技術分野
本発明は、携帯端末装置、主として携帯電話の表示部に現在位置を表示する地図情報が、携帯電話の移動による方位変更に対応して回転する、位置情報表示システムに関し、また、この位置情報表示システムを実現するために利用される地磁気の検出技術に関する。
背景技術
現在位置を端末装置に表示する、例えば車輛に搭載されるナビゲーションシステムは、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を利用する。ＧＰＳは、４個以上の衛星から電波の到着時間の差を地上の制御局を介して利用者に伝達して、現在位置を測定する。また、進行方向については、例えばジャイロとＧＰＳからの信号をもとに移動量を積分方式で計算して得られる。ＧＰＳとジャイロによって測位された現在位置及び進行方向は、モニタに地図データとともに表示される。
しかしながら、上記したナビゲーションシステムでは、方位検出に、ジャイロとＧＰＳの時速約４０ｋｍ以上のスピードでの移動量を用いることから、スタート地点（表示地点）と計測地点との間に時間差を生じ、また、受信した信号を積分方式で計算処理することから、誤差が累積される。これを解消すべくジャイロからの信号によって補正を加えるものの、ジャイロ自体の信号処理も積分方式で計算する関係上、元の情報自体に誤差があった場合、その誤差がそのまま維持あるいは拡大されて表示されることになる。
また、車輛の移動に伴ないモニタに表示される地図データが単に前後左右方向にスクロール動作を行って現在位置を表示する。このため、車輛の向きと地図データ上の移動方向とが一致しないことがあり、違和感を生じる。更に、方位検出装置を小型化しにくく、しかも上記したような積分方式であるために方位の検出にむらや誤差を生じる。このため、従来の位置表示システムは、携帯端末装置、特に携帯電話にこれを適用しにくい。
また、携帯端末装置の位置表示機能を実現するために磁気センサを用いることは有効な手法であるが、携帯端末装置の小型化の要請から高精度の磁気センサをいかに小型に形成することが重要な課題となっている。
発明の開示
したがって、本発明の目的は、携帯端末装置において現在位置を認識して地図を表示させる技術と、携帯端末装置に組み込まれる磁気センサおよび方位センサについての技術を提供することにある。
本発明のある態様は、携帯端末装置に内蔵され、地磁気ベクトルの３軸成分のそれぞれを検出する磁気検出素子が基板において形成された地磁気センサであって、少なくとも１つの磁気検出素子が、ＭＲ（ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子またはホール素子であることを特徴とする地磁気センサを提供する。ＭＲ素子またはホール素子を基板に作りこむことにより、小型の地磁気センサを実現することが可能となる。
本発明の別の態様は、磁気ベクトルの軸方向成分を検出する磁気検出素子を基板に備えた磁気センサであって、磁気検出素子は、ＭＲ素子またはホール素子であって、熱収縮性をもつフィルムに固着されていることを特徴とする磁気センサを提供する。フィルムの熱収縮性を利用することにより、基板上に小規模なＭＲ素子またはホール素子を形成することが可能となる。
磁気検出素子は、基板に少なくとも一部を固定されたポリイミドフィルムに固着されており、基板の表面に対して所定の角度をつけて構成されることが好ましい。所定の角度とは例えば基板の表面に対して垂直であってよい。例えば３軸の磁気センサにおいては、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の磁気成分を検出するために、２つの磁気検出素子が、基板の表面に直立した状態に構成され、これらは基板の表面において、互いに９０°の角度をなすように配置されてもよい。Ｚ軸方向の磁気成分を検出する磁気検出素子は基板の表面に形成され、このＺ軸磁気検出素子については必ずしもポリイミドフィルムに固着されなくてもよい。３軸センサの別の例としては、１つの磁気検出素子が基板の表面に直立した状態に構成されて、１軸方向の磁気成分を検出し、２つの磁気検出素子が基板の表面に形成されてそれぞれ垂直磁界および水平磁界の２軸成分を検出してもよい。
磁気検出素子は、ポリイミドフィルムが加熱されて熱収縮することにより、基板の表面に対して角度をつけて構成されることが好ましい。ポリイミドの熱収縮性を利用することにより、磁気検出素子を基板の表面から持ち上げて直立させることが可能である。
磁気検出素子を固着された側とは反対側のポリイミドフィルムの面は、押さえ部材に固定されてもよい。ポリイミドは高温に加熱することにより、シリコンに非常に強固に熱接着する特性を有する。したがって、この押さえ部材は、ポリイミドとの固着性の観点からシリコンで形成されることが好ましい。同様に、基板はシリコンで形成されてもよい。
本発明のさらに別の態様は、地磁気ベクトルの３軸成分のそれぞれを検出する磁気検出素子を有する地磁気センサと、３軸方向の傾きを検出する傾斜センサとが一つの基板上に一体として形成された方位センサを提供する。一つの基板上に一体として複数のセンサを形成することにより、非常にコンパクトな方位センサを形成することが可能となる。磁気センサおよび傾斜センサは、基板上に作りこまれることが好ましい。複数の磁気検出素子のいくつか、例えば基板表面に水平な方向の磁気成分を検出する磁気検出素子は、ポリイミドフィルムに固着されていてもよい。
本発明のさらに別の態様は、磁気ベクトルの軸方向成分を検出する磁気検出素子を基板に備えた磁気センサであって、磁気検出素子は、ＭＲ素子またはホール素子であり、基板の表面に対して所定の角度を有する斜面に形成されている磁気センサを提供する。例えば、この斜面は、シリコンウェハをカットするために形成されるスクライブ線の側壁であってもよい。また、基板をエッチングすると、その材料の特性により、エッチング箇所に所定の角度を有する側壁が形成されるが、磁気検出素子はこのような側壁に形成されてもよい。
なお、以上のエレメントの任意の組合せや、その表現を方法、装置などの間で変更したものもまた、本発明の範囲に含まれる。
発明を実施するための最良の形態
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて詳説する。第１の実施の形態の目的は、小型の携帯端末装置、主として携帯電話に地図情報とともに所持者の現在位置を表示可能とするとともに、携帯端末装置の方角移動に伴ない地図情報が回転し、携帯端末装置の移動進行方向が常時表示部平面内の予め設定された特定方向を向くようにして表示させ、また、ＧＰＳ受信部の位置情報を地磁気センサからの方位情報によって補正可能とすることにより、誤差情報の累積を可及的になくす、位置情報表示システムを提供することにある。図１は、携帯電話に搭載された本発明の第１の実施の形態に係るシステムのブロック図である。図中符号１は位置検出手段としてのＧＰＳ受信部で、アンテナより受信したＧＰＳ衛星の電波によって現在の経度と緯度が計算される。
２は方位検出手段としての地磁気センサで、センサコア３の上下に磁界検出コイル基板４と励磁コイル基板５を相対するように積層したセンサ基板から成る。ここでは方位検出手段２としてフラックスゲート型磁気センサを例示しているが、その他の地磁気センサが用いられてもよい。フラックスゲート型磁気センサとしては、本発明者による例えば特開平９−４３３２２号、特開平１１−１１８８９２号に開示の磁気センサがある。センサコアは平板状のアモルファスコアであるとリング状のアモルファスコアであるとを問わない。その他の地磁気センサとしては、ホール素子や磁気抵抗素子を用いたものが考えられる。いずれも携帯端末装置に搭載可能な程度に小型で感度に富むものであることが好ましい。
図２にこの磁気センサに含まれる磁気検出部１００の具体例を分解して示す。センサコア３は、アモルファス薄板をリング状にカットし、これにトロイダルコアを巻いたようにエッチング処理した、アモルファスコアにより形成されている。
磁界検出コイル基板４は、Ｘ軸方向成分磁界検出コイル形成用のコイルパターン４１ａを有する第１検出コイル基板４１と、Ｙ軸方向成分磁界検出コイル形成用のコイルパターン４２ａを有する第２検出コイル基板４２とから成る。第１検出コイル基板４１は、センサコア３を上下から挟むようにして互いに導通可能に積層される２枚のＸコイル基板４１１を有する。各Ｘコイル基板４１１は、エポキシ基板の表面にＸ軸方向成分磁界検出コイル用のＸコイルパターン４１ａを形成し、周縁部に各Ｘコイルパターン４１ａを接続する端子用のスルーホール４１ｂを形成して成る。同様にして、第２検出コイル基板４２は、センサコア３を上下から挟むようにして互いに導通可能に積層される２枚のＹコイル基板４２１を有する。各Ｙコイル基板４２１は、エポキシ基板の表面にＹ軸方向成分磁界検出コイル用のＹコイルパターン４２ａを形成する一方、周縁部に各Ｙコイルパターン４２ａを接続する端子用のスルーホール４２ｂを形成して成る。
また、励磁コイル基板５は、センサコア３を上下から挟むようにして互いに導通可能に積層される２枚の励磁コイル用基板５１，５２を有する。各励磁コイル用基板５１，５２は、エポキシ基板の表面に励磁コイルパターン５１ａ，５２ａを形成し、周縁部に各励磁コイルパターンを接続する端子用のスルーホール５１ｂ，５２ｂを形成して成る。本磁気検出部１００は、これらセンサコア３と磁界検出コイル基板４と励磁コイル基板５を、センサコア３を中心に順次積重ね、プレスして層状に形成される。
磁気検出部１００では、センサコア３のまわりに交流電流を通すことにより、センサコア３を飽和させている。外部磁界の影響がない状態では、交流電流の正方向に向かうときと負方向に向かうときで、センサコア３が飽和するタイミングはちょうど均等に現れる。しかし、ある方向からの磁束がセンサコア３を通過すると、その磁界が前記正方向または負方向の電流のいずれかによってセンサコア３に生じる磁界に重畳するため、その方向においてセンサコア３の飽和が早まる。センサコア３にセンスコイルを巻き、飽和状態の不均衡を電圧として外部で検出する。２組のセンスコイル（Ｘコイル、Ｙコイル）を直交して配置することにより、Ｘ軸方向の磁界成分とＹ軸方向の磁界成分に対応した出力電圧を検出することができる。
６はＣＰＵで、入力されたＧＰＳ受信部１からの位置信号と磁気センサ２からの方位信号に基づき所定の演算処理を行って現在位置（経度と緯度及び方位）を測位し、この現在位置情報に合致する地図情報を地図情報記録部７から読み出して位置情報表示部９のディスプレイ９１に現在地指標とともに表示する。併せて、位置情報表示部９は、現在位置や方向などを合成音声で発音表示する。
ＧＰＳ受信部１からの位置情報と磁気センサ２からの方位情報とは相互補完を行う。携帯端末装置の移動に伴なうＧＰＳ受信部１の位置情報の変遷から、演算によって方位情報を得ることができる。この方位情報と磁気センサ２からの方位情報と比較し、磁気センサ２からの方位情報を正とした場合に、スタート地点を割り出すことが可能となる。これにより、ＧＰＳ受信部１の位置情報をスタート時点に戻すことが可能になり、積分され、累積された誤差情報を０に戻すことが可能になる。
地図情報表示処理部８は、ディスプレイ９１に表示される現在地の地図情報を必要に応じ所要角度回転スクロールさせ、現在地の地図情報上で現在地指標の進行方向（磁気センサの向いている方向）が常時ディスプレイの上辺を向くように表示処理する。図３を参照して説明する。磁気センサ２からの方位信号は、検出された地磁気をＸ軸方向（東西方向）磁界ベクトル値とＹ軸方向（南北方向）磁界ベクトル値に分解したアナログ値としてＣＰＵ６に入力される。ＣＰＵ６は、この入力信号をディジタル信号にＡ／Ｄ変換する。Ｘ軸方向とＹ軸方向の磁界ベクトル値は、ＥＥＰ−ＲＯＭに格納されている所定の補正パラメータを用いることにより、分解能が高められる。磁北方向を０度とした場合、Ｘ軸方向磁界ベクトル値Ｘ１とＹ軸方向磁界ベクトル値Ｙ１の合成ベクトルＴ（磁気センサの向いている方向を表す）に至る時計方向への回転角（方位角）θは、次の式によって得られる。
θ＝ｔａｎ−１Ｘ１／Ｙ１
方位角の算出にあたっては、各方向の磁界ベクトル値に補正パラメータを用いない算出ロジックによっても可能である。
地図情報表示処理部８の処理過程を、図４から図６を参照して説明する。例えば、現在、携帯端末装置の所持者が新宿駅中央通りの工学院大学角部に所在し、北東（方位角４５度）の方向を向いているとする。ＧＰＳ受信部１からの位置信号によって地図情報記録部７から該当する経度と緯度の地図情報（図４参照）が呼び出される。そして、現在位置Ｐを中心にディスプレイ画面の大きさ（例えば２００ドット×２００ドット）に合った範囲の地図情報が区切り選択される。このとき、選択された地図情報Ａは、磁気センサ２からの方位信号によって得られた方位角θ分だけ時計方向に回転した範囲の地図情報となっている（図５参照）。そして、ディスプレイ９１に表示されるときに、上記表示処理部８によって選択地図情報Ａが方位角分反時計方向に回転処理されて修正表示される（図６参照）。この結果、地図情報Ｂは、磁気センサ２の向いている方向（進行方向）を常にディスプレイ９１の上辺方向にした地図となる。携帯端末の移動によって進行方向の方角が変更されると、地図情報表示処理部８はその都度上記と同様な処理を行って、常時進行方向がディスプレイ上辺方向に向いた地図情報を表示する。これらの一連の処理は、高速にかつリアルタイムで行われる。
また、地図情報表示処理部８は、ディスプレイ９１に表示される地図情報に含まれる文字や記号を、地図情報が方位角に基づいて回転処理されたときに、回転処理させることなくディスプレイの上辺方向に対して元の位置関係に維持する。なお、図６では、こうした処理をすることなく文字等も方位角分回転して表示してある。水平方向に記された文字や記号は、地図情報が回転表示された場合にも同様に水平方向に記された態様を維持する。これにより、文字等の情報が視認し易くなる。
携帯端末装置のキーを利用するなどして目的地の入力を行うようにしても良い。その場合、地図情報に基づいて目的地までの最短経路や所要時間が算出され、これらが位置情報表示部のディスプレイにあるいは音声出力部によって表示される。また、受信あるいは測定したＧＰＳ受信部の位置情報と磁気センサの方位情報を一時的に記録すれば、これに基づいて携帯端末装置が移動した軌跡を後から確認することもできる。
本発明の第１の実施の形態によれば、次の効果を奏する。ＧＰＳ位置検出手段と併用される方位検出手段に、センサコアの上下に磁界検出コイル基板と励磁コイル基板とを積層したセンサ基板から成るフラックスゲート型磁気センサまたはホール素子あるいは磁気抵抗素子などを利用した地磁気センサを用いるので、小型の携帯端末装置、特に携帯電話のディスプレイに、地図情報とともに所持者の正確な現在位置を表示させることができる。
磁気センサの磁界ベクトル値から求められる方位角に基づいて地図情報を地図情報処理手段によって回転スクロールさせるようにしたので、携帯端末装置の移動進行方向が常時表示部平面内の予め設定された特定方向を向くようにして表示させることができ、地図情報の向きと進行方向とが一致し、使用者に違和感を与えることがないばかりでなく、正確な方位と位置を動態的に理解させることができる。
さらに、ＧＰＳによる位置情報を地磁気センサによる方位情報によって補完するようにしたので、積分方式により累積される誤差情報を可及的になくすことができ、精度の高い位置表示システムを提供できる。
この第１の実施の形態における特徴は、以下の各項目に規定される。
（項目１−１） 携帯端末装置に、ＧＰＳ信号に基づいて位置を検出する位置検出手段と、センサコアの上下に磁界検出コイル基板と励磁コイル基板とを積層したセンサ基板から成るフラックスゲート型磁気センサまたはホール素子あるいは磁気抵抗素子などを利用した地磁気センサによって方位を検出する方位検出手段と、上記位置検出手段による位置情報を上記方位検出手段によって補正する演算手段と、地図情報が記憶された地図情報記憶手段と、上記演算手段に基づいて確定された現在位置を上記地図情報とともに表示する位置情報表示手段と、現在位置の方位変更に伴ない、位置情報表示手段によって表示される地図情報を上記方位検出手段からの出力信号に基づいて変更角度分回転スクロールさせる表示処理手段とを設け、携帯端末装置の移動によって方位が変更されたときに上記表示処理手段によって地図情報を回転させ、位置情報表示手段の表示部に、携帯端末装置の現在位置を、その移動進行方向が常時表示部平面内の予め設定された特定方向を向くようにして表示させる、ことを特徴とする位置情報表示システム。
（項目１−２） 前記フラックスゲート型磁気センサの磁界検出コイル基板は、Ｘ軸方向成分磁界検出コイル形成用のコイルパターンを有する第１検出コイル基板と、Ｙ軸方向成分磁界検出コイル形成用のコイルパターンを有する第２検出コイル基板とから成り、前記励磁コイル基板は、励磁コイル形成用の環状コイルパターンを有し、また、前記センサ基板の縁部には、各コイルパターンに接続するスルーホールが形成されている（項目１−１）記載の位置情報表示システム。
（項目１−３） 携帯端末装置の現在位置が、前記位置情報表示手段の表示部平面内の常時上辺方向を進行方向として表示される（項目１−１）記載の位置情報表示システム。
（項目１−４） 前記位置情報表示手段は、画像と文字等の視覚表示手段と、音声から成る聴覚表示手段とを含み、現在位置及び／もしくは移動進行状況が、視覚とともに音声で表示される（項目１−１）記載の位置情報表示システム。
（項目１−５） 前記位置情報表示手段によって表示される地図情報が、前記表示処理手段によって回転処理されたときに、地図情報に含まれる文字が前記特定方向に対して上記回転処理される前の位置関係を維持する（項目１−１）記載の位置情報表示システム。
（項目１−６） 前記磁気センサは、地磁気をＸ軸方向磁界成分とＹ軸方向磁界成分に分解し、これをアナログ値の信号として出力し、前記演算手段は、上記アナログ信号をディジタル変換して現在地の方位を測位し、前記表示処理手段は、北磁極方向を０度とした場合の現在地の方位までの角度を回転角として所要方向に地図情報を回転させる（項目１−１）記載の位置情報表示システム。
（項目１−７） 前記位置情報表示手段は、目的地までの最短経路あるいは所要時間を表示させる（項目１−１）記載の位置情報表示システム。
＜第２の実施の形態＞
地磁気センサは、観測地点の磁方位を測定するために従来から用いられている。地磁気センサは観測地点において水平面上に設置され、水平面上の地磁気ベクトルの２軸成分を検出する。地磁気センサが検出する２軸成分から磁方位が算出される。
地図情報を携帯電話や携帯端末装置などの携帯機器に表示する用途が広がっている。そのためには、地磁気センサを携帯機器に組み込むことが想定され、小型で性能の良い地磁気センサが求められている。本発明者は以上の認識に基づき本発明をなしたもので、小型で性能の良い地磁気センサを提供することを目的とする。
第２の実施の形態のある態様は、フラックスゲート型磁気センサに関する。センサコイル（Ｘコイル、Ｙコイル）及びそれらを励磁する交流磁界を発生するトロイダルコイルを含む磁気検出部とその磁気検出部の出力信号を処理する信号処理回路を備えている。
磁気検出部は、複数の基板層を一体化して形成されるものであってもよく、それらの基板層は、センサコイル（Ｘコイル、Ｙコイル）及びトロイダルコイルのコイル部分を基板パターンによって構成するものであっても良い。
信号処理回路は、Ｘコイル、Ｙコイルそれぞれに対応して、独立に設けられた方向性依存回路を含む。各方向性依存回路は、交流磁界の周波数に従って一方がオン、他方がオフするよう構成された第１及び第２のアナログスイッチ、第１のアナログスイッチの出力を積分する能動的な第１の積分回路、第２のアナログスイッチの出力を積分する能動的な第２の積分回路、第１の積分回路及び第２の積分回路の差分を増幅する差動増幅器、その差動増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器から構成されている。
図７を用いて、第２の実施の形態に係るフラックスゲート型磁気センサを説明する。
図７は、フラックスゲート型磁気センサ３００の構成図であり、図２に示された磁気検出部１００のＸコイルパターン４１ａとそれに対応する信号処理回路２００を示したものである。Ｘコイルパターン４１ａの一端は接地されているが、第１の積分回路２４と第２の積分回路２６におけるオペアンプのプラス側と接続しても良い。
信号処理回路２００は、第１のアナログスイッチ２０、第２のアナログスイッチ２２、第１のアナログスイッチ２０の出力を積分する能動的な第１の積分回路２４、第２のアナログスイッチ２２の出力を積分する能動的な第２の積分回路２６、第１の積分回路２４及び第２の積分回路２６の差分を増幅する差動増幅器２８、その差動増幅器２８の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３０が、図７に示されるように配置されている。第１の積分回路２４と第２の積分回路２６における積分定数及び差動増幅器２８は、Ａ／Ｄ変換器３０の持つ能力に応じて決定される。
信号処理回路２００では、前記交流磁界の周期に対応した周波数ｆ０に従って、第１のアナログスイッチ２０と第２のアナログスイッチ２２が交互にオン／オフしている。それぞれの出力電圧を、第１の積分回路２４と第２の積分回路２６で積分し、それらの差分を差動増幅器２８により増幅することで、Ｘ軸方向の磁界成分に対応した出力電圧を得ることができる。その出力電圧をＡ／Ｄ変換器３０でアナログからデジタルに変換し、そのＸ軸方向の磁気成分のデータをＣＰＵ部分へ転送している。また、信号処理回路２００は、Ｘコイルと図示しないＹコイルに対応してそれぞれ独立に設けられているが、Ｙコイルより検出した信号についても同様の処理が行なわれる。
Ｘコイル及びＹコイルより検出した出力電圧について前記の信号処理を行うことで、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の磁気成分に対応したデジタルデータが得られ、磁方位を知ることが可能となる。
本発明の第２の実施の形態によれば、フラックスゲート型磁気センサにおいて磁方位を特定するための信号処理が実現する。
この第２の実施の形態における特徴は、以下の各項目に規定される。
（項目２−１） ＸＹコイル及びそれらを励磁する交流磁界を発生するトロイダルコイルを含む磁気検出部とその磁気検出部の出力信号を処理する信号処理回路とを含むフラックスゲート型磁気センサであって、
前記信号処理回路は、前記ＸＹコイルにそれぞれ対応して独立に設けられた２つの方向性依存回路を含み、
各方向性依存回路は、
それぞれ対応するコイルから出力された信号を前記交流磁界の周波数に従って、一方がオン、他方がオフするよう構成された第１及び第２のアナログスイッチと、
第１のアナログスイッチの出力を積分する能動的な第１の積分回路と、
第２のアナログスイッチの出力を積分する能動的な第２の積分回路と、
第１の積分回路及び第２の積分回路の差分を増幅する差動増幅器と、
その差動増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
を含むことを特徴とする地磁気センサ。
（項目２−１） ＸＹコイル及びそれらを励磁する交流磁界を発生するトロイダルコイルを含む磁気検出部とその磁気検出部の出力信号を処理する信号処理回路とを含むフラックスゲート型磁気センサであって、
前記磁気検出部は、複数の基板層を一体化して形成され、それらの基板層はそれぞれＸＹコイル及びトロイダルコイルのコイル部分を基板パターンによって構成するものであり、
前記信号処理回路は、前記ＸＹコイルにそれぞれ対応して独立に設けられた２つの方向性依存回路を含み、
各方向性依存回路は、
それぞれ対応するコイルから出力された信号を前記交流磁界の周波数に従って、一方がオン、他方がオフするよう構成された第１及び第２のアナログスイッチと、
第１のアナログスイッチの出力を積分する能動的な第１の積分回路と、
第２のアナログスイッチの出力を積分する能動的な第２の積分回路と、
第１の積分回路及び第２の積分回路の差分を増幅する差動増幅器と、
その差動増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
を含むことを特徴とする地磁気センサ。
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態は、さらに小型の磁気センサを実現することを目的とする。以下では、磁気センサ、およびその磁気センサを組み込んだ方位センサを小型に作製する技術について説明する。
図８は、本発明の第３の実施の形態に係る方位センサ５００の構成を示す図である。この方位センサ５００は、磁気センサ６００、傾斜センサ７００、気圧センサ８００および温度センサ９００を備え、位置や方位、高さなどを検出する機能を有する。方位センサ５００において、磁気センサ６００、傾斜センサ７００、気圧センサ８００および温度センサ９００は別個に形成されてもよいが、携帯端末装置などに搭載されるために、単一の基板上に構築されて小型に形成されることが好ましい。磁気センサ６００は、磁気ベクトルのＸＹＺの３軸成分のそれぞれを検出する少なくとも３つの磁気検出素子を有する。傾斜センサ７００は、基板の傾斜角を検出する機能を有し、ＸＹＺの３軸方向の傾斜角を検出できることが好ましい。Ｘ軸方向の傾斜角をピッチ角、Ｙ軸方向の傾斜角をロール角と呼んでもよい。気圧センサ８００は、外気の圧力を検出する。温度センサ９００は、温度を検出する。検出した温度は、温度ドリフトによる磁気センサ６００の出力のズレを補正するために用いられる。
図９は、傾斜センサ７００の一例を示す図である。傾斜センサ７００は、錘体７０２を有する。この錘体７０２に加速度成分が加わると、錘体７０２を支持する支持部材７０４に歪みが生じ、この歪みを抵抗体で検出して傾斜を測定する。図中、一つの支持部材７０４のみが示されているが、錘体７０２は、ＸＹＺの３軸方向から複数の支持部材７０４により支持されることが好ましい。これらの支持部材７０４は、ピエゾ素子を含んで構成されることが好ましい。この傾斜センサ７００はＸＹＺの３軸方向の傾斜角を検知する。磁気センサ６００の傾きをＺ軸方向の傾斜角として検出するため、Ｘ軸およびＹ軸方向において検知した傾斜角を補正することができる。
図１０は、磁気センサ６００の一例を示す図である。この磁気センサ６００は３軸磁気センサとして機能し、Ｘ軸方向の磁気成分を検出する第１磁気検出素子６０２、Ｙ軸方向の磁気成分を検出する第２磁気検出素子６０４およびＺ軸方向の磁気成分を検出する第３磁気検出素子６０６を備える。
第１および第２の実施の形態においては、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の磁気成分をフラックスゲート型磁気センサにより検出する例を中心に説明した。フラックスゲート型磁気センサは、コイルであるリングコアを必要とするため、構成としては若干大きなものとなる。そのため、フラックスゲート型磁気センサを十分な配置空間がとれる車輌などに搭載する場合には問題ないが、携帯電話などの小型の端末装置に内蔵させる場合には、他の内蔵素子との関係から筐体内の配置設計を工夫する必要があった。
一方、ＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子や、ホール素子などの磁気感応素子はフラックスゲート型磁気センサよりも小型に形成可能であることが知られているが、従来、携帯端末装置に搭載できる程度にＭＲ素子ないしはホール素子を首尾よく作製することは容易でなかった。そこで、第３の実施の形態では、磁気センサ６００を小型に形成する技術を提供し、特にこの磁気センサ６００を傾斜センサなどの他のセンサとともに１枚の基板上に形成する技術を提供する。
磁気センサ６００において、少なくとも第１磁気検出素子６０２および第２磁気検出素子６０４はＭＲ素子またはホール素子であることが好ましく、さらに第３磁気検出素子６０６も同様にＭＲ素子またはホール素子であることが好ましい。全ての磁気検出素子をＭＲ素子またはホール素子として形成することにより、この磁気センサ６００を一連の半導体製造プロセスを用いて形成することが可能となる。
第１磁気検出素子６０２および第２磁気検出素子６０４は、基板６１０の表面に対して所定の角度をつけて構成され、基板表面に平行な方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）の２軸の磁気成分をそれぞれ検出する。ここで、第１磁気検出素子６０２および第２磁気検出素子６０４は、基板６１０の表面においてほぼ直立するように形成されることが好ましい。また基板６１０の表面において、第１磁気検出素子６０２および第２磁気検出素子６０４は、それぞれの表面に平行な方向が９０°となるように配置されることが好ましい。第３磁気検出素子６０６は、基板６１０の表面に形成され、基板表面に垂直な方向（Ｚ軸方向）の磁気成分を検出する。
各磁気検出素子は、一般式（Ｃｏ１−ａＦｅａ）１００ｘ−ｙ−ｚＬｘＭｙＯｚで表現される薄膜構造の磁気抵抗膜を有する。磁性体膜は、透磁率を１，０００，０００ｌｅ以上とし、１μＴ以上の磁界を検知可能な希土類とナノオーダーの磁性体金属粉末を用いて構成してもよい。
磁気検出素子の製造工程において、まずＭＲ素子またはホール素子である磁気検出素子が基板上に形成され、その後、形成した磁気検出素子をポリイミドフィルムに固着させることが好ましい。この例では、第１磁気検出素子６０２および第２磁気検出素子６０４がポリイミドフィルムに固着される。ポリイミドフィルムの少なくとも一部の領域は、基板に固定される。
ポリイミドフィルムは、所定の熱を加えることにより収縮する特性を有している。第３の実施の形態ではポリイミドフィルムのもつ熱収縮特性を利用し、ポリイミドフィルムの一面に磁気検出素子を固着後、磁気検出素子を固着された領域と基板に固定された領域との間に存在する領域の一部を線状に加熱して収縮させ、磁気検出素子を固着した領域を所望の方向に折り曲げる。このようにして、基板６１０の表面にほぼ直立する磁気検出素子を作成することが可能となる。以下に、第１磁気検出素子６０２を基板において直立させて構成する方法について説明する。なお、第２磁気検出素子６０４についても、同様の方法により直立させることができる。
図１０に示した磁気センサ６００においては、２つの磁気検出素子６０２および６０４が直立されて構成されているが、別の例においては、２つの磁気検出素子が基板６１０の平面上に形成され、１つの磁気検出素子が基板６１０において直立されて構成されてもよい。このとき、基板６１０の平面上に形成される２つの磁気検出素子は、磁気ベクトルの垂直磁界および水平磁界を検出し、直立して構成される磁気検出素子は、これらの磁界に垂直な成分を検出すればよい。
以下に、図１０に示した磁気センサ６００を作製する工程について説明する。
図１１（ａ）は、第１シリコン基板６２０において第１磁気検出素子６０２を形成した状態を示す図である。なお図示しないが、この工程において、同時に第２磁気検出素子６０４および第３磁気検出素子６０６についても同様に第１シリコン基板６２０上に形成する。各磁気検出素子は半導体製造プロセスを用いて形成される。
図１１（ｂ）は、第１磁気検出素子６０２の上方にポリイミドフィルム６２２を接着させた状態を示す図である。例えばシリカ混入のポリイミドを使用する場合には、ほぼ３６５℃に加熱することによってポリイミドフィルム６２２を第１シリコン基板６２０に熱接着することができる。それから第１磁気検出素子６０２の上方のポリイミドフィルム６２２は、第１磁気検出素子６０２の形状に合せて、エッチングにより切れ目を入れられる。また、第１磁気検出素子６０２に下方に存在するシリコンをエッチングにより除去する。このとき、直立させる必要のない第３磁気検出素子６０６の上方に位置するポリイミドフィルム６２２は、エッチングにより取り除かれることが好ましい。なお、各磁気検出素子に必要な配線および回路素子は、第１シリコン基板６２０上またはポリイミドフィルム６２２に形成される。
図１１（ｃ）は、ポリイミドフィルム６２２の上面図である。このポリイミドフィルム６２２には、３辺に切れ目を入れられた矩形状の被曲げ領域６２６が形成されている。この被曲げ領域６２６は、少なくとも下方の第１磁気検出素子６０２を覆うように切れ目を入れられて形成される。この被曲げ領域６２６は、前述の通りポリイミドフィルム６２２を第１シリコン基板６２０に接着した後、形成されてもよいが、接着前に予め形成されてもよい。
図１１（ｄ）は、ポリイミドフィルム６２２を上方に折り曲げて第１磁気検出素子６０２を直立させた状態を示す図である。ポリイミドフィルム６２２は、高温に加熱されると熱収縮する特性を有する。本実施の形態ではその特性を利用し、ポリイミドフィルム６２２の一部の領域を加熱して、ポリイミドフィルム６２２を折り曲げ、第１磁気検出素子６０２を第１シリコン基板６２０の表面に垂直な方向に直立させる。当然のことであるが、ポリイミドフィルム６２２は、下方に折り曲げられてもよい。
図１１（ｅ）は、第２シリコン基板６２４の側部にポリイミドフィルム６２２を固定した状態を示す図である。第２シリコン基板６２４は、ポリイミドフィルム６２２の被曲げ領域６２６の形状に合せて開口部６２８を形成されており、ポリイミドフィルム６２２と接触する部分は、ポリイミドフィルム６２２を固定するための押さえ部材として機能する。具体的に、第１磁気検出素子６０２を固着された側とは反対側のポリイミドフィルム６２２の面が、押さえ部材に固定される。なお、第３磁気検出素子６０６上の第２シリコン基板６２４は、エッチングにより開口部を形成されていることが好ましい。第２シリコン基板６２４は、第１磁気検出素子６０２を直立させる前にポリイミドフィルム６２２に固着されていてもよく、また直立後に固着されていてもよい。ポリイミドフィルム６２２と第２シリコン基板６２４の側部（押さえ部材）は、加熱されて熱接着されることが好ましい。
以上のプロセスにより、基板の表面に直立した第１磁気検出素子６０２を形成する。図１０に示した磁気センサ６００を作製するためには、同時に第２磁気検出素子６０４も形成することが好ましい。なお、第２シリコン基板６２４は、必要に応じて、第１磁気検出素子６０２および第２磁気検出素子６０４を固定するための押さえ部材の部分のみを残すように、他の領域をエッチングされて除去されてもよい。また、第３の実施の形態では、シリコン基板とポリイミドフィルムとを用いることによって、磁気センサを一体構造として形成するため、磁気センサの小型化に寄与することが可能となる。また、他のセンサ、すなわち傾斜センサおよび気圧センサなどもシリコン基板上に形成することが可能であるため、全体として非常にコンパクトな方位センサを作製することが可能となる。
図１２（ａ）は、ダイシング前のシリコンウェハ６５０を示す図である。シリコンウェハ６５０には、エッチングにより、チップに切り分けるための切り代であるスクライブ線が形成されている。図１２（ｂ）は、シリコンウェハ６５０の一部断面図である。シリコンのエッチング特性により、スクライブ線６５２の側壁６５６は、ウェハ表面に平行な面に対して約６７度の傾斜をもって形成される。図中、点線は、ダイシング時のカットラインである。
図１２（ｃ）は、スクライブ線６５２の側壁６５６に磁気検出素子６５４を形成した状態を示す図である。このように、シリコンウェハ６５０の表面に対して所定の角度を有する面に磁気検出素子６５４を形成することによって、３軸の磁気センサを容易に作製することが可能となる。なお、磁気検出素子６５４は、シリコン基板の表面に対して垂直に構成されていないため、検出される磁気成分を、斜面の角度（６７度）に基づいて補正する。
携帯端末装置などに搭載される磁気センサは、自然磁界だけでなく、携帯端末装置内部や、都市部や交通網の発達している地域などで発生される動的な磁界も検知することがある。したがって、自然磁界の成分のみを抽出するためには、検知した磁気成分から、動的な磁気成分を削除する必要がある。従来の２軸磁気センサを利用する場合には、磁界強度を求めることができないため、この動的な磁気成分を効率的に取り除くことができなかった。
一方、本実施の形態の磁気センサ６００は、３軸方向の磁気成分を検出することができるため、磁界強度を測定することが可能となる。例えば磁気センサ６００において、所定の磁界強度を設定して予め記録部に記録しておき、この設定強度を超える磁気成分を検出した場合に、この磁気成分をノイズと判断してキャンセルすることが可能となる。このように、磁気センサ６００は、磁界強度を検出できるため、ＣＰＵ６の演算処理による自動的なキャリブレーションを実現することが可能となる。
また、地磁気成分を検出する際、磁気センサ６００が傾いている場合には、傾斜センサの出力値によりその傾斜分を補正する必要がある。従来の２軸の傾斜センサ（加速度センサ）を利用した場合には、Ｘ軸およびＹ軸方向の補正データしか得ることができず、傾斜センサ自体の傾きを検出することができなかった。そのため、２軸の傾斜センサを使用する場合には、傾斜センサのＺ軸成分を０とした状態、すなわち傾斜センサを水平にした状態でキャリブレーションを行って、磁気センサの検出値を補正する必要があった。
第３の実施の形態による傾斜センサ７００は、３軸方向の傾斜角を検出することができるため、傾斜センサを水平にして行うキャリブレーションを不要とする。また、錘体７０２を利用するために、傾斜センサ７００を磁気センサ６００などと共に一つの基板上にコンパクトに形成することも可能となる。この傾斜センサ７００によると、ユーザが意識することなく、ＣＰＵ６の演算処理による自動的な傾斜角のキャリブレーションを実現することができ、非常に精度の高い磁気センサ６００の出力を得ることが可能となる。
携帯端末装置上に地図情報が配信される場合に、方位センサ５００は非常に高精度の位置および方位測定を可能とするため、ＧＰＳから位置情報を取得することなく、携帯端末装置単体で地図情報を加工して表示することが可能となる。例えば、携帯端末装置にＪＡＶＡ（登録商標）などのアプリケーションソフトを予めインストールすることによって、地図情報の切り出しおよび表示処理を行ってもよい。当然ではあるが、第１の実施の形態において説明したように、携帯端末装置に内蔵された方位センサ５００とＧＰＳとが協同して、携帯端末装置の位置および方位を測定するようにしてもよい。また、いずれの場合であっても、携帯端末装置は、自身の画面サイズに合わせて、配信された地図情報を拡大または縮小表示可能なことが好ましい。
また、気圧センサ８００を携帯端末装置に搭載することにより、携帯端末装置が位置する高さを測定することが可能となる。気圧の測定値は気候により変化するため、地表面における気圧（絶対気圧）と、地表面よりも高い位置における気圧の上昇分（相対気圧）の関係を予めテーブルとして記録部に記録しておくことが好ましい。なお、絶対気圧と相対気圧の関係は、演算式の形式で記録部に格納されていてもよい。ＣＰＵ６は、気圧センサ８００の出力値に基づいて絶対気圧および相対気圧を算出して高さを特定し、また磁気センサ６００の出力値に基づいて携帯端末装置の現在位置（緯度および経度）を特定して、結果としてビルの何階に位置するかを判断することができる。例えばビルの３階に位置することが判断されると、携帯端末装置の表示画面に、そのビルの３階にある店の情報を表示したりすることができ、ユーザにとって利便性の高い携帯端末装置を実現することが可能となる。
一つの基板上に３軸の磁気センサ６００、３軸の傾斜センサ７００などを作製することにより、高精度の方位センサ５００を非常にコンパクトに形成することが可能となる。なお、この方位センサ５００については、主に携帯端末装置に組み込むことを例に説明してきたが、車輌やその他大型の移動装置に組み込んでもよいことは、当業者であれば容易に理解されるところである。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明は、位置情報を表示させるための装置、およびその表示装置に組み込まれる磁気センサまたは方位センサに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るシステムの概略を示すブロック図である。
図２は、磁気センサに含まれる磁気検出部の一例を示す分解説明図である。
図３は、地図情報の回転角を求めるための磁気ベクトルの説明図である。
図４は、ＧＰＳによって特定された現在位置の地図情報を示す説明図である。
図５は、地図情報表示処理部による地図情報の処理過程を示すもので、図４の地図情報から方位角に基づいて区分け選択された地図を示す説明図である。
図６は、図５の選択地図を方位角に基づいて回転させた状態の地図を示す説明図である。
図７は、本発明の第２の実施の形態に係るフラックスゲート型磁気センサの構成図である。
図８は、本発明の第３の実施の形態に係る方位センサの構成図である。
図９は、傾斜センサの一例を示す図である。
図１０は、磁気センサの一例を示す図である。
図１１（ａ）は第１シリコン基板において第１磁気検出素子を形成した状態を示す図であり、図１１（ｂ）は第１磁気検出素子の上方にポリイミドフィルムを接着させた状態を示す図であり、図１１（ｃ）はポリイミドフィルムの上面図であり、図１１（ｄ）はポリイミドフィルムを上方に折り曲げて第１磁気検出素子を直立させた状態を示す図であり、図１１（ｅ）は第２シリコン基板の側部にポリイミドを固定した状態を示す図である。
図１２（ａ）はダイシング前のシリコンウェハを示す図であり、図１２（ｂ）はシリコンウェハの一部断面図であり、図１２（ｃ）はスクライブ線の側壁に磁気検出素子を形成した状態を示す図である。Technical field
The present invention relates to a position information display system in which map information for displaying a current position on a display unit of a mobile terminal device, mainly a mobile phone, rotates in response to a change in direction due to the movement of the mobile phone, and the position information display The present invention relates to a geomagnetic detection technique used to realize a system.
Background art
A navigation system that displays the current position on a terminal device, for example, installed in a vehicle, uses a GPS (Global Positioning System). The GPS transmits the difference in radio wave arrival time from four or more satellites to the user via the ground control station, and measures the current position. Further, the traveling direction can be obtained, for example, by calculating the moving amount by an integration method based on signals from the gyroscope and the GPS. The current position and the traveling direction measured by the GPS and the gyro are displayed together with the map data on the monitor.
However, in the navigation system described above, since the amount of movement of the gyro and the GPS at a speed of about 40 km / h or more is used for the direction detection, a time difference occurs between the start point (display point) and the measurement point, Since the received signal is calculated by the integration method, errors are accumulated. To correct this, the gyro signal is corrected, but the signal processing of the gyro itself is also calculated by the integration method. If there is an error in the original information itself, the error is maintained or enlarged and displayed. Will be.
Further, the map data displayed on the monitor accompanying the movement of the vehicle is simply scrolled back and forth and left and right to display the current position. For this reason, the direction of the vehicle and the movement direction on the map data may not match, which causes a sense of incongruity. Furthermore, since it is difficult to reduce the size of the azimuth detecting device and the integration method is as described above, unevenness and errors occur in the detection of the azimuth. For this reason, the conventional position display system is difficult to apply to a mobile terminal device, particularly a mobile phone.
Although it is an effective technique to use a magnetic sensor to realize the position display function of a mobile terminal device, it is important to form a highly accurate magnetic sensor in a small size in response to the demand for miniaturization of the mobile terminal device. It is a difficult issue.
Disclosure of the invention
Accordingly, an object of the present invention is to provide a technology for recognizing a current position in a mobile terminal device to display a map, and a technology for a magnetic sensor and an orientation sensor incorporated in the mobile terminal device.
An aspect of the present invention is a geomagnetic sensor built in a mobile terminal device, in which a magnetic detection element for detecting each of the three axis components of a geomagnetic vector is formed on a substrate, wherein at least one magnetic detection element is an MR ( There is provided a geomagnetic sensor characterized in that it is a MagnetoResistance element or a Hall element. A small geomagnetic sensor can be realized by forming an MR element or a Hall element on a substrate.
Another aspect of the present invention is a magnetic sensor having a substrate provided with a magnetic detection element for detecting an axial component of a magnetic vector, and the magnetic detection element is an MR element or a Hall element and has heat shrinkability. Provided is a magnetic sensor which is fixed to a film. By utilizing the heat shrinkability of the film, a small-scale MR element or Hall element can be formed on the substrate.
The magnetic detection element is preferably fixed to a polyimide film that is at least partially fixed to the substrate, and is preferably configured with a predetermined angle with respect to the surface of the substrate. The predetermined angle may be perpendicular to the surface of the substrate, for example. For example, in a 3-axis magnetic sensor, in order to detect magnetic components in the X-axis direction and the Y-axis direction, two magnetic detection elements are configured to stand upright on the surface of the substrate. They may be arranged at an angle of 90 ° to each other. The magnetic detection element for detecting the magnetic component in the Z-axis direction is formed on the surface of the substrate, and the Z-axis magnetic detection element does not necessarily have to be fixed to the polyimide film. As another example of the triaxial sensor, one magnetic detection element is configured to stand upright on the surface of the substrate, detects a magnetic component in one axial direction, and two magnetic detection elements are formed on the surface of the substrate. The two-axis components of the vertical magnetic field and the horizontal magnetic field may be detected respectively.
The magnetic detection element is preferably configured with an angle with respect to the surface of the substrate when the polyimide film is heated and thermally contracted. By utilizing the heat shrinkability of polyimide, it is possible to lift the magnetic sensing element from the surface of the substrate and erect it.
The surface of the polyimide film opposite to the side on which the magnetic detection element is fixed may be fixed to the pressing member. Polyimide has the property of being very strongly thermally bonded to silicon when heated to a high temperature. Therefore, this pressing member is preferably formed of silicon from the viewpoint of adhesion to polyimide. Similarly, the substrate may be formed of silicon.
According to still another aspect of the present invention, a geomagnetic sensor having a magnetic detection element for detecting each of the three axial components of the geomagnetic vector and an inclination sensor for detecting the inclination in the three axial directions are integrally formed on one substrate. An orientation sensor is provided. By forming a plurality of sensors integrally on one substrate, it is possible to form a very compact orientation sensor. The magnetic sensor and tilt sensor are preferably built on a substrate. Some of the plurality of magnetic detection elements, for example, a magnetic detection element that detects a magnetic component in a direction horizontal to the substrate surface may be fixed to the polyimide film.
Still another embodiment of the present invention is a magnetic sensor including a substrate with a magnetic detection element that detects an axial component of a magnetic vector, wherein the magnetic detection element is an MR element or a Hall element, And a magnetic sensor formed on a slope having a predetermined angle. For example, the slope may be a side wall of a scribe line formed for cutting a silicon wafer. Further, when the substrate is etched, a side wall having a predetermined angle is formed at the etching location due to the characteristics of the material. However, the magnetic detection element may be formed on such a side wall.
It should be noted that any combination of the above elements, or a change in the expression between methods, apparatuses, and the like is also included in the scope of the present invention.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The purpose of the first embodiment is to enable display of the current position of the holder along with the map information on a small mobile terminal device, mainly a mobile phone, and to rotate the map information as the mobile terminal device moves in the direction, By displaying the moving direction of the mobile terminal device so that it always faces a preset specific direction in the plane of the display unit, and by making it possible to correct the position information of the GPS receiving unit by the direction information from the geomagnetic sensor Another object of the present invention is to provide a position information display system that minimizes the accumulation of error information. FIG. 1 is a block diagram of a system according to a first embodiment of the present invention mounted on a mobile phone. Reference numeral 1 in the figure denotes a GPS receiving unit as position detecting means, and the current longitude and latitude are calculated from the radio waves of the GPS satellites received from the antenna.
Reference numeral 2 denotes a geomagnetic sensor as an azimuth detecting means, which is composed of a sensor substrate in which a magnetic field detection coil substrate 4 and an excitation coil substrate 5 are laminated on top and bottom of a sensor core 3 so as to face each other. Although the fluxgate type magnetic sensor is illustrated here as the direction detection means 2, other geomagnetic sensors may be used. As the flux gate type magnetic sensor, there are magnetic sensors disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-43322 and 11-118892 by the present inventors. It does not matter whether the sensor core is a flat amorphous core or a ring-shaped amorphous core. As other geomagnetic sensors, those using Hall elements or magnetoresistive elements are conceivable. It is preferable that both are small and sensitive enough to be mounted on a portable terminal device.
FIG. 2 is an exploded view of a specific example of the magnetic detection unit 100 included in the magnetic sensor. The sensor core 3 is formed of an amorphous core obtained by cutting an amorphous thin plate into a ring shape and performing an etching process so that a toroidal core is wound around the amorphous thin plate.
The magnetic field detection coil substrate 4 includes a first detection coil substrate 41 having a coil pattern 41a for forming an X-axis direction component magnetic field detection coil, and a second detection coil substrate having a coil pattern 42a for forming a Y-axis direction component magnetic field detection coil. 42. The first detection coil substrate 41 includes two X coil substrates 411 that are stacked so as to be conductive with each other so as to sandwich the sensor core 3 from above and below. Each X coil substrate 411 has an X coil direction component magnetic field detection coil X coil pattern 41a formed on the surface of the epoxy substrate, and a terminal through hole 41b for connecting each X coil pattern 41a to the peripheral portion. Become. Similarly, the second detection coil substrate 42 includes two Y coil substrates 421 that are stacked so as to be conductive with each other so as to sandwich the sensor core 3 from above and below. Each Y coil substrate 421 forms a Y coil pattern 42a for a Y-axis direction component magnetic field detection coil on the surface of the epoxy substrate, while forming a terminal through hole 42b for connecting each Y coil pattern 42a to the peripheral portion. It consists of
The excitation coil substrate 5 includes two excitation coil substrates 51 and 52 that are stacked so as to be conductive with each other so that the sensor core 3 is sandwiched from above and below. Each of the exciting coil substrates 51 and 52 is formed by forming exciting coil patterns 51a and 52a on the surface of the epoxy substrate, and forming through holes 51b and 52b for terminals connecting the exciting coil patterns on the periphery. In the magnetic detection unit 100, the sensor core 3, the magnetic field detection coil substrate 4, and the excitation coil substrate 5 are sequentially stacked around the sensor core 3 and pressed to form a layer.
In the magnetic detection unit 100, the sensor core 3 is saturated by passing an alternating current around the sensor core 3. In the state where there is no influence of the external magnetic field, the timing at which the sensor core 3 is saturated appears evenly when the AC current is directed in the positive direction and when it is directed in the negative direction. However, when a magnetic flux from a certain direction passes through the sensor core 3, the magnetic field is superimposed on the magnetic field generated in the sensor core 3 by either the positive or negative current, and the saturation of the sensor core 3 is accelerated in that direction. A sense coil is wound around the sensor core 3, and a saturation imbalance is detected externally as a voltage. By arranging two sets of sense coils (X coil and Y coil) orthogonally, an output voltage corresponding to the magnetic field component in the X-axis direction and the magnetic field component in the Y-axis direction can be detected.
Reference numeral 6 denotes a CPU that performs predetermined calculation processing based on the input position signal from the GPS receiver 1 and the azimuth signal from the magnetic sensor 2 to determine the current position (longitude, latitude, and azimuth). Is read from the map information recording unit 7 and displayed on the display 91 of the position information display unit 9 together with the current location index. At the same time, the position information display unit 9 displays the current position, direction, etc. in a synthesized voice.
The position information from the GPS receiver 1 and the direction information from the magnetic sensor 2 complement each other. The direction information can be obtained by calculation from the transition of the position information of the GPS receiver 1 accompanying the movement of the mobile terminal device. When the azimuth information is compared with the azimuth information from the magnetic sensor 2 and the azimuth information from the magnetic sensor 2 is positive, the start point can be determined. As a result, the position information of the GPS receiver 1 can be returned to the start time, and the integrated and accumulated error information can be returned to zero.
The map information display processing unit 8 scrolls the map information of the current location displayed on the display 91 by a required angle as necessary, and the traveling direction of the current location index (direction in which the magnetic sensor is facing) is always on the map information of the current location. Display processing so that it faces the upper side of the display. This will be described with reference to FIG. The direction signal from the magnetic sensor 2 is input to the CPU 6 as an analog value obtained by decomposing the detected geomagnetism into an X-axis direction (east-west direction) magnetic field vector value and a Y-axis direction (north-south direction) magnetic field vector value. The CPU 6 A / D converts this input signal into a digital signal. The resolution of the magnetic field vector values in the X-axis direction and the Y-axis direction can be improved by using predetermined correction parameters stored in the EEP-ROM. When the magnetic north direction is 0 degree, the rotation angle (azimuth angle) in the clockwise direction to the combined vector T (representing the direction in which the magnetic sensor is facing) of the X-axis direction magnetic field vector value X1 and the Y-axis direction magnetic field vector value Y1 ) Θ is obtained by the following equation.
θ = tan -1 X1 / Y1
In calculating the azimuth angle, calculation logic that does not use a correction parameter for the magnetic field vector value in each direction is also possible.
The process of the map information display processing unit 8 will be described with reference to FIGS. For example, it is assumed that the owner of the mobile terminal device is currently located at the corner of Kogakuin University on the central street of Shinjuku Station and is facing northeast (an azimuth angle of 45 degrees). Corresponding longitude and latitude map information (see FIG. 4) is called from the map information recording unit 7 by the position signal from the GPS receiving unit 1. Then, the map information in a range that matches the size of the display screen (for example, 200 dots × 200 dots) with the current position P as the center is selected. At this time, the selected map information A is map information of a range rotated clockwise by the azimuth angle θ obtained by the azimuth signal from the magnetic sensor 2 (see FIG. 5). When displayed on the display 91, the display processing unit 8 rotates the selected map information A counterclockwise by the azimuth angle (see FIG. 6). As a result, the map information B is a map in which the direction in which the magnetic sensor 2 is facing (the traveling direction) is always the upper side direction of the display 91. When the direction of the traveling direction is changed by the movement of the portable terminal, the map information display processing unit 8 performs the same processing as described above, and always displays the map information whose traveling direction is directed to the upper side of the display. These series of processes are performed at high speed and in real time.
Further, the map information display processing unit 8 performs the upper side direction of the display without rotating the characters and symbols included in the map information displayed on the display 91 when the map information is rotated based on the azimuth angle. To the original positional relationship. In FIG. 6, characters and the like are rotated and displayed by the azimuth without performing such processing. The characters and symbols written in the horizontal direction similarly maintain the aspect written in the horizontal direction even when the map information is rotated and displayed. This makes it easy to visually recognize information such as characters.
You may make it input the destination using the key of a portable terminal device. In this case, the shortest route to the destination and the required time are calculated based on the map information, and these are displayed on the display of the position information display unit or by the voice output unit. Also, if the received or measured position information of the GPS receiver and the azimuth information of the magnetic sensor are temporarily recorded, the locus of movement of the mobile terminal device can be confirmed later based on this.
According to the first embodiment of the present invention, the following effects can be obtained. Magnetism using a flux gate type magnetic sensor or a Hall element or a magnetoresistive element made of a sensor substrate in which a magnetic field detection coil substrate and an excitation coil substrate are stacked above and below the sensor core as an orientation detection unit used in combination with a GPS position detection unit. Since the sensor is used, the accurate current position of the owner can be displayed together with the map information on the display of a small mobile terminal device, particularly a mobile phone.
Since the map information is rotated and scrolled by the map information processing means based on the azimuth angle obtained from the magnetic field vector value of the magnetic sensor, the traveling direction of the mobile terminal device is always set in a predetermined specific direction in the display unit plane. The direction of the map information matches the direction of travel, so that it does not give the user a sense of incongruity, and the correct orientation and position can be understood dynamically. .
Furthermore, since the position information by GPS is complemented by the direction information by the geomagnetic sensor, the error information accumulated by the integration method can be eliminated as much as possible, and a highly accurate position display system can be provided.
The features in the first embodiment are defined in the following items.
(Item 1-1) A flux gate type magnetic sensor comprising: a position detecting means for detecting a position based on a GPS signal in a portable terminal device; and a sensor substrate in which a magnetic field detection coil substrate and an excitation coil substrate are stacked above and below the sensor core. Or an azimuth detecting means for detecting an azimuth by a geomagnetic sensor using a Hall element or a magnetoresistive element, an arithmetic means for correcting position information by the position detecting means by the azimuth detecting means, and map information in which map information is stored Storage means, position information display means for displaying the current position determined based on the calculation means together with the map information, and map information displayed by the position information display means in accordance with the change of the azimuth of the current position. Display processing means for rotating and scrolling by a change angle based on an output signal from the detection means, When the azimuth is changed by the movement of the terminal device, the map information is rotated by the display processing means, the current position of the mobile terminal device is displayed on the display section of the position information display means, and the moving traveling direction is always in the plane of the display section. The position information display system is characterized in that it is displayed so as to face a predetermined specific direction.
(Item 1-2) The magnetic field detection coil substrate of the fluxgate type magnetic sensor includes a first detection coil substrate having a coil pattern for forming an X-axis direction component magnetic field detection coil, and a Y-axis direction component magnetic field detection coil formation. A second detection coil substrate having a coil pattern, the excitation coil substrate having an annular coil pattern for forming an excitation coil, and a through hole connected to each coil pattern at an edge of the sensor substrate The position information display system according to (Item 1-1).
(Item 1-3) The position information display system according to (Item 1-1), wherein the current position of the mobile terminal device is always displayed with the upper side direction in the display unit plane of the position information display means as the traveling direction.
(Item 1-4) The position information display means includes visual display means such as images and characters, and auditory display means composed of sound, and the current position and / or movement progress is displayed with sound together with sound. (Item 1-1) The positional information display system according to the description.
(Item 1-5) When the map information displayed by the position information display means is rotated by the display processing means, before the characters included in the map information are rotated with respect to the specific direction. The positional information display system according to (Item 1-1), wherein the positional relationship is maintained.
(Item 1-6) The magnetic sensor decomposes the geomagnetism into an X-axis direction magnetic field component and a Y-axis direction magnetic field component, and outputs this as an analog value signal. The arithmetic means converts the analog signal into a digital signal. The position of the current location is measured, and the display processing means rotates the map information in the required direction using the angle to the current location as the rotation angle when the north magnetic pole direction is set to 0 degrees (item 1-1). Location information display system.
(Item 1-7) The position information display system according to (Item 1-1), wherein the position information display means displays the shortest route or required time to the destination.
<Second Embodiment>
A geomagnetic sensor has been conventionally used to measure the magnetic orientation of an observation point. The geomagnetic sensor is installed on the horizontal plane at the observation point, and detects a biaxial component of the geomagnetic vector on the horizontal plane. The magnetic orientation is calculated from the biaxial components detected by the geomagnetic sensor.
Applications for displaying map information on mobile devices such as mobile phones and mobile terminal devices are expanding. For this purpose, it is assumed that the geomagnetic sensor is incorporated into a portable device, and a small and high-performance geomagnetic sensor is required. The present inventor has made the present invention based on the above recognition, and aims to provide a small and high-performance geomagnetic sensor.
An aspect of the second embodiment relates to a fluxgate type magnetic sensor. A magnetic detection unit including a sensor coil (X coil, Y coil) and a toroidal coil that generates an alternating magnetic field that excites them, and a signal processing circuit that processes an output signal of the magnetic detection unit are provided.
The magnetic detection unit may be formed by integrating a plurality of substrate layers, and these substrate layers constitute the coil portions of the sensor coil (X coil, Y coil) and the toroidal coil by a substrate pattern. It may be a thing.
The signal processing circuit includes a directionality dependent circuit provided independently for each of the X coil and the Y coil. Each direction-dependent circuit includes first and second analog switches configured such that one is turned on and the other is turned off according to the frequency of the alternating magnetic field, and an active first integration that integrates the output of the first analog switch. Circuit, an active second integrating circuit for integrating the output of the second analog switch, a differential amplifier for amplifying the difference between the first integrating circuit and the second integrating circuit, and the output of the differential amplifier as a digital signal It is comprised from the A / D converter converted into.
A fluxgate magnetic sensor according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a block diagram of the fluxgate type magnetic sensor 300, showing the X coil pattern 41a of the magnetic detection unit 100 shown in FIG. 2 and the signal processing circuit 200 corresponding thereto. One end of the X coil pattern 41a is grounded, but may be connected to the plus side of the operational amplifier in the first integration circuit 24 and the second integration circuit 26.
The signal processing circuit 200 outputs the output of the first analog switch 20, the second analog switch 22, the active first integration circuit 24 that integrates the output of the first analog switch 20, and the output of the second analog switch 22. An active second integrating circuit 26 that integrates, a differential amplifier 28 that amplifies the difference between the first integrating circuit 24 and the second integrating circuit 26, and an A / A that converts the output of the differential amplifier 28 into a digital signal. The D converter 30 is arranged as shown in FIG. The integration constant and the differential amplifier 28 in the first integration circuit 24 and the second integration circuit 26 are determined according to the capability of the A / D converter 30.
In the signal processing circuit 200, the frequency f corresponding to the period of the alternating magnetic field. 0 Accordingly, the first analog switch 20 and the second analog switch 22 are alternately turned on / off. The respective output voltages are integrated by the first integration circuit 24 and the second integration circuit 26, and the difference between them is amplified by the differential amplifier 28, whereby an output voltage corresponding to the magnetic field component in the X-axis direction is obtained. be able to. The output voltage is converted from analog to digital by the A / D converter 30, and the magnetic component data in the X-axis direction is transferred to the CPU portion. The signal processing circuit 200 is provided independently for each of the X coil and the Y coil (not shown), but the same processing is performed on the signal detected from the Y coil.
By performing the signal processing on the output voltages detected from the X coil and the Y coil, digital data corresponding to the magnetic components in the X axis direction and the Y axis direction can be obtained, and the magnetic direction can be known.
According to the second embodiment of the present invention, signal processing for specifying the magnetic orientation in the fluxgate magnetic sensor is realized.
Features in the second embodiment are defined in the following items.
(Item 2-1) A fluxgate type magnetic sensor including an XY coil and a magnetic detector including a toroidal coil that generates an alternating magnetic field that excites them, and a signal processing circuit that processes an output signal of the magnetic detector. ,
The signal processing circuit includes two directionality dependent circuits provided independently corresponding to the XY coils,
Each direction-dependent circuit
First and second analog switches configured such that one of the signals output from the corresponding coil is turned on and the other is turned off according to the frequency of the alternating magnetic field;
An active first integrating circuit for integrating the output of the first analog switch;
An active second integrating circuit for integrating the output of the second analog switch;
A differential amplifier for amplifying a difference between the first integrating circuit and the second integrating circuit;
An A / D converter that converts the output of the differential amplifier into a digital signal;
A geomagnetic sensor comprising:
(Item 2-1) A fluxgate type magnetic sensor including an XY coil and a magnetic detector including a toroidal coil that generates an alternating magnetic field that excites them, and a signal processing circuit that processes an output signal of the magnetic detector. ,
The magnetic detection unit is formed by integrating a plurality of substrate layers, and each of these substrate layers constitutes a coil portion of an XY coil and a toroidal coil by a substrate pattern,
The signal processing circuit includes two directionality dependent circuits provided independently corresponding to the XY coils,
Each direction-dependent circuit
First and second analog switches configured such that one of the signals output from the corresponding coil is turned on and the other is turned off according to the frequency of the alternating magnetic field;
An active first integrating circuit for integrating the output of the first analog switch;
An active second integrating circuit for integrating the output of the second analog switch;
A differential amplifier for amplifying a difference between the first integrating circuit and the second integrating circuit;
An A / D converter that converts the output of the differential amplifier into a digital signal;
A geomagnetic sensor comprising:
<Third Embodiment>
The third embodiment aims to realize a more compact magnetic sensor. Hereinafter, a technology for manufacturing a magnetic sensor and a direction sensor incorporating the magnetic sensor in a small size will be described.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an orientation sensor 500 according to the third embodiment of the present invention. This azimuth sensor 500 includes a magnetic sensor 600, an inclination sensor 700, an atmospheric pressure sensor 800, and a temperature sensor 900, and has a function of detecting the position, azimuth, height, and the like. In the azimuth sensor 500, the magnetic sensor 600, the tilt sensor 700, the atmospheric pressure sensor 800, and the temperature sensor 900 may be formed separately. However, in order to be mounted on a portable terminal device or the like, the magnetic sensor 600, the inclination sensor 700, and the temperature sensor 900 are constructed on a single substrate. It is preferable to be formed small. The magnetic sensor 600 includes at least three magnetic detection elements that detect each of the three XYZ components of the magnetic vector. It is preferable that the tilt sensor 700 has a function of detecting the tilt angle of the substrate and can detect the tilt angles in the three-axis directions of XYZ. The tilt angle in the X-axis direction may be called the pitch angle, and the tilt angle in the Y-axis direction may be called the roll angle. The atmospheric pressure sensor 800 detects the pressure of the outside air. The temperature sensor 900 detects temperature. The detected temperature is used to correct a deviation in the output of the magnetic sensor 600 due to a temperature drift.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the tilt sensor 700. The tilt sensor 700 has a weight body 702. When an acceleration component is applied to the weight body 702, distortion occurs in the support member 704 that supports the weight body 702, and the inclination is measured by detecting this distortion with a resistor. Although only one support member 704 is shown in the drawing, the weight body 702 is preferably supported by a plurality of support members 704 from the three axial directions of XYZ. These support members 704 are preferably configured to include piezoelectric elements. The tilt sensor 700 detects tilt angles in the XYZ triaxial directions. Since the tilt of the magnetic sensor 600 is detected as the tilt angle in the Z-axis direction, the tilt angle detected in the X-axis and Y-axis directions can be corrected.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the magnetic sensor 600. The magnetic sensor 600 functions as a three-axis magnetic sensor, and includes a first magnetic detection element 602 that detects a magnetic component in the X-axis direction, a second magnetic detection element 604 that detects a magnetic component in the Y-axis direction, and magnetism in the Z-axis direction. A third magnetic detection element 606 for detecting the component is provided.
In the first and second embodiments, the description has focused on an example in which the magnetic components in the X-axis direction and the Y-axis direction are detected by a fluxgate type magnetic sensor. Since the fluxgate type magnetic sensor requires a ring core that is a coil, the configuration is slightly large. For this reason, there is no problem when the fluxgate type magnetic sensor is mounted on a vehicle or the like that has a sufficient arrangement space. However, when the fluxgate type magnetic sensor is built in a small terminal device such as a mobile phone, the housing is in relation to other built-in elements. It was necessary to devise the arrangement design in the body.
On the other hand, it is known that magnetoresistive effect elements such as MR elements and magnetic sensitive elements such as Hall elements can be formed smaller than a fluxgate type magnetic sensor. In addition, it has been difficult to successfully produce MR elements or Hall elements. Therefore, the third embodiment provides a technique for forming the magnetic sensor 600 in a small size, and particularly provides a technique for forming the magnetic sensor 600 on one substrate together with other sensors such as a tilt sensor.
In the magnetic sensor 600, at least the first magnetic detection element 602 and the second magnetic detection element 604 are preferably MR elements or Hall elements, and the third magnetic detection element 606 is similarly an MR element or Hall element. preferable. By forming all the magnetic detection elements as MR elements or Hall elements, the magnetic sensor 600 can be formed using a series of semiconductor manufacturing processes.
The first magnetic detection element 602 and the second magnetic detection element 604 are configured with a predetermined angle with respect to the surface of the substrate 610, and are biaxial in directions parallel to the substrate surface (X-axis direction and Y-axis direction). Each magnetic component is detected. Here, the first magnetic detection element 602 and the second magnetic detection element 604 are preferably formed so as to be substantially upright on the surface of the substrate 610. Further, on the surface of the substrate 610, the first magnetic detection element 602 and the second magnetic detection element 604 are preferably arranged so that the direction parallel to the respective surfaces is 90 °. The third magnetic detection element 606 is formed on the surface of the substrate 610 and detects a magnetic component in a direction perpendicular to the substrate surface (Z-axis direction).
Each magnetic detection element has a magnetoresistive film having a thin film structure represented by a general formula (Co1-aFea) 100x-y-zLxMyOz. The magnetic film may have a magnetic permeability of 1,000,000 le or more, and may be configured using a rare earth metal capable of detecting a magnetic field of 1 μT or more and a nano-order magnetic metal powder.
In the manufacturing process of the magnetic detection element, it is preferable that a magnetic detection element which is an MR element or a Hall element is first formed on a substrate, and then the formed magnetic detection element is fixed to a polyimide film. In this example, the first magnetic detection element 602 and the second magnetic detection element 604 are fixed to a polyimide film. At least a portion of the polyimide film is fixed to the substrate.
The polyimide film has a property of shrinking when a predetermined heat is applied. In the third embodiment, the heat shrink property of the polyimide film is used, and after the magnetic detection element is fixed to one surface of the polyimide film, it exists between the area where the magnetic detection element is fixed and the area fixed to the substrate. A part of the area to be heated is linearly heated and contracted, and the area to which the magnetic detection element is fixed is bent in a desired direction. In this way, it is possible to create a magnetic detection element that is substantially upright on the surface of the substrate 610. A method for configuring the first magnetic detection element 602 upright on the substrate will be described below. Note that the second magnetic detection element 604 can also be made upright by the same method.
In the magnetic sensor 600 shown in FIG. 10, the two magnetic detection elements 602 and 604 are configured upright, but in another example, the two magnetic detection elements are formed on the plane of the substrate 610, One magnetic detection element may be configured upright on the substrate 610. At this time, the two magnetic detection elements formed on the plane of the substrate 610 detect the vertical magnetic field and the horizontal magnetic field of the magnetic vector, and the magnetic detection element configured upright has a component perpendicular to these magnetic fields. What is necessary is just to detect.
Hereinafter, a process for manufacturing the magnetic sensor 600 shown in FIG. 10 will be described.
FIG. 11A is a diagram showing a state in which the first magnetic detection element 602 is formed on the first silicon substrate 620. Although not shown, in this step, the second magnetic detection element 604 and the third magnetic detection element 606 are simultaneously formed on the first silicon substrate 620 in the same manner. Each magnetic sensing element is formed using a semiconductor manufacturing process.
FIG. 11B is a diagram showing a state in which a polyimide film 622 is bonded to the upper side of the first magnetic detection element 602. For example, when polyimide mixed with silica is used, the polyimide film 622 can be thermally bonded to the first silicon substrate 620 by heating to approximately 365 ° C. Then, the polyimide film 622 above the first magnetic detection element 602 is cut by etching in accordance with the shape of the first magnetic detection element 602. Further, silicon existing below the first magnetic detection element 602 is removed by etching. At this time, it is preferable that the polyimide film 622 positioned above the third magnetic detection element 606 that does not need to be erected is removed by etching. Note that wiring and circuit elements necessary for each magnetic detection element are formed on the first silicon substrate 620 or on the polyimide film 622.
FIG. 11C is a top view of the polyimide film 622. The polyimide film 622 is formed with a rectangular bent region 626 having cuts on three sides. The bent region 626 is formed with a cut so as to cover at least the first magnetic detection element 602 below. The bent region 626 may be formed after the polyimide film 622 is bonded to the first silicon substrate 620 as described above, or may be formed in advance before bonding.
FIG. 11D is a diagram showing a state in which the first magnetic detection element 602 is erected by bending the polyimide film 622 upward. The polyimide film 622 has a characteristic of being thermally contracted when heated to a high temperature. In the present embodiment, by utilizing the characteristics, a part of the polyimide film 622 is heated, the polyimide film 622 is bent, and the first magnetic detection element 602 is erected in a direction perpendicular to the surface of the first silicon substrate 620. Let As a matter of course, the polyimide film 622 may be bent downward.
FIG. 11E is a diagram showing a state in which the polyimide film 622 is fixed to the side portion of the second silicon substrate 624. The second silicon substrate 624 has an opening 628 formed in accordance with the shape of the bent region 626 of the polyimide film 622, and the portion that contacts the polyimide film 622 functions as a pressing member for fixing the polyimide film 622. To do. Specifically, the surface of the polyimide film 622 opposite to the side to which the first magnetic detection element 602 is fixed is fixed to the pressing member. The second silicon substrate 624 on the third magnetic detection element 606 is preferably formed with an opening by etching. The second silicon substrate 624 may be fixed to the polyimide film 622 before the first magnetic detection element 602 is upright, or may be fixed after the upright. The side portions (pressing members) of the polyimide film 622 and the second silicon substrate 624 are preferably heated and thermally bonded.
Through the above process, the first magnetic detection element 602 standing upright on the surface of the substrate is formed. In order to manufacture the magnetic sensor 600 shown in FIG. 10, it is preferable to form the second magnetic detection element 604 at the same time. The second silicon substrate 624 is etched and removed in other regions so as to leave only the pressing member for fixing the first magnetic detection element 602 and the second magnetic detection element 604 as necessary. May be. In the third embodiment, since the magnetic sensor is formed as an integral structure by using the silicon substrate and the polyimide film, it is possible to contribute to miniaturization of the magnetic sensor. In addition, since other sensors, that is, a tilt sensor, an atmospheric pressure sensor, and the like can be formed on the silicon substrate, a very compact azimuth sensor as a whole can be manufactured.
FIG. 12A shows the silicon wafer 650 before dicing. On the silicon wafer 650, a scribe line, which is a cutting margin for cutting into chips, is formed by etching. FIG. 12B is a partial cross-sectional view of the silicon wafer 650. Due to the etching characteristics of silicon, the sidewall 656 of the scribe line 652 is formed with an inclination of about 67 degrees with respect to a plane parallel to the wafer surface. In the figure, a dotted line is a cut line at the time of dicing.
FIG. 12C is a diagram showing a state in which the magnetic detection element 654 is formed on the side wall 656 of the scribe line 652. Thus, by forming the magnetic detection element 654 on a surface having a predetermined angle with respect to the surface of the silicon wafer 650, it is possible to easily manufacture a triaxial magnetic sensor. Since the magnetic detection element 654 is not configured to be perpendicular to the surface of the silicon substrate, the detected magnetic component is corrected based on the angle of the inclined surface (67 degrees).
A magnetic sensor mounted on a mobile terminal device or the like may detect not only a natural magnetic field but also a dynamic magnetic field generated in the mobile terminal device or in an urban area or an area where a traffic network is developed. . Therefore, in order to extract only the component of the natural magnetic field, it is necessary to delete the dynamic magnetic component from the detected magnetic component. When a conventional biaxial magnetic sensor is used, the magnetic field intensity cannot be obtained, so that this dynamic magnetic component cannot be efficiently removed.
On the other hand, the magnetic sensor 600 according to the present embodiment can detect magnetic components in the three-axis directions, so that the magnetic field strength can be measured. For example, in the magnetic sensor 600, when a predetermined magnetic field strength is set and recorded in the recording unit in advance, when a magnetic component exceeding the set strength is detected, the magnetic component can be judged as noise and canceled. It becomes. Thus, since the magnetic sensor 600 can detect the magnetic field intensity, it is possible to realize automatic calibration by the arithmetic processing of the CPU 6.
When detecting the geomagnetic component, if the magnetic sensor 600 is tilted, it is necessary to correct the tilt by the output value of the tilt sensor. When a conventional biaxial tilt sensor (acceleration sensor) is used, only correction data in the X-axis and Y-axis directions can be obtained, and the tilt of the tilt sensor itself cannot be detected. Therefore, when using a 2-axis tilt sensor, it is necessary to calibrate with the Z-axis component of the tilt sensor set to 0, that is, with the tilt sensor horizontal, to correct the detection value of the magnetic sensor. was there.
Since the tilt sensor 700 according to the third embodiment can detect the tilt angle in the triaxial direction, it does not require calibration performed with the tilt sensor horizontal. In addition, since the weight body 702 is used, the tilt sensor 700 can be compactly formed on one substrate together with the magnetic sensor 600 and the like. According to the tilt sensor 700, automatic calibration of the tilt angle by the arithmetic processing of the CPU 6 can be realized without being aware of the user, and the output of the magnetic sensor 600 with very high accuracy can be obtained. Become.
When the map information is distributed on the mobile terminal device, the direction sensor 500 can measure the position and the direction with very high accuracy. Therefore, the map information can be obtained by the mobile terminal device alone without acquiring the position information from the GPS. Can be processed and displayed. For example, the map information may be cut out and displayed by installing application software such as JAVA (registered trademark) in advance in the mobile terminal device. Of course, as described in the first embodiment, the direction sensor 500 incorporated in the mobile terminal device and the GPS may cooperate to measure the position and orientation of the mobile terminal device. . In any case, it is preferable that the mobile terminal device can display the distributed map information in an enlarged or reduced manner according to its own screen size.
Further, by mounting the atmospheric pressure sensor 800 on the mobile terminal device, it is possible to measure the height at which the mobile terminal device is located. Since the measured value of atmospheric pressure changes depending on the climate, the relationship between the atmospheric pressure on the ground surface (absolute atmospheric pressure) and the increase in atmospheric pressure at a position higher than the ground surface (relative atmospheric pressure) should be recorded in the recording unit as a table in advance. Is preferred. The relationship between absolute atmospheric pressure and relative atmospheric pressure may be stored in the recording unit in the form of an arithmetic expression. The CPU 6 calculates the absolute atmospheric pressure and the relative atmospheric pressure based on the output value of the atmospheric pressure sensor 800 and identifies the height, and identifies the current position (latitude and longitude) of the mobile terminal device based on the output value of the magnetic sensor 600. As a result, it is possible to determine the floor of the building. For example, if it is determined that the mobile phone is located on the third floor of a building, it is possible to display store information on the third floor of the building on the display screen of the mobile terminal device. An apparatus can be realized.
By manufacturing the triaxial magnetic sensor 600, the triaxial tilt sensor 700, and the like on one substrate, it is possible to form the highly accurate azimuth sensor 500 in a very compact manner. The direction sensor 500 has been mainly described as being incorporated into a mobile terminal device, but it is easily understood by those skilled in the art that it may be incorporated into a vehicle or other large mobile device. is there.
Industrial applicability
As described above, the present invention can be used for a device for displaying position information, and a magnetic sensor or a direction sensor incorporated in the display device.
[Brief description of the drawings]
The above-described object and other objects, features, and advantages will become more apparent from the preferred embodiments described below and the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded explanatory diagram illustrating an example of a magnetic detection unit included in the magnetic sensor.
FIG. 3 is an explanatory diagram of magnetic vectors for obtaining the rotation angle of the map information.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing map information of the current position specified by GPS.
FIG. 5 is a diagram illustrating a map information processing process by the map information display processing unit, and is an explanatory diagram illustrating a map selected and classified based on the azimuth angle from the map information of FIG. 4.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a map in a state where the selection map of FIG. 5 is rotated based on the azimuth angle.
FIG. 7 is a configuration diagram of a fluxgate type magnetic sensor according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of an orientation sensor according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the tilt sensor.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a magnetic sensor.
FIG. 11A is a view showing a state in which the first magnetic detection element is formed on the first silicon substrate, and FIG. 11B is a view showing a state in which a polyimide film is adhered above the first magnetic detection element. 11 (c) is a top view of the polyimide film, and FIG. 11 (d) is a diagram showing a state in which the polyimide film is bent upward to bring the first magnetic detection element upright, and FIG. ) Is a diagram showing a state in which polyimide is fixed to the side portion of the second silicon substrate.
12A is a view showing a silicon wafer before dicing, FIG. 12B is a partial cross-sectional view of the silicon wafer, and FIG. 12C shows a magnetic detection element formed on the side wall of the scribe line. It is a figure which shows a state.
