JP2014085339A - 磁界方向検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】磁界方向検出器の提供。
【解決手段】磁束が検出軸の第１の側部または第２の側部からの界の成分を有するかを検出する磁界方向検出器であって、第１の磁気抵抗センサーと、摂動生成器と含み、摂動生成器に起因して外的磁界へ摂動が付与され、その結果、束の見かけの方向が第１の磁気抵抗センサーにおいて角度θ_１だけ変化する、磁界方向検出器。第２の磁気抵抗センサーをさらに含み、摂動生成器に起因して束の見かけの方向が束の見かけの方向が第２の磁気抵抗センサーにおいて角度θ_２だけ変化し、これにより、第１の磁気抵抗センサーおよび第２の磁気抵抗センサーの相対的抵抗が相互に変化する、磁界方向検出器。
【選択図】なし

Description

本発明は、磁界方向検出器に関する。磁界方向検出器は、磁束が感知方向の一側部または別の側部から来ているかを判別するように動作することができる。このような検出器を２つ協働することで、円のうち磁束の発生元である四分円を決定することができる。一般的に、このような検出器を１つ以上用いることで、磁束の発生元である２つまたは３つの次元セクターを決定することができる。

本明細書中に記載の種類の磁界方向検出器を用いて、磁界方向を二個またはいくつかのセクターのうち１つに分解することができる。このようにすることは、対象物の回転運動を追跡するための磁石を用いた角度位置センサーからの曖昧性を分解する際に極めて有用である。

本発明によれば、磁界方向検出器が提供され、この磁界方向検出器は、磁束が検出軸の第１の側部または第２の側部からの界の成分を有しているかを検出する。磁界方向検出器は、
第１の磁気抵抗センサーと、
摂動生成器と、
を含む。
摂動生成器に起因して外的磁界へ摂動が付与され、その結果、束の見かけの方向が第１の磁気抵抗センサーにおいて角度θ_１だけ変化する。

実施形態において磁界方向検出器が提供され、この磁界方向検出器は、磁束が検出軸の第１の側部または第２の側部からの界の成分を有しているかを検出する。この磁界方向検出器は、
第１の磁気抵抗センサーと、
第２の磁気抵抗センサーと、
を含む。
摂動生成器に起因して外的磁界へ摂動が付与され、その結果、束の見かけの方向が第１の磁気抵抗センサーにおいて角度θ_１だけ変化し、束の見かけの方向が第２の磁気抵抗センサーにおいて角度θ_２だけ変化し、これにより、第１の磁気抵抗センサーおよび第２の磁気抵抗センサーの相対的抵抗が相互に変化する。

よって、強い固体センサーを提供することができる。この固体センサーは、直線状の磁束の発生元であるセクター（この場合、半円（または３次元環境内の半球））を特定することができる。

さらに、複数のセンサーを協働して用いて、磁界方向をより厳密に規定されたセクターへと局所化させることができる。本発明の実施形態において、２つの磁界方向検出器を交差構成で設けることにより、磁界方向を分解して、四分円にすることができる。

本発明の第２の局面によれば、磁界方向における方向的不確実性を分解する方法が提供される。この方法は、以下を含む：磁石センサーにおいて磁界に摂動を付与して、第１の磁界方向において、その結果得られた組み合わせに起因して磁界センサーのパラメータの第１の観察可能な変化が発生し、第１の方向と反対方向の第２の磁界方向において、その結果得られた組み合わせに起因して磁界センサーのパラメータの第２の観察可能な変化が発生すること。

例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
磁束が検出軸の第１の側部または第２の側部からの界の成分を有するかを検出する磁界方向検出器であって、
第１の磁気抵抗センサーと、
摂動生成器と、
を含み、
上記摂動生成器に起因して外的磁界へ摂動が付与され、その結果、束の見かけの方向が上記第１の磁気抵抗センサーにおいて角度θ１だけ変化する、
磁界方向検出器。
（項目２）
第２の磁気抵抗センサーをさらに含み、上記摂動生成器に起因して束の見かけの方向が束の見かけの方向が第２の磁気抵抗センサーにおいて角度θ２だけ変化し、これにより、第１の磁気抵抗センサーおよび第２の磁気抵抗センサーの相対的抵抗が相互に変化する、上記項目に記載の磁界方向検出器。
（項目３）
上記摂動生成器は導体素子であり、内部を電流が通過すると磁界を生成する、上記項目のいずれか一項に記載の磁界方向検出器。
（項目４）
上記摂動生成器中の電流流れを抑制するかまたは逆転することが可能である、上記項目のいずれか一項に記載の磁界方向検出器。
（項目５）
上記導体素子は、上記第１の磁気抵抗センサーおよび第２の磁気抵抗センサーからずらされる、上記項目のいずれか一項に記載の磁界方向検出器。
（項目６）
上記第１の磁気抵抗センサーおよび第２の磁気抵抗センサーは第１の面に形成され、上記導体素子は、上記第１の面に対して平行な第２の面内に少なくとも部分的に形成される、上記項目のいずれか一項に記載の磁界方向検出器。
（項目７）
上記導体素子は、上記第１の磁気抵抗センサーおよび第２の磁気抵抗センサーにおいて反対方向の摂動磁界を提供するように、曲折状経路として形成される、上記項目のいずれか一項に記載の磁界方向検出器。
（項目８）
電子回路をさらに含み、上記電子回路は、上記第１の磁気抵抗センサーおよび第２の磁気抵抗センサーの抵抗を比較して、上記磁界が発生した方向を決定する、上記項目のいずれか一項に記載の磁界方向検出器。
（項目９）
第３の磁気抵抗センサーおよび第４の磁気抵抗センサーをさらに含み、上記摂動生成器に起因して、上記第３のセンサーにおける束の見かけの方向が角度θ３だけ変化し、上記第４のセンサーにおける束の見かけの方向が角度θ４だけ変化する、上記項目のいずれか一項に記載の磁界方向検出器。
（項目１０）
上記第１の磁気抵抗センサーおよび第４の磁気抵抗センサーは、磁界が無い場合、同一の公称抵抗を有し、上記第２の磁気抵抗センサーおよび第３の磁気抵抗センサーは、磁界が無い場合、同一の公称抵抗を有し、上記第１の磁気抵抗センサーおよび第２の磁気抵抗センサーは、第１の基準電圧入力ノードと上記第２の基準電圧入力ノードとの間に直列接続され、上記第４の磁気抵抗センサーおよび第３の磁気抵抗センサーは、上記第１の基準電圧ノードと上記第２の基準電圧ノードとの間で直列接続される、上記項目のいずれか一項に記載の磁界方向検出器。
（項目１１）
項目１に記載の第１の磁界方向検出器および第２の磁界方向検出器を含む四分円検出器であって、上記第１の磁界方向検出器および第２の磁界方向検出器はそれぞれの検出軸は、相互に実質的に９０°で方向付けられる方向軸をもつ、四分円検出器。
（項目１２）
上記第１の磁界方向検出器および第２の磁界方向検出器の摂動生成器は、共有導体によって形成され、上記共有導体は、内部を電流が通過すると、磁界を生成する、上記項目に記載の四分円検出器。
（項目１３）
各磁界方向検出器は、ブリッジ回路内に配置された第１の磁気抵抗センサー〜第４の磁気抵抗センサーを含み、上記第１の磁気抵抗器および第２の磁気抵抗器は、１つのリム内に配置され、上記摂動生成器からの反対方向の摂動束を経験する、上記項目のいずれか一項に記載の四分円検出器。
（項目１４）
角度方向検出器と共に用いられる、上記項目のいずれか一項に記載の四分円検出器。
（項目１５）
磁界方向に関する方向的不確実性を分解する方法であって、上記方法は、磁気抵抗磁石センサーにおいて摂動磁界を生成して、第１の磁界方向において、得られた組み合わせに起因して上記磁界センサーのパラメータの第１の観察可能な変化が発生し、上記第１の方向と反対方向の第２の方向において、結果得られた組み合わせに起因して上記磁界センサーのパラメータの第２の観察可能な変化が発生することを含む、方法。
（項目１６）
磁気抵抗器またはその一部内の電流流れの方向を横断する成分を上記磁界が有する場合、上記第１の方向および第２の方向のうち１つに対して、上記磁気抵抗器における上記見かけの磁界が上記電流流れの方向に対してより急激に傾斜するかまたは大きさが増大し、上記第１の方向および第２の方向のうち他方の方向に対して、上記磁気抵抗器における上記見かけの磁界が上記電流流れの方向に対してより緩やかに傾斜するかまたは大きさが低減する、上記項目に記載の方法。
（項目１７）
ブリッジ構成内に形成された複数の磁気抵抗器を観察することにより磁界の方向を決定することを含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１８）
実質的に相互に９０°である２つのブリッジを提供することと、磁界の方向を円の四分円に分解するように各ブリッジの出力を処理することとを含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。

（摘要）
磁束が検出軸の第１の側部または第２の側部からの界の成分を有するかを検出する磁界方向検出器であって、第１の磁気抵抗センサーと、摂動生成器と含み、摂動生成器に起因して外的磁界へ摂動が付与され、その結果、束の見かけの方向が第１の磁気抵抗センサーにおいて角度θ_１だけ変化する、磁界方向検出器。

本発明の実施形態について、添付図面を参照して、ひとえに非例示的目的のために説明する。

磁界方向検出器の実施形態の模式図である。 図１に示す検出器の等価回路である。 図１の線Ａ−Ａ’に沿った断面である。 示すベクトル図は、方向を測定すべき磁界に対する、各磁気抵抗器における摂動磁界のベクトル付加を示すベクトルの図である。 磁界と、磁気抵抗器内における電流流れ方向との間の方向を測定するための基準フレームを示す図である。 電流流れ方向に対する測定された磁界の方向の関数としての抵抗変動を示すグラフである。 磁界方向検出器のさらなる実施形態の平面図である。 本発明の実施形態を構成する四分円検出器のための摂動生成器として機能する導体の平面図である。 図８の摂動生成器の平面図であり、磁気抵抗器の位置と、図式的に重畳された相互接続とを示す。 図９の磁気抵抗器における磁界の摂動方向を示す模式図である。 各四分円について、２つの方向検出器の出力から磁界が発生する図である。 さらなる実施形態の断面図であり、磁束摂動の相対的方向を示す。 磁石角度方向検出器内の磁気抵抗センサーにおける方向的不確実性を示す図である。 異方性磁気抵抗ブリッジ磁石角度センサーの模式図である。 ２ブリッジ磁石角度位置センサーの模式図である。 ２ブリッジ磁石角度位置センサーの各ブリッジ上における出力電圧対角度を示すグラフである。 信号処理実行後の限られた角度範囲に対する２ブリッジ磁石角度センサーの単調出力を示すグラフである。 摂動生成器のさらなる構成の模式的平面図である。 単一の磁気抵抗器を用いた磁界方向検出器の実施形態の回路図である。

図１は、磁界方向検出器の第１の実施形態の平面図である。磁界方向検出器１０は、第１の磁気抵抗器〜第４の磁気抵抗器１２、１４、１６および１８を含む。第１の磁気抵抗器〜第４の磁気抵抗器１２、１４、１６および１８は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４をそれぞれ有する。第１の磁気抵抗器１２および第２の磁気抵抗器１４は、第１の基準ノード２０と第２の基準ノード２２との間に直列接続される。便宜上、第１の基準ノード２０は、使用時において第１の基準電圧Ｖｒｅｆ＋を受信するように接続され得、第２の基準ノードは第２の基準Ｖｒｅｆ−を受信し得る。これらの電圧は、有利なことに、安定した電圧基準によって得ることが可能である。基準電圧Ｖｒｅｆ＋およびＶｒｅｆ−が良好に制御された状況下においては、方向検出器は、第１の磁気抵抗器１２および第２の磁気抵抗器１４のうち１つだけを持てばよい。しかし、電圧変動および検出器温度ドリフトに対する電磁波耐性を高くするためおよび感度向上のためには、第３の抵抗１６および第４の抵抗１８を提供して、図２に示すようになブリッジ構成を形成すると有利である。

図２を参照して、第１の磁気抵抗器１２の第１の端部を第１の基準ノード２０へ接続し、第２の端部を第１の出力ノード３０および第２の磁気抵抗器１４の第１の端部へ接続することにより、ブリッジが形成される。第２の磁気抵抗器１４の第２の端部を、第２の電圧基準ノード２２へと接続する。

同様に、第４の抵抗１８の第１の端部を第１の基準ノード２０へ接続する。第４の抵抗の第２の端部を、第２の出力ノード３２と、第３の磁気抵抗器１６の第１の端部とへ接続する。第３の磁気抵抗器１６の第２の端部を、第２の基準ノード２２へ接続する。

使用時において、第１の出力ノードおよび第２の出力ノードにおける出力電圧を相互に比較することで、第１の方向（矢印４０（図１）で示す）または第１の方向４０と反対方向の第２の方向４２にある成分を磁界が有するかを決定することができる。よって、センサーは、検出軸４４に対する磁界方向に応答し、検出軸の第１の側部または第２の側部からの界の成分を磁界が有するかを決定する機能を行う。この比較は、比較器３４によって行われ得る。

第１の磁気抵抗器１２〜第４の磁気抵抗器１８は、第２の面からオフセットした第１の面内に配置される。第２の面は、磁気抵抗器における磁界へ摂動付与する摂動生成器を搬送する。摂動生成器は、永久磁場を生成するために磁化材料であり得る。しかし、集積回路の文脈においては、導体中に流れている電流を摂動生成に用いるとより便利である場合が多い。この場合、摂動の大きさおよび方向を駆動回路によって変更できるため、有利である。このようにすると、磁界方向検出器の感度を決定する場合または信号処理を向上させるステップを行う場合（例えば、出力端子３０および３２へ接続された増幅器または比較器中において発生しているオフセットを測定および／または補償するオートゼロイング機能を行う場合）において有用である。

図３は、図１の線Ａ−Ａ’に沿った断面図であり、記第１の磁気抵抗器１２および第２の磁気抵抗器１４と、導体素子によって形成された摂動生成器５０とを含む。導体素子は、基板（例えば、シリコン基板５２）または絶縁体層（例えば、シリコン基板上のポリアミド）上に形成される。導体素子そのものは、絶縁体５４（例えば、ポリアミド）によって包囲される、かまたは絶縁体５４（例えば、ポリアミド）中に埋設される。磁界方向検出器の製造時において、絶縁体５４は、平面５６を形成するように平坦化される。平面５６上に、磁気抵抗器１２および１４が被覆される。その後、これらの抵抗を保護層５８中に封入することで、環境的ダメージから抵抗を保護する。

これらのステップは、デバイス製造分野の当業者にとって公知であるため、ここでは詳述を控える。図３に示すように配置された磁気抵抗器は、摂動生成器５０の導体中に流れる電流に起因して発生する磁束を受けることが理解される。

図１に戻って、摂動生成器５０は折り畳み経路を有し、これにより、第１の磁気抵抗器１２の下側に流れている電流が第１の方向（例えば、図１に示すように上方に延びて、図３のページの面内へと延びるもの）を有する場合、第２の磁気抵抗器１４の下側に流れている電流は、反対方向（図１のページを下方に延び、図３の面から出て行くもの）に流れることが理解される。よって、摂動生成器５０が電流を搬送している場合、磁界への異なる摂動付与が第１の磁気抵抗器１２および第２の磁気抵抗器１４において発生する。

全く同一の効果が、第３の抵抗１６および第４の抵抗１８においても発生する。

図４は、ベクトル「Ｈ」によって示す強度および方向を有する外的磁界への摂動ベクトル付加の模式図である。各磁気抵抗器における摂動を、ベクトルＨ_ｐによって示す。各場合において、図示のＨｐの大きさは、各磁気抵抗器におけるものと同じであるが、第１の磁気抵抗器および第３の磁気抵抗器の方向は、第２のおよび第４の磁気抵抗器の方向と反対方向である。

各抵抗１２、１４、１６および１８について、得られたベクトル合計を「Ｍ」で示し、第１の抵抗１２の得られた界Ｍ１の方向が、第１の角度θ_１だけ変化したことが理解される。第１の角度θ_１は、第２の磁気抵抗器１４の第２の角度θ_２だけ変化した得られた界Ｍ_２と異なる。また、明確に図示していないものの、ベクトル合計Ｍ１およびＭ２の大きさも異なり得る。

磁界方向および強度の変化は、第１の〜第４の磁気抵抗器（１２、１４、１６および１８）の抵抗Ｒ１〜Ｒ４に影響を与え、各ベクトル合計は、Ｈに対して各角度θ_１〜θ_４だけ回転される。

図５に示す基準フレームは、細長かつ直線状の磁気抵抗器６０中の電流流れ方向と、周囲磁界Ｈから発生した磁気抵抗器磁化ベクトルＭとの間の角度φを規定する。図６に示すグラフは、磁気抵抗器のバルク抵抗ρがφと共に変化する様子を示す。磁界Ｈが充分に大きい場合、磁化ベクトルＭはＨと整列することが当業者に公知である。これは、角度界センサーにおいて用いられる動作モードである。

特筆すべき特徴として、ρ（ｒｈｏ）は±９０°において最小となり、その応答は±９０°周囲において対称となる点がある。この効果を用いれば、後述するように反対方向の電流流れ方向を有する磁気抵抗要素から磁気抵抗センサーを形成することにより、磁気抵抗器の有効長さを増加させ、よって感度を増加させることが可能になる。

図４および図６の比較から、第１の磁気抵抗器１２の抵抗Ｒ１は、第２の磁気抵抗器１４の抵抗Ｒ２と異なる範囲で変化することが明らかである。図４に示す例において、、磁界が全く無い場合はＲ１＝Ｒ２が仮定されると、Ｍ２はＭ１よりも高い角度ρ（ｒｈｏ）にあるため、Ｒ２＜Ｒ１となる。同様に、Ｒ４＜Ｒ３である。よって、これらの抵抗が図２に示すようなブリッジ構成にある場合において、磁界が第１の方向４０にある成分を有する場合はＶｏｕｔ２＞Ｖｏｕｔ１である一方、磁界が第２の方向４２にある成分を有する場合、Ｖｏｕｔ２＜Ｖｏｕｔ１である。

「幅」に比べて「長さ」が大きい抵抗を用いることにより、磁気抵抗応答の強度を増加することができる。これは、磁気抵抗器を形成する材料中に曲折または蛇行パターンを形成するかまたは磁気抵抗材料のいくつかの直列接続ストリップまたは要素からなる各磁気抵抗器を形成することにより、達成することができる。これらの磁気抵抗材料製ストリップまたは要素は、相互に平行に堆積され得る。

図７は、磁界方向検出器を簡潔に示す。この磁界方向検出器において、各磁気抵抗器は、複数の相互接続された磁気抵抗要素を含む。図７を図１と比較すると、第１の磁気抵抗器１２は、２つの磁気抵抗要素１２−１および１２−２を含む。これら２つの磁気抵抗要素１２−１および１２−２は、金属連結部７１によって接続される。金属連結部７１は、磁気抵抗材料上に形成してもよいし、あるいは、摂動生成器５０の導体および磁気抵抗要素の間の層中に形成してもよいし、あるいは、磁気抵抗材料の一部としてもよい。

その他の磁気抵抗器は、磁気抵抗要素１４-１、１４-２；１６-１、１６-２；１８−１および１８−２によって同様に形成される。

要素１２-１中の電流流れと比較した場合、磁気抵抗要素１２-２内の電流流れは反対方向に流れているが、９０°方向周囲における抵抗特性が対称になっているため、これら２つの要素の応答は同一である。各磁気抵抗器１２、１４、１６および１８は、複数の磁気抵抗要素から構成され得る（例えば、２、３、４、５個等の磁気抵抗要素）。抵抗およびよって抵抗変化は、抵抗要素の数と共に変化する。

抵抗要素を直線状要素として図示しているが、これは直線状構成が最も簡単な構成でありまた最も一般的な構成であると考えられるからであり、本発明はこれに限定されない。方向検出器の空間的存在に対して外的磁界が実質的に直線状であることが考えられる場合でも、両者を形成する磁気抵抗器および磁気抵抗要素は、他のジオメトリ（例えば、弓形またはジグザグ）をとり得る。これにより、他の成分を含むダイ上への磁界方向検出器のパッキングが向上し得る。

以下に説明するように、２つの磁界方向検出器を用いて、四分円検出器を形成することができる。

図８は、共有摂動生成器の経路を示す。共有摂動生成器は、単一の導体５０を含む。単一の導体５０は、磁石摂動を第１の方向検出器１００および第２の方向検出器１０４内に発生させる。第１の方向検出器１００は、検出軸を矢印１０２の方向に沿って有し、第２の方向検出器１０４は、検出軸を矢印１０６の方向に沿って有する。よって、界摂動の大きさおよび方向を、双方の磁界方向検出器内において同時に制御することができる。図９は図８と類似の図であるが、各方向検出器１００および１０４中の第１〜第４の磁気抵抗器の位置を模式的に示す（磁気抵抗器は、図７について述べたような複数の磁気抵抗要素から構成され得る）。

比較器（図示せず）は、第１の方向検出器１００の第１の出力および第２の出力へ接続されて、Ｖ_１１をＶ_１２と比較し得る。同様に、第２のブリッジ１０４の出力へ接続された比較器は、Ｖ_２１をＶ_２２と比較し得る。

図１０は、摂動生成器５０の導体が図示のように励起され、図９の磁気抵抗器の下側に埋設された場合における、磁界を摂動する方向を示す。

磁界が図１１に示すｘ−ｙ面において左から右へとまたは右から左へと移動するため、Ｖ_１１およびＶ_１２ならびにＶ_２１およびＶ_２２の相対的大きさをマッピングすることが可能となる。検出軸１０２および１０６は、図１０に示す方向に対応するように図示されている。

よって、磁界が右から左へと移動する場合、摂動による影響はＶ_１１＞Ｖ_１２となる。

第２の方向検出器は、図１１に示す座標系内において磁界が上方または下方に移動しているかを確認する。磁界が上方に移動している場合、Ｖ_２１＞Ｖ_２２である。

Ｖ_１１＞Ｖ_１２＝１、Ｖ_１１＜Ｖ_１２＝０；Ｖ_２１＞Ｖ_２２＝１およびＶ_２１＜Ｖ_２２＝０となるように比較器が配置構成されている場合、図１１にも示すように、磁界方向を２ビットワードとして表すことができる。

よって、本例において、０°から９０°の方向の発生元から発生する磁界は、１、１によって表される。例えば、９０°〜１８０°の方向において、磁界は１、０によって表される。Ｖ_１１およびＶ_１２への入力接続ならびにＶ_２１およびＶ_２２への入力接続を変更することおよび／または摂動生成器５０中に流れている電流の極性（図８、９および１０）を逆転することにより、比較器出力の符号を変更することができる。

４５°だけオフセットしている２つの四分円検出器を用いて、円のうち１／８を構成しているセクター内の磁界の方向を決定することができることが明らかである。改変例として、磁気抵抗器が形成される面に対して垂直な磁界方向に対して検出器が感度を持つようにしてもよい。このような配置構成を図１２に模式的に示す。

図１２に示すように、導体１５０は、基板１５２上に形成され、絶縁体１５４内に埋設される。（図１の磁気抵抗器１２および１４に対応する）第１の磁気抵抗器１６０および第２の磁気抵抗器１６２は、層１５４上に形成され、導体１５０のいずれかの側部から横方向にずれて配置される。

導体１５０中の電流流れからの磁束１５６の線（図１２の面内への従来の電流流れ方向）が図示される。摂動界は、磁気抵抗器１６０において上方成分を有し、磁気抵抗器１６２において下方成分を有する。これにより、磁気抵抗器を搬送する集積回路の面に対して垂直な方向における感知が可能となる。このような配置構成は、材料がＺ方向において肉薄である場合に発生する磁気抵抗器中の形状異方性と競合する必要があり得る。このような異方性に起因して、本実施形態の感度は、強い磁界の存在を必要としかつ／または磁気抵抗器をＺ方向においてさらに肉厚に形成するように限定され得る。

四分円検出器を用いて、異方性磁気抵抗を用いた磁石角度方向検出器からの出力を増加させることができる。このようなセンサーは、磁気抵抗器を形成する磁気抵抗材料ストリップから構成してもよいが、摂動生成器は持たない。回転検出器としてのＡＭＲ要素の限界（例えば、シャフトの角度回転を測定するために棒磁石をシャフト上に配置した場合）を理解するために、図１３を考える。図１３は、図６のデータを示すが、同一の抵抗率およびよって同一の抵抗を提供する磁気抵抗器の長手方向軸に対して４つの磁界方向Ｍがあることを例示する。

図１４中に模式的に示す種類のブリッジアレイ内に磁気抵抗器を配置した場合、このような角度曖昧性は変化しないままである。磁気抵抗要素は、４つのブロック内において相互に平行に配置されて、抵抗ブリッジを形成する。よって、領域１８０内に含まれる７つの磁気抵抗要素により、単一の磁気抵抗器が形成される。領域１８２、１８４および１８６により、他の磁気抵抗器が形成され、これら他の磁気抵抗器は、ブリッジ構成内に配置され、これにより、磁気抵抗器１８０および１８６が協働してブリッジのリムを形成し、磁気抵抗器１８２および１８４が協働して、ブリッジのその他のリムを形成する。

公知の角度位置センサーにおいて、図１５に示すように２つの磁気抵抗ブリッジ構成１９０および１９２を形成することが公知であり、１つのブリッジを他方のブリッジに対して４５°だけ回転させる。各ブリッジについて、出力信号Ｖｏｕｔ＝Ｖｏｕｔ−ａ-Ｖｏｕｔ−ｂを形成することができる。図１６中、第１のブリッジ１９０および第２のブリッジ１９２における応答をＶｏｕｔ＿ｂｒｉｄｇｅ１およびＶｏｕｔ＿ｂｒｉｄｇｅ２としてそれぞれ示す。

これらのブリッジからの出力を組み合わせて、以下のようにすることができる。

出力を図１７に示す。この出力は、−９０°＜Ｘ＜９０°の範囲おいて単調である。Ｘは、第１のセンサー１９０の感知軸に対する磁界方向を示す。よって、例えば−４５°〜＋１３５°においても曖昧性が存在する。しかし、本明細書中に記載のような四分円検出器を設けることにより、角度不確実性を分解することができ、明確な出力が得られる。

上述したように、四分円検出器の要素または四分円検出器を形成する個々の方向検出器は、直線状または線要素にしなくてもよい。同様に、検出器の個々の抵抗を隣接して配置する必要もないが、配置密度を高めるために基板上に分配してもよい。同様に、磁気摂動の形成に用いられる導体は、上記した経路を追随する必要は無く、例えば螺旋状経路として形成してもよい。

図１８に示す改変例の磁界検出器において、磁気抵抗器はそれぞれ、摂動生成器の各部分上に形成された複数の磁気抵抗要素から形成される。図１８を図１と比較すると、図１の第１の抵抗１２は、４つの磁気抵抗要素２００．１〜２００．４から構成される。磁気抵抗要素２００．１〜２００．４を相互に傾斜させることにより、ジグザグパターンをジグザグ摂動生成器上に形成する。その他の磁気抵抗器も、同様に形成される。

摂動導体は、永久に励起する必要は無い。角度位置センサーは、角度位置の推定値を保持することが可能である必要があり、これにより、四分円検出器を充電するのに充分であるか、または、初期化および／または反復的確認目的のために方向検出器のみで充分となる。

図１９に示すさらなる実施形態の例において、磁気抵抗器数は単一の抵抗２１０まで低減されている。単一の抵抗２１０は、摂動生成器５０に隣接して配置される。摂動生成器５０は、制御可能な電流シンク２１４（または電流源）によって選択的に通電され得る。磁気抵抗器中の電流を図示のような電流シンク２２０によってまたは電流源によって制御することも可能である。抵抗２１０の感知または検出方向を横断する成分を有する磁界が存在する場合、摂動生成器を通電すると、抵抗２１０の抵抗は、磁界方向に応じて低減または増加する。その結果、ノード２２２における電圧が変化する。この変化が監視可能である場合、磁界方向を推定することができる。図１９は、ノード２２２における電圧の変化を監視することが可能な回路を示す。コンデンサ２２４は、第１の端子を有する。第１の端子は、オペアンプ２２６の非反転入力へ接続される。コンデンサの第２の端子は、ローカル接地または電源レール２２８へ接続される。電気的に制御されたスイッチ２３０（例えば、ＦＥＴによって形成されたもの）は、コンデンサ２２４の第１の端子をノード２２２へと接続するように設けられる。増幅器２２６の反転入力は、抵抗によってノード２２２へ接続され、抵抗２３４によって増幅器２２６の出力へも接続される。これらの抵抗は、増幅器２２６の利得を規定する機能を果たす。

スイッチ２３０が閉鎖されると、コンデンサは、ノード２２２の電圧へ給電し得る。このとき、摂動生成器５０中に電流が流れないように、電流シンク２１４を通電解除することができる。磁界方向を確認することが望まれる場合、ノード２２２にある電圧をコンデンサ２２４上で保持するように、スイッチ２３０を開く。その後、摂動生成器を通電すると、抵抗２１０の抵抗が変化し、よってノード２２２にある電圧も変化する。この新規電圧は反転入力へと提供されて、増幅器２２６によって直前の値と比較され、増幅器出力の符号は、磁界方向を示す。増幅器２２６の代わりに比較器および抵抗２３２および２３４を用いてもよく、増幅器２２６の代わりに、ノード２２２へ直接接続された比較器の反転入力を用いてもよい。

方向検出器は、角度位置センサーを含む集積回路内への集積に適しており、状況によっては、同一のＡＭＲブリッジを用いて、角度方向検出器および方向検出器（すなわち、本発明の半球または四分円検出器）の一部を形成することができる。

記載の特許請求の範囲は、ＵＳＰＴＯへの提出に適した単一依存性形式で記載されている。しかし、請求項の追加料金無しに多項従属請求項を記載することが可能な他の法域においては、各請求項は、同一または類似の種類の請求項の任意の先行請求項（ただし、技術的に明確に実行不可能なものを除く）に依存し得ることが理解される。

Claims (18)

1. 磁束が検出軸の第１の側部または第２の側部からの界の成分を有するかを検出する磁界方向検出器であって、
   第１の磁気抵抗センサーと、
   摂動生成器と、
   を含み、
   前記摂動生成器に起因して外的磁界へ摂動が付与され、その結果、束の見かけの方向が前記第１の磁気抵抗センサーにおいて角度θ_１だけ変化する、
   磁界方向検出器。
2. 第２の磁気抵抗センサーをさらに含み、前記摂動生成器に起因して束の見かけの方向が束の見かけの方向が第２の磁気抵抗センサーにおいて角度θ_２だけ変化し、これにより、第１の磁気抵抗センサーおよび第２の磁気抵抗センサーの相対的抵抗が相互に変化する、請求項１に記載の磁界方向検出器。
3. 前記摂動生成器は導体素子であり、内部を電流が通過すると磁界を生成する、請求項１に記載の磁界方向検出器。
4. 前記摂動生成器中の電流流れを抑制するかまたは逆転することが可能である、請求項３に記載の磁界方向検出器。
5. 前記導体素子は、前記第１の磁気抵抗センサーおよび第２の磁気抵抗センサーからずらされる、請求項４に記載の磁界方向検出器。
6. 前記第１の磁気抵抗センサーおよび第２の磁気抵抗センサーは第１の面に形成され、前記導体素子は、前記第１の面に対して平行な第２の面内に少なくとも部分的に形成される、請求項３に記載の磁界方向検出器。
7. 前記導体素子は、前記第１の磁気抵抗センサーおよび第２の磁気抵抗センサーにおいて反対方向の摂動磁界を提供するように、曲折状経路として形成される、請求項３に記載の磁界方向検出器。
8. 電子回路をさらに含み、前記電子回路は、前記第１の磁気抵抗センサーおよび第２の磁気抵抗センサーの抵抗を比較して、前記磁界が発生した方向を決定する、請求項２に記載の磁界方向検出器。
9. 第３の磁気抵抗センサーおよび第４の磁気抵抗センサーをさらに含み、前記摂動生成器に起因して、前記第３のセンサーにおける束の見かけの方向が角度θ_３だけ変化し、前記第４のセンサーにおける束の見かけの方向が角度θ_４だけ変化する、請求項２に記載の磁界方向検出器。
10. 前記第１の磁気抵抗センサーおよび第４の磁気抵抗センサーは、磁界が無い場合、同一の公称抵抗を有し、前記第２の磁気抵抗センサーおよび第３の磁気抵抗センサーは、磁界が無い場合、同一の公称抵抗を有し、前記第１の磁気抵抗センサーおよび第２の磁気抵抗センサーは、第１の基準電圧入力ノードと前記第２の基準電圧入力ノードとの間に直列接続され、前記第４の磁気抵抗センサーおよび第３の磁気抵抗センサーは、前記第１の基準電圧ノードと前記第２の基準電圧ノードとの間で直列接続される、請求項９に記載の磁界方向検出器。
11. 請求項１に記載の第１の磁界方向検出器および第２の磁界方向検出器を含む四分円検出器であって、前記第１の磁界方向検出器および第２の磁界方向検出器はそれぞれの検出軸は、相互に実質的に９０°で方向付けられる方向軸をもつ、四分円検出器。
12. 前記第１の磁界方向検出器および第２の磁界方向検出器の摂動生成器は、共有導体によって形成され、前記共有導体は、内部を電流が通過すると、磁界を生成する、請求項１１に記載の四分円検出器。
13. 各磁界方向検出器は、ブリッジ回路内に配置された第１の磁気抵抗センサー〜第４の磁気抵抗センサーを含み、前記第１の磁気抵抗器および第２の磁気抵抗器は、１つのリム内に配置され、前記摂動生成器からの反対方向の摂動束を経験する、請求項１１に記載の四分円検出器。
14. 角度方向検出器と共に用いられる、請求項１１に記載の四分円検出器。
15. 磁界方向に関する方向的不確実性を分解する方法であって、前記方法は、磁気抵抗磁石センサーにおいて摂動磁界を生成して、第１の磁界方向において、得られた組み合わせに起因して前記磁界センサーのパラメータの第１の観察可能な変化が発生し、前記第１の方向と反対方向の第２の方向において、結果得られた組み合わせに起因して前記磁界センサーのパラメータの第２の観察可能な変化が発生することを含む、方法。
16. 磁気抵抗器またはその一部内の電流流れの方向を横断する成分を前記磁界が有する場合、前記第１の方向および第２の方向のうち１つに対して、前記磁気抵抗器における前記見かけの磁界が前記電流流れの方向に対してより急激に傾斜するかまたは大きさが増大し、前記第１の方向および第２の方向のうち他方の方向に対して、前記磁気抵抗器における前記見かけの磁界が前記電流流れの方向に対してより緩やかに傾斜するかまたは大きさが低減する、請求項１５に記載の方法。
17. ブリッジ構成内に形成された複数の磁気抵抗器を観察することにより磁界の方向を決定することを含む、請求項１５に記載の方法。
18. 実質的に相互に９０°である２つのブリッジを提供することと、磁界の方向を円の四分円に分解するように各ブリッジの出力を処理することとを含む、請求項１５に記載の方法。

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