JPH09127221A - 地磁気方位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 繰り返し折り返すようにパターニングされた
磁気抵抗効果素子を用いた地磁気方位センサの精度の向
上を図る。 【解決手段】 繰り返し折り返すようにパターニングさ
れた磁気抵抗効果素子Ｍを用いた地磁気方位センサにお
いて、磁気抵抗効果素子Ｍの折り返し部Ｍａ、Ｍｂを円
弧状とする。これにより、磁気抵抗効果素子Ｍの内部に
おける磁壁の発生が抑制され、磁壁に起因するノイズが
軽減される。その結果、地磁気方位センサの精度が向上
し、高精度に地磁気の方位を検出することが可能とな
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、繰り返し折り返す
ようにパターニングされた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、磁気抵抗効
果素子の折り返し部を円弧状とすることにより、方位精
度の向上を図った新規な地磁気方位センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、カラー陰極線管において、電子
銃から出射された電子ビームの軌道が地磁気によって曲
げられ、蛍光面上での電子ビーム到達位置、すなわち電
子ビームのランディングに変化が生じることがある。特
に高精細度陰極線管では、ランディングの変化に対する
余裕度が小さいために、地磁気によるランディングの変
化が色純度の劣化等の問題を引き起こしてしまうことが
ある。これを補正するために、通常、カラー陰極線管に
は、ランディング補正コイルが取り付けられている。そ
して、地磁気の方位に応じて自動的に、ランディング補
正コイル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、ランディング
の変化を防止するようにしている。ここで、ランディン
グ補正を行うには、地磁気の方位を正確に検出する必要
があり、この検出のために地磁気方位センサが使用され
ている。

【０００３】このように、地磁気の影響を補正する必要
があるカラー陰極線管のような機器において、地磁気方
位センサは非常に重要なセンサとなっている。また、地
磁気方位センサは、従来から用いられてきた磁石式の方
位計、すなわち磁気コンパスの代替として、携帯型の方
位計としても使用されている。

【０００４】このように地磁気方位センサは様々な用途
に使用されており、その代表的な構造としては、フラッ
クスゲート型のものや、磁気抵抗効果型のものが知られ
ている。そして、これらの地磁気方位センサの中でも、
地磁気を集束するための強磁性体コアを備えた磁気抵抗
効果型のものは非常に高感度であり、近年、従来の他の
タイプの地磁気方位センサに置き換わりつつある。

【０００５】強磁性体コアを備えた磁気抵抗効果型の地
磁気方位センサは、例えば、ギャップを介して円環状に
組み合わされた４つの円弧状の強磁性体コアと、各強磁
性体コア間のギャップ内にそれぞれ配された４つの磁気
抵抗効果素子と、各磁気抵抗効果素子にそれぞれバイア
ス磁界を印加するための励磁用コイルとから構成され
る。ここで、磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果を有す
る磁気抵抗効果膜を備えた、外部磁界の大きさによって
抵抗値が変化する素子である。そして、この地磁気方位
センサでは、各磁気抵抗効果素子によって各磁気抵抗効
果素子の長手方向に対して垂直に印加している地磁気の
強さを検出し、このように各磁気抵抗効果素子によって
検出された各方向における地磁気の強さに基づいて、地
磁気の方位を検出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のような磁気抵抗
効果型の地磁気方位センサでは、使用される磁気抵抗効
果素子の特性が、センサの感度や精度を大きく左右す
る。そこで、磁気抵抗効果素子には、優れた磁気特性を
有するパーマロイ膜が多く用いられている。また、磁気
抵抗効果素子の膜厚は、磁気抵抗効果が最大となるよう
に、また、出力自体も大きくなるように、通常、数１０
ｎｍ〜１００ｎｍ程度とされている。

【０００７】ここで、図７に示すように、磁気抵抗効果
素子１０は、感磁部の長さを長くして感度を高めるため
に、通常、繰り返し直角に折り返すようにパターニング
され、いわゆるつづら折り構造とされている。しかしな
がら、磁気抵抗効果素子１０をこのようなつづら折り構
造にすると、磁気抵抗効果素子１０の折り返し部１０Ａ
を拡大した図８に示すように、磁気抵抗効果素子１０の
折り返し部１０Ａの部分に９０°磁壁１１が生じ、磁化
を環流化させて磁気エネルギーを抑えるような磁区構造
が生じてしまう。なお、図８中の矢印は磁気抵抗効果素
子１０の各磁区の磁化の方向を模式的に示している。そ
して、このように磁気抵抗効果素子１０の折り返し部１
０Ａの部分に生じた磁壁１１は、外部磁界の変動によっ
て移動、発生、消滅等の挙動変化を示す。そして、この
ような磁壁１１の挙動変化は、磁気抵抗曲線上におい
て、非対称なヒステリシスとなって現れて、ノイズとし
て作用する。この結果、このような磁気抵抗効果素子１
０を用いた地磁気方位センサでは、精度が低下してしま
うこととなる。

【０００８】このように、つづら折り構造の磁気抵抗効
果素子を用いた地磁気方位センサでは、磁気抵抗効果素
子内に生じる磁壁に起因するノイズにより、高精度に地
磁気の方位を検出することが困難となっている。

【０００９】そこで本発明は、このような従来の実情に
鑑みて提案されたものであり、つづら折り構造の磁気抵
抗効果素子の特性を向上し、地磁気方位センサの精度の
向上を図ることを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに完成された本発明に係る地磁気方位センサは、繰り
返し折り返すようにパターニングされた磁気抵抗効果素
子を用いた地磁気方位センサであって、上記磁気抵抗効
果素子の折り返し部が円弧状とされていることを特徴と
するものである。

【００１１】上記磁気抵抗効果素子では、折り返し部を
円弧状としているので、磁気抵抗効果素子内における磁
壁の発生が抑制される。そのため、この磁気抵抗効果素
子では、対称性が良くヒステリシスの少ない磁気抵抗効
果特性が得られる。したがって、このような磁気抵抗効
果素子を用いた本発明に係る地磁気方位センサでは、磁
気抵抗効果素子内に生じる磁壁に起因するノイズが軽減
され、高精度に地磁気の方位を検出することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。なお、本発明は以下の例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、形状や材質等を
任意に変更することが可能であることは言うまでもな
い。

【００１３】まず、本発明を適用した地磁気方位センサ
に用いられる磁気抵抗効果素子の一例について説明す
る。

【００１４】この磁気抵抗効果素子は、後述するように
強磁性体コア間に設けられるギャップ内に配される。こ
こで、通常、地磁気方位センサを小型化する必要性か
ら、強磁性体コア間のギャップの幅を大きくとることは
できない。そこで、磁気抵抗効果素子の感磁部の長さを
長くして感度を高めるために、図１に示すように、磁気
抵抗効果素子Ｍは、強磁性体コアＫａと強磁性体コアＫ
ｂの間に、繰り返し折り返すようにパターニングされ、
いわゆるつづら折り構造とされる。なお、磁気抵抗効果
素子Ｍの折り返し回数は、特に限定されるものではな
く、所望する地磁気方位センサの大きさや感度等によっ
て、適宜定めることが可能である。

【００１５】ここで、磁気抵抗効果素子Ｍは、磁気抵抗
効果素子Ｍの感磁部の長軸方向が強磁性体コアＫａと強
磁性体コアＫｂとの間に生じる磁界Ｈに対して直交する
ように、すなわち、パターン幅方向がギャップに対して
垂直となるように配される。

【００１６】そして、この磁気抵抗効果素子Ｍは、曲率
を持って丸みを帯びた形で折り返されている。すなわ
ち、この磁気抵抗効果素子Ｍの折り返し部Ｍａ、Ｍｂ
は、図１に示すように、円弧状とされている。そして、
このように、折り返し部Ｍａ、Ｍｂが円弧状とされた磁
気抵抗効果素子Ｍでは、後述するように磁壁の発生が抑
制され、対称性が良くヒステリシスの少ない磁気抵抗効
果特性が得られる。したがって、このような磁気抵抗効
果素子Ｍを用いた本実施の形態に係る地磁気方位センサ
では、磁気抵抗効果素子Ｍの磁壁に起因するノイズが軽
減され、高精度に地磁気の方位を検出することができ
る。

【００１７】このような磁気抵抗効果素子Ｍには、例え
ば、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、又はこれ
らの合金に微少添加物を加えた軟磁性材料が用いられ
る。そして、このような材料から成る磁気抵抗効果素子
Ｍは、電子ビーム蒸着やスパッタ等のような真空薄膜形
成法や、電着法等によって基板上に成膜され、その後、
上述したように、フォトリソグラフィ技術によって、図
１に示したようなつづら折り構造となるようにパターニ
ングされて形成される。このとき、地磁気方位センサ内
に形成される各磁気抵抗効果素子を結ぶ配線や、外部回
路と電気的接触を図るために磁気抵抗効果素子の両端に
配される電極等も、同時にパターニングされ形成され
る。

【００１８】つぎに、以上のような磁気抵抗効果素子を
備えた地磁気方位センサの一例について説明する。

【００１９】この地磁気方位センサは、図２に示すよう
に、９０度間隔でギャップＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が形
成されるように、４つの円弧状の強磁性体コアＫ１、Ｋ
２、Ｋ３、Ｋ４が円環状に組み合わされると共に、これ
らギャップＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４内にそれぞれ上述の
ような地磁気検出用の磁気抵抗効果素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ
３、Ｍ４が配されて構成される。ここで、強磁性体コア
Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４の材料には、パーマロイ、セン
ダスト、アモルファス、フェライト等のような優れた軟
磁気特性を有するものが適している。

【００２０】上記磁気抵抗効果素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、
Ｍ４は、Ｘ軸方向の磁界を検出するための２つの磁気抵
抗効果素子Ｍ１、Ｍ３と、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向
の磁界を検出するための２つの磁気抵抗効果素子Ｍ２、
Ｍ４とに分類される。そして、これらの磁気抵抗効果素
子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、定電位電源Ｖｃｃに接続
されており、この定電位電源Ｖｃｃから、これらの磁気
抵抗効果素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４にセンス電流が供
給される。

【００２１】一方、上記強磁性体コアＫ１、Ｋ２、Ｋ
３、Ｋ４には、それぞれ励磁用コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ
３、Ｃ４が巻回されており、この励磁用コイルＣ１、Ｃ
２、Ｃ３、Ｃ４に電流を流すことにより、ギャップＧ
１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４内に配された各磁気抵抗効果素子
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４にバイアス磁界が印加される。
すなわち、励磁用コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４に供給
される交流バイアス電流ＩＢにより、Ｘ軸方向の磁界を
検出するための磁気抵抗効果素子Ｍ１及び磁気抵抗効果
素子Ｍ２に、それぞれ互いに逆方向のバイアス磁界が印
加され、同様に、Ｙ軸方向の磁界を検出するための磁気
抵抗効果素子Ｍ２及び磁気抵抗効果素子Ｍ４にも、それ
ぞれ互いに逆方向のバイアス磁界が印加される。

【００２２】ここで、各磁気抵抗効果素子Ｍ１、Ｍ２、
Ｍ３、Ｍ４は、図３に示すように、それぞれギャップに
対応するように形成されており、したがって、磁気抵抗
効果素子Ｍ１及び磁気抵抗効果素子Ｍ２には、その膜面
に対して略平行にバイアス磁界ＨＢが印加され、磁気抵
抗効果素子Ｍ３及び磁気抵抗効果素子Ｍ４には、その膜
面に対して略平行にバイアス磁界−ＨＢが印加される。
そして、このように各磁気抵抗効果素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ
３、Ｍ４に印加されるバイアス磁界の大きさは、それぞ
れ磁気抵抗効果素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の磁気抵抗
曲線の半値幅に対して０．４５〜０．５５となるように
設定される。

【００２３】また、各磁気抵抗効果素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ
３、Ｍ４には、中点電位等の温度特性を補正するための
温度特性補正用磁気抵抗効果素子Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７、Ｍ
８が接続されている。すなわち、磁気抵抗効果素子Ｍ１
には、温度特性補正用磁気抵抗効果素子Ｍ５が接続さ
れ、磁気抵抗効果素子Ｍ２には、温度特性補正用磁気抵
抗効果素子Ｍ６が接続され、磁気抵抗効果素子Ｍ３に
は、温度特性補正用磁気抵抗効果素子Ｍ７が接続され、
磁気抵抗効果素子Ｍ４には、温度特性補正用磁気抵抗効
果素子Ｍ８が接続されている。

【００２４】ここで、各温度特性補正用磁気抵抗効果素
子Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７、Ｍ８は、強磁性体コアＫ１、Ｋ
２、Ｋ３、Ｋ４を通る磁束に対して平行となるように、
それぞれ磁気抵抗効果素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４に対
して直交するように配される。すなわち、温度特性補正
用磁気抵抗効果素子Ｍ５は、ギャップＧ１の外部に、磁
気抵抗効果素子Ｍ１に対して直交するように配され、温
度特性補正用磁気抵抗効果素子Ｍ６は、ギャップＧ２の
外部に、磁気抵抗効果素子Ｍ２に対して直交するように
配され、温度特性補正用磁気抵抗効果素子Ｍ７は、ギャ
ップＧ３の外部に、磁気抵抗効果素子Ｍ３に対して直交
するように配され、温度特性補正用磁気抵抗効果素子Ｍ
８は、ギャップＧ４の外部に、磁気抵抗効果素子Ｍ４に
対して直交するように配される。

【００２５】ここで、例えば、各温度特性補正用磁気抵
抗効果素子Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７、Ｍ８を、それぞれ磁気抵
抗効果素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４に対して平行となる
ように配すると、ギャップＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４から
漏れた磁界が温度補正用磁気抵抗効果素子Ｍ５、Ｍ６、
Ｍ７、Ｍ８にもバイアス磁界として働いてしまう。そし
て、このバイアス磁界の方向は、地磁気検出用の磁気抵
抗効果素子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るので、後述するように磁気
抵抗効果素子Ｍ１及び磁気抵抗効果素子Ｍ３から得られ
る差動信号や、磁気抵抗効果素子Ｍ２及び磁気抵抗効果
素子Ｍ４から得られる差動信号が打ち消されて小さくな
ってしまう。その結果、Ｓ／Ｎが悪化し、方位精度が±
５度程度にまで悪くなってしまう。

【００２６】これに対して、上述のように、各温度特性
補正用磁気抵抗効果素子Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７、Ｍ８を、そ
れぞれ磁気抵抗効果素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４に対し
て直交するように配したときには、ギャップＧ１、Ｇ
２、Ｇ３、Ｇ４から漏れた磁界が温度補正用磁気抵抗効
果素子Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７、Ｍ８にバイアス磁界として働
くようなことが殆どない。これは、磁気抵抗効果素子の
感度が、磁界に対して直交するように配置した場合に比
べて、平行に配置した場合は１／１００以下となるため
である。したがって、上述の地磁気方位センサでは、温
度特性補正用磁気抵抗効果素子Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７、Ｍ８
が、強磁性体コアＫ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４中の磁気信号
に対して感度を示すようなことは殆どなく、そのため、
上述の地磁気方位センサでは、磁気抵抗効果素子Ｍ１及
び磁気抵抗効果素子Ｍ３から得られる差動信号や、磁気
抵抗効果素子Ｍ２及び磁気抵抗効果素子Ｍ４から得られ
る差動信号を大きく取ることが可能となる。その結果、
Ｓ／Ｎが向上し、方位精度が±１度程度と非常に優れた
ものとなる。

【００２７】以上のような構成を有する地磁気方位セン
サの等価回路を図４に示す。すなわち、この地磁気方位
センサにおいて、Ｘ軸方向の磁界を検出するための２つ
の磁気抵抗効果素子Ｍ１、Ｍ３は、温度特性補正用磁気
抵抗効果素子Ｍ５、Ｍ７と共にブリッジを構成してお
り、このブリッジに定電位電源Ｖｃｃからセンス電流が
供給される。そして、このブリッジからの出力が差動ア
ンプＡ１に供給され、この差動アンプＡ１によって差動
が取られ、その結果、外部磁界ＨＥのうちＸ軸方向の磁
界成分の大きさを示す差動信号（Ｘ出力）が出力され
る。このとき、励磁用コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４に
より、磁気抵抗効果素子Ｍ１には、バイアス磁界ＨＢが
印加され、磁気抵抗効果素子Ｍ３には、磁気抵抗効果素
子Ｍ１に印加されるバイアス磁界ＨＢに対して１８０度
方位が異なるバイアス磁界−ＨＢが印加される。

【００２８】同様に、Ｙ軸方向の磁界を検出するための
２つの磁気抵抗効果素子Ｍ２、Ｍ４も、温度特性補正用
磁気抵抗効果素子Ｍ６、Ｍ８と共にブリッジを構成して
おり、このブリッジに定電位電源Ｖｃｃからセンス電流
が供給される。そして、このブリッジからの出力が差動
アンプＡ２に供給され、この差動アンプＡ２によって差
動が取られ、その結果、外部磁界ＨＥのうちＹ軸方向の
磁界成分の大きさを示す差動信号（Ｙ出力）が出力され
る。このとき、励磁用コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４に
より、磁気抵抗効果素子Ｍ２には、バイアス磁界ＨＢが
印加され、磁気抵抗効果素子Ｍ４には、磁気抵抗効果素
子Ｍ２に印加されるバイアス磁界ＨＢに対して１８０度
方位が異なるバイアス磁界−ＨＢが印加される。

【００２９】以上のような地磁気方位センサに使用され
る磁気抵抗効果素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、次のよ
うな特徴を持っている。

【００３０】（１）磁界の強度により抵抗値が変化す
る。

【００３１】（２）弱い磁界を感知する能力に優れてい
る。

【００３２】（３）抵抗値変化を電気信号として取り出
すことができる。

【００３３】そして、上記地磁気方位センサでは、この
ような磁気抵抗効果素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４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し
て、地磁気の方位を検出している。以下、このような地
磁気の方位の検出の原理について説明する。

【００３４】図５に磁気抵抗効果素子の磁気抵抗曲線を
示す。図５において、横軸は磁気抵抗効果素子に垂直に
加わる磁界Ｈ、縦軸は磁気抵抗効果素子の抵抗値Ｒを示
している。ここで、縦軸は磁気抵抗効果素子の抵抗値を
示しているので、縦軸の値は磁気抵抗効果素子に直流電
流を流したときの出力電圧に相当する。

【００３５】図５に示すように、磁気抵抗効果素子の抵
抗値Ｒは、磁界Ｈがゼロのときに最大となり、大きな磁
界、具体的には、磁気抵抗効果素子のパターン形状等に
もよるが、５０〜２００Ｏｅ程度の磁界Ｈを印加したと
きに、約３％小さくなる。そこで、地磁気方位センサで
は、このような特性を有する磁気抵抗効果素子によって
磁界Ｈの変化を抵抗値Ｒの変化として検出する。そし
て、磁気抵抗効果素子には、上述したように、強磁性体
コアＫ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４に巻回された励磁用コイル
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４に交流バイアス電流ＩＢを流す
ことにより、交流のバイアス磁界が印加される。このよ
うにバイアス磁界を印加することにより、磁気抵抗曲線
の傾きが大きい部分を外部磁界の検出に利用することが
可能となり、磁気抵抗効果素子からの出力のＳ／Ｎ、す
なわち出力電圧の振幅の向上、及び歪率の向上が図られ
る。

【００３６】ここで、バイアス磁界は、上述したよう
に、Ｘ軸方向の磁界を検出するための磁気抵抗効果素子
Ｍ１、Ｍ３のうち、磁気抵抗効果素子Ｍ１にはバイアス
磁界ＨＢが印加され、磁気抵抗効果素子Ｍ３には、磁気
抵抗効果素子Ｍ１に印加されるバイアス磁界ＨＢに対し
て１８０度方位が異なるバイアス磁界−ＨＢが印加され
る。同様に、Ｙ軸方向の磁界を検出するための磁気抵抗
効果素子Ｍ２、Ｍ４のうち、磁気抵抗効果素子Ｍ２には
バイアス磁界ＨＢが印加され、磁気抵抗効果素子Ｍ４に
は、磁気抵抗効果素子Ｍ２に印加されるバイアス磁界Ｈ
Ｂに対して１８０度方位が異なるバイアス磁界−ＨＢが
印加される。

【００３７】このとき、地磁気による磁界ＨＥが入って
くると、例えば、Ｘ軸方向の磁界を検出するための磁気
抵抗効果素子Ｍ１、Ｍ３に加わる磁界は、磁気抵抗効果
素子Ｍ１に加わる磁界が（ＨＢ＋ＨＥ）となり、磁気抵
抗効果素子Ｍ３に加わる磁界が（−ＨＢ＋ＨＥ）とな
る。

【００３８】このとき、磁気抵抗効果素子Ｍ１には、交
流のバイアス磁界ＨＢが印加されているので、磁気抵抗
効果素子Ｍ１に印加される磁界は図５中実線Ａで示すよ
うに変化し、この磁界の変化が図５中実線Ｂで示すよう
な電圧変化として出力される。一方、磁気抵抗効果素子
Ｍ３には、交流のバイアス磁界−ＨＢが印加されている
ので、磁気抵抗効果素子Ｍ３に印加される磁界は図５中
実線Ｃで示すように変化し、この磁界の変化が図５中実
線Ｄで示すような電圧変化として出力される。

【００３９】そして、図５中実線Ｂで示したような磁気
抵抗効果素子Ｍ１からの出力と、図５中実線Ｄで示した
ような磁気抵抗効果素子Ｍ３からの出力との差が、差動
アンプＡ１によってＸ軸方向の磁界についての差動信
号、すなわちＸ出力として取り出される。同様に、Ｙ軸
方向の磁界を検出するための磁気抵抗効果素子Ｍ２及び
磁気抵抗効果素子Ｍ３からも、磁界の変化が電圧変化と
して出力され、Ｙ軸方向の磁界についての差動信号、す
なわちＹ出力が取り出される。

【００４０】そして、これらの差動信号は地磁気ＨＥの
方位によって変化し、それぞれＨＥ・ｓｉｎθ、ＨＥ・
ｃｏｓθに比例している。したがって、横軸に地磁気の
方位θをとって、Ｘ出力及びＹ出力の電圧をプロットす
ると、図６に示すようになる。したがって、Ｘ軸方向の
磁界についての差動信号であるＸ出力と、Ｙ軸方向の磁
界についての差動信号であるＹ出力とから、地磁気の方
位θを算出することができる。

【００４１】すなわち、Ｘ出力とＹ出力の比Ｖｘ／Ｖｙ
は、これらの出力がそれぞれＨＥ・ｓｉｎθ、ＨＥ・ｃ
ｏｓθに比例することから、下記式（１）に示すよう
に、ｔａｎθで表すことができる。

【００４２】 Ｖｘ／Ｖｙ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｔａｎθ ・・・（１） したがって、地磁気の方位θは、下記式（２）で表され
る。

【００４３】 θ＝ｔａｎ^-1（Ｖｘ／Ｖｙ） ・・・（２） ただし、上記式（２）において、Ｖｘ≧０のときは、０
°≦θ≦１８０°であり、Ｖｘ＜０のときは、１８０°
＜θ＜３６０°である。

【００４４】以上のようにして、本実施の形態に係る地
磁気方位センサでは、地磁気ＨＥの方位θを知ることが
できる。

【００４５】つぎに、以上のような地磁気方位センサに
使用される磁気抵抗効果素子の特性を評価した結果につ
いて説明する。ここで、磁気抵抗効果素子の特性は、折
り返し部が円弧状とされたつづら折り構造の第１の磁気
抵抗効果素子と、折り返し部が直角とされたつづら折り
構造の第２の磁気抵抗効果素子とを比較して調べた。

【００４６】上記第１の磁気抵抗効果素子は、ガラス基
板上に電子ビーム蒸着によって膜厚が７０ｎｍの磁気抵
抗効果膜を成膜し、この磁気抵抗効果膜に対して、フォ
トリソグラフィ技術を用いてパターニング処理を施した
上で、これらの膜の両端に測定用電極を形成して作製し
た。ここで、パターニング処理は、磁気抵抗効果素子の
ストライプ幅が２０μｍ、ストライプ長が２０ｍｍ、折
り返し回数が２０回、折り返し部が円弧状となるように
施した。

【００４７】一方、上記第２の磁気抵抗効果素子は、ガ
ラス基板上に電子ビーム蒸着によって膜厚が７０ｎｍの
磁気抵抗効果膜を成膜し、この磁気抵抗効果膜に対し
て、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニング処理
を施した上で、これらの膜の両端に測定用電極を形成し
て作製した。ここで、パターニング処理は、磁気抵抗効
果素子のストライプ幅が２０μｍ、ストライプ長が２０
ｍｍ、折り返し回数が２０回、折り返し部が直角となる
ように施した。

【００４８】そして、これらの磁気抵抗効果素子につい
て、磁気抵抗効果素子の幅方向に交流消磁処理を施した
後、磁性コロイドを磁気抵抗効果素子に滴下して磁壁の
状態を調べた。このとき、磁気抵抗効果素子に磁壁が生
じているならば、磁性コロイドが磁壁に集まるため、磁
性コロイドの様子を観察することにより、磁壁の状態を
知ることができる。

【００４９】そして、このように各磁気抵抗効果素子の
磁壁の状態を調べた結果、直角に折り返された第２の磁
気抵抗効果素子では、その折り返し部に９０°磁壁が現
れたのに対し、丸く折り返された第１の磁気抵抗効果素
子では、明確な磁壁の発生は認められなかった。

【００５０】すなわち、折り返し部が円弧状とされた磁
気抵抗効果素子では、磁気抵抗効果素子内における磁壁
の発生が抑制されている。したがって、このような磁気
抵抗効果素子では、磁壁の影響を受けることがなく、対
称性が良くヒステリシスの少ない磁気抵抗効果特性が得
られる。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る地磁気方位センサに用いられる磁気抵抗効果素子
は、折り返し部が円弧状とされているので、磁壁の発生
が抑制される。そのため、この磁気抵抗効果素子では、
対称性が良くヒステリシスの少ない磁気抵抗効果特性が
得られる。したがって、このような磁気抵抗効果素子を
用いた本発明に係る地磁気方位センサでは、磁気抵抗効
果素子の磁壁に起因するノイズが軽減され、高精度に地
磁気の方位を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した地磁気方位センサの一構成例
について、磁気抵抗効果素子近傍を拡大して示す平面図
である。

【図２】本発明を適用した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３】本発明を適用した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４】図２に示した地磁気方位センサの等価回路を示
す回路図である。

【図５】磁気抵抗効果素子による磁界検出の原理を説明
するための図である。

【図６】磁気抵抗効果素子からの出力の電圧Ｖと、地磁
気の方位θとの関係を示す図である。

【図７】従来の地磁気方位センサに使用される磁気抵抗
効果素子を示す平面図である。

【図８】図７に示す磁気抵抗効果素子を拡大して示す平
面図である。

【符号の説明】

Ｍ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４ 磁気抵抗効果素子 Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７、Ｍ８ 温度特性補正用磁気抵抗効果
素子 Ｍａ、Ｍｂ 折り返し部 Ｋａ、Ｋｂ、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４ 強磁性体コア Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４ 励磁用コイル Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４ ギャップ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繰り返し折り返すようにパターニングさ
   れた磁気抵抗効果素子を用いた地磁気方位センサにおい
   て、 上記磁気抵抗効果素子の折り返し部が円弧状とされてい
   ることを特徴とする地磁気方位センサ。