CN100513995C - 小型姿势检测传感器、以及装载了该小型姿势检测传感器的手机 - Google Patents

Abstract

本发明所提出的小型姿势检测传感器(1)，是将检测相互垂直的3个轴方向磁场强度的3个磁性感测部(41～43)和检测绕相互垂直的2个轴方向转动的倾斜角度的2个倾斜感测部(2a和2b)、以及控制各磁性感测部(41～43)和各倾斜感测部(2a和2b)的电子控制回路配置在基板(10)上，并实现了模块一体化的传感器。各倾斜感测部(2a、2b)是由与倾斜角度相对应产生位移的磁铁体(21)和检测磁铁体(21)所产生的磁场强度的磁性感测头所组成。3个磁性感测部(41～43)和2个磁性感测头(23)由同类型的磁性检测元件而构成。对上述合计5个磁性检测元件的控制处理，可以使用1个或1个以上的电子回路，并且，所使用的电子回路和3个磁性感测部(41～43)、以及2个倾斜感测部(2a和2b)构成一个标准组件，实现了模块一体化。

Description

小型姿势检测传感器、以及装载了该小型姿势检测传感器的手机

技术领域

本发明提出了一种关于检测方位以及倾斜的小型姿势检测传感器、以及装载了该小型姿势检测传感器的手机。

背景技术

以前，作为可以检测方位和姿势的姿势检测传感器，有将3轴的磁性感测部和2轴以上的加速度感测部相结合而构成的产品。例如，有利用霍尔元件的磁性感测部和、由应力感知元件构成的加速度感测部所组成的姿势检测传感器。(请参阅下述专利文献1)。

专利文献1：特开2003-172633号公报

然而，上述以前的小型姿势检测传感器，存在了下述的一些问题。即，上述以前的姿势检测传感器，要将具有检测原理完全不同的上述磁性感测部及上述加速度感测部高效率地配置在一起非常困难，很难实现传感器全体的小型化。进一步讲，在上述磁性感测部及上述加速度感测部中作为处理测量信号的电子控制处理回路是完全不一样的，必须进行不同的设计。换句话说，至少需要2种以上的电子控制处理回路。这也是上述以前的姿势检测传感器不能实现小型紧凑化的原因。

发明内容

【本发明解决的课题】

本发明鉴于以上所述以前的姿势检测传感器所存在的问题，提出了一种既可以检测方位和倾斜，而且整体结构、又紧凑小巧的小型姿势检测传感器。

【本发明为解决上述课题而采用的方法】

本专利的第1发明就是一种新型的小型姿势检测传感器。由检测相互垂直的3个轴方向磁场强度的3个磁性感测部和检测绕相互垂直的2个轴转动的倾斜角度的2个倾斜感测部所组成。

上述该倾斜感测部由装载了与上述倾斜角度相对应产生位移的磁铁体的悬臂和检测上述磁铁体所产生的位移的变化量的磁性感测头所构成。

本发明的上述小型姿势检测传感器中的上述3个磁性感测部和上述2个磁性感测头使用了相同类型的磁性检测元件。并且，使用1个以上的电子控制回路控制处理上述共5个磁性检测元件。

除上述的特点和结构组成之外，本发明的上述小型姿势检测传感器将上述3个磁性感测部和上述2个倾斜感测部统一组合成为一个标准组件，并实现了模块一体化。

将本专利的第1发明中所阐述的上述小型姿势检测传感器，如上所述，将检测相互垂直的3个轴方向磁场强度的3个磁性感测部和检测绕相互垂直的2个轴转动的倾斜角度的2个倾斜感测部、以及控制处理上述各磁性感测部和上述各倾斜感测部的电子控制回路统一配置于一个标准组件中，实现了模块一体化。

根据上述的2个倾斜感测部，可以检测出由上述相互垂直的2个轴所规定的平面的倾斜角。并且，根据上述的3个磁性感测部可以检测出自转角，即，在此检测出的绕各自轴转动的自转角与上述倾斜角无关。因此，可以通过上述的以2个为1组的倾斜感测部和以3个为1组的磁性感测部的组合构成，可以感知上述小型姿势检测传感器的姿势及方位。

并且，因为上述小型姿势检测传感器中的上述磁性感测部和上述倾斜感测部实现了模块一体化，所以本发明的上述小型姿势检测传感器与各自装载上述磁性感测部和上述倾斜感测部的结构相比，在抑制了全体的电力消费的同时，还可以实现结构构成的小型紧凑化。

更进一步讲，使用实现了模块一体化的上述小型姿势检测传感器，不但可以高精度地确保得到上述磁性感测部和上述倾斜感测部的相对轴向位置精度，而且还可以更进一步提高上述小型姿势检测传感器的姿势及方位的检测精度。

此外，上述本发明的小型姿势检测传感器中使用的上述3个磁性感测部和上述2个磁性感测头由具有相同类型的磁性检测元件所组成。这样，可以用同样的驱动原理来构成控制处理这些磁性检测元件的电子控制回路。其结果，可以使上述本发明的小型姿势检测传感器更进一步实现结构简单化和小型紧凑化。

综上所述，本专利的第1发明所提出的上述小型姿势检测传感器是成功实现了小型化，并且是具有高的轴向精度和电力消耗小的卓越特性的小型姿势检测传感器。

本专利的第2发明是装载了上述本专利的第1发明所提出的上述小型姿势检测传感器的手机。具有下述的特点和构成：

具有检测姿势信息的磁性感知传感器、中央演算处理单元、以及容纳动作程序的存储器单元；

上述磁性感知传感器是上述本专利的第1发明所提出的上述小型姿势检测传感器；

上述中央演算处理单元具有读取上述磁性检测传感器的输出信号，并通过上述动作程序所规定的动作来执行的功能。

将本专利的第2发明中所阐述的上述的特点和构成总结起来简单地说，由于装载使用了上述小型姿势检测传感器，可以高精度地检测本发明所提出的上述手机的姿势和方位。并且，上述手机中的上述中央演算处理单元，从上述磁性检测传感器中读取输出信号(即上述姿势和方位的信息情报)，并根据上述动作程序所规定的动作来执行。

对于上面所述的规定动作来说，还包含了基于上述的姿势信息的所定方向的画面变换、光标移动等动作。同时，上述规定动作还包括，可以根据所定的姿势产生的变化，比如说，在产生旋转(回转)或者产生振动(摇动)，来执行上述手机的开始通话、结束通话、或者打开电子邮件等等的动作。

这样，按照上述小型姿势检测传感器的输出信号来执行上述所规定的动作的构成，可以不依靠键盘操作就可以实现向手机输入信息，或者可以利用上述姿势信息与键盘操作协调实现向手机输入信息。

更进一步讲，上述所规定的动作，也包括了将上述小型姿势检测传感器的输出信号容纳于RAM或者ROM等的上述存储器单元中的动作。这样一来，按照上述存储器单元容纳的上述输出信号随时间的变化，可以把握上述手机使用者的动作变化等。

附图说明

[图1]所示为实施例1中的小型姿势检测传感器的斜视图。

[图2]所示为实施例1中的磁性感测部的正面图。

[图3]所示为实施例1中，表示磁性感测部断面构造的剖面图。

[图4]所示为实施例1中的磁性感测部的的斜视图。

[图5]所示为实施例1中的说明电磁线圈的斜视图。

[图6]所示为实施例1中，表示磁性感测部控制用IC芯片电子回路的等效回路示意图。

[图7]所示为本发明实施例1中，表示通向非结晶合金磁性线的脉冲电流和电磁线圈产生的感应电压的关系图。

[图8]所示为实施例1中，表示磁性感测部控制用IC芯片电子回路的回路图。

[图9]所示为实施例1中，表示倾斜感测部的磁铁体周围的俯视图。

[图10]所示为实施例1中，表示倾斜感测部控制用IC芯片电子回路的回路图。

[图11]所示为实施例1中，表示用2个电子回路控制处理5个磁性检测元件时的回路构成框图。

[图12]所示为实施例1中，表示磁性感测部控制和倾斜感测部控制共用IC芯片电子回路的回路图。

[图13]所示为实施例1中，表示用1个电子回路控制处理5个磁性检测元件时的回路构成框图。

[图14]所示为实施例2中，表示小型姿势检测传感器的俯视图。

[图15]所示为实施例2中，表示小型姿势检测传感器断面构造的剖面图(图14中从B-B面剖开的剖面图)。

[图16]所示为实施例3中，表示出手机的一部分内部结构的示意图。

[图17]所示为实施例4中，表示小型姿势检测传感器的平面图。

[图18]图17中A-A面剖开的剖面图。

[图19]所示为实施例4中，表示倾斜感测部和位移限制器的平面图和剖面图。

[图20]所示为实施例4中，说明位移限制器功能的倾斜感测部和位移限制器平面图。

[图21]所示为实施例4中，表示倾斜感测部的斜视图。

[图22]所示为实施例4中，表示支持部件的斜视图。

具体实施方式

上面所阐述的本专利第1发明的小型姿势检测传感器，除了可用于手机等的携带机器之外，还可以应用于汽车、自律移动的机器人、以及机器人的机械手等的控制。

此外，本发明的小型姿势检测传感器中，构成上述3个磁性感测部的磁性检测元件和构成上述2个磁性感测头的磁性检测元件，使用了磁阻抗传感器元件(以下简称为「MI元件」)。

即，上述磁性感测部以及上述磁性感测头，包含了感磁体和旋绕在该感磁体周围的电磁线圈。即上述磁性感测部，由与通向上述感磁体电流的变化相对应在上述电磁线圈两端产生电位差的MI元件所组成。

再者，本发明的小型姿势检测传感器中的上述悬臂呈长方形的梁形状，它的一端通过支持柱配设在上述标准组件的基板上，另一端上组合配置了上述磁铁体。并且，本发明的小型姿势检测传感器中的上述悬臂具有在其主面的法线方向可以摆动的悬臂梁结构的最佳构成，且上述悬臂的摆动方向与上述基板的表面平行。

以上所述的所谓「摆动」，是指由于悬臂的弯曲，使悬臂的自由端(设置了磁铁体的一端)产生位移和角度的变化。当然，以上所述的上述悬臂的弯曲和自由端的位移等是很微小的量，例如，悬臂自由端的位移为悬臂长度的10分之一以下(包括10分之一)。

此外，与上述感磁体的通电电流的变化相对应，上述电磁线圈上产生感应电压的现象称为磁阻抗传感现象(以下简称为「MI现象」)。上述MI现象是由配置在供给电流方向的周围、具有电子旋转排列的磁性材料所组成的感磁体所产生的现象。如果急剧快速变化通向感磁体的电流，电流周围的磁场将产生急剧的变化，由于该磁场变化的作用，与周围磁场相对应的电子旋转排列的方向也将产生变化。此时，感磁体内部磁化特性以及阻抗等产生变化的现象就是MI现象。

所谓MI元件，就是利用了配置在供给电流方向的周围、由电子旋转排列的磁性材料构成的感磁体而组成的元件。如果急剧快速变化通向感磁体的电流，电流周围的磁场将产生急剧的变化，由于该磁场变化的作用，与周围磁场相对应的电子旋转排列的方向也将产生变化。此时，将感磁体内部磁化特性以及阻抗等所产生的变化转换为配置在感磁体周围的电磁线圈两端所产生的电压或电流的元件就是MI元件。并且，组合MI元件和电子回路所构成的传感器称为MI传感器。

这样，如上所述，如果采用与感磁体的通电电流变化相对应在上述电磁线圈的两端上产生电位差的MI元件来构成的上述磁性感测头部，可以实现高灵敏度的磁性检出，从而可以高精度地检出上述磁铁体的位移。再者，作为上述感磁体，可以使用线状的形状，也可以使用薄膜状的形状。作为上述感磁体的材质，可以使用FeCoSiB，NiFe等。

综上所述，由上述MI元件构成的上述磁性感测部，可以高精度地检测沿上述各轴方向的磁场强度。并且，采用上述MI元件所构成的上述倾斜感测部中的感测头，可以高精度地检测上述基板的倾斜角，即可以高精度地检测绕上述悬臂较长方向轴转动的回转角。

此外，对上述磁铁体来说，具有下述的最佳构成。即，配置组合了第1磁铁体和第2磁铁体，并且使两磁铁体的磁化方向正好处于相互逆反的方向。

由于上述磁铁体具有上述的构成结构，在相互逆反的磁化方向上，上述第1磁铁体和上述第2磁铁体上将产生的各自的磁力矩。当周边外界磁场作用于在相互逆反的磁化方向上存在有磁力矩的上述各磁铁体的时候，各磁铁体将产生方向相反的转矩。这样一来，在上述第1磁铁体的转矩所产生的上述悬臂的位移和上述第2磁铁体的转矩所产生上述悬臂的位移之间将呈现出相互抵消的效果，其结果，可以抑制由于周边外界磁场的影响使上述悬臂和上述磁铁体所产生的位移。

对上述磁性感测部以及上述磁性感测头来说，具有下述的最佳构成。即，当通向上述感磁体的通电电流在10纳秒以内上升或下降时，通过检测上述电磁线圈的两端所产生的感应电压的大小来达到检测磁场强度的目的。

在此情況下，急剧变化的上述感磁体通电电流，上述感磁体可以产生接近于自旋电子变化的传播速度的磁场变化速度，从而更能充分体现MI现象。

10纳秒以内的电流的上升或下降，相当于含有0.1GHz高频率成分的变化电流作用于上述感磁体。此时，如果检测上述电磁线圈两端所产生的感应电压，就可以测出周边外界磁场随着感磁体内部磁场的变化而感应出上述感应电压的大小，因此，可以高精度地测量周边外界磁场的强度。在此，通电电流的上升或下降是指向上述阻抗元件通以电流值10％以下(90％以上)到90％以上(10％以下)的变化电流。

更进一步讲，对本发明的上述磁性感测头来说，还具有下述的最佳构成。即上述磁性感测头具有在上述感磁体的通电电流急剧下降的时候，检测上述电磁线圈两端产生的感应电压的理想结构。

与通电电流急剧上升的时候相比，通电电流急剧下降的时候，对磁场强度来说，上述磁性感测头的测量信号的直线性(线性特性)比较好。

对本发明的上述小型姿势检测传感器中使用的上述基板来说，具有下述的最佳构成。即，上述基板至少具有配置了上述磁性感测部中检测上述基板法线方向的磁场强度的垂直磁性感测部的第1基板和、被该第1基板所支撑保持的第2基板。

对于上述垂直磁性感测部，其最佳配置构成是与上述第2基板一起，被并列配置在上述第1基板的安装表面上。

在此，所说的上述垂直磁性感测部与上述第2基板一起并列配置在上述第1基板的安装表面上是意味着，在上述第2基板的实际安装高度没有被限制的部分配置上述垂直磁性感测部。

根据上面所述的情况，在上述第1基板的实际安装表面上，并列配置了高度方向尺寸较大的上述垂直磁性感测部和上述第2基板，这样可以更有效地利用上述小型姿势检测传感器高度方向的空间。因此，本发明的上述小型姿势检测传感器可以说是内部元件的装配密度很高的小型姿势检测传感器。

并且，本发明的上述小型姿势检测传感器还具有下述的理想结构，即在上述悬臂自由端的摆动方向，设置了防止上述悬臂产生过大位移的位移限制器(位移限制器块)。

这样，当小型姿势检测传感器受到很大冲击，很大的作用力施加了于悬臂的时候，由于配设了上述位移限制器，悬臂的自由端将与位移限制器相接触，可以防止悬臂产生超过必要值以上的位移量(过位移)。为此，可以防止悬臂产生异常的变形和破损。

对于上述位移限制器的设置，可以将其配设在上述悬臂自由端摆动方向的一侧，也可以将其配设在上述悬臂自由端摆动方向的两侧。

并且，对上述位移限制器来说，其最为理想的构成是上述位移限制器中至少有一个位移限制块与上述支持部件做为一体，实现一体化。

在这种情况下，可以减少上述小型姿势检测传感器的零部件数，这样既提高了上述小型姿势检测传感器的安装性，又有利于降低生产成本。

再者，对本发明的上述小型姿势检测传感器来说，还具有下述理想的构成，即，使用具有切换开关的2个上述电子控制回路，通过时间分割来控制上述5个磁性检测元件。

即是，对于上述电子控制回路来说，其最为理想的构成是由控制上述各磁性感测部的第1电子控制回路和、控制上述各倾斜感测部的第2电子控制回路所组成。一方面，上述第1电子控制回路通过时间分割来控制上述3个磁性感测部；另一方面，上述第2电子控制回路通过时间分割来控制上述2个倾斜感测部。

在这里，上述的所谓「用时间分割来控制」是表示按所定的的时间表来依次转换控制磁性感测部或者倾斜感测部。

在这种情况下，由于上述3个磁性感测部共同使用上述第1电子控制回路和上述2个倾斜感测部共同使用上述第2电子控制回路，使上述小型姿势检测传感器实现了整体的小型化，同时，还可以抑制电力消费。因此，上述电子控制回路的最佳构成提高了上述小型姿势检测传感器安装于电子基板的可安装性。

对于上述电子控制回路来说，还具有下述的理想构成。即是，用时间分割来分别控制上述3个磁性感测部和上述2个倾斜感测部。

这样，由于采用时间分割来控制构成上述各磁性感测部和上述各倾斜感测部中的全部上述MI元件，可以使上述电子控制回路的回路规模更加小型化。

此外，对本发明的上述小型姿势检测传感器来说，还具有下述理想的构成，即，使用具有切换开关的1个上述电子控制回路，通过时间分割来控制上述5个磁性检测元件。

在这种情况下，由于上述3个磁性感测部和上述2个倾斜感测部的磁性感测头共同使用1个电子控制回路，可以使上述小型姿势检测传感器的整体尺寸更加小型化，同时，还可以更进一步抑制电力消费。

更进一步讲，上述电子控制回路中，还具有采用上述3个磁性感测部中的任何一个测量信号来补正处理上述各磁性感测头的测量信号的最佳理想构成。

换句话说，上述电子控制回路，采用了与该磁性感测头相同方向(灵敏度方向)的上述各磁性感测部的测量信号来补正处理上述各磁性感测头的测量信号。

在这种情况下，如果利用上述各磁性感测部的测量信号，可以排除上述各倾斜感测部的测量信号中来自于诸如地磁等周边外界磁场的影响，从而更进一步提高检测精度。

具体地说，本发明的上述小型姿势检测传感器，具有从上述倾斜感测部的上述磁性感测头检测的磁场值中，扣除与上述磁性感测头相平行配置的磁性检测部检测的磁场值对其进行补正的功能。

例如，如果上述3个磁性检测部中的2个磁性检测部与上述倾斜感测部的上述磁性感测头平行配置，对相互平行的磁性感测头和磁性检测部分别检测出的磁场值进行上述的扣除补正。这样，可以很容易并且很精确地排除周边外界磁场的影响。

再者，本发明的上述小型姿势检测传感器，还具有便于安装的集成电路模块化的最佳结构。

这样构成的结果，更进一步提高了本发明的上述小型姿势检测传感器在电子基板等电子元件中的可安装性。

本发明的上述小型姿势检测传感器，具有长度方向在6mm以下、宽度在6mm以下、高度方向在2mm以下的实际安装尺寸，实现了极小型化。在这种情况下，实现了极小型化的本发明的上述小型姿势检测传感器，可以更进一步提高在电子基板等电子产品上的可安装性。

实施例

(实施例1)

本实施例是介绍关于本发明提出的小型紧凑、且具有省电功能的小型姿势检测传感器的实施例。用图1～图13来说明其详细内容。

如图1所示，本实施例的小型姿势检测传感器1是，在基板10上配置了检测相互垂直的3个轴方向磁场强度的3个磁性感测部41、42、43和、检测绕相互垂直的2个轴转动的倾斜角度的2个倾斜感测部2a与2b。

在此，各倾斜感测部2a、2b由与倾斜角度相对应产生位移的磁铁体21和检测该磁铁体21所产生的磁场强度的磁性感测头23所组成。

上述3个磁性感测部41、42、43和上述2个磁性感测头23是使用同类型的磁性检测元件而构成。

使用1个或1个以上的电子控制回路来控制处理上述合计5个磁性检测元件，并且，将上述1个或1个以上的电子控制回路和上述3个磁性感测部41、42、43，以及上述2个倾斜感测部23构成了一个标准组件，即本实施例的小型姿势检测传感器1实现了模块一体化。

以下，详细说明上述内容。

本实施例的小型姿势检测传感器1中的上述各磁性感测部41～43的配置是为了保证检测到沿着矩形状基板10中相互垂直的2个边的2个轴、以及与该2个轴相垂直的轴(基板10法线方向的轴)的第3个轴方向的磁场强度。并且，如图1所示，本实施例的小型姿势检测传感器1的上述倾斜感测部2a、2b的配置是为了保证检测到沿着矩形状基板10中相互垂直的2个边的倾斜角度。除此之外，在基板10表面，还配置了用于控制磁性感测部的IC芯片14和用于控制倾斜感测部IC芯片12。以下的说明中，将沿着略为矩形状的基板10中大约相互垂直的2个边的2个轴分别称为X轴10

a和Y轴10b，将沿基板10法线方向的轴称为Z轴10c。

本实施例的磁性感测部41～43中，作为感磁体44，使用了长度为1mm、线直径为20微米，由Co_68.1Fe_4.4Si_12.5B_15.0合金构成的非结晶合金磁性线(以下，简称为非结晶合金磁性线44)。再如图2和图3所示，在非结晶合金磁性线44插入的管状绝缘树脂46的外周面，旋绕了内径在200微米以下的电磁线圈45。

即，本实施例的上述各磁性感测部41～43，利用了与周边磁场的强度变化相对应其阻抗产生很大变化的的非结晶合金磁性线44(即感磁体)所呈现出的MI(Magneto-impedance)现象。因此，本实施例通过检测向非结晶合金磁性线44通以脉冲形状的电流(以后，简称为脉冲电流)时电磁线圈45上产生的感应电压，来检测出周边外界磁场的强度。

如上所述，利用了MI现象的MI元件(本实施例中的磁性感测部41～43)，由上述感磁体内部磁化特性及阻抗等的变化转换为电磁线圈45两端所产生的电压(感应电压)的结构原理来构成。上述感磁体的内部磁化特性及阻抗等的变化是，急剧快速变化通向作为感磁体的非结晶合金磁性线44的通电电流时伴随着电子旋转方向的变化所产生的。并且，本实施例的磁性感测部41～43，在作为感磁体的非结晶合金磁性线44的较长方向(线长方向)具有高灵敏度的磁性检出性。

如图4和图5所示，本实施例的磁性感测部41～43，形成在设置了深度为5～200μm、且形状大约为矩形的沟状凹部470的元件基板47上。在该沟状凹部470内侧周面中的相互面对的各侧沟面470a上，复数配设了与沟方向垂直、具有均一螺距的导电线路45a。此外，在凹部470沟底面470b上，配设与沟方向垂直的导电线路45b，并且将45b与配设在侧沟面470a上的具有同一螺距的导电线路45a进行电性连接。

此外，在各侧沟面470a、以及沟底面470b上配设了导电线路45a、45b的凹部470的内部，充填由环氧树脂构成的绝缘树脂46，并在其中埋设非结晶合金磁性线44。并且，在凹部470充填了绝缘树脂46的外表面，配设和相互面对的侧沟面470a上配设的导电线路45a错开1个螺距，而且与沟方向处于斜交状态的导电线路45c，将其与导电线路45a进行电性连接。这样，导电线路45a、45b、45c形成了具有螺旋环绕状的电磁线圈45。

本实施例中，导电线路45a、45b、45c的形成方法是，首先在凹部470的内周面470a、470b的全部面上，蒸镀上具有导电性的金属薄膜(在此省略了图示说明)，然后，实施蚀刻法处理形成导电线路45a、45b；同样，在绝缘树脂46外表面的全部面上，蒸镀上具有导电性的金属薄膜(在此省略了图示说明)，然后，实施蚀刻法处理形成所需的导电线路45c。

本实施例的电磁线圈45的绕线内径为66μm(在此绕线内径定义为与凹部470的断面积相等的圆面积所推算出的圆的直径)。电磁线圈45的单位长度的绕线间隔为50μm/圈。本实施例中，上述磁性感测部41～43采用了具有完全同一参数式样的MI元件，在非结晶合金磁性线44的较长方向，分别设定X轴方向10a、Y轴方向10b和Z轴方向10c。

如图6所示，对控制上述磁性感测部41～43的磁性感测部控制用IC芯片14来说，具有产生向非结晶合金磁性线44输入的脉冲电流的信号发生器141和、输出与电磁线圈45两端的输出电压e(请参考图7(b))相对应的检测信号的信号处理部142的电子回路。信号发生器141具有能产生通电时间为40nsec(毫微秒)、脉冲间隔为5μsec(微秒)的脉冲电流的功能。并且，本实施例的信号发生器141还具下述的构成特点，即，将与脉冲电流下降同步的基准信号向信号处理部142的模拟开关142a输出。

上述信号处理部142，具有电性连接在电磁线圈45和信号处理部142之间，与上述基准信号同步实施「接通」和「断开」的模拟开关142a。并且，该信号处理部142中，还包含了通过模拟开关142a和电磁线圈45相连接的电容142c，形成具有作为峰值保持电路功能的同步检波电路。此外，在上述同步检波电路中，还组合设置了放大器142b。

以下，就本实施例的磁性感测部41～43的磁性检测方法进行简单的说明。如图7所示，作为本实施例的磁性检测方法，在通向非结晶合金磁性线44的脉冲电流(请参考图7(a))急剧下降时，检测电磁线圈45两端产生的输出电压e(请参考图7(b))。本实施例的脉冲电流，从定常值(电流值150mA)的90％下降到10％的切断时间设定为4nsec(毫微秒)。

如图7所示，在切断通向被放置在磁场中非结晶合金磁性线44的脉冲电流的瞬间，其大小与非结晶合金磁性线44的较长方向成分成比例的输出电压e在电磁线圈45两端发生。因此，本实施例的IC芯片14，将电磁线圈45的感应电压e，通过根据上述基准信号而处于ON(接通)状态的模拟开关142a输入到电容142c中。再通过放大器142b增幅放大从输出接口145输出。

如上所述，本实施例的各磁性感测部41～43，将与作用在非结晶合金磁性线44的较长方向的磁场强度相对应的输出信号，通过IC芯片14向外部输出。

如图8所示，本实施例的IC芯片14的电子控制回路中，设置了切换信号发生器141和各磁性感测部41～43的感磁体44间的电性回路，以及从信号处理部142和各电子线圈45间的电性回路的电子开关148。为此，对本实施例中检测沿X轴10a、Y轴10b、Z轴10c(请参照图1)的磁场强度的3个磁性感测部41～43来说，可以以2ms的时间间隔，来分割共同使用磁性感测部控制用IC芯片14。在此，时间间隔设定为2ms仅为一例，可以比2ms长，也可以比2ms短。

下面，详细说明本实施例的倾斜感测部2a、2b的内容。

如图1所示，本实施例的倾斜感测部2a、2b包括了其自由端上固定支撑了磁铁体21且具有悬臂梁结构的悬臂22和检测该磁铁体21所产生的磁场强度的磁性感测头23。该倾斜感测部2a、2b将与倾斜角相对应的作用于悬臂22的重力大小转变为磁铁体21的位移，再用磁性感测头23检测由于该位移所产生的磁场强度的变化。

再如图1所示，在突出于基板10表面的法线方向具有支持柱28。上述悬臂22，其轴方向的一端，即固定端221固定支撑在支持柱28上，成为具有悬臂梁结构的弹性体。并且，在上述悬臂22的自由端(即固定支撑在支持柱28上的悬臂22的固定端的另一端)上，配设了磁铁体21。本实施例的悬臂22，其材质为NiP，形状为宽0.3mm、长1.5mm、厚5μm的矩形板状。再者，本实施例为了适当抑制悬臂22在厚度方向刚性而增大磁铁体21位移量，从支持柱28的根部开始到自由端之前0.38mm的位置，开设了宽度为0.22mm的长孔220。

在此，本实施例由于开设了长孔220，使悬臂22的固有频率(共振频率)可设定在50以上和60Hz以内的范围内。虽然，本实施例中的说明是针对在悬臂22的侧面开设了长孔220而讨论的结果，但是，作为代替方案，也可以不要长孔220而直接使用矩形板状悬臂。

磁铁体21配置在悬臂22自由端端部的侧面。本实施例中，首先在此侧面涂上磁铁体涂料，然后经过干燥和硬化之后进行着磁从而形成了上述磁铁体21。如图9(a)所示，本实施例中，从N极朝外的方向配置第1磁铁体21a，另一方面，从S极朝外的方向配置第2磁铁体21b。即第1磁铁体21a和第2磁铁体21b的磁化方向M正好相反，这样可以产生方向相反的磁力矩。

为此，当把本实施例的磁铁体21放在磁场中的时候，第1磁铁体21a和第2磁铁体21b被分别施加了方向相反的转矩。此时，对各磁铁体21a、21b来说，产生的各自转矩使悬臂22的转动方向正好相反。这样一来，对于磁铁体21全体来讲，由于转矩的相互抵消，可以抑制由于周边外界磁场的作用是悬臂产生的位移。因此，本实施例的倾斜感测部21a、21b，由于地磁等周边外界磁场对磁铁体21位移的影响很小，可以高精度地检测倾斜角。当然，对本实施例来说，也可以使用单一的磁铁体来构成磁铁体21。

进一步说，如图9(a)所示，上述磁铁体21中，作用在第1磁铁体21a的周围的磁场和作用在第2磁铁体21b周围的磁场形成闭环状的磁场。而另一方面，如图9(b)所示，当只配置单一的磁铁体的时候，在其周围形成的磁场为开环的磁场，磁场向周围泄漏，这可能就是产生电磁波噪音等的原因。

综上所述，本实施例的倾斜感测部2a、2b(请参考图1)，由于具有抑制向周围泄漏磁场的磁铁体21，可以减少对周围电子回路产生不良影响的电磁波噪音。本实施例中的上述各磁铁体21a、21b的大小尺寸是，宽度(悬臂22较长方向的尺寸)W为0.5mm，高度为0.3mm，厚度T为100μm。

如上面所述(请参考图1)，在倾斜感测部2a、2b中配置的磁性感测头23，可以在与磁铁体21发生的磁场方向大约垂直的方向配置感磁体24，也可以在沿磁铁体21发生的磁场方向配置感磁体24。更进一步讲，可以在与磁铁体21发生的磁场方向成任何角度的方向配置感磁体24。但是，在任意方向配置感磁体24的时候，对悬臂22的初期位置来说，磁性感测头23输出的最大值或者最小值有可能不是极值，这样必须对磁性感测头23的输出值进行移动处理。

上述倾斜感测部2a、2b中使用的磁性感测头23(请参考图1)与上述磁性感测部41～43具有相同的结构和参数。即，本实施例的倾斜感测部2a、2b与磁性感测部41～43一样，由作为感磁体的非结晶合金磁性线24(请参考图10)和电磁线圈25(请参考图10)所组合得到的高灵敏度的磁性感测头23所构成。

如图10所示，用于控制倾斜感测部的倾斜感测部控制用IC芯片12与上述的磁性感测部控制用IC芯片14(请参考图8)具有大约相同的结构和参数。即如上述所述，具有产生向非结晶合金磁性线24输入脉冲电流的信号发生器121和、输出与电磁线圈25两端所产生的感应电压相对应的检测信号的信号处理部122的电子控制回路。

本实施例的IC芯片12中，具有切换信号发生器121和各倾斜感测部2a、2b的感磁体24间的电性回路，以及从信号处理部122和各电子线圈25间的电性回路的电子开关128。这样，本实施例中的2个倾斜感测部2a、2b以2ms的时间间隔，以时间分割来共同使用磁性感测部控制用IC芯片12。本实施例中的2个倾斜感测部2a、2b中，磁性感测头23检测磁场强度的方法与上述磁性感测部41～43检测磁场强度的方法完全一样，在此省略其说明。

如上所述，本实施例的小型姿势检测传感器1是实现了倾斜感测部2a、2b和磁性感测部41～43的模块一体化的传感器。

因为，上述3个磁性感测部41～43和上述2个磁性感测头23是使用同类型的磁性检测元件而构成，所以，可以用一样的驱动原理来构成控制处理这些磁性检测元件的电子控制回路。

并且，如图11所示，本实施例的小型姿势检测传感器1中，3个磁性感测部41～43共同使用了作为控制用电子回路的IC芯片14(请参考图8)，同样，2个倾斜感测部2a、2b共同使用了作为控制用电子回路的IC芯片12(请参考图15)。因此，可以说本实施例的小型姿势检测传感器1是实现了小型化和降低了电力消耗的传感器。

此外，上述倾斜感测部2a、2b中，在沿悬臂22的较长方向邻接配置了磁化方向M(请参考图9)相反的第1磁铁体21a和第2磁铁体21b。因此，对于由第1磁铁体21a和第2磁铁体21b的组合而得到的上述磁铁体21来说，受地磁等周边外界磁场所产生的转矩的影响非常小。这样，本实施例的小型姿势检测传感器1，可以非常高精度地检测出倾斜角。

如上所述，邻接配置了第1磁铁体21a和第2磁铁体21b，在两者所构成的上述磁铁体21周围形成闭环状的磁场。因此，采用了上述磁铁体21的本实施例的小型姿势检测传感器1，可以减少对周围电子回路产生不良影响的电磁波噪音。这样，即使本实施例的小型姿势检测传感器1安装于装配密度大的电子基板中，也可以减少对周围电子回路的影响。

再者，如上所述，本实施例倾斜感测部中使用的磁性感测头23与磁性感测部41～43是具有同样结构参数。特别是，倾斜感测部2a的磁性感测头23与磁性感测部42、倾斜感测部2b的磁性感测头23与磁性感测部41的非结晶合金磁性线44在较长方向也大约相同。

为此，旋绕在磁性感测部41～43的非结晶合金磁性线44外周的各电磁线圈45和，旋绕磁性感测头23的非结晶合金磁性线44外周的各电磁线圈25的较长方向也具有大约相同尺寸，这样对于地磁等的周边外界磁场来说，将输出基本上相同的感应电压。

因此，如果使用磁性感测部42的输出检测信号来对从倾斜感测部2a的磁性感测头23输出的检测信号进行减算补正，就可以从倾斜感测部2a的磁性感测头23输出的检测信号中排除来自于周边外界磁场的影响，从而更进一步提高其检测精度。

即，倾斜感测部2a的磁性感测头23输出值为Hs是，与倾斜量θ相对应的磁通量k₁H_や和地磁的Y方向成分(磁性感测头23的灵敏度方向成分)He的和，可以用以下的公式来表示。

Hs＝k₁H_θ+k₂H_e       ........(公式1)

另一方面，与上述磁性感测头23同一方向的磁性感测部42输出H′s，可以用以下的公式来表示。

H’s＝k₃He          ........(公式2)

在此，如果预先设定k₂＝k₃的话，就可以实施Hs和H′s的减算补正，即是实施(公式1)-(公式2)的演算，用公式来表示的话为下述公式。

Hs—H’s＝k₁H_θ      ........(公式3)

这样就可以排除作为噪音的地磁等来自外界的影响。

在这里，k₁、k₂、k₃是关于磁通量的系数。

再者，关于倾斜感测部2b也具有与上述同样的性能。

更进一步讲，如上所述，由于本实施例倾斜感测部中使用的磁性感测头23与磁性感测部41～43是具有同样结构参数，其结果，磁性感测部用的IC芯片14的电子回路和倾斜感测部用的IC芯片12的电子回路也是具有同样结构参数。因此，全部的磁性感测部41～43和倾斜感测部2a、2b，都可以用2ms的时间分割来共同使用单一的控制电路。

即如图12、图13所示，使用具有5频道的转换开关(电子开关158)的电子回路构成的1个IC芯片15，采用时间分割，就可以实现对上述5个磁性检测元件，即3个磁性感测部41～43和2个磁性感测头23的控制处理。

在这种情况下，由于上述3个磁性感测部41～43和2个倾斜感测部2a、2b的磁性感测头23的全部检测元件都共同使用1个电子回路，本实施例的小型姿势检测传感器的整体尺寸体积就可以更进一步实现小型化，同时，可以更进一步抑制所消耗的电力。

上述电子回路，除去连接磁性检测元件和电子回路本体的连接部，由磁性检测元件的驱动回路、信号检测回路、信号处理回路、信号转送回路、以及传感器电源回路所组成。对于上述5个磁性检测元件来说，没有分别单独设置上述各回路，而是采用电子开关158，使上述5个磁性检测元件的控制处理共用一个电子回路。这样，可以大幅度减小电子回路部分的尺寸体积，使之更加小型化。从而使小型姿势检测传感器1更加小型化。

综上所述，设置5轴转换开关，采用1个电子回路实现对5个磁性检测元件的控制处理，可以实现小型姿势检测传感器1的更加小型化。此外，也如上所述，采用2个电子回路对5个磁性检测元件的控制处理，也可以实现小型化。

如本实施例所述，上述磁性检测元件采用MI元件，对于使用上述的转换开关(电子开关128、148、158)来说非常有效。这是因为MI元件的输出的线性性和追从性非常好，用转换开关切换各MI元件和电子回路时，可以确保实现良好的连接。

在图10、图12中，符号122，152表示信号处理部，符号122a、152a表示模拟开关。

(实施例2)

本实施例，是以实施例1小型姿势检测传感器为基础，上述基板为2块所构成的实施例。用图14～图15来说明其详细内容。

对本实施例的基板10来说，至少在磁性感测部41～43中，具有配置检测基板10的法线方向(图1中用符号10c的箭头图示出的Z轴方向)的磁场强度的垂直磁性感测部43的第1基板101和支撑保持第1基板101的第2基板102。并且，垂直磁性感测部43虽然实际安装在第1基板101的表面上，但是该安装表面是第1基板101和上述第2基板102的实际安装面中与第2基板102不相对的表面。更进一步讲，本实施例的小型姿势检测传感器1中，第1基板101和上述第2基板102的实际安装面中与第2基板102不相对的表面上，配置了高度尺寸大于磁性感测部41、42和IC芯片12、14等，及高度尺寸较大的倾斜感测部2a、2b。

本实施例中，第2基板102是设置了2个贯通孔105的两表面均可实施安装的基板。这样一来，第2基板102中与实际安装第1基板101表面的相同一侧的第1实际安装面102a上，与第1实际安装面102a平行安装配置了检测相互垂直2个轴方向磁场强度的2个磁性感测部41、42和控制磁性感测部41～43的磁性感测部控制用IC芯片14。同时，在第2基板102中与第1实际安装面102a相对应的另一面(背面)上，安装配置控制各倾斜感测部2a、2b的倾斜感测部控制用IC芯片12。

正如以上所述，本实施例的小型姿势检测传感器1中，由第1基板101和第2基板102的2层结构组成基板10，在两基板101、102高度方向不重合的部分高效率地配置了高度方向尺寸比较大的部品(例如，垂直磁性感测部43，倾斜感测部2a、2b等)。综上所述，本实施例的小型姿势检测传感器1实现了内部元件的高度密集化和小型模块化。

本实施例的其他构成和作用效果与实施例1一样。

(实施例3)

本实施例是关于装载了实施例1和实施例2所阐述的小型姿势检测传感器的手机的实施例。用图16来说明其详细内容。

本实施例的手机6，可以通过无线通讯实现双向的语音通话。并且，该手机6在其内部基板65上实际安装配置了小型姿势检测传感器1、包含了CPU(中央演算处理器)的单片微型多用计算机62、以及容纳了动作程序的存储器单元(在此省略图示说明)。小型姿势检测传感器1以手机6为原点，向单片微型多用计算机62输出绕X轴、Y轴、Z轴的各轴转动的回转角，即偏摆角、倾滚角、俯仰角的姿势信息。再者，本实施例中使用的小型姿势检测传感器1是，纵向为5.5mm、横向为5.5mm、高度为1.5mm的非常紧凑且小型化的传感器。

本实施例的上述手机6，具有浏览互联网(英特网)的功能，可以在液晶画面61上表示出互联网上的各种信息。并且，对上述手机6来说，通过倾斜手机6，可以随着手机6的倾斜方向滚动所表示在液晶画面61上的内容。即，单片微型多用计算机62通过容纳在上述存储器单元中的动作程序，演算出与小型姿势检测传感器1输出的上述姿势信息相对应的液晶画面61的滚动量。

此外，对本实施例的手机6来说，辅助操作配置其操作面63上的操作按钮630，可以减轻使用者的操作负担。

本实施例的其他构成和作用效果与实施例1或者实施例2一样。

(实施例4)

本实施例，如图17～图22所示，是在悬臂22自由端222摆动方向的两侧，配设了防止上述悬臂22产生过位移的位移限制器51、52的小型姿势检测传感器1的实施例。

本实施例中，保持支撑悬臂22的固定端221的支持部件280为L字形状的结构。

即，如图21、图22所示，上述支持部件280具有与上述固定端221结合的基础部281和，与上述悬臂之间设置了间隙289从基础体部281延伸到悬臂自由端222的延伸部282。并且，在与上述间隙289相反的悬臂22的自由端222上，配设了磁铁体21。

考察上述的结构可知，上述支持部件280和悬臂22、以及磁铁体21的组合构成了倾斜感测单元20。

对于支持部件280大小尺寸来说，可以设定其宽度w为0.6mm、长度a1为2.0mm、基础部281的高度h1为0.4mm、延伸部282的高度h2为0.3mm、基础体281的长度a2为0.4mm。

另一方面，作为磁铁体21的形状大小尺寸，可以设定其长度L为0.2～0.6mm、宽幅W为0.2～0.8mm、高度H为0.05～0.2mm。在此所述的长度L，是从悬臂22的固定端221朝向自由端222方向的长度。而上述的宽度W，是与上述长度L的方向垂直，同时与悬臂22的表面平行方向的宽度。上述的高度H，是与悬臂22表面垂直方向的厚度。

上述一对位移限制器51、52中的位移限制器52，与支持部件280制作在一起(成为一体)。即，支持部件280延伸部分282成为上述位移限制器52。

并且，在悬臂22自由端222的两侧的一边配设位移限制器52，在另一边(位移限制器52的对面)，将独立于支持部件280的位移限制器51固定在基板10上。

如上所述，上述位移限制器51，配置在倾斜感知单元20的悬臂22自由端222相对应的一个侧面上。如图19所示，该位移限制器51和倾斜感知单元20中的延伸部282(位移限制器52)之间的间隔d1，可以设定为0.4mm。

另一方面，配设在悬臂22自由端222上的磁铁体21和位移限制器51之间的间隔d2可设定为0.18mm，悬臂22自由端222和位移限制器52(延伸部282)之间的间隔d3可设定为0.08mm。

此外，设置在基板10上的位移限制器51的高度方向尺寸w3，最好与支持部件280的高度方向尺寸大小相同，比如说可以设定为0.55mm。另一方面，相对于悬臂22的垂直方向(与悬臂22相垂直的方向)的尺寸大小h3可设定为0.5mm、与悬臂22相平行方向的尺寸大小a3可设定为0.9mm。

再者，位移限制器51和支持部件280，其材质可以使用Si(硅)。而悬臂可以使用Ni-P合金。

其他方面和实施例1一样。

对于本实施例来说，如图20所示，如果小型姿势检测传感器1受到很大的冲击，当很大的力量作用于悬臂22的时候，悬臂22自由端222将与上述位移限制器51(或者位移限制器52)相接触，可以防止悬臂产生超过必要值以上的位移量(过位移)。这样，可以防止悬臂22产生异常的变形和破损。

并且，将上述位移限制器52与上述支持部件280做成一体，实现了上述位移限制器52和上述支持部件280的一体化，这样，可以减少小型姿势检测传感器1的零部件数，既提高了上述加速度传感器的可安装性，又有利于降低生产成本。

此外，当在固定支撑悬臂22的支持部件280(倾斜感知单元20)安装在基板10上的时候，由于上述支持部件280具有基础部281和延伸部282，非常便于操作安装。

即，在安装操作倾斜感知单元20的时候，为了防止悬臂22的变形，最好不要接触到倾斜感知单元20而抓握住支持部件280。由于支持部件280具有上述的形状，非常便于抓握，这样提高了倾斜的斜感知单元20的可安装性和可操作性。

再者，由于支持部件280的长度a1稍长于悬臂22的长度(大约长0.1mm左右)，这样在抓握支持部件280较长方向两端部的时候，就可以保证不容易接触到悬臂22。

本实施例的其他方面与实施例1具有同样的作用效果。

Claims (8)

1.一种小型姿势检测传感器，其特征在于，

具有检测相互垂直的3个轴方向磁场强度的3个磁性感测部和检测绕相互垂直的2个轴转动的倾斜角度的2个倾斜感测部；

上述各倾斜感测部，由配置了与倾斜角度相对应产生位移的磁铁体的悬臂和检测磁铁体所产生的磁场强度的磁性感测头所组成；

上述3个磁性感测部和上述2个磁性感测头由同一种类的磁性检测元件所组成；

对上述合计5个磁性检测元件的控制处理，可以使用1个或1个以上的电子回路，且，所使用的电子回路和上述3个磁性感测部、以及上述2个倾斜感测部构成一个准组件，实现了模块一体化。

2.如权利要求1中所述的小型姿势检测传感器，其特征在于，构成上述3个磁性感测部的磁性检测元件和，构成上述2个磁性感测头的磁性检测元件均采用磁阻抗传感器元件。

3.如权利要求1或2所述的小型姿势检测传感器，其特征在于，上述悬臂呈长方形的梁形状，它的一端通过支持柱配设在上述标准组件的基板上，另一端上组合配置了上述磁铁体；并且，上述悬臂具有在其主面的法线方向可以摆动的悬臂梁结构，上述悬臂的摆动方向与上述基板的表面平行。

4.如权利要求1或2所述的小型姿势检测传感器，其特征在于，采用了2个具有转换开关的上述电子回路，利用时间分割来控制上述5个磁性检测元件。

5.如权利要求1或2所述的小型姿势检测传感器，其特征在于，采用了1个具有转换开关的上述电子回路，利用时间分割来控制上述5个磁性检测元件。

6.如权利要求1或2所述的小型姿势检测传感器，其特征在于，具有从上述倾斜感测部的上述磁性感测头检测的磁场值中，扣除与上述磁性感测头相平行配置的磁性感测部检测的磁场值对其进行补正的功能。

7.如权利要求1或2所述的小型姿势检测传感器，其特征在于，具有长度方向在6mm以下、宽度在6mm以下、高度方向在2mm以下的实际安装尺寸，为小型芯片结构。

8.一种手机，其特征在于，

包含了权利要求1～7中任何一项所述的小型姿势检测传感器、以及中央演算处理器和容纳了动作程序的存储器单元；

上述中央演算处理器读取来自于上述小型姿势检测传感器的输出信号，按上述动作程序来实施所规定的动作。

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