JP2009258042A - Rotation detecting device - Google Patents

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JP2009258042A JP2008109940A JP2008109940A JP2009258042A JP 2009258042 A JP2009258042 A JP 2009258042A JP 2008109940 A JP2008109940 A JP 2008109940A JP 2008109940 A JP2008109940 A JP 2008109940A JP 2009258042 A JP2009258042 A JP 2009258042A
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Kiyoshi Sato
清 佐藤
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Alps Alpine Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotation detecting device that is equipped with a magnet and a non-contact type magnetic sensor having a magnetoresistance effect element and can detect a rotational direction. <P>SOLUTION: In a reference state, the magnetic sensor 13 at a fixing side is disposed at a portion on a line extending from a rotational center of a rotary section 10 in a gravity direction, and the magnets 11, 12 supported by the rotary section 10 are respectively placed at positions separated from the rotational center in right and left sides of the magnetic sensor 13. The rotary section 10 is rotated from the reference state to the gravity direction along with rotation of a clockwise direction or a counterclockwise direction so as to maintain a constant posture in the gravity direction. At that time, relative positions of the magnetic sensor 13 and the magnets 11, 12 are close to each other so that the magnetic sensor 13 receives an external magnetic field from the magnets and an electric resistance value of the magnetoresistance effect element varies. As a result, the rotational direction can be detected by an output from the magnetic sensor 13 in accordance with the variation in the electric resistance value. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁石と磁気抵抗効果素子を有する非接触式の磁気センサとを備え回転方向を検知できる回転検出装置に関する。   The present invention relates to a rotation detection device including a magnet and a non-contact type magnetic sensor having a magnetoresistive effect element and capable of detecting a rotation direction.

携帯電話で例えば電子メールやインターネットを使用するとき、使用者の視線が携帯電話の画面表示部にほぼ直交するように、通常、携帯電話を立てた状態で使用する。ここで携帯電話を立てた状態を基準状態と称する。   For example, when using e-mail or the Internet on a mobile phone, the mobile phone is usually used in a standing state so that the user's line of sight is almost perpendicular to the screen display of the mobile phone. Here, the state in which the mobile phone is set up is referred to as a reference state.

またこの基準状態から携帯電話自体を回転させて横方向に90度傾けた状態で携帯電話に内蔵されたカメラを使用したり、あるいはテレビを見る使用用途がある。このとき、携帯電話を基準状態から時計方向あるいは反時計方向に回転させて90度傾けたときに、画面表示が使用者の視線に対して常に同じ向きを維持するようにするには携帯電話の回転方向を知る必要性がある。   In addition, the mobile phone itself may be rotated from the reference state and tilted 90 degrees in the horizontal direction to use a camera built in the mobile phone or to watch television. At this time, when the mobile phone is rotated clockwise or counterclockwise from the reference state and tilted by 90 degrees, the display of the mobile phone is always maintained in the same direction with respect to the user's line of sight. There is a need to know the direction of rotation.

特許文献1に記載された発明では、撮像鉛直方向検出部が携帯電話内に内蔵されている。しかし撮像鉛直方向検出部は、例えば特許文献1の[0037]欄に記載されているようにガラスなどで構成された筐体と、この筐体内に内包された水銀と、電極対等を備えるものであり、安価で小型の非接触式の回転検出装置を得ることが出来ない。また水銀を使用することで安全性を保つことができず、さらに高精度な回転検出を行うことが出来ないといった問題があった。   In the invention described in Patent Document 1, an imaging vertical direction detection unit is built in a mobile phone. However, the imaging vertical direction detection unit includes a casing made of glass or the like as described in [0037] column of Patent Document 1, mercury contained in the casing, an electrode pair, and the like. In addition, an inexpensive and small non-contact type rotation detection device cannot be obtained. In addition, there is a problem that the safety cannot be maintained by using mercury and the rotation detection with higher accuracy cannot be performed.

また特許文献2に記載された発明には、[0043]欄に記載されているように円筒状のケース内に移動自在の球体を封入して、重力による球体の移動を接片等で信号として取り出す傾斜センサが開示されている。しかしながら接触式の傾斜センサであるため信頼性に乏しい。   In the invention described in Patent Document 2, a movable sphere is enclosed in a cylindrical case as described in [0043], and the movement of the sphere due to gravity is used as a signal by a contact piece or the like. A tilt sensor is disclosed. However, since it is a contact-type tilt sensor, its reliability is poor.

また特許文献3に記載された発明では、ホール素子と磁石を用いた傾斜センサが開示されている。特許文献3の[0029]欄に記載されているように、磁石を備える回動体には欠損部が設けられ、[0032]欄に記載されているように、ホール素子にて欠損部を検知することで、車体が所定角度以上傾斜したことを検知できるとしている。しかしながら特許文献3に記載された発明では、時計方向あるいは反時計方向のどちらに車体が傾いたのかまで検知していない。またホール素子を備えた磁気センサを用いて回転方向を検知するには複数の磁気センサが必要になると考えられる。
特開2001−54084号公報 特開2006−243621号公報 特開2007−118868号公報
In the invention described in Patent Document 3, an inclination sensor using a Hall element and a magnet is disclosed. As described in [0029] column of Patent Document 3, the rotating body including the magnet is provided with a defect portion, and as described in [0032] column, the defect portion is detected by the Hall element. Thus, it is possible to detect that the vehicle body is tilted more than a predetermined angle. However, the invention described in Patent Document 3 does not detect whether the vehicle body is tilted clockwise or counterclockwise. Further, it is considered that a plurality of magnetic sensors are required to detect the rotation direction using a magnetic sensor provided with a Hall element.
JP 2001-54084 A JP 2006-243621 A JP 2007-118868 A

そこで本発明は上記従来の課題を解決するものであり、特に、磁石と磁気抵抗効果素子を有する非接触式の磁気センサとを備え回転方向を検知できる回転検出装置を提供することを目的としている。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and in particular, an object of the present invention is to provide a rotation detection device that includes a magnet and a non-contact type magnetic sensor having a magnetoresistive effect element and can detect the rotation direction. .

本発明は、磁石と、外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を備えた非接触式の磁気センサとを有し、前記磁石と前記磁気センサのうち一方が回動部に支持され、他方が固定部に支持された回転検出装置において、
前記磁石は少なくとも2個、前記磁気センサは1個用いられ、前記回動部は、重力方向に向けて回動可能に支持されており、
基準状態では、前記磁気センサは前記回動部の回動中心から重力方向上に配置され、前記磁石は、前記回動中心から前記磁気センサの左右両側に離れた位置に配置されており、
前記基準状態から時計方向あるいは反時計方向の回転に伴って前記回動部が重力方向に向けて回動して重力方向に一定の姿勢を保ち、このとき、前記磁気センサの前記磁石との相対位置が近づくことで前記磁気センサが前記磁石から外部磁界を受けて前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が変化し、この電気抵抗変化に基づく前記磁気センサからの出力により回転方向を知ることができることを特徴とするものである。
The present invention includes a magnet and a non-contact type magnetic sensor including a magnetoresistive effect element whose electric resistance value changes with respect to an external magnetic field, and one of the magnet and the magnetic sensor is a rotating part. In the rotation detection device that is supported and the other is supported by the fixed part,
At least two magnets and one magnetic sensor are used, and the rotating part is supported to be rotatable in the direction of gravity,
In the reference state, the magnetic sensor is arranged in the direction of gravity from the rotation center of the rotation unit, and the magnet is arranged at a position away from the rotation center on both the left and right sides of the magnetic sensor,
As the clockwise or counterclockwise rotation from the reference state, the rotating part rotates toward the gravitational direction and maintains a constant posture in the gravitational direction. At this time, the relative position of the magnetic sensor relative to the magnet As the position approaches, the magnetic sensor receives an external magnetic field from the magnet and the electric resistance value of the magnetoresistive effect element changes, and the rotation direction can be known from the output from the magnetic sensor based on this electric resistance change. It is characterized by.

本発明によれば、複数の磁石と磁気抵抗効果素子を有する非接触式の1個の磁気センサを備えており、基準状態から時計方向あるいは反時計方向に回転したときに、回動部の回動により磁気センサと磁石との相対位置が近づき、これにより、磁気センサが磁石から外部磁界を受けて前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が変化する。そしてこの電気抵抗変化に基づく磁気センサからの出力により回転方向を検知することができる。   According to the present invention, a non-contact type magnetic sensor having a plurality of magnets and a magnetoresistive effect element is provided, and when the rotating portion rotates clockwise or counterclockwise from the reference state, the rotating portion rotates. Due to the movement, the relative position between the magnetic sensor and the magnet approaches, so that the magnetic sensor receives an external magnetic field from the magnet and the electric resistance value of the magnetoresistive element changes. The direction of rotation can be detected by the output from the magnetic sensor based on this change in electrical resistance.

本発明では、前記磁気抵抗効果素子は、固定磁性層と前記固定磁性層に非磁性層を介して積層されたフリー磁性層とを有し、前記固定磁性層の磁化は一方向に固定されており、
前記基準状態では、一方の磁石は、前記磁気センサとの相対位置が近づいたときに前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の固定磁化方向と平行な外部磁界が作用するように、他方の磁石は、前記磁気センサとの相対位置が近づいたときに前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の固定磁化方向と反平行な外部磁界が作用するように、各磁石が着磁されていることが好ましい。
これにより簡単な構成で、適切に回転方向を知ることができる。
In the present invention, the magnetoresistive element has a pinned magnetic layer and a free magnetic layer laminated on the pinned magnetic layer via a nonmagnetic layer, and the magnetization of the pinned magnetic layer is pinned in one direction. And
In the reference state, one magnet has an external magnetic field parallel to the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer of the magnetoresistive effect element when the relative position with the magnetic sensor approaches, so that the other magnet The magnets are preferably magnetized so that an external magnetic field antiparallel to the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer of the magnetoresistive element acts when the relative position with the magnetic sensor approaches.
Thereby, it is possible to know the rotation direction appropriately with a simple configuration.

本発明では、前記磁気センサには、ある一方向の外部磁界に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した第1磁気抵抗効果素子と、前記一方向とは逆方向の外部磁界に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した第2磁気抵抗効果素子と、第1出力端子と、第2出力端子とを有し、
前記第1磁気抵抗効果素子の電気抵抗変化に基づく信号が前記第1出力端子から出力され、前記第2磁気抵抗効果素子の電気抵抗変化に基づく信号が前記第2出力端子から出力されることが好ましい。
In the present invention, the magnetic sensor includes a first magnetoresistive element using a magnetoresistive effect in which an electric resistance changes with respect to an external magnetic field in one direction, and an external magnetic field in a direction opposite to the one direction. A second magnetoresistive element utilizing a magnetoresistive effect that changes electrical resistance, a first output terminal, and a second output terminal,
A signal based on the electrical resistance change of the first magnetoresistive element is output from the first output terminal, and a signal based on the electrical resistance change of the second magnetoresistive element is output from the second output terminal. preferable.

上記により双極検知可能で2出力の磁気センサを得ることができる。そしてこの磁気センサを用いることで磁気センサを1個用いるだけで、回転方向を検知することができる。   As described above, a two-output magnetic sensor capable of bipolar detection can be obtained. By using this magnetic sensor, the direction of rotation can be detected by using only one magnetic sensor.

本発明の回転検出装置によれば、磁石と磁気抵抗効果素子を有する非接触式の磁気センサとを備え回転方向を検知できる。   According to the rotation detection device of the present invention, a rotation direction can be detected by including a magnet and a non-contact type magnetic sensor having a magnetoresistive effect element.

図1は、携帯電話の正面図、図2は、本実施形態における回転検出装置の回転方向検知の原理図、図3は図2とは別の実施形態を示す回転検出装置の概念図(正面図)、図4は、本実施形態における回転検出装置の側面図、図5は、図4とは異なる本実施形態における回転検出装置の側面図、図6、図7は本実施形態の磁気センサの回路図、図8は、第1磁気抵抗効果素子のヒステリシス特性を説明するためのグラフ(R−H曲線)、図9は第2磁気抵抗効果素子のヒステリシス特性を説明するためのグラフ(R−H曲線)、図10は、第1磁気抵抗効果素子及び第2磁気抵抗効果素子の層構造を示す部分断面図、図11は、主に固定抵抗素子の層構造を説明するための部分断面図、である。   FIG. 1 is a front view of a mobile phone, FIG. 2 is a principle diagram of rotation direction detection of the rotation detection device in this embodiment, and FIG. 3 is a conceptual diagram (front view) of a rotation detection device showing an embodiment different from FIG. 4) is a side view of the rotation detection device in the present embodiment, FIG. 5 is a side view of the rotation detection device in the present embodiment different from FIG. 4, and FIGS. 6 and 7 are magnetic sensors in the present embodiment. FIG. 8 is a graph (RH curve) for explaining the hysteresis characteristic of the first magnetoresistance effect element, and FIG. 9 is a graph (R for explaining the hysteresis characteristic of the second magnetoresistance effect element). -H curve), FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing the layer structure of the first magnetoresistive effect element and the second magnetoresistive effect element, and FIG. 11 is a partial cross section mainly for explaining the layer structure of the fixed resistance element. Figure.

図中のX1−X2方向、Y1−Y2方向、Z1−Z2方向は、互いに直交する関係となっている。   The X1-X2 direction, the Y1-Y2 direction, and the Z1-Z2 direction in the figure are orthogonal to each other.

図1(a)には折畳み式の携帯電話1を開いた状態を示している。図1(a)に示すように例えば携帯電話1は第1筐体2と第2筐体3とがヒンジ部4を介して連結された構成である。第1筐体2には画面表示部5やスピーカ8が設けられる。また第2筐体3には各種の操作釦6やマイク7が設けられる。   FIG. 1A shows a state in which the foldable mobile phone 1 is opened. As shown in FIG. 1A, for example, the mobile phone 1 has a configuration in which a first housing 2 and a second housing 3 are connected via a hinge portion 4. The first housing 2 is provided with a screen display unit 5 and a speaker 8. The second housing 3 is provided with various operation buttons 6 and a microphone 7.

図1に示すZ1方向は重力方向である。よって図1(a)は、携帯電話1を地表に対してほぼ直交方向に立てた状態を示している。ここで図1(a)の状態を「基準状態」とする。   The Z1 direction shown in FIG. 1 is the direction of gravity. Therefore, FIG. 1A shows a state in which the mobile phone 1 is set in a direction substantially orthogonal to the ground surface. Here, the state of FIG. 1A is referred to as a “reference state”.

今、図1(a)のように基準状態では、画面表示部5に花の絵が表示されているとする。図1(b)に示すように、基準状態から携帯電話1を時計方向(CW方向)に90度回転させたとき、基準状態で表示されていた花の絵が90度反時計方向(CCW方向)に回転し、また図1(c)に示すように、基準状態から携帯電話1を反時計方向(CCW方向)に90度回転させたとき、基準状態で表示されていた花の絵が90度時計方向(CW方向)に回転して、花の絵の向きが常に使用者の視線に対して一定となるように維持されている。   Assume that a flower picture is displayed on the screen display unit 5 in the reference state as shown in FIG. As shown in FIG. 1B, when the mobile phone 1 is rotated 90 degrees clockwise (CW direction) from the reference state, the flower picture displayed in the reference state is 90 degrees counterclockwise (CCW direction). ), And as shown in FIG. 1C, when the mobile phone 1 is rotated 90 degrees counterclockwise (CCW direction) from the reference state, the flower picture displayed in the reference state is 90 degrees. By rotating in the clockwise direction (CW direction), the orientation of the flower picture is always kept constant with respect to the user's line of sight.

本実施形態では、図1(a)の基準状態から携帯電話1を時計方向あるいは反時計方向に回転させたときにその回転方向を検知するための回転検出装置9が携帯電話1に内蔵されている。回転検出装置9は例えば画面表示部5がある第1筐体2に内蔵される。   In the present embodiment, the mobile phone 1 includes a rotation detection device 9 for detecting the rotation direction when the mobile phone 1 is rotated clockwise or counterclockwise from the reference state of FIG. Yes. For example, the rotation detection device 9 is built in the first housing 2 having the screen display unit 5.

図2(a)は図1(a)の基準状態、図2(b)は図1(b)に示すように携帯電話1を時計方向に90度回転させたときの状態、図2(c)は図1(c)に示すように携帯電話1を反時計方向に90度回転させたときの状態を示す回転検出装置9の概念図(正面図)である。図2(a)に示すように回転検出装置9は一対の磁石11,12と1個の磁気センサ13を備える。図2(a)に示すように磁石11,12は略半円状に形成された回動部10のX1−X2方向の両側に固定支持されている。回動部10は、回動軸14を中心として回動自在に支持されている。図2(a)の状態で回動部10は重力方向に釣り合っている。磁石11、12は、図1(a)の基準状態にて回動軸14のX1−X2方向の左右両側に等間隔離れた位置に配置されている。回動部10の形状は限定されるものではない。回動部10を円形状や扇形等とすることが可能である。また図2(a)に示す回動軸14から重力方向A上に錘(図示しない)を設置して、重力によって常に錘が回動軸14の真下に位置するようにすると、回動部10の姿勢の安定性をより効果的に向上できる。   2A is a reference state of FIG. 1A, FIG. 2B is a state when the cellular phone 1 is rotated 90 degrees clockwise as shown in FIG. 1B, and FIG. ) Is a conceptual diagram (front view) of the rotation detection device 9 showing a state when the mobile phone 1 is rotated 90 degrees counterclockwise as shown in FIG. As shown in FIG. 2A, the rotation detection device 9 includes a pair of magnets 11 and 12 and one magnetic sensor 13. As shown in FIG. 2A, the magnets 11 and 12 are fixedly supported on both sides in the X1-X2 direction of the rotating portion 10 formed in a substantially semicircular shape. The rotating unit 10 is supported so as to be rotatable about a rotating shaft 14. In the state of Fig.2 (a), the rotation part 10 is balanced in the gravity direction. The magnets 11 and 12 are arranged at equal intervals on the left and right sides of the rotation shaft 14 in the X1-X2 direction in the reference state of FIG. The shape of the rotation part 10 is not limited. The rotating unit 10 can be formed into a circular shape, a sector shape, or the like. Further, when a weight (not shown) is installed in the gravity direction A from the rotation shaft 14 shown in FIG. 2A so that the weight is always positioned directly below the rotation shaft 14 by gravity, the rotation portion 10 The posture stability can be improved more effectively.

図2(a)に示すように、磁気センサ13は回動部10の回動中心から重力方向A上に離れた位置であって且つ回動部10の表面からY方向に離れた位置に設けられる。磁気センサ13は回動部10と別に設けられた固定部側に設置される。図2(a)に示す基準状態の正面図において、回動軸14から磁気センサ13までの直線距離と、回動軸14から各磁石11,12までの直線距離はほぼ同じである。   As shown in FIG. 2A, the magnetic sensor 13 is provided at a position away from the rotation center of the rotation unit 10 in the gravity direction A and at a position away from the surface of the rotation unit 10 in the Y direction. It is done. The magnetic sensor 13 is installed on the fixed portion side provided separately from the rotating portion 10. In the front view of the reference state shown in FIG. 2A, the linear distance from the rotating shaft 14 to the magnetic sensor 13 and the linear distance from the rotating shaft 14 to the magnets 11 and 12 are substantially the same.

図1(a)の基準状態から図1(b)に示すように携帯電話1を時計方向に90度回転させると、回動部10は回動軸14を回動中心として反時計方向に90度回動する。このため、携帯電話1を時計方向に90度回転させた図2(b)での回動部10は、基準状態である図2(a)と同じように、重力方向に一定の姿勢を保つ。   When the mobile phone 1 is rotated 90 degrees clockwise as shown in FIG. 1B from the reference state of FIG. 1A, the rotating unit 10 is counterclockwise 90 about the rotating shaft 14 as the center of rotation. Rotate degrees. Therefore, the rotating unit 10 in FIG. 2B in which the mobile phone 1 is rotated 90 degrees in the clockwise direction maintains a constant posture in the direction of gravity, as in FIG. 2A in the reference state. .

また、図1(a)の基準状態から図1(c)に示すように携帯電話1を反時計方向に90度回転させると、回動部10は回動軸14を回動中心として時計方向に90度回動する。このため、携帯電話1を反時計方向に90度回転させた図2(c)での回動部10は、基準状態である図2(a)と同じように、重力方向に一定の姿勢を保つ。   Further, when the mobile phone 1 is rotated 90 degrees counterclockwise as shown in FIG. 1C from the reference state of FIG. 1A, the rotation unit 10 rotates clockwise about the rotation shaft 14 as the rotation center. Turn 90 degrees. Therefore, the rotating unit 10 in FIG. 2C in which the mobile phone 1 is rotated 90 degrees counterclockwise has a constant posture in the gravitational direction as in FIG. 2A which is the reference state. keep.

一方、磁気センサ13は、固定部側であるため、携帯電話1を時計方向に90度回転させれば、携帯電話と共に図2(b)に示すように基準状態から時計方向に90度回転した状態になり、携帯電話1を反時計方向に90度回転させれば、携帯電話と共に図2(c)に示すように基準状態から反時計方向に90度回転した状態になる。   On the other hand, since the magnetic sensor 13 is on the fixed portion side, if the mobile phone 1 is rotated 90 degrees clockwise, it is rotated 90 degrees clockwise from the reference state together with the mobile phone as shown in FIG. If the mobile phone 1 is turned 90 degrees counterclockwise, the mobile phone 1 is turned 90 degrees counterclockwise from the reference state together with the mobile phone as shown in FIG.

図2(b)のように携帯電話1を時計方向に90度回転させた状態では、磁気センサ13は磁石12の上方に対向する位置関係となり、図2(c)のように携帯電話1を反時計方向に90度回転させた状態では、磁気センサ13は磁石11の上方に対向する位置関係となる。   When the mobile phone 1 is rotated 90 degrees clockwise as shown in FIG. 2B, the magnetic sensor 13 is in a positional relationship facing the upper side of the magnet 12, and the mobile phone 1 is placed as shown in FIG. In a state rotated 90 degrees counterclockwise, the magnetic sensor 13 is in a positional relationship facing the upper side of the magnet 11.

これにより、図2(b)及び図2(c)の各状態では、磁気センサ13に対して各磁石11,12から外部磁界が作用する。後述するように磁気センサ13には、外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子が備えられている。よって外部磁界を受けて磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が変動し、この電気抵抗変化に基づく出力によって回転方向を知ることが可能である。そして、回転方向の検知信号が回転検出装置9から携帯電話1内に設けられた制御回路内へ送信され、制御回路では、画面表示部5に表示されている画像が常に使用者の視線に対して同じ向きとなるように、検知信号に基づいて画像を時計方向あるいは反時計方向に回転させる画像回転手段を備える。   Thereby, in each state of FIG. 2B and FIG. 2C, an external magnetic field acts on the magnetic sensor 13 from the magnets 11 and 12. As will be described later, the magnetic sensor 13 is provided with a magnetoresistive element using a magnetoresistive effect in which an electric resistance value changes with respect to an external magnetic field. Therefore, the electric resistance value of the magnetoresistive effect element is fluctuated by receiving an external magnetic field, and the rotation direction can be known from the output based on the change in the electric resistance. Then, a rotation direction detection signal is transmitted from the rotation detection device 9 to a control circuit provided in the mobile phone 1, and the image displayed on the screen display unit 5 always corresponds to the user's line of sight. Image rotating means for rotating the image clockwise or counterclockwise based on the detection signal so as to have the same orientation.

次に磁気センサ13の回路構成について図6を用いて説明する。
本実施形態の磁気センサ13は、センサ部21と集積回路(IC)22とを有して構成される。
Next, the circuit configuration of the magnetic sensor 13 will be described with reference to FIG.
The magnetic sensor 13 of this embodiment includes a sensor unit 21 and an integrated circuit (IC) 22.

センサ部21には、第1磁気抵抗効果素子23と固定抵抗素子24とが第1出力取り出し部(接続部)25を介して直列接続された第1直列回路26、及び、第2磁気抵抗効果素子27と固定抵抗素子28とが第3出力取り出し部(接続部)29を介して直列接続された第3直列回路30が設けられている。   The sensor unit 21 includes a first series circuit 26 in which a first magnetoresistance effect element 23 and a fixed resistance element 24 are connected in series via a first output extraction unit (connection unit) 25, and a second magnetoresistance effect. A third series circuit 30 in which the element 27 and the fixed resistance element 28 are connected in series via a third output extraction unit (connection unit) 29 is provided.

また、集積回路22内には、固定抵抗素子31と固定抵抗素子32が第2出力取り出し部33を介して直列接続された第2直列回路34が設けられる。   In the integrated circuit 22, a second series circuit 34 in which the fixed resistance element 31 and the fixed resistance element 32 are connected in series via the second output extraction unit 33 is provided.

第2直列回路34は、共通回路として第1直列回路26及び第3直列回路30と夫々ブリッジ回路を構成している。以下では第1直列回路26と第2直列回路34とが並列接続されてなるブリッジ回路を第1ブリッジ回路BC1と、第3直列回路30と第2直列回路34とが並列接続されてなるブリッジ回路を第2ブリッジ回路BC2と称する。   The second series circuit 34 forms a bridge circuit with each of the first series circuit 26 and the third series circuit 30 as a common circuit. Hereinafter, a bridge circuit in which the first series circuit 26 and the second series circuit 34 are connected in parallel is a bridge circuit in which the first bridge circuit BC1, the third series circuit 30 and the second series circuit 34 are connected in parallel. Is referred to as a second bridge circuit BC2.

図6に示すように集積回路22には入力端子(電源)39、アース端子42及び2つの外部出力端子40,41が設けられている。入力端子39、アース端子42及び外部出力端子40,41は夫々図示しない携帯電話1の制御回路側の端子部とワイヤボンディングやダイボンディング等で電気的に接続されている。   As shown in FIG. 6, the integrated circuit 22 is provided with an input terminal (power source) 39, a ground terminal 42, and two external output terminals 40 and 41. The input terminal 39, the ground terminal 42, and the external output terminals 40 and 41 are electrically connected to terminal portions on the control circuit side of the mobile phone 1 (not shown) by wire bonding, die bonding, or the like.

入力端子39に接続された信号ライン50及びアース端子42に接続された信号ライン51は、第1直列回路26,第3直列回路30及び第2直列回路34の両側端部に設けられた電極の夫々に接続されている。   The signal line 50 connected to the input terminal 39 and the signal line 51 connected to the ground terminal 42 are electrodes of the electrodes provided on both side ends of the first series circuit 26, the third series circuit 30, and the second series circuit 34. Connected to each one.

図6に示すように集積回路22内には、1つの差動増幅器35が設けられ、差動増幅器35の+入力部、−入力部のどちらかに、第2直列回路34の第2出力取り出し部33が接続されている。   As shown in FIG. 6, one differential amplifier 35 is provided in the integrated circuit 22, and the second output of the second series circuit 34 is taken out to either the + input part or the −input part of the differential amplifier 35. The unit 33 is connected.

第1直列回路26の第1出力取り出し部25及び第3直列回路30の第3出力取り出し部29は夫々第1スイッチ回路(第1接続切換部)36の入力部に接続され、第1スイッチ回路36の出力部は差動増幅器35の−入力部、+入力部のどちらか(第2出力取り出し部33が接続されていない側の入力部)に接続されている。   The first output extraction unit 25 of the first series circuit 26 and the third output extraction unit 29 of the third series circuit 30 are connected to the input unit of the first switch circuit (first connection switching unit) 36, respectively. The output unit 36 is connected to either the − input unit or the + input unit of the differential amplifier 35 (the input unit on the side where the second output extraction unit 33 is not connected).

図6に示すように、差動増幅器35の出力部はシュミットトリガー型のコンパレータ38に接続され、さらにコンパレータ38の出力部は第2のスイッチ回路(第2接続切換部)43の入力部に接続され、さらに第2スイッチ回路43の出力部側は2つのラッチ回路46,47及びFET回路54、55を経て第1外部出力端子40及び第2外部出力端子41に夫々接続される。なおFET回路54,55は論理回路を構成している。   As shown in FIG. 6, the output section of the differential amplifier 35 is connected to a Schmitt trigger type comparator 38, and the output section of the comparator 38 is connected to the input section of a second switch circuit (second connection switching section) 43. Further, the output side of the second switch circuit 43 is connected to the first external output terminal 40 and the second external output terminal 41 via the two latch circuits 46 and 47 and the FET circuits 54 and 55, respectively. The FET circuits 54 and 55 constitute a logic circuit.

さらに図6に示すように、集積回路22内には第3スイッチ回路48が設けれている。第3スイッチ回路48の出力部は、アース端子42に接続された信号ライン51に接続され、第3スイッチ回路48の入力部には、第1直列回路26及び第3直列回路30の一端部が接続されている。   Further, as shown in FIG. 6, a third switch circuit 48 is provided in the integrated circuit 22. The output portion of the third switch circuit 48 is connected to a signal line 51 connected to the ground terminal 42, and one end portions of the first series circuit 26 and the third series circuit 30 are connected to the input portion of the third switch circuit 48. It is connected.

さらに図6に示すように、集積回路22内には、インターバルスイッチ回路52及びクロック回路53が設けられている。インターバルスイッチ回路52のスイッチがオフされると集積回路22内への通電が停止するようになっている。インターバルスイッチ回路52のスイッチのオン・オフは、クロック回路53からのクロック信号に連動しており、インターバルスイッチ回路52は通電状態を間欠的に行う節電機能を有している。   Further, as shown in FIG. 6, an interval switch circuit 52 and a clock circuit 53 are provided in the integrated circuit 22. When the switch of the interval switch circuit 52 is turned off, the power supply to the integrated circuit 22 is stopped. The on / off of the switch of the interval switch circuit 52 is interlocked with the clock signal from the clock circuit 53, and the interval switch circuit 52 has a power saving function for intermittently conducting the energized state.

クロック回路53からのクロック信号は、第1スイッチ回路36、第2スイッチ回路43、及び第3スイッチ回路48にも出力される。第1スイッチ回路36、第2スイッチ回路43、及び第3スイッチ回路48ではクロック信号を受けると、そのクロック信号を分割し、非常に短い周期でスイッチ動作を行うように制御されている。例えば1パルスのクロック信号が数十msecであるとき、数十μmsec毎にスイッチ動作を行う。   The clock signal from the clock circuit 53 is also output to the first switch circuit 36, the second switch circuit 43, and the third switch circuit 48. When the first switch circuit 36, the second switch circuit 43, and the third switch circuit 48 receive the clock signal, the clock signal is divided and controlled so as to perform the switching operation with a very short cycle. For example, when one pulse of the clock signal is several tens of milliseconds, the switching operation is performed every several tens of micrometers.

第1磁気抵抗効果素子23はある一方向の外部磁界(+H)の強度変化に基づいて磁気抵抗効果を発揮する磁気抵抗効果素子であり、一方、第2磁気抵抗効果素子27は、(+H)方向は反対方向である外部磁界(−H)の磁界強度変化に基づいて磁気抵抗効果を発揮する磁気抵抗効果素子である。   The first magnetoresistive effect element 23 is a magnetoresistive effect element that exhibits a magnetoresistive effect based on a change in the intensity of an external magnetic field (+ H) in one direction, while the second magnetoresistive effect element 27 is (+ H) The magnetoresistive element exhibits a magnetoresistive effect based on a change in magnetic field strength of an external magnetic field (-H) whose direction is opposite.

第1磁気抵抗効果素子23及び第2磁気抵抗効果素子27の層構造及びヒステリシス特性について以下で詳しく説明する。   The layer structure and hysteresis characteristics of the first magnetoresistive element 23 and the second magnetoresistive element 27 will be described in detail below.

図10に示すように、第1磁気抵抗効果素子23及び第2磁気抵抗効果素子2は共に、下から下地層60,シード層61、反強磁性層62、固定磁性層63、非磁性中間層64、フリー磁性層65,67(第2磁気抵抗効果素子27のフリー磁性層を符号67とした)、及び保護層66の順で積層されている。下地層60は、例えば、Ta,Hf,Nb,Zr,Ti,Mo,Wのうち1種または2種以上の元素などの非磁性材料で形成される。シード層61は、NiFeCrあるいはCr等で形成される。反強磁性層62は、元素α(ただしαは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osのうち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有する反強磁性材料、又は、元素αと元素α′(ただし元素α′は、Ne,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Sn,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb、及び希土類元素のうち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有する反強磁性材料で形成される。例えば反強磁性層62は、IrMnやPtMnで形成される。固定磁性層63及びフリー磁性層65,67はCoFe合金、NiFe合金、CoFeNi合金等の磁性材料で形成される。また非磁性中間層64はCu等で形成される。また保護層66はTa等で形成される。固定磁性層63やフリー磁性層65,67は積層フェリ構造(磁性層/非磁性層/磁性層の積層構造であり、非磁性層を挟んだ2つの磁性層の磁化方向が反平行である構造)であってもよい。また固定磁性層63やフリー磁性層65,67は材質の異なる複数の磁性層の積層構造であってもよい。   As shown in FIG. 10, the first magnetoresistive effect element 23 and the second magnetoresistive effect element 2 are both the base layer 60, the seed layer 61, the antiferromagnetic layer 62, the fixed magnetic layer 63, and the nonmagnetic intermediate layer from the bottom. 64, the free magnetic layers 65 and 67 (the free magnetic layer of the second magnetoresistance effect element 27 is denoted by reference numeral 67), and the protective layer 66 are laminated in this order. The underlayer 60 is made of, for example, a nonmagnetic material such as one or more elements of Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo, and W. The seed layer 61 is formed of NiFeCr or Cr. The antiferromagnetic layer 62 is an antiferromagnetic material containing an element α (where α is one or more of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os) and Mn, or , Element α and element α ′ (where element α ′ is Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, N, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb, and rare earth elements are one or more elements) and Mn And an antiferromagnetic material containing For example, the antiferromagnetic layer 62 is made of IrMn or PtMn. The fixed magnetic layer 63 and the free magnetic layers 65 and 67 are formed of a magnetic material such as a CoFe alloy, a NiFe alloy, or a CoFeNi alloy. The nonmagnetic intermediate layer 64 is made of Cu or the like. The protective layer 66 is made of Ta or the like. The pinned magnetic layer 63 and the free magnetic layers 65 and 67 have a laminated ferrimagnetic structure (magnetic layer / nonmagnetic layer / magnetic layer laminated structure in which the magnetization directions of two magnetic layers sandwiching the nonmagnetic layer are antiparallel. ). The pinned magnetic layer 63 and the free magnetic layers 65 and 67 may have a laminated structure of a plurality of magnetic layers made of different materials.

第1磁気抵抗効果素子23及び第2磁気抵抗効果素子27では、反強磁性層62と固定磁性層63とが接して形成されているため磁場中熱処理を施すことにより反強磁性層62と固定磁性層63との界面に交換結合磁界(Hex)が生じ、固定磁性層63の磁化方向は一方向に固定される。図10では、固定磁性層63の固定磁化方向63aを矢印方向で示している。第1磁気抵抗効果素子23及び第2磁気抵抗効果素子27において固定磁性層63の固定磁化方向63aは共に同じ方向である。図10は、図2(a)に示す基準状態での磁気抵抗効果素子23,27を示し、例えば、磁気抵抗効果素子23,27の固定磁性層63の固定磁化方向63aは共にX1方向を向いている。   In the first magnetoresistive effect element 23 and the second magnetoresistive effect element 27, the antiferromagnetic layer 62 and the fixed magnetic layer 63 are formed in contact with each other. An exchange coupling magnetic field (Hex) is generated at the interface with the magnetic layer 63, and the magnetization direction of the fixed magnetic layer 63 is fixed in one direction. In FIG. 10, the pinned magnetization direction 63a of the pinned magnetic layer 63 is indicated by the arrow direction. In the first magnetoresistive element 23 and the second magnetoresistive element 27, the fixed magnetization direction 63a of the fixed magnetic layer 63 is the same direction. FIG. 10 shows the magnetoresistive elements 23 and 27 in the reference state shown in FIG. 2A. For example, the fixed magnetization direction 63a of the fixed magnetic layer 63 of the magnetoresistive elements 23 and 27 faces the X1 direction. ing.

一方、フリー磁性層65,67の磁化方向は、第1磁気抵抗効果素子23と第2磁気抵抗効果素子27とで異なっている。図10に示すように第1磁気抵抗効果素子23ではフリー磁性層65の磁化方向65aが図示X1方向であり、固定磁性層63の固定磁化方向63aと同じ方向であるが、第2磁気抵抗効果素子27ではフリー磁性層67の磁化方向67aが図示X2方向であり、固定磁性層63の固定磁化方向63aと反平行である。   On the other hand, the magnetization directions of the free magnetic layers 65 and 67 are different between the first magnetoresistance effect element 23 and the second magnetoresistance effect element 27. As shown in FIG. 10, in the first magnetoresistive effect element 23, the magnetization direction 65a of the free magnetic layer 65 is the X1 direction shown in the figure, and is the same direction as the fixed magnetization direction 63a of the fixed magnetic layer 63. In the element 27, the magnetization direction 67 a of the free magnetic layer 67 is the X2 direction shown in the figure, and is antiparallel to the fixed magnetization direction 63 a of the fixed magnetic layer 63.

図8は第1磁気抵抗効果素子23のヒステリシス特性を示すR−H曲線である。なお図のグラフでは縦軸が抵抗値Rであるが、抵抗変化率(%)であってもよい。図8に示すように、外部磁界が無磁場状態(ゼロ)から徐々に(+H)方向(図10においてはX2方向)に増加していくと、フリー磁性層65の磁化方向65aと固定磁性層63の固定磁化方向63aとの平行状態が崩れて反平行状態に近づくため第1磁気抵抗効果素子23の抵抗値Rは、曲線HR1上を辿って徐々に大きくなり、(+H)方向の外部磁界を徐々にゼロに向けて小さくしていくと、第1磁気抵抗効果素子23の抵抗値Rは、曲線HR2上を辿って徐々に小さくなる。   FIG. 8 is an RH curve showing the hysteresis characteristic of the first magnetoresistive element 23. In the graph of the figure, the vertical axis is the resistance value R, but it may be the resistance change rate (%). As shown in FIG. 8, when the external magnetic field gradually increases in the (+ H) direction (X2 direction in FIG. 10) from the non-magnetic state (zero), the magnetization direction 65a of the free magnetic layer 65 and the fixed magnetic layer Since the parallel state of 63 with the fixed magnetization direction 63a collapses and approaches an antiparallel state, the resistance value R of the first magnetoresistive element 23 gradually increases along the curve HR1, and the external magnetic field in the (+ H) direction Is gradually decreased toward zero, the resistance value R of the first magnetoresistance effect element 23 gradually decreases along the curve HR2.

このように、第1磁気抵抗効果素子23には(+H)方向の外部磁界の磁界強度変化に対して、曲線HR1と曲線HR2で囲まれたヒステリシスループHRが形成される。第1磁気抵抗効果素子23の最大抵抗値と最低抵抗値の中間値であって、ヒステリシスループHRの広がり幅の中心値がヒステリシスループHRの「中点」である。そしてヒステリシスループHRの中点から外部磁界H=0(Oe)のラインまでの磁界の強さで第1の層間結合磁界Hin1の大きさが決定される。図8に示すように第1磁気抵抗効果素子23では、第1の層間結合磁界Hin1が(+H)の磁界方向へシフトしている。   As described above, the first magnetoresistance effect element 23 is formed with the hysteresis loop HR surrounded by the curves HR1 and HR2 with respect to the magnetic field strength change of the external magnetic field in the (+ H) direction. The intermediate value of the maximum resistance value and the minimum resistance value of the first magnetoresistive effect element 23, and the center value of the spread width of the hysteresis loop HR is the “midpoint” of the hysteresis loop HR. The magnitude of the first interlayer coupling magnetic field Hin1 is determined by the strength of the magnetic field from the midpoint of the hysteresis loop HR to the line of the external magnetic field H = 0 (Oe). As shown in FIG. 8, in the first magnetoresistance effect element 23, the first interlayer coupling magnetic field Hin1 is shifted in the magnetic field direction of (+ H).

一方、(−H)方向の外部磁界(図10においてはX1方向)が及ぼされると、第1磁気抵抗効果素子23のフリー磁性層65の磁化方向65aは変動しないが、第2磁気抵抗効果素子27のフリー磁性層67の磁化67aは変動して第2磁気抵抗効果素子27の抵抗値が変動する。   On the other hand, when an external magnetic field in the (−H) direction (X1 direction in FIG. 10) is exerted, the magnetization direction 65a of the free magnetic layer 65 of the first magnetoresistance effect element 23 does not change, but the second magnetoresistance effect element. 27, the magnetization 67a of the free magnetic layer 67 varies, and the resistance value of the second magnetoresistive element 27 varies.

図9は第2磁気抵抗効果素子27のヒステリシス特性を示すR−H曲線である。図9に示すように、外部磁界が無磁場状態(ゼロ)から徐々に負方向に増加していくと、フリー磁性層67の磁化67aと固定磁性層63の固定磁化方向63aとの反平行状態が崩れて平行状態に近づくため、第2磁気抵抗効果素子27の抵抗値Rは、曲線HR3上を辿って徐々に小さくなり、一方、(−H)方向の外部磁界を徐々にゼロに向けて変化させると、第2磁気抵抗効果素子27の抵抗値Rは、曲線HR4上を辿って徐々に大きくなる。   FIG. 9 is an RH curve showing the hysteresis characteristic of the second magnetoresistance effect element 27. As shown in FIG. 9, when the external magnetic field gradually increases in the negative direction from the no magnetic field state (zero), the anti-parallel state of the magnetization 67a of the free magnetic layer 67 and the fixed magnetization direction 63a of the fixed magnetic layer 63. The resistance value R of the second magnetoresistive element 27 gradually decreases along the curve HR3, while the external magnetic field in the (−H) direction is gradually directed to zero. When changed, the resistance value R of the second magnetoresistance effect element 27 gradually increases along the curve HR4.

このように、第2磁気抵抗効果素子27には(−H)方向の外部磁界の磁界強度変化に対して、曲線HR3と曲線HR4で囲まれたヒステリシスループHRが形成される。第2磁気抵抗効果素子27の最大抵抗値と最低抵抗値の中間値であって、ヒステリシスループHRの広がり幅の中心値がヒステリシスループHRの「中点」である。そしてヒステリシスループHRの中点から外部磁界H=0(Oe)のラインまでの磁界の強さで第2の層間結合磁界Hin2の大きさが決定される。図9に示すように第2磁気抵抗効果素子27では、第2の層間結合磁界Hin2が(−H)磁界方向へシフトしている。   As described above, the second magnetoresistance effect element 27 is formed with the hysteresis loop HR surrounded by the curves HR3 and HR4 with respect to the change in the magnetic field strength of the external magnetic field in the (−H) direction. The intermediate value of the maximum resistance value and the minimum resistance value of the second magnetoresistive element 27, and the center value of the spread width of the hysteresis loop HR is the “midpoint” of the hysteresis loop HR. The magnitude of the second interlayer coupling magnetic field Hin2 is determined by the strength of the magnetic field from the midpoint of the hysteresis loop HR to the line of the external magnetic field H = 0 (Oe). As shown in FIG. 9, in the second magnetoresistive element 27, the second interlayer coupling magnetic field Hin2 is shifted in the (−H) magnetic field direction.

このように本実施形態では、第1磁気抵抗効果素子23の第1の層間結合磁界Hin1は、(+H)磁界方向にシフトし、一方、第2磁気抵抗効果素子27の第2の層間結合磁界Hin2は、(−H)磁界方向にシフトしている。   Thus, in the present embodiment, the first interlayer coupling magnetic field Hin1 of the first magnetoresistance effect element 23 is shifted in the (+ H) magnetic field direction, while the second interlayer coupling magnetic field of the second magnetoresistance effect element 27 is. Hin2 is shifted in the (−H) magnetic field direction.

図8、図9で説明した互いに逆符号の層間結合磁界Hin1,Hin2を得るには、例えば、非磁性中間層64の表面に対するプラズマトリートメント(PT)の際の、ガス流量(ガス圧)や電力値を適切に調整すればよい。ガス流量(ガス圧)の大きさ、及び電力値の大きさに応じて、層間結合磁界Hinが変化することがわかっている。ガス流量(ガス圧)や電力値を大きくするほど層間結合磁界Hinを正値から負値へ変化させることができる。また、層間結合磁界Hinの大きさは非磁性中間層64の膜厚でも変化する。あるいは、層間結合磁界Hinの大きさは、下から、反強磁性層/固定磁性層/非磁性中間層/フリー磁性層の順に積層されている場合に、反強磁性層の膜厚を変えることでも調整できる。   In order to obtain the interlayer coupling magnetic fields Hin1 and Hin2 having the opposite signs described with reference to FIGS. 8 and 9, for example, the gas flow rate (gas pressure) and power during the plasma treatment (PT) on the surface of the nonmagnetic intermediate layer 64 are obtained. Adjust the value appropriately. It is known that the interlayer coupling magnetic field Hin changes depending on the magnitude of the gas flow rate (gas pressure) and the magnitude of the power value. The interlayer coupling magnetic field Hin can be changed from a positive value to a negative value as the gas flow rate (gas pressure) or power value is increased. Further, the magnitude of the interlayer coupling magnetic field Hin also changes with the film thickness of the nonmagnetic intermediate layer 64. Alternatively, the magnitude of the interlayer coupling magnetic field Hin can be changed when the antiferromagnetic layer / pinned magnetic layer / nonmagnetic intermediate layer / free magnetic layer are stacked in this order from the bottom. But you can adjust it.

第1磁気抵抗効果素子23では第1の層間結合磁界Hin1が(+H)値であり、かかる場合には固定磁性層63とフリー磁性層65間には互いの磁化を平行にしようとする相互作用が働く。また、第2磁気抵抗効果素子27では第2の層間結合磁界Hin2が(−H)値であり、かかる場合には固定磁性層63とフリー磁性層67間には互いの磁化を反平行にしようとする相互作用が働く。そして、各磁気抵抗効果素子23,27の反強磁性層62と固定磁性層63との間に同一方向の交換結合磁界(Hex)を磁場中熱処理にて生じさせることで、各磁気抵抗効果素子23,27の固定磁性層63の固定磁化方向63aを同一方向に固定でき、また固定磁性層63とフリー磁性層65,67との間には上記した相互作用が働いて、図10の磁化状態となる。   In the first magnetoresistive effect element 23, the first interlayer coupling magnetic field Hin1 has a (+ H) value. In such a case, the interaction between the fixed magnetic layer 63 and the free magnetic layer 65 tries to make the magnetizations parallel to each other. Work. In the second magnetoresistive element 27, the second interlayer coupling magnetic field Hin2 has a (−H) value. In such a case, the magnetizations of the fixed magnetic layer 63 and the free magnetic layer 67 should be antiparallel. The interaction that works. Then, by generating an exchange coupling magnetic field (Hex) in the same direction between the antiferromagnetic layer 62 and the pinned magnetic layer 63 of each magnetoresistive effect element 23, 27 by heat treatment in the magnetic field, each magnetoresistive effect element. The pinned magnetization direction 63a of the pinned magnetic layers 63 of 27 and 27 can be pinned in the same direction, and the interaction described above works between the pinned magnetic layer 63 and the free magnetic layers 65 and 67, and the magnetization state of FIG. It becomes.

上記した第1磁気抵抗効果素子23及び第2磁気抵抗効果素子27は巨大磁気抵抗効果(GMR効果)を利用したものであったが、GMR素子以外に、非磁性中間層64が絶縁材料で形成されたトンネル磁気抵抗効果(TMR)を利用したTMR素子であってもよい。   The first magnetoresistive effect element 23 and the second magnetoresistive effect element 27 described above use the giant magnetoresistive effect (GMR effect). In addition to the GMR element, the nonmagnetic intermediate layer 64 is formed of an insulating material. A TMR element using the tunneled magnetoresistive effect (TMR) may be used.

一方、第1磁気抵抗効果素子23に直列接続される固定抵抗素子24は、例えば、第1磁気抵抗効果素子23と積層順が異なるだけで、第1磁気抵抗効果素子23と同じ材料層で形成される。すなわち図11に示すように、固定抵抗素子24は下から下地層60、シード層61、反強磁性層62、第1磁性層63、第2磁性層65、非磁性中間層64、及び保護層66の順に積層される。第1磁性層63が、第1磁気抵抗効果素子23を構成する固定磁性層63に該当し、第2磁性層65が第1磁気抵抗効果素子23を構成するフリー磁性層65に該当している。図11に示すように、固定抵抗素子24では、反強磁性層62上に第1磁性層63及び第2磁性層65が連続して積層されて第1磁性層63及び第2磁性層65の磁化は共に、反強磁性層62との間で生じる交換結合磁界(Hex)により固定されており、第2磁性層65は第1磁気抵抗効果素子23のフリー磁性層65のように外部磁界に対して磁化変動しない。   On the other hand, the fixed resistance element 24 connected in series to the first magnetoresistive effect element 23 is formed of the same material layer as the first magnetoresistive effect element 23 except that the stacking order is different from that of the first magnetoresistive effect element 23, for example. Is done. That is, as shown in FIG. 11, the fixed resistance element 24 includes a base layer 60, a seed layer 61, an antiferromagnetic layer 62, a first magnetic layer 63, a second magnetic layer 65, a nonmagnetic intermediate layer 64, and a protective layer from the bottom. The layers are stacked in the order of 66. The first magnetic layer 63 corresponds to the pinned magnetic layer 63 constituting the first magnetoresistive effect element 23, and the second magnetic layer 65 corresponds to the free magnetic layer 65 constituting the first magnetoresistive effect element 23. . As shown in FIG. 11, in the fixed resistance element 24, the first magnetic layer 63 and the second magnetic layer 65 are continuously stacked on the antiferromagnetic layer 62 to form the first magnetic layer 63 and the second magnetic layer 65. Both magnetizations are fixed by an exchange coupling magnetic field (Hex) generated between the antiferromagnetic layer 62 and the second magnetic layer 65 is exposed to an external magnetic field like the free magnetic layer 65 of the first magnetoresistance effect element 23. On the other hand, there is no magnetization fluctuation.

図11に示すように、固定抵抗素子24の各層を、第1磁気抵抗効果素子23に対応する各層と同じ材料で構成することで、第1磁気抵抗効果素子23と固定抵抗素子24の素子抵抗をほぼ同じにでき、無磁場状態での第1出力取り出し部25の電位を中点電位に適切に制御出来る。また第1磁気抵抗効果素子23の温度係数(TCR)と、固定抵抗素子24の温度係数とのばらつきを抑制でき、この結果、温度変化に対しても中点電位のばらつきを抑制でき、動作安定性を向上させることが出来る。なお材料のみならず第1の磁気抵抗効果素子23と対応する各層の膜厚も第1の磁気抵抗効果素子23の各層と等しいとさらに好ましい。   As shown in FIG. 11, each layer of the fixed resistance element 24 is made of the same material as each layer corresponding to the first magnetoresistance effect element 23, so that the element resistances of the first magnetoresistance effect element 23 and the fixed resistance element 24 are obtained. Can be made substantially the same, and the potential of the first output extraction section 25 in the absence of a magnetic field can be appropriately controlled to the midpoint potential. In addition, variation in the temperature coefficient (TCR) of the first magnetoresistive effect element 23 and the temperature coefficient of the fixed resistance element 24 can be suppressed. Can be improved. It is more preferable that not only the material but also the thickness of each layer corresponding to the first magnetoresistive element 23 is equal to each layer of the first magnetoresistive element 23.

また図示しないが上記と同じように、第2磁気抵抗効果素子27と直列接続された固定抵抗素子28は、第2磁気抵抗効果素子27と積層順が異なるだけで、第2磁気抵抗効果素子27と同じ材料層で形成される。   Although not shown, the fixed resistance element 28 connected in series with the second magnetoresistive effect element 27 differs from the second magnetoresistive effect element 27 only in the stacking order, as described above. Are formed of the same material layer.

一方、第2直列回路34を構成する抵抗素子は、固定抵抗素子のみで構成され、磁気抵抗効果素子を含まないので、集積回路22内に組み込まれた固定抵抗素子31,32を、磁気抵抗効果素子と同じ材料層で形成する必要がない。   On the other hand, the resistance element that constitutes the second series circuit 34 is composed only of the fixed resistance element and does not include the magnetoresistive effect element. It is not necessary to form the same material layer as the element.

すなわち、固定抵抗素子31,32は、互いに同じ材料層で形成した素子抵抗がほぼ同じ固定抵抗素子であれば、特に層構造は限定されない。例えば固定抵抗素子31,32を、シート抵抗の非常に高いシリコン(Si)にて形成することが出来る。固定抵抗素子31,32の素子抵抗を数十kΩ程度にまで大きくできる。   That is, the fixed resistance elements 31 and 32 are not particularly limited in layer structure as long as they are fixed resistance elements having substantially the same element resistance formed of the same material layer. For example, the fixed resistance elements 31 and 32 can be formed of silicon (Si) having a very high sheet resistance. The element resistances of the fixed resistance elements 31 and 32 can be increased to about several tens of kΩ.

次に、外部磁界の検出原理について説明する。
まずは、本実施形態の磁気センサ13に外部磁界が作用していない場合について説明する。図2(a)に示す基準状態がこの場合に該当する。かかる場合、第1磁気抵抗効果素子23及び第2磁気抵抗効果素子27の抵抗値は共に変化しない。クロック回路53からのクロック信号を第1スイッチ回路36、第2スイッチ回路43及び第3スイッチ回路48の夫々が受けると、図6に示すように、第1スイッチ回路36が第1直列回路26の第1出力取り出し部25と差動増幅器35間を接続、第2スイッチ回路43がコンパレータ38と第1外部出力端子40間を接続、及び、第3スイッチ回路48が第1直列回路26とアース端子42間を接続する(+H)方向の外部磁界検出回路状態と、図7のように、第1スイッチ回路36が第3直列回路30の第3出力取り出し部29と差動増幅器35間を接続、第2スイッチ回路43がコンパレータ38と第2外部出力端子41間を接続、及び、第3スイッチ回路48が第3直列回路30とアース端子42間を接続する(−H)方向の外部磁界検出回路状態とに、数十μsecごとに切り換わる。
Next, the principle of detecting an external magnetic field will be described.
First, a case where an external magnetic field is not acting on the magnetic sensor 13 of the present embodiment will be described. The reference state shown in FIG. 2A corresponds to this case. In such a case, the resistance values of the first magnetoresistive effect element 23 and the second magnetoresistive effect element 27 do not change. When each of the first switch circuit 36, the second switch circuit 43, and the third switch circuit 48 receives the clock signal from the clock circuit 53, the first switch circuit 36 is connected to the first series circuit 26 as shown in FIG. The first output extraction unit 25 and the differential amplifier 35 are connected, the second switch circuit 43 is connected between the comparator 38 and the first external output terminal 40, and the third switch circuit 48 is connected to the first series circuit 26 and the ground terminal. 42, the external magnetic field detection circuit state in the (+ H) direction connecting between the two, and as shown in FIG. 7, the first switch circuit 36 connects between the third output extraction unit 29 of the third series circuit 30 and the differential amplifier 35. The second switch circuit 43 connects between the comparator 38 and the second external output terminal 41, and the third switch circuit 48 connects between the third series circuit 30 and the ground terminal 42 in the (−H) direction. To the magnetic field detection circuit state, it switched to every several tens of μsec.

外部磁界が及んでいなければ、図6の(+H)方向の外部磁界検出回路状態では、第1ブリッジ回路BC1の第1出力取り出し部25と第2出力取り出し部33間の差動電位、及び図7の(−H)方向の外部磁界検出回路状態では、第2ブリッジ回路BC2の第3出力取り出し部29と第2出力取り出し部33間の差動電位が、共にほぼ同じであり、差動増幅器35から、差動電位がコンパレータ38に向けて出力されると、コンパレータ38では、シュミットトリガー入力により、例えば高レベル信号が、ラッチ回路46,47、FET回路54を経て第1外部出力端子40及び第2外部出力端子41から出力されるように制御されている。   If the external magnetic field does not reach, in the external magnetic field detection circuit state in the (+ H) direction of FIG. 6, the differential potential between the first output extraction unit 25 and the second output extraction unit 33 of the first bridge circuit BC1, and In the external magnetic field detection circuit state in the (−H) direction of FIG. 7, the differential potential between the third output extraction unit 29 and the second output extraction unit 33 of the second bridge circuit BC2 is almost the same. When the differential potential is output from the amplifier 35 toward the comparator 38, the comparator 38 receives a Schmitt trigger input, for example, a high-level signal passes through the latch circuits 46 and 47, the FET circuit 54, and the first external output terminal 40. And output from the second external output terminal 41.

次に、図1(a)の基準状態から携帯電話1を図1(b)のように時計方向に回転させると、回転検出装置9は、図2(a)の基準状態から図2(b)の90度時計方向に回転した状態に移行する。既に説明したように、回転検出装置9を構成する回動部10は回動軸14を回動中心として反時計方向に90度回動して、重力方向に対して常に一定の姿勢を保つ。一方、固定部側である磁気センサ13は、携帯電話1と共に、90度時計方向に回転するので、回動軸14に対して図示左側に位置する磁石12に相対的に近づく。このとき、磁気センサ13を構成する第1磁気抵抗効果素子23の固定磁性層63の固定磁化方向63aに対して反平行となる外部磁界(+H)が作用する。よって第1磁気抵抗効果素子23の抵抗値が変動し、第1直列回路26の第1出力取り出し部25での電位が中点電位から変動する。   Next, when the mobile phone 1 is rotated clockwise from the reference state of FIG. 1A as shown in FIG. 1B, the rotation detecting device 9 is changed from the reference state of FIG. ) In a state rotated clockwise by 90 degrees. As already described, the rotation unit 10 constituting the rotation detection device 9 rotates 90 degrees counterclockwise about the rotation shaft 14 as a rotation center, and always maintains a constant posture with respect to the direction of gravity. On the other hand, the magnetic sensor 13 on the fixed part side rotates 90 degrees clockwise together with the mobile phone 1, so that it approaches the magnet 12 positioned on the left side in the drawing with respect to the rotation shaft 14. At this time, an external magnetic field (+ H) acting antiparallel to the fixed magnetization direction 63a of the fixed magnetic layer 63 of the first magnetoresistive effect element 23 constituting the magnetic sensor 13 acts. Therefore, the resistance value of the first magnetoresistive element 23 varies, and the potential at the first output extraction unit 25 of the first series circuit 26 varies from the midpoint potential.

今、図6に示す(+H)方向の外部磁界検出回路状態では、第2直列回路34の第2出力取り出し部33の中点電位を基準電位とし、第1直列回路26と第2直列回路34とで構成される第1ブリッジ回路BC1の第1出力取り出し部25と第2出力取り出し部33との差動電位を、差動増幅器35にて生成し、コンパレータ38に向けて出力する。コンパレータ38では、差動電位を、シュミットトリガー入力によりパルス波形の信号に整形し、整形された検出信号がラッチ回路46及びFET回路54を経て第1外部出力端子40から出力される。このとき、(+H)方向の外部磁界が所定以上の大きさであると検出信号は、第1外部出力端子40から低レベル信号として出力されるように制御されている。   Now, in the state of the external magnetic field detection circuit in the (+ H) direction shown in FIG. The differential potential between the first output extraction unit 25 and the second output extraction unit 33 of the first bridge circuit BC1 configured by the above is generated by the differential amplifier 35 and output to the comparator 38. In the comparator 38, the differential potential is shaped into a pulse waveform signal by a Schmitt trigger input, and the shaped detection signal is output from the first external output terminal 40 via the latch circuit 46 and the FET circuit 54. At this time, if the external magnetic field in the (+ H) direction is greater than or equal to a predetermined level, the detection signal is controlled to be output from the first external output terminal 40 as a low level signal.

一方、(+H)方向の外部磁界が作用している場合に図7の(−H)方向の外部磁界検出回路状態に切り換わっても、第2磁気抵抗効果素子27は抵抗変化しないから、外部磁界が作用していない場合と同様に、第2外部出力端子41からは高レベル信号が出力されるように制御される。   On the other hand, when the external magnetic field in the (+ H) direction is acting, even if the external magnetic field detection circuit state in the (−H) direction in FIG. As in the case where the magnetic field is not acting, the second external output terminal 41 is controlled to output a high level signal.

このように、第1外部出力端子40では、ある一定上の(+H)方向の外部磁界が作用すると、高レベル信号から低レベル信号に信号レベルが変化するため、第1外部出力端子40から低レベル信号を得ることで、携帯電話1が図1(a)に示す基準状態から図1(b)の時計方向に回転したことを知ることができる。   Thus, at the first external output terminal 40, when an external magnetic field in a certain (+ H) direction acts on the first external output terminal 40, the signal level changes from the high level signal to the low level signal. By obtaining the level signal, it is possible to know that the mobile phone 1 has rotated in the clockwise direction in FIG. 1B from the reference state shown in FIG.

次に、図1(a)の基準状態から携帯電話1を図1(c)のように反時計方向に回転させると、回転検出装置9は、図2(a)の基準状態から図2(c)の90度反時計方向に回転した状態に移行する。既に説明したように、回転検出装置9を構成する回動部10は回動軸14を回動中心として時計方向に90度回動して、重力方向に対して常に一定の姿勢を保つ。一方、固定部側である磁気センサ13は、携帯電話1と共に、90度反時計方向に回転するので、回動軸14に対して図示右側に位置する磁石12に相対的に近づく。このとき、磁気センサ13を構成する第2磁気抵抗効果素子27の固定磁性層63の固定磁化方向63aに対して平行となる外部磁界(−H)が作用する。よって第2磁気抵抗効果素子27の抵抗値が変動し、第3直列回路30の第3出力取り出し部29での電位が中点電位から変動する。   Next, when the mobile phone 1 is rotated counterclockwise as shown in FIG. 1C from the reference state of FIG. 1A, the rotation detecting device 9 is changed from the reference state of FIG. c) Shifts to a state of 90 ° counterclockwise rotation. As described above, the rotation unit 10 constituting the rotation detection device 9 rotates 90 degrees clockwise around the rotation shaft 14 and maintains a constant posture with respect to the direction of gravity. On the other hand, the magnetic sensor 13 on the fixed part side rotates 90 degrees counterclockwise together with the mobile phone 1, so that it is relatively close to the magnet 12 positioned on the right side of the drawing with respect to the rotation shaft 14. At this time, an external magnetic field (−H) is applied which is parallel to the fixed magnetization direction 63 a of the fixed magnetic layer 63 of the second magnetoresistive effect element 27 constituting the magnetic sensor 13. Therefore, the resistance value of the second magnetoresistive element 27 varies, and the potential at the third output extraction unit 29 of the third series circuit 30 varies from the midpoint potential.

今、図7に示す(−H)方向の外部磁界検出回路状態では、第2直列回路34の第2出力取り出し部33の中点電位を基準電位とし、第3直列回路30と第2直列回路34とで構成される第2ブリッジ回路BC2の第3出力取り出し部29と第2出力取り出し部33間の差動電位を差動増幅器35で生成し、それをコンパレータ38に向けて出力する。コンパレータ38では、差動電位を、シュミットトリガー入力によりパルス波形の信号に整形し、整形された検出信号が、ラッチ回路46及びFET回路54を経て第2外部出力端子41から出力される。このとき、(−H)方向の外部磁界が所定以上の大きさであると検出信号は、第2外部出力端子41から低レベル信号として出力されるように制御される。   Now, in the external magnetic field detection circuit state in the (−H) direction shown in FIG. 7, the midpoint potential of the second output extraction unit 33 of the second series circuit 34 is used as a reference potential, and the third series circuit 30 and the second series circuit are used. The differential potential between the third output extraction unit 29 and the second output extraction unit 33 of the second bridge circuit BC2 configured by the reference numeral 34 is generated by the differential amplifier 35 and output to the comparator 38. In the comparator 38, the differential potential is shaped into a pulse waveform signal by a Schmitt trigger input, and the shaped detection signal is output from the second external output terminal 41 via the latch circuit 46 and the FET circuit 54. At this time, if the external magnetic field in the (−H) direction is greater than or equal to a predetermined magnitude, the detection signal is controlled to be output from the second external output terminal 41 as a low level signal.

一方、(−H)方向の外部磁界(−H)が作用している場合に図6の(+H)方向の外部磁界検出回路状態に切り換わっても、第1磁気抵抗効果素子23は抵抗変化しないから、外部磁界が作用していない場合と同様に、第1外部出力端子40からは高レベル信号が出力されるように制御される。   On the other hand, when the external magnetic field (−H) in the (−H) direction is acting, the first magnetoresistive element 23 changes in resistance even when the external magnetic field detection circuit state in the (+ H) direction in FIG. 6 is switched. Therefore, as in the case where no external magnetic field is acting, the first external output terminal 40 is controlled to output a high level signal.

このように、第2外部出力端子41では、ある一定以上の(−H)方向の外部磁界が作用すると、高レベル信号から低レベル信号に信号レベルが変化するため、第2外部出力端子41から低レベル信号を得ることで、携帯電話1が図1(a)に示す基準状態から図1(c)の反時計方向に回転したことを知ることができる。   In this way, at the second external output terminal 41, when an external magnetic field in the (−H) direction above a certain level acts, the signal level changes from the high level signal to the low level signal. By obtaining the low level signal, it can be known that the mobile phone 1 has rotated counterclockwise in FIG. 1C from the reference state shown in FIG.

図3は、図2(a)と同じ基準状態の回転検出装置9の正面図である。図3に示す実施形態では、回動部10の左右両側に磁石70,71と補助磁石72,73とが設けられている。図3に示すように磁石70,71は、重力方向に対して回動中心から所定の角度θ1離れた位置に配置されている。角度θ1は90度より小さい。図3に示すように回動軸14のほぼ左右両側に補助磁石72,73が設けられる。補助磁石72,73を設けることで、磁石70,71から補助磁石72,73までの長い空間内に外部磁界Hを作用させることができる。   FIG. 3 is a front view of the rotation detection device 9 in the same reference state as FIG. In the embodiment shown in FIG. 3, magnets 70 and 71 and auxiliary magnets 72 and 73 are provided on both the left and right sides of the rotating unit 10. As shown in FIG. 3, the magnets 70 and 71 are arranged at a position away from the center of rotation by a predetermined angle θ1 with respect to the direction of gravity. The angle θ1 is smaller than 90 degrees. As shown in FIG. 3, auxiliary magnets 72 and 73 are provided on substantially the left and right sides of the rotation shaft 14. By providing the auxiliary magnets 72 and 73, the external magnetic field H can be applied in a long space from the magnets 70 and 71 to the auxiliary magnets 72 and 73.

図3に示す回転検出装置9を用いることで、図1(a)の基準状態から図1(b)あるいは図1(c)の90度回転に至るまでの任意の角度以上に回転させたときに、磁気センサ13に対して外部磁界Hを作用させることができる。例えば、図1(a)の基準状態から60度回転させると外部磁界Hが作用するように磁石配置を調整すれば、携帯電話1を60度以上回転させることで図1(b)及び図1(c)に示すように画面表示部5の画面を90度回転方向あるいは反回転方向に回転させることができる。図3に示す回転検出装置9を用いれば、外部磁界Hが作用する角度範囲が広いので、多少、画面を斜めに傾けたりしても、その度に画面が回転する(切り替わる)ことがないので、動作安定性を向上できる。   When the rotation detection device 9 shown in FIG. 3 is used, the rotation detection device 9 is rotated more than an arbitrary angle from the reference state of FIG. 1 (a) to the 90 ° rotation of FIG. 1 (b) or 1 (c). In addition, an external magnetic field H can be applied to the magnetic sensor 13. For example, if the arrangement of the magnets is adjusted so that the external magnetic field H acts when rotated 60 degrees from the reference state of FIG. 1A, the cellular phone 1 is rotated 60 degrees or more so that FIGS. As shown in (c), the screen of the screen display unit 5 can be rotated 90 degrees or in the counter-rotating direction. If the rotation detection device 9 shown in FIG. 3 is used, the angle range over which the external magnetic field H acts is wide, so even if the screen is tilted slightly, the screen will not rotate (switch) each time. , Operational stability can be improved.

磁石70,71や補助磁石72,73の配置は任意に設定できる。また磁石の数を増やすことで、外部磁界Hが作用する角度範囲を広げることが出来る。例えば携帯電話1を時計回りあるいは反時計回りに90度より多少大きく回転させたときにでも外部磁界Hを作用させて、図1(b)、図1(c)に示すワイド画面表示を維持できるように、回動軸14の左右両側位置よりも上方に磁石を配置して磁気センサ13に対して外部磁界Hが作用する角度範囲を回転角90度以上に大きくすることが好適である。   The arrangement of the magnets 70 and 71 and the auxiliary magnets 72 and 73 can be arbitrarily set. Further, by increasing the number of magnets, the angle range in which the external magnetic field H acts can be expanded. For example, even when the mobile phone 1 is rotated slightly more than 90 degrees clockwise or counterclockwise, the external magnetic field H can be applied to maintain the wide screen display shown in FIGS. 1 (b) and 1 (c). As described above, it is preferable that the angle range in which the external magnetic field H acts on the magnetic sensor 13 is increased to a rotation angle of 90 degrees or more by arranging magnets above the left and right side positions of the rotation shaft 14.

図4に示すように基板74上に回動軸14が固定支持され、この回動軸14に回動自在に回動部10が取り付けられている。さらに、回動部10の上方に離れた位置に固定部(基板)75が設けられ、その固定部75に磁気センサ13が固定支持されている。   As shown in FIG. 4, the rotating shaft 14 is fixedly supported on the substrate 74, and the rotating portion 10 is rotatably attached to the rotating shaft 14. Further, a fixed portion (substrate) 75 is provided at a position away from the rotating portion 10, and the magnetic sensor 13 is fixedly supported by the fixed portion 75.

あるいは図5に示すように固定部(基板)76に磁気センサ13が固定支持され、この固定部76上に回動軸14が固定支持され、この回動軸14に回動自在に回動部10が取り付けられる構成でもよい。   Alternatively, as shown in FIG. 5, the magnetic sensor 13 is fixedly supported on a fixed portion (substrate) 76, the rotating shaft 14 is fixedly supported on the fixed portion 76, and the rotating portion is rotatable on the rotating shaft 14. 10 may be attached.

以上、本実施形態によれば、2個以上の磁石11,12と磁気抵抗効果素子を有する非接触式の1個の磁気センサ13とを備えており、携帯電話1を基準状態から時計方向あるいは反時計方向に回転させたときに、回動部10の回動により磁気センサ13と磁石11,12との相対位置が近づき、これにより、磁気センサ13が磁石11,12から外部磁界Hを受けて磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が変化する。そしてこの電気抵抗変化に基づく磁気センサ13からの出力により回転方向を検知することができる。   As described above, according to the present embodiment, two or more magnets 11 and 12 and one non-contact type magnetic sensor 13 having a magnetoresistive effect element are provided, and the mobile phone 1 is moved clockwise from the reference state or When rotated counterclockwise, the relative position between the magnetic sensor 13 and the magnets 11, 12 approaches due to the rotation of the rotating unit 10, whereby the magnetic sensor 13 receives the external magnetic field H from the magnets 11, 12. Thus, the electric resistance value of the magnetoresistive element changes. The direction of rotation can be detected from the output from the magnetic sensor 13 based on this change in electrical resistance.

特に本実施形態では図6で説明した双極対応で2出力の磁気センサ13を用いることで簡単な構成で回転方向を適切に検知することができる。   In particular, in the present embodiment, the rotation direction can be appropriately detected with a simple configuration by using the two-output magnetic sensor 13 corresponding to the bipolar described in FIG.

上記した実施形態では、回動部10に取り付けられているのが磁石で、固定部側に取り付けられているのが磁気センサ13であったが逆であってもよい。   In the above-described embodiment, the magnet is attached to the rotating part 10 and the magnetic sensor 13 is attached to the fixed part side, but the reverse may be possible.

また本実施形態の回転検出装置9は携帯電話1以外の電子機器に使用可能である。   Further, the rotation detection device 9 of this embodiment can be used for electronic devices other than the mobile phone 1.

携帯電話の正面図であり、(a)は基準状態、(b)は時計方向に90度回転、(c)は反時計方向に90度回転させたときの図、It is a front view of a mobile phone, (a) is a reference state, (b) is rotated 90 degrees clockwise, (c) is a diagram when rotated 90 degrees counterclockwise, 本実施形態における回転検出装置の回転方向検知の原理図であり、(a)は基準状態、(b)は図1(b)に示すように携帯電話を時計方向に90度回転させたとき、(c)は図1(c)に示すように携帯電話を反時計方向に90度回転させたときの図、It is a principle diagram of the rotation direction detection of the rotation detection device in the present embodiment, (a) is a reference state, (b) is when the mobile phone is rotated 90 degrees clockwise as shown in FIG. (C) is a diagram when the mobile phone is rotated 90 degrees counterclockwise as shown in FIG. 図2とは別の実施形態を示す回転検出装置の概念図(正面図)、FIG. 2 is a conceptual diagram (front view) of a rotation detection device showing an embodiment different from FIG. 本実施形態における回転検出装置の側面図、A side view of the rotation detection device in the present embodiment, 図4とは異なる本実施形態における回転検出装置の側面図、The side view of the rotation detection apparatus in this embodiment different from FIG. 本実施形態の磁気センサの回路図((+H)外部磁界の検出時)、A circuit diagram of the magnetic sensor of the present embodiment ((+ H) when detecting an external magnetic field), 本実施形態の磁気センサの回路図((−H)外部磁界の検出時)、A circuit diagram of the magnetic sensor of the present embodiment ((−H) when detecting an external magnetic field), 第1磁気抵抗効果素子のヒステリシス特性を説明するためのグラフ(R−H曲線)、A graph (RH curve) for explaining the hysteresis characteristics of the first magnetoresistance effect element; 第2磁気抵抗効果素子のヒステリシス特性を説明するためのグラフ(R−H曲線)、A graph (RH curve) for explaining the hysteresis characteristic of the second magnetoresistance effect element; 第1磁気抵抗効果素子及び第2磁気抵抗効果素子の層構造を示す部分断面図、The fragmentary sectional view which shows the layer structure of a 1st magnetoresistive effect element and a 2nd magnetoresistive effect element, 主に固定抵抗素子の層構造を説明するための部分断面図、Partial sectional view mainly for explaining the layer structure of the fixed resistance element,

符号の説明Explanation of symbols

1 携帯電話
2 第1筐体
3 第2筐体
5 画面表示部
9 回転検出装置
10 回動部
11,12,70,71 磁石
13 磁気センサ
14 回動軸
72,73 補助磁石
74、75、76 基板
21 センサ部
22 集積回路(IC)
23 第1磁気抵抗効果素子
24、28、31、32 固定抵抗素子
25 第1出力取り出し部
26 第1直列回路
27 第2磁気抵抗効果素子
29 第3出力取り出し部
30 第3直列回路
33 第2出力取り出し部
34 第2直列回路
35 差動増幅器
36 第1スイッチ回路(第1接続切換部)
38 コンパレータ
39 入力端子
40 第1外部出力端子
41 第2外部出力端子
42 アース端子
43 第2スイッチ回路
46、47 ラッチ回路
48 第3スイッチ回路
53 クロック回路
62 反強磁性層
63 固定磁性層
64 非磁性中間層
65、67 フリー磁性層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cellular phone 2 1st housing | casing 3 2nd housing | casing 5 Screen display part 9 Rotation detection apparatus 10 Rotating part 11, 12, 70, 71 Magnet 13 Magnetic sensor 14 Rotating shaft 72, 73 Auxiliary magnets 74, 75, 76 Substrate 21 Sensor unit 22 Integrated circuit (IC)
23 1st magnetoresistive effect element 24, 28, 31, 32 Fixed resistance element 25 1st output extraction part 26 1st series circuit 27 2nd magnetoresistive effect element 29 3rd output extraction part 30 3rd series circuit 33 2nd output Extraction unit 34 Second series circuit 35 Differential amplifier 36 First switch circuit (first connection switching unit)
38 Comparator 39 Input Terminal 40 First External Output Terminal 41 Second External Output Terminal 42 Ground Terminal 43 Second Switch Circuits 46 and 47 Latch Circuit 48 Third Switch Circuit 53 Clock Circuit 62 Antiferromagnetic Layer 63 Pinned Magnetic Layer 64 Nonmagnetic Intermediate layer 65, 67 Free magnetic layer

Claims (3)

磁石と、外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を備えた非接触式の磁気センサとを有し、前記磁石と前記磁気センサのうち一方が回動部に支持され、他方が固定部に支持された回転検出装置において、
前記磁石は少なくとも2個、前記磁気センサは1個用いられ、前記回動部は、重力方向に向けて回動可能に支持されており、
基準状態では、前記磁気センサは前記回動部の回動中心から重力方向上に配置され、前記磁石は、前記回動中心から前記磁気センサの左右両側に離れた位置に配置されており、
前記基準状態から時計方向あるいは反時計方向の回転に伴って前記回動部が重力方向に向けて回動して重力方向に一定の姿勢を保ち、このとき、前記磁気センサの前記磁石との相対位置が近づくことで前記磁気センサが前記磁石から外部磁界を受けて前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が変化し、この電気抵抗変化に基づく前記磁気センサからの出力により回転方向を知ることができることを特徴とする回転検出装置。
A magnet and a non-contact type magnetic sensor having a magnetoresistive effect element whose electric resistance value changes with respect to an external magnetic field, and one of the magnet and the magnetic sensor is supported by a rotating portion, and the other In the rotation detector supported by the fixed part,
At least two magnets and one magnetic sensor are used, and the rotating part is supported to be rotatable in the direction of gravity,
In the reference state, the magnetic sensor is arranged in the direction of gravity from the rotation center of the rotation unit, and the magnet is arranged at a position away from the rotation center on both the left and right sides of the magnetic sensor,
As the clockwise or counterclockwise rotation from the reference state, the rotating part rotates toward the gravitational direction and maintains a constant posture in the gravitational direction. At this time, relative to the magnet of the magnetic sensor As the position approaches, the magnetic sensor receives an external magnetic field from the magnet and the electric resistance value of the magnetoresistive effect element changes, and the rotation direction can be known from the output from the magnetic sensor based on this electric resistance change. A rotation detection device characterized by the above.
前記磁気抵抗効果素子は、固定磁性層と前記固定磁性層に非磁性層を介して積層されたフリー磁性層とを有し、前記固定磁性層の磁化は一方向に固定されており、
前記基準状態では、一方の磁石は、前記磁気センサとの相対位置が近づいたときに前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の固定磁化方向と平行な外部磁界が作用するように、他方の磁石は、前記磁気センサとの相対位置が近づいたときに前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の固定磁化方向と反平行な外部磁界が作用するように、各磁石が着磁されている請求項1記載の回転検出装置。
The magnetoresistive element has a pinned magnetic layer and a free magnetic layer laminated on the pinned magnetic layer via a nonmagnetic layer, and the magnetization of the pinned magnetic layer is pinned in one direction,
In the reference state, one magnet has an external magnetic field parallel to the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer of the magnetoresistive element when the relative position to the magnetic sensor approaches, so that the other magnet 2. Each magnet is magnetized so that an external magnetic field antiparallel to the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer of the magnetoresistive element acts when the relative position to the magnetic sensor approaches. Rotation detection device.
前記磁気センサには、ある一方向の外部磁界に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した第1磁気抵抗効果素子と、前記一方向とは逆方向の外部磁界に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した第2磁気抵抗効果素子と、第1出力端子と、第2出力端子とを有し、
前記第1磁気抵抗効果素子の電気抵抗変化に基づく信号が前記第1出力端子から出力され、前記第2磁気抵抗効果素子の電気抵抗変化に基づく信号が前記第2出力端子から出力される請求項1又は2に記載の回転検出装置。
The magnetic sensor has a first magnetoresistive element using a magnetoresistive effect in which an electric resistance changes with respect to an external magnetic field in one direction, and an electric resistance with respect to an external magnetic field in a direction opposite to the one direction. A second magnetoresistive element utilizing a changing magnetoresistive effect, a first output terminal, and a second output terminal;
The signal based on the electrical resistance change of the first magnetoresistive effect element is output from the first output terminal, and the signal based on the electrical resistance change of the second magnetoresistive effect element is output from the second output terminal. The rotation detection device according to 1 or 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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