JP2015178956A - ３次元磁気検出装置及び３次元磁気検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石が３次元空間内を自由移動する際に、その直線移動距離を検出すること。【解決手段】円柱形の磁性体５と、４個のホール素子１乃至４とを用い、各ホール素子から出力される信号を基に、３軸の各軸の磁場成分ベクトルを算出すると同時に、磁場強度と磁石までの距離情報との初期情報から、各軸の磁場成分から各軸の座標成分を算出し、３次元空間内の任意の位置における磁石の位置座標を求める。更にこれらの位置座標情報を基に、３次元空間内の２点間を磁石が移動した時のその移動前後の座標の差分を取り、３次元空間内での直線移動距離を算出する。【選択図】図５

Description

本発明は、３次元空間内における磁場発生源の位置を算出するための３次元磁気検出装置及び３次元磁気検出方法に関する。

従来から磁場を検出する装置として、ホール素子や磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ、ＧＭＲ、ＴＭＲ）などが広く知られており、この内、最も広く用いられているホール素子は、一般的な半導体基板上に既存の半導体微細加工プロセス技術を用いて形成できる。このため、ホール素子から出力される電気信号を処理する信号処理回路を、磁場を検出するホール素子と同一のウエハ上に一体形成が可能である。そのため、磁気検出装置を小型化し易く、かつ高度な信号処理が容易に実現できる。そのため、広く世の中で利用されている。
これらホール素子を用いた磁気検出装置の具体的な使用法は、得ようとする磁気情報によってその検出方法や信号処理方法が異なる。しかし、概ね次の２つに大別可能である。１つ目は、磁気検出装置で検出される磁気そのものの大きさを検出し、その磁気強度に応じた信号を出力するリニアセンサである。２つ目は、磁気の印加方向（磁界方向）を検出する事により、磁気発生源（地磁気や磁石、コイル）の経時的な回転方向やその回転速度などの情報を出力する回転／角度センサである。

この内、リニアセンサは、その被検出対象となる磁気の違いにより、更に次の２つに分類される。磁気検出素子と磁石との距離に応じて増減する磁界強度を検出し、磁石とホール素子との相対位置関係の情報を出力する位置検知用リニアセンサと、ホール素子近傍に配置された導線内を流れる電流量に比例して発生する磁気の強度を検出することにより、導線内を流れる電流値を間接的に検出する電流検知用リニアセンサである。特に、前者の位置検知用リニアセンサは、カメラのレンズ位置制御や、自動車のエンジン内の各種バルブ位置制御、工作機器用のロボットアームの位置制御など、産業界において多種多様な用途で用いられており、我々の生活を支える重要な電子部品の１つとなっている。

特開２００２−７１３８１号公報 国際公開ＷＯ２０１１／０６８１４６号（Ａ１）

しかしながら、これら位置検知用リニアセンサは、世の中で広く利用されているものの、製品設計の際には、その被検知対象となる磁石の動作に大きな制限が課されているのが現状である。具体的には、磁気を検知する素子の磁気検知方向（感磁軸）に対して平行な軸方向、または、垂線な軸方向など、ある特定の一軸方向にだけ平行移動する磁石の位置検知に限定されてしまっている。そのため、自動車や電子機器、産業用ロボットを設計する際には、磁石と磁気検知用リニアセンサとの相対的な位置関係と、その磁石の移動方向を共に考慮しながら、製品設計を行う必要がある。そのため、磁石の配置及びその移動方向の自由度が著しく制限され、引いては、製品を小型化する際の大きな障害の１つとなってしまっている。

一方、回転／角度センサでは、磁界検出素子と、磁性体で形成された磁気収束板とを組み合わせ、特許文献１及び特許文献２で開示されているような構造で印加磁界の方向を検出する事が実現されている。これらは、その名の通り、磁界の方向のみを検知する用途に限定されたものであり、検出される磁界の強度及び、その磁界強度の変化量を検知するために供されたものはない。そのため、回転／角度センサを前述のリニアセンサのように使用して、３次元空間内での磁石の移動位置を検知することは今までできなかった。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、３次元空間における磁場発生源の位置を算出することができる３次元磁気検出装置及び３次元磁気検出方法を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、半導体基板（６）上に離間して設けられた磁性体（５）と、前記半導体基板（６）上に設けられ、前記磁性体（５）の底面の外周縁の近傍に、時計回りに順次配置されている第１乃至第４の複数のホール素子（１乃至４）と、該複数のホール素子（１乃至４）のうち、前記第１及び第３のホール素子（１，３）と接続されている第１の信号処理部（１１）と、前記第２及び第４のホール素子（２，４）と接続されている第２の信号処理部（１２）と、前記第１のホール素子及び第３のホール素子と接続されている第３の信号処理部（１３）とからなる複数の信号処理部（１１乃至１３）と、該複数の信号処理部（１１乃至１３）と接続され、前記磁性体（５）の中心位置から磁場発生源までの相対距離と、前記磁場発生源が前記磁性体（５）の中心位置に作る磁場の磁場強度に関する情報である検量線情報と、各磁場成分ベクトルとから、前記磁性体（５）の中心位置から前記磁場発生源までの相対位置ベクトルを算出する第４の信号処理部（１４）とを備えている３次元磁気検出装置である。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁性体は、円柱形である。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１のホール素子（１）と前記第３のホール素子（３）とを結ぶ直線と、前記第２のホール素子（２）と前記第４のホール素子（４）とを結ぶ直線が交差している。
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記複数のホール素子を結ぶ直線の交差が直交し、前記複数のホール素子間の距離が等間隔である。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記複数のホール素子（１乃至４）が、前記磁性体（５）の中心位置におけるＸ軸及びＹ軸に対して対称に配置されている。
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記対称の配置が、前記第１のホール素子（１）と前記第２のホール素子（２）の距離と、該第２のホール素子（２）と前記第３のホール素子（３）の距離と、該第３のホール素子（３）と前記第４のホール素子（４）の距離と、該第４のホール素子（４）と前記第１のホール素子（１）の距離とが全て等しくなるように配置されている。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記複数のホール素子（１乃至４）が、前記磁性体（５）の外周縁の真下に配置されている。

また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記第１の信号処理部（１１）において、前記第１のホール素子（１）の出力信号と前記第３のホール素子（３）の出力信号から前記第１のホール素子（１）と前記第３のホール素子（３）とを結ぶ直線に平行なＸ軸方向の磁場成分ベクトル（Ｘ）が算出されて前記第４の信号処理部（１４）へ出力され、前記第２の信号処理部（１２）において、前記第２のホール素子（２）の出力信号と前記第４のホール素子（４）の出力信号から、前記第２のホール素子（２）と前記第４のホール素子（４）とを結ぶ直線に平行なＹ軸方向の磁場成分ベクトル（Ｙ）が算出されて前記第４の信号処理部（１４）へ出力され、前記第３の信号処理部（１３）において、前記第１のホール素子（１）の出力信号と前記第３のホール素子（３）の出力信号から、前記半導体基板（６）に垂直方向の磁場成分ベクトル（Ｚ）が算出されて前記第４の信号処理部（１４）へ出力される。

また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記第１の信号処理部（１１）において、前記第１のホール素子（１）の出力信号と前記第３のホール素子（３）の出力信号とが差分されて、前記Ｘ軸方向の磁場成分ベクトル（Ｘ）が算出されて、前記第２の信号処理部（１２）において、前記第２のホール素子（２）の出力信号と前記第４のホール素子（４）の出力信号とが差分されて、前記Ｙ軸方向の磁場成分ベクトル（Ｙ）が算出されて、前記第３の信号処理部（１３）において、前記第１のホール素子（１）の出力信号と前記第３のホール素子（３）の出力信号とが和算されて、前記半導体基板（６）に垂直方向の磁場成分ベクトル（Ｚ）が算出される。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載の発明において、前記第４の信号処理部（１４）において、前記Ｘ軸方向の磁場成分ベクトル（Ｘ）と前記Ｙ軸方向の磁場成分ベクトル（Ｙ）と前記垂直方向の磁場成分ベクトル（Ｚ）のそれぞれの磁場成分ベクトルに補正係数を乗じる。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記第４の信号処理部（１４）に接続された情報記憶部（１５）を備え、前記Ｘ軸方向の磁場成分ベクトル（Ｘ）と前記Ｙ軸方向の磁場成分ベクトル（Ｙ）と前記垂直方向の磁場成分ベクトル（Ｚ）とのそれぞれの信号情報が、前記情報記憶部（１５）へ記憶されるとともに、読み出し可能である。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の発明において、前記情報記憶部（１５）に記憶された複数の前記磁場成分ベクトル（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、それぞれ前記第４の信号処理部（１４）へ読みだされ、該第４の信号処理部（１４）が、前記複数のＸ軸方向の磁場成分ベクトル同士と、前記複数のＹ軸方向の磁場成分ベクトル同士と、前記垂直方向の複数の磁場成分ベクトルとから、前記磁場発生源が３次元空間内で移動したときの、該磁場発生源の移動距離及び／又は移動方向とを算出する。
また、請求項１３に記載の発明は、請求項９乃至１２のいずれかに記載の発明において、前記第４の信号処理部（１４）において、前記磁場発生源と前記磁性体（５）の中心位置との相対距離ｒを、以下の式ｒ＝ｒ_０×√（Ｂ_ｒ／Ｂ）（ただし、ｒ_０はキャリブレーション時の磁場発生源と磁性体（５）の中心位置の距離、Ｂ_ｒはキャリブレーション時の検出磁場強度信号、Ｂは実使用時の検出磁場強度信号を示している）を用いて算出する。
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１乃至１３のいずれかに記載の発明において、前記磁性体（５）と、前記第１乃至第４のホール素子（１乃至４）の前記複数のホール素子と、前記第１乃至第４の信号処理部（１１乃至１４）、前記情報記憶部（１５）とが、同一の前記半導体基板（６）上に設けられている。

また、請求項１５に記載の発明は、半導体基板（６）上に離間して設けられた磁性体（５）と、前記半導体基板（６）上に設けられ、前記磁性体（５）の底面の外周縁の近傍に、時計回りに順次配置されている第１乃至第４の複数のホール素子（１乃至４）と、該複数のホール素子（１乃至４）に接続された複数の信号処理部（１１乃至１３）と、該複数の信号処理部（１１乃至１３）と接続された第４の信号処理部（１４）とを備えている３次元磁気検出装置における３次元磁気検出方法であって、前記複数の信号処理部（１１乃至１３）の第１の信号処理部（１１）が、前記複数のホール素子（１乃至４）のうち、前記第１及び第３のホール素子（１，３）と接続されており、第２の信号処理部（１２）が、前記第２及び第４のホール素子（２，４）と接続されており、第３の信号処理部（１３）が、前記第１のホール素子及び第３のホール素子と接続されており、第４の信号処理部（１４）が、前記複数の信号処理部（１１乃至１３）と接続され、前記磁性体（５）の中心位置から磁場発生源までの相対距離と、前記磁場発生源が前記磁性体（５）の中心位置に作る磁場の磁場強度に関する情報である検量線情報と、各磁場成分ベクトルとから、前記磁性体（５）の中心位置から前記磁場発生源までの相対位置ベクトルを算出する。

また、請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の発明において、前記磁性体は、円柱形である。
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１５又は１６に記載の発明において、前記第１の信号処理部（１１）において、前記第１のホール素子（１）の出力信号と前記第３のホール素子（３）の出力信号から、前記第１のホール素子（１）と前記第３のホール素子（３）とを結ぶ直線に平行なＸ軸方向の磁場成分ベクトル（Ｘ）が算出されて前記第４の信号処理部（１４）へ出力され、前記第２の信号処理部（１２）において、前記第２のホール素子（２）の出力信号と前記第４のホール素子（４）の出力信号から、前記第２のホール素子（２）と前記第４のホール素子（４）とを結ぶ直線に平行なＹ軸方向の磁場成分ベクトル（Ｙ）が算出されて前記第４の信号処理部（１４）へ出力され、前記第３の信号処理部（１３）において、前記第１のホール素子（１）の出力信号と前記第３のホール素子（３）の出力信号から、前記半導体基板（６）に垂直方向の磁場成分ベクトル（Ｚ）が算出されて前記第４の信号処理部（１４）へ出力される。

また、請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の発明において、前記第１の信号処理部（１１）において、前記第１のホール素子（１）の出力信号と前記第３のホール素子（３）の出力信号とが差分されて、前記Ｘ軸方向の磁場成分ベクトル（Ｘ）が算出されて、前記第２の信号処理部（１２）において、前記第２のホール素子（２）の出力信号と前記第４のホール素子（４）の出力信号とが差分されて、前記Ｙ軸方向の磁場成分ベクトル（Ｙ）が算出されて、前記第３の信号処理部（１３）において、前記第１のホール素子（１）の出力信号と前記第３のホール素子（３）の出力信号とが和算されて、前記半導体基板（６）に垂直方向の磁場成分ベクトル（Ｚ）が算出される。

また、請求項１９に記載の発明は、請求項１５乃至１８のいずれかに記載の発明において、前記第４の信号処理部（１４）において、前記Ｘ軸方向の磁場成分ベクトル（Ｘ）と前記Ｙ軸方向の磁場成分ベクトル（Ｙ）と前記垂直方向の磁場成分ベクトル（Ｚ）のそれぞれの磁場成分ベクトルに補正係数を乗じる。
また、請求項２０に記載の発明は、請求項１５乃至１９のいずれかに記載の発明において、前記第４の信号処理部（１４）に接続された情報記憶部（１５）を備え、前記Ｘ軸方向の磁場成分ベクトル（Ｘ）と前記Ｙ軸方向の磁場成分ベクトル（Ｙ）と前記垂直方向の磁場成分ベクトル（Ｚ）とのそれぞれの信号情報が、前記情報記憶部（１５）へ記憶されるとともに、読み出し可能である。

また、請求項２１に記載の発明は、請求項１５乃至２０のいずれかに記載の発明において、前記情報記憶部（１５）に記憶された複数の前記磁場成分ベクトル（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、それぞれ前記第４の信号処理部（１４）へ読みだされ、該第４の信号処理部（１４）が、前記複数のＸ軸方向の磁場成分ベクトル同士と、前記複数のＹ軸方向の磁場成分ベクトル同士と、前記垂直方向の複数の磁場成分ベクトルとから、前記磁場発生源が３次元空間内で移動したときの、該磁場発生源の移動距離及び／又は移動方向とを算出する。
また、請求項２２に記載の発明は、請求項１７乃至２１のいずれかに記載の発明において、前記第４の信号処理部（１４）において、前記磁場発生源と前記磁性体（５）の中心位置との相対距離ｒを、以下の式ｒ＝ｒ_０×√（Ｂｒ／Ｂ）（ただし、ｒ_０はキャリブレーション時の磁場発生源と磁性体（５）の中心位置の距離、Ｂ_ｒはキャリブレーション時の検出磁場強度信号、Ｂは実使用時の検出磁場強度信号を示している）を用いて算出する。

本発明によれば、３次元空間における磁場発生源の位置を算出することができる３次元磁気検出装置及び３次元磁気検出方法を提供することが可能となる。

本発明に係る３次元磁気検出装置の実施形態の模式図である。 半導体基板上に設けられたホール素子と円柱形の磁性体とにおける磁界の関係（その１）を説明するための模式図である。 半導体基板上に設けられたホール素子と円柱形の磁性体とにおける磁界の関係（その２）を説明するための模式図である。 ３次元空間において磁気検出装置を３軸座標の原点として置いた場合の磁気発生源の位置情報（座標）の模式図である。 本発明に係る３次元磁気検出装置の実施形態を説明するためのブロック図である。 ３次元空間内において磁石が移動した場合の移動距離を示す図である。 磁場強度と磁石までの距離との初期設定から得られる検量曲線の概念図である。 ３次元空間内において磁石が２点間移動した場合の各位置座標ベクトルの差分ベクトルにより示される座標の模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る３次元磁気検出装置の実施形態の模式図である。
３次元空間１００内におけるホール素子群１乃至４と円柱形の磁性体５の位置関係を示している。図中符号１乃至４はホール素子群、５は円柱形の磁性体、６は半導体基板、７，８はホール素子間を結ぶ直線、９は直線７と直線８との交点から磁石までの磁場ベクトル、１０は磁気発生源（磁石）、１００は３次元空間を示している。
図１に示した磁気検知部は、円柱形の磁性体５と、この円柱形の磁性体５の底面の円周部の近傍に、時計回りに第１のホール素子１から第４のホール素子４までの合計４個のホール素子が設けられている。

第１のホール素子１と第３のホール素子３とを結ぶ直線７が、第２のホール素子２と第４のホール素子４とを結ぶ直線８と直交し、さらに、第１のホール素子１と第２のホール素子２の距離と、第２のホール素子２と第３のホール素子３の距離と、第３のホール素子３と第４のホール素子４の距離と、第４のホール素子４と第１のホール素子１の距離とが全て等しくなるように円柱形の磁性体５の底面の円周部の近傍に配置されている。そして、これらのホール素子１乃至４は、全て同一半導体基板６上の表面に形成されている。また、半導体基板６と、円柱形の磁性体５の底面とは、互いに水平の関係にある。
このような構成により、外部から磁界が印加されると、円柱形の磁性体５の近傍で磁界は、磁性体５に収束される。この時、ホール素子の感磁軸であるホール素子面に対して垂直な方向成分が発生するように磁界が曲げられると、これがホール素子により検知可能となる。

図２は、半導体基板上に設けられたホール素子と円柱形の磁性体とにおける磁界の関係（その１）を説明するための模式図で、図３は、半導体基板上に設けられたホール素子と円柱形の磁性体とにおける磁界の関係（その２）を説明するための模式図である。図中符号２０１はＸＺ平面に平行かつ、Ｘ軸方向へ印加された時の磁界、２０２はＸＺ平面に平行だが、Ｘ軸方向とは非平行の状態で印加された時の磁界を示している。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
図２では、ＸＺ平面に平行で、かつ、Ｘ軸方向へと外部磁界が印加された時の、磁性体５と、第１のホール素子１と、第３のホール素子３に対して磁界２０１の磁束密度の変化の様子を模式的に示したものである。また、図３では、ＸＺ平面に平行で、かつ、Ｘ軸には平衡ではない、斜め方向から平行磁場が印加された時に、磁性体により磁界が収束される様子を模式的に示したものである。

磁界２０１が、第３のホール素子３の左方向より磁性体５に近づくにつれ、この磁性体５に吸い寄せられ、磁性体５で一旦収束される。このため、磁性体５の左側においては、磁性体５よりも上方に位置する磁界は下方側へ、磁性体５よりも下方に位置する磁界は、上方側へと図２に図示するように曲げられ、磁性体５内で磁界が収束される。その結果、磁束密度は、磁性体５の中央部で最大となる。
その後、磁性体５から磁場が出る際には、磁性体５で収束されていた磁場は、再び上方及び下方へと再び広がりを見せる。つまり、磁性体５に入射す時、及び、磁性体５より出る時に、半導体基板６に平行な磁場はＺ軸方向成分の磁界が発生するように曲げられるため、この時、磁性体５の近傍に位置する第１のホール素子１及び第３のホール素子３には、これら曲げられた磁場が有するＺ軸方向の磁場成分が検知されるようになる。

より詳細には、図２に示すように磁場２０１が印加された場合は、磁性体５の存在により曲げられた磁場２０１は、第３のホール素子３では＋Ｚ軸方向の磁場成分を、第１のホール素子１では−Ｚ軸方向の磁場成分をそれぞれ有するように曲げられ、これらが、第１のホール素子１と第３のホール素子３とでそれぞれ逆方向の磁場として検知される。この結果の、第１のホール素子１の出力をＶ１は、第３のホール素子３の出力をＶ３にたいして逆符号の出力を有するため、Ｖ１＝−１・Ｖ３の関係が成り立つ。
一方、図示はしていないが、第２のホール素子２と、第４のホール素子４では、Ｘ軸方向に磁場が印加された場合には、同じＺ軸方向の成分が検知されるか、または、Ｚ軸方向の磁場成分がゼロとなる。したがって、第２のホール素子２の出力Ｖ２と、第４のホール素子４の出力Ｖ４とは同じとなり、Ｖ２＝Ｖ４の関係が成り立つ。

図４は、３次元空間において磁気検出装置を３軸座標の原点として置いた場合の磁気発生源の位置情報（座標）の模式図である。図中符号２０は３次元座標の原点から磁石１０へ伸びる磁場ベクトル、２１は磁場ベクトル２０のＸ軸成分ベクトル、２２は磁場ベクトル２０のＹ軸成分ベクトル、２３は磁場ベクトル２０のＺ軸成分ベクトル、２４は磁場ベクトル２５とＸ軸との成す角、２５は磁場ベクトル２６と磁場ベクトル２０とが成す角、２６は磁場ベクトル２０のＸＹ平面への投影ベクトルを示している。

図４に示すような、３次元空間中に自由に位置する磁石から外部磁界が印加される場合の各ホールの出力を考えると、上述したような関係は成り立たたず、各ホール素子には、大きさ及び向きの異なるＺ成分ベクトルがそれぞれ印加されることとなる。しかしながら、以下の式（１）〜（３）に示す計算から、各軸方向の磁場ベクトル成分を抽出することが可能となる。
Ｘ軸方向の磁場ベクトル成分Ｂｘ＝Ｖ３―Ｖ１ ・・・式（１）
Ｙ軸方向の磁場ベクトル成分Ｂｙ＝Ｖ４−Ｖ２ ・・・式（２）
Ｚ軸方向の磁場ベクトル成分Ｂｚ＝Ｖ１＋Ｖ３ ・・・式（３）
ここで、各ホール素子の出力は、＋Ｚ軸方向の磁場が印加された場合には、正の値の信号を出力し、逆に−Ｚ軸方向の磁場に対しては負の値を出力するとする。

上記の式（１）及び式（２），式（３）の各計算は、それぞれ、後述する図５に示す第１の信号処理部１１と第２の信号処理部１２と第３の信号処理部１３とで信号処理することにより実現される。これら演算された信号は、Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚとして、第４の信号処理部１４へと送られる。この第４の信号処理部１４では、各軸方向の磁場成分ベクトルに対し、係数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が掛けられて軸方向の磁場強度が補正される。
Ｘ軸方向の補正磁場ベクトル成分Ｖｘ＝Ｃ１×Ｂｘ ・・・式（４−１）
Ｙ軸方向の補正磁場ベクトル成分Ｖｙ＝Ｃ２×Ｂｙ ・・・式（４−２）
Ｚ軸方向の補正磁場ベクトル成分Ｖｚ＝Ｃ３×Ｂｚ ・・・式（４−３）
ここで、Ｃ１とＣ２は同じ係数であるが、Ｃ３はＣ１とは一般的に異なる係数となる。この理由は、円柱形の磁性体５の磁気収束効果の方向依存性により一意に決定される。例えば、Ｘ軸方向に印加された磁場が磁性体５により磁気収束された時、磁束密度がＸ倍に増加したとする。同様に、外部磁界がＺ軸方向に印加された時に磁性体５により収束された磁界の磁束密度がＺ倍に増加したとすると、
Ｃ１／Ｃ３＝Ｚ／Ｘ ・・・式（４−４）の関係が成り立つような係数である。これは磁性体の組成、および、円柱形の直径と高さにより決まる係数である。

式（４−１）〜式（４−３）で演算された各軸の補正磁場ベクトル成分を基に、図５に示す第４の信号処理部１４でＣＯＲＤＩＣ演算を行うことにより、図４に示すような角度２４及び角度２５がそれぞれ求められる。同時に、第４の信号処理部１４では、各軸における磁場成分ベクトルを距離成分ベクトルへと変換演算を行うことにより、磁気検出部中央から３次元空間における、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸の磁場成分ベクトルから各軸毎の距離成分Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚが算出される。
Ｌ_ｘ＝ｒ_０×√（｜Ｖ_ｘ０｜／｜Ｖ_ｘ｜） ・・・式（４−５）
Ｌ_ｙ＝ｒ_０×√（｜Ｖ_ｙ０｜／｜Ｖ_ｙ｜） ・・・式（４−６）
Ｌ_ｚ＝ｒ_０×√（｜Ｖ_ｚ０｜／｜Ｖ_ｚ｜） ・・・式（４−７）
ここで、
Ｖ_０＝（Ｖ_ｘ０ ^２＋Ｖ_ｙ０ ^２＋Ｖ_ｚ０ ^２）^１／２ ・・・式（４−８）
Ｖ_０＝Ｂ_ｒ ・・・式（４−９）
の関係が成り立つ。

ここで、ｒ_０とＢ_ｒはそれぞれ、初期設定時における磁石と磁気検出装置との距離、及び、その時に磁気検出装置内にて算出される磁場強度であり、これらの情報は情報記憶部（１５）に記憶される。
また、Ｖ_ｘ０、Ｖ_ｙ０、Ｖ_ｚ０は、初期設定時に式（４−１）〜式（４−３）によって算出される各軸方向の補正磁場ベクトル成分である。
これらＬｘ，Ｌｙ，Ｌｚは
ｒ＝｛（Ｌｘ）^２＋（Ｌｙ）^２＋（Ｌｚ）^２｝^{（１／２）} ・・・式（４−８）
の関係が成り立つ。

ここで、ｒ_０とＢｒは、初期設定時に情報記憶部１５に記憶され、これらの値は既知の値であることが必要である。
ただし、Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚは、距離を表すためスカラー量である。このため、この数値は方向情報を有しない。そこでこれをベクトル成分へと変換すべく下記の式（５−１）〜式（５−３）によりベクトルへと変換を行った。
Ｌｘベクトル変換：Ｈｘ＝Ｌｘ／｛（Ｖｘ^２）^{（１／２）}｝＊Ｖｘ 式（５−１）
Ｌｙベクトル変換：Ｈｙ＝Ｌｙ／｛（Ｖｙ^２）^{（１／２）}｝＊Ｖｙ 式（５−２）
Ｌｚベクトル変換：Ｈｚ＝Ｌｚ／｛（Ｖｚ^２）^{（１／２）}｝＊Ｖｚ 式（５−３）
これら式（５−１）〜式（５−３）により、各軸成分の磁場ベクトルから、磁石の位置情報に相当する座標を示す各軸方向の各ベクトル情報が算出できることとなる。これらのベクトル和を取る事により、磁気検出装置から磁石までの座標情報が得られ、このベクトルの二乗和を取る事により磁気検出装置から磁石までの距離が導出可能となる。

図５は、本発明に係る３次元磁気検出装置の実施形態を説明するためのブロック図である。図中符号１１は第１の信号処理部、１２は第２の信号処理部、１３は第３の信号処理部、１４は第４の信号処理部、１５は情報記憶部を示している。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
本実施形態の３次元磁気検出装置は、３次元空間における磁気検出装置と磁石との間の距離及び３軸方向の磁場成分ベクトルを検出することができる３次元磁気検出装置である。

円柱形の磁性体５は、半導体基板６上に離間して設けられている。第１乃至第４の複数のホール素子１乃至４は、半導体基板６上に設けられ、磁性体５の底面の外周縁の近傍に、時計回りに順次配置されている。この複数のホール素子１乃至４は、磁性体５の外周縁の真下に配置されていることが望ましい。
複数の信号処理部１１乃至１３は、複数のホール素子１乃至４のうち、第１及び第３のホール素子１，３と接続されている第１の信号処理部１１と、第２及び第４のホール素子２，４と接続されている第２の信号処理部１２と、第１乃至第４のホール素子１乃至４の内、１，３または２，４のいずれかの組み合わせと接続されている第３の信号処理部１３とから構成されている。尚、第３の信号処理部１３は、第１乃至第４のホール素子１乃至４の全てと接続されていてもよい。

第４の信号処理部１４は、複数の信号処理部１１乃至１３と接続され、磁性体５の中心位置から磁場発生源までの相対距離と、この磁場発生源が磁性体５の中心位置に作る磁場の磁場強度に関する情報である検量線情報と、各磁場成分ベクトルとから、磁性体５の中心位置から磁場発生源までの相対位置ベクトルを算出する。
また、第１のホール素子１と第３のホール素子３とを結ぶ直線と、第２のホール素子２と第４のホール素子４とを結ぶ直線は交差している。この複数のホール素子を結ぶ直線の交差は直交し、複数のホール素子間の距離が等間隔であることが望ましい。

また、複数のホール素子１乃至４は、磁性体（５）の中心位置におけるＸ軸及びＹ軸に対して対称に配置されている。この対称の配置は、第１のホール素子１と第２のホール素子２の距離と、この第２のホール素子２と第３のホール素子３の距離と、この第３のホール素子３と第４のホール素子４の距離と、この第４のホール素子４と第１のホール素子１の距離とが全て等しくなるように配置されていることが望ましい。
また、第１の信号処理部１１において、第１のホール素子１の出力信号と第３のホール素子３の出力信号とが差分されて、第１のホール素子１と第３のホール素子３とを結ぶ直線に平行なＸ軸方向の磁場成分ベクトルＸが算出されて第４の信号処理部１４へ出力され、第２の信号処理部１２において、第２のホール素子２の出力信号と第４のホール素子４の出力信号とが差分されて、第２のホール素子２と第４のホール素子４とを結ぶ直線に平行なＹ軸方向の磁場成分ベクトルＹが算出されて第４の信号処理部１４へ出力され、第３の信号処理部１３において、第１のホール素子１の出力信号と第３のホール素子３の出力信号とが和算されて、半導体基板６に垂直方向の磁場成分ベクトルＺが算出されて第４の信号処理部１４へ出力される。

また、磁場成分ベクトルＸと磁場成分ベクトルＹと磁場成分ベクトルＺのそれぞれの磁場成分ベクトルに補正係数を乗じることも可能である。
また、第４の信号処理部１４に接続された情報記憶部１５を備え、Ｘ軸方向の磁場成分ベクトルＸとＹ軸方向の磁場成分ベクトルＹと垂直方向の磁場成分ベクトルＺとのそれぞれの信号情報は、情報記憶部１５へ記憶されるとともに、読み出し可能である。
また、情報記憶部１５に記憶された複数の前記磁場成分ベクトルＸ，Ｙ，Ｚは、それぞれ第４の信号処理部１４へ読みだされ、この第４の信号処理部１４は、複数のＸ軸方向の磁場成分ベクトル同士と、複数のＹ軸方向の磁場成分ベクトル同士と、垂直方向の複数の磁場成分ベクトルとから、磁場発生源が３次元空間内で移動したときの、この磁場発生源の移動距離及び／又は移動方向とを算出する。

また、第４の信号処理部１４において、磁場発生源と磁性体５の中心位置との相対距離ｒを、
ｒ＝ｒ０×√（Ｂｒ／Ｂ） ・・・式（６）
を用いて算出する。
ただし、ｒ０はキャリブレーション時の磁場発生源と磁性体（５）の中心位置の距離、Ｂｒはキャリブレーション時の検出磁場強度信号、Ｂは実使用時の検出磁場強度信号を示している。

また、磁性体５と、第１乃至第４のホール素子１乃至４の複数のホール素子と、第１乃至第４の信号処理部１１乃至１４、情報記憶部１５とが、同一の半導体基板６上に設けられている。
このような構成により、３次元空間における磁気検出装置と磁石との間の距離及び３軸方向の磁場成分ベクトルを検出し、更には、３次元空間内における磁石の２点間移動距離を算出することができる３次元磁気検出装置を実現することができる。
また、本発明は、上述したようなリニアセンサが有する製品設計上の障害を取り除き、非検出対象となる磁気発生源（磁石）の、磁気検出装置に対する相対的な移動方向に制限を設けずに、その磁石と磁気検出装置との相対的距離及びその角度、引いては、３次元空間内における磁石の移動距離とを同時に検知する事を可能とするものである。その結果、装置設計上の制限を無くすことができ、製品の小型化だけでなく、従来は検知不可能であった３次元方向に自由に移動する磁石の移動を検出することが可能となる。

次に、本実施形態の３次元磁気検出方法について説明する。
本実施形態の３次元磁気検出方法は、半導体基板６上に離間して設けられた円柱形の磁性体５と、半導体基板６上に設けられ、磁性体５の底面の外周縁の近傍に、時計回りに順次配置されている第１乃至第４の複数のホール素子１乃至４と、この複数のホール素子１乃至４に接続された複数の信号処理部１１乃至１３と、この複数の信号処理部１１乃至１３と接続された第４の信号処理部１４とを備えている３次元磁気検出装置における３次元磁気検出方法である。

複数の信号処理部１１乃至１３の第１の信号処理部１１が、複数のホール素子１乃至４のうち、第１及び第３のホール素子１，３と接続されており、第２の信号処理部１２が、第２及び第４のホール素子２，４と接続されており、第３の信号処理部１３が、第１乃至第４のホール素子１乃至４の内、１，３または２，４のいずれかの組み合わせで接続されており、第４の信号処理部１４が、複数の信号処理部１１乃至１３と接続され、磁性体５の中心位置から磁場発生源までの相対距離と、磁場発生源が磁性体５の中心位置に作る磁場の磁場強度に関する情報である検量線情報と、各磁場成分ベクトルとから、磁性体５の中心位置から前記磁場発生源までの相対位置ベクトルを算出する。

また、第１の信号処理部１１において、第１のホール素子１の出力信号と第３のホール素子３の出力信号とが差分されて、第１のホール素子１と第３のホール素子３とを結ぶ直線に平行なＸ軸方向の磁場成分ベクトルＸが算出されて第４の信号処理部１４へ出力され、第２の信号処理部１２において、第２のホール素子２の出力信号と第４のホール素子４の出力信号とが差分されて、第２のホール素子２と第４のホール素子４とを結ぶ直線に平行なＹ軸方向の磁場成分ベクトルＹが算出されて第４の信号処理部１４へ出力され、第３の信号処理部１３において、第１のホール素子１の出力信号と第３のホール素子３の出力信号とが和算されて、半導体基板６に垂直方向の磁場成分ベクトルＺが算出されて第４の信号処理部１４へ出力される。

また、Ｘ軸方向の磁場成分ベクトルＸとＹ軸方向の磁場成分ベクトルＹと垂直方向の磁場成分ベクトルＺのそれぞれの磁場成分ベクトルに補正係数を乗じることが望ましい。
また、第４の信号処理部１４に接続された情報記憶部１５を備え、Ｘ軸方向の磁場成分ベクトルＸとＹ軸方向の磁場成分ベクトルＹと垂直方向の磁場成分ベクトルＺとのそれぞれの信号情報が、情報記憶部１５へ記憶されるとともに、読み出し可能である。
また、情報記憶部１５に記憶された複数の磁場成分ベクトルＸ，Ｙ，Ｚは、それぞれ第４の信号処理部１４へ読みだされ、この第４の信号処理部１４が、複数のＸ軸方向の磁場成分ベクトル同士と、複数のＹ軸方向の磁場成分ベクトル同士と、垂直方向の複数の磁場成分ベクトルとから、磁場発生源が３次元空間内で移動したときの、この磁場発生源の移動距離及び／又は移動方向とを算出する。

また、第４の信号処理部１４において、磁場発生源と磁性体５の中心位置との相対距離ｒを、
ｒ＝ｒ_０×√（Ｂｒ／Ｂ） ・・・式（６）
を用いて算出する。
ただし、ｒ_０はキャリブレーション時の磁場発生源と磁性体５の中心位置の距離、Ｂ_ｒはキャリブレーション時の検出磁場強度信号、Ｂは実使用時の検出磁場強度信号を示している。

図６は、３次元空間内において磁石が移動した場合の移動距離を示す図である。上述した３次元磁気検出方法及びその算出方法を用い、図６に示すように、三次元空間内で磁石が移動した場合のその移動距離を実際に求めた。
具体的には、先ずは使用前に、磁石と磁気検知装置との距離が１０ｍｍの時の、磁気検知装置が検出する磁場強度を測定すると、２０ｍＴであった。これを先ずは情報記憶部１５に記録した。

図７は、磁場強度と磁石までの距離との初期設定から得られる検量曲線の概念図である。この初期値と式（６）とから、図７に示すような検出磁場強度と磁石までの距離の検量線が得られる。
次に、磁石が（１０）の位置にある時、上述した方法により３次元磁気検出装置により検出され、式（１）〜（３）と、式（４−１）〜式（４−４）により演算補正された各軸の磁場成分のベクトルＶｘ（３１），Ｖｙ（３２），Ｖｚ（３３）を更に、式（５−１）〜式（５−３）を用いて磁石の座標情報を算出し、最後に、式（５−１）〜式（５−３）を用いて磁石の位置ベクトル情報の各軸ベクトル成分情報を、情報記憶部１５に記憶させた。

この時の磁場成分ベクトルは、それぞれＶｘ＝（１３．９、０、０）、Ｖｙ＝（０、５．５、０）、Ｖｚ＝（０、０、８．９）であった。各数値の単位はｍＴである。さらにこれは式（４−６）〜式（４−７）及び式（５−１）〜式（５−３）及び図７に示すような検量線から、位置ベクトルを算出すると、Ｈｘ＝（１２．０、０、０）、Ｈｙ＝（０、１９．０、０）、Ｈｚ＝（０、０、１５．０）であった。この時の各数値の単位はｍｍである。これらの上方は一旦情報記憶部１５へと記録させた。

次に、この磁石が（１０）の位置から（１０’）の位置へと直線的に移動した時後に、再び同様の手順にて各種情報を算出した結果Ｖｘ’＝（１０．２、０、０）、Ｖｙ’＝（０、２０．０、０）、Ｖｚ’＝（０、０、５．０ｍＴ）となり、Ｈｘ’＝（１４．０、０、０）、Ｈｙ’＝（０、１０．０、０）、Ｈｚ’＝（０、０、２０．０）となった。単位は同様、それぞれｍＴ及びｍｍである。
次いで、Ｈｘ’，Ｈｚ’，Ｈｚ’を、情報記憶部１５に記憶しておいたＨｘ，Ｈｙ，Ｈｚとそれぞれ以下の式（５−４）〜式（５−６）の式に従い差分を取った。
Ｘ軸方向の位置情報ベクトルの差分：ΔＨｘ＝Ｈｘ’−Ｈｘ 式（５−４）
Ｙ軸方向の位置情報ベクトルの差分：ΔＨｙ＝Ｈｙ’−Ｈｙ 式（５−５）
Ｚ軸方向の位置情報ベクトルの差分：ΔＨｚ＝Ｈｚ’−Ｈｚ 式（５−６）
これらΔＨｘ，ΔＨｙ，ΔＨｚは、図８に示す位置情報の差分ベクトル（５１），（５２），（５３）にそれぞれ相当する。

図８は、３次元空間内において磁石が２点間移動した場合の各位置座標ベクトルの差分ベクトルにより示される座標の模式図である。
これらの差分ベクトルの合成を行うとΔＨｘ＋ΔＨｙ＋ΔＨｚ＝（２．０、−９．０、４．０）となった。この二乗和平方根を取ると｛（２．０）２＋（−９．０）２＋（４．０）２｝１／２≒１０．０ｍｍとなった。つまり、３次元空間内で磁石の移動距離は１０．０ｍｍと算出できた。
このように、３次元空間における磁気検出装置と磁石との間の距離及び３軸方向の磁場成分ベクトルを検出することができる３次元磁気検出方法を実現することができる。

また、本実施形態によれば、３次元空間における磁気検出装置と磁石との間の距離及び３軸方向の磁場成分ベクトルを検出し、更には、３次元空間内における磁石の２点間移動距離を算出することができる３次元磁気検出装置及び３次元磁気検出方法を実現することができる。
また、本実施形態によれば、被検出対象となる磁気発生源（磁石）の、磁気検出装置に対する相対的な移動方向に制限を設けずに、その磁石と磁気検出装置との相対的距離、角度、３次元空間内における磁石の移動距離を同時に検知することが可能となる。これにより、磁石の移動方向に制限を課すことなく、製品の設計が可能となる。

本発明は、具体的には、デジタルカメラのレンズの位置制御機構、自動車に用いられている各種バルブの開閉位置検出、産業機器のロボットアームの位置制御などに用いることができる。

１ 第１のホール素子
２ 第２のホール素子
３ 第３のホール素子
４ 第４のホール素子
５ 円柱形の磁性体
６ 半導体基板
７ 第１のホール素子と第３のホール素子とを結ぶ直線
８ 第２のホール素子と第４のホール素子とを結ぶ直線
９ 直線７と直線８との交点から、磁石１０までの磁場ベクトル
１０ 磁気発生源（磁石）
１１ 第１の信号処理部
１２ 第２の信号処理部
１３ 第３の信号処理部
１４ 第４の信号処理部
１５ 情報記憶部
２０ ３次元座標の原点から、磁石１０へ伸びる磁場ベクトル
２１ 磁場ベクトル２１のＸ軸成分ベクトル
２２ 磁場ベクトル２１のＹ軸成分ベクトル
２３ 磁場ベクトル２１のＺ軸成分ベクトル
２４ 磁場ベクトル２５とＸ軸との成す角
２５ 磁場ベクトル２６と磁場ベクトル２０とが成す角
２６ 磁場ベクトル２０のＸＹ平面への投影ベクトル
３０ ３次元空間内における磁石１０への磁場ベクトル
３１ 磁石１０の磁場ベクトル３０のＸ軸成分ベクトル
３２ 磁石１０の磁場ベクトル３０のＹ軸成分ベクトル
３３ 磁石１０の磁場ベクトル３０のＺ軸成分ベクトル
１０’ ３次元空間内で２点間移動した後の磁石１０の位置
４０ 磁石１０’の３次元空間内における磁場ベクトル
４１ 磁石１０’の磁場ベクトル４０のＸ軸成分ベクトル
４２ 磁石１０’の磁場ベクトル４０のＹ軸成分ベクトル
４３ 磁石１０’の磁場ベクトル４０のＺ軸成分ベクトル
５０ 磁石が１０から１０’へと移動したときの磁場ベクトルの差分ベクトル
５１ 磁石が１０から１０’へと移動したときのＸ軸磁場成分ベクトルの差分ベクトル
５２ 磁石が１０から１０’へと移動したときのＹ軸磁場成分ベクトルの差分ベクトル
５３ 磁石が１０から１０’へと移動したときのＺ軸磁場成分ベクトルの差分ベクトル
６０ 磁石が１０から１０’へと移動したことを示すベクトル
１００ ３次元空間
２０１ ＸＺ平面に平行かつ、Ｘ軸方向へ印加された磁界
２０２ ＸＺ平面に平行かつ、Ｘ軸方向とは非平行の状態で印加された磁界

Claims (22)

1. 半導体基板上に離間して設けられた磁性体と、
   前記半導体基板上に設けられ、前記磁性体の底面の外周縁の近傍に、時計回りに順次配置されている第１乃至第４の複数のホール素子と、
   該複数のホール素子のうち、前記第１及び第３のホール素子と接続されている第１の信号処理部と、前記第２及び第４のホール素子と接続されている第２の信号処理部と、前記第１のホール素子及び第３のホール素子と接続されている第３の信号処理部とからなる複数の信号処理部と、
   該複数の信号処理部と接続され、前記磁性体の中心位置から磁場発生源までの相対距離と、前記磁場発生源が前記磁性体の中心位置に作る磁場の磁場強度に関する情報である検量線情報と、各磁場成分ベクトルとから、前記磁性体の中心位置から前記磁場発生源までの相対位置ベクトルを算出する第４の信号処理部と
   を備えている３次元磁気検出装置。
2. 前記磁性体は、円柱形である請求項１に記載の３次元磁気検出装置。
3. 前記第１のホール素子と前記第３のホール素子とを結ぶ直線と、前記第２のホール素子と前記第４のホール素子とを結ぶ直線が交差している請求項１又は２に記載の３次元磁気検出装置。
4. 前記複数のホール素子を結ぶ直線の交差が直交し、前記複数のホール素子間の距離が等間隔である請求項３に記載の３次元磁気検出装置。
5. 前記複数のホール素子が、前記磁性体の中心位置におけるＸ軸及びＹ軸に対して対称に配置されている請求項１乃至４のいずれかに記載の３次元磁気検出装置。
6. 前記対称の配置が、
   前記第１のホール素子と前記第２のホール素子の距離と、該第２のホール素子と前記第３のホール素子の距離と、該第３のホール素子と前記第４のホール素子の距離と、該第４のホール素子と前記第１のホール素子の距離とが全て等しくなるように配置されている請求項５に記載の３次元磁気検出装置。
7. 前記複数のホール素子が、前記磁性体の外周縁の真下に配置されている請求項１乃至６のいずれかに記載の３次元磁気検出装置。
8. 前記第１の信号処理部において、前記第１のホール素子の出力信号と前記第３のホール素子の出力信号から前記第１のホール素子と前記第３のホール素子とを結ぶ直線に平行なＸ軸方向の磁場成分ベクトルが算出されて前記第４の信号処理部へ出力され、
   前記第２の信号処理部において、前記第２のホール素子の出力信号と前記第４のホール素子の出力信号から、前記第２のホール素子と前記第４のホール素子とを結ぶ直線に平行なＹ軸方向の磁場成分ベクトルが算出されて前記第４の信号処理部へ出力され、
   前記第３の信号処理部において、前記第１のホール素子の出力信号と前記第３のホール素子の出力信号から、前記半導体基板に垂直方向の磁場成分ベクトルが算出されて前記第４の信号処理部へ出力される請求項１乃至７のいずれかに記載の３次元磁気検出装置。
9. 前記第１の信号処理部において、前記第１のホール素子の出力信号と前記第３のホール素子の出力信号とが差分されて、前記Ｘ軸方向の磁場成分ベクトルが算出されて、
   前記第２の信号処理部において、前記第２のホール素子の出力信号と前記第４のホール素子の出力信号とが差分されて、前記Ｙ軸方向の磁場成分ベクトルが算出されて、
   前記第３の信号処理部において、前記第１のホール素子の出力信号と前記第３のホール素子の出力信号とが和算されて、前記半導体基板に垂直方向の磁場成分ベクトルが算出される請求項８に記載の３次元磁気検出装置。
10. 前記第４の信号処理部において、前記Ｘ軸方向の磁場成分ベクトルと前記Ｙ軸方向の磁場成分ベクトルと前記垂直方向の磁場成分ベクトルのそれぞれの磁場成分ベクトルに補正係数を乗じる請求項１乃至９のいずれかに記載の３次元磁気検出装置。
11. 前記第４の信号処理部に接続された情報記憶部を備え、前記Ｘ軸方向の磁場成分ベクトルと前記Ｙ軸方向の磁場成分ベクトルと前記垂直方向の磁場成分ベクトルとのそれぞれの信号情報が、前記情報記憶部へ記憶されるとともに、読み出し可能である請求項１乃至１０のいずれかに記載の３次元磁気検出装置。
12. 前記情報記憶部に記憶された複数の前記磁場成分ベクトルは、それぞれ前記第４の信号処理部へ読みだされ、該第４の信号処理部が、前記複数のＸ軸方向の磁場成分ベクトル同士と、前記複数のＹ軸方向の磁場成分ベクトル同士と、前記垂直方向の複数の磁場成分ベクトルとから、前記磁場発生源が３次元空間内で移動したときの、該磁場発生源の移動距離及び／又は移動方向とを算出する請求項１乃至１１のいずれかに記載の３次元磁気検出装置。
13. 前記第４の信号処理部において、前記磁場発生源と前記磁性体の中心位置との相対距離ｒを、以下の式
    ｒ＝ｒ_０×√（Ｂ_ｒ／Ｂ）
    （ただし、ｒ_０はキャリブレーション時の磁場発生源と磁性体の中心位置の距離、Ｂ_ｒはキャリブレーション時の検出磁場強度信号、Ｂは実使用時の検出磁場強度信号を示している）
    を用いて算出する請求項９乃至１２のいずれかに記載の３次元磁気検出装置。
14. 前記磁性体と、前記第１乃至第４のホール素子の前記複数のホール素子と、前記第１乃至第４の信号処理部、前記情報記憶部とが、同一の前記半導体基板上に設けられている請求項１乃至１３のいずれかに記載の３次元磁気検出装置。
15. 半導体基板上に離間して設けられた磁性体と、前記半導体基板上に設けられ、前記磁性体の底面の外周縁の近傍に、時計回りに順次配置されている第１乃至第４の複数のホール素子と、該複数のホール素子に接続された複数の信号処理部と、該複数の信号処理部と接続された第４の信号処理部とを備えている３次元磁気検出装置における３次元磁気検出方法であって、
    前記複数の信号処理部の第１の信号処理部が、前記複数のホール素子のうち、前記第１及び第３のホール素子と接続されており、第２の信号処理部が、前記第２及び第４のホール素子と接続されており、第３の信号処理部が、前記第１のホール素子及び第３のホール素子と接続されており、
    第４の信号処理部が、前記複数の信号処理部と接続され、前記磁性体の中心位置から磁場発生源までの相対距離と、前記磁場発生源が前記磁性体の中心位置に作る磁場の磁場強度に関する情報である検量線情報と、各磁場成分ベクトルとから、前記磁性体の中心位置から前記磁場発生源までの相対位置ベクトルを算出する３次元磁気検出方法。
16. 前記磁性体は、円柱形である請求項１５に記載の３次元磁気検出方法。
17. 前記第１の信号処理部において、前記第１のホール素子の出力信号と前記第３のホール素子の出力信号から、前記第１のホール素子と前記第３のホール素子とを結ぶ直線に平行なＸ軸方向の磁場成分ベクトルが算出されて前記第４の信号処理部へ出力され、
    前記第２の信号処理部において、前記第２のホール素子の出力信号と前記第４のホール素子の出力信号から、前記第２のホール素子と前記第４のホール素子とを結ぶ直線に平行なＹ軸方向の磁場成分ベクトルが算出されて前記第４の信号処理部へ出力され、
    前記第３の信号処理部において、前記第１のホール素子の出力信号と前記第３のホール素子の出力信号から、前記半導体基板に垂直方向の磁場成分ベクトルが算出されて前記第４の信号処理部へ出力される請求項１５又は１６に記載の３次元磁気検出方法。
18. 前記第１の信号処理部において、前記第１のホール素子の出力信号と前記第３のホール素子の出力信号とが差分されて、前記Ｘ軸方向の磁場成分ベクトルが算出されて、
    前記第２の信号処理部において、前記第２のホール素子の出力信号と前記第４のホール素子の出力信号とが差分されて、前記Ｙ軸方向の磁場成分ベクトルが算出されて、
    前記第３の信号処理部において、前記第１のホール素子の出力信号と前記第３のホール素子の出力信号とが和算されて、前記半導体基板に垂直方向の磁場成分ベクトルが算出される
    請求項１７に記載の３次元磁気検出方法。
19. 前記第４の信号処理部において、前記Ｘ軸方向の磁場成分ベクトルと前記Ｙ軸方向の磁場成分ベクトルと前記垂直方向の磁場成分ベクトルのそれぞれの磁場成分ベクトルに補正係数を乗じる請求項１５乃至１８のいずれかに記載の３次元磁気検出方法。
20. 前記第４の信号処理部に接続された情報記憶部を備え、前記Ｘ軸方向の磁場成分ベクトルと前記Ｙ軸方向の磁場成分ベクトルと前記垂直方向の磁場成分ベクトルとのそれぞれの信号情報が、前記情報記憶部へ記憶されるとともに、読み出し可能である請求項１５乃至１９のいずれかに記載の３次元磁気検出方法。
21. 前記情報記憶部に記憶された複数の前記磁場成分ベクトルは、それぞれ前記第４の信号処理部へ読みだされ、該第４の信号処理部が、前記複数のＸ軸方向の磁場成分ベクトル同士と、前記複数のＹ軸方向の磁場成分ベクトル同士と、前記垂直方向の複数の磁場成分ベクトルとから、前記磁場発生源が３次元空間内で移動したときの、該磁場発生源の移動距離及び／又は移動方向とを算出する請求項１５乃至２０のいずれかに記載の３次元磁気検出方法。
22. 前記第４の信号処理部において、前記磁場発生源と前記磁性体の中心位置との相対距離ｒを、以下の式
    ｒ＝ｒ_０×√（Ｂｒ／Ｂ）
    （ただし、ｒ_０はキャリブレーション時の磁場発生源と磁性体の中心位置の距離、Ｂ_ｒはキャリブレーション時の検出磁場強度信号、Ｂは実使用時の検出磁場強度信号を示している）
    を用いて算出する請求項１７乃至２１のいずれかに記載の３次元磁気検出方法。

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