複合センサー
【課題】高感度なモーションセンサーとして三軸検知可能であり、また磁界センサーとして使用可能で、簡便な構成で、小型で、かつ低消費電力の複合センサーを提供すること。
【解決手段】傾斜面を有する基板の前記傾斜面に設けられた磁気検知素子と、前記基板上に梁により支持され３軸方向の自由度を有する錘を有する磁界発生部とを備えた複合センサーであって、
前記磁気検知素子により第１の物理量の外部磁界を検知可能であると共に、
前記錘を有する磁界発生部の位置変動による前記磁気検知素子の出力の差に基づいて第２の物理量を検知することを特徴とする。
【解決手段】傾斜面を有する基板の前記傾斜面に設けられた磁気検知素子と、前記基板上に梁により支持され３軸方向の自由度を有する錘を有する磁界発生部とを備えた複合センサーであって、
前記磁気検知素子により第１の物理量の外部磁界を検知可能であると共に、
前記錘を有する磁界発生部の位置変動による前記磁気検知素子の出力の差に基づいて第２の物理量を検知することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度などを検知することの可能な複合センサーに関する。特に、簡便な製造方法で実現させた構成を有する複合センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、速度、加速度等を測定するための様々なセンサーが知られている。このようなセンサーとして、たとえば特許文献１に記載の発明を挙げることができる。この文献に開示されたセンサーは、検出素子として磁気検出素子、具体的には複数のＧＭＲ素子を用い、錘と一体となった可動コイルに電流が流れた場合にその磁界変化を検知して錘を支える梁抗力に応じた加速度を検知する外部磁界及び加速度をセンシングするセンサーであり、このセンサーはまた、角速度の測定が可能なセンサーでもある。
しかしながら、このセンサーの検知方向は２軸方向が限度であり、特許文献１を見る限り、３軸方向への具体的な解決手段は何ら開示されてはいない。
また、この発明では、錘の周囲に磁気検出素子を複数配置しており、個々の素子が大きく、小型化するには限度があり困難である。
【０００３】
また特許文献２には、半導体加速度センサの発明が記載されている。この公報にはＳｉ半導体の微細加工技術を用いて薄膜磁気抵抗素子を上部に有する錘部を形成し、印加加速度については、可動電極（おもり部）が変位し、それによって、センサ内部の上側及び下側のコンデンサ部の静電容量値が変化し、これを回路（Ｃ−Ｆコンバータ等）によって加速度を検出することが開示されている。
また特許文献３には、磁気加速度センサの発明が開示されている。この公報に記載のセンサーはドーム状バネ等に印加される加重から、このバネの有するヒステリシスにより加速度を得ることによって、自動車の速度制御や地震の震度などの検出等に用いる加速度センサーである。
しかしながら、これらの公報にも３軸方向にセンサーを配置させること、また、可動部を固定させて、磁気センサーとして併用させることは、何ら開示されてはいない。
また特許文献４には、磁性薄膜による磁界と電流によるローレンツ力によって、励振部と角速度に応じたコリオリ力を櫛型電極間の静電容量によって検知して、角速度をセンシングする発明が開示されている。
特許文献５〜６には、３軸ベクトル以上の方向に独立して配置されて地磁気を検知対象とする磁気検知素子あるいは磁気センサーが開示されている。
また特許文献７には、センサーを直交座標系の３軸上に配置して、センサー、検知手段、予め出力した絶対値との比較手段および報知手段をもつシステムが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−９８０７８号公報
【特許文献２】特開平９−２０３７４８号公報
【特許文献３】特開平５−１５７７６５号公報
【特許文献４】特開２００６−１８９３６１号公報
【特許文献５】特開２００２−２０７０７１号公報
【特許文献６】特開２００３−１６７０３９号公報
【特許文献７】特開２００３−００８１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した実情を考慮してなされたものであって、高感度なモーションセンサーとして三軸検知可能であり、また磁界センサーとして使用可能で、簡便な構成で、小型で、かつ低消費電力の複合センサーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、傾斜面を有する基板の前記傾斜面に設けられた磁気検知素子と、
前記基板上に梁により支持され３軸方向の自由度を有する錘を有する磁界発生部と、
を備えた複合センサーであって、
前記磁気検知素子により第１の物理量の外部磁界を検知可能であると共に、
前記錘を有する磁界発生部の位置変動による前記磁気検知素子の出力の差に基づいて第２の物理量を検知することを特徴とする。
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の複合センサーにおいて、前記第２の物理量は加速度または角速度であることを特徴とする。
また請求項３に記載の複合センサーの発明は、請求項１または２に記載の複合センサーにおいて、前記磁界発生部の電流値を変えて加速度または角速度の検知感度の少なくとも１つを可変可能とすることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、傾斜面を有する基板の前記傾斜面に設けられた磁気検知素子と、
三軸方向の自由度を有する梁に支持された錘と、前記錘に設けられた配線部とからなる磁界発生部と、
を備えた複合センサーであって、
前記磁界発生部は永久磁石と、前記永久磁石を固定する固定磁界部とを有し、前記固定磁界部は空芯コイルまたは鉄心付き電磁石を有し、
前記固定磁界部に電流が流れていないときは、前記磁界発生部の前記三軸方向の少なくとも１方向の平行移動に伴う前記永久磁石による印加される磁力の変化による前記磁気検知素子の出力の差により加速度を検知し、
前記固定磁界部に電流が流れているときは、前記磁気検知素子により内部で発生している磁界分をオフセットとして除いて外部磁界を検知することを特徴とする。
また請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかの複合センサーにおいて、前記磁界発生部の回転に伴う前記磁界発生部と前記磁気検知素子との距離の差に基づいて角速度を検知することを特徴とする。
また請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかの複合センサーにおいて、前記磁界発生部または前記固定磁界部に電流を流すための磁界発生用電源に信号処理部を設け、各センサーの切り替え比率を変更することを特徴とする。
また請求項７に記載の発明は請求項１〜６のいずれかの複合センサーにおいて、前記磁気検知素子は、ＴＭＲ（Tunneling Magnetic Resistance、トンネル磁気抵抗効果）素子またはＧＭＲ（Giant Magnetic Resistance、巨大磁気抵抗効果）素子の少なくとも１つを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、１個のセンサーで２以上の物理量をセンシングすることができ、また小型のセンサーとして用いる構成としている。
さらに、センサーとして加速度センサーの加速度検知の場合、通電を伴わないか、または磁気検知の際の錘（磁石）の固着の際の電流値が十分小さな電流値で検知可能な複合センサーを提供することができる。
また、加速度センサーモードの際の感度も請求項１に記載の発明では電流値によるので、磁石とすることで、低消費電力であり、かつ、高感度なセンサーを提供することができる。
本発明によれば、同一の機構で少なくとも２種類の物理量を検知するセンサーの構成を共通化でき、また検知が必要な場合に、その検知感度を変えて、容易に検知情報を効率よく検知可能であって、外部の測定状態に応じた柔軟な変更が可能となる。
本発明の複合センサーは、錘部の配線に流す電流を調整することによって検知感度を変えることができるので、多数の測定レンジに応じて複数のセンサー部を必要とする従来例に比べ、一個のセンサーでカバーできセンサーの小型化にさらに寄与する。そして本発明では検知部のみならず、信号処理系、センサーによって求められた結果を表示する表示系も共に共通のものを用いることができる。
また、必要に応じて、測定範囲のレンジを優先に設定する場合にも可変設定可能であって、測定範囲を広く設定できるセンサーとすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の複合センサーを、実施形態により、詳細に説明する。
本発明の複合センサーは、傾斜面が設けられた基板の前記傾斜面に設けられた磁気検知素子と、梁に支持された錘を有する磁界発生部とを備えた、外部磁界と加速度あるいは角速度などを検知可能な複合センサーである。
本発明の複合センサーを用いて加速度などの物理量を測定する場合、通常、センサーを水平に設置して測定を行うため、前記の傾斜面は水平面に対して特定の角度を有する面となり、測定すると必ずｘ軸またはｙ軸の少なくとも１軸とｚ軸方向の測定結果を含むことになる。この傾斜面は、たとえば基板を水平方向にセッティングし、基板の上面からエッチング液を用いて加工したりＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などにより加工する加工方法を用いて基板の深さ方向に傾斜面を得ることができるが、これら加工方法には限定されない。本発明の複合センサーは、前記したこのような基板の傾斜面に磁気検知素子が設けられると共に、梁に支持された錘を有する磁界発生部とを備えている。
以下、基板、磁気検知素子および磁界発生部について、説明する。
【０００９】
（基板）
基板１としては、Ｓｉなどの半導体基板、非導電性セラミック、導電性セラミック、金属板に絶縁層を設けた基板等を用いることができる。
これらの基板を用いて異方性エッチング法などによって傾斜面１ｓを設けることができる。
本発明の複合センサーは、傾斜面を設けた基板の前記傾斜面に磁気検知素子が設けられている。
【００１０】
（磁気検知素子）
本発明の複合センサーに使用される磁気検知素子１０としては、好ましくは、ＴＭＲ素子またはＧＭＲ素子を用いることができる。
ＴＭＲ素子としては、図３（Ａ）に示すように、基板１上に反強磁性体層１０１と、磁性体層１０２と、絶縁層１０３とフリー層（フリー磁性体層）１０４とから構成される。フリー層１０４は、外部磁界の向きに応じて磁化の方向が変化する層であり、一方、磁性体層１０２と反強磁性体層１０１との界面層であるＰＩＮ層１００は、外部磁化の向きに関わらず磁化の方向が固定される層（磁化固定層）である。また、絶縁層１０３は、フリー層１０４およびＰＩＮ層１００に挟持されトンネル層としての役割を果たす層である。
【００１１】
実際には、磁気検知素子１０の近傍に、錘を有する磁界発生部を近接させているので、これにより、磁場を磁気検知素子１０の膜面内に引き込んで、傾斜方向のうちの、膜面での射影分で実効磁場を発生させて、目的のＰＩＮ層方向の磁化変化を起こす。
【００１２】
さらに、他の法線成分をもつ膜面においては、９０度異なる向きへ向くような構成とすることが可能である。フリー層１０４とＰＩＮ層１００とは、通常、９０度程度の相対角度を持たせることによって良好な特性を発揮することが可能である。
【００１３】
ＴＭＲ素子としては、基板１の傾斜面１ｓ上に、例えばＦｅ−Ｎｉのような反強磁性体層１０１とＣｏ−Ｆｅなどの磁性体層１０２とで構成されたＰＩＮ層１００が積層される。そして、このＰＩＮ層１００の上部に絶縁層１０３を積層して、さらにその上層にフリー磁性体層１０４を積層する。絶縁層１０３としては、ＳｉＯ2などの絶縁材料や、Ａｌ２Ｏ３のような非磁性金属酸化物などが用いられる。また、フリー磁性体層１０４としては、例えばＣｏ−Ｆｅなどを用いて形成してもよい。
【００１４】
また、各素子部１０−１〜１０−４（図１（Ｂ）参照）はＴＭＲ素子に限定されず、図３（Ｂ）に示すようなＧＭＲ素子を用いることも可能である。なお、本実施形態のＧＭＲ素子としてはスピンバルブ型を用いている。
【００１５】
ＧＭＲ素子としては、前記したＴＭＲ素子の絶縁層１０３を非磁性金属層に置き換えることによって得られる。
このようなＧＭＲ素子としては、図３（Ｂ）図に示すように、基板１上に、例えば、Ｍｎ−Ｉｒのような反強磁性体層１０１と、Ｃｏなどの磁性体層１０２と、Ｃｕ、Ａｌなどの非磁性金属層１０６と、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅのようなフリー磁性体層１０４を積層する。そしてこの順番で積層された各層を、電極部１０７によって両端から挟持するようにして設け、電流を膜内（積層体の膜）に流す構成としている。また、ＧＭＲ素子としては、図３（Ｃ）に示すような縦型ＧＭＲ素子としてもよく、この場合には、一方の電極部１０７ａをフリー磁性体層１０４の上部に配置し、もう一方の電極部１０７ｂを反強磁性体層１０１および磁性体層１０２の側部（一端部）に配置して、電流を膜面に垂直に流す構成としている。
【００１６】
上記したＴＭＲ素子などの磁気検知素子は、たとえば以下のような工程により、製造することができる。
まず、基板上に予め形成された傾斜面に対し、所望の層構成を有する素子の各膜を成膜する。成膜される素子の各膜（層）としては、前述した図３（Ａ）〜（Ｂ）などの層構成が挙げられる。次に、成膜された各層にフォトリソ法を用いてパターン形状を形成する。そしてパターニングされた素子に保護層を形成する。
【００１７】
ここで、磁場中熱処理（外部磁場を印加しながら磁気検知素子を含む基板に熱処理）を施す。このとき、素子を含む基板への磁場印加方向は、基板の傾斜面に対して垂直以外の方向になるように形成する。そして、磁場中での熱処理（以下、磁場中熱処理という）に基づきＰＩＮ層の磁化方向がこの磁場中熱処理における印加磁場方向できまり、温度が変更されて（温度が低下して）ＰＩＮ層の磁化方向が決定する。前記磁場中熱処理として、熱処理温度として、例えば３００℃程度でＰＩＮ層の磁化される方向を決定した後、２５０〜２００℃程度で異なる外部磁界の方向を（たとえば９０度）かえても、この決定された磁化方向は維持される。
【００１８】
ＰＩＮ層の磁化方向が確定した後、さらに、再度磁場中熱処理を施す。このときの磁場印加方向は、基板面に対して平行になるように印加する。そして、磁場中熱処理中、素子が徐々に冷却されて、フリー磁性体層１０４の磁化容易方向も確定する。このときＰＩＮ層１００の磁化方向は確定しているのでその方向は変更されない。
【００１９】
また、本実施形態では、磁気検知素子として使用される磁気抵抗効果素子に、永久磁石薄膜などの高保磁力を有する部材を用いることも可能である。
図８は、磁気検知素子として磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサーの素子部に、永久磁性体部材を用いた場合の構成を示す図である。図８（Ａ）は、本発明の複合センサーを上部から見た図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＡ−Ａ線における本発明の複合センサーの側部断面図である。なお、ここでは、磁気検知素子にＧＭＲ素子を用い、このＧＭＲ素子には、各層の両側に電極を配置して膜内に電流を流す、いわゆる通常型のＧＭＲ素子を用いた例を示す。素子部１０の両端に引き出し電極薄膜部を設けることができる（図示せず）。また図８に示す例では、素子部１０にＴＭＲ素子を使用することもできる。
永久磁石薄膜などの高保磁力を有する部材に用いられる永久磁石材料としてはＰｔ−Ｆｅ、Ｂａフェライト等のフェライト磁石、Ｓｍ−Ｃｏ磁石、ネオジム磁石等の薄膜などを用いることができる。
【００２０】
このようなＧＭＲ素子の構成において、フリー磁性体層１０４の磁化状態によって電子の流れが変わることから、電気抵抗の変化として、フリー磁性体層１０４の磁界変化を引き起こす、検知対象磁界を検知する。なお、本実施形態においても傾斜面に各膜構成を形成する。その上で、実効的な磁界強度が膜面に対して強度が増す効果を用いて、磁界を検知させる。
【００２１】
（磁界発生部）
本発明の複合センサーに使用される磁界発生部は、錘部を有して構成されている。錘部としては非磁性体であっても、磁性体であってもよい。磁界の発生は、永久磁石あるいは電磁石の少なくとも１つを用いて行うことができる。電磁石を用いる場合、コイルに鉄心などの強磁性体を用いることもできる。
【００２２】
（錘）
図１(Ｄ)に示すように、錘１２は、３軸方向の自由度を有する梁１１によって支持されている。錘１２を支持するための梁１１の数は３方向に錘１２が可動可能であればよく、特に制限されないが、たとえば錘１２の重心が移動する方向と、梁１１によって錘１２の動く方向とが、一致するように梁１１を設ける位置を設定することができる。
錘１２を固定したり可動可能にするための固定手段としての磁性体としては、電磁石による磁性体あるいは永久磁石による磁性体を挙げることができる。これらは薄膜状に形成されたものであってもよく、その他の形状、たとえば微小磁石を複数配置した形状であってもよい。本発明の複合センサーに使用される磁界発生部１３は、３軸方向の自由度を有する梁１１によって支持された錘１２を有しており、この錘１２自体が磁性体である（すなわち永久磁石でありこの磁石の重みにより錘１２が形成されている）構成を採用する場合、この他に磁性体を用いないで磁界発生部１３を構成することができる。また錘１２自体が磁性体であっても、この他の磁性体を有する構成を採用する場合、あるいは錘１２自体が非磁性体である場合、本発明の複合センサーに使用される磁界発生部１３は、磁性体を有して構成される。このような磁性体としては、前記同様に、電磁石による磁性体あるいは永久磁石による磁性体を挙げることができ、その形状なども前記同様である。たとえば磁性体として電磁石を採用した場合、コイル状に形成したり、ミアンダー構造（meander structure）を有して形成することもできる。
本発明の複合センサーは、好ましくは、傾斜面１ｓは基板内に設けられ、磁気検知素子１０は基板内に存在し、また錘１２は図１にあるように、基板上に設けられる。
以下、本発明の複合センサーを、実施形態により、さらに具体的に説明する。
【００２３】
〔実施形態１〕
磁気抵抗素子１０を用いた磁気センサー部を有する構成例を示す。モーションセンサーとして、本実施形態１では、加速度センサーを例にして説明する。
図１に、本発明の複合センサーの磁気センサー部についての作製方法を示す。
図１に示すように、基板１として、板状のＳｉ基板を用い、この基板１の片面にＫＯＨを用いて異方性エッチングを行う。これによって傾斜面１ｓを４辺有する四角錐台の形状のくぼみをＳｉ基板の前記片面に形成させることができる（図１の（Ａ））。この四角錐台のくぼみが形成された前記片面の傾斜面上に、基板の材料のＳｉを熱酸化させることによって膜状のＳｉＯ２層を設け、このＳｉＯ２層上に磁気検知素子１０を形成させる（図１の（Ｂ））。この磁気センサー部については後述する。
その後、図１（Ｃ）に示すように、四角錐台の上面にＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板部１１ａ、１２ａを貼り合わせにより取り付けたのち、錘１２をＳｉにより、パターニングして形成させる。梁１１についてはＳｉＯ２により構成させる。ＳｉＯ２のエッチングにはＲＩＥ法を用い、Ｓｉのエッチングについては、エッチングする箇所以外をレジスト等でマスクした後に、ＫＯＨを用いてエッチングして形成したり、ＲＩＥエッチングすることにより形成させることができる（図１の（Ｄ））。本実施形態では梁をＳｉＯ２で形成させる例を示したが、梁をＳｉで形成させてもよい。
次に、図２に示すように、磁界発生部として、コイル配線１３を錘１２上に配置させる。Ａｌ、Ｃｕ等の配線材を成膜した後にフォトリソグラフ法（フォトリソ法）によりコイル状に形成でき、また、場合によってシャドウマスクを用いてコイル状に形成させることも可能である。図２に示す磁界発生部では、錘１２の４辺に沿うようにコイル配線１３が形成されている例を示す。そして入力/出力線１４は、図２（Ｃ）に有るように、梁１１の１つの上に形成されている例を示している。
【００２４】
本発明のセンサーの場合、梁１１は三軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の自由度をもって形成させることが可能である。そして、それぞれの軸への自由度を有する（方向の）加速度を測定可能とするために、加速度による錘への力を、錘を支える梁の反力（−Ｆ）によって、移動（たとえばｘ軸方向（この場合には−Ｆｘ（＝Ｋｘ・Ｘ：ただしＫｘはｘ軸方向の梁の弾性率であり、ｙ軸方向およびｚ軸方向の梁の弾性率は、それぞれ、Ｋｙ、Ｋｚで表される。またＸはその梁のｘ方向の変位であり、ｙ軸方向およびｚ軸方向の梁の変位は、それぞれ、Ｙ、Ｚで表される。これらは前記したフックの法則に従っている。））を妨げた分を移動量として検知する。その移動量は錘１２と磁気検知素子１０−１、・・・、１０−ｎとの距離が変わることによって、磁界が変化するので、この磁界の変化量を磁気検知素子１０（１０−１、・・・、１０−ｎ）によって検知して測定することができる。ここで重要なのは、支持部材（梁１１）の強度を広い範囲に設定可能であることである。さらに、必要に応じて、一軸（ｘ軸、ｙ軸またはｚ軸方向のいずれか）、二軸（ｘ軸とｙ軸、ｙ軸とｚ軸またはｚ軸とｘ軸）、三軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）という選択も自在に設定可能である。高感度に設定するために比較的撓み易くすると実現できる。たとえば２Ｇ以上であるような高いＧ（Ｇａｌ：重力加速度）に対する場合、撓みにくいものとすることで実現可能である。
なお、０Ｇより大きく、２Ｇ程度までの範囲の測定に本発明の複合センサーを使用する時に、広く安定に３軸方向の加速度を検知させるには、梁１１は３本、もしくは４本で支える構造とすることが望ましく、３軸加速度ベクトル成分のそれぞれを十分、分離して検知することができる。
【００２５】
ばね性を持つように、たとえば前記した梁１１をミアンダー構造（meander structure）を有してもよい。
図２に示す錘１２の支持構造は精度と必要な強度に応じて選択可能である。強度が十分でない場合には、必要に応じ、片持ち梁や２本、あるいは３以上でもよい。
また、１軸方向に精度が必要であり、他の軸は検知できる最小限度の範囲程度でもよい場合などの別用途によって、５本以上の本数でもよい。
【００２６】
図３に本発明の複合センサーにおいて磁気抵抗素子を用いた例を示す。
トンネル型磁気センサー（ＴＭＲ磁気センサー：Tunneling Magneto Resistance）は、高感度性が特徴であり、たとえば図３（Ａ）に示すように、フリー磁性体層（磁性金属層）１０４／絶縁層１０３／磁性体層（磁性金属層）１０２／（ＰＩＮ層１００）／反強磁性体層１０１／基板１の構成で示される構造を有している。ここで用いられる絶縁層１０３は１ｎｍ前後の無機薄膜で構成される。いわゆるスピンバルブ構造をＰＩＮ層１００として設けるが、このＰＩＮ層１００は反強磁性体層１０１と磁性体層１０２との界面で交換相互作用によって磁化状態が固定されるものであり、磁化固定層とも呼ばれる。ＴＭＲ磁気センサーは、フリー磁性体層１０４とＰＩＮ層１００との相対的な角度によってトンネル確率が変化することによって、抵抗値が変化していく現象を用いてフリー磁性体層の磁化変化を検知する方式である。この方式では、ＰＩＮ層１００の性能はフリー磁性体層１０４の性能とともに重要である。ＰＩＮ層１００は、磁場中熱処理法により、調整を行い、各面に配置したセンサー素子のそれぞれを１軸検知可能なように形成している。
【００２７】
磁気検知素子の外形を設定し、磁気センサー特性と傾斜面に形成させたことを利用し、真空中で磁界中熱処理することで、ＰＩＮ層に磁化の方向を所望の方向に設定すること（ＰＩＮ層において、磁化の方向を所望の方向に設定すること）が可能である。磁界中熱処理温度、磁界条件などの製造条件によって、また、ＰＩＮ層の大きさ、各層の厚さの比などによって、所望の特性を適宜変えることができる。
必要に応じて、磁気検知素子１０−１、・・・、１０−ｎの外形形状を方形以外の円形、楕円形、非対称な形等に設定することにより、磁界の感度領域等を変更可能となる。ただし、磁気検知素子の外形形状は同一の形だけで構成しなくてもよい。なお、検知軸を十分設定することができれば、垂直の面に配置する構成でもよい。
【００２８】
基板の傾斜面１ｓは、３面独立に設定できれば３軸方向の検知が可能であるので、３角錐状に形成したり、多角錐や円錐およびその一部に形成させることでもよい。すなわち計測するのはベクトル量であるので、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に相当する成分を検知することができれば３軸検知可能である。なおこの場合に各軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）は、互いに直交しなくてもよい。すなわち直交座標系以外の座標系（斜方座標系など）であってもよい。
磁界中熱処理時に印加される磁界は一様でも、また、非一様でもよい。磁界中熱処理は真空中で行うことが望ましいが、必要に応じて、減圧下あるいは大気圧下においても可能な場合がある。印加磁界強度は０Ｏｅより大きく１０ｋＯｅ程度まで、実用上、数１００Ｏｅから数ｋＯｅが好適であり、本発明では、数１０Ｏｅ以下でも十分機能するデバイスを実現可能である。
【００２９】
前記説明において、磁気検知素子として、ＴＭＲ素子を例にして説明した。しかし本発明では、この磁気検知素子として、図３（Ｂ）に示す縦型および、図３（Ｃ）に示す通常型のＧＭＲ素子を用いることもできる。これらＧＭＲ素子の両者の違いは電流の流す向きに関係している。縦型では図３（Ｂ）の縦型ＧＭＲ構成に示すように、膜面（横方向）に対して垂直方向に流し、通常型では図３（Ｃ）のＧＭＲ構成に示すように膜面方向（横方向）に流す。層構成としては図３（Ａ）のＴＭＲ素子における絶縁層１０３を非磁性金属にしたものである。いずれもＰＩＮ層を有し、磁界中熱処理（磁界中でのアニーリング）により、ＰＩＮ層も着磁方向を感磁軸として構成することができる。
【００３０】
[モノリシックに構成された複合センサーの実施例]
図４に複合センサーの全体回路ブロック図を示し、全体をモノリシック構造（すなわち１個の半導体結晶上に作られたセンサーも含めた集積回路あるいはモジュール）に形成した一例を示す。チップ部品で構成することも可能であるが、本実施形態２に示す構成では、極めて小さなセンサーモジュールとすることが可能となる。
図４に示すように、各センサ素子部（１０−１、・・・、１０−ｎ）からの信号をセンサー部ｍ１より、マルチプレクサｍ２を介して増幅部ｍ３で増幅させ、Ａ／Ｄ変換部ｍ４によりＡ／Ｄ変換した後に信号処理部ｍ５からデジタル信号として出力する（図４では「測定データ」として出力）。加速度センサーと磁気センサー（地磁気センサー）の切り替えは磁界発生用電流源ｍ６のＯＮ−ＯＦＦにより行なわれる。なお３軸検知（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の例を示したが、３軸以下の場合も同様にして行うことができる。
より具体的には、図４に示すように、加速度センサーなど各センサー部ｍ１から入力された信号が入力されるとマルチプレクサｍ２は、各センサ部（各センサー素子：１０−１、１０−２、・・・１０−ｎ（ｎは２以上の整数））からの信号を順に出力する。増幅器ｍ３はマルチプレクサｍ２からの出力を増幅する。増幅された増幅器ｍ３からの信号はＡ／Ｄ変換器ｍ４でデジタル信号に変換される。このデジタル信号には、加速度センサーとして使用される場合のときと、角速度センサーとして使用される場合のときと、地磁気センサーとして使用されるときとでは、異なる情報から成り立っている。具体的には加速度センサーとして使用される場合の時では「重力に関する情報」と、ｙ軸（あるいはｘ軸）方向の加速度に関する情報と、ｚ軸に関する情報とが含まれている。また信号処理部ｍ５として、ＣＰＵと、ＲＡＭなどのメモリ（揮発／不揮発メモリ）とＲＯＭとを有する構成とした場合には、この信号処理部ｍ５に有するＲＯＭに、このＣＰＵで読取り可能なコードで記述されたプログラム、アプリケーション、初期データおよび固定データなどが格納されている。
また、図５は図４に示す本発明の複合センサーの一例の動作例を示すフローチャートである。この図中、Ｉ群は第１の物理量（たとえば磁気検知（地磁気検知））に関するフローの部分であり、ＩＩ群は第２の物理量（たとえば加速度検知）に関するフローである。他のフローチャートもこれと同様である。
またメモリには、前記したＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換されたデータ（たとえばログ付きのデータ）、および前記データを補正するための補正データなどが格納される。またメモリには、ＣＰＵの作業用領域も設けられる。
【００３１】
ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているプログラムに従い自由度を有する地磁気、加速度、角速度を求まるための物理量を求める処理を実行する。
例えば地磁気センサーとして各センサー素子（１０−１、・・・、１０−ｎ）が使用される場合には、前記ＣＰＵは地磁気センサーとして検知開始された後にセンサー素子１０−１をたとえば第１軸とし、・・・、１０−ｎを第ｎ軸とすると、これら第１軸、・・・、第ｎ軸方向に関する磁気情報に基づいて地磁気の方位とその強度とを算出することができる。なお第１軸から第ｎ軸において、第ｍ番目のデータのみが強度的に得られる場合、あるいは２つ以上の複数の軸でデータの強度がある感度以上に大きい場合などにおいて、これらのデータのみを選択して、地磁気の方位、強度などを算出し、ＣＰＵへの負担を軽減したり、演算能力（演算速度など）を向上させたり、表示を早くすることもできる。
また例えば加速度センサーとして各センサー素子１０−１、・・・、１０−ｎが使用される場合にも地磁気センサーの場合とおおむね同様であるが、加速度の検知の場合には、基板上に梁により支持され３軸方向の自由度を有する錘が動くことにより各センサー素子１０−１、・・・、１０−ｎに印加される磁界強度が変化し、この磁界強度の変化を各センサー部がセンシングすることにより各センサー部からの（３（軸）方向の自由度を有する）加速度に関する信号として得ることができる。
また例えば角速度センサーの場合には、後述する実施形態３（図１１参照）で説明するように、複合センサーのｚ軸周りに回転させながら振動を例えばｘ方向に励震させてｙ方向のコリオリ力を検知して角速度を求めるようなジャイロセンサーを角速度センサーとする例を挙げることができる。
【００３２】
〔センサーの動作例〕
本発明の複合センサーによる検知動作の流れを図４のフローチャートを用いて説明する。このセンサーは磁気センサーおよび加速度センサーであり一軸測定可能である。このセンサーが測定したデータを、ログを残しながらデータを累積して測定する場合を例にして説明する。
たとえば各センサー素子（センサー部ｍ１）からのデータをその素子毎に別個独立して累積して測定する場合、センサーとして地磁気を測定するためのセンサーであれば、その設定精度として、０.０１Ｏｅとし、またセンサーとして重力加速度センサーであれば、その測定精度として０.０１Ｇ（ガル）の精度に設定を行う。それぞれの測定データを累積していたデータのログとその都度比較して、新しい測定データをログの差が設定以下となればデータを次処理部に送り、電流発生部ｍ６のＯＮ／ＯＦＦによって測定モードを切り替える。これを繰り返すことでセンサーは機能する。
なお、多軸測定時の各軸毎に測定を行なう場合、図４に示すマルチプレクサｍ２により切り替えることによって行なうことができる。または、マルチプレクサｍ２を省略し、各センサ素子（１０−１〜１０−ｎ）のそれぞれから得られた信号を後段の信号処理回路（増幅部ｍ３、Ａ／Ｄ変換部ｍ４、信号処理部ｍ５）に送信するか、または時間差で各センサー素子（１０−１〜１０−ｎ）からのデータを取り込む取り込み窓を設定することにより、各センサ素子からのデータ出力信号を独立に行って動作させることもできる。
【００３３】
次に本発明の第２の複合センサーについて、説明する。
〔実施形態２〕
本発明の複合センサーの作製例を図６に示す。
実施形態１の作製と異なる部分を主に説明する。ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒ、フェライト、ＦｅＰｔなどの磁石になりやすい磁性薄膜をスパッタなどで成膜し、図６に示すように、錘１２の上にこの錘１２の位置にあわせてパターニングして磁界発生部１３を形成することができる。その後、錘１２を支える梁１１を形成させる。なお磁性薄膜は錘１２の外形を作成するときに一緒に形成する。
磁界発生部１３として、前記した磁性薄膜以外に、微小磁石を取り付けたり、あるいは磁性粉を含む塗料を塗布して薄膜を形成したり、あるいは錘自体を、磁石を用いて形成してもよい。
その後、図７に示すように、固定磁界部取り付け用支柱１５、固定磁界取り付け梁１６、および固定磁界部１７とを設けた構成例とすることができる。この図に示す例では、各部品を組み立てて構成しているが、磁気検知モードの際（磁気測定時）に、可動の錘１２を固定させることができる構成であればよく、平面的に構成することも可能である。
加速度の測定には永久磁石による磁界発生部と、磁気検知素子との距離（遠近）による磁気検知素子からの出力差により、加速度を検知する。
外部磁界測定時には固定磁界部に電流を流して錘の磁界発生部１３（図７に示す例において、磁性薄膜で構成された薄膜磁石）が磁力で吸着固定される。このときには、磁気検知素子により、内部で発生している磁界分をオフセットとして除き、外部磁界相当分を区別して検知することができ、これによって正味の外部磁界の検知が可能である。
【００３４】
本実施形態２に示す本発明の複合センサーでは、図１、図７及び図８を参照すれば明らかなように、梁１１が４本の例を示す。
これらの図の例では、錘１２を支える梁１１が４本であり、３軸方向に自由に可動する例を示す。
磁気センサーも三軸検知可能に配置すれば、加速度も三軸測定（この三軸測定の３軸と梁の自由度の３軸方向とは一般に一致するようにしているが、これらは必ずしも一致しなくてよい。）が可能である。
さらに、わずかな電流を固定磁界部１７に流して錘１２を固着できるように固定磁界部１７と錘１２との距離を狭めることが可能となる。このように構成すると、固着させるための配線とぶつかって壊れることがなく、低消費電力向きの構成である。そして加速度を検知する際にはその電流も流していないので、さらに低消費電力の複合センサーを実現できる。
図８は錘１２を磁性体で形成し、各面に磁気検知素子１０を配置した加速度センサー部の例を示している。
【００３５】
図９にモノリシック構造に構成した本実施形態の複合センサーの全体構成例を示す。なお各部をチップ部品で構成することも可能であるが、本構成では、極めて小さなセンサーモジュール（たとえばセンサー素子１０−１などが１ｍｍ□（１ｍｍ四方）、あるいは更に小さい２００ μｍ□など）として実現することが可能である。
図９に示すように、センサー部１ｍからの各軸毎の信号を、マルチプレクサｍ２を介して増幅部ｍ３で増幅させ、Ａ／Ｄ変換部ｍ４でのＡ／Ｄ変換後に信号処理部ｍ５から信号（測定データ）として出力する。加速度センサーと磁気センサーへの切り替えは、固定磁界部用電源部ｍ７により固定磁界部の電流のＯＮ−ＯＦＦを通じて行なわれる。本実施形態でも３軸検知の例を示したが、必要に応じて少ない軸の例でもよい。
【００３６】
本実施の形態２に示す複合センサーの測定動作の流れを、図１０に示すフローチャートを用いて説明する。前記した実施形態１と同様に、本実施形態でも磁気測定および、加速度の一軸測定の例により、測定を累積させる場合の例で示す。累積して測定の設定精度、地磁気測定として、たとえば、０.０１Ｏｅ以下の精度と、重力加速度の測定時には０.０１Ｇの精度に設定を行い、それぞれの設定以下となればデータを次処理部に送り、固定磁界部用電源部のＯＮ、ＯＦＦを行い、測定モードを切り替える。この測定モードの切り替えを繰り返すことで別のセンシング（他の物理量の検知）を行って複合センサーとして、機能する。より具体的には、Ｉ群は、第１の物理量を測定するセンサーの動作を示すフローであり、ＩＩ群は、第２の物理量を測定するセンサーの動作を示すフローに分けることができる。地磁気検知に関しては、図１０に示すように、Ｉ群を地磁気検知とし、ＩＩ群を加速度検知とした例で説明する。Ｉ群では、Ｓ１０２で錘固定用電源をＯＮして磁界検知モード（地磁気検知モード）に移行すると（Ｓ１３）、磁界検知を開始する（ステップＳ１）。検知の結果、磁界データを得ると（ステップＳ２、Ｓ３）、後続の信号処理部に磁界データを転送し（ステップＳ４）、固定磁界部用電源をＯＦＦにする（ステップＳ１０１）。そして加速度の検知可能か否かを判定し（ステップＳ７）、Ｎｏの場合には加速度検知可能となるまで判定が行われ（ステップＳ７／Ｎｏ→ステップＳ７の判定）、加速度検知可能となれば（ステップＳ７／Ｙｅｓ）、ステップＳ８に進み加速度検知が行われ、得られた加速度データが十分な特性であれば信号処理部に加速度データを転送し（ステップＳ９）、前記したＩ群のセンシングが、前記同様に行われる。
なお、多軸測定時の各センサー素子（１０−１〜１０−ｎ）による測定を行うには、図９に示すマルチプレクサｍ２による切り替えによって行なうことができる。また、マルチプレクサｍ２を用いずにたとえばソフトウェア的にウインドウ（たとえば周期的にＩとＩＩを切り替える）を実行するなど、別構成で各軸を独立に動作させることも十分可能である。信号処理部にデータを転送するステップと、他の物理量を測定するためにIとIIとを切り替えるステップは同時に行ってもよく、どちらかを先に行ってもよい。他の動作例でも同様である。
【００３７】
次に本発明の複合センサーの第３実施形態を説明する。
〔実施形態３〕
図１１に本実施形態の複合センサーの構成例を示す。
本実施の形態３では、本発明の複合センサーにおいて、角速度検知可能とする構成の例であり、錘１２を磁性体で形成した例を示す。なお、図１１における支柱部は存在するがその部分はこの図では省略している。
コリオリ力を検知する方式を採用した例で示す。これは錘１２をあらかじめ可動させておき、これに回転モーメントの付加によるコリオリ力（２ｍｖ×ω：ｍは回転している物体の質量、ω：回転速度（角速度）、ｖ：物体の移動速度）を検知する。なお角速度ωと移動速度ｖとコリオリ力はいずれもベクトルであり、速度ｖと角速度ωとコリオリ力とは、それぞれ直交する関係にある。
【００３８】
可動（励震）させるのは静電力を用いてもよく、磁界検知素子の検知に影響が小さければ、電磁力を用いてもよい。
なお、角速度を検知する方法として、錘を回転させこれを検知する方法も採用することもできる（たとえばこの場合回転軸方向をｚ軸に採り、ｘ軸方向に励震し、ｙ軸方向の振動を計測してコリオリ力を検知して測定する。）。この場合、錘の回転は一体となる磁界発生部も回転することを意味する。磁界発生部の回転に連動して、加速度を検知するのと同様に、磁界発生部と磁気検知素子との距離の差（遠近）により、錘と一体となった磁界発生部の回転を検知して、角速度ωを検知できる。図１１に示すジャイロセンサーは、コリオリ力を検出して回転速度を検出するタイプのセンサーであり、振動のドライブ方向を縦方向（ｘ方向）とし、角速度検知方向を横方向（ｙ方向）にしている例を示す。このような振動を引き起こさせる振動ドライブとしては、ＰＺＴ（鉛-亜鉛-チタン系）、ニオブ酸リチウムなどの圧電セラミックス、水晶などの圧電素子を用いた振動ドライブを挙げることができる。このような圧電素子に適宜電圧を印加して振動を周期的に図１１に示すような振動ドライブの方向に発生させることができる。
本実施形態３のセンサーでは、加速度以外の実現が難しいジャイロセンサーを実現することができる。その際に小型でかつ、三軸センサーを簡便な構成で実現可能である。また、構成によっては加速度センサーとジャイロセンサーの同時（あるいは同時ではなく時間をずらして）測定が可能であるので、通常ジャイロセンサーとして３個必要であるのに対し（ｘ、ｙおよびｚ方向として個別に３個）、本発明では、複合センサーとしてさらに小さな構成で実現可能である。
【００３９】
次に本発明の複合センサーの第４実施形態について説明する。
〔実施形態４〕
図４に本実施形態４の複合センサーの構成例を示す。
本発明の複合センサーが、磁界状態や、加速度あるいは角速度が大きく変動する場合（例えば移動中である場合）の物理量の検知について、本実施形態で説明する。その場合に、検知結果の情報に応じ、変化の激しい物理量の検知において、その検知回数を多く設定したり、あるいは検知時間を長く設定し、各検知結果の精度を高めることが、本実施形態に示すように可能である。
図１２に、測定回数を増加し、これらの測定結果を累積することにより、測定精度をあげる例を示す。
【００４０】
具体的には、１ｍＳの測定時間とし、データ累積回数を１００回とすることができる。そして加速度センサーとして使用する場合には、その感度限界は０．２Ｇとし、地磁気センサーとして使用する場合にはその感度限界を３０Ｏｅとする。これらのセンサーを交互に切り替えて周期的に測定し、また、１つのセンサーでデータ累積回数を所定回数繰り返した後に他のセンサーに切り替えるようにすることもできる。その切替時間は、測定時間の十分の１程度（たとえば０．１ｍＳ）とすることができる。
本実施形態では、図１２のフローチャートに示すように、たとえばまず磁気を検知（地磁気検知）をすることを例にして説明する。磁気検知が開始されると、磁気検知素子により、１以上の磁界の検知が行われる（ステップＳ１）。これによって磁界データが得られる（ステップＳ２）。
前記したステップＳ２により得られた磁界データにより十分な特性が得られたか否かを判定する（ステップＳ４１）。
ステップＳ４１により十分な特性が得られない場合には（ステップＳ４１でＮｏの場合）、得られるまで磁気検知が行われ、十分な特性が得られた場合には（ステップＳ４１でＹｅｓの場合）、信号処理部に得られた磁界データを転送し（ステップＳ４）、また、磁界発生用電源をＯＮする（ステップＳ５）。
次いで、錘の配線（コイル）に電流が流されて磁界発生により加速度の検知可能とする（ステップＳ６）。
加速度の検知を行い（ステップＳ７）、検知可能であれば（ステップＳ７でＹｅｓの場合）加速度データを格納する（ステップＳ８）。検知が十分行われない場合（ステップＳ７でＮｏの場合）には、再び検知が行われる。前記の格納されたデータが十分な特性（十分な精度と十分な感度）で得られたか否かを判定し（ステップＳ４２）、十分な特性が得られない場合（ステップＳ４２でＮｏの場合）には、ステップＳ７に戻って十分な特性が得られるまで再測定を行い、十分な特性が得られた場合（ステップＳ４２でＹｅｓの場合）には、信号処理部にデータを転送し（ステップＳ１１）、錘の配線への電源供給のＯＦＦまたは錘の固定を行い（ステップＳ１２）、磁気検知モードに移行し（ステップＳ１３）、以降、前記ステップＳ１に戻ってステップ１からの動作を繰り返す。
【００４１】
なおステップＳ５とステップＳ４、およびステップＳ１２とステップＳ１１は、どちらのステップが先でも、後でもよく、また場合によっては同時であってもよい。また本実施形態でも他の実施形態と同様に、信号処理部ｍ５では、センサー素子１０−１、・・・、１０−ｎから検知されたデータである地磁気データ、加速度データまたは角速度データの各情報に基づいて、方位データ、各方向別の加速度データまたは各方向別の角速度データを算出し、複合センサーが設置された物のこれらのデータから、各自由度に基づく物理量を算出し、表示等することができる。なおこれらの物理量は、各センサー素子からの検知データを取得した後に各地磁気データ、加速度データまたは角速度データを算出し、これら地磁気データなどの算出データから、メモリなどに保存されているかまたはテーブル形式にされた補正データを用いて前記した算出データを補正して補正後のデータを得る。この補正後のデータをメモリに保存し、あるいは表示等することができる。
【００４２】
〔実施形態５〕
図１３に本実施形態の動作例を示す。本実施形態の動作説明では、地磁気と加速度を検知する場合について記載するが、加速度に代えて角速度を検知するような複合センサーであってもよい。
本複合センサーは地磁気センサーと加速度センサーとを同一基板に形成させたものであり、磁気センサーモード時に十分な検知特性を有し、モーションセンサーモード時（加速度センサーモード時または角速度センサーモード時）に加速度と角速度の少なくとも何れかの電流値を変える事とした。これにより構造が同じでも磁界感度を変えて、加速度および角速度に応じた測定出力を変化させるようにすることができる。
センサー素子部で十分な分解能を、ダイナミックレンジを持つ場合にセンサー素子に接続する回路側のレンジの切り替えにより比較的容易に実現できる。
たとえば錘と梁を高Ｇでも壊れなくし、比較的低いＧで撓み量が少ない場合でも、検知のセンサー部が高感度であるので広いダイナミックレンジを実現可能となる。このような本実施形態の複合センサーを用いて、ダイナミックレンジにより、適度な感度強度にして、第１及び第２の物理量を好ましくは自動的に検知可能である。より具体的には、図１３に示すように、モーションセンサーモード（加速度センサーモードまたは角速度センサーモード）による検知の際に、ステップＳ２０１に示すように、たとえば、閾値を設け、たとえば閾値Ａ、Ｂを設け、閾値Ａを越えない場合には小レンジ領域での測定とし、閾値Ａを越え、閾値Ｂを越えない場合には中レンジ領域とし、閾値Ｂを越えれば大レンジ領域などと３領域に分割してレンジ範囲を分けて測定するなど、自在に換えることができる。
このため、多数の測定レンジに応じて、センサーの数を必要とする従来のセンサーに比して、本実施形態に示す複合センサーでは、その物理量を測定する検知部が１個（１種類：１組）のセンサーで対応可能である。必要に応じて、測定レンジも、可変設定可能であって、測定対象を選ばないセンサーとすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の複合センサーの製造工程を示す図であり、（a）は基板に斜面を形成するためのエッチング工程で製造された内部に斜面有する基板であり、（ｂ）は（a）の工程により形成した斜面に磁気検知素子を形成する工程であり、（ｃ）はＳＯＩ基板の貼り合わせの工程であり、（ｄ）は錘部を形成するためのパターニング工程である。
【図２】３方向の自由度を有する錘の動作により３方向検知可能な複合センサーの第１の例を示す構成図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の錘を含む梁の部分での切断断面図であり（この図ではコイルによる発生磁界も示す）、（Ｃ）は（Ａ）のＡ部拡大図であり、（Ｄ）は複合センサーを斜め上方向から見た全体構成図である。
【図３】本発明の複合センサーの感知部として磁気抵抗素子を用いた層構成例を示したものであり、（Ａ）はＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistance）素子を用いた例であり、（Ｂ）及び（Ｃ）はＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）素子を用いた例である。
【図４】本発明の複合センサーのセンサー形成用Ｓｉ基板の電気的な回路ブロック図である。
【図５】本発明の複合センサーの動作例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の複合センサーの他の例を示す図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】本発明の複合センサーのもう１つ別の構成例を示す図である。
【図８】本発明の複合センサーのもう１つ別の構成例を示す図であり、錘部を磁性体で構成しモーションセンサーとして加速度センサーに適用された場合の構成例を示す図である。（Ａ）はその正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】本発明の複合センサーのセンサー形成用Ｓｉ基板の他の電気的な回路ブロック図である。
【図１０】実施の形態２に示す複合センサーの測定動作の流れを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の複合センサーのもう１つ別の構成例を示す図であり、錘部を磁性体で構成しモーションセンサーとして角速度センサー（ジャイロセンサー）に適用された場合の構成例を示す図である。Z軸が回転軸である場合の例を示す。(Ａ)はその正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線図断面である。
【図１２】測定回数を増加し、これらの測定結果を累積して測定（信号の）精度をあげる例を示す複合センサーを用いた動作例を示すフローチャートである。
【図１３】ダイナミックレンジを持つ場合に素子に接続する回路側のレンジの切り替えにより容易に実現できる複合センサーを用いた場合の動作例を示すフローチャートである。
【図１４】従来のセンサー（特許文献１）の構成例を示す図であり、（Ａ）は特許文献１の図１であり、（Ｂ）はその図２をそれぞれ示す。
【図１５】従来のセンサー（特許文献２）の構成例を示す図である。
【図１６】従来のセンサー（特許文献３）の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 基板
１０ 磁気感知部（センサー素子）
１１ 梁
１２ 錘
１３ 磁界発生部
１４ 入力／出力線
１５ 固定磁界部取り付け用支柱
１６ 固定磁界部取り付け梁
１７ 固定磁界部
１００ ＰＩＮ層
１０１ 反強磁性体層
１０２ 磁性層
１０３ 絶縁層
１０４ フリー層（フリー磁性体層）
１０６ 非磁性金属層
１０７ 電極
ｍ１ 検知部（センサー部）
ｍ２ マルチプレクサ
ｍ３ 増幅部
ｍ４ Ａ／Ｄ変換部
ｍ５ 信号処理部
ｍ６ 磁界発生用電流源
ｍ７ 固定磁界部用電源部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度などを検知することの可能な複合センサーに関する。特に、簡便な製造方法で実現させた構成を有する複合センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、速度、加速度等を測定するための様々なセンサーが知られている。このようなセンサーとして、たとえば特許文献１に記載の発明を挙げることができる。この文献に開示されたセンサーは、検出素子として磁気検出素子、具体的には複数のＧＭＲ素子を用い、錘と一体となった可動コイルに電流が流れた場合にその磁界変化を検知して錘を支える梁抗力に応じた加速度を検知する外部磁界及び加速度をセンシングするセンサーであり、このセンサーはまた、角速度の測定が可能なセンサーでもある。
しかしながら、このセンサーの検知方向は２軸方向が限度であり、特許文献１を見る限り、３軸方向への具体的な解決手段は何ら開示されてはいない。
また、この発明では、錘の周囲に磁気検出素子を複数配置しており、個々の素子が大きく、小型化するには限度があり困難である。
【０００３】
また特許文献２には、半導体加速度センサの発明が記載されている。この公報にはＳｉ半導体の微細加工技術を用いて薄膜磁気抵抗素子を上部に有する錘部を形成し、印加加速度については、可動電極（おもり部）が変位し、それによって、センサ内部の上側及び下側のコンデンサ部の静電容量値が変化し、これを回路（Ｃ−Ｆコンバータ等）によって加速度を検出することが開示されている。
また特許文献３には、磁気加速度センサの発明が開示されている。この公報に記載のセンサーはドーム状バネ等に印加される加重から、このバネの有するヒステリシスにより加速度を得ることによって、自動車の速度制御や地震の震度などの検出等に用いる加速度センサーである。
しかしながら、これらの公報にも３軸方向にセンサーを配置させること、また、可動部を固定させて、磁気センサーとして併用させることは、何ら開示されてはいない。
また特許文献４には、磁性薄膜による磁界と電流によるローレンツ力によって、励振部と角速度に応じたコリオリ力を櫛型電極間の静電容量によって検知して、角速度をセンシングする発明が開示されている。
特許文献５〜６には、３軸ベクトル以上の方向に独立して配置されて地磁気を検知対象とする磁気検知素子あるいは磁気センサーが開示されている。
また特許文献７には、センサーを直交座標系の３軸上に配置して、センサー、検知手段、予め出力した絶対値との比較手段および報知手段をもつシステムが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−９８０７８号公報
【特許文献２】特開平９−２０３７４８号公報
【特許文献３】特開平５−１５７７６５号公報
【特許文献４】特開２００６−１８９３６１号公報
【特許文献５】特開２００２−２０７０７１号公報
【特許文献６】特開２００３−１６７０３９号公報
【特許文献７】特開２００３−００８１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した実情を考慮してなされたものであって、高感度なモーションセンサーとして三軸検知可能であり、また磁界センサーとして使用可能で、簡便な構成で、小型で、かつ低消費電力の複合センサーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、傾斜面を有する基板の前記傾斜面に設けられた磁気検知素子と、
前記基板上に梁により支持され３軸方向の自由度を有する錘を有する磁界発生部と、
を備えた複合センサーであって、
前記磁気検知素子により第１の物理量の外部磁界を検知可能であると共に、
前記錘を有する磁界発生部の位置変動による前記磁気検知素子の出力の差に基づいて第２の物理量を検知することを特徴とする。
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の複合センサーにおいて、前記第２の物理量は加速度または角速度であることを特徴とする。
また請求項３に記載の複合センサーの発明は、請求項１または２に記載の複合センサーにおいて、前記磁界発生部の電流値を変えて加速度または角速度の検知感度の少なくとも１つを可変可能とすることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、傾斜面を有する基板の前記傾斜面に設けられた磁気検知素子と、
三軸方向の自由度を有する梁に支持された錘と、前記錘に設けられた配線部とからなる磁界発生部と、
を備えた複合センサーであって、
前記磁界発生部は永久磁石と、前記永久磁石を固定する固定磁界部とを有し、前記固定磁界部は空芯コイルまたは鉄心付き電磁石を有し、
前記固定磁界部に電流が流れていないときは、前記磁界発生部の前記三軸方向の少なくとも１方向の平行移動に伴う前記永久磁石による印加される磁力の変化による前記磁気検知素子の出力の差により加速度を検知し、
前記固定磁界部に電流が流れているときは、前記磁気検知素子により内部で発生している磁界分をオフセットとして除いて外部磁界を検知することを特徴とする。
また請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかの複合センサーにおいて、前記磁界発生部の回転に伴う前記磁界発生部と前記磁気検知素子との距離の差に基づいて角速度を検知することを特徴とする。
また請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかの複合センサーにおいて、前記磁界発生部または前記固定磁界部に電流を流すための磁界発生用電源に信号処理部を設け、各センサーの切り替え比率を変更することを特徴とする。
また請求項７に記載の発明は請求項１〜６のいずれかの複合センサーにおいて、前記磁気検知素子は、ＴＭＲ（Tunneling Magnetic Resistance、トンネル磁気抵抗効果）素子またはＧＭＲ（Giant Magnetic Resistance、巨大磁気抵抗効果）素子の少なくとも１つを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、１個のセンサーで２以上の物理量をセンシングすることができ、また小型のセンサーとして用いる構成としている。
さらに、センサーとして加速度センサーの加速度検知の場合、通電を伴わないか、または磁気検知の際の錘（磁石）の固着の際の電流値が十分小さな電流値で検知可能な複合センサーを提供することができる。
また、加速度センサーモードの際の感度も請求項１に記載の発明では電流値によるので、磁石とすることで、低消費電力であり、かつ、高感度なセンサーを提供することができる。
本発明によれば、同一の機構で少なくとも２種類の物理量を検知するセンサーの構成を共通化でき、また検知が必要な場合に、その検知感度を変えて、容易に検知情報を効率よく検知可能であって、外部の測定状態に応じた柔軟な変更が可能となる。
本発明の複合センサーは、錘部の配線に流す電流を調整することによって検知感度を変えることができるので、多数の測定レンジに応じて複数のセンサー部を必要とする従来例に比べ、一個のセンサーでカバーできセンサーの小型化にさらに寄与する。そして本発明では検知部のみならず、信号処理系、センサーによって求められた結果を表示する表示系も共に共通のものを用いることができる。
また、必要に応じて、測定範囲のレンジを優先に設定する場合にも可変設定可能であって、測定範囲を広く設定できるセンサーとすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の複合センサーを、実施形態により、詳細に説明する。
本発明の複合センサーは、傾斜面が設けられた基板の前記傾斜面に設けられた磁気検知素子と、梁に支持された錘を有する磁界発生部とを備えた、外部磁界と加速度あるいは角速度などを検知可能な複合センサーである。
本発明の複合センサーを用いて加速度などの物理量を測定する場合、通常、センサーを水平に設置して測定を行うため、前記の傾斜面は水平面に対して特定の角度を有する面となり、測定すると必ずｘ軸またはｙ軸の少なくとも１軸とｚ軸方向の測定結果を含むことになる。この傾斜面は、たとえば基板を水平方向にセッティングし、基板の上面からエッチング液を用いて加工したりＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などにより加工する加工方法を用いて基板の深さ方向に傾斜面を得ることができるが、これら加工方法には限定されない。本発明の複合センサーは、前記したこのような基板の傾斜面に磁気検知素子が設けられると共に、梁に支持された錘を有する磁界発生部とを備えている。
以下、基板、磁気検知素子および磁界発生部について、説明する。
【０００９】
（基板）
基板１としては、Ｓｉなどの半導体基板、非導電性セラミック、導電性セラミック、金属板に絶縁層を設けた基板等を用いることができる。
これらの基板を用いて異方性エッチング法などによって傾斜面１ｓを設けることができる。
本発明の複合センサーは、傾斜面を設けた基板の前記傾斜面に磁気検知素子が設けられている。
【００１０】
（磁気検知素子）
本発明の複合センサーに使用される磁気検知素子１０としては、好ましくは、ＴＭＲ素子またはＧＭＲ素子を用いることができる。
ＴＭＲ素子としては、図３（Ａ）に示すように、基板１上に反強磁性体層１０１と、磁性体層１０２と、絶縁層１０３とフリー層（フリー磁性体層）１０４とから構成される。フリー層１０４は、外部磁界の向きに応じて磁化の方向が変化する層であり、一方、磁性体層１０２と反強磁性体層１０１との界面層であるＰＩＮ層１００は、外部磁化の向きに関わらず磁化の方向が固定される層（磁化固定層）である。また、絶縁層１０３は、フリー層１０４およびＰＩＮ層１００に挟持されトンネル層としての役割を果たす層である。
【００１１】
実際には、磁気検知素子１０の近傍に、錘を有する磁界発生部を近接させているので、これにより、磁場を磁気検知素子１０の膜面内に引き込んで、傾斜方向のうちの、膜面での射影分で実効磁場を発生させて、目的のＰＩＮ層方向の磁化変化を起こす。
【００１２】
さらに、他の法線成分をもつ膜面においては、９０度異なる向きへ向くような構成とすることが可能である。フリー層１０４とＰＩＮ層１００とは、通常、９０度程度の相対角度を持たせることによって良好な特性を発揮することが可能である。
【００１３】
ＴＭＲ素子としては、基板１の傾斜面１ｓ上に、例えばＦｅ−Ｎｉのような反強磁性体層１０１とＣｏ−Ｆｅなどの磁性体層１０２とで構成されたＰＩＮ層１００が積層される。そして、このＰＩＮ層１００の上部に絶縁層１０３を積層して、さらにその上層にフリー磁性体層１０４を積層する。絶縁層１０３としては、ＳｉＯ2などの絶縁材料や、Ａｌ２Ｏ３のような非磁性金属酸化物などが用いられる。また、フリー磁性体層１０４としては、例えばＣｏ−Ｆｅなどを用いて形成してもよい。
【００１４】
また、各素子部１０−１〜１０−４（図１（Ｂ）参照）はＴＭＲ素子に限定されず、図３（Ｂ）に示すようなＧＭＲ素子を用いることも可能である。なお、本実施形態のＧＭＲ素子としてはスピンバルブ型を用いている。
【００１５】
ＧＭＲ素子としては、前記したＴＭＲ素子の絶縁層１０３を非磁性金属層に置き換えることによって得られる。
このようなＧＭＲ素子としては、図３（Ｂ）図に示すように、基板１上に、例えば、Ｍｎ−Ｉｒのような反強磁性体層１０１と、Ｃｏなどの磁性体層１０２と、Ｃｕ、Ａｌなどの非磁性金属層１０６と、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅのようなフリー磁性体層１０４を積層する。そしてこの順番で積層された各層を、電極部１０７によって両端から挟持するようにして設け、電流を膜内（積層体の膜）に流す構成としている。また、ＧＭＲ素子としては、図３（Ｃ）に示すような縦型ＧＭＲ素子としてもよく、この場合には、一方の電極部１０７ａをフリー磁性体層１０４の上部に配置し、もう一方の電極部１０７ｂを反強磁性体層１０１および磁性体層１０２の側部（一端部）に配置して、電流を膜面に垂直に流す構成としている。
【００１６】
上記したＴＭＲ素子などの磁気検知素子は、たとえば以下のような工程により、製造することができる。
まず、基板上に予め形成された傾斜面に対し、所望の層構成を有する素子の各膜を成膜する。成膜される素子の各膜（層）としては、前述した図３（Ａ）〜（Ｂ）などの層構成が挙げられる。次に、成膜された各層にフォトリソ法を用いてパターン形状を形成する。そしてパターニングされた素子に保護層を形成する。
【００１７】
ここで、磁場中熱処理（外部磁場を印加しながら磁気検知素子を含む基板に熱処理）を施す。このとき、素子を含む基板への磁場印加方向は、基板の傾斜面に対して垂直以外の方向になるように形成する。そして、磁場中での熱処理（以下、磁場中熱処理という）に基づきＰＩＮ層の磁化方向がこの磁場中熱処理における印加磁場方向できまり、温度が変更されて（温度が低下して）ＰＩＮ層の磁化方向が決定する。前記磁場中熱処理として、熱処理温度として、例えば３００℃程度でＰＩＮ層の磁化される方向を決定した後、２５０〜２００℃程度で異なる外部磁界の方向を（たとえば９０度）かえても、この決定された磁化方向は維持される。
【００１８】
ＰＩＮ層の磁化方向が確定した後、さらに、再度磁場中熱処理を施す。このときの磁場印加方向は、基板面に対して平行になるように印加する。そして、磁場中熱処理中、素子が徐々に冷却されて、フリー磁性体層１０４の磁化容易方向も確定する。このときＰＩＮ層１００の磁化方向は確定しているのでその方向は変更されない。
【００１９】
また、本実施形態では、磁気検知素子として使用される磁気抵抗効果素子に、永久磁石薄膜などの高保磁力を有する部材を用いることも可能である。
図８は、磁気検知素子として磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサーの素子部に、永久磁性体部材を用いた場合の構成を示す図である。図８（Ａ）は、本発明の複合センサーを上部から見た図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＡ−Ａ線における本発明の複合センサーの側部断面図である。なお、ここでは、磁気検知素子にＧＭＲ素子を用い、このＧＭＲ素子には、各層の両側に電極を配置して膜内に電流を流す、いわゆる通常型のＧＭＲ素子を用いた例を示す。素子部１０の両端に引き出し電極薄膜部を設けることができる（図示せず）。また図８に示す例では、素子部１０にＴＭＲ素子を使用することもできる。
永久磁石薄膜などの高保磁力を有する部材に用いられる永久磁石材料としてはＰｔ−Ｆｅ、Ｂａフェライト等のフェライト磁石、Ｓｍ−Ｃｏ磁石、ネオジム磁石等の薄膜などを用いることができる。
【００２０】
このようなＧＭＲ素子の構成において、フリー磁性体層１０４の磁化状態によって電子の流れが変わることから、電気抵抗の変化として、フリー磁性体層１０４の磁界変化を引き起こす、検知対象磁界を検知する。なお、本実施形態においても傾斜面に各膜構成を形成する。その上で、実効的な磁界強度が膜面に対して強度が増す効果を用いて、磁界を検知させる。
【００２１】
（磁界発生部）
本発明の複合センサーに使用される磁界発生部は、錘部を有して構成されている。錘部としては非磁性体であっても、磁性体であってもよい。磁界の発生は、永久磁石あるいは電磁石の少なくとも１つを用いて行うことができる。電磁石を用いる場合、コイルに鉄心などの強磁性体を用いることもできる。
【００２２】
（錘）
図１(Ｄ)に示すように、錘１２は、３軸方向の自由度を有する梁１１によって支持されている。錘１２を支持するための梁１１の数は３方向に錘１２が可動可能であればよく、特に制限されないが、たとえば錘１２の重心が移動する方向と、梁１１によって錘１２の動く方向とが、一致するように梁１１を設ける位置を設定することができる。
錘１２を固定したり可動可能にするための固定手段としての磁性体としては、電磁石による磁性体あるいは永久磁石による磁性体を挙げることができる。これらは薄膜状に形成されたものであってもよく、その他の形状、たとえば微小磁石を複数配置した形状であってもよい。本発明の複合センサーに使用される磁界発生部１３は、３軸方向の自由度を有する梁１１によって支持された錘１２を有しており、この錘１２自体が磁性体である（すなわち永久磁石でありこの磁石の重みにより錘１２が形成されている）構成を採用する場合、この他に磁性体を用いないで磁界発生部１３を構成することができる。また錘１２自体が磁性体であっても、この他の磁性体を有する構成を採用する場合、あるいは錘１２自体が非磁性体である場合、本発明の複合センサーに使用される磁界発生部１３は、磁性体を有して構成される。このような磁性体としては、前記同様に、電磁石による磁性体あるいは永久磁石による磁性体を挙げることができ、その形状なども前記同様である。たとえば磁性体として電磁石を採用した場合、コイル状に形成したり、ミアンダー構造（meander structure）を有して形成することもできる。
本発明の複合センサーは、好ましくは、傾斜面１ｓは基板内に設けられ、磁気検知素子１０は基板内に存在し、また錘１２は図１にあるように、基板上に設けられる。
以下、本発明の複合センサーを、実施形態により、さらに具体的に説明する。
【００２３】
〔実施形態１〕
磁気抵抗素子１０を用いた磁気センサー部を有する構成例を示す。モーションセンサーとして、本実施形態１では、加速度センサーを例にして説明する。
図１に、本発明の複合センサーの磁気センサー部についての作製方法を示す。
図１に示すように、基板１として、板状のＳｉ基板を用い、この基板１の片面にＫＯＨを用いて異方性エッチングを行う。これによって傾斜面１ｓを４辺有する四角錐台の形状のくぼみをＳｉ基板の前記片面に形成させることができる（図１の（Ａ））。この四角錐台のくぼみが形成された前記片面の傾斜面上に、基板の材料のＳｉを熱酸化させることによって膜状のＳｉＯ２層を設け、このＳｉＯ２層上に磁気検知素子１０を形成させる（図１の（Ｂ））。この磁気センサー部については後述する。
その後、図１（Ｃ）に示すように、四角錐台の上面にＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板部１１ａ、１２ａを貼り合わせにより取り付けたのち、錘１２をＳｉにより、パターニングして形成させる。梁１１についてはＳｉＯ２により構成させる。ＳｉＯ２のエッチングにはＲＩＥ法を用い、Ｓｉのエッチングについては、エッチングする箇所以外をレジスト等でマスクした後に、ＫＯＨを用いてエッチングして形成したり、ＲＩＥエッチングすることにより形成させることができる（図１の（Ｄ））。本実施形態では梁をＳｉＯ２で形成させる例を示したが、梁をＳｉで形成させてもよい。
次に、図２に示すように、磁界発生部として、コイル配線１３を錘１２上に配置させる。Ａｌ、Ｃｕ等の配線材を成膜した後にフォトリソグラフ法（フォトリソ法）によりコイル状に形成でき、また、場合によってシャドウマスクを用いてコイル状に形成させることも可能である。図２に示す磁界発生部では、錘１２の４辺に沿うようにコイル配線１３が形成されている例を示す。そして入力/出力線１４は、図２（Ｃ）に有るように、梁１１の１つの上に形成されている例を示している。
【００２４】
本発明のセンサーの場合、梁１１は三軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の自由度をもって形成させることが可能である。そして、それぞれの軸への自由度を有する（方向の）加速度を測定可能とするために、加速度による錘への力を、錘を支える梁の反力（−Ｆ）によって、移動（たとえばｘ軸方向（この場合には−Ｆｘ（＝Ｋｘ・Ｘ：ただしＫｘはｘ軸方向の梁の弾性率であり、ｙ軸方向およびｚ軸方向の梁の弾性率は、それぞれ、Ｋｙ、Ｋｚで表される。またＸはその梁のｘ方向の変位であり、ｙ軸方向およびｚ軸方向の梁の変位は、それぞれ、Ｙ、Ｚで表される。これらは前記したフックの法則に従っている。））を妨げた分を移動量として検知する。その移動量は錘１２と磁気検知素子１０−１、・・・、１０−ｎとの距離が変わることによって、磁界が変化するので、この磁界の変化量を磁気検知素子１０（１０−１、・・・、１０−ｎ）によって検知して測定することができる。ここで重要なのは、支持部材（梁１１）の強度を広い範囲に設定可能であることである。さらに、必要に応じて、一軸（ｘ軸、ｙ軸またはｚ軸方向のいずれか）、二軸（ｘ軸とｙ軸、ｙ軸とｚ軸またはｚ軸とｘ軸）、三軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）という選択も自在に設定可能である。高感度に設定するために比較的撓み易くすると実現できる。たとえば２Ｇ以上であるような高いＧ（Ｇａｌ：重力加速度）に対する場合、撓みにくいものとすることで実現可能である。
なお、０Ｇより大きく、２Ｇ程度までの範囲の測定に本発明の複合センサーを使用する時に、広く安定に３軸方向の加速度を検知させるには、梁１１は３本、もしくは４本で支える構造とすることが望ましく、３軸加速度ベクトル成分のそれぞれを十分、分離して検知することができる。
【００２５】
ばね性を持つように、たとえば前記した梁１１をミアンダー構造（meander structure）を有してもよい。
図２に示す錘１２の支持構造は精度と必要な強度に応じて選択可能である。強度が十分でない場合には、必要に応じ、片持ち梁や２本、あるいは３以上でもよい。
また、１軸方向に精度が必要であり、他の軸は検知できる最小限度の範囲程度でもよい場合などの別用途によって、５本以上の本数でもよい。
【００２６】
図３に本発明の複合センサーにおいて磁気抵抗素子を用いた例を示す。
トンネル型磁気センサー（ＴＭＲ磁気センサー：Tunneling Magneto Resistance）は、高感度性が特徴であり、たとえば図３（Ａ）に示すように、フリー磁性体層（磁性金属層）１０４／絶縁層１０３／磁性体層（磁性金属層）１０２／（ＰＩＮ層１００）／反強磁性体層１０１／基板１の構成で示される構造を有している。ここで用いられる絶縁層１０３は１ｎｍ前後の無機薄膜で構成される。いわゆるスピンバルブ構造をＰＩＮ層１００として設けるが、このＰＩＮ層１００は反強磁性体層１０１と磁性体層１０２との界面で交換相互作用によって磁化状態が固定されるものであり、磁化固定層とも呼ばれる。ＴＭＲ磁気センサーは、フリー磁性体層１０４とＰＩＮ層１００との相対的な角度によってトンネル確率が変化することによって、抵抗値が変化していく現象を用いてフリー磁性体層の磁化変化を検知する方式である。この方式では、ＰＩＮ層１００の性能はフリー磁性体層１０４の性能とともに重要である。ＰＩＮ層１００は、磁場中熱処理法により、調整を行い、各面に配置したセンサー素子のそれぞれを１軸検知可能なように形成している。
【００２７】
磁気検知素子の外形を設定し、磁気センサー特性と傾斜面に形成させたことを利用し、真空中で磁界中熱処理することで、ＰＩＮ層に磁化の方向を所望の方向に設定すること（ＰＩＮ層において、磁化の方向を所望の方向に設定すること）が可能である。磁界中熱処理温度、磁界条件などの製造条件によって、また、ＰＩＮ層の大きさ、各層の厚さの比などによって、所望の特性を適宜変えることができる。
必要に応じて、磁気検知素子１０−１、・・・、１０−ｎの外形形状を方形以外の円形、楕円形、非対称な形等に設定することにより、磁界の感度領域等を変更可能となる。ただし、磁気検知素子の外形形状は同一の形だけで構成しなくてもよい。なお、検知軸を十分設定することができれば、垂直の面に配置する構成でもよい。
【００２８】
基板の傾斜面１ｓは、３面独立に設定できれば３軸方向の検知が可能であるので、３角錐状に形成したり、多角錐や円錐およびその一部に形成させることでもよい。すなわち計測するのはベクトル量であるので、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に相当する成分を検知することができれば３軸検知可能である。なおこの場合に各軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）は、互いに直交しなくてもよい。すなわち直交座標系以外の座標系（斜方座標系など）であってもよい。
磁界中熱処理時に印加される磁界は一様でも、また、非一様でもよい。磁界中熱処理は真空中で行うことが望ましいが、必要に応じて、減圧下あるいは大気圧下においても可能な場合がある。印加磁界強度は０Ｏｅより大きく１０ｋＯｅ程度まで、実用上、数１００Ｏｅから数ｋＯｅが好適であり、本発明では、数１０Ｏｅ以下でも十分機能するデバイスを実現可能である。
【００２９】
前記説明において、磁気検知素子として、ＴＭＲ素子を例にして説明した。しかし本発明では、この磁気検知素子として、図３（Ｂ）に示す縦型および、図３（Ｃ）に示す通常型のＧＭＲ素子を用いることもできる。これらＧＭＲ素子の両者の違いは電流の流す向きに関係している。縦型では図３（Ｂ）の縦型ＧＭＲ構成に示すように、膜面（横方向）に対して垂直方向に流し、通常型では図３（Ｃ）のＧＭＲ構成に示すように膜面方向（横方向）に流す。層構成としては図３（Ａ）のＴＭＲ素子における絶縁層１０３を非磁性金属にしたものである。いずれもＰＩＮ層を有し、磁界中熱処理（磁界中でのアニーリング）により、ＰＩＮ層も着磁方向を感磁軸として構成することができる。
【００３０】
[モノリシックに構成された複合センサーの実施例]
図４に複合センサーの全体回路ブロック図を示し、全体をモノリシック構造（すなわち１個の半導体結晶上に作られたセンサーも含めた集積回路あるいはモジュール）に形成した一例を示す。チップ部品で構成することも可能であるが、本実施形態２に示す構成では、極めて小さなセンサーモジュールとすることが可能となる。
図４に示すように、各センサ素子部（１０−１、・・・、１０−ｎ）からの信号をセンサー部ｍ１より、マルチプレクサｍ２を介して増幅部ｍ３で増幅させ、Ａ／Ｄ変換部ｍ４によりＡ／Ｄ変換した後に信号処理部ｍ５からデジタル信号として出力する（図４では「測定データ」として出力）。加速度センサーと磁気センサー（地磁気センサー）の切り替えは磁界発生用電流源ｍ６のＯＮ−ＯＦＦにより行なわれる。なお３軸検知（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の例を示したが、３軸以下の場合も同様にして行うことができる。
より具体的には、図４に示すように、加速度センサーなど各センサー部ｍ１から入力された信号が入力されるとマルチプレクサｍ２は、各センサ部（各センサー素子：１０−１、１０−２、・・・１０−ｎ（ｎは２以上の整数））からの信号を順に出力する。増幅器ｍ３はマルチプレクサｍ２からの出力を増幅する。増幅された増幅器ｍ３からの信号はＡ／Ｄ変換器ｍ４でデジタル信号に変換される。このデジタル信号には、加速度センサーとして使用される場合のときと、角速度センサーとして使用される場合のときと、地磁気センサーとして使用されるときとでは、異なる情報から成り立っている。具体的には加速度センサーとして使用される場合の時では「重力に関する情報」と、ｙ軸（あるいはｘ軸）方向の加速度に関する情報と、ｚ軸に関する情報とが含まれている。また信号処理部ｍ５として、ＣＰＵと、ＲＡＭなどのメモリ（揮発／不揮発メモリ）とＲＯＭとを有する構成とした場合には、この信号処理部ｍ５に有するＲＯＭに、このＣＰＵで読取り可能なコードで記述されたプログラム、アプリケーション、初期データおよび固定データなどが格納されている。
また、図５は図４に示す本発明の複合センサーの一例の動作例を示すフローチャートである。この図中、Ｉ群は第１の物理量（たとえば磁気検知（地磁気検知））に関するフローの部分であり、ＩＩ群は第２の物理量（たとえば加速度検知）に関するフローである。他のフローチャートもこれと同様である。
またメモリには、前記したＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換されたデータ（たとえばログ付きのデータ）、および前記データを補正するための補正データなどが格納される。またメモリには、ＣＰＵの作業用領域も設けられる。
【００３１】
ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているプログラムに従い自由度を有する地磁気、加速度、角速度を求まるための物理量を求める処理を実行する。
例えば地磁気センサーとして各センサー素子（１０−１、・・・、１０−ｎ）が使用される場合には、前記ＣＰＵは地磁気センサーとして検知開始された後にセンサー素子１０−１をたとえば第１軸とし、・・・、１０−ｎを第ｎ軸とすると、これら第１軸、・・・、第ｎ軸方向に関する磁気情報に基づいて地磁気の方位とその強度とを算出することができる。なお第１軸から第ｎ軸において、第ｍ番目のデータのみが強度的に得られる場合、あるいは２つ以上の複数の軸でデータの強度がある感度以上に大きい場合などにおいて、これらのデータのみを選択して、地磁気の方位、強度などを算出し、ＣＰＵへの負担を軽減したり、演算能力（演算速度など）を向上させたり、表示を早くすることもできる。
また例えば加速度センサーとして各センサー素子１０−１、・・・、１０−ｎが使用される場合にも地磁気センサーの場合とおおむね同様であるが、加速度の検知の場合には、基板上に梁により支持され３軸方向の自由度を有する錘が動くことにより各センサー素子１０−１、・・・、１０−ｎに印加される磁界強度が変化し、この磁界強度の変化を各センサー部がセンシングすることにより各センサー部からの（３（軸）方向の自由度を有する）加速度に関する信号として得ることができる。
また例えば角速度センサーの場合には、後述する実施形態３（図１１参照）で説明するように、複合センサーのｚ軸周りに回転させながら振動を例えばｘ方向に励震させてｙ方向のコリオリ力を検知して角速度を求めるようなジャイロセンサーを角速度センサーとする例を挙げることができる。
【００３２】
〔センサーの動作例〕
本発明の複合センサーによる検知動作の流れを図４のフローチャートを用いて説明する。このセンサーは磁気センサーおよび加速度センサーであり一軸測定可能である。このセンサーが測定したデータを、ログを残しながらデータを累積して測定する場合を例にして説明する。
たとえば各センサー素子（センサー部ｍ１）からのデータをその素子毎に別個独立して累積して測定する場合、センサーとして地磁気を測定するためのセンサーであれば、その設定精度として、０.０１Ｏｅとし、またセンサーとして重力加速度センサーであれば、その測定精度として０.０１Ｇ（ガル）の精度に設定を行う。それぞれの測定データを累積していたデータのログとその都度比較して、新しい測定データをログの差が設定以下となればデータを次処理部に送り、電流発生部ｍ６のＯＮ／ＯＦＦによって測定モードを切り替える。これを繰り返すことでセンサーは機能する。
なお、多軸測定時の各軸毎に測定を行なう場合、図４に示すマルチプレクサｍ２により切り替えることによって行なうことができる。または、マルチプレクサｍ２を省略し、各センサ素子（１０−１〜１０−ｎ）のそれぞれから得られた信号を後段の信号処理回路（増幅部ｍ３、Ａ／Ｄ変換部ｍ４、信号処理部ｍ５）に送信するか、または時間差で各センサー素子（１０−１〜１０−ｎ）からのデータを取り込む取り込み窓を設定することにより、各センサ素子からのデータ出力信号を独立に行って動作させることもできる。
【００３３】
次に本発明の第２の複合センサーについて、説明する。
〔実施形態２〕
本発明の複合センサーの作製例を図６に示す。
実施形態１の作製と異なる部分を主に説明する。ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒ、フェライト、ＦｅＰｔなどの磁石になりやすい磁性薄膜をスパッタなどで成膜し、図６に示すように、錘１２の上にこの錘１２の位置にあわせてパターニングして磁界発生部１３を形成することができる。その後、錘１２を支える梁１１を形成させる。なお磁性薄膜は錘１２の外形を作成するときに一緒に形成する。
磁界発生部１３として、前記した磁性薄膜以外に、微小磁石を取り付けたり、あるいは磁性粉を含む塗料を塗布して薄膜を形成したり、あるいは錘自体を、磁石を用いて形成してもよい。
その後、図７に示すように、固定磁界部取り付け用支柱１５、固定磁界取り付け梁１６、および固定磁界部１７とを設けた構成例とすることができる。この図に示す例では、各部品を組み立てて構成しているが、磁気検知モードの際（磁気測定時）に、可動の錘１２を固定させることができる構成であればよく、平面的に構成することも可能である。
加速度の測定には永久磁石による磁界発生部と、磁気検知素子との距離（遠近）による磁気検知素子からの出力差により、加速度を検知する。
外部磁界測定時には固定磁界部に電流を流して錘の磁界発生部１３（図７に示す例において、磁性薄膜で構成された薄膜磁石）が磁力で吸着固定される。このときには、磁気検知素子により、内部で発生している磁界分をオフセットとして除き、外部磁界相当分を区別して検知することができ、これによって正味の外部磁界の検知が可能である。
【００３４】
本実施形態２に示す本発明の複合センサーでは、図１、図７及び図８を参照すれば明らかなように、梁１１が４本の例を示す。
これらの図の例では、錘１２を支える梁１１が４本であり、３軸方向に自由に可動する例を示す。
磁気センサーも三軸検知可能に配置すれば、加速度も三軸測定（この三軸測定の３軸と梁の自由度の３軸方向とは一般に一致するようにしているが、これらは必ずしも一致しなくてよい。）が可能である。
さらに、わずかな電流を固定磁界部１７に流して錘１２を固着できるように固定磁界部１７と錘１２との距離を狭めることが可能となる。このように構成すると、固着させるための配線とぶつかって壊れることがなく、低消費電力向きの構成である。そして加速度を検知する際にはその電流も流していないので、さらに低消費電力の複合センサーを実現できる。
図８は錘１２を磁性体で形成し、各面に磁気検知素子１０を配置した加速度センサー部の例を示している。
【００３５】
図９にモノリシック構造に構成した本実施形態の複合センサーの全体構成例を示す。なお各部をチップ部品で構成することも可能であるが、本構成では、極めて小さなセンサーモジュール（たとえばセンサー素子１０−１などが１ｍｍ□（１ｍｍ四方）、あるいは更に小さい２００ μｍ□など）として実現することが可能である。
図９に示すように、センサー部１ｍからの各軸毎の信号を、マルチプレクサｍ２を介して増幅部ｍ３で増幅させ、Ａ／Ｄ変換部ｍ４でのＡ／Ｄ変換後に信号処理部ｍ５から信号（測定データ）として出力する。加速度センサーと磁気センサーへの切り替えは、固定磁界部用電源部ｍ７により固定磁界部の電流のＯＮ−ＯＦＦを通じて行なわれる。本実施形態でも３軸検知の例を示したが、必要に応じて少ない軸の例でもよい。
【００３６】
本実施の形態２に示す複合センサーの測定動作の流れを、図１０に示すフローチャートを用いて説明する。前記した実施形態１と同様に、本実施形態でも磁気測定および、加速度の一軸測定の例により、測定を累積させる場合の例で示す。累積して測定の設定精度、地磁気測定として、たとえば、０.０１Ｏｅ以下の精度と、重力加速度の測定時には０.０１Ｇの精度に設定を行い、それぞれの設定以下となればデータを次処理部に送り、固定磁界部用電源部のＯＮ、ＯＦＦを行い、測定モードを切り替える。この測定モードの切り替えを繰り返すことで別のセンシング（他の物理量の検知）を行って複合センサーとして、機能する。より具体的には、Ｉ群は、第１の物理量を測定するセンサーの動作を示すフローであり、ＩＩ群は、第２の物理量を測定するセンサーの動作を示すフローに分けることができる。地磁気検知に関しては、図１０に示すように、Ｉ群を地磁気検知とし、ＩＩ群を加速度検知とした例で説明する。Ｉ群では、Ｓ１０２で錘固定用電源をＯＮして磁界検知モード（地磁気検知モード）に移行すると（Ｓ１３）、磁界検知を開始する（ステップＳ１）。検知の結果、磁界データを得ると（ステップＳ２、Ｓ３）、後続の信号処理部に磁界データを転送し（ステップＳ４）、固定磁界部用電源をＯＦＦにする（ステップＳ１０１）。そして加速度の検知可能か否かを判定し（ステップＳ７）、Ｎｏの場合には加速度検知可能となるまで判定が行われ（ステップＳ７／Ｎｏ→ステップＳ７の判定）、加速度検知可能となれば（ステップＳ７／Ｙｅｓ）、ステップＳ８に進み加速度検知が行われ、得られた加速度データが十分な特性であれば信号処理部に加速度データを転送し（ステップＳ９）、前記したＩ群のセンシングが、前記同様に行われる。
なお、多軸測定時の各センサー素子（１０−１〜１０−ｎ）による測定を行うには、図９に示すマルチプレクサｍ２による切り替えによって行なうことができる。また、マルチプレクサｍ２を用いずにたとえばソフトウェア的にウインドウ（たとえば周期的にＩとＩＩを切り替える）を実行するなど、別構成で各軸を独立に動作させることも十分可能である。信号処理部にデータを転送するステップと、他の物理量を測定するためにIとIIとを切り替えるステップは同時に行ってもよく、どちらかを先に行ってもよい。他の動作例でも同様である。
【００３７】
次に本発明の複合センサーの第３実施形態を説明する。
〔実施形態３〕
図１１に本実施形態の複合センサーの構成例を示す。
本実施の形態３では、本発明の複合センサーにおいて、角速度検知可能とする構成の例であり、錘１２を磁性体で形成した例を示す。なお、図１１における支柱部は存在するがその部分はこの図では省略している。
コリオリ力を検知する方式を採用した例で示す。これは錘１２をあらかじめ可動させておき、これに回転モーメントの付加によるコリオリ力（２ｍｖ×ω：ｍは回転している物体の質量、ω：回転速度（角速度）、ｖ：物体の移動速度）を検知する。なお角速度ωと移動速度ｖとコリオリ力はいずれもベクトルであり、速度ｖと角速度ωとコリオリ力とは、それぞれ直交する関係にある。
【００３８】
可動（励震）させるのは静電力を用いてもよく、磁界検知素子の検知に影響が小さければ、電磁力を用いてもよい。
なお、角速度を検知する方法として、錘を回転させこれを検知する方法も採用することもできる（たとえばこの場合回転軸方向をｚ軸に採り、ｘ軸方向に励震し、ｙ軸方向の振動を計測してコリオリ力を検知して測定する。）。この場合、錘の回転は一体となる磁界発生部も回転することを意味する。磁界発生部の回転に連動して、加速度を検知するのと同様に、磁界発生部と磁気検知素子との距離の差（遠近）により、錘と一体となった磁界発生部の回転を検知して、角速度ωを検知できる。図１１に示すジャイロセンサーは、コリオリ力を検出して回転速度を検出するタイプのセンサーであり、振動のドライブ方向を縦方向（ｘ方向）とし、角速度検知方向を横方向（ｙ方向）にしている例を示す。このような振動を引き起こさせる振動ドライブとしては、ＰＺＴ（鉛-亜鉛-チタン系）、ニオブ酸リチウムなどの圧電セラミックス、水晶などの圧電素子を用いた振動ドライブを挙げることができる。このような圧電素子に適宜電圧を印加して振動を周期的に図１１に示すような振動ドライブの方向に発生させることができる。
本実施形態３のセンサーでは、加速度以外の実現が難しいジャイロセンサーを実現することができる。その際に小型でかつ、三軸センサーを簡便な構成で実現可能である。また、構成によっては加速度センサーとジャイロセンサーの同時（あるいは同時ではなく時間をずらして）測定が可能であるので、通常ジャイロセンサーとして３個必要であるのに対し（ｘ、ｙおよびｚ方向として個別に３個）、本発明では、複合センサーとしてさらに小さな構成で実現可能である。
【００３９】
次に本発明の複合センサーの第４実施形態について説明する。
〔実施形態４〕
図４に本実施形態４の複合センサーの構成例を示す。
本発明の複合センサーが、磁界状態や、加速度あるいは角速度が大きく変動する場合（例えば移動中である場合）の物理量の検知について、本実施形態で説明する。その場合に、検知結果の情報に応じ、変化の激しい物理量の検知において、その検知回数を多く設定したり、あるいは検知時間を長く設定し、各検知結果の精度を高めることが、本実施形態に示すように可能である。
図１２に、測定回数を増加し、これらの測定結果を累積することにより、測定精度をあげる例を示す。
【００４０】
具体的には、１ｍＳの測定時間とし、データ累積回数を１００回とすることができる。そして加速度センサーとして使用する場合には、その感度限界は０．２Ｇとし、地磁気センサーとして使用する場合にはその感度限界を３０Ｏｅとする。これらのセンサーを交互に切り替えて周期的に測定し、また、１つのセンサーでデータ累積回数を所定回数繰り返した後に他のセンサーに切り替えるようにすることもできる。その切替時間は、測定時間の十分の１程度（たとえば０．１ｍＳ）とすることができる。
本実施形態では、図１２のフローチャートに示すように、たとえばまず磁気を検知（地磁気検知）をすることを例にして説明する。磁気検知が開始されると、磁気検知素子により、１以上の磁界の検知が行われる（ステップＳ１）。これによって磁界データが得られる（ステップＳ２）。
前記したステップＳ２により得られた磁界データにより十分な特性が得られたか否かを判定する（ステップＳ４１）。
ステップＳ４１により十分な特性が得られない場合には（ステップＳ４１でＮｏの場合）、得られるまで磁気検知が行われ、十分な特性が得られた場合には（ステップＳ４１でＹｅｓの場合）、信号処理部に得られた磁界データを転送し（ステップＳ４）、また、磁界発生用電源をＯＮする（ステップＳ５）。
次いで、錘の配線（コイル）に電流が流されて磁界発生により加速度の検知可能とする（ステップＳ６）。
加速度の検知を行い（ステップＳ７）、検知可能であれば（ステップＳ７でＹｅｓの場合）加速度データを格納する（ステップＳ８）。検知が十分行われない場合（ステップＳ７でＮｏの場合）には、再び検知が行われる。前記の格納されたデータが十分な特性（十分な精度と十分な感度）で得られたか否かを判定し（ステップＳ４２）、十分な特性が得られない場合（ステップＳ４２でＮｏの場合）には、ステップＳ７に戻って十分な特性が得られるまで再測定を行い、十分な特性が得られた場合（ステップＳ４２でＹｅｓの場合）には、信号処理部にデータを転送し（ステップＳ１１）、錘の配線への電源供給のＯＦＦまたは錘の固定を行い（ステップＳ１２）、磁気検知モードに移行し（ステップＳ１３）、以降、前記ステップＳ１に戻ってステップ１からの動作を繰り返す。
【００４１】
なおステップＳ５とステップＳ４、およびステップＳ１２とステップＳ１１は、どちらのステップが先でも、後でもよく、また場合によっては同時であってもよい。また本実施形態でも他の実施形態と同様に、信号処理部ｍ５では、センサー素子１０−１、・・・、１０−ｎから検知されたデータである地磁気データ、加速度データまたは角速度データの各情報に基づいて、方位データ、各方向別の加速度データまたは各方向別の角速度データを算出し、複合センサーが設置された物のこれらのデータから、各自由度に基づく物理量を算出し、表示等することができる。なおこれらの物理量は、各センサー素子からの検知データを取得した後に各地磁気データ、加速度データまたは角速度データを算出し、これら地磁気データなどの算出データから、メモリなどに保存されているかまたはテーブル形式にされた補正データを用いて前記した算出データを補正して補正後のデータを得る。この補正後のデータをメモリに保存し、あるいは表示等することができる。
【００４２】
〔実施形態５〕
図１３に本実施形態の動作例を示す。本実施形態の動作説明では、地磁気と加速度を検知する場合について記載するが、加速度に代えて角速度を検知するような複合センサーであってもよい。
本複合センサーは地磁気センサーと加速度センサーとを同一基板に形成させたものであり、磁気センサーモード時に十分な検知特性を有し、モーションセンサーモード時（加速度センサーモード時または角速度センサーモード時）に加速度と角速度の少なくとも何れかの電流値を変える事とした。これにより構造が同じでも磁界感度を変えて、加速度および角速度に応じた測定出力を変化させるようにすることができる。
センサー素子部で十分な分解能を、ダイナミックレンジを持つ場合にセンサー素子に接続する回路側のレンジの切り替えにより比較的容易に実現できる。
たとえば錘と梁を高Ｇでも壊れなくし、比較的低いＧで撓み量が少ない場合でも、検知のセンサー部が高感度であるので広いダイナミックレンジを実現可能となる。このような本実施形態の複合センサーを用いて、ダイナミックレンジにより、適度な感度強度にして、第１及び第２の物理量を好ましくは自動的に検知可能である。より具体的には、図１３に示すように、モーションセンサーモード（加速度センサーモードまたは角速度センサーモード）による検知の際に、ステップＳ２０１に示すように、たとえば、閾値を設け、たとえば閾値Ａ、Ｂを設け、閾値Ａを越えない場合には小レンジ領域での測定とし、閾値Ａを越え、閾値Ｂを越えない場合には中レンジ領域とし、閾値Ｂを越えれば大レンジ領域などと３領域に分割してレンジ範囲を分けて測定するなど、自在に換えることができる。
このため、多数の測定レンジに応じて、センサーの数を必要とする従来のセンサーに比して、本実施形態に示す複合センサーでは、その物理量を測定する検知部が１個（１種類：１組）のセンサーで対応可能である。必要に応じて、測定レンジも、可変設定可能であって、測定対象を選ばないセンサーとすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の複合センサーの製造工程を示す図であり、（a）は基板に斜面を形成するためのエッチング工程で製造された内部に斜面有する基板であり、（ｂ）は（a）の工程により形成した斜面に磁気検知素子を形成する工程であり、（ｃ）はＳＯＩ基板の貼り合わせの工程であり、（ｄ）は錘部を形成するためのパターニング工程である。
【図２】３方向の自由度を有する錘の動作により３方向検知可能な複合センサーの第１の例を示す構成図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の錘を含む梁の部分での切断断面図であり（この図ではコイルによる発生磁界も示す）、（Ｃ）は（Ａ）のＡ部拡大図であり、（Ｄ）は複合センサーを斜め上方向から見た全体構成図である。
【図３】本発明の複合センサーの感知部として磁気抵抗素子を用いた層構成例を示したものであり、（Ａ）はＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistance）素子を用いた例であり、（Ｂ）及び（Ｃ）はＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）素子を用いた例である。
【図４】本発明の複合センサーのセンサー形成用Ｓｉ基板の電気的な回路ブロック図である。
【図５】本発明の複合センサーの動作例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の複合センサーの他の例を示す図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】本発明の複合センサーのもう１つ別の構成例を示す図である。
【図８】本発明の複合センサーのもう１つ別の構成例を示す図であり、錘部を磁性体で構成しモーションセンサーとして加速度センサーに適用された場合の構成例を示す図である。（Ａ）はその正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】本発明の複合センサーのセンサー形成用Ｓｉ基板の他の電気的な回路ブロック図である。
【図１０】実施の形態２に示す複合センサーの測定動作の流れを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の複合センサーのもう１つ別の構成例を示す図であり、錘部を磁性体で構成しモーションセンサーとして角速度センサー（ジャイロセンサー）に適用された場合の構成例を示す図である。Z軸が回転軸である場合の例を示す。(Ａ)はその正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線図断面である。
【図１２】測定回数を増加し、これらの測定結果を累積して測定（信号の）精度をあげる例を示す複合センサーを用いた動作例を示すフローチャートである。
【図１３】ダイナミックレンジを持つ場合に素子に接続する回路側のレンジの切り替えにより容易に実現できる複合センサーを用いた場合の動作例を示すフローチャートである。
【図１４】従来のセンサー（特許文献１）の構成例を示す図であり、（Ａ）は特許文献１の図１であり、（Ｂ）はその図２をそれぞれ示す。
【図１５】従来のセンサー（特許文献２）の構成例を示す図である。
【図１６】従来のセンサー（特許文献３）の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 基板
１０ 磁気感知部（センサー素子）
１１ 梁
１２ 錘
１３ 磁界発生部
１４ 入力／出力線
１５ 固定磁界部取り付け用支柱
１６ 固定磁界部取り付け梁
１７ 固定磁界部
１００ ＰＩＮ層
１０１ 反強磁性体層
１０２ 磁性層
１０３ 絶縁層
１０４ フリー層（フリー磁性体層）
１０６ 非磁性金属層
１０７ 電極
ｍ１ 検知部（センサー部）
ｍ２ マルチプレクサ
ｍ３ 増幅部
ｍ４ Ａ／Ｄ変換部
ｍ５ 信号処理部
ｍ６ 磁界発生用電流源
ｍ７ 固定磁界部用電源部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜面を有する基板の前記傾斜面に設けられた磁気検知素子と、前記基板上に梁により支持され３軸方向の自由度を有する錘を有する磁界発生部とを備えた複合センサーであって、
前記磁気検知素子により第１の物理量の外部磁界を検知可能であると共に、
前記錘を有する磁界発生部の位置変動による前記磁気検知素子の出力の差に基づいて第２の物理量を検知することを特徴とする複合センサー。
【請求項２】
前記第２の物理量は加速度または角速度であることを特徴とする請求項１に記載の複合センサー。
【請求項３】
前記磁界発生部の電流値を変えて加速度または角速度の検知感度の少なくとも１つを可変可能とすることを特徴とする請求項１または２に記載の複合センサー。
【請求項４】
傾斜面を有する基板の前記傾斜面に設けられた磁気検知素子と、
三軸方向の自由度を有する梁に支持された錘と、前記錘に設けられた配線部とからなる磁界発生部と、
を備えた複合センサーであって、
前記磁界発生部は永久磁石と、前記永久磁石を固定する固定磁界部とを有し、前記固定磁界部は空芯コイルまたは鉄心付き電磁石を有し、
前記固定磁界部に電流が流れていないときは前記磁界発生部の前記三軸方向の少なくとも１方向の平行移動に伴う前記永久磁石による印加される磁力の変化による前記磁気検知素子の出力の差により加速度を検知し、
前記固定磁界部に電流が流れているときは前記磁気検知素子により内部で発生している磁界分をオフセットとして除いて外部磁界を検知することを特徴とする複合センサー。
【請求項５】
前記磁界発生部の回転に伴う前記磁界発生部と前記磁気検知素子との距離の差に基づいて角速度を検知することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の複合センサー。
【請求項６】
前記磁界発生部または前記固定磁界部に電流を流すための磁界発生用電源に信号処理部を設け、各センサーの切り替え比率を変更することが可能な請求項１〜５のいずれかに記載の複合センサー。
【請求項７】
前記磁気検知素子は、ＴＭＲ（Tunneling Magnetic Resistance）素子またはＧＭＲ（Giant Magnetic Resistance）素子の少なくとも１つを用いたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の複合センサー。
【請求項１】
傾斜面を有する基板の前記傾斜面に設けられた磁気検知素子と、前記基板上に梁により支持され３軸方向の自由度を有する錘を有する磁界発生部とを備えた複合センサーであって、
前記磁気検知素子により第１の物理量の外部磁界を検知可能であると共に、
前記錘を有する磁界発生部の位置変動による前記磁気検知素子の出力の差に基づいて第２の物理量を検知することを特徴とする複合センサー。
【請求項２】
前記第２の物理量は加速度または角速度であることを特徴とする請求項１に記載の複合センサー。
【請求項３】
前記磁界発生部の電流値を変えて加速度または角速度の検知感度の少なくとも１つを可変可能とすることを特徴とする請求項１または２に記載の複合センサー。
【請求項４】
傾斜面を有する基板の前記傾斜面に設けられた磁気検知素子と、
三軸方向の自由度を有する梁に支持された錘と、前記錘に設けられた配線部とからなる磁界発生部と、
を備えた複合センサーであって、
前記磁界発生部は永久磁石と、前記永久磁石を固定する固定磁界部とを有し、前記固定磁界部は空芯コイルまたは鉄心付き電磁石を有し、
前記固定磁界部に電流が流れていないときは前記磁界発生部の前記三軸方向の少なくとも１方向の平行移動に伴う前記永久磁石による印加される磁力の変化による前記磁気検知素子の出力の差により加速度を検知し、
前記固定磁界部に電流が流れているときは前記磁気検知素子により内部で発生している磁界分をオフセットとして除いて外部磁界を検知することを特徴とする複合センサー。
【請求項５】
前記磁界発生部の回転に伴う前記磁界発生部と前記磁気検知素子との距離の差に基づいて角速度を検知することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の複合センサー。
【請求項６】
前記磁界発生部または前記固定磁界部に電流を流すための磁界発生用電源に信号処理部を設け、各センサーの切り替え比率を変更することが可能な請求項１〜５のいずれかに記載の複合センサー。
【請求項７】
前記磁気検知素子は、ＴＭＲ（Tunneling Magnetic Resistance）素子またはＧＭＲ（Giant Magnetic Resistance）素子の少なくとも１つを用いたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の複合センサー。
【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】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−１２２０４１（Ｐ２００９−１２２０４１Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９８０８２（Ｐ２００７−２９８０８２）
【出願日】平成１９年１１月１６日（２００７．１１．１６）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１６日（２００７．１１．１６）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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