JP2004205331A

JP2004205331A - 磁気検出装置及び磁気検出機能付き電子機器

Info

Publication number: JP2004205331A
Application number: JP2002374512A
Authority: JP
Inventors: Haruo Ono; 治夫小野
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】形状的に小型で且つ安価な磁気検出装置及び磁気検出機能を備えた電子機器を提供することを目的とする。
【解決手段】回路基板１には、バイアス磁界を発生するための複数の平行な配線パターン９及び１２が互いに直交する方向に形成されており、これら配線パターン９及び１２に電流を流した時のバイアス磁界の発生領域に磁気センサ２及び５がそれぞれ取り付けられる。この構成によって、磁気センサ２はＹ軸方向の磁界が検出出来、磁気センサ５はＸ軸方向の磁界が検出出来るので、両センサの検出出力を基に磁気を検出することが可能になる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気検出装置及び磁気検出機能付き電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の方位検出などに用いられる磁気検出装置は、磁気抵抗素子がパターン形成された基板を銅線などのコイルで螺旋状に巻回し、この巻回したコイルに電流を流すことによってバイアス磁界を発生させるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
また、磁気抵抗素子が形成された基板の上下を保護膜で覆い、保護膜上に複数の導体パターンを形成すると共に複数の導体パターンそれぞれを直列接続させて一本のコイルを螺旋状に巻回したのと同様の構成にすることも考えられている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実開平４−５１６８０号公報
【特許文献２】
特開２００２−２２８４４７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の方法では、磁気抵抗素子が形成された基板の周囲を立体的にコイル或いは導体パターンで巻回しなければならないので磁気検出装置自体の形状が大きくなるという欠点があった。また、コイルを用いる場合はその費用や、コイルを巻く作業が必要なので高コストになり、保護膜上に導体パターンを形成する方法では保護膜の形成やそれぞれのパターンの接続工程が必要とされ、やはり高コストになる欠点があった。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、形状的に小型で且つ安価な磁気検出装置及び磁気検出機能を備えた電子機器を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の磁気検出装置は、両端部が共通接続されたバイアス磁界発生用の複数の平行配線パターンが形成された基板と、この基板に形成された前記複数の平行配線パターンが発生するバイアス磁界の範囲内に配置される磁気センサとを備えたことを特徴としている。
この構成によれば、両端部が共通接続された複数の平行配線パターンに電流を流すことにより複数の平行配線パターンには全て同方向に同じ電流を流すことが出来、良好なバイアス磁界を発生させることが出来るものである。
【０００７】
また、請求項２に記載の磁気検出装置は、互いに直交する方向にバイアス磁界発生用の第１及び第２のパターンが形成された基板と、この基板に形成された前記第１及び第２のパターンが発生するバイアス磁界の範囲内にそれぞれ配置される第１及び第２の磁気センサとを備えたことを特徴とするものである。即ち、磁気の大きさを検出する場合にあっては、Ｘ方向及びＹ方向の磁界の大きさを検出する必要があり、そのために２つの磁気センサ及びこれらにバイアス磁界を発生させる手段を必要とするが、上記の構成にあっては基板上に両方向のバイアス磁界発生用パターンを形成し得るものである。
【０００８】
更に、請求項７に記載の磁気検出機能付き電子機器は、バイアス磁界発生用のパターンが形成された回路基板と、この回路基板に形成された前記パターンが発生するバイアス磁界の範囲内にそれぞれ配置される第１及び第２の磁気センサと、前記第１及び第２のパターンにバイアス磁界発生用の信号を供給するバイアス信号供給回路と、前記磁気センサからの信号を受けて磁気を検出する磁気検出手段とを備えたことを特徴とするものであり、回路基板上に形成されたパターンをバイアス磁界発生用に用いることによってこのパターンに対応させて磁気センサを取り付けて電子回路で制御することによって電子機器に磁気検出機能を持たせることが出来るものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態による磁気検出装置の構造を示す平面図であり、図２は、その一部の断面図である。図１において、１はガラス又はセラミックからなる絶縁性の回路基板であり、この回路基板１には、導体からなる複数の配線パターンＳＹ、Ｌ１、ＳＣ、Ｌ２、ＳＸが印刷、エッチング或いは蒸着などによって形成されている。前記配線パターンＳＹの端部３は、磁気センサ２を取り付けるために幅広に形成され（以下、この部分を接続ランド３と称呼する。）、また、配線パターンＳＣの端部には、前記接続ランド３に対向する位置に形成された接続ランド４ともう一つの磁気センサ５を取り付けるための接続ランド６とが形成されている。更に、前記接続ランド６に対向する位置には配線パターンＳＸの接続ランド７が形成されている。
【００１１】
配線パターンＬ１の一端部８には、幅狭（微細）な複数の平行な配線パターン９が形成されており、前記一端部８は前記複数の平行な配線パターン９の共通接続電極となっている。前記複数の平行な配線パターン９は、前記接続ランド３と接続ランド４との間に延出形成されており、その端部にはこれら複数の並行な配線パターン９を共通接続させる配線パターン１０が形成されている。この配線パターン１０は前記共通接続部分から更に延出形成され途中で９０度折曲されていて、その一端部１１が複数の平行な配線パターン１２の共通電極となっている。
【００１２】
前記複数の平行な配線パターン１２は、前記接続ランド６と接続ランド７との間に延出形成されており、その端部にはこれら複数の並行な配線パターン１２を共通接続させる配線パターンＬ２と接続されている。
【００１３】
前記接続ランド３及び４に取り付けられる前記磁気センサ２並びに前記接続ランド６及び７に取り付けられる前記磁気センサ５は同一構成の磁気センサであり、
図２に示す磁気センサ５のように、樹脂製のケース１３と、このケース１３の下面に取り付けられた基板１４とから構成される。基板１４の上面には、図１に波線で示すように両端部に接続電極１５、１６（磁気センサ２では１７、１８）が形成され、この接続電極１５、１６の間に磁気抵抗素子からなる抵抗パターン１９（磁気センサ２では２０）がパターンの形成方向が同一となるように形成されているものである。
【００１４】
また、前記接続電極１５及び１６（磁気センサ２では１７、１８）は、詳細は図示していないが、基板１４に設けたスルホールなどを介して基板１４の下面に延出され、矢印Ａで示す位置に取り付けた際に接続ランド６、７（磁気センサ２では３、４）にそれぞれ電気的接続されるものである。
【００１５】
図２は、磁気センサ５を接続ランド６、７に取り付けた後の線Ｂにおける断面図を示している。尚、実際には配線パターン１２は多数のパターン断面で表されるものであるが、省略して一つのパターンで示してある。
【００１６】
図３は、上記図１の磁気検出装置の駆動回路を示した図であり、バイアス磁界発生回路２１の出力端子ＬＡからはバイアス電流が出力されて図１の配線パターンＬ１に送られる。このバイアス電流は複数の平行な配線パターン９においてバイアス磁界を発生させ、更に、配線パターン１０を介して複数の平行な配線パターン１２に送られ、ここでもおいてもバイアス磁界を発生させ配線パターンＬ２を介して端子ＬＢに帰還する。
【００１７】
配線パターン９によるバイアス磁界の発生領域２２（図１参照）に取り付けられた磁気センサ２の接続ランド４及び配線パターン１２によるバイアス磁界の発生領域２３（図１参照）に取り付けられた磁気センサ５の接続ランド６には、それぞれセンサ出力処理回路２４の出力端子ＳＺからの基準電圧（駆動電圧）が配線パターンＳＣを介して与えられており、基準電圧は接続ランド４を介して磁気センサ２の接続電極１８に供給され、また、接続ランド６を介して磁気センサ５の接続電極１５に送られる。
【００１８】
一方、磁気センサ２の接続端子１７から出力される電圧は、図１の接続ランド３及び配線パターンＳＹを介してセンサ出力処理回路２４の端子ＳＡに入力され、また磁気センサ５の接続電極１６から出力される電圧は接続ランド７及び配線パターンＳＸを介してセンサ出力処理回路２４の端子ＳＢに入力される。
【００１９】
センサ出力処理回路２４では、端子ＳＡに入力された電圧からＹ軸方向の磁界の強さを求め、端子ＳＢに入力された電圧からＸ軸方向の磁界の強さを求め、これらＹ軸及びＸ軸方向の磁界の強さからベクトル演算を行って方位データを算出するものである。
【００２０】
上記の構成においては、基板１に微細な複数の平行な配線パターン９を形成すると共に、この配線パターンと直行する方向に微細な複数の平行な配線パターン１２を形成することによって、これらの配線パターン９、１２の形成領域に平行なバイアス磁界の発生領域２２、２３をそれぞれ生じさせることが出来、このバイアス磁界の発生領域２２、２３に、バイアス磁界と直交する方向に抵抗パターン２０、１９が形成された磁気センサ２、５を配置することにより磁気の検出が可能となるものである。特に、上記の構成では、配線パターン９、１２に近接して磁気センサ２、５の磁気抵抗素子からなる抵抗パターン１９（磁気センサ２では２０）が形成された基板１４が配置されるため、抵抗パターン１９、２０は大きなバイアス磁界を受けることが出来、良好な検出が可能となるものである。
【００２１】
図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の他の実施の形態を示している。図４（ａ）においては、回路基板を基板１Ａ及び基板１Ｂからなる多層基板で形成し基板１Ａ上に図１に示した配線パターンＳＹ、ＳＣ及びＳＹを形成し、基板１Ａ及び１Ｂ間に配線パターンＬ１、Ｌ２、１０、９、１２を形成したものである。そして、配線パターン９及び１２は、基板１Ａに取り付けられる磁気センサ２及び５と重なる位置にそれぞれ形成されるものである。
【００２２】
一方、図４（ｂ）においては、回路基板１上に図１に示した配線パターンＳＹ、ＳＣ及びＳＹを形成し、回路基板１の裏面に配線パターンＬ１、Ｌ２、１０、９、１２を形成したものである。そして、この構成においても、配線パターン９及び１２は、回路基板１上に取り付けられる磁気センサ２及び５と重なる位置にそれぞれ形成されるものである。
【００２３】
しかして、これら図４（ａ）及び（ｂ）の構成においては以下の効果を有する。即ち、図１及び図２に示した構成では、磁界バイアスを発生する配線パターン９、１２が磁気センサ２及び５の下面に接するほど接近して配置されるので極めて大きな磁界を受ける利点があるものの、受ける磁界にばらつきが発生しないようにするためには磁気センサ２或いは５を、配線パターン９、１２に正確に並行配置する必要がある。例えば、半田で磁気センサ５を取り付けるような場合、接続ランド６及び７のいずれか一方に他方のランドよりも多くの半田が乗ってしまい半田浮きが発生すると、磁気センサ２は配線パターン１２に対して傾斜して取り付けられてしまい、正確な方位測定が出来なくなってしまうものである。
【００２４】
これに対して、図４（ａ）及び（ｂ）に示す構造では、配線パターン１２と磁気センサ５との距離が長くなるため、半田浮きに起因する距離の変化率が小さくなり、受ける磁界のバラツキを軽滅して正確な方位測定が可能となるものである。
【００２５】
図５及び図６は、更に本発明の他の実施の形態を示しており、図５は平面図、図６は断面図である。尚、図１及び図２と同一構成部には同一記号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２６】
回路基板４０は、図６に示すように基板４１と４２とからなる多層配線基板であり、基板４１の上面には、配線パターンＳＣに接続された接続ランド６、配線パターンＳＸに接続された接続ランド７が形成されている。また、配線パターンＳＣはスルホール４３を介して基板４２下面に延出され、基板４２下面に形成された接続ランド４に接続されている。また、基板４２下面の接続ランド４に対向する位置には配線パターンＳＹから延出された接続ランド３が形成されている。
【００２７】
前記接続ランド３、４、６及び７は、接続ランド３と４とを結ぶ線が接続ランド６と７とを結ぶ線に９０度の角度で直交するような位置関係となるように形成され、そして、前記接続ランド６及び７にはＸ軸用の磁気センサ５が取り付けられ、接続ランド３及び４にはＹ軸用の磁気センサ２が取り付けられる。
【００２８】
一方、基板４１と４２との間には、配線パターンＬ１とＬ２とが形成されており、また、これらを接続する複数の並行配線パターン４４が前記磁気センサ２及び５に対して４５度傾くように形成されている。
【００２９】
この構成によれば、複数の並行配線パターン４４が磁気センサ２及び５の両方に磁気バイアスを与えることが出来るので、実装面積を小さくすることが出来るものである。
【００３０】
図７は、本発明の磁気検出機能付き電子機器の実施の形態として、デジタル表示式腕時計の断面図を示している。
図において、腕時計ケース５０の上面には時計ガラス５１、下面には裏蓋５２が取り付けられており、また、側面には押釦５３が設けられている。時計回路基板５４の上面には半導体集積回路５５が取り付けられており、この半導体集積回路５５には、図示していないが基準信号を計数して現在時刻情報を得る時計回路、図３で示したバイアス磁界発生回路２１及びセンサ出力出力回路２４を含み方位情報を得る方位情報出力回路及びインターコネクタ５４を介して現在時刻データや方位データを表示する液晶表示装置５５を表示駆動する表示駆動回路等が含まれている。
【００３１】
一方、時計回路基板５４の下面には、基準信号を発生するための水晶発振回路６０、電源用の電池５８、５９が設けられている。また、時計回路基板５４の下面には、図１に示した各種配線パターンと同一の配線パターンが形成され磁気センサ２及び５が取り付けられているものである。
【００３２】
この磁気検出機能付き電子機器によれば、磁気センサにコイルを巻く必要がなく磁気センサ２及び５を回路基板に取り付けるだけで磁気センサ２及び５に磁界バイアスを与えることが出来て磁気を検出できるので、腕時計のような電子機器に採用しても機器自体を大型化する必要がないものである。
【００３３】
尚、上記の実施の形態では、本発明をデジタル表示式の腕時計に採用した例について述べたが、他の電子機器、例えば、携帯電話やカメラ、ゲーム機等どのような電子機器であっても本発明を適用できるものである
【００３４】
【発明の効果】
以上の如く、本発明の磁気検出装置によれば、基板にバイアス磁界発生用の複数の平行配線パターンを形成し、この平行配線パターンが発生するバイアス磁界の範囲内に磁気センサを配置するようにしたので、バイアス磁界発生のために銅線などのコイルを巻く必要がなく極めて小型の磁気検出装置を提供できるものである。
【００３５】
また、本発明による磁気検出機能付き電子機器は、電子機器の回路基板にバイアス磁界発生用のパターンを形成し、このパターンが発生するバイアス磁界の範囲内に磁気センサを配置するようにしたので、磁気センサを回路基板に取り付けるだけで磁気の検出が出来、バイアス磁界発生のために銅線などのコイルを巻く必要がなく極めて小型の磁気検出機能を持たせた電子機器を提供出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる磁気検出装置の平面図である。
【図２】図１の要部の断面図である。
【図３】図１の磁気検出装置の駆動回路を示した図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示した断面図である。
【図５】本発明の更に他の実施の形態を示した平面図である。
【図６】図５の要部断面図である。
【図７】本発明による磁気検出機能付き電子機器に係わる断面図である。
【符号の説明】
１回路基板
２，５磁気センサ
３、４、６、７接続ランド
９、１２配線パターン
１９、２０抵抗パターン
２２、２３バイアス磁界の発生領域
２４センサ出力処理回路

Claims

両端部が共通接続されたバイアス磁界発生用の複数の平行配線パターンが形成された基板と、
この基板に形成された前記複数の平行配線パターンが発生するバイアス磁界の範囲内に配置された磁気センサと、
を備えたことを特徴とする磁気検出装置。
互いに直交する方向にバイアス磁界発生用の第１及び第２のパターンが形成された基板と、
この基板に形成された前記第１及び第２のパターンが発生するバイアス磁界の範囲内にそれぞれ配置された第１及び第２の磁気センサと、
を備えたことを特徴とする磁気検出装置。
前記第１及び第２のパターンは、それぞれ両端部が共通接続された複数の平行配線パターンからなることを特徴とする請求項２に記載の磁気検出装置。
前記磁気センサには前記パターンと直交する方向に磁気抵抗パターンが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気検出装置。
前記パターンは前記基板の一方側表面に形成され、前記磁気センサは前記基板の他方側表面に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気検出装置。
前記基板は複数の基板を重ねた多層基板からなり、前記パターンは前記多層基板の内部に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気検出装置。
バイアス磁界発生用のパターンが形成された回路基板と、
この回路基板に形成された前記パターンが発生するバイアス磁界の範囲内にそれぞれ配置された第１及び第２の磁気センサと、
前記第１及び第２のパターンにバイアス磁界発生用の信号を供給するバイアス信号供給回路と、
前記磁気センサからの信号を受けて磁気を検出する磁気検出手段と、
を備えたことを特徴とする磁気検出機能付き電子機器。
前記回路基板に形成された前記パターンは、互いに直交する方向に形成された第１及び第２のパターンからなり、前記第１及び第２の磁気センサはそれぞれ前記第１及び第２のパターンに対応させて配置されていることを特徴とする請求項７に記載の磁気検出機能付き電子機器。
更に、検出された磁気から方位データを得ることを特徴とする請求項７に記載の磁気検出機能付き電子機器。