(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の磁界検出素子配置面と平行方向の磁界を検出するタイプの磁界検出素子を使って、基板平面上に４つの前記磁界検出素子を、前記基板の原点を中心にして第１軸方向に二つ配置し、第１軸と交差する第２軸方向に二つ配置し、 さらに前記原点の下部の前記基板内と４つの前記磁界検出素子の前記原点と反対側の前記磁界検出素子の端部の上部に軟磁性体を配置することにより、前記軟磁性体と前記磁界検出素子とからなる磁気回路を形成する磁界検出ユニットを備えることを特徴とする３次元磁界検出素子。
【請求項２】
請求項１に記載されている磁界検出ユニットを同一基板平面上に複数個配置することを特徴とする３次元磁界検出素子。
【請求項３】
基板の磁界検出素子配置面の磁界を検出するタイプの磁界検出素子を使って、基板上の原点を中心にして、第１軸方向に一対の前記磁界検出素子を備え、第１軸方向と交差する第２軸方向に一対の前記磁界検出素子を備えてなり、かつ、前記原点および前記磁界検出素子の前記原点と反対側の前記磁界検出素子の端部にそれぞれ軟磁性体を備えて、前記磁界検出素子と前記磁界検出素子の両側の前記軟磁性体とにより形成される磁気回路は、前記原点を中心に反対称的なクランク状であることを特徴とする３次元磁界検出素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載されている３次元磁界検出素子と集積回路チップとを接合していることを特徴とする３次元磁界検出措置。
【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るＸ軸Ｙ軸Ｚ軸の３つの磁気検出素子の機能をひとつの基板上に実現することにより、方位センサの高い感度、低いノイズ、広い測定レンジなどの基本性能を維持した状態で、３次元磁界検出素子の高さを薄くし、サイズを小さくすることを可能とし、および３次元磁界検出装置を可能にする技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  方位センサは、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３つの磁気センサ素子と集積回路を組み合わせて地磁気ベクトルを測定し、その値から方位を計算するものである。スマートホン、タブレット、インターネットＴＶのリモコン、モーションゲーム、モーションキャプチャなどで、加速度センサ、振動式ジャイロセンサと組合せて３次元方位計として広く使用されているが、近年これらの装置の一層の高感度化、低ノイズ化、測定レンジのワイドレンジ化とともに小型化、薄型化が強く要求されている。特にスマートホンの薄型化に伴い、方位センサの高さを従来の１．０ｍｍから０．６ｍｍと４０％以上の薄型化、サイズを従来の２．０ｍｍ角から１．５ｍｍ角と５０％以上の小型化が求められている。またノイズに関しても、従来の１０ｍＧ以下から１ｍＧ以下と１０倍の性能アップが求められている。【０００３】方位センサには、磁界検出用素子としてホール素子、ＭＲ素子、ＭＩ（Ｍａｇｎｅ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅの略）素子等が用いられる。通常、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の磁界ベクトル成分Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚの強さを測定するために、Ｘ軸素子、Ｙ軸素子、Ｚ軸素子の３つの素子を用いて測定を行う。ホール素子の場合は素子面と垂直方向に磁界を検知するので、Ｚ軸素子を面上に配置し、Ｘ軸素子、Ｙ軸素子をセンサ基板に立てて組み付ける必要がある。一方、ＭＲ素子やＭＩ素子などは素子面と平行な磁界を検知するので、Ｘ軸素子とＹ軸素子は面上に配置して、Ｚ軸素子をセンサ基板（Ｚ軸方向）に立てて組み付ける必要がある。３つの素子を使う限り、センサの高さが大きくなるという問題があった。【０００４】  この問題に対して、旭化成（株）社がホール素子を使って、ひとつの基板上にＺ軸素子４個を配置してＸ軸素子とＹ軸素子を使わずに３次元磁界検出素子の開発に成功し、方位センサ（品番ＡＫＭ８９７４）として生産販売している。その３次元磁界検出素子の構造は、基板上にＸ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ一対のＺＸ１素子とＺＸ２素子および一対のＺＹ１素子とＺＹ２素子をクロス状に配置しその中心部に磁性材料であるパーマロイの薄円盤を配置したものである。この装置は、３次元の磁界ベクトルを、まずＺ軸方向の磁界はＺＸ１素子、ＺＸ２素子、ＺＹ１素子、ＺＹ２素子の４つの出力を加算することによって検知し、Ｘ軸方向の磁界とＹ軸方向の磁界はそれぞれパーマロイ円盤によってＺ軸方向に変向成分を発生させて、Ｘ軸方向の磁界はＺＸ１素子とＺＸ２素子の出力の差分で、Ｙ軸方向の磁界はＺＹ１素子とＺＹ２素子の出力の差分で検知するものである。センサ基板面上に立てる素子が無いので、高さは薄く、サイズは小さくすることができる。ホール素子のように素子面と垂直の磁界を検知することができる磁界検出素子は容易に装置を薄くできるが、ホールセンサなどのこの種の磁界検出素子は、ノイズが１０ｍＧ程度と１ｍＧ以下の要求に対して大きすぎるという欠点があり、使用にあたっては大きな問題であった。【０００５】  一方、ＭＩ素子はノイズ１ｍＧ以下に改善することは可能であるが、Ｚ軸素子を基板面上に立てて組み付けた場合、ＭＩ素子の高さと検出感度は背反するためその高さを小さくすることは困難であった。というのは、ＭＩ素子は、アモルファスワイヤ等の感磁体に検出コイルを巻き付けたもので、感磁体に高周波のパルス電流等を流して、その時に発生する外部磁界に比例した検出コイル電圧を検知するものである。ＭＩ素子の検出感度はＭＩ素子の長さやコイルの巻数に比例するので検出磁界の方向に長さに依存するためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６２６７２８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  これに対して、特許文献１は、ひとつの基板上にＸ軸素子とＹ軸素子を配置してＺ軸素子機能を備えた一体型のＭＩセンサ装置が記載している。基板面上にＸ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ一対のＸ１軸素子とＸ２軸素子およびＹ１軸素子とＹ２軸素子をクロス状に配置しその中心点下部にパーマロイ心棒を配置したものである。この装置は、３次元の磁界ベクトルを、まずＸ軸方向の磁界はＸ１軸素子とＸ２軸素子の出力を加算することによって検知し、Ｙ軸方向の磁界はＹ１軸素子とＹ２軸素子の出力を加算することによって検知し、さらにＺ軸方向の磁界はＺ軸方向磁界をパーマロイ心棒によって平面方向に変向成分を発生させ、それをＸ１軸素子とＸ２軸素子の出力の差分とＹ１軸素子とＹ２軸素子の出力の差分とを加算することで検知するものである。  しかしパーマロイ心棒によるＺ軸方向磁界を平面方向に変向する力はきわめて弱い。そのため長くて直径の大きなパーマロイを必要とし、装置の厚みは０．５ｍｍ以上必要で実用的でなかった。【０００８】  以上のように、一つの基板上にＸ軸素子、Ｙ軸素子を各個と軟磁性体を配置し、Ｚ軸素子機能を実現する一体型の装置が発明されているが、ホール素子タイプではノイズが高いなど性能面で十分でなく、ＭＩ素子タイプは厚さの点で一層の改善が必要とされている。【０００９】  本発明は、以上のような技術的背景に鑑みて、複数個のＸ軸、Ｙ軸のＭＩ素子を一つの基板上に形成して、Ｚ軸素子の機能を実現して、小さなノイズで、従来よりも格段に薄型化し得る磁界検出装置を提供するものである。なお本発明はＭＩ素子に限定されるものではなくて、磁性材料を感磁体として磁界検出素子配置面に平行な磁界を検知するタイプの磁界検出素子に提供できる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明者は、ＭＩ素子の両端部に、一方の上部に軟磁性体を、他方の下部に軟磁性体を設けて、それら二つの軟磁性体と素子とを使ってクランク状の磁気回路を形成すればＺ軸方向の磁界を効果的に検出することを考案した。  第一の発明は、基板の磁界検出素子配置面と平行方向の磁界を検出するタイプの磁界検出素子を使って、基板面上に４つの磁界検出素子を、原点を中心にして第１軸方向に沿って二つ、第１軸と交差する第２軸方向に沿って二つ配置し、さらに原点の下部の基板内と４つの素子の原点と反対側の端部の上部に軟磁性体を配置した構造により磁界検出素子と軟磁性体の間に磁気回路を形成する磁界検出ユニットを有することによって、４つの磁界検出素子の出力からＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の磁界の強さを効果的に検出することを特徴とする３次元磁界検出素子である。  ここで、好ましくは、上部の軟磁性体の高さは０．０５ｍｍから０．２ｍｍ程度でＭＩ素子とのギャップは０．０２ｍｍ以下とし、同様の下部の軟磁性体も同様の大きさと位置関係として、三つの部品はクランク状に配置される。 なお、軟磁性体の上下方向の配置については、上下方向は相対的で、原点の基板上部と４つの磁界検出素子の原点と反対側の端部の下部に軟磁性体を配置した構造にすることも可能である。【００１１】  クランク状の磁気回路の機能を説明すると、Ｚ軸方向の磁界は素子の片方の端にある軟磁性体から素子の中の磁性ワイヤを通過して、他方の軟磁性体に流れる。Ｚ軸方向の磁界がＸ軸とＹ軸の面内方向の放射線状に流れる磁界に変向される。この時、基板面上にあるアモルファスワイヤには、Ｚ軸方向の磁界に比例した強い磁界が流れることになる。このことにより、両端にある軟磁性体が小さくても、大きな出力を得ることができる。従って、この磁気回路を活用すれば素子の高さを、特許文献１の０．５ｍｍレベルから０．１０ｍｍから０．３０ｍｍ程度の小さなものにすることができる。【００１２】  本発明の３次元磁界検出素子は、磁界検出素子配置面と平行方向の磁界を検出するタイプの磁界検出素子を使って、基板平面上に４つの磁界検出素子を、原点を中心にしてＸ軸方向に二つ、Ｙ軸方向に二つ配置し、さらに原点の下部と４つの素子の原点と反対側の端部の上部に軟磁性部材を配置して、４つのクランク状の磁気回路を形成したものである。ここでＸ１軸素子とＸ２軸素子は反対称的にクランク状の磁気回路を形成しており、両者の出力はＺ軸方向の磁界の強さに比例する大きさで両者の絶対値は同じ、符号は反対である。従って両出力の差分を取れば、その差分はＺ軸方向の磁界の強さに比例する。同様にＹ１軸素子とＹ２軸素子は反対称的にクランク状の磁気回路を形成しており、その出力の差分をとれば、Ｚ軸磁界の強さに比例する。このＸ軸出力の差分とＹ軸出力の差分を合計すれば、Ｚ軸方向の磁界の強さを算出することができる。【００１３】  また、Ｘ１軸素子とＸ２軸素子の出力は、その大きさはＸ軸方向の磁界の強さに比例した値で、その符号は同符号である。両者の出力の加算値からＸ軸方向の磁界の強さを求めることができる。同様にＹ軸方向の磁界の強さもＹ１軸素子とＹ２軸素子の出力の加算値から求めることができる。 上述のように、本���明の３次元磁界検出素子は、基板の磁気検出素子配置面と平行方向の磁界を検出するタイプの磁界検出素子を使って、基板上の原点を中心にして、第１軸方向に一対の前記磁界検出素子を備え、第１軸方向と交差する第２軸方向に一対の前記磁界検出素子を備えてなり、かつ、前記原点および前記磁界検出素子の原点とは反対側の前記磁界検出素子の端部にそれぞれ軟磁性体を備えて、前記磁界検出素子と前記磁界検出素子の両側の前記軟磁性体とにより形成される磁気回路は、前記原点を中心に反対称的なクランク状であることを特徴とするものである。【００１４】よって、基板上に二つのＸ軸素子と二つのＹ軸素子を配置し、その端部の上下位置に小さな軟磁性体を配置して、両者の間に磁気回路を形成させることを特徴とする本発明の３次元磁界検出素子は、基板材料の厚さを考慮した装置の高さを０．１〜０．３ｍｍと小さくすることができる。【００１５】上述した３次元磁界検出素子は、同サイズの集積回路チップとＣＳＰ（チップサイズパッケージ）法で電極用半田パッドなどを用いて接合して使用することが望ましい。前記ＭＩセンサの集積回路は、パルス発振回路、信号処理回路、及び、前記演算手段を含む電子回路で形成されている。信号処理回路の一例としてはバッファ回路、サンプルタイミング調整回路、電子スイッチ、ホールド回路および増幅回路からなっている。本発明は、本発明装置と信号処理回路および集積回路チップとの配線との組合せについては、いろいろな場合が可能である。本発明装置はその組合せに制約されるものではない。【００１６】また、３次元磁界検出装置を駆動する電子回路は、パルス回路から同時に４つの素子にパルス電流を流して、４つの信号処理回路で同時にコイル電圧を検知した後で、所定の演算を行うことによってＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の磁界の強さを求めることが望ましい。ほかにも電子スイッチでＸ軸素子の測定とＹ軸素子の測定の切替を瞬時、例えば１μ秒で行い、一つのパルス発振回路と二つの検波回路を使って測定し、測定値をデータ保存して所定の演算を行ってもよい。集積回路との組合せ方によって本発明が制約されるものではないことは明らかである。  本発明素子と信号処理回路、集積回路のシリコン基板との組合せた磁界検出装置である方位センサの厚みの合計は、０．３〜０．６ｍｍときわめて薄くすることができる。ここでシリコン基板の図示は省略する。【００１７】高い感度と適切な測定レンジの両立について説明すると、ＭＩ素子の出力はある磁界の強さでピーク値をとり、測定レンジはそのピーク間で制約される。測定レンジはＭＩ素子の長さを短くしてワイヤの反磁界を大きくすることによって拡大することができる。このようにＭＩ素子の長さを調整して、感度と背反関係にある測定レンジを所定の範囲に調整するのが一般的な方法である。本発明においても、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の磁界測定にこの一般的方法が適用できる。さらにＺ軸方向の磁界測定についてはＭＩ素子の長さが短いほど、磁気抵抗の小さな磁気回路が形成できるので感度は向上し、より小さな軟磁性体で両者の両立を実現できることを意味する。言い換えれば本発明において、感度と測定レンジの両立は損なわれることはない。【００１８】本発明装置の高感度化を図るためには、３次元磁界検出素子の例えば、正方形の基板を考えたとき、各辺を縦と横にするとき、その各辺と４５度をなす対角線上にＸ軸とＹ軸をとってＭＩ素子を配置することが望ましい。このことにより、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することができて出力電圧の向上を図ることが可能となるからである。【００１９】さらなる高感度化は、同一基板内に本発明の第一の発明である３次元磁界検出素子（磁界検出ユニット）を複数個配置することによって実現できる。すなわち、第二の発明は、第一の発明に記載されている磁界検出ユニットを同一基板平面上に複数個配置したことを特徴とする３次元磁界検出素子である。第一の発明の４つの磁気検出素子からなる磁界検出ユニットを基本単位にして複数ユニットを基板上に配置し、対応するユニットの数だけ駆動回路と検波回路を備えた集積回路と組み合わせることによって実現できる。駆動回路については、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の素子のワイヤ電極をそれぞれ直列的に電気的接合して励磁パルス電流を流すことによって一つだけにすることもできる。また検波回路についても、Ｘ１軸素子、Ｘ２軸素子、Ｙ１軸素子およびＹ２軸素子それぞれに対応する複数個のピックアップコイルの出力電極を直列接合することによって、信号処理回路数を磁界検出ユニットのときと同じ４つのままとすることができる。更に、第三の発明は、第一の発明に記載されている３次元磁界検出素子と集積回路チップとを接合した３次元磁界検出素子装置である。このように接合することで、基板方向に素子を薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１に係る３次元磁界検出素子の平面図である。
【図２】その平面図中に示したＡ−Ａで切断した断面図である。
【図３】実施例１に係るＭＩ素子の基本構造を示す平面図である。
【図４】実施例１に係るクランク状の磁気回路である。
【図５】実施例１に係る素子の電子回路図である。
【図６】実施例１に係る３次元素子の電子回路図である。
【図７】実施例２に係る３次元磁界検出素子の平面図である。
【図８】実施例３に係る３次元磁界検出素子（装置）の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】発明の実施形態を挙げて本発明をより詳しく説明する。本発明の３次元磁界検出装置は、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）などの時期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。また検知手段も感磁体のインピーダンスを直接検出するものでも、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。感磁体は通常はアモルファスワイヤなどの軟磁性材からなり、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、強度やコストなどの点で、特に零磁歪のアモルファスワイヤが好ましい。
【００２２】軟磁性体は、基板上に配置されたＸ１軸素子、Ｘ２軸素子、Ｙ１軸素子、Ｙ２軸素子と４つのクランク状の磁気回路を形成して、Ｚ軸方向の磁界を基板上のＸ軸方向とＹ軸方向に変向して、Ｚ軸方向の磁界の強さを検出することを可能とするものである。ただし、このような軟磁性体による磁気回路形成が可能である限り、軟磁性体の材質、形態は問わない。軟磁性体は、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、軟磁性体の形状は、反磁界係数を小さくしてＺ軸方向の磁界によって効果的に磁化しうる形状であると好ましい。
【００２３】軟磁性体の配置位置は、磁気回路を効果的に形成されやすい位置に配置されると好ましい。例えば、軟磁性体の磁極面とアモルファスワイヤ端部とを出来るだけ近づけて磁気回路抵抗を小さくするようにする。断面積と厚みで表現される軟磁性体の大きさは、素子の長さや直径に相対的関係があり、素子が長いほど軟磁性体の厚みを厚くすることが好ましい。
【００２４】本発明の趣旨に沿う限り、Ｘ軸素子とＹ軸素子または軟磁性体の配置は、両軸は直角であることが望ましいが、直角からある角度ずれている場合は素子出力にその角度ずれに応じた適切な補正演算を行うことによって処理することができる。
【００２５】  Ｘ軸方向とＹ軸方向は、素子基板形状の縦方向と横方向に一致していることが望ましいが、一致していない場合はそのズレ角度を測定して補正演算を加えることで対応することができる。
【００２６】  勿論、対称に配置されるＭＩ素子同士または磁気回路を形成する軟磁性体同士は、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望ましい。特性が異なる場合は、各素子の測定値は電子回路と演算処理装置に送られて補正して同一化することによって処理することができる。
【００２７】  いずれにしろ、Ｘ方向の一対のＭＩ素子またはＹ方向の一対のＭＩ素子と軟磁性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、高精度な磁界検出が容易となり好ましい。
【００２８】  本発明は、Ｚ軸方向の磁場を基板上に設置したＸ軸素子とＹ軸素子と軟磁性体とで磁気回路を形成することによって、３軸の磁界を検出する磁界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。本発明の複合素子と集積回路とを接合は、ワイヤボンディングを使って行うこともできるが、ワイヤボンディングのための余分に面積と高さが必要となる。そこで磁界検出素子と集積回路とを積層してパッド接合することによって両者を電気的に接合することが、全体的な小型化または薄型化をより進めるために望ましい。
【００２９】また、集積される層は、磁界検出素子と集積回路チップ層には限らない。本発明の３次元磁界検出装置は加速度センサ、温度センサなどと積層されて複合型センサとして組立て使用できる。
【実施例】
【００３０】図面を参照しつつ以下に挙げる実施例に基づいて詳細に説明する。［実施例１］  実施例１に係る３次元磁界検出素子１を図１に示す。図１は３次元磁界検出素子１の平面図であり、図２は図１中に示したＡ−Ａ線における断面図である。図３はＭＩ素子の基本構造を示す平面図である。【００３１】３次元磁界検出素子１は、地磁気など微小磁界を検出することができる４つのＭＩ素子２、すなわちＸ１軸素子２Ｘ１、Ｘ２軸素子２Ｘ２、Ｙ１軸素子２Ｙ１およびＹ２軸素子２Ｙ２と、それらＭＩ素子に配置された基板１１と、４つの素子の共通の原点位置の下側方向に基板１１に形成されたホールに配置された棒状の軟磁性体３１と、４つの素子の基板１１の外縁方向の端部の上部に配置された棒状の軟磁性体３２の３層構造、および電極からなる。電極は、４つの素子ワイヤと連結したワイヤ用端子２３と接続されている電極パッド２４と、４つの検出コイルの検出コイル用端子２５と接続されている電極パッド２６とから成り立っている。上部位置に配置される集積回路シリコン基板（図示せず）とは上記電極に接合用の半田パッドを設置して連結することができる。【００３２】  基板１１の原点位置に設置される軟磁性体３１は、基板１１の原点位置にＺ軸を軸線とする直径１００μｍ、深さ２００μｍの円筒状の穴を設け、そこにメッキ法で４５ａｔ％Ｎｉ−Ｆｅ組成のパーマロイ合金を埋め込んだものである。基板上面１１の上部に設置される軟磁性体３２は、アモルファス２１の端部に直径５０μｍ、厚み５０μｍのボタン状の４５ａｔ％Ｎｉ−Ｆｅ組成のメッキ法で形成したパーマロイ合金である。軟磁性体３には、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軟磁性材料を使用することができる。【００３３】  ＭＩ素子２の構造を、図３を用いて説明する。  ４つの素子は同じ構造を有しており、その構造は直径１０μｍ、長さ４００μｍのアモルファスワイヤ２１を中心部に配置し、その周りを内径３０μｍ、コイルピッチ５μｍ、巻数３０回の検出コイル２２を配置し、さらにワイヤ２１とコイル２２の両端にはそれぞれ電極端子であるワイヤ用端子２３、検出コイル用端子２５が取り付けられている。ワイヤ用端子２３からの電極パッド２４および検出コイル用端子２５からの電極パッド２６をそれぞれ使って集積回路端子（図示せず）に対応している。各ＭＩ素子２の上記各端子と集積回路のシリコン基板の各端子とは、電極パッドで電気的に接合される。【００３４】  本実施例１の基板上に配置されたＸ１軸素子２Ｘ１、Ｘ２軸２Ｘ１、Ｙ１軸素子２Ｙ１、Ｙ２軸素子２Ｙ２の４つの素子と原点位置の軟磁性体と４つのワイヤ端部３２の４つの軟磁性体とは、４つのクランク状の磁気回路を形成して、Ｚ軸方向の磁界の強さを効果的に検出することを可能にする。【００３５】  クランク状の磁気回路の機能を、図４（図１のＡ−Ａ断面図）を使って詳細に説明すると、Ｚ軸方向の磁界ＨｚはＭＩ素子の両端にある軟磁性体を磁化する。ＭＩ素子端部の上部側にある軟磁性体３２の下面の磁極をＮ極とすると、原点位置にある軟磁性体３１の上面の磁極はＳ極となっており、その間にあるＭＩ素子のアモルファスワイヤ２１を介してクランク状の磁気回��を形成する。この時アモルファスワイヤには、Ｚ軸方向の磁界に比例した強い磁界が流れることになる。この磁気回路形成によって効果的に大きな出力を得ることができるので、端部にある軟磁性体の高さは０．０５ｍｍと小さくすることができる。その結果、ＭＩ素子の厚み０．０５ｍｍと合わせて、３次元磁界検出素子の全体の高さを０．３０ｍｍとすることができた。【００３６】  ４つのＭＩ素子の出力は個々に測定され、Ｘ１軸素子、Ｘ２軸素子、Ｙ１軸素子およびＹ２軸素子の各素子の測定値をＨｘ１、Ｈｘ２、Ｈｙ１、およびＨｙ２とすると計算処理によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の磁界の強さＨｘ、ＨｙおよびＨｚが算出される。【００３７】 上述のように、Ｘ１軸素子とＸ２軸素子は反対称的にクランク状の磁気回路を形成しており、両者の素子の出力は、その大きさＺ軸方向の磁界の強さに比例し符号は反対である。従って両出力の差分を取れば、その差分はＺ軸方向の磁界の強さに比例する。同様にＹ１軸素子とＹ２軸素子はＺ軸方向の磁界成分に対し反対称的にクランク状の磁気回路を形成しており、その出力の差分を取れば、Ｚ軸素子の強さに比例する。このＸ軸出力の差分とＹ軸出力の差分を合計すれば、Ｚ軸方向の磁界の強さを算出することができる。【００３８】 また、Ｘ１軸素子とＸ２軸素子の出力は、Ｘ軸方向の磁界成分に対し対称的に磁気回路をしており、その大きさはＸ軸方向の磁界の強さに比例した値で、その符号は同符号である。両者の出力の加算値からＸ軸方向の磁界の強さを求めることができる。 同様にＹ軸方向の磁界の強さもＹ１軸素子とＹ２軸素子の出力の加算値から求めることができる。【００３９】 本実施例で使用した３次元磁界検出素子１の駆動用の電子回路を図５と図６を使って説明する。 まずＭＩセンサの電子回路８の基本動作を、図５を使って説明する。電子回路８は、パルス発振回路（パルス発信器）８１および信号処理回路８２を有する。信号処理回路８２は、バッファ回路８３、検波タイミング調整回路８４と、電子スイッチ８５と、サンプルホールド回路８６および増幅器８７とからなる。パルス発振回路８１により発生した５００ＭＨｚ相当の高周波のパルス電流をＭＩ素子２のアモルファスワイヤ２１へ供給する。そうすると、パルス電流によりアモルファスワイヤ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。なおここでいうパルス周波数は、パルス電流の「立ち下がり」時間Δｔの４倍をその周期としてその逆数をパルス周波数と便宜上定義した。【００４０】
検出コイル２２の出力電圧はバッファ回路に入力される。バッファ回路の出力電圧は、検波タイミング調整回路８４により、パルス電流の立下りから所定のタイミングで、電子スイッチ８５を短時間スイッチング（オン−オフ）することでサンプルホールド回路８６へ供給される。この時、検出コイル２２に発生した電圧はサンプルホールド回路８６のコンデンサ電圧としてホールドされ、このサンプリング電圧は、増幅器により増幅されて出力される。
【００４１】  つぎに、４つの素子を有する本実施例の電子回路の機能を、図６を使って説明する。本回路は、パルス発振回路（パルス発信器）８１は一つで、信号処理回路８２は各素子の出力を同時に測定するために４つを備えている。４つのＭＩ素子からの出力は、切替スイッチ８８１を使って順番にＡＤコンバータ８８２でデジタルデータに変換された後、演算回路８８３に転送され、適当な演算処理される。そこで３次元の磁界ベクトルの強さに換算される。その後、スマートホンなどのシステムを制御している中央演算装置にデータ通信回路を介して転送される。【００４２】［実施例２］  ＭＩ素子２の配置を３次元磁界検出素子１（図１）から変更した３次元磁界検出素子１２の平面図を図７に示した。なお既述の３次元磁界検出素子と同様の部材はには、便宜上、同じ符号を示して付す（以下、同様である）。３次元磁界検出素子１２では、正方形の基板上に、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。【００４３】［実施例３］  実施例３は、実施例１で示した３次元磁界検出素子１を磁気検出ユニットとして、その４個を正方形形状に組合せた３次元磁界検出素子１３である。その平面図を図８に示す。  素子サイズを１．４ｍｍ角、高さ０．３ｍｍで、サイズ１．４ｍｍ角の集積回路チップ（図示せず。）と組合せた３次元磁界検出装置１４としての高さは０．５ｍｍである。装置の側の電極と集積回路チップ側の電極とは半田パッドで接合した。実施例２の素子の出力は、実施例１のそれの４倍となる。【００４４】  電子回路は、一つのパルス発振回路と４個の検波タイミング調整回路およびＡＤコンバータ、演算回路、通信回路などのデジタル回路からなっている。１６個の素子のアモルファスワイヤ２１は電気的に接合され、一つのパルス発振回路から供給されるパルスによって同期して励磁される。検出コイルはＸ１軸素子、Ｘ２軸素子、Ｙ１軸素子、Ｙ２軸素子の４つの種類に分けて、４個のＸ１軸素子を直列に連結し、その出力をＸ１軸素子専用の検波回路にて検知する。同様に、Ｘ２軸素子、Ｙ１軸素子、Ｙ２軸素子についてもそれ専用の検波回路で検知して、それを順次ＡＤコンバータを介してデジタル信号に変換し演算回路で所定の計算式に従って、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の磁界の強さに変換している。【００４５】［実施例４］  実施例４は、本発明の３次元磁界検出素子と集積回路チップ、加速度センサ素子、振動式ジャイロ素子、圧力センサ素子を一体接合したものである。各素子は、各素子を貫くスルーホールと電極パッドを使って対応する電極と接合される。本発明装置は、このように薄くて小型の複合センサの製作を可能にするものである。
【産業上の利用可能性】
【００４６】  本発明の３次元磁界検出素子は、電子コンパス、磁気ジャイロ等の３次元の地磁気測定を必要とする３次元方位計に必要なもので、特に本発明の３次元磁界検出装置は、携帯電話をはじ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。
【符号の説明】
【００４７】１：実施例１の３次元磁界検出素子１２：実施例２の３次元磁界検出素子１３：実施例３の３次元磁界検出素子２：ＭＩ素子（２Ｘ１、２Ｘ２、２Ｙ１、２Ｙ２の４つの素子）３：軟磁性体３１：アモルファスの一の端部で基板中心部、アモルファスワイヤの他の端部で基板外縁部４：３次元磁界検出素子の高さ５：ＭＩ素子絶縁保護用樹脂６：クランク状の磁気回路２１：アモルファスワイヤ、２２：検出コイル、２３：ワイヤ用端子、２４：電極パッド、２５：コイル用端子、２６：電極パッド８：電子回路８１：パルス発信器、８２：信号処理回路、８３：バッファ回路、８４：検波タイミング調整回路、８５：電子スイッチ、８６：サンプルホールド回路、８７：増幅器８８：デジタル回路８８１：切替スイッチ、８８２：ＡＤコンバータ、８８３：演算回路、８８４：データ通信回路 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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