JPH0735551A - 地磁気方位センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＭＲ素子の出力特性に、バルクハウゼンノイ
ズやヒステリシス特性の影響を与えることなく、地磁気
方位検出の信頼性の向上及び検出精度の向上を図る。 【構成】 ２つのＭＲ素子１ａ及び１ｂをそれぞれ容易
軸方向を違えて配置し、各ＭＲ素子１ａ及び１ｂに対応
して、容易軸方向にセンス電流を流すセンス電流源３
と、あるレベルを基準として、磁界レベルが一定周期で
単極性の信号波形に準じて変化するバイアス磁界Ｈ_B を
印加するバイアス磁界印加手段４と、バイアス磁界Ｈ_B
の磁界レベルの変化に応じて周期的に変化する抵抗値Ｒ
のセンス電流に基づく端子間の電圧レベルＶｓのうち、
外部磁界によって周期的に現れる電圧レベルを取り出し
て平均化する信号処理手段１３とを設けて構成する。信
号処理手段１３としては、ダイオードＤ及びＣＲ積分回
路２２にて構成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気抵抗効果素子を用
いた地磁気方位センサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の地磁気方位センサーとしては、図
３６に示すような磁石式の地磁気方位センサーが知られ
ている。

【０００３】図３５に示す地磁気方位センサーは、方位
盤１０１の中心に、上端に方位を指示する指針１０２を
有する磁針（図示せず）を回転自在に支持した構成を有
する。方位盤１０１の周囲には、北，東，南，西を表す
記号が時計回りにＮ，Ｅ，Ｓ，Ｗの英文字で印刷されて
いる。

【０００４】この図３５で示す磁石式の地磁気方位セン
サーは、回転、振動等の加速度が磁針に慣性モーメント
の影響を与えるため、方位の決定に時間がかかるという
問題があり、可動部があるため、耐久性・耐振性にも問
題があった。また、方位決定の精度も不十分であるとい
う問題もある。

【０００５】そこで、従来では、直交配列された２つの
磁気抵抗効果素子（以下、単にＭＲ素子と記す）による
地磁気方位センサーが提案されている（例えば特開昭６
１−２６２６１３号公報参照）。

【０００６】この地磁気方位センサーは、測定すべき磁
界を、直交配列された２つのＭＲ素子で計測し、その計
測値をベクトル合成して地磁気の方位を求めるようにし
ている。この地磁気方位センサーによれば、上記磁石式
の地磁気方位センサーのような可動部がないため、耐久
性・耐振性に優れ、方位決定も短時間で済むという利点
がある。

【０００７】この地磁気方位センサーは、ＭＲ素子のＲ
−Ｈ特性、即ちＭＲ素子の抵抗値が、ＭＲ素子の困難軸
方向に印加される磁界の強さによって変化する特性を利
用したものであり、このＲ−Ｈ特性は、図３６に示すよ
うに、困難軸方向の磁界成分の絶対値が大きくなるに従
って、抵抗値Ｒが徐々に減少する特性を有する。

【０００８】上記地磁気方位センサーにて、実際に地磁
気方位を検出する場合には、マグネットを配置して、Ｍ
Ｒ素子の困難軸方向に予め固定のバイアス磁界Ｈ_B(DC)
を印加することにより、その動作点ＡをＲ−Ｈ特性曲線
の直線部分の中央にもってくるようにしている。これ
は、検出感度を高めるためである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
地磁気方位センサーにおいては、各ＭＲ素子に固定のバ
イアス磁界Ｈ_B(DC) を印加するようにしているため、そ
の出力特性、即ちＲ−Ｈ特性に、バルクハウゼンノイズ
と、ヒステリシス特性の影響を受け易く、地磁気方位セ
ンサーとしての信頼性に欠けるという問題がある。

【００１０】一般に、ＭＲ素子のような形状磁気異方性
を有する小さな素子は、不均一な磁壁移動（バルクハウ
ゼン効果）によるノイズ（以下、ＢＨＮと記す）が現れ
易い。例えば、図３９に示すように、ＭＲ素子１０３の
長軸に対して誘導磁気異方性の傾きを０°とし、このＭ
Ｒ素子１０３に外部磁界Ｈ_E をＭＲ素子１０３の短軸方
向とΔφの角度で印加した場合、そのときのＲ−Ｈ特性
をみると、図３８Ｂに示すように、Δφ＝０°のとき
は、ＢＨＮの無い特性となるが、外部磁界Ｈ_E の方向が
上記短軸方向からどちらに傾いてもＢＨＮが現れる。図
３８Ａ及びＣは、それぞれΔφ＝−２°及びΔφ＝＋２
°の場合のＲ−Ｈ特性を示す。これらの図で示す特性曲
線のうち、不連続な部分がＢＨＮである。

【００１１】地磁気方位センサーは、その用途上、全方
位にわたって地磁気を受けるため、従来の地磁気方位セ
ンサーのように、固定のバイアス磁界Ｈ_B(DC) を印加し
た場合、例えば図３９に示すように、ＢＨＮによる不連
続部が、特性曲線上、固定のバイアス磁界Ｈ_B(DC) に対
応した部分よりも小さい磁界レベルに対応した部分にあ
る場合、短軸成分の方向が、固定のバイアス磁界Ｈ
_B(DC) の方向と反対の方向である外部磁界Ｈ_E が存在す
るときに、２値の抵抗値Ｒ1 及びＲ2 を示すことにな
り、検出誤差の増大を招く。

【００１２】また、ＭＲ素子１０３を一軸異方性多磁区
粒子としてみた場合、図４０に示すように、方位θによ
ってヒステリシスを有する。従って、例えば図４１に示
すように、外部磁界Ｈ_E の方位角θが４５°から９０°
に変化した場合、その方位角９０°に移る過程が履歴と
なって残り、最終状態である方位角９０°の状態が一義
的に決まらず、検出した方位θの正確性に欠けるという
問題がある。

【００１３】ところで、本出願人は、上記課題を解決す
るため、ＡＣバイアスを用いた磁気方位センサーを提案
した。この例では、磁気抵抗効果素子にバイアス磁界と
して磁界レベルが一定周期で交番するバイアス磁界を印
加していたため、この電圧レベルのうち外部磁界によっ
て周期的に現れるバイアス磁界と特定の位相関係にある
電圧レベルを検出する手段として同期検出手段が必要で
あった。このため回路構成が複雑になる傾向があった。

【００１４】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、ＭＲ素子の出力特性
に、バルクハウゼンノイズやヒステリシス特性の影響を
受けることがなく、信頼性の向上及び検出精度の向上を
図ることができ、低消費電力化が図られ、さらに、製品
コストを削減できる地磁気方位センサーを提供するもの
である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の地磁気方位セン
サーは、上記課題を解決するため少なくとも２つの磁気
抵抗効果素子１ａ及び１ｂをそれぞれ容易軸方向を違え
て配置し、各磁気抵抗効果素子１ａ及び１ｂに対応し
て、容易軸方向にセンス電流を流すセンス電流供給手段
３と、あるレベルを基準として、磁界レベルが一定周期
で単極性の信号波形に準じて変化するバイアス磁界Ｈ_B
を印加するバイアス磁界印加手段４と、上記バイアス磁
界Ｈ_B の磁界レベルの変化に応じて周期的に変化する抵
抗値Ｒの上記センス電流に基づく端子間の電圧レベルＶ
ｓのうち、外部磁界Ｈ_E によって周期的に現れる電圧レ
ベルＶｓを取り出して平均化する信号処理手段１３とを
設けて構成する。

【００１６】この場合、上記バイアス磁界Ｈ_B の一部
に、上記磁気抵抗効果素子１ａ及び１ｂが飽和状態に達
する磁界レベルＨｓをもたせるようにしてもよいし、あ
るいは、磁界レベルが平均化された単極性の矩形状の波
形Ｐｓに準じたレベル波形、又は、飽和磁界レベルＨｓ
を有するインパルス的な波形Ｐｐが重畳されたレベル波
形となるように設定してもよい。

【００１７】また、各磁気抵抗効果素子１ａ及び１ｂと
信号処理手段１３の初段とを容量結合又はトランス結合
して構成するようにしてもよい。なお、信号処理手段１
３は平滑回路又は微分回路を設けて構成することができ
る。

【００１８】

【作用】本発明に係る地磁気方位センサーにおいては、
センス電流供給手段３により容易軸方向にセンス電流が
供給された磁気抵抗効果素子（以下、単にＭＲ素子と記
す）１ａ及び１ｂに対して、バイアス磁界印加手段４に
よりあるレベルを基準として、磁界レベルが一定周期で
単極性の信号波形に準じて変化するバイアス磁界Ｈ
_B（ｔ） が印加される。このとき、ＭＲ素子１ａ及び１
ｂの抵抗値Ｒが変化し、このＭＲ素子にセンス電流が流
れることによってＭＲ素子１ａ及び１ｂの両端の端子２
ａ、２ｂ間に発生する電圧レベルＶｓ（以下、端子間電
圧レベルＶｓと記す）は、バイアス磁界Ｈ_B（ｔ） の磁
界レベルの変化に応じて周期的に変化する。この状態
で、ある方位θを有する外部磁界（地磁気）Ｈ_E が存在
しているとき、バイアス磁界Ｈ_B （ｔ）の基準レベルが
外部磁界Ｈ_E の短軸方向成分で示すレベルほどシフトす
る。

【００１９】このとき、ＭＲ素子１ａ及び１ｂの端子間
電圧レベルＶｓは、同じように、バイアス磁界Ｈ
_B（ｔ） の磁界レベルの変化に応じて周期的に変化する
ことになるが、バイアス磁界Ｈ_B（ｔ） の基準レベル
が、外部磁界Ｈ_E の短軸方向成分で示すレベルほどシフ
トしているため、バイアス磁界の周期にしたがって外部
磁界Ｈ _E の方位θを間接的に示す電圧レベルが現れる。

【００２０】本発明においては、信号処理手段１３に
て、バイアス磁界の周期にしたがって現れる上記電圧レ
ベルＶｓを取り出して平均化する。この平均化処理は、
配置されたＭＲ素子１ａ及び１ｂ全てに対して行われ
る。従って、各ＭＲ素子１ａ及び１ｂに対応した平均化
された信号Ｓｖ1 及びＳｖ2 を例えば演算回路２３でベ
クトル合成することにより、外部磁界Ｈ_E の方位θが検
出される。

【００２１】このように、本発明に係る地磁気方位セン
サーにおいては、ＭＲ素子１ａ及び１ｂ自体が有するバ
ルクハウゼンノイズやヒステリシス特性に起因する出力
（端子間電圧）の不安定さを、単極性の信号波形に準じ
て変化するバイアス磁界によって平均化するため、安定
した出力を得ることができ、精度の高い地磁気の方位角
を測定できる。

【００２２】特に、バイアス磁界Ｈ_B の一部に、上記Ｍ
Ｒ素子１ａ及び１ｂが飽和状態に達する磁界レベルＨｓ
を有するように設定すれば、ＭＲ素子１ａ及び１ｂに残
る方位θの前歴を、上記飽和状態に達する磁界レベルＨ
ｓにて消去することができるため、ヒステリシス特性に
よる検出誤差の発生を防止できる。

【００２３】これは、ＭＲ素子１ａ及び１ｂの製造中、
あるいは使用中において、帯磁等の不具合が生じても、
上記飽和状態に達する磁界レベルＨｓの印加による消磁
効果により、上記帯磁が消去され、ＭＲ素子１ａ及び１
ｂの出力特性に影響を及ぼすことがなくなる。

【００２４】

【実施例】本発明に係る磁気抵抗効果素子（以下、単に
ＭＲ素子と記す）を用いた地磁気方位センサーは、超高
精細度陰極線管において、地磁気によって発生するミス
ランディングを自動的に補正するシステムにおける地磁
気検出用センサーとして使用される。

【００２５】通常、カラー陰極線管では、電子銃から出
射された電子ビームが、地磁気により、その軌道が曲げ
られ、蛍光面上でのビーム到達位置（ランディング）が
変化する。特に、高精細度陰極線管においては、ランデ
ィング余裕度が小さいため、このランディングの位置ず
れが色純度の劣化等の問題を引き起こす。

【００２６】これを補正するために、ランディング補正
コイルが陰極線管に取り付けられ、このランディング補
正コイルに地磁気の方位・強度に応じて自動的にランデ
ィング補正に必要な最適電流を流すことにより、電子ビ
ームを制御して、ミスランディングを防止するようにし
ている。

【００２７】本発明に係る地磁気方位センサーは、この
ようなミスランディング補正における地磁気方位検出用
として使用されるものである。

【００２８】また、本発明に係る地磁気方位センサー
は、携帯型の方位計として、従来から用いられてきた磁
石式の地磁気方位センサー（磁気コンパス）の代替とし
ても使用されるものであり、また、自動車等の進路指標
として使用されるナビゲータ装置の方位検出用としても
使用されるものである。

【００２９】以下、本発明に係る地磁気方位センサーの
いくつかの実施例を図１〜図３４を参照しながら説明す
る。

【００３０】まず、第１実施例に係る地磁気方位センサ
ーは、図１に示すように、２つのＭＲ素子（第１のＭＲ
素子１ａ及び第２のＭＲ素子１ｂ）を有する。

【００３１】各ＭＲ素子１ａ及び１ｂは、図２に示すよ
うに、下地ガラス板上に、ＦｅＮｉ系の強磁性体膜（抵
抗変化率３％）を蒸着法等にて形成した後、フォトリソ
グラフィ等のドライプロセスによりパターニングを行っ
て短冊状に形成されて構成され、各ＭＲ素子１ａ及び１
ｂの両端にはＣｕによる電極導体２ａ及び２ｂがそれぞ
れ形成される。なお、各ＭＲ素子１ａ及び１ｂは、その
長軸方向に誘導磁気異方性を有するように磁界中にて蒸
着され、長軸方向が容易軸となっている。本実施例にお
いて、各ＭＲ素子１ａ及び１ｂの感知部の長さｎは１０
ｍｍ、幅ｗは１０μｍ、厚さは２５〜１００ｎｍであ
る。

【００３２】そして、この実施例においては、図１に示
すように、各ＭＲ素子１ａ及び１ｂが、それぞれの長軸
方向が互いに垂直の関係となるように配置される。各Ｍ
Ｒ素子１ａ及び１ｂの両端電極２ａ及び２ｂ間には、そ
れぞれＭＲ素子１ａ及び１ｂの長軸方向にセンス電流を
流すセンス電流供給手段である定電流源３が接続され、
各ＭＲ素子１ａ及び１ｂに、それぞれＭＲ素子１ａ及び
１ｂに対してバイアス磁界Ｈ_B を印加するバイアス磁界
印加手段４が設けられている。各ＭＲ素子１ａ及び１ｂ
の一方の電極２ｂは、ＧＮＤに接続されてそれぞれ接地
電位に固定されている。

【００３３】１つのバイアス磁界印加手段４は、図１に
示すように、励磁電流ｉ_B を供給する波形発生回路３１
と、この波形発生回路３１からの励磁電流ｉ_B の供給に
よって、それぞれのＭＲ素子１ａ（及び１ｂ）の短軸方
向にバイアス磁界Ｈ_B を発生させる励磁コイル１２とか
ら構成されている。

【００３４】この波形発生回路３１は、図５に示すよう
に、第１のパルスが出力されてから第２のパルスが出力
されるまでの周期Ｔを１０として、パルスの幅Ｔ₁ が１
であり、以下の式で表される波形を有する正極の矩形波
Ｐｓを発生する。

【００３５】Ｐｓ＝ｅ₀ ｕ（ｔ） ｕ（ｔ）＝１｛ｎＴ＜ｔ≦（ｎ＋０．１）Ｔ、Ｔ₁の期
間中｝ ｕ（ｔ）＝０｛（ｎ＋０．１）Ｔ＜ｔ≦（ｎ＋１、Ｔ₂
の期間中）Ｔ｝ ここで、ｎ：整数、周期Ｔ＝１／ｆ、周波数ｆ＝３ｋＨ
ｚ、Ｔ＝Ｔ₁ ＋Ｔ₂ 、Ｔ₁ ：パルス幅

【００３６】従って、ＭＲ素子１ａ及び１ｂの短軸方向
に印加されるバイアス磁界は、この第１のパルスが出力
されてから第２のパルスが出力されるまでの周期Ｔを１
０として、パルスの幅Ｔ₁ が１である矩形波Ｐｓに準じ
た以下の式で表される波形Ｈ _B （ｔ）となる。

【００３７】Ｈ_B （ｔ）＝Ｈ_B0 ｕ（ｔ） ｕ（ｔ）＝１｛ｎＴ＜ｔ≦（ｎ＋０．１）Ｔ、Ｔ₁の期
間中｝ ｕ（ｔ）＝０｛（ｎ＋０．１）Ｔ＜ｔ≦（ｎ＋１）Ｔ、
Ｔ₂の期間中｝ ここで、ｎ：整数、周期Ｔ＝１／ｆ、周波数ｆ＝３ｋＨ
ｚ、Ｔ＝Ｔ₁ ＋Ｔ₂ 、Ｔ₁ ：パルス幅

【００３８】そして、この実施例においては、上記バイ
アス磁界Ｈ_B （ｔ）とＭＲ素子１ａ及び１ｂのＲ−Ｈ特
性曲線との対応関係を以下のようにする。即ち、レベル
Ｈｈ（＝Ｈ_B0 ）を磁界レベル＝０付近のＭＲ素子の不
感帯ＢＺよりも大きく、かつＭＲ素子の異方性磁界レベ
ルＨｗより小さくする。望ましくは、直線部のほぼ中心
磁界レベルＨ_M （ＭＲ素子の最高感度領域での磁界レベ
ル）に設定する。

【００３９】また、Ｔ₁ とＴとの関係は、Ｔ₁ ＜＜ Ｔ
であることが望ましい。本実施例ではＴ₁ ：Ｔを１：１
０となるように設定した。

【００４０】また、各ＭＲ素子１ａ及び１ｂの両端電極
２ａ及び２ｂには、それぞれ信号処理回路１３が接続さ
れている。各信号処理回路１３は、半波整流を行なうダ
イオードＤと、両端電極２ａ及び２ｂの電圧（端子間電
圧）Ｖｓを平均化して直流化信号Ｓｖとして取り出すＣ
Ｒ積分回路２２により構成されている。また、このダイ
オードＤとＭＲ素子１ａ（及び１ｂ）の両端電極２ａ及
び２ｂは直流ドリフト成分除去のためコンデンサＣによ
り容量結合されている。

【００４１】ここで、外部磁界による１つのＭＲ素子
（例えば第１のＭＲ素子１ａ）の抵抗値の変化を図３〜
図１４に基づいて説明すると、まず、図３に示すよう
に、第１のＭＲ素子１ａに対して、第１のＭＲ素子１ａ
の短軸方向に外部磁界Ｈｅｘが印加されると、第１のＭ
Ｒ素子１ａの両端の抵抗値Ｒは、以下の（１）式で表さ
れる。

【００４２】

【数１】

【００４３】上記（１）式から、外部磁界Ｈｅｘ（又は
φ）の変化に対する第１のＭＲ素子１ａの抵抗値Ｒの変
化の関係、即ちＲ−Ｈ（ρ−Ｈ）特性は、図４の特性図
で示すことができる。

【００４４】そして、実際に、図６に示すように、例え
ば第１のＭＲ素子１ａに対してある角度から外部磁界Ｈ
_E が印加された場合は、第１のＭＲ素子１ａの長軸方向
と外部磁界Ｈ_E のなす角（方位）をθとしたとき、第１
のＭＲ素子１ａの抵抗変化に寄与する磁界は、バイアス
磁界Ｈ_B （ｔ）と外部磁界Ｈ_E の短軸方向成分 Ｈ_Eｓｉ
ｎθとの合成成分（Ｈ_B （ｔ）＋ Ｈ_E ｓｉｎθ） であ
る。Ｒ−Ｈ特性からみると、図７に示すように、第１の
ＭＲ素子１ａの抵抗変化に寄与する磁界は、外部磁界Ｈ
_E の短軸方向成分 Ｈ_E ｓｉｎθを基準レベルとし、こ
の基準レベルＨ_E ｓｉｎθにバイアス磁界Ｈ_B （ｔ）が
重畳された磁界となる。

【００４５】具体的に、図８〜図１２に基づいて説明す
ると、外部磁界（地磁気）Ｈ_E の方向と第１のＭＲ素子
１ａの長軸とのなす角（方位）θが０°又は１８０°の
とき、第１のＭＲ素子１ａの抵抗変化に寄与する磁界
は、Ｈ_B（ｔ）＋ Ｈ_Eｓｉｎ０°（又はＨ_B （ｔ）＋ Ｈ
_Eｓｉｎ１８０°）＝Ｈ_B （ｔ）となり、この磁界によ
って変化する抵抗値Ｒの変化波形、即ち端子間電圧Ｖｓ
の波形は、図８に示すように、バイアス磁界Ｈ_B（ｔ）
が０レベル（抵抗変化に寄与する磁界が０レベル））の
期間中抵抗値Ｒが最大で、一定の高レベルを保持し、抵
抗変化に寄与する磁界が最大レベル（バイアス磁界Ｈ_B
（ｔ）＝Ｈ_B0 ）の期間中抵抗値Ｒが最小で、一定の低
レベルを保持する矩形波に準じた波形となる。

【００４６】次に、方位θが３０°のとき、第１のＭＲ
素子１ａの抵抗変化に寄与する磁界は、Ｈ_B（ｔ）＋ Ｈ
_Eｓｉｎ３０°＝Ｈ_B（ｔ）＋ Ｈ_E／２となり、この磁界
によって変化する抵抗値Ｒの変化波形は、図９に示すよ
うに、バイアス磁界Ｈ_B（ｔ）が０レベル（抵抗変化に
寄与する磁界が最小レベル（Ｈ_E／２））の期間中抵抗
値Ｒが最大で、一定の高レベルを保持し、抵抗変化に寄
与する磁界が最大レベル（Ｈ_B0 ＋Ｈ_E／２）の期間中抵
抗値Ｒが最小で、一定の低レベルを保持する矩形波に準
じた波形となる。

【００４７】次に、方位θが９０°のとき、第１のＭＲ
素子１ａの抵抗変化に寄与する磁界は、Ｈ_B（ｔ）＋ Ｈ
_E ｓｉｎ９０°＝Ｈ_B（ｔ）＋ Ｈ_Eとなり、この磁界に
よって変化する抵抗値Ｒの変化波形は、図１０に示すよ
うに、バイアス磁界Ｈ_B（ｔ）が０レベル（抵抗変化に
寄与する磁界が最小レベル（Ｈ_E ））の期間中抵抗値Ｒ
が最大で、一定の高レベルを保持し、抵抗変化に寄与す
る磁界が最大レベル（Ｈ_B0 ＋Ｈ_E ）の期間中抵抗値Ｒ
が最小で、一定の低レベルを保持する矩形波に準じた波
形となる。

【００４８】次に、方位θが２１０°のとき、第１のＭ
Ｒ素子１ａの抵抗変化に寄与する磁界は、Ｈ_B（ｔ）＋
Ｈ_Eｓｉｎ２１０°＝Ｈ_B（ｔ）− Ｈ_E／２となり、この
磁界によって変化する抵抗値Ｒの変化波形は、図１１に
示すように、バイアス磁界Ｈ _B（ｔ）が０レベル（抵抗
変化に寄与する磁界が最小レベル（−Ｈ_E／２））の期
間中、一定の高レベルを保持し、この場合は、抵抗変化
に寄与する磁界が０レベルの点を介して変化するため、
抵抗変化に寄与する磁界が０レベル（すなわちバイアス
磁界Ｈ_B（ｔ）＝ Ｈ_E／２）のとき抵抗値Ｒが最大とな
り、抵抗変化に寄与する磁界が最大レベル（Ｈ_B0 −Ｈ_E
／２）の期間中抵抗値Ｒが最小で、一定の低レベルを
保持する矩形波に準じた波形となる。

【００４９】次に、方位θが２７０°のとき、第１のＭ
Ｒ素子１ａの抵抗変化に寄与する磁界は、Ｈ_B（ｔ）＋
Ｈ_Eｓｉｎ２７０°＝Ｈ_B（ｔ）− Ｈ_Eとなり、この磁界
によって変化する抵抗値Ｒの変化波形は、図１２に示す
ように、、バイアス磁界Ｈ_B（ｔ）が０レベル（抵抗変
化に寄与する磁界が最小レベル（−Ｈ_E ））の期間中、
一定の高レベルを保持し、この場合は、抵抗変化に寄与
する磁界が０レベルの点を介して変化するため、抵抗変
化に寄与する磁界が０レベル（すなわちバイアス磁界Ｈ
_B（ｔ）＝ Ｈ_E ）のとき抵抗値Ｒが最大となり、抵抗変
化に寄与する磁界が最大レベル（Ｈ_B0 −Ｈ_E ）の期間
中抵抗値Ｒが最小で、一定の低レベルを保持する矩形波
に準じた波形となる。

【００５０】図８〜図１２で示す抵抗値Ｒの変化波形
（端子間電圧Ｖｓ）のうち、一定の低レベル及び一定の
高レベルで示すレベルは方位θに対応した抵抗値Ｒ（端
子間電圧Ｖｓ）を示している。この一定の低レベル（又
は高レベル）を抽出すれば方位に関する情報が得られる
ことになる。

【００５１】即ち、この端子間電圧Ｖｓは外部磁界レベ
ルＨ_E がバイアス磁界の矩形波によってＰＡＭ変調され
た信号となっているので、この端子間電圧Ｖｓを復調、
例えば方位θに対応した直流化信号を抽出することによ
り方位に関する情報を得ることができる。

【００５２】具体的な復調は、この第１実施例において
は、信号処理回路１３の前段に結合コンデンサＣを接続
し、第１のＭＲ素子１ａからの端子間電圧Ｖｓの変動成
分が平均化されたレベルを０レベルとした信号Ｖａ、す
なわち図１３に示すように、一定の高レベルが一定の正
レベル、一定の低レベルが一定の負レベルに対応した信
号波形Ｖａを取り出す。

【００５３】本実施例では、Ｔ₁ ＜＜ Ｔであるから、
結合コンデンサＣによって端子間電圧Ｖｓの変動成分が
平均化された後の上記一定の負レベルに対して一定の正
レベルはほとんど無視できるため、ダイオードＤにより
半波整流して一定の負レベルのみを抽出し、積分回路２
２により平均化して上記信号波形を直流化信号Ｓｖ1に
復調している。このときの直流化信号Ｓｖ1 の端子間電
圧Ｖａ中の信号成分に対する直流レベルの変動はＴ₁ ／
Ｔが小さいほど小さい。また、本実施例では、この積分
回路２２はＣＲ積分回路であるから、出力される直流化
信号Ｓｖ1 は、入力信号の極性と同極性の負極性の信号
となる。

【００５４】そして、横軸に方位θをとり、縦軸に直流
化信号Ｓｖ1 の出力レベルをとると、その特性曲線は、
図１４において実線で示すように、−ＫＨ_Eｓｉｎθで
示すサインカーブを描くことになる。ここで、Ｋは比例
定数である。

【００５５】また、共通電極（２ｂ₁ 及び２ｂ₂ ）と信
号処理回路１３とを接続する結合コンデンサＣの存在に
より、ＭＲ素子１ａ（及び１ｂ）で発生するＤＣ的なド
リフトを除去することができる。

【００５６】積分回路２２からの直流化信号Ｓｖ1 の出
力レベルは、ある方位θの外部磁界Ｈ_E によって変化し
たＭＲ素子１ａの抵抗値Ｒをバイアス周波数回だけ平均
化したものとなる。この実施例では、波形発生回路３１
の周波数が３ｋＨｚであるから、積分回路２２からの直
流化信号Ｓｖ1 は、上記抵抗値Ｒを１秒間に３０００回
平均化したものとなる。従って、バルクハウゼンノイズ
（ＢＨＮ）やヒステリシス特性から生じる出力レベルの
ばらつきが、平均化によって吸収され、一定の変動の少
ない出力値になる。

【００５７】これは、図１４の特性図でもわかるよう
に、実施例の出力特性曲線（実線で示す）は、上述した
ように、−ＫＨ_Eｓｉｎθのサインカーブを描き、ＢＨ
Ｎやヒステリシス特性による影響を受けず、変動の少な
い出力特性となっているが、従来の定常ＤＣバイアス磁
界を印加したものは、破線で示すように、サインカーブ
から逸脱した曲線を描き、ＢＨＮやヒステリシス特性に
よる影響を受けていることがわかる。なお、図１４で示
す特性曲線の各測定ポイントは、同一点で５回測った平
均である。

【００５８】上述の動作説明は、第１のＭＲ素子１ａを
主体にしてその動作を説明したが、第２のＭＲ素子１ｂ
は、第１のＭＲ素子１ａに対してその長軸が９０°違え
た方向に配置されていることから、この第２のＭＲ素子
１ｂに対応する積分回路２２からの直流化信号Ｓｖ2 の
外部磁界Ｈ_E の方位θに対する出力特性は、ここでは図
示しないが、 −ＫＨ_Eｃｏｓθのコサインカーブを描く
ことになる。

【００５９】従って、外部磁界Ｈ_E の方位θは、以下の
（２）式から求めることができる。 θ ＝ ｔａｎ^-1（（−Ｓｖ1）／（−Ｓｖ2）） …………（２）

【００６０】この実施例においては、上記演算を行うた
めに、各積分回路２２の後段に演算回路２３を接続し、
この演算回路２３にて上記演算を行わせて、外部磁界Ｈ
_E の方位θを求める。具体的には、例えば、各積分回路
２２からの直流化信号Ｓｖ1及びＳｖ2 をそれぞれデジ
タル信号に変換し、この変換されたデジタル信号に基づ
いて上記演算を行う。

【００６１】演算結果（数値データ）は、例えば７セグ
メント構成の液晶ディスプレイを介してキャラクタ表示
すれば、操作者が容易にその方位を確認することができ
る。

【００６２】このように、第１実施例に係る地磁気方位
センサーにおいては、ＭＲ素子１ａ及び１ｂ自体が有す
るバルクハウゼンノイズやヒステリシス特性に起因する
出力（端子間電圧）の不安定さを、単極性のパルス状の
バイアス磁界によって平均化するため、安定した出力を
得ることができ、精度の高い地磁気の方位角を測ること
ができる。

【００６３】また、バイアス磁界Ｈ_B の大きさは、望ま
しくは、次の条件が満たされるとよい。

【００６４】バイアス磁界Ｈ_B の大きさが、外部磁界Ｈ
_E より十分大きいことである。なぜなら、バイアス磁界
が外部磁界より十分大きい場合、ＭＲ素子１ａ及び１ｂ
の動作がバイアス磁界Ｈ_B の作用によってほぼ決定され
ることになり、外部磁界によるＭＲ素子１ａ及び１ｂの
ヒステリシスの影響が軽減される。

【００６５】なお、第１実施例においては、バイアス磁
界印加手段３により印加するバイアス磁界を図５に示す
ように正極性の矩形波Ｐｓに準じたバイアス磁界とした
が、図１５に示すように負極性の矩形波Ｐｓをバイアス
磁界としてもよく、また、以下の表１に示すように、上
記矩形波Ｐｓの代わりに、半円波や放物線波などをバイ
アス磁界Ｈ_B として用い、ダイオードＤの極性を逆にし
ても検出される直流化信号Ｓｖの極性が逆となるだけで
その後の信号処理を変更すればよく有効である。

【００６６】

【表１】

【００６７】また、これらの波形で示されるバイアス磁
界は、ＭＲ素子１ａ及び１ｂのＲ−Ｈ動作に好適なバイ
アス波形（波形効率の良い波形）として効果を発揮し、
安定動作に寄与する。

【００６８】また、図１で示す第１実施例に係る地磁気
方位センサーにおいては、２つのＭＲ素子１ａ及び１ｂ
を、それぞれの長軸方向が互いに垂直の関係となるよう
に配置した構成としたが、この変形例として以下のよう
な構成を採用してもよい。

【００６９】図１６に示すように、４つのＭＲ素子（１
ａ₁ ，１ａ₂ ，１ｂ₁ 及び１ｂ₂ ）を用意し、これら４
つのＭＲ素子（１ａ₁ ，１ａ₂ ，１ｂ₁ 及び１ｂ₂ ）を
それぞれ２組（１ａ₁ ，１ａ₂ ）及び（１ｂ₁ 及び１ｂ
₂ ）に分け、そのうちの一方の組における２つのＭＲ素
子（１ａ₁ ，１ａ₂ ）をそれぞれ一方の電極２ｂ₁ 及び
２ｂ₂ を互いに対向させて、かつそれぞれの長軸方向を
同一方向に揃えて配置し、他方の組における２つのＭＲ
素子（１ｂ₁ 及び１ｂ₂ ）をそれぞれ一方の電極２ｂ₁
及び２ｂ₂ を互いに対向させて、かつそれぞれの長軸方
向を、一方の組におけるＭＲ素子（１ａ₁ ，１ａ₂ ）の
長軸方向と９０°違えて、同一方向に揃えて配置する。

【００７０】そして、各組のそれぞれのＭＲ素子（１ａ
₁ ，１ａ₂ ）及び（１ｂ₁ 及び１ｂ ₂ ）の互いに対向す
る側の電極２ｂ₁ 及び２ｂ₂ を共通接続して共通電極と
し、互いに対向しない側の電極２ａ₁ 及び２ａ₂ 間にそ
れぞれＭＲ素子（１ａ₁ ，１ａ₂ ）及び（１ｂ₁ 及び１
ｂ₂ ）の長軸方向にセンス電流を流すためのセンス電流
供給手段として定電圧源５１を接続する。そして更に、
各組においてそれぞれ２つのＭＲ素子（１ａ₁ ，１ａ
₂ ）及び（１ｂ₁ 及び１ｂ₂ ）に対してバイアス磁界Ｈ
_B を印加するためのバイアス磁界印加手段４を設けて地
磁気センサーを構成する。

【００７１】このバイアス磁界印加手段４は、波形発生
回路３１と、この波形発生回路３１からのパルス電流の
供給によって、各組の一方のＭＲ素子１ａ₁ （及び１ｂ
₁ ）の短軸方向にバイアス磁界Ｈ_B（＝Ｈ_B（ｔ））を発
生させる第１の励磁コイル１２ａ及び他方のＭＲ素子の
短軸方向にパルス状バイアス磁界Ｈ_B（＝ーＨ_B（ｔ））
を発生させる第２の励磁コイル１２ｂとで構成した。

【００７２】そして、共通電極（２ｂ₁ 及び２ｂ₂ ）と
第１実施例と同様な信号処理回路１３とを結合コンデン
サＣを介して接続する。

【００７３】この変形例に係る地磁気方位センサーによ
れば、第１実施例に係る地磁気方位センサーの出力と比
して２倍の出力を得ることができ、方位検出に関する感
度の向上及び出力信号のＳ／Ｎの向上が期待できる。

【００７４】次に、第２実施例に係る地磁気方位センサ
ーを図１及び図１７〜図３４に基づいて説明する。な
お、図１と対応するものについては同符号を記す。

【００７５】この第２実施例に係る地磁気方位センサー
は、図１に示す第１実施例の地磁気方位センサーと同じ
構成を有するが、バイアス磁界印加手段４の波形発生回
路３１の構成と、この波形発生回路３１で発生させる電
流波形が異なる。

【００７６】この波形発生回路３１は、図１７に示すよ
うに、第１実施例に準じた正極の矩形波Ｐｓの立ち上が
り時に、インパルス的なピークパルスＰｐを示す擬似矩
形波を発生する。従って、ＭＲ素子１ａ及び１ｂの短軸
方向に印加されるバイアス磁界Ｈ_B の波形は、この擬似
矩形波に準じた波形となる。

【００７７】そして、バイアス磁界Ｈ_B （ｔ）とＭＲ素
子１ａ及び１ｂのＲ−Ｈ特性曲線との対応関係を以下の
ようにする。即ち、バイアス磁界Ｈ_B （ｔ）のピークレ
ベルＨｐを、望ましくはＭＲ素子の異方性磁界レベル以
上（Ｈｐ≧Ｈｗ）、更に望ましくは、飽和磁界レベル以
上（Ｈｐ≧Ｈｓ）に設定する。平坦部レベルＨｈ（Ｈ_B0
）を磁界レベル＝０付近のＭＲ素子の不感帯ＢＺより
も大きく、かつＭＲ素子の異方性磁界レベルＨｗより小
さくする。望ましくは、直線部のほぼ中心磁界レベルＨ
_M （ＭＲ素子の最高感度領域の磁界レベル）に設定す
る。

【００７８】なお、ピークパルスＰｐと平坦部Ｐｓとの
パルス幅の比は（Ｔ3／Ｔ2）は、消費電力が問題となら
ない程度にＴ3が小さく、Ｔ3の期間中でＭＲ素子１ａ及
び１ｂの帯磁や前歴（前の磁化状態）を消去できる程度
であればよい。

【００７９】上記擬似矩形波を発生させる上記波形発生
回路３１の具体的な回路構成としては、例えば図１８に
示すように、正極の矩形波Ｐｓが周期的に発生する矩形
波信号Ｓ1 を発生す矩矩形波信号発生回路３４と、パル
ス幅が非常に短いパルス波Ｐｐが上記矩形波信号発生回
路３４からの矩形波信号Ｓ1 の出力タイミングと同期し
て発生する正極パルス信号Ｓ2 を発生するパルス信号発
生回路３５と、上記矩形波信号発生回路３４からの矩形
波信号Ｓ1 と上記パルス信号発生回路３５からのパルス
信号Ｓ2 をミキシングする加算回路３６とで構成するこ
とができる。この加算回路３６からは、矩形波信号発生
回路３４からの矩形波信号Ｓ1 に、パルス信号発生回路
３５からのパルス信号Ｓ2 が重畳された信号、即ち図１
８で示す擬似矩形波信号が出力される。

【００８０】上記擬似矩形波の平坦部は、その立ち下が
り部分の近傍において若干のレベル低下（サグ）があっ
てもよいが、その臨界は、図１９に示すように、サグの
肩の部分ので発生するバイアス磁界Ｈ_B の磁界レベルＬ
ｓがＲ−Ｈ特性の中心近傍の不感帯ＢＺに達しない程度
である。

【００８１】そして、この第２実施例に係る地磁気方位
センサーにおいても、第１実施例に係る地磁気方位セン
サーと同様に、実際に、例えば第１のＭＲ素子１ａに対
してある角度から外部磁界Ｈ_E が印加された場合、第１
のＭＲ素子１ａの長軸方向と外部磁界のなす角（方位）
をθとしたとき、第１のＭＲ素子１ａの抵抗変化に寄与
する磁界は、擬似矩形波によるバイアス磁界Ｈ_B と外部
磁界Ｈ_E の短軸方向成分 Ｈ_E ｓｉｎθとの合成成分
（Ｈ_B （ｔ）＋ Ｈ_E ｓｉｎθ）である。Ｒ−Ｈ特性か
らみると、図２０に示すように、第１のＭＲ素子１ａの
抵抗変化に寄与する磁界は、外部磁界Ｈ_E の短軸方向成
分Ｈ_E ｓｉｎθを基準レベルとし、この基準レベル Ｈ_E
ｓｉｎθに擬似矩形波による磁界Ｈ_B （ｔ）が重畳さ
れた磁界となる。

【００８２】具体的に、図２１〜図２５に基づいて説明
すると、外部磁界（地磁気）Ｈ_E の方位θが０°又は１
８０°のとき、第１のＭＲ素子１ａの抵抗変化に寄与す
る磁界は、Ｈ_B （ｔ）＋ Ｈ_E ｓｉｎ０°（又はＨ_B
（ｔ）＋ Ｈ_E ｓｉｎ１８０°）＝Ｈ_B （ｔ）となり、
この磁界によって変化する抵抗値Ｒの変化波形、即ち端
子間電圧Ｖｓの波形は、図２１に示すように、バイアス
磁界Ｈ_B （ｔ）が０レベル（抵抗変化に寄与する磁界が
０レベル）である期間中抵抗値Ｒが最大となり、一定の
高レベルを保持し、上記抵抗変化に寄与する磁界がピー
クレベルのとき（Ｈ _B （ｔ）＝Ｈｐ）抵抗値Ｒが最小と
なり、上記抵抗変化に寄与する磁界が平坦部レベルＨ_B0
（この場合、Ｒ−Ｈ特性直線部の中心レベルＨ_M 、バ
イアス磁界Ｈ_B（ｔ）＝Ｈ_B0 ）である期間中、抵抗値Ｒ
が一定の低レベルを保持する擬似矩形波に準じた波形と
なる。

【００８３】次に、上記方位θが３０°のとき、第１の
ＭＲ素子１ａの抵抗変化に寄与する磁界は、Ｈ_B （ｔ）
＋ Ｈ_E ｓｉｎ３０°＝Ｈ_B （ｔ）＋ Ｈ_E／２となり、
この磁界によって変化する抵抗値Ｒの変化波形は、図２
２に示すように、上記バイアス磁界Ｈ_B （ｔ）磁界が０
レベルである期間中、抵抗値Ｒが最大で、かつ一定の高
レベルを保持し、上記抵抗変化に寄与する磁界がピーク
レベル（Ｈｐ＋Ｈ_E ／２）のとき抵抗値Ｒが最小とな
り、上記抵抗変化に寄与する磁界が平坦部レベル（Ｈ_B0
＋Ｈ_E ／２）である期間中、抵抗値Ｒが一定の低レベ
ルを保持する擬似矩形波に準じた波形となる。

【００８４】次に、上記方位θが９０°のとき、第１の
ＭＲ素子１ａの抵抗変化に寄与する磁界は、Ｈ_B （ｔ）
＋ Ｈ_E ｓｉｎ９０°＝Ｈ_B （ｔ）＋ Ｈ_E となり、この
磁界によって変化する抵抗値Ｒの変化波形は、図２３に
示すように、上記バイアス磁界Ｈ_B （ｔ） が０レベル
のとき、抵抗値Ｒが最大で、かつ一定の高レベルを保持
し、上記抵抗変化に寄与する磁界がピークレベル（Ｈｐ
＋Ｈ_E ）のとき抵抗値Ｒが最小となり、上記抵抗変化に
寄与する磁界が平坦部レベル（Ｈ_B0 ＋Ｈ_E ）である期
間中、抵抗値Ｒが一定の低レベルを保持する擬似矩形波
に準じた波形となる。

【００８５】次に、上記方位θが２１０°のとき、第１
のＭＲ素子１ａの抵抗変化に寄与する磁界は、Ｈ_B ＋
Ｈ_E ｓｉｎ２１０°＝Ｈ_B （ｔ）− Ｈ_E／２となり、こ
の磁界によって変化する抵抗値Ｒの変化波形は、図２４
に示すように、上記抵抗変化に寄与する磁界が０レベル
（すなわちバイアス磁界Ｈ_B（ｔ）＝ Ｈ_E／２）のと
き、抵抗値Ｒが最大で、上記抵抗変化に寄与する磁界が
ピークレベル（Ｈｐ−Ｈ _E ／２）のとき抵抗値Ｒが最小
となり、上記抵抗変化に寄与する磁界が平坦部レベル
（Ｈ_B0 −Ｈ_E ／２）である期間中、抵抗値Ｒが一定の
低レベルを保持し、上記バイアス磁界Ｈ_B（ｔ）が０レ
ベル（（上記抵抗変化に寄与する磁界が最小レベル（−
Ｈ_E／２））である期間中、抵抗値Ｒが一定の高レベル
を保持する擬似矩形波に準じた波形となる。

【００８６】次に、上記方位θが２７０°のとき、第１
のＭＲ素子１ａの抵抗変化に寄与する磁界は、Ｈ_B ＋
Ｈ_Eｓｉｎ２７０°＝Ｈ_B （ｔ）− Ｈ_Eとなり、この磁
界によって変化する抵抗値Ｒの変化波形は、図２５に示
すように、上記抵抗変化に寄与する磁界が０レベル（す
なわちバイアス磁界Ｈ_B（ｔ）＝ Ｈ_E ）のとき抵抗値Ｒ
が最大で、上記抵抗変化に寄与する磁界がピークレベル
（Ｈｐ−Ｈ_E ）のとき抵抗値Ｒが最小となり、上記抵抗
変化に寄与する磁界が平坦部レベル（Ｈ_B0 −Ｈ_E）であ
る期間中、抵抗値Ｒが一定の低レベルを保持し、上記バ
イアス磁界Ｈ_B（ｔ）が０レベル（上記抵抗変化に寄与
する磁界が最小レベル（−Ｈ_E ））である期間中、抵抗
値Ｒが一定の高レベルを保持する擬似矩形波に準じた波
形となる。

【００８７】図２１〜図２５で示す抵抗値Ｒの変化波形
（端子間電圧Ｖｓの波形）のうち、一定の低レベル又は
一定の高レベルで示すレベルは方位θに対応した抵抗値
Ｒ（端子間電圧Ｖｓ）を示している。この一定の低レベ
ル（又は高レベル）を抽出すれば方位に関する情報が得
られることになる。

【００８８】第２実施例では、第１実施例と同様にバイ
アス磁界の矩形波によってＰＡＭ方式（パルス振幅変調
方式）で変調された端子間電圧Ｖｓを復調することによ
り、図２６に示すように方位θに対応した直流化信号Ｓ
ｖ1 を検出している。

【００８９】ここで、第１実施例と同様に、横軸に方位
θをとり、縦軸に上記直流化信号Ｓｖ1 の出力レベルを
とると、その特性曲線は、図１４に示すように、−ＫＨ
_Eｓｉｎθで示すサインカーブを描くことになる。な
お、Ｋは比例定数である。

【００９０】また、共通電極（２ｂ₁ 及び２ｂ₂ ）と信
号処理回路１３とを接続する結合コンデンサＣの存在に
より、ＭＲ素子１ａ（及び１ｂ）で発生するＤＣ的なド
リフトを除去することができる。

【００９１】この第２実施例においても、積分回路２２
からの直流化信号Ｓｖ1 の出力レベルは、ある方位θの
外部磁界Ｈ_E によって変化したＭＲ素子１ａの抵抗値Ｒ
を波形発生回路３１における周波数回だけ平均化したも
のとなる。この実施例では、波形発生回路３１の周波数
が３ｋＨｚであるから、積分回路２２からの直流化信号
Ｓｖ1 は、上記抵抗値Ｒを１秒間に３０００回平均化し
たものとなる。従って、ＢＨＮやヒステリシス特性から
生じる出力レベルのばらつきが、上記平均化によって吸
収され、一定の変動の少ない出力値になる。

【００９２】上記第２実施例の動作説明は、第１のＭＲ
素子１ａを主体にしてその動作を説明したが、第２のＭ
Ｒ素子１ｂは、第１のＭＲ素子１ａに対してその長軸が
９０°違えた方向に配置されていることから、この第２
のＭＲ素子１ｂに対応する積分回路２２からの直流化信
号Ｓｖ2 の外部磁界Ｈ_E の方位θに対する出力特性は、
−ＫＨ_Eｃｏｓθのコサインカーブを描くことになる。
従って、外部磁界Ｈ_Eの方位θは、第１実施例と同様
に、上記（２）式から求めることができ、この演算は、
同様に後段の演算回路２３にて行われる。

【００９３】このように、上記第２実施例に係る地磁気
方位センサーにおいても、ＭＲ素子１ａ及び１ｂ自体が
有するバルクハウゼンノイズやヒステリシス特性に起因
する出力（端子間電圧）の不安定さを、周期的に変化す
るバイアス磁界によって平均化するため、安定した出力
を得ることができ、精度の高い地磁気の方位角を測るこ
とができる。

【００９４】特に、この第２実施例においては、バイア
ス磁界Ｈ_B （ｔ）のピーク値ＨｐがＭＲ素子１ａ及び１
ｂの異方性磁界レベルＨｗ以上としたため、バイアス磁
界Ｈ _B １サイクル毎に、ＭＲ素子１ａ及び１ｂの帯磁や
前歴（前の磁化状態）を消去することができ、ＭＲ素子
のヒステリシス特性による検出誤差の発生を防止するこ
とができる。

【００９５】これは、ＭＲ素子１ａ及び１ｂの製造中、
あるいは使用中において、帯磁等の不具合が生じても、
上記飽和状態に達する磁界レベルＨｓの印加による消磁
効果により、帯磁が消去され、ＭＲ素子１ａ及び１ｂの
出力特性に影響を及ぼすことがなくなることによるもの
である。

【００９６】この第２実施例の場合、上記ＭＲ素子の帯
磁や前歴を消去するバイアス磁界Ｈ _B は、ピークパルス
波形であるため、そのピークレベルＨｐとしてはその値
が大きくても、実効パワー的には小さく、地磁気方位セ
ンサーとしての消費電力は少なくて済む。

【００９７】また、バイアス磁界Ｈ_B の平坦部レベルＨ
_B0 （＝Ｈｈ）をＭＲ素子１ａ及び１ｂのＲ−Ｈ特性上
の直線部中心レベルＨ_M （ＭＲ素子の最高感度領域での
磁界レベル）に合わせてあるため、出力信号としてダイ
ナミックレンジの大きい信号を得ることができ、地磁気
方位センサーの測定感度を高めることができる。特に、
この第２実施例においては、ピークレベルＨｐ（前歴消
去用のバイアスレベル）と上記平坦部レベルＨｈ（動作
用のバイアスレベル）を独立に設定できるため、いわゆ
るオーバーバイアス状態を克服することができる。つま
り、最適バイアス状態で動作させることができる。

【００９８】また、疑似矩形波による単極性パルス状バ
イアス磁界Ｈ_B としたから、信号処理手段１３としてＣ
Ｒ積分回路２２等の平均化機能を有する簡易な構成で地
磁気の方向を正確に測定でき、歪み出力による変動やゆ
らぎをなくすことができ、安定した動作を行わせること
ができ、低コストで製造できる地磁気方位センサーとな
る。

【００９９】なお、第２実施例においては、正極性の矩
形波Ｐｓに、インパルス的なピークパルスＰｐを重畳し
た擬似矩形波をバイアス磁界Ｈ_B として用いたが、負極
性の矩形波Ｐｓに、インパルス的なピークパルスＰｐを
重畳した擬似矩形波をバイアス磁界Ｈ_B として用いても
よいし、その他、上記表１に示すように、上記矩形波Ｐ
ｓの代わりに、半円波や放物線波などにインパルス的な
ピークパルスを重畳した疑似半円波や疑似放物線波など
も有効である。

【０１００】また、第２実施例に係る地磁気方位センサ
ーにおいては、各ＭＲ素子１ａ及び１ｂが、それぞれの
長軸方向が互いに垂直の関係となるように配置した構成
としたが、図１６で示す上記第１実施例の変形例と同様
に、第２実施例の変形例として、４つのＭＲ素子（１ａ
₁ ，１ａ₂ ，１ｂ₁ 及び１ｂ₂ ）をそれぞれ２組（１ａ
₁ ，１ａ₂ ）及び（１ｂ₁ 及び１ｂ₂ ）に分け、そのう
ちの一方の組における２つのＭＲ素子（１ａ₁ ，１ａ
₂ ）をそれぞれ一方の電極２ｂ₁ 及び２ｂ₂ を互いに対
向させて、かつそれぞれの長軸方向を同一方向に揃えて
配置し、他方の組における２つのＭＲ素子（１ｂ₁ 及び
１ｂ₂ ）をそれぞれ一方の電極２ｂ₁ 及び２ｂ₂ を互い
に対向させて、かつそれぞれの長軸方向を、上記一方の
組におけるＭＲ素子（１ａ₁ ，１ａ₂ ）の長軸方向と９
０°違えて、同一方向に揃えて配置する構成を採用して
もよい。この変形例に係る構成は、第１実施例の変形例
と同じ構成であるため、その詳細な説明は省略する。

【０１０１】この場合、第１実施例の変形例と同様に、
上記第２実施例に係る地磁気方位センサーの出力と比し
て２倍の出力を得ることができ、方位検出に関する感度
の向上及び出力信号のＳ／Ｎの向上が期待できる。

【０１０２】また、上記第１及び第２実施例において
は、信号処理手段１３として積分回路２２を用いたが、
図２７に示すように積分回路２２の前段に微分回路２４
を有した構成として信号処理手段１３を構成してもよ
い。この場合、Ｓｖ1及びＳｖ2として検出される信号は
外部磁界の方位θの時間的変化となる。

【０１０３】上記第１及び第２実施例においては、信号
処理手段１３として積分回路であるＣＲ積分回路２２を
用いたが、積分により平均化処理が可能であればＣＲ積
分回路に限らずＯＰアンプ等の電圧増幅手段を使用して
構成した積分回路でもよい。

【０１０４】また、端子間電圧ＶｓをＡＤコンバータ等
のアナログ／デジタル変換器でサンプリングしてデジタ
ルデータとして積分演算を行なってもよく、さらに、端
子間電圧Ｖａをデジタルデータとしてデジタル演算機に
より積分演算以外の演算処理により平均化を行なっても
よい。

【０１０５】この場合は、演算回路２３としての演算を
同時に行なうことができ、この場合は、ＡＤコンバータ
の入力をマルチプレクサ等の入力切り替え手段を使用し
て切り替えることにより１つのＡＤコンバータで複数の
ＭＲ素子の端子関電圧を測定でき、装置の低コスト化が
可能となる。

【０１０６】第１及び第２実施例においては、各ＭＲ素
子１ａ及び１ｂの両端電極２ａ及び２ｂ間に、それぞれ
ＭＲ素子１ａ及び１ｂの長軸方向にセンス電流を流すセ
ンス電流供給手段として定電流源３を接続するようにし
たが、この定電流源３の代わりに定電圧源を接続するよ
うにしてもよい。

【０１０７】また、上記第１及び第２実施例において
は、ＭＲ素子１ａ及び１ｂからのＤＣ的ドリフト成分を
除去する目的で、信号処理手段１３の前段に結合コンデ
ンサＣを接続するようにしたが、図２８Ａ及びＢに示す
ように、結合コンデンサＣの直前又は直後にバッファア
ンプ２１を接続するようにしてもよい。

【０１０８】また、図２９Ａ及びＢに示すように、結合
コンデンサＣの替わりにバッファアンプ２１の直後ある
いはその前段にトランス４１を接続するようにして信号
処理手段１３とトランス結合してもよい。図２９Ａに示
すように、バッファアンプ２１の直後にトランス４１を
接続した場合は、ＭＲ素子１ａ（及び１ｂ）で発生する
ＤＣ的なドリフトを除去できるほか、バッファアンプ２
１のドリフトも除去することができる。また、トランス
４１にて、バッファアンプ２１からの出力信号を昇圧す
ることから、次段以降のノイズに対し、有利な伝達系と
なる。一方、図２９Ｂに示すように、バッファアンプ２
１の前段にトランス４１を接続した場合は、ＭＲ素子１
ａ（及び１ｂ）で発生するＤＣ的なドリフトを除去でき
るほか、バッファアンプ２１の前段で出力信号を昇圧す
ることから、バッファアンプ２１以降のノイズに対し、
有利な伝達系となる。

【０１０９】また、上記第１及び第２実施例において
は、バイアス磁界Ｈ_B として、正極性の周期的に変化す
る擬似矩形波を連続出力することにより、外部磁界Ｈ_E
の方位θを検出するようにしたが、その他、図３０に示
すように、ある期間Ｔ（例えば３０ｍｓ）を１周期と
し、この周期の最初のある期間ｔにおいて、正極性の周
期的に変化する擬似矩形波を例えば２連続で出力（５ｍ
ｓ）し、あとの期間ｔｓ（２５ｍｓ）を休止期間とし
た、いわゆるバースト構成のバイアス磁界Ｈ_B を印加し
て、外部磁界Ｈ_E の方位θを検出するようにしてもよ
い。

【０１１０】また、図３１に示すように、上記図３０で
示すバイアス磁界Ｈ_B の１周期Ｔを１ブロックとし、各
ブロック毎に方位を求め、５ブロック単位に平均化し、
この平均化して得た方位をキャラクタ表示するようにし
てもよい。これら図３０及び図３１で示すバイアス磁界
Ｈ_B の印加方法によれば、消費電力を大幅に低減させる
ことができる。特に、図３１で示す方法によれば、方位
θが平均化されるため、安定に方位θを検出することが
できる。

【０１１１】しかも、休止期間ｔｓに各種情報信号を設
けることにより、方位θ以外の情報を得ることが可能と
なる。例えば、図３０に温度ドリフト用の情報信号Ｓａ
を設けた図３２のバイアス磁界Ｈ_B とすることにより、
この地磁気方位センサーの温度ドリフトを検出すること
が可能となり、また、図３３に示すように、休止期間ｔ
ｓに故障診断用の情報信号Ｓｂを設けることにより、こ
の地磁気方位センサーの故障情報を検出することが可能
となる。

【０１１２】なお、上記各実施例においては、ＭＲ素子
１ａ及び１ｂを、ＦｅＮｉ系の強磁性体膜にて形成する
ようにしたが、その他、ＣｏＮｉ系の強磁性体膜にて形
成してもよい。また、ＩｎＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＡｓ
Ｐ，ＧａＡｓ，Ｓｉ，Ｇｅ等の磁電半導体素子にてＭＲ
素子を構成するようにしてもよい。

【０１１３】この場合、図３４に示すように、例えば感
知部の長さｎが〜７ｍｍ、幅ｗが８０μｍ、厚さｔが〜
２００ｎｍの短冊状の磁電半導体素子４２の両端にＡｕ
からなる電極４３ａ及び４３ｂを形成することによりＭ
Ｒ素子１ａ及び１ｂが構成される。そして、バイアス磁
界Ｈ_B 及び抵抗変化に寄与する外部磁界成分Ｈ_S の印加
方向は、この磁電半導体素子４２の板面を垂直方向に貫
く方向である。

【０１１４】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る地磁気方位
センサーによれば、少なくとも２つの磁気抵抗効果素子
がそれぞれ容易軸方向を違えて配置し、各磁気抵抗効果
素子に対応して、容易軸方向にセンス電流を流す手段
と、磁界レベルが一定周期で単極性の信号波形に準じて
変化するバイアス磁界を印加する手段と、上記バイアス
磁界の磁界レベルの変化に応じて周期的に変化する抵抗
値の上記センス電流に基づく端子間の電圧レベルのう
ち、外部磁界によって周期的に現れる電圧レベルを取り
出して平均化する信号処理手段とを設けるようにしたの
で、磁気抵抗効果素子の出力特性に、バルクハウゼンノ
イズやヒステリシス特性の影響を受けることがなく、信
頼性の向上及び検出精度の向上を図ることができ、さら
に、低消費電力化が図られ、低コスト化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る地磁気方位センサーの第１実施例
をその回路構成と共に示す構成図である。

【図２】第１実施例に係る地磁気方位センサーに使用さ
れるＭＲ素子の構成を示す平面図である。

【図３】ＭＲ素子に対して、ＭＲ素子の短軸方向に外部
磁界が印加されたときの抵抗変化をベクトル解析して示
す説明図である。

【図４】外部磁界（又はθ）の変化に対するＭＲ素子の
抵抗値の変化（Ｒ−Ｈ（ρ−Ｈ）特性）を示す特性図で
ある。

【図５】第１実施例に係る地磁気方位センサーのバイア
ス磁界印可手段によるバイアス磁界をＭＲ素子のＲ−Ｈ
特性との対応で示す波形図である。

【図６】ＭＲ素子に対してある角度θから外部磁界Ｈ_E
が印加された場合の状態を示す図である。

【図７】第１実施例に係る地磁気方位センサーにおい
て、そのＭＲ素子に対してある角度θから外部磁界Ｈ_E
が印加された場合のＭＲ素子の抵抗変化に寄与する磁界
を、ＭＲ素子のＲ−Ｈ特性との対応で示す波形図であ
る。

【図８】第１実施例に係る地磁気方位センサーにおい
て、外部磁界の方位θが０°又は１８０°である場合の
ＭＲ素子の抵抗変化（端子間電圧の変化）をＭＲ素子の
Ｒ−Ｈ特性との対応で示す波形図である。

【図９】第１実施例に係る地磁気方位センサーにおい
て、外部磁界の方位θが３０°である場合のＭＲ素子の
抵抗変化（端子間電圧の変化）をＭＲ素子のＲ−Ｈ特性
との対応で示す波形図である。

【図１０】第１実施例に係る地磁気方位センサーにおい
て、外部磁界の方位θが９０°である場合のＭＲ素子の
抵抗変化（端子間電圧の変化）をＭＲ素子のＲ−Ｈ特性
との対応で示す波形図である。

【図１１】第１実施例に係る地磁気方位センサーにおい
て、外部磁界の方位θが２１０°である場合のＭＲ素子
の抵抗変化（端子間電圧の変化）をＭＲ素子のＲ−Ｈ特
性との対応で示す波形図である。

【図１２】第１実施例に係る地磁気方位センサーにおい
て、外部磁界の方位θが２７０°である場合のＭＲ素子
の抵抗変化（端子間電圧の変化）をＭＲ素子のＲ−Ｈ特
性との対応で示す波形図である。

【図１３】第１実施例に係る地磁気方位センサーの信号
処理回路での信号処理を示すタイミングチャートであ
る。

【図１４】第１実施例に係る地磁気方位センサーの出力
特性、即ち外部磁界の方位に対する直流化信号の出力レ
ベルの変化を示す特性図である。

【図１５】第１実施例の変形例に係る地磁気方位センサ
ーのバイアス磁界印可手段によるバイアス磁界をＭＲ素
子のＲ−Ｈ特性との対応で示す波形図である。

【図１６】第１実施例の変形例に係る地磁気方位センサ
ーを一部省略して示す構成図である。

【図１７】第２実施例に係る地磁気方位センサーのバイ
アス磁界印可手段によるバイアス磁界をＭＲ素子のＲ−
Ｈ特性との対応で示す波形図である。

【図１８】第２実施例に係る地磁気方位センサーの波形
発生回路の回路構成の一例を示すブロック図である。

【図１９】擬似矩形波（バイアス磁界）における平坦部
のサグの臨界条件を示す説明図である。

【図２０】第２実施例に係る地磁気方位センサーにおい
て、そのＭＲ素子に対してある角度θから外部磁界Ｈ_E
が印加された場合のＭＲ素子の抵抗変化に寄与する磁界
を、ＭＲ素子のＲ−Ｈ特性との対応で示す波形図であ
る。

【図２１】第２実施例に係る地磁気方位センサーにおい
て、外部磁界の方位θが０°又は１８０°である場合の
ＭＲ素子の抵抗変化（端子間電圧の変化）をＭＲ素子の
Ｒ−Ｈ特性との対応で示す波形図である。

【図２２】第２実施例に係る地磁気方位センサーにおい
て、外部磁界の方位θが３０°である場合のＭＲ素子の
抵抗変化（端子間電圧の変化）をＭＲ素子のＲ−Ｈ特性
との対応で示す波形図である。

【図２３】第２実施例に係る地磁気方位センサーにおい
て、外部磁界の方位θが９０°である場合のＭＲ素子の
抵抗変化（端子間電圧の変化）をＭＲ素子のＲ−Ｈ特性
との対応で示す波形図である。

【図２４】第２実施例に係る地磁気方位センサーにおい
て、外部磁界の方位θが２１０°である場合のＭＲ素子
の抵抗変化（端子間電圧の変化）をＭＲ素子のＲ−Ｈ特
性との対応で示す波形図である。

【図２５】第２実施例に係る地磁気方位センサーにおい
て、外部磁界の方位θが２７０°である場合のＭＲ素子
の抵抗変化（端子間電圧の変化）をＭＲ素子のＲ−Ｈ特
性との対応で示す波形図である。

【図２６】第２実施例に係る地磁気方位センサーの信号
処理回路での信号処理を示すタイミングチャートであ
る。

【図２７】第１及び第２実施例において信号処理手段１
３を微分回路２４及び積分回路２２で構成した別例を示
す信号処理手段１３の回路図である。

【図２８】第１及び実施例に係る地磁気方位センサーに
おいての容量結合を示す回路構成図であり、同図Ａは信
号処理手段に接続される結合コンデンサの前段にバッフ
ァアンプを接続した例を示し、同図Ｂは信号処理手段に
接続される結合コンデンサの次段にバッファアンプを接
続した回路構成を示す。

【図２９】第１及び第２実施例に係る地磁気方位センサ
ーにおいてのトランス結合を示す回路構成図であり、同
図Ａはバッファアンプの次段にトランスを接続した回路
構成を示し、同図Ｂはバッファアンプの前段にトランス
を接続した回路構成を示す。

【図３０】第１及び第２実施例に係る地磁気方位センサ
ーにおいて、バイアス磁界の印加タイミングの他の例を
示すタイミングチャートである。

【図３１】第１及び第２実施例に係る地磁気方位センサ
ーにおいて、バイアス磁界の印加タイミングの更に他の
例を示すタイミングチャートである。

【図３２】第１及び第２実施例に係る地磁気方位センサ
ーにおいて、バイアス磁界印加の休止期間に温度ドリフ
ト用の情報信号を設けた例を示すタイミングチャートで
ある。

【図３３】第１及び第２実施例に係る地磁気方位センサ
ーにおいて、バイアス磁界印加の休止期間に故障診断用
の情報信号を設けた例を示すタイミングチャートであ
る。

【図３４】第１及び第２実施例に係る地磁気方位センサ
ーにおいて、磁電半導体素子にてＭＲ素子を構成した場
合を示す斜視図である。

【図３５】従来例に係る磁石式の地磁気方位センサーを
示す平面図である。

【図３６】現用の通常的なＭＲ素子の外部磁界に対する
抵抗変化特性（Δρ−Ｈ特性）を示す特性図である。

【図３７】長軸に対して誘導磁気異方性の傾きを０°と
したＭＲ素子に対して、外部磁界をＭＲ素子の短軸方向
とΔφの角度で印加した場合の状態を示す図である。

【図３８】ＭＲ素子に対して、外部磁界をＭＲ素子の短
軸方向とΔφの角度で印加した場合のＭＲ素子のＲ−Ｈ
特性を示す特性図であり、同図ＡはΔφ＝−２°のと
き、同図ＢはΔφ＝０°のとき、同図ＣはΔφ＝＋２°
のときをそれぞれ示す。

【図３９】バルクハウゼンノイズによる不都合を示す説
明図である。

【図４０】ＭＲ素子の外部磁界の方位によるヒステリシ
ス特性を示す特性図である。

【図４１】外部磁界の方位θが４５°から９０°に変化
した場合、その方位変化のヒステリシスによる前歴を示
す説明図である。

【符号の説明】 １ａ及び１ｂ ＭＲ素子 ２ａ及び２ｂ 電極 ３ センス電流供給手段（定電流源） ４ バイアス磁界印加手段 １２ 励磁コイル ２１ バッファアンプ ２２ 積分回路 ２３ 演算回路 ２４ 微分回路 ３１ 波形発生回路 Ｃ 結合コンデンサ Ｄ ダイオード ３４ 矩形波信号発生回路 ３５ パルス信号発生回路 ３６ 加算回路 ４１ トランス ４２ 磁電半導体素子 ５１ 定電圧源（センス電流供給手段）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２つの磁気抵抗効果素子がそ
   れぞれ容易軸方向を違えて配置され、 各磁気抵抗効果素子に対応して、それぞれの容易軸方向
   にセンス電流を流すセンス電流供給手段と、 あるレベルを基準として、磁界レベルが一定周期で単極
   性の信号波形に準じて変化するバイアス磁界を印加する
   バイアス磁界印加手段と、 上記バイアス磁界の磁界レベルの変化に応じて周期的に
   変化する抵抗値の上記センス電流に基づく端子間の電圧
   レベルのうち、外部磁界によって周期的に現れる電圧レ
   ベルを取り出して平均化する信号処理手段とを有するこ
   とを特徴する地磁気方位センサー。
2. 【請求項２】 上記バイアス磁界は、その一部におい
   て、上記磁気抵抗効果素子が望ましくは飽和状態以上に
   達する磁界レベルを有することを特徴する請求項１に記
   載の地磁気方位センサー。
3. 【請求項３】 上記バイアス磁界は、磁界レベルが平均
   化された単極性の矩形波に準じたレベル波形を有するこ
   とを特徴する請求項１又は２記載の地磁気方位センサ
   ー。
4. 【請求項４】 上記バイアス磁界は、磁界レベルが望ま
   しくは飽和磁界レベル以上のレベルを有するインパルス
   的な波形が重畳されたレベル波形を有することを特徴す
   る請求項１、２又は３記載の地磁気方位センサー。
5. 【請求項５】 上記信号処理手段の初段が、それぞれ磁
   気抵抗効果素子と容量結合されていることを特徴する請
   求項１〜４のいずれか１記載の地磁気方位センサー。
6. 【請求項６】 上記信号処理手段の初段が、それぞれ磁
   気抵抗効果素子とトランス結合されていることを特徴す
   る請求項１から５いずれか１記載の地磁気方位センサ
   ー。
7. 【請求項７】 上記信号処理手段に平滑回路を有するこ
   とを特徴する請求項１〜６のいずれか１記載の地磁気方
   位センサー。
8. 【請求項８】 上記信号処理手段に微分回路を有するこ
   とを特徴する請求項１〜７のいずれか１記載の地磁気方
   位センサー。