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ソフトウェアを含めた提案力

Advantages of S-cube sensor core technology

We introduce unique S-cube core technologies and extensive support system.

3D 磁気センサー

磁気センサー技術

The detail of magnetic sensor technology

ホール素子

AK0991x シリーズ / AK0997x シリーズ製品で使用

ホール素子はホール効果を用いた素子で英語では Hall と書きます。Hall はホール効果を発見した Hall 博士の名前に由来し、電流が流れている物体に対し電流に垂直に磁場をかけると電流と磁場の両方に直交する方向に起電力が現れる現象に基づいています。

半導体薄膜などに電流を流すと、ホール効果によって磁束密度や向きに応じた電圧が出力されます。このホール効果を用いて磁気を検出する素子のことをホール素子といいます。 (図1)

ホール素子は磁束密度の変化がない静磁場であっても、磁場の有無を検出することができるため、磁石との組み合わせで使う非接触スイッチや、角度センサーから電流センサーまで、様々な用途で使われています。また、ホール素子を用いた地磁気センサは、スマートフォンなどで広く使われています。

図1. ホール素子 (N型半導体) の原理図

磁気抵抗素子

磁気が印加されると抵抗値が変化する材料を用いて磁場を検出する素子を磁気抵抗素子 (MR: Magneto Resistive) といいます。

磁気抵抗素子には、半導体磁気抵抗素子 (SMR) のほか、強磁性体薄膜材料を用いた異方性磁気抵抗素子 (AMR:Anisotropic Magneto Resistive) や巨大磁気抵抗素子 (GMR:Giant Magneto Resistive) 、トンネル磁気抵抗素子 (TMR:Tunnel Magneto Resistive) という 4 つの種類があります。

AK0994x シリーズでは TMR 素子を使用し 3D 磁気センシングを行っています。

トンネル磁気抵抗素子 (TMR)

AK0994x シリーズ製品で使用

強磁性体 (ピン層) - 絶縁体 - 強磁性体 (フリー層) の積層膜で、ピン層とフリー層の磁化が反平行の場合 (a) と、ピン層とフリー層の磁化の向きを揃えた場合 (b) とで、トンネル効果により絶縁体を通過する電子の割合が変化し抵抗値が変化します。低消費電力で非常に微細な磁場を取得することが可能です。

図2. トンネル磁気抵抗素子の原理図

3D (3軸) 磁気センサー

世の中には様々な大きさを持つ磁場が存在しますが、一つのセンサーですべての大きさの磁場を網羅的に測定できるような製品は存在しません。測定したい磁場の大きさだけでなく、用途によっても使用するセンサーの種類が変わってきます。AKM は測定対象磁場の大きさに合わせて、3 種類の S-cube 製品をラインアップしています。

図3. AK0997xシリーズ

AK0997x シリーズは磁石から発せられるようなミリテスラレンジの大きな磁場を測定するのに最適なセンサーです。

広い測定範囲をもっており、磁石をセンサーの直近に設置した場合でもオーバーフローし難い仕様になっているため、磁石と合わせて使うアプリケーション (例えば開閉検知用途) に適しています。

図4. AK0991x シリーズ

AK0991x シリーズは地磁気のようなマイクロテスラレンジの小さな磁場を測定するのに最適なセンサーです。

電子コンパスとして、スマートフォン等の地図アプリのヘディングアップ用途に多く利用されています。

図5. AK0994x シリーズ

AK0994x シリーズはナノテスラレンジの極小の磁場を測定するのに最適なセンサーです。

弱磁性体やビラリ現象 (逆磁歪効果) で発生するような極微小な磁場も検知できるため、トルクセンサーや微小金属片検知等の用途に活用できると考えています。

ソフトウェア技術

The detail of S-cube's software technology

電子コンパスアプリケーションにおける問題点

スマートフォンの地図アプリなどでユーザーが向いている方位の検知に使用されている電子コンパスですが、端末内部で使用されている磁性部品によって正しい方角が得られなくなる場合があります。例えばスピーカなどの磁石を使用している部品は磁気オフセットとなり、電子コンパスに悪影響 (方位各誤差) を及ぼします。

オフセット磁場による方位各誤差をなくすためには、オフセット磁場の影響をセンサが測定したデータから取り除き調整しなければなりませんが、そのためにはオフセット磁場と地磁気を正確に切り分ける技術が必要です。

図1. オフセット磁場と地磁気の概念図

DOE とは?

AKM はオフセット磁場と微弱な地磁気とを切り分け、オフセット磁場の影響を自動で調整する技術 (DOE®) を開発しました。

DOE® はスマートフォンを使用する際に生じる自然な動き (端末を縦に持つ、横に持つ、傾ける等) にともない、地磁気データがオフセット磁場を中心に球体表面上に分布することに着目。スマートフォンが様々な姿勢にある時の磁場データ (分布データ P 1 ~P 5 ) からオフセット磁場の大きさ (分布の中心O) を推定し調整することで、誤差の少ない方位角の演算が可能となりました。

例えオフセット磁場の大きさが使用中に変化したとしても、 DOE® はその変化に追従して調整が可能であるためロバスト性の高い調整アルゴリズムといえます。

図2. DOE® の概念図

電子コンパス AK0991x シリーズの普及とともに上記 DOE® も世界各地の非常に多くの携帯電話、スマートフォン、タブレットに採用され役立っています。

これらの功績が認められ、平成24年度には当該技術が社団法人発明協会が主催する全国発明表彰の最高賞である「恩賜発明賞」を受賞しました。

サポート力

S-cube customer support

S-cube センサを検討されるお客様へのサポートについて

評価キット

各種 S-cube センサーをお客様の手で簡易的に評価・検討できるように評価キットおよび制御ソフトウェアを作製しています。

フレキシブル基板にセンサを実装したプローブ型評価ボードもご用意。既存の製品筐体に取り付けて簡単に検証できるので、開発をスピーディに進めることができます。

レイアウトサポート

磁気センサーをお客様の製品上で正しく機能させるには、デバイスと磁石・磁性部品の配置が重要になります。
AKM が長年の経験で培ったノウハウでお客様に最適な部品レイアウトサポートを提供します。

磁気シミュレーション

まだ製品の構想段階で部材が揃っておらず実機検証ができない、使用する予定の磁石で性能が出るかどうか原理検証したい、磁性体の影響を見たいといったお客様には磁気シミュレーションのサポートを行っています。

ソフトウェア

センサーを各種プラットフォーム / OS上で使用するためのドライバ開発や、アプリケーション上で S-cube センサの能力を最大限引き出す GUI およびソフトウェアアルゴリズムの開発を行っています。

安定供給

出荷数量が少ないニッチな用途から、スマートフォン部品のような急激かつ膨大な数量が必要なアプリケーションまで、どんなお客様にも安定的に継続供給できる体制が整っています。