JP4632142B2

JP4632142B2 - ２軸磁界センサ

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Publication number: JP4632142B2
Application number: JP2007532717A
Authority: JP
Inventors: 泰典阿部; 友樹小野; 裕治仁平
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2011-02-16
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Description

本発明は磁気抵抗素子を用いた方位計、特に磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加しながら方位を測定する２軸磁界センサに関するものである。

磁気抵抗素子を用いて方位を測定する磁界センサは、特許文献１に開示されている。平面基板上に形成された１個の略正方形の外観をした平面コイルとコイルの辺と所定の角度を持って交差する４個の磁気抵抗素子対からなっている。平面コイルに直流電流を流すことで、磁気抵抗素子を磁気的に十分に飽和させるリセット磁界と測定時に必要な適切な磁界（バイアス磁界）を印加することができる。この場合、リセット又はバイアス磁界はＸ方向、−Ｘ方向、Ｙ方向、−Ｙ方向の４方向に同じ大きさの磁界を同時に印加することができる。

また、特許文献２には、平面基板上に形成された２個の平面コイルと１組の磁気感知構造（この場合バーバーポール型磁気抵抗素子からなる抵抗ブリッジ）が開示されている。第一の平面コイルに直流電流を流しバーバーポール型磁気抵抗素子を磁気的に飽和させるリセット磁界を印加し、第二の平面コイルに直流電流を流し、外部磁界を打ち消す磁界をバーバーポール型磁気抵抗素子に印加することができる。

[特許文献１]日本特許３５７３１００号（対応する米国特許６，５５６，００７号（登録日２００３年４月２９日））
[特許文献２]特表２００５−５０２８８８号（対応する米国特許６，７１７，４０３号（登録日２００４年４月６日））

磁界センサで地磁気を計測し、方位を求めるときに方位誤差を与えるのが地磁気以外の外部磁界である。方位を検出するには、地磁気を２個の１軸磁界センサを直角に組合せるか２軸以上の磁界センサで計測し、各軸の計測値の比から磁界センサの基準方向と地磁気ベクトルとの角度を演算し方位角として出力する。このとき、地磁気以外に外部磁界が存在すると、磁界センサが計測する磁界は地磁気と外部磁界との合成磁界となり、演算した角度が正確な方位角を示さない。演算された方位は実方位からオフセットした状態であるので、オフセットを与える外部磁界を外部オフセット磁界と称する。以降、特に断りの無い限り外部オフセット磁界と言う。

鉄橋や鉄塔、鉄筋コンクリート製ビルディングなど、磁界センサの状態に関係なく定常的もしくは恒常的に存在する磁界は一見外部オフセット磁界に見られるが、この外部磁界は測定された地磁気に既に合成されているので、外部オフセット磁界と呼ばない。しかし、この外部磁界の影響を排除することは不可能である。

外部オフセット磁界は、磁界センサに対し同じ方向で一定の強度で印加される磁界である。例えば、磁界センサが実装されている回路基板上にある磁性体部品や、磁界センサが装着された自動車のボディなどで生じる。外部オフセット磁界は、何らかの方法でその外部オフセット磁界の影響を排除もしくは低減することができる。

外部オフセット磁界の影響を排除もしくは低減する方法として、予め磁界センサに印加される外部オフセット磁界を計測しておき、各軸の計測値の比を演算する前に外部オフセット磁界分を差し引くことで影響を排除することができる。また他の方法として、外部オフセット磁界そのものを打ち消す磁界を磁気抵抗素子近傍に印加して除くことができる。

外部オフセット磁界を計算で差し引くことは、比較的簡単な計算で実現できる。しかし、方位計に用いられるような弱磁界を計測する磁界センサは、高感度設計がなされているため、地磁気の５倍〜２０倍程度の大きな外部オフセット磁界を計測する場合、計測精度が悪くなる。つまり、外部オフセット磁界の値を正確に測ることができない。不正確な外部オフセット磁界の値を用いて計算を行うと演算して求めた方位の精度が悪くなる。

外部オフセット磁界そのものを打ち消す磁界を磁気抵抗素子近傍に印加することは、磁界センサが検出する磁界が地磁気のような弱磁界の場合有効である。そのため、磁界センサを高感度設計とすることができる。

特許文献１では、１個の平面コイルで−Ｘ方向、Ｘ方向、−Ｙ方向、Ｙ方向の４方向に同じ大きさのリセット磁界又はバイアス磁界を磁気抵抗素子に印加することが出来るが、Ｘ軸、Ｙ軸の両方向に同じ大きさの磁界を印加するので、外部オフセット磁界を打ち消す磁界を発生させることができない。

また、特許文献２では、リセット磁界用の第一の平面コイルと外部オフセット磁界を打ち消すための第二の平面コイルが設けられている。しかし、リセット磁界と外部オフセット磁界を打ち消す磁界の方向が直交しているため、２個の平面コイルは２層構造とせざるを得ず、磁気センサの構造が複雑となるだけでなく、製造工数も多くなる。また、特許文献２には明記されていないが、リセット磁界の方向と外部オフセット磁界を打ち消す磁界の方向とが共に同じ方向であるので、それは１軸の磁界センサであることは明白である。そのため、方位計としても用いる場合は、少なくともこの磁界センサを２個用い、互いに計測軸を直交させるように配置する必要があるため、方位計の寸法が大きくなる。

本発明の目的とするところは、磁気抵抗素子にリセット磁界とバイアス磁界とを印加するのに平面コイルを用いて、薄膜で平面コイルを構成することができて、厚さを極めて薄くかつ面積を小さくでき、外部オフセット磁界を打ち消す磁界を発生させる機能を有する２軸磁界センサを提供することである。

本発明の２軸磁界センサは、平行な２本の第一導体と、第一導体に垂直で平行な２本の第二導体とを有する平面コイルと、
２本の前記第一導体の一方のみと３０度以上９０度未満で交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子と、２本の前記第一導体の他方のみと３０度以上９０度未満で交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子とからなり、これら磁気抵抗素子の長手方向が互いに非平行で、これら磁気抵抗素子の２本の前記第一導体間にある端が互いに接続されている１対の第一磁気抵抗素子と、
２本の前記第一導体の前記他方のみと３０度以上９０度未満で交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子と、２本の前記第一導体の前記一方のみと３０度以上９０度未満で交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子とからなり、これら磁気抵抗素子の長手方向が互いに非平行で、これら磁気抵抗素子の２本の前記第一導体間にある端が互いに接続されている１対の第二磁気抵抗素子と、
２本の前記第二導体の一方のみと３０度以上９０度未満で交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子と、２本の前記第二導体の他方のみと３０度以上９０度未満で交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子とからなり、これら磁気抵抗素子の長手方向が互いに非平行で、これら磁気抵抗素子の２本の前記第二導体間にある端が互いに接続されている１対の第三磁気抵抗素子と、
２本の前記第二導体の前記他方のみと３０度以上９０度未満で交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子と、２本の前記第二導体の前記一方のみと３０度以上９０度未満で交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子とからなり、これら磁気抵抗素子の長手方向が互いに非平行で、これら磁気抵抗素子の２本の前記第二導体間にある端が互いに接続されている１対の第四磁気抵抗素子とを前記平面コイルに近接し平面コイルに平行な平面内に有する。２軸磁界センサは更に、第一導体の一方と交差している２個の磁気抵抗素子を飽和させる磁界をそれら磁気抵抗素子に印加する電流を第一導体の前記一方に流し、
第一導体の他方と交差している２個の磁気抵抗素子を反対方向に飽和させる磁界をそれら磁気抵抗素子に印加する電流を第一導体の前記他方に流し、
第二導体の一方と交差している２個の磁気抵抗素子を飽和させる磁界をそれら磁気抵抗素子に印加する電流を第二導体の前記一方に流し、
第二導体の他方と交差している２個の磁気抵抗素子を反対方向に飽和させる磁界をそれら磁気抵抗素子に印加する電流を第二導体の前記他方に流し、
その後、各磁気抵抗素子に加えられた飽和させる磁界に反対向きのある大きさのバイアス磁界と、外部オフセット磁界を打ち消す磁界との合計磁界をそれぞれの磁気抵抗素子に印加する電流を第一導体と第二導体それぞれに流すための直流電源を有する。更に、１対の第一磁気抵抗素子の２本の第一導体の外側にある端間と、１対の第二磁気抵抗素子の２本の第一導体の外側にある端間と、１対の第三磁気抵抗素子の２本の第二導体の外側にある端間と、１対の第四磁気抵抗素子の２本の第二導体の外側にある端間とに測定用直流電圧を印加する測定電源を有する。更に、前記測定用直流電圧を各磁気抵抗素子対に印加している間に、１対の第一磁気抵抗素子の前記接続された端から第一中間電位出力を取り出し、１対の第二磁気抵抗素子の前記接続された端から第二中間電位出力を取り出し、第一中間電位出力と第二中間電位出力との第一電位出力差を求め、１対の第三磁気抵抗素子の前記接続された端から第三中間電位出力を取り出し、１対の第四磁気抵抗素子の前記接続された端から第四中間電位出力を取り出し、第三中間電位出力と第四中間電位出力との第二電位出力差を求め、前記第一電位出力差と前記第二電位出力差から磁界方位を求める機器を有する。

本発明の前記２軸磁界センサで、各磁気抵抗素子の長手方向が導体と４０度以上７０度未満で交差していることが好ましい。

本発明の前記２軸磁界センサで、２本の第一導体の一方と２本の第二導体の他方とで直角三角形平面コイルの２辺を形成して直列に接続されて前記直流電源に接続されているとともに、
２本の第二導体の一方と２本の第一導体の他方とで他の直角三角形平面コイルの２辺を形成して直列に接続されて前記直流電源に接続されていることができる。前記２個の直角三角形平面コイルの斜辺にある導体同士が隣り合って設けられていることができる。

本発明の２軸磁界センサで、１対の第一磁気抵抗素子の一方と１対の第二磁気抵抗素子の他方とに交差している第一導体の一方と、第二導体の他方が１対の第三磁気抵抗素子の他方と交差している第二導体の前記他方の部分と、第二導体の一方が１対の第四磁気抵抗素子の他方と交差している第二導体の前記一方の部分とによって長方形平面コイルの三辺を形成して接続されて前記直流電源につながれており、
１対の第一磁気抵抗素子の他方と１対の第二磁気抵抗素子の一方とに交差している第一導体の他方と、第二導体の一方が１対の第三磁気抵抗素子の一方と交差している第二導体の前記一方の部分と、第二導体の他方が１対の第四磁気抵抗素子の一方と交差している第二導体の前記他方の部分とによって他の長方形平面コイルの三辺を形成して接続されて前記直流電源につながれており、
前記２個の長方形平面コイルの残りの辺にある導体同士が隣り合って設けられていることができる。

本発明では同一平面に複数個の略直角二等辺三角形状や略方形の平面コイルを形成することで、磁気抵抗素子にリセット磁界を印加した後、バイアス磁界印加と同時に外部オフセット磁界を打ち消して磁界（地磁気）を測定することが出来る。また、平面コイルは同一平面に形成するため、構造が簡単で、小型で低価格な磁界センサを作ることが出来る。更に本発明の２軸磁界センサによれば、方位計や電流センサ、その他の弱磁界センサとしても使用することができる。

図１は本発明の実施例１の２軸磁界センサを示す模式図である。図２は抵抗と印加磁界強度との関係を示すグラフである。図３は本発明の実施例１における印加磁界の説明図である。図４は、図２のグラフを拡大して示すグラフである。図５は、オフセット電流の測定を説明する図ある。図６は本発明による実施例２の２軸磁界センサを示す模式図である。図７は本発明による実施例３の２軸磁界センサを示す模式図である。図８は本発明による実施例４の２軸磁界センサを示す模式図である。図９は抵抗と印加磁界強度との関係を示す一般的なグラフである。図１０は抵抗と印加磁界強度との関係のヒステリシスを示すグラフである。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ平面コイル
１ａ′，１ａ″，１ｂ′，１ｂ″ 直角二等辺三角形平面コイル
１ｃ′，１ｃ″ 長方形平面コイル
１１，１２第一導体
１３，１４第二導体
２，３，４，５磁気抵抗素子対
２１，２２，３１，３２，４１，４２，５１，５２磁気抵抗素子
６１，６２，６３，６４直流電源
７０測定電源
８０磁界方位を求める機器
９０制御器

以下本発明を図面を参照しながら実施例に基づいて詳細に説明する。説明を判り易くするため、同一の部品、部位には同じ符号を用いている。

本発明の実施例１の２軸磁界センサを模式図で図１に示す。実施例１の２軸磁界センサは、平面コイル１と、平面コイルに近接してその平面コイルに平行な平面内に設けられた４対の磁気抵抗素子２，３，４，５とを持っている。平面コイル１は平行な２本の第一導体１１，１２と、第一導体１１，１２に垂直で平行な２本の第二導体１３，１４とからなっている。４対の磁気抵抗素子は１対の第一磁気抵抗素子２、１対の第二磁気抵抗素子３、１対の第三磁気抵抗素子４、及び１対の第四磁気抵抗素子５とからなっている。１対の第一磁気抵抗素子２は、２本の第一導体１１，１２の一方（例えば、第一導体１１）のみと交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子２１と、他方（例えば、第一導体１２）のみと交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子２２とからなり、これら磁気抵抗素子２１，２２の長手方向が互いに非平行となっている。１対の第二磁気抵抗素子３は、２本の第一導体１１，１２の他方（例えば、第一導体１２）のみと交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子３１と、一方（例えば、第一導体１１）のみと交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子３２とからなり、これら磁気抵抗素子３１，３２の長手方向が互いに非平行となっている。１対の第三磁気抵抗素子４は、２本の第二導体１３，１４の一方（例えば、第二導体１３）のみと交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子４１と、他方（例えば、第二導体１４）のみと交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子４２とからなり、これら磁気抵抗素子４１，４２の長手方向が互いに非平行となっている。１対の第四磁気抵抗素子５は、２本の第二導体１３，１４の他方（例えば、第二導体１４）のみと交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子５１と、一方（例えば、第二導体１３）のみと交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子５２とからなり、これら磁気抵抗素子５１，５２の長手方向が互いに非平行となっている。各磁気抵抗素子の長手方向は導体と３０度以上９０度未満で交差し、好ましくは４０度以上７０度未満で交差するが、図１では４５度での交差を示している。そして、各対の磁気抵抗素子は互いにその長手方向が直角となっている。

１対の第一磁気抵抗素子２にある磁気抵抗素子２１と磁気抵抗素子２２との、平行な２本の第一導体１１，１２間にある端が互いに接続されている。１対の第二磁気抵抗素子３にある磁気抵抗素子３１と磁気抵抗素子３２との、平行な２本の第一導体１１，１２間にある端が互いに接続されている。１対の第三磁気抵抗素子４にある磁気抵抗素子４１と磁気抵抗素子４２との、平行な２本の第二導体１３，１４間にある端が互いに接続されている。１対の第四磁気抵抗素子５にある磁気抵抗素子５１と磁気抵抗素子５２との、平行な２本の第二導体１３，１４間にある端が互いに接続されている。更に、第一導体１１，１２の一方と交差している２個の磁気抵抗素子２１，３２は互いに長手方向が非平行で、図１ではそれらの長手方向が直角となっている。第一導体１１，１２の他方と交差している２個の磁気抵抗素子３１，２２は互いに長手方向が非平行で、図１ではそれらの長手方向が直角となっている。第二導体１３，１４の一方と交差している２個の磁気抵抗素子４１，５２は互いに長手方向が非平行で、図１ではそれらの長手方向が直角となっている。第二導体１３，１４の他方と交差している２個の磁気抵抗素子５１，４２は互いに長手方向が非平行で、図１ではそれらの長手方向が直角となっている。

平面コイル１の２本の第一導体１１，１２の一方が直流電源６１に接続され、他方が直流電源６２に接続されている。また、２本の第二導体１３，１４の一方が直流電源６３に接続され、他方が直流電源６４に接続されている。第一導体１１，１２と第二導体１３，１４とのそれぞれが数１０本の平行な導体からできており、第一導体１１，１２と第二導体１３，１４それぞれに各直流電源６１，６２，６３，６４から全体として時計廻りあるいは反時計廻りに直流電流を流したとき、これらの導体が平面コイル１として働き、４対の磁気抵抗素子が設けられている平面でコイルの内側から外に、あるいは外側から内に向いた直流磁界が生じ、磁気抵抗素子２１〜５２に直流磁界が印加される。図１で平面コイルの２本の第二導体１３，１４が延びている方向をＸ軸、２本の第一導体１１，１２が延びている方向をＹ軸とする直交座標を考える。平面コイル１に時計廻り電流Ｉａ，Ｉｃ，Ｉｄ，Ｉｅを流すと、磁気抵抗素子２１，３２にＸ方向磁界が、磁気抵抗素子２２，３１に−Ｘ方向磁界が、磁気抵抗素子４１，５２にＹ方向磁界が、磁気抵抗素子４２，５１に−Ｙ方向磁界が印加される。平面コイル１に反時計廻り電流−Ｉａ，−Ｉｃ，−Ｉｄ，−Ｉｅを流すと、各磁気抵抗素子に先に述べた方向と反対向きの磁界が印加される。

直流電源６１が一方の第一導体１１に、第一導体１１と交差している２個の磁気抵抗素子２１，３２をそれらの長手方向と直角な方向に飽和させる大きさの直流磁界（リセット直流磁界）を生じる大きさの直流電流（リセット直流電流）を流し、その後そのリセット直流磁界に反対向きのある大きさをしたバイアス磁界と、外部オフセット磁界を打ち消すだけの直流磁界との合計磁界をそれらの磁気抵抗素子２１，３２に印加する直流電流を流す。第一導体１１に流しているリセット直流電流と反対向きに、直流電源６２が他方の第一導体１２に、第一導体１２と交差している２個の磁気抵抗素子３１，２２をそれらの長手方向と直角な方向に飽和させる大きさの直流磁界（リセット直流磁界）を生じる大きさの直流電流（リセット直流電流）を流し、その後第一導体１２によるリセット直流磁界に反対向きのある大きさをしたバイアス磁界と、外部オフセット磁界を打ち消すだけの直流磁界との合計磁界をそれらの磁気抵抗素子３１，２２に印加する直流電流を流す。一方の第一導体１１に流すリセット直流電流と他方の第一導体１２に流すリセット直流電流とは反対向きで、第一導体のそれぞれに交差している磁気抵抗素子に印加する飽和磁界の方向も反対、すなわちリセット直流磁界が２本の第一導体の内側から外に、あるいは外側から内に向くように、リセット直流電流を第一導体それぞれに流す。

直流電源６３が一方の第二導体１３に、第二導体１３と交差している２個の磁気抵抗素子４１，５２をそれらの長手方向と直角な方向に飽和させる大きさの直流磁界（リセット直流磁界）を生じる大きさの直流電流（リセット直流電流）を流し、その後そのリセット直流磁界に反対向きのある大きさをしたバイアス磁界と、外部オフセット磁界を打ち消すだけの直流磁界との合計磁界をそれらの磁気抵抗素子４１，５２に印加する直流電流を流す。第二導体１３に流すリセット直流電流は、２本の第一導体１１，１２に流したリセット直流電流による磁界が２本の第一導体１１，１２の内側から外に向いているときに、２本の第二導体１３，１４の内側から外に向いた磁界となる方向に流す。直流電源６４が他方の第二導体１４に、第二導体１４と交差している２個の磁気抵抗素子５１，４２をそれらの長手方向と直角な方向に飽和させる大きさをした直流磁界（リセット直流磁界）を生じる大きさの直流電流（リセット直流電流）を、第二導体１３に流しているリセット直流電流と反対向きに流し、その後第二導体１４によるリセット直流磁界に反対向きのある大きさをしたバイアス磁界と、外部オフセット磁界を打ち消すだけの直流磁界との合計磁界をそれら磁気抵抗素子５１，４２に印加する直流電流を流す。一方の第二導体１３に流すリセット直流電流と他方の第二導体１４に流すリセット直流電流とは反対向きで、第二導体それぞれに交差している磁気抵抗素子に印加する飽和磁界の方向も反対、すなわちリセット直流磁界が２本の第二導体の内側から外に、あるいは外側から内に向くように、リセット直流電流を第二導体それぞれに流す。

直流電源６１，６２，６３及び６４によって磁気抵抗素子２１，３２，３１，２２，４１，５２，５１及び４２に、平面コイル１の内側から外に向いた、あるいは外側から内に向いた、リセット直流磁界が同時に印加された後、その直流磁界が（絶対値で）小さくなりリセット直流磁界と反対向きのある大きさをしたバイアス直流磁界と、外部オフセット磁界を打ち消すだけの直流磁界との合計磁界を各磁気抵抗素子に印加する直流電流を流す。続いて、直流電源６１，６２，６３及び６４によって磁気抵抗素子２１，３２，３１，２２，４１，５２，５１及び４２に、先程印加したリセット直流磁界と反対向きのリセット直流磁界が同時に印加された後、その直流磁界が（絶対値で）小さくなりリセット直流磁界と反対向きのある大きさをしたバイアス直流磁界と、外部オフセット磁界を打ち消すだけの直流磁界との合計磁界を各磁気抵抗素子に印加する直流電流を流す。

本発明の２軸磁界センサは更に測定電源７０を持っており、測定電源は１対の第一磁気抵抗素子２の２本の第一導体１１，１２の外側にある端間と、１対の第二磁気抵抗素子３の２本の第一導体１１，１２の外側にある端間と、１対の第三磁気抵抗素子４の２本の第二導体１３，１４の外側にある端間と、１対の第四磁気抵抗素子５の２本の第二導体１３，１４の外側にある端間とに測定用直流電圧Ｖｃｃを印加する。

本発明の２軸磁界センサは更に磁界方位を求める機器８０を持つ。直流電源６１，６２，６３，６４で励磁された平面コイル１によって各磁気抵抗素子にバイアス磁界と、外部オフセット磁界を打ち消すだけの直流磁界との合計磁界を印加して、測定電源７０が各対の磁気抵抗素子２，３，４，５に測定用直流電圧Ｖｃｃを印加している間に、１対の第一磁気抵抗素子２の接続された端から第一中間電位出力を取り出し、１対の第二磁気抵抗素子３の接続された端から第二中間電位出力を取り出し、第一中間電位出力と第二中間電位出力との差を第一電位出力差として求める。また、１対の第三磁気抵抗素子４の接続された端から第三中間電位出力を取り出し、１対の第四磁気抵抗素子５の接続された端から第四中間電位出力を取り出し、第三中間電位出力と第四中間電位出力との差を第二電位出力差として求める。そして、第一電位出力差と第二電位出力差から磁界方位を求める。あるいは、平面コイル１の内側から外へ向いた、あるいは外側から内へ向いたリセット磁界を各磁気抵抗素子に印加した後に第一電位出力差と第二電位出力差とを求め、その後で前回印加したリセット磁界と反対向きにリセット磁界を各磁気抵抗素子に印加した後に第一電位出力差と第二電位出力差とを求め、その２つの第一電位出力差と２つの第二電位出力差を用いて、磁界方位を求めることができる。

制御器９０は、各直流電源６１，６２，６３，６４を制御して、各直流電源から導体１１，１２，１３，１４に、正及び負のリセット直流電流と、バイアス磁界と外部オフセット磁界を打ち消す磁界との合計磁界を生じる直流電流とを流すことができる。外部オフセット磁界を打ち消す磁界に相当するオフセット電流（Ｉｏｆｆｘ，Ｉｏｆｆｙ）を予め求めて、そのオフセット電流を記憶しておき、各直流電源から各導体に流す直流電流の大きさを制御する。また、外部オフセット磁界を打ち消す磁界に相当するオフセット電流を求める際には、後で説明するように、任意の円弧上の３点に２軸磁界センサを置いたときに、各直流電源から各導体にリセット電流を流した後、磁気抵抗素子対の中間電位出力の差が零となるだけの大きさの電流を各導体に流して、その電流をそれら３点におけるリセット電流（Ｉｏｆｆｘａ，Ｉｏｆｆｙａ），（Ｉｏｆｆｘｂ，Ｉｏｆｆｙｂ），（Ｉｏｆｆｘｃ，Ｉｏｆｆｙｃ）とする。３点におけるリセット電流から外部オフセット磁界を打ち消す磁界に相当するオフセット電流（Ｉｏｆｆｘ，Ｉｏｆｆｙ）を求める。

磁気抵抗素子が設けられている平面上で磁気抵抗素子に長手方向と直角方向に磁界Ｈを印加すると、磁気抵抗素子の長手方向に流れる電流に対する磁気抵抗素子の抵抗Ｒは図９のように印加した磁界の大きさに応じて減少し、その磁界の増減する向きに応じて図１０のように抵抗Ｒと磁界Ｈの間にヒステリシスが生じる。

磁気抵抗素子が平面コイルの辺と４５°で交差している場合は、磁気抵抗素子の長手方向と直角な方向に対して４５°の方向に外部磁界が印加される。その場合、磁気抵抗素子は長手方向に形状磁気異方性があり、形状磁気異方性磁界と外部磁界の合成ベクトルが磁気抵抗素子に印加されたのと同じになる。そのために、磁気抵抗素子に外部磁界を印加したときの外部磁界Ｈと抵抗Ｒの関係は図２に示すグラフのようになる。図２では負方向に大きな磁界Ｈをかけておき、徐々にその磁界Ｈを正方向に増加させていったときの抵抗Ｒの変化を示している。正のある大きさの磁界が印加されているときに極小の抵抗を持つので、正のある大きさの磁界を印加しているときに、印加磁界の変化に対する抵抗の変化率が最も大きくなる。この抵抗と磁界との関係グラフは、正方向に大きな磁界をかけておいて、次第に印加磁界を小さくしていった場合には、磁界０の線に関して図２のグラフと対称のグラフとなる。

地磁気の水平成分の大きさをＨｅとして、その地磁気の水平成分ＨｅのＸ軸となす角度をθとする。２軸磁界センサに影響のある地磁気以外の一様な磁界を外部オフセット磁界と呼ぶ。外部オフセット磁界のＸ軸成分をＨｏｆｆｘ、Ｙ軸成分をＨｏｆｆｙとして、地磁気方位の測定を説明する。まず、Ｘ軸の磁界の測定を説明する。磁気抵抗素子２１に印加される磁界Ｈ２１は、平面コイル１の一方の第一導体１１に流す電流Ｉａによる磁界と、外部オフセット磁界のＸ軸成分Ｈｏｆｆｘと、地磁気の水平成分ＨｅのＸ軸成分との合計で、
Ｈ２１＝γ・Ｉａ＋Ｈｏｆｆｘ＋Ｈｅ・ｃｏｓθ
である。ここで、γは第一導体１１の形状と、平面コイル１から磁気抵抗素子の平面までの距離によって決まる定数である。

第一導体１１に図１で時計廻りに流す電流Ｉａは、２軸磁界センサが磁界を検出するのに最も適したバイアス磁界を磁気抵抗素子に印加するバイアス電流Ｉｂと、外部オフセット磁界のＸ軸成分Ｈｏｆｆｘを打ち消す磁界を磁気抵抗素子２１に印加する電流−Ｉｏｆｆｘとの和とする。
Ｉａ＝Ｉｂ−Ｉｏｆｆｘ
この状態での磁気抵抗素子周りの磁界を図３に示す。磁気抵抗素子２１に印加される磁界Ｈ２１は次の式となる。
Ｈ２１＝γ・Ｉａ＋Ｈｏｆｆｘ＋Ｈｅ・ｃｏｓθ
＝γ・（Ｉｂ−Ｉｏｆｆｘ）＋Ｈｏｆｆｘ＋Ｈｅ・ｃｏｓθ
ここで、−Ｉｏｆｆｘは外部オフセット磁界のＸ軸成分Ｈｏｆｆｘを打ち消す電流であるから、
Ｈｏｆｆｘ＝γ・Ｉｏｆｆｘ
であり、磁界Ｈ２１は、
Ｈ２１＝γ・Ｉｂ＋Ｈｅ・ｃｏｓθ
となる。

図４に、図２のグラフの要部を拡大して示す。バイアス直流磁界γ・Ｉｂのみが磁気抵抗素子２１にかかっている時の磁気抵抗素子２１の抵抗はＲｂである。これに地磁気のＸ軸成分Ｈｅ・ｃｏｓθが加わると、抵抗の磁界に対する変化率をβとすると、磁気抵抗素子２１の抵抗はβ・Ｈｅ・ｃｏｓθだけ減少するので、磁気抵抗素子２１の抵抗Ｒ２１は、
Ｒ２１＝Ｒｂ−β・Ｈｅ・ｃｏｓθ
となる。

他方の第一導体１２に図１で時計廻りに流す電流Ｉｃは、最適バイアス磁界を印加するバイアス電流Ｉｂと外部オフセット磁界のＸ軸成分Ｈｏｆｆｘを打ち消す磁界を磁気抵抗素子２２に印加する電流Ｉｏｆｆｘとの和とする。
Ｉｃ＝Ｉｂ＋Ｉｏｆｆｘ
この状態での磁気抵抗素子周りの磁界を図３に示す。
磁気抵抗素子２２に印加される磁界Ｈ２２は次の式となる。
Ｈ２２＝−γ・Ｉｃ＋Ｈｏｆｆｘ＋Ｈｅ・ｃｏｓθ
＝−γ・（Ｉｂ＋Ｉｏｆｆｘ）＋Ｈｏｆｆｘ＋Ｈｅ・ｃｏｓθ
＝−γ・Ｉｂ＋Ｈｅ・ｃｏｓθ
となる。
この状態での磁気抵抗素子２２の抵抗Ｒ２２の特性は、図２と図４のグラフと対称になったグラフとなるため、
Ｒ２２＝Ｒｂ＋β・Ｈｅ・ｃｏｓθ
となる。
よって１対の第一磁気抵抗素子２の磁気抵抗素子２１と磁気抵抗素子２２の中間電位出力Ｖｃｏ２（＋）は、
Ｖｃｏ２（＋）＝Ｖｃｃ・［１／２＋１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ］
となる。

１対の第二磁気抵抗素子３の磁気抵抗素子３２の抵抗Ｒ３２は磁気抵抗素子２１の抵抗Ｒ２１と同じであり、磁気抵抗素子３１の抵抗Ｒ３１は磁気抵抗素子２２の抵抗Ｒ２２と同じである。よって第二磁気抵抗素子対３の磁気抵抗素子３１と磁気抵抗素子３２の中間電位出力Ｖｃｏ３（＋）は、
Ｖｃｏ３（＋）＝Ｖｃｃ・［１／２−１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ］
となる。
第一磁気抵抗素子対２と第二磁気抵抗素子対３の接続されている端の中間電位出力の差を図１のＶｘとして取りだしているので、中間電位出力差Ｖｘ（＋）は、
Ｖｘ（＋）＝Ｖｃｏ２（＋）−Ｖｃｏ３（＋）
＝Ｖｃｃ・〈［１／２＋１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ］−［１／２−１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ］〉
＝Ｖｃｃ・１／Ｒｂ・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ
となる。

次に、２本の第一導体１１，１２に前述とは反対向きに直流電流を流して、磁気抵抗素子２１，２２，３１，３２が長手方向と直角な方向に飽和する大きさの直流磁界を磁気抵抗素子２１，２２，３１，３２に印加し、その直流電流とは反対向きで所定の大きさの直流電流を２本の第一導体１１，１２に流して磁気抵抗素子の長手方向と直角方向にバイアス直流磁界と、外部オフセット磁界を打ち消す磁界との合計磁界を印加している間に、前述と同様に１対の第一磁気抵抗素子の端間に測定用直流電圧Ｖｃｃを印加して、接続されている端から中間電位出力を取り出す。このとき一方の第一導体１１に流す電流Ｉａ′は最適バイアス電流−Ｉｂと外部オフセット磁界のＸ軸成分Ｈｏｆｆｘを打ち消す磁界を磁気抵抗素子２１に印加する電流−Ｉｏｆｆｘとの和とする。
Ｉａ′＝−Ｉｂ−Ｉｏｆｆｘ
この状態で磁気抵抗素子２１に印加される磁界Ｈ２１′は、
Ｈ２１′＝γ・Ｉａ′＋Ｈｏｆｆｘ＋Ｈｅ・ｃｏｓθ
＝−γ・（Ｉｂ＋Ｉｏｆｆｘ）＋Ｈｏｆｆｘ＋Ｈｅ・ｃｏｓθ
＝−γ・Ｉｂ＋Ｈｅ・ｃｏｓθ
となる。
この場合の磁気抵抗素子２１の抵抗Ｒ２１′は、
Ｒ２１′＝Ｒｂ＋β・Ｈｅ・ｃｏｓθ
となる。

他方の第一導体１２に流す電流Ｉｃ′は、最適バイアス電流−Ｉｂと外部オフセット磁界のＸ軸成分Ｈｏｆｆｘを打ち消す磁界を磁気抵抗素子２２に印加する電流Ｉｏｆｆｘとの和とする。
Ｉｃ′＝−Ｉｂ＋Ｉｏｆｆｘ
この状態で磁気抵抗素子２２に印加される磁界Ｈ２２′は、
Ｈ２２′＝−γ・Ｉｃ′＋Ｈｏｆｆｘ＋Ｈｅ・ｃｏｓθ
＝−γ・（−Ｉｂ＋Ｉｏｆｆｘ）＋Ｈｏｆｆｘ＋Ｈｅ・ｃｏｓθ
＝γ・Ｉｂ＋Ｈｅ・ｃｏｓθ
となる。
この場合の磁気抵抗素子２２の抵抗Ｒ２２′は、
Ｒ２２′＝Ｒｂ−β・Ｈｅ・ｃｏｓθ
となり、１対の第一磁気抵抗素子２の磁気抵抗素子２１と磁気抵抗素子２２の中間電位出力Ｖｃｏ２（−）は、
Ｖｃｏ２（−）＝Ｖｃｃ・［１／２−１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ］
となる。

同様に１対の第二磁気抵抗素子３の磁気抵抗素子３１と磁気抵抗素子３２の中間電位出力Ｖｃｏ３（−）は、
Ｖｃｏ３（−）＝Ｖｃｃ・［１／２＋１／(２・Ｒｂ)・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ］
となり、第一磁気抵抗素子対２と第二磁気抵抗素子対３との中間電位出力差Ｖｘ（−）は、
Ｖｘ（−）＝Ｖｃｏ２（−）−Ｖｃｏ３（−）
＝Ｖｃｃ・〈［１／２−１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ］−［１／２＋１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ］〉
＝−Ｖｃｃ・１／Ｒｂ・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ
となる。
これらの両中間電位出力差の差Ｖｘを求めると、
Ｖｘ＝Ｖｘ（＋）−Ｖｘ（−）
＝２Ｖｃｃ・１／Ｒｂ・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ
となる。
上式から、Ｘ軸の出力値Ｖｘは外部オフセット磁界のＸ軸成分Ｈｏｆｆｘの影響を受けない。

次に、Ｙ軸の磁界の測定について説明する。２本の第二導体１３，１４に図１で反時計廻りに直流電流を流して、磁気抵抗素子４１，４２，５１，５２が長手方向と直角な方向に飽和する大きさの直流磁界を磁気抵抗素子４１，４２，５１，５２に印加し、その直流電流とは反対向きで所定の大きさの直流電流をその２本の第二導体１３，１４に流して磁気抵抗素子の長手方向と直角な方向にバイアス直流磁界と外部オフセット磁界を打ち消す磁界との合計磁界を印加している間に、前述と同様に磁気抵抗素子対の端間に測定用直流電圧Ｖｃｃを印加して、接続されている端から中間電位出力を取り出す。一方の第二導体１３に流す電流Ｉｄは最適バイアス電流Ｉｂと、外部オフセット磁界のＹ軸成分Ｈｏｆｆｙを打ち消す磁界を磁気抵抗素子４１に印加する電流−Ｉｏｆｆｙとの和とする。
Ｉｄ＝Ｉｂ−Ｉｏｆｆｙ
この状態で磁気抵抗素子４１に印加される磁界Ｈ４１は、
Ｈ４１＝γ・Ｉｄ＋Ｈｏｆｆｙ＋Ｈｅ・ｓｉｎθ
＝γ・（Ｉｂ−Ｉｏｆｆｙ）＋Ｈｏｆｆｙ＋Ｈｅ・ｓｉｎθ
＝γ・Ｉｂ＋Ｈｅ・ｓｉｎθ
となる。

この状態での磁気抵抗素子４１の抵抗Ｒ４１は、
Ｒ４１＝Ｒｂ−β・Ｈｅ・ｓｉｎθ
となる。他方の第二導体１４に図１で時計廻り方向に流す電流Ｉｅは、最適バイアス電流Ｉｂと、外部オフセット磁界のＹ軸成分Ｈｏｆｆｙを打ち消す磁界を磁気抵抗素子４２に印加する電流Ｉｏｆｆｙの和とする。
Ｉｅ＝Ｉｂ＋Ｉｏｆｆｙ
この状態で磁気抵抗素子４２に印加される磁界Ｈ４２は、
Ｈ４２＝−γ・Ｉｅ＋Ｈｏｆｆｙ＋Ｈｅ・ｓｉｎθ
＝−γ・（Ｉｂ＋Ｉｏｆｆｙ）＋Ｈｏｆｆｙ＋Ｈｅ・ｓｉｎθ
＝−γ・Ｉｂ＋Ｈｅ・ｓｉｎθ
となる。この状態での磁気抵抗素子４２の抵抗Ｒ４２は、
Ｒ４２＝Ｒｂ＋β・Ｈｅ・ｓｉｎθ
となる。
よって１対の第三磁気抵抗素子４の磁気抵抗素子４１と磁気抵抗素子４２の中間電位出力Ｖｃｏ４（＋）は、
Ｖｃｏ４（＋）＝Ｖｃｃ・［１／２＋１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ］
となる。

１対の第四磁気抵抗素子５の磁気抵抗素子５２の抵抗Ｒ５２は磁気抵抗素子４１の抵抗Ｒ４１と同じであり、磁気抵抗素子５１の抵抗Ｒ５１は磁気抵抗素子４２の抵抗Ｒ４２と同じである。よって第四磁気抵抗素子対５の磁気抵抗素子５１と磁気抵抗素子対５２の中間電位出力Ｖｃｏ５（＋）は、
Ｖｃｏ５（＋）＝Ｖｃｃ・［１／２−１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ］
となる。
第三磁気抵抗素子対４と第四磁気抵抗素子対５の接続されている端の中間電位出力の間の差を図１のＶｙとして取り出しているので、中間電位出力差Ｖｙ（＋）は、
Ｖｙ（＋）＝Ｖｃｏ４（＋）−Ｖｃｏ５（＋）
＝Ｖｃｃ・〈［１／２＋１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ］−［１／２−１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ］〉
＝Ｖｃｃ・１／Ｒｂ・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ
となる。

次に、２本の第二導体１３，１４に前述とは反対向きに直流電流を流して、磁気抵抗素子４１，４２，５２，５２が長手方向と直角な方向に飽和する大きさの直流磁界を磁気抵抗素子４１，４２，５２，５２に印加し、その直流電流とは反対向きで所定の大きさの直流電流をその２本の第二導体１３，１４に流して磁気抵抗素子の長手方向と直角方向にバイアス直流磁界と、外部オフセット磁界を打ち消す磁界との合計磁界を印加している間に、上と同様に磁気抵抗素子対の端間に測定用直流電圧Ｖｃｃを印加して、接続されている端から中間電位出力を取り出す。一方の第二導体１３に流す電流Ｉｄ′は最適バイアス電流−Ｉｂと、外部オフセット磁界のＹ軸成分Ｈｏｆｆｙを打ち消す磁界を磁気抵抗素子４１に印加する電流−Ｉｏｆｆｙとの和とする。
Ｉｄ′＝−Ｉｂ−Ｉｏｆｆｙ
この状態で磁気抵抗素子４１に印加される磁界Ｈ４１′は、
Ｈ４１′＝γ・Ｉｄ′＋Ｈｏｆｆｙ＋Ｈｅ・ｓｉｎθ
＝γ・（−Ｉｂ−Ｉｏｆｆｙ）＋Ｈｏｆｆｙ＋Ｈｅ・ｓｉｎθ
＝−γ・Ｉｂ＋Ｈｅ・ｓｉｎθ
となる。
この状態での磁気抵抗素子４１の抵抗Ｒ４１′は、
Ｒ４１′＝Ｒｂ＋β・Ｈｅ・ｓｉｎθ
となる。

他方の第二導体１４に流す電流Ｉｅ′は、最適バイアス電流−Ｉｂと、外部オフセット磁界のＹ軸成分Ｈｏｆｆｙを打ち消す磁界を磁気抵抗素子４２に印加する電流Ｉｏｆｆｙとの和とする。
Ｉｅ′＝−Ｉｂ＋Ｉｏｆｆｙ
この状態で磁気抵抗素子４２に印加される磁界Ｈ４２′は、
Ｈ４２′＝−γ・Ｉｅ′＋Ｈｏｆｆｙ＋Ｈｅ・ｓｉｎθ
＝−γ・（−Ｉｂ＋Ｉｏｆｆｙ）＋Ｈｏｆｆｙ＋Ｈｅ・ｓｉｎθ
＝γ・Ｉｂ＋Ｈｅ・ｓｉｎθ
となる。
この場合の磁気抵抗素子４２の抵抗Ｒ４２′は、
Ｒ４２′＝Ｒｂ−β・Ｈｅ・ｓｉｎθ
となる。
第三磁気抵抗素子対４の磁気抵抗素子４１と磁気抵抗素子４２の中間電位出力Ｖｃｏ４（−）は、
Ｖｃｏ４（−）＝Ｖｃｃ・［１／２−１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ］
となる。

同様に第四磁気抵抗素子対５の磁気抵抗素子５１と磁気抵抗素子５２の中間電位出力Ｖｃｏ５（−）は、
Ｖｃｏ５（−）＝Ｖｃｃ・［１／２＋１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ］
となり、第三磁気抵抗素子対４と第四磁気抵抗素子対５の中間電位出力差Ｖｙ（−）は、
Ｖｙ（−）＝Ｖｃｏ４（−）−Ｖｃｏ５（−）
＝Ｖｃｃ・〈［１／２−１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ］−［１／２＋１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ］〉
＝−Ｖｃｃ・１／Ｒｂ・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ
となる。
これらの両中間電位出力差の差を求めると、
Ｖｙ＝Ｖｙ（＋）−Ｖｙ（−）
＝２Ｖｃｃ・１／Ｒｂ・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ
となる。
上式から、Ｙ軸の出力値Ｖｙは外部オフセット磁界のＹ軸成分Ｈｏｆｆｙの影響を受けない。
前述した通り、
Ｖｘ＝Ｖｘ（＋）−Ｖｘ（−）
＝２Ｖｃｃ・１／Ｒｂ・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ
なので、地磁気の水平成分がＸ軸となす角度θは、
θ＝ｔａｎ^−１（Ｖｙ／Ｖｘ）
として求めることができる。

以上の説明の中で、２本の第一導体１１，１２と２本の第二導体１３，１４とのそれぞれにバイアス電流と外部オフセット磁界を打ち消す電流との和を流すことを述べた。ここで外部オフセット磁界を打ち消す電流の求め方について述べる。２軸磁界センサには一様な外部オフセット磁界と、２軸磁界センサの向きによって印加される方向が変わる地磁気とが印加されている。図５に示す平面上で、ある円弧上の３点ａ，ｂ，ｃで円弧に沿った向きに２軸磁界センサを置いたときに、各点で２軸磁界センサには外部オフセット磁界ベクトルと各点での地磁気ベクトルとの合成ベクトルがかかっている。

２軸磁界センサのＸ軸方向とＹ軸方向との中間電位出力の差Ｖｘ，Ｖｙが零になるように２本の第一導体１１，１２と２本の第二導体１３，１４とのそれぞれに直流電流を流すと、それらの直流電流それぞれが２軸磁界センサにかかっている磁界のＸ軸成分を打ち消す電流とＹ軸成分を打ち消す電流に相当する。円弧上の３点ａ，ｂ，ｃに２軸磁界センサを置いたときに、２軸磁界センサからの出力を零にするために必要な電流をそれぞれ
ａ点：（Ｉｏｆｆｘａ，Ｉｏｆｆｙａ），
ｂ点：（Ｉｏｆｆｘｂ，Ｉｏｆｆｙｂ），
ｃ点：（Ｉｏｆｆｘｃ，Ｉｏｆｆｙｃ）とすると、
これらは外部オフセット磁界を打ち消すのに必要なオフセット電流（Ｉｏｆｆｘ，Ｉｏｆｆｙ）と地磁気を打ち消すのに必要な電流との和である。外部オフセット磁界を打ち消すのに必要なオフセット電流は一定である。しかし、地磁気は一定の大きさであるが向きが違い、図５でＸ軸とＹ軸とをそれぞれ第一導体と第二導体に流す電流としたときに、原点から円弧の中心ｏまでがオフセット電流に相当し、ｏａ，ｏｂ，ｏｃが地磁気を打ち消す電流に相当する。ａ，ｂ，ｃにおける地磁気は大きさが一定で向きが違うので、ｏａ，ｏｂ，ｏｃの長さが同じである。そこで、ａ，ｂ，ｃ３点の電流から円弧の中心ｏのオフセット電流を求めることが出来る。予め、円弧上の３点に円弧に沿った向きに２軸磁界センサを置いたときに、その出力を零とするのに必要な電流を測定して、その電流を使って次の簡単な計算によって外部オフセット磁界を打ち消すためのオフセット電流（Ｉｏｆｆｘ，Ｉｏｆｆｙ）を求めることが出来る。

Ｉｏｆｆｘ＝（１／２）・〔（Ｉｏｆｆｘａ^２＋Ｉｏｆｆｙ_ａ ^２）・（Ｉｏｆｆｙｃ−Ｉｏｆｆｙ_ｂ）＋（Ｉｏｆｆｘｂ^２＋Ｉｏｆｆｙｂ^２）・（Ｉｏｆｆｙａ−Ｉｏｆｆｙｃ）＋（Ｉｏｆｆｘｃ^２＋Ｉｏｆｆｙｃ^２）・（Ｉｏｆｆｙｂ−Ｉｏｆｆｙａ）〕／〔Ｉｏｆｆｘａ・（Ｉｏｆｆｙｃ−Ｉｏｆｆｙｂ）＋Ｉｏｆｆｘｂ・（Ｉｏｆｆｙａ−Ｉｏｆｆｙｃ）＋Ｉｏｆｆｘｃ・（Ｉｏｆｆｙｂ−Ｉｏｆｆｙａ）〕
Ｉｏｆｆｙ＝（１／２）・〔（Ｉｏｆｆｘａ^２＋Ｉｏｆｆｙａ^２）・（Ｉｏｆｆｘｃ−Ｉｏｆｆｘｂ）＋（Ｉｏｆｆｘｂ^２＋Ｉｏｆｆｙｂ^２）・（Ｉｏｆｆｘａ−Ｉｏｆｆｘｃ）＋（Ｉｏｆｆｘｃ^２＋Ｉｏｆｆｙｃ^２）・（Ｉｏｆｆｘｂ−Ｉｏｆｆｘａ）〕／〔Ｉｏｆｆｙａ・（Ｉｏｆｆｘｃ−Ｉｏｆｆｘｂ）＋Ｉｏｆｆｙｂ・（Ｉｏｆｆｘａ−Ｉｏｆｆｘｃ）＋Ｉｏｆｆｙｃ・（Ｉｏｆｆｘｂ−Ｉｏｆｆｘａ）〕

これら説明から明らかなように、実施例１では、２本の第一導体とそれに垂直な２本の第二導体からなる平面コイルにバイアス直流電流と外部オフセット磁界を打ち消す磁界に相当するオフセット電流との和の電流を流すことで、磁気抵抗素子に外部オフセット磁界を打ち消し、結果として最適なバイアス磁界を印加しながら、磁気抵抗素子対の中間電位出力を求めることができる。

本発明の実施例２の２軸磁界センサを模式図で図６に示している。２軸磁界センサは、平面コイル１ａと、平面コイル１ａに近接して平面コイル１ａに平行な平面内に設けられた４対の磁気抵抗素子２，３，４，５とを持っている。平面コイル１ａは直角二等辺三角形平面コイル１ａ′，１ａ″からできており、直角二等辺三角形平面コイル１ａ′，１ａ″がその斜辺を対向させ、斜辺を対角線とする方形平面コイル状の外形を形成している。形成された方形平面コイル１ａは、平行な２本の第一導体１１，１２と、第一導体１１，１２に垂直で平行な２本の第二導体１３，１４とを有する。４対の磁気抵抗素子と平面コイル１ａの導体との位置関係は、実施例１と同じなので説明を省略する。

直角二等辺三角形平面コイル１ａ′，１ａ″は同一方向に数十回巻かれている。直角二等辺三角形平面コイル１ａ′，１ａ″はそれぞれ直流電源（図示せず）につながれていて、２個の直角二等辺三角形平面コイル１ａ′，１ａ″に同一方向の直流電流を流したとき、２個の直角二等辺三角形平面コイル１ａ′，１ａ″は１個の方形平面コイル１ａとして働く。直角二等辺三角形平面コイル１ａ′，１ａ″の対向する斜辺（方形平面コイルとしてみた場合、対角線に当たる）には、逆方向に電流が流れるため電流により発生する直流磁界は打ち消し合い、磁気的には一つの方形コイルとなる。方形平面コイル１ａと平行な磁気抵抗素子面には、コイルの内側から外に、あるいは外側から内に向いた直流磁界が生じ、磁気抵抗素子２１〜５２に直流磁界が印加される。図６で直角二等辺三角形平面コイル１ａ′の第二導体１４と直角二等辺三角形平面コイル１ａ″の第二導体１３とが延びている方向をＸ軸、直角二等辺三角形平面コイル１ａ′の第一導体１１と直角二等辺三角形平面コイル１ａ″の第一導体１２とが延びている方向をＹ軸とする直交座標を考える。直角二等辺三角形平面コイル１ａ′，１ａ″それぞれに時計廻り電流ＩａとＩｃを流すと磁気抵抗素子２１と３２にはＸ方向の磁界が、磁気抵抗素子２２と３１には−Ｘ方向の磁界が、磁気抵抗素子４１と５２にはＹ方向の磁界が、磁気抵抗素子４２と５１には−Ｙ方向の磁界が印加される。直角二等辺三角形平面コイル１ａ′，１ａ″それぞれに反時計廻り電流−Ｉａと−Ｉｃを流すと、各磁気抵抗素子には先に述べた方向と反対方向の磁界が印加される。

各磁気抵抗素子は、次の様に結線されている。磁気抵抗素子対を構成している、方形コイルの内側に位置する２個の磁気抵抗素子の端同士が接続されていて、方形コイルの外側に位置する２個の磁気抵抗素子の端間には測定用直流電圧Ｖｃｃが印加されている。

図６に示す２軸磁界センサを用いて外部オフセット磁界が存在する状態で方位を測定する場合について説明する。直角二等辺三角形平面コイル１ａ′，１ａ″にリセット電流を図６で反時計廻りに流して、磁気抵抗素子２１〜５２にリセット直流磁界を印加する。次にそのリセット電流と反対向き（図６で直角二等辺三角形平面コイル１ａ′，１ａ″に時計廻り）で所定の大きさの直流電流をその直角二等辺三角形平面コイル１ａ′，１ａ″それぞれに流して、磁気抵抗素子の長手方向と直角な方向にバイアス直流磁界と外部オフセット磁界を打ち消す磁界との合計磁界を印加している間に、磁気抵抗素子対の端間に測定用直流電圧Ｖｃｃを印加して、接続されている端から中間電位出力を取り出す。

地磁気の水平成分の大きさをＨｅとして、その地磁気の水平成分ＨｅのＸ軸となす角度をθとし、外部オフセット磁界のＸ軸成分をＨｏｆｆｘ、Ｙ軸成分をＨｏｆｆｙとする。実施例２の２軸磁界センサを用いて、実施例１で説明したオフセット電流を測定して求め、外部オフセット磁界のＸ軸成分Ｈｏｆｆｘ、Ｙ軸成分Ｈｏｆｆｙそれぞれを打ち消すのに必要な電流Ｉｏｆｆｘ，Ｉｏｆｆｙを予め求める。

ここでまずＸ軸の磁界の測定を説明する。平面コイル１ａ′，１ａ″に図６で時計廻りに流す電流Ｉａ、Ｉｃは、２軸磁界センサが磁界を検出するのに最も適したバイアス磁界を磁気抵抗素子に印加するバイアス電流Ｉｂと、外部オフセット磁界のＸ軸成分Ｈｏｆｆｘを打ち消す磁界を磁気抵抗素子２１、３２、２２、３１に印加する電流−Ｉｏｆｆｘ又はＩｏｆｆｘとの和とする。
Ｉａ＝Ｉｂ−Ｉｏｆｆｘ
Ｉｃ＝Ｉｂ＋Ｉｏｆｆｘ
この状態での第一磁気抵抗素子対２の磁気抵抗素子２１と磁気抵抗素子２２との中間電位出力Ｖｃｏ２（＋）は、
Ｖｃｏ２（＋）＝Ｖｃｃ・［１／２＋１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ］
となる。
また、第二磁気抵抗素子対３の磁気抵抗素子３１と磁気抵抗素子３２との中間電位出力Ｖｃｏ３（＋）は、
Ｖｃｏ３（＋）＝Ｖｃｃ・［１／２−１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ］
となる。

第一磁気抵抗素子対２と第二磁気抵抗素子対３の接続されている端の中間電位出力の差を図６のＶｘとして取りだしているので、中間電位出力差Ｖｘ（＋）は、
Ｖｘ（＋）＝Ｖｃｏ２（＋）−Ｖｃｏ３（＋）
＝Ｖｃｃ・〈［１／２＋１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ］−［（１／２−１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ）〉
＝Ｖｃｃ・１／Ｒｂ・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ
となる。

次に、直角二等辺三角形平面コイル１ａ′，１ａ″に前述とは反対向きに直流電流を流して、磁気抵抗素子２１，３２，２２，３１が長手方向と直角な方向に飽和する大きさの直流磁界を磁気抵抗素子２１，３２，２２，３１に印加し、その直流電流とは反対向きで所定の大きさの直流電流をその直角二等辺三角形平面コイル１ａ′，１ａ″に流して磁気抵抗素子の長手方向と直角方向にバイアス直流磁界と外部オフセット磁界を打ち消す磁界との合計磁界を印加している間に、前述と同様に磁気抵抗素子対の端間に測定用直流電圧Ｖｃｃを印加して、接続されている端から中間電位出力を取り出す。

直角二等辺三角形平面コイル１ａ′，１ａ″に図６で反時計廻りに流す電流Ｉａ′，Ｉｃ′は、２軸磁界センサが磁界を検出するのに最も適したバイアス磁界を磁気抵抗素子に印加するバイアス直流電流Ｉｂと、外部オフセット磁界のＸ軸成分Ｈｏｆｆｘを打ち消す磁界を磁気抵抗素子２１、３２、２２、３１に印加する電流−Ｉｏｆｆｘ又はＩｏｆｆｘとの和とする。
Ｉａ′＝−Ｉｂ−Ｉｏｆｆｘ
Ｉｃ′＝−Ｉｂ＋Ｉｏｆｆｘ
この状態での第一磁気抵抗素子対２の磁気抵抗素子２１と磁気抵抗素子２２の中間電位出力Ｖｃｏ２（−）は、
Ｖｃｏ２（−）＝Ｖｃｃ・［１／２−１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ］
となる。
また、第二磁気抵抗素子対３の磁気抵抗素子３１と磁気抵抗素子３２の中間電位出力Ｖｃｏ３（−）は、
Ｖｃｏ３（−）＝Ｖｃｃ・［１／２＋１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ］
となる。

第一磁気抵抗素子対２と第二磁気抵抗素子対３の接続されている端の中間電位出力間の差を図６のＶｘとして取りだしているので、中間電位出力差Ｖｘ（−）は、
Ｖｘ（−）＝Ｖｃｏ２（−）−Ｖｃｏ３（−）
＝Ｖｃｃ・〈［１／２−１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ］−［１／２＋１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ］〉
＝−Ｖｃｃ・１／Ｒｂ・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ
となる。

つぎにＹ軸の磁界測定を説明する。直角二等辺三角形平面コイル１ａ′，１ａ″に図６で時計廻りに流す電流Ｉａ，Ｉｃを、２軸磁界センサが磁界を検出するのに最も適したバイアス磁界を磁気抵抗素子に印加するバイアス電流Ｉｂと、外部オフセット磁界のＹ軸成分Ｈｏｆｆｙを打ち消す磁界を磁気抵抗素子４１、５２、４２、５１に印加する電流−Ｉｏｆｆｙ又はＩｏｆｆｙとの和とする。
Ｉａ＝Ｉｂ−Ｉｏｆｆｙ
Ｉｃ＝Ｉｂ＋Ｉｏｆｆｙ
この状態での第三磁気抵抗素子対４の磁気抵抗素子４１と磁気抵抗素子４２との中間電位出力Ｖｃｏ４（＋）は
Ｖｃｏ４（＋）＝Ｖｃｃ・［１／２＋１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ］
となる。同様に第四磁気抵抗素子対５の磁気抵抗素子５１と磁気抵抗素子５２との中間電位出力Ｖｃｏ５（＋）は
Ｖｃｏ５（−）＝Ｖｃｃ・［１／２−１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ］
となる。

第三磁気抵抗素子対４と第四磁気抵抗素子対５の接続されている端の中間電位出力の差を図６のＶｙとして取り出しているので、中間電位出力差Ｖｙ（＋）は、
Ｖｙ（＋）＝Ｖｃｏ４（＋）−Ｖｃｏ５（＋）
＝Ｖｃｃ・〈［１／２＋１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ］−［１／２−１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ］〉
＝Ｖｃｃ・１／Ｒｂ・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ
となる。

直角二等辺三角形平面コイル１ａ′，１ａ″に図６で反時計廻りに流す電流Ｉａ′，Ｉｃ′は、２軸磁界センサが磁界を検出するのに最も適したバイアス磁界を磁気抵抗素子に印加するバイアス電流Ｉｂと、外部オフセット磁界のＹ軸成分Ｈｏｆｆｙを打ち消す磁界を磁気抵抗素子４１、５２、４２、５１に印加する電流−Ｉｏｆｆｙ又はＩｏｆｆｙとの和とする。
Ｉａ′＝−Ｉｂ−Ｉｏｆｆｙ
Ｉｃ′＝−Ｉｂ＋Ｉｏｆｆｙ
この状態での第三磁気抵抗素子対４の磁気抵抗素子４１と磁気抵抗素子４２との中間電位出力Ｖｃｏ４（−）は
Ｖｃｏ４（−）＝Ｖｃｃ・［１／２−１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ］
となる。同様に第四磁気抵抗素子対５の磁気抵抗素子５１と磁気抵抗素子５２との中間電位出力Ｖｃｏ５（−）は
Ｖｃｏ５（−）＝Ｖｃｃ・［１／２＋１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ］
となる。

第三磁気抵抗素子対４と第四磁気抵抗素子対５の接続されている端の中間電位出力の差を図６のＶｙとして取り出しているので、中間電位出力差Ｖｙ（−）は、
Ｖｙ（−）＝Ｖｃｏ４（−）−Ｖｃｏ５（−）
＝Ｖｃｃ・〈［１／２−１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ］−［１／２＋１／（２・Ｒｂ）・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ］〉
＝−Ｖｃｃ・１／Ｒｂ・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ
となる。

これらの両中間電位出力差をＸ方向、Ｙ方向について差を求めると、
Ｖｘ＝Ｖｘ（＋）−Ｖｘ（−）
＝２Ｖｃｃ・１／Ｒｂ・β・Ｈｅ・ｃｏｓθ
Ｖｙ＝Ｖｙ（＋）−Ｖｙ（−）
＝２Ｖｃｃ・１／Ｒｂ・β・Ｈｅ・ｓｉｎθ
となり、地磁気の水平成分がＸ軸となす角度θは、
θ＝ｔａｎ^−１（Ｖｙ／Ｖｘ）
として求めることが出来る。
上式から、Ｘ軸、Ｙ軸の出力値Ｖｘ，Ｖｙは外部オフセット磁界のＸ軸成分Ｈｏｆｆｘ、Ｙ軸成分Ｈｏｆｆｙの影響を受けない。

実施例２では、２個の平面コイルにそれぞれバイアス磁界と外部オフセット磁界を打ち消す磁界に相当する電流を流すことで、磁気抵抗素子に外部オフセット磁界を打ち消し、結果として最適なバイアス磁界を印加しながら、磁気抵抗素子対の中間電位出力を求めることが出来る。

２軸磁界センサを用いて外部オフセット磁界が存在する状態での方位の測定と磁界の計算は、実施例２の２個の直角二等辺三角形の斜辺を対向させて形成した方形平面コイルと、実施例３の直角頂点を対向させて形成した平面コイルでは、本質的に同じなので詳細を省略する。

本発明の実施例３による２軸磁界センサを模式図で図７に示している。磁気抵抗素子のある平面と、その平面に近接して平行に設けられた２個の直角二等辺三角形平面コイル１ｂ′，１ｂ″とを持っている。磁気抵抗素子の平面には磁気抵抗素子２１，２２，３１，３２，４１，４２，５１，５２が設けられている。

直角二等辺三角形平面コイル１ｂ′と直角二等辺三角形平面コイル１ｂ″は直角二等辺三角形の直角頂点を対向させ、互いに直角となった２辺を対角線とする平面コイル１ｂを形成し、形成された平面コイル１ｂは、平行な２本の第一導体１１，１２と平行な２本の第二導体１３，１４を持っている。磁気抵抗素子２１と３２とはその長手方向を３０°以上９０°未満で、好ましくは４５°以上で９０°未満、より好ましくは４０°以上５０°以下で、この実施例では４５°で直角二等辺三角形平面コイル１ｂ′の第一導体１１と交差している。同様に、磁気抵抗素子２２と３１とは直角二等辺三角形平面コイル１ｂ″の第一導体１２と、磁気抵抗素子４１と５２とは直角二等辺三角形平面コイル１ｂ″の第二導体１３と、磁気抵抗素子４２と５１とは直角二等辺三角形平面コイル１ｂ′の第二導体１４と交差している。

直角二等辺三角形平面コイル１ｂ′の第一導体１１と交差している２個の磁気抵抗素子２１、３２、第二導体１４と交差している２個の磁気抵抗素子４２、５１、直角二等辺三角形平面コイル１ｂ″の第一導体１２と交差している２個の磁気抵抗素子２２、３１、第二導体１３と交差している２個の磁気抵抗素子４１、５２の長手方向は互いに非平行である。図７は、平面コイルの各導体と交差している２個の磁気抵抗素子が直交している状態を示している。また、平面コイル１ｂの平行な２本の第一導体１１，１２それぞれと交差している２個の磁気抵抗素子２１と２２とで第一磁気抵抗素子対２を構成している。第一磁気抵抗素子対２の磁気抵抗素子２１と２２の長手方向は非平行である。図７は、各磁気抵抗素子対を構成している２個の磁気抵抗素子が直交している状態を示している。同様に、平面コイル１ｂの平行な２本の導体それぞれと交差している２個の磁気抵抗素子３１と３２，４１と４２，５１と５２はそれぞれ磁気抵抗素子対３，４，５を構成している。これら磁気抵抗素子対の磁気抵抗素子の長手方向は非平行である。磁気抵抗素子対を構成している２個の磁気抵抗素子の端同士が接続されていて、各磁気抵抗素子対の端間には測定用直流電圧Ｖｃｃが印加されている。

直角二等辺三角形平面コイル１ｂ′、１ｂ″は同一方向に数十回巻かれている。２個の直角二等辺三角形平面コイル１ｂ′、１ｂ″に同一方向の直流電流を流したとき、２個の直角二等辺三角形平面コイル１ｂ′、１ｂ″は平面コイル１ｂとして働く。直角二等辺三角形平面コイル１ｂ′、１ｂ″の斜辺が磁気抵抗素子から離れていて磁気抵抗素子に対する磁界の影響が小さいので磁気的には二つのＬ字形コイルが組み合わされていると見ることができる。平面コイルと平行な磁気抵抗素子面には、コイルの内側から外に、あるいは外から内側に向いた直流磁界が生じ、磁気抵抗素子２１〜５２に直流磁界が印加される。図７で直角二等辺三角形平面コイル１ｂ′と１ｂ″それぞれに時計廻りの電流ＩａとＩｃを流すと磁気抵抗素子２１と３２にはＸ方向の磁界が、磁気抵抗素子２２と３１には−Ｘ方向の磁界が、磁気抵抗素子４１と５２にはＹ方向の磁界が、磁気抵抗素子４２と５１には−Ｙ方向の磁界が印加される。直角二等辺三角形平面コイル１ｂ′，１ｂ″それぞれに反時計廻りの電流−Ｉａと−Ｉｃを流すと、各磁気抵抗素子には先に述べた方向と反対方向の磁界が印加される。実施例３においても、実施例１で説明したのと同様に、外部オフセット磁界を打ち消すためのオフセット電流を予め求めておき、磁気抵抗素子にバイアス磁界を加えるときに外部オフセット磁界を打ち消す磁界を同時に加えて磁界方位を測定する。実施例３の２軸磁界センサは実施例１及び実施例２で述べた２軸磁界センサと同じ働きがある。

実施例４の２軸磁界センサを用いて外部オフセット磁界が存在する状態での方位の測定と磁界の計算は、上で述べた実施例におけるのと本質的に同じなので詳細を省略する。

本発明の実施例４による２軸磁界センサを模式図で図８に示している。磁気抵抗素子のある平面と、その平面に近接して平行に設けられた２個の長方形平面コイル１ｃ′，１ｃ″の長辺を並べた方形平面コイル１ｃを持っている。磁気抵抗素子の平面には磁気抵抗素子２１，２２，３１，３２，４１，４２，５１，５２が設けられている。

長方形平面コイル１ｃ′と長方形平面コイル１ｃ″はそれぞれの長辺を近接して方形の外形を形成し、形成された方形平面コイル１ｃは、互いに平行になっている導体１１と１２，１３′と１４′，１３″と１４″の３組を有している。磁気抵抗素子２１と３２はその長手方向を３０°以上９０°未満で、好ましくは４５°以上で９０°未満、より好ましくは４０°以上５０°以下で、この実施例では４５°で長方形平面コイル１ｃ′の導体１１と交差している。同様に、磁気抵抗素子２２と３１は長方形平面コイル１ｃ″の導体１２と、磁気抵抗素子４１は長方形平面コイル１ｃ″の導体１３″と、磁気抵抗素子４２は長方形平面コイル１ｃ′の導体１４′と、磁気抵抗素子５２は長方形平面コイル１ｃ′の導体１３′と、磁気抵抗素子５１は長方形平面コイル１ｃ″の導体１４″と交差している。

図８に示すように、長方形平面コイル１ｃ′の導体１１と交差している磁気抵抗素子２１と３２、長方形平面コイル１ｃ′の導体１３′と交差している磁気抵抗素子５２と長方形平面コイル１ｃ″の導体１３″と交差している磁気抵抗素子４１、長方形平面コイル１ｃ′の導体１４′と交差している磁気抵抗素子４２と長方形平面コイル１ｃ″の導体１４″と交差している磁気抵抗素子５１、長方形平面コイル１ｃ″の導体１２と交差している磁気抵抗素子２２と３１は、磁気抵抗素子の長手方向が互いに非平行である。導体１３′と交差している磁気抵抗素子５２と導体１４′と交差している磁気抵抗素子４２とは、また導体１３″と交差している磁気抵抗素子４１と導体１４″と交差している磁気抵抗素子５１とは磁気抵抗素子の長手方向が平行である。

方形平面コイル１ｃの平行な導体とそれぞれの長手方向が交差している２個の磁気抵抗素子２１と２２とで第一磁気抵抗素子対２を構成した。第一磁気抵抗素子対２の磁気抵抗素子２１と２２の長手方向は非平行である。図８は、磁気抵抗素子対を構成している２個の磁気抵抗素子が直交している状態を示している。同様に、方形平面コイル１ｃの平行な導体とそれぞれの長手方向が交差している磁気抵抗素子３１と３２は第二磁気抵抗素子対３を構成しており、これら磁気抵抗素子の長手方向は非平行である。方形平面コイル１ｃの平行な導体とそれぞれの長手方向が交差している磁気抵抗素子４１と４２は第三磁気抵抗素子対４を、磁気抵抗素子５１と５２は第四磁気抵抗素子対５を構成している。各磁気抵抗素子対を構成している、方形平面コイル１ｃの内側に位置する２個の磁気抵抗素子の端同士が接続されていて、方形平面コイル１ｃの外側に位置する端間には測定用直流電圧Ｖｃｃが印加されている。

長方形平面コイル１ｃ′、１ｃ″は同一方向に数十回巻かれている。２個の長方形平面コイル１ｃ′、１ｃ″に同一方向の直流電流を流したとき、２個の長方形平面コイル１ｃ′、１ｃ″は１個の方形平面コイル１ｃとして働く。長方形平面コイル１ｃ′、１ｃ″にある近接して並べられたコイル辺には逆方向に電流が流れるため、電流によって発生する直流磁界は打ち消し合い磁気的には一つの方形平面コイルと見ることができる。方形平面コイルに平行な磁気抵抗素子のある平面には、コイルの内側から外に、あるいは外から内側に向いた直流磁界が生じ、磁気抵抗素子２１〜５２に直流磁界が印加される。図８で長方形平面コイル１ｃ′と１ｃ″それぞれに時計廻り電流ＩａとＩｃを流すと磁気抵抗素子２１と３２にはＸ方向の磁界が、磁気抵抗素子２２と３１には−Ｘ方向の磁界が、磁気抵抗素子４１と５２にはＹ方向の磁界が、磁気抵抗素子４２と５１には−Ｙ方向の磁界が印加される。長方形平面コイル１ｃ′と１ｃ″それぞれに反時計廻り電流−Ｉａと−Ｉｃを流すと、各磁気抵抗素子には先に述べた方向と反対方向の磁界が印加される。実施例４においても、実施例１で説明したように、外部オフセット磁界を打ち消すためのオフセット電流を予め求めておき、磁気抵抗素子にバイアス磁界を加えるときに外部オフセット磁界を打ち消すだけの磁界を同時に加えて、磁界方位を測定する。実施例４の２軸磁界センサにおいても実施例１及び実施例２で述べた２軸磁界センサと同様に磁界方位を測定することが出来る。

２個の長方形平面コイルを用いると、実施例２の２個の直角二等辺三角形平面コイルを用いた場合と、異なった磁気抵抗素子配置とする必要がある。実施例２では磁気抵抗素子４１と５２が一つのコイル辺と交差しているが、実施例４の磁気抵抗素子４１と５２は別のコイル辺と交差するためである。

本発明の２軸磁界センサは、地磁気のほかに一様な外部磁界が作用しているところでも、その一様な外部磁界の影響を打ち消して地磁気の方位あるいは磁界の方位を測定することができるので、方位を測定する上で有効な機器である。

Claims

平行な２本の第一導体と、第一導体に垂直で平行な２本の第二導体とを有する平面コイルと、
２本の前記第一導体の一方のみと３０度以上９０度未満で交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子と、２本の前記第一導体の他方のみと３０度以上９０度未満で交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子とからなり、これら磁気抵抗素子の長手方向が互いに非平行で、これら磁気抵抗素子の２本の前記第一導体間にある端が互いに接続されている１対の第一磁気抵抗素子と、
２本の前記第一導体の前記他方のみと３０度以上９０度未満で交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子と、２本の前記第一導体の前記一方のみと３０度以上９０度未満で交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子とからなり、これら磁気抵抗素子の長手方向が互いに非平行で、これら磁気抵抗素子の２本の前記第一導体間にある端が互いに接続されている１対の第二磁気抵抗素子と、
２本の前記第二導体の一方のみと３０度以上９０度未満で交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子と、２本の前記第二導体の他方のみと３０度以上９０度未満で交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子とからなり、これら磁気抵抗素子の長手方向が互いに非平行で、これら磁気抵抗素子の２本の前記第二導体間にある端が互いに接続されている１対の第三磁気抵抗素子と、
２本の前記第二導体の前記他方のみと３０度以上９０度未満で交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子と、２本の前記第二導体の前記一方のみと３０度以上９０度未満で交差している長手方向を持つ磁気抵抗素子とからなり、これら磁気抵抗素子の長手方向が互いに非平行で、これら磁気抵抗素子の２本の前記第二導体間にある端が互いに接続されている１対の第四磁気抵抗素子とを前記平面コイルに近接し平面コイルに平行な平面内に有し、
第一導体の一方と交差している２個の磁気抵抗素子を飽和させる磁界をそれら磁気抵抗素子に印加する電流を第一導体の前記一方に流し、
第一導体の他方と交差している２個の磁気抵抗素子を反対方向に飽和させる磁界をそれら磁気抵抗素子に印加する電流を第一導体の前記他方に流し、
第二導体の一方と交差している２個の磁気抵抗素子を飽和させる磁界をそれら磁気抵抗素子に印加する電流を第二導体の前記一方に流し、
第二導体の他方と交差している２個の磁気抵抗素子を反対方向に飽和させる磁界をそれら磁気抵抗素子に印加する電流を第二導体の前記他方に流し、
その後、各磁気抵抗素子に加えられた飽和させる磁界に反対向きのある大きさのバイアス磁界と、外部オフセット磁界を打ち消す磁界との合計磁界をそれぞれの磁気抵抗素子に印加する電流を第一導体と第二導体それぞれに流すための直流電源と、
１対の第一磁気抵抗素子の２本の第一導体の外側にある端間と、１対の第二磁気抵抗素子の２本の第一導体の外側にある端間と、１対の第三磁気抵抗素子の２本の第二導体の外側にある端間と、１対の第四磁気抵抗素子の２本の第二導体の外側にある端間とに測定用直流電圧を印加する測定電源と、
前記測定用直流電圧を各磁気抵抗素子対に印加している間に、１対の第一磁気抵抗素子の前記接続された端から第一中間電位出力を取り出し、１対の第二磁気抵抗素子の前記接続された端から第二中間電位出力を取り出し、第一中間電位出力と第二中間電位出力との第一電位出力差を求め、１対の第三磁気抵抗素子の前記接続された端から第三中間電位出力を取り出し、１対の第四磁気抵抗素子の前記接続された端から第四中間電位出力を取り出し、第三中間電位出力と第四中間電位出力との第二電位出力差を求め、前記第一電位出力差と前記第二電位出力差から磁界方位を求める機器とを有する２軸磁界センサ。
各磁気抵抗素子の長手方向が導体と４０度以上７０度未満で交差している請求の範囲１記載の２軸磁界センサ。
２本の第一導体の一方と２本の第二導体の他方とで直角三角形平面コイルの２辺を形成して直列に接続されて直流電源に接続されているとともに、２本の第二導体の一方と２本の第一導体の他方とで他の直角三角形平面コイルの２辺を形成して直列に接続されて直流電源に接続されている請求の範囲２記載の２軸磁界センサ。
前記２個の直角三角形平面コイルの斜辺にある導体同士が隣り合って設けられている請求の範囲３記載の２軸磁界センサ。
１対の第一磁気抵抗素子の一方と１対の第二磁気抵抗素子の他方とに交差している第一導体の一方と、第二導体の他方が１対の第三磁気抵抗素子の他方と交差している第二導体の前記他方の部分と、第二導体の一方が１対の第四磁気抵抗素子の他方と交差している第二導体の前記一方の部分とによって長方形平面コイルの三辺を形成して接続されて直流電源につながれており、
１対の第一磁気抵抗素子の他方と１対の第二磁気抵抗素子の一方とに交差している第一導体の他方と、第二導体の一方が１対の第三磁気抵抗素子の一方と交差している第二導体の前記一方の部分と、第二導体の他方が１対の第四磁気抵抗素子の一方と交差している第二導体の前記他方の部分とによって他の長方形平面コイルの三辺を形成して接続されて直流電源につながれており、
前記２個の長方形平面コイルの残りの辺にある導体同士が隣り合って設けられている請求の範囲２記載の２軸磁界センサ。