CN111044942A - 磁传感器装置 - Google Patents

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Abstract

磁传感器装置具有检测外部磁场的三个方向的成分的三个磁传感器、磁场产生部和校正处理器。磁场产生部产生用于测定三个磁传感器的主轴灵敏度和他轴灵敏度的三个方向的施加的磁场成分。校正处理器基于三个磁传感器的主轴灵敏度和他轴灵敏度的测定结果校正各磁传感器的检测信号。

Description

磁传感器装置
技术领域
本发明涉及具有用于检测外部磁场的多个方向的成分的多个磁传感器的磁传感器装置。
背景技术
近年来，在各种用途中利用用于检测外部磁场的预定方向的成分的磁传感器。作为磁传感器，已知有使用了设置于基板上的至少一个磁检测元件的磁传感器。作为磁检测元件，例如使用磁阻效应元件。
用于检测外部磁场的规定方向的成分的磁传感器生成与外部磁场的规定方向的成分对应的检测信号。以下，将上述规定方向称为主轴方向。主轴方向与例如磁传感器的磁感应方向一致。这里，该磁传感器中，将磁传感器的检测信号的变化相对于主轴方向的磁场强度的变化的比率称为主轴灵敏度。
主轴灵敏度根据磁传感器的个体差异而不同。另外，在具有用于检测外部磁场的多个方向的成分的多个磁传感器的装置中，有时多个磁传感器的主轴灵敏度相互不同。另外，有时根据磁传感器的使用环境不同，主轴灵敏度发生变化。因此，对于具有磁传感器的装置，期望能够根据需要，测定磁传感器的主轴灵敏度，并基于该测定结果来校正磁传感器的检测信号。
中国专利申请公开第101641609B号说明书中记载了一种磁传感器，其具备相互分开地设置了多个磁感应部的半导体基板和设置在半导体基板上的磁性体，多个磁感应部设置在磁性体的端部区域。该磁传感器基于多个磁感应部的输出，检测与相互正交的三个轴相关的磁场强度。该磁传感器中，各磁感应部的磁感应方向为垂直方向。该磁传感器具备用于灵敏度测定的水平磁场产生用线圈和用于灵敏度测定的多个垂直磁场产生用线圈。水平磁场产生用线圈产生水平磁场成分。通过该水平磁场成分，在磁性体的端部附近产生垂直磁场成分，多个磁感应部通过检测该垂直磁场成分而检测水平磁场成分。多个垂直磁场产生用线圈设置于多个磁感应部的附近，产生垂直磁场成分。多个磁感应部分别检测由多个垂直磁场产生用线圈产生的垂直磁场成分。
根据中国专利申请公开第101641609B号说明书所记载的磁传感器，能够测定与三个轴相关的主轴灵敏度。
但是，具有用于检测外部磁场的多个方向的成分的多个磁传感器的装置中，在各磁传感器中，由于主轴方向以外的方向的磁场强度的变化，会引起检测信号变化。这里，将磁传感器的检测信号的变化相对于主轴方向以外的方向的磁场强度的变化的比率称为他轴灵敏度。
因此，具有多个磁传感器的装置中，期望能够根据需要，不仅测定各磁传感器的主轴灵敏度，还测定他轴灵敏度，并基于该测定结果来校正多个磁传感器的检测信号。
日本专利申请公开2015-75465号公报中记载了一种三维磁场测定装置，其具有：磁性体、配置于磁性体附近的第一磁检测元件至第四磁检测元件、信号处理部、校正系数存储部、磁场成分算出部。信号处理部基于第一磁检测元件至第四磁检测元件的输出信号，生成与输入磁性体的三维磁场矢量对应的输出信号。校正系数存储部存储用于校正信号处理部的输出信号中包含的他轴灵敏度成分的校正系数。磁场成分算出部基于信号处理部的输出信号和校正系数，生成三维的输出信号。
另外，日本专利申请公开2015-75465号公报记载了如下技术：将线性无关的三个磁场矢量输入三维磁场测定装置，此时基于包含三维磁场测定装置生成的他轴灵敏度的信号，利用校正系数生成装置生成上述校正系数。
日本专利申请公开2015-75465号公报所记载的技术中，为了测定三维磁场测定装置的他轴灵敏度并生成校正系数，需要从三维磁场测定装置的外部将线性无关的三个磁场矢量输入三维磁场测定装置。但是，该技术存在如下问题：在三维磁场测定装置出库后，有时由于三维磁场测定装置的使用环境不同，难以从三维磁场测定装置的外部将线性无关的三个磁场矢量输入三维磁场测定装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有多个磁传感器的磁传感器装置，无论磁传感器装置的使用环境，均能够容易地进行各磁传感器的主轴灵敏度和他轴灵敏度的测定、以及基于该测定结果的各磁传感器的检测信号的校正。
本发明的第一观点提供一种磁传感器装置，其具有：第一磁传感器，其生成与外部磁场中作为第一磁感应方向的成分的第一外部磁场成分具有对应关系的第一检测信号；第二磁传感器，其生成与外部磁场中作为第二磁感应方向的成分的第二外部磁场成分具有对应关系的第二检测信号；第三磁传感器，其生成与外部磁场中作为第三磁感应方向的成分的第三外部磁场成分具有对应关系的第三检测信号；第一磁场产生器，其能够产生第一附加磁场；第二磁场产生器，其能够产生第二附加磁场；第三磁场产生器，其能够产生第三附加磁场；和校正处理器，其控制第一磁场产生器至第三磁场产生器并校正第一检测信号至第三检测信号。
第一磁传感器至第三磁传感器以及第一至第三磁场产生器被一体化。利用第一磁场产生器产生第一附加磁场时，对第一磁传感器至第三磁传感器各自施加第一附加磁场中作为与第一方向平行的方向的成分的第一附加磁场成分。利用第二磁场产生器产生第二附加磁场时，对第一磁传感器至第三磁传感器各自施加第二附加磁场中作为与第二方向平行的方向的成分的第二附加磁场成分。利用第三磁场产生器产生第三附加磁场时，对第一磁传感器至第三磁传感器各自施加第三附加磁场中作为与第三方向平行的方向的成分的第三附加磁场成分。
校正处理器进行确定用于校正第一检测信号至第三检测信号的校正函数的校正函数确定处理、以及使用第一检测信号至第三检测信号和校正函数来校正第一检测信号至第三检测信号的校正处理。校正函数确定处理获得控制第一磁场产生器使第一附加磁场变化时与第一检测信号至第三检测信号各自的变化相关的第一数据至第三数据、控制第二磁场产生器使第二附加磁场变化时与第一检测信号至第三检测信号各自的变化相关的第四数据至第六数据、以及控制第三磁场产生器使第三附加磁场变化时与第一检测信号至第三检测信号各自的变化相关的第七数据至第九数据，并基于第一数据至第九数据确定校正函数。
本发明的第一观点的磁传感器装置中，第一方向至第三方向也可以相互正交。
另外，本发明的第一观点的磁传感器装置中，校正处理器也可以与第一磁传感器至第三磁传感器以及第一磁场产生器至第三磁场产生器一体化。
本发明的第二观点提供一种磁传感器装置，其具有：第一磁传感器，其生成与外部磁场中作为第一磁感应方向的成分的第一外部磁场成分具有对应关系的第一检测信号；第二磁传感器，其生成与外部磁场中作为第二磁感应方向的成分的第二外部磁场成分具有对应关系的第二检测信号；第一磁场产生器，其能够产生第一附加磁场；第二磁场产生器，其能够产生第二附加磁场；和校正处理器，其控制第一磁场发生器和第二磁场产生器并校正第一检测信号和第二检测信号。
第一磁传感器和第二磁传感器以及第一磁场发生器和第二磁场产生器被一体化。利用第一磁场产生器产生第一附加磁场时，对第一磁传感器和第二磁传感器各自施加第一附加磁场中作为与第一方向平行的方向的成分的第一附加磁场成分。利用第二磁场产生器产生第二附加磁场时，对第一磁传感器和第二磁传感器各自施加第二附加磁场中作为与第二方向平行的方向的成分的第二附加磁场成分。
校正处理器进行确定用于校正第一检测信号和第二检测信号的校正函数的校正函数确定处理、以及使用第一检测信号和第二检测信号及校正函数来校正第一检测信号和第二检测信号的校正处理。校正函数确定处理获得控制第一磁场产生器使第一附加磁场变化时与第一检测信号和第二检测信号各自的变化相关的第一数据和第二数据、以及控制第二磁场产生器使第二附加磁场变化时与第一检测信号和第二检测信号各自的变化相关的第三数据和第四数据，并基于第一数据至第四数据确定校正函数。
本发明的第二观点的磁传感器装置中，第一方向和第二方向也可以相互正交。
另外，本发明的第二观点的磁传感器装置中，校正处理器也可以与第一磁传感器和第二磁传感器以及第一磁场发生器和第二磁场产生器一体化。
本发明的第一观点的磁传感器装置中，第一磁传感器至第三磁传感器以及第一磁场产生器至第三磁场产生器被一体化。由此，利用第一观点的磁传感器装置，无论磁传感器装置的使用环境，均能够容易地进行第一磁传感器至第三磁传感器的主轴灵敏度和他轴灵敏度的测定、以及基于该测定结果的第一检测信号至第三检测信号的校正。
另外，本发明的第二观点的磁传感器装置中，第一磁传感器和第二磁传感器以及第一磁场发生器和第二磁场产生器被一体化。由此，利用第二观点的磁传感器装置，无论磁传感器装置的使用环境，均能够容易地进行第一磁传感器和第二磁传感器的主轴灵敏度和他轴灵敏度的测定、以及基于该测定结果的第一检测信号和第二检测信号的校正。
本发明的其它的目的、特征及优点通过以下的说明将变得充分清晰。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的磁传感器装置的立体图。
图2是表示本发明的第一实施方式的磁传感器装置的构成的功能方块图。
图3是表示本发明的第一实施方式的传感器芯片的俯视图。
图4是表示本发明的第一实施方式的传感器芯片的构成的说明图。
图5是表示本发明的第一实施方式的传感器芯片的电路构成的一例的电路图。
图6是表示本发明的第一实施方式的磁阻效应元件的立体图。
图7是表示本发明的第一实施方式的一个电阻部的一部分的立体图。
图8是表示本发明的第一实施方式的磁场转换部和第三磁传感器的结构的说明图。
图9是表示本发明的第一实施方式的传感器芯片的截面图。
图10是表示本发明的第一实施方式的第一磁传感器至第三磁传感器和软磁性结构体各自的一部分的截面图。
图11是示意性地表示本发明的第一实施方式的第一磁场产生器的说明图。
图12是示意性地表示本发明的第一实施方式的第二磁场产生器的说明图。
图13是示意性地表示本发明的第一实施方式的第三磁场产生器的说明图。
图14是表示本发明的第一实施方式的校正函数确定处理的流程图。
图15是表示图2所示的主机处理器的构成的一例的功能方块图。
图16是表示本发明的第二实施方式的磁传感器装置的构成的功能方块图。
图17是表示本发明的第二实施方式的校正函数确定处理的流程图。
具体实施方式
[第一实施方式]
以下，对于本发明的实施方式，参照附图详细地进行说明。首先，参照图1，说明本发明的第一实施方式的磁传感器装置的概略结构。本实施方式的磁传感器装置1是检测外部磁场相互正交的三个方向的成分的装置。磁传感器装置1搭载于例如信息设备等的电子设备并用作地磁传感器装置。
如图1所示，磁传感器装置1具有电路芯片3和传感器芯片4。电路芯片3和传感器芯片4均具有长方体形状。另外，电路芯片3和传感器芯片4均具有外表面。
电路芯片3的外表面包括相互位于相反侧的上表面3a和下表面3b、以及将上表面3a与下表面3b连接的4个侧面。传感器芯片4的外表面包括相互位于相反侧的上表面4a和下表面4b、以及将上表面4a与下表面4b连接的4个侧面。传感器芯片4以下表面4b与电路芯片3的上表面3a相对的方式安装于上表面3a上。
电路芯片3具有设置于上表面3a的端子组。传感器芯片4具有设置于上表面4a的端子组。传感器芯片4的端子组例如利用多个接合线连接于电路芯片3的端子组。
图2是表示磁传感器装置1的构成的功能方块图。如图2所示，传感器芯片4具有第一磁传感器10、第二磁传感器20、第三磁传感器30。
第一磁传感器10生成与外部磁场中作为第一磁感应方向的成分的第一外部磁场成分具有对应关系的第一检测信号。第二磁传感器20生成与外部磁场中作为第二磁感应方向的成分的第二外部磁场成分具有对应关系的第二检测信号。第三磁传感器30生成与外部磁场中作为第三磁感应方向的成分的第三外部磁场成分具有对应关系的第三检测信号。
磁传感器装置1还具有磁场产生部70。磁场产生部70也可以包含于电路芯片3，也可以包含于传感器芯片4。以下，对磁场产生部70包含于传感器芯片4的例子进行说明。磁场产生部70包含能够产生第一附加磁场至第三附加磁场的第一磁场产生器至第三磁场产生器。对于第一磁场产生器至第三磁场产生器，在后面详细地说明。
电路芯片3包含控制磁场产生部70并校正第一检测信号至第三检测信号的校正处理器80。校正处理器80例如由针对特定用途的集成电路(ASIC)构成。
校正处理器80包含：模拟－数字转换器(以下，记载为A/D转换器。)81、82、83；校正处理部84；校正函数确定部85；驱动部86；和控制部87。A/D转换器81、82、83分别将第一检测信号至第三检测信号转换成数字信号。校正处理部84、校正函数确定部85、驱动部86和控制部87分别是进行以下所说明的处理的功能块。
校正函数确定部85与控制部87和驱动部86协作，进行确定用于校正第一检测信号至第三检测信号的校正函数的校正函数确定处理。控制部87控制校正函数确定部85和驱动部86，使其进行校正函数确定处理。驱动部86控制磁场产生部70，产生第一附加磁场至第三附加磁场，并且使第一附加磁场至第三附加磁场变化。校正函数确定部85基于使第一附加磁场至第三附加磁场各自变化时与第一检测信号至第三检测信号各自的变化相关的数据，来确定校正函数。
校正处理部84进行使用第一检测信号至第三检测信号和校正函数来校正第一检测信号至第三检测信号并生成第一校正后信号至第三校正后信号的校正处理。另外，校正处理部84将第一校正后信号至第三校正后信号输出至搭载有磁传感器装置1的电子设备的主机处理器200。对于主机处理器200的构成，在后面进行说明。
接着，参照图3对第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30的配置进行说明。图3是表示传感器芯片4的俯视图。如图3所示，传感器芯片4包含上述的第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30和支撑第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30的基板51。基板51具有上表面51a和下表面51b。此外，下表面51b在后面说明的图9中表示。
这里，对本实施方式的基准坐标系和第一传感器坐标系至第三传感器坐标系进行说明。基准坐标系是以基准平面RP为基准而设定的坐标系。磁场产生部70产生的第一附加磁场方向至第三附加磁场方向以基准坐标系表示。如上所述，在磁场产生部70包含于传感器芯片4的情况下，例如将基板51的上表面51a设为基准平面RP。在磁场产生部70包含于电路芯片3的情况下，例如将电路芯片3的上表面3a设为基准平面RP。
第一传感器坐标系至第三传感器坐标系分别是以第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30为基准而设定的坐标系。以下，以第一传感器坐标系至第三传感器坐标系为代表，简称为传感器坐标系。基准坐标系和传感器坐标系的任意坐标系中，均定义X方向、Y方向、Z方向。
基准坐标系中的X方向、Y方向、Z方向相互正交。基准坐标系的Z方向是与基准平面RP垂直的方向，且是从基板51的下表面51b朝向上表面51a的方向。基准坐标系的X方向和Y方向是与基准平面RP平行的方向。
磁传感器装置1以第一传感器坐标系至第三传感器坐标系与基准坐标系一致的方式设计。但是，由于第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30相对于基板51的对准(alignment)的偏差等，可以发生第一传感器坐标系至第三传感器坐标系中的至少一个不与基准坐标系一致的情况。
基准坐标系和传感器坐标系的任意坐标系中，均将与X方向相反的方向设为-X方向，将与Y方向相反的方向设为-Y方向，将与Z方向相反的方向设为-Z方向。以下，将相对于基准的位置处于Z方向的前端的位置称为“上方”，将相对于基准的位置处于“上方”的相反侧的位置称为“下方”。另外，关于磁传感器装置1的结构要素，将位于Z方向一端的面称为“上表面”，将位于-Z方向一端的面称为“下表面”。
以下，只要没有特别说明，多个图所示的X方向、Y方向、Z方向适用于基准坐标系和传感器坐标系双方。
基准平面RP包含相互不同的第一区域A10、第二区域A20、第三区域A30。第一区域A10是将第一磁传感器10垂直投影于基准平面RP而成的区域。第二区域A20是将第二磁传感器20垂直投影于基准平面RP而成的区域。第三区域A30是将第三磁传感器30垂直投影于基准平面RP而成的区域。
这里，将位于基准平面RP内、穿过第三区域A30的重心C30、与基准坐标系的Z方向垂直且相互正交的两个直线设为第一直线L1和第二直线L2。本实施方式中，特别是第一直线L1与基准坐标系的X方向平行，第二直线L2与基准坐标系的Y方向平行。
本实施方式中，第一磁传感器10包含配置于基准坐标系的X方向的相互不同的位置的第一部分11和第二部分12。第一区域A10包含将第一磁传感器10的第一部分11垂直投影于基准平面RP而成的第一部分区域A11、和将第一磁传感器10的第二部分12垂直投影于基准平面RP而成的第二部分区域A12。第一部分区域和第二部分区域A11、A12位于与第一直线L1平行的方向的第三区域A30的两侧。
另外，第二磁传感器20包含配置于基准坐标系的Y方向的相互不同的位置的第一部分21和第二部分22。第二区域A20包含将第二磁传感器20的第一部分21垂直投影于基准平面RP而成的第三部分区域A21、和将第二磁传感器20的第二部分22垂直投影于基准平面RP而成的第四部分区域A22。第三部分区域和第四部分区域A21、A22位于与第二直线L2平行的方向的第三区域A30的两侧。
本实施方式中，第一部分区域和第二部分区域A11、A12均处于与第一直线L1交叉的位置。另外，第三部分区域和第四部分区域A21、A22均处于与第二直线L2交叉的位置。
优选第一区域A10的任何部分均不与第二直线L2交叉。同样地，优选第二区域A20的任何部分均不与第一直线L1交叉。
本实施方式中，特别是从上方观察时，第一区域A10和第二区域A20为以第三区域A30的重心C30为中心将第一区域A10进行90°旋转时与第二区域A20重合的位置关系。图3中，以重心C30为中心沿着逆时针旋转方向将第一部分区域和第二部分区域A11、A12进行90°旋转时，第一部分区域和第二部分区域A11、A12分别与第三部分区域和第四部分区域A21、A22重合。
第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30各自具有至少一个磁检测元件。
接着，参照图4和图5对传感器芯片4的构成的一例进行说明。
图4是表示传感器芯片4的构成的说明图。图5是表示传感器芯片4的电路构成的一例的电路图。
如上所述，第一磁传感器10生成与外部磁场中作为第一磁感应方向的成分的第一外部磁场成分具有对应关系的第一检测信号。第二磁传感器20生成与外部磁场中作为第二磁感应方向的成分的第二外部磁场成分具有对应关系的第二检测信号。第三磁传感器30生成与外部磁场中作为第三磁感应方向的成分的第三外部磁场成分具有对应关系的第三检测信号。
本实施方式中，特别是第一磁感应方向是与第一传感器坐标系的X方向平行的方向。第一磁感应方向包含第一传感器坐标系的X方向和-X方向。第二磁感应方向是与第二传感器坐标系的Y方向平行的方向。第二磁感应方向包含第二传感器坐标系的Y方向和-Y方向。第三磁感应方向是与第三传感器坐标系的Z方向平行的方向。第三磁感应方向包含第三传感器坐标系的Z方向和-Z方向。
另外，如图4所示，传感器芯片4的端子组包含：与第一磁传感器10对应的电源端子Vx和输出端子Vx+、Vx-；与第二磁传感器20对应的电源端子Vy和输出端子Vy+、Vy-；与第三磁传感器30对应的电源端子Vz和输出端子Vz+、Vz-；和在第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30共通使用的地面端子G。
图5所示的例子中，第一磁传感器10包含构成惠斯登电桥电路的4个电阻部Rx1、Rx2、Rx3、Rx4。电阻部Rx1、Rx2、Rx3、Rx4各自具有根据第一外部磁场成分而变化的电阻值。电阻部Rx1设置于电源端子Vx与输出端子Vx+之间。电阻部Rx2设置于输出端子Vx+与地面端子G之间。电阻部Rx3设置于电源端子Vx与输出端子Vx-之间。电阻部Rx4设置于输出端子Vx-与地面端子G之间。
第二磁传感器20包含构成惠斯登电桥电路的4个电阻部Ry1、Ry2、Ry3、Ry4。电阻部Ry1、Ry2、Ry3、Ry4各自具有根据第二外部磁场成分而变化的电阻值。电阻部Ry1设置于电源端子Vy与输出端子Vy+之间。电阻部Ry2设置于输出端子Vy+与地面端子G之间。电阻部Ry3设置于电源端子Vy与输出端子Vy-之间。电阻部Ry4设置于输出端子Vy-与地面端子G之间。
第三磁传感器30包含构成惠斯登电桥电路的4个电阻部Rz1、Rz2、Rz3、Rz4。电阻部Rz1、Rz2、Rz3、Rz4各自是具有根据从后述的磁场转换部输出的输出磁场成分而变化的电阻值。电阻部Rz1设置于电源端子Vz与输出端子Vz+之间。电阻部Rz2设置于输出端子Vz+与地面端子G之间。电阻部Rz3设置于电源端子Vz与输出端子Vz-之间。电阻部Rz4设置于输出端子Vz-与地面端子G之间。
以下，将电阻部Rx1、Rx2、Rx3、Rx4、Ry1、Ry2、Ry3、Ry4、Rz1、Rz2、Rz3、Rz4中的任意一个称为电阻部R。电阻部R包含至少一个磁检测元件。本实施方式中，特别是至少一个磁检测元件为至少一个磁阻效应元件。以下，将磁阻效应元件记载为MR元件。
本实施方式中，特别是MR元件为自旋阀(spin valve)型的MR元件。该自旋阀型的MR元件具有：具有方向被固定的磁化的磁化固定层、具有方向能够根据施加磁场的方向变化的磁化的自由层、和配置于磁化固定层与自由层之间的间隙层。自旋阀型的MR元件也可以是TMR(隧道磁阻效应)元件，也可以是GMR(巨磁阻效应)。TMR元件中，间隙层为隧道势垒层。GMR元件中，间隙层是非磁性导电层。自旋阀型的MR元件中，电阻值根据自由层的磁化的方向相对于磁化固定层的磁化的方向构成的角度进行变化，在该角度为0°时，电阻值成为最小值，在角度为180°时，电阻值成为最大值。各MR元件中，自由层具有易磁化轴方向成为与磁化固定层的磁化方向正交的方向的形状各向异性。
图5中，实心箭头表示MR元件的磁化固定层的磁化的方向。图5所示的例子中，电阻部Rx1、Rx4各自的MR元件的磁化固定层的磁化的方向是第一传感器坐标系的X方向。电阻部Rx2、Rx3各自的MR元件的磁化固定层的磁化的方向是第一传感器坐标系的-X方向。
另外，电阻部Ry1、Ry4各自的MR元件的磁化固定层的磁化的方向是第二传感器坐标系的Y方向。电阻部Ry2、Ry3各自的MR元件的磁化固定层的磁化的方向是第二传感器坐标系的-Y方向。对于电阻部Rz1、Rz2、Rz3、Rz4各自的MR元件的磁化固定层的磁化的方向，在后面进行说明。
输出端子Vx+与输出端子Vx-之间的电位差与第一外部磁场成分具有对应关系。第一磁传感器10生成对应于输出端子Vx+与输出端子Vx-之间的电位差的第一检测信号。第一检测信号也可以是相对于输出端子Vx+与输出端子Vx-之间的电位差实施了振幅、偏置的调整的信号。
输出端子Vy+与输出端子Vy-之间的电位差与第二外部磁场成分具有对应关系。第二磁传感器20生成对应于输出端子Vy+与输出端子Vy-之间的电位差的第二检测信号。第二检测信号也可以是相对于输出端子Vy+与输出端子Vy-之间的电位差实施了振幅、偏置的调整的信号。
输出端子Vz+与输出端子Vz-之间的电位差与第三外部磁场成分具有对应关系。第三磁传感器30生成对应于输出端子Vz+与输出端子Vz-之间的电位差的第三检测信号。第三检测信号也可以是相对于输出端子Vz+与输出端子Vz-之间的电位差实施了振幅、偏置的调整的信号。
这里，参照图4，对电阻部Rx1、Rx2、Rx3、Rx4、Ry1、Ry2、Ry3、Ry4的配置的一例进行说明。该例中，第一磁传感器10的第一部分11包含电阻部Rx1、Rx4，第一磁传感器10的第二部分12包含电阻部Rx2、Rx3。另外，第二磁传感器20的第一部分21包含电阻部Ry1、Ry4，第二磁传感器20的第二部分22包含电阻部Ry2、Ry3。
图4中，实心箭头表示MR元件的磁化固定层的磁化的方向。图4所示的例子中，第一磁传感器10的第一部分11、第一磁传感器10的第二部分12、第二磁传感器20的第一部分21和第二磁传感器20的第二部分22各自中，其所含的多个MR元件的磁化固定层的磁化的方向成为相同的方向。因此，根据该例，多个MR元件的磁化固定层的磁化的方向的设定变得容易。
接着，参照图6，对MR元件的结构的一例进行说明。图6所示的MR元件100包含从基板51侧依次层叠的反铁磁性层101、磁化固定层102、间隙层103和自由层104。反铁磁性层101由反铁磁性材料构成，在与磁化固定层102之间产生交换耦合，固定磁化固定层102的磁化的方向。
此外，MR元件100的层101～104的配置也可以与图6所示的配置上下相反。另外，MR元件100也可以是不包含反铁磁性层101的结构。该结构也可以为如下结构，例如代替反铁磁性层101和磁化固定层102，包含人工反铁磁性结构的磁化固定层，该磁化固定层包括两个铁磁性层和配置于该两个铁磁性层之间的非磁性金属层。另外，磁检测元件也可以是霍尔元件、磁阻元件等MR元件以外的检测磁场的元件。
接着，参照图7，对电阻部R的结构的一例进行说明。该例中，电阻部R包含串联连接的多个MR元件100。电阻部R还包含以多个MR元件100串联连接的方式将电路结构上相邻的两个MR元件100电连接的1个以上的连接层。图7所示的例子中，电阻部R中，作为1个以上的连接层，包含1个以上的下部连接层111和1个以上的上部连接层112。下部连接层111连接于电路结构上相邻的两个MR元件100的下表面，并将该两个MR元件100电连接。上部连接层112连接于电路结构上相邻的两个MR元件100的上表面，并将该两个MR元件100电连接。
接着，参照图8，对第三磁传感器30的构成的一例进行说明。除了电阻部Rz1、Rz2、Rz3、Rz4之外，第三磁传感器30还包含由软磁性材料构成的软磁性结构体40。软磁性结构体40包含磁场转换部42和至少一个软磁性层。磁场转换部42接收第三外部磁场成分并输出与第三磁感应方向垂直的方向的输出磁场成分。输出磁场成分的强度与第三外部磁场成分的强度具有对应关系。第三磁传感器30通过检测输出磁场成分的强度，来检测第三外部磁场成分的强度。
图8所示的例子中，磁场转换部42包含：与电阻部Rz1对应的下部轭42B1和上部轭42T1；与电阻部Rz2对应的下部轭42B2和上部轭42T2；与电阻部Rz3对应的下部轭42B3和上部轭42T3；以及与电阻部Rz4对应的下部轭42B4和上部轭42T4。
下部轭42B1、42B2、42B3、42B4和上部轭42T1、42T2、42T3、42T4各自具有与第三传感器坐标系的Z方向垂直的方向上较长的长方体形状。
下部轭42B1和上部轭42T1配置于电阻部Rz1的附近。下部轭42B1配置于比电阻部Rz1更接近基板51的上表面51a的位置。上部轭42T1配置于比电阻部Rz1更远离基板51的上表面51a的位置。从上方观察时，电阻部Rz1位于下部轭42B1与上部轭42T1之间。
下部轭42B2和上部轭42T2配置于电阻部Rz2的附近。下部轭42B2配置于比电阻部Rz2更接近基板51的上表面51a的位置。上部轭42T2配置于比电阻部Rz2更远离基板51的上表面51a的位置。从上方观察时，电阻部Rz2位于下部轭42B2与上部轭42T2之间。
下部轭42B3和上部轭42T3配置于电阻部Rz3的附近。下部轭42B3配置于比电阻部Rz3更接近基板51的上表面51a的位置。上部轭42T3配置于比电阻部Rz3更远离基板51的上表面51a的位置。从上方观察时，电阻部Rz3位于下部轭42B3与上部轭42T3之间。
下部轭42B4和上部轭42T4配置于电阻部Rz4的附近。下部轭42B4配置于比电阻部Rz4更接近基板51的上表面51a的位置。上部轭42T4配置于比电阻部Rz4更远离基板51的上表面51a的位置。从上方观察时，电阻部Rz4位于下部轭42B4与上部轭42T4之间。
磁场转换部42输出的输出磁场成分包含由下部轭42B1和上部轭42T1生成且施加于电阻部Rz1的磁场成分、由下部轭42B2和上部轭42T2生成且施加于电阻部Rz2的磁场成分、由下部轭42B3和上部轭42T3生成且施加于电阻部Rz3的磁场成分、以及由下部轭42B4和上部轭42T4生成且施加于电阻部Rz4的磁场成分。
图8中，4个空心箭头分别表示第三外部磁场成分的方向为第三传感器坐标系的Z方向时，施加于电阻部Rz1、Rz2、Rz3、Rz4的磁场成分的方向。另外，图8中，4个实心箭头分别表示电阻部Rz1、Rz2、Rz3、Rz4的MR元件100的磁化固定层102的磁化的方向。电阻部Rz1、Rz4的MR元件100的磁化固定层102的磁化的方向分别是与第三外部磁场成分的方向为第三传感器坐标系的Z方向时施加于电阻部Rz1、Rz4的磁场成分的方向相同的方向。电阻部Rz2、Rz3的MR元件100的磁化固定层102的磁化的方向分别是与第三外部磁场成分的方向为第三传感器坐标系的Z方向时施加于电阻部Rz2、Rz3的磁场成分的方向相反的方向。
这里，对第三磁传感器30的作用进行说明。在不存在第三外部磁场成分的状态下，电阻部Rz1、Rz2、Rz3、Rz4的MR元件100的自由层104的磁化的方向相对于磁化固定层102的磁化的方向垂直。
第三外部磁场成分的方向为第三传感器坐标系的Z方向时，电阻部Rz1、Rz4的MR元件100中自由层104的磁化的方向从相对于磁化固定层102的磁化的方向垂直的方向向磁化固定层102的磁化的方向倾斜。此时，电阻部Rz2、Rz3的MR元件100中自由层104的磁化的方向从相对于磁化固定层102的磁化的方向垂直的方向向与磁化固定层102的磁化的方向相反的方向倾斜。其结果，与不存在第三外部磁场成分的状态相比，电阻部Rz1、Rz4的电阻值减少，电阻部Rz2、Rz3的电阻值增加。
在第三外部磁场成分的方向为第三传感器坐标系的-Z方向的情况下，与上述的情况相反，与不存在第三外部磁场成分的状态相比，电阻部Rz1、Rz4的电阻值增加，电阻部Rz2、Rz3的电阻值减少。
电阻部Rz1、Rz2、Rz3、Rz4的电阻值的变化量依赖于第三外部磁场成分的强度。
当第三外部磁场成分的方向和强度变化时，电阻部Rz1、Rz2、Rz3、Rz4各自的电阻值以随着电阻部Rz1、Rz4的电阻值增加而电阻部Rz2、Rz3的电阻值减少，或随着电阻部Rz1、Rz4的电阻值减少而电阻部Rz2、Rz3的电阻值增加的方式变化。由此，输出端子Vz+与输出端子Vz-之间的电位差发生变化。因此，能够基于该电位差来检测第三外部磁场成分。第三磁传感器30生成对应于输出端子Vz+与输出端子Vz-之间的电位差的第三检测信号。第三检测信号是相对于输出端子Vz+与输出端子Vz-之间的电位差实施了振幅、偏置的调整的信号。
接着，对传感器芯片4的结构的一例进行说明。图9是表示传感器芯片4的截面图。传感器芯片4包含具有上表面51a和下表面51b的基板51、以及层叠于基板51的上表面51a上的第一集成部分52和第二集成部分53。第一集成部分52包含磁场产生部70。第二集成部分53包含第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30。此外，图3和图4中，省略第一集成部分52。
磁场产生部70包括第一磁场产生器71、第二磁场产生器72和第三磁场产生器73。此外，第一磁场产生器至第三磁场产生器71～73在后面说明的图11至图13中表示。第一磁场产生器至第三磁场产生器71～73在第一集成部分52内配置于关于与基板51的上表面51a垂直的方向相互不同的位置。第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30以及第一磁场产生器至第三磁场产生器71～73在传感器芯片4中一体化。第一磁场产生器至第三磁场产生器71～73在后面进行说明。
图10表示第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30各自的一部分。该例子中，第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30配置于第一集成部分52上。第一集成部分52具有上表面52a。第一集成部分52的上表面52a具有绝缘性。
除了电阻部Rx1、Rx2、Rx3、Rx4之外，第一磁传感器10还包含分别由绝缘材料构成的绝缘层66A、67A、68A。绝缘层66A配置于第一集成部分52的上表面52a上。电阻部Rx1、Rx2、Rx3、Rx4配置于绝缘层66A上。图10中表示了电阻部Rx1、Rx2、Rx3、Rx4所含的多个MR元件100中的1个和与其连接的下部连接层111及上部连接层112。绝缘层67A在绝缘层66A的上表面上配置于电阻部Rx1、Rx2、Rx3、Rx4的周围。绝缘层68A覆盖电阻部Rx1、Rx2、Rx3、Rx4和绝缘层67A。
第二磁传感器20的结构与第一磁传感器10相同。即，除了电阻部Ry1、Ry2、Ry3、Ry4之外，第二磁传感器20还包含分别由绝缘材料构成的绝缘层66B、67B、68B。绝缘层66B配置于第一集成部分52的上表面52a上。电阻部Ry1、Ry2、Ry3、Ry4配置于绝缘层66B上。图10中表示电阻部Ry1、Ry2、Ry3、Ry4所含的多个MR元件100中的1个和与其连接的下部连接层111及上部连接层112。绝缘层67B在绝缘层66B的上表面上配置于电阻部Ry1、Ry2、Ry3、Ry4的周围。绝缘层68B覆盖电阻部Ry1、Ry2、Ry3、Ry4和绝缘层67B。
除了电阻部Rz1、Rz2、Rz3、Rz4和软磁性结构体40之外，第三磁传感器30还包含分别由绝缘材料构成的绝缘层61、62、63、64。图10所示的例子中，软磁性结构体40包含磁场转换部42和两个软磁性层41、43。
磁场转换部42包含图8所示的下部轭42B1、42B2、42B3、42B4和上部轭42T1、42T2、42T3、42T4。图10中，将下部轭42B1、42B2、42B3、42B4中的一个利用符号42B表示，将与其对应的上部轭42T1、42T2、42T3、42T4中的一个利用符号42T表示。
软磁性层41配置于第一集成部分52的上表面52a上。下部轭42B1、42B2、42B3、42B4配置于软磁性层41上。绝缘层61在软磁性层41上配置于下部轭42B1、42B2、42B3、42B4的周围。
电阻部Rz1、Rz2、Rz3、Rz4配置于绝缘层61上。图10中表示电阻部Rz1、Rz2、Rz3、Rz4所含的多个MR元件100中的一个和与其连接的下部连接层111及上部连接层112。绝缘层62在下部轭42B1、42B2、42B3、42B4和绝缘层61上配置于电阻部Rz1、Rz2、Rz3、Rz4的周围。
上部轭42T1、42T2、42T3、42T4配置于绝缘层62上。绝缘层63在电阻部Rz1、Rz2、Rz3、Rz4和绝缘层62上配置于上部轭42T1、42T2、42T3、42T4的周围。
软磁性层43配置于上部轭42T1、42T2、42T3、42T4和绝缘层63上。绝缘层64覆盖软磁性层43。
从上方观察时，软磁性层41、43遍及第三磁传感器30的整个区域或大致整个区域。换言之，将软磁性层41垂直投影于基准平面RP而成的区域和将软磁性层43垂直投影于基准平面RP而成的区域均与第三区域A30一致或大致一致。
图10所示的例子中，第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30所含的所有磁检测元件即MR元件100配置于距第一集成部分52的上表面52a相等的距离的位置。本实施方式中，第一集成部分52的上表面52a相对于基板51的上表面51a平行。因此，第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30所含的所有MR元件100配置于距基板51的上表面51a即基准平面RP相等的距离的位置。
此外，磁场转换部42也可以仅包含下部轭42B1、42B2、42B3、42B4和上部轭42T1、42T2、42T3、42T4中的一方。另外，软磁性结构体40也可以仅包含软磁性层41、43中的一方。
接着，对第一磁场产生器至第三磁场产生器71～73进行说明。第一磁场产生器至第三磁场产生器71～73位于基板51的上表面51a(参照图9)与第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30之间。
首先，参照图11，对第一磁场产生器71进行说明。图11是示意性地表示第一磁场产生器71的说明图。第一磁场产生器71能够产生第一附加磁场。利用第一磁场产生器71产生第一附加磁场时，对第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30各自施加第一附加磁场中作为与第一方向平行的方向的成分的第一附加磁场成分。本实施方式中，特别是第一方向与基准坐标系的X方向一致。
如图11所示，第一磁场产生器71具有线圈导线71a和与线圈导线71a的两端连接的两个端子71b、71c。端子71b、71c分别与校正处理器80的驱动部86(参照图2)连接。
从上方观察时，线圈导线71a包含与第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30中的至少一个重合、且沿着与基准坐标系的Y方向平行的方向延伸的多个第一导线部分。线圈导线71a以从端子71b向端子71c流通电流时在多个第一导线部分各自流通的电流的方向成为基准坐标系的Y方向的方式，沿着基准坐标系的XY平面卷绕。
当沿着从端子71b朝向端子71c的方向流通电流时，在多个第一导线部分各自流通的电流的方向成为基准坐标系的Y方向，第一附加磁场成分的方向成为基准坐标系的X方向。当将电流的方向设为与上述的例子相反时，第一附加磁场成分的方向成为基准坐标系的-X方向。
接着，参照图12，对第二磁场产生器72进行说明。图12是示意性地表示第二磁场产生器72的说明图。第二磁场产生器72能够产生第二附加磁场。利用第二磁场产生器72产生第二附加磁场时，对第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30各自施加第二附加磁场中作为与第二方向平行的方向的成分的第二附加磁场成分。本实施方式中，特别是第二方向与基准坐标系的Y方向一致。
如图12所示，第二磁场产生器72具有线圈导线72a和与线圈导线72a的两端连接的两个端子72b、72c。端子72b、72c分别与校正处理器80的驱动部86(参照图2)连接。
从上方观察时，线圈导线72a包含与第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30中的至少一个重合、且沿着与基准坐标系的X方向平行的方向延伸的多个第二导线部分。线圈导线72a以从端子72b向端子72c流通电流时在多个第二导线部分各自流通的电流的方向成为基准坐标系的-X方向的方式，沿着基准坐标系的XY平面卷绕。
当沿着从端子72b朝向端子72c的方向流通电流时，在多个第二导线部分各自流通的电流的方向成为基准坐标系的-X方向，第二附加磁场成分的方向成为基准坐标系的Y方向。当将电流的方向设为与上述的例子相反时，第二附加磁场成分的方向成为基准坐标系的-Y方向。
接着，参照图13，对第三磁场产生器73进行说明。图13是示意性地表示第三磁场产生器73的说明图。第三磁场产生器73能够产生第三附加磁场。利用第三磁场产生器73产生第三附加磁场时，对第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30各自施加第三附加磁场中作为与第三方向平行的方向的成分的第三附加磁场成分。本实施方式中，特别是第三方向与基准坐标系的Z方向一致。
如图13所示，第三磁场产生器73具有线圈导线73a和与线圈导线73a的两端连接的两个端子73b、73c。端子73b、73c分别与校正处理器80的驱动部86(参照图2)连接。
从上方观察，线圈导线73a以从端子73b向端子73c沿着逆时针旋转方向卷绕的方式，沿着基准坐标系的XY平面多次卷绕成平面螺旋状。从上方观察，线圈导线73a包围第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30。线圈导线73a整体上具有正方形或大致正方形的形状。
当沿着从端子73b朝向端子73c的方向流通电流时，施加于第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30各自的第三附加磁场成分的方向成为基准坐标系的Z方向。当将电流的方向设为与上述的例子相反时，第三附加磁场成分的方向成为基准坐标系的-Z方向。
接着，参照图2，对校正处理器80的校正处理部84的动作进行说明。首先，对校正处理部84进行的校正处理进行概略说明。
这里，根据以下的第一条件至第三条件定义理想状态。第一条件为：第一磁感应方向与平行于第一方向的方向一致，第二磁感应方向与平行于第二方向的方向一致，第三磁感应方向与平行于第三方向的方向一致。
第二要件为：第一检测信号的变化相对于第一外部磁场成分的变化的比率、第二检测信号的变化相对于第二外部磁场成分的变化的比率、第三检测信号的变化相对于第三外部磁场成分的变化的比率相等。
第三要件为：第二检测信号的变化相对于第一外部磁场成分的变化的比率、第三检测信号的变化相对于第一外部磁场成分的变化的比率、第一检测信号的变化相对于第二外部磁场成分的变化的比率、第三检测信号的变化相对于第二外部磁场成分的变化的比率、第一检测信号的变化相对于第三外部磁场成分的变化的比率、第二检测信号的变化相对于第三外部磁场成分的变化的比率均为0。
另外，将理想状态下的第一检测信号称为第一理想信号，将理想状态下的第二检测信号称为第二理想信号，将理想状态下的第三检测信号称为第三理想信号。校正处理是校正第一检测信号至第三检测信号并生成第一校正后信号至第三校正后信号，使得与校正前的第一检测信号至第三检测信号相比，第一校正后信号至第三校正后信号接近第一理想信号至第三理想信号的处理。
以下，对校正处理的具体的内容进行说明。以下的说明中，将第一检测信号以记号Sx表示，将第二检测信号以记号Sy表示，将第三检测信号以记号Sz表示。另外，将第一校正后信号以记号CSx表示，将第二校正后信号以记号CSy表示，将第三校正后信号以记号CSz表示。第一校正后信号至第三校正后信号CSx、CSy、CSz分别以下述的式(1)～(3)表示。
CSx＝C11Sx+C12Sy+C13Sz…(1)
CSy＝C21Sx+C22Sy+C23Sz…(2)
CSz＝C31Sx+C32Sy+C33Sz…(3)
式(1)～(3)中，C11、C12、C13、C21、C22、C23、C31、C32、C33分别表示校正系数。另外，式(1)～(3)表示本实施方式的校正函数。
这里，将i、j分别设为1以上3以下的整数时，将校正系数Cij设为(i，j)成分的3行3列的矩阵称为校正系数矩阵MC。另外，将以第一检测信号至第三检测信号Sx、Sy、Sz为要素包含的列矢量称为检测信号矢量VS，将以第一校正后信号至第三校正后信号CSx、CSy、CSz为要素包含的列矢量称为校正后信号矢量VCS。校正函数使用MC、VS、VCS，以下述的式(4)表示。
VCS＝MC·VS…(4)
此外，式(4)中，VS＝[Sx、Sy、Sz]T，VCS＝[CSx、CSy、CSz]T。
校正处理部84使用由A/D转换器81～83转换成数字信号的第一检测信号至第三检测信号Sx、Sy、Sz和以式(1)～(3)或式(4)表示的校正函数，进行校正处理。另外，校正处理部84将由校正处理生成的第一校正后信号至第三校正后信号CSx、CSy、CSz输出至主机处理器200。
接着，对校正处理器80的校正函数确定部85、驱动部86和控制部87的动作进行说明。如上所述，控制部87控制校正函数确定部85和驱动部86，使其进行校正函数确定处理。
首先，参照图14，对校正函数确定处理的概略进行说明。图14是表示校正函数确定处理的流程图。校正函数确定处理中，首先，在步骤S11中，利用驱动部86控制第一磁场产生器71，使其产生第一附加磁场，且第一附加磁场变化。然后，校正函数确定部85获得这样操作使第一附加磁场变化时与第一检测信号至第三检测信号Sx、Sy、Sz各自的变化相关的第一数据至第三数据。第一附加磁场也可以以例如对第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30各自在不同的时刻施加X方向的第一附加磁场成分和-X方向的第一附加磁场成分的方式变化。
接着，步骤S12中，利用驱动部86控制第二磁场产生器72，使其产生第二附加磁场，且第二附加磁场变化。然后，校正函数确定部85获得这样操作使第二附加磁场变化时与第一检测信号至第三检测信号Sx、Sy、Sz各自的变化相关的第四数据至第六数据。第二附加磁场也可以以例如对第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30各自在不同的时刻施加Y方向的第二附加磁场成分和-Y方向的第二附加磁场成分的方式变化。
接着，步骤S13中，利用驱动部86控制第三磁场产生器73，使其产生第三附加磁场，且第三附加磁场变化。然后，校正函数确定部85获得这样操作使第三附加磁场变化时与第一检测信号至第三检测信号Sx、Sy、Sz各自的变化相关的第七数据至第九数据。第三附加磁场也可以以例如对第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30各自在不同的时刻施加Z方向的第三附加磁场成分和-Z方向的第三附加磁场成分的方式变化。
接着，步骤S14中，校正函数确定部85基于所获得的第一数据至第九数据，确定校正函数。
这里，步骤S11中，将使第一附加磁场变化时施加于第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30各自的第一附加磁场成分的变化量以记号dHx表示。另外，步骤S12中，将使第二附加磁场变化时施加于第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30各自的第二附加磁场成分的变化量以记号dHy表示。另外，步骤S13中，将使第三附加磁场变化时施加于第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30各自的第三附加磁场成分的变化量以记号dHz表示。
另外，步骤S11中，将使第一附加磁场变化时第一检测信号Sx的变化量称为第一信号变化量，并以记号dSxhx表示。另外，将使第一附加磁场变化时第二检测信号Sy的变化量称为第二信号变化量，并以记号dSyhx表示。另外，将使第一附加磁场变化时第三检测信号Sz的变化量称为第三信号变化量，并以记号dSzhx表示。第一信号变化量至第三信号变化量dSxhx、dSyhx、dSzhx分别与第一数据至第三数据对应。
另外，步骤S12中，将使第二附加磁场变化时第一检测信号Sx的变化量称为第四信号变化量，并以记号dSxhy表示。另外，将使第二附加磁场变化时第二检测信号Sy的变化量称为第五信号变化量，并以记号dSyhy表示。另外，将使第二附加磁场变化时第三检测信号Sz的变化量称为第六信号变化量，并以记号dSzhy表示。第四信号变化量至第六信号变化量dSxhy、dSyhy、dSzhy分别与第四数据至第六数据对应。
另外，步骤S13中，将使第三附加磁场变化时第一检测信号Sx的变化量称为第七信号变化量，并以记号dSxhz表示。另外，将使第三附加磁场变化时第二检测信号Sy的变化量称为第八信号变化量，并以记号dSyhz表示。另外，将使第三附加磁场变化时第三检测信号Sz的变化量称为第九信号变化量，并以记号dSzhz表示。第七信号变化量至第九信号变化量dSxhz、dSyhz、dSzhz分别与第七数据至第九数据对应。
另外，将与第一方向平行的方向称为第一主轴方向。然后，将第一检测信号Sx的变化相对于第一主轴方向的磁场的强度的变化的比率称为第一主轴灵敏度，并以记号SSxhx表示。另外，将与第二方向平行的方向称为第二主轴方向。然后，将第二检测信号Sy的变化相对于第二主轴方向的磁场的强度的变化的比率称为第二主轴灵敏度，并以记号SSyhy表示。另外，将与第三方向平行的方向称为第三主轴方向。然后，将第三检测信号Sz的变化相对于第三主轴方向的磁场的强度的变化的比率称为第三主轴灵敏度，并以记号SSzhz表示。
另外，将第二检测信号Sy的变化相对于第一主轴方向的磁场的强度的变化的比率称为第一他轴灵敏度，并以记号SSyhx表示。另外，将第三检测信号Sz的变化相对于第一主轴方向的磁场的强度的变化的比率称为第二他轴灵敏度，并以记号SSzhx表示。另外，将第一检测信号Sx的变化相对于第二主轴方向的磁场的强度的变化的比率称为第三他轴灵敏度，并以记号SSxhy表示。另外，将第三检测信号Sz的变化相对于第二主轴方向的磁场的强度的变化的比率称为第四他轴灵敏度，并以记号SSzhy表示。另外，将第一检测信号Sx的变化相对于第三主轴方向的磁场的强度的变化的比率称为第五他轴灵敏度，并以记号SSxhz表示。另外，将第二检测信号Sy的变化相对于第三主轴方向的磁场的强度的变化的比率称为第六他轴灵敏度，并以记号SSyhz表示。
第一信号变化量至第三信号变化量dSxhx、dSyhx、dSzhx即第一数据至第三数据以下述的式(5)表示。
Figure BDA0002229392910000241
第四信号变化量至第六信号变化量dSxhy、dSyhy、dSzhy即第四数据至第六数据以下述的式(6)表示。
Figure BDA0002229392910000242
第七信号变化量至第九信号变化量dSxhz、dSyhz、dSzhz即第七数据至第九数据以下述的式(7)表示。
Figure BDA0002229392910000243
以下，将式(5)～(7)的右边的3行3列的矩阵称为灵敏度矩阵，并以记号MSS表示。
接着，对步骤S14的校正函数的确定方法进行具体地说明。校正函数确定部85首先基于第一数据至第九数据即第一至第九信号变化量dSxhx、dSyhx、dSzhx、dSxhy、dSyhy、dSzhy、dSxhz、dSyhz、dSzhz、第一附加磁场成分的变化量dHx、第二附加磁场成分的变化量dHy、和第三附加磁场成分的变化量dHz，算出灵敏度SSxhx、SSyhx、SSzhx、SSxhy、SSyhy、SSzhy、SSxhz、SSyhz、SSzhz。
此外，根据式(5)，SSxhx＝dSxhx/dHx，SSyhx＝dSyhx/dHx，SSzhx＝dSzhx/dHx。另外，根据式(6)，SSxhy＝dSxhy/dHy，SSyhy＝dSyhy/dHy，SSzhy＝dSzhy/dHy。另外，根据式(7)，SSxhz＝dSxhz/dHz，SSyhz＝dSyhz/dHz，SSzhz＝dSzhz/dHz。
校正函数确定部85接着使用算出的灵敏度SSxhx、SSyhx、SSzhx、SSxhy、SSyhy、SSzhy、SSxhz、SSyhz、SSzhz，确定校正系数矩阵MC。这里，对校正系数矩阵MC的第一例和第二例进行说明。第一例的校正系数矩阵MC是灵敏度矩阵MSS的逆矩阵MSS-1。
第二例的校正系数矩阵MC是将该(i，j)成分设为上述逆矩阵MSS-1的(i，j)成分的近似值的矩阵。第二例的校正系数矩阵MC以例如下述的式(8)表示。该例子中，利用第一主轴灵敏度至第三主轴灵敏度SSxhx、SSyhy、SSzhz是相互接近的值、第一他轴灵敏度至第六他轴灵敏度为接近0的值，求得逆矩阵MSS-1的(i，j)成分的近似值。
Figure BDA0002229392910000251
校正函数确定部85接着基于所确定的校正系数矩阵MC，来确定校正函数。如上所述，校正函数以式(1)～(3)或式(4)表示。
校正函数确定处理也可以在例如满足以下的第一启动要件至第三启动要件中的至少一个的情况下执行。
第一启动要件为从上一次的校正函数确定处理经过了规定时间。校正处理器80也可以包含将经过了规定时间通知给控制部87的未图示的计时器。
第二启动要件为第一检测信号至第三检测信号Sx、Sy、Sz的任一值处于非线性区域。这里，以第一检测信号Sx为例，对线性区域和非线性区域进行说明。在表示第一外部磁场成分与第一检测信号Sx的关系的图表中，将第一外部磁场成分的强度与0对应的点称为原点。第一检测信号Sx的范围包含线性区域和第一非线性区域及第二非线性区域。线性区域是包含原点的区域，且是第一检测信号Sx的变化相对于第一外部磁场成分的变化的比例即第一主轴灵敏度SSxhx一定或大致一定的区域。第一非线性区域及第二非线性区域是第一主轴灵敏度SSxhx与线性区域中的第一主轴灵敏度SSxhx不同的区域，存在于线性区域的两侧。线性区域和第一非线性区域及第二非线性区域预先求得。此外，第一非线性区域及第二非线性区域各自的第一主轴灵敏度SSxhx有时也根据第一外部磁场成分的变化而变化。
同样地，第二检测信号Sy的范围和第三检测信号Sz的范围也分别包含线性区域和第一非线性区域及第二非线性区域。校正处理器80也可以包含进行第一检测信号至第三检测信号Sx、Sy、Sz的任一值是否处于第一非线性区域或第二非线性区域的判定的判定部。在第一检测信号至第三检测信号Sx、Sy、Sz的任一值处于第一非线性区域或第二非线性区域的情况下，满足第二启动要件。在该情况下，判定部将通知该情况的信号输出至控制部87。
第三启动要件为第一检测信号至第三检测信号Sx、Sy、Sz的任一值在预先规定的使用范围的范围外。使用范围是例如A/D转换器81、82、83中正常的输入信号的范围。该情况下，在A/D转换器81、82、83的任一个中，在检测到输入了使用范围的范围外的信号的情况下，满足第三启动要件。A/D转换器81、82、83将通知该情况的信号输出至控制部87。
接着，参照图15对图2所示的主机处理器200的构成的一例进行说明。主机处理器200例如由微型计算机构成。图15表示将磁传感器装置1用作地磁传感器装置的情况下的主机处理器200的构成例。图15所示的例子中，主机处理器200包含偏置校正部201、球体计算部202、方位运算部203。偏置校正部201、球体计算部202和方位运算部203分别是进行以下说明的处理的功能块。
对偏置校正部201输入由校正处理器80的校正处理部84(参照图2)的校正处理生成的第一校正后信号至第三校正后信号CSx、CSy、CSz。偏置校正部201在由于检测对象的磁场即地磁以外的因素而第一检测信号至第三检测信号Sx、Sy、Sz产生偏置的情况下，对第一校正后信号至第三校正后信号CSx、CSy、CSz进行偏置校正处理，使得除去偏置的影响。
这里，假定由相互正交的X轴、Y轴和Z轴定义的正交坐标系，将使与某个时刻的第一检测信号至第三检测信号Sx、Sy、Sz的组对应的第一校正后信号至第三校正后信号CSx、CSy、CSz分别设为X坐标的值、Y坐标的值和Z坐标的值的点称为测定点。一边将搭载有磁传感器装置1的电子设备的姿势或位置随机变动一边获得多个测定点，当将多个测定点绘制于上述的正交坐标系时，多个测定点分布于以点(cx，cy，cz)为中心点的假想的球的球面上。该假想的球的半径与地磁的大小具有对应关系。该假想的球的中心点表示地磁以外的因素所引起的偏置。偏置校正处理也可以是例如以中心点的坐标成为正交坐标系的原点(0，0，0)的方式，将测定点(CSx、CSy、CSz)转换成点(CSx-cx，CSy-cy，CSz-cz)的处理。
具体而言，偏置校正部201将第一校正后信号CSx与cx的差作为第四校正后信号进行生成，将第二校正后信号CSy与cy的差作为第五校正后信号进行生成，将第三校正后信号CSz与cz的差作为第六校正后信号进行生成。另外，偏置校正部201将生成的第四校正后信号至第六校正后信号输出至方位运算部203。
球体计算部202基于多个测定点(CSx、CSy、CSz)，算出中心点(cx，cy，cz)。另外，球体计算部202将算出的cx、cy、cz输出至偏置校正部201。
方位运算部203基于第四校正后信号至第六校正后信号算出方位。例如，在搭载磁传感器装置1的电子设备总是维持基准坐标系的-Z方向与重力加速度的方向一致的姿势的情况下，方位运算部203也可以仅使用第四校正后信号和第五校正后信号，算出方位。
例如，在搭载有磁传感器装置1的电子设备是基准坐标系的-Z方向相对于重力加速度的方向形成的倾斜角度可能变化的设备的情况下，方位运算部203也可以使用第四校正后信号至第六校正后信号和图15所示的加速度传感器210的测定信息，算出方位。加速度传感器210测定相互正交的三个方向上的加速度，搭载于电子设备。加速度传感器210的测定信息包含相互正交的三个方向上的加速度的测定值。
接着，对本实施方式的磁传感器装置1的效果进行说明。本实施方式的磁传感器装置1中，第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30的主轴灵敏度和他轴灵敏度的测定中使用的第一磁场产生器至第三磁场产生器71～73与第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30一体化。由此，根据本实施方式，无论磁传感器装置1的使用环境，均能够容易地进行第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30的主轴灵敏度和他轴灵敏度的测定、和基于该测定结果的第一检测信号至第三检测信号Sx、Sy、Sz的校正。
另外，本实施方式中，校正处理器80与第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30以及第一磁场产生器至第三磁场产生器71～73一体化。由此，根据本实施方式，能够通过具有一个电子部件的形式的磁传感器装置1进行上述的主轴灵敏度和他轴灵敏度的测定、和基于该测定结果的第一检测信号至第三检测信号Sx、Sy、Sz的校正。
当通过校正处理对第一检测信号至第三检测信号Sx、Sy、Sz进行校正并生成第一校正后信号至第三校正后信号CSx、CSy、CSz时，有时由于第一检测信号至第三检测信号Sx、Sy、Sz的非线性性等而引起第一校正后信号至第三校正后信号CSx、CSy、CSz产生偏置。但是，伴随该校正处理的偏置所产生的影响能够通过偏置校正部201的偏置校正处理，与其它原因的偏置产生的影响一起除去。
另外，如果在校正函数的更新前后，校正系数C11、C22、C33中的至少一个大幅变化，则相对于相同的检测信号的校正后信号的值可能急剧变化。为了防止该情况，例如也可以代替式(1)～(3)，将下述的式(9)～(11)用作更新后的校正函数。
CSx＝C11(Sx-Sx1)+CSx1+C12Sy+C13Sz…(9)
CSy＝C21Sx+C22(Sy-Sy1)+CSy1+C23Sz…(10)
CSz＝C31Sx+C32Sy+C33(Sz-Sz1)+CSz1…(11)
式(9)～(11)中，Sx1、Sy1、Sz1分别表示执行此次的校正函数确定处理之前在某个时刻生成的第一检测信号至第三检测信号Sx、Sy、Sz的值。另外，CSx1、CSy1、CSz1分别表示使用Sx1、Sy1、Sz1和更新前的校正函数算出的第一校正后信号至第三校正后信号CSx、CSy、CSz的值。
此外，在将式(9)～(11)用作校正函数的情况下，有时在第一校正后信号至第三校正后信号CSx、CSy、CSz产生偏置。但是，该偏置能够通过偏置校正部201的偏置校正处理，与其它原因产生的偏置的影响一起除去。
[第二实施方式]
接着，对本发明的第二实施方式进行说明。首先，简单地说明本实施方式的磁传感器装置301的结构与第一实施方式不同的点。本实施方式的磁传感器装置301具有第一实施方式的第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30中的两个磁传感器。以下，对本实施方式的磁传感器装置301作为两个磁传感器具有第一磁传感器和第二磁传感器10、20的例子进行说明。
图16表示本实施方式的磁传感器装置301的结构。本实施方式中，未设置第一实施方式的第三磁传感器30和A/D转换器83。另外，磁场产生部70包含第一磁场发生器和第二磁场产生器71、72(参照图11及图12)，但不包含第三磁场产生器73。
接着，对本实施方式的校正处理器80的校正处理部84的动作即本实施方式的校正处理进行说明。第一磁传感器10生成第一检测信号Sx，第二磁传感器20生成第二检测信号Sy。本实施方式的校正处理是如下的处理：校正第一检测信号和第二检测信号Sx、Sy，生成第一校正后信号和第二校正后信号CSx、CSy，使得与校正前的第一检测信号和第二检测信号Sx、Sy相比，第一校正后信号和第二校正后信号CSx、CSy接近第一实施方式中说明的第一理想信号和第二理想信号。
本实施方式的第一理想信号和第二校正后信号CSx、CSy分别以下述的式(12)、(13)表示。
CSx＝C11Sx+C12Sy…(12)
CSy＝C21Sx+C22Sy…(13)
式(12)、(13)中，C11、C12、C21、C22分别表示校正系数。另外，式(12)、(13)表示本实施方式的校正函数。
此外，校正函数与第一实施方式一样，使用校正系数矩阵MC、检测信号矢量VS和校正后信号矢量VCS，以第一实施方式的式(4)表示。但是，本实施方式中，校正系数矩阵MC是将i、j分别设为1或2时，以校正系数Cij为(i，j)成分的2行2列的矩阵。另外，VS＝[Sx、Sy]T，VCS＝[CSx、CSy]T。
本实施方式中，校正处理部84使用利用A/D转换器81、82转换成数字信号的第一检测信号和第二检测信号Sx、Sy以及以式(12)、(13)或式(4)表示的校正函数，进行校正处理。另外，校正处理部84将由校正处理生成的第一校正后信号和第二校正后信号CSx、CSy输出至主机处理器200。
接着，对本实施方式的校正处理器80的校正函数确定部85、驱动部86和控制部87的动作、即本实施方式的校正函数确定处理进行说明。
首先，参照图17对本实施方式的校正函数确定处理的概略进行说明。图17是表示校正函数确定处理的流程图。校正函数确定处理中，首先，步骤S21中，利用驱动部86控制第一磁场产生器71，使其产生第一附加磁场，且第一附加磁场变化。然后，校正函数确定部85获得这样操作使第一附加磁场变化时与第一磁传感器10的第一检测信号Sx和第二磁传感器20的第二检测信号Sy各自的变化相关的第一数据和第二数据。
接着，步骤S22中，利用驱动部86控制第二磁场产生器72，使其产生第二附加磁场，且第二附加磁场变化。然后，获得这样操作使第二附加磁场变化时与第一检测信号和第二检测信号Sx、Sy各自的变化相关的第三数据和第四数据。
接着，步骤S23中，校正函数确定部85基于所获得的第一数据至第四数据，确定校正函数。
这里，与第一实施方式一样，定义信号变化量dSxhx、dSyhx、dSxhy、dSyhy。信号变化量dSxhx、dSyhx、dSxhy、dSyhy分别与本实施方式的第一数据至第四数据对应。
信号变化量dSxhx、dSyhx即第一数据和第二数据以下述的式(14)表示。
Figure BDA0002229392910000301
信号变化量dSxhy、dSyhy即第三数据和第四数据以下述的式(15)表示。
Figure BDA0002229392910000302
此外，式(14)、(15)的SSxhx、SSxhy、SSyhx、SSyhy、dHx、dHy的定义与第一实施方式相同。另外，式(14)、(15)的右边的2行2列的矩阵是本实施方式的灵敏度矩阵MSS。
接着，对步骤S23的校正函数的确定方法具体地说明。校正函数确定部85首先基于第一数据至第四数据即信号变化量dSxhx、dSyhx、dSxhy、dSyhy、第一附加磁场成分的变化量dHx、和第二附加磁场成分的变化量dHy，算出灵敏度SSxhx、SSyhx、SSxhy、SSyhy。灵敏度SSxhx、SSyhx、SSxhy、SSyhy的算出方法与第一实施方式相同。
校正函数确定部85接着使用算出的灵敏度SSxhx、SSyhx、SSxhy、SSyhy，确定校正系数矩阵MC。这里，对本实施方式的校正系数矩阵MC的第一例和第二例进行说明。第一例的校正系数矩阵MC为灵敏度矩阵MSS的逆矩阵MSS-1。
第二例的校正系数矩阵MC是将其(i，j)成分设为上述逆矩阵MSS-1的(i，j)成分的近似值的矩阵。第二例的校正系数矩阵MC以例如下述的式(16)表示。
Figure BDA0002229392910000311
校正函数确定部85接着基于所确定的校正系数矩阵MC，确定校正函数。
本实施方式的磁传感器装置301中，第一磁传感器和第二磁传感器10、20的主轴灵敏度及他轴灵敏度的测定中使用的第一磁场发生器和第二磁场产生器71、72与第一磁传感器和第二磁传感器10、20一体化。由此，根据本实施方式，无论磁传感器装置301的使用环境，均能够容易地进行第一磁传感器和第二磁传感器10、20的主轴灵敏度及他轴灵敏度的测定、和基于该测定结果的第一检测信号和第二检测信号Sx、Sy的校正。
本实施方式的其它的结构、作用和效果与第一实施方式一样。
此外，本发明不限定于上述各实施方式，能够进行各种变更。例如，第一磁传感器至第三磁传感器10、20、30和第一磁场产生器至第三磁场产生器71、72、73的结构不限于各实施方式所示的例子，只要满足权利要求的条件即可。
另外，第二实施方式的磁传感器装置301也可以具有第一磁传感器和第三磁传感器10、30，也可以具有第二磁传感器和第三磁传感器20、30，代替作为两个磁传感器的第一磁传感器和第二磁传感器10、20。
基于以上的说明可知，能够实施本发明的各种方式和变形例。因此，在以下的权利要求的均等范围内，即使是上述的最佳形式以外的形式，也能够实施本发明。

Claims (6)

1.一种磁传感器装置，其特征在于，具有：
第一磁传感器，其生成与外部磁场中作为第一磁感应方向的成分的第一外部磁场成分具有对应关系的第一检测信号；
第二磁传感器，其生成与所述外部磁场中作为第二磁感应方向的成分的第二外部磁场成分具有对应关系的第二检测信号；
第三磁传感器，其生成与所述外部磁场中作为第三磁感应方向的成分的第三外部磁场成分具有对应关系的第三检测信号；
第一磁场产生器，其能够产生第一附加磁场；
第二磁场产生器，其能够产生第二附加磁场；
第三磁场产生器，其能够产生第三附加磁场；和
校正处理器，其控制所述第一磁场产生器至所述第三磁场产生器并校正所述第一检测信号至所述第三检测信号，
所述第一磁传感器至所述第三磁传感器以及所述第一磁场产生器至所述第三磁场产生器被一体化，
利用所述第一磁场产生器产生所述第一附加磁场时，对所述第一磁传感器至所述第三磁传感器各自施加所述第一附加磁场中作为与第一方向平行的方向的成分的第一附加磁场成分，
利用所述第二磁场产生器产生所述第二附加磁场时，对所述第一磁传感器至所述第三磁传感器各自施加所述第二附加磁场中作为与第二方向平行的方向的成分的第二附加磁场成分，
利用所述第三磁场产生器产生所述第三附加磁场时，对所述第一磁传感器至所述第三磁传感器各自施加所述第三附加磁场中作为与第三方向平行的方向的成分的第三附加磁场成分，
所述校正处理器进行确定用于校正所述第一检测信号至所述第三检测信号的校正函数的校正函数确定处理、以及使用所述第一检测信号至所述第三检测信号和所述校正函数来校正所述第一检测信号至所述第三检测信号的校正处理，
所述校正函数确定处理获得控制所述第一磁场产生器使所述第一附加磁场变化时与所述第一检测信号至所述第三检测信号各自的变化相关的第一数据至第三数据、控制所述第二磁场产生器使所述第二附加磁场变化时与所述第一检测信号至所述第三检测信号各自的变化相关的第四数据至第六数据、以及控制所述第三磁场产生器使所述第三附加磁场变化时与所述第一检测信号至所述第三检测信号各自的变化相关的第七数据至第九数据，并基于所述第一数据至所述第九数据确定所述校正函数。
2.根据权利要求1所述的磁传感器装置，其特征在于：
所述第一方向至所述第三方向相互正交。
3.根据权利要求1所述的磁传感器装置，其特征在于：
所述校正处理器与所述第一磁传感器至所述第三磁传感器以及所述第一磁场产生器至所述第三磁场产生器一体化。
4.一种磁传感器装置，其特征在于，具有：
第一磁传感器，其生成与外部磁场中作为第一磁感应方向的成分的第一外部磁场成分具有对应关系的第一检测信号；
第二磁传感器，其生成与所述外部磁场中作为第二磁感应方向的成分的第二外部磁场成分具有对应关系的第二检测信号；
第一磁场产生器，其能够产生第一附加磁场；
第二磁场产生器，其能够产生第二附加磁场；和
校正处理器，其控制所述第一磁场发生器和所述第二磁场产生器并校正所述第一检测信号和所述第二检测信号，
所述第一磁传感器和所述第二磁传感器以及所述第一磁场发生器和所述第二磁场产生器被一体化，
利用所述第一磁场产生器产生所述第一附加磁场时，对所述第一磁传感器和所述第二磁传感器各自施加所述第一附加磁场中作为与第一方向平行的方向的成分的第一附加磁场成分，
利用所述第二磁场产生器产生所述第二附加磁场时，对所述第一磁传感器和所述第二磁传感器各自施加所述第二附加磁场中作为与第二方向平行的方向的成分的第二附加磁场成分，
所述校正处理器进行确定用于校正所述第一检测信号和所述第二检测信号的校正函数的校正函数确定处理、以及使用所述第一检测信号和所述第二检测信号及所述校正函数来校正所述第一检测信号和所述第二检测信号的校正处理，
所述校正函数确定处理获得控制所述第一磁场产生器使所述第一附加磁场变化时与所述第一检测信号和所述第二检测信号各自的变化相关的第一数据和第二数据、以及控制所述第二磁场产生器使所述第二附加磁场变化时与所述第一检测信号和所述第二检测信号各自的变化相关的第三数据和第四数据，并基于所述第一数据至所述第四数据确定所述校正函数。
5.根据权利要求4所述的磁传感器装置，其特征在于：
所述第一方向和所述第二方向相互正交。
6.根据权利要求4所述的磁传感器装置，其特征在于：
所述校正处理器与所述第一磁传感器和所述第二磁传感器以及所述第一磁场发生器和所述第二磁场产生器一体化。
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