专利名称：动作传感器和使用了该动作传感器的手机的制作方法
技术领域：
本发明提出了一种关于检测方位和加速度的动作传感器、以及使用了该动作传感器的手机。
背景技术：
以前，作为可以检测方位和姿势的姿势检测传感器，有将3轴的磁性感测部和2轴以上的加速度感测部相结合而构成的产品。就姿势检测传感器来说，有采用霍尔元件的磁性感测部和、由应力感知元件构成的加速度感测部所组成的产品。(请参阅下述专利文献1)。
然而，上述的以前的姿势检测传感器，存在了下述的一些问题。即，上述以前的姿势检测传感器，要将具有检测原理完全不同的上述磁性感测部和上述加速度感测部高效率地配置在一起非常困难，很难充分地实现传感器全体的小型化。进一步讲，在上述磁性感测部及上述加速度感测部中作为处理测量信号的电子控制处理回路是完全不一样的，必须进行不同的设计。换句话说，至少需要2种电子控制处理回路，这也是不能充分实现上述姿势检测传感器的小型紧凑化的原因。
此外，仅在2个轴的方向上设置与之相对应的加速度传感器，很难精确地检测出所有方向的加速度。
专利文献1特开2003-172633号公报发明内容本发明解决的课题本发明鉴于上述以前的姿势检测传感器所存在的问题，提出了一种可以很容易高精度地检测3维空间中任意方向的方位、姿势、以及加速度的动作传感器。
本发明为解决上述课题而采用的方法本专利的第1发明就是一种新型的动作传感器。由检测相互垂直的3个轴方向磁场强度的3个磁性感测部和检测上述3个轴方向加速度的3个加速度感测部所组成。
上述加速度感测部由与加速度相对应产生位移的磁铁体和检测上述磁铁体所产生的位移的磁性位移感测头所构成。
并且，本发明的上述3个磁性感测部和上述3个磁性位移感测头具有相同的动作原理，使用了同类型的磁性检测元件。
除上述的特点和结构组成之外，本发明的上述新型动作传感器还具有将控制处理上述共6个磁性检测元件的1个电子控制回路与上述的3个磁性感测部和上述3个加速度感测部统一组合构成为一个标准组件，实现了模块一体化的特点。(本专利的权利要求1)下面，详细说明本发明的作用效果。
由于上述本发明的动作传感器具有上述的3个磁性感测部和上述3个加速度感测部，可以检测安装了上述动作传感器的物体的方位、姿势、以及加速度的方向和大小。
即，本发明的动作传感器用上述磁性感测部检测地磁，用上述加速度感测部检测重力加速度，这样就可以检测出上述物体的方位和姿势。并且，由于在3个轴方向分别配置了3个磁性感测部和3个加速度感测部，这样，可以实现3维空间的方位和姿势的检测。在此所述的姿势是指上述物体的偏摆角、倾滚角、俯仰角的绝对值和相对值。
并且，使用上述3个加速度感测部可以检测出3维空间中任意方向的加速度的方向和大小。
此外，因为上述3个磁性感测部和上述3个磁性位移感测头具有相同的动作原理且使用了同类型的磁性检测元件，所以可以使用具有同样驱动原理的电子回路来控制处理这些磁性检测元件。换句话说，即使用1个电子回路就可以满足上述3个磁性感测部和上述3个磁性位移感测头的控制处理。其结果，可以容易地实现本发明的上述动作传感器的简洁化和小型化。
更进一步讲，本发明的上述动作传感器，可以将1个电子控制回路与3个磁性感测部和3个加速度感测部统合在一起，构成为一个标准组件，实现模块一体化。其结果，可以更加容易地实现本发明的上述动作传感器的简洁化和小型化。
在此，还要强调说明的是，由于本发明的上述动作传感器具有检测相互垂直的3个轴方向磁场强度的3个磁性感测部和检测上述3个轴方向加速度的3个加速度感测部，可以比较容易地补偿周边外界磁场对加速度感测部的影响。即，由磁铁体产生的磁场以外的，例如来至于地磁等的周边外界磁场，将对加速度感测部的磁铁位移感测头产生影响，上述周边外界磁场的磁力作用使磁铁产生位移，从而使加速度感测部的检测值产生误差。在此，可以使用上述3个磁性感测部的输出值，来补偿上述加速度感测部检测值的误差。
而且，与上述3个加速度感测部相对应的而配置的磁性感测部，与加速度感测部的磁铁位移感测头具有相同的动作原理且由同类型的磁性检测元件所组成，这样就可以比较容易地实现对上述加速度检测值的补偿。更进一步讲，上述磁性感测部与上述加速度感测部统合于一个模块一体化的标准组件之中，这样，如果在加速度感测部的附近配置磁性感测部，可以高精度的对上述检测误差进行补偿。
此外，还要追加说明的是，也可以使用通过上述3个加速度感测部而检测的姿势信息，对上述3个磁性感测部检测出的方位误差进行补偿。
综上所述，本发明提供了一种可以比较容易地对3维空间物体的任何方向的方位、姿势、以及加速度进行高精度检测的动作传感器。
本专利的第2发明是装载了上述本专利的第1发明(本专利的权利要求1)所提出的上述动作传感器的手机(本专利的权利要求10)。
即本发明提供了一种具有可以很容易地对3维空间的任何方向的方位、姿势、以及加速度实施高精度检测的特点的手机。
所示为实施例1中，表示动作传感器概略的斜视图。
所示为实施例1中，表示动作传感器的平面图。
所示为图2中，沿A-A线所展开的剖面图。
所示为实施例1中，表示加速度感测部件的斜视图。
所示为实施例1中，说明支持部件的斜视图。
所示为实施例1中，表示磁性检测元件的正面图。
所示为图6中，沿B-B线所展开的剖面图。
所示为实施例1中，阐述磁性检测元件的部分斜视图。
所示为实施例1中，说明检测线圈的斜视图。
所示为实施例1中，表示6个磁性检测元件共同使用的电子控制回路的回路示意图。
所示为实施例1中，表示通向感磁体的脉冲电流和检测线圈产生的感应电压的关系图。
所示为实施例1中，表示用1个电子控制回路控制处理6个磁性检测元件时的回路构成框图。
所示为实施例2中，表示差动型磁铁·阻抗·传感器元件的平面图。
所示为实施例2中，表示磁铁·阻抗·传感器元件的部分斜视图。
所示为实施例2中，表示加速度感测部的说明图。
所示为实施例2中，表示磁铁·阻抗·传感器元件的周边外界磁场和输出电压的关系图。
所示为实施例2中，表示通向感磁体的脉冲电流和检测线圈产生的感应电压的关系图。
所示为实施例4中，能表示出手机的一部分内部结构的示意图。
具体实施例方式
上面所阐述的本专利第1发明的动作传感器，除了可用于手机等的携带机器之外，还可以应用于汽车、自律移动的机器人、以及机器人的机械手等的控制。
并且，上述磁性检测元件，可以使用霍尔元件、或者磁铁·阻抗·传感器元件，也可以使用磁阻元件、磁通量闸门等磁性检测用的元件。对磁铁体来讲，可以使用铁氧体、稀土类磁铁等来形成。
上述加速度感测部检测出的加速度，既可以是运动加速度，也可以是重力加速度。
上述磁铁体固定于呈悬臂梁形状的悬臂的自由端上，而该悬臂的另一端则固定在已经固定于上述标准组件中的支持柱上。上述3个加速度感测部中的上述悬臂具有下述的最佳配置。即相对于同一平面来说，将上述悬臂的较长一方配置于与同一平面相平行(本专利的权利要求2)。
这样，可以容易地实现动作传感器的小型化和薄型化。从而可以使动作传感器更加容易装载于小型机器、薄型机器之中。
本发明的动作传感器中，构成上述3个磁性感测部的磁性检测元件和构成上述3个磁铁位移感测头的磁性检测元件，最为理想的选择是使用磁铁·阻抗·传感器元件(本专利的权利要求3)。
通过上述选择可以容易地实现本发明的动作传感器的高精度化和小型化。
即，磁铁·阻抗·传感器元件(以下简称为「MI元件」)具有高灵敏度，可以高精度地检测出微弱地磁的磁场强度，同时也可以高精度地检测出磁铁体的微小位移。更进一步讲，因为磁铁·阻抗·传感器元件本身就具有小型化的特点，所以可以满足动作传感器小型化的要求。
本发明的动作传感器中的上述磁铁位移感测头，具有下述的最佳配置和构成。即，上述磁铁位移感测头具有检测上述磁铁体所产生的磁场强度的主检测部和检测作用于上述磁铁位移感测头的周边外界磁场的磁场强度的补偿检测部。并且，上述主检测部和上述补偿检测部，分别配置在可以检测同一轴向磁场强度的方向上。在这种情况下，就上述磁铁位移感测头来说，具有从上述主检测部的输出信号中减去上述补偿检测部的输出信号，实现对上述磁铁位移感测头的输出信号进行补偿的最佳构成(本专利的权利要求4)。
在这种情况下，从磁铁位移感测头的主检测部直接检测出的磁场强度中，除去作为噪音干扰成分的周边外界磁场的影响，就可以实施完成对加速度检测值的补偿。其结果，可以精确地检测出原来的加速度。
在此，需要更进一步说明的是，本发明的动作传感器中的上述磁铁位移感测头，还具有下述的最佳配置和构成。即，如上所述，上述磁铁位移感测头具有检测上述磁铁体所产生的磁场强度的主检测部和检测作用于上述磁铁位移感测头的周边外界磁场的磁场强度的补偿检测部，并且，上述主检测部和上述补偿检测部，分别配置在可以检测同一轴向磁场强度的方向上。为此，就上述磁铁位移感测头来说，除上述本专利的权利要求4的内容之外，还具有从上述主检测部的输出信号中减去所定倍数的上述补偿检测部的输出信号，实现对上述磁铁位移感测头的输出信号进行补偿的最佳构成(本专利的权利要求5)。
纵上所述，因为本发明具有上述最佳配置和构成，所以可以通过去除因周边外界磁场产生的噪音干扰成分来完成实施对加速度感测部检测的加速度检测值进行补偿。从严密的观点来看，周边外界磁场产生的噪音干扰成分由周边外界磁场直接作用于磁铁位移感测头产生的噪音干扰和周边外界磁场的磁力作用使磁铁体产生位移而产生的噪音干扰组合而成。这两个噪音干扰而组合成的噪音干扰的大小，可以用周边外界磁场大小的所定倍数来表示。因此，从上述主检测部的输出信号中减去所定倍数的上述补偿检测部的输出信号，可以实现对上述磁铁位移感测头的输出信号进行补偿。为此，可以精确地检测出原来的加速度。
本发明的动作传感器中的上述磁铁位移感测头，还具有下述的最佳构成。即，上述磁铁位移感测头由1个感磁体和旋绕在该感磁体外周的第1检测线圈和第2检测线圈所组成的差动型磁铁·阻抗·传感器元件而构成。上述第1检测线圈构成上述主检测部的一部分；上述第2检测线圈构成上述补偿检测部的一部分，并且上述第1检测线圈的一端和上述第2检测线圈的一端相连接。当同一磁场作用于上述磁铁体的时候，上述第1检测线圈和上述第2检测线圈上产生方向相反、大小相同的输出电压来决定上述第1检测线圈和上述第2检测线圈的旋绕方向(本专利的权利要求6)。
根据上述的构成，可以实现磁铁位移感测头的小型化和结构简单化。
为此，与上述本专利的权利要求4所述的发明一样，从上述主检测部直接检测出的磁性中，除去作为噪音干扰成分的周边外界磁场，可以对加速度检测值实施补偿。这样，可以精确地检测出原来的加速度。
如上所述，本发明的上述磁铁位移感测头由1个感磁体和旋绕在该感磁体外周的第1检测线圈和第2检测线圈所组成的差动型磁铁·阻抗·传感器元件而构成。上述第1检测线圈构成上述主检测部的一部分；上述第2检测线圈构成上述补偿检测部的一部分，并且上述第1检测线圈的一端和上述第2检测线圈的一端相连接。在此，对上述磁铁位移感测头来说，还具有下述的最佳构成。即，当同一磁场作用于上述磁铁体的时候，上述第1检测线圈和上述第2检测线圈上产生方向相反输出电压的同时，一方输出电压大小是另一方的所定倍数来决定上述第1检测线圈和上述第2检测线圈的旋绕方向(本专利的权利要求7)。
根据上述的构成，也可以实现磁铁位移感测头的小型化和结构简单化。
为此，与上述本专利的权利要求5所述的发明一样，从上述主检测部直接检测出的磁性中，除去作为噪音干扰成分的周边外界磁场，可以对加速度检测值实施补偿。这样，可以精确地检测出原来的加速度。
本发明中所述的上述电子回路的最佳构成是，上述磁性检测元件的感磁方向以相互为同一方向的上述加速度感测部的输出值和上述磁性感测部的输出值为基础，补偿演算周边外界磁场的影响来计算出加速度(本专利的权利要求8)。
在这种情况下，上述磁性感测部，不仅可以用于检测方位和姿势，而且还可以作为加速度检测值的补偿值。因此，本发明减少了零部件数量，实现了动作传感器的小型化和低成本。
此外，本发明中所述的上述电子回路还具有采用时间分割控制的方式来控制上述6个磁性检测元件(本专利的权利要求9)。
这样，用1个上述的电子回路，就可以高效率地实现对上述6个磁性检测元件的控制处理，因此，本发明实现了动作传感器的小型化和低成本。
实施例(实施例1)本实施例，就发明所提出的上述动作传感器和使用了该动作传感器的手机，用图1～图12来说明其详细内容。图1所示为动作传感器概略的斜视图。
如图1～图3所示，本实施例的动作传感器1具有检测相互垂直的3个轴方向磁场强度的3个磁性感测部2(2x，2y，2z)和检测上述3个轴方向加速度的3个加速度感测部3(3x，3y，3z)。
该加速度感测部3，由与加速度相对应产生位移的磁铁体31和检测该磁铁体31的位移的磁铁位移感测头32所构成。
3个磁性感测部2和3个磁铁位移感测头32具有共同的动作原理，由同类型的磁性检测元件4所构成。
并且，对本实施例的上述动作传感器1来说，将控制上述合计6个磁性检测元件4的1个电子控制回路(IC芯片)和上述3个磁性感测部2、以及上述3个加速度感测部3统合在一起，构成了一个标准组件，实现了模块一体化。
上述磁铁体31固定于呈悬臂梁形状的悬臂34的自由端上，而该悬臂34的另一端则固定在已经固定于上述标准组件中的支持柱33上。并且，上述3个加速度感测部3中的悬臂34，其较长的一方相对于同一平面(即基板13)而平行配置。如图1所示，在以下的说明中，沿基板13的垂直两边的轴为X轴和Y轴，基板13法线方向为Z轴。
3个加速度感测部3中的悬臂34，其弯曲方向分别配置在相互垂直的3个轴方向。
即，检测X轴方向加速度的加速度感测部3x中的悬臂34的弯曲方向配置在X轴方向；检测Y轴方向加速度的加速度感测部3y中的悬臂34的弯曲方向配置在Y轴方向；检测Z轴方向加速度的加速度感测部3z中的悬臂34的弯曲方向配置在Z轴方向。
并且，与各悬臂34的自由端对向配置磁铁位移感测头32。
如图4所示，悬臂34由一端固定在支持柱33的弹性体所构成。本实施例的悬臂34，其材质为Ni-P，形状为宽0.3mm、长1.5mm、厚5μm的矩形板状。此外，本实施例中，为了降低适当抑制厚度方向的刚性而增大磁铁体31位移量，从支持柱33的根部开始到自由端之前0.38mm的位置，开设了宽度为0.22mm的长孔340。
本实施例由于开设了上述长孔340，使悬臂34的固有频率(共振频率)可设定在50以上和60Hz以内的范围内。当然，也可以不要上述长孔340而直接使用矩形板状的悬臂。
磁铁体31配置在悬臂34自由端端部的侧面。本实施例中，在此侧面涂上磁铁体涂料，然后经过干燥和硬化之后进行着磁从而形成了上述磁铁体31。
为此，由于悬臂34产生弯曲变形，悬臂34的角度变化使自由端产生位移，从而使磁铁体31产生了位移。当然，该悬臂34的弯曲和在自由端产生位移等是很小的量，例如，悬臂34自由端产生位移是悬臂34长度的10分之1以下。
固定支撑悬臂34的支持柱33，其断面略为L字形状。
即，如图4、图5所示，上述支持柱33具有与上述固定端相结合的基础部331和与上述悬臂34之间设置了间隙339、由基础部331向悬臂34自由端延伸的延伸部332。在悬臂34的自由端，与上述间隙339相反的面上配置磁铁体31。
支持柱33和悬臂34、以及磁铁体31相结合，构成了如图4所示的加速度感知部件30。
对于图5所示的支持柱33大小尺寸来说，其宽度w为0.6mm、长度a1为2.0mm、基础部3311的高度h1为0.4mm、延伸部332的高度h2为0.3mm、基础体332的长度a2为0.4mm。
另一方面，如图4所示，作为磁铁体31的形状大小尺寸，可以设定其长度L为0.2～0.6mm、宽幅W为0.2～0.8mm、高度H为0.05～0.2mm的范围内。在此所述的长度L，是从悬臂34的固定端指向自由端方向的长度；而上述的宽度W，是与上述长度L的方向垂直，同时与悬臂34的表面平行方向的宽度；上述的高度H，是与悬臂34表面垂直方向的厚度。
构成上述3个磁性感测部2的磁性检测元件4、以及构成上述3个磁铁位移感测头32磁性检测元件4由磁铁·阻抗·传感器元件所组成。
如图6～图9所示，磁铁·阻抗·传感器元件(磁性检测元件4)具有感磁体44和旋绕在该感磁体44周围的电磁线圈45。感磁体44贯穿在绝缘体46中，上述电磁线圈45配置在绝缘体46外周画上。
上述感磁体44，使用了长度为1mm、线直径为20微米，由Co68.1Fe4.4Si12.5B15.0合金构成的非结晶合金磁性线；而绝缘树脂46的材质为环氧树脂。
上述磁铁·阻抗·传感器元件，利用了通向上述感磁体44电流的变化时所伴随的在电磁线圈45上所产生的与磁场强度大小相对应的感应电压的现象，即MI(Magneto-impedance)现象来实现磁性的感测。上述MI现象是在供给的电流的周围方向具有电子旋转排列的磁材料组成的感磁体44所产生的现象。当急剧快速变化通向感磁体44的通电电流，供给电流周围方向的磁场将产生急剧的变化。由于供给电流周围方向的磁场变化的作用，与周边磁场相对应的电子旋转方向也将产生变化。因此，可以说，感磁体44的内部磁化特性及阻抗等产生变化的现象就是上述的MI现象。
上述磁铁·阻抗·传感器元件以及MI现象说明中所提高的「周边磁场」，包括了地磁等周边外界磁场、以及磁铁体31所产生的磁场。
并且，上述磁铁·阻抗·传感器元件(磁性检测元件4)，当通向上述感磁体44的通电电流在10毫微秒以内急剧上升或急剧下降的时候，通过检测上述电磁线圈45的两端所产生的感应电压的大小来检测磁场强度。
在此情況下，通过急剧变化的上述通电电流，对感磁体44来说，可以产生接近于自旋电子变化传播速度的周边磁场的变化，从而更能充分体现出MI现象。
10毫微秒以内的电流的上升或下降，相当于含有0.1GHz高频率成分的变化电流作用于上述感磁体44。此时，如果检测上述电磁线圈两端所产生的感应电压，就可以测出周边磁场随着感磁体44内部磁场的变化而感应出上述感应电压的大小，因此，可以高精度地测量周边外界磁场的强度。在此，通电电流的上升或下降是指向感磁体44通电电流值在定常电流值的10％以下(或90％以上)到90％以上(或10％以下)的变化。
更进一步讲，对本发明的上述磁铁·阻抗·传感器元件来说，还具有下述的最佳构成。即上述磁铁·阻抗·传感器元件具有在上述感磁体44的通电电流急剧下降的时候，检测上述电磁线圈45两端产生的感应电压。
与通电电流急剧上升的时候相比，通电电流急剧下降的时候，对磁场强度来说，用上述磁铁·阻抗·传感器元件检测得到的信号，其直线性(线性特性)比较好。
如图11(a)所示，向感磁体44通以脉冲状的电流(以下，称为脉冲电流)时，通过计测在电磁线圈45两端的电极458和电极459之间所产生的感应电压e(请参考图11(b))，从而检测出磁场强度。
如图11所示，该磁性检测方法，就是在通向上述感磁体44的脉冲电流急剧下降的时候，检测上述电磁线圈45两端产生的感应电压e的方法。
此外，如图7所示，上述磁铁·阻抗·传感器元件形成在设置了深度为5～200μm、且形状大约为矩形的沟状凹部470的元件基板上。如图8、图9所示，在该沟状凹部470内侧周面中的相互面对的各侧沟面470a上，复数配设了与沟方向相垂直、具有均一螺距的导电线路45a；在凹部470沟底面470b上，配设与沟方向约为斜交的导电线路45b，并且，将导电线路45b与配设在侧沟面470a上的具有同一螺距的导电线路45a进行电性连接。
其次，如图7所示，在各侧沟面470a、以及沟底面470b上配设了导电线路45a、45b的凹部470的内部，充填由环氧树脂构成的绝缘树脂46，并在其中埋设感磁体44。并且，在凹部470充填了绝缘树脂46的外表面，配设了相对于侧沟面470a上配设的导电线路45a错开1个螺距、而且与沟方向处于约为斜交状态的导电线路45c，并将其与导电线路45a进行电性连接。这样，导电线路45a、45b、45c成为一体，形成了具有螺旋环绕状的电磁线圈45。
电磁线圈45的形成方法是，在凹部470的内周面470a、470b的全部面上，蒸镀上具有导电性的金属薄膜(在此省略了图示说明)，然后，实施蚀刻法处理形成导电线路45a、45b；同样，在绝缘树脂46外表面的全部面上，蒸镀上具有导电性的金属薄膜(在此省略了图示说明)，然后，实施蚀刻法处理形成所需的导电线路45c。
本实施例的电磁线圈45的绕线内径为66μm(在此绕线内径定义为与凹部470的断面积相等的圆面积所推算出的圆的直径)。电磁线圈45的线宽度和线与线之间的间隙分别为25μm。图8、图9中为了说明表示方便，有意画宽了线与线之间的间隙。
图10所示了控制上述6个磁性检测元件的电子控制回路12。该电子控制回路12中包含了产生向感磁体44输入的脉冲电流的信号发生器121和、输出与电磁线圈45两端的输出电压e(请参考图11(b))相对应的检测信号的信号处理部122的电子回路。上述信号发生器121具有产生通电时间为40nsec(毫微秒)、脉冲间隔为5μsec(微秒)的脉冲电流的功能。并且，本实施例的信号发生器121还具下述的构成特点，即，将与脉冲电流下降同步的基准信号向信号处理部122的模拟开关122a输出。
上述信号处理部122中具有在电性连接的电磁线圈45和信号处理部122之间，与上述基准信号同步，实施「接通」与「断开」的模拟开关122a和通过模拟开关122a与电磁线圈45相连接的电容122c。并且，上述信号处理部122中还包含了形成具有峰值保持电路功能的同步检波电路放大器122b。
并且，上述电子控制回路12中还设置了信号发生器12l和各磁性感测元件4的感磁体44之间的电气通路、切换信号处理部122与各检测线圈45之间的电气通路的电子开关128。这样，对检测沿X轴、Y轴、Z轴(请参照图1)各轴的磁场强度的3个磁性检测元件4(磁性感测部2)、以及检测沿X轴、Y轴、Z轴各轴的加速度大小的3个磁性检测元件4(磁铁位移感测头32)合计6个磁性检测元件4来说，可以以2ms的时间间隔分割，来共同使用电子控制回路12。在此，所述的时间间隔设定为2ms仅为一例，可以比2ms长，也可以比2ms短。
在此，简单说明使用磁性检测元件4来实现磁性检测的方法。如图11所示，该磁性检测的方法是向感磁体44通以脉冲电流(请参考图11(a))急剧下降时，时，计测在电磁线圈45两端产生的感应电压e(请参考图11(b))。本实施例的脉冲电流，从定常值(电流值150mA)的90％下降到10％的切断时间设定为4nsec(毫微秒)。
即如图11所示，在切断通向被放置在磁场中感磁体44的脉冲电流的瞬间，其大小与感磁体44的较长方向成分成比例的感应电压e在电磁线圈45两端发生。因此，本实施例的电子控制回路12，将电磁线圈45的感应电压e，通过根据上述基准信号而处于ON(接通)状态的模拟开关122a输入存放到电容122c中。再通过放大器122b增幅放大从输出接口125输出。
如上所述，本实施例的各磁性检测元件4，将与作用在感磁体44的较长方向的磁场强度相对应的输出信号，通过电子控制回路12向外部输出。
其次，说明本实施例的作用效果。
因为，上述本发明的动作传感器1具有上述3个磁性检测部2和上述3个加速度检测部3，所以，可以检测安装了上述本发明的动作传感器1的物体的方位、姿势、以及加速度的方向和大小。
即，使用上述磁性感测部2检知地磁；使用上述加速度感测部3检知重力加速度，这样就可以检测出上述物体所处位置的方位和姿势。并且，由于分别配置了3个磁性感测部2和3个加速度感测部3，就可以检测上述物体在3维空间中的方位和姿势。在此所述的姿势，是指上述物体偏摆角、倾滚角、俯仰角的绝对值和相对值。
更进一步讲，由于具有上述3个加速度感测部3，可以检测3维空间中任意方向的加速度方向和大小。
如上所述，因为，上述3个磁性感测部2和上述3个磁铁位移感测32头有具有相同动作原理的同类型的磁性检测元件4所构成，所以，可以采用具有相同驱动原理的电子控制回路12来完成对上述这些磁性检测元件4的驱动控制。即，使用一个电子控制回路足够满足上述要求。这样的结果，可以很容易实现上述动作传感器的简洁化和小型化。
并且，本发明，还可以将上述1个电子控制回路12和上述3个磁性感测部2、以及上述3个加速度感测部3组合构成一个标准组件，实现了模块一体化。这样的结果，可以更进一步实现上述动作传感器的简洁化和小型化。
此外，因为，上述本发明的动作传感器1具有上述检测相互垂直的3个轴方向磁场强度的3个磁性感测部2和检测上述3个轴方向加速度的3个加速度感测部3，所以，可以很容易地补偿周边外界磁场对加速度感测部3的影响。即，来自磁铁体31以外的周边外界磁场，诸如地磁等，作用于加速度感测部3的磁铁位移感测头32、或者上述周边外界磁场磁力的作用使上述磁铁体31产生位移，从而使加速度感测部3的检测值产生误差的时候，以作用于加速度感测部3的磁铁位移感测头32的周边外界磁场和、上述周边外界磁场磁力所产生的上述磁铁体31的位移为基础，使用上述3个磁性感测部2的输出值，来补偿上述加速度感测部3的检测值的误差。
由于上述磁性检测部2配置在与上述3个上述加速度感测部3相对应的方向，并且使用了与加速度感测部3的磁铁位移感测头具有相同动作原理的同类型磁性检测元件，可以很容易地实现对上述加速度检测值的补偿。更进一步讲，由于本发明将上述磁性检测部2和上述加速度感测部3组合构成一个标准组件，实现了模块一体化，可以使上述磁性检测部2配置在上述加速度感测部3的附近，这样配置的结果，可以高精度地补偿上述加速度检测值。
在此，还需要说明的是，由于本发明的上述3个加速度检测部3中的悬臂34的较长方向平行配置于同一平面，可以很容易得到小型且薄型的动作传感器1。这样的结果，可以使本发明的动作传感器1便于装载于小型机器和薄型机器之中。
并且，由于构成上述3个磁性感测部2的磁性检测元件4、以及构成上述3个磁铁位移感测头32磁性检测元件4由磁铁·阻抗·传感器元件所组成，所以很容易地得到具有高精度且小型化的动作传感器1。
即，磁铁·阻抗·传感器元件具有很高的灵敏度，可以检测出很微弱的地磁信号。并且，磁铁·阻抗·传感器元件本身就具有小型化的构造特点，所以所形成的动作传感器1也很容易实现小型化。
此外，如上所述，本实施例磁性检测部和磁铁位移感测头32使用了同一性能参数的磁性检测元件4。特别是，对加速度感测部3x、3z的磁铁位移感测头32与磁性感测部2y；或者加速度感测部3y的磁铁位移感测头32与磁性感测部2x来说，它们的感磁体44的较长的一方配置在相同的方向上。
对旋绕磁性感测部2的感磁体44的各检测电子线圈45和，旋绕磁性位移检测头32的感磁体44的各检测电子线圈45来说，由于它们较长的一方配置在相同的方向上，所以可以输出一样大小的感应电压。
因此，从加速度感测部3x中的磁铁位移感测头32的输出信号中，减去磁性感测部2y的输出信号进行补正，就可以排除加速度感测部3x中的磁铁位移感测头32的输出信号中来自于周边外界磁场的影响，从而进一步提高检测精度。
即，加速度感测部3x的磁性位移检测头32的输出信号为Hs是，与加速度a相对应的磁通量k1Hθ和地磁的Y方向成分(磁性位移检测头32的灵敏度方向成分)He的和，可以用以下的公式来表示。
Hs＝k1Hθ+k2He ········(公式1)另一方面，与上述磁铁位移感测头32同一方向的磁性感测部2y的输出信号H’s，可以用以下的公式来表示。
H’s＝k3He ········(公式2)在此，如果预先设定k2＝k3的话，就可以实施Hs和H’s的减算补正，即是实施(公式1)-(公式2)的演算，用公式来表示的话为下述公式。
Hs-H’s＝k1Hθ········(公式3)这样就可以排除作为干扰噪音的地磁等来自外界的影响。
在这里，k1、k2、k3是关于磁通量的系数。
再者，关于加速度感测部3y、3z也具有与上述同样的性能。
更进一步讲，由于电子控制回路具有采用时间分割控制6个磁性检测元件4的功能，所以使用1个电子控制回路可以有效地控制上述6个磁性检测元件4。
即如图10、图12所示，使用1个具有6频道的转换开关(电子开关128)的电子控制回路，采用时间分割控制，就可以实现对上述6个磁性检测元件4，即3个磁性感测部和3个磁性位移检测头32的控制处理。
在这种情况下，由于上述3个磁性感测部2和3个磁性位移检测头32的全部磁性检测元件共同使用1个电子控制回路，本实施例的动作传感器1的整体尺寸体积就可以更进一步实现小型化，同时，可以更进一步抑制本实施例的动作传感器1所消耗的电力。
上述电子控制回路12，除去连接磁性检测元件4和电子控制回路本体的连接部，由磁性检测元件的驱动回路、信号检测回路、信号处理回路、信号转送回路、以及传感器电源回路所组成。对于上述6个磁性检测元件来4说，没有分别单独设置上述各回路，而是采用电子开关128，使上述6个磁性检测元件的控制处理共同使用一个电子控制回路12。这样，可以大幅度减小电子控制回路部分的尺寸体积，使之更加小型化。也就是说可以使动作传感器1更加小型化。
设置6轴转换开关，采用1个电子控制回路实现对6个磁性检测元件的控制处理，可以实现动作传感器1的更加小型化。
再者，如本实施例所述，上述磁性检测元件4采用磁铁·阻抗·传感器元件，对于使用上述的转换开关(电子开关128)来说非常有效。这是因为磁铁·阻抗·传感器元件输出的线性性和追从性非常好，用转换开关切换各磁铁·阻抗·传感器元件和电子控制回路相连接得时候，可以确保实现良好的连接动作。
综上所述，本实施例提供了一种可以容易实现对3维空间任意方向的方位、姿势、以及加速度实施高精度检测的动作传感器。
(实施例2)如图13～图17所示，本实施例是对构成磁铁位移感测头32的磁性检测元件40来说，设置了检测磁铁体31所产生的磁性的主检测部41和、检测作用于磁铁体31的周边外界磁场的补偿用检测部42。
上述主检测部41和上述补偿用检测部42被配置在可以检测相同轴方向磁场的位置上。这样，从上述主检测部41的输出信号中减去上述补偿用检测部42的输出信号，从而实现对上述磁铁位移感测头32的误差补偿。
如图15所示，磁铁位移感测头32，其上述主检测部41配置在加速度感测部3的感磁体31相对的方向。
如图13、图14所示，上述磁铁位移感测头32由1个感磁体44和旋绕在该感磁体44的第1检测线圈451和第2检测线圈452构成的差动型磁铁·阻抗·传感器元件所组成。上述第1检测线圈451构成上述主检测部41的一部分；上述第2检测线圈452构成上述补偿用检测部42的一部分。上述第1检测线圈451的一端与上述第2检测线圈452的一端向连接。并且，对上述第1检测线圈451和上述第2检测线圈452来说，当同一磁场作用于上述感磁体44的时候，相互之间产生方向相反、大小相同的输出电压的条件来决定其旋饶方向等参数。
具体地说，如图13、图14所示，上述第1检测线圈451和上述第2检测线圈452，其旋饶方向相反。换句话说，上述第1检测线圈451一端与上述第2检测线圈452一端的连接部就是旋饶方向转换部453，在该旋饶方向转换部453实现旋饶方向的转换。之所以这样的旋饶方向构成，是为了在同一磁场产生作用于主检测部41和补偿用检测部42的时候，在主检测部41和补偿用检测部42上分别产生方向相反的输出电压。
本实施例中的磁性检测元件40，从基本结构上讲与实施例1中的磁性检测元件4一样。但是，如图13、图14所示，本实施例中的磁性检测元件40，具有第1检测线圈451和第2检测线圈452，并且以旋饶方向转换部453为分界点，转换其旋饶方向。
与实施例1一样，对本实施例的磁性检测元件40来说，当向感磁体44通以如图17(a)所示的脉冲电流的时候，通过检测第1检测线圈451和第2检测线圈452所组成的检测线圈450两端的电极458和电极459之间产生的感应电压e(请参照图17(b))，来检出主检测部41和补偿用检测部42之间的磁场强度的差。
在此，需要说明的是，图17(b)中所示的实线的曲线和虚线的曲线，分别表示同一磁场产生作用的时候，第1检测线圈451和第2检测线圈452上所产生的输出电压。
当作用于主检测部41和补偿用检测部42的磁场在感磁体44轴向方向的分量发生差异的时候，将在连续形成的第1检测线圈451和第2检测线圈452所构成所组成的检测线圈450两端的电极458和电极459之间产生的电位差。
换句话说，由于上述磁性检测元件40中的主检测部41和补偿用检测部42之间呈现对称性状态，这样，当同一的磁场作用于主检测部41和补偿用检测部42的时候，连续形成的第1检测线圈451和第2检测线圈452所构成所组成的检测线圈450两端的电极458和电极459之间将不会产生的电位差。
如图16中的虚线B1、B2所示，同样的周边外界磁场分别作用于主检测部41和补偿用检测部42的时候，产生大小相同、方向相反的输出电压。上述的输出电压(B1、B2)，分别为电极458和旋饶方向转换部453之间、以及旋饶方向转换部453和电极459之间的电压。
因此，当作用于主检测部41和补偿用检测部42的磁场在感磁体44轴向方向的分量发生差异的时候，如图13所示的检测线圈450两端的电极458、459之间产生电位差。即，周边外界磁场以外的磁场，例如，作为计测对象使加速度感测部3的磁铁体31产生位移的磁场，仅作用于主检测部41，使磁性检测元件40中的检测线圈450两端的电极458、459之间产生电位差。
另外，对本实施例的磁性感测部2来说，使用与实施例1一样的磁性检测元件40。
除上述之外的本实施例与实施例1一样。
综上所述，本实施例，可以从磁铁位移感测头32的主检测部41直接检知的磁场强度中，除去作为噪音干扰成分的周边外界磁场的影响，可以实施对加速度检测值的补偿处理。因此，可以精确地检出原来的加速度。
此外，由于本实施例使用了上述差动型磁铁·阻抗·传感器元件，可以实现磁铁位移感测头32的简洁化和小型化。
本实施例的其他构成和作用效果与实施例1一样。
(实施例3)本实施例是从主检测部41输出信号中减去补偿用检测部42输出信号的所定倍数，实施对磁铁位移感测头32的输出信号进行补偿的实施例。
对磁铁位移感测头32中的第1检测线圈451和第2检测线圈452来说，当同一磁场作用于上述感磁体44的时候，相互之间产生方向相反、一方的大小是另一方数倍的输出电压的条件来决定其旋饶方向等参数。
具体地说，第2检测线圈452旋绕圈数设定为第1检测线圈451旋绕圈数的数倍。
即，由于上述磁性检测元件40中的主检测部41和补偿用检测部42之间不具有对称性状态，这样，当作用于主检测部41的磁场和作用于补偿用检测部42的磁场成一定比例的时候，连续形成的第1检测线圈451和第2检测线圈452所构成所组成的检测线圈450两端的电极458和电极459之间将不会产生的电位差。
在这样设定的条件下，当周边外界磁场作用于加速度感测部3的感磁体31，使之产生位移而带来的噪音干扰，该噪音干扰成分的差出现的时候，将不会产生电位差。其结果达到了除去周边外界磁场所产生的噪音干扰的目的。以上所述的「所定倍数」，是可以补偿周边外界磁场作用于感磁体31，使之产生位移而带来的噪音干扰而设定的优化值。
除上述之外的本实施例与实施例2一样。
综上所述，本实施例，可以除去由于周边外界磁场所产生的噪音干扰，从而补偿加速度感测部3的检测输出值。即，对周边外界磁场所产生的噪音干扰来说，严密地讲，周边外界磁场产生的噪音干扰成分由周边外界磁场直接作用于磁铁位移感测头产生的噪音干扰和周边外界磁场的磁力作用使磁铁体产生位移而产生的噪音干扰组合而成。这两个噪音干扰而组合成的噪音干扰的大小，可以用周边外界磁场大小的所定倍数来表示。因此，从上述主检测部41的输出信号中减去所定倍数的上述补偿检测部42的输出信号，就可以实现对上述磁铁位移感测头32的输出信号进行补偿。
为此，可以精确地检测出原来的加速度。
本实施例的其他构成和作用效果与实施例2一样。
(实施例4)本实施例是关于装载了实施例1～实施例3所阐述的动作传感器1的手机的实施例。用图18来说明其详细内容。
本实施例的手机6，可以通过无线通讯实现双向的语音通话。并且，该手机6在其内部基板65上实际安装配置了动作传感器1、包含了CPU(中央演算处理器)的单片微型多用计算机62、以及容纳了动作程序的存储器单元(在此省略图示说明)。
本实施例的动作传感器1以手机6为原点，向单片微型多用计算机62输出绕X轴、Y轴、Z轴的各轴转动的回转角，即偏摆角、倾滚角、俯仰角的姿势信息和X轴、Y轴、Z轴各方向的加速度信息。
再者，本实施例中使用的动作传感器1是，纵向为5.5mm、横向为5.5mm、高度为1.5mm的非常紧凑且小型化的传感器。
本实施例的上述手机6，具有浏览互联网(英特网)的功能，可以在液晶画面61上表示出互联网上的各种信息。并且，对上述手机6来说，通过倾斜手机6，可以随着手机6的倾斜方向滚动所表示在液晶画面61上的内容。即，单片微型多用计算机62通过容纳在上述存储器单元中的动作程序，演算出与动作传感器1输出的上述姿势信息相对应的液晶画面61的滚动量。
此外，对本实施例的手机6来说，辅助操作配置其操作面63上的操作按钮630，可以减轻使用者的操作负担。
在此还需要强调的是，本实施例所阐述的手机6，由于可以通过检知它的加速度来进行各种操作。更进一步讲，可以通过动作传感器1来检知地磁，从而取得方位信息。
本实施例的其他构成和作用效果与实施例1～实施例3一样。
本发明的动作传感器，除可以使用于上述手机之外，还可以使用在汽车导航系统、游戏机等各种机器之中。
符号说明1 动作传感器12 电子控制回路2 磁性感测部3 加速度感测部31 磁铁体32 磁铁位移感测头4 磁性检测元件
权利要求
1.本发明为一种动作传感器，其特征在于，具有检测相互垂直的3个轴方向磁场强度的3个磁性感测部和检测上述3个轴方向加速度的3个加速度感测部；上述加速度感测部由与加速度相对应产生位移的磁铁体和检测上述磁铁体所产生的位移的磁性位移感测头所构成；上述3个磁性感测部和上述3个磁性位移感测头具有相同的动作原理，使用同类型的磁性检测元件；将控制处理上述共6个磁性检测元件的1个电子控制回路与上述的3个磁性感测部和上述3个加速度感测部统一组合构成一个标准组件，实现了模块一体化。
2.权利要求1中所述的动作传感器，其特征在于，上述磁铁体固定于呈悬臂梁形状的悬臂的自由端上，而该悬臂的另一端则固定在已经固定于上述标准组件中的支持柱上。上述3个加速度感测部中的上述悬臂的较长一方配置于与同一平面相平行。
3.权利要求1、2中任何1项所述的动作传感器，其特征在于，构成上述3个磁性感测部的磁性检测元件和构成上述3个磁铁位移感测头的磁性检测元件，均采用磁铁·阻抗·传感器元件。
4.权利要求1～3中任何1项所述的动作传感器，其特征在于，上述磁铁位移感测头具有检测上述磁铁体所产生的磁场强度的主检测部和检测作用于上述磁铁位移感测头的周边外界磁场的磁场强度的补偿检测部。并且，上述主检测部和上述补偿检测部，分别配置在可以检测同一轴向磁场强度的方向。从上述主检测部的输出信号中减去上述补偿检测部的输出信号，实现对上述磁铁位移感测头的输出信号进行补偿。
5.权利要求1～3中任何1项所述的动作传感器，其特征在于，上述磁铁位移感测头具有检测上述磁铁体所产生的磁场强度的主检测部和检测作用于上述磁铁位移感测头的周边外界磁场的磁场强度的补偿检测部，并且，上述主检测部和上述补偿检测部，分别配置于可以检测同一轴向磁场强度的方向。从上述主检测部的输出信号中减去所定倍数的上述补偿检测部的输出信号，实现对上述磁铁位移感测头的输出信号进行补偿。
6.权利要求4中所述的动作传感器，其特征在于，上述磁铁位移感测头由1个感磁体和旋绕在该感磁体外周的第1检测线圈和第2检测线圈所组成的差动型磁铁·阻抗·传感器元件而构成。上述第1检测线圈构成上述主检测部的一部分；上述第2检测线圈构成上述补偿检测部的一部分，并且上述第1检测线圈的一端和上述第2检测线圈的一端相连接。当同一磁场作用于上述磁铁体的时候，上述第1检测线圈和上述第2检测线圈上产生方向相反、大小相同的输出电压来决定上述第1检测线圈和上述第2检测线圈的旋绕方向等参数。
7.权利要求5中所述的动作传感器，其特征在于，上述磁铁位移感测头由1个感磁体和旋绕在该感磁体外周的第1检测线圈和第2检测线圈所组成的差动型磁铁·阻抗·传感器元件而构成。上述第1检测线圈构成上述主检测部的一部分；上述第2检测线圈构成上述补偿检测部的一部分，并且上述第1检测线圈的一端和上述第2检测线圈的一端相连接。当同一磁场作用于上述磁铁体的时候，上述第1检测线圈和上述第2检测线圈上产生方向相反输出电压的同时，一方输出电压大小是另一方的所定倍数来决定上述第1检测线圈和上述第2检测线圈的旋绕方向等参数。
8.权利要求1～5中任何1项所述的动作传感器，其特征在于，上述磁性检测元件的感磁方向以相互为同一方向的上述加速度感测部的输出值和上述磁性感测部的输出值为基础，补偿演算周边外界磁场的影响来计算出加速度。
9.权利要求1～8中任何1项所述的动作传感器，其特征在于，上述电子回路具有采用时间分割控制的方式来控制上述6个磁性检测元件。
10.本发明为一种手机，其特征在于，搭载了权利要求1～9中任何1项所述的动作传感器。
全文摘要
本发明提出了一种可以很容易高精度地实现对3维空间中任何方向的方位、姿势、以及加速度进行检测的动作传感器和使用该动作传感器的手机。本发明提出的动作传感器(1)，具有检测相互垂直的3个轴方向磁场强度的3个磁性感测部(2)和检测3个轴方向加速度的3个加速度感测部(3)。加速度感测部(3)，由与加速度相对应产生位移的磁铁体(31)和检测该磁铁体(31)的位移的磁铁位移感测头(32)所构成。3个磁性感测部(2)和3个磁铁位移感测头(32)具有共同的动作原理，由同类型的磁性检测元件(4)所构成。并且，所使用的控制6个磁性检测元件(4)的1个电子控制回路(12)和3个磁性感测部(2)、以及3个加速度感测部(3)构成一个标准组件，实现了模块一体化。
文档编号G01C21/08GK1941802SQ20061010905
公开日2007年4月4日 申请日期2006年7月25日 优先权日2005年9月29日
发明者本藏义信, 山本道治, 森正树, 加古英儿, 松村敏郎, 山崎纯, 楠田洋久, 西出康弘, 辻野大辅 申请人:爱知制钢株式会社, 沃达丰株式会社