出信号の平均値を得ることで、オフセット成分を除去した三軸方向の検出信号を得ることが考えられる。
【００７２】
つまり、正三角形の重心と頂点となる位置とに配置された４つの電極に対し、接続パターンを９回切り替えて９つの検出信号を取得し、これら９つの検出信号からオフセット成分が除去された三軸方向の検出信号を得る。
具体的には、まず図１６（ａ）の第一の三角形ｆ１の頂点となる位置に配置された電極ｐ１１〜ｐ１３について、接続パターンを反時計回りに切り替えて３つの検出信号を取得する。そしてこれら３つの検出信号の平均値を得ることで、オフセット成分が除去された検出信号Ｓ１を取得する。すなわち、図１６（ｂ）のフェーズＰｈ．１に示すように、電流の流れる方向を、電極ｐ１１から電極ｐ１２、ｐ１３に向かう方向（Ｐｈ．１−１）と、電極ｐ１２から電極ｐ１１、ｐ１３に向かう方向（Ｐｈ．１−２）と、電極ｐ１３から電極ｐ１１、ｐ１２に向かう方向（Ｐｈ．１−３）と、のそれぞれに順に切り替えることによって得られる３つの検出信号の平均値を検出信号Ｓ１とする。
【００７３】
次に、第二の三角形ｆ２の頂点となる位置に配置された電極ｐ１１、ｐ１２、ｐ１４について、接続パターンを反時計回りに切り替えて３つの検出信号を取得する。そして、これら３つの検出信号の平均値を得ることで、オフセット成分が除去された検出信号Ｓ２を取得する。すなわち、図１６（ｂ）のフェーズＰｈ．２に示すように、電流の流れる方向を、電極ｐ１１から電極ｐ１２、ｐ１４に向かう方向（Ｐｈ．２−１）、電極ｐ１４から電極ｐ１１、ｐ１２に向かう方向（Ｐｈ．２−２）、電極ｐ１２から電極ｐ１１、ｐ１４に向かう方向（Ｐｈ．２−３）のそれぞれに順に切り替えることによって得られる３つの検出信号の平均値を検出信号Ｓ２とする。
【００７４】
さらに、第三の三角形ｆ３の頂点となる位置に配置された電極ｐ１１、ｐ１３、ｐ１４について、接続パターンを反時計回りに切り替えて３つの検出信号を取得し、これら３つの検出信号の平均値を得ることで、オフセット成分が除去された検出信号Ｓ３を取得する。すなわち、図１６（ｂ）のフェーズＰｈ．３に示すように、電流の流れる方向を、電極ｐ１１から電極ｐ１３、ｐ１４に向かう方向（Ｐｈ．３−１）、電極ｐ１３から電極ｐ１１、ｐ１４に向かう方向（Ｐｈ．３−２）、電極ｐ１４から電極ｐ１１、ｐ１３に向かう方向（Ｐｈ．３−３）のそれぞれに順に切り替えることによって得られる３つの検出信号の平均値を検出信号Ｓ３とする。
【００７５】
ここで、各フェーズＰｈ．１〜Ｐｈ．３のそれぞれで取得した、検出信号Ｓ１〜Ｓ３は、前述のように、オフセット成分は除去されているが、面直磁場感度及び面内磁場感度の両方からなる混成信号となっている。そのため、検出信号Ｓ１〜Ｓ３を用いて、前記（９）式から三軸方向の検出信号を求める。これにより、オフセット成分が除去された三軸方向の検出信号を得ることができる。
また、このように、接続パターンの切替と演算によって、オフセット成分を除去した三軸方向の検出信号を得ることができるため、駆動回路とチョッピング回路とを共通化することができ、回路面積を削減することができる。
【００７６】
〔オフセット成分の除去方法２〕
オフセット成分の除去方法２では、図１に示すように、面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する厚みに感磁部１２が形成されており、かつ、図２に示すように、回転対称に配置された４つ以上の電極を備える場合に、検出精度の向上と測定時間の短縮を図る。
具体的には、オフセット成分の除去方法２では、図１６に示す方法と同様に、正三角形の重心と頂点となる位置に配置された４つの電極に対し、接続パターンを９回切り替えて９つの検出信号を取得し、これら９つの検出信号から三軸方向の検出信号を得ているが、９つの検出信号の取得手順が異なる。
【００７７】
すなわち、オフセット成分の除去方法１では、図１６に示すように、９つの接続パターンを、Ｐｈ．１からＰｈ．３の順に切り替え且つ、各フェーズＰｈ．１〜Ｐｈ．３では、電流の流れる方向を、正三角形の重心に位置する電極ｐ１１から他の電極に流れる方向、続いて、正三角形の各頂点に位置する二つの電極のうちの一方の電極から他の電極に流れる方向、最後に、正三角形の各頂点に位置する二つの電極のうちの他方の電極から他の電極に流れる方向、に切り替えている。
これに対し、オフセット成分の除去方法２では、図１７に示すように、図１６（ｂ）に示す９つの接続パターンを、正三角形の重心に位置する電極ｐ１１から他の二つの電極に流れる方向（Ｐｈ．１１）、正三角形の頂点に位置する３つの電極のうちの一つの電極から右隣の電極と正三角形の重心に位置する電極ｐ１１とに流れる方向（Ｐｈ．１２）、正三角形の頂点に位置する３つの電極のうちの他の一つの電極から左隣の電極と正三角形の重心に位置する電極ｐ１１とに流れる方向（Ｐｈ．１３）の順に、各電極から他の電極に電流が流れるように切り替えている。
【００７８】
具体的には、図１７に示すように、４つの電極を回転対称に配置することによって得られる合同な三角形の対応する（重なり合う）頂点を入力端子とした接続パターン毎に信号を取得する。すなわち、Ｐｈ．１１では、正三角形の重心Ｐ１１からＰ１２、Ｐ１３に電流が流れる方向（Ｐｈ．１１−１）、電極Ｐ１１からＰ１２、Ｐ１４に電流が流れる方向（Ｐｈ．１１−２）、電極Ｐ１１からＰ１３、Ｐ１４に電流が流れる方向（Ｐｈ．１１−３）に、切り替える。同様に、Ｐｈ．１２では、正三角形の頂点に位置する電極Ｐ１２から重心の電極Ｐ１１、正三角形の頂点に位置する他の電極Ｐ１３に電流が流れる方向（Ｐｈ．１２−１）、正三角形の頂点に位置する残りの電極Ｐ１４からＰ１１、Ｐ１２に電流が流れる方向（Ｐｈ．１２−２）、正三角形の頂点に位置する他の電極Ｐ１３からＰ１１、Ｐ１４に電流が流れる方向（Ｐｈ．１２−３）に、切り替える。さらに、Ｐｈ．１３では、正三角形の頂点に位置する電極Ｐ１３から電極Ｐ１１、電極Ｐ１２に電流が流れる方向（Ｐｈ．１３−１）、電極Ｐ１２からＰ１１、Ｐ１４に電流が流れる方向（Ｐｈ．１３−２）、電極Ｐ１４からＰ１１、Ｐ１３に電流が流れる方向（Ｐｈ．１３−３）に、切り替える。なお、フェーズＰｈ．１１、Ｐｈ．１２、Ｐｈ．１３のそれぞれが、特許請求の範囲に記載の頂点共通接続パターン群に対応している。
【００７９】
ここで、図１６（ｂ）に示すようにＰｈ．１〜Ｐｈ．３の順に接続パターンを切り替えた場合、各接続パターンにより形成される電流回路の動作点は、図１８に示すように、接続パターン毎に変動する。
例えば、図１６（ａ）に示すように、電極が正三角形の重心と頂点の位置とに配置されている場合、重心に位置する電極ｐ１１から他の二つの電極の方向に電流が流れる場合には、重心に位置する電極ｐ１１から他の電極への経路は同等となるため、電極の配置位置に起因するオフセットは小さい。
一方、他の電極のうちの一方から、他方の電極及び電極ｐ１１に電流が流れる場合、一方の電極から他方の電極への電流経路と、一方の電極から電極ｐ１１への電流経路とは電極間の距離が異なり抵抗値が異なるため、オフセットが生じる。つまり、フェーズＰｈ．１で接続パターンを切り替えた場合、オフセットにより、動作点は、接続パターンを切り替える毎に大きく変動する。
【００８０】
例えば図１６（ｂ）のＰｈ．１に示すように、正三角形の重心の位置に配置された電極ｐ１１から他の電極に向かう方向に電流が流れる場合（Ｐｈ．１−１）には、二つの電流経路の距離は同等程度となるが、Ｐｈ．１−２のように、正三角形の頂点の位置に配置されている電極から、同じく頂点の位置に配置されている電極への電流経路と、電極ｐ１１への電流経路とは距離が異なり抵抗値が異なる。さらに、例えば、信号処理部３の検出部２３ａ、２３ｂに対して、出力電極として接続される電極の組を（ｐａ、ｐｂ）と表し、ｐａが検出部２３ａに接続され、ｐｂが検出部２３ｂに接続されるものとすると、フェーズＰｈ．１において、検出部２３ａ、２３ｂに対して（ｐ１３、ｐ１２）、（ｐ１１、ｐ１３）、（ｐ１２、ｐ１１）の順に接続を切り替え、同様にフェーズＰｈ．２では（ｐ１２、ｐ１４）、（ｐ１１、ｐ１２）、（ｐ１４、ｐ１１）の順に接続を切り替え、同様にフェーズＰｈ．３では（ｐ１４、ｐ１３）、（ｐ１１、ｐ１４）、（ｐ１３、ｐ１１）の順に接続を切り替えるものとする。
【００８１】
このように接続を切り替える場合、フェーズＰｈ．１では、検出部２３ａ、２３ｂに対して（ｐ１３、ｐ１２）を接続すると、電流経路の距離は同等程度であるため、オフセット値は略零となり、図１８に示すように、動作点は略零となる。続いて接続パターンを切り替え、（ｐ１１、ｐ１３）、（ｐ１２、ｐ１１）を検出部２３ａ、２３ｂに順に接続すると、上述のように、二つの電流経路の距離が異なることから、互いに逆方向のオフセット値が生じ、動作点が零を挟んで、大きく変動することになる。同様にフェーズＰｈ．２、Ｐｈ．３でも、図１８に示すように、オフセット値は大きく変動する。つまり、図１８に示すように、電流回路の動作点が、零、プラス側の点、マイナス側の点、の順に繰り返し変動することになる。
【００８２】
ここで、接続パターンを切り替えた場合、電流回路の状態が安定してから、電流回路の検出信号を取得する必要がある。
つまり、図１８に示すように、電流回路の動作点が変動するたびに、電流回路のノードの充放電が必要であるため、電流回路の動作点の変動幅が大きいほど、電流回路が安定するまでに時間がかかり、すなわち、三軸方向の検出信号を得るまでに時間がかかることになる。
これに対し、本実施形態では、図１７に示すように、フェーズＰｈ．１１〜Ｐｈ．１３のパターンで接続パターンを切り替えている。
【００８３】
ここで、図１９に示すように、フェーズＰｈ．１１は、図１８において、オフセット値が略零となり動作点が略零となる接続パターンの組（Ｐｈ．１−１、Ｐｈ．２−１、Ｐｈ．３−１）であり、フェーズＰｈ．１２は、動作点がプラス方向の値をとる接続パターンの組（Ｐｈ．１−２、Ｐｈ．２−２、Ｐｈ．３−２）、フェーズＰｈ．１３は、動作点がマイナス方向の値をとる接続パターンの組（Ｐｈ．１−３、Ｐｈ．２−３、Ｐｈ．３−３）である。つまり、動作点が近い接続パターンどうしが続くように接続パターンを切り替えている。そのため、同じフェーズ内では、動作点が近いため、接続パターンを切り替えたとしても、電流回路が安定するまでの所要時間は比較的短時間ですむ。一方、フェーズを切り替えたときには、動作点が比較的大きく変動するため、電流回路が安定するまでの所要時間は比較的長くなるが、フェーズの切り替えは、フェーズＰｈ．１１からフェーズＰｈ．１２と、フェーズＰｈ．１２からフェーズＰｈ．１３との２回である。そのため、総合的に見れば、接続パターンの切り替えに伴う、電流回路が安定するための所要時間を低減することができ、結果的に、三軸方向の検出信号を得るまでの所要時間を短縮することができる。
【００８４】
なお、フェーズＰｈ．１１〜Ｐｈ．１３の順で接続パターンを切り替える場合には、各フェーズ毎に、得られた３つの検出信号をもとに三軸方向の検出信号を演算する。この三軸方向の検出信号はまだオフセットを含んでいる。そして、得られたフェーズ毎の三軸方向の検出信号を各軸毎に平均化することで、オフセットの除去が図られ、オフセットが低減された三軸方向の検出信号が得られる。
このように、オフセット成分の除去方法２では、接続パターンを切り替える順番を考慮して、接続パターンを切り替え、すなわち、予め動作点を想定して信号を取得することによって、検出精度が向上し、また、オフセットが低減された三軸方向の検出信号をより短時間で取得することができる。
【００８５】
なお、上記オフセット成分の除去方法１では、図１６に示すようにフェーズＰｈ．１〜Ｐｈ．３の順に接続パターンを切り替え、さらに各フェーズにおいて、Ｐｈ．１−１、Ｐｈ．１−２、Ｐｈ．１−３というように、図１６に示す並び順に接続パターンを切り替えているが、これに限るものではない。三つのフェーズＰｈ．１〜Ｐｈ．３の切り替え順は任意に設定することができ、同様に、各フェーズＰｈ．１〜Ｐｈ．３それぞれにおいて、フェーズ内での接続パターンの切り替え順も任意に設定することができる。また、前述のように各フェーズで平均化することによりオフセットが除去された信号を取得し、三軸方向の検出信号を演算しても良く、一方で、各フェーズで三軸方向の検出信号を演算し、各軸の検出信号の平均値を取得しても良い。
【００８６】
同様に、図１７の場合も、フェーズＰｈ．１１〜Ｐｈ．１３の順に接続パターンを切り替え、さらに各フェーズにおいて、Ｐｈ．１１−１、Ｐｈ．１１−２、Ｐｈ．１１−３というように、図１７に示す並び順に接続パターンを切り替える場合に限らず任意に設定することができ、三つのフェーズＰｈ．１１〜Ｐｈ．１３の切り替え順は任意に設定することができ、同様に、各フェーズＰｈ．１１〜Ｐｈ．１３それぞれにおいて、フェーズ内での接続パターンの切り替え順も任意に設定することができる。また、前述のように各フェーズで三軸方向の検出信号を演算し、各軸の検出信号の平均値を取得しても良い。また、各フェーズで平均化によりオフセットが除去された信号を取得し、三軸方向の検出信号を演算しても良い。
【００８７】
また、第二実施形態では、正三角形の重心と頂点に電極が配置された場合について説明したが、これに限るものではなく、正四角形の重心及び頂点等、正多角形の重心及び頂点に電極が配置された場合であっても適用することができ、四つ以上の電極が設けられていれば、上記の手法を用いることによって、効率的に三軸方向の検出信号を得ることができる。
【００８８】
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態を説明する。
第三実施形態は、第一実施形態における磁気センサ１において、温度補正を行うようにしたものである。なお、第一実施形態における磁気センサ１と機器構成は同一であるので、同一部の詳細な説明は省略する。
ホール素子は、図２０に示すように、ホール素子への入力磁場Ｂが大きくなるとこれに比例して、センサ出力値も大きくなるが、センサ出力値は、周囲温度に応じて変動し、例えば、周囲温度が高くなるほど、センサ出力値は小さくなる。つまり、周囲温度が変動したことによるセンサ出力値の変化と入力磁場Ｂが変化したことセンサ出力値の変化は、そのままでは見分けることはできず、誤差となる。この誤差を除去するためには、周囲温度を測定する温度センサが必要となる。
【００８９】
ここで、図１に示す磁気センサ１は、一つの感磁部１２で、三軸方向の磁場を同時に検出することができる。そのため、得られた三軸方向の検出信号の感度を、それぞれＸ軸感度、Ｙ軸感度、Ｚ軸感度とすると、これらＸ軸感度、Ｙ軸感度、Ｚ軸感度の、周囲温度の変化に対するセンサ感度の変化率は、同一となる。
そのため、図２１に示すようにこれらＸ軸感度、Ｙ軸感度、Ｚ軸感度は周囲温度の変化に伴って変化するものの、図２２に示すように、Ｘ軸感度、Ｙ軸感度、Ｚ軸感度の感度比、すなわちＺ／Ｙ感度比、Ｚ／Ｘ感度比、Ｘ／Ｙ感度比は、周囲温度に関係なくそれぞれ一定となる。
したがって、検出対象の磁場が変化したときでもセンサ出力値が変化しない感度軸（以後、参照軸ともいう。）におけるセンサ出力値を得ることができれば、参照軸を除く他の軸方向の磁場の検出信号として、周囲温度の変化による影響を受けていない検出信号を得ることができる。
【００９０】
具体的には、検出対象の磁場を磁気センサ１で計測することにより得られた三軸方向の検出信号のうちの参照軸の検出信号（参照磁場信号）Ｖrefと、得られた三軸方向の検出信号のうち、参照軸を除く他の軸（検出軸ともいう。）の検出信号（磁気信号）Ｖsenとを用いて、ＶsenとＶrefとの比を演算することで、周囲温度の変化の影響を受けていない、検出軸の検出信号を演算する。なお、各軸の検出信号の和信号、差信号等を上記のＶsenまたはＶrefとして用いてもよい。
つまり、図２３に示すように、周囲温度の変化に関係なく、入力磁場Ｂに応じたセンサ出力値を得ることができる。なお、検出軸の検出信号を補正する補正処理は、例えば、演算処理部２５に補正処理を行う補正部を設け、補正部において補正処理を行うようにすればよい。
【００９１】
（参照磁場発生用のコイルを備える磁気センサモジュールの構成例）
上記参照軸として、検出軸成分を有さない磁場を発生させるコイルを用いてもよい。例えば、磁気センサモジュールは、図１に示す磁気センサ１を備えると共に、図２４に示すように、さらに、参照磁場発生用のコイル１０１を備える。
ここで、図２４において、検出対象の磁場は、Ｘ軸成分及びＹ軸成分のみを有するものとする。
図２４に示すように、参照軸として上記検出対象の磁場（Ｘ軸及びＹ軸）に直交する方向（つまりＺ軸方向）のみに磁場を発生させるコイル（参照磁場発生部）１０１を設ける。コイル１０１は、例えば図示しない駆動回路によって駆動される。
そして、コイル１０１により参照磁場を発生させた状態で、検出対象の磁場及び参照磁場を含む磁場を、磁気センサ１によって検出する。
【００９２】
図２４に示すようにコイル１０１を配置した場合、検出対象の磁場は、Ｘ軸成分及びＹ軸成分のみを有するため、ホール素子２の検出信号から得られる三軸方向の検出信号において、Ｚ軸方向の検出信号は検出対象の磁場の影響は受けず、周囲温度の影響のみを受ける。
つまり、図２５に示すように、得られたＸ軸方向の検出信号及びＹ軸方向の検出信号は、検出対象の磁場と周囲温度の影響とを受けた値（特性線Ｌ１）となるが、Ｚ軸方向の検出信号は、周囲温度の影響のみを受けた値（特性線Ｌ２）となる。
【００９３】
そこで、磁気センサ１の検出信号から得た三軸方向の検出信号のうちの参照軸（Ｚ軸）の検出信号Ｖrefと、得られた三軸方向の検出信号のうち検出軸（Ｘ軸及びＹ軸）の検出信号Ｖsenとを用いて、ＶsenとＶrefとの比を演算することで、周囲温度の変化の影響を受けていない、検出軸（Ｘ軸及びＹ軸）の検出信号を演算する。
このように、周囲温度を測定するための温度センサを必要とすることなく、温度補正を行うことができるため、磁気センサ１全体の大型化を伴うことなく、精度向上を図ることができる。
【００９４】
（磁石と磁気センサとの相対位置の変化を検出する磁気センサモジュールの構成例）
磁気センサモジュールは、図１に示す磁気センサ１を備えると共に、図２６に示すように、さらに、磁石を備える。
ここで、図２６に示すように、図２６に向かって右方向をＹ軸の正方向、上方向をＺ軸の正方向、図２６に向かう方向をＸ軸の正方向とする。このＸＹＺ座標系において、例えば原点を通るＺ軸方向に延びる線分上に磁石１０２を配置する。例えば、Ｚ軸の値が大きくなる側をＮ極、小さくなる側をＳ極とする。
磁気センサ１は、磁石１０２を通るＺ軸方向の延長線上に配置する。また、磁気センサ１の移動方向はＺ軸方向の位置は一定のＸ−Ｙ平面内とする。
この状態で、磁石１０２による磁場を、磁気センサ１によって検出する。
【００９５】
図２６に示すように磁石１０２と磁気センサ１とを配置し、磁気センサ１をＺ軸方向の位置は一定のＸ−Ｙ平面内で移動させた場合、磁気センサ１と磁石１０２との間のＺ軸方向の磁場強度が略不変な移動範囲において、Ｚ軸方向の検出信号は、磁気センサ１の位置に関係なく一定であり、周囲温度の変化のみにより変動する。一方、磁気センサ１と磁石１０２との相対位置に応じて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の磁場強度は変動するため、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の検出信号は、それぞれ磁気センサ１と磁石１０２との相対位置に応じて変化すると共に、周囲温度の変化によっても変動する。
【００９６】
つまり、図２６に示すように磁石１０２と磁気センサ１とを配置した場合も、磁気センサ１の出力信号から得られたセンサ出力から得たＸ軸方向の検出信号及びＹ軸方向の検出信号は、図２５に示すように、検出対象の磁場と周囲温度の影響とを受けた値（特性線Ｌ１）となる。一方、Ｚ軸方向の検出信号は検出対象の磁場と周囲温度の影響のみを受けた値となる（特性線Ｌ２）。
そのため、この場合も上記と同様に、磁気センサ１の検出信号から得た三軸方向の検出信号のうちの参照軸（Ｚ軸）の検出信号Ｖrefと、得られた三軸方向の検出信号のうち検出軸（Ｘ軸及びＹ軸）の検出信号Ｖsenとを用いて、ＶsenとＶrefとの比を演算することで、周囲温度の変化の影響を受けていない、検出軸（Ｘ軸及びＹ軸）の検出信号を得ることができる。 
【００９７】
また、周囲温度を測定するための温度センサを必要とすることなく、温度補正を行うことができるため、磁気センサ１全体の大型化を伴うことなく、精度向上を図ることができる。
なお、磁石１０２が、特許請求の範囲に記載の参照磁場発生部に対応している。つまり、磁石１０２は、磁気センサ１と磁石１０２との相対位置を検出するための検出対象の磁場を発生する発生部と、参照磁場発生部とを兼ねている。
なお、ここでは、第一実施形態に係る磁気センサ１において温度補正を行う場合について説明したが、これに限るものではなく、第二実施形態に係る磁気センサ１において温度補正を行うようにすることも可能である。この場合には、３つのフェーズから得られた９個のセンサ検出値を用いて三軸方向の検出信号を得たときに、温度補正を行うようにすればよい。
【００９８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００９９】
１  磁気センサ
２  ホール素子
３  信号処理部
１１  基板
１２  感磁部
１３ａ〜１３ｃ  電極
２０  演算部
２１  スイッチ部
２２  駆動部
２３ａ、２３ｂ  検出部
２４  出力部
２５  演算処理部
１０１  コイル
１０２  磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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