JP2576136B2 - 磁気方位測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば地磁気を検知して磁気的な方位を
測定するために使用される磁気方位測定装置に関する。

［従来の技術］ 地磁気を検知し、磁気方位を測定する電気的な磁気方
位センサとしては、従来において磁気変調型のものが知
られている。すなわちこの磁気方位センサは、リング状
の鉄芯に対して一次コイルを環状に巻装するであり、さ
らに上記鉄芯の直径線上に、互いに直角に交差するよう
にして二次コイルを巻装設定させるようにするもので、
特にこの二次コイルが直角に交差するように十文字状に
設定されるようにしている。そして、この磁気方位セン
サにあっては、二次コイルを正確に直交するように配置
する必要があるものであり、その組立て構成が複雑とな
り、比較的大形の構成となる。さらにこのセンサを駆動
制御する回路部において、高精度の発振回路が要求され
るものであり、必然的に大形化し複雑高価なものとな
る。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、外
部に特に発振回路のような駆動手段を設定する必要がな
く、且つ充分に小形化して簡単に集積回路として構成す
ることができ、高精度な磁気方位の測定操作が容易に実
行できるようにする磁気方位測定装置を提供しようとす
るものである。

［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る磁気方位測定装置にあって
は、それぞれ２個の磁気抵抗素子を直線状に配置し、上
記２個の磁気抵抗素子相互の接続点よりなる中間点およ
び両端部にそれぞれ端子を設定するようにした第１およ
び第２のブリッジを備え、この第１および第２のブリッ
ジは互いに直角の関係に配置設定されるようにし、この
第１および第２のブリッジをそれぞれ構成する２個の磁
気抵抗素子には、この磁気抵抗素子の延びる方向と直角
の方向で、互いに逆の方向となるバイアス磁界を印加設
定させるようにしているものである。

［作用］ 上記のような磁気方位測定装置にあっては、第１およ
び第２のブリッジをそれぞれ構成する２個の磁気抵抗素
子にあっては、それぞれの延びる方向に直角で互いに逆
の方向となるバイアス磁界が印加設定されている。した
がって、第１および第２のブリッジ方位磁界が作用した
場合、その方位に対応して磁気抵抗素子の抵抗分の変化
分が倍増された第１および第２のブリッジで検出される
ようになる。この場合、第１および第２のブリッジで検
出される信号には90゜の位相差が設定されるものであ
り、この第１および２第２のブリッジからの検出信号に
基づいて、精度が確実に得られる磁気方位測定出力が得
られるようになるものである。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明す
る。第１図はその構成を示しているもので、絶縁物でな
る基板11の表面上に、強磁性体薄膜を蒸着し、この磁性
体薄膜をエッチング工程によって処理することにより、
直線状に配列されるようにして第１および第２の磁気抵
抗素子12および13を形成する。また、この第１および第
２の磁気抵抗素子12、13と同時に、この抵抗素子12、13
の延びる方向にと直角の方向に延びるようにして、直線
状に配列されるようにして第３および第４の磁気抵抗素
子14および15を形成する。

上記磁気抵抗素子12〜15それぞれの上には、例えばア
ルミニウム等の導体金属を蒸着し、第１の抵抗素子12の
上には、この抵抗素子12の延びる方向に45゜傾斜した方
向に延びるようにした直線状の多数の導体層161、162、
…が小間隔で形成されるようにエッチング処理する。ま
た、第２の磁気抵抗素子13部に対応しては、上記導体層
161、162、…と直角の方向に向くようにして導体層17
1、172、…が形成されるようにする。さらに第３の磁気
抵抗素子14上には、例えば上記導体層171、172、…と同
方向に延びる多数の導体層181、182、…が形成され、第
４の磁気抵抗素子15上には導体層182、182、…と直角の
方向に延びる多数の導体層191、192、…が小間隔で形成
されるようにしている。

そして、このような導体層を形成する工程によって、
直線状に配列された第１および第２の磁気抵抗素子12、
13の両端部に上記蒸着膜によって端子電極20および21を
形成すると共に、上記抵抗素子12、13の接続点である中
間部に端子電極22が同時に形成されるようにする。そし
て、端子電極20を電源に接続し、端子電極21を接地する
と共に、端子電極22を出力端子とするようにして、第１
のブリッジ24が構成されるようにする。

同様に第３および第４の磁気抵抗素子14、15の両端部
に端子電極24、25を形成し、その相互接続点である中間
部に端子電極26を形成し、端子電極24を電源に接続する
と共に、端子電極25を接地し、端子電極26から出力信号
を取出すようにして第２のブリッジ27が構成されるよう
にしている。

このように構成される装置において、第１のブリッジ
23の端子電極20を電源に接続すると共に端子電極21を接
地し、中間の端子電極22から出力信号を取り出すように
設定する。このような状態において、第１の磁気抵抗素
子12にあっては、導体層161、162、…それぞれは強磁性
体薄膜の最短距離分で相互に接続設定されるようにな
り、この傾斜する導体層161、162、…を流れる電流によ
って、第１の磁気抵抗素子12と直交する方向に正方向の
自己バイアス磁界ΔＨが発生する。すなわち、第１の磁
気抵抗素子12に対して自己バイアス磁界ΔＨが印加され
た状態となる。そして、さらに第２の磁気抵抗素子13に
は、導電層161、162、…と逆の方向に傾斜する導電層17
1、172、…が設定されているものであるため、逆方向の
自己バイアス磁界−ΔＨが印加されるような状態とな
る。

ここで、磁気抵抗素子の抵抗値変化に対応する出力の
状態は、この磁気抵抗素子に作用する磁界（Ｎ、Ｓ）と
の関係で第２図でａで示すようになる。したがって、第
１の磁気抵抗素子12に自己バイアス磁界ΔＨが印加され
ていて、ｂで示す入力信号によって第１の磁気抵抗素子
12に印加される磁界が変化したとすると、この第１の磁
気抵抗素子12に関連してｃで示すような出力信号が得ら
れるようになる。また第２の磁気抵抗素子13には−ΔＨ
の自己バイアス磁界が印加されているものであるため、
上記同様の入力信号ｂに対応してｄに示すような出力信
号が得られる。このため、出力端子となる端子電極22か
らはこれら信号ｃおよびｄの２倍の出力が発生すように
なる。

第２のブリッジ24においても、端子電極24に電源を接
続すると共に、端子電極25を接地し、中間の端子電極26
から出力信号を取り出すようにすると、上記第１のブリ
ッジ23の場合と同様に第３の磁気抵抗素子14に、この磁
気抵抗素子14と直角の方向の自己バイアス磁界ΔＨが印
加されるようになり、第４の磁気抵抗素子15にはこれと
逆の−ΔＨの自己バイアス磁界が印加されるようにな
る。

このような磁気方位検出装置に対して、第１のブリッ
ジ23の長手方向の角度を“０゜”として外部磁界Ｈが作
用させられ、この磁界Ｈが時計方向に回転されたとする
と、その回転角度θに対応して第１および第２のブリッ
ジ23および24からの出力信号は、それぞれ第３図でＡお
よびＢで示すように、90゜の位相差を有する信号とな
る。したがって、この第１および第２のブリッジ23、24
それぞれからの出力信号に基づいて、磁界Ｈの方位が計
測されるようになる。

第４図はこの方位の計測信号を得るための論理回路の
例を示しているもので、入力端子31に第２のブリッジ24
からの出力信号である第３図で示したＢの信号を入力
し、入力端子32に第１のブリッジ23からの出力であるＡ
の信号を入力する。そして、入力信号Ｂはアンプ33で増
幅し、ROM等に記憶設定されるマップ34に供給するもの
で、このマップ34から上記入力信号Ｂに対応した角度信
号ｘが出力されるようになる。ここで、上記マップ34に
は入力信号Ｂに対応して０゜〜180゜の角度データが記
憶設定されているもので、入力信号レベルに対応して０
゜〜180゜の範囲の角度データｘが読み出し出力される
ものである。そして、この読み出された角度データｘは
演算回路35に供給される。

また、入力端子32に入力された信号Ａは、コンパレー
タ36で基準電源37で設定された基準電圧Vccと比較され
る。すなわち、このコンパレータ36では入力信号Ａに基
づいて、磁界Ｈの方位が“０゜〜180゜”あるいは“180
゜〜360゜”のいずれの範囲にあるかを判断するもの
で、前者の場合はハイレベル（Hi）の出力信号を、また
後者の場合はローレベル（Lo）の出力信号を発生するよ
うにしている。そして、このコンパレータ36からの出力
信号は、上記演算回路35に供給する。

この演算回路35にあっては、コンパレータ36からの信
号がハイレベルのときには、マップ34からの入力信号ｘ
に対して“ｙ＝x"の演算を実行し、またコンパレータ36
からの信号がローレベルのときは“ｙ＝360゜−x"の演
算を実行し、磁気方位の演算出力“y"を得るものであ
る。そして、この出力“y"は表示回路38に導かれ、測定
された磁気方位角度を表示するようになる。

したがって、このような磁気方位測定装置は、通常の
ICの製造工程にしたがって構成できるものであり、充分
に小形化して構成することができ、発振回路等を必要と
せずに簡易化して構成できるものである。

第５図は他の実施例を示すもので、第１図で示したと
同様にして絶縁物からなる基板11状に、強磁性体薄膜に
よる第１乃至第４の磁気抵抗素子12〜15を形成する。そ
して、これら磁気抵抗素子12〜15にはそれぞれ端子電極
が設定されているもので、第１および第２のブリッジ23
および24が形成されるようになっている。

このようにして基板11上に第１および第２のブリッジ
23および24が形成されたならば、このブリッジ部分を含
む基板11の全面上に絶縁膜41を形成し、この絶縁膜41に
よって全体が被覆されるようにする。そして、この絶縁
膜41上に導体を蒸着し、上記磁気抵抗素子12〜15それぞ
れに対応する位置に、この抵抗素子それぞれと同一形状
となるようにして導体層42〜45が形成されるようにエッ
チング処理する。そして、第１および第２のブリッジ23
および24それぞれの端子電極と同一位置に対応して、端
子電極46〜48および49〜51が形成されるようにする。

また上記絶縁膜41には、端子電極20〜25それぞれに対
応してスルーホールを形成し、上記端子電極20〜25がそ
れぞれこのスルーホールを介して端子52〜57として絶縁
膜41上に導出されるようにしている。

このように構成される装置において、端子電極46およ
び47を電源に接続し、端子電極54を接地させるようにし
て導体層42および43に電流を流すと、導体層42および43
それぞれにこの導体層42、43と直交する状態で互いに逆
の方向の磁界が発生し、第１の磁気抵抗素子12にこの磁
気抵抗素子12と直交する方向に磁界ΔＨがバイアス磁界
として印加されるようになる。また第２の磁気抵抗素子
13にはこの磁界ΔＨと逆の方向の磁界−ΔＨがバイアス
磁界として印加されるようになる。

また、第２のブリッジ24部に対応する端子電極49およ
び50を電源に接続し、端子電極51を接地することによっ
て、第３の磁気抵抗素子14にこれと直交する方向のバイ
アス磁界ΔＨが印加され、第４の磁気抵抗素子15にこれ
と逆の−ΔＨのバイアス磁界が印加されるようになる。

したがって、第１図で示した実施例と同様に第１のブ
リッジ23の出力信号と、第２のブリッジ27からの出力信
号とに基づいて、磁気方向の測定動作が実行できるよう
になるものである。

尚、上記実施例で示された磁気抵抗素子の配列状態は
任意設定できるものであり、またバイアス磁界の設定手
段は、各磁気抵抗素子部に対応して磁界発生用のコイル
要素を設定するばかりでなく、永久磁石等の磁石装置を
用いるものであってもよい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る磁気方位測定装置によれ
ば、例えば蒸着、エッチング等のICの製造工程と同様に
して検出素子部が形成できるものであり、非常に小形化
した状態で、且つ高精度に構成できるものである。ま
た、磁気方位の検出感度も効果的に向上できるようにな
り、その応用範囲が効果的に拡大されるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る磁気方位検出装置を
説明する平面から見た構成図、第２図は上記装置の検出
部における検出出力の状態を説明する図、第３図は上記
装置における第１および第２のブリッジからの出力信号
の状態を示す図、第４図は上記第１および第２のブリッ
ジからに出力信号の処理回路を説明する構成図、第５図
はこの発明の他の実施例を示すもので（Ａ）は平面図、
（Ｂ）は（Ａ）図のｂ−ｂ線に対応する部分の断面構成
図である。 11……基板（絶縁物）、12〜15……磁気抵抗素子（強磁
性体薄膜）、161、162、…、171、172、…、181、182
…、191、192、……導体層、20〜25……端子電極、42〜
45……導体層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊澤 一朗 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 鎌田 忠 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭51−124410（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−118586（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−21889（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−262613（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれの強磁性体によって構成された第
   １および第２の磁気抵抗素子が直線状態に設定され、そ
   の相互接続点となる中間部およびその両端部にそれぞれ
   端子が制定されるようにした第１のブリッジと、 この第１のブリッジに直交する方向に延びるように設定
   され、それぞれ強磁性体によって構成された第３および
   第４の磁気抵抗素子を直線状態に設定し、その相互接続
   点となる中間部およびその両端部にそれぞれ端子が設定
   されるようにした第２のブリッジと、 上記第１のブリッジを構成する第１および第２の磁気抵
   抗素子それぞれに、この磁気抵抗素子の延びる方向と直
   角で且つ互いに逆となる方向の磁界、および上記第２の
   ブリッジを構成する第３および第４の磁気抵抗素子それ
   ぞれに、この磁気抵抗素子の延びる方向と直角で且つ互
   いに逆となる方向の磁界をそれぞれバイアス磁界として
   印加設定する磁界設定手段とを具備し、 上記第１および第２のブリッジからの検出出力信号に基
   づいて、磁気方位方向を算出させるようにしたことを特
   徴とする磁気方位測定装置。
2. 【請求項２】上記第１のブリッジに設定される磁界設定
   手段は、第１の磁気抵抗素子の面にこの抵抗素子の延び
   る方向に45゜傾斜されて小間隔で多数形成された導電体
   層と、第２の磁気抵抗素子の面に上記第１の抵抗素子に
   形成された導電体層と直角の方向に傾斜するように多数
   形成された導電体層とによって構成され、このブリッジ
   の両端部に設定される端子間に電流を流すように構成さ
   れるものであり、さらに上記第２のブリッジに設定され
   る磁界設定手段は、第３の磁気抵抗素子の面にこの抵抗
   素子の延びる方向に45゜傾斜されて小間隔で多数形成さ
   れた導電体層と、第４の磁気抵抗素子の面に上記第３の
   抵抗素子に形成された導電体層と直角の方向に傾斜する
   ように多数形成された導電体層とによって構成され、こ
   のブリッジの両端部に設定される端子間に電流を流すよ
   うに構成されるようにした特許請求の範囲第１項記載の
   磁気方位測定装置。
3. 【請求項３】上記第１および第２のブリッジに設定され
   る磁界設定手段は、上記第１乃至第４の磁気抵抗素子そ
   れぞれに平行に形成される導体薄膜による第１乃至第４
   の導体層によって構成され、この第１乃至第４の導体層
   に、上記第１および第２のブリッジそれぞれの中間部端
   子と両端に対応する端子それぞれとの間に電流が流され
   るように構成した特許請求の範囲第１項記載の磁気方位
   測定装置。
4. 【請求項４】上記磁界設定手段は、上記第１乃至第４の
   磁気抵抗素子それぞれに対応して設定された永久磁石に
   よって構成されるようにした特許請求の範囲第１項記載
   の磁気方位測定装置。