(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】
(24)【登録日】2022-09-14
(45)【発行日】2022-09-26
(54)【発明の名称】磁気センサ
(51)【国際特許分類】
G01R 33/02 20060101AFI20220915BHJP
G01R 33/07 20060101ALI20220915BHJP
H01L 43/06 20060101ALI20220915BHJP
【ＦＩ】
G01R33/02 A
G01R33/02 L
G01R33/07
H01L43/06 A
H01L43/06 P
H01L43/06 Z
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2017253683
(22)【出願日】2017-12-28
(65)【公開番号】P2019120529
(43)【公開日】2019-07-22
【審査請求日】2020-08-27
(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】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(72)【発明者】
【氏名】小路 智也
(72)【発明者】
【氏名】古屋 貴明
【審査官】島▲崎▼ 純一
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１４／００８４９１１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１４－５２９０８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００２－５１３２７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０６５４２０６８（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】国際公開第２０１７／０５７６５０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／００２８３０４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１２４０５５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３４７０４５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｒ ３３／０２
Ｇ０１Ｒ ３３／０７
Ｈ０１Ｌ ４３／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の一方の面に形成され、所定の厚みを有することで面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する感磁部と、前記感磁部の上面に少なくとも一つの三角形が形成されるように配置された複数の電極と、
一の前記電極と接続され、前記感磁部を駆動する駆動部と、
複数の接続端子を有する演算部と、
前記複数の電極を複数の接続パターンで切り替えて前記駆動部及び前記接続端子に接続するスイッチ部と、
を備え、
前記感磁部のアスペクト比（前記感磁部の前記所定の厚み／前記複数の電極間の最小距離）が、０．０１以上１以下であり、かつ、前記接続パターンの各々は、前記感磁部が前記三角形を形成する３つの電極を含む平面に対して垂直な方向の磁場成分及び前記平面に対して平行な方向の磁場成分の両方に感度を有するように設定されて記憶されており、
前記接続パターンは、一の前記三角形毎に３つの接続パターンを含み、当該３つの接続パターンのうちの第１の接続パターンは、前記一の三角形を形成する３つの電極のうちの第１の電極と前記駆動部とが接続され、かつ前記３つの電極のうちの第２の電極及び第３の電極それぞれが前記複数の接続端子と接続されるパターンであり、前記３つの接続パターンのうちの第２の接続パターンは、前記第２の電極と前記駆動部とが接続され、かつ前記第１の電極及び前記第３の電極それぞれが前記複数の接続端子と接続されるパターンであり、前記３つの接続パターンのうちの第３の接続パターンは、前記第３の電極と前記駆動部とが接続され、かつ前記第１の電極及び前記第２の電極それぞれが前記複数の接続端子と接続されるパターンであって、
前記演算部は、前記感磁部に印加された磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分を、三軸磁場演算行列に基づいて演算するための予め設定された演算式を有し、
当該演算式は、前記駆動部により、前記３つの接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、前記感磁部に既知の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得し、前記出力信号の組毎に算出した２つの前記接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも３つの差分信号、或いは、前記駆動部により、前記３つの接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、磁場が印加されていないときの前記駆動部に接続された前記電極と一方の前記接続端子との間の電位差を分圧して求められた前記駆動部に接続された前記電極及び他方の前記接続端子間の電位差である既知の電位差と、前記感磁部に既知の磁場が印加されたときの前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも３つの差分信号と、前記既知の磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分とに基づき、前記３つの差分信号を取得したときの取得方法に応じて予め設定されており、
前記演算部は、前記感磁部に検出対象の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得して、前記出力信号の組毎に算出した前記２つの接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも３つの差分信号、或いは、前記既知の電位差と、前記感磁部に検出対象の磁場が印加された状態にあるときの、前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも３つの差分信号と、これら差分信号を取得したときの前記取得方法に対応する前記演算式とから、前記感磁部に印加された前記検出対象の磁場の三軸方向の磁場成分を演算し、磁気信号として出力する磁気センサ。
【請求項2】
基板の一方の面に形成され、所定の厚みを有することで面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する感磁部と、前記感磁部の上面に複数の三角形が形成されるように配置された複数の電極と、
一の前記電極と接続され、前記感磁部を駆動する駆動部と、
複数の接続端子を有する演算部と、
前記複数の電極を複数の接続パターンで切り替えて前記駆動部及び前記接続端子に接続するスイッチ部と、を備え、
前記感磁部のアスペクト比（前記感磁部の前記所定の厚み／前記複数の電極間の最小距離）が、０．０１以上１以下であり、かつ、前記接続パターンの各々は、前記感磁部が前記三角形を形成する３つの電極を含む平面に対して垂直な方向の磁場成分及び前記平面に対して平行な方向の磁場成分の両方に感度を有するように設定されて記憶されており、
前記接続パターンは、一の前記三角形を形成する３つの電極のうちの一の電極を前記駆動部に接続し他の２つの電極それぞれを前記接続端子に接続する接続パターンを、同一又は異なる三角形を対象として少なくとも３パターン含み、
前記演算部は、前記感磁部に印加された磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分を、三軸磁場演算行列に基づいて演算するための予め設定された演算式を有し、
当該演算式は、前記駆動部により、３つの前記接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、前記感磁部に既知の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得し、前記出力信号の組毎に算出した２つの前記接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも３つの差分信号、或いは、前記駆動部により、前記３つの接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、磁場が印加されていないときの前記駆動部に接続された前記電極と一方の前記接続端子との間の電位差を分圧して求められた前記駆動部に接続された前記電極及び他方の前記接続端子間の電位差である既知の電位差と、前記感磁部に既知の磁場が印加されたときの前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも３つの差分信号と、前記既知の磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分とに基づき、前記３つの差分信号を取得したときの取得方法に応じて予め設定されており、
前記演算部は、前記感磁部に検出対象の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得して、前記出力信号の組毎に算出した前記２つの接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも３つの差分信号、或いは、前記既知の電位差と、前記感磁部に検出対象の磁場が印加された状態にあるときの、前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも３つの差分信号と、これら差分信号を取得したときの前記取得方法に対応する前記演算式とから、前記感磁部に印加された前記検出対象の磁場の三軸方向の磁場成分を演算し、磁気信号として出力する磁気センサ。
【請求項3】
前記感磁部は前記電極を３つ備え、かつ前記電極は正三角形が形成されるように配置された請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項4】
前記複数の電極が、前記感磁部に少なくとも１つの二等辺三角形が形成されるように配置され、前記接続パターンが前記二等辺三角形を形成する電極に対して設定されて記憶している請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項5】
前記複数の電極が、前記感磁部に少なくとも２つの二等辺三角形が形成されるように配置され、前記接続パターンが、前記二等辺三角形を形成する電極に対して設定されて記憶している請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項6】
前記複数の電極が、前記感磁部に少なくとも３つの二等辺三角形が形成されるように配置され、前記接続パターンが、前記二等辺三角形を形成する電極に対して設定されて記憶している請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項7】
前記複数の電極が、平面視で回転対称となる位置に配置された請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項8】
前記感磁部は、４つの前記電極を備える請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁気センサに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、複数の軸成分を有する磁気を検知可能な磁気センサとして、半導体基板に設けられたホール素子に対して、ホール素子上に設けられた磁気収束板を用いて磁場の方向を変換する手法（例えば、特許文献１参照。）や基板上に形成した斜面に感磁部を形成し、多軸成分の磁場を検出する手法（例えば、特許文献２）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第３９２８７７５号明細書
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３４５９９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記従来のように、半導体基板に設けられたホール素子に対して、磁気収束板を用いて磁場の方向を変換する手法を用いた場合、端子数が多くなるため配線の引き回しに制限がある。
また、基板上に斜面を形成する手法では、用いる材料によって該斜面の角度が決まってしまうため、磁気センサの感度方向を自由に設定することができない。その結果、感度を磁場の変化が大きい方向に向けることができなくなってしまい、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることが困難となる場合がある。
本発明は、従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることができ、かつ三軸方向の磁場測定を行うことの可能な磁気センサを提供することを目的としている。
また、基板上に斜面を形成する手法では、用いる材料によって該斜面の角度が決まってしまうため、磁気センサの感度方向を自由に設定することができない。その結果、感度を磁場の変化が大きい方向に向けることができなくなってしまい、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることが困難となる場合がある。
本発明は、従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることができ、かつ三軸方向の磁場測定を行うことの可能な磁気センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る磁気センサは、基板の一方の面に形成され、所定の厚みを有することで面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する感磁部と、前記感磁部の上面に少なくとも一つの三角形が形成されるように配置された複数の電極と、一の前記電極と接続され、前記感磁部を駆動する駆動部と、複数の接続端子を有する演算部と、前記複数の電極を複数の接続パターンで切り替えて前記駆動部及び前記接続端子に接続するスイッチ部と、を備え、前記感磁部のアスペクト比（前記感磁部の前記所定の厚み／前記複数の電極間の最小距離）が、０．０１以上１以下であり、かつ、前記接続パターンの各々は、前記感磁部が前記三角形を形成する３つの電極を含む平面に対して垂直な方向の磁場成分及び前記平面に対して平行な方向の磁場成分の両方に感度を有するように設定されて記憶されており、前記接続パターンは、一の前記三角形毎に３つの接続パターンを含み、当該３つの接続パターンのうちの第１の接続パターンは、前記一の三角形を形成する３つの電極のうちの第１の電極と前記駆動部とが接続され、かつ前記３つの電極のうちの第２の電極及び第３の電極それぞれが前記複数の接続端子と接続されるパターンであり、前記３つの接続パターンのうちの第２の接続パターンは、前記第２の電極と前記駆動部とが接続され、かつ前記第１の電極及び前記第３の電極それぞれが前記複数の接続端子と接続されるパターンであり、前記３つの接続パターンのうちの第３の接続パターンは、前記第３の電極と前記駆動部とが接続され、かつ前記第１の電極及び前記第２の電極それぞれが前記複数の接続端子と接続されるパターンであって、前記演算部は、前記感磁部に印加された磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分を、三軸磁場演算行列に基づいて演算するための予め設定された演算式を有し、当該演算式は、前記駆動部により、前記３つの接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、前記感磁部に既知の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得し、前記出力信号の組毎に算出した２つの前記接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも３つの差分信号、或いは、前記駆動部により、前記３つの接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、磁場が印加されていないときの前記駆動部に接続された前記電極と一方の前記接続端子との間の電位差を分圧して求められた前記駆動部に接続された前記電極及び他方の前記接続端子間の電位差である既知の電位差と、前記感磁部に既知の磁場が印加されたときの前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも３つの差分信号と、前記既知の磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分とに基づき、前記３つの差分信号を取得したときの取得方法に応じて予め設定されており、前記演算部は、前記感磁部に検出対象の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得して、前記出力信号の組毎に算出した前記２つの接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも３つの差分信号、或いは、前記既知の電位差と、前記感磁部に検出対象の磁場が印加された状態にあるときの、前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも３つの差分信号と、これら差分信号を取得したときの前記取得方法に対応する前記演算式とから、前記感磁部に印加された前記検出対象の磁場の三軸方向の磁場成分を演算し、磁気信号として出力することを特徴としている。
また、本発明の他の態様に係る磁気センサは、基板の一方の面に形成され、所定の厚みを有することで面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する感磁部と、前記感磁部の上面に複数の三角形が形成されるように配置された複数の電極と、一の前記電極と接続され、前記感磁部を駆動する駆動部と、複数の接続端子を有する演算部と、前記複数の電極を複数の接続パターンで切り替えて前記駆動部及び前記接続端子に接続するスイッチ部と、を備え、前記感磁部のアスペクト比（前記感磁部の前記所定の厚み／前記複数の電極間の最小距離）が、０．０１以上１以下であり、かつ、前記接続パターンの各々は、前記感磁部が前記三角形を形成する３つの電極を含む平面に対して垂直な方向の磁場成分及び前記平面に対して平行な方向の磁場成分の両方に感度を有するように設定されて記憶されており、前記接続パターンは、一の前記三角形を形成する３つの電極のうちの一の電極を前記駆動部に接続し他の２つの電極それぞれを前記接続端子に接続する接続パターンを、同一又は異なる三角形を対象として少なくとも３パターン含み、前記演算部は、前記感磁部に印加された磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分を、三軸磁場演算行列に基づいて演算するための予め設定された演算式を有し、当該演算式は、前記駆動部により、３つの前記接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、前記感磁部に既知の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得し、前記出力信号の組毎に算出した２つの前記接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも３つの差分信号、或いは、前記駆動部により、前記３つの接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、磁場が印加されていないときの前記駆動部に接続された前記電極と一方の前記接続端子との間の電位差を分圧して求められた前記駆動部に接続された前記電極及び他方の前記接続端子間の電位差である既知の電位差と、前記感磁部に既知の磁場が印加されたときの前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも３つの差分信号と、前記既知の磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分とに基づき、前記３つの差分信号を取得したときの取得方法に応じて予め設定されており、前記演算部は、前記感磁部に検出対象の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得して、前記出力信号の組毎に算出した前記２つの接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも３つの差分信号、或いは、前記既知の電位差と、前記感磁部に検出対象の磁場が印加された状態にあるときの、前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも３つの差分信号と、これら差分信号を取得したときの前記取得方法に対応する前記演算式とから、前記感磁部に印加された前記検出対象の磁場の三軸方向の磁場成分を演算し、磁気信号として出力することを特徴としている。
また、本発明の他の態様に係る磁気センサは、基板の一方の面に形成され、所定の厚みを有することで面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する感磁部と、前記感磁部の上面に複数の三角形が形成されるように配置された複数の電極と、一の前記電極と接続され、前記感磁部を駆動する駆動部と、複数の接続端子を有する演算部と、前記複数の電極を複数の接続パターンで切り替えて前記駆動部及び前記接続端子に接続するスイッチ部と、を備え、前記感磁部のアスペクト比（前記感磁部の前記所定の厚み／前記複数の電極間の最小距離）が、０．０１以上１以下であり、かつ、前記接続パターンの各々は、前記感磁部が前記三角形を形成する３つの電極を含む平面に対して垂直な方向の磁場成分及び前記平面に対して平行な方向の磁場成分の両方に感度を有するように設定されて記憶されており、前記接続パターンは、一の前記三角形を形成する３つの電極のうちの一の電極を前記駆動部に接続し他の２つの電極それぞれを前記接続端子に接続する接続パターンを、同一又は異なる三角形を対象として少なくとも３パターン含み、前記演算部は、前記感磁部に印加された磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分を、三軸磁場演算行列に基づいて演算するための予め設定された演算式を有し、当該演算式は、前記駆動部により、３つの前記接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、前記感磁部に既知の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得し、前記出力信号の組毎に算出した２つの前記接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも３つの差分信号、或いは、前記駆動部により、前記３つの接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、磁場が印加されていないときの前記駆動部に接続された前記電極と一方の前記接続端子との間の電位差を分圧して求められた前記駆動部に接続された前記電極及び他方の前記接続端子間の電位差である既知の電位差と、前記感磁部に既知の磁場が印加されたときの前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも３つの差分信号と、前記既知の磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分とに基づき、前記３つの差分信号を取得したときの取得方法に応じて予め設定されており、前記演算部は、前記感磁部に検出対象の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得して、前記出力信号の組毎に算出した前記２つの接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも３つの差分信号、或いは、前記既知の電位差と、前記感磁部に検出対象の磁場が印加された状態にあるときの、前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも３つの差分信号と、これら差分信号を取得したときの前記取得方法に対応する前記演算式とから、前記感磁部に印加された前記検出対象の磁場の三軸方向の磁場成分を演算し、磁気信号として出力することを特徴としている。
【発明の効果】
【0006】
本発明の一態様によれば、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることができ、かつ三軸方向の磁場測定を行うことの可能な磁気センサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の一実施形態に係る磁気センサの一例を示す概略構成図である。
【図2】４つの電極を回転対称形に配置した一例を示す平面図である。
【図3】磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。
【図4】磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。
【図5】磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。
【図6】磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。
【図7】磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。
【図8】磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。
【図9】磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。
【図10】三軸方向の磁場強度の演算方法を説明するための説明図である。
【図11】三軸方向の磁場強度の演算方法を説明するための説明図である。
【図12】オフセット成分の除去方法を説明するための模式的な等価回路である。
【図13】オフセット成分の除去方法を説明するための模式的な等価回路である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
【0009】
〔磁気センサの構成〕
図１は、本発明の一実施形態に係る三軸方向の磁場強度を検出する磁気センサ１の一例を示す概略構成を示すブロック図である。
磁気センサ１は、検出子としてのホール素子２と、ホール素子２の出力信号を入力し信号処理を行って三軸磁場測定信号Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚを出力する信号処理部３とを備える。
ホール素子２は、従来のホール素子と同様に、基板１１と、基板１１の一方の面に形成された感磁部１２と、基板１１の一方の面に形成され、感磁部１２と電気的に接続される３つの電極（端子）１３ａ～１３ｃと、を備えるが、本実施形態におけるホール素子２は、感磁部１２の膜厚が従来のホール素子よりも厚い。感磁部１２は、面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する厚みに形成される。具体的には、感磁部１２は、例えば三角柱状に形成され、平面視で三角柱の上面の、三角形の頂点となる位置近傍に各電極１３ａ～１３ｃが配置される。三角柱状に形成された感磁部１２において、アスペクト比（感磁部１２の厚み／電極１３ａ～１３ｃの電極間の最小距離）が０．０１以上１以下を満足する厚みを有する。
図１は、本発明の一実施形態に係る三軸方向の磁場強度を検出する磁気センサ１の一例を示す概略構成を示すブロック図である。
磁気センサ１は、検出子としてのホール素子２と、ホール素子２の出力信号を入力し信号処理を行って三軸磁場測定信号Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚを出力する信号処理部３とを備える。
ホール素子２は、従来のホール素子と同様に、基板１１と、基板１１の一方の面に形成された感磁部１２と、基板１１の一方の面に形成され、感磁部１２と電気的に接続される３つの電極（端子）１３ａ～１３ｃと、を備えるが、本実施形態におけるホール素子２は、感磁部１２の膜厚が従来のホール素子よりも厚い。感磁部１２は、面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する厚みに形成される。具体的には、感磁部１２は、例えば三角柱状に形成され、平面視で三角柱の上面の、三角形の頂点となる位置近傍に各電極１３ａ～１３ｃが配置される。三角柱状に形成された感磁部１２において、アスペクト比（感磁部１２の厚み／電極１３ａ～１３ｃの電極間の最小距離）が０．０１以上１以下を満足する厚みを有する。
【0010】
なお、本明細書において感磁部の厚みとは、不純物濃度が基板に対して高い半導体領域の厚みを示し、例えばホール素子２厚み方向の二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によって測定できる。
感磁部１２のアスペクト比としては、０．０２以上でもよく、０．０５以上でもよい。感磁部１２のアスペクト比がこの範囲にあると、面内磁場の感度が大きくなる点で好ましい。
感磁部１２のアスペクト比としては、特に上限はないが、製造の容易性から０．５以下でもよく、０．１以下でもよい。
また、感磁部の厚みは、面内磁場の感度を大きくする点で０．５μｍ以上であることが好ましい。また、特に上限はないが、製造の容易性から１０μｍ以下が好ましい。
なお、ホール素子２の製造方法は、従来の、感磁部が薄膜からなるホール素子と同等の工程で形成されるが、感磁部１２の膜厚を形成する工程において、「アスペクト比（感磁部の厚み／電極（端子）間の最小距離）が０．０１以上１以下」を満足する膜厚に形成される。
感磁部１２のアスペクト比としては、０．０２以上でもよく、０．０５以上でもよい。感磁部１２のアスペクト比がこの範囲にあると、面内磁場の感度が大きくなる点で好ましい。
感磁部１２のアスペクト比としては、特に上限はないが、製造の容易性から０．５以下でもよく、０．１以下でもよい。
また、感磁部の厚みは、面内磁場の感度を大きくする点で０．５μｍ以上であることが好ましい。また、特に上限はないが、製造の容易性から１０μｍ以下が好ましい。
なお、ホール素子２の製造方法は、従来の、感磁部が薄膜からなるホール素子と同等の工程で形成されるが、感磁部１２の膜厚を形成する工程において、「アスペクト比（感磁部の厚み／電極（端子）間の最小距離）が０．０１以上１以下」を満足する膜厚に形成される。
【0011】
また、感磁部１２の形状は三角柱状に限るものではなく、直方体形状等、面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する厚みを有していればどのような形状であってもよい。
ホール素子２において、３つの電極１３ａ～１３ｃのうち、１つの電極がホール素子２の駆動端子となり、残りの２つの電極がホール素子２の出力端子となる。なお、ここでは３つの電極１３ａ～１３ｃを備える場合について説明するが、電極の数は、３つに限らず４つ以上であってもよい。
ホール素子２において、３つの電極１３ａ～１３ｃのうち、１つの電極がホール素子２の駆動端子となり、残りの２つの電極がホール素子２の出力端子となる。なお、ここでは３つの電極１３ａ～１３ｃを備える場合について説明するが、電極の数は、３つに限らず４つ以上であってもよい。
【0012】
基板１１は、直接又は絶縁層等を介して感磁部１２が形成されるものであり、半導体基板又は絶縁基板等であってよい。半導体基板は、シリコン基板又は化合物半導体基板等であり、絶縁基板は例えばセラミック基板等であってよい。基板１１は、基板１１内又は基板１１上に電気回路が形成されたものであってもよい。
感磁部１２は、基板１１の一方の面に形成され、駆動端子となる例えば電極１３ａと一方の出力端子となる例えば電極１３ｂとの間で駆動電流を流す第１導電路、駆動端子となる電極１３ａと他方の出力端子となる例えば電極１３ｃとの間で駆動電流を流す第２導電路が一体に形成されている。感磁部１２は磁場が印加される部分であり、感磁部１２内の第１導電路及び第２導電路に対して、印加された磁場に応じたローレンツ力による抵抗変化が生じる。
感磁部１２は、基板１１の一方の面に形成され、駆動端子となる例えば電極１３ａと一方の出力端子となる例えば電極１３ｂとの間で駆動電流を流す第１導電路、駆動端子となる電極１３ａと他方の出力端子となる例えば電極１３ｃとの間で駆動電流を流す第２導電路が一体に形成されている。感磁部１２は磁場が印加される部分であり、感磁部１２内の第１導電路及び第２導電路に対して、印加された磁場に応じたローレンツ力による抵抗変化が生じる。
【0013】
図１では、電極１３ａ～１３ｃを、平面視で三角柱状の感磁部１２の三角形の頂点となる位置近傍に配置しているが、これに限るものではなく、電極１３ａ～１３ｃは、これら電極１３ａ～１３ｃを頂点とする少なくとも一つの三角形が形成されるように配置されていればよい。なお、電極を４つ以上設ける場合は、複数の電極のうちのいずれか３つが、少なくとも一つの三角形を形成するように配置されていればよい。
このような３つの電極で形成される三角形としては、正三角形が好ましい。正三角形を形成することで、後述する接続パターンとして、後述する感度ベクトルにおいて、互いに独立かつ絶対値が等しい感度ベクトルが得られるパターンを設定することができる。
このような３つの電極で形成される三角形としては、正三角形が好ましい。正三角形を形成することで、後述する接続パターンとして、後述する感度ベクトルにおいて、互いに独立かつ絶対値が等しい感度ベクトルが得られるパターンを設定することができる。
【0014】
また、電極を頂点とする二等辺三角形を形成してもよい。二等辺三角形を形成することで、後述する接続パターンとして、駆動端子から２つの出力端子までの距離が等しくなることで、オフセット成分のより少ない信号を得ることができるパターンを設定することができる。
特に、電極を４つ以上設ける場合は、このような二等辺三角形が複数形成されるようにしてもよく、この場合、二等辺三角形が少なくとも二つ形成されることが好ましく、少なくとも三つ形成されることがさらに好ましい。電極がこのように配置されていることで、オフセット成分のより少ない信号を得ることができるパターンを複数設定することができる。
特に、電極を４つ以上設ける場合は、このような二等辺三角形が複数形成されるようにしてもよく、この場合、二等辺三角形が少なくとも二つ形成されることが好ましく、少なくとも三つ形成されることがさらに好ましい。電極がこのように配置されていることで、オフセット成分のより少ない信号を得ることができるパターンを複数設定することができる。
【0015】
さらに、電極は、平面視で回転対称となる位置に配置されていてもよい。電極が回転対称となる位置に形成されていることで、二等辺三角形が複数形成されオフセット成分のより少ない信号が得られるパターンを複数設定することができ、かつ、後述の演算部２０における計算量を少なくすることができ、演算部２０での演算負荷を低減することができる。この場合、ｎ個の電極がｍ回回転対称となる位置に配置されていてもよい（ただし、ｎ≧３を満たす整数であり、ｍは３≦ｍ≦ｎを満たす整数である。）。
【0016】
例えば、電極１３ａ～１３ｃは、三回回転対称となる位置（すなわち、正三角形を形成する位置）（以下、三回回転対称形ともいう。）に配置されていてもよい。
４つ以上の電極を備える場合には、三回回転対称となる位置に配置されていてもよく、四回回転対称となる位置に配置されていてもよい。つまり、図２（ａ）に示すように４つの電極のうち３つの電極が三角形を形成する位置に配置され、残りの１つの電極が三角形の中に配置されていてもよい。また、図２（ｂ）に示すように、正方形の頂点となる位置に４つの電極がそれぞれ配置されていてもよい。
４つ以上の電極を備える場合には、三回回転対称となる位置に配置されていてもよく、四回回転対称となる位置に配置されていてもよい。つまり、図２（ａ）に示すように４つの電極のうち３つの電極が三角形を形成する位置に配置され、残りの１つの電極が三角形の中に配置されていてもよい。また、図２（ｂ）に示すように、正方形の頂点となる位置に４つの電極がそれぞれ配置されていてもよい。
【0017】
なお、ここでは、平面視で上面が平面となる感磁部１２上に電極１３ａ～１３ｃを配置する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、感磁部１２を段差のある形状に形成し、３つ又は４つ以上の電極を異なる高さの位置に配置してもよい。また、例えば三角柱状に形成された感磁部１２において、三角柱のいずれか三つの面それぞれに電極１３ａ～１３ｃが配置されていてもよい。
信号処理部３は、スイッチ部２１と、駆動部２２と、演算部２０とを備え、演算部２０は、検出部２３ａ及び２３ｂと、出力部２４と、演算処理部２５と、を備える。
信号処理部３は、スイッチ部２１と、駆動部２２と、演算部２０とを備え、演算部２０は、検出部２３ａ及び２３ｂと、出力部２４と、演算処理部２５と、を備える。
【0018】
スイッチ部２１は、電極１３ａ～１３ｃと、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂとの接続パターンの切り替えを行い、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂのそれぞれと接続される電極１３ａ～１３ｃを切り替える。つまり、スイッチ部２１は、電極１３ａ～１３ｃと、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂとの接続を、接続先が異なる３つの接続パターンに切り替える。なお、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂのそれぞれは接続端子を有し、スイッチ部２１では、電極１３ａ～１３ｃと、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂのそれぞれの接続端子とを接続する。また、接続パターンのそれぞれは、感磁部１２が３つの電極１３ａ～１３ｃを含む平面に対して垂直な方向の磁場成分及びこの平面に対して平行な方向の磁場成分の両方に感度を有するように設定される。
【0019】
駆動部２２は、ホール素子（検出子）２を駆動する。検出部２３ａ及び２３ｂは、スイッチ部２１を介して電極１３ａ～１３ｃのうちのいずれか二つの電極から検出子出力を取り出し、出力部２４に出力する。
出力部２４は、検出部２３ａ及び２３ｂから入力される入力信号に基づき、検出部２３ａ、２３ｂと接続される二つの電極の端子間の電位差又は二つの電極を流れる電流差からなる信号を取得し、電位差又は電流差を表す信号を差分信号Ｓｉ（ｉ＝１～３ ｉは各接続パターンを表す変数。）として演算処理部２５に出力する。
演算処理部２５は、出力部２４から入力される差分信号Ｓｉを、例えば演算処理部２５に設けられた記憶領域２５ａに記憶し、電極１３ａ～１３ｃと、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂとの接続先が異なる３つの接続パターンそれぞれにおいて差分信号Ｓｉを取得したならば、記憶領域２５ａに記憶している３つの接続パターンにおける差分信号Ｓｉをもとに、三軸方向の磁場強度を表す三軸磁場測定信号Ｂｘ～Ｂｚを演算し出力する。
出力部２４は、検出部２３ａ及び２３ｂから入力される入力信号に基づき、検出部２３ａ、２３ｂと接続される二つの電極の端子間の電位差又は二つの電極を流れる電流差からなる信号を取得し、電位差又は電流差を表す信号を差分信号Ｓｉ（ｉ＝１～３ ｉは各接続パターンを表す変数。）として演算処理部２５に出力する。
演算処理部２５は、出力部２４から入力される差分信号Ｓｉを、例えば演算処理部２５に設けられた記憶領域２５ａに記憶し、電極１３ａ～１３ｃと、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂとの接続先が異なる３つの接続パターンそれぞれにおいて差分信号Ｓｉを取得したならば、記憶領域２５ａに記憶している３つの接続パターンにおける差分信号Ｓｉをもとに、三軸方向の磁場強度を表す三軸磁場測定信号Ｂｘ～Ｂｚを演算し出力する。
【0020】
〔ホール素子の駆動方法〕
次に、ホール素子（検出子）２の駆動方法を説明する。
ここでは、電極１３ａ～１３ｃが、三回回転対称形に配置されている場合について説明する。
（第一の駆動方法）
まず、第一の駆動方法を説明する。
図３は、ホール素子２を定電流駆動する場合の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
図３において、Ｔ１は駆動端子、Ｔ２及びＴ３は出力端子である。電極１３ａ～１３ｃのうち、スイッチ部２１によって、駆動部２２と接続される電極が駆動端子Ｔ１となり、検出部２３ａと接続される電極が出力端子Ｔ２となり、検出部２３ｂと接続される電極が出力端子Ｔ３となる。
第一の駆動方法では、図３に示すように、駆動端子Ｔ１を電源に接続し、出力端子Ｔ２を定電流源３１ａを介してシグナル・グラウンド電位に接続し、同様に、出力端子Ｔ３を定電流源３１ｂを介してシグナル・グラウンド電位に接続する。そして、二つの出力端子Ｔ２及びＴ３から同一の定電流Ｉｃをそれぞれ引く。このときに出力端子Ｔ２及びＴ３間に発生する電位差を差分信号Ｓｉとして取得する。つまり、電圧検出器３２により出力端子Ｔ２と出力端子Ｔ３との間の電位差ΔＶを検出し、電圧検出器３２の出力を、図３に示す接続パターンでホール素子２を駆動した場合に得られる差分信号Ｓｉとして取得する。
次に、ホール素子（検出子）２の駆動方法を説明する。
ここでは、電極１３ａ～１３ｃが、三回回転対称形に配置されている場合について説明する。
（第一の駆動方法）
まず、第一の駆動方法を説明する。
図３は、ホール素子２を定電流駆動する場合の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
図３において、Ｔ１は駆動端子、Ｔ２及びＴ３は出力端子である。電極１３ａ～１３ｃのうち、スイッチ部２１によって、駆動部２２と接続される電極が駆動端子Ｔ１となり、検出部２３ａと接続される電極が出力端子Ｔ２となり、検出部２３ｂと接続される電極が出力端子Ｔ３となる。
第一の駆動方法では、図３に示すように、駆動端子Ｔ１を電源に接続し、出力端子Ｔ２を定電流源３１ａを介してシグナル・グラウンド電位に接続し、同様に、出力端子Ｔ３を定電流源３１ｂを介してシグナル・グラウンド電位に接続する。そして、二つの出力端子Ｔ２及びＴ３から同一の定電流Ｉｃをそれぞれ引く。このときに出力端子Ｔ２及びＴ３間に発生する電位差を差分信号Ｓｉとして取得する。つまり、電圧検出器３２により出力端子Ｔ２と出力端子Ｔ３との間の電位差ΔＶを検出し、電圧検出器３２の出力を、図３に示す接続パターンでホール素子２を駆動した場合に得られる差分信号Ｓｉとして取得する。
【0021】
電極１３ａ～１３ｃが三回回転対称形に配置されている場合、感磁部１２に磁場がかかっていない状態では、図３において、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗ｒ１＋ｒ２と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗ｒ１＋ｒ３とは略同一となる。そのため、出力端子Ｔ２及び出力端子Ｔ３間の電位差ΔＶは略零となる。
一方、感磁部１２に磁場が印加されている場合には、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗ｒ１＋ｒ２と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗ｒ１＋ｒ３との間に、印加された磁場の大きさに応じた差が生じる。そのため、出力端子Ｔ２及びＴ３間に電位差が生じ、この差分が電位差ΔＶつまり差分信号Ｓｉとなる。
一方、感磁部１２に磁場が印加されている場合には、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗ｒ１＋ｒ２と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗ｒ１＋ｒ３との間に、印加された磁場の大きさに応じた差が生じる。そのため、出力端子Ｔ２及びＴ３間に電位差が生じ、この差分が電位差ΔＶつまり差分信号Ｓｉとなる。
【0022】
ここで、図３において、出力端子Ｔ２及びＴ３間の電位差ΔＶは、次式（１）で表すことができる。
ΔＶ＝（（Ｇｓｉ）／ｎｅｔ）ＩＢ ……（１）
式（１）中のＧｓｉは感磁部１２の形状によって決まる予め設定された係数である幾何形状因子、ｎはキャリア密度、ｅは電気素量、ｔは感磁部１２の膜厚、Ｉは入力電流、Ｂは磁束密度である。
ΔＶ＝（（Ｇｓｉ）／ｎｅｔ）ＩＢ ……（１）
式（１）中のＧｓｉは感磁部１２の形状によって決まる予め設定された係数である幾何形状因子、ｎはキャリア密度、ｅは電気素量、ｔは感磁部１２の膜厚、Ｉは入力電流、Ｂは磁束密度である。
【0023】
図１に示す磁気センサ１において、スイッチ部２１により、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂと、電極１３ａ～１３ｃとの接続を順に切り替える。そして、異なる３つの接続パターンそれぞれにおける電位差ΔＶを、検出部２３ａ及び２３ｂと出力部２４によって検出する。これにより異なる３つの接続パターンにおける差分信号Ｓｉを取得することができる。図１に示す検出部２３ａ及び２３ｂと出力部２４とが、図３に示す電圧検出器３２に対応している。
【0024】
（第二の駆動方法）
次に、第二の駆動方法を説明する。
図４は、ホール素子２を定電圧駆動する場合の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
図４において、Ｔ１は駆動端子、Ｔ２及びＴ３は出力端子である。
図４に示すように、駆動端子Ｔ１を電圧源４１に接続し、出力端子Ｔ２をシグナル・グラウンド電位に接続し、出力端子Ｔ３をシグナル・グラウンド電位に接続する。そして、電圧源４１により、駆動端子Ｔ１に定電圧Ｖｃを入力し、このときに駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流を電流検出器４２で検出し、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流を電流検出器４３で検出し、これら電流検出器４２及び４３で検出される各電流の差分（以後、出力電流差という。）ΔＩを取得する。この出力電流差ΔＩが差分信号Ｓｉとなる。なお、図４中の、ｒ１２は、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗を表し、ｒ３１は駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗を表し、ｒ２３は出力端子Ｔ２と出力端子Ｔ３との間の導電路における抵抗を表す。
次に、第二の駆動方法を説明する。
図４は、ホール素子２を定電圧駆動する場合の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
図４において、Ｔ１は駆動端子、Ｔ２及びＴ３は出力端子である。
図４に示すように、駆動端子Ｔ１を電圧源４１に接続し、出力端子Ｔ２をシグナル・グラウンド電位に接続し、出力端子Ｔ３をシグナル・グラウンド電位に接続する。そして、電圧源４１により、駆動端子Ｔ１に定電圧Ｖｃを入力し、このときに駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流を電流検出器４２で検出し、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流を電流検出器４３で検出し、これら電流検出器４２及び４３で検出される各電流の差分（以後、出力電流差という。）ΔＩを取得する。この出力電流差ΔＩが差分信号Ｓｉとなる。なお、図４中の、ｒ１２は、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗を表し、ｒ３１は駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗を表し、ｒ２３は出力端子Ｔ２と出力端子Ｔ３との間の導電路における抵抗を表す。
【0025】
電極１３ａ～１３ｃが三回回転対称形に配置されている場合、感磁部１２に磁場がかかっていない状態では、図４において、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路に流れる電流とは略同一となり、出力電流差ΔＩは略零となる。
一方、感磁部１２に磁場が印加された状態では、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗ｒ１２と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗ｒ３１との間に、印加された磁場の大きさに応じた差が生じる。このため、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路に流れる電流とに差が生じることから、この差分が出力電流差ΔＩとして検出され、この出力電流差ΔＩが差分信号Ｓｉとなる。
一方、感磁部１２に磁場が印加された状態では、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗ｒ１２と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗ｒ３１との間に、印加された磁場の大きさに応じた差が生じる。このため、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路に流れる電流とに差が生じることから、この差分が出力電流差ΔＩとして検出され、この出力電流差ΔＩが差分信号Ｓｉとなる。
【0026】
図４において、出力端子Ｔ２を流れる電流と出力端子Ｔ３を流れる電流との間の電流差、つまり、出力電流差ΔＩは、次式（２）で表すことができる。
ΔＩ＝Ｇｓｖμ２ｎｅｔＢＶ ……（２）
式（２）中のＧｓｖは幾何形状因子、μは移動度、ｎはキャリア密度、ｅは電気素量、ｔは感磁部１２の膜厚、Ｂは磁束密度、Ｖは電圧源４１による駆動端子Ｔ１への入力電圧である。
ΔＩ＝Ｇｓｖμ２ｎｅｔＢＶ ……（２）
式（２）中のＧｓｖは幾何形状因子、μは移動度、ｎはキャリア密度、ｅは電気素量、ｔは感磁部１２の膜厚、Ｂは磁束密度、Ｖは電圧源４１による駆動端子Ｔ１への入力電圧である。
【0027】
図１に示す磁気センサ１では、第一の駆動方法と同様に、スイッチ部２１により、駆動部２２、検出部２３ａ及び２３ｂに接続される電極１３ａ～１３ｃを順に切り替える。そして、異なる３つの接続パターンにおける、出力電流差ΔＩを、図１に示す検出部２３ａ及び２３ｂと出力部２４によって検出する。これにより異なる３つの接続パターンにおける差分信号Ｓｉを取得することができる。
【0028】
（第三の駆動方法）
次に、第三の駆動方法を説明する。
図５は、第三の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
図５に示す等価回路は、図４に示すホール素子２を定電圧駆動する場合の等価回路において、電圧源４１に代えて、定電流回路５１を設けたものである。駆動端子Ｔ１に定電流Ｉｃを入力し、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流との差分を出力電流差ΔＩとして検出する。
次に、第三の駆動方法を説明する。
図５は、第三の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
図５に示す等価回路は、図４に示すホール素子２を定電圧駆動する場合の等価回路において、電圧源４１に代えて、定電流回路５１を設けたものである。駆動端子Ｔ１に定電流Ｉｃを入力し、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流との差分を出力電流差ΔＩとして検出する。
【0029】
この場合も感磁部１２に磁場がかかっていない状態では、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流とは略同一となる。一方、感磁部１２に磁場が印加された状態では、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流とに、印加された磁場の大きさに応じた差が生じる。この出力電流差ΔＩを、差分信号Ｓｉとして取得する。
図１に示す磁気センサ１では、図４に示す第二の駆動方法と同様に、スイッチ部２１により、電極１３ａ～１３ｃの接続先を順に切り替え、異なる３つの接続パターンそれぞれにおける、出力電流差ΔＩを、図１に示す検出部２３ａ及び２３ｂと出力部２４によって検出する。これにより接続パターンの異なる３パターンにおける差分信号Ｓｉを取得することができる。
図１に示す磁気センサ１では、図４に示す第二の駆動方法と同様に、スイッチ部２１により、電極１３ａ～１３ｃの接続先を順に切り替え、異なる３つの接続パターンそれぞれにおける、出力電流差ΔＩを、図１に示す検出部２３ａ及び２３ｂと出力部２４によって検出する。これにより接続パターンの異なる３パターンにおける差分信号Ｓｉを取得することができる。
【0030】
（第四の駆動方法）
次に、第四の駆動方法を説明する。
図６は、第四の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
図６に示す等価回路は、図５に示す第三の駆動方法における等価回路において、さらに、出力端子Ｔ２とシグナル・グラウンド電位間に可変電圧源５２を設け、出力端子Ｔ３とシグナル・グラウンド電位間に可変電圧源５３を設けたものである。駆動端子Ｔ１に定電流Ｉｃを入力し、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流との差分を出力電流差ΔＩとして検出する。この出力電流差ΔＩが零となるように、可変電圧源５２及び可変電圧源５３による印加電圧を調整する。
次に、第四の駆動方法を説明する。
図６は、第四の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
図６に示す等価回路は、図５に示す第三の駆動方法における等価回路において、さらに、出力端子Ｔ２とシグナル・グラウンド電位間に可変電圧源５２を設け、出力端子Ｔ３とシグナル・グラウンド電位間に可変電圧源５３を設けたものである。駆動端子Ｔ１に定電流Ｉｃを入力し、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流との差分を出力電流差ΔＩとして検出する。この出力電流差ΔＩが零となるように、可変電圧源５２及び可変電圧源５３による印加電圧を調整する。
【0031】
この場合も感磁部１２に磁場がかかっていない状態では、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流とは略同一となる。一方、磁場が印加された状態では、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流とに、印加された磁場の大きさに応じた差が生じる。図６に示す等価回路では、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流との出力電流差ΔＩを打ち消す電圧を、可変電圧源５２及び５３により出力端子Ｔ２及びＴ３に印加し、このときの可変電圧源５２による印加電圧と可変電圧源５３による印加電圧との電圧差を、差分信号Ｓｉとして取得する。
【0032】
図１に示す磁気センサ１では、図４に示す第二の駆動方法と同様に、スイッチ部２１により、電極１３ａ～１３ｃの接続先を順に切り替える。そして、各接続パターンにおいて、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流との出力電流差ΔＩを検出部２３ａ、２３ｂ及び出力部２４で検出する。さらに出力部２４では、出力部２４で検出した出力電流差ΔＩを打ち消すように可変電圧源５２及び５３による印加電圧を調整し、調整した可変電圧源５２及び５３による印加電圧の差分を、差分信号Ｓｉとして取得すればよい。なお、この差分信号Ｓｉを取得するための処理は、出力部２４で実行してもよいし、演算処理部２５で実行してもよく、また別途、可変電圧源５２及び５３による印加電圧を調整する処理及び、可変電圧源５２及び５３による印加電圧の差分を差分信号Ｓｉとして出力する処理を行う処理部を設けてもよい。これにより、異なる３つの接続パターンにおける差分信号Ｓｉを取得することができる。
【0033】
（第五の駆動方法）
次に、第五の駆動方法を説明する。
図７は、第五の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
図７に示す等価回路は、図６に示す第四の駆動方法における等価回路において、定電流回路５１に代えて電圧源５５を設けたものである。電圧源５５により駆動端子Ｔ１に定電圧Ｖｃを入力し、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流との差分を出力電流差ΔＩとして検出する。この出力電流差ΔＩが零となるように、可変電圧源５２及び可変電圧源５３による印加電圧を調整する。
次に、第五の駆動方法を説明する。
図７は、第五の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
図７に示す等価回路は、図６に示す第四の駆動方法における等価回路において、定電流回路５１に代えて電圧源５５を設けたものである。電圧源５５により駆動端子Ｔ１に定電圧Ｖｃを入力し、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流との差分を出力電流差ΔＩとして検出する。この出力電流差ΔＩが零となるように、可変電圧源５２及び可変電圧源５３による印加電圧を調整する。
【0034】
この場合も感磁部１２に磁場がかかっていない状態では、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流とは略同一となる。一方、磁場が印加されている場合には、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流とに、印加された磁場の大きさに応じた差が生じる。図７に示す等価回路では、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流との出力電流差ΔＩを打ち消す電圧を、可変電圧源５２及び５３により出力端子Ｔ２及びＴ３に印加し、このときの可変電圧源５２による印加電圧と可変電圧源５３による印加電圧との電圧差を、差分信号Ｓｉとして取得する。
【0035】
図１に示す磁気センサ１では、第四の駆動方法と同様に、スイッチ部２１により、電極１３ａ～１３ｃの接続先を順に切り替える。そして、各接続パターンにおいて、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に流れる電流と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３に流れる電流との出力電流差ΔＩを検出部２３ａ、２３ｂ及び出力部２４で検出する。さらに、出力部２４又は演算処理部２５又は、別途、可変電圧源５２及び５３による印加電圧を調整する処理及び、可変電圧源５２及び５３による印加電圧の差分を差分信号Ｓｉとして出力する処理を行う処理部によって、異なる３つの接続パターンにおける差分信号Ｓｉを取得すればよい。
【0036】
（第六の駆動方法）
次に、第六の駆動方法を説明する。
図８は、第六の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
第六の駆動方法は、図８の等価回路に示すように、定電圧を入力した時の中点電位の変動を出力として取得するようにしたものである。
図８に示すように、駆動端子Ｔ１を電圧源６１に接続し、出力端子Ｔ２をシグナル・グラウンド電位に接続し、出力端子Ｔ３をシグナル・グラウンド電位に接続する。そして、駆動端子Ｔ１に定電圧Ｖｃを入力し、出力端子Ｔ３の電位を電圧検出器６２で検出する。この出力端子Ｔ３の電位の磁場印加による変動が、差分信号Ｓｉとなる。
次に、第六の駆動方法を説明する。
図８は、第六の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
第六の駆動方法は、図８の等価回路に示すように、定電圧を入力した時の中点電位の変動を出力として取得するようにしたものである。
図８に示すように、駆動端子Ｔ１を電圧源６１に接続し、出力端子Ｔ２をシグナル・グラウンド電位に接続し、出力端子Ｔ３をシグナル・グラウンド電位に接続する。そして、駆動端子Ｔ１に定電圧Ｖｃを入力し、出力端子Ｔ３の電位を電圧検出器６２で検出する。この出力端子Ｔ３の電位の磁場印加による変動が、差分信号Ｓｉとなる。
【0037】
電極１３ａ～１３ｃが三回回転対称形に配置されている場合、磁場が印加されていない場合には、図８において、駆動端子Ｔ１と出力端子Ｔ３間の導電路における抵抗ｒ３１と、出力端子Ｔ３及び出力端子Ｔ２間の導電路における抵抗ｒ２３とは略同一となり、出力端子Ｔ３の電位は中点電位と略同一となる。ここでいう、中点電位とは、感磁部１２に磁場がかかっていないときの駆動端子Ｔ１及び出力端子Ｔ２間の電位差が、抵抗ｒ３１及びｒ２３によって分圧された電位をいう。この中点電位は、例えば接続パターン毎に予め検出し記憶領域２５ａに記憶しておく。
【0038】
一方、磁場が印加されている場合には、抵抗ｒ３１と抵抗ｒ２３との間に、印加された磁場の強さに応じた差が生じ、出力端子Ｔ３の電位が生じた抵抗差に応じて変動する。すなわち、出力端子Ｔ３の電位が中点電位とは一致しない。この出力端子Ｔ３と中点電位との電位差を、差分信号Ｓｉとして取得する。
図１に示す磁気センサ１では、スイッチ部２１により、駆動端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、出力端子Ｔ３に接続される電極１３ａ～１３ｃを順に切り替える。そして、検出部２３ａ及び２３ｂと出力部２４とにより、各接続パターンにおいて、出力端子Ｔ３の電圧を検出し、出力端子Ｔ３の電位と中点電位との差分を差分信号Ｓｉとして出力する。これにより異なる３つの接続パターンそれぞれにおける差分信号Ｓｉを取得することができる。
図１に示す磁気センサ１では、スイッチ部２１により、駆動端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、出力端子Ｔ３に接続される電極１３ａ～１３ｃを順に切り替える。そして、検出部２３ａ及び２３ｂと出力部２４とにより、各接続パターンにおいて、出力端子Ｔ３の電圧を検出し、出力端子Ｔ３の電位と中点電位との差分を差分信号Ｓｉとして出力する。これにより異なる３つの接続パターンそれぞれにおける差分信号Ｓｉを取得することができる。
【0039】
（第七の駆動方法）
次に、第七の駆動方法を説明する。
図９は、第七の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
第七の駆動方法は、図９の等価回路に示すように、定電流Ｉｃを入力した時の中点電位の変動を出力として取得するようにしたものである。
図９に示すように、駆動端子Ｔ１を電流源６３に接続し、出力端子Ｔ２をシグナル・グラウンド電位に接続し、出力端子Ｔ３をシグナル・グラウンド電位に接続する。そして、駆動端子Ｔ１に定電流Ｉｃを入力し、出力端子Ｔ３の電位を電圧検出器６４で検出する。この出力端子Ｔ３の電位の磁場印加による変動が、差分信号Ｓｉとなる。
次に、第七の駆動方法を説明する。
図９は、第七の駆動方法を説明するための、ホール素子２部分の模式的な等価回路である。
第七の駆動方法は、図９の等価回路に示すように、定電流Ｉｃを入力した時の中点電位の変動を出力として取得するようにしたものである。
図９に示すように、駆動端子Ｔ１を電流源６３に接続し、出力端子Ｔ２をシグナル・グラウンド電位に接続し、出力端子Ｔ３をシグナル・グラウンド電位に接続する。そして、駆動端子Ｔ１に定電流Ｉｃを入力し、出力端子Ｔ３の電位を電圧検出器６４で検出する。この出力端子Ｔ３の電位の磁場印加による変動が、差分信号Ｓｉとなる。
【0040】
電極１３ａ～１３ｃが三回回転対称形に配置されている場合、磁場が印加されていない場合には、図９において、駆動端子Ｔ１と出力端子Ｔ２間の導電路における抵抗ｒ１と抵抗ｒ２とは略同一となり、出力端子Ｔ３の電位は中点電位と略同一となる。ここでいう、中点電位とは、感磁部１２に磁場がかかっていないときの駆動端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間の電位差の、抵抗ｒ１と抵抗ｒ２とによって分圧された電位をいう。この中点電位は、例えば各接続パターン毎に予め検出し記憶領域２５ａに記憶しておく。
【0041】
一方、磁場が印加されている場合には、抵抗ｒ１と抵抗ｒ２との間に、印加された磁場の強さに応じた差が生じ、出力端子Ｔ３の電位が、抵抗ｒ１及びｒ２間に生じた抵抗差に応じて変動する。すなわち、出力端子Ｔ３の電位が中点電位とは一致しない。この出力端子Ｔ３と中点電位との電位差を、差分信号Ｓｉとして取得する。
図１に示す磁気センサ１では、スイッチ部２１により、駆動端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、出力端子Ｔ３に接続される電極１３ａ～１３ｃを順に切り替える。そして、検出部２３ａ及び２３ｂと出力部２４とにより、各接続パターンにおいて、出力端子Ｔ３の電圧を検出し、出力端子Ｔ３の電位と中点電位との差分を差分信号Ｓｉとして出力する。これにより異なる３つの接続パターンそれぞれにおける差分信号Ｓｉを取得することができる。
図１に示す磁気センサ１では、スイッチ部２１により、駆動端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、出力端子Ｔ３に接続される電極１３ａ～１３ｃを順に切り替える。そして、検出部２３ａ及び２３ｂと出力部２４とにより、各接続パターンにおいて、出力端子Ｔ３の電圧を検出し、出力端子Ｔ３の電位と中点電位との差分を差分信号Ｓｉとして出力する。これにより異なる３つの接続パターンそれぞれにおける差分信号Ｓｉを取得することができる。
【0042】
〔三軸方向の磁場強度の演算方法〕
次に、異なる３つの接続パターンにおける差分信号Ｓｉから、三軸方向の磁場強度を取得するための取得方法を説明する。なお、この三軸方向の磁場強度を取得するための演算は演算処理部２５で実行される。
図１０は、ホール素子２に含まれる感磁部１２の感度ベクトルを説明するための説明図であって、図１０（ａ）は感磁部を薄膜半導体で形成した場合、図１０（ｂ）は感磁部を厚膜半導体で形成した場合の一例を示す。また、図１０は、感磁部に３つの電極が形成されている場合を示す。
図１０（ａ）に示すように、感磁部を薄膜半導体で形成した場合、つまり、二次元薄膜で形成した場合、感磁部は、面直磁場にのみ感度を有する。そのため、図１０（ｃ）に示すベクトルを有する磁場が感磁部に印加されたとしても、図１０（ａ）に示す感磁部では、面直方向の磁場強度しか検出することができない。
次に、異なる３つの接続パターンにおける差分信号Ｓｉから、三軸方向の磁場強度を取得するための取得方法を説明する。なお、この三軸方向の磁場強度を取得するための演算は演算処理部２５で実行される。
図１０は、ホール素子２に含まれる感磁部１２の感度ベクトルを説明するための説明図であって、図１０（ａ）は感磁部を薄膜半導体で形成した場合、図１０（ｂ）は感磁部を厚膜半導体で形成した場合の一例を示す。また、図１０は、感磁部に３つの電極が形成されている場合を示す。
図１０（ａ）に示すように、感磁部を薄膜半導体で形成した場合、つまり、二次元薄膜で形成した場合、感磁部は、面直磁場にのみ感度を有する。そのため、図１０（ｃ）に示すベクトルを有する磁場が感磁部に印加されたとしても、図１０（ａ）に示す感磁部では、面直方向の磁場強度しか検出することができない。
【0043】
図１０（ｂ）に示すように、感磁部を厚膜半導体で形成した場合、感磁部は、面直方向に感度を有すると共に、厚膜半導体の面内磁場（横磁場）に感度を有する。つまり、図１０（ｂ）に示すように、面直方向の感度を表すベクトルを面直感度ベクトルＭｍαとし、面内磁場に対する感度を表すベクトルを面内感度ベクトルＭｍβとしたとき、感磁部は、面直感度ベクトルＭｍαと面内感度ベクトルＭｍβとを合成した方向のベクトル、つまり合成感度ベクトルＭｍを検出することができ、斜磁場に対する感度を有することになる。すなわち、図１０（ｃ）に示す磁場のベクトル方向に感度を有することになる。
【0044】
図１１は、電極１３ａ～１３ｃが三回回転対称形に配置されている場合、つまり、１２０度の角度間隔で配置されている場合の、三軸方向の磁場強度の演算方法を説明するための説明図である。例えば、図１１（ａ）に示すように、電極１３ａを駆動端子、電極１３ｂ及び電極１３ｃをそれぞれ出力端子Ｔ２、Ｔ３としたとき（第１相）、感磁部１２は、図１１（ａ）中にＭｉ（ｉ＝１）で示す方向に感度ベクトルを有する。図１１（ｂ）は図１１（ａ）を平面視したときの感度ベクトルを表す。また、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）において、電極１３ｂを駆動端子Ｔ１とした場合（第２相）、図１１（ｄ）は、図１１（ａ）において、電極１３ｃを駆動端子Ｔ１とした場合（第３相）の、平面視における感度ベクトルＭ２、Ｍ３を表す。
【0045】
ここで、ｉ相における感度ベクトルＭｉは、次式（３）で表すことができる。なお、ｉ＝第ｉ相目を表す。つまり、各接続パターンを表す変数である。ここではｉ＝１～３である。また、式中のＭｉαは第ｉ相目の面直感度ベクトルを表し、Ｍｉβは第ｉ相目の面内感度ベクトルを表す。
Ｍｉ＝Ｍｉα＋Ｍｉβ ……（３）
Ｍｉ＝Ｍｉα＋Ｍｉβ ……（３）
【0046】
つまり、図１１（ｅ）に示す磁場ベクトルＢが、感磁部１２に印加された場合の、第１相～第３相における感度ベクトルＭｉは、次式（４）で表すことができる。
Ｍ１＝Ｍ１α＋Ｍ１β
Ｍ２＝Ｍ２α＋Ｍ２β
Ｍ３＝Ｍ３α＋Ｍ３β ……（４）
（４）式で表される３つの式を合成して得られる感度ベクトルが、３軸のうちのいずれか一つの方向成分のみとなるように、ベクトル演算する。
Ｍ１＝Ｍ１α＋Ｍ１β
Ｍ２＝Ｍ２α＋Ｍ２β
Ｍ３＝Ｍ３α＋Ｍ３β ……（４）
（４）式で表される３つの式を合成して得られる感度ベクトルが、３軸のうちのいずれか一つの方向成分のみとなるように、ベクトル演算する。
【0047】
ここで、電極１３ａ～１３ｃが三回回転対称形に配置されている場合、感度ベクトルＭ１～Ｍ３には、次式（５）で表される関係がある。
ΣＭｉβ＝０（ｉ＝１～３）
Ｍ１α＝Ｍ２α＝Ｍ２α ……（５）
ΣＭｉβ＝０（ｉ＝１～３）
Ｍ１α＝Ｍ２α＝Ｍ２α ……（５）
【0048】
したがって、各軸方向成分の感度ベクトルは次式（６）で表すことができる。なお、ＭｘはＸ軸方向成分の感度ベクトル、ＭｙはＹ軸方向成分の感度ベクトル、ＭｚはＺ軸方向成分の感度ベクトルを表す。
Ｍｘ＝２Ｍ１－Ｍ２－Ｍ３＝２Ｍ１β－Ｍ２β－Ｍ３β
Ｍｙ＝Ｍ２－Ｍ３＝Ｍ２β－Ｍ３β
Ｍｚ＝Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３＝Ｍ１α＋Ｍ２α＋Ｍ３α ……（６）
つまり、Ｘ軸方向成分Ｍｘは、第１相～第３相における面内感度ベクトルＭ１β～Ｍ３βのみから演算することができる。Ｙ軸方向成分Ｍｙは、第１相～第３相における面内感度ベクトルＭ２β及びＭ３βのみから演算することができる。さらに、Ｚ軸方向成分Ｍｚは、第１相～第３相における面直感度ベクトルＭ１α～Ｍ３αのみから演算することができる。
Ｍｘ＝２Ｍ１－Ｍ２－Ｍ３＝２Ｍ１β－Ｍ２β－Ｍ３β
Ｍｙ＝Ｍ２－Ｍ３＝Ｍ２β－Ｍ３β
Ｍｚ＝Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３＝Ｍ１α＋Ｍ２α＋Ｍ３α ……（６）
つまり、Ｘ軸方向成分Ｍｘは、第１相～第３相における面内感度ベクトルＭ１β～Ｍ３βのみから演算することができる。Ｙ軸方向成分Ｍｙは、第１相～第３相における面内感度ベクトルＭ２β及びＭ３βのみから演算することができる。さらに、Ｚ軸方向成分Ｍｚは、第１相～第３相における面直感度ベクトルＭ１α～Ｍ３αのみから演算することができる。
【0049】
ここで、第ｉ相においてホール素子２から出力される差分信号Ｓｉは、次式（７）で表すことができる。なお、（７）式中のＭｉｊは、第ｉ相目におけるｊ方向成分の感度を表し、Ｂｊは、感磁部１２に印加される磁場のｊ方向成分であることを表す。ｊ＝Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸である。
Ｓｉ＝ＭｉｘＢｘ＋ＭｉｙＢｙ＋ＭｉｚＢｚ ……（７）
（７）式で表される差分信号Ｓｉを、ｉ＝１～ｎとして行列で表すと、次式（８）で表すことができ、（８）式から、三軸方向の各成分の磁場は式（９）から得られることがわかる。
三軸方向の各成分の磁場を演算するための演算行列を一般形で表すと、次式（１０）で表すことができる。なお、以下、（１０）式で表す行列Ｍを、三軸磁場演算行列（一般形）という。
Ｓｉ＝ＭｉｘＢｘ＋ＭｉｙＢｙ＋ＭｉｚＢｚ ……（７）
（７）式で表される差分信号Ｓｉを、ｉ＝１～ｎとして行列で表すと、次式（８）で表すことができ、（８）式から、三軸方向の各成分の磁場は式（９）から得られることがわかる。
三軸方向の各成分の磁場を演算するための演算行列を一般形で表すと、次式（１０）で表すことができる。なお、以下、（１０）式で表す行列Ｍを、三軸磁場演算行列（一般形）という。
【0050】
【数1】
【0051】
なお、（９）式中の「†」は、一般逆行列であることを表す。
（９）式から、三軸方向の各磁場成分は、三軸磁場演算行列（一般形）Ｍの逆行列Ｍ†が存在すること（ｄｅｔＭ≠０）が、三軸磁場測定が可能な条件であることがわかる。例えば、３つの電極１３ａ～１３ｃが同一直線上に配置されている場合には逆行列Ｍ†は存在しない。つまり、逆行列Ｍ†が存在するためには、３つの電極１３ａ～１３ｃが三角形を形成する位置に配置されている必要がある。
（９）式から、三軸方向の各磁場成分は、三軸磁場演算行列（一般形）Ｍの逆行列Ｍ†が存在すること（ｄｅｔＭ≠０）が、三軸磁場測定が可能な条件であることがわかる。例えば、３つの電極１３ａ～１３ｃが同一直線上に配置されている場合には逆行列Ｍ†は存在しない。つまり、逆行列Ｍ†が存在するためには、３つの電極１３ａ～１３ｃが三角形を形成する位置に配置されている必要がある。
【0052】
〔オフセット成分の除去方法〕
次に、ホール素子２のオフセット成分の除去方法を説明する。
（定電流駆動法により駆動する場合）
電極１３ａ～１３ｃが、図１２に示すように三回回転対称形に配置されているホール素子２を、図３に示す定電流駆動法により駆動した場合、感磁部１２の内部抵抗は図１２（ａ）に示す等価回路で表すことができる。感磁部１２に磁場が印加されていない場合には、駆動端子Ｔ１としての電極から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗は略同一となり、感磁部１２の僅かな非対称性によって生じる抵抗ｒ２と抵抗ｒ３との差に応じた電位差のみがオフセット成分Ｖｕとして出力される。感磁部１２に磁場が印加されている場合には、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗との間に、印加される磁場に応じた差が生じ、出力端子Ｔ２及びＴ３間には抵抗差に応じた磁電変換成分Ｖｈの電位差が出力される。
感磁部１２に磁場が印加されているときの、出力端子Ｔ２及びＴ３間の電位差Ｖ２３は、次式（１１）で表すことができる。
Ｖ２３＝Ｖ２－Ｖ３＝Ｖｕ＋Ｖｈ ……（１１）
次に、ホール素子２のオフセット成分の除去方法を説明する。
（定電流駆動法により駆動する場合）
電極１３ａ～１３ｃが、図１２に示すように三回回転対称形に配置されているホール素子２を、図３に示す定電流駆動法により駆動した場合、感磁部１２の内部抵抗は図１２（ａ）に示す等価回路で表すことができる。感磁部１２に磁場が印加されていない場合には、駆動端子Ｔ１としての電極から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗は略同一となり、感磁部１２の僅かな非対称性によって生じる抵抗ｒ２と抵抗ｒ３との差に応じた電位差のみがオフセット成分Ｖｕとして出力される。感磁部１２に磁場が印加されている場合には、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗と、駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗との間に、印加される磁場に応じた差が生じ、出力端子Ｔ２及びＴ３間には抵抗差に応じた磁電変換成分Ｖｈの電位差が出力される。
感磁部１２に磁場が印加されているときの、出力端子Ｔ２及びＴ３間の電位差Ｖ２３は、次式（１１）で表すことができる。
Ｖ２３＝Ｖ２－Ｖ３＝Ｖｕ＋Ｖｈ ……（１１）
【0053】
次に、図１２（ｂ）に示すように、出力端子Ｔ２から出力端子Ｔ３に、定電流Ｉｃを流す。このとき図１２（ｂ）に示すように、感磁部１２には、出力端子Ｔ２から出力端子Ｔ３への導電路が形成される。すなわち、図１２（ａ）に示した場合とは抵抗ｒ２に流れる電流が逆向きになる。感磁部１２に磁場が印加されていない場合には、出力端子Ｔ２及びＴ３間の抵抗ｒ２及びｒ３は略同一となり、駆動端子Ｔ１の電位は出力端子Ｔ２及びＴ３間に生じる電位差Ｖ２３ｃの中間値（以後、電位差中間値という。）、つまりＶ２３ｃ／２となる。ここで、電位差Ｖ２３ｃとは定電流Ｉｃを出力端子Ｔ２及びＴ３間に流した際に両端に生じる電位差である。感磁部１２の僅かな非対称性によって抵抗ｒ２と抵抗ｒ３との間に抵抗差が生じ、駆動端子Ｔ１の電位と電位差中間値Ｖ２３ｃ／２との間に抵抗差に応じたオフセット成分Ｖｕの半分に相当する電位差が生じる。感磁部１２に磁場が印加されている場合には、出力端子Ｔ２及びＴ３間の抵抗ｒ２と抵抗ｒ３との間に、印加される磁場に応じた差が生じ、駆動端子Ｔ１の電位と電位差中間値Ｖ２３ｃ／２との間に抵抗差に応じた磁電変換成分Ｖｈの半分に相当する電位差が現れ、これが符号反転した電圧値として電圧検出器で検出される。
【0054】
このときの、駆動端子Ｔ１の電位と電位差中間値Ｖ２３ｃ／２との間の電位差Ｖ２３′は次式（１２）で表すことができる。
Ｖ′２３＝Ｖ１－Ｖ２３ｃ／２＝（Ｖｕ－Ｖｈ）／２ ……（１２）
したがって、図１２（ａ）に示す等価回路において検出した「Ｖ２３」（出力端子Ｔ２及びＴ３間の電位差）から、図１２（ｂ）に示す等価回路において検出した「Ｖ′２３」（駆動端子Ｔ１の電位と電位差中間値Ｖ２３ｃ／２間の電位差）を２倍して減算することにより、ホール素子２のオフセット成分を含まない、印加された磁場の強さに応じた、出力端子Ｔ２及びＴ３間の抵抗差相当の電位差からなる差分信号Ｓｉを得ることができる。
Ｖ′２３＝Ｖ１－Ｖ２３ｃ／２＝（Ｖｕ－Ｖｈ）／２ ……（１２）
したがって、図１２（ａ）に示す等価回路において検出した「Ｖ２３」（出力端子Ｔ２及びＴ３間の電位差）から、図１２（ｂ）に示す等価回路において検出した「Ｖ′２３」（駆動端子Ｔ１の電位と電位差中間値Ｖ２３ｃ／２間の電位差）を２倍して減算することにより、ホール素子２のオフセット成分を含まない、印加された磁場の強さに応じた、出力端子Ｔ２及びＴ３間の抵抗差相当の電位差からなる差分信号Ｓｉを得ることができる。
【0055】
上述の手順で各接続パターンにおいて、ホール素子２のオフセット成分を含まない、出力端子Ｔ２及びＴ３間の抵抗差相当の電圧からなる差分信号Ｓｉを取得し、これらに基づいて磁場を演算することによって、ホール素子２のオフセット成分による影響を低減した磁場強度を取得することができる。
具体的には、３つの接続パターン毎に、図１２（ａ）に示すように駆動端子Ｔ１から駆動電流を供給して出力端子Ｔ２及びＴ３間の電圧からオフセット成分Ｖｕと磁電変換成分Ｖｈを含む信号「Ｖ２３」を取得する動作と、図１２（ｂ）に示すように出力端子Ｔ２から出力端子Ｔ３へ定電流Ｉｃを流して駆動端子Ｔ１の電位と電位差中間値Ｖ２３ｃ／２間の電位差からオフセット成分Ｖｕと符号反転した磁電変換成分Ｖｈを含む信号「Ｖ′２３」を取得する動作とを行う。つまり、３つの接続パターンに対応した差分信号Ｓｉを取得する際には、各接続パターンについて二フェーズ、計六フェーズにおいて、所定の信号を取得する。
具体的には、３つの接続パターン毎に、図１２（ａ）に示すように駆動端子Ｔ１から駆動電流を供給して出力端子Ｔ２及びＴ３間の電圧からオフセット成分Ｖｕと磁電変換成分Ｖｈを含む信号「Ｖ２３」を取得する動作と、図１２（ｂ）に示すように出力端子Ｔ２から出力端子Ｔ３へ定電流Ｉｃを流して駆動端子Ｔ１の電位と電位差中間値Ｖ２３ｃ／２間の電位差からオフセット成分Ｖｕと符号反転した磁電変換成分Ｖｈを含む信号「Ｖ′２３」を取得する動作とを行う。つまり、３つの接続パターンに対応した差分信号Ｓｉを取得する際には、各接続パターンについて二フェーズ、計六フェーズにおいて、所定の信号を取得する。
【0056】
なお、このオフセット成分を除去した差分信号Ｓｉを取得する処理は、例えば、出力部２４において行われる。また、図１２（ａ）に示す導電路と図１２（ｂ）に示す導電路とを形成する処理は、例えばスイッチ部２１で行われる。すなわち、スイッチ部２１では、例えば、まず電極１３ａ（駆動端子Ｔ１）と駆動部２２、電極１３ｂ（出力端子Ｔ２）及び電極１３ｃ（出力端子Ｔ３）それぞれと検出部２３ａ及び検出部２３ｂそれぞれとを接続し、この状態で差分信号Ｓｉを取得する。次に、電極１３ａと駆動部２２とを遮断状態にし、電極１３ｂを定電流源３１ｃに接続し、電極１３ｃをシグナル・グラウンド電位に接続して、電極１３ｂから電極１３ｃに電流を流す。
【0057】
（定電圧駆動法により駆動する場合）
電極１３ａ～１３ｃが、図１３に示すように三回回転対称形に配置されているホール素子２を、図４に示す定電圧駆動法により駆動した場合、感磁部１２の内部抵抗は図１３（ａ）に示す等価回路で表すことができる。
感磁部１２に磁場が印加されていない場合には、駆動端子Ｔ１としての電極から出力端子Ｔ２及びＴ３に略同一電流が流れる。そのため、出力端子Ｔ２及び出力端子Ｔ３間の出力電流差は略零となり、感磁部１２の僅かな非対称性によって生じる駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗ｒ１２と駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗ｒ３１との差に応じた電流差、つまりオフセット成分Ｉｕのみが、出力端子Ｔ２及び出力端子Ｔ３間の出力電流差となる。磁場が印加されている場合には、抵抗ｒ１２と抵抗ｒ２３との間に、印加される磁場に応じた差が生じ、出力端子Ｔ２及び出力端子Ｔ３間の出力電流差に、抵抗ｒ１２と抵抗ｒ２３との間の抵抗差に応じた磁電変換成分Ｉｈの電流差が現れる。磁場が印加されているときの、出力端子Ｔ２及びＴ３間の電流差Ｉ２３は、次式（１３）で表すことができる。
Ｉ２３＝Ｉ２－Ｉ３＝Ｉｕ＋Ｉｈ ……（１３）
電極１３ａ～１３ｃが、図１３に示すように三回回転対称形に配置されているホール素子２を、図４に示す定電圧駆動法により駆動した場合、感磁部１２の内部抵抗は図１３（ａ）に示す等価回路で表すことができる。
感磁部１２に磁場が印加されていない場合には、駆動端子Ｔ１としての電極から出力端子Ｔ２及びＴ３に略同一電流が流れる。そのため、出力端子Ｔ２及び出力端子Ｔ３間の出力電流差は略零となり、感磁部１２の僅かな非対称性によって生じる駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ２への導電路における抵抗ｒ１２と駆動端子Ｔ１から出力端子Ｔ３への導電路における抵抗ｒ３１との差に応じた電流差、つまりオフセット成分Ｉｕのみが、出力端子Ｔ２及び出力端子Ｔ３間の出力電流差となる。磁場が印加されている場合には、抵抗ｒ１２と抵抗ｒ２３との間に、印加される磁場に応じた差が生じ、出力端子Ｔ２及び出力端子Ｔ３間の出力電流差に、抵抗ｒ１２と抵抗ｒ２３との間の抵抗差に応じた磁電変換成分Ｉｈの電流差が現れる。磁場が印加されているときの、出力端子Ｔ２及びＴ３間の電流差Ｉ２３は、次式（１３）で表すことができる。
Ｉ２３＝Ｉ２－Ｉ３＝Ｉｕ＋Ｉｈ ……（１３）
【0058】
次に、図１３（ｂ）に示すように、出力端子Ｔ２に定電圧Ｖｃを印加し、出力端子Ｔ３をシグナル・グラウンド電位に接続することにより、出力端子Ｔ２及び出力端子Ｔ３間に、定電圧Ｖｃをかける。すなわち、図１３（ａ）に示した場合とは抵抗ｒ１２に印可される電圧が逆向きになる。また、定電圧Ｖｃ／２を出力する電圧源を接続し、駆動端子Ｔ１とこの定電圧源とを通る経路に流れる電流を電流検出器で検出する。図１３（ｂ）において、抵抗ｒ２３の両端には定電圧Ｖｃがかかり、直列に接続された抵抗ｒ１２及びｒ３１の両端には定電圧Ｖｃがかかる。感磁部１２に磁場が印加されていない場合には、抵抗ｒ１２と抵抗ｒ３１とは略同一となり、駆動端子Ｔ１と定電圧Ｖｃ／２を出力する電圧源とを通る経路に流れる電流は略零となる。つまり感磁部１２の僅かな非対称性によって生じる抵抗ｒ１２と抵抗ｒ３１との間の抵抗差に応じたオフセット成分Ｉｕの半分に相当する電流が駆動端子Ｔ１と定電圧Ｖｃ／２を出力する電圧源とを通る経路を流れる。この電流が電流検出器で検出される。磁場が印加されている場合には、抵抗ｒ１２及びｒ３１間に、印加される磁場に応じた差が生じ、駆動端子Ｔ１には抵抗差に応じた磁電変換成分Ｉｈの半分に相当する電流が流れ、これが符号反転した電流値として電流検出器で検出される。
【0059】
磁場が印加されているときの、駆動端子Ｔ１と定電圧Ｖｃ／２を出力する電圧源とを通る経路に流れる電流Ｉ′２３は、次式（１４）で表すことができる。
Ｉ′２３＝（Ｉｕ－Ｉｈ）／２ ……（１４）
したがって、図１３（ａ）に示す等価回路において検出した「Ｉ２３」（出力端子Ｔ２及びＴ３間の電流差）から、図１３（ｂ）に示す等価回路において検出した「Ｉ′２３」（駆動端子Ｔ１に流れる電流）を２倍して減算することにより、ホール素子２のオフセット成分を含まない、印加された磁場の強さに応じた、出力端子Ｔ２及びＴ３間の電流差からなる差分信号Ｓｉを得ることができる。
Ｉ′２３＝（Ｉｕ－Ｉｈ）／２ ……（１４）
したがって、図１３（ａ）に示す等価回路において検出した「Ｉ２３」（出力端子Ｔ２及びＴ３間の電流差）から、図１３（ｂ）に示す等価回路において検出した「Ｉ′２３」（駆動端子Ｔ１に流れる電流）を２倍して減算することにより、ホール素子２のオフセット成分を含まない、印加された磁場の強さに応じた、出力端子Ｔ２及びＴ３間の電流差からなる差分信号Ｓｉを得ることができる。
【0060】
上述の手順で各接続パターンにおいて、ホール素子２のオフセット成分を含まない、出力端子Ｔ２及びＴ３間の電流差からなる差分信号Ｓｉを取得し、これらに基づいて磁場を演算することによって、ホール素子２のオフセット成分による影響を低減した磁場強度を取得することができる。
具体的には、３つの接続パターン毎に、図１３（ａ）に示す等価回路を形成して、出力端子Ｔ２及びＴ３間の電流差からオフセット成分Ｉｕと磁電変換成分Ｉｈを含む信号「Ｉ２３」を取得する動作と、図１３（ｂ）に示す等価回路を形成してオフセット成分Ｉｕと符号反転した磁電変換成分Ｖｈを含む信号「Ｉ′２３」を電流検出器により取得する動作とを行う。つまり、３つの接続パターンに対応した差分信号Ｓｉを取得する際には、各接続パターンについて二フェーズ、計六フェーズにおいて、所定の信号を取得する。
具体的には、３つの接続パターン毎に、図１３（ａ）に示す等価回路を形成して、出力端子Ｔ２及びＴ３間の電流差からオフセット成分Ｉｕと磁電変換成分Ｉｈを含む信号「Ｉ２３」を取得する動作と、図１３（ｂ）に示す等価回路を形成してオフセット成分Ｉｕと符号反転した磁電変換成分Ｖｈを含む信号「Ｉ′２３」を電流検出器により取得する動作とを行う。つまり、３つの接続パターンに対応した差分信号Ｓｉを取得する際には、各接続パターンについて二フェーズ、計六フェーズにおいて、所定の信号を取得する。
【0061】
なお、このオフセット電圧を除去した差分信号Ｓｉを取得する処理も、例えば、出力部２４において行われる。また、図１３（ａ）に示す導電路と図１３（ｂ）に示す導電路とを形成する処理は、例えばスイッチ部２１で行われる。
このように、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１は、一つのホール素子２において３つの電極１３ａ～１３ｃを設けることによって、三軸方向の磁場強度を検出することができ、かつ、前記アスペクト比を調整することにより感度を磁場の変化が大きい方向に向けることができ、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることができる。したがって、従来に比較してより少ない端子数で、Ｓ／Ｎの高い三軸方向の磁場強度を得ることができる。
このように、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１は、一つのホール素子２において３つの電極１３ａ～１３ｃを設けることによって、三軸方向の磁場強度を検出することができ、かつ、前記アスペクト比を調整することにより感度を磁場の変化が大きい方向に向けることができ、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることができる。したがって、従来に比較してより少ない端子数で、Ｓ／Ｎの高い三軸方向の磁場強度を得ることができる。
【0062】
なお、図１に示す一実施形態に係る磁気センサ１において、４つ以上の電極を備える場合には、４つ以上の電極のうち、三角形を形成する３つの電極を選び、いずれか一つの電極を駆動端子とし、他の二つの電極を出力端子とし、この三角形を形成する３つの電極について、上記実施形態で説明したように接続先を切り替えて接続パターンの異なる少なくとも３つの差分信号Ｓｉを取得するようにすればよい。ここで、一つの三角形を選び、当該三角形から少なくとも３つの差分信号Ｓｉを取得してもよいし、複数の三角形を選び、これらの三角形から少なくとも３つの差分信号Ｓｉを取得してもよい。
【0063】
また、上記実施形態においては、３つの電極１３ａ～１３ｃを備えた磁気センサ１において、１つの接続パターンで一度ずつ、合計３つの接続パターンについて差分信号Ｓｉを取得するようにしているが、１つの接続パターンで複数回ずつ、３つの接続パターンそれぞれについて複数の差分信号Ｓｉを取得し、取得した複数の差分信号Ｓｉに基づき、例えば同一の接続パターンの差分信号Ｓｉの平均を用いること等によって、三軸磁場測定信号を取得するようにしてもよい。
【0064】
また、４つ以上の電極を備える場合にも、組み合わせの異なる３つ以上の接続パターンで差分信号Ｓｉを取得し、そのうちの組み合わせの異なる３つの接続パターンで取得した差分信号Ｓｉを用いて上記と同様の手順で三軸磁場測定信号を取得するようにしてもよく、また、組み合わせの異なる全ての接続パターンで取得した差分信号Ｓｉ全てを用いて三軸磁場測定信号を取得するようにしてもよい。さらに、この場合も、１つの接続パターンで一度ずつ差分信号Ｓｉを取得し、接続パターン毎に１つ取得した、複数の差分信号Ｓｉを用いて三軸測定信号を取得するようにしてもよく、また、１つの接続パターンで複数回ずつ差分信号Ｓｉを取得し、例えば同一の接続パターンの差分信号Ｓｉの平均を用いること等によって、三軸磁場測定信号を取得するようにしてもよい。
【0065】
いずれの場合においても、感度ベクトルＭｉからなる行列Ｍが、一般逆行列Ｍ†を持つように接続先を切り替えることで、三軸磁場測定信号を取得することができる。
また、上記実施形態においては、三軸方向の磁場成分を取得するようにした場合について説明したがこれに限るものではなく、一軸方向の磁場成分のみを取得するようにしてもよい。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
また、上記実施形態においては、三軸方向の磁場成分を取得するようにした場合について説明したがこれに限るものではなく、一軸方向の磁場成分のみを取得するようにしてもよい。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【0066】
１ 磁気センサ
２ ホール素子
３ 信号処理部
１１ 基板
１２ 感磁部
１３ａ～１３ｃ 電極
２１ スイッチ部
２２ 駆動部
２３ａ、２３ｂ 検出部
２４ 出力部
２５ 演算処理部
２ ホール素子
３ 信号処理部
１１ 基板
１２ 感磁部
１３ａ～１３ｃ 電極
２１ スイッチ部
２２ 駆動部
２３ａ、２３ｂ 検出部
２４ 出力部
２５ 演算処理部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】