JP3884391B2

JP3884391B2 - Electronic compass

Info

Publication number: JP3884391B2
Application number: JP2003081559A
Authority: JP
Inventors: 義信本蔵; 正樹森; 道治山本; 吉晃幸谷
Original assignee: Aichi Micro Intelligent Corp
Current assignee: Aichi Micro Intelligent Corp
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2023-02-18
Also published as: JP2003329748A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地磁気による方位を検出する高感度で、小型、薄型かつ低消費電力の電子コンパスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地磁気を検出する磁場検出装置については、高感度なＭＩ素子を使用した発明が特開２００１−２９６１２７号に開示されている。前記文献に記載された発明は、ＭＩ素子を２軸に設け、負帰還回路を用い、差動回路による温度補償を行っている。ＭＩ素子は軸方向の磁界変動を検出するために、ゲル状物質で被覆された感磁素子と前記感磁素子を搭載する基板からなる個片素子の周回方向に検出コイルを巻回している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２９６１２７号（第８〜１０頁、図４〜１０）
【０００４】
また、電子コンパスとしては、アモルフアスリボンからなるＭＩ素子を使用した発明が特開平１１−６３９９７号に開示されている。前記文献に記載された発明は、ＭＩ素子を２軸に設け、各ＭＩ素子を構成するアモルフアスリボンにはバイアス磁化を印加する巻線が巻回され、バイアス磁化を印加している。
【０００５】
【特許文献２】
特開平１１−６３９９７号（第５頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年急速に発展している携帯電話を含むモバイル機器においてはその携帯性から超小型、薄型で省電力化された電子コンパスが必要とされている。
また、この電子コンパスには、磁場強さに対して直線性を持って出力電圧をだせる範囲（以下、磁気測定可能範囲と記す。）が±２．７Ｇ以上であることが要求されている。さらに、この電子コンパスが携帯電話等で使用される場合は、さまざまな場所で使用され、その磁場強さは場所によっては先の±２．７Ｇの磁場強さを大きく上回ることもある。
【０００７】
従来の特開２００１−２９６１２７号に示される磁場検出装置は、従来のＭＩ素子のサイズ、例えば、感磁素子のアモルファスワイヤは長さ３ｍｍ、直径３０μｍを使用するものの、感磁素子の両端を基板上の電極にプレートに接合し、感磁素子と基板との間及び感磁素子の上部空間をゲル状物質で被覆した個片素子の外周に検出コイルと負帰還コイルを捲いていたために幅３ｍｍ、高さ２ｍｍ、長さ４ｍｍと大きく、さらに二軸成分の検出のためには少なくとも２個使う必要があり、小型電子機器への応用は難しかった。特に、携帯電話への応用にあたっては高さ２ｍｍと厚く、容量４８ｍｍ^３（容量２４ｍｍ^３／個・軸を２軸分）と大きいことが問題となっていた。
【０００８】
また、磁場検出装置の特性として高感度、検出精度の向上、そして低消費電力、小型化のために一軸あたりＭＩ素子を２つ使用してこの二つの信号の差演算をするための差動回路を用いていること、及び、負帰還回路を用いることになっていた。しかし、作動回路及び負帰還回路により小型化には不都合であり、検出精度の向上のための負帰還電流を常に流していることは消費電力が大きいという問題点がある。
【０００９】
一方、特開平１１−６３９９７号に記載されている電子コンパスは、小型化、精密測定を目的に、アモルフアスリボンからなるＭＩ素子は、例えば、長さ３１ｍｍ、幅０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ、厚さ２０ｍｍを使用するものの、このＭＩ素子にはバイアス磁化を印加する巻線を巻回すると、幅は２〜４ｍｍ、厚さ（高さ）は２〜３ｍｍと大きくなるものと考えられる。また、バイヤス磁化を印加するための巻線には数ｍＡのバイアス電流を常に流し続けることから消費電力が大きくなる。
【００１０】
よって、電子コンパスには、上記問題点を解決するため、小型化、薄型化また低容量化にして磁気測定可能範囲が広く、低消費電力化を同時に満たすことが要求されていた。
【００１１】
【課題を解決するための手段とその効果】
そこで、本発明者等は、電子コンパスに関して鋭意検討した結果、下記の構成を着想するに至った。
【００１２】
請求項１の発明は、外部磁界の方位を検出するための電子コンパスにおいて、前記外部磁界の第一軸成分を検出するために配設される直径３０μｍ以下のアモルファスワイヤからなる第一感磁体と前記感磁体の周囲に絶縁物を介して巻回した内径２００μｍ以下の第一電磁コイルとからなる第一電磁コイル付マグネト・インピーダンス・センサ素子（以下、第一ＭＩ素子という。）と、前記外部磁場の第二軸成分を検出するために配設される直径３０μｍ以下のアモルファスワイヤからなる第二感磁体と前記感磁体の周囲に絶縁物を介して巻回した内径２００μｍ以下の第二電磁コイルとからなる第二電磁コイル付マグネト・インピーダンス・センサ素子（以下、第二ＭＩ素子という。）と、パルス電流または高周波電流を供給する発振手段と、前記第一ＭＩ素子及び前記第二ＭＩ素子に対して交互に通電させるためのスイッチ手段と、前記第一ＭＩ素子及び前記第二ＭＩ素子の各電磁コイルの出力電圧を検出する検出手段と、前記検出手段の出力電圧を増幅する増幅器とからなることを特徴とする。
【００１３】
本電子コンパスは、外部磁界の第一軸成分及び第二軸成分を検出するために配設される直径３０μｍ以下のアモルファスワイヤからなる第一感磁体及び第二感磁体のそれぞれの周囲に絶縁物を介して巻回する第一電磁コイル及び第二電磁コイルの内径を２００μｍ以下とする。これにより、各電磁コイル及び各電磁コイルを保持している基板との全高さを０．７ｍｍ以下にすることができ、従来の１／３の大きさとなる。また、各電磁コイルを保持する基板の幅も従来の１／３の大きさとなる。
さらに、好ましくは各電磁コイルの内径を１００μｍ以下とすることにより、高さ及び幅も０．５ｍｍ以下にすることができ、さらに小型化、薄型化を達成することとなる。
【００１４】
また、作動回路及び負帰還回路の省略により電子コンパスの小型化を図ると共に負帰還回路へ常に流す電流が不要となり、大幅な消費電力の低減を達成することができる。本発明においては、バイヤス磁化を印加するための巻線が不要であるから、巻線にパイヤス電流を流すこともない。
さらに、第一ＭＩ素子及び前記第二ＭＩ素子に対して交互に通電させるためのスイッチ手段を設けることにより、消費電力の低減を図ることができ、一層の低消費電力の達成することとなる。
【００１５】
一方、電子コンパスの磁気測定可能範囲を±１０Ｇまで拡大するために、電力消費型の負帰還回路の代わりに感磁体の長さを短くすることによっても可能である。本発明では、２ｍｍ以下としている。磁気測定可能範囲に応じて０．５ｍｍ〜３．０ｍｍでもよい。
【００１６】
請求項１の発明は、
前記の第一ＭＩ素子及び第二ＭＩ素子において、
前記電磁コイルを電極配線基板に形成された溝の垂直な両側面を有する溝面に沿って形成するとともに、前記感磁体と前記電磁コイルとの間には前記感磁体を固定するために絶縁物を介在させ、電磁コイルの単位長さ当たりの捲線間隔が１００μｍ／巻以下であることを特徴とする。
【００１７】
上記構成により、感磁体の周囲には絶縁物のみを介して電磁コイルを捲回することにより電磁コイルとの間の感磁体を固定する基板は省略することができ、小型化を図ることができる。感磁体は絶縁物により保持することにより基板は不要としているからである。
また、電磁コイルの単位長さあたりの捲線間隔を小さくして、単位長さあたりの捲線数を増加させることにより、出力電圧が増加する。本発明では、捲線間隔は１００μｍ／巻以下であり、好ましくは５０μｍ／巻以下である。同じ出力電圧の場合には、感磁体の長さを短くでき、ＭＩ素子の長さをすることができる。
【００１８】
請求項２の発明は、
発振手段、スイッチ手段、検出手段並びに増幅器を集積回路からなることを特徴とする。
この構成により、一層の小型化を達成することが出来る。
【００１９】
請求項３の発明は、
第一ＭＩ素子、第二ＭＩ素子並びに集積回路を幅５ｍｍ以下、長さ５ｍｍ以下の基板に実装したことを特徴とする。
上記構成により、超小型化、薄型化そして低容量化が可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
【実施例】
以下に、本発明のＭＩ素子の実施例を図１、２に示す。
基板１の大きさは、幅０．６ｍｍ、高さ０．４ｍｍ、長さ２ｍｍである。感磁体はＣｏＦｅＳｉＢ系合金を使った直径３０μｍのアモルファスワイヤ２である。基板上の溝１１は深さ５０μｍで幅が７０μｍで長さは２ｍｍである。電磁コイル３は、溝面１１１に形成されたコイルの片側３１と、溝上面１１２（樹脂４の上面４１）に形成された残り片側のコイル３２の２層構造により形成したものである。
【００２１】
前記溝面１１１に形成されるコイルの片側３１は、電極配線基板１の長手方向に形成される溝１１の溝面１１１の全面にコイルを構成する導電性の金属薄膜を蒸着により形成し、形成された金属薄膜が螺旋状に残るように間隙部を構成する導電性金属薄膜部を選択エッチング手法により除去することにより形成される。すなわち、前記溝１１の溝側面においては上下方向に垂直コイル部が延在形成され、その両下端部は溝底面において左右方向（基板１の長手方向と直交する）に形成される平面コイル部の両端部と連続している。
【００２２】
上記の溝面１１１に形成されるコイル３１に対し、前記コイル３１と導電性アモルファスワイヤとの絶縁のために酸化シリコン樹脂層を塗布する。次いで、絶縁された溝１１に導電性アモルファスワイヤを配設した後、溝１１の垂直コイル部の上端部のみ露出するようにさらに塗布する。
【００２３】
上記により形成された溝上面１１２に導電性の金属薄膜を蒸着により形成し、前記上端部の一の上端部から他の上端部へ傾斜して短冊状（一捲分に相当する）に延在するコイル３２が残るように絶縁空間となる間隙部を選択エッチング手法により除去することによりコイル３２は形成される。
このようにしてコイル３１及びコイル３２からなる螺旋状の電磁コイルが形成される。平均相当内径（高さと幅で形成される面積と同一面積となる円の直径）が６６μｍである。電磁コイル３の単位長さ当たりの捲線間隔が５０μｍ／巻である。
【００２４】
電極５は基板上面に電磁コイル端子５１と感磁体の端子５２の計４個が焼付けられている。その電極５に先のアモルファスワイヤ２の両端と電磁コイル３の両端が接続されている。前記のように構成を有するのが本発明の電磁コイル付ＭＩ素子１０である。ちなみに、本素子の大きさは、電極配線基板の大きさとほぼ同一である。
【００２５】
次に、図３に前記ＭＩ素子１０を用いた電子コンパスの電子回路図を示す。
発振手段である信号発生器７はＸ、Ｙの二つの出力端子を有し、その出力端子はそれぞれＸ軸およびＹ軸のＭＩ素子に接続されている。信号発生器７はスイッチ手段である軸出力切換回路６の制御信号により、パルスをＸ、Ｙ軸それぞれのＭＩ素子に交互に通電する。これにより、二つのＭＩ素子の通電頻度が二分の１になるため、省電力化を実現できる。
信号発生器７は、２００ＭＨｚに相当する１７０ｍＡの強さのパルス信号で、信号間隔は１μｓｅｃである。パルス信号は各ＭＩ素子のアモルファスワイヤ２に入力され、その入力時間の間に、電磁コイル３には外部磁界（地磁気）に比例した電圧が発生する。
なお、本実施例の軸出力切替回路６の位置と信号発生器７を入れ替えた回路とすることもできる。
検出手段である同期検波回路８は、ＭＩ素子通電電流に同期して電磁コイル３に発生したその電圧を検出する。
増幅器９は該電圧を、所定のレベルに増幅して出力する。信号発生器以降の動作は、Ｘ、Ｙ軸のＭＩ素子に対し交互に繰り返される。
【００２６】
図３の電子回路を集積回路化してＭＩ素子と同一基板上に実装したものを図４に示す。この図より、Ｘ、ＹのＭＩ素子１０が直交配置されている。図３の電子回路は、集積回路７０である。この電子コンパス１００の大きさは、図示しないが、電極を設けるケースを含めて３．４ｍｍ×３．１ｍｍの大きさにて、厚さは０．８ｍｍと非常に小型で、薄くかつ低容量である。
【００２７】
前記回路からのセンサ出力を図５に示す。
図５の横軸は外部磁場の大きさ、縦軸はセンサ出力である。実線が本実施例のセンサの出力であり、±１０Ｇの間で優れた直線性を示す。これは電子コンパスに必要とされる磁気測定可能範囲±２．７Ｇを十分な余裕を持って達成できることを表している。比較として、特開２００１−２９６１２７号において負帰還回路を用いない本公報の回路と本公報のＭＩ素子を用いた時のセンサの出力を点線で示す。なお、従来例の出力のピークを１とした。この結果より、磁気測定可能範囲が、負帰還回路を用いることなく±１０Ｇレベルに拡大することができる。本実施例より、従来にない広範囲の磁気測定可能範囲を得ること、ＭＩ素子の小型化ならびに負帰還コイルと負帰還回路さらに差動回路を同時に省略できることによる小型化、かつ、負帰還電流の省略とスイッチ手段により大幅な消費電力を低減することが同時に達成することできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるＭＩ素子の正面図である。
【図２】本発明の実施例におけるＭＩ素子の断面図である。
【図３】本発明の実施例のＭＩ素子を用いた電子コンパスの電子回路図である。
【図４】本発明の実施例である図３の電子回路を集積回路化してＭＩ素子と同一基板上に実装したものである。
【図５】本発明の実施例のＭＩ素子を用いた電子コンパスにおけるセンサ出力対外部磁場の特性と、特開２００１−２９６１２７号において負帰還回路を用いない本公報の回路と本公報のＭＩ素子を用いた時のセンサ出力対外部磁場の特性図である。
【符号の説明】
１電極基板、２アモルファスワイヤ、３電磁コイル、４絶縁性樹脂、５電極、６軸出力切換回路、７信号発生器、８同期検波回路、９増幅器、１０ＭＩ素子、１１１溝面、１１２溝上面、３１電磁コイルの片側、３２電磁コイルの残り片側、７０集積回路、１００電子コンパス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a highly sensitive, small, thin, and low power consumption electronic compass that detects an orientation due to geomagnetism.
[0002]
[Prior art]
Regarding a magnetic field detection device for detecting geomagnetism, an invention using a highly sensitive MI element is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-296127. In the invention described in the above document, MI elements are provided on two axes, a negative feedback circuit is used, and temperature compensation is performed by a differential circuit. In the MI element, in order to detect a magnetic field fluctuation in the axial direction, a detection coil is wound in the circumferential direction of a single element composed of a magnetosensitive element coated with a gel substance and a substrate on which the magnetosensitive element is mounted.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-296127 A (pages 8 to 10, FIGS. 4 to 10)
[0004]
Further, as an electronic compass, an invention using an MI element made of an amorphous ribbon is disclosed in JP-A-11-63997. In the invention described in the above document, MI elements are provided on two axes, and a winding for applying bias magnetization is wound around the amorphous ribbon constituting each MI element to apply bias magnetization.
[0005]
[Patent Document 2]
JP-A-11-63997 (5th page, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, in recent years, mobile devices including mobile phones, which are rapidly developing, require an ultra-compact, thin and power-saving electronic compass due to their portability.
In addition, the electronic compass is required to have a range in which an output voltage can be output with linearity with respect to the magnetic field strength (hereinafter referred to as a magnetic measurable range) is ± 2.7 G or more. Furthermore, when this electronic compass is used in a mobile phone or the like, it is used in various places, and the magnetic field strength may greatly exceed the magnetic field strength of ± 2.7 G, depending on the place.
[0007]
The conventional magnetic field detection apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-296127 uses the size of the conventional MI element, for example, the amorphous wire of the magnetosensitive element has a length of 3 mm and a diameter of 30 μm. The upper electrode was joined to the plate, and the detection coil and the negative feedback coil were wound on the outer periphery of the individual element in which the space between the magnetosensitive element and the substrate and the upper space of the magnetosensitive element was covered with a gel-like substance. In addition, the height is 2 mm and the length is 4 mm, and it is necessary to use at least two for detecting biaxial components, so that it is difficult to apply to small electronic devices. In particular, when it is applied to a mobile phone, it is a problem that it is as thick as 2 mm in height and as large as 48 mm ³ (capacity: 24 mm ³ / piece / axis for two axes).
[0008]
In addition, a differential circuit for calculating the difference between these two signals using two MI elements per axis for high sensitivity, improved detection accuracy, low power consumption, and downsizing as characteristics of the magnetic field detection device. And to use a negative feedback circuit. However, the operation circuit and the negative feedback circuit are inconvenient for downsizing, and the fact that a negative feedback current for always improving detection accuracy is constantly flowing has a problem that power consumption is large.
[0009]
On the other hand, the electronic compass described in JP-A-11-63997 is, for the purpose of miniaturization and precise measurement, an MI element made of an amorphous ribbon has, for example, a length of 31 mm, a width of 0.1 mm to 0.2 mm, Although a thickness of 20 mm is used, it is considered that when a winding for applying bias magnetization is wound around this MI element, the width becomes 2 to 4 mm and the thickness (height) becomes 2 to 3 mm. Further, since a bias current of several mA is constantly supplied to the winding for applying bias magnetization, power consumption increases.
[0010]
Therefore, in order to solve the above-described problems, the electronic compass has been required to satisfy a reduction in power consumption at the same time as a magnetic measurement range is wide by downsizing, thinning, and reducing the capacity.
[0011]
[Means for solving the problems and their effects]
Accordingly, as a result of intensive studies on the electronic compass, the present inventors have come up with the following configuration.
[0012]
According to a first aspect of the present invention, there is provided an electronic compass for detecting an orientation of an external magnetic field, a first magnetosensitive body made of an amorphous wire having a diameter of 30 μm or less and disposed for detecting a first axis component of the external magnetic field. A magneto-impedance sensor element with a first electromagnetic coil (hereinafter referred to as a first MI element) comprising a first electromagnetic coil having an inner diameter of 200 μm or less wound around the magnetic sensitive body through an insulator, and the external. A second magnetic sensor made of an amorphous wire with a diameter of 30 μm or less and a second electromagnetic coil with an inner diameter of 200 μm or less wound around the magnetic sensor through an insulator and disposed to detect the second axis component of the magnetic field. A magneto-impedance sensor element with a second electromagnetic coil (hereinafter referred to as second MI element), and an oscillation means for supplying a pulse current or a high-frequency current. Switch means for alternately energizing the first MI element and the second MI element, detection means for detecting an output voltage of each electromagnetic coil of the first MI element and the second MI element, It comprises an amplifier that amplifies the output voltage of the detection means.
[0013]
This electronic compass has an insulator around each of the first and second magnetosensitive bodies made of an amorphous wire having a diameter of 30 μm or less and arranged to detect the first and second axis components of the external magnetic field. The inner diameters of the first electromagnetic coil and the second electromagnetic coil wound through the wire are set to 200 μm or less. Thereby, the total height of each electromagnetic coil and the substrate holding each electromagnetic coil can be reduced to 0.7 mm or less, which is 1/3 of the conventional size. Further, the width of the substrate holding each electromagnetic coil is also 1/3 of the conventional size.
Further, preferably, by setting the inner diameter of each electromagnetic coil to 100 μm or less, the height and width can be reduced to 0.5 mm or less, and further miniaturization and thinning can be achieved.
[0014]
Further, by omitting the operation circuit and the negative feedback circuit, the electronic compass can be miniaturized and a current that always flows to the negative feedback circuit becomes unnecessary, so that a significant reduction in power consumption can be achieved. In the present invention, a winding for applying bias magnetization is not necessary, and thus no bias current is passed through the winding.
Furthermore, by providing switch means for alternately energizing the first MI element and the second MI element, it is possible to reduce power consumption and achieve even lower power consumption.
[0015]
On the other hand, in order to expand the magnetic measurable range of the electronic compass to ± 10 G, it is also possible to shorten the length of the magnetic sensitive body instead of the power consumption type negative feedback circuit. In the present invention, it is 2 mm or less. It may be 0.5 mm to 3.0 mm depending on the magnetic measurable range.
[0016]
The invention of claim 1
In the first MI element and the second MI element,
And forming along the groove surface having a vertical side surfaces of the groove formed with the electromagnetic coil to the electrode wiring board, an insulator for securing said magnetic sensitive member in between said magnetic sensitive member electromagnetic coil was Zaisa through, winding interval per unit length of the electromagnetic coil, characterized in der Rukoto below 100 [mu] m / winding.
[0017]
With the above configuration, by winding the electromagnetic coil around only the insulator around the magnetic sensitive body, the substrate for fixing the magnetic sensitive body between the magnetic coil and the magnetic coil can be omitted, and the size can be reduced. . This is because the magnetic sensitive body is held by an insulator, thereby making the substrate unnecessary.
Further, the output voltage increases by decreasing the winding interval per unit length of the electromagnetic coil and increasing the number of windings per unit length. In the present invention, the winding interval is 100 μm / wind or less, preferably 50 μm / wind or less. In the case of the same output voltage, the length of the magnetic sensitive body can be shortened, and the length of the MI element can be increased.
[0018]
The invention of claim 2
The oscillation unit, the switch unit, the detection unit, and the amplifier are formed of an integrated circuit.
With this configuration, further miniaturization can be achieved.
[0019]
The invention of claim 3
The first MI element, the second MI element, and the integrated circuit are mounted on a substrate having a width of 5 mm or less and a length of 5 mm or less.
With the above configuration, it is possible to reduce the size, reduce the thickness, and reduce the capacity.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【Example】
Examples of the MI element of the present invention are shown in FIGS.
The substrate 1 has a width of 0.6 mm, a height of 0.4 mm, and a length of 2 mm. The magnetic sensitive body is an amorphous wire 2 having a diameter of 30 μm using a CoFeSiB alloy. The groove 11 on the substrate has a depth of 50 μm, a width of 70 μm, and a length of 2 mm. The electromagnetic coil 3 is formed by a two-layer structure of one side 31 of the coil formed on the groove surface 111 and the remaining one side coil 32 formed on the groove upper surface 112 (the upper surface 41 of the resin 4).
[0021]
One side 31 of the coil formed on the groove surface 111 is formed by depositing a conductive metal thin film constituting the coil on the entire surface of the groove surface 111 of the groove 11 formed in the longitudinal direction of the electrode wiring board 1 by vapor deposition. The conductive metal thin film portion constituting the gap is removed by a selective etching method so that the metal thin film thus formed remains spirally. That is, a vertical coil portion extends in the vertical direction on the groove side surface of the groove 11, and both lower end portions of the planar coil portion formed in the left-right direction (perpendicular to the longitudinal direction of the substrate 1) on the groove bottom surface. It is continuous with both ends.
[0022]
A silicon oxide resin layer is applied to the coil 31 formed on the groove surface 111 in order to insulate the coil 31 from the conductive amorphous wire. Next, after a conductive amorphous wire is disposed in the insulated groove 11, it is further applied so that only the upper end portion of the vertical coil portion of the groove 11 is exposed.
[0023]
A conductive metal thin film is formed on the upper surface 112 of the groove formed as described above by vapor deposition, and extends in a strip shape (corresponding to a part of one side) inclined from one upper end to the other upper end. The coil 32 is formed by removing the gap portion that becomes the insulating space by a selective etching method so that the coil 32 to be left remains.
In this way, a helical electromagnetic coil composed of the coil 31 and the coil 32 is formed. The average equivalent inner diameter (the diameter of a circle having the same area as the area formed by the height and width) is 66 μm. The winding interval per unit length of the electromagnetic coil 3 is 50 μm / wind.
[0024]
A total of four electrodes 5, an electromagnetic coil terminal 51 and a magnetosensitive terminal 52, are baked on the upper surface of the substrate. Both ends of the preceding amorphous wire 2 and both ends of the electromagnetic coil 3 are connected to the electrode 5. The MI element 10 with electromagnetic coil of the present invention has the configuration as described above. Incidentally, the size of this element is almost the same as the size of the electrode wiring board.
[0025]
Next, an electronic circuit diagram of an electronic compass using the MI element 10 is shown in FIG.
The signal generator 7 which is an oscillating means has two output terminals X and Y, and the output terminals are connected to the X-axis and Y-axis MI elements, respectively. The signal generator 7 alternately applies pulses to the MI elements on the X and Y axes in accordance with a control signal from the axis output switching circuit 6 serving as a switch means. Thereby, since the energization frequency of the two MI elements is halved, power saving can be realized.
The signal generator 7 is a pulse signal having a strength of 170 mA corresponding to 200 MHz, and the signal interval is 1 μsec. The pulse signal is input to the amorphous wire 2 of each MI element, and a voltage proportional to the external magnetic field (geomagnetism) is generated in the electromagnetic coil 3 during the input time.
In addition, it can also be set as the circuit which replaced the position of the shaft output switching circuit 6 and the signal generator 7 of a present Example.
The synchronous detection circuit 8 serving as detection means detects the voltage generated in the electromagnetic coil 3 in synchronization with the MI element energization current.
The amplifier 9 amplifies the voltage to a predetermined level and outputs it. The operations after the signal generator are alternately repeated for the X and Y axis MI elements.
[0026]
FIG. 4 shows an integrated circuit of the electronic circuit of FIG. 3 mounted on the same substrate as the MI element. From this figure, the X and Y MI elements 10 are arranged orthogonally. The electronic circuit in FIG. 3 is an integrated circuit 70. Although not shown, the size of the electronic compass 100 is 3.4 mm × 3.1 mm including the case where the electrodes are provided, and the thickness is 0.8 mm, which is very small, thin and low in capacity. is there.
[0027]
The sensor output from the circuit is shown in FIG.
The horizontal axis in FIG. 5 is the magnitude of the external magnetic field, and the vertical axis is the sensor output. The solid line is the output of the sensor of this example, and shows excellent linearity between ± 10G. This indicates that the magnetic measurable range ± 2.7 G required for the electronic compass can be achieved with a sufficient margin. As a comparison, in JP-A-2001-296127, the output of the sensor when using the circuit of this publication that does not use a negative feedback circuit and the MI element of this publication is indicated by a dotted line. Note that the output peak of the conventional example is 1. From this result, the magnetic measurable range can be expanded to ± 10 G level without using a negative feedback circuit. From this example, it is possible to obtain an unprecedented wide range of magnetic measurement, miniaturization of the MI element, miniaturization by simultaneously omitting the negative feedback coil, the negative feedback circuit, and the differential circuit, and omission of the negative feedback current. A significant reduction in power consumption by the switching means can be achieved at the same time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of an MI element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an MI element in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an electronic circuit diagram of an electronic compass using an MI element according to an embodiment of the present invention.
4 is an integrated circuit of the electronic circuit of FIG. 3, which is an embodiment of the present invention, mounted on the same substrate as the MI element.
FIG. 5 shows the characteristics of the sensor output versus the external magnetic field in an electronic compass using the MI element according to the embodiment of the present invention; the circuit of this publication that does not use a negative feedback circuit in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-296127; FIG. 6 is a characteristic diagram of sensor output versus external magnetic field when using.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrode board, 2 Amorphous wire, 3 Electromagnetic coil, 4 Insulating resin, 5 electrodes, 6 axis output switching circuit, 7 Signal generator, 8 Synchronous detection circuit, 9 Amplifier, 10 MI element, 111 Groove surface, 112 Groove surface , 31 One side of the electromagnetic coil, 32 The other side of the electromagnetic coil, 70 Integrated circuit, 100 Electronic compass

Claims

外部磁界の方位を検出するための電子コンパスにおいて、
前記外部磁界の第一軸成分を検出するために配設される直径３０μｍ以下のアモルファスワイヤからなる第一感磁体と前記感磁体の周囲に絶縁物を介して巻回した内径２００μｍ以下の第一電磁コイルとからなる第一電磁コイル付マグネト・インピーダンス・センサ素子（以下、第一ＭＩ素子という。）と、
前記外部磁場の第二軸成分を検出するために配設される直径３０μｍ以下のアモルファスワイヤからなる第二感磁体と前記感磁体の周囲に絶縁物を介して巻回した内径２００μｍ以下の第二電磁コイルとからなる第二電磁コイル付マグネト・インピーダンス・センサ素子（以下、第二ＭＩ素子という。）と、
パルス電流または高周波電流を供給する発振手段と、
前記第一ＭＩ素子及び前記第二ＭＩ素子に対して交互に通電させるためのスイッチ手段と、
前記第一ＭＩ素子及び前記第二ＭＩ素子の各電磁コイルの出力電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段の出力電圧を増幅する増幅器とからなり、
前記の第一ＭＩ素子及び第二ＭＩ素子において、
前記電磁コイルを電極配線基板に形成された溝の垂直な両側面を有する溝面に沿って形成するとともに、前記感磁体と前記電磁コイルとの間には前記感磁体を固定するために絶縁物を介在させ、電磁コイルの単位長さ当たりの捲線間隔が１００μｍ／巻以下である
ことを特徴とする電子コンパス。In the electronic compass for detecting the direction of the external magnetic field,
A first magnetosensitive body made of an amorphous wire having a diameter of 30 μm or less, which is arranged to detect the first axis component of the external magnetic field, and a first magnet having an inner diameter of 200 μm or less wound around the magnetic sensor through an insulator. A magneto-impedance sensor element with a first electromagnetic coil (hereinafter referred to as a first MI element) comprising an electromagnetic coil;
A second magnetic sensor made of an amorphous wire having a diameter of 30 μm or less and a second magnetic sensor having an inner diameter of 200 μm or less wound around the magnetic sensor through an insulator and disposed to detect the second axis component of the external magnetic field. A magneto-impedance sensor element with a second electromagnetic coil (hereinafter referred to as a second MI element) comprising an electromagnetic coil;
An oscillation means for supplying a pulse current or a high-frequency current;
Switch means for energizing the first MI element and the second MI element alternately;
Detecting means for detecting an output voltage of each electromagnetic coil of the first MI element and the second MI element;
Ri Do from an amplifier for amplifying the output voltage of said detecting means,
In the first MI element and the second MI element,
And forming along the groove surface having a vertical side surfaces of the groove formed with the electromagnetic coil to the electrode wiring board, an insulator for securing said magnetic sensitive member in between said magnetic sensitive member electromagnetic coil It was Zaisa via an electronic compass winding interval per unit length of the electromagnetic coil, characterized in der Rukoto below 100 [mu] m / winding.

前記の発振手段、スイッチ手段、検出手段並びに増幅器は集積回路からなることを特徴とする請求項１に記載の電子コンパス。2. The electronic compass according to claim 1, wherein the oscillation means, the switch means, the detection means, and the amplifier are integrated circuits.

前記第一ＭＩ素子、前記第二ＭＩ素子及び前記集積回路を幅５ｍｍ以下、長さ５ｍｍ以下からなる基板に実装したことを特徴とする請求項２に記載の電子コンパス。The electronic compass according to claim 2, wherein the first MI element, the second MI element, and the integrated circuit are mounted on a substrate having a width of 5 mm or less and a length of 5 mm or less.