(57)【要約】【課題】使用環境に関わらずに、３つの磁気センサの主軸感度および他軸感度の測定と、この測定結果に基づいた各磁気センサの検出信号の補正を容易に行うことを可能にする。【解決手段】磁気センサ装置１は、外部磁界の３方向の成分を検出する３つの磁気センサ１０，２０，３０と、磁界発生部７０と、補正プロセッサ８０を含んでいる。磁界発生部７０は、３つの磁気センサの主軸感度および他軸感度の測定に用いられる３方向の付加的磁界成分を発生する。補正プロセッサ８０は、３つの磁気センサの主軸感度および他軸感度の測定結果に基づいて各磁気センサの検出信号を補正する。【選択図】図２
2020060457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界の、第１の感磁方向の成分である第１の外部磁界成分と対応関係を有する第１の検出信号を生成する第１の磁気センサと、
前記外部磁界の、第２の感磁方向の成分である第２の外部磁界成分と対応関係を有する第２の検出信号を生成する第２の磁気センサと、
前記外部磁界の、第３の感磁方向の成分である第３の外部磁界成分と対応関係を有する第３の検出信号を生成する第３の磁気センサと、
第１の付加的磁界を発生可能な第１の磁界発生器と、
第２の付加的磁界を発生可能な第２の磁界発生器と、
第３の付加的磁界を発生可能な第３の磁界発生器と、
前記第１ないし第３の磁界発生器を制御すると共に前記第１ないし第３の検出信号を補正する補正プロセッサとを備えた磁気センサ装置であって、
前記第１ないし第３の磁気センサならびに前記第１ないし第３の磁界発生器は、一体化され、
前記第１の磁界発生器によって前記第１の付加的磁界が発生されたとき、前記第１ないし第３の磁気センサの各々には、前記第１の付加的磁界の、第１の方向に平行な方向の成分である第１の付加的磁界成分が印加され、
前記第２の磁界発生器によって前記第２の付加的磁界が発生されたとき、前記第１ないし第３の磁気センサの各々には、前記第２の付加的磁界の、第２の方向に平行な方向の成分である第２の付加的磁界成分が印加され、
前記第３の磁界発生器によって前記第３の付加的磁界が発生されたとき、前記第１ないし第３の磁気センサの各々には、前記第３の付加的磁界の、第３の方向に平行な方向の成分である第３の付加的磁界成分が印加され、
前記補正プロセッサは、前記第１ないし第３の検出信号を補正するための補正関数を決定する補正関数決定処理と、前記第１ないし第３の検出信号と前記補正関数とを用いて前記第１ないし第３の検出信号を補正する補正処理とを行い、
前記補正関数決定処理は、前記第１の磁界発生器を制御して前記第１の付加的磁界を変化させたときの前記第１ないし第３の検出信号のそれぞれの変化に関する第１ないし第３のデータと、前記第２の磁界発生器を制御して前記第２の付加的磁界を変化させたときの前記第１ないし第３の検出信号のそれぞれの変化に関する第４ないし第６のデータと、前記第３の磁界発生器を制御して前記第３の付加的磁界を変化させたときの前記第１ないし第３の検出信号のそれぞれの変化に関する第７ないし第９のデータとを取得し、前記第１ないし第９のデータに基づいて前記補正関数を決定することを特徴とする磁気センサ装置。
【請求項２】
前記第１ないし第３の方向は、互いに直交することを特徴とする請求項１記載の磁気センサ装置。
【請求項３】
前記補正プロセッサは、前記第１ないし第３の磁気センサならびに前記第１ないし第３の磁界発生器と一体化されていることを特徴とする請求項１または２記載の磁気センサ装置。
【請求項４】
外部磁界の、第１の感磁方向の成分である第１の外部磁界成分と対応関係を有する第１の検出信号を生成する第１の磁気センサと、
前記外部磁界の、第２の感磁方向の成分である第２の外部磁界成分と対応関係を有する第２の検出信号を生成する第２の磁気センサと、
第１の付加的磁界を発生可能な第１の磁界発生器と、
第２の付加的磁界を発生可能な第２の磁界発生器と、
前記第１および第２の磁界発生器を制御すると共に前記第１および第２の検出信号を補正する補正プロセッサとを備えた磁気センサ装置であって、
前記第１および第２の磁気センサならびに前記第１および第２の磁界発生器は、一体化され、
前記第１の磁界発生器によって前記第１の付加的磁界が発生されたとき、前記第１および第２の磁気センサの各々には、前記第１の付加的磁界の、第１の方向に平行な方向の成分である第１の付加的磁界成分が印加され、
前記第２の磁界発生器によって前記第２の付加的磁界が発生されたとき、前記第１および第２の磁気センサの各々には、前記第２の付加的磁界の、第２の方向に平行な方向の成分である第２の付加的磁界成分が印加され、
前記補正プロセッサは、前記第１および第２の検出信号を補正するための補正関数を決定する補正関数決定処理と、前記第１および第２の検出信号と前記補正関数とを用いて前記第１および第２の検出信号を補正する補正処理とを行い、
前記補正関数決定処理は、前記第１の磁界発生器を制御して前記第１の付加的磁界を変化させたときの前記第１および第２の検出信号のそれぞれの変化に関する第１および第２のデータと、前記第２の磁界発生器を制御して前記第２の付加的磁界を変化させたときの前記第１および第２の検出信号のそれぞれの変化に関する第３および第４のデータとを取得し、前記第１ないし第４のデータに基づいて前記補正関数を決定することを特徴とする磁気センサ装置。
【請求項５】
前記第１および第２の方向は、互いに直交することを特徴とする請求項４記載の磁気センサ装置。
【請求項６】
前記補正プロセッサは、前記第１および第２の磁気センサならびに前記第１および第２の磁界発生器と一体化されていることを特徴とする請求項４または５記載の磁気センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部磁界の複数の方向の成分を検出するための複数の磁気センサを含む磁気センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、種々の用途で、外部磁界の所定の方向の成分を検出するための磁気センサが利用されている。磁気センサとしては、基板上に設けられた少なくとも１つの磁気検出素子を用いたものが知られている。磁気検出素子としては、例えば磁気抵抗効果素子が用いられる。
【０００３】
外部磁界の所定の方向の成分を検出するための磁気センサは、外部磁界の所定の方向の成分に対応する検出信号を生成する。以下、上記所定の方向を主軸方向と言う。主軸方向は、例えば磁気センサの感磁方向と一致する。ここで、この磁気センサにおいて、主軸方向の磁界の強度の変化に対する磁気センサの検出信号の変化の比率を、主軸感度と言う。
【０００４】
主軸感度は、磁気センサの個体差によって異なり得る。また、外部磁界の複数の方向の成分を検出するための複数の磁気センサを含む装置では、複数の磁気センサの主軸感度が互いに異なる場合がある。また、磁気センサの使用環境によって、主軸感度が変化する場合がある。そのため、磁気センサを含む装置では、必要に応じて、磁気センサの主軸感度を測定して、その測定結果に基づいて磁気センサの検出信号を補正できることが望まれる。
【０００５】
特許文献１には、複数の感磁部が互いに離間して設けられた半導体基板と、半導体基板上に設けられた磁性体とを備え、複数の感磁部が磁性体の端部領域に設けられた磁気センサが記載されている。この磁気センサは、複数の感磁部の出力に基づいて、互いに直交する３軸に関する磁界強度を検出する。この磁気センサにおいて、各感磁部の感磁方向は、垂直方向である。この磁気センサは、感度測定のための水平磁界発生用コイルと、感度測定のための複数の垂直磁界発生用コイルとを備えている。水平磁界発生用コイルは、水平磁界成分を発生する。この水平磁界成分によって、磁性体の端部近傍において垂直磁界成分が発生し、複数の感磁部は、この垂直磁界成分を検出することによって水平磁界成分を検出する。複数の垂直磁界発生用コイルは、複数の感磁部の近傍に設けられ、垂直磁界成分を発生する。複数の感磁部は、それぞれ、複数の垂直磁界発生用コイルによって発生された垂直磁界成分を検出する。
【０００６】
特許文献１に記載された磁気センサによれば、３軸に関する主軸感度を測定することができる。
【０００７】
ところで、外部磁界の複数の方向の成分を検出するための複数の磁気センサを含む装置では、各磁気センサにおいて、主軸方向以外の方向の磁界の強度の変化によって検出信号が変化することが起こり得る。ここで、主軸方向以外の方向の磁界の強度の変化に対する磁気センサの検出信号の変化の比率を、他軸感度と言う。
【０００８】
そのため、複数の磁気センサを含む装置では、必要に応じて、各磁気センサの主軸感度のみならず他軸感度も測定して、その測定結果に基づいて複数の磁気センサの検出信号を補正できることが望まれる。
【０００９】
特許文献２には、磁性体と、磁性体の近傍に配置された第１ないし第４の磁気検出素子と、信号処理部と、補正係数記憶部と、磁界成分算出部とを備えた３次元磁界測定装置が記載されている。信号処理部は、第１ないし第４の磁気検出素子の出力信号に基づいて、磁性体に入力される３次元磁界ベクトルに対応する出力信号を生成する。補正係数記憶部は、信号処理部の出力信号に含まれる他軸感度成分を補正するための補正係数を記憶する。磁界成分算出部は、信号処理部の出力信号と補正係数とに基づいて、３次元の出力信号を生成する。
【００１０】
また、特許文献２には、線形独立な３つの磁界ベクトルを３次元磁界測定装置に入力し、その際に３次元磁界測定装置が生成する他軸感度を含んだ信号に基づいて、補正係数生成装置によって上記補正係数を生成する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第５０２７２１７号公報
【特許文献２】特開２０１５−７５４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献２に記載された技術では、３次元磁界測定装置の他軸感度を測定し、補正係数を生成するためには、３次元磁界測定装置の外部から、線形独立な３つの磁界ベクトルを３次元磁界測定装置に入力する必要がある。しかし、この技術では、３次元磁界測定装置の出荷後には、３次元磁界測定装置の使用環境によっては、３次元磁界測定装置の外部から、線形独立な３つの磁界ベクトルを３次元磁界測定装置に入力することが困難な場合があるという問題点がある。
【００１３】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、複数の磁気センサを含む磁気センサ装置であって、磁気センサ装置の使用環境に関わらずに、各磁気センサの主軸感度および他軸感度の測定と、この測定結果に基づいた各磁気センサの検出信号の補正を容易に行うことができるようにした磁気センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の観点の磁気センサ装置は、外部磁界の、第１の感磁方向の成分である第１の外部磁界成分と対応関係を有する第１の検出信号を生成する第１の磁気センサと、外部磁界の、第２の感磁方向の成分である第２の外部磁界成分と対応関係を有する第２の検出信号を生成する第２の磁気センサと、外部磁界の、第３の感磁方向の成分である第３の外部磁界成分と対応関係を有する第３の検出信号を生成する第３の磁気センサと、第１の付加的磁界を発生可能な第１の磁界発生器と、第２の付加的磁界を発生可能な第２の磁界発生器と、第３の付加的磁界を発生可能な第３の磁界発生器と、第１ないし第３の磁界発生器を制御すると共に第１ないし第３の検出信号を補正する補正プロセッサとを備えている。
【００１５】
第１ないし第３の磁気センサならびに第１ないし第３の磁界発生器は、一体化されている。第１の磁界発生器によって第１の付加的磁界が発生されたとき、第１ないし第３の磁気センサの各々には、第１の付加的磁界の、第１の方向に平行な方向の成分である第１の付加的磁界成分が印加される。第２の磁界発生器によって第２の付加的磁界が発生されたとき、第１ないし第３の磁気センサの各々には、第２の付加的磁界の、第２の方向に平行な方向の成分である第２の付加的磁界成分が印加される。第３の磁界発生器によって第３の付加的磁界が発生されたとき、第１ないし第３の磁気センサの各々には、第３の付加的磁界の、第３の方向に平行な方向の成分である第３の付加的磁界成分が印加される。
【００１６】
補正プロセッサは、第１ないし第３の検出信号を補正するための補正関数を決定する補正関数決定処理と、第１ないし第３の検出信号と補正関数とを用いて第１ないし第３の検出信号を補正する補正処理とを行う。補正関数決定処理は、第１の磁界発生器を制御して第１の付加的磁界を変化させたときの第１ないし第３の検出信号のそれぞれの変化に関する第１ないし第３のデータと、第２の磁界発生器を制御して第２の付加的磁界を変化させたときの第１ないし第３の検出信号のそれぞれの変化に関する第４ないし第６のデータと、第３の磁界発生器を制御して第３の付加的磁界を変化させたときの第１ないし第３の検出信号のそれぞれの変化に関する第７ないし第９のデータとを取得し、第１ないし第９のデータに基づいて補正関数を決定する。
【００１７】
本発明の第１の観点の磁気センサ装置において、第１ないし第３の方向は、互いに直交していてもよい。
【００１８】
また、本発明の第１の観点の磁気センサ装置において、補正プロセッサは、第１ないし第３の磁気センサならびに第１ないし第３の磁界発生器と一体化されていてもよい。
【００１９】
本発明の第２の観点の磁気センサ装置は、外部磁界の、第１の感磁方向の成分である第１の外部磁界成分と対応関係を有する第１の検出信号を生成する第１の磁気センサと、外部磁界の、第２の感磁方向の成分である第２の外部磁界成分と対応関係を有する第２の検出信号を生成する第２の磁気センサと、第１の付加的磁界を発生可能な第１の磁界発生器と、第２の付加的磁界を発生可能な第２の磁界発生器と、第１および第２の磁界発生器を制御すると共に第１および第２の検出信号を補正する補正プロセッサとを備えている。
【００２０】
第１および第２の磁気センサならびに第１および第２の磁界発生器は、一体化されている。第１の磁界発生器によって第１の付加的磁界が発生されたとき、第１および第２の磁気センサの各々には、第１の付加的磁界の、第１の方向に平行な方向の成分である第１の付加的磁界成分が印加される。第２の磁界発生器によって第２の付加的磁界が発生されたとき、第１および第２の磁気センサの各々には、第２の付加的磁界の、第２の方向に平行な方向の成分である第２の付加的磁界成分が印加される。
【００２１】
補正プロセッサは、第１および第２の検出信号を補正するための補正関数を決定する補正関数決定処理と、第１および第２の検出信号と補正関数とを用いて第１および第２の検出信号を補正する補正処理とを行う。補正関数決定処理は、第１の磁界発生器を制御して第１の付加的磁界を変化させたときの第１および第２の検出信号のそれぞれの変化に関する第１および第２のデータと、第２の磁界発生器を制御して第２の付加的磁界を変化させたときの第１および第２の検出信号のそれぞれの変化に関する第３および第４のデータとを取得し、第１ないし第４のデータに基づいて補正関数を決定する。
【００２２】
本発明の第２の観点の磁気センサ装置において、第１および第２の方向は、互いに直交していてもよい。
【００２３】
また、本発明の第２の観点の磁気センサ装置において、補正プロセッサは、第１および第２の磁気センサならびに第１および第２の磁界発生器と一体化されていてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の第１の観点の磁気センサ装置では、第１ないし第３の磁気センサならびに第１ないし第３の磁界発生器が一体化されている。これにより、第１の観点の磁気センサ装置によれば、磁気センサ装置の使用環境に関わらずに、第１ないし第３の磁気センサの主軸感度および他軸感度の測定と、この測定結果に基づいた第１ないし第３の検出信号の補正を容易に行うことができるという効果を奏する。
【００２５】
また、本発明の第２の観点の磁気センサ装置では、第１および第２の磁気センサならびに第１および第２の磁界発生器が一体化されている。これにより、第２の観点の磁気センサ装置によれば、磁気センサ装置の使用環境に関わらずに、第１および第２の磁気センサの主軸感度および他軸感度の測定と、この測定結果に基づいた第１および第２の検出信号の補正を容易に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサ装置の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサ装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるセンサチップを示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるセンサチップの構成を示す説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるセンサチップの回路構成の一例を示す回路図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における磁気抵抗効果素子を示す斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における１つの抵抗部の一部を示す斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における磁界変換部と第３の磁気センサの構成を示す説明図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態におけるセンサチップを示す断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における第１ないし第３の磁気センサと軟磁性構造体のそれぞれの一部を示す断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における第１の磁界発生器を模式的に示す説明図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における第２の磁界発生器を模式的に示す説明図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態における第３の磁界発生器を模式的に示す説明図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態における補正関数決定処理を示すフローチャートである。
【図１５】図２に示したホストプロセッサの構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサ装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態における補正関数決定処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサ装置の概略の構成について説明する。本実施の形態に係る磁気センサ装置１は、外部磁界の、互いに直交する３方向の成分を検出する装置である。磁気センサ装置１は、例えば、情報機器等の電子機器に搭載され、地磁気センサ装置として用いられる。
【００２８】
図１に示したように、磁気センサ装置１は、回路チップ３とセンサチップ４とを備えている。回路チップ３とセンサチップ４は、いずれも直方体形状を有している。また、回路チップ３とセンサチップ４は、いずれも外面を有している。
【００２９】
回路チップ３の外面は、互いに反対側に位置する上面３ａおよび下面３ｂと、上面３ａと下面３ｂを接続する４つの側面を含んでいる。センサチップ４の外面は、互いに反対側に位置する上面４ａおよび下面４ｂと、上面４ａと下面４ｂを接続する４つの側面を含んでいる。センサチップ４は、下面４ｂが回路チップ３の上面３ａに対向する姿勢で、上面３ａ上に実装されている。
【００３０】
回路チップ３は、上面３ａに設けられた端子群を備えている。センサチップ４は、上面４ａに設けられた端子群を備えている。センサチップ４の端子群は、例えば複数のボンディングワイヤによって、回路チップ３の端子群に接続されている。
【００３１】
図２は、磁気センサ装置１の構成を示す機能ブロック図である。図２に示したように、センサチップ４は、第１の磁気センサ１０と第２の磁気センサ２０と第３の磁気センサ３０を含んでいる。
【００３２】
第１の磁気センサ１０は、外部磁界の、第１の感磁方向の成分である第１の外部磁界成分と対応関係を有する第１の検出信号を生成する。第２の磁気センサ２０は、外部磁界の、第２の感磁方向の成分である第２の外部磁界成分と対応関係を有する第２の検出信号を生成する。第３の磁気センサ３０は、外部磁界の、第３の感磁方向の成分である第３の外部磁界成分と対応関係を有する第３の検出信号を生成する。
【００３３】
磁気センサ装置１は、更に、磁界発生部７０を備えている。磁界発生部７０は、回路チップ３に含まれていてもよいし、センサチップ４に含まれていてもよい。以下、磁界発生部７０がセンサチップ４に含まれている例について説明する。磁界発生部７０は、第１ないし第３の付加的磁界を発生可能な第１ないし第３の磁界発生器を含んでいる。第１ないし第３の磁界発生器については、後で詳しく説明する。
【００３４】
回路チップ３は、磁界発生部７０を制御すると共に第１ないし第３の検出信号を補正する補正プロセッサ８０を含んでいる。補正プロセッサ８０は、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によって構成されている。
【００３５】
補正プロセッサ８０は、アナログ−デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と記す。）８１，８２，８３と、補正処理部８４と、補正関数決定部８５と、駆動部８６と、制御部８７とを含んでいる。Ａ／Ｄ変換器８１，８２，８３は、それぞれ、第１ないし第３の検出信号をデジタル信号に変換する。補正処理部８４、補正関数決定部８５、駆動部８６および制御部８７は、それぞれ以下で説明する処理を行う機能ブロックである。
【００３６】
補正関数決定部８５は、制御部８７および駆動部８６と協働して、第１ないし第３の検出信号を補正するための補正関数を決定する補正関数決定処理を行う。制御部８７は、補正関数決定処理が行われるように、補正関数決定部８５と駆動部８６を制御する。駆動部８６は、磁界発生部７０を制御して、第１ないし第３の付加的磁界を発生させると共に、第１ないし第３の付加的磁界を変化させる。補正関数決定部８５は、第１ないし第３の付加的磁界の各々を変化させたときの第１ないし第３の検出信号のそれぞれの変化に関するデータに基づいて、補正関数を決定する。
【００３７】
補正処理部８４は、第１ないし第３の検出信号と補正関数とを用いて第１ないし第３の検出信号を補正して第１ないし第３の補正後信号を生成する補正処理を行う。また、補正処理部８４は、第１ないし第３の補正後信号を、磁気センサ装置１が搭載された電子機器のホストプロセッサ２００に出力する。ホストプロセッサ２００の構成については、後で説明する。
【００３８】
次に、図３を参照して、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の配置について説明する。図３は、センサチップ４を示す平面図である。図３に示したように、センサチップ４は、前述の第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０と、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０を支持する基板５１を含んでいる。基板５１は、上面５１ａと下面５１ｂを有している。なお、下面５１ｂは、後で説明する図９に示されている。
【００３９】
ここで、本実施の形態における基準座標系と第１ないし第３のセンサ座標系について説明する。基準座標系は、基準平面ＲＰを基準にして設定された座標系である。磁界発生部７０が発生する第１ないし第３の付加的磁界の方向は、基準座標系で表される。前述のように、磁界発生部７０がセンサチップ４に含まれている場合には、例えば、基板５１の上面５１ａを基準平面ＲＰとする。磁界発生部７０が回路チップ３に含まれている場合には、例えば、回路チップ３の上面３ａを基準平面ＲＰとする。
【００４０】
第１ないし第３のセンサ座標系は、それぞれ第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０を基準にして設定された座標系である。以下、第１ないし第３のセンサ座標系を代表して、単にセンサ座標系と言う。基準座標系とセンサ座標系のいずれにおいても、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が定義されている。
【００４１】
基準座標系におけるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、互いに直交する。基準座標系におけるＺ方向は、基準平面ＲＰに垂直な方向であって、基板５１の下面５１ｂから上面５１ａに向かう方向である。基準座標系におけるＸ方向とＹ方向は、基準平面ＲＰに平行な方向である。
【００４２】
磁気センサ装置１は、第１ないし第３のセンサ座標系が基準座標系と一致するように設計されている。しかし、基板５１に対する第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０のアライメントのずれ等によって、第１ないし第３のセンサ座標系のうちの少なくとも１つが基準座標系と一致しない場合が起こり得る。
【００４３】
基準座標系とセンサ座標系のいずれにおいても、Ｘ方向とは反対の方向を−Ｘ方向とし、Ｙ方向とは反対の方向を−Ｙ方向とし、Ｚ方向とは反対の方向を−Ｚ方向とする。以下、基準の位置に対してＺ方向の先にある位置を「上方」と言い、基準の位置に対して「上方」とは反対側にある位置を「下方」と言う。また、磁気センサ装置１の構成要素に関して、Ｚ方向の端に位置する面を「上面」と言い、−Ｚ方向の端に位置する面を「下面」と言う。
【００４４】
以下、特段の断りが無い限り、複数の図に示したＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、基準座標系とセンサ座標系の両方に当てはまる。
【００４５】
基準平面ＲＰは、互いに異なる第１の領域Ａ１０と第２の領域Ａ２０と第３の領域Ａ３０を含んでいる。第１の領域Ａ１０は、基準平面ＲＰに第１の磁気センサ１０を垂直投影してできる領域である。第２の領域Ａ２０は、基準平面ＲＰに第２の磁気センサ２０を垂直投影してできる領域である。第３の領域Ａ３０は、基準平面ＲＰに第３の磁気センサ３０を垂直投影してできる領域である。
【００４６】
ここで、基準平面ＲＰ内に位置して、第３の領域Ａ３０の重心Ｃ３０を通り、基準座標系におけるＺ方向に垂直で且つ互いに直交する２つの直線を第１の直線Ｌ１と第２の直線Ｌ２とする。本実施の形態では特に、第１の直線Ｌ１は基準座標系におけるＸ方向に平行であり、第２の直線Ｌ２は基準座標系におけるＹ方向に平行である。
【００４７】
本実施の形態では、第１の磁気センサ１０は、基準座標系におけるＸ方向の互いに異なる位置に配置された第１の部分１１と第２の部分１２を含んでいる。第１の領域Ａ１０は、基準平面ＲＰに第１の磁気センサ１０の第１の部分１１を垂直投影してできる第１の部分領域Ａ１１と、基準平面ＲＰに第１の磁気センサ１０の第２の部分１２を垂直投影してできる第２の部分領域Ａ１２を含んでいる。第１および第２の部分領域Ａ１１，Ａ１２は、第１の直線Ｌ１に平行な方向における第３の領域Ａ３０の両側に位置している。
【００４８】
また、第２の磁気センサ２０は、基準座標系におけるＹ方向の互いに異なる位置に配置された第１の部分２１と第２の部分２２を含んでいる。第２の領域Ａ２０は、基準平面ＲＰに第２の磁気センサ２０の第１の部分２１を垂直投影してできる第３の部分領域Ａ２１と、基準平面ＲＰに第２の磁気センサ２０の第２の部分２２を垂直投影してできる第４の部分領域Ａ２２を含んでいる。第３および第４の部分領域Ａ２１，Ａ２２は、第２の直線Ｌ２に平行な方向における第３の領域Ａ３０の両側に位置している。
【００４９】
本実施の形態では、第１および第２の部分領域Ａ１１，Ａ１２は、いずれも第１の直線Ｌ１と交差する位置にある。また、第３および第４の部分領域Ａ２１，Ａ２２は、いずれも第２の直線Ｌ２と交差する位置にある。
【００５０】
第１の領域Ａ１０のいかなる部分も第２の直線Ｌ２とは交差しないことが好ましい。同様に、第２の領域Ａ２０のいかなる部分も第１の直線Ｌ１とは交差しないことが好ましい。
【００５１】
本実施の形態では特に、第１の領域Ａ１０と第２の領域Ａ２０は、上方から見て、第３の領域Ａ３０の重心Ｃ３０を中心として第１の領域Ａ１０を９０°回転すると第２の領域Ａ２０に重なる位置関係である。図３において、重心Ｃ３０を中心として反時計回り方向に第１および第２の部分領域Ａ１１，Ａ１２を９０°回転すると、第１および第２の部分領域Ａ１１，Ａ１２はそれぞれ第３および第４の部分領域Ａ２１，Ａ２２に重なる。
【００５２】
第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の各々は、少なくとも１つの磁気検出素子を含んでいる。
【００５３】
次に、図４および図５を参照して、センサチップ４の構成の一例について説明する。図４は、センサチップ４の構成を示す説明図である。図５は、センサチップ４の回路構成の一例を示す回路図である。
【００５４】
前述のように、第１の磁気センサ１０は、外部磁界の、第１の感磁方向の成分である第１の外部磁界成分と対応関係を有する第１の検出信号を生成する。第２の磁気センサ２０は、外部磁界の、第２の感磁方向の成分である第２の外部磁界成分と対応関係を有する第２の検出信号を生成する。第３の磁気センサ３０は、外部磁界の、第３の感磁方向の成分である第３の外部磁界成分と対応関係を有する第３の検出信号を生成する。
【００５５】
本実施の形態では特に、第１の感磁方向は、第１のセンサ座標系におけるＸ方向に平行な方向である。第１の感磁方向は、第１のセンサ座標系におけるＸ方向と−Ｘ方向とを含む。第２の感磁方向は、第２のセンサ座標系におけるＹ方向に平行な方向である。第２の感磁方向は、第２のセンサ座標系におけるＹ方向と−Ｙ方向とを含む。第３の感磁方向は、第３のセンサ座標系におけるＺ方向に平行な方向である。第３の感磁方向は、第３のセンサ座標系におけるＺ方向と−Ｚ方向とを含む。
【００５６】
また、図４に示したように、センサチップ４の端子群は、第１の磁気センサ１０に対応する電源端子Ｖｘおよび出力端子Ｖｘ＋，Ｖｘ−と、第２の磁気センサ２０に対応する電源端子Ｖｙおよび出力端子Ｖｙ＋，Ｖｙ−と、第３の磁気センサ３０に対応する電源端子Ｖｚおよび出力端子Ｖｚ＋，Ｖｚ−と、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０で共通に使用されるグランド端子Ｇとを含んでいる。
【００５７】
図５に示した例では、第１の磁気センサ１０は、ホイートストンブリッジ回路を構成する４つの抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４を含んでいる。抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４の各々は、第１の外部磁界成分に応じて変化する抵抗値を有する。抵抗部Ｒｘ１は、電源端子Ｖｘと出力端子Ｖｘ＋との間に設けられている。抵抗部Ｒｘ２は、出力端子Ｖｘ＋とグランド端子Ｇとの間に設けられている。抵抗部Ｒｘ３は、電源端子Ｖｘと出力端子Ｖｘ−との間に設けられている。抵抗部Ｒｘ４は、出力端子Ｖｘ−とグランド端子Ｇとの間に設けられている。
【００５８】
第２の磁気センサ２０は、ホイートストンブリッジ回路を構成する４つの抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４を含んでいる。抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４の各々は、第２の外部磁界成分に応じて変化する抵抗値を有する。抵抗部Ｒｙ１は、電源端子Ｖｙと出力端子Ｖｙ＋との間に設けられている。抵抗部Ｒｙ２は、出力端子Ｖｙ＋とグランド端子Ｇとの間に設けられている。抵抗部Ｒｙ３は、電源端子Ｖｙと出力端子Ｖｙ−との間に設けられている。抵抗部Ｒｙ４は、出力端子Ｖｙ−とグランド端子Ｇとの間に設けられている。
【００５９】
第３の磁気センサ３０は、ホイートストンブリッジ回路を構成する４つの抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４を含んでいる。抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の各々は、後述する磁界変換部から出力される出力磁界成分に応じて変化する抵抗値を有する。抵抗部Ｒｚ１は、電源端子Ｖｚと出力端子Ｖｚ＋との間に設けられている。抵抗部Ｒｚ２は、出力端子Ｖｚ＋とグランド端子Ｇとの間に設けられている。抵抗部Ｒｚ３は、電源端子Ｖｚと出力端子Ｖｚ−との間に設けられている。抵抗部Ｒｚ４は、出力端子Ｖｚ−とグランド端子Ｇとの間に設けられている。
【００６０】
以下、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４，Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４，Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４のうちの任意の１つを抵抗部Ｒと言う。抵抗部Ｒは、少なくとも１つの磁気検出素子を含んでいる。本実施の形態では特に、少なくとも１つの磁気検出素子は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子である。以下、磁気抵抗効果素子をＭＲ素子と記す。
【００６１】
本実施の形態では特に、ＭＲ素子は、スピンバルブ型のＭＲ素子である。このスピンバルブ型のＭＲ素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、印加磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置されたギャップ層とを有している。スピンバルブ型のＭＲ素子は、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子でもよいし、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子でもよい。ＴＭＲ素子では、ギャップ層はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、ギャップ層は非磁性導電層である。スピンバルブ型のＭＲ素子では、自由層の磁化の方向が磁化固定層の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が０°のときに抵抗値は最小値となり、角度が１８０°のときに抵抗値は最大値となる。各ＭＲ素子において、自由層は、磁化容易軸方向が、磁化固定層の磁化の方向に直交する方向となる形状異方性を有している。
【００６２】
図５において、塗りつぶした矢印は、ＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向を表している。図５に示した例では、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ４の各々におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向は、第１のセンサ座標系におけるＸ方向である。抵抗部Ｒｘ２，Ｒｘ３の各々におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向は、第１のセンサ座標系における−Ｘ方向である。
【００６３】
また、抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ４の各々におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向は、第２のセンサ座標系におけるＹ方向である。抵抗部Ｒｙ２，Ｒｙ３の各々におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向は、第２のセンサ座標系における−Ｙ方向である。抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の各々におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向については、後で説明する。
【００６４】
出力端子Ｖｘ＋と出力端子Ｖｘ−との間の電位差は、第１の外部磁界成分と対応関係を有する。第１の磁気センサ１０は、出力端子Ｖｘ＋と出力端子Ｖｘ−との間の電位差に対応する第１の検出信号を生成する。第１の検出信号は、出力端子Ｖｘ＋と出力端子Ｖｘ−との間の電位差に対して振幅やオフセットの調整を施したものであってもよい。
【００６５】
出力端子Ｖｙ＋と出力端子Ｖｙ−との間の電位差は、第２の外部磁界成分と対応関係を有する。第２の磁気センサ２０は、出力端子Ｖｙ＋と出力端子Ｖｙ−との間の電位差に対応する第２の検出信号を生成する。第２の検出信号は、出力端子Ｖｙ＋と出力端子Ｖｙ−との間の電位差に対して振幅やオフセットの調整を施したものであってもよい。
【００６６】
出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差は、第３の外部磁界成分と対応関係を有する。第３の磁気センサ３０は、出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差に対応する第３の検出信号を生成する。第３の検出信号は、出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差に対して振幅やオフセットの調整を施したものであってもよい。
【００６７】
ここで、図４を参照して、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４，Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４の配置の一例について説明する。この例では、第１の磁気センサ１０の第１の部分１１は抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ４を含み、第１の磁気センサ１０の第２の部分１２は抵抗部Ｒｘ２，Ｒｘ３を含んでいる。また、第２の磁気センサ２０の第１の部分２１は抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ４を含み、第２の磁気センサ２０の第２の部分２２は抵抗部Ｒｙ２，Ｒｙ３を含んでいる。
【００６８】
図４において、塗りつぶした矢印は、ＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向を表している。図４に示した例では、第１の磁気センサ１０の第１の部分１１と、第１の磁気センサ１０の第２の部分１２と、第２の磁気センサ２０の第１の部分２１と、第２の磁気センサ２０の第２の部分２２の各々において、そこに含まれる複数のＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向が同じ方向になる。そのため、この例によれば、複数のＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向の設定が容易になる。
【００６９】
次に、図６を参照して、ＭＲ素子の構成の一例について説明する。図６に示したＭＲ素子１００は、基板５１側から順に積層された反強磁性層１０１、磁化固定層１０２、ギャップ層１０３および自由層１０４を含んでいる。反強磁性層１０１は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層１０２との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層１０２の磁化の方向を固定する。
【００７０】
なお、ＭＲ素子１００における層１０１〜１０４の配置は、図６に示した配置とは上下が反対でもよい。また、ＭＲ素子１００は、反強磁性層１０１を含まない構成であってもよい。この構成は、例えば、反強磁性層１０１および磁化固定層１０２の代わりに、２つの強磁性層とこの２つの強磁性層の間に配置された非磁性金属層とを含む人工反強磁性構造の磁化固定層を含む構成であってもよい。また、磁気検出素子は、ホール素子、磁気インピーダンス素子等、ＭＲ素子以外の磁界を検出する素子であってもよい。
【００７１】
次に、図７を参照して、抵抗部Ｒの構成の一例について説明する。この例では、抵抗部Ｒは、直列に接続された複数のＭＲ素子１００を含んでいる。抵抗部Ｒは、更に、複数のＭＲ素子１００が直列に接続されるように、回路構成上隣接する２つのＭＲ素子１００を電気的に接続する１つ以上の接続層を含んでいる。図７に示した例では、抵抗部Ｒは、１つ以上の接続層として、１つ以上の下部接続層１１１と、１つ以上の上部接続層１１２とを含んでいる。下部接続層１１１は、回路構成上隣接する２つのＭＲ素子１００の下面に接し、この２つのＭＲ素子１００を電気的に接続する。上部接続層１１２は、回路構成上隣接する２つのＭＲ素子１００の上面に接し、この２つのＭＲ素子１００を電気的に接続する。
【００７２】
次に、図８を参照して、第３の磁気センサ３０の構成の一例について説明する。第３の磁気センサ３０は、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の他に、軟磁性材料よりなる軟磁性構造体４０を含んでいる。軟磁性構造体４０は、磁界変換部４２と、少なくとも１つの軟磁性層を含んでいる。磁界変換部４２は、第３の外部磁界成分を受けて第３の感磁方向に垂直な方向の出力磁界成分を出力する。出力磁界成分の強度は、第３の外部磁界成分の強度と対応関係を有する。第３の磁気センサ３０は、出力磁界成分の強度を検出することによって、第３の外部磁界成分の強度を検出する。
【００７３】
図８に示した例では、磁界変換部４２は、抵抗部Ｒｚ１に対応する下部ヨーク４２Ｂ１および上部ヨーク４２Ｔ１と、抵抗部Ｒｚ２に対応する下部ヨーク４２Ｂ２および上部ヨーク４２Ｔ２と、抵抗部Ｒｚ３に対応する下部ヨーク４２Ｂ３および上部ヨーク４２Ｔ３と、抵抗部Ｒｚ４に対応する下部ヨーク４２Ｂ４および上部ヨーク４２Ｔ４とを含んでいる。
【００７４】
下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４および上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４の各々は、第３のセンサ座標系におけるＺ方向に垂直な方向に長い直方体形状を有している。
【００７５】
下部ヨーク４２Ｂ１および上部ヨーク４２Ｔ１は、抵抗部Ｒｚ１の近傍に配置されている。下部ヨーク４２Ｂ１は、抵抗部Ｒｚ１よりも、基板５１の上面５１ａにより近い位置に配置されている。上部ヨーク４２Ｔ１は、抵抗部Ｒｚ１よりも、基板５１の上面５１ａからより遠い位置に配置されている。上方から見たときに、抵抗部Ｒｚ１は、下部ヨーク４２Ｂ１と上部ヨーク４２Ｔ１の間に位置している。
【００７６】
下部ヨーク４２Ｂ２および上部ヨーク４２Ｔ２は、抵抗部Ｒｚ２の近傍に配置されている。下部ヨーク４２Ｂ２は、抵抗部Ｒｚ２よりも、基板５１の上面５１ａにより近い位置に配置されている。上部ヨーク４２Ｔ２は、抵抗部Ｒｚ２よりも、基板５１の上面５１ａからより遠い位置に配置されている。上方から見たときに、抵抗部Ｒｚ２は、下部ヨーク４２Ｂ２と上部ヨーク４２Ｔ２の間に位置している。
【００７７】
下部ヨーク４２Ｂ３および上部ヨーク４２Ｔ３は、抵抗部Ｒｚ３の近傍に配置されている。下部ヨーク４２Ｂ３は、抵抗部Ｒｚ３よりも、基板５１の上面５１ａにより近い位置に配置されている。上部ヨーク４２Ｔ３は、抵抗部Ｒｚ３よりも、基板５１の上面５１ａからより遠い位置に配置されている。上方から見たときに、抵抗部Ｒｚ３は、下部ヨーク４２Ｂ３と上部ヨーク４２Ｔ３の間に位置している。
【００７８】
下部ヨーク４２Ｂ４および上部ヨーク４２Ｔ４は、抵抗部Ｒｚ４の近傍に配置されている。下部ヨーク４２Ｂ４は、抵抗部Ｒｚ４よりも、基板５１の上面５１ａにより近い位置に配置されている。上部ヨーク４２Ｔ４は、抵抗部Ｒｚ４よりも、基板５１の上面５１ａからより遠い位置に配置されている。上方から見たときに、抵抗部Ｒｚ４は、下部ヨーク４２Ｂ４と上部ヨーク４２Ｔ４の間に位置している。
【００７９】
磁界変換部４２が出力する出力磁界成分は、下部ヨーク４２Ｂ１および上部ヨーク４２Ｔ１によって生成されて抵抗部Ｒｚ１に印加される磁界成分と、下部ヨーク４２Ｂ２および上部ヨーク４２Ｔ２によって生成されて抵抗部Ｒｚ２に印加される磁界成分と、下部ヨーク４２Ｂ３および上部ヨーク４２Ｔ３によって生成されて抵抗部Ｒｚ３に印加される磁界成分と、下部ヨーク４２Ｂ４および上部ヨーク４２Ｔ４によって生成されて抵抗部Ｒｚ４に印加される磁界成分を含んでいる。
【００８０】
図８において、４つの白抜きの矢印は、それぞれ、第３の外部磁界成分の方向が第３のセンサ座標系におけるＺ方向であるときに、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４に印加される磁界成分の方向を表している。また、図８において、４つの塗りつぶした矢印は、それぞれ、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４のＭＲ素子１００の磁化固定層１０２の磁化の方向を表している。抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４のＭＲ素子１００の磁化固定層１０２の磁化の方向は、それぞれ、第３の外部磁界成分の方向が第３のセンサ座標系におけるＺ方向であるときに抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４に印加される磁界成分の方向と同じ方向である。抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３のＭＲ素子１００の磁化固定層１０２の磁化の方向は、それぞれ、第３の外部磁界成分の方向が第３のセンサ座標系におけるＺ方向であるときに抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３に印加される磁界成分の方向とは反対方向である。
【００８１】
ここで、第３の磁気センサ３０の作用について説明する。第３の外部磁界成分が存在しない状態では、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４のＭＲ素子１００の自由層１０４の磁化の方向は、磁化固定層１０２の磁化の方向に対して垂直である。
【００８２】
第３の外部磁界成分の方向が第３のセンサ座標系におけるＺ方向であるときには、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４のＭＲ素子１００では、自由層１０４の磁化の方向は、磁化固定層１０２の磁化の方向に対して垂直な方向から、磁化固定層１０２の磁化の方向に向かって傾く。このとき、抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３のＭＲ素子１００では、自由層１０４の磁化の方向は、磁化固定層１０２の磁化の方向に対して垂直な方向から、磁化固定層１０２の磁化の方向とは反対方向に向かって傾く。その結果、第３の外部磁界成分が存在しない状態と比べて、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４の抵抗値は減少し、抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３の抵抗値は増加する。
【００８３】
第３の外部磁界成分の方向が第３のセンサ座標系における−Ｚ方向の場合は、上述の場合とは逆に、第３の外部磁界成分が存在しない状態と比べて、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４の抵抗値は増加し、抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３の抵抗値は減少する。
【００８４】
抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の抵抗値の変化量は、第３の外部磁界成分の強度に依存する。
【００８５】
第３の外部磁界成分の方向と強度が変化すると、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４のそれぞれの抵抗値は、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４の抵抗値が増加すると共に抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３の抵抗値が減少するか、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４の抵抗値が減少すると共に抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３の抵抗値が増加するように変化する。これにより、出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差が変化する。従って、この電位差に基づいて、第３の外部磁界成分を検出することができる。第３の磁気センサ３０は、出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差に対応する第３の検出信号を生成する。第３の検出信号は、出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差に対して振幅やオフセットの調整を施したものであってもよい。
【００８６】
次に、センサチップ４の構造の一例について説明する。図９は、センサチップ４を示す断面図である。センサチップ４は、上面５１ａと下面５１ｂを有する基板５１と、基板５１の上面５１ａの上に積層された第１の集積部分５２と第２の集積部分５３とを含んでいる。第１の集積部分５２は、磁界発生部７０を含んでいる。第２の集積部分５３は、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０を含んでいる。なお、図３および図４では、第１の集積部分５２を省略している。
【００８７】
磁界発生部７０は、第１の磁界発生器７１と、第２の磁界発生器７２と、第３の磁界発生器７３とを含んでいる。なお、第１ないし第３の磁界発生器７１〜７３は、後で説明する図１１ないし図１３に示されている。第１ないし第３の磁界発生器７１〜７３は、第１の集積部分５２内において、基板５１の上面５１ａに垂直な方向について互いに異なる位置に配置されている。第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０ならびに第１ないし第３の磁界発生器７１〜７３は、センサチップ４において一体化されている。第１ないし第３の磁界発生器７１〜７３については、後で説明する。
【００８８】
図１０は、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０のそれぞれの一部を示している。この例では、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０は、第１の集積部分５２の上に配置されている。第１の集積部分５２は、上面５２ａを有している。第１の集積部分５２の上面５２ａは絶縁性を有している。
【００８９】
第１の磁気センサ１０は、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４の他に、それぞれ絶縁材料よりなる絶縁層６６Ａ，６７Ａ，６８Ａを含んでいる。絶縁層６６Ａは、第１の集積部分５２の上面５２ａの上に配置されている。抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、絶縁層６６Ａの上に配置されている。図１０には、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４に含まれる複数のＭＲ素子１００のうちの１つと、それに接続された下部接続層１１１および上部接続層１１２を示している。絶縁層６７Ａは、絶縁層６６Ａの上面の上において抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４の周囲に配置されている。絶縁層６８Ａは、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４および絶縁層６７Ａを覆っている。
【００９０】
第２の磁気センサ２０の構造は、第１の磁気センサ１０と同様である。すなわち、第２の磁気センサ２０は、抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４の他に、それぞれ絶縁材料よりなる絶縁層６６Ｂ，６７Ｂ，６８Ｂを含んでいる。絶縁層６６Ｂは、第１の集積部分５２の上面５２ａの上に配置されている。抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、絶縁層６６Ｂの上に配置されている。図１０には、抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４に含まれる複数のＭＲ素子１００のうちの１つと、それに接続された下部接続層１１１および上部接続層１１２を示している。絶縁層６７Ｂは、絶縁層６６Ｂの上面の上において抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４の周囲に配置されている。絶縁層６８Ｂは、抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４および絶縁層６７Ｂを覆っている。
【００９１】
第３の磁気センサ３０は、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４および軟磁性構造体４０の他に、それぞれ絶縁材料よりなる絶縁層６１，６２，６３，６４を含んでいる。図１０に示した例では、軟磁性構造体４０は、磁界変換部４２と、２つの軟磁性層４１，４３を含んでいる。
【００９２】
磁界変換部４２は、図８に示した下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４および上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４を含んでいる。図１０では、下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４のうちの１つを符号４２Ｂで示し、それに対応する上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４のうちの１つを符号４２Ｔで示している。
【００９３】
軟磁性層４１は、第１の集積部分５２の上面５２ａの上に配置されている。下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４は、軟磁性層４１の上に配置されている。絶縁層６１は、軟磁性層４１の上において下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４の周囲に配置されている。
【００９４】
抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、絶縁層６１の上に配置されている。図１０には、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４に含まれる複数のＭＲ素子１００のうちの１つと、それに接続された下部接続層１１１および上部接続層１１２を示している。絶縁層６２は、下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４および絶縁層６１の上において抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の周囲に配置されている。
【００９５】
上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４は、絶縁層６２の上に配置されている。絶縁層６３は、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４および絶縁層６２の上において上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４の周囲に配置されている。
【００９６】
軟磁性層４３は、上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４および絶縁層６３の上に配置されている。絶縁層６４は、軟磁性層４３を覆っている。
【００９７】
上方から見たときに、軟磁性層４１，４３は、第３の磁気センサ３０の全域またはほぼ全域にわたって存在する。言い換えると、基準平面ＲＰに軟磁性層４１を垂直投影してできる領域と、基準平面ＲＰに軟磁性層４３を垂直投影してできる領域は、いずれも、第３の領域Ａ３０と一致するかほぼ一致する。
【００９８】
図１０に示した例では、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０に含まれる全ての磁気検出素子すなわちＭＲ素子１００は、第１の集積部分５２の上面５２ａから等しい距離の位置に配置されている。本実施の形態では、第１の集積部分５２の上面５２ａは、基板５１の上面５１ａに対して平行である。従って、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０に含まれる全てのＭＲ素子１００は、基板５１の上面５１ａすなわち基準平面ＲＰから等しい距離の位置に配置されている。
【００９９】
なお、磁界変換部４２は、下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４と、上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４の一方のみを含んでいてもよい。また、軟磁性構造体４０は、軟磁性層４１，４３の一方のみを含んでいてもよい。
【０１００】
次に、第１ないし第３の磁界発生器７１〜７３について説明する。第１ないし第３の磁界発生器７１〜７３は、基板５１の上面５１ａ（図９参照）と第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０との間に位置している。
【０１０１】
始めに、図１１を参照して、第１の磁界発生器７１について説明する。図１１は、第１の磁界発生器７１を模式的に示す説明図である。第１の磁界発生器７１は、第１の付加的磁界を発生可能である。第１の磁界発生器７１によって第１の付加的磁界が発生されたとき、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の各々には、第１の付加的磁界の、第１の方向に平行な方向の成分である第１の付加的磁界成分が印加される。本実施の形態では特に、第１の方向は、基準座標系におけるＸ方向と一致する。
【０１０２】
図１１に示したように、第１の磁界発生器７１は、コイル導線７１ａと、コイル導線７１ａの両端に接続された２つの端子７１ｂ，７１ｃとを有している。端子７１ｂ，７１ｃは、それぞれ、補正プロセッサ８０の駆動部８６（図２参照）に接続されている。
【０１０３】
コイル導線７１ａは、上方から見たときに第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０のうちの少なくとも１つと重なり、基準座標系におけるＹ方向に平行な方向に延びる複数の第１の導線部分を含んでいる。コイル導線７１ａは、端子７１ｂから端子７１ｃに向かって電流を流したときに、複数の第１の導線部分の各々を流れる電流の方向が基準座標系におけるＹ方向になるように、基準座標系におけるＸＹ平面に沿って巻かれている。
【０１０４】
端子７１ｂから端子７１ｃに向かう方向に電流を流すと、複数の第１の導線部分の各々を流れる電流の方向は基準座標系におけるＹ方向となり、第１の付加的磁界成分の方向は、基準座標系におけるＸ方向となる。電流の方向を上記の例とは逆にすると、第１の付加的磁界成分の方向は、基準座標系における−Ｘ方向となる。
【０１０５】
次に、図１２を参照して、第２の磁界発生器７２について説明する。図１２は、第２の磁界発生器７２を模式的に示す説明図である。第２の磁界発生器７２は、第２の付加的磁界を発生可能である。第２の磁界発生器７２によって第２の付加的磁界が発生されたとき、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の各々には、第２の付加的磁界の、第２の方向に平行な方向の成分である第２の付加的磁界成分が印加される。本実施の形態では特に、第２の方向は、基準座標系におけるＹ方向と一致する。
【０１０６】
図１２に示したように、第２の磁界発生器７２は、コイル導線７２ａと、コイル導線７２ａの両端に接続された２つの端子７２ｂ，７２ｃとを有している。端子７２ｂ，７２ｃは、それぞれ、補正プロセッサ８０の駆動部８６（図２参照）に接続されている。
【０１０７】
コイル導線７２ａは、上方から見たときに第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０のうちの少なくとも１つと重なり、基準座標系におけるＸ方向に平行な方向に延びる複数の第２の導線部分を含んでいる。コイル導線７２ａは、端子７２ｂから端子７２ｃに向かって電流を流したときに、複数の第２の導線部分の各々を流れる電流の方向が基準座標系における−Ｘ方向になるように、基準座標系におけるＸＹ平面に沿って巻かれている。
【０１０８】
端子７１ｂから端子７１ｃに向かう方向に電流を流すと、複数の第２の導線部分の各々を流れる電流の方向は基準座標系における−Ｘ方向となり、第２の付加的磁界成分の方向は、基準座標系におけるＹ方向となる。電流の方向を上記の例とは逆にすると、第２の付加的磁界成分の方向は、基準座標系における−Ｙ方向となる。
【０１０９】
次に、図１３を参照して、第３の磁界発生器７３について説明する。図１３は、第３の磁界発生器７３を模式的に示す説明図である。第３の磁界発生器７３は、第３の付加的磁界を発生可能である。第３の磁界発生器７３によって第３の付加的磁界が発生されたとき、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の各々には、第３の付加的磁界の、第３の方向に平行な方向の成分である第３の付加的磁界成分が印加される。本実施の形態では特に、第３の方向は、基準座標系におけるＺ方向と一致する。
【０１１０】
図１３に示したように、第３の磁界発生器７３は、コイル導線７３ａと、コイル導線７３ａの両端に接続された２つの端子７３ｂ，７３ｃとを有している。端子７３ｂ，７３ｃは、それぞれ、補正プロセッサ８０の駆動部８６（図２参照）に接続されている。
【０１１１】
コイル導線７３ａは、上方から見て、端子７３ｂから端子７３ｃに向かって反時計回り方向に巻かれるように、基準座標系におけるＸＹ平面に沿って平面渦巻き状に複数回巻かれている。上方から見て、コイル導線７３ａは、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０を囲っている。コイル導線７３ａは、全体的に、正方形またはほぼ正方形の形状を有している。
【０１１２】
端子７３ｂから端子７３ｃに向かう方向に電流を流すと、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の各々に印加される第３の付加的磁界成分の方向は、基準座標系におけるＺ方向となる。電流の方向を上記の例とは逆にすると、第３の付加的磁界成分の方向は、基準座標系における−Ｚ方向となる。
【０１１３】
次に、図２を参照して、補正プロセッサ８０の補正処理部８４の動作について説明する。始めに、補正処理部８４が行う補正処理の概略について説明する。
【０１１４】
ここで、理想状態を、以下の第１ないし第３の要件によって定義する。第１の要件は、第１の感磁方向は第１の方向に平行な方向と一致し、第２の感磁方向は第２の方向に平行な方向と一致し、第３の感磁方向は第３の方向に平行な方向と一致する、というものである。
【０１１５】
第２の要件は、第１の外部磁界成分の変化に対する第１の検出信号の変化の比率と、第２の外部磁界成分の変化に対する第２の検出信号の変化の比率と、第３の外部磁界成分の変化に対する第３の検出信号の変化の比率は等しい、というものである。
【０１１６】
第３の要件は、第１の外部磁界成分の変化に対する第２の検出信号の変化の比率と、第１の外部磁界成分の変化に対する第３の検出信号の変化の比率と、第２の外部磁界成分の変化に対する第１の検出信号の変化の比率と、第２の外部磁界成分の変化に対する第３の検出信号の変化の比率と、第３の外部磁界成分の変化に対する第１の検出信号の変化の比率と、第３の外部磁界成分の変化に対する第２の検出信号の変化の比率は、いずれも０である、というものである。
【０１１７】
また、理想状態における第１の検出信号を第１の理想信号と言い、理想状態における第２の検出信号を第２の理想信号と言い、理想状態における第３の検出信号を第３の理想信号と言う。補正処理は、補正前の第１ないし第３の検出信号に比べて第１ないし第３の補正後信号が第１ないし第３の理想信号に近づくように、第１ないし第３の検出信号を補正して第１ないし第３の補正後信号を生成する処理である。
【０１１８】
以下、補正処理の具体的な内容について説明する。以下の説明では、第１の検出信号を記号Ｓｘで表し、第２の検出信号を記号Ｓｙで表し、第３の検出信号を記号Ｓｚで表す。また、第１の補正後信号を記号ＣＳｘで表し、第２の補正後信号を記号ＣＳｙで表し、第３の補正後信号を記号ＣＳｚで表す。第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚは、それぞれ、下記の式（１）〜（３）で表される。
【０１１９】
ＣＳｘ＝Ｃ11Ｓｘ＋Ｃ12Ｓｙ＋Ｃ13Ｓｚ    …（１）
ＣＳｙ＝Ｃ21Ｓｘ＋Ｃ22Ｓｙ＋Ｃ23Ｓｚ    …（２）
ＣＳｚ＝Ｃ31Ｓｘ＋Ｃ32Ｓｙ＋Ｃ33Ｓｚ    …（３）
【０１２０】
式（１）〜（３）において、Ｃ11，Ｃ12，Ｃ13，Ｃ21，Ｃ22，Ｃ23，Ｃ31，Ｃ32，Ｃ33は、それぞれ、補正係数を表している。また、式（１）〜（３）は、本実施の形態における補正関数を表している。
【０１２１】
ここで、ｉ，ｊをそれぞれ１以上３以下の整数としたときに、補正係数Ｃijを（ｉ，ｊ）成分とする３行３列の行列を、補正係数行列ＭＣと言う。また、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚを要素として含む列ベクトルを検出信号ベクトルＶＳと言い、第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚを要素として含む列ベクトルを補正後信号ベクトルＶＣＳと言う。補正関数は、ＭＣ，ＶＳ，ＶＣＳを用いて、下記の式（４）で表される。
【０１２２】
ＶＣＳ＝ＭＣ・ＶＳ    …（４）
【０１２３】
なお、式（４）において、ＶＳ＝［Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ］Tであり、ＶＣＳ＝［ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚ］Tである。
【０１２４】
補正処理部８４は、Ａ／Ｄ変換器８１〜８３によってデジタル信号に変換された第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚと、式（１）〜（３）または式（４）で表される補正関数を用いて、補正処理を行う。また、補正処理部８４は、補正処理によって生成された第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚを、ホストプロセッサ２００に出力する。
【０１２５】
次に、補正プロセッサ８０の補正関数決定部８５、駆動部８６および制御部８７の動作について説明する。前述のように、制御部８７は、補正関数決定処理が行われるように、補正関数決定部８５と駆動部８６を制御する。
【０１２６】
始めに、図１４を参照して、補正関数決定処理の概略について説明する。図１４は、補正関数決定処理を示すフローチャートである。補正関数決定処理では、まず、ステップＳ１１において、第１の付加的磁界が発生され、且つ第１の付加的磁界が変化するように、駆動部８６によって第１の磁界発生器７１を制御する。そして、このようにして第１の付加的磁界を変化させたときの第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのそれぞれの変化に関する第１ないし第３のデータを、補正関数決定部８５が取得する。第１の付加的磁界は、例えば、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の各々に、Ｘ方向の第１の付加的磁界成分と−Ｘ方向の第１の付加的磁界成分が、異なるタイミングで印加されるように変化させてもよい。
【０１２７】
次に、ステップＳ１２において、第２の付加的磁界が発生され、且つ第２の付加的磁界が変化するように、駆動部８６によって第２の磁界発生器７２を制御する。そして、このようにして第２の付加的磁界を変化させたときの第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのそれぞれの変化に関する第４ないし第６のデータを、補正関数決定部８５が取得する。第２の付加的磁界は、例えば、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の各々に、Ｙ方向の第２の付加的磁界成分と−Ｙ方向の第２の付加的磁界成分が、異なるタイミングで印加されるように変化させてもよい。
【０１２８】
次に、ステップＳ１３において、第３の付加的磁界が発生され、且つ第３の付加的磁界が変化するように、駆動部８６によって第３の磁界発生器７３を制御する。そして、このようにして第３の付加的磁界を変化させたときの第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのそれぞれの変化に関する第７ないし第９のデータを、補正関数決定部８５が取得する。第３の付加的磁界は、例えば、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の各々に、Ｚ方向の第３の付加的磁界成分と−Ｚ方向の第３の付加的磁界成分が、異なるタイミングで印加されるように変化させてもよい。
【０１２９】
次に、ステップＳ１４において、補正関数決定部８５が、取得した第１ないし第９のデータに基づいて、補正関数を決定する。
【０１３０】
ここで、ステップＳ１１において、第１の付加的磁界を変化させたときの、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の各々に印加される第１の付加的磁界成分の変化量を、記号ｄＨｘで表す。また、ステップＳ１２において、第２の付加的磁界を変化させたときの、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の各々に印加される第２の付加的磁界成分の変化量を、記号ｄＨｙで表す。また、ステップＳ１３において、第３の付加的磁界を変化させたときの、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の各々に印加される第３の付加的磁界成分の変化量を、記号ｄＨｚで表す。
【０１３１】
また、ステップＳ１１において、第１の付加的磁界を変化させたときの、第１の検出信号Ｓｘの変化量を第１の信号変化量と言い、記号ｄＳｘhxで表す。また、第１の付加的磁界を変化させたときの、第２の検出信号Ｓｙの変化量を第２の信号変化量と言い、記号ｄＳｙhxで表す。また、第１の付加的磁界を変化させたときの、第３の検出信号Ｓｚの変化量を第３の信号変化量と言い、記号ｄＳｚhxで表す。第１ないし第３の信号変化量ｄＳｘhx，ｄＳｙhx，ｄＳｚhxは、それぞれ第１ないし第３のデータに対応する。
【０１３２】
また、ステップＳ１２において、第２の付加的磁界を変化させたときの、第１の検出信号Ｓｘの変化量を第４の信号変化量と言い、記号ｄＳｘhyで表す。また、第２の付加的磁界を変化させたときの、第２の検出信号Ｓｙの変化量を第５の信号変化量と言い、記号ｄＳｙhyで表す。また、第２の付加的磁界を変化させたときの、第３の検出信号Ｓｚの変化量を第６の信号変化量と言い、記号ｄＳｚhyで表す。第４ないし第６の信号変化量ｄＳｘhy，ｄＳｙhy，ｄＳｚhyは、それぞれ第４ないし第６のデータに対応する。
【０１３３】
また、ステップＳ１３において、第３の付加的磁界を変化させたときの、第１の検出信号Ｓｘの変化量を第７の信号変化量と言い、記号ｄＳｘhzで表す。また、第３の付加的磁界を変化させたときの、第２の検出信号Ｓｙの変化量を第８の信号変化量と言い、記号ｄＳｙhzで表す。また、第３の付加的磁界を変化させたときの、第３の検出信号Ｓｚの変化量を第９の信号変化量と言い、記号ｄＳｚhzで表す。第７ないし第９の信号変化量ｄＳｘhz，ｄＳｙhz，ｄＳｚhzは、それぞれ、第７ないし第９のデータに対応する。
【０１３４】
また、第１の方向に平行な方向を、第１の主軸方向と言う。そして、第１の主軸方向の磁界の強度の変化に対する第１の検出信号Ｓｘの変化の比率を、第１の主軸感度と言い、記号ＳＳｘhxで表す。また、第２の方向に平行な方向を、第２の主軸方向と言う。そして、第２の主軸方向の磁界の強度の変化に対する第２の検出信号Ｓｙの変化の比率を、第２の主軸感度と言い、記号ＳＳｙhyで表す。また、第３の方向に平行な方向を、第３の主軸方向と言う。そして、第３の主軸方向の磁界の強度の変化に対する第３の検出信号Ｓｚの変化の比率を、第３の主軸感度と言い、記号ＳＳｚhzで表す。
【０１３５】
また、第１の主軸方向の磁界の強度の変化に対する第２の検出信号Ｓｙの変化の比率を、第１の他軸感度と言い、記号ＳＳｙhxで表す。また、第１の主軸方向の磁界の強度の変化に対する第３の検出信号Ｓｚの変化の比率を、第２の他軸感度と言い、記号ＳＳｚhxで表す。また、第２の主軸方向の磁界の強度の変化に対する第１の検出信号Ｓｘの変化の比率を、第３の他軸感度と言い、記号ＳＳｘhyで表す。また、第２の主軸方向の磁界の強度の変化に対する第３の検出信号Ｓｚの変化の比率を、第４の他軸感度と言い、記号ＳＳｚhyで表す。また、第３の主軸方向の磁界の強度の変化に対する第１の検出信号Ｓｘの変化の比率を、第５の他軸感度と言い、記号ＳＳｘhzで表す。また、第３の主軸方向の磁界の強度の変化に対する第２の検出信号Ｓｙの変化の比率を、第６の他軸感度と言い、記号ＳＳｙhzで表す。
【０１３６】
第１ないし第３の信号変化量ｄＳｘhx，ｄＳｙhx，ｄＳｚhxすなわち第１ないし第３のデータは、下記の式（５）で表される。
【０１３７】
【数１】
2020060457.tif 000003
【０１３８】
第４ないし第６の信号変化量ｄＳｘhy，ｄＳｙhy，ｄＳｚhyすなわち第４ないし第６のデータは、下記の式（６）で表される。
【０１３９】
【数２】
2020060457.tif 000004
【０１４０】
第７ないし第９の信号変化量ｄＳｘhz，ｄＳｙhz，ｄＳｚhzすなわち第７ないし第９のデータは、下記の式（７）で表される。
【０１４１】
【数３】
2020060457.tif 000005
【０１４２】
以下、式（５）〜（７）の右辺の３行３列の行列を感度行列と言い、記号ＭＳＳで表す。
【０１４３】
次に、ステップＳ１４における補正関数の決定方法について具体的に説明する。補正関数決定部８５は、まず、第１ないし第９のデータすなわち第１ないし第９の信号変化量ｄＳｘhx，ｄＳｙhx，ｄＳｚhx，ｄＳｘhy，ｄＳｙhy，ｄＳｚhy，ｄＳｘhz，ｄＳｙhz，ｄＳｚhzと、第１の付加的磁界成分の変化量ｄＨｘと、第２の付加的磁界成分の変化量ｄＨｙと、第３の付加的磁界成分の変化量ｄＨｚとに基づいて、感度ＳＳｘhx，ＳＳｙhx，ＳＳｚhx，ＳＳｘhy，ＳＳｙhy，ＳＳｚhy，ＳＳｘhz，ＳＳｙhz，ＳＳｚhzを算出する。
【０１４４】
なお、式（５）から、ＳＳｘhx＝ｄＳｘhx／ｄＨｘであり、ＳＳｙhx＝ｄＳｙhx／ｄＨｘであり、ＳＳｚhx＝ｄＳｚhx／ｄＨｘである。また、式（６）から、ＳＳｘhy＝ｄＳｘhy／ｄＨｙであり、ＳＳｙhy＝ｄＳｙhy／ｄＨｙであり、ＳＳｚhy＝ｄＳｚhy／ｄＨｙである。また、式（７）から、ＳＳｘhz＝ｄＳｘhz／ｄＨｚであり、ＳＳｙhz＝ｄＳｙhz／ｄＨｚであり、ＳＳｚhz＝ｄＳｚhz／ｄＨｚである。
【０１４５】
補正関数決定部８５は、次に、算出した感度ＳＳｘhx，ＳＳｙhx，ＳＳｚhx，ＳＳｘhy，ＳＳｙhy，ＳＳｚhy，ＳＳｘhz，ＳＳｙhz，ＳＳｚhzを用いて、補正係数行列ＭＣを決定する。ここで、補正係数行列ＭＣの第１の例と第２の例について説明する。第１の例の補正係数行列ＭＣは、感度行列ＭＳＳの逆行列ＭＳＳ-1である。
【０１４６】
第２の例の補正係数行列ＭＣは、その（ｉ，ｊ）成分を、上記逆行列ＭＳＳ-1の（ｉ，ｊ）成分の近似値とした行列である。第２の例の補正係数行列ＭＣは、例えば、下記の式（８）で表される。この例では、第１ないし第３の主軸感度ＳＳｘhx，ＳＳｙhy，ＳＳｚhzは互いに近い値であり、第１ないし第６の他軸感度は０に近い値であることを利用して、逆行列ＭＳＳ-1の（ｉ，ｊ）成分の近似値を求めている。
【０１４７】
【数４】
2020060457.tif 000006
【０１４８】
補正関数決定部８５は、次に、決定した補正係数行列ＭＣに基づいて、補正関数を決定する。前述のように、補正関数は、式（１）〜（３）または式（４）で表される。
【０１４９】
補正関数決定処理は、例えば、以下の第１ないし第３の起動要件のうちの少なくとも１つを満足した場合に実行されるようにしてもよい。
【０１５０】
第１の起動要件は、前回の補正関数決定処理から所定の時間が経過した、というものである。補正プロセッサ８０は、所定の時間が経過したことを制御部８７に知らせる図示しないタイマーを含んでいてもよい。
【０１５１】
第２の起動要件は、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの値が、非線形領域にある、というものである。ここで、第１の検出信号Ｓｘを例にとって、線形領域と非線形領域について説明する。第１の外部磁界成分と第１の検出信号Ｓｘとの関係を表すグラフにおいて、第１の外部磁界成分の強度が０に対応する点を原点と言う。第１の検出信号Ｓｘの範囲は、線形領域と第１および第２の非線形領域とを含んでいる。線形領域は、原点を含む領域であって、第１の外部磁界成分の変化に対する第１の検出信号Ｓｘの変化の割合、すなわち第１の主軸感度ＳＳｘhxが一定またはほぼ一定の領域である。第１および第２の非線形領域は、第１の主軸感度ＳＳｘhxが、線形領域における第１の主軸感度ＳＳｘhxと異なる領域であり、線形領域の両側に存在している。線形領域と第１および第２の非線形領域は、予め求められている。なお、第１および第２の非線形領域の各々における第１の主軸感度ＳＳｘhxは、第１の外部磁界成分の変化に応じて変化する場合もある。
【０１５２】
同様に、第２の検出信号Ｓｙの範囲と第３の検出信号Ｓｚの範囲も、それぞれ、線形領域と第１および第２の非線形領域とを含んでいる。補正プロセッサ８０は、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの値が第１または第２非線形領域にあるか否かの判定を行う判定部を含んでいてもよい。第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのいずれかの値が第１または第２の非線形領域にある場合には、第２の起動要件を満足する。この場合、判定部は、それを知らせる信号を制御部８７に出力する。
【０１５３】
第３の起動要件は、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの値が、予め規定された使用レンジの範囲外である、というものである。使用レンジは、例えば、Ａ／Ｄ変換器８１，８２，８３における正常な入力信号の範囲である。この場合、Ａ／Ｄ変換器８１，８２，８３のいずれかにおいて、使用レンジの範囲外の信号が入力されたことが検出された場合に、第３の起動要件を満足する。Ａ／Ｄ変換器８１，８２，８３は、それを知らせる信号を制御部８７に出力する。
【０１５４】
次に、図１５を参照して、図２に示したホストプロセッサ２００の構成の一例について説明する。ホストプロセッサ２００は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。図１５は、磁気センサ装置１を地磁気センサ装置として用いる場合におけるホストプロセッサ２００の構成例を示している。図１５に示した例では、ホストプロセッサ２００は、オフセット補正部２０１と、球体計算部２０２と、方位演算部２０３とを含んでいる。オフセット補正部２０１、球体計算部２０２および方位演算部２０３は、それぞれ以下で説明する処理を行う機能ブロックである。
【０１５５】
オフセット補正部２０１には、補正プロセッサ８０の補正処理部８４（図２参照）における補正処理によって生成された第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚが入力される。オフセット補正部２０１は、検出対象の磁界すなわち地磁気以外の要因に起因して第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚにオフセットが生じた場合に、オフセットの影響が除去されるように、第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚに対してオフセット補正処理を行う。
【０１５６】
ここで、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸によって定義される直交座標系を想定し、ある時点における第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの組に対応する第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚをそれぞれＸ座標の値、Ｙ座標の値およびＺ座標の値とした点を、測定点と言う。磁気センサ装置１を搭載した電子機器の姿勢や位置をランダムに動かしながら複数の測定点を取得し、複数の測定点を上記の直交座標系にプロットすると、複数の測定点は、点（ｃｘ，ｃｙ，ｃｚ）を中心点とする仮想の球の球面上に分布する。この仮想の球の半径は、地磁気の大きさと対応関係を有している。この仮想の球の中心点は、地磁気以外の要因に起因するオフセットを表している。オフセット補正処理は、例えば、中心点の座標が直交座標系の原点（０，０，０）になるように、測定点（ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚ）を点（ＣＳｘ−ｃｘ，ＣＳｙ−ｃｙ，ＣＳｚ−ｃｚ）に変換する処理であってもよい。
【０１５７】
具体的には、オフセット補正部２０１は、第１の補正後信号ＣＳｘとｃｘの差を第４の補正後信号として生成し、第２の補正後信号ＣＳｙとｃｙの差を第５の補正後信号として生成し、第３の補正後信号ＣＳｚとｃｚの差を第６の補正後信号として生成する。また、オフセット補正部２０１は、生成した第４ないし第６の補正後信号を、方位演算部２０３に出力する。
【０１５８】
球体計算部２０２は、複数の測定点（ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚ）に基づいて、中心点（ｃｘ，ｃｙ，ｃｚ）を算出する。また、球体計算部２０２は、算出したｃｘ，ｃｙ，ｃｚを、オフセット補正部２０１に出力する。
【０１５９】
方位演算部２０３は、第４ないし第６の補正後信号に基づいて、方位を算出する。例えば、磁気センサ装置１が搭載された電子機器が、常に、基準座標系における−Ｚ方向が重力加速度の方向と一致する姿勢を維持するものである場合には、方位演算部２０３は、第４の補正後信号と第５の補正後信号のみを用いて、方位を算出してもよい。
【０１６０】
例えば、磁気センサ装置１が搭載された電子機器が、基準座標系における−Ｚ方向が重力加速度の方向に対してなす傾斜角度が変化する可能性のあるものである場合には、方位演算部２０３は、第４ないし第６の補正後信号と、図１５に示した加速度センサ２１０の測定情報を用いて、方位を算出してもよい。加速度センサ２１０は、互いに直交する３方向における加速度を測定するものであり、電子機器に搭載されている。加速度センサ２１０の測定情報は、互いに直交する３方向における加速度の測定値を含んでいる。
【０１６１】
次に、本実施の形態に係る磁気センサ装置１による効果について説明する。本実施の形態に係る磁気センサ装置１では、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の主軸感度および他軸感度の測定に用いられる第１ないし第３の磁界発生器７１〜７３が、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０と一体化されている。これにより、本実施の形態によれば、磁気センサ装置１の使用環境に関わらずに、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の主軸感度および他軸感度の測定と、この測定結果に基づいた第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの補正を、容易に行うことができる。
【０１６２】
また、本実施の形態では、補正プロセッサ８０は、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０ならびに第１ないし第３の磁界発生器７１〜７３と一体化されている。これにより、本実施の形態によれば、１個の電子部品の形態を有する磁気センサ装置１によって、上述の主軸感度および他軸感度の測定と、この測定結果に基づいた第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの補正とを行うことが可能になる。
【０１６３】
補正処理によって第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚを補正して第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚを生成すると、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの非線形性等に起因して第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚにオフセットが生じる場合がある。しかし、この補正処理に伴うオフセットによる影響は、オフセット補正部２０１におけるオフセット補正処理によって、他の原因によるオフセットによる影響と共に除去することが可能である。
【０１６４】
また、もし、補正関数の更新前後で、補正係数Ｃ11，Ｃ22，Ｃ33のうちの少なくとも１つが大きく変化してしまうと、同じ検出信号に対する補正後信号の値が急に変化するおそれがある。これを防止するために、例えば、式（１）〜（３）の代わりに、下記の式（９）〜（１１）を、更新後の補正関数として用いてもよい。
【０１６５】
ＣＳｘ＝Ｃ11（Ｓｘ−Ｓｘ１）＋ＣＳｘ１＋Ｃ12Ｓｙ＋Ｃ13Ｓｚ    …（９）
ＣＳｙ＝Ｃ21Ｓｘ＋Ｃ22（Ｓｙ−Ｓｙ１）＋ＣＳｙ１＋Ｃ23Ｓｚ    …（１０）
ＣＳｚ＝Ｃ31Ｓｘ＋Ｃ32Ｓｙ＋Ｃ33（Ｓｚ−Ｓｚ１）＋ＣＳｚ１    …（１１）
【０１６６】
式（９）〜（１１）において、Ｓｘ１，Ｓｙ１，Ｓｚ１は、それぞれ、今回の補正関数決定処理が実行される前の、ある時点に生成された第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの値を表している。また、ＣＳｘ１，ＣＳｙ１，ＣＳｚ１は、それぞれ、Ｓｘ１，Ｓｙ１，Ｓｚ１と更新前の補正関数とを用いて算出された第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚの値を表している。
【０１６７】
なお、式（９）〜（１１）を補正関数として用いた場合には、第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚにはオフセットが生じる場合がある。しかし、このオフセットは、オフセット補正部２０１におけるオフセット補正処理によって、他の原因によるオフセットによる影響と共に除去することが可能である。
【０１６８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。始めに、本実施の形態に係る磁気センサ装置３０１の構成が第１の実施の形態と異なる点について簡単に説明する。本実施の形態に係る磁気センサ装置３０１は、第１の実施の形態における第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０のうち、２つの磁気センサを備えている。以下、本実施の形態に係る磁気センサ装置３０１が、２つの磁気センサとして、第１および第２の磁気センサ１０，２０を備えている例について説明する。
【０１６９】
図１６は、本実施の形態に係る磁気センサ装置３０１の構成を示している。本実施の形態では、第１の実施の形態における第３の磁気センサ３０とＡ／Ｄ変換器８３が設けられていない。また、磁界発生部７０は、第１および第２の磁界発生器７１，７２（図１１および図１２参照）を含んでいるが、第３の磁界発生器７３を含んでいない。
【０１７０】
次に、本実施の形態における補正プロセッサ８０の補正処理部８４の動作、すなわち本実施の形態における補正処理について説明する。第１の磁気センサ１０は、第１の検出信号Ｓｘを生成し、第２の磁気センサ２０は、第２の検出信号Ｓｙを生成する。本実施の形態における補正処理は、補正前の第１および第２の検出信号Ｓｘ，Ｓｙに比べて、第１および第２の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙが、第１の実施の形態で説明した第１および第２の理想信号に近づくように、第１および第２の検出信号Ｓｘ，Ｓｙを補正して第１および第２の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙを生成する処理である。
【０１７１】
本実施の形態における第１および第２の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙは、それぞれ、下記の式（１２）、（１３）で表される。
【０１７２】
ＣＳｘ＝Ｃ11Ｓｘ＋Ｃ12Ｓｙ    …（１２）
ＣＳｙ＝Ｃ21Ｓｘ＋Ｃ22Ｓｙ    …（１３）
【０１７３】
式（１２）、（１３）において、Ｃ11，Ｃ12，Ｃ21，Ｃ22は、それぞれ、補正係数を表している。また、式（１２）、（１３）は、本実施の形態における補正関数を表している。
【０１７４】
なお、補正関数は、第１の実施の形態と同様に、補正係数行列ＭＣ、検出信号ベクトルＶＳおよび補正後信号ベクトルＶＣＳを用いて、第１の実施の形態における式（４）で表される。ただし、本実施の形態では、補正係数行列ＭＣは、ｉ，ｊをそれぞれ１または２としたときに、補正係数Ｃijを（ｉ，ｊ）成分とする２行２列の行列である。また、ＶＳ＝［Ｓｘ，Ｓｙ］Tであり、ＶＣＳ＝［ＣＳｘ，ＣＳｙ］Tである。
【０１７５】
本実施の形態では、補正処理部８４は、Ａ／Ｄ変換器８１，８２によってデジタル信号に変換された第１および第２の検出信号Ｓｘ，Ｓｙと、式（１２）、（１３）または式（４）で表される補正関数を用いて、補正処理を行う。また、補正処理部８４は、補正処理によって生成された第１および第２の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙを、ホストプロセッサ２００に出力する。
【０１７６】
次に、本実施の形態における補正プロセッサ８０の補正関数決定部８５、駆動部８６および制御部８７の動作、すなわち本実施の形態における補正関数決定処理について説明する。
【０１７７】
始めに、図１７を参照して、本実施の形態における補正関数決定処理の概略について説明する。図１７は、補正関数決定処理を示すフローチャートである。補正関数決定処理では、まず、ステップＳ２１において、第１の付加的磁界が発生され、且つ第１の付加的磁界が変化するように、駆動部８６によって第１の磁界発生器７１を制御する。そして、このようにして第１の付加的磁界を変化させたときの第１の磁気センサ１０の第１の検出信号Ｓｘと第２の磁気センサ２０の第２の検出信号Ｓｙのそれぞれの変化に関する第１および第２のデータを、補正関数決定部８５が取得する。
【０１７８】
次に、ステップＳ２２において、第２の付加的磁界が発生され、且つ第２の付加的磁界が変化するように、駆動部８６によって第２の磁界発生器７２を制御する。そして、このようにして第２の付加的磁界を変化させたときの第１および第２の検出信号Ｓｘ，Ｓｙのそれぞれの変化に関する第３および第４のデータを取得する。
【０１７９】
次に、ステップＳ２３において、補正関数決定部８５が、取得した第１ないし第４のデータに基づいて、補正関数を決定する。
【０１８０】
ここで、第１の実施の形態と同様に、信号変化量ｄＳｘhx，ｄＳｙhx，ｄＳｘhy，ｄＳｙhyを定義する。信号変化量ｄＳｘhx，ｄＳｙhx，ｄＳｘhy，ｄＳｙhyは、それぞれ本実施の形態における第１ないし第４のデータに対応する。
【０１８１】
信号変化量ｄＳｘhx，ｄＳｙhxすなわち第１および第２のデータは、下記の式（１４）で表される。
【０１８２】
【数５】
2020060457.tif 000007
【０１８３】
信号変化量ｄＳｘhy，ｄＳｙhyすなわち第３および第４のデータは、下記の式（１５）で表される。
【０１８４】
【数６】
2020060457.tif 000008
【０１８５】
なお、式（１４）、（１５）におけるＳＳｘhx，ＳＳｘhy，ＳＳｙhx，ＳＳｙhy，ｄＨｘ，ｄＨｙの定義は、第１の実施の形態と同じである。また、式（１４）、（１５）の右辺の２行２列の行列は、本実施の形態における感度行列ＭＳＳである。
【０１８６】
次に、ステップＳ２３における補正関数の決定方法について具体的に説明する。補正関数決定部８５は、まず、第１ないし第４のデータすなわち信号変化量ｄＳｘhx，ｄＳｙhx，ｄＳｘhy，ｄＳｙhyと、第１の付加的磁界成分の変化量ｄＨｘと、第２の付加的磁界成分の変化量ｄＨｙとに基づいて、感度ＳＳｘhx，ＳＳｙhx，ＳＳｘhy，ＳＳｙhyを算出する。感度ＳＳｘhx，ＳＳｙhx，ＳＳｘhy，ＳＳｙhyの算出方法は、第１の実施の形態と同じである。
【０１８７】
補正関数決定部８５は、次に、算出した感度ＳＳｘhx，ＳＳｙhx，ＳＳｘhy，ＳＳｙhyを用いて、補正係数行列ＭＣを決定する。ここで、本実施の形態における補正係数行列ＭＣの第１の例と第２の例について説明する。第１の例の補正係数行列ＭＣは、感度行列ＭＳＳの逆行列ＭＳＳ-1である。
【０１８８】
第２の例の補正係数行列ＭＣは、その（ｉ，ｊ）成分を、上記逆行列ＭＳＳ-1の（ｉ，ｊ）成分の近似値とした行列である。第２の例の補正係数行列ＭＣは、例えば、下記の式（１６）で表される。
【０１８９】
【数７】
2020060457.tif 000009
【０１９０】
補正関数決定部８５は、次に、決定した補正係数行列ＭＣに基づいて、補正関数を決定する。
【０１９１】
本実施の形態に係る磁気センサ装置３０１では、第１および第２の磁気センサ１０，２０の主軸感度および他軸感度の測定に用いられる第１および第２の磁界発生器７１，７２が、第１および第２の磁気センサ１０，２０と一体化されている。これにより、本実施の形態によれば、磁気センサ装置３０１の使用環境に関わらずに、第１および第２の磁気センサ１０，２０の主軸感度および他軸感度の測定と、この測定結果に基づいた第１および第２の検出信号Ｓｘ，Ｓｙの補正を、容易に行うことができる。
【０１９２】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１９３】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０と第１ないし第３の磁界発生器７１，７２，７３の構成は、各実施の形態に示した例に限られず、請求の範囲の要件を満たすものであればよい。
【０１９４】
また、第２の実施の形態に係る磁気センサ装置３０１は、２つの磁気センサとして、第１および第２の磁気センサ１０，２０の代わりに、第１および第３の磁気センサ１０，３０を備えていてもよいし、第２および第３の磁気センサ２０，３０を備えていてもよい。
【符号の説明】
【０１９５】
１…磁気センサ装置、３…回路チップ、４…センサチップ、１０…第１の磁気センサ、２０…第２の磁気センサ、３０…第３の磁気センサ、５１…基板、７０…磁界発生部、７１…第１の磁界発生器、７２…第２の磁界発生器、７３…第３の磁界発生器、８０…補正プロセッサ、８４…補正処理部、８５…補正関数決定部、８６…駆動部、８７…制御部。
【図１】
2020060457.tif 000010
【図２】
2020060457.tif 000011
【図３】
2020060457.tif 000012
【図４】
2020060457.tif 000013
【図５】
2020060457.tif 000014
【図６】
2020060457.tif 000015
【図７】
2020060457.tif 000016
【図８】
2020060457.tif 000017
【図９】
2020060457.tif 000018
【図１０】
2020060457.tif 000019
【図１１】
2020060457.tif 000020
【図１２】
2020060457.tif 000021
【図１３】
2020060457.tif 000022
【図１４】
2020060457.tif 000023
【図１５】
2020060457.tif 000024
【図１６】
2020060457.tif 000025
【図１７】
2020060457.tif 000026