JPH0868631A - 地磁気方位センサ - Google Patents
地磁気方位センサInfo
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- JPH0868631A JPH0868631A JP6207685A JP20768594A JPH0868631A JP H0868631 A JPH0868631 A JP H0868631A JP 6207685 A JP6207685 A JP 6207685A JP 20768594 A JP20768594 A JP 20768594A JP H0868631 A JPH0868631 A JP H0868631A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 実用的な感度及び高い方位精度を有し、しか
も小型化且つ精細化が可能である地磁気方位センサを提
供する。 【構成】 Ｓｉ，セラミック，ガラス等よりなる基板１
上に、ＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 、強磁性体コ
アＫ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 、及び励磁用コイルＣ 1 ，Ｃ
2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 を薄膜形成技術により一体に成膜して構
成する。
も小型化且つ精細化が可能である地磁気方位センサを提
供する。 【構成】 Ｓｉ，セラミック，ガラス等よりなる基板１
上に、ＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 、強磁性体コ
アＫ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 、及び励磁用コイルＣ 1 ，Ｃ
2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 を薄膜形成技術により一体に成膜して構
成する。
Description
【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に関するものであり、特に強磁性
体コアと組み合わせて高感度化を図った新規な地磁気方
位センサに関するものである。
いた地磁気方位センサに関するものであり、特に強磁性
体コアと組み合わせて高感度化を図った新規な地磁気方
位センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、カラー陰極線管では、電子銃か
ら出射された電子ビームの軌道が、地磁気により曲げら
れ、蛍光面上でのビーム到達位置（ランディング）が変
化することがある。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に、前記ランディング
の変化（位置ずれ）が色純度の劣化等の問題を引き起こ
す。
ら出射された電子ビームの軌道が、地磁気により曲げら
れ、蛍光面上でのビーム到達位置（ランディング）が変
化することがある。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に、前記ランディング
の変化（位置ずれ）が色純度の劣化等の問題を引き起こ
す。
【０００３】これを補正するために、通常、ランディン
グ補正コイルが陰極線管に取り付けられており、このラ
ンディング補正コイルに地磁気の方位に応じて自動的に
ランディング補正に必要な最適電流を流すことにより、
電子ビームの軌道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。したがって、前記ランディング補正
に際しては、地磁気の方位を正確に検出する必要があ
り、いわゆる地磁気方位センサが使用されている。
グ補正コイルが陰極線管に取り付けられており、このラ
ンディング補正コイルに地磁気の方位に応じて自動的に
ランディング補正に必要な最適電流を流すことにより、
電子ビームの軌道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。したがって、前記ランディング補正
に際しては、地磁気の方位を正確に検出する必要があ
り、いわゆる地磁気方位センサが使用されている。
【０００４】あるいは、従来から用いられてきた磁石式
の方位計（磁気コンパス）の代替として、携帯型の方位
計としても地磁気方位センサが使用されている。上述の
ように、地磁気方位センサは、様々な用途に使用される
が、その代表的な構造としては、いわゆるフラックスゲ
ート型のものと、磁気抵抗効果型（ＭＲ型）のものが知
られている。
の方位計（磁気コンパス）の代替として、携帯型の方位
計としても地磁気方位センサが使用されている。上述の
ように、地磁気方位センサは、様々な用途に使用される
が、その代表的な構造としては、いわゆるフラックスゲ
ート型のものと、磁気抵抗効果型（ＭＲ型）のものが知
られている。
【０００５】前者は、図９に示すように、パーマロイコ
ア１０１に電気信号出力用コイル１０２と励磁用コイル
１０３を巻回してなるもので、地磁気を前記パーマロイ
コアで集束し、これを電気信号出力用コイル１０２に伝
えるような構造とされている。そして、このフラックス
ゲート型の地磁気方位センサでは、励磁コイル１０３に
より交流バイアス磁界ＨBをパーマロイコア１０１中に
発生させ、バイアス磁界が反転したときに発生するパル
ス状の電圧を信号として検出する。このパルス状電圧の
電圧値は、地磁気の方位によって変化するので、地磁気
センサとして利用することができる。
ア１０１に電気信号出力用コイル１０２と励磁用コイル
１０３を巻回してなるもので、地磁気を前記パーマロイ
コアで集束し、これを電気信号出力用コイル１０２に伝
えるような構造とされている。そして、このフラックス
ゲート型の地磁気方位センサでは、励磁コイル１０３に
より交流バイアス磁界ＨBをパーマロイコア１０１中に
発生させ、バイアス磁界が反転したときに発生するパル
ス状の電圧を信号として検出する。このパルス状電圧の
電圧値は、地磁気の方位によって変化するので、地磁気
センサとして利用することができる。
【０００６】しかしながら、このフラックスゲート型の
地磁気方位センサは、コイルにより地磁気を電気信号に
変換するため、感度を上げるためには電気信号出力用コ
イル１０２の巻き数を極めて多くしたり、集束効果を高
めるためにパーマロイコア１０１の形状を大きくする必
要がある。したがって、小型化や低価格化は難しい。一
方、後者（ＭＲ型）は、図１０に示すように、磁気抵抗
効果素子（ＭＲセンサ）１１１を形成したＭＲセンサチ
ップ１１０を空心コイル１１２の中に入れ、これらＭＲ
センサチップ１１０に対して４５゜方向の交流バイアス
磁界ＨBを印加してなるものである。等価回路を図１１
に示す。地磁気方位センサとして使用する場合には、図
１０に示す構造のものを空心コイルの巻回方向が直交す
るするように１組使用する。
地磁気方位センサは、コイルにより地磁気を電気信号に
変換するため、感度を上げるためには電気信号出力用コ
イル１０２の巻き数を極めて多くしたり、集束効果を高
めるためにパーマロイコア１０１の形状を大きくする必
要がある。したがって、小型化や低価格化は難しい。一
方、後者（ＭＲ型）は、図１０に示すように、磁気抵抗
効果素子（ＭＲセンサ）１１１を形成したＭＲセンサチ
ップ１１０を空心コイル１１２の中に入れ、これらＭＲ
センサチップ１１０に対して４５゜方向の交流バイアス
磁界ＨBを印加してなるものである。等価回路を図１１
に示す。地磁気方位センサとして使用する場合には、図
１０に示す構造のものを空心コイルの巻回方向が直交す
るするように１組使用する。
【０００７】このＭＲ型の地磁気方位センサは、磁気抵
抗効果素子を使用しているため、フラックスゲート型の
地磁気方位センサに比べて感度が高いが、ＭＲセンサチ
ップ１１０のみで地磁気を感知しているため、０．３ガ
ウス程度の地磁気の方位を検出するには不十分である。
また、このＭＲ型の地磁気方位センサでは、ＭＲセンサ
チップ１１０に対して４５゜方向のバイアス磁界ＨB を
加えていること、感度向上のためにＭＲカーブを無理に
急峻なものとしていることから、ＭＲ特性にヒステリシ
スを持っており、これを解消するために信号処理用回路
が複雑なものとなったり、方位精度が±１０゜と悪い等
の不都合を有する。
抗効果素子を使用しているため、フラックスゲート型の
地磁気方位センサに比べて感度が高いが、ＭＲセンサチ
ップ１１０のみで地磁気を感知しているため、０．３ガ
ウス程度の地磁気の方位を検出するには不十分である。
また、このＭＲ型の地磁気方位センサでは、ＭＲセンサ
チップ１１０に対して４５゜方向のバイアス磁界ＨB を
加えていること、感度向上のためにＭＲカーブを無理に
急峻なものとしていることから、ＭＲ特性にヒステリシ
スを持っており、これを解消するために信号処理用回路
が複雑なものとなったり、方位精度が±１０゜と悪い等
の不都合を有する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来知
られる地磁気方位センサでは、感度の点で不満を残して
おり、また小型化、低価格化も難しい。そこで本発明
は、かかる従来の実情に鑑みて提案されたもので、実用
的な感度及び高い方位精度を有し、しかも小型化且つ精
細化が可能である地磁気方位センサを提供することを目
的とする。
られる地磁気方位センサでは、感度の点で不満を残して
おり、また小型化、低価格化も難しい。そこで本発明
は、かかる従来の実情に鑑みて提案されたもので、実用
的な感度及び高い方位精度を有し、しかも小型化且つ精
細化が可能である地磁気方位センサを提供することを目
的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の地磁気方位セン
サは、地磁気を強磁性体コアで集束することにより大き
な磁束密度に変換し、これをコア間のギャップ内に配置
した磁気抵抗効果型素子（以下、単にＭＲセンサと記
す。）で検出するものである。本発明の地磁気方位セン
サは、所定のギャップをもって周方向に配列されてなる
地磁気を集束する複数の強磁性体コアと、前記ギャップ
における磁界方向に対して略直交するようにギャップ内
に配されてなるＭＲセンサと、上記強磁性体コアに巻回
され、電流の供給により上記ＭＲセンサにバイアス磁界
を印加する励磁用コイルとを有し、これら強磁性体コ
ア、ＭＲセンサ及び励磁用コイルが薄膜形成技術（真空
蒸着、スパッタリング，メッキ等）により基板上に形成
されてなることを特徴とするものである。
サは、地磁気を強磁性体コアで集束することにより大き
な磁束密度に変換し、これをコア間のギャップ内に配置
した磁気抵抗効果型素子（以下、単にＭＲセンサと記
す。）で検出するものである。本発明の地磁気方位セン
サは、所定のギャップをもって周方向に配列されてなる
地磁気を集束する複数の強磁性体コアと、前記ギャップ
における磁界方向に対して略直交するようにギャップ内
に配されてなるＭＲセンサと、上記強磁性体コアに巻回
され、電流の供給により上記ＭＲセンサにバイアス磁界
を印加する励磁用コイルとを有し、これら強磁性体コ
ア、ＭＲセンサ及び励磁用コイルが薄膜形成技術（真空
蒸着、スパッタリング，メッキ等）により基板上に形成
されてなることを特徴とするものである。
【００１０】このとき、強磁性体コアに巻回された励磁
用コイルにバイアス電流ＩB を流すことによってバイア
ス磁界ＨB を発生させ、ＭＲセンサを磁界感度が高く且
つ直線性（リニアリティ）の良いところで使用する。な
お、バイアス磁界ＨB （電流ＩB ）は、交流であっても
よいし、直流であってもよい。上記ＭＲセンサを交流バ
イアスで使用した場合、方位信号（低周波数）を交流信
号（高周波数）に重畳した電気信号として取り出すこと
ができるため、ＭＲセンサにより発生するオフセット及
び温度ドリフト等のノイズ成分をハイパスフィルタ（Ｈ
ＰＦ）等による回路処理で取り除くことができ、高方位
精度を得ることができる。
用コイルにバイアス電流ＩB を流すことによってバイア
ス磁界ＨB を発生させ、ＭＲセンサを磁界感度が高く且
つ直線性（リニアリティ）の良いところで使用する。な
お、バイアス磁界ＨB （電流ＩB ）は、交流であっても
よいし、直流であってもよい。上記ＭＲセンサを交流バ
イアスで使用した場合、方位信号（低周波数）を交流信
号（高周波数）に重畳した電気信号として取り出すこと
ができるため、ＭＲセンサにより発生するオフセット及
び温度ドリフト等のノイズ成分をハイパスフィルタ（Ｈ
ＰＦ）等による回路処理で取り除くことができ、高方位
精度を得ることができる。
【００１１】本発明においては、上記ＭＲセンサは、互
いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向での出力を得るため、
最低でも２箇所に互いに直交するように成膜する。好ま
しくは、等角度間隔（９０゜間隔）で４つのＭＲセンサ
を成膜する。一方、強磁性体コアは、前記ＭＲセンサの
配置に応じて等角度間隔（例えば９０゜間隔）でギャッ
プを有し、且つ閉磁路を構成するように、周方向に成膜
する。このとき、強磁性体コアの配列状態は、９０゜回
転させても対称となる構造とすることが好ましく、具体
的には、正方形状、或は円環状に成膜する。
いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向での出力を得るため、
最低でも２箇所に互いに直交するように成膜する。好ま
しくは、等角度間隔（９０゜間隔）で４つのＭＲセンサ
を成膜する。一方、強磁性体コアは、前記ＭＲセンサの
配置に応じて等角度間隔（例えば９０゜間隔）でギャッ
プを有し、且つ閉磁路を構成するように、周方向に成膜
する。このとき、強磁性体コアの配列状態は、９０゜回
転させても対称となる構造とすることが好ましく、具体
的には、正方形状、或は円環状に成膜する。
【００１２】また、上記強磁性体コアにはパーマロイ等
の、高透磁率、高飽和磁束密度を有する軟磁性材（いわ
ゆるソフト材）を用い、バイアス磁界の印加と地磁気の
集束に利用する。
の、高透磁率、高飽和磁束密度を有する軟磁性材（いわ
ゆるソフト材）を用い、バイアス磁界の印加と地磁気の
集束に利用する。
【００１３】
【作用】本発明の地磁気方位センサにおいて、強磁性体
コアは、バイアス磁界の磁路を構成するとともに、地磁
気を集束するいわゆる集束ホーンとして機能する。その
結果、互いに直交するＭＲセンサに加わる地磁気の総量
は、それぞれ地磁気とＭＲセンサのなす角度に応じて決
まり、各ＭＲセンサから強磁性体コアにより構成される
閉磁路の中心を通る地磁気線に直角に引いた線に比例す
る。
コアは、バイアス磁界の磁路を構成するとともに、地磁
気を集束するいわゆる集束ホーンとして機能する。その
結果、互いに直交するＭＲセンサに加わる地磁気の総量
は、それぞれ地磁気とＭＲセンサのなす角度に応じて決
まり、各ＭＲセンサから強磁性体コアにより構成される
閉磁路の中心を通る地磁気線に直角に引いた線に比例す
る。
【００１４】さらに、上記地磁気方位センサにおいて
は、強磁性体コア、ＭＲセンサ及び励磁用コイルがそれ
ぞれ薄膜形成技術により基板上に形成されている。この
場合、例えば基板上に成膜されたＭＲセンサに対し、強
磁性体コアに巻線を施して励磁用コイルを巻回したバル
ク部を組み合わせて作製される地磁気方位センサ等と比
較して、調整点が少なく、製品動作特性が極めて安定化
する。
は、強磁性体コア、ＭＲセンサ及び励磁用コイルがそれ
ぞれ薄膜形成技術により基板上に形成されている。この
場合、例えば基板上に成膜されたＭＲセンサに対し、強
磁性体コアに巻線を施して励磁用コイルを巻回したバル
ク部を組み合わせて作製される地磁気方位センサ等と比
較して、調整点が少なく、製品動作特性が極めて安定化
する。
【００１５】したがって、地磁気が効率的にＭＲセンサ
へ磁気信号として供給され、高方位精度が得られるとと
もに、高精度且つ所望の小型形状に作製することが可能
となる。
へ磁気信号として供給され、高方位精度が得られるとと
もに、高精度且つ所望の小型形状に作製することが可能
となる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本
発明を適用した地磁気方位センサの基本構造の一例を示
すものである。本実施例の地磁気方位センサは、パーマ
ロイ等の軟磁性材からなる４つの円弧状の強磁性体コア
Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 を円環状に組合せ、９０゜間隔
でギャップＧ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 を配するとともに、
これらギャップＧ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 内にそれぞれＭ
ＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 を配置してなるもので
ある。
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本
発明を適用した地磁気方位センサの基本構造の一例を示
すものである。本実施例の地磁気方位センサは、パーマ
ロイ等の軟磁性材からなる４つの円弧状の強磁性体コア
Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 を円環状に組合せ、９０゜間隔
でギャップＧ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 を配するとともに、
これらギャップＧ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 内にそれぞれＭ
ＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 を配置してなるもので
ある。
【００１７】前記各強磁性体コアＫ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ
4 には、それぞれ励磁用コイルＣ1，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4
が設けられ、ギャップＧ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 中に配置
される各ＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 に対してバ
イアス磁界ＨB をほぼ直角に印加するようになってい
る。なお、各ＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 は、各
ギャップＧ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 内に成膜する形で形成
されており、したがって、各ＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ
3 ，Ｍ4 の膜面に対してほぼ平行にバイアス磁界ＨB が
印加される。
4 には、それぞれ励磁用コイルＣ1，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4
が設けられ、ギャップＧ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 中に配置
される各ＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 に対してバ
イアス磁界ＨB をほぼ直角に印加するようになってい
る。なお、各ＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 は、各
ギャップＧ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 内に成膜する形で形成
されており、したがって、各ＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ
3 ，Ｍ4 の膜面に対してほぼ平行にバイアス磁界ＨB が
印加される。
【００１８】そして特に、本実施例においては、Ｓｉ、
セラミック，或はガラス等よりなる基板１上に、ＭＲセ
ンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 、強磁性体コアＫ1 ，
Ｋ2 ，Ｋ 3 ，Ｋ4 、及び励磁用コイルＣ1 ，Ｃ2 ，
Ｃ3 ，Ｃ4 は、それぞれ薄膜形成技術により一体に成膜
されている。具体的には、図２（図１中、ＭＲセンサＭ
1 近傍の断面図）に示すように、上記基板１上に膜付着
力向上膜７を介して各強磁性体コアＫ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，
Ｋ4（ここでは強磁性体コアＫ1 ，Ｋ4 ）が成膜され、
これら強磁性体コアＫ1 ，Ｋ 2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 が成膜され
ることにより形成された所定幅の各ギャップＧ1 ，
Ｇ 2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 内（ここではギャップＧ1 内）にＭＲ
センサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 （ここではＭＲセンサＭ
1 ）が真空蒸着法により成膜され、各強磁性体コア
Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 上には平坦化用の平坦化・絶縁
膜２が、また、ＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 上に
はＳｉＯ2 よりなる絶縁膜３が成膜されている。
セラミック，或はガラス等よりなる基板１上に、ＭＲセ
ンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 、強磁性体コアＫ1 ，
Ｋ2 ，Ｋ 3 ，Ｋ4 、及び励磁用コイルＣ1 ，Ｃ2 ，
Ｃ3 ，Ｃ4 は、それぞれ薄膜形成技術により一体に成膜
されている。具体的には、図２（図１中、ＭＲセンサＭ
1 近傍の断面図）に示すように、上記基板１上に膜付着
力向上膜７を介して各強磁性体コアＫ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，
Ｋ4（ここでは強磁性体コアＫ1 ，Ｋ4 ）が成膜され、
これら強磁性体コアＫ1 ，Ｋ 2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 が成膜され
ることにより形成された所定幅の各ギャップＧ1 ，
Ｇ 2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 内（ここではギャップＧ1 内）にＭＲ
センサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 （ここではＭＲセンサＭ
1 ）が真空蒸着法により成膜され、各強磁性体コア
Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 上には平坦化用の平坦化・絶縁
膜２が、また、ＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 上に
はＳｉＯ2 よりなる絶縁膜３が成膜されている。
【００１９】さらに、各強磁性体コアＫ1 ，Ｋ2 ，
Ｋ3 ，Ｋ4 の下部及び平坦化・絶縁膜２の上部には、Ｓ
ｉＯ2 よりなる平坦化・絶縁膜４，膜付着力向上膜５を
介して導体膜よりなる励磁用コイルＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，
Ｃ4 （ここでは励磁用コイルＣ1，Ｃ4 ）が形成されて
いる。そして、ＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 及び
平坦化・絶縁膜２上にはＳｉＯ2 よりなる最上層絶縁膜
６が成膜され、この最上層絶縁膜６によりＭＲセンサＭ
1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 、強磁性体コアＫ1 ，Ｋ2 ，
Ｋ3 ，Ｋ4 、及び励磁用コイルＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4
が被覆されたかたちとされて、上記地磁気方位センサが
構成されている。
Ｋ3 ，Ｋ4 の下部及び平坦化・絶縁膜２の上部には、Ｓ
ｉＯ2 よりなる平坦化・絶縁膜４，膜付着力向上膜５を
介して導体膜よりなる励磁用コイルＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，
Ｃ4 （ここでは励磁用コイルＣ1，Ｃ4 ）が形成されて
いる。そして、ＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 及び
平坦化・絶縁膜２上にはＳｉＯ2 よりなる最上層絶縁膜
６が成膜され、この最上層絶縁膜６によりＭＲセンサＭ
1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 、強磁性体コアＫ1 ，Ｋ2 ，
Ｋ3 ，Ｋ4 、及び励磁用コイルＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4
が被覆されたかたちとされて、上記地磁気方位センサが
構成されている。
【００２０】ここで、各ギャップＧ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ
4 を、各強磁性体コアＫ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 の内周か
ら外周にかけて徐々に幅狭となるように形成してもよ
い。このようにギャップＧ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 を形成
することによって、ギャップ内の磁界分布が相殺されて
磁界がギャップ内の位置によらず均一となる。上記ＭＲ
センサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 は、例えばＸ軸方向検出
用の２つのＭＲセンサＭ1 ，Ｍ3 と、これと直交するＹ
軸方向検出用の２つのＭＲセンサＭ2，Ｍ4 に分類され
る。
4 を、各強磁性体コアＫ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 の内周か
ら外周にかけて徐々に幅狭となるように形成してもよ
い。このようにギャップＧ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 を形成
することによって、ギャップ内の磁界分布が相殺されて
磁界がギャップ内の位置によらず均一となる。上記ＭＲ
センサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 は、例えばＸ軸方向検出
用の２つのＭＲセンサＭ1 ，Ｍ3 と、これと直交するＹ
軸方向検出用の２つのＭＲセンサＭ2，Ｍ4 に分類され
る。
【００２１】上述の構成を有する地磁気方位センサの等
価回路は、図３に示す通りである。すなわち、Ｘ軸方向
検出用の２つのＭＲセンサＭ1 ，Ｍ3 からの信号は差動
アンプＡ1 よりＸ出力として出力され、同様に、Ｙ軸方
向検出用の２つのＭＲセンサＭ2 ，Ｍ4 からの信号は差
動アンプＡ2 よりＹ出力として出力される。地磁気検出
用のＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 においては、定
電位電源Ｖ CCが定電位電源とされてセンス電流が供給さ
れる。
価回路は、図３に示す通りである。すなわち、Ｘ軸方向
検出用の２つのＭＲセンサＭ1 ，Ｍ3 からの信号は差動
アンプＡ1 よりＸ出力として出力され、同様に、Ｙ軸方
向検出用の２つのＭＲセンサＭ2 ，Ｍ4 からの信号は差
動アンプＡ2 よりＹ出力として出力される。地磁気検出
用のＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 においては、定
電位電源Ｖ CCが定電位電源とされてセンス電流が供給さ
れる。
【００２２】また、Ｘ軸方向検出用のＭＲセンサＭ1 と
ＭＲセンサＭ3 には、１８０゜方位の異なるバイアス磁
界（ＨB及び−ＨB）が印加され、同様にＹ軸方向検出用
のＭＲセンサＭ2 とＭＲセンサＭ4 にも１８０゜方位の
異なるバイアス磁界（ＨB及び−ＨB）が印加される。上
記構成の地磁気方位センサにおいて、ＭＲセンサＭ1 ，
Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 は、次のような特徴を持っている。 （１）磁界の強度により抵抗値が変化する。（磁気抵抗
効果） （２）弱い磁界を感知する能力に優れている。 （３）抵抗値変化を電気信号として取り出すことができ
る。
ＭＲセンサＭ3 には、１８０゜方位の異なるバイアス磁
界（ＨB及び−ＨB）が印加され、同様にＹ軸方向検出用
のＭＲセンサＭ2 とＭＲセンサＭ4 にも１８０゜方位の
異なるバイアス磁界（ＨB及び−ＨB）が印加される。上
記構成の地磁気方位センサにおいて、ＭＲセンサＭ1 ，
Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 は、次のような特徴を持っている。 （１）磁界の強度により抵抗値が変化する。（磁気抵抗
効果） （２）弱い磁界を感知する能力に優れている。 （３）抵抗値変化を電気信号として取り出すことができ
る。
【００２３】本発明の地磁気方位センサにおいては、こ
の特徴を利用して地磁気による磁気信号を電気信号に変
換する。図４は、ＭＲセンサのＭＲ特性曲線を示すもの
である。この図４において、横軸はＭＲセンサに垂直に
加わる磁界の強さ、縦軸はＭＲセンサの抵抗値の変化、
あるいは出力電圧変化（ＭＲセンサに直流電流を流した
場合）である。
の特徴を利用して地磁気による磁気信号を電気信号に変
換する。図４は、ＭＲセンサのＭＲ特性曲線を示すもの
である。この図４において、横軸はＭＲセンサに垂直に
加わる磁界の強さ、縦軸はＭＲセンサの抵抗値の変化、
あるいは出力電圧変化（ＭＲセンサに直流電流を流した
場合）である。
【００２４】ＭＲセンサの抵抗値は、磁界零で最大とな
り、大きな磁界（ＭＲセンサのパターン形状等にもよる
が１００〜２００ガウス程度）を印加したときに約３％
小さくなる。ＭＲセンサ出力のＳ／Ｎ（出力電圧振幅）
及び歪率向上のためには、図４に示すように、バイアス
磁界ＨB が必要となる。このバイアス磁界ＨBは、先に
も述べたように、第２の強磁性体コアＫ1 ，Ｋ2 ，
Ｋ3 ，Ｋ4 に励磁用コイルＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 を巻
回し、これにバイアス電流ＩB を流すことによって与え
られる。
り、大きな磁界（ＭＲセンサのパターン形状等にもよる
が１００〜２００ガウス程度）を印加したときに約３％
小さくなる。ＭＲセンサ出力のＳ／Ｎ（出力電圧振幅）
及び歪率向上のためには、図４に示すように、バイアス
磁界ＨB が必要となる。このバイアス磁界ＨBは、先に
も述べたように、第２の強磁性体コアＫ1 ，Ｋ2 ，
Ｋ3 ，Ｋ4 に励磁用コイルＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 を巻
回し、これにバイアス電流ＩB を流すことによって与え
られる。
【００２５】このとき、Ｘ軸方向検出用のＭＲセンサＭ
1 に印加されるバイアス磁界の方向とＭＲセンサＭ3 に
印加されるバイアス磁界の方向は、互いに１８０゜反転
している。同様に、Ｙ軸方向検出用のＭＲセンサＭ2 に
印加されるバイアス磁界の方向とＭＲセンサＭ4 に印加
されるバイアス磁界の方向も、互いに１８０゜反転して
いる。
1 に印加されるバイアス磁界の方向とＭＲセンサＭ3 に
印加されるバイアス磁界の方向は、互いに１８０゜反転
している。同様に、Ｙ軸方向検出用のＭＲセンサＭ2 に
印加されるバイアス磁界の方向とＭＲセンサＭ4 に印加
されるバイアス磁界の方向も、互いに１８０゜反転して
いる。
【００２６】ここで、地磁気信号ＨE が入ってくると、
例えばＸ軸方向検出用のＭＲセンサＭ1 及びＭ3 に加わ
る磁界の強さは以下のようになる。 ＭＲセンサＭ1 ： ＨB ＋ＨE ＭＲセンサＭ3 ： −ＨB ＋ＨE 交流バイアス磁界を印加とすると、ＭＲセンサＭ1 に印
加される磁界は図５中線Ａで示すように変化し、この磁
界の変化が図４中線Ｂで示すように電圧変化として出力
される。一方、ＭＲセンサＭ3 に印加される磁界は図４
中線Ｃで示すように変化し、この磁界の変化が図４中線
Ｄで示すように電圧変化として出力される。
例えばＸ軸方向検出用のＭＲセンサＭ1 及びＭ3 に加わ
る磁界の強さは以下のようになる。 ＭＲセンサＭ1 ： ＨB ＋ＨE ＭＲセンサＭ3 ： −ＨB ＋ＨE 交流バイアス磁界を印加とすると、ＭＲセンサＭ1 に印
加される磁界は図５中線Ａで示すように変化し、この磁
界の変化が図４中線Ｂで示すように電圧変化として出力
される。一方、ＭＲセンサＭ3 に印加される磁界は図４
中線Ｃで示すように変化し、この磁界の変化が図４中線
Ｄで示すように電圧変化として出力される。
【００２７】このＭＲセンサＭ1 からの出力（線Ｂ）と
ＭＲセンサＭ3 からの出力（線Ｄ）の出力差Ｌが、差動
信号（Ｘ出力）として取り出される。Ｙ軸方向検出用の
ＭＲセンサＭ2 ，Ｍ4 についても同様であり、差動信号
（Ｙ出力）が取り出される。これら差動信号は地磁気Ｈ
E の方位により変化し、それぞれＨE ｓｉｎθ、Ｈ E ｃ
ｏｓθに比例する。したがって、横軸に方位θをとって
出力電位をプロットすると、Ｘ出力及びＹ出力は図５に
示すようなものとなる。
ＭＲセンサＭ3 からの出力（線Ｄ）の出力差Ｌが、差動
信号（Ｘ出力）として取り出される。Ｙ軸方向検出用の
ＭＲセンサＭ2 ，Ｍ4 についても同様であり、差動信号
（Ｙ出力）が取り出される。これら差動信号は地磁気Ｈ
E の方位により変化し、それぞれＨE ｓｉｎθ、Ｈ E ｃ
ｏｓθに比例する。したがって、横軸に方位θをとって
出力電位をプロットすると、Ｘ出力及びＹ出力は図５に
示すようなものとなる。
【００２８】したがって、これらＸ出力及びＹ出力か
ら、地磁気に対する方位θを算出することができる。す
なわち、Ｘ出力とＹ出力の比Ｘ／Ｙは、これら出力がＨ
E ｓｉｎθ、ＨE ｃｏｓθに比例することから、ｓｉｎ
θ／ｃｏｓθで表わすことができる。 Ｘ／Ｙ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｔａｎθ したがって、 θ＝ｔａｎ-1（Ｘ／Ｙ） （ただし、０≦θ≦１８０゜のときＸ≧０、１８０゜＜
θ＜３６０゜のときＸ＜０である。） 以上によって地磁気ＨE の方位θを知ることができる
が、次に強磁性体コアＫ 1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 による地
磁気集束原理について説明する。
ら、地磁気に対する方位θを算出することができる。す
なわち、Ｘ出力とＹ出力の比Ｘ／Ｙは、これら出力がＨ
E ｓｉｎθ、ＨE ｃｏｓθに比例することから、ｓｉｎ
θ／ｃｏｓθで表わすことができる。 Ｘ／Ｙ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｔａｎθ したがって、 θ＝ｔａｎ-1（Ｘ／Ｙ） （ただし、０≦θ≦１８０゜のときＸ≧０、１８０゜＜
θ＜３６０゜のときＸ＜０である。） 以上によって地磁気ＨE の方位θを知ることができる
が、次に強磁性体コアＫ 1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 による地
磁気集束原理について説明する。
【００２９】先ず、図６に、フェライト、パーマロイ等
からなる強磁性体コアＫが地磁気にどのような影響を与
えるのかを模式的に図示した。強磁性体は空気中に比べ
て磁気抵抗が小さいため、地磁気が吸い寄せられるよう
に曲げられ、強磁性体コアＫ中を通って再び外へ出る。
したがって、上記強磁性体コアＫは、地磁気を集束し、
大きな磁束密度に変換する。（実際は、地磁気は強磁性
体コアＫを磁化し、ギャップに大きな磁界を発生す
る。） 図７は、円形の強磁性体コアＫを用いた場合に地磁気が
どのように各ＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 に伝わ
るのかを示したものであり、各ＭＲセンサＭ1，Ｍ2 ，
Ｍ3 ，Ｍ4 に磁気信号として印加される地磁気の総量
は、各ＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 から強磁性体
コアＫの中心を通る地磁気線ＨEOに垂直に引いた線の長
さに相当する。
からなる強磁性体コアＫが地磁気にどのような影響を与
えるのかを模式的に図示した。強磁性体は空気中に比べ
て磁気抵抗が小さいため、地磁気が吸い寄せられるよう
に曲げられ、強磁性体コアＫ中を通って再び外へ出る。
したがって、上記強磁性体コアＫは、地磁気を集束し、
大きな磁束密度に変換する。（実際は、地磁気は強磁性
体コアＫを磁化し、ギャップに大きな磁界を発生す
る。） 図７は、円形の強磁性体コアＫを用いた場合に地磁気が
どのように各ＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 に伝わ
るのかを示したものであり、各ＭＲセンサＭ1，Ｍ2 ，
Ｍ3 ，Ｍ4 に磁気信号として印加される地磁気の総量
は、各ＭＲセンサＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 から強磁性体
コアＫの中心を通る地磁気線ＨEOに垂直に引いた線の長
さに相当する。
【００３０】Ｘ軸方向検出用ＭＲセンサＭ1，Ｍ3に印加
される地磁気の総量：ｒｓｉｎθ Ｙ軸方向検出用ＭＲセンサＭ2，Ｍ4に印加される地磁気
の総量：ｒｃｏｓθ したがって、これら地磁気の総量に基づいて出力される
地磁気方位センサ出力（Ｘ出力，Ｙ出力）より、先の計
算式に従って地磁気ＨE の方位θが算出される。
される地磁気の総量：ｒｓｉｎθ Ｙ軸方向検出用ＭＲセンサＭ2，Ｍ4に印加される地磁気
の総量：ｒｃｏｓθ したがって、これら地磁気の総量に基づいて出力される
地磁気方位センサ出力（Ｘ出力，Ｙ出力）より、先の計
算式に従って地磁気ＨE の方位θが算出される。
【００３１】図８に示すように強磁性体コアＫが正方形
の場合も同様であり、強磁性体コアＫの中心点を回転中
心として９０゜回転させたときに対称となる形状であれ
ば、いずれの場合にも同様の出力を得ることができる。
前述のように、励磁用コイルＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 の
コアとして機能する強磁性体コアＫ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ
4 を軟磁性体とし、地磁気の集束ホーンとして使用する
と、空心コイルやマグネットを使用したときに比べて出
力が大きくなり、感度が向上する。
の場合も同様であり、強磁性体コアＫの中心点を回転中
心として９０゜回転させたときに対称となる形状であれ
ば、いずれの場合にも同様の出力を得ることができる。
前述のように、励磁用コイルＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 の
コアとして機能する強磁性体コアＫ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ
4 を軟磁性体とし、地磁気の集束ホーンとして使用する
と、空心コイルやマグネットを使用したときに比べて出
力が大きくなり、感度が向上する。
【００３２】さらに、上記地磁気方位センサにおいて
は、強磁性体コアＫ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 、ＭＲセンサ
Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 及び励磁用コイルＣ1 ，Ｃ2 ，
Ｃ3 ，Ｃ4 が薄膜形成技術により基板上に一体形成され
ている。この場合、例えば基板上に成膜されたＭＲセン
サに対し、強磁性体コアに巻線を施して励磁用コイルを
巻回したバルク部を組み合わせて作製される地磁気方位
センサ等と比較して、調整点が少なく、製品動作特性が
極めて安定化する。
は、強磁性体コアＫ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 、ＭＲセンサ
Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 及び励磁用コイルＣ1 ，Ｃ2 ，
Ｃ3 ，Ｃ4 が薄膜形成技術により基板上に一体形成され
ている。この場合、例えば基板上に成膜されたＭＲセン
サに対し、強磁性体コアに巻線を施して励磁用コイルを
巻回したバルク部を組み合わせて作製される地磁気方位
センサ等と比較して、調整点が少なく、製品動作特性が
極めて安定化する。
【００３３】したがって、地磁気が効率的にＭＲセンサ
Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 へ磁気信号として供給され、高
方位精度が得られるとともに、高精度且つ所望の小型形
状に作製することが可能となる。以上、本発明を適用し
た実施例について説明してきたが、本発明がこれら実施
例に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で形状、材質、寸法等、任意に変更することが可
能である。
Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 へ磁気信号として供給され、高
方位精度が得られるとともに、高精度且つ所望の小型形
状に作製することが可能となる。以上、本発明を適用し
た実施例について説明してきたが、本発明がこれら実施
例に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で形状、材質、寸法等、任意に変更することが可
能である。
【００３４】
【発明の効果】以上の説明からも明かなように、本発明
に係る地磁気方位センサは、実用的な感度及び高い方位
精度を有し、しかも小型化且つ精細化の実現が可能とな
る。
に係る地磁気方位センサは、実用的な感度及び高い方位
精度を有し、しかも小型化且つ精細化の実現が可能とな
る。
【図１】本実施例に係る地磁気方位センサの主要部を模
式的に示す平面図である。
式的に示す平面図である。
【図２】ＭＲセンサ近傍の断面図である。
【図３】図１に示す地磁気方位センサの等価回路図であ
る。
る。
【図４】ＭＲセンサのＭＲ特性曲線を示す特性図であ
る。
る。
【図５】出力電圧と方位との関係を示す特性図である。
【図６】強磁性体コアによる地磁気の集束状態を示す模
式図である。
式図である。
【図７】円形コアを用いた場合に各ＭＲセンサに印加さ
れる地磁気の総量を示す模式図である。
れる地磁気の総量を示す模式図である。
【図８】正方形コアを用いた場合に各ＭＲセンサに印加
される地磁気の総量を示す模式図である。
される地磁気の総量を示す模式図である。
【図９】従来のフラックスゲート型の地磁気方位センサ
の一例を模式的に示す概略平面図である。
の一例を模式的に示す概略平面図である。
【図１０】従来のＭＲ型の地磁気方位センサの一例を模
式的に示す概略平面図である。
式的に示す概略平面図である。
【図１１】図１０に示す地磁気方位センサの等価回路図
である。
である。
１ 基板 ２，４ 平坦化・絶縁膜 ３ 絶縁膜 ５，７ 膜付着力向上膜 ６ 最上層絶縁膜 Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 ＭＲセンサ Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 強磁性体コア Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 ギャップ Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 励磁用コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 憲男 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 柴田 拓二 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 所定のギャップをもって周方向に配列さ
れてなる地磁気を集束する複数の強磁性体コアと、 前記ギャップにおける磁界方向に対して略直交するよう
にギャップ内に配されてなる磁気抵抗効果素子と、 上記強磁性体コアに巻回され、電流の供給により上記磁
気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加する励磁用コイル
とを有し、 これら強磁性体コア、磁気抵抗効果素子及び励磁用コイ
ルが薄膜形成技術により基板上に形成されてなることを
特徴とする地磁気方位センサ。 - 【請求項２】 略直交する少なくとも一対の磁気抵抗効
果素子を有することを特徴とする請求項１記載の地磁気
方位センサ。 - 【請求項３】 強磁性体コアが軟磁気特性を有すること
を特徴とする請求項１記載の地磁気方位センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6207685A JPH0868631A (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 地磁気方位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6207685A JPH0868631A (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 地磁気方位センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0868631A true JPH0868631A (ja) | 1996-03-12 |
Family
ID=16543887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6207685A Withdrawn JPH0868631A (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 地磁気方位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0868631A (ja) |
-
1994
- 1994-08-31 JP JP6207685A patent/JPH0868631A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20011106 |