(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物体の動きを測定するための磁場センサであって、前記動きはｘ、ｙ及びｚ直交軸を有するｘｙｚ直交座標内のｘ−ｚ平面内であり、
前記ｘ−ｚ平面に対する平行から約２０度の範囲内の主平面を有する基板と、
前記基板の前記主平面上に配置された複数の磁場検知素子であって、前記複数の磁場検知素子のそれぞれが、前記基板の前記主平面に平行な主応答軸を有しており、それぞれの複数の磁場信号を生成するように構成される、複数の磁場検知素子と、
前記基板上に配置され、前記複数の磁場検知素子に結合された電子回路であって、
前記複数の磁場信号のそれぞれ１つをそれぞれの閾値信号と比較してそれぞれの複数の２進信号を生成するように構成される少なくとも１つのアナログ比較器又はデジタル比較器であって、前記複数の２進信号の状態は対象物体の位置を表す、少なくとも１つのアナログ比較器又はデジタル比較器と、
前記複数の２進信号に結合されるプロセッサであって、前記複数の２進信号に基づいてプロセッサ出力信号を生成するように動作可能であり、前記プロセッサ出力信号は前記対象物体の動きの速度及び方向を表す、プロセッサと
を含む、電子回路と
を含む、磁場センサ。
【請求項２】
前記複数の磁場検知素子は、複数の磁気抵抗素子を含む、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項３】
前記プロセッサは、さらに、前記磁場センサの測定された動作特性を表す値を記憶するよう動作可能であり、前記記憶された値は、第１の期間に記憶され、前記記憶された値は、前記第１の期間の後の第２の異なる期間に再呼び出しされ、使用される、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項４】
前記電子回路は、さらに、
前記プロセッサ出力信号を使用して前記対象物体の動きの速度及び方向を表す出力プロトコル信号を生成するように動作可能な出力プロトコルモジュールを含む、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項５】
前記基板に近接して配置された磁石をさらに含み、前記磁石は、前記基板の前記主平面に平行な磁場を生成するために少なくとも２つの極を有する、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項６】
前記基板の前記主平面は、前記基板の前記主平面に直交し且つ前記複数の磁場検知素子のうちの少なくとも１つを通過するラインが前記対象物体と交差し、前記基板の前記主平面に平行なラインが前記対象物体の方向にあるように、前記対象物体と重なる、
請求項５に記載の磁場センサ。
【請求項７】
前記対象物体は、複数の交互のＮ極及びＳ極を有するリング磁石を含み、前記対象物体は、前記基板の前記主平面に平行な磁場を生成する、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項８】
前記基板の前記主平面は、前記基板の前記主平面に直交し且つ前記複数の磁場検知素子のうちの少なくとも１つを通過するラインが前記対象物体と交差し、前記基板の前記主平面に平行なラインが前記対象物体の方向にあるように、前記対象物体と重なる、
請求項７に記載の磁場センサ。
【請求項９】
前記複数の磁場検知素子は、前記ｘ、ｙ及びｚ直交軸のうちのｘ軸に対する平行から約２０度の範囲内で一列に配置される、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項１０】
前記電子回路は、前記プロセッサ出力信号を使用するように結合され、前記対象物体の動きの速度及び方向を表す出力プロトコルモジュール出力信号を生成するように動作可能な出力プロトコルモジュールをさらに含む、
請求項９に記載の磁場センサ。
【請求項１１】
前記複数の磁場検知素子は、複数の磁気抵抗素子を含む、
請求項９に記載の磁場センサ。
【請求項１２】
前記複数の磁場検知素子の最大応答軸は、互いに平行である、
請求項９に記載の磁場センサ。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのアナログ比較器又はデジタル比較器は少なくとも１つのデジタル比較器を含み、
前記電子回路は、
前記複数の磁場信号を変換して少なくとも１つの変換信号を生成するように動作可能な少なくとも１つのアナログデジタル変換器をさらに含み、前記少なくとも１つのデジタル比較器は前記少なくとも１つの変換信号を受信するように動作可能である、
請求項９に記載の磁場センサ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのアナログデジタル変換器は、複数のアナログデジタル変換器を含み、前記複数のアナログデジタル変換器のそれぞれは、前記複数の磁場検知素子のそれぞれに結合される、
請求項１３に記載の磁場センサ。
【請求項１５】
前記電子回路は、
前記少なくとも１つの変換信号を受信するために結合された閾値計算モジュールであって、前記閾値計算モジュールが前記複数の磁場信号の振幅を表す複数の閾値を生成するように構成される、閾値計算モジュールをさらに含み、
前記プロセッサは、前記複数の閾値を記憶するようにさらに動作可能であり、
前記プロセッサは、前記複数の閾値を前記少なくとも１つのデジタル比較器へ提供するようにさらに動作可能である、
請求項１３に記載の磁場センサ。
【請求項１６】
前記複数の閾値は、前記電子回路に電源が供給されていないときの期間の間記憶され、前記複数の閾値は、前記電子回路に電源が供給されたときに前記複数のアナログ比較器又はデジタル比較器に提供される、
請求項１５記載の磁場センサ。
【請求項１７】
前記複数の閾値は、第１の期間の間記憶され、前記複数の閾値は、前記第１の期間の後の第２の異なる期間の間に前記複数のアナログ比較器又はデジタル比較器に提供される、
請求項１５に記載の磁場センサ。
【請求項１８】
前記複数の磁場検知素子は、複数の縦型ホール効果素子を含む、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項１９】
前記対象物体は、回転するように構成される強磁性ギアを含む、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項２０】
前記対象物体は、回転するように構成される強磁性リング磁石を含む、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項２１】
前記複数の磁場検知素子は、前記対象物体に近接する円弧に配置され、前記複数の磁場検知素子の最大応答軸は、互いに平行である、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項２２】
前記複数の磁場検知素子は、前記対象物体に近接する円弧に配置され、前記複数の磁場検知素子の最大応答軸は、互いに平行でない、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項２３】
前記基板は、前記基板の前記主平面に直交し且つ前記複数の磁場検知素子のうちの少なくとも１つを通過するラインが前記対象物体と交差し、前記基板の前記主平面に平行なラインが前記対象物体の方向にあるように、前記対象物体と重なる、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項２４】
前記対象物体は、非強磁性導電対象物体を含む、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項２５】
前記電子回路は、
前記複数の磁場信号を変換して少なくとも１つの変換信号を生成するように動作可能な少なくとも１つのアナログデジタル変換器であって、前記少なくとも１つのデジタル比較器は前記少なくとも１つの変換信号を受信するように動作可能である、少なくとも１つのアナログデジタル変換器をさらに含む、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項２６】
対象物体の動きを測定するための磁場センサであって、前記動きはｘ、ｙ及びｚ直交軸を有するｘｙｚ直交座標内のｘ−ｚ平面内であり、
前記ｘ−ｚ平面に対する平行から約２０度の範囲内の主平面を有する基板と、
前記基板の前記主平面上に配置された２つの磁場検知素子であって、前記２つの磁場検知素子が、前記基板の前記主平面に平行なそれぞれの主応答軸を有しており、前記２つの磁場検知素子が、互いに平行なそれぞれの主応答軸を有しており、前記２つの磁場検知素子を通過するラインは前記対象物体に向かう方向に延在せず、前記２つの磁場検知素子はそれぞれの２つの磁場信号を生成するように構成される、２つの磁場検知素子と、
前記２つの磁場信号を受信するように結合され、前記２つの磁場検知素子に対する前記対象物体の位置を表す出力信号を生成するように構成された差動増幅器と
を含む、磁場センサ。
【請求項２７】
前記基板に近接して配置された磁石をさらに含み、前記磁石は、前記基板の前記主平面に平行な磁場を生成するために少なくとも２つの極を有する、
請求項２６に記載の磁場センサ。
【請求項２８】
前記基板の前記主平面は、前記基板の前記主平面に直交し且つ前記２つの磁場検知素子のうちの少なくとも１つを通過するラインが前記対象物体と交差し、前記基板の前記主平面に平行なラインが前記対象物体に向かう方向にあるように、前記対象物体と重なる、
請求項２７に記載の磁場センサ。
【請求項２９】
前記対象物体は、複数の交互のＮ極及びＳ極を有するリング磁石を含み、前記対象物体は、前記基板の前記主平面に平行な磁場を生成する、
請求項２６に記載の磁場センサ。
【請求項３０】
前記基板の前記主平面は、前記基板の前記主平面に直交し且つ前記２つの磁場検知素子を通過するラインが前記対象物体と交差し、前記基板の前記主平面に平行なラインが前記対象物体に向かう方向にあるように、前記対象物体と重なる、
請求項２９に記載の磁場センサ。
【請求項３１】
前記２つの磁場検知素子は平面ホール素子を含む、
請求項２６に記載の磁場センサ。
【請求項３２】
前記２つの磁場検知素子は縦型ホール素子を含む、
請求項２６に記載の磁場センサ。
【請求項３３】
前記２つの磁場検知素子は磁気抵抗素子を含む、
請求項２６に記載の磁場センサ。
【請求項３４】
対象物体の動きを測定するための磁場センサであって、前記動きはｘ、ｙ及びｚ直交軸を有するｘｙｚ直交座標内のｘ−ｚ平面内であり、
２つの磁場検知素子によって生成された２つの磁場信号を前記磁場センサ内で受信するための手段であって、前記２つの磁場検知素子は基板上に配置され、前記基板は前記ｘ−ｚ平面に対する平行から約２０度の範囲内の主平面を有し、前記２つの磁場検知素子が、前記基板の前記主平面に平行なそれぞれの主応答軸を有しており、前記２つの磁場検知素子が、互いに平行なそれぞれの主応答軸を有しており、前記２つの磁場検知素子を通過するラインは前記対象物体に向かう方向に延在しない、手段と、
前記２つの磁場検知素子に対する前記対象物体の位置を表す出力信号を前記磁場センサ内で生成するための手段であって、前記出力信号は前記２つの磁場信号の差に関連する、手段と
を含む、磁場センサ。
【請求項３５】
前記基板の前記主平面に平行な磁場を生成するための手段をさらに含む、
請求項３４に記載の磁場センサ。
【請求項３６】
前記基板の前記主平面は、前記基板の前記主平面に直交し且つ前記２つの磁場検知素子のうちの少なくとも１つを通過するラインが前記対象物体と交差し、前記基板の前記主平面に平行なラインが前記対象物体に向かう方向にあるように、前記対象物体と重なる、
請求項３５に記載の磁場センサ。
【請求項３７】
前記対象物体は、複数の交互のＮ極及びＳ極を有するリング磁石を含み、前記対象物体は、前記基板の前記主平面に平行な磁場を生成する、
請求項３４に記載の磁場センサ。
【請求項３８】
前記基板の前記主平面は、前記基板の前記主平面に直交し且つ前記２つの磁場検知素子を通過するラインが前記対象物体と交差し、前記基板の前記主平面に平行なラインが前記対象物体に向かう方向にあるように、前記対象物体と重なる、
請求項３７に記載の磁場センサ。
【請求項３９】
前記２つの磁場検知素子は平面ホール素子を含む、
請求項３４に記載の磁場センサ。
【請求項４０】
前記２つの磁場検知素子は縦型ホール素子を含む、
請求項３４に記載の磁場センサ。
【請求項４１】
前記２つの磁場検知素子は磁気抵抗素子を含む、
請求項３４に記載の磁場センサ。
【請求項４２】
対象物体の動きを測定するための磁場センサであって、前記動きはｘ、ｙ及びｚ直交軸を有するｘｙｚ直交座標内のｘ−ｚ平面に平行であり、
前記ｘ−ｚ平面に対する平行から約２０度の範囲内の主平面を有する基板と、
前記基板の前記主平面上に配置された複数の磁場検知素子であって、前記複数の磁場検知素子のそれぞれが、前記基板の前記主平面に実質的に平行な主応答軸を有しており、前記複数の磁場検知素子が、それぞれの複数の磁場信号を生成するように構成され、前記複数の磁場検知素子は、少なくとも１つの円形縦型ホール（ＣＶＨ）検知素子として形成される、複数の磁場検知素子と、
前記基板に固定して結合された磁石であって、前記基板の前記主平面に実質的に平行な磁場を生成するために少なくとも２つの極を有し、前記磁石は前記基板の前記主平面の下又は上及び前記ＣＶＨ検知素子の下又は上に配置され、前記磁石は前記ＣＶＨ検知素子を通過する軸に沿って方向づけられ且つ前記対象物体に向かって方向づけられる磁場を生成するように構成され、前記磁場は前記基板の前記主平面に平行である、磁石と
を含む、磁場センサ。
【請求項４３】
前記基板上に配置され、前記複数の磁場検知素子に結合される電子回路をさらに含み、
前記電子回路は、
前記磁場センサの測定された動作特性を表す値を記憶するように動作可能なプロセッサを含む、
請求項４２に記載の磁場センサ。
【請求項４４】
前記記憶された値は、第１の期間中に記憶され、前記記憶された値は、前記第１の期間の後の第２の異なる期間中に再呼び出しされ、使用される、
請求項４３に記載の磁場センサ。
【請求項４５】
前記基板上に配置され、前記複数の磁場検知素子に結合される電子回路をさらに含み、
前記電子回路は、
前記複数の磁場信号を使用して前記対象物体の動きの方向を決定するように動作可能な出力プロトコルモジュールを含む、
請求項４２に記載の磁場センサ。
【請求項４６】
前記基板の前記主平面は、前記基板の前記主平面に直交し且つ前記複数の磁場検知素子のうちの少なくとも１つを通過するラインが前記対象物体と交差し、前記基板の前記主平面に平行なラインが前記対象物体の方向にあるように、前記対象物体と重なる、
請求項４２に記載の磁場センサ。
【請求項４７】
前記対象物体は、複数の交互のＮ極及びＳ極を有するリング磁石を含み、前記対象物体は、前記基板の前記主平面に実質的に平行な磁場を生成する、
請求項４２に記載の磁場センサ。
【請求項４８】
前記基板の前記主平面は、前記基板の前記主平面に直交し且つ前記複数の磁場検知素子のうちの少なくとも１つを通過するラインが前記対象物体と交差し、前記基板の前記主平面に平行なラインが前記対象物体の方向にあるように、前記対象物体と重なる、
請求項４７に記載の磁場センサ。
【請求項４９】
前記複数の磁場検知素子は、前記ｘ、ｙ及びｚ直交軸のうちのｘ軸に対する平行から約２０度の範囲内で一列に配置される、
請求項４２に記載の磁場センサ。
【請求項５０】
対象物体の動きを測定するための磁場センサであって、前記動きはｘ、ｙ及びｚ直交軸を有するｘｙｚ直交座標内のｘ−ｚ平面内であり、
前記ｘ−ｚ平面に対する平行から約２０度の範囲内の主平面を有する基板と、
前記基板の前記主平面上に配置された複数の磁場検知素子であって、前記複数の磁場検知素子のそれぞれが、前記基板の前記主平面に平行な主応答軸を有しており、それぞれの複数の磁場信号を生成するように構成される、複数の磁場検知素子と、
前記基板上に配置され、前記複数の磁場検知素子に結合された電子回路であって、
前記複数の磁場信号のそれぞれ１つをそれぞれの閾値信号と比較してそれぞれの複数の２進信号を生成するように構成される少なくとも１つのアナログ比較器又はデジタル比較器であって、前記複数の２進信号の状態は対象物体の位置を表す、少なくとも１つのアナログ比較器又はデジタル比較器と、
前記複数の２進信号に結合される不揮発性メモリ装置であって、前記複数の２進信号に基づいて不揮発性メモリ装置出力信号を生成するように動作可能であり、前記不揮発性メモリ装置出力信号は前記対象物体の動きの速度及び方向を表す、不揮発性メモリ装置と
を含む、電子回路と
を含む、磁場センサ。
【請求項５１】
前記複数の磁場検知素子は、複数の磁気抵抗素子を含む、
請求項５０に記載の磁場センサ。
【請求項５２】
前記不揮発性メモリ装置は、さらに、前記磁場センサの測定された動作特性を表す値を記憶するよう動作可能であり、前記記憶された値は、第１の期間中に記憶され、前記記憶された値は、前記第１の期間の後の第２の異なる期間中に再呼び出しされ、使用される、
請求項５０に記載の磁場センサ。
【請求項５３】
前記電子回路は、さらに、
前記不揮発性メモリ装置出力信号を使用して前記対象物体の動きの速度及び方向を表す出力プロトコル信号を生成するように動作可能な出力プロトコルモジュールを含む、
請求項５０に記載の磁場センサ。
【請求項５４】
前記基板に近接して配置された磁石をさらに含み、前記磁石は、前記基板の前記主平面に平行な磁場を生成するために少なくとも２つの極を有する、
請求項５０に記載の磁場センサ。
【請求項５５】
前記基板の前記主平面は、前記基板の前記主平面に直交し且つ前記複数の磁場検知素子のうちの少なくとも１つを通過するラインが前記対象物体と交差し、前記基板の前記主平面に平行なラインが前記対象物体の方向にあるように、前記対象物体と重なる、
請求項５４に記載の磁場センサ。
【請求項５６】
前記対象物体は、複数の交互のＮ極及びＳ極を有するリング磁石を含み、前記対象物体は、前記基板の前記主平面に平行な磁場を生成する、
請求項５０に記載の磁場センサ。
【請求項５７】
前記複数の磁場検知素子は、前記ｘ、ｙ及びｚ直交軸のうちのｘ軸に対する平行から約２０度の範囲内で一列に配置される、
請求項５０に記載の磁場センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して磁場センサに関し、より詳細には、基板及び基板上に配置され、様々な相対的位置に全てが配置される強磁性物体の動きを検知する磁場検知素子を有する磁場センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ホール効果素子及び磁気抵抗素子など、様々な種類の磁場検知素子が知られる。一般に、磁場センサは、磁場検知素子及び他の電子部品を含む。また、ある種の磁場センサは、以下でより詳細に説明される「バックバイアス」配置と呼ばれる永久磁石（ハード強磁性物体）をも含む。他の磁場センサは、磁石の動きを検知する。
【０００３】
磁場センサは、検知した磁場を表す電気信号を提供する。磁石（バックバイアス配置）を有するいくつかの実施形態において、検知された磁場は磁石によって生成された磁場であり、この場合、動いている強磁性物体が存在すると、磁石によって生成され磁場センサによって検知された磁場は、動作中の強磁性物体の形状又は輪郭に応じて変化する。これに対して、動作中の磁石を直接検知する磁場センサは、磁石の動きから生じる磁場の大きさ及び方向の変化を検知する。
【０００４】
磁場センサ（バックバイアス）は、ギア歯及び／又はギアスロット又は谷などの強磁性ギアの特徴物の動きを検出するために用いられることが多い。この用途における磁場センサは、一般に、「ギア歯」センサと称される。
【０００５】
ある種の構成において、ギア（対象物体）は、例えば、エンジン内のカムシャフトなどの別の物体上に配置される。このようにして、ギアの動作する特徴物を検出することにより、対象物体（例えば、ギア）及び他の物体（例えば、カムシャフト）の両方の回転が検知される。ギア歯センサは、例えば、点火時期制御、燃料管理、アンチロックブレーキシステム、車輪速度センサ、及び他の動作のためのエンジン制御プロセッサに情報を提供するために、自動車分野において利用される。
【０００６】
ギア歯センサによりエンジン制御プロセッサへと提供される情報は、対象物体（例えば、カムシャフト）が回転する際の絶対回転角、回転速度、及び回転方向を含み得るが、これに限定されるものではない。この情報により、エンジン制御プロセッサは、点火システムの点火時期、及び燃料噴射システムの燃料噴射時期を調整可能である。
【０００７】
多くのタイプの磁場センサは、パワーアップの直後に、ゼロ回転速度からの対象物体の移動の直後に、及び／又は、ゼロ回転速度へと遅くなる移動の直後に、正確な出力信号（例えば、回転の絶対角度、速度、又は方向のインジケーション）を提供しないが、その代わりに、対象物体がかなりの回転で移動したときだけ、又は、かなりの速度で移動しているときだけ、正確な出力信号を提供する。例えば、２００３年２月２５日発行の「Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐａｓｓｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  ｗｈｉｌｅ  Ａｄａｐｔｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（検出閾値を適合させつつ通過する磁性物品を検出すること）」という名称の米国特許第６，５２５，５３１号に説明される１つのタイプの磁場センサでは、プラスのデジタルアナログコンバータ（ＰＤＡＣ）及びマイナスのデジタルアナログコンバータ（ＮＤＡＣ）が、それぞれ、閾値信号を発生させる際の使用のために、磁場信号のプラスピーク及びマイナスピークをトラッキングする。変動する磁場信号が、閾値信号と比較される。しかし、ＰＤＡＣ及びＮＤＡＣの出力は、信号のいくつかのサイクル（すなわち、信号ピーク）が起こるまでは（すなわち、いくつかのギア歯が通過するまでは）、磁場信号のプラスピーク及びマイナスピークの正確なインジケーションであることはできない。このタイプの磁場センサは、一般的に、十分に正確になるための時間を必要とし、本明細書で、いわゆる「精密回転検出器」と称される。
【０００８】
それとは対照的に、「トゥルーパワーオンステート」（ＴＰＯＳ）検出器は、ゼロ回転速度、もしくは、いくつかの用途では例えば、１００ｒｐｍ未満の低い回転速度からの対象物体（例えば、カムシャフト）の移動の直後に、又は、ゼロ回転速度へと遅くなる移動の少し前にも、正確な出力信号を提供することが可能である。そのうえ、対象物体が移動していないときでも、ＴＰＯＳ検出器は、ＴＰＯＳ検出器がギアの歯又は谷の前にいるかどうかというインジケーションを提供することが可能である。しかし、対象物体が静止しているときには、従来のＴＰＯＳ検出器は、対象物体の回転の絶対的な角度又は相対的な角度を識別することができない。ＴＰＯＳ検出器は、共通の集積回路の中の精密回転検出器と関連して使用され得、それぞれが、異なる時間に、エンジン制御プロセッサに情報を提供する。簡単にするために、ＴＰＯＳ検出器及び精密回転検出器は、本明細書では、共通の集積回路の中に示される。しかし、ＴＰＯＳ検出器又は精密回転検出器は、別々の回路の中で単独で使用することも可能である。
【０００９】
上記に述べたように、従来のＴＰＯＳ検出器は、精密回転検出器が正確な出力信号を提供することができる前に、対象物体の小さな最初の回転だけに関して正確な出力信号を提供する。ＴＰＯＳ検出器は、対象物体の回転の始め及び終わりの期間の間（例えばエンジン及びカムシャフトの開始及び停止の期間の間）、精密回転検出器によって提供される情報より正確であり得る情報をエンジン制御プロセッサに提供することができるが、しかしその情報は、物体がスピードを出して回転しているとき、それほど正確でないことがある。ＴＰＯＳ検出器及び精密回転検出器の両方を共通の集積回路内に有する磁場センサ配置にとって、物体が回転していないか遅く回転しているときには、エンジン制御プロセッサはＴＰＯＳ検出器を使用することができる。物体がスピードを出して回転しているとき、エンジン制御プロセッサは、精密回転検出器によって提供される回転情報を主として使用することができる。ほとんどの従来の用途では、一度磁場センサが精密回転検出器の使用に切り替わると、磁場センサは、強磁性対象物体が回転を停止するまで、又は回転をほぼ停止するまで、ＴＰＯＳ検出器の使用に戻らない。
【００１０】
従来のＴＰＯＳ検出器は、２００８年４月２２日発行の「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ａｒｔｉｃｌｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（磁性物品検出のための方法及び装置）」という名称の米国特許第７，３６２，０９４号に記載される。従来のＴＰＯＳ検出器は、磁場信号を固定された、しばしば調整された閾値信号と比較するための比較器を含む。従来のＴＰＯＳ検出器は、ＴＰＯＳカム（歯車と同様の）とともに使用して、それについての回転情報を検出することができ、その検出器は、対象物体、例えば回転するように構成されたエンジンのカムシャフト上に配置される。
【００１１】
従来のＴＰＯＳ検出器からの出力信号の例は、少なくとも２つの状態、通常ハイ状態及びロー状態を有する。従来のＴＰＯＳ出力信号の状態は、対象物体が回転するにつれて、対象物体に取り付けられたＴＰＯＳカム（又はギア）上の特徴物に従って、ある時点でハイであり、他の時点ではローである。
【００１２】
同様に、従来の精密回転検出器からの出力信号は、少なくとも２つの状態、通常ハイ状態及びロー状態を有する。従来の精密回転検出器出力信号の状態は、対象物体が回転するにつれて、対象物体に取り付けられたＴＰＯＳカム（又はギア）上の特徴物に従って、ある時点でハイであり、他の時点ではローである。
【００１３】
上述の通り、従来のＴＰＯＳ検出器は、ギア歯をギア谷（すなわちギア「特徴物」）と区別することが可能であり、ギアが回転しているとき及びギアが回転していないときにそのような検出を行うことができる。これに対して、ある種の従来の精密回転検出器は、ギアが回転しているときにはギア歯をギア谷と区別することが可能であるが、ギアが静止しているときにはできない。ギア歯をギア谷と区別することが可能な検出器は、「歯検出器」と呼ばれることがある。したがって、ＴＰＯＳ検出器は通常、歯検出器である。ある種の精密回転検出器もまた歯検出器であり得る。
【００１４】
ギア歯の検出は、いくつかの磁場センサによって使用され得るが、他の磁場センサは、リング磁石の磁極（すなわち特徴物）が通過するのを検知することができる。したがって、本明細書において用語「特徴物検出器」は、歯検出器又は磁極検出器として用いられる。
【００１５】
いくつかの他の従来の精密回転検出器は、ギア歯を谷と区別する（又はリング磁石のＮ極をＳ極と区別する）ことができないが、その代わりに、ギア歯のエッジを歯又は谷と区別することができる。このような検出器は、「エッジ検出器」と呼ばれることがある。通常、ＴＰＯＳ検出器はエッジ検出器ではない。しかしながら、ある種の精密回転検出器はエッジ検出器であり得る。
【００１６】
従来の磁場センサは、たとえ磁場センサとギアとの間に組み立て状態又はその時々によって変化し得る空隙が存在したとしてもギア歯とギア谷を正確に区別する正確な出力信号を実現しなければならなかった。さらに、従来の磁場センサは、磁場センサ内の磁石及び磁場検知素子の位置に関するユニット間のばらつきが存在したとしてもこのような区別を実現しなければならなかった。さらに、従来の磁場センサは、磁石によって生成される磁場のユニット間のばらつきが存在したとしてもこのような区別を実現しなければならなかった。さらに、従来の磁場センサは、ギアに対する磁場センサの軸回転のばらつきが存在したとしてもこのような区別を実現しなければならなかった。さらに、従来の磁場センサは、磁場センサの雰囲気温度のばらつきが存在したとしてもこのような区別を実現しなければならなかった。
【００１７】
上記の影響によって高価な設計選択を迫られる。特に、上記のいくつかの影響によって図１において以下説明される高価な磁石を使用することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
簡素でかつ低価格の磁石を使用してギア歯をギア谷と正確に区別する正確な出力信号を実現することができる磁場センサを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
磁場センサは、簡素でかつ低価格の磁石を使用してギア歯をギア谷と正確に区別する正確な出力信号を実現する。このような区別は、磁場センサに関する機械的及び熱的パラメータのばらつきが存在したとしても実現される。
【００２０】
本発明の態様を理解するために役立つ例において、対象物体の動きを測定するための磁場センサであって、動きはｘｙｚ直交軸を有するｘｙｚ直交座標内のｘ−ｚ平面内であり、磁場センサに近接する対象物体の面の動きの方向に対する接線はｘ軸に実質的に平行である磁場センサは、ｘ−ｚ平面と平行に約２０度の範囲内の主平面を有する基板を備える。磁場センサは、基板の主平面上に配置された複数の磁場検知素子も備える。複数の磁場検知素子のそれぞれは基板の主平面に実質的に平行な主応答軸（ｍａｊｏｒ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ａｘｉｓ）を有する。複数の磁場検知素子はそれぞれの複数の磁場信号を生成するように構成される。
【００２１】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、１又は複数の以下の態様を任意の組み合わせで備え得る。
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、複数の磁場検知素子は、複数の磁気抵抗素子を含む。
【００２２】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、
基板上に配置され、複数の磁場検知素子に結合された電子回路をさらに含むことができ、電子回路は、
磁場センサの測定された動作特性を表す値を記憶するよう動作可能な不揮発性メモリデバイスを含む。
【００２３】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、記憶された値は、第１の期間の間記憶され、記憶された値は、第１の期間の後の第２の異なる期間に再呼び出しされ、使用される。
【００２４】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、
基板上に配置され、複数の磁場検知素子に結合された電子回路をさらに含むことができ、電子回路は、
複数の磁場信号を使用して対象物体の動きの方向を決定するように動作可能な出力プロトコルモジュールを含む。
【００２５】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、
基板に近接して配置された磁石をさらに含むことができ、磁石は、基板の主平面に実質的に平行な磁場を生成するために少なくとも２個の極を有する。
【００２６】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、基板の主平面は、基板の主平面に直交するラインが対象物体と交差するように、対象物体と重なる。
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、対象物体は、複数の交互のＮ極及びＳ極を有するリング磁石を含み、対象物体は、基板の主平面に実質的に平行な磁場を生成する。
【００２７】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、基板の主平面は、基板の主平面に直交するラインが対象物体と交差するように、対象物体と重なる。
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、複数の磁場検知素子は、対象物体の動きの方向に対する接線と平行に約２０度の範囲内で一列に配置される。
【００２８】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、複数の磁場検知素子は、２個から９個の範囲の数量の磁場検知素子を含む。
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、電子回路は、
複数の磁場信号を使用して対象物体の動きの方向を決定するように動作可能な出力プロトコルモジュールをさらに含む。
【００２９】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、
磁場センサの測定された動作特性を表す値を記憶するよう動作可能な不揮発性メモリ装置をさらに含むことができる。
【００３０】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、複数の磁場検知素子は、複数の磁気抵抗素子を含む。
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、複数の磁場検知素子の最大応答軸（ｍａｘｉｍｕｍ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ａｘｅｓ）は、互いに実質的に平行である。
【００３１】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、
基板上に配置され、複数の磁場検知素子に結合された電子回路をさらに含むことができ、電子回路は、
複数の磁場信号のそれぞれを閾値信号と比較して複数の２進信号を生成するように構成された複数のアナログ比較器又はデジタル比較器を含み、複数の２進信号の状態は、複数の磁場検知素子に対する対象物体の位置を表す。
【００３２】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、
複数の２進信号を使用して対象物体の動きの方向を決定するように動作可能な出力プロトコルモジュールをさらに含むことができる。
【００３３】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、
磁場センサの測定された動作特性を表す値を記憶するよう動作可能な不揮発性メモリ装置をさらに含むことができる。
【００３４】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、
基板上に配置され、複数の磁場検知素子に結合された電子回路をさらに含むことができ、電子回路は、複数の磁場検知素子に対する対象物体の位置を決定するよう動作可能である。
【００３５】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、
基板上に配置され、複数の磁場検知素子に結合された電子回路をさらに含むことができ、電子回路は、
複数の磁場信号を変換して複数の２進信号を生成するように動作可能な少なくとも１個のアナログデジタル変換器を含み、複数の２進信号の状態は、複数の磁場検知素子に対する対象物体の位置を表す。
【００３６】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、少なくとも１個のアナログデジタル変換器は、複数のアナログデジタル変換器を含み、複数のアナログデジタル変換器のそれぞれは、複数の磁場検知素子のそれぞれに結合される。
【００３７】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、
基板上に配置され、複数の磁場検知素子に結合された電子回路をさらに含むことができ、電子回路は、
複数の磁場信号のそれぞれをそれぞれの閾値信号と比較して複数の２進信号を生成するように構成されるプロセッサを含み、複数の２進信号の状態は、複数の磁場検知素子に対する対象物体の位置を表す。
【００３８】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、
複数の磁場信号を表す信号を受信するために結合された閾値計算モジュール（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ  ｍｏｄｕｌｅ）であって、複数の磁場信号の振幅を表す複数の閾値を生成するように構成される、閾値計算モジュールと、
複数の閾値を記憶するよう動作可能な不揮発性メモリ装置と、
複数のアナログ比較器又はデジタル比較器と、をさらに含むことができ、メモリ装置は、複数の閾値を複数のアナログ比較器又はデジタル比較器への入力値として提供するよう動作可能である。
【００３９】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、複数の閾値は、電子回路に電源が供給されていないときの期間に記憶され、複数の閾値は、電子回路に電源が供給されたときに複数のアナログ比較器又はデジタル比較器に提供される。
【００４０】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、複数の閾値は、第１の期間に記憶され、複数の閾値は、第１の期間の後の第２の異なる期間に複数のアナログ比較器又はデジタル比較器に入力値として提供される。
【００４１】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、
プロセッサに結合され、複数の２進信号を使用して対象物体の動きの方向を決定するように動作可能な出力プロトコルモジュールをさらに含むことができる。
【００４２】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、
プロセッサに結合され、磁場センサの測定された動作特性を表す値を記憶するよう動作可能な不揮発性メモリ装置をさらに含むことができる。
【００４３】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、複数の磁場検知素子は、２個のそれぞれの磁場信号を生成するように構成された２個の磁場検知素子を含み、磁場センサは、
基板上に配置された電子回路をさらに含み、電子回路は、
２個の磁場信号を表す信号を受信するために結合され、複数の磁場検知素子に対する対象物体の位置を表す出力信号を生成するように構成される差動増幅器を含む。
【００４４】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、複数の磁場検知素子は、少なくとも１個の円形縦型ホール（ＣＶＨ）検知素子として形成される。
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、複数の磁場検知素子は、複数の縦型ホール効果素子を含む。
【００４５】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、対象物体は、回転するように構成されたギアの強磁性歯を含む。
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、対象物体は、回転するように構成された強磁性リング磁石を含む。
【００４６】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、複数の磁場検知素子は、対象物体に近接する円弧に配置され、複数の磁場検知素子の最大応答軸は、互いに実質的に平行である。
【００４７】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、複数の磁場検知素子は、対象物体に近接する円弧に配置され、複数の磁場検知素子の最大応答軸は、互いに実質的に平行でない。
【００４８】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、基板は、基板の主平面に直交するラインが対象物体と交差するように、対象物体と重なる。
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、
複数の磁場検知素子に結合され、磁場センサの測定された動作特性を表す値を記憶するよう動作可能な不揮発性メモリ装置をさらに含むことができる。
【００４９】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、対象物体は、強磁性対象物体を含む。
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、対象物体は、強磁性ギアを含む。
【００５０】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、対象物体は、強磁性リング磁石を含む。
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、対象物体は、非強磁性導電対象物体（ｎｏｎ−ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｔａｒｇｅｔ  ｏｂｊｅｃｔ）を含む。
【００５１】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、
基板上に配置され、複数の磁場検知素子に結合された電子回路をさらに含むことができ、電子回路は、
複数の磁場信号のそれぞれを閾値信号と比較して複数の２進信号を生成するように構成された複数のアナログ比較器又はデジタル比較器を含み、複数の２進信号の状態は、複数の磁場検知素子に対する対象物体の位置を表す。
【００５２】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、
基板上に配置され、複数の磁場検知素子に結合された電子回路をさらに含むことができ、電子回路は、
複数の磁場信号を変換して複数の２進信号を生成するように動作可能な少なくとも１個のアナログデジタル変換器を含み、複数の２進信号の状態は、複数の磁場検知素子に対する対象物体の位置を表す。
【００５３】
本発明自体はもちろん、本発明の上記の特徴は、以下の図面の詳細な説明からより理解される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】磁場検知素子、電子回路、及び磁石を有する従来技術の磁場センサのブロック図である。
【図１Ａ】図１の電子回路として用い得る電子回路の例のブロック図である。
【図２】３個の磁場検知素子、電子回路、及び磁石を有する他の従来技術の磁場センサのブロック図である。
【図２Ａ】図２の電子回路として用い得る電子回路の例のブロック図である。
【図３】両方とも基板に配置された２個の磁場検知素子及び電子回路、並びに磁石も有する磁場センサの例を示すブロック図である。
【図４】両方とも基板上に配置された２個の磁場検知素子及び電子回路を有し、図３の磁石とは異なる磁石を有する他の磁場センサの例を示すブロック図である。
【図５】図３及び図４の２個の磁場検知素子及び電子回路の例を示すブロック図である。
【図６】両方とも基板上に配置された複数の磁場検知素子及び電子回路を有し、さらに磁石も有する磁場センサの例を示すブロック図である。
【図７】両方とも基板上に配置された複数の磁場検知素子及び電子回路を有し、図３の磁石とは異なる磁石を有する他の磁場センサの例を示すブロック図である。
【図８】図６及び図７の複数の磁場検知素子及び電子回路の例を示すブロック図である。
【図９】図６及び図７の複数の磁場検知素子及び電子回路の他の例を示すブロック図である。
【図１０】両方とも基板上に配置された円形縦型ホール（ＣＶＨ）検知素子及び電子回路を有し、さらに磁石も有する磁場センサの例を示すブロック図である。
【図１１】図５と比較した２個の磁場検知素子の代替の例を示すブロック図であり、図５の電子回路とともに使用することができる。
【図１２】上記の任意の磁場センサの代替の配置を示すブロック図であるが、そこに含まれる磁場検知素子が検知された強磁性物体と重なる。
【図１３】図１２において表された磁場センサの代替の配置を示すブロック図である。
【図１４】上記の任意の磁場センサの代替の配置を示すブロック図であるが、検知された強磁性物体がリング磁石である。
【図１５】図１４において表された磁場センサの代替の配置を示すブロック図であるが、そこに含まれる磁場検知素子がリング磁石と重なる。
【図１６】図６及び図７において示された一列に配置された磁場検知素子と比較して円弧に配置された磁場検知素子の代替の配置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
本発明について説明する前に、前置きとしていくつかのコンセプト及び用語の説明を行う。
本明細書で使用される用語「磁場検知素子」は、磁場を検知することができる様々な電子的要素を述べるために使用される。磁場検知素子は、ただしこれらに限定されないが、ホール効果素子、磁気抵抗素子又は磁気トランジスタとすることができる。知られているように、異なるタイプのホール効果素子、例えば平面ホール素子、縦型ホール素子及び円形縦型ホール（ＣＶＨ）素子が存在する。また知られているように、異なるタイプの磁気抵抗素子、例えばアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子などの半導体磁気抵抗素子、例えばスピンバルブ、異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ）、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子及び磁気トンネル接合（ＭＴＪ）が存在する。磁場検知素子は、単一素子とすることができる、又は代替で、様々な構成で、例えばハーフブリッジ又はフル（ホイートストン）ブリッジで配置された２つ以上の磁場検知素子を含むことができる。デバイスタイプ及び他の用途の要件に応じて、磁場検知素子は、シリコン（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）などのタイプＩＶ半導体材料、又はガリウムヒ素（ＧａＡｓ）又はインジウム化合物、例えばアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）のようなタイプＩＩＩ−Ｖ半導体材料から作られるデバイスとすることができる。
【００５６】
知られているように、上記に述べた磁場検知素子のいくつかは、磁場検知素子を支持する基板に対して平行な軸が最大感度を有する傾向があり、上記に述べた磁場検知素子の他は、磁場検知素子を支持する基板に対して垂直な軸が最大感度を有する傾向がある。具体的には、平面ホール素子は、基板に対して垂直な軸が感度を有する傾向があり、一方金属ベースの、又は金属を含む磁気抵抗素子（例えばＧＭＲ、ＴＭＲ、ＭＴＪ、ＡＭＲ）及び縦型ホール素子は、基板に対して平行な軸が感度を有する傾向がある。
【００５７】
本明細書で使用される用語「磁場センサ」は、一般に他の回路と組み合わせて磁場検知素子を使用する回路を記述するために使用される。磁場センサは、様々な用途で使用され、ただしこれらに限定されないが、磁場の方向の角度を検知する角度センサ、通電導体を流れる電流によって生成された磁場を検知する電流センサ、強磁性物体の近接を検知する磁気スイッチ、通過する強磁性品物、例えばリング磁石又は強磁性対象（例えばギアの歯）の磁気領域を検知する回転検出器を含み、磁場センサは、逆バイアスされた、又は他の磁石及び磁場の磁場密度を検知する磁場センサとの組み合わせで使用される。
【００５８】
本明細書で使用される用語「正確性」は、磁場センサを参照する際に、磁場センサの様々な側面を参照するために使用される。これらの側面は、ギアが回転していない及び／又はギアが回転しているときに（又は、より一般的には、強磁性物体が動いているか又は動いていないときに）、ギア歯をギア谷と区別する（又は、より一般的には、強磁性物体の存在を強磁性物体の不存在と区別する）磁場センサの能力、ギア歯のエッジをギア歯又はギア谷（又は、より一般的には、強磁性物体のエッジ又はハード強磁性物体の磁化方向の変化）と区別する磁場センサの能力、及び、ギア歯のエッジとともに特定される回転の正確性（又は、より一般的には、強磁性物体又はハード強磁性物体のエッジとともに特定され得る位置の正確性）を含むが、これらには限定されない。最終的には、正確性は、出力信号のエッジ配置の正確性、及び、磁場センサを通り過ぎるギア歯のエッジに対する一貫性、を参照する。
【００５９】
用語「平行」及び「垂直」は、本明細書において様々な文脈で使用される。平行及び垂直という用語は、精密な垂直又は精密な平行を必要とせず、その代わり、通常の製造許容誤差が適用され、許容誤差は用語が使用される文脈に依存することを理解すべきである。ある例では用語「実質的に」は、用語「平行」又は「垂直」を修正するために使用される。一般的に、「実質的に」という用語の使用は、例えば＋／−１０度以内という製造許容誤差を超える角度を反映する。
【００６０】
磁場センサとギアとの間に組み立て状態又はその時々によって変化し得る空隙の変動が存在したとしても、磁場センサは所定のレベル又は量の正確性を実現することが望まれる。磁場センサ内で磁石と磁場検知素子の相対位置の変動が存在したとしても、磁場センサは正確性を実現することもまた望まれる。磁場センサ内の磁石によって生成される磁場のユニット間のばらつきが存在したとしても、磁場センサは正確性を実現することもまた望まれる。ギアに対する磁場センサの軸回転のばらつきが存在したとしても、磁場センサは正確性を実現することもまた望まれる。磁場センサの温度のばらつきが存在したとしても、磁場センサは正確性を実現することもまた望まれる。
【００６１】
以下の実施例では、エンジンのカムシャフトの対象物体上で使用することができるような特定のギア（又は特定のリング磁石）を述べる。しかしながら、同様の回路及び技法は、エンジンのカムシャフト上に、又はエンジン、車両、又は機械の他の回転部分（例えばクランクシャフト、トランスミッションギア、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ：ａｎｔｉ−ｌｏｃｋ  ｂｒａｋｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ））上に、又はエンジンでない装置の回転部分上に配置される他のカム又はギア又はリング磁石に関して使用することができる。他の用途は、線形移動センサ、又は、検知される対象が回転ギア又はリング磁石ではないが線形配置される他のセンサを含み得る。
【００６２】
ギア（又は対象）又はリング磁石は、以下に説明される磁場センサの一部ではない。ギアは、一般的にソフト強磁性物体であるが、しかしハード強磁性物体でもあり得る強磁性ギア歯、パターン、又は、形状が実際に物理的に変化したり変化しなかったりする磁区を有し得る。
【００６３】
回転するように構成されるギア上のギア歯エッジを有する強磁性ギア歯を検知することができる磁場センサの例が以下に示される。他の例は、回転するように構成されるリング磁石上に極エッジを有するＮ極及びＳ極を検知することができる以下の磁場センサに示される。しかしながら、磁場センサは他の用途でも使用することができる。他の用途は、線形に移動するように構成される構造上の強磁性物体又は極を検知することを含むが、これに限定されない。
【００６４】
本明細書で使用される用語「特徴物」は、ギア上のギア歯又はギア谷を説明するため、及び、リング磁石上のＮ極又はＳ極を説明するために用いられる。
本明細書で使用される用語「ベースライン」及び語句「ベースラインレベル」は、磁場センサがシステム内で動作しているときに磁場センサ内の磁場検知素子にかかる磁場の最も低い大きさ（ゼロ付近であり得るか又はいくつかの他の磁場であり得る）を説明するために用いられる。いくつかのシステムにおいて、この最も低い磁場は、磁場センサがギア歯と対照的なギア谷に近接した際に生じる。
【００６５】
一般的に、ベースラインレベルとより高く実現されたレベルとの間の差は、例えばギア歯が磁場センサに近接した際に、ギア歯と谷とを区別するための磁場センサの能力に関係し、磁場センサの正確性に関係するということが理解されるであろう。
【００６６】
ベースラインレベルは磁場センサがギア谷に近接した際に生成され、より高いレベルは磁場センサがギア歯に近接した際に実現されるということが上記で説明されたが、他の物理的な配置、例えば、ベースラインレベルは磁場センサがギア歯に近接した際に生成され、より高いレベルは磁場センサがギア谷に近接した際に実現されるという逆の配置も可能である。
【００６７】
本明細書で使用される「プロセッサ」という用語は、機能、動作、又は、一連の動作を行う電子回路を説明するために使用される。機能、動作、又は、一連の動作は、電子回路の中へハードコード化されるか、又は、メモリデバイスの中に保持されているインストラクションによってソフトコード化され得る。「プロセッサ」は、デジタル値を使用して、又は、アナログ信号を使用して、機能、動作、又は、一連の動作を行うことが可能である。
【００６８】
いくつかの実施形態では、「プロセッサ」は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の中に具現化され得、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）は、アナログＡＳＩＣ又はデジタルＡＳＩＣであることが可能である。いくつかの実施形態では、「プロセッサ」は、関連のプログラムメモリとともにマイクロプロセッサの中に具現化され得る。いくつかの実施形態では、「プロセッサ」は、ディスクリート電子回路の中に具現化され得、ディスクリート電子回路は、アナログ又はデジタルであることが可能である。
【００６９】
本明細書で使用される「モジュール」という用語は、「プロセッサ」を説明するために使用される。
プロセッサは、内部プロセッサ又は内部モジュールを含むことができ、それは、プロセッサの機能、動作又は一連の動作の一部を果たす。同様に、モジュールは、内部プロセッサ又は内部モジュールを含むことができ、それは、モジュールの機能、動作又は一連の動作の一部を果たす。
【００７０】
アナログ機能として以下に説明され得る電子機能は、デジタル回路、プロセッサ、又はモジュール内において実現されてもよいことを理解すべきである。例えば、比較器は、アナログ電圧を比較するアナログ比較器として、デジタル値を比較するデジタル比較器として、又はデジタル値を比較するプロセッサ又はモジュールとして、実現され得ることが理解されるであろう。アナログ例として本明細書に示される例示は、アナログの実施形態として説明される実施形態のみの範囲に限定されない。
【００７１】
本明細書で使用される用語「所定の」は、値又は信号を参照する際に、工場において製造のときに、又は製造後に例えばプログラミングなどの外部手段によって設定又は固定された値又は信号を参照するために使用される。本明細書で使用される用語「決定された」は、値又は信号を参照する際に、動作中、製造後に回路によって特定された値又は信号を参照するために使用される。
【００７２】
本明細書で使用される用語「能動電子部品」は、少なくとも１つのｐ−ｎ接合を有する電子部品を説明するために使用される。トランジスタ、ダイオード、及び論理ゲートは、能動電子部品の一例である。これに対して、本明細書で使用される用語「受動電子部品」は、少なくとも１つのｐ−ｎ接合を有さない電子部品を説明するために使用される。コンデンサ及び抵抗は、受動電子部品の一例である。
【００７３】
本明細書で使用される用語「対象物体」は、強磁性ギア、強磁性リング磁石、非強磁性導電物体、又は本明細書において説明される磁場センサによって位置又は動きが検出される他の種類の対象物体、を参照するために用いられる。したがって、対象物体の検出された位置又は動きは、他の物体の位置又は動きを識別するために使用することができる。
【００７４】
図１を参照すると、一例の磁場センサ１０は、例えばギア歯２２ａ、２２ｂ、２２ｃなどの強磁性ギア歯を有するギア２２に応答する。ギア２２は、磁場センサ１０が応答し得る「強磁性対象物体」又は単なる「対象物体」の一種にすぎないことを理解すべきである。他の磁気システムにおいて、強磁性対象物体は、例えば交互のＮ極及びＳ極を有する上記のリング磁石のような永久磁石（又はハード強磁性材料）を備え得る。リング磁石は、図１４〜１６と合わせて以下で図示され説明される。
【００７５】
磁場センサ１０は、電子回路１６に結合された磁場検知素子１２を備える。磁場検知素子１２及び電子回路１６は、基板１４上（すなわち、基板１４内に統合されるか又は基板１４上）に配置され得る。明確にするために、磁場検知素子１２は誇張されたサイズでホール素子として示され、基板１４の平面から離れて回転する。さらに、明確にするために、ホール素子１２は基板１４の上部に示されるが、ホール素子は通常、統合された回路の基板の面上又は面内に配置されると理解される。
【００７６】
磁場センサ１０は、磁石１８（例えば、永久磁石又はハード材強磁性体）を備え得る。磁石１８は、磁場を生成するように構成され、磁場は、磁場検知素子１２の場所において全体的に軸２４に沿って方向づけられ、磁場センサ１０に対するギア歯２２ａ、２２ｂ、２２ｃの位置に応じた方向及び振幅変化に依存する。しかしながら、磁石１８の表面における磁場の構造は、コア２０に起因してより複雑化し得る。
【００７７】
電子回路１６は、（図示しない）出力信号を生成するように構成される。ギアが動いていないときに、出力信号は、磁場センサ１０がギア歯の上にあるのかギアの谷にあるのかを示す。したがって、磁場センサ１０は「エッジ検出器」と対比される「歯検出器」（又は特徴物検出器）として参照されることもある。ギアが回転しているときに、出力信号は、エッジレート又はギアの回転速度の周波数表示を有する。出力信号のエッジ又は状態の遷移は、磁場センサを通り過ぎるギア歯のエッジの位置を特定するために用いられ得る。
【００７８】
磁石１８は、磁石１８内に配置されたソフト材強磁性体に含まれる中央コア２０を備えることができる。コアを有する磁石の一例は、２００１年８月２１日発行の「Ｍａｇｎｅｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（磁石構造）」という名称の米国特許第６，２７８，２６９号に記述され、この特許は本発明の譲受人に譲渡され、記載内容の全体が本明細書に援用される。米国特許第６，２７８，２６９号に記載されるように、コア２０を有する磁石１８によって提供される磁極構成は、ギア２２の谷が磁場センサ１０に近接したときに、コア２０の表面上（例えば、示されるようにコアの左側）のいくつかのポイントにおいて、磁場の磁束密度のベースフィールド（又はベースライン）を低下させる。磁場検知素子１２における所定のベースライン（例えば、約＋／６００ガウスの範囲内）、及び結果として生じるゼロに近い差動磁場信号１２ａ、１２ｂ（すなわちアナログ差動近接信号）は、適切な設計で得られ得る。
【００７９】
これに対して、ギア２２のギア歯が磁場検知素子１２に近接すると、磁場検知素子１２は、より高い磁場を感じてより高い値の差動磁場信号１２ａ、１２ｂを生成する。上記の通り、ベースライン磁場とより高い磁場との間の差は、磁場センサ１０の最終的な正確性に関連する。
【００８０】
磁場センサ１０がギア２２の谷に近接したときに生じ得るベースライン磁場は、ギア２２と磁場センサ１０との間の空隙が変化したとしても、変化が小さく比較的低いままである。実質的に空隙とは無関係な低いベースラインのこの有利な結果は、コア２０の動作によって得られ、これによって、特に磁場検知素子１２がギア２２の谷に近接するときに、磁場検知素子１２に近接するコア２０の表面（すなわち図示されるように左側）に反対磁極が現れるという結果をもたらす。この効果は、１９９８年７月１４日発行の「Ｈａｌｌ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ−Ａｒｔｉｃｌｅ−Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｓｅｎｓｏｒ（ホール効果鉄物品近接センサ）」という名称の米国特許第５，７８１，００５号にも記述され、この特許は本発明の譲受人に譲渡され、記載内容の全体が本明細書に援用される。
【００８１】
磁場センサがギアの谷に近接したときに生じる上記の低いベースラインは、ギア歯の存在をギアの谷と識別する電子回路１６の性能を強化するという結果をもたらす。
ベースライン磁場は比較的小さく、これにより磁場センサ１０がギア２２の谷に近接したときに温度によって生じる回路変動の影響を少なくすることができるので、上記の低いベースラインは、温度効果をより容易に補償する性能も提供する。本質的に、（ゼロ付近の）エラーの増加は小さいので、回路におけるエラーは、ベースライン磁場レベル又はベースライン磁場範囲の近くで十分に修正され得る。したがって、温度又は湿度などの動作状態によるシステムのノイズ又はエラーが少ないので、歯を谷と区別するために用いられる磁場閾値は、正確性を維持している間は小さく設定され得る。
【００８２】
上記に記載された、コア２０を有する磁石１８によって提供される磁場は、磁場センサ１０の正確性を向上させるという結果をもたらす。例えば、低いベースラインによれば、磁場センサ１０の正確性を犠牲にすることなく、ユニット間の機械的位置合わせのばらつきによって磁場検知素子１２が磁石１８の中心から静的に多少ずれることを許容する。正確性については、上記で議論される。
【００８３】
図１Ａを参照すると、例示の従来技術の電子回路５０は、図１の電子回路１６と同一又は同様であり得る。電子回路５０は、図１の磁場検知素子１２によって生成された差動信号１２ａ、１２ｂと同一又は同様であり得る差動信号５２ａ、５２ｂを受信するために結合された増幅器５４を含み得る。増幅器５４は、増幅された信号５４ａを生成するように構成され、いくつかの実施形態では、増幅された信号５４ａは、ＴＰＯＳ検出チャネル及び精密回転検出チャネルという２個のチャネルに分割され得る。
【００８４】
真のパワーオン状態（ＴＯＰＳ：ｔｒｕｅ  ｐｏｗｅｒ  ｏｎ  ｓｔａｔｅ）チャネルにおいて、ＴＰＯＳ検出器５６は、増幅された信号５４ａを受信するために結合され、ＴＰＯＳ出力信号５６ａを生成するように構成され得る。ある実施形態では、ＴＰＯＳ検出器５６は、増幅された信号５４ａを固定された（及び調整された）閾値と比較するように構成された（図示されない）比較器を備え得る。これらの実施形態では、ＴＰＯＳ出力信号５６ａは、２個の状態の２進信号であってもよく、高状態はギア歯が図１の磁場センサ１０に近接していることを示し、低状態はギアの谷が磁場センサ１０に近接していることを示し、又はこの逆であってもよい。
【００８５】
精密回転検出チャネルにおいて、自動利得制御（ＡＧＣ）５８は、増幅された信号５４ａを受信するために結合され、利得制御信号５８ａを生成するように構成され得る。精密回転検出器６０は、利得制御信号５８ａを受信するために結合され、精密回転検出器出力信号６０ａを生成するように構成され得る。ＴＰＯＳ出力信号５６ａと同様に、精密回転検出器出力信号６０ａは、２個の状態の２進信号であってもよく、高状態はギア歯が図１の磁場センサ１０に近接していることを示し、低状態はギアの谷が磁場センサ１０に近接していることを示し、又はこの逆であってもよい。したがって、ＴＰＯＳ検出器５６及び精密回転検出器６０の両者は、「歯検出器」（すなわち特徴物検出器）であり得る。しかしながら、精密回転検出チャネルはＡＧＣ５８を使用し、ＡＧＣ５８は、ギア２２が回転していないときに望ましくない利得を安定させ、ギア２２が回転し始めたら、利得が不正確でありかつ正確な回転検出を十分に精度高く行えない期間を生じさせるということを理解すべきである。たとえＡＧＣ５８が使用されなかったとしても、精密回転検出器６０は、ギア２２が回転しているときにのみ適切に更新される内部閾値を使用する。しかしながら、他の実施形態においては、閾値は電子回路５０の外部から供給され得る。
【００８６】
いくつかの実施形態において、ＴＰＯＳ検出器５６及び／又は精密回転検出器６０のための閾値は記憶され、後で再呼び出しされ、使用される。閾値の記憶装置は、以下の図９と合わせて説明される。同じ記憶技術は、本明細書において説明される全ての磁場センサと合わせて使用することができる。
【００８７】
代替の実施形態においては、精密回転検出器６０は、特にギアが動いていないときに磁場センサ１２がギア歯又はギア谷に近接しているかを特定することができないが、磁場センサ１０を通り過ぎるギア歯のエッジを検知することが可能な「エッジ検出器」であり得る。
【００８８】
精密回転検出器、例えば精密回転検出器６０は、様々な形態を有することができる。いくつかの形態は上記の米国特許第６，５２５，５３１号に記載される。しかしながら、２個以上の磁場検知素子を含むものなど、他の形態の精密回転検出器も知られている。
【００８９】
一般的に、上記の議論から、ＴＰＯＳ出力信号５６ａは、たとえギア、例えば図１のギア２２が静止しているときにも、磁場検知素子１２がギア歯又はギアの谷に近接しているかを示すことが理解される。しかしながら、ＴＰＯＳ検出器５６はいくつかの実施形態において電源投入時に限定された調整を有する固定の閾値を使用するので、ＴＰＯＳ出力信号５６ａにおけるエッジ配置の変動が、これらに限定されるものではないが、温度変化及び磁場検知素子１２とギア２２との間の空隙の変化を含む様々な要因に起因して生じ得る。
【００９０】
固定の閾値を用いるＴＰＯＳ検出器５６とは異なり、精密回転検出器６０は、ギア歯の物理的な位置に対する精密回転検出器出力信号６０ａのエッジ配置の正確性を高めた精密回転検出器出力信号６０ａを供給するために断続的に閾値の調整を行う。上記の通り、これらの調整は、部分的には、最初に電源が投入されたとき又はギア２２が最初に回転し始めたときに精密回転検出器の正確性を低くする。
【００９１】
ＴＰＯＳ検出器５６及び精密回転検出器６０が共通の基板に統合されたいくつかの実施形態において、マルチプレクサ／出力モジュール６２は、ＴＰＯＳ出力信号５６ａ及び精密回転検出器出力信号６０ａを受信するために結合され得る。選択ロジック６４は、マルチプレクサ／出力モジュール６２によって受信される選択信号６４ａを供給し得る。選択信号６４ａの状態に応じて、マルチプレクサ／出力モジュール６２は、ＴＰＯＳ出力信号５６ａ又は精密回転検出器出力信号６０ａのうちの選択された一方を示す出力信号６２ａを生成するように構成される。出力信号６２ａは、これらに限定されるものではないが、ＳＥＮＴフォーマット、Ｉ２Ｃフォーマット、ＰＷＭフォーマット、又はＴＰＯＳ出力信号５６ａ及び精密回転検出器出力信号６０ａで元々用いられる二状態フォーマット、を含む様々な信号形態で供給され得る。
【００９２】
いくつかの実施形態において、選択ロジック６４は、ギア２２が回転し始めた後ＴＰＯＳ出力信号５６ａによって示された所定の時間はＴＰＯＳ出力信号５６ａを表す出力信号６２ａを選択する。その後、選択ロジック６４は、精密回転検出器出力信号６０ａを表す出力信号６２ａを選択する。
【００９３】
図２を参照すると、他の例の従来技術の磁場センサ２００は、例えばギア歯２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃなどのギア歯を有するギア２１４に応答する。磁場センサ２００は、電子回路２１０に結合された３個の磁場検知素子２０２、２０４、２０６を備える。いくつかの実施形態において、磁場検知素子２０２、２０４は、軸２１６に直交する方向に約１．５ミリメートルから約３．０ミリメートルの距離だけ離れており、磁場検知素子２０６は、磁場検知素子２０２、２０４の中間に配置される。
【００９４】
３個の磁場検知素子２０２、２０４、２０６及び電子回路２１０は、基板２０８上（すなわち基板２０８内に統合されるか又は基板２０８上）に配置され得る。明確にするために、磁場検知素子２０２、２０４、２０６は誇張されたサイズでホール素子として示され、基板２０８の平面から離れて回転する。さらに、明確にするために、ホール素子２０２、２０４、２０６は基板２０８の上部に示されるが、ホール素子は通常、統合された回路の基板の面上又は面内に配置されると理解される。
【００９５】
磁場センサ２００は、磁石２１２も備え得る。磁石２１２は、磁場を生成するように構成され、磁場は、磁場検知素子２０２、２０４、２０６の場所において全体的に軸２１６に沿って方向づけられる。
【００９６】
電子回路２１０は、（図示しない）出力信号を生成するように構成される。例示の電子回路２１０は、図２Ａと合わせて以下に記載される。ここでは電子回路は信号の相違を生成するというだけで十分である。したがって、磁場センサ２００は、エッジ検出器であり、歯検出器ではないということが理解される。
【００９７】
ギア２１４が回転しているときに、出力信号は、ギア２１４の回転速度を表し、ギア歯のエッジの位置も表す。磁場センサ２００は、ＴＰＯＳ機能を提供することはできず、ギア２１４が静止しているときに、磁場検知素子２０２、２０４、２０６がギア歯又はギア２１４の谷に近接しているかを特定することができない。
【００９８】
磁石２１２は、単一の材料によって構成されてもよく、図１に合わせて図示され説明された中央コアを備えなくてもよい。しかしながら、他の実施形態においては、磁石２１２は、図１に合わせて図示され説明された中央コアと同一又は同様の中央コアを備え得る。さらに他の実施形態において、磁石２１２は、空気を含むコア又は非強磁性材料を含むコアを有してもよい。
【００９９】
磁場センサ２００は、３個の差動信号２０２ａ、２０２ｂと、２０４ａ、２０４ｂと、２０６ａ、２０６ｂとをそれぞれ生成するために３個の磁場検知素子２０２、２０４、２０６を使用する。単純な磁石２１２は、コアを有する磁石の低いベースラインを提供しないが、上記の差動信号の差は、低いベースラインの効果をもたらす。本質的には、３個の磁場検知素子２０２、２０４、２０６に同じ磁場がかかったときに、上記の差動信号の相違が電気信号においてゼロになる。
【０１００】
図２Ａを参照すると、例示の従来技術の電子回路２５０は、図２の電子回路２１０と同一又は同様であり得る。電子回路２５０は、差動信号２５２ａ、２５２ｂと、２５４ａ、２５４ｂと、２５６ａ、２５６ｂとをそれぞれ受信するために結合された増幅器２５８、２６０、２６２を含み得る。差動信号２５２ａ、２５２ｂと、２５４ａ、２５４ｂと、２５６ａ、２５６ｂとは、図２の磁場検知素子２０２、２０４、２０６によってそれぞれ生成された差動信号２０２ａ、２０２ｂと、２０４ａ、２０４ｂと、２０６ａ、２０６ｂと同一又は同様であり得る。増幅器２５８、２６０、２６２はそれぞれ、増幅された信号２５８ａ、２６０ａ、２６２ａを生成するように構成される。
【０１０１】
増幅された信号２５８ａ、２６０ａは、第１の差異信号２６４ａを生成するように構成された第１の差異モジュール２６４によって受信される。増幅された信号２６０ａ、２６２ａは、第２の差異信号２６６ａを生成するように構成された第２の差異モジュール２６６によって受信される。
【０１０２】
電子回路２５０は、図１Ａに合わせて説明された２個の精密回転検出チャネルを備える。ＡＧＣ２７０、２７６は、図１ＡのＡＧＣ５６と同一又は同様であり得る。精密回転検出器２７２、２７８は、図１Ａの精密回転検出器６０と同一又は同様であり得る。精密回転検出器２７２は、精密回転検出器出力信号２７２ａを生成することができ、精密回転検出器２７８は、精密回転検出器出力信号２７８ａを生成することができる。精密回転検出器出力信号２７２ａ、２７８ａは、図１Ａの精密回転検出器出力信号６０ａと同一又は同様であり得る。
【０１０３】
速度及び方向モジュール２７４は、精密回転検出器出力信号２７２ａ、２７８ａを受信するために結合され得る。
精密回転検出器出力信号２７２ａ、２７８ａは、ギア２１４の回転方向によって決定される相対位相であることは明らかである。精密回転検出器出力信号２７２ａ、２７８ａの状態遷移レートはギア２１４の回転速度を表すことも明らかである。
【０１０４】
速度及び方向モジュールは、ギア２１４の回転速度又は回転方向の少なくとも一方を表し得る出力信号を生成するように構成される。いくつかの実施形態において、出力信号６２ａは、回転速度及び回転方向の両方を表す。
【０１０５】
図３を参照すると、磁場センサ３００は、例えばギア歯３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃなどのギア歯を有するギア３２２に応答する。磁場センサ３００は、電子回路３１４に結合された２個の磁場検知素子３０４、３０６を備えることができる。いくつかの実施形態において、磁場検知素子３０４、３０６は、２個の磁場検知素子３０４、３０６間の軸３０８に沿った方向に約０．２ミリメートルから約３．０ミリメートルの距離だけ離れる。
【０１０６】
いくつかの実施形態において、２個の磁気抵抗素子３０４、３０６は、例えば強磁性ギア３２２のギア歯又は強磁性リング磁石の磁区などの強磁性対象物体特徴物幅の約１／２から約１．５倍の間の間隔を有する。いくつかの他の実施形態において、２個の磁気抵抗素子３０４、３０６は、強磁性対象物体特徴物幅の約１／２から約２倍の間の間隔を有する。しかしながら、他の実施形態においては、間隔は、例えば、幅の百分の一のように幅の半分よりももっと小さく、又は幅の２倍よりも大きい。
【０１０７】
２個の磁気抵抗素子３０４、３０６及び電子回路３１４は、基板３０２の主面３０２ａ上（すなわち、基板３０２内に統合されるか又は基板３０２上）に配置され得る。明確にするために、ここで磁場検知素子３０４、３０６は、磁気抵抗素子として示される。他の実施形態において、磁場検知素子３０４、３０６は、例えば縦型ホール効果素子などのホール効果素子である。
【０１０８】
磁場センサ３００は、磁石３３２も備えることもできる。磁石３３２は、磁場を生成するように構成され、磁場は、磁場検知素子３０４、３０６の場所において全体的に軸３０８に沿って方向づけられ、基板３０２の主面３０２ａに全体的に平行である。
【０１０９】
２個の磁場検知素子３０４、３０６は、基板３０２の主面３０２に平行なそれぞれの最大応答軸を有する。いくつかの実施形態において、最大応答軸は互いに平行である。いくつかの実施形態において、最大応答軸は、軸３０８に実質的に平行である。いくつかの実施形態において、最大応答軸は、軸３０８に実質的に直交する。
【０１１０】
基板の主面３０２ａに直交し（すなわちページ内へ入り）基板３０２と交差するラインは、磁石３３２とも交差し、ギア３２２と交差しない。さらに、いくつかの実施形態において、２個の磁場検知素子３０４、３０６は、２個の磁場検知素子３０４、３０６間の（すなわち通過する）軸（例えば軸３０８）がギア３２２と交差しない位置に配置される。いくつかの実施形態において、２個の磁場検知素子３０４、３０６間の（すなわち通過する）軸（例えば軸３０８）は、ギア３２２の移動方向例えば３２６に対する接線３３０に実質的に平行である。
【０１１１】
示される実施形態において、磁石３３２の北（Ｎ）極と南（Ｓ）極との間のラインは、基板３０２の主面３０２ａに対して実質的に平行であり、２個の磁場検知素子３０４、３０６間の（すなわち通過する）軸（例えば軸３０８）に対して実質的に平行である。いくつかの実施形態において、磁石３３２のＮ極とＳ極との間のラインは、ギア３２２に交差せず、ギア３２２の方向に向いていない。
【０１１２】
電子回路３１４は、（図示されない）出力信号を生成するように構成される。例示の電子回路３１４は、図５と合わせて以下に記載される。ここでは電子回路３１４は、以下の図５と合わせて説明された電子回路に従って信号の相違を生成し得るというだけで十分である。したがって、磁場センサ３００は、エッジ検出器であり得るということが明らかである。しかしながら、他の電子回路を用いると、他の電子回路は信号の合計を生成することができ、このケースでは、磁場センサ３００は、歯検出器（すなわち、特徴物検出器）であり得る。
【０１１３】
エッジ検出器では、ギア３２２が回転しているときに、出力信号は、ギア３２２の回転速度を表し、ギア歯のエッジの位置も表す。歯検出器では、ギア３２２が回転しているときに、出力信号は、ギア３２２の回転速度を表し、ギア歯又はギア谷の中央に近い位置も表す。
【０１１４】
ギア３２２が図示されたが、以下の図１４及び図１５と合わせて説明される他の実施形態において、ギア３２２（又は以下の他の図面で示されるギア）は、リング磁石で置き換えることができる。
【０１１５】
磁石３３２は、単一の材料によって構成されてもよく、図１と合わせて図示され説明された中央コアを備えなくてもよい。しかしながら、他の実施形態においては、磁石３３２は、図１と合わせて図示され説明された中央コアと同一又は同様の中央コアを備え得る。さらに他の実施形態において、磁石３３２は、空気を含むコア又は非強磁性材料を含むコアを有してもよい。コアは軸３０８と整列された軸を備え得る。
【０１１６】
磁場センサ３００は、２個の磁場検知素子３０４、３０６を使用して、それぞれの２個の磁場信号を生成する。単純な磁石３３２は、コアを有する磁石の低いベースラインを提供しないが、上記の２個の磁場信号の差は、低いベースラインと同様の効果をもたらす。本質的には、２個の磁場検知素子３０４、３０６に同じ磁場がかかったとき（すなわち、ギア歯又はギア谷へ近接したとき）に、上記の差動信号の相違が電子信号においてゼロになる。
【０１１７】
磁場センサ３００は、性能を低下させることなく、図示される位置から離れて方向３１６において次の位置へ１８０度回転し得る。しかしながら、中間回転は性能の低下を生じ得る。
【０１１８】
磁場センサ６００は、実質的に性能を低下させることなく、ライン３２４に沿った任意の場所の回転中心に対して矢印３１８の方向に＋／−２０度の範囲で回転し得る。
いくつかの実施形態において、磁場検知素子３０４、３０６は、磁気抵抗素子である。他の実施形態において、磁場検知素子は、例えば縦型ホール効果素子などのホール効果素子である。しかしながら、最大感度のそれぞれの軸が軸３０８と平行である磁場検知素子を使用することが有利である。
【０１１９】
図４を参照すると、図３と同様の参照符号が付された同様の要素が示され、磁場センサ４００は、図３の磁場センサ３００と同様である。しかし、磁場センサ４００は、磁石４０２の北（Ｎ）極と南（Ｓ）極との間のラインが基板３０２の主面３０２ａに対して実質的に平行であるが、２個の磁場検知素子３０４、３０６間の（すなわち通過する）軸（例えば軸３０８）に対して実質的に直交する、異なる磁石４０２を有する。いくつかの実施形態において、磁石４０２のＮ極とＳ極との間のラインは、ギア３２２の方向に向く。
【０１２０】
いくつかの実施形態において、磁石４０２は、図１と合わせて説明されたようなコアを有さない単純な磁石である。他の実施形態において、磁石４０２は、上記の図１と合わせて説明されたコア２０と同一又は同様のコアを有する。さらに他の実施形態において、磁石４０２は、空気を含むコア又は非強磁性材料を含むコアを有してもよい。コアはライン３２４に沿って又はライン３２４と平行に整列され得る。
【０１２１】
図５を参照すると、例示の電子回路５００は、図３及び図４の電子回路３１４と同一又は同様であり得、図３及び図４の磁場検知素子３０４、３０６と同一又は同様の磁場検知素子５０２、５０８に結合され得る。電子回路５００は、固定抵抗５０６を有する第１のハーフブリッジ内に結合される第１の磁気抵抗素子５０２を備え得る。電子回路５００は、固定抵抗５０４を有する第２のハーフブリッジ内に結合される第２の磁気抵抗素子５０８も備え得る。２個のハーフブリッジは、電圧源５０６から駆動され得、フルブリッジ回路を形成する。
【０１２２】
第１のハーフブリッジは、外部磁場に応答して信号５１０を生成する。第２のハーフブリッジは、外部磁場に応答して信号５１２を生成する。
差動増幅器５１２は、信号５１０、５１２を受信するために結合され得、増幅信号５１２ａを生成するように構成される。増幅された信号５１２ａは２個の磁気抵抗素子５０２、５０８によって生成された信号の差を表すことが理解される。
【０１２３】
自動利得制御５１４は、増幅された信号５１２ａを受信するために結合され得、利得制御信号５１４ａを生成するように構成され得る。精密回転検出器５１６は、利得制御信号５１４ａを受信するために結合され得、精密受動検出器出力信号５１６ａを生成するように構成され得る。いくつかの実施形態において、精密回転検出器出力信号５１６ａは、例えば図３及び図４の強磁性ギアと同一又は同様であり得る強磁性ギアの歯の近接を表すハイ状態を有する２進信号である。
【０１２４】
出力モジュール５１８は、精密回転検出器出力信号５１６ａを受信するために結合され得、例えば自動車用途などの用途に適したフォーマットの精密回転検出器出力信号５１６ａを表す信号５１８ａを生成するように構成され得る。
【０１２５】
いくつかの実施形態において、電子回路５００は、例えばＥＥＰＲＯＭ又は不揮発性メモリ装置などのメモリ装置５２０も備えることができ、自動利得制御値５１４ａを受信して記憶し、その後自動利得制御５１４の利得を制御するために自動利得制御値５２０ａを提供する。この配置において、電子回路５００は、例えば停電中に自動利得制御値を保持することができ、記憶された自動利得制御値５２０ａは、電源が投入されたら使用され得、電源投入後に迅速に適切な利得を得ることができる。自動利得制御値を記憶する同様のメモリ装置も、以下に説明する任意の電子回路において使用することができる。
【０１２６】
ＥＥＰＲＯＭ５２０が自動利得制御値を保持することについて上記で説明されたが、他の実施形態において、ＥＥＰＲＯＭ５２０は、他の値、例えば図９と合わせて以下で説明される閾値、又は磁場センサの測定された動作特性も表す他の値などを保持することができる。
【０１２７】
図５のブロックは、アナログ回路、デジタル回路、又はプロセッサで実現することができる。
２個の磁気抵抗素子５０２、５０８に同じ磁場がかかったら、増幅された信号５１２ａはゼロにならないということが理解される。ギア歯のエッジが磁気抵抗素子５０２、５０８に近接したときのみ、増幅された信号５１２ａはゼロにならない。したがって、電子回路５００は、エッジ検出器として動作する。それゆえ、電子回路５００は、図１Ａと合わせて上記で説明された真のパワーオン状態チャネルと比較できる真のパワーオン状態を備えない。
【０１２８】
しかしながら、代替の配置において、歯検出器（すなわち特徴物検出器）を達成するために、磁気抵抗素子５０６及び抵抗５０２は同様の電子回路において交換することが可能であり、又は磁気抵抗素子５０８及び抵抗５０４は他の同様の回路において交換することができる。同様の回路は、図１Ａと合わせて上記で説明された真のパワーオン状態チャネルと比較できる真のパワーオン状態を備えることができる。
【０１２９】
２個の磁気抵抗素子５０２、５０８が示されたが、他の実施形態において、磁気抵抗素子５０２、５０８及びこれらが結合されるブリッジ回路は、例えば２個の縦型ホール効果素子のような２個のホール効果素子と交換してもよい。
【０１３０】
図６を参照すると、磁場センサ６００は、例えばギア歯６２２ａ、６２２ｂ、６２２ｃなどのギア歯を有するギア６２２に応答する。磁場センサ６００は、複数のすなわち２個以上の（又は２個より多い）例えば電子回路６１４に結合された６０４ａの磁場検知素子を備え得る。いくつかの実施形態において、例えば６０４ａの磁場検知素子は、例えば６０４ａの複数の磁場検知素子間の軸６０６に沿った方向に約０．０５ミリメートルから約２．０ミリメートルの距離だけ離れている。
【０１３１】
例えば６０４ａの複数の磁場検知素子及び電子回路６１４は、基板６０２の主面６０２ａ上（すなわち、基板６０２内に統合されるか又は基板６０２上）に配置され得る。明確にするために、ここで例えば６０４ａの磁場検知素子は、磁気抵抗素子として示される。他の実施形態において、例えば６０４ａの磁場検知素子は、例えば縦型ホール効果素子などのホール効果素子である。
【０１３２】
磁場センサ６００は、磁石６１０も備えることができる。磁石６１０は、磁場を生成するように構成され、磁場は、例えば６０４ａの複数の磁場検知素子の場所において全体的に軸６０８に沿って方向づけられ、基板６０２の主面６０２ａに全体的に平行である。
【０１３３】
例えば６０４ａの複数の磁場検知素子は、基板６０２の主面６０２に平行なそれぞれの最大応答軸を有する。いくつかの実施形態において、最大応答軸は互いに平行である。いくつかの実施形態において、最大応答軸は、軸６０６に実質的に平行である。いくつかの実施形態において、最大応答軸は、軸６０６に実質的に直交する。
【０１３４】
基板の主面６０２ａに直交するライン（すなわちページ内へのライン）は、磁石６１０と交差し、ギア６２２と交差しない。さらに、例えば６０４ａの複数の磁場検知素子は、例えば６０４ａの複数の磁場検知素子間の（すなわち通過する）軸（例えば軸６０６）がギア６２２と交差しない位置に配置される。いくつかの実施形態において、例えば６０４ａの複数の磁場検知素子間の（すなわち通過する）軸（例えば軸６０６）は、ギア６２２の移動方向、例えば６２６に対する接線６３０に実質的に平行である。
【０１３５】
示される実施形態において、磁石６１０の北（Ｎ）極と南（Ｓ）極との間のラインは、基板６０２の主面６０２ａに対して実質的に平行であり、例えば６０４ａの複数の磁場検知素子間の（すなわち通過する）軸（例えば軸６０６）に対して実質的に平行である。いくつかの実施形態において、Ｎ極とＳ極との間のラインは、強磁性対象物体６２２に交差しない。
【０１３６】
電子回路６１４は、（図示されない）出力信号を生成するように構成される。例示の電子回路は、図８及び図９と合わせてより完全に以下に記載される。ここでは電子回路６１４は複数の２進信号を生成するために複数の磁場信号のそれぞれを閾値と比較するように構成されるというだけで十分である。複数の２進信号の複数の状態は、強磁性対象物体６２２の位置、特に複数の磁場検知素子に対するギア歯のエッジ又はギア谷のエッジの位置を表す。したがって、磁場センサ６００は、エッジ検出器、歯検出器、又はこれらの両方として動作可能であるということが明らかである。
【０１３７】
ギア６２２が回転しているときに、出力信号は、ギア６２２の回転速度を表し、ギア歯のエッジの位置も表す。磁場センサ６００は、ＴＰＯＳ機能を提供することができ、ギア６２２が静止しているときに、例えば６０４ａの複数の磁場検知素子の個々の磁場検知素子がギア６２２におけるギア歯又は谷に近接しているかを特定することができる。
【０１３８】
さらに、磁場センサ６００は、例えば６０４ａの複数の磁場検知素子によって検知された磁場の検出された連続によってギア６２２の回転方向を特定することができる。
磁石６１０は、単一の材料によって構成されてもよく、図１と合わせて図示され説明された中央コアを備えなくてもよい。しかしながら、他の実施形態においては、磁石６１０は、図１と合わせて図示され説明された中央コアと同一又は同様の中央コアを備え得る。さらに他の実施形態において、磁石６１０は、空気を含むコア又は非強磁性材料を含むコアを有してもよい。コアは軸６０６と平行に整列され得る。
【０１３９】
磁場センサ６００は、それぞれの複数の磁場信号を生成するために例えば６０４ａの複数の磁場検知素子を使用する。
複数の磁場信号のそれぞれは、磁石６０２によって生成され複数の磁場検知素子のそれぞれの位置に対する例えばギア歯６２２ａ、６２２ｂ、６２２ｃなどの強磁性対象物体の位置によって誘導された磁場に応答する。強磁性対象物体６２２は、移動の方向６２６に移動するように構成される。例えば６０４ａの複数の磁場検知素子は、接線６３０に実質的に平行な軸６０６に沿って配置される。
【０１４０】
いくつかの代替の実施形態において、例えば６０４ａの複数の磁場検知素子は、ライン６０６に沿ってではなく、円弧に沿って配置される。円弧の直径は、ギア６２２の直径と同一又は同様であり得る。円弧は、ギアの円周と同じ方向又は他の方向にカーブし得る。円弧に配置されたときに、磁場検知素子の最大応答軸は互いに平行になるか、又は互いに平行にならない場合もある。この配置は図１６と合わせて以下で示される。
【０１４１】
いくつかの実施形態において、例えば６０４ａの複数の磁場検知素子は、互いに平行なそれぞれの複数の最大応答軸を有する。いくつかの実施形態において、最大応答軸は、軸６０６に実質的に平行である。他の実施形態において、最大応答軸は、軸６０６に実質的に直交する。
【０１４２】
磁場センサ６００は、性能を低下させることなく、図示された位置から１８０度離れた次の位置へ６１６の方向に回転し得る。しかしながら、中間回転は性能の低下を招き得る。
【０１４３】
磁場センサ６００は、実質的に性能を低下させることなく、ライン６２４に沿った任意の位置において約＋／−２０度の角度で回転中心の周りに矢印６１８の方向に回転可能である。
【０１４４】
いくつかの実施形態において、例えば６０４ａの磁場検知素子は、磁気抵抗素子である。他の実施形態において、磁場検知素子は、例えば縦型ホール効果素子などのホール効果素子である。しかしながら、最大感度のそれぞれの軸が軸６０６と平行である磁場検知素子を使用することが有利である。
【０１４５】
図７を参照すると、図６と同様の参照符号が付された同様の要素が示され、磁場センサ７００は、図６の磁場センサ６００と同様である。しかしながら、磁場センサ７００は、磁石７０２の北（Ｎ）極と南（Ｓ）極との間のラインが基板６０２の主面６０２ａに対して実質的に平行であり、例えば６０４ａの複数の磁場検知素子間の（すなわち通過する）軸（例えば軸６０６）に対して実質的に直交する、異なる磁石７０２を有する。いくつかの実施形態において、磁石７０２のＮ極とＳ極との間のラインは、ギア６２２の方向に向いてギア６２２に交差する。
【０１４６】
図８を参照すると、電子回路８００は、図６及び図７の電子回路６１４と同一又は同様であり得、図６及び図７の例えば６０４ａの複数の磁場検知素子と同一又は同様であり得る複数の磁場検知素子に結合され得る。
【０１４７】
電子回路８００は、磁気抵抗素子８０２及び固定抵抗８０４を有する複数の電子チャネルを備え得るが、これは一例である。複数の電子チャネルは、電圧調節器８０６から電圧を受信するよう結合され得る。分圧器を形成する磁気抵抗素子８０２及び固定抵抗８０４を電子チャネルの他の１つの要素を表すものとして着目すると、電圧信号８０８が磁気抵抗素子８０２と固定抵抗８０４との間の接合点において生成され得る。電圧信号８０８は、磁気抵抗素子８０２にかかる磁場の大きさを表す値を有する。他の電子チャネルは、他の磁気抵抗素子にかかる磁場の大きさを表す値を有する電圧信号を生成する。
【０１４８】
いくつかの実施形態において、磁気抵抗素子の数は、２個から９個の範囲内であってもよい。
他の実施形態において、電圧源は、例えば８０２、８０４の各抵抗分配器を駆動するための電流源又は分離した電流源と置き換えることもできる。いくつかの実施形態において、分離した電流源は、それぞれが同一の基準レッグを有する電流ミラーの分離制御されたレッグであってもよい。
【０１４９】
電圧信号８０８は、増幅器８１０によって受信される。増幅器８１０は、増幅された電圧信号８１０ａを生成するように構成される。比較器８１２は、増幅された電圧信号８１０ａ及び閾値信号８１８を受信するために結合され、比較信号８１２ａ（すなわち、２状態の２進信号）を生成するように構成される。
【０１５０】
いくつかの他の実施形態において、例えば８１０の増幅器は使用されない。
例えば電気的消去可能な読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）８１４などの不揮発性メモリ装置が、マルチビットアドレス入力においてこのような複数の比較信号を受信するために結合される。ＥＥＰＲＯＭ８１４は、シングルビット出力信号又はマルチビット出力信号であり得る出力信号８１４ａを生成する。出力信号８１４ａは、例えば図６に示された複数の磁場検知素子の位置に対する図６のギア歯３２２ｂの位置のような複数の磁気抵抗素子に対するギア歯の位置を表す値、すなわちデジタル値を有し得る。したがって、信号８１４ａの１又は複数の状態は、ギア歯６２２ｂのエッジが複数の磁場検知素子に近接していることを表す。
【０１５１】
ＥＥＰＲＯＭ８１４はルックアップテーブルとして動作し、出力信号８１４ａへのアドレスの任意の所望のマッピングを提供できることは明らかである。同一の電子回路が図６の磁場センサ６００及び図７の磁場センサ７００の両方に適用され得るが、異なるルックアップテーブルがＥＥＰＲＯＭ８１４に格納される場合もある。
【０１５２】
信号８１４ａは、例えば図６の６２２の強磁性対象物体の回転速度及び／又は回転方向を表し得る。
いくつかの他の実施形態において、ＥＥＰＲＯＭ８１４は、プロセッサに置き換えられる。
【０１５３】
いくつかの実施形態において、出力信号８１４ａは、出力プロトコルモジュール８１６に受信される。出力プロトコルモジュール８１６は、これらに限定されるものではないが、ＳＥＮＴフォーマット、Ｉ２Ｃフォーマット、ＰＷＭフォーマット、又は２進フォーマット、を含む複数のフォーマットの選択された１つのフォーマットの信号８１６ａを生成するように構成される。
【０１５４】
フォーマット信号８１６ａもまた、例えば図６の６２２の強磁性対象物体の回転速度及び／又は回転方向を表し得る。この目的を達成するために、出力プロトコルモジュール８１６は、信号８１４ａを使用して強磁性対象物体の回転速度及び／又は回転方向を特定することができる。信号８１４ａの特定のデジタル値は、強磁性対象特徴物（例えばギア歯）の中心が複数の磁気抵抗素子に近接していることを表し得、信号８１４ａの他の特定のデジタル値は、強磁性対象物体特徴物の特定のエッジが複数の磁気抵抗素子に近接していることを表し得、信号８１４ａの他の特定のデジタル値は、強磁性対象物体特徴物の異なる特定のエッジが複数の磁気抵抗素子に近接していることを表し得る。
【０１５５】
電子回路８００は例えば磁気抵抗素子８０２及び固定抵抗８０４によって形成された分圧器のような複数の単純な分圧器を有するように図示されたが、他の実施形態において、各チャネルは例えばホイートストン（フル）ブリッジのような異なる配置を使用することができる。
【０１５６】
さらに他の実施形態において、電子チャネルのそれぞれは、例えばそれぞれ縦型ホール効果素子などのそれぞれのホール効果素子を使用することができる。知られているように、ホール素子は、電圧源又は電流源を受信する、すなわち電圧源又は電流源によって駆動され得、ホール効果素子は、２個の出力信号ノードから差動出力信号を生成することができる。磁気抵抗素子の代わりにホール効果素子を使用するために電子回路８００がどのように修正されるかは明らかである。
【０１５７】
複数の比較器（例えば８１２）が図示されたが、他の実施形態において、平行チャネルを提供するために多重化された１又は複数の比較器が存在し得る。同様に、複数の増幅器８１０が図示されたが、他の実施形態において、平行チャネルを提供するために１又は複数の増幅器が多重化されてもよい。
【０１５８】
図９を参照すると、図８と同様の参照符号が付された同様の要素が示され、電子回路９００は、図６及び図７の電子回路６１４と同一又は同様であり得、図６及び図７の例えば６０４ａの複数の磁場検知素子と同一又は同様であり得る複数の磁場検知素子に結合され得る。
【０１５９】
電子回路９００は、磁気抵抗素子８０２及び固定抵抗８０４を有する複数の電子チャネルを備え得るが、これは一例である。複数のチャネルの他の１つを表すものとしてこのチャネルに着目すると、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）９１２は、増幅された電圧信号８１０ａを受信するために結合され、変換信号９０２ａを生成するように構成され得る。
【０１６０】
位置計算モジュール９０４（すなわちプロセッサ）は、変換信号９０２ａを受信するために結合され得る。特に、位置計算モジュール９０４内のデジタル比較器９０６は、変換信号９０２ａを受信するために結合され得る。デジタル比較器９０６は、デジタル閾値９０５も受信するために結合され、比較信号９０６ａを生成するように構成され得る。
【０１６１】
いくつかの実施形態において、例えばＥＥＰＲＯＭ９０８の不揮発性メモリ装置は、他の比較信号とともに比較信号９０６ａを受信するために結合され得る。ＥＥＰＲＯＭ９０８は、比較信号を受信し、シングルビット信号又はマルチビット信号であり得る信号９０８ａを生成するためにルックアップテーブル９０９を備え得る。信号９０８ａは、図８の信号８１４ａと同一又は同様であり得る。
【０１６２】
信号９０８ａは、例えば図６の６２２の強磁性対象物体の回転速度及び／又は回転方向を表し得る。
出力プロトコルモジュール９１０は、信号９０８ａを受信し、図８の信号８１６ａと同一又は同様であり得るフォーマット信号９１０ａを生成することができる。
【０１６３】
フォーマット信号９１０ａは、例えば図６の６２２の強磁性対象物体の回転速度及び／又は回転方向を表し得る。この目的を達成するために、出力プロトコルモジュール９１０は、信号９０８ａを使用して強磁性対象物体の回転速度及び／又は回転方向を特定することができる。信号９０８ａの特定のデジタル値は、強磁性対象特徴物（例えばギア歯）の中心が複数の磁気抵抗素子に近接していることを表し得、信号９０８ａの他の特定のデジタル値は、強磁性対象物体特徴物の特定のエッジが複数の磁気抵抗素子に近接していることを表し得、信号９０８ａの他の特定のデジタル値は、強磁性対象物体特徴物の異なる特定のエッジが複数の磁気抵抗素子に近接していることを表し得る。
【０１６４】
いくつかの実施形態において、位置計算モジュール９０４は、１又は複数の変換信号９０３を受信するために結合された閾値計算モジュール９１２も備え得る。
動作中において、閾値計算モジュール９１２は、例えば９０６のデジタル比較器への入力として用いるために例えば９０５の所望の閾値を特定することができる。例えば、いくつかの実施形態において、閾値計算モジュール９１２は、変換信号９０３の正又は負のピーク値を計算し、ピークツーピーク値を計算し、ピークツーピーク値の所望のパーセンテージのそれぞれの閾値を計算することができる。例えば、いくつかの実施形態において、計算された閾値は、ピークツーピーク値の約６０％及び約４０％であり得る。したがって、位置計算モジュール９０４は、ＥＥＰＲＯＭ９０６の閾値記憶領域９１１に計算された閾値を記憶し、計算された閾値を閾値記憶領域９１１から例えば９０６のデジタル比較器へ供給することができる。
【０１６５】
上記の配置において、電子回路９００への電源供給がなくなった後再度電源が投入されたら、記憶された閾値を迅速に使用することによって素早い電源投入応答時間を実現することができる。
【０１６６】
各チャネルで分離されたアナログデジタル変換器が図示されたが、他の実施形態において、マルチプレクサ（図示しない）を通じて例えば８１０の増幅器に結合された１又は複数のアナログデジタル変換器があってもよい。同様に、複数の比較器が図示されたが、他の実施形態において、１又は複数のアナログデジタル変換器に結合され、マルチプレクサ（図示しない）を通じてプロセッサ９０８と結合された１又は複数の比較器があってもよい。
【０１６７】
ＥＥＰＲＯＭ９０８が位置計算モジュール９０４内に図示されたが、他の実施形態において、ＥＥＰＲＯＭ９０８は位置計算モジュール９０４の外部にある。
他のいくつかの実施形態は、図８及び図９の組み合わせである。例えば、いくつかの実施形態において、例えば９０２のアナログデジタル変換器は使用されず、この場合は、例えば９０６の複数の比較器が例えば９０６の比較信号を２進信号として位置計算モジュール９０４へ供給する例えばアナログ比較器であり得る。したがって、ＥＥＰＲＯＭ９０８（又は閾値計算モジュール９１２）は、１又は複数のデジタルアナログ変換器（図示されないＤＡＣ）を通じて、アナログ閾値信号を比較器へ供給することができる。
【０１６８】
さらに他の実施形態において、閾値計算モジュール９１２はアナログモジュールであってもよく、アナログモジュールは、例えば８１０ａの増幅された信号の正及び負のピークを特定するよう動作し、正及び負のピーク間の関連する閾値を提供するよう動作し、閾値をアナログ閾値として例えば９０６の比較器に提供するよう動作する。この配置は、上記の従来技術特許及び特許出願で参照され上記の図１Ａと合わせて説明された精密回転検出器の一部と同一又は同様であり得る。
【０１６９】
図１０を参照すると、磁場センサ１０００は、例えばギア歯１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃなどのギア歯を有するギア１０２２に応答する。磁場センサ１０００は、電子回路１０１４に結合された複数の縦型ホール効果素子を有するＣＶＨ検知素子１００４を備え得る。いくつかの実施形態において、ＣＶＨ検知素子１００４の直径は、約０．１ミリメートルから約１．０ミリメートルの間である。
【０１７０】
ＣＶＨ検知素子１００４及び電子回路１０１４は、基板１００２の主面１００２ａ上（すなわち基板１００２内に統合されるか又は基板１００２上）に配置され得る。
磁場センサ１０００は、磁石１０１０も備え得る。磁石１０１０は、磁場を生成するように構成され、磁場は、ＣＶＨ検知素子１００４の位置において全体的に軸１０２４に沿って方向づけられ、基板１００２の主面１００２ａに全体的に平行である。
【０１７１】
ＣＶＨ検知素子１００４内の縦型ホール効果検知素子は、基板１００２の主面１００２ａに平行なそれぞれの最大応答軸を有する。
基板の主面１００２ａに直交するライン（すなわちページ内へのライン）は、磁石１０１０と交差し、ギア１０２２と交差しない。
【０１７２】
示される実施形態において、磁石１０１０の北（Ｎ）極と南（Ｓ）極との間のラインは、基板１００２の主面１００２ａに対して実質的に平行である。いくつかの実施形態において、磁石１０１０のＮ極とＳ極との間のラインは、ギア１０２２に交差し、ギア１０２２の方向に向く。いくつかの実施形態において、磁石１０１０のＮ極とＳ極との間のラインは、ライン１００６に対して実質的に平行であり、ギア１０２２に交差しない。
【０１７３】
電子回路１０１４は、（図示されない）出力信号を生成するように構成される。ここでは電子回路１０１４はＣＶＨ検知素子１００４にかかる磁場の角度（すなわち方向）を表すｘ−ｚ角度値を有するｘ−ｚ角度信号を生成するように構成されるというだけで十分である。したがって、磁場センサ１０００は、エッジ検出器又は歯検出器として動作し得るということが明らかである。
【０１７４】
ギア１０２２が回転しているときに、出力信号は、ギア１０２２の回転速度を表し、ギア歯のエッジの位置も表し、ギア歯の位置も表す。磁場センサ１０００は、ＴＰＯＳ機能を提供することができ、ギア１０２２が静止しているときに、ＣＶＨ検知素子１００４がギア歯又はギア１０２２の谷に近接しているかを特定することができる。
【０１７５】
磁石１０１０は、単一の材料によって構成されてもよく、図１と合わせて図示され説明された中央コアを備えなくてもよい。しかしながら、他の実施形態においては、磁石１０１０は、図１と合わせて図示され説明された中央コアと同一又は同様の中央コアを備え得る。さらに他の実施形態において、磁石１０１０は、空気を含むコア又は非強磁性材料を含むコアを有してもよい。いくつかの実施形態において、中央コアは軸１０２４と実質的に平行な軸を有し得る。
【０１７６】
磁場センサ１０００は、１個の連続的な磁場信号を生成するためにＣＶＨ検知素子１００４を使用する。
連続的な磁場信号は、磁石１０１０によって生成され複数の磁場検知素子のそれぞれの位置に対する例えばギア歯１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃなどの強磁性対象物体の位置によって誘導された磁場に応答する。強磁性対象物体１０２２は、移動の方向１０２６に移動するように構成される。移動の方向１０２６に対する接線１０３０が図示される。
【０１７７】
磁場センサ１０００は、性能を低下させることなく、図示された位置から１８０度離れた次の位置へ１０１６の方向に回転し得る。しかしながら、中間回転は性能の低下を招き得る。
【０１７８】
磁場センサ１０００は、実質的に性能を低下させることなく、ライン１０２４に沿った任意の位置において約＋／−２０度の角度で回転中心の周りに矢印１０１８の方向に回転可能である。
【０１７９】
いくつかの代替の実施形態において、ＣＶＨ検知素子１００４は、複数の別々に分離された縦型ホール効果素子に置き換えられる。
いくつかの代替の実施形態において、軸１００６に実質的に沿って基板上に配置された２個以上のＣＶＨ検知素子があってもよい。
【０１８０】
図１０のＣＶＨ検知素子１００４及び電子回路１０１４の完全動作は、ＰＣＴ公開番号ＷＯ２００８／１４５６１０号において英語で公開された、２００８年５月２８日出願の「Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｅｎｓｏｒ  ｆｏｒ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｆｉｅｌｄ  ｉｎ  ａ  Ｐｌａｎｅ（面内の磁界の方向を測定する磁界センサ）」という名称のＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０５６５１７号により詳細に記載される。
【０１８１】
図１１を参照すると、図３、４、５の２個の磁場検知素子、図５においてはブリッジ配置内に結合されて示された２個の磁気抵抗素子は、代わりとしてそれぞれの電流源に結合された分離した磁気抵抗素子であり得る。図１５の２個の磁気抵抗素子をどのように図５の電子回路に結合し得るかは明らかである。信号−Ｖ２は図５に示された信号Ｖ２に対して反転されたものであり、したがって図５において説明されたエッジ検出器と同一の機能性を達成するためには、図５において信号Ｖ２として結合するために反転されなければならないことに留意されたい。
【０１８２】
図１２を参照すると、磁場センサ１２００は、図３の磁場センサ３００、図６の磁場センサ６００、又は図１０の磁場センサ１０００と同一又は同様であり得る（しかし磁石が９０度回転している）。ブロック１２０４は、図３の磁場検知素子３０４、３０６、図６の例えば６０４ａの複数の磁場検知素子、又は図１０のＣＶＨ検知素子１００４を表す。ブロック１２１４は、図３の電子回路３１４、図６の電子回路６１４、又は図１０の電子回路１０１４を表す。
【０１８３】
ブロック１２０４は、磁場検知素子が基板１２０２の面１２０２ａ上に配置されることを表す。磁場センサ１２００は、図のように、基板１２０２に直交するラインが磁石１２３２に交差するように基板１２０２の背後に配置された磁石１２３２を備え得る。磁石１２３２のＮ極及びＳ極は、図のように、それぞれ図３及び図６の磁石３３２、６１０の位置合わせと同様となるように配置され、又は図１０の磁石１０１０と同様に、しかし９０度回転され得る。
【０１８４】
上記に示された磁場センサと異なり、ここでは基板１２０２及びブロック１２０４は、磁場検知素子が強磁性対象物体１２２２に重なっていることを表す。強磁性対象物体１２２２は、ここでは例えばギア歯１２２２ａ、１２２２ｂ、１２２２ｃを有する強磁性ギアとして示される。他の実施形態において、磁石１２３２及び強磁性対象物体１２２２は、図１４及び図１５と合わせて以下で説明するようにリング磁石又は永久磁石（ハード強磁性材料）に置き換えられてもよい。
【０１８５】
磁場センサ１２００は、性能を低下させることなく、図示された位置から１８０度離れた次の位置へ１２１２の方向に回転し得る。しかしながら、中間回転は、性能の低下を招くか、又は、強磁性対象物体１２２２に接触するためできない場合がある。
【０１８６】
磁場センサ１２００は、実質的に性能を低下させることなく、ライン１２２４に沿った任意の位置において約＋／−２０度の角度で回転中心の周りに矢印１２１６の方向に回転可能である。
【０１８７】
図１３を参照すると、図１２と同様の参照符号が付された同様の要素が示され、磁場センサ１３００は、図１２の磁場センサ１２００と同様である。しかしながら、図１２の磁場センサ１２００とは異なり、磁場センサ１３００は、図示されるように図１２の磁石１２３２のＮ極及びＳ極の配置に直交するように配置されたＮ極及びＳ極を有する磁石１３０２を備える。
【０１８８】
上記に図示され説明された全ての磁場センサは、ギア又はカムの形態の強磁性対象物体の動きを検知するために示された。しかしながら、以下に記載される図１４及び１５は、リング磁石の動きを検知するための同一又は同様の磁場センサを示す。エッジ検出器、歯検出器、及びＴＰＯＳ機能に関して上記でなされたコメントは、リング磁石を検知する際に同一に適用される。
【０１８９】
図１４を参照すると、図１２と同様の参照符号が付された同様の要素が示され、磁場センサ１４００は、上述の磁場センサと同様である。しかしながら、磁場センサ１４００は、内部磁石を有さない。その代わり、磁場センサ１４００は、リング磁石１４０２の通過する磁区に応答する。図示されたＮ及びＳの符号は、リング磁石対象に関するＮ極及びＳ極を表し得る。Ｓ極又はＮ極は、ページに直交して磁化される場合にページの他面に存在する。他の実施形態において、Ｎ及びＳはリング磁石の半径方向外側にあり、一方で相補的なＳ又はＮはリング磁石の半径方向内側にある。
【０１９０】
いくつかの実施形態において、リング磁石１４０２の磁区は、ページに平行に磁化される。いくつかの他の実施形態において、リング磁石１４０２の磁区はページに直交して磁化される。
【０１９１】
図１５を参照すると、図１４と同様の参照符号が付された同様の要素が示され、磁場センサ１５００は、上記で説明した磁場センサと同様である。しかしながら、磁場センサ１５００は、内部磁石を有さない。その代わりに、磁場センサ１５００は、リング磁石１４０２の通過する磁区に応答する。
【０１９２】
図１４の磁場センサ１４００とは異なり、基板１２０２は、基板１２０２に直交するラインがリング磁石１４０２に交差するようにリング磁石１４０２と重なる。他の実施形態において、基板１２０２の多く又は基板１２０２の全体は、リング磁石１４０２に重なる。
【０１９３】
図１６を参照すると、例えば１６０２ａの複数の磁場検知素子は、図６及び図７の磁場センサ６００、７００の例えば６０４ａの複数の磁場検知素子として使用することができる。しかしながら、図６及び図７の磁場センサ６００、７００の例えば６０４ａの複数の磁場検知素子とは異なり、例えば１６０２ａの磁場検知素子は、円弧１６００に配置され得る。いくつかの実施形態において、円弧１６００の曲率半径は、例えば１６０２ａの磁場検知素子が応答するリング磁石１６０４（又は代替でギア）の曲率半径と同一であり得る。しかしながら、他の曲率半径であってもよい。
【０１９４】
例えば図１５の磁場センサ１５００によって表されるいくつかの代替の配置において、例えば１６０２ａの磁場検知素子は、リング磁石１６０４上に重ねて配置され得る。
いくつかの実施形態において、例えば１６０２ａの複数の磁場検知素子の最大応答軸は互いに平行である。
【０１９５】
いくつかの実施形態において、例えば１６０２ａの複数の磁場検知素子の最大応答軸は互いに平行ではない。
いくつかの他の実施形態において、複数の磁場検知素子は、リング磁石１６０４に対する接線に平行ではない、すなわちリング磁石１６０４に対して斜め方向に一列に配置される。
【０１９６】
上記では強磁性対象物体が強磁性ギア及び強磁性リング磁石の形態で説明されたが、他の実施形態において、任意の強磁性対象物体が非強磁性対象物体に置き換えられてもよい。これらの実施形態において、非強磁性対象物体は、それぞれ図３及び図６の磁石３３２、６１０と同一又は同様の磁石、又は図１０の磁石１０１０と同一又は同様の磁石によって供給され得る磁場の存在下において非強磁性導電対象物体の回転によって渦電流が生成され得る導電性対象物体であり得る。他の実施形態において、コイル又は電磁石が磁場を供給し得る。上記の磁場検知素子は、非強磁性導電対象物体における渦電流によって生成される磁場に応答し得る。渦電流に応答する配置は、例えば、２０１３年７月１９日出願の「Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｈａｖｉｎｇ  Ａｎ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｏｉｌ  Ｏｒ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔ  Ａ  Ｎｏｎ−Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔａｒｇｅｔ（非強磁性対象を検出するために統合コイル又は磁石を有する磁場センサのための方法及び装置）」という名称の米国特許出願第１３／９４６，４１７号に記述され、この出願は本出願の譲受人に譲渡され、記載内容の全体が本明細書に援用される。
【０１９７】
上記より、本明細書に記載された磁場センサに検知される対象物体は強磁性対象物体（例えばリング磁石のギア）、又は、非強磁性導電物体（例えばギア）であり得ることが理解されるであろう。
【０１９８】
上記で説明された磁場センサは、回転速度及び／又は回転方向を特定するために検知された対象の検知された位置を用いる。
本明細書で引用された全ての参考文献は、記載内容の全体が本明細書に援用される。
【０１９９】
本特許の主題である様々なコンセプト、構造、及び技術を提供する好ましい実施形態を説明し、これらのコンセプト、構造、及び技術を組み込む他の実施形態が用いられ得ることが明らかとなった。したがって、特許の範囲を記載された実施形態に限定すべきではなく、むしろ以下の特許請求の精神及び範囲によってのみ限定すべきであることが提言される。
【図１】
0006616414.tif 000002
【図１Ａ】
0006616414.tif 000003
【図２】
0006616414.tif 000004
【図２Ａ】
0006616414.tif 000005
【図３】
0006616414.tif 000006
【図４】
0006616414.tif 000007
【図５】
0006616414.tif 000008
【図６】
0006616414.tif 000009
【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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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