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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】
(24)【登録日】2023-01-23
(45)【発行日】2023-01-31
(54)【発明の名称】冗長センサ欠陥検出
(51)【国際特許分類】
G01R 33/02 20060101AFI20230124BHJP
G01R 35/00 20060101ALI20230124BHJP
【ＦＩ】
G01R33/02 L
G01R33/02 Z
G01R35/00 M
【請求項の数】
14
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2018177853
(22)【出願日】2018-09-21
(65)【公開番号】P2019070641
(43)【公開日】2019-05-09
【審査請求日】2021-08-05
(31)【優先権主張番号】17195636.0
(32)【優先日】2017-10-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】516186407
【氏名又は名称】メレクシス・テクノロジーズ・ソシエテ・アノニム
【氏名又は名称原語表記】ＭＥＬＥＸＩＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＳＡ
(74)【代理人】
【識別番号】100101454
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 卓二
(72)【発明者】
【氏名】ハビエル・ビルバオ・デ・メンディサバル
(72)【発明者】
【氏名】マチュー・ペザール
【審査官】島▲崎▼ 純一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－０７３０６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－１８３９７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２６６４５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－２２１３８３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｒ ３３／０２
Ｇ０１Ｒ ３５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
フィールドセンサデバイスであって、－第１の座標系によって決定される測定値の第１の軸を有する第１のフィールドセンサであって、磁場ベクトルである外部フィールドに応答して、前記第１の座標系に従って第１のセンサ信号を生成する、第１のフィールドセンサと、
－前記第１の座標系とは異なる第２の座標系によって決定される測定値の第２の軸を有する第２のフィールドセンサであって、前記外部フィールドに応答して、前記第２の座標系に従って第２のセンサ信号を生成する、第２のフィールドセンサと、
－コントローラであって、
ａ）前記第１および第２のセンサ信号を生成するように、磁場ベクトルである前記外部フィールドに応答して前記第１および第２のフィールドセンサを制御し、
ｂ）前記第１もしくは第２のセンサ信号、または前記第１および第２のセンサ信号の両方を、前記第１の座標系、前記第２の座標系、または第３の座標系のいずれかである共通の座標系において比較可能な複数のセンサ信号に変換し、
ｃ）もしあれば、前記共通の座標系において前記変換された複数のセンサ信号を比較して欠陥フィールドセンサを判定し、
ｄ）欠陥フィールドセンサが判定される場合、欠陥センサ信号を提供し、または、欠陥フィールドセンサが判定されない場合、前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、もしくは前記共通の座標系において比較可能な前記変換された複数のセンサ信号、またはそれらの任意の組み合わせに応答して出力センサ信号を提供する、ように構成された制御回路を有する、コントローラと、を備える、フィールドセンサデバイス。
【請求項2】
前記制御回路は、前記第１および第２のフィールドセンサのうちのどちらが欠陥であるかを判定するように構成されている、請求項１に記載のフィールドセンサデバイス。
【請求項3】
前記第１の座標系は、２次元または３次元において前記第２の座標系とは異なる、請求項１に記載のフィールドセンサデバイス。
【請求項4】
前記制御回路は、前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、および前記共通の座標系において前記変換された複数のセンサ信号のいずれかのうちの１つ以上、または前記共通の座標系において比較可能な前記変換された複数のセンサ信号に対する前記第１のセンサ信号および／又は前記第２のセンサ信号の回転を示す回転マトリックスを記憶するための記憶回路を備える、請求項１に記載のフィールドセンサデバイス。
【請求項5】
前記第１または第２のフィールドセンサは、１つ以上のセンサ素子、または１つ以上の対のセンサ素子を備える、請求項１に記載のフィールドセンサデバイス。
【請求項6】
前記第１および第２のフィールドセンサは、基板材料を備えるデバイス基板上に配設され、前記第１および第２のフィールドセンサは、前記基板材料とは少なくとも部分的に異なる１つ以上のセンサ材料を備える、請求項１に記載のフィールドセンサデバイス。
【請求項7】
前記基板材料は、半導体であり、前記制御回路は、前記デバイス基板の前記半導体内にまたは前記半導体上に少なくとも部分的に形成される、請求項６に記載のフィールドセンサデバイス。
【請求項8】
前記制御回路は、前記基板材料とは少なくとも部分的に異なる制御回路材料を備え、前記制御回路は、前記デバイス基板上に配設されている、請求項６に記載のフィールドセンサデバイス。
【請求項9】
前記制御回路は、前記フィールドセンサの測定値のベクトル成分を使用して欠陥フィールドセンサを判定する回路を備える、請求項１に記載のフィールドセンサデバイス。
【請求項10】
フィールドセンサ診断方法であって、ａ）磁場ベクトルである外部フィールドに応答して第１および第２のフィールドセンサを制御して、それぞれの第１および第２のセンサ信号を生成するステップであって、前記第１のセンサ信号が第１の座標系に従って決定されかつ前記第２のセンサ信号が前記第１の座標系とは異なる第２の座標系に従って決定されるステップと、
ｂ）前記第１および第２のセンサ信号を受信するステップと、
ｃ）前記第１もしくは第２のセンサ信号、または前記第１および第２のセンサ信号の両方を、前記第１の座標系、前記第２の座標系、または第３の座標系のいずれかである共通の座標系において比較可能な複数のセンサ信号に変換するステップと、
ｄ）前記共通の座標系において変換された複数のセンサ信号を比較して、前記第１または第２のフィールドセンサが欠陥であるかどうかを判定するステップと、
ｅ）欠陥フィールドセンサが判定される場合欠陥センサ信号を提供し、または、欠陥フィールドセンサが判定されない場合、前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、もしくは前記共通の座標系において比較可能な前記変換された複数のセンサ信号、またはそれらの任意の組み合わせに応答して出力センサ信号を提供する、ステップと、を含む、方法。
【請求項11】
第１の時間に、前記ステップａ）～ｄ）を実行し、前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、または前記共通の座標系において比較可能な前記変換された複数のセンサ信号を記憶するステップと、前記第１の時間とは異なる第２の時間に、前記ステップａ）～ｄ）を繰り返すステップと、
前記記憶された複数の信号のうちのいずれか１つ以上を、前記第２の時間の前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、または前記共通の座標系において比較可能な前記変換された複数のセンサ信号のうちのいずれかと比較するステップと、
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
ａ）前記第２のフィールドセンサが欠陥である場合、前記第１のセンサ信号であるか、もしくは前記第１のセンサ信号から導出された出力センサ信号を提供するステップ、またはｂ）前記第１のフィールドセンサが欠陥である場合、前記第２のセンサ信号であるか、もしくは前記第２のセンサ信号から導出された出力センサ信号を提供するステップ、を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項13】
前記第１のフィールドセンサまたは前記第２のフィールドセンサが欠陥であり、前記共通の座標系において比較可能な前記変換された複数のセンサ信号を比較することによって、前記第１のフィールドセンサまたは第２のフィールドセンサのうちのどちらが欠陥であるかを判定するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項14】
前記共通の座標系において比較可能な前記変換された複数のセンサ信号を組み合わせて前記出力センサ信号を提供するステップ、または、前記第１および第２のセンサ信号から導出された信号を組み合わせて前記出力センサ信号を提供するステップ、を含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、概して、フィールドセンサ欠陥検出構造、回路、および方法に関する。
【背景技術】
【0002】
センサは、環境の属性を測定し、測定されたセンサ値を報告するために、電子デバイスで広く使用されている。特に、磁気センサは、例えば自動車などの輸送システムにおいて、磁場を測定するために使用される。磁気センサは、印加された磁場に比例する出力電圧を発生するホール効果センサ、または外部磁場に応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗材料を組み込むことができる。多くの用途において、全体的なセンササイズを低減し、外部電子システムへの改善された測定および統合を提供するように、センサは小さく、かつ電子処理回路と統合されていることが望ましい。例えば、特許文献１は、絶縁層および接着層と共に、基板上の半導体材料に形成された集積回路を組み込んだ磁場を測定するためのホール効果磁気センサを記載している。
【0003】
センサからの測定値は、経時的にドリフトし得、同じフィールドにさらされたときでさえも異なる測定値を提供する。例えば、フィールド測定値は、所望の公称値からオフセットすることがあり、感度は、測定値が所望の値の倍数（１超もしくは１未満）、またはその両方になるように変動することがある。かかる変動は、環境条件、例えば、温度もしくは湿度、または振動もしくはエージングのような動作的要因の変化の結果であり得る。さらに、デバイスは、同様の理由から、経時的に故障し得る。さらに、センサが作製される材料は、センサの応答の精度、オフセットバイアス、または対称性に影響を及ぼす欠損を有し得る。
【0004】
したがって、自動車用システムなどの複雑で安全性が重視されるシステムでは、いかなる欠陥もしくは故障したセンサデバイスに対しても修理を行うことができ、または交換を提供することができるように、欠陥もしくは故障を検出する診断能力を含むことは重要である。例えば、特許文献２は、ホール効果センサシステム内の磁気ホール効果センサからの測定値を検証するための方法を記載している。このアプローチでは、ホール効果センサは、第１の値を有する励起電流で励起される。ホール効果センサが第１の値を有する励起電流で励起されているときのホール効果センサの電圧出力に対応する第１の測定値が得られる。加えて、ホール効果センサは、第２の値を有する励起電流で励起され、第２の値は、第１の値とは異なる。ホール効果センサが第２の値を有する励起電流で励起されているときのホール効果センサの電圧出力に対応する第２の測定値が得られる。次いで、ホール効果センサの動作は、少なくとも第１の測定値および第２の測定値に基づいて検証される。
【0005】
磁場センサの診断を管理するための別のアプローチは、特許文献３に記載されている。この設計は、エラー情報を提供する磁場センサに関連するスイッチを使用する。特に、磁場センサ、磁場センサと関連付けられた複数のスイッチ、および複数のスイッチを制御し、かつスイッチの動作に基づいて欠陥を示す少なくとも１つの信号を提供するように構成された制御回路を含むデバイスが提供されている。
【0006】
特許文献４は、４つの異なる方向における磁場成分を検出するための４つのホール素子対を有する回転角測定装置を記載し、回転磁石の位置を算出するために使用される。検出されたフィールド成分の角度は、比較され欠陥を判定する。この設計において、振幅計算ユニットは、第１のホール素子対および第２のホール素子対からの出力信号の強度に基づいて、回転磁石からの磁場強度を表す第１の振幅値Ｍを計算し、かつ第３のホール素子対および第４のホール素子対からの出力信号の強度に基づいて、回転磁石からの磁場強度を表す第２の振幅値Ｍｃを計算する。したがって、振幅計算ユニットは、複数対のホール素子（すなわち、磁気センサ）からの出力信号に基づいて、複数個の振幅情報を計算し、出力信号は、複数個の回転角情報に対応し、欠陥は、複数個の回転角情報の比較によって判定され、いくつかのバージョンでは回転素子フィールドの強度との比較によって判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】米国特許出願公開２０１６／２９９２００号明細書
【文献】国際公開２０１５／０３８５６４号パンフレット
【文献】米国特許出願公開２０１６／２５２５９９号明細書
【文献】米国特許第９，５２３，５８９号明細書
【文献】米国特許第８，７４９，００５号明細書
【文献】米国特許第９，５８１，４２６号明細書
【文献】米国特許第７，６６４，６１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献５は、複数の多角形配列垂直ホール素子を有する磁場センサを記載している。特許文献６は、磁気感知面上に４つの磁電変換素子を有する磁場測定デバイスを開示している。特許文献７は、測定値を正常範囲と比較することによる回転角検出デバイス用の欠陥検出ユニットを説明し、そうでなければ欠陥と判定する。
【0009】
フィールドセンサは、誤ったフィールド測定値につながるセンサ材料またはデバイスにおける動作または構造的欠陥あるいは欠損に従うので、重要な動作条件下でセンサの欠陥を検出または訂正するためにセンサデバイスおよびシステムを動作させ、試験するセンサデバイスおよびシステムにおける回路および方法が必要とされている。
【0010】
センサ内のエラーを検出することができるフィールドセンサデバイスを提供することが、本発明の実施形態の目的である。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記の目的は、本発明による解決策によって達成される。
【0012】
本発明の実施形態は、第１の配向に配設された第１のフィールドセンサと、外部フィールドに応答して、第１のセンサ信号を生成する第１のフィールドセンサと、第１の配向とは異なる第２の配向に配設された第２のフィールドセンサと、外部フィールドに応答して、第２のセンサ信号を生成する第２のフィールドセンサと、対応する第１および第２のセンサ信号を生成するように第１および第２のフィールドセンサを制御し、第１および第２のセンサ信号を受信し、第１もしくは第２のセンサ信号、またはその両方を、共通の配向の等価な同等のセンサ信号に変換し、もしあれば、同等のセンサ信号を比較して欠陥フィールドセンサを判定し、欠陥フィールドセンサが判定される場合、任意選択的に欠陥のあるセンサ信号を提供して、第１および第２のフィールドセンサのうちのどちらが欠陥であるかを判定し、または欠陥センサが判定されない場合、第１、第２、もしくは同等のセンサ信号に応答して、出力センサ信号を提供する、制御回路を有するコントローラと、を備える、フィールドセンサデバイスを提供する。
【0013】
本発明の実施形態によれば、フィールドは、大きさおよび方向を有する環境属性または特性であり、例えばベクトルフィールドである。様々な実施形態において、フィールドは、磁場、圧力場、電場、あるいは重力場であることができ、フィールドセンサは、磁場センサ、圧力場センサ、電場センサ、あるいは重力場センサであることができる。
【0014】
本発明のいくつかの実施形態では、第１の配向は、２つの直交する次元において第２の配向と異なる。本発明の他の実施形態では、第１の配向は、３つの直交する次元において第２の配向とは異なる。第１および第２の配向は、対応する第１および第２の座標系、方向または次元とすることができる。センサの配向は、センサによって提供される測定軸によって判定される。第１のセンサが第２のセンサの測定軸と同一線上でない測定軸を有する場合、第１および第２のセンサは、少なくとも測定軸によって定義された次元において異なる配向を有する。
【0015】
いくつかの構成において、制御回路は、第１のセンサ信号、第２のセンサ号、および任意の同等のセンサ信号のいずれか１つ以上を記憶するための記憶回路を含む。いくつかの構成において、制御回路は、第１のセンサ信号および第２のセンサ信号のいずれかまたは両方を異なる配向または座標系に変換するための変換回路（例えば、記憶されたソフトウェアプログラムを有するコンピュータ）を含む。いくつかの構成において、制御回路は、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、および任意の同等のセンサ信号のいずれか１つ以上を比較する比較回路を含む。
【0016】
いくつかの実施形態において、第１または第２のフィールドセンサは、１つ以上のセンサ素子、対のセンサ素子を備える角度フィールドセンサであり、または座標系に対するフィールドベクトルの角度を測定することができる複数のセンサ素子を有するブリッジセンサである。各センサ素子または対のセンサ素子は、特定の方向におけるフィールドベクトルを測定することができ、共通角度フィールドセンサ内のセンサ素子または対のセンサセンサ素子は、異なる方向におけるフィールドを測定するために直交に配置することができ、こうして座標系に対する角度測定値を提供する。例えば、第１の角度フィールドセンサは、方向および大きさを有するフィールドを測定し、第１の座標系に従って、２つの成分、例えば、Ｂｘ、Ｂｙを有する角度センサ測定値を提供することができる。第２の角度フィールドセンサは、同じフィールドを測定し、第１の座標系とは異なる第２の座標系に従って、２つの成分、例えば、Ｂｘ’、Ｂｙ’を有する角度センサ測定値を提供することができる。異なる座標系で採取された２つの測定値は、それらを共通の、同等の座標系に変換することによって、例えば、Ｂｘ’およびＢｙ’測定値を第１の座標系に変換することによって、ＢｘおよびＢｙ測定値を第２の座標系に変換することによって、もしくはＢｘおよびＢｙ測定値ならびにＢｘ’およびＢｙ’測定値の両方を第３の、共通座標系に変換することによって、比較することができる。
【0017】
いくつかの構成では、第１および第２のフィールドセンサは、基板材料を含むデバイス基板上に配設され、第１または第２のフィールドセンサは、基板材料とは少なくとも部分的に異なる１つ以上のセンサ材料を含む。基板材料は、半導体であってもよく、制御回路は、半導体基板内または半導体基板上に少なくとも部分的に形成することができる。制御回路は、基板材料と少なくとも部分的に異なる制御回路材料を含むことができ、制御回路は基板上に配設することができる。
【0018】
本発明の実施形態による故障したフィールドセンサデバイスを診断する方法は、フィールドセンサデバイスを提供することと、フィールドセンサデバイスに電力を供給することと、制御回路を使用して、第１および第２のフィールドセンサを制御して、それぞれの第１および第２のセンサ信号を生成することと、制御回路を使用して、第１および第２のセンサ信号を受信することと、制御回路を使用して、第１または第２のセンサ信号、またはその両方を、共通の配向の等価な同等のセンサ信号に変換することと、制御回路を使用して、同等のセンサ信号を比較し、第１または第２のフィールドセンサが欠陥であるかどうかを判定することと、欠陥フィールドセンサが判定される場合、制御回路を使用して、同等のセンサ信号に応答して、欠陥センサ信号を提供し、任意選択で、第１および第２フィールドセンサのどちらが欠陥であるかを判定し、または、欠陥フィールドセンサが判定されない場合、制御回路を使用して、第１、第２、もしくは同等のセンサ信号に応答して出力センサ信号を提供することと、を含む。第２のフィールドセンサが欠陥である場合、第１のセンサ信号であるか、または第１のセンサ信号から導出される出力センサ信号を提供することができる。第１のフィールドセンサが欠陥である場合、第２のセンサ信号であるか、または第２のセンサ信号から導出される出力センサ信号を提供することができる。したがって、本発明のフィールドセンサデバイスは、故障したフィールドセンサを識別し、残りの他のフィールドセンサからのセンサ信号を使用することによって、フィールドセンサの１つが故障した場合でも動作を継続することができる。
【0019】
いくつかの実施形態において、第１のセンサまたは第２のセンサは、２つ以上のセンサ素子を備え、第１または第２のセンサのうちの１つが欠陥である場合、２つ以上のセンサ素子のうちのどちらが欠陥であるかは、第１および第２のセンサの異なる測定値を比較し、かつ分類することによって判定し、ここで第１のセンサはｘおよびｙ次元のフィールドを測定し、第２のセンサはｘ、ｙ次元とは異なるｘ’およびｙ’次元のフィールドを測定する。測定値が第１の座標系に変換され、差がｘ方向にある場合、第１のセンサのｘセンサ素子が欠陥である。差がｙ方向にある場合、第１のセンサのｙセンサ素子が欠陥である。差がｘ’方向にある場合、第２のセンサのｘ’センサ素子が欠陥である。差がｙ’方向にある場合、第２のセンサのｙ’センサ素子が欠陥である。差は、例えば製造変動性による小さな差が欠陥であるとはみなされないように、所定の大きさ閾値、許容誤差、またはマージンを超えるときに判定され得る。
【0020】
いくつかの実施形態において、ステップは、第１の時間で繰り返され、第１、第２、もしくは任意の同等のセンサ信号が記憶される。ステップは、第１の時間とは異なる第２の時間で繰り返され、任意の１つ以上の記憶された信号、および第２の時間の第１、第２、もしくは同等のセンサ信号のうちのいずれか１つが比較され、処理され、または組み合わされる。他の実施形態では、同等のセンサ信号または第１および第２のセンサ信号から導出された信号を組み合わせて、出力センサ信号を提供する。本発明の様々な実施形態において、センサは、磁気ホール効果センサまたは磁気抵抗性センサである。センサは、ブリッジセンサとすることができ、複数のセンサ素子を組み込むことができ、または１つ以上の対のセンサ素子を組み込むことができる。対のセンサ素子は、フィールドセンサ内で異なる方向または次元に配向させることができる。
【0021】
本発明の実施形態は、より小型でより安価な回路を使用してセンサまたはセンサ材料の欠陥または微細欠損を、補償または検出することができる改善された診断能力を有するセンサデバイスを提供する。欠陥は、断線、高抵抗接続、短絡、または材料の欠陥を含み得るが、これらに限定されない。検出は、センサ回路が動作しているのと同時に起こり得る。
【0022】
本発明と、先行技術を超えて達成される利点とを要約する目的で、本発明の特定の目的および利点を上で説明した。当然ながら、そのような目的または利点のすべてが、必ずしも本発明の特定の実施形態に従って達成されるわけではないことを理解されたい。したがって、例えば、当業者であれば、本明細書で教示または示唆されているような他の目的または利点を必ずしも達成することなく、本明細書に教示された利点または利点群を達成または最適化する様態で、本発明を具現化または実行できることを認識するであろう。
【0023】
本発明の上記および他の態様は、以下に記載される実施形態（複数可）を参照して、明らかとなり、かつ解明されるであろう。
【0024】
本開示の前述ならびに他の目的、態様、特徴、および利点は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによって、より明らかになり、より良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の例示的な実施形態の斜視図である。
【図2】本発明の他の例示的な実施形態の斜視図である。
【図3】本発明の別の例示的な実施形態の斜視図である。
【図4】本発明の代替の実施形態の斜視図である。
【図5A】本発明の実施形態による、第１の座標系を図示する。
【図5B】本発明の実施形態による、第２の座標系を図示する。
【図5C】本発明の実施形態による、第３の座標系を図示する。
【図6】本発明の例示的な実施形態による、コントローラの斜視図である。
【図7】本発明の例示的な実施形態による、方法のフローチャートである。
【図8】本発明の例示的な実施形態による、座標系におけるセンサ素子の概略図である。
【図9】本発明の例示的な実施形態による、２つの異なる座標系におけるセンサ素子を有するフィールドセンサの概略図である。
【図10】本発明の例示的な実施形態による、２つの異なる座標系におけるフィールドベクトルのグラフィック図である。
【図11】本発明の例示的な実施形態による、２つの異なる座標系におけるフィールドベクトルのグラフィック図である。
【図12】本発明の例示的な実施形態による、ｘ座標測定値にエラーを有するフィールドベクトルのグラフィック図である。
【図13】本発明の例示的な実施形態による、ｙ座標測定値にエラーを有するフィールドベクトルのグラフィック図である。
【図14A】本発明の例示的な実施形態による、回転したｘ’座標測定値にエラーを有するフィールドベクトルのグラフィック図である。
【図15A】本発明の例示的な実施形態による、回転したｙ’座標測定値にエラーを有するフィールドベクトルのグラフィック図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
本発明は、特定の実施形態に関して、かつ特定の図面を参照して説明されるが、本発明は、それらに限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。本開示の特徴および利点は、同様の参照符号が、全体を通して対応する要素を識別する図面と併せて取られるとき、以下に述べる詳細な説明からより明らかになるであろう。図面において、同様の参照番号は、概して、同一の、機能的に類似する、および／または構造的に類似する要素を示す。図面は、図中の様々な要素のサイズの変度が一定比率で描写するには大きすぎるので、縮尺通りに描かれていない。
【0027】
さらに、説明および特許請求の範囲における第１、第２などの用語は、類似の要素を区別するために使用され、必ずしも時間的にも、空間的にも、順位つけで、またはその他の方法でシーケンスを記述するために使用されるものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であること、および本明細書で説明される本発明の実施形態は、本明細書で説明または例証される以外のシーケンスでの動作が可能であることを理解されたい。
【0028】
特許請求の範囲で使用される「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、その後に列挙される手段に限定されると解釈されるべきではなく、他の要素またはステップを除外するものではないことに留意されたい。したがって、参照される述べられた特徴、整数、ステップ、もしくは構成要素の存在を指定すると解釈されるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、もしくは構成要素、またはそれらの群の存在または追加を排除するものではない。このため、「手段ＡおよびＢを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみからなるデバイスに限定されるべきではない。これは、本発明に関して、ただデバイスの関連する構成要素が、ＡおよびＢであることを意味する。
【0029】
本明細書を通して、「一実施形態」または「ある実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。このため、本明細書を通して様々な場所における「一実施形態では」または「ある実施形態では」という句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を参照するわけではないが、そのような場合もある。さらに、特定の特徴、構造または特性は、本開示から当業者にとって明らかであるように、１つ以上の実施形態において任意の適切な様態で組み合わせることができる。
【0030】
同様に、本発明の例示的な実施形態の説明において、本発明の様々な特徴は、本開示を合理化し、様々な発明的態様のうちの１つ以上の理解を助ける目的で、単一の実施形態、図、またはその説明でまとめられることがあることを理解されたい。しかしながら、本開示の方法は、特許請求される発明が、各請求項に明示的に列挙されるよりも多い特徴が必要であるという意図を反映していると解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、発明の態様は、単一のその前に開示された実施形態のすべての特徴よりも少ない。このため、詳細な説明に続く特許請求の範囲は、この詳細な説明に明示的に組み込まれ、各請求項は、本発明の別個の実施形態としてそれ自体で成立する。
【0031】
さらに、本明細書に記載されるいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれるいくつかの特徴を含むが、他の特徴を含まず、異なる実施形態の特徴の組み合わせが本発明の範囲内であることを意味し、当業者に理解されるように、異なる実施形態を形成する。例えば、以下の特許請求の範囲において、特許請求される実施形態のいずれも、任意の組み合わせで使用することができる。
【0032】
本発明の特定の特徴または態様を説明するときに特定の用語を使用することは、その用語が関連付けられている本発明の特徴または態様の任意の特定の特性を含むよう限定されるように用語が再定義されていることを意味するととらえられるべきではないことに留意すべきである。
【0033】
本明細書にて提供される説明には、多数の具体的な詳細が記載されている。しかしながら、発明の実施形態は、これらの具体的な詳細なしに実施され得ることが理解される。他の事例において、周知の方法、構造、および技法は、この説明の理解を不明瞭にしないために詳細に示されていない。
【0034】
本発明の実施形態は、より小型でより安価な回路を使用して改善された診断能力を有するセンサデバイスを提供し、センサ材料の欠陥または微細欠損あるいはセンサデバイスが動作している間のセンサへの損傷を補償、検出、または診断することができる。かかる欠損は、センサを作製するために使用される材料に固有であり得るか、または使用の結果として、またはセンサ上の機械的もしくは他の環境ストレスに応答して、経時的に形成され得る。本発明の様々な実施形態において、センサは、方向および大きさを含むベクトルを有するフィールド、例えば、磁場、電場、圧力場、または重力場を検出することができる。
【0035】
図１および図２を参照すると、本発明の実施形態において，フィールドセンサデバイス９９は、第１の配向に配設されて外部フィールドに応答して、第１のセンサ信号を生成する第１のフィールドセンサ２０Ａと、第１の配向とは異なる第２の配向に配設されて外部フィールドに応答して、第２のセンサ信号を生成する第２のフィールドセンサ２０Ｂとを備える。第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、フィールドセンサ２０と総称される。コントローラ３０は、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂを制御して対応する第１および第２のセンサ信号を生成し、第１および第２のセンサ信号を受信し、第１もしくは第２のセンサ信号、あるいはその両方を、共通の配向または座標系の等価な同等のセンサ信号に変換し、同等のセンサ信号を比較して、第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂが欠陥であるかどうかを判定し、欠陥フィールドセンサ２０が判定される場合、欠陥センサ信号４２を提供し、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂのうちのどちらが欠陥であるかを任意選択的に判定する、制御回路３２を備える。欠陥フィールドセンサ２０が判定されない場合、コントローラ３０は、感知されたフィールドの属性を示す第１、第２、もしくは同等のセンサ信号に応答して、出力センサ信号４０を提供する。様々な実施形態において、フィールドは磁場、電場、圧力場、または重力場であり、センサ２０は、磁場センサ、電場センサ、圧力場センサ、または重力場センサである。第１および第２の配向は、対応する第１および第２の座標系、方向または次元、例えばそれぞれがｘ、ｙ、またはｚ直交次元を有するものとして記述することもできる。本発明の他の実施形態では、２つ以上のフィールドセンサ２０が、フィールドセンサデバイス９９を構成する。
【0036】
従来、複数のセンサによる共通フィールドの測定値間の比較は、測定値が異なるときにセンサのうちの１つの欠陥を示すことができる。しかしながら、本発明の実施形態によれば、第１および第２のフィールドセンサ２０は、それらの測定軸のうちの少なくともいくつかが同一線上でなく、したがってフィールドセンサ２０が異なる座標系において冗長なフィールド測定値を提供するように異なる配向を有する。したがって、共通座標系における冗長フィールド測定値の比較は、第１または第２のフィールドセンサ２０のエラーまたは欠陥を示すだけではなく、どのフィールドセンサ２０が欠陥であるかを示すことができ、フィールドセンサ２０の追加の試験およびチェックを提供する。さらに、故障したフィールドセンサ２０を識別することによって、フィールドセンサデバイス９９は、他のフィールドセンサ２０からの感知信号を使用することによって動作を継続することができ、故障を検出することができるが、故障を識別することができないか、または特定のフィールドセンサと関連付けることができないために、動作を継続することができないセンサシステムとは対照的である。２つより多いフィールドセンサ２０を備えるさらなる実施形態では、２つを超えるセンサ信号を共通の配向に変換することができ、２つを超える同等の信号を比較して欠陥フィールドセンサ２０を判定することができる。
【0037】
第１のフィールドセンサ２０Ａ、第２のフィールドセンサ２０Ｂ、およびコントローラ３０は、デバイス基板１０上に配設され、ワイヤ１２などの電導体で電気的に接続することができ、電力、接地および制御信号をフィールドセンサデバイス９９と通信することができる単一ワイヤ１２または複数のワイヤを備えるバス、コントローラ３０、第１のフィールドセンサ２０Ａ、または第２のフィールドセンサ２０Ｂを含むことができる。フィールドセンサ２０は、ホール効果フィールドセンサまたは磁気抵抗センサであってよく、化合物半導体材料を含むことができる。代替的に、フィールドセンサ２０は、電場センサ、圧力場センサ、または重力場センサであって、例えば、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを組み込むことができる。
【0038】
第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、図１およびに示されるように、共通の平面内にまたは共通表面上に配設することができ、第１のフィールドセンサ２０Ａが第２のフィールドセンサ２０Ｂに対して回転している場合、第１のフィールドセンサ２０Ａは、２つの配向（２つの次元または２つの方向、ｘ、ｙ）において、第２のフィールドセンサ２０Ｂ（ｘ’、ｙ’）から異なり、第１および第２フィールドセンサ２０に対して異なる座標系を画定する。垂直ｚ次元のみが同じ方向を有する。図２に示されるように、第２のフィールドセンサ２０Ｂは、第１のフィールドセンサ２０Ａが配設された面に対して約４５度の傾斜面に配設され、第１のフィールドセンサ２０Ａに対して４５度回転している。したがって、図２に示すように、第１のフィールドセンサ２０Ａはまた、ｚ次元において第２のフィールドセンサ２０Ｂから回転しており、そのため第１のフィールドセンサ２０Ａは、３つの配向（３次元または方向、ｘ、ｙ、ｚ）において第２のフィールドセンサ２０Ｂ（ｘ’、ｙ’、ｚ’）とは異なる。
【0039】
コントローラ３０は、ディスクリートまたは集積回路とすることができ、またはディスクリートおよび集積部品の両方を含むことができ、回路３２は、アナログ、デジタル、またはミックスドシグナル回路とすることができる。ワイヤ１２は、任意のパターン化された電導体、例えば、金属、金属合金、導電性金属酸化物、または導電性ポリマーとすることができる。デバイス基板１０は、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂが配設され、電気的に接続され得る、１つ以上の表面を有する任意の基板であることができる。コントローラ３０もまた、基板１０の表面上に配設されてもよいが、必ずしもそうでなくてもよい。
【0040】
フィールドセンサデバイス９９は、ワイヤ１２を介してコントローラ３０に電気的に接続されたデバイス基板１０上に形成された電気的コンタクトパッド１４を介して外部システムに電気的に接続することができる。図１および図２は、デバイス基板１０上に配設されたコントローラ３０を図示しているが、本発明の他の実施形態では、コントローラ３０は、デバイス基板１０とは別個の基板または構造体（例えば、印刷回路基板）上に設けられる。同様に、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、異なる基板、表面、またはデバイス上に配設することができる。
【0041】
図３を参照すると、いくつかの実施形態において、デバイス基板１０は、コントローラ３０の少なくとも一部分を備える半導体基板であるか、またはそれを備え、制御回路３２は、半導体基板内または半導体基板上に形成される。別の実施形態では、図１および２に示すように、コントローラ３０は、デバイス基板１０上に配設された集積回路であり、デバイス基板１０は、誘電体であるか、または誘電層もしくは表面を有する。したがって、デバイス基板１０は、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂの材料とは少なくとも部分的に異なり、かつ制御回路３２の材料とは少なくとも部分的に異なる基板材料を備えることができる。いくつかの実施形態では、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、化合物半導体を備え、コントローラ３０は、シリコン半導体を備え、基板材料は、誘電体を備える（図１および図２）。別の実施形態において、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、化合物半導体を備え、デバイス基板１０の材料は、シリコン半導体を備え、制御回路３２は、シリコン半導体内またはシリコン半導体の一部として形成される（図３）。
【0042】
図４を参照すると、デバイス基板１０は、システム基板１６、例えば別のデバイスまたはシステムのシステム基板１６の上に実装することができる。デバイス基板１０、コントローラ３０、第１のフィールドセンサ２０Ａまたは第２のフィールドセンサ２０Ｂのうちのいずれか１つは、マイクロ転写印刷部品であってもよく、破砕、破壊、または分離テザーを備えることができる。コントローラ３０、第１のフィールドセンサ２０Ａ、または第２のフィールドセンサ２０Ｂは、集積回路またはベアダイであってもよく、かつデバイス基板１０上にマイクロ転写印刷することができ、デバイス基板１０は、システム基板１６上にマイクロ転写印刷することができる。
【0043】
本発明の実施形態では、第１の配向は、１次元において、図１に示すように２次元において、あるいは図２に示すように３次元において、第２の配向とは異なる。いくつかの実施形態では、各配向における次元は直交であり、他の実施形態では、次元は直交ではない。例えば、図５Ａは、１つの配向または座標系における３つの直交次元（ｘ、ｙ、ｚ）を図示し、図５Ｂは、ｘ’およびｙ’次元が図５Ａの配向に対して４５度回転するが、ｚ次元は同じ配向を有する別の配向または座標系における３つの直交次元（ｘ’、ｙ’、ｚ）を図示し、そのため図５Ｂの配向は、図５Ａの配向とは２次元で異なる。
【0044】
図５Ｃは、ｘ、ｙ、およびｚの次元がすべて図５Ａに対して４５度回転しているさらに別の配向または座標系における３つの直交する次元（ｘ’、ｙ’、ｚ’）を図示し、そのため図５Ｃの配向は、図５Ａの配向とは３次元で異なる。図１に図示された第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、図５Ａおよび５Ｂの異なる配向に対応する異なる第１および第２の配向を有する。図２に図示された第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、図５Ａおよび５Ｃの異なる配向に対応する異なる第１および第２の配向を有する。
【0045】
図６を参照すると、制御回路３２は、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、および任意の変換された、もしくは同等のセンサ信号のいずれか１つ以上を記憶するための記憶回路３４、第１または第２のセンサ信号を同等のセンサ信号に変換する変換回路３６、および第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、および任意の同等のセンサ信号のいずれか１つ以上、または所定の許容誤差、マージンまたは閾値を比較するための比較回路３８を含む。回路は、例えば、アナログ回路またはデジタル回路のシリコン回路、例えばＣＭＯＳ回路であってもよい。
【0046】
図７を参照すると、本発明の実施形態に従って、フィールドセンサ診断方法は、ステップ１００でフィールドセンサデバイス９９を提供することと、ステップ１１０でフィールドセンサデバイス９９を動作させるために、フィールドセンサデバイス９９に電力を提供することと、を含む。ステップ１２０で、制御回路３２を使用して、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂを制御し、第１および第２のセンサ信号を生成し、それぞれの第１および第２のセンサ信号を受信する。ステップ１３０で、制御回路３２を使用して、受信した第１または第２のセンサ信号、もしくはそれらの両方を、共通の配向または座標系における等価な同等のセンサ信号に変換し、ステップ１４０でそれらを比較する。次いで、制御回路３２は、第１のフィールドセンサ２０Ａまたは第２のフィールドセンサ２０Ｂのうちのどちらかが欠陥である場合、ステップ１５０において判定する。フィールドセンサ２０が欠陥である場合（ステップ１６０で試験して）、制御回路３２を使用して、同等のセンサ信号に応答して、欠陥センサ信号４２を提供し（ステップ１８０）、任意選択で、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂのうちのどちらが欠陥であるかを判定する（ステップ１９０）。フィールドセンサ２０が欠陥でない場合（ステップ１６０で試験して）、制御回路３２を使用して、ステップ１７０で、第１、第２、もしくは同等のセンサ信号に応答して、またはそれらから導出された出力センサ信号を提供する。一実施形態において、出力センサ信号４０は、同等のセンサ信号４０または第１および第２のセンサ信号から導出された信号の組み合わせ、例えば平均であり、このため、変動性を低減し、出力センサ信号４０（図１、２）の精度および一貫性を改善する。
【0047】
ステップ１２０～１５０は、異なる時間に繰り返し実行され得、第１および第２のセンサ信号は、記憶回路３４に記憶され、時間をかけて平均化するか、または他の方法で組み合わせて、第１および第２のセンサ信号の信号対雑音比を改善することができる。代替的に、変換された同等のセンサ信号を記憶回路３４に記憶し、時間をかけて平均化するか、他の方法で組み合わせて、同等のセンサの信号対雑音比を改善することができる。
【0048】
本発明のいくつかの方法では、第２のフィールドセンサ２０Ｂが欠陥である場合、第１のセンサ信号である、もしくは第１のセンサ信号から導出された、出力センサ信号４０（図１、２）が、フィールドセンサデバイス９９が継続して動作することができるように、ステップ１８０で提供される。第１のフィールドセンサ２０Ａが欠陥である場合、第２のセンサ信号である、もしくは第２のセンサ信号から導出された、出力センサ信号４０（図１、２）が、フィールドセンサデバイス９９が継続して動作することができるように、ステップ１８０で提供される。こうして、故障したフィールドセンサ２０を特定することによって、フィールドセンサデバイス９９は、他のフィールドセンサ２０からの感知信号を使用することによって動作を継続することができ、故障を検出することができるが、既知の良好なフィールドセンサ信号を特定することができないために、動作を継続することができないセンサシステムとは対照的である。
【0049】
フィールドセンサ２０は、センサ素子２２とすることができ、あるいは単一のセンサ素子２２または複数のセンサ素子２２を含むことができる。図８を参照すると、本発明の実施形態において、第１のフィールセンサ２０Ａまたは第２のフィールドセンサ２０Ｂは、１つ以上のセンサ素子２２または１つ以上の対のセンサ素子２２、例えば一対のホール効果センサ素子２２を備えることができる。図８に示すように、フィールドセンサ２０は、２つの直交する対の方向に対応する２つの直交する次元のそれぞれにおいて測定値を提供するために、２つの直交する対（Ａ、ＣおよびＢ、Ｄ）に配置された４つのセンサ素子２２を備える。一方向の各対のセンサ素子２２は、その方向のフィールドの測定値を提供することができる．したがって、本発明の一実施形態において、第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂのいずれかは、第１の次元または方向のフィールドの大きさを検出するように配置された２つのセンサ素子２２と、第１の次元または方向とは異なる第２の次元または方向のフィールドの大きさを検出するように配置された２つのセンサ素子２２とを含む。いくつかの実施形態において、第１および第２の次元は直交する次元である。
【0050】
図９を参照すると、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、２つの次元において第１の配向が第２の配向と異なるように、共通の平面内で４５度回転させて配置され、図１、３、４、５Ａかつ５Ｂ、および８の図示にも対応する。本発明の構成において、異なる座標系の軸間の相関は、デカルト座標系において４５度で最大化される。他の実施形態では、他の座標系、例えば、円筒座標系、極座標系、または球面座標系が使用される。概して、測定値は、実際のフィールドを座標系に投影したものである。一実施形態において、本発明の方法は、ステップ１９０（図７）において、２つ以上のフィールドセンサ２０のどちらが欠陥であるかを判定することを含む。
【0051】
本発明の一実施形態において、図１～図４に示すように、第１および第２０のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、互いに空間的にオフセットしている。本発明の別の実施形態において、図９に示すように、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、互いに空間的に重なっている。本発明のさらなる実施形態において、図９にまた示すように、空間的に重なる第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、共通の中心を有する。第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、本発明のフィールドセンサデバイス９９内の共通構造体またはデバイス内に提供され得る。
【0052】
フィールドセンサ２０は、ホール効果センサなどの磁気センサ、極磁気抵抗センサ（ＸＭＲ）、異常磁気抵抗センサ（ＥＭＲ）、ジャイアント磁気抵抗センサＧＭＲ、トンネル磁気抵抗センサ（ＭＴＲ）、巨大磁気抵抗センサ（ＣＭＲ）、または異方性磁気抵抗センサ（ＡＭＲ）などの磁気抵抗センサとすることができる。
【0053】
フィールドセンサデバイス９９内の素子のいずれかは、アナログデジタル変換器を含むアナログ部品であってもよく、またはデジタル部品であってもよい。回路は、メモリに記憶されたプログラム、記憶されたプログラムマシン、状態マシンなどを備えたＣＰＵを含み得る。同様に、本発明の様々な実施形態において、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂ、およびコントローラ３０の各々は、ディスクリート回路部品の組み合わせまたは集積回路で実施することができ、または共通回路あるいは共通集積回路へ統合することができる。いくつかの実施形態では、第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂ、または制御回路３２は、回路構成要素またはパッケージを共有する。
【0054】
第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂ、または制御回路３２は、電子回路、デジタルロジック回路、アナログ回路、またはミックスドシグナル回路あるいは回路タイプおよび電子デバイスの組み合わせを含むことができる。これらの回路の一部またはすべては、１つ以上の回路、共通回路、１つ以上の集積回路あるいはパッケージ、または共通集積回路あるいはパッケージで提供することができる。フィールドセンサデバイス９９の様々な構成要素は、例えば、ワイヤ１２で電気的に接続された、電子回路、集積回路、またはディスクリート電子デバイスで提供され得る。
【0055】
様々な構成要素のうちのいずれか１つまたはすべては、印刷回路基板上または半導体基板上に配設することができ、または様々な構成要素のいずれか１つまたはすべては、半導体基板内または半導体基板上の回路として、あるいは半導体基板上に提供され集積回路と半導体基板内または半導体基板上に形成された回路との組み合わせとして集積することができる。様々な構成要素のうちのいずれか１つまたはすべては、パッケージ化された集積回路内に、あるいは半導体基板または他の基板上に設置された、もしくはマイクロ転写印刷されたベアダイ内に提供することができる。ワイヤ１２は、様々な構成要素、集積回路ダイ、または半導体基板上に集積化された回路を接続するために、フォトリソグラフィ方法および材料を使用して提供することができる。
【0056】
第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂの各々は、ホール効果センサまたは磁気抵抗センサなどの任意の様々な磁気センサであってもよく、例えば、ピックアンドプレース、表面実装、または印刷技術を使用することによって、ガラス、セラミック、ポリマー、または半導体基板などのセンサデバイス基板上に実装された、例えば、集積回路、ディスクリート素子、または別個の集積回路部品（ベアダイ等）として提供することができる。コントローラ３０のようなフィールドセンサデバイス９９の１つ以上の集積回路部品または素子は、マイクロ転写印刷によって堆積され、電気的に接続されたベアダイとして第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂ上に配設され得る。代替的に、第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、マイクロ転写印刷によって堆積され、電気的に接続されたベアダイとしてコントローラ３０上に配設され得る。制御回路３２は、半導体基板内でフォトリソグラフィ的に画定された回路として提供され得、第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、ベアダイとして半導体基板上に配置され、フォトリソグラフィプロセスおよび材料を使用して制御回路３２に電気的に接続することができる。
【0057】
図１０を参照すると、任意かつ例示的なフィールドベクトルＢが、第１の配向（第１の座標系）に関して図示されており、図１１を参照すると、同じフィールドベクトルＢが、第２の配向（第２の座標系）に関して図示されている。フィールドベクトルＢは、両方のケース（図１０および１１）において同一であるため、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂによって測定された第１および第２のセンサ信号ベクトルは、等価であるが、直接同等ではない（すなわち、測定軸の各々におけるフィールドベクトルの大きさ値は、第１および第２の配向に対して異なる）。しかしながら、第２のフィールドセンサ２０Ｂに対する第１のフィールドセンサ２０Ａの相対的な配設は、フィールドセンサデバイス９９が構築されるときに既定され得る（基板１０の表面上に配設されている、図１）ので、第１のセンサ信号は、第１の配向（第１の座標系）から第２の配向（第２の座標系）に変換する（変形する）ことができ、フィールドベクトルの大きさは直接比較され得る。代替的に、第２のセンサ信号は、第２の配向（第２の座標系）から第１の配向（第１の座標系）に変換する（変形する）ことができ、フィールドベクトルの大きさは直接比較され得る。さらに他の実施形態において、第１のセンサ信号は、第１および第２の配向（第１および第２の座標系）とは異なる第３の配向（第３の座標系）に変換され得、２つの変換されたフィールドセンサ信号のフィールドベクトルの大きさを直接比較することができるように、第２のセンサ信号も同様に第３の配向（第３座標系）に変換され得る。２つのセンサ信号が、共通の配向（共通座標系）に変換されるとき、それらは同等の信号である。この動作は、回転マトリックスによるマトリックス変換として行うことができる。センサ欠陥を検出するために必要とされないが、欠陥センサが特定される実施形態において、測定軸は、別の座標系に投影されるとき、欠陥が位置する軸座標間の変換マトリックス内に非対角サブマトリックス係数を有する。
【0058】
図９に図示された例（図１、５Ａ、および５Ｂに対応する）では、第１および第２の配向は、デバイス基板１０（図１）の表面に平行なｘ、ｙ平面において、角度θ（４５°）だけ異なり、ｚ方向（第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂが配設された共通平面に直交）において同一であり、そのため、図９の例の第１および第２の配向（座標系）は、２つの次元または方向において異なる。
【0059】
第１の座標系において測定されたフィールドベクトルは、値ＢｘおよびＢｙを有し、第２の座標系において測定された同じベクトルは、値Ｂｘ’およびＢｙ’を有し得る。２つの配向の間に既知の角度θが与えられると、ｘ’およびｙ’ベクトルは、ｘ’＝ｘｃｏｓ（θ）＋ｙｓｉｎ（θ）およびｙ’＝ｙｃｏｓ（θ）－ｘｓｉｎ（θ）で計算され得る。逆計算は、ｘ＝ｘ’ｃｏｓ（θ）－ｙ’ｓｉｎ（θ）、およびｙ＝ｙ’ｃｏｓ（θ）＋ｘ’ｓｉｎ（θ）である。任意の第３の配向への変換が、同様に計算され得る。
【0060】
図１および９の例のような、θ＝４５°の簡単な例では、ｓｉｎ（θ）＝ｃｏｓ（θ）＝１／（２１／２）＝ｋ≒０．７０７。第１の座標系から第２の座標系に変換する単純化された方程式は、
ｘ’＝ｋ（ｘ＋ｙ）、ｙ’＝ｋ（ｙ－ｘ）
第２の座標系から前記第１の座標系に変換する方程式は、
ｘ＝ｋ（ｘ’－ｙ’）、ｙ＝ｋ（ｙ’＋ｘ’）。
ｘ’＝ｋ（ｘ＋ｙ）、ｙ’＝ｋ（ｙ－ｘ）
第２の座標系から前記第１の座標系に変換する方程式は、
ｘ＝ｋ（ｘ’－ｙ’）、ｙ＝ｋ（ｙ’＋ｘ’）。
【0061】
任意の物理的実施において、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂは、必ずしも同一ではなく、所定の許容誤差内で、それらの間の精度かつ正確さおよび許容可能な差に制限を有することができる。異なる次元において４５°異なる配向を使用することは、異なる次元においてより大きな大きさの差を提供し、それにより異なる次元の各々における欠陥を検出する能力を改善するが、他の角度も使用され得る。
【0062】
第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂからの測定値が欠陥であるかどうかを判定するために、所定の測定値許容誤差マージンを設けることができる。所定の測定値許容誤差マージンは、各次元（Ｂｘ、Ｂｙ）において、あるいは単一の正味フィールド測定値（Ｂｅ）を特定する組み合わせとして指定することができる。第１および第２のセンサ信号を同じ座標系に変換することによって導出された同等のセンサ信号が、所望の許容誤差マージンを超えて異ならない場合、同等のセンサ信号を組み合わせて出力センサ信号４０として提供することができる。同等のセンサ信号が、所望の許容誤差マージンを超えて異なる場合、第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂのうちの１つが欠陥であると見なされる。
【0063】
例示として、任意のフィールドベクトルＢが図１２に図示されており、ｙ次元の長さの２倍の長さをｘ次元で有し、長さは対応する次元におけるフィールド強度を表す。第１の配向の第１のフィールドセンサ２０Ａと、直交次元ｘ、ｙを有する第１の座標系と、第２の配向の第２のフィールドセンサ２０Ｂと、第１の配向からθ＝－４５度回転した直交次元ｘ’、ｙ’を有する第２の座標系が与えられており（図１および図９）、第１のフィールドセンサ２０Ａのｘ次元センサにのエラーは、第１の座標系においてｘ次元においてのみ正しいフィールドＢとは異なる誤ったフィールド測定値Ｂｅをもたらしている。図１３を参照すると、第１のフィールドセンサ２０Ａのｙ次元センサのエラーは、第１の座標系においてｙ次元においてのみ正しいフィールドＢのみとは異なる誤ったフィールド測定値Ｂｅをもたらしている。
【0064】
図１４Ａを参照すると、第２のフィールドセンサ２０Ｂのｘ’次元センサのエラーは、第２の座標系においてｘ’次元においてのみ、正しいフィールドＢとは異なる誤ったフィールド測定値Ｂｅをもたらしている。第１の座標系に変換されるとき（図１４Ｂ）、誤ったフィールド測定値Ｂｅは、第２の座標系におけるｘ’次元の方向に対応する第１の座標系における方向で、正しいフィールドＢとは異なる（図１４Ｂに実線の矢印で示されている）。図１５Ａを参照すると、第２のフィールドセンサ２０Ｂのｙ’次元センサのエラーは、第２の座標系においてｙ’次元においてのみ、正しいフィールドＢとは異なる誤ったフィールド測定値Ｂｅをもたらしている。第１の座標系に変換されるとき（図１５Ｂ）、誤ったフィールド測定値Ｂｅは、第２の座標系におけるｙ’次元の方向に対応する第１の座標系の方向で、正しいフィールドＢとは異なる（図１５Ｂに実線の矢印で示されている）。
【0065】
図１２、図１３、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５Ａ、図１５Ｂのすべての例において、第１座標系と第２座標系との角度差は、θ＝－４５度であり（図１４Ａ、図１５Ａに示すように）、エラーは、それぞれの次元においてセンサ応答の倍増であり、図において２つの同一線上の矢印で示されている。
【0066】
したがって、第１座標系と第２座標系との間に角度差θが与えられ、エラーベクトルＥ＝Ｂｅ－Ｂであり、Ｅ≠０で、第１座標系におけるベクトルＥの角度が以下に等しい場合：
０度、 エラーは、第１のフィールドセンサ２０Ａのｘ次元センサにあり、
９０度、 エラーは、第１のフィールドセンサ２０Ａのｙ次元センサにあり、
θ度、 エラーは、第２のフィールドセンサ２０Ｂのｘ’次元センサにあり（図１４Ａおよび１４Ｂの例における－４５度）、ならびに
－θ度、エラーは、第２のフィールドセンサ２０Ｂのｙ’次元センサにある（図１５Ａおよび１５Ｂの例における４５度）。
０度、 エラーは、第１のフィールドセンサ２０Ａのｘ次元センサにあり、
９０度、 エラーは、第１のフィールドセンサ２０Ａのｙ次元センサにあり、
θ度、 エラーは、第２のフィールドセンサ２０Ｂのｘ’次元センサにあり（図１４Ａおよび１４Ｂの例における－４５度）、ならびに
－θ度、エラーは、第２のフィールドセンサ２０Ｂのｙ’次元センサにある（図１５Ａおよび１５Ｂの例における４５度）。
【0067】
概して、エラーベクトルの方向は、欠陥が単一のフィールドセンサ次元測定値においてのみ存在する限り、欠陥フィールドセンサ２０によって測定された次元に対応する。換言すれば、エラーベクトルは、測定された欠陥センサ素子２２の軸（方向）の方向に唯一の成分を有する。エラーベクトルは、欠陥センサ測定値の軸（方向）の単位ベクトルの倍数として表現され得る。したがって、制御回路３２は、同等のセンサ信号（例えば、Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｘ’、Ｂｙ’）間の差の方向を比較して、欠陥フィールドセンサ２０を判定する回路を備えることができる。
【0068】
本発明の実施形態によれば、フィールドセンサデバイス９９は、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂが監視され、欠陥が検出されると、診断されるのと同時にフィールドを測定して、第１および第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂのいずれか、または両方に対応するリアルタイム診断信号を提供するように機能する。
【0069】
本発明の実施形態は、基板を提供し、第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂ、およびコントローラ３０を基板上の集積回路として実装することによって構築することができる。集積回路は、ピックアンドプレース技術を使用して、または対応するソースウェーハから基板表面上にそれらをマイクロ転写印刷することによって、基板表面上に配設することができる。代替的に、基板表面は半導体層であってもよいし、半導体層を含んでいてもよく、第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂおよびコントローラ３０のそれぞれの１つ以上または任意の部分が半導体層に形成され、例えば、フォトリソグラフィまたは印刷回路基板方法および材料を使用することによって、基板表面上のワイヤ１２を使用して、基板表面上に配設された任意の集積回路と電気的に接続される。代替的に、制御回路３２またはフィールドセンサ２０は、半導体基板内にフォトリソグラフィ的に画定されてもよい。
【0070】
基板は、第１または第２のフィールドセンサ２０Ａ、２０Ｂ、およびコントローラ３０を支持または受容することができる１つ以上の表面を有する多くの基板のうちの１つとすることができ、例えば、対向する２つの比較的平坦な平行側面を有する、ガラス、プラスチック、セラミック、または半導体基板とすることができる。基板は、様々な厚さ、例えば１０ミクロンから数ミリメートル、を有することができる。基板は、別のデバイスの一部分または表面であってもよく、かつ電子回路を含むことができる。
【0071】
本発明は、図面および前述の説明において詳細に図示され説明されてきたが、そのような図示および説明は、例証または例示であって制限的ではないと見なされるべきである。前述の説明は、本発明の特定の実施形態を詳述している。しかしながら、上記のことがどれだけ詳細に記載されているとしても、本発明は、多くの方法で実施され得ることが理解されるであろう。本発明は、開示された実施形態に限定されない。
【0072】
開示された実施形態に対する他の変形は、図面、開示および添付の特許請求の範囲の研究から、請求された発明を実施する際に当業者によって理解および達成され得る。特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、他の要素またはステップを除外するものではなく、不定冠詞「ある（ａ）」または「ある（ａｎ）」は、複数を除外するものではない。単一のプロセッサまたは他のユニットは、特許請求の範囲に列挙されるいくつかのアイテムの機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、光学記憶媒体、または他のハードウェアと一緒にまたはその一部として提供される固体媒体のような適切な媒体上に記憶され／分配され得るが、インターネットまたは他の有線もしくは無線通信システムを介するなど、他の形態で分配されてもよい。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、その範囲を制限するものと解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【0073】
パーツリスト：
１０ デバイス基板
１２ ワイヤ
１４ コンタクトパッド
１６ システム基板
２０ フィールドセンサ
２０Ａ 第１のフィールドセンサ
２０Ｂ 第２のフィールドセンサ
２２ センサ素子
３０ コントローラ
３２ 制御回路
３４ 記憶回路
３６ 変換回路
３８ 比較回路
４０ 出力センサ信号
４２ 欠陥センサ信号
５０ 位相スイッチ
５２ 差動増幅器
５４ 差動比較器
９９ フィールドセンサデバイス
１００ センサデバイスを提供するステップ
１１０ センサデバイスを動作させるステップ
１２０ 第１および第２の信号を受信するステップ
１３０ 受信したセンサ信号を変換するステップ
１４０ 変換された信号を比較するステップ
１５０ センサが欠陥であるかを判定するステップ
１６０ 欠陥センサ判定ステップ
１７０ 出力センサ信号を提供するステップ
１８０ 欠陥センサ信号を提供するステップ
１９０ 任意選択で欠陥センサを判定するステップ
１０ デバイス基板
１２ ワイヤ
１４ コンタクトパッド
１６ システム基板
２０ フィールドセンサ
２０Ａ 第１のフィールドセンサ
２０Ｂ 第２のフィールドセンサ
２２ センサ素子
３０ コントローラ
３２ 制御回路
３４ 記憶回路
３６ 変換回路
３８ 比較回路
４０ 出力センサ信号
４２ 欠陥センサ信号
５０ 位相スイッチ
５２ 差動増幅器
５４ 差動比較器
９９ フィールドセンサデバイス
１００ センサデバイスを提供するステップ
１１０ センサデバイスを動作させるステップ
１２０ 第１および第２の信号を受信するステップ
１３０ 受信したセンサ信号を変換するステップ
１４０ 変換された信号を比較するステップ
１５０ センサが欠陥であるかを判定するステップ
１６０ 欠陥センサ判定ステップ
１７０ 出力センサ信号を提供するステップ
１８０ 欠陥センサ信号を提供するステップ
１９０ 任意選択で欠陥センサを判定するステップ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図15A】
【図15B】