(57)【要約】  本発明の磁気検出装置は、第１軸方向に延びる軟磁性材からなり第１軸方向の外部磁場に感応する少なくとも一対の第１感磁体と、第１軸方向とは異なる他軸方向の外部磁場を第１軸方向の成分をもつ測定磁場へ変向して少なくとも一対の第１感磁体により感応させ得る軟磁性材からなる磁場変向体とを備えていることを特徴とする。この磁気検出装置によれば、第１感磁体を介して他軸方向の外部磁場も検出できる。その結果、高精度な磁気検出を可能としつつ、他軸方向に長くなる感磁体を省略して磁気検出装置の小型化または薄型化が図られる。
2010110456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸方向に延びる軟磁性材からなり該第１軸方向の外部磁場に感応する少なくとも一対の第１感磁体と、
該第１軸方向とは異なる他軸方向の外部磁場を該第１軸方向の成分をもつ測定磁場へ変向して少なくとも一対の前記第１感磁体により感応させ得る軟磁性材からなる磁場変向体とを備えてなり、
該第１感磁体を介して該他軸方向の外部磁場を検出し得ることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項２】
前記一対の第１感磁体は、共に前記第１軸線上に配置されている請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項３】
前記一対の第１感磁体は、特定点に関して点対称に存在しており、
前記磁場変向体は、該特定点に関して点対称に存在している請求項１または２に記載の磁気検出装置。
【請求項４】
前記第１感磁体が配置される感磁層と、
該第１感磁体の駆動回路が配置される回路層とを有し、
該感磁層と該回路層は積層させており、該第１感磁体と該駆動回路は該感磁層と該回路層との積層間を通じて電気的に接続させている請求項１〜３のいずれかに記載の磁気検出装置。
【請求項５】
さらに前記一対の第１感磁体とは異なる検出素子が配置された少なくとも一以上の検出層を有し、
該検出層は前記感磁層または前記回路層に積層されている請求項４に記載の磁気検出装置。
【請求項６】
さらに、第２軸方向に延びる軟磁性材からなり該第２軸方向の外部磁場に感応する少なくとも一対の第２感磁体を備え、
前記磁場変向体は、前記第１軸方向および該第２軸方向とは異なる他軸方向の外部磁場を該第１軸方向の成分および／または該第２軸方向の成分をもつ測定磁場へ変向して少なくとも一対の前記第１感磁体および／または前記第２感磁体により感応させ得る請求項１〜５のいずれかに記載の磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方位センサなどに用いられ、ＭＩ素子により磁気を検出する磁気検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より方位等を知るために磁気測定がなされている。例えば、電子コンパスなどでは、正確な方位を知るために３次元の磁気ベクトルが測定されている。この際、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向の磁気ベクトルを個別に測定する磁気センサが必要とされていた。【０００３】
このような磁気センサには、ホール素子、ＭＲ素子等が用いられる。もっとも近年、そのような従来の素子とは構造や原理が全く異なり、桁違いの高感度を有するマグネト・インピーダンス素子（Magneto-Impedance element：適宜「ＭＩ素子」という。）が注目されている。【０００４】
ＭＩ素子は、アモルファスワイヤ等の感磁体に高周波のパルス電流等を流すと、表皮効果によりそのインピーダンスが磁場に応じて変化するマグネト・インピーダンス効果（「ＭＩ効果」という。）を利用したものである。そのインピーダンス変化を測定したり、そのＭＩ効果の起源となる感磁体に生じる磁束量の変化を測定することにより、外部磁場等の磁気検出が可能となる。ちなみにインピーダンスの変化は直接測定されるが、磁束量の変化は感磁体の周囲に捲回した検出コイル（ピックアップコイル）等で測定される。このようなＭＩ素子はＭＩセンサとして、既に各種機器の電子コンパス等に利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２００５／００８２６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
（１）ところで従来、ＭＩ素子を用いて３次元の磁気ベクトルを求める場合、検出する磁気ベクトルの方向ごとに個別のＭＩ素子が用いられていた。例えば、特許文献１（ＷＯ２００５／００８２６８号公報）は、図１５に示すように、３次元の磁気ベクトルを求めるために、基板１０００上に載置した３つのＭＩ素子１０１、１０２、１０３を用いている。具体的には、基板平面（Ｘ−Ｙ平面）上で互いに直交して載置されたＸ軸用ＭＩ素子１０１およびＹ軸用ＭＩ素子１０２と、その基板平面に垂直に載置されたＺ軸用ＭＩ素子１０３である。【０００７】
ＭＩ素子は、通常、アモルファスワイヤや薄膜などからなり、一軸方向にある程度の長さ延在する感磁体からなる。この感磁体は、延在する軸方向の磁場成分を検出するが、感磁体に垂直な方向の磁場成分の検出は出来ない。このため、基板に垂直な方向のＺ軸方向の磁場を検出するには、その方向に細長く延在する感磁体を設ける必要があった。すなわち基板に垂直に立設されたＺ軸用ＭＩ素子が必要とされた。このためＭＩ素子を用いた従来の三次元磁場検出装置の高さはＺ軸用ＭＩ素子の長さによりほぼ決まっていた。ここでＺ軸方向の高さを抑制するために、感磁体の長さをあまり短くすると、磁気の検出能力が低下し高感度な磁気検出が困難となる。このような理由から、ＭＩ素子を用いた三次元磁気検出装置のＺ軸方向の小型化、薄型化は困難と考えられていた。【０００８】
（２）また図１５に示すような従来の三次元磁気検出装置の場合、Ｘ軸用ＭＩ素子１０１、Ｙ軸用ＭＩ素子１０２およびＺ軸用ＭＩ素子１０３の３つのＭＩ素子は、それら素子を駆動する電子回路を含む集積回路２００が表面に形成された基板１０００の側方に配置されていた。このため、従来の磁気検出装置では、基板に平行な平面（Ｘ−Ｙ平面）方向に関しても、磁気検出装置が大型化する傾向にあり、その小型化を図ることは困難であった。【０００９】
さらにいえば、それらＭＩ素子１０１、１０２、１０３と集積回路２００との接続は、いわゆるワイヤボンディングにより行われていた。このため、ボンディングワイヤ分のスペースがさらに必要となり、従来の磁気検出装置では小型化が困難であった。特にＺ軸方向に関して観れば、もともと長いＺ軸用ＭＩ素子１０３が、さらにＺ軸方向からワイヤボンディングされていたため、磁気検出装置のＺ軸方向の小型化、薄型化は非常に困難であった。加えてワイヤボンディングは、一本一本配線を行うため、より多くの工程時間を要した。このため従来構造のＭＩ素子を用いた磁気検出装置では、その生産性の向上に限界があった。【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、ＭＩ素子を用いつつ、従来よりも格段に小型化または薄型化し得る磁気検出装置を提供することを目的とする。例えば、携帯端末のような薄型の筐体に内蔵される場合であれば、基板に垂直な方向（Ｚ軸方向）の高さを抑制し、さらには基板に平行な方向（Ｘ−Ｙ方向）の大きさも抑制して、全体的な小型化を図れる三次元磁場検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、ＭＩ素子とは別に軟磁性体を設けることで、特定方向の磁気を検出する専用のＭＩ素子を設けるまでもなく、その特定方向の磁気検出し得ることを思いついた。例えば、Ｚ軸方向の磁気を検出するＭＩ素子（Ｚ軸用ＭＩ素子）を設けなくても、適切に配置した軟磁性体を設けることで、Ｘ軸方向の磁気を検出するＭＩ素子（Ｘ軸用ＭＩ素子）やＹ軸方向の磁気を検出するＭＩ素子（Ｙ軸用ＭＩ素子）を用いて、Ｚ軸方向の磁気を検出できることを新たに見出した。この成果をさらに発展させることにより、以降に述べる一連の本発明は完成した。【００１２】
《磁気検出装置》
（１）すなわち本発明の磁気検出装置は、第１軸方向に延びる軟磁性材からなり該第１軸方向の外部磁場に感応する少なくとも一対の第１感磁体と、該第１軸方向とは異なる他軸方向の外部磁場を該第１軸方向の成分をもつ測定磁場へ変向して少なくとも一対の前記第１感磁体により感応させ得る軟磁性材からなる磁場変向体とを備えてなり、該第１感磁体を介して該他軸方向の外部磁場を検出し得ることを特徴とする。【００１３】
（２）本発明によれば、磁場変向体が、第１感磁体では本来感応できない他軸方向の外部磁場を、第１感磁体により感応し得る成分をもつ測定磁場に変向する。そして第１感磁体は少なくとも一対存在するので、それら第１感磁体と軟磁性体とを適切に配置すれば、本来の第１軸方向の外部磁場と、変向されて第１軸方向の測定磁場となった他軸方向の外部磁場と、を峻別して検出可能となる。こうして一軸方向に延在する感磁体で、それとは異なる他軸方向の外部磁場の検出が可能となった。この結果、感磁体ひいてはＭＩ素子を、二次元的配置から一元的配置へ、さらには三次元的配置から二次元的配置へスケールダウンした磁気検出装置で、所望の磁気検出が可能となった。こうして本発明の磁気検出装置は格段に小型化または薄型化され得る。【００１４】
（３）磁気検出装置を三次元的に考えた場合、本発明の磁気検出装置は上記の構成に加えて、さらに第２軸方向に延びる軟磁性材からなり該第２軸方向の外部磁場に感応する少なくとも一対の第２感磁体を備え、前記磁場変向体は、前記第１軸方向および該第２軸方向とは異なる他軸方向の外部磁場を該第１軸方向の成分および／または該第２軸方向の成分をもつ測定磁場へ変向して少なくとも一対の前記第１感磁体および／または前記第２感磁体により感応させ得るものであると好適である。【００１５】
《三次元磁気検出装置》
（１）さらに本発明は、次のような具体的な三次元の磁気検出装置でもよい。すなわち本発明は、基板と、基板に配設された軟磁性体（磁場変向体）と、主としてＸ軸方向（第１軸方向）の磁場成分を検出するための２つのＸ軸用ＭＩ素子（第１感磁体を含む素子）と、主としてＹ軸方向（第２軸方向）の磁場成分を検出するための２つのＹ軸用ＭＩ素子（第２感磁体を含む素子）を有する。２つのＸ軸用ＭＩ素子は、基板上で該軟磁性体を中心にして、その両側に同一直線（第１直線：第１軸線）上に載置され、２つのＹ軸用ＭＩ素子は、基板上で該軟磁性体を中心にして、その両側に同一直線（第２直線：第２軸線）上に載置されている。上記第１直線と上記第２直線とが所定の角度で交差している。第１Ｘ軸用ＭＩ素子、パルス発振回路及び信号処理回路からなる第１Ｘ軸用ＭＩセンサからの検出電圧をＶＸ１、第２Ｘ軸用ＭＩ素子、パルス発振回路及び信号処理回路からなる第２Ｘ軸用ＭＩセンサからの検出電圧をＶＸ２とする。第１Ｙ軸用ＭＩ素子、パルス発振回路及び信号処理回路からなる第１Ｙ軸用ＭＩセンサからの検出電圧をＶＹ１、第２Ｙ軸用ＭＩ素子、パルス発振回路及び信号処理回路からなる第２Ｙ軸用ＭＩセンサからの検出電圧をＶＹ２とする。ここで本発明の三次元磁気検出装置は、外部磁場のＸ軸方向成分に応じた出力電圧ＤＸ、外部磁場のＹ軸方向成分に応じた出力電圧ＤＹ、外部磁場のＺ軸方向成分に応じた出力電圧ＤＺをそれぞれ、下記の演算式（［数１］）を用いて演算する演算手段を有することを特徴とする。【００１６】
このような構成とすることにより、従来の三次元磁気検出装置において必須であった基板に垂直なＺ軸に沿ったＺ軸用ＭＩ素子を用いることなく、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向（他軸方向）の３次元の磁気ベクトルを検出することが可能となった。その結果、基板に垂直な方向（Ｚ軸方向）の高さを抑制でき、小型化の三次元磁場検出装置を提供することができる。なおここで、Ｘ軸方向とは、基板に平行な任意の１軸の方向とし、Ｙ軸方向とは、その基板に平行であってＸ軸方向と所定の角度で交差する方向とする。【００１７】
（２）上述した三次元磁気検出装置は、さらに、例えば次のような構成を有すると好適である。すなわち、前記基板は、前記各ＭＩセンサのパルス発振回路、信号処理回路、及び、前記演算手段を含む集積回路（駆動回路）が形成されているシリコン基板からなる。このシリコン基板は上面に絶縁コート層を有する。絶縁コートには、前記ＭＩ素子の各端子と、前記シリコン基板上の前記集積回路の各端子を導通させるための端子穴を有する。このような構成とすることにより、従来、集積回路の側方に置かれていたＭＩ素子を集積回路上に載置可能となった。こうして、基板に平行な方向（Ｘ、Ｙ軸方向）の大きさも小型化した三次元磁場検出装置が提供される。【００１８】
《その他》
（１）本明細書でいう「ＭＩ素子」は、アモルファスワイヤや薄膜等の感磁体に加えて、その感磁体が感応した磁気を検出する検出手段を有する。検出手段は、例えば、感磁体の周囲に設けられたピックアップコイルなどの検出コイルである。このようなコイルは、ワイヤを巻回したものでも、配線パターン等により形成されたものでもよい。勿論、検出手段は、感磁体のインピーダンスまたはその変化を直接測定するものでもよい。【００１９】
（２）本明細書でいう「変向」とは、感磁体によって感応されない磁場または磁場成分の方向を、その感磁体が感応し得る方向へ変えることをいう。この変向により、本来なら感磁体に感応しない磁場が、少なくともその感磁体に感応する方向成分をもつ磁場となり、そのような磁場もその感磁体からなるＭＩ素子によって検出可能となる。【００２０】
（３）本明細書「外部磁場」とは、外部から磁気検出装置へ作用する磁場（環境磁場）であって、磁気検出装置の検出対象となる磁場である。「測定磁場」とは、外部磁場のうちで感磁体に感応してＭＩ素子による検出または測定の対象となる磁場である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】実施例１に係る三次元磁場検出装置の平面図である。
【図１Ｂ】その平面図中に示したＡ−Ａで切断した断面図である。
【図２】実施例１に係るＭＩ素子の概要を示す平面図である。
【図３】その平面図中に示したＢ−Ｂから観た断面矢視図である。
【図４】実施例１に係るＭＩ素子を用いたＭＩセンサの電気回路図である。
【図５Ａ】そのＭＩ素子、ＭＩセンサへ加えるパルス電流波形を示す波形図である。
【図５Ｂ】そのパルス電流波形の立上り、立下り時間から周波数を求める方法を説明する説明図である。
【図６】実施例１に係る三次元磁場検出装置の電気回路図である。
【図７Ａ】ＸＺ方向の成分を有する一様な外部磁場ＨのＸ軸方向成分Ｈｘ及びＺ軸方向成分Ｈｚを示すベクトル分解図である。
【図７Ｂ】そのＸ軸方向成分Ｈｘによって実施例１に係る三次元磁場検出装置周囲に形成される測定磁場の磁力線図である。
【図７Ｃ】そのＺ軸方向成分Ｈｚによって実施例１に係る三次元磁場検出装置周囲に形成される測定磁場の磁力線図である。
【図８】実施例２に係る三次元磁気検出装置の平面図である。
【図９】実施例３に係る三次元磁気検出装置の断面図である。
【図１０】実施例４に係る三次元磁気検出装置の断面図である。
【図１１】実施例５に係る三次元磁気検出装置の断面図である。
【図１２Ａ】実施例６に係る三次元磁気検出装置の平面図である。
【図１２Ｂ】その断面図である。
【図１３】実施例７に係る三次元磁気検出装置の断面図である。
【図１４】実施例８に係る三次元磁気検出装置の断面図である。
【図１５】従来の三次元磁場検出装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００２２】
１：三次元磁気検出装置    ２：ＭＩ素子    ２Ｘ：Ｘ軸用ＭＩ素子
２Ｙ：Ｙ軸用ＭＩ素子    ２１：感磁ワイヤ    ２２：検出コイル
２３：絶縁体    ２５１：感磁ワイヤ用端子    ２５２：検出コイル用端子
３：軟磁性体    ４：シリコン基板    ５：絶縁コート層
６：第１直線    ７：第２直線    ８：ＭＩセンサ
８１：パルス発振回路    ８２：信号処理回路    ９：演算手段
１０：パルス電流波形
【発明を実施するための形態】
【００２３】
発明の実施形態を挙げて本発明をより詳しく説明する。上述した本発明の構成に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成を付加し得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。
【００２４】
〈ＭＩ素子〉
本発明の磁気検出装置は、磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）を用いて磁気を検出する装置である。ＭＩ素子は、前述したように、磁場（磁界）などの磁気に感応してインピーダンス変化や磁束量変化を生じ得る感磁体と、その感磁体の変化量を検出する検出手段とを有する。感磁体はその材質や形態を問わない。通常は軟磁性材からなり、相応の長さを有するワイヤまたは薄膜からなる。感磁体は、感度やコスト等の点で、特に零磁歪アモルファスワイヤが好ましい。
【００２５】
検出手段の種類や形態は、感磁体の種類や形態、検出する感磁体の変化量の種類、仕様等に応じて適宜選択される。検出手段は例えば、感磁体のインピーダンスまたはその両端の電圧を直接検出するものでも、延在する感磁体の周囲に巻回され磁束量変化に応じた起電力を出力するピックアップコイル（検出コイル）等でもよい。
【００２６】
感磁体は搭載面から浮上して設けられても、搭載面に接して設けられても、さらには溝などに埋設されてもよい。検出コイルは、感磁体を保持する保持体（絶縁体、基板、筐体等）の外周面に巻回されたものでも、溝などの内周面に巻回されたものでもよい。
【００２７】
〈磁場変向体〉
磁場変向体は感磁体が配設されない他軸方向の磁場を変向して、他軸方向と異なる軸方向に配設された感磁体さらにはＭＩ素子による磁気の検出を可能とするものである。このように感磁体による検出が可能である限り、磁場変向体の材質、形態は問わない。磁場変向体は軟磁性材からなるが、高透磁率であるほど、磁場の集磁効果が大きくて好ましい。そして磁場変向体は、磁場を感磁体に向けて変向し易い形状であると好ましい。また、変向された磁場が感磁体に感受され易い相対位置に磁場変向体が配置されると好ましい。例えば、磁場を収束または放射する磁場変向体の端部（柱状体の端面角部）が、感磁体に指向した形状であると好ましい。そのような磁場変向体の端部と感磁体とが近接配置されているとより好ましい。逆にいえば、磁場を殆ど変向しない磁場変向体の延在軸の中央近傍へ、交叉するような軸方向上に感磁体を設けるのは好ましくない。
【００２８】
〈配置〉
本発明の趣旨に沿う限り、感磁体または磁場変向体の配置は問わない。もっとも、一軸方向に配設された少なくとも一対の感磁体で他軸方向の磁気を検出するには、多かれ少なかれ、それら感磁体を含むＭＩ素子の検出量に基づいた演算が必要となる。高精度な磁気検出を低コストで行うには、その演算は簡素になされるほど好ましい。例えば、一対の感磁体に対応した一対のＭＩ素子のそれぞれの検出量を加算または減算した値に基づいて、外部磁場の異なる軸方向の成分がそれぞれ求まると好ましい。
【００２９】
そのため例えば、検出特性が同じ一対のＭＩ素子がある一点（特定点）に関して点対称に配置されていると好ましい。これにより、それぞれのＭＩ素子が、それらを構成する各感磁体の延在軸方向（第１軸方向）の外部磁場を等しく検出できる。その上でさらに、その一対のＭＩ素子の一方は、磁場変向体により変向された他軸方向の外部磁場を、第１軸方向の逆向き成分として検出し得るように、磁場変向体が存在していると好ましい。
【００３０】
例えば、磁場変向体が上記特定点に関して点対称に存在していると好ましい。具体的にいうと、磁場変向体が一つなら、磁場変向体はその特定点に配置されるとよい。磁場変向体が二つ以上なら、その形態を含めて特定点に関して点対称に配置されていると好ましい。例えば、磁場変向体は、一軸上に配設した一対の感磁体の中間点（特定点）を通る直線上で、その特定点から等距離（つまり均等）に配置されるとよい。また一対の同等な感磁体を平行に配設した場合、それらが対称となる点（特定点）に磁場変向体を配設したり、その特定点を通る直線上に磁場変向体を、特定点に関して均等に配置してもよい。
【００３１】
勿論、対称に配置される感磁体同士、ＭＩ素子同士または磁場変向体同士は、それぞれ感応特性、検出特性または集磁特性などは、実質的に同一であることが前提となる。具体的には、感磁体同士なら、材質や形態（ワイヤ径やワイヤ長または膜厚や膜幅等）等が同じであるとよい。ＭＩ素子同士なら、感磁体同士の特性が同じであると共にインピーダンスを測定する回路構成や磁束量を検出するコイル形態（巻数、巻回半径等）等が同じであるとよい。磁場変向体同士なら、同材質で各感磁体側から看たときの形態等が同じであるとよい。
【００３２】
このような状況を総合して本明細書では「一対の感磁体が特定点に関して点対称に存在している」または「磁場変向体が特定点に関して点対称に存在している」という。なお本明細書でいう「点対称」は、一次元的点対称（直線上における点対称）でも、二次元的点対称（平面上における点対称）でも、三次元的点対称（立体上における点対称）でもよい。
【００３３】
一次元的点対称とは、例えば、一軸上に配設された一対の同等な感磁体が対称となる特定点（通常は両感磁体の中間点）に磁場変向体が配置されたり、その特定点の両端側にその特定点から等距離の位置（均等位置）に磁場変向体が配置されるような場合である。二次元的点対称とは、例えば、対称配置された一対の同等な感磁体が存在する平面上（上面上または下面上）で、それらの対称点である特定点に関して、同等な磁場変向体が点状、線状または環状に均等に配置されるような場合である。三次元的点対称とは、例えば、対称配置された一対の同等な感磁体が存在する平面の両面側に、それらの対称点である特定点に関して、同等な磁場変向体が、点状、線状、面状または環状に均等に配置されているような場合である。
【００３４】
いずれにしろ、一対のＭＩ素子または一対の感磁体と磁場変向体との対称性を巧みに利用して、演算式中の補正係数または補正項等を簡略化できるようにすると、高精度な磁気検出が容易となり好ましい。
【００３５】
〈積層〉
本発明は、磁場変向体を設けることにより他軸方向の磁場を専用に検出する感磁体ひいてはＭＩ素子を省略でき、磁気検出装置の小型化または薄型化を図れる点に特徴がある。そうすると、現実に配置される感磁体さらにはＭＩ素子と、その駆動回路など他の電子回路との配置は必ずしも本質的な特徴ではない。もっとも、磁気検出装置の全体的な小型化または薄型化をより進めるために、感磁体が配置される感磁層とその駆動回路が配置される回路層とが積層状態にあると好ましい。このようにすると、両者の電気的接続は感磁層と回路層との積層間を通じて行うことができ、従来行われていた余分なスペースを必要とするワイヤボンディングを回避できる。従って磁気検出装置のさらなる小型化または薄型化を図れる。なお、感磁層と回路層とは隣接して積層されている必要はなく、両層間に中間層が別途介在してもよい。
【００３６】
また積層または集積される層は、感磁層および回路層には限らない。一対の感磁体とは異なる別の検出素子が配置された少なくとも一つ以上の検出層が、感磁層や回路層に積層されていてもよい。この場合も積層関係は問わないので、それら各層が隣接して積層されている必要はない。また検出素子を駆動する検出回路層がさらに積層されていてもよい。この際、検出層と検出回路層の電気的接続がそれら積層間を通じて行われると、センサ装置全体としての小型化または薄型化が図られる。このようにすることで、本発明の磁気検出装置は単なる磁気センサとしてのみならず、加速度センサ、温度センサなどが積層されたビルドアップ型センサへ発展し得る。
【実施例】
【００３７】
図面を参照しつつ以下に挙げる実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
［実施例１］
実施例１に係る三次元磁気検出装置１を図１に示す。図１Ａは三次元磁気検出装置１の平面図であり、図１Ｂは図１Ａ中に示したＡ−Ａ線における断面図である。【００３８】
〈三次元磁気検出装置〉
（１）三次元磁気検出装置１は、地磁気（外部磁場）を検出する４つのＭＩ素子２と、棒状の軟磁性体３（磁場変向体）と、集積回路４１（駆動回路を含む）が形成されたシリコン基板４と、絶縁コート層５と、ＭＩ素子２の各端子と集積回路４１の各端子とをそれぞれつなぐ端子穴（図略）とからなる。４つのＭＩ素子２は、２つのＸ軸用ＭＩ素子２Ｘ１、２Ｘ２（両方併せて適宜「Ｘ軸用ＭＩ素子２Ｘ」という）と、２つのＹ軸用ＭＩ素子２Ｙ１、２Ｙ２（両方併せて適宜「Ｙ軸用ＭＩ素子２Ｙ」という）とからなる。【００３９】
シリコン基板４の中央にＺ軸を軸線とする円柱状の穴が設けられている。この穴に円柱状の軟磁性体３が基板４に対して垂直に埋め込まれて配置されている。軟磁性体３は、４５ａｔ％Ｎｉ−Ｆｅ組成のパーマロイ合金からなる。軟磁性体３には、その他、純Ｎｉ、純鉄、他組成のパーマロイ合金、センダスト、パーメンジュール等の公知の軟磁性材料を使用することができる。【００４０】
シリコン基板４の上部には、各ＭＩ素子２の駆動回路（図略）や後述の演算手段９（図６参照）を含む電子回路等の集積回路４１が形成されている。駆動回路はパルス発振回路８１と信号処理回路８２（図６参照）とからなる。これらの回路形成は周知の集積回路の製造方法に基づいて形成した。【００４１】
シリコン基板４の上方にはシリコン基板４を保護しつつ、集積回路４１とＭＩ素子２との絶縁を確保する絶縁コート層５が形成される。絶縁コート層５は、有機樹脂やＳｉＯ２等の無機材料をシリコン基板４上にコーティングすることで形成した。【００４２】
この絶縁コート層５上に、図１Ａに示すように、２つのＸ軸用ＭＩ素子２Ｘおよび２つのＹ軸用ＭＩ素子２Ｙが載置される。すなわち、２つのＸ軸用ＭＩ素子２Ｘは、軟磁性体３を中心にしてその両側へ対称的に延在し、同一直線（第１直線６：第１軸線）上に載置される。２つのＹ軸用ＭＩ素子２Ｙも同様に、軟磁性体３を中心にして、その両側へ対称的に延在し、同一直線（第２直線７：第２軸線）上に載置される。【００４３】
（２）ここでＸ軸用ＭＩ素子２Ｘが延在する第１直線６（Ｘ軸線）とＹ軸用ＭＩ素子２Ｙが延在する第２直線７（Ｙ軸線）とは９０度で交差（直交）している。両者は必ずしも直交している必要はないが、直交していると後処理（補正処理）等を簡略化できる。本実施例の場合、２つのＸ軸用ＭＩ素子２Ｘおよび２つのＹ軸用ＭＩ素子２Ｙは、それぞれ軟磁性体３の中心から等間隔で配置されている。この場合もそれらが必ずしも等間隔である必要はないが、等間隔である処理を簡略化でき、精度よく磁気を検出できる。【００４４】
〈ＭＩ素子〉
（１）Ｘ軸用ＭＩ素子２Ｘ１、２Ｘ２およびＹ軸用ＭＩ素子２Ｙ１、２Ｙ２を構成するＭＩ素子２の構造を図２および図３を用いて詳細に説明する。
ＭＩ素子２は、非磁性体からなるシリコン基板４の基板表面に形成された集積回路４１（図１Ｂ参照）を被覆する絶縁コート層５上に載置される。このＭＩ素子２は、絶縁コート層５の平坦面に配列された複数の第１導体膜２２２ａからなる平面パターン２２２と、複数の第１導体膜２２２ａを横断するように平面パターン２２２の配列方向に沿って配設された断面円形状のアモルファスワイヤからなる感磁ワイヤ２１（感磁体）と、感磁ワイヤ２１の外周面を覆うとともに感磁ワイヤ２１を平面パターン２２２上に固定する絶縁体２３と、絶縁体２３の外表面と平面パターン２２２の表面とに渡って形成されると共に感磁ワイヤ２１の上方を横断するように配列された複数の第２導体膜２２１ａからなる立体パターン２２１とを備える。【００４５】
平面パターン２２２と立体パターン２２１は、感磁ワイヤ２１の両脇で、第１導体膜２２２ａの端部と第２導体膜２２１ａの端部とが積層状態で接合され積層接合部を形成する。このように平面パターン２２２と立体パターン２２１とが一体化することにより、絶縁コート層５の平坦面上に、感磁ワイヤ２１および絶縁体２３を囲繞する検出コイル２２が形成される。【００４６】
絶縁体２３は、図３に示すように、感磁ワイヤ２１の軸線に垂直な断面が、平面パターン２２２に近づくほど広がる裾広がり形状を呈している。つまり絶縁体２３は、平面パターン２２２に平行な方向の幅寸法が平面パターン２２２側ほど大きくなっている。具体的にいうと絶縁体２３は、平面パターン２２２の表面を覆って感磁ワイヤ２１と平面パターン２２２とを絶縁する平面絶縁部２３１と、平面絶縁部２３１と感磁ワイヤ２１との間に介在して感磁ワイヤ２１を平面パターン２２２を介しつつ絶縁コート層５上に固定するワイヤ固定部２３２と、感磁ワイヤ２１と立体パターン２２１との間に介在し両者間を絶縁する立体絶縁部２３３とを有する３部分構成になっている。
少なくともワイヤ固定部２３２は液状樹脂を固化させて形成される。平面絶縁部２３１は、ワイヤ固定部２３２の形成前にそれとは別個に形成された膜状をしている。立体絶縁部２３３も、ワイヤ固定部２３２とは別個に形成された膜状をしている。【００４７】
感磁ワイヤ２１は零磁歪のアモルファスワイヤからなる。感磁ワイヤ２１の両端は、パルス電流を印加するための電極２５１に接続されている。検出コイル２２は外部磁場に応じて変化する電圧を検出するため電極２５２に接続されている。図２に一例を示した端子配置はシリコン基板４上の集積回路４１に対応している。各ＭＩ素子２の各端子とシリコン基板４上の集積回路４１の各端子とは、絶縁コート５に設けられた端子穴（図略）を通じて電気的に接続される。本実施例では、感磁ワイヤ２１の直径を２０μｍ、長さを０．６ｍｍ、検出コイル２２の巻き数を１５ターンとした。【００４８】
（２）このＭＩ素子２は、絶縁コート層５上に直に載置される。このためアモルファス感磁ワイヤを、載置する基板の溝に収納する公知の溝型構造のＭＩ素子（特許文献１参照）に比べて、ＭＩ素子２は、実装時のＺ軸方向の高さを大幅に低減し、Ｚ軸方向の小型化に寄与する。【００４９】
〈駆動回路〉
（１）上述したＭＩ素子２を使用したＭＩセンサ回路８（駆動回路）を図４に示した。ＭＩセンサ回路８は、集積回路４１に組み込まれたパルス発振回路８１および信号処理回路８２を有する。信号処理回路８２は、サンプルタイミング調整回路８２１と、アナログスイッチ８２２と、増幅器８２３とからなる。このＭＩセンサ回路８は次のように動作する。【００５０】
パルス発振回路８１により発生した約２００ＭＨｚ相当の高周波のパルス電流をＭＩ素子２中の感磁ワイヤ２１へ供給する。そうすると、パルス電流により感磁ワイヤ２１のワイヤ円周方向に生じた磁場と外部磁場とが作用して、その外部磁場に対応した電圧が検出コイル２２に発生する。なおここでいう周波数は、図５Ａに示すパルス電流波形１０のパルスの「立ち上がり」若しくは「立ち下り」の時間Δｔを求め、そのΔｔが図５Ｂに示すように４分の１周期に相当するとして求めた。【００５１】
次に、サンプルタイミング調整回路８２１により、前記パルス電流が立ち上がったあと、所定のタイミングで、アナログスイッチ８２２を短時間スイッチイング（オン−オフ）する。これによりアナログスイッチ８２２は、検出コイル２２に発生した外部磁場に対応した電圧をサンプリングする。サンプリング電圧は、増幅器８２３により増幅されて出力される。パルス電流を遮断するとき（パルス電流が立ち下るとき）も同様に処理される。この構成例に限らず、その他の公知のＭＩセンサに用いられる電子回路でも同様の効果を得ることができる。【００５２】
（２）三次元磁場検出装置１の駆動回路を図６に示した。三次元磁場検出装置１の駆動回路は、４つのＭＩ素子２（第１Ｘ軸用ＭＩ素子２Ｘ１、第２Ｘ軸用ＭＩ素子２Ｘ２、第１Ｙ軸用ＭＩ素子２Ｙ１および第２Ｙ軸用ＭＩ素子２Ｙ２）にそれぞれ対応する４つのＭＩセンサ回路８（第１Ｘ軸用ＭＩセンサ回路８Ｘ１、第２Ｘ軸用ＭＩセンサ回路８Ｘ２、第１Ｙ軸用ＭＩセンサ回路８Ｙ１および第２Ｙ軸用ＭＩセンサ回路８Ｙ２）と、演算手段９とからなる。【００５３】
各ＭＩセンサ回路８は、それぞれパルス発振回路８１と信号処理回路８２で構成される。なお、各ＭＩセンサ回路８のうちの一つ（例えば図６の一番上に示したパルス発振回路８１および信号処理回路８２の一組）のみを駆動回路として用いてもよい。この際、その一つの駆動回路を時分割スイッチングによって時分割しつつ、各ＭＩ素子２毎の電圧を検出してもよい。【００５４】
〈磁場の検出〉
（１）本実施例でいう「外部磁場」とは、ＭＩ素子が測定すべき位置における環境磁場である。外部磁場中に三次元磁場検出装置１を置くと、軟磁性体３（図１参照）により、各感磁ワイヤ２１を含む周囲において、その外部磁場の磁場分布が変化する。その磁場を、各ＭＩ素子２が測定する磁場という意味で「測定磁場」とする。【００５５】
（２）第１Ｘ軸用ＭＩ素子２Ｘ１へ軟磁性体３により変化した測定磁場が作用すると、第１Ｘ軸用ＭＩセンサ回路８Ｘ１の出力端子に検出電圧ＶＸ１が出力される。同様に、第２Ｘ軸用ＭＩ素子２Ｘ２へ測定磁場が作用すると第２Ｘ軸用ＭＩセンサ回路８Ｘ２の出力端子に検出電圧ＶＸ２が、第１Ｙ軸用ＭＩ素子２Ｙ１へ測定磁場が作用すると第１Ｙ軸用ＭＩセンサ回路８Ｙ１の出力端子に検出電圧ＶＹ１が、第２Ｙ軸用ＭＩ素子２Ｙ２へ測定磁場が作用すると第２Ｙ軸用ＭＩセンサ回路８Ｙ２の出力端子に検出電圧ＶＹ２がそれぞれ出力される。【００５６】
演算手段９は、それら各ＭＩセンサ２からの検出電圧ＶＸ１、ＶＸ２、ＶＹ１、ＶＹ２を受けて、下記の演算式（［数１］）に則って演算を行い、外部磁場のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向成分に応じた出力電圧ＤＸ、ＤＹ、ＤＺを出力する。【００５７】
このように本実施例の三次元磁場検出装置１によれば、感磁ワイヤを基板に垂直に配置するＭＩ素子（いわゆるＺ軸素子）を設けずに、Ｚ軸方向の磁場測定が可能となる。つまり、Ｚ軸方向の小型化を図りつつ三次元の磁場検出が可能となる。更に本実施例の場合、従来なら集積回路の側方に載置していたＭＩ素子が集積回路上に積層されている。このため、基板に平行な方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）でも三次元磁気検出装置を小型化できる。【００５８】
（３）外部磁場Ｈが作用するときの三次元磁場検出装置１の動作を説明する。代表例として図１ＡのＡ−Ａ切断断面図上に軟磁性体３及び三次元磁場検出装置１を含む周囲の磁力線を図７に示す。先ずシリコン基板４に対して平行な一方の軸であるＸ軸とシリコン基板４に垂直な軸であるＺ軸とにより構成されるＺ−Ｘ平面内で考える。Ｙ軸方向成分を持たない外部磁場Ｈを想定すると、その磁場Ｈは図７Ａに示すようにＸ軸方向成分ＨｘとＺ軸方向成分Ｈｚにベクトル分解できる。【００５９】
〈Ｘ軸方向成分Ｈｘ〉
（１）初めに外部磁場のＸ軸方向成分Ｈｘについて考える。ＭＩ素子２Ｘ１、２Ｘ２の感磁ワイヤ２１ｘ１、２１ｘ２、及び軟磁性体３との間におけるＸ軸方向成分Ｈｘのふるまいを図７Ｂを用いて検討する。【００６０】
軟磁性体３が無い場合、外部磁場のＸ軸方向成分Ｈｘは、感磁方向である感磁ワイヤ２１ｘ１、２１ｘ２の軸方向（第１軸方向）と一致するため、それらによりそのまま検出される。【００６１】
本実施例では、Ｘ軸方向成分Ｈｘは軟磁性体３に集磁される。このためＸ軸方向成分Ｈｘは、感磁ワイヤ２１ｘ１中において若干Ｚ軸下方へ傾斜し、感磁ワイヤ２１ｘ２中において若干Ｚ軸上方へ傾斜する。これらの感磁体内で傾斜した磁気ベクトルをそれぞれＨｘ１’、Ｈｘ２’とする。ここでＭＩ素子２Ｘ１、２Ｘ２が感知できる磁場は、磁気ベクトルＨｘ１’、Ｈｘ２’のＸ軸方向（感磁ワイヤ２１ｘ１と感磁ワイヤ２１ｘ２の軸線方向）への射影成分のみである。このため傾斜した磁気ベクトルＨｘ１’、Ｈｘ２’のＸ軸方向への射影成分のみが、検出コイル２２ｘ１、２２ｘ２（図略）を介して検出される。そしてＭＩセンサ回路８Ｘ１、８Ｘ２（図６参照）は、そのＸ軸方向成分Ｈｘに対応した検出電圧ＶＸ１、ＶＸ２を出力する。【００６２】
ここで磁気ベクトルＨｘ１’、Ｈｘ２’はＺ軸方向に関して極性の異なる射影成分を持つ。しかしこれらの成分は元々、ＭＩ素子２Ｘ１、２Ｘの感磁方向でない直交成分であるため検出されない。またＸ軸方向成分Ｈｘは、ＭＩ素子２Ｙ１、２Ｙ２の感磁ワイヤ２１ｙ１、２１ｙ２に対しても垂直であるため、検出電圧ＶＹ１、ＶＹ２は発生しない。【００６３】
（２）これらに基づいてＸ軸方向成分Ｈｘに対応した出力電圧ＤＸ、ＤＹ、ＤＺは、下記の演算式（［数１］）から次のようにして求まる。
出力電圧ＤＸは、演算式の第１式のように、検出電圧ＶＸ１、ＶＸ２の加算平均に係数を付して求めることができる。ここで検出電圧ＶＸ１、ＶＸ２は外部磁場のＸ軸方向成分Ｈｘに応じた電圧であり、理論的に同じ値で極性も同じである。【００６４】
上述した内容は、Ｘ軸方向成分を持たない外部磁場Ｈを想定したときのＺ−Ｙ平面においても成立する。従って出力電圧ＤＹは演算式の第２式のように記述される。ここで検討しているようにＹ軸方向成分を持たない外部磁場Ｈを想定した磁場環境下では、前述のように検出電圧ＶＹ１、ＶＹ２は発生しないので出力電圧ＤＹは０となる。【００６５】
出力電圧ＤＺは、演算式の第３式により求めることができる。第３式中の検出電圧ＶＸ１，ＶＸ２は、Ｘ軸方向成分Ｈｘに応じた電圧であって、理論的に同じ値で極性も同じである。第３式中の第１項で両者を減算することにより外部磁場Ｘ軸方向成分に関する電圧は相殺される。更に、第３式中の第２項の検出電圧ＶＹ１、ＶＹ２は発生しない。このため出力電圧ＤＺは０となる。よって、出力電圧ＤＺは、演算式の第３式により、Ｚ軸方向成分の外部磁場が無い場合に一致して０となる。【００６６】
〈Ｚ軸方向成分Ｈｚ〉
（１）次に外部磁場のＺ軸方向成分Ｈｚについて考える。ＭＩ素子２Ｘ１、２Ｘ２の感磁ワイヤ２１ｘ１，２１ｘ２、及び軟磁性体３との間におけるＺ軸方向成分Ｈｚのふるまいを図７Ｃを用いて検討する。【００６７】
軟磁性体３が無い場合、外部磁場のＺ軸方向成分Ｈｚは、感磁ワイヤ２１ｘ１、２１ｘ２の垂直方向成分のみとなるため、それらには全く検出されない。【００６８】
本実施例のように軟磁性体３が有る場合、Ｚ軸方向成分Ｈｚに相当する磁場は、軟磁性体３に集磁されたのち、軟磁性体３の表面３１から図上方（Ｚ軸正方向）へ放射状に広がる。このため図７Ｃの切断面に示すように、Ｘ軸方向に磁場の向きが傾斜する。この磁場が感磁ワイヤ２１ｘ１、２１ｘ２内を通過する傾斜した磁気ベクトルをＨｚ１’、Ｈｚ２’とする。【００６９】
ここで感磁ワイヤ２１ｘ１、２１ｘ２が感知できる磁場は、磁気ベクトルＨｚ１’、Ｈｚ２’のＸ軸方向への射影成分のみである。その射影成分は検出コイル２２ｘ１、２２ｘ２（図略）を介して検出される。そしてＭＩセンサ回路８Ｘ１、８Ｘ２は、そのＺ軸方向成分Ｈｚに対応した検出電圧ＶＸ１、ＶＸ２を出力する。ちなみに、それらの射影成分は絶対値が同じで極性が反対となっている。なお磁気ベクトルＨｚ１’、Ｈｚ２’のＺ軸方向の射影成分は、元々ＭＩ素子２Ｘ１、２Ｘ２の感磁方向でないため検出されない。【００７０】
さらにＺ軸方向成分ＨｚはＺ−Ｙ平面にも同様な磁場分布を形成する。このため、ＭＩセンサ回路８Ｙ１、８Ｙ２は、検出電圧ＶＸ１、ＶＸ２と同様に、磁場Ｚ軸方向成分Ｈｚに対応した検出電圧ＶＹ１、ＶＹ２を出力する。【００７１】
（２）これらに基づいてＺ軸方向成分Ｈｚに対応した出力電圧ＤＸ、ＤＹ、ＤＺが、Ｘ軸方向成分Ｈｘの場合と同様に下記の演算式（［数１］）から求まる。検出電圧ＶＸ１、ＶＸ２は、外部磁場のＺ軸方向成分Ｈｚに応じた電圧であって、理論的に同じ値で極性が逆である。これらを加算すると相殺され０となる。よって、出力電圧ＤＸは、下記の演算式の第１式からＸ軸方向成分の外部磁場が無い場合に一致して０となる。【００７２】
検出電圧ＶＹ１、ＶＹ２は、外部磁場のＺ軸方向成分Ｈｚに応じた電圧であって、理論的に同じ値で極性が逆である。これらを加算すると相殺され０となる。よって、出力電圧ＤＹは、下記の演算式の第２式からＹ軸方向成分の外部磁場が無い場合に一致して０となる。出力電圧ＤＺは、下記の演算式の第３式により、検出電圧ＶＸ１、ＶＸ２と検出電圧ＶＹ１、ＶＹ２とについて減算したのちに平均して係数を付すことで求めることができる。こうしてＺ軸方向のＭＩ素子またはＭＩセンサを用いることなく、Ｚ軸方向磁場成分Ｈｚに応じた電圧を出力できる。【００７３】
〈外部磁場Ｈ〉
ところで外部磁場Ｈは、Ｘ軸方向磁場成分ＨｘとＺ軸方向磁場成分Ｈｚのベクトル和である。さらにＺ−Ｘ平面上における外部磁場の検討はＺ−Ｙ平面上における外部磁場の検討にも妥当する。結局、外部磁場Ｈに対応した出力電圧は、各出力電圧の和若しくは差として求まり、本実施例により三次元の磁気の検出可能となる。【００７４】
なお出力電圧ＤＸ、ＤＹ、ＤＺを［数１］のような簡単な演算式で求めることができたのは、一対のＸ軸用ＭＩ素子２Ｘと一対のＹ軸用ＭＩ素子２Ｙを直交する軸線上に配置すると共に、それらＭＩ素子２と軟磁性体３とを対称的に配置したためである。【００７５】
もっとも、外部磁場のＺ軸方向成分ＨｚのＸ軸方向およびＹ軸方向への射影成分がゼロとなるような軟磁性体の配置をしない限り、同様に特定軸方向のＭＩ素子またはＭＩセンサを用いることなく、その軸方向磁場成分に応じた出力電圧を得ることができる。なお軟磁性体とＭＩ素子との配置が非対称となる場合、若しくはＭＩ素子間の配置が非対称となる場合、検出電圧に別の係数をかけたり補正項を加えたりした演算式を用いることで、外部磁場に応じた各出力電圧を得ることができる。そのような場合に使用できる演算式の一例を下記の［数２］に示した。なお［数２］中の各α、β、γは係数である。【００７６】
［実施例２］
ＭＩ素子２の配置を三次元磁気検出装置１（図１）から変更した三次元磁気検出装置２０の平面図を図８に示した。なお既述の三次元磁気検出装置と同様の部材には、便宜上、同じ符号を付して示す（以降でも同様である）。【００７７】
三次元磁気検出装置２０では、正方形のシリコン基板４上に、その各辺と４５度をなす対角線上にＭＩ素子２を配置した。このようにＭＩ素子２を配置すると、同サイズの基板に対して、ＭＩ素子の長さを長く取れる。つまり、感磁体（アモルファスワイヤ等）の長さや検出コイルの巻数を大きくでき、出力電圧の向上を図れる。【００７８】
［実施例３］
軟磁性体３よりもＺ軸方向に短い軟磁性体３３を、軟磁性体３とは異なる位置に配置した三次元磁気検出装置３０の断面図を図９に示した。すなわち、三次元磁気検出装置３０では、短い軟磁性体３３をシリコン基板３４に埋め込まずに、絶縁コート層５上に載置した。これによりシリコン基板３４への穴加工等が不要となる。また、その穴の大きさに相当する分、シリコン基板３４上の電子回路の集積度を向上させることも可能となる。なお平面的な配置は三次元磁気検出装置１と同様にシリコン基板４の中央とした。【００７９】
［実施例４］
軟磁性体３３をシリコン基板３４の反対側（裏面側）に配置した三次元磁気検出装置４０の断面図を図１０に示した。この場合も、軟磁性体３３のサイズ等を適宜調整することで、三次元磁気検出装置３０と同様の効果を奏する。【００８０】
［実施例５］
軟磁性体３の全部をシリコン基板５４中に埋め込まずに、その一部をシリコン基板５４および絶縁コート層５５から突出させた三次元磁気検出装置５０の断面図を図１１に示した。しかも三次元磁気検出装置５０では、その軟磁性体３の頭部をＭＩ素子２の上部と同じ高さに合わせた。これにより三次元磁気検出装置５０は、Ｚ軸方向への突き出しが無く、Ｚ軸方向の薄型化や小型化を図れる。【００８１】
［実施例６］
三次元磁気検出装置３０の軟磁性体３３を、シリコン基板３４の四方を囲繞する方形環状の軟磁性体６３に変更した三次元磁気検出装置６０の平面図を図１２Ａに、その断面図を図１２Ｂに示した。この三次元磁気検出装置６０によれば、Ｚ軸方向の短縮化を図りつつ、軟磁性体６３の体積の増大を図ることができる。【００８２】
［実施例７］
三次元磁気検出装置７０の断面図を図１３に示した。三次元磁気検出装置７０は、シリコン基板５４と、シリコン基板５４上に形成されたＭＩ素子２の駆動回路である集積回路層５１（回路層）と、その集積回路層５１を被覆する絶縁コート層５５と、絶縁コート層５５上に載置されたＭＩ素子２を絶縁樹脂７９で平坦状に被覆した感磁層７１と、感磁層７１上に積層されたＭＩ素子２とは別の検出素子を備える検出層７２と、検出層７２上に積層された検出素子の駆動回路である集積回路層７３とを有する。各積層間の導通は、適宜、ビアホールまたはスルーホールなどの端子穴（図略）によりなされる。図１３には、各層がシリコン基板５４の片面側のみに積層される場合を示したが、各層はシリコン基板５４の両面側に積層されていてもよい。【００８３】
検出層７２は、具体的にいうと例えば、ＭＩ素子２とは別の磁気センサ（三次元磁気センサ、二次元磁気センサなど）、方位センサ、加速度センサ、温度センサ、磁気ジャイロを含むジャイロセンサなどを構成する検出素子からなる。図１３には、１組の検出層７２と集積回路層７３のみ示したが、さらに多種多様な検出層が積層されていてもよい。このような積層構造により、三次元磁気検出装置７０は複合センサ体となる。【００８４】
なお、上述のように各層が一軸方向（いわゆるＺ軸方向）に積層される場合の他、検出装置（センサ）の平面的なスペースに余裕があれば、各層に相当する回路が適当に組合わされ、同層中に並列配置されてもよい。この場合、各回路間の導通は同層内の配線パターン等を介してなされるとセンサ集積体の薄型化が図られて好ましい。平面的なスペースに余裕がなければ、複数層が積層されると好ましい。【００８５】
［実施例８］
シリコン基板３４上に載置されたＭＩ素子２を被覆する絶縁樹脂からなる平坦状の絶縁層８９を有し、その絶縁層８９上の中央に軟磁性体３３を配置した三次元磁気検出装置８０の断面図を図１４に示した。絶縁層８９に接合される軟磁性体３３の端面外周縁部（角部）は、各ＭＩ素子２の端部に近接している。これにより軟磁性体３３の延在軸方向（Ｚ軸方向）の外部磁場が、ＭＩ素子２の延在方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）へ大きく変向され、ＭＩ素子２による効率的な検出が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の三次元磁場検出装置は、例えば、電子コンパス、磁気ジャイロ等の三次元の地磁気測定を必要とする機器、回転センサ等のあらゆる磁気センサーに用いることができる。特に本発明の三次元磁気検出装置は、携帯電話を初めとする携帯端末等のように、載置する基板に垂直な方向（いわゆるＺ軸方向）に小型化・薄型化が必要なものに好適である。【００８７】
【数１】
2010110456.tif 000003
【００８８】
【数２】
2010110456.tif 000004
【図１Ａ】
2010110456.tif 000005
【図１Ｂ】
2010110456.tif 000006
【図２】
2010110456.tif 000007
【図３】
2010110456.tif 000008
【図４】
2010110456.tif 000009
【図５Ａ】
2010110456.tif 000010
【図５Ｂ】
2010110456.tif 000011
【図６】
2010110456.tif 000012
【図７Ａ】
2010110456.tif 000013
【図７Ｂ】
2010110456.tif 000014
【図７Ｃ】
2010110456.tif 000015
【図８】
2010110456.tif 000016
【図９】
2010110456.tif 000017
【図１０】
2010110456.tif 000018
【図１１】
2010110456.tif 000019
【図１２Ａ】
2010110456.tif 000020
【図１２Ｂ】
2010110456.tif 000021
【図１３】
2010110456.tif 000022
【図１４】
2010110456.tif 000023
【図１５】
2010110456.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月14日(2010.9.14)
【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】
第１軸方向に延びる軟磁性材からなり該第１軸方向の外部磁場に感応する少なくとも一対の第１感磁体と、
該第１軸方向とは異なる他軸方向の外部磁場を該第１軸方向の成分をもつ測定磁場へ変向して少なくとも一対の前記第１感磁体により感応させ得る軟磁性材からなる磁場変向体とを備えてなり、
該一対の第１感磁体は、特定点に関して点対称に存在しており、
該磁場変向体は、該特定点に関して点対称に存在しており、
該第１感磁体を介して該他軸方向の外部磁場を検出し得ることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項２】
第１軸方向に延びる軟磁性材からなり該第１軸方向の外部磁場に感応する少なくとも一対の第１感磁体と、
該第１軸方向とは異なる他軸方向の外部磁場を該第１軸方向の成分をもつ測定磁場へ変向して少なくとも一対の前記第１感磁体により感応させ得る軟磁性材からなる磁場変向体とを備えてなり、
さらに、第２軸方向に延びる軟磁性材からなり該第２軸方向の外部磁場に感応する少なくとも一対の第２感磁体を備え、
該磁場変向体は、該第１軸方向および該第２軸方向とは異なる他軸方向の外部磁場を該第１軸方向の成分および／または該第２軸方向の成分をもつ測定磁場へ変向して少なくとも一対の該第１感磁体および／または該第２感磁体により感応させ得ることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項３】
前記一対の第１感磁体は、共に前記第１軸線上に配置されている請求項１または２に記載の磁気検出装置。
【請求項４】
前記第１感磁体が配置される感磁層と、
該第１感磁体の駆動回路が配置される回路層とを有し、
該感磁層と該回路層は積層させており、該第１感磁体と該駆動回路は該感磁層と該回路層との積層間を通じて電気的に接続させている請求項１〜３のいずれかに記載の磁気検出装置。
【請求項５】
さらに前記一対の第１感磁体とは異なる検出素子が配置された少なくとも一以上の検出層を有し、
該検出層は前記感磁層または前記回路層に積層されている請求項４に記載の磁気検出装置。
【請求項６】
さらに、第２軸方向に延びる軟磁性材からなり該第２軸方向の外部磁場に感応する少なくとも一対の第２感磁体を備え、
前記磁場変向体は、前記第１軸方向および該第２軸方向とは異なる他軸方向の外部磁場を該第１軸方向の成分および／または該第２軸方向の成分をもつ測定磁場へ変向して少なくとも一対の前記第１感磁体および／または前記第２感磁体により感応させ得る請求項１に記載の磁気検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
《磁気検出装置》
（１）すなわち本発明の磁気検出装置は、第１軸方向に延びる軟磁性材からなり該第１軸方向の外部磁場に感応する少なくとも一対の第１感磁体と、該第１軸方向とは異なる他軸方向の外部磁場を該第１軸方向の成分をもつ測定磁場へ変向して少なくとも一対の前記第１感磁体により感応させ得る軟磁性材からなる磁場変向体とを備えてなり、該一対の第１感磁体は、特定点に関して点対称に存在しており、該磁場変向体は、該特定点に関して点対称に存在しており、該第１感磁体を介して該他軸方向の外部磁場を検出し得ることを特徴とする。
【国際調査報告】
2010110456.tif 000025
2010110456.tif 000026
2010110456.tif 000027
2010110456.tif 000028