特許第6619591号(P6619591)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6619591
(24)【登録日】2019年11月22日
(45)【発行日】2019年12月11日
(54)【発明の名称】磁気検出装置及び方法ならびに集積回路
(51)【国際特許分類】
   G01R 33/07 20060101AFI20191202BHJP
   G01R 33/02 20060101ALI20191202BHJP
   H01L 43/06 20060101ALI20191202BHJP
【FI】
   G01R33/07
   G01R33/02 X
   H01L43/06 Z
   H01L43/06 A
【請求項の数】11
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2015-175046(P2015-175046)
(22)【出願日】2015年9月4日
(65)【公開番号】特開2017-49217(P2017-49217A)
(43)【公開日】2017年3月9日
【審査請求日】2018年9月3日
(73)【特許権者】
【識別番号】303046277
【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】井口 和之
(72)【発明者】
【氏名】高田 陽一
(72)【発明者】
【氏名】竹澤 遼
【審査官】 續山 浩二
(56)【参考文献】
【文献】 特開2000−131067(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2014/0139213(US,A1)
【文献】 特開平05−052874(JP,A)
【文献】 特表2014−522980(JP,A)
【文献】 特開2007−318966(JP,A)
【文献】 特開昭63−284474(JP,A)
【文献】 特開平09−015266(JP,A)
【文献】 特開2005−055381(JP,A)
【文献】 国際公開第2012/014376(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01R 33/07
G01R 33/02
H01L 43/06
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
外部磁場を検出して検出信号を出力するセンサ部と、
前記検出信号に基づいて信号を出力し、前記外部磁場の検出値を表す磁気値信号を外部出力するモードと前記外部磁場の検出値が基準値を超えたことを表すトリガ信号を外部出力するモードとを含む複数の外部出力モードを有する出力部と、
前記出力部の前記外部出力モードを切り替え、かつ前記外部出力モードに応じた前記外部磁場の検出に対する測定レンジを切り替える制御部と、
を備え
前記制御部は、前記出力部が前記トリガ信号を外部出力するモードである場合、前記センサ部における外部磁場の検出軸を1軸に設定し、前記出力部が前記磁気値信号を外部出力するモードである場合、前記検出軸を少なくとも2軸に設定する磁気検出装置。
【請求項2】
前記磁気値信号は、前記検出信号に基づいて算出される前記外部磁場の少なくとも1軸に関する磁気値を表す、請求項1に記載の磁気検出装置。
【請求項3】
前記センサ部に駆動信号を供給して駆動させる駆動部をさらに備え、
前記制御部は、前記駆動信号を制御する、請求項1又は2に記載の磁気検出装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記出力部のゲインを制御する、請求項1から3のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
【請求項5】
前記センサ部は、複数の磁気センサを有し、
前記制御部は、前記センサ部が使用する磁気センサの数を制御する、請求項1から4のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
【請求項6】
前記制御部は、さらに、前記外部磁場の検出値に応じて前記基準値を切り替える、請求項1から5のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
【請求項7】
請求項1に記載の磁気検出装置に含まれる集積回路であって、
外部磁場を検出するセンサからの検出信号に基づいて、前記外部磁場の検出値が基準値を超えたことを表すトリガ信号を出力する第1出力回路と、
前記センサからの検出信号に基づいて、前記外部磁場の検出値を表す磁気値信号を出力する第2出力回路と、
を備える集積回路。
【請求項8】
前記第1出力回路によるトリガ信号の出力と前記第2出力回路による磁気値信号の出力とで、前記外部磁場の検出に対する測定レンジを切り替える制御回路をさらに備える、請求項に記載の集積回路。
【請求項9】
前記第1出力回路は、第1格納部と比較部とを有し、
前記第2出力回路は、第2格納部を有し、
前記トリガ信号を出力するモードで検出される検出信号は第1格納部に格納され、前記磁気値信号を出力するモードで検出される検出信号は第2格納部に格納されるように前記第1出力回路及び前記第2出力回路を制御する制御回路をさらに備える、請求項7又は8に記載の集積回路。
【請求項10】
請求項1から6のいずれか一項に記載の磁気検出装置を用いた磁気検出方法であって、
外部磁場を第1の測定レンジで検出し、検出結果が基準値を超えた場合にトリガ信号を出力するステップと、
前記第1の測定レンジを第2の測定レンジに切り替えるステップと、
前記外部磁場を前記第2の測定レンジで検出し、検出結果を表す磁気値信号を出力するステップと、
を備える磁気検出方法。
【請求項11】
前記トリガ信号を出力するステップでは、前記トリガ信号を間欠的に出力し、
前記切り替えるステップでは、外部要求信号に応じて、前記第1の測定レンジを前記第2の測定レンジに切り替える、請求項10に記載の磁気検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁気検出装置及び方法並びに集積回路に関する。
【背景技術】
【0002】
外部磁場を検出する磁気センサを備える様々な形態の磁気検出装置が知られている。例えば特許文献1には、ホール素子を用いて外部磁場を検出し、その検出値を出力する磁気検出装置が開示されている。また、特許文献2には、ホール素子を用いて外部磁場を検出し、その検出値を基準値と比較して比較結果を出力するセンサ閾値回路が開示されている。
特許文献1 特開2011−137716号公報
特許文献2 特開2008−203201号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
従来の磁気検出装置では、外部磁場の検出値を表す信号(磁気値信号とも呼ぶ)を出力する集積回路と、検出値の基準値との比較結果を表す信号(トリガ信号とも呼ぶ)を出力する集積回路と、では通常、測定レンジが異なるため、単一の集積回路により磁気値信号とトリガ信号との両方を出力することは困難であった。そのため、磁気値信号とトリガ信号との両方を必要とする装置においては、磁気値信号とトリガ信号とをそれぞれ出力する別個の集積回路を搭載しなければならず、実装面積及び製造コストが増大してしまう。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の第1の態様においては、外部磁場を検出して検出信号を出力するセンサ部と、前記検出信号に基づいて、前記外部磁場の検出値を表す磁気値信号と前記外部磁場の検出値が基準値を超えたことを表すトリガ信号とを出力可能な出力部と、前記出力部が前記磁気値信号を出力するモードと前記出力部が前記トリガ信号を出力するモードとに応じて、前記外部磁場の検出に対する測定レンジを切り替える制御部と、を備える磁気検出装置が提供される。
【0005】
本発明の第2の態様においては、外部磁場を第1の測定レンジで検出し、検出結果が基準値を超えた場合にトリガ信号を出力するステップと、トリガ信号に応じて、第1の測定レンジを第2の測定レンジに切り替えるステップと、外部磁場を第2の測定レンジで検出し、検出結果を表す磁気値信号を出力するステップと、を備える磁気検出方法が提供される。
【0006】
本発明の第3の態様においては、外部磁場を検出するセンサからの検出信号に基づいて、外部磁場の検出値が基準値を超えたことを表すトリガ信号を出力する第1出力回路と、センサからの検出信号に基づいて、外部磁場の検出値を表す磁気値信号を出力する第2出力回路と、を備える集積回路が提供される。
【0007】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】本実施形態に係る磁気検出装置の概念的構成を示す。
図2A】トリガ信号のみを出力する設定における磁気検出装置の入力、出力、及び内部信号の生成タイミングの一例を示す。
図2B】磁気値信号のみを出力する設定における磁気検出装置の入力、出力、及び内部信号の生成タイミングの一例を示す。
図2C】トリガ信号及び磁気値信号を出力する設定における磁気検出装置の入力、出力、及び内部信号の生成タイミングの一例を示す。
図2D】トリガ信号及び磁気値信号を出力する設定における磁気検出装置の入力、出力、及び内部信号の生成タイミングの別の例を示す。
図3】磁気検出装置の具体的回路構成の一例を示す。
図4】3軸磁気センサの構成の一例を示す。
図5】第1の変形例に係る磁気検出装置の概念的構成を示す。
図6図5の磁気検出装置の入力、出力、及び内部信号の生成タイミングの一例を示す。
図7】第2の変形例に係る磁気検出装置の概念的構成を示す。
図8図7の磁気検出装置の入力、出力、及び内部信号の生成タイミングの一例を示す。
図9】集積回路の構成の一例を示す。
図10】集積回路の構成の別の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0010】
図1は、本実施形態に係る磁気検出装置100の概念的構成を示す。磁気検出装置100は、測定レンジを切り替えることで、共通のセンサ部を用いて外部磁場を検出し、その検出信号に基づいて磁気値信号とトリガ信号との両方を出力可能とすることを目的とする。磁気検出装置100は、駆動部10、センサ部20、出力部30、及び制御部40を備える。
【0011】
駆動部10は、駆動信号を生成してセンサ部20に送信することにより、センサ部20を駆動する。駆動部10は、制御部40に接続され、これから入力される制御信号に応じて駆動信号の電圧値又は電流値を切り替える。
【0012】
センサ部20は、駆動部10に接続され、これから入力される駆動信号により駆動されて外部磁場を検出する。センサ部20は、複数の磁気センサを有する。センサ部20は、さらに制御部40に接続され、これから入力される制御信号に応じて、駆動する磁気センサを選択する。それにより、選択された磁気センサのみが駆動され、駆動された磁気センサにより外部磁場が検出される。センサ部20は、その検出結果を示す検出信号を出力部30に出力する。
【0013】
出力部30は、センサ部20からの検出信号に基づいて、外部磁場の検出値を表す磁気値信号及び外部磁場の検出値が基準値を超えたことを表すトリガ信号を生成し、それらの一方又は両方を外部に出力する。出力部30は、信号処理部32及び比較部34を有する。
【0014】
信号処理部32は、センサ部20に接続され、これから入力される検出信号を信号処理して磁気値信号を生成する。磁気値信号は、少なくとも1軸に関して算出される外部磁場の検出値を含む。なお、磁気値信号は、2軸又は3軸に関して算出される外部磁場の検出値を含んでもよい。ここで、信号処理部32は、さらに制御部40に接続され、これから入力される制御信号によって信号処理のゲインを変更してもよい。信号処理部32は、例えば、第2測定レンジで測定した磁気値信号を外部出力し、第1測定レンジで測定した外部磁場の検出値を表す信号(磁気値信号でもよい)を比較部34に出力する。
【0015】
比較部34は、信号処理部32及び制御部40にそれぞれ接続され、制御部40から入力される制御信号によって制御されて、信号処理部32から入力される信号に基づいて外部磁場の検出値を基準値と比較し、その比較結果であるトリガ信号を外部出力する。ここで、比較部34は、制御部40からの制御信号に従って、トリガ信号を外部出力する。トリガ信号は、2軸又は3軸に関して算出される外部磁場の検出値が基準値を超えたことを表すトリガ信号を含んでもよい。
【0016】
制御部40は、磁気検出装置100外から設定信号(外部要求信号とも呼ぶ)の入力(外部入力とも呼ぶ)を受けて、駆動部10、センサ部20、並びに出力部30の信号処理部32及び比較部34に制御信号を送信することにより、これらの構成各部を制御する。設定信号は、例えば、磁気値信号を出力するモードを設定する信号、トリガ信号を出力するモードを設定する信号、磁気値信号とトリガ信号を両方連続して出力するモードを設定する信号、等を含み、さらに、外部磁場の検出に対する測定レンジを設定する信号である測定レンジ設定信号、比較部で使用される基準値を変更する基準値変更信号等を含んでもよい。制御部40は、磁気値信号を外部出力するモード、トリガ信号を外部出力するモードに切り替える。なお、制御部40は、さらに、磁気値信号及びトリガ信号の両方を外部出力するモードを含めて3つの外部出力モードの間で出力部30を切り替えてもよい。
【0017】
ここで、測定レンジ(すなわち、検出可能な外部磁場の強度レンジ)は、外部磁場に対する最終的に出力される信号(すなわち、磁気値信号)のトータルゲインに応じて変更される。本実施形態では、測定レンジは、駆動部10により生成されてセンサ部20に入力される駆動信号の電圧値又は電流値、センサ部20が使用する磁気センサの数、及び信号処理部32により検出信号を処理する際のゲインのうちのいずれか1つ又はこれらの任意の組み合わせにより切り替えることができる。そこで、制御部40は、外部入力に従って、駆動部10に対して駆動信号の電圧値又は電流値を設定する信号、センサ部20に対して駆動する磁気センサ(又はその数)を設定する信号、及び/又は信号処理部32に対して信号処理のゲインを設定する信号を生成し、制御信号としてそれぞれ駆動部10、センサ部20、及び/又は信号処理部32に送信する。
【0018】
制御部40は、上述の構成より、外部出力を設定する信号である外部要求信号に従って出力部30の外部出力モードを切り替える。また、測定レンジ設定信号に従って好適な測定レンジに切り替えることもできる。
【0019】
なお、制御部40は、比較部34により使用される基準値を設定する基準値信号をさらに出力してもよい。係る場合、制御部40は、基準値信号を生成して比較部34に出力することにより、比較部34の比較の基準値を切り替える。なお、基準値信号は、外部要求信号により、生成して出力してもよく、制御部内部で生成してもよい。
【0020】
このように駆動部10、センサ部20、出力部30、及び制御部40を含んで構成することによって、磁気検出装置100は、単一のICチップ上に形成される単一の集積回路により磁気値信号とトリガ信号との両方を出力することが可能となる。また、磁気検出装置100は、磁気値信号を外部出力するモード及びトリガ信号を外部出力するモードの両モードにおいて共通のセンサ部20を使用し、その検出信号に基づいて出力部30から磁気値信号及びトリガ信号を生成し、外部出力することが可能となる。ひいては、ICチップの実装面積の減少及び製造コストの低減を可能とする。
【0021】
図2Aから図2Dは、外部入力による各設定に対する磁気検出装置100の内部状態及び出力信号の生成タイミングの例を示す。これらの例において、磁気検出装置100は、3つの測定レンジ1、2、及び3を有し、制御部40からの制御信号に従って測定レンジを切り替えられるものとする。なお、測定レンジは3種類に限らず、2または4種類以上設定可能としてもよい。また、出力部30は、磁気値信号を外部出力するモード(磁気値出力モード)、トリガ信号を外部出力するモード(トリガ出力モード)、及び磁気値信号及びトリガ信号の両方を外部出力するモード(トリガ&磁気値出力モード)を含み、これらの3つの外部出力モードのいずれかを外部要求信号に従って選択する。
【0022】
図2Aの例では、タイミング1において、磁気検出装置100には、トリガ出力モードを設定する外部要求信号が入力される。タイミング2において、制御部40は、外部要求信号に従って、駆動信号の電圧を設定する信号、駆動する磁気センサ(又はその数)を設定する信号、及び信号処理のゲインを設定する信号を生成して、制御信号としてそれぞれ駆動部10、センサ部20、及び信号処理部32に送信する。その結果、磁気検出装置100は、測定レンジ1に設定される。また、制御部40は、外部要求信号に従って制御信号を生成して出力部30に出力することにより、トリガ出力モードを設定する。測定レンジ及び出力モードが設定されると、駆動部10は駆動信号をセンサ部20に入力し、センサ部20は測定レンジ1にて外部磁場の検出を開始する。検出終了後のタイミング3において、比較部34は磁気値信号に基づいて外部磁場の検出値を基準値と比較し、出力部30はその比較結果をトリガ信号として外部出力する。
【0023】
図2Bの例では、タイミング1において、磁気検出装置100には、磁気値出力モードを設定する外部要求信号が入力される。タイミング2において、制御部40は、外部要求信号に従って制御信号を生成し、駆動部10、センサ部20、及び信号処理部32に送信する。その結果、磁気検出装置100は、測定レンジ2に設定される。また、制御部40は、外部要求信号に従って制御信号を生成して出力部30に出力することにより、磁気値出力モードを設定する。測定レンジ及び出力モードが設定されると、駆動部10は駆動信号をセンサ部20に入力し、センサ部20は測定レンジ2にて外部磁場の検出を開始する。検出終了後のタイミング3において、出力部30は、測定レンジ2において生成された磁気値信号(磁気値2)を外部出力する。
【0024】
図2Cの例では、タイミング1において、磁気検出装置100は、トリガ&磁気値出力モードを設定する外部要求信号が入力される。タイミング2において、制御部40は、外部要求信号に従って制御信号を生成し、駆動部10、センサ部20、及び信号処理部32に送信する。その結果、磁気検出装置100は、測定レンジ3に設定される。また、制御部40は、外部要求信号に従って制御信号を生成して出力部30に出力することにより、トリガ&磁気値出力モードを設定する。測定レンジ及び出力モードが設定されると、駆動部10は駆動信号をセンサ部20に入力し、センサ部20は測定レンジ3にて外部磁場の検出を開始する。検出終了後のタイミング3において、比較部34は、磁気値信号に基づいて外部磁場の検出値を基準値と比較する。出力部30は、その比較結果をトリガ信号として外部出力するとともに、測定レンジ3において生成された磁気値信号(磁気値3)を外部出力する。
【0025】
図2Dの例では、タイミング1において、磁気検出装置100は、トリガ&磁気値出力モードを設定する外部要求信号が入力される。タイミング2において、制御部40は、外部要求信号に従って制御信号を生成し、駆動部10、センサ部20、及び信号処理部32に送信する。その結果、磁気検出装置100は、測定レンジ1に設定される。また、制御部40は、外部要求信号に従って制御信号を生成して出力部30に出力することにより、トリガ出力モードを設定する。測定レンジ及び出力モードが設定されると、駆動部10は駆動信号をセンサ部20に入力し、センサ部20は測定レンジ1にて外部磁場の検出を開始する。トリガ出力モードでの検出終了後のタイミング3において、比較部34は、磁気値信号に基づいて外部磁場の検出値を基準値と比較し、出力部30は、その比較結果をトリガ信号として外部出力する。
【0026】
また、タイミング3におけるトリガ信号の外部出力と並行して、トリガ出力モードでの検出が終了すると、制御部40は、制御信号を生成し、駆動部10、センサ部20、及び信号処理部32に送信する。その結果、磁気検出装置100は、測定レンジ2に設定される。また、制御部40は、制御信号を生成して出力部30に出力することにより、磁気値出力モードを設定する。測定レンジ及び出力モードが設定されると、駆動部10は駆動信号をセンサ部20に入力し、センサ部20は測定レンジ2にて外部磁場の検出を開始する。検出終了後のタイミング4において、出力部30は、さらに、測定レンジ2において生成された磁気値信号(磁気値2)を外部出力する。
【0027】
図3は、磁気検出装置100の具体的回路構成の一例を示す。磁気検出装置100は、駆動部10、センサ部20、出力部30、及び制御部40を備える。
【0028】
駆動部10は、基準電圧Vrを増幅して駆動信号(電圧Vh)を出力するゲインアンプ12を有する。ゲインアンプ12は、ゲインAを有し、制御部40から入力される制御信号に応じてゲインAの値を設定可能である。それにより、ゲインアンプ12は、駆動信号の電圧VhをVh=A・Vrのように切り替えることができる。
【0029】
センサ部20は、複数の磁気センサの一例として、複数のホール素子22を有する。ホール素子22のそれぞれは、感度Sを有し、駆動部10から入力される駆動信号(電圧Vh)により駆動され、素子内に通電される電流(電圧Vhに比例する)の方向と素子に印加される磁場(強度B)の方向とのそれぞれに直交する方向に生じる起電力を出力する。ここで、センサ部20は、制御部40から入力される制御信号に応じて駆動するホール素子の数N及びその組み合わせを設定可能である。この結果、センサ部20は、電圧S・N・Vh・Bを有する検出信号を出力する。
【0030】
なお、本実施形態では、ホール素子22の接地端子をアースにクランプしているが、これに限らず、任意の基準電位にクランプしてもよい。また、電圧駆動の例を示しているが、これに限らず、電流駆動であってもよい。
【0031】
信号処理部32は、プリアンプ32a、ADC(アナログデジタル変換器)32b、及びデジタル回路32cを有する。
【0032】
プリアンプ32aは、センサ部20から入力される検出信号を増幅して、後段のADC32bに出力する。プリアンプ32aは、ゲインCを有し、制御部40から入力される制御信号に応じてゲインCの値を設定可能である。それにより、プリアンプ32aは、ADC32bに入力する信号レベルを切り替えることができる。
【0033】
ADC32bは、プリアンプ32aに接続され、これから入力される増幅された検出信号をデジタル信号に変換(AD変換)して、後段のデジタル回路32cに出力する。なお、本実施形態の回路構成では、ADC32bによりデジタル変換可能な検出信号の強度レンジが測定レンジを定める。また、ADC32bは、基準電圧Vadに応じて増幅された検出信号をAD変換し、制御部40から入力される制御信号に応じて基準電圧Vadが設定される構成であってもよい。
【0034】
デジタル回路32cは、ADC32bに接続され、これから入力されるデジタル信号を演算処理して外部磁場の検出値を表す磁気値信号を生成する。磁気値信号を外部出力するモードでは、磁気値信号が外部出力される。また、トリガ信号を外部出力するモードでは、外部磁場の検出値を表す信号(磁気値信号でもよい)が比較部34に出力される。
【0035】
なお、出力部30内で信号処理部32の後段に接続される比較部34は、信号処理部32から入力される磁気値信号の信号値を基準値と比較して、その比較結果を出力する比較器(不図示)を有する。ここで、比較器は、制御部40から入力される制御信号に応じて基準値を設定することとしてもよい。
【0036】
上述の構成の磁気検出装置100において、ADC32bに入力される電圧VinはVin=C・S・N・Vh・B(=C・S・N・A・Vr・B)と与えられる。
【0037】
制御部40は、電圧Vinが基準電圧Vadに対応して定まる入力レンジを越えない範囲内で、外部磁場の強度Bに応じて、駆動信号の電圧Vh(すなわち、ゲインアンプ12のゲインA)、駆動するホール素子22の数N、及びプリアンプ32aのゲインCを適切に設定して測定レンジを切り替える。それにより、ADC32bが適切に動作することとなる。
【0038】
図4は、センサ部20の具体的構成の一例、すなわち3軸磁気センサの構成を示す。センサ部20は、磁気収束板22a及び4つのホール素子22X1,22X2,22Y1,22Y2を有する。
【0039】
磁気収束板22aは、磁性材料から成形される円形状の薄板(又は薄膜)であり、センサ周囲の外部磁場を収束する。なお、磁気収束板22aは、円形状以外の形状であってもよい。ここで、磁気収束板22aの中心を座標原点、図面左右方向をX軸、及び図面上下方向をY軸とする。
【0040】
4つのホール素子22X1,22X2,22Y1,22Y2は、検出面の中心を磁気収束板22aの外縁上に位置し且つ検出面の約半部を磁気収束板22aに重ねて配置される。ここで、ホール素子22X1及び22X2は、それぞれ、X軸上の+X側及び−X側に配置される。また、ホール素子22Y1及び22Y2、それぞれ、Y軸上の+Y側及び−Y側に配置される。
【0041】
センサ部20は、(出力部30を介して)磁気値信号を出力する場合、外部磁場の3つの検出軸に応じて、4つのホール素子22X1,22X2,22Y1,22Y2を選択して使用する。X軸に関して外部磁場を検出する場合、2つのホール素子22X1,22X2が選択される。Y軸に関して外部磁場を検出する場合、2つのホール素子22Y1,22Y2が選択される。Z軸に関して外部磁場を検出する場合、2つのホール素子22X1,22X2、2つのホール素子22Y1,22Y2、又は4つのホール素子22X1,22X2,22Y1,22Y2が選択される。X軸及びY軸の2軸に関して外部磁場を検出する場合、4つのホール素子22X1,22X2,22Y1,22Y2が選択される。X軸及びZ軸の2軸に関して外部磁場を検出する場合、2つのホール素子22X1,22X2又は4つのホール素子22X1,22X2,22Y1,22Y2が選択される。Y軸及びZ軸の2軸に関して外部磁場を検出する場合、2つのホール素子22Y1,22Y2又は4つのホール素子22X1,22X2,22Y1,22Y2が選択される。X軸、Y軸、及びZ軸の3軸に関して外部磁場を検出する場合、4つのホール素子22X1,22X2,22Y1,22Y2が選択される。
【0042】
センサ部20は、(出力部30を介して)トリガ信号を出力する場合、4つのホール素子22X1,22X2,22Y1,22Y2から1又は複数を選択して使用する。なお、1軸以上の磁場を検知してそれぞれ基準値と比較して1軸以上のトリガ信号を出力する場合、センサ部20は、磁気値信号を出力する場合と同様に、外部磁場の3つの検出軸に応じて4つのホール素子22X1,22X2,22Y1,22Y2を選択して使用してもよい。
【0043】
図5は、第1の変形例に係る磁気検出装置110の概念的構成を示す。ここで、磁気検出装置110の構成のうち、先述の実施形態に係る磁気検出装置100の構成と対応する構成については同一の符号を付するとともに、その詳細説明を省略する。
【0044】
磁気検出装置110は、トリガ信号に応じて測定レンジを切り替え、その切り替えられた測定レンジで外部磁場を検出することで、外部入力による設定を要することなく磁気値信号を出力可能とすることを目的とする。磁気検出装置110は、駆動部10、センサ部20、出力部30、及び制御部40を備える。駆動部10、センサ部20、及び制御部40は、先述の実施形態に係る磁気検出装置100におけるそれらと同様に構成される。
【0045】
出力部30は、信号処理部32及び比較部34を有する。信号処理部32及び比較部34も、先述の実施形態に係る磁気検出装置100におけるそれらと同様に構成される。ただし、比較部34は、トリガ信号を外部出力するともに制御部40に入力する。なお、図5において、制御部40への外部入力が省略されている。
【0046】
図6は、磁気検出装置110の外部入力、出力信号、及び内部状態の生成タイミングの例を示す。本例において、磁気検出装置100は、2つの測定レンジ1及び2を有し、トリガ信号に従って測定レンジを切り替えるものとする。また、出力部30は、磁気値信号を外部出力するモード(磁気値出力モード)、トリガ信号を外部出力するモード(トリガ出力モード)、及び磁気値信号及びトリガ信号の両方を外部出力するモード(トリガ&磁気値出力モード)を含み、これらの3つの外部出力モードのいずれかを外部要求信号又はトリガ信号に従って選択する。
【0047】
まず、タイミング1において、磁気検出装置100は、トリガ出力モードを設定する外部要求信号が入力される。タイミング2において、制御部40は、外部要求信号に従って制御信号を生成し、駆動部10、センサ部20、及び信号処理部32に送信する。その結果、磁気検出装置100は、測定レンジ1に設定される。また、制御部40は、外部要求信号に従って制御信号を生成して出力部30に出力することにより、トリガ出力モードを設定する。測定レンジ及び出力モードが設定されると、駆動部10は駆動信号をセンサ部20に入力し、センサ部20は測定レンジ1にて外部磁場の検出を開始する。検出終了後のタイミング3において、比較部34は、磁気値信号に基づいて外部磁場の検出値を基準値と比較し、検出値が基準値を超える場合、出力部30はその比較結果をトリガ信号として外部出力するとともに制御部40に出力する。
【0048】
次に、トリガ信号が制御部40に入力されると、これに応じて制御部40は、タイミング4において、制御信号を駆動部10、センサ部20、及び信号処理部32に送信して測定レンジを測定レンジ1から測定レンジ2に切り替えるとともに、制御信号を出力部30に送信して出力部30の出力モードをトリガ出力モードからトリガ&磁気値出力モード(磁気値出力モードでもよい)に切り替える。
【0049】
最後に、測定レンジ及び出力モードが設定されると、駆動部10は駆動信号をセンサ部20に入力し、センサ部20は測定レンジ2にて外部磁場の検出を開始する。検出終了後のタイミング5において、出力部30は、測定レンジ2において生成された磁気値信号(磁気値2)を外部出力する。
【0050】
磁気検出装置110は、出力部30から出力されるトリガ信号を制御部40に入力することで、トリガ信号の入力に応答して制御部40が測定レンジを切り替え、切り替えられた測定レンジでセンサ部20が外部磁場を検出し、出力部30が磁気値信号を出力する。従って、外部入力による設定を要することなく、外部磁場の変化によりトリガされて外部磁場を検出し、磁気値信号を出力することができる。
【0051】
なお、1回目の検出終了後、出力部30はトリガ信号を間欠的に制御部40に出力することとしてもよい。係る場合において、制御部40は、さらに、外部入力に応じて測定レンジを測定レンジ1から測定レンジ2に切り替えるとともに、出力部30の出力モードをトリガ出力モードからトリガ&磁気値出力モード(磁気値出力モードでもよい)に切り替えることとしてもよい。トリガ信号と独立の外部入力に応じて測定レンジが切り替えられ、その切り替えられた測定レンジで外部磁場が検出されることで、間欠的に出力されるトリガ信号の間に外部入力して、外部磁場を検出し、その検出信号に基づいて磁気値信号を出力することもできる。
【0052】
図7は、第2の変形例に係る磁気検出装置120の概念的構成を示す。ここで、磁気検出装置120の構成のうち、先述の実施形態に係る磁気検出装置100の構成と対応する構成については同一の符号を付するとともに、その詳細説明を省略する。
【0053】
磁気検出装置120は、外部磁場の検出値に応じて基準値を切り替えることで、外部入力による基準値の設定を要することなく、外部磁場の強度に応じて、外部磁場の検出値を比較し、その比較結果をトリガ信号として出力するための基準値を変更可能とすることを目的とする。磁気検出装置120は、駆動部10、センサ部20、出力部30、及び制御部40を備える。駆動部10、センサ部20、及び制御部40は、先述の実施形態に係る磁気検出装置100におけるそれらと同様に構成される。
【0054】
出力部30は、信号処理部32及び比較部34を有する。信号処理部32及び比較部34も、先述の実施形態に係る磁気検出装置100におけるそれらと同様に構成される。ただし、出力部30は、磁気値信号を外部出力するともに制御部40に入力する。
【0055】
制御部40は、磁気値信号に応じて基準値信号を生成し、制御信号として比較部34に出力することで基準値を設定する。なお、図7において、制御部40への外部入力が省略されている。
【0056】
図8は、磁気検出装置120の外部入力、出力信号、及び内部状態の生成タイミングの例を示す。本例において、磁気検出装置100は、2つの基準値1及び2を有し、基準値設定信号又は磁気値信号に従って基準値を切り替えるものとする。
【0057】
タイミング1において、磁気検出装置100は、磁気値出力モードを設定する外部要求信号が外部入力される。タイミング2において、制御部40は、外部要求信号に従って制御信号を生成し、駆動部10、センサ部20、及び信号処理部32に送信する。その結果、磁気検出装置100は測定レンジ2に設定される。また、制御部40は、外部要求信号に従って制御信号を生成して出力部30に出力することにより、磁気値出力モードを設定する。測定レンジ及び出力モードが設定されると、駆動部10は駆動信号をセンサ部20に入力し、センサ部20は測定レンジ2にて外部磁場の検出を開始する。検出終了後のタイミング3において、出力部30は、測定レンジ2において生成された磁気値信号(磁気値1)を外部出力するとともに制御部40に出力する。
【0058】
磁気値信号が制御部40に入力されると、これに応じて制御部40は、制御信号(すなわち、基準値信号)を生成して比較部34に出力することにより、基準値を基準値1から基準値2に切り替える。
【0059】
基準値が切り替えられた後(すなわち、タイミング4以降)、例えば、磁気検出装置100は、トリガ出力モードを設定する外部要求信号が入力されると、センサ部20は、測定レンジ1にて外部磁場の検出を開始する。検出終了後、比較部34は外部磁場の検出値を基準値2と比較し、検出値が基準値2を超える場合、出力部30はその比較結果をトリガ信号として外部出力することとなる。
【0060】
磁気検出装置120は、外部磁場の検出値に応じて基準値を切り替える、すなわち、外部磁場の検出結果よりトリガ信号を出力するための基準値の変更が必要か否かを判断し、必要な場合に適切な基準値に切り替えることが可能となる。
【0061】
先述の実施形態に係る磁気検出装置100並びに第1及び第2の変形例に係る磁気検出装置110,120は、共通のセンサを用いて外部磁場を検出し、その検出信号に基づいて磁気値信号とトリガ信号との両方を出力する単一の集積回路として実装することができる。
【0062】
図9は、集積回路の構成の一例を示す。集積回路200は、駆動回路210、センサ220、演算部232、第1出力回路231、第2出力回路235、及び制御回路240を備える。
【0063】
駆動回路210は、先述の駆動部10と同様に構成され、駆動信号を生成してセンサ220に送信することにより、センサ220を駆動する。
【0064】
センサ220は、先述のセンサ部20と同様に構成される。センサ220は、駆動回路210に接続され、これから入力される駆動信号により駆動されて、外部磁場を検出する。その検出結果(検出信号とも呼ぶ)は、演算部232に出力される。
【0065】
演算部232は、センサ220に接続され、これから入力される検出信号を演算処理し、第1及び第2出力回路231,235に出力する。
【0066】
第1出力回路231は、演算部232に接続され、これから入力される検出信号に基づいて外部磁場の検出値を表す信号(磁気値信号でもよい)を生成し、これを用いて外部磁場の検出値が基準値を超えたことを表すトリガ信号を生成し、外部出力する。第1出力回路231は、第1格納部233及び比較部234を有する。第1格納部233は、測定レンジ1で測定された検出信号を格納する。比較部234は、第1格納部233に格納された信号が入力され、これを用いてトリガ信号を生成し、外部出力する。
【0067】
第2出力回路235は、演算部232に接続され、これから入力される検出信号に基づいて外部磁場の検出値を表す磁気値信号を生成し、外部出力する。第2出力回路235は、第2格納部236を有する。第2格納部236は、測定レンジ2で測定された検出信号を磁気値信号として格納する。第2出力回路235は、第2格納部236に格納された磁気値信号を外部出力する。
【0068】
制御回路240は、先述の制御部40と同様に構成される。制御回路240は、外部要求信号に従って、駆動信号の電圧値又は電流値を設定する信号、駆動する磁気センサ(又はその数)を設定する信号、及び演算部232の演算方法を設定する信号を生成し、制御信号としてそれぞれ駆動回路210、センサ220、及び演算部232に送信することで、測定レンジを切り替える。また、制御回路240は、外部要求信号に従って制御信号を生成して第1出力回路231の第1格納部233及び第2出力回路235の第2格納部236に出力し、演算部232から出力される検出信号(出力データと呼ぶ)の更新を制御する。トリガ信号を外部出力するモードでは、制御回路240は、測定レンジ1で測定された出力データを第1格納部233で更新して格納し、比較部234で比較して外部出力するように制御信号を出力する。このとき、出力データは第2格納部236には格納されない。一方、磁気値信号を外部出力するモードでは、制御回路240は、測定レンジ2で測定された出力データを第2格納部236で更新して格納し、外部出力するように制御信号を出力する。このとき、出力データは第1格納部233には格納されず、先に格納されたデータが保持される。
【0069】
制御回路240は、上述の構成より、外部要求信号に従って第1及び第2出力回路231,235の外部出力モードを切り替え、第1出力回路231によりトリガ信号を外部出力する場合と第2出力回路235により磁気値信号を外部出力する場合とで外部磁場の検出に対する測定レンジを切り替えることができる。また、本実施形態では、トリガ信号を外部出力するモードにおいて、測定レンジ1で測定した出力データは第1格納部233で格納し、磁気値信号を外部出力するモードにおいて、測定レンジ2で測定した出力データは第2格納部236で格納する。このように異なる測定レンジで測定したセンサ−データを、別々の格納部で保持する形態とすることによって、測定レンジが切り替わっても、トリガ信号を維持したまま、磁気値信号を外部出力するモードを設定することができる。
【0070】
図10は、集積回路の構成の別の例を示す。集積回路201は、駆動回路210、センサ220、演算部232、第2出力回路235、第1出力回路238、及び制御回路240を備える。ここで、集積回路201の構成のうち、先述の集積回路200の構成と対応する構成については同一の符号を付するとともに、その詳細説明を省略する。
【0071】
駆動回路210、センサ220、及び演算部232は、先述の集積回路200におけるそれらと同様に構成される。ただし、演算部232により演算処理された検出信号は、第2出力回路235に出力される。
【0072】
第2出力回路235は、演算部232に接続され、これから入力される検出信号に基づいて外部磁場の検出値を表す磁気値信号を生成し、外部出力する。また、第2出力回路235は、磁気値信号を、第1出力回路238に出力する。第2出力回路235は、格納部236を有する。格納部236には、各測定レンジで測定された検出信号が格納される。
【0073】
第1出力回路238は、第2出力回路235に接続され、これから入力される信号に基づいて、外部磁場の検出値が基準値を超えたことを表すトリガ信号を生成し、外部出力する。第1出力回路238は、判定部239を有する。判定部239は、入力される信号を基準値と比較して、判定結果であるトリガ信号を外部出力する。
【0074】
制御回路240は、先述の制御部40と同様に構成される。制御回路240は、外部要求信号に従って、駆動信号の電圧値又は電流値を設定する信号、駆動する磁気センサ(又はその数)を設定する信号、及び演算部232の演算方法を設定する信号を生成し、制御信号としてそれぞれ駆動回路210、センサ220、及び演算部232に送信することで、測定レンジを切り替える。また、制御回路240は、外部要求信号に従って制御信号を生成して第1出力回路238に出力し、判定部239の動作を制御する。トリガ信号を外部出力するモードでは、制御回路240は、測定レンジ1で測定された出力データが格納部236で更新して格納され、判定部239を有効にし、判定結果を外部出力するように制御信号を出力する。一方、磁気値信号を外部出力するモードでは、制御回路240は、測定レンジ2で測定された出力データが格納部236で更新して格納され、外部出力するように制御信号を出力する。このとき、制御回路240は、判定部239の動作を、例えばパワーダウンすることで、無効にする。
【0075】
制御回路240は、上述の構成より、外部要求信号に従って外部出力モードを切り替え外部磁場の検出に対する測定レンジを切り替えることができる。
【0076】
なお、本実施形態において、外部要求信号により、トリガ信号を出力するモードと磁気値信号を出力するモードとを切り替える構成を説明したが、例えば、制御回路の内部で自動で各モードを切り替える形態でもよい。例えば、トリガ信号を出力するモードが一定間隔で設定され、磁気値信号を出力するモードも一定間隔で設定される形態でもよい。また、トリガ信号を出力するモードが一定間隔で設定され、磁気値信号を出力するモードは外部要求信号により設定される形態でもよい。また、磁気値信号とトリガ信号は、それぞれ別々の外部端子部から外部出力されてもよく、同じ外部端子部から外部出力されてもよい。
【0077】
また、磁気値信号は、磁気値信号が外部入力される受信側で、地磁気を演算されてもよい。トリガ信号は、トリガ信号が外部入力される受信側で、開閉検知として使用されてもよい。磁気値信号が電子コンパス用途、トリガ信号が開閉スイッチ用途として使用されてもよい。
【0078】
また、トリガ信号は、外部磁場の検出値が基準値を超えたことを表す信号であり、低い磁場から基準値を超えた高い磁場が入力されたことを検知してもよく、高い磁場から基準値を超えた低い磁場が入力されたことを検知してもよく、正磁場から基準値を超えた負磁場が入力されたことを検知してもよく、その逆でもよい。
【0079】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【0080】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【0081】
10…駆動部、12…ゲインアンプ、20…センサ部、22…ホール素子、22a…磁気収束板、22X1,22X2,22Y1,22Y2…ホール素子、30…出力部、32…信号処理部、32a…プリアンプ、32b…ADC、32c…デジタル回路、34…比較部、40…制御部、100,110,120…磁気検出装置、200,201…集積回路、210…駆動回路、220…センサ、231,238…第1出力回路、232…演算部、233…第1格納部、234…比較部、235…第2出力回路、236…第2格納部、239…判定部、240…制御回路。
図1
図2A
図2B
図2C
図2D
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10