DE102019132824A1

DE102019132824A1 - Magnetische sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102019132824A1
Application number: DE102019132824.1A
Authority: DE
Inventors: Kazuya Watanabe; Hiraku Hirabayashi; Yoshitaka Okutsu; Masanori Yoshida
Original assignee: Asahi Kasei Microdevices Corp; TDK Corp
Current assignee: Asahi Kasei Microdevices Corp; TDK Corp
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2020-06-18
Also published as: JP2020094883A; CN111308403A; CN111308403B; US11162772B2; JP6993956B2; US20200191547A1

Abstract

Eine magnetische Sensorvorrichtung beinhaltet eine zusammengesetzte Chipkomponente und einen Sensorchip, der auf der zusammengesetzten Chipkomponente montiert ist. Der Sensorchip beinhaltet einen ersten Magnetsensor, einen zweiten Magnetsensor und einen dritten Magnetsensor, die Komponenten eines externen Magnetfeldes erfassen, die in Richtungen parallel zu einer X-Richtung, parallel zu einer Y-Richtung und parallel zu einer Z-Richtung liegen. Die zusammengesetzte Chipkomponente beinhaltet einen ersten Magnetfeldgenerator, einen zweiten Magnetfeldgenerator und einen dritten Magnetfeldgenerator zum Erzeugen zusätzlicher Magnetfeldkomponenten, die in Richtungen parallel zur X-Richtung, parallel zur Y-Richtung bzw. parallel zur Z-Richtung liegen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Magnetsensorvorrichtung mit einem Magnetsensor zum Erfassen einer Komponente in einer vorbestimmten Richtung eines äußeren Magnetfeldes und einem Magnetfeldgenerator zum Erzeugen eines vom äußeren Magnetfeld verschiedenen Magnetfeldes.
Beschreibung der verwandten Art
Magnetsensoren zum Erfassen einer Komponente in einer vorgegebenen Richtung eines externen Magnetfeldes werden seit kurzem in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Im Folgenden wird eine Komponente eines externen Magnetfeldes als externe Magnetfeldkomponente bezeichnet. Es ist eine Art von Magnetsensor bekannt, der mindestens ein magnetisches Detektionselement auf einem Substrat beinhaltet. Ein Beispiel für das magnetische Detektionselement ist ein magnetoresistives Element.
Der Magnetsensor zum Erfassen einer externen Magnetfeldkomponente in einer vorbestimmten Richtung ist konfiguriert, um ein Detektionssignal zu erzeugen, das der externen Magnetfeldkomponente in der vorbestimmten Richtung entspricht. Die vorgegebene Richtung wird im Folgenden als Hauptachsrichtung bezeichnet. So fällt beispielsweise die Hauptachsrichtung mit einer Abtastrichtung des Magnetsensors zusammen. Das Verhältnis einer Änderung des Detektionssignals des Magnetsensors zu einer Änderung der Stärke eines Magnetfeldes in der Hauptachsenrichtung wird als Hauptachsenempfindlichkeit des Magnetsensors bezeichnet.
Die Hauptachsenempfindlichkeit kann aufgrund individueller Unterschiede der magnetischen Sensoren variieren. In einer Vorrichtung mit einer Vielzahl von Magnetsensoren zum Erfassen externer Magnetfeldkomponenten in einer Vielzahl von Richtungen können sich die jeweiligen Hauptachsenempfindlichkeiten der Magnetsensoren voneinander unterscheiden. Die Hauptachsenempfindlichkeit kann auch je nach Einsatzumgebung des Magnetsensors variieren. Eine Vorrichtung mit einem Magnetsensor ist daher wünschenswert, um die Hauptachsenempfindlichkeit des Magnetsensors zu messen und das Detektionssignal des Magnetsensors auf der Grundlage der Messergebnisse bedarfsgerecht zu korrigieren.
EP 2131205 A1 offenbart einen Magnetsensor mit einem Halbleitersubstrat, das mit einer Vielzahl von magnetosensitiven Elementen im Abstand voneinander versehen ist, und einer magnetischen Substanz, die auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist. Die Vielzahl von magnetosensitiven Elementen ist an Kantenbereichen der magnetischen Substanz angeordnet. Der Magnetsensor erfasst Magnetfeldstärken für drei zueinander orthogonale Achsen auf Basis der Ausgänge der Vielzahl von magnetosensitiven Elementen. In diesem Magnetsensor weist jedes magnetosensitive Element eine magnetische Empfindlichkeit in vertikaler Richtung auf. Dieser Magnetsensor beinhaltet eine horizontale Magnetfelderzeugungsspule zur Empfindlichkeitsmessung und eine Vielzahl von vertikalen Magnetfelderzeugungsspulen zur Empfindlichkeitsmessung. Die horizontale Magnetfelderzeugungsspule erzeugt eine horizontale Magnetfeldkomponente. Die horizontale Magnetfeldkomponente bewirkt, dass vertikale Magnetfeldkomponenten in der Nähe des Randes der magnetischen Substanz auftreten, und die Vielzahl von magnetosensitiven Elementen erfasst diese vertikalen Magnetfeldkomponenten, um dadurch die horizontale Magnetfeldkomponente zu erfassen. Die Vielzahl von vertikalen Magnetfelderzeugungsspulen ist in der Nähe der Vielzahl von magnetosensitiven Elementen vorgesehen und erzeugt vertikale Magnetfeldkomponenten. Die Vielzahl der magnetosensitiven Elemente erfasst jeweils die vertikalen Magnetfeldkomponenten, die durch die Vielzahl der vertikalen Magnetfeld erzeugenden Spulen erzeugt werden.
Der in EP 2131205 A1 offenbarte Magnetsensor ist in der Lage, die Hauptachsenempfindlichkeit für die drei Achsen zu messen.
In einer Vorrichtung mit einer Vielzahl von Magnetsensoren zum Erfassen externer Magnetfeldkomponenten in einer Vielzahl von Richtungen kann die Vielzahl von Magnetsensoren in Form von Chipkomponenten vorliegen und auf einem Träger, wie beispielsweise einem Substrat, montiert sein. Hier wird ein Koordinatensystem, das in Bezug auf den Träger eingestellt ist, als Referenzkoordinatensystem und Koordinatensysteme, die in Bezug auf die magnetischen Sensoren eingestellt sind, als Sensorkoordinatensystem bezeichnet. Selbst wenn die Vorrichtung mit einer Vielzahl von Magnetsensoren so ausgelegt ist, dass die Sensorkoordinatensysteme der Vielzahl von Magnetsensoren mit dem Referenzkoordinatensystem übereinstimmen, können die Sensorkoordinatensysteme aufgrund einer Fehlausrichtung der Magnetsensoren mit dem Träger vom Referenzkoordinatensystem abweichen.
Die Sensorkoordinatensysteme der Vielzahl von Magnetsensoren können auch aufgrund von Fehlausrichtungen zwischen der Vielzahl von Magnetsensoren voneinander abweichen.
In solchen Fällen kann sich das Detektionssignal jedes Magnetsensors als Reaktion auf eine Änderung der Stärke eines Magnetfeldes in eine andere Richtung als die Hauptachsenrichtung ändern. Im Folgenden wird das Verhältnis einer Änderung des Detektionssignals des Magnetsensors zu einer Änderung der Stärke des Magnetfeldes in einer anderen Richtung als der Hauptachsenrichtung als Querempfindlichkeit bezeichnet. Die Vorrichtung mit einer Vielzahl von Magnetsensoren ist daher wünschenswert, nicht nur die Hauptachsenempfindlichkeit, sondern auch die Querachsenempfindlichkeiten jedes Magnetsensors zu messen und die Detektionssignale der Vielzahl von Magnetsensoren auf Basis der Messergebnisse bedarfsgerecht zu korrigieren.
JP 2015-075465A beschreibt eine dreidimensionale Magnetfeldmessvorrichtung mit einem Magnetkörper, ersten bis vierten magnetischen Detektionselementen, die in der Nähe des Magnetkörpers angeordnet sind, einer Signalverarbeitungseinheit, einer Korrekturkoeffizienten Speichereinheit und einer Magnetfeldkomponentenberechnungseinheit. Basierend auf den Ausgangssignalen der ersten bis vierten magnetischen Detektionselemente erzeugt die Signalverarbeitungseinheit Ausgangssignale, die den dreidimensionalen Magnetfeldvektoren entsprechen, die in den Magnetkörper eingegeben werden. Die Korrekturkoeffizienten-Speichereinheit speichert Korrekturkoeffizienten zur Korrektur von Querachsempfindlichkeitskomponenten, die in den Ausgangssignalen der Signalverarbeitungseinheit enthalten sind. Die Magnetfeldkomponenten-Berechnungseinheit erzeugt dreidimensionale Ausgangssignale basierend auf den Ausgangssignalen der Signalverarbeitungseinheit und den Korrekturkoeffizienten.
JP 2015-075465A beschreibt ferner eine Korrekturkoeffizienten-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen der Korrekturkoeffizienten. Die Korrekturkoeffizienten-Erzeugungsvorrichtung ist außerhalb des dreidimensionalen Magnetfeldmessgerätes vorgesehen. Um die Korrekturkoeffizienten zu erzeugen, gibt die Korrekturkoeffizienten-Erzeugungsvorrichtung drei linear unabhängige Magnetfeldvektoren in das dreidimensionale Magnetfeldmessgerät ein.
Gemäß der in JP 2015-075465A beschriebenen dreidimensionalen Magnetfeldmessvorrichtung ist die Korrekturkoeffizienten-Erzeugungsvorrichtung außerhalb der dreidimensionalen Magnetfeldmessvorrichtung vorgesehen. Ein solches dreidimensionales Magnetfeldmessgerät hat folgende Probleme. Zunächst muss jedes Mittel zur Eingabe der drei linear unabhängigen Magnetfeldvektoren in das dreidimensionale Magnetfeldmessgerät exakt auf das dreidimensionale Magnetfeldmessgerät abgestimmt sein. Zweitens kann es je nach Einsatzumgebung des dreidimensionalen Magnetfeldmessgerätes schwierig sein, die drei linear unabhängigen Magnetfeldvektoren mit dem Korrekturkoeffizienten-Erzeugungsgerät in das dreidimensionale Magnetfeldmessgerät einzugeben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine magnetische Sensorvorrichtung mit einem Magnetsensor bereitzustellen, wobei die magnetische Sensorvorrichtung in der Lage ist, die Haupt- und Querempfindlichkeiten des Magnetsensors präzise zu messen.
Eine Magnetsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung beinhaltet: einen ersten Magnetsensor zum Erfassen einer ersten externen Magnetfeldkomponente, wobei die erste externe Magnetfeldkomponente eine Komponente eines externen Magnetfeldes ist und sich in einer ersten Abtastrichtung befindet; einen Träger; einen ersten Magnetfeldgenerator, der ein erstes zusätzliches Magnetfeld erzeugen kann; und einen zweiten Magnetfeldgenerator, der ein zweites zusätzliches Magnetfeld erzeugen kann. Der erste Magnetsensor, der Träger, der erste Magnetfeldgenerator und der zweite Magnetfeldgenerator sind integriert. Der Träger hat eine Außenfläche mit einer Bezugsebene. Der erste Magnetsensor ist auf der Bezugsebene montiert.
Der erste Magnetsensor ist konfiguriert, um: einer ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt zu sein, wenn das erste zusätzliche Magnetfeld durch den ersten Magnetfeldgenerator erzeugt wird; und einer zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt zu sein, wenn das zweite zusätzliche Magnetfeld durch den zweiten Magnetfeldgenerator erzeugt wird. Die erste zusätzliche Magnetfeldkomponente ist eine Komponente des ersten zusätzlichen Magnetfeldes und befindet sich in einer Richtung parallel zu einer ersten Richtung. Die zweite zusätzliche Magnetfeldkomponente ist eine Komponente des zweiten zusätzlichen Magnetfeldes und befindet sich in einer Richtung parallel zu einer zweiten Richtung. Die erste Richtung und die zweite Richtung sind voneinander verschiedene Richtungen in der Bezugsebene.
In der Magnetsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung können der erste und zweite Magnetfeldgenerator in den Träger aufgenommen werden.
In der magnetischen Sensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die erste Abtastrichtung parallel zur Bezugsebene liegen.
In der Magnetsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann der erste Magnetfeldgenerator eine erste Spule und eine zweite Spule beinhalten, die sich an unterschiedlichen Positionen befinden, und der zweite Magnetfeldgenerator kann eine dritte Spule und eine vierte Spule beinhalten, die sich an unterschiedlichen Positionen befinden. Die Magnetsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ferner einen zweiten Magnetsensor zum Erfassen einer zweiten externen Magnetfeldkomponente beinhalten, wobei die zweite externe Magnetfeldkomponente eine Komponente des externen Magnetfeldes und in einer zweiten Abtastrichtung ist. Der zweite Magnetsensor ist auf der Bezugsebene montiert. Der zweite Magnetsensor ist konfiguriert, um der ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt zu sein, wenn das erste zusätzliche Magnetfeld durch den ersten Magnetfeldgenerator erzeugt wird, und der zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt zu sein, wenn das zweite zusätzliche Magnetfeld durch den zweiten Magnetfeldgenerator erzeugt wird.
Wenn die Magnetsensorvorrichtung den zweiten Magnetsensor beinhaltet, können sowohl die erste Abtastrichtung als auch die zweite Abtastrichtung parallel zur Bezugsebene sein. Der erste Magnetfeldgenerator kann eine erste Spule und eine zweite Spule beinhalten, die sich an unterschiedlichen Positionen befinden. Der zweite Magnetfeldgenerator kann eine dritte Spule und eine vierte Spule beinhalten, die sich an unterschiedlichen Positionen befinden.
Wenn die Magnetsensorvorrichtung den zweiten Magnetsensor beinhaltet, kann die Magnetsensorvorrichtung ferner einen dritten Magnetsensor zum Erfassen einer dritten externen Magnetfeldkomponente beinhalten, wobei die dritte externe Magnetfeldkomponente eine Komponente des externen Magnetfeldes und in einer dritten Abtastrichtung ist. Der dritte Magnetsensor ist auf der Bezugsebene montiert. Der dritte Magnetsensor ist konfiguriert, um der ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt zu sein, wenn das erste zusätzliche Magnetfeld durch den ersten Magnetfeldgenerator erzeugt wird, und der zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt zu sein, wenn das zweite zusätzliche Magnetfeld durch den zweiten Magnetfeldgenerator erzeugt wird.
Wenn die Magnetsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung den dritten Magnetsensor beinhaltet, können sowohl die erste Abtastrichtung als auch die zweite Abtastrichtung parallel zur Bezugsebene sein. Die dritte Abtastrichtung kann senkrecht zur Bezugsebene liegen.
Wenn die Magnetsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung den dritten Magnetsensor beinhaltet, kann der erste Magnetfeldgenerator eine erste Spule und eine zweite Spule beinhalten, die sich an voneinander unabhängigen Positionen befinden, und der zweite Magnetfeldgenerator kann eine dritte Spule und eine vierte Spule beinhalten, die sich an voneinander unabhängigen Positionen befinden. In einem solchen Fall kann die erste bis vierte Spule in der Lage sein, in Zusammenarbeit miteinander ein drittes zusätzliches Magnetfeld zu erzeugen. Der dritte Magnetsensor ist konfiguriert, um einer dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt zu sein, wenn das dritte zusätzliche Magnetfeld durch die erste bis vierte Spule erzeugt wird. Die dritte zusätzliche Magnetfeldkomponente ist eine Komponente des dritten zusätzlichen Magnetfeldes und befindet sich in einer Richtung parallel zu einer dritten Richtung. Die dritte Richtung ist senkrecht zur Bezugsebene.
Wenn die Magnetsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung den dritten Magnetsensor beinhaltet, kann die Magnetsensorvorrichtung ferner einen dritten Magnetfeldgenerator beinhalten, der mit dem Träger integriert ist und ein drittes zusätzliches Magnetfeld erzeugen kann. In diesem Fall ist der dritte Magnetsensor konfiguriert, um einer dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt zu sein, wenn das dritte zusätzliche Magnetfeld durch den dritten Magnetfeldgenerator erzeugt wird. Die dritte zusätzliche Magnetfeldkomponente ist eine Komponente des dritten zusätzlichen Magnetfeldes und befindet sich in einer Richtung parallel zu einer dritten Richtung. Die dritte Richtung ist senkrecht zur Bezugsebene. Der dritte Magnetfeldgenerator kann in den Träger integriert werden. Der erste und zweite Magnetsensor können jeweils konfiguriert werden, um der dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt zu sein, wenn das dritte zusätzliche Magnetfeld durch den dritten Magnetfeldgenerator erzeugt wird.
Wenn die Magnetsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung den dritten Magnetsensor beinhaltet, kann die Bezugsebene einen ersten Bereich, einen zweiten Bereich und einen dritten Bereich beinhalten, die sich voneinander unterscheiden. Der erste Bereich ist ein Bereich, der durch vertikales Projizieren des ersten Magnetsensors auf die Bezugsebene gebildet wird. Der zweite Bereich ist ein Bereich, der durch vertikales Projizieren des zweiten Magnetsensors auf die Bezugsebene gebildet wird. Der dritte Bereich ist ein Bereich, der durch vertikales Projizieren des dritten Magnetsensors auf die Bezugsebene gebildet wird. Mindestens ein Teil des ersten Bereichs kann so angeordnet sein, dass er von einer ersten Geraden geschnitten wird, und mindestens ein Teil des zweiten Bereichs kann so angeordnet sein, dass er von einer zweiten Geraden geschnitten wird, wobei die erste Geraden und die zweite Geraden zwei zueinander orthogonale Geraden sind, die durch den Schwerpunkt des dritten Bereichs verlaufen und senkrecht zur dritten Richtung stehen. Kein Abschnitt des ersten Bereichs darf von der zweiten Geraden durchschnitten werden. Kein Abschnitt des zweiten Bereichs darf von der ersten Geraden durchschnitten werden. Der erste Bereich kann einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich beinhalten, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des dritten Bereichs in einer Richtung parallel zur ersten Geraden befinden. Der zweite Bereich kann einen dritten Teilbereich und einen vierten Teilbereich beinhalten, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des dritten Bereichs in einer Richtung parallel zur zweiten Geraden befinden.
In der Magnetsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung sind der Träger und der erste und zweite Magnetfeldgenerator integriert. Dadurch ist es möglich, die Haupt- und Querempfindlichkeit des ersten Magnetsensors mit dem ersten und zweiten Magnetfeldgenerator präzise zu messen.
Andere und weitere Objekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung näher erläutert.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer magnetischen Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der in 1 dargestellten magnetischen Sensorvorrichtung.
3 ist eine Draufsicht, die eine zusammengesetzte Chipkomponente und einen Sensorchip der in 1 dargestellten magnetischen Sensorvorrichtung zeigt.
4 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für die Form und das Layout eines ersten bis dritten Magnetfeldgenerators der in 1 dargestellten magnetischen Sensorvorrichtung zeigt.
5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 von 4.
6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 von 4.
7 ist ein erklärendes Diagramm, das eine Konfiguration des Sensorchips der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
8 ist ein Schaltplan, der eine exemplarische Schaltungskonfiguration des Sensorchips der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
9 ist eine perspektivische Ansicht, die ein magnetoresistives Element der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
10 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines Widerstandsabschnitts der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
11 ist ein erklärendes Diagramm, das eine Konfiguration eines Magnetfeldumwandlungsabschnitts und eines dritten Magnetsensors der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
12 ist eine Querschnittsansicht, die jeweils einen Abschnitt eines ersten bis dritten Magnetsensors und eine weichmagnetische Struktur der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
13 ist eine Draufsicht, die den ersten Magnetfeldgenerator der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
14 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Abschnitt des ersten Magnetfeldgenerators, wobei der Abschnitt durch das Symbol A in 13 gekennzeichnet ist.
15 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Abschnitt des ersten Magnetfeldgenerators, wobei der Abschnitt durch das Symbol B in 13 gekennzeichnet ist.
16 ist eine Draufsicht, die den zweiten Magnetfeldgenerator der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
17 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Abschnitt des zweiten Magnetfeldgenerators, wobei der Abschnitt durch das Symbol C in 16 gekennzeichnet ist.
18 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Abschnitt des zweiten Magnetfeldgenerators, wobei der Abschnitt durch das Symbol D in 16 gekennzeichnet ist.
19 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Abschnitt des zweiten Magnetfeldgenerators, wobei der Abschnitt durch das Symbol E in 16 gekennzeichnet ist.
20 ist ein erklärendes Diagramm, das die Funktion des ersten Magnetfeldgenerators der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
21 ist ein erklärendes Diagramm, das schematisch ein erstes zusätzliches Magnetfeld der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
22 ist ein erklärendes Diagramm, das die Funktion des zweiten Magnetfeldgenerators der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
23 ist ein erklärendes Diagramm, das schematisch ein zweites zusätzliches Magnetfeld der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
24 ist ein erklärendes Diagramm zur Beschreibung eines ersten Änderungsbeispiels der magnetischen Sensorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
25 ist eine Draufsicht, die den ersten Magnetfeldgenerator und den dritten Magnetfeldgenerator in einem zweiten Änderungsbeispiel der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
26 ist eine Draufsicht, die den ersten Magnetfeldgenerator und einen Teil des zweiten Magnetfeldgenerators in einem dritten Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
27 ist eine Draufsicht, die einen weiteren Abschnitt des zweiten Magnetfeldgenerators im dritten Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
28 ist eine Draufsicht, die den dritten Magnetfeldgenerator einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
29 ist eine Draufsicht, die den ersten Magnetfeldgenerator und den dritten Magnetfeldgenerator in einem ersten Änderungsbeispiel der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
30 ist eine Draufsicht, die den zweiten Magnetfeldgenerator im ersten Änderungsbeispiel der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
31 ist eine Draufsicht, die den ersten Magnetfeldgenerator und den dritten Magnetfeldgenerator in einem zweiten Änderungsbeispiel der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
32 ist eine Draufsicht, die den ersten Magnetfeldgenerator, einen Abschnitt des zweiten Magnetfeldgenerators und einen Abschnitt des dritten Magnetfeldgenerators in einem dritten Modifikationsbeispiel der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
33 ist eine Draufsicht, die einen weiteren Abschnitt des zweiten Magnetfeldgenerators und einen weiteren Abschnitt des dritten Magnetfeldgenerators im dritten Modifikationsbeispiel der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
34 ist ein erklärendes Diagramm, das die Funktion des ersten und zweiten Magnetfeldgenerators einer dritten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Erste Ausführungsform)
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen detailliert beschrieben. Zunächst wird auf 1 verwiesen, um eine schematische Konfiguration einer magnetischen Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben. Die Magnetsensorvorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Erfassen von Komponenten eines externen Magnetfeldes, die in drei zueinander orthogonalen Richtungen liegen.
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet die magnetische Sensorvorrichtung 1 eine Leiterplatte 2, eine Verbundchipkomponente 3 und einen Sensorchip 4. Die Leiterplatte 2, die Verbundchipkomponente 3 und der Sensorchip 4 haben jeweils eine rechteckige Quaderform. Die Leiterplatte 2, die Verbundchipkomponente 3 und der Sensorchip 4 haben ihre jeweiligen Außenflächen.
Die Außenflächen der Leiterplatte 2 beinhalten eine Oberseite 2a und eine Unterseite 2b, die einander gegenüberliegen, sowie vier Seitenflächen, die die Oberseite 2a und die Unterseite 2b verbinden. Die Außenflächen der Verbundchipkomponente 3 beinhalten eine Oberseite 3a und eine Unterseite 3b, die einander gegenüberliegen, sowie vier Seitenflächen, die die Oberseite 3a und die Unterseite 3b verbinden. Die Außenflächen des Sensorchips 4 beinhalten eine Oberseite 4a und eine Unterseite 4b gegenüber einander sowie vier Seitenflächen, die die Oberseite 4a und die Unterseite 4b verbinden.
Die Verbundchipkomponente 3 ist auf der Oberseite 2a der Leiterplatte 2 so ausgerichtet, dass die Unterseite 3b der Oberseite 2a zugewandt ist. Der Sensorchip 4 ist auf der Oberseite 3a der Verbundchipkomponente 3 so ausgerichtet, dass die Unterseite 4b der Oberseite 3a zugewandt ist.
Die zusammengesetzte Spankomponente 3 entspricht dem Träger in der vorliegenden Erfindung. Die Oberseite 3a der Verbundchipkomponente 3 entspricht der Bezugsebene der vorliegenden Erfindung. Im Folgenden wird die Oberseite 3a auch als Bezugsebene RP bezeichnet.
Die zusammengesetzte Chipkomponente 3 weist eine Gruppe von Anschlüssen auf der Oberseite 3a auf. Der Sensorchip 4 verfügt über eine Gruppe von Anschlüssen, die auf der Oberseite 4a vorgesehen sind. Die Anschlussgruppe des Sensorchips 4 ist mit der Anschlussgruppe der Verbundchipkomponente 3 z.B. über Bonddrähte verbunden.
Die magnetische Sensorvorrichtung 1 beinhaltet weiterhin einen Dichtungsabschnitt 5 zum Abdichten des Umfangs der Verbundchipkomponente 3 und des Sensorchips 4. So ist beispielsweise der Dichtungsabschnitt 5 aus einem Harz gebildet. Die magnetische Sensorvorrichtung 1 ist in Form eines elektronischen Bauteilgehäuses ausgeführt.
Wie später im Detail beschrieben, beinhaltet der Sensorchip 4 einen ersten Magnetsensor 10, einen zweiten Magnetsensor 20 und einen dritten Magnetsensor 30. Der Sensorchip 4 ist auf der Oberseite 3a der Verbundchipkomponente 3 montiert, wobei die ersten bis dritten Magnetsensoren 10, 20 und 30 mit der Verbundchipkomponente 3 integriert sind. Die Oberseite 3a der Verbundchipkomponente 3 dient gleichzeitig als Bezugsebene RP. Man kann also sagen, dass die ersten bis dritten Magnetsensoren 10, 20 und 30 auf der Bezugsebene RP montiert sind.
Nun wird eine Beschreibung eines Referenzkoordinatensystems und eines ersten bis dritten Sensorkoordinatensystems der vorliegenden Ausführungsform gegeben. Das Referenzkoordinatensystem ist ein Koordinatensystem, das mit Bezug auf die zusammengesetzte Chipkomponente 3 eingestellt wird. Die ersten bis dritten Sensorkoordinatensysteme sind Koordinatensysteme, die in Bezug auf die ersten bis dritten magnetischen Sensoren 10, 20 und 30 eingestellt sind. Die ersten bis dritten Sensorkoordinatensysteme werden im Folgenden einfach als Sensorkoordinatensystem, als Oberbegriff, bezeichnet. Eine X-Richtung, eine Y-Richtung und eine Z-Richtung sind sowohl im Referenzkoordinatensystem als auch im Sensorkoordinatensystem definiert. Die Richtungen X, Y und Z des Referenzkoordinatensystems sind orthogonal zueinander. Die Z-Richtung des Referenzkoordinatensystems ist eine Richtung senkrecht zur Oberseite 3a der Verbundchipkomponente 3 und gerichtet von der Unterseite 3b zur Oberseite 3a der Verbundchipkomponente 3. Die X- und Y-Richtungen des Referenzkoordinatensystems sind Richtungen parallel zur Oberseite 3a der Verbundchipkomponente 3.
Die Richtungen X, Y und Z des Sensorkoordinatensystems sind orthogonal zueinander. Die Z-Richtung des Sensorkoordinatensystems ist eine Richtung senkrecht zur Oberseite 4a des Sensorchips 4 und gerichtet von der Unterseite 4b zur Oberseite 4a des Sensorchips 4. Die X- und Y-Richtungen des Sensorkoordinatensystems sind Richtungen parallel zur Oberseite 4a des Sensorchips 4.
Sowohl für das Referenzkoordinatensystem als auch für das Sensorkoordinatensystem ist die Gegenrichtung zur X-Richtung definiert als die- X-Richtung, die Gegenrichtung zur Y-Richtung als -Y-Richtung und die Gegenrichtung zur Z-Richtung als -Z-Richtung. Im Folgenden bezieht sich der Begriff „oben“ auf Positionen, die sich vor einer Referenzposition in Z-Richtung befinden, und „unten“ auf Positionen, die den „oben“ Positionen in Bezug auf die Referenzposition gegenüberliegen. Für jede Komponente der magnetischen Sensorvorrichtung 1 bezieht sich der Begriff „Oberseite“ auf eine Oberfläche der Komponente, die am Ende derselben in Z-Richtung liegt, und „Unterseite“ auf eine Oberfläche der Komponente, die am Ende derselben in -Z-Richtung liegt.
Die magnetische Sensorvorrichtung 1 ist so ausgelegt, dass das erste bis dritte Sensorkoordinatensystem mit dem Referenzkoordinatensystem übereinstimmt. Jedoch kann mindestens eines der ersten bis dritten Sensorkoordinatensysteme vom Referenzkoordinatensystem abweichen, und zwar aufgrund von Fehlausrichtungen des Sensorchips 4 mit der Verbundchipkomponente 3 oder Fehlausrichtungen zwischen den ersten und dritten magnetischen Sensoren 10, 20 und 30.
Im Folgenden gelten, sofern nicht anders angegeben, die in den Zeichnungen angegebenen Richtungen X, Y und Z sowohl für das Referenzkoordinatensystem als auch für das Sensorkoordinatensystem.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der in 1 dargestellten magnetischen Sensorvorrichtung 1. Wie in 2 dargestellt, beinhaltet die Magnetsensorvorrichtung 1 weiterhin einen ersten Magnetfelderzeuger 71, einen zweiten Magnetfelderzeuger 72 und einen dritten Magnetfelderzeuger 73. Die ersten bis dritten Magnetfeldgeneratoren 71 bis 73 sind in die Verbundchipkomponente 3 integriert. In der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere die ersten bis dritten Magnetfeldgeneratoren 71 bis 73 in der zusammengesetzten Chipkomponente 3 enthalten.
Die Verbundchipkomponente 3 beinhaltet weiterhin einen integrierten Schaltungschip 70. Der integrierte Schaltungschip 70 beinhaltet eine Korrekturverarbeitungsschaltung zum Durchführen der Korrekturverarbeitung von Detektionssignalen der ersten bis dritten Magnetsensoren 10, 20 und 30 und eine Steuerschaltung zum Steuern der ersten bis dritten Magnetfeldgeneratoren 71, 72 und 73. Der integrierte Schaltungschip 70 besteht beispielsweise aus einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC).
Der erste Magnetfeldgenerator 71 ist in der Lage, ein erstes zusätzliches Magnetfeld zu erzeugen. Der erste Magnetfeldgenerator 71 beinhaltet eine erste Spule 71A und eine zweite Spule 71B, die in X-Richtung des Referenzkoordinatensystems an unterschiedlichen Positionen voneinander angeordnet sind.
Der zweite Magnetfeldgenerator 72 ist in der Lage, ein zweites zusätzliches Magnetfeld zu erzeugen. Der zweite Magnetfeldgenerator 72 beinhaltet eine dritte Spule 72A und eine vierte Spule 72B, die in Y-Richtung des Referenzkoordinatensystems an unterschiedlichen Positionen voneinander angeordnet sind.
Der dritte Magnetfeldgenerator 73 ist in der Lage, ein drittes zusätzliches Magnetfeld zu erzeugen. Der dritte Magnetfeldgenerator 73 ist aus einer fünften Spule aufgebaut.
ist eine Draufsicht, die die Verbundchipkomponente 3 und den Sensorchip 4 zeigt. Wie in dargestellt, beinhaltet der Sensorchip 4 die vorstehenden ersten, zweiten und dritten magnetischen Sensoren 10, 20 und 30.
Die Bezugsebene RP beinhaltet drei verschiedene Bereiche: einen ersten Bereich A10, einen zweiten Bereich A20 und einen dritten Bereich A30. Der erste Bereich A10 ist ein Bereich, der durch vertikales Projizieren des ersten Magnetsensors 10 auf die Bezugsebene RP gebildet wird. Der zweite Bereich A20 ist ein Bereich, der durch vertikales Projizieren des zweiten Magnetsensors 20 auf die Bezugsebene RP gebildet wird. Der dritte Bereich A30 ist ein Bereich, der durch vertikales Projizieren des dritten Magnetsensors 30 auf die Bezugsebene RP gebildet wird.
Hier werden zwei zueinander orthogonale Geraden, die sich in der Bezugsebene RP befinden, durch den Schwerpunkt C30 des dritten Bereichs A30 verlaufen und senkrecht zu einer dritten Richtung (der Z-Richtung) verlaufen, als eine erste Gerade L1 und eine zweite Gerade L2 bezeichnet. Mindestens ein Teil des ersten Bereichs A10 ist so angeordnet, dass er von der ersten Geraden L1 geschnitten wird. Mindestens ein Teil des zweiten Bereichs A20 ist so angeordnet, dass er von der zweiten Geraden L2 geschnitten wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist insbesondere die erste gerade Linie L1 parallel zur X-Richtung des Referenzkoordinatensystems und die zweite gerade Linie L2 parallel zur Y-Richtung des Referenzkoordinatensystems.
In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet der erste Magnetsensor 10 einen ersten Abschnitt 11 und einen zweiten Abschnitt 12, die sich in X-Richtung des Referenzkoordinatensystems an unterschiedlichen Positionen voneinander befinden. Der erste Bereich A10 beinhaltet einen ersten Teilbereich A11, der durch vertikales Projizieren des ersten Abschnitts 11 des ersten Magnetsensors 10 auf die Bezugsebene RP gebildet ist, und einen zweiten Teilbereich A12, der durch vertikales Projizieren des zweiten Abschnitts 12 des ersten Magnetsensors 10 auf die Bezugsebene RP gebildet ist. Die ersten und zweiten Teilflächen A11 und A12 befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten des dritten Bereichs A30 in einer Richtung parallel zur ersten Geraden L1.
Der zweite Magnetsensor 20 beinhaltet einen ersten Abschnitt 21 und einen zweiten Abschnitt 22, die sich in Y-Richtung des Referenzkoordinatensystems an unterschiedlichen Positionen voneinander befinden. Der zweite Bereich A20 beinhaltet einen dritten Teilbereich A21, der durch vertikales Projizieren des ersten Abschnitts 21 des zweiten Magnetsensors 20 auf die Bezugsebene RP gebildet ist, und einen vierten Teilbereich A22, der durch vertikales Projizieren des zweiten Abschnitts 22 des zweiten Magnetsensors 20 auf die Bezugsebene RP gebildet ist. Die dritten und vierten Teilflächen A21 und A22 befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten des dritten Bereichs A30 in einer Richtung parallel zur zweiten Geraden L2.
In der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere sowohl die ersten als auch die zweiten Teilflächen A11 und A12 so angeordnet, dass sie von der ersten Geraden L1 geschnitten werden. Sowohl die dritten als auch die vierten Teilflächen A21 und A22 befinden sich so, dass sie von der zweiten Geraden L2 geschnitten werden. In der vorliegenden Ausführungsform weist insbesondere jeder der ersten und zweiten Teilbereiche A11 und A12 eine symmetrische Form in Bezug auf die erste gerade Linie L1 auf. Ebenso weist jeder der dritten und vierten Teilbereiche A21 und A22 eine symmetrische Form in Bezug auf die zweite Gerade L2 auf.
Der erste Magnetsensor 10 muss nicht unbedingt in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt werden. In diesem Fall ist der erste Bereich A10 ein einzelner Bereich. Ebenso muss der zweite Magnetsensor 20 nicht unbedingt in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt werden. In einem solchen Fall ist der zweite Bereich A20 ein einzelner Bereich. Wenn der erste Bereich A10 aus einer Vielzahl von voneinander getrennten Teilbereichen besteht, können ein oder mehrere, aber nicht alle, der Vielzahl von Teilbereichen so angeordnet sein, dass sie von der ersten Geraden L1 geschnitten werden. Ebenso, wenn der zweite Bereich A20 aus einer Vielzahl von voneinander getrennten Teilbereichen besteht, können ein oder mehrere, aber nicht alle, der Vielzahl von Teilbereichen so angeordnet sein, dass sie von der zweiten Geraden L2 geschnitten werden.
Unabhängig davon, ob der erste Bereich A10 ein einzelner Bereich ist oder aus einer Vielzahl von Teilbereichen besteht, wird bevorzugt, dass kein Abschnitt des ersten Bereichs A10 von der zweiten Geraden L2 geschnitten wird. Ebenso wird unabhängig davon, ob der zweite Bereich A20 ein einzelner Bereich ist oder aus einer Vielzahl von Teilbereichen besteht, bevorzugt, dass kein Abschnitt des zweiten Bereichs A20 von der ersten Geraden L1 geschnitten wird.
Insbesondere in der vorliegenden Ausführungsform weisen der erste Bereich A10 und der zweite Bereich A20 von oben gesehen eine solche Positionsbeziehung auf, dass der erste Bereich A10 mit dem zweiten Bereich A20 zusammenfällt, wenn der erste Bereich A10 um 90 %° um den Schwerpunkt C30 des dritten Bereichs A30 gedreht wird. Wenn in 3 die ersten und zweiten Teilbereiche A11 und A12 um 90 Grad° gegen den Uhrzeigersinn um den Schwerpunkt C30 gedreht werden, fallen die ersten und zweiten Teilbereiche A11 und A12 mit den dritten und vierten Teilbereichen A21 und A22 zusammen.
Jeder der ersten bis dritten Magnetsensoren 10, 20 und 30 beinhaltet mindestens ein magnetisches Detektionselement.
Es wird nun auf die bis verwiesen, um eine exemplarische Struktur der Verbundchipkomponente 3 zu beschreiben. Die ersten bis dritten Magnetfeldgeneratoren 71, 72 und 73 werden zunächst beschrieben. 4 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für die Form und Anordnung der ersten bis dritten Magnetfeldgeneratoren 71, 72 und 73 zeigt. Der Einfachheit halber sind in die ersten bis dritten Magnetfeldgeneratoren 71, 72 und 73 schraffiert dargestellt. 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 von 4. 6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 von 4. In den 5 und 6 sind die Verhältnisse zwischen den Abmessungen in den Richtungen X, Y und Z der Vielzahl von Teilen der zusammengesetzten Chipkomponente 3 nicht unbedingt die gleichen wie die tatsächlichen.
Wie in 4 dargestellt, weist jede der ersten und zweiten Spulen 71Aund 71B des ersten Magnetfeldgenerators 71 von oben gesehen rechteckige Außen- und Innenumfänge auf, die in Y-Richtung des Referenzkoordinatensystems lang sind. Die ersten und zweiten Spulen 71A und 71B beinhalten jeweils einen Leiter, der eine Vielzahl von Windungen in einer flachen Spiralform entlang der XY-Ebene des Referenzkoordinatensystems gewickelt ist. Von oben gesehen sind die ersten und zweiten Spulen 71A und 71B so angeordnet, dass sie von der in 3 dargestellten ersten Geraden L1 geschnitten werden.
Von oben gesehen ist ein Hohlabschnitt innerhalb des Innenumfangs der ersten Spule 71A in Y-Richtung des Referenzkoordinatensystems länger als der erste Teilbereich A11 und befindet sich vor dem ersten Teilbereich A11 in X-Richtung des Referenzkoordinatensystems.
Von oben gesehen ist ein Hohlabschnitt innerhalb des Innenumfangs der zweiten Spule 71B in Y-Richtung des Referenzkoordinatensystems länger als der zweite Teilbereich A12 und befindet sich vor dem zweiten Teilbereich A12 in -X-Richtung des Referenzkoordinatensystems.
Von oben gesehen weist jede der dritten und vierten Spulen 72A und 72B des zweiten Magnetfeldgenerators 72 rechteckige äußere und innere Umfänge auf, die in X-Richtung des Referenzkoordinatensystems lang sind. Die dritte und vierte Spule 72A und 72B beinhalten jeweils einen Leiter, der eine Vielzahl von Windungen in einer flachen Spiralform entlang der XY-Ebene des Referenzkoordinatensystems gewickelt ist. Von oben gesehen sind die dritte und vierte Spule 72A und 72B so angeordnet, dass sie von der in 3 dargestellten zweiten Geraden L2 geschnitten werden.
Von oben gesehen ist ein Hohlabschnitt innerhalb des Innenumfangs der dritten Spule 72A in X-Richtung des Referenzkoordinatensystems länger als der dritte Teilbereich A21 und befindet sich vor dem dritten Teilbereich A21 in Y-Richtung des Referenzkoordinatensystems.
Von oben gesehen ist ein Hohlabschnitt innerhalb des Innenumfangs der vierten Spule 72B in X-Richtung des Referenzkoordinatensystems länger als der vierte Teilbereich A22 und befindet sich vor dem vierten Teilbereich A22 in -Y-Richtung des Referenzkoordinatensystems.
Von oben gesehen weist die fünfte Spule, die den dritten Magnetfeldgenerator 73 bildet, einen äußeren und inneren Umfang von quadratischer oder fast quadratischer Form auf. Die fünfte Spule beinhaltet einen Leiter, der eine Vielzahl von Windungen in einer flachen Spiralform entlang der XY-Ebene des Referenzkoordinatensystems wickelt. Von oben gesehen befindet sich der Innenumfang der fünften Spule etwas außerhalb der Außenkante des in 3 dargestellten dritten Bereichs A30.
Wie in den und dargestellt, weist der integrierte Schaltungschip 70 eine Oberseite 70a und eine Unterseite 70b auf. Die Oberseite 70a des integrierten Schaltungschips 70 hat eine Isolationseigenschaft. Die Verbundchipkomponente 3 beinhaltet die Isolierschichten 74A, 74B, 74C, 74D, 74E und 74F, die jeweils aus einem Isoliermaterial gebildet sind, sowie den integrierten Schaltungschip 70 und die ersten bis dritten Magnetfelderzeuger 71, 72 und 73.
In dem in den 4 bis 6 dargestellten Beispiel ist der dritte Magnetfeldgenerator 73 auf der Oberseite 70a des integrierten Schaltungschips 70 angeordnet. Die Isolationsschicht 74A liegt auf der Oberseite 70a und umschließt den dritten Magnetfeldgenerator 73. Die Isolationsschicht 74B bedeckt den dritten Magnetfeldgenerator 73 und die Isolationsschicht 74A. Die ersten und zweiten Spulen 71Aund 71B des ersten Magnetfeldgenerators 71 sind auf der Isolierschicht 74B angeordnet. Die Isolierschicht 73C liegt auf der Isolierschicht 74B und umschließt die Spulen 71A und 71B. Die Isolierschicht 74D bedeckt die Spulen 71A und 71B und die Isolierschicht 74C. Die dritte und vierte Spule 72A und 72B des zweiten Magnetfeldgenerators 72 sind auf der Isolierschicht 74D angeordnet. Die Isolierschicht 74E liegt auf der Isolierschicht 74D und umschließt die Spulen 72A und 72B. Die Isolierschicht 74F bedeckt die Spulen 72A und 72B und die Isolierschicht 74E. Die Oberseite 3a der Verbundchipkomponente 3 besteht aus der Oberseite der Isolierschicht 74F.
Es wird nun auf und verwiesen, um eine exemplarische Konfiguration des Sensorchips 4 zu beschreiben. 7 ist ein erklärendes Diagramm, das eine Konfiguration des Sensorchips 4 zeigt. 8 ist ein Schaltplan, der eine exemplarische Schaltungskonfiguration des Sensorchips 4 zeigt.
Wie vorstehend beschrieben, beinhaltet der Sensorchip 4 die ersten bis dritten magnetischen Sensoren 10, 20 und 30. Der erste Magnetsensor 10 dient zum Erfassen einer ersten externen Magnetfeldkomponente. Die erste externe Magnetfeldkomponente ist eine Komponente eines externen Magnetfeldes und befindet sich in einer ersten Abtastrichtung.
Der zweite Magnetsensor 20 dient zum Erfassen einer zweiten externen Magnetfeldkomponente. Die zweite externe Magnetfeldkomponente ist eine Komponente des externen Magnetfeldes und befindet sich in einer zweiten Abtastrichtung. Der dritte Magnetsensor 30 dient zum Erfassen einer dritten externen Magnetfeldkomponente. Die dritte externe Magnetfeldkomponente ist eine Komponente des externen Magnetfeldes und befindet sich in einer dritten Abtastrichtung.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Abtastrichtung insbesondere eine Richtung parallel zur X-Richtung des ersten Sensorkoordinatensystems. Die erste Abtastrichtung beinhaltet die X-Richtung und die -X-Richtung des ersten Sensorkoordinatensystems. Die zweite Abtastrichtung ist eine Richtung parallel zur Y-Richtung des zweiten Sensorkoordinatensystems. Die zweite Abtastrichtung beinhaltet die Y-Richtung und die -Y-Richtung des zweiten Sensorkoordinatensystems. Die dritte Abtastrichtung ist eine Richtung parallel zur Z-Richtung des dritten Sensorkoordinatensystems. Die dritte Abtastrichtung beinhaltet die Z-Richtung und die -Z-Richtung des dritten Sensorkoordinatensystems. In der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere die erste und zweite Abtastrichtung parallel zur Bezugsebene RP. Die dritte Abtastrichtung ist senkrecht zur Bezugsebene RP. Wenn das erste bis dritte Sensorkoordinatensystem zusammenfällt, folgt daraus, dass die erste bis dritte Abtastrichtung orthogonal zueinander ist.
Wie in 7 dargestellt, beinhaltet der Sensorchip 4 weiterhin ein Substrat 51, das die ersten bis dritten magnetischen Sensoren 10, 20 und 30 trägt. Das Substrat 51 weist eine Oberseite 51a und eine Unterseite auf. Die ersten bis dritten Magnetsensoren 10, 20 und 30 sind auf oder über der Oberseite 51a des Substrats 51 angeordnet.
Wie in 7 dargestellt, beinhaltet die Gruppe der Klemmen des Sensorchips 4: eine Stromversorgungsklemme Vx und die dem ersten Magnetsensor 10 zugeordneten-Ausgangsklemmen Vx+ und Vx; eine Stromversorgungsklemme Vy und die dem zweiten Magnetsensor 20 zugeordneten- Ausgangsklemmen Vy+ und Vy+; eine Stromversorgungsklemme Vz und die dem dritten Magnetsensor 30 zugeordneten-Ausgangsklemmen Vz+ und Vz+ und eine Erdungsklemme G, die zwischen den ersten und dritten Magnetsensoren 10, 20 und 30 geteilt wird.
In dem in 8 dargestellten Beispiel beinhaltet der erste Magnetsensor 10 vier Widerstandsabschnitte Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4, die eine Wheatstone-Brückenschaltung bilden. Jeder der Widerstandsabschnitte Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 weist einen Widerstand auf, der je nach der ersten externen Magnetfeldkomponente variiert. Der Widerstandsabschnitt Rx1 ist zwischen der Stromversorgungsklemme Vx und der Ausgangsklemme Vx+ vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt Rx2 ist zwischen der Ausgangsklemme Vx+ und der Erdungsklemme G vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt Rx3 ist zwischen der Versorgungsklemme Vx und der Ausgangsklemme Vx vorgesehen-. Der Widerstandsabschnitt Rx4 ist zwischen der Ausgangsklemme Vx- und der Erdungsklemme G vorgesehen.
Der zweite Magnetsensor 20 beinhaltet vier Widerstandsabschnitte Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4, die eine Wheatstone Brückenschaltung bilden. Jeder der Widerstandsabschnitte Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4 weist einen Widerstand auf, der je nach der zweiten externen Magnetfeldkomponente variiert. Der Widerstandsabschnitt Ry1 ist zwischen der Stromversorgungsklemme Vy und der Ausgangsklemme Vy+ vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt Ry2 ist zwischen der Ausgangsklemme Vy+ und der Erdungsklemme G vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt Ry3 ist zwischen der Stromversorgungsklemme Vy und der Ausgangsklemme Vy-vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt Ry4 ist zwischen der Ausgangsklemme Vy- und der Erdungsklemme G vorgesehen.
Der dritte Magnetsensor 30 beinhaltet vier Widerstandsabschnitte Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4, die eine Wheatstone Brückenschaltung bilden. Jeder der Widerstandsabschnitte Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 weist einen Widerstand auf, der sich in Abhängigkeit von einer Ausgangs-Magnetfeldkomponente ändert, die von einem Magnetfeldumwandlungsabschnitt ausgegeben wird, der später beschrieben wird. Der Widerstandsabschnitt Rz1 ist zwischen der Stromversorgungsklemme Vz und der Ausgangsklemme Vz+ vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt Rz2 ist zwischen der Ausgangsklemme Vz+ und der Erdungsklemme G vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt Rz3 ist zwischen der Stromversorgungsklemme Vz und der Ausgangsklemme Vz vorgesehen-. Der Widerstandsabschnitt Rz4 ist zwischen der Ausgangsklemme Vz- und der Erdungsklemme G vorgesehen.
Im Folgenden wird der Begriff „Widerstandsabschnitt R“ verwendet, um sich auf einen der Widerstandsabschnitte Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 zu beziehen. Jeder Widerstandsabschnitt R beinhaltet mindestens ein magnetisches Detektionselement. In der vorliegenden Ausführungsform ist das mindestens eine magnetische Detektionselement spezifisch mindestens ein magnetoresistives Element. Das magnetoresistive Element wird im Folgenden als MR-Element bezeichnet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das MR-Element spezifisch ein Spin-Ventil-MR-Element. Das Spin-Ventil-MR-Element beinhaltet eine magnetisierte, festgesteckte Schicht mit einer Magnetisierung in einer festen Richtung, eine freie Schicht mit einer Magnetisierung, deren Richtung abhängig von der Richtung eines angelegten Magnetfeldes variabel ist, und eine Gap-Schicht, die sich zwischen der magnetisierten, festgesteckten Schicht und der freien Schicht befindet. Das Spin-Ventil-MR-Element kann ein tunnelndes magnetoresistives (TMR) Element oder ein riesiges magnetoresistives (GMR) Element sein. Im TMR-Element ist die Gap-Schicht eine Tunnelbarriereschicht. Im GMR-Element ist die Gap-Schicht eine nichtmagnetisch leitfähige Schicht. Der Widerstand des Spin-Ventil-MR-Elements ändert sich mit dem Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht in Bezug auf die Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Schicht bildet. Der Widerstand des Spin-Ventil MR-Elements ist auf seinem Minimalwert, wenn der vorstehende Winkel 0 ist°, und auf seinem Maximalwert, wenn der vorstehende Winkel 180 ist°. In jedem MR-Element weist die freie Schicht eine Formanisotropie auf, die die Richtung der einfachen Achse der Magnetisierung so einstellt, dass sie orthogonal zur Magnetisierungsrichtung der festgesteckten Magnetisierungsschicht ist.
In zeigen die gefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierten Schichten der MR-Elemente an. In dem in 8 gezeigten Beispiel werden die magnetisierten, festgesteckten Schichten der MR-Elemente in jedem der Widerstandsabschnitte Rx1 und Rx4 in X-Richtung des ersten Sensorkoordinatensystems magnetisiert. Die magnetisierungsstiftenden Schichten der MR-Elemente in jedem der Widerstandsabschnitte Rx2 und Rx3 werden in -X-Richtung des ersten Sensorkoordinatensystems magnetisiert.
Die magnetisierungsstiftenden Schichten der MR-Elemente in jedem der Widerstandsabschnitte Ry1 und Ry4 werden in Y-Richtung des zweiten Sensorkoordinatensystems magnetisiert. Die magnetisierungsgepinselten Schichten der MR-Elemente in jedem der Widerstandsabschnitte Ry2 und Ry3 werden in -Y-Richtung des zweiten Sensorkoordinatensystems magnetisiert. Die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierten Schichten der MR-Elemente in jedem der Widerstandsabschnitte Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 werden später beschrieben.
Eine Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vx+ und Vx- entspricht der ersten externen Magnetfeldkomponente. Der erste Magnetsensor 10 erzeugt das erste Erkennungssignal entsprechend der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vx+ und Vx-. Das erste Detektionssignal kann durch Einstellen der Amplitude oder des Offsets der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vx+ und Vx-erhalten werden.
Eine Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vy+ und Vy- entspricht der zweiten externen Magnetfeldkomponente. Der zweite Magnetsensor 20 erzeugt das zweite Detektionssignal entsprechend der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vy+ und Vy-. Das zweite Detektionssignal kann durch Einstellen der Amplitude oder des Offsets der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vy+ und Vy-erhalten werden.
Eine Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vz+ und Vz- entspricht der dritten externen Magnetfeldkomponente. Der dritte Magnetsensor 30 erzeugt das dritte Detektionssignal entsprechend der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vz+ und Vz-. Das dritte Detektionssignal kann durch Einstellen der Amplitude oder des Versatzes der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vz+ und Vz-erhalten werden.
Es wird nun auf 7 verwiesen, um ein exemplarisches Layout der Widerstandsabschnitte Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4 zu beschreiben. In diesem Beispiel beinhaltet der erste Abschnitt 11 des ersten Magnetsensors 10 die Widerstandsabschnitte Rx1 und Rx4 und der zweite Abschnitt 12 des ersten Magnetsensors 10 die Widerstandsabschnitte Rx2 und Rx3. Der erste Abschnitt 21 des zweiten Magnetsensors 20 beinhaltet die Widerstandsabschnitte Ry1 und Ry4, und der zweite Abschnitt 22 des zweiten Magnetsensors 20 beinhaltet die Widerstandsabschnitte Ry2 und Ry3.
In zeigen die gefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierten Schichten der MR-Elemente an. In dem in 7 gezeigten Beispiel, in jedem der ersten Abschnitte 11 des ersten Magnetsensors 10, dem zweiten Abschnitt 12 des ersten Magnetsensors 10, dem ersten Abschnitt 21 des zweiten Magnetsensors 20 und dem zweiten Abschnitt 22 des zweiten Magnetsensors 20, weisen die Magnetisierungsstiftschichten der darin enthaltenen MR-Elemente die gleiche Magnetisierungsrichtung auf. Ein solches Beispiel macht es einfach, die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierten Schichten in einer Vielzahl von MR-Elementen einzustellen.
Eine exemplarische Konfiguration von MR-Elementen wird nun mit Bezug auf beschrieben. Ein in 9 dargestelltes MR-Element 100 beinhaltet eine antiferromagnetische Schicht 101, eine magnetisierungsgepinnte Schicht 102, eine Spaltschicht 103 und eine freie Schicht 104, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, von näher bis weiter vom Substrat 51 entfernt. Die antiferromagnetische Schicht 101 besteht aus einem antiferromagnetischen Material und ist im Austausch mit der magnetisierten, festgesteckten Schicht 102 gekoppelt, um dadurch die Magnetisierungsrichtung der magnetisierten, festgesteckten Schicht 102 zu bestimmen.
Es ist zu beachten, dass die Schichten 101 bis 104 des MR-Elements 100 in umgekehrter Reihenfolge zu der in 9 dargestellten gestapelt werden können. Das MR-Element 100 kann ohne die antiferromagnetische Schicht 101 konfiguriert werden. In einem solchen Fall kann die Konfiguration des MR-Elements 100 so sein, dass beispielsweise die antiferromagnetische Schicht 101 und die magnetisierungsgeklebte Schicht 102 durch eine magnetisierungsgeklebte Schicht einer künstlichen antiferromagnetischen Struktur ersetzt werden, die zwei ferromagnetische Schichten und eine nichtmagnetische Metallschicht zwischen den beiden ferromagnetischen Schichten beinhaltet. Das magnetische Detektionselement kann ein Element zum Erfassen eines anderen Magnetfeldes als das MR-Element sein, wie beispielsweise ein Hallelement oder ein magnetisches Impedanzelement.
Als nächstes wird eine exemplarische Konfiguration des Widerstandsabschnitts R mit Bezug auf 10 beschrieben. In diesem Beispiel beinhaltet der Widerstandsabschnitt R eine Vielzahl von MR-Elementen 100, die in Reihe geschaltet sind. Der Widerstandsabschnitt R beinhaltet ferner eine oder mehrere Verbindungsschichten zum elektrischen Verbinden zweier MR-Elemente 100, die in Schaltungsanordnung aneinandergrenzen, so dass die Vielzahl der MR-Elemente 100 in Reihe geschaltet sind. In dem in 10 dargestellten Beispiel beinhaltet der Widerstandsabschnitt R als eine oder mehrere Verbindungsschichten eine oder mehrere untere Verbindungsschichten 111 und eine oder mehrere obere Verbindungsschichten 112. Die untere Verbindungsschicht 111 steht in Kontakt mit den Bodenflächen zweier MR-Elemente 100, die in Schaltungsanordnung nebeneinander liegen, und verbindet die beiden MR-Elemente 100 elektrisch. Die obere Verbindungsschicht 112 steht in Kontakt mit den oberen Oberflächen zweier MR-Elemente 100, die in Schaltungsanordnung nebeneinander liegen, und verbindet die beiden MR-Elemente 100 elektrisch.
Als nächstes wird eine exemplarische Konfiguration des dritten Magnetsensors 30 mit Bezug auf 11 beschrieben. Der dritte Magnetsensor 30 beinhaltet neben den Widerstandsabschnitten Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 eine weichmagnetische Struktur 40 aus einem weichmagnetischen Material. Die weichmagnetische Struktur 40 beinhaltet einen Magnetfeldumwandlungsabschnitt 42 und mindestens eine weichmagnetische Schicht. Der Magnetfeldumwandlungsabschnitt 42 empfängt die dritte externe Magnetfeldkomponente und gibt eine Ausgangsmagnetfeldkomponente aus, die in einer Richtung senkrecht zur dritten Abtastrichtung liegt. Die Stärke der Ausgangsmagnetfeldkomponente entspricht der Stärke der dritten externen Magnetfeldkomponente. Der dritte Magnetsensor 30 erfasst die Stärke der dritten externen Magnetfeldkomponente durch Erfassen der Stärke der Ausgangsmagnetfeldkomponente.
In dem in 11 dargestellten Beispiel beinhaltet der Magnetfeldwandlungsabschnitt 42: ein unteres Joch 42B1 und ein oberes Joch 42T1, das dem Widerstandsabschnitt Rz1 zugeordnet ist; ein unteres Joch 42B2 und ein oberes Joch 42T2, das dem Widerstandsabschnitt Rz2 zugeordnet ist; ein unteres Joch 42B3 und ein oberes Joch 42T3, das dem Widerstandsabschnitt Rz3 zugeordnet ist; und ein unteres Joch 42B4 und ein oberes Joch 42T4, das dem Widerstandsabschnitt Rz4 zugeordnet ist.
Die unteren Joche 42B1, 42B2, 42B3 und 42B4 und die oberen Joche 42T1, 42T2, 42T3 und 42T4 haben jeweils eine rechteckige Quaderform, die in einer Richtung senkrecht zur Z-Richtung des dritten Sensorkoordinatensystems verlängert ist.
Das untere Joch 42B1 und das obere Joch 42T1 befinden sich in der Nähe des Widerstandsabschnitts Rz1. Das untere Joch 42B1 befindet sich näher an der Oberseite 51a des Substrats 51 als der Widerstandsabschnitt Rz1. Das obere Joch 42T1 ist weiter von der Oberseite 51a des Substrats 51 entfernt als der Widerstandsabschnitt Rz1. Von oben gesehen liegt der Widerstandsabschnitt Rz1 zwischen dem unteren Joch 42B1 und dem oberen Joch 42T1.
Das untere Joch 42B2 und das obere Joch 42T2 befinden sich in der Nähe des Widerstandsabschnitts Rz2. Das untere Joch 42B2 befindet sich näher an der Oberseite 51a des Substrats 51 als der Widerstandsabschnitt Rz2. Das obere Joch 42T2 ist weiter von der Oberseite 51a des Substrats 51 entfernt als der Widerstandsabschnitt Rz2. Von oben gesehen liegt der Widerstandsabschnitt Rz2 zwischen dem unteren Joch 42B2 und dem oberen Joch 42T2.
Das untere Joch 42B3 und das obere Joch 42T3 befinden sich in der Nähe des Widerstandsabschnitts Rz3. Das untere Joch 42B3 befindet sich näher an der Oberseite 51a des Substrats 51 als der Widerstandsabschnitt Rz3. Das obere Joch 42T3 ist weiter von der Oberseite 51a des Substrats 51 entfernt als der Widerstandsabschnitt Rz3. Von oben gesehen liegt der Widerstandsabschnitt Rz3 zwischen dem unteren Joch 42B3 und dem oberen Joch 42T3.
Das untere Joch 42B4 und das obere Joch 42T4 befinden sich in der Nähe des Widerstandsabschnitts Rz4. Das untere Joch 42B4 befindet sich näher an der Oberseite 51a des Substrats 51 als der Widerstandsabschnitt Rz4. Das obere Joch 42T4 ist weiter von der Oberseite 51a des Substrats 51 entfernt als der Widerstandsabschnitt Rz4. Von oben gesehen liegt der Widerstandsabschnitt Rz4 zwischen dem unteren Joch 42B4 und dem oberen Joch 42T4.
Die vom Magnetfeldumwandlungsabschnitt 42 ausgegebene Ausgangsmagnetfeldkomponente enthält eine Magnetfeldkomponente, die vom unteren Joch 42B1 und dem oberen Joch 42T1 erzeugt und auf den Widerstandsabschnitt Rz1 aufgebracht wird, eine Magnetfeldkomponente, die vom unteren Joch 42B2 und dem oberen Joch 42T2 erzeugt und auf den Widerstandsabschnitt Rz2 aufgebracht wird, eine Magnetfeldkomponente, die durch das untere Joch 42B3 und das obere Joch 42T3 erzeugt und auf den Widerstandsabschnitt Rz3 aufgebracht wird, und eine Magnetfeldkomponente, die durch das untere Joch 42B4 und das obere Joch 42T4 erzeugt und auf den Widerstandsabschnitt Rz4 aufgebracht wird.
In 11 zeigen die vier hohlen Pfeile die Richtung der an den Widerstandsabschnitten Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 angelegten Magnetfeldkomponenten an, wenn sich die dritte externe Magnetfeldkomponente in der Z-Richtung des dritten Sensorkoordinatensystems befindet. Andererseits zeigen in 11 die vier gefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierten Schichten 102 der MR-Elemente 100 der Widerstandsabschnitte Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 an. Die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierten Schichten 102 der MR-Elemente 100 der Widerstandsabschnitte Rz1 und Rz4 sind identisch mit den Richtungen der Magnetfeldkomponenten, die auf die Widerstandsabschnitte Rz1 und Rz4 angewendet werden, wenn die dritte externe Magnetfeldkomponente in der Z-Richtung des dritten Sensorkoordinatensystems liegt. Die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierten Schichten 102 der MR-Elemente 100 der Widerstandsabschnitte Rz2 und Rz3 stehen im Gegensatz zu den Richtungen der Magnetfeldkomponenten, die auf die Widerstandsabschnitte Rz2 und Rz3 angewendet werden, wenn die dritte externe Magnetfeldkomponente in der Z-Richtung des dritten Sensorkoordinatensystems liegt.
Nun wird die Funktion des dritten Magnetsensors 30 beschrieben. Wenn es keine dritte externe Magnetfeldkomponente gibt, ist die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 104 jedes MR-Elements 100 in den Widerstandsabschnitten Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 senkrecht zur Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsgepinselten Schicht 102. Befindet sich die dritte externe Magnetfeldkomponente in Z-Richtung des dritten Sensorkoordinatensystems, neigt sich die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 104 jedes MR-Elements 100 in den Widerstandsabschnitten Rz1 und Rz4 in Richtung der Magnetisierungsrichtung der magnetisierten, festgesteckten Schicht 102 aus der Richtung senkrecht zur Magnetisierungsrichtung der magnetisierten, festgesteckten Schicht 102. Andererseits neigt sich die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 104 jedes MR-Elements 100 in den Widerstandsabschnitten Rz2 und Rz3 in eine Richtung entgegengesetzt zur Magnetisierungsrichtung der magnetisierten, festhaftenden Schicht 102 aus der Richtung senkrecht zur Magnetisierungsrichtung der magnetisierten, festhaftenden Schicht 102. Infolgedessen nehmen die Widerstandsabschnitte Rz1 und Rz4 ab, während die Widerstandsabschnitte Rz2 und Rz3 den Widerstand erhöhen, verglichen mit dem Fall, dass es keine dritte externe Magnetfeldkomponente gibt.
Liegt die dritte externe Magnetfeldkomponente dagegen in -Z-Richtung des dritten Sensorkoordinatensystems, erhöhen sich die Widerstandsabschnitte Rz1 und Rz4, während die Widerstandsabschnitte Rz2 und Rz3 den Widerstand verringern, verglichen mit dem Fall, dass es keine dritte externe Magnetfeldkomponente gibt.
Der Grad der Widerstandsänderung der einzelnen Widerstandsabschnitte Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 hängt von der Stärke der dritten externen Magnetfeldkomponente ab.
Änderungen in der Richtung und Stärke der dritten externen Magnetfeldkomponente bewirken, dass sich die Widerstandsabschnitte Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 so verändern, dass die Widerstandsabschnitte Rz1 und Rz4 den Widerstand erhöhen, während die zweiten und dritten Widerstandsabschnitte Rz2 und Rz3 den Widerstand verringern, oder dass die Widerstandsabschnitte Rz1 und Rz4 den Widerstand verringern, während die Widerstandsabschnitte Rz2 und Rz3 den Widerstand erhöhen. Dies führt zu einer Änderung einer Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vz+ und Vz-. Damit ist es möglich, die dritte externe Magnetfeldkomponente anhand der Potentialdifferenz zu erfassen. Der dritte Magnetsensor 30 erzeugt das dritte Detektionssignal entsprechend der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vz+ und Vz-. Das dritte Detektionssignal kann durch Einstellen der Amplitude oder des Versatzes der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vz+ und Vz-erhalten werden.
Es wird nun auf 12 verwiesen, um eine exemplarische Struktur der ersten bis dritten magnetischen Sensoren 10, 20 und 30 zu beschreiben. 12 zeigt einen Abschnitt von jedem der ersten bis dritten Magnetsensoren 10, 20 und 30. In diesem Beispiel sind die ersten bis dritten Magnetsensoren 10, 20 und 30 auf dem Substrat 51 angeordnet. Das Substrat 51 weist die Oberseite 51a und die Unterseite 51b auf.
Der erste Magnetsensor 10 beinhaltet neben den Widerstandsabschnitten Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 die Isolierschichten 66A, 67Aund 68A, die jeweils aus einem Isoliermaterial bestehen. Die Isolierschicht 66A liegt auf der Oberseite 51a des Substrats 51. Die Widerstandsabschnitte Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 sind auf der Isolierschicht 66A angeordnet. 12 zeigt eines der Vielzahl von MR-Elementen 100, die in den Widerstandsabschnitten Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 enthalten sind, sowie die obere Verbindungsschicht 112 und die untere Verbindungsschicht 111, die mit dem MR-Element 100 verbunden sind. Die Isolierschicht 67A liegt auf der Oberseite der Isolierschicht 66A und umschließt die Widerstandsabschnitte Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4. Die Isolationsschicht 68A bedeckt die Widerstandsabschnitte Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 und die Isolationsschicht 67A.
Der zweite Magnetsensor 20 ist strukturell dem ersten Magnetsensor 10 ähnlich. Genauer gesagt, beinhaltet der zweite Magnetsensor 20 neben den Widerstandsabschnitten Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4 auch die jeweils aus einem Isoliermaterial gebildeten Isolationsschichten 66B, 67B und 68B. Die Isolierschicht 66B liegt auf der Oberseite 51a des Substrats 51. Die Widerstandsabschnitte Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4 sind auf der Isolierschicht 66B angeordnet. 12 zeigt eines der Vielzahl von MR-Elementen 100, die in den Widerstandsabschnitten Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4 enthalten sind, sowie die obere Verbindungsschicht 112 und die untere Verbindungsschicht 111, die mit dem MR-Element 100 verbunden sind. Die Isolierschicht 67B liegt auf der Oberseite der Isolierschicht 66B und umschließt die Widerstandsabschnitte Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4. Die Isolationsschicht 68B bedeckt die Widerstandsabschnitte Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4 und die Isolationsschicht 67B.
Der dritte Magnetsensor 30 beinhaltet neben den Widerstandsabschnitten Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 und der weichmagnetischen Struktur 40 die jeweils aus einem Isoliermaterial gebildeten Isolationsschichten 61, 62, 63 und 64. In dem in 12 dargestellten Beispiel beinhaltet die weichmagnetische Struktur 40 den Magnetfeldumwandlungsabschnitt 42 und zwei weichmagnetische Schichten 41 und 43.
Der Magnetfeldumwandlungsabschnitt 42 beinhaltet die unteren Joche 42B1, 42B2, 42B3 und 42B4 und die oberen Joche 42T1, 42T2, 42T3 und 42T4 gemäß 11. In 12 ist eine der unteren Joche 42B1, 42B2, 42B3 und 42B4 durch das Bezugssymbol 42B und eine entsprechende der oberen Joche 42T1, 42T2, 42T3 und 42T4 durch das Bezugssymbol 42T gekennzeichnet.
Die weichmagnetische Schicht 41 liegt auf der Oberseite 51a des Substrats 51. Die unteren Joche 42B1, 42B2, 42B3 und 42B4 sind auf der weichmagnetischen Schicht 41 angeordnet. Die Isolierschicht 61 liegt auf der weichmagnetischen Schicht 41 und umschließt die unteren Joche 42B1, 42B2, 42B3 und 42B4.
Die Widerstandsabschnitte Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 sind auf der Isolationsschicht 61 angeordnet. 12 zeigt eines der Vielzahl von MR-Elementen 100, die in den Widerstandsabschnitten Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 enthalten sind, sowie die obere Verbindungsschicht 112 und die untere Verbindungsschicht 111, die mit dem MR-Element 100 verbunden sind. Die Isolationsschicht 62 liegt auf den unteren Joche 42B1, 42B2, 42B3 und 42B4 und der Isolationsschicht 61 und umschließt die Widerstandsabschnitte Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4.
Die oberen Joche 42T1, 42T2, 42T3 und 42T4 sind auf der Isolierschicht 62 angeordnet. Die Isolationsschicht 63 liegt auf den Widerstandsabschnitten Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 und der Isolationsschicht 62 und umschließt die oberen Joche 42T1, 42T2, 42T3 und 42T4.
Die weichmagnetische Schicht 43 liegt auf den oberen Joche 42T1, 42T2, 42T3 und 42T4 und der Isolierschicht 63. Die Isolationsschicht 64 bedeckt die weichmagnetische Schicht 43.
Von oben gesehen erstrecken sich die weichmagnetischen Schichten 41 und 43 über die gesamte Fläche oder fast die gesamte Fläche des dritten Magnetsensors 30. Mit anderen Worten, sowohl ein Bereich, der durch vertikales Projizieren der weichmagnetischen Schicht 41 auf die Oberseite 3a der Verbundchipkomponente 3 gebildet wird, d.h. die Referenzebene RP, als auch ein Bereich, der durch vertikales Projizieren der weichmagnetischen Schicht 43 auf die Referenzebene RP gebildet wird, fallen mit dem dritten Bereich A30 zusammen oder fallen fast mit diesem zusammen.
In dem in 12 dargestellten Beispiel befinden sich alle magnetischen Detektionselemente oder MR-Elemente 100, die in den ersten bis dritten Magnetsensoren 10, 20 und 30 enthalten sind, im gleichen Abstand von der Oberseite 51a des Substrats 51. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Oberseite 51a des Substrats 51 parallel zur Oberseite 3a der Verbundchipkomponente 3. Alle MR-Elemente 100 der ersten bis dritten Magnetsensoren 10, 20 und 30 befinden sich daher im gleichen Abstand von der Oberseite 3a der Verbundchipkomponente 3, d.h. der Bezugsebene RP.
Der Magnetfeldumwandlungsabschnitt 42 kann nur die unteren Joche 42B1, 42B2, 42B3 und 42B4 oder die oberen Joche 42T1, 42T2, 42T3 und 42T4 beinhalten. Die weichmagnetische Struktur 40 kann nur eine der beiden weichmagnetischen Schichten 41 und 43 beinhalten.
Anschließend wird eine Konfiguration des ersten Magnetfeldgenerators 71 anhand der 13 bis 15 ausführlich beschrieben. 13 ist eine Draufsicht des ersten Magnetfeldgenerators 71. 14 zeigt einen Abschnitt, der in 13 des ersten Magnetfeldgenerators 71 auf einer vergrößerten Skala durch das Symbol A gekennzeichnet ist. Der durch das Symbol A bezeichnete Abschnitt ist ein Abschnitt der ersten Spule 71A. 15 zeigt einen Abschnitt, der durch das Symbol B in 13 des ersten Magnetfeldgenerators 71 auf einer vergrößerten Skala gekennzeichnet ist. Der durch das Symbol B bezeichnete Abschnitt ist ein Abschnitt der zweiten Spule 71B.
Wie in 14 dargestellt, beinhaltet die erste Spule 71A einen Leiter 71Aa, der eine Vielzahl von Windungen in einer flachen Spiralform entlang der XY-Ebene des Referenzkoordinatensystems gewickelt ist, und zwei Klemmen 71Ab und 71Ac, die mit gegenüberliegenden Enden des Leiters 71Aa verbunden sind. So beträgt beispielsweise die Windungszahl des Leiters 71Aa 16. Der Leiter 71Aa hat zum Beispiel eine Dicke von 1 µm. Der Leiter 71Aa hat beispielsweise eine Breite von 2 µm. Der Abstand zwischen benachbarten Windungen des Leiters 71Aa beträgt beispielsweise 2 µm. Die Klemmen 71Ab und 71Ac sind mit dem Steuerkreis im Chip 70 der integrierten Schaltung verbunden. Wie in 15 dargestellt, beinhaltet die zweite Spule 71B einen Leiter 71Ba, der eine Vielzahl von Windungen in einer flachen Spiralform entlang der XY-Ebene des Referenzkoordinatensystems gewickelt ist, und zwei Klemmen 71Bb und 71Bc, die mit gegenüberliegenden Enden des Leiters 71Ba verbunden sind. Die Anzahl der Windungen, die Dicke und Breite des Leiters 71Ba und der Abstand zwischen benachbarten Windungen des Leiters 71Ba können mit denen des Leiters 71Aa identisch sein. Die Klemmen 71Bb und 71Bc sind mit dem Steuerkreis im Chip 70 der integrierten Schaltung verbunden. Anschließend wird eine Konfiguration des zweiten Magnetfeldgenerators 72 anhand der 16 bis 19 ausführlich beschrieben. 16 ist eine Draufsicht, die den zweiten Magnetfeldgenerator 72 zeigt. 17 zeigt einen Abschnitt, der durch das Symbol C in 16 des zweiten Magnetfeldgenerators 72 auf einer vergrößerten Skala gekennzeichnet ist. Der durch das Symbol C bezeichnete Abschnitt ist ein Abschnitt der dritten Spule 72A. 18 zeigt einen Abschnitt, der durch das Symbol D in 16 des zweiten Magnetfeldgenerators 72 auf einer vergrößerten Skala gekennzeichnet ist. Der durch das Symbol D bezeichnete Abschnitt ist ein Abschnitt der vierten Spule 72B. 19 zeigt einen Abschnitt, der durch das Symbol E in 16 des zweiten Magnetfeldgenerators 72 auf einer vergrößerten Skala gekennzeichnet ist. Der durch das Symbol E bezeichnete Abschnitt ist ein weiterer Abschnitt der vierten Spule 72B.
Wie in 17 dargestellt, beinhaltet die dritte Spule 72A einen Leiter 72Aa, der eine Vielzahl von Windungen in einer flachen Spiralform gewickelt ist, und zwei Klemmen 72Ab und 72Ac, die mit gegenüberliegenden Enden des Leiters 72Aa verbunden sind. Die Anzahl der Windungen, die Dicke und Breite des Leiters 72Aa und der Abstand zwischen benachbarten Windungen des Leiters 72Aa können mit denen des Leiters 71Aa identisch sein. Die Klemmen 72Ab und 72Ac sind mit dem Steuerkreis im Chip 70 der integrierten Schaltung verbunden.
Wie in den 18 und 19 dargestellt, beinhaltet die vierte Spule 72B einen Leiter 72Ba, der eine Vielzahl von Windungen in einer flachen Spiralform gewickelt ist, und zwei Klemmen 72Bb und 72Bc, die mit gegenüberliegenden Enden des Leiters 72Ba verbunden sind. Die Anzahl der Windungen, die Dicke und Breite des Leiters 72Ba und der Abstand zwischen benachbarten Windungen des Leiters 72Ba können mit denen des Leiters 71Aa identisch sein. Die Klemmen 72Bb und 72Bc sind mit dem Steuerkreis im Chip 70 der integrierten Schaltung verbunden.
Im Folgenden wird eine Konfiguration des dritten Magnetfeldgenerators 73 kurz beschrieben. Wie zuvor beschrieben, beinhaltet die fünfte Spule, die den dritten Magnetfeldgenerator 73 bildet, einen Leiter, der eine Vielzahl von Windungen in einer flachen Spiralform gewickelt ist. Die fünfte Spule hat weiterhin zwei Klemmen, die mit den gegenüberliegenden Enden des Leiters verbunden sind. Die beiden Klemmen sind mit dem Steuerkreis im Chip 70 der integrierten Schaltung verbunden.
Die Funktion des ersten Magnetfeldgenerators 71 wird nun anhand der 20 und 21 beschrieben. 20 ist ein erklärendes Diagramm, das die Funktion des ersten Magnetfeldgenerators 71 veranschaulicht. 21 ist ein erklärendes Diagramm, das das erste zusätzliche Magnetfeld schematisch darstellt. Wenn das erste zusätzliche Magnetfeld durch den ersten Magnetfeldgenerator 71 erzeugt wird, werden die ersten bis dritten Magnetsensoren 10, 20 und 30 jeweils einer ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt. Die erste zusätzliche Magnetfeldkomponente ist eine Komponente des ersten zusätzlichen Magnetfeldes und befindet sich in einer Richtung parallel zu einer ersten Richtung. Die erste Richtung ist eine Richtung in der Bezugsebene RP. In der vorliegenden Ausführungsform stimmt insbesondere die erste Richtung mit der X-Richtung des Referenzkoordinatensystems überein.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das erste zusätzliche Magnetfeld erzeugt, indem ein Strom Ixa durch die erste Spule 71A des ersten Magnetfeldgenerators 71 und ein Strom Ixb durch die zweite Spule 71B des ersten Magnetfeldgenerators 71 geleitet wird. Hier werden die ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponenten, die auf den ersten und zweiten Abschnitt 11 und 12 des ersten Magnetsensors 10 aufgebracht werden, durch die Symbole MF1a bzw. MF1b gekennzeichnet. Die ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponenten, die auf den ersten und zweiten Abschnitt 21 und 22 des zweiten Magnetsensors 20 aufgebracht werden, werden durch die Symbole MF1c und MF1d gekennzeichnet. Die erste zusätzliche Magnetfeldkomponente, die auf den dritten Magnetsensor 30 aufgebracht wird, wird durch das Symbol MF1e gekennzeichnet.
In zeigt der mit dem Symbol Ixa bezeichnete Pfeil die Richtung des Stroms Ixa an, und der mit dem Symbol Ixb bezeichnete Pfeil zeigt die Richtung des Stroms Ixb. In 21 stellt die mit dem Symbol MF1 bezeichnete Kurve einen Magnetfluss MF1 dar, der dem ersten zusätzlichen Magnetfeld entspricht und durch den ersten und zweiten Abschnitt 11 und 12 des ersten Magnetsensors 10 verläuft. Wie in 20 dargestellt, fließt der Magnetfluss MF1 bei der Richtung des Stroms Ixa im Uhrzeigersinn von oben und der Richtung des Stroms Ixb gegen den Uhrzeigersinn von oben, wie durch die Pfeile in 21 angezeigt. In diesem Fall stimmen alle Richtungen der ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponenten MF1a, MF1b, MF1c, MF1c, MF1d und MF1e mit der X-Richtung des Referenzkoordinatensystems überein. Die Ströme Ixa und Ixb sind gleich oder fast gleich groß.
Wenn die in 20 dargestellten Ströme Ixa und Ixb jeweils umgekehrt sind, fließt der Magnetfluss MF1 in eine entgegengesetzte Richtung zu dem in 21 dargestellten Beispiel. In diesem Fall stimmen alle Richtungen der ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponenten MF1a, MF1b, MF1c, MF1c, MF1d und MF1e mit der -X-Richtung des Referenzkoordinatensystems überein.
Das Verhältnis zwischen den Größen der Ströme Ixa und Ixb und den Stärken der ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponenten MF1a, MF1b, MF1c, MF1c, MF1d und MF1e wird im Voraus bestimmt. Wenn die Größen der Ströme Ixa und Ixb einen bestimmten Wert haben, sind MF1a und MF1b gleich oder fast gleich stark, und MF1c und MF1d sind gleich oder fast gleich stark. Wenn die Größen der Ströme Ixa und Ixb einen bestimmten Wert haben, können die Stärke von MF1a und MF1b, die Stärke von MF1c und MF1d sowie die Stärke von MF1e voneinander abweichen. So kann beispielsweise die Stärke jedes von MF1a und MF1b höher sein als die Stärke jedes von MF1c und MF1d und die Stärke von MF1e.
Die Funktion des zweiten Magnetfeldgenerators 72 wird nun anhand der 22 und 23 beschrieben. 22 ist ein erklärendes Diagramm, das die Funktion des zweiten Magnetfeldgenerators 72 veranschaulicht. 23 ist ein erklärendes Diagramm, das das zweite zusätzliche Magnetfeld schematisch darstellt. Wenn das zweite zusätzliche Magnetfeld durch den zweiten Magnetfeldgenerator 72 erzeugt wird, werden die ersten bis dritten Magnetsensoren 10, 20 und 30 jeweils einer zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt. Die zweite zusätzliche Magnetfeldkomponente ist eine Komponente des zweiten zusätzlichen Magnetfeldes und befindet sich in einer Richtung parallel zu einer zweiten Richtung. Die zweite Richtung ist eine Richtung in der Bezugsebene RP und unterscheidet sich von der ersten Richtung. In der vorliegenden Ausführungsform stimmt insbesondere die zweite Richtung mit der Y-Richtung des Referenzkoordinatensystems überein.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das zweite zusätzliche Magnetfeld erzeugt, indem ein Strom Iya durch die dritte Spule 72A des zweiten Magnetfeldgenerators 72 und ein Strom Iyb durch die vierte Spule 72B des zweiten Magnetfeldgenerators 72 geleitet wird. Hier werden die zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponenten, die auf den ersten und zweiten Abschnitt 11 und 12 des ersten Magnetsensors 10 aufgebracht werden, durch die Symbole MF2a bzw. MF2b gekennzeichnet. Die zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponenten, die auf den ersten und zweiten Abschnitt 21 und 22 des zweiten Magnetsensors 20 aufgebracht werden, werden durch die Symbole MF2c bzw. MF2d gekennzeichnet. Die zweite zusätzliche Magnetfeldkomponente, die auf den dritten Magnetsensor 30 aufgebracht wird, wird durch das Symbol MF2e gekennzeichnet.
In zeigt der mit dem Symbol Iya bezeichnete Pfeil die Richtung des aktuellen Iya an, und der mit dem Symbol Iyb bezeichnete Pfeil zeigt die Richtung des aktuellen Iyb. In 23 stellt die mit dem Symbol MF2 bezeichnete Kurve einen Magnetfluss MF2 dar, der dem zweiten zusätzlichen Magnetfeld entspricht und durch den ersten und zweiten Abschnitt 21 und 22 des zweiten Magnetsensors 20 verläuft. Wie in 22 dargestellt, fließt der Magnetfluss MF2 bei der Richtung des Stroms Iya im Uhrzeigersinn von oben und der Richtung des Stroms Iyb gegen den Uhrzeigersinn von oben, wie durch die Pfeile in 23 angezeigt. In diesem Fall stimmen alle Richtungen der zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponenten MF2a, MF2b, MF2c, MF2d und MF2e mit der Y-Richtung des Referenzkoordinatensystems überein. Die Ströme Iya und Iyb sind gleich oder fast gleich groß.
Wenn die Richtungen der in 22 dargestellten Ströme Iya und Iyb jeweils umgekehrt sind, fließt der Magnetfluss MF2 in eine andere Richtung als in dem in 23 dargestellten Beispiel. In diesem Fall stimmen alle Richtungen der zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponenten MF2a, MF2b, MF2c, MF2d und MF2e mit der -Y-Richtung des Referenzkoordinatensystems überein.
Das Verhältnis zwischen den Größen der Ströme Iya und Iyb und den Stärken der zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponenten MF2a, MF2b, MF2c, MF2d und MF2e wird im Voraus bestimmt. Wenn die Größen der Ströme Iya und Iyb einen bestimmten Wert haben, sind MF2a und MF2b gleich oder fast gleich stark, und MF2c und MF2d sind gleich oder fast gleich stark. Wenn die Größen der Ströme Iya und Iyb einen bestimmten Wert haben, können die Stärke von MF2a und MF2b, die Stärke von MF2c und MF2d und die Stärke von MF2e voneinander abweichen. So kann beispielsweise die Stärke von MF2c und MF2d jeweils höher sein als die Stärke von MF2a und MF2b und die Stärke von MF2e.
Das dritte zusätzliche Magnetfeld, das durch den dritten Magnetfeldgenerator 73 erzeugt wird, wird nun mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben. Wenn das dritte zusätzliche Magnetfeld durch den dritten Magnetfeldgenerator 73 erzeugt wird, wird der dritte Magnetsensor 30 einer dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt. Die dritte zusätzliche Magnetfeldkomponente ist eine Komponente des dritten zusätzlichen Magnetfeldes und befindet sich in einer Richtung parallel zu einer dritten Richtung. Die dritte Richtung ist senkrecht zur Bezugsebene RP. In der vorliegenden Ausführungsform stimmt insbesondere die dritte Richtung mit der Z-Richtung des Referenzkoordinatensystems überein.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das dritte zusätzliche Magnetfeld erzeugt, indem ein Strom durch die fünfte Spule geleitet wird, die den dritten Magnetfeldgenerator 73 bildet. Wenn die Richtung des durch die fünfte Spule fließenden Stroms von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn ist, stimmt die Richtung der dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente mit der Z-Richtung des Referenzkoordinatensystems überein. Wenn die Richtung des durch die fünfte Spule fließenden Stroms von oben gesehen im Uhrzeigersinn verläuft, stimmt die Richtung der dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente mit der -Z-Richtung des Referenzkoordinatensystems überein.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die dritte zusätzliche Magnetfeldkomponente überhaupt nicht oder kaum auf jeden der ersten und zweiten Magnetsensoren 10 und 20 aufgebracht.
Anschließend werden die Ergebnisse einer Simulation beschrieben, die durchgeführt wurde, um die Funktion der ersten und zweiten Magnetfeldgeneratoren 71 und 72 zu überprüfen. In der Simulation wurde ein exemplarisches Modell verwendet, das der magnetischen Sensorvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform entspricht. Im Beispielmodell wurden alle ersten bis dritten Sensorkoordinatensysteme so angenommen, dass sie mit dem Referenzkoordinatensystem übereinstimmen.
In der Simulation wurden die Komponenten Bx und By der magnetischen Flussdichten an den Widerstandsabschnitten Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4 bei Erzeugung des ersten zusätzlichen Magnetfeldes durch den ersten Magnetfeldgenerator 71 mit dem Beispielmodell bestimmt. Die Komponente Bx ist eine Komponente in einer Richtung parallel zur X-Richtung. Die Komponente By ist eine Komponente in einer Richtung parallel zur Y-Richtung. Die Ströme Ixa und Ixb zur Erzeugung des ersten zusätzlichen Magnetfeldes wurden auf die in 20 dargestellten Richtungen gerichtet. Die Größen der Ströme Ixa und Ixb wurden jeweils auf 1 mA eingestellt.
In der Simulation wurden auch die Komponenten Bx und By der magnetischen Flussdichten an den Widerstandsabschnitten Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry2, Ry3 und Ry4, wenn das zweite zusätzliche Magnetfeld durch den zweiten Magnetfeldgenerator 72 erzeugt wurde, mit dem exemplarischen Modell bestimmt. Die Ströme Iya und Iyb zur Erzeugung des zweiten zusätzlichen Magnetfeldes wurden auf die in dargestellten Richtungen gerichtet. Die Größen der Ströme Iya und Iyb wurden jeweils auf 1 mA eingestellt.
Eine Halbbrückenschaltung, die aus den Widerstandsabschnitten Rx1 und Rx2 besteht, wird durch das Symbol Rx12 gekennzeichnet. Eine Halbbrückenschaltung, die aus den Widerstandsabschnitten Rx3 und Rx4 besteht, wird durch das Symbol Rx34 gekennzeichnet. Eine Halbbrückenschaltung, die aus den Widerstandsabschnitten Ry1 und Ry2 besteht, wird durch das Symbol Ry12 gekennzeichnet. Eine Halbbrückenschaltung, die aus den Widerstandsabschnitten Ry3 und Ry4 besteht, wird durch das Symbol Ry34 gekennzeichnet. In der Simulation wurde ein Mittelwert der magnetischen Flussdichten an den Widerstandsabschnitten Rx1 und Rx2 als magnetische Flussdichte an der Halbbrückenschaltung Rx12 und ein Mittelwert der magnetischen Flussdichten an den Widerstandsabschnitten Rx3 und Rx4 als magnetische Flussdichte an der Halbbrückenschaltung Rx34 ermittelt. Ein Mittelwert der magnetischen Flussdichten an den Widerstandsabschnitten Ry1 und Ry2 wurde als magnetische Flussdichte an der Halbbrückenschaltung Ry12 und ein Mittelwert der magnetischen Flussdichten an den Widerstandsabschnitten Ry3 und Ry4 als magnetische Flussdichte an der Halbbrückenschaltung Ry34 genommen.
Die Ergebnisse der Simulation werden nun beschrieben. Die Beschreibung beschäftigt sich zunächst mit den Ergebnissen im Zusammenhang mit der Erzeugung des ersten zusätzlichen Magnetfeldes. Tabelle 1 zeigt die magnetischen Flussdichten an den Widerstandsabschnitten Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 und den Halbbrückenschaltungen Rx12 und Rx34, wenn das erste zusätzliche Magnetfeld erzeugt wurde. Tabelle 2 zeigt die magnetischen Flussdichten an den Widerstandsabschnitten Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4 sowie die Halbbrückenschaltungen Ry12 und Ry34, wenn das erste zusätzliche Magnetfeld erzeugt wurde. Die Tabellen 1 und 2 zeigen die Größen der Komponenten Bx und By der magnetischen Flussdichten. In den Tabellen 1 und 2 werden die Komponente Bx in X-Richtung und die Komponente By in Y-Richtung in positiven Werten dargestellt, während die Komponente Bx in -X-Richtung und die Komponente By in -Y-Richtung in negativen Werten dargestellt werden. In den Tabellen 1 und 2 sind die magnetischen Flussdichten in Werten dargestellt, die auf eine Dezimalstelle gerundet sind. [Tabelle 1]

Bx (µT) By (µT)

Rx1 13.2 0.1

Rx2 9.8 -0.1

Rx3 13.3 0.1

Rx4 9.7 -0.1

Rx 12 11.5 0.0

Rx34 11.5 0.0

[Tabelle 2]

Bx (µT) By (µT)

Ry1 6.0 -0.2

Ry2 6.0 0.1

Ry3 6.0 -0.2

Ry4 6.0 0.1

Ry12 6.0 0.0

Ry34 6.0 0.0
Die Komponente Bx einer magnetischen Flussdichte entspricht einer Magnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zur X-Richtung. Die Komponente By einer magnetischen Flussdichte entspricht einer Magnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zur Y-Richtung. Aus den in den Tabellen 1 und 2 dargestellten Ergebnissen ist ersichtlich, dass, wenn das erste zusätzliche Magnetfeld durch den ersten Magnetfeldgenerator 71 erzeugt wird, jeder der ersten und zweiten Magnetsensoren 10 und 20 der ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt wird, die eine Komponente in einer Richtung parallel zur X-Richtung des ersten zusätzlichen Magnetfelds ist und keiner oder kaum einer Komponente in einer Richtung parallel zur Y-Richtung des ersten zusätzlichen Magnetfelds ausgesetzt ist. Die in den Tabellen 1 und 2 dargestellten Ergebnisse zeigen auch, dass, wenn die Größen der Ströme Ixa und Ixb einen bestimmten Wert haben, MF1a und MF1b eine höhere Festigkeit aufweisen als MF1c und MF1d.
Anschließend werden in der Beschreibung die Ergebnisse im Zusammenhang mit der Erzeugung des zweiten zusätzlichen Magnetfeldes behandelt. Tabelle 3 zeigt die magnetischen Flussdichten an den Widerstandsabschnitten Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 und den Halbbrückenschaltungen Rx12 und Rx34, wenn das zweite zusätzliche Magnetfeld erzeugt wurde. Tabelle 4 zeigt die magnetischen Flussdichten an den Widerstandsabschnitten Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4 sowie die Halbbrückenschaltungen Ry12 und Ry34, wenn das zweite zusätzliche Magnetfeld erzeugt wurde. Die Tabellen 3 und 4 zeigen die Größen der Komponenten Bx und By der magnetischen Flussdichten in gleicher Weise wie die Tabellen 1 und 2. In den Tabellen 1 und 2 sind die magnetischen Flussdichten in Werten dargestellt, die auf eine Dezimalstelle gerundet sind. [Tabelle 3]

Bx (µT) By (µT)

Rx1 0.2 5.9

Rx2 -0.1 6.0

Rx3 0.2 5.9

Rx4 -0.1 6.0

Rx 12 0.1 6.0

Rx34 0.0 5.9

[Tabelle 4]

Bx (µT) By (µT)

Ry1 -0.1 12.9

Ry2 0.1 9.5

Ry3 -0.1 12.9

Ry4 0.1 9.5

Ry12 0.0 11.2

Ry34 0.0 11.2
Aus den in den Tabellen 3 und 4 dargestellten Ergebnissen ist ersichtlich, dass, wenn das zweite zusätzliche Magnetfeld durch den zweiten Magnetfeldgenerator 72 erzeugt wird, jeder der ersten und zweiten Magnetsensoren 10 und 20 der zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt wird, die eine Komponente in einer Richtung parallel zur Y-Richtung des zweiten zusätzlichen Magnetfeldes ist und keiner oder kaum einer Komponente in einer Richtung parallel zur X-Richtung des zweiten zusätzlichen Magnetfeldes ausgesetzt ist. Die in den Tabellen 3 und 4 dargestellten Ergebnisse zeigen auch, dass, wenn die Größen der Ströme Iya und Iyb einen bestimmten Wert haben, MF2c und MF2d eine höhere Festigkeit aufweisen als MF2a und MF2b.
Die Funktion und Wirkung der magnetischen Sensorvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nun beschrieben. Der erste Magnetsensor 10 erfasst die erste externe Magnetfeldkomponente, die Bestandteil eines externen Magnetfeldes ist und sich in der ersten Abtastrichtung befindet. Der zweite Magnetsensor 20 erfasst die zweite externe Magnetfeldkomponente, die eine Komponente des externen Magnetfeldes ist und sich in der zweiten Abtastrichtung befindet. Der dritte Magnetsensor 30 erfasst die dritte externe Magnetfeldkomponente, die eine Komponente des externen Magnetfeldes ist und sich in der dritten Abtastrichtung befindet. Die erste Abtastrichtung ist eine Richtung parallel zur X-Richtung des ersten Sensorkoordinatensystems. Die zweite Abtastrichtung ist eine Richtung parallel zur Y-Richtung des zweiten Sensorkoordinatensystems. Die dritte Abtastrichtung ist eine Richtung parallel zur Z-Richtung des dritten Sensorkoordinatensystems.
Eine Richtung parallel zur ersten Richtung, d.h. eine Richtung parallel zur X-Richtung des Referenzkoordinatensystems, wird als erste Hauptachsenrichtung bezeichnet. Das Verhältnis einer Änderung des ersten Detektionssignals zu einer Änderung der Stärke eines Magnetfeldes in der ersten Hauptachsenrichtung wird als erste Hauptachsenempfindlichkeit bezeichnet. Das Verhältnis einer Änderung des ersten Detektionssignals zu einer Änderung der Stärke eines Magnetfeldes in einer anderen Richtung als der ersten Hauptachsenrichtung wird als Querachsenempfindlichkeit des ersten Magnetsensors 10 bezeichnet.
Eine Richtung parallel zur zweiten Richtung, d.h. eine Richtung parallel zur Y-Richtung des Referenzkoordinatensystems, wird als zweite Hauptachsenrichtung bezeichnet. Das Verhältnis einer Änderung des zweiten Detektionssignals zu einer Änderung der Stärke eines Magnetfeldes in der zweiten Hauptachsenrichtung wird als zweite Hauptachsenempfindlichkeit bezeichnet. Das Verhältnis einer Änderung des zweiten Detektionssignals zu einer Änderung der Stärke eines Magnetfeldes in einer anderen Richtung als der zweiten Hauptachsenrichtung wird als Querachsenempfindlichkeit des zweiten Magnetsensors 20 bezeichnet.
Eine Richtung parallel zur dritten Richtung, d.h. eine Richtung parallel zur Z-Richtung des Referenzkoordinatensystems, wird als dritte Hauptachsenrichtung bezeichnet. Das Verhältnis einer Änderung des dritten Detektionssignals zu einer Änderung der Stärke eines Magnetfeldes in der dritten Hauptachsenrichtung wird als dritte Hauptachsenempfindlichkeit bezeichnet. Das Verhältnis einer Änderung des dritten Detektionssignals zu einer Änderung der Stärke eines Magnetfeldes in einer anderen Richtung als der dritten Hauptachsenrichtung wird als Querachsenempfindlichkeit des dritten Magnetsensors 30 bezeichnet.
Die Magnetsensorvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die ersten bis dritten Hauptachsenempfindlichkeiten, die Querachsenempfindlichkeit des ersten Magnetsensors 10 in einer Richtung parallel zur zweiten Richtung, die Querachsenempfindlichkeit des zweiten Magnetsensors 20 in einer Richtung parallel zur ersten Richtung, die Querachsenempfindlichkeit des dritten Magnetsensors 30 in einer Richtung parallel zur ersten Richtung und die Querachsenempfindlichkeit des dritten Magnetsensors 30 in einer Richtung parallel zur zweiten Richtung auf folgende Weise messen.
Ein Verfahren zum Messen der ersten Hauptachsenempfindlichkeit und der Querachsenempfindlichkeit des ersten Magnetsensors 10 in einer Richtung parallel zur zweiten Richtung wird zunächst beschrieben. Der erste Magnetsensor 10 wird der ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt, wenn das erste zusätzliche Magnetfeld durch den ersten Magnetfeldgenerator 71 erzeugt wird. Die erste zusätzliche Magnetfeldkomponente ist eine Komponente des ersten zusätzlichen Magnetfeldes und befindet sich in einer Richtung parallel zur ersten Richtung, d.h. in der ersten Hauptachsenrichtung. Die Steuerschaltung im Chip 70 der integrierten Schaltung steuert den ersten Magnetfeldgenerator 71, um die Stärke der ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponente zu ändern, und die Korrekturverarbeitungsschaltung im Chip 70 der integrierten Schaltung erhält Informationen über eine Änderung des ersten Detektionssignals, wenn die Stärke der ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponente geändert wird. Die Korrekturverarbeitungsschaltung kann dadurch die erste Hauptachsenempfindlichkeit messen.
Der erste Magnetsensor 10 wird der zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt, wenn das zweite zusätzliche Magnetfeld durch den zweiten Magnetfeldgenerator 72 erzeugt wird. Die zweite zusätzliche Magnetfeldkomponente ist eine Komponente des zweiten zusätzlichen Magnetfeldes und befindet sich in einer Richtung parallel zur zweiten Richtung. Die Steuerschaltung steuert den zweiten Magnetfeldgenerator 72, um die Stärke der zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponente zu ändern, und die Korrekturverarbeitungsschaltung erhält Informationen über eine Änderung des ersten Detektionssignals, wenn die Stärke der zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponente geändert wird. Die Korrekturverarbeitungsschaltung kann dadurch die Querachsenempfindlichkeit des ersten Magnetsensors 10 in der Richtung parallel zur zweiten Richtung messen.
Anschließend wird ein Verfahren zum Messen der zweiten Hauptachsenempfindlichkeit und der Querachsenempfindlichkeit des zweiten Magnetsensors 20 in einer Richtung parallel zur ersten Richtung beschrieben. Der zweite Magnetsensor 20 wird der zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt, wenn das zweite zusätzliche Magnetfeld durch den zweiten Magnetfeldgenerator 72 erzeugt wird. Die zweite zusätzliche Magnetfeldkomponente ist eine Komponente des zweiten zusätzlichen Magnetfeldes und befindet sich in einer Richtung parallel zur zweiten Richtung, d.h. in der zweiten Hauptachsenrichtung. Die Steuerschaltung steuert den zweiten Magnetfeldgenerator 72, um die Stärke der zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponente zu ändern, und die Korrekturverarbeitungsschaltung erhält Informationen über eine Änderung des zweiten Detektionssignals, wenn die Stärke der zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponente geändert wird. Die Korrekturverarbeitungsschaltung kann dadurch die zweite Hauptachsenempfindlichkeit messen.
Der zweite Magnetsensor 20 wird der ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt, wenn das erste zusätzliche Magnetfeld durch den ersten Magnetfeldgenerator 71 erzeugt wird. Die Steuerschaltung steuert den ersten Magnetfeldgenerator 71, um die Stärke der ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponente zu ändern, und die Korrekturverarbeitungsschaltung erhält Informationen über eine Änderung des zweiten Detektionssignals, wenn die Stärke der ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponente geändert wird. Die Korrekturverarbeitungsschaltung kann dadurch die Querachsenempfindlichkeit des zweiten Magnetsensors 20 in der Richtung parallel zur ersten Richtung messen.
Anschließend wird ein Verfahren zum Messen der dritten Hauptachsenempfindlichkeit, der Querachsenempfindlichkeit des dritten Magnetsensors 30 in einer Richtung parallel zur ersten Richtung und der Querachsenempfindlichkeit des dritten Magnetsensors 30 in einer Richtung parallel zur zweiten Richtung beschrieben. Der dritte Magnetsensor 30 wird der dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt, wenn das dritte zusätzliche Magnetfeld durch den dritten Magnetfeldgenerator 73 erzeugt wird. Die dritte zusätzliche Magnetfeldkomponente ist eine Komponente des dritten zusätzlichen Magnetfeldes und befindet sich in einer Richtung parallel zur dritten Richtung, d.h. in der dritten Hauptachsenrichtung. Die Steuerschaltung steuert den dritten Magnetfeldgenerator 73, um die Stärke der dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente zu ändern, und die Korrekturverarbeitungsschaltung erhält Informationen über eine Änderung des dritten Detektionssignals, wenn die Stärke der dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente geändert wird. Die Korrekturverarbeitungsschaltung kann dadurch die dritte Hauptachsenempfindlichkeit messen.
Der dritte Magnetsensor 30 wird der ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt, wenn das erste zusätzliche Magnetfeld durch den ersten Magnetfeldgenerator 71 erzeugt wird. Die Steuerschaltung steuert den ersten Magnetfeldgenerator 71, um die Stärke der ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponente zu ändern, und die Korrekturverarbeitungsschaltung erhält Informationen über eine Änderung des dritten Detektionssignals, wenn die Stärke der ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponente geändert wird. Die Korrekturverarbeitungsschaltung kann dadurch die Querachsenempfindlichkeit des dritten Magnetsensors 30 in der Richtung parallel zur ersten Richtung messen.
Der dritte Magnetsensor 30 wird der zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt, wenn das zweite zusätzliche Magnetfeld durch den zweiten Magnetfeldgenerator 72 erzeugt wird. Die Steuerschaltung steuert den zweiten Magnetfeldgenerator 72, um die Stärke der zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponente zu ändern, und die Korrekturverarbeitungsschaltung erhält Informationen über eine Änderung des dritten Detektionssignals, wenn die Stärke der zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponente geändert wird. Die Korrekturverarbeitungsschaltung kann dadurch die Querachsenempfindlichkeit des dritten Magnetsensors 30 in der Richtung parallel zur zweiten Richtung messen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Referenzkoordinatensystem mit Bezug auf die zusammengesetzte Chipkomponente 3 eingestellt. Die Verbundchipkomponente 3 ist mit den ersten bis dritten Magnetfeldgeneratoren 71, 72 und 73 integriert. In der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere die ersten bis dritten Magnetfeldgeneratoren 71, 72 und 73 in der zusammengesetzten Chipkomponente 3 enthalten. Dies verhindert eine Fehlausrichtung der ersten bis dritten Magnetfeldgeneratoren 71, 72 und 73 in Bezug auf das Referenzkoordinatensystem. Die jeweiligen Richtungen der ersten bis dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponenten sind damit im Referenzkoordinatensystem genau definiert. Nach der vorliegenden Ausführungsform können somit die ersten bis dritten Hauptachsenempfindlichkeiten und die vorgenannten vier Querachsenempfindlichkeiten mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist die magnetische Sensorvorrichtung 1 so ausgelegt, dass das erste bis dritte Sensorkoordinatensystem mit dem Referenzkoordinatensystem übereinstimmt. Jedoch kann mindestens eines der ersten bis dritten Sensorkoordinatensysteme vom Referenzkoordinatensystem abweichen, und zwar aufgrund von Fehlausrichtungen des Sensorchips 4 mit der Verbundchipkomponente 3 oder Fehlausrichtungen zwischen den ersten bis dritten magnetischen Sensoren 10, 20 und 30. Auch in diesem Fall können nach der vorliegenden Ausführungsform die ersten bis dritten Detektionssignale unter Verwendung der ersten bis dritten Hauptachsenempfindlichkeit und der vorstehenden vier Querachsenempfindlichkeiten korrigiert werden, die unter Verwendung eines auf das Referenzkoordinatensystem bezogenen Magnetfeldes, d.h. der ersten bis dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente, gemessen werden. Dadurch ist es möglich, das erste bis dritte Detektionssignal in ein auf das Referenzkoordinatensystem bezogenes Detektionssignal umzuwandeln.
In der vorliegenden Ausführungsform, wenn das dritte zusätzliche Magnetfeld durch den dritten Magnetfeldgenerator 73 erzeugt wird, wird keiner der ersten und zweiten Magnetsensoren 10 und 20 einer dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt. Somit ist es in der vorliegenden Ausführungsform nicht möglich, die Querachsenempfindlichkeit des ersten Magnetsensors 10 in einer Richtung parallel zur dritten Richtung oder die Querachsenempfindlichkeit des zweiten Magnetsensors 20 in einer Richtung parallel zur dritten Richtung zu messen. In der vorliegenden Ausführungsform können jedoch die beiden vorgenannten zwei Querachsen-Sensitivitäten aus dem folgenden ersten und zweiten Grund sicher als Null betrachtet werden. Der erste Grund ist, dass die ersten und zweiten Magnetsensoren 10 und 20 ursprünglich eine geringe Empfindlichkeit in einer Richtung parallel zur Z-Richtung ihrer jeweiligen Sensorkoordinatensysteme aufweisen. Der zweite Grund ist, dass die magnetische Sensorvorrichtung 1 strukturell keine oder nur eine geringe Neigung der Z-Richtung des ersten und zweiten Sensorkoordinatensystems in Bezug auf die Z-Richtung des Referenzkoordinatensystems bewirkt.
Anschließend wird eine kurze Beschreibung der Korrekturverarbeitung gegeben, die bei den ersten bis dritten Erkennungssignalen durch die Korrekturverarbeitungsschaltung im integrierten Schaltungschip 70 durchzuführen ist.
Zunächst wird ein Idealzustand durch die folgenden ersten bis dritten Anforderungen definiert. Die erste Anforderung ist, dass die erste Abtastrichtung mit einer Richtung parallel zur ersten Richtung übereinstimmen muss, die zweite Abtastrichtung mit einer Richtung parallel zur zweiten Richtung und die dritte Abtastrichtung mit einer Richtung parallel zur dritten Richtung.
Die zweite Anforderung ist, dass das Verhältnis einer Änderung des ersten Detektionssignals zu einer Änderung der ersten externen Magnetfeldkomponente, das Verhältnis einer Änderung des zweiten Detektionssignals zu einer Änderung der zweiten externen Magnetfeldkomponente und das Verhältnis einer Änderung des dritten Detektionssignals zu einer Änderung der dritten externen Magnetfeldkomponente gleich sein muss.
Die dritte Anforderung ist, dass das Verhältnis einer Änderung des zweiten Detektionssignals zu einer Änderung der ersten externen Magnetfeldkomponente, das Verhältnis einer Änderung des dritten Detektionssignals zu einer Änderung der ersten externen Magnetfeldkomponente, das Verhältnis einer Änderung des ersten Detektionssignals zu einer Änderung der zweiten externen Magnetfeldkomponente, das Verhältnis einer Änderung des dritten Detektionssignals zu einer Änderung der zweiten externen Magnetfeldkomponente, das Verhältnis einer Änderung des ersten Detektionssignals zu einer Änderung der dritten externen Magnetfeldkomponente und das Verhältnis einer Änderung des zweiten Detektionssignals zu einer Änderung der dritten externen Magnetfeldkomponente muss alle Null sein.
Dabei wird das erste Erkennungssignal im Idealzustand als erstes Idealsignal, das zweite Erkennungssignal im Idealzustand als zweites Idealsignal und das dritte Erkennungssignal im Idealzustand als drittes Idealsignal bezeichnet. Die Korrekturverarbeitung verarbeitet, um die ersten bis dritten Erkennungssignale zu korrigieren und dadurch erste bis dritte korrigierte Signale zu erzeugen, so dass die ersten bis dritten korrigierten Signale näher an den ersten bis dritten idealen Signalen liegen, als die nicht korrigierten ersten bis dritten Erkennungssignale.
Ein Beispiel für das erste korrigierte Signal ist die Summe von drei Termen, die durch Multiplikation der unkorrigierten ersten bis dritten Detektionssignale mit den ersten bis dritten Korrekturkoeffizienten erhalten werden. Ähnlich ist ein Beispiel für das zweite korrigierte Signal die Summe von drei Begriffen, die durch Multiplikation der unkorrigierten ersten bis dritten Detektionssignale mit den vierten bis sechsten Korrekturkoeffizienten erhalten werden. Ähnlich ist ein Beispiel für das dritte korrigierte Signal die Summe von drei Begriffen, die durch Multiplikation der unkorrigierten ersten bis dritten Detektionssignale mit dem siebten bis neunten Korrekturkoeffizienten erhalten werden. In der vorliegenden Ausführungsform sind der dritte und sechste Korrekturkoeffizient Null. Die anderen Korrekturkoeffizienten werden auf der Grundlage der ersten bis dritten Hauptachsensitivitäten und der vorangegangenen vierten Querachsensitivitäten berechnet.
[Erste bis vierte Modifikationsbeispiele]
Die ersten bis vierten Modifikationsbeispiele der magnetischen Sensorvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nun beschrieben. Das erste Änderungsbeispiel wird zuerst beschrieben. Das erste Modifikationsbeispiel ist ein Beispiel, das konfiguriert ist, um zwei oder drei der ersten bis dritten Magnetfeldgeneratoren 71, 72 und 73 gleichzeitig anzusteuern, sowie die ersten bis dritten Magnetfeldgeneratoren 71, 72 und 73 unabhängig voneinander anzusteuern. Das erste Modifikationsbeispiel ermöglicht somit die Erzeugung eines Magnetfeldes in beliebiger Richtung an einer vorbestimmten Position in einer vorbestimmten Ebene, die parallel zur XY-Ebene des Referenzkoordinatensystems verläuft und den Sensorchip 4 schneidet. Ein solches Magnetfeld wird im Folgenden als Magnetfeld mit variabler Richtung bezeichnet. Wenn zwei oder drei der ersten bis dritten Magnetfeldgeneratoren 71, 72 und 73 gleichzeitig angetrieben werden, werden die zwei oder mehr zusätzlichen Magnetfelder, die von ihnen erzeugt werden, zu dem Magnetfeld mit variabler Richtung kombiniert.
So kann beispielsweise ein Vorgang zum Antreiben der ersten und zweiten Magnetfeldgeneratoren 71 und 72 unabhängig voneinander und ein Vorgang zum gleichzeitigen Antreiben der ersten und zweiten Magnetfeldgeneratoren 71 und 72 kombiniert werden, um die Richtung des Magnetfelds mit variabler Richtung in jede Richtung parallel zur XY-Ebene des Referenzkoordinatensystems einzustellen. Im Folgenden wird das Magnetfeld mit variabler Richtung in jede Richtung parallel zur XY-Ebene des Referenzkoordinatensystems insbesondere als rotierendes Magnetfeld MFr bezeichnet. Darüber hinaus kann durch gleichzeitiges Antreiben mindestens eines der ersten und zweiten Magnetfeldgeneratoren 71 und 72 und des dritten Magnetfeldgenerators 73 die Richtung des Magnetfelds mit variabler Richtung in eine andere Richtung als eine Richtung parallel zur XY-Ebene des Referenzkoordinatensystems eingestellt werden.
Gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel kann ein Magnetfeld in beliebiger Richtung an einen Magnetsensor angelegt werden, indem der Magnetsensor an der vorstehend vorgegebenen Position angeordnet wird. Dadurch ist es möglich, z.B. das Referenzkoordinatensystem bei der Messung der Haupt- und Querempfindlichkeit des Magnetsensors zu ändern.
Im Folgenden werden einige Beispiele für das Verfahren zur Einstellung der Richtung des rotierenden Magnetfeldes MFr beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird der Winkel, den die Richtung des magnetischen Drehfeldes MFr in Bezug auf die X-Richtung des Referenzkoordinatensystems bildet, als Drehfeldwinkel bezeichnet. Um den Drehfeldwinkel auf 0°einzustellen, z.B. wie in dargestellt, wird die Richtung des Stroms Ixa von oben gesehen im Uhrzeigersinn, die Richtung des Stroms Ixb von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn und die Größen der Ströme Iya und Iyb auf 0 eingestellt. Um den Drehfeldwinkel auf 90°einzustellen, z.B. wie in dargestellt, wird die Richtung des Stroms Iya von oben gesehen im Uhrzeigersinn, die Richtung des Stroms Iyb von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn und die Größen der Ströme Ixa und Ixb auf 0 eingestellt. Um den Drehfeldwinkel auf 45°einzustellen, werden beispielsweise die Richtungen der Ströme Ixa und Iya von oben gesehen im Uhrzeigersinn eingestellt, die Richtungen der Ströme Ixb und Iyb von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn, und beide das Verhältnis der Größe des Stroms Iya zur Größe des Stroms Ixa und das Verhältnis der Größe des Stroms Iyb zur Größe des Stroms Ixb werden auf 1 eingestellt. In 24 zeigen die mit den Symbolen MFa, MFb, MFc, MFc, MFd und MFr bezeichneten Pfeile jeweils die Richtungen der Magnetfelder MFa, MFb, MFc, MFc, MFd und MFr bei der Einstellung des Drehfeldwinkels auf 45°. an.
Um den Drehfeldwinkel auf 30°einzustellen, werden beispielsweise die Richtungen der Ströme Ixa und Iya von oben gesehen im Uhrzeigersinn eingestellt, die Richtungen der Ströme Ixb und Iyb von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn, und beide das Verhältnis der Größe des Stroms Iya zur Größe des Stroms Ixa und das Verhältnis der Größe des Stroms Iyb zur Größe des Stroms Ixb werden auf 1/√(3) eingestellt.
Um den Drehfeldwinkel auf 180°einzustellen, wird die Richtung des Stroms Ixa von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn, die Richtung des Stroms Ixb von oben gesehen im Uhrzeigersinn und die Größen der Ströme Iya und Iyb auf 0 eingestellt. Um den Drehfeldwinkel auf 270°einzustellen, wird beispielsweise die Richtung des aktuellen Iya von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn eingestellt, die Richtung des aktuellen Iyb von oben gesehen im Uhrzeigersinn und die Größen der Ströme Ixa und Ixb auf 0.
Als nächstes wird das zweite Modifikationsbeispiel mit Bezug auf die 5, 6 und 25 beschrieben. 25 ist eine Draufsicht, die den ersten Magnetfeldgenerator 71 und den dritten Magnetfeldgenerator 73 zeigt. Im zweiten Modifikationsbeispiel sind die ersten und zweiten Spulen 71A und 71B des ersten Magnetfeldgenerators 71 und des dritten Magnetfeldgenerators 73 auf der gleichen Ebene angeordnet, wie beispielsweise die Oberseite 70a des integrierten Schaltungschips 70. Die erste Spule 71A befindet sich vor dem dritten Magnetfeldgenerator 73 in X-Richtung des Referenzkoordinatensystems. Die zweite Spule 71B befindet sich vor dem dritten Magnetfeldgenerator 73 in -X-Richtung des Referenzkoordinatensystems.
Im zweiten Modifikationsbeispiel entfallen die Isolationsschichten 74C und 74D. Die Isolierschicht 74A liegt auf der Oberseite 70a und umschließt die Spulen 71Aund 71B sowie den dritten Magnetfeldgenerator 73. Die Isolationsschicht 74B bedeckt die Spulen 71A und 71B, den dritten Magnetfeldgenerator 73 und die Isolationsschicht 74A. Die dritte und vierte Spule 72A und 72B des zweiten Magnetfeldgenerators 72 und die Isolierschicht 74E sind auf der Isolierschicht 74B angeordnet.
Das zweite Modifikationsbeispiel reduziert das Maß der Verbundchipkomponente 3 (siehe z.B. 1) in Z-Richtung ebenso wie die Isolationsschichten 74C und 74D im Vergleich zu dem in den und dargestellten Beispiel.
Anschließend wird das dritte Modifikationsbeispiel mit Bezug auf die Bilder 26 und 27 beschrieben. 26 ist eine Draufsicht, die den ersten Magnetfeldgenerator 71 und einen Abschnitt des zweiten Magnetfeldgenerators 72 zeigt. 27 ist eine Draufsicht, die einen weiteren Abschnitt des zweiten Magnetfeldgenerators 72 zeigt. Im dritten Modifikationsbeispiel beinhaltet der zweite Magnetfeldgenerator 72 eine dritte Spule 72C und eine vierte Spule 72D anstelle der dritten und vierten Spule 72A und 72B.
Von oben gesehen sind Form und Lage der dritten Spule 72C identisch mit denen der dritten Spule 72A. Die dritte Spule 72C beinhaltet zwei Spulenabschnitte 72C1 und 72C2, die sich auf der gleichen Ebene wie die ersten und zweiten Spulen 71A und 71B befinden, und zwei Spulenabschnitte 72C3 und 72C4, die sich an unterschiedlichen Positionen von denen der Spulenabschnitte 72C1 und 72C2 in einer Richtung senkrecht zur Bezugsebene RP befinden (siehe ). Die Spulenabschnitte 72C1 und 72C2 sind zwischen der ersten und zweiten Spule 71A und 71B angeordnet und befinden sich an unterschiedlichen Positionen voneinander in Y-Richtung des Referenzkoordinatensystems. Die Spulenabschnitte 72C3 und 72C4 befinden sich an unterschiedlichen Positionen in X-Richtung des Referenzkoordinatensystems.
Jeder der Spulenabschnitte 72C1 bis 72C4 beinhaltet eine Vielzahl von Leiterabschnitten. Von oben gesehen überlappt ein Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 72C3 einen Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 72C1 und einen Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 72C2. Von oben gesehen überlappt ein Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 72C4 einen anderen Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 72C1 und einen anderen Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 72C2. Die von oben gesehen überlappenden Teile der Vielzahl von Leiterabschnitten sind beispielsweise durch eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen so miteinander verbunden, dass ein einzelnes Leiterstück entsteht, das eine Vielzahl von Windungen in einer flachen Spiralform entlang der XY-Ebene des Referenzkoordinatensystems wickelt.
Von oben gesehen sind Form und Lage der vierten Spule 72D identisch mit denen der vierten Spule 72B. Die vierte Spule 72D beinhaltet zwei Spulenabschnitte 72D1 und 72D2, die sich auf der gleichen Ebene wie die ersten und zweiten Spulen 71Aund 71B befinden, und zwei Spulenabschnitte 72D3 und 72D4, die sich an unterschiedlichen Positionen von denen der Spulenabschnitte 72D1 und 72D2 in einer Richtung senkrecht zur Bezugsebene RP befinden (siehe ). Die Spulenabschnitte 72D1 und 72D2 sind zwischen der ersten und zweiten Spule 71A und 71B angeordnet und befinden sich an unterschiedlichen Positionen voneinander in Y-Richtung des Referenzkoordinatensystems. Die Spulenabschnitte 72D3 und 72D4 befinden sich an unterschiedlichen Positionen in X-Richtung des Referenzkoordinatensystems.
Jeder der Spulenabschnitte 72D1 bis 72D4 beinhaltet eine Vielzahl von Leiterabschnitten. Von oben gesehen überlappt ein Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 72D3 einen Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 72D1 und einen Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 72D2. Von oben gesehen überlappt ein Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 72D4 einen anderen Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 72D1 und einen anderen Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 72D2. Die von oben gesehen überlappenden Teile der Vielzahl von Leiterabschnitten sind beispielsweise durch eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen so miteinander verbunden, dass ein einzelnes Leiterstück entsteht, das eine Vielzahl von Windungen in einer flachen Spiralform entlang der XY-Ebene des Referenzkoordinatensystems wickelt.
Nun wird eine Beschreibung einer Positionsbeziehung zwischen der dritten und vierten Spule 72C, 72D und den Isolationsschichten 74B, 74C, 74D, 74E, 74F gegeben (siehe und ). Die Spulenabschnitte 72C1, 72C2, 72D1 und 72D2 befinden sich auf der Isolierschicht 74B. Die Isolierschicht 74C liegt auf der Isolierschicht 74B und umschließt die Spulen 71Aund 71B sowie die Spulenabschnitte 72C1, 72C2, 72D1 und 72D2. Die Isolierschicht 74D bedeckt die Spulen 71A und 71B, die Spulenabschnitte 72C1, 72C2, 72D1 und 72D2 und die Isolierschicht 74C. Die Spulenabschnitte 72C3, 72C4, 72D3 und 72D4 befinden sich auf der Isolierschicht 74D. Die oben genannten Durchgangslöcher sind in die Isolierschicht 74D eingebettet. Die Isolierschicht 74E liegt auf der Isolierschicht 74D und umschließt die Spulenabschnitte 72C3, 72C4, 72D3 und 72D4. Die Isolierschicht 74F bedeckt die Spulenabschnitte 72C3, 72C4, 72D3 und 72D4 und die Isolierschicht 74F.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Zunächst wird auf 28 verwiesen, um die Unterschiede in der Konfiguration der magnetischen Sensorvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform von der gemäß der ersten Ausführungsform zu beschreiben. 28 ist eine Draufsicht, die den dritten Magnetfeldgenerator der zweiten Ausführungsform zeigt. Von oben gesehen weist der dritte Magnetfeldgenerator 73 einen äußeren und inneren Umfang von quadratischer oder fast quadratischer Form auf. In der vorliegenden Ausführungsform umschließt der dritte Magnetfeldgenerator 73, von oben gesehen, die ersten bis vierten Teilbereiche A11, A12, A21 und A22.
Obwohl nicht dargestellt, sind die ersten und zweiten Magnetfeldgeneratoren 71 und 72 konfiguriert, geformt und angeordnet, wie in der ersten Ausführungsform.
Anschließend werden Funktion und Wirkung des dritten zusätzlichen Magnetfeldes, das durch den dritten Magnetfeldgenerator 73 erzeugt wird, mit Bezug auf 28 beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform, wenn das dritte zusätzliche Magnetfeld durch den dritten Magnetfeldgenerator 73 erzeugt wird, werden die ersten bis dritten Magnetsensoren 10, 20 und 30 jeweils einer dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt. Die dritte zusätzliche Magnetfeldkomponente ist eine Komponente des dritten zusätzlichen Magnetfeldes und befindet sich in einer Richtung parallel zur dritten Richtung, d.h. parallel zur Z-Richtung des Referenzkoordinatensystems.
In der vorliegenden Ausführungsform steuert die Steuerschaltung im Chip 70 der integrierten Schaltung (siehe beispielsweise 2) den dritten Magnetfeldgenerator 73, um die Stärke der dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente zu ändern, und die Korrekturverarbeitungsschaltung im Chip 70 der integrierten Schaltung erhält Informationen über eine Änderung des ersten Detektionssignals, wenn die Stärke der dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente geändert wird. Die Korrekturverarbeitungsschaltung kann dadurch die Querachsenempfindlichkeit des ersten Magnetsensors 10 in einer Richtung parallel zur dritten Richtung messen.
Ebenso erhält die Korrekturverarbeitungsschaltung Informationen über eine Änderung des zweiten Erkennungssignals, wenn die Steuerschaltung den dritten Magnetfeldgenerator 73 steuert, um die Stärke der dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente zu ändern. Die Korrekturverarbeitungsschaltung kann dadurch die Querachsenempfindlichkeit des zweiten Magnetsensors 20 in einer Richtung parallel zur dritten Richtung messen.
Wie in Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben, ist die Richtung der dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente im Referenzkoordinatensystem genau definiert.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die vorgenannten zwei Querachsenempfindlichkeiten somit mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
Weiterhin werden, wie in Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben, die ersten bis neunten Korrekturkoeffizienten bei der Korrekturverarbeitung verwendet, die bei den ersten bis dritten Detektionssignalen durch die Korrekturverarbeitungsschaltung durchgeführt wird. In der vorliegenden Ausführungsform werden die ersten bis neunten Korrekturkoeffizienten auf der Grundlage der Messergebnisse der beiden vorgenannten Querachsenempfindlichkeiten und der Messergebnisse der ersten bis dritten Hauptachsenempfindlichkeiten und der vier beschriebenen Querachsenempfindlichkeiten in Bezug auf die erste Ausführungsform berechnet.
[Beispiele für erste bis dritte Modifikationen]
Die ersten bis dritten Modifikationsbeispiele der magnetischen Sensorvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nun beschrieben. Zunächst wird auf die und verwiesen, um das erste Änderungsbeispiel zu beschreiben. 29 ist eine Draufsicht, die den ersten Magnetfeldgenerator 71 und den dritten Magnetfeldgenerator 73 zeigt. 30 ist eine Draufsicht, die den zweiten Magnetfeldgenerator 72 zeigt. Im ersten Modifikationsbeispiel sind die ersten und zweiten Spulen 71Aund 71B des ersten Magnetfeldgenerators 71 und des dritten Magnetfeldgenerators 73 auf der gleichen Ebene angeordnet, wie die Oberseite 70a (siehe und ) des integrierten Schaltungschips 70. In dem in 29 dargestellten Beispiel ist der dritte Magnetfeldgenerator 73 in den Abmessungen in X- und Y-Richtung kleiner als in dem in 28 dargestellten Beispiel.
Wie in 29 dargestellt, befindet sich die erste Spule 71A vor dem dritten Magnetfeldgenerator 73 in X-Richtung des Referenzkoordinatensystems. Die erste Spule 71A ist in den Abmessungen in X- und Y-Richtung größer als die erste Spule 71A der ersten Ausführungsform, die beispielsweise in 4 dargestellt ist.
Wie in 29 dargestellt, befindet sich die zweite Spule 71B vor dem dritten Magnetfeldgenerator 73 in -X-Richtung des Referenzkoordinatensystems. Die zweite Spule 71B ist in den Abmessungen in X- und Y-Richtung größer als die zweite Spule 71B der ersten Ausführungsform, die beispielsweise in 4 dargestellt ist.
Wie in 30 dargestellt, befindet sich die dritte Spule 72A des zweiten Magnetfeldgenerators 72 von oben gesehen vor dem dritten Magnetfeldgenerator 73 in Y-Richtung des Referenzkoordinatensystems. Die dritte Spule 72A ist in den Abmessungen in X- und Y-Richtung größer als die dritte Spule 72A der ersten Ausführungsform, die beispielsweise in 4 dargestellt ist.
Wie in 30 dargestellt, befindet sich die vierte Spule 72B des zweiten Magnetfeldgenerators 72 von oben gesehen vor dem dritten Magnetfeldgenerator 73 in -Y-Richtung des Referenzkoordinatensystems. Die vierte Spule 72B ist in den Abmessungen in X- und Y-Richtung größer als die vierte Spule 72B der ersten Ausführungsform, die beispielsweise in 4 dargestellt ist.
Nun wird eine Beschreibung einer Positionsbeziehung der ersten bis dritten Magnetfeldgeneratoren 71 bis 73 mit den Isolationsschichten 74A bis 74E der ersten in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsform gegeben. Im ersten Modifikationsbeispiel entfallen die Isolationsschichten 74C und 74D. Die Isolationsschicht 74A liegt auf der Oberseite 70a des integrierten Schaltungschips 70 und umschließt die Spulen 71A und 71B sowie den dritten Magnetfeldgenerator 73. Die Isolationsschicht 74B bedeckt die Spulen 71A und 71B, den dritten Magnetfeldgenerator 73 und die Isolationsschicht 74A. Die dritte und vierte Spule 72A und 72B des zweiten Magnetfeldgenerators 72 und die Isolierschicht 74E befinden sich auf der Isolierschicht 74B.
Das erste Modifikationsbeispiel reduziert das Maß der Verbundchipkomponente 3 (siehe z.B. ) in Z-Richtung ebenso wie die Isolationsschichten 74C und 74D im Vergleich zu dem in den und dargestellten Beispiel.
Anschließend wird das zweite Modifikationsbeispiel mit Bezug auf 31 beschrieben. 31 ist eine Draufsicht, die den ersten Magnetfeldgenerator 71 und den dritten Magnetfeldgenerator 73 zeigt. Das zweite Modifikationsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Modifikationsbeispiel durch folgende Punkte. Im zweiten Modifikationsbeispiel sind die ersten und zweiten Spulen 71Aund 71B des ersten Magnetfeldgenerators 71 und des dritten Magnetfeldgenerators 73 auf der gleichen Ebene wie im ersten Modifikationsbeispiel angeordnet. Der dritte Magnetfeldgenerator 73 umschließt jedoch die erste und zweite Spule 71A und 71B von oben gesehen.
Weiterhin befinden sich, obwohl nicht dargestellt, die dritte und vierte Spule 72A und 72B des zweiten Magnetfeldgenerators 72, von oben gesehen, innerhalb des inneren Umfangs der fünften Spule, die den dritten Magnetfeldgenerator 73 bildet.
Anschließend wird das dritte Modifikationsbeispiel mit Bezug auf die Bilder 32 und 33 beschrieben. 32 ist eine Draufsicht, die den ersten Magnetfelderzeuger 71, einen Abschnitt des zweiten Magnetfelderzeugers 72 und einen Abschnitt des dritten Magnetfelderzeugers 73 zeigt. 33 ist eine Draufsicht, die einen weiteren Abschnitt des zweiten Magnetfeldgenerators 72 und einen weiteren Abschnitt des dritten Magnetfeldgenerators 73 zeigt. Im dritten Modifikationsbeispiel beinhaltet der zweite Magnetfeldgenerator 72 die dritte Spule 72C und die vierte Spule 72D, die in Bezug auf das dritte Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform beschrieben sind, anstelle der dritten und vierten Spule 72A und 72B. Die dritte Spule 72C beinhaltet die Spulenabschnitte 72C1, 72C2, 73C3 und 72C4. Die vierte Spule 72D beinhaltet die Spulenabschnitte 72D1, 72D2, 72D3 und 73D4.
Die fünfte Spule, die den dritten Magnetfeldgenerator 73 bildet, beinhaltet vier Spulenabschnitte 73A1, 73A2, 73A3 und 73A4, die auf der gleichen Ebene wie die erste und zweite Spule 71Aund 71B des ersten Magnetfeldgenerators 71, die Spulenabschnitte 72C1 und 72C2 der dritten Spule 72C und die Spulenabschnitte 72D1 und 72D2 der vierten Spule 72D angeordnet sind. Die fünfte Spule beinhaltet weiterhin vier Spulenabschnitte 73B1, 73B2, 73B3 und 73B4, die an verschiedenen Positionen von den Spulenabschnitten 73A1 bis 73A4 in einer Richtung senkrecht zur Bezugsebene RP angeordnet sind (siehe ). Die Spulen 71Aund 71B und die Spulenteile 72C1, 72C2, 72D1, 72D2 und 73A1 bis 73A4 sind beispielsweise auf der Oberseite 70a (siehe und ) des integrierten Schaltungschips 70 angeordnet.
Der Spulenabschnitt 73A1 befindet sich in einem Hohlabschnitt innerhalb des Innenumfangs der ersten Spule 71A. Der Spulenabschnitt 73A2 befindet sich in einem Hohlabschnitt innerhalb des Innenumfangs der zweiten Spule 71B. Der Spulenabschnitt 73A3 befindet sich zwischen den Spulenabschnitten 72C1 und 72C2 in einem Hohlabschnitt innerhalb des inneren Umfangs der dritten Spule 72C. Der Spulenabschnitt 73A4 befindet sich zwischen den Spulenabschnitten 72D1 und 72D2 in einem Hohlabschnitt innerhalb des inneren Umfangs der vierten Spule 72D.
Der Spulenabschnitt 73B1 befindet sich in einem Teil des Hohlabschnitts innerhalb des inneren Umfangs der dritten Spule 72C, wobei der Teil von dem Spulenabschnitt 73C3 umgeben ist. Der Spulenabschnitt 73B2 befindet sich in einem Teil des Hohlabschnitts innerhalb des inneren Umfangs der dritten Spule 72C, wobei der Teil von dem Spulenabschnitt 73C4 umgeben ist. Der Spulenabschnitt 73B3 befindet sich in einem Teil des Hohlabschnitts innerhalb des inneren Umfangs der vierten Spule 72D, wobei der Teil von dem Spulenabschnitt 73D3 umgeben ist. Der Spulenabschnitt 73B4 befindet sich in einem Teil des Hohlabschnitts innerhalb des inneren Umfangs der vierten Spule 72D, wobei der Teil von dem Spulenabschnitt 73D4 umgeben ist.
Jeder der Spulenabschnitte 73A1 bis 73A4 und 73B1 bis 73B4 beinhaltet eine Vielzahl von Leiterabschnitten. Von oben gesehen überlappt ein Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 73B1 einen Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 73A1 und einen Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 73A3. Von oben gesehen überlappt ein Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 73B2 einen Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 73A2 und einen Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 73A3. Von oben gesehen überlappt ein Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 73B3 einen Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 73A1 und einen Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 73A4. Von oben gesehen überlappt ein Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 73B4 einen Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 73A2 und einen Teil der Vielzahl von Leiterabschnitten des Spulenabschnitts 73A4. Die von oben gesehen überlappenden Teile der Vielzahl von Leiterabschnitten sind beispielsweise durch eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen so miteinander verbunden, dass ein einzelnes Leiterstück entsteht, das eine Vielzahl von Windungen in einer flachen Spiralform entlang der XY-Ebene des Referenzkoordinatensystems wickelt.
Nun wird eine Beschreibung einer Positionsbeziehung der ersten bis dritten Magnetfeldgeneratoren 71 bis 73 mit den Isolationsschichten 74A bis 74E der ersten in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsform gegeben. Im dritten Modifikationsbeispiel entfallen die Isolationsschichten 74C und 74D. Die Isolationsschicht 74A liegt auf der Oberseite 70a des integrierten Schaltungschips 70 und umschließt die Spulen 71Aund 71B sowie die Spulenabschnitte 72C1, 72C2, 72D1, 72D2 und 73A1 bis 73A4. Die Isolierschicht 74B bedeckt die Spulen 71Aund 71B, die Spulenabschnitte 72C1, 72C2, 72D1, 72D2 und 73A1 bis 73A4 und die Isolierschicht 74A. Die Spulenabschnitte 72C3, 72C4, 72D3, 72D4 und 73B1 bis 73B4 sind auf der Isolierschicht 74B angeordnet. Die Isolierschicht 74E liegt auf der Isolierschicht 74B und umschließt die Spulenabschnitte 72C3, 72C4, 72D3, 72D4 und 73B1 bis 73B4. Die Isolierschicht 74F bedeckt die Spulenabschnitte 72C3, 72C4, 72D3, 72D4 und 73B1 bis 73B4 und die Isolierschicht 74E. Das dritte Modifikationsbeispiel reduziert das Maß der Verbundchipkomponente 3 (siehe z.B. 1) in Z-Richtung ebenso wie die Isolationsschichten 74C und 74D im Vergleich zu dem in den und dargestellten Beispiel.
Die Konfiguration, Funktion und Wirkung der vorliegenden Ausführungsform ist ansonsten die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform.
[Dritte Ausführungsform]
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Zunächst wird eine Beschreibung der Unterschiede in der Konfiguration der magnetischen Sensorvorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform von derjenigen gemäß der ersten Ausführungsform gegeben. In der dritten Ausführungsform entfallen der dritte Magnetfeldgenerator 73 und die Isolationsschichten 74A und 74B der ersten Ausführungsform. Der erste Magnetfeldgenerator 71 und die Isolierschicht 74C sind auf der Oberseite 70a (siehe und ) des integrierten Schaltungschips 70 angeordnet.
Anschließend wird das dritte zusätzliche Magnetfeld der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 34 beschrieben. 34 ist ein erklärendes Diagramm, das die Funktion der ersten und zweiten Magnetfeldgeneratoren 71 und 72 veranschaulicht. In der vorliegenden Ausführungsform arbeiten die ersten und zweiten Spulen 71A und 71B des ersten Magnetfeldgenerators 71 und die dritten und vierten Spulen 72A und 72B des zweiten Magnetfeldgenerators 72 zusammen, um das dritte zusätzliche Magnetfeld zu erzeugen. Wenn das dritte zusätzliche Magnetfeld durch die ersten bis vierten Spulen 71A, 71B, 72A und 72B erzeugt wird, wird der dritte Magnetsensor 30 einer dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt.
Die Richtung der dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente wird durch den Strom Ixa gesteuert, der durch die erste Spule 71A, den Strom Ixb durch die zweite Spule 71B, den Strom Iya durch die dritte Spule 72A und den Strom Iyb durch die vierte Spule 72B geleitet wird. Um den dritten Magnetsensor 30 der dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente in Z-Richtung des Referenzkoordinatensystems auszusetzen, werden die Richtungen der Ströme Ixa, Ixb, Iya und Iyb jeweils von oben gesehen im Uhrzeigersinn eingestellt. Um den dritten Magnetsensor 30 der dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente in -Z-Richtung des Referenzkoordinatensystems auszusetzen, werden die Richtungen der Ströme Ixa, Ixb, Iya und Iyb jeweils von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn eingestellt. Die Ströme Ixa, Ixb, Iya und Iyb sind gleich oder fast gleich groß. Die Ströme Ixa und Ixb und die Ströme Iya und Iyb können abwechselnd in vorgegebenen Abständen durchlaufen werden.
34 zeigt die Richtungen der Ströme Ixa, Ixb, Iya und Iyb bei der Aussetzung des dritten Magnetsensors 30 an die dritte zusätzliche Magnetfeldkomponente in -Z-Richtung des Referenzkoordinatensystems. In 34 gibt die mit dem Referenzsymbol MF3 bezeichnete Markierung die Richtung der dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente an, der der dritte Magnetsensor 30 ausgesetzt ist.
Wenn der dritte Magnetsensor 30 der dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt wird, werden auch der erste und zweite Magnetsensor 10 und 20 einem Teil des dritten zusätzlichen Magnetfeldes ausgesetzt. 34 zeigt die Komponenten MF3a, MF3b, MF3c und MF3d des dritten zusätzlichen Magnetfeldes, die in Richtungen parallel zur XY-Ebene des Referenzkoordinatensystems liegen, wenn der dritte Magnetsensor 30 der dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente in -Z-Richtung des Referenzkoordinatensystems ausgesetzt wird. Die Komponente MF3a ist eine Komponente, der der erste Abschnitt 11 des ersten Magnetsensors 10 unterzogen wird. Die Komponente MF3b ist eine Komponente, der der zweite Abschnitt 12 des ersten Magnetsensors 10 ausgesetzt ist. Die Komponente MF3c ist eine Komponente, der der erste Abschnitt 21 des zweiten Magnetsensors 20 ausgesetzt ist. Die Komponente MF3d ist eine Komponente, der der zweite Abschnitt 22 des zweiten Magnetsensors 20 ausgesetzt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die dritte zusätzliche Magnetfeldkomponente auf den dritten Magnetsensor 30 aufzubringen, ohne den dritten Magnetfeldgenerator 73 bereitzustellen. Die vorliegende Ausführungsform reduziert somit das Maß der Verbundchipkomponente 3 (siehe z.B. ) in Z-Richtung.
Die Konfiguration, Funktion und Wirkung der vorliegenden Ausführungsform ist ansonsten die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Änderungen vorgenommen werden. So sind beispielsweise die Konfigurationen der ersten bis dritten Magnetsensoren 10, 20 und 30 und der ersten bis dritten Magnetfeldgeneratoren 71, 72 und 73 nicht auf die in den vorstehenden Ausführungen dargestellten Beispiele beschränkt und können frei gewählt werden, solange die Anforderungen der Ansprüche erfüllt sind.
Die Magnetsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann nur mit einem oder zwei der Magnetsensoren 10, 20 und 30 versehen sein. Wenn die Magnetsensorvorrichtung mit nur einem einzigen Magnetsensor ausgestattet ist, entspricht der Magnetsensor dem ersten Magnetsensor der vorliegenden Erfindung. Wenn die Magnetsensorvorrichtung mit zwei Magnetsensoren ausgestattet ist, entsprechen die beiden Magnetsensoren dem ersten und zweiten Magnetsensor der vorliegenden Erfindung.
Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren möglich. Es ist daher zu verstehen, dass die Erfindung im Rahmen der beigefügten Ansprüche und Äquivalente in anderen Ausführungsformen als den vorstehend genannten, am besten geeigneten Ausführungsformen betrieben werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2131205 A1 [0005, 0006]
JP 2015075465 A [0010, 0011, 0012]

Claims

Magnetische Sensorvorrichtung (1), umfassend: einen ersten Magnetsensor (10) zum Erfassen einer ersten externen Magnetfeldkomponente, wobei die erste externe Magnetfeldkomponente eine Komponente eines externen Magnetfeldes ist und sich in einer ersten Abtastrichtung befindet; einen Träger (3); einen ersten Magnetfeldgenerator (71), der ein erstes zusätzliches Magnetfeld erzeugen kann; und einen zweiten Magnetfeldgenerator (72), der ein zweites zusätzliches Magnetfeld erzeugen kann, wobei der erste Magnetsensor (10), der Träger (3), der erste Magnetfeldgenerator (71) und der zweite Magnetfeldgenerator (72) integriert sind, der Träger (3) eine Außenfläche mit einer Bezugsebene (RP) aufweist, der erste Magnetsensor (10) auf der Bezugsebene (RP) montiert ist, der erste Magnetsensor (10) konfiguriert ist, um : einer ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponente, wenn das erste zusätzliche Magnetfeld durch den ersten Magnetfeldgenerator (71) erzeugt wird, wobei die erste zusätzliche Magnetfeldkomponente eine Komponente des ersten zusätzlichen Magnetfeldes ist und in einer Richtung parallel zu einer ersten Richtung liegt, und einer zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponente, wenn das zweite zusätzliche Magnetfeld durch den zweiten Magnetfeldgenerator (72) erzeugt wird, wobei die zweite zusätzliche Magnetfeldkomponente eine Komponente des zweiten zusätzlichen Magnetfeldes ist und in einer Richtung parallel zu einer zweiten Richtung liegt, ausgesetzt zu sein, und die erste Richtung und die zweite Richtung voneinander verschiedene Richtungen in der Bezugsebene (RP) sind.
Die Magnetsensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der erste und zweite Magnetfeldgenerator (71, 72) in dem Träger (3) enthalten sind.
Die magnetische Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Abtastrichtung parallel zur Bezugsebene (RP) verläuft.
Die magnetische Sensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Magnetfeldgenerator (71) eine erste Spule (71A) und eine zweite Spule (71B) beinhaltet, die an voneinander verschiedenen Positionen angeordnet sind, und der zweite Magnetfeldgenerator (72) eine dritte Spule (72A) und eine vierte Spule (72B) beinhaltet, die an voneinander verschiedenen Positionen angeordnet sind.
Die Magnetsensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, die ferner einen zweiten Magnetsensor (20) zum Erfassen einer zweiten externen Magnetfeldkomponente umfasst, wobei die zweite externe Magnetfeldkomponente eine Komponente des externen Magnetfeldes ist und in einer zweiten Abtastrichtung liegt, wobei der zweite Magnetsensor (20) auf der Bezugsebene (RP) montiert ist, und der zweite Magnetsensor (20) konfiguriert ist, um der ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt zu sein, wenn das erste zusätzliche Magnetfeld durch den ersten Magnetfeldgenerator (71) erzeugt wird, und der zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponente, wenn das zweite zusätzliche Magnetfeld durch den zweiten Magnetfeldgenerator (72) erzeugt wird.
Die magnetische Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei sowohl die erste Abtastrichtung als auch die zweite Abtastrichtung parallel zur Bezugsebene (RP) sind.
Die magnetische Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, wobei der erste Magnetfeldgenerator (71) eine erste Spule (71A) und eine zweite Spule (71B) beinhaltet, die an zueinander unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, und der zweite Magnetfeldgenerator (72) eine dritte Spule (72A) und eine vierte Spule (72B) beinhaltet, die an voneinander verschiedenen Positionen angeordnet sind.
Die Magnetsensorvorrichtung (1) nach Anspruch 5, die ferner einen dritten Magnetsensor (30) zum Erfassen einer dritten externen Magnetfeldkomponente umfasst, wobei die dritte externe Magnetfeldkomponente eine Komponente des externen Magnetfeldes ist und in einer dritten Abtastrichtung liegt, wobei der dritte Magnetsensor (30) auf der Bezugsebene (RP) montiert ist, und der dritte Magnetsensor (30) konfiguriert ist, um der ersten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt zu sein, wenn das erste zusätzliche Magnetfeld durch den ersten Magnetfeldgenerator (71) erzeugt wird, und der zweiten zusätzlichen Magnetfeldkomponente, wenn das zweite zusätzliche Magnetfeld durch den zweiten Magnetfeldgenerator (72) erzeugt wird.
Die magnetische Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei sowohl die erste Abtastrichtung als auch die zweite Abtastrichtung parallel zur Bezugsebene (RP) sind.
Die magnetische Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei die dritte Abtastrichtung senkrecht zur Bezugsebene (RP) steht.
Die magnetische Sensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der erste Magnetfeldgenerator (71) eine erste Spule (71A) und eine zweite Spule (71B) beinhaltet, die an zueinander unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, und der zweite Magnetfeldgenerator (72) eine dritte Spule (72A) und eine vierte Spule (72B) beinhaltet, die an voneinander verschiedenen Positionen angeordnet sind.
Die magnetische Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei die ersten bis vierten Spulen (71A, 71B, 72A, 72B) in der Lage sind, ein drittes zusätzliches Magnetfeld in Zusammenarbeit miteinander zu erzeugen, der dritte Magnetsensor (30) konfiguriert ist, um einer dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt zu sein, wenn das dritte zusätzliche Magnetfeld durch die ersten bis vierten Spulen (71A, 71B, 72A, 72B) erzeugt wird, wobei die dritte zusätzliche Magnetfeldkomponente eine Komponente des dritten zusätzlichen Magnetfeldes ist und in einer Richtung parallel zu einer dritten Richtung liegt, und die dritte Richtung senkrecht zur Bezugsebene (RP) ist.
Magnetsensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, ferner umfassend einen dritten Magnetfeldgenerator (73), der mit dem Träger (3) integriert ist und ein drittes zusätzliches Magnetfeld erzeugen kann, wobei der dritte Magnetsensor (30) konfiguriert ist, um einer dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt zu sein, wenn das dritte zusätzliche Magnetfeld durch den dritten Magnetfeldgenerator (73) erzeugt wird, wobei die dritte zusätzliche Magnetfeldkomponente eine Komponente des dritten zusätzlichen Magnetfeldes ist und in einer Richtung parallel zu einer dritten Richtung liegt, und die dritte Richtung senkrecht zur Bezugsebene (RP) ist.
Magnetsensorvorrichtung (1) nach Anspruch 13, wobei der dritte Magnetfeldgenerator (73) in dem Träger (3) enthalten ist.
Magnetsensorvorrichtung (1) nach Anspruch 13 oder 14, wobei der erste und zweite Magnetsensor (10, 20) jeweils konfiguriert sind, um der dritten zusätzlichen Magnetfeldkomponente ausgesetzt zu sein, wenn das dritte zusätzliche Magnetfeld durch den dritten Magnetfeldgenerator (73) erzeugt wird.
Die magnetische Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei die Bezugsebene (RP) einen ersten Bereich (A10), einen zweiten Bereich (A20) und einen dritten Bereich (A30) beinhaltet, die sich voneinander unterscheiden, der erste Bereich (A10) ein Bereich ist, der durch vertikales Projizieren des ersten Magnetsensors (10) auf die Bezugsebene (RP) gebildet wird, der zweite Bereich (A20) ein Bereich ist, der durch vertikales Projizieren des zweiten Magnetsensors (20) auf die Bezugsebene (RP) gebildet wird, der dritte Bereich (A30) ein Bereich ist, der durch vertikales Projizieren des dritten Magnetsensors (30) auf die Bezugsebene (RP) gebildet wird, und mindestens ein Teil des ersten Bereichs (A10) so angeordnet ist, dass er von einer ersten Geraden geschnitten wird, und mindestens ein Teil des zweiten Bereichs (A20) so angeordnet ist, dass er von einer zweiten Geraden geschnitten wird, wobei die erste Geraden und die zweite Geraden zwei zueinander orthogonale Geraden sind, die durch einen Schwerpunkt (C30) des dritten Bereichs (A30) verlaufen und senkrecht zur dritten Richtung stehen.
Die magnetische Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 16, wobei kein Abschnitt des ersten Bereichs (A10) von der zweiten Geraden und kein Abschnitt des zweiten Bereichs (A20) von der ersten Geraden durchschnitten wird.
Magnetsensorvorrichtung (1) nach Anspruch 16 oder 17, wobei der erste Bereich (A10) einen ersten Teilbereich (A11) und einen zweiten Teilbereich (A12) beinhaltet, der auf gegenüberliegenden Seiten des dritten Bereichs (A30) in einer Richtung parallel zur ersten Geraden angeordnet ist, und der zweite Bereich (A20) einen dritten Teilbereich (A21) und einen vierten Teilbereich (A22) beinhaltet, der auf gegenüberliegenden Seiten des dritten Bereichs (A30) in einer Richtung parallel zur zweiten Geraden angeordnet ist.