JP2010054301A - 磁気センサ及び磁気測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検出しようとする磁性の極性が未知であっても、磁性を精度よく検出することができる磁気センサ及び磁気測定方法を提供する。
【解決手段】磁気センサ１のホール素子１１に対して、＋Ｘ方向に沿って電流を流すと共に＋Ｙ方向における第１の電圧を測定し、＋Ｙ方向に沿って電流を流すと共に＋Ｘ方向における第２の電圧を測定し、−Ｘ方向に沿って電流を流すと共に＋Ｙ方向における第３の電圧を測定し、−Ｙ方向に沿って電流を流すと共に＋Ｘ方向における第４の電圧を測定する。そして、第１の電圧の値及び第２の電圧の値に基づいて、ホール電圧の影響を強め合いオフセット電圧の影響を弱め合うような演算を行い、その結果を基準値と比較する。また、第３の電圧の値及び第４の電圧の値に基づいて、ホール電圧の影響を強め合いオフセット電圧の影響を弱め合うような演算を行い、その結果を基準値と比較する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサ及び磁気測定方法に関し、特に、ホール素子を用いた磁気センサ及び磁気測定方法に関する。

従来より、ホール素子を用いた磁気センサが開発されている。ホール素子とは、ホール効果を用いて磁界を検出する半導体素子であり、ホール効果とは、電流が流れている方向に対して直交する方向に磁界が印加されると、電流方向と磁界方向の双方に対して直交した方向に電圧（ホール電圧）が発生する現象である。

ホール素子においては、例えば、シリコン基板の上層部分に正方形の拡散領域が形成されている。この拡散領域は、例えば、周囲をＰ型領域で囲まれたＮ型領域である。そして、この拡散領域内に第１の方向に沿って電流を流す。このとき、シリコン基板の上面に対して垂直な方向に磁界が印加されていれば、拡散領域内において第１の方向に対して直交する第２の方向に沿ってホール電圧が生じるため、これを測定することにより磁界を検出する。

このようなホール素子においては、シリコン基板に印加されている応力や拡散領域の形状の誤差等により、ホール電圧とは別にオフセット電圧が発生することがある。オフセット電圧が発生すると、ホール素子に磁界が印加されていなくても一定の電圧が検出されてしまう。このため、特許文献１及び２には、電流を流す方向と電圧を測定する方向とを相互に入れ替えて２回測定し、測定結果を加算又は減算することにより、オフセット電圧の影響を相殺する技術が開示されている。

しかしながら、上述の２回測定する技術によっても、オフセット電圧の影響を完全に相殺することはできず、測定される電圧にはオフセット電圧の残留成分が残る。そして、この残留成分の極性は、検出対象となる磁界の方向に依存する。このため、測定された電圧の絶対値が一定の閾値を超えているか否かで磁性の有無を判断するような二値判定の場合などには、検出対象となる磁性の極性が未知であると、精度のよい検出ができないという問題がある。

このような磁気センサは、例えば、携帯電話機の開閉状態の検出に使用される。この場合、二つ折りになる携帯電話機の一方の部分に磁石を設け、他方の部分に磁気センサを設け、携帯電話機を閉じたときに磁石が磁気センサに近づくようにする。そして、ホール素子に生じた電圧が予め決められた閾値を超えたときに、携帯電話機が閉じたと判断する。このとき、磁石の配置方向が完全に管理されていれば、磁石の磁気センサ側の極性はＳ極又はＮ極のいずれか一方に固定されるため、残留成分を考慮した検出が可能である。しかし、磁石の配置方向が管理されていないと、磁石の極性が未知であるため、検出精度が低下する。

従来、このような場合には、磁気センサにＮ極を検知するホール素子とＳ極を検知するホール素子の２個のホール素子を設けていた。このため、磁気センサの小型化の障害となっていた。

米国特許４，０３７，１５０号 特開２００１−３３７１４７号公報

本発明の目的は、検出しようとする磁性の極性が未知であっても、磁性を精度よく検出することができる磁気センサ及び磁気測定方法を提供することである。

本発明の一態様によれば、ホール素子と、前記ホール素子に電流を流すと共に前記ホール素子内の電圧を測定する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記ホール素子に第１の方向に沿って電流を流すと共に前記第１の方向に対して直交する第２の方向における第１の電圧を測定し、前記ホール素子に前記第２の方向に沿って電流を流すと共に前記第１の方向における第２の電圧を測定し、前記ホール素子に前記第１の方向に対して逆行する第３の方向に沿って電流を流すと共に前記第２の方向における第３の電圧を測定し、前記ホール素子に前記第２の方向に対して逆行する第４の方向に沿って電流を流すと共に前記第１の方向における第４の電圧を測定し、前記第１の電圧の値及び前記第２の電圧の値に基づいて、ホール電圧の影響を強め合いオフセット電圧の影響を弱め合うような演算を行い、その結果を基準値と比較し、前記第３の電圧の値及び前記第４の電圧の値に基づいて、ホール電圧の影響を強め合いオフセット電圧の影響を弱め合うような演算を行い、その結果を前記基準値と比較することを特徴とする磁気センサが提供される。

本発明の他の一態様によれば、その周辺部分に一回転方向に沿って順番に配置された第１乃至第４の端子を有したホール素子と、高電位側電源電位、低電位側電源電位、第１のセンス端子及び第２のセンス端子と、前記第１乃至第４の端子との接続関係を切替えるスイッチ回路と、を備え、前記スイッチ回路は、前記第１の端子を前記高電位側電源電位に接続するか否かを切替える第１のスイッチ素子と、前記第２の端子を前記高電位側電源電位に接続するか否かを切替える第２のスイッチ素子と、前記第３の端子を前記高電位側電源電位に接続するか否かを切替える第３のスイッチ素子と、前記第４の端子を前記高電位側電源電位に接続するか否かを切替える第４のスイッチ素子と、前記第１の端子を前記低電位側電源電位に接続するか否かを切替える第５のスイッチ素子と、前記第２の端子を前記低電位側電源電位に接続するか否かを切替える第６のスイッチ素子と、前記第３の端子を前記低電位側電源電位に接続するか否かを切替える第７のスイッチ素子と、前記第４の端子を前記低電位側電源電位に接続するか否かを切替える第８のスイッチ素子と、前記第１の端子を前記第１のセンス端子に接続するか否かを切替える第９のスイッチ素子と、前記第２の端子を前記第１のセンス端子に接続するか否かを切替える第１０のスイッチ素子と、前記第３の端子を前記第２のセンス端子に接続するか否かを切替える第１１のスイッチ素子と、前記第４の端子を前記第２のセンス端子に接続するか否かを切替える第１２のスイッチ素子と、を有することを特徴とする磁気センサが提供される。

本発明の更に他の一態様によれば、ホール素子に第１の方向に沿って電流を流すと共に前記第１の方向に対して直交する第２の方向における第１の電圧を測定する工程と、前記ホール素子に前記第２の方向に沿って電流を流すと共に前記第１の方向における第２の電圧を測定する工程と、前記ホール素子に前記第１の方向に対して逆行する第３の方向に沿って電流を流すと共に前記第２の方向における第３の電圧を測定する工程と、前記ホール素子に前記第２の方向に対して逆行する第４の方向に沿って電流を流すと共に前記第１の方向における第４の電圧を測定する工程と、前記第１の電圧の値及び前記第２の電圧の値に基づいて、ホール電圧の影響を強め合いオフセット電圧の影響を弱め合うような演算を行い、その結果を基準値と比較する工程と、前記第３の電圧の値及び前記第４の電圧の値に基づいて、ホール電圧の影響を強め合いオフセット電圧の影響を弱め合うような演算を行い、その結果を前記基準値と比較する工程と、を備えたことを特徴とする磁気測定方法が提供される。

本発明によれば、検出しようとする磁性の極性が未知であっても、磁性を精度よく検出することができる磁気センサ及び磁気測定方法を実現することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る磁気センサを例示する回路図である。

図１に示すように、本実施形態に係る磁気センサ１には、高電位側電源電位Ｖｄｄ及び低電位側電源電位ＧＮＤが印加されており、磁気センサ１からは一対のセンス端子α及びβが引き出されている。
磁気センサ１においては、ホール素子１１と、スイッチ回路１２が設けられている。磁気センサ１には例えばシリコン基板（図示せず）が設けられており、このシリコン基板の上層部分にはＰ型領域に囲まれたＮ型領域が形成されており、これがホール素子１１となっている。ホール素子１１の形状は略平面状であり、シリコン基板の上面に対して垂直な方向（以下、「上方」という）から見て、ホール素子１１の形状は中心軸に関して４回対称となる形状であり、例えば正方形である。

ホール素子１１の周辺部分、例えば、正方形の各頂点には、端子Ｔ１〜Ｔ４が設けられている。端子Ｔ１〜Ｔ４は一回転方向に沿って、例えば、上方から見て時計回りに、この順番に配置されている。従って、端子Ｔ１〜Ｔ４はホール素子１１の中心軸に関して４回対称となる位置に配置されている。本実施形態においては、端子Ｔ３から端子Ｔ１に向かう方向を「＋Ｘ方向」といい、端子Ｔ１から端子Ｔ３に向かう方向を「−Ｘ方向」といい、端子Ｔ４から端子Ｔ２に向かう方向を「＋Ｙ方向」といい、端子Ｔ２から端子Ｔ４に向かう方向を「−Ｙ方向」という。＋Ｘ方向と＋Ｙ方向とは相互に直交しており、また、ホール素子１１の形状は略平面状であるため、＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向はホール素子１１の上面に対して平行な方向である。

スイッチ回路１２は、電位Ｖｄｄ、電位ＧＮＤ、センス端子α及びβと、ホール素子１１の端子Ｔ１〜Ｔ４との接続関係を切替える回路である。スイッチ回路１２においては、１２個のスイッチ素子Ａ〜Ｌが設けられている。スイッチ素子１２は、４個ずつ３つのグループに分かれている。すなわち、スイッチ素子Ａ〜Ｄの一端は高電位側電源電位Ｖｄｄに接続されており、スイッチ素子Ｅ〜Ｈの一端は低電位側電源電位ＧＮＤに接続されており、スイッチ素子Ｉ〜Ｌの一端はセンス端子α又はβに接続されている。また、スイッチ素子Ａ〜Ｄの他端はそれぞれ端子Ｔ１〜Ｔ４に接続されており、スイッチ素子Ｅ〜Ｈの他端はそれぞれ端子Ｔ１〜Ｔ４に接続されており、スイッチ素子Ｉ〜Ｌの他端はそれぞれ端子Ｔ１〜Ｔ４に接続されている。

従って、スイッチ素子Ａは、端子Ｔ１を電位Ｖｄｄに接続するか否かを切替え、スイッチ素子Ｂは、端子Ｔ２を電位Ｖｄｄに接続するか否かを切替え、スイッチ素子Ｃは、端子Ｔ３を電位Ｖｄｄに接続するか否かを切替え、スイッチ素子Ｄは、端子Ｔ４を電位Ｖｄｄに接続するか否かを切替える。また、スイッチ素子Ｅは、端子Ｔ１を電位ＧＮＤに接続するか否かを切替え、スイッチ素子Ｆは、端子Ｔ２を電位ＧＮＤに接続するか否かを切替え、スイッチ素子Ｇは、端子Ｔ３を電位ＧＮＤに接続するか否かを切替え、スイッチ素子Ｈは、端子Ｔ４を電位ＧＮＤに接続するか否かを切替える。更に、スイッチ素子Ｉは、端子Ｔ１をセンス端子αに接続するか否かを切替え、スイッチ素子Ｊは、端子Ｔ２をセンス端子αに接続するか否かを切替え、スイッチ素子Ｋは、端子Ｔ３をセンス端子βに接続するか否かを切替え、スイッチ素子Ｌは、端子Ｔ４をセンス端子βに接続するか否かを切替える。

次に、上述の如く構成された本実施形態に係る磁気センサ１の駆動方法、すなわち、本実施形態に係る磁気測定方法について説明する。
図２は、図１に示す磁気センサの駆動方法を例示する図であり、
図３は、本実施形態に係る磁気測定方法を例示するフローチャート図であり、
図４（ａ）乃至（ｄ）は、本実施形態に係る磁気センサの動作を例示する図である。

図３に示すように、本実施形態に係る磁気測定方法においては、４つの電圧測定工程と、２つの演算・比較工程とが設けられている。図３に示すステップＳ１〜Ｓ３は、ホール素子１１の上方にＳ極の磁性が存在するか否かを判断する工程である。なお、ホール素子１１の上方にＳ極の磁性が存在する場合としては、ホール素子１１の上方にホール素子１１側の磁性がＳ極である磁石が配置されている場合がある。また、ステップＳ４〜Ｓ６は、ホール素子１１の上方にＮ極の磁性が存在するか否かを判断する工程である。以下、本実施形態に係る磁気測定方法の詳細を、図１〜図４を参照して説明する。

先ず、図３のステップＳ１及び図２の「フェーズ１」に示すように、スイッチ回路１２のスイッチ素子Ｃ、Ｅ、Ｊ、Ｌをオン状態とし、残りのスイッチ素子をオフ状態とする。これにより、ホール素子１１の端子Ｔ３がスイッチ素子Ｃを介して電位Ｖｄｄに接続され、端子Ｔ１がスイッチ素子Ｅを介して電位ＧＮＤに接続されて、ホール素子１１に端子Ｔ３から端子Ｔ１に向かう方向（＋Ｘ方向）に沿って電流が流れる。また、端子Ｔ２がスイッチ素子Ｊを介してセンス端子αに接続され、端子Ｔ４がスイッチ素子Ｌを介してセンス端子βに接続されて、センス端子αとセンス端子βとの間の電圧を測定することにより、端子Ｔ２と端子Ｔ４との間の電圧が測定可能となる。この結果、電流方向（＋Ｘ方向）に対して直交する方向（＋Ｙ方向）における電圧が測定可能となる。このセンス端子αとセンス端子βとの電位差として測定される電圧、すなわち、フェーズ１において、＋Ｘ方向に沿って電流を流したときの＋Ｙ方向における測定電圧を、「第１の電圧」とする。

このとき、図４（ａ）に示すように、ホール素子１１の上方にＳ極の磁性があると、ホール素子１１には上方に向かう磁界が印加される。このため、フレミングの法則により、ホール素子１１中を流れる電子には＋Ｙ方向の力が作用し、電子はホール素子１１における＋Ｙ方向側の部分に偏在する。この結果、端子Ｔ２と端子Ｔ４との間に、端子Ｔ４を正極として端子Ｔ２を負極とするようなホール電圧が発生する。但し、このとき、端子Ｔ２と端子Ｔ４との間には、ホール素子１１の応力及び形状誤差等に起因するオフセット電圧も発生している。従って、上述の第１の電圧は、ホール電圧及びオフセット電圧の和となる。すなわち、下記数式（１）が成立する。

（測定電圧）＝（ホール電圧）＋（オフセット電圧） ・・・（１）

次に、図３のステップＳ２及び図２の「フェーズ２」に示すように、スイッチ回路１２のスイッチ素子Ｄ、Ｆ、Ｉ、Ｋをオン状態とし、残りのスイッチ素子をオフ状態とする。これにより、端子Ｔ４がスイッチ素子Ｄを介して電位Ｖｄｄに接続され、端子Ｔ２がスイッチ素子Ｆを介して電位ＧＮＤに接続されて、ホール素子１１に端子Ｔ４から端子Ｔ２に向かう方向（＋Ｙ方向）に沿って電流が流れる。また、端子Ｔ１がスイッチ素子Ｉを介してセンス端子αに接続され、端子Ｔ３がスイッチ素子Ｋを介してセンス端子βに接続されて、端子Ｔ１と端子Ｔ３との間の電圧が測定可能となる。この電圧、すなわち、フェーズ２において、＋Ｙ方向に沿って電流を流したときの＋Ｘ方向における測定電圧を、「第２の電圧」とする。

このとき、図４（ｂ）に示すように、ホール素子１１の上方にＳ極の磁性が存在すると、ホール素子１１には上方に向かう磁界が印加される。このため、ホール素子１１中を流れる電子には−Ｘ方向の力が作用し、電子はホール素子１１における−Ｘ方向側の部分に偏在する。この結果、端子Ｔ３と端子Ｔ１との間に、端子Ｔ１を正極として端子Ｔ３を負極とするホール電圧が発生する。上述の第２の電圧には、上記数式（１）に示すように、このホール電圧が含まれる。

次に、図３のステップＳ３に示すように、上述の第１の電圧の値及び第２の電圧の値に基づいて、ホール電圧の影響を強め合い、オフセット電圧の影響を弱め合うような演算を行い、演算値を求める。具体的には、センス端子α、β間において、フェーズ１におけるホール電圧の極性とフェーズ２におけるホール電圧の極性とが同方向であれば、第１の電圧と第２の電圧との和を求める。一方、フェーズ１におけるホール電圧の極性とフェーズ２におけるホール電圧の極性とが逆方向であれば、第１の電圧と第２の電圧との差を求める。例えば、本実施形態においては、センス端子α、β間においてフェーズ１におけるホール電圧の極性とフェーズ２におけるホール電圧の極性とは相互に逆方向であるため、第１の電圧の値と第２の電圧の値との差を求め、これを演算値とする。そして、この演算値を基準値と比較し、基準値以上であればＳ極の磁性が存在すると判断する。

上述の演算値においては、第１及び第２の電圧の値と比較して、ホール電圧の影響は強調され、オフセット電圧の影響は相殺される。しかしながら、オフセット電圧の影響の全てが相殺されるわけではなく、残留成分が残る。すなわち、演算値は下記数式（２）に示すように、ホール電圧成分の他に残留成分を含む。

（演算値）＝（ホール電圧成分）＋（残留成分） ・・・（２）

次に、図３のステップＳ４及び図２の「フェーズ３」に示すように、スイッチ回路１２のスイッチ素子Ａ、Ｇ、Ｊ、Ｌをオン状態とし、残りのスイッチ素子をオフ状態とする。これにより、ホール素子１１の端子Ｔ１がスイッチ素子Ａを介して電位Ｖｄｄに接続され、端子Ｔ３がスイッチ素子Ｇを介して電位ＧＮＤに接続されて、ホール素子１１に端子Ｔ１から端子Ｔ３に向かう方向（−Ｘ方向）に沿って電流が流れる。また、端子Ｔ２がスイッチ素子Ｊを介してセンス端子αに接続され、端子Ｔ４がスイッチ素子Ｌを介してセンス端子βに接続され、端子Ｔ２と端子Ｔ４との間の電圧が測定可能となる。この電圧、すなわち、フェーズ３において、−Ｘ方向に沿って電流を流したときの−Ｙ方向における測定電圧を、「第３の電圧」とする。

このとき、図４（ｃ）に示すように、ホール素子１１の上方にＮ極の磁性があると、ホール素子１１には下方に向かう磁界が印加される。このため、ホール素子１１中を流れる電子には＋Ｙ方向の力が作用し、電子はホール素子１１における＋Ｙ方向側の部分に偏在する。この結果、端子Ｔ２と端子Ｔ４との間に、端子Ｔ２を負極とし端子Ｔ４を正極とするホール電圧が発生する。上述の第３の電圧には、このホール電圧が含まれる。

次に、図３のステップＳ５及び図２の「フェーズ４」に示すように、スイッチ回路１２のスイッチ素子Ｂ、Ｈ、Ｉ、Ｋをオン状態とし、残りのスイッチ素子をオフ状態とする。これにより、端子Ｔ２がスイッチ素子Ｂを介して電位Ｖｄｄに接続され、端子Ｔ４がスイッチ素子Ｈを介して電位ＧＮＤに接続されて、ホール素子１１に端子Ｔ２から端子Ｔ４に向かう方向（−Ｙ方向）に沿って電流が流れる。また、端子Ｔ１がスイッチ素子Ｉを介してセンス端子αに接続され、端子Ｔ３がスイッチ素子Ｋを介してセンス端子βに接続されて、端子Ｔ３と端子Ｔ１との間の電圧が測定可能となる。この電圧、すなわち、フェーズ４において、−Ｙ方向に沿って電流を流したときの＋Ｘ方向における測定電圧を、「第４の電圧」とする。

このとき、図４（ｄ）に示すように、ホール素子１１の上方にＮ極の磁性があると、ホール素子１１には下方に向かう磁界が印加される。このため、ホール素子１１中を流れる電子には−Ｘ方向の力が作用し、電子はホール素子１１における−Ｘ方向側の部分に偏在する。この結果、端子Ｔ１と端子Ｔ３との間に、端子Ｔ１を正極とし端子Ｔ３を負極とするホール電圧が発生する。上述の第４の電圧には、このホール電圧が含まれる。

次に、図３のステップＳ６に示すように、上述の第３の電圧の値及び第４の電圧の値に基づいて、ホール電圧を強め合い、オフセット電圧を弱め合うような演算を行う。演算の方法は、上述のステップＳ３における演算と同様である。例えば、本実施形態においては、センス端子α、β間においてフェーズ３におけるホール電圧の極性とフェーズ４におけるホール電圧の極性とは逆方向であるため、第３の電圧の値と第４の電圧の値との差を求める。そして、この差の値を基準値と比較し、基準値以上であればＮ極の磁性があると判断する。このとき、上記数式（２）に示すように、演算値はホール電圧成分と残留成分を含む。

以下、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、ステップＳ１〜Ｓ３に示す処理により、ホール素子１１の上方にＳ極の磁性があるか否かを検出することができる。このとき、ステップＳ１において第１の電圧を取得し、ステップＳ２において第２の電圧を取得し、ステップＳ３において第１の電圧及び第２の電圧に基づいてホール電圧の影響を強め合いオフセット電圧の影響を弱め合う演算をしているため、Ｓ極の磁性の検出に際して、オフセット電圧の影響をある程度除去することができる。同様に、ステップＳ４〜Ｓ６に示す処理により、磁性センサ１の近くにＮ極の磁性があるか否かを検出することができる。この場合も、オフセット電圧の影響をある程度除去することができる。

但し、上述の演算によっても、オフセット電圧の影響を完全に除外することはできず、演算の結果に残留成分の影響が残る。そして、この残留成分の影響は、検出対象となる磁界の方向及び電流の方向に依存する。そこで、本実施形態においては、Ｓ極の磁性を検出する場合（フェーズ１、２）とＮ極の磁性を検出する場合（フェーズ３、４）とで、電流の方向を逆にしている。これにより、検出する磁性の極性がＳ極であってもＮ極であっても、残留成分の極性を同じにすることができる。これにより、検出対象となる磁性の極性によらず、磁界の強さと上述の演算結果との相関関係が等しくなり、演算値と基準値との比較により磁性の有無を判定する場合に、精度のよい判定を行うことができる。

以下、この効果を比較例と比較して詳細に説明する。
図５は、比較例に係る磁気センサを例示する回路図であり、
図６は、図５に示す磁気センサの駆動方法を例示する図であり、
図７（ａ）乃至（ｄ）は、本比較例に係る磁気センサの動作を例示する図であり、
図８（ａ）及び（ｂ）は、横軸に磁界の強さをとり、縦軸に演算値をとって、残留成分が演算値に及ぼす影響を例示するグラフ図であり、（ａ）は比較例を示し、（ｂ）は第１の実施形態を示す。

図５に示すように、本比較例に係る磁気センサ１０１においては、第１の実施形態に係る磁気センサ１（図１参照）と比較して、電位Ｖｄｄ及び電位ＧＮＤの接続位置と、センス端子α及びβの接続位置とが、相互に入れ替わっている。また、図６に示すように、磁気センサ１０１は、磁気センサ１と比較して、各フェーズにおいてオン状態とするスイッチ素子の組合せが異なっている。

図６に示すような組合せでスイッチ素子をオン状態とすると、各フェーズにおいて、図７（ａ）乃至（ｄ）に示すような電流が流れ、ホール電圧が発生する。このとき、検出しようとする磁性の極性によらず、電流が流れる方向は同一である。すなわち、Ｓ極の磁性を検出するフェーズ１（図７（ａ）参照）においても、Ｎ極の磁性を検出するフェーズ３（図７（ｃ）参照）においても、電流が流れる方向は＋Ｘ方向である。また、Ｓ極の磁性を検出するフェーズ２（図７（ｂ）参照）においても、Ｎ極の磁性を検出するフェーズ４（図７（ｄ）参照）においても、電流が流れる方向は＋Ｙ方向である。

この場合、図８（ａ）に示すように、検出対象となる磁性の極性によって、出力結果に現われる残留成分の極性が異なるため、演算値の基準値Ｖ_０に対応する磁界の強さの閾値Ｍ_０は、検出対象となる磁性の極性によって異なってしまう。従って、比較例に係る磁気センサ１０１は、検出対象となる磁性の極性に起因する感度のばらつきが大きく、検出精度が低い。

これに対して、図８（ｂ）に示すように、本実施形態に係る磁気センサ１によれば、検出対象となる磁性の極性によらず、出力結果に現われる残留成分の極性は同一であるため、演算値の基準値Ｖ_０に対応する磁界の強さの閾値Ｍ_０は、検出対象となる磁性の極性によらず同一である。従って、磁性の極性に起因する感度のばらつきがなく、検出精度が高い。なお、検出対象となる磁性がＮ極である場合のステップＳ３における演算値、及び、検出対象となる磁性がＳ極である場合のステップＳ６における演算値は、負の値となり、判定には影響を与えない。このように、第１の実施形態によれば、検出しようとする磁性の極性が未知であっても、精度よく検出することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図９は、本実施形態に係る磁気センサを例示する回路図であり、
図１０は、図９に示す磁気センサの駆動方法を例示する図である。
本実施形態は、前述の第１の実施形態において、各スイッチ素子をＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）により構成した例である。

図９に示すように、本実施形態に係る磁気センサ２においては、電位Ｖｄｄに接続されるスイッチ素子、すなわち、スイッチ素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれ、Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（以下、「ＰＭＯＳ」という）により構成されている。また、電位ＧＮＤに接続されるスイッチ素子、すなわち、スイッチ素子Ｅ，Ｆ、Ｇ、Ｈは、それぞれ、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（以下、「ＮＭＯＳ」という）により構成されている。更に、センス端子α又はβに接続されるスイッチ素子、すなわち、スイッチ素子Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌは、それぞれ、ＰＭＯＳとＮＭＯＳとが相互に並列に接続されて構成されている。各ＭＯＳＦＥＴのゲートには、電位Ｖｄｄ及び電位ＧＮＤのいずれかが印加される。各スイッチ素子を構成するＭＯＳＦＥＴは、例えば、ホール素子１１と同じシリコン基板に形成されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本実施形態に係る磁気センサ２の駆動方法、すなわち、本実施形態に係る磁気測定方法について説明する。
図９及び図１０に示すように、磁気センサ２において、各電圧比較工程（フェーズ１〜４）においてオン状態とするスイッチ素子の組合せは、前述の第１の実施形態に係る磁気センサ１（図１及び図２参照）と同様である。
なお、図１０の各欄における上段の表記は、ＭＯＳＦＥＴのゲートに印加する電位を表している。スラッシュ（／）の左側はＰＭＯＳのゲートに印加する電位を表しており、右側はＮＭＯＳのゲートに印加する電位を表している。「０」は電位ＧＮＤを表す。また、各欄の下段の表記はスイッチ素子の導通状態を表している。

本実施形態に係る磁気測定方法には、前述の第１の実施形態に係る磁気測定方法（図２参照）と同様に、４つの電圧測定工程と、２つの演算・比較工程とが設けられている。具体的には、各スイッチ素子を構成するＰＭＯＳについては、オン状態とする場合にはゲートに電位ＧＮＤ（０Ｖ）を印加し、オフ状態とする場合にはゲートに電位Ｖｄｄを印加する。また、各スイッチ素子を構成するＮＭＯＳについては、オン状態とする場合にはゲートに電位Ｖｄｄを印加し、オフ状態とする場合にはゲートに電位ＧＮＤ（０Ｖ）を印加する。

例えば、図１０に示すように、フェーズ１においては、スイッチ素子Ｃを構成するＰＭＯＳのゲートに電位ＧＮＤ（０Ｖ）を印加し、このＰＭＯＳをオン状態とする。また、スイッチ素子Ｅを構成するＮＭＯＳのゲートに電位Ｖｄｄを印加し、このＮＭＯＳをオン状態とする。更に、スイッチ素子Ｊ及びＬを構成するＰＭＯＳのゲートに電位ＧＮＤ（０Ｖ）を印加し、ＮＭＯＳのゲートに電位Ｖｄｄを印加して、スイッチ素子Ｊ及びＬをオン状態とする。一方、スイッチ素子Ａ、Ｂ、Ｄをそれぞれ構成するＰＭＯＳのゲートには電位Ｖｄｄを印加してオフ状態とする。また、スイッチ素子Ｆ、Ｇ、Ｈをそれぞれ構成するＮＭＯＳのゲートには電位ＧＮＤ（０Ｖ）を印加してオフ状態とする。更に、スイッチ素子Ｉ及びＫを構成するＰＭＯＳのゲートに電位Ｖｄｄを印加し、ＮＭＯＳのゲートに電位ＧＮＤを印加して、スイッチ素子Ｉ及びＫをオフ状態とする。これにより、前述の第１の実施形態におけるフェーズ１と同様に、スイッチ素子Ｃ、Ｅ、Ｊ、Ｌをオン状態とし、残りのスイッチ素子をオフ状態とする。フェーズ２〜４においても、同様にして、スイッチ素子を構成するＭＯＳＦＥＴの導通状態を制御する。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図１１は、本実施形態に係る磁気センサを例示する回路図である。
図１１に示すように、本実施形態に係る磁気センサ３においては、ホール素子１１及びスイッチ回路１２の他に、増幅回路１３及び演算回路１４が設けられている。増幅回路１３は、センス端子αとセンス端子βとの間の電位差を増幅する回路である。増幅回路１３には２つのオペアンプ１３ａ及び１３ｂが設けられており、それらの入力端子はそれぞれセンス端子α及びβに接続されている。演算回路１４は、オペアンプ１３ａ及び１３ｂの出力端子が接続されており、オペアンプ１３ａ及び１３ｂの出力端子間の電圧であって異なるタイミングで入力された２つの電圧を加算又は減算して演算値を求め、この演算値を基準値と比較するものである。演算回路１４は、例えば、キャパシタ及びスイッチにより構成されている。演算回路１４の出力端子１４ａからは、比較結果が出力される。

次に、本実施形態に係る磁気センサ３の駆動方法、すなわち、本実施形態に係る磁気測定方法について説明する。
本実施形態においては、増幅回路１３がセンス端子α、β間の電位差を増幅し、演算回路１４に対して出力する。演算回路１４は、前述の第１の実施形態のステップＳ３及びＳ６（図３参照）において説明した判定を行い、その結果を出力端子１４ａから出力する。本実施形態によれば、ホール電圧が微小であっても、増幅回路１３がホール電圧を増幅することにより、精度が高い判定が可能となる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。また、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

本発明の第１の実施形態に係る磁気センサを例示する回路図である。 図１に示す磁気センサの駆動方法を例示する図である。 第１の実施形態に係る磁気測定方法を例示するフローチャート図である。 （ａ）乃至（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気センサの動作を例示する図である。 比較例に係る磁気センサを例示する回路図である。 図５に示す磁気センサの駆動方法を例示する図である。 （ａ）乃至（ｄ）は、比較例に係る磁気センサの動作を例示する図である。 （ａ）及び（ｂ）は、横軸に磁界の強さをとり、縦軸に演算値をとって、残留成分が演算値に及ぼす影響を例示するグラフ図であり、（ａ）は比較例を示し、（ｂ）は第１の実施形態を示す。 本発明の第２の実施形態に係る磁気センサを例示する回路図である。 図９に示す磁気センサの駆動方法を例示する図である。 本発明の第３の実施形態に係る磁気センサを例示する回路図である。

符号の説明

１、２、３、１０１ 磁気センサ、１１ ホール素子、１２ スイッチ回路、１３ 増幅回路、１３ａ、１３ｂ オペアンプ、１４ 演算回路、１４ａ 出力端子、Ａ〜Ｌ スイッチ素子、Ｍ_０ 閾値、Ｔ１〜Ｔ４ 端子、Ｖ_０ 基準値、α、β センス端子

Claims (5)

1. ホール素子と、
   前記ホール素子に電流を流すと共に前記ホール素子内の電圧を測定する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記ホール素子に第１の方向に沿って電流を流すと共に前記第１の方向に対して直交する第２の方向における第１の電圧を測定し、
   前記ホール素子に前記第２の方向に沿って電流を流すと共に前記第１の方向における第２の電圧を測定し、
   前記ホール素子に前記第１の方向に対して逆行する第３の方向に沿って電流を流すと共に前記第２の方向における第３の電圧を測定し、
   前記ホール素子に前記第２の方向に対して逆行する第４の方向に沿って電流を流すと共に前記第１の方向における第４の電圧を測定し、
   前記第１の電圧の値及び前記第２の電圧の値に基づいて、ホール電圧の影響を強め合いオフセット電圧の影響を弱め合うような演算を行い、その結果を基準値と比較し、
   前記第３の電圧の値及び前記第４の電圧の値に基づいて、ホール電圧の影響を強め合いオフセット電圧の影響を弱め合うような演算を行い、その結果を前記基準値と比較する
   ことを特徴とする磁気センサ。
2. 前記ホール素子は、
   前記第１の方向の下流側に配置された第１の端子と、
   前記第２の方向の下流側に配置された第２の端子と、
   前記第３の方向の下流側に配置された第３の端子と、
   前記第４の方向の下流側に配置された第４の端子と、
   を有し、
   前記制御手段は、
   高電位側電源電位、低電位側電源電位、第１のセンス端子及び第２のセンス端子と、前記第１乃至第４の端子との接続関係を切替えるスイッチ回路と、
   前記第１のセンス端子と前記第２のセンス端子との間の電圧に基づいて前記演算及び前記比較を行う演算回路と、
   を有し、
   前記スイッチ回路は、
   前記第１の端子を前記高電位側電源電位に接続するか否かを切替える第１のスイッチ素子と、
   前記第２の端子を前記高電位側電源電位に接続するか否かを切替える第２のスイッチ素子と、
   前記第３の端子を前記高電位側電源電位に接続するか否かを切替える第３のスイッチ素子と、
   前記第４の端子を前記高電位側電源電位に接続するか否かを切替える第４のスイッチ素子と、
   前記第１の端子を前記低電位側電源電位に接続するか否かを切替える第５のスイッチ素子と、
   前記第２の端子を前記低電位側電源電位に接続するか否かを切替える第６のスイッチ素子と、
   前記第３の端子を前記低電位側電源電位に接続するか否かを切替える第７のスイッチ素子と、
   前記第４の端子を前記低電位側電源電位に接続するか否かを切替える第８のスイッチ素子と、
   前記第１の端子を前記第１のセンス端子に接続するか否かを切替える第９のスイッチ素子と、
   前記第２の端子を前記第１のセンス端子に接続するか否かを切替える第１０のスイッチ素子と、
   前記第３の端子を前記第２のセンス端子に接続するか否かを切替える第１１のスイッチ素子と、
   前記第４の端子を前記第２のセンス端子に接続するか否かを切替える第１２のスイッチ素子と、
   を有し、
   前記第１の電圧を測定するときは、前記第３、第５、第１０及び第１２のスイッチ素子をオン状態とし、残りのスイッチ素子をオフ状態とし、
   前記第２の電圧を測定するときは、前記第４、第６、第９及び第１１のスイッチ素子をオン状態とし、残りのスイッチ素子をオフ状態とし、
   前記第３の電圧を測定するときは、前記第１、第７、第１０及び第１２のスイッチ素子をオン状態とし、残りのスイッチ素子をオフ状態とし、
   前記第４の電圧を測定するときには、前記第２、第８、第９及び第１１のスイッチ素子をオン状態とし、残りのスイッチ素子をオフ状態とする
   ことを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
3. その周辺部分に一回転方向に沿って順番に配置された第１乃至第４の端子を有したホール素子と、
   高電位側電源電位、低電位側電源電位、第１のセンス端子及び第２のセンス端子と、前記第１乃至第４の端子との接続関係を切替えるスイッチ回路と、
   を備え、
   前記スイッチ回路は、
   前記第１の端子を前記高電位側電源電位に接続するか否かを切替える第１のスイッチ素子と、
   前記第２の端子を前記高電位側電源電位に接続するか否かを切替える第２のスイッチ素子と、
   前記第３の端子を前記高電位側電源電位に接続するか否かを切替える第３のスイッチ素子と、
   前記第４の端子を前記高電位側電源電位に接続するか否かを切替える第４のスイッチ素子と、
   前記第１の端子を前記低電位側電源電位に接続するか否かを切替える第５のスイッチ素子と、
   前記第２の端子を前記低電位側電源電位に接続するか否かを切替える第６のスイッチ素子と、
   前記第３の端子を前記低電位側電源電位に接続するか否かを切替える第７のスイッチ素子と、
   前記第４の端子を前記低電位側電源電位に接続するか否かを切替える第８のスイッチ素子と、
   前記第１の端子を前記第１のセンス端子に接続するか否かを切替える第９のスイッチ素子と、
   前記第２の端子を前記第１のセンス端子に接続するか否かを切替える第１０のスイッチ素子と、
   前記第３の端子を前記第２のセンス端子に接続するか否かを切替える第１１のスイッチ素子と、
   前記第４の端子を前記第２のセンス端子に接続するか否かを切替える第１２のスイッチ素子と、
   を有することを特徴とする磁気センサ。
4. 前記第１乃至第４のスイッチ素子はそれぞれＰチャネル型電界効果トランジスタであり、
   前記第５乃至第８のスイッチ素子はそれぞれＮチャネル型電界効果トランジスタであり、
   前記第９乃至第１２のスイッチ素子はそれぞれＰチャネル型電界効果トランジスタとＮチャネル型電界効果トランジスタとが相互に並列に接続されたものである
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の磁気センサ。
5. ホール素子に第１の方向に沿って電流を流すと共に前記第１の方向に対して直交する第２の方向における第１の電圧を測定する工程と、
   前記ホール素子に前記第２の方向に沿って電流を流すと共に前記第１の方向における第２の電圧を測定する工程と、
   前記ホール素子に前記第１の方向に対して逆行する第３の方向に沿って電流を流すと共に前記第２の方向における第３の電圧を測定する工程と、
   前記ホール素子に前記第２の方向に対して逆行する第４の方向に沿って電流を流すと共に前記第１の方向における第４の電圧を測定する工程と、
   前記第１の電圧の値及び前記第２の電圧の値に基づいて、ホール電圧の影響を強め合いオフセット電圧の影響を弱め合うような演算を行い、その結果を基準値と比較する工程と、
   前記第３の電圧の値及び前記第４の電圧の値に基づいて、ホール電圧の影響を強め合いオフセット電圧の影響を弱め合うような演算を行い、その結果を前記基準値と比較する工程と、
   を備えたことを特徴とする磁気測定方法。

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