(57)【要約】      （修正有）【課題】４つ以上のセンサ素子を備えるセンサデバイスを提供する。【解決手段】４つ以上のセンサ素子を備えるセンサデバイス９９を備え、制御回路３２を備えるコントローラ３０は、センサ素子を、環境属性を測定するように制御し、その測定値に対応する３つ以上の値を生成し、それらの値を比較して故障を判定する。この３つ以上の値は、共通の少なくとも１つのセンサ素子と、共通しない１つのセンサ素子を有する、センサ素子の異なる組み合わせにより取得される。それらの値は、異なる座標系において測定され、制御回路３２は、場のベクトルを共通座標系に換算することができる。【選択図】図１
2019113552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサデバイスであって、
４つ以上のセンサ素子と、
環境属性を測定し、前記環境属性に関係した２つ以上の値を生成するように前記４つ以上のセンサ素子を制御し、故障を判定するために前記２つ以上の値を比較するように構成された制御回路を備えるコントローラと、を備え、
各値が、前記４つ以上のセンサ素子のセットから取得され、各セットが、少なくとも１つの同じセンサ素子を含み、
各セットが、他のセットに含まれない少なくとも１つの異なるセンサ素子を含むか、もしくは、前記セットが、異なる配向における前記環境属性を測定するように構成されているか、またはその両方である、センサデバイス。
【請求項２】
前記４つ以上のセンサ素子は、第１のセットのセンサ素子および第２のセットのセンサ素子を備え、前記第１のセットが、前記第２のセット内にも存在する少なくとも１つのセンサ素子を備え、
前記コントローラの前記制御回路が、第１の配向の前記環境属性を測定し、かつ前記環境属性に関係する第１の値を生成するように前記第１のセットのセンサ素子を制御し、第２の配向の前記環境属性を測定し、かつ前記環境属性に関係する第２の値を生成するように前記第２のセットのセンサ素子を制御し、故障を判定するために前記第１および第２の値を比較するように構成され、
前記第１のセットが、前記第２のセット内に存在しない少なくとも１つのセンサ素子を含むか、もしくは、前記第１の配向が、前記第２の配向と同じでないか、またはその両方である、請求項１に記載のセンサデバイス。
【請求項３】
前記第１および第２の値が、異なる座標系で測定され、前記制御回路が、前記第１および第２の値のうちの１つ以上を共通座標系に換算するように構成されている、請求項２に記載のセンサデバイス。
【請求項４】
前記値が、場のベクトル、前記場のベクトルに由来する情報、大きさの値、角度値、または大きさの値および角度値の両方である、請求項１に記載のセンサデバイス。
【請求項５】
前記値が、磁場ベクトル、前記磁場ベクトルに由来する磁気抵抗比、または前記磁場ベクトルに由来する磁気方向である、請求項１に記載のセンサデバイス。
【請求項６】
前記第１のセット内の前記センサ素子が同一直線上に存在しないか、もしくは前記第２のセット内の前記センサ素子が同一直線上に存在しないか、または前記第１のセット内の前記センサ素子の測定方向が同一直線上に存在しないか、もしくは前記第２のセット内の前記センサ素子の測定方向が同一直線上に存在しない、請求項２に記載のセンサデバイス。
【請求項７】
前記制御回路が、各場のベクトルを生成するために異なる方向を有する直線を画定しているセンサ素子ペアからの測定値を組み合わせるように構成されている、請求項４に記載のセンサデバイス。
【請求項８】
前記異なる方向が、直交している、請求項７に記載のセンサデバイス。
【請求項９】
前記４つのセンサ素子が、四角形、長方形、正方形、または円形の配列で構成されている、請求項１に記載のセンサデバイス。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載のセンサデバイスを動作させる方法であって、
前記制御回路を使用して、前記センサ素子を用いて環境属性を測定することと、
前記環境属性を表す３つ以上の値を生成するために前記センサ素子測定値を組み合わせることと、
単一の適正な値を決定するために前記値を比較することと、を含む、方法。
【請求項１１】
前記２つの値が、異なる座標系における測定値を表し、前記値のうちの１つ以上を共通座標系に換算することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
センサ素子ペアからの測定値を組み合わせることを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記制御回路を使って場のベクトルを生成するためにセンサ素子測定値を組み合わせることを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記制御回路を使って前記値を生成するために異なる方向を有する直線を画定するセンサ素子ペアからの測定値を組み合わせることを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記異なる方向が直交する、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、フィールドセンサ故障検出構造体、回路、および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサは、環境の属性を測定し、測定されたセンサ値を伝えるために、電子デバイスにおいて広く使用されている。具体的には、磁気センサは、例えば、自動車などの輸送システムにおいて磁場を測定するために使用される。磁気センサは、印加された磁場に比例する出力電圧を発生するホール効果センサ、または電気抵抗が外部磁場に応答して変化する磁気抵抗材料を組み込むことができる。数多くの用途において、センサは、センサ全体の大きさを小さくし、改善された測定値および外部の電子システムとの一体化を提供するために、小型であり、電子処理回路と一緒に集積化されていることが望ましい。例えば、特許文献１は、基板上の半導体材料内に、絶縁体層および接着層と一緒に形成された集積回路を組み込んでいる、磁場を測定するためのホール効果磁気センサについて記載している。
【０００３】
センサからの測定値は、時間とともにドリフトし、同じフィールドにさらされているときでも、測定値の変化をもたらし得る。例えば、フィールド測定値は、所望の公称値からずれることがあるか、感度は、測定値が所望の値の倍数（１超もしくは１未満のいずれか）となるように変化し得るか、またはこれらの両方であり得る。そのようなばらつきは、環境条件、例えば、温度もしくは湿度の変化、または振動もしくは老朽化などの動作要因の結果である場合がある。さらに、装置は、同様な理由により時間とともに不良となる可能性がある。またさらに、センサを作製する材料は、センサの応答の正確さ、オフセットバイアス、または対称性に影響を及ぼす欠陥を有することがある。
【０００４】
このため、自動車システムなどの複雑なセーフティクリティカルシステム内に故障または不良を検出する診断機能を含めることが重要であり、その結果、任意の故障したもしくは不良となったセンサデバイスに対して修理を行い、または取り替えを提供することができる。例えば、特許文献２は、ホール効果センサシステム内の磁気ホール効果センサからの測定値を検証するための方法について記載している。このアプローチにおいて、ホール効果センサは、第１の値を有する励起電流に伴って励起される。ホール効果センサがその第１の値を有する励起電流に伴って励起されるとき、ホール効果センサの電圧出力に対応する第１の測定値が得られる。さらに、ホール効果センサは、第２の値、すなわち第１の値と異なる第２の値を有する励起電流に伴って励起される。ホール効果センサがその第２の値を有する励起電流に伴って励起されるとき、ホール効果センサの電圧出力に対応する第２の測定値が得られる。次いで、ホール効果センサの動作は、少なくとも第１の測定値および第２の測定値に基づいて検証される。
【０００５】
磁界センサにおける診断法を管理する別のアプローチが、特許文献３に記載されている。この設計は、誤差情報を提供する磁界センサと関連付けられたスイッチを使用する。具体的には、磁界センサ、その磁界センサに関連付けられた複数のスイッチ、およびその複数のスイッチを制御し、スイッチの動作に基づいて故障を示す少なくとも１つの信号を提供するように構成された制御回路を含む装置が提供されている。
【０００６】
特許文献４は、４つの異なる方向の磁界成分を検出するための４つのホール素子ペアを有する回転角度測定装置について記載している。その検出された磁界成分の角度が比較され、故障を判定する。この設計において、振幅計算ユニットは、第１のホール素子ペアおよび第２のホール素子ペアからの出力信号の強度に基づいて、回転する磁石からの磁界強度を表す第１の振幅値Ｍを計算し、第３のホール素子ペアおよび第４のホール素子ペアからの出力信号の強度に基づいて、回転する磁石からの磁界強度を表す第２の振幅値Ｍｃを計算する。このため、振幅計算ユニットが、複数のホール素子ペア（すなわち、磁気センサ）からの出力信号、すなわち回転角度情報の複数の部分に対応する出力信号に基づいて、振幅情報の複数の部分を計算し、そして回転角度情報の複数の部分と、いくつかのバージョンにおける回転素子フィールドの強度との比較により、故障が判定される。
【０００７】
特許文献５は、多角形に構成された複数の垂直ホール素子を備える磁界センサについて記載している。特許文献６は、感磁表面の上に４つの磁電トランスデューサを有する磁界測定デバイスについて開示している。特許文献７は、測定値を正常範囲と比較することによる、回転角度検出デバイスのための故障検出ユニットについて記載し、それ以外では故障を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／２９９２００号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１５／０３８５６４号パンフレット
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１６／２５２５９９号明細書
【特許文献４】米国特許第９，５２３，５８９号明細書
【特許文献５】米国特許第８，７４９，００５号明細書
【特許文献６】米国特許第９，５８１，４２６号明細書
【特許文献７】米国特許第７，６６４，６１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
フィールドセンサは、フィールドの誤った測定につながる、センサ材料またはデバイスにおける動作上または構造上の故障もしくは欠陥の影響を受けるため、きわどい動作条件の下でセンサ内の故障を検出もしくは是正するように、センサデバイスおよびシステムを動作および試験させる、センサデバイスおよびシステム内の回路および方法が必要である。
【００１０】
本発明の実施形態の対象は、異なったセンサ構成を使って同じ物理量の冗長測定を可能にするセンサデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的は、本発明に基づく解決策により達成される。
【００１２】
本発明の実施形態は、フィールドセンサデバイスを提供し、そのデバイスは、第１の配向に配設された第１のフィールドセンサであって、第１のセンサ信号を生成するための外部のフィールドに応答する、第１のフィールドセンサと、第１の配向と異なる第２の配向に配設された第２のフィールドセンサであって、第２のセンサ信号を生成するための外部のフィールドに応答する、第２のフィールドセンサと、その第１および第２のセンサ信号に対応して生成するための第１および第２のフィールドセンサを制御する制御回路を有するコントローラと、を備え、そのコントローラは、第１および第２の信号を受信し、第１もしくは第２のセンサ信号、またはその両方を共通配向における同等の比較可能なセンサ信号に換算し、もしあれば、故障しているフィールドセンサを判定するためにその比較可能なセンサ信号を比較し、もし故障しているフィールドセンサが判定される場合には、必要に応じて、故障しているセンサ信号を提供し、第１および第２のフィールドセンサのどちらが故障しているかを判定し、またはもし故障しているセンサが判定されない場合には、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、または比較可能なセンサ信号を提供する。
【００１３】
本発明の実施形態によれば、フィールドは、大きさおよび方向、例えばベクトル場を有する環境属性または特性である。様々な実施形態において、このフィールドは、磁場、圧力場、電場、または重力場であるとすることができ、フィールドセンサは、磁界センサ、圧力場センサ、電界センサ、または重力場センサとすることができる。
【００１４】
本発明の他の実施形態では、第１の配向は、２つの直交する次元における第２の配向とは異なる。本発明の他の実施形態では、第１の配向は、３つの直交する次元における第２の配向とは異なる。第１および第２の配向は、第１および第２の座標系、方向、または次元に対応している。センサの配向は、そのセンサにより与えられる測定の軸によって決定される。第１のセンサが第２のセンサの測定軸と同一直線上にない測定軸を有する場合、第１および第２のセンサは、その測定軸により画定された少なくともその次元において異なる配向を有する。
【００１５】
いくつかの構成において、制御回路は、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、および任意の比較可能なセンサ信号のうちの任意の１つ以上を記憶する記憶回路を含む。いくつかの構成において、制御回路は、第１のセンサ信号および第２のセンサ信号のどちらか一方またはその両方を異なった配向または座標系に換算するための換算回路（例えば、内蔵されたソフトウエアプログラムを有するコンピュータ）を含む。いくつかの構成において、制御回路は、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、および任意の比較可能なセンサ信号のうちの任意の１つ以上を比較するための比較回路を含む。
【００１６】
いくつかの実施形態では、第１または第２のフィールドセンサは、１つ以上のセンサ素子、センサ素子ペアを備える角度フィールドセンサであり、または座標系に対して場のベクトルの角度を測定することができる多重センサ素子を有するブリッジセンサである。各センサ素子またはセンサ素子ペアは、特定方向の場のベクトルを測定することができ、共通角度フィールドセンサ内のセンサ素子またはセンサ素子ペアは、異なる方向のフィールドを測定するために直交構成され、このため、座標系に対して角度測定値を提供することができる。例えば、第１の角度フィールドセンサは、方向および大きさを有するフィールドを測定し、２つの成分、例えば、第１の座標系に基づくＢｘ、Ｂｙを有する角度センサ測定値を提供することができる。第２の角度フィールドセンサは、同じフィールドを測定し、２つの成分、例えば、第１の座標系とは異なる第２の座標系に基づくＢｘ’、Ｂｙ’を有する角度センサ測定値を提供することができる。この２つの測定値は、異なる座標系において取得され、それらの測定値を共通の比較可能な座標系に換算することによって、例えば、Ｂｘ’およびＢｙ’測定値を第１の座標系に換算することによって、ＢｘおよびＢｙ測定値を第２の座標系に換算することによって、またはＢｘおよびＢｙ測定値ならびにＢｘ’およびＢｙ’測定値の両方を第３の共通座標系に換算することによって、比較されることができる。
【００１７】
いくつかの構成において、第１および第２のフィールドセンサは、基板材料を含むデバイス基板上に配設され、第１または第２のフィールドセンサは、その基板材料とは少なくとも部分的に異なる１つ以上のセンサ材料を含む。その基板材料は、半導体とすることができ、制御回路は、その半導体基板の内または上に少なくとも部分的に形成されることができる。制御回路は、基板材料とは少なくとも部分的に異なる制御回路材料を含むことができ、その制御回路は、基板上に配設されることができる。
【００１８】
本発明の実施形態に基づくフィールドセンサデバイスを診断する方法は、フィールドセンサデバイスを提供することと、電力をフィールドセンサデバイスに供給することと、第１および第２のフィールドセンサを制御するための制御回路を使ってそれぞれの第１および第２のセンサ信号を生成することと、制御回路を使って第１および第２のセンサ信号を受信することと、制御回路を使って第１もしくは第２のセンサ信号、またはその両方を共通の配向における同等の比較可能なセンサ信号に換算することと、制御回路を使って比較可能なセンサ信号を比較し、第１または第２のフィールドセンサが故障しているかどか、および故障フィールドセンサが判定されているかどうかを判定することと、制御回路を使って比較可能なセンサ信号に応答する故障センサ信号を提供し、必要に応じて、第１および第２のフィールドセンサのうちのどちらが故障しているか、または故障フィールドセンサが判定されていないかどうかを判定することと、制御回路を使って第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、または比較可能なセンサ信号に応答する出力センサ信号を提供することと、を含む。第２のフィールドセンサが故障している場合、第１のセンサ信号であるか、または第１のセンサ信号に由来する出力センサ信号が提供され得る。第１のフィールドセンサが故障している場合、第２のセンサ信号であるか、または第２のセンサ信号に由来する出力センサ信号が提供され得る。このため、本発明のフィールドセンサデバイスは、そのフィールドセンサデバイスのうちの１つが故障したときであっても、不良となったフィールドセンサを識別し、残りの他のフィールドセンサからのセンサ信号を使うことによって動作し続けることができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、第１のセンサまたは第２のセンサは、２つ以上のセンサ素子を備え、第１または第２のセンサのうちの１つが故障しているかどうか、その２つ以上のセンサ素子のうちのどれが故障しているかが、第１および第２のセンサの異なる測定値を比較および分類することによって判定され、そこでは、第１のセンサが、ｘおよびｙ次元のフィールドを測定し、第２のセンサが、ｘ、ｙ次元とは異なるｘ’およびｙ’次元のフィールドを測定する。それらの測定値が第１の座標系に換算され、その差分がｘ方向に存在する場合には、第１のセンサのｘ−センサ素子が故障している。その差分がｙ方向に存在する場合には、第１のセンサのｙ−センサ素子が故障している。その差分がｘ’方向に存在する場合には、第２のセンサのｘ’−センサ素子が故障している。その差分がｙ’方向に存在する場合には、第２のセンサのｙ’−センサ成分が故障している。差分が所定の大きさの閾値、許容範囲、またはマージンを超える場合に、差分と判定されることができるため、例えば、製造ばらつきによるわずかな差分は、必ずしも故障しているとみなされない。
【００２０】
いくつかの実施形態では、第１の時間において、ステップが繰り返され、第１の、第２の、または任意の比較可能なセンサ信号が保存される。ステップは、第１の時間とは異なる第２の時間において繰り返され、保存された信号のうちの任意の１つ以上の信号と、第２の時間の第１の、第２の、または比較可能なセンサ信号のうちの任意の１つの信号とが、比較され、処理され、または組み合わされる。他の実施形態では、比較可能なセンサ信号、または第１および第２のセンサ信号に由来する信号が組み合わされ、出力センサ信号を提供する。本発明の様々な実施形態では、センサは、磁気ホール効果センサまたは磁気抵抗センサである。このセンサは、ブリッジセンサとすることができ、複数のセンサ素子を組み込むことができ、または１つもしくは複数のセンサ素子ペアを組み込むことができる。センサ素子ペアは、フィールドセンサ内で異なる方向または次元に向けられることができる。
【００２１】
本発明の実施形態では、センサデバイスは、４つ以上のセンサ素子、およびその４つ以上のセンサ素子を、環境属性を測定するように制御するとともに、その測定値に対応する２つ以上の値を生成する制御回路を含むコントローラ、を備える。その２つ以上の値の各々は、少なくとも３つの同一直線上にないセンサ素子を有する４つ以上のセンサ素子のセットから取得される。制御回路は、取得された値を比較して、故障が存在する場合に、故障を判定する。センサ素子の各セットは、他のセットと共通した少なくとも１つの同じセンサ素子を含む。各セットは、他のセットには含まれない少なくとも１つの異なるセンサ素子を含み、かつ／またはそのセットは、異なる配向の環境属性を測定する。
【００２２】
いくつかの実施形態では、任意のセンサ素子のうちの少なくとも２つは、第１の座標系の第１の直線を形成し、任意のセンサ素子のうちの少なくとも２つは、第１の座標系とは異なる第２の座標系の、第１の直線とは異なる第２の直線を形成する。制御回路を備えるコントローラは、センサ素子を、環境属性、例えば、磁界などのフィールドを測定するように制御し、その測定値に対応する３つ以上の値（例えば、場のベクトル）を生成し、その値を比較して故障センサ素子に対応する故障値を確定する。いくつかの実施形態では、少なくとも２つの値が異なる座標系において測定され、制御回路は、それらの値を共通座標系に換算する。他の実施形態では、それらの値は、同じ座標系で測定されるが、それらの値は、少なくとも部分的に異なるセンサ素子と一緒に確定される。
【００２３】
いくつかの実施形態では、４つのセンサ素子は、四辺形、長方形、正方形、または円形構成で構成され、制御回路は、異なる方向を有する直線を画定するセンサ素子ペアからの測定値を組み合わせて測定された値を生成する。
【００２４】
請求項１に記載のセンサデバイスを動作させる方法は、センサ素子を使って環境属性を測定するために制御回路を使用すること、環境属性を表す３つ以上の値を生成するためにセンサ素子測定値を組み合わせること、および故障が存在する場合に故障を判定するためにそれらの値（例えば、磁界ベクトルなどの場のベクトル）を比較することと、を含む。
【００２５】
いくつかの実施形態では、それらの値は、場のベクトルであり、異なる方向を有する直線を画定するセンサ素子ペアからの測定値は、その場のベクトルを生成するために組み合わされ、異なる方向は、直交することができる。それらの値または場のベクトルは、異なる座標系で生成されることができ、共通座標系に換算されることができる。
【００２６】
本発明の実施形態は、より小型でより安価な回路を使って診断能力を改善したセンサデバイスを提供し、センサまたはセンサ材料内の故障またはわずかな欠陥を補償または検出することができる。故障としては、以下に限らないが、断線、高抵抗接続、短絡、または材料欠陥が挙げられる。検出は、センサ回路が動作しているときと同時に行うことができる。
【００２７】
本発明、および先行技術全体で達成されている利点を概説する目的で、本発明のある特定の対象および利点について本明細書に上述した。当然のことながら、係る対象または利点のすべてが、必ずしも本発明の任意の特定の実施形態に基づいて達成されるわけではないことを理解されたい。このため、例えば、本明細書中で教示または提案され得るような他の対象または利点を必ずしも達成することなく、本明細書中で教示された複数の利点のうちの１つの利点または１つの群を達成または最適化する方法で、本発明が具体化または実行され得ることは、当業者ならば認識するであろう。
【００２８】
本発明の上記および他の態様は、本明細書以降に記載された実施形態を参照して明らかになり、説明されるであろう。
【００２９】
本発明の前述、ならびに他の対象、態様、特徴、および利点は、添付図面と関連させてなされる以下の説明を参照することによって、より明らかに、かつより一層理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の例示的な実施形態の斜視図である。
【図２】本発明の他の例示的な実施形態の斜視図である。
【図３】本発明の別の例示的な実施形態の斜視図である。
【図４】本発明の別の選択肢の例示的な実施形態の斜視図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による、第１の座標系を例示する図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による、第２の座標系を例示する図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態による、第３の座標系を例示する図である。
【図６】本発明の例示的な実施形態による、コントローラの斜視図である。
【図７】本発明の例示的な実施形態による、方法のフローチャートである。
【図８】本発明の例示的な実施形態による、座標系におけるセンサ素子の概略図である。
【図９】本発明の例示的な実施形態による、２つの異なる座標系におけるセンサ素子を有するフィールドセンサの概略図である。
【図１０】本発明の例示的な実施形態による、２つの異なる座標系における場のベクトルの図解である。
【図１１】本発明の例示的な実施形態による、２つの異なる座標系における場のベクトルの図解である。
【図１２】本発明の例示的な実施形態による、ｘ−座標測定値に誤差を有する場のベクトルの図解である。
【図１３】本発明の例示的な実施形態による、ｙ座標測定値に誤差を有する場のベクトルの図解である。
【図１４Ａ】回転されたｘ’座標測定値に誤差を有する場のベクトルの図解である。
【図１４Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、ｘ、ｙ座標系における図１４Ａの測定された場のベクトルの図解である。
【図１５Ａ】回転されたｙ’座標測定値に誤差を有する場のベクトルの図解である。
【図１５Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、ｘ、ｙ座標系において図１５Ａの測定された場のベクトルの図解である。
【図１６】本発明の例示的な実施形態による、センサ素子ペア、および異なる座標系の図解である。
【図１７】本発明の例示的な実施形態による、フロー図である。
【図１８Ａ】本発明の例示的な実施形態による、センサ素子ペアの図解である。
【図１８Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、センサ素子ペアの図解である。
【図１９Ａ】本発明の例示的な実施形態による、センサ素子ペアの図解である。
【図１９Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、センサ素子ペアの図解である。
【図２０Ａ】本発明の例示的な実施形態による、センサ素子ペアの図解である。
【図２０Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、センサ素子ペアの図解である。
【図２０Ｃ】本発明の例示的な実施形態による、センサ素子ペアの図解である。
【図２０Ｄ】本発明の例示的な実施形態による、センサ素子ペアの図解である。
【図２１】本発明の例示的な実施形態による、別の構成および座標系におけるセンサ素子ペアの図解である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、特定の実施形態に関して、ある特定の図面を参照して説明されるが、本発明は、それらに限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。本開示の特徴および利点は、図面と併せて説明されるとき、以下に明記される詳細な説明からより一層明らかになり、また図面における同じ参照文字は、全体を通じて、対応する要素を同一とみなす。図面において、同じ参照番号は、概して、同一の、機能上類似する、かつ／または構造上類似する要素を示す。各図における様々な要素の大きさには、極めて多くの変種があるため、縮尺通りに図示することができないので、各図は、縮尺通りに描かれていない。
【００３２】
さらに、明細書および特許請求の範囲における、第１、第２等の用語は、同様の要素間を区別するために使用されており、必ずしも一時的に、空間的に、等級順に、または任意の他の方法で順番を記載するために使用されているわけではない。そのように使用されるそれらの用語は、適切な状況下で交換可能であること、および本明細書に記載された本発明の実施形態は、本明細書に記載または例示されたもの以外の他の順番での動作が可能になることを理解されたい。
【００３３】
特許請求の範囲の中で使用されている用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、それ以降に列挙された手段に限定されるものと解釈してはならず、他の要素やステップを除外するものではないことに留意されたい。このため、記述された特徴、整数、ステップ、またはコンポーネントの存在を参照するために指定していると解釈されるべきであり、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、もしくはコンポーネント、またはそれらの群の存在または追加を排除するものではない。したがって、「手段ＡおよびＢを備えるデバイス」という表現の範囲は、コンポーネントＡおよびＢのみから成るデバイスに限定されるべきではない。それは、本発明に関しては、そのデバイスの適切なコンポーネントが、単にＡおよびＢであるにすぎないことを意味する。
【００３４】
本明細書全体を通じて、「一実施形態」または「実施形態」という文言は、その実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。このため、本明細書全体を通じて、様々な箇所で「一実施形態では」または「実施形態では」という語句の出現は、必ずしも同じ実施形態をすべて指しているわけではないが、そうであってもよい。さらに、当業者にとって本開示から明らかなように、特定の特徴、構造、または特性は、任意の好適な方法で１つ以上の実施形態の中に組み合わせられることができる。
【００３５】
同様に、本発明の例示的な実施形態の記載の中で、本開示を簡素化し、様々な本発明の態様のうちの１つ以上を理解させるために、本発明の様々な特徴が、単一の実施形態、図、またはそれらの説明の中に一緒にまとめられる場合がときどきあることを理解されたい。しかしながら、開示された本方法は、特許請求の範囲に記載された発明が、各請求項に明示的に示された特徴よりも多くの特徴を必要とするという意図が反映されていると解釈してはならない。逆に、後続の特許請求の範囲が反映するように、本発明の態様は、前述の開示された単一の実施形態のすべての特徴よりも少ない特徴の中に位置している。したがって、詳細な説明の後に続く特許請求の範囲は、本明細書によって詳細な本明細書に明確に組み込まれ、各請求項は、本発明の異なる実施形態としてそれ自体で成立する。
【００３６】
さらに、本明細書に記載された、いくつかの実施形態は、いくつかの、ただし他の実施形態に含まれる他の特徴ではない特徴を含むが、当業者により理解されるように、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内に含まれ、異なる実施形態を形成すると解釈される。例えば、後続の特許請求の範囲では、任意の特許請求された実施形態は、任意の組み合わせで使用されることができる。
【００３７】
本発明のある特定の特徴または態様を説明する際に特別な専門用語を使用することは、その専門用語が関係する本発明の特徴または態様の任意の特定の特性を含むよう限定されるようにその専門用語が本明細書中で再定義されているという意味に取ってはならないことに注意されたい。
【００３８】
本明細書に提供される説明の中で、非常に多くの具体的な詳細が設定されている。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの具体的な詳細なしに実施されることができることが理解される。他の例では、周知の方法、構造、および技術は、本発明の理解を不明瞭にさせないために詳細には示されていない。
【００３９】
本発明の実施形態は、より小型でより安価な回路を使って診断能力を改善したセンサデバイスを提供し、センサ材料における故障もしくはわずかな欠陥、またはセンサデバイスの動作中のセンサへの損傷に対する検出もしくは診断を補償することができる。係る欠陥は、センサを作製するために使用される材料中の固有のものであり、または時間の経過とともに、使用の結果として、もしくはセンサ上の機械的ストレスもしくは他の環境ストレスに応答して、形成されるものであり得る。本発明の様々な実施形態では、センサは、方向および大きさを備えるベクトルを有するフィールド、例えば、磁場、電場、圧力場、または重力場を検出することができる。
【００４０】
図１および図２を参照すると、本発明の実施形態では、フィールドセンサデバイス９９は、外部フィールドに応答して第１の配向に配設され第１のセンサ信号を生成する第１のフィールドセンサ２０Ａ、および外部フィールドに応答して第２の配向に配設され第２のセンサ信号を生成する第２のフィールドセンサ２０Ｂを備える。第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、ひとまとめにしてフィールドセンサ２０と呼ばれる。コントローラ３０は、制御回路３２を含み、その制御回路は、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂを制御して、対応する第１および第２のセンサ信号を生成し、第１および第２のセンサ信号を受信し、第１もしくは第２のセンサ信号、またはその両方を共通の配向もしくは座標系において同等の比較可能なセンサ信号に換算し、その比較可能なセンサ信号を比較して第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂが故障しているかどうかを判定し、故障フィールドセンサ２０が判定される場合には、故障センサ信号４２を提供し、必要に応じて第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂのうちのどちらが故障しているかを判定する。故障フィールドセンサ２０が判定されない場合には、コントローラ３０は、検知されたフィールドの属性を示す第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、または比較可能なセンサ信号４０に応答した出力センサ信号を提供する。様々な実施形態では、フィールドは、磁場、電場、圧力場、または重力場であり、センサ２０は磁界センサ、電界センサ、圧力場センサ、または重力場センサである。また、第１および第２の配向は、対応する第１および第２の座標系、方向、または次元、例えば、ｘ、ｙ、またはｚの直交次元として説明され得る。本発明の他の実施形態では、３つ以上または４つ以上のフィールドセンサ２０は、フィールドセンサデバイス９９を備える。
【００４１】
従来、多重センサによる共通フィールドの測定値間の比較により、その測定値が異なる場合、センサのうちの１つが故障していることを示し得る。しかしながら、本発明の実施形態によれば、第１および第２のフィールドセンサ２０は、異なる配向を有するため、それらの測定軸のうちの少なくともいくつかは、同一直線上になく、したがってフィールドセンサ２０は、異なる座標系において冗長なフィールド測定値を提供する。このため、共通座標系における冗長フィールド測定値の比較により、第１または第２のフィールドセンサ２０における誤差または故障を示すことができるだけでなく、どのフィールドセンサ２０が故障しているかを示し、フィールドセンサ２０の追加的な試験および点検を提供することができる。さらに、不良となったフィールドセンサを識別することによって、フィールドセンサデバイス９９は、他のフィールドセンサからの検知信号を使うことによって動作し続けることができるが、対照的に、不良を検出することしかできないセンサシステムは、不良が識別されず、または特定のフィールドセンサと関連付けられることができないため、動作し続けることができない。３つ以上のフィールドセンサ２０を備えるさらなる実施形態では、３つ以上のセンサ信号が、共通の配向に換算されることができ、３つ以上の比較可能な信号が、比較され、故障フィールドセンサ２０を判定することができる。
【００４２】
第１のフィールドセンサ２０Ａ、第２のフィールドセンサ２０Ｂ、およびコントローラ３０は、デバイス基板１０の上に配設され、ワイヤ１２などの導電体と電気的に接続されることができ、単一ワイヤ１２、または、電力、アース、および制御信号を伝達し、もしくはフィールドセンサデバイス９９、コントローラ３０、第１のフィールドセンサ２０Ａ、もしくは第２のフィールドセンサ２０Ｂから伝達することができる、多重ワイヤ１２を備えるバスを含むことができる。フィールドセンサ２０は、ホール効果フィールドセンサまたは磁気抵抗センサとすることができ、化合物半導体材料を含むことができる。別の選択肢として、フィールドセンサ２０は、電界センサ、圧力場センサ、または重力場センサであり、例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを組み込むことができる。
【００４３】
図１に示すように、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、共通平面内または共通表面上に配設されることができ、第１のフィールドセンサ２０Ａが、第２のフィールドセンサ２０Ｂに対して回転する場合、第１のフィールドセンサ２０Ａは、２つの配向（２つの次元または２つの方向ｘ、ｙ）において、第２のフィールドセンサ２０Ｂ（ｘ’、ｙ’）とは異なり、第１および第２のフィールドセンサ２０に対する異なる座標系を画定する。垂直のｚ次元のみが、同じ方向を有する。図２に示すように、第２のフィールドセンサ２０Ｂは、第１のフィールドセンサ２０Ａが配設され、かつ第１のフィールドセンサ２０Ａに対して４５度回転した表面に対してほぼ４５度の傾斜に位置する表面上に配設されている。このため、図２に示すように、第１のフィールドセンサ２０Ａもまた、第２のフィールドセンサ２０Ｂからもｚ次元を中心に回転し、その結果、第１のフィールドセンサ２０Ａは、３つの配向（３つの次元または方向ｘ、ｙ、ｚ）において第２のフィールドセンサ２０Ｂ（ｘ’、ｙ’、ｚ’）と異なる。
【００４４】
コントローラ３０は、個別回路もしくは集積回路とすることができ、または個別および集積化されたコンポーネント両方を含むことができ、制御回路３２は、アナログ、デジタル、または混合信号回路とすることができる。ワイヤ１２は、任意のパターンニングされた導電体、例えば、金属、金属合金、導電性金属酸化物、または導電性ポリマーとすることができる。デバイス基板１０は、上部に第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂが配設され、かつ電気的に接続されている１つ以上の表面を有する任意の基板とすることができる。また、コントローラ３０は、必ずしも必須ではないが、その基板１０の表面上に配設されることもできる。
【００４５】
フィールドセンサデバイス９９は、ワイヤ１２を介してコントローラ３０に電気的に接続されたデバイス基板１０上に形成された電気接触パッド１４を介して外部システムに電気的に接続されることができる。図１および２は、デバイス基板１０上に配設されているようにコントローラ３０を例示しているが、本発明の他の実施形態では、コントローラ３０は、デバイス基板１０から分離された基板または構造体（例えば、印刷配線板）上に設けられている。同様に、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、異なる基板、表面、またはデバイスの上に配設されることができる。
【００４６】
図３を参照すると、いくつかの実施形態では、デバイス基板１０は、コントローラ３０の少なくとも一部分を構成する半導体基板であるか、またはそれを備え、制御回路３２は、その半導体基板の中または上に形成されている。別の実施形態では、また図１および２に示すように、コントローラ３０は、デバイス基板１０上に配設された集積回路であり、そのデバイス基板１０は、誘電体であるか、または誘電体の層もしくは表面である。このため、デバイス基板１０は、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂの材料とは少なくとも部分的に異なり、また制御回路３２の材料とは少なくとも部分的に異なる基板材料を備えることができる。いくつかの実施形態では、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、化合物半導体を含み、コントローラ３０は、シリコン半導体を含み、基板材料は、誘電体を含む（図１および２）。別の実施形態では、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、化合物半導体を含み、デバイス基板１０の材料は、シリコン半導体を含み、制御回路３２は、シリコン半導体の一部の中に、または一部として形成されている（図３）。
【００４７】
図４を参照すると、デバイス基板１０は、システム基板１６、例えば、別のデバイスまたはシステムのシステム基板１６の上に搭載されることができる。デバイス基板１０、コントローラ３０、第１のフィールドセンサ２０Ａ、または第２のフィールドセンサ２０Ｂのうちの任意の１つは、微小転写印刷コンポーネントとすることができ、破砕され、破壊され、または分離されたテザーを含むことができる。コントローラ３０、第１のフィールドセンサ２０Ａ、または第２のフィールドセンサ２０Ｂは、集積回路または裸チップとすることができ、デバイス基板１０上に微小転写印刷されることができ、デバイス基板１０は、システム基板１６上に微小転写印刷されることができる。
【００４８】
本発明の実施形態では、第１の配向は、図１に示すような１次元、２次元、または図２に示すような３次元における第２の配向とは異なる。いくつかの実施形態では、各配向の次元は、直交し、他の実施形態では、それらの次元は、直交しない。例えば、図５Ａは、１つの配向または座標系に３つの直交次元（ｘ，ｙ，ｚ）を例示しており、図５Ｂは、別の配向または座標系に３つの直交次元（ｘ’，ｙ’，ｚ）を例示し、その中で、ｘ’およびｙ’次元は、図５Ａの配向に対して４５度だけ回転し、ただし、ｚ次元が同じ配向を有するため、図５Ｂの配向が、２つの次元において図５Ａの配向と異なる。
【００４９】
図５Ｃは、さらに別の配向または座標系の３つの直交次元（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を例示し、その中で、ｘ、ｙおよびｚ次元は、図５Ａに対してすべて４５度だけ回転しているため、図５Ｃの配向が、３つの次元において図５Ａの配向と異なる。図１に例示した第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、図５Ａおよび５Ｂの異なる配向に対応する異なる第１および第２の配向を有する。図２に例示した第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、図５Ａおよび５Ｃの異なる配向に対応する異なる第１および第２の配向を有する。
【００５０】
図６を参照すると、制御回路３２は、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、および任意の換算されたまたは比較可能なセンサ信号のうちの任意の１つ以上を保存するための記憶回路３４、第１または第２のセンサ信号を比較可能なセンサ信号に換算するための換算回路３６、ならびに第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、および任意の比較可能なセンサ信号または所定の許容範囲、マージンもしくは閾値のうちの任意の１つ以上を比較するための比較回路３８を含む。それらの回路は、例えば、シリコン回路であり、アナログ回路またはデジタル回路、例えば、ＣＭＯＳ回路であってもよい。
【００５１】
図７を参照すると、本発明の実施形態によれば、フィールドセンサ診断方法は、ステップ１００においてフィールドセンサデバイス９９を提供すること、およびステップ１１０において電力をフィールドセンサデバイス９９に提供してフィールドセンサデバイス９９を動作させることを含む。ステップ１２０において、制御回路３２を使用して、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂを制御し、第１および第２のセンサ信号を生成し、それぞれの第１および第２のセンサ信号を受信する。ステップ１３０において、制御回路３２を使用して、受信された第１もしくは第２のセンサ信号、またはその両方を共通の配向または座標系における同等の比較可能なセンサ信号に換算し、ステップ１４０において、それらを比較する。次いで、ステップ１５０において、制御回路３２は、第１のフィールドセンサ２０Ａまたは第２のフィールドセンサ２０Ｂのどちらが故障しているかを判定する。フィールドセンサ２０が故障している場合には（ステップ１６０において試験される）、制御回路３２を使用して比較可能なセンサ信号（ステップ１８０）に応答して故障センサ信号４２を提供し、必要に応じて第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂのうちのどちらが故障しているかを判定する（ステップ１９０）。フィールドセンサ２０が故障していない場合には（ステップ１６０において試験される）、ステップ１７０において、制御回路３２を使用して、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、または比較可能なセンサ信号に応答した、またはそれに由来する出力センサ信号４０を提供する。ある実施形態では、出力センサ信号４０は、比較可能なセンサ信号４０、または第１および第２のセンサ信号に由来する信号の組み合わせ、例えば平均値であり、このため、ばらつきを低減し、出力センサ信号４０の精度および一貫性を向上させることができる（図１、２）。
【００５２】
ステップ１２０〜１５０は、異なる時間に繰り返し実行され、第１および第２のセンサ信号は、記憶回路３４に保存され、時間とともに平均化され、または他の場合には、組み合わされて第１および第２のセンサ信号の信号対雑音比を改善する。別の選択肢として、換算された比較可能なセンサ信号は、記憶回路３４に保存され、時間とともに平均化され、または他の場合には組み合わされて比較可能なセンサ信号の信号対雑音比を改善する。
【００５３】
本発明のいくつかの方法において、第２のフィールドセンサ２０Ｂが故障している場合、第１のセンサ信号、または第１のセンサ信号に由来する出力センサ信号４０（図１、２）が、ステップ１８０において提供され、その結果、フィールドセンサデバイス９９が、動作し続けることができる。第１のフィールドセンサ２０Ａが故障している場合、第２のセンサ信号、または第２のセンサ信号に由来する出力センサ信号４０（図１、２）が、ステップ１８０において提供され、その結果、フィールドセンサデバイス９９が、動作し続けることができる。このため、不良になったフィールドセンサ２０を識別することによって、フィールドセンサデバイス９９は、他のフィールドセンサ２０からの検知信号を使うことによって動作し続けることができるが、対照的に、不良を検出することしかできないセンサシステムは、既知の良好なフィールドセンサ信号を識別することができないため、動作し続けることができない。
【００５４】
フィールドセンサ２０は、センサ素子２２とすることができ、または単一のセンサ素子２２もしくは多重センサ素子２２とすることができる。図８を参照すると、本発明の実施形態では、第１のフィールドセンサ２０Ａまたは第２のフィールドセンサ２０Ｂは、１つ以上のセンサ素子２２、または１つ以上のセンサ素子２２ペア、例えばホール効果センサ素子２２ペアを含むことができる。図８に示すように、フィールドセンサ２０は、２つの直交するペア（Ａ、Ｃ、およびＢ、Ｄ）に構成された４つのセンサ素子２２を備え、その２つの直交するペアの方向に対応する２つの次元の各々における測定値を提供する。１つの方向の各センサ素子２２ペアは、その方向におけるフィールドの１つの測定値を提供することができる。このため、本発明の実施形態では、第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂのうちのどちらか一方が、第１の次元もしくは方向におけるフィールドの大きさを検出するように構成された２つのセンサ素子２２、および第２の次元もしくは方向、または第１の次元もしくは方向と異なる方向におけるフィールドの大きさを検出するように構成された２つのセンサ素子２２を含むことができる。いくつかの実施態様では、第１および第２の次元は、直交次元である。
【００５５】
図９を参照すると、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、４５度だけ回転し、共通の平面内に構成され、その結果、第１の配向は、２つの次元において第２の配向と異なり、また、図１、３、４、５Ａおよび５Ｂ、ならびに８の説明図に対応する。本発明の構成では、異なる座標系の軸との間の対応関係は、デカルト座標系において４５度で最大となる。他の実施形態では、他の座標系、例えば、円筒座標系、極座標系、または球座標系が使用される。概して、測定値は、実際のフィールドの座標系上への射影である。ある実施形態では、本発明の方法は、２つ以上のフィールドセンサ２０のうちのどれが故障しているかをステップ１９０（図７）において判定することを含む。
【００５６】
図１〜４に示すように、本発明の実施形態では、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、空間的に互いにオフセットされている。本発明の別の実施形態では、図９に示すように、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、空間的に互いに重複し合う。本発明のさらなる実施形態では、再度、図９に示すように、空間的に重複し合っている第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、共通の中心を有する。第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、本発明のフィールドセンサデバイス９９内の共通の構造またはデバイス内に設けられることができる。
【００５７】
フィールドセンサ２０は、ホール効果センサなどの磁気センサ、超磁気抵抗センサ（ＸＭＲ）、異常磁気抵抗センサ（ＥＭＲ）、巨大磁気抵抗センサＧＭＲ、トンネル磁気抵抗センサ（ＴＭＲ）、超巨大磁気抵抗センサ（ＣＭＲ）、または異方性磁気抵抗センサ（ＡＭＲ）などの磁気抵抗センサとすることができる。
【００５８】
フィールドセンサデバイス９９内の任意の素子は、アナログコンポーネントとすることができ、アナログデジタル換算器を含むことができ、またはデジタルコンポーネントをとすることができる。それらの回路は、メモリ内に蓄積されたプログラムを有するＣＰＵ、プログラム内蔵マシン、最新鋭マシン等を含むことができる。同様に、本発明の様々な実施形態では、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂの各々、およびコントローラ３０は、個別回路コンポーネントまたは集積回路の組み合わせで実現されるか、または共通回路もしくは共通集積回路の中に一体化されることができる。いくつかの実施態様では、第１もしくは第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂ、または制御回路３２は、回路コンポーネントまたはパッケージを共有する。
【００５９】
第１もしくは第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂ、または制御回路３２は、電子回路、デジタル論理回路、アナログ回路、もしくは混合信号回路、または回路種類および電子デバイスの組み合わせを含むことができる。これらの回路の一部もしくはすべては、１つ以上の回路内、共通回路内、１つ以上の集積回路もしくはパッケージ内、または共通の集積回路もしくはパッケージ内に設けられることができる。フィールドセンサデバイス９９の様々なコンポーネントは、例えば、電子回路、集積回路、または電気的にワイヤ１２を使って接続された個別電子デバイスの中に設けられることができる。
【００６０】
様々なコンポーネントのうちの任意の１つもしくはすべては、印刷配線板上に、または半導体基板上に配設されることができ、または、様々なコンポーネントのうちの任意の１つもしくはすべては、半導体基板の中もしくは上に１つの回路、または半導体基板上に設けられたいくつかの集積回路の組み合わせ、および半導体基板の中もしくは上に形成された回路、として一体化されることができる。様々なコンポーネントのうちの任意の１つもしくはすべては、パッケージングされた集積回路の中に、または半導体基板もしくは他の基板上に配置もしくは微小転写印刷された裸チップの中に、設けられることができる。ワイヤ１２は、フォトリソグラフィ法および材料を使って設けられ、様々なコンポーネント、集積回路チップ、または半導体基板上に一体化された回路を接続することができる。
【００６１】
第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂの各々は、ホール効果センサまたは磁気抵抗センサなどの様々な任意の磁気センサとすることができ、例えば、集積回路、個別素子の中に、または、ガラス、セラミック、ポリマー、もしくは半導体基板などのセンサデバイス基板上に搭載された異なる集積回路コンポーネント（裸チップなど）として、例えば、ピックアンドプレース、表面実装、または印刷技術を使用することによって、設けられることができる。コントローラ３０などのフィールドセンサデバイス９９のうちの１つ以上の集積回路コンポーネントもしくは素子は、微小転写技術により堆積され、かつ電気的に接続された裸チップとして、第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂの上に配設されることができる。別の選択肢として、第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、微小転写技術により堆積され、かつ電気的に接続された裸チップとして、コントローラ３０の上に配設されることができる。制御回路３２は、半導体基板内にフォトリソグラフィにより画定された回路として設けられることができ、第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、裸チップとして半導体基板上に配設され、フォトリソグラフィプロセスおよび材料を使って制御回路３２に電気的に接続されることができる。
【００６２】
図１０を参照すると、任意の例示的な場のベクトルＢが、第１の配向（第１の座標系）に対して例示され、図１１を参照すると、同じ場のベクトルＢが、第２の配向（第２の座標系）に対して例示されている。場のベクトルＢが、両方の場合（図１０および１１）において同一であるため、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂによって測定された第１および第２のセンサ信号ベクトルは、同等ではあるが、直接には比較できない（すなわち、測定軸の各々における場のベクトルの大きさの値が、第１および第２の配向に対して異なる）。しかしながら、第２のフィールドセンサ２０Ｂに対する第１のフィールドセンサ２０Ａの相対的な位置は、フィールドセンサデバイス９９が構成される（基板１０の表面上に配設される、図１）ときに、予め決めておくことができるため、第１のセンサ信号は、第１の配向（第１の座標系）から第２の配向（第２の座標系）に換算（変換）され、場のベクトルの大きさは、直接比較されることができる。別の選択肢として、第２のセンサ信号は、第２の配向（第２の座標系）から第１の配向（第１の座標系）に換算（変換）され、場のベクトルの大きさは、直接比較されることができる。さらなる他の実施形態では、第１のセンサ信号は、第１および第２の配向（第１および第２の座標系）とは異なる第３の配向（第３の座標系）に換算され、同様に第２のセンサ信号は、第３の配向（第３の座標系）に換算され、その結果、２つの換算されたフィールドセンサ信号の場のベクトルの大きさは、直接比較されることができる。２つのセンサ信号が共通の配向（共通座標系）に換算されると、それらは比較可能な信号である。この動作は、回転マトリクスを有するマトリクス変換として実行されることができる。故障センサが識別されている実施形態では、センサ故障を検出する必要はないが、測定軸が別の座標系に射影される場合、その測定軸は、故障が存在する軸座標間の変換マトリクス中に非対角サブマトリクス係数を有する。
【００６３】
図９（図１、５Ａ、および５Ｂに対応する）に例示された例では、第１および第２の配向は、デバイス基板１０（図１）の表面に平行なｘ、ｙ平面に対して角度θ（４５°）だけ異なり、かつｚ次元に対しては同一である（第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂが配設される共通平面に直交する）ため、図９の例の第１および第２の配向（座標系）は、２つの次元または方向とは異なる。
【００６４】
第１の座標系において測定された場のベクトルは、ＢｘおよびＢｙの値を有し、第２の座標系において測定された同じベクトルは、Ｂｘ’およびＢｙ’の値を有する。２つの配向の間に既知の角度θを仮定すると、ｘ’およびｙ’ベクトルは、ｘ’＝ｘｃｏｓ（θ）＋ｙｓｉｎ（θ）およびｙ’＝ｙｃｏｓ（θ）−ｘｓｉｎ（θ）で計算されることができる。逆の計算は、ｘ＝ｘ’ｃｏｓ（θ）−ｙ’ｓｉｎ（θ）およびｙ＝ｙ’ｃｏｓ（θ）＋ｘ’ｓｉｎ（θ）である。任意の第３の配向に対する換算は、同様に計算されることができる。
【００６５】
図１および９の例のように、θ＝４５°なる簡略化された例では、ｓｉｎ（θ）＝ｃｏｓ（θ）＝１／（２１／２）＝ｋ≒０．７０７となる。第１の座標系から第２の座標系に換算する簡略化された式は、下記である。
【００６６】
ｘ’＝ｋ（ｘ＋ｙ），ｙ’＝ｋ（ｙ−ｘ）
【００６７】
第２の座標系から第１の座標系に換算する簡略化された式は、下記である。
【００６８】
ｘ＝ｋ（ｘ’−ｙ’），ｙ＝ｋ（ｙ’＋ｘ’）
【００６９】
任意の物理的な実現において、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、必ずしも同一である必要はなく、正確さおよび精度、ならびに所定の許容範囲内におけるそれらのフィールドセンサ間の許容可能な差異には制限が有り得る。異なる次元において４５°だけ異なる配向を使用することは、異なる次元における大きさに一層大きな差異をもたらし、それによって、異なる次元の各々における故障を検出する能力を改善するが、ただし、他の角度も使用することができる。
【００７０】
所定の測定許容マージンは、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂからの測定値が故障しているかどうかを判定するために設けられることができる。この所定の測定許容マージンは、各次元（Ｂｘ，Ｂｙ）において、または単一の正味のフィールド測定値（Ｂｅ）を規定する組み合わせとして、規定され得る。第１および第２のセンサ信号を同じ座標系に換算することによって生じる比較可能なセンサ信号が、所望の許容マージンを超えても相違しない場合には、その比較可能なセンサ信号は、組み合わされ、そして出力センサ信号４０として提供され得る。比較可能なセンサ信号が、所望の許容マージンを超えて相違する場合には、第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂのうちの一方が故障しているとみなされる。
【００７１】
図解として、任意の場のベクトルＢが図１２に例示され、その図には、ｙ次元の長さの２倍のｘ次元の長さが示されており、そこでは、対応する次元における長さがフィールドの強度を表す。直交次元ｘ、ｙを有する第１の配向および第１の座標系における第１のフィールドセンサ２０Ａ、ならびに第１の配向からθ＝−４５度だけ回転した直交次元ｘ’、ｙ’（図１および９）を有する第２の配向および第２の座標系における第２のフィールドセンサ２０Ｂを仮定すると、第１のフィールドセンサ２０Ａのｘ−次元センサの誤差は、結果として、第１の座標系におけるｘ次元のみの正しいフィールドＢと相違する誤ったフィールド測定値Ｂｅをもたらす。図１３を参照すると、第１のフィールドセンサ２０Ａのｙ次元センサの誤差は、結果として、第１の座標系におけるｙ次元のみの正しいフィールドＢと相違する誤ったフィールド測定値Ｂｅをもたらす。
【００７２】
図１４Ａを参照すると、第２のフィールドセンサ２０Ｂのｘ’次元センサの誤差は、結果として、第２の座標系におけるｘ’次元のみの正しいフィールドＢと相違する誤ったフィールド測定値Ｂｅをもたらす。第１の座標系に換算されると（図１４Ｂ）、誤ったフィールド測定値Ｂｅは、第２の座標系におけるｘ’次元の方向に対応する第１の座標系の方向（図１４Ｂ中の実線矢印で示す）によって正しいフィールドＢと異なる。図１５Ａを参照すると、第２のフィールドセンサ２０Ｂのｙ’次元センサの誤差は、結果として、第２の座標系におけるｙ’次元のみの正しいフィールドＢと異なる誤ったフィールド測定値Ｂｅをもたらす。第１の座標系に換算されると（図１５Ｂ）、誤ったフィールド測定値Ｂｅは、第２の座標系におけるｙ’次元の方向に対応する第１の座標系の方向（図１５Ｂ中の実線矢印で示す）によって正しいフィールドＢと異なる。
【００７３】
図１２、１３、１４Ａ、１４Ｂ、１５Ａ、１５Ｂのすべての例では、第１および第２の座標系間の角度差は、θ＝−４５度であり（図１４Ａ、１５Ａに示すように）、その誤差は、それぞれの次元におけるセンサ応答の倍増であり、図解の中では２つの同一直線上の矢印によって示されている。
【００７４】
したがって、第１および第２の座標系との間の角度差をθと仮定すると、誤差ベクトルＥ＝Ｂｅ−Ｂであり、Ｅ≠０の場合であって、第１の座標系におけるベクトルＥの角度が、
０度に等しい場合、その誤差は、第１のフィールドセンサ２０Ａのｘ−次元センサに存在し、
９０度に等しい場合、その誤差は、第１のフィールドセンサ２０Ａのｙ−次元センサに存在し、
θ度に等しい場合、その誤差は、第２のフィールドセンサ２０Ｂのｘ’−次元センサに存在し（図１４Ａおよび１４Ｂの例では、−４５度）、ならびに
−θ度に等しい場合、その誤差は、第２のフィールドセンサ２０Ｂのｙ’−次元センサに存在する（図１５Ａおよび１５Ｂの例では、４５度）。
【００７５】
概して、誤差ベクトルの方向は、故障が単一のフィールドセンサ次元測定値においてのみ存在する限り、故障フィールドセンサ２０によって測定された次元に対応する。すなわち、誤差ベクトルは、測定された故障センサ素子２２の軸の方向（方向）の固有成分を有する。誤差ベクトルは、故障センサ測定値の軸（方向）の単位ベクトルの倍数として表現され得る。このため、制御回路３２は、比較可能なセンサ信号（例えば、Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｘ’、Ｂｙ’）間の方向の差を比較し、故障フィールドセンサ２０を判定する回路を備えることができる。
【００７６】
本発明の実施形態によれば、フィールドセンサデバイス９９は、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂが、故障の検出の場合、監視および診断されるときと同時にフィールドを測定し、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂのうちのいずれか、またはその両方に対応するリアルタイム診断信号を提供する役割を果たす。
【００７７】
本発明の実施形態では、センサデバイス９９は、４つ以上のセンサ素子２２、およびその４つ以上のセンサ素子２２を、環境属性を測定するように制御するとともに、その測定値に対応し、環境属性に関係する２つ以上の値を生成する制御回路３２を含むコントローラ３０、を備える。この制御回路３２は、それらの値を比較して、故障を判定する。概して、各値は、４つ以上のセンサ素子２２のセットから取得され、各セットは、少なくとも１つの同じセンサ素子１２を含む。各セットは、他のセットには含まれない少なくとも１つの異なるセンサ素子２２を含み、または別の選択肢として、それらのセットは、異なる配向における環境属性を測定する。別の選択肢としては、各セット両方とも、他のセットには含まれない少なくとも１つの異なるセンサ素子２２を含み、それらのセットは、異なる配向における環境属性を測定する。
【００７８】
例えば、４つ以上のセンサ素子２２は、第１のセットのセンサ素子２２および第２のセットのセンサ素子２２を備える。第１のセットのセンサ素子２２は、第２のセットのセンサ素子２２にも存在する少なくとも１つのセンサ素子２２を含む。このため、第１のセットおよび第２のセットの交点は、共通に含まれる少なくとも１つの同じセンサ素子２２を含む（第１および第２のセットがばらばらにならないように）。第１および第２のセットは、４つ以上のセンサ素子２２のセットのサブセットとみなされることができる。
【００７９】
いくつかの実施形態では、第１のセットのセンサ素子２２は、第２のセットのセンサ素子２２にはない少なくとも１つのセンサ素子２２を含むため、第１のセットおよび第２のセットは、同じセットではなく、必ずしもすべての同じセンサ素子２２を含むわけではない。逆に、第１のセットおよび第２のセットは、異なる、重複組み合わせのセンサ素子２２を含む。このため、これらの実施形態では、第２のセットを伴う第１のセットの集合体は、結果として、第１のセットまたは第２のセットのどちらか一方よりも大きいセットとなる。
【００８０】
他の実施形態では、第１のセットおよび第２のセットは、同じセンサ素子２２を含む（第１のセットおよび第２のセットの集合体が、少なくとも第１または第２のセットのどちらか一方の、ただし必ずしも両方ではないセットに同等となるように）が、制御回路３２は、センサ素子２２を使用して異なる配向（異なる座標系）における環境属性を測定する。このため、それらの実施形態のどちらかにおいて、それらの値は、同じ環境属性の異なる測定値をもたらし、故障が存在する場合、比較されて故障を判定することができる。測定値が、（共通座標系において）同じである場合、故障なしが検出される。
【００８１】
本発明の実施形態では、第１および第２のセットのセンサ素子２２は、各々、少なくとも３つのセンサ素子２２を含み、その３つのセンサ素子２２は、共通線内に構成されず（すなわち、それらは、同一直線状にない）、例えば、その３つのセンサ素子２２は、三角形のコーナを形成するように構成される。このため、その少なくとも３つのセンサ素子２２を使った測定値は、環境属性測定値に対応する座標系における大きさおよび方向を含むベクトルを生成することができる。
【００８２】
制御回路３２は、第１のセットのセンサ素子２２を、環境属性を測定するように制御し、その環境属性に関係した第１の値を生成し、また、第２のセットのセンサ素子２２を、環境属性を測定するように制御し、その環境属性に関係した第２の値を生成する。このため、第１および第２のセットのセンサ素子２２は、各々、異なるセットのセンサ素子２２を使って、または異なる座標系を使って、同じ環境属性に対応する値を生成する。その２つ以上の値の各々は、少なくとも３つの同一直線上にないセンサ素子２２の異なる組み合わせまたは配向から取得される。制御回路３２は、それらの値を比較して、それらの値（例えば、第１および第２の値）が一致するかどうかを判定し、それらの値が一致しない場合は、故障と判定する。本発明の実施形態では、それらの値はベクトルであり、その２つの値の比較は、それらの値の大きさのみの比較、それらの値の角度のみの比較、またはそれらの値の大きさおよび角度の両方の比較を含むことができる。他の実施形態では、比較された値は、ベクトルに由来する情報、例えば、磁気抵抗比または磁場方向である。いくつかの実施態様では、第１のセット内のセンサ素子の測定方向は、同一直線上に存在せず、または第２のセット内のセンサ素子の測定方向は、同一直線上に存在しない。
【００８３】
他の実施形態では、センサデバイス９９は、５つ以上のセンサ素子２２を備えることができる。追加のセンサ素子２２は、センサ素子２２ペア内でセンサ素子２２と共に同一直線上に存在することができる。センサデバイス９９は、フィールドセンサデバイス９９とすることができ、センサ２０は、フィールドセンサ２０とすることができ、環境属性は、磁場などのフィールドとすることができ、それらの値は、場のベクトルなどのベクトルとすることができ、本明細書の各例におけるそのようなものとして使用される。ただし、本発明は、フィールドセンサ２０、フィールド、磁場、または場のベクトルに限定されない。
【００８４】
本発明のいくつかの実施形態では、センサデバイス９９は、少なくとも２つのセンサ素子２２ペア（すなわち、１つのセンサ素子２２ペアをそれぞれ有する２つのセンサ２０）を備える単一のセンサ２０を組み込み、そこでは、センサ素子２２ペアが、同一直線上に存在せず、例えば、図８に示すように、四角形、長方形、または正方形のコーナに構成されている。同一直線上とは、共通線上に存在することを意味する。本明細書において意図されているように、センサ素子２２ペアは、非同一直線上に存在する（同一直線上に存在しない）ため、両方のセンサ素子２２ペアのうちの両方のセンサ素子２２を通過することができる単一の直線は存在しない。別の実施形態では、３つのセンサ素子２２は、同一直線上に存在しない。本発明のいくつかの構成において、任意のセンサ素子２２のうちの２つのみが、同一直線上に存在する。しかしながら、１つの直線が、センサ素子２２のうちの任意の２つを通過することができ、同一直線上のセンサ素子２２ペアを形成する（なぜならば、１つの直線は、空間内で２つの点により画定されるからである）。このため、図８に例示した実施形態では、６つのセンサ素子２２ペア、ＡおよびＣ（ＡＣ）、ＢおよびＤ（ＢＤ）、ＡおよびＢ（ＡＢ）、ＣおよびＤ（ＣＤ）、ＡおよびＤ（ＡＤ）、ならびにＢおよびＣ（ＢＣ）が存在し、すべての可能なセンサ素子２２ペアを含む直線セグメントを表している。
【００８５】
センサ素子２２ペアは、環境属性、例えば、センサ素子２２を通過する直線により規定された方向におけるフィールドの大きさを測定することができる。例えば、垂直の直線内に構成されたセンサ素子２２ペアＡＣは、ｙ方向（次元）におけるフィールドの大きさを測定することができる。水平の直線内に構成されたセンサ素子２２ペアＢＤは、ｘ方向（次元）におけるフィールドの大きさを測定することができる。図１６を参照すると、同じ構成のセンサ素子２２を異なる組合せで使用して、異なる方向におけるフィールドの大きさを測定することが可能である。このため、センサ素子２２ペアＡＢは、ｘ’方向（次元）におけるフィールドの大きさを測定することが可能であり、同じくセンサ素子２２ペアＣＤも可能である。同様に、センサ素子２２ペアＡＤは、ｙ’方向（次元）におけるフィールドの大きさを測定することが可能であり、同じくセンサ素子２２ペアＢＣも可能である。ある方向における各測定値は、別の、異なる方向における測定値と組み合わされ、場のベクトル測定値などの値を生成することができる。
【００８６】
動作中、制御回路３２は、センサ２０を動作させて各センサ素子２２のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄからのセンサ信号を提供し、センサ素子２２のＡ、Ｃからのセンサ信号を組み合わせてｙ方向におけるセンサ信号を提供し、センサ素子２２のＢ、Ｄからのセンサ信号を組み合わせてｘ方向におけるセンサ信号を提供し、センサ素子２２のＡ、Ｂからのセンサ信号を組み合わせてｘ’方向におけるセンサ信号を提供し、センサ素子２２のＡ、Ｄからのセンサ信号を組み合わせてｙ’方向におけるセンサ信号を提供する。制御回路３２は、再びまたはこれに代えて、センサ素子２２のＣ、Ｄからのセンサ信号を組み合わせてｘ’方向におけるセンサ信号を提供し、センサ素子２２のＢ、Ｃからのセンサ信号を組み合わせてｙ’方向におけるセンサ信号を提供することができる。このため、方向ｘ’およびｙ’の各々における２つのセンサ信号が、判定されることができる。異なる方向を有する直線を画定するセンサ素子２２からのセンサ信号ペアは、上述したように、共通座標系に換算されることができる場のベクトルなどの値を生成することができる。
【００８７】
２つのセンサ２０を備える実施形態と同様に、ｘ、ｙ座標系における値が、所定の許容マージン内でｘ’、ｙ’座標系における値と一致する場合、それらの値は、検知されたフィールドを表しているものとして通知されることができる。しかしながら、それらの値が（所定の許容マージン内で）一致しない場合、センサデバイス９９内の故障が判定され、通知されることができる。
【００８８】
本発明のいくつかの実施態様では、センサ２０は、２つのセンサ素子２２ペア、すなわち非同一直線上構成内の２つのペアとして構成された４つのセンサ素子を有する。同等の構造が、２つのセンサ２０を備え、各々がセンサ素子２２の１つのペアを有し、そこでは、その２つのセンサ素子２２ペアは、同一直線上に存在しない。４つのセンサ素子２２を有する１つのセンサ２０と、１つのセンサ素子２２ペアを各々有する２つのセンサ２０との間の区別は、任意であり、そのような実施形態は、本発明に包含される。
【００８９】
図１６に示すように、また上述したように、センサ素子２２ペアは、制御回路３２により使用され、センサ素子２２のＤ、Ｂを使ってｘ−方向フィールド測定値（ｘ値）を、センサ素子２２のＡ、Ｃを使ってｙ−方向フィールド測定値（ｙ値）を、センサ素子２２のＡ、Ｂを使って第１のｘ’−方向フィールド測定値（第１のｘ’値）を、センサ素子２２のＤ、Ｃを使って第２のｘ’−方向フィールド測定値（第２のｘ’値）を、センサ素子２２のＤ、Ａを使って第１のｙ’−方向フィールド測定値（第１のｙ’値）を、センサ素子２２のＣ、Ｂを使って第２のｙ’−方向フィールド測定値（第２のｙ’値）を、判定することができる。（第１および第２の測定値の呼称は、任意であり、逆にすることができる。）センサ信号は、各センサ素子２２を別々に測定することによって、または異なるセンサ素子２２をオフまたはオンさせるスイッチ機能を提供し、異なるスイッチ設定を用いて連続した測定値を作り出すことによって、取得されることができる。別の選択肢として、アナログまたはデジタル信号処理を用いて、別々のセンサ素子２２測定値を区別することができる。
【００９０】
異なる方向に、例えば直交するように伸長する直線を画定するセンサ素子２２ペアにより作り出された測定値は、共通座標系において組み合わされ、磁場などの測定されるフィールドを指定する（フィールドの大きさおよび方向を有する）場のベクトルを形成することができる。例えば、図１８Ａに示すように、センサ素子２２のＡＣにより作り出された測定値は、センサ素子２２のＢＤにより作り出された測定値と組み合わされ、ｘ、ｙ座標系における場のベクトルを形成することができる。図１８Ｂを参照すると、センサ素子２２のＡＢにより作り出された測定値は、センサ素子２２のＡＤにより作り出された測定値と組み合わされ、ｘ’、ｙ’座標系における場のベクトルを形成することができ、センサ素子２２のＡＢにより作り出された測定値は、センサ素子２２のＢＣにより作り出された測定値と組み合わされ、ｘ’、ｙ’座標系における場のベクトルを形成することができ、センサ素子２２のＡＤにより作り出された測定値は、センサ素子２２のＣＤにより作り出された測定値と組み合わされ、ｘ’、ｙ’座標系における場のベクトルを形成することができ、センサ素子２２のＢＣにより作り出された測定値は、センサ素子２２のＣＤにより作り出された測定値と組み合わされ、ｘ’、ｙ’座標系における場のベクトルを形成することができる。したがって、第１の場のベクトルは、ｘ、ｙ値を組み合わせることによって判定されることができ、第２の場のベクトルは、第１のｘ’値および第１のｙ’値を組み合わせることによって判定されることができ、第３の場のベクトルは、第１のｘ’値および第２のｙ’値を組み合わせることによって判定されることができ、第４の場のベクトルは、第２のｘ’値および第１のｙ’値を組み合わせることによって判定されることができ、第５の場のベクトルは、第２のｘ’値および第２のｙ’値を組み合わせることによって判定されることができる。上述のように、第１、第２、第３、第４、および第５の場のベクトルのうちの任意の１つ以上が、共通座標系に換算されることができる。この実施形態において、同じセンサ素子１２は、２つ以上の値の測定に使用されるが、一方の値（図１８Ａ）は、ｘ、ｙ座標系において取得され、他方の値（図１８Ｂ）は、ｘ’およびｙ’測定値の任意の組み合わせを伴うｘ’、ｙ’座標系において取得される。
【００９１】
５つすべての場のベクトル（または共通座標系に、必要であれば、加えて所定の許容範囲内で換算されたときの場のベクトルの任意の組み合わせ）が一致する場合、第１、第２、第３、第４、または第５の場のベクトルのうちの任意の１つまたは任意の組み合わせを組み合わせるようなフィールド測定信号を出力することができる。しかしながら、単一のセンサ素子２２が故障している（１つの故障測定値を生成する）場合には、その故障センサ素子２２を組み込んでいるフィールド測定値は、その故障センサ素子２２を組み込んでいないフィールド測定値とは一致しないであろう。例えば、センサ素子２２のＢが故障している場合、センサ素子２２のＢからの測定値を組み込んでいる場のベクトルは、同様に故障しているであろう。この例では、第１、第２、第３、および第５の場のベクトルは、すべて、センサ素子２２のＢからの測定値を含み、したがって、センサ素子２２のＢが故障している場合に、故障値を生成するであろう。センサ素子２２のＡ、Ｃ、およびＤからの測定値を含む、第４の場のベクトルのみが、正しいであろう。
【００９２】
場のベクトル測定値の異なるペアは、本発明の様々な実施形態において比較されることができる。例えば、図１９Ａを参照すると、破線で接続されたセンサ素子２０ペアＡＣ、ＢＤにより判定された場のベクトルは、第１の値（ｘ、ｙ座標系における）を提供する。図１９Ｂを参照すると、破線で接続されたセンサ素子２０ペアＡＤ、ＤＣにより判定された場のベクトルは、第２の値（ｘ’、ｙ’座標系における）を提供する。第１および第２の値は、共通座標系に換算され（例えば、第２の値を第１の値の座標系に換算することによって、または逆もまた同様）、そして比較されて、故障がセンサデバイス９９内に存在するかどうかを判定することができる。この場合、図１９Ａで使用されたセンサ素子２２のセットは、図１９Ｂで使用されたすべてのセンサ素子２２を含むが、その測定値は、異なる座標系において作り出されている。
【００９３】
図２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、および２０Ｄを参照すると、３つの非同一直線上のセンサ素子２２のうちの４つの異なる組み合わせが例示されており、それらの全てが、場のベクトル値を与える直交測定値を判定し、それらの全ては、同じ座標系（ｘ’，ｙ’）内に存在する。その４つの異なる組み合わせのうちの任意の２つは、少なくとも１つの共通のセンサ素子２２、および少なくとも１つの共通でないセンサ素子２２を有する。例えば、図２０Ａおよび２０Ｂの構成は、共通のセンサ素子２２のＡおよびＢ、ならびに共通でないセンサ素子２２のＣおよびＤを有する。図２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、および２０Ｄの４つの異なる組み合わせのうちの任意の２つは、第１および第２の値を提供し、それらの値は、比較されて、故障が存在する場合、その故障を判定する。本発明のさらなる実施形態では、３つ以上の値が提供され、そして比較され、故障がセンサデバイス９９内に存在するかどうかを判定する。
【００９４】
したがって、本発明の実施形態では、センサデバイス９９は、４つセンサ素子２２を備える。任意のセンサ素子２２のうちの少なくとも２つは、第１の座標系において第１の直線を画定し、任意のセンサ素子２２のうちの少なくとも２つは、第１の座標系とは異なる第２の座標系において、その第１の直線とは異なる第２の直線を画定する。５つ以上のセンサ素子２２がセンサデバイス９９内に設けられている場合、追加のセンサ素子２２は、第１および第２の座標系のいずれか一方、またはその両方において同一直線上に存在することができる。コントローラ３０は、制御回路３２を備え、そこでは、コントローラ３０は、制御回路３２を使用してセンサ素子２２を制御し、環境属性、例えば、磁場などのフィールドを測定し、３つ以上の対応する値、例えば、場のベクトルを生成し、その３つ以上の値の各々は、少なくとも２つのセンサ素子２２の異なる組み合わせから取得され、それらの値（例えば、場のベクトル）を共通座標系に換算し、それらの値を比較し、そして故障を判定する。
【００９５】
本発明のさらなる実施形態では、制御回路３２を使用して、センサ素子２２の第１のペアを使った、第１の方向における第１のフィールド値、センサ素子２２の第１のペアとは異なるセンサ素子２２の第２のペアを使った、第１の方向とは異なる第２の方向における第２のフィールド値、センサ素子２２の第１および第２のペアとは異なるセンサ素子２２の第３のペアを使った、第１および第２の方向とは異なる第３の方向における第３のフィールド値、センサ素子２２の第１、第２、および第３のペアとは異なるセンサ素子２２の第４のペアを使った第１、第２および第３の方向とは異なる第４の方向における第４のフィールド値、第３の場のベクトルを測定するために使用されるセンサ素子とは異なるセンサ素子２２を使った、第３の方向における第５のフィールド値、および第４の場のベクトルを測定するために使用されるセンサ素子とは異なるセンサ素子２２を使った、第４の方向における第６のフィールド値、を測定する。
【００９６】
図１７を参照すると、制御回路３２は、ステップ１１０においてセンサデバイス９９を動作させ、ステップ２００においてセンサ素子２２ペアを使って同じおよび異なる方向における環境属性（フィールド）を測定し、ステップ２１０において複数の値（例えば、場のベクトル）を生成する。制御回路３２は、必要であれば、ステップ２２０においてそれらの値（例えば、場のベクトル）を共通座標系にさらに換算する。それらの値（例えば、場のベクトル）は、ステップ２３０において制御回路３２を使って比較され、それらの値が一致するかどうかを判定する。環境属性（フィールド）測定値が、所定の許容範囲内で一致する場合、ステップ１７０において環境属性測定値信号が出力され、そこで、その測定信号は、第１、第２、第３、第４、および第５の場のベクトルまたはそれらの換算された同等の場のベクトルのうちの任意の１つまたは組み合わせに由来する１つの信号とすることができる。別の選択肢として、共通座標系における場のベクトルが、すべて、所定の許容範囲内で同じとは限らない場合に、故障が判定され、故障センサ信号が出力される（ステップ１８０）。
【００９７】
図２１を参照すると、同じプロセスおよび分析が、センサ素子２２の他の構成に適用されることができる。座標系の呼称は、任意であり、センサ素子２２のラベルと同様である。センサ素子２２ペアの様々な組み合わせが正しい値を提供し、それらの値が分析されて故障センサ素子２２を判定することができる限り、本明細書に記載された方法は、センサデバイス９９内で使用されることができる。さらに、本発明のセンサデバイス９９は、５つ以上のセンサ素子２２を組み込むことができ、制御回路３２は、センサ素子２２を２つ１ペアで制御して、異なる方向における同様の環境属性測定値を作り出すことができ、その測定値は、複数の値のセットを提供することができ、そのいくつかは、冗長可能とすることができる。
【００９８】
また、本発明の実施形態は、勾配測定、例えば、磁場勾配などのフィールド勾配を提供することもできる。上述のように、２つの異なる測定値が、ｘ’座標系において作り出されることができ、２つの異なる測定値が、ｙ’座標系において作り出されることができる。センサデバイス９９が、故障なしと判定される（異なる測定値が共通座標系において共通のベクトルを提供する）場合、センサ素子２２は、空間的にオフセットされているため、ｘ’およびｙ’座標系の各々における異なる測定値が組み合わされ、勾配測定値を提供することができる。例えば、ＡＢ測定値が、ＣＤ測定値と比較され、測定される環境属性に対してｙ’方向の勾配に起因し得る差を判定することができる。同様に、ＡＤ測定値が、ＢＣ測定値と比較され、測定される環境属性に対してｘ’方向の勾配に起因し得る差を判定することができる。しかしながら、勾配は、センサ素子２２内の誤差またはそれらの測定値と混同されてはならないことに注意されたい。
【００９９】
センサデバイス９９が８つのセンサ素子２２を有する場合（図９に示すように）、すなわち、２つのフィールドセンサデバイス９９が、空間的なオフセット、および組み合わされたそれらのセンサ素子２２を伴って提供される場合、勾配もまた、ｘおよびｙ方向において判定されることができる。例えば、左上から右下へＥ、Ｆ、Ｇ、およびＨと表示した４つのセンサ素子２２を追加した系を仮定すると、ＥＧ測定値がＧＨ測定値と比較されてｘ方向における勾配を判定し、ＥＦ測定値がＧＨ測定値と比較されてｙ方向における勾配を判定することができる。
【０１００】
本発明の実施形態は、基板を提供し、第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂ、およびコントローラ３０を搭載することによって、基板上の集積回路として構成されることができる。この集積回路は、ピックアンドプレース技術を使って、または対応する供給源ウエハから基板表面上にそれらを微小転写印刷することによって、基板表面上に配設されることができる。別の選択肢として、基板表面は、半導体層であってもよく、または半導体層を含んでもよく、第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂの各々のうちの１つ以上、または任意の部分、およびコントローラ３０は、半導体層内に形成され、基板表面上にワイヤ１２を使って、例えば、フォトリソグラフィ法または印刷配線板の方法および材料を使って、基板上に配設された任意の集積回路と電気的に接続されることができる。別の選択肢として、制御回路３２またはフィールドセンサ２０は、フォトリソグラフィ法を使って半導体基板内に画定されることができる。
【０１０１】
基板は、第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂ、およびコントローラ３０を支持または受容することが可能な１つ以上の表面を有する数多くの基板、例えば、２つの対向する比較的平坦で平行な両面を有する、ガラス、プラスチック、セラミック、または半導体基板のうちの１つとすることができる。基板は、例えば、１０マイクロメートルから数ミリメートルまでの様々な厚さを有することができる。基板は、別のデバイスの一部分または表面とすることができ、電子回路を含むことができる。
【０１０２】
本発明は、図面および上記の記載において詳細に例示および説明されてきたが、係る例示および説明は、例示的または代表的であり、限定的と考えるべきではない。上述の説明は、本発明のある特定の実施形態について詳述している。しかしながら、上述の内容が、文言上、どんなに詳細に表現されているようであっても、本発明は、数多くの方法で実践され得ることが理解されるであろう。本発明は、開示された実施形態に限定されない。
【０１０３】
開示された実施形態の他の変形例は、特許請求された発明を実践する際に、図面、開示内容、および添付の特許請求の範囲を研究することから、当業者によって理解され、成し遂げられることができる。特許請求の範囲の中で、単語「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数を除外しない。単一のプロセッサまたは他のユニットは、特許請求の範囲に列挙された、いくつかのアイテムの機能を満たすことができる。ある特定の基準が、相互に異なる従属請求項の中に列挙されているという単なる事実は、これらの基準の組み合わせを使用しても有利にならないことを示しているわけではない。コンピュータプログラムは、他のハードウエアと一緒に、またはその一部として提供される光学記憶媒体またはソリッドステート媒体などの好適な媒体上に格納／分配されてもよく、また、インターネットまたは他の有線もしくは無線の電気通信システムを介するなどの他の形態でも分配されてもよい。特許請求の範囲の中のいかなる参照符号も、その範囲を限定するものと解釈してはならない。
【符号の説明】
【０１０４】
（パーツリスト）
１０  デバイス基板
１２  ワイヤ
１４  接触パッド
１６  システム基板
２０  センサ／フィールドセンサ
２０Ａ  第１のセンサ／第１のフィールドセンサ
２０Ｂ  第２のセンサ／第２のフィールドセンサ
２２  センサ素子
３０  コントローラ
３２  制御回路
３４  記憶回路
３６  換算回路
３８  比較回路
４０  出力センサ信号
４２  故障センサ信号
５０  位相スイッチ
５２  差動増幅器
５４  差動比較器
９９  センサデバイス／フィールドセンサデバイス
１００  センサデバイスを提供するステップ
１１０  センサデバイスを動作させるステップ
１２０  第１および第２の信号を受信するステップ
１３０  受信されたセンサ信号を換算するステップ
１４０  換算された信号を比較するステップ
１５０  センサが故障しているかどうかを判定するステップ
１６０  故障センサを判断するステップ
１７０  測定信号を出力するステップ
１８０  故障センサ信号を提供するステップ
１９０  必要に応じて故障センサを判定するステップ
２００  フィールド方向を測定するステップ
２１０  場のベクトルを生成するステップ
２２０  場のベクトルを共通座標系に換算するステップ
２３０  場のベクトルが一致するかどうかを試験するステップ
２４０  故障センサを判定するステップ
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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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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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２１】
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【外国語明細書】
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