JP2010537207A - 較正可能な多次元磁気点センサ - Google Patents

Abstract

基準点（１０１）における磁界の第１および第２の空間成分（Ｂ_y，Ｂ_z；Ｂ_x，Ｂ_y）を検出するための較正可能な磁界センサ（１００）であって、磁界は第１および第２の測定磁界成分（Ｂ_My，Ｂ_Mz；Ｂ_Mx，Ｂ_My）および／または第１および第２の較正磁界成分（Ｂ_Ky，Ｂ_Kz；Ｂ_Kx，Ｂ_Ky）を含む。磁界センサ（１００）は、基準点（１０１）における第１の空間軸（ｙ；ｘ）に関して、第１の測定磁界成分（Ｂ_My；Ｂ_Mx）および／または第１の較正磁界成分（Ｂ_Ky；Ｂ_Kx）を含む第１の磁界成分（Ｂ_y；Ｂ_x）を検出するための少なくとも第１および第２のセンサ素子（１０４ａ，１０４ｂ；１０６ａ，１０６ｂ）を含む第１のセンサ素子配置（１０４；１０６）を含む。さらに、磁界センサ（１００）は、基準点（１０１）における第２の空間軸（ｚ；ｙ）に関して、第２の測定磁界成分（Ｂ_Mz；Ｂ_My）および／または第２の較正磁界成分（Ｂ_Kz；Ｂ_Ky）を含む第２の磁界成分（Ｂ_z；Ｂ_y）を検出するための第２のセンサ素子配置（１０２；１０４）を含む。磁界センサ（１００）は、第１のセンサ素子配置（１０４；１０６）に関して配置される励磁線（１０８）を含み、励磁線（１０８）にデフォルト電流（Ｉ_k1）を印加したとき、一対の異なる非対称の、第１のセンサ素子（１０４ａ；１０６ａ）におけるデフォルト較正磁界成分（Ｂ_Kya；Ｂ_Kxa）および第２のセンサ素子（１０４ｂ；１０６ｂ）におけるデフォルト較正磁界成分（Ｂ_Kyb；Ｂ_Kxb）が、第１のセンサ素子配置（１０４；１０６）における第１の空間軸（ｙ；ｘ）に関して生成し、２つの空間軸（ｙ，ｚ；ｘ，ｚ；ｘ，ｙ）は一次独立位置ベクトルに沿って通過する。

Description

本発明は磁界センサに関し、特に、測定動作中に較正可能な、基準点における磁界の空間成分を検出するためのホール・センサ、およびここで用いられる較正および測定方法に関する。

大きさおよび方向に関して磁界を測定するのとは別に、ホール効果に基づくホール・センサ素子は、磨耗することなく、スイッチや制御素子の位置を検出するための非接触のコンタクトレス信号発生器の技術分野においてしばしば使用される。他の応用方法は電流を測定することであり、ホール・センサ素子は、導電線の近くに非接触で配置されて、導電線の電流によって発生する磁界を検出することにより導電線の電流を測定する。現実的応用において、ホール・センサ素子は、特に、例えば汚染などのような外部の影響に対する比較的大きな鈍感さのために優れている。

技術分野において、従来からいわゆる水平あるいは横方向のホール・センサ素子および垂直ホール・センサ素子の両方が公知であり、その例として、図６ａは従来の水平ホール・センサ素子を示し、図６ｂは垂直ホール・センサ素子を示している。

基本的に図６ａにおいて例示されているように、従来の水平ホール・センサ素子６００は、通常、ｐ型半導体基板６０４上にｎ型半導体領域６０２を形成することにより構成されている。チップ表面（ｘ−ｙ平面）と平行して配置されるホール・センサ素子が水平であるとされている。

図６ａにおいて例示される水平ホール・センサ素子６００から分かるように、接続端子６０６ａ−ｄの間のアクティブ領域は、有効長さＬおよび有効幅Ｗを有するように定められる。図６ａに示される水平ホール・センサ素子６００は、半導体構造を製造する従来のＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）プロセスを用いて比較的容易に製造することができる。

水平ホール・センサ素子とは別に、例えばＣＭＯＳプロセスのような標準的な半導体製造技術を用いることができる、いわゆる垂直ホール・センサ配置の実現も、従来技術において公知である。垂直ホール・センサ素子６２０の例は基本的に図６ｂに示され、ここで垂直というのはチップ表面（Ｘ−Ｙ平面）に直交する平面を意味する。図６ｂに示される垂直ホール・センサ素子６２０において、好ましくはｐ型半導体基板６２４の中に、壁の形で深さＴを有するｎ型アクティブ半導体領域６２２が広がっている。図６ｂに示すように、垂直ホール・センサ素子は半導体基板６２４の主面に隣接して配置される３つの接続領域６２６ａ−ｃを含み、接続端子６２６ａ−ｃは全てアクティブな半導体領域６２２に配置される。３つの接続領域により、垂直ホール・センサ素子のこのバリエーションは、３ピン・センサとも呼ばれる。

水平および垂直ホール・センサ、および、例えば、スピニング電流方法を用いて、例えば汚染、非対称、圧電効果、エイジング現象等のような素子許容差によって形成されるオフセットを減少させるための方法は、Ｒ．Ｓ．Ｐｏｐｏｖｏｃ、「ホール効果素子、磁気センサおよび半導体の特性解析（Ｈａｌｌ Ｅｆｆｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）」Ａｄａｍ Ｈｉｌｇｅｒ、１９９１、ＩＳＢＮ ０―７５０３―００９６―５、などにおいて、すでに公知である。しばしば、例えば、独国特許第１０１５０９５５号明細書や独国特許第１０１５０９５０号明細書に記載されていているように、スピニング電流方法で動作する垂直センサは、２つまたは４つの個々のセンサで成り立っている。

さらに、３ピン垂直ホール・センサ素子のバリエーションとは別に、独国特許第１０１５０９５５号明細書や独国特許第１０１５０９５０号明細書に記載されているいわゆる５ピン垂直ホール・センサ素子がある。５ピン・ホール・センサ素子においても、いくつかの測定段階にわたる補償方法によって個々の素子の許容度を補償した測定を実行する方法があり、その例として、スピニング電流方法をここで使用することができる。

スピニング電流技術は、特定のクロック周波数で、連続的に周期的に、例えば９０°測定方向を変えて、ホール・センサ素子のホール電圧を検出し、３６０°の完全なターンのすべての測定信号を合計することを意味する。２つのそれぞれの接続領域がそれぞれ二つ一組で配列される４つの接続領域を含むホール・センサ素子において、接続対の各々が、スピニング電流段階に応じて、電流を供給するための制御電流接続領域、およびホール信号を取り出すための測定接続領域の両方として用いられる。このように、スピニング電流段階で、または、スピニング電流サイクルで、動作電流（制御電流Ｉ_H）は２つの関連する接続領域の間に流れ、ホール電圧は関連する他の２つの接続領域で取り出される。

次のサイクルにおいて、測定方向が９０°曲げられ、以前のサイクルにおいて、ホール電圧を取り出すために使われた接続領域が、今度は、制御電流を供給するために用いられる。すべての４つのサイクルまたは段階にわたる合計によって、製造または材料によるオフセット電圧は大体互いに相殺され、本当に磁界に依存している信号の部分だけが残る。この手順は、もちろん、より大きな数の接続対にも適用でき、例えば、（８つの接続領域を含む）４つの接続対については、スピニング電流段階は、４５°の角度で周期的に回転して、全３６０°ターン上のすべての測定信号を合計できるようにしている。

水平ホール・センサにおいて、４つのセンサがしばしば用いられ、適切な配置により、オフセットが、空間的なスピニング電流動作によって著しく減少させることができる。例えば、独国特許出願公開第１９９４３１２８号明細書を参照のこと。

磁界がいくつかの空間方向に対して測定されるときに、別々のホール・センサ素子が最も頻繁に使用される。例えば磁界の３つの空間方向を検出するために、別々のセンサを用いると、測定されるべき磁界が１つの位置で測定されず、３つの異なる位置で測定されるという課題がある。図７はこの態様を明らかにするものであり、図７は３つのホール・センサ７０２、７０４および７０６を示す。第１のホール・センサ７０２は、ｙ空間成分を検出するために用いられ、第２のホール・センサ７０４は、ｚ空間成分を検出するために用いられ、第３のホール・センサ７０６は、ｘ空間成分を検出するために用いられる。個々のセンサ７０２、７０４および７０６は、およそ個々のセンサのそれぞれの中心位置において磁界の対応する空間成分を測定する。

個々のセンサは、同様に、いくつかのホール・センサ素子で構成されることができる。図７は、例えば、それぞれが４つのホール・センサ素子を有する３つの個々のセンサを示し、図７において、水平ホール・センサ７０４は、測定される磁界のｚ成分を検出し、垂直ホール・センサ７０２および７０６は、それぞれ測定される磁界のｙおよびｘ成分を検出する役割を果たす。図７において例示されているように、空間的な磁界成分を検出するための配置は、磁界が１つの位置で測定されず、個々のセンサのそれぞれの中心位置で測定されるという課題を伴う。磁界センサの中の異なる位置で検出される磁界成分に基づく磁界の正確な評価は可能でないため、これは必然的にデータの破損を伴う。

ホール・センサ素子によって磁界を検出して評価するときの別の態様は、個々の素子の較正である。従来技術によれば、ホール・センサ素子は、明確な磁界で測定されるホール電圧を比較しおよび／または関連付けることによってその後較正されるセンサを得るために、個々のセンサの測定点における明確な磁界を生成することを可能にするいわゆる励磁線を最もしばしば備えている。

動作の間の単純なウェーハテスト、すなわち直接基板上の試験、および自己診断および感度較正が可能であるホール・センサにおいて、人工的な磁界を生成するために励磁線を使用することは可能である。Ｊａｎｅｚ Ｔｒｏｎｔｅｌｊ「混合信号処理による統合された磁気センサの最適化（Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ ｂｙ Ｍｉｘｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」（第１６回ＩＥＥＥ第１巻の議事録）と比較のこと。これは、センサが動作中でさえ、それ自身をモニタすることができるため、例えば、自動車分野において、または医療工学などの安全性を最重要視すべき分野において特に興味があることである。

例えば、図７に示されているように、いくつかの個々のセンサが磁界の空間成分を検出するために用いられるときに、それぞれの個々のセンサは較正のための対応する励磁線を必要とし、個々のセンサは個々に較正される。これは、較正のための努力が個々のセンサ素子の数に応じて拡大・縮小されて、空間的に３つの磁界成分を検出する場合、個々のセンサの較正効果と比較して３倍に増やされることを意味する。

磁界を評価することができる１つのアプローチ、すなわち１つの位置における測定値の検出は、スイス連邦工科大学ローザンヌ校ＥＰＦＬによって作製された３Ｄセンサである。Ｃ．Ｓｃｈｏｔｔ，Ｒ．Ｓ．Ｐｏｐｏｖｉｃ「統合３Ｄホール磁界センサ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ３Ｄ Ｈａｌｌ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｎｓｏｒ）」Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ´９９年、６月７〜１０日、センサイ、日本、ＶＯＬ．１、ページ１６８―１７１、１９９９、と比較のこと。図８は、半導体基板８０２に実施されるこの種のホール・センサ８００の図解図である。３Ｄセンサには、電流が半導体基板８０２に印加される４つの接続領域８０４ａ−ｄが具備されている。さらに、３Ｄセンサには、異なる磁界成分が検出される４つの測定接続領域８０６ａ−ｄが具備されている。配線８１０が、図８の右側に示されている。４つのオペアンプ８１２ａ−ｄで構成された配線は、個々の磁界成分に対応したホール電圧を評価して、信号Ｖｘ、ＶｙおよびＶｚの形で端子８１４ａ−ｃにおいて対応する成分を出力する。

示されているセンサは、外部から発生する明確な磁界によって較正されることができるだけであって、独自の励磁線を備えていないという問題を伴っている。さらに、そのセットアップおよびその機能モードにより、このセンサは、例えばスピニング電流方法などのような補償方法を用いて動作されることができない。さらにまた、図８に示される配置の課題は、この種の半導体素子が、半導体材料の汚染、接触における非対称、結晶構造における変化などにより、スピニング電流に適した対応する補償配線を用いて抑制されることができないオフセット電圧を示すということである。センサは集中する位置における磁界成分を測定するが、それは高いオフセットを示し、従って限られた範囲だけに対する正確な測定値に適している。図９は、１つの測点における空間磁界成分を検出する補償可能な（スピニング電流）３Ｄセンサを示し、「ＣＭＯＳ技術における感受性の高い垂直ホールセンサ（Ｈｉｇｈｌｙ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｈａｌｌ Ｓｅｎｓｏｒｓ ｉｎ ＣＭＯＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」Ｈａｒｔｕｎｇ−Ｇｏｒｒｅ Ｖｅｒｌａｇ Ｋｏｎｓｔａｎｚ，２００５，Ｒｅｐｒｉｎｔｅｄ ｆｒｏｍ ＥＰＦＬ Ｔｈｅｓｉｓ Ｎｏ．３１３４（２００４），ＩＳＳＮ １４３８−０６０９，ＩＳＢＮ ３−８６６２８−０２３−８ ＷＷ．ｐａｇｅ １８５ｆｆ．において、Ｅｎｒｉｃｏ Ｓｃｈｕｒｉｇによって議論されている。図９の上部において、３つの個々のセンサから成る図７の３Ｄ―センサが示される。図９は、その上部において、空間磁界成分を検出するための３つの別々の個々のセンサ９０２、９０４および９０６を示す。図９の下部において、個々のセンサの別の配置が示される。この配置では、図９のセンサ９０４の測定点が配置９００の中央にあるためセンサ９０４は不変に保たれ、さらに、２つの個々のセンサ９０２および９０６は、分離可能な個々の素子で構成される。センサ９０２は、現在２つのセンサ部分９０２ａおよび９０２ｂに分けられて、センサ素子９０４の中心位置周辺に対称的に配置される。センサ９０６についても同様に行われ、対応する空間軸に沿って、センサ素子９０４の中心位置周辺に対称的に配置される２つのセンサ部分９０６ａおよび９０６ｂに分けられる。個々のセンサ素子の対称配置のため、磁界は配置の幾何学的な中心においてある１点において検出される。

要約すると、中心位置周辺に対称に配置される個々のセンサは、多次元的磁界を測定する従来の技術分野で用いられることができると言えるかもしれない。この種の配置は、特に、すべてのセンサによって磁界が１箇所において測定されることになっている角度センサにおいて実現されることができる。しかしながら、センサの監視、較正およびテストは、これらの配置において問題を含む。

独国特許第１０１５０９５５号明細書 独国特許第１０１５０９５０号明細書 独国特許出願公開第１９９４３１２８号明細書

「ホール効果素子、磁気センサおよび半導体の特性解析（Ｈａｌｌ Ｅｆｆｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）」Ａｄａｍ Ｈｉｌｇｅｒ、１９９１、ＩＳＢＮ ０―７５０３―００９６―５ Ｊａｎｅｚ Ｔｒｏｎｔｅｌｊ「混合信号処理による統合された磁気センサの最適化（Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ ｂｙ Ｍｉｘｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」（第１６のＩＥＥＥ第１巻の議事録） Ｃ．Ｓｃｈｏｔｔ，Ｒ．Ｓ．Ｐｏｐｏｖｉｃ「統合３Ｄホール磁気フィールド・センサ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ３Ｄ Ｈａｌｌ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｎｓｏｒ）」Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ´９９年、６月７〜１０日、センサイ、日本、ＶＯＬ．１、ページ１６８―１７１、１９９９ 「ＣＭＯＳ技術における感受性の高い垂直ホールセンサ（Ｈｉｇｈｌｙ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｈａｌｌ Ｓｅｎｓｏｒｓ ｉｎ ＣＭＯＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」Ｅｎｒｉｃｏ Ｓｃｈｕｒｉｇ，Ｈａｒｔｕｎｇ−Ｇｏｒｒｅ Ｖｅｒｌａｇ Ｋｏｎｓｔａｎｚ，２００５，Ｒｅｐｒｉｎｔｅｄ ｆｒｏｍ ＥＰＦＬ Ｔｈｅｓｉｓ Ｎｏ．３１３４（２００４），ＩＳＳＮ １４３８−０６０９，ＩＳＢＮ ３−８６６２８−０２３−８ ＷＷ．ｐａｇｅ １８５ｆｆ

本発明の目的は、基準点における磁界成分の多次元的検出が可能で、その許容誤差は効果的に補償可能で、信頼性が高く単純な方法で較正され、較正は測定動作中に実行されることができ、ウェーハ上のテストおよび動作中の両方においてローコストで能率的にテストすることができる磁界センサを提供することである。

この目的は、請求項１に記載の較正可能な磁界センサおよび請求項１６に記載の動作中に磁界センサの較正を行う方法によって達成される。

実施形態において、本発明は、基準点における磁界の第１および第２の空間成分を検出するための較正可能な磁界センサを提供し、磁界は第１および第２の測定磁界成分および／または第１および第２の較正磁界成分を含み、基準点における第１空間軸に関して、第１の測定磁界成分および／または第１の較正磁界成分を含む第１磁界成分を検出するための少なくとも第１および第２のセンサ素子を含む第１のセンサ素子配置を有する。さらに、磁界センサは、基準点における第２の空間軸に関して、第２の測定磁界成分および／または第２の較正磁界成分を含む第２の磁界成分を検出するための第２のセンサ素子配置を含む。また、磁界センサは、第１のセンサ素子配置に関して配置される励磁線を含み、励磁線にデフォルト電流を印加したとき、第１のセンサ素子および第２のセンサ素子における一対の異なる非対称デフォルト較正磁界成分が第１のセンサ素子配置における第１の空間軸に関して発生するようになっており、ここで、２つの空間軸は一次独立位置ベクトルに沿って通過するものである。

他の実施形態では、本発明は、基準点における磁界の第１、第２および第３の空間成分Ｂ_z，Ｂ_yおよびＢ_xを検出するための動作中に較正可能な磁界センサを提供し、磁界は第１、第２および第３の測定磁界成分Ｂ_Mz、Ｂ_My、Ｂ_Mxおよび／または第１、第２および第３の較正磁界成分Ｂ_Kz、Ｂ_KyおよびＢ_Kxを含む。磁界センサは、基準点における第１の空間軸ｚに関する第１の測定磁界成分Ｂ_Mzおよび／または第１の較正磁界成分Ｂ_Kzを含む第１の磁界成分Ｂ_zを検出するために、少なくとも２つのセンサ素子を有する第１のセンサ素子配置を含む。

さらに、磁界センサは、基準点における第２の空間軸ｙに関する第２の測定磁界成分Ｂ_Myおよび／または第２の較正磁界成分Ｂ_Kyを含む第２の磁界成分Ｂ_yを検出するために、少なくとも２つのセンサ素子を有する第２のセンサ素子配置を含む。また、磁界センサは、基準点における第３の空間軸ｘに関する第３の測定磁界成分Ｂ_Mxおよび／または第３の較正磁界成分Ｂ_Kxを含む第３の磁界成分Ｂ_xを検出するために、少なくとも２つのセンサ素子を有する第３のセンサ素子配置を含む。さらに、磁界センサは、第１、第２および第３のセンサ素子配置に関して配置される励磁線を含み、それにより、励磁線に所定の電流Ｉ_k1を印加したときに、一次独立位置ベクトルに沿って延びる３つの空間軸ｚ，ｙおよびｘについて、第１の一対の異なる所定の較正磁界成分Ｂ_KzaおよびＢ_Kzbが第１の空間軸ｚに関して第１のセンサ素子配置に発生し、第２の一対の異なる所定の較正磁界成分Ｂ_KyaおよびＢ_Kybが第２の空間軸ｙに関して第２のセンサ素子配置に発生し、第３の一対の異なる所定の較正磁界成分Ｂ_KxaおよびＢ_Kxbが第３の空間軸ｘに関して第３のセンサ素子配置に発生する。

本発明は、好ましくは二つ一組で対称に配置されたセンサ素子は、磁界の多次元的検出のための磁界センサを提供することが可能であり、少なくとも１つの非対称な励磁線を使用するときに較正可能になるという知見に基づくものである。励磁線を用いて電流を印加することにより発生する磁界が二つ一組で配置されるセンサ素子における較正磁界成分を異なるものにしているという点で、励磁線は二つ一組で配置されたセンサ素子に対して非対称である。したがって、磁界センサを用いて違いが測定可能で較正可能な異なる較正磁界成分が上述の非対称により結果として得られるため、ここでは、等しい感度のセンサ素子が使用される。本発明の磁界センサの実施形態を使用すると、２次元および３次元の磁界が、それぞれ、２つおよび３つの一次独立位置ベクトルに沿って検出されることができる。

二つ一組で配置されるセンサ素子に関連して、異なるか、反映するか、または逆の非対称を含むいくつかの励磁線が用いられることもできる。典型的には、励磁線はコイルを形成してもよく、それらの磁界は互いに重畳され、それによりセンサ素子の感度の方向に結果として生じる励磁場をもたらす。磁界センサが測定動作中において較正可能でモニタ可能であるように実行されるため、これは有益な効果を有する。

本発明の磁界センサおよび方法の他の効果は、磁界センサが動作中に較正され、それにより付加的なハードウェアコストまたは時間が省略されることである。典型的には、測定結果はマイクロコントローラまたはプロセッサによって組み合わされおよび／または評価されることができ、それにより、付加的な作業がたった１つの付加的な算出動作だけに限られる。測定磁界成分および較正磁界成分は、同時に、補償された形で利用できるようにされることができる。磁界センサは連続的におよび同時に較正および／または調整されることができ、その機能性はモニタされることができるため、多くの場合における測定の質または量に関して妥協することなく、これは安全を最重視されるべきケース、例えば、自動車または医療工学の分野において特に効果がある。
本発明の好ましい実施例は、添付の図面を参照して詳述される。

第１および第２の空間磁界成分を検出するための動作中に較正可能な磁界センサの実施形態に関する本発明に係るホール・センサ素子および励磁線の基本的な配置を示す図である。 第１および第２の空間磁界成分を検出するための動作中に較正可能な磁界センサの実施形態に関する本発明に係るホール・センサ素子および励磁線の別の基本的な配置を示す図である。 第１、第２および第３の空間磁界成分を検出するための動作中に較正可能な磁界センサの実施形態に関する本発明に係るホール・センサ素子および励磁線の基本的な配置を示す図である。 第１、第２および第３の空間磁界成分を検出するための動作中に較正可能な磁界センサの実施形態に関する本発明に係るホール・センサ素子および励磁線の別の基本的な配置を示す図である。 動作中に較正可能な磁界センサの別の実施形態に関する本発明に係るホール・センサ素子および励磁線の基本的な配置を示す図である。 動作中に較正可能な磁界センサの別の実施形態に関する本発明に係るホール・センサ素子および励磁線の基本的な配置を示す図である。 動作中に較正可能な磁界センサの別の実施形態に関する本発明に係るホール・センサ素子および励磁線の基本的な配置を示す図である。 磁界センサの他の例を示す図である。 磁界センサの他の例を示す図である。 従来の水平ホール・センサ素子の基本的な構成を示す図である。 従来の垂直ホール・センサ素子の基本的な構成を示す図である。 磁界成分を空間的に検出するための個々のセンサの従来の基本的な配置を示す図である。 磁界成分を空間的に検出するための従来の別の３Ｄセンサを示す図である。 １点における空間磁界を検出するための個々のホール・センサ素子の基本的な配置を示す図である。

以下の明細書において、異なる実施例で、同じであるか一見して同じ機能素子は同じ参照符号を有し、以下において例示される異なる実施例において相互に交換可能であることを指摘しておく。

図１ａは、基準点１０１における磁界の第１および第２の空間成分（Ｂ_Y、Ｂ_z）を検出するための較正可能な磁界センサ１００を示し、磁界は、第１および第２の測定磁界成分（Ｂ_My、Ｂ_Mz）および／または第１および第２の較正磁界成分（Ｂ_Ky、Ｂ_Kz）を含む。磁界センサ１００は、基準点１０１における第１の空間軸ｙに関して、第１の測定磁界成分Ｂ_Myおよび／または第１の較正磁界成分Ｂ_Kyを含む第１の磁界成分Ｂ_yを検出するための少なくとも第１および第２のセンサ素子（１０４ａ，１０４ｂ）を有する第１のセンサ素子配置１０４を含む。

さらに、磁界センサ１００は、基準点１０１における第２の空間軸ｚに関して、第２の測定磁界成分Ｂ_Mzおよび／または第２の較正磁界成分Ｂ_Kzを含む第２の磁界成分Ｂ_zを検出するための第２のセンサ素子配置１０２を含む。磁界センサ１００は、第１のセンサ素子配置１０４に関して配置される励磁線１０８をさらに含み、励磁線１０８に所定の電流Ｉ_k1を印加することにより、第１の空間軸ｙに関して、一対の異なる、第１のセンサ素子１０４ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kyaおよび第２のセンサ素子１０４ｂにおける較正磁界成分Ｂ_Kybが、第１のセンサ素子配置１０４に発生するようになっており、ここで、２つの空間軸ｙおよびｚは一次独立位置ベクトルに沿って通過するものである。

図１ｂは、基準点１０１における磁界の第１および第２の空間成分（Ｂ_x、Ｂ_y）を検出するための較正可能な磁界センサ１００の更なる実施例を示し、磁界は、第１および第２の磁界成分（Ｂ_Mx、Ｂ_My）および／または第１および第２の較正磁界成分（Ｂ_Kx、Ｂ_Ky）を含む。磁界センサ１００は、基準点１０１における第１の空間軸ｘに関して、少なくとも、第１の測定磁界成分Ｂ_Mxおよび／または第１の較正磁界成分Ｂ_Kxを含む第１の磁界成分Ｂ_xを検出するための第１および第２のセンサ素子１０６ａおよび１０６ｂを有する第１のセンサ素子配置１０６を含む。

また、図１ｂに示される磁界センサは、基準点１０１における空間軸ｙに関して、第２の測定磁界成分Ｂ_Myおよび／または第２の較正磁界成分Ｂ_Kyを有する第２の磁界成分Ｂ_yを検出するための第２のセンサ素子配置１０４を含む。

図１ｂの実施形態において、磁界センサ１００は、第１のセンサ素子配置１０６に関して配置される励磁線１０８を含み、励磁線１０８に所定の電流Ｉ_K1を印加することにより、第１の空間軸ｘに関して、一対の異なる、第１のセンサ素子１０６ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kxaおよび第２のセンサ素子１０６ｂにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kxbとが、第１のセンサ素子配置１０６に生成し、ここで、２つの空間軸ｘおよびｙは一時独立位置ベクトルに沿って通過するものである。さらなる実施形態において、センサ素子は、２つの空間軸ｘおよびｚに関して配置され、このような実施形態では、第１のセンサ素子配置は図１ｂのセンサ素子配置１０６に対応し、第２のセンサ素子配置は図１ａのセンサ素子配置１０２に対応する。一般的な場合において、本発明の実施例は、一次独立位置ベクトルに沿って通過する２つの空間方向にしたがって磁界を検出し、励磁線１０８は、少なくとも２つのセンサ素子を含む磁界センサの少なくともセンサ素子配置に関して異なる較正磁界成分を生成することができるように配置されている。ここで、２つのランダムな空間方向が実現するように、一次独立位置ベクトルの方向は固定されない。

図１ｂに示される実施形態によれば、較正可能な磁界センサ１００は、少なくとも第１のセンサ素子１０４ａおよび第２のセンサ素子１０４ｂを含む第２のセンサ素子配置１０４を含み、さらに励磁線が第２のセンサ素子配置１０４に関して配置されており、第２の空間軸ｙに関して、第２の一対の異なる、第１のセンサ素子１０４ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kyaおよび第２のセンサ素子１０４ｂにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kybが、第２のセンサ素子配置１０４に発生する。

図１ａおよび１ｂに関して記載されている磁界センサから離れて、少なくとも２つの空間次元を検出するために、実施形態において、３つの空間方向が検出されることができる。図１ｃは、基準点１００における磁界の第３の空間成分Ｂ_xまたはＢ_zを検出するために実施される較正可能な磁界センサ１００の例を示し、ここで、磁界は、第３の測定磁界成分Ｂ_MxまたはＢ_Mzおよび／または第３の較正磁界成分Ｂ_KxまたはＢ_Kzを含む。

図１ａに関連して、図１ｃに示される磁界センサの実施形態によって、さらに空間磁界成分Ｂ_xが検出され、図１ｂに関連して、図１ｃの磁界センサの実施形態は、さらに空間磁界成分Ｂ_zを検出する。

図１ｃの磁界センサ１００の実施形態は、基準点１０１における第３の空間軸ｘまたはｚに関して、第３の測定磁界成分Ｂ_MxまたはＢ_Mzおよび／または第３の較正磁界成分Ｂ_KxまたはＢ_Kzを有する第３の磁界成分Ｂ_xまたはＢ_zを検出するための第３のセンサ素子配置１０６または１０２を含み、ここで、３つの空間軸ｚ、ｙおよびｘが一次独立位置ベクトルに沿って通過する。

磁界センサ１００の更なる実施形態が図１ｄに示される。図１ｄの実施形態において、第３のセンサ素子配置１０２も第１および第２のセンサ素子１０２ａおよび１０２ｂを含み、励磁線１０８が第３のセンサ素子配置１０２に関して配置され、励磁線１０８に所定の電流Ｉ_k1を印加することにより、第１の空間軸ｚに関して、第１のセンサ素子１０２ａおよび第２のセンサ素子１０２ｂにおける一対の異なる所定の較正磁界成分Ｂ_KzaおよびＢ_Kzbが、第３のセンサ素子配置に発生する。

通常、実施形態は、２つまたは３つの空間磁界成分を検出するための較正可能な磁界センサを含む。ここの図１ａ〜１ｄは異なる変形例を示し、個々の空間方向は置き換え可能である。したがって、例えば、図１ａによる磁界センサに、図１ｃによる第３のセンサ素子配置１０６を加えることができる。

以下に、本発明の実施形態が詳細に説明される。反復を回避するために、以下の実施形態において、それぞれの磁界センサが３つの空間方向に向かう磁界を検出すると想定され、３つの空間方向は、一次独立位置ベクトルに沿って通過する。しかしながら、通常、以下に記載されているすべての実施形態も、磁界の２つの空間方向を検出するだけであることは可能である。したがって、以下において説明される実施形態において、１つのセンサ素子配置１０２、１０４または１０６は、それぞれ省略されることができる。説明された概念は、無制限に、２つの一次独立空間方向に沿った磁界を検出するための残りの２つのセンサ素子配置に適用され、および／または以下の実施形態が、センサ素子およびその実施に関して、図１ａおよび１ｂの実施形態にも同様に適用される。

図１ｄは、基準点１０１における磁界の第１、第２および第３の空間成分Ｂ_z、Ｂ_yおよびＢ_xを検出するための測定動作において較正可能な磁界センサ１００の実施形態を示し、磁界は、第１、第２および第３の測定磁界成分Ｂ_Mz、Ｂ_My、Ｂ_Mzおよび／または第１、第２および第３の較正磁界成分Ｂ_Kz、Ｂ_KyおよびＢ_Kxを含む。

磁界センサ１００は、基準点１０１における第１の空間軸ｚに関して、第１の測定磁界成分Ｂ_Mzおよび／または第１の較正磁界成分Ｂ_Kzを含む第１の磁界成分Ｂ_zを検出するための少なくとも２つのセンサ素子１０２ａおよび１０２ｂを有する第１のセンサ素子配置１０２を含む。さらに、磁界センサ１００は、基準点１０１における第２の空間軸ｙに関して、第２の測定磁界成分Ｂ_Myおよび／または第２の較正磁界成分Ｂ_Kyを含む第２の磁界成分Ｂ_yを検出するための少なくとも２つのセンサ素子１０４ａおよび１０４ｂを有する第２のセンサ素子配置１０４を含む。さらに、磁界センサ１００は、基準点１０１における第３の空間軸ｘに関して、第３の測定磁界成分Ｂ_Mxおよび／または第３の較正磁界成分Ｂ_Kxを含む第３の磁界成分Ｂ_xを検出するための少なくとも２つのセンサ素子１０６ａおよび１０６ｂを有する第３のセンサ素子配置１０６を含む。

磁界センサ１００は、第１のセンサ素子配置１０２、第２のセンサ素子配置１０４および第３のセンサ素子配置１０６に関して配置された励磁線１０８を含み、励磁線１０８に所定の電流Ｉ_k1を印加することにより、第１の一対の異なる、第１の空間軸ｚのセンサ素子１０２ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kzaおよびセンサ素子１０２ｂにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kzbが、第１のセンサ素子配置１０２に生成され、第２の一対の異なる、第２の空間軸ｙに関するセンサ素子１０４ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kyaおよびセンサ素子１０４ｂにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kybが、第２のセンサ素子配置１０４に生成され、第３の一対の異なる、第３の空間軸ｘに関するセンサ素子１０６ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kzaおよびセンサ素子１０６ｂにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kzbが、第３のセンサ素子配置１０６に生成されるようになっており、ここで、３つの空間軸ｚ、ｙおよびｘは一次独立位置ベクトルに沿って通過する。

図１ｄは、非対称に配置された励磁線１０８を含む磁界センサ１００の実施形態を示す。センサ素子配置（例えば、１０２，１０４，１０６）のそれぞれ（例えば、１０２ａ，１０２ｂ；１０４ａ，１０４ｂ；１０６ａ，１０６ｂ）について、少なくとも２つのセンサ素子に関する一対の異なる所定の較正磁界成分が、基準点１０１に関する励磁線の非対称によって得られる。励磁線１０８は、図１ｄの実施形態にしたがって、少なくとも１巻きのコイルを形成するように配置される。

幾何学的にみると、実施形態において、少なくとも一巻きのコイルがセンサ素子配置（例えば、１０２，１０４，１０６）の異なる少なくとも２つのセンサ素子（例えば、１０２ａ，１０２ｂ；１０４ａ，１０４ｂ；１０６ａ，１０６ｂ）に対して最短距離を有するように、励磁線１０８は配置される。センサ素子配置（例えば、１０４、１０６）に対する励磁線１０８のより短い距離のため、電流が励磁線１０８に流れると、より大きな距離によるよりも強い較正磁界成分が生成される。センサ素子（例えば、１０４ａ、１０４ｂ、１０６ａ、１０６ｂ）に対する励磁線１０８の最短距離が、平均実効距離と関連している。

例えば、ここでは、図１ｄのセンサ素子１０４ａおよび１０６ａおよび／または１０４ｂおよび１０６ｂの例に関して、センサ素子（例えば、１０４ａ、１０４ｂ、１０６ａ、１０６ｂ）は、好ましくは、励磁線１０８に関して対で対称となるように実施される。しかしながら、通常、また、明確な非対称が、異なるセンサ素子（例えば、１０４ａ、１０４ｂ、１０６ａ、１０６ｂ）またはセンサ素子配置（例えば、１０４、１０６）における較正磁界成分に関して発生するように、「非対称」形状が実現されてもよい。非対称は、異なる強さの励磁電流により達成されることもできる。対になった対称配置はシンプルな評価を可能にするが、センサ素子（例えば、１０４および１０４ｂおよび／または１０６ａおよび１０６ｂ）の間で、異なる距離により、明確な非対称およびこのようにして発生する較正磁界成分に関する明確な非対称も存在することができる。これは、例えば、図１ａ〜１ｄに従って、基準点１０１に関して励磁線１０８の幾何学的なシフトまたは非対称によって達成されることができる。図１ｃおよび１ｄの実施形態における励磁線１０８は、センサ素子１０４ｂおよび１０６ｂの上を通過しているが、センサ素子１０４ａおよび１０６ａの側部を通過している。その範囲において、センサ素子配置（例えば、１０４，１０６）のセンサ素子（例えば、１０４ａ，１０４ｃ；１０６ａ，１０６ｂ）に対する励磁線１０８の異なる最短距離は、励磁線１０８がセンサ素子配置（例えば、１０４および／または１０６）のそれぞれ（例えば、１０４ａおよび１０４ｂおよび／または１０６ａおよび１０６ｂ）について２つのセンサ素子に対する異なる距離を示すような方法で考えることができ、それにより、励磁線１０８における電流Ｉ_k1によるセンサ素子配置（例えば、１０４および／または１０６）のセンサ素子（例えば、１０４ａおよび１０４ｂおよび／または１０６ａおよび１０６ｂ）に生じる磁界成分も異なる。

すでに上で説明されるように、説明された実施形態で、１つのセンサ素子配置１０２、１０４または１０６はそれぞれ省略されることができる。説明された概念は、２つの一次独立空間方向に沿った磁界を検出するための残りの２つのセンサ素子配置に無制限に適用され、および／またはセンサ素子に関する説明およびその実現はまた、図１ａおよび１ｂの実施形態に適用される。

他の実施形態において、励磁線１０８は、基準点１０１に関して対称的に配置されることもできる。この種の実施形態は、図２において示される。図２は、図１ｄに関してすでに示され説明されたのと同じ構成部品を含む磁界センサ１００の更なる実施形態を示す。図１ｄとの違いは、１．５回巻きのコイルとして図２において実施されている励磁線１０８の配置である。通常、実施形態において、いかなる巻き数のコイルの実現も可能であるが、図２において図式的に例示されているように、すでに言及された非対称は、不完全な巻き線および／または部分的な巻き線によって達成されることができる。通常、ここで、図１ａおよび１ｂに参照されるように、１つの個々の部分的な巻き線も可能である。これらの場合、部分的な巻き線は、センサ素子配置のセンサ素子に関して非対称に配置されるような、図１ａおよび１ｂに示された導電配線によって実現されてもよい。

実施形態は、基準点１０１に関して対称的に実行されず非整数の巻き数を有する励磁線１０８を含む。したがって、励磁線１０８は、１つの完全な巻き線と１つの部分的な巻き線とで構成されるように実行することができる。また、励磁線１０８の一対の対称配置は、センサ素子（例えば、１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ，１０６ｂ）に関して可能であり、一般のケースはこの対称に制限されず、実施形態において、それは明確な「非対称」な較正磁界成分を生成することができるいかなる配置も行うことができる。

すでに上で説明されているように、上述の実施形態において、１つのセンサ配置１０２、１０４または１０６は、省略されることができる。説明された概念は、２つの一次独立空間方向に沿った磁界を検出するための残りの２つのセンサ素子配置に無制限に適用することができ、および／またはセンサ素子およびそれらの実現に関する実施形態は、図１ａおよび１ｂの実施形態に同様に適用できる。

磁界センサ１００の更なる実施形態は図３ａに示される。図３ａの磁界センサ１００は、図１ａ〜ｄおよび図２に関して図示され説明されたのと同じ構成部品を含む。さらに、図３ａの実施形態において、第２の励磁線１０９が存在する。図３ａによれば、第２の励磁線１０９は励磁線１０８に対してシフトしており、すなわち、励磁線１０８は、センサ素子１０４ｂおよび１０６ｂの上を直接通過しているが、センサ素子１０４ａおよび１０６ａの側面に沿って通過している。第２の励磁線１０９は、センサ素子１０４ａおよび１０６ａの上を直接通過しているが、センサ素子１０４ｂおよび１０６ｂの側面に沿って通過している。

また、ここでは、説明された実施形態において、１つのセンサ素子配置１０２、１０４または１０６は、それぞれ省略されることができる。説明された概念は、２つの一次独立空間方向に沿って磁界を検出するための残りの２つのセンサ素子配置にも無制限に適用され、および／またはセンサ素子およびそれらの実現に関する説明はまた、図１ａおよび１ｂの実施形態にも同様に適用できる。

実施例において、第２の励磁線１０９は、第１のセンサ素子配置１０２、第２のセンサ素子配置１０４および第３のセンサ素子配置１０６に関して配置されることができ、その結果、第２の励磁線１０９に所定の電流Ｉ_k2を印加することにより、第１の更なる一対の異なる、センサ素子１０２ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kza2およびセンサ素子１０２ｂにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kzb2が、第１のセンサ素子配置１０２における第１の空間軸ｚに関して発生し、第２の空間軸ｙに関して、第２の更なる一対の異なる、センサ素子１０４ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kya2およびセンサ素子１０４ｂにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kyb2が、第２のセンサ素子配置１０４に発生し、第３の空間軸ｘに関して、第３の更なる一対の異なる、センサ素子１０６ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kxa2およびセンサ素子１０６ｂにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kxb2が、第３のセンサ素子配置１０６に発生する。

図３ａによれば、第２の励磁線を通って、更なる較正磁界成分を発生させることができる。また、ここでは、第２の励磁線１０９の対になった対称配置は、センサ素子（例えば、１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ，１０６ｂ）に関して可能であり、一般のケースはこの対称に限られるものではなく、実施形態において、明確な較正磁界成分を発生させることができるいかなる配置も存在することができる。

ここで、実施形態において、第１の更なる一対の異なる所定の較正磁界成分が、第１の一対の構成磁界成分に比べて互いに反対の関係となり、第２の更なる一対の異なる所定の較正磁界成分が、第２の一対の構成磁界成分に比べて互いに反対の関係となり、第３の更なる一対の異なる所定の較正磁界成分が、第３の一対の構成磁界成分に比べて互いに反対の関係となるように、第１の励磁線１０８と第２の励磁線１０９とが配置される。これは、第１の励磁線１０８および第２の励磁線１０９の配置による例として、図３ａに示される。

例えば、第１の励磁線１０８に電流が流れ、第２の励磁線には電流が流れない。したがって、センサ素子１０４ｂおよび１０６ｂにおいて、第１の励磁線１０８は、強い較正磁界成分Ｂ_KybおよびＢ_Kxbを発生させ、センサ素子１０４ａおよび１０６ａに弱い較正磁界成分Ｂ_KyaおよびＢ_Kxaを発生させる。通電および／または電流の流れが逆の場合、第１の励磁線１０８には電流が流れず、第２の励磁線には前に第１の励磁線に流れていた電流Ｉ_k2が流れ、第２の励磁線１０８は、センサ素子１０４ｂおよび１０６ｂに弱い較正磁界成分Ｂ_Kyb2およびＢ_Kxb2を発生させ、センサ素子１０４ａおよび１０６ａに強い較正磁界成分Ｂ_Kya2およびＢ_Kxa2を発生させる。実施形態において、次式がこの種の実施例にあてはまるように、励磁線１０８および１０９は配置されることができる
Ｂ_Kyb／Ｂ_Kya＝Ｂ_Kxb／Ｂ_Kxa、
Ｂ_Kyb2／Ｂ_Kya2＝Ｂ_Kxb2／Ｂ_Kxa2、
または、
Ｂ_Kyb／Ｂ_Kya＝Ｂ_Kxa2／Ｂ_Kxb2

実施形態において、第１のセンサ素子配置１０２は、磁界センサの主面に関して水平ホール・センサ素子１０２ａまたは１０２ｂを含むことができる。通常、実施形態において、異なる磁界成分（Ｂ_x，Ｂ_y，Ｂ_z）に対応する感度を有するいかなる磁界センサも用いられることができる。例えば、磁気抵抗センサ素子の使用も可能である。以下に、本発明の実施例は、ホール・センサ素子の実現による例として記載されている。第１のセンサ素子配置１０２は、磁界センサの主面に関して水平な複数のホール・センサ素子を含み、複数の水平ホール・センサ素子（例えば、１０２ａ；１０２ｂ）の幾何学的配置は基準点１０１に関して二つ一組で対称形であり、磁界成分がオフセット補償方法で検出可能なように、ホール・センサ素子は互いに連結される。

実施形態において、第２のセンサ素子配置１０４は、磁界センサの主面に対して垂直な２つのホール・センサ素子（例えば、１０４ａ；１０４ｂ）を含み、少なくとも二つの垂直ホール・センサ素子の幾何学的な配置は基準点１０１に関して二つ一組で対称形であり、磁界成分がオフセット補償方法で検出可能になるように、センサ素子は互いに連結される。通常、実施形態において、異なる磁界成分（Ｂ_x，Ｂ_y，Ｂ_z）に対応する感度を有するいかなる磁界センサも用いられることができる。

実施形態において、第３のセンサ素子配置１０６は、磁界センサの主面に対して垂直な少なくとも２つのホール・センサ素子（例えば１０６ａ；１０６ｂ）を含み、少なくとも２つの垂直ホール・センサ素子の幾何学的な配置は基準点１０１に関して二つ一組で対称形であり、磁界成分がオフセット補償方法で検出されるように、それらは互いに連結される。更なる実施形態において、第１のセンサ素子配置１０２、第２のセンサ素子配置１０４または第３のセンサ素子配置１０６は、スピニング電流モードで動作可能である。通常、この実施形態において、いかなる磁界センサも用いられることができる。

更なる実施形態が、図３ｂにおいて示される。すでに上述したように、説明された実施形態において、１つのセンサ素子配置１０２、１０４または１０６の各々は省略することができる。説明された概念は、２つの一次独立空間方向に沿って磁界を検出するための残りの２つのセンサ素子配置にも無制限に適用され、および／またはセンサ素子およびそれらの実現に関する例はまた、図１ａおよび１ｂの実施形態に同様にく適用できる。

図３ｂの磁界センサ１００は、図１、２および３ａに関して例示され、説明されたのと同じ構成部品を含む。図３ｂの実施形態において、破線として実施されている第２の励磁線１０９が存在する。図３ｂによれば、第２の励磁線１０９は励磁線１０８に対してシフトされ、すなわち励磁線１０８はセンサ素子１０４ｂおよび１０６ｂの上を直接通過しているが、センサ素子１０４ａおよび１０６ａの側面に沿って通過している。第２の励磁線１０９は、センサ素子１０４ａおよび１０６ａの上を直接通過しているが、センサ素子１０４ｂおよび１０６ｂの側面に沿って通過している。図３ｂにおいて、センサ素子（例えば、１０２ａ，１０２ｂ，１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ，１０６ｂ）は、測定配列に従って指定された２つの個々のセンサからそれぞれに結合される。

例えば、図３ｂにおいて、センサ素子配置１０２が２つのセンサ素子１０２ａおよび１０２ｂを含むものとみなされ、センサ素子１０２ａは２つの個々のセンサＺ１およびＺ２を有し、センサ素子１０２ｂは２つの個々のセンサＺ３およびＺ４を有する。図３ｂの右上隅に図解的に示した座標十字によれば、磁界成分がｚ方向において検出されるように、センサ素子配置１０２が設定される。例えば、個々のセンサＺ１〜Ｚ４は、水平ホール・センサによって実現される。同じように、図３ｂにおいて、センサ素子配置１０４は、ｙ方向の磁界成分を検出するための個々のセンサＹ１〜Ｙ４を含むセンサ素子１０４ａおよび１０４ｂで構成される。ｘ方向の磁界成分を検出するために、センサ素子配置１０６は、センサ素子１０６ａおよび１０６ｂおよび個々のセンサＸ１〜Ｘ４と連携している。個々のセンサＸ１〜Ｘ４およびＹ１〜Ｘ４は、例えば、垂直ホール・センサによって実現される。

実施形態において、磁界センサは、１つだけのコイルおよび／または励磁線１０８によって励磁される。以下において、このように、第２の励磁線１０９および／またはコイルは無視され、後に注目される更なる実施例において更に詳細に説明される。１つだけの励磁線１０８および／またはコイルが存在する場合、例えば、ｚ方向における磁界を検出するセンサ素子配置１０２は、例えば２つのコイルを使うときの半分の大きさの磁界によって励磁される。例えばｘ方向およびｙ方向の磁界を検出するセンサ素子配置１０４および１０６において、励磁は異なる方法で機能する。

例えば、図３ｂに示されるように、センサ素子配置１０４および１０６は、各々４つの部分的なセンサで構成される。この実施形態において、２つの部分的なセンサが各々コイルの完全な磁界を検出し（例えば、Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２）、他のセンサ（例えば、Ｘ３，Ｘ４，Ｙ３，Ｙ４）は、他方向に向いている実質的により弱いおよそ消えていく漂遊磁界を検出するだけである。部分的なセンサ（例えば、Ｘ１−Ｘ４、Ｙ１−Ｙ４）の対応する接続（例えば、並列接続）によって、部分的なセンサの出力信号の平均が結果として得られる。この実施形態における２つの部分的なセンサは各々完全な信号を示し（例えば、Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２）、それぞれの他の２つの部分的なセンサ（例えば、Ｘ３，Ｘ４，Ｙ３，Ｙ４）は実質的に信号を検出しない。これは、本実施例における合計で、比較的半分の強度を有する出力信号が発生することを意味する。

この実施形態において、センサ素子配置１０４および１０６は、２つの励磁線を有する例と比較すると、完全な磁界で半分の部分的なセンサ（例えば、Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２）を刺激することによって、半分の信号を検出する。この実施形態においてｚ方向の磁界を検出するセンサ素子配置１０２は、２つの励磁線を有する例と比較して、１つのコイルだけが用いられるように、半分の磁界ですべての部分的なセンサを等しく励磁することによって、半分の信号を検出する。

２つの励磁線を有する例と比較すると、半分の信号という結果、すなわち半分の信号／雑音比という結果が得られる。２つの励磁線による励磁と同様の品質を成し遂げるために、測定値のフィルタリングおよび／またはより長い測定が実行されることができる。さらに、センサ素子配置１０４および１０６（例えば、ＸおよびＹセンサ）において、すべての部分的なセンサ（例えば、Ｘ１−Ｘ４、Ｙ１−Ｙ４）が、励磁されているというわけではない。一例として、図３ｂの実施形態において、個々のセンサＸ３，Ｘ４，Ｙ３およびＹ４は、１つだけの励磁線１０８によって磁気的に励磁されていないおよび／またはわずかに励磁されるだけである。したがって、これらの個々のセンサの感度の磁気試験は、最初は可能でないように思われ、それぞれ対向するセンサ素子の同じセットアップについても同様であり、それからの逆算および／または結果が達成される。まず第一に、それからセンサ素子配置（例えば、１０４，１０６）の対称形の配置に基づいて、１つのセンサ素子各々（例えば、１０４ｂ）に対する較正磁界成分の侵入が実行される。明確な較正磁界成分により、このセンサ素子は較正されることができる。さらに、所与の対称および同じセンサ素子１０４ａおよび１０４ｂの使用に基づいて、センサ素子１０６ａおよび１０６ｂと同様に、較正磁界成分によって直接励磁されないセンサ素子の較正は終了する。

図３ｂによる第２の励磁線１０９を有する実施形態は以下において説明される。すでに上で説明されているように、説明された実施形態において、１つのセンサ素子配置１０２、１０４または１０６は省略されることができる。説明された概念はそれから、センサ素子に関して２つの一次独立空間方向に沿った磁界を検出するための残りの２つのセンサ素子配置にも無制限に適用され、および／またはセンサ素子に関する実現およびそれらの実現は、図１ａおよび１ｂの実施形態にも各々適用できる。

図４において、更なる実施例が示される。図４は、例えば、４つの水平ホール・センサ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃおよび１０２ｄで実現される第１のセンサ素子配置１０２を示す。さらに、図４は、４つの垂直ホール・センサ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃおよび１０４ｄで実現される第２のセンサ素子配置１０４を示す。さらに、図４は、４つの垂直ホール・センサ１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄで実現される第３のセンサ素子配置１０６を示す。さらに、図４において、第１の励磁線１０８がコイルＡとして示され、第２の励磁線１０９がコイルＢとして示されている。ここで、例えば、同じ感度を有するセンサ素子１０２ａ−ｄ、１０４ａ−ｄまたは１０６ａ−ｄが用いられる。図４に示されているように、このような実施形態において、２つの励磁線１０８および１０９は、それぞれに関して幾何学的に互いにシフトされた２つのコイルとして実現することができる。

図４による実施例は、コイルＡおよびＢの２つの磁界を重畳して、このように感度方向において結果として生じる励磁または較正磁界を生成することが可能である。例えば、コイルは、図４において、センサ素子１０４ａ、１０４ｃ、１０６ｂおよび１０６ｄに関するコイルＡおよび／または図４のセンサ素子１０４ｂ、１０４ｄ、１０６ａおよび１０６ｃに関するコイルＢのように、配置の一方面上においてセンサ素子上に直接配置されてもよい。さらに、コイルは、図４において、例えば、センサ素子１０４ａ、１０４ｃ、１０６ｂおよび１０６ｄに関するコイルＢおよび／またはセンサ素子１０４ｂ、１０４ｄ、１０６ａおよび１０６ｃに関するコイルＡのように、センサに隣接して他の側を通過してもよい。実施形態において、これらのコイルは、対向するように配置されることができる。上述したように、励磁線（例えば、１０８，１０９）またはコイルは、好ましくはセンサ素子に関して二つ一組で対称的に配置されるが、必ずしもこのようにする必要はなく、通常考えられる任意の配置によって、センサ素子配置内で明確な異なる較正磁界成分を生成してもよい。

コイルが垂直センサ素子上を直接通過する場合、その上の影響は、この実施形態において無視できる隣または側面に沿ったオフセットコイルの影響より著しく大きい。したがって、図４のコイルＡは、主に垂直センサ素子１０４ａ、１０４ｂ、１０６ｂおよび１０６ｄを励磁し、および／またはコイルＢは主にセンサ素子１０４ｂ、１０４ｄ、１０６ａおよび１０６ｃを励磁する。両コイルは、配置の中央において、水平センサ素子１０２ａ／ｄを励磁する。次の表は、両コイルについて、励磁電流の方向によってどのように励磁方向が動くかを、センサ素子配置１０２、１０４および１０６に分類して示したものである。図４における電流の矢印は、正の電流方向、すなわち、最初にセンサ素子１０６ａ、１０６ｃ、１０４ｄおよび１０４ｂの横を通る流れと、次にセンサ素子１０６ｄ、１０６ｂ、１０４ａおよび１０４ｃの上を直接通るコイルＡの正の電流Ｉ_k1、および最初にセンサ素子１０６ａ、１０６ｃ、１０４ｄおよび１０４ｂの上を通り、次にセンサ素子１０６ｄ、１０６ｂ、１０４ａおよび１０４ｃの横を通るコイルＢの正の電流Ｉ_k2を示す。

図５は、磁界センサ１００の他の実施形態を示す。図５の実施形態は、図４と同じセンサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ、１０４ａ−ｄ、１０６ａ−ｄ）、センサ素子の配列およびセンサ素子配置を含み、説明の繰り返しは省略する。図５の磁界センサ１００は１つの励磁線１０８だけを有し、それは１．５回の巻き数を有し、垂直センサ素子上を直接通過しているコイルとして実施される。したがって、図５の励磁線１０８による電流Ｉ_k1は、センサ素子１０６ａ、１０６ｃ、１０４ｂおよび１０４ｄを２回横切り、センサ素子１０６ｄ、１０６ｂ、１０４ａおよび１０４ｃを１回横切るように流れ、それによりセンサ素子の対における較正磁界成分の違いまたは非対称が達成される。更なる実施形態において、磁界センサは、１．５回の巻き数を有する第２の励磁線を有していてもよく、上述の説明のものに対向して配置される。一般に、励磁線はさまざまな数の巻き数が考えられ、結局は較正磁界成分の非対称を生じるための部分的な巻き線を含む。

実施形態において、１つまたは２つの励磁線１０８、１０９で実現されることができるさまざまな測定過程が得られる。例えば、電流がコイルに印加されると、上記の表とともに図１、２、３、５を参照して、全ての３つのセンサ配置１０２、１０４および１０６が励磁される。図３ｂ、４および表からの実施例に基づいて、全てのセンサ素子の正の励磁が、コイルＡによる正の電流Ｉ_k1に起因するものである。ここで、全ての水平センサ素子１０２ａ−ｄは励磁されるが、垂直センサ素子のうちの左側（例えば、１０６ｂ，１０６ｄ）、および下側（例えば、１０４ａ，１０４ｃ）のみが励磁される。水平センサ素子素１０２ａ〜ｄはコイルＡの完全な磁界によって励磁されるが、垂直センサ素子については４つのうちの２つのセンサ素子のみが励磁されるだけであるから、垂直センサ素子（例えば、１０４ａ，１０４ｃ，１０６ｂ，１０６ｄ）は半分の磁界で励磁されるだけである。

それに対する比較において、コイルＢだけが励磁されると、垂直センサ素子（例えば、１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｄ，１０６ａ，１０６ｃ）は負の励磁となり、水平センサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ）は正の励磁となる。上と同様に、すべて水平センサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ）は励磁されて、コイルＢの完全な磁界を検出する。それに対応して、垂直センサ素子（例えば、１０４ａ−ｄ、１０６ａ−ｄ）の半分（例えば、１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｄ，１０６ａ，１０６ｃ）のみが励磁されて、コイルＢの半分の磁界を検出するだけである。

コイルＡおよびＢの制御を組み合わせることによって、実施形態において、磁界センサは、モニタされることができ、較正されることができる。例えば、また、両コイルは、正の電流方向において制御されることができる。したがって、水平センサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ）は２倍の磁界によって励磁され、磁界は垂直センサ素子（例えば、１０４ａ−ｄ、１０６ａ−ｄ）においてそれ自体を相殺することができる。

両コイルが逆方向において励磁される場合、垂直センサ素子（例えば、１０４ａ−ｄ、１０６ａ−ｄ）は２倍の磁界で励磁され、磁界は水平センサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ）においてそれ自体を相殺する。更なる実施形態において、異なる強さの電流がコイルに印加されることもできる。例えば、正の向きに電流を両コイルに印加し、第１のコイルＡに２倍の強さの電流を印加すると、水平センサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ）には３倍の磁界が与えられることになるが、垂直センサ素子（例えば、１０６ｄ，１０６ｂ，１０４ａ，１０４ｃ）には１倍の磁界が与えられるだけである。このような励磁は、図５に示すように、例えば、他の実施形態において、部分的な巻き線を有するコイルによって達成される。図５において、磁界センサ１００の右側は負の方向で２倍に励磁されるが、左側は正の方向で１倍に励磁され、磁界の３倍の合計に達する。このような実施形態において、２：１の励磁比率は、２つのコイルを通って実現されず、１．５回の巻き数を有する１つのコイルを通って実現される。一般に、実施形態において、非対称の較正領域を生成することができる任意の巻き数を有するコイルが可能であり、例えば、「非対称の」励磁比率を生み出すことができる任意の非整数の巻き数が可能である。

上述の例において、電流Ｉ_k1の２倍が第１のコイルＡに与えられ、逆向きの電流が第２のコイルＢに与えられる場合、水平センサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ）には１倍の磁界が与えられ、垂直センサ素子（例えば、１０４ａ−ｄ、１０６ａ−ｄ）にはその３倍が与えられる。考慮される実施形態によれば、個々の磁界成分を強化および／または抑制する多くの他の組合せまたは制御は、別の実施形態においてもっと見つけることができる。

これらの制御の各々は有利な点があり、それに応じて、成分は抽出されるか抑圧される。例えば、垂直センサ素子（例えば、１０４ａ−ｄ、１０６ａ−ｄ）のみがモニタされるか較正される場合、コイルに逆方向の電流を印加することは採用されることができる。例えば、水平センサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ）のみが励磁されている場合、コイルに同じ方向の電流を印加することができる。水平センサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ）および垂直センサ素子（例えば、１０４ａ−ｄ、１０６ａ−ｄ）の両方が関連する場合、上記例によれば、電流は引き続いて異なる強さで個々のコイルに印加されることができる。

すでに上で説明されているように、１つのセンサ素子配置１０２、１０４または１０６のそれぞれは、説明される実施形態において省略されることもできる。また、それから説明される概念は、限定されることなく、２つの一次独立空間方向に沿って磁界を検出するための残りの２つのセンサ素子配置に適用される。センサ素子およびそれらの実施例に関して言われたことは、図１ａおよび１ｂの実施例にも同様に適用される。

すべてのセンサ素子（例えば、Ｘ１−Ｘ４、Ｙ１−Ｙ４）が励磁される場合、更なる有利さが得られることができる。参照、これは、図３ｂを参照して、第２の励磁線１０９によって達成されることができ、すでに述べたように、それに、例えば、電流が時間的にオフセットされた方法で印加される。以下の表は、図３ｂに示される磁界センサの例に基づいて、電流を励磁線１０８および／またはコイルＡおよび励磁線１０９および／またはコイルＢに印加する効果を集約したものである。ここで、「＋」は正の向きの電流の印加および／または起磁力を示し、「−」は負の向きを示し、「０」は全く信号がない場合を示す。

上記の概要において、両コイルを流れる電流が等しいと仮定される。他の実施形態において、前のセクションにおいてすでに述べたように、さまざまな電流および／または巻き数が使われることができる。実施形態において、効果はコイルの交互の操作において得られる。それから、すべてのセンサ素子配置１０２、１０４および１０６の信号比率を検出することができ、これが上の表の右側の３つの欄に示されている。

上記の記載によると、交互の操作において、センサ素子配置のすべてのセンサ素子が同時にテストされることができるというわけではない。しかしながら、コイルの同時操作において、相対的に２倍の高さである信号が得られ、その間にセンサ素子配置のすべてのセンサ素子が同時にテストされることができる。異なるセンサ素子配置、例えば、１０４〜１０６（例えば、Ｘ，Ｙセンサ）および１０２（例えば、Ｚセンサ））は、交互に較正されまたはテストされることができる。

要約すると、測定動作中に較正可能な磁気多次元位置センサの発明概念に関して、本発明の実施形態による磁気センサがこのように１つの励磁線だけでうまくやることができるが、第２の励磁線を有する付加的な監視および較正可能性を提供することができると指摘することができる。それらは、全ての３つの磁界成分が１つのポイントにおける非常に良好な近似において測定されることができる効果を提供し、例えば、成分許容度、半導体物質の汚染、半導体物質の構造的な不均質性等によって生じるオフセットは補償されることができ、測定値は小さいオフセットで利用可能となる。任意の巻き数および／または部分的な巻線を有する励磁ループを用いることにより、単純なウェーハテスト、すなわち全ての３つのセンサのオンチップテストが可能となる。さらに、個々の励磁からの測定信号を組み合わせることによって、測定動作実行中の自己診断を可能にすることができ、その理由は、一方では測定磁界成分から生じている測定信号比率、および他方では較正磁界成分から生じている測定信号比率の両方とも著しく減らされることができるからである。したがって、動作中に、このような磁界センサの感度較正を実行することは可能である。別々の評価電子技術を有する３つのセンサの故障は非常にありそうにないため、励磁ループそのものもまたテストされることができる。

特に、状況に応じて、発明の方式がソフトウェアで行うこともできることが指摘される。対応する方法が実行されるように、実現はプログラム可能なコンピュータシステムおよび／またはマイクロコントローラと協同することができる電子的に読み込み可能な制御信号を有するデジタル記憶媒体、特にディスクまたはＣＤであってもよい。一般に、本発明はこのように、コンピュータ・プログラムがコンピュータおよび／またはマイクロコントローラに実行されるとき、発明の方法を実行するための機械で読み取ることができるキャリアに格納されるプログラムコードを有するコンピュータ・プログラム製品にある。換言すれば、本発明はこのように、コンピュータ・プログラムはコンピュータおよび／またはマイクロコントローラに実行されるとき、この方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータ・プログラムとして実現されることができる。

本発明は磁界センサに関し、特に、測定動作中に較正可能な、基準点における磁界の空間成分を検出するためのホール・センサ、およびここで用いられる較正および測定方法に関する。

大きさおよび方向に関して磁界を測定するのとは別に、ホール効果に基づくホール・センサ素子は、磨耗することなく、スイッチや制御素子の位置を検出するための非接触のコンタクトレス信号発生器の技術分野においてしばしば使用される。他の応用方法は電流を測定することであり、ホール・センサ素子は、導電線の近くに非接触で配置されて、導電線の電流によって発生する磁界を検出することにより導電線の電流を測定する。現実的応用において、ホール・センサ素子は、特に、例えば汚染などのような外部の影響に対する比較的大きな鈍感さのために優れている。

技術分野において、従来からいわゆる水平あるいは横方向のホール・センサ素子および垂直ホール・センサ素子の両方が公知であり、その例として、図６ａは従来の水平ホール・センサ素子を示し、図６ｂは垂直ホール・センサ素子を示している。

基本的に図６ａにおいて例示されているように、従来の水平ホール・センサ素子６００は、通常、ｐ型半導体基板６０４上にｎ型半導体領域６０２を形成することにより構成されている。チップ表面（ｘ−ｙ平面）と平行して配置されるホール・センサ素子が水平であるとされている。

図６ａにおいて例示される水平ホール・センサ素子６００から分かるように、接続端子６０６ａ−ｄの間のアクティブ領域は、有効長さＬおよび有効幅Ｗを有するように定められる。図６ａに示される水平ホール・センサ素子６００は、半導体構造を製造する従来のＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）プロセスを用いて比較的容易に製造することができる。

水平ホール・センサ素子とは別に、例えばＣＭＯＳプロセスのような標準的な半導体製造技術を用いることができる、いわゆる垂直ホール・センサ配置の実現も、従来技術において公知である。垂直ホール・センサ素子６２０の例は基本的に図６ｂに示され、ここで垂直というのはチップ表面（Ｘ−Ｙ平面）に直交する平面を意味する。図６ｂに示される垂直ホール・センサ素子６２０において、好ましくはｐ型半導体基板６２４の中に、壁の形で深さＴを有するｎ型アクティブ半導体領域６２２が広がっている。図６ｂに示すように、垂直ホール・センサ素子は半導体基板６２４の主面に隣接して配置される３つの接続領域６２６ａ−ｃを含み、接続端子６２６ａ−ｃは全てアクティブな半導体領域６２２に配置される。３つの接続領域により、垂直ホール・センサ素子のこのバリエーションは、３ピン・センサとも呼ばれる。

水平および垂直ホール・センサ、および、例えば、スピニング電流方法を用いて、例えば汚染、非対称、圧電効果、エイジング現象等のような素子許容差によって形成されるオフセットを減少させるための方法は、Ｒ．Ｓ．Ｐｏｐｏｖｏｃ、「ホール効果素子、磁気センサおよび半導体の特性解析（Ｈａｌｌ Ｅｆｆｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）」Ａｄａｍ Ｈｉｌｇｅｒ、１９９１、ＩＳＢＮ ０―７５０３―００９６―５、などにおいて、すでに公知である。しばしば、例えば、独国特許第１０１５０９５５号明細書や独国特許第１０１５０９５０号明細書に記載されていているように、スピニング電流方法で動作する垂直センサは、２つまたは４つの個々のセンサで成り立っている。

さらに、３ピン垂直ホール・センサ素子のバリエーションとは別に、独国特許第１０１５０９５５号明細書や独国特許第１０１５０９５０号明細書に記載されているいわゆる５ピン垂直ホール・センサ素子がある。５ピン・ホール・センサ素子においても、いくつかの測定段階にわたる補償方法によって個々の素子の許容度を補償した測定を実行する方法があり、その例として、スピニング電流方法をここで使用することができる。

スピニング電流技術は、特定のクロック周波数で、連続的に周期的に、例えば９０°測定方向を変えて、ホール・センサ素子のホール電圧を検出し、３６０°の完全なターンのすべての測定信号を合計することを意味する。２つのそれぞれの接続領域がそれぞれ二つ一組で配列される４つの接続領域を含むホール・センサ素子において、接続対の各々が、スピニング電流段階に応じて、電流を供給するための制御電流接続領域、およびホール信号を取り出すための測定接続領域の両方として用いられる。このように、スピニング電流段階で、または、スピニング電流サイクルで、動作電流（制御電流Ｉ_H）は２つの関連する接続領域の間に流れ、ホール電圧は関連する他の２つの接続領域で取り出される。

次のサイクルにおいて、測定方向が９０°曲げられ、以前のサイクルにおいて、ホール電圧を取り出すために使われた接続領域が、今度は、制御電流を供給するために用いられる。すべての４つのサイクルまたは段階にわたる合計によって、製造または材料によるオフセット電圧は大体互いに相殺され、本当に磁界に依存している信号の部分だけが残る。この手順は、もちろん、より大きな数の接続対にも適用でき、例えば、（８つの接続領域を含む）４つの接続対については、スピニング電流段階は、４５°の角度で周期的に回転して、全３６０°ターン上のすべての測定信号を合計できるようにしている。

水平ホール・センサにおいて、４つのセンサがしばしば用いられ、適切な配置により、オフセットが、空間的なスピニング電流動作によって著しく減少させることができる。例えば、独国特許出願公開第１９９４３１２８号明細書を参照のこと。

磁界がいくつかの空間方向に対して測定されるときに、別々のホール・センサ素子が最も頻繁に使用される。例えば磁界の３つの空間方向を検出するために、別々のセンサを用いると、測定されるべき磁界が１つの位置で測定されず、３つの異なる位置で測定されるという課題がある。図７はこの態様を明らかにするものであり、図７は３つのホール・センサ７０２、７０４および７０６を示す。第１のホール・センサ７０２は、ｙ空間成分を検出するために用いられ、第２のホール・センサ７０４は、ｚ空間成分を検出するために用いられ、第３のホール・センサ７０６は、ｘ空間成分を検出するために用いられる。個々のセンサ７０２、７０４および７０６は、およそ個々のセンサのそれぞれの中心位置において磁界の対応する空間成分を測定する。

個々のセンサは、同様に、いくつかのホール・センサ素子で構成されることができる。図７は、例えば、それぞれが４つのホール・センサ素子を有する３つの個々のセンサを示し、図７において、水平ホール・センサ７０４は、測定される磁界のｚ成分を検出し、垂直ホール・センサ７０２および７０６は、それぞれ測定される磁界のｙおよびｘ成分を検出する役割を果たす。図７において例示されているように、空間的な磁界成分を検出するための配置は、磁界が１つの位置で測定されず、個々のセンサのそれぞれの中心位置で測定されるという課題を伴う。磁界センサの中の異なる位置で検出される磁界成分に基づく磁界の正確な評価は可能でないため、これは必然的にデータの破損を伴う。

ホール・センサ素子によって磁界を検出して評価するときの別の態様は、個々の素子の較正である。従来技術によれば、ホール・センサ素子は、明確な磁界で測定されるホール電圧を比較しおよび／または関連付けることによってその後較正されるセンサを得るために、個々のセンサの測定点における明確な磁界を生成することを可能にするいわゆる励磁線を最もしばしば備えている。

動作の間の単純なウェーハテスト、すなわち直接基板上の試験、および自己診断および感度較正が可能であるホール・センサにおいて、人工的な磁界を生成するために励磁線を使用することは可能である。Ｊａｎｅｚ Ｔｒｏｎｔｅｌｊ「混合信号処理による統合された磁気センサの最適化（Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ ｂｙ Ｍｉｘｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」（第１６回ＩＥＥＥ第１巻の議事録）と比較のこと。これは、センサが動作中でさえ、それ自身をモニタすることができるため、例えば、自動車分野において、または医療工学などの安全性を最重要視すべき分野において特に興味があることである。

例えば、図７に示されているように、いくつかの個々のセンサが磁界の空間成分を検出するために用いられるときに、それぞれの個々のセンサは較正のための対応する励磁線を必要とし、個々のセンサは個々に較正される。これは、較正のための努力が個々のセンサ素子の数に応じて拡大・縮小されて、空間的に３つの磁界成分を検出する場合、個々のセンサの較正効果と比較して３倍に増やされることを意味する。

磁界を評価することができる１つのアプローチ、すなわち１つの位置における測定値の検出は、スイス連邦工科大学ローザンヌ校ＥＰＦＬによって作製された３Ｄセンサである。Ｃ．Ｓｃｈｏｔｔ，Ｒ．Ｓ．Ｐｏｐｏｖｉｃ「統合３Ｄホール磁界センサ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ３Ｄ Ｈａｌｌ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｎｓｏｒ）」Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ´９９年、６月７〜１０日、センサイ、日本、ＶＯＬ．１、ページ１６８―１７１、１９９９、と比較のこと。図８は、半導体基板８０２に実施されるこの種のホール・センサ８００の図解図である。３Ｄセンサには、電流が半導体基板８０２に印加される４つの接続領域８０４ａ−ｄが具備されている。さらに、３Ｄセンサには、異なる磁界成分が検出される４つの測定接続領域８０６ａ−ｄが具備されている。配線８１０が、図８の右側に示されている。４つのオペアンプ８１２ａ−ｄで構成された配線は、個々の磁界成分に対応したホール電圧を評価して、信号Ｖｘ、ＶｙおよびＶｚの形で端子８１４ａ−ｃにおいて対応する成分を出力する。

示されているセンサは、外部から発生する明確な磁界によって較正されることができるだけであって、独自の励磁線を備えていないという問題を伴っている。さらに、そのセットアップおよびその機能モードにより、このセンサは、例えばスピニング電流方法などのような補償方法を用いて動作されることができない。さらにまた、図８に示される配置の課題は、この種の半導体素子が、半導体材料の汚染、接触における非対称、結晶構造における変化などにより、スピニング電流に適した対応する補償配線を用いて抑制されることができないオフセット電圧を示すということである。センサは集中する位置における磁界成分を測定するが、それは高いオフセットを示し、従って限られた範囲だけに対する正確な測定値に適している。図９は、１つの測点における空間磁界成分を検出する補償可能な（スピニング電流）３Ｄセンサを示し、「ＣＭＯＳ技術における感受性の高い垂直ホールセンサ（Ｈｉｇｈｌｙ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｈａｌｌ Ｓｅｎｓｏｒｓ ｉｎ ＣＭＯＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」Ｈａｒｔｕｎｇ−Ｇｏｒｒｅ Ｖｅｒｌａｇ Ｋｏｎｓｔａｎｚ，２００５，Ｒｅｐｒｉｎｔｅｄ ｆｒｏｍ ＥＰＦＬ Ｔｈｅｓｉｓ Ｎｏ．３１３４（２００４），ＩＳＳＮ １４３８−０６０９，ＩＳＢＮ ３−８６６２８−０２３−８ ＷＷ．ｐａｇｅ １８５ｆｆ．において、Ｅｎｒｉｃｏ Ｓｃｈｕｒｉｇによって議論されている。図９の上部において、３つの個々のセンサから成る図７の３Ｄ―センサが示される。図９は、その上部において、空間磁界成分を検出するための３つの別々の個々のセンサ９０２、９０４および９０６を示す。図９の下部において、個々のセンサの別の配置が示される。この配置では、図９のセンサ９０４の測定点が配置９００の中央にあるためセンサ９０４は不変に保たれ、さらに、２つの個々のセンサ９０２および９０６は、分離可能な個々の素子で構成される。センサ９０２は、現在２つのセンサ部分９０２ａおよび９０２ｂに分けられて、センサ素子９０４の中心位置周辺に対称的に配置される。センサ９０６についても同様に行われ、対応する空間軸に沿って、センサ素子９０４の中心位置周辺に対称的に配置される２つのセンサ部分９０６ａおよび９０６ｂに分けられる。個々のセンサ素子の対称配置のため、磁界は配置の幾何学的な中心においてある１点において検出される。

要約すると、中心位置周辺に対称に配置される個々のセンサは、多次元的磁界を測定する従来の技術分野で用いられることができると言えるかもしれない。この種の配置は、特に、すべてのセンサによって磁界が１箇所において測定されることになっている角度センサにおいて実現されることができる。しかしながら、センサの監視、較正およびテストは、これらの配置において問題を含む。

独国特許第１０１５０９５５号明細書 独国特許第１０１５０９５０号明細書 独国特許出願公開第１９９４３１２８号明細書

「ホール効果素子、磁気センサおよび半導体の特性解析（Ｈａｌｌ Ｅｆｆｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）」Ａｄａｍ Ｈｉｌｇｅｒ、１９９１、ＩＳＢＮ ０―７５０３―００９６―５ Ｊａｎｅｚ Ｔｒｏｎｔｅｌｊ「混合信号処理による統合された磁気センサの最適化（Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ ｂｙ Ｍｉｘｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」（第１６のＩＥＥＥ第１巻の議事録） Ｃ．Ｓｃｈｏｔｔ，Ｒ．Ｓ．Ｐｏｐｏｖｉｃ「統合３Ｄホール磁気フィールド・センサ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ３Ｄ Ｈａｌｌ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｎｓｏｒ）」Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ´９９年、６月７〜１０日、センサイ、日本、ＶＯＬ．１、ページ１６８―１７１、１９９９ 「ＣＭＯＳ技術における感受性の高い垂直ホールセンサ（Ｈｉｇｈｌｙ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｈａｌｌ Ｓｅｎｓｏｒｓ ｉｎ ＣＭＯＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」Ｅｎｒｉｃｏ Ｓｃｈｕｒｉｇ，Ｈａｒｔｕｎｇ−Ｇｏｒｒｅ Ｖｅｒｌａｇ Ｋｏｎｓｔａｎｚ，２００５，Ｒｅｐｒｉｎｔｅｄ ｆｒｏｍ ＥＰＦＬ Ｔｈｅｓｉｓ Ｎｏ．３１３４（２００４），ＩＳＳＮ １４３８−０６０９，ＩＳＢＮ ３−８６６２８−０２３−８ ＷＷ．ｐａｇｅ １８５ｆｆ

本発明の目的は、基準点における磁界成分の多次元的検出が可能で、その許容誤差は効果的に補償可能で、信頼性が高く単純な方法で較正され、較正は測定動作中に実行されることができ、ウェーハ上のテストおよび動作中の両方においてローコストで能率的にテストすることができる磁界センサを提供することである。

この目的は、請求項１に記載の較正可能な磁界センサおよび請求項１６に記載の動作中に磁界センサの較正を行う方法によって達成される。

実施形態において、本発明は、基準点における磁界の第１および第２の空間成分を検出するための較正可能な磁界センサを提供し、磁界は第１および第２の測定磁界成分および／または第１および第２の較正磁界成分を含み、基準点における第１空間軸に関して、第１の測定磁界成分および／または第１の較正磁界成分を含む第１磁界成分を検出するための少なくとも第１および第２のセンサ素子を含む第１のセンサ素子配置を有する。さらに、磁界センサは、基準点における第２の空間軸に関して、第２の測定磁界成分および／または第２の較正磁界成分を含む第２の磁界成分を検出するための第２のセンサ素子配置を含む。また、磁界センサは、第１のセンサ素子配置に関して配置される励磁線を含み、励磁線にデフォルト電流を印加したとき、第１のセンサ素子および第２のセンサ素子における一対の異なる非対称デフォルト較正磁界成分が第１のセンサ素子配置における第１の空間軸に関して発生するようになっており、ここで、２つの空間軸は一次独立位置ベクトルに沿って通過するものである。

他の実施形態では、本発明は、基準点における磁界の第１、第２および第３の空間成分Ｂ_z，Ｂ_yおよびＢ_xを検出するための動作中に較正可能な磁界センサを提供し、磁界は第１、第２および第３の測定磁界成分Ｂ_Mz、Ｂ_My、Ｂ_Mxおよび／または第１、第２および第３の較正磁界成分Ｂ_Kz、Ｂ_KyおよびＢ_Kxを含む。磁界センサは、基準点における第１の空間軸ｚに関する第１の測定磁界成分Ｂ_Mzおよび／または第１の較正磁界成分Ｂ_Kzを含む第１の磁界成分Ｂ_zを検出するために、少なくとも２つのセンサ素子を有する第１のセンサ素子配置を含む。

さらに、磁界センサは、基準点における第２の空間軸ｙに関する第２の測定磁界成分Ｂ_Myおよび／または第２の較正磁界成分Ｂ_Kyを含む第２の磁界成分Ｂ_yを検出するために、少なくとも２つのセンサ素子を有する第２のセンサ素子配置を含む。また、磁界センサは、基準点における第３の空間軸ｘに関する第３の測定磁界成分Ｂ_Mxおよび／または第３の較正磁界成分Ｂ_Kxを含む第３の磁界成分Ｂ_xを検出するために、少なくとも２つのセンサ素子を有する第３のセンサ素子配置を含む。さらに、磁界センサは、第１、第２および第３のセンサ素子配置に関して配置される励磁線を含み、それにより、励磁線に所定の電流Ｉ_k1を印加したときに、一次独立位置ベクトルに沿って延びる３つの空間軸ｚ，ｙおよびｘについて、第１の一対の異なる所定の較正磁界成分Ｂ_KzaおよびＢ_Kzbが第１の空間軸ｚに関して第１のセンサ素子配置に発生し、第２の一対の異なる所定の較正磁界成分Ｂ_KyaおよびＢ_Kybが第２の空間軸ｙに関して第２のセンサ素子配置に発生し、第３の一対の異なる所定の較正磁界成分Ｂ_KxaおよびＢ_Kxbが第３の空間軸ｘに関して第３のセンサ素子配置に発生する。

本発明は、好ましくは二つ一組で対称に配置されたセンサ素子は、磁界の多次元的検出のための磁界センサを提供することが可能であり、少なくとも１つの非対称な励磁線を使用するときに較正可能になるという知見に基づくものである。励磁線を用いて電流を印加することにより発生する磁界が二つ一組で配置されるセンサ素子における較正磁界成分を異なるものにしているという点で、励磁線は二つ一組で配置されたセンサ素子に対して非対称である。したがって、磁界センサを用いて違いが測定可能で較正可能な異なる較正磁界成分が上述の非対称により結果として得られるため、ここでは、等しい感度のセンサ素子が使用される。本発明の磁界センサの実施形態を使用すると、２次元および３次元の磁界が、それぞれ、２つおよび３つの一次独立位置ベクトルに沿って検出されることができる。

二つ一組で配置されるセンサ素子に関連して、異なるか、反映するか、または逆の非対称を含むいくつかの励磁線が用いられることもできる。典型的には、励磁線はコイルを形成してもよく、それらの磁界は互いに重畳され、それによりセンサ素子の感度の方向に結果として生じる励磁場をもたらす。磁界センサが測定動作中において較正可能でモニタ可能であるように実行されるため、これは有益な効果を有する。

本発明の磁界センサおよび方法の他の効果は、磁界センサが動作中に較正され、それにより付加的なハードウェアコストまたは時間が省略されることである。典型的には、測定結果はマイクロコントローラまたはプロセッサによって組み合わされおよび／または評価されることができ、それにより、付加的な作業がたった１つの付加的な算出動作だけに限られる。測定磁界成分および較正磁界成分は、同時に、補償された形で利用できるようにされることができる。磁界センサは連続的におよび同時に較正および／または調整されることができ、その機能性はモニタされることができるため、多くの場合における測定の質または量に関して妥協することなく、これは安全を最重視されるべきケース、例えば、自動車または医療工学の分野において特に効果がある。
本発明の好ましい実施例は、添付の図面を参照して詳述される。

第１および第２の空間磁界成分を検出するための動作中に較正可能な磁界センサの実施形態に関する本発明に係るホール・センサ素子および励磁線の基本的な配置を示す図である。 第１および第２の空間磁界成分を検出するための動作中に較正可能な磁界センサの実施形態に関する本発明に係るホール・センサ素子および励磁線の別の基本的な配置を示す図である。 第１、第２および第３の空間磁界成分を検出するための動作中に較正可能な磁界センサの実施形態に関する本発明に係るホール・センサ素子および励磁線の基本的な配置を示す図である。 第１、第２および第３の空間磁界成分を検出するための動作中に較正可能な磁界センサの実施形態に関する本発明に係るホール・センサ素子および励磁線の別の基本的な配置を示す図である。 動作中に較正可能な磁界センサの別の実施形態に関する本発明に係るホール・センサ素子および励磁線の基本的な配置を示す図である。 動作中に較正可能な磁界センサの別の実施形態に関する本発明に係るホール・センサ素子および励磁線の基本的な配置を示す図である。 動作中に較正可能な磁界センサの別の実施形態に関する本発明に係るホール・センサ素子および励磁線の基本的な配置を示す図である。 磁界センサの他の例を示す図である。 磁界センサの他の例を示す図である。 従来の水平ホール・センサ素子の基本的な構成を示す図である。 従来の垂直ホール・センサ素子の基本的な構成を示す図である。 磁界成分を空間的に検出するための個々のセンサの従来の基本的な配置を示す図である。 磁界成分を空間的に検出するための従来の別の３Ｄセンサを示す図である。 １点における空間磁界を検出するための個々のホール・センサ素子の基本的な配置を示す図である。

以下の明細書において、異なる実施例で、同じであるか一見して同じ機能素子は同じ参照符号を有し、以下において例示される異なる実施例において相互に交換可能であることを指摘しておく。

図１ａは、基準点１０１における磁界の第１および第２の空間成分（Ｂ_Y、Ｂ_z）を検出するための較正可能な磁界センサ１００を示し、磁界は、第１および第２の測定磁界成分（Ｂ_My、Ｂ_Mz）および／または第１および第２の較正磁界成分（Ｂ_Ky、Ｂ_Kz）を含む。磁界センサ１００は、基準点１０１における第１の空間軸ｙに関して、第１の測定磁界成分Ｂ_Myおよび／または第１の較正磁界成分Ｂ_Kyを含む第１の磁界成分Ｂ_yを検出するための少なくとも第１および第２のセンサ素子（１０４ａ，１０４ｂ）を有する第１のセンサ素子配置１０４を含む。

さらに、磁界センサ１００は、基準点１０１における第２の空間軸ｚに関して、第２の測定磁界成分Ｂ_Mzおよび／または第２の較正磁界成分Ｂ_Kzを含む第２の磁界成分Ｂ_zを検出するための第２のセンサ素子配置１０２を含む。磁界センサ１００は、第１のセンサ素子配置１０４に関して配置される励磁線１０８をさらに含み、励磁線１０８に所定の電流Ｉ_k1を印加することにより、第１の空間軸ｙに関して、一対の異なる、第１のセンサ素子１０４ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kyaおよび第２のセンサ素子１０４ｂにおける較正磁界成分Ｂ_Kybが、第１のセンサ素子配置１０４に発生するようになっており、ここで、２つの空間軸ｙおよびｚは一次独立位置ベクトルに沿って通過するものである。

図１ｂは、基準点１０１における磁界の第１および第２の空間成分（Ｂ_x、Ｂ_y）を検出するための較正可能な磁界センサ１００の更なる実施例を示し、磁界は、第１および第２の磁界成分（Ｂ_Mx、Ｂ_My）および／または第１および第２の較正磁界成分（Ｂ_Kx、Ｂ_Ky）を含む。磁界センサ１００は、基準点１０１における第１の空間軸ｘに関して、少なくとも、第１の測定磁界成分Ｂ_Mxおよび／または第１の較正磁界成分Ｂ_Kxを含む第１の磁界成分Ｂ_xを検出するための第１および第２のセンサ素子１０６ａおよび１０６ｂを有する第１のセンサ素子配置１０６を含む。

また、図１ｂに示される磁界センサは、基準点１０１における空間軸ｙに関して、第２の測定磁界成分Ｂ_Myおよび／または第２の較正磁界成分Ｂ_Kyを有する第２の磁界成分Ｂ_yを検出するための第２のセンサ素子配置１０４を含む。

図１ｂの実施形態において、磁界センサ１００は、第１のセンサ素子配置１０６に関して配置される励磁線１０８を含み、励磁線１０８に所定の電流Ｉ_K1を印加することにより、第１の空間軸ｘに関して、一対の異なる、第１のセンサ素子１０６ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kxaおよび第２のセンサ素子１０６ｂにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kxbとが、第１のセンサ素子配置１０６に生成し、ここで、２つの空間軸ｘおよびｙは一時独立位置ベクトルに沿って通過するものである。さらなる実施形態において、センサ素子は、２つの空間軸ｘおよびｚに関して配置され、このような実施形態では、第１のセンサ素子配置は図１ｂのセンサ素子配置１０６に対応し、第２のセンサ素子配置は図１ａのセンサ素子配置１０２に対応する。一般的な場合において、本発明の実施例は、一次独立位置ベクトルに沿って通過する２つの空間方向にしたがって磁界を検出し、励磁線１０８は、少なくとも２つのセンサ素子を含む磁界センサの少なくともセンサ素子配置に関して異なる較正磁界成分を生成することができるように配置されている。ここで、２つのランダムな空間方向が実現するように、一次独立位置ベクトルの方向は固定されない。

図１ｂに示される実施形態によれば、較正可能な磁界センサ１００は、少なくとも第１のセンサ素子１０４ａおよび第２のセンサ素子１０４ｂを含む第２のセンサ素子配置１０４を含み、さらに励磁線が第２のセンサ素子配置１０４に関して配置されており、第２の空間軸ｙに関して、第２の一対の異なる、第１のセンサ素子１０４ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kyaおよび第２のセンサ素子１０４ｂにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kybが、第２のセンサ素子配置１０４に発生する。

図１ａおよび１ｂに関して記載されている磁界センサから離れて、少なくとも２つの空間次元を検出するために、実施形態において、３つの空間方向が検出されることができる。図１ｃは、基準点１００における磁界の第３の空間成分Ｂ_xまたはＢ_zを検出するために実施される較正可能な磁界センサ１００の例を示し、ここで、磁界は、第３の測定磁界成分Ｂ_MxまたはＢ_Mzおよび／または第３の較正磁界成分Ｂ_KxまたはＢ_Kzを含む。

図１ａに関連して、図１ｃに示される磁界センサの実施形態によって、さらに空間磁界成分Ｂ_xが検出され、図１ｂに関連して、図１ｃの磁界センサの実施形態は、さらに空間磁界成分Ｂ_zを検出する。

図１ｃの磁界センサ１００の実施形態は、基準点１０１における第３の空間軸ｘまたはｚに関して、第３の測定磁界成分Ｂ_MxまたはＢ_Mzおよび／または第３の較正磁界成分Ｂ_KxまたはＢ_Kzを有する第３の磁界成分Ｂ_xまたはＢ_zを検出するための第３のセンサ素子配置１０６または１０２を含み、ここで、３つの空間軸ｚ、ｙおよびｘが一次独立位置ベクトルに沿って通過する。

磁界センサ１００の更なる実施形態が図１ｄに示される。図１ｄの実施形態において、第３のセンサ素子配置１０２も第１および第２のセンサ素子１０２ａおよび１０２ｂを含み、励磁線１０８が第３のセンサ素子配置１０２に関して配置され、励磁線１０８に所定の電流Ｉ_k1を印加することにより、第１の空間軸ｚに関して、第１のセンサ素子１０２ａおよび第２のセンサ素子１０２ｂにおける一対の異なる所定の較正磁界成分Ｂ_KzaおよびＢ_Kzbが、第３のセンサ素子配置に発生する。

通常、実施形態は、２つまたは３つの空間磁界成分を検出するための較正可能な磁界センサを含む。ここの図１ａ〜１ｄは異なる変形例を示し、個々の空間方向は置き換え可能である。したがって、例えば、図１ａによる磁界センサに、図１ｃによる第３のセンサ素子配置１０６を加えることができる。

以下に、本発明の実施形態が詳細に説明される。反復を回避するために、以下の実施形態において、それぞれの磁界センサが３つの空間方向に向かう磁界を検出すると想定され、３つの空間方向は、一次独立位置ベクトルに沿って通過する。しかしながら、通常、以下に記載されているすべての実施形態も、磁界の２つの空間方向を検出するだけであることは可能である。したがって、以下において説明される実施形態において、１つのセンサ素子配置１０２、１０４または１０６は、それぞれ省略されることができる。説明された概念は、無制限に、２つの一次独立空間方向に沿った磁界を検出するための残りの２つのセンサ素子配置に適用され、および／または以下の実施形態が、センサ素子およびその実施に関して、図１ａおよび１ｂの実施形態にも同様に適用される。

図１ｄは、基準点１０１における磁界の第１、第２および第３の空間成分Ｂ_z、Ｂ_yおよびＢ_xを検出するための測定動作において較正可能な磁界センサ１００の実施形態を示し、磁界は、第１、第２および第３の測定磁界成分Ｂ_Mz、Ｂ_My、Ｂ_Mzおよび／または第１、第２および第３の較正磁界成分Ｂ_Kz、Ｂ_KyおよびＢ_Kxを含む。

磁界センサ１００は、基準点１０１における第１の空間軸ｚに関して、第１の測定磁界成分Ｂ_Mzおよび／または第１の較正磁界成分Ｂ_Kzを含む第１の磁界成分Ｂ_zを検出するための少なくとも２つのセンサ素子１０２ａおよび１０２ｂを有する第１のセンサ素子配置１０２を含む。さらに、磁界センサ１００は、基準点１０１における第２の空間軸ｙに関して、第２の測定磁界成分Ｂ_Myおよび／または第２の較正磁界成分Ｂ_Kyを含む第２の磁界成分Ｂ_yを検出するための少なくとも２つのセンサ素子１０４ａおよび１０４ｂを有する第２のセンサ素子配置１０４を含む。さらに、磁界センサ１００は、基準点１０１における第３の空間軸ｘに関して、第３の測定磁界成分Ｂ_Mxおよび／または第３の較正磁界成分Ｂ_Kxを含む第３の磁界成分Ｂ_xを検出するための少なくとも２つのセンサ素子１０６ａおよび１０６ｂを有する第３のセンサ素子配置１０６を含む。

磁界センサ１００は、第１のセンサ素子配置１０２、第２のセンサ素子配置１０４および第３のセンサ素子配置１０６に関して配置された励磁線１０８を含み、励磁線１０８に所定の電流Ｉ_k1を印加することにより、第１の一対の異なる、第１の空間軸ｚのセンサ素子１０２ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kzaおよびセンサ素子１０２ｂにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kzbが、第１のセンサ素子配置１０２に生成され、第２の一対の異なる、第２の空間軸ｙに関するセンサ素子１０４ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kyaおよびセンサ素子１０４ｂにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kybが、第２のセンサ素子配置１０４に生成され、第３の一対の異なる、第３の空間軸ｘに関するセンサ素子１０６ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kzaおよびセンサ素子１０６ｂにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kzbが、第３のセンサ素子配置１０６に生成されるようになっており、ここで、３つの空間軸ｚ、ｙおよびｘは一次独立位置ベクトルに沿って通過する。

図１ｄは、非対称に配置された励磁線１０８を含む磁界センサ１００の実施形態を示す。センサ素子配置（例えば、１０２，１０４，１０６）のそれぞれ（例えば、１０２ａ，１０２ｂ；１０４ａ，１０４ｂ；１０６ａ，１０６ｂ）について、少なくとも２つのセンサ素子に関する一対の異なる所定の較正磁界成分が、基準点１０１に関する励磁線の非対称によって得られる。励磁線１０８は、図１ｄの実施形態にしたがって、少なくとも１巻きのコイルを形成するように配置される。

幾何学的にみると、実施形態において、少なくとも一巻きのコイルがセンサ素子配置（例えば、１０２，１０４，１０６）の異なる少なくとも２つのセンサ素子（例えば、１０２ａ，１０２ｂ；１０４ａ，１０４ｂ；１０６ａ，１０６ｂ）に対して最短距離を有するように、励磁線１０８は配置される。センサ素子配置（例えば、１０４、１０６）に対する励磁線１０８のより短い距離のため、電流が励磁線１０８に流れると、より大きな距離によるよりも強い較正磁界成分が生成される。センサ素子（例えば、１０４ａ、１０４ｂ、１０６ａ、１０６ｂ）に対する励磁線１０８の最短距離が、平均実効距離と関連している。

例えば、ここでは、図１ｄのセンサ素子１０４ａおよび１０６ａおよび／または１０４ｂおよび１０６ｂの例に関して、センサ素子（例えば、１０４ａ、１０４ｂ、１０６ａ、１０６ｂ）は、好ましくは、励磁線１０８に関して対で対称となるように実施される。しかしながら、通常、また、明確な非対称が、異なるセンサ素子（例えば、１０４ａ、１０４ｂ、１０６ａ、１０６ｂ）またはセンサ素子配置（例えば、１０４、１０６）における較正磁界成分に関して発生するように、「非対称」形状が実現されてもよい。非対称は、異なる強さの励磁電流により達成されることもできる。対になった対称配置はシンプルな評価を可能にするが、センサ素子（例えば、１０４および１０４ｂおよび／または１０６ａおよび１０６ｂ）の間で、異なる距離により、明確な非対称およびこのようにして発生する較正磁界成分に関する明確な非対称も存在することができる。これは、例えば、図１ａ〜１ｄに従って、基準点１０１に関して励磁線１０８の幾何学的なシフトまたは非対称によって達成されることができる。図１ｃおよび１ｄの実施形態における励磁線１０８は、センサ素子１０４ｂおよび１０６ｂの上を通過しているが、センサ素子１０４ａおよび１０６ａの側部を通過している。その範囲において、センサ素子配置（例えば、１０４，１０６）のセンサ素子（例えば、１０４ａ，１０４ｃ；１０６ａ，１０６ｂ）に対する励磁線１０８の異なる最短距離は、励磁線１０８がセンサ素子配置（例えば、１０４および／または１０６）のそれぞれ（例えば、１０４ａおよび１０４ｂおよび／または１０６ａおよび１０６ｂ）について２つのセンサ素子に対する異なる距離を示すような方法で考えることができ、それにより、励磁線１０８における電流Ｉ_k1によるセンサ素子配置（例えば、１０４および／または１０６）のセンサ素子（例えば、１０４ａおよび１０４ｂおよび／または１０６ａおよび１０６ｂ）に生じる磁界成分も異なる。

すでに上で説明されるように、説明された実施形態で、１つのセンサ素子配置１０２、１０４または１０６はそれぞれ省略されることができる。説明された概念は、２つの一次独立空間方向に沿った磁界を検出するための残りの２つのセンサ素子配置に無制限に適用され、および／またはセンサ素子に関する説明およびその実現はまた、図１ａおよび１ｂの実施形態に適用される。

他の実施形態において、励磁線１０８は、基準点１０１に関して対称的に配置されることもできる。この種の実施形態は、図２において示される。図２は、図１ｄに関してすでに示され説明されたのと同じ構成部品を含む磁界センサ１００の更なる実施形態を示す。図１ｄとの違いは、１．５回巻きのコイルとして図２において実施されている励磁線１０８の配置である。通常、実施形態において、いかなる巻き数のコイルの実現も可能であるが、図２において図式的に例示されているように、すでに言及された非対称は、不完全な巻き線および／または部分的な巻き線によって達成されることができる。通常、ここで、図１ａおよび１ｂに参照されるように、１つの個々の部分的な巻き線も可能である。これらの場合、部分的な巻き線は、センサ素子配置のセンサ素子に関して非対称に配置されるような、図１ａおよび１ｂに示された導電配線によって実現されてもよい。

実施形態は、基準点１０１に関して対称的に実行されず非整数の巻き数を有する励磁線１０８を含む。したがって、励磁線１０８は、１つの完全な巻き線と１つの部分的な巻き線とで構成されるように実行することができる。また、励磁線１０８の一対の対称配置は、センサ素子（例えば、１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ，１０６ｂ）に関して可能であり、一般のケースはこの対称に制限されず、実施形態において、それは明確な「非対称」な較正磁界成分を生成することができるいかなる配置も行うことができる。

すでに上で説明されているように、上述の実施形態において、１つのセンサ配置１０２、１０４または１０６は、省略されることができる。説明された概念は、２つの一次独立空間方向に沿った磁界を検出するための残りの２つのセンサ素子配置に無制限に適用することができ、および／またはセンサ素子およびそれらの実現に関する実施形態は、図１ａおよび１ｂの実施形態に同様に適用できる。

磁界センサ１００の更なる実施形態は図３ａに示される。図３ａの磁界センサ１００は、図１ａ〜ｄおよび図２に関して図示され説明されたのと同じ構成部品を含む。さらに、図３ａの実施形態において、第２の励磁線１０９が存在する。図３ａによれば、第２の励磁線１０９は励磁線１０８に対してシフトしており、すなわち、励磁線１０８は、センサ素子１０４ｂおよび１０６ｂの上を直接通過しているが、センサ素子１０４ａおよび１０６ａの側面に沿って通過している。第２の励磁線１０９は、センサ素子１０４ａおよび１０６ａの上を直接通過しているが、センサ素子１０４ｂおよび１０６ｂの側面に沿って通過している。

また、ここでは、説明された実施形態において、１つのセンサ素子配置１０２、１０４または１０６は、それぞれ省略されることができる。説明された概念は、２つの一次独立空間方向に沿って磁界を検出するための残りの２つのセンサ素子配置にも無制限に適用され、および／またはセンサ素子およびそれらの実現に関する説明はまた、図１ａおよび１ｂの実施形態にも同様に適用できる。

実施例において、第２の励磁線１０９は、第１のセンサ素子配置１０２、第２のセンサ素子配置１０４および第３のセンサ素子配置１０６に関して配置されることができ、その結果、第２の励磁線１０９に所定の電流Ｉ_k2を印加することにより、第１の更なる一対の異なる、センサ素子１０２ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kza2およびセンサ素子１０２ｂにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kzb2が、第１のセンサ素子配置１０２における第１の空間軸ｚに関して発生し、第２の空間軸ｙに関して、第２の更なる一対の異なる、センサ素子１０４ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kya2およびセンサ素子１０４ｂにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kyb2が、第２のセンサ素子配置１０４に発生し、第３の空間軸ｘに関して、第３の更なる一対の異なる、センサ素子１０６ａにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kxa2およびセンサ素子１０６ｂにおける所定の較正磁界成分Ｂ_Kxb2が、第３のセンサ素子配置１０６に発生する。

図３ａによれば、第２の励磁線を通って、更なる較正磁界成分を発生させることができる。また、ここでは、第２の励磁線１０９の対になった対称配置は、センサ素子（例えば、１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ，１０６ｂ）に関して可能であり、一般のケースはこの対称に限られるものではなく、実施形態において、明確な較正磁界成分を発生させることができるいかなる配置も存在することができる。

ここで、実施形態において、第１の更なる一対の異なる所定の較正磁界成分が、第１の一対の構成磁界成分に比べて互いに反対の関係となり、第２の更なる一対の異なる所定の較正磁界成分が、第２の一対の構成磁界成分に比べて互いに反対の関係となり、第３の更なる一対の異なる所定の較正磁界成分が、第３の一対の構成磁界成分に比べて互いに反対の関係となるように、第１の励磁線１０８と第２の励磁線１０９とが配置される。これは、第１の励磁線１０８および第２の励磁線１０９の配置による例として、図３ａに示される。

例えば、第１の励磁線１０８に電流が流れ、第２の励磁線には電流が流れない。したがって、センサ素子１０４ｂおよび１０６ｂにおいて、第１の励磁線１０８は、強い較正磁界成分Ｂ_KybおよびＢ_Kxbを発生させ、センサ素子１０４ａおよび１０６ａに弱い較正磁界成分Ｂ_KyaおよびＢ_Kxaを発生させる。通電および／または電流の流れが逆の場合、第１の励磁線１０８には電流が流れず、第２の励磁線には前に第１の励磁線に流れていた電流Ｉ_k2が流れ、第２の励磁線１０８は、センサ素子１０４ｂおよび１０６ｂに弱い較正磁界成分Ｂ_Kyb2およびＢ_Kxb2を発生させ、センサ素子１０４ａおよび１０６ａに強い較正磁界成分Ｂ_Kya2およびＢ_Kxa2を発生させる。実施形態において、次式がこの種の実施例にあてはまるように、励磁線１０８および１０９は配置されることができる
Ｂ_Kyb／Ｂ_Kya＝Ｂ_Kxb／Ｂ_Kxa、
Ｂ_Kyb2／Ｂ_Kya2＝Ｂ_Kxb2／Ｂ_Kxa2、
または、
Ｂ_Kyb／Ｂ_Kya＝Ｂ_Kxa2／Ｂ_Kxb2

実施形態において、第１のセンサ素子配置１０２は、磁界センサの主面に関して水平ホール・センサ素子１０２ａまたは１０２ｂを含むことができる。通常、実施形態において、異なる磁界成分（Ｂ_x，Ｂ_y，Ｂ_z）に対応する感度を有するいかなる磁界センサも用いられることができる。例えば、磁気抵抗センサ素子の使用も可能である。以下に、本発明の実施例は、ホール・センサ素子の実現による例として記載されている。第１のセンサ素子配置１０２は、磁界センサの主面に関して水平な複数のホール・センサ素子を含み、複数の水平ホール・センサ素子（例えば、１０２ａ；１０２ｂ）の幾何学的配置は基準点１０１に関して二つ一組で対称形であり、磁界成分がオフセット補償方法で検出可能なように、ホール・センサ素子は互いに連結される。

実施形態において、第２のセンサ素子配置１０４は、磁界センサの主面に対して垂直な２つのホール・センサ素子（例えば、１０４ａ；１０４ｂ）を含み、少なくとも二つの垂直ホール・センサ素子の幾何学的な配置は基準点１０１に関して二つ一組で対称形であり、磁界成分がオフセット補償方法で検出可能になるように、センサ素子は互いに連結される。通常、実施形態において、異なる磁界成分（Ｂ_x，Ｂ_y，Ｂ_z）に対応する感度を有するいかなる磁界センサも用いられることができる。

実施形態において、第３のセンサ素子配置１０６は、磁界センサの主面に対して垂直な少なくとも２つのホール・センサ素子（例えば１０６ａ；１０６ｂ）を含み、少なくとも２つの垂直ホール・センサ素子の幾何学的な配置は基準点１０１に関して二つ一組で対称形であり、磁界成分がオフセット補償方法で検出されるように、それらは互いに連結される。更なる実施形態において、第１のセンサ素子配置１０２、第２のセンサ素子配置１０４または第３のセンサ素子配置１０６は、スピニング電流モードで動作可能である。通常、この実施形態において、いかなる磁界センサも用いられることができる。

更なる実施形態が、図３ｂにおいて示される。すでに上述したように、説明された実施形態において、１つのセンサ素子配置１０２、１０４または１０６の各々は省略することができる。説明された概念は、２つの一次独立空間方向に沿って磁界を検出するための残りの２つのセンサ素子配置にも無制限に適用され、および／またはセンサ素子およびそれらの実現に関する例はまた、図１ａおよび１ｂの実施形態に同様にく適用できる。

図３ｂの磁界センサ１００は、図１、２および３ａに関して例示され、説明されたのと同じ構成部品を含む。図３ｂの実施形態において、破線として実施されている第２の励磁線１０９が存在する。図３ｂによれば、第２の励磁線１０９は励磁線１０８に対してシフトされ、すなわち励磁線１０８はセンサ素子１０４ｂおよび１０６ｂの上を直接通過しているが、センサ素子１０４ａおよび１０６ａの側面に沿って通過している。第２の励磁線１０９は、センサ素子１０４ａおよび１０６ａの上を直接通過しているが、センサ素子１０４ｂおよび１０６ｂの側面に沿って通過している。図３ｂにおいて、センサ素子（例えば、１０２ａ，１０２ｂ，１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ，１０６ｂ）は、測定配列に従って指定された２つの個々のセンサからそれぞれに結合される。

例えば、図３ｂにおいて、センサ素子配置１０２が２つのセンサ素子１０２ａおよび１０２ｂを含むものとみなされ、センサ素子１０２ａは２つの個々のセンサＺ１およびＺ２を有し、センサ素子１０２ｂは２つの個々のセンサＺ３およびＺ４を有する。図３ｂの右上隅に図解的に示した座標十字によれば、磁界成分がｚ方向において検出されるように、センサ素子配置１０２が設定される。例えば、個々のセンサＺ１〜Ｚ４は、水平ホール・センサによって実現される。同じように、図３ｂにおいて、センサ素子配置１０４は、ｙ方向の磁界成分を検出するための個々のセンサＹ１〜Ｙ４を含むセンサ素子１０４ａおよび１０４ｂで構成される。ｘ方向の磁界成分を検出するために、センサ素子配置１０６は、センサ素子１０６ａおよび１０６ｂおよび個々のセンサＸ１〜Ｘ４と連携している。個々のセンサＸ１〜Ｘ４およびＹ１〜Ｘ４は、例えば、垂直ホール・センサによって実現される。

実施形態において、磁界センサは、１つだけのコイルおよび／または励磁線１０８によって励磁される。以下において、このように、第２の励磁線１０９および／またはコイルは無視され、後に注目される更なる実施例において更に詳細に説明される。１つだけの励磁線１０８および／またはコイルが存在する場合、例えば、ｚ方向における磁界を検出するセンサ素子配置１０２は、例えば２つのコイルを使うときの半分の大きさの磁界によって励磁される。例えばｘ方向およびｙ方向の磁界を検出するセンサ素子配置１０４および１０６において、励磁は異なる方法で機能する。

例えば、図３ｂに示されるように、センサ素子配置１０４および１０６は、各々４つの部分的なセンサで構成される。この実施形態において、２つの部分的なセンサが各々コイルの完全な磁界を検出し（例えば、Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２）、他のセンサ（例えば、Ｘ３，Ｘ４，Ｙ３，Ｙ４）は、他方向に向いている実質的により弱いおよそ消えていく漂遊磁界を検出するだけである。部分的なセンサ（例えば、Ｘ１−Ｘ４、Ｙ１−Ｙ４）の対応する接続（例えば、並列接続）によって、部分的なセンサの出力信号の平均が結果として得られる。この実施形態における２つの部分的なセンサは各々完全な信号を示し（例えば、Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２）、それぞれの他の２つの部分的なセンサ（例えば、Ｘ３，Ｘ４，Ｙ３，Ｙ４）は実質的に信号を検出しない。これは、本実施例における合計で、比較的半分の強度を有する出力信号が発生することを意味する。

この実施形態において、センサ素子配置１０４および１０６は、２つの励磁線を有する例と比較すると、完全な磁界で半分の部分的なセンサ（例えば、Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２）を刺激することによって、半分の信号を検出する。この実施形態においてｚ方向の磁界を検出するセンサ素子配置１０２は、２つの励磁線を有する例と比較して、１つのコイルだけが用いられるように、半分の磁界ですべての部分的なセンサを等しく励磁することによって、半分の信号を検出する。

２つの励磁線を有する例と比較すると、半分の信号という結果、すなわち半分の信号／雑音比という結果が得られる。２つの励磁線による励磁と同様の品質を成し遂げるために、測定値のフィルタリングおよび／またはより長い測定が実行されることができる。さらに、センサ素子配置１０４および１０６（例えば、ＸおよびＹセンサ）において、すべての部分的なセンサ（例えば、Ｘ１−Ｘ４、Ｙ１−Ｙ４）が、励磁されているというわけではない。一例として、図３ｂの実施形態において、個々のセンサＸ３，Ｘ４，Ｙ３およびＹ４は、１つだけの励磁線１０８によって磁気的に励磁されていないおよび／またはわずかに励磁されるだけである。したがって、これらの個々のセンサの感度の磁気試験は、最初は可能でないように思われ、それぞれ対向するセンサ素子の同じセットアップについても同様であり、それからの逆算および／または結果が達成される。まず第一に、それからセンサ素子配置（例えば、１０４，１０６）の対称形の配置に基づいて、１つのセンサ素子各々（例えば、１０４ｂ）に対する較正磁界成分の侵入が実行される。明確な較正磁界成分により、このセンサ素子は較正されることができる。さらに、所与の対称および同じセンサ素子１０４ａおよび１０４ｂの使用に基づいて、センサ素子１０６ａおよび１０６ｂと同様に、較正磁界成分によって直接励磁されないセンサ素子の較正は終了する。

図３ｂによる第２の励磁線１０９を有する実施形態は以下において説明される。すでに上で説明されているように、説明された実施形態において、１つのセンサ素子配置１０２、１０４または１０６は省略されることができる。説明された概念はそれから、センサ素子に関して２つの一次独立空間方向に沿った磁界を検出するための残りの２つのセンサ素子配置にも無制限に適用され、および／またはセンサ素子に関する実現およびそれらの実現は、図１ａおよび１ｂの実施形態にも各々適用できる。

図４において、更なる実施例が示される。図４は、例えば、４つの水平ホール・センサ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃおよび１０２ｄで実現される第１のセンサ素子配置１０２を示す。さらに、図４は、４つの垂直ホール・センサ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃおよび１０４ｄで実現される第２のセンサ素子配置１０４を示す。さらに、図４は、４つの垂直ホール・センサ１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄで実現される第３のセンサ素子配置１０６を示す。さらに、図４において、第１の励磁線１０８がコイルＡとして示され、第２の励磁線１０９がコイルＢとして示されている。ここで、例えば、同じ感度を有するセンサ素子１０２ａ−ｄ、１０４ａ−ｄまたは１０６ａ−ｄが用いられる。図４に示されているように、このような実施形態において、２つの励磁線１０８および１０９は、それぞれに関して幾何学的に互いにシフトされた２つのコイルとして実現することができる。

図４による実施例は、コイルＡおよびＢの２つの磁界を重畳して、このように感度方向において結果として生じる励磁または較正磁界を生成することが可能である。例えば、コイルは、図４において、センサ素子１０４ａ、１０４ｃ、１０６ｂおよび１０６ｄに関するコイルＡおよび／または図４のセンサ素子１０４ｂ、１０４ｄ、１０６ａおよび１０６ｃに関するコイルＢのように、配置の一方面上においてセンサ素子上に直接配置されてもよい。さらに、コイルは、図４において、例えば、センサ素子１０４ａ、１０４ｃ、１０６ｂおよび１０６ｄに関するコイルＢおよび／またはセンサ素子１０４ｂ、１０４ｄ、１０６ａおよび１０６ｃに関するコイルＡのように、センサに隣接して他の側を通過してもよい。実施形態において、これらのコイルは、対向するように配置されることができる。上述したように、励磁線（例えば、１０８，１０９）またはコイルは、好ましくはセンサ素子に関して二つ一組で対称的に配置されるが、必ずしもこのようにする必要はなく、通常考えられる任意の配置によって、センサ素子配置内で明確な異なる較正磁界成分を生成してもよい。

コイルが垂直センサ素子上を直接通過する場合、その上の影響は、この実施形態において無視できる隣または側面に沿ったオフセットコイルの影響より著しく大きい。したがって、図４のコイルＡは、主に垂直センサ素子１０４ａ、１０４ｂ、１０６ｂおよび１０６ｄを励磁し、および／またはコイルＢは主にセンサ素子１０４ｂ、１０４ｄ、１０６ａおよび１０６ｃを励磁する。両コイルは、配置の中央において、水平センサ素子１０２ａ／ｄを励磁する。次の表は、両コイルについて、励磁電流の方向によってどのように励磁方向が動くかを、センサ素子配置１０２、１０４および１０６に分類して示したものである。図４における電流の矢印は、正の電流方向、すなわち、最初にセンサ素子１０６ａ、１０６ｃ、１０４ｄおよび１０４ｂの横を通る流れと、次にセンサ素子１０６ｄ、１０６ｂ、１０４ａおよび１０４ｃの上を直接通るコイルＡの正の電流Ｉ_k1、および最初にセンサ素子１０６ａ、１０６ｃ、１０４ｄおよび１０４ｂの上を通り、次にセンサ素子１０６ｄ、１０６ｂ、１０４ａおよび１０４ｃの横を通るコイルＢの正の電流Ｉ_k2を示す。

図５は、磁界センサ１００の他の実施形態を示す。図５の実施形態は、図４と同じセンサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ、１０４ａ−ｄ、１０６ａ−ｄ）、センサ素子の配列およびセンサ素子配置を含み、説明の繰り返しは省略する。図５の磁界センサ１００は１つの励磁線１０８だけを有し、それは１．５回の巻き数を有し、垂直センサ素子上を直接通過しているコイルとして実施される。したがって、図５の励磁線１０８による電流Ｉ_k1は、センサ素子１０６ａ、１０６ｃ、１０４ｂおよび１０４ｄを２回横切り、センサ素子１０６ｄ、１０６ｂ、１０４ａおよび１０４ｃを１回横切るように流れ、それによりセンサ素子の対における較正磁界成分の違いまたは非対称が達成される。更なる実施形態において、磁界センサは、１．５回の巻き数を有する第２の励磁線を有していてもよく、上述の説明のものに対向して配置される。一般に、励磁線はさまざまな数の巻き数が考えられ、結局は較正磁界成分の非対称を生じるための部分的な巻き線を含む。

実施形態において、１つまたは２つの励磁線１０８、１０９で実現されることができるさまざまな測定過程が得られる。例えば、電流がコイルに印加されると、上記の表とともに図１、２、３、５を参照して、全ての３つのセンサ配置１０２、１０４および１０６が励磁される。図３ｂ、４および表からの実施例に基づいて、全てのセンサ素子の正の励磁が、コイルＡによる正の電流Ｉ_k1に起因するものである。ここで、全ての水平センサ素子１０２ａ−ｄは励磁されるが、垂直センサ素子のうちの左側（例えば、１０６ｂ，１０６ｄ）、および下側（例えば、１０４ａ，１０４ｃ）のみが励磁される。水平センサ素子素１０２ａ〜ｄはコイルＡの完全な磁界によって励磁されるが、垂直センサ素子については４つのうちの２つのセンサ素子のみが励磁されるだけであるから、垂直センサ素子（例えば、１０４ａ，１０４ｃ，１０６ｂ，１０６ｄ）は半分の磁界で励磁されるだけである。

それに対する比較において、コイルＢだけが励磁されると、垂直センサ素子（例えば、１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｄ，１０６ａ，１０６ｃ）は負の励磁となり、水平センサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ）は正の励磁となる。上と同様に、すべて水平センサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ）は励磁されて、コイルＢの完全な磁界を検出する。それに対応して、垂直センサ素子（例えば、１０４ａ−ｄ、１０６ａ−ｄ）の半分（例えば、１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｄ，１０６ａ，１０６ｃ）のみが励磁されて、コイルＢの半分の磁界を検出するだけである。

コイルＡおよびＢの制御を組み合わせることによって、実施形態において、磁界センサは、モニタされることができ、較正されることができる。例えば、また、両コイルは、正の電流方向において制御されることができる。したがって、水平センサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ）は２倍の磁界によって励磁され、磁界は垂直センサ素子（例えば、１０４ａ−ｄ、１０６ａ−ｄ）においてそれ自体を相殺することができる。

両コイルが逆方向において励磁される場合、垂直センサ素子（例えば、１０４ａ−ｄ、１０６ａ−ｄ）は２倍の磁界で励磁され、磁界は水平センサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ）においてそれ自体を相殺する。更なる実施形態において、異なる強さの電流がコイルに印加されることもできる。例えば、正の向きに電流を両コイルに印加し、第１のコイルＡに２倍の強さの電流を印加すると、水平センサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ）には３倍の磁界が与えられることになるが、垂直センサ素子（例えば、１０６ｄ，１０６ｂ，１０４ａ，１０４ｃ）には１倍の磁界が与えられるだけである。このような励磁は、図５に示すように、例えば、他の実施形態において、部分的な巻き線を有するコイルによって達成される。図５において、磁界センサ１００の右側は負の方向で２倍に励磁されるが、左側は正の方向で１倍に励磁され、磁界の３倍の合計に達する。このような実施形態において、２：１の励磁比率は、２つのコイルを通って実現されず、１．５回の巻き数を有する１つのコイルを通って実現される。一般に、実施形態において、非対称の較正領域を生成することができる任意の巻き数を有するコイルが可能であり、例えば、「非対称の」励磁比率を生み出すことができる任意の非整数の巻き数が可能である。

上述の例において、電流Ｉ_k1の２倍が第１のコイルＡに与えられ、逆向きの電流が第２のコイルＢに与えられる場合、水平センサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ）には１倍の磁界が与えられ、垂直センサ素子（例えば、１０４ａ−ｄ、１０６ａ−ｄ）にはその３倍が与えられる。考慮される実施形態によれば、個々の磁界成分を強化および／または抑制する多くの他の組合せまたは制御は、別の実施形態においてもっと見つけることができる。

これらの制御の各々は有利な点があり、それに応じて、成分は抽出されるか抑圧される。例えば、垂直センサ素子（例えば、１０４ａ−ｄ、１０６ａ−ｄ）のみがモニタされるか較正される場合、コイルに逆方向の電流を印加することは採用されることができる。例えば、水平センサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ）のみが励磁されている場合、コイルに同じ方向の電流を印加することができる。水平センサ素子（例えば、１０２ａ−ｄ）および垂直センサ素子（例えば、１０４ａ−ｄ、１０６ａ−ｄ）の両方が関連する場合、上記例によれば、電流は引き続いて異なる強さで個々のコイルに印加されることができる。

すでに上で説明されているように、１つのセンサ素子配置１０２、１０４または１０６のそれぞれは、説明される実施形態において省略されることもできる。また、それから説明される概念は、限定されることなく、２つの一次独立空間方向に沿って磁界を検出するための残りの２つのセンサ素子配置に適用される。センサ素子およびそれらの実施例に関して言われたことは、図１ａおよび１ｂの実施例にも同様に適用される。

すべてのセンサ素子（例えば、Ｘ１−Ｘ４、Ｙ１−Ｙ４）が励磁される場合、更なる有利さが得られることができる。参照、これは、図３ｂを参照して、第２の励磁線１０９によって達成されることができ、すでに述べたように、それに、例えば、電流が時間的にオフセットされた方法で印加される。以下の表は、図３ｂに示される磁界センサの例に基づいて、電流を励磁線１０８および／またはコイルＡおよび励磁線１０９および／またはコイルＢに印加する効果を集約したものである。ここで、「＋」は正の向きの電流の印加および／または起磁力を示し、「−」は負の向きを示し、「０」は全く信号がない場合を示す。

上記の概要において、両コイルを流れる電流が等しいと仮定される。他の実施形態において、前のセクションにおいてすでに述べたように、さまざまな電流および／または巻き数が使われることができる。実施形態において、効果はコイルの交互の操作において得られる。それから、すべてのセンサ素子配置１０２、１０４および１０６の信号比率を検出することができ、これが上の表の右側の３つの欄に示されている。

上記の記載によると、交互の操作において、センサ素子配置のすべてのセンサ素子が同時にテストされることができるというわけではない。しかしながら、コイルの同時操作において、相対的に２倍の高さである信号が得られ、その間にセンサ素子配置のすべてのセンサ素子が同時にテストされることができる。異なるセンサ素子配置、例えば、１０４〜１０６（例えば、Ｘ，Ｙセンサ）および１０２（例えば、Ｚセンサ））は、交互に較正されまたはテストされることができる。

要約すると、測定動作中に較正可能な磁気多次元位置センサの発明概念に関して、本発明の実施形態による磁気センサがこのように１つの励磁線だけでうまくやることができるが、第２の励磁線を有する付加的な監視および較正可能性を提供することができると指摘することができる。それらは、全ての３つの磁界成分が１つのポイントにおける非常に良好な近似において測定されることができる効果を提供し、例えば、成分許容度、半導体物質の汚染、半導体物質の構造的な不均質性等によって生じるオフセットは補償されることができ、測定値は小さいオフセットで利用可能となる。任意の巻き数および／または部分的な巻線を有する励磁ループを用いることにより、単純なウェーハテスト、すなわち全ての３つのセンサのオンチップテストが可能となる。さらに、個々の励磁からの測定信号を組み合わせることによって、測定動作実行中の自己診断を可能にすることができ、その理由は、一方では測定磁界成分から生じている測定信号比率、および他方では較正磁界成分から生じている測定信号比率の両方とも著しく減らされることができるからである。したがって、動作中に、このような磁界センサの感度較正を実行することは可能である。別々の評価電子技術を有する３つのセンサの故障は非常にありそうにないため、励磁ループそのものもまたテストされることができる。

他の実施形態によれば、磁界センサ１００において、少なくとも１巻きのコイルがセンサ素子配置１０２，１０４，１０６の異なる少なくとも２つのセンサ素子１０２ａ，１０２ｂ；１０４ａ，１０４ｂ；１０６ａ，１０６ｂに対して最短距離となるように、励磁線１０８は配置される。

他の実施形態によれば、磁界センサ１００において、励磁線１０８は、基準点１０１に関して対称に配置され、センサ素子配置１０２；１０４；１０６のセンサ素子１０２ａ，１０２ｂ；１０４ａ，１０４ｂ；１０６ａ，１０６ｂを異なる回数だけ通る。

他の実施例によれば、磁界センサ１００において、励磁線１０８は、少なくとも１回の完全な巻線を含むように配置される。

他の実施形態によれば、磁界センサ１００において、第１のさらなる一対の異なる非対称のデフォルト較正磁界成分が第１の一対の較正磁界成分に関して互いに逆相関の関係となり、第２のさらなる一対の異なる非対称のデフォルト較正磁界成分が第２の一対の較正磁界成分に関して互いに逆相関の関係となり、第３のさらなる一対の異なる非対称のデフォルト較正磁界成分が第３の一対の較正磁界成分に関して互いに逆相関の関係となるように、第１の励磁線１０８と第２の励磁線１０９とが配置される。

他の実施形態によれば、磁界センサ１００において、第２または第３のセンサ素子配置１０２は、磁界センサの主面に対して水平なホール・センサ素子を含む。

他の実施形態によれば、磁界センサ１００において、第２または第３のセンサ素子配置１０２は磁界センサの主面に対して水平な複数のホール・センサ素子を含み、基準点１０１に関する複数の水平ホール・センサ素子の幾何学的な配置は二つ一組で対称であり、磁界成分がオフセット補償方法で検出されることができるように、ホール・センサ素子が互いに連結される。

他の実施形態によれば、磁界センサ１００において、第１のセンサ素子配置１０２、第２のセンサ素子配置１０４または第３のセンサ素子配置１０６は、スピニング電流モードで動作することができる。

他の実施形態によれば、方法は、さらに、第１、第２および第３の空間軸ｚ，ｙ，ｘに関して第１、第２および第３のさらなる較正磁界成分Ｂ _Kz2 ，Ｂ _Ky2 ，Ｂ _Kx2 を生成するステップと、第１、第２および第３のさらなる測定磁界成分Ｂ _Mz2 ，Ｂ _My2 ，Ｂ _Mx2 および／または第１、第２および第３の較正磁界成分Ｂ _Kz2 ，Ｂ _Ky2 ，Ｂ _Kx2 を含む第１、第２および第３のさらなる磁界成分Ｂ _z2 ，Ｂ _y2 ，Ｂ _x2 を検出するステップとを含む。

他に実施形態によれば、磁界成分またはさらなる磁界成分に関連する測定磁界成分の測定信号値を第１の合計測定値に第１の線形結合するステップは、第１の合計測定値における測定磁界成分の割合が第１の合計測定値の１０％、１％または０．１％未満に低減されるように行われる。

他の実施形態によれば、磁界成分またはさらなる磁界成分に関連する磁界成分の測定信号値を第２の合計測定値に第２の線形結合するステップは、第２の合計測定値における較正磁界成分の割合が第２の合計測定値の１０％、１％または０．１％未満に低減されるように行われる。

他の実施形態によれば、方法は、さらに、磁界成分がオフセット補償方法で検出されるように、磁界成分またはさらなる磁界成分に関連する磁界成分の測定信号を結合するステップを含む。

他の実施携帯によれば、動作段階は、スピニング電流方法にしたがって実行される。

特に、状況に応じて、発明の方式がソフトウェアで行うこともできることが指摘される。対応する方法が実行されるように、実現はプログラム可能なコンピュータシステムおよび／またはマイクロコントローラと協同することができる電子的に読み込み可能な制御信号を有するデジタル記憶媒体、特にディスクまたはＣＤであってもよい。一般に、本発明はこのように、コンピュータ・プログラムがコンピュータおよび／またはマイクロコントローラに実行されるとき、発明の方法を実行するための機械で読み取ることができるキャリアに格納されるプログラムコードを有するコンピュータ・プログラム製品にある。換言すれば、本発明はこのように、コンピュータ・プログラムはコンピュータおよび／またはマイクロコントローラに実行されるとき、この方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータ・プログラムとして実現されることができる。

Claims (27)

1. 基準点（１０１）における磁界の第１および第２の空間成分（Ｂ_y，Ｂ_z；Ｂ_x，Ｂ_y）を検出するためのものであり、前記磁界は第１および第２の測定磁界成分（Ｂ_My，Ｂ_Mz；Ｂ_Mx，Ｂ_My）および／または第１および第２の較正磁界成分（Ｂ_Ky，Ｂ_Kz；Ｂ_Kx，Ｂ_Ky）を含む較正可能な磁界センサ（１００）であって、
   前記基準点（１０１）における第１の空間軸（ｙ；ｘ）に関して、第１の測定磁界成分（Ｂ_My；Ｂ_Mx）および／または第１の較正磁界成分（Ｂ_Ky；Ｂ_Kx）を含む第１の磁界成分（Ｂ_y；Ｂ_x）を検出するための少なくとも第１および第２のセンサ素子（１０４ａ，１０４ｂ；１０６ａ，１０６ｂ）を含む第１のセンサ素子配置（１０４；１０６）、
   前記基準点（１０１）における第２の空間軸（ｚ；ｙ）に関して、第２の測定磁界成分（Ｂ_Mz；Ｂ_My）および／または第２の較正磁界成分（Ｂ_Kz；Ｂ_Ky）を含む第２の磁界成分（Ｂ_z；Ｂ_y）を検出するための第２のセンサ素子配置（１０２；１０４）、および
   励磁線（１０８）にデフォルト電流（Ｉ_k1）を印加したとき、一対の異なる非対称の、前記第１のセンサ素子（１０４ａ；１０６ａ）におけるデフォルト較正磁界成分（Ｂ_Kya；Ｂ_Kxa）および前記第２のセンサ素子（１０４ｂ；１０６ｂ）におけるデフォルト較正磁界成分（Ｂ_Kyb；Ｂ_Kxb）が、前記第１のセンサ素子配置（１０４；１０６）における第１の空間軸（ｙ；ｘ）に関して生成され、２つの空間軸（ｙ，ｚ；ｘ，ｚ；ｘ，ｙ）は一次独立位置ベクトルに沿って通過するように、前記第１のセンサ素子配置（１０４；１０６）に関して配置された励磁線（１０８）を含む、較正可能な磁界センサ。
2. 前記第２のセンサ素子配置（１０２；１０４）は少なくとも第１および第２のセンサ素子（１０２ａ，１０２ｂ；１０４ａ，１０４ｂ）を含み、第２の一対の異なる非対称の、前記第１のセンサ素子（１０２ａ；１０４ａ）におけるデフォルト較正磁界成分（Ｂ_Kza；Ｂ_Kya）および前記第２のセンサ素子（１０２ｂ；１０４ｂ）におけるデフォルト較正磁界成分（Ｂ_Kzb；Ｂ_Kyb）が、前記センサ素子配置（１０２；１０４）における第２の空間軸（ｚ；ｙ）に関して生成されるように、前記励磁線（１０８）は前記第２のセンサ素子配置（１０２；１０４）に関して配置された、請求項１に記載の較正可能な磁界センサ（１００）。
3. さらに、前記基準点（１０１）における磁界の第３の空間成分（Ｂ_x；Ｂ_z）を検出するように形成され、前記磁界はさらに第３の測定磁界成分（Ｂ_Mx；Ｂ_Mz）および／または第３の較正磁界成分（Ｂ_Kx；Ｂ_Kz）を含み、前記磁界センサ（１００）は、さらに、前記基準点（１０１）における第３の空間軸（ｘ；ｚ）に関して、第３の測定磁界成分（Ｂ_Mx；Ｂ_Mz）および／または第３の較正磁界成分（Ｂ_Kx；Ｂ_Kz）を含む第３の磁界成分（Ｂ_x；Ｂ_z）を検出するための第３のセンサ素子配置（１０６；１０２）を含み、３つの空間軸（ｚ，ｙ，ｘ）は一次独立位置ベクトルに沿って通過するものである、請求項１または請求項２に記載の較正可能な磁界センサ（１００）。
4. 前記第３のセンサ素子配置（１０６；１０２）は少なくとも第１および第２のセンサ素子（１０６ａ，１０６ｂ；１０２ａ，１０２ｂ）を含み、前記励磁線（１０８）にデフォルト電流（Ｉ_k1）を印加したとき、前記第１のセンサ素子（１０６ａ；１０２ａ）および前記第２のセンサ素子（１０６ｂ；１０２ｂ）における一対の異なる非対称のデフォルト較正磁界成分（Ｂ_Kxa，Ｂ_Kxb；Ｂ_Kza，Ｂ_Kzb）が、第３のセンサ素子配置（１０６；１０２）における前記第３の空間軸（ｘ；ｚ）に関して生成されるように、前記励磁線（１０８）は前記第３のセンサ素子配置（１０６；１０２）に関して配置された、請求項３に記載の較正可能な磁界センサ（１００）。
5. 前記励磁線（１０８）は、部分的な巻線を含むように形成された、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の磁界センサ（１００）。
6. 少なくとも一巻きのコイルがセンサ素子配置（１０２，１０４，１０６）の異なる少なくとも２つのセンサ素子（１０２ａ，１０２ｂ；１０４ａ，１０４ｂ；１０６ａ；１０６ｂ）に対して最短距離となるように、前記励磁線（１０８）が配置される、請求項５に記載の磁界センサ（１００）。
7. 前記励磁線（１０８）は、前記基準点（１０１）に関して対称に配置され、センサ素子配置（１０２；１０４；１０６）の前記センサ素子（１０２ａ，１０２ｂ；１０４ａ，１０４ｂ；１０６ａ，１０６ｂ）を異なる回数だけ通る、請求項５に記載の磁界センサ（１００）。
8. 前記励磁線（１０８）は、少なくとも１回の完全な巻線を含むように配置される、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の磁界センサ（１００）。
9. さらに、第２の励磁線（１０９）を含む、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の磁界センサ（１００）。
10. 前記第２の励磁線（１０９）にさらにデフォルト電流（Ｉ_k2）を印加したとき、前記第１のセンサ素子配置（１０２）における第１の空間軸（ｚ）に関して前記第１のセンサ素子（１０２ａ）および前記第２のセンサ素子（１０２ｂ）における第１のさらなる一対の異なる非対称のデフォルト較正磁界成分（Ｂ_Kza2，Ｂ_Kzb2）を生成し、前記第２のセンサ素子配置（１０４）における第２の空間軸（ｙ）に関して前記第１のセンサ素子（１０４ａ）および前記第２のセンサ素子（１０４ｂ）における第２のさらなる一対の異なる非対称のデフォルト較正磁界成分（Ｂ_Kya2，Ｂ_Kyb2）を生成し、または前記第３のセンサ素子配置（１０６）における第３の空間軸（ｘ）に関して前記第１のセンサ素子（１０６ａ）および前記第２のセンサ素子（１０６ｂ）における第３のさらなる一対の異なる非対称のデフォルト較正磁界成分（Ｂ_Kxa2，Ｂ_Kxb2）を生成するように、前記第２の励磁線（１０９）は、第１のセンサ素子配置（１０２）、第２のセンサ素子配置（１０４）または第３のセンサ素子配置（１０６）に関して配置された、請求項９に記載の磁界センサ（１００）。
11. 前記第１のさらなる一対の異なる非対称のデフォルト較正磁界成分が前記第１の一対の較正磁界成分に関して互いに逆相関の関係となり、前記第２のさらなる一対の異なる非対称のデフォルト較正磁界成分が前記第２の一対の較正磁界成分に関して互いに逆相関の関係となり、前記第３のさらなる一対の異なる非対称のデフォルト較正磁界成分が前記第３の一対の較正磁界成分に関して互いに逆相関の関係となるように、前記第１の励磁線（１０８）と前記第２の励磁線（１０９）とが配置された、請求項１０に記載の磁界センサ（１００）。
12. 第２または第３のセンサ素子配置（１０２）は、磁界センサの主面に対して水平なホール・センサ素子を含む、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の磁界センサ（１００）。
13. 第２または第３のセンサ素子配置（１０２）は磁界センサの主面に対して水平な複数のホール・センサ素子を含み、前記基準点（１０１）に関する複数の水平ホール・センサ素子の幾何学的な配置は二つ一組で対称であり、磁界成分がオフセット補償方法で検出されることができるように、前記ホール・センサ素子が互いに連結される、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の磁界センサ（１００）。
14. 第１、第２または第３のセンサ素子配置（１０４；１０２）は、磁界センサ（１００）の主面に対して垂直な少なくとも２つのホール・センサ素子を含み、前記基準点（１０１）に関する少なくとも２つの垂直ホール・センサ素子の幾何学的な配置は二つ一組で対称であり、磁界成分がオフセット補償方法で検出されることができるように、前記ホール・センサ素子が互いに連結される、請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の磁界センサ（１００）。
15. 前記第１のセンサ素子配置（１０２）、前記第２のセンサ素子配置（１０４）または前記第３のセンサ素子配置（１０６）は、スピニング電流モードで動作することができる、請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の磁界センサ（１００）。
16. 磁界は第１および第２の測定磁界成分（Ｂ_My，Ｂ_Mz；Ｂ_Mx，Ｂ_My）および／または第１および第２の較正磁界成分（Ｂ_Ky，Ｂ_Kz；Ｂ_Kx，Ｂ_Ky）を含み、基準点（１０１）における前記磁界の第１および第２の空間成分（Ｂ_y，Ｂ_z；Ｂ_x，Ｂ_y）を検出する方法であって、
    前記基準点（１０１）における第１の空間軸（ｙ；ｘ）に関して、第１の測定磁界成分（Ｂ_Mya，Ｂ_Myb；Ｂ_Mxa，Ｂ_Mxb）および／または第１の較正磁界成分（Ｂ_Kya，Ｂ_Kyb；Ｂ_Kxa，Ｂ_Kxb）を含む第１の一対の磁界成分（Ｂ_ya，Ｂ_yb；Ｂ_xa，Ｂ_xb）を検出するステップ、
    前記基準点（１０１）における第２の空間軸（ｚ；ｙ）に関して、第２の測定磁界成分（Ｂ_Mz，Ｂ_My）および／または第２の較正磁界成分（Ｂ_Kz，Ｂ_Ky）を含む第２の磁界成分（Ｂ_z，Ｂ_y）を検出するステップ、および
    前記第１の空間軸（ｙ；ｘ）に関して第１の一対の異なる非対称の較正磁界成分（Ｂ_Kya，Ｂ_Kyb；Ｂ_Kxa，Ｂ_Kxb）を生成するステップを含み、２つの空間軸（ｙ，ｚ；ｘ，ｙ）は一次独立位置ベクトルに沿って通過する、方法。
17. さらに、前記基準点（１０１）における第２の空間軸（ｚ；ｙ）に関して、第２の測定磁界成分（Ｂ_Mza，Ｂ_Mzb；Ｂ_Mya，Ｂ_Myb）および／または第２の較正磁界成分（Ｂ_Kza，Ｂ_Kzb；Ｂ_Kya，Ｂ_Kyb）を含む第２の一対の磁界成分（Ｂ_za，Ｂ_zb；Ｂ_ya，Ｂ_yb）を検出するステップ、および
    前記第２の空間軸（ｚ；ｙ）に関して第２の一対の異なる非対称の較正磁界成分（Ｂ_Kza，Ｂ_Kzb；Ｂ_Kya，Ｂ_Kyb）を生成するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
18. さらに、前記磁界はさらに第３の測定磁界成分（Ｂ_Mx；Ｂ_Mz）および／または第３の較正磁界成分（Ｂ_Kx；Ｂ_Kz）を含み、前記基準点（１０１）において前記磁界の第３の空間成分（Ｂｘ；Ｂｚ）を検出するステップ、および
    第３の空間軸（ｘ；ｚ）に関して第３の較正磁界成分（Ｂ_Kx；Ｂ_Kz）を生成するステップを含み、３つの空間軸（ｚ，ｙ，ｘ）は一次独立位置ベクトルに沿って通過する、請求項１６または請求項１７に記載の方法。
19. さらに、前記基準点（１０１）における第３の空間軸（ｘ；ｚ）に関して、第３の測定磁界成分（Ｂ_Mxa，Ｂ_Mxb；Ｂ_Mza，Ｂ_Mzb）および／または第３の較正磁界成分（Ｂ_Kxa，Ｂ_Kxb；Ｂ_Kza，Ｂ_Kzb）を含む第３の一対の磁界成分（Ｂ_xa，Ｂ_xb；Ｂ_za，Ｂ_zb）を検出するステップ、および
    前記第３の空間軸（ｘ；ｚ）に関して、第３の一対の異なる非対称の較正磁界成分（Ｂ_Kxa，Ｂ_Kxb；Ｂ_Kza，Ｂ_Kzb）を生成するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
20. さらに、第１、第２および第３の空間軸（ｚ，ｙ，ｘ）に関して第１、第２および第３のさらなる較正磁界成分（Ｂ_Kz2，Ｂ_Ky2，Ｂ_Kx2）を生成するステップと、第１、第２および第３のさらなる測定磁界成分（Ｂ_Mz2，Ｂ_My2，Ｂ_Mx2）および／または第１、第２および第３の較正磁界成分（Ｂ_Kz2，Ｂ_Ky2，Ｂ_Kx2）を含む第１、第２および第３のさらなる磁界成分（Ｂ_z2，Ｂ_y2，Ｂ_x2）を検出するステップとを含む、請求項１６ないし請求項１９のいずれかに記載の方法。
21. さらに、第１の合計測定値における前記測定磁界成分の影響を減らすために、磁界成分に関連する磁界成分の測定信号を第１の合計測定値に第１の線形結合するステップ、または
    第２の合計測定値における前記較正磁界成分の影響を減らすために、さらなる磁界成分に関連する磁界成分の測定信号を第２の合計測定値に第２の線形結合するステップを含む、請求項１６ないし請求項２０に記載の方法。
22. 磁界成分またはさらなる磁界成分に関連する測定磁界成分の測定信号値を第１の合計測定値に第１の線形結合するステップは、第１の合計測定値における測定磁界成分の割合が第１の合計測定値の１０％、１％または０．１％未満に低減されるように行われる、請求項２１に記載の方法。
23. 磁界成分またはさらなる磁界成分に関連する磁界成分の測定信号値を第２の合計測定値に第２の線形結合するステップは、第２の合計測定値における較正磁界成分の割合が第２の合計測定値の１０％、１％または０．１％未満に低減されるように行われる、請求項２１に記載の方法。
24. さらに、磁界成分がオフセット補償方法で検出されるように、磁界成分またはさらなる磁界成分に関連する磁界成分の測定信号を結合するステップを含む、請求項１６ないし請求項２３のいずれかに記載の方法。
25. 動作段階は、スピニング電流方法にしたがって実行される、請求項１６ないし請求項２４のいずれかに記載の方法。
26. さらに、励磁電流の強さ、測定磁界成分または較正のための較正磁界成分を記憶するステップ、
    励磁電流の強さを較正磁界成分または磁界の強さに関連付けるステップ、および
    測定磁界成分および磁界の強さの値の組を規定するステップを含む、請求項１６ないし請求項２５のいずれかに記載の方法。
27. プログラムコードがコンピュータで実行されるとき、請求項１６ないし請求項２６のいずれかに記載の方法を実行するためのプログラムコードを有する、コンビュータ・プログラム。

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