(57)【要約】【課題】  特に、磁石と磁気抵抗効果素子を有する非接触式の磁気センサとを備え回転方向を検知できる回転検出装置を提供することを目的としている。  【解決手段】  基準状態では、固定部側である磁気センサ１３は回動部１０の回動中心から重力方向上に配置され、回動部１０に支持された磁石１１，１２は、回動中心から磁気センサ１３の左右両側に離れた位置に配置されている。基準状態から時計方向あるいは反時計方向の回転に伴って回動部１０が重力方向に向けて回動して重力方向に一定の姿勢を保つ。このとき、磁気センサ１３の磁石１１，１２との相対位置が近づくことで磁気センサ１３が磁石から外部磁界を受けて磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が変化し、この電気抵抗変化に基づく磁気センサ１３からの出力により回転方向を知ることができる。【選択図】図２
2009258042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石と、外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を備えた非接触式の磁気センサとを有し、前記磁石と前記磁気センサのうち一方が回動部に支持され、他方が固定部に支持された回転検出装置において、
前記磁石は少なくとも２個、前記磁気センサは１個用いられ、前記回動部は、重力方向に向けて回動可能に支持されており、
基準状態では、前記磁気センサは前記回動部の回動中心から重力方向上に配置され、前記磁石は、前記回動中心から前記磁気センサの左右両側に離れた位置に配置されており、
前記基準状態から時計方向あるいは反時計方向の回転に伴って前記回動部が重力方向に向けて回動して重力方向に一定の姿勢を保ち、このとき、前記磁気センサの前記磁石との相対位置が近づくことで前記磁気センサが前記磁石から外部磁界を受けて前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が変化し、この電気抵抗変化に基づく前記磁気センサからの出力により回転方向を知ることができることを特徴とする回転検出装置。
【請求項２】
前記磁気抵抗効果素子は、固定磁性層と前記固定磁性層に非磁性層を介して積層されたフリー磁性層とを有し、前記固定磁性層の磁化は一方向に固定されており、
前記基準状態では、一方の磁石は、前記磁気センサとの相対位置が近づいたときに前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の固定磁化方向と平行な外部磁界が作用するように、他方の磁石は、前記磁気センサとの相対位置が近づいたときに前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の固定磁化方向と反平行な外部磁界が作用するように、各磁石が着磁されている請求項１記載の回転検出装置。
【請求項３】
前記磁気センサには、ある一方向の外部磁界に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した第１磁気抵抗効果素子と、前記一方向とは逆方向の外部磁界に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した第２磁気抵抗効果素子と、第１出力端子と、第２出力端子とを有し、
前記第１磁気抵抗効果素子の電気抵抗変化に基づく信号が前記第１出力端子から出力され、前記第２磁気抵抗効果素子の電気抵抗変化に基づく信号が前記第２出力端子から出力される請求項１又は２に記載の回転検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石と磁気抵抗効果素子を有する非接触式の磁気センサとを備え回転方向を検知できる回転検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話で例えば電子メールやインターネットを使用するとき、使用者の視線が携帯電話の画面表示部にほぼ直交するように、通常、携帯電話を立てた状態で使用する。ここで携帯電話を立てた状態を基準状態と称する。
【０００３】
またこの基準状態から携帯電話自体を回転させて横方向に９０度傾けた状態で携帯電話に内蔵されたカメラを使用したり、あるいはテレビを見る使用用途がある。このとき、携帯電話を基準状態から時計方向あるいは反時計方向に回転させて９０度傾けたときに、画面表示が使用者の視線に対して常に同じ向きを維持するようにするには携帯電話の回転方向を知る必要性がある。
【０００４】
特許文献１に記載された発明では、撮像鉛直方向検出部が携帯電話内に内蔵されている。しかし撮像鉛直方向検出部は、例えば特許文献１の［００３７］欄に記載されているようにガラスなどで構成された筐体と、この筐体内に内包された水銀と、電極対等を備えるものであり、安価で小型の非接触式の回転検出装置を得ることが出来ない。また水銀を使用することで安全性を保つことができず、さらに高精度な回転検出を行うことが出来ないといった問題があった。
【０００５】
また特許文献２に記載された発明には、［００４３］欄に記載されているように円筒状のケース内に移動自在の球体を封入して、重力による球体の移動を接片等で信号として取り出す傾斜センサが開示されている。しかしながら接触式の傾斜センサであるため信頼性に乏しい。
【０００６】
また特許文献３に記載された発明では、ホール素子と磁石を用いた傾斜センサが開示されている。特許文献３の［００２９］欄に記載されているように、磁石を備える回動体には欠損部が設けられ、［００３２］欄に記載されているように、ホール素子にて欠損部を検知することで、車体が所定角度以上傾斜したことを検知できるとしている。しかしながら特許文献３に記載された発明では、時計方向あるいは反時計方向のどちらに車体が傾いたのかまで検知していない。またホール素子を備えた磁気センサを用いて回転方向を検知するには複数の磁気センサが必要になると考えられる。
【特許文献１】特開２００１−５４０８４号公報
【特許文献２】特開２００６−２４３６２１号公報
【特許文献３】特開２００７−１１８８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するものであり、特に、磁石と磁気抵抗効果素子を有する非接触式の磁気センサとを備え回転方向を検知できる回転検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、磁石と、外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を備えた非接触式の磁気センサとを有し、前記磁石と前記磁気センサのうち一方が回動部に支持され、他方が固定部に支持された回転検出装置において、
前記磁石は少なくとも２個、前記磁気センサは１個用いられ、前記回動部は、重力方向に向けて回動可能に支持されており、
基準状態では、前記磁気センサは前記回動部の回動中心から重力方向上に配置され、前記磁石は、前記回動中心から前記磁気センサの左右両側に離れた位置に配置されており、
前記基準状態から時計方向あるいは反時計方向の回転に伴って前記回動部が重力方向に向けて回動して重力方向に一定の姿勢を保ち、このとき、前記磁気センサの前記磁石との相対位置が近づくことで前記磁気センサが前記磁石から外部磁界を受けて前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が変化し、この電気抵抗変化に基づく前記磁気センサからの出力により回転方向を知ることができることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明によれば、複数の磁石と磁気抵抗効果素子を有する非接触式の１個の磁気センサを備えており、基準状態から時計方向あるいは反時計方向に回転したときに、回動部の回動により磁気センサと磁石との相対位置が近づき、これにより、磁気センサが磁石から外部磁界を受けて前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が変化する。そしてこの電気抵抗変化に基づく磁気センサからの出力により回転方向を検知することができる。
【００１０】
本発明では、前記磁気抵抗効果素子は、固定磁性層と前記固定磁性層に非磁性層を介して積層されたフリー磁性層とを有し、前記固定磁性層の磁化は一方向に固定されており、
前記基準状態では、一方の磁石は、前記磁気センサとの相対位置が近づいたときに前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の固定磁化方向と平行な外部磁界が作用するように、他方の磁石は、前記磁気センサとの相対位置が近づいたときに前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の固定磁化方向と反平行な外部磁界が作用するように、各磁石が着磁されていることが好ましい。
これにより簡単な構成で、適切に回転方向を知ることができる。
【００１１】
本発明では、前記磁気センサには、ある一方向の外部磁界に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した第１磁気抵抗効果素子と、前記一方向とは逆方向の外部磁界に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した第２磁気抵抗効果素子と、第１出力端子と、第２出力端子とを有し、
前記第１磁気抵抗効果素子の電気抵抗変化に基づく信号が前記第１出力端子から出力され、前記第２磁気抵抗効果素子の電気抵抗変化に基づく信号が前記第２出力端子から出力されることが好ましい。
【００１２】
上記により双極検知可能で２出力の磁気センサを得ることができる。そしてこの磁気センサを用いることで磁気センサを１個用いるだけで、回転方向を検知することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の回転検出装置によれば、磁石と磁気抵抗効果素子を有する非接触式の磁気センサとを備え回転方向を検知できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、携帯電話の正面図、図２は、本実施形態における回転検出装置の回転方向検知の原理図、図３は図２とは別の実施形態を示す回転検出装置の概念図（正面図）、図４は、本実施形態における回転検出装置の側面図、図５は、図４とは異なる本実施形態における回転検出装置の側面図、図６、図７は本実施形態の磁気センサの回路図、図８は、第１磁気抵抗効果素子のヒステリシス特性を説明するためのグラフ（Ｒ−Ｈ曲線）、図９は第２磁気抵抗効果素子のヒステリシス特性を説明するためのグラフ（Ｒ−Ｈ曲線）、図１０は、第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子の層構造を示す部分断面図、図１１は、主に固定抵抗素子の層構造を説明するための部分断面図、である。
【００１５】
図中のＸ１−Ｘ２方向、Ｙ１−Ｙ２方向、Ｚ１−Ｚ２方向は、互いに直交する関係となっている。
【００１６】
図１（ａ）には折畳み式の携帯電話１を開いた状態を示している。図１（ａ）に示すように例えば携帯電話１は第１筐体２と第２筐体３とがヒンジ部４を介して連結された構成である。第１筐体２には画面表示部５やスピーカ８が設けられる。また第２筐体３には各種の操作釦６やマイク７が設けられる。
【００１７】
図１に示すＺ１方向は重力方向である。よって図１（ａ）は、携帯電話１を地表に対してほぼ直交方向に立てた状態を示している。ここで図１（ａ）の状態を「基準状態」とする。
【００１８】
今、図１（ａ）のように基準状態では、画面表示部５に花の絵が表示されているとする。図１（ｂ）に示すように、基準状態から携帯電話１を時計方向（ＣＷ方向）に９０度回転させたとき、基準状態で表示されていた花の絵が９０度反時計方向（ＣＣＷ方向）に回転し、また図１（ｃ）に示すように、基準状態から携帯電話１を反時計方向（ＣＣＷ方向）に９０度回転させたとき、基準状態で表示されていた花の絵が９０度時計方向（ＣＷ方向）に回転して、花の絵の向きが常に使用者の視線に対して一定となるように維持されている。
【００１９】
本実施形態では、図１（ａ）の基準状態から携帯電話１を時計方向あるいは反時計方向に回転させたときにその回転方向を検知するための回転検出装置９が携帯電話１に内蔵されている。回転検出装置９は例えば画面表示部５がある第１筐体２に内蔵される。
【００２０】
図２（ａ）は図１（ａ）の基準状態、図２（ｂ）は図１（ｂ）に示すように携帯電話１を時計方向に９０度回転させたときの状態、図２（ｃ）は図１（ｃ）に示すように携帯電話１を反時計方向に９０度回転させたときの状態を示す回転検出装置９の概念図（正面図）である。図２（ａ）に示すように回転検出装置９は一対の磁石１１，１２と１個の磁気センサ１３を備える。図２（ａ）に示すように磁石１１，１２は略半円状に形成された回動部１０のＸ１−Ｘ２方向の両側に固定支持されている。回動部１０は、回動軸１４を中心として回動自在に支持されている。図２（ａ）の状態で回動部１０は重力方向に釣り合っている。磁石１１、１２は、図１（ａ）の基準状態にて回動軸１４のＸ１−Ｘ２方向の左右両側に等間隔離れた位置に配置されている。回動部１０の形状は限定されるものではない。回動部１０を円形状や扇形等とすることが可能である。また図２（ａ）に示す回動軸１４から重力方向Ａ上に錘（図示しない）を設置して、重力によって常に錘が回動軸１４の真下に位置するようにすると、回動部１０の姿勢の安定性をより効果的に向上できる。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、磁気センサ１３は回動部１０の回動中心から重力方向Ａ上に離れた位置であって且つ回動部１０の表面からＹ方向に離れた位置に設けられる。磁気センサ１３は回動部１０と別に設けられた固定部側に設置される。図２（ａ）に示す基準状態の正面図において、回動軸１４から磁気センサ１３までの直線距離と、回動軸１４から各磁石１１，１２までの直線距離はほぼ同じである。
【００２２】
図１（ａ）の基準状態から図１（ｂ）に示すように携帯電話１を時計方向に９０度回転させると、回動部１０は回動軸１４を回動中心として反時計方向に９０度回動する。このため、携帯電話１を時計方向に９０度回転させた図２（ｂ）での回動部１０は、基準状態である図２（ａ）と同じように、重力方向に一定の姿勢を保つ。
【００２３】
また、図１（ａ）の基準状態から図１（ｃ）に示すように携帯電話１を反時計方向に９０度回転させると、回動部１０は回動軸１４を回動中心として時計方向に９０度回動する。このため、携帯電話１を反時計方向に９０度回転させた図２（ｃ）での回動部１０は、基準状態である図２（ａ）と同じように、重力方向に一定の姿勢を保つ。
【００２４】
一方、磁気センサ１３は、固定部側であるため、携帯電話１を時計方向に９０度回転させれば、携帯電話と共に図２（ｂ）に示すように基準状態から時計方向に９０度回転した状態になり、携帯電話１を反時計方向に９０度回転させれば、携帯電話と共に図２（ｃ）に示すように基準状態から反時計方向に９０度回転した状態になる。
【００２５】
図２（ｂ）のように携帯電話１を時計方向に９０度回転させた状態では、磁気センサ１３は磁石１２の上方に対向する位置関係となり、図２（ｃ）のように携帯電話１を反時計方向に９０度回転させた状態では、磁気センサ１３は磁石１１の上方に対向する位置関係となる。
【００２６】
これにより、図２（ｂ）及び図２（ｃ）の各状態では、磁気センサ１３に対して各磁石１１，１２から外部磁界が作用する。後述するように磁気センサ１３には、外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子が備えられている。よって外部磁界を受けて磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が変動し、この電気抵抗変化に基づく出力によって回転方向を知ることが可能である。そして、回転方向の検知信号が回転検出装置９から携帯電話１内に設けられた制御回路内へ送信され、制御回路では、画面表示部５に表示されている画像が常に使用者の視線に対して同じ向きとなるように、検知信号に基づいて画像を時計方向あるいは反時計方向に回転させる画像回転手段を備える。
【００２７】
次に磁気センサ１３の回路構成について図６を用いて説明する。
本実施形態の磁気センサ１３は、センサ部２１と集積回路（ＩＣ）２２とを有して構成される。
【００２８】
センサ部２１には、第１磁気抵抗効果素子２３と固定抵抗素子２４とが第１出力取り出し部（接続部）２５を介して直列接続された第１直列回路２６、及び、第２磁気抵抗効果素子２７と固定抵抗素子２８とが第３出力取り出し部（接続部）２９を介して直列接続された第３直列回路３０が設けられている。
【００２９】
また、集積回路２２内には、固定抵抗素子３１と固定抵抗素子３２が第２出力取り出し部３３を介して直列接続された第２直列回路３４が設けられる。
【００３０】
第２直列回路３４は、共通回路として第１直列回路２６及び第３直列回路３０と夫々ブリッジ回路を構成している。以下では第１直列回路２６と第２直列回路３４とが並列接続されてなるブリッジ回路を第１ブリッジ回路ＢＣ１と、第３直列回路３０と第２直列回路３４とが並列接続されてなるブリッジ回路を第２ブリッジ回路ＢＣ２と称する。
【００３１】
図６に示すように集積回路２２には入力端子（電源）３９、アース端子４２及び２つの外部出力端子４０，４１が設けられている。入力端子３９、アース端子４２及び外部出力端子４０，４１は夫々図示しない携帯電話１の制御回路側の端子部とワイヤボンディングやダイボンディング等で電気的に接続されている。
【００３２】
入力端子３９に接続された信号ライン５０及びアース端子４２に接続された信号ライン５１は、第１直列回路２６，第３直列回路３０及び第２直列回路３４の両側端部に設けられた電極の夫々に接続されている。
【００３３】
図６に示すように集積回路２２内には、１つの差動増幅器３５が設けられ、差動増幅器３５の＋入力部、−入力部のどちらかに、第２直列回路３４の第２出力取り出し部３３が接続されている。
【００３４】
第１直列回路２６の第１出力取り出し部２５及び第３直列回路３０の第３出力取り出し部２９は夫々第１スイッチ回路（第１接続切換部）３６の入力部に接続され、第１スイッチ回路３６の出力部は差動増幅器３５の−入力部、＋入力部のどちらか（第２出力取り出し部３３が接続されていない側の入力部）に接続されている。
【００３５】
図６に示すように、差動増幅器３５の出力部はシュミットトリガー型のコンパレータ３８に接続され、さらにコンパレータ３８の出力部は第２のスイッチ回路（第２接続切換部）４３の入力部に接続され、さらに第２スイッチ回路４３の出力部側は２つのラッチ回路４６，４７及びＦＥＴ回路５４、５５を経て第１外部出力端子４０及び第２外部出力端子４１に夫々接続される。なおＦＥＴ回路５４，５５は論理回路を構成している。
【００３６】
さらに図６に示すように、集積回路２２内には第３スイッチ回路４８が設けれている。第３スイッチ回路４８の出力部は、アース端子４２に接続された信号ライン５１に接続され、第３スイッチ回路４８の入力部には、第１直列回路２６及び第３直列回路３０の一端部が接続されている。
【００３７】
さらに図６に示すように、集積回路２２内には、インターバルスイッチ回路５２及びクロック回路５３が設けられている。インターバルスイッチ回路５２のスイッチがオフされると集積回路２２内への通電が停止するようになっている。インターバルスイッチ回路５２のスイッチのオン・オフは、クロック回路５３からのクロック信号に連動しており、インターバルスイッチ回路５２は通電状態を間欠的に行う節電機能を有している。
【００３８】
クロック回路５３からのクロック信号は、第１スイッチ回路３６、第２スイッチ回路４３、及び第３スイッチ回路４８にも出力される。第１スイッチ回路３６、第２スイッチ回路４３、及び第３スイッチ回路４８ではクロック信号を受けると、そのクロック信号を分割し、非常に短い周期でスイッチ動作を行うように制御されている。例えば１パルスのクロック信号が数十ｍｓｅｃであるとき、数十μｍｓｅｃ毎にスイッチ動作を行う。
【００３９】
第１磁気抵抗効果素子２３はある一方向の外部磁界（＋Ｈ）の強度変化に基づいて磁気抵抗効果を発揮する磁気抵抗効果素子であり、一方、第２磁気抵抗効果素子２７は、（＋Ｈ）方向は反対方向である外部磁界（−Ｈ）の磁界強度変化に基づいて磁気抵抗効果を発揮する磁気抵抗効果素子である。
【００４０】
第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７の層構造及びヒステリシス特性について以下で詳しく説明する。
【００４１】
図１０に示すように、第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２は共に、下から下地層６０，シード層６１、反強磁性層６２、固定磁性層６３、非磁性中間層６４、フリー磁性層６５，６７（第２磁気抵抗効果素子２７のフリー磁性層を符号６７とした）、及び保護層６６の順で積層されている。下地層６０は、例えば、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成される。シード層６１は、ＮｉＦｅＣｒあるいはＣｒ等で形成される。反強磁性層６２は、元素α（ただしαは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料、又は、元素αと元素α′（ただし元素α′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成される。例えば反強磁性層６２は、ＩｒＭｎやＰｔＭｎで形成される。固定磁性層６３及びフリー磁性層６５，６７はＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金等の磁性材料で形成される。また非磁性中間層６４はＣｕ等で形成される。また保護層６６はＴａ等で形成される。固定磁性層６３やフリー磁性層６５，６７は積層フェリ構造（磁性層／非磁性層／磁性層の積層構造であり、非磁性層を挟んだ２つの磁性層の磁化方向が反平行である構造）であってもよい。また固定磁性層６３やフリー磁性層６５，６７は材質の異なる複数の磁性層の積層構造であってもよい。
【００４２】
第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７では、反強磁性層６２と固定磁性層６３とが接して形成されているため磁場中熱処理を施すことにより反強磁性層６２と固定磁性層６３との界面に交換結合磁界（Ｈｅｘ）が生じ、固定磁性層６３の磁化方向は一方向に固定される。図１０では、固定磁性層６３の固定磁化方向６３ａを矢印方向で示している。第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７において固定磁性層６３の固定磁化方向６３ａは共に同じ方向である。図１０は、図２（ａ）に示す基準状態での磁気抵抗効果素子２３，２７を示し、例えば、磁気抵抗効果素子２３，２７の固定磁性層６３の固定磁化方向６３ａは共にＸ１方向を向いている。
【００４３】
一方、フリー磁性層６５，６７の磁化方向は、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７とで異なっている。図１０に示すように第１磁気抵抗効果素子２３ではフリー磁性層６５の磁化方向６５ａが図示Ｘ１方向であり、固定磁性層６３の固定磁化方向６３ａと同じ方向であるが、第２磁気抵抗効果素子２７ではフリー磁性層６７の磁化方向６７ａが図示Ｘ２方向であり、固定磁性層６３の固定磁化方向６３ａと反平行である。
【００４４】
図８は第１磁気抵抗効果素子２３のヒステリシス特性を示すＲ−Ｈ曲線である。なお図のグラフでは縦軸が抵抗値Ｒであるが、抵抗変化率（％）であってもよい。図８に示すように、外部磁界が無磁場状態（ゼロ）から徐々に（＋Ｈ）方向（図１０においてはＸ２方向）に増加していくと、フリー磁性層６５の磁化方向６５ａと固定磁性層６３の固定磁化方向６３ａとの平行状態が崩れて反平行状態に近づくため第１磁気抵抗効果素子２３の抵抗値Ｒは、曲線ＨＲ１上を辿って徐々に大きくなり、（＋Ｈ）方向の外部磁界を徐々にゼロに向けて小さくしていくと、第１磁気抵抗効果素子２３の抵抗値Ｒは、曲線ＨＲ２上を辿って徐々に小さくなる。
【００４５】
このように、第１磁気抵抗効果素子２３には（＋Ｈ）方向の外部磁界の磁界強度変化に対して、曲線ＨＲ１と曲線ＨＲ２で囲まれたヒステリシスループＨＲが形成される。第１磁気抵抗効果素子２３の最大抵抗値と最低抵抗値の中間値であって、ヒステリシスループＨＲの広がり幅の中心値がヒステリシスループＨＲの「中点」である。そしてヒステリシスループＨＲの中点から外部磁界Ｈ＝０（Ｏｅ）のラインまでの磁界の強さで第１の層間結合磁界Ｈｉｎ１の大きさが決定される。図８に示すように第１磁気抵抗効果素子２３では、第１の層間結合磁界Ｈｉｎ１が（＋Ｈ）の磁界方向へシフトしている。
【００４６】
一方、（−Ｈ）方向の外部磁界（図１０においてはＸ１方向）が及ぼされると、第１磁気抵抗効果素子２３のフリー磁性層６５の磁化方向６５ａは変動しないが、第２磁気抵抗効果素子２７のフリー磁性層６７の磁化６７ａは変動して第２磁気抵抗効果素子２７の抵抗値が変動する。
【００４７】
図９は第２磁気抵抗効果素子２７のヒステリシス特性を示すＲ−Ｈ曲線である。図９に示すように、外部磁界が無磁場状態（ゼロ）から徐々に負方向に増加していくと、フリー磁性層６７の磁化６７ａと固定磁性層６３の固定磁化方向６３ａとの反平行状態が崩れて平行状態に近づくため、第２磁気抵抗効果素子２７の抵抗値Ｒは、曲線ＨＲ３上を辿って徐々に小さくなり、一方、（−Ｈ）方向の外部磁界を徐々にゼロに向けて変化させると、第２磁気抵抗効果素子２７の抵抗値Ｒは、曲線ＨＲ４上を辿って徐々に大きくなる。
【００４８】
このように、第２磁気抵抗効果素子２７には（−Ｈ）方向の外部磁界の磁界強度変化に対して、曲線ＨＲ３と曲線ＨＲ４で囲まれたヒステリシスループＨＲが形成される。第２磁気抵抗効果素子２７の最大抵抗値と最低抵抗値の中間値であって、ヒステリシスループＨＲの広がり幅の中心値がヒステリシスループＨＲの「中点」である。そしてヒステリシスループＨＲの中点から外部磁界Ｈ＝０（Ｏｅ）のラインまでの磁界の強さで第２の層間結合磁界Ｈｉｎ２の大きさが決定される。図９に示すように第２磁気抵抗効果素子２７では、第２の層間結合磁界Ｈｉｎ２が（−Ｈ）磁界方向へシフトしている。
【００４９】
このように本実施形態では、第１磁気抵抗効果素子２３の第１の層間結合磁界Ｈｉｎ１は、（＋Ｈ）磁界方向にシフトし、一方、第２磁気抵抗効果素子２７の第２の層間結合磁界Ｈｉｎ２は、（−Ｈ）磁界方向にシフトしている。
【００５０】
図８、図９で説明した互いに逆符号の層間結合磁界Ｈｉｎ１，Ｈｉｎ２を得るには、例えば、非磁性中間層６４の表面に対するプラズマトリートメント（ＰＴ）の際の、ガス流量（ガス圧）や電力値を適切に調整すればよい。ガス流量（ガス圧）の大きさ、及び電力値の大きさに応じて、層間結合磁界Ｈｉｎが変化することがわかっている。ガス流量（ガス圧）や電力値を大きくするほど層間結合磁界Ｈｉｎを正値から負値へ変化させることができる。また、層間結合磁界Ｈｉｎの大きさは非磁性中間層６４の膜厚でも変化する。あるいは、層間結合磁界Ｈｉｎの大きさは、下から、反強磁性層／固定磁性層／非磁性中間層／フリー磁性層の順に積層されている場合に、反強磁性層の膜厚を変えることでも調整できる。
【００５１】
第１磁気抵抗効果素子２３では第１の層間結合磁界Ｈｉｎ１が（＋Ｈ）値であり、かかる場合には固定磁性層６３とフリー磁性層６５間には互いの磁化を平行にしようとする相互作用が働く。また、第２磁気抵抗効果素子２７では第２の層間結合磁界Ｈｉｎ２が（−Ｈ）値であり、かかる場合には固定磁性層６３とフリー磁性層６７間には互いの磁化を反平行にしようとする相互作用が働く。そして、各磁気抵抗効果素子２３，２７の反強磁性層６２と固定磁性層６３との間に同一方向の交換結合磁界（Ｈｅｘ）を磁場中熱処理にて生じさせることで、各磁気抵抗効果素子２３，２７の固定磁性層６３の固定磁化方向６３ａを同一方向に固定でき、また固定磁性層６３とフリー磁性層６５，６７との間には上記した相互作用が働いて、図１０の磁化状態となる。
【００５２】
上記した第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７は巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用したものであったが、ＧＭＲ素子以外に、非磁性中間層６４が絶縁材料で形成されたトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）を利用したＴＭＲ素子であってもよい。
【００５３】
一方、第１磁気抵抗効果素子２３に直列接続される固定抵抗素子２４は、例えば、第１磁気抵抗効果素子２３と積層順が異なるだけで、第１磁気抵抗効果素子２３と同じ材料層で形成される。すなわち図１１に示すように、固定抵抗素子２４は下から下地層６０、シード層６１、反強磁性層６２、第１磁性層６３、第２磁性層６５、非磁性中間層６４、及び保護層６６の順に積層される。第１磁性層６３が、第１磁気抵抗効果素子２３を構成する固定磁性層６３に該当し、第２磁性層６５が第１磁気抵抗効果素子２３を構成するフリー磁性層６５に該当している。図１１に示すように、固定抵抗素子２４では、反強磁性層６２上に第１磁性層６３及び第２磁性層６５が連続して積層されて第１磁性層６３及び第２磁性層６５の磁化は共に、反強磁性層６２との間で生じる交換結合磁界（Ｈｅｘ）により固定されており、第２磁性層６５は第１磁気抵抗効果素子２３のフリー磁性層６５のように外部磁界に対して磁化変動しない。
【００５４】
図１１に示すように、固定抵抗素子２４の各層を、第１磁気抵抗効果素子２３に対応する各層と同じ材料で構成することで、第１磁気抵抗効果素子２３と固定抵抗素子２４の素子抵抗をほぼ同じにでき、無磁場状態での第１出力取り出し部２５の電位を中点電位に適切に制御出来る。また第１磁気抵抗効果素子２３の温度係数（ＴＣＲ）と、固定抵抗素子２４の温度係数とのばらつきを抑制でき、この結果、温度変化に対しても中点電位のばらつきを抑制でき、動作安定性を向上させることが出来る。なお材料のみならず第１の磁気抵抗効果素子２３と対応する各層の膜厚も第１の磁気抵抗効果素子２３の各層と等しいとさらに好ましい。
【００５５】
また図示しないが上記と同じように、第２磁気抵抗効果素子２７と直列接続された固定抵抗素子２８は、第２磁気抵抗効果素子２７と積層順が異なるだけで、第２磁気抵抗効果素子２７と同じ材料層で形成される。
【００５６】
一方、第２直列回路３４を構成する抵抗素子は、固定抵抗素子のみで構成され、磁気抵抗効果素子を含まないので、集積回路２２内に組み込まれた固定抵抗素子３１，３２を、磁気抵抗効果素子と同じ材料層で形成する必要がない。
【００５７】
すなわち、固定抵抗素子３１，３２は、互いに同じ材料層で形成した素子抵抗がほぼ同じ固定抵抗素子であれば、特に層構造は限定されない。例えば固定抵抗素子３１，３２を、シート抵抗の非常に高いシリコン（Ｓｉ）にて形成することが出来る。固定抵抗素子３１，３２の素子抵抗を数十ｋΩ程度にまで大きくできる。
【００５８】
次に、外部磁界の検出原理について説明する。
まずは、本実施形態の磁気センサ１３に外部磁界が作用していない場合について説明する。図２（ａ）に示す基準状態がこの場合に該当する。かかる場合、第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７の抵抗値は共に変化しない。クロック回路５３からのクロック信号を第１スイッチ回路３６、第２スイッチ回路４３及び第３スイッチ回路４８の夫々が受けると、図６に示すように、第１スイッチ回路３６が第１直列回路２６の第１出力取り出し部２５と差動増幅器３５間を接続、第２スイッチ回路４３がコンパレータ３８と第１外部出力端子４０間を接続、及び、第３スイッチ回路４８が第１直列回路２６とアース端子４２間を接続する（＋Ｈ）方向の外部磁界検出回路状態と、図７のように、第１スイッチ回路３６が第３直列回路３０の第３出力取り出し部２９と差動増幅器３５間を接続、第２スイッチ回路４３がコンパレータ３８と第２外部出力端子４１間を接続、及び、第３スイッチ回路４８が第３直列回路３０とアース端子４２間を接続する（−Ｈ）方向の外部磁界検出回路状態とに、数十μｓｅｃごとに切り換わる。
【００５９】
外部磁界が及んでいなければ、図６の（＋Ｈ）方向の外部磁界検出回路状態では、第１ブリッジ回路ＢＣ１の第１出力取り出し部２５と第２出力取り出し部３３間の差動電位、及び図７の（−Ｈ）方向の外部磁界検出回路状態では、第２ブリッジ回路ＢＣ２の第３出力取り出し部２９と第２出力取り出し部３３間の差動電位が、共にほぼ同じであり、差動増幅器３５から、差動電位がコンパレータ３８に向けて出力されると、コンパレータ３８では、シュミットトリガー入力により、例えば高レベル信号が、ラッチ回路４６，４７、ＦＥＴ回路５４を経て第１外部出力端子４０及び第２外部出力端子４１から出力されるように制御されている。
【００６０】
次に、図１（ａ）の基準状態から携帯電話１を図１（ｂ）のように時計方向に回転させると、回転検出装置９は、図２（ａ）の基準状態から図２（ｂ）の９０度時計方向に回転した状態に移行する。既に説明したように、回転検出装置９を構成する回動部１０は回動軸１４を回動中心として反時計方向に９０度回動して、重力方向に対して常に一定の姿勢を保つ。一方、固定部側である磁気センサ１３は、携帯電話１と共に、９０度時計方向に回転するので、回動軸１４に対して図示左側に位置する磁石１２に相対的に近づく。このとき、磁気センサ１３を構成する第１磁気抵抗効果素子２３の固定磁性層６３の固定磁化方向６３ａに対して反平行となる外部磁界（＋Ｈ）が作用する。よって第１磁気抵抗効果素子２３の抵抗値が変動し、第１直列回路２６の第１出力取り出し部２５での電位が中点電位から変動する。
【００６１】
今、図６に示す（＋Ｈ）方向の外部磁界検出回路状態では、第２直列回路３４の第２出力取り出し部３３の中点電位を基準電位とし、第１直列回路２６と第２直列回路３４とで構成される第１ブリッジ回路ＢＣ１の第１出力取り出し部２５と第２出力取り出し部３３との差動電位を、差動増幅器３５にて生成し、コンパレータ３８に向けて出力する。コンパレータ３８では、差動電位を、シュミットトリガー入力によりパルス波形の信号に整形し、整形された検出信号がラッチ回路４６及びＦＥＴ回路５４を経て第１外部出力端子４０から出力される。このとき、（＋Ｈ）方向の外部磁界が所定以上の大きさであると検出信号は、第１外部出力端子４０から低レベル信号として出力されるように制御されている。
【００６２】
一方、（＋Ｈ）方向の外部磁界が作用している場合に図７の（−Ｈ）方向の外部磁界検出回路状態に切り換わっても、第２磁気抵抗効果素子２７は抵抗変化しないから、外部磁界が作用していない場合と同様に、第２外部出力端子４１からは高レベル信号が出力されるように制御される。
【００６３】
このように、第１外部出力端子４０では、ある一定上の（＋Ｈ）方向の外部磁界が作用すると、高レベル信号から低レベル信号に信号レベルが変化するため、第１外部出力端子４０から低レベル信号を得ることで、携帯電話１が図１（ａ）に示す基準状態から図１（ｂ）の時計方向に回転したことを知ることができる。
【００６４】
次に、図１（ａ）の基準状態から携帯電話１を図１（ｃ）のように反時計方向に回転させると、回転検出装置９は、図２（ａ）の基準状態から図２（ｃ）の９０度反時計方向に回転した状態に移行する。既に説明したように、回転検出装置９を構成する回動部１０は回動軸１４を回動中心として時計方向に９０度回動して、重力方向に対して常に一定の姿勢を保つ。一方、固定部側である磁気センサ１３は、携帯電話１と共に、９０度反時計方向に回転するので、回動軸１４に対して図示右側に位置する磁石１２に相対的に近づく。このとき、磁気センサ１３を構成する第２磁気抵抗効果素子２７の固定磁性層６３の固定磁化方向６３ａに対して平行となる外部磁界（−Ｈ）が作用する。よって第２磁気抵抗効果素子２７の抵抗値が変動し、第３直列回路３０の第３出力取り出し部２９での電位が中点電位から変動する。
【００６５】
今、図７に示す（−Ｈ）方向の外部磁界検出回路状態では、第２直列回路３４の第２出力取り出し部３３の中点電位を基準電位とし、第３直列回路３０と第２直列回路３４とで構成される第２ブリッジ回路ＢＣ２の第３出力取り出し部２９と第２出力取り出し部３３間の差動電位を差動増幅器３５で生成し、それをコンパレータ３８に向けて出力する。コンパレータ３８では、差動電位を、シュミットトリガー入力によりパルス波形の信号に整形し、整形された検出信号が、ラッチ回路４６及びＦＥＴ回路５４を経て第２外部出力端子４１から出力される。このとき、（−Ｈ）方向の外部磁界が所定以上の大きさであると検出信号は、第２外部出力端子４１から低レベル信号として出力されるように制御される。
【００６６】
一方、（−Ｈ）方向の外部磁界（−Ｈ）が作用している場合に図６の（＋Ｈ）方向の外部磁界検出回路状態に切り換わっても、第１磁気抵抗効果素子２３は抵抗変化しないから、外部磁界が作用していない場合と同様に、第１外部出力端子４０からは高レベル信号が出力されるように制御される。
【００６７】
このように、第２外部出力端子４１では、ある一定以上の（−Ｈ）方向の外部磁界が作用すると、高レベル信号から低レベル信号に信号レベルが変化するため、第２外部出力端子４１から低レベル信号を得ることで、携帯電話１が図１（ａ）に示す基準状態から図１（ｃ）の反時計方向に回転したことを知ることができる。
【００６８】
図３は、図２（ａ）と同じ基準状態の回転検出装置９の正面図である。図３に示す実施形態では、回動部１０の左右両側に磁石７０，７１と補助磁石７２，７３とが設けられている。図３に示すように磁石７０，７１は、重力方向に対して回動中心から所定の角度θ１離れた位置に配置されている。角度θ１は９０度より小さい。図３に示すように回動軸１４のほぼ左右両側に補助磁石７２，７３が設けられる。補助磁石７２，７３を設けることで、磁石７０，７１から補助磁石７２，７３までの長い空間内に外部磁界Ｈを作用させることができる。
【００６９】
図３に示す回転検出装置９を用いることで、図１（ａ）の基準状態から図１（ｂ）あるいは図１（ｃ）の９０度回転に至るまでの任意の角度以上に回転させたときに、磁気センサ１３に対して外部磁界Ｈを作用させることができる。例えば、図１（ａ）の基準状態から６０度回転させると外部磁界Ｈが作用するように磁石配置を調整すれば、携帯電話１を６０度以上回転させることで図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように画面表示部５の画面を９０度回転方向あるいは反回転方向に回転させることができる。図３に示す回転検出装置９を用いれば、外部磁界Ｈが作用する角度範囲が広いので、多少、画面を斜めに傾けたりしても、その度に画面が回転する（切り替わる）ことがないので、動作安定性を向上できる。
【００７０】
磁石７０，７１や補助磁石７２，７３の配置は任意に設定できる。また磁石の数を増やすことで、外部磁界Ｈが作用する角度範囲を広げることが出来る。例えば携帯電話１を時計回りあるいは反時計回りに９０度より多少大きく回転させたときにでも外部磁界Ｈを作用させて、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すワイド画面表示を維持できるように、回動軸１４の左右両側位置よりも上方に磁石を配置して磁気センサ１３に対して外部磁界Ｈが作用する角度範囲を回転角９０度以上に大きくすることが好適である。
【００７１】
図４に示すように基板７４上に回動軸１４が固定支持され、この回動軸１４に回動自在に回動部１０が取り付けられている。さらに、回動部１０の上方に離れた位置に固定部（基板）７５が設けられ、その固定部７５に磁気センサ１３が固定支持されている。
【００７２】
あるいは図５に示すように固定部（基板）７６に磁気センサ１３が固定支持され、この固定部７６上に回動軸１４が固定支持され、この回動軸１４に回動自在に回動部１０が取り付けられる構成でもよい。
【００７３】
以上、本実施形態によれば、２個以上の磁石１１，１２と磁気抵抗効果素子を有する非接触式の１個の磁気センサ１３とを備えており、携帯電話１を基準状態から時計方向あるいは反時計方向に回転させたときに、回動部１０の回動により磁気センサ１３と磁石１１，１２との相対位置が近づき、これにより、磁気センサ１３が磁石１１，１２から外部磁界Ｈを受けて磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が変化する。そしてこの電気抵抗変化に基づく磁気センサ１３からの出力により回転方向を検知することができる。
【００７４】
特に本実施形態では図６で説明した双極対応で２出力の磁気センサ１３を用いることで簡単な構成で回転方向を適切に検知することができる。
【００７５】
上記した実施形態では、回動部１０に取り付けられているのが磁石で、固定部側に取り付けられているのが磁気センサ１３であったが逆であってもよい。
【００７６】
また本実施形態の回転検出装置９は携帯電話１以外の電子機器に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】携帯電話の正面図であり、（ａ）は基準状態、（ｂ）は時計方向に９０度回転、（ｃ）は反時計方向に９０度回転させたときの図、
【図２】本実施形態における回転検出装置の回転方向検知の原理図であり、（ａ）は基準状態、（ｂ）は図１（ｂ）に示すように携帯電話を時計方向に９０度回転させたとき、（ｃ）は図１（ｃ）に示すように携帯電話を反時計方向に９０度回転させたときの図、
【図３】図２とは別の実施形態を示す回転検出装置の概念図（正面図）、
【図４】本実施形態における回転検出装置の側面図、
【図５】図４とは異なる本実施形態における回転検出装置の側面図、
【図６】本実施形態の磁気センサの回路図（（＋Ｈ）外部磁界の検出時）、
【図７】本実施形態の磁気センサの回路図（（−Ｈ）外部磁界の検出時）、
【図８】第１磁気抵抗効果素子のヒステリシス特性を説明するためのグラフ（Ｒ−Ｈ曲線）、
【図９】第２磁気抵抗効果素子のヒステリシス特性を説明するためのグラフ（Ｒ−Ｈ曲線）、
【図１０】第１磁気抵抗効果素子及び第２磁気抵抗効果素子の層構造を示す部分断面図、
【図１１】主に固定抵抗素子の層構造を説明するための部分断面図、
【符号の説明】
【００７８】
１  携帯電話
２  第１筐体
３  第２筐体
５  画面表示部
９  回転検出装置
１０  回動部
１１，１２，７０，７１  磁石
１３  磁気センサ
１４  回動軸
７２，７３  補助磁石
７４、７５、７６  基板
２１  センサ部
２２  集積回路（ＩＣ）
２３  第１磁気抵抗効果素子
２４、２８、３１、３２  固定抵抗素子
２５  第１出力取り出し部
２６  第１直列回路
２７  第２磁気抵抗効果素子
２９  第３出力取り出し部
３０  第３直列回路
３３  第２出力取り出し部
３４  第２直列回路
３５  差動増幅器
３６  第１スイッチ回路（第１接続切換部）
３８  コンパレータ
３９  入力端子
４０  第１外部出力端子
４１  第２外部出力端子
４２  アース端子
４３  第２スイッチ回路
４６、４７  ラッチ回路
４８  第３スイッチ回路
５３  クロック回路
６２  反強磁性層
６３  固定磁性層
６４  非磁性中間層
６５、６７  フリー磁性層
【図１】
2009258042.tif 000003
【図２】
2009258042.tif 000004
【図３】
2009258042.tif 000005
【図４】
2009258042.tif 000006
【図５】
2009258042.tif 000007
【図６】
2009258042.tif 000008
【図７】
2009258042.tif 000009
【図８】
2009258042.tif 000010
【図９】
2009258042.tif 000011
【図１０】
2009258042.tif 000012
【図１１】
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