(57)【要約】【課題】  方位センサのウェラブルコンピュータ、医療用カテーテルのワイヤガイドの先端などへの用途拡大のため、３次元磁界検出素子の磁界検出力の改善と一層の小型化・薄型化が求められている。【解決手段】  ３つのＧＳＲ素子からなる磁界検出素子と３つの軟磁性体からなり、測定の中心点である原点でお互いに直交する３軸方向において、第１軸方向は原点を挟んで２つの素子により第１軸方向磁界を測定し、第２軸方向は１つの素子を原点位置に配置して第２軸方向の磁界を測定し、第３軸方向は第１軸方向の２つの素子と３つの軟磁性体を組み合せて点対称に２つのクランク状の磁気回路を形成して第３軸方向の磁界を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板面と平行方向の磁界を検出する磁界検出素子と基板面と直交する磁界を集磁・放磁する軟磁性体からなる３次元磁界検出素子において、
前記基板面上における前記磁界の測定の中心点を原点として、
前記原点において、前記基板面上の第１軸方向、第１軸方向と直交する第２軸方向および前記基板面に垂直に直交する第３軸方向からなる３軸が交差してなり、
前記磁界検出素子は、前記原点を中心にして前記第１軸方向には２つの前記磁界検出素子と前記第２軸方向には１つの前記磁界検出素子を前記基板上にそれぞれ点対称に配置し、
かつ、
前記軟磁性体は、前記原点の上部および前記第１軸方向の２つの前記磁界検出素子の前記原点に対して反対側の端部の下部に配置してなり、
前記第１軸方向において２つの前記磁界検出素子と３つの前記軟磁性体とからなる磁気回路を形成す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３次元磁界検出素子において、
前記磁界検出素子の端部の下部に配置されている２つの軟磁性体は、前記基板面に対して垂直方向に加工されている加工端面の表面に位置することを特徴とする３次元磁界検出素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載されている３次元磁界検出素子において、
前記３次元磁界検出素子は、長さ０．６ｍｍ以下、幅０．３ｍｍ以下および厚み０．１５ｍｍ以下からな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１項に記載されている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る3軸磁気センサにおいて、Ｘ軸Ｙ軸Ｚ軸方向の３方向の磁気検出機能を有する３次元磁界検出素子を一つの基板上に実現することにより、磁気センサの高い感度、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、断面積サイズを小さくした３次元磁界検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
３軸磁気センサは、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。電子コンパス、スマートフォン、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。
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（Magneto-Impedanceの略）素子およびＧＳＲ（GHz-Spin-Rotationの略）素子等が用いられる。
通常、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸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軸素子およびＺ軸素子の３つの素子を用いて行なう。ホール素子の場合は、素子面と垂直方向に磁界を検出するので、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つける必要がある。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、組み付ける必要がある。３つの素子を組み立てて使う限り、センサの高さが大きくなるという問題があった。例えば、特許文献１にはＭＩセンサを使った組み立て式の3軸磁気センサが開示されている。
なお、ホール素子についてはノイズが大きく、性能アップを図ることが困難であることから、以下ＭＩ素子、ＧＳＲ素子について絞ることにした。
【０００４】
この問題に対して、特許文献２には、一つの基板上に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３次元磁気検出素子が開示されている。
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３次元磁気検出素子は、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、３次元磁気検出素子の厚みは０．５ｍｍ以上必要で実用的でなかった。
【０００５】
そこで、ＭＩ素子タイプにサイズを一層改善した特許文献３には、ＭＩ素子の両端部に、一方の上部に軟磁性体を設けるとともに他方の下部に軟磁性体を設けて、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してＺ軸方向の磁界を効果的に検出できる３次元磁界検出素子が開示されている。
基板平面上に４つのＭＩ素子を、基板の原点を中心にしてＸ軸方向に２つ配置し、Ｘ軸と交差するＹ軸に２つ配置し、さらに原点の下部の基板内と４つのＭＩ素子の原点と反対側のＭＩ素子の端部の上部に軟磁性体を配置することにより、磁界検出素子と軟磁性体とからなる磁気回路を形成するものである。これにより幅０．７ｍｍ、長さ０．７ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの３次元磁界検出素子が得られている。
【０００６】
しかし、近年の方位センサをウェラブルコンピュータ、医療用カテーテルのガイドワイヤの先端などに用いられるためには一層の小型化、薄型化が求められている。
また、左右の磁界検出素子からの測定値を加算してＸ軸磁界成分とＹ軸磁界成分を求め、減算してＺ軸磁界成分を求めるので、左右の磁界検出素子は同一方向に対して同じ値になり、逆方向磁界に対して正負反対の同一値となる必要があり、構造上の対称性が極めて重要である。高精度になるほど両者のわずかな差異も大きな問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２００５／００８２６８
【特許文献２】ＷＯ２０１０／１１０４５６
【特許文献３】特開２０１４−１５３３０９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上のような技術的背景に鑑みて、最近開発されたＧＳＲセンサに着目し、
基板面上の磁界検出素子の配置、Ｚ軸方向磁界の集磁界構造と軟磁性体の配置を検討して磁界検出力を改善する同時に３次元磁界検出素子の大きさを検討した結果、なされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、特許文献３に記載された３次元磁界検出素子のさらなる小型化を検討した結果、4つの磁気検出素子を３つの磁気検出素子に変更し、測定の中心点である原点でお互いに直交する３軸方向において第１軸方向は２つの素子１２と素子１３により第１軸方向磁界を測定し、第２軸方向は１つの素子１４を原点位置に配置して第２軸方向の磁界を測定し、第３軸方向は第１軸方向の２つの素子と３つの軟磁性体と組合せて点対称に２つのクランク状の磁気回路を形成して第３軸方向の磁界を測定する構造を考案した。
【００１０】
Ｘ軸方向磁界Ｈｘは、素子１２と素子１３の測定値の平均値から求めた。Ｙ軸方向の磁界Ｈｙは素子１４の測定から求めた。Ｚ軸方向の磁界Ｈｚは、素子１２と素子１３の測定値の差分の平均値から求めた。小型化を実現するために、素子１４の感度を基準に、素子１２と素子１３は２つの素子の出力合計の感度が素子１４と同じになるように、素子１２と素子１３は長さの小さな素子を採用し、長手方向の長さを小さくした。また素子１２と素子１３の長さを短くすることで、磁気回路の磁気抵抗を小さくしかつ軟磁性体の大きさを調整することでＺ軸方向の検出感度も素子１４の感度と一致させると同時に厚み方向の大きさも小さくすることができた。
さらに感度の優れたＧＳＲ素子を採用し素子の長さを短くして、素子全体の大きさを小さくすることができた。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、ＧＳＲ素子を用いることにより高い感度、低いノイズ、広い測定レンジなどの基本性能を維持する３次元磁界検出素子のサイズの一層の小型化、薄型化を図ることができる。また、磁界検出素子の数の減少により安価となる。さらに、３次元磁界検出装置を小さく、薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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】実施例１に係る３次元磁界検出素子の平面図（図１）のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図３】実施例１に係るＧＳＲ素子の基本構造を示す平面の概念図である。
【図４】実施例１に係るクランク状の磁気回路を示す概念図である。
【図５】実施例１に係る磁界検出素子の電子回路図である。
【図６】実施例１に係る３次元磁界検出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（図１）のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の３次元磁界検出素子は、基板面と平行方向の磁界を検出する磁界検出素子と基板面と直交する磁界を集磁・放磁する軟磁性体からなり、基板面上における磁界の測定の中心点を原点として、その原点において、基板面上の第１軸方向、第１軸方向と直交する第２軸方向および基板面と直交する第３軸方向からなる３軸が交差してなり、磁界検出素子は、原点を中心にして第１軸方向には２つの磁界検出素子と第２軸方向には１つの磁界検出素子を前記基板上にてそれぞれ点対称に配置し、かつ、軟磁性体は、原点の上部よび前記第１軸方向の２つの前記磁界検出素子の前記原点に対して反対側の端部の下部に配置してなり、第１軸方向おいて２つの磁界検出素子と３つの軟磁性体とからなる磁気回路を形成することを特徴とする。
【００１４】
３次元磁界検出素子は、基板面と平行方向の磁界を検出する３つの磁界検出素子と３つの軟磁性体からなる。
磁界検出素子は、感磁体であるアモルファスワイヤ、アモルファスワイヤに周回する検出コイル、アモルファスワイヤおよび検出コイルのそれぞれの両端の端子、両端の端子およびそれらの端子と外部の集積回路と接合する電極パッドおよび端子と電極との配線から構成されている。
【００１５】
アモルファスワイヤの直径は１５μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下である。その外周は絶縁性材料で被覆、例えばガラス被覆されていることが好ましい。アモルファスワイヤと検出コイルとの間の絶縁が容易であり、また間隙を小さくしてコイル内径の小径化を図ることができる。
検出コイルは、コイル内径は３０μｍ以下で好ましくは２０μｍ以下である。コイル内径を小さくすることにより感度の向上になる。コイルピッチは５μｍ以下で好ましくは３μｍ以下である。これにより単位長さ当たりのコイル巻数の増加を図ることができ、
感度の向上、ひいては磁界検出素子を短くして小型にすることができる。
【００１６】
基板面上における３つの磁界検出素子の配置は次のように行う。
基板面上において、基板面と平行な磁界の測定の中心点を原点とする。その原点を通過する基板面上の第１軸方向（Ｘ軸方向）、第１軸方向（Ｘ軸方向）と直交する第２軸方向（Ｙ軸方向）および基板面に対して垂直方向に直交する第３軸方向（Ｚ軸方向）の３軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）が交差している。
基板の長さ方向をＸ軸として、原点を中心にして磁界検出素子１２および磁界検出素子１３を点対称に配置する。幅方向をＹ軸として、原点を中心にして磁界検出素子１４を点対称に配置する。
さらに、Ｙ軸方向の磁界検出素子を１つとし、点対称に配置した結果、３次元磁界検出素子の幅方向のサイズは１／３程度に小さくすることができる。
【００１７】
軟磁性体は、基板上に配置された素子１２および素子１３と２つのクランク状の磁気回路を形成して、Ｚ軸方向の磁束を集磁し、それを素子内部の磁性ワイヤに流しさらに両側の軟磁性体から放磁することで、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得る形状であることが好ましい。
また製造容易性を考慮すると軟磁性体の直径Ｄ（楕円形状の場合には直径相当径とする。）に対して高さＨにより求められるアスペクト比（Ｈ／Ｄ）は１以下が好ましい。
なお、上述の磁気回路を形成してZ軸方向の磁界を検出することができる限り、原点の上部の１つ軟磁性体を原点の下部に配置し、原点と反対側の端部の下部に配置している２つの軟磁性体を上部にすることも可能である。
【００１８】
軟磁性体の配置は、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でき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、磁界検出素子の長さや直径に相対的関係があり、磁界検出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。
【００１９】
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、両軸が直角であることが好ましいが、直角からある角度ずれている場合は磁界検出素子の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。
【００２０】
また、本発明の３次元磁界検出素子は、第１軸方向の磁界検出素子の端部の下部に配置されている２つの軟磁性体が基板面に対して直角に加工されている加工端面の表面に位置することを特徴とする。
【００２１】
長さ方向にあるＸ軸方向の磁界検出素子の端部にある軟磁性体を含む基板を、基板面に対して下方に加工することによって、磁界検出素子を含まない端部が除去されるので
軟磁性体が加工端面の表面になる。これにより３次元磁界検出素子の長さを短くすることができる。なお、磁性体の半分程度が除去されると集磁機能の低下につながるので軟磁性体の断面積を大きくすることである。この場合には幅方向を大きくする楕円形状にすることにより３次元磁界検出素子の長さを短くすることへの影響は少ない。
【００２２】
また、本発明の３次元磁界検出素子は、長さ０．６ｍｍ以下、幅０．３ｍｍ以下および厚み０．１５ｍｍ以下からなることを特徴とする。
【００２３】
これにより、スマートフォンやウェラブルコンピュータの期待に応えるのみでなく、例えば医療用カテーテルのガイドケーブルの先端に内蔵することも可能となる。
【００２４】
さらに、本発明の３次元磁界検出装置は、本発明の磁界検出素子と集積回路チップとを接合していること特徴とする。
【００２５】
本発明の３次元磁界検出装置は、Ｚ軸方向の磁場を基板上に設置したＸ軸素子とＹ軸素子およびＸ軸素子と軟磁性体による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素子の小型化・薄型化を図ることに加えてさらに集積回路チップを接合して総合的な小型化または薄型化を図るものである。
すなわち、本発明の３次元磁界検出素子と集積回路との接合は、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な面積や高さが必要となる。そこで３次元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。
【実施例】
【００２６】
図面を参照しつつ以下に挙げる実施例を説明する。
［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次元磁界検出素子の平面図であり、図２は図１中に示すＡ−Ａ’線における断面図である。図３はＧＳＲ素子の基本構造を示す平面図である。
【００２７】
３次元磁界検出素子１は、地磁気などの微小磁界を検出することができる３つのＧＳＲ素子３と集磁・放磁機能を有する３つの軟磁性体２１、２２からなる。
すなわち、ＧＳＲ素子の２つは基板面上のＸ軸におけるＸ１素子１２とＸ２素子１３であり、１つはＹ軸におけるＹ素子１４である。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は原点でお互いに直交しており、Ｘ１素子１２とＸ２素子１３は原点を中心にして点対称にあり、Ｙ素子１４は１つで原点を中心にして点対称にある。
１つの軟磁性体２２は原点の上部（Ｙ素子１４の上部に相当する。）にボタン状に形成され、２つの軟磁性体２２は基板１１の長手方向の両外縁である素子Ｘ１および素子Ｘ２の各端部の基板１１の中にボタン状に形成されている。
【００２８】
ＧＳＲ素子３の基本構造（以下、素子の構造という。）を、図３により説明する。
３つの素子３の構造は直径１０μｍにて、Ｘ軸用の素子１２および素子１３は長さ１２０μｍのアモルファスワイヤ（以下、ワイヤという。）を用い、Ｙ軸用の素子１４は長さ２００μｍのワイヤを用いる。ワイヤ３１を中心部に配置し、その周囲を内径２０μｍ、コイルピッチ３μｍ、巻数３０回の検出コイル（以下、コイルという。）３２を配置し、さらにワイヤ３１と検出コイル３２の両端にはそれぞれワイヤ用端子３３、コイル用端子３５が取り付けられている。ワイヤ用端子３３からのワイヤ用電極パッド３４、検出コイル用端子３５からのコイル用電極パッド３６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。各素子３の上記各端子と集積回路の各端子とは、電極パッドで電気的に接合される。
【００２９】
軟磁性体２１、２２について説明する。
軟磁性体２１は、基板１１の原点の上部に素子１４とは絶縁被膜を挟んで、Ｚ軸線を軸として直径３０μｍ、厚み３０μｍのボタン状に形成されている。その組成は４５ａｔ％Ｎｉ−Ｆｅのメッキ法で形成したパーマロイ合金である。
軟磁性体２２は、基板１１に長径８０μｍ、短径４０μｍの楕円形状にて深さ４０μｍの穴を設け、そこにメッキ法で４５ａｔ％−Ｆｅ組成のパーマロイ合金を埋め込んだもので、素子１２および素子１３とは絶縁されている。
なお、軟磁性体２１、２２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用いることができ、また形成方法もスパッタリング等を用いることができる。
【００３０】
本実施例において、基板１のＸ軸方向に２つのクランク状の磁気回路が形成されている。１つは基板１上に配置された左側のＸ１素子１２とその端部の下部に配置されている左側の軟磁性体２２および原点の上部の軟磁性体２１から構成されている。他の一つは右側のＸ２素子１３とその端部の下部に配置されている右側の軟磁性体２２および原点の上部の軟磁性体２１から構成されている。
これらの２つのクランク状の磁気回路は原点を対称にして形成されることにより、Ｚ軸方向の磁界の強さを効果的に検出することができる。
【００３１】
クランク状の磁気回路の機能について、図２（図１のＡ−Ａ’線の断面図）により説明する。
Ｚ軸方向の磁界ＨｚはＸ１素子１２およびＸ２素子１３の両端にある軟磁性体２２を磁化する。軟磁性体２２の下面の磁極をＳ極とすると、原点の上部にある軟磁性体２１の上面の磁極はＮ極となっており、その間にある素子のワイヤ３１を介してクランク状の磁気回路４を形成する。この時、ワイヤ３１にはＺ軸方向の磁界Ｈｚに比例した強い磁界が流れることになる。この磁気回路の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、原点の上部にある軟磁性体２１の厚みを０．０３ｍｍと薄くすることができる。その結果、３次元磁界検出素子１の高さ１６を０．１３ｍｍとすることができる。
【００３２】
３つのＧＳＲ素子の出力は個別に測定され、Ｘ１素子１２およびＸ２素子１３の磁界の強さをＨｘ１、Ｈｘ２とし、Ｙ素子１４の磁界の強さをＨｙ１としたとき式（１）、式（２）および式（３）によって演算処理され、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の磁界の強さＨｘ、ＨｙおよびＨｚが算出される。なお、式（３）のＫは係数である。
Ｈｘ＝（Ｈｘ１＋Ｈｘ２）          （１）
Ｈｙ＝Ｈｙ１                      （２）
Ｈｚ＝Ｋ（Ｈｘ１−Ｈｘ２）        （３）
【００３３】
Ｘ軸方向の磁界の強さは、Ｘ１素子１２とＸ２素子１３の両者の出力の加算値から求めることができる。これは、Ｘ軸方向の磁界成分に対して対称的に磁気回路を形成しており、その大きさはＸ軸方向の強さに比例した値で、その符号は同符号であることによる。
Ｙ軸方向の磁界の強さは、Ｙ素子１４の１つの出力であるのでそのままＹ軸方向の強さとなる。
【００３４】
Ｚ軸方向の磁界の強さは、Ｘ１素子１２とＸ２素子１３の両者の出力の差分から求めることができる。これは、Ｘ１素子１２とＸ２素子１３は反対称的にクランク状の磁気回路６を形成しており、両者の素子の出力は、Ｚ軸方向の磁界の強さに比例し符号は反対であることによる。
【００３５】
本実施例で用いる３次元磁界検出素子の電子回路を図５および図６により説明する。
まず、ＧＳＲセンサの電子回５Ａの基本動作を図５により説明する。
電子回路５Ａは、パルス発信回路（パルス発信器）５１および信号処理回路５２を有する。信号処理回路５２は、バッファ回路５３、検波タイミング調整回路５４、電子スイッチ５５、サンプルホールド回路５６および増幅器５７からなる。パルス発振回路５１により発生した２ＧＨｚ相当の高周波のパルス電流をＧＳＲ素子２のワイヤ３１へ供給する。そうすると、パルス電流によりワイヤ３１の表面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コイル３２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。
【００３６】
コイル３２の出力電圧はバッファ回路５３に入力される。バッファ回路５３の出力電圧は、検波タイミング調整回路５４により、パルス電流の立ち下がりから所定のタイミングで、電子スイッチ５５を短時間にスイッチング（オン−オフ）することでサンプルホールド回路５６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５７により増幅されて出力される。
【００３７】
次に、３つのＧＳＲ素子３を有する本実施例の電子回路５Ｂの機能を図６により説明する。
本電子回路５Ｂは、パルス発振回路（パルス発信器）５１、信号処理回路５１およびデジタル回路５８からなる。パルス発振回路（パルス発信器）５１は１つで、信号処理回路５２は各素子の出力を同時に測定しるために３つを備えている。３つのＧＳＲ素子（Ｘ１、Ｘ２およびＹ１）からの出力は、デジタル回路５８に入り、切替スイッチ５８１を使って順番にＡＤコンバータ５８２でデジタルデータに変換された後、演算回路５８３に転送され、適当な演算処理がなされる。そこで３次元ベクトルの強さに換算される。その後、スマートフォ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５８４を介して転送される。
【００３８】
本実施例による矩形状の３次元磁界検出素子の大きさは、長さ５４０μｍ、幅２５０μｍ、厚みは原点の上部の軟磁性体の厚みを含んで１２０μｍである。これは、正方形状で４つの磁界検出素子と３つの軟磁性体からなる３次元磁界検出素子に対して１／４程度の小型である。
【００３９】
［実施例２］
実施例２に係る３次元磁界検出素子の断面図を図７に示す。
本実施例の３次元磁界検出素子は、実施例１における３次元磁界検出素子１（図１）の両端部をＢ−Ｂ’線に沿って切断加工し、その切断面の状態を図１中に示すＡ−Ａ’線における断面図として示す。なお、両端部の軟磁性体は逆円錐筒状からなり、切断加工したものである。
Ｘ１素子１２の端部の軟磁性体３２の中央部のＢ−Ｂ’線およびＸ２素子１３の端部の軟磁性体２２の中央部のＢ−Ｂ’線に沿って加工されることによって軟磁性体２２の端面が３次元磁界検出素子の左右に表れている。
この加工によって、３次元磁界検出素子の長さを短くすることができる。なお、軟磁性体２２を切断加工により基板１１の一部とともに取り除いているが、十分に残存する軟磁性体によるクランク状の磁気回路は保存されているので磁界検出力には何らの影響を与えるものではない。
【００４０】
本実施例による３次元磁界検出素子の大きさは、実施例１に対して長さ方向で両端がそれぞれ５０μｍ短くなることから、長さ４４０μｍとなる。なお、幅２５０μｍと厚み１２０μｍは同じである。よって、さらに約２０％の小型化が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の３次元磁界検出素子は、電子コンパス、モーションセンサ、スマートフォン等の３次元の地磁気そくていを必要とする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。
さらに将来的には超小型の３次元磁界検出装置は、医療用カテーテルのガイドワイヤの先端に取り付け、その先端部分が磁界空間における３次元的な位置を確定するセンサとしての期待がなされている。
【符号の説明】
【００４２】
１：３次元磁界検出素子
１１：基板
１２：Ｘ軸におけるＸ１素子、１３：Ｘ軸におけるＸ２素子、１４：Ｙ軸におけるＹ素子
２１：原点の上部の軟磁性体
２２：Ｘ１素子およびＸ２素子の原点とは反対側の端部の下部の軟磁性体
１６：３次元磁界検出素子の厚み
３：ＧＳＲ素子
３１：アモルファスワイヤ、３２：検出コイル、３３：ワイヤ用端子、３４：電極パッド、３５：コイル用端子、３６：電極パッド
４：クランク状の磁気回路
５Ａ：ＧＳＲセンサの電子回路
５１：パルス発振回路（パルス発信器）、５２：信号処理回路、５３：バッファ回路、５４：検波タイミング調整回路、５５：電子スイッチ、５６：サンプルホールド回路、５７：増幅器
５Ｂ：三次元磁界検出装置の電子回路
５８：デジタル回路、５８１：切替スイッチ、５８２：ＡＤコンバータ、５８３：演算回路、５８４：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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【手続補正書】
【提出日】平成29年4月15日(2017.4.15)
【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】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
請求項１に記載されている３次元磁界検出素子において、
前記磁界検出素子の端部の下部に配置されている２つの前記軟磁性体は、前記基板面に対して垂直に直交する前記第３軸方向に切断加工されている両端の切断加工面に位置することを特徴とする３次元磁界検出措置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載されている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していることを特徴とする３次元磁界検出装置。  
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、本発明の３次元磁界検出素子は、磁界検出素子の端部の下部に配置されている２つの軟磁性体は、基板面に対して垂直に直交する第３軸方向に切断加工されている両端の切断加工面に位置することを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
さらに、本発明の３次元磁界検出装置は、本発明の３次元磁界検出素子と集積回路チップ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していることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本発明の３次元磁界検出素子は、Ｚ軸方向の磁場を基板上に設置したＸ軸素子とＹ軸素子およびＸ軸素子と軟磁性体による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素子の小型化・薄型化を図ることに加えてさらに集積回路チップを接合して総合的な小型化または薄型化を図るものである。
すなわち、本発明の３次元磁界検出素子と集積回路チップとの接合は、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な面積や高さが必要となる。そこで３次元磁界検出素子と集積回路チップとを積層してパッドをより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。
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月10日(2017.7.10)
【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】
基板面と平行方向の磁界を検出する磁界検出素子と基板面と直交する磁界を集磁・放磁する軟磁性体からなる３次元磁界検出素子において、
前記基板面上における前記磁界の測定の中心点を原点として、
前記原点において、前記基板面上の第１軸方向、第１軸方向と直交する第２軸方向および前記基板面に垂直に直交する第３軸方向からなる３軸が交差してなり、
前記磁界検出素子は、前記原点を中心にして前記第１軸方向には２つの前記磁界検出素子と前記第２軸方向には１つの前記磁界検出素子を前記基板上にそれぞれ点対称に配置し、
かつ、
前記軟磁性体は、前記原点の上部および前記第１軸方向の２つの前記磁界検出素子の前記原点に対して反対側の端部の下部に配置してなり、
前記第１軸方向において２つの前記磁界検出素子と３つの前記軟磁性体とからなる磁気回路を形成す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３次元磁界検出素子において、
前記３次元磁界検出素子は、長さ０．６ｍｍ以下、幅０．３ｍｍ以下および厚み０．１５ｍｍ以下からなることを特徴とする３次元磁界検出素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２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していることを特徴とする３次元磁界検出装置。