JP5027217B2 - 磁気センサ及びその感度測定方法 - Google Patents
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Description
以下の実施例では、感磁部としてホール素子を例示して説明するが、本発明はホール素子に限らず、磁性体に対して垂直方向の磁界を検出することのできる感磁部ならば何でも応用が可能である(磁気抵抗素子、他)。
電流源37,38によって、水平方向磁界発生用コイル23、又は/及び、垂直磁界発生用コイル24a乃至24dに通電して、磁場を発生する。発生した磁場は、磁性体22を介して、集積回路平面に形成されたホール素子の感磁面を貫き、磁場が検知される。 磁気検出部の配置としては、ホール素子は、磁性体22をはさんでX,Yの各軸方向に対向した位置に配置する。対向するホール素子のうち、X軸片側をX1,他方をX2、Y軸片側をY1、他方をY2とする。ここで、X1,X2,Y1,Y2はそれぞれ複数の感磁部から構成されていても良い。また感磁部はホール素子に限定されないのは前述の通りである。
上記手順で取得された、X1,X2,Y1,Y2の各出力に対して、以下のような演算をする。水平方向成分は対向する感磁部出力を差分処理することで得られる。
(Y1−Y2)=係数×Hy
これに対して、(X・Y軸に対して)垂直なZ軸は、和分処理を行う。
(Y1+Y2)=係数×Hz
このようにして、X,Y,Z軸に関する磁界強度が得られる。
ホール素子の直上に配置されたループ型コイルと、磁気収束板の中央付近に配置された平面状の渦巻型コイルを用いる事が出来る。例えば、渦巻型コイルに通電してコイル周辺に水平方向の磁界を発生させる。この水平方向磁界は、磁性体を通り抜けた後、磁性体端部で空間に再度、磁束が放出される。このときに磁界の方向は垂直方向の成分をもち、ホール素子の感磁面にて検知することが出来る。コイルに通電していないときの計測値、もしくは逆方向に通電したときの計測値との差分を取ることで、コイルからの発生磁界に起因する信号のみを抽出することができる。基準電流に対して得られた信号値が感度となる。
感度判定部34bは、自己診断機能動作時によって得られた感度が、感度目標値との間の差異量を判定する。差異量に応じて、感度補正部34cは、その差異量から各軸ごとに外部均一磁界に対する感度の補正量を算出し、同じく感度補正部34c内部のFuseや不揮発性メモリ等に感度補正量を書き込む。感度補正量は、通常、3軸ごとにばらばらであり、例えば、X方向の感度を基準に、Y方向やZ方向の感度補正量を設定してもよいし、各軸ごとの標準値に対しての測定値の差異量を、各軸別々に補正量として設定することでもよい。感度補正は軸成分分解部34aにて分解された各軸信号に対して行うが、場合によっては、切替部32や増幅部33、さらには感磁部31に対して適用することもできる。
感度判定部34bの感度情報に基づいて、その感度ズレ量が許容範囲にある場合は、感度補正部34により感度補正されて、出力部35を介して正常な出力信号が得られる(良品判定、出荷される)。また、センサ診断部39は、感度演算部34の感度判定部34bからの感度情報に基づいて、感度良否を自己診断する。不良品と判断されて磁気センサは不使用(破棄)となる。
図4において、磁性体22は円形で半径155μmとする。ホール素子21a,21b,21c,21dはそれぞれホール素子の中心位置が磁性体22の中心から150μmとなるように配置した。ホール素子感磁面サイズが15μmである。
図9は、ホール素子と磁気収束板底面間距離(μm)と、感磁面における磁束密度(T)(絶対値)との関係を示した図である。磁気収束板の厚みをパラメータとした。
図10は、磁気収束板の厚みT(μm)と、感磁面における磁束密度(T)(絶対値)との関係を示した図である。ホール素子(He)と磁気収束板(Mc)底面間距離(μm)をパラメータとした。
図13は、ホール素子と磁気収束板底面間距離(μm)に対する、感磁面における磁束密度(T)(絶対値)との関係を示した図である。磁気収束板の厚み変化をパラメータとした。
Claims (18)
- 複数の感磁部が互いに離間して設けられた半導体基板と、該半導体基板上に設けられた磁性体とを備え、前記感磁部が前記磁性体の端部領域に設けられた磁気センサにおいて、
前記複数の感磁部間の領域内で、かつ前記感磁部と前記磁性体との間に、前記感磁部の感磁方向に垂直な方向に水平磁界成分を発生させる感度測定のための水平磁界発生手段を有し、前記感磁部が、該水平磁界発生手段により発生した前記水平磁界成分を検出することを特徴とする磁気センサ。 - 前記感磁部と前記水平磁界発生手段とが、前記磁性体に対して同じ側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。
- 前記水平磁界発生手段により発生された水平磁界成分は、前記磁性体の厚みと、該磁性体と前記感磁部との距離に依存するものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気センサ。
- 前記感磁部がホール素子であることを特徴とする請求項1,2又は3に記載の磁気センサ。
- 前記水平磁界発生手段が、平面状の渦巻型コイルであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の磁気センサ。
- 前記複数の感磁部の各々の近傍に、前記感磁部の感磁方向に平行な方向に垂直磁界成分を発生させる感度測定のための垂直磁界発生手段を設け、前記感磁部が、該垂直方向磁界発生用手段により発生した前記垂直磁界成分を検出することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の磁気センサ。
- 前記垂直磁界発生手段が、前記水平磁界発生手段と同じ側の平面上で、かつ前記感磁部の直上に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の磁気センサ。
- 前記垂直磁界発生手段が、前記磁性体の端部領域に配置され、前記水平磁界発生手段と異なる平面上で、かつ前記感磁部の直下に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の磁気センサ。
- 前記垂直磁界発生手段により発生された垂直磁界成分の磁束密度が、前記磁性体と前記感磁部との距離に依存するものであることを特徴とする請求項6,7又は8に記載の磁気センサ。
- 前記垂直磁界発生手段が、ループ型コイルであることを特徴とする請求項6乃至9のいずれかに記載の磁気センサ。
- 互いに直交する2軸又は3軸の検出軸を有することを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の磁気センサ。
- 請求項1乃至11のいずれかに記載の磁気センサであって、前記磁気センサの複数の感磁部からの各軸に関する磁界強度情報に基づいて感度を演算する感度演算部を備えたことを特徴とする磁気センサ。
- 前記感度演算部が、前記磁気センサからの磁界強度情報を各軸毎の成分に分解する軸成分分解部と、該軸成分分解部からの磁界強度情報の各軸成分を所定の基準値と比較して感度を判定する感度判定部と、該感度判定部からの感度情報に基づいて感度補正を行う感度補正部とを備えたことを特徴とする請求項12に記載の磁気センサ。
- 前記感度判定部からの感度情報に基づいて、前記磁気センサの感度良否を自己診断するセンサ診断部を備えたことを特徴とする請求項13に記載の磁気センサ。
- 請求項6乃至14のいずれかに記載の磁気センサであって、前記磁気センサの水平方向磁界発生用手段および垂直方向磁界発生用手段に電流を供給する、少なくとも一つ以上の電流源を備えたことを特徴とする磁気センサ。
- 請求項1乃至15のいずれかに記載の磁気センサにおける感度測定方法であって、
水平磁界成分を発生するステップと、
前記水平磁界成分を前記感磁部で検出するステップと、
前記感磁部からの磁束密度に基づいて、感度を演算するステップと、
前記垂直磁界成分を発生するステップと、
前記垂直磁界成分を前記感磁部で検出するステップと、
前記感磁部からの磁束密度に基づいて感度を演算するステップと
を有することを特徴とする磁気センサの感度測定方法。 - 前記感度を演算するステップが、前記磁気センサからの磁界強度情報を軸成分分解部で各軸毎の成分に分解するステップと、前記軸成分分解部からの磁界強度情報の各軸成分を感度判定部で所定の基準値と比較して感度を判定するステップと、前記感度判定部からの感度情報に基づいて感度補正部で感度補正を行うステップとを有することを特徴とする請求項16に記載の磁気センサの感度測定方法。
- 前記感度判定部からの感度情報に基づいてセンサ診断部で前記磁気センサの感度良否を自己診断するステップを有することを特徴とする請求項16又は17に記載の磁気センサの感度測定方法。
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