JP2008216181A - Azimuth sensor and electronic device - Google Patents

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雅浩 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor element having equal sensitivity without a degradation of sensitivity in X-, Y-, Z-directions while being small in size and height and an azimuth sensor mountable on a mobile information terminal in which three magnetic sensor elements are disposed orthogonal to each other. <P>SOLUTION: In this azimuth sensor, first to third magnetic sensors disposed on the X-, Y-, and Z-axes, respectively, for detection magnetic fields are disposed on a flat substrate. The first magnetic sensor is so disposed that the detection axis of the magnetic sensor is positioned parallel to the surface of the flat substrate. The second magnetic sensor is disposed on a first flat surface, at a predetermined angle θ relative to the flat substrate. The third magnetic sensor is disposed on a second flat surface at an angle (90°-θ) relative to the flat substrate and at an angle of 90° relative to the first flat surface. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁気センサ素子と、その磁気センサ素子を有する方位センサおよびその方位センサを搭載した電子方位計に関し、特に磁気センサ素子を3個直交して配置したとしても、携帯情報端末に搭載可能な小型の方位センサと、その方位センサを搭載した電子機器に関する。   The present invention relates to a magnetic sensor element, an azimuth sensor having the magnetic sensor element, and an electronic azimuth meter equipped with the azimuth sensor, and can be mounted on a portable information terminal even if three magnetic sensor elements are arranged orthogonally. The present invention relates to a small azimuth sensor and an electronic device equipped with the azimuth sensor.

方位センサは、直交配置された複数の磁気センサ素子を配置して構成される。そして、直交配置された複数の磁気センサ素子からの磁気センサ出力に基づくデータを演算することで、基準に決めた方向からの角度、すなわち方位角を算出することができる様になっている。この方位角から得られた方位は、アナログ、デジタルの電気信号として処理できるため、携帯電話、PDAといった携帯情報端末や腕時計、車両用方位計であるカーナビゲーション装置、航空機の姿勢検出、視覚障害者向け、ゲーム機といった様々な電子機器への応用が期待されている。   The direction sensor is configured by arranging a plurality of perpendicularly arranged magnetic sensor elements. Then, by calculating data based on magnetic sensor outputs from a plurality of magnetic sensor elements arranged orthogonally, an angle from a direction determined as a reference, that is, an azimuth angle can be calculated. Since the azimuth obtained from this azimuth can be processed as an analog or digital electrical signal, a portable information terminal such as a mobile phone or PDA, a wristwatch, a car navigation device as a vehicle azimuth meter, an attitude detection of an aircraft, a visually impaired person Application to various electronic devices such as a game machine is expected.

特に近年、GPS等を利用した携帯情報端末向けの位置情報提供サービスが始まっている。このサービスによれば、利用者は現在の位置情報を端末上の画面を見ながらにして判るようになっている。この端末に電子方位計を組み合わせることで、利用者が今どの方位を向いているのか、或いは歩行中であるならばどこに向かおうとしているのかが判る。この位置情報と電子方位計に関する情報提供サービスは、今後多くの産業界に新しいビジネスを生み出すものと考えられ、また利用者に有益な情報をもたらす。   In particular, in recent years, position information providing services for portable information terminals using GPS or the like have begun. According to this service, the user can understand the current position information while looking at the screen on the terminal. By combining this terminal with an electronic compass, it is possible to determine which direction the user is currently facing, or where he is going if he is walking. This information providing service regarding position information and electronic compass is expected to create new business for many industries in the future, and will also provide useful information to users.

一方、上述した携帯情報端末は、小型薄型の傾向にあり、その携帯情報端末の中に搭載される電子デバイスとしては小型低背が求められている。ここで望まれる磁気センサ素子の幅は数mm程度であり、高さとしては、特に1.5mm以下とすることが必須であり、好ましくは1.0mm以下のサイズが求められている。   On the other hand, the above-described portable information terminal tends to be small and thin, and an electronic device mounted in the portable information terminal is required to be small and low-profile. The width of the magnetic sensor element desired here is about several millimeters, and the height is particularly required to be 1.5 mm or less, and preferably a size of 1.0 mm or less is required.

この様な課題を解決するために、小型化が可能な3軸の磁気センサ素子を搭載した方位センサが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In order to solve such a problem, an orientation sensor equipped with a triaxial magnetic sensor element that can be reduced in size has been proposed (for example, see Patent Document 1).

この従来の方位センサは、非磁性基台上に2つの磁気抵抗効果素子として機能する第1、第2の磁気センサ素子を、傾斜台上に、同様に磁気抵抗素子として機能する第3の磁気センサ素子をそれぞれ設けて構成されている。そして、この傾斜台は、SiOなどの絶縁膜によって形成されており、傾斜台の厚み方向に20μmの厚さの板状基板を形成した後、RIE(リアクティブイオンエッチング)などによりエッチング加工して形成される。なお、この傾斜台の非磁性基台の表面に対する傾斜角は、XY平面からZ軸方向に、ほぼ45°傾いて形成されている。このように構成することによって、従来の方位センサは、第1〜第3の磁気センサ素子によって数100μm程度の空間分解能で3次元の磁界の大きさを測定することができ、特に、方位センサのZ軸方向の小型化が可能となる。 In this conventional azimuth sensor, the first and second magnetic sensor elements functioning as two magnetoresistive effect elements on the nonmagnetic base and the third magnetic sensor functioning similarly as the magnetoresistive element on the inclined base are provided. Each sensor element is provided. This tilting table is formed of an insulating film such as SiO 2. After forming a plate-like substrate having a thickness of 20 μm in the thickness direction of the tilting table, etching is performed by RIE (reactive ion etching) or the like. Formed. Note that the tilt angle of the tilt base with respect to the surface of the nonmagnetic base is tilted by approximately 45 ° in the Z-axis direction from the XY plane. By configuring in this way, the conventional azimuth sensor can measure the magnitude of a three-dimensional magnetic field with a spatial resolution of about several hundred μm by the first to third magnetic sensor elements. Miniaturization in the Z-axis direction is possible.

特許第2579995号公報(第3頁、第1図)Japanese Patent No. 2579995 (page 3, FIG. 1)

しかしながら、上述した従来の方位センサの構成では、XYZ軸方向の検出感度が等しくならないという問題を生じてしまう。すなわち、X軸とY軸に配した第1、第2の磁気センサ素子の感度は同じになるが、第3の磁気センサ素子による高さ方向(Z軸方向)の
検出感度はそれとは異なり、第3の磁気センサ素子を他の第1、第2の磁気センサ素子に対して傾斜させて配置した分、この検出感度が低下してしまうという問題を有している。
However, the configuration of the conventional azimuth sensor described above causes a problem that the detection sensitivities in the XYZ axis directions are not equal. That is, the sensitivity of the first and second magnetic sensor elements arranged on the X-axis and the Y-axis is the same, but the detection sensitivity in the height direction (Z-axis direction) by the third magnetic sensor element is different from that, Since the third magnetic sensor element is arranged to be inclined with respect to the other first and second magnetic sensor elements, this detection sensitivity is lowered.

ここで、この従来の構成における問題点について説明する。
図10は、従来の構成における3軸の磁気センサの検出軸の概念を示した図である。なお、本図に示すX軸とY軸は、第1、第2の磁気センサ素子の検出感度の方向の座標軸を示し、Z軸は、これらX軸とY軸と直交する方向の座標軸を示している。また、Z’は、第3の磁気センサ素子の検出軸方向を示している。
Here, problems in this conventional configuration will be described.
FIG. 10 is a diagram showing a concept of detection axes of a three-axis magnetic sensor in a conventional configuration. The X axis and Y axis shown in the figure indicate the coordinate axes in the direction of detection sensitivity of the first and second magnetic sensor elements, and the Z axis indicates the coordinate axes in the direction orthogonal to the X axis and the Y axis. ing. Z ′ represents the direction of the detection axis of the third magnetic sensor element.

方位角を演算するためには、オフセットを除く、直交した3軸の磁気センサ素子の出力が必要となる。図10の通り、直交となるXYZ方向に3軸にこれら磁気センサ素子を配置できた場合には、それぞれの軸方向からの出力を用いて演算することが可能となり、検出感度はほぼ等しくなる。しかし、従来の構成における第3の磁気センサ素子における検出感度の方向は、Z’軸方向に45度傾いているため、地磁気がZ軸方向に向いたときに第3の磁気センサ素子の磁気センサ出力Z’が最大とならないため、検出感度が低下してしまう。更に、その磁気センサ出力Z’から得られる出力ベクトルは、本来演算に必要なZとY軸に配した第2の磁気センサ素子から得られる磁気センサ出力Yから得られる出力ベクトルと、オフセットベクトルとの合成ベクトルとなる。つまり、本来の方位演算に必要な磁気センサ出力Zを求めるためには、磁気センサ出力Z’、オフセット量とともに磁気センサ出力Yが必要となる。この様に、磁気センサ出力Z’と磁気センサ出力Yとは検出感度が異なるだけでなく、方位演算を行うにあたって計算過程が複雑になってしまう問題点を有している。 In order to calculate the azimuth angle, the output of three orthogonal magnetic sensor elements excluding the offset is required. As shown in FIG. 10, when these magnetic sensor elements can be arranged on three axes in the orthogonal XYZ directions, calculation can be performed using outputs from the respective axial directions, and the detection sensitivities are almost equal. However, since the direction of detection sensitivity in the third magnetic sensor element in the conventional configuration is inclined 45 degrees in the Z′-axis direction, the magnetic sensor of the third magnetic sensor element when the geomagnetism is directed in the Z-axis direction. since the output Z 'H is not a maximum, the detection sensitivity is lowered. Further, an output vector obtained from the magnetic sensor output Z ′ H is an output vector obtained from Z H which is originally required for calculation and a magnetic sensor output Y H obtained from the second magnetic sensor element arranged on the Y axis, This is a combined vector with the offset vector. That is, in order to obtain the magnetic sensor output Z H necessary for the original azimuth calculation, the magnetic sensor output Y H together with the magnetic sensor output Z ′ H and the offset amount are required. As described above, the magnetic sensor output Z ′ H and the magnetic sensor output Y H not only have different detection sensitivities, but also have a problem that the calculation process becomes complicated when performing the azimuth calculation.

また、方位角を精度良く、正確に演算するためには、周囲の磁場環境の変化に応じたオフセットを取得し、XYZ軸の第1〜第3の磁気センサ素子における磁気センサ出力点が球体上になることが必要となる。この様に、従来の方位センサにおけるXYZ軸の検出感度が異なると、第1〜第3の磁気センサ素子からの磁気センサ出力図形は楕円体となるため、機器の着磁によるオフセットを正確に取得すること、ひいてはこのオフセットを用いての方位角を正確に演算することは不可能となる。   In order to calculate the azimuth accurately and accurately, an offset corresponding to a change in the surrounding magnetic field environment is acquired, and the magnetic sensor output points in the first to third magnetic sensor elements of the XYZ axes are on the sphere. It becomes necessary to become. In this way, when the detection sensitivity of the XYZ axes in the conventional azimuth sensor is different, the magnetic sensor output figure from the first to third magnetic sensor elements becomes an ellipsoid, and thus the offset due to the magnetization of the device is accurately obtained. Therefore, it is impossible to accurately calculate the azimuth angle using this offset.

また、この従来の方位センサにおけるZ軸方向の感度低下の問題を解消するために、Z軸方向の第3の磁気センサ素子の磁気センサ出力を増幅して、XYZ軸の感度を等価に調整する方法も考えられるが、この策を講じると、XY軸の分解能に対してZ軸の分解能が劣化してしまうため、結果としてこれら第1〜第3の磁気センサ素子から得られる磁気センサ出力を用いて上記オフセット演算を行ったとしても、精度良く目的の方位角を演算することができないことは容易に理解できよう。   Further, in order to eliminate the problem of the sensitivity decrease in the Z-axis direction in the conventional azimuth sensor, the magnetic sensor output of the third magnetic sensor element in the Z-axis direction is amplified to adjust the XYZ-axis sensitivity equivalently. Although a method is also conceivable, if this measure is taken, the resolution of the Z-axis is deteriorated with respect to the resolution of the XY-axis, and as a result, the magnetic sensor output obtained from these first to third magnetic sensor elements is used. Even if the offset calculation is performed, it can be easily understood that the target azimuth angle cannot be calculated with high accuracy.

したがって、従来の方位センサは、1つの磁気センサを傾斜させることで、小型低背化ができているものの、高精度に目的の方位角を演算できるものではなかった。   Therefore, although the conventional azimuth sensor can be reduced in size and height by inclining one magnetic sensor, the target azimuth angle cannot be calculated with high accuracy.

そこで本発明は上記問題点に鑑み、小型低背でありながら、第1〜第3の磁気センサ素子からの磁気センサ出力に感度の低下がなく、更に等価な感度を有する方位センサ、およびその方位センサを搭載した電子方位計を提供することを目的とする。   Accordingly, in view of the above problems, the present invention is a small and low-profile azimuth sensor that has an equivalent sensitivity without lowering the sensitivity of the magnetic sensor output from the first to third magnetic sensor elements, and its azimuth. An object is to provide an electronic azimuth meter equipped with a sensor.

上記課題を解決するために、本発明の方位センサおよびその方位センサを搭載する電子方位計は、基本的には下記記載の形態を採用する。   In order to solve the above-mentioned problems, the orientation sensor of the present invention and the electronic orientation meter equipped with the orientation sensor basically adopt the following forms.

本発明にかかる方位センサは、直交する磁界を検出するための、XYZ軸のそれぞれ配置された第1〜第3の磁気センサ素子を平面基板上に配置する方位センサにおいて、第1
の磁気センサが、当該第1の磁気センサ素子の検出軸が平面基板表面と平行となるように配置され、第2の磁気センサが、当該第2の磁気センサ素子の検出軸が平面基板表面に対して所定の角度θとなる第1の平面上に配置され、第3の磁気センサが、当該第3の磁気センサ素子の検出軸が平面基板表面に対して角度(90°―θ)となり、かつ第1の平面との成す角が90°となる第2の平面上に配置されていることを特徴とするものである。
An azimuth sensor according to the present invention is a first azimuth sensor in which first to third magnetic sensor elements respectively arranged on XYZ axes for detecting orthogonal magnetic fields are arranged on a planar substrate.
Are arranged so that the detection axis of the first magnetic sensor element is parallel to the surface of the flat substrate, and the second magnetic sensor is arranged so that the detection axis of the second magnetic sensor element is on the surface of the flat substrate. The third magnetic sensor is disposed on a first plane having a predetermined angle θ with respect to the third magnetic sensor element, and the detection axis of the third magnetic sensor element is at an angle (90 ° −θ) with respect to the plane substrate surface. And it is arrange | positioned on the 2nd plane from which the angle | corner which a 1st plane makes is 90 degrees, It is characterized by the above-mentioned.

また、本発明にかかる方位センサは、その角度θが45°であることを特徴とするものである。   The azimuth sensor according to the present invention is characterized in that the angle θ is 45 °.

また、本発明にかかる方位センサは、上述した第1〜第3の磁気センサ素子を駆動、および磁気センサ出力の検出を行うための駆動ICを、平面基板上に更に備えることを特徴とするものである。   The azimuth sensor according to the present invention further includes a driving IC for driving the above-described first to third magnetic sensor elements and detecting a magnetic sensor output on a flat substrate. It is.

また、本発明にかかる方位センサは、上述した第1の磁気センサが、駆動ICの上部表面に積層して配置されていることを特徴とするものである。   The azimuth sensor according to the present invention is characterized in that the above-described first magnetic sensor is laminated on the upper surface of the drive IC.

また、本発明にかかる方位センサは、上述した平面基板表面に対する傾斜角を検出する傾斜センサを更に備えることを特徴とするものである。   The azimuth sensor according to the present invention further includes an inclination sensor that detects an inclination angle with respect to the surface of the flat substrate described above.

また、本発明にかかる方位センサは、前述した平面基板表面に対する傾斜角を検出する傾斜センサを更に備え、当該傾斜センサが、駆動ICの上部表面に積層して配置されていることを特徴とするものである。   The azimuth sensor according to the present invention further includes a tilt sensor that detects the tilt angle with respect to the surface of the flat substrate described above, and the tilt sensor is disposed on the upper surface of the drive IC. Is.

本発明にかかる電子機器は、上述した方位センサにおける第1〜第3の磁気センサ素子から得られる出力値を得て、周辺部品の着磁の影響による磁場オフセット、及び上記方位センサを搭載した機器の方位を演算するための演算処理装置と、方位を表示するための表示手段とを有することを特徴とするものである。   An electronic device according to the present invention obtains output values obtained from the first to third magnetic sensor elements in the above-described orientation sensor, and a magnetic field offset due to the influence of magnetization of peripheral components, and a device equipped with the orientation sensor It has an arithmetic processing unit for calculating the azimuth and display means for displaying the azimuth.

本発明によれば、XYZ軸に第1〜第3の磁気センサ素子を配置したとしても、小型低背でありながら、XYZ軸の検出感度の低下がなく、等価な感度を有する構成とすることが出来る。   According to the present invention, even if the first to third magnetic sensor elements are arranged on the XYZ axes, the detection sensitivity of the XYZ axes is not lowered and the equivalent sensitivity is achieved while being small and low-profile. I can do it.

また、この本発明の方位センサを搭載した電子機器は、薄型であり、XYZ軸の検出感度が良好で、且つ正確な方位角を表示できる携帯情報端末とすることが出来る。   In addition, an electronic apparatus equipped with the azimuth sensor of the present invention is thin, can be a portable information terminal that has good XYZ axis detection sensitivity and can display an accurate azimuth angle.

本発明の方位センサは、平面基板表面と平行となるように配置された第1の磁気センサ素子と、平面基板に対して約45度の平面に配置された第2、第3の磁気センサ素子を有して構成され、それぞれの第1〜第3の磁気センサ素子における検出軸が直交に成る様に配置されている構成を採用したものである。   The azimuth sensor according to the present invention includes a first magnetic sensor element disposed so as to be parallel to the surface of the planar substrate, and second and third magnetic sensor elements disposed in a plane of about 45 degrees with respect to the planar substrate. And adopting a configuration in which the detection axes of the first to third magnetic sensor elements are arranged to be orthogonal to each other.

上述した第1の磁気センサ素子は、薄膜プロセスによって第1の磁気センサ素子をシリコンウェハー上に形成した後、単個にダイシングすることによって得られる。また、第2、第3の磁気センサ素子は、その単個化した第1の磁気センサ素子を45度の傾斜角で基板上に配置できる様に、シリコンウェハーの裏面及び側面を加工研削することによって得られる。これら第1〜第3の磁気センサ素子の製造方法の詳細については、後述する。   The first magnetic sensor element described above can be obtained by forming the first magnetic sensor element on a silicon wafer by a thin film process and then dicing it into a single piece. The second and third magnetic sensor elements are processed and ground on the back and side surfaces of the silicon wafer so that the single first magnetic sensor element can be disposed on the substrate at an inclination angle of 45 degrees. Obtained by. Details of the manufacturing methods of these first to third magnetic sensor elements will be described later.

(方位センサの構成)
まず、本発明の方位センサの構成について説明する。図1(a)は、本発明の基本構成である3軸の磁気センサ素子を有する方位センサの構成を示す斜視図である。図中(b)は、同図(a)に示した方位センサの上部平面図であり、(c)は側面図を示している。
(Orientation sensor configuration)
First, the configuration of the direction sensor of the present invention will be described. FIG. 1A is a perspective view showing a configuration of an orientation sensor having a triaxial magnetic sensor element which is a basic configuration of the present invention. In the figure, (b) is a top plan view of the azimuth sensor shown in (a), and (c) shows a side view.

図1(a)に示す様に、本発明の方位センサ20aは、第1の磁気センサ素子1aにおける検出軸が平面基板30の表面と平行となるように配置された磁気センサ24と、第2の磁気センサ素子1bにおける検出軸が上記平面基板30の表面に対して所定の角度、ここではθ=45度となる第1の平面上に配置された磁気センサ26と、第3の磁気センサ素子1cにおける検出軸が平面基板30の表面に対して(90°−θ)となり、かつ第1の平面との成す角が90°となる第2の平面に配された磁気センサ28とを有して構成されている。つまり、本構成においては、磁気センサ26と磁気センサ28とは、そのセンサ検出方向が90度となるように配置されている。   As shown in FIG. 1 (a), the azimuth sensor 20a of the present invention includes a magnetic sensor 24 arranged so that the detection axis of the first magnetic sensor element 1a is parallel to the surface of the flat substrate 30, and a second sensor. A magnetic sensor 26 arranged on a first plane whose detection axis in the magnetic sensor element 1b is a predetermined angle with respect to the surface of the planar substrate 30, here θ = 45 degrees, and a third magnetic sensor element And a magnetic sensor 28 disposed on a second plane whose detection axis in 1c is (90 ° −θ) with respect to the surface of the flat substrate 30 and whose angle with the first plane is 90 °. Configured. That is, in this configuration, the magnetic sensor 26 and the magnetic sensor 28 are arranged so that the sensor detection direction is 90 degrees.

更に、図1(b)に示す様に、平面基板30上にはこの第1〜第3の磁気センサ素子1a〜1cを駆動、及び第1〜第3の磁気センサ素子1a〜1cから出力される磁気センサ出力を検出するためのセンサ駆動検出回路22が、磁気センサ24、26、28の周辺に配置されている。このセンサ駆動検出回路22の電極端子と平面基板30の配線との接続は、図示しないワイヤーボンディングによって接続されている。なお、磁気センサ26、28に設ける電極パッドをセンサの縁部に配置すれば、平面基板30上に配置した配線との接続が容易になる。また、磁気センサ24は、同様にワイヤーボンディングなどによって平面基板30上の配線に接続される。この様にして、平面基板30上の配線は、センサ駆動検出回路22の電極端子と接続されて、第1〜第3の磁気センサ素子1a〜1cの駆動、及び検出信号の取り出しができる様になる。   Further, as shown in FIG. 1B, the first to third magnetic sensor elements 1a to 1c are driven on the flat substrate 30 and outputted from the first to third magnetic sensor elements 1a to 1c. A sensor drive detection circuit 22 for detecting a magnetic sensor output is arranged around the magnetic sensors 24, 26, and 28. The connection between the electrode terminal of the sensor drive detection circuit 22 and the wiring of the flat substrate 30 is connected by wire bonding (not shown). If the electrode pads provided on the magnetic sensors 26 and 28 are arranged at the edge of the sensor, the connection with the wiring arranged on the flat substrate 30 becomes easy. Similarly, the magnetic sensor 24 is connected to the wiring on the planar substrate 30 by wire bonding or the like. In this way, the wiring on the planar substrate 30 is connected to the electrode terminals of the sensor drive detection circuit 22 so that the first to third magnetic sensor elements 1a to 1c can be driven and the detection signals can be taken out. Become.

そして、図1(c)に示す様に、これらの磁気センサ24、26、28とセンサ駆動検出回路22を含む電子部品を保護するために、保護膜14で封止することによって本発明の方位センサ20aが構成される。   And as shown in FIG.1 (c), in order to protect the electronic components containing these magnetic sensors 24, 26, and 28 and the sensor drive detection circuit 22, it seals with the protective film 14, and the direction of this invention A sensor 20a is configured.

ここで本発明の方位センサ20aに搭載する第1〜第3の磁気センサ素子1a〜1cの検出方向について、第1の磁気センサ素子を例に挙げて、図2を用いて説明する。図2は、本発明の方位センサに搭載する磁気センサ素子の検出方向について説明するための図面である。なお、第2、第3の磁気センサ素子の構造は、載置形態のみが異なっているだけで、構成は同じであるのでここでの説明は割愛する。   Here, the detection directions of the first to third magnetic sensor elements 1a to 1c mounted on the azimuth sensor 20a of the present invention will be described using the first magnetic sensor element as an example with reference to FIG. FIG. 2 is a drawing for explaining the detection direction of the magnetic sensor element mounted on the direction sensor of the present invention. The structures of the second and third magnetic sensor elements are different only in the mounting form, and the configuration is the same, so the description here is omitted.

第1の磁気センサ素子1aは、非磁性基台8上に形成されて、磁性コア10の周囲をコイル層12で巻回したフラックスゲート型の磁気センサとして機能するようになっており、周囲に巻回したコイル層12によって磁性コア10を励磁して、磁化反転の際に得られるパルス出力を利用して、電極パッド16から磁界を検出することが出来る様になっている。この様に、第1の磁気センサ素子1aを構成し、電極パッド16から励磁電流を印加することによって、センサ検出方向18は、コイルが作る磁界で磁性体を磁化する方向と平行となる。   The first magnetic sensor element 1a is formed on the non-magnetic base 8 and functions as a flux gate type magnetic sensor in which the periphery of the magnetic core 10 is wound around the coil layer 12, and The magnetic core 10 is excited by the wound coil layer 12 and a magnetic field can be detected from the electrode pad 16 by using a pulse output obtained at the time of magnetization reversal. Thus, by constituting the first magnetic sensor element 1a and applying the excitation current from the electrode pad 16, the sensor detection direction 18 becomes parallel to the direction in which the magnetic material is magnetized by the magnetic field generated by the coil.

そして、この様にして構成された第1〜第3の磁気センサ素子1a〜1cを、XYZ軸のそれぞれに沿って配置(センサ検出方向18を各XYZ軸に沿って配置)することにより、従来と同様に小型低背でありながら、XYZ軸の検出感度の低下がなく、更に等価な感度を有する方位センサ20aを得ることが出来る。なお、この形態によれば、XYZ軸の検出感度が低下しない理由については、後述する。また、この様な構成としたからこそ、この方位センサ20aを小型の携帯情報端末に搭載可能となる。   The first to third magnetic sensor elements 1a to 1c thus configured are arranged along the XYZ axes (sensor detection directions 18 are arranged along the XYZ axes). In the same manner as described above, it is possible to obtain the azimuth sensor 20a having a small size and a low profile, but without lowering the detection sensitivity of the XYZ axes and further having equivalent sensitivity. In addition, according to this form, the reason why the detection sensitivity of the XYZ axes does not decrease will be described later. Also, because of such a configuration, the direction sensor 20a can be mounted on a small portable information terminal.

(電子機器)
次に、上述した方位センサ20aを搭載した本発明の電子機器の構成について説明する。図3は、本発明の電子機器の構成を示す図面である。
(Electronics)
Next, the configuration of the electronic apparatus of the present invention on which the above-described direction sensor 20a is mounted will be described. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the electronic apparatus of the present invention.

図3に示す様に、本発明の電子機器は、特に携帯電話等の携帯電子機器であって、上述した方位センサ20aを構成する、3軸の磁気センサ1、センサ駆動検出回路22を有し、この方位センサ20aに加えて、周辺部品の着磁の影響による磁場オフセットの演算と方位演算を行うための演算装置34とを更に有して構成される。また、この電子機器は、演算装置34により演算して得られた方位の結果を表示する方位表示装置36を有する。   As shown in FIG. 3, the electronic device of the present invention is a portable electronic device such as a mobile phone, and has a three-axis magnetic sensor 1 and a sensor drive detection circuit 22 that constitute the direction sensor 20a described above. In addition to the azimuth sensor 20a, a calculation unit 34 for calculating a magnetic field offset due to the influence of magnetization of peripheral components and a azimuth calculation is further provided. The electronic apparatus also includes an orientation display device 36 that displays the orientation result obtained by the computation performed by the computation device 34.

なお、本図においては、演算装置34を方位センサ20aとは別部材として構成した例(携帯機器等のCPUに組み込んだ構成例)を示したが、この演算装置34を、方位センサ20aで一体構成されたパッケージ中に配しても良い。この様に、方位センサ20aのパッケージ中に演算装置34を組み込むと、その分だけ方位センサ20aのサイズが大きくなってしまうこととなるが、携帯機器であるホスト側の演算負荷が軽減されるという利点がある。   In addition, in this figure, although the example (structure example incorporated in CPU of portable devices etc.) which comprised the arithmetic unit 34 as a member different from the direction sensor 20a was shown, this arithmetic unit 34 is integrated with the direction sensor 20a. It may be arranged in a configured package. As described above, when the computing device 34 is incorporated in the package of the azimuth sensor 20a, the size of the azimuth sensor 20a increases accordingly, but the computation load on the host side which is a portable device is reduced. There are advantages.

(磁気センサおよび方位センサの製造方法)
次に、本発明の方位センサ20aを構成する磁気センサ26、28の製造方法について図1、図4を用いて説明する。図4は、磁気センサ26の製造方法を説明するための図面である。なお、磁気センサ26と磁気センサ28は、平面基板30に載置する方向が異なっているが、素子構成は同じである。したがって、以下の説明では、磁気センサ26の製造方法として説明をするが、この製造方法は、磁気センサ28にも適用できることに留意されたい。
(Manufacturing method of magnetic sensor and direction sensor)
Next, a method for manufacturing the magnetic sensors 26 and 28 constituting the azimuth sensor 20a of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a drawing for explaining a method for manufacturing the magnetic sensor 26. The magnetic sensor 26 and the magnetic sensor 28 are different in the direction of mounting on the flat substrate 30 but have the same element configuration. Therefore, in the following description, although it demonstrates as a manufacturing method of the magnetic sensor 26, it should be noted that this manufacturing method is applicable also to the magnetic sensor 28. FIG.

まず、図1に示した磁気センサ24と、図4(a)に示す、所定の切り欠き溝を複数個表面に配した第1の固定治具2aを用意する。   First, the magnetic sensor 24 shown in FIG. 1 and the first fixing jig 2a shown in FIG. 4 (a) having a plurality of predetermined notch grooves arranged on the surface are prepared.

次に、図4(b)に示す様に、この第1の固定治具2aの切り欠き溝のそれぞれに、第1の磁気センサ素子1aの表面が第1の固定治具2aの切り欠き溝内部で当設する方向に、磁気センサ24を挿入する。ここで、第1の固定治具2aの切り欠き溝面と第1の磁気センサ素子1aの面とが接触することとなるが、磁気センサ24と第1の固定治具2aとの当設面となる第1の磁気センサ素子1aの表面が保護膜で被覆されているので、この素子面を傷つけることは無い。   Next, as shown in FIG. 4B, the surface of the first magnetic sensor element 1a is formed in the notch groove of the first fixing jig 2a in each of the notch grooves of the first fixing jig 2a. The magnetic sensor 24 is inserted in the direction in which it is placed inside. Here, the notched groove surface of the first fixing jig 2a and the surface of the first magnetic sensor element 1a come into contact with each other, but the contact surface between the magnetic sensor 24 and the first fixing jig 2a. Since the surface of the first magnetic sensor element 1a is covered with a protective film, the element surface is not damaged.

次に、この第1の固定治具2aから突出している磁気センサ24の一部をラップ研磨等の手段を用いて研削して、三角柱形状の磁気センサ26aを有する図4(c)に示す構造体を得、その後にこの第1の固定治具2aから研削加工後の磁気センサ26aを取り除く。   Next, a part of the magnetic sensor 24 protruding from the first fixing jig 2a is ground by using means such as lapping, and the structure shown in FIG. After that, the ground magnetic sensor 26a is removed from the first fixing jig 2a.

次に、図4(d)に示す様に、磁気センサ26aを45度回転させて、第2の固定治具2bの切り欠き溝にそれぞれの磁気センサ26aを固定する。この際、剥離の容易な熱接着層を用いて、第2の固定治具と磁気センサ26aとの固定を行うのが望ましい。   Next, as shown in FIG. 4D, the magnetic sensors 26a are rotated by 45 degrees to fix the respective magnetic sensors 26a in the cutout grooves of the second fixing jig 2b. At this time, it is desirable to fix the second fixing jig and the magnetic sensor 26a using a heat-bonding layer that can be easily peeled off.

そして、図4(d)の構造体の裏面(図の下側)から所望の位置までラップ研磨等により研削を行って、磁気センサ26bの形状に加工することで、図4(e)に示す構造体を得る。   Then, the structure shown in FIG. 4D is ground from the back surface (the lower side of the drawing) to a desired position by lapping or the like, and processed into the shape of the magnetic sensor 26b, as shown in FIG. Get a structure.

最後に、この図4(e)に示す構造体における第2の固定治具2bから磁気センサ26bを取り出すことで、図4(f)に示す、磁気センサ26を得ることができる。
この様にして製造された磁気センサ26、28を、図1に示す平板基板30の所定の位
置に配置する。さらに、センサ駆動検出回路22を配置した後に、ワイヤーボンディング等の手段を用いて各電子部品を実装した後に、保護膜14にて封止することで、本発明の方位センサ20aが完成する。
Finally, the magnetic sensor 26 shown in FIG. 4 (f) can be obtained by taking out the magnetic sensor 26 b from the second fixing jig 2 b in the structure shown in FIG. 4 (e).
The magnetic sensors 26 and 28 manufactured in this way are arranged at predetermined positions on the flat substrate 30 shown in FIG. Furthermore, after the sensor drive detection circuit 22 is arranged, each electronic component is mounted using means such as wire bonding, and then sealed with the protective film 14, thereby completing the orientation sensor 20a of the present invention.

(方位角算出原理)
つぎに、本発明の方位センサ20aを用いた場合の方位角θの算出方法について説明する。図5は、本発明の方位センサ20aの演算手法を説明するための図面である。なお、本図に示すX軸は、第1の磁気センサ素子1aの検出軸方向の座標軸を示し、YZ軸は、これと直交する座標軸を示している。また、図中に示すU、Vは、平面基板30と45度の角度を成して配置された第2、第3の磁気センサ素子1b、1cの検出軸方向を示している。
(Azimuth calculation principle)
Next, a method for calculating the azimuth angle θ when the azimuth sensor 20a of the present invention is used will be described. FIG. 5 is a drawing for explaining a calculation method of the direction sensor 20a of the present invention. In addition, the X axis shown in this figure shows the coordinate axis of the detection axis direction of the 1st magnetic sensor element 1a, and the YZ axis shows the coordinate axis orthogonal to this. Further, U and V shown in the figure indicate the detection axis directions of the second and third magnetic sensor elements 1b and 1c arranged at an angle of 45 degrees with the planar substrate 30.

本図から判るように、本発明の方位センサ20aは、第2、第3の磁気センサ素子1b、1cの検出軸方向を座標軸U、V方向に配置し、これら磁気センサにより得られる検出感度を同じとなる様にしてあるので、第2の磁気センサ素子1bからの磁気センサ出力Uおよび第3の磁気センサ素子1cから得られる磁気センサ出力V等を用いて、演算にて用いるZ軸方向の磁気センサ出力Z(Z軸方向の磁気センサ出力)の検出感度を落とさずに取得することができ、これら値を用いて目的の方位角θを精度良く演算することができる様になる。 As can be seen from this figure, the azimuth sensor 20a of the present invention has the detection axis directions of the second and third magnetic sensor elements 1b and 1c arranged in the coordinate axis U and V directions, and has the detection sensitivity obtained by these magnetic sensors. Since they are the same, the Z-axis used in the calculation using the magnetic sensor output U H from the second magnetic sensor element 1b and the magnetic sensor output V H obtained from the third magnetic sensor element 1c, etc. Direction magnetic sensor output Z H (magnetic sensor output in the Z-axis direction) can be acquired without degrading, and the target azimuth angle θ can be calculated accurately using these values. .

そこで、本発明の方位センサ20aは、方位角θを演算するために、第2、第3の磁気センサ素子1b、1cからの磁気センサ出力の座標系を水平座標に変換する手段を採用している。   Therefore, the azimuth sensor 20a of the present invention employs means for converting the coordinate system of the magnetic sensor output from the second and third magnetic sensor elements 1b and 1c into horizontal coordinates in order to calculate the azimuth angle θ. Yes.

上述した様に、本発明の方位センサ20aにおける第1の磁気センサ素子1aは、平面基板30の表面に対して平行に配置してあるので、磁気センサ出力をそのまま用いて演算することが出来るが、第2〜第3の磁気センサ素子1b、1cの磁気センサ出力は、その方向の磁気センサ出力を用いて、平面基板30と水平かつ第1の磁気センサ素子1aと直交する方向であるY軸方向、及び平面基板30と垂直な方向であるZ軸方向の出力に変換する必要がある。   As described above, since the first magnetic sensor element 1a in the azimuth sensor 20a of the present invention is arranged in parallel to the surface of the flat substrate 30, the calculation can be performed using the magnetic sensor output as it is. The magnetic sensor outputs of the second to third magnetic sensor elements 1b and 1c are Y-axis which is a direction horizontal to the flat substrate 30 and perpendicular to the first magnetic sensor element 1a using the magnetic sensor output in that direction. It is necessary to convert the output into the Z-axis direction which is the direction and the direction perpendicular to the planar substrate 30.

ここで、その具体的な演算手法について下記に示す。
第2の磁気センサ素子1bからの磁気センサ出力、地磁気による出力、及びオフセットをそれぞれU、U、Uoffsとし、第3の磁気センサ素子1cからの磁気センサ出力、地磁気による出力、及びオフセットをそれぞれV、V、Voffs、とすると、第2、第3の磁気センサ素子1b、1cからの磁気センサ出力U、Vとy軸、z軸の地磁気による出力yH、zHの関係は、下記式(1)、(2)により表すことができる。

Figure 2008216181
Here, the specific calculation method is shown below.
The magnetic sensor output from the second magnetic sensor element 1b, the output by geomagnetism, and the offset are respectively U S , U H , U offs , the magnetic sensor output from the third magnetic sensor element 1c, the output by geomagnetism, and the offset Are V S , V H , and V offs , respectively, the magnetic sensor outputs U S , V S and y axis from the second and third magnetic sensor elements 1b and 1c, and the outputs yH and zH due to the geomagnetism of the z axis. The relationship can be expressed by the following formulas (1) and (2).
Figure 2008216181

そして、上記式(1)、(2)より下記式(3)、(4)を導くことが出来る。

Figure 2008216181
The following formulas (3) and (4) can be derived from the above formulas (1) and (2).
Figure 2008216181

一般的に、地磁気による出力xは、磁気センサ素子の検出軸の向いている方向ベクトルxと地磁気ベクトルSの内積となる下記式(5)で表現でき、それを基に上記(3)、(4)式を展開して、下記式(6)、(7)が得ることが出来る。

Figure 2008216181
Figure 2008216181
Generally, the output x H by geomagnetism can be represented by the following formula as the inner product of the direction vectors x and geomagnetic vector S h facing the detection axis of the magnetic sensor element (5), the based on it (3) The following formulas (6) and (7) can be obtained by developing the formulas (4) and (4).
Figure 2008216181
Figure 2008216181

図6は、直交3軸に配置した第1〜第3の磁気センサ素子1a〜1cの磁気センサ出力とオフセットの関係についての概念を示した図である。本図中に示す符号6aは磁気センサ素子からの出力ベクトルを示し、符号6bは地磁気による出力ベクトルを示し、符号6cはオフセットを示し、符号6dは磁気センサ素子の出力座標を示し、符号6eはオフセットの座標を示している。なお、磁気センサ素子の出力座標値で示しているx、y、zは、各軸方向の磁気センサ出力値を示し、(xS1,yS1,zS1)は、ある環境下で測定した際の磁気センサ出力値を示している。また、(xoffs,yoffs,zoffs)は、そのある環境下でのオフセット値を示している。 FIG. 6 is a diagram showing the concept of the relationship between the magnetic sensor output and offset of the first to third magnetic sensor elements 1a to 1c arranged on three orthogonal axes. In the figure, reference numeral 6a indicates an output vector from the magnetic sensor element, reference numeral 6b indicates an output vector by geomagnetism, reference numeral 6c indicates an offset, reference numeral 6d indicates an output coordinate of the magnetic sensor element, and reference numeral 6e indicates The offset coordinates are shown. Note that x S , y S , and z S indicated by output coordinate values of the magnetic sensor element indicate magnetic sensor output values in the respective axial directions, and (x S1 , y S1 , z S1 ) The magnetic sensor output value at the time of measurement is shown. Further, (x offs , y offs , z offs ) indicates an offset value under the certain environment.

図6に示す様に、第1〜第3の磁気センサ素子1a〜1cは、直交3軸に配した磁気センサ素子であり、それぞれ各軸の磁気センサ素子の感度が等しい場合には、その磁気センサ出力座標(xS1,yS1,zS1)は、(xoffs,yoffs,zoffs)を中心とする球体上の点を取る。すなわち、球体の半径は地磁気による出力に相当する大きさを示しており、地磁気の大きさが変わらない環境では、どのような方向に向けても、磁気センサ素子の出力座標がこの球体上に表すことができる。 As shown in FIG. 6, the first to third magnetic sensor elements 1a to 1c are magnetic sensor elements arranged on three orthogonal axes. When the sensitivity of the magnetic sensor elements on each axis is equal, The sensor output coordinates (x S1 , y S1 , z S1 ) take a point on a sphere centered at (x offs , y offs , z offs ). That is, the radius of the sphere indicates a size corresponding to the output by the geomagnetism, and in an environment where the magnitude of the geomagnetism does not change, the output coordinates of the magnetic sensor element are represented on this sphere regardless of the direction. be able to.

更に、第1の磁気センサ素子1aの磁気センサ出力xs(6dにおけるx座標)は、出力ベクトル6aで表され、その第1の磁気センサ素子1aからの地磁気による出力ベクトル6bと、周辺機器の着磁によるオフセットベクトル6eとの和で表現することができる。具体的には、下記式(8)で表現することができる。

Figure 2008216181
Further, the magnetic sensor output xs (x coordinate in 6d) of the first magnetic sensor element 1a is represented by an output vector 6a. The output vector 6b by the geomagnetism from the first magnetic sensor element 1a and the arrival of the peripheral device. It can be expressed by the sum with the magnetic offset vector 6e. Specifically, it can be expressed by the following formula (8).
Figure 2008216181

以上の関係式(6)、(7)、(8)により、目的の方位角θを演算する上で、平面基板30と水平かつ第1の磁気センサ素子1aと直交する方向であるY軸方向に配した第2の磁気センサ素子1bの磁気センサ出力、及び平面基板30と垂直な方向であるZ軸方向に配した第3の磁気センサ素子1cの磁気センサ出力に変換することに関して、方位演算する上で必要な(x,y、z)を取得する基本的な関係式(9)、(10)を得ることが出来る。

Figure 2008216181
The Y-axis direction that is a direction that is horizontal to the plane substrate 30 and orthogonal to the first magnetic sensor element 1a in calculating the target azimuth angle θ by the above relational expressions (6), (7), and (8). Azimuth calculation with respect to conversion to the magnetic sensor output of the second magnetic sensor element 1b arranged on the Z axis and the magnetic sensor output of the third magnetic sensor element 1c arranged in the Z-axis direction that is perpendicular to the plane substrate 30 Therefore, basic relational expressions (9) and (10) for obtaining (x H , y H , z H ) necessary for the calculation can be obtained.
Figure 2008216181

上記のオフセット(xoffs、yoffs、zoffs)は、先に説明した様に、出力球体の中心座標に相当する。一般的に球体の中心座標は、球面上の4点を用いて演算することが可能であり、これを利用すれば、4組以上の第1〜第3の磁気センサ素子1a〜1cからの磁気センサ出力データから球体の中心座標を取得することが可能となり、その方法により着磁により発生するオフセットを得ることが出来る。そして、このオフセットを用いて、例えば下記の式(11)によって、目的の方位角θを取得することが可能となる。

Figure 2008216181
The offsets (x offs , y offs , z offs ) correspond to the center coordinates of the output sphere as described above. In general, the center coordinates of a sphere can be calculated using four points on a spherical surface, and if this is used, magnetism from four or more sets of first to third magnetic sensor elements 1a to 1c is obtained. The center coordinates of the sphere can be obtained from the sensor output data, and an offset generated by magnetization can be obtained by this method. Then, using this offset, for example, the target azimuth angle θ can be acquired by the following equation (11).
Figure 2008216181

以上説明のように、本発明の方位センサ20aは、XYZ軸に配した第1〜第3の磁気センサ素子1a〜1cの感度がそれぞれ等価となり、第1の磁気センサ素子1aからの磁気センサ出力と共に、平面基板30から同じ角度で傾斜した2つの第2、第3の磁気センサ素子1b、1cの磁気センサ出力を加算、除算した補正後の磁気センサ出力を変換して用いるだけなので、従来の構成に比較してオフセット演算、方位演算が煩雑になるということがない。   As described above, in the azimuth sensor 20a of the present invention, the sensitivities of the first to third magnetic sensor elements 1a to 1c arranged on the XYZ axes are equivalent, and the magnetic sensor output from the first magnetic sensor element 1a is equivalent. In addition, since the magnetic sensor outputs after the correction obtained by adding and dividing the magnetic sensor outputs of the second and third magnetic sensor elements 1b and 1c inclined at the same angle from the flat substrate 30 are used, Compared to the configuration, the offset calculation and the azimuth calculation are not complicated.

また、本発明の方位センサ20aは、従来の構成と同様に、高さ方向(Z軸方向)が低くなって低背化としながらにして、第1〜第3の磁気センサ素子1a〜1c、特に第3の磁気センサ素子1cの分解能を高く保つことが可能となり、これにより目的の方位角θを精度良く求めることができる様になる。   In addition, the azimuth sensor 20a of the present invention is similar to the conventional configuration in that the first to third magnetic sensor elements 1a to 1c, while the height direction (Z-axis direction) is reduced and the height is reduced. In particular, the resolution of the third magnetic sensor element 1c can be kept high, whereby the target azimuth angle θ can be obtained with high accuracy.

次に、本発明の方位センサの他の構成例について説明する。図7(a)は、本発明の基本構成である3軸の磁気センサを搭載した方位センサ20bの構成を示す斜視図である。
図中(b)はこの方位センサ20bの上部平面図であり、(c)は側面図を示している。
Next, another configuration example of the direction sensor of the present invention will be described. FIG. 7A is a perspective view showing a configuration of an azimuth sensor 20b equipped with a three-axis magnetic sensor that is a basic configuration of the present invention.
In the figure, (b) is a top plan view of the azimuth sensor 20b, and (c) shows a side view.

図7(a)〜(c)に示す様に、本発明の方位センサ20bは、センサ駆動検出回路22上に磁気センサ24、26、28が配置されている点のみが実施例1と異なり、第1〜第3の磁気センサ素子1a〜1cにおける検出軸の配置方向は同じ方向となる。また、先の実施例では、センサ駆動検出回路22の電極端子と平面基板30上の配線との接続に、ワイヤーボンディングを利用した構成例を示したが、本実施例においては、平面基板30の面積を小さくする為に、フリップチップ実装により、センサ駆動回路22と平面基板30との実装を行っている。ここでのフリップチップ実装は、センサ駆動検出回路22の電極端子を直接、平面基板30上の配線に接続できるように、センサ駆動検出回路22の電極端子にバンプメッキを施した上で実装している。   As shown in FIGS. 7A to 7C, the azimuth sensor 20b of the present invention differs from the first embodiment only in that magnetic sensors 24, 26, and 28 are arranged on the sensor drive detection circuit 22. The arrangement directions of the detection axes in the first to third magnetic sensor elements 1a to 1c are the same direction. In the previous embodiment, a configuration example in which wire bonding is used for connection between the electrode terminal of the sensor drive detection circuit 22 and the wiring on the planar substrate 30 has been described. In order to reduce the area, the sensor driving circuit 22 and the planar substrate 30 are mounted by flip chip mounting. In this flip chip mounting, the electrode terminals of the sensor drive detection circuit 22 are bump plated and mounted so that the electrode terminals of the sensor drive detection circuit 22 can be directly connected to the wiring on the flat substrate 30. Yes.

具体的には、センサ駆動検出回路22の電極端子表面に、素子面に形成された配線高さより高くなる様に、Auなどによるバンプメッキを形成する。そして、平面基板30上の配線には、ハンダなどの低融点の電気的接続材料を予め付着させておき、上記バンプメッキと配線との位置合わせ及び仮固定を行い、リフロー炉などに通して両部材の接続を行う。   Specifically, bump plating with Au or the like is formed on the electrode terminal surface of the sensor drive detection circuit 22 so as to be higher than the wiring height formed on the element surface. Then, a low melting point electric connection material such as solder is attached in advance to the wiring on the flat substrate 30, the bump plating and the wiring are aligned and temporarily fixed, and both are passed through a reflow furnace or the like. Connect the members.

上述した様に、磁気センサ24、26、28をセンサ駆動検出回路22の上部表面に積層して配置することによって、先に示した実施例1の効果に加えて、平面方向での面積が小さくなり、より小型化になるという効果を得ることが出来る。   As described above, by arranging the magnetic sensors 24, 26, and 28 on the upper surface of the sensor drive detection circuit 22, in addition to the effect of the first embodiment, the area in the plane direction is reduced. Thus, the effect of further miniaturization can be obtained.

次に、本発明の方位センサの更に他の構成例について説明する。図8(a)は、本発明の方位センサ20cの構成を示す斜視図である。図中(b)はこの方位センサ20cの上部平面図であり、(c)は側面図を示している。   Next, still another configuration example of the direction sensor of the present invention will be described. FIG. 8A is a perspective view showing the configuration of the azimuth sensor 20c of the present invention. In the figure, (b) is a top plan view of the direction sensor 20c, and (c) shows a side view.

図8(a)〜(c)に示す様に、本発明の方位センサ20cは、実施例1で示した方位センサの構成に加えて傾斜センサ32を更に組み込んだ構成を示しており、電子機器の利用者が電子機器を傾斜して利用したときにおいても、この傾斜センサ32から出力される傾斜センサ出力に基づき、第1〜第3の磁気センサ素子1a〜1cからの磁気センサ出力を補正することによって、正しい方位角θを演算することが可能な構成となっている。なお、図8に示す傾斜センサ32は、傾斜に応じて梁に支えられた中央の錘が傾き、その梁にかかる応力をピエゾ抵抗で検出する方式の加速度センサを示している。   As shown in FIGS. 8A to 8C, the azimuth sensor 20c of the present invention has a configuration in which a tilt sensor 32 is further incorporated in addition to the configuration of the azimuth sensor shown in the first embodiment, and is an electronic device. Even when the user uses the electronic device while tilting, the magnetic sensor outputs from the first to third magnetic sensor elements 1a to 1c are corrected based on the tilt sensor output output from the tilt sensor 32. Thus, the correct azimuth angle θ can be calculated. Note that the tilt sensor 32 shown in FIG. 8 is an acceleration sensor of a type in which a central weight supported by a beam is tilted according to the tilt and a stress applied to the beam is detected by piezoresistance.

この様に、3個の磁気センサ24、26、28と傾斜センサ32を配置した方位センサ20cの構成により、先の実施例の効果に加え、方位センサ20cを含む電子機器を水平面に対して傾斜して配置された場合であっても、この傾斜センサ32からの傾斜センサ出力を用いて磁気センサ出力の補正を行い、正しい方位角θを得ることができる方位センサ、および電子機器を提供することができる。   Thus, the configuration of the azimuth sensor 20c in which the three magnetic sensors 24, 26, 28 and the tilt sensor 32 are arranged, in addition to the effects of the previous embodiment, the electronic device including the azimuth sensor 20c is tilted with respect to the horizontal plane. An orientation sensor and an electronic device that can correct the magnetic sensor output using the tilt sensor output from the tilt sensor 32 and obtain the correct azimuth angle θ even if the tilt sensor 32 is disposed. Can do.

(方位角算出原理)
つぎに、本発明の実施の形態にかかる方位角θの算出について説明する。
一般的に、方位角θは、XYZ三次元座標上に配置した第1〜第3の磁気センサ素子1a〜1cからの磁気センサ出力と、それぞれの磁気センサ出力から求められるオフセットから演算されるxH、yH、zH、及びX軸と水平面のなす角度βg、Y軸と水平面のなす角度αgから演算される回転角α、βを用いて、下記の関係式で与えられる。

Figure 2008216181
(Azimuth calculation principle)
Next, calculation of the azimuth angle θ according to the embodiment of the present invention will be described.
In general, the azimuth angle θ is calculated from xH calculated from the magnetic sensor outputs from the first to third magnetic sensor elements 1a to 1c arranged on the XYZ three-dimensional coordinates and offsets obtained from the respective magnetic sensor outputs. , YH, zH, and the angle βg formed between the X axis and the horizontal plane, and the rotation angles α and β calculated from the angle αg formed between the Y axis and the horizontal plane, are given by the following relational expressions.
Figure 2008216181

上記式に含まれる回転角α、βは、それぞれX軸周りの回転角とY軸周りの回転角を示している。回転角βはピッチ角βに等しいが、回転角αはロール角αとは異なるため、下記の変換式(13)(14)を用いて回転角α、βを求める。

Figure 2008216181
The rotation angles α and β included in the above expression indicate the rotation angle around the X axis and the rotation angle around the Y axis, respectively. Is equal to the rotation angle beta is the pitch angle beta g, the rotational angle alpha for different roll angle alpha g, and determines a rotation angle alpha, beta by using the conversion formula (13) (14).
Figure 2008216181

上記の式(12)〜(14)を用いることによって、機器が傾斜した環境下であっても正確な方位角θを得ることができる。なお、ここでXYZ3次元座標での演算について説明したが、本発明の方位センサに搭載される第1〜第3の磁気センサ素子1a〜1cは、図5に示した様に、第2、第3の磁気センサ素子1b、1cが所定の角度でそれぞれ配置されている。よって、先の実施例で説明した通り、第2、第3の磁気センサ素子1b、1cからの磁気センサ出力を、平面基板30と水平かつ第1の磁気センサ素子1aと直交する方向であるY軸方向、及び平面基板30と垂直な方向であるZ軸方向の磁気センサ出力に変換することが必要であり、先の実施例で説明した式(8)〜(10)を適用して、変換後の磁気センサ出力に相当するxH、yH、zHを得ることが出来る。   By using the above equations (12) to (14), an accurate azimuth angle θ can be obtained even in an environment where the device is inclined. In addition, although the calculation by XYZ three-dimensional coordinate was demonstrated here, as shown in FIG. 5, the 1st-3rd magnetic sensor elements 1a-1c mounted in the direction sensor of this invention are 2nd, 2nd, The three magnetic sensor elements 1b and 1c are arranged at a predetermined angle. Therefore, as described in the previous embodiment, the magnetic sensor output from the second and third magnetic sensor elements 1b and 1c is in a direction that is horizontal to the plane substrate 30 and perpendicular to the first magnetic sensor element 1a. It is necessary to convert the magnetic sensor output in the axial direction and in the Z-axis direction that is perpendicular to the planar substrate 30, and the conversion is performed by applying the equations (8) to (10) described in the previous embodiment. XH, yH, and zH corresponding to the later magnetic sensor output can be obtained.

また、機器の傾斜に係る磁気センサ出力の補正を行う演算方法においても、上記の通り、簡易な加算除算の変換処理がひとつ加わるだけであり、従来の方法とほぼ同等の効果を得ることができる。   In addition, in the calculation method for correcting the output of the magnetic sensor related to the tilt of the device, as described above, only one simple addition / division conversion process is added, and almost the same effect as the conventional method can be obtained. .

(電子機器)
次に、本実施例における電子機器の構成例について説明する。図9に、本発明の電子機器の構成を示す概念図を示す。
(Electronics)
Next, a configuration example of the electronic device in this embodiment will be described. FIG. 9 is a conceptual diagram showing the configuration of the electronic device of the present invention.

本実施例で示す方位センサ20cは、先の実施例1で示した磁気センサ1、センサ駆動回路22の構成に加えて、傾斜センサ32が配置されている点のみが異なり、機能面では、演算装置34における上述した演算手段のみが異なる。他の構成および機能は同様である。この構成により、電子機器の利用者が電子機器を傾斜して利用した場合においても、傾斜センサ32から出力される傾斜角を用いて磁気センサ出力の補正を行い、精度良く目的の方位角θを演算することが可能となる。   The direction sensor 20c shown in the present embodiment is different from the magnetic sensor 1 and the sensor drive circuit 22 shown in the first embodiment only in that an inclination sensor 32 is arranged. Only the arithmetic means described above in the device 34 is different. Other configurations and functions are the same. With this configuration, even when the user of the electronic device uses the electronic device while tilting, the magnetic sensor output is corrected using the tilt angle output from the tilt sensor 32, and the target azimuth angle θ is accurately determined. It becomes possible to calculate.

なお、上記実施例では、2つの第2、第3の磁気センサ素子1b、1cが平面基板30に対して45度の角度をなして配置されている例について説明を行ったが、本発明に係る第2、第3の磁気センサ素子1b、1cの配置形態は、特に45度に限定されるものではない。重要なことは、傾斜させた2つの第2、第3の磁気センサ素子1b、1cの検出軸が直交する様に、かつ同じ検出感度を有するように配置して、水平の平面基板30に配置された第2、第3の磁気センサ素子1b、1cと第1の磁気センサ素子1aとが直交3軸を構成することである。更に、この第2、第3の磁気センサ素子1b、1cを、従来の構成の様にその内の1つの第3の磁気センサ素子だけを所定の角度で傾斜させたのではなく、2つの第2、第3の磁気センサ素子1b、1cを傾斜させる点が直交3軸を構成する本
発明のポイントであり、方位センサ20a〜20cのパッケージ高さを低くするために、その傾斜させる角度を45度にすると最も高さを低くすることが可能となる。
In the above embodiment, the example in which the two second and third magnetic sensor elements 1b and 1c are arranged at an angle of 45 degrees with respect to the planar substrate 30 has been described. The arrangement of the second and third magnetic sensor elements 1b and 1c is not particularly limited to 45 degrees. What is important is that the two inclined second and third magnetic sensor elements 1b and 1c are arranged on the horizontal flat substrate 30 so that the detection axes thereof are orthogonal to each other and have the same detection sensitivity. The second and third magnetic sensor elements 1b and 1c thus formed and the first magnetic sensor element 1a constitute three orthogonal axes. Further, the second and third magnetic sensor elements 1b and 1c are not formed by tilting only one of the third magnetic sensor elements at a predetermined angle as in the conventional configuration. 2. The point at which the third magnetic sensor elements 1b, 1c are tilted is the point of the present invention that constitutes the three orthogonal axes. In order to reduce the package height of the azimuth sensors 20a-20c, the tilt angle is set to 45. When it is set to the degree, it is possible to make the height the lowest.

また、上記実施例では、単個に切り出した後に非磁性基台を加工することによって、所定角度を有する磁気センサ26、28を形成する方法について説明を行ったが、この構成についても特に限定されるものではない。重要なことは、先にも示した通り、2つの第2、第3の磁気センサ素子1b、1cの検出軸を直交する様に、かつ同じ検出感度を有するように配置することであり、これら第2、第3の磁気センサ素子1b、1cを配置する基台をエッチングして傾斜面を作る方法や、基台表面に傾斜面を有する凸部形成する薄膜プロセスを利用しても良い。ただし、この薄膜プロセスを用いると、斜面上に形成するプロセスが難しくなるため、先の実施例に示した様に、非磁性基台を加工する手段を採用する方が、より精度良く第2、第3の磁気センサ素子1b、1cを形成するのに適している。   In the above embodiment, the method of forming the magnetic sensors 26 and 28 having a predetermined angle by processing the non-magnetic base after cutting it into a single piece has been described, but this configuration is also particularly limited. It is not something. What is important is to arrange the detection axes of the two second and third magnetic sensor elements 1b and 1c so as to be orthogonal to each other and to have the same detection sensitivity. You may utilize the method of etching the base which arrange | positions the 2nd, 3rd magnetic sensor element 1b, 1c, and making an inclined surface, and the thin film process of forming the convex part which has an inclined surface in the base surface. However, if this thin film process is used, the process of forming on the slope becomes difficult. Therefore, as shown in the previous embodiment, it is more accurate to adopt the means for processing the non-magnetic base, It is suitable for forming the third magnetic sensor elements 1b and 1c.

以上説明した様に、第1〜第3の磁気センサ素子1a〜1cを3個配置した本発明の方位センサ20a〜20cの構成により、小型低背でありながら、XYZ軸の検出感度の低下がなくて分解能に優れる構成とすることが出来る。更に、等価な感度を有する第1〜第3の磁気センサ素子1a〜1c、およびこれら磁気センサ素子を3個直交して配置した、携帯情報端末に搭載可能な方位センサを得ることができる。   As described above, the configuration of the azimuth sensors 20a to 20c of the present invention in which three of the first to third magnetic sensor elements 1a to 1c are arranged reduces the detection sensitivity of the XYZ axes while being small and low-profile. It can be set as the structure which is excellent in resolution. Furthermore, the 1st-3rd magnetic sensor elements 1a-1c which have equivalent sensitivity, and the direction sensor which can be mounted in a portable information terminal which arranged these three magnetic sensor elements orthogonally can be obtained.

本発明の方位センサの構成を示す斜視図、上部平面図、及び側面図である。It is the perspective view, upper part top view, and side view which show the structure of the direction sensor of this invention. 本発明の方位センサに搭載する磁気センサ素子の検出方向について説明するための図面である。It is drawing for demonstrating the detection direction of the magnetic sensor element mounted in the direction sensor of this invention. 本発明の電子機器の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the electronic device of this invention. 本発明の方位センサに搭載する磁気センサの製造方法を示す図面である。It is drawing which shows the manufacturing method of the magnetic sensor mounted in the direction sensor of this invention. 本発明の方位センサに搭載する磁気センサの検出座標軸の関係を示す図面である。It is drawing which shows the relationship of the detection coordinate axis of the magnetic sensor mounted in the direction sensor of this invention. 本発明の方位センサに搭載する磁気センサの直交3軸の磁気センサ出力とオフセットの関係について説明するための図面である。It is drawing for demonstrating the relationship between the magnetic sensor output of 3 orthogonal axes | shafts of a magnetic sensor mounted in the azimuth | direction sensor of this invention, and an offset. 本発明の第2の実施例である方位センサの構成を示す斜視図、上部平面図、及び側面図である。It is the perspective view, upper part top view, and side view which show the structure of the direction sensor which is the 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例である方位センサの構成を示す斜視図、上部平面図、及び側面図である。It is the perspective view, upper part top view, and side view which show the structure of the direction sensor which is the 3rd Example of this invention. 本発明の第3の実施例である電子機器の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the electronic device which is the 3rd Example of this invention. 従来の方位センサの構成における磁気センサの検出座標軸の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship of the detection coordinate axis of the magnetic sensor in the structure of the conventional direction sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1 磁気センサ
1a 第1の磁気センサ素子
1b 第2の磁気センサ素子
1c 第3の磁気センサ素子
2a 第1の固定治具
2b 第2の固定治具
4 傾斜台
6a、6b 出力ベクトル
6c オフセットベクトル
8 非磁性基台
10 磁性コア材
12 コイル層
13 磁性コア
14 保護膜
16 電極パッド
18 センサ検出方向
20a〜20c 方位センサ
22 センサ駆動検出回路
24、26、26a、26b、28 磁気センサ
30 平面基板
32 傾斜センサ
34 演算装置
36 方位表示装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic sensor 1a 1st magnetic sensor element 1b 2nd magnetic sensor element 1c 3rd magnetic sensor element 2a 1st fixing jig 2b 2nd fixing jig 4 Inclined stand 6a, 6b Output vector 6c Offset vector 8 Nonmagnetic base 10 Magnetic core material 12 Coil layer 13 Magnetic core 14 Protective film 16 Electrode pad 18 Sensor detection direction 20a-20c Direction sensor 22 Sensor drive detection circuit 24, 26, 26a, 26b, 28 Magnetic sensor 30 Flat substrate 32 Inclination Sensor 34 Computing device 36 Direction display device

Claims (7)

直交する磁界を検出するための、XYZ軸のそれぞれ配置された第1〜第3の磁気センサ素子を平面基板上に配置する方位センサにおいて、
前記第1の磁気センサ素子は、当該第1の磁気センサ素子の検出軸が平面基板表面と平行となるように配置され、
前記第2の磁気センサ素子は、当該第2の磁気センサ素子の検出軸が、前記平面基板表面に対して所定の角度θとなる第1の平面上に配置され、
前記第3の磁気センサ素子は、当該第3の磁気センサ素子の検出軸が、前記平面基板表面に対して角度(90°―θ)となり、かつ前記第1の平面との成す角が90°となる第2の平面上に配置されている、
ことを特徴とする方位センサ。
In the azimuth sensor that arranges the first to third magnetic sensor elements arranged on the XYZ axes on the flat substrate for detecting orthogonal magnetic fields,
The first magnetic sensor element is arranged so that the detection axis of the first magnetic sensor element is parallel to the surface of the flat substrate,
The second magnetic sensor element is disposed on a first plane in which a detection axis of the second magnetic sensor element is a predetermined angle θ with respect to the planar substrate surface,
In the third magnetic sensor element, the detection axis of the third magnetic sensor element is an angle (90 ° −θ) with respect to the surface of the flat substrate, and an angle formed with the first plane is 90 °. Disposed on the second plane,
An orientation sensor characterized by that.
前記所定の角度θは、45°である
ことを特徴とする請求項1に記載の方位センサ。
The direction sensor according to claim 1, wherein the predetermined angle θ is 45 °.
前記第1〜第3の磁気センサ素子を駆動するための駆動ICを前記平面基板上に更に備える
ことを特徴とする請求項1または2に記載の方位センサ。
The direction sensor according to claim 1 or 2, further comprising a driving IC for driving the first to third magnetic sensor elements on the planar substrate.
前記第1の磁気センサ素子は、前記駆動ICの上部表面に積層して配置されている
ことを特徴とする請求項3に記載の方位センサ。
The azimuth sensor according to claim 3, wherein the first magnetic sensor element is stacked on the upper surface of the drive IC.
前記平面基板表面に対する傾斜角を検出する傾斜センサを更に備える
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の方位センサ。
The azimuth sensor according to claim 1, further comprising an inclination sensor that detects an inclination angle with respect to the surface of the planar substrate.
前記平面基板表面に対する傾斜角を検出する傾斜センサを更に備え、
当該傾斜センサは、前記駆動ICの上部表面に積層して配置されている
ことを特徴とする請求項3または4に記載の方位センサ。
An inclination sensor for detecting an inclination angle with respect to the planar substrate surface;
The azimuth sensor according to claim 3 or 4, wherein the tilt sensor is disposed on the upper surface of the drive IC.
請求項1から6のいずれか一項に記載の方位センサにおける前記第1〜第3の磁気センサ素子から得られる出力値を得て、周辺部品の着磁の影響による磁場オフセット、及び前記方位センサを搭載した機器の方位を演算するための演算処理装置と、
前記機器の方位を表示するための表示手段と、を有する
ことを特徴とする電子機器。
An output value obtained from the first to third magnetic sensor elements in the orientation sensor according to any one of claims 1 to 6, obtaining a magnetic field offset due to the influence of magnetization of peripheral components, and the orientation sensor An arithmetic processing unit for calculating the orientation of a device equipped with
An electronic device comprising: display means for displaying an orientation of the device.
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