JPH09127218A - 磁気検出素子、磁気センサー、地磁気検出型方位センサー、及び姿勢制御用センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＭＩ素子を用いた磁気センサーで、電源電圧
の変動や電気素子の温度特性等の影響を受けにくく、発
振回路の細かい調整が不要であり、ノイズにも強いセン
サーを提供する。 【解決手段】 コルピッツ発振回路に組み込まれたＭＩ
素子１に巻回されたコイル２２に交流バイアス電流が流
され、ＭＩ素子１に交流バイアス磁界がかけられる。外
部磁界とバイアス磁界に応じたＭＩ素子１のインピーダ
ンス変化により、発振回路の出力にピークが交互に高低
差のある振幅変調波形が得られる。前記高低差が外部磁
界の強さに対応する。発振回路の出力は検波回路で検波
され、直流分を除去されてコンパレータに入力され、前
記高低差に応じてパルス幅変調されたデジタル波形の出
力信号が得られる。外部磁界の強さを発振回路の出力の
振幅の絶対値ではなく変化分より求めることで上記課題
を解決できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気インピーダン
ス効果を利用した磁気検出素子、この磁気検出素子を用
いた磁気センサー、さらにこの磁気センサーを用いた地
磁気検出型方位センサー及び姿勢制御用センサーに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な地磁気検出型方位センサ
ー（以下「方位センサー」と略す）は、フラックスゲー
ト型のセンサーが用いられている。このセンサーは飽和
しやすい環状磁心にトロイダル状に励磁コイルが巻か
れ、その上に互いに直交するように検出コイルを対で備
え、２成分の水平分力からベクトル量を出し、方位角を
検出する。

【０００３】しかし、フラックスゲート型センサーは、
素子の大きさが小さくできず、また磁性体を飽和させて
使用するため励磁電流が必要であり、携帯機器に内蔵す
るような小型化に対応するには、限界が見えている。

【０００４】そこで、最近注目を集めているのが、特開
平７−１８１２３９号に開示されているアモルファスワ
イヤーによる磁気インピーダンス効果を利用した磁気検
出素子（以下「ＭＩ素子」という）である。磁気インピ
ーダンス効果とは、磁性体にＭＨｚ帯域の高周波電流を
流すと外部磁界により磁性体のインピーダンスが変化
し、それによる磁性体両端電圧の振幅が数ガウス程度の
微小磁界で数１０％変化する現象である。このＭＩ素子
はフラックスゲート型のセンサーと同等の検出感度を持
つため方位センサーに応用可能であり、第１８回日本応
用磁気学学術講演（１４ｐＢ−７）で発表された『アモ
ルファスワイヤＭＩ素子コルピッツ発振形マイクロ磁気
センサ』では方位センサーの応用が示されている。

【０００５】この方位センサーの構成は、アモルファス
ワイヤーをコルピッツ型の発振器に組み込み、外部磁界
の変化が発振振幅の変化となって現れるため、検波回路
を通し出力を得る。なお、素子のワイヤーに直接巻き付
けたコイルに直流電流を流し直流バイアス磁界をかけ、
南北の区別をつけている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方位セン
サーの構成は実用的ではなく、以下の問題がある。

【０００７】・アモルファスワイヤーでは基板上への実
装で直接の半田付けが困難であり、また曲がりやすいた
め直線性の確保等の上で取り扱いが困難である。

【０００８】・発振回路の振幅電圧の絶対値変化をセン
サー出力として扱うため、電源電圧の変動やその他電気
素子の温度特性等による振幅変動の影響を受けやすい。

【０００９】・地磁気が微小であるため検波後の信号の
変化が数％と小さく、ノイズの影響を受けやすい。

【００１０】・発振振幅の調整が微妙であり、Ｘ軸とＹ
軸の感度を合わせるのが困難である。

【００１１】そこで、本発明の課題は、上記のような問
題を解決し、取り扱いが容易で小型化でき、方位センサ
ーに用いられる磁気センサー用として好適なＭＩ素子を
提供すること、及びＭＩ素子を用いた磁気センサー並び
にこの磁気センサーを用いて構成される方位センサーな
いし姿勢制御用センサーであって、電源電圧の変動や電
気素子の温度特性等の影響を受けにくく、発振回路の細
かい調整が不要であり、ノイズにも強いセンサーを提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明によれば、ＭＩ素子において、略直方体の非
磁性基板の側面に高透磁率磁性膜を形成して構成され、
前記磁性膜は、直線が途中で複数回平行に折り返されて
両端部が反対方向に延びる折り返しパターンに形成さ
れ、長手方向が磁界検出方向に沿わされ、旦つ磁化容易
軸の方向が膜面内で長手方向に対し垂直な方向となるよ
うに磁気異方性がつけられており、前記磁性膜の両端部
には端子としての導電膜が形成されており、前記磁性膜
と導電膜は、該導電膜をＭＩ素子が実装されるプリント
基板表面の配線パターンに直接半田付けできるように、
前記非磁性基板において前記プリント基板表面に対し略
垂直となる側面に形成されている構成を採用した。

【００１３】このような構成によれば、素子本体が磁性
膜からなるので、取り扱いが容易であり、また折り返し
パターンによって磁性膜の総延長を長くしても素子全体
を短くし、チップ抵抗やチップコンデンサのように小型
にすることが可能であり、これを用いる磁気センサーを
小型化できる。また、直接プリント基板に半田付けでき
ることで、実装を簡単に行なえる。

【００１４】また、本発明では、ＭＩ素子と、このＭＩ
素子に巻回されたコイルを有し、前記ＭＩ素子に高周波
ドライブ電流を流し、前記コイルに前記ドライブ電流よ
り低周波数の交流バイアス電流を流して前記ＭＩ素子に
交流バイアス磁界をかけ、前記ＭＩ素子に前記交流バイ
アス電流の周波数２逓倍のピークを持ったインピーダン
ス変化を発生させておき、外部磁界により前記インピー
ダンスの変化上に交互に高さの異なるピークを発生さ
せ、外部磁界の強さを隣り合うピークどうしの高低差に
変換して検出する磁気センサーの構成を採用した。

【００１５】このような構成によれば、外部磁界の強さ
をＭＩ素子のインピーダンスの絶対値から求めず、上記
インピーダンスの変化上の隣り合うピークどうしの高低
差、すなわ変化分から求めるので、電源電圧の変動やそ
の他素子の温度特性の影響を押さえることが可能とな
る。

【００１６】また、この磁気センサーのより具体的な構
成として、交流バイアス磁界がかけられた前記ＭＩ素子
をコルピッツ発振回路の誘導性素子として組み込み、前
記コルピッツ発振回路の出力を検波回路で検波した後に
コンパレータに入力することにより、前記ＭＩ素子の外
部磁界により現れるインピーダンス変化のピークの高低
差をパルス幅変調された信号に変換する構成を採用し
た。

【００１７】このような構成によれば、発振回路の出力
の振幅の変化量を扱うため、振幅の絶対値は直接センサ
ーの感度を左右しないので、発振回路の細かい調整は必
要としない。またセンサー出力信号がパルス幅変調され
たディジタル波形であるため、ノイズに対して強い。

【００１８】さらに本発明では、上記磁気センサーを２
つ用い、該２つの磁気センサーの前記ＭＩ素子のそれぞ
れを互いの長手方向が直交するように配置してＸ軸方
向，Ｙ軸方向の出力が得られるようにし、２つの磁気セ
ンサーのそれぞれの出力信号で交互に現れるパルスの幅
の差の数値Ｎｘ、Ｎｙを求め、地磁気の方位角を ｔａｎ^-1（Ｎｙ／Ｎｘ） の計算式より算出する地磁気検出型方位センサーの構成
を採用した。

【００１９】このような構成によれば、Ｘ軸方向とＹ軸
方向における地磁気の強さを高感度に検出し、これに基
づいて上記計算式より地磁気の方位角を正確に求めるこ
とができる。

【００２０】さらに、本発明によれば、上記磁気センサ
ーを用い、この磁気センサーの出力に交互に現れるパル
スを別々に抜き出し、それぞれに所定処理を行なうこと
により、前記交互に現れるパルスのパルス幅が同じにな
るように前記ＭＩ素子の長手方向が外部磁界に対し垂直
な方向を指すように姿勢制御するためのサーボ信号を生
成し、姿勢制御系に出力する姿勢制御用センサーの構成
を採用した。

【００２１】このような構成によれば、この姿勢制御用
センサーのサーボ信号に基づいて、ＭＩ素子の長手方向
が外部磁界に対し垂直な方向を指すように姿勢制御する
ことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
形態を説明する。

【００２３】図１は本発明の一実施形態による方位セン
サーに用いられる磁気センサーを構成するＭＩ素子の基
本的な構造及びプリント基板上への実装状態を示す。

【００２４】図１において、１はＭＩ素子、１６はＭＩ
素子１を上面に実装したプリント基板である。

【００２５】また、１０はＭＩ素子１を構成する非磁性
基板（以下「基板」と略す）であり、チタン酸カルシウ
ム（Ｔｉ−Ｃａ系セラミック）、酸化物ガラス、チタニ
ア（ＴｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の非磁性材か
ら直方体の基板として形成されている。

【００２６】基板１０のプリント基板１６上面に対し垂
直となる一側面には、ＭＩ素子１の素子本体として、高
透磁率磁性膜（以下「磁性膜」と略す）１２が形成され
ている。磁性膜１２は直線が途中で複数回平行に折り返
されて両端部が反対方向に延びる折り返しパターンとし
て形成されており、その長手方向が基板１０の長手方向
に沿わされ、図中矢印の磁界検出方向に沿わされる。ま
た、磁性膜１２はＦｅ−Ｃｏ−Ｂ系アモルファス膜やＦ
ｅ−Ｔａ−Ｎ系、Ｆｅ−Ｔａ−Ｃ系等の微結晶膜などの
高透磁率金属磁性膜からなり単層の膜となっている。ま
た、磁性膜１２は、その磁化容易軸方向が膜面内で磁性
膜１２の長手方向と垂直である図中の矢印方向となるよ
うに、成膜後の磁場中アニール等により磁気異方性をつ
けておく。

【００２７】磁性膜１２の厚さは厚いとＱ値の変化が小
さくなり、逆に薄いとインピーダンスＺの変化が小さく
なるので、１μｍ〜５μｍの間で選択する。また、幅は
狭すぎると内部の磁区構造が不安定となり、磁気インピ
ーダンス特性が不安定になる。逆に幅が広すぎると反磁
界の影響が大きくなるため１０μｍ〜１００μｍの間で
選択する。

【００２８】磁性膜１２の長さは、磁性膜１２の両端間
の直流抵抗値が７０Ω〜３００Ωの範囲になるよう、磁
性膜の厚さ、幅より計算され決定される。抵抗値として
前記の範囲が適しているのは、図２（ｂ）に示すコルピ
ッツ発振器が高周波では抵抗ＲｂとコンデンサーＣ１，
Ｃ２だけでも発振し、図２（ａ）に抵抗Ｒｂと発振振幅
電圧Ｖoutの関係を示すように、ピークから−１ｄＢの
範囲の７０〜３００Ωの範囲で発振が良好であり、抵抗
Ｒｂを本発明に係るＭＩ素子に置き換えてもその関係が
変わらないことによる。

【００２９】磁性膜１２の長さ（総延長）が数ｍｍとな
っても、途中折り返すことで、ＭＩ素子１の長さは磁性
膜１２の長さ（総延長）より短く自由に選択でき、ＭＩ
素子１全体として小型化でき、チップ抵抗やチップコン
デンサのように小型化できる。

【００３０】図１に戻り、磁性膜１２の両端部上には、
Ｃｕ，Ａｕ等の導電膜を成膜して端子１４を形成し、プ
リント基板１６への実装時の半田２０による半田付けを
容易にしている。

【００３１】プリント基板１６への実装では、ＭＩ素子
１をプリント基板１６の端部上で先端面をプリント基板
１６の端面に合わせて位置出しし、ＭＩ素子１側面の端
子１４とプリント基板１６上面に形成された配線パター
ン１７とを半田２０により直接半田付けして電気的に接
続するとともにＭＩ素子１を固定する。このように直接
の半田付けにより実装を簡単に行える。

【００３２】プリント基板１６においてＭＩ素子１を実
装する部分の両側近傍には切り欠き１８が投けられてお
り、この切り欠き１８を通して交流バイアス磁界発生用
のバイアスコイル２２がＭＩ素子１に巻回されている。
この切り欠き１８は、ＭＩ素子１の位置出しの際に位置
調整用の溝としても使用できる。また、コイル２２は、
ボビンにあらかじめコイル巻線が施されたものを用意す
れば、ＭＩ素子部に挿入するだけで組立を簡単に行え
る。

【００３３】次に磁界検出動作について説明する。

【００３４】ＭＩ素子１の端子１４からＭＨｚ帯域の高
周波ドライブ電流、例えば後述するコルピッツ発振回路
の発振する高周波電流を磁性膜１２に印加すると、外部
磁界により磁性膜１２の両端部間のインピーダンスが変
化する。この変化を電気信号に変換して外部磁界の検出
出力が得られる。

【００３５】方位センサー上のＭＩ素子は、図３
（ａ），（ｂ）の通り外部磁界Ｈexに対し数Ｏｅの範囲
では＋−方向に対称なおおむねＶ字状の特性を持ってい
る。

【００３６】前述の通りプリント基板１６に実装された
ＭＩ素子１にはバイアスコイル２２が巻回されている
が、このコイル２２にＭＩ素子１の高周波ドライブ電流
より低周波数の交流バイアス電流を流し、ＭＩ素子１に
交流バイアス磁界を印加する。交流バイアス電流の周波
数は応答速度を考慮して１ｋＨｚ以上、素子の周波数特
性を考慮して１ＭＨｚ以下の範囲で選択するのが良い。

【００３７】外部磁界が無い状態つまりＭＩ素子１の長
手方向を東西方向に向けた場合、図３（ａ）のようにバ
イアスコイル２２によるバイアス磁界が＋−対称に振
れ、それに対するインピーダンスの変化は交流バイアス
電流の周波数が２逓倍化された対称の波形となって現れ
る。これに対し、ＭＩ素子１の長手方向を南北方向に向
けて地磁気が素子に印加されると、図３（ｂ）のように
バイアス磁界がその分シフトし、インピーダンスの変化
では交互にピークの高さが異なる信号となってあらわれ
る。

【００３８】つまり、本発明では外部磁界の強さをＭＩ
素子のインピーダンスの変化に現れる隣り合うピークど
うしの高低差に変換させることにより磁界検出を行う。
その隣り合うピークどうしの高低差は、以下に説明する
磁気センサーの回路により処理される。その回路例を図
４に示す。

【００３９】図４の磁気センサーの回路はコルピッツ発
振回路、検波回路、及びコンパレータからなる。この回
路において、コイル２２を巻回されたＭＩ素子１はコル
ピッツ発振回路に組み込まれており、同回路のコンデン
サーＣ１，Ｃ２とで発振周波数が決められる。通常１０
ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲で最適な発振が得られる周
波数が選択される。コルピッツ発振回路のトランジスタ
Ｔｒのエミッタ側の抵抗Ｒｅは発振の条件を変えるため
のもので、その抵抗値を変化させると振幅値が変わる。

【００４０】ところで、図５（ｂ）に示すように上記コ
ルピッツ発振回路において、電源電圧Ｖｃｃを１Ｖ、Ｍ
Ｉ素子１の直流抵抗値Ｒdcを１２０Ω、コンデンサーＣ
１，Ｃ２の容量を６２pfとした場合のトランジスタＴｒ
のターンオン時間と発振振幅電圧Ｖppの関係を図５
（ａ）に示す。ここでわかるようにターンオン時間が
０．０３μsecより長くなると発振振幅電圧が急激に低
下する。このため、トランジスタＴｒはターンオン時間
が０．０３μsec以下の高速スイッチング用トランジス
タを使用する。

【００４１】図４に戻り、コルピッツ発振回路の出力端
である図４中のＡ点では、外部磁界が存在する場合
（ａ）の様にピークが交互に高低差のある振幅変調波形
が得られる。ピークの高い方は、バイアス磁界が外部磁
界と同方向で最大に振れた場合に対応し、低い方は逆方
向に最大に振れた場合に対応する。

【００４２】次にダイオードＤ１，Ｄ２とコンデンサー
Ｃ３，Ｃ４から成る検波回路により（ａ）の振幅変調波
からリップル分だけが取り出され、さらにコンパレータ
においてコンデンサーＣ５により直流分が除去され交流
分が抵抗Ｒｏを介してオペアンプＯｐの＋の入力端子に
入力される。その入力波形は、（ｂ）に示されている。
本実施形態では、直流分を除去し、交流分のゼロクロス
をディテクトする方法を取っているが、直流分を除去し
なくても、コンパレータの比較電圧を検波後出力のリッ
プルの中心軸にあわせれば、同様に機能させることがで
きる。

【００４３】ここで図４の磁気センサーの回路における
本発明に係る磁気検出方法は電源電圧の変動やその他電
気素子の温度特性の影響を受けない。それは以下の理由
による。

【００４４】図４のコルピッツ発振回路でトランジスタ
Ｔｒのエミッタ側の抵抗Ｒｅを変えて振幅電圧を振り、
ヘルムホルツコイル内で一様磁界を掛け、振幅値の変化
を示すデータを図６に示す。バイアスコイル２２を動作
させる場合は、図６のグラフで振幅変化の大きい範囲Ｗ
＋、Ｗ−にピークが入るように交流バイアス電流を設定
するが、振幅の設定値に関わらず、その傾きはほぼ平行
移動していることがわかる。つまり、電源電圧の変動や
その他電気素子の温度特性の影響で振幅電圧が多少変動
しても、本発明に係る外部磁界の検出では出力の直流分
を除去し、振幅の変化成分を取り出すので、それらの影
響を全く受けない。

【００４５】また、このことは回路調整に於いても利点
があり、振幅の変化量を扱うために、振幅の絶対値は直
接センサーの感度を左右しないので、発振回路の細かい
調整は必要としない。

【００４６】再び図４において、コンパレータのオペア
ンプでは入力信号電圧のゼロクロスをディテクトし、パ
ルス幅が変調されたディジタル波形の信号を出力する。

【００４７】このようにして、外部磁界をパルス幅が交
互に異なるディジタル波形信号に変換する磁気センサー
が得られる。この磁気センサーでは出力がディジタル波
形であるため、ノイズに対して強く、図４に示すＭＩ素
子１の接続部とその後の信号処理回路とは十分離して自
由に設置することができる利点がある。

【００４８】なお、図４の磁気センサーの構成におい
て、ＭＩ素子１として図１のものに限らず、他のＭＩ素
子を用いても同様に磁界検出を行えることは勿論であ
る。すなわち、ＭＩ素子として素子本体の磁性膜のパタ
ーン等が図１のものと異なるものを用いてもよいし、素
子本体がアモルファスワイヤーのものを用いても良い。
ただし、アモルファスワイヤーの場合、前述した取り扱
い上等の問題があり、特に方位センサーに用いる場合は
図１のＭＩ素子が好適である。

【００４９】次に、上記磁気センサーを用いて構成され
る地磁気検出方位センサーについて説明する。この方位
センサーでは、図４の回路の磁気センサーを２つ設け、
その中の２個のＭＩ素子１は図７の右肩に示すように互
いに長手方向が直交するように配置して、Ｘ軸方向，Ｙ
軸方向の出力が得られるように構成する。

【００５０】この構成において、２個のＭＩ素子１に対
する交流バイアス電流Ｉｂに対し図７に示すようにＸ
軸，Ｙ軸のコンパレータの入力、出力波形が現れる。図
７では、Ｘ軸が東西方向，Ｙ軸が南北方向に配置された
場合の波形を示している。

【００５１】方位センサーの回路では上記２つの磁気セ
ンサーの回路の後段に、図７のＸ軸，Ｙ軸のコンパレー
タ出力を処理する演算処理回路が設けられる。この演算
処理回路では、Ｘ軸のコンパレータ出力の隣り合う２つ
のパルスＰ１，Ｐ２のパルス幅の差Ｘａ−Ｘｂをクロッ
クパルスのカウント等によりディジタル数値化したＮ
（Ｘａ−Ｘｂ）＝Ｎｘと、同様にＹ軸のコンパレータ出
力の隣り合う２つのパルスＰ３，Ｐ４のパルス幅の差Ｙ
ａ−Ｙｂをディジタル数値化したＮ（Ｙａ−Ｙｂ）＝Ｎ
ｙとを求め、 ｔａｎ^-1（Ｎｙ／Ｎｘ） の計算式より方位角を算出する。

【００５２】図８に本実施形態のセンサーの実測データ
を示す。ここでＭＩ素子１はＦｅ−Ｔａ−Ｃ系の微結晶
磁性膜を使用した素子を用い、その直流抵抗は１５０Ω
になるよう設定した。バイアスコイル２２は４０Ｔで、
交流バイアス電流は２０ｋＨｚの正弦波信号で２０ｍＡ
ｐｐ流した。コルピッツ発振回路の発振周波数は３５Ｍ
Ｈｚとし、演算処理回路におけるパルスカウントクロッ
クは２０ＭＨｚとした。測定は、ヘルムホルツコイル内
で±１Ｏｅの磁界を変化させ、出力のパルス幅の変化を
調べた。

【００５３】図８のＡのカーブは図７のＸａ，Ｙａに、
ＢのカーブはＸｂ，Ｙｂに相当するものである。磁界の
大きさを大きくすると、Ａ，Ｂどちらかのパルスの幅が
消失する。グラフでは、±０．８Ｏｅ程度で、パルスの
消失点になっている。この消失点は、図４で示したエミ
ッタ側抵抗Ｒｅやバイアス電流の大きさで可変し、発振
波形上のリップルの大きさを変えることで調整できる。

【００５４】この消失点を±０．１Ｏｅのような小さい
値に設定すれば、狭い範囲ではあるが外部磁界に対する
検出感度（傾き）が大きくなり、非常に高感度な磁気セ
ンサーが容易にできる。

【００５５】磁気センサーの機能は、Ａ，Ｂ単独のデー
タでも機能させることができるが、Ａ−Ｂを扱うこと
で、磁界の極性判別やより広い線形領域の確保が可能と
なる。

【００５６】Ａ−Ｂのカーブでは、回路の特別なオフセ
ット調整は必要無く、原点が特定できる。また、地磁気
測定に必要な±０．３Ｏｅの範囲では直線であり、Ｘ
軸，Ｙ軸２つの直交した磁気センサーを用意すれば、ｔ
ａｎ^-1関数より方位角が正確に求まる。

【００５７】ところで、図４の磁気センサーは地磁気検
出方位センサー以外に地磁気等の一様磁界を基準とした
姿勢制御センサーにも応用できる。この場合、磁気セン
サーのＭＩ素子１とコイル２２を実装したプリント基板
を姿勢制御される対象の物体に固定する。物体の姿勢に
よってＭＩ素子１の長手方向が外部磁界に対し直交する
方向を指すと、磁気センサーの出力すなわちコンパレー
タ出力に交互に現れるパルスのパルス幅が同じになり、
ＭＩ素子１の長手方向が前記垂直な方向からずれると前
記パルス幅が異なるものとなる。

【００５８】したがって、前記パルス幅が同じになるよ
うに姿勢制御を行なうことにより、一様磁界を基準とし
た姿勢制御を行なうことができる。この姿勢制御を行な
うためには、上記磁気センサーの出力に交互に現れるパ
ルスを別々に抜き出し、それぞれに積分平均化等の処理
を行なってサーボ信号を生成し、姿勢制御系に出力すれ
ばよい。姿勢制御系はサーボ信号に応じて前記パルス幅
が同じになるように、すなわちＭＩ素子の長手方向が外
部磁界に対し直交する方向を指すように姿勢制御を行な
う。

【００５９】また、その他の応用では、検出感度が高い
ため微小な磁石を用いた測距センサーや、磁界の極性検
知ができることで離れたところでの磁石の回転を検知す
るセンサーとしての応用も可能である。

【００６０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のＭＩ素子によれば、チップ抵抗やチップコンデンサの
ように小型にすることが可能であり、これを用いる磁気
センサーを小型化できる。また、直接プリント基板に半
田付けできることで、実装を簡単に行なえ取り扱いが容
易であり、方位センサーなどに用いられる磁気センサー
用に好適である。

【００６１】また、本発明の磁気センサーによれば、外
部磁界の強さをＭＩ素子の出力、具体的にはＭＩ素子を
組み込んだ発振回路の出力の振幅の絶対値から求めず、
振幅の変化分より求めることで、電源電圧の変動やその
他電気素子の温度特性の影響を押さえることが可能とな
った。また、発振回路の細かい調整を必要とせず、製造
工程における調整工程を簡単にし、生産性を向上でき
る。さらに、ノイズに強く、ＭＩ素子部を後段の信号処
理回路と離して動作させることも問題なく行えるので、
設置場所が自由に設定できる。

【００６２】さらに、このように優れた本発明の磁気セ
ンサーを用いて、微弱な地磁気を高感度に検知して方位
を正確に検出できる優れた地磁気検出型方位センサー、
また、地磁気等の一様磁界を基準とした姿勢制御用のサ
ーボ信号を生成する優れた姿勢制御用センサーを構成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による方位センサーに用い
られる磁気センサーを構成するＭＩ素子の基本的な構造
及びプリント基板上への実装状態を示す斜視図である。

【図２】コルピッツ発振回路における抵抗と発振振幅電
圧の関係を示すグラフ図および測定回路の回路図であ
る。

【図３】交流バイアス磁界をかけたＭＩ素子の地磁気に
よる出力信号の変化を示すグラフ図である。

【図４】本発明による磁気センサーの一実施形態の回路
図である。

【図５】図４中のコルピッツ発振回路のトランジスタの
ターンオン時間と発振振幅電圧の関係を示すグラフ図及
び測定回路の回路図である。

【図６】図４中のコルピッツ発振回路でエミッタ側抵抗
を変えて振幅電圧を振り、一様磁界をかけた場合の振幅
電圧値の変化を示すグラフ図である。

【図７】図４の磁気センサーを２つ用いて構成した方位
センサーにおける交流バイアス電流と、Ｘ軸方向、Ｙ軸
方向のコンパレータの入力、出力の波形を示す波形図で
ある。

【図８】同センサーの外部磁界に対する出力のパルス幅
カウント数の実測データを示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ ＭＩ素子 １０ 非磁性基板 １２ 高透磁率磁性膜 １４ 端子 １６ プリント基板 １７ 配線パターン １８ 切り欠き ２２ バイアスコイル

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気インピーダンス効果を利用した磁気
   検出素子であって、 略直方体の非磁性基板の側面に高透磁率磁性膜を形成し
   て構成され、 前記磁性膜は、直線が途中で複数回平行に折り返されて
   両端部が反対方向に延びる折り返しパターンに形成さ
   れ、長手方向が磁界検出方向に沿わされ、旦つ磁化容易
   軸の方向が膜面内で長手方向に対し垂直な方向となるよ
   うに磁気異方性がつけられており、 前記磁性膜の両端部には端子としての導電膜が形成され
   ており、 前記磁性膜と導電膜は、該導電膜を磁気検出素子が実装
   されるプリント基板表面の配線パターンに直接半田付け
   できるように、前記非磁性基板において前記プリント基
   板表面に対し略垂直となる側面に形成されていることを
   特徴とする磁気検出素子。
2. 【請求項２】 前記磁性膜の膜厚が１μｍ〜５μｍの範
   囲内で、幅が１０μｍ〜１００μｍの範囲内であること
   を特徴とする請求項１に記載の磁気検出素子。
3. 【請求項３】 前記磁性膜の両端部間の直流抵抗が７０
   Ω〜３００Ωの範囲内にあることを特徴とする請求項１
   または２に記載の磁気検出素子。
4. 【請求項４】 請求項１から３までのいずれか１項に記
   載の磁気検出素子を用いた磁気センサーであって、 前記磁気検出素子はプリント基板の端部に実装され、 前記プリント基板には前記磁気検出素子の実装部分の両
   側近傍に切り欠きが形成されており、 コイルが前記切り欠きを通して前記磁気検出素子に巻回
   されていることを特徴とする磁気センサー。
5. 【請求項５】 磁気インピーダンス効果を利用した磁気
   検出素子と、この磁気検出素子に巻回されたコイルを有
   し、前記磁気検出素子に高周波ドライブ電流を流し、前
   記コイルに前記ドライブ電流より低周波数の交流バイア
   ス電流を流して前記磁気検出素子に交流バイアス磁界を
   かけ、前記磁気検出素子に前記交流バイアス電流の周波
   数２逓倍のピークを持ったインピーダンス変化を発生さ
   せておき、外部磁界により前記インピーダンスの変化上
   に交互に高さの異なるピークを発生させ、外部磁界の強
   さを隣り合うピークどうしの高低差に変換して検出する
   ことを特徴とする磁気センサー。
6. 【請求項６】 前記コイルに流す交流バイアス電流の周
   波数が１ｋＨｚから１ＭＨｚの範囲内であることを特徴
   とする請求項５に記載の磁気センサー。
7. 【請求項７】 交流バイアス磁界がかけられた前記磁気
   検出素子をコルピッツ発振回路の誘導性素子として組み
   込み、前記コルピッツ発振回路の出力を検波回路で検波
   した後にコンパレータに入力することにより、前記磁気
   検出素子の外部磁界により現れるインピーダンス変化の
   ピークの高低差をパルス幅変調された信号に変換するこ
   とを特徴とする請求項５または６に記載の磁気センサ
   ー。
8. 【請求項８】 前記検波回路の出力から直流分を除去し
   て交流分のゼロクロスをコンパレータで検出することを
   特徴とする請求項７に記載の磁気センサー。
9. 【請求項９】 前記コルピッツ発振回路に使用するトラ
   ンジスタに、ターンオン時間が０．０３μｓｅｃ以下の
   高速スイッチング用トランジスタを使用したことを特徴
   とする請求項７または８に記載の磁気センサー。
10. 【請求項１０】 請求項７から９までのいずれか１項に
    記載の磁気センサーを２つ用い、該２つの磁気センサー
    の前記磁気検出素子のそれぞれを互いの長手方向が直交
    するように配置してＸ軸方向，Ｙ軸方向の出力が得られ
    るようにし、２つの磁気センサーのそれぞれの出力信号
    で交互に現れるパルスの幅の差の数値Ｎｘ、Ｎｙを求
    め、地磁気の方位角を ｔａｎ^-1（Ｎｙ／Ｎｘ） の計算式より算出することを特徴とする地磁気検出型方
    位センサー。
11. 【請求項１１】 請求項７から９までのいずれか１項に
    記載の磁気センサーを用い、この磁気センサーの出力に
    交互に現れるパルスを別々に抜き出し、それぞれに所定
    処理を行なうことにより、前記交互に現れるパルスのパ
    ルス幅が同じになるように前記磁気検出素子の長手方向
    が外部磁界に対し垂直な方向を指すように姿勢制御する
    ためのサーボ信号を生成し、姿勢制御系に出力すること
    を特徴とする姿勢制御用センサー。