JP2008534979A - センサー装置を有するデバイス - Google Patents

Abstract

デバイス（１）には、磁場を発生させるための磁場発生器（１０）を有するセンサー装置と、平面内で磁場の第一／第二／第三の成分を検出するための第一／第二／第三の素子（Ｒ１〜Ｒ４，Ｓ１〜Ｓ４，Ｔ１〜Ｔ４）を有する第一／第二／第三の磁場検出器（１１，１２，１３）と、第一／第二／第三の方向に可動物体（１４）の第一／第二／第三の加速に応じて、前記平面内で磁場の第一／第二／第三の成分を変化させるための可動物体（１４）が設けられている。第一（第二、第三）の磁場検出器（１１，１２，１３）は、他の加速に対するよりも第一（第二、第三）の加速に対する感度のほうがよい。このようなデバイス（１）は、良好な感度及び良好な線形性を有する。素子（Ｒ１〜Ｒ４，Ｓ１〜Ｓ４，Ｔ１〜Ｔ４）は、ブリッジの一部を形成する。第一の素子（Ｒ１−Ｒ４）は、第二及び第三の素子（Ｓ１〜Ｓ４，Ｔ１〜Ｔ４）を取り囲むか、又はその逆の配置関係である。第一の素子（Ｒ１〜Ｒ４）は、円形又は方形の形態であることができ、また、第二及び第三の素子（Ｓ１〜Ｓ４，Ｔ１〜Ｔ４）は太陽を出た太陽光線の形態であることができる。

Description

本発明は、センサー装置を有するデバイスに関するものであり、またそのセンサー装置及び検出方法に関するものである。

このようなデバイスの例は、ポータブルパソコン及び、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルカメラ及びグローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）のような小型携帯電子デバイスである。

従来技術のデバイスは米国特許第６，１３１，４５７号公報から知られており、それは、三次元的な自由を有し、かつ４つの磁気抵抗素子を有するバイブレータに実装される磁性体を具える加速度センサーを開示する。これらの４つの磁気抵抗素子は、磁性体から生じる磁場の成分を検出する。Ｘ軸に沿って位置決めされる２つの磁気抵抗素子間における出力電圧の差はＸ方向の加速を示し、Ｙ軸に沿って位置決めされる２つの磁気抵抗素子間における出力電圧の差はＹ方向の加速を示す。全磁気抵抗素子の出力電圧の総和は、Ｚ方向の加速を示す。

知られている加速度センサーは、とりわけ、適当に機能させるために磁性体から生じる磁場に加えてバイアス磁場を必要とするという事実のため不利である。この付加的なバイアス磁場は、加速度センサーの感度及び線形性を改善する。

本発明の目的は、とりわけ、適当に機能させるため、付加的なバイアス磁場を必要とすることなく、素子の平面内の加速及び素子の平面に対して直交する加速を検出することができるセンサー装置を有するデバイスを提供することにある。

本発明の他の目的は、とりわけ、適当に機能させるため、付加的なバイアス磁場を必要とすることなく、素子の平面内の加速及び素子の平面に対して直交する加速を検出することができるセンサー装置及び、適当に機能させるため、付加的なバイアス磁場を必要とすることなく、素子の平面内の加速及び素子の平面に対して直交する加速を検出することができる検出方法を提供することにある。

本発明に従うデバイスは、磁場の少なくとも一部を発生させるための磁場発生器と、平面内で前記磁場の第一の成分を検出するための第一の素子を有する第一の磁場検出器と、前記平面内で前記磁場の第二の成分を検出するための第二の素子を有する第二の磁場検出器と、可動物体とを有し、該可動物体は、それぞれの第一及び第二の方向に、前記可動物体のそれぞれの第一及び第二の加速に応じて、前記平面内で前記磁場の第一及び第二の成分を変化させるためのものであり、前記第一の方向は前記平面に対して直交する方向であり、前記第二の方向は前記平面内の方向であり、前記第一の磁場検出器は前記第二の加速に対するよりも前記第一の加速に対するほうが感度がよく、前記第二の磁場検出器は前記第一の加速に対するよりも前記第二の加速に対するほうが感度がよい、センサー装置を有するデバイスである。

平面内の磁場の成分を検出する素子を各々有し、例えばこれらの素子によって形成される少なくとも２つの別個の磁場検出器を導入することによって、また、第一の磁場検出器を、平面内の方向である第二の方向の第二の加速に対するよりも、前記平面に対して直交する方向である第一の方向の第一の加速に対する感度の方をより良くすることによって、さらに、第二の磁場検出器を、第一の加速に対するよりも、第二の加速に対する感度の方をより良くすることによって、別々の方向の別々の加速を検出することができる。本発明に従うこのようなデバイスは、良好な感度及び良好な線形性を有し、したがって、適当に機能させるため、付加的なバイアス磁場を必要としない。

本発明に従うデバイスは、とりわけ、温度擾乱や外的磁場擾乱が最小化されうるという点で更に有利である。

本発明に従うデバイスの実施形態は、第一のブリッジの一部を形成する前記第一の素子と、第二のブリッジの一部を形成する前記第二の素子とによって規定され、前記第二の素子の第二の長さ軸線は、前記第一の素子の第一の長さ軸線よりも、前記平面内で前記磁場の前記第一及び第二の成分と平行である。このようなブリッジは、例えば各々が、直列配置の２つの素子又はホイートストン配置（Ｗｈｅａｔｓｔｏｎｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）の４つの素子を有する。第二の素子の第二の長さ軸線は、第一の素子の第一の長さ軸線よりも、平面内で磁場の第一及び第二の成分と平行にする。これは、例えば、第二の素子の第二の長さ軸線を、前記平面内で磁場の第一及び第二の成分とおおよそ平行に位置し（これらの第二の長さ軸線と前記成分との間の角度が０°と４５°の間である。）、また、第一の素子の第一の長さ軸線を、平面内で磁場の第一及び第二の素子に対しておおよそ直交するように位置する（これらの第一の長さ軸線と前記成分との間の角度が４５°と９０°の間である。）ことを通じて行なわれる。その結果として、それぞれの第一及び第二の磁場検出器は、それぞれの第一及び第二の垂直軸線に沿って加速を主に検出するように設計される。

本発明に従うデバイスの実施形態は、第二の素子を取り囲む第一の素子、又はその逆によって規定される。第一の素子は、円形又は方形の形態又はいずれかの回転対称の形態でもよく、また、第二の素子は太陽を出た太陽光線の形態でもよい。この実施形態は、前記素子間における位置の不一致を防止する。

本発明に従うデバイスの実施形態は、実質的に飽和する第二の素子によって規定される。このような実質的に飽和した素子は、磁場強さの変化に対するよりも、平面内で磁場の成分の方向の変化に対する方が感度がよく、また、漂遊磁場に対する感度は低く、実質的に飽和させるため比較的強い磁場を必要とする。第一の素子は、第一の磁場検出器が前記平面内で磁場の成分の強度を検出し、それによって、前記平面に対して直交する第一軸線に沿った加速を検出するという事実のため、飽和していない。

本発明に従うデバイスの実施形態は、磁気的に遮蔽される第一の素子によって規定される。このような磁気シールドは、第一の素子が飽和するのを防止し、第二の素子を飽和するため、比較的強い磁場を発生させる磁場発生器から、より離れて第一の素子の位置するための代案を形成する。

本発明に従うデバイスの実施形態は、前記平面内で前記磁場の第三の成分を検出するための第三の素子を有する第三の磁場検出器をさらに有する前記センサー装置によって規定され、前記可動物体は、第三の方向に前記可動物体の第三の加速に応じて、前記平面内で前記磁場の前記第三の成分を変化させ、前記第三の方向は、前記平面内の方向であって、かつ前記第二の方向に対して直交する方向であり、前記第三の磁場検出器は、前記第一および第二の加速に対するよりも前記第三の加速に対するほうが感度がよい。このデバイスは、三つの別々の軸線に沿った三つの別々の加速を検出するための、三つの別々の磁場検出器を有する。

本発明に従うデバイスの実施形態は、第三のブリッジの一部を形成する前記第三の素子によって規定され、前記第三の素子の第三の長さ軸線は、前記第一の素子の第一の長さ軸線よりも、前記平面内で前記磁場の第三の成分と平行である。このような第三のブリッジは、例えば直列配置の２つの素子、又はホイートストン配置の４つの素子を有する。第三の素子の第三の長さ軸線は、第一の素子の第一の長さ軸線よりも、平面内で磁場の第三の成分と平行とする。これは、例えば、第三の素子の第三の長さ軸線を、平面内で磁場の第三の成分におおよそ平行に位置し（これらの第三の長さ軸線とその成分との間の角度は０°と４５°の間である。）、また、第一の素子の第一の長さ軸線を、平面内で磁場の第三の成分に対しておおよそ直交するように位置することによって（これらの第一の長さ軸線とその成分との間の角度は４５°と９０°の間である。）行なわれる。その結果として、第三の磁場検出器は、第一及び第二の軸線とは異なり、かつ第一及び第二の軸線に対して直交する第三の軸線に沿った加速を主に検出するように設計される。

本発明に従うデバイスの実施形態は、第二及び第三の素子を囲む第一の素子、又はその逆の関係によって規定される。第一の素子は、円形又は方形の形態か、あるいはいずれかの回転対称の形態でもよく、また、第二及び第三の素子は、太陽を出た太陽光線の形態でもよい。この実施形態は、前記素子間における位置の不一致を防止する。

本発明に従うデバイスの実施形態は、実質的に飽和する第二及び第三の素子によって規定される。このような実質的に飽和した素子は、磁場強さの変化に対するよりも、平面内で磁場の成分の方向の変化に対する感度の方がよく、また、漂遊磁場に対する感度は低く、実質的に飽和するため、比較的強い磁場を必要とする。

本発明に従うデバイスの実施形態は、休止位置内に可動物体を押し込むための手段を更に有するセンサー装置によって規定される。

このような手段は、所定の加速で可動物体の位置の安定を可能にし、また、各検出の後にセンサー装置をリセットする必要がなく、二以上の加速の検出を可能にする。

本発明に従うデバイスの実施形態は、少なくとも前記可動物体が非休止位置内にある場合には、前記休止位置内に前記可動物体に戻すための前記可動物体上に少なくとも一の力を及ぼすための弾性材料を有する前記手段によって規定される。このような弾性材料は、ゆるく可動部を用いる必要性を回避する。しかしながら、例えば、ばねシステム等のような他の種類の手段は、除外されるべきではない。

本発明に従うセンサー装置及び本発明に従う方法の実施形態は、本発明に従うデバイスの実施形態と一致する。

本発明は、とりわけ、三つの方向の加速を検出するための、２つの磁場検出器の使用が、適当に機能するため、加速度センサー用の付加的なバイアス磁場を必要とする見識に基づくものであり、とりわけ、別々の磁場検出器が、別々の方向の別々の加速を検出するために用いられるべきであり、また、各特定の磁場検出器が、他の方向の他の加速に対するよりも、特定の方向の特定の加速に対する感度の方を良くすべきであるという基本概念に基づくものである。

本発明は、とりわけ、適当に機能するため、付加的なバイアス磁場を必要とすることなしに、素子の平面内の加速と、素子の平面に対して直交する加速を検出することができるセンサー装置を有するデバイスを提供することで問題を解決し、とりわけ、温度擾乱や外的磁場擾乱を最小化することができる点で、更に有利である。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載された実施形態から明らかであり、かつ、前記実施形態を参照して解明されるであろう。

図１に断面図で示される本発明に従うデバイス１は、本発明に従うセンサー装置２を有する。センサー装置２は、三次元的自由を有し、かつ磁石の形態で磁場発生器１０を有する可動物体１４を具える。この可動物体１４は、休止位置内に可動物体１４を押し込むための弾性材料１５を含むキャビティ内に位置する。それに、弾性材料１５は、少なくとも可動物体が非休止位置内にある場合には、休止位置内に可動物体１４を戻すために、可動物体１４上に少なくとも一の力を及ぼす。それに、例えば、ある力が、磁場検出器１１〜１３の平面に平行な少なくとも一の方向及び／又は前記平面に対して直交する少なくとも一の方向に及ぼされる。前記キャビティは、磁場検出器１１〜１３を覆い、基板１７上に配置された保護層１６の上方に位置する。この基板１７は、リードフレーム１９上に位置し、かつボンドワイヤ１８を介してセンサー装置２の外側に接続される。磁場検出器１１〜１３を除くセンサー装置２の全ての部分が、パッケージ２０の一部を形成する。

図２の平面図において、第一の磁場検出器１１は、４つの第一の素子Ｒ１〜Ｒ４を有することが示され、第二の磁場検出器１２は、４つの第二の素子Ｓ１〜Ｓ４を有することが示され、そして、第三の磁場検出器１３は、４つの第三の素子Ｔ１〜Ｔ４を有することが示されている。４つの第一の素子Ｒ１〜Ｒ４は、第一のホィートストンブリッジの一部を形成し、４つの第二の素子Ｓ１〜Ｓ４は、第二のホィートストンブリッジの一部を形成し、そして、４つの第三の素子Ｔ１〜Ｔ４は、第三のホィートストンブリッジの一部を形成する。ホィートストンブリッジ内の４つの素子の代わりに、直列回路内の２つの素子を有する他のブリッジが、除外されるべきではない。各素子は、他の磁場依存素子を除外することなく、磁気抵抗素子を有する。

第一の素子Ｒ１〜Ｒ４は、第二の素子Ｓ１〜Ｓ４及び第三の素子Ｔ１〜Ｔ４を取り囲む。第一の素子Ｒ１〜Ｒ４は、円形又は方形の形態か、あるいはいずれかの回転対称の形態であってもよく、また、第二の素子Ｓ１〜Ｓ４及び第三の素子Ｔ１〜Ｔ４は、他の実施形態を除外することなく、太陽を出た太陽光線の形態であってもよい。代案として、例えば第二の素子Ｓ１〜Ｓ４及び第三の素子Ｔ１〜Ｔ４が太陽を出た太陽光線の形態である場合には、第二の素子Ｓ１〜Ｓ４及び第三の素子Ｔ１〜Ｔ４は、その太陽の内側に第一の素子Ｒ１〜Ｒ４を位置させることによって、第一の素子Ｒ１〜Ｒ４を取り囲むことができる。しかしその場合、第一の素子Ｒ１〜Ｒ４は、より小さくなることが必要であるかもしれず、これは、これらの第一の素子Ｒ１〜Ｒ４が減少した抵抗値を得る結果をもたらし、増加した電力消費をもたらすであろう。

図３の上面図では、第一の素子Ｒ１〜Ｒ４を有する第一の磁場検出器１１が、磁場の半径方向成分Ｈと、第一の素子Ｒ１〜Ｒ４ごとの磁化Ｍと共に示されている。第一の素子Ｒ１〜Ｒ４は、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面を形成する。半径方向成分Ｈ及び磁化Ｍは、この平面内に全て位置し、かつＺ方向にある距離をおいて位置する磁場発生器１０から発生する磁場の結果生じる。半径方向成分Ｈ’及び磁化Ｍ’はまた、この平面内に位置し、かつＺ方向に比較的わずかな距離をおいて現在位置する磁場発生器１０から発生する磁場の結果生じる。明らかに、半径方向成分Ｈ’は、各第一の素子に対して増加させ、磁化Ｍ’は方向を変える。更に、第一の素子Ｒ１〜Ｒ４を有する第一の磁場検出器１１は、概略的にホィートストンブリッジの形態に示される。入力電圧は入力端子２１，２２に供給され、出力端子２３との間で、Ｚ方向、言い換えれば平面に対して直交する第一の方向に、加速の強度を示す出力信号が利用できる。

対応する方法において、第二の素子Ｓ１〜Ｓ４は、Ｘ方向、言い換えれば前記平面に位置する第二の方向に、加速の強度を表す出力信号を発生させるための第二のホィートストンブリッジ部の一部を形成することができる。そして、第三の素子Ｔ１〜Ｔ４は、Ｙ方向、言い換えれば前記平面内に位置しかつ第二の方向に対して直交する第三の方向に、加速の強度を示す出力信号を発生させるための第三のホィートストンブリッジ部の一部を形成することができる。図２に示される構成は、第二及び第三のブリッジが、前記平面内の方向への加速に対する感度が理論的に良いのみであって、前記平面に対して直交する方向の加速に対する感度は理論的に良くないという点（すなわち、これらの第二及び第三のブリッジは、半径方向磁場の中心の変位に対する感度が理論的に良いのみである点）及び、第一のブリッジが、前記平面に対して直交する方向への加速に対する感度が理論的に良いのみであって、前記平面内の方向への加速に対する感度は理論的に良くないという点で有利である。勿論、他の構成は、上記の記載から導き出すことができる。

第一の素子Ｒ１〜Ｒ４の特性（Ｙ軸：抵抗値（Ω）、Ｘ軸：磁場値（Ｏｅ））は、図４に示される。図２及び図３に戻ると、第一のブリッジは、例えばパーマロイ薄膜ストリップ製である２つのリング半部からなる。前記リング半部の端及び中間に４つのコンタクトを設置することによって、ホィートストンブリッジの４本の脚部を規定することができ、各脚部は、例えばバーバポールをもつ磁気抵抗ストリップの形態で素子を有する。リングの幅はリングの長さ及び半径よりもはるかに小さいので、リングのいずれかの位置で、磁気形状異方性方向はその点で接線方向である。したがって、磁場が存在しない場合には、前記ストリップ内の磁化方向は、リングの接線方向に従う。

最初に、磁化方向は、例えば右上の半部リングでは反時計回りに、また、左下の半部リングでは時計周りに指向させる。これは、例えば右下から左上への方向に、磁場パルスを適用することによって行なわれる。前記ストリップ上のバーバポールは、各ブリッジ脚部において、それらが、初期の磁化方向（すなわちリングに対する接線方向）に対して異なる角度βで指向されるように配置される。一のブリッジ脚部内で、角度βは固定される。示される例では、Ｒ１に対してβ＝＋４５°、Ｒ２に対してβ＝−４５°、Ｒ３に対してβ＝＋４５°及びＲ４に対してβ＝−４５°である（前記角度βは、正負の符号が異なる以外は同じ絶対値を有する）。βの異なる符号は、図４に示すように特性の反対の挙動を生じさせる。磁場発生器１０が前記平面の上方であって、休止位置内（すなわち、リングの中央）に配置されると、その半径方向成分Ｈは、ブリッジ脚部の内側に磁化Ｍを押しやって、わずかに外方へ回転させる。回転の量は、ストリップの形状異方性とストリップの位置での磁場発生器１０の面内磁場強さとの間の競合に依存する。磁場検出器１０が休止位置内にある場合の前記接線方向に対する磁化Ｍの角度は４５°を超えるべきではなく、好ましくは４５°よりもはるかに小さくする。これは、図４の特性で黒丸の点で示すように、ブリッジ脚部の動作点が、特性曲線の線形領域内にあることを確実にするためである。

センサー装置２がＺ方向に加速されると、磁場発生器１０はＺ軸に沿ってわずかに移動するであろう。例えば、それは、前記平面により近接して移動する。したがって、センサーストリップで磁場の半径方向成分（面内成分）は、（Ｈ’によって示されるように）高められる。その結果として、前記ストリップの磁化は、（Ｍ’によって示されるように）更に外方へ回転する。

ブリッジ脚部内のバーバポールの異なる配置は、第一の素子Ｒ１の抵抗値が減少し、一方、第一の素子Ｒ２の抵抗値が増加するという事実に関与する。同様に、式：Ｒ＝Ｒ_０×［１＋ＭＲ×ｃｏｓ^２（α＋β）］によって表されるように、第一の素子Ｒ３の抵抗値は減少し、第一の素子Ｒ４の抵抗値は増大する。なお、上記式における、Ｒはレジスタ（すなわちブリッジ脚部）の抵抗、Ｒ_０はレジスタの最小抵抗、ＭＲは材料の磁気抵抗比、αは、その点（すなわち前記ストリップの接線方向と同じ点）で、磁化ベクトルと、（磁場が存在しない場合の）初期磁化方向との間の角度、そして、βはバーバポール角度である。αは、例えば磁石が中央にない場合、同じレジスタ上の異なる位置で異なるかもしれない。図４では、抵抗値の変化が、矢印によって示される。その結果、第一のブリッジの出力信号の信号変化は観察されることができる。

磁場検出器１０が更に前記平面からさらに離れて移動する場合に、反対の状況が生じる。この場合、第一の素子Ｒ１及びＲ３の抵抗値は増加し、一方、第一の素子Ｒ２及びＲ４の抵抗値は減少する。第一のブリッジの出力上の出力信号は、反対方向に変化することになるであろう。レジスタ内の磁化ベクトルが強い擾乱磁場によって反転することが起こるかもしれない。これは、センサー装置２が電源を入れるたびにレジスタの磁化をリセットするため、例えばパッケージ２０内に組み込まれるフリッピングコイルを用いることにより解決することができる。

第一のブリッジは、Ｘ方向及びＹ方向の磁場発生器１０のいずれかの動作に対する感度が本質的に良くない。磁場検出器１０が左から右へのＸ方向に移動すると、例えば、磁場の平面内の成分は、同じ量だけ、Ｒ１で増加し、Ｒ２で減少する。その結果として、第一の素子Ｒ１及びＲ２の両抵抗値は等しく減少し、したがって、第一のブリッジの出力信号の変化が生じない。同様に、磁場発生器１０がＹ方向、又はＸ―Ｙ平面内のいずれかの方向に移動すると、信号変化は観察されないであろう。これは、面内磁場プロファイル及びストリップ特性が、（動作範囲内の）Ｘ方向及びＹ方向に、磁場発生器１０の動作に線形的に依存する場合である。実際には、それらが、完全に線形でなく、したがって、磁場発生器１０がＸ方向及びＹ方向に移動すると、第一のブリッジの出力信号の小さな変化が生じる。この小さな変化は、磁場発生器がＺ方向に移動するときの信号変化と比較して、交差感受性として規定される。この交差感受性が重要でないことは後で示されるであろう。

特性曲線の線形領域内で、第一の素子Ｒ１〜Ｒ４の動作点を保持するため、（異方性磁場に関連した）前記ストリップの形状異方性を増加させることができ、及び／又は、前記ストリップの位置で、磁場発生器１０の強度を減少させることができる。形状異方性は、前記ストリップ幅を減少させ、また前記ストリップ厚さを増加させることによって、低減することができる。例えば、幅１０μｍ及び厚さ０．０３μｍの測定値をもつ前記ストリップは、７０（Ｏｅ）の異方性磁場を有する。幅６μｍ及び厚さ０．０６μｍの測定値をもつ前記ストリップに対して、これは１９３（Ｏｅ）である。しかしながら、バーバポールの製造及び設計の点で、ストリップ幅を低減するには限界がある。前記厚さを増加しすぎることはストリップ抵抗を減少させるであろうし、より多くの電力消費をもたらす。磁場の強度は、比較的小さくまたは比較的弱い磁場発生器１０を用いることによって、また、磁場発生器１０の中央から十分に離れた第一のブリッジを設置することによって、低減することができる。通常、強力な磁石は、第二及び第三のブリッジ内の前記ストリップを飽和するために用いられる。第二及び第三のブリッジのこの飽和は、第一のブリッジとは対照的に、重要な要件である。

磁場発生器の特性は、図５に示されている（Ｙ軸：磁場の半径方向成分値（Ｏｅ）、Ｘ軸：種々の垂直距離値に対し、磁場発生器の中心からの半径方向距離値（μｍ））。長さ５００μｍ、直径８００μｍの測定値をもつ円柱状のＮｄＦｅＢ磁石の形態で磁場発生器１０の磁場のＸ成分は、この磁石の上面から種々の距離Ｚでの半径方向成分である。磁場を低減するため、第一のブリッジは、磁場ピークから離れて設置されるべきである。しかしながら、この例では、約Ｘ＝１５００μｍで曲線の交点があり、その交点では、半径方向成分は距離Ｚとともにもはや変化しない。この「ブラインド」の交点以外の所では、磁場プロファイルは逆転する。したがって、この交点の近く又は他の側に第一のブリッジを設置することは回避すべきである。

磁場は、ストリップの異方性磁場と比較して、依然として大きすぎるかもしれない。更に磁場を減らすための最善の方法は、図６に示すように、第一のブリッジのストリップの上面に磁気シールド２４を設置することである。磁気シールド２４は、高透磁率材料、好ましくは、パーマロイのようなストリップと同じ材料からなることができる。５〜１０倍の磁場低減係数は、容易に達成されることができる。例えば、計算の一例を示すと、センサー幅＝１０μｍ、センサー厚さ＝０．０３μｍ、シールドセンサー距離＝０．５μｍ、シールド幅＝１０μｍ、シールド厚さ＝１μｍに対して、他のサイズを除外することなしに、前記磁場低減係数は７．５である。更に線形領域の中心に向かって動作点を移動させるための他の方法は、図７に示すように、バーバポール角度βを変化させることである。

図８は、一定の半径方向距離に対する垂直変位（黒丸印）の関数の関数として、また、一定の垂直距離に対する半径方向変位（黒四角印）の関数として、第一の磁場検出器の出力信号を示す（Ｙ軸：電圧（Ｖ）、Ｘ軸：変位（μｍ））。前述したように、第一のブリッジはＺ軸方向の動作に対する感度のみが本質的に良く、Ｘ軸方向とＹ軸方向の動作に対する感度は良くない。しかしながら、実際には、交差感受性は、磁石プロファイル及び特性曲線の非線形性に起因して生じるかもしれない。磁石が種々の方向へ移動するときの第一のブリッジの感度は、算出しかつ示すことができる。計算において、リング半径＝９００μｍ、遮蔽係数＝５、異方性磁場＝１９３（Ｏｅ）、磁化比＝３％、ブリッジの入力電圧＝３Ｖ及びＮｄＦｅＢ磁石は、長さ５００μｍ及び直径８００μｍの測定値をもつと仮定する。図８では、二つの曲線が示されている。

第一の曲線（黒丸印）は、Ｚ方向に６００μｍから８００μｍまでの磁石の変位に対し、第一のブリッジの出力信号であって、この動作中は、Ｘ及びＹ座標は零に保持される。第二の曲線（黒四角印）は、Ｙ方向に−１００μｍから＋１００μｍまでの磁石の変位に対し、第一のブリッジの出力信号であって、Ｚ座標は７００μｍに保持され、またＹ座標は０μｍに保持される。両方の動作の範囲は２００μｍである。ブリッジ出力信号は、Ｙ軸方向変位に対し、パラボル状の小さな変化を示し、それは交差感受性が、増加する変位範囲とともに増加することを示唆する。磁石がＸ方向又はＸ−Ｙ平面内のいずれかの方向に移動する場合には、ブリッジ出力信号は正確に同様な挙動を示す。図９に、半径方向変位の関数として第一の磁場検出器の交差感受性（Ｙ軸：百分率（％）、Ｘ軸：変位（μｍ））が示される。

第一及び第二のブリッジに関し、前記ストリップが強力な永久磁石によって実質的に飽和するため、外部の擾乱磁場の影響は最小化される。（飽和に作動されない）第一のブリッジは、外部の擾乱磁場に対する感度が本質的に良くない。磁場検出器１１〜１３は、磁場の面内成分に対する感度がよいのみであるため、Ｘ−Ｙ平面に外部擾乱磁場の投影のみが考慮されるべきである。ＸＹ平面内における外部擾乱磁場の影響は、同一平面内の磁石の動作と同様であるとみなすことができる。外部の擾乱磁場から生じる誤差は、図１０に示されている。標準の環境では、外部の擾乱磁場は、数十Ｏｅをほとんど超えず、これは、誤差が約１％以下に低くすべきであることを意味する。

磁石を取り囲む弾性材料は、圧縮と伸長との両方に対して高弾性を有するべきである。それは、磁石の動作範囲内で低いドリフトと低いヒステリシスを有するべきである。多くの合成材料又は天然材料は、これらの要件をみたすことができる。ポリジメチルシロキサンのようなシリコンゴムのいくつかの種類は、例えば好適な材料である。第一のブリッジは、図１１に示すように、正方形の構造内に配置することができる。計算では、正方形の構造は、同一の大きさ及びストリップ寸法を有するリング構造よりも約３０％少ない感度を与えることを示している。ストリップ抵抗を増加させるため、第一の素子Ｒ１〜Ｒ４は、図１２に示すように蛇行形状を有することができる。

図１３は本発明に従う第一の代案のセンサー装置２を示し、図１４は本発明に従う第二の代案のセンサー装置２を示す。第一の代案では、磁場発生器１０が、磁場検出器１１〜１３の下に設置されることができる。この場合、磁場発生器１０から磁場検出器１１〜１３の平面までの距離が、図１に示される実施形態のものより大きい（少なくとも前記距離は基板厚さより大きいにちがいない）。磁場検出器１１〜１３上に適用する磁場は、（比較的長い距離に起因して）比較的小さいであろうし、この比較的小さな磁場は、第一及び第二のブリッジにとって望ましくない。

第二の代案では、磁場発生器１０を有する固定した物体２５は、基板１７の下に設置される。軟磁性質量を有する可動物体１４は、弾性材料１５で充填されるキャビティ内であって、磁場検出器１１〜１３の平面より上方に配置される。代案として、磁場発生器１０を有する固定した物体２５は、基板１７の上方に設置され、軟磁性質量を有する可動物体１４は、弾性材料１５で充填されるキャビティ内であって、磁場検出器１１〜１３の平面の下に設置されることができる。加速に起因して、軟磁性質量の動作は、磁石（磁場発生器１０）の磁場ラインを変更し、また、そのようにして、半径方向磁場の中心の位置を変更するであろう。そして、最終的にはブリッジの出力信号の信号変化をもたらす。検出可能な信号変化を得るため、質量の大きさは磁石の大きさよりも大きくすべきではない。

加速度センサー装置２は、自動車（車両力学制御装置、アクティブサスペンション制御装置、ヘッドライトレベリングシステム装置、自動車警報装置等）、ナビゲーション（携帯電話装置、グローバル・ポジショニング・システム装置等）、機器（バランシングデバイスを含む洗浄装置等）、衝突／衝撃検知（検出装置等）、ゲーム及びロボット工学（ゲーム装置等、ロボット装置等）、パーソナル携帯情報機器のためのデータエントリー（携帯装置等）、地震モニタリング（モニター装置等）、人間モニタリング装置（人間モニター装置等）、アンテナ・アジマス制御（アンテナ制御装置等）などのような種々の用途において、広く用いられる。

上述した実施形態は、本発明を限定するためよりもむしろ、説明するために用いており、また、特許請求の範囲から逸脱することなしに、当業者が代案の多くの実施形態を設計することができることは注目すべきである。「有する」、「含む」、「具える」、「もつ」という動詞及びその活用の使用が、ある請求項で述べたもの以外の構成要素または工程の存在を除外するものではない。一の構成要素の前に付く冠詞「ａ」または「ａｎ」は、そのような複数の構成要素の存在を排除するものではない。特定の測定が、相互に異なる従属請求項において列挙されているという単なる事実は、これらの測定の組み合わせが利益をもたらすために使用できないということを示していない。

図１は、本発明に従うセンサー装置を有する本発明に従うデバイスの概略断面図である。 図２は、本発明に従うセンサー装置に用いられるための第一、第二及び第三の磁場検出器の平面図である。 図３は、複数の第一素子を、磁場の半径方向成分Ｈと、第一素子ごとの磁化Ｍと共に有する第一磁場検出器の平面図と、その複数の第一素子を有する第一磁場検出器の概略図である。 図４は、複数の第一素子の特性を示す図である（Ｙ軸：抵抗値、Ｘ軸：磁場値）。 図５は、磁場発生器の特性を示す図である（Ｙ軸：磁場の半径方向成分値、Ｘ軸：磁場発生器の中心から半径方向距離値、種々の直交距離の値に対するもの）。 図６は、遮蔽された第一の磁場検出器の断面図及び平面図である。 図７は、同じ寸法で異なるバーバポールストリップ（ｂａｒｂｅｒｐｏｌｅ ｓｔｒｉｐ）角度を有する、異なる素子の特性を示す図である。 図８は、固定した半径方向距離に対する垂直変位の関数として、また、固定した垂直距離に対する半径方向変位の関数として第一の磁場検出器の出力信号を示す図である（Ｙ軸：電圧、Ｘ軸；マイクロメートル）。 図９は、半径方向変位の関数として、第一の磁場検出器の交差感度を示す図である（Ｙ軸：百分率、Ｘ軸：マイクロメートル）。 図１０は、擾乱磁場の強度の関数として、第一の磁場検出器の誤差を示す図である（Ｙ軸：百分率、Ｘ軸：磁場値（Ｏｅ））。 図１１は、正方形の形態の第一の磁場検出器を示す図である。 図１２は、正方形の形態と、円形の形態とであって、両方とも蛇行形状を有する第一の磁場検出器を示す図である。 図１３は、本発明に従う第一の代案のセンサー装置を示す図である。 図１４は、本発明に従う第二の代案のセンサー装置を示す図である。

Claims (13)

1. 磁場の少なくとも一部を発生させるための磁場発生器と、
   平面内で前記磁場の第一の成分を検出するための第一の素子を有する第一の磁場検出器と、
   前記平面内で前記磁場の第二の成分を検出するための第二の素子を有する第二の磁場検出器と、
   可動物体と、
   を有し、該可動物体は、それぞれの第一及び第二の方向に、前記可動物体のそれぞれの第一及び第二の加速に応じて、前記平面内で前記磁場の第一及び第二の成分を変化させるためのものであり、前記第一の方向は前記平面に対して直交する方向であり、前記第二の方向は前記平面内の方向であり、前記第一の磁場検出器は前記第二の加速に対するよりも前記第一の加速に対するほうが感度がよく、前記第二の磁場検出器は前記第一の加速に対するよりも前記第二の加速に対するほうが感度がよい、センサー装置を有するデバイス。
2. 前記第一の素子は第一のブリッジの一部を形成し、前記第二の素子は第二のブリッジの一部を形成し、前記第二の素子の第二の長さ軸線は、前記第一の素子の第一の長さ軸線よりも、前記平面内で磁場の前記第一及び第二の成分と平行である請求項１に記載のデバイス。
3. 前記第一または第二の素子は、前記第二または第一の素子を取り囲む請求項１に記載のデバイス。
4. 前記第二の素子は実質的に飽和する請求項１に記載のデバイス。
5. 前記第一の素子は磁気的に遮蔽される請求項１に記載のデバイス。
6. 前記センサー装置は、前記平面内で前記磁場の第三の成分を検出するための第三の素子を有する第三の磁場検出器をさらに有し、
   前記可動物体は、第三の方向に前記可動物体の第三の加速に応じて、前記平面内で前記磁場の前記第三の成分を変化させ、前記第三の方向は、前記平面内の方向であって、かつ前記第二の方向に対して直交する方向であり、前記第三の磁場検出器は、前記第一および第二の加速に対するよりも前記第三の加速に対するほうが感度がよい請求項１に記載のデバイス。
7. 前記第三の素子は第三のブリッジの一部を形成し、前記第三の素子の第三の長さ軸線は、前記第一の素子の長さ軸線よりも、前記平面内で前記磁場の第三の成分と平行である請求項６に記載のデバイス。
8. 前記第一の素子または第二及び第三の素子は、前記第二及び第三の素子または第一の素子を取り囲む請求項６に記載のデバイス。
9. 前記第二及び第三の素子は実質的に飽和する請求項６に記載のデバイス。
10. 前記センサー装置は、前記可動物体を休止位置内に押し込むための手段を更に有する請求項１に記載のデバイス。
11. 前記手段は、少なくとも前記可動物体が非休止位置内にある場合には、前記休止位置内に前記可動物体に戻すための前記可動物体上に少なくとも一の力を及ぼすための弾性材料を有する請求項１０に記載のデバイス。
12. 磁場の少なくとも一部を発生させるための磁場発生器と、
    平面内で前記磁場の第一の成分を検出するための第一の素子を有する第一の磁場検出器と、
    前記平面内で前記磁場の第二の成分を検出するための第二の素子を有する第二の磁場検出器と、
    可動物体と、
    を有し、該可動物体は、それぞれの第一及び第二の方向に、前記可動物体のそれぞれの第一及び第二の加速に応じて、前記平面内で前記磁場の第一及び第二の成分を変化させるためのものであり、前記第一の方向は前記平面に対して直交する方向であり、前記第二の方向は前記平面内の方向であり、前記第一の磁場検出器は前記第二の加速に対するよりも前記第一の加速に対するほうが感度がよく、前記第二の磁場検出器は前記第一の加速に対するよりも前記第二の加速に対するほうが感度がよい、センサー装置。
13. 磁場の少なくとも一部を発生させる工程と、
    第一の磁場検出器の第一の素子によって、平面内で前記磁場の第一の成分を検出する工程と、
    第二の磁場検出器の第二の素子によって、前記平面内で前記磁場の第二の成分を検出する工程と、
    それぞれの第一及び第二の方向に、可動物体のそれぞれの第一及び第二の加速に応じて、前記平面内で前記磁場の第一及び第二の成分を変化させる工程とを含む検出方法であって、
    前記第一の方向は前記平面に対して直交する方向であり、前記第二の方向は前記平面内の方向であり、前記第一の磁場検出器による検出は、前記第二の加速に対するよりも前記第一の加速に対する感度のほうがよく、前記第二の磁場検出器による検出は、前記第一の加速に対するよりも前記第二の加速に対する感度のほうがよい、検出方法。

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