回転センサ
【課題】 回転角度の検出精度を高めながら小型化することができる回転センサを実現する。
【解決手段】 磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８が各磁気抵抗素子の出力信号間に位相差が出るように配置された磁気抵抗素子領域Ｅ１と、ホール素子Ｈ１，Ｈ２が各ホール素子の出力信号間に位相差が出るように配置されたホール素子領域Ｅ２とを有し、かつ、磁気抵抗素子領域およびホール素子領域の少なくとも一部同士が重ねられたセンサチップ５と、各ホール素子の各出力レベルと閾値レベルとの比較結果を出す比較部５３と、各磁気抵抗素子の各出力信号を用いて相対回転角度θに対応する演算角度φを演算する角度演算部６０と、その演算された角度と閾値角度とを比較し、その比較結果と比較部５３の比較結果とを用い、相対回転角度に対応する信号を出力する出力部７０とを備える。
【解決手段】 磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８が各磁気抵抗素子の出力信号間に位相差が出るように配置された磁気抵抗素子領域Ｅ１と、ホール素子Ｈ１，Ｈ２が各ホール素子の出力信号間に位相差が出るように配置されたホール素子領域Ｅ２とを有し、かつ、磁気抵抗素子領域およびホール素子領域の少なくとも一部同士が重ねられたセンサチップ５と、各ホール素子の各出力レベルと閾値レベルとの比較結果を出す比較部５３と、各磁気抵抗素子の各出力信号を用いて相対回転角度θに対応する演算角度φを演算する角度演算部６０と、その演算された角度と閾値角度とを比較し、その比較結果と比較部５３の比較結果とを用い、相対回転角度に対応する信号を出力する出力部７０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気抵抗素子およびホール素子を有し、磁気発生部に対して相対的に回転するセンサチップを備え、かつ、磁気抵抗素子およびホール素子からの各出力信号を用いて磁気発生部に対する相対回転角度を検出する回転センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の回転センサとして、図３０に示すものが知られている（特許文献１）。このものは、図３０（ａ）に示すように、プリント回路板１０４の表面に１つの磁気センサ１００と、ホール素子１０１とを配置して構成される。磁気センサ１００は、永久磁石１０７から発生し、プリント回路板１０４の表面に平行な磁界１０６を検出できるように、永久磁石１０７の回転面と対向する位置に配置されている。ホール素子１０１は、永久磁石１０７から発生し、プリント回路板１０４の表面に垂直な磁界１０５を検出できるように、永久磁石１０７の外側に配置されている。図３０（ｂ）に示すように、ホール素子１０１は、２つの横型ホール素子１０２，１０３を備える。横型ホール素子１０２，１０３は、磁気センサ１００に対して平面方向に角度γで配置されている。
【０００３】
そして、永久磁石１０７が１回転すると、磁気センサ１００が、１波長が電気角１８０°の信号を出力し、各横型ホール素子１０２，１０３は、それぞれ１波長が電気角３６０°の信号を出力する。また、永久磁石１０７の回転角度αは、磁気センサ１００の出力信号に基づいて最大１８０°の角度範囲で求められ、各横型ホール素子１０２，１０３の出力値の大小関係に基づいて、永久磁石１０７の回転角度αが０°≦α≦９０°、９０°≦α≦１８０°、１８０°≦α≦２７０°および２７０°≦α≦３６０°のうち、どの範囲に属するかが判定される。また、回転角度の範囲の判定精度を高めるためには、磁気センサ１００に対する横型ホール素子１０２，１０３の配置角度γを９０°にすることが望ましいと記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−９４５１２号公報（第２２〜２４段落、図４，５）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述した従来のものは、磁気センサ１００に対する横型ホール素子１０２，１０３の配置角度γを９０°に設定しようとすると、各横型ホール素子１０２，１０３を永久磁石１０７の下方かつ中心に配置しなければならない。
しかし、各横型ホール素子１０２，１０３が永久磁石１０７の下方かつ中心に配置された状態では、永久磁石１０７から発生する磁界１０５が各横型ホール素子１０２，１０３に対して垂直に印加されないため、各横型ホール素子１０２，１０３の出力に基づいて永久磁石１０７の回転角度の範囲を判定することができなくなる。また、磁界１０５が各横型ホール素子１０２，１０３に垂直に印加される配置範囲において角度γを９０°にしようとすると、横型ホールの間隔が大きくなり、１チップ化が難しく、プリント回路板１０４が大きくなるので、回転センサが大型化する。
つまり、従来のものは、回転角度の検出精度を高めながら小型化することが困難であった。
【０００６】
そこでこの発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、回転角度の検出精度を高めながら小型化することができる回転センサを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、この発明の第１の特徴は、磁気発生部（２）から発生する磁気によって磁気抵抗効果を発生する磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）と、前記磁気によってホール効果を発生するホール素子（Ｈ１，Ｈ２）とを有し、前記磁気抵抗素子およびホール素子からの各出力信号を用いて前記磁気発生部に対する相対回転角度（θ）を検出する回転センサ（１）において、複数の磁気抵抗素子が各磁気抵抗素子の出力信号間に位相差が出るように配置された磁気抵抗素子領域（Ｅ１）と、複数のホール素子が各ホール素子の出力信号間に位相差が出るように配置されたホール素子領域（Ｅ２）とを有し、かつ、前記磁気抵抗素子領域およびホール素子領域の少なくとも一部同士が重ねられたセンサチップ（５）と、各ホール素子の各出力レベルと閾値レベルとを比較し、ホール素子毎の比較結果を出す比較部（５３）と、各磁気抵抗素子の各出力信号を用いて前記相対回転角度に対応する角度（φ）を演算する角度演算部（６０）と、前記角度演算部によって演算された演算値と閾値とを比較し、その比較結果と前記比較部の比較結果とを用い、前記相対回転角度に対応する信号を出力する出力部（７０）と、を備えることにある。
【０００８】
上述の第１の特徴によれば、磁気抵抗素子領域およびホール素子領域の少なくとも一部同士が重ねられているため、回転センサを小型化することができる。
しかも、相対回転角度に対応する信号を出力するときに、各ホール素子の各出力レベルと閾値レベルとの比較結果に加え、角度演算部によって演算された角度と閾値角度との比較結果をも用いるため、相対回転角度の検出精度を高めることができる。
つまり、各ホール素子の各出力レベルと閾値レベルとの比較結果に不安定な部分が存在する場合に、その部分を、角度演算部によって演算された演算値と閾値との比較結果によって補うことができるため、相対回転角度の検出精度を高めることができる。
【０００９】
この発明の第２の特徴は、前述した第１の特徴において、前記ホール素子領域（Ｅ２）の略全領域が前記磁気抵抗素子領域（Ｅ１）と重ねられていることにある。
【００１０】
上述の第２の特徴によれば、ホール素子領域の略全領域が磁気抵抗素子領域と重ねられているため、回転センサをより一層小型化することができる。
しかも、磁気発生部の径が異なっても同じ回転センサを共通に用いることができるため、永久磁石の径毎に異なる回転センサを製造する必要がない。
したがって、回転センサの製造コストを低減することができる。
【００１１】
この発明の第３の特徴は、前述した第１または第２の特徴において、前記磁気抵抗素子領域（Ｅ１）およびホール素子領域（Ｅ２）が、前記磁気発生部（２）の相対回転軸（Ｃ１）方向に対応する方向に重ねられていることにある。
【００１２】
上述の第３の特徴によれば、磁気抵抗素子領域およびホール素子領域が、磁気発生部に対する相対回転軸方向に対応する方向に重ねられているため、相対回転軸の周囲に占める回転センサの占有領域を小さくすることができる。
【００１３】
この発明の第４の特徴は、前述した第１ないし第３の特徴のいずれかにおいて、前記磁気抵抗素子領域（Ｅ１）およびホール素子領域（Ｅ２）が、前記磁気発生部（２）の相対回転面（２ｃ）と略平行に配置されていることにある。
【００１４】
上述の第４の特徴によれば、磁気抵抗素子領域およびホール素子領域が、磁気発生部の相対回転面と略平行に配置されているため、各磁気抵抗素子および各ホール素子は、磁気発生部から磁気抵抗素子領域およびホール素子領域に対して略平行に発生する磁気を検出することができる。
【００１５】
この発明の第５の特徴は、前述した第１ないし第４の特徴のいずれかにおいて、前記磁気抵抗素子領域（Ｅ１）が前記センサチップ（５）の表面（５ａ）側に、前記ホール素子領域（Ｅ２）が前記センサチップの裏面（５ｂ）側にそれぞれ配置されており、前記センサチップの表面が前記磁気発生部（２）の相対回転面（２ｃ）と対向するように配置されていることにある。
【００１６】
この発明の第６の特徴は、前述した第１ないし第４の特徴のいずれかにおいて、前記磁気抵抗素子領域（Ｅ１）が前記センサチップ（５）の表面（５ａ）側に、前記ホール素子領域（Ｅ２）が前記センサチップの裏面（５ｂ）側にそれぞれ配置されており、前記センサチップの裏面が前記磁気発生部（２）の相対回転面（２ｃ）と対向するように配置されていることにある。
【００１７】
上述の第５または第６の特徴によれば、センサチップの表面および裏面のどちらを磁気発生部の相対回転面と対向するように配置しても、相対回転角度を検出することができる。
【００１８】
この発明の第７の特徴は、前述した第１ないし第６の特徴のいずれかにおいて、前記磁気発生部（２）は、その相対回転面（２ｃ）の径方向で分割された異なる磁極（２ａ，２ｂ）を有することにある。
【００１９】
上述の第７の特徴によれば、相対回転面の径方向で分割された異なる磁極を有する磁気発生部に対する相対回転角度を検出することができる。
【００２０】
この発明の第８の特徴は、前述した第１ないし第６の特徴のいずれかにおいて、前記磁気発生部（２）は、相対回転する回転体（６ａ）の周方向に配置された異なる磁極（２ａ，２ｂ）であることにある。
【００２１】
上述の第８の特徴によれば、相対回転する回転体の周方向に配置された異なる磁極を有する磁気発生部に対する相対回転角度を検出することができる。
【００２２】
この発明の第９の特徴は、前述した第８の特徴において、前記センサチップ（５）が前記異なる磁極（２ａ，２ｂ）間に配置されていることにある。
【００２３】
上述の第９の特徴によれば、センサチップが回転体の外周に配置された異なる磁極間に配置されているため、異なる磁極間に発生する磁気をセンサチップの磁気抵抗素子領域およびホール素子領域に平行に印加することができる。また、回転体およびセンサチップの占有空間を回転体の相対回転軸方向へ圧縮することができる。
【００２４】
この発明の第１０の特徴は、前述した第１ないし第９の特徴のいずれかにおいて、前記磁気発生部（２）が多極であることにある。
【００２５】
この発明の第１１の特徴は、前述した第１ないし第１０の特徴のいずれかにおいて、前記各磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）および各ホール素子（Ｈ１，Ｈ２）は、前記磁気抵抗素子領域（Ｅ１）およびホール素子領域（Ｅ２）に対して平行な磁界（Ｂ１）の磁束密度の変化を主として検出するように配置されていることにある。
【００２６】
上述の第１１の特徴によれば、磁気抵抗素子領域に対して平行な磁界の磁束密度の変化を主として検出するため、各磁気抵抗素子における磁気抵抗効果を大きくすることができる。
したがって、磁気発生部に対する相対回転角度の検出精度を高めることができる。
【００２７】
この発明の第１２の特徴は、前述した第１ないし第１１の特徴のいずれかにおいて、前記各ホール素子（Ｈ１，Ｈ２）は、相互に隣接するホール素子の出力信号間に９０°の位相差が出るように配置されていることにある。
【００２８】
上述の第１２の特徴によれば、相互に隣接するホール素子の一方から正弦波信号（ｓｉｎ信号）を出力し、他方から余弦波信号（ｃｏｓ信号）を出力することができる。
したがって、上記の正弦波信号および余弦波信号をパルス信号に変換し、両パルス信号の信号レベルの組合せを用いることにより、相対回転角度が０°〜９０°、９０°〜１８０°、１８０°〜２７０°および２７０°〜３６０°のうち、どの象限（角度範囲）に入るかを判定することができる。
【００２９】
この発明の第１３の特徴は、前述した第１ないし第１２の特徴のいずれかにおいて、前記各磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）は、相互に隣接する磁気抵抗素子の出力信号間に４５°の位相差が出るように配置されていることにある。
【００３０】
上述の第１３の特徴によれば、相互に隣接する磁気抵抗素子の一方から正弦波信号（ｓｉｎ信号）を出力し、その正弦波信号から位相が４５°遅れた余弦波信号（ｃｏｓ信号）を他方から出力することができる。
したがって、上記の正弦波信号および余弦波信号を用いて相対回転角度を演算することができる。
【００３１】
この発明の第１４の特徴は、前述した第１ないし第１３の特徴のいずれかにおいて、相互に隣接する磁気抵抗素子の出力信号間に９０°の位相差が出るように磁気抵抗素子をハーフブリッジ接続した第１および第２のハーフブリッジ回路が、両ハーフブリッジ回路の各出力信号間の位相差が４５°となるように配置されていることにある。
【００３２】
上述の第１４の特徴によれば、第１および第２のハーフブリッジ回路の各中点出力は、各ハーフブリッジ回路に供給される電圧の（１／２）を中心に振動するため、環境温度の変化などに起因する出力信号のオフセットを抑制することができる。
【００３３】
この発明の第１５の特徴は、前述した第１４の特徴において、一対の前記第１のハーフブリッジ回路をブリッジ接続した第１のフルブリッジ回路と、一対の前記第２のハーフブリッジ回路をブリッジ接続した第２のフルブリッジ回路とが、両フルブリッジ回路の各出力信号間に４５°の位相差が出るように配置されていることにある。
【００３４】
上述の第１５の特徴によれば、第１および第２のハーフブリッジ回路をそれぞれフルブリッジ回路構成とすることにより、ハーフブリッジ回路構成の場合と比較して、各フルブリッジ回路の出力信号の振幅を２倍にすることができる。
したがって、磁気発生部が発生する弱い磁気をも検出可能となるため、磁気発生部に対する相対回転角度の検出感度を高めることができる。また、磁気発生部とセンサチップとの配置間隔を大きくすることができるため、センサチップの配置位置の自由度が増す。
【００３５】
この発明の第１６の特徴は、前述した第１４または第１５の特徴において、前記第１および第２のハーフブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）が同心円状に交互に配置されていることにある。
【００３６】
上述の第１６の特徴によれば、第１および第２のハーフブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子が同心円状に交互に配置されているため、磁気抵抗素子領域の配置面積を縮小することができる。
【００３７】
この発明の第１７の特徴は、前述した第１２ないし第１６の特徴のいずれかにおいて、前記出力部（７０）によって作成された信号と、前記各ホール素子（Ｈ１，Ｈ２）の各出力信号との間にそれぞれ４５°の位相差があることにある。
【００３８】
ホール素子の出力信号は１８０°周期のｓｉｎ信号またはｃｏｓ信号のアナログ値であり、磁気抵抗素子に比べて感度が小さいため、電圧０Ｖ付近、つまり、位相が１８０°切替わるポイント付近では、電圧オフセットやランダムノイズの影響を受けて電圧が変動し易い。このため、ホール素子の出力信号が０Ｖ（閾値レベル）以上のときをハイレベルと判定し、０Ｖ未満のときをローレベルと判定してパルス信号（以下、第１パルス信号という）を作成すると、その第１パルス信号において位相が１８０°切替わるポイント付近の電圧が不安定になるおそれがある。このため、そのような不安定な領域（図１３においてハッチングを施した領域）は、相対回転角度の０〜３６０°を９０°毎の角度範囲に分けた場合に、相対回転角度がどの角度範囲の入るかを判定する要素には用いない方が検出精度を高める上で望ましい。
【００３９】
一方、高感度な各磁気抵抗素子の出力信号を用いて角度演算部によって演算された角度は、多ビットのデジタル値であるため、演算された角度の１／２を閾値角度とし、演算された角度が閾値角度以上のときをハイレベルと判定し、閾値角度未満のときをローレベルと判定すると、不安定な領域の存在しないパルス信号（以下、第２パルス信号という）を作成することができる。また、演算された角度に対応する信号は、各ホール素子の各出力信号とそれぞれ位相が４５°異なるため、第２パルス信号は、第１パルス信号とそれぞれ位相が４５°異なる。
【００４０】
そこで、相対回転角度がどの角度範囲に入るかを判定する際に、第１パルス信号のうち、中央の９０°分に対応する部分の信号レベルを用い、両端の不安定な４５°分の信号レベル（計９０°分）は用いないようにする。そして、両端の４５°分に対応する部分は、第２パルス信号の信号レベルを用いる。
つまり、上述の第１７の特徴によれば、相対回転角度の角度範囲を判定する際に、角度範囲の判定精度を高めることができるため、相対回転角度の検出精度を高めることができる。
【００４１】
この発明の第１８の特徴は、前述した第１２ないし第１７の特徴のいずれかにおいて、前記相対回転角度（θ）の０〜３６０°を前記各ホール素子の出力信号間の位相差で除した値をｎとし、０〜３６０°の範囲をｎで除することによりｎ個の角度範囲を設定した場合に、前記比較部（５３）および出力部（７０）における比較結果の組合せが各角度範囲において総て異なるように構成されていることにある。
【００４２】
上述の第１８の特徴によれば、相対回転角度の０〜３６０°を各ホール素子の出力信号間の位相差で除した値をｎとし、０〜３６０°の範囲をｎで除することによりｎ個の角度範囲を設定した場合に、比較部および出力部における比較結果の組合せが各角度範囲において総て異なるように構成されているため、角度範囲の判定精度を高めることができる。 たとえば、各ホール素子の出力信号間の位相差が９０°であり（ｎ＝４）、相対回転角度を０〜９０°、９０〜１８０°、１８０〜２７０°および２７０〜３６０°の４つの角度範囲に分割した場合に、相対回転角度が１８０°であるのに、演算した角度として誤って０°を出力するおそれがない。したがって、０〜３６０°の正確な角度を出力することができる。
【００４３】
この発明の第１９の特徴は、前述した第１ないし第１８の特徴のいずれかにおいて、前記角度演算部（６０）は、前記相対回転角度（θ）と、前記各磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）から出力される位相差のある複数の出力信号を用いて演算した角度（φ）との偏差が小さくなるようにフィードバック制御を行って前記相対回転角度に対応する角度を演算することにある。
【００４４】
上述の第１９の特徴によれば、相対回転角度と演算した角度との偏差が小さくなるようにフィードバック制御を行って相対回転角度に対応する角度を求めるため、相対回転角度を高精度で演算することができる。
しかも、第１および第２の比較結果と演算した角度とを用いて０〜３６０°の相対回転角度に対応する角度を出力することができる。
【００４５】
この発明の第２０の特徴は、前述した第１ないし第１９の特徴のいずれかにおいて、前記各ホール素子（Ｈ１，Ｈ２）は、それぞれ縦型ホール素子であり、各縦型ホール素子の磁気検出面（ＨＰ１，ＨＰ２）の面方向が前記磁気抵抗素子領域（Ｅ１）と交差するように配置されていることにある。
【００４６】
上述の第２０の特徴によれば、各ホール素子がそれぞれ縦型ホール素子であり、各縦型ホール素子の磁気検出面の面方向が磁気抵抗素子領域と交差するように配置されているため、磁気抵抗素子領域に平行な磁気を各ホール素子の磁気検出面によって検出することができる。
したがって、磁気抵抗素子領域およびホール素子領域を重ねて配置した場合であっても、両素子領域が磁気を検出することができるため、センサチップを平面方向（横幅方向）に小型化することができる。
【００４７】
この発明の第２１の特徴は、前述した第１ないし第２０の特徴のいずれかにおいて、前記各磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）および各ホール素子（Ｈ１，Ｈ２）は、それぞれ半導体基板（１０）に作り込まれていることにある。
【００４８】
上述の第２１の特徴によれば、各磁気抵抗素子および各ホール素子は、それぞれ半導体基板に作り込まれているため、各磁気抵抗素子および各ホール素子を一体化することができる。したがって、各磁気抵抗素子および各ホール素子を個別に位置決めする手間を省くことができる。
【００４９】
この発明の第２２の特徴は、前述した第１ないし第２１の特徴のいずれかにおいて、前記各ホール素子（Ｈ１，Ｈ２）はＣＭＯＳトランジスタ構造であることにある。
【００５０】
上述の第２２の特徴によれば、各ホール素子はＣＭＯＳトランジスタ構造であるため、バイポーラ構造よりも製造工程を簡易化することができるので、回転センサの製造効率を高めることができる。
【００５１】
特に、この発明の第２３の特徴のように、各ホール素子（Ｈ１，Ｈ２）を高耐圧ＣＭＯＳトランジスタ構造とすることにより、Ｎ型の半導体領域（Ｎｗｅｌｌ）が深くなり、キャリアの移動度が高くなるため、磁気の検出感度を高めることができる。
【００５２】
この発明の第２４の特徴は、前述した第２２または第２３の特徴において、前記ホール素子領域（Ｅ２）は、第１導電型の半導体基板（１０）と、前記半導体基板内の表層部から所定の深さに形成した第２導電型の半導体領域（９１）と、前記第２導電型の半導体領域内において当該第２導電型の半導体領域よりも浅く、前記第２導電型の半導体領域を分割するように形成された第１導電型の半導体領域（９２，９３，９９）と、前記第２導電型の半導体領域の表層部において前記第１導電型の半導体領域を挟んで形成され、電流供給対を構成するコンタクト用の第２導電型の不純物拡散領域（９７，９８）と、前記第２導電型の半導体領域の表層部に形成され、電圧出力対を構成するコンタクト用の第２導電型の不純物拡散領域（９５，９６）と、を備えており、前記磁気抵抗素子領域（Ｅ１）は、少なくとも一部が絶縁膜（９０）を介して前記ホール素子領域に重ねて形成されていることにある。
【００５３】
上述の第２４の特徴によれば、ＣＭＯＳトランジスタの製造方法によってホール素子領域を半導体基板に製造した後、ホール素子領域の表面に絶縁膜を形成し、その絶縁膜の表面に磁気抵抗素子領域を形成することができる。
したがって、ホール素子領域に積層する形で磁気抵抗素子領域を形成することができるため、両素子領域を個別に平面方向（横方向）に形成する場合と比較して、回転センサの製造効率を高めることができる。
【００５４】
この発明の第２５の特徴は、前述した第１ないし第２４の特徴のいずれかにおいて、前記各磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）は、ＮｉＦｅの薄膜よりなることにある。
【００５５】
この発明の第２６の特徴は、前述した第１ないし第２４の特徴のいずれかにおいて、前記各磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）は、ＮｉＣｏの薄膜よりなることにある。
【００５６】
上述の第２５または第２６の特徴によれば、微弱な磁界を検知することができるため、相対回転角度の検出精度を高めることができる。
【００５７】
なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１実施形態の回転センサの主要構成をブロックで示す説明図である。
【図２】図１に示すセンサチップの使用状態の一例を示す説明図であり、（ａ）はセンサチップおよび永久磁石の縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示す永久磁石の平面図である。
【図３】図２（ａ）に示す永久磁石が１８０°回転した状態を示す縦断面図である。
【図４】センサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】（ａ）は、磁気抵抗素子領域Ｅ１およびホール素子領域Ｅ２の平面図であり、（ｂ）は、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の配置角度を示す説明図である。
【図６】ＡＭＲセンサＭ１の構造を模式的に示す平面図である。
【図７】ＡＭＲセンサＭ２の構造を模式的に示す平面図である。
【図８】ＡＭＲセンサＭ１の等価回路である。
【図９】ＡＭＲセンサＭ２の等価回路である。
【図１０】ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２およびホール素子Ｈ１，Ｈ２の各出力信号を示す説明図である。
【図１１】ホール素子Ｈ２の説明図であり、（ａ）はホール素子Ｈ２およびその周辺の一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図１２】回転センサ１の主な電気的構成をブロックで示す説明図であり、図１に対応する図である。
【図１３】ホール素子などの出力波形を示す説明図であり、（ａ）はホール素子Ｈ１の出力波形、（ｂ）は比較回路５３ａの出力波形、（ｃ）はホール素子Ｈ２の出力波形、（ｄ）は比較回路５３ｂの出力波形、（ｅ）は角度演算部６０から出力される演算角度の出力波形、（ｆ）は（ｅ）に示す演算角度φと閾値角度φｔｈとの比較結果を示す波形、（ｇ）は出力ロジック回路７１の出力波形である。
【図１４】比較回路５３ａ，５３ｂから出力される第１および第２パルス信号ＶＨ１，ＶＨ２の信号レベルと、演算角度φと閾値角度φｔｈとの比較結果との組合せと、相対回転角度θの角度範囲との関係を示す説明図であり、（ａ）はホール素子Ｈ１，Ｈ２を＋４５°ずらした場合、（ｂ）はホール素子Ｈ１，Ｈ２を−４５°ずらした場合である。
【図１５】第２実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１６】第２実施形態の回転センサ１の主な電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図１７】第２実施形態におけるホール素子などの出力波形を示す説明図であり、図１３に対応する図である。
【図１８】第３実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は相対回転角度０°の基準方向を＋４５°ずらした場合の説明図、（ｂ）は相対回転角度０°の基準方向を−４５°ずらした場合の説明図である。
【図１９】（ａ）および（ｂ）は、第４実施形態の回転センサに備えられたホール素子の配置を示す説明図である。
【図２０】（ａ）および（ｂ）は、第５実施形態の回転センサに備えられたセンサチップおよび永久磁石の縦断面図である。
【図２１】第６実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの使用状態の一例を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２２】（ａ）および（ｂ）は、第６実施形態の変更例の回転センサに備えられたセンサチップおよび回転体の平面図である。
【図２３】（ａ）および（ｂ）は、第７実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの使用状態の一例を示す断面図である
【図２４】第８実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２５】第９施形態の回転センサに備えられたＡＭＲセンサの等価回路である。
【図２６】第１０実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２７】第１０実施形態の回転センサの主な電気的構成を一部省略してブロックで示す説明図である。
【図２８】第１１実施形態の回転センサに備えられた角度演算部６０の構成をブロックで示す説明図である。
【図２９】第１２実施形態の回転センサの主な電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図３０】従来の回転センサの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
〈第１実施形態〉
この発明の実施形態について図を参照して説明する。図１は、この実施形態の回転センサの主要構成をブロックで示す説明図である。図２は、図１に示すセンサチップの使用状態の一例を示す説明図であり、（ａ）はセンサチップおよび永久磁石の縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示す永久磁石の平面図である。図３は、図２（ａ）に示す永久磁石が１８０°回転した状態を示す縦断面図である。
【００６０】
［主要構成］
この実施形態の回転センサの主要構成について説明する。図１に示すように、この実施形態の回転センサ１は、センサチップ５と、このセンサチップ５と電気的に接続された検出回路５０とを備える。センサチップ５は、磁気抵抗素子から成る２つの異方性磁気抵抗センサ（以下、ＡＭＲセンサという）Ｍ１，Ｍ２と、２つのホール素子Ｈ１，Ｈ２とを備える。
【００６１】
図２（ａ）に示すように、センサチップ５は、検出対象の永久磁石（磁気発生部）２の径に沿った相対回転面２ｃと対向する位置に配置される。また、センサチップ５は、支持部材（図示せず）によって支持されており、配置位置が変化しないように固定されている。図２（ｂ）に示すように、永久磁石２は、円板形状を成しており、相対回転面２ｃの径方向で分割された異なる磁極を有する。この実施形態では、永久磁石２は、相対回転面２ｃの径方向で同じ大きさに２分されており、一方がＮ極の永久磁石２ａに、他方がＳ極の永久磁石２ｂになっている。図２（ａ）に示すように、永久磁石２は、回転シャフト３の先端に取付けられており、矢印Ｆ１で示す方向に回転する。
【００６２】
また、永久磁石２は、Ｎ極の永久磁石２ａからＳ極の永久磁石２ｂに向けて磁界を発生し、そのうち、センサチップ５の表面５ａに平行な磁界Ｂ１を発生する。図示の例では、磁界Ｂ１はホール素子Ｈ１からホール素子Ｈ２を貫通している。永久磁石２が図２（ａ）に示す状態から図３に示すように１８０°回転すると、磁界Ｂ１の向きが１８０°変化する。図示の例では、磁界Ｂ１はホール素子Ｈ２からＨ１を貫通している。
【００６３】
図１に示すように、検出回路５０は、増幅部５１，５２と、角度演算部６０と、比較部５３と、出力部７０とを備える。増幅部５１は、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２から出力される出力信号を増幅する。角度演算部６０は、増幅部５１から出力される増幅信号を用い、永久磁石２の相対回転角度（以下、入力角度ともいう）θを演算する。増幅部５２は、ホール素子Ｈ１，Ｈ２から出力される出力信号を増幅する。比較部５３は、増幅部５２から出力されるホール素子毎の増幅信号の出力レベルと閾値レベル（０Ｖ）とを比較し、その比較結果に対応するパルス信号をホール素子毎に出力する。
【００６４】
出力部７０は、角度演算部６０によって演算された角度（以下、演算角度という）φと閾値角度（請求項１に記載の閾値に対応する）φｔｈとを比較し、その比較結果と比較部５３の比較結果とを用い、相対回転角度θが０≦θ≦９０°、９０°≦θ≦１８０°、１８０°≦θ≦２７０°および２７０°≦θ≦３６０°の４つの象限のうち、どの象限に入っているかを判定する。そして、その判定結果と、角度演算部６０から出力される演算角度（請求項１に記載の演算値に対応する）φとを用い、０〜３６０°の相対回転角度θに対応する出力角度を示す信号Ｖｏを出力する。
【００６５】
［センサチップの構造］
センサチップ５の構造について説明する。図４は、センサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図５（ａ）は、磁気抵抗素子領域Ｅ１およびホール素子領域Ｅ２の平面図であり、（ｂ）は、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の配置角度を示す説明図である。なお、各図では、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の配置状態を分かり易くするため、実際の寸法よりも大きく描いてある。また、磁気抵抗素子の形状も、素子の形成方向を分かり易くするため、実際の寸法よりも大きく描いてある。
【００６６】
図４に示すように、センサチップ５は、シリコン基板１０と、このシリコン基板１０の表面に形成された絶縁膜９０と、この絶縁膜９０の表面に形成されたＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２と、シリコン基板１０に作り込まれたホール素子Ｈ１，Ｈ２とを備える。ＡＭＲセンサＭ１は、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を備えており、ＡＭＲセンサＭ２は、磁気抵抗素子Ｒ５〜Ｒ８を備える。ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、絶縁膜９０を介して磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８の下方に重ねて配置されている。
【００６７】
図５（ｂ）に示すように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、各磁気検出部ＨＰの磁気検出面ＨＰ１，ＨＰ２の成す角度が９０°となるように配置されている。つまり、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、出力信号間の位相差が９０°となるように配置されている。センサチップ５の相対回転中心Ｐ１から磁気抵抗素子Ｒ２の方へ水平に延ばした線を基準線Ｌ３とし、基準線Ｌ３の位置を基準角度０°とすると、ホール素子Ｈ１は、自身の磁気検出面ＨＰ１と基準線Ｌ３とが成す角度αが４５°となるように配置されている。
【００６８】
また、ホール素子Ｈ２も自身の磁気検出面ＨＰ２と基準線Ｌ３とが成す角度が４５°となるように配置されている。また、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の各磁気検出面ＨＰ１，ＨＰ２と、基準角度０°に配置された磁気抵抗素子Ｒ２の磁化容易軸とがそれぞれ４５°の角度を成している。つまり、ホール素子Ｈ１は、相対回転角度θに対して位相が４５°進んだｓｉｎ（θ＋４５°）信号を出力し、ホール素子Ｈ２は、ホール素子Ｈ１に対して位相が９０°異なるｃｏｓ（θ＋４５°）信号を出力する。
【００６９】
ここで、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８が配置された領域を磁気抵抗素子領域Ｅ１とし、ホール素子Ｈ１，Ｈ２が配置された領域をホール素子領域Ｅ２とする。図５（ａ）は、図４（ａ）に基づいて作成したものである。磁気抵抗素子領域Ｅ１は、四角形を呈しており、その面積は、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８を配置するために必要な最小面積に略等しい。また、ホール素子領域Ｅ２は、Ｔ字形を呈しており、その面積は、ホール素子Ｈ１，Ｈ２を配置するために必要な最小面積に略等しい。
【００７０】
図示のように、ホール素子領域Ｅ２の全部が磁気抵抗素子領域Ｅ１の下方に重ねられており、ホール素子領域Ｅ２の一部も磁気抵抗素子領域Ｅ１の端部から、はみ出ていない。また、磁気抵抗素子領域Ｅ１の対角線Ｌ１，Ｌ２の交点がセンサチップ５の相対回転中心Ｐ１と一致している。また、対角線Ｌ２が、ホール素子領域Ｅ２のうち、Ｔ字形の縦の領域を長手方向に２分している。
【００７１】
つまり、センサチップ５の相対回転中心Ｐ１は、永久磁石２の相対回転軸Ｃ１（図２（ａ））の延長線上に位置しており、センサチップ５の相対回転中心Ｐ１および永久磁石２の相対回転中心は同軸上に存在する。このため、永久磁石２が回転していない状態においてセンサチップ５を相対回転中心Ｐ１を中心にして相対回転させた場合でも、永久磁石２に対するセンサチップ５の相対回転角度を検出することができる。
【００７２】
センサチップ５は、上記の構造であるため、ＡＭＲセンサおよびホール素子を半導体基板の基板面方向に配置した従来の回転センサと比較して、センサチップ５の基板面方向の大きさ（横幅）を小さくすることができる。
また、磁気抵抗素子領域Ｅ１およびホール素子領域Ｅ２は、永久磁石２の相対回転軸Ｃ１（図２（ａ））に対応する方向に重ねられている。
【００７３】
したがって、センサチップ５を永久磁石２の回転中心方向に縮小することができるため、永久磁石２の回転面２ｃと対向する空間を有効活用することができる。
また、センサチップ５の面積は、磁気抵抗素子領域Ｅ１に依存するため、磁気抵抗素子領域Ｅ１の面積に基づいてセンサチップ５の面積を決定することができる。
【００７４】
（ＡＭＲセンサの構造）
次に、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２の構造について説明する。図６は、ＡＭＲセンサＭ１の構造を模式的に示す平面図である。図７は、ＡＭＲセンサＭ２の構造を模式的に示す平面図である。図８は、ＡＭＲセンサＭ１の等価回路であり、図９は、ＡＭＲセンサＭ２の等価回路である。図１０は、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２およびホール素子Ｈ１，Ｈ２の各出力信号を示す説明図である。
【００７５】
磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８は、帯状領域を複数回折り返した形状、つまり、メアンダ状（蛇行状）に形成されている。磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８は、主としてシリコン基板１０の表面に平行な磁界の強さおよび向きにより抵抗値が変化し、抵抗値に応じたレベルの信号を出力する。つまり、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８は、異方性磁気抵抗効果を発生する素子である。
この実施形態では、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８は、強磁性体の金属薄膜により形成されている。強磁性体としては、ＮｉＦｅ（パーマロイ）やＮｉＣｏなどを用いることができる。また、強磁性体の金属薄膜は、スパッタ法や蒸着法により成膜することができる。
【００７６】
図６に示すように、ＡＭＲセンサＭ１は、４つの磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を備える。磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、相互に隣接する磁気抵抗素子において帯状素子の延設方向の成す角度が９０°になるように配置されている。換言すると、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、隣り合う磁気抵抗素子の電流の方向（磁化容易軸）が９０°の角度を成すように配置されている。つまり、磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ４およびＲ２，Ｒ３の各組は、各組において出力信号間の位相が９０°異なるように配置されている。
【００７７】
図８に示すように、磁気抵抗素子Ｒ１およびＲ４は電気的に直列接続されており、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点には、中点出力Ｖｏｕｔ１を取出すための出力端子３１が電気的に接続されている。磁気抵抗素子Ｒ２およびＲ３も電気的に直列接続されており、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点には、中点出力Ｖｏｕｔ２を取出すための出力端子３２が電気的に接続されている。
【００７８】
そして、両ハーフブリッジ回路は並列接続され、ｃｏｓ２θ信号を出力するフルブリッジ回路が構成されている。このフルブリッジ回路には、電源Ｖｃｃを供給するための電源供給端子３０と、グランドＧ１と電気的に接続するための端子３３とが電気的に接続されている。このフルブリッジ回路において相対向する磁気抵抗素子Ｒ１およびＲ２は、（Ｒ０−ΔＲｃｏｓ２θ）信号を出力し、磁気抵抗素子Ｒ３およびＲ４は、（Ｒ０＋ΔＲｃｏｓ２θ）信号を出力する。ここで、Ｒ０は、無磁界中における磁気抵抗素子の抵抗値であり、ΔＲは、抵抗値変化量である。
【００７９】
各中点出力Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２は、それぞれＶｃｃ／２を中心に振動するため、環境温度の変化などに起因する出力波形のオフセットを抑制することができる。
また、出力端子３１，３２は、差動増幅回路（図１２において符号５１ａで示す）に接続され、中点出力Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２が差動増幅される。このため、ＡＭＲセンサＭ１を１つのハーフブリッジ回路によって構成する場合と比較して、ＡＭＲセンサＭ１の出力振幅を２倍にすることができるため、磁気の検出感度を高めることができる。
【００８０】
図７に示すように、ＡＭＲセンサＭ２は、４つの磁気抵抗素子Ｒ５〜Ｒ８を備える。磁気抵抗素子Ｒ５〜Ｒ８は、相互に隣接する磁気抵抗素子において帯状素子の延設方向の成す角度が９０°になるように配置されている。換言すると、磁気抵抗素子Ｒ５〜Ｒ８は、隣り合う磁気抵抗素子の電流の方向（磁化容易軸）が９０°の角度を成すように配置されている。つまり、磁気抵抗素子Ｒ５，Ｒ７およびＲ８，Ｒ６の各組は、各組において出力信号間の位相が９０°異なるように配置されている。
【００８１】
図９に示すように、磁気抵抗素子Ｒ５およびＲ７は電気的に直列接続されており、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点には、中点出力Ｖｏｕｔ３を取出すための出力端子３７が電気的に接続されている。磁気抵抗素子Ｒ８およびＲ６も電気的に直列接続されており、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点には、中点出力Ｖｏｕｔ４を取出すための出力端子３８が電気的に接続されている。
【００８２】
そして、両ハーフブリッジ回路は並列接続され、ｓｉｎ２θ信号を出力するフルブリッジ回路が構成されている。このフルブリッジ回路には、電源Ｖｃｃを供給するための電源供給端子３６と、グランドＧ２と電気的に接続するための端子３９とが電気的に接続されている。このフルブリッジ回路において相対向する磁気抵抗素子Ｒ５およびＲ６は、（Ｒ０＋ΔＲｓｉｎ２θ）信号を出力し、磁気抵抗素子Ｒ７およびＲ８は、（Ｒ０−ΔＲｓｉｎ２θ）信号を出力する。
【００８３】
各中点出力Ｖｏｕｔ３，Ｖｏｕｔ４は、それぞれＶｃｃ／２を中心に振動するため、環境温度の変化などに起因する出力波形のオフセットを抑制することができる。
また、出力端子３７，３８は、差動増幅回路（図１２において符号５１ｂで示す）に接続され、中点出力Ｖｏｕｔ３，Ｖｏｕｔ４が差動増幅される。このため、ＡＭＲセンサＭ２を１つのハーフブリッジ回路によって構成する場合と比較して、ＡＭＲセンサＭ２の出力振幅を２倍にすることができるため、磁気の検出感度を高めることができる。
【００８４】
図４（ａ）に示すように、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２の各磁気抵抗素子は同心円状に交互に配置されており、隣り合うＡＭＲセンサＭ１の磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４と、ＡＭＲセンサＭ２の磁気抵抗素子Ｒ５〜Ｒ８とが、電流の方向（磁化容易軸）が４５°の角度を成すように配置されている。異方性磁気抵抗素子の電気抵抗の変化量ΔＲは、自身の金属薄膜に流れる電流の方向（磁化容易軸）と、磁界の方向との成す角度が９０°および２７０°のときに最大になり、０°および１８０°のときに最小になる。
【００８５】
したがって、図１０に示すように、ＡＭＲセンサＭ１は、１波長が電気角１８０°のｃｏｓ信号を出力し、ＡＭＲセンサＭ２は、ＡＭＲセンサＭ１との位相差が４５°で、１波長が電気角１８０°のｓｉｎ信号を出力する。
【００８６】
図４（ｂ）に示すように、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２を構成する磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８は、絶縁膜９０を解してシリコン基板１０の表層部に配置されている。ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２は、磁気抵抗素子領域Ｅ１、つまり、シリコン基板１０に対して平行な磁界Ｂ１の磁束密度の変化を主として検出する。ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、シリコン基板１０に作り込まれており、絶縁膜９０を解して磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８の下方に重ねて配置されている。この実施形態では、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、それぞれＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）構造の縦型ホール素子である。また、絶縁膜９０はシリコン酸化膜である。
【００８７】
ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、出力信号間の位相差が９０°となるように配置されている。このため、図１０に示すように、永久磁石２が３６０°回転すると、ホール素子Ｈ１は、１波長が電気角３６０°のｓｉｎ信号を出力し、ホール素子Ｈ２は、１波長が電気角３６０°のｃｏｓ信号を出力する。
【００８８】
（ホール素子の構造）
次に、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の構造について説明する。なお、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は同一の構造であるため、ここでは、ホール素子Ｈ２を例に挙げて説明する。図１１は、ホール素子Ｈ２の説明図であり、（ａ）はホール素子Ｈ２およびその周辺の一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００８９】
ホール素子Ｈ２は、高耐圧ＣＭＯＳトランジスタ（ＨＶＣＭＯＳ）構造を有する。ホール素子Ｈ２は、Ｐ型（第１導電型）のシリコン基板（Ｐ−ｓｕｂ）１０と、このシリコン基板１０の表層部から深さ方向に形成されたＮ型（第２導電型）の半導体領域（Ｎｗｅｌｌ）９１と、この半導体領域９１の全周を囲むＰ型（第１導電型）の拡散層（Ｐｗｅｌｌ）９２と、シリコン基板１０の表層部から深さ方向に形成され、半導体領域９１の表層部から所定深さまでの領域を３つの半導体領域９１ａ，９１ｂ，９１ｃに分割するＰ型（第１導電型）の拡散層（Ｐｗｅｌｌ）９３，９９と、半導体領域９１ａ，９１ｂ，９１ｃの各表層部に形成されたコンタクト領域（Ｎ＋拡散層（不純物拡散領域））９４〜９８とを備える。
【００９０】
コンタクト領域９４〜９８には、配線を介して端子Ｓ，Ｖ１，Ｖ２，Ｇ３，Ｇ４が電気的に接続されている。端子Ｓ，Ｇ３，Ｇ４は、駆動電流を供給するための端子であり、端子Ｖ１，Ｖ２は、ホール電圧信号を取出すための端子である。つまり、コンタクト領域９７，９８が電流供給対であり、コンタクト領域９５，９６が電圧出力対である。したがって、図４（ａ）に示したホール素子Ｈ１，Ｈ２は、電流供給対を結ぶ線が直交するように配置されていることになる。また、電圧出力対を結ぶ線が直交するように配置されていることになる。
【００９１】
図１１（ｃ）に示すように、コンタクト領域９５，９６によって挟まれる領域が、磁気検出部（ホールプレート）ＨＰとなる。また、その磁気検出部ＨＰのうち、コンタクト領域９５，９６を結ぶラインと平行な両面がそれぞれ磁気検出面ＨＰ２となる。つまり、ホール素子Ｈ２は、その磁気検出面ＨＰ２から磁気検出部ＨＰに印加される磁界に対応するホール電圧信号を端子Ｖ１，Ｖ２から出力する。
図１１（ｂ）に示すように、端子Ｓから端子Ｇ３へ、さらに、端子Ｓから端子Ｇ４へそれぞれ一定の駆動電流ｉを流すと、その駆動電流ｉは、コンタクト領域９４から磁気検出部ＨＰ、そして拡散層９３，９８の下方の半導体領域９１を通じてコンタクト領域９７，９８へとそれぞれ流れる。
【００９２】
つまり、磁気検出部ＨＰには、基板表面（センサチップ表面）に垂直な成分を含む駆動電流が流れる。このため、その駆動電流を流した状態において、基板表面（センサチップ表面）に平行な成分を含む磁界（たとえば、図１１（ｃ）において矢印Ｂ１で示す磁界）が磁気検出部ＨＰに印加されると、ホール効果によって端子Ｖ１，Ｖ２間にその磁界に対応するホール電圧ＶＨが発生する。ホール電圧ＶＨは、磁気検出面ＨＰ２と磁界の方向とが成す角度、つまり、磁気検出面ＨＰ２に対する磁界の入射角度に応じて変化する。
【００９３】
図２（ａ），図３に示したように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、各磁気検出面ＨＰ１，ＨＰ２がシリコン基板１０の表面に対して垂直となるように配置されているため、永久磁石２から発生し、シリコン基板１０の表面に平行な磁界Ｂ１が各磁気検出面ＨＰ１，ＨＰ２を垂直に貫通する。図示の状態では、磁界Ｂ１は、ホール素子Ｈ２の磁気検出面ＨＰ２に垂直に貫通しているが、永久磁石２が図示の位置から９０°回転すると、磁界Ｂ１は、ホール素子Ｈ１の磁気検出面ＨＰ１に垂直に貫通する。つまり、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、シリコン基板１０の表面に平行な磁界Ｂ１の磁束密度の変化を主として検出する。
【００９４】
Ｎ型の半導体領域９１は、低耐圧ＣＭＯＳトランジスタ構造におけるＮ型の半導体領域よりも深く形成されており、それに伴い、Ｐ型の拡散層９２，９３，９８も、低耐圧ＣＭＯＳトランジスタ構造におけるＰ型の拡散層よりも深く形成されている。この実施形態では、Ｐ型の拡散層９２，９３，９８は、それぞれＮ型の半導体領域９１の略半分の深さに形成されている。
【００９５】
このようにホール素子Ｈ１は、Ｎ型の半導体領域９１を深く形成しているため、キャリア移動度が高くなり、ホール効果を大きくすることができるため、ホール電圧ＶＨを高くすることができるので、磁界に対する検出感度を高めることができる。
また、ホール素子Ｈ１は、ＣＭＯＳ工程で製造するため、バイポーラ工程で製造する縦型ホール素子よりもコスト的に有利である。
【００９６】
［電気的構成］
次に、回転センサ１の主な電気的構成について説明する。図１２は、回転センサ１の主な電気的構成をブロックで示す説明図であり、図１に対応する図である。図１３は、ホール素子などの出力波形を示す説明図であり、（ａ）はホール素子Ｈ１の出力波形、（ｂ）は比較回路５３ａの出力波形、（ｃ）はホール素子Ｈ２の出力波形、（ｄ）は比較回路５３ｂの出力波形、（ｅ）は角度演算部６０から出力される演算角度の出力波形、（ｆ）は（ｅ）に示す演算角度φと閾値角度φｔｈとの比較結果を示す波形、（ｇ）は出力ロジック回路７１の出力波形である。
【００９７】
（増幅部５１および角度演算部６０）
増幅部５１は、ＡＭＲセンサＭ１の出力信号ｓｉｎ２θを差動増幅する差動増幅回路５１ａと、ＡＭＲセンサＭ２の出力信号ｃｏｓ２θを差動増幅する差動増幅回路５１ｂとを備える。角度演算部６０は、トラッキングループ型デジタル角度変換回路であり、乗算回路６１，６２と、減算回路６３と、ウインドウコンパレータ６４と、アップダウンカウンタ６５と、ｃｏｓ２φ出力回路６６と、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）６７と、ｓｉｎ２φ出力回路６８と、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）６９とを備える。
【００９８】
ｃｏｓ２φ出力回路６６は、アップダウンカウンタ６５から出力されるデジタルの演算角度φに対応するデータｃｏｓ２φを出力する。たとえば、ｃｏｓ２φ出力回路６６は、演算角度φとデータｃｏｓ２φとを対応付けたテーブルが記憶されたＲＯＭを備えており、演算角度φに対応付けられているデータｃｏｓ２φをそのＲＯＭから読出して出力する。Ｄ／Ａ変換器６７は、ｃｏｓ２φ出力回路６６から出力されたデータｃｏｓ２φをアナログの信号ｃｏｓ２φに変換する。
【００９９】
ｓｉｎ２φ出力回路６８は、アップダウンカウンタ６５から出力されるデジタルの演算角度φに対応するデータｓｉｎ２φを出力する。たとえば、ｓｉｎ２φ出力回路６８は、演算角度φとデータｓｉｎ２φとを対応付けたテーブルが記憶されたＲＯＭを備えており、演算角度φに対応付けられているデータｓｉｎ２φをそのＲＯＭから読出して出力する。Ｄ／Ａ変換器６９は、ｓｉｎ２φ出力回路６８から出力されたデータｓｉｎ２φをアナログの信号ｓｉｎ２φに変換する。
【０１００】
乗算回路６１は、差動増幅回路５１ａから出力された信号ｓｉｎ２θおよびｃｏｓ２φ出力回路６６から出力された信号ｃｏｓ２φを乗算し、信号ｓｉｎ２θｃｏｓ２φを出力する。乗算回路６２は、差動増幅回路５１ｂから出力された信号ｃｏｓ２θおよびｓｉｎ２φ出力回路６８から出力された信号ｓｉｎ２φを乗算し、信号ｃｏｓ２θｓｉｎ２φを出力する。
【０１０１】
減算回路６３は、乗算回路６１から出力された信号ｓｉｎ２θｃｏｓ２φから、乗算回路６２から出力された信号ｃｏｓ２θｓｉｎ２φを減算し、ｓｉｎ（２θ−２φ）を演算する。つまり、ｃｏｓ２φ出力回路６６、Ｄ／Ａ変換器６７、ｓｉｎ２φ出力回路６８、Ｄ／Ａ変換器６９、乗算回路６１，６２および減算回路６３は、ｓｉｎ２θｃｏｓ２φ−ｃｏｓ２θｓｉｎ２φ＝ｓｉｎ（２θ−２φ）を演算し、制御偏差ε＝ｓｉｎ（２θ−２φ）を求めるための回路である。
【０１０２】
ウインドウコンパレータ６４は、減算回路６３から出力されたｓｉｎ（２θ−２φ）を大きさの異なる２つの閾値と比較し、ｓｉｎ（２θ−２φ）が大きい方の閾値よりも大きいときは、次段のアップダウンカウンタ６５をカウントアップさせるためのアップ信号（たとえば、正極性のパルス信号）を出力する。また、ウインドウコンパレータ６４は、減算回路６３から出力されたｓｉｎ（２θ−２φ）が小さい方の閾値よりも小さいときは、次段のアップダウンカウンタ６５をカウントダウンさせるためのダウン信号（たとえば、負極性のパルス信号）を出力する。
【０１０３】
アップダウンカウンタ６５は、ウインドウコンパレータ６４からアップ信号を入力する毎に（たとえば、正極性のパルス数をカウントする毎に）カウント値を１つ加算し、ウインドウコンパレータ６４からダウン信号を入力する毎に（たとえば、負極性のパルス数をカウントする毎に）カウント値を１つ減算する。そして、アップダウンカウンタ６５は、カウント値を演算角度φとして、ｃｏｓ２φ出力回路６６およびｓｉｎ２φ出力回路６８へ出力する。
【０１０４】
アップダウンカウンタ６５から出力されたカウント値は、出力ロジック回路７１においてラッチされる。角度演算部６０は、制御偏差ε＝ｓｉｎ（２θ−２φ）の絶対値が閾値以下となるまで、たとえば、ε＝０になるまで演算角度φをフィードバックして制御偏差εの演算を繰返す。
【０１０５】
（増幅部５２および比較部５３）
増幅部５２は、ホール素子Ｈ１から出力されるｓｉｎ（θ＋４５°）信号を増幅する増幅回路５２ａと、ホール素子Ｈ２から出力されるｃｏｓ（θ＋４５°）信号を増幅する増幅回路５２ｂとを備える。比較部５３は、増幅回路５２ａから出力される信号レベルと閾値レベルとを比較し、その比較結果に対応する第１パルス信号を出力する比較回路５３ａと、増幅回路５２ｂから出力される信号レベルと閾値レベルとを比較し、その比較結果に対応する第２パルス信号を出力する比較回路５３ｂとを備える。比較回路５３ａ，５３ｂは、パルス化回路と呼ぶこともできる。
【０１０６】
この実施形態では、０Ｖが閾値レベルに設定されており、各比較回路は、入力される信号が正極性のときはハイレベル（Ｈ）信号を、負極性のときはローレベル（Ｌ）信号をそれぞれ出力する。このため、図１３（ｂ）に示すように、比較回路５３ａからは、相対回転角度θが０〜１８０°の間はハイレベルを維持し、相対回転角度θが１８０〜３６０°の間はローレベルを維持する第１パルス信号ＶＨ１が出力される。図１３（ｄ）に示すように、比較回路５３ｂからは、相対回転角度θが９０〜２７０°の間はハイレベルを維持し、相対回転角度θが２７０〜９０°の間はローレベルを維持する第２パルス信号ＶＨ２が出力される。比較回路５３ａおよび５３ｂから出力される第１および第２パルス信号ＶＨ１，ＶＨ２は、出力ロジック回路７１へ出力される。
【０１０７】
（出力部）
出力部７０は、出力ロジック回路７１を備える。図１４（ａ）は、比較回路５３ａ，５３ｂから出力される第１および第２パルス信号ＶＨ１，ＶＨ２の信号レベル（ハイレベル（Ｈ）およびローレベル（Ｌ））と、演算角度φと閾値角度φｔｈとの比較結果（ハイレベル（Ｈ）およびローレベル（Ｌ））との組合せと、相対回転角度θの角度範囲との関係を示す説明図である。なお、図１４（ａ）に示す表中の符号（Ａ）〜（Ｈ）は、図１３に記載した符号Ａ〜Ｈに対応する。
【０１０８】
出力ロジック回路７１は、制御偏差εが閾値以下となったときにラッチしたカウント値を演算角度φとして出力する。この演算角度φを信号で表すと、図１３（ｅ）に示すように、相対回転角度θが０°および１８０°のときに最大になる１波長の電気角が１８０°の信号（図示の例では鋸波）になる。
【０１０９】
続いて、出力ロジック回路７１は、そのデジタル値である演算角度φと、同じくデジタル値である閾値角度φｔｈとをデジタル領域で比較し、その比較結果を出す。この実施形態では、閾値角度φｔｈは、演算角度φの最大値の１／２に設定されており、図１３（ｆ）に示すように、演算角度φが閾値角度φｔｈ以上のときにハイレベル（Ｈ）に変化し、演算角度φが閾値角度φｔｈ未満のときにローレベル（Ｌ）に変化するパルス信号ＶＭ１が比較結果として作られる。
【０１１０】
また、出力ロジック回路７１は、第１および第２パルス信号ＶＨ１，ＶＨ２の各信号レベルと、パルス信号ＶＭ１の信号レベルとを判定する。そして、出力ロジック回路７１は、第１および第２パルス信号ＶＨ１，ＶＨ２の各信号レベルの判定結果と、パルス信号ＶＭ１の信号レベルの判定結果ＶＭｔとを用い、相対回転角度θが、０〜３６０°の相対回転角度θを９０°単位で分割した４つの象限のうち、どの象限（角度範囲）に入るかを判定する。
【０１１１】
ところで、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の出力信号は、電圧オフセットやランダムノイズの影響を受けると、位相が１８０°切替わるポイント付近の電圧が不安定になるおそれがある。このため、そのような不安定な領域（図１３においてハッチングを施した領域）は、相対回転角度の０〜３６０°を９０°毎の角度範囲に分けた場合に、相対回転角度がどの角度範囲の入るかを判定する要素には用いない方が検出精度を高める上で望ましい。この実施形態では、第１および第２のパルス信号の位相が１８０°切替わる両ポイントからそれぞれ４５°の範囲（両端を合わせて計９０°分）を不安定な領域と見込んでいる。その一方、パルス信号ＶＭ１は、デジタル値である演算角度φに基づいて作成されたものであるため、電圧オフセットやランダムノイズの影響を受けないので、安定している。
【０１１２】
そこで、この実施形態では、第１および第２のパルス信号ＶＨ１，ＶＨ２と、パルス信号ＶＭ１との位相が４５°異なるように構成されており、上記の不安定な領域をパルス信号ＶＭ１によって補うことができるようになっている。図１３に示すように、第１および第２のパルス信号が不安定な領域の４５°の範囲と、第１および第２のパルス信号のパルス幅とが対応しており、上記の不安定な領域では、パルス信号ＶＭ１の信号レベルを判定に用いることができる。
【０１１３】
出力ロジック回路７１は、図１４に示すように、ＶＨ１がハイレベル（Ｈ）、かつ、ＶＭｔがローレベル（Ｌ）の場合は、相対回転角度θは、０°≦θ＜９０°の象限（角度範囲）に存在すると判定する。また、ＶＨ２がハイレベル（Ｈ）、かつ、ＶＭｔもハイレベル（Ｈ）の場合は、相対回転角度θは、９０°≦θ＜１８０°の象限に存在すると判定する。また、ＶＨ１がローレベル（Ｌ）、かつ、ＶＭｔもローレベル（Ｌ）の場合は、相対回転角度θは、１８０°≦θ＜２７０°の象限に存在すると判定する。また、ＶＨ２がハイレベル（Ｈ）、かつ、ＶＭｔもハイレベル（Ｈ）の場合は、相対回転角度θは、２７０°≦θ＜３６０°の象限に存在すると判定する。
【０１１４】
このように、ＶＨ１，ＶＨ２，ＶＭｔの各判定結果の組合せが、各象限において総て異なるため、相対回転角度θが存在する象限（角度範囲）を正確に判定することができる。特に、ＭＲＥが高感度であり、その出力信号に基いて演算された演算角度はデジタル値であるため、高精度に（１ＬＳＢの範囲で）象限を判定することができる。
しかも、ＶＨ１，ＶＨ２のうち、不安定になるおそれのある判定結果を用いないため、電圧オフセットやランダムノイズが発生した場合であっても、相対回転角度θが存在する象限（角度範囲）をより一層正確に判定することができる。
また、図１３（ｅ）に示すように、電圧ＶＭが０Ｖになる場合として、相対回転角度θが０°の場合および１８０°の場合の２つ存在するが、上記の判定結果の組合せを参照することにより、相対回転角度θが０°か１８０°かを正確に判定することができる。
【０１１５】
つまり、ＶＨ１がハイレベル（Ｈ）、かつ、ＶＭｔがローレベル（Ｌ）の場合は、相対回転角度θは、０°であると判定する。また、ＶＨ１がローレベル（Ｌ）、かつ、ＶＭｔもローレベル（Ｌ）の場合は、相対回転角度θは、１８０°であると判定する。これにより、永久磁石２が、電圧ＶＭが０Ｖになるような位置から回転を開始した場合であっても、その回転を開始したときの相対回転角度θが０°であるか１８０°であるかを判定することができる。
【０１１６】
したがって、出力ロジック回路７１は、相対回転角度θに対応する正確な演算角度φを出力することができる。また、出力ロジック回路７１は、演算角度φを３６０°周期のアナログ信号に変換し、図１３（ｇ）に示すように、相対回転角度θの０°から３６０°の変化に対応して電圧Ｖｏが直線的に上昇する３６０°周期の角度信号を出力することができる。
【０１１７】
また、ホール素子と磁気抵抗素子とを磁界の感度で比較すると磁気抵抗素子の方が大きいため、磁気抵抗素子により得られる信号をリニア出力の信号として利用することにより、高精度な回転センサを構成できる。また、永久磁石の強度（磁界の大きさ）が小さいものでも使えるため、永久磁石のコストを下げることができる。
【０１１８】
〈第２実施形態〉
次に、この発明の第２実施形態について図を参照して説明する。
図１５は、この実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図１６は、この実施形態の回転センサ１の主な電気的構成をブロックで示す説明図である。図１７は、この実施形態におけるホール素子などの出力波形を示す説明図であり、図１３に対応する図である。なお、この実施形態に係る回転センサは、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の配置位置以外は前述の第１実施形態に係る回転センサと同じ構成であるため、同じ構成については同一符号を用い、説明を省略する。
【０１１９】
図１５に示すように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、第１実施形態の回転センサ１に備えられたホール素子と比較して、左方向に９０°回転した位置に配置されている。つまり、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、第１実施形態のホール素子の出力信号と比較して位相が９０°遅れるように配置されている。
このため、ホール素子Ｈ１は、相対回転角度θに対して位相が４５°遅れたｓｉｎ（θ−４５°）信号を出力し、ホール素子Ｈ２は、ホール素子Ｈ１に対して位相が９０°異なるｃｏｓ（θ−４５°）信号を出力する。
【０１２０】
回転センサの主な電気的構成は、図１６に示すように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の出力信号が異なる以外は、図１２に示した第１実施形態の電気的構成と同じである。
図１４（ｂ）は、第１実施形態における図１４（ａ）に対応する説明図である。図示ように、第１および第２パルス信号ＶＨ１，ＶＨ２の信号レベルの組合せが異なる以外は、第１実施形態と同じである。
【０１２１】
上述したように、第２実施形態に係る回転センサは、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の出力信号の位相が相対回転角度θに対して４５°遅れている以外は、第１実施形態の回転センサ１と同じ構成であるため、第１実施形態と同じ効果を奏することができる。
【０１２２】
〈第３実施形態〉
次に、この発明の第３実施形態について図を参照して説明する。
図１８（ａ）に示すように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２を第１実施形態の配置位置から図面左方向に４５°回転させた位置の配置し、基準角度０°も第１実施形態の位置から図面左方向に４５°回転させた位置に設定することもできる。この構成の場合も、第１実施形態と同じように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の各出力信号は、それぞれｓｉｎ（θ＋４５°）、ｃｏｓ（θ＋４５°）となるため、第１実施形態と同じ効果を奏することができる。
【０１２３】
また、図１８（ｂ）に示すように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２を第１実施形態の配置位置から図面左方向に４５°回転させた位置の配置し、基準角度０°は第１実施形態の位置から図面右方向に４５°回転させた位置に設定することもできる。この構成の場合も、第２実施形態と同じように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の各出力信号は、それぞれｓｉｎ（θ−４５°）、ｃｏｓ（θ−４５°）となるため、第２実施形態と同じ効果を奏することができる。
【０１２４】
つまり、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の各出力信号が、相対回転角度θに対して±４５°の位相差を持つ構成であれば良く、そのためには、第１および第２実施形態のように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の配置位置を工夫する手法を用いても良く、第３実施形態のように、電気的に基準角度０°の設定位置を工夫する手法を用いても良い。
【０１２５】
〈第４実施形態〉
次に、この発明の第４実施形態について図を参照して説明する。
図１９（ａ）に示すように、一方のホール素子Ｈ１は、その中心がセンサチップ５の相対回転中心Ｐ１と一致するように配置されている。また、他方のホール素子は、２つのホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２から成り、ホール素子Ｈ１の両側に配置されている。ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２は、それぞれ同じ大きさおよび形状に形成されており、同じ強度の磁界が同じ入射角度で印加された場合にそれぞれ同じホール電圧を発生する。
【０１２６】
ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２は、相対回転中心Ｐ１を通る線Ｌ４と直交する線Ｌ５が自身の中心を通るように配置されており、相対回転中心Ｐ１から同じ距離隔てて配置されている。また、ホール素子Ｈ１の磁気検出面と、ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２の各磁気検出面とが９０°の角度を成している。
【０１２７】
ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２の各出力信号は加算され、１つの出力信号として出力され、比較回路５３ｂ（図１２）に入力される。つまり、出力信号を加算することにより、ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２からなる領域の中心を相対回転中心Ｐ１と擬似的に一致させる。
【０１２８】
上述したように、各ホール素子の中心を相対回転中心Ｐ１と一致させることができるため、永久磁石２から発生する磁界Ｂ１は、ホール素子の配置位置が原因で偏ることがなくなる。したがって、各ホール素子は、相対回転角度θの変化に応じた形状の整った信号を出力するため、相対回転角度θの象限の判定精度を高めることができる。
【０１２９】
図１９（ｂ）に示すように、ホール素子Ｈ１−１，Ｈ１−２およびホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２は、それぞれ同じ大きさおよび形状に形成されており、同じ強度の磁界が同じ入射角度で印加された場合にそれぞれ同じホール電圧を発生する。ホール素子Ｈ１−１，Ｈ１−２は、相対回転中心Ｐ１を通る線Ｌ４上に配置されており、ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２は、相対回転中心Ｐ１を通り、かつ、線Ｌ４と直交する線Ｌ５上に配置されている。また、ホール素子Ｈ１−１，Ｈ１−２は、線Ｌ４が自身の中心を通るように配置されており、ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２は、線Ｌ５が自身の中心を通るように配置されている。
【０１３０】
さらに、ホール素子Ｈ１−１，Ｈ１−２は、相対回転中心Ｐ１から同じ距離隔てて配置されており、ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２も相対回転中心Ｐ１から同じ距離隔てて配置されている。さらに、相対回転中心Ｐ１からの距離は、４つのホール素子において総て同じである。また、ホール素子Ｈ１−１，Ｈ１−２の各磁気検出面と、ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２の各磁気検出面とが９０°の角度を成している。
【０１３１】
ホール素子Ｈ１−１，Ｈ１−２の各出力信号は加算され、１つの出力信号として出力され、比較回路５３ａ（図１２）に入力される。つまり、出力信号を加算することにより、ホール素子Ｈ１−１，Ｈ１−２からなる領域の中心を相対回転中心Ｐ１と擬似的に一致させる。また、ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２の各出力信号は加算され、１つの出力信号として出力され、比較回路５３ｂ（図１２）に入力される。つまり、出力信号を加算することにより、ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２からなる領域の中心を相対回転中心Ｐ１と擬似的に一致させる。
【０１３２】
上述したように、各ホール素子の中心を相対回転中心Ｐ１と一致させることができるため、永久磁石２から発生する磁界Ｂ１は、ホール素子の配置位置が原因で偏ることがなくなる。したがって、各ホール素子は、相対回転角度θの変化に応じた形状の整った信号を出力するため、相対回転角度θの象限の判定精度を高めることができる。
【０１３３】
〈第５実施形態〉
次に、この発明の第５実施形態について説明する。図２０（ａ），（ｂ）は、この実施形態の回転センサに備えられたセンサチップおよび永久磁石の縦断面図である。
【０１３４】
この回転センサは、前述の第１実施形態の回転センサ１に備えられたセンサチップ５の表裏面を逆にして配置したセンサチップ５を備える。つまり、ホール素子領域Ｅ２が永久磁石２の相対回転面２ｃと対向する側に配置されており、磁気抵抗素子領域Ｅ１がホール素子領域Ｅ２の下方に配置されている。このような構造のセンサチップ５においても、図示のように、永久磁石２から発生したセンサチップ５の表面５ａに平行な磁界Ｂ１が、ホール素子Ｈ１，Ｈ２およびＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２に印加されるため、永久磁石２の相対回転角度θを検出することができる。
【０１３５】
〈第６実施形態〉
次に、この発明の第６実施形態について説明する。図２１は、この実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの使用状態の一例を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【０１３６】
マグネットロータ６は、ロータボディ６ａを有する。この実施形態では、ロータボディ６ａは有底の円筒形状に形成されている。ロータボディ６ａの周方向に立設された外周壁の内壁面には、Ｎ極の永久磁石２ａおよびＳ極の永久磁石２ｂが相対向して取付けられている。回転体６の底部の中心には、回転シャフト３の先端が取付けられている。回転シャフト３が、その相対回転軸Ｃ１を中心にして回転すると、回転体６も相対回転軸Ｃ１を中心にして回転シャフト３と同じ方向に回転する。
【０１３７】
相対向する永久磁石２ａ，２ｂ間であって、ロータボディ６ａの相対回転中心には、センサチップ５が、永久磁石２ａ，２ｂと離間して配置されている。センサチップ５は永久磁石２ａ，２ｂ間に発生する磁界Ｂ１がセンサチップ５の表面５ａに平行となるように配置されている。つまり、磁界Ｂ１の向きが、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２と平行になり、かつ、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の各磁気検出面ＨＰ１，ＨＰ２と垂直になるように配置されている。また、センサチップ５は、支持部材（図示せず）によって支持されており、配置位置が変化しないように固定されている。
【０１３８】
上記のように配置されたセンサチップ５は、その表面に平行な磁界Ｂ１の磁束密度の変化を検出することができるため、ロータボディ６ａの相対回転角度θを検出することができる。また、センサチップ５は、磁気抵抗素子領域Ｅ１およびホール素子領域Ｅ２を重ねた構造であるため、センサチップ５を平面方向に小型化することができる。したがって、ロータボディ６ａの径を小さくすることができる。なお、図２０に示したように、センサチップ５の表裏面を逆にして配置することもできる。
【０１３９】
［変更例］
次に、上述した第６実施形態の変更例について説明する。図２２は、その変更例の回転センサに備えられたセンサチップおよび回転体の平面図である。図２２（ａ）および（ｂ）において、センサチップ５の断面構造は、図２（ａ）に示した構造と同じである。また、図２０に示したように、センサチップ５の表裏面を逆にして配置することもできる。
【０１４０】
図２２（ａ）に示すように、ロータボディ６ａの内壁面には、Ｎ極の永久磁石２ａおよびＳ極の永久磁石２ｂを相対向して配置した永久磁石対が２対取付けられている。ロータボディ６ａの相対回転中心には、センサチップ５が配置されている。このように、Ｎ極およびＳ極が２対の場合でも、その磁界が磁気抵抗素子領域Ｅ１と平行となるようにセンサチップ５を配置することにより、ロータボディ６ａの相対回転角度θを検出することができる。
【０１４１】
また、図２２（ｂ）に示すように、ロータボディ６ａの内壁面には、Ｎ極の永久磁石２ａおよびＳ極の永久磁石２ｂを相対向して配置した永久磁石対が３対以上取付けられている。つまり、多極の永久磁石が取付けられている。このように、Ｎ極およびＳ極が３対以上の場合でも、その磁界が磁気抵抗素子領域Ｅ１と平行となるようにセンサチップ５を配置することにより、ロータボディ６ａの相対回転角度θを検出することができる。
【０１４２】
〈第７実施形態〉
次に、この発明の第７実施形態について説明する。図２３は、この実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの使用状態の一例を示す断面図である。図２３（ａ）および（ｂ）において、センサチップ５の断面構造は、図２（ａ）に示した構造と同じである。また、図２０に示したように、センサチップ５の表裏面を逆にして配置することもできる。また、永久磁石２の構造および形状は、図２に示した永久磁石と同じである。
【０１４３】
図２３（ａ）に示すように、センサチップ５が永久磁石２の回転周面２ｄの側方に配置されている。このような配置でも、永久磁石２からは、センサチップ５の磁気抵抗素子領域Ｅ１に平行な磁界Ｂ１を検出することができるため、永久磁石２の相対回転角度θを検出することができる。したがって、永久磁石２の相対回転面２ｃと対向する空間にセンサチップ５を配置することができない場合であっても、図示のように、センサチップ５を永久磁石２の回転周面２ｄの側方に配置することにより、永久磁石２の相対回転角度θを検出することができる。
【０１４４】
図２３（ｂ）に示すように、センサチップ５が永久磁石２の相対回転面２ｃと対向する位置であって、回転シャフト３の側方に配置されている。このような配置でも、永久磁石２からは、センサチップ５の磁気抵抗素子領域Ｅ１に平行な磁界Ｂ１を検出することができるため、永久磁石２の相対回転角度θを検出することができる。したがって、永久磁石２の回転周面２ｄの側方にセンサチップ５を配置することができない場合であっても、図示のように、センサチップ５を永久磁石２の相対回転面２ｃと対向する位置であって、回転シャフト３の側方に配置することにより、永久磁石２の相対回転角度θを検出することができる。
【０１４５】
〈第８実施形態〉
次に、この発明の第８実施形態について説明する。図２４は、この実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【０１４６】
ＡＭＲセンサＭ１は、磁気抵抗素子Ｒ２，Ｒ３を直列接続したハーフブリッジ回路を有する。ＡＭＲセンサＭ２は、磁気抵抗素子Ｒ６，Ｒ８を直列接続したハーフブリッジ回路を有する。磁気抵抗素子Ｒ２，Ｒ３は、磁気抵抗素子からの出力信号の位相差が９０°となるように配置されている。磁気抵抗素子Ｒ６，Ｒ８も、磁気抵抗素子からの出力信号の位相差が９０°となるように配置されている。磁気抵抗素子Ｒ２，Ｒ３，Ｒ６，Ｒ８は、ＡＭＲセンサＭ１の出力端子３２からの出力信号と、ＡＭＲセンサＭ２の出力端子３８からの出力信号との位相差が４５°となるように交互に配置されている。
【０１４７】
このように、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２をそれぞれハーフブリッジ回路で構成することにより、磁気抵抗素子領域Ｅ１の面積を小さくすることができるため、センサチップ５を小型化することができる。
【０１４８】
〈第９実施形態〉
次に、この発明の第９実施形態について説明する。図２５は、この実施形態の回転センサに備えられたＡＭＲセンサの等価回路である。
【０１４９】
ＡＭＲセンサＭ１を構成する磁気抵抗素子は、Ｒ３の１つのみであり、ＡＭＲセンサＭ２を構成する磁気抵抗素子は、Ｒ８の１つのみである。磁気抵抗素子Ｒ３，Ｒ８は、磁気抵抗素子の出力信号間に４５°の位相差が出るように配置されている。磁気抵抗素子Ｒ３，Ｒ８には、それぞれ定電流源７２が接続されている。
【０１５０】
このように、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２をそれぞれ磁気抵抗素子１つのみで構成することにより、磁気抵抗素子領域Ｅ１の面積を小さくすることができるため、センサチップ５を小型化することができる。
【０１５１】
〈第１０実施形態〉
次に、この発明の第１０実施形態について説明する。図２６は、この実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図２７は、回転センサの主な電気的構成を一部省略してブロックで示す説明図である。
【０１５２】
図２６（ａ）に示すように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、ホール素子からの出力信号間に４５°の位相差が出るように配置されている。ホール素子Ｈ１は、相対回転角度θに対して１波長が電気角３６０°のｓｉｎθ信号を出力する。ホール素子Ｈ２は、ホール素子Ｈ１の出力信号と４５°の位相差を有する信号、つまり、１波長が電気角３６０°のｓｉｎ（４５°＋θ）信号を出力する。
【０１５３】
図２７に示すように、増幅部５２および比較部５３の間にｓｉｎθｃｏｓθ演算部５４が電気的に接続されている。ｓｉｎθｃｏｓθ演算部５４は、増幅部５２から出力されるｓｉｎθ信号と、ｓｉｎ（４５°＋θ）信号とを用い、ｓｉｎθ信号およびｃｏｓθ信号を取出す。つまり、ｓｉｎθｃｏｓθ演算部５４は、増幅部５２から出力されるｓｉｎ（４５°＋θ）信号を（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）／２１／２ 信号に変換し、この信号と、ｓｉｎθ信号とをを用い、ｓｉｎθ信号およびｃｏｓθ信号を取出す。
【０１５４】
〈第１１実施形態〉
次に、この発明の第１１実施形態について説明する。図２８は、この実施形態の回転センサに備えられた角度演算部６０の構成をブロックで示す説明図である。
【０１５５】
角度演算部６０は、ＡＭＲセンサＭ１から出力されるｓｉｎ２θ信号およびＡＭＲセンサＭ２から出力されるｃｏｓ２θ信号に基づいて、ｓｉｎ２θおよびｃｏｓ２θの逆正接（アークタンジェント）演算を行い、演算角度φ＝ｔａｎ−１（ｓｉｎ２θ／ｃｏｓ２θ）を求める機能を有する。角度演算部６０は、Ａ／Ｄ変換器８１，８２と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）８３と、Ｄ／Ａ変換器８４と、増幅回路８５とを備える。ＤＳＰ８３は、平均化部８３ａと、温特補正部８３ｂと、角度計算部８３ｃとを備える。
【０１５６】
ＡＭＲセンサＭ１から出力されるｓｉｎ２θ信号は、Ａ／Ｄ変換器８１により、所定のサンプリング間隔でデジタル値に変換され、ＡＭＲセンサＭ２から出力されるｃｏｓ２θ信号は、Ａ／Ｄ変換器８１により、所定のサンプリング間隔でデジタル値に変換される。サンプリング間隔は、ＣＰＵ（図示せず）から角度演算部６０に供給されるクロック信号のクロック周波数に基づいて発生するサンプリング周波数により決定される。
【０１５７】
ＤＳＰ８３の平均化部８３ａは、所定のサンプリング期間においてＡ／Ｄ変換器８１により変換されたｓｉｎ２θのデジタル値の平均値を算出し、かつ、所定のサンプリング期間においてＡ／Ｄ変換器８２により変換されたｃｏｓ２θのデジタル値の平均値を算出する。永久磁石２および回転センサ１は、環境温度の変化に応じて特性が変化するため、演算角度に誤差が発生する。そこで、温特補正部８３ｂは、平均化部８３ａにより算出された各平均値に対して、永久磁石２および回転センサ１の温度特性に基づく補正を行い、演算角度の誤差を小さくする。
【０１５８】
角度計算部８３ｃは、温特補正部８３ｂによって補正されたデジタル値のｓｉｎ２θおよびｃｏｓ２θを用い、ｓｉｎ２θおよびｃｏｓ２θの逆正接演算を行い、演算角度φを算出する。角度計算部８３ｃから出力された演算角度φは、Ｄ／Ａ変換器８４によってアナログ信号に変換され、増幅回路８５によって増幅され、演算角度φを示す信号として出力される。
【０１５９】
〈第１２実施形態〉
次に、この発明の第１２実施形態について説明する。図２９は、この実施形態の回転センサの主な電気的構成をブロックで示す説明図である。
【０１６０】
検出回路５０は、補正部５５，５６を備える。補正部５５は、増幅部５１から出力されるｓｉｎ２θ信号およびｃｏｓ２θ信号の振幅差、オフセットおよび初期位相誤差を補正する。また、補正部５６は、増幅部５２から出力されるｓｉｎθ信号およびｃｏｓθ信号の振幅差、オフセットおよび初期位相誤差を補正する。
このように、この実施形態の回転センサは、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２およびホール素子Ｈ１，Ｈ２から出力される信号の振幅差、オフセットおよび初期位相誤差を補正することができるため、相対回転角度θの検出精度を高めることができる。
【０１６１】
〈他の実施形態〉
（１）第１実施形態において、出力ロジック回路７１を角度演算部６０と同じ基板上に設けないで、出力ロジック回路７１の出力を使用する側（たとえば、車両に備えられたＥＣＵ側）に設けることもできる。
（２）検出回路５０をシリコン基板１０に形成し、センサチップ５および検出回路５０を一体化することもできる。
（３）ホール素子Ｈ１またはＨ２のパルス出力の数をカウントし、多回転（３６０°以上）を検出することもできる。
【０１６２】
（４）シリコン基板１０に代えてＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどの化合物半導体により形成された基板を用いることもできる。
（５）永久磁石に代えて、磁気インクを塗布した部材を用いることもできる。また、導電性部材の表面に着磁した部材を用いることもできる。
（６）横型ホール素子を磁気検出面が磁気抵抗素子に対して垂直になるように、磁気抵抗素子領域に重ねて配置して用いることもできる。
（７）出力ロジック回路７１が、０〜３６０°の相対回転角度θに対応する出力角度を示すデジタル値を出力するようにしても良い。
（８）比較回路５３ａ，５３ｂの各出力をＡ／Ｄ変換し、その変換されたデジタル値とデジタルの閾値とを比較し、その比較結果を出力するようにしても良い。
（９）アップダウンカウンタ６５が出力する演算角度φとデジタルの閾値とを比較し、その比較結果を出力するようにしても良い。この構成によれば、パルス信号ＶＭ１を作成する必要がない。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
この発明に係る回転センサ１は、検出対象が相対回転するものであれば、適用用途は限定されない。たとえば、内燃機関に設けられたクランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサ、カムシャフトのカム角を検出するカム角センサ、車両に設けられた操舵装置の操舵角を検出する操舵角センサ、車両に設けられた各種モータの回転角を検出するセンサなどに適用することができる。また、ロボットに設けられた関節の角度を検出するセンサなどにも適用することができる。
【符号の説明】
【０１６４】
１・・回転センサ、２・・磁石（磁気発生部）、５・・センサチップ、
１０・・シリコン基板、Ｅ１・・磁気抵抗素子領域、Ｅ２・・ホール素子領域、
Ｈ１，Ｈ２・・ホール素子、Ｍ１，Ｍ２・・ＡＭＲセンサ、
Ｒ１〜Ｒ８・・磁気抵抗素子。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気抵抗素子およびホール素子を有し、磁気発生部に対して相対的に回転するセンサチップを備え、かつ、磁気抵抗素子およびホール素子からの各出力信号を用いて磁気発生部に対する相対回転角度を検出する回転センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の回転センサとして、図３０に示すものが知られている（特許文献１）。このものは、図３０（ａ）に示すように、プリント回路板１０４の表面に１つの磁気センサ１００と、ホール素子１０１とを配置して構成される。磁気センサ１００は、永久磁石１０７から発生し、プリント回路板１０４の表面に平行な磁界１０６を検出できるように、永久磁石１０７の回転面と対向する位置に配置されている。ホール素子１０１は、永久磁石１０７から発生し、プリント回路板１０４の表面に垂直な磁界１０５を検出できるように、永久磁石１０７の外側に配置されている。図３０（ｂ）に示すように、ホール素子１０１は、２つの横型ホール素子１０２，１０３を備える。横型ホール素子１０２，１０３は、磁気センサ１００に対して平面方向に角度γで配置されている。
【０００３】
そして、永久磁石１０７が１回転すると、磁気センサ１００が、１波長が電気角１８０°の信号を出力し、各横型ホール素子１０２，１０３は、それぞれ１波長が電気角３６０°の信号を出力する。また、永久磁石１０７の回転角度αは、磁気センサ１００の出力信号に基づいて最大１８０°の角度範囲で求められ、各横型ホール素子１０２，１０３の出力値の大小関係に基づいて、永久磁石１０７の回転角度αが０°≦α≦９０°、９０°≦α≦１８０°、１８０°≦α≦２７０°および２７０°≦α≦３６０°のうち、どの範囲に属するかが判定される。また、回転角度の範囲の判定精度を高めるためには、磁気センサ１００に対する横型ホール素子１０２，１０３の配置角度γを９０°にすることが望ましいと記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−９４５１２号公報（第２２〜２４段落、図４，５）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述した従来のものは、磁気センサ１００に対する横型ホール素子１０２，１０３の配置角度γを９０°に設定しようとすると、各横型ホール素子１０２，１０３を永久磁石１０７の下方かつ中心に配置しなければならない。
しかし、各横型ホール素子１０２，１０３が永久磁石１０７の下方かつ中心に配置された状態では、永久磁石１０７から発生する磁界１０５が各横型ホール素子１０２，１０３に対して垂直に印加されないため、各横型ホール素子１０２，１０３の出力に基づいて永久磁石１０７の回転角度の範囲を判定することができなくなる。また、磁界１０５が各横型ホール素子１０２，１０３に垂直に印加される配置範囲において角度γを９０°にしようとすると、横型ホールの間隔が大きくなり、１チップ化が難しく、プリント回路板１０４が大きくなるので、回転センサが大型化する。
つまり、従来のものは、回転角度の検出精度を高めながら小型化することが困難であった。
【０００６】
そこでこの発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、回転角度の検出精度を高めながら小型化することができる回転センサを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、この発明の第１の特徴は、磁気発生部（２）から発生する磁気によって磁気抵抗効果を発生する磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）と、前記磁気によってホール効果を発生するホール素子（Ｈ１，Ｈ２）とを有し、前記磁気抵抗素子およびホール素子からの各出力信号を用いて前記磁気発生部に対する相対回転角度（θ）を検出する回転センサ（１）において、複数の磁気抵抗素子が各磁気抵抗素子の出力信号間に位相差が出るように配置された磁気抵抗素子領域（Ｅ１）と、複数のホール素子が各ホール素子の出力信号間に位相差が出るように配置されたホール素子領域（Ｅ２）とを有し、かつ、前記磁気抵抗素子領域およびホール素子領域の少なくとも一部同士が重ねられたセンサチップ（５）と、各ホール素子の各出力レベルと閾値レベルとを比較し、ホール素子毎の比較結果を出す比較部（５３）と、各磁気抵抗素子の各出力信号を用いて前記相対回転角度に対応する角度（φ）を演算する角度演算部（６０）と、前記角度演算部によって演算された演算値と閾値とを比較し、その比較結果と前記比較部の比較結果とを用い、前記相対回転角度に対応する信号を出力する出力部（７０）と、を備えることにある。
【０００８】
上述の第１の特徴によれば、磁気抵抗素子領域およびホール素子領域の少なくとも一部同士が重ねられているため、回転センサを小型化することができる。
しかも、相対回転角度に対応する信号を出力するときに、各ホール素子の各出力レベルと閾値レベルとの比較結果に加え、角度演算部によって演算された角度と閾値角度との比較結果をも用いるため、相対回転角度の検出精度を高めることができる。
つまり、各ホール素子の各出力レベルと閾値レベルとの比較結果に不安定な部分が存在する場合に、その部分を、角度演算部によって演算された演算値と閾値との比較結果によって補うことができるため、相対回転角度の検出精度を高めることができる。
【０００９】
この発明の第２の特徴は、前述した第１の特徴において、前記ホール素子領域（Ｅ２）の略全領域が前記磁気抵抗素子領域（Ｅ１）と重ねられていることにある。
【００１０】
上述の第２の特徴によれば、ホール素子領域の略全領域が磁気抵抗素子領域と重ねられているため、回転センサをより一層小型化することができる。
しかも、磁気発生部の径が異なっても同じ回転センサを共通に用いることができるため、永久磁石の径毎に異なる回転センサを製造する必要がない。
したがって、回転センサの製造コストを低減することができる。
【００１１】
この発明の第３の特徴は、前述した第１または第２の特徴において、前記磁気抵抗素子領域（Ｅ１）およびホール素子領域（Ｅ２）が、前記磁気発生部（２）の相対回転軸（Ｃ１）方向に対応する方向に重ねられていることにある。
【００１２】
上述の第３の特徴によれば、磁気抵抗素子領域およびホール素子領域が、磁気発生部に対する相対回転軸方向に対応する方向に重ねられているため、相対回転軸の周囲に占める回転センサの占有領域を小さくすることができる。
【００１３】
この発明の第４の特徴は、前述した第１ないし第３の特徴のいずれかにおいて、前記磁気抵抗素子領域（Ｅ１）およびホール素子領域（Ｅ２）が、前記磁気発生部（２）の相対回転面（２ｃ）と略平行に配置されていることにある。
【００１４】
上述の第４の特徴によれば、磁気抵抗素子領域およびホール素子領域が、磁気発生部の相対回転面と略平行に配置されているため、各磁気抵抗素子および各ホール素子は、磁気発生部から磁気抵抗素子領域およびホール素子領域に対して略平行に発生する磁気を検出することができる。
【００１５】
この発明の第５の特徴は、前述した第１ないし第４の特徴のいずれかにおいて、前記磁気抵抗素子領域（Ｅ１）が前記センサチップ（５）の表面（５ａ）側に、前記ホール素子領域（Ｅ２）が前記センサチップの裏面（５ｂ）側にそれぞれ配置されており、前記センサチップの表面が前記磁気発生部（２）の相対回転面（２ｃ）と対向するように配置されていることにある。
【００１６】
この発明の第６の特徴は、前述した第１ないし第４の特徴のいずれかにおいて、前記磁気抵抗素子領域（Ｅ１）が前記センサチップ（５）の表面（５ａ）側に、前記ホール素子領域（Ｅ２）が前記センサチップの裏面（５ｂ）側にそれぞれ配置されており、前記センサチップの裏面が前記磁気発生部（２）の相対回転面（２ｃ）と対向するように配置されていることにある。
【００１７】
上述の第５または第６の特徴によれば、センサチップの表面および裏面のどちらを磁気発生部の相対回転面と対向するように配置しても、相対回転角度を検出することができる。
【００１８】
この発明の第７の特徴は、前述した第１ないし第６の特徴のいずれかにおいて、前記磁気発生部（２）は、その相対回転面（２ｃ）の径方向で分割された異なる磁極（２ａ，２ｂ）を有することにある。
【００１９】
上述の第７の特徴によれば、相対回転面の径方向で分割された異なる磁極を有する磁気発生部に対する相対回転角度を検出することができる。
【００２０】
この発明の第８の特徴は、前述した第１ないし第６の特徴のいずれかにおいて、前記磁気発生部（２）は、相対回転する回転体（６ａ）の周方向に配置された異なる磁極（２ａ，２ｂ）であることにある。
【００２１】
上述の第８の特徴によれば、相対回転する回転体の周方向に配置された異なる磁極を有する磁気発生部に対する相対回転角度を検出することができる。
【００２２】
この発明の第９の特徴は、前述した第８の特徴において、前記センサチップ（５）が前記異なる磁極（２ａ，２ｂ）間に配置されていることにある。
【００２３】
上述の第９の特徴によれば、センサチップが回転体の外周に配置された異なる磁極間に配置されているため、異なる磁極間に発生する磁気をセンサチップの磁気抵抗素子領域およびホール素子領域に平行に印加することができる。また、回転体およびセンサチップの占有空間を回転体の相対回転軸方向へ圧縮することができる。
【００２４】
この発明の第１０の特徴は、前述した第１ないし第９の特徴のいずれかにおいて、前記磁気発生部（２）が多極であることにある。
【００２５】
この発明の第１１の特徴は、前述した第１ないし第１０の特徴のいずれかにおいて、前記各磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）および各ホール素子（Ｈ１，Ｈ２）は、前記磁気抵抗素子領域（Ｅ１）およびホール素子領域（Ｅ２）に対して平行な磁界（Ｂ１）の磁束密度の変化を主として検出するように配置されていることにある。
【００２６】
上述の第１１の特徴によれば、磁気抵抗素子領域に対して平行な磁界の磁束密度の変化を主として検出するため、各磁気抵抗素子における磁気抵抗効果を大きくすることができる。
したがって、磁気発生部に対する相対回転角度の検出精度を高めることができる。
【００２７】
この発明の第１２の特徴は、前述した第１ないし第１１の特徴のいずれかにおいて、前記各ホール素子（Ｈ１，Ｈ２）は、相互に隣接するホール素子の出力信号間に９０°の位相差が出るように配置されていることにある。
【００２８】
上述の第１２の特徴によれば、相互に隣接するホール素子の一方から正弦波信号（ｓｉｎ信号）を出力し、他方から余弦波信号（ｃｏｓ信号）を出力することができる。
したがって、上記の正弦波信号および余弦波信号をパルス信号に変換し、両パルス信号の信号レベルの組合せを用いることにより、相対回転角度が０°〜９０°、９０°〜１８０°、１８０°〜２７０°および２７０°〜３６０°のうち、どの象限（角度範囲）に入るかを判定することができる。
【００２９】
この発明の第１３の特徴は、前述した第１ないし第１２の特徴のいずれかにおいて、前記各磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）は、相互に隣接する磁気抵抗素子の出力信号間に４５°の位相差が出るように配置されていることにある。
【００３０】
上述の第１３の特徴によれば、相互に隣接する磁気抵抗素子の一方から正弦波信号（ｓｉｎ信号）を出力し、その正弦波信号から位相が４５°遅れた余弦波信号（ｃｏｓ信号）を他方から出力することができる。
したがって、上記の正弦波信号および余弦波信号を用いて相対回転角度を演算することができる。
【００３１】
この発明の第１４の特徴は、前述した第１ないし第１３の特徴のいずれかにおいて、相互に隣接する磁気抵抗素子の出力信号間に９０°の位相差が出るように磁気抵抗素子をハーフブリッジ接続した第１および第２のハーフブリッジ回路が、両ハーフブリッジ回路の各出力信号間の位相差が４５°となるように配置されていることにある。
【００３２】
上述の第１４の特徴によれば、第１および第２のハーフブリッジ回路の各中点出力は、各ハーフブリッジ回路に供給される電圧の（１／２）を中心に振動するため、環境温度の変化などに起因する出力信号のオフセットを抑制することができる。
【００３３】
この発明の第１５の特徴は、前述した第１４の特徴において、一対の前記第１のハーフブリッジ回路をブリッジ接続した第１のフルブリッジ回路と、一対の前記第２のハーフブリッジ回路をブリッジ接続した第２のフルブリッジ回路とが、両フルブリッジ回路の各出力信号間に４５°の位相差が出るように配置されていることにある。
【００３４】
上述の第１５の特徴によれば、第１および第２のハーフブリッジ回路をそれぞれフルブリッジ回路構成とすることにより、ハーフブリッジ回路構成の場合と比較して、各フルブリッジ回路の出力信号の振幅を２倍にすることができる。
したがって、磁気発生部が発生する弱い磁気をも検出可能となるため、磁気発生部に対する相対回転角度の検出感度を高めることができる。また、磁気発生部とセンサチップとの配置間隔を大きくすることができるため、センサチップの配置位置の自由度が増す。
【００３５】
この発明の第１６の特徴は、前述した第１４または第１５の特徴において、前記第１および第２のハーフブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）が同心円状に交互に配置されていることにある。
【００３６】
上述の第１６の特徴によれば、第１および第２のハーフブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子が同心円状に交互に配置されているため、磁気抵抗素子領域の配置面積を縮小することができる。
【００３７】
この発明の第１７の特徴は、前述した第１２ないし第１６の特徴のいずれかにおいて、前記出力部（７０）によって作成された信号と、前記各ホール素子（Ｈ１，Ｈ２）の各出力信号との間にそれぞれ４５°の位相差があることにある。
【００３８】
ホール素子の出力信号は１８０°周期のｓｉｎ信号またはｃｏｓ信号のアナログ値であり、磁気抵抗素子に比べて感度が小さいため、電圧０Ｖ付近、つまり、位相が１８０°切替わるポイント付近では、電圧オフセットやランダムノイズの影響を受けて電圧が変動し易い。このため、ホール素子の出力信号が０Ｖ（閾値レベル）以上のときをハイレベルと判定し、０Ｖ未満のときをローレベルと判定してパルス信号（以下、第１パルス信号という）を作成すると、その第１パルス信号において位相が１８０°切替わるポイント付近の電圧が不安定になるおそれがある。このため、そのような不安定な領域（図１３においてハッチングを施した領域）は、相対回転角度の０〜３６０°を９０°毎の角度範囲に分けた場合に、相対回転角度がどの角度範囲の入るかを判定する要素には用いない方が検出精度を高める上で望ましい。
【００３９】
一方、高感度な各磁気抵抗素子の出力信号を用いて角度演算部によって演算された角度は、多ビットのデジタル値であるため、演算された角度の１／２を閾値角度とし、演算された角度が閾値角度以上のときをハイレベルと判定し、閾値角度未満のときをローレベルと判定すると、不安定な領域の存在しないパルス信号（以下、第２パルス信号という）を作成することができる。また、演算された角度に対応する信号は、各ホール素子の各出力信号とそれぞれ位相が４５°異なるため、第２パルス信号は、第１パルス信号とそれぞれ位相が４５°異なる。
【００４０】
そこで、相対回転角度がどの角度範囲に入るかを判定する際に、第１パルス信号のうち、中央の９０°分に対応する部分の信号レベルを用い、両端の不安定な４５°分の信号レベル（計９０°分）は用いないようにする。そして、両端の４５°分に対応する部分は、第２パルス信号の信号レベルを用いる。
つまり、上述の第１７の特徴によれば、相対回転角度の角度範囲を判定する際に、角度範囲の判定精度を高めることができるため、相対回転角度の検出精度を高めることができる。
【００４１】
この発明の第１８の特徴は、前述した第１２ないし第１７の特徴のいずれかにおいて、前記相対回転角度（θ）の０〜３６０°を前記各ホール素子の出力信号間の位相差で除した値をｎとし、０〜３６０°の範囲をｎで除することによりｎ個の角度範囲を設定した場合に、前記比較部（５３）および出力部（７０）における比較結果の組合せが各角度範囲において総て異なるように構成されていることにある。
【００４２】
上述の第１８の特徴によれば、相対回転角度の０〜３６０°を各ホール素子の出力信号間の位相差で除した値をｎとし、０〜３６０°の範囲をｎで除することによりｎ個の角度範囲を設定した場合に、比較部および出力部における比較結果の組合せが各角度範囲において総て異なるように構成されているため、角度範囲の判定精度を高めることができる。 たとえば、各ホール素子の出力信号間の位相差が９０°であり（ｎ＝４）、相対回転角度を０〜９０°、９０〜１８０°、１８０〜２７０°および２７０〜３６０°の４つの角度範囲に分割した場合に、相対回転角度が１８０°であるのに、演算した角度として誤って０°を出力するおそれがない。したがって、０〜３６０°の正確な角度を出力することができる。
【００４３】
この発明の第１９の特徴は、前述した第１ないし第１８の特徴のいずれかにおいて、前記角度演算部（６０）は、前記相対回転角度（θ）と、前記各磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）から出力される位相差のある複数の出力信号を用いて演算した角度（φ）との偏差が小さくなるようにフィードバック制御を行って前記相対回転角度に対応する角度を演算することにある。
【００４４】
上述の第１９の特徴によれば、相対回転角度と演算した角度との偏差が小さくなるようにフィードバック制御を行って相対回転角度に対応する角度を求めるため、相対回転角度を高精度で演算することができる。
しかも、第１および第２の比較結果と演算した角度とを用いて０〜３６０°の相対回転角度に対応する角度を出力することができる。
【００４５】
この発明の第２０の特徴は、前述した第１ないし第１９の特徴のいずれかにおいて、前記各ホール素子（Ｈ１，Ｈ２）は、それぞれ縦型ホール素子であり、各縦型ホール素子の磁気検出面（ＨＰ１，ＨＰ２）の面方向が前記磁気抵抗素子領域（Ｅ１）と交差するように配置されていることにある。
【００４６】
上述の第２０の特徴によれば、各ホール素子がそれぞれ縦型ホール素子であり、各縦型ホール素子の磁気検出面の面方向が磁気抵抗素子領域と交差するように配置されているため、磁気抵抗素子領域に平行な磁気を各ホール素子の磁気検出面によって検出することができる。
したがって、磁気抵抗素子領域およびホール素子領域を重ねて配置した場合であっても、両素子領域が磁気を検出することができるため、センサチップを平面方向（横幅方向）に小型化することができる。
【００４７】
この発明の第２１の特徴は、前述した第１ないし第２０の特徴のいずれかにおいて、前記各磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）および各ホール素子（Ｈ１，Ｈ２）は、それぞれ半導体基板（１０）に作り込まれていることにある。
【００４８】
上述の第２１の特徴によれば、各磁気抵抗素子および各ホール素子は、それぞれ半導体基板に作り込まれているため、各磁気抵抗素子および各ホール素子を一体化することができる。したがって、各磁気抵抗素子および各ホール素子を個別に位置決めする手間を省くことができる。
【００４９】
この発明の第２２の特徴は、前述した第１ないし第２１の特徴のいずれかにおいて、前記各ホール素子（Ｈ１，Ｈ２）はＣＭＯＳトランジスタ構造であることにある。
【００５０】
上述の第２２の特徴によれば、各ホール素子はＣＭＯＳトランジスタ構造であるため、バイポーラ構造よりも製造工程を簡易化することができるので、回転センサの製造効率を高めることができる。
【００５１】
特に、この発明の第２３の特徴のように、各ホール素子（Ｈ１，Ｈ２）を高耐圧ＣＭＯＳトランジスタ構造とすることにより、Ｎ型の半導体領域（Ｎｗｅｌｌ）が深くなり、キャリアの移動度が高くなるため、磁気の検出感度を高めることができる。
【００５２】
この発明の第２４の特徴は、前述した第２２または第２３の特徴において、前記ホール素子領域（Ｅ２）は、第１導電型の半導体基板（１０）と、前記半導体基板内の表層部から所定の深さに形成した第２導電型の半導体領域（９１）と、前記第２導電型の半導体領域内において当該第２導電型の半導体領域よりも浅く、前記第２導電型の半導体領域を分割するように形成された第１導電型の半導体領域（９２，９３，９９）と、前記第２導電型の半導体領域の表層部において前記第１導電型の半導体領域を挟んで形成され、電流供給対を構成するコンタクト用の第２導電型の不純物拡散領域（９７，９８）と、前記第２導電型の半導体領域の表層部に形成され、電圧出力対を構成するコンタクト用の第２導電型の不純物拡散領域（９５，９６）と、を備えており、前記磁気抵抗素子領域（Ｅ１）は、少なくとも一部が絶縁膜（９０）を介して前記ホール素子領域に重ねて形成されていることにある。
【００５３】
上述の第２４の特徴によれば、ＣＭＯＳトランジスタの製造方法によってホール素子領域を半導体基板に製造した後、ホール素子領域の表面に絶縁膜を形成し、その絶縁膜の表面に磁気抵抗素子領域を形成することができる。
したがって、ホール素子領域に積層する形で磁気抵抗素子領域を形成することができるため、両素子領域を個別に平面方向（横方向）に形成する場合と比較して、回転センサの製造効率を高めることができる。
【００５４】
この発明の第２５の特徴は、前述した第１ないし第２４の特徴のいずれかにおいて、前記各磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）は、ＮｉＦｅの薄膜よりなることにある。
【００５５】
この発明の第２６の特徴は、前述した第１ないし第２４の特徴のいずれかにおいて、前記各磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）は、ＮｉＣｏの薄膜よりなることにある。
【００５６】
上述の第２５または第２６の特徴によれば、微弱な磁界を検知することができるため、相対回転角度の検出精度を高めることができる。
【００５７】
なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１実施形態の回転センサの主要構成をブロックで示す説明図である。
【図２】図１に示すセンサチップの使用状態の一例を示す説明図であり、（ａ）はセンサチップおよび永久磁石の縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示す永久磁石の平面図である。
【図３】図２（ａ）に示す永久磁石が１８０°回転した状態を示す縦断面図である。
【図４】センサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】（ａ）は、磁気抵抗素子領域Ｅ１およびホール素子領域Ｅ２の平面図であり、（ｂ）は、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の配置角度を示す説明図である。
【図６】ＡＭＲセンサＭ１の構造を模式的に示す平面図である。
【図７】ＡＭＲセンサＭ２の構造を模式的に示す平面図である。
【図８】ＡＭＲセンサＭ１の等価回路である。
【図９】ＡＭＲセンサＭ２の等価回路である。
【図１０】ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２およびホール素子Ｈ１，Ｈ２の各出力信号を示す説明図である。
【図１１】ホール素子Ｈ２の説明図であり、（ａ）はホール素子Ｈ２およびその周辺の一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図１２】回転センサ１の主な電気的構成をブロックで示す説明図であり、図１に対応する図である。
【図１３】ホール素子などの出力波形を示す説明図であり、（ａ）はホール素子Ｈ１の出力波形、（ｂ）は比較回路５３ａの出力波形、（ｃ）はホール素子Ｈ２の出力波形、（ｄ）は比較回路５３ｂの出力波形、（ｅ）は角度演算部６０から出力される演算角度の出力波形、（ｆ）は（ｅ）に示す演算角度φと閾値角度φｔｈとの比較結果を示す波形、（ｇ）は出力ロジック回路７１の出力波形である。
【図１４】比較回路５３ａ，５３ｂから出力される第１および第２パルス信号ＶＨ１，ＶＨ２の信号レベルと、演算角度φと閾値角度φｔｈとの比較結果との組合せと、相対回転角度θの角度範囲との関係を示す説明図であり、（ａ）はホール素子Ｈ１，Ｈ２を＋４５°ずらした場合、（ｂ）はホール素子Ｈ１，Ｈ２を−４５°ずらした場合である。
【図１５】第２実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１６】第２実施形態の回転センサ１の主な電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図１７】第２実施形態におけるホール素子などの出力波形を示す説明図であり、図１３に対応する図である。
【図１８】第３実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は相対回転角度０°の基準方向を＋４５°ずらした場合の説明図、（ｂ）は相対回転角度０°の基準方向を−４５°ずらした場合の説明図である。
【図１９】（ａ）および（ｂ）は、第４実施形態の回転センサに備えられたホール素子の配置を示す説明図である。
【図２０】（ａ）および（ｂ）は、第５実施形態の回転センサに備えられたセンサチップおよび永久磁石の縦断面図である。
【図２１】第６実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの使用状態の一例を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２２】（ａ）および（ｂ）は、第６実施形態の変更例の回転センサに備えられたセンサチップおよび回転体の平面図である。
【図２３】（ａ）および（ｂ）は、第７実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの使用状態の一例を示す断面図である
【図２４】第８実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２５】第９施形態の回転センサに備えられたＡＭＲセンサの等価回路である。
【図２６】第１０実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２７】第１０実施形態の回転センサの主な電気的構成を一部省略してブロックで示す説明図である。
【図２８】第１１実施形態の回転センサに備えられた角度演算部６０の構成をブロックで示す説明図である。
【図２９】第１２実施形態の回転センサの主な電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図３０】従来の回転センサの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
〈第１実施形態〉
この発明の実施形態について図を参照して説明する。図１は、この実施形態の回転センサの主要構成をブロックで示す説明図である。図２は、図１に示すセンサチップの使用状態の一例を示す説明図であり、（ａ）はセンサチップおよび永久磁石の縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示す永久磁石の平面図である。図３は、図２（ａ）に示す永久磁石が１８０°回転した状態を示す縦断面図である。
【００６０】
［主要構成］
この実施形態の回転センサの主要構成について説明する。図１に示すように、この実施形態の回転センサ１は、センサチップ５と、このセンサチップ５と電気的に接続された検出回路５０とを備える。センサチップ５は、磁気抵抗素子から成る２つの異方性磁気抵抗センサ（以下、ＡＭＲセンサという）Ｍ１，Ｍ２と、２つのホール素子Ｈ１，Ｈ２とを備える。
【００６１】
図２（ａ）に示すように、センサチップ５は、検出対象の永久磁石（磁気発生部）２の径に沿った相対回転面２ｃと対向する位置に配置される。また、センサチップ５は、支持部材（図示せず）によって支持されており、配置位置が変化しないように固定されている。図２（ｂ）に示すように、永久磁石２は、円板形状を成しており、相対回転面２ｃの径方向で分割された異なる磁極を有する。この実施形態では、永久磁石２は、相対回転面２ｃの径方向で同じ大きさに２分されており、一方がＮ極の永久磁石２ａに、他方がＳ極の永久磁石２ｂになっている。図２（ａ）に示すように、永久磁石２は、回転シャフト３の先端に取付けられており、矢印Ｆ１で示す方向に回転する。
【００６２】
また、永久磁石２は、Ｎ極の永久磁石２ａからＳ極の永久磁石２ｂに向けて磁界を発生し、そのうち、センサチップ５の表面５ａに平行な磁界Ｂ１を発生する。図示の例では、磁界Ｂ１はホール素子Ｈ１からホール素子Ｈ２を貫通している。永久磁石２が図２（ａ）に示す状態から図３に示すように１８０°回転すると、磁界Ｂ１の向きが１８０°変化する。図示の例では、磁界Ｂ１はホール素子Ｈ２からＨ１を貫通している。
【００６３】
図１に示すように、検出回路５０は、増幅部５１，５２と、角度演算部６０と、比較部５３と、出力部７０とを備える。増幅部５１は、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２から出力される出力信号を増幅する。角度演算部６０は、増幅部５１から出力される増幅信号を用い、永久磁石２の相対回転角度（以下、入力角度ともいう）θを演算する。増幅部５２は、ホール素子Ｈ１，Ｈ２から出力される出力信号を増幅する。比較部５３は、増幅部５２から出力されるホール素子毎の増幅信号の出力レベルと閾値レベル（０Ｖ）とを比較し、その比較結果に対応するパルス信号をホール素子毎に出力する。
【００６４】
出力部７０は、角度演算部６０によって演算された角度（以下、演算角度という）φと閾値角度（請求項１に記載の閾値に対応する）φｔｈとを比較し、その比較結果と比較部５３の比較結果とを用い、相対回転角度θが０≦θ≦９０°、９０°≦θ≦１８０°、１８０°≦θ≦２７０°および２７０°≦θ≦３６０°の４つの象限のうち、どの象限に入っているかを判定する。そして、その判定結果と、角度演算部６０から出力される演算角度（請求項１に記載の演算値に対応する）φとを用い、０〜３６０°の相対回転角度θに対応する出力角度を示す信号Ｖｏを出力する。
【００６５】
［センサチップの構造］
センサチップ５の構造について説明する。図４は、センサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図５（ａ）は、磁気抵抗素子領域Ｅ１およびホール素子領域Ｅ２の平面図であり、（ｂ）は、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の配置角度を示す説明図である。なお、各図では、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の配置状態を分かり易くするため、実際の寸法よりも大きく描いてある。また、磁気抵抗素子の形状も、素子の形成方向を分かり易くするため、実際の寸法よりも大きく描いてある。
【００６６】
図４に示すように、センサチップ５は、シリコン基板１０と、このシリコン基板１０の表面に形成された絶縁膜９０と、この絶縁膜９０の表面に形成されたＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２と、シリコン基板１０に作り込まれたホール素子Ｈ１，Ｈ２とを備える。ＡＭＲセンサＭ１は、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を備えており、ＡＭＲセンサＭ２は、磁気抵抗素子Ｒ５〜Ｒ８を備える。ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、絶縁膜９０を介して磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８の下方に重ねて配置されている。
【００６７】
図５（ｂ）に示すように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、各磁気検出部ＨＰの磁気検出面ＨＰ１，ＨＰ２の成す角度が９０°となるように配置されている。つまり、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、出力信号間の位相差が９０°となるように配置されている。センサチップ５の相対回転中心Ｐ１から磁気抵抗素子Ｒ２の方へ水平に延ばした線を基準線Ｌ３とし、基準線Ｌ３の位置を基準角度０°とすると、ホール素子Ｈ１は、自身の磁気検出面ＨＰ１と基準線Ｌ３とが成す角度αが４５°となるように配置されている。
【００６８】
また、ホール素子Ｈ２も自身の磁気検出面ＨＰ２と基準線Ｌ３とが成す角度が４５°となるように配置されている。また、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の各磁気検出面ＨＰ１，ＨＰ２と、基準角度０°に配置された磁気抵抗素子Ｒ２の磁化容易軸とがそれぞれ４５°の角度を成している。つまり、ホール素子Ｈ１は、相対回転角度θに対して位相が４５°進んだｓｉｎ（θ＋４５°）信号を出力し、ホール素子Ｈ２は、ホール素子Ｈ１に対して位相が９０°異なるｃｏｓ（θ＋４５°）信号を出力する。
【００６９】
ここで、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８が配置された領域を磁気抵抗素子領域Ｅ１とし、ホール素子Ｈ１，Ｈ２が配置された領域をホール素子領域Ｅ２とする。図５（ａ）は、図４（ａ）に基づいて作成したものである。磁気抵抗素子領域Ｅ１は、四角形を呈しており、その面積は、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８を配置するために必要な最小面積に略等しい。また、ホール素子領域Ｅ２は、Ｔ字形を呈しており、その面積は、ホール素子Ｈ１，Ｈ２を配置するために必要な最小面積に略等しい。
【００７０】
図示のように、ホール素子領域Ｅ２の全部が磁気抵抗素子領域Ｅ１の下方に重ねられており、ホール素子領域Ｅ２の一部も磁気抵抗素子領域Ｅ１の端部から、はみ出ていない。また、磁気抵抗素子領域Ｅ１の対角線Ｌ１，Ｌ２の交点がセンサチップ５の相対回転中心Ｐ１と一致している。また、対角線Ｌ２が、ホール素子領域Ｅ２のうち、Ｔ字形の縦の領域を長手方向に２分している。
【００７１】
つまり、センサチップ５の相対回転中心Ｐ１は、永久磁石２の相対回転軸Ｃ１（図２（ａ））の延長線上に位置しており、センサチップ５の相対回転中心Ｐ１および永久磁石２の相対回転中心は同軸上に存在する。このため、永久磁石２が回転していない状態においてセンサチップ５を相対回転中心Ｐ１を中心にして相対回転させた場合でも、永久磁石２に対するセンサチップ５の相対回転角度を検出することができる。
【００７２】
センサチップ５は、上記の構造であるため、ＡＭＲセンサおよびホール素子を半導体基板の基板面方向に配置した従来の回転センサと比較して、センサチップ５の基板面方向の大きさ（横幅）を小さくすることができる。
また、磁気抵抗素子領域Ｅ１およびホール素子領域Ｅ２は、永久磁石２の相対回転軸Ｃ１（図２（ａ））に対応する方向に重ねられている。
【００７３】
したがって、センサチップ５を永久磁石２の回転中心方向に縮小することができるため、永久磁石２の回転面２ｃと対向する空間を有効活用することができる。
また、センサチップ５の面積は、磁気抵抗素子領域Ｅ１に依存するため、磁気抵抗素子領域Ｅ１の面積に基づいてセンサチップ５の面積を決定することができる。
【００７４】
（ＡＭＲセンサの構造）
次に、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２の構造について説明する。図６は、ＡＭＲセンサＭ１の構造を模式的に示す平面図である。図７は、ＡＭＲセンサＭ２の構造を模式的に示す平面図である。図８は、ＡＭＲセンサＭ１の等価回路であり、図９は、ＡＭＲセンサＭ２の等価回路である。図１０は、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２およびホール素子Ｈ１，Ｈ２の各出力信号を示す説明図である。
【００７５】
磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８は、帯状領域を複数回折り返した形状、つまり、メアンダ状（蛇行状）に形成されている。磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８は、主としてシリコン基板１０の表面に平行な磁界の強さおよび向きにより抵抗値が変化し、抵抗値に応じたレベルの信号を出力する。つまり、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８は、異方性磁気抵抗効果を発生する素子である。
この実施形態では、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８は、強磁性体の金属薄膜により形成されている。強磁性体としては、ＮｉＦｅ（パーマロイ）やＮｉＣｏなどを用いることができる。また、強磁性体の金属薄膜は、スパッタ法や蒸着法により成膜することができる。
【００７６】
図６に示すように、ＡＭＲセンサＭ１は、４つの磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を備える。磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、相互に隣接する磁気抵抗素子において帯状素子の延設方向の成す角度が９０°になるように配置されている。換言すると、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、隣り合う磁気抵抗素子の電流の方向（磁化容易軸）が９０°の角度を成すように配置されている。つまり、磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ４およびＲ２，Ｒ３の各組は、各組において出力信号間の位相が９０°異なるように配置されている。
【００７７】
図８に示すように、磁気抵抗素子Ｒ１およびＲ４は電気的に直列接続されており、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点には、中点出力Ｖｏｕｔ１を取出すための出力端子３１が電気的に接続されている。磁気抵抗素子Ｒ２およびＲ３も電気的に直列接続されており、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点には、中点出力Ｖｏｕｔ２を取出すための出力端子３２が電気的に接続されている。
【００７８】
そして、両ハーフブリッジ回路は並列接続され、ｃｏｓ２θ信号を出力するフルブリッジ回路が構成されている。このフルブリッジ回路には、電源Ｖｃｃを供給するための電源供給端子３０と、グランドＧ１と電気的に接続するための端子３３とが電気的に接続されている。このフルブリッジ回路において相対向する磁気抵抗素子Ｒ１およびＲ２は、（Ｒ０−ΔＲｃｏｓ２θ）信号を出力し、磁気抵抗素子Ｒ３およびＲ４は、（Ｒ０＋ΔＲｃｏｓ２θ）信号を出力する。ここで、Ｒ０は、無磁界中における磁気抵抗素子の抵抗値であり、ΔＲは、抵抗値変化量である。
【００７９】
各中点出力Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２は、それぞれＶｃｃ／２を中心に振動するため、環境温度の変化などに起因する出力波形のオフセットを抑制することができる。
また、出力端子３１，３２は、差動増幅回路（図１２において符号５１ａで示す）に接続され、中点出力Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２が差動増幅される。このため、ＡＭＲセンサＭ１を１つのハーフブリッジ回路によって構成する場合と比較して、ＡＭＲセンサＭ１の出力振幅を２倍にすることができるため、磁気の検出感度を高めることができる。
【００８０】
図７に示すように、ＡＭＲセンサＭ２は、４つの磁気抵抗素子Ｒ５〜Ｒ８を備える。磁気抵抗素子Ｒ５〜Ｒ８は、相互に隣接する磁気抵抗素子において帯状素子の延設方向の成す角度が９０°になるように配置されている。換言すると、磁気抵抗素子Ｒ５〜Ｒ８は、隣り合う磁気抵抗素子の電流の方向（磁化容易軸）が９０°の角度を成すように配置されている。つまり、磁気抵抗素子Ｒ５，Ｒ７およびＲ８，Ｒ６の各組は、各組において出力信号間の位相が９０°異なるように配置されている。
【００８１】
図９に示すように、磁気抵抗素子Ｒ５およびＲ７は電気的に直列接続されており、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点には、中点出力Ｖｏｕｔ３を取出すための出力端子３７が電気的に接続されている。磁気抵抗素子Ｒ８およびＲ６も電気的に直列接続されており、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点には、中点出力Ｖｏｕｔ４を取出すための出力端子３８が電気的に接続されている。
【００８２】
そして、両ハーフブリッジ回路は並列接続され、ｓｉｎ２θ信号を出力するフルブリッジ回路が構成されている。このフルブリッジ回路には、電源Ｖｃｃを供給するための電源供給端子３６と、グランドＧ２と電気的に接続するための端子３９とが電気的に接続されている。このフルブリッジ回路において相対向する磁気抵抗素子Ｒ５およびＲ６は、（Ｒ０＋ΔＲｓｉｎ２θ）信号を出力し、磁気抵抗素子Ｒ７およびＲ８は、（Ｒ０−ΔＲｓｉｎ２θ）信号を出力する。
【００８３】
各中点出力Ｖｏｕｔ３，Ｖｏｕｔ４は、それぞれＶｃｃ／２を中心に振動するため、環境温度の変化などに起因する出力波形のオフセットを抑制することができる。
また、出力端子３７，３８は、差動増幅回路（図１２において符号５１ｂで示す）に接続され、中点出力Ｖｏｕｔ３，Ｖｏｕｔ４が差動増幅される。このため、ＡＭＲセンサＭ２を１つのハーフブリッジ回路によって構成する場合と比較して、ＡＭＲセンサＭ２の出力振幅を２倍にすることができるため、磁気の検出感度を高めることができる。
【００８４】
図４（ａ）に示すように、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２の各磁気抵抗素子は同心円状に交互に配置されており、隣り合うＡＭＲセンサＭ１の磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４と、ＡＭＲセンサＭ２の磁気抵抗素子Ｒ５〜Ｒ８とが、電流の方向（磁化容易軸）が４５°の角度を成すように配置されている。異方性磁気抵抗素子の電気抵抗の変化量ΔＲは、自身の金属薄膜に流れる電流の方向（磁化容易軸）と、磁界の方向との成す角度が９０°および２７０°のときに最大になり、０°および１８０°のときに最小になる。
【００８５】
したがって、図１０に示すように、ＡＭＲセンサＭ１は、１波長が電気角１８０°のｃｏｓ信号を出力し、ＡＭＲセンサＭ２は、ＡＭＲセンサＭ１との位相差が４５°で、１波長が電気角１８０°のｓｉｎ信号を出力する。
【００８６】
図４（ｂ）に示すように、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２を構成する磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８は、絶縁膜９０を解してシリコン基板１０の表層部に配置されている。ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２は、磁気抵抗素子領域Ｅ１、つまり、シリコン基板１０に対して平行な磁界Ｂ１の磁束密度の変化を主として検出する。ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、シリコン基板１０に作り込まれており、絶縁膜９０を解して磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８の下方に重ねて配置されている。この実施形態では、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、それぞれＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）構造の縦型ホール素子である。また、絶縁膜９０はシリコン酸化膜である。
【００８７】
ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、出力信号間の位相差が９０°となるように配置されている。このため、図１０に示すように、永久磁石２が３６０°回転すると、ホール素子Ｈ１は、１波長が電気角３６０°のｓｉｎ信号を出力し、ホール素子Ｈ２は、１波長が電気角３６０°のｃｏｓ信号を出力する。
【００８８】
（ホール素子の構造）
次に、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の構造について説明する。なお、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は同一の構造であるため、ここでは、ホール素子Ｈ２を例に挙げて説明する。図１１は、ホール素子Ｈ２の説明図であり、（ａ）はホール素子Ｈ２およびその周辺の一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００８９】
ホール素子Ｈ２は、高耐圧ＣＭＯＳトランジスタ（ＨＶＣＭＯＳ）構造を有する。ホール素子Ｈ２は、Ｐ型（第１導電型）のシリコン基板（Ｐ−ｓｕｂ）１０と、このシリコン基板１０の表層部から深さ方向に形成されたＮ型（第２導電型）の半導体領域（Ｎｗｅｌｌ）９１と、この半導体領域９１の全周を囲むＰ型（第１導電型）の拡散層（Ｐｗｅｌｌ）９２と、シリコン基板１０の表層部から深さ方向に形成され、半導体領域９１の表層部から所定深さまでの領域を３つの半導体領域９１ａ，９１ｂ，９１ｃに分割するＰ型（第１導電型）の拡散層（Ｐｗｅｌｌ）９３，９９と、半導体領域９１ａ，９１ｂ，９１ｃの各表層部に形成されたコンタクト領域（Ｎ＋拡散層（不純物拡散領域））９４〜９８とを備える。
【００９０】
コンタクト領域９４〜９８には、配線を介して端子Ｓ，Ｖ１，Ｖ２，Ｇ３，Ｇ４が電気的に接続されている。端子Ｓ，Ｇ３，Ｇ４は、駆動電流を供給するための端子であり、端子Ｖ１，Ｖ２は、ホール電圧信号を取出すための端子である。つまり、コンタクト領域９７，９８が電流供給対であり、コンタクト領域９５，９６が電圧出力対である。したがって、図４（ａ）に示したホール素子Ｈ１，Ｈ２は、電流供給対を結ぶ線が直交するように配置されていることになる。また、電圧出力対を結ぶ線が直交するように配置されていることになる。
【００９１】
図１１（ｃ）に示すように、コンタクト領域９５，９６によって挟まれる領域が、磁気検出部（ホールプレート）ＨＰとなる。また、その磁気検出部ＨＰのうち、コンタクト領域９５，９６を結ぶラインと平行な両面がそれぞれ磁気検出面ＨＰ２となる。つまり、ホール素子Ｈ２は、その磁気検出面ＨＰ２から磁気検出部ＨＰに印加される磁界に対応するホール電圧信号を端子Ｖ１，Ｖ２から出力する。
図１１（ｂ）に示すように、端子Ｓから端子Ｇ３へ、さらに、端子Ｓから端子Ｇ４へそれぞれ一定の駆動電流ｉを流すと、その駆動電流ｉは、コンタクト領域９４から磁気検出部ＨＰ、そして拡散層９３，９８の下方の半導体領域９１を通じてコンタクト領域９７，９８へとそれぞれ流れる。
【００９２】
つまり、磁気検出部ＨＰには、基板表面（センサチップ表面）に垂直な成分を含む駆動電流が流れる。このため、その駆動電流を流した状態において、基板表面（センサチップ表面）に平行な成分を含む磁界（たとえば、図１１（ｃ）において矢印Ｂ１で示す磁界）が磁気検出部ＨＰに印加されると、ホール効果によって端子Ｖ１，Ｖ２間にその磁界に対応するホール電圧ＶＨが発生する。ホール電圧ＶＨは、磁気検出面ＨＰ２と磁界の方向とが成す角度、つまり、磁気検出面ＨＰ２に対する磁界の入射角度に応じて変化する。
【００９３】
図２（ａ），図３に示したように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、各磁気検出面ＨＰ１，ＨＰ２がシリコン基板１０の表面に対して垂直となるように配置されているため、永久磁石２から発生し、シリコン基板１０の表面に平行な磁界Ｂ１が各磁気検出面ＨＰ１，ＨＰ２を垂直に貫通する。図示の状態では、磁界Ｂ１は、ホール素子Ｈ２の磁気検出面ＨＰ２に垂直に貫通しているが、永久磁石２が図示の位置から９０°回転すると、磁界Ｂ１は、ホール素子Ｈ１の磁気検出面ＨＰ１に垂直に貫通する。つまり、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、シリコン基板１０の表面に平行な磁界Ｂ１の磁束密度の変化を主として検出する。
【００９４】
Ｎ型の半導体領域９１は、低耐圧ＣＭＯＳトランジスタ構造におけるＮ型の半導体領域よりも深く形成されており、それに伴い、Ｐ型の拡散層９２，９３，９８も、低耐圧ＣＭＯＳトランジスタ構造におけるＰ型の拡散層よりも深く形成されている。この実施形態では、Ｐ型の拡散層９２，９３，９８は、それぞれＮ型の半導体領域９１の略半分の深さに形成されている。
【００９５】
このようにホール素子Ｈ１は、Ｎ型の半導体領域９１を深く形成しているため、キャリア移動度が高くなり、ホール効果を大きくすることができるため、ホール電圧ＶＨを高くすることができるので、磁界に対する検出感度を高めることができる。
また、ホール素子Ｈ１は、ＣＭＯＳ工程で製造するため、バイポーラ工程で製造する縦型ホール素子よりもコスト的に有利である。
【００９６】
［電気的構成］
次に、回転センサ１の主な電気的構成について説明する。図１２は、回転センサ１の主な電気的構成をブロックで示す説明図であり、図１に対応する図である。図１３は、ホール素子などの出力波形を示す説明図であり、（ａ）はホール素子Ｈ１の出力波形、（ｂ）は比較回路５３ａの出力波形、（ｃ）はホール素子Ｈ２の出力波形、（ｄ）は比較回路５３ｂの出力波形、（ｅ）は角度演算部６０から出力される演算角度の出力波形、（ｆ）は（ｅ）に示す演算角度φと閾値角度φｔｈとの比較結果を示す波形、（ｇ）は出力ロジック回路７１の出力波形である。
【００９７】
（増幅部５１および角度演算部６０）
増幅部５１は、ＡＭＲセンサＭ１の出力信号ｓｉｎ２θを差動増幅する差動増幅回路５１ａと、ＡＭＲセンサＭ２の出力信号ｃｏｓ２θを差動増幅する差動増幅回路５１ｂとを備える。角度演算部６０は、トラッキングループ型デジタル角度変換回路であり、乗算回路６１，６２と、減算回路６３と、ウインドウコンパレータ６４と、アップダウンカウンタ６５と、ｃｏｓ２φ出力回路６６と、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）６７と、ｓｉｎ２φ出力回路６８と、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）６９とを備える。
【００９８】
ｃｏｓ２φ出力回路６６は、アップダウンカウンタ６５から出力されるデジタルの演算角度φに対応するデータｃｏｓ２φを出力する。たとえば、ｃｏｓ２φ出力回路６６は、演算角度φとデータｃｏｓ２φとを対応付けたテーブルが記憶されたＲＯＭを備えており、演算角度φに対応付けられているデータｃｏｓ２φをそのＲＯＭから読出して出力する。Ｄ／Ａ変換器６７は、ｃｏｓ２φ出力回路６６から出力されたデータｃｏｓ２φをアナログの信号ｃｏｓ２φに変換する。
【００９９】
ｓｉｎ２φ出力回路６８は、アップダウンカウンタ６５から出力されるデジタルの演算角度φに対応するデータｓｉｎ２φを出力する。たとえば、ｓｉｎ２φ出力回路６８は、演算角度φとデータｓｉｎ２φとを対応付けたテーブルが記憶されたＲＯＭを備えており、演算角度φに対応付けられているデータｓｉｎ２φをそのＲＯＭから読出して出力する。Ｄ／Ａ変換器６９は、ｓｉｎ２φ出力回路６８から出力されたデータｓｉｎ２φをアナログの信号ｓｉｎ２φに変換する。
【０１００】
乗算回路６１は、差動増幅回路５１ａから出力された信号ｓｉｎ２θおよびｃｏｓ２φ出力回路６６から出力された信号ｃｏｓ２φを乗算し、信号ｓｉｎ２θｃｏｓ２φを出力する。乗算回路６２は、差動増幅回路５１ｂから出力された信号ｃｏｓ２θおよびｓｉｎ２φ出力回路６８から出力された信号ｓｉｎ２φを乗算し、信号ｃｏｓ２θｓｉｎ２φを出力する。
【０１０１】
減算回路６３は、乗算回路６１から出力された信号ｓｉｎ２θｃｏｓ２φから、乗算回路６２から出力された信号ｃｏｓ２θｓｉｎ２φを減算し、ｓｉｎ（２θ−２φ）を演算する。つまり、ｃｏｓ２φ出力回路６６、Ｄ／Ａ変換器６７、ｓｉｎ２φ出力回路６８、Ｄ／Ａ変換器６９、乗算回路６１，６２および減算回路６３は、ｓｉｎ２θｃｏｓ２φ−ｃｏｓ２θｓｉｎ２φ＝ｓｉｎ（２θ−２φ）を演算し、制御偏差ε＝ｓｉｎ（２θ−２φ）を求めるための回路である。
【０１０２】
ウインドウコンパレータ６４は、減算回路６３から出力されたｓｉｎ（２θ−２φ）を大きさの異なる２つの閾値と比較し、ｓｉｎ（２θ−２φ）が大きい方の閾値よりも大きいときは、次段のアップダウンカウンタ６５をカウントアップさせるためのアップ信号（たとえば、正極性のパルス信号）を出力する。また、ウインドウコンパレータ６４は、減算回路６３から出力されたｓｉｎ（２θ−２φ）が小さい方の閾値よりも小さいときは、次段のアップダウンカウンタ６５をカウントダウンさせるためのダウン信号（たとえば、負極性のパルス信号）を出力する。
【０１０３】
アップダウンカウンタ６５は、ウインドウコンパレータ６４からアップ信号を入力する毎に（たとえば、正極性のパルス数をカウントする毎に）カウント値を１つ加算し、ウインドウコンパレータ６４からダウン信号を入力する毎に（たとえば、負極性のパルス数をカウントする毎に）カウント値を１つ減算する。そして、アップダウンカウンタ６５は、カウント値を演算角度φとして、ｃｏｓ２φ出力回路６６およびｓｉｎ２φ出力回路６８へ出力する。
【０１０４】
アップダウンカウンタ６５から出力されたカウント値は、出力ロジック回路７１においてラッチされる。角度演算部６０は、制御偏差ε＝ｓｉｎ（２θ−２φ）の絶対値が閾値以下となるまで、たとえば、ε＝０になるまで演算角度φをフィードバックして制御偏差εの演算を繰返す。
【０１０５】
（増幅部５２および比較部５３）
増幅部５２は、ホール素子Ｈ１から出力されるｓｉｎ（θ＋４５°）信号を増幅する増幅回路５２ａと、ホール素子Ｈ２から出力されるｃｏｓ（θ＋４５°）信号を増幅する増幅回路５２ｂとを備える。比較部５３は、増幅回路５２ａから出力される信号レベルと閾値レベルとを比較し、その比較結果に対応する第１パルス信号を出力する比較回路５３ａと、増幅回路５２ｂから出力される信号レベルと閾値レベルとを比較し、その比較結果に対応する第２パルス信号を出力する比較回路５３ｂとを備える。比較回路５３ａ，５３ｂは、パルス化回路と呼ぶこともできる。
【０１０６】
この実施形態では、０Ｖが閾値レベルに設定されており、各比較回路は、入力される信号が正極性のときはハイレベル（Ｈ）信号を、負極性のときはローレベル（Ｌ）信号をそれぞれ出力する。このため、図１３（ｂ）に示すように、比較回路５３ａからは、相対回転角度θが０〜１８０°の間はハイレベルを維持し、相対回転角度θが１８０〜３６０°の間はローレベルを維持する第１パルス信号ＶＨ１が出力される。図１３（ｄ）に示すように、比較回路５３ｂからは、相対回転角度θが９０〜２７０°の間はハイレベルを維持し、相対回転角度θが２７０〜９０°の間はローレベルを維持する第２パルス信号ＶＨ２が出力される。比較回路５３ａおよび５３ｂから出力される第１および第２パルス信号ＶＨ１，ＶＨ２は、出力ロジック回路７１へ出力される。
【０１０７】
（出力部）
出力部７０は、出力ロジック回路７１を備える。図１４（ａ）は、比較回路５３ａ，５３ｂから出力される第１および第２パルス信号ＶＨ１，ＶＨ２の信号レベル（ハイレベル（Ｈ）およびローレベル（Ｌ））と、演算角度φと閾値角度φｔｈとの比較結果（ハイレベル（Ｈ）およびローレベル（Ｌ））との組合せと、相対回転角度θの角度範囲との関係を示す説明図である。なお、図１４（ａ）に示す表中の符号（Ａ）〜（Ｈ）は、図１３に記載した符号Ａ〜Ｈに対応する。
【０１０８】
出力ロジック回路７１は、制御偏差εが閾値以下となったときにラッチしたカウント値を演算角度φとして出力する。この演算角度φを信号で表すと、図１３（ｅ）に示すように、相対回転角度θが０°および１８０°のときに最大になる１波長の電気角が１８０°の信号（図示の例では鋸波）になる。
【０１０９】
続いて、出力ロジック回路７１は、そのデジタル値である演算角度φと、同じくデジタル値である閾値角度φｔｈとをデジタル領域で比較し、その比較結果を出す。この実施形態では、閾値角度φｔｈは、演算角度φの最大値の１／２に設定されており、図１３（ｆ）に示すように、演算角度φが閾値角度φｔｈ以上のときにハイレベル（Ｈ）に変化し、演算角度φが閾値角度φｔｈ未満のときにローレベル（Ｌ）に変化するパルス信号ＶＭ１が比較結果として作られる。
【０１１０】
また、出力ロジック回路７１は、第１および第２パルス信号ＶＨ１，ＶＨ２の各信号レベルと、パルス信号ＶＭ１の信号レベルとを判定する。そして、出力ロジック回路７１は、第１および第２パルス信号ＶＨ１，ＶＨ２の各信号レベルの判定結果と、パルス信号ＶＭ１の信号レベルの判定結果ＶＭｔとを用い、相対回転角度θが、０〜３６０°の相対回転角度θを９０°単位で分割した４つの象限のうち、どの象限（角度範囲）に入るかを判定する。
【０１１１】
ところで、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の出力信号は、電圧オフセットやランダムノイズの影響を受けると、位相が１８０°切替わるポイント付近の電圧が不安定になるおそれがある。このため、そのような不安定な領域（図１３においてハッチングを施した領域）は、相対回転角度の０〜３６０°を９０°毎の角度範囲に分けた場合に、相対回転角度がどの角度範囲の入るかを判定する要素には用いない方が検出精度を高める上で望ましい。この実施形態では、第１および第２のパルス信号の位相が１８０°切替わる両ポイントからそれぞれ４５°の範囲（両端を合わせて計９０°分）を不安定な領域と見込んでいる。その一方、パルス信号ＶＭ１は、デジタル値である演算角度φに基づいて作成されたものであるため、電圧オフセットやランダムノイズの影響を受けないので、安定している。
【０１１２】
そこで、この実施形態では、第１および第２のパルス信号ＶＨ１，ＶＨ２と、パルス信号ＶＭ１との位相が４５°異なるように構成されており、上記の不安定な領域をパルス信号ＶＭ１によって補うことができるようになっている。図１３に示すように、第１および第２のパルス信号が不安定な領域の４５°の範囲と、第１および第２のパルス信号のパルス幅とが対応しており、上記の不安定な領域では、パルス信号ＶＭ１の信号レベルを判定に用いることができる。
【０１１３】
出力ロジック回路７１は、図１４に示すように、ＶＨ１がハイレベル（Ｈ）、かつ、ＶＭｔがローレベル（Ｌ）の場合は、相対回転角度θは、０°≦θ＜９０°の象限（角度範囲）に存在すると判定する。また、ＶＨ２がハイレベル（Ｈ）、かつ、ＶＭｔもハイレベル（Ｈ）の場合は、相対回転角度θは、９０°≦θ＜１８０°の象限に存在すると判定する。また、ＶＨ１がローレベル（Ｌ）、かつ、ＶＭｔもローレベル（Ｌ）の場合は、相対回転角度θは、１８０°≦θ＜２７０°の象限に存在すると判定する。また、ＶＨ２がハイレベル（Ｈ）、かつ、ＶＭｔもハイレベル（Ｈ）の場合は、相対回転角度θは、２７０°≦θ＜３６０°の象限に存在すると判定する。
【０１１４】
このように、ＶＨ１，ＶＨ２，ＶＭｔの各判定結果の組合せが、各象限において総て異なるため、相対回転角度θが存在する象限（角度範囲）を正確に判定することができる。特に、ＭＲＥが高感度であり、その出力信号に基いて演算された演算角度はデジタル値であるため、高精度に（１ＬＳＢの範囲で）象限を判定することができる。
しかも、ＶＨ１，ＶＨ２のうち、不安定になるおそれのある判定結果を用いないため、電圧オフセットやランダムノイズが発生した場合であっても、相対回転角度θが存在する象限（角度範囲）をより一層正確に判定することができる。
また、図１３（ｅ）に示すように、電圧ＶＭが０Ｖになる場合として、相対回転角度θが０°の場合および１８０°の場合の２つ存在するが、上記の判定結果の組合せを参照することにより、相対回転角度θが０°か１８０°かを正確に判定することができる。
【０１１５】
つまり、ＶＨ１がハイレベル（Ｈ）、かつ、ＶＭｔがローレベル（Ｌ）の場合は、相対回転角度θは、０°であると判定する。また、ＶＨ１がローレベル（Ｌ）、かつ、ＶＭｔもローレベル（Ｌ）の場合は、相対回転角度θは、１８０°であると判定する。これにより、永久磁石２が、電圧ＶＭが０Ｖになるような位置から回転を開始した場合であっても、その回転を開始したときの相対回転角度θが０°であるか１８０°であるかを判定することができる。
【０１１６】
したがって、出力ロジック回路７１は、相対回転角度θに対応する正確な演算角度φを出力することができる。また、出力ロジック回路７１は、演算角度φを３６０°周期のアナログ信号に変換し、図１３（ｇ）に示すように、相対回転角度θの０°から３６０°の変化に対応して電圧Ｖｏが直線的に上昇する３６０°周期の角度信号を出力することができる。
【０１１７】
また、ホール素子と磁気抵抗素子とを磁界の感度で比較すると磁気抵抗素子の方が大きいため、磁気抵抗素子により得られる信号をリニア出力の信号として利用することにより、高精度な回転センサを構成できる。また、永久磁石の強度（磁界の大きさ）が小さいものでも使えるため、永久磁石のコストを下げることができる。
【０１１８】
〈第２実施形態〉
次に、この発明の第２実施形態について図を参照して説明する。
図１５は、この実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図１６は、この実施形態の回転センサ１の主な電気的構成をブロックで示す説明図である。図１７は、この実施形態におけるホール素子などの出力波形を示す説明図であり、図１３に対応する図である。なお、この実施形態に係る回転センサは、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の配置位置以外は前述の第１実施形態に係る回転センサと同じ構成であるため、同じ構成については同一符号を用い、説明を省略する。
【０１１９】
図１５に示すように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、第１実施形態の回転センサ１に備えられたホール素子と比較して、左方向に９０°回転した位置に配置されている。つまり、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、第１実施形態のホール素子の出力信号と比較して位相が９０°遅れるように配置されている。
このため、ホール素子Ｈ１は、相対回転角度θに対して位相が４５°遅れたｓｉｎ（θ−４５°）信号を出力し、ホール素子Ｈ２は、ホール素子Ｈ１に対して位相が９０°異なるｃｏｓ（θ−４５°）信号を出力する。
【０１２０】
回転センサの主な電気的構成は、図１６に示すように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の出力信号が異なる以外は、図１２に示した第１実施形態の電気的構成と同じである。
図１４（ｂ）は、第１実施形態における図１４（ａ）に対応する説明図である。図示ように、第１および第２パルス信号ＶＨ１，ＶＨ２の信号レベルの組合せが異なる以外は、第１実施形態と同じである。
【０１２１】
上述したように、第２実施形態に係る回転センサは、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の出力信号の位相が相対回転角度θに対して４５°遅れている以外は、第１実施形態の回転センサ１と同じ構成であるため、第１実施形態と同じ効果を奏することができる。
【０１２２】
〈第３実施形態〉
次に、この発明の第３実施形態について図を参照して説明する。
図１８（ａ）に示すように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２を第１実施形態の配置位置から図面左方向に４５°回転させた位置の配置し、基準角度０°も第１実施形態の位置から図面左方向に４５°回転させた位置に設定することもできる。この構成の場合も、第１実施形態と同じように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の各出力信号は、それぞれｓｉｎ（θ＋４５°）、ｃｏｓ（θ＋４５°）となるため、第１実施形態と同じ効果を奏することができる。
【０１２３】
また、図１８（ｂ）に示すように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２を第１実施形態の配置位置から図面左方向に４５°回転させた位置の配置し、基準角度０°は第１実施形態の位置から図面右方向に４５°回転させた位置に設定することもできる。この構成の場合も、第２実施形態と同じように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の各出力信号は、それぞれｓｉｎ（θ−４５°）、ｃｏｓ（θ−４５°）となるため、第２実施形態と同じ効果を奏することができる。
【０１２４】
つまり、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の各出力信号が、相対回転角度θに対して±４５°の位相差を持つ構成であれば良く、そのためには、第１および第２実施形態のように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の配置位置を工夫する手法を用いても良く、第３実施形態のように、電気的に基準角度０°の設定位置を工夫する手法を用いても良い。
【０１２５】
〈第４実施形態〉
次に、この発明の第４実施形態について図を参照して説明する。
図１９（ａ）に示すように、一方のホール素子Ｈ１は、その中心がセンサチップ５の相対回転中心Ｐ１と一致するように配置されている。また、他方のホール素子は、２つのホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２から成り、ホール素子Ｈ１の両側に配置されている。ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２は、それぞれ同じ大きさおよび形状に形成されており、同じ強度の磁界が同じ入射角度で印加された場合にそれぞれ同じホール電圧を発生する。
【０１２６】
ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２は、相対回転中心Ｐ１を通る線Ｌ４と直交する線Ｌ５が自身の中心を通るように配置されており、相対回転中心Ｐ１から同じ距離隔てて配置されている。また、ホール素子Ｈ１の磁気検出面と、ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２の各磁気検出面とが９０°の角度を成している。
【０１２７】
ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２の各出力信号は加算され、１つの出力信号として出力され、比較回路５３ｂ（図１２）に入力される。つまり、出力信号を加算することにより、ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２からなる領域の中心を相対回転中心Ｐ１と擬似的に一致させる。
【０１２８】
上述したように、各ホール素子の中心を相対回転中心Ｐ１と一致させることができるため、永久磁石２から発生する磁界Ｂ１は、ホール素子の配置位置が原因で偏ることがなくなる。したがって、各ホール素子は、相対回転角度θの変化に応じた形状の整った信号を出力するため、相対回転角度θの象限の判定精度を高めることができる。
【０１２９】
図１９（ｂ）に示すように、ホール素子Ｈ１−１，Ｈ１−２およびホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２は、それぞれ同じ大きさおよび形状に形成されており、同じ強度の磁界が同じ入射角度で印加された場合にそれぞれ同じホール電圧を発生する。ホール素子Ｈ１−１，Ｈ１−２は、相対回転中心Ｐ１を通る線Ｌ４上に配置されており、ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２は、相対回転中心Ｐ１を通り、かつ、線Ｌ４と直交する線Ｌ５上に配置されている。また、ホール素子Ｈ１−１，Ｈ１−２は、線Ｌ４が自身の中心を通るように配置されており、ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２は、線Ｌ５が自身の中心を通るように配置されている。
【０１３０】
さらに、ホール素子Ｈ１−１，Ｈ１−２は、相対回転中心Ｐ１から同じ距離隔てて配置されており、ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２も相対回転中心Ｐ１から同じ距離隔てて配置されている。さらに、相対回転中心Ｐ１からの距離は、４つのホール素子において総て同じである。また、ホール素子Ｈ１−１，Ｈ１−２の各磁気検出面と、ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２の各磁気検出面とが９０°の角度を成している。
【０１３１】
ホール素子Ｈ１−１，Ｈ１−２の各出力信号は加算され、１つの出力信号として出力され、比較回路５３ａ（図１２）に入力される。つまり、出力信号を加算することにより、ホール素子Ｈ１−１，Ｈ１−２からなる領域の中心を相対回転中心Ｐ１と擬似的に一致させる。また、ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２の各出力信号は加算され、１つの出力信号として出力され、比較回路５３ｂ（図１２）に入力される。つまり、出力信号を加算することにより、ホール素子Ｈ２−１，Ｈ２−２からなる領域の中心を相対回転中心Ｐ１と擬似的に一致させる。
【０１３２】
上述したように、各ホール素子の中心を相対回転中心Ｐ１と一致させることができるため、永久磁石２から発生する磁界Ｂ１は、ホール素子の配置位置が原因で偏ることがなくなる。したがって、各ホール素子は、相対回転角度θの変化に応じた形状の整った信号を出力するため、相対回転角度θの象限の判定精度を高めることができる。
【０１３３】
〈第５実施形態〉
次に、この発明の第５実施形態について説明する。図２０（ａ），（ｂ）は、この実施形態の回転センサに備えられたセンサチップおよび永久磁石の縦断面図である。
【０１３４】
この回転センサは、前述の第１実施形態の回転センサ１に備えられたセンサチップ５の表裏面を逆にして配置したセンサチップ５を備える。つまり、ホール素子領域Ｅ２が永久磁石２の相対回転面２ｃと対向する側に配置されており、磁気抵抗素子領域Ｅ１がホール素子領域Ｅ２の下方に配置されている。このような構造のセンサチップ５においても、図示のように、永久磁石２から発生したセンサチップ５の表面５ａに平行な磁界Ｂ１が、ホール素子Ｈ１，Ｈ２およびＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２に印加されるため、永久磁石２の相対回転角度θを検出することができる。
【０１３５】
〈第６実施形態〉
次に、この発明の第６実施形態について説明する。図２１は、この実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの使用状態の一例を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【０１３６】
マグネットロータ６は、ロータボディ６ａを有する。この実施形態では、ロータボディ６ａは有底の円筒形状に形成されている。ロータボディ６ａの周方向に立設された外周壁の内壁面には、Ｎ極の永久磁石２ａおよびＳ極の永久磁石２ｂが相対向して取付けられている。回転体６の底部の中心には、回転シャフト３の先端が取付けられている。回転シャフト３が、その相対回転軸Ｃ１を中心にして回転すると、回転体６も相対回転軸Ｃ１を中心にして回転シャフト３と同じ方向に回転する。
【０１３７】
相対向する永久磁石２ａ，２ｂ間であって、ロータボディ６ａの相対回転中心には、センサチップ５が、永久磁石２ａ，２ｂと離間して配置されている。センサチップ５は永久磁石２ａ，２ｂ間に発生する磁界Ｂ１がセンサチップ５の表面５ａに平行となるように配置されている。つまり、磁界Ｂ１の向きが、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２と平行になり、かつ、ホール素子Ｈ１，Ｈ２の各磁気検出面ＨＰ１，ＨＰ２と垂直になるように配置されている。また、センサチップ５は、支持部材（図示せず）によって支持されており、配置位置が変化しないように固定されている。
【０１３８】
上記のように配置されたセンサチップ５は、その表面に平行な磁界Ｂ１の磁束密度の変化を検出することができるため、ロータボディ６ａの相対回転角度θを検出することができる。また、センサチップ５は、磁気抵抗素子領域Ｅ１およびホール素子領域Ｅ２を重ねた構造であるため、センサチップ５を平面方向に小型化することができる。したがって、ロータボディ６ａの径を小さくすることができる。なお、図２０に示したように、センサチップ５の表裏面を逆にして配置することもできる。
【０１３９】
［変更例］
次に、上述した第６実施形態の変更例について説明する。図２２は、その変更例の回転センサに備えられたセンサチップおよび回転体の平面図である。図２２（ａ）および（ｂ）において、センサチップ５の断面構造は、図２（ａ）に示した構造と同じである。また、図２０に示したように、センサチップ５の表裏面を逆にして配置することもできる。
【０１４０】
図２２（ａ）に示すように、ロータボディ６ａの内壁面には、Ｎ極の永久磁石２ａおよびＳ極の永久磁石２ｂを相対向して配置した永久磁石対が２対取付けられている。ロータボディ６ａの相対回転中心には、センサチップ５が配置されている。このように、Ｎ極およびＳ極が２対の場合でも、その磁界が磁気抵抗素子領域Ｅ１と平行となるようにセンサチップ５を配置することにより、ロータボディ６ａの相対回転角度θを検出することができる。
【０１４１】
また、図２２（ｂ）に示すように、ロータボディ６ａの内壁面には、Ｎ極の永久磁石２ａおよびＳ極の永久磁石２ｂを相対向して配置した永久磁石対が３対以上取付けられている。つまり、多極の永久磁石が取付けられている。このように、Ｎ極およびＳ極が３対以上の場合でも、その磁界が磁気抵抗素子領域Ｅ１と平行となるようにセンサチップ５を配置することにより、ロータボディ６ａの相対回転角度θを検出することができる。
【０１４２】
〈第７実施形態〉
次に、この発明の第７実施形態について説明する。図２３は、この実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの使用状態の一例を示す断面図である。図２３（ａ）および（ｂ）において、センサチップ５の断面構造は、図２（ａ）に示した構造と同じである。また、図２０に示したように、センサチップ５の表裏面を逆にして配置することもできる。また、永久磁石２の構造および形状は、図２に示した永久磁石と同じである。
【０１４３】
図２３（ａ）に示すように、センサチップ５が永久磁石２の回転周面２ｄの側方に配置されている。このような配置でも、永久磁石２からは、センサチップ５の磁気抵抗素子領域Ｅ１に平行な磁界Ｂ１を検出することができるため、永久磁石２の相対回転角度θを検出することができる。したがって、永久磁石２の相対回転面２ｃと対向する空間にセンサチップ５を配置することができない場合であっても、図示のように、センサチップ５を永久磁石２の回転周面２ｄの側方に配置することにより、永久磁石２の相対回転角度θを検出することができる。
【０１４４】
図２３（ｂ）に示すように、センサチップ５が永久磁石２の相対回転面２ｃと対向する位置であって、回転シャフト３の側方に配置されている。このような配置でも、永久磁石２からは、センサチップ５の磁気抵抗素子領域Ｅ１に平行な磁界Ｂ１を検出することができるため、永久磁石２の相対回転角度θを検出することができる。したがって、永久磁石２の回転周面２ｄの側方にセンサチップ５を配置することができない場合であっても、図示のように、センサチップ５を永久磁石２の相対回転面２ｃと対向する位置であって、回転シャフト３の側方に配置することにより、永久磁石２の相対回転角度θを検出することができる。
【０１４５】
〈第８実施形態〉
次に、この発明の第８実施形態について説明する。図２４は、この実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【０１４６】
ＡＭＲセンサＭ１は、磁気抵抗素子Ｒ２，Ｒ３を直列接続したハーフブリッジ回路を有する。ＡＭＲセンサＭ２は、磁気抵抗素子Ｒ６，Ｒ８を直列接続したハーフブリッジ回路を有する。磁気抵抗素子Ｒ２，Ｒ３は、磁気抵抗素子からの出力信号の位相差が９０°となるように配置されている。磁気抵抗素子Ｒ６，Ｒ８も、磁気抵抗素子からの出力信号の位相差が９０°となるように配置されている。磁気抵抗素子Ｒ２，Ｒ３，Ｒ６，Ｒ８は、ＡＭＲセンサＭ１の出力端子３２からの出力信号と、ＡＭＲセンサＭ２の出力端子３８からの出力信号との位相差が４５°となるように交互に配置されている。
【０１４７】
このように、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２をそれぞれハーフブリッジ回路で構成することにより、磁気抵抗素子領域Ｅ１の面積を小さくすることができるため、センサチップ５を小型化することができる。
【０１４８】
〈第９実施形態〉
次に、この発明の第９実施形態について説明する。図２５は、この実施形態の回転センサに備えられたＡＭＲセンサの等価回路である。
【０１４９】
ＡＭＲセンサＭ１を構成する磁気抵抗素子は、Ｒ３の１つのみであり、ＡＭＲセンサＭ２を構成する磁気抵抗素子は、Ｒ８の１つのみである。磁気抵抗素子Ｒ３，Ｒ８は、磁気抵抗素子の出力信号間に４５°の位相差が出るように配置されている。磁気抵抗素子Ｒ３，Ｒ８には、それぞれ定電流源７２が接続されている。
【０１５０】
このように、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２をそれぞれ磁気抵抗素子１つのみで構成することにより、磁気抵抗素子領域Ｅ１の面積を小さくすることができるため、センサチップ５を小型化することができる。
【０１５１】
〈第１０実施形態〉
次に、この発明の第１０実施形態について説明する。図２６は、この実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図２７は、回転センサの主な電気的構成を一部省略してブロックで示す説明図である。
【０１５２】
図２６（ａ）に示すように、ホール素子Ｈ１，Ｈ２は、ホール素子からの出力信号間に４５°の位相差が出るように配置されている。ホール素子Ｈ１は、相対回転角度θに対して１波長が電気角３６０°のｓｉｎθ信号を出力する。ホール素子Ｈ２は、ホール素子Ｈ１の出力信号と４５°の位相差を有する信号、つまり、１波長が電気角３６０°のｓｉｎ（４５°＋θ）信号を出力する。
【０１５３】
図２７に示すように、増幅部５２および比較部５３の間にｓｉｎθｃｏｓθ演算部５４が電気的に接続されている。ｓｉｎθｃｏｓθ演算部５４は、増幅部５２から出力されるｓｉｎθ信号と、ｓｉｎ（４５°＋θ）信号とを用い、ｓｉｎθ信号およびｃｏｓθ信号を取出す。つまり、ｓｉｎθｃｏｓθ演算部５４は、増幅部５２から出力されるｓｉｎ（４５°＋θ）信号を（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）／２１／２ 信号に変換し、この信号と、ｓｉｎθ信号とをを用い、ｓｉｎθ信号およびｃｏｓθ信号を取出す。
【０１５４】
〈第１１実施形態〉
次に、この発明の第１１実施形態について説明する。図２８は、この実施形態の回転センサに備えられた角度演算部６０の構成をブロックで示す説明図である。
【０１５５】
角度演算部６０は、ＡＭＲセンサＭ１から出力されるｓｉｎ２θ信号およびＡＭＲセンサＭ２から出力されるｃｏｓ２θ信号に基づいて、ｓｉｎ２θおよびｃｏｓ２θの逆正接（アークタンジェント）演算を行い、演算角度φ＝ｔａｎ−１（ｓｉｎ２θ／ｃｏｓ２θ）を求める機能を有する。角度演算部６０は、Ａ／Ｄ変換器８１，８２と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）８３と、Ｄ／Ａ変換器８４と、増幅回路８５とを備える。ＤＳＰ８３は、平均化部８３ａと、温特補正部８３ｂと、角度計算部８３ｃとを備える。
【０１５６】
ＡＭＲセンサＭ１から出力されるｓｉｎ２θ信号は、Ａ／Ｄ変換器８１により、所定のサンプリング間隔でデジタル値に変換され、ＡＭＲセンサＭ２から出力されるｃｏｓ２θ信号は、Ａ／Ｄ変換器８１により、所定のサンプリング間隔でデジタル値に変換される。サンプリング間隔は、ＣＰＵ（図示せず）から角度演算部６０に供給されるクロック信号のクロック周波数に基づいて発生するサンプリング周波数により決定される。
【０１５７】
ＤＳＰ８３の平均化部８３ａは、所定のサンプリング期間においてＡ／Ｄ変換器８１により変換されたｓｉｎ２θのデジタル値の平均値を算出し、かつ、所定のサンプリング期間においてＡ／Ｄ変換器８２により変換されたｃｏｓ２θのデジタル値の平均値を算出する。永久磁石２および回転センサ１は、環境温度の変化に応じて特性が変化するため、演算角度に誤差が発生する。そこで、温特補正部８３ｂは、平均化部８３ａにより算出された各平均値に対して、永久磁石２および回転センサ１の温度特性に基づく補正を行い、演算角度の誤差を小さくする。
【０１５８】
角度計算部８３ｃは、温特補正部８３ｂによって補正されたデジタル値のｓｉｎ２θおよびｃｏｓ２θを用い、ｓｉｎ２θおよびｃｏｓ２θの逆正接演算を行い、演算角度φを算出する。角度計算部８３ｃから出力された演算角度φは、Ｄ／Ａ変換器８４によってアナログ信号に変換され、増幅回路８５によって増幅され、演算角度φを示す信号として出力される。
【０１５９】
〈第１２実施形態〉
次に、この発明の第１２実施形態について説明する。図２９は、この実施形態の回転センサの主な電気的構成をブロックで示す説明図である。
【０１６０】
検出回路５０は、補正部５５，５６を備える。補正部５５は、増幅部５１から出力されるｓｉｎ２θ信号およびｃｏｓ２θ信号の振幅差、オフセットおよび初期位相誤差を補正する。また、補正部５６は、増幅部５２から出力されるｓｉｎθ信号およびｃｏｓθ信号の振幅差、オフセットおよび初期位相誤差を補正する。
このように、この実施形態の回転センサは、ＡＭＲセンサＭ１，Ｍ２およびホール素子Ｈ１，Ｈ２から出力される信号の振幅差、オフセットおよび初期位相誤差を補正することができるため、相対回転角度θの検出精度を高めることができる。
【０１６１】
〈他の実施形態〉
（１）第１実施形態において、出力ロジック回路７１を角度演算部６０と同じ基板上に設けないで、出力ロジック回路７１の出力を使用する側（たとえば、車両に備えられたＥＣＵ側）に設けることもできる。
（２）検出回路５０をシリコン基板１０に形成し、センサチップ５および検出回路５０を一体化することもできる。
（３）ホール素子Ｈ１またはＨ２のパルス出力の数をカウントし、多回転（３６０°以上）を検出することもできる。
【０１６２】
（４）シリコン基板１０に代えてＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどの化合物半導体により形成された基板を用いることもできる。
（５）永久磁石に代えて、磁気インクを塗布した部材を用いることもできる。また、導電性部材の表面に着磁した部材を用いることもできる。
（６）横型ホール素子を磁気検出面が磁気抵抗素子に対して垂直になるように、磁気抵抗素子領域に重ねて配置して用いることもできる。
（７）出力ロジック回路７１が、０〜３６０°の相対回転角度θに対応する出力角度を示すデジタル値を出力するようにしても良い。
（８）比較回路５３ａ，５３ｂの各出力をＡ／Ｄ変換し、その変換されたデジタル値とデジタルの閾値とを比較し、その比較結果を出力するようにしても良い。
（９）アップダウンカウンタ６５が出力する演算角度φとデジタルの閾値とを比較し、その比較結果を出力するようにしても良い。この構成によれば、パルス信号ＶＭ１を作成する必要がない。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
この発明に係る回転センサ１は、検出対象が相対回転するものであれば、適用用途は限定されない。たとえば、内燃機関に設けられたクランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサ、カムシャフトのカム角を検出するカム角センサ、車両に設けられた操舵装置の操舵角を検出する操舵角センサ、車両に設けられた各種モータの回転角を検出するセンサなどに適用することができる。また、ロボットに設けられた関節の角度を検出するセンサなどにも適用することができる。
【符号の説明】
【０１６４】
１・・回転センサ、２・・磁石（磁気発生部）、５・・センサチップ、
１０・・シリコン基板、Ｅ１・・磁気抵抗素子領域、Ｅ２・・ホール素子領域、
Ｈ１，Ｈ２・・ホール素子、Ｍ１，Ｍ２・・ＡＭＲセンサ、
Ｒ１〜Ｒ８・・磁気抵抗素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気発生部から発生する磁気によって磁気抵抗効果を発生する磁気抵抗素子と、前記磁気によってホール効果を発生するホール素子とを有し、前記磁気抵抗素子およびホール素子からの各出力信号を用いて前記磁気発生部に対する相対回転角度を検出する回転センサにおいて、
複数の磁気抵抗素子が各磁気抵抗素子の出力信号間に位相差が出るように配置された磁気抵抗素子領域と、複数のホール素子が各ホール素子の出力信号間に位相差が出るように配置されたホール素子領域とを有し、かつ、前記磁気抵抗素子領域およびホール素子領域の少なくとも一部同士が重ねられたセンサチップと、
各ホール素子の各出力レベルと閾値レベルとを比較し、ホール素子毎の比較結果を出す比較部と、
各磁気抵抗素子の各出力信号を用いて前記相対回転角度に対応する角度を演算する角度演算部と、
前記角度演算部によって演算された演算値と閾値とを比較し、その比較結果と前記比較部の比較結果とを用い、前記相対回転角度に対応する信号を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする回転センサ。
【請求項２】
前記ホール素子領域の略全領域が前記磁気抵抗素子領域と重ねられていることを特徴とする請求項１に記載の回転センサ。
【請求項３】
前記磁気抵抗素子領域およびホール素子領域が、前記磁気発生部の相対回転軸方向に対応する方向に重ねられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転センサ。
【請求項４】
前記磁気抵抗素子領域およびホール素子領域が、前記磁気発生部の相対回転面と略平行に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項５】
前記磁気抵抗素子領域が前記センサチップの表面側に、前記ホール素子領域が前記センサチップの裏面側にそれぞれ配置されており、前記センサチップの表面が前記磁気発生部の相対回転面と対向するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項６】
前記磁気抵抗素子領域が前記センサチップの表面側に、前記ホール素子領域が前記センサチップの裏面側にそれぞれ配置されており、前記センサチップの裏面が前記磁気発生部の相対回転面と対向するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項７】
前記磁気発生部は、その相対回転面の径方向で分割された異なる磁極を有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項８】
前記磁気発生部は、相対回転する回転体の周方向に配置された異なる磁極であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項９】
前記センサチップが前記異なる磁極間に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の回転センサ。
【請求項１０】
前記磁気発生部は多極であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項１１】
前記各磁気抵抗素子および各ホール素子は、前記磁気抵抗素子領域およびホール素子領域に対して平行な磁界の磁束密度の変化を主として検出するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項１２】
前記各ホール素子は、相互に隣接するホール素子の出力信号間に９０°の位相差が出るように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項１３】
前記各磁気抵抗素子は、相互に隣接する磁気抵抗素子の出力信号間に４５°の位相差が出るように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項１４】
相互に隣接する磁気抵抗素子の出力信号間に９０°の位相差が出るように磁気抵抗素子をハーフブリッジ接続した第１および第２のハーフブリッジ回路が、両ハーフブリッジ回路の各出力信号間の位相差が４５°となるように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項１５】
一対の前記第１のハーフブリッジ回路をブリッジ接続した第１のフルブリッジ回路と、一対の前記第２のハーフブリッジ回路をブリッジ接続した第２のフルブリッジ回路とが、両フルブリッジ回路の各出力信号間に４５度の位相差が出るように配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の回転センサ。
【請求項１６】
前記第１および第２のハーフブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子が同心円状に交互に配置されていることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の回転センサ。
【請求項１７】
前記信号作成部によって作成された信号と、前記各ホール素子の各出力信号との間にそれぞれ４５°の位相差があることを特徴とする請求項１２ないし請求項１６のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項１８】
前記相対回転角度の０〜３６０°を前記各ホール素子の出力信号間の位相差で除した値をｎとし、０〜３６０°の範囲をｎで除することによりｎ個の角度範囲を設定した場合に、前記比較部および出力部における比較結果の組合せが各角度範囲において総て異なるように構成されていることを特徴とする請求項１２ないし請求項１７のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項１９】
前記角度演算部は、
前記相対回転角度と、前記各磁気抵抗素子から出力される位相差のある複数の出力信号を用いて演算した角度との偏差が小さくなるようにフィードバック制御を行って前記相対回転角度に対応する角度を演算することを特徴とする請求項１ないし請求項１８のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項２０】
前記各ホール素子は、それぞれ縦型ホール素子であり、各縦型ホール素子の磁気検出面の面方向が前記磁気抵抗素子領域と交差するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１９のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項２１】
前記各磁気抵抗素子および各ホール素子は、それぞれ半導体基板に作り込まれていることを特徴とする請求項１ないし請求項２０のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項２２】
前記各ホール素子はＣＭＯＳトランジスタ構造であることを特徴とする請求項１ないし請求項２１のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項２３】
前記各ホール素子は高耐圧ＣＭＯＳトランジスタ構造であることを特徴とする請求項２２に記載の回転センサ。
【請求項２４】
前記ホール素子領域は、
第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板内の表層部から所定の深さに形成した第２導電型の半導体領域と、
前記第２導電型の半導体領域内において当該第２導電型の半導体領域よりも浅く、前記第２導電型の半導体領域を分割するように形成された第１導電型の半導体領域と、
前記第２導電型の半導体領域の表層部において前記第１導電型の半導体領域を挟んで形成され、電流供給対を構成するコンタクト用の第２導電型の不純物拡散領域と、
前記第２導電型の半導体領域の表層部に形成され、電圧出力対を構成するコンタクト用の第２導電型の不純物拡散領域と、を備えており、
前記磁気抵抗素子領域は、
少なくとも一部が絶縁膜を介して前記ホール素子領域に重ねて形成されていることを特徴とする請求項２２または請求項２３に記載の回転センサ。
【請求項２５】
前記各磁気抵抗素子は、ＮｉＦｅの薄膜よりなることを特徴とする請求項１ないし請求項２４のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項２６】
前記各磁気抵抗素子は、ＮｉＣｏの薄膜よりなることを特徴とする請求項１ないし請求項２４のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項１】
磁気発生部から発生する磁気によって磁気抵抗効果を発生する磁気抵抗素子と、前記磁気によってホール効果を発生するホール素子とを有し、前記磁気抵抗素子およびホール素子からの各出力信号を用いて前記磁気発生部に対する相対回転角度を検出する回転センサにおいて、
複数の磁気抵抗素子が各磁気抵抗素子の出力信号間に位相差が出るように配置された磁気抵抗素子領域と、複数のホール素子が各ホール素子の出力信号間に位相差が出るように配置されたホール素子領域とを有し、かつ、前記磁気抵抗素子領域およびホール素子領域の少なくとも一部同士が重ねられたセンサチップと、
各ホール素子の各出力レベルと閾値レベルとを比較し、ホール素子毎の比較結果を出す比較部と、
各磁気抵抗素子の各出力信号を用いて前記相対回転角度に対応する角度を演算する角度演算部と、
前記角度演算部によって演算された演算値と閾値とを比較し、その比較結果と前記比較部の比較結果とを用い、前記相対回転角度に対応する信号を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする回転センサ。
【請求項２】
前記ホール素子領域の略全領域が前記磁気抵抗素子領域と重ねられていることを特徴とする請求項１に記載の回転センサ。
【請求項３】
前記磁気抵抗素子領域およびホール素子領域が、前記磁気発生部の相対回転軸方向に対応する方向に重ねられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転センサ。
【請求項４】
前記磁気抵抗素子領域およびホール素子領域が、前記磁気発生部の相対回転面と略平行に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項５】
前記磁気抵抗素子領域が前記センサチップの表面側に、前記ホール素子領域が前記センサチップの裏面側にそれぞれ配置されており、前記センサチップの表面が前記磁気発生部の相対回転面と対向するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項６】
前記磁気抵抗素子領域が前記センサチップの表面側に、前記ホール素子領域が前記センサチップの裏面側にそれぞれ配置されており、前記センサチップの裏面が前記磁気発生部の相対回転面と対向するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項７】
前記磁気発生部は、その相対回転面の径方向で分割された異なる磁極を有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項８】
前記磁気発生部は、相対回転する回転体の周方向に配置された異なる磁極であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項９】
前記センサチップが前記異なる磁極間に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の回転センサ。
【請求項１０】
前記磁気発生部は多極であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項１１】
前記各磁気抵抗素子および各ホール素子は、前記磁気抵抗素子領域およびホール素子領域に対して平行な磁界の磁束密度の変化を主として検出するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項１２】
前記各ホール素子は、相互に隣接するホール素子の出力信号間に９０°の位相差が出るように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項１３】
前記各磁気抵抗素子は、相互に隣接する磁気抵抗素子の出力信号間に４５°の位相差が出るように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項１４】
相互に隣接する磁気抵抗素子の出力信号間に９０°の位相差が出るように磁気抵抗素子をハーフブリッジ接続した第１および第２のハーフブリッジ回路が、両ハーフブリッジ回路の各出力信号間の位相差が４５°となるように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項１５】
一対の前記第１のハーフブリッジ回路をブリッジ接続した第１のフルブリッジ回路と、一対の前記第２のハーフブリッジ回路をブリッジ接続した第２のフルブリッジ回路とが、両フルブリッジ回路の各出力信号間に４５度の位相差が出るように配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の回転センサ。
【請求項１６】
前記第１および第２のハーフブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子が同心円状に交互に配置されていることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の回転センサ。
【請求項１７】
前記信号作成部によって作成された信号と、前記各ホール素子の各出力信号との間にそれぞれ４５°の位相差があることを特徴とする請求項１２ないし請求項１６のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項１８】
前記相対回転角度の０〜３６０°を前記各ホール素子の出力信号間の位相差で除した値をｎとし、０〜３６０°の範囲をｎで除することによりｎ個の角度範囲を設定した場合に、前記比較部および出力部における比較結果の組合せが各角度範囲において総て異なるように構成されていることを特徴とする請求項１２ないし請求項１７のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項１９】
前記角度演算部は、
前記相対回転角度と、前記各磁気抵抗素子から出力される位相差のある複数の出力信号を用いて演算した角度との偏差が小さくなるようにフィードバック制御を行って前記相対回転角度に対応する角度を演算することを特徴とする請求項１ないし請求項１８のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項２０】
前記各ホール素子は、それぞれ縦型ホール素子であり、各縦型ホール素子の磁気検出面の面方向が前記磁気抵抗素子領域と交差するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１９のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項２１】
前記各磁気抵抗素子および各ホール素子は、それぞれ半導体基板に作り込まれていることを特徴とする請求項１ないし請求項２０のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項２２】
前記各ホール素子はＣＭＯＳトランジスタ構造であることを特徴とする請求項１ないし請求項２１のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項２３】
前記各ホール素子は高耐圧ＣＭＯＳトランジスタ構造であることを特徴とする請求項２２に記載の回転センサ。
【請求項２４】
前記ホール素子領域は、
第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板内の表層部から所定の深さに形成した第２導電型の半導体領域と、
前記第２導電型の半導体領域内において当該第２導電型の半導体領域よりも浅く、前記第２導電型の半導体領域を分割するように形成された第１導電型の半導体領域と、
前記第２導電型の半導体領域の表層部において前記第１導電型の半導体領域を挟んで形成され、電流供給対を構成するコンタクト用の第２導電型の不純物拡散領域と、
前記第２導電型の半導体領域の表層部に形成され、電圧出力対を構成するコンタクト用の第２導電型の不純物拡散領域と、を備えており、
前記磁気抵抗素子領域は、
少なくとも一部が絶縁膜を介して前記ホール素子領域に重ねて形成されていることを特徴とする請求項２２または請求項２３に記載の回転センサ。
【請求項２５】
前記各磁気抵抗素子は、ＮｉＦｅの薄膜よりなることを特徴とする請求項１ないし請求項２４のいずれか１つに記載の回転センサ。
【請求項２６】
前記各磁気抵抗素子は、ＮｉＣｏの薄膜よりなることを特徴とする請求項１ないし請求項２４のいずれか１つに記載の回転センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２０１１−１８０００１（Ｐ２０１１−１８０００１Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４５１７５（Ｐ２０１０−４５１７５）
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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