JPH09145376A

JPH09145376A - 地磁気方位センサ

Info

Publication number: JPH09145376A
Application number: JP7311422A
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】製造時において、各強磁性体コアＫ₁，
Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄に、地磁気の入力により当該各強磁性
体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄内に誘起される磁界の向
きと同方向（各矢印で示す）の磁気異方性を与える。

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１２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
３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１４に示す。地磁気方位センサとし
て使用する場合には、図１３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
効率よく実現することができ、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、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、各強磁性体コアがそれぞれ地磁
気の入力により当該各強磁性体コア内に誘起される磁界
の向きと同方向の磁気異方性を有して構成される。

【００１７】この地磁気方位センサにおいては、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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】一方、強磁性体コアは、上記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、閉ループ形状
に成膜する。このとき、強磁性体コアの配列状態は、９
０゜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。

【００２１】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。

【００２２】本発明においては、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。

【００２３】上記地磁気方位センサを作製するに際し
て、また、各強磁性体コアに地磁気の入力により当該各
強磁性体コア内に誘起される磁界の向きと平行な方向の
磁気異方性を与える場合には、閉ループ形状に強磁性体
コア薄膜を成膜形成した後に、この強磁性体コア薄膜に
上記磁気異方性を与える。そして、当該強磁性体コア薄
膜に各ギャップを形成して各強磁性体コアを分離形成
し、各強磁性体コア間に形成されたギャップ内にＭＲセ
ンサを成形成膜する。

【００２４】また他の手法としては以下に示すものが好
適である。すなわち、先ず、非磁性基板上にそれぞれ各
種層間絶縁層を介して各強磁性体コアを各ギャップをも
って成膜形成し、ギャップ内にＭＲセンサを成形成膜す
る。そして、各強磁性体コアに地磁気の入力により当該
各強磁性体コア内に誘起される磁界の向きと直交する方
向に所定の強い電流を供給する。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】それに加えて、上記地磁気方位センサにお
いては、上述のように、各強磁性体コアがそれぞれ地磁
気の入力により当該各強磁性体コア内に誘起される磁界
の向きと同方向の磁気異方性を有するために、各強磁性
体コアが磁気異方性を有しない場合のように地磁気の入
力時に当該各強磁性体コア内の磁界方向を揃える必要が
なく、各強磁性体コアによる各ＭＲセンサへの地磁気の
印加効率が向上するとともに、駆動電力を低減化させる
ことが可能となる。

【００２８】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、地磁気が効率よく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。

【００２９】

【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。

【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。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
状に組み合わせ、９０゜間隔でギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ
₃，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Ｍ
₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄を配置してなるものである。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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上に層間
絶縁層２が形成され、この層間絶縁層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。

【００３４】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Ｋ₁，Ｋ₂）が形成されている。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】ここで特に、本実施の形態においては、各
強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄に、図３に示すよ
うに、地磁気の入力により当該各強磁性体コアＫ₁，Ｋ
₂，Ｋ₃，Ｋ₄内に誘起される磁界の向きと同方向（各
矢印で示す）の磁気異方性が与えられている。

【００３８】例えば図４に示すように、各強磁性体コア
Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄が各矢印で示すように上記磁気
異方性を有しない場合、地磁気の入力により各強磁性体
コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄内における磁界の向きが同
方向に揃い、その後に各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，
Ｋ₃，Ｋ₄から各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄に
対して地磁気を集束した磁界が印加される。したがっ
て、ヒステリシスが生じ、地磁気の印加効率の点で問題
がある。

【００３９】それに対して、上記地磁気方位センサにお
いては、予め各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄に
上記磁気異方性が与えられているために、各強磁性体コ
アＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄内における磁界の向きを同方
向に揃わせる必要がない。そのため、当該各強磁性体コ
アＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の地磁気の印加効率が向上し
各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の飽和磁界Ｈｃ
が低減するとともに、駆動電力を低減化させることが可
能となる。

【００４０】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、地磁気が効率よくＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，
Ｍ₄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。

【００４１】また、当該地磁気方位センサの製造時にお
いて、フォトエッチング工程の際に所望のパターニング
を正確に行うことを考慮して、各強磁性体コアＫ₁，Ｋ
₂，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することが
好ましい。

【００４２】ここでは、ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ
₄に臨む強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄の各端部
の近傍である対向面ａの形状がそれぞれ当該端部に向か
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。

【００４３】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）が成膜されている。すなわち、
各ＭＲセンサＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄が層間絶縁層２中
に埋設されて上記地磁気方位センサが構成されている。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】ここで特に、各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，
Ｋ₃，Ｋ₄を形成するに際しては、先ず、図５に示すよ
うに、所定の閉ループ形状、ここでは略々ドーナツ形状
に強磁性体コア薄膜２１を上述の手法により成膜形成す
る。

【００４９】次いで、この強磁性体コア薄膜２１に図５
中の各矢印で示すように上記磁気異方性を与えた後に、
当該強磁性体コア薄膜２１に各ギャップＧ₁，Ｇ₂，Ｇ
₃，Ｇ₄を形成して各強磁性体コアＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，
Ｋ₄を分離形成する。

【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
部から外周縁部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，Ｇ₂，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６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７は、ＭＲセンサの特性曲線を示すもの
である。この図７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７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７中線Ａで示すように変化し、この磁
界の変化が図７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７
中線Ｃで示すように変化し、この磁界の変化が図７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８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。
次いで、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９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１０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，Ｍ
₃，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。

【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１１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効率よく実現する
ことができ、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に示す線分Ａ−Ａ’による断面図である。

【図３】各強磁性体コアに磁気異方性が与えられた様子
を当該各強磁性体コアのみを取り出して模式的に示す平
面図である。

【図４】各強磁性体コアが磁気異方性を有しない場合の
様子を当該各強磁性体コアのみを取り出して模式的に示
す平面図である。

【図５】成膜形成された強磁性体コア薄膜のみを模式的
に示す平面図である。

【図６】図１に示す地磁気方位センサの等価回路図であ
る。

【図７】ＭＲセンサの特性曲線を示す特性図である。

【図８】出力電圧と方位との関係を示す特性図である。

【図９】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１０】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１１】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１２】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１３】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１４】図１３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２，４層間絶縁層３下層導体層５平坦化層６層間絶縁・平坦化層７上層導体層２１強磁性体コア薄膜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、各強磁性体コアがそれぞれ地磁気
の入力により当該各強磁性体コア内に誘起される磁界の
向きと同方向の磁気異方性を有することを特徴とする地
磁気方位センサ。
【請求項２】各磁気抵抗効果素子にそれぞれ長手方向
と略々直交する方向に着磁が施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。