(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のホールＩＣを組合せて、位置ａxy（ｘ＝１〜ｍ、ｙ＝１〜ｎ）の磁束密度を測定する多点磁界測定装置において、
ｍ×ｎに配置された複数のホールＩＣと、
前記ｍ×ｎに配置された位置ａxyのｙ毎に共通となるｎ個の配線に分かれた入力配線に接続されている前記ホールＩＣのそれぞれの入力端子と、
前記ｍ×ｎに配置された位置ａxyのｘ毎に共通となるｍ個の配線に分かれた出力配線に接続されている前記ホールＩＣのそれぞれの出力端子と、
前記入力配線を介して時間分割により前記入力端子に入力電圧を順次掃引印加し、前記出力配線を介して前記入力電圧の掃引印加と同期して前記出力端子からの出力電圧を得るデータ処理手段と
を有することを特徴とする多点磁界測定装置。
【請求項２】
前記複数のホールＩＣがそれぞれホール素子の出力電圧を設定された閾値に対応したＴＴＬレベルの出力に変換する機能を有するホールＩＣであることを特徴とする請求項１に記載の多点磁界測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気センサＩＣを多数個組合せて多点の磁界測定を行う装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気センサとＩＣを単一パッケージ化し、またはモジュール化した磁気センサＩＣを多数個組合せて多点の磁界測定を行う装置は、測定対象物の稼動部の磁石と組み合わせることで測定対象物の位置状態を検出する装置となることから、織機等をはじめとする産業機器や自動車、家電製品の各種位置検出、ブラインドシャッター開閉検知等のホームオートメーション、窓割れ検知等のホームセキュリティー等で広く利用されている。従来、磁気センサーＩＣは測定点毎に測定点の数だけ配置されていた。図６に従来の多点磁界測定装置の構成を示す。位置ａ１１〜ａｍｎに配置された複数の磁気センサーＩＣ１はそれぞれ入力端子２、出力端子３および接地端子４を有し、ａ１１〜ａｍ１、・・・ａ１ｎ〜ａｍｎの磁気センサーＩＣの入力端子２は共通の入力配線５に接続されてデータ処理装置８から入力電圧を印加され、接地端子４も共通の接地配線７に接続されている。しかし、磁気センサーＩＣの出力は各ＩＣ毎に出力配線６を引き回して各種演算機能を有するデータ処理装置８に集められて処理されることで、各測定点の磁界測定あるいは位置状態検出が行われている。配線の数はｍ×ｎ＋２となる。しかし、最近ではこれらの磁界測定が必要な装置は省エネルギあるいは最適制御の指向から大型化・複雑化しており、磁界測定が必要な測定点の数も著しく増大してきている。これに伴い、磁気センサーＩＣ毎にデータ処理装置まで引き回される磁気センサーＩＣの出力の配線の数も増大してきており、自動車等で問題となる重量増以外にも、配線の複雑化による装置の信頼性の低下や装置組み立て上のコストの増加等の問題が顕著になってきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、磁気センサーＩＣを多数個組合せて多点の磁界測定を行う装置において、前述のように測定点の数だけ必要となっていた磁気センサーＩＣ毎にデータ処理装置まで引き回される磁気センサーＩＣの出力の配線数を減らし、それによって、測定点の数の増大に伴って問題となってきていた配線の複雑化による装置の信頼性の低下および装置組立上のコスト高などの問題を解決した簡単な構成の多点磁界測定装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明による多点磁界測定装置は、複数のホールＩＣを組合せて、位置ａxy（ｘ＝１〜ｍ、ｙ＝１〜ｎ）の磁束密度を測定する多点磁界測定装置において、ｍ×ｎに配置された複数のホールＩＣと、前記ｍ×ｎに配置された位置ａxyのｙ毎に共通となるｎ個の配線に分かれた入力配線に接続されている前記ホールＩＣのそれぞれの入力端子と、前記ｍ×ｎに配置された位置ａxyのｘ毎に共通となるｍ個の配線に分かれた出力配線に接続されている前記ホールＩＣのそれぞれの出力端子と、前記入力配線を介して時間分割により前記入力端子に入力電圧を順次掃引印加し、前記出力配線を介して前記入力電圧の掃引印加と同期して前記出力端子からの出力電圧を得るデータ処理手段とを有することを特徴とする。
【０００５】
また、複数のホールＩＣがそれぞれホール素子の出力電圧を設定された閾値に対応したＴＴＬレベルの出力に変換する機能を有するホールＩＣであることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の多点磁界測定装置について、実施例を示す図１を参照して説明する。
【０００７】
測定位置ａｘｙ（ａ１１〜ａｍ１・・・ａ１ｎ〜ａｍｎ）に電源入力端子２、出力端子３、接地端子４を有する３端子構成の磁気センサーＩＣ１が配置されている。同じｙの値を有する位置ａｘｙのｘ＝１〜ｍの磁気センサーＩＣの入力端子、すなわち、ａ１１〜ａｍ１の磁気センサーＩＣ１の入力端子２、ａ１２〜ａｍ２の磁気センサーＩＣ１の入力端子２、・・・ａ１ｎ〜ａｍｎの磁気センサーＩＣ１の入力端子２、はそれぞれｘ＝１〜ｍ毎に共通となるｎ個の配線に分かれた入力配線５に接続され、同様に、同じｘの値を有する位置ａｘｙのｙ＝１〜ｎの磁気センサーＩＣの出力端子、すなわち、ａ１１〜ａ１ｎの磁気センサーＩＣ１の出力端子３、ａ２１〜ａ２ｎの磁気センサーＩＣ１の出力端子３、・・・ａｎ１〜ａｍｎの磁気センサーＩＣ１の出力端子３、はそれぞれｙ＝１〜ｎ毎に共通となるｍ個の配線に分かれた出力配線６に接続され、全ての磁気センサーＩＣ１の接地端子４は共通の接地配線７に接続されている。各測定点から引き回される（ｍ＋ｎ＋１）本の配線は演算機能を有するデータ処理装置８に接続されている。
【０００８】
演算機能を有するデータ処理装置８は、図２に示すように位置ａｘｙのｘ＝１〜ｍ毎に共通となるｎ個に分かれた入力配線を通して、時間分割により、ｙ＝１の位置のｍ個の磁気センサーＩＣの入力端子、ｙ＝２の位置のｍ個の磁気センサーＩＣの入力端子、・・・ｙ＝ｎの位置のｍ個の磁気センサーＩＣの入力端子に入力電圧Ｖｃｃを順次掃引印加し、一方、図３に示すように、入力電圧の印加と同期して、位置ａｘｙのｙ＝１〜ｎ毎に共通となるｍ個に分かれた出力配線から順次磁気センサーＩＣの出力信号Ｖｏｕｔを受け取り、判定する。以上のような構成によって本発明の多点磁界測定装置は測定点ａｘｙの全ての磁界の測定を時間分割により行うことができる。入力端子および出力端子の結線を替えて、各入力端子をそれぞれ位置ａｘｙのｙ＝１〜ｎ毎に共通となるｍ個の配線に分かれた入力配線５に接続し、各出力端子をそれぞれ位置ａｘｙのｘ＝１〜ｍ毎に共通となるｎ個の配線に分かれた出力配線６に接続しても同等である。
【０００９】
ここで注意すべきことは、位置ａｘｙのｘおよびｙは、単に２次元平面における直交座標上の位置を示すものではないことである。位置ａｘｙによって、曲面上の位置でも、あるいは斜交座標上の位置を示すことも可能であるし、一次元座標上の位置を示すことも可能である。ｘおよびｙは磁気センサーＩＣのグループ化のために用いられると考えてもよい。図４に直線上の９箇所の位置ｘ１１〜ｘ３３に磁気センサーＩＣを配置した場合の構成を示す。位置ｘ１１、ｘ２１、ｘ３１に配置された磁気センサーＩＣの入力端子、位置ｘ１２、ｘ２２、ｘ３２に配置された磁気センサーＩＣの入力端子および位置ｘ１３、ｘ２３、ｘ３３に配置された磁気センサーＩＣの入力端子が、共通の３個の配線に分かれた入力配線のそれぞれに接続されている。一方、位置ｘ１１、ｘ１２、ｘ１３に配置された磁気センサーＩＣの入力端子、位置ｘ２１、ｘ２２、ｘ２３に配置された磁気センサーＩＣの入力端子および位置ｘ３１、ｘ３２、ｘ３３に配置された磁気センサーＩＣの出力端子が、共通の３個の配線に分かれた出力配線のそれぞれに接続されている。
【００１０】
図１に示したように、位置ａｘｙのｘ＝１〜ｍ毎に共通となるｎ個の配線に分かれた入力配線を介して時間分割によりｙ＝１の磁気センサーＩＣからｙ＝ｎの磁気センサーＩＣまで順次掃引して電圧を印加する掃引速度は、多点磁界測定装置に要求される時間分解能で設定されれば良いが、掃引速度は速いほど良いので、磁気センサーＩＣが追従できる限界近くに設定することは可能である。
【００１１】
本発明の多点磁界測定装置においては、位置ａｘｙのｙ＝１〜ｎ毎に共通となるｍ個の各出力配線の末端に、ｎ個の磁気センサーＩＣの出力信号を安定的に得ることを目的としたバッファ回路を設けることも好ましく行われる。
【００１２】
本発明の多点磁界測定装置に用いられる磁気センサーＩＣは、磁気センサーの出力電圧を設定された閾値に対応したＴＴＬレベルの出力に変換する機能を有するものがよく、そのような磁気センサーＩＣであれば、図１に示したような単一パッケージのものでも、いくつかの部品によって構成されたモジュールのようなものでもよい。特に、簡単な構成の多点磁界測定装置になるという点からは単一パッケージのものが最適である。また、磁気センサーＩＣで用いられる磁気センサーは、磁界の測定ができるものであれば、ホール素子、半導体磁気抵抗素子、強磁性体磁気抵抗素子、コイル等何でも良いが、静磁界の測定が可能という点からはホール素子、半導体磁気抵抗素子、強磁性体磁気抵抗素子がより好ましく、その中でも磁気センサーとして広く用いられているホール素子はコストの点からは最適である。さらに、磁気センサーＩＣとしてホール素子を用いたＩＣを使用する場合には、ホール素子はＩｎＳｂホール素子、ＩｎＡｓホール素子、ＧａＡｓホール素子、Ｓｉホール素子のいずれをも用いることができる。特に、高感度の磁界測定が可能という点からはＩｎＳｂホール素子が最適である。
【００１３】
【実施例】
以下に本発明の多点磁界測定装置を実施例を用いて詳細に説明するが、本発明は本実施例のみに限定されるものではない。
【００１４】
磁気センサーＩＣとして、高感度のＩｎＳｂホール素子とＩＣをハイブリッド構造により単一パッケージに組み込んだ３端子構成のホールＩＣを用いて、図１に示すような５×６のホールＩＣアレイを作製した。位置ａｘｙのｘ＝１〜５毎に共通となる６個の配線に分かれた入力配線、位置ａｘｙのｙ＝１〜６毎に共通となる５個の配線に分かれた出力配線、接地配線をデータ処理装置に接続した。ホールＩＣは図５に示すような片側磁界動作タイプの素子を用い、電源電圧Ｖｃｃは５Ｖに設定、出力が約０Ｖのローレベルになる閾値の磁束密度Ｂｏｐは２０ｍＴ、出力が約５Ｖのハイレベルになる閾値の磁束密度Ｂｒｐは１５ｍＴのものを使用した。５×６のホールＩＣアレイ中の測定点ａ１１の１素子のみに磁石を貼り付けて、出力が約０Ｖの閾値の磁束密度Ｂｏｐである２０ｍＴより大きい磁界を加えた状態にした。この状態で位置ａｘｙのｘ＝１〜５毎に共通となる６個の配線に分かれた入力配線に時間分割により掃引印加される電源電圧Ｖｃｃの掃引速度を変えて、データ処理により磁界の状態を判定できるかどうかについて確認した。その結果、掃引速度を５０ｋＨｚまで上げても、電源電圧Ｖｃｃがａｘ１の入力配線に印加されているときにのみ、ａ１ｙの出力配線からの出力がローレベルである約０Ｖとして判定できることが確認できた。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多点磁界測定装置は、測定点の数だけ必要であるホールＩＣの配線の数を従来例に比べて大幅に減少することができる。具体的には、ｍ×ｎのホールＩＣアレイに対して、従来は最低でもｍ×ｎ＋２個の配線が必要であった配線数をｍ＋ｎ＋１に減らすことができた。この効果は測定点の数が増えるほど顕著になることは言うまでもない。ホールＩＣを多数個組み合わせて多点の磁界測定を行う装置は、被測定対象物稼動部の磁石と組み合わせた位置状態検知装置として広く利用されてきている。最近ではこれらの装置は省エネルギ、最適制御の指向から大型化、複雑化しており、磁界測定が必要な測定点の数も著しく増大する傾向にある。本発明の多点磁界測定装置は、ホールＩＣ毎にデータ処理装置まで引き回されるホールＩＣの出力配線の数を減らし、その結果、配線の複雑化による装置の信頼性の低下や装置組立上のコストの増加などの問題を解決したものであり、革新的に簡単な構成で高い量産性を実現したものである。今後、各種の機器、装置が高機能化かつ複雑化し、そのために磁界測定が必要とされる測定点の数もさらに増えると思われる幅広い用途において利用することができるので、本発明の工業的な利点は大きく、はかりしれない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多点磁界測定装置の一例の構成を示す図である。
【図２】本発明の多点磁界測定装置で用いられる入力電圧の掃引印加を説明する図である。
【図３】本発明の多点磁界測定装置で用いられる磁界の有無の判定法を説明する図である。
【図４】本発明の多点磁界測定装置の他の例の構成を示す図である。
【図５】本発明の多点磁界測定装置の実施例において、磁気センサーＩＣとして使用したホールＩＣの動作を示す図である。
【図６】従来の多点磁界測定装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  磁気センサーＩＣ
２  磁気センサーＩＣの入力端子
３  磁気センサーＩＣの出力端子
４  磁気センサーＩＣの接地端子
５  入力配線
６  出力配線
７  接地配線
８  データ処理装置
ａｘｙ  測定点の位置
【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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