(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状半導体上に複数個の薄膜磁気インピーダンス素子を備え、
前記薄膜磁気インピーダンス素子が、トンネル磁気抵抗効果素子であり、
前記薄膜磁気インピーダンス素子が互いに直交するように前記球状半導体上で３軸上に各々設けられていることを特徴とする磁界ベクトルセンサ。
【請求項２】
請求項１記載の磁界ベクトルセンサと、無線チップとが同一の基板上に実装されているセンサシステム。
【請求項３】
請求項１記載の磁界ベクトルセンサと、
前記磁界ベクトルセンサにおける３軸各方向の前記薄膜磁気インピーダンス素子の検知出力に基づき前記検知対象部位の傾きを算出する傾き算出手段と、を備えるセンサシステム。
【請求項４】
請求項１記載の磁界ベクトルセンサと、
前記磁界ベクトルセンサにおける３軸各方向の前記薄膜磁気インピーダンス素子の検知出力に基づき３軸方向のベクトルを検知する検知手段と、を備えるセンサシステム。
【請求項５】
請求項１記載の磁界ベクトルセンサと、
これらの複数組の磁気インピーダンス素子の出力信号を随時監視するセンサ出力監視手段と、
このセンサ出力監視手段により随時監視される出力信号のうちで最大出力信号を正規信号として出力する信号処理手段と、を備えるセンサシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁界ベクトルセンサ及びセンサシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータ技術の急速な進歩により、コンピュータ中に仮想的な空間を構築させる仮想現実（ＶＲ＝バーチャルリアリティ）装置が、福祉機器分野やアミューズメント分野、コンピュータグラフィックス分野等のための必須技術として盛んに開発が行われている。
【０００３】
このようなＶＲ装置においては、仮想空間と操作者のためのインタラクティブ装置としてモーションキャプチャシステムなどに代表されるような３次元位置推定装置が必要となる。このような装置には、人体の動作をコンピュータに認識させるため小型の３次元位置検出センサが使用される。この場合、センサは人体に装着するため、超小型のセンサである必要がある。
【０００４】
従来、このような３次元位置検出センサとしては磁界ベクトルセンサが使われるが、その代表的なものに、ポヒーマス（Polhemus）社の３次元センサ（製品名ファーストラック：ＦＡＳＴＲＡＫ）があり、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）などに使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この製品の場合、３次元位置検出センサは、コイルを３軸に直交させるように巻線した、発信コイルと受信コイルによるものである。このセンサの場合、発信コイルに電流を流しこれによる磁界を受信コイルによって検出し、３軸の各々の方向の磁界を解析することにより、３次元空間での位置を算出するようになっている。
【０００６】
また、同様の磁界ベクトルセンサとして例えば特開平９−１２７２１８号公報等に示されるＭＩ（磁気インピーダンス）素子によるものもあるものの、このＭＩ素子の場合、センサ部は、長さ数ｍｍ程度のＭＩ素子１００，１０１，１０２を図１２に示すように、直交するように３軸上に立体方向に配置させる。この場合、センサ部は巻線によるものではないが、ＭＩ素子の場合は周知のように、表皮効果を利用したものあるため、高周波バイアスをＭＩ素子１００，１０１，１０２に与える必要がある。
【０００７】
従って、ＭＩ素子を利用した３次元センサの場合においても、図１２のように３軸にＭＩ素子１００，１０１，１０２を配置させる他に、各々のＭＩ素子１００，１０１，１０２にバイアスコイルを施す必要がある。
【０００８】
この他、従来の磁気センサとしてＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）やＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）などのものがあるが、これらの素子においても温度特性が悪い等のため、バイアスコイルが必要とされる。また、例えばバイアスコイルが不要な場合でもセンサとして適当なインピーダンスを得るため、そのサイズはどうしても大きなサイズのものになってしまう。
【０００９】
また、磁界ベクトルを精度良く検知するには各方向のセンサの配置が重要であるが、このような数ｍｍサイズのものを精度良く立方体的に配置させることは、従来のような方式においては大変難しく作業も困難である。
【００１０】
即ち、３軸方向の各々のセンサ部の配置を決めるには、まず、各々の軸方向の特性を測定し、その後、各軸方向が直交するよう調整をする必要があり、そのため３次元の磁界ベクトルセンサは製造も困難で高価なものである。
【００１１】
特に、図１２に示すようなＭＩ素子の場合は各素子を立方体状に配置するのに加えて、各素子のバイアスコイルも必要となり、さらに組立が困難なものになる。
【００１２】
また、従来における通常の２次元センサは方位のみを検知するものであるため、例えば、人体に装着して使用するような場合、人体の動作が停止している場合には動いているのか、停止しているのか（人間が単に休息状態なのか、不慮の事故の状態で動けないのか）を検知することが困難である。例えば、鉄工所におけるような広い場所で作業者が不慮の事故に遭遇した場合、動作が停止していることしか検知できず、単に休息している状態との違いは検知できない。
【００１３】
また、一般的に、３次元ベクトルセンサの場合、外部磁界は２次元に近いため、３軸の内の１軸はこの平面とは異なる方向となり、この軸方向の出力信号が低下する。このため、３軸の場合は、外部磁界と３軸ベクトルセンサとの配置関係により、その内の１軸は出力が低下し、Ｓ／Ｎが問題となってしまう。
【００１４】
そこで、本発明は、このような従来の３次元の磁界ベクトルセンサにおける欠点をなくした低コストで超小型、高精度な磁界ベクトルセンサ及びこれを用いた小型なセンサシステムを提供することを目的とする。
【００１５】
また、本発明は、３軸磁界ベクトルセンサに関して、方向に依存することなくＳ／Ｎの劣化のない信号出力を常に得ることができるセンサシステムを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の磁界ベクトルセンサは、球状半導体上に複数個の薄膜磁気インピーダンス素子を備え、前記薄膜磁気インピーダンス素子が、トンネル磁気抵抗効果素子であり、前記薄膜磁気インピーダンス素子が互いに直交するように前記球状半導体上で３軸上に各々設けられている。
【００１７】
球状半導体は、例えば、「球面ＩＣタグ開発へ」日経産業新聞記事、’99.6.11に記載されているように、微小（通常、直径１ｍｍ以下）の球状シリコン上に電子回路を形成したＩＣである。このＩＣの特徴としては、従来のＩＣ製造工程におけるようなクリーンルームが不要であり、通常の半導体プロセスで低コストの設備でＩＣを製造できる他、球体表面にＩＣ回路を形成するため従来の平面状ＩＣよりも面積を大きくとることができ、小型のＩＣを実現できることである。本発明においては、このような球状半導体（球状シリコン）を応用し、球状半導体上に半導体プロセスにより薄膜磁気インピーダンス素子を一括して複数個搭載させる構成としたので、従来の個別のコイル等による各センサ素子を立方体状に配置させる場合に比べ、各軸方向の配置を半導体プロセスの精度と同等の精度で直交配置させることが可能となる。このため、従来方式のような製造過程における、各軸の特性の調整が不要となり、低コストで精度の良い３次元センサを実現できる。
【００１９】
従って、薄膜磁気インピーダンス素子としてトンネル磁気抵抗効果素子を用いることにより、ポヒーマス（Polhemus）社の３次元センサの場合のような巻線コイルに依らないため、超小型の磁界ベクトルセンサを提供することができる。また、ＭＩ素子におけるようなバイアスコイルが必要ないため、コイルがなくなるばかりでなく、バイアスコイル用の周辺回路も不要となり、超小型の３次元磁界ベクトルセンサを提供することができる。特に、ボールセミコンダクタ社の球状半導体によれば、直径１ｍｍ以下のものも実現可能とされており、ＴＭＲ素子によればこの程度のサイズでもセンサ特性を得ることが可能とされているので、この面からも超小型の３次元磁界ベクトルセンサを実現できる。
【００２０】
請求項２記載の発明のセンサシステムは、請求項１記載の磁界ベクトルセンサと、無線チップとが同一の基板上に実装されている。
【００２１】
従って、例えばブルートゥースチップ等の無線チップと組合せることにより、超小型でワイヤレスの磁界ベクトルセンサを提供できる。
【００２２】
請求項３記載の発明のセンサシステムは、請求項１記載の磁界ベクトルセンサと、前記磁界ベクトルセンサにおける３軸各方向の前記薄膜磁気インピーダンス素子の検知出力に基づき前記検知対象部位の傾きを算出する傾き算出手段と、を備える。
【００２３】
従って、地磁気を検出することによる方位のみでなく、傾斜方向も検知するようにしているので、例えば、人体を検知対象部位として当該磁界ベクトルセンサを装着した場合、進行方向だけでなく傾斜方向も検知できることから、人体の傾きをも検知することにより、人体が動作しているか否かをも検知するようにすることができる。この結果、例えば、鉄工所におけるような広い場所で作業者が不慮の事故に遭遇した場合でも、単に休息している状態との違いを判別することが可能となる。
【００２４】
請求項４記載の発明のセンサシステムは、請求項１記載の磁界ベクトルセンサと、前記磁界ベクトルセンサにおける３軸各方向の前記薄膜磁気インピーダンス素子の検知出力に基づき３軸方向のベクトルを検知する検知手段と、を備える。
【００２５】
従って、地磁気又は発信磁界を検知対象とする請求項１記載の磁界ベクトルセンサを例えばアクチュエータと組合せることにより、小型で精度のよい位置計測システムを構築することができる。
【００２６】
請求項５記載の発明のセンサシステムは、請求項１記載の磁界ベクトルセンサと、これらの複数組の磁気インピーダンス素子の出力信号を随時監視するセンサ出力監視手段と、このセンサ出力監視手段により随時監視される出力信号のうちで最大出力信号を正規信号として出力する信号処理手段と、を備える。
【００２７】
従って、複数組の磁気インピーダンス素子の出力を常に検知させるようにしたので、３軸磁界ベクトルセンサで問題となる１平面の出力信号が弱くなることによる信号の劣化を防ぎ、常に信頼性の高い３軸磁界ベクトルセンサを実現できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１に基づいて説明する。本実施の形態の磁界ベクトルセンサ１は、球状半導体２を利用したものであり、球状半導体２上に複数の薄膜磁気インピーダンス素子としての薄膜磁気抵抗素子３，４，５を半導体プロセスより互いに直交するように形成することにより構成されている。
【００２９】
ここに、球状半導体１は、前述したように例えば、「球面ＩＣタグ開発へ」日経産業新聞記事、’99.6.11に記載されているように、微小（通常、直径１ｍｍ以下）の球状シリコン上に電子回路を形成したＩＣである。このＩＣの特徴としては、従来のＩＣ製造工程におけるようなクリーンルームが不要であり、通常の半導体プロセスで低コストの設備でＩＣを製造できる他、球体表面にＩＣ回路を形成するため従来の平面状ＩＣよりも面積を大きくとることができ、小型のＩＣを実現できることである。具体的には、直径１ｍｍ以下のものも実現可能とされているボールセミコンダクタ社の球状半導体が好適である。
【００３０】
磁界ベクトルセンサ１は、本実施の形態のように３次元磁界ベクトルセンサして構成する場合であれば、図示の如く、３個の薄膜磁気抵抗素子３，４，５をＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向に直交するように形成すればよいが、薄膜磁気抵抗素子は必要に応じて必要な数だけ設ければよい。
【００３１】
図１において、薄膜磁気抵抗素子３，４，５は２端子構造のものとされている。６は引出しパターン、７はバンプである。
【００３２】
本実施の形態によれば、球状半導体（球状シリコン）２を応用し、球状半導体２上に半導体プロセスにより薄膜磁気抵抗素子３，４，５，…を一括して複数個搭載させる構成としたので、従来の個別のコイル等による各センサ素子を立方体状に配置させる場合に比べ、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸方向の配置を半導体プロセスの精度と同等の精度で直交配置させることが可能となる。このため、従来方式のような製造過程における、各軸の特性の調整が不要となり、低コストで精度の良い３次元の磁気ベクトルセンサ１を実現できる。
【００３３】
本発明の第二の実施の形態を図２に基づいて説明する。本実施の形態は、前述したような３次元の磁気ベクトルセンサ１を実現する上で球状半導体２上に形成される薄膜磁気抵抗素子３，４，５，…として４端子構造のＴＭＲ素子を用いた構成例を示すものである。
【００３４】
本実施の形態のＴＭＲ素子（トンネル磁気抵抗効果素子）１１は、基本的には、図２に示すように、絶縁性の基板（球状半導体２の表面に相当する）１２上に積層させた磁界感知補助用軟磁性層１３と第１のスピン偏極層１４とトンネル層１５と第２のスピン偏極層１６との所定のパターンの接合構造により形成されて、磁界感知補助用軟磁性層１３，第１のスピン偏極層１４からトンネル層１５を介して第２のスピン偏極層１６にトンネル電流が流れる構造とされ、これらの各層１３〜１６の積層部分が磁気検知部１７とされている。
【００３５】
このような構成のＴＭＲ素子１１は第１のスピン偏極層１４と第２のスピン偏極層１６とを電極として磁気検知部１７に対して膜面に垂直方向に電流を流した場合の電流の変化を微小電流計（図示せず）より検出する検知方式を採る。この検知動作において、当該磁気検知部１７に対しては検知対象となる外部磁界が印加される。
【００３６】
このようなＴＭＲ素子１１によれば、交流バイアスを必要とせず、サイズも１ｍｍ以下に形成することができ、特に、ボールセミコンダクタ社の球状半導体２によれば、直径１ｍｍ以下のものも実現可能とされており、本実施の形態のＴＭＲ素子１１によればこの程度のサイズでもセンサ特性を得ることが可能とされているので、この面からも超小型の３次元の磁界ベクトルセンサ１を実現できる。
【００３７】
本発明の第三の実施の形態を図３ないし図６に基づいて説明する。本実施の形態は、例えば図１に示した３次元の磁界ベクトルセンサ１を３次元位置センサ又は磁気方位センサとして用いたセンサシステムＳの構成例を示す。
【００３８】
３次元の磁界ベクトルセンサ１におけるＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向に各々配設された３個の薄膜磁気抵抗素子３，４，５は各々Ｘ，Ｙ，Ｚ軸センス回路２１，２２，２３に接続され、これらの各々Ｘ，Ｙ，Ｚ軸センス回路２１，２２，２３を通じて出力される薄膜磁気抵抗素子３，４，５の検知出力に基づき３次元の磁界ベクトルセンサ１の方位及び傾きをも演算処理する傾き算出手段として機能するＣＰＵ２４が設けられており、このＣＰＵ２４を通じて３次元の磁界ベクトルセンサ１の方位及び傾きに関する情報を出力するセンサシステムＳが構成されている。
【００３９】
このようなセンサシステムＳを利用することにより、例えば、図４に示すような人体の動作状況を感知する動作遠隔モニタ装置等の計測システムを構築することができる。図４に示す例では、例えば、４個のセンサシステムＳ１〜Ｓ４を人体上の適宜検知対象部位、例えば、胴体、脚、腕等の部位に装着させるとともに、全体の制御を受け持つウェアラブルコンピュータ２５に無線接続することにより構成されている。即ち、前述したような３次元の磁界ベクトルセンサ１を含む任意個数のセンサシステムＳを人体に装着し、方位とともに人体の傾きも同時に検知できる構成とすることで、人体が動作状態にあることを検知できるようにした計測システムである。
【００４０】
ウェアラブルコンピュータ２５は図５に示すように各々のセンサシステムＳ１〜Ｓ４から出力される信号を受付ける動作状態演算部２６と、この動作状態演算部２６に接続された状態モニタ装置（動作再現）２７と、状態モニタ装置２７から得られる基本動作状態に関するデータを保存する記憶装置２８と、この記憶装置２８に記憶された基本動作状態に関するデータと動作状態演算部２６により得られる緊急状態信号とを管理システム（図示せず）側に対して送信出力する通信制御部２９とにより構成されている。
【００４１】
ここに、動作状態演算部２６の構成の一例を図６に示す。この動作状態演算部２６は、各々のセンサシステムＳ１〜Ｓ４から出力される各軸毎の出力Ｓ１Ｘ，Ｓ１Ｙ，Ｓ１Ｚ、Ｓ２Ｘ，Ｓ２Ｙ，Ｓ２Ｚ，Ｓ３Ｘ，Ｓ３Ｙ，Ｓ３Ｚ、Ｓ４Ｘ，Ｓ４Ｙ，Ｓ４Ｚがアンプ３０を介して入力されるＡ／Ｄ変換器３１と、Ａ／Ｄ変換器３１により変換されたデジタル信号を選択出力するマルチプレクサ３２と、選択信号ＳＥＬ１，２，４，８に応じてマルチプレクサ３２により選択された各軸Ｘ，Ｙ，Ｚ毎のデジタル信号を受付けるＣＰＵ３３とにより構成されている。
【００４２】
従って、本実施の形態によれば、３次元の磁界ベクトルセンサ１により、地磁気を検出することによる方位のみでなく、傾斜方向も検知するようにしているので、このようなセンサシステムＳ１〜Ｓ４を人体に装着した場合、進行方向だけでなく傾斜方向も検知でき、人体の傾きをも検知することにより、人体が動作しているか否かをも検知するようにすることができる。この結果、例えば、従来の位置センサでは鉄工所におけるような広い場所で作業者が不慮の事故に遭遇した場合、動作が停止していることしか検知できず、単に休息している状態との違いは検知できなかったが、本実施の形態の計測システムによれば、このような状態の判別も可能となる。
【００４３】
なお、特に図示しないが、本実施の形態の３次元の磁界ベクトルセンサ１或いはセンサシステムＳ１〜Ｓ４を、外部磁界或いはＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信機と組合せれば、位置計測システムを構築することもできる。これにより、超小型で低コストな位置計測システムを構築でき、モーションキャプチャへの応用ばかりでなく、人体に装着が容易なシステムとして、徘徊老人用や、緊急時の位置センサシステムを構築することができる。
【００４４】
本発明の第四の実施の形態を図７に基づいて説明する。本実施の形態は、例えば前述したような３次元の磁界ベクトルセンサ１（図１、図２の何れの構成でもよい）を球状半導体４１を利用して構成されたアンプ４２を介してセンサ基板４３上に実装し、このセンサ基板４３上にＡ／Ｄ変換器４４等を実装するとともに、無線チップ、例えばブルートゥースユニット４５のチップを実装することによりワイヤレスのセンサシステム４６を構成したものである。球状半導体２，４１同士の結合等に関しては、例えば特開２０００−３４９２２７公報等に示される技術を利用すればよい。
【００４５】
このようなセンサシステム４６は例えばウェアラブルコンピュータ２５等に相当し適宜箇所に配設、設置される主センサユニット４７と組合せて利用される。この主センサユニット４７はスレーブ側となるブルートゥースユニット４５に対してマスタ側となるブルートゥースユニット４８のチップを有しており、ＣＰＵ４９側からの指令に応じてブルートゥースユニット４５，４８間で信号の授受を無線により行わせる。
【００４６】
従って、本実施の形態によれば、例えばブルートゥースチップ等の無線チップと組合せることにより、超小型でワイヤレスの磁界ベクトルセンサを提供することができる。
【００４７】
本発明の第五の実施の形態を図８ないし図１０に基づいて説明する。本実施の形態は、地磁気を検知対象とする前述の３次元の磁界ベクトルセンサ１（図１、図２の何れの構成でもよい）を例えばＸ，Ｙ，Ｚの３軸アクチュエータ５１，５２，５３と組合せることにより３次元位置計測システムを構築したものである。この場合、地磁気のみによる位置計測でもよいが、必要に応じて発信磁界（図示せず）を設け、この発信磁界との距離を検知するようにしてもよい。
【００４８】
図示例では、磁界ベクトルセンサ１はＸ軸アクチュエータ５１上を対象部位として搭載されており、磁界ベクトルセンサ１における３軸各方向の薄膜磁気抵抗素子３，４，５の検知出力に基づき３軸方向のベクトルを検知するＣＰＵ等による検知手段（図示せず）と組合せたセンサシステムＳ１として構成されている。
【００４９】
この場合の磁界ベクトルセンサ１が設置されている箇所のＸＹＺ座標軸上の３次元位置を図９に示すようにｆ（ｘ，ｙ，ｚ）とし、要求される指定の位置をＲ１とする。
【００５０】
このような構成において、ＣＰＵにより実行される磁界ベクトルセンサ１設置箇所の位置制御を伴なうアクチュエータ動作制御例を図１０に示すフローチャートを参照して説明する。まず、一定時間内に処理するため、タイマをＯＮさせることにより制御を開始する（ステップＳ１）。そして、その時点で磁界ベクトルセンサ１から得られるＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向の情報を持つ信号Ｓ１を読込む（Ｓ２）。引き続き、要求されるＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向の位置情報Ｒ１を読込む（Ｓ３）。そして、各々の軸方向成分毎に比較対比し（Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）、全ての軸方向についてほぼ等しければ、タイマをＯＦＦして（Ｓ７）、位置制御処理を終了する。一方、各々の軸方向成分毎の比較対比において（Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）、一つの軸成分でもほぼ等しくないものがあれば、その大小関係を比較し（Ｓ８）、その比較結果に応じて対応する軸成分用のアクチュエータ５１，５２又は５３を＋１方向に駆動させ（Ｓ９）、或いは、−１方向に駆動させ（Ｓ１０）、ステップＳ２の処理に戻り、ステップＳ２以降の処理を繰返す。タイマがタイムアップしてＯＦＦしていれば（Ｓ１１のＹ）、エラー処理を行う（Ｓ１２）。
【００５１】
このように、本実施の形態によれば、地磁気又は発信磁界を検知対象とする３次元の磁界ベクトルセンサ１を例えばアクチュエータ５１，５２，５３と組合せることにより、小型で精度のよい位置計測システムを構築することができる。
【００５２】
本発明の第六の実施の形態を図１１に基づいて説明する。本実施の形態では、例えば球状半導体２上に互いに直交する３軸方向に薄膜磁気抵抗素子、例えば、ＴＭＲ素子１１ｘ１，１１ｘ２，１１ｙ１，１１ｙ２，１１ｚ１，１１ｚ２の２組分が配設された３軸磁界ベクトルセンサ６１と、これらのＴＭＲ素子１１ｘ１，１１ｘ２，１１ｙ１，１１ｙ２，１１ｚ１，１１ｚ２の出力を常時監視するセンサ出力監視手段としてのマルチプレクサ６２と、このマルチプレクサ６２により選択出力される信号をＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸成分毎に検知動作するＸ，Ｙ，Ｚ軸センス回路６３，６４，６５と、これらのＸ，Ｙ，Ｚ軸センス回路６３，６４，６５から得られる各軸成分毎の信号のうちでＳ／Ｎの最も大きな信号、即ち、最大信号出力を正規信号として出力するように演算処理を行う信号処理手段としてのＣＰＵ６６とによりセンサシステム６７が構成されている。
【００５３】
このように、本実施の形態によれば、複数組、例えば２組のＴＭＲ素子１１ｘ１，１１ｘ２，１１ｙ１，１１ｙ２，１１ｚ１，１１ｚ２の出力を常に検知させるようにしたので、３軸磁界ベクトルセンサで問題となる１平面の出力信号が弱くなることによる信号の劣化を防ぎ、常に信頼性の高い３軸磁界ベクトルセンサを実現することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態で器は、前述の実施の形態の場合と同様、球状半導体２を利用した磁界ベクトルセンサへの適用例として説明したが、球状半導体２を用いたものに限らず、例えば、図１２の場合のように立方体を利用した磁界ベクトルセンサの場合にも適用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の磁界ベクトルセンサによれば、球状半導体上に複数個の薄膜磁気インピーダンス素子を備えることで、球状半導体上に半導体プロセスにより薄膜磁気インピーダンス素子を一括して複数個搭載させる構成としたので、従来の個別のコイル等による各センサ素子を立方体状に配置させる場合に比べ、各軸方向の配置を半導体プロセスの精度と同等の精度で直交配置させることが可能となり、このため、従来方式のような製造過程における、各軸の特性の調整が不要となり、低コストで精度の良い３次元センサを実現することができる。
【００５６】
また、請求項１記載の発明によれば、薄膜磁気インピーダンス素子としてトンネル磁気抵抗効果素子を用いることにより、ポヒーマス（Polhemus）社の３次元センサの場合のような巻線コイルに依らないため、超小型の磁界ベクトルセンサを提供することができ、また、ＭＩ素子におけるようなバイアスコイルが必要ないため、コイルがなくなるばかりでなく、バイアスコイル用の周辺回路も不要となり、超小型の３次元磁界ベクトルセンサを提供することができる。
【００５７】
請求項２記載の発明のセンサシステムによれば、請求項１記載の磁界ベクトルセンサと、例えばブルートゥースチップ等の無線チップとを組合せることにより、超小型でワイヤレスの磁界ベクトルセンサを提供することができる。
【００５８】
請求項３記載の発明のセンサシステムよれば、請求項１記載の磁界ベクトルセンサと、磁界ベクトルセンサにおける３軸各方向の薄膜磁気インピーダンス素子の検知出力に基づき検知対象部位の傾きを算出する傾き算出手段と、を備えることで、地磁気を検出することによる方位のみでなく、傾斜方向も検知するようにしているので、例えば、人体を検知対象部位として当該磁界ベクトルセンサを装着した場合、進行方向だけでなく傾斜方向も検知できることから、人体の傾きをも検知することにより、人体が動作しているか否かをも検知するようにすることができ、この結果、例えば、鉄工所におけるような広い場所で作業者が不慮の事故に遭遇した場合でも、単に休息している状態との違いを判別することが可能となる。
【００５９】
請求項４記載の発明のセンサシステムによれば、請求項１記載の磁界ベクトルセンサを例えばアクチュエータと組合せることにより、小型で精度のよい位置計測システムを構築することができる。
【００６０】
請求項５記載の発明のセンサシステムによれは、請求項１記載の磁界ベクトルセンサと、これらの複数組の磁気インピーダンス素子の出力信号を随時監視するセンサ出力監視手段と、このセンサ出力監視手段により随時監視される出力信号のうちで最大出力信号を正規信号として出力する信号処理手段と、を備えることで、複数組の磁気インピーダンス素子の出力を常に検知させるようにしたので、３軸磁界ベクトルセンサで問題となる１平面の出力信号が弱くなることによる信号の劣化を防ぎ、常に信頼性の高い３軸磁界ベクトルセンサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の磁界ベクトルセンサを示す概略斜視図である。
【図２】本発明の第二の実施の形態のＴＭＲ素子部分を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）はその断面構造図である。
【図３】本発明の第三の実施の形態のセンサシステムを示すブロック図である。
【図４】センサシステムを人体に実装した例を示す概略図である。
【図５】その検知系を示すブロック図である。
【図６】その動作状況演算部の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第四の実施の形態を示す概略構成図である。
【図８】本発明の第五の実施の形態を示す概略斜視図である。
【図９】その座標例を示す説明図である。
【図１０】動作制御例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第六の実施の形態を示す概略ブロック図である。
【図１２】従来例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１      磁界ベクトルセンサ
２      球状半導体
３，４，５      薄膜磁気インピーダンス素子
１１      トンネル磁気抵抗効果素子
２４      傾き算出手段
４５      無線チップ
６２      センサ出力監視手段
６６      信号処理手段
Ｓ        センサシステム
【図１】
0004480305.tif 000002
【図２】
0004480305.tif 000003
【図３】
0004480305.tif 000004
【図４】
0004480305.tif 000005
【図５】
0004480305.tif 000006
【図６】
0004480305.tif 000007
【図７】
0004480305.tif 000008
【図８】
0004480305.tif 000009
【図９】
0004480305.tif 000010
【図１０】
0004480305.tif 000011
【図１１】
0004480305.tif 000012
【図１２】
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