JPH09145375A

JPH09145375A - 地磁気方位センサ

Info

Publication number: JPH09145375A
Application number: JP31142195A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Shinoda; 和宏篠田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1995-11-29
Publication date: 1997-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】実用的な感度及び高い方位精度を有し、しか
も小型化且つ精細化が可能である地磁気方位センサを提
供する。【解決手段】基板１上に、ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ
₃，Ｍ₄、強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄、及び
励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，Ｃ₄等を全てそれぞれ
薄膜形成技術により成膜形成し、さらに、各強磁性体コ
アＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の内周縁部Ｃ_in及び外周縁部
Ｃ_outの近傍において当該各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，
Ｋ₃，Ｋ₄、上層導体層７、及び各層間絶縁層の各端面
をそれぞれテーパ状に形成する。

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。

【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、上記ランディング
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】フラックスゲート型の地磁気方位センサ
は、図１１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の巻き数を極めて多くしたり、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、ＭＲ型の地磁気方位センサは、図１
２に示すように、磁気抵抗効果素子（ＭＲセンサ）１１
１を備えた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４
５゜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１３に示す。地磁気方位センサとし
て使用する場合には、図１２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、実用的な感度及び高い方位精度を
有し、しかも小型化且つ精細化が可能である地磁気方位
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
した磁気抵抗効果型素子（以下、単にＭＲセンサと記
す。）で検出するものである。

【００１６】本発明の地磁気方位センサは、所定のギャ
ップをもって周方向に配列されてなる地磁気を集束する
複数の強磁性体コアと、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ギャップ内に配されてなるＭ
Ｒセンサと、上記強磁性体コアに巻回されてバイアス電
流の供給により上記ＭＲセンサにバイアス磁界を印加す
る励磁用コイルとを有し、これら強磁性体コア、ＭＲセ
ンサ及び励磁用コイルが薄膜形成技術により基板上に形
成されてなるとともに、強磁性体コアの内周縁部及び外
周縁部の近傍において当該強磁性体コア及び層間絶縁層
が内周縁部及び外周縁部に向かうにつれて徐々に膜厚が
減少するように形成されて構成される。

【００１７】ここで、具体的には、上記各端部近傍の形
状を段差をもつ階段形状や円弧形状等とすることが好ま
しい。

【００１８】この場合、薄膜成膜工程（真空蒸着、スパ
ッタリング等）とフォトエッチング工程とからなる薄膜
形成技術により強磁性体コア、ＭＲセンサ、励磁用コイ
ル、及び層間絶縁層を形成することが好適である。

【００１９】また、強磁性体コアに巻回された励磁用コ
イルにバイアス電流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、
バイアス電流Ｉ_Bは、交流電流であってもよいし、直流
電流であってもよい。

【００２０】上記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、Ｍ
Ｒ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。

【００２１】本発明においては、上記ＭＲセンサは、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、
少なくとも２箇所に互いに直交するように成膜する。好
ましくは、等角度間隔（９０゜間隔）で４つのＭＲセン
サを成膜する。

【００２２】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、周方向に成膜
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、正方形状、或は円環状に成膜する。

【００２３】また、上記強磁性体コアにはパーマロイ等
の、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。

【００２４】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。

【００２５】さらに、上記地磁気方位センサにおいて
は、強磁性体コア、ＭＲセンサ、及び励磁用コイル、並
びに層間絶縁層がそれぞれ薄膜形成技術により基板上に
形成されている。この場合、例えば基板上に成膜された
ＭＲセンサに対し、強磁性体コアに巻線を施して励磁用
コイルを巻回したバルク部を組み合わせて作製される地
磁気方位センサ等と比較して、調整点が少なく、動作特
性が極めて安定化する。

【００２６】ところで、上記各薄膜層を薄膜形成技術に
より形成するに際して、例えば薄膜成膜工程とフォトエ
ッチング工程とを経ることにより上記各薄膜層を成膜形
成する場合には、先ず薄膜成膜工程にてそれぞれ所定の
材料を用いて各薄膜を成膜する。その後、フォトエッチ
ング工程において各薄膜層を所望の形状に成膜するため
のレジストマスクを形成する。

【００２７】本発明においては、特に強磁性体コア及び
その上層及び下層に層間絶縁層を介して励磁用コイルを
形成するときに、強磁性体コアの内周縁部及び外周縁部
の各近傍においてこれら強磁性体コア、励磁用コイル、
及び層間絶縁層を内周縁部及び外周縁部に向かうにつれ
て徐々に膜厚が減少するように形成する。

【００２８】すなわち、これらの薄膜層と同形状に上記
内周縁部及び外周縁部近傍において各端部に向かうにつ
れて徐々に膜厚が減少するようにレジスト層にフォトリ
ソグラフィー技術を施してレジストマスクを形成するた
めに、上記レジスト層に対する露光時にこの端部近傍に
も十分に光が照射されて露光不足部分の発生が抑止され
る。したがって、上記レジストマスクのパターンに倣っ
てエッチングを施すことにより所望のパターニングを正
確に行うことが可能となり、複雑な多層形状の上記各薄
膜層（特に励磁用コイル）が精細に積層形成される。

【００２９】したがって、上記地磁気方位センサにおい
ては、高精度をもって小型化することが可能となるとと
もに、地磁気が効率的にＭＲセンサへ磁気信号として供
給されて高方位精度が得られることになる。

【００３０】

【発明に実施の形態】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。

【００３１】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。本実施例の地磁
気方位センサは、パーマロイ等の軟磁性材からなる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，Ｇ₂，Ｇ₃，
Ｇ₄を形成するように配するとともに、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をほぼ直角に印加するように形成されて
いる。なお、各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄は、
各ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄内に成膜する形で形
成されており、したがって、各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，
Ｍ₃，Ｍ₄の膜面に対してほぼ平行にバイアス磁界Ｈ_B
が印加される。

【００３３】そして特に、本実施例においては、Ｓｉ、
セラミック，或はガラス等の非磁性材料よりなる基板１
上に、ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄、強磁性体コ
アＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄、及び励磁用コイルＣ₁，Ｃ
₂，Ｃ₃，Ｃ₄等が全てそれぞれ薄膜形成技術により成
膜形成されている。

【００３４】具体的には、図２（図１に示す線分Ａ−
Ａ’による断面図）に示すように、上記基板１上に膜付
着力向上膜２が形成され、この膜付着力向上膜２上に幅
狭の下層導体層３が略々等間隔をもって放射状に形成さ
れている。

【００３５】この下層導体層３上には層間絶縁層４及び
平坦化層５が順次形成され、この平坦化層５上に各強磁
性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄（ここでは強磁性体コ
アＫ₂）が形成されている。

【００３６】そして、各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，
Ｋ₃，Ｋ₄から下層の層間絶縁層４，平坦化層５，及び
下層導体層３にかけて当該下層導体層３の両端部を除い
て層間絶縁・平坦化層６が形成され、この層間絶縁・平
坦化層６上に幅狭の上層導体層７が下層導体層３の両端
部と接続されるように形成されている。

【００３７】すなわち、上層導体層７は、その各端部が
それぞれ隣接する下層導体層３の一方の前端部及び他方
の後端部と接続され、これら各下層導体層３と各上層導
体層７とが一体化されて励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂，
Ｃ₃，Ｃ₄が一体形成されている。なお、励磁用コイル
Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，Ｃ₄の各端部はそれぞれ端子１２，
１３と接続されている。

【００３８】ここで特に、各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，
Ｋ₃，Ｋ₄の内周縁部Ｃ_in及び外周縁部Ｃ_outの近傍に
おいて当該各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄、上
層導体層７、及び各層間絶縁層（層間絶縁層４，平坦化
層５，及び層間絶縁・平坦化層６）が内周縁部Ｃ_in及び
外周縁部Ｃ_outに向かうにつれて徐々に膜厚が減少する
ように、ここではテーパ状に形成されている。

【００３９】具体的には、上記近傍において、層間絶縁
層４と平坦化層５、各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，
Ｋ₄はこれらの各端面ａ，ｂ，ｃがそれぞれほぼ同一の
傾斜角をもってテーパ状に形成されてなり、平坦化層５
と各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄との間に段差
Ｓが形成されている。また、この段差Ｓが形成されたこ
とにより、層間絶縁・平坦化層６及び上層導体層７にも
同様に段差Ｓが形成される。

【００４０】そして、各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，
Ｋ₃，Ｋ₄が成膜されることにより形成された所定幅の
各ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄内（ここではギャッ
プＧ₂内）に各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄（こ
こではＭＲセンサＭ₂）が成膜され、各ＭＲセンサ
Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄上にＳｉＯ₂等よりなる図示し
ない層間絶縁層が成膜されて上記地磁気方位センサが構
成されている。

【００４１】ここで、上記地磁気方位センサを作製する
に際しては、ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄、強磁
性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄、及び励磁用コイルＣ
₁，Ｃ₂，Ｃ₃，Ｃ₄、及び各層間絶縁層（層間絶縁層
４，平坦化層５，及び層間絶縁・平坦化層６）を全て薄
膜成膜工程（真空蒸着、スパッタリング等）とフォトエ
ッチング工程とからなる薄膜形成技術により積層形成す
る。

【００４２】すなわち、先ず薄膜成膜工程において、例
えばスパッタ法により所定の材料を用いて薄膜を成膜す
る。

【００４３】続いて、フォトエッチング工程において、
先ずこの薄膜上にフォトレジストを塗布してレジスト層
を形成し、このレジスト層上に光を照射して所望のパタ
ーンを有するフォトマスクに倣った露光を施す。その
後、上記レジスト層に現像を施すことにより、所望のパ
ターンを有するレジストマスクが上記薄膜上に形成され
る。

【００４４】そして、上記薄膜にエッチングを施すこと
により、このレジストマスクのパターンに倣った形状を
もつ上記各薄膜層が形成されることになる。

【００４５】本実施の形態においては、特に強磁性体コ
アＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄及びその上層及び下層に層間
絶縁層を介して励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，Ｃ₄を
形成するときに、強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄
の内周縁部Ｃｉｎ及び外周縁部Ｃｏｕｔの各近傍におい
てこれら強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄、励磁用
コイルＣ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，Ｃ₄、及び各層間絶縁層をそ
れぞれテーパ状に成膜形成する。

【００４６】ここで、本実施の形態の比較例として、上
記各薄膜層を強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の内
周縁部Ｃｉｎ及び外周縁部Ｃｏｕｔの近傍において各々
の端面が下層に対して略々垂直となるように形成する場
合について考察する。

【００４７】この場合、図３に示すように、レジスト層
２１に形成されるべき図中破線で示すパターン２２はそ
の各端面２１ａ，２１ｂが下層２３に対して垂直となる
が、特に形成される薄膜層が多層構造をもつときに各端
面２１ａ，２１ｂには光が照射されないこととなる。し
たがってこの場合、緻密なパターニングを行うことは極
めて困難である。

【００４８】そこで、本実施の形態においては、図４に
示すように、上記各薄膜層と同形状に上記内周縁部Ｃｉ
ｎ及び外周縁部Ｃｏｕｔの各近傍においてテーパ状とな
るように図中破線で示すパターン２４を形成するため
に、その露光時に上記テーパ状となる部分２４ａにも十
分に光が照射されて露光不足部分の発生が抑止される。
したがって、レジストマスク２５のパターン２４に倣っ
てエッチングを施すことにより所望のパターニングを正
確に行うことが可能となり、複雑な多層形状の上記各薄
膜層が精細に積層形成されることになる。

【００４９】特に、層間絶縁・平坦化層６上に上層導体
層７を形成する際に、その露光時において、当該層間絶
縁・平坦化層６がテーパ状及び段差状に形成されている
ために、層間絶縁・平坦化層６上に成膜されたレジスト
層にはその内周縁部及び外周縁部にも十分に露光が施さ
れて精細なパターニングが可能となる。

【００５０】ここで、各ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ
₄を、各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の内周縁
部Ｃｉｎから外周縁部Ｃｏｕｔにかけて徐々に幅狭とな
るように形成してもよい。このようにギャップＧ₁，Ｇ
₂，Ｇ₃，Ｇ₄を形成することによって、各ギャップ内
の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。

【００５１】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。

【００５２】上述の構成を有する地磁気方位センサの等
価回路は、図５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からの信号は差動
アンプＡ₁よりＸ出力として出力され、同様に、Ｙ軸方
向検出用の２つのＭＲセンサＭ₂，Ｍ₄からの信号は差
動アンプＡ₂よりＹ出力として出力される。

【００５３】地磁気検出用のＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ
₃，Ｍ₄においては、定電位電源Ｖ_CCが定電位電源とさ
れて端子１１を介してセンス電流が供給される。

【００５４】また、Ｘ軸方向検出用のＭＲセンサＭ₁と
ＭＲセンサＭ₃には、１８０゜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ＭＲ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。

【００５５】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。

【００５６】（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。（３）抵抗値変化を電気信号として取り出すことができ
る。

【００５７】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。

【００５８】図６は、ＭＲセンサの特性曲線を示すもの
である。この図６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。

【００５９】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。

【００６０】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６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、第２の強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，
Ｋ₃，Ｋ₄に励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，Ｃ₄を巻
回し、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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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６中線Ａで示すように変化し、この磁
界の変化が図６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６
中線Ｃで示すように変化し、この磁界の変化が図６中線
Ｄで示すように電圧変化として出力される。

【００６４】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。

【００６５】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７に示すようなもの
となる。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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
が、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。

【００６９】先ず、図８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。

【００７０】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。

【００７１】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。）。

【００７２】図９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，Ｍ
₄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。

【００７３】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。

【００７４】図１０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。

【００７５】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。

【００７６】さらに、上記地磁気方位センサにおいて
は、強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄、ＭＲセンサ
Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄及び励磁用コイルＣ₁，Ｃ₂，
Ｃ₃，Ｃ₄が薄膜形成技術により基板上に一体形成され
ている。この場合、例えば基板上に成膜されたＭＲセン
サに対し、強磁性体コアに巻線を施して励磁用コイルを
巻回したバルク部を組み合わせて作製される地磁気方位
センサ等と比較して、調整点が少なく、製品動作特性が
極めて安定化する。

【００７７】したがって、地磁気が効率的に各ＭＲセン
サＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄へ磁気信号として供給され、
高方位精度が得られるとともに、高精度且つ所望の小型
形状に作製することが可能となる。

【００７８】以上、本発明を適用した実施の形態につい
て説明してきたが、本発明がこの実施の形態に限定され
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。

【００７９】

【発明の効果】本発明に係る地磁気方位センサによれ
ば、実用的な感度及び高い方位精度を有し、しかも小型
化且つ精細化の実現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る地磁気方位センサの主要部を模
式的に示す平面図である。

【図２】図１中の線分Ａ−Ａ’による断面図である。

【図３】レジスト層に下層に対して略々垂直となるよう
にパターンの一部が形成される様子を模式的に示す断面
図である。

【図４】レジスト層に形成されるべきパターンの一部を
模式的に示す断面図である。

【図５】図１に示す地磁気方位センサの等価回路図であ
る。

【図６】ＭＲセンサの特性曲線を示す特性図である。

【図７】出力電圧と方位との関係を示す特性図である。

【図８】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９】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１０】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１１】従来のフラックスゲート型の地磁気方位セン
サの一例を模式的に示す概略平面図である。

【図１２】従来のＭＲ型の地磁気方位センサの一例を模
式的に示す概略平面図である。

【図１３】図１２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】

１基板２膜付着力向上層３下層導体層４層間絶縁層５平坦化層６層間絶縁・平坦化層７上層導体層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Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，Ｃ₄ 励磁用コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のギャップをもって周方向に配列さ
れてなる地磁気を集束する複数の強磁性体コアと、上記ギャップにおける磁界方向に対して略直交するよう
に当該ギャップ内に配されてなる磁気抵抗効果素子と、上記強磁性体コアに層間絶縁層を介して巻回され、電流
の供給により上記磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印
加する励磁用コイルとを有し、これら強磁性体コア、磁気抵抗効果素子、励磁用コイ
ル、及び層間絶縁層が薄膜形成技術により基板上に形成
されてなるとともに、強磁性体コアの内周縁部及び外周
縁部の近傍において当該強磁性体コア及び層間絶縁層が
それぞれ内周縁部及び外周縁部に向かうにつれて徐々に
膜厚が減少するように形成されていることを特徴とする
地磁気方位センサ。
【請求項２】強磁性体コアの内周縁部及び外周縁部の
各近傍において当該強磁性体コア及び層間絶縁層の部が
段差をもつ階段形状或は円弧形状に形成されていること
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】強磁性体コア、磁気抵抗効果素子、励磁
用コイル、及び層間絶縁層を形成する薄膜形成技術が薄
膜成膜工程とフォトエッチング工程とからなることを特
徴とする請求項１記載の地磁気方位センサ。
【請求項４】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。