JPH0843101A

JPH0843101A - 地磁気方位センサ

Info

Publication number: JPH0843101A
Application number: JP6178955A
Authority: JP
Inventors: Norio Saito; 憲男斎藤; Takuji Shibata; 拓二柴田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】【目的】実用的な感度を有して地磁気検出精度が高
く、しかも小型化、低価格化が容易な地磁気方位センサ
を提供する。【構成】周方向に配列された各強磁性体コアＫ₁，Ｋ
₂，Ｋ₃，Ｋ₄により形成されている閉曲形状（円弧
状）の中心距離（半径）をｒとし、Ｈｇをギャップ内磁
界、ＮＩを起磁力、μを強磁性体コアの比透磁率とする
と、ギャップ長ｇ（ｒ）が、ｇ（ｒ）＝１／４｛（ＮＩ／Ｈｇ）−（２πｒ／μ）｝
・・・（１）で表す大きさとなるように上記各ギャップＧ₁，Ｇ₂，
Ｇ₃，Ｇ₄を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気抵抗効果素子を用
いた地磁気方位センサに関するものであり、特に強磁性
体コアと組み合わせて高感度化を図った新規な地磁気方
位センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、カラー陰極線管では、電子銃か
ら出射された電子ビームの軌道が、地磁気により曲げら
れ、蛍光面上でのビーム到達位置（ランディング）が変
化することがある。特に高精細度陰極線管においては、
ランディング余裕度が小さいために、前記ランディング
の変化（位置ずれ）が色純度の劣化等の問題を引き起こ
す。

【０００３】これを補正するために、通常、ランディン
グ補正コイルが陰極線管に取り付けられており、このラ
ンディング補正コイルに地磁気の方位に応じて自動的に
ランディング補正に必要な最適電流を流すことにより、
電子ビームの軌道を制御してミスランディングを防止す
るようにしている。

【０００４】したがって、前記ランディング補正に際し
ては、地磁気の方位を正確に検出する必要があり、いわ
ゆる地磁気方位センサが使用されている。

【０００５】あるいは、従来から用いられてきた磁石式
の方位計（磁気コンパス）の代替として、携帯型の方位
計としても地磁気方位センサが使用されている。

【０００６】上述のように、地磁気方位センサは、様々
な用途に使用されるが、その代表的な構造としては、い
わゆるフラックスゲート型のものと、磁気抵抗効果型
（ＭＲ型）のものが知られている。

【０００７】前者は、図１３に示すように、パーマロイ
コア１０１に電気信号出力用コイル１０２と励磁用コイ
ル１０３を巻回してなるもので、地磁気を前記パーマロ
イコアで集束し、これを電気信号出力用コイル１０２に
伝えるような構造とされている。

【０００８】そして、このフラックスゲート型の地磁気
方位センサでは、励磁コイル１０３により交流バイアス
磁界Ｈ_Bをパーマロイコア１０１中に発生させ、バイア
ス磁界が反転したときに発生するパルス状の電圧を信号
として検出する。このパルス状電圧の電圧値は、地磁気
の方位によって変化するので、地磁気センサとして利用
することができる。

【０００９】しかしながら、このフラックスゲート型の
地磁気方位センサは、コイルにより地磁気を電気信号に
変換するため、感度を上げるためには電気信号出力用コ
イル１０２の巻き数を多くしたり、集束効果を高めるた
めにパーマロイコア１０１の形状を大きくする必要があ
る。したがって、小型化や低価格化は難しい。

【００１０】一方、後者（ＭＲ型）は、図１４に示すよ
うに、磁気抵抗効果素子（ＭＲセンサチップ）１１１を
形成したＭＲセンサチップ１１０を空心コイル１１２の
中に入れ、これらＭＲセンサチップ１１０に対して４５
゜方向の交流バイアス磁界Ｈ_Bを印加してなるものであ
る。等価回路を図１５に示す。地磁気方位センサとして
使用する場合には、図１４に示す構造のものを空心コイ
ルの巻回方向が直交するするように１組使用する。

【００１１】このＭＲ型の地磁気方位センサは、磁気抵
抗効果素子を使用しているため、フラックスゲート型の
地磁気方位センサに比べて感度が高いが、ＭＲセンサチ
ップ１１０のみで地磁気を感知しているため、０．３ガ
ウス程度の地磁気の方位を検出するには不十分である。

【００１２】また、このＭＲ型の地磁気方位センサで
は、ＭＲセンサチップ１１０に対して４５゜方向のバイ
アス磁界Ｈ_Bを加えていること、感度向上のためにＭＲ
カーブを無理に急峻なものとしていることから、ＭＲ特
性にヒステリシスを持っており、これを解消するために
信号処理用回路が複雑なものとなったり、方位精度が±
１０゜と悪い等の不都合を有する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来知
られる地磁気方位センサでは、感度の点で不満を残して
おり、また小型化、低価格化も難しい。

【００１４】そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑み
て提案されたもので、実用的な感度を有して地磁気検出
精度が高く、しかも小型化、低価格化が容易な地磁気方
位センサを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の地磁気方位セン
サは、地磁気を強磁性体コアで集束することにより大き
な磁束密度に変換し、これをコア間のギャップ内に配置
したＭＲ素子で検出するものである。

【００１６】すなわち、本発明の地磁気方位センサは、
地磁気を集束する複数の強磁性体コアが所定のギャップ
をもって周方向に配列されるとともに、前記ギャップを
各強磁性体コアの内周から外周にかけて徐々に幅狭とな
るように形成し、前記ギャップにおける磁界方向に対し
て略直交するように磁気抵抗効果素子がギャップ内に配
されていることを特徴とする。

【００１７】このとき主に、各ギャップの最大幅、すな
わち最内周部におけるギャップ幅を５０μｍ以下とした
場合に本発明を適用するものとする。

【００１８】本発明の地磁気方位センサにおいては、磁
気抵抗効果素子（以下、ＭＲセンサと称する。）は、互
いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向での出力を得るため、
最低でも２箇所に互いに直交するように配置する。好ま
しくは、等角度間隔（９０゜間隔）で４つのＭＲセンサ
を配置する。

【００１９】この場合、具体的には、周方向に配列され
た各強磁性体コアにより形成されている閉曲形状の中心
距離をｒとし、Ｈｇをギャップ内磁界、ＮＩを起磁力、
μを強磁性体コアの比透磁率とすると、ギャップ長ｇ
（ｒ）が、ｇ（ｒ）＝１／４｛（ＮＩ／Ｈｇ）−（２πｒ／μ）｝で表す大きさとなるように上記ギャップを形成する。

【００２０】一方、強磁性体コアは、前記ＭＲセンサの
配置に応じて等角度間隔（例えば９０゜間隔）でギャッ
プを有し、且つ閉磁路を構成するように、周方向に配列
する。このとき、強磁性体コアの配列状態は、９０゜回
転させても対称となる構造とすることが好ましく、具体
的には、円環状、あるいは正方形状に配列する。

【００２１】上記強磁性体コアには、パーマロイ、珪素
鋼板、各種ソフトフェライト等、高透磁率、高飽和磁束
密度を有する軟磁性材（いわゆるソフト材）を用い、バ
イアス磁界の印加と地磁気の集束に利用する。

【００２２】したがって、上記強磁性体コアには、励磁
用コイルを巻回し、それに電流Ｉ_Bを流すことによって
バイアス磁界Ｈ_Bを発生させ、ＭＲセンサを磁界感度が
高く且つ直線性（リニアリティ）の良いところで使用す
る。なお、バイアス磁界Ｈ_B（バイアス電流Ｉ_B）は、
交流であってもよいし、直流であってもよい。

【００２３】ただし、電流Ｉ_Bの電流値は、バイアス磁
界Ｈ_Bが強磁性体系部（強磁性体コアによって構成され
る閉磁路）の飽和磁束密度以下で透磁率値の前後までと
し、回転磁化範囲を避けるとともに、強磁性体系部の磁
化量に余裕を持たせ、地磁気の集束にも利用する。

【００２４】ＭＲセンサを交流バイアスで使用した場
合、方位信号（低周波数）を交流信号（高周波数）に重
畳した電気信号として取り出すことができるため、ＭＲ
センサにより発生するオフセット及び温度ドリフト等の
ノイズ成分をハイパスフィルタ（ＨＰＦ）等による回路
処理で取り除くことができ、高方位精度を得ることがで
きる。

【００２５】また、本発明の地磁気方位センサにおいて
は、バイアス磁界の方向が１８０゜異なる一対のＭＲセ
ンサから差動出力を得るとともに、各ＭＲセンサにそれ
ぞれ直列にＭＲセンサを接続し、いわゆるブリッジを構
成することで出力の安定化を図ることもできるが、この
場合、直接出力に寄与しないＭＲセンサは、磁界方向
（バイアス磁界Ｈ_Bの方向）と平行に強磁性体コア上に
配置することが好ましい。これにより、高出力、高方位
精度が実現される。

【００２６】

【作用】本発明の地磁気方位センサにおいて、強磁性体
コアは、バイアス磁界の磁路を構成するとともに、地磁
気を集束するいわゆる集束ホーンとして機能する。その
結果、互いに直交するＭＲセンサに加わる地磁気の総量
は、それぞれ地磁気とＭＲセンサのなす角度に応じて決
まり、各ＭＲセンサから強磁性体コアにより構成される
閉磁路の中心を通る地磁気線に直角に引いた線に比例す
る。

【００２７】ところで、上記ギャップのギャップ長を小
さくすると、各ＭＲセンサの感度が向上する反面、ギャ
ップ内の磁界に分布が生じて均一でなくなる。この磁界
分布は、ギャップ長方向と直交する方向について各強磁
性体コアの内周から外周へ向かうにつれて磁界が低下す
るという傾向を有する。そこで、本発明の地磁気方位セ
ンサにおいては、各ＭＲセンサが配設されている各強磁
性体コア間のギャップが、各強磁性体コアの内周から外
周にかけて徐々に幅狭となるように形成されているの
で、上記磁界分布が相殺されて磁界がギャップ内の位置
によらず均一となる。

【００２８】したがって、地磁気が効率的にＭＲセンサ
へ磁気信号として供給され、上記ギャップ長を小さくし
ても地磁気の方位が高感度且つ高精度に検出される。

【００２９】

【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００３０】図１は、本発明を適用した地磁気方位セン
サの基本構造の一例を示すものである。

【００３１】この地磁気方位センサは、パーマロイ等か
らなる４つの円弧状の強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，
Ｋ₄を円環状に組合せ、９０゜間隔でギャップＧ₁，Ｇ
₂，Ｇ₃，Ｇ₄を配するとともに、これらギャップ
Ｇ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄内にそれぞれＭＲセンサＭ₁，
Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄を配置してなるものである。

【００３２】前記各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ
₄には、それぞれ励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，Ｃ₄
が巻回され、ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄中に配置
される各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄に対してバ
イアス磁界Ｈ_Bを直角に印加するようになっている。な
お、各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄は、図２に示
すように、各ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄上に成膜
する形で形成されており、したがって、各ＭＲセンサＭ
₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄の膜面に対して略平行にバイアス
磁界Ｈ_Bが印加される。

【００３３】ここで特に、各ギャップＧ₁，Ｇ₂，
Ｇ₃，Ｇ₄は、図３に示すように、各強磁性体コア
Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の内周から外周にかけて徐々に
幅狭となるように形成されている。本実施例において
は、周方向に配列された各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ
₃，Ｋ₄により形成されている閉曲形状（円弧状）の中
心距離（半径）をｒとし、Ｈｇをギャップ内磁界、ＮＩ
を起磁力、μを強磁性体コアの比透磁率とすると、ギャ
ップ長ｇ（ｒ）が、ｇ（ｒ）＝１／４｛（ＮＩ／Ｈｇ）−（２πｒ／μ）｝・・・（１）で表す大きさとなるように上記各ギャップＧ₁，Ｇ₂，
Ｇ₃，Ｇ₄が形成されている。すなわち、各強磁性体コ
アＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の内周から外周へ向かうにつ
れて各ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄のギャップ長は
線形に減少してゆく。

【００３４】上記ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ
₄は、例えばＸ軸方向検出用の２つのＭＲセンサＭ₁，
Ｍ₃と、これと直交するＹ軸方向検出用の２つのＭＲセ
ンサＭ₂，Ｍ₄に分類される。

【００３５】そして、各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，
Ｍ₄には、温度特性（中点電位等）補正用のＭＲセンサ
Ｍ₅，Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈が接続されている。

【００３６】ここで、温度特性補正用の各ＭＲセンサＭ
₅，Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈は、ギャップの外（したがって強
磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄上）にＭＲセンサＭ
₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄に対して直交するように、すなわ
ち強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄中の磁気信号に
対して平行になるように配置するが、これは次のような
理由による。

【００３７】例えば、温度特性補正用のＭＲセンサ
Ｍ₅，Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈を地磁気検出用のＭＲセンサＭ
₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄と平行に配置すると、ギャップの
外であっても漏れ磁界が温度特性補正用のＭＲセンサＭ
₅，Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈にバイアス磁界として印加され
る。このバイアス磁界の方向は、地磁気検出用のＭＲセ
ンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄に印加されるバイアス磁界
の方向と同方向であり、地磁気検出用のＭＲセンサ
Ｍ₁，Ｍ₃、あるいはＭＲセンサＭ₂，Ｍ₄の差動出力
が打ち消されて小さくなる。その結果、Ｓ／Ｎが悪化
し、方位精度が悪化する。（方位精度±５゜程度）これに対し、温度特性補正用の各ＭＲセンサＭ₅，
Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈を地磁気検出用のＭＲセンサＭ₁，Ｍ
₂，Ｍ₃，Ｍ₄に対して直交するように配置すると、強
磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄中の磁気信号に対し
てほとんど感度を示さない。（バイアス磁界に対して直
交するように配置した場合に比べ、平行に配置した場合
の感度は１／１００以下である。）したがって、上記差動出力は大きく取れ、高い方位精度
が得られる。（方位精度±１゜程度）以上の構成を有する地磁気方位センサの等価回路は、図
４に示す通りである。すなわち、Ｘ軸方向検出用の２つ
のＭＲセンサＭ₁，Ｍ₃は、温度特性補正用のＭＲセン
サＭ₅，Ｍ₇と共にブリッジを構成し、差動アンプＡ₁
よりＸ出力が出力される。

【００３８】同様に、Ｙ軸方向検出用の２つのＭＲセン
サＭ₂，Ｍ₄は、温度特性補正用のＭＲセンサＭ₆，Ｍ
₈と共にブリッジを構成し、差動アンプＡ₂よりＹ出力
が出力される。

【００３９】地磁気検出用のＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ
₃，Ｍ₄には、定電位電源Ｖ_CCが接続され、センス電流
が供給される。

【００４０】また、交流バイアス電流Ｉ_Bにより、Ｘ軸
方向検出用のＭＲセンサＭ₁とＭＲセンサＭ₃には、１
８０゜方位の異なるバイアス磁界（Ｈ_B及び−Ｈ_B）が
印加され、同様にＹ軸方向検出用のＭＲセンサＭ₂とＭ
ＲセンサＭ₄にも１８０゜方位の異なるバイアス磁界
（Ｈ_B及び−Ｈ_B）が印加される。

【００４１】上記構成の地磁気方位センサにおいて、Ｍ
ＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄は、次のような特徴を
持っている。

【００４２】（１）磁界の強度により抵抗値が変化す
る。（磁気抵抗効果）（２）弱い磁界を感知する能力に優れている。

【００４３】（３）抵抗値変化を電気信号として取り出
すことができる。

【００４４】本発明の地磁気方位センサにおいては、こ
の特徴を利用して地磁気による磁気信号を電気信号に変
換する。

【００４５】図５は、ＭＲセンサのＭＲ特性曲線を示す
ものである。この図５において、横軸はＭＲセンサに垂
直に加わる磁界の強さ、縦軸はＭＲセンサの抵抗値の変
化、あるいは出力電圧変化（ＭＲセンサに直流電流を流
した場合）である。

【００４６】ＭＲセンサの抵抗値は、磁界零で最大とな
り、大きな磁界（ＭＲセンサのパターン形状等にもよる
が１００〜２００ガウス程度）を印加したときに約３％
小さくなる。

【００４７】ＭＲセンサ出力のＳ／Ｎ（出力電圧振幅）
及び歪率向上のためには、図５に示すように、バイアス
磁界Ｈ_Bが必要となる。このバイアス磁界Ｈ_Bは、先に
も述べたように、強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄
に励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，Ｃ₄を巻き、これに
バイアス電流Ｉ_Bを流すことによって与えられる。

【００４８】このとき、Ｘ軸方向検出用のＭＲセンサＭ
₁に印加されるバイアス磁界の方向とＭＲセンサＭ₃に
印加されるバイアス磁界の方向は、互いに１８０゜反転
している。同様に、Ｙ軸方向検出用のＭＲセンサＭ₂に
印加されるバイアス磁界の方向とＭＲセンサＭ₄に印加
されるバイアス磁界の方向も、互いに１８０゜反転して
いる。

【００４９】ここで、地磁気信号Ｈ_Eが入ってくると、
例えばＸ軸方向検出用のＭＲセンサＭ₁及びＭ₃に加わ
る磁界の強さは以下のようになる。

【００５０】ＭＲセンサＭ₁：Ｈ_B＋Ｈ_E ＭＲセンサＭ₃： −Ｈ_B＋Ｈ_E 交流バイアス磁界を印加とすると、ＭＲセンサＭ₁に印
加される磁界は図５中線Ａで示すように変化し、この磁
界の変化が図５中線Ｂで示すように電圧変化として出力
される。一方、ＭＲセンサＭ₃に印加される磁界は図５
中線Ｃで示すように変化し、この磁界の変化が図５中線
Ｄで示すように電圧変化として出力される。

【００５１】このＭＲセンサＭ₁からの出力（線Ｂ）と
ＭＲセンサＭ₃からの出力（線Ｄ）の出力差Ｌが、差動
信号（Ｘ出力）として取り出される。Ｙ軸方向検出用の
ＭＲセンサＭ₂，Ｍ₄についても同様であり、差動信号
（Ｙ出力）が取り出される。

【００５２】これら差動信号は地磁気Ｈ_Eの方位により
変化し、それぞれＨ_Eｓｉｎθ、Ｈ_Eｃｏｓθに比例す
る。したがって、横軸に方位θをとって出力電位をプロ
ットすると、Ｘ出力及びＹ出力は図６に示すようなもの
となる。

【００５３】したがって、これらＸ出力及びＹ出力か
ら、地磁気に対する方位θを算出することができる。

【００５４】すなわち、Ｘ出力とＹ出力の比Ｘ／Ｙは、
これら出力がＨ_Eｓｉｎθ、Ｈ_Eｃｏｓθに比例するこ
とから、ｓｉｎθ／ｃｏｓθで表わすことができる。

【００５５】Ｘ／Ｙ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｔａｎθ したがって、 θ＝ｔａｎ^-1（Ｘ／Ｙ）（ただし、０≦θ≦１８０゜のときＸ≧０、１８０゜＜
θ＜３６０゜のときＸ＜０である。）以上によって地磁
気Ｈ_Eの方位θを知ることができる。

【００５６】次に強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄
による地磁気集束原理について説明する。

【００５７】先ず、図７に、フェライト、パーマロイ等
からなる強磁性体コアＫが地磁気にどのような影響を与
えるのかを模式的に図示した。

【００５８】強磁性体は空気中に比べて磁気抵抗が小さ
いため、地磁気が吸い寄せられるように曲げられ、強磁
性体コアＫ中を通って再び外へ出る。

【００５９】したがって、上記強磁性体コアＫは、地磁
気を集束し、大きな磁束密度に変換する。（実際は、地
磁気は強磁性体コアＫを磁化し、ギャップに大きな磁界
を発生する。）図８は、円形の強磁性体コアＫを用いた
場合に地磁気がどのように各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，
Ｍ₃，Ｍ₄に伝わるのかを示したものであり、各ＭＲセン
サＭ₁，Ｍ₂,M₃，Ｍ₄に磁気信号として印加される地磁気
の総量は、各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄から強磁性
体コアＫの中心を通る地磁気線Ｈ_EOに垂直に引いた線の
長さに相当する。

【００６０】Ｘ軸方向検出用ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₃に印
加される地磁気の総量：ｒｓｉｎθ Ｙ軸方向検出用ＭＲセンサＭ₂，Ｍ₄に印加される地磁
気の総量：ｒｃｏｓθ したがって、これら地磁気の総量に基づいて出力される
地磁気方位センサ出力（Ｘ出力，Ｙ出力）より、先の計
算式に従って地磁気Ｈ_Eの方位θが算出される。

【００６１】図９に示すように強磁性体コアＫが正方形
の場合も同様であり、強磁性体コアＫの中心点を回転中
心として９０゜回転させたときに対称となる形状であれ
ば、いずれの場合にも同様の出力を得ることができる。

【００６２】前述のように、励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂，
Ｃ₃，Ｃ₄のコアとして機能する強磁性体コアＫ₁，Ｋ
₂，Ｋ₃，Ｋ₄を軟磁性体（ソフト強磁性体）とし、地
磁気の集束ホーンとして使用すると、空心コイルやマグ
ネットを使用したときに比べて出力が大きくなり、感度
が向上する。

【００６３】ここで、１つの実験例について説明する。
この実験例は、上記実施例に係る地磁気方位センサの実
際の効果について調べたものである。

【００６４】上記実験例においては、上記実施例と異な
り図１０（ここでは強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ
₄及びＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄のみ示す）に
示すように、各ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄のギャ
ップ長が場所によらず一定とされた地磁気方位センサを
用いて、上記ギャップ長とＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，
Ｍ₃，Ｍ₄の感度との関係について調べた。

【００６５】最初に、ギャップ長を０．３ｍｍの一定値
として、外部磁界である地磁気信号Ｈ_Eの増幅率につい
て測定したところ、図１１に示すように、強磁性体コア
Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄により形成された円弧状の内周
近傍の箇所Ａから外周近傍の箇所Ｂに架けて約５倍の一
定増幅率を示した。

【００６６】このようにギャップ長が比較的大きい値で
ある場合には、ギャップ内磁界が一定であり地磁気の角
度検出精度は良好である反面、上記の如く増幅率が低く
感度は十分であるとは言い難い。

【００６７】そこで、感度の向上を図るために、上記ギ
ャップ長を１０μｍの一定値として、外部磁界である地
磁気信号Ｈ_Eの増幅率について同様に測定したところ、
図１２に示すように、約３０倍以上の増幅率を示した。
ところが、ギャップ内において上記箇所Ａから上記箇所
Ｂに架けて磁界の分布が生じてムラが発生してしまい、
地磁気の角度検出精度が著しく劣化するという結果とな
った。

【００６８】これは、以下に示すことが原因であると考
えられる。周方向に配列された各強磁性体コアＫ₁，Ｋ
₂，Ｋ₃，Ｋ₄により形成されている閉曲形状（円弧
状）の中心距離（半径）をｒとし、半径ｒからｒ＋Δｒ
までの間の磁気抵抗の値をＲ、ギャップ長をｇ、強磁性
体コアの厚みをｔ、強磁性体コア及び真空の透磁率をそ
れぞれμ，μ₀として、ギャップが４箇所設けられてい
ることを考慮すると、上記磁気抵抗Ｒは、Ｒ＝（２πｒ／μμ₀ｔΔｒ）＋（４ｇ／μ₀ｔΔｒ）・・・（２）で表される。また、起磁力ＮＩを加えた場合の磁気回路
内の磁束φは、 φ＝ＮＩ／Ｒ・・・（３）であるので、ギャップ内の磁界Ｈ_gは、Ｈ_g＝（１／μ₀ｔΔｒ）φ ＝ＮＩ／｛（２πｒ／μ）＋４ｇ｝・・・（４）で表される。

【００６９】したがって、ギャップ長が大きいときには
磁気抵抗Ｒがギャップ長のみで決定されると見なせるの
でギャップ内の磁界分布は一様になるが、ギャップ長が
小さいときにはギャップ内の磁界分布は一様とはならず
にムラが生じる。

【００７０】そこで、ギャップ長ｇを半径ｒの関数ｇ
（ｒ）として上記（１）式のように規定することによ
り、（４）式に示すギャップ内の磁界Ｈ_gを一定値とす
ることが可能となる。

【００７１】このように、本実施例に係る地磁気方位セ
ンサによれば、ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄の感
度を向上させるとともにギャップ内の磁界分布を均一と
し、地磁気の角度検出精度の向上を図ることが可能とな
る。

【００７２】以上、本発明を適用した実施例について説
明してきたが、本発明がこれら実施例に限定されるわけ
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で形状、材
質、寸法等、任意に変更することが可能である。

【００７３】例えば、各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，
Ｋ₃，Ｋ₄を薄膜として構成することもできる。このと
き、薄膜形成プロセスにおいては容易にギャップ長が狭
くなるようにギャップを形成することが可能であるため
に、マスクを修正するのみで容易にギャップを上記
（１）式で示すような形状に形成することができる。し
たがって、この手法を用いれば超小型の地磁気方位セン
サを実現させることが可能となる。

【００７４】

【発明の効果】以上の説明からも明かなように、本発明
によれば、実用的な感度を有して地磁気検出精度が高
く、しかも小型化、低価格化が容易な地磁気方位センサ
を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の地磁気方位センサの一構成例を模式
的に示す平面図である。

【図２】本実施例の地磁気方位センサの一構成例を模式
的に示す正面図である。

【図３】各ギャップの形状を模式的に示す平面図であ
る。

【図４】図１に示す地磁気方位センサの等価回路を示す
回路図である。

【図５】ＭＲセンサの磁気抵抗効果特性を示す特性図で
ある。

【図６】出力電圧と方位の関係を示す特性図である。

【図７】強磁性体コアによる地磁気の集束状態を示す模
式図である。

【図８】円形コアを用いた場合に各ＭＲセンサに印加さ
れる地磁気の総量を示す模式図である。

【図９】正方形コアを用いた場合に各ＭＲセンサに印加
される地磁気の総量を示す模式図である。

【図１０】実験例における各ギャップのギャップ長が場
所によらず一定とされた地磁気方位センサの要部を模式
的に示す平面図である。

【図１１】図１０に示す地磁気方位センサのギャップ長
を０．３ｍｍとした際の感度を示す特性図である。

【図１２】図１０に示す地磁気方位センサのギャップ長
を１０μｍとした際の感度を示す特性図である。

【図１３】従来のフラックスゲート型の地磁気方位セン
サの一例を示す概略平面図である。

【図１４】従来のＭＲ型の地磁気方位センサの一例を示
す概略平面図である。

【図１５】図１４に示す地磁気方位センサの等価回路図
である。

【符号の説明】

Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄ ＭＲセンサＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄ 強磁性体コアＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄ ギャップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地磁気を集束する複数の強磁性体コアが
所定のギャップをもって周方向に配列されるとともに、前記ギャップが各強磁性体コアの内周から外周にかけて
徐々に幅狭となるように形成され、前記ギャップにおける磁界方向に対して略直交するよう
に磁気抵抗効果素子がギャップ内に配されてなることを
特徴とする地磁気方位センサ。
【請求項２】各ギャップの最大幅が５０μｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１記載の地磁気方位センサ。
【請求項３】略直交する少なくとも一対の磁気抵抗効
果素子を有することを特徴とする請求項１記載の地磁気
方位センサ。
【請求項４】二対の磁気抵抗効果素子を有し、周方向
に配列された各強磁性体コアにより形成されている閉曲
形状の中心距離をｒとし、Ｈｇをギャップ内磁界、ＮＩ
を起磁力、μを強磁性体コアの比透磁率とすると、ギャ
ップ長ｇ（ｒ）は、ｇ（ｒ）＝１／４｛（ＮＩ／Ｈｇ）−（２πｒ／μ）｝で表されることを特徴とする請求項３記載の地磁気方位
センサ。