(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸プラス方向との角度がθまたは（１８０°−θ）の地磁気に対し、sinθに比例する出力を発生する第１磁気インピーダンス効果センサをＹ軸方向に配向固定し、上記θが（−９０°〜９０°）、（９０°〜２７０°）の何れの範囲に属するかを判別するための第２磁気インピーダンス効果センサを第１磁気インピーダンス効果センサの方向に対して所定の角度α（α≠１８０°）を隔てた方向に配向固定し、前記それぞれの磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するアモルファスエレメントと、検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段と、アモルファスエレメントにバイアス磁界をかけるバイアス手段を有し、第２磁気インピーダンス効果センサの励磁電流が第１磁気インピーダンス効果センサの励磁電流より低電流と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】
Ｘ軸プラス方向との角度がθまたは（１８０°−θ）の地磁気に対し、sinθに比例する出力を発生する第１磁気インピーダンス効果センサをＹ軸方向に配向固定し、上記θが（−９０°〜９０°）、（９０°〜２７０°）の何れの範囲に属するかを判別するための第２磁気インピーダンス効果センサを第１磁気インピーダンス効果センサの方向に対して所定の角度α（α≠１８０°）を隔てた方向に配向固定し、第1磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するアモルファスエレメントと、検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段と、アモルファスエレメントにバイアス磁界をかけるバイアス手段を有し、第２磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するアモルファスエレメントと、アモルファスエレメントにバイアス磁界をかけるバイアス手段を有し検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段は省略したことを特徴とする地磁気方位センサ。
【請求項３】
Ｘ軸プラス方向との角度がθまたは（１８０°−θ）の地磁気に対し、sinθに比例する出力を発生する第１磁気インピーダンス効果センサをＹ軸方向に配向固定し、上記θが（−９０°〜９０°）、（９０°〜２７０°）の何れの範囲に属するかを判別するための第２磁気インピーダンス効果センサを第１磁気インピーダンス効果センサの方向に対して所定の角度α（α≠１８０°）を隔てた方向に配向固定し、第1磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するアモルファスエレメントと、検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段と、アモルファスエレメントにバイアス磁界をかけるバイアス手段を有し、第２磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するひねりを加えたアモルファスエレメントと、検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段を有し検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段は省略したことを特徴とする地磁気方位センサ。
【請求項４】
第２磁気インピーダンス効果センサの励磁電流が第１磁気インピーダンス効果センサの励磁電流より低電流とされていることを特徴とする請求項２または３記載の地磁気方位センサ。
【請求項５】
Ｘ軸プラス方向との角度がθまたは（３６０°−θ）の地磁気に対し、cosθに比例する出力を発生する第１磁気センサをＸ軸方向に配向固定し、上記θが（０°〜１８０°）、（１８０°〜３６０°）の何れの範囲に属するかを判別するための第２磁気センサを第１磁気センサの方向に対して所定の角度α（α≠１８０°）を隔てた方向に配向固定し、前記それぞれの磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するアモルファスエレメントと、検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段と、アモルファスエレメントにバイアス磁界をかけるバイアス手段を有し、第２磁気インピーダンス効果センサの励磁電流が第１磁気インピーダンス効果センサの励磁電流より低電流とされていることを特徴とする地磁気方位センサ。
【請求項６】
Ｘ軸プラス方向との角度がθまたは（３６０°−θ）の地磁気に対し、cosθに比例する出力を発生する第１磁気センサをＸ軸方向に配向固定し、上記θが（０°〜１８０°）、（１８０°〜３６０°）の何れの範囲に属するかを判別するための第２磁気センサを第１磁気センサの方向に対して所定の角度α（α≠１８０°）を隔てた方向に配向固定し、第1磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するアモルファスエレメントと、検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段と、アモルファスエレメントにバイアス磁界をかけるバイアス手段を有し、第２磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するアモルファスエレメントと、アモルファスエレメントにバイアス磁界をかけるバイアス手段を有し検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段は省略したことを特徴とする地磁気方位センサ。
【請求項７】
Ｘ軸プラス方向との角度がθまたは（３６０°−θ）の地磁気に対し、cosθに比例する出力を発生する第１磁気センサをＸ軸方向に配向固定し、上記θが（０°〜１８０°）、（１８０°〜３６０°）の何れの範囲に属するかを判別するための第２磁気センサを第１磁気センサの方向に対して所定の角度α（α≠１８０°）を隔てた方向に配向固定し、第1磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するアモルファスエレメントと、検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段と、アモルファスエレメントにバイアス磁界をかけるバイアス手段を有し、第２磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するひねりを加えたアモルファスエレメントを有し検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段は省略したことを特徴とする地磁気方位センサ。
【請求項８】
第２磁気インピーダンス効果センサの励磁電流が第１磁気インピーダンス効果センサの励磁電流より低電流とされていることを特徴とする請求項６または７記載の地磁気方位センサ。
【請求項９】
角度αが９０°である請求項１〜８何れか記載の地磁気方位センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地磁気方位センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地磁気方位を電気量として出力する地磁気方位センサは、ＣＲＴの地磁気補正、ナビゲーションシステム等の現在位置の検知に用いられ、旧来、フラックスゲート型が使用されている。
図７はフラックスゲート型の地磁気方位センサを示し、励磁用巻線Ｃ0を巻き付けたトロイダルコアＣ上にＸ軸検出用巻線ＣxとＹ軸検出用巻線Ｃyとを角度９０°の交差で巻回した構成であり、励磁用巻線Ｃ0にパルス電流を流して、検出用巻線を通る外部磁束φに対しての磁気抵抗をパルス周期で交互に∞と低有限値とに変化させ、その変化に伴う前記の通過外部磁束φの収束と解放とに基づく磁束変化で各検出巻線に出力を誘起させている。この場合、励磁巻線のパルス電流により発生する磁束φ'に基づく検出巻線の誘起電圧は打ち消されるから、検出巻線の出力には影響を来さない。
【０００３】
上記において、Ｙ軸検出系とＹ軸検出系とは、配向方向が９０°ずらされているだけであり、実質的に同一特性とされている。従って、地磁気とＸ軸プラス方向とのなす角度をθ、磁界強度をＨeとすると、Ｙ軸検出巻線の出力ＶyがＶy＝ＫＨe・cosθ、Ｘ軸検出巻線の出力ＶxがＶx＝ＫＨe・sinθで与えられ、Ｋを負として、Ｖy、Ｖxを図示すると、図８に示す通りであり、Ｙ軸の方向が地磁気の方向に一致してθ＝９０°となったとき、すなわち、センサの方向がＹ軸検出系軸芯を基準として南北の方向に向けられたとき、Ｖx＝−┃Ｋ┃，Ｖy＝０となる。更に、Ｙ軸検出系軸芯を基準としてセンサの方向と出力Ｖx、Ｖyの正負との関係を示せば、表１の通りとなり、
【表１】
0004053351.tif 000002
北東、東南、南西、西北での角度は、前記の両出力Ｖx、Ｖyを所定の演算回路に送入することにより算出できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記フラックスゲート型の地磁気方位センサでは、トロイダルコアを使用しているために魂状であり、小型化に適応しない。また、トロイダルコアの全体に励磁巻線を巻き付けなければならず、励磁巻線のインピーダンスが高く励磁速度が遅く検出感度に劣る。
【０００５】
而して、磁気インピーダンス効果エレメントや磁気抵抗効果エレメント等を使用することが提案されている。
この場合、上記フラックスゲート型の地磁気方位センサの原理を使用している。すなわち、Ｙ軸センサ及びＸ軸センサの双方に高い同一検出精度のセンサを用い、図９に示すように、Ｙ軸出力Ｖy＝ＫＨe・cosθを発生するＹ軸センサ系とＸ軸出力Ｖx＝ＫＨe・sinθを発生するＸ軸センサ系とを９０°を隔てて配向固定し、両出力Ｖx，Ｖyから地磁気の方向θを演算している。
上記の磁気インピーダンス効果センサや磁気抵抗効果センサに所定の高検出精度を付与するには、バイアスや負帰還をかけ、また励磁電流を大きくする必要があり、Ｙ軸センサとＸ軸センサの双方に高検出精度を付与する限り、センサ全体の大型化が余儀なくされる。これを、磁気インピーダンス効果センサについて説明すれば、次ぎの通りである。
【０００６】
磁気インピーダンス効果エレメントには、自発磁化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向の磁区が交互に磁壁で隔てられた構成の外殻部を有する零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤ、リボン、スパッタ膜等が用いられている。
この磁気インピーダンス効果エレメントに高周波電流を通電したときに発生するエレメント両端間出力電圧中のインダクタンス電圧分は、ワイヤの横断面内に生じる円周方向磁束によって上記の円周方向に易磁化性の外殻部が円周方向に磁化されることに起因して発生する。従って、周方向透磁率μθは同外殻部の円周方向の磁化に依存する。
而るに、この通電中のアモルファスエレメントに外部磁界を作用させると、上記通電による円周方向磁束とエレメント軸方向外部磁界成分との合成により、上記円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずれ、それだけ円周方向への磁化が生じ難くなり、上記周方向透磁率μθが変化する。すなわち、前記の軸方向外部磁界成分が作用したときの前記磁束の周方向からのずれをΨとすれば、周方向磁束がcosΨ倍減少され、この回転磁化により前記μθが減少される。従って、このμθの減少により、上記インダクタンス電圧分が減少されるようになる。
更に、上記通電電流の周波数がＭＨzオ−ダになると、高周波表皮効果が大きく現れ、表皮深さδ＝（２ρ／wμθ）１／２（μθは前記した通り、円周方向透磁率、ρは電気抵抗率、wは角周波数)がμθにより変化し、このμθが前記した通り、平行外部磁界成分によって変化するので、エレメント両端間出力電圧中の抵抗電圧分も平行外部磁界成分で変動するようになる。
【０００７】
従って、外部磁界による上記インダクタンス電圧分と抵抗電圧分の双方、すなわち、エレメント両端間出力電圧（この外部磁界による出力電圧の変動は磁気インピーダンス効果と称されている）が外部磁界成分により変動されるが、外部磁界成分が作用したときの前記磁束の周方向からのずれΨが磁界の正負により±になっても、cosΨの符号が変動しないから、外部磁界成分に対する出力電圧曲線は、図６の（イ）におけるｈで示すように、対称特性となり、外部磁界の極性を判別できない。
【０００８】
そこで、磁気インピーダンス効果センサにおいては、Ｈbのバイアス磁界をかけて被検出時間の正負に対応して正負で出力させ、更に、直線性とするために負帰還をかけて、図６の（ロ）に示すように、被検出磁界Ｈexに対し、極性の判別が可能で、かつ高検出精度の直線特性としている。
この極性判別可能直線特性は
【数１】
Ｖ＝ＫＨex              （１）
で表すことができる。
【０００９】
従来、図９において、Ｘ軸磁気センサ及びＹ軸磁気センサに共に同一の高検出精度の磁気インピーダンス効果センサを用いことが公知である。図９において、地磁気（強度Ｈｅ）の方向がＸ軸プラス方向に対しθであるとすると、Ｙ軸磁気インピーダンス効果センサに対する平行地磁気成分ｈyは、ｈy＝Ｈe・sinθであり、従って、Ｙ軸磁気インピーダンス効果センサの出力Ｖyは、式（１）から、Ｖy＝ＫＨe・sinθとなり、また、Ｘ軸磁気インピーダンス効果センサに対する平行地磁気成分Ｈxは、Ｈx＝Ｈe・cosθであり、従って、Ｘ軸磁気インピーダンス効果センサの出力Ｖxは、式（１）から、Ｖx＝ＫＨe・cosθとなる。そして、図１０に示すように、ＶyとＶxとから、地磁気方位θを検出しており、何れかの出力に誤差が生じると、例えば、Ｖxに±ΔＶの誤差が生じると、±Δθの方位誤差が生じる。従って、両磁気インピーダンス効果センサの検出精度を同等の高精度にしている。
【００１０】
本発明の目的は、所定の角度を隔てて第１磁気センサと第２磁気センサとを配向固定し、両センサの出力から地磁気の方位を検出する場合、第２磁気センサの出力精度を低くするにもかかわらず、前記方位を充分な精度で検出できるようにして、センサ全体の小型化、回路構成の簡易化、低廉化を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る地磁気方位センサは、Ｘ軸プラス方向との角度がθまたは（１８０°−θ）の地磁気に対し、sinθに比例する出力を発生する第１磁気インピーダンス効果センサをＹ軸方向に配向固定し、上記θが（−９０°〜９０°）、（９０°〜２７０°）の何れの範囲に属するかを判別するための第２磁気インピーダンス効果センサを第１磁気インピーダンス効果センサの方向に対して所定の角度α（α≠１８０°）を隔てた方向に配向固定し、前記それぞれの磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するアモルファスエレメントと、検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段と、アモルファスエレメントにバイアス磁界をかけるバイアス手段を有し、第２磁気インピーダンス効果センサの励磁電流が第１磁気インピーダンス効果センサの励磁電流より低電流とされていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る地磁気方位センサは、Ｘ軸プラス方向との角度がθまたは（１８０°−θ）の地磁気に対し、sinθに比例する出力を発生する第１磁気インピーダンス効果センサをＹ軸方向に配向固定し、上記θが（−９０°〜９０°）、（９０°〜２７０°）の何れの範囲に属するかを判別するための第２磁気インピーダンス効果センサを第１磁気インピーダンス効果センサの方向に対して所定の角度α（α≠１８０°）を隔てた方向に配向固定し、第1磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するアモルファスエレメントと、アモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段と、アモルファスエレメントにバイアス磁界をかけるバイアス手段を有し、第２磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するアモルファスエレメントと、検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段と、アモルファスエレメントにバイアス磁界をかけるバイアス手段を有し検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段は省略したことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る地磁気方位センサは、Ｘ軸プラス方向との角度がθまたは（１８０°−θ）の地磁気に対し、sinθに比例する出力を発生する第１磁気インピーダンス効果センサをＹ軸方向に配向固定し、上記θが（−９０°〜９０°）、（９０°〜２７０°）の何れの範囲に属するかを判別するための第２磁気インピーダンス効果センサを第１磁気インピーダンス効果センサの方向に対して所定の角度α（α≠１８０°）を隔てた方向に配向固定し、第1磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するアモルファスエレメントと、検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段と、アモルファスエレメントにバイアス磁界をかけるバイアス手段を有し、第２磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するひねりを加えたアモルファスエレメントを有しアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段は省略したことを特徴とする。
【００１４】
請求項４は、第２磁気インピーダンス効果センサの励磁電流が第１磁気インピーダンス効果センサの励磁電流より低電流とされていることを特徴とする請求項２または３記載の地磁気方位センサである。
【００１５】
請求項５に係る地磁気方位センサは、Ｘ軸プラス方向との角度がθまたは（３６０°−θ）の地磁気に対し、cosθに比例する出力を発生する第１磁気センサをＸ軸方向に配向固定し、上記θが（０°〜１８０°）、（１８０°〜３６０°）の何れの範囲に属するかを判別するための第２磁気センサを第１磁気センサの方向に対して所定の角度α（α≠１８０°）を隔てた方向に配向固定し、前記それぞれの磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するアモルファスエレメントと、検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段と、アモルファスエレメントにバイアス磁界をかけるバイアス手段を有し、第２磁気インピーダンス効果センサの励磁電流が第１磁気インピーダンス効果センサの励磁電流より低電流とされていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に係る地磁気方位センサは、Ｘ軸プラス方向との角度がθまたは（３６０°−θ）の地磁気に対し、cosθに比例する出力を発生する第１磁気センサをＸ軸方向に配向固定し、上記θが（０°〜１８０°）、（１８０°〜３６０°）の何れの範囲に属するかを判別するための第２磁気センサを第１磁気センサの方向に対して所定の角度α（α≠１８０°）を隔てた方向に配向固定し、第1磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するアモルファスエレメントと、検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段と、アモルファスエレメントにバイアス磁界をかけるバイアス手段を有し、第２磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するアモルファスエレメントと、アモルファスエレメントにバイアス磁界をかけるバイアス手段を有し検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段は省略したことを特徴とする。  
請求項７に係る地磁気方位センサは、Ｘ軸プラス方向との角度がθまたは（３６０°−θ）の地磁気に対し、cosθに比例する出力を発生する第１磁気センサをＸ軸方向に配向固定し、上記θが（０°〜１８０°）、（１８０°〜３６０°）の何れの範囲に属するかを判別するための第２磁気センサを第１磁気センサの方向に対して所定の角度α（α≠１８０°）を隔てた方向に配向固定し、第1磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するアモルファスエレメントと、検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段と、アモルファスエレメントにバイアス磁界をかけるバイアス手段を有し、第２磁気インピーダンス効果センサが、地磁気を感磁するひねりを加えたアモルファスエレメントを有し検出出力をアモルファスエレメントに負帰還させる負帰還手段は省略したことを特徴とする。
請求項８は第２磁気インピーダンス効果センサの励磁電流が第１磁気インピーダンス効果センサの励磁電流より低電流とされていることを特徴とする請求項６または７記載の地磁気方位センサであり、請求項９は角度αが９０°である請求項１〜８何れか記載の地磁気方位センサである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る地磁気方位センサの一実施例を示す図面である。
図１において、Ｓ1は第１磁気センサであり、基板等のベースＰ上のＹ軸方向に配向固定してある。Ｓ2は第２磁気センサであり、基板等のベースＰ上のＸ軸方向に配向固定してある。すなわち、第１磁気センサＳ1に対し、時計方向に９０°隔てた方向に配向固定してある。Ｂは演算回路である。
【００１８】
Ｈeは地磁気ベクトルを示し、Ｘ軸プラス方向に対しθの方向であり、前記第１磁気センサは、地磁気のＹ軸方向成分に比例した出力Ｖ１を発生する。すなわち、Ｖ１＝ＫＨe・sinθの出力を発生する。前記第２磁気センサは、前記地磁気の方向θが、（−９０°〜９０°）か（９０°〜２７０°）の何れの範囲に属するかを判別する信号、例えば、第２磁気センサＳ2に対する地磁気Ｘ軸方向成分Ｈe・cosθが正の場合は＋１を、負の場合は−１を出力する。
上記第１磁気センサＳ1の出力Ｖ1、第２磁気センサＳ2の判別信号Ｖ2を図示すれば、図の通りである。
【００１９】
本発明に係る地磁気方位の検出方法においては、これらの出力信号Ｖ1，Ｖ2を演算回路Ｂに送入し、第１磁気センサＳ1の出力をＡとすれば、Ｖ2が＋１のときは、θ＝βを、Ｖ2が−１のときは、θ＝１８０°−βを表示させる。
【００２０】
図３は本発明に係る地磁気方位センサの別実施例を示す図面である。
図３において、Ｓ1は第１磁気センサであり、基板等のベースＰ上のＸ軸方向に配向固定してある。Ｓ2は第２磁気センサであり、基板等のベースＰ上のＹ軸方向に配向固定してある。Ｂは演算回路である。
【００２１】
Ｈeは地磁気ベクトルを示し、Ｘ軸プラス方向に対しθの方向であり、前記第１磁気センサＳ1は、地磁気のＸ軸方向成分に比例した出力Ｖ1を発生する。すなわち、Ｖ1＝ＫＨe・cosθの出力を発生する。前記第２磁気センサＳ2は、前記地磁気の方向θが、（０°〜１８０°）か（１８０°〜３６０°）の何れの範囲に属するかを判別する信号、例えば、第２磁気センサＳ2に対する地磁気Ｘ軸方向成分Ｈe・sinθが正の場合は＋１を、負の場合は−１を出力し、これら出力Ｖ1、判別信号Ｖ2を図示すれば、図４の通りである。
【００２２】
本発明に係る地磁気方位の検出方法によれば、これらの出力信号Ｖ1，Ｖ2を演算回路Ｂに送入し、第１磁気センサＳ1の出力をＡとすると、Ｖ２が＋１のときは、θ＝βを、Ｖ２が−１のときは、θ＝３６０°−βを表示させる。
上記第１磁気センサＳ1及び第２磁気センサＳ2には、磁気インピーダンス効果センサを用いている。
【００２３】
この場合、第１磁気センサには、上記した通り、方位θ、強度Ｈeの地磁気に対し、ＫＨe・sinθまたはＫＨe・cosθを高精度で検出できる性能が要求され、このため、外部磁界に対する高検出精度の極性判別可能な直線性を付与してある。また、第２磁気センサにおいては、前記判別信号を発生させるために、外部磁界に対する極性判別が可能であることが要求され、極性判別可能としてある。第２磁気センサには、直線性は要求されず、外部磁界の極性を判別できれば、それ以上の検出精度は必要とされない。
【００２４】
図５は、非対称直線性を付与した磁気インピーダンス効果センサを示している。
図５において、MIは磁気インピーダンス効果エレメントであり、零磁歪乃至は負磁歪のアルモファスワイヤ、アルモファスリボン、スパッタアルモファス膜等を使用できる。１は磁気インピーダンス効果エレメントMIに高周波電流やパルス電流等の励磁電流を通電するための発信回路である。２は検波回路であり、磁気インピーダンス効果エレメントMIに加わる外部磁界のエレメント軸方向成分（以下、外部磁界成分と称する）Ｈeｘによるエレメント両端間のインピーダンス変化に基づく変調波を復調して外部磁界成分信号を出力する。３fは負帰還磁界発生用コイル、３bはバイアス磁界発生用コイルであり、何れのコイル３f，３bとも、発生磁界をエレメントMIの軸方向に作用させるように配設してある。
【００２５】
図６は磁気インピーダンス効果センサの出力特性を示している。
図６の（イ）において、ｈは負帰還及びバイアスをかけないときの出力電圧Ｖ−外部磁界成分Ｈeｘの関係を示し、対称非直線性であり、外部磁界成分Ｈexの極性（±）を判別できない。
そこで、第１磁気インピーダンス効果センサに対し、外部磁界成分の検出巾を±ΔＨeｘとしてバイアス磁界強度Ｈbでバイアスをかけ、更に、負帰還をかけて、図６の（ロ）に示すように、高感度の極性判別可能な直線性を付与してある。この場合、外部磁界線分強度をＨeｘ、負帰還発生用コイルの長さをｌ、巻数をＮ、接地抵抗をＲとすれば、検出出力Ｖは
【数２】
Ｖ＝ＨeｘｌＲ／Ｎ＝ＫＨeｘ                  （２）
で表すことができる。
他方、第２磁気インピーダンス効果センサにおいては、前記した通り、外部磁界成分の極性判別さえ可能であればよく、直線性は必要とされず、負帰還はかけずにバイアスＨbのみをかけて、図６の（ハ）に示すように、極性判別可能としてある。このように、第２磁気インピーダンス効果センサにおいては、極性判別可能であり、外部磁界成分の極性の判別が可能でさえあれば、それ以上の感度が要求されないから、磁気インピーダンス効果エレメントの励磁電流を第２磁気インピーダンス効果センサよりも低くして、電源消費電力の低減を図ることができる。
【００２６】
図１に示すように、上記第１磁気インピーダンス効果センサＳ1をＹ軸方向に配向固定した場合の当該第１磁気センサＳ1の出力Ｖ1を求めると、地磁気Ｈeの方向をＸ軸プラス方向に対し＋θの方向とすれば、地磁気の第１磁気インピーダンス効果センサＳ1のエレメント軸方向成分ＨeｘがＨe・sinθとなり、これを式２に代入し、
【数３】
Ｖ1＝ＫＨe・sinθ                    （３）
が成立する。他方、Ｘ軸方向に配向固定した第２磁気インピーダンス効果センサＳ2には、そのエレメント軸方向に、外部磁界成分としてＨe・cosθが作用するから、図６の（ハ）に示した非対称特性から、θが０°〜９０°、２７０°〜３６０°の範囲に属するときに＋の出力Ｖ2を発生し、θが２７０°〜３６０°の範囲に属するときに−の出力Ｖ2を発生し、それらの出力Ｖ1，Ｖ2は、図２に示したものに同じである。
【００２７】
従って、本発明に係る地磁気方位の検出方法により、これらの出力信号を演算回路に送入し、第１磁気センサの出力をＡとすれば、Ｖ2が＋１のときは、θ＝βを、Ｖ2が−１のときは、θ＝１８０°−βを表示させ得て地磁気方位を認識できる。
【００２８】
また、図３に示すように、上記第１磁気インピーダンス効果センサＳ1をＸ軸方向に配向固定した場合の当該第１磁気センサＳ1の出力Ｖ1を求めると、地磁気Ｈeの方向をＸ軸プラス方向に対し＋θの方向とすれば、地磁気の第１磁気インピーダンス効果センサＳ1のエレメント軸方向成分ＨeｘがＨe・cosθであり、これを式２に代入し、
【数４】
Ｖ１＝ＫＨe・cosθ                    （４）
が成立する。他方、Ｘ軸方向に配向固定した第２磁気インピーダンス効果センサＳ2には、そのエレメント軸方向に、外部磁界成分としてＨe・sinθが作用するから、図６の（ハ）に示した非対称特性から、θが０°〜１８０°の範囲に属するときに＋の出力Ｖ２を発生し、θが１８０°〜３６０°の範囲に属するときに−の出力Ｖ2を発生し、それらの出力Ｖ1，Ｖ2は、図４に示したものに同じである。従って、本発明に係る地磁気方位の検出方法により、これらの出力信号を演算回路に送入し、第１磁気センサの出力をＡとすれば、Ｖ2が＋１のときは、θ＝βを、Ｖ2が−１のときは、θ＝３６０°−βを表示させ得て地磁気方位を認識できる。
【００２９】
磁気インピーダンス効果エレメントの極性判別可能な特性は、エレメント（ワイヤ）にひねりを加えると共に励磁電流に、直流バイアスを重畳した交流またはパルス電流等の非対称電流を用いることにより付与することもできる。すなわち、ひねりにより、エレメントワイヤ表面に、ワイヤ周方向からワイヤ軸方向に傾いた方向に磁化容易性が誘導されると共に磁壁移動の保持力が増加される結果、正極性の外部磁界では、非対称励磁電流による非対称励磁磁界により前記磁化容易方向に磁化ベクトルが回転されてμθが増加され、これに対し、負極性の外部磁界では、磁化ベクトルと非対称励磁磁界とのなす角度が９０°以上になり、前記の増加された保持力のために磁化ベクトルが反転できずに不回転になってμθが低い値にとどめられて出力電圧が一定になる。而して、外部磁界の正負に応じ電圧出力が異なる極性判別可能特性を呈する。従って、前記第２磁気インピーダンス効果センサの極性判別可能化を、バイアス磁界法に代え、エレメントにひねりを加えることにより行なうこともできる。
【００３０】
図２における第２磁気センサの判別信号Ｖ2や図４における第２磁気センサの判別信号Ｖ2から理解できるように、判別信号の変化点近傍で地磁気方位センサが振動されると、判別信号が振動に追従して正負間の間で振れる。その結果、方位表示が不安定になり、方位認識が困難になる。従って、前記判別信号の変化点近傍の所望の範囲（例えば、±５°程度の範囲）では、方位表示させないようにするか、特定の値を表示させとが好ましい。例えば、前記ひねりエレメントの励磁電流を、変化の急峻なパルス電流とし、磁壁移動に対し強力な渦電流制動をかけ、低い外部磁界に対しては、磁化ベクトルを回転させず、前記制動を越える大きな外部磁界で磁化ベクトルを反転させるようにして、所望の外部磁界範囲で二値を出力するヒステリシス特性を付与し、前記判別信号の変化点近傍では、特定の二値をデジタル表示させることができる。
【００３１】
上記した実施例では、第１磁気センサＳ1と第２磁気センサＳ2とのなす角度αを９０°としているが、α≠１８０°であれば、適宜の角度、例えば４５°とすることもできる。
【００３２】
本発明に係る地磁気方位センサは、車の運転席に設置したり、携帯電話に実装し、地図画像上で現在方向を認識して進路を決定するナビゲーションシステムやＣＲＴの地磁気補正等に使用できる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、第１磁気センサと第２磁気センサとを用いて地磁気方位を検出する場合、第２磁気センサの磁気検出精度を低くしても、充分に高精度で地磁気方位を検出でき、第２磁気センサの小型化、簡易化により地磁気方位センサ全体の小型化、簡易化を図ることができる。
特に、磁気インピーダンス効果センサの場合、第２磁気インピーダンス効果センサの励磁電流を低くして電池消費電力を軽減でき、負帰還を省略でき、地磁気方位センサ全体の小型化、簡易化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る地磁気方位センサの一実施例を示す図面である。
【図２】  図１に示す実施例の第１磁気センサ出力及び第２磁気センサ判別信号を示す図面である。
【図３】  本発明に係る地磁気方位センサの別実施例を示す図面である。
【図４】  図３に示す実施例の第１磁気センサ出力及び第２磁気センサ判別信号を示す図面である。
【図５】  本発明において使用する第１磁気インピーダンス効果センサを示す図面である。
【図６】  本発明において使用する第１磁気インピーダンス効果センサ及び第２磁気インピーダンス効果センサの出力特性を示す図面である。
【図７】  従来のフラックスゲート型地磁気方位センサを示す図面である。
【図８】  図７に示すフラックスゲート型地磁気方位センサのＸ軸検出出力及びＹ軸検出出力特性を示す図面である。
【図９】  磁気インピーダンス効果センサを用いた従来の地磁気方位センサを示す図面である。
【図１０】  図９に示す地磁気方位センサの方位検出方法を示す図面である。
【符号の説明】
Ｓ1                 第１磁気センサ
Ｓ2                 第２磁気センサ
Ｂ                  演算回路
Ｈe                 地磁気
θ                  地磁気方位
MI                  磁気インピーダンスエレメント
１                  励磁電流源
２                  検波回路
３b                 バイアス磁界発生用コイル
３f                 負帰還磁界発生用コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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