DE102021105637A1 - Magnetsensorvorrichtung, Verfahren zur Herstellung der Sensorvorrichtung und Drehbetriebsmechanismus - Google Patents

Abstract

Eine Magnetsensorvorrichtung weist auf: eine erste und eine zweite Oberfläche und eine erste und eine zweite geneigte Oberfläche, die in Bezug auf die erste Oberfläche geneigt sind; eine erste bis dritte Magnetsensoreinheit zum Detektieren von Magnetismus in einer ersten bis dritten axialen Richtung; und eine Signalverarbeitungseinheit, die eine Signalverarbeitung auf der Basis der ersten bis dritten Sensorsignale durchführt, die von der ersten bis dritten Magnetsensoreinheit ausgegeben werden. Die erste axiale Richtung ist eine Richtung orthogonal zur ersten Oberfläche, und die zweite und dritte axiale Richtung sind Richtungen orthogonal zueinander auf der ersten Oberfläche. Die erste und zweite Magnetsensoreinheit sind jeweils auf der zweiten geneigten Oberfläche vorgesehen. Eine in der Signalverarbeitungseinheit enthaltene Einheit zur Erzeugung eines korrigierten Signals erzeugt ein erstes und ein zweites korrigiertes Signal, bei denen es sich um das erste und das zweite Sensorsignal handelt, die entsprechend den Neigungswinkeln der ersten und der zweiten geneigten Oberfläche korrigiert wurden.

Description

• [TECHNISCHER BEREICH]
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Magnetsensorvorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung der Magnetsensorvorrichtung und einen Drehbetriebsmechanismus, der die Magnetsensorvorrichtung verwendet.
• [HINTERGRUND]
• In der Vergangenheit wurde zur Steuerung des Betriebs eines Gelenks, wie etwa eines Arms oder dergleichen eines Industrieroboters oder dergleichen, eine Magnetsensorvorrichtung verwendet, die in der Lage ist, Änderungen in einem Magnetfeld zu detektieren, die durch den Betrieb des Gelenks verursacht werden. Als eine Magnetsensorvorrichtung 1', die verwendet wird, um die magnetischen Feldkomponenten in den drei zueinander orthogonalen axialen Richtungen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) zu detektieren, die in dem Gelenk des Arms oder dergleichen eines solchen Industrieroboters oder dergleichen verwendet werden, ist eine solche bekannt, die drei Magnetsensorelemente aufweist, nämlich ein X-Achsen-Magnetsensorelement 31', das auf einer oberen Oberfläche 21' eines Substrats 2' vorgesehen ist, ein Y-Achsen-Magnetsensorelement 32', das auf einer ersten geneigten Oberfläche 23' vorgesehen ist, die an der Seite der oberen Oberfläche 21' des Substrats 2' ausgebildet ist, und ein Z-Achsen-Magnetsensorelement 33', das auf einer zweiten geneigten Oberfläche 24' vorgesehen ist, die an der Seite der oberen Oberfläche 21' des Substrats 2' ausgebildet ist, wie in 15 gezeigt ist.
• In dieser Art von Magnetsensorvorrichtung 1' ist das X-Achsen-Magnetsensorelement 31' vorgesehen, um eine Magnetfeldkomponente HX in der X-Richtung zu detektieren, die parallel zur oberen Oberfläche 21' des Substrats 2' ist, das Y-Achsen-Magnetsensorelement 32' ist vorgesehen, um eine Magnetfeldkomponente HY in der Y-Richtung zu detektieren, die parallel zu der oberen Oberfläche 21' des Substrats 2' und orthogonal zur X-Richtung ist, und ein Z-Achsen-Magnetsensorelement 33' ist vorgesehen, um eine Magnetfeldkomponente HZ in der Z-Richtung zu detektieren, die orthogonal zu der oberen Oberfläche 21' des Substrats 2' ist. Das Y-Achsen-Magnetsensorelement 32', das auf der ersten geneigten Oberfläche 23' des Substrats 2' vorgesehen ist, gibt jedoch ein Signal SY' aus, das einer Magnetfeldkomponente HY' in einer Y'-Achsen-Richtung entspricht, die in Bezug auf die Y-Achse um den Neigungswinkel θ der ersten geneigten Oberfläche 23' geneigt ist, und das Z-Achsen-Magnetsensorelement 33', das auf der zweiten geneigten Oberfläche 24' des Substrats 2' vorgesehen ist, gibt ein Signal SZ' aus, das einer Magnetfeldkomponente HZ' einer Z'-Achsen-Richtung entspricht, die in Bezug auf die Z-Achse um den Neigungswinkel θ der zweiten geneigten Oberfläche 24' geneigt ist. Folglich ist die Magnetsensorvorrichtung 1' mit einer Koordinatensystem-Umwandlungseinheit versehen, die das Signal SY', das der Magnetfeldkomponente HY' in der Y'-Achsen-Richtung entspricht, die von dem Y-Achsen-Magnetsensorelement 32' ausgegeben wird, durch geometrische Berechnungen in ein Signal SY umwandelt, das der Magnetfeldkomponente HY in der Y-Richtung entspricht, und das Signal SZ', das der Magnetfeldkomponente HZ' in der Z'-Achsen-Richtung entspricht, die von dem Z-Achsen-Magnetsensorelement 33' ausgegeben wird, durch geometrische Berechnungen in ein Signal SZ umwandelt, das der Magnetfeldkomponente HZ in der Z-Richtung entspricht. Hierdurch kann die Magnetsensorvorrichtung 1' die Magnetfeldkomponenten in den zueinander orthogonalen Richtungen X-Achse, Y-Achse und Z-Achse detektieren.
• [VERWANDTE LITERATUR]
• [PATENTLITERATUR]
• [PATENT-LITERATUR 1] Veröffentlichte JP-Patentanmeldung Nr. 2004-12156
• [ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG]
• [DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM]
• In der Magnetsensorvorrichtung in 15 wandelt die Koordinatensystem-Umwandlungseinheit das Signal SY', das der Magnetfeldkomponente HY' in der Y'-Achsen-Richtung entspricht, und das Signal SZ', das der Magnetfeldkomponente HZ' in der Z'-Achsen-Richtung entspricht, durch die nachstehenden Gleichungen unter Verwendung des Konstruktionswinkels des Neigungswinkels θ der ersten geneigten Oberfläche 23' und der zweiten geneigten Oberfläche 24' in das Signal SY, das der Magnetfeldkomponente HY in der Y-Richtung entspricht, und in das Signal SZ, das der Magnetfeldkomponente HZ in der Z-Richtung entspricht, um. $$\text{SY}=\left(\text{SY}\text{'}-\text{SZ}\text{'}\right)/2\text{ cos }\mathrm{\theta }$$

  

  $$\text{SZ}=\left(\text{SY}\text{'}+\text{SZ}\text{'}\right)/2\text{ sin }\mathrm{\theta }$$

  
• Die erste geneigte Oberfläche 23' und die zweite geneigte Oberfläche 24' werden durch Ätzen oder Ähnliches der oberen Oberfläche 21' des Substrats 2' gebildet. Folglich variiert der Neigungswinkel θ der ersten geneigten Oberfläche 23' und der zweiten geneigten Oberfläche 24' in Bezug auf den Konstruktionswinkel derselben. Infolgedessen entsteht eine Variation im Signal SY, das der Magnetfeldkomponente HY in der Y-Richtung entspricht, und im Signal SZ, das der Magnetfeldkomponente HZ in der Z-Richtung entspricht und von der Koordinatensystem-Umwandlungseinheit umgewandelt wird, wodurch das Problem entsteht, dass die Magnetfelderfassungsgenauigkeit der Magnetsensorvorrichtung 1' abnimmt.
• In Anbetracht des Vorstehenden ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Magnetsensorvorrichtung, die in der Lage ist, ein Magnetfeld in drei axialen Richtungen mit hoher Genauigkeit zu detektieren, ein Verfahren zur Herstellung der Magnetsensorvorrichtung und einen Drehbetriebsmechanismus bereitzustellen.
• [MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS]
• Um das oben beschriebene Problem zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Magnetsensorvorrichtung bereit, die Folgendes aufweist: eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die gegenüber der ersten Oberfläche angeordnet ist, und eine erste geneigte Oberfläche und eine zweite geneigte Oberfläche, die in Bezug auf die erste Oberfläche geneigt sind; eine erste Magnetsensoreinheit zum Detektieren von Magnetismus in einer ersten axialen Richtung; eine zweite Magnetsensoreinheit zum Detektieren von Magnetismus in einer zweiten axialen Richtung; eine dritte Magnetsensoreinheit zum Detektieren von Magnetismus in einer dritten axialen Richtung; und eine Signalverarbeitungseinheit, die eine Signalverarbeitung auf der Basis eines ersten Sensorsignals S₁, das von der ersten Magnetsensoreinheit ausgegeben wird, eines zweiten Sensorsignals S₂, das von der zweiten Magnetsensoreinheit ausgegeben wird, und eines dritten Sensorsignals S₃, das von der dritten Magnetsensoreinheit ausgegeben wird, durchführt. Die erste axiale Richtung ist eine Richtung orthogonal zur ersten Oberfläche; die zweite axiale Richtung und die dritte axiale Richtung sind Richtungen orthogonal zueinander auf der ersten Oberfläche. Die erste Magnetsensoreinheit ist auf der ersten geneigten Oberfläche vorgesehen. Die zweite Magnetsensoreinheit ist auf der zweiten geneigten Oberfläche vorgesehen. Die Signalverarbeitungseinheit enthält eine Einheit zur Erzeugung eines korrigierten Signals, die ein erstes korrigiertes Signal S_c1 und ein zweites korrigiertes Signal S_c2 erzeugt, bei denen es sich um das erste Sensorsignal S₁ und das zweite Sensorsignal S₂ handelt, die entsprechend dem Neigungswinkel 91 der ersten geneigten Oberfläche und dem Neigungswinkel θ2 der zweiten geneigten Oberfläche korrigiert werden.
• Die Einheit zur Erzeugung des korrigierten Signals erzeugt das erste korrigierte Signal S_c1 durch Korrektur des ersten Sensorsignals S₁ unter Verwendung von Gleichung (1) unten und erzeugt das zweite korrigierte Signal S_c2 durch Korrektur des zweiten Sensorsignals S₂ unter Verwendung von Gleichung (2) unten.
  [Formel 1] $${\text{S}}_{\text{C1}}=\frac{\text{sin}{\theta }_2\cdot {\text{S}}_1+\text{sin}{\theta }_1\cdot {\text{S}}_2}{\text{sin}\left({\theta }_1+{\theta }_2\right)}$$

  

  
  [Formel 2] $${\text{S}}_{\text{C2}}=\frac{\text{cos}{\theta }_2\cdot {\text{S}}_1+\text{cos}{\theta }_1\cdot {\text{S}}_2}{\text{sin}\left({\theta }_1+{\theta }_2\right)}$$

  
• In Gleichung (1) und Gleichung (2) oben bezeichnet S_c1 das erste korrigierte Signal, S_c2 das zweite korrigierte Signal, S₁ das erste Sensorsignal, S₂ das zweite Sensorsignal, θ₁ den Neigungswinkel der ersten geneigten Oberfläche und θ2 den Neigungswinkel der zweiten geneigten Oberfläche.
• Der Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche ist ein Winkel, der aus der nachstehenden Gleichung (3) berechnet wird unter Verwendung eines Signals S_1-11, das von der ersten Magnetsensoreinheit ausgegeben wird, wenn ein erstes Magnetfeld H₁₁ in der ersten axialen Richtung an die Magnetsensorvorrichtung angelegt wird, eines Signals S_1-12, das von der ersten Magnetsensoreinheit ausgegeben wird, wenn ein zweites Magnetfeld H₁₂ in der ersten axialen Richtung an die Magnetsensorvorrichtung angelegt wird, ein Signal S_1-21, das von der ersten Magnetsensoreinheit ausgegeben wird, wenn ein erstes Magnetfeld H₂₁ in der zweiten axialen Richtung an die Magnetsensorvorrichtung angelegt wird, und ein Signal S_{1 22}, das von der ersten Magnetsensoreinheit ausgegeben wird, wenn ein zweites Magnetfeld H₂₂ in der zweiten axialen Richtung an die Magnetsensorvorrichtung angelegt wird; der Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche ist ein Winkel, der aus der nachstehenden Gleichung (4) berechnet wird unter Verwendung eines Signals S_2-11, das von der zweiten Magnetsensoreinheit ausgegeben wird, wenn das erste Magnetfeld H₁₁ in der ersten axialen Richtung an die Magnetsensorvorrichtung angelegt wird, eines Signals S_2-12, das von der zweiten Magnetsensoreinheit ausgegeben wird, wenn das zweite Magnetfeld H₁₂ in der ersten axialen Richtung an die Magnetsensorvorrichtung angelegt wird, ein Signal S_2-21, das von der zweiten Magnetsensoreinheit ausgegeben wird, wenn das erste Magnetfeld H₂₁ in der zweiten axialen Richtung an die Magnetsensorvorrichtung angelegt wird, und ein Signal S_2-22, das von der zweiten Magnetsensoreinheit ausgegeben wird, wenn das zweite Magnetfeld H₂₂ in der zweiten axialen Richtung an die Magnetsensorvorrichtung angelegt wird; das erste Magnetfeld H₁₁ in der ersten axialen Richtung und das zweite Magnetfeld H₁₂ in der ersten axialen Richtung haben voneinander unterschiedliche Magnetfeldstärken; und das erste Magnetfeld H₂₁ in der zweiten axialen Richtung und das zweite Magnetfeld H₂₂ in der zweiten axialen Richtung können voneinander unterschiedliche Magnetfeldstärken haben.
  [Formel 3] $${\theta }_1=\text{atan}\left(\frac{\left|{\text{S}}_{1-22}-{\text{S}}_{1-21}\right|}{\left|{\text{S}}_{1-12}-{\text{S}}_{1-11}\right|}\right)$$

  

  
  [Formel 4] $${\theta }_2=\text{atan}\left(\frac{\left|{\text{S}}_{2-22}-{\text{S}}_{2-21}\right|}{\left|{\text{S}}_{2-12}-{\text{S}}_{2-11}\right|}\right)$$

  
• Die Signalverarbeitungseinheit enthält weiterhin eine Speichereinheit, die einen Korrekturkoeffizienten F speichert, der in der nachstehenden Matrixgleichung (5) angegeben ist, um das erste korrigierte Signal S_c1 und das zweite korrigierte Signal S_c2 durch Korrigieren des ersten Sensorsignals S₁ und des zweiten Sensorsignals S₂ zu erzeugen; und die Einheit zur Erzeugung des korrigierten Signals erzeugt das erste korrigierte Signal S_c1 und das zweite korrigierte Signal S_c2 durch Korrigieren des ersten Sensorsignals S₁ und des zweiten Sensorsignals S₂ unter Verwendung der nachstehenden Matrixgleichung (7).
  [Formel 5] $$\text{F}=\left[\begin{array}{cc}\text{cos }{\theta }_1& \text{sin }{\theta }_1\\ \text{cos }{\theta }_2& \text{-sin }{\theta }_2\end{array}\right]$$

  

  
  [Formel 6] $$\left[\begin{array}{l}{\text{S}}_{\text{C1}}\\ {\text{S}}_{\text{C2}}\end{array}\right]={\text{F}}^{-1}\times \left[\begin{array}{l}{\text{S}}_{\text{1}}\\ {\text{S}}_{\text{2}}\end{array}\right]$$

  

  In der obigen Matrixgleichung (5) bezeichnet F den Korrekturkoeffizienten, θ₁ den Neigungswinkel der ersten geneigten Oberfläche und θ₂ den Neigungswinkel der zweiten geneigten Oberfläche, und in der obigen Matrixgleichung (7) bezeichnet S_c1 das erste korrigierte Signal, S_c2 das zweite korrigierte Signal, S₁ das erste Sensorsignal, S₂ das zweite Sensorsignal, und F^-1 die inverse Matrix von F.
• Die erste Magnetsensoreinheit kann ein erstes Magnetoresistiver-Effekt-Element enthalten, die zweite Magnetsensoreinheit kann ein zweites Magnetoresistiver-Effekt-Element enthalten und die dritte Magnetsensoreinheit kann ein drittes Magnetoresistiver-Effekt-Element enthalten. Die ersten bis dritten Magnetoresistiver-Effekt-Elemente können GMR-Elemente oder TMR-Elemente sein. Die Magnetsensorvorrichtung kann weiterhin aufweisen: eine Basis, die eine erste Oberfläche, eine zweite Oberfläche, eine erste geneigte Oberfläche und eine zweite geneigte Oberfläche aufweist; und ein Abdichtungsteil, das die Basis, die erste bis dritte Magnetsensoreinheit und die Signalverarbeitungseinheit integral abdichtet.
• Die vorliegende Erfindung stellt einen Drehbetriebsmechanismus bereit, der ein erstes Element und ein zweites Element, die sich relativ zueinander drehen, und die oben beschriebene Magnetsensorvorrichtung enthält, und die Magnetsensorvorrichtung ist im ersten Element vorgesehen, um integral mit dem ersten Element drehbar zu sein.
• Der oben beschriebene Drehbetriebsmechanismus weist weiterhin eine Magnetfelderzeugungseinheit auf und die Magnetfelderzeugungseinheit kann im zweiten Element vorgesehen sein, um integral mit dem zweiten Element drehbar zu sein.
• Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer Magnetsensorvorrichtung bereit, wobei die Magnetsensorvorrichtung aufweist: eine Basis mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die auf der der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, und eine erste geneigte Oberfläche und eine zweite geneigte Oberfläche, die in Bezug auf die erste Oberfläche geneigt sind; eine erste Magnetsensoreinheit zur Erfassung von Magnetismus in einer ersten axialen Richtung eine zweite Magnetsensoreinheit zum Detektieren von Magnetismus in einer zweiten axialen Richtung; eine dritte Magnetsensoreinheit zum Detektieren von Magnetismus in einer dritten axialen Richtung; und eine Signalverarbeitungseinheit, die eine Signalverarbeitung auf der Basis eines ersten Sensorsignals S₁, das von der ersten Magnetsensoreinheit ausgegeben wird, eines zweiten Sensorsignals S₂, das von der zweiten Magnetsensoreinheit ausgegeben wird, und eines dritten Sensorsignals S₃, das von der dritten Magnetsensoreinheit ausgegeben wird, durchführt. Die erste axiale Richtung ist eine Richtung orthogonal zur ersten Oberfläche und die zweite axiale Richtung und die dritte axiale Richtung sind Richtungen orthogonal zueinander auf der ersten Oberfläche. Die erste Magnetsensoreinheit ist auf der ersten geneigten Oberfläche vorgesehen und die zweite Magnetsensoreinheit ist auf der zweiten geneigten Oberfläche vorgesehen. Die Signalverarbeitungseinheit enthält eine Einheit zur Erzeugung eines korrigierten Signals, die ein erstes korrigiertes Signal S_c1 und ein zweites korrigiertes Signal S_c2 erzeugt, in denen das erste Sensorsignal S₁ und das zweite Sensorsignal S₂ entsprechend dem Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche und dem Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche korrigiert sind. Das Verfahren zur Herstellung der Magnetsensorvorrichtung weist auf: einen ersten Schritt zum Vorbereiten der Basis; einen zweiten Schritt zum jeweiligen Bereitstellen der ersten Magnetsensoreinheit und der zweiten Magnetsensoreinheit auf der ersten geneigten Oberfläche beziehungsweise der zweiten geneigten Oberfläche der Basis; einen dritten Schritt zum Finden des Neigungswinkels θ₁ der ersten geneigten Oberfläche und des Neigungswinkels θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche; und einen vierten Schritt zum Auffinden des Korrekturkoeffizienten zum Erzeugen eines ersten korrigierten Signals S_c1 und eines zweiten korrigierten Signals S_c2, in denen das erste Sensorsignal S₁ und das zweite Sensorsignal S₂ entsprechend dem Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche und dem Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche korrigiert werden.
• Im vierten Schritt kann der Korrekturkoeffizient mithilfe der folgenden Matrixgleichung (5) ermittelt werden.
  [Formel 7] $$\text{F}=\left[\begin{array}{cc}\text{cos }{\theta }_1& \text{sin }{\theta }_1\\ \text{cos }{\theta }_2& \text{-sin }{\theta }_2\end{array}\right]$$

  

  In der obigen Matrixgleichung (5) bezeichnet F den Korrekturkoeffizienten.
• Die Signalverarbeitungseinheit kann weiterhin eine Speichereinheit aufweisen, die den Korrekturkoeffizienten speichert; und das Verfahren zur Herstellung der Magnetsensorvorrichtung kann weiterhin einen fünften Schritt der Speicherung des im vierten Schritt berechneten Korrekturkoeffizienten in der Speichereinheit enthalten.
• Der dritte Schritt kann aufweisen: einen Schritt zum Anlegen eines ersten Magnetfelds H₁₁ und eines zweiten Magnetfelds H₁₂ in der ersten axialen Richtung beziehungsweise zum Anlegen eines ersten Magnetfelds H₂₁ und eines zweiten Magnetfelds H₂₂ in der zweiten axialen Richtung an die erste Magnetsensoreinheit, die auf der ersten geneigten Oberfläche vorgesehen ist; einen Schritt zum Anlegen des ersten Magnetfelds H₁₁ und des zweiten Magnetfelds H₁₂ in der ersten axialen Richtung beziehungsweise zum Anlegen des ersten Magnetfelds H₂₁ und des zweiten Magnetfelds H₂₂ in der zweiten axialen Richtung an die zweite Magnetsensoreinheit, die auf der zweiten geneigten Oberfläche vorgesehen ist; einen Schritt zum Berechnen des Neigungswinkels θ₁ der ersten geneigten Oberfläche durch die nachstehende Gleichung (3) unter Verwendung eines Signals S_1-11, das von der ersten Magnetsensoreinheit durch Anlegen des ersten Magnetfelds H₁₁ in der ersten axialen Richtung ausgegeben wird, eines Signals S_1-12, das von der ersten Magnetsensoreinheit durch Anlegen des zweiten Magnetfelds H₁₂ in der ersten axialen Richtung ausgegeben wird, eines Signals S_1-21, das von der ersten Magnetsensoreinheit durch Anlegen des ersten Magnetfelds H₂₁ in der zweiten axialen Richtung ausgegeben wird, und eines Signals S_1-22, das von der ersten Magnetsensoreinheit durch Anlegen des zweiten Magnetfelds H₂₂ in der zweiten axialen Richtung ausgegeben wird; und einen Schritt zum Berechnen des Neigungswinkels θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche durch die nachstehende Gleichung (4) unter Verwendung eines Signals S_2-11, das von der zweiten Magnetsensoreinheit durch Anlegen des ersten Magnetfelds H₁₁ in der ersten axialen Richtung ausgegeben wird, eines Signals S_2-12, das von der zweiten Magnetsensoreinheit durch Anlegen des zweiten Magnetfelds H₁₂ in der ersten axialen Richtung ausgegeben wird, eines Signals S_2-21, das von der zweiten Magnetsensoreinheit durch Anlegen des ersten Magnetfelds H₂₁ in der zweiten axialen Richtung ausgegeben wird, und eines Signals S_2-22, das von der zweiten Magnetsensoreinheit durch Anlegen des zweiten Magnetfelds H₂₂ in der zweiten axialen Richtung ausgegeben wird. Das erste Magnetfeld H₁₁ in der ersten axialen Richtung und das zweite Magnetfeld H₁₂ in der ersten axialen Richtung haben voneinander abweichende Magnetfeldstärken und das erste Magnetfeld H₂₁ in der zweiten axialen Richtung und das zweite Magnetfeld H₂₂ in der zweiten axialen Richtung können voneinander abweichende Magnetfeldstärken haben.
  [Formel 8] $${\theta }_1=\text{atan}\left(\frac{\left|{\text{S}}_{1-22}-{\text{S}}_{1-21}\right|}{\left|{\text{S}}_{1-12}-{\text{S}}_{1-11}\right|}\right)$$

  

  
  [Formel 9] $${\theta }_2=\text{atan}\left(\frac{\left|{\text{S}}_{2-22}-{\text{S}}_{2-21}\right|}{\left|{\text{S}}_{2-12}-{\text{S}}_{2-11}\right|}\right)$$

  
• [WIRKUNG DER ERFINDUNG]
• Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Magnetsensorvorrichtung, die in der Lage ist, ein Magnetfeld in drei axialen Richtungen mit hoher Genauigkeit zu detektieren, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung bereitzustellen, zusammen mit einem Drehbetriebsmechanismus.
• Figurenliste
• 1 ist eine perspektivische Ansicht, die die Gesamtkonfiguration eines Gelenkmechanismus unter Verwendung der Magnetsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 2 ist eine Querschnittsansicht, die die Gesamtkonfiguration eines Gelenkmechanismus unter Verwendung der Magnetsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 3 ist ein Diagramm zur Beschreibung des Referenzkoordinatensystems, das in der Magnetsensorvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
• 4A ist eine perspektivische Ansicht, die die Gesamtkonfiguration der Magnetsensorvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 4B ist eine perspektivische Ansicht, die die Gesamtkonfiguration der Magnetsensorvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 5 ist eine perspektivische Ansicht, die die Gesamtkonfiguration eines Beispiels des Magnetoresistiver-Effekt-Elements im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 6 ist eine perspektivische Ansicht, die die Gesamtkonfiguration eines weiteren Beispiels des Magnetoresistiver-Effekt-Elements im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 7 ist eine partielle, vergrößerte perspektivische Ansicht, die eine schematische Konfiguration des in 6 gezeigten Magnetoresistiver-Effekt-Elements zeigt.
• 8 ist eine Querschnittsansicht, die eine Gesamtkonfiguration des in 6 dargestellten Magnetoresistiver-Effekt-Elements zeigt.
• 9 ist ein erklärendes Diagramm zur Beschreibung der Beziehung zwischen der Magnetempfangsrichtung der X-Achsen-Magnetsensoreinheit und der Richtung eines angelegten Magnetfelds im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
• 10 ist ein erklärendes Diagramm zur Beschreibung der Beziehung zwischen der Magnetempfangsrichtung der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit und der Richtung eines angelegten Magnetfelds im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
• 11 ist ein erklärendes Diagramm zur Beschreibung der Beziehung zwischen der Magnetempfangsrichtung der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit und der Richtung eines angelegten Magnetfelds im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
• 12 ist ein Schaltplan, der die Schaltungskonfiguration der X-Achsen-Magnetsensoreinheit, der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit und der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 13 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration der Signalverarbeitungseinheit der Magnetsensorvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 14A ist ein erklärendes Diagramm zur Beschreibung der Beziehung zwischen dem Signalausgang der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit und dem magnetischen Vektor, der das Magnetfeld in Y-Richtung zeigt, das diesem entspricht, wenn ein Magnetfeld in Y-Richtung an die Y-Achsen-Magnetsensoreinheit im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angelegt wird.
• 14B ist ein erklärendes Diagramm zur Beschreibung der Beziehung zwischen dem Signalausgang der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit und dem magnetischen Vektor, der das Magnetfeld in Z-Richtung zeigt, das diesem entspricht, wenn ein Magnetfeld in Z-Richtung an die Y-Achsen-Magnetsensoreinheit im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angelegt wird.
• 14C ist ein erklärendes Diagramm zur Beschreibung der Beziehung zwischen dem Signalausgang der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit und dem magnetischen Vektor, der das Magnetfeld in Y-Richtung zeigt, das diesem entspricht, wenn ein Magnetfeld in Y-Richtung an die Z-Achsen-Magnetsensoreinheit im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angelegt wird.
• 14D ist ein erklärendes Diagramm zur Beschreibung der Beziehung zwischen dem Signalausgang der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit und dem magnetischen Vektor, der das Magnetfeld in Z-Richtung zeigt, das diesem entspricht, wenn ein Magnetfeld in Z-Richtung an die Z-Achsen-Magnetsensoreinheit im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angelegt wird.
• 15 ist eine perspektivische Ansicht, die die Gesamtkonfiguration einer herkömmlichen Magnetsensorvorrichtung zeigt.
• [BESTE ART DER UMSETZUNG DER ERFINDUNG]
• Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die die Gesamtkonfiguration eines Gelenkmechanismus unter Verwendung der Magnetsensorvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt, und 2 ist eine Querschnittsansicht, die die Gesamtkonfiguration eines Gelenkmechanismus unter Verwendung der Magnetsensorvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt.
• Wie in 1 und 2 gezeigt, weist ein Gelenkmechanismus 100 in diesem Ausführungsbeispiel ein erstes Element 110, ein zweites Element 120, eine Magnetsensorvorrichtung 1 und einen Magnetfeldgenerator 130 auf.
• Das erste Element 110 weist eine erste Welle 111 und einen kugelförmigen Teil 112 auf, der mit einem Ende der ersten Welle 111 in Längsrichtung verbunden ist. Der kugelförmige Teil 112 hat eine kugelförmige Oberfläche, die eine konvexe Kugel 113 enthält, und der Teil der kugelförmigen Oberfläche, der nicht die konvexe Kugel 113 ist, ist ein Grenzabschnitt zwischen der ersten Welle 111 und dem kugelförmigen Teil 112.
• Das zweite Element 120 weist eine zweite Welle 121 und einen Aufnahmeteil 122 auf, der mit einem Ende der zweiten Welle 121 in Längsrichtung verbunden ist. Der Aufnahmeteil 122 weist eine konkave Kugel 123 auf.
• Das erste Element 110 und das zweite Element 120 sind so verbunden, dass sich die gegenseitige Lagebeziehung ändern kann, so dass die Achse A1 der ersten Welle 111 des ersten Elements 110 und die Achse A2 der zweiten Welle 121 des zweiten Elements 120 in einer Stellung mit dem in den Aufnahmeteil 122 eingepassten kugelförmigen Teil 112 auf der gleichen Linie positioniert sind. Die Größe des Aufnahmeteils 122 sollte gleich groß oder etwas größer als die Größe des kugelförmigen Teils 112 sein. Die konvexe Kugel 113 und die konkave Kugel 123 können miteinander in Kontakt stehen oder einander gegenüberliegen, so dass ein Schmiermittel oder ähnliches dazwischen liegt. Der Gelenkmechanismus 100 in diesem Ausführungsbeispiel ist ein Kugelgelenk mit halbkugelförmigem Gelenkkopf und Gelenkhohlraum und ist ein Drehbetriebsmechanismus, der in der Lage ist, sich um die Achse A1 der ersten Welle 111 des ersten Elements 110 und um die Achse A2 der zweiten Welle 121 des zweiten Elements 120 zu drehen. Der Drehbetriebsmechanismus ist in der Lage, sich mit dem kugelförmigen Teil 112 und dem Aufnahmeteil 122 als Drehpunkt zu drehen, so dass sich der durch die Achse A1 der ersten Welle 111 des ersten Elements 110 und die Achse A2 der zweiten Welle 121 des zweiten Elements 120 gebildete Winkel ändern kann.
• Der Drehbetriebsmechanismus in diesem Ausführungsbeispiel ist nicht auf den oben beschriebenen Gelenkmechanismus 100 beschränkt. Der Drehbetriebsmechanismus kann beispielsweise ein Joystick sein, der einen Hebel, der die Magnetsensorvorrichtung 1 aufnimmt, und eine Trägereinheit umfasst, die den Magnetfeldgenerator 130 aufnimmt und diesen Hebel so trägt, dass er sich bewegen kann, so dass sich die relative Position des Feldgenerators 130 in Bezug auf die Magnetsensorvorrichtung 1 entlang einer vorbestimmten Kugel ändert.
• Der Drehbetriebsmechanismus kann beispielsweise ein Trackball sein, der eine Kugel aufweist, in der die Magnetsensorvorrichtung 1 untergebracht ist, und eine Trägereinheit, die den Magnetfeldgenerator 130 aufnimmt und die Kugel so trägt, dass die Kugel drehbar ist, so dass sich die relative Position des Magnetfeldgenerators 130 in Bezug auf die Magnetsensorvorrichtung 1 entlang einer vorbestimmten Kugel ändert.
• In dem Gelenkmechanismus 100 in diesem Ausführungsbeispiel ist die Magnetsensorvorrichtung 1 im kugelförmigen Teil 112 des ersten Elements 110 untergebracht, ohne aus der konvexen Kugel 113 herauszuragen, und der Magnetfeldgenerator 130 ist im Aufnahmeteil 122 des zweiten Elements 120 untergebracht, ohne aus der konkaven Kugel 123 herauszuragen. Der Magnetfeldgenerator 130 sollte einer sein, der ein vorbestimmtes Magnetfeld erzeugt, und zum Beispiel ein Magnet sein. Das vom Magnetfeldgenerator 130 erzeugte Magnetfeld weist drei an einer Referenzposition voneinander verschiedene Magnetfeldkomponenten auf. Die Magnetsensorvorrichtung 1 detektiert mit dem Magnetfeldgenerator 130 die Relativposition. Die Magnetsensorvorrichtung 1 gibt ein erstes Sensorsignal S₁, ein zweites Sensorsignal S₂ und ein drittes Sensorsignal S₃ aus, die den drei Magnetfeldkomponenten entsprechen, die in dem vom Magnetfeldgenerator 130 erzeugten Magnetfeld enthalten sind.
• Hier wird die relative Positionsbeziehung zwischen der Magnetsensorvorrichtung 1 und dem Magnetfeldgenerator 130 gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch ein Referenzkoordinatensystem beschrieben. Wie in 3 gezeigt, ist das Referenzkoordinatensystem ein Koordinatensystem mit der Magnetsensorvorrichtung 1 als Referenz und ist ein orthogonales Koordinatensystem, das durch drei Achsen zum Ausdrücken der Werte des ersten Sensorsignals S₁, des zweiten Sensorsignals S₂ und des dritten Sensorsignals S₃ definiert ist. Im Referenzkoordinatensystem sind eine X-Richtung, eine Y-Richtung und eine Z-Richtung definiert. Die X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung sind zueinander orthogonale Richtungen. Die Gegenrichtung zur X-Richtung wird als -X-Richtung, die Gegenrichtung zur Y-Richtung als -Y-Richtung und die Gegenrichtung zur Z-Richtung als -Z-Richtung definiert.
• Die Magnetsensorvorrichtung 1 gibt das erste Sensorsignal S₁, das zweite Sensorsignal S₂ und das dritte Sensorsignal S₃ entsprechend den drei an der Referenzposition voneinander verschiedenen Magnetfeldkomponenten aus, die vom Magnetfeldgenerator 130 erzeugt werden. Die drei Magnetfeldkomponenten sind eine Magnetfeldkomponente HX parallel zur X-Richtung, eine Magnetfeldkomponente HY parallel zur Y-Richtung und eine Magnetfeldkomponente HZ parallel zur Z-Richtung. Das dritte Sensorsignal S₃ wird entsprechend der Magnetfeldkomponente HX parallel zur X-Richtung, das erste Sensorsignal S₁ entsprechend der Magnetfeldkomponente HY parallel zur Y-Richtung und das zweite Sensorsignal S₂ entsprechend der Magnetfeldkomponente HZ parallel zur Z-Richtung ausgegeben.
• Im Referenzkoordinatensystem ändert sich die Position der Magnetsensorvorrichtung 1 nicht. Wenn sich die relative Position des Magnetfeldgenerators 130 in Bezug auf die Magnetsensorvorrichtung 1 ändert, ändert sich die Position des Magnetfeldgenerators 130 im Referenzkoordinatensystem entlang einer vorbestimmten Kugel. Das heißt, im Gelenkmechanismus 100 ändert sich die Position des Magnetfeldgenerators 130 im Referenzkoordinatensystem entlang einer vorbestimmten Kugel, wenn sich das erste Element 110 und das zweite Element 120 relativ zueinander rotierend bewegen.
• Wie in 4A und 4B gezeigt ist, enthält die Magnetsensorvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel: eine Basis 2 mit einer ersten Oberfläche 21 und einer zweiten Oberfläche 22, die in der Z-Richtung auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Oberfläche 21 angeordnet ist; eine X-Achsen-Magnetsensoreinheit 31 zum Detektieren von Magnetismus in der X-Richtung; eine Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 zum Detektieren von Magnetismus in der Y-Richtung; eine Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 zum Detektieren von Magnetismus in der Z-Richtung; eine Signalverarbeitungseinheit 4 zur Durchführung einer Signalverarbeitung auf der Grundlage der Ausgangssignale von jeder der X-Achsen-Magnetsensoreinheit 31, der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 und der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 (siehe 13); und ein Abdichtungsteil 7 aus Dichtungsharz, das die Basis 2, die X-Achsen-Magnetsensoreinheit 31, die Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32, die Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 und die Signalverarbeitungseinheit 4 integral abdichtet. Die X-Richtung und die Y-Richtung sind zueinander orthogonale Richtungen in der ersten Oberfläche 21 der Basis 2 und die Z-Richtung ist eine Richtung orthogonal zur ersten Oberfläche 21 der Basis 2, die die X-Richtung und die Y-Richtung enthält. Die X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung entsprechen jeweils der X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung im oben beschriebenen Referenzkoordinatensystem (siehe 3) .
• In der ersten Oberfläche 21 der Basis 2 sind eine erste geneigte Oberfläche 23 und eine zweite geneigte Oberfläche 24 ausgebildet, die sich in Y-Richtung gegenüberliegen. Der Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche 23 und der Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche 24 variieren jeweils in Bezug auf den idealen Winkel (den Konstruktionswinkel in der Magnetsensorvorrichtung 1). Die erste geneigte Oberfläche 23 und die zweite geneigte Oberfläche 24 werden durch Ätzen oder ähnliches des Substrats gebildet, das die Basis 2 enthält. Folglich ist die Variation in den Neigungswinkeln θ₁ und θ₂ abhängig von der Variation der Verarbeitungsbedingungen des Ätzens oder dergleichen zum Zeitpunkt der Bildung der ersten geneigten Oberfläche 23 und der zweiten geneigten Oberfläche 24 und ist nicht besonders begrenzt. Die Variation in den Neigungswinkeln θ₁ und θ₂ liegt beispielsweise innerhalb von ±3,0 Grad vom idealen Winkel (dem Konstruktionswinkel in der Magnetsensorvorrichtung 1).
• Die Basis 2 kann z. B. sein: ein Halbleitersubstrat wie ein Silizium-Wafer oder ähnliches; ein Keramiksubstrat wie ein AlTiC-Substrat, ein Aluminiumoxid-Substrat oder ähnliches; ein Harzsubstrat; oder ein Glassubstrat oder ähnliches. Abhängig von der Art des Materials, das die Basis 2 bildet, kann eine Isolierschicht, die Al₂O₃ oder ähnliches enthält, zumindest auf der ersten Oberfläche 21, der ersten geneigten Oberfläche 23 und der zweiten geneigten Oberfläche 24 der Basis 2 vorgesehen sein.
• Die X-Achsen-Magnetsensoreinheit 31, die Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 und die Z-Achsen-Magnetsensorvorrichtung 33 enthalten alle Magnetoresistiver-Effekt-Elemente 5. Wie in 5 und 6 gezeigt, sind die Magnetoresistiver-Effekt-Elemente 5 alle GMR-Elemente oder TMR-Elemente und sind mit einem laminierten Körper 50 mit magnetoresistivem Effekt und einer ersten Zuleitungselektrode 61 und einer zweiten Zuleitungselektrode 62 versehen, die elektrisch mit dem laminierten Körper 50 mit magnetoresistivem Effekt verbunden sind.
• Die erste Zuleitungselektrode 61 und die zweite Zuleitungselektrode 62 sind aus einer Art von elektrisch leitendem Material, z. B. ausgewählt aus Cu, Al, Au, Ta, Ti oder ähnlichem, oder aus einem Verbundfilm aus zwei oder mehr elektrisch leitenden Materialien, und ihre Dicke liegt jeweils in der Größenordnung von 0,3 - 2,0 µm.
• Im Allgemeinen hat ein GMR-Element wie das Magnetoresistiver-Effekt-Element 5 einen relativ niedrigen Elementwiderstandswert. Um ein Signal mit einer vorgegebenen Stärke von der Magnetsensorvorrichtung 1 auszugeben, sind daher vorzugsweise die Linienbreiten des Magnetoresistiver-Effekt-Elements 5 schmal und die Linienlängen lang. Um die Linienbreiten des Magnetoresistiver-Effekt-Elements 5 schmal und die Linienlängen lang innerhalb des begrenzten Bereichs in der ersten Oberfläche 21, der ersten geneigten Oberfläche 23 und der zweiten geneigten Oberfläche 24 der Basis 2 zu machen, ist das Magnetoresistiver-Effekt-Element 5 vorzugsweise in einer mäanderförmigen Form ausgebildet.
• Weiterhin hat ein TMR-Element wie das Magnetoresistiver-Effekt-Element 5 im Allgemeinen einen relativ hohen Elementwiderstandswert. Folglich ist es durch die Reihenschaltung einer Vielzahl von TMR-Elementen möglich, eine hohe Spannungsfestigkeit zu realisieren, und es ist auch möglich, die Ausgabe eines Signals mit vorbestimmter Stärke von dem Magnetsensorelement 1 zu bewirken. Um eine Mehrzahl von Magnetoresistiver-Effekt-Elementen 5 innerhalb des begrenzten Bereichs in der ersten Oberfläche 21, der ersten geneigten Oberfläche 23 und der zweiten geneigten Oberfläche 24 der Basis 2 in Reihe zu schalten, sind die Magnetoresistiver-Effekt-Elemente 5 vorzugsweise in einer mäanderförmigen Form ausgebildet.
• Die Gesamtheit des mäanderförmig ausgebildeten Magnetoresistiver-Effekt-Elements 5 besteht aus einem laminierten Körper 50 mit magnetoresistivem Effekt, die erste Zuleitungselektrode 61 und die zweite Zuleitungselektrode 62 können jeweils mit den beiden Enden des laminierten Körpers 50 mit magnetoresistivem Effekt mäanderförmig verbunden sein (siehe 5), und eine Mehrzahl von laminierten Körpern 50 mit magnetoresistivem Effekt, die in der planaren Ansicht kreisförmig sind, können eine Konfiguration aufweisen, die über eine Mehrzahl von ersten Zuleitungselektroden 61 und zweiten Zuleitungselektroden 62 mäanderförmig in Reihe geschaltet sind (siehe 6). Die Form des laminierten Körpers 50 mit magnetoresistivem Effekt ist in der Draufsicht nicht auf kreisförmig beschränkt, sondern kann in der Draufsicht elliptisch (siehe 7), in der Draufsicht rechteckig oder dergleichen sein.
• In den in 6 und 7 gezeigten Magnetoresistiver-Effekt-Elementen 5 ist die Mehrzahl der ersten Zuleitungselektroden 61 auf der ersten Oberfläche 21, der ersten geneigten Oberfläche 23 und der zweiten geneigten Oberfläche 24 der Basis 2 vorgesehen. Jede der ersten Zuleitungselektroden 61 hat eine lange, schlanke, annähernd rechteckige Form, und zwischen zwei benachbarten ersten Zuleitungselektroden 61 ist ein vorbestimmter Spalt in der Richtung der elektrischen Reihe der Vielzahl von in einem Array angeordneten laminierten Körpern 50 mit magnetoresistivem Effekt vorgesehen. Ein laminierter Körper 50 mit magnetoresistivem Effekt ist in der Nähe jedes Endes der ersten Zuleitungselektroden 61 in der Längsrichtung vorgesehen. Das heißt, an jeder der ersten Zuleitungselektroden 61 sind zwei laminierte Körper 50 mit magnetoresistivem Effekt vorgesehen.
• Bei den in 6 und 7 gezeigten Magnetoresistiver-Effekt-Elementen 5 ist die Vielzahl der zweiten Zuleitungselektroden 62 auf der Vielzahl der laminierten Körper 50 mit magnetoresistivem Effekt vorgesehen. Jede zweite Zuleitungselektrode 62 hat eine lange, schlanke, etwa rechteckige Form. Die zweiten Zuleitungselektroden 62 sind so angeordnet, dass sie die Vielzahl von laminierten Körpern 50 mit magnetoresistivem Effekt in Reihe in einem Array verbinden, wobei ein vorgeschriebener Spalt zwischen zwei zweiten Zuleitungselektroden 62 vorhanden ist, die in der Richtung der elektrischen Reihe der Vielzahl der laminierten Körper 50 mit magnetoresistivem Effekt, die in dem Array angeordnet sind, benachbart sind, und die zweiten Zuleitungselektroden 62 die antiferromagnetischen Schichten 54 (siehe 8) von zwei benachbarten laminierten Körpern 50 mit magnetoresistivem Effekt elektrisch verbinden.
• Wie in 8 gezeigt, enthalten die laminierten Körper 50 mit magnetoresistivem Effekt eine freie Schicht 51, eine nichtmagnetische Schicht 52, eine magnetisierungsfeste Schicht 53 und eine antiferromagnetische Schicht 54, die in dieser Reihenfolge von der Seite der ersten Leitungselektrode 61 aus geschichtet sind. Die freie Schicht 51 ist elektrisch mit der ersten Zuleitungselektrode 61 verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 54 ist aus einem antiferromagnetischen Material und hat die Aufgabe, die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfesten Schicht 53 zu fixieren, indem sie mit der magnetisierungsfesten Schicht 53 austauschgekoppelt ist. Die laminierten Körper 50 mit magnetoresistivem Effekt können auch eine Konfiguration aufweisen, in der die freie Schicht 51, die nichtmagnetische Schicht 52, die magnetisierungsfeste Schicht 53 und die antiferromagnetische Schicht 54 in dieser Reihenfolge von der Seite der zweiten Zuleitungselektrode 62 aus geschichtet sind. Darüber hinaus kann die antiferromagnetische Schicht 54 weggelassen sein, indem die magnetisierungsfeste Schicht 53 eine sogenannte selbstfixierte Schicht („synthetic ferri pinned layer“ oder SFP-Schicht) ist, die eine geschichtete Ferri-Struktur aus einer ferromagnetischen Schicht/nichtmagnetischen Zwischenschicht/ferromagnetischen Schicht aufweist, bei der beide ferromagnetischen Schichten antiferromagnetisch gekoppelt sind. Die laminierten Körper 50 mit magnetoresistivem Effekt in diesem Ausführungsbeispiel können eine Unterschicht enthalten, die zwischen der freien Schicht 51 und der ersten Zuleitungselektrode 61 angeordnet ist, und können auch eine Deckschicht enthalten, die zwischen der antiferromagnetischen Schicht 54 und der zweiten Zuleitungselektrode 62 angeordnet ist.
• Bei TMR-Elementen ist die nichtmagnetische Schicht 52 eine Tunnelsperrschicht. In GMR-Elementen ist die nichtmagnetische Schicht 52 eine nichtmagnetische elektrisch leitende Schicht. In den Magnetoresistiver-Effekt-Elementen 5 (TMR-Elemente und GMR-Elemente) ändert sich der Widerstandswert entsprechend dem Winkel, der durch die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 51 in Bezug auf die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfesten Schicht 53 gebildet wird, und der Widerstandswert ist ein Minimum, wenn dieser Winkel 0° beträgt (wenn die Magnetisierungsrichtungen parallel zueinander sind) und der Widerstandswert ist ein Maximum, wenn dieser Winkel 180° beträgt (wenn die Magnetisierungsrichtungen antiparallel zueinander sind). In dem Magnetoresistiver-Effekt-Element 5 ist die leichte Magnetisierungs-Achsrichtung der freien Schicht 51 eine Richtung orthogonal zur Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfesten Schicht 53.
• In diesem Ausführungsbeispiel ist die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfesten Schicht 53 der X-Achsen-Magnetoresistiver-Effekt-Elemente 5, die in der X-Achsen-Magnetsensoreinheit 31 enthalten sind, in einer Richtung parallel zur ersten Oberfläche 21 der Basis 2 (der Filmoberfläche der X-Achsen-Magnetoresistiver-Effekt-Elemente 5) fixiert. Die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfesten Schicht 53 der Y-Achsen-Magnetoresistiver-Effekt-Elemente 5, die in der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 enthalten sind, ist in einer Richtung parallel zur ersten geneigten Oberfläche 23 der Basis 2 (der Filmoberfläche der Y-Achsen-Magnetoresistiver-Effekt-Elemente 5) fixiert. Die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfesten Schicht 53 der in der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 enthaltenen Z- Achsen-Magnetoresistiver-Effekt-Elemente 5 ist in einer Richtung parallel zur zweiten geneigten Oberfläche 24 der Basis 2 (der Filmoberfläche der Z-Achsen-Magnetoresistiver-Effekt-Elemente 5) fixiert.
• Die Magnetempfangsrichtung der X-Achsen-Magnetsensoreinheit 31, die in der ersten Oberfläche 21 der Basis 2 vorgesehen ist, ist die X-Richtung. Folglich zeigt das Magnetoresistiver-Effekt-Element 5 der X-Achsen-Magnetsensoreinheit 31 die Widerstandswertänderung in Übereinstimmung mit einem magnetischen Vektor Vx an, der das Magnetfeld in der X-Richtung angibt, und ein dieser Widerstandswertänderung entsprechendes Signal wird von der X-Achsen-Magnetsensoreinheit 31 ausgegeben (siehe 9).
• Andererseits ist die Magnetempfangsrichtung der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32, die in der ersten geneigten Oberfläche 23 vorgesehen ist, die Y'-Richtung, die mit dem Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche 23 in Bezug auf die Y-Richtung geneigt ist, und die Magnetempfangsrichtung der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33, die in der zweiten geneigten Oberfläche 24 vorgesehen ist, die Z'-Richtung, die mit dem Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche 24 in Bezug auf die Z-Richtung geneigt ist. Folglich zeigen die Magnetoresistiver-Effekt-Elemente 5 der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 die Widerstandswertänderung in Übereinstimmung mit dem „magnetischen Vektor V_Y' in der Y'-Richtung“ an, der der magnetische Vektor Vy ist, der das Magnetfeld in der Y-Richtung anzeigt, das auf die erste geneigte Oberfläche 23 projiziert wird, und ein Signal, das dieser Widerstandswertänderung entspricht, wird von der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 ausgegeben (siehe 10).
• Weiterhin zeigt das Magnetoresistiver-Effekt-Element 5 der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 die Widerstandswertänderung in Übereinstimmung mit dem „magnetischen Vektor V_z' in der Z'-Richtung“ an, der der magnetische Vektor Vz ist, der das Magnetfeld in der Z-Richtung anzeigt, das auf die zweite geneigte Oberfläche 24 projiziert wird, und ein Signal, das dieser Widerstandswertänderung entspricht, wird von der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 ausgegeben.
• Dementsprechend entstehen bei der Signalverarbeitung in der Signalverarbeitungseinheit 4 mit dem Ausgangssignal der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 und dem Ausgangssignal der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 als den Signalen, die dem Magnetfeld in der Y-Richtung und dem Magnetfeld in der Z-Richtung entsprechen, zuweilen Fehler in den Signalverarbeitungsergebnissen. Wie unten beschrieben ist, wird in diesem Ausführungsbeispiel, da das Ausgangssignal von der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 und das Ausgangssignal von der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 in der Signalverarbeitungseinheit 4 korrigiert werden, ein korrigiertes Signal erzeugt, und die Signalverarbeitung wird unter Verwendung dieses korrigierten Signals durchgeführt, und das Magnetfeld in den drei axialen Richtungen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) kann mit hoher Genauigkeit detektiert werden, ohne dass große Fehler in den Signalverarbeitungsergebnissen auftreten.
• Die Schaltungskonfiguration der X-Achsen-Magnetsensoreinheit 31, der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 und der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 sollte in diesem Ausführungsbeispiel eine Wheatstone-Brückenschaltung sein, in der vier Widerstandseinheiten, nämlich eine erste Widerstandseinheit R1, eine zweite Widerstandseinheit R2, eine dritte Widerstandseinheit R3 und eine vierte Widerstandseinheit R4, brückengeschaltet sind (siehe 12). Die Schaltungskonfiguration der X-Achsen-Magnetsensoreinheit 31, der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 und der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 kann auch eine Halbbrückenschaltung sein, bei der zwei Widerstandseinheiten, nämlich die erste Widerstandseinheit R1 und die zweite Widerstandseinheit R2, in Reihe geschaltet sind.
• Die Wheatstone-Brückenschaltung enthält einen Stromquellenanschluss VI, einen Masseanschluss G1, einen ersten Ausgangsanschluss E1, einen zweiten Ausgangsanschluss E2, die erste Widerstandseinheit R1, die zwischen dem Stromquellenanschluss V1 und dem ersten Ausgangsanschluss E1 vorgesehen ist, die zweite Widerstandseinheit R2, die zwischen dem ersten Ausgangsanschluss E1 und dem Masseanschluss G1 vorgesehen ist, die dritte Widerstandseinheit R3, die zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss E2 und dem Masseanschluss G1 vorgesehen ist, und die vierte Widerstandseinheit R4, die zwischen dem Stromquellenanschluss V1 und dem zweiten Ausgangsanschluss E2 vorgesehen ist. Eine Stromquellenspannung (konstanter elektrischer Strom) einer vorbestimmten Größe wird an den Stromquellenanschluss V1 durch Anschluss an eine Konstantstromquelle angelegt, und der Masseanschluss G1 ist mit Masse verbunden. Der an den Stromquellenanschluss V1 angelegte konstante elektrische Strom wird durch einen nicht dargestellten Treiber-IC auf den vorgeschriebenen elektrischen Stromwert geregelt.
• In diesem Ausführungsbeispiel können die erste Widerstandseinheit R1, die zweite Widerstandseinheit R2, die dritte Widerstandseinheit R3 und die vierte Widerstandseinheit R4 jeweils ein Magnetoresistiver-Effekt-Element 5 enthalten. In der X-Achsen-Magnetsensoreinheit 31 sind die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 in allen laminierten Körper 50 mit magnetoresistivem Effekt der ersten Widerstandseinheit R1 und der dritten Widerstandseinheit R3 in der gleichen Richtung (+X-Richtung) fixiert, und die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 in allen laminierten Körper 50 mit magnetoresistivem Effekt der zweiten Widerstandseinheit R2 und der vierten Widerstandseinheit R4 sind gleich und in einer Richtung (-X-Richtung) antiparallel zu der Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfesten Schichten 53 der ersten Widerstandseinheit R1 und der dritten Widerstandseinheit R3 fixiert. Die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 der ersten Widerstandseinheit R1 und der dritten Widerstandseinheit R3 können in einem Winkel innerhalb von ±10° zur +X-Richtung geneigt sein, und vorzugsweise in einem Winkel innerhalb von ±5°, und die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 der ersten Widerstandseinheit R1 und der dritten Widerstandseinheit R3 müssen nicht perfekt übereinstimmen. Darüber hinaus können die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 der zweiten Widerstandseinheit R2 und der vierten Widerstandseinheit R4 in einem Winkel innerhalb von ±10° der -X-Richtung geneigt sein, und vorzugsweise in einem Winkel innerhalb von ±5°, und die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 der zweiten Widerstandseinheit R2 und der vierten Widerstandseinheit R4 müssen nicht perfekt übereinstimmen.
• In der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 sind die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 in allen laminierten Körper 50 mit magnetoresistivem Effekt der ersten Widerstandseinheit R1 und der dritten Widerstandseinheit R3 gleich und in einer Richtung (+Y'-Richtung) fixiert, und die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 in allen laminierten Körper 50 mit magnetoresistivem Effekt der zweiten Widerstandseinheit R2 und der vierten Widerstandseinheit R4 sind gleich und in einer Richtung (-Y'-Richtung) antiparallel zu der Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfesten Schichten 53 der ersten Widerstandseinheit R1 und der dritten Widerstandseinheit R3 fixiert. Die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 der ersten Widerstandseinheit R1 und der dritten Widerstandseinheit R3 können in einem Winkel innerhalb von ±10° zur +Y'-Richtung geneigt sein, und vorzugsweise in einem Winkel innerhalb von ±5°, und die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 der ersten Widerstandseinheit R1 und der dritten Widerstandseinheit R3 müssen nicht perfekt übereinstimmen. Zusätzlich können die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 der zweiten Widerstandseinheit R2 und der vierten Widerstandseinheit R4 in einem Winkel innerhalb von ±10° der -Y'-Richtung geneigt sein, und vorzugsweise in einem Winkel innerhalb von ±5°, und die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 der zweiten Widerstandseinheit R2 und der vierten Widerstandseinheit R4 müssen nicht perfekt übereinstimmen.
• In der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 sind die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 in allen laminierten Körper 50 mit magnetoresistivem Effekt der ersten Widerstandseinheit R1 und der dritten Widerstandseinheit R3 gleich und in einer Richtung (+Z'-Richtung) fixiert, und die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 in allen laminierten Körper 50 mit magnetoresistivem Effekt der zweiten Widerstandseinheit R2 und der vierten Widerstandseinheit R4 sind gleich und in einer Richtung (-Z'-Richtung) antiparallel zu der Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfesten Schichten 53 der ersten Widerstandseinheit R1 und der dritten Widerstandseinheit R3 fixiert. Die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 der ersten Widerstandseinheit R1 und der dritten Widerstandseinheit R3 können in einem Winkel innerhalb von ±10° zur +Z'-Richtung geneigt sein, und vorzugsweise in einem Winkel innerhalb von ±5°, und die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 der ersten Widerstandseinheit R1 und der dritten Widerstandseinheit R3 müssen nicht perfekt übereinstimmen. Zusätzlich können die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 der zweiten Widerstandseinheit R2 und der vierten Widerstandseinheit R4 in einem Winkel innerhalb von ±10° der -Z'-Richtung geneigt sein, und vorzugsweise in einem Winkel innerhalb von ±5°, und die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 der zweiten Widerstandseinheit R2 und der vierten Widerstandseinheit R4 müssen nicht perfekt übereinstimmen.
• Indem die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten 53 in jedem der laminierten Körper 50 mit magnetoresistivem Effekt der X-Achsen-Magnetsensoreinheit 31, der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 und der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 in den oben beschriebenen Richtungen fixiert sind, ändert sich die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Ausgangsanschluss E1 und dem zweiten Ausgangsanschluss E2, was mit Widerstandswertänderungen der ersten bis vierten Widerstandseinheiten R1 - R4 in Übereinstimmung mit dem magnetischen Vektor V_x in der X-Richtung (siehe 9), dem magnetischen Vektor V_y' in der Y'-Richtung (siehe 10) und dem magnetischen Vektor V_z' in der Z'-Richtung (siehe 11), und ein Signal wird als die Änderung dieser Potentialdifferenz ausgegeben.
• Wie in 13 dargestellt, umfasst die Signalverarbeitungseinheit 4: einen A/D-Wandler 41 (Analog/Digital-Wandler), der die von der X-Achsen-Magnetsensoreinheit 31, der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 und der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 ausgegebenen analogen Signale (Sensorsignale) in digitale Signale umwandelt; einen Generator 42 zur Erzeugung eines korrigierten Signals, in den das durch den A/D-Wandler 41 in ein digitales Signal umgewandelte digitale Signal eingegeben wird und der das digitale Signal korrigiert und ein korrigiertes Signal erzeugt; einen Arithmetik-Prozessor 43, der eine arithmetische Verarbeitung unter Verwendung des digitalen Signals und des korrigierten Signals durchführt; und eine Speichereinheit 44, die den Korrekturkoeffizienten speichert, der verwendet wird, um das digitale Signal zu korrigieren und das korrigierte Signal in dem Generator 42 zur Erzeugung des korrigierten Signals zu erzeugen. Die Signalverarbeitungseinheit 4 sollte z.B. einen Mikrocomputer, einen ASIC („application specific integrated circuit“) oder ähnliches aufweisen.
• Der A/D-Wandler 41 wandelt das von der X-Achsen-Magnetsensoreinheit 31 ausgegebene Analogsignal (drittes Sensorsignal S₃), das von der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 ausgegebene Analogsignal (erstes Sensorsignal S₁) und das von der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 ausgegebene Analogsignal (zweites Sensorsignal S₂) jeweils in ein Digitalsignal um. Das durch den A/D-Wandler 41 in ein digitales Signal umgewandelte dritte Sensorsignal S₃ wird in den Arithmetik-Prozessor 43 eingegeben, und das durch den A/D-Wandler 41 in digitale Signale umgewandelte erste Sensorsignal S₁ und das zweite Sensorsignal S₂ werden in den Generator 42 zur Erzeugung des korrigierten Signals eingegeben.
• Wenn das erste Sensorsignal S₁ und das zweite Sensorsignal S₂, die in digitale Signale umgewandelt wurden, eingegeben werden, korrigiert der Generator 42 zur Erzeugung des korrigierten Signals die digitalen Signale und erzeugt korrigierte Signale unter Verwendung des in der Speichereinheit 44 gespeicherten Korrekturkoeffizienten. Zum Beispiel erzeugt der Generator 42 zur Erzeugung des korrigierten Signals ein erstes korrigiertes Signal S_c1, basierend auf der unten beschriebenen Gleichung (1), aus dem ersten Sensorsignal S₁, das durch den A/D-Wandler 41 in ein digitales Signal umgewandelt wurde. Zusätzlich erzeugt der Generator 42 zur Erzeugung des korrigierten Signals ein zweites Korrektursignal S_c2 basierend auf der unten beschriebenen Gleichung (2) aus dem zweiten Sensorsignal S₂, das durch den A/D-Wandler 41 in ein digitales Signal umgewandelt wird.
  [Formel 10] $${\text{S}}_{\text{C1}}=\frac{\text{sin}{\theta }_2\cdot {\text{S}}_1+\text{sin}{\theta }_1\cdot {\text{S}}_2}{\text{sin}\left({\theta }_1+{\theta }_2\right)}$$

  

  
  [Formel 11] $${\text{S}}_{\text{C2}}=\frac{\text{cos}{\theta }_2\cdot {\text{S}}_1+\text{cos}{\theta }_1\cdot {\text{S}}_2}{\text{sin}\left({\theta }_1+{\theta }_2\right)}$$

  
• In der oben beschriebenen Gleichung (1) und Gleichung (2) bezeichnet S_c1 das erste korrigierte Signal, S_c2 bezeichnet das zweite korrigierte Signal, S₁ bezeichnet das erste Sensorsignal, S₂ bezeichnet das zweite Sensorsignal, θ₁ bezeichnet den Neigungswinkel der ersten geneigten Oberfläche 23 und θ₂ bezeichnet den Neigungswinkel der zweiten geneigten Oberfläche 24.
• Der Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche 23 ist ein Winkel, der aus der unten beschriebenen Gleichung (3) unter Verwendung der Signale S_1-11, S_1-12, S_1-21 und S_1-22, die von der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 ausgegeben werden, berechnet und durch den A/D-Wandler 41 in digitale Signale umgewandelt wird, wenn ein erstes Magnetfeld H₁₁ und ein zweites Magnetfeld H₁₂ in der Y-Achsen-Richtung zusammen mit einem ersten Magnetfeld H₂₁ und einem zweiten Magnetfeld H₂₂ in der Z-Achsen-Richtung jeweils an die Magnetsensorvorrichtung 1 angelegt werden. Der Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche 24 ist ein Winkel, der aus der unten beschriebenen Gleichung (4) unter Verwendung der von der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 ausgegebenen und durch den A/D-Wandler 41 in digitale Signale umgewandelten Signale S_2-11, S_2-12, S_2-21 und S_2-22 berechnet wird, wenn das erste Magnetfeld H₁₁ und das zweite Magnetfeld H₁₂ in der Y-Achsen-Richtung zusammen mit dem ersten Magnetfeld H₂₁ und dem zweiten Magnetfeld H₂₂ in der Z-Achsen-Richtung jeweils an die Magnetsensorvorrichtung 1 angelegt werden. Das erste Magnetfeld H₁₁ und das zweite Magnetfeld H₁₂ in Y-Achsen-Richtung haben unterschiedliche Magnetfeldstärken zueinander, wobei das zweite Magnetfeld H₁₂ eine größere Magnetfeldstärke als das erste Magnetfeld H₁₁ hat. Außerdem haben das erste Magnetfeld H₂₁ und das zweite Magnetfeld H₂₂ in der Z-Achsen-Richtung voneinander unterschiedliche Magnetfeldstärken, und das zweite Magnetfeld H₂₂ hat eine größere Magnetfeldstärke als das erste Magnetfeld H₂₁.
  [Formel 12] $${\theta }_1=\text{atan}\left(\frac{\left|{\text{S}}_{1-22}-{\text{S}}_{1-21}\right|}{\left|{\text{S}}_{1-12}-{\text{S}}_{1-11}\right|}\right)$$

  

  
  [Formel 13] $${\theta }_2=\text{atan}\left(\frac{\left|{\text{S}}_{2-22}-{\text{S}}_{2-21}\right|}{\left|{\text{S}}_{2-12}-{\text{S}}_{2-11}\right|}\right)$$

  
• Wie unten beschrieben, ist die Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 auf der ersten geneigten Oberfläche 23 und die Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 auf der zweiten geneigten Oberfläche 24 vorgesehen. Folglich wird, wenn ein Magnetfeld in Y-Richtung an die Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 angelegt wird, ein erstes Sensorsignal S₁ ausgegeben (siehe 14A) entsprechend der Widerstandswertänderung des Magnetoresistiver-Effekt-Elements 5, wenn ein Magnetfeld, das durch den magnetischen Vektor V_y1, dargestellt wird, der der magnetische Vektor Vy des Magnetfelds in der Y-Richtung ist, das auf die erste geneigte Oberfläche 23 projiziert wird, an die Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 angelegt wird, und wenn ein Magnetfeld in der Z-Richtung an die Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 angelegt wird, und ein erstes Sensorsignal S₁ wird ausgegeben (siehe 14B) entsprechend der Widerstandswertänderung des Magnetoresistiver-Effekt-Elements 5, wenn ein Magnetfeld, das durch den magnetischen Vektor Vzi dargestellt wird, der der magnetische Vektor V_z des Magnetfelds in der Z-Richtung ist, das auf die erste geneigte Oberfläche 23 projiziert wird, an die Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 angelegt wird. In ähnlicher Weise wird, wenn ein Magnetfeld in Y-Richtung an die Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 angelegt wird, ein zweites Sensorsignal S₂ ausgegeben (siehe 14C) entsprechend der Widerstandswertänderung des Magnetoresistiver-Effekt-Elements 5, wenn ein Magnetfeld, das durch den magnetischen Vektor V_Y2 dargestellt wird, der der magnetische Vektor Vy des Magnetfelds in der Y-Richtung ist, der auf die zweite geneigte Oberfläche 24 projiziert wird, an die Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 angelegt wird, und wenn ein Magnetfeld in der Z-Richtung an die Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 angelegt wird, wird ein zweites Sensorsignal S₂ ausgegeben (siehe 14D) entsprechend der Widerstandswertänderung des Magnetoresistiver-Effekt-Elements 5, wenn ein Magnetfeld, das durch den magnetischen Vektor V_Z2 dargestellt wird, der der magnetische Vektor V_z des Magnetfelds in der Z-Richtung ist, der auf die zweite geneigte Oberfläche 24 projiziert wird, an die Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 angelegt wird. Folglich wird in der Beziehung zwischen dem Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche 23 und dem Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche 24 der Korrekturkoeffizient F zum Korrigieren des ersten Sensorsignals S₁ und des zweiten Sensorsignals S₂ zum ersten korrigierten Signal S_c1 und zum zweiten korrigierten Signal S_c2 durch die nachstehende Matrixgleichung (5) dargestellt.
  [Formel 14] $$\text{F}=\left[\begin{array}{cc}\text{cos }{\theta }_1& \text{sin }{\theta }_1\\ \text{cos }{\theta }_2& \text{-sin }{\theta }_2\end{array}\right]$$

  
• Weiterhin haben das erste Sensorsignal S₁ und das zweite Sensorsignal S₂ sowie das erste korrigierte Signal S_c1 und das zweite korrigierte Signal S_c2 die in der untenstehenden Matrixgleichung (6) dargestellte Beziehung. Das heißt, das erste korrigierte Signal S_c1 und das zweite korrigierte Signal S_c2 werden durch die unten dargestellte Matrixgleichung (7) gefunden.
  [Formel 15] $$\left[\begin{array}{l}{\text{S}}_{\text{1}}\\ {\text{S}}_{\text{2}}\end{array}\right]=\text{F}\times \left[\begin{array}{l}{\text{S}}_{\text{C1}}\\ {\text{S}}_{\text{C2}}\end{array}\right]$$

  

  
  [Formel 16] $$\left[\begin{array}{l}{\text{S}}_{\text{C1}}\\ {\text{S}}_{\text{C2}}\end{array}\right]={\text{F}}^{-1}\times \left[\begin{array}{l}{\text{S}}_{\text{1}}\\ {\text{S}}_{\text{2}}\end{array}\right]$$

  

  In der obigen Matrixgleichung (7) ist F^-1 die inverse Matrix von F.
• Der Generator 42 kann folglich zur Erzeugung des korrigierten Signals das erste Korrektursignal S_c1 basierend auf der oben beschriebenen Gleichung (1) aus dem ersten Sensorsignal S₁ erzeugen, das durch den A/D-Wandler 41 in ein digitales Signal umgewandelt wurde, und kann das zweite Korrektursignal S_c2 basierend auf der oben beschriebenen Gleichung (2) aus dem zweiten Sensorsignal S₂ erzeugen, das durch den A/D-Wandler 41 in ein digitales Signal umgewandelt wird.
• Wie oben beschrieben werden das erste korrigierte Signal S_c1 und das zweite korrigierte Signal S_c2, die vom Generator 42 zur Erzeugung des korrigierten Signals erzeugt werden, und das dritte Sensorsignal S₃, das vom A/D-Wandler 41 in ein digitales Signal umgewandelt wird, in den Arithmetik-Prozessor 43 eingegeben. Der Arithmetik-Prozessor 43 führt eine arithmetische Verarbeitung mit dem ersten korrigierten Signal S_c1,dem zweiten korrigierten Signal S_c2 und dem dritten Sensorsignal S₃ durch.
• In dem Gelenkmechanismus 100 in diesem Ausführungsbeispiel wird, wenn sich das erste Element 110 und das zweite Element 120 in Bezug aufeinander drehen, die relative Position des Magnetfeldgenerators 130 in Bezug auf die Magnetsensorvorrichtung 1 dazu veranlasst, sich auf der Kugel zu ändern, die auf die Magnetsensorvorrichtung 1 im oben beschriebenen Referenzkoordinatensystem zentriert ist. Der Arithmetik-Prozessor 43 kann unter Verwendung des ersten korrigierten Signals S_c1,des zweiten korrigierten Signals S_c2 und des dritten Sensorsignals S₃ Informationen bezüglich der relativen Position des Magnetfeldgenerators 130 in Bezug auf die Magnetsensorvorrichtung 1 auf der oben beschriebenen Kugel finden.
• In diesem Ausführungsbeispiel werden das erste Sensorsignal S₁, das von der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 ausgegeben wird, und das zweite Sensorsignal S₂, das von der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 ausgegeben wird, durch den Generator 42 zur Erzeugung des korrigierten Signals zum ersten korrigierten Signal S_c1 und zum zweiten korrigierten Signal S_c2 korrigiert, und der arithmetische Prozessor 43 führt eine arithmetische Verarbeitung unter Verwendung des ersten korrigierten Signals S_c1 und des zweiten korrigierten Signals S_c2 durch. Folglich ist es mit der Magnetsensorvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel möglich, mit hoher Genauigkeit ein Magnetfeld in den drei axialen Richtungen der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse zu detektieren.
• Das Verfahren zur Herstellung der Magnetsensorvorrichtung 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration wird nun beschrieben. Das Verfahren zur Herstellung der Magnetsensorvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist auf: einen ersten Prozess zum Vorbereiten der Basis 2, so dass die erste Oberfläche 21 und die zweite Oberfläche 22 gegenüberliegend positioniert sind und die erste geneigte Oberfläche 23 und die zweite geneigte Oberfläche 24 auf der ersten Oberfläche 21 gebildet werden; einen zweiten Prozess zum Bilden der X-Achsen-Magnetsensoreinheit 31 auf der ersten Oberfläche 21 der Basis 2, zum Bilden der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 auf der ersten geneigten Oberfläche 23 und zum Bilden der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 auf der zweiten geneigten Oberfläche 24; einen dritten Schritt zum Auffinden des Neigungswinkels θ₁ der ersten geneigten Oberfläche 23 und des Neigungswinkels θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche 24; einen vierten Schritt zum Auffinden des Korrekturkoeffizienten F zum Erzeugen des ersten korrigierten Signals S_c1 und des zweiten korrigierten Signals S_c2; und einen fünften Schritt zum Bewirken, dass der im vierten Schritt gefundene Korrekturkoeffizient F in der Speichereinheit 44 gespeichert wird.
• Der erste Schritt umfasst: einen Schritt, der das Substrat vorbereitet, das die Basis 2 aus einem Halbleitersubstrat wie einem Siliziumwafer oder dergleichen, einem Keramiksubstrat wie einem AlTiC-Substrat, Aluminiumoxid-Substrat oder dergleichen, einem Harzsubstrat oder einem Glassubstrat oder dergleichen aufweist; einen Schritt, der eine Maskenschicht zum Bilden der ersten geneigten Oberfläche 23 und der zweiten geneigten Oberfläche 24 auf einer Oberfläche des Substrats (der Oberfläche, die der ersten Oberfläche 21 der Basis 2 entspricht) ausbildet; und einen Schritt, der die erste geneigte Oberfläche 23 und die zweite geneigte Oberfläche 24 durch Ätzen des Substrats vermittels der Maskenschicht ausbildet.
• In dem Schritt, in dem die erste geneigte Oberfläche 23 und die zweite geneigte Oberfläche 24 durch Ätzen ausgebildet werden, werden die Ätzbedingungen so eingestellt, dass der Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche 23 und der Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche 24 zu einem Konstruktionswinkel werden (z. B. 45°), aber in Wirklichkeit haben der Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche 23 und der Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche 24 Produktionsabweichungen (Produktionsfehler) in Bezug auf den Konstruktionswinkel. Folglich, wenn man davon ausgeht, dass der Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche 23 und der Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche 24 die Konstruktionswinkel sind, entstehen Fehler in den Signalverarbeitungsergebnissen, wenn das erste Sensorsignal S₁ und das zweite Sensorsignal S₂, die von der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 und der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 ausgegeben werden, die auf der ersten geneigten Oberfläche 23 und der zweiten geneigten Oberfläche 24 vorgesehen sind, gemäß den Konstruktionswinkeln des Neigungswinkels θ₁ und des Neigungswinkels θ₂ korrigiert werden. Daher werden in diesem Ausführungsbeispiel im dritten Schritt die Neigungswinkel θ₁ und θ₂ der ersten geneigten Oberfläche 23 und der zweiten geneigten Oberfläche 24 erhalten, und im vierten Schritt wird der Korrekturkoeffizient F in Übereinstimmung mit den durch den dritten Schritt erhaltenen Neigungswinkeln θ₁ und θ₂ bestimmt. Unter Verwendung des auf diese Weise gefundenen Korrekturkoeffizienten F werden das erste korrigierte Signal S_c1 und das zweite korrigierte Signal S_c2 erzeugt, indem das erste Sensorsignal S₁ und das zweite Sensorsignal S₂, die von der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 und der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 ausgegeben werden, korrigiert werden, und es ist möglich, Fehler in den Signalverarbeitungsergebnissen, die sich aus Variationen (Fehlern) in den Neigungswinkeln θ₁ und θ₂ ergeben, zu reduzieren/kontrollieren, indem die Signalverarbeitung unter Verwendung des ersten korrigierten Signals S_c1 und des zweiten korrigierten Signals S_c2 durchgeführt wird.
• Der dritte Schritt umfasst: einen Schritt zum jeweiligen Anlegen des ersten Magnetfelds H₁₁ in der Y-Richtung und des zweiten Magnetfelds H₁₂ in der Y-Richtung zusammen mit dem ersten Magnetfeld H₂₁ und dem zweiten Magnetfeld H₂₂ in der Z-Richtung an die Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32, die an der ersten geneigten Oberfläche 23 vorgesehen ist, und die Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33, die an der zweiten geneigten Oberfläche 24 vorgesehen ist; einen Schritt zum Finden des Neigungswinkels θ₁ der ersten geneigten Oberfläche 23 aus der folgenden Gleichung (3) unter Verwendung des Signals S_1-11, das von der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 durch Anlegen des ersten Magnetfelds H₁₁ in der Y-Richtung ausgegeben wird, des Signals S_1-12, das von der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 durch Anlegen des zweiten Magnetfelds H₁₂ in der Y-Richtung ausgegeben wird, des Signals S_1-21, das von der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 durch Anlegen des ersten Magnetfelds H₂₁ in der Z-Richtung ausgegeben wird, und des Signals S_1-22, das von der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 durch Anlegen des zweiten Magnetfelds H₂₂ in der Z-Richtung ausgegeben wird; und einen Schritt zum Finden des Neigungswinkels θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche 24 aus der folgenden Gleichung (4) unter Verwendung des Signals S_2-11, das von der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 durch Anlegen des ersten Magnetfelds H₁₁ in der Y-Richtung ausgegeben wird, des Signals S_2-12, das von der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 durch Anlegen des zweiten Magnetfelds H₁₂ in der Y-Richtung ausgegeben wird, des Signals S_2-21, das von der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 durch Anlegen des ersten Magnetfelds H₂₁ in der Z-Richtung ausgegeben wird, und des Signals S_2-22, das von der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 durch Anlegen des zweiten Magnetfelds H₂₂ in der Z-Richtung ausgegeben wird.
  [Formel 17] $${\theta }_1=\text{atan}\left(\frac{\left|{\text{S}}_{1-22}-{\text{S}}_{1-21}\right|}{\left|{\text{S}}_{1-12}-{\text{S}}_{1-11}\right|}\right)$$

  

  
  [Formel 18] $${\theta }_2=\text{atan}\left(\frac{\left|{\text{S}}_{2-22}-{\text{S}}_{2-21}\right|}{\left|{\text{S}}_{2-12}-{\text{S}}_{2-11}\right|}\right)$$

  
• Das erste Magnetfeld H₁₁ und das zweite Magnetfeld H₁₂ in Richtung der Y-Achse haben unterschiedliche Magnetfeldstärken zueinander, und das zweite Magnetfeld H₁₂ hat eine größere Magnetfeldstärke als das erste Magnetfeld H₁₁. Darüber hinaus haben das erste Magnetfeld H₂₁ und das zweite Magnetfeld H₂₂ in Richtung der Z-Achse unterschiedliche Magnetfeldstärken voneinander, und das zweite Magnetfeld H₂₂ hat eine größere Magnetfeldstärke als das erste Magnetfeld H₂₁. Die magnetischen Feldstärken des ersten Magnetfelds H₁₁ und des zweiten Magnetfelds H₁₂ sollten so unterschiedlich sein, dass es möglich ist, den Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche 23 zu finden, aber der Unterschied in diesen magnetischen Feldstärken ist nicht besonders begrenzt. Darüber hinaus sollten die Magnetfeldstärken des ersten Magnetfelds H₂₁ und des zweiten Magnetfelds H₂₂ so unterschiedlich sein, dass es möglich ist, den Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche 24 zu finden, aber der Unterschied in diesen Magnetfeldstärken ist nicht besonders begrenzt.
• Der Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche 23 und die Signale S_1-11, S_1-12, S_1-21 und S_1-22, die von der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 ausgegeben werden, haben die in Gleichung (3') unten gezeigte Beziehung. Der Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche 24 und die von der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 ausgegebenen Signale S_2-11, S_{2 12}, S_2-21 und S_2-22 haben die in Gleichung (4') unten dargestellte Beziehung.
  [Formel 19] $$\text{tan }{\theta }_1=\frac{{\text{S}}_{1-22}-{\text{S}}_{1-21}}{{\text{S}}_{1-12}-{\text{S}}_{1-11}}$$

  

  
  [Formel 20] $$\text{tan }{\theta }_2=\frac{{\text{S}}_{2-22}-{\text{S}}_{2-21}}{{\text{S}}_{2-12}-{\text{S}}_{2-11}}$$

  
• Dementsprechend wird der Neigungswinkel θ1 der ersten geneigten Oberfläche 23 durch die obige Gleichung (3) berechnet, die eine Arkustangens-Berechnung der obigen Gleichung (3') ist, und der Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche 24 wird durch die obige Gleichung (4) berechnet, die eine Arkustangens-Berechnung der obigen Gleichung (4') ist.
• In der Magnetsensorvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird, wenn ein Magnetfeld in Y-Richtung an die Magnetsensoreinheit 32 für die Y-Achse angelegt wird, ein erstes Sensorsignal S₁ ausgegeben (siehe 14A) entsprechend der Widerstandswertänderung der Magnetoresistiver-Effekt-Elemente 5, wenn ein Magnetfeld, das durch den magnetischen Vektor V_Y1 dargestellt wird, der der magnetische Vektor Vy des Magnetfelds in der Y-Richtung ist, das auf die erste geneigte Oberfläche 23 projiziert wird, an die Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 angelegt wird, und wenn ein Magnetfeld in der Z-Richtung an die Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 angelegt wird, wird ein erstes Sensorsignal S₁ ausgegeben (siehe 14B) entsprechend der Widerstandswertänderung der Magnetoresistiver-Effekt-Elemente 5, wenn ein Magnetfeld, das durch den magnetischen Vektor V_Z1 dargestellt wird, der der magnetische Vektor V_Z des Magnetfelds in der Z-Richtung ist, das auf die erste geneigte Oberfläche 23 projiziert wird, an die Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 angelegt wird. In ähnlicher Weise wird, wenn ein Magnetfeld in Y-Richtung an die Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 angelegt wird, ein zweites Sensorsignal S₂ ausgegeben (siehe 14C) entsprechend der Widerstandswertänderung der Magnetoresistiver-Effekt-Elemente 5 ausgegeben, wenn ein Magnetfeld, das durch den magnetischen Vektor V_Y2 dargestellt wird, der der magnetische Vektor Vy des Magnetfelds in der Y-Richtung ist, das auf die zweite geneigte Oberfläche 24 projiziert wird, an die Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 angelegt wird, und wenn ein Magnetfeld in der Z-Richtung an die Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 angelegt wird, wird ein zweites Sensorsignal S₂ ausgegeben (siehe 14D) entsprechend der Widerstandswertänderung der Magnetoresistiver-Effekt-Elemente 5 ausgegeben, wenn ein Magnetfeld, das durch den magnetischen Vektor V_Z2 dargestellt wird, der der magnetische Vektor Vz des Magnetfelds in der Z-Richtung ist, das auf die zweite geneigte Oberfläche 24 projiziert wird, an die Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 angelegt wird. Folglich werden das erste Sensorsignal S₁, das von der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 ausgegeben wird, und das zweite Sensorsignal S₂, das von der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 ausgegeben wird, durch Multiplizieren des Signals, das von der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 in Übereinstimmung mit dem Magnetfeld in der Y-Richtung ausgegeben werden sollte (das erste korrigierte Signal S_C1) , und des Signals, das von der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 in Übereinstimmung mit dem Magnetfeld in der Z-Richtung ausgegeben werden sollte (das zweite korrigierte Signal S_C2), berechnet, mit dem in der Matrixgleichung (5) unten gezeigten Korrekturkoeffizienten F in Übereinstimmung mit dem Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche 23 und dem Neigungswinkel θ2 der zweiten geneigten Oberfläche 24, die wie oben beschrieben berechnet werden. Das heißt, dass das erste Sensorsignal S₁ und das zweite Sensorsignal S₂, der Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche 23 und der Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche 24 und das erste korrigierte Signal S_c1 und das zweite korrigierte Signal S_C2 die in den untenstehenden Matrixgleichungen (6) und (7) angegebenen Beziehungen aufweisen.
  [Formel 21] $$\text{F}=\left[\begin{array}{cc}\text{cos }{\theta }_1& \text{sin }{\theta }_1\\ \text{cos }{\theta }_2& \text{-sin }{\theta }_2\end{array}\right]$$

  

  
  [Formel 22] $$\left[\begin{array}{l}{\text{S}}_{\text{1}}\\ {\text{S}}_{\text{2}}\end{array}\right]=\text{F}\times \left[\begin{array}{l}{\text{S}}_{\text{C1}}\\ {\text{S}}_{\text{C2}}\end{array}\right]$$

  

  
  [Formel 23] $$\left[\begin{array}{l}{\text{S}}_{\text{C1}}\\ {\text{S}}_{\text{C2}}\end{array}\right]={\text{F}}^{-1}\times \left[\begin{array}{l}{\text{S}}_{\text{1}}\\ {\text{S}}_{\text{2}}\end{array}\right]$$

  

  In der obigen Matrixgleichung (7) ist F-1 die inverse Matrix des Korrekturkoeffizienten F.
• Der wie oben beschrieben berechnete Korrekturkoeffizient F wird im fünften Schritt in der Speichereinheit 44 gespeichert. Hierdurch wird die Magnetsensorvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel hergestellt. In der auf diese Weise hergestellten Magnetsensorvorrichtung 1 werden das von der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 ausgegebene erste Sensorsignal S₁ und das von der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 ausgegebene zweite Sensorsignal S₂ durch die obige Matrixgleichung (7) unter Verwendung des in der Speichereinheit 44 gespeicherten Korrekturkoeffizienten F zu dem ersten korrigierten Signal S_c1 und dem zweiten korrigierten Signal S_C2 korrigiert. Das erste korrigierte Signal S_c1 und das zweite korrigierte Signal S_C2 sind Signale, die dem im dritten Schritt gefundenen Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche 23 und dem Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche 24 entsprechen. Folglich kann durch die Durchführung der Signalverarbeitung unter Verwendung des ersten korrigierten Signals S_c1 und der zweiten korrigierten Signale S_C2 ein Magnetfeld in den drei axialen Richtungen (der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) mit hoher Genauigkeit detektiert werden.
• Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel wurde offenbart, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, und ist nicht einschränkend für die vorliegende Erfindung. Dementsprechend sind alle im obigen Ausführungsbeispiel offenbarten Elemente so auszulegen, dass sie alle konstruktiven Änderungen und Äquivalente umfassen, die in den technischen Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung fallen.
• [AUSFÜHRUNGSBEISPIEL]
• Im Folgenden werden Testbeispiele angeführt, um die vorliegende Erfindung näher zu beschreiben, aber die vorliegende Erfindung wird durch die unten aufgeführten Testbeispiele nicht eingeschränkt.
• [Testbeispiel 1]
• In der Magnetsensorvorrichtung 1 gezeigt in 4A wurden das erste Sensorsignal S₁, das von der Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 ausgegeben wird, und das zweite Sensorsignal S₂, das von der Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 ausgegeben wird, durch Simulation erhalten, wenn ein Sweep-Magnetfeld (-1 mT - 1 mT) in der Y-Achsen-Richtung und ein Sweep-Magnetfeld (-1 mT - 1 mT) in der Z-Achsen-Richtung an die Y-Achsen-Magnetsensoreinheit 32 bzw. die Z-Achsen-Magnetsensoreinheit 33 angelegt wurden, wobei der Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche 23 und der Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche 24 mit 45° angenommen wurden. Diese Simulation wurde 128 Mal durchgeführt, wobei Variationen der Neigungswinkel θ₁ und θ₂ (Variationen im Bereich von ±3,0 Grad) mit echten Zufallszahlen erzeugt wurden.
• Bei einem idealen Magnetsensorgerät würde ein Signal, das einem 1 mT Magnetfeld entspricht, in Bezug auf ein angelegtes 1 mT Magnetfeld ausgegeben werden. Das heißt, der Signalausgang für das angelegte Magnetfeld würde eine ideale Linearität aufweisen. In einer solchen idealen Magnetsensorvorrichtung würde der Linearitätsfehler im Signalausgang 0% betragen. Als Ergebnis der oben beschriebenen Simulation wurde bestätigt, dass durch die Variationen des Neigungswinkels θ₁ der ersten geneigten Oberfläche 23 und des Neigungswinkels θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche 24 das erste Sensorsignal S₁ und das zweite Sensorsignal S₂ einen Linearitätsfehler von etwa ±3% in Bezug auf die ersten Sensorsignale S₁ und das zweite Sensorsignal S₂ aufweisen, die von der idealen Magnetsensorvorrichtung ausgegeben werden.
• [Testbeispiel 2]
• In Übereinstimmung mit den Variationen in den Neigungswinkeln θ₁ und θ₂, die durch echte Zufallszahlen in dem oben beschriebenen Testbeispiel 1 erzeugt wurden, wurden das erste korrigierte Signal S_c1 und das zweite korrigierte Signal S_C2 durch Simulation erhalten, indem das erste Sensorsignal S₁ und das zweite Sensorsignal S₂ unter Verwendung der oben beschriebenen Gleichungen (1) und (2) korrigiert wurden. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass der Linearitätsfehler, den das erste korrigierte Signal S_c1 und das zweite korrigierte Signal S_C2 in Bezug auf das erste Sensorsignal S₁ und das zweite Sensorsignal S₂, die von der idealen Magnetsensorvorrichtung ausgegeben werden, aufweisen, weniger als ±1% beträgt.
• Bezugszeichenliste

1

Magnetsensorvorrichtung

2

Basis

21

erste Oberfläche

22

zweite Oberfläche

23

erste geneigte Oberfläche

24

zweite geneigte Oberfläche

31

X-Achsen-Magnetsensoreinheit (dritte Magnetsensoreinheit)

32

Y-Achsen-Magnetsensoreinheit (erste Magnetsensoreinheit)

33

X-Achsen-Magnetsensoreinheit (zweite Magnetsensoreinheit)

4

Signalverarbeitungseinheit

41

A/D-Wandler

42

Generator zur Erzeugung eines korrigierten Signals

43

Arithmetik-Prozessor

44

Speichereinheit

5

Magnetoresistiver-Effekt-Element (erstes bis drittes Magnetoresistiver-Effekt-Element)

51

freie Schicht

53

magnetisierungsfeste Schicht

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2004012156 [0004]

Claims (13)

1. Magnetsensorvorrichtung (1), aufweisend: eine erste Oberfläche (21) und eine zweite Oberfläche (22), die gegenüber der ersten Oberfläche (21) angeordnet ist, und eine erste geneigte Oberfläche (23) und eine zweite geneigte Oberfläche (24), die in Bezug auf die erste Oberfläche (21) geneigt sind; eine erste Magnetsensoreinheit (33) zur Erfassung von Magnetismus in einer ersten axialen Richtung; eine zweite Magnetsensoreinheit (31) zur Erfassung von Magnetismus in einer zweiten axialen Richtung; eine dritte Magnetsensoreinheit (32) zur Erfassung von Magnetismus in einer dritten axialen Richtung; und eine Signalverarbeitungseinheit (4), die eine Signalverarbeitung auf der Basis eines von der ersten Magnetsensoreinheit (33) ausgegebenen ersten Sensorsignals S₁, eines von der zweiten Magnetsensoreinheit (31) ausgegebenen zweiten Sensorsignals S₂ und eines von der dritten Magnetsensoreinheit (32) ausgegebenen dritten Sensorsignals S₃ durchführt; wobei die erste axiale Richtung eine Richtung orthogonal zu der ersten Oberfläche (21) ist; die zweite axiale Richtung und die dritte axiale Richtung sind zueinander orthogonale Richtungen auf der ersten Oberfläche (21) sind; die erste Magnetsensoreinheit (33) auf der ersten geneigten Oberfläche (23) vorgesehen ist; die zweite Magnetsensoreinheit (31) auf der zweiten geneigten Oberfläche (24) vorgesehen ist; und die Signalverarbeitungseinheit (4) Einheit (42) zur Erzeugung eines Korrektursignals aufweist, die ein erstes Korrektursignal S_c1 und ein zweites Korrektursignal S_C2 erzeugt, die das erste Sensorsignal S₁ und das zweite Sensorsignal S₂ sind, die gemäß dem Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche (23) und dem Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche (24) korrigiert sind.
2. Magnetsensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Einheit (42) zur Erzeugung des korrigierten Signals das erste Korrektursignal S_C1 durch Korrigieren des ersten Sensorsignals S₁ unter Verwendung von Gleichung (1) unten erzeugt und das zweite Korrektursignal S_C2 durch Korrigieren des zweiten Sensorsignals S₂ unter Verwendung von Gleichung (2) unten erzeugt, mit $${\text{S}}_{\text{C1}}=\frac{\text{sin}{\theta }_2\cdot {\text{S}}_1+\text{sin}{\theta }_1\cdot {\text{S}}_2}{\text{sin}\left({\theta }_1+{\theta }_2\right)}$$

   

   und $${\text{S}}_{\text{C2}}=\frac{\text{cos}{\theta }_2\cdot {\text{S}}_1+\text{cos}{\theta }_1\cdot {\text{S}}_2}{\text{sin}\left({\theta }_1+{\theta }_2\right)}$$

   

   wobei in Gleichung (1) und Gleichung (2) oben S_C1 das erste korrigierte Signal angibt, S_C2 das zweite korrigierte Signal angibt, S₁ das erste Sensorsignal angibt, S₂ das zweite Sensorsignal angibt, θ₁ den Neigungswinkel der ersten geneigten Oberfläche angibt, und θ₂ den Neigungswinkel der zweiten geneigten Oberfläche angibt.
3. Magnetsensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei: der Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche (23) ein Winkel ist, der aus Gleichung (3) unten unter Verwendung eines Signals S_1-11, das von der ersten Magnetsensoreinheit (33) ausgegeben wird, wenn ein erstes Magnetfeld H₁₁ in der ersten axialen Richtung an die Magnetsensorvorrichtung (1) angelegt wird, eines Signals S_1-12, das von der ersten Magnetsensoreinheit (33) ausgegeben wird, wenn ein zweites Magnetfeld H₁₂ in der ersten axialen Richtung an die Magnetsensorvorrichtung (1) angelegt wird, eines Signals S_1-21, das von der ersten Magnetsensoreinheit (33) ausgegeben wird, wenn ein erstes Magnetfeld H₂₁ in der zweiten axialen Richtung an die Magnetsensorvorrichtung (1) angelegt wird, und eines Signals S_1-22, das von der ersten Magnetsensoreinheit (33) ausgegeben wird, wenn ein zweites Magnetfeld H₂₂ in der zweiten axialen Richtung an die Magnetsensorvorrichtung (1) angelegt wird; der Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche (24) ein Winkel ist, der aus Gleichung (4) unten unter Verwendung eines Signals S_2-11, das von der zweiten Magnetsensoreinheit (31) ausgegeben wird, wenn das erste Magnetfeld H₁₁ in der ersten axialen Richtung an die Magnetsensorvorrichtung (1) angelegt wird, eines Signals S_2-12, das von der zweiten Magnetsensoreinheit (31) ausgegeben wird, wenn das zweite Magnetfeld H₁₂ in der ersten axialen Richtung an die Magnetsensorvorrichtung (1) angelegt wird, eines Signals S_2-21, das von der zweiten Magnetsensoreinheit (31) ausgegeben wird, wenn das erste Magnetfeld H₂₁ in der zweiten axialen Richtung an die Magnetsensorvorrichtung (1) angelegt wird, und eines Signals S_2-22, das von der zweiten Magnetsensoreinheit (31) ausgegeben wird, wenn das zweite Magnetfeld H₂₂ in der zweiten axialen Richtung an die Magnetsensorvorrichtung (1) angelegt wird; das erste Magnetfeld H₁₁ in der ersten axialen Richtung und das zweite Magnetfeld H₁₂ in der ersten axialen Richtung unterschiedliche magnetische Feldstärken voneinander haben; und das erste Magnetfeld H₂₁ in der zweiten axialen Richtung und das zweite Magnetfeld H₂₂ in der zweiten axialen Richtung unterschiedliche Magnetfeldstärken voneinander haben, mit $${\theta }_1=\text{atan}\left(\frac{\left|{\text{S}}_{1-22}-{\text{S}}_{1-21}\right|}{\left|{\text{S}}_{1-12}-{\text{S}}_{1-11}\right|}\right)$$

   

   und $${\theta }_2=\text{atan}\left(\frac{\left|{\text{S}}_{2-22}-{\text{S}}_{2-21}\right|}{\left|{\text{S}}_{2-12}-{\text{S}}_{2-11}\right|}\right)$$

   
4. Magnetsensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Signalverarbeitungseinheit (4) weiterhin eine Speichereinheit (44) aufweist, die einen Korrekturkoeffizienten F speichert, der in einer Matrixgleichung (5) unten angegeben ist, um das erste korrigierte Signal S_c1 und das zweite korrigierte Signal S_C2 durch Korrigieren des ersten Sensorsignals S₁ und des zweiten Sensorsignals S₂ zu erzeugen; und die Einheit (42) zur Erzeugung des korrigierten Signals das erste korrigierte Signal S_c1 und das zweite korrigierte Signal S_C2 durch Korrektur des ersten Sensorsignals S₁ und des zweiten Sensorsignals S₂ unter Verwendung der folgenden Matrixgleichung (7) erzeugt, mit $$\text{F}=\left[\begin{array}{cc}\text{cos }{\theta }_1& \text{sin }{\theta }_1\\ \text{cos }{\theta }_2& \text{-sin }{\theta }_2\end{array}\right]$$

   

   und $$\left[\begin{array}{l}{\text{S}}_{\text{C1}}\\ {\text{S}}_{\text{C2}}\end{array}\right]={\text{F}}^{-1}\times \left[\begin{array}{l}{\text{S}}_{\text{1}}\\ {\text{S}}_{\text{2}}\end{array}\right]$$

   

   wobei in der obigen Matrixgleichung (5) F den Korrekturkoeffizienten angibt, θ₁ den Neigungswinkel der ersten geneigten Oberfläche (23) angibt und θ₂ den Neigungswinkel der zweiten geneigten Oberfläche (24) angibt, und in der obigen Matrixgleichung (7) S_C1 das erste korrigierte Signal angibt, S_C2 das zweite korrigierte Signal angibt, S₁ das erste Sensorsignal angibt, S₂ das zweite Sensorsignal angibt, und F^-1 die inverse Matrix von F angibt.
5. Magnetsensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die erste Magnetsensoreinheit (33) ein erstes Magnetoresistiver-Effekt-Element (5) enthält; die zweite Magnetsensoreinheit ein zweites Magnetoresistiver-Effekt-Element (5) enthält; und die dritte Magnetsensoreinheit ein drittes Magnetoresistiver-Effekt-Element (5) enthält.
6. Magnetsensorvorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei das erste bis dritte Magnetoresistiver-Effekt-Element (5) GMR-Elemente oder TMR-Elemente sind.
7. Magnetsensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin aufweisend: eine Basis (2) mit einer ersten Oberfläche (21), einer zweiten Oberfläche (22), einer ersten geneigten Oberfläche (23) und einer zweiten geneigten Oberfläche (24); und ein Abdichtungsteil, das die Basis (2), die erste bis dritte Magnetsensoreinheit (31, 32, 33) und die Signalverarbeitungseinheit (4) integral abdichtet.
8. Drehbetriebsmechanismus (100), aufweisend: ein erstes Element (110) und ein zweites Element (120), die sich relativ zueinander drehen; und die Magnetsensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7; wobei die Magnetsensorvorrichtung (1) in dem ersten Element (110) vorgesehen ist, um integral mit dem ersten Element (110) drehbar zu sein.
9. Drehbetriebsmechanismus (100) nach Anspruch 8, weiterhin aufweisend eine Magnetfelderzeugungseinheit (130); wobei die Magnetfelderzeugungseinheit (130) in dem zweiten Element (120) vorgesehen ist, um integral mit dem zweiten Element (120) drehbar zu sein.
10. Verfahren zur Herstellung einer Magnetsensorvorrichtung (1), wobei die Magnetsensorvorrichtung (1) aufweist: eine Basis (2) mit einer ersten Oberfläche (21) und einer zweiten Oberfläche (22), die auf der der ersten Oberfläche (21) gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, und einer ersten geneigten Oberfläche (23) und einer zweiten geneigten Oberfläche (24), die in Bezug auf die erste Oberfläche (21) geneigt sind; eine erste Magnetsensoreinheit (33) zum Detektieren von Magnetismus in einer ersten axialen Richtung; eine zweite Magnetsensoreinheit (31) zum Detektieren von Magnetismus in einer zweiten axialen Richtung; eine dritte Magnetsensoreinheit (32) zum Detektieren von Magnetismus in einer dritten axialen Richtung; und eine Signalverarbeitungseinheit (4), die eine Signalverarbeitung auf der Basis eines ersten Sensorsignals S₁, das von der ersten Magnetsensoreinheit (33) ausgegeben wird, eines zweiten Sensorsignals S₂, das von der zweiten Magnetsensoreinheit (31) ausgegeben wird, und eines dritten Sensorsignals S₃, das von der dritten Magnetsensoreinheit (32) ausgegeben wird, durchführt, die erste axiale Richtung eine Richtung orthogonal zu der ersten Oberfläche (21) ist, und die zweite axiale Richtung und die dritte axiale Richtung Richtungen orthogonal zueinander auf der ersten Oberfläche (21) sind, die erste Magnetsensoreinheit (33) auf der ersten geneigten Oberfläche (23) vorgesehen ist, und die zweite Magnetsensoreinheit (31) auf der zweiten geneigten Oberfläche (24) vorgesehen ist, die Signalverarbeitungseinheit (4) eine Einheit(42) zur Erzeugung eines Korrektursignals enthält, die ein erstes Korrektursignal S_c1 und ein zweites Korrektursignal S_C2 erzeugt, in denen das erste Sensorsignal S₁ und das zweite Sensorsignal S₂ entsprechend dem Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche (23) und dem Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche (24) korrigiert sind, das Verfahren zur Herstellung der Magnetsensorvorrichtung (1) aufweist: einen ersten Schritt zur Vorbereitung der Basis (2); einen zweiten Schritt zum Bereitstellen der ersten Magnetsensoreinheit (33) und der zweiten Magnetsensoreinheit (31) auf der ersten geneigten Oberfläche (23) beziehungsweise der zweiten geneigten Oberfläche (24) der Basis (2); einen dritten Schritt zum Ermitteln des Neigungswinkels θ₁ der ersten geneigten Oberfläche (23) und des Neigungswinkels θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche (24); und einen vierten Schritt zum Berechnen des Korrekturkoeffizienten zum Erzeugen eines ersten korrigierten Signals S_c1 und eines zweiten korrigierten Signals S_c2, in denen das erste Sensorsignal S₁ und das zweite Sensorsignal S₂ gemäß dem Neigungswinkel θ₁ der ersten geneigten Oberfläche (23) und dem Neigungswinkel θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche (24) korrigiert sind.
11. Verfahren zur Herstellung einer Magnetsensorvorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei im vierten Schritt der Korrekturkoeffizient unter Verwendung einer Matrixgleichung (5) unten gefunden wird, mit $$\text{F}=\left[\begin{array}{cc}\text{cos }{\theta }_1& \text{sin }{\theta }_1\\ \text{cos }{\theta }_2& \text{-sin }{\theta }_2\end{array}\right]$$

    

    wobei in der obigen Matrixgleichung (5) F den Korrekturkoeffizienten angibt.
12. Verfahren zur Herstellung einer Magnetsensorvorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei: die Signalverarbeitungseinheit (4) weiterhin eine Speichereinheit (44) enthält, die den Korrekturkoeffizienten speichert; und das Verfahren zur Herstellung der Magnetsensorvorrichtung (1) weiterhin einen fünften Schritt des Speicherns des im vierten Schritt berechneten Korrekturkoeffizienten in der Speichereinheit (44) aufweist.
13. Verfahren zur Herstellung einer Magnetsensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei: der dritte Schritt beinhaltet: einen Schritt zum Anlegen eines ersten Magnetfelds H₁₁ und eines zweiten Magnetfelds H₁₂ in der ersten axialen Richtung und zum Anlegen eines ersten Magnetfelds H₂₁ und eines zweiten Magnetfelds H₂₂ in der zweiten axialen Richtung an die erste Magnetsensoreinheit (33), die auf der ersten geneigten Oberfläche (23) vorgesehen ist; einen Schritt zum Anlegen des ersten Magnetfelds H₁₁ und des zweiten Magnetfelds H₁₂ in der ersten axialen Richtung und zum Anlegen des ersten Magnetfelds H₂₁ und des zweiten Magnetfelds H₂₂ in der zweiten axialen Richtung an die zweite Magnetsensoreinheit (33), die auf der zweiten geneigten Oberfläche (24) vorgesehen ist; einen Schritt zum Berechnen des Neigungswinkels θ₁ der ersten geneigten Oberfläche (23) durch Gleichung (3) unten unter Verwendung eines Signals S_1-11, das von der ersten Magnetsensoreinheit (33) durch Anlegen des ersten Magnetfelds H₁₁ in der ersten axialen Richtung ausgegeben wird, eines Signals S_1-12, das von der ersten Magnetsensoreinheit (33) durch Anlegen des zweiten Magnetfelds H₁₂ in der ersten axialen Richtung ausgegeben wird, eines Signals S_1-21, das von der ersten Magnetsensoreinheit (33) durch Anlegen des ersten Magnetfelds H₂₁ in der zweiten axialen Richtung ausgegeben wird, und eines Signals S_1-22, das von der ersten Magnetsensoreinheit (33) durch Anlegen des zweiten Magnetfelds H₂₂ in der zweiten axialen Richtung ausgegeben wird; und einen Schritt zum Berechnen des Neigungswinkels θ₂ der zweiten geneigten Oberfläche (24) durch Gleichung (4) unten unter Verwendung eines Signals S_2-11, das von der zweiten Magnetsensoreinheit (31) durch Anlegen des ersten Magnetfelds H₁₁ in der ersten axialen Richtung ausgegeben wird, eines Signals S_2-12, das von der zweiten Magnetsensoreinheit (31) durch Anlegen des zweiten Magnetfelds H₁₂ in der ersten axialen Richtung ausgegeben wird, eines Signals S_2-21, das von der zweiten Magnetsensoreinheit (31) durch Anlegen des ersten Magnetfelds H₂₁ in der zweiten axialen Richtung ausgegeben wird, und eines Signals S_2-22, das von der zweiten Magnetsensoreinheit (31) durch Anlegen des zweiten Magnetfelds H₂₂ in der zweiten axialen Richtung ausgegeben wird; wobei das erste Magnetfeld H₁₁ in der ersten axialen Richtung und das zweite Magnetfeld H₁₂ in der ersten axialen Richtung voneinander abweichende Magnetfeldstärken aufweisen; und das erste Magnetfeld H₂₁ in der zweiten axialen Richtung und das zweite Magnetfeld H₂₂ in der zweiten axialen Richtung voneinander abweichende Magnetfeldstärken aufweisen, mit $${\theta }_1=\text{atan}\left(\frac{\left|{\text{S}}_{1-22}-{\text{S}}_{1-21}\right|}{\left|{\text{S}}_{1-12}-{\text{S}}_{1-11}\right|}\right)$$

    

    und $${\theta }_2=\text{atan}\left(\frac{\left|{\text{S}}_{2-22}-{\text{S}}_{2-21}\right|}{\left|{\text{S}}_{2-12}-{\text{S}}_{2-11}\right|}\right)$$

    

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