JP3702301B2 - Magnetic sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体ホール素子を代表とする磁気センサは、ブラシレスモータにおける制御素子として家庭電器、産業機械等の分野において欠かせない重要なセンサの1つとなっており、より高感度で適用範囲の広い磁気センサの開発が望まれている。
通常、半導体磁気センサの感度は、半導体中の電子の速度に依存するため、センサの感度向上の打開策として、近年、電界放射の原理に基づく冷陰極型固体真空装置を磁気センサとして利用しようとする試みが行われている。
図6は、従来の磁気センサの一構成例を示す模式図である。
本従来例は図6に示すように、絶縁性または半絶縁性の基板105と、基板105上に設けられ、電子を放射するための櫛型の電界放射型エミッタ電極101と、基板105上に設けられ、電界放射型エミッタ電極101から放射される電子数、すなわち、エミッタ電流を制御するためのゲート電極102と、基板105上に設けられ、電界放射型エミッタ電極101から放射された電子を捕集するためのアノード電極103a,103bとから構成されている(特開平6−308807号公報参照)。
【0003】
上記のように構成された磁気センサにおいては、高温や放射能環境でも使用可能といわれており、適用範囲の拡大を期待することができる。
なお、上述した磁気センサの素子作製においては、半導体プロセスを用いて行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
通常、上述したような磁気センサによる磁場の大きさの計測においては、アノード電極における電流値の大きさに基づいて行われるため、アノード電極における電流値が大きくないと充分な精度を得ることができない。
しかしながら、上記のように構成された磁気センサにおいては、電界放出エミッタ電極から放射された電子のうち大部分がゲート電極に入射されてしまうため、アノード電極に流れる電流が減少し、外部磁場の大きさを計測することが困難となってしまうという問題点がある。
これを避けるために、内部磁界もしくは内部電界を安定化させることが考えられるが、その場合、磁気センサの内部構造が複雑化して実用性を欠いてしまうという問題点がある。
【0005】
また、電界放出型エミッタ電極を縦型構造にした場合は、1素子では充分なアノード電流を得ることができないため、実用性を欠いてしまうという問題点がある。
さらに、磁場情報においては、最大2次元しか得られていないため、磁気センサの適用範囲が狭いという問題点がある。
本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、アノード電極における電流値が小さな場合においても磁場の大きさを容易に計測することができるとともに、3次元の磁場情報を得ることができる磁気センサを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、
電子を放出するための電界放射型エミッタ電極と、該電界放出型エミッタ電極から放出される電子数を制御するためのゲート電極と、前記電界放射型エミッタ電極から放出された電子を捕集する少なくとも4つに分割されたアノード電極と、内部が真空であり、前記電界放射型エミッタ電極、前記ゲート電極及び前記アノード電極を内部に収容するパッケージとを有し、前記電界放射型エミッタ電極から放射された電子のうち前記アノード電極に入射する電子数に基づいて外部の磁場を検出する磁場センサにおいて、
前記アノード電極に入射する電子は、十字型であり、
前記パッケージ内面に、非磁性導電物質からなる等電位の遮蔽電極を具備することを特徴とする。
【0007】
また、電子を放出するための電界放射型エミッタ電極と、該電界放出型エミッタ電極から放出される電子数を制御するためのゲート電極と、前記電界放出型エミッタ電極上に設けられ、少なくとも4つに分割された偏向電極と、該偏向電極と対向するように少なくとも4つに分割され、前記電界放射型エミッタ電極から放出された電子を捕集するためのアノード電極と、内部が真空であり、前記電界放射型エミッタ電極、前記ゲート電極及び前記アノード電極を内部に収容するパッケージとを有し、前記電界放射型エミッタ電極から放射された電子のうち前記アノード電極に入射する電子数に基づいて外部の磁場を検出する磁場センサにおいて、
前記パッケージ内面に、非磁性導電物質からなる等電位の遮蔽電極を具備することを特徴とする
【0008】
また、前記電界放射型エミッタ電極は、十字型を形成するように複数個設けられていることを特徴とする。また、前記十字型は、少なくとも5個の電界放射型エミッタ電極からなる列どうしが交差することにより形成されていることを特徴とする。また、前記電界放射型エミッタ電極、前記ゲート電極及び前記偏向電極は、それぞれ、前記十字型の電子ビームの中心から放射状、かつ、対称に配置されていることを特徴とする。また、前記遮蔽電極は、前記パッケージを兼ねていることを特徴とする。
【0009】
また、前記アノード電極は、前記パッケージ内面に導電性物質を塗布することにより形成されていることを特徴とする。また、前記パッケージは、ガラスからなることを特徴とする。また、前記導電性物質は、蛍光体からなり、前記パッケージは、透光性を有するガラスであることを特徴とする。
【0010】
一方、アノード電極は、少なくとも4つに分割されており、分割されたそれぞれにおいて、電界放出型エミッタ電極から放出された電子が捕集される。
このようにして、電界放出型エミッタ電極から放出される電子の中心が明確になり、かつ、その中心のアノード電極への照射位置もアノード電極の分割により明確になるので、アノード電極における電流値が小さな場合においても、磁場による電子ビームの位置ずれの検出が確実に行われる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の磁気センサの第1の実施の形態を示す模式図であり、(a)は斜視図、(b)は(a)に示す基板5の上面図、(c)は(a)に示す磁気センサの電子放出について説明するための図である。
本形態は図1に示すように、電子を放出するために設けられた電界放射型エミッタ電極1と、電界放射型エミッタ電極1から放射される電子数、すなわち、エミッタ電流を制御するためのゲート電極2と、電界放射型エミッタ電極1から放射された電子を捕集するためのアノード電極3と、電界放射型エミッタ電極1から放射された電子の軌道を制御するための偏向電極4a,4b,4c,4dと、電界放出型エミッタ電極1、ゲート電極2及び偏向電極4a,4b,4c,4dを収容する基板5と、アノード電極3、基板5及び配線を収容する外装であるパッケージ8と、パッケージ8の内壁に設けられ、電界放出型エミッタ電極1から放出される電子の軌道がパッケージ8の外部の電場の影響を受けて外部磁場と無関係に曲げられる危険性を防止するための遮蔽電極7と、絶縁体6とから構成されている。なお、偏向電極4a,4b,4c,4dにおいては、同電位が印加されるようになっており、また、遮蔽電極7においては、パッケージ8が非導電体である場合には、パッケージ8の内壁に導電体を塗布することにより形成され、部品点数の削減、作り易さの向上及び信頼性の向上を図ることができる。
【0012】
また、偏向電極4a,4b,4c,4dは、電子が放出される電界放出型エミッタ電極1を中心として均等に90°ずつに4分割されて配設されており、アノード電極3は、偏向電極4a,4b,4c,4dのそれぞれに対向するように4分割されている。
さらに、装置内は真空に保たれている。
以上述べた全ての電極及び配線は、電界放出型エミッタ電極1から放射状、かつ、対称に配設されており、電子の軌道に異方性が持たされないようにしてある。この構造により、各電極に加わる電界が電子に等方的に加わることで、電界の影響を考慮せずに等方的にアノード電極を設計することができるので、センサの作製が極めて簡易なものになる。
【0013】
上記のように構成された磁気センサにおいては、4つに分割された偏向電極4a,4b,4c,4dによって、電界放出型エミッタ電極1から放出された電子ビームが十字型となり、その後、4つに分割されたアノード電極3に到達する電子ビームによる電流が計測されることで、電子ビームの到達位置が検出される。
以下に、上記のように構成された磁気センサの動作について具体的に説明する。
図2は、図1に示した磁気センサにおける電子放出を説明するための図であり、(a)は磁場の印加がない場合の電子の到達位置を示す図、(b)はY方向の磁場Byを印加した場合の電子の到達位置を示す図、(c)はX方向の磁場Bxを印加した場合の電子の到達位置を示す図、(d)はZ方向の磁場Bzを印加した場合の電子の到達位置を示す図である。
【0014】
まず、外部磁場を印加しない場合について説明する。
電界放出型エミッタ電極1から放出された電子は、基板5に垂直な成分のみではないため発散する。このとき、電界放出型エミッタ電極1から放出された電子は、偏向電極4a,4b,4c,4dによって偏向され、図2(a)に示すように、偏向電極4a,4b,4c,4dの溝XX’と溝YY’との交点P(図1参照)、すなわち、電界放出型エミッタ電極1の位置からアノード電極3に伸ばした垂線の交点P’を中心として、偏向電極4a,4b,4c,4dの溝XX’及び溝YY’の垂直上方のアノード電極3に十字型となって到達する。
次に、図2(b)に示すようにY方向の外部磁場Byを紙面下方から上方に向かって印加した場合について説明する。
【0015】
外部磁場Byを紙面下方から上方に向かって、偏向電極4a,4b,4c,4dの溝XX’に垂直、かつ、溝YY’に水平に印加すると、電界放出型エミッタ電極1から放出された電子は、外部磁場Byとの相互作用によるローレンツ力を受けて軌道が曲がり、アノード電極3上の図2(b)の実線で示すような位置に到達する。ここで、電子が到達する位置ずれは、外部磁場Byが強ければ強いほど大きくなる。従って、外部磁場を印加しない場合の電子の到達位置からのずれを測定することによって、外部から印加された磁場の強度を検出することができる。
次に、図2(c)に示すようにX方向の外部磁場Bxを紙面左方から右方に向かって印加した場合について説明する。
【0016】
外部磁場Bxを紙面左方から右方に向かって、偏向電極4a,4b,4c,4dの溝XX’に水平、かつ、溝YY’に垂直に印加すると、電界放出型エミッタ電極1から放出された電子は、外部磁場Bxとの相互作用によるローレンツ力を受けて軌道が曲がり、アノード電極3上の図2(c)の実線で示すような位置に到達する。
次に、図2(d)に示すようにZ方向の外部磁場Bzを紙面表側から裏側に向かって印加した場合について説明する。
外部磁場Bzを紙面の表側から裏側に向かって印加すると、電界放出型エミッタ電極1から放出された電子は、外部磁場Bzとの相互作用によるローレンツ力を受けて軌道が曲がり、アノード電極3上の図2(d)の実線で示すような位置に到達する。
【0017】
(第2の実施の形態)
図3は、本発明の磁気センサの第2の実施の形態を説明するための模式図であり、(a)は上面図、(b)は側面図である。
本形態は図3に示すように、電子を放出するために設けられた電界放射型エミッタ電極11と、電界放射型エミッタ電極11から放射される電子数、すなわち、エミッタ電流を制御するためのゲート電極12と、電界放射型エミッタ電極11から放射された電子を捕集するためのアノード電極13と、電界放射型エミッタ電極11から放射された電子の軌道を制御するための収束電極14とから構成されており、電界放出型エミッタ電極11、ゲート電極12及び収束電極14は基板(不図示)内に収容され、また、アノード電極13、基板及び配線は装置の外装となるパッケージ(不図示)に収容され、さらに、パッケージの内壁には、電界放出型エミッタ電極11から放出される電子の軌道がセンサ外の電場の影響を受けて外部磁場と無関係に曲げられる危険性を防止するために遮蔽電極(不図示)が設けられている。
【0018】
また、電界放出型エミッタ11は、一定のギャップを有して一列XX’となるように複数個配設され、さらに、列XX’の中心において垂直に交わる列YY’となるようにも複数個配設されている。
また、アノード電極13は、電界放出型エミッタ11からなる列XX’及び列YY’に対向する部分を境界として4つに分割されている。
上記のように構成された磁気センサにおいては、十字型に形成された複数の電界放出型エミッタ電極11から放出され、4つに分割されたアノード電極13に到達する電子ビームによる電流が計測されることで、電子ビームの到達位置が検出される。
以下に、上記のように構成された磁気センサの動作について具体的に説明する。
【0019】
図4は、図3に示した磁気センサにおける電子放出を説明するための図であり、(a)は磁場の印加がない場合の電子の到達位置を示す図、(b)はY方向の磁場Byを印加した場合の電子の到達位置を示す図、(c)はX方向の磁場Bxを印加した場合の電子の到達位置を示す図である。
まず、外部磁場を印加しない場合について説明する。
電界放出型エミッタ電極11から放出された電子は、真空中を直線的に飛んでアノード電極13に到達する。ここで、通常は、電界放出型エミッタ電極11から放出された電子は、基板に垂直な成分のみではないため発散するが、収束電極14が設けられているため、収束し、図4(a)に示すように、電界放出型エミッタ電極11の列XX’と列YY’との交点、すなわち、電界放出型エミッタ電極11の位置からアノード電極13に伸ばした垂線の交点P’を中心として、電界放出型エミッタ電極11の列XX’及び列YY’の垂直上方のアノード電極13に十字型となって到達する。
【0020】
次に、図4(b)に示すようにY方向の外部磁場Byを紙面下方から上方に向かって印加した場合について説明する。
外部磁場Byを紙面下方から上方に向かって、電界放出型エミッタ電極11の列XX’に垂直、かつ、列YY’に水平に印加すると、電界放出型エミッタ電極11から放出された電子は、外部磁場Byとの相互作用によるローレンツ力を受けて軌道が曲がり、アノード電極13上の図4(b)の実線で示すような位置に到達する。ここで、電子が到達する位置ずれは、外部磁場Byが強ければ強いほど大きくなる。従って、外部磁場を印加しない場合の電子の到達位置からのずれを測定することによって、外部から印加された磁場の強度を検出することができる。
【0021】
次に、図4(c)に示すようにX方向の外部磁場Bxを紙面左方から右方に向かって印加した場合について説明する。
外部磁場Bxを紙面左方から右方に向かって、電界放出型エミッタ電極11の列XX’に水平、かつ、溝YY’に垂直に印加すると、電界放出型エミッタ電極11から放出された電子は、外部磁場Bxとの相互作用によるローレンツ力を受けて軌道が曲がり、アノード電極13上の図4(c)の実線で示すような位置に到達する。
(第3の実施の形態)
図5は、本発明の磁気センサの第3の実施の形態を示す模式図である。
本形態は、第1及び第2の実施の形態において示したものと比べて、アノード電極23がパッケージ28の1部分として形成されているものであり、その他の構成については同様である。
【0022】
図5に示すように、アノード電極23を、パッケージ28として用いているガラスの内面に金属を分割して塗布することにより形成する。これにより部品点数の低減、作り易さの向上及び信頼性の向上を図ることができる。
また、パッケージ28の内面に形成されたアノード電極23上に蛍光体を塗布すれば、動作時の電子による発光を外部から確認することができるので、本素子の正常動作を極めて安易に確認することができるようになる。
さらに、パッケージ28に使用されるガラスを陽極接合によって形成すれば、センサの使用温度範囲が広くなり、応用範囲が広がる。
以上述べた全ての実施の形態において、磁場測定の大きさはアノード電極に印加する電界の大きさによって容易に変えることができる他、設計製造時にエミッタ電極とアノード電極との間の距離を調節してもよい。
【0023】
また、磁場測定の大きさの幅及び分解能においては、アノード電極の分割数と幅で調節が可能である。
なお、アノード電極を格子状に配置し、各電極を走査回路に接続して電流を計測することにより、十字型電子ビームのアノード電極到達位置を計測し、磁場情報を得てもよい。
また、電界放出型エミッタ電極の基板やアノード電極の基板においては、上記形態では正方形のものを用いたが、すでに述べたように電界放出型エミッタ電極の中心から放射状で、かつ、対称な形状であれば、多角形や円形でもよい。
【0024】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので以下に記載するような効果を奏する。
請求項1から請求項5に記載のものにおいては、電界放出型エミッタ電極から放出される電子を十字型の電子ビームに偏向して、少なくとも4つに分割したアノード電極に照射し、分割されたそれぞれにおいて、電界放出型エミッタ電極から放出された電子を捕集する構成としたため、アノード電極における電流値が小さな場合においても、磁場による電子ビームの位置ずれの検出を確実に行うことができる。
それにより、高感度で、かつ、次元の高い磁場情報を得ることができ、汎用性の高い磁気センサを提供することができる。
【0025】
請求項6に記載のものにおいては、パッケージ内面に非磁性導電物質からなる等電位の遮蔽電極を設けたため、外部の電場によって電子の軌道が外部磁場と無関係に曲げられることがなくなる。
請求項7に記載のものにおいては、遮蔽電極がパッケージを兼ねる構成としたため、部品点数の削減、作り易さの向上及び信頼性の向上を図ることができる。請求項8に記載のものにおいては、アノード電極をパッケージ内面に導電性物質を塗布することにより形成したため、請求項7に記載のものと同様の効果を奏する。
請求項9及び請求項10に記載のものにおいては、導電性物質が蛍光体からなり、パッケージを透光性を有するガラスとしたため、動作時の電子による発光を外部から確認することができ、本素子の正常動作を極めて安易に確認することができる。
【0026】
請求項11に記載のものにおいては、パッケージを陽極接合によって形成されるガラスとしたため、センサの使用温度範囲が広くなり、応用範囲が広がる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁気センサの第1の実施の形態を示す模式図であり、(a)は斜視図、(b)は(a)に示す基板の上面図、(c)は(a)に示す磁気センサの電子放出について説明するための図である。
【図2】図2は、図1に示した磁気センサにおける電子放出を説明するための図であり、(a)は磁場の印加がない場合の電子の到達位置を示す図、(b)はY方向の磁場Byを印加した場合の電子の到達位置を示す図、(c)はX方向の磁場Bxを印加した場合の電子の到達位置を示す図、(d)はZ方向の磁場Bzを印加した場合の電子の到達位置を示す図である。
【図3】本発明の磁気センサの第2の実施の形態を説明するための模式図であり、(a)は上面図、(b)は側面図である。
【図4】図3に示した磁気センサにおける電子放出を説明するための図であり、(a)は磁場の印加がない場合の電子の到達位置を示す図、(b)はY方向の磁場Byを印加した場合の電子の到達位置を示す図、(c)はX方向の磁場Bxを印加した場合の電子の到達位置を示す図である。
【図5】本発明の磁気センサの第3の実施の形態を示す模式図である。
【図6】従来の磁気センサの一構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
1,11 電界放出型エミッタ電極
2,12 ゲート電極
3,13,23 アノード電極
4a,4b,4c,4d 偏向電極
5,25 基板
6,26 絶縁体
7 遮蔽電極
8,28 パッケージ
14 収束電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic sensor.
[0002]
[Prior art]
Magnetic sensors typified by semiconductor Hall elements are one of the most important sensors in the fields of household appliances and industrial machinery as control elements for brushless motors. Development is desired.
In general, the sensitivity of semiconductor magnetic sensors depends on the velocity of electrons in the semiconductor. Therefore, in recent years, a cold cathode solid-state vacuum device based on the principle of electric field emission has been used as a magnetic sensor as a breakthrough in improving the sensitivity of sensors. Attempts have been made.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration example of a conventional magnetic sensor.
In this conventional example, as shown in FIG. 6, an insulating or
[0003]
The magnetic sensor configured as described above is said to be usable even at high temperatures and in a radioactive environment, and can be expected to expand its application range.
The above-described magnetic sensor element fabrication is performed using a semiconductor process.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Usually, the measurement of the magnitude of the magnetic field by the magnetic sensor as described above is performed based on the magnitude of the current value at the anode electrode, so that sufficient accuracy cannot be obtained unless the current value at the anode electrode is large. .
However, in the magnetic sensor configured as described above, since most of the electrons emitted from the field emission emitter electrode are incident on the gate electrode, the current flowing through the anode electrode is reduced and the magnitude of the external magnetic field is increased. There is a problem that it is difficult to measure the thickness.
In order to avoid this, it is conceivable to stabilize the internal magnetic field or the internal electric field, but in this case, there is a problem that the internal structure of the magnetic sensor becomes complicated and lacks practicality.
[0005]
Further, when the field emission type emitter electrode has a vertical structure, there is a problem that practicality is lacking because a sufficient anode current cannot be obtained with one element.
Furthermore, in magnetic field information, since only a maximum of two dimensions is obtained, there is a problem that the application range of the magnetic sensor is narrow.
The present invention has been made in view of the problems of the conventional techniques as described above, and can easily measure the magnitude of the magnetic field even when the current value at the anode electrode is small. An object of the present invention is to provide a magnetic sensor capable of obtaining dimensional magnetic field information.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention
A field emission emitter electrode for emitting electrons, a gate electrode for controlling the number of electrons emitted from the field emission emitter electrode, and at least collecting electrons emitted from the field emission emitter electrode An anode electrode divided into four, and a vacuum inside, and a package containing the field emission emitter electrode, the gate electrode and the anode electrode therein, and is radiated from the field emission emitter electrode In a magnetic field sensor for detecting an external magnetic field based on the number of electrons incident on the anode electrode among the electrons,
The electrons incident on the anode electrode are cross-shaped,
An equipotential shielding electrode made of a nonmagnetic conductive material is provided on the inner surface of the package .
[0007]
Further, a field emission type emitter electrode for emitting electrons, a gate electrode for controlling the number of electrons emitted from the field emission type emitter electrode, and at least four of the field emission type emitter electrodes are provided on the field emission type emitter electrode. A deflection electrode divided into at least four so as to face the deflection electrode, an anode electrode for collecting electrons emitted from the field emission emitter electrode, and a vacuum inside, A package that accommodates the field emission emitter electrode, the gate electrode, and the anode electrode inside, and externally based on the number of electrons incident on the anode electrode among electrons emitted from the field emission emitter electrode. In the magnetic field sensor that detects the magnetic field of
An equipotential shielding electrode made of a nonmagnetic conductive material is provided on the inner surface of the package.
The field emission type emitter electrode is provided in a plurality so as to form a cross shape. The cross shape is formed by intersecting columns of at least five field emission type emitter electrodes. Further, the field emission type emitter electrode, the gate electrode, and the deflection electrode are respectively arranged radially and symmetrically from the center of the cross-shaped electron beam . Also, the shielding electrode, characterized in that it also serves as the package.
[0009]
The anode electrode is formed by applying a conductive material to the inner surface of the package. The package is made of glass. Further, the conductive material is made of a fluorescent material, and the package is glass having translucency .
[0010]
On the other hand, the anode electrode is divided into at least four parts, and in each of the divided parts, electrons emitted from the field emission type emitter electrode are collected.
In this way, the center of the electrons emitted from the field emission type emitter electrode is clarified, and the irradiation position to the anode electrode at the center is also clarified by dividing the anode electrode. Even in a small case, it is possible to reliably detect displacement of the electron beam due to the magnetic field.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of the magnetic sensor of the present invention, where (a) is a perspective view, (b) is a top view of the
In this embodiment, as shown in FIG. 1, a field emission emitter electrode 1 provided for emitting electrons, and a gate for controlling the number of electrons emitted from the field emission emitter electrode 1, that is, an emitter current. An
[0012]
The
Furthermore, the inside of the apparatus is kept in a vacuum.
All the electrodes and wirings described above are arranged radially and symmetrically from the field emission type emitter electrode 1 so that the orbit of electrons is not anisotropic. With this structure, the electric field applied to each electrode isotropically applied to the electrons, so that the anode electrode can be designed isotropically without considering the effect of the electric field. become.
[0013]
In the magnetic sensor configured as described above, the electron beam emitted from the field emission type emitter electrode 1 becomes a cross shape by the four divided
The operation of the magnetic sensor configured as described above will be specifically described below.
2A and 2B are diagrams for explaining electron emission in the magnetic sensor shown in FIG. 1, wherein FIG. 2A is a diagram showing an electron arrival position when no magnetic field is applied, and FIG. 2B is a magnetic field in the Y direction. The figure which shows the arrival position of the electron at the time of applying By, (c) The figure which shows the arrival position of the electron at the time of applying the magnetic field Bx of X direction, (d) is the case where the magnetic field Bz of Z direction is applied It is a figure which shows the arrival position of an electron.
[0014]
First, a case where no external magnetic field is applied will be described.
The electrons emitted from the field emission type emitter electrode 1 diverge because they are not only components perpendicular to the
Next, a case where an external magnetic field By in the Y direction is applied from the lower side to the upper side as shown in FIG. 2B will be described.
[0015]
When the external magnetic field By is applied from the bottom to the top of the page in the direction perpendicular to the groove XX ′ of the
Next, a case where an external magnetic field Bx in the X direction is applied from the left side to the right side of the drawing as shown in FIG.
[0016]
When an external magnetic field Bx is applied horizontally from the left to the right of the paper in the groove XX ′ of the
Next, a case where an external magnetic field Bz in the Z direction is applied from the front side to the back side as shown in FIG.
When the external magnetic field Bz is applied from the front side to the back side of the paper, the electrons emitted from the field emission type emitter electrode 1 are subjected to Lorentz force due to the interaction with the external magnetic field Bz, and the trajectory is bent. A position as shown by a solid line in FIG.
[0017]
(Second Embodiment)
FIGS. 3A and 3B are schematic views for explaining a second embodiment of the magnetic sensor of the present invention, wherein FIG. 3A is a top view and FIG. 3B is a side view.
In this embodiment, as shown in FIG. 3, a field emission emitter electrode 11 provided for emitting electrons, and a gate for controlling the number of electrons emitted from the field emission emitter electrode 11, that is, an emitter current. An electrode 12, an anode electrode 13 for collecting electrons emitted from the field emission type emitter electrode 11, and a focusing
[0018]
A plurality of field emission emitters 11 are arranged so as to form a single row XX ′ with a certain gap, and a plurality of field emission emitters 11 are formed so as to form a row YY ′ that intersects perpendicularly at the center of the row XX ′. It is arranged.
Further, the anode electrode 13 is divided into four parts with a portion facing the column XX ′ and the column YY ′ made of the field emission emitter 11 as a boundary.
In the magnetic sensor configured as described above, the current due to the electron beam emitted from the plurality of field emission emitter electrodes 11 formed in a cross shape and reaching the anode electrode 13 divided into four is measured. Thus, the arrival position of the electron beam is detected.
The operation of the magnetic sensor configured as described above will be specifically described below.
[0019]
4A and 4B are diagrams for explaining electron emission in the magnetic sensor shown in FIG. 3, wherein FIG. 4A is a diagram showing an electron arrival position when no magnetic field is applied, and FIG. 4B is a magnetic field in the Y direction. The figure which shows the arrival position of the electron at the time of applying By, (c) is a figure which shows the arrival position of the electron at the time of applying the magnetic field Bx of a X direction.
First, a case where no external magnetic field is applied will be described.
The electrons emitted from the field emission type emitter electrode 11 fly linearly in the vacuum and reach the anode electrode 13. Here, normally, the electrons emitted from the field emission type emitter electrode 11 diverge because they are not only components perpendicular to the substrate. However, since the
[0020]
Next, a case where an external magnetic field By in the Y direction is applied from the lower side to the upper side as shown in FIG. 4B will be described.
When the external magnetic field By is applied from the bottom to the top of the drawing in the direction perpendicular to the column XX ′ of the field emission emitter electrode 11 and horizontally to the column YY ′, electrons emitted from the field emission emitter electrode 11 are externally applied. The trajectory bends under the Lorentz force due to the interaction with the magnetic field By, and reaches a position on the anode electrode 13 as shown by the solid line in FIG. Here, the position shift at which the electrons reach increases as the external magnetic field By increases. Therefore, the intensity of the magnetic field applied from the outside can be detected by measuring the deviation from the electron arrival position when no external magnetic field is applied.
[0021]
Next, a case where an external magnetic field Bx in the X direction is applied from the left to the right as shown in FIG. 4C will be described.
When the external magnetic field Bx is applied from the left to the right of the page in the horizontal direction to the column XX ′ of the field emission emitter electrode 11 and perpendicular to the groove YY ′, the electrons emitted from the field emission emitter electrode 11 are In response to the Lorentz force due to the interaction with the external magnetic field Bx, the trajectory is bent and reaches a position on the anode electrode 13 as indicated by the solid line in FIG.
(Third embodiment)
FIG. 5 is a schematic view showing a third embodiment of the magnetic sensor of the present invention.
In this embodiment, the anode electrode 23 is formed as a part of the
[0022]
As shown in FIG. 5, the anode electrode 23 is formed by dividing and applying a metal to the inner surface of the glass used as the
Further, if a phosphor is applied on the anode electrode 23 formed on the inner surface of the
Furthermore, if the glass used for the
In all the embodiments described above, the magnitude of the magnetic field measurement can be easily changed depending on the magnitude of the electric field applied to the anode electrode, and the distance between the emitter electrode and the anode electrode can be adjusted at the time of designing and manufacturing. May be.
[0023]
In addition, the width and resolution of the magnetic field measurement can be adjusted by the number and width of the anode electrodes.
Note that the anode electrode may be arranged in a grid, each electrode is connected to a scanning circuit, and the current is measured to measure the position where the cross-shaped electron beam reaches the anode electrode, thereby obtaining magnetic field information.
Further, in the above-described embodiment, a square substrate is used for the substrate of the field emission type emitter electrode and the substrate of the anode electrode. However, as described above, it is radial and symmetrical from the center of the field emission type emitter electrode. If it is, it may be polygonal or circular.
[0024]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
According to the first to fifth aspects of the present invention, electrons emitted from the field emission type emitter electrode are deflected into a cross-shaped electron beam and irradiated to the anode electrode divided into at least four parts. In each case, since the electrons emitted from the field emission type emitter electrode are collected, even when the current value at the anode electrode is small, it is possible to reliably detect the displacement of the electron beam due to the magnetic field.
Thereby, highly sensitive and highly dimensional magnetic field information can be obtained, and a highly versatile magnetic sensor can be provided.
[0025]
According to the sixth aspect of the present invention, since the equipotential shielding electrode made of a nonmagnetic conductive material is provided on the inner surface of the package, the electron trajectory is not bent regardless of the external magnetic field by the external electric field.
According to the seventh aspect of the present invention, since the shielding electrode also serves as a package, it is possible to reduce the number of parts, improve the ease of manufacturing, and improve the reliability. According to the eighth aspect of the present invention, since the anode electrode is formed by applying a conductive material to the inner surface of the package, the same effect as that of the seventh aspect can be obtained.
According to the ninth and tenth aspects of the present invention, since the conductive material is made of a phosphor and the package is made of a light-transmitting glass, light emitted by electrons during operation can be confirmed from the outside. The normal operation of the element can be confirmed very easily.
[0026]
Since the package is made of glass formed by anodic bonding, the operating temperature range of the sensor is widened and the application range is widened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of a magnetic sensor according to the present invention, where (a) is a perspective view, (b) is a top view of a substrate shown in (a), and (c) is (a). It is a figure for demonstrating the electron emission of the magnetic sensor shown to).
2 is a diagram for explaining electron emission in the magnetic sensor shown in FIG. 1. FIG. 2 (a) is a diagram showing an electron arrival position when no magnetic field is applied, and FIG. The figure which shows the arrival position of the electron when the magnetic field By of Y direction is applied, (c) is the figure which shows the arrival position of the electron when the magnetic field Bx of X direction is applied, (d) is the magnetic field Bz of Z direction. It is a figure which shows the arrival position of the electron at the time of applying.
3A and 3B are schematic views for explaining a second embodiment of the magnetic sensor of the present invention, wherein FIG. 3A is a top view and FIG. 3B is a side view.
4A and 4B are diagrams for explaining electron emission in the magnetic sensor shown in FIG. 3, wherein FIG. 4A is a diagram showing an electron arrival position when no magnetic field is applied, and FIG. 4B is a magnetic field in the Y direction. The figure which shows the arrival position of the electron at the time of applying By, (c) is a figure which shows the arrival position of the electron at the time of applying the magnetic field Bx of a X direction.
FIG. 5 is a schematic view showing a third embodiment of the magnetic sensor of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration example of a conventional magnetic sensor.
[Explanation of symbols]
1, 11 Field emission
Claims (9)
前記アノード電極に入射する電子は、十字型であり、
前記パッケージ内面に、非磁性導電物質からなる等電位の遮蔽電極を具備することを特徴とする磁気センサ。A field emission emitter electrode for emitting electrons, a gate electrode for controlling the number of electrons emitted from the field emission emitter electrode, and at least collecting electrons emitted from the field emission emitter electrode An anode electrode divided into four, and a vacuum inside, and a package containing the field emission emitter electrode, the gate electrode and the anode electrode therein, and is radiated from the field emission emitter electrode In a magnetic field sensor for detecting an external magnetic field based on the number of electrons incident on the anode electrode among the electrons,
The electrons incident on the anode electrode are cross-shaped,
A magnetic sensor comprising an equipotential shielding electrode made of a nonmagnetic conductive material on the inner surface of the package .
前記パッケージ内面に、非磁性導電物質からなる等電位の遮蔽電極を具備することを特徴とする磁気センサ。A field emission emitter electrode for emitting electrons, a gate electrode for controlling the number of electrons emitted from the field emission emitter electrode, and provided on the field emission emitter electrode and divided into at least four A deflected electrode, an anode electrode for collecting electrons emitted from the field emission type emitter electrode , which is divided into at least four so as to face the deflected electrode, and a vacuum inside, and the electric field A radiation-type emitter electrode, a package containing the gate electrode and the anode electrode therein, and an external magnetic field based on the number of electrons incident on the anode electrode among electrons emitted from the field-emission emitter electrode In the magnetic field sensor that detects
A magnetic sensor comprising an equipotential shielding electrode made of a nonmagnetic conductive material on the inner surface of the package .
前記電界放射型エミッタ電極は、十字型を形成するように複数個設けられていることを特徴とする磁気センサ。The magnetic sensor according to claim 1,
The magnetic sensor according to claim 1, wherein a plurality of the field emission type emitter electrodes are provided so as to form a cross shape.
前記十字型は、少なくとも5個の電界放射型エミッタ電極からなる列どうしが交差することにより形成されていることを特徴とする磁気センサ。The magnetic sensor according to claim 3.
2. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the cross shape is formed by intersecting columns of at least five field emission type emitter electrodes.
前記電界放射型エミッタ電極、前記ゲート電極及び前記偏向電極は、それぞれ、前記十字型の電子ビームの中心から放射状、かつ、対称に配置されていることを特徴とする磁気センサ。The magnetic sensor according to claim 1 , wherein:
The magnetic field emission type emitter electrode, the gate electrode, and the deflection electrode are respectively arranged radially and symmetrically from the center of the cross-shaped electron beam.
前記遮蔽電極は、前記パッケージを兼ねていることを特徴とする磁気センサ。The magnetic sensor according to any one of claims 1 to 5 ,
The magnetic sensor, wherein the shield electrode also serves as the package.
前記アノード電極は、前記パッケージ内面に導電性物質を塗布することにより形成されていることを特徴とする磁気センサ。The magnetic sensor according to any one of claims 1 to 3,
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the anode electrode is formed by applying a conductive material to the inner surface of the package.
前記パッケージは、ガラスからなることを特徴とする磁気センサ。The magnetic sensor according to claim 7 ,
The magnetic sensor is characterized in that the package is made of glass.
前記導電性物質は、蛍光体からなり、前記パッケージは、透光性を有するガラスであることを特徴とする磁気センサ。The magnetic sensor according to claim 7 or 8 ,
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the conductive material is made of a fluorescent material, and the package is made of glass having translucency.
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