JP3316689B2

JP3316689B2 - 電子式方位計

Info

Publication number: JP3316689B2
Application number: JP8284692A
Authority: JP
Inventors: 浩幸中鉢
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1992-03-03
Filing date: 1992-03-03
Publication date: 2002-08-19
Anticipated expiration: 2017-08-19
Also published as: JPH05248868A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子式方位計に関し、詳
細には、磁気抵抗素子を利用した磁気センサ及びこの磁
気センサを利用して地磁気の方位を算出する電子式方位
計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子式方位計としては、種々のも
のが提案されているが、従来の電子式方位計において
は、その磁気検出素子としてホール素子や強磁性体等が
利用されている。このようなホール素子や強磁性体等を
磁気検出素子として利用すると、地磁気の検出感度方向
成分の大きにより、地磁気の方向をも検出することがで
きる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ホール素子
は、磁気検出感度が低い。そこで、従来、磁束収束器を
設けることにより、ホール素子の磁気検出感度の低さを
補うことにより、地磁気の検出を行なって、方位を測定
している。そのため、電子式方位計が大型化するという
問題があった。また、ホール素子や強磁性体は、いずれ
も消費電力が大きいという問題があった。そこで、本発
明は、磁気検出素子として、安価で、小型の磁気抵抗素
子をブリッジ状に接続し、また、この磁気抵抗素子に交
互に向きの反転するバイアス磁界を印加することによ
り、磁気抵抗素子のヒステリシスによる誤差を是正しつ
つ、安価で、小型、かつ安価な磁気センサー及び電子式
方位計を提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、電子式方位計が、隣接する
磁気抵抗素子の磁気検出方向が互いに直交する状態でブ
リッジ状に結合された少なくとも４個の磁気抵抗素子
と、互いに直交する状態で前記磁気抵抗素子に卷回され
た少なくとも２個のバイアス磁界用コイルと、を有した
磁気センサと、前記磁気センサの磁気抵抗素子の結合部
のうち相対向する２つの結合部間に定電圧を印加する磁
気センサ駆動手段と、前記磁気センサの各バイアス磁界
用コイルそれぞれに対して、互いに逆向きの電流を順次
導通させバイアス磁界を発生させるバイアス磁界用コイ
ル駆動手段と、前記磁気センサ駆動手段により定電圧の
印加されている結合部間以外の相対向する結合部間の電
位差を検出する検出手段と、前記バイアス磁界用コイル
駆動手段が電流を順次導通させることにより発生させた
各バイアス磁界それぞれの際に、前記検出手段が検出し
た各電位差に基づいて方位を算出する演算手段と、前記
バイアス磁界用コイル駆動手段と前記検出手段と前記演
算手段とに対して動作タイミングを指示する制御信号
と、を備えたことを特徴としている。更に、請求項２に
記載するように、前記２個のバイアス磁界用コイルは、
前記磁気抵抗素子の磁気検出方向に対して４５度の方向
の磁界を発生する状態で前記磁気抵抗素子に卷回されて
いることを特徴としている。

【０００５】

【作用】請求項１記載の発明によれば、電子式方位計
は、磁気センサが、隣接する磁気抵抗素子の磁気検出方
向が互いに直交する状態でブリッジ状に結合された少な
くとも４個の磁気抵抗素子と、互いに直交する状態で前
記磁気抵抗素子に卷回された少なくとも２個のバイアス
磁界用コイルと、を有しており、この磁気センサの磁気
抵抗素子の結合部のうち相対向する２つの結合部間に磁
気センサ駆動手段により定電圧を印加する。そして、磁
気センサの各バイアス磁界用コイルそれぞれに対して、
バイアス磁界用コイル駆動手段により互いに逆向きの電
流を順次導通させてバイアス磁界を発生させ、前記磁気
センサ駆動手段により定電圧の印加されている結合部間
以外の相対向する結合部間の電位差を検出手段により検
出する。続いて、前記バイアス磁界用コイル駆動手段が
電流を順次導通させることにより発生させた各バイアス
磁界それぞれの際に、前記検出手段が検出した各電位差
に基づいて演算手段により方位を算出し、前記バイアス
磁界用コイル駆動手段と前記検出手段と前記演算手段と
に対して制御手段により動作タイミングを指示する。し
たがって、ブリッジ状に接続された磁気抵抗素子に、制
御手段により動作タイミングをとって、バイアス磁界を
印加し、このバイアス磁界の印加された磁気抵抗素子の
結合部間の電位差を検出して、方位を算出しているの
で、磁気抵抗素子の特性曲線の変化量の大きい領域で検
出することができるので、磁気センサを小型・安価で、
かつ精度の高いものとすることができる。請求項２記載
の発明によれば、前記２個のバイアス磁界用コイルは、
前記磁気抵抗素子の磁気検出方向に対して４５度の方向
の磁界を発生する状態で前記磁気抵抗素子に卷回されて
いる。したがって、磁気抵抗素子に作用する磁界の強さ
に対応して、バイアス磁界の印加された磁気抵抗素子の
結合部間に電位差が発生するため、該電位差を検出する
ことによって方位を算出することができる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。図１〜図１５は、本発明に係る磁気センサ及び
電子式方位計の一実施例を示す図である。図１は、磁気
センサ１の平面図であり、磁気センサ１は、ガラスある
いはアルミナで形成された基板２上に４個の磁気抵抗素
子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４及び４個のパッドＰ
１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４が形成されている。

【０００７】この磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ
３、ＭＲ４は、基板２上にパーマロイ等の強磁性体を真
空蒸着することにより形成されており、パッドＰ１、Ｐ
２、Ｐ３、Ｐ４は、基板２上に通常の配線用材料を真空
蒸着することにより形成されている。この磁気抵抗素子
ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４は、それぞれ相隣接す
る他の磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４と
磁気検出方向が９０度異なるように結合されており、ま
た、矢印Ｎは測定方向を示すが、この矢印Ｎに対して、
各磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の検出
方向が４５度の傾きをもつように形成されている。

【０００８】これら各磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、Ｍ
Ｒ３、ＭＲ４は、図２に示すように、パッドＰ１、Ｐ
２、Ｐ３、Ｐ４により結合部Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４を
介してブリッジ状に接続されており、相対向する結合部
Ｋ１、Ｋ３間には、所定の電圧Ｖが印加されている。各
磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４は、一般
に知られているように、磁界が作用することによりその
抵抗値が変化し、いま、結合部Ｋ１、Ｋ３間に所定電圧
Ｖが印加されていることにより、磁界が作用してその抵
抗値が変化すると、結合部Ｋ２と結合部Ｋ４には、所定
の電位が発生する。すなわち、結合部Ｋ２の電位をＶ
１、結合部Ｋ４の電位をＶ２とすると、結合部Ｋ２と結
合部Ｋ４との間には、Ｖ１−Ｖ２の電位差ＶＳが発生す
る。

【０００９】また、磁気センサ１には、２つのバイアス
コイルＣ１、Ｃ２（図３参照）が相互に直交するように
磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４に卷回さ
れている。まず、バイアスコイルＣ１は、流される電流
の向きにより図１に矢印Ｂ１及び逆方向の矢印Ｂ３で示
す方向のバイアス磁界を磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、
ＭＲ３、ＭＲ４に印加する。次に、バイアスコイルＣ２
は、流される電流の向きにより図１に矢印Ｂ２及び逆方
向の矢印Ｂ４で示す方向のバイアス磁界を磁気抵抗素子
ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４に印加する。すなわ
ち、バイアスコイルＣ１、Ｃ２により印加されるバイア
ス磁界の方向Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４と各磁気抵抗素子
ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の検出方向とは、それ
ぞれ４５度ずれている。

【００１０】図３は、上記図１及び図２の磁気センサ１
を利用した電子式方位計１０のブロック構成図であり、
電子式方位計１０は、素子駆動回路１１、磁気抵抗素子
部１２、作動増幅回路１３、Ａ／Ｄ変換回路１４、レジ
スタ１５、バイアスコイルＣ１、Ｃ２、コイル駆動回路
１６、波形合成回路１７、レジスタ１８、ＣＰＵ１９、
表示部２０、ＲＯＭ２１及びＲＡＭ２２等を備えてい
る。

【００１１】磁気抵抗素子部１２は、上記ブリッジ状に
接続された磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ
４を総称したものであり、素子駆動回路（磁気センサ駆
動手段）１１は、この磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、Ｍ
Ｒ３、ＭＲ４の形成された磁気センサ１の結合部Ｋ１、
Ｋ３間に印加する所定電圧Ｖを供給する。磁気抵抗素子
部１２は、その結合部Ｋ２及び結合部Ｋ４から検出電圧
Ｖ１、Ｖ２を作動増幅回路１３に出力する。

【００１２】作動増幅回路１３は、通常の作動増幅回路
であり、磁気抵抗素子部１２から入力される検出電圧Ｖ
１、Ｖ２の電位差ＶＳ（Ｖ１−Ｖ２）を増幅してＡ／Ｄ
変換回路１４に出力する。

【００１３】Ａ／Ｄ変換回路１４は、電位差ＶＳをディ
ジタル変換し、レジスタ１５に出力する。上記作動増幅
回路１３及びＡ／Ｄ変換回路１４は、全体として素子駆
動回路１１により定電圧の印加されている結合部間（Ｋ
１−Ｋ３間）以外の相対向する結合部間（Ｋ２−Ｋ４
間）の電位差ＶＳを検出する検出手段として機能する。

【００１４】一方、バイアスコイル（バイアス磁界用コ
イル）Ｃ１、Ｃ２は、上述のように、磁気抵抗素子ＭＲ
１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４にバイアスコイルＣ１とバ
イアスコイルＣ２が互いに直交するように卷回されてお
り、各バイアスコイルＣ１、Ｃ２には、それぞれコイル
駆動回路１６からバイアス電流Ｉ１、Ｉ２が供給され
る。このバイアス電流Ｉ１、Ｉ２は、各々電流の向きが
反転し、バイアス電流Ｉ１、Ｉ２の向きが反転すること
より、バイアスコイルＣ１、Ｃ２は、それぞれ図１に示
したように、逆方向のバイアス磁界Ｂ１、Ｂ３及びバイ
アス磁界Ｂ２、Ｂ４を磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、Ｍ
Ｒ３、ＭＲ４に印加する。また、バイアス電流Ｉ１、Ｉ
２は、交互に流されるとともに、その向きが反転する。
したがって、図１に示すように、バイアス磁界Ｂ１、Ｂ
２、Ｂ３、Ｂ４が、Ｂ１→Ｂ２→Ｂ３→Ｂ４の順に発生
する。

【００１５】コイル駆動回路１６には、波形合成回路１
７からバイアス電流の向きと導通タイミング、すなわち
バイアス磁界Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４の向きを指示する
信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が入力され、コイル駆動回
路１６は、この信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に基づいて
バイアス電流Ｉ１、Ｉ２のバイアスコイルＣ１、Ｃ２へ
の供給・停止を行ない、また、バイアス電流Ｉ１、Ｉ２
の向きの切り換えを行なう。したがって、コイル駆動回
路１６は、磁気センサ１の各バイアスコイルＣ１、Ｃ２
に電流を導通させバイアス磁界を発生させるバイアス磁
界用コイル駆動手段として機能する。

【００１６】波形合成回路１７は、前記コイル駆動回路
１６へ信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を出力するととも
に、バイアス磁界Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４に対応するＲ
ＡＭ２２の検出データＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２の格納領
域を示す領域信号Ａ１、Ａ０をレジスタ１８に出力し、
またＡ／Ｄ変換回路１４に信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４
に基づいてＡ／Ｄ変換のタイミングを指示する変換タイ
ミング信号Ｓａを出力する。これに対して、Ａ／Ｄ変換
回路１４は、Ａ／Ｄ変換中であることを示す変換中信号
Ｓｂを波形合成回路１７に出力する。さらに、波形合成
回路１７は、ＣＰＵ１９に対してデータ書換処理の開始
を指示する割込み信号ＩＮＴを出力し、ＣＰＵ１９は、
この割込み信号ＩＮＴに基づいてＲＡＭ２２のデータの
書換処理を開始する。したがって、波形合成回路１７
は、バイアス磁界用コイル駆動手段としてのコイル駆動
回路１６、検出手段としてのＡ／Ｄ変換回路１４及び演
算手段としてのＣＰＵ１９に動作タイミングを指示する
制御手段として機能する。

【００１７】前記レジスタ１５は、Ａ／Ｄ変換回路１４
からの電位差ＶＳの検出データＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２
を一時記憶し、ＣＰＵ１９の要求に応じてＣＰＵ１９に
電位差ＶＳの検出データＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２を出力
する。

【００１８】前記レジスタ１８は、波形合成回路１７か
らの領域信号Ａ１、Ａ０を一時記憶し、ＣＰＵ１９の要
求に応じてＣＰＵ１９に領域信号Ａ１、Ａ０のデータを
出力する。

【００１９】表示部２０は、例えば、液晶表示装置等を
有し、ＣＰＵ１９から出力される種々のデータ、例え
ば、方位データＤ等を表示出力する。

【００２０】ＲＯＭ２１は、電子式方位計としてのプロ
グラム、例えば、方位演算処理プログラムや磁気センサ
１の検出した電位差ＶＳの検出データＸ１、Ｘ２、Ｙ
１、Ｙ２の書換処理プログラム等を格納している。

【００２１】ＲＡＭ２２は、図３に示すように領域区分
されており、領域Ｘ１、Ｘ２は、バイアスコイルＣ１に
よりバイアス磁界Ｂ１、Ｂ３を印加したときの電位差Ｖ
Ｓの検出データＸ１、Ｘ２を格納する領域、領域Ｙ１、
Ｙ２は、バイアスコイルＣ２によりバイアス磁界Ｂ２、
Ｂ４を印加したときの電位差ＶＳの検出データＹ１、Ｙ
２を格納する領域、領域Ｘは、バイアスコイルＣ１によ
りバイアス磁界Ｂ１、Ｂ３を印加したときの測定値の差
Ｘ（Ｘ１−Ｘ２）を格納する領域、領域Ｙは、バイアス
コイルＣ２によりバイアス磁界Ｂ２、Ｂ４を印加したと
きの測定値の差Ｙ（Ｙ１−Ｙ２）を格納する領域、領域
Ｄは、ＣＰＵ１９が算出した方位データＤを格納する領
域である。

【００２２】ＣＰＵ１９は、ＲＯＭ２１内のプログラム
に従って電子式方位計１０の各部を制御し、電位差ＶＳ
の検出を行なわせるとともに、検出した電位差ＶＳの検
出データＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から方位Ｄを算出す
る。また、ＣＰＵ１９は、この検出した電位差ＶＳの検
出データＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２や算出した方位ＤをＲ
ＡＭ２２に格納するとともに、表示部１０に算出した方
位Ｄを表示出力させる。

【００２３】次に、作用を説明する。電子式方位計１０
は、その磁気センサ１に磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、
ＭＲ３、ＭＲ４が使用されており、その磁気抵抗素子Ｍ
Ｒ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４がブリッジ状に結合され
ている。このブリッジ状に結合された磁気抵抗素子ＭＲ
１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の相対向する結合部Ｋ１と
結合部Ｋ３との間に素子駆動回路１１から駆動電圧Ｖを
印加し、磁気センサ１は、磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ
２、ＭＲ３、ＭＲ４の他の相対向する結合部Ｋ２と結合
部Ｋ４との電位を検出電位Ｖ１、Ｖ２として作動増幅回
路１３に出力する。

【００２４】一方、磁気センサ１には、バイアスコイル
Ｃ１、Ｃ２が相直交する方向に卷回されており、バイア
スコイルＣ１、Ｃ２には、コイル駆動回路１６からそれ
ぞれバイアス電流Ｉ１、Ｉ２が供給される。このバイア
ス電流Ｉ１、Ｉ２は、各々電流の向きが反転し、バイア
ス電流Ｉ１、Ｉ２の向きが反転することにより、バイア
スコイルＣ１、Ｃ２は、それぞれ図１に示したように、
逆方向のバイアス磁界Ｂ１、Ｂ３及びバイアス磁界Ｂ
２、Ｂ４を磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ
４に印加する。

【００２５】ところで、磁気センサ１に使用されている
磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４は、その
基本特性が、図４のように示され、磁界の強さが、正側
及び負側に大きくなるに従って抵抗値が対象的に減少す
る。したがって、図４に示すように、地磁気による磁界
ＨEが磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４に
作用したとき、抵抗値の変化だけでは、磁気抵抗素子Ｍ
Ｒ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の検出方向に対して地磁
気による磁界ＨEの方向が正側であるのか、負側である
のかを判別することができない。また、この地磁気によ
る磁界ＨEによる磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ
３、ＭＲ４の抵抗値の変化量が小さいため、正確な地磁
気ＨEの変化量を検出することができず、方位の算出が
不正確となる。

【００２６】そこで、本実施例では、磁気センサ１にバ
イアス磁界を印加し、磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、Ｍ
Ｒ３、ＭＲ４に対する地磁気による磁界ＨEの方向の判
別を可能とするとともに、磁界ＨEによる磁気抵抗素子
ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の抵抗値の変化量を大
きくして、検出精度を向上させている。

【００２７】すなわち、相直交する方向に配置されたバ
イアスコイルＣ１、Ｃ２に、反転するバイアス電流Ｉ
１、Ｉ２を供給し、各磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、Ｍ
Ｒ３、ＭＲ４にバイアス磁界Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を
印加している。このバイアス磁界Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ
４を磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４に印
加すると、図５に示すように、磁気抵抗素子ＭＲ１、Ｍ
Ｒ２、ＭＲ３、ＭＲ４の特性曲線の変化の大きい位置に
検出位置を設定することができるとともに、該特性曲線
上での地磁気による磁界ＨEの検出方向に対して、負側
のバイアス磁界−ＨBが印加されたときと、正側のバイ
アス磁界ＨBが印加されたときとでは、磁気抵抗素子Ｍ
Ｒ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の抵抗値の変化方向を逆
転させることができ、地磁気による磁界ＨEの変化を精
度よく検出することができるとともに、地磁気の磁界Ｈ
Eの方向を容易に検出することができる。

【００２８】また、磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ
３、ＭＲ４は、無限に大きな正側から無限に大きな負側
の磁界が印加された場合、図６に示すように、ヒステリ
シス（なお、図６では、ヒステリシスを分りやすく表示
するため、実際のヒステリシスよりも極端に表示してい
る。）を有しているため、地磁気による磁界ＨEを検出
しているときには、磁界ＨEの増加するときと、減少す
るときとでは、磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、
ＭＲ４の異なる特性曲線上を変化することとなり、同じ
磁界ＨEの値であっても異なった抵抗値を示す。その結
果、方位の検出を正確に行なうことができなくなる。

【００２９】そこで、本発明では、上述のように、磁気
センサ１にバイアス磁界を印加し、ヒステリシスによる
検出誤差を是正している。すなわち、相直交する方向に
配置されたバイアスコイルＣ１、Ｃ２に、反転するバイ
アス電流Ｉ１、Ｉ２を供給し、各磁気抵抗素子ＭＲ１、
ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４にバイアス磁界Ｂ１、Ｂ２、Ｂ
３、Ｂ４を印加している。このバイアス磁界Ｂ１、Ｂ
２、Ｂ３、Ｂ４が印加されると、ヒステリシスを有した
磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の特性
は、バイアス磁界の方向に対応した特性曲線上を変化す
ることとなり、バイアス磁界Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４の
方向に応じて磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、Ｍ
Ｒ４の同一方向の特性曲線に対応した検出結果を得るこ
とができる。その結果、ヒステリシスの影響を受けるこ
となく、地磁気による磁界ＨEの変化を正確に検出する
ことができる。

【００３０】このようにして磁気センサ１で検出した結
合部Ｋ１の電位Ｖ１と結合部Ｋ２の電位Ｖ２は、上述の
ように、作動増幅回路１３に出力され、作動増幅回路１
３はこの両電位Ｖ１、Ｖ１の電位差ＶＳを増幅してＡ／
Ｄ変換回路１４に出力する。Ａ／Ｄ変換回路１４は、作
動増幅回路１３から入力される電位差ＶＳをディジタル
変換して、検出データＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２としてレ
ジスタ１５に出力するが、この電位差ＶＳのディジタル
変換を、波形合成回路１７から入力される変換タイミン
グ信号Ｓａに基づいて行っている。

【００３１】すなわち、波形合成回路１７は、図７に示
すように、変換タイミング信号ＳａをＡ／Ｄ変換回路１
４に出力し、Ａ／Ｄ変換回路１４は、変換タイミング信
号Ｓａが入力されると、電位差ＶＳのディジタル変換を
開始するとともに、変換中であることを示す変換中信号
Ｓｂを波形合成回路１７に出力する。Ａ／Ｄ変換回路１
４は、ディジタル変換した検出データＸ１、Ｘ２、Ｙ
１、Ｙ２をレジスタ１５に出力し、レジスタ１５は、入
力される検出データＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２を一時格納
する。波形合成回路１７は、Ａ／Ｄ変換回路１４から変
換中信号Ｓｂの入力が無くなると、図７に示すように、
ＣＰＵ１９にデータ書換処理の開始を指示する割込み信
号ＩＮＴを出力し、ＣＰＵ１９は、割込み信号ＩＮＴが
入力されると、レジスタ１５から検出データＸ１、Ｘ
２、Ｙ１、Ｙ２を読み取り、データ書換処理や方位の演
算処理を開始する。

【００３２】また、波形合成回路１７は、図７に示すよ
うに、コイル駆動回路１６にバイアス磁界Ｂ１、Ｂ２、
Ｂ３、Ｂ４を発生させるための信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、
Ｓ４を出力し、コイル駆動回路１６は、信号Ｓ１、Ｓ
２、Ｓ３、Ｓ４に基づいてバイアスコイルＣ１、Ｃ２へ
のバイアス電流Ｉ１、Ｉ２の供給・停止及びバイアス電
流Ｉ１、Ｉ２の向きの切り換えを行なう。そして、上記
変換タイミング信号Ｓａをこの各信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ
３、Ｓ４の出力期間の中間あたりの安定したときに出力
する。したがって、上述のように、磁気抵抗素子ＭＲ
１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４にバイアス磁界Ｂ１、Ｂ
２、Ｂ３、Ｂ４が印加される。

【００３３】さらに、波形合成回路１７は、バイアス磁
界Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４への信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、
Ｓ４の出力タイミング、すなわちバイアス磁界Ｂ１、Ｂ
２、Ｂ３、Ｂ４の印加タイミングに応じて、ＲＡＭ２２
への検出データＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２の格納領域を示
す領域信号Ａ１、Ａ０をレジスタ１８に出力し、レジス
タ１８は、この領域信号Ａ１、Ａ０を一時格納する。レ
ジスタ１８に格納された領域信号Ａ１、Ａ０は、ＣＰＵ
１９により読み取られる。この領域信号Ａ１、Ａ０は、
図７に示すように、領域信号Ａ１と領域信号Ａ０との組
合わせにより４つの領域Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２を指定
している。

【００３４】上述のように、ＣＰＵ１９は、波形合成回
路１７から割込み信号ＩＮＴが入力されて、割込みがか
かると、図８に示すデータ書換処理を行なう。すなわ
ち、ＣＰＵ１９は、割込み信号ＩＮＴにより割込みがか
かると、レジスタ１８から領域信号Ａ１、Ａ０を読み出
し、領域信号Ａ０が「０」かどうかチェックする（ステ
ップＳ１）。領域信号Ａ０が「０」のときには、領域信
号Ａ１が「０」かどうかチェックし（ステップＳ２）、
領域信号Ａ１も「０」のときには、レジスタ１５から読
み出した検出データを領域Ｘ１に書き込む（ステップＳ
３）。領域Ｘ１に書き込んだ検出データと領域Ｘ２に書
き込まれている検出データとの差を演算し、領域Ｘに書
き込む（ステップＳ４）。

【００３５】また、ステップＳ２で領域信号Ａ１が
「０」でないときには、レジスタ１５の検出データを領
域Ｘ２に書き込み（ステップＳ５）、この領域Ｘ２に書
き込んだ検出データを領域Ｘ１に書き込まれている検出
データから減算して、その減算結果を領域Ｘに書き込む
（ステップＳ４）。

【００３６】さらに、ステップＳ１で、領域信号Ａ０が
「０」でないときには、領域信号Ａ１が「０」かどうか
チェックし（ステップＳ６）、領域信号Ａ１が「０」の
ときには、レジスタ１５の検出データを領域Ｙ１に書き
込む（ステップＳ７）。領域Ｙ１に書き込んだ検出デー
タと領域Ｙ２に書き込まれている検出データとの差を演
算し、領域Ｙに書き込む（ステップＳ８）。

【００３７】また、ステップＳ６で、領域信号Ａ１が
「０」でないときには、レジスタ１５の検出データを領
域Ｙ２に書き込み（ステップＳ９）、この領域Ｙ２に書
き込んだ検出データを領域Ｙ１に書き込まれている検出
データから減算して、その減算結果を領域Ｙに書き込む
（ステップＳ８）。

【００３８】ＣＰＵ１９は、１回割込み信号ＩＮＴが入
力される毎にレジスタ１５から１つの検出データを読み
込み、上記ＲＡＭ２２への書換処理を行なう。

【００３９】上記ステップＳ４及びステップＳ８で、検
出データＸ１、Ｘ２及び検出データＹ１、Ｙ２の差を演
算しているのは、以下の理由による。すなわち、図９に
示すように、バイアスコイルＣ１によりバイアス磁界Ｂ
１を印加したときには、磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ３の
抵抗値は、方位θに対して、実線ｒ11に示すように変化
し、磁気抵抗素子ＭＲ２、ＭＲ４の抵抗値は、実線ｒ12
に示すように変化する。また、バイアスコイルＣ１によ
りバイアス磁界Ｂ３を印加したときには、磁気抵抗素子
ＭＲ１、ＭＲ３の抵抗値は、破線ｒ31で示すように変化
し、磁気抵抗素子ＭＲ２、ＭＲ４の抵抗値は、破線ｒ32
で示すように変化する。さらに、バイアスコイルＣ２に
よりバイアス磁界Ｂ２を印加したときは、図１０に示す
ように、磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ３の抵抗値は、実線
ｒ21で示すように変化し、磁気抵抗素子ＭＲ２、ＭＲ４
の抵抗値は、実線ｒ42で示すように変化する。また、バ
イアスコイルＣ２によりバイアス磁界Ｂ４を印加したと
きには、磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ３の抵抗値は、破線
ｒ41で示すように変化し、磁気抵抗素子ＭＲ２、ＭＲ４
の抵抗値は、破線ｒ32で示すように変化する。これら各
磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の抵抗値
の変化によって結合部Ｋ２と結合部Ｋ４とに電位Ｖ１、
Ｖ２が発生して、電位差ＶＳが生じる。したがって、バ
イアスコイルＣ１によるバイアス磁界Ｂ１、Ｂ３を印加
したときの電位差ＶＳの検出データＸ１、Ｘ２は、図１
１に示すように変化し、バイアスコイルＣ２によるバイ
アス磁界Ｂ２、Ｂ４を印加したときの電位差ＶＳの検出
データＹ１、Ｙ２は、図１２に示すように変化する。

【００４０】さらに、ＣＰＵ１９は、図８のステップＳ
４及びステップＳ８においてバイアスコイルＣ１による
バイアス磁界Ｂ１、Ｂ３を印加したときの電位差ＶＳの
検出データＸ１、Ｘ２の差Ｘ（Ｘ１−Ｘ２）及びバイア
スコイルＣ２によるバイアス磁界Ｂ２、Ｂ４を印加した
ときの電位差ＶＳの検出データＹ１、Ｙ２の差Ｙ（Ｙ１
−Ｙ２）を演算しているが、これは、図１１及び図１２
に示すように、逆方向にバイアス磁界Ｂ１、Ｂ２、Ｂ
３、Ｂ４を印加したときの各電位差ＶＳの検出データＸ
１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２自体の値よりも、差Ｘ、Ｙの方が
地磁気の変化に対して出力を大きくすることができ、検
出感度を向上させることができるからである。さらに、
各磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の抵抗
値に誤差があるときには、各バイアスコイルＣ１による
バイアス磁界Ｂ１、Ｂ３を印加したときの電位差ＶＳの
検出データＧＸ１、ＧＸ２は、図１３に示すように、磁
気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の抵抗値に
誤差がないときの検出データＸ１、Ｘ２に対して、ずれ
るが、抵抗値に誤差があるときの検出データＧＸ１、Ｇ
Ｘ２の差ＧＸ（ＧＸ１−ＧＸ２）は、抵抗値に誤差がな
いときの検出データＸ１、Ｘ２の差Ｘ（Ｘ１−Ｘ２）と
同じ値となる。これは、バイアスコイルＣ２によるバイ
アス磁界Ｂ２、Ｂ４を印加したときの電位差ＶＳの検出
データＹ１、Ｙ２の差Ｙ（Ｙ１−Ｙ２）についても同様
である。したがって、検出データＸ１、Ｘ２の差Ｘ及び
検出データＹ１、Ｙ２の差Ｙを演算することにより、磁
気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の抵抗値の
誤差が打ち消され、検出精度を向上させることができ
る。

【００４１】上記書換処理が完了すると、ＣＰＵは割込
み処理から抜け、方位の算出処理や表示部２０への表示
出力処理等を行なう。この方位の算出処理は、図１４の
フローチャートに従って行なわれる。すなわち、ＣＰＵ
１９は、電位差ＶＳの検出データＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ
２をＲＡＭ２２の各領域Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２に格納
し、検出データＸ１、Ｘ２及び検出データＹ１、Ｙ２の
差を演算すると、割込み処理から抜け出し、図１４に示
す方位の算出処理及び表示処理を行なう。

【００４２】ＣＰＵ１９は、まず、ＲＡＭ２２から差Ｘ
及び差Ｙを読み出し、次式により方位Ｄを算出する（ス
テップＰ１）。Ｄ＝ｔａｎ^-1（Ｙ／Ｘ）………（１）ところが、ｔａｎ^-1（Ｙ／Ｘ）の値は、図１５（横軸θ
は、実際に電子式方位計１０が向けられている方位）に
示すように、その値だけでは、０度から３６０度のどの
値であるかが判別しない。そこで、本実施例では、表１
に示すように、Ｘ、Ｙの値の大きさに基づいて方位を判
別している。

【００４３】すなわち、図１４に示すように、まず、差
Ｘが負かどうかチェックし（ステップＰ２）、差Ｘが負
のときには、表１からも分るように、ステップＰ１で算
出した方位に１８０度を加算した値を方位として採用し
て、ＲＡＭ２２のＤ領域に格納する（ステップＰ３）。
このＲＡＭ２２に格納した方位を表示部２０を駆動し
て、表示部２０に表示出力させる（ステップＰ４）。ま
た、ステップＰ２で差Ｘが負でないときには、差Ｙが負
かどうかチェックし（ステップＰ５）、差Ｙが負のとき
には、表１からも分るように、ステップＰ１で算出した
方位に３６０度を加算した値を方位として算出して、Ｒ
ＡＭ２２のＤ領域に格納する（ステップＰ６）。この算
出した方位を表示部２０に表示出力させる（ステップＰ
４）。さらに、ステップＰ５で、差Ｙの値が負でないと
きには、表１からも分るように、ステップＰ１で算出し
た方位をそのまま方位として採用し、ＲＡＭ２２の領域
Ｄに格納して、その方位Ｄを表示部２０に表示出力させ
る（ステップＰ４）。

【表１】

【００４４】このように、磁気センサ１が、少なくとも
４個の磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４
と、少なくとも２個のバイアスコイルＣ１、Ｃ２で形成
されるとともに、４個の磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、
ＭＲ３、ＭＲ４が、隣接する磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ
２、ＭＲ３、ＭＲ４の磁気検出方向が互いに直交する状
態でブリッジ状に結合されており、２個のバイアスコイ
ルＣ１、Ｃ２が、互いに直交する状態で前記磁気抵抗素
子に卷回されているので、バイアス磁界Ｂ１、Ｂ２、Ｂ
３、Ｂ４により磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、
ＭＲ４の特性曲線の変化量の大きい領域で検出すること
ができ、磁気センサ１を小型・安価で、かつ精度の高い
ものとすることができる。

【００４５】また、電子式方位計を、この磁気センサ１
を利用し、この磁気センサ１の磁気抵抗素子ＭＲ１、Ｍ
Ｒ２、ＭＲ３、ＭＲ４の結合部Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４
のうち相対向する２つの結合部Ｋ１、Ｋ３間に定電圧Ｖ
を印加する。そして、磁気センサ１の各バイアスコイル
Ｃ１、Ｃ２に電流Ｉ１、Ｉ２を導通させてバイアス磁界
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を発生させ、前記定電圧Ｖの印
加されている結合部Ｋ１、Ｋ３間以外の相対向する結合
部Ｋ２、Ｋ４間の電位差ＶＳを検出する。この検出した
電位差ＶＳから方位を算出し、これらバイアスコイルＣ
１、Ｃ２への電流導通タイミングや検出タイミング及び
方位の算出タイミングを調整しているので、ブリッジ状
に接続された磁気抵抗素子に、制御手段により動作タイ
ミングをとって、バイアス磁界を印加し、このバイアス
磁界Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４の印加された磁気抵抗素子
ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の結合部Ｋ２、Ｋ４間
の電位差ＶＳを検出して、方位を算出することができ、
磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の特性曲
線の変化量の大きい領域で検出することができる。その
結果、磁気センサ１を小型・安価で、かつ精度の高いも
のとすることができる。

【００４６】さらに、１個のバイアスコイルＣ１、Ｃ２
に互いに逆向きの２種類のバイアス電流Ｉ１、Ｉ２を導
通させ、該１個のバイアスコイルＣ１、Ｃ２により互い
に逆向きの２種類のバイアス磁界Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ
４を発生させているので、磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ
２、ＭＲ３、ＭＲ４のヒステリシスによる誤差を適切に
是正することができ、検出精度をより一層向上させるこ
とができる。

【００４７】なお、上記実施例においては、磁気センサ
１を４つの磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ
４で構成しているが、これに限るものではなく、４つ以
上の磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４を直
列あるいは並列にブリッジを形成するように接続して、
構成してもよい。また、本発明の磁気センサや電子式方
位計は、方位計専用装置に限るものではなく、電子腕時
計や高度計等に組み込むこともでき、また、自動車や航
空機のナビゲーション装置に適用することもできる。

【００４８】

【００４９】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、電子式方
位計が、隣接する磁気抵抗素子の磁気検出方向が互いに
直交する状態でブリッジ状に結合された少なくとも４個
の磁気抵抗素子と、互いに直交する状態で前記磁気抵抗
素子に卷回された少なくとも２個のバイアス磁界用コイ
ルと、を有した磁気センサで構成され、この磁気センサ
の磁気抵抗素子の結合部のうち相対向する２つの結合部
間に磁気センサ駆動手段により定電圧を印加する。そし
て、磁気センサの各バイアス磁界用コイルそれぞれに対
して、バイアス磁界用コイル駆動手段により互いに逆向
きの電流を順次導通させてバイアス磁界を発生させ、前
記磁気センサ駆動手段により定電圧の印加されている結
合部間以外の相対向する結合部間の電位差を検出手段に
より検出する。このとき、前記バイアス磁界用コイル駆
動手段が電流を順次導通させることにより発生させた各
バイアス磁界それぞれの際に、前記検出手段が検出した
各電位差に基づいて演算手段により方位を算出し、前記
バイアス磁界用コイル駆動手段と前記検出手段と前記演
算手段とに対して制御手段により動作タイミングを指示
する。したがって、ブリッジ状に接続された磁気抵抗素
子に、制御手段により動作タイミングをとって、バイア
ス磁界を印加し、このバイアス磁界の印加された磁気抵
抗素子の結合部間の電位差を検出して、方位を算出する
ことができ、磁気抵抗素子のヒステリシスによる誤差を
適切に是正することができるとともに、磁気抵抗素子の
特性曲線の変化量の大きい領域で検出することができ
る。その結果、電子式方位計を小型・軽量で、かつ精度
の高いものとすることができる。

【００５０】請求項２記載の発明によれば、前記２個の
バイアス磁界用コイルは、前記磁気抵抗素子の磁気検出
方向に対して４５度の方向の磁界を発生する状態で前記
磁気抵抗素子に卷回されている。したがって、磁気抵抗
素子に作用する磁界の強さに対応して、バイアス磁界の
印加された磁気抵抗素子の結合部間に電位差が発生する
ため、該電位差を検出することによって方位を算出する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る磁気センサの構成図。

【図２】図２の磁気センサの回路構成図。

【図３】本発明の一実施例に係る電子式方位計の回路ブ
ロック図。

【図４】バイアス磁界を印加しないときの磁気抵抗素子
の出力特性図。

【図５】バイアス磁界を印加したときの磁気抵抗素子の
出力特性図。

【図６】磁気抵抗素子のヒステリシスの様子を示す図。

【図７】図３の各部の出力信号のタイミング図。

【図８】図３のＣＰＵによる検出データ書込処理を示す
フローチャート。

【図９】バイアスコイルＣ１によりバイアス磁界Ｂ１、
Ｂ３を印加したときの各磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、
ＭＲ３、ＭＲ４の抵抗値と方位との関係を示す図。

【図１０】バイアスコイルＣ２によりバイアス磁界Ｂ
２、Ｂ４を印加したときの各磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ
２、ＭＲ３、ＭＲ４の抵抗値と方位との関係を示す図。

【図１１】バイアスコイルＣ１によりバイアス磁界Ｂ
１、Ｂ３を印加したときの検出データＸ１、Ｘ２と方位
との関係を示す図。

【図１２】バイアスコイルＣ２によりバイアス磁界Ｂ
２、Ｂ４を印加したときの検出データＹ１、Ｙ２と方位
との関係を示す図。

【図１３】磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ
４に抵抗値のずれがあるときの誤差を補正する処理の説
明図。

【図１４】ＣＰＵによる方位算出処理を示すフローチャ
ート。

【図１５】ａｒｃｔａｎ^-1Ｙ／Ｘと方位との関係を示す
図。

【符号の説明】

１磁気センサＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４磁気抵抗素子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４パッドＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４バイアス磁界Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４結合部１０電子式方位計１１素子駆動回路１２磁気抵抗素子部１３差動増幅回路１４Ａ／Ｄ変換回路１５、１８レジスタ１６コイル駆動回路１７波形合成回路１９ＣＰＵ２０表示部２１ＲＯＭ２２ＲＡＭ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】隣接する磁気抵抗素子の磁気検出方向が
互いに直交する状態でブリッジ状に結合された少なくと
も４個の磁気抵抗素子と、互いに直交する状態で前記磁
気抵抗素子に卷回された少なくとも２個のバイアス磁界
用コイルと、を有した磁気センサと、前記磁気センサの磁気抵抗素子の結合部のうち相対向す
る２つの結合部間に定電圧を印加する磁気センサ駆動手
段と、前記磁気センサの各バイアス磁界用コイルそれぞれに対
して、互いに逆向きの電流を順次導通させバイアス磁界
を発生させるバイアス磁界用コイル駆動手段と、前記磁気センサ駆動手段により定電圧の印加されている
結合部間以外の相対向する結合部間の電位差を検出する
検出手段と、前記バイアス磁界用コイル駆動手段が電流を順次導通さ
せることにより発生させた各バイアス磁界それぞれの際
に、前記検出手段が検出した各電位差に基づいて方位を
算出する演算手段と、前記バイアス磁界用コイル駆動手段と前記検出手段と前
記演算手段とに対して動作タイミングを指示する制御信
号と、を備えたことを特徴とする電子式方位計。
【請求項２】前記２個のバイアス磁界用コイルは、前
記磁気抵抗素子の磁気検出方向に対して４５度の方向の
磁界を発生する状態で前記磁気抵抗素子に卷回されてい
ることを特徴とする請求項１記載の電子式方位計。