(57)【要約】【課題】占有空間が小さい超小型の複次元方位センサを提供することにある。【解決手段】磁性材からなる芯材１１，２１にコイル１２，２２をそれぞれ巻回して形成した第１，第２磁気検出素子１０，２０を、鋭角に交差させた。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状の感度軸を有する第１，第２磁気検出素子を、前記感度軸が鋭角に交差するように配置したことを特徴とする複次元方位センサ。
【請求項２】
直線状の感度軸を有する第１，第２磁気検出素子を、垂直面に沿って前記感度軸が鋭角に交差するように配置する一方、直線状の感度軸を有する第３磁気検出素子を、その感度軸が水平面に沿うように配置したことを特徴とする複次元方位センサ。
【請求項３】
直線状の感度軸を有する第１，第２磁気検出素子を、垂直面に沿って前記感度軸が鋭角に交差するように配置する一方、直線状の感度軸を有する第３，第４磁気検出素子を、水平面に沿って前記感度軸が鋭角に交差するように配置したことを特徴とする複次元方位センサ。
【請求項４】
直線状の感度軸を鋭角に交差するように配置した２本の磁気検出素子が、検出した磁界成分を２方向成分にそれぞれ分離し、加算および減算して各方向成分をそれぞれ出力することを特徴とする複次元方位検出システム。
【請求項５】
磁気検出素子が検出した磁界成分を、同期検波回路を介して出力することを特徴とする請求項４に記載の複次元方位検出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複次元方位センサ、特に、２次元および３次元の傾きを検出できる超小型の複次元方位センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、３次元方位センサとしては、第１，第２，第３の磁気検出器を３次元的に互いに直交して配置したものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−３０４０７７号公報　（第２頁、図３，図４，図６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常、磁気センサは長手方向に感度があるため、前述の３次元方位センサのように第１，第２，第３の磁気検出器を３次元的に互いに直交するように配置すると、占有空間が大きくなり、小型の電子機器、例えば、携帯電話等に搭載できないという問題点がある。
【０００５】
本発明は、前記問題点に鑑み、占有空間が小さい超小型の複次元方位センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる複次元方位センサは、前記目的を達成すべく、直線状の感度軸を有する第１，第２磁気検出素子を、前記感度軸が鋭角に交差するように配置した構成としてある。
【０００７】
本発明によれば、第１，第２磁気検出素子が鋭角に交差しているので、床面積が小さく、占有空間が小さい小型の複次元方位センサが得られる。
なお、ここで、感度軸とは、磁気検出素子の感度の良い検出方向に沿って伸びる想像上の軸心をいう。
【０００８】
他の発明にかかる複次元方位センサは、直線状の感度軸を有する第１，第２磁気検出素子を、垂直面に沿って前記感度軸が鋭角に交差するように配置する一方、直線状の感度軸を有する第３磁気検出素子を、その感度軸が水平面に沿うように配置した構成としてある。
【０００９】
本発明によれば、第１，第２磁気検出素子が垂直面に沿って鋭角に交差しているとともに、第３磁気検出素子が水平面に沿うように配置されているので、薄型で小型の３次元方位センサが得られる。
【００１０】
別の発明にかかる複次元方位センサは、直線状の感度軸を有する第１，第２磁気検出素子を、垂直面に沿って前記感度軸が鋭角に交差するように配置する一方、直線状の感度軸を有する第３，第４磁気検出素子を、水平面に沿って前記感度軸が鋭角に交差するように配置した構成としてある。
【００１１】
本発明によれば、第１，第２磁気検出素子、および、第３，第４磁気検出素子のいずれもが相互に鋭角に交差しているので、３本の磁気検出素子を相互に直交するように配置した場合よりも、占有空間が小さく、より小型の３次元方位センサが得られる。
【００１２】
本発明にかかる複次元方位検出システムとしては、直線状の感度軸を鋭角に交差するように配置した２本の磁気検出素子が、検出した磁界成分を２方向成分にそれぞれ分離し、加算および減算して各方向成分をそれぞれ出力する構成となっている。
本発明によれば、分離した磁界成分を加算および減算して各方向成分を出力できるので、信号処理が簡単になるとともに、出力成分が大きくなるので、感度が向上する。
【００１３】
本発明にかかる実施形態としては、磁気検出素子が検出した磁界成分を、同期検波回路を介して出力する構成としてもよい。
本実施形態によれば、磁気検出素子が１８０度回転した場合と、３６０度回転した場合とを容易に識別できるという効果がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる実施形態を図１ないし図４の添付図面に従って説明する。
第１実施形態は、図１および図２に示すように、磁性材からなる芯材１１，２１にコイル１２，２２をそれぞれ巻回して形成した第１，第２磁気検出素子１０，２０を鋭角に交差させた２次元方位センサ５０に適用した場合である。
【００１５】
磁性材からなる前記芯材１１，２１は、その材質としては、例えば、アモルファスの他、フェライト、パーマロイが挙げられる。また、その形状としては、単一の棒状材，帯状材の他、帯状材を積層して形成した棒状積層材あるいはフィルム状のものを棒状に巻いたものであってもよい。また、前記芯材１１，２１は細長比が大きければ大きい程、感度良好となるので、必要に応じて外形寸法を適宜選択できる。
【００１６】
コイル１２，２２は前記芯材１１，２１に直接巻回してもよく、あるいは、筒状に巻回したコイル１２，２２の中心孔に芯材１１，２１を圧入してもよい。
【００１７】
前記磁気検出素子１０，２０の交差は鋭角であればよいが、実用上、所望の感度を確保するためには交差角度を２０度以上にすることが好ましい。
【００１８】
そして、前記２次元方位センサ５０の磁気検出素子１０，２０は、アンプ１４，２４および同期検波回路（図中、「ＰＳＤ」と記す）１５，２５にそれぞれ接続されている。このため、前記アンプ１４，２４から出力された信号は２成分に分離され、各成分を加算および減算して相殺した後、同期検波回路１５，２５を通過する。
【００１９】
なお、同期検波回路１５，２５を通過させた後、２成分を分離し、各成分を加算および減算して相殺してもよい。
【００２０】
次に、第１実施形態による方法検出方法について説明する。なお、理解を容易にするため、まず最初に、第１磁気検出素子１０だけの検出方法について説明する。
図２Ａに示すように、芯材１１に巻回された２本のコイル１２，１３のうち、第１磁気検出素子１０を構成する１本のコイル１２は周波数ｆの交流電源５１に接続されている。一方、残る１本のコイル１３はアンプ１４を介して同期検波回路１５に接続されている。前記同期検波回路１５は、前記コイル１２に印加する交流電源５１の２倍の周波数２ｆで同期検波する。これは、磁気検出素子１０が外部磁界Ｈに対して１８０度回転した場合と、３６０度回転した場合とを識別するためである（図２Ｂ，Ｃ）。
【００２１】
そして、周波数ｆで磁気検出素子１０を励磁し、磁気検出素子１０からの出力を励磁周波数ｆの２倍の周波数２ｆで同期検波すると、外部磁界Ｈに対する角度θに対して同期検波回路１５からｃｏｓθの出力が得られる。
【００２２】
したがって、第１，第２磁気検出素子１０，２０を鋭角で交差させている場合には、前述と同様、それぞれがアンプ１４，２４および同期検波回路１５，２５にそれぞれ接続されている。このため、第１，第２磁気検出素子１０，２０からのそれぞれの出力を演算処理し、Ｘ，Ｙ成分に分離した後、各成分が下記のように加算および減算されて出力される（図１Ｂ）。
（Ｘ＋Ｙ）＋（Ｘ−Ｙ）→２Ｘ
（Ｘ＋Ｙ）−（Ｘ−Ｙ）→２Ｙ
【００２３】
本実施形態によれば、実用上、Ｘ方向およびＹ方向の少なくともいずれか一方の磁気検出素子１０，２０の感度は低下するが、演算処理で成分が２倍されるので、感度が改善されるという利点がある。
【００２４】
第２実施形態は、図３に示すように、薄型の３次元方位センサ５２に適用した場合である。
すなわち、第１，第２磁気検出素子１０，２０は垂直面に沿って鋭角に交差しているとともに、第３磁気検出素子３０は軸心が水平面に沿うとともに、前記垂直面に直交している。なお、第３磁気検出素子３０は、その軸心が必ずしも第１，第２磁気検出素子１０，２０に交差している必要はなく、その配置は必要に応じて適宜選択できる。
【００２５】
そして、前記第１，第２磁気検出素子１０，２０は、前述と同様、アンプ１４，２４および同期検波回路１５，２５を介し、Ｘ方向およびＺ方向の成分２Ｘ，２Ｚをそれぞれ出力するとともに、第３磁気検出素子３０は、アンプ３４および同期検波回路３５を介し、Ｙ方向の成分Ｙを出力する（図３Ｂ）。
【００２６】
本実施形態によれば、３個の磁気検出素子１０，２０，３０で３次元の方位を検出できる薄型の３次元方位センサ５２が得られるという利点がある。
【００２７】
第３実施形態は、図４に示すように、縦長の３次元方位センサ５３に適用した場合である。
すなわち、第１，第２磁気検出素子１０，２０は水平面に沿って鋭角に交差している一方、第３，第４磁気検出素子３０，４０は垂直面に沿って鋭角に交差している。特に、第１，第２磁気検出素子１０，２０の軸心方向と、第３，第４磁気検出素子３０，４０の軸心方向とは、ほぼ同一方向に揃っているので、占有空間が小さく、かつ、細長い磁気検出センサ５３が得られる。
【００２８】
本実施形態にかかる第１，第２磁気検出素子１０，２０、第３，第４磁気検出素子３０，４０は、図４Ｂに示すよう、アンプ１４，２４，３４，４４および同期検波回路１５，２５，３５，４５にそれぞれ接続されている。そして、前述の説明と同様に処理され、各磁気検出素子１０，２０，３０，４０から検出成分がそれぞれ出力されが、重複する出力２Ｘは除去すればよい。
本実施形態によれば、演算処理で２倍の成分が各成分として出力されるので、感度の良い３次元方位センサ５３が得られるという利点がある。
【００２９】
前述の実施形態においては直線状の芯材にコイルを巻回して形成したフラックスゲートを磁気検出素子として使用する場合について説明したが、必ずしもこれに限らず、他の磁気検出素子を使用してもよい。例えば、磁界が加えられると、インピーダンスが変化することを利用したＭＩ素子、磁界が加えられると、電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用したＭＲ／ＧＭＲ素子、または、電流および磁界を加えると、それらに直交する方向に電圧が生じるホール効果を利用したホール素子が挙げられる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくとも２本の磁気検出素子を、その感度軸が鋭角に交差するように配置してあるので、占有空間が小さく、超小型の複次元方位センサが得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる第１実施形態を示し、図Ａは概略斜視図、図Ｂは回路図である。
【図２】図Ａおよび図Ｂは第１実施形態を説明するための回路図および概略図、図Ｃは図Ａおよび図Ｂの出力状態を示すグラフ図である。
【図３】本発明にかかる第２実施形態を示し、図Ａは概略斜視図、図Ｂは回路図である。
【図４】本発明にかかる第３実施形態を示し、図Ａは概略斜視図、図Ｂは回路図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０…第１，第２，第３，第４磁気検出素子、１１，２１，３１，４１…芯材、１２，１３，２２，２３，３２，３３，４２，４３…コイル、１４，２４，３４，４４…アンプ、１５，２５，３５，４５…同期検波回路、５０…２次元方位センサ、５１…交流電源、５２，５３…３次元方位センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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