(57)【要約】【課題】小型低背でありながら、ＸＹＺ軸の感度の低下がなく、更に等価な感度を有する磁気センサ素子、およびその磁気センサ素子を３個直交して配置した、携帯情報端末に搭載可能な方位センサを提供することを目的とする。【解決手段】磁界を検出するための、ＸＹＺ軸のそれぞれ配置された第１〜第３の磁気センサを平面基板上に配置する方位センサにおいて、第１の磁気センサは、磁気センサの検出軸が平面基板表面と平行となるように配置され、第２の磁気センサは、平面基板に対して所定の角度θとなる第１の平面上に配置され、第３の磁気センサは、平面基板に対して角度（９０°―θ）となり、かつ第１の平面との成す角が９０°となる第２の平面上に配置される様に構成した。【選択図】図１
2008216181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交する磁界を検出するための、ＸＹＺ軸のそれぞれ配置された第１〜第３の磁気センサ素子を平面基板上に配置する方位センサにおいて、
前記第１の磁気センサ素子は、当該第１の磁気センサ素子の検出軸が平面基板表面と平行となるように配置され、
前記第２の磁気センサ素子は、当該第２の磁気センサ素子の検出軸が、前記平面基板表面に対して所定の角度θとなる第１の平面上に配置され、
前記第３の磁気センサ素子は、当該第３の磁気センサ素子の検出軸が、前記平面基板表面に対して角度（９０°―θ）となり、かつ前記第１の平面との成す角が９０°となる第２の平面上に配置されている、
ことを特徴とする方位センサ。
【請求項２】
前記所定の角度θは、４５°である
ことを特徴とする請求項１に記載の方位センサ。
【請求項３】
前記第１〜第３の磁気センサ素子を駆動するための駆動ＩＣを前記平面基板上に更に備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の方位センサ。
【請求項４】
前記第１の磁気センサ素子は、前記駆動ＩＣの上部表面に積層して配置されている
ことを特徴とする請求項３に記載の方位センサ。
【請求項５】
前記平面基板表面に対する傾斜角を検出する傾斜センサを更に備える
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方位センサ。
【請求項６】
前記平面基板表面に対する傾斜角を検出する傾斜センサを更に備え、
当該傾斜センサは、前記駆動ＩＣの上部表面に積層して配置されている
ことを特徴とする請求項３または４に記載の方位センサ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の方位センサにおける前記第１〜第３の磁気センサ素子から得られる出力値を得て、周辺部品の着磁の影響による磁場オフセット、及び前記方位センサを搭載した機器の方位を演算するための演算処理装置と、
前記機器の方位を表示するための表示手段と、を有する
ことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサ素子と、その磁気センサ素子を有する方位センサおよびその方位センサを搭載した電子方位計に関し、特に磁気センサ素子を３個直交して配置したとしても、携帯情報端末に搭載可能な小型の方位センサと、その方位センサを搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
方位センサは、直交配置された複数の磁気センサ素子を配置して構成される。そして、直交配置された複数の磁気センサ素子からの磁気センサ出力に基づくデータを演算することで、基準に決めた方向からの角度、すなわち方位角を算出することができる様になっている。この方位角から得られた方位は、アナログ、デジタルの電気信号として処理できるため、携帯電話、ＰＤＡといった携帯情報端末や腕時計、車両用方位計であるカーナビゲーション装置、航空機の姿勢検出、視覚障害者向け、ゲーム機といった様々な電子機器への応用が期待されている。
【０００３】
特に近年、ＧＰＳ等を利用した携帯情報端末向けの位置情報提供サービスが始まっている。このサービスによれば、利用者は現在の位置情報を端末上の画面を見ながらにして判るようになっている。この端末に電子方位計を組み合わせることで、利用者が今どの方位を向いているのか、或いは歩行中であるならばどこに向かおうとしているのかが判る。この位置情報と電子方位計に関する情報提供サービスは、今後多くの産業界に新しいビジネスを生み出すものと考えられ、また利用者に有益な情報をもたらす。
【０００４】
一方、上述した携帯情報端末は、小型薄型の傾向にあり、その携帯情報端末の中に搭載される電子デバイスとしては小型低背が求められている。ここで望まれる磁気センサ素子の幅は数ｍｍ程度であり、高さとしては、特に１．５ｍｍ以下とすることが必須であり、好ましくは１．０ｍｍ以下のサイズが求められている。
【０００５】
この様な課題を解決するために、小型化が可能な３軸の磁気センサ素子を搭載した方位センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この従来の方位センサは、非磁性基台上に２つの磁気抵抗効果素子として機能する第１、第２の磁気センサ素子を、傾斜台上に、同様に磁気抵抗素子として機能する第３の磁気センサ素子をそれぞれ設けて構成されている。そして、この傾斜台は、ＳｉＯ２などの絶縁膜によって形成されており、傾斜台の厚み方向に２０μｍの厚さの板状基板を形成した後、ＲＩＥ(リアクティブイオンエッチング)などによりエッチング加工して形成される。なお、この傾斜台の非磁性基台の表面に対する傾斜角は、ＸＹ平面からＺ軸方向に、ほぼ４５°傾いて形成されている。このように構成することによって、従来の方位センサは、第１〜第３の磁気センサ素子によって数１００μｍ程度の空間分解能で３次元の磁界の大きさを測定することができ、特に、方位センサのＺ軸方向の小型化が可能となる。
【０００７】
【特許文献１】特許第２５７９９９５号公報（第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来の方位センサの構成では、ＸＹＺ軸方向の検出感度が等しくならないという問題を生じてしまう。すなわち、Ｘ軸とＹ軸に配した第１、第２の磁気センサ素子の感度は同じになるが、第３の磁気センサ素子による高さ方向（Ｚ軸方向）の
検出感度はそれとは異なり、第３の磁気センサ素子を他の第１、第２の磁気センサ素子に対して傾斜させて配置した分、この検出感度が低下してしまうという問題を有している。
【０００９】
ここで、この従来の構成における問題点について説明する。
図１０は、従来の構成における３軸の磁気センサの検出軸の概念を示した図である。なお、本図に示すＸ軸とＹ軸は、第１、第２の磁気センサ素子の検出感度の方向の座標軸を示し、Ｚ軸は、これらＸ軸とＹ軸と直交する方向の座標軸を示している。また、Ｚ’は、第３の磁気センサ素子の検出軸方向を示している。
【００１０】
方位角を演算するためには、オフセットを除く、直交した３軸の磁気センサ素子の出力が必要となる。図１０の通り、直交となるＸＹＺ方向に３軸にこれら磁気センサ素子を配置できた場合には、それぞれの軸方向からの出力を用いて演算することが可能となり、検出感度はほぼ等しくなる。しかし、従来の構成における第３の磁気センサ素子における検出感度の方向は、Ｚ’軸方向に４５度傾いているため、地磁気がＺ軸方向に向いたときに第３の磁気センサ素子の磁気センサ出力Ｚ’Ｈが最大とならないため、検出感度が低下してしまう。更に、その磁気センサ出力Ｚ’Ｈから得られる出力ベクトルは、本来演算に必要なＺＨとＹ軸に配した第２の磁気センサ素子から得られる磁気センサ出力ＹＨから得られる出力ベクトルと、オフセットベクトルとの合成ベクトルとなる。つまり、本来の方位演算に必要な磁気センサ出力ＺＨを求めるためには、磁気センサ出力Ｚ’Ｈ、オフセット量とともに磁気センサ出力ＹＨが必要となる。この様に、磁気センサ出力Ｚ’Ｈと磁気センサ出力ＹＨとは検出感度が異なるだけでなく、方位演算を行うにあたって計算過程が複雑になってしまう問題点を有している。
【００１１】
また、方位角を精度良く、正確に演算するためには、周囲の磁場環境の変化に応じたオフセットを取得し、ＸＹＺ軸の第１〜第３の磁気センサ素子における磁気センサ出力点が球体上になることが必要となる。この様に、従来の方位センサにおけるＸＹＺ軸の検出感度が異なると、第１〜第３の磁気センサ素子からの磁気センサ出力図形は楕円体となるため、機器の着磁によるオフセットを正確に取得すること、ひいてはこのオフセットを用いての方位角を正確に演算することは不可能となる。
【００１２】
また、この従来の方位センサにおけるＺ軸方向の感度低下の問題を解消するために、Ｚ軸方向の第３の磁気センサ素子の磁気センサ出力を増幅して、ＸＹＺ軸の感度を等価に調整する方法も考えられるが、この策を講じると、ＸＹ軸の分解能に対してＺ軸の分解能が劣化してしまうため、結果としてこれら第１〜第３の磁気センサ素子から得られる磁気センサ出力を用いて上記オフセット演算を行ったとしても、精度良く目的の方位角を演算することができないことは容易に理解できよう。
【００１３】
したがって、従来の方位センサは、１つの磁気センサを傾斜させることで、小型低背化ができているものの、高精度に目的の方位角を演算できるものではなかった。
【００１４】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、小型低背でありながら、第１〜第３の磁気センサ素子からの磁気センサ出力に感度の低下がなく、更に等価な感度を有する方位センサ、およびその方位センサを搭載した電子方位計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の方位センサおよびその方位センサを搭載する電子方位計は、基本的には下記記載の形態を採用する。
【００１６】
本発明にかかる方位センサは、直交する磁界を検出するための、ＸＹＺ軸のそれぞれ配置された第１〜第３の磁気センサ素子を平面基板上に配置する方位センサにおいて、第１
の磁気センサが、当該第１の磁気センサ素子の検出軸が平面基板表面と平行となるように配置され、第２の磁気センサが、当該第２の磁気センサ素子の検出軸が平面基板表面に対して所定の角度θとなる第１の平面上に配置され、第３の磁気センサが、当該第３の磁気センサ素子の検出軸が平面基板表面に対して角度（９０°―θ）となり、かつ第１の平面との成す角が９０°となる第２の平面上に配置されていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明にかかる方位センサは、その角度θが４５°であることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明にかかる方位センサは、上述した第１〜第３の磁気センサ素子を駆動、および磁気センサ出力の検出を行うための駆動ＩＣを、平面基板上に更に備えることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明にかかる方位センサは、上述した第１の磁気センサが、駆動ＩＣの上部表面に積層して配置されていることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明にかかる方位センサは、上述した平面基板表面に対する傾斜角を検出する傾斜センサを更に備えることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明にかかる方位センサは、前述した平面基板表面に対する傾斜角を検出する傾斜センサを更に備え、当該傾斜センサが、駆動ＩＣの上部表面に積層して配置されていることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明にかかる電子機器は、上述した方位センサにおける第１〜第３の磁気センサ素子から得られる出力値を得て、周辺部品の着磁の影響による磁場オフセット、及び上記方位センサを搭載した機器の方位を演算するための演算処理装置と、方位を表示するための表示手段とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ＸＹＺ軸に第１〜第３の磁気センサ素子を配置したとしても、小型低背でありながら、ＸＹＺ軸の検出感度の低下がなく、等価な感度を有する構成とすることが出来る。
【００２４】
また、この本発明の方位センサを搭載した電子機器は、薄型であり、ＸＹＺ軸の検出感度が良好で、且つ正確な方位角を表示できる携帯情報端末とすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の方位センサは、平面基板表面と平行となるように配置された第１の磁気センサ素子と、平面基板に対して約４５度の平面に配置された第２、第３の磁気センサ素子を有して構成され、それぞれの第１〜第３の磁気センサ素子における検出軸が直交に成る様に配置されている構成を採用したものである。
【００２６】
上述した第１の磁気センサ素子は、薄膜プロセスによって第１の磁気センサ素子をシリコンウェハー上に形成した後、単個にダイシングすることによって得られる。また、第２、第３の磁気センサ素子は、その単個化した第１の磁気センサ素子を４５度の傾斜角で基板上に配置できる様に、シリコンウェハーの裏面及び側面を加工研削することによって得られる。これら第１〜第３の磁気センサ素子の製造方法の詳細については、後述する。
【実施例１】
【００２７】
（方位センサの構成）
まず、本発明の方位センサの構成について説明する。図１（ａ）は、本発明の基本構成である３軸の磁気センサ素子を有する方位センサの構成を示す斜視図である。図中（ｂ）は、同図（ａ）に示した方位センサの上部平面図であり、（ｃ）は側面図を示している。
【００２８】
図１（ａ）に示す様に、本発明の方位センサ２０ａは、第１の磁気センサ素子１ａにおける検出軸が平面基板３０の表面と平行となるように配置された磁気センサ２４と、第２の磁気センサ素子１ｂにおける検出軸が上記平面基板３０の表面に対して所定の角度、ここではθ＝４５度となる第１の平面上に配置された磁気センサ２６と、第３の磁気センサ素子１ｃにおける検出軸が平面基板３０の表面に対して（９０°−θ）となり、かつ第１の平面との成す角が９０°となる第２の平面に配された磁気センサ２８とを有して構成されている。つまり、本構成においては、磁気センサ２６と磁気センサ２８とは、そのセンサ検出方向が９０度となるように配置されている。
【００２９】
更に、図１（ｂ）に示す様に、平面基板３０上にはこの第１〜第３の磁気センサ素子１ａ〜１ｃを駆動、及び第１〜第３の磁気センサ素子１ａ〜１ｃから出力される磁気センサ出力を検出するためのセンサ駆動検出回路２２が、磁気センサ２４、２６、２８の周辺に配置されている。このセンサ駆動検出回路２２の電極端子と平面基板３０の配線との接続は、図示しないワイヤーボンディングによって接続されている。なお、磁気センサ２６、２８に設ける電極パッドをセンサの縁部に配置すれば、平面基板３０上に配置した配線との接続が容易になる。また、磁気センサ２４は、同様にワイヤーボンディングなどによって平面基板３０上の配線に接続される。この様にして、平面基板３０上の配線は、センサ駆動検出回路２２の電極端子と接続されて、第１〜第３の磁気センサ素子１ａ〜１ｃの駆動、及び検出信号の取り出しができる様になる。
【００３０】
そして、図１（ｃ）に示す様に、これらの磁気センサ２４、２６、２８とセンサ駆動検出回路２２を含む電子部品を保護するために、保護膜１４で封止することによって本発明の方位センサ２０ａが構成される。
【００３１】
ここで本発明の方位センサ２０ａに搭載する第１〜第３の磁気センサ素子１ａ〜１ｃの検出方向について、第１の磁気センサ素子を例に挙げて、図２を用いて説明する。図２は、本発明の方位センサに搭載する磁気センサ素子の検出方向について説明するための図面である。なお、第２、第３の磁気センサ素子の構造は、載置形態のみが異なっているだけで、構成は同じであるのでここでの説明は割愛する。
【００３２】
第１の磁気センサ素子１ａは、非磁性基台８上に形成されて、磁性コア１０の周囲をコイル層１２で巻回したフラックスゲート型の磁気センサとして機能するようになっており、周囲に巻回したコイル層１２によって磁性コア１０を励磁して、磁化反転の際に得られるパルス出力を利用して、電極パッド１６から磁界を検出することが出来る様になっている。この様に、第１の磁気センサ素子１ａを構成し、電極パッド１６から励磁電流を印加することによって、センサ検出方向１８は、コイルが作る磁界で磁性体を磁化する方向と平行となる。
【００３３】
そして、この様にして構成された第１〜第３の磁気センサ素子１ａ〜１ｃを、ＸＹＺ軸のそれぞれに沿って配置（センサ検出方向１８を各ＸＹＺ軸に沿って配置）することにより、従来と同様に小型低背でありながら、ＸＹＺ軸の検出感度の低下がなく、更に等価な感度を有する方位センサ２０ａを得ることが出来る。なお、この形態によれば、ＸＹＺ軸の検出感度が低下しない理由については、後述する。また、この様な構成としたからこそ、この方位センサ２０ａを小型の携帯情報端末に搭載可能となる。
【００３４】
（電子機器）
次に、上述した方位センサ２０ａを搭載した本発明の電子機器の構成について説明する。図３は、本発明の電子機器の構成を示す図面である。
【００３５】
図３に示す様に、本発明の電子機器は、特に携帯電話等の携帯電子機器であって、上述した方位センサ２０ａを構成する、３軸の磁気センサ１、センサ駆動検出回路２２を有し、この方位センサ２０ａに加えて、周辺部品の着磁の影響による磁場オフセットの演算と方位演算を行うための演算装置３４とを更に有して構成される。また、この電子機器は、演算装置３４により演算して得られた方位の結果を表示する方位表示装置３６を有する。
【００３６】
なお、本図においては、演算装置３４を方位センサ２０ａとは別部材として構成した例（携帯機器等のＣＰＵに組み込んだ構成例）を示したが、この演算装置３４を、方位センサ２０ａで一体構成されたパッケージ中に配しても良い。この様に、方位センサ２０ａのパッケージ中に演算装置３４を組み込むと、その分だけ方位センサ２０ａのサイズが大きくなってしまうこととなるが、携帯機器であるホスト側の演算負荷が軽減されるという利点がある。
【００３７】
（磁気センサおよび方位センサの製造方法）
次に、本発明の方位センサ２０ａを構成する磁気センサ２６、２８の製造方法について図１、図４を用いて説明する。図４は、磁気センサ２６の製造方法を説明するための図面である。なお、磁気センサ２６と磁気センサ２８は、平面基板３０に載置する方向が異なっているが、素子構成は同じである。したがって、以下の説明では、磁気センサ２６の製造方法として説明をするが、この製造方法は、磁気センサ２８にも適用できることに留意されたい。
【００３８】
まず、図１に示した磁気センサ２４と、図４（ａ）に示す、所定の切り欠き溝を複数個表面に配した第１の固定治具２ａを用意する。
【００３９】
次に、図４（ｂ）に示す様に、この第１の固定治具２ａの切り欠き溝のそれぞれに、第１の磁気センサ素子１ａの表面が第１の固定治具２ａの切り欠き溝内部で当設する方向に、磁気センサ２４を挿入する。ここで、第１の固定治具２ａの切り欠き溝面と第１の磁気センサ素子１ａの面とが接触することとなるが、磁気センサ２４と第１の固定治具２ａとの当設面となる第１の磁気センサ素子１ａの表面が保護膜で被覆されているので、この素子面を傷つけることは無い。
【００４０】
次に、この第１の固定治具２ａから突出している磁気センサ２４の一部をラップ研磨等の手段を用いて研削して、三角柱形状の磁気センサ２６ａを有する図４（ｃ）に示す構造体を得、その後にこの第１の固定治具２ａから研削加工後の磁気センサ２６ａを取り除く。
【００４１】
次に、図４（ｄ）に示す様に、磁気センサ２６ａを４５度回転させて、第２の固定治具２ｂの切り欠き溝にそれぞれの磁気センサ２６ａを固定する。この際、剥離の容易な熱接着層を用いて、第２の固定治具と磁気センサ２６ａとの固定を行うのが望ましい。
【００４２】
そして、図４（ｄ）の構造体の裏面（図の下側）から所望の位置までラップ研磨等により研削を行って、磁気センサ２６ｂの形状に加工することで、図４（ｅ）に示す構造体を得る。
【００４３】
最後に、この図４（ｅ）に示す構造体における第２の固定治具２ｂから磁気センサ２６ｂを取り出すことで、図４（ｆ）に示す、磁気センサ２６を得ることができる。
この様にして製造された磁気センサ２６、２８を、図１に示す平板基板３０の所定の位
置に配置する。さらに、センサ駆動検出回路２２を配置した後に、ワイヤーボンディング等の手段を用いて各電子部品を実装した後に、保護膜１４にて封止することで、本発明の方位センサ２０ａが完成する。
【００４４】
（方位角算出原理）
つぎに、本発明の方位センサ２０ａを用いた場合の方位角θの算出方法について説明する。図５は、本発明の方位センサ２０ａの演算手法を説明するための図面である。なお、本図に示すＸ軸は、第１の磁気センサ素子１ａの検出軸方向の座標軸を示し、ＹＺ軸は、これと直交する座標軸を示している。また、図中に示すＵ、Ｖは、平面基板３０と４５度の角度を成して配置された第２、第３の磁気センサ素子１ｂ、１ｃの検出軸方向を示している。
【００４５】
本図から判るように、本発明の方位センサ２０ａは、第２、第３の磁気センサ素子１ｂ、１ｃの検出軸方向を座標軸Ｕ、Ｖ方向に配置し、これら磁気センサにより得られる検出感度を同じとなる様にしてあるので、第２の磁気センサ素子１ｂからの磁気センサ出力ＵＨおよび第３の磁気センサ素子１ｃから得られる磁気センサ出力ＶＨ等を用いて、演算にて用いるＺ軸方向の磁気センサ出力ＺＨ（Ｚ軸方向の磁気センサ出力）の検出感度を落とさずに取得することができ、これら値を用いて目的の方位角θを精度良く演算することができる様になる。
【００４６】
そこで、本発明の方位センサ２０ａは、方位角θを演算するために、第２、第３の磁気センサ素子１ｂ、１ｃからの磁気センサ出力の座標系を水平座標に変換する手段を採用している。
【００４７】
上述した様に、本発明の方位センサ２０ａにおける第１の磁気センサ素子１ａは、平面基板３０の表面に対して平行に配置してあるので、磁気センサ出力をそのまま用いて演算することが出来るが、第２〜第３の磁気センサ素子１ｂ、１ｃの磁気センサ出力は、その方向の磁気センサ出力を用いて、平面基板３０と水平かつ第１の磁気センサ素子１ａと直交する方向であるＹ軸方向、及び平面基板３０と垂直な方向であるＺ軸方向の出力に変換する必要がある。
【００４８】
ここで、その具体的な演算手法について下記に示す。
第２の磁気センサ素子１ｂからの磁気センサ出力、地磁気による出力、及びオフセットをそれぞれＵＳ、ＵＨ、Ｕｏｆｆｓとし、第３の磁気センサ素子１ｃからの磁気センサ出力、地磁気による出力、及びオフセットをそれぞれＶＳ、ＶＨ、Ｖｏｆｆｓ、とすると、第２、第３の磁気センサ素子１ｂ、１ｃからの磁気センサ出力ＵＳ、ＶＳとｙ軸、ｚ軸の地磁気による出力ｙＨ、ｚＨの関係は、下記式（１）、（２）により表すことができる。
【数１】
2008216181.tif 000003
【００４９】
そして、上記式（１）、（２）より下記式（３）、（４）を導くことが出来る。
【数２】
2008216181.tif 000004
【００５０】
一般的に、地磁気による出力ｘＨは、磁気センサ素子の検出軸の向いている方向ベクトルｘと地磁気ベクトルＳｈの内積となる下記式（５）で表現でき、それを基に上記（３）、（４）式を展開して、下記式（６）、（７）が得ることが出来る。
【数３】
2008216181.tif 000005
【数４】
2008216181.tif 000006
【００５１】
図６は、直交３軸に配置した第１〜第３の磁気センサ素子１ａ〜１ｃの磁気センサ出力とオフセットの関係についての概念を示した図である。本図中に示す符号６ａは磁気センサ素子からの出力ベクトルを示し、符号６ｂは地磁気による出力ベクトルを示し、符号６ｃはオフセットを示し、符号６ｄは磁気センサ素子の出力座標を示し、符号６ｅはオフセットの座標を示している。なお、磁気センサ素子の出力座標値で示しているｘＳ、ｙＳ、ｚＳは、各軸方向の磁気センサ出力値を示し、（ｘＳ１，ｙＳ１，ｚＳ１）は、ある環境下で測定した際の磁気センサ出力値を示している。また、（ｘｏｆｆｓ，ｙｏｆｆｓ，ｚｏｆｆｓ）は、そのある環境下でのオフセット値を示している。
【００５２】
図６に示す様に、第１〜第３の磁気センサ素子１ａ〜１ｃは、直交３軸に配した磁気センサ素子であり、それぞれ各軸の磁気センサ素子の感度が等しい場合には、その磁気センサ出力座標（ｘＳ１，ｙＳ１，ｚＳ１）は、（ｘｏｆｆｓ，ｙｏｆｆｓ，ｚｏｆｆｓ）を中心とする球体上の点を取る。すなわち、球体の半径は地磁気による出力に相当する大きさを示しており、地磁気の大きさが変わらない環境では、どのような方向に向けても、磁気センサ素子の出力座標がこの球体上に表すことができる。
【００５３】
更に、第１の磁気センサ素子１ａの磁気センサ出力ｘｓ（６ｄにおけるｘ座標）は、出力ベクトル６ａで表され、その第１の磁気センサ素子１ａからの地磁気による出力ベクトル６ｂと、周辺機器の着磁によるオフセットベクトル６ｅとの和で表現することができる。具体的には、下記式（８）で表現することができる。
【数５】
2008216181.tif 000007
【００５４】
以上の関係式（６）、（７）、（８）により、目的の方位角θを演算する上で、平面基板３０と水平かつ第１の磁気センサ素子１ａと直交する方向であるＹ軸方向に配した第２の磁気センサ素子１ｂの磁気センサ出力、及び平面基板３０と垂直な方向であるＺ軸方向に配した第３の磁気センサ素子１ｃの磁気センサ出力に変換することに関して、方位演算する上で必要な（ｘＨ，ｙＨ、ｚＨ）を取得する基本的な関係式（９）、（１０）を得ることが出来る。
【数６】
2008216181.tif 000008
【００５５】
上記のオフセット（ｘｏｆｆｓ、ｙｏｆｆｓ、ｚｏｆｆｓ）は、先に説明した様に、出力球体の中心座標に相当する。一般的に球体の中心座標は、球面上の４点を用いて演算することが可能であり、これを利用すれば、４組以上の第１〜第３の磁気センサ素子１ａ〜１ｃからの磁気センサ出力データから球体の中心座標を取得することが可能となり、その方法により着磁により発生するオフセットを得ることが出来る。そして、このオフセットを用いて、例えば下記の式（１１）によって、目的の方位角θを取得することが可能となる。
【数７】
2008216181.tif 000009
【００５６】
以上説明のように、本発明の方位センサ２０ａは、ＸＹＺ軸に配した第１〜第３の磁気センサ素子１ａ〜１ｃの感度がそれぞれ等価となり、第１の磁気センサ素子１ａからの磁気センサ出力と共に、平面基板３０から同じ角度で傾斜した２つの第２、第３の磁気センサ素子１ｂ、１ｃの磁気センサ出力を加算、除算した補正後の磁気センサ出力を変換して用いるだけなので、従来の構成に比較してオフセット演算、方位演算が煩雑になるということがない。
【００５７】
また、本発明の方位センサ２０ａは、従来の構成と同様に、高さ方向（Ｚ軸方向）が低くなって低背化としながらにして、第１〜第３の磁気センサ素子１ａ〜１ｃ、特に第３の磁気センサ素子１ｃの分解能を高く保つことが可能となり、これにより目的の方位角θを精度良く求めることができる様になる。
【実施例２】
【００５８】
次に、本発明の方位センサの他の構成例について説明する。図７（ａ）は、本発明の基本構成である３軸の磁気センサを搭載した方位センサ２０ｂの構成を示す斜視図である。
図中（ｂ）はこの方位センサ２０ｂの上部平面図であり、（ｃ）は側面図を示している。
【００５９】
図７（ａ）〜（ｃ）に示す様に、本発明の方位センサ２０ｂは、センサ駆動検出回路２２上に磁気センサ２４、２６、２８が配置されている点のみが実施例１と異なり、第１〜第３の磁気センサ素子１ａ〜１ｃにおける検出軸の配置方向は同じ方向となる。また、先の実施例では、センサ駆動検出回路２２の電極端子と平面基板３０上の配線との接続に、ワイヤーボンディングを利用した構成例を示したが、本実施例においては、平面基板３０の面積を小さくする為に、フリップチップ実装により、センサ駆動回路２２と平面基板３０との実装を行っている。ここでのフリップチップ実装は、センサ駆動検出回路２２の電極端子を直接、平面基板３０上の配線に接続できるように、センサ駆動検出回路２２の電極端子にバンプメッキを施した上で実装している。
【００６０】
具体的には、センサ駆動検出回路２２の電極端子表面に、素子面に形成された配線高さより高くなる様に、Ａｕなどによるバンプメッキを形成する。そして、平面基板３０上の配線には、ハンダなどの低融点の電気的接続材料を予め付着させておき、上記バンプメッキと配線との位置合わせ及び仮固定を行い、リフロー炉などに通して両部材の接続を行う。
【００６１】
上述した様に、磁気センサ２４、２６、２８をセンサ駆動検出回路２２の上部表面に積層して配置することによって、先に示した実施例１の効果に加えて、平面方向での面積が小さくなり、より小型化になるという効果を得ることが出来る。
【実施例３】
【００６２】
次に、本発明の方位センサの更に他の構成例について説明する。図８（ａ）は、本発明の方位センサ２０ｃの構成を示す斜視図である。図中（ｂ）はこの方位センサ２０ｃの上部平面図であり、（ｃ）は側面図を示している。
【００６３】
図８（ａ）〜（ｃ）に示す様に、本発明の方位センサ２０ｃは、実施例１で示した方位センサの構成に加えて傾斜センサ３２を更に組み込んだ構成を示しており、電子機器の利用者が電子機器を傾斜して利用したときにおいても、この傾斜センサ３２から出力される傾斜センサ出力に基づき、第１〜第３の磁気センサ素子１ａ〜１ｃからの磁気センサ出力を補正することによって、正しい方位角θを演算することが可能な構成となっている。なお、図８に示す傾斜センサ３２は、傾斜に応じて梁に支えられた中央の錘が傾き、その梁にかかる応力をピエゾ抵抗で検出する方式の加速度センサを示している。
【００６４】
この様に、３個の磁気センサ２４、２６、２８と傾斜センサ３２を配置した方位センサ２０ｃの構成により、先の実施例の効果に加え、方位センサ２０ｃを含む電子機器を水平面に対して傾斜して配置された場合であっても、この傾斜センサ３２からの傾斜センサ出力を用いて磁気センサ出力の補正を行い、正しい方位角θを得ることができる方位センサ、および電子機器を提供することができる。
【００６５】
（方位角算出原理）
つぎに、本発明の実施の形態にかかる方位角θの算出について説明する。
一般的に、方位角θは、ＸＹＺ三次元座標上に配置した第１〜第３の磁気センサ素子１ａ〜１ｃからの磁気センサ出力と、それぞれの磁気センサ出力から求められるオフセットから演算されるｘＨ、ｙＨ、ｚＨ、及びＸ軸と水平面のなす角度βｇ、Ｙ軸と水平面のなす角度αｇから演算される回転角α、βを用いて、下記の関係式で与えられる。
【数８】
2008216181.tif 000010
【００６６】
上記式に含まれる回転角α、βは、それぞれＸ軸周りの回転角とＹ軸周りの回転角を示している。回転角βはピッチ角βｇに等しいが、回転角αはロール角αｇとは異なるため、下記の変換式（１３）（１４）を用いて回転角α、βを求める。
【数９】
2008216181.tif 000011
【００６７】
上記の式（１２）〜（１４）を用いることによって、機器が傾斜した環境下であっても正確な方位角θを得ることができる。なお、ここでＸＹＺ３次元座標での演算について説明したが、本発明の方位センサに搭載される第１〜第３の磁気センサ素子１ａ〜１ｃは、図５に示した様に、第２、第３の磁気センサ素子１ｂ、１ｃが所定の角度でそれぞれ配置されている。よって、先の実施例で説明した通り、第２、第３の磁気センサ素子１ｂ、１ｃからの磁気センサ出力を、平面基板３０と水平かつ第１の磁気センサ素子１ａと直交する方向であるＹ軸方向、及び平面基板３０と垂直な方向であるＺ軸方向の磁気センサ出力に変換することが必要であり、先の実施例で説明した式（８）〜（１０）を適用して、変換後の磁気センサ出力に相当するｘＨ、ｙＨ、ｚＨを得ることが出来る。
【００６８】
また、機器の傾斜に係る磁気センサ出力の補正を行う演算方法においても、上記の通り、簡易な加算除算の変換処理がひとつ加わるだけであり、従来の方法とほぼ同等の効果を得ることができる。
【００６９】
（電子機器）
次に、本実施例における電子機器の構成例について説明する。図９に、本発明の電子機器の構成を示す概念図を示す。
【００７０】
本実施例で示す方位センサ２０ｃは、先の実施例１で示した磁気センサ１、センサ駆動回路２２の構成に加えて、傾斜センサ３２が配置されている点のみが異なり、機能面では、演算装置３４における上述した演算手段のみが異なる。他の構成および機能は同様である。この構成により、電子機器の利用者が電子機器を傾斜して利用した場合においても、傾斜センサ３２から出力される傾斜角を用いて磁気センサ出力の補正を行い、精度良く目的の方位角θを演算することが可能となる。
【００７１】
なお、上記実施例では、２つの第２、第３の磁気センサ素子１ｂ、１ｃが平面基板３０に対して４５度の角度をなして配置されている例について説明を行ったが、本発明に係る第２、第３の磁気センサ素子１ｂ、１ｃの配置形態は、特に４５度に限定されるものではない。重要なことは、傾斜させた２つの第２、第３の磁気センサ素子１ｂ、１ｃの検出軸が直交する様に、かつ同じ検出感度を有するように配置して、水平の平面基板３０に配置された第２、第３の磁気センサ素子１ｂ、１ｃと第１の磁気センサ素子１ａとが直交３軸を構成することである。更に、この第２、第３の磁気センサ素子１ｂ、１ｃを、従来の構成の様にその内の１つの第３の磁気センサ素子だけを所定の角度で傾斜させたのではなく、２つの第２、第３の磁気センサ素子１ｂ、１ｃを傾斜させる点が直交３軸を構成する本
発明のポイントであり、方位センサ２０ａ〜２０ｃのパッケージ高さを低くするために、その傾斜させる角度を４５度にすると最も高さを低くすることが可能となる。
【００７２】
また、上記実施例では、単個に切り出した後に非磁性基台を加工することによって、所定角度を有する磁気センサ２６、２８を形成する方法について説明を行ったが、この構成についても特に限定されるものではない。重要なことは、先にも示した通り、２つの第２、第３の磁気センサ素子１ｂ、１ｃの検出軸を直交する様に、かつ同じ検出感度を有するように配置することであり、これら第２、第３の磁気センサ素子１ｂ、１ｃを配置する基台をエッチングして傾斜面を作る方法や、基台表面に傾斜面を有する凸部形成する薄膜プロセスを利用しても良い。ただし、この薄膜プロセスを用いると、斜面上に形成するプロセスが難しくなるため、先の実施例に示した様に、非磁性基台を加工する手段を採用する方が、より精度良く第２、第３の磁気センサ素子１ｂ、１ｃを形成するのに適している。
【００７３】
以上説明した様に、第１〜第３の磁気センサ素子１ａ〜１ｃを３個配置した本発明の方位センサ２０ａ〜２０ｃの構成により、小型低背でありながら、ＸＹＺ軸の検出感度の低下がなくて分解能に優れる構成とすることが出来る。更に、等価な感度を有する第１〜第３の磁気センサ素子１ａ〜１ｃ、およびこれら磁気センサ素子を３個直交して配置した、携帯情報端末に搭載可能な方位センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の方位センサの構成を示す斜視図、上部平面図、及び側面図である。
【図２】本発明の方位センサに搭載する磁気センサ素子の検出方向について説明するための図面である。
【図３】本発明の電子機器の構成を示す概念図である。
【図４】本発明の方位センサに搭載する磁気センサの製造方法を示す図面である。
【図５】本発明の方位センサに搭載する磁気センサの検出座標軸の関係を示す図面である。
【図６】本発明の方位センサに搭載する磁気センサの直交３軸の磁気センサ出力とオフセットの関係について説明するための図面である。
【図７】本発明の第２の実施例である方位センサの構成を示す斜視図、上部平面図、及び側面図である。
【図８】本発明の第３の実施例である方位センサの構成を示す斜視図、上部平面図、及び側面図である。
【図９】本発明の第３の実施例である電子機器の構成を示す概念図である。
【図１０】従来の方位センサの構成における磁気センサの検出座標軸の関係を示した図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  磁気センサ
１ａ  第１の磁気センサ素子
１ｂ  第２の磁気センサ素子
１ｃ  第３の磁気センサ素子
２ａ  第１の固定治具
２ｂ  第２の固定治具
４  傾斜台
６ａ、６ｂ  出力ベクトル
６ｃ  オフセットベクトル
８  非磁性基台
１０  磁性コア材
１２  コイル層
１３  磁性コア
１４  保護膜
１６  電極パッド
１８  センサ検出方向
２０ａ〜２０ｃ  方位センサ
２２  センサ駆動検出回路
２４、２６、２６ａ、２６ｂ、２８  磁気センサ
３０  平面基板
３２  傾斜センサ
３４  演算装置
３６  方位表示装置
【図１】
2008216181.tif 000012
【図２】
2008216181.tif 000013
【図３】
2008216181.tif 000014
【図４】
2008216181.tif 000015
【図５】
2008216181.tif 000016
【図６】
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【図７】
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【図８】
2008216181.tif 000019
【図９】
2008216181.tif 000020
【図１０】
2008216181.tif 000021