(57)【要約】  磁気センサは、磁気収束板200、磁気収束板の一面側に配されるホール素子201, 202、ホール素子201, 202に接続する配線N402, N404, N406, N408、及びこれらの配線に接続して、ホール素子からの信号を受信する信号処理回路303を備え、２つの配線N402, N404（N406, N408）は、ホール素子201（202）と信号処理回路との間で基板の深さ方向に互いに離間して交差し、２つの配線の交差と回路との間で補償ループS501(S502)を形成し、補償ループが占める領域の少なくとも一部は深さ方向の平面視で磁気収束板に覆われる。補償ループにより、配線によりホール素子を含んで形成される閉ループS401, S402に生じる誘導起電力が補償される。
2017099156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気収束板と、
前記磁気収束板の一面側に配される磁電変換素子と、
前記磁電変換素子に接続する少なくとも２つの配線と、
前記少なくとも２つの配線に接続して、前記磁電変換素子からの信号を受信する回路と、を備え、
前記少なくとも２つの配線は、前記磁電変換素子と前記回路との間において、前記磁気収束板の前記一面と垂直な方向に互いに離間して交差し、前記少なくとも２つの配線の交差と前記回路との間で補償ループを形成し、
前記補償ループが占める領域の少なくとも一部は、前記磁気収束板の前記一面と垂直な方向の平面視で、前記磁気収束板に覆われる、磁気センサ。
【請求項２】
前記補償ループが占める領域の少なくとも一部は、前記磁気収束板の角部の前記一面側に配される、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記補償ループは、前記磁電変換素子と前記少なくとも２つの配線の交差との間で前記少なくとも２つの配線に生じる誘導起電力を相殺する、請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記磁電変換素子の少なくとも一部は、前記磁気収束板の前記一面と垂直な方向の平面視で、前記磁気収束板に覆われる、請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記磁気収束板から離間して配される別の磁気収束板と、
前記別の磁気収束板の一面側に配される別の磁電変換素子と、
前記別の磁電変換素子に接続する少なくとも２つの別の配線と、をさらに備え、
前記回路は、さらに、前記２つの別の配線に接続して、前記別の磁電変換素子からの信号を受信し、
前記２つの別の配線は、前記別の磁電変換素子と前記回路との間で前記別の磁気収束板の一面に交差する方向に離間して前記別の磁気収束板の一面に平行な方向に交差し、前記２つの別の配線の交差と前記回路との間で別の補償ループを形成し、
前記磁気収束板、前記磁電変換素子、及び前記補償ループと前記別の磁気収束部、前記別の磁電変換素子、及び前記別の補償ループとは前記磁気収束板の一面に平行な方向に関して対称に配置される、請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記回路は、前記磁電変換素子及び前記別の磁電変換素子のそれぞれの出力信号の差分を算出する、請求項５に記載の磁気センサ。
【請求項７】
基板上に形成される磁気収束板と、
前記基板に形成される不純物拡散層と、
前記不純物拡散層に接続する第１〜第４の端子と、
前記第１の端子に接続する第１配線と、
前記第１の端子と対向して配置される第３の端子に接続する第３配線と、
前記第２の端子に接続する第２配線と、
前記第２の端子と対向して配置される第４の端子に接続する第４配線と、を備え、
前記第１及び第３配線は、前記基板と垂直な方向に互いに離間して交差し、該交差してから第１配線ループを形成し、前記第１配線ループが占める領域の少なくとも一部は、前記基板と垂直な方向の平面視で、前記磁気収束板に覆われる、磁気センサ。
【請求項８】
前記第２及び第４配線は、前記基板と垂直な方向に互いに離間して交差し、該交差してから第２配線ループを形成し、前記第２配線ループが占める領域の少なくとも一部は、前記基板と垂直な方向の平面視で、前記磁気収束板に覆われる、請求項７に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記第１及び第２配線ループがそれぞれ占める領域は、前記基板と垂直な方向について少なくとも部分的に重なる、請求項８に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記第１から第４配線に接続するスイッチをさらに備え、
前記第１配線ループは、前記第１及び第３配線の交差と前記スイッチとの間で形成され、
前記第２配線ループは、前記第２及び第４配線の交差と前記スイッチとの間で形成される、請求項８又は９に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記不純物拡散層は、磁電変換素子である、請求項８から１０のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
前記第の１端子及び前記第２の端子は互いに対向し、前記第３の端子及び前記第４の端子は互いに対向する、請求項７から１１のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記第１〜第４の端子と前記第１〜第４配線とは、前記基板に集積化されている、請求項７から１２のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記第１及び第３の端子が電源端子であり前記第２及び第４の端子が出力端子である第１状態と、前記第１及び第３の端子が出力端子であり前記第２及び第４の端子が電源端子である第２状態とが交互に切り替わる、請求項７から１３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１５】
磁電変換素子と、
前記磁電変換素子に接続される回路と、
前記磁電変換素子及び前記回路を接続する配線ペアと、を備え、
前記配線ペアは、前記磁電変換素子及び前記磁電変換素子に接続される一部分の配線を含むループ配線部に磁場が印加されることによって発生する誘導起電力と逆方向の誘導起電力を発生する配線部分である補償配線部を有する、磁気センサ。
【請求項１６】
前記配線ペアは、経路において２つの配線が立体交差し、
前記ループ配線部は、前記立体交差よりも前記磁電変換素子側に位置し、
前記補償配線部は、前記立体交差よりも前記回路側に位置する、請求項１５に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎｉ−Ｆｅ合金などの強磁性体からなる薄膜状の板（磁気収束板と称する）と一対のホール素子とを組み合わせて、これらを支持する基板に平行な磁界（横磁場と称する）を検出する磁気センサが知られている（例えば、特許文献１から３）。この磁気センサは、磁気収束板により横磁場の磁力線を引き込むことで、横磁場を基板に垂直な磁界（縦磁場と称する）に変換する機能を利用する。なお、磁気収束板による磁力線の引き込みは端部近傍で特に強いことから、ホール素子は磁気収束板の端部近傍に配置される。【０００３】
磁気収束板により横磁場から変換される縦磁場は、磁気収束板の一端及び他端の対称な２つの位置において、基板に垂直な方向（垂直方向と称する）に関して反対の向きを有する。そこで、対称な２つの位置にそれぞれホール素子を配置する。ここで、横磁場に加えてさらに背景磁場などの別の磁場が印加されると、対称な２つの位置における別の磁場に由来する縦磁場の垂直方向に関する向きは同じであるから、２つのホール素子の出力電圧の差分を算出することにより、別の磁場に起因する出力電圧が相殺されることで、横磁場のみを検出することができる。逆に、２つのホール素子の出力電圧の和を算出することにより、横磁場に起因する出力電圧が相殺されることで、別の磁場の縦磁場のみを検出することができる。【０００４】
従来、このような磁気センサは、地磁気の検出、回転体が回転することにより生じる磁場等、時間変化の緩やかな磁場を検出するのに利用されていた。しかし、近年、導体に流れる電流により生じる磁場を検出するのに利用されるようになった。例えば、モータ、インバータ等のベクトル制御、過電流検出等においては、印加される磁場が高速で変化する。そのため、磁気センサの高速応答が要求されるようになった。【０００５】
特に車載用途においては、磁力線を集める集磁コアと縦磁場検出用のホール素子とを用いる磁気センサに代えて磁気収束板を用いてコアレス化された磁気センサを使用すると、外乱磁場（すなわち、縦磁場）の影響を受けやすくなる。ここで、縦磁場が磁気収束板及びホール素子周辺において一様でない場合、２つのホール素子の出力電圧の差分において縦磁場に起因する出力電圧は完全に相殺されず、その残留分により縦磁場もある程度、検出される可能性がある。
特許文献１  特開２０１２−４７７０８公報
特許文献２  特開２０１３−２２８２２２公報
特許文献３  米国特許第５９４２８９５号公報
【解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の構成では、ホール素子が磁気収束板の端部近傍に配置されるため、ホール素子に接続してホール起電力を取り出す配線が磁場に対して閉ループをなしていると、その配線に誘導起電力が発生し、磁気センサの応答特性が劣化してしまう。また、車載用途においては、外乱磁場により誘導起電力が発生し、磁気センサの応答特性が劣化してしまう。
【０００７】
そこで、本発明では、ホール素子に接続する配線に生じる誘導起電力の影響を抑制する磁気センサを提供することを目的とする。
【一般的開示】
【０００８】
（項目１）
磁気センサは、磁気収束板を備えてよい。
磁気センサは、磁気収束板の一面側に配される磁電変換素子を備えてよい。
磁電変換素子に接続する少なくとも２つの配線を備えてよい。
磁気センサは、少なくとも２つの配線に接続して、磁電変換素子からの信号を受信する回路を備えてよい。
少なくとも２つの配線は、磁電変換素子と回路との間において、磁気収束板の一面と垂直な方向に互いに離間して交差し、少なくとも２つの配線の交差と回路との間で補償ループを形成してよい。
補償ループが占める領域の少なくとも一部は、磁気収束板の一面と垂直な方向の平面視で、磁気収束板に覆われてよい。
（項目２）
補償ループが占める領域の少なくとも一部は、磁気収束板の角部の一面側に配されてよい。
（項目３）
補償ループは、磁電変換素子と少なくとも２つの配線の交差との間で少なくとも２つの配線に生じる誘導起電力を相殺してよい。
（項目４）
磁電変換素子の少なくとも一部は、磁気収束板の一面と垂直な方向の平面視で、磁気収束板に覆われてよい。
（項目５）
磁気センサは、磁気収束板から離間して配される別の磁気収束板をさらに備えてよい。
磁気センサは、別の磁気収束板の一面側に配される別の磁電変換素子をさらに備えてよい。
磁気センサは、別の磁電変換素子に接続する少なくとも２つの別の配線をさらに備えてよい。
回路は、さらに、２つの別の配線に接続して、別の磁電変換素子からの信号を受信してよい。
２つの別の配線は、別の磁電変換素子と回路との間で別の磁気収束板の一面に交差する方向に離間して別の磁気収束板の一面に平行な方向に交差し、２つの別の配線の交差と回路との間で別の補償ループを形成してよい。
磁気収束板、磁電変換素子、及び補償ループと別の磁気収束部、別の磁電変換素子、及び別の補償ループとは磁気収束板の一面に平行な方向に関して対称に配置されてよい。
（項目６）
回路は、磁電変換素子及び別の磁電変換素子のそれぞれの出力信号の差分を算出してよい。
【０００９】
（項目７）
磁気センサは、基板上に形成される磁気収束板を備えてよい。
磁気センサは、基板に形成される不純物拡散層を備えてよい。
磁気センサは、不純物拡散層に接続する第１〜第４の端子を備えてよい。
磁気センサは、第１の端子に接続する第１配線を備えてよい。
磁気センサは、第１の端子と対向して配置される第３の端子に接続する第３配線を備えてよい。
磁気センサは、第２の端子に接続する第２配線を備えてよい。
磁気センサは、第２の端子と対向して配置される第４の端子に接続する第４配線を備えてよい。
第１及び第３配線は、基板と垂直な方向に互いに離間して交差し、該交差してから第１配線ループを形成し、第１配線ループが占める領域の少なくとも一部は、基板と垂直な方向の平面視で、磁気収束板に覆われてよい。
（項目８）
第２及び第４配線は、基板と垂直な方向に互いに離間して交差し、該交差してから第２配線ループを形成し、第２配線ループが占める領域の少なくとも一部は、基板と垂直な方向の平面視で、磁気収束板に覆われてよい。
（項目９）
第１及び第２配線ループがそれぞれ占める領域は、基板と垂直な方向について少なくとも部分的に重なってよい。
（項目１０）
磁気センサは、第１から第４配線に接続するスイッチをさらに備えてよい。
第１配線ループは、第１及び第３配線の交差とスイッチとの間で形成されてよい。
第２配線ループは、第２及び第４配線の交差とスイッチとの間で形成されてよい。
（項目１１）
不純物拡散層は、磁電変換素子であってよい。
（項目１２）
第の１端子及び第２の端子は互いに対向し、第３の端子及び第４の端子は互いに対向してよい。
（項目１３）
第１〜第４の端子と第１〜第４配線とは、基板に集積化されていてよい。
（項目１４）
第１及び第３の端子が電源端子であり第２及び第４の端子が出力端子である第１状態と、第１及び第３の端子が出力端子であり第２及び第４の端子が電源端子である第２状態とが交互に切り替わってよい。
【００１０】
（項目１５）
磁気センサは、磁電変換素子を備えてよい。
磁気センサは、磁電変換素子に接続される回路を備えてよい。
磁気センサは、磁電変換素子及び回路を接続する配線ペアを備えてよい。
配線ペアは、磁電変換素子及び磁電変換素子に接続される一部分の配線を含むループ配線部に磁場が印加されることによって発生する誘導起電力と逆方向の誘導起電力を発生する配線部分である補償配線部を有してよい。
（項目１６）
配線ペアは、経路において２つの配線が立体交差してよい。
ループ配線部は、立体交差よりも磁電変換素子側に位置してよい。
補償配線部は、立体交差よりも回路側に位置してよい。
【００１１】
本発明によれば、磁気収束板を備える磁気センサにおいて、配線に生じる誘導起電力の影響を抑制し、高速応答可能な磁気センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る十字型の対称型ホール素子の構成を示す。
【図２Ａ】一実施形態に係る磁気センサにおける一対のホール素子及び一対の磁気収束板に対する位置関係を示す。
【図２Ｂ】図２Ａにおける基準線L2-L2に関する断面図である。
【図３】一実施形態に係る磁気センサにおける信号処理系の構成を示すブロック図である。
【図４Ａ】ホール素子に接続する配線により誘導起電力が生じる原理を示す。
【図４Ｂ】図４Ａにおける基準線L4-L4に関する断面図である。
【図５Ａ】一実施形態に係る磁気センサにおける誘導起電力を相殺する一対の補償ループ領域の配置を示す。
【図５Ｂ】図５Ａにおける基準線L5-L5に関する断面図である。
【図６】変形例に係る磁気センサにおける一対のホール素子、一対の磁気収束板、及び一対の補償ループ領域の位置関係を示す。
【図７】第２の変形例に係る磁気センサにおける一対のホール素子、一対の磁気収束板、及び一対の補償ループ領域の位置関係を示す。
【図８】第３の変形例に係る磁気センサにおける二対のホール素子、一対の磁気収束板、及び二対の補償ループ領域の位置関係を示す。
【図９】第３の変形例に係る磁気センサにおいて、ホール素子をスピニングカレント動作させる場合の信号処理系の構成を示すブロック図である。
【図１０】第４の変形例に係る磁気センサにおける二対のホール素子、一対の磁気収束板、及び二対の補償ループ領域の位置関係を示す。
【図１１】第５の変形例に係る磁気センサにおける一対のホール素子、一対の磁気収束板、及び一対の補償ループ領域の位置関係を示す。
【図１２】第６の変形例に係る磁気センサにおける一対のホール素子、１つの磁気収束板、及び一対の補償ループ領域の位置関係を示す。
【図１３】第７の変形例に係る磁気センサにおける二対のホール素子、一対の磁気収束板、及び二対の補償ループ領域の位置関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明に係る磁気検出装置（磁気センサと称する）を図面を参照して説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、すべての図面において相互に対応する部分には同一符号を付すとともに、その説明を適宜省略する。
【００１４】
磁電変換機能を有する磁電変換素子として、主として、Spinning Current Methodを適用可能ないわゆる対称型ホール素子がある。
【００１５】
図１は、十字形状を有する対称型ホール素子の構成を示す。対称型ホール素子100は、十字形状を有する感磁部105を有する。感磁部105の４つの張出端101, 102, 103, 及び104のうち、中心を介して図面上側及び下側に位置する２つの張出端101及び103にはそれぞれホール素子電源端子A及びCが、中心を介して図面右側及び左側に位置する２つの張出端102及び104にはそれぞれホール起電圧出力端子B及びDが、設けられている。
【００１６】
なお、対称型ホール素子は、一対のホール素子電源端子と一対のホール起電圧出力端子との配置を入れ替えても幾何学的形状が同一となるホール素子であり、換言すれば、全体の形状が中心（図示せず）を通る紙面に垂直な軸に対して４回回転対称であるホール素子である。従って、対称型ホール素子100は、電源端子を出力端子として、出力端子を電源端子としても使用することできる。そこで、本明細書では、ホール素子電源端子A及びCを電源端子又は端子A及びCと、ホール起電圧出力端子B及びDを出力端子又は端子B及びDとも称する。
【００１７】
図２Ａ及び図２Ｂは、本実施形態に係る磁気センサ10における一対のホール素子及び一対の磁気収束板の位置関係を示す。図２Ａは、上面視においてそれらの位置関係を示し、図２Ｂは、図２Ａにおける基準線L2-L2に関する断面においてそれらの位置関係を示す。磁気センサ10は、基板205、一対の磁気収束板200、及び一対のホール素子201及び202を備える。
【００１８】
基板205は、一例としてシリコン基板であり、その上面に配線層204及び保護膜203が設けられている。配線層204は、一対のホール素子201及び202の端子に接続する配線が設けられる絶縁層である。保護膜203は、配線層204を覆って保護する薄膜である。
【００１９】
一対の磁気収束板200は、等脚台形状を有し、それぞれの上辺を互いに対向して保護層203上の図面左右方向の一側及び他側に配置されている。
【００２０】
一対のホール素子201及び202は、基板205上に不純物拡散層を形成して、その上面に表面を面一に露出し、表面を配線層204により覆われて形成されている。なお、ホール素子201及び202とにおいて、電源端子A及びC及び出力端子B及びDは対称に設けられている。一対のホール素子201及び202は、それぞれ、一対の磁気収束板200の端部、すなわち等脚台形の上辺直下に配置される。それにより、ホール素子201の端子C及びDを含む半部が一方の磁気収束板200に覆われ、ホール素子202の端子C及びDを含む半部が他方の磁気収束板200に覆われる。
【００２１】
この一対のホール素子201及び202の一対の磁気収束板200に対する配置及び一対の磁気収束板200の形状により、基板に平行な向きの横磁場は、その磁束が一対の磁気収束板200の底辺からその内に入り、等脚台形の先細りの形状により絞られて磁束密度を上げて磁気収束板200の上辺から出ることで、大強度の縦磁場に変換され、上辺直下のホール素子201及び202によりそれぞれ検出される。
【００２２】
図３は、本実施形態に係る磁気センサ10における信号処理系の構成を示す。信号処理系は、ホール素子駆動回路305、信号処理回路303、及び増幅器又は比較器304を含む。ホール素子駆動回路305は、ホール素子201及び202の電源端子A及びCに配線を介して接続して、ホール素子を駆動する信号をそれぞれに送信する。信号処理回路303は、ホール素子201及び202の出力端子B及びDに配線を介して接続して、それぞれから出力されるホール起電力（これを含む出力信号）を受信し、加算、減算等の演算をしてその結果を出力する。増幅器又は比較器304は、信号処理回路303に接続され、これから入力される演算結果を増幅又はリファレンスと比較してその結果を磁気センサ出力として出力する。なお、増幅器又は比較器304に任意のフィルタを設け、帯域制限を加えてもよい。
【００２３】
図４Ａ及び図４Ｂは、磁気センサの従来の構成において、ホール素子201及び202に接続する配線により誘導起電力が生じる原理を示す。ここで、図４Ａは、上面視において、図２Ａに示した実施形態に係る磁気センサ10における一対のホール素子201及び202及び一対の磁気収束板200とともに図３に示した信号処理系に含まれるホール素子駆動回路305及び信号処理回路303を併せて示す。図４Ｂは、図４Ａにおける基準線L4-L4に関する断面において、特に配線の配置を示す。ホール素子駆動回路305は、配線N401及びN403によりそれぞれホール素子201の電源端子A及びCに、また配線N405及びN407によりそれぞれホール素子202の電源端子A及びCに接続されている。信号処理回路303は、配線N402及びN404によりそれぞれホール素子201の出力端子B及びDに、また配線N406及びN408によりそれぞれホール素子202の出力端子B及びDに、接続されている。
【００２４】
配線N402及びN404により、ホール素子201を含んでこれと信号処理回路303との間に閉ループ領域S401が形成される。また、配線N406及びN408により、ホール素子202を含んでこれと信号処理回路303との間に閉ループ領域S402が形成される。これら閉ループS401及びS402は、それぞれホール素子201及び202とともに、磁束密度が大きい磁気収束板200の端部近傍に位置する。ここで、図面左から右に向けて過渡的な横磁場が印加されると、ホール素子201には紙面手前から奥に向かう方向に磁場が入るため、この磁場を打ち消すように、ホール素子201を含む閉ループ領域S401に反時計周りの誘導起電力が発生する。また、ホール素子202には紙面奥から手前に向かう方向に磁場が入るため、この磁場を打ち消すように、ホール素子202を含む閉ループ領域S402に時計周りの誘導起電力が発生する。
【００２５】
磁気センサ出力V0を導出する。横磁場を検出する場合、信号処理回路303は、一対のホール素子201及び202のそれぞれの出力信号V1及びV2の差分を算出する。ただし、出力信号V1は、ホール素子201から出力されるホール起電力Vh1に加えて、閉ループ領域S401に生じる誘導起電力Vind1を含む。すなわち、V1 = Vh1-Vind1である。また、出力信号V2は、ホール素子202から出力されるホール起電力Vh2に加えて、閉ループ領域S402に生じる誘導起電力Vind2を含む。すなわち、V2 = -Vh2+Vind2である。なお、誘導起電力Vindは、一般的に、時間t、磁束密度B、及び閉ループ領域の面積Sを用いて、Vind = -dφ/dt = d(BS)/dtより与えられる。従って、磁気センサ出力VOは、次式(1)により与えられる。
VO = V1-V2 = (Vh1+Vh2)-(Vind1+Vind2)  …(1) 
式(1)から分かるように、磁気センサ出力VOにおいて、ホール起電力(Vh1+Vh2)を打ち消すように誘導起電力(Vind1+Vind2)が発生することで、磁気センサの応答が遅延することとなる。
【００２６】
さらに、横磁場に縦磁場が重畳されている場合を考える。縦磁場によりホール素子201及び202のホール起電力Vh1v及びVh2v及び閉ループ領域S401及びS402に誘導起電力Vind1v及びVind2vが生じることで、ホール素子201の出力信号V1 = (Vh1-Vind1) + (Vh1v-Vind1v)及びホール素子202の出力信号V2 = (-Vh2+Vind2)+(Vh2v-Vind2v)と表すことができる。従って、磁気センサ出力VOは、次式(2)により与えられる。
VO = V1-V2 = (Vh1+Vh2)-(Vind1+Vind2)+(Vh1v-Vh2v)-(Vind1v-Vind2v)  …(2)
【００２７】
ここで、一対の磁気収束200が幾何学的に対称な形状配置であり、一対のホール素子201及び202及び周辺配線も対称な形状配置である場合、Vh1=Vh2=Vh, Vind1=Vind2=Vind, Vh1v=Vh2v及びVind1v=Vind2vより、磁気センサ出力VOは次式(3)のように変形される。
VO = 2Vh-2Vind  …(3)
【００２８】
式(3)より、縦磁場が横磁場に重畳されている場合においても横磁場のみを検出できることが分かる。しかし、一対の磁気収束200、一対のホール素子201及び202、及び周辺配線に製造上のアライメントずれ、ホール素子201及び202に非一様な縦磁場が印加すると、式(2)の右辺の第３及び第４項により表される縦磁場成分がゼロにならないことで、磁気センサの応答特性がさらに劣化することとなる。
【００２９】
図５Ａ及び図５Ｂは、本実施形態に係る磁気センサ10における誘導起電力を相殺する一対の補償ループ領域S501及びS502の配置、特に一対のホール素子201及び202及び一対の磁気収束板200との位置関係を示す。ここで、図５Ａは、上面視において、図２Ａに示した実施形態に係る磁気センサ10における一対のホール素子201及び202及び一対の磁気収束板200とともに図３に示した信号処理系に含まれるホール素子駆動回路305及び信号処理回路303を併せて示す。図５Ｂは、図５Ａにおける基準線L5-L5に関する断面において、特に補償ループ領域S501の配置を示す。
【００３０】
配線層204内で、ホール素子201の出力端子B及びDにそれぞれ接続される配線N402及びN404に、閉ループ領域S401に生じる誘導起電力を補償する補償ループ領域S501が形成される。配線N402及びN404は、ホール素子201と信号処理回路303との間で基板205の深さ方向に互いに離間して基板205に平行な方向に１回交差し、この交差と信号処理回路303との間で、特に磁気収束板200の角部近傍にこの角部を上面視において内側に含んで補償ループ領域S501を形成する。上面視で、配線N402及びN404は交差点を有し、断面視で、その交差点において配線N402及びN404は深さ方向に互いに離間している。つまり、配線N402及びN404は、ねじれの位置の関係にある。ここで、補償ループ領域S501が占める領域の少なくとも一部は、基板205の深さ方向の平面視で磁気収束板200に覆われている。
【００３１】
同様に、配線層204内で、ホール素子202の出力端子B及びDにそれぞれ接続される配線N406及びN408に、閉ループ領域S402に生じる誘導起電力を補償する補償ループ領域S502が形成される。配線N406及びN408は、ホール素子202と信号処理回路303との間で基板205の深さ方向に互いに離間して基板205に平行な方向に１回交差し、この交差と信号処理回路303との間で、特に磁気収束板200の角部近傍にこの角部を上面視において内側に含んで補償ループ領域S502を形成する。ここで、補償ループ領域S502が占める領域の少なくとも一部は、基板205の深さ方向の平面視で磁気収束板200に覆われている。
【００３２】
補償ループ領域S501により、閉ループ領域S401に生じる誘導起電力を補償する原理について説明する。
【００３３】
図５Ａに示すように、図面左から右に向けて過渡的な横磁場が印加されたとする。横磁場は、図面左側の磁気収束板200により縦磁場に変換されて、紙面手前から奥に向かってホール素子201、すなわち閉ループ領域S401に入るとともに補償ループ領域S501にも入る。それにより、磁場を打ち消すように、閉ループ領域S401及び補償ループ領域S501にともに反時計周りの誘導起電力が発生する。ここで、閉ループ領域S401及び補償ループ領域S501を形成する配線N402及びN404は、閉ループ領域S401と補償ループ領域S501との間で１回交差している。従って、補償ループ領域S501に生じた誘導起電力は、閉ループ領域S401に生じた誘導起電力と異なる向きを有し、これを相殺することとなる。
【００３４】
また、横磁場は、図面右側の磁気収束板200により縦磁場に変換されて、紙面奥から手前に向かってホール素子202、すなわち閉ループ領域S402に入るとともに補償ループ領域S502にも入る。それにより、磁場を打ち消すように、閉ループ領域S402及び補償ループ領域S502にともに時計周りの誘導起電力が発生する。ここで、閉ループ領域S402及び補償ループ領域S502を形成する配線N406及びN408は、閉ループ領域S402と補償ループ領域S502との間で１回交差している。従って、補償ループ領域S502に生じた誘導起電力は、閉ループ領域S402に生じた誘導起電力と異なる向きを有し、これを相殺することとなる。
【００３５】
なお、補償ループ領域S501及びS502は、誘導起電力を補償する対象の閉ループ領域S401及びS402と同じ方向に向けて配置するのが望ましい。また、補償ループ領域S501及びS502は、磁気収束板200の角部近傍に配置するのが望ましい。それにより、閉ループ領域S401及びS402に入る磁場より強い磁場が補償ループ領域S501及びS502に入ることとなり、小さいループで閉ループ領域S401及びS402に生じる誘導起電力を相殺することができる。また、閉ループ領域S401及びS402に入る磁場の向きと異なる向きの磁場が補償ループ領域S501及びS502に入る場合、配線の交差をゼロ回又は２回にすればよい。
【００３６】
補償ループ領域S501及びS502により閉ループ領域S401及びS402に生じる誘導起電力を補償した場合の磁気センサ出力V0を導出する。補償ループ領域S501及びS502に発生する誘導起電力をVind1c及びVind2cとすると、ホール素子201の出力信号V1=Vh1-Vind1+Vind1c及びホール素子202の出力信号V2=-Vh2+Vind2-Vind2cと表すことができる。従って、横磁場を検出する場合、信号処理回路303は一対のホール素子201及び202のそれぞれの出力信号V1及びV2の差分を算出することで、磁気センサ出力VOは、次式(4)により与えられる。
VO = V1-V2 = (Vh1+Vh2)-(Vind1-Vind1c)-(Vind2-Vind2c)  …(4)
式(4)から分かるように、磁気センサ出力VOにおいて、補償ループ領域S501及びS502に生じる誘導起電力により閉ループ領域S401及びS402に生じる誘導起電力を相殺し、磁気センサ10の応答特性を補償することができる。
【００３７】
さらに、横磁場に縦磁場が重畳されている場合を考える。縦磁場により補償ループ領域S501及びS502に生じる誘導起電力Vind1vc及びVind2vcとすると、ホール素子201の出力信号V1 = (Vh1-Vind1+Vind1c) + (Vh1v-Vind1v+Vind1vc)及びホール素子202の出力信号V2 = (-Vh2+Vind2-Vind2c) + (Vh2v-Vind2v+Vind2vc)と表すことができる。従って、磁気センサ出力VOは、次式(5)により与えられる。
VO = (Vh1+Vh2) - (Vind1-Vind1c) - (Vind2-Vind2c) + (Vh1v-Vh2v) - (Vind1v-Vind1vc) - (Vind2v-Vind2vc)  …(5)
【００３８】
ここで、一対の磁気収束200が幾何学的に対称な形状配置であり、一対のホール素子201及び202及び周辺配線も対称な形状配置であり、補償ループ領域S501及びS502により閉ループ領域S401及びS402に生じる誘導起電力を完全に相殺する場合、Vind1=Vind1c、Vind2=Vind2c、Vind1v=Vind1vc、Vind2v=Vind2vcより、磁気センサ出力VOは次式(6)のように変形される。
VO = 2Vh  …(6)
【００３９】
式(6)より、縦磁場が横磁場に重畳されている場合においても横磁場のみを検出できるとともに、磁気センサ10の応答特性を補償することができることがわかる。また、一対の磁気収束200、一対のホール素子201及び202、及び周辺配線に製造上のアライメントずれ、ホール素子201及び202に非一様な縦磁場が印加する場合においても、磁気センサ10の応答特性の劣化を抑制することができることがわかる。
【００４０】
なお、配線N402及びN404を立体交差するに代えて又は立体交差するとともに、例えば配線N402及びN404の少なくとも一方に、磁場が印加されることによって閉ループ領域S402に生じる誘導起電力と逆方向の誘導起電力を発生する巻線等の補償配線部を設けてもよい。
【００４１】
図６は、変形例に係る磁気センサ11における一対のホール素子201及び202、一対の磁気収束板200、及び一対の補償ループ領域S501及びS502の位置関係を示す。ここで、図６は、上面視において、図２Ａに示した実施形態に係る磁気センサ10における一対のホール素子201及び202及び一対の磁気収束板200とともに図３に示した信号処理系に含まれるホール素子駆動回路305及び信号処理回路303を併せて示す。変形例に係る磁気センサ11では、ホール素子201及び202の全体が磁気収束板200の直下に配置される。その他は、前述の磁気センサ10と同様である。なお、補償ループ領域S501及びS502の配置は、これらに入る磁場の向きが、誘導起電力を補償する対象の閉ループ領域S401及びS402に入る磁場の向きと同じになる配置が望ましい。
【００４２】
ここで、磁気センサ11外から入る熱により構成各部が加熱されると、磁気収束板200及び基板205の熱膨張率の差より、磁気収束板200の端部の極近傍で特に大きな熱応力が発生する。そこで、変形例に係る磁気センサ11では、ホール素子201及び202は、大きな熱応力が発生する磁気収束板200の端部の極近傍から離間する、しかし大強度の縦磁場に変換された磁場が入り得る磁気収束板200の端部の近傍に配置されている。
【００４３】
図７は、第２の変形例に係る磁気センサ12における一対のホール素子201及び202、一対の磁気収束板200、及び一対の補償ループ領域S501及びS502の位置関係を示す。ここで、図７は、上面視において、図２Ａに示した実施形態に係る磁気センサ10における一対のホール素子201及び202及び一対の磁気収束板200とともに図３に示した信号処理系に含まれるホール素子駆動回路305及び信号処理回路303を併せて示す。第２の変形例に係る磁気センサ12では、ホール素子201及び202の全体が磁気収束板200の直下を避けて、上面視において一対の磁気収束板200の間に配置される。その他は、第１の変形例に係る磁気センサ11と同様である。なお、補償ループ領域S501及びS502の配置は、これらに入る磁場の向きが、誘導起電力を補償する対象の閉ループ領域S401及びS402に入る磁場の向きと同じになる配置が望ましい。
【００４４】
図８は、第３の変形例に係る磁気センサ13における二対のホール素子801, 802, 803及び804、一対の磁気収束板200、及び二対の補償ループ領域S811, S812, S813及びS814の位置関係を示す。磁気センサ13は、基板（不図示）、一対の磁気収束板200、二対のホール素子801, 802, 803及び804、及び２つの信号処理回路及びホール素子駆動回路805及び806を備える。
【００４５】
基板（不図示）は、例えばシリコン基板であり、先述の基板205と同様に構成される。
【００４６】
一対の磁気収束板200は、等脚台形状を有し、それぞれの上辺を互いに対向して基板（に含まれる保護層）上の図面左右方向の一側及び他側に配置されている。
【００４７】
二対のホール素子801, 802, 803及び804は、基板上に、ただし表面を配線層により覆われて形成されている。なお、ホール素子801及び803とホール素子802及び804とにおいて、電源端子A及びC及び出力端子B及びDは対象に設けられている。ホール素子801及び803は、図面左側の磁気収束板200の端部、すなわち等脚台形の上辺近傍の図面上側及び下側にそれぞれ配置される。ホール素子802及び804は、図面右側の磁気収束板200の端部、すなわち等脚台形の上辺近傍の図面上側及び下側にそれぞれ配置される。それにより、ホール素子801及び803の端子C及びDを含む半部が図面左側の磁気収束板200に覆われ、ホール素子802及び804の端子C及びDを含む半部が図面右側の磁気収束板200に覆われる。
【００４８】
この二対のホール素子801, 802, 803及び804の一対の磁気収束板200に対する配置及び一対の磁気収束板200の形状により、基板に平行な向きの横磁場は、その磁束が一対の磁気収束板200の底辺からその内に入り、等脚台形の先細りの形状により絞られて磁束密度を上げて磁気収束板200の上辺から出ることで、大強度の縦磁場に変換され、上辺直下のホール素子801, 802, 803及び804によりそれぞれ検出される。
【００４９】
２つの信号処理回路及びホール素子駆動回路805及び806は、ホール素子801, 802, 803及び804の電源端子A及びCに配線を介して接続して、ホール素子を駆動する信号をそれぞれに送信するとともに、ホール素子801, 802, 803及び804の出力端子B及びDに配線を介して接続して、それぞれから出力されるホール起電力（これを含む出力信号）を受信し、加算、減算等の演算をしてその結果を出力する。
【００５０】
ここで、２つの信号処理回路及びホール素子駆動回路805は、配線N801及びN803によりそれぞれホール素子801の電源端子A及びCに、配線N802及びN804によりそれぞれホール素子801の出力端子B及びDに、配線N805及びN807によりそれぞれホール素子802の電源端子A及びCに、配線N806及びN808によりそれぞれホール素子802の出力端子B及びDに、それぞれ接続されている。また、２つの信号処理回路及びホール素子駆動回路806は、配線N809及びN811によりそれぞれホール素子803の電源端子A及びCに、配線N810及びN812によりそれぞれホール素子803の出力端子B及びDに、配線N813及びN815によりそれぞれホール素子804の電源端子A及びCに、配線N814及びN816によりそれぞれホール素子804の出力端子B及びDに、それぞれ接続されている。
【００５１】
配線N802及びN804 (N806及びN808)は、ホール素子801(802)を含んでこれと信号処理回路及びホール素子駆動回路805との間に閉ループ領域S801(S802)を形成するとともに、ホール素子801(802)と信号処理回路及びホール素子駆動回路805との間で基板の深さ方向に互いに離間して基板に平行な方向に１回交差し、この交差と信号処理回路及びホール素子駆動回路805との間で、特に磁気収束板200の角部近傍にこの角部を上面視において内側に含んで補償ループ領域S811(S812)を形成する。ここで、補償ループ領域S811(S812)が占める領域の少なくとも一部は、基板の深さ方向の平面視で磁気収束板200に覆われている。同様に、配線N810及びN812 (N814及びN816)は、ホール素子803(804)を含んでこれと信号処理回路及びホール素子駆動回路806との間に閉ループ領域S803(S804)を形成するとともに、ホール素子803(804)と信号処理回路及びホール素子駆動回路806との間で基板の深さ方向に互いに離間して基板に平行な方向に１回交差し、この交差と信号処理回路及びホール素子駆動回路806との間で、特に磁気収束板200の角部近傍にこの角部を上面視において内側に含んで補償ループ領域S813(S814)を形成する。ここで、補償ループ領域S813(S814)が占める領域の少なくとも一部は、基板の深さ方向の平面視で磁気収束板200に覆われている。
【００５２】
図９は、第３の変形例に係る磁気センサ13において、ホール素子をスピニングカレント動作させる場合の信号処理系の構成を示す。信号処理系は、ホール素子群901、スイッチ回路902、チョッパクロック生成回路904、ホール素子駆動回路305、信号処理回路303、及び増幅器又は比較器304を含む。ここで、ホール素子駆動回路305、信号処理回路303、及び増幅器又は比較器304は先述のそれらと同様に構成され、機能する。
【００５３】
ホール素子群901は、ホール素子801, 802, 803及び804を含む。ホール素子801, 802, 803及び804は、各４つの配線N801-N804, N805-N808, N809-N812及びN813-N816によりスイッチ回路902に接続される。
【００５４】
チョッパクロック生成回路904は、チョッパクロックを生成して、スイッチ回路902、ホール素子駆動回路305、及び信号処理回路303に入力する。
【００５５】
スイッチ回路902は、チョッパクロック生成回路904から入力されるチョッパクロックにより動作して、ホール素子801, 802, 803及び804の電源端子A及びCをホール素子駆動回路305に切り換え接続するとともに、出力端子B及びDを信号処理回路303に切り換え接続することで、いわゆるスピニングカレント動作を行う。
【００５６】
スピニングカレント動作は、ホール素子から出力される出力信号に含まれる素子固有のオフセットの成分を取り除いてホール起電力の信号のみを取り出すのに好適な方法である。スピニングカレント動作においては、スイッチ回路902によりホール素子801, 802, 803及び804のそれぞれに供給する電流の向きを反転して、出力信号を検出する。それにより、出力信号において、オフセットの成分に対するホール起電力の信号の極性が反転する。そこで、電流の向きを反転する前後のそれぞれの出力信号の差分を算出することで、ホール起電力の信号のみを取り出すことができる。
【００５７】
図１０は、第４の変形例に係る磁気センサ14における二対のホール素子801, 802, 803及び804、一対の磁気収束板200、及び二対の補償ループ領域S1011, S1012, S1013及びS1014の位置関係を示す。磁気センサ14は、基板（不図示）、一対の磁気収束板200、二対のホール素子801, 802, 803及び804、及び図９の信号処理系を備え、これによりスピニングカレント動作が可能に構成されている。ただし、図１０には、図９の信号処理系に含まれるスイッチ回路902のみ示されている。スピニングカレント動作において、各ホール素子の電源端子A及びCは出力端子としても機能するため、端子B及びDに接続する配線により形成される閉ループ領域に生じる誘導起電力だけでなく、端子A及びCに接続する配線により形成される閉ループ領域に生じる誘導起電力についても補償する必要がある。従って、第３の変形例に係る磁気センサ13に対して本変形例に係る磁気センサ14は、さらに、ホール素子801, 802, 803及び804の電源端子A及びCに接続する配線N801, N803, N805, N807, N809, N811, N813及びN815にそれぞれ補償ループ領域S1011, S1012, S1013及びS1014が形成される。
【００５８】
ここで、信号処理回路303は、スイッチ回路902を介して、配線N801及びN803によりそれぞれホール素子801の電源端子A及びCに（配線N802及びN804によりそれぞれホール素子801の電源端子B及びDに）、配線N805及びN807によりそれぞれホール素子802の電源端子A及びCに（配線N806及びN808によりそれぞれホール素子802の電源端子B及びDに）、それぞれ接続されている。また、信号処理回路303は、スイッチ回路902を介して、配線N809及びN811によりそれぞれホール素子803の電源端子A及びCに（配線N810及びN812によりそれぞれホール素子803の電源端子B及びDに）、配線N813及びN815によりそれぞれホール素子804の電源端子A及びCに（配線N814及びN816によりそれぞれホール素子804の電源端子B及びDに）、それぞれ接続されている。
【００５９】
配線N801及びN803 (N805及びN807)は、ホール素子801(802)を含んでこれとスイッチ回路902（すなわち、信号処理回路303）との間に閉ループ領域S1001(S1002)を形成するとともに、ホール素子801(802)とスイッチ回路902との間で基板の深さ方向に互いに離間して基板に平行な方向に１回交差し、この交差とスイッチ回路902との間で、特に磁気収束板200の角部近傍にこの角部を上面視において内側に含んで補償ループ領域S1011(S1012)を形成する。ここで、補償ループ領域S1011(S1012)が占める領域の少なくとも一部は、基板の深さ方向の平面視で磁気収束板200に覆われている。また、補償ループ領域S1011(S1012)は、基板の深さ方向の平面視で補償ループ領域S811(S812)に重なっている。同様に、配線N809及びN811 (N813及びN815)は、ホール素子803(804)を含んでこれとスイッチ回路902（すなわち、信号処理回路303）との間に閉ループ領域S1003(S1004)を形成するとともに、ホール素子803(804)とスイッチ回路902との間で基板の深さ方向に互いに離間して基板に平行な方向に１回交差し、この交差とスイッチ回路902との間で、特に磁気収束板200の角部近傍にこの角部を上面視において内側に含んで補償ループ領域S1013(S1014)を形成する。ここで、補償ループ領域S1013(S1014)が占める領域の少なくとも一部は、基板の深さ方向の平面視で磁気収束板200に覆われている。また、補償ループ領域S1013(S1014)は、基板の深さ方向の平面視で補償ループ領域S813(S814)に重なっている。
【００６０】
これにより、スピニングカレント動作によりホール素子801, 802, 803及び804の電源端子A及びCと出力端子B及びDとが切り替えられて端子A及びCからホール素子の出力信号を受信する場合においても、補償ループ領域S1011, S1012, S1013及びS1014に生じる誘導起電力により閉ループ領域S1001, S1002, S1003及びS1004に生じる誘導起電力を相殺することで、常時、磁気センサ14の応答特性を補償することができる。
【００６１】
なお、本変形例に係る磁気センサ14において、スピニングカレント動作に対する補償ループ領域を例示したが、他の実施形態及び変形例においても同様に適用することができる。
本変形例は、インダクタンス成分を相殺することができるため、電源端子A及びCと出力端子B及びDとを切り替える際の電源電圧を早く安定させることができ、ひいては出力電圧を早く安定させることができる。さらに、本変形例は、電源端子A及びCの配線によって形成されるインダクタンス成分を相殺することが可能となり、センサ出力の同相ノイズの低減ができる。
【００６２】
図１１は、第５の変形例に係る磁気センサ15における一対のホール素子201及び202、一対の磁気収束板1100、及び一対の補償ループ領域S501及びS502の位置関係を示す。磁気センサ15は、図５Ａに示した実施形態に係る磁気センサ10に対して、一対の磁気収束板1100の形状を正方形状に変更したものである。なお、補償ループ領域S501及びS502の配置は、これらに入る磁場の向きが、誘導起電力を補償する対象の閉ループ領域S401及びS402に入る磁場の向きと同じになる配置が望ましい。また、本変形例では、磁気収束板200の形状は正方形状としたが、例えば長方形、八角形、円形等、任意の形状であってもよい。
【００６３】
図１２は、第６の変形例に係る磁気センサ16における一対のホール素子201及び202、１つの磁気収束板1200、及び一対の補償ループ領域S501及びS502の位置関係を示す。磁気センサ16は、図１１に示した第５の変形例に係る磁気センサ15に対して、一対の磁気収束板200に代えて１つの磁気収束板1200を使用し、磁気収束板1200の一端部（図面左側の端部）及び他端部（図面右側の端部）近傍にそれぞれホール素子201及び202を、磁気収束板1200の一角部（図面左上の角部）及び別の角部（図面右上の角部）近傍にそれぞれ補償ループ領域S501及びS502を配置したものである。この磁気センサ16により、円磁場又は楕円磁場を検出することが可能になる。
【００６４】
この磁気収束板1200に対するホール素子201及び202の配置により、例えば、ホール素子201には紙面奥から手前に向かって磁場が入り、ホール素子202には紙面手前から奥に向かって磁場が入る。それにより、配線N402及びN404によりホール素子201を含んで形成される閉ループ領域S401には時計周りに誘導起電力が発生するとともに補償ループ領域S501にも時計周りに誘導起電力が生じることで、補償ループ領域S501により閉ループ領域S401に生じる誘導起電力を補償することができる。また、配線N406及びN408によりホール素子202を含んで形成される閉ループ領域S402には反時計周りに誘導起電力が発生するとともに補償ループ領域S502にも反時計周りに誘導起電力が生じることで、補償ループ領域S502により閉ループ領域S402に生じる誘導起電力を補償することができる。
【００６５】
図１３は、第７の変形例に係る磁気センサ17における二対のホール素子1301, 1302, 1303及び1304、一対の磁気収束板1300、及び二対の補償ループ領域S1311, S1312, S1313及びS1314の位置関係を示す。磁気センサ17は、基板（不図示）、一対の磁気収束板1300、二対のホール素子1301, 1302, 1303及び1304、ホール素子駆動回路305、及び信号処理回路303を備える。磁気センサ17は、図８に示した第３の変形例に係る磁気センサ13に対して、一対の磁気収束板200に代えて矩形状の一対の磁気収束板1300を使用し、図１２に示した第６の変形例に係る磁気センサ16と同様に一対の磁気収束板1300のそれぞれの一端部（図面左側の端部）及び他端部（図面右側の端部）近傍にホール素子1301, 1302, 1303及び1304を、一対の磁気収束板1300のそれぞれの一角部（図面左上の角部）及び別の角部（図面右上の角部）近傍に補償ループ領域S1311, S1312, S1313, S1314を配置したものである。また、換言すると、磁気センサ17は、図１２に示した第６の変形例に係る磁気センサ16における一対のホール素子、１つの磁気収束板、及び一対の補償ループ領域を２組設けたものに相当する。この磁気センサ17により、円磁場又は楕円磁場を検出することが可能になる。
【００６６】
一対の磁気収束板1300は、正方形状を有し、それぞれの一辺を互いに対向して基板（に含まれる保護層）上の図面左右方向の一側及び他側に配置されている。
【００６７】
二対のホール素子1301, 1302, 1303及び1304は、基板上に、ただし表面を配線層により覆われて形成されている。なお、ホール素子1301及び1304とホール素子1302及び1303とのそれぞれにおいて、電源端子A及びC及び出力端子B及びDは対象に設けられている。ホール素子1301及び1302は、図面左側の磁気収束板1300の左端部及び右端部にそれぞれ配置される。ホール素子1303及び1304は、図面右側の磁気収束板1300の左端部及び右端部にそれぞれ配置される。それにより、ホール素子1301及び1302の端子A及びBを含む半部が図面左側の磁気収束板1300に覆われ、ホール素子1303及び1304の端子A及びBを含む半部が図面右側の磁気収束板1300に覆われる。
【００６８】
ホール素子駆動回路305は、ホール素子1301, 1302, 1303及び1304の電源端子A及びCに配線を介して接続して、ホール素子を駆動する信号をそれぞれに送信する。ここで、ホール素子駆動回路305は、配線N1301及びN1303によりそれぞれホール素子1301の電源端子A及びCに、配線N1305及びN1307によりそれぞれホール素子1302の電源端子A及びCに、配線N1309及びN1311によりそれぞれホール素子1303の電源端子A及びCに、配線N1313及びN1315によりそれぞれホール素子1304の電源端子A及びCに、それぞれ接続されている。
【００６９】
信号処理回路303は、ホール素子1301, 1302, 1303及び1304の出力端子B及びDに配線を介して接続して、それぞれから出力されるホール起電力（これを含む出力信号）を受信し、加算、減算等の演算をしてその結果を出力する。ここで、信号処理回路303は、配線N1302及びN1304によりそれぞれホール素子1301の出力端子B及びDに、配線N1306及びN1308によりそれぞれホール素子1302の出力端子B及びDに、配線N1310及びN1312によりそれぞれホール素子1303の出力端子B及びDに、配線N1314及びN1316によりそれぞれホール素子1304の出力端子B及びDに、それぞれ接続されている。
【００７０】
配線N1302及びN1304 (N1306及びN1308)は、ホール素子1301(1302)を含んでこれと信号処理回路303との間に閉ループ領域S1301(S1302)を形成するとともに、ホール素子1301(1302)と信号処理回路303との間で基板の深さ方向に互いに離間して基板に平行な方向に１回交差し、この交差と信号処理回路303との間で、特に図面左側の磁気収束板1300の左角部（右角部）近傍にこれを上面視において内側に含んで補償ループ領域S1311(S1312)を形成する。ここで、補償ループ領域S1311(S1312)が占める領域の少なくとも一部は、基板の深さ方向の平面視で磁気収束板1300に覆われている。同様に、配線N1310及びN1312 (N1314及びN1316)は、ホール素子1303(1304)を含んでこれと信号処理回路303との間に閉ループ領域S1303(S1304)を形成するとともに、ホール素子1303(1304)と信号処理回路303との間で基板の深さ方向に互いに離間して基板に平行な方向に１回交差し、この交差と信号処理回路303との間で、特に図面右側の磁気収束板1300の左角部（右角部）近傍にこれを上面視において内側に含んで補償ループ領域S1313(S1314)を形成する。ここで、補償ループ領域S1313(S1314)が占める領域の少なくとも一部は、基板の深さ方向の平面視で磁気収束板200に覆われている。
【００７１】
この一対の磁気収束板1300に対する二対のホール素子1301, 1302, 1303及び1304の配置により、例えば、図面左側の磁気収束板1300の左端部近傍においてホール素子1301には紙面奥から手前に向かって磁場が入り、図面左側の磁気収束板1300の右端部近傍においてホール素子1302には紙面手前から奥に向かって磁場が入り、図面右側の磁気収束板1300の左端部近傍においてホール素子1303には紙面奥から手前に向かって磁場が入り、図面右側の磁気収束板1300の右端部近傍においてホール素子1304には紙面手前から奥に向かって磁場が入る。
【００７２】
それにより、配線N1302及びN1304によりホール素子1301を含んで形成される閉ループ領域S1301に時計周りに誘導起電力が発生するとともに補償ループ領域S1311にも時計周りに誘導起電力が生じることで、補償ループ領域S1311により閉ループ領域S1301に生じる誘導起電力を補償することができる。また、配線N1306及びN1308によりホール素子1302を含んで形成される閉ループ領域S1302に反時計周りに誘導起電力が発生するとともに補償ループ領域S1312にも反時計周りに誘導起電力が生じることで、補償ループ領域S1312により閉ループ領域S1302に生じる誘導起電力を補償することができる。同様に、配線N1310及びN1312によりホール素子1303を含んで形成される閉ループ領域S1303に時計周りに誘導起電力が発生するとともに補償ループ領域S1313にも時計周りに誘導起電力が生じることで、補償ループ領域S1313により閉ループ領域S1303に生じる誘導起電力を補償することができる。また、配線N1314及びN1316によりホール素子1304を含んで形成される閉ループ領域S1304に反時計周りに誘導起電力が発生するとともに補償ループ領域S1314にも反時計周りに誘導起電力が生じることで、補償ループ領域S1314により閉ループ領域S1304に生じる誘導起電力を補償することができる。
【００７３】
なお、本変形例では、一対の磁気収束板及び二対のホール素子についての配置例を示したが、第４の変形例に係る磁気センサ14に適用したスピニングカレント動作を適用することも可能である。また、先述の実施形態及び変形例において説明した磁気収束板の形状、ホール素子及び補償ループ領域の配置等は任意に組み合わせることも可能である。
【００７４】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
【００７５】
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００７６】
10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17…磁気センサ、100, 201, 202, 801, 802, 803, 804, 1301, 1302, 1303, 1304…対称型ホール素子、101, 102, 103, 104…ホール素子端子、105…感磁部、200, 1100, 1200, 1300…磁気収束板、203…保護膜、204…配線層、205…基板、303…信号処理回路、304…演算増幅器、305…ホール素子駆動回路、N401, N402, N403, N404, N405, N406, N407, N408, N801, N802, N803, N804, N805, N806, N807, N808, N809, N810, N811, N812, N813, N814, N815, N816, N1301, N1302, N1303, N1304, N1305, N1306, N1307, N1308, N1309, N1310, N1311, N1312, N1313, N1314, N1315, N1316…配線、805, 806…信号処理回路及びホール素子駆動回路、901…ホール素子群、902…スイッチ回路、904…チョッパクロック生成回路、S401, S402, S801, S802, S803, S804, S1001, S1002, S1003, S1004, S1301, S1302, S1303, S1304…閉ループ領域、S501, S502, S811, S812, S813, S814, S1011, S1012, S1013, S1014, S1311, S1312, S1313, S1314…補償ループ領域。
【図１】
2017099156.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成29年7月19日(2017.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気収束板と、
前記磁気収束板の一面側に配される磁電変換素子と、
前記磁電変換素子に接続する少なくとも２つの配線と、
前記少なくとも２つの配線に接続して、前記磁電変換素子からの信号を受信する回路と、を備え、
前記少なくとも２つの配線は、前記磁電変換素子と前記回路との間において、前記磁気収束板の前記一面と垂直な方向に互いに離間して交差し、前記少なくとも２つの配線の交差と前記回路との間で補償ループを形成し、
前記補償ループが占める領域の少なくとも一部は、前記磁気収束板の前記一面と垂直な方向の平面視で、前記磁気収束板に覆われる、磁気センサ。
【請求項２】
前記補償ループが占める領域の少なくとも一部は、前記磁気収束板の角部の前記一面側に配される、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記補償ループは、前記磁電変換素子と前記少なくとも２つの配線の交差との間で前記少なくとも２つの配線に生じる誘導起電力を相殺する、請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記磁電変換素子の少なくとも一部は、前記磁気収束板の前記一面と垂直な方向の平面視で、前記磁気収束板に覆われる、請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記磁気収束板から離間して配される別の磁気収束板と、
前記別の磁気収束板の一面側に配される別の磁電変換素子と、
前記別の磁電変換素子に接続する少なくとも２つの別の配線と、をさらに備え、
前記回路は、さらに、前記２つの別の配線に接続して、前記別の磁電変換素子からの信号を受信し、
前記２つの別の配線は、前記別の磁電変換素子と前記回路との間で前記別の磁気収束板の一面に交差する方向に離間して前記別の磁気収束板の一面に平行な方向に交差し、前記２つの別の配線の交差と前記回路との間で別の補償ループを形成し、
前記磁気収束板、前記磁電変換素子、及び前記補償ループと前記別の磁気収束部、前記別の磁電変換素子、及び前記別の補償ループとは前記磁気収束板の一面に平行な方向に関して対称に配置される、請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記回路は、前記磁電変換素子及び前記別の磁電変換素子のそれぞれの出力信号の差分を算出する、請求項５に記載の磁気センサ。
【請求項７】
基板上に形成される磁気収束板と、
前記基板に形成される不純物拡散層と、
前記不純物拡散層に接続する第１〜第４の端子と、
前記第１の端子に接続する第１配線と、
前記第１の端子と対向して配置される第３の端子に接続する第３配線と、
前記第２の端子に接続する第２配線と、
前記第２の端子と対向して配置される第４の端子に接続する第４配線と、を備え、
前記第１及び第３配線は、前記基板と垂直な方向に互いに離間して交差し、該交差してから第１配線ループを形成し、前記第１配線ループが占める領域の少なくとも一部は、前記基板と垂直な方向の平面視で、前記磁気収束板に覆われる、磁気センサ。
【請求項８】
前記第２及び第４配線は、前記基板と垂直な方向に互いに離間して交差し、該交差してから第２配線ループを形成し、前記第２配線ループが占める領域の少なくとも一部は、前記基板と垂直な方向の平面視で、前記磁気収束板に覆われる、請求項７に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記第１及び第２配線ループがそれぞれ占める領域は、前記基板と垂直な方向について少なくとも部分的に重なる、請求項８に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記第１から第４配線に接続するスイッチをさらに備え、
前記第１配線ループは、前記第１及び第３配線の交差と前記スイッチとの間で形成され、
前記第２配線ループは、前記第２及び第４配線の交差と前記スイッチとの間で形成される、請求項８又は９に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記不純物拡散層は、磁電変換素子である、請求項８から１０のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
前記第の１端子及び前記第２の端子は互いに対向し、前記第３の端子及び前記第４の端子は互いに対向する、請求項７から１１のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記第１〜第４の端子と前記第１〜第４配線とは、前記基板に集積化されている、請求項７から１２のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記第１及び第３の端子が電源端子であり前記第２及び第４の端子が出力端子である第１状態と、前記第１及び第３の端子が出力端子であり前記第２及び第４の端子が電源端子である第２状態とが交互に切り替わる、請求項７から１３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
本明細書によれば、以下の各項目に記載の構成もまた開示される。
［項目１］
磁気収束板と、
前記磁気収束板の一面側に配される磁電変換素子と、
前記磁電変換素子に接続する少なくとも２つの配線と、
前記少なくとも２つの配線に接続して、前記磁電変換素子からの信号を受信する回路と、を備え、
前記少なくとも２つの配線は、前記磁電変換素子と前記回路との間において、前記磁気収束板の前記一面と垂直な方向に互いに離間して交差し、前記少なくとも２つの配線の交差と前記回路との間で補償ループを形成し、
前記補償ループが占める領域の少なくとも一部は、前記磁気収束板の前記一面と垂直な方向の平面視で、前記磁気収束板に覆われる、磁気センサ。
［項目２］
前記補償ループが占める領域の少なくとも一部は、前記磁気収束板の角部の前記一面側に配される、項目１に記載の磁気センサ。
［項目３］
前記補償ループは、前記磁電変換素子と前記少なくとも２つの配線の交差との間で前記少なくとも２つの配線に生じる誘導起電力を相殺する、項目１又は２に記載の磁気センサ。
［項目４］
前記磁電変換素子の少なくとも一部は、前記磁気収束板の前記一面と垂直な方向の平面視で、前記磁気収束板に覆われる、項目１から３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
［項目５］
前記磁気収束板から離間して配される別の磁気収束板と、
前記別の磁気収束板の一面側に配される別の磁電変換素子と、
前記別の磁電変換素子に接続する少なくとも２つの別の配線と、をさらに備え、
前記回路は、さらに、前記２つの別の配線に接続して、前記別の磁電変換素子からの信号を受信し、
前記２つの別の配線は、前記別の磁電変換素子と前記回路との間で前記別の磁気収束板の一面に交差する方向に離間して前記別の磁気収束板の一面に平行な方向に交差し、前記２つの別の配線の交差と前記回路との間で別の補償ループを形成し、
前記磁気収束板、前記磁電変換素子、及び前記補償ループと前記別の磁気収束部、前記別の磁電変換素子、及び前記別の補償ループとは前記磁気収束板の一面に平行な方向に関して対称に配置される、項目１から４のいずれか一項に記載の磁気センサ。
［項目６］
前記回路は、前記磁電変換素子及び前記別の磁電変換素子のそれぞれの出力信号の差分を算出する、項目５に記載の磁気センサ。
［項目７］
基板上に形成される磁気収束板と、
前記基板に形成される不純物拡散層と、
前記不純物拡散層に接続する第１〜第４の端子と、
前記第１の端子に接続する第１配線と、
前記第１の端子と対向して配置される第３の端子に接続する第３配線と、
前記第２の端子に接続する第２配線と、
前記第２の端子と対向して配置される第４の端子に接続する第４配線と、を備え、
前記第１及び第３配線は、前記基板と垂直な方向に互いに離間して交差し、該交差してから第１配線ループを形成し、前記第１配線ループが占める領域の少なくとも一部は、前記基板と垂直な方向の平面視で、前記磁気収束板に覆われる、磁気センサ。
［項目８］
前記第２及び第４配線は、前記基板と垂直な方向に互いに離間して交差し、該交差してから第２配線ループを形成し、前記第２配線ループが占める領域の少なくとも一部は、前記基板と垂直な方向の平面視で、前記磁気収束板に覆われる、項目７に記載の磁気センサ。
［項目９］
前記第１及び第２配線ループがそれぞれ占める領域は、前記基板と垂直な方向について少なくとも部分的に重なる、項目８に記載の磁気センサ。
［項目１０］
前記第１から第４配線に接続するスイッチをさらに備え、
前記第１配線ループは、前記第１及び第３配線の交差と前記スイッチとの間で形成され、
前記第２配線ループは、前記第２及び第４配線の交差と前記スイッチとの間で形成される、項目８又は９に記載の磁気センサ。
［項目１１］
前記不純物拡散層は、磁電変換素子である、項目８から１０のいずれか一項に記載の磁気センサ。
［項目１２］
前記第の１端子及び前記第２の端子は互いに対向し、前記第３の端子及び前記第４の端子は互いに対向する、項目７から１１のいずれか一項に記載の磁気センサ。
［項目１３］
前記第１〜第４の端子と前記第１〜第４配線とは、前記基板に集積化されている、項目７から１２のいずれか一項に記載の磁気センサ。
［項目１４］
前記第１及び第３の端子が電源端子であり前記第２及び第４の端子が出力端子である第１状態と、前記第１及び第３の端子が出力端子であり前記第２及び第４の端子が電源端子である第２状態とが交互に切り替わる、項目７から１３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
［項目１５］
磁電変換素子と、
前記磁電変換素子に接続される回路と、
前記磁電変換素子及び前記回路を接続する配線ペアと、を備え、
前記配線ペアは、前記磁電変換素子及び前記磁電変換素子に接続される一部分の配線を含むループ配線部に磁場が印加されることによって発生する誘導起電力と逆方向の誘導起電力を発生する配線部分である補償配線部を有する、磁気センサ。
［項目１６］
前記配線ペアは、経路において２つの配線が立体交差し、
前記ループ配線部は、前記立体交差よりも前記磁電変換素子側に位置し、
前記補償配線部は、前記立体交差よりも前記回路側に位置する、項目１５に記載の磁気センサ。
【国際調査報告】
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