JP3394522B2 - センサ装置 - Google Patents
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- JP3394522B2 JP3394522B2 JP2000534833A JP2000534833A JP3394522B2 JP 3394522 B2 JP3394522 B2 JP 3394522B2 JP 2000534833 A JP2000534833 A JP 2000534833A JP 2000534833 A JP2000534833 A JP 2000534833A JP 3394522 B2 JP3394522 B2 JP 3394522B2
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- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
- G01D3/028—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
- G01D3/036—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/18—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying effective impedance of discharge tubes or semiconductor devices
- G01D5/183—Sensing rotation or linear movement using strain, force or pressure sensors
- G01D5/185—Sensing rotation or linear movement using strain, force or pressure sensors using piezoelectric sensors
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【０００１】本発明は被測定変数を検出するためのセン
サ装置に関し、特にその出力がホール電圧妨害成分に関
して補償されたセンサ装置に関するものである。
サ装置に関し、特にその出力がホール電圧妨害成分に関
して補償されたセンサ装置に関するものである。
【０００２】ホール効果は当該技術分野ではよく知られ
た現象であり、ローレンツ力に基づいた現象である。こ
のローレンツ力は通常なら導体中をまっすぐに進む電子
を電流と磁場方向に対して直角に曲げる。その結果、例
えば磁場中に配置され電流が流れる平面において、２つ
の対向面に電子の異なる濃度が生じ、それによりホール
電圧と呼ばれる横断電圧が発生する。既知のホール発電
機やホールセンサはこの効果を利用している。これらの
既知の装置では、ホール効果は積極的に利用されてい
る。
た現象であり、ローレンツ力に基づいた現象である。こ
のローレンツ力は通常なら導体中をまっすぐに進む電子
を電流と磁場方向に対して直角に曲げる。その結果、例
えば磁場中に配置され電流が流れる平面において、２つ
の対向面に電子の異なる濃度が生じ、それによりホール
電圧と呼ばれる横断電圧が発生する。既知のホール発電
機やホールセンサはこの効果を利用している。これらの
既知の装置では、ホール効果は積極的に利用されてい
る。
【０００３】しかし、用途によってはホール効果が有用
信号の妨害成分となる場合がある。そのような妨害成分
はそれ自体を有用信号に重畳し、それにより、例えば出
力信号がホール効果により影響を受けうるセンサの場合
における測定結果を劣化させうる。そのような測定結果
の劣化は当然不正確さであり、これらの測定結果に基づ
いて動作する装置の故障の原因となることがある。
信号の妨害成分となる場合がある。そのような妨害成分
はそれ自体を有用信号に重畳し、それにより、例えば出
力信号がホール効果により影響を受けうるセンサの場合
における測定結果を劣化させうる。そのような測定結果
の劣化は当然不正確さであり、これらの測定結果に基づ
いて動作する装置の故障の原因となることがある。
【０００４】ＤＥ４３０２３４２Ａ１は磁場を測定する
ためのセンサ装置に言及している。この文献の図２に
は、４つのホール素子が互いに９０度だけ変位するよう
に配置されたホール素子装置が示されている。しかしな
がら、そこでのホール電圧は有用信号となっているの
で、この装置はホール電圧妨害成分を除去するために使
用されてはいない。この回路装置は、ホール素子の材料
の不均一、構成図面からホール素子完成に至るまでの形
状の歪み及びホール素子にかかる機械的荷重により生じ
るオフセットを除去するためのものである。
ためのセンサ装置に言及している。この文献の図２に
は、４つのホール素子が互いに９０度だけ変位するよう
に配置されたホール素子装置が示されている。しかしな
がら、そこでのホール電圧は有用信号となっているの
で、この装置はホール電圧妨害成分を除去するために使
用されてはいない。この回路装置は、ホール素子の材料
の不均一、構成図面からホール素子完成に至るまでの形
状の歪み及びホール素子にかかる機械的荷重により生じ
るオフセットを除去するためのものである。
【０００５】ＥＰ０７２７６４４１Ａ１はホール素子を
被測定変数の検出に用いる場合のセンサ装置に言及して
いる。この装置は回転ギアーのスピードを非接触で検出
するために用いられており、２つのホールセンサが差動
回路中で作動し、それらのホールセンサは妨害信号を抑
制するために互いに９０度だけ変位するように配置され
ている。ギアーの回転により生じる磁場の変化をそれら
のホール素子により検出できるようにするために、それ
らのホール素子を磁場中に常にさらすための永久磁石が
設けられている。その結果、２つのホール素子の配置は
機械応力により生じる妨害ピエゾ電子効果を補償するた
めに働く。それ故、ホール電圧は有用信号として使用さ
れている。
被測定変数の検出に用いる場合のセンサ装置に言及して
いる。この装置は回転ギアーのスピードを非接触で検出
するために用いられており、２つのホールセンサが差動
回路中で作動し、それらのホールセンサは妨害信号を抑
制するために互いに９０度だけ変位するように配置され
ている。ギアーの回転により生じる磁場の変化をそれら
のホール素子により検出できるようにするために、それ
らのホール素子を磁場中に常にさらすための永久磁石が
設けられている。その結果、２つのホール素子の配置は
機械応力により生じる妨害ピエゾ電子効果を補償するた
めに働く。それ故、ホール電圧は有用信号として使用さ
れている。
【０００６】技術文献、“デザインと電子（Design- un
d Electronik)”12, June 11，1996, pp. 47-49はホー
ルセンサ、特にＣＭＯＳ技術により製造されたホールセ
ンサに言及している。ＵＳ４８７５０１１Ａは、ホール
効果が有用信号を作り出すために使用され、一方その有
用信号の劣化につながるピエゾ抵抗効果が補償されてい
る場合のホール素子の配置に言及している。ＥＰ００３
５１０３Ａ１は、互いに９０゜だけ変位した２つのホー
ルセンサからなるホールセンサ装置を備えた半導体素子
において、ピエゾ電気効果を補償する方法を開示してい
る。ホール効果により作り出される信号は磁場を検出す
るための有用信号となり、２つのホール素子配置が検知
するものはその有用信号を劣化させるピエゾ電気効果の
補償である。また、電子週間(Electronics Week) Vol.
58, No. 17, April 1985、技術読出し“センサ。改良さ
れたホール装置が新しいユーザを見つける”は、ホール
センサにかかる荷重の効果をこの方法により補償するた
めのホール素子の直交配置に言及している。
d Electronik)”12, June 11，1996, pp. 47-49はホー
ルセンサ、特にＣＭＯＳ技術により製造されたホールセ
ンサに言及している。ＵＳ４８７５０１１Ａは、ホール
効果が有用信号を作り出すために使用され、一方その有
用信号の劣化につながるピエゾ抵抗効果が補償されてい
る場合のホール素子の配置に言及している。ＥＰ００３
５１０３Ａ１は、互いに９０゜だけ変位した２つのホー
ルセンサからなるホールセンサ装置を備えた半導体素子
において、ピエゾ電気効果を補償する方法を開示してい
る。ホール効果により作り出される信号は磁場を検出す
るための有用信号となり、２つのホール素子配置が検知
するものはその有用信号を劣化させるピエゾ電気効果の
補償である。また、電子週間(Electronics Week) Vol.
58, No. 17, April 1985、技術読出し“センサ。改良さ
れたホール装置が新しいユーザを見つける”は、ホール
センサにかかる荷重の効果をこの方法により補償するた
めのホール素子の直交配置に言及している。
【０００７】本発明の目的は、被測定力又は被測定トル
クを検出し、実質的にホール電圧妨害成分のない出力信
号を作り出すためのセンサ装置を提供することである。
この目的はクレーム１に記載のセンサ装置により達成さ
れる。
クを検出し、実質的にホール電圧妨害成分のない出力信
号を作り出すためのセンサ装置を提供することである。
この目的はクレーム１に記載のセンサ装置により達成さ
れる。
【０００８】本発明は少なくとも２つの実質的に同様の
センサ素子を備えて、被測定力又は被測定トルクを検出
するためのセンサ装置を提供するものである。それらの
センサ素子はそれぞれ被測定力又は被測定トルクに応じ
て出力信号を作り出すが、これらのセンサ素子の出力信
号はホール電圧妨害成分と被測定力又は被測定トルクに
より作り出された信号成分をもっている。その２つのセ
ンサ素子は、互いに実質的に９０゜だけ変位するように
配置される。ホール電圧妨害成分が実質的に補償され、
被測定力又は被測定トルクにより作り出された信号成分
が実質的に加算されているセンサ信号を作り出すため
に、それらの２つの出力信号を引き算する手段が設けら
れている。
センサ素子を備えて、被測定力又は被測定トルクを検出
するためのセンサ装置を提供するものである。それらの
センサ素子はそれぞれ被測定力又は被測定トルクに応じ
て出力信号を作り出すが、これらのセンサ素子の出力信
号はホール電圧妨害成分と被測定力又は被測定トルクに
より作り出された信号成分をもっている。その２つのセ
ンサ素子は、互いに実質的に９０゜だけ変位するように
配置される。ホール電圧妨害成分が実質的に補償され、
被測定力又は被測定トルクにより作り出された信号成分
が実質的に加算されているセンサ信号を作り出すため
に、それらの２つの出力信号を引き算する手段が設けら
れている。
【０００９】２つのセンサ素子の出力信号は被測定変数
に依存した電圧であって、ホール妨害電圧が重畳したも
のであり、そのためセンサ素子は、一方のセンサ素子に
おいては被測定変数に依存した電圧とホール妨害電圧が
同極性をもち、他方のセンサ素子においては被測定変数
に依存した電圧とホール妨害電圧が逆極性をもつように
配置されていることが好ましい。このことは、２つのセ
ンサ素子を、被測定変数に依存した電圧が生じる方向に
関し、互いに９０度だけ変位するように配置することに
より達成される。ホール電圧妨害成分は、その後２つの
センサ素子出力信号を互いに引き算することにより補償
することができる。
に依存した電圧であって、ホール妨害電圧が重畳したも
のであり、そのためセンサ素子は、一方のセンサ素子に
おいては被測定変数に依存した電圧とホール妨害電圧が
同極性をもち、他方のセンサ素子においては被測定変数
に依存した電圧とホール妨害電圧が逆極性をもつように
配置されていることが好ましい。このことは、２つのセ
ンサ素子を、被測定変数に依存した電圧が生じる方向に
関し、互いに９０度だけ変位するように配置することに
より達成される。ホール電圧妨害成分は、その後２つの
センサ素子出力信号を互いに引き算することにより補償
することができる。
【００１０】本発明の好ましい実施例によれば、少なく
とも２つのセンサ素子が共通の支持体上に配置されてい
る。個々のセンサと比較して、本発明によるセンサ装置
は感度が２倍であり、同時に信号対ノイズ比は√２倍に
増加する。センサ特性、すなわち感度と信号対ノイズ比
をなお一層改良するために、１チップ上に複数のセンサ
対を形成することができるが、それぞれのセンサ対は、
例えば本発明で示される方法によって共通のチップ上に
形成されたものである。
とも２つのセンサ素子が共通の支持体上に配置されてい
る。個々のセンサと比較して、本発明によるセンサ装置
は感度が２倍であり、同時に信号対ノイズ比は√２倍に
増加する。センサ特性、すなわち感度と信号対ノイズ比
をなお一層改良するために、１チップ上に複数のセンサ
対を形成することができるが、それぞれのセンサ対は、
例えば本発明で示される方法によって共通のチップ上に
形成されたものである。
【００１１】以下に、添付の図面を参照しながら本発明
の好ましい実施例を詳細に説明する。図１を参照にし
て、本発明に用いるのに好都合なように形成されたセン
サ素子の構造をまず以下に説明する。そのようなセンサ
素子は、実質的に矩形の不純物導入された半導体領域１
０を備えている。半導体領域１０の２つの対向した側面
には、制御コンタクトとなる電極１２と１４が設けられ
ている。図からわかるように、制御コンタクト１２と１
４は互いに離れた関係に配置されており、半導体領域１
０はそれらの間に配置されている。センサ電極となる電
極１６と１８は半導体領域１０の側面に配置されてお
り、これらも離れた関係に配置されている。図示のセン
サ素子においては、センサコンタクト１６と１８のある
側面は、制御コンタクト１２と１４のある側面に対して
実質的に９０度の角度で延びている。その結果、センサ
コンタクト１６と１８を配置させている側面は、制御コ
ンタクト１２と１４を配置させている側面を連結する。
の好ましい実施例を詳細に説明する。図１を参照にし
て、本発明に用いるのに好都合なように形成されたセン
サ素子の構造をまず以下に説明する。そのようなセンサ
素子は、実質的に矩形の不純物導入された半導体領域１
０を備えている。半導体領域１０の２つの対向した側面
には、制御コンタクトとなる電極１２と１４が設けられ
ている。図からわかるように、制御コンタクト１２と１
４は互いに離れた関係に配置されており、半導体領域１
０はそれらの間に配置されている。センサ電極となる電
極１６と１８は半導体領域１０の側面に配置されてお
り、これらも離れた関係に配置されている。図示のセン
サ素子においては、センサコンタクト１６と１８のある
側面は、制御コンタクト１２と１４のある側面に対して
実質的に９０度の角度で延びている。その結果、センサ
コンタクト１６と１８を配置させている側面は、制御コ
ンタクト１２と１４を配置させている側面を連結する。
【００１２】以下に、図１に示されたセンサ素子の動作
様式を説明する。不純物導入された半導体領域１０に電
流の流れが生じるように、２つの対向した制御コンタク
ト１２と１４に適当な制御電圧又は適当な制御電流を与
える。この電流の流れは図中に矢印２０により示されて
いる。半導体領域１０に力が働くと、その半導体領域で
は拡張方向、すなわち力の作用によって原子間距離が広
がる方向に平行に低抵抗方向が生じ、適当に配向させら
れているときは、この低抵抗方向は半導体領域１０を流
れる電流２０の偏向を生じさせる。拡張方向はこの力の
性質だけでなく、半導体領域に働く力の方向にも依存す
る。図中では低抵抗のラインが２２で示されている。
様式を説明する。不純物導入された半導体領域１０に電
流の流れが生じるように、２つの対向した制御コンタク
ト１２と１４に適当な制御電圧又は適当な制御電流を与
える。この電流の流れは図中に矢印２０により示されて
いる。半導体領域１０に力が働くと、その半導体領域で
は拡張方向、すなわち力の作用によって原子間距離が広
がる方向に平行に低抵抗方向が生じ、適当に配向させら
れているときは、この低抵抗方向は半導体領域１０を流
れる電流２０の偏向を生じさせる。拡張方向はこの力の
性質だけでなく、半導体領域に働く力の方向にも依存す
る。図中では低抵抗のラインが２２で示されている。
【００１３】半導体領域１０中での電流の流れの偏向に
より、半導体領域１０で、センサコンタクト１６と１８
を取り付けている縁に電荷２４と２６が発生する。正電
荷２４は例えばセンサコンタクト１８の側に発生し、負
電荷２６はセンサコンタクト１６の側に発生する。これ
らの電荷２４と２６を発生させるための電流方向は２８
で示されており、低抵抗のライン２２に沿って伸びる。
より、半導体領域１０で、センサコンタクト１６と１８
を取り付けている縁に電荷２４と２６が発生する。正電
荷２４は例えばセンサコンタクト１８の側に発生し、負
電荷２６はセンサコンタクト１６の側に発生する。これ
らの電荷２４と２６を発生させるための電流方向は２８
で示されており、低抵抗のライン２２に沿って伸びる。
【００１４】半導体領域１０の縁で発生した電荷２４と
２６は、センサコンタクト１６と１８から電位差とし
て、結果として本発明による力／トルクセンサの出力信
号として取り出すことができる。低抵抗のライン２２に
より表される拡張方向と元の電流方向２０により形成さ
れる角度φは、その出力信号の大きさに影響を与える。
最も大きな効果は角度φが４５度の場合に生じ、一方こ
の角度が０度又は９０度に近づくとその効果は０に向か
う。その結果、その半導体領域の拡張方向と電流の流れ
との間の角度φが本質的に４５度である場合に力によっ
て作動させられるように、半導体領域を選ぶのが有利で
あろう。この方法により、可能な最高感度を達成するこ
とができる。
２６は、センサコンタクト１６と１８から電位差とし
て、結果として本発明による力／トルクセンサの出力信
号として取り出すことができる。低抵抗のライン２２に
より表される拡張方向と元の電流方向２０により形成さ
れる角度φは、その出力信号の大きさに影響を与える。
最も大きな効果は角度φが４５度の場合に生じ、一方こ
の角度が０度又は９０度に近づくとその効果は０に向か
う。その結果、その半導体領域の拡張方向と電流の流れ
との間の角度φが本質的に４５度である場合に力によっ
て作動させられるように、半導体領域を選ぶのが有利で
あろう。この方法により、可能な最高感度を達成するこ
とができる。
【００１５】ここまで図１を参照して説明した実施例の
ほかに、そのようなセンサ素子は電解効果トランジスタ
によっても実現することができる。この場合、半導体領
域は電解効果トランジスタのチャネルにより形成され
る。ドレイン電極とソース電極は２つの制御コンタクト
を形成する。電解効果トランジスタのこれらの制御コン
タクトとゲート電極により適当なドレイン電流が作られ
る。また、追加のセンサコンタクトは半導体領域の対向
した縦の面に取りつけられる。
ほかに、そのようなセンサ素子は電解効果トランジスタ
によっても実現することができる。この場合、半導体領
域は電解効果トランジスタのチャネルにより形成され
る。ドレイン電極とソース電極は２つの制御コンタクト
を形成する。電解効果トランジスタのこれらの制御コン
タクトとゲート電極により適当なドレイン電流が作られ
る。また、追加のセンサコンタクトは半導体領域の対向
した縦の面に取りつけられる。
【００１６】図２は２つのセンサ素子３０と３２を備え
た本発明によるセンサ装置の好ましい実施例を示す。セ
ンサ素子３０と３２は図１に関して述べられた形状をも
っている。力を図１に示された様式のピエゾ抵抗力セン
サにより測定する場合、ホール効果により生じる磁場の
影響を補償するために、前述の如き２つのセンサ３０と
３２は互いに９０度だけ変位するように配置されてい
る。これらのセンサ素子３０と３２では、これらのセン
サ素子のコンタクト電極１２と１４を介して電流の流れ
Ｉが発生する。図１に関してこれまで述べてきたよう
に、２つのセンサ素子への力の印加は、これらのセンサ
素子の半導体領域中に、拡張方向に平行に、図２中にＲ
minとして示される低抵抗の方向が作りだされる効果を
もつ。この効果はセンサ素子３０では信号電圧ＵK1、セ
ンサ素子３２では信号電圧ＵK2となる。
た本発明によるセンサ装置の好ましい実施例を示す。セ
ンサ素子３０と３２は図１に関して述べられた形状をも
っている。力を図１に示された様式のピエゾ抵抗力セン
サにより測定する場合、ホール効果により生じる磁場の
影響を補償するために、前述の如き２つのセンサ３０と
３２は互いに９０度だけ変位するように配置されてい
る。これらのセンサ素子３０と３２では、これらのセン
サ素子のコンタクト電極１２と１４を介して電流の流れ
Ｉが発生する。図１に関してこれまで述べてきたよう
に、２つのセンサ素子への力の印加は、これらのセンサ
素子の半導体領域中に、拡張方向に平行に、図２中にＲ
minとして示される低抵抗の方向が作りだされる効果を
もつ。この効果はセンサ素子３０では信号電圧ＵK1、セ
ンサ素子３２では信号電圧ＵK2となる。
【００１７】図２からわかるように、２つのセンサ素子
３０と３２は磁場Ｂに曝されている。この磁場Ｂは、セ
ンサ素子の半導体領域を流れる電流Ｉといっしょになっ
てホール効果を生じ、それがセンサ素子３０ではホール
電圧ＵB1となり、センサ素子３２中ではホール電圧ＵB2
となる。このホール電圧は、それ自体としセンサ素子の
信号電圧に重畳する。結果としてセンサコンタクト１６
と１８を介して取り出すことのできる出力電圧は、セン
サ素子３０ではＵS1と称され、センサ素子３２ではＵS2
と称される。
３０と３２は磁場Ｂに曝されている。この磁場Ｂは、セ
ンサ素子の半導体領域を流れる電流Ｉといっしょになっ
てホール効果を生じ、それがセンサ素子３０ではホール
電圧ＵB1となり、センサ素子３２中ではホール電圧ＵB2
となる。このホール電圧は、それ自体としセンサ素子の
信号電圧に重畳する。結果としてセンサコンタクト１６
と１８を介して取り出すことのできる出力電圧は、セン
サ素子３０ではＵS1と称され、センサ素子３２ではＵS2
と称される。
【００１８】センサ素子３０の場合、信号電圧ＵK1とホ
ール電圧ＵB1は同じ極性をもつ。それに対し、センサ素
子３２の信号電圧ＵK2とホール電圧ＵB2は、このセンサ
素子３２がセンサ素子３０に対して９０度だけ回転して
いるという事実によって、異なった極性をもつ。
ール電圧ＵB1は同じ極性をもつ。それに対し、センサ素
子３２の信号電圧ＵK2とホール電圧ＵB2は、このセンサ
素子３２がセンサ素子３０に対して９０度だけ回転して
いるという事実によって、異なった極性をもつ。
【００１９】出力信号ＵS1とＵS2に含まれるホール電圧
妨害成分の補償をなすために、２つの個々のセンサの出
力信号ＵS1とＵS2が引き算され、それにより測定変数を
表わすセンサ出力信号では磁場Ｂにより作り出された成
分ＵB1，ＵB2が互いに打ち消す。このセンサ信号は以下
のように計算される。 Ｕges＝ＵS1−ＵS2＝（ＵB1＋ＵK1）−（ＵB2−ＵK2）＝２ＵK ここで、ＵB1＝ＵB2及びＵK＝ＵK1，ＵK2である。
妨害成分の補償をなすために、２つの個々のセンサの出
力信号ＵS1とＵS2が引き算され、それにより測定変数を
表わすセンサ出力信号では磁場Ｂにより作り出された成
分ＵB1，ＵB2が互いに打ち消す。このセンサ信号は以下
のように計算される。 Ｕges＝ＵS1−ＵS2＝（ＵB1＋ＵK1）−（ＵB2−ＵK2）＝２ＵK ここで、ＵB1＝ＵB2及びＵK＝ＵK1，ＵK2である。
【００２０】２つのセンサ素子が互いに９０度回転てい
ることは、拡張方向Ｒminと電流Ｉの間の状況が２つの
素子で９０度だけ異なるという効果をもつ。このこと
が、力の作用により作り出される成分ＵK1とＵK2に対
し、出力信号中で反対の符号を与える結果となり、前述
したその後の信号の引き算において、これらの異なった
符号はＵK1とＵK2の大きさの加算を導く。その結果、単
一のセンサと比較して、前述の様式で配置された少なく
とも２つのセンサ素子を備えた本発明によるセンサ装置
は、感度が２倍になり、信号−ノイズ比は同時に√２倍
に増加する。
ることは、拡張方向Ｒminと電流Ｉの間の状況が２つの
素子で９０度だけ異なるという効果をもつ。このこと
が、力の作用により作り出される成分ＵK1とＵK2に対
し、出力信号中で反対の符号を与える結果となり、前述
したその後の信号の引き算において、これらの異なった
符号はＵK1とＵK2の大きさの加算を導く。その結果、単
一のセンサと比較して、前述の様式で配置された少なく
とも２つのセンサ素子を備えた本発明によるセンサ装置
は、感度が２倍になり、信号−ノイズ比は同時に√２倍
に増加する。
【００２１】センサ特性、特に感度と信号／ノイズ比の
なお一層の改良を実現することを可能にするために、本
発明は図２に示された様式のセンサ対の複数を１チップ
上に実現する可能性を提供する。この技術に精通した者
にとって、本発明は図１に示された力／トルクセンサに
利用できるだけでなく、不要なホール効果により出力信
号が影響を受ける場合には、考えられるどのようなセン
サに使用するのにも同様に適するということが明らかで
あろう。更に、本発明による複数のセンサ素子を共通の
支持体上に配置できること、又は異なった支持体上に配
置できることが明らかである。 ［図面の簡単な説明］
なお一層の改良を実現することを可能にするために、本
発明は図２に示された様式のセンサ対の複数を１チップ
上に実現する可能性を提供する。この技術に精通した者
にとって、本発明は図１に示された力／トルクセンサに
利用できるだけでなく、不要なホール効果により出力信
号が影響を受ける場合には、考えられるどのようなセン
サに使用するのにも同様に適するということが明らかで
あろう。更に、本発明による複数のセンサ素子を共通の
支持体上に配置できること、又は異なった支持体上に配
置できることが明らかである。 ［図面の簡単な説明］
【図１】本発明によるセンサ装置の好ましい実施例に使
用するためのセンサ素子の概略平面図である。
用するためのセンサ素子の概略平面図である。
【図２】本発明によるセンサ素子の好ましい実施例の概
略図である。
略図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ハンス−ピーター・ホーエ
ドイツ連邦共和国 Ｄ−91332 ハイリ
ゲンスタット ブルググルブ 28
(72)発明者 ディーター・ザイツアー
ドイツ連邦共和国 Ｄ−91054 エアラ
ンゲン フンボルトストラーセ 14
(56)参考文献 特開 平７−294561（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−206889（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−108262（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01D 5/00 - 5/62
H01L 27/22
H01L 43/06
G01R 33/07
G01L 1/18
Claims (7)
- 【請求項１】 被測定力又は被測定トルクを検出するた
めのセンサ装置において、以下の特徴、すなわち、 妨害磁場によって作り出されたホール電圧妨害成分（Ｕ
B1，ＵB2）及び前記被測定力又は被測定トルクによって
作り出された信号成分（ＵK1，ＵK2）をもつ出力信号
（ＵS1，ＵS2）を、前記被測定力又は前記被測定トルク
に応じてそれぞれ作り出し、互いに本質的に９０度だけ
変位するように配置された少なくとも２つの実質的に同
様なセンサ素子（３０，３２）と、 前記ホール電圧妨害成分（ＵB1，ＵB2）が実質的に補償
され、前記被測定力又は被測定トルクによって作り出さ
れた前記信号成分（ＵK1，ＵK2）が実質的に加算されて
いるセンサ信号（Ｕges）を作り出すために、前記２つ
の出力信号（ＵS1，ＵS2）を引き算する手段と、を備え
たセンサ装置。 - 【請求項２】 前記２つのセンサ素子（３０，３２）は
共通の支持体上に配置されている請求項１に記載のセン
サ装置。 - 【請求項３】 前記センサ素子は以下の特徴、すなわ
ち、力又はトルクにより作動するように形成された半導
体領域（１０）、前記半導体領域（１０）の空間的に離
れて対向した第１及び第２の面に配置され、前記半導体
領域を流れる電流（２０）が間に生じることのできる２
つの制御電極（１２，１４）、及び前記半導体領域（１
０）の空間的に離れて対向した第３及び第４の面に配置
された２つのセンサ電極（１６，１８）をもち、 前記制御電極（１２，１４）間に電流（２０）の流れが
存在するときに、前記センサ電極（１６，１８）間に存
在する電圧を取り出すことによって、前記半導体領域
（１０）に働く力又は前記半導体領域に働くトルクを検
出することができる請求項１又は２に記載のセンサ装
置。 - 【請求項４】 前記センサ素子の半導体領域（１０）の
第３と第４の面は前記第１と第２の面に対して実質的に
直角に配置されている請求項３に記載のセンサ装置。 - 【請求項５】 前記センサ素子の半導体領域（１０）は
不純物導入されている請求項３又は４に記載のセンサ装
置。 - 【請求項６】 前記センサ素子の半導体領域（１０）は
電解効果トランジスタのチャネルにより形成されてお
り、その電解効果トランジスタのドレインとソース電極
は前記コントロール電極（１２，１４）を形成している
請求項３又は４に記載のセンサ装置。 - 【請求項７】 前記半導体領域（１０）の拡張方向と前
記制御電極（１２，１４）が形成されている前記対向面
との間の角度（φ）が本質的に４５度である請求項３か
ら５のいずれかに記載のセンサ装置。
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